DE3108166A1 - Stimmgabelquarzkristallschwinger mit schwingungskopplung

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Description

Claims

DE3108166A1

Publication number: DE3108166A1
Application number: DE19813108166
Authority: DE
Inventors: Minoru Suwa Nagano Inoue; Shigeru Kogure; Eishi Momosaki
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1980-03-04
Filing date: 1981-03-04
Publication date: 1982-01-07
Also published as: US4377765A; GB2072943A; FR2477803B1; CH645509GA3; DE3108166C2; FR2477803A1; GB2072943B

•J Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung

Die Erfindung betrifft einen Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung, auch Kombischwinger genannt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie bezieht sich insbesondere auf die Form einer Elektrode in der Nähe der Spitze des bzw. der Stimmgabelarme.

Bei herkömmlichen elektronischen Armbanduhren wird ein Stimmgabelquarzkristallschwinger einer +5°-X-Schnittplatte in Biegeschwingungsweise benutzt. Dieser Stimm-

-J5 gabelquarzkristallschwinger ist vorteilhaft bezüglich der Zeitgenauigkeit, da der Frequenz-Temperaturgang einer Parabel mit Scheitelpunkt bei Raumtemperatur ent- ; spricht. Er hat darüberhinaus ύβη Vorteil eines niedrigen Leistungsbedarfs, was auf eine geringe Frequenz zurückzuführen ist. Selbst wenn aber dieser Schwinger verwendet wird, beträgt die monatliche Gangabweichung etwa 20 Sekunden. Zur weiteren Verbesserung der Zeitgenauigkeit und zur Erzielung einer langlebigen elektronischen Uhr wurde ein Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung entwickelt, dessen Frequenz-Temperaturgang eine kubische Kurve ist, deren Wendepunkt bei Raumtemperatur liegt und der eine niedrige Frequenz besitzt. Dieser Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung oder Kombischwinger ist im einzelnen in der japanischen Patentanmeldung Nr. 53-23903 und der deutschen Patentanmeldung P 29 48 331.6 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Schwinger zu schaffen, bei dem auf einfache

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und genaue Weise der Frequenz-Temperaturgang und die Resonanzfrequenz f_ auf einen Sollwert f _Q eingestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung· wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung wie er bereits vorgeschlagen wurde,

Fig. 2 die Verteilung der Auslenkung der Schwingungen B₁ und T₀,

Fig. 3 das Verfahren zur Einstellung von ^f und

f_e durch Abscheidung,

Fig. 4 das Verfahren zur Einstellung von ^f und 25

_tt mit Hilfe eines Laserstrahls,

Fig. 5 die Elektrode 8 zur Einstellung von ^f und die Elektrode 9 zur Einstellung von ί_Ώ, die in der Nähe der Spitze der Stimmgabelarme angeordnet sind,

Fig. 6 die in Form eines umgekehrten Dreiecks

ausgebildete Elektrode zur Einstellung von

Fig. 7 den Zustand, daß ein Metallfilm in Form

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ar*

eines langen, schmalen Streifens aufgebracht

wird,

Fig. 8 die Werte von Af _ß und ^f_T bei Breiten 10', 11', 12· und 13', entsprechend den

Breiten 10, 11, 12 und 13 in Fig. 7,

Fig. 9 den Unterschied zwischen den Änderungen des

Frequenz-Temperaturgangs bei Aufbringen

•JO des Metallfilms auf eine Seite der Stimm-

gabelarme bzw. auf beide Seiten der Stimmgabelarrae,

eine andere Ausführungsform der Erfindung, eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

eine Darstellung zur Erläuterung der Einstellung von f.. und Af ι

Fig. 13 die Elektroden zur Feineinstellung von

f_ nach Ausführung dieser Feineinstellung,

	Fig.	10
15
	Fig.	11
	Fig.	12
20

Bei dem Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung (nachfolgend einfach als "Schwinger" bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung dient die erste Biege-

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oberschwingung als Hauptschwingung und die Torsionsgrundschwingung; als Unter- oder Hilfsschwingung.

Fig. 1 zeigt das Äußere eines solchen Schwingers. Der Schwinger ist mit 1 bezeichnet. 2 sind Stützdrähte, 3 ein Lot und. 4 ein Sockel. Die X-Achse ist eine elektrische Achse, die X¹-Achse eine um die elektrische Achse gedrehte mechanische Achse und die Z'-Achse eine um die elektrische Achse: gedrehte optische Achse. Wie in Fig. 1 dargestellt·; verlaufen die Arme des stimmgabelförmigen Schwingers in Richtung der Y¹-Achse. Die Frequenz liegt bei 200 kHz.

Bezeichnet man die Resonanzfrequenz der ersten Biege-

"J5 oberschwingung {B-) mit f_ß und die Resonanzfrequenz der Torsionsgrundschwingung (T_Q) mit f_, dann kann man die Differenz zwischen f_ und f_T definieren als Ai = 'fjj-fjp. Der Frequenz-Temperaturgang eines Schwingers der betrachteten Art wird durch diese Frequenzdifferenz 4f bestimmt. Wenn &£ den Nennwert 4f_Q hat, dann erhält man als Teittperaturgang der Frequenz eine kubische Kurve in der Raumtemperatur, das heißt eine kubische Kurve, deren,Wendepunkt im wesentlichen bei Raumtemperatur liegt. Bei einer Massenproduktion dieses Schwingers tritt das Problem auf, daß die Frequenzen f_ß und f_T einer Streuung unterliegen, die auf unvermeidlichen Schwankungen in der Abmessung der äußeren Form des Schwingers beruhen. Als Folge davon ergibt sich eine Streuuung von Jf-, so daß auch die Temperaturgänge der Frequenz einzelner Schwinger unterschiedlich werden. Darüberhinaus besteht öin weiteres Problem darin, daß die Resonanzfrequenz der Hauptschwingung nicht in gleicher Weise wie bei einem Schwinger mit einer einzigen SchwingungsWeise mit einem festen oder vorgegebenen Wert übereinstimmt. Zur Massenproduktion des Schwingers ist

es daher wesentlich, sowohl den Frequenz-Temperaturgang als auch die Resonanzfrequenz der Hauptschwingung einzustellen. Dies soll mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, das heißt es sollen der Frequenz-Temperaturgang eingestellt und die Resonanzfrequenz f auf einen gewünschten Wert f__n eingestellt werden.

Dv

Fig. 2 zeigt die Verteilung der Auslenkung ϋ_χ der Biegeoberschwingung B₁ in X-Richtung und die Verteilung des Torsionswinkels τ. der Torsionsschwingung T_Q in bezug auf die Mittellinie eines Stimmgabelarms. A, B, C, D und E auf der Abszisse entsprechen den in Fig. 1 dargestellten Bereichen A, B, C, D bzw. E. Der Verlauf von ü„ zeigt einen Schwingungsbauch in der Mitte des Stimmgabelarms, einen Schwingungsknoten im Bereich D und einen Maximalwert an der Spitze des Stimmgabelarms. Der Wert von t • nimmt an der Spitze bzw. am Ende des Stimmgabelarms ein Maximum an und nimmt dann in Richtung auf die Basis der Stimmgabel bzw. den Anfang des Stimmgabelarms monoton ab.

Da der Bereich oder Punkt D einen Schwingungsknoten der Biegeschwingung B₁ darstellty tritt _f wenn ein Metallfilm auf diesen Bereich D aufgebracht wird oder ein zunächst aufgebrachter Metallfilm mittels eines Laserstrahls weggeschnitten wird, nur eine geringe Änderung von f_ß auf, während f™ erheblich abnimmt oder zunimmt.

Es sei angenommen, daß P die Einstellung durch Abscheidung eines Metallfilms und P¹ die Einstellung durch Wegschneiden eines Metallfilms mittels eines Laserstrahls sind. Den Zustand der Einstellung von Af und f_. zeigen die Fig. 3 und 4. Die Fig. 3 entspricht dem Fall der Abscheidung eines Metallfilm und die Fig. 4 dem Fall des Wegschneidens des Metallfilms mit Hilfe eines

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Laserstrahls. In den Fig. 3 und 4 wird f vom Ausgangszustand 5 durch die Einstellung P oder P¹ zu einem Zwischenzustand 6 verschoben und in diesem Zwischenzustand Jf. auf den optimalen Wert Jf_ eingestellt. In diesem Zwischenzustand 6 ist f„ noch nicht auf den gewünschten Wert f_B0 eingestellt.. Es ist daher nötig, nun f_ß auf f„_Q einzustellen und dabei Jf auf Jf_Q zu halten. Es besteht die Möglichkeit einfach einen Metallfilm zwischen E und D, die in den Fig. 1 und 2 eingezeichnet sind, aufzubringen oder einfach einen aufgebrachten Film mittels eines Laserstrahls abzuschneiden. Bei diesem Verfahren ändert sich aber bei der Einstellung von f_ auf f_₀ auch jjf und bleibt daher nicht auf dem Wert Jf_Q.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Form der Elektrode in der Nähe der Spitze der Stimmgabelarme bei einem Schwinger gemäß der Erfindung. E und D in Fig. 5 entsprechen E und D in den Fig. 1 und 2. In Fig. 5 ist 8 ein Elektrodenfilm, der auf dem Knotenpunkt D der Schwingung B- ausgebildet wird und mit dem die Einstellungen P und P* der Fig. 3 und 4 ausgeführt werden. Dieser Elektrodenfilm wird als Elektrode zur Einstellung von Jf bezeichnet. 9 ist die Elektrode zur Einstellung von f_ auf f _ unter Beibehaltung von Jf auf Jf _Q. Diese Elektrode 9 hat im wesentlichen die Form eines umgekehrten Dreiecks und wird als Elektrode zur Einstellung von f-j- bezeichnet. Dadurch, daß im Bereich des umgekehrten Dreiecks der Elektrode 9 weiterhin Metällfilm aufgebracht wird oder dieser Metallfilm in den Bereichen des umgekehrten Dreiecks mittels eines Laserstrahls weggeschnitten wird, kann f_o unter Beibehaltung von Jf auf Jf_Q zu f_Q eingestellt werden. Diese Einstellungen sind in den Fig. 3 und 4 als Q bzw. Q¹ dargestellt. In diesen Figuren ist mit 7 der Zustand bezeichnet, wo Jf und f_Q

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endgültig auf Jf_Q bzw. f_ß0 eingestellt sind.

Der Grund dafür, daß als Elektrode zur Einstellung von f_, eine Elektrode in der Form eines umgekehrten Dreiecks, wie sie als Elektrode 9 dargestellt ist, verwendet wird, soll nachfolgend erläutert werden. Dabei wird im Rahmen dieser Beschreibung auch eine Dreiecksform mit abgeschnittener Spitze gemäß Fig. 6 als umgekehrtes Dreieck bezeichnet.

Wie Fig. 2 zeigt, ist zwischen E und D (Bereich i) die Steigung des Verlaufs von U groß, die des Verlaufs von •c hingegen klein. Die durch den Torsionswinkel τ: verursachte Auslenkung ist im Bereich nahe zur Mitte der Stimmgabelarme kleiner und an ihrem Rand größer. U ist in der Nähe der Mitte der Stimmgabelarme und an ihrem Rand etwa gleich.

Wenn ein Metallfilm in dem Bereich 14, der in Fig. 7 durch eine Schrägschraffur gekennzeichnet ist, aufgebracht wird und Breiten 10, 11, 12 bzw. 13 besitzt, dann ändern sich die Änderungsbeträge jjf_R von f„ und ^f_T von f gemäß Fig. 8. Wenn also der Metallfilm in einer Breite 12 aufgebracht wird, werden die Abnahmebeträge von f und f einander gleich. Mit anderen Worten, es gibt eine Breite des Metallfilms, bei der die Abnahmebeträge von f und f_T einander gleich werden. Wenn die Lage des aufgebrachten Metallbereichs 14 in Längsrichtung des Stimmgabelarms geändert wird,-dann existiert eine Breite, bei der fct _ß und ^f„ einander gleich werden. Wenn die Lage dieses Bereichs 14 sich D nähert, dann wird die Breite, bei der ß£ und At einander gleich werden, kleiner, weil U rasch kleiner wird. Wenn die Lage des Bereichs 14 sich E nähert, dann Wird die Breite, bei der Jf„ und ^f_m einander gleich werden, größer, weil U_v

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groß ist. Deshalb besitzt die Elektrode zur Einstellung von f„ die Form eines umgekehrten Dreiecks. 10', 11', 12' und 13' in Fig. 8 entsprechen jeweils den Fällen, daß der Metallfilm mit einer Breite von 10, 11, 12 bzw. in Fig. 7 aufgebracht wird. Jf_ß und Jf_T sind die Differenzen zwischen der Frequenz nach Aufbringen des Metallfilms und der Frequenz ohne diesen Metallfilm.

Aus den erwähnten Gründen können f_o und f_m durch Einsatz eines Laserstrahls zur Einstellung von f_ durch Abschneiden der Elektrode in gleichen Beträgen erhöht werden.

Die Einstellung von Jf kann durch Aufbringen bzw. Abscheiden eines Metallfilms und die Einstellung von f_. •ic mit Hilfe eines Laserstrahls erfolgen. In ähnlicher Weise kann die Einstellung von Jf mit Hilfe des Laserstrahls und die Einstellung von f_ß mit Hilfe der Abscheidung erfolgen.

2Q Für die Einstellung mit Hilfe des Laserstrahls ist es wirkungsvoll, zunächst den Metallfilm auf einen oder beide Elektroden zur Einstellung von f_ dick aufzubringen, um den Einstellbetrag groß zu machen.

Der Knotenpunkt D der Biegeschwingung B₁ exisitiert in dem Teil von etwa 0,2 bis zur Spitze der Stimmgabelarme, wenn man deren Länge als 1 (eine Längeneinheit) ansetzt. Es ist dann notwendig, daß die Elektrode 8 zur Einstellung von Jf im Bereich von 0,1 bis 0,4 von der Spitze

3Q der Stiromgabelarme und die Elektrode 9 zur Einstellung von fg im Bereich von 0 bis 0,2 angeordnet werden.

Darüberhinaus ist es notwendig, daß die Elektrode zur Einstellung von Jf und die Elektrode zur Einstellung von f_ sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rück-

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seite der Stimmgabelarme angeordnet werden. Der Grund hierfür ist folgender.

Fig. 9 zeigt die durch eine Produktionsstreuung hervorgerufene Differenz der Frequenz-Temperaturgänge, das heißt auf der Ordinate ist eine Änderung 4 von f_ zwischen O⁰C und 40⁰C und auf der Abszisse ^Jf aufgetragen. Die ausgefüllten Kreise oder Punkte zeigen die Abhängigkeit von ^ von /Jf. Wenn, ausgehend von einem Schwinger mit den Eigenschaften des Punktes 16 ein Metallfilm auf die Elektrode zur Einstellung von &£ der in -Z'-Achsenrichtung gelegenen Ebene des Schwingers aufgebracht wird, dann ändert sich 4, wie dies durch den Pfeil 18 angedeutet ist. Wenn mittels des Laserstrahls dasselbe bezüglich der Elektrode zur Einstellung von Hf. in der Ebene in +Z'-Achsenrichtung ausgeführt wird, dann ändert sich j bzw. der Frequenz-Temperaturgang gemäß Pfeil 19. Wenn der Metallfilm auf die Elektroden zur Einstellung von 4f auf beiden Ebenen in -Z'-Achsenrichtung und +Z'-Achsenrichtung aufgebracht wird, dann ändert sich A gemäß Pfeil 20. Wird für einen Schwinger mit den Eigenschaften des Punktes 17 das entsprechende nur bezüglich der Ebene in -Z'-Achsenrichtung, nur bezüglich der Ebene in +Z'-Achsenrichtung oder beiden Ebenen in +Z'-Achsenrichtung und -Z'-Achsenrichtung ausgeführt, dann ändert sich 4 gemäß den Pfeilen 21, 22 bzw. 23. Wenn der Metallfilm auf die Elektrode zur Einstellung von Ai nur einer Ebene aufgebracht wird, dann, wird /3 sowohl für den Schwinger des Punkts 16 als auch für den Schwinger des Punkts 17 sehr klein, es ergeben sich jedoch unterschiedliche Werte von Jf, wenn Δ & 0. Wenn aber der Metallfilm auf die Elektroden zur Einstellung von Jf beider Ebenen aufgebracht wird, dann wird Δ für beide Schwinger sehr klein, wenn &S. = 4f_Q ist, wie dies durch die Pfeile 20 und 23 dargestellt ist.

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is ΛΗ

Dies ist ein großer Vorteil, da der Frequenz-Temperaturgang durch Steuerung von 4f bei Massenproduktion eingestellt werden kann. Bezüglich der später noch erläuterten Ausführungsformen der Erfindung kann man das obige auch auf die Elektrode zur Grobeinstellung von f_R oder die Elektrode zur Feineinstellung von f_D anwenden.

Der gewünschte Frequenz-Temperaturgang in Form einer kubischen Kurve'bei ^f- kann also dadurch erhalten werden, daß ein zunächst auf die Elektrode zur Einstellung von Jf aufgebrachter Metallfilm auf beiden Seiten bzw. in beiden Ebenen weggeschnitten wird.

Es ist notwendig, daß die Elektroden zur Einstellung •J5 von f„ auf beiden Seiten bzw. Ebenen (der +Z-Ebene und der -Z-Ebene) der Stimmgabelarme angeordnet werden und daß die Metallfilme auf beiden Seiten abgeschieden oder weggeschnitten werden. Falls dies nicht auf beiden Seiten durchgeführt wird, verschiebt sich der Frequenz-Temperaturgang, Obwohl f_R unter Beibehaltung von ^f auf Zf_Q zu f_m eingestellt wird. Mit anderen Worten, der Wert von Af, bei dem der Frequenz-Temperaturgang in Form einer kubischen Kurve erhalten wird, ist dann nicht ^Jf_Q. Demzufolge ist es notwendig, daß beide Elektroden, das heißt die Elektrode zur Einstellung von ^f und die Elektrode zur Einstellung von f„ auf beiden Seiten angeordnet werden und daß die Einstellung auf beiden Seiten erfolgt.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hierin ist 24 die Elektrode zur Einstellung von ^f und 25 die Elektrode zur Einstellung von f_.. Die Elektrode 25 ist in einer Form gezeigt, bei der nur der untere Teil der nach Art eines umgekehrten Dreiecks ausgebildeten Elektrode zur Einstellung von f , wie sie in Fig.

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gezeigt ist, als Elektrode zur Einstellung von f_ß verwendet wird.

Wie oben ausgeführt, können £-. und ά£ des Stimmgabelquarzkristallschwingers mit Schwingungskopplung dadurch eingestellt werden, daß sowohl die Elektrode zur Einstellung von ^Jf als auch die Elektrode zur Einstellung von f auf beiden Seiten in der Nähe der Spitze des Stimmgabelarms bzw. der Stimmgabelarme angeordnet werden. Dadurch kann' die Produktivität bei Massenherstellung vergrößert werden.

Im Rahmen der folgenden Erläuterung weiterer Ausführungs-■formen der Erfindung werden unter f_R und f„ die jeweiligen Frequenzwerte bei 20⁰C verstanden.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel der Form der Elektroden der Stimmgabel einer weiteren Ausführungsform des Schwingers gemäß der Erfindung. Die mit 26 bezeichnete punktierte Elektrode ist eine Anregungselektrode, die mit 29a bezeichnete und durch eine senkrechte Schraffur gekennzeichnete Elektrode dient der groben Einstellung von f , die mit 28 bezeichnete und durch eine Kreuzschraffur gekennzeichnete Elektrode dient der Einstellung von Lf und die mit 29b bezeichnete und durch eine waagerechte Schraffur gekennzeichnete Elektrode dient der Feineinstellung von f_. Die Y'-Achse verläuft parallel zur •Längsrichtung der Stimmgabel. Auf der Y'-Achse ist der Anfang der Arme der Stimmgabel des Schwingers mit 0, ihre Enden bzw. Spitzen mit 1 bezeichnet. Unter Benutzung der Elektrode 29a zur groben Frequenzeinstellung, der Elektrode 28 zur Einstellung der Frequenzdifferenz und der Elektrode 29b zur Feineinstellung der Frequenz können f„ auf f_nn und Af auf Afλ eingestellt werden. Das dieser Ausführungsform zugrundeliegende Prinzip und das

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Verfahren werden im Folgenden erläutert.

Es wird zunächst erneut auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Elektroden 29a, 28 und 29b der Fig. 11 sind in Teilen angeordnet, die den Bereichen g, h bzw. i in Fig. 2 entsprechen. Fig. 12 zeigt die Übergangsänderungen von f„ und f„, bei der Einstellung von f_ß und Jf unter Verwendung der erwähnten Elektroden. Auf der Abszisse sind die Einstellschritte, auf der Ordinate die Frequenz aufgetragen. Die Schritte I, II, III und IV auf der Abszisse entsprechen dem Ausgangszustand, dem Zustand nach grober Einstellung von f„, eiern Zustand nach Einstellung von Jf bzw. dem Endzustand. A-, A, und A₃ sind die f -Grobeinstellung, die Jf-Einstellung bzw. die f„-Feineinstellung.

Zunächst soll die f„-Grobeinstellung A₁ erläutert werden.

Die Elektrode 29a zur groben Einstellung von f_ liegt im Bereich g, innerhalb dessen beide Werte U und t groß sind. Daher steigen die Werte sowohl von f als auch von fm an, wenn man die Elektrode im Bereich g mit Hilfe eines Laserstrahls entfernt bzw. verkleinert. Wenn f_ß einen um 100 ppm niedrigeren Wert als f_₀ erreicht, wird die f_-Grobeinstellutig A₁ beendet und zum Schritt II überaegangen.

Als nächstes wird dann die Jf-Einstellung A₂ ausgeführt.

Die Elektrode 28 zur Einstellung von Jf liegt im Bereich h, in welchem U_v sehr klein und τ. sehr groß ist. Daher steigt fg nur ein wenig, f_ jedoch stark an, wenn die Elektrode im Bereich h mit Hilfe eines Laserstrahls entfernt bzw. verkleinert wird. Wenn Jf den Wert 2If₀ erreicht, dann wird die Jf-Einstellung A₂ beendet und zum Schritt III übergegangen. Als letztes wird die f Feineinstellung ausgeführt. Bei dieser Feineinstellung muß f_ß auf f ₀ eingestellt werden, wobei Jf auf dem Wert

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A£q gehalten werden muß. Daher wird die Elektrode der in Fig. 11 gezeigten besonderen Form benutzt. Fig. 13 zeigt die Spitze bzw. das Ende der Stimmgabelarme bei der Einstellung der Elektrode zur Feineinstellung von f„ unter Einsatz eines Laserstrahls. 30 ist hier die Elektrode zur Feineinstellunq von f_, während 31 die durch Einsatz des Laserstrahls erzeugten Spuren sind, innerhalb derer die Elektrode entfernt wurde. Bei der f_-Feineinstellung A₃ wird die Elektrode bzw. ein Elektro-•jQ ' denteil durch überqueren in Richtung der Breite der Stimmgabelarme entfernt, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. Wenn die Elektrode in er angegebenen Weise entfernt wird, kann f_ auf f__ unter Beibehaltung von j!f auf jjf_Λ einge-

JD BU " U

stellt werden, weil f„ und f_m sich immer in gleichen

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-j5 Beträgen ändern. Die Einstellung kommt dann zum Endzustand IV, bei dem f_ö den Wert f-.^ aufweist und der Frequenz-

13 JdU

Temperaturgang einen kubischen Verlauf mit Wendepunkt bei Raumtemperatur aufweist.

Der Grund dafür, daß als Elektrode zur Feineinstellung von £_, die Elektrode 29b mit der besonderen Form verwen-

Jd

det wird, ist der gleiche, wie er eingangs unter bezug auf die Fig. 7 und 8 erläutert wurde. Aus den dort angegebenen Gründen, auf die hier Bezug genommen wird, können f_ß und f_T durch Einsatz"einfcs Laserstrahls und Abschneiden der Elektrode für die Feineinstellung von f_ß in gleichen Beträgen erhöht werden.

unter der Voraussetzung, daß die Länge der Stimmgabelarme 1 ist (eine Längeneinheit), sind die einzelnen Elektroden im folgenden Teil der Stimmgabelarme ausgehend von deren Spitze anzuordnen:

Die Elektrode zur Feineinstellung von f^: 0-0,2 die Elektrode zur Einstellung von /f : 0,1 - 0,4 die Elektrode zur Grobeinstellunq von f_s 0,3 - 0,5.

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Diese drei Arten, von Elektroden müssen mit gleicher Filmdicke auf der Vorderseite und der Rückseite der Stimmgabelarme aufgebracht werden. Der Grund hierfür ist der gleiche, wie er eingangs für eine andere Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 9 erläutert wurde. Fig. 14 entspricht im wesentlichen Fig. 9, bezieht sich jedoch auf den Fall, daß die Einstellung von &t durch Entfernen der Elektrode mittels eines Laserstrahls erfolgt. Die Erläuterung zu Fig. 9 gilt sinngemäß auch für Fig. 14/ wenn man in der Erläuterung von Fig. 9 die Ausgangspunkte 16 und 17 durch 16a und 17a und die Pfeile 18 bis 23 durch 18a bis 23a ersetzt.

Fig. 15 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Hierin ist 36 eine Anregungselektrode, 39a eine Elektrode zur Grobeinstellung von f_, 38 eine Elektrode zur Einstellung von Af und 39b eine Elektrode zur Feineinstellung von f_. Die Elektrode 39a, die Elektrode 38 und die Elektrode 39b befinden sich in den Bereichen i, h bzw. g in Fig. 2. Die Form der Elektrode 29b zur Feineinstellung von f_ß in Fig. 11 und die Form der Elektrode 39b zur Feineinstellung in Fig. 15 sind in der Längsrichtung der Stimmgabelarme umgekehrt, weil U an der Spitze der Stimmgabel bei der Elektrode 29b groß ist und in der Basis der Stimmgabel bei der Elektrode 39b groß ist. Die Einstellung von jjf und f„ kann auf die bezüglich Fig. erläuterte Weise erfolgen. Die jeweilige Position der Elektroden ist wie folgt vorzusehen:

Die Elektrode zur Grobeinstellung von f_: 0 - 0,2 die Elektrode zur Einstellung von ^f : 0,1 - 0,4 die Elektrode zu* Feineinstellung von f„: 0,2 - 0,5.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser ist die Elektrode zur Anregung der Schwingung

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•j mit 46, die Elektrode zur Einstellung von &£ mit 48 und die Elektrode zur Feineinstellung von f_n mit 49 bezeichnet. In dieser Ausführungsform kann nur ein Schwinger hergestellt werden, dessen Streuung innerhalb 100 ppm in bezug auf f_ß0 liegt, wobei keine Grobeinstellung

von f_ß vorgenommen wird, da keine Elektrode zur Grobeinstellung von f_n am Schwinger vorhanden ist. Diese Methode kann aber durchaus angewendet werden, wenn man die Abmessungen so kontrolliert, daß der Mittelwert der Streuung -JQ von f„ bei der Herstellung f_ß0 beträgt. Die Lage der einzelnen Elektroden ist wie folgt vorzusehen:

Die Elektrode zur Feineinstellung von £'. 0 - 0,2 die Elektrode zur Einstellung von if : 0,1 - 0,5.

· Fig. 17 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier ist die Anregungselektrode mit 56, die Elektrode zur Feineinstellung von f^ mit 59 und die Elektrode zur Einstellung von ^f mit 58 bezeichnet; die Elektrode zur Grobeinstellung von f_ß ist weggelassen. Die Position der einzelnen Elektroden ist folgende:

Die Elektrode zur Feineinstellung von f„: 0,2-0,5 die Elektrode zur Einstellung von /f : 0,1 - 0,4.

Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

66 ist die Anregungselektrode, 69a und 69b sind Elektroden zur Feineinstellung von f_ und 68 ist eine Elektrode zur Einstellung von &£. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Elektroden zur Feineinstellung von f„ vorhanden, und diese Feineinstellung kann dadurch strikt bzw. genau durchgeführt werden, daß zwei Elektroden zur Feineinstellung von f nacheinander mittels eines Laserstrahls abgeschnitten werden. Die Lage der einzelnen Elektroden hat wie folgt zu sein:

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'-* aίο

λ Die Elektrode zur Feineinstellung von f_ß: 0 - 0,2 und

0,2 - 0,5 die Elektrode zur Einstellung von /Jf : 0,1 - 0,4.

Fig. 19 zeigt die Form der Elektrode zur Feineinstellung von f_o. Es sind zwei Formen (a) und (b) dargestellt. Die eingezeichneten Winkel θ und Θ¹ sind 30° bis 80°. Die Seiten 34 und 35 sind normalerweise gekrümmte Linien, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist, sind jedoch wegen der -jQ geringen Krümmung in den übrigen Figuren geradlinig gezeichnet. Die in Fig. 19 gezeichnete Form wird "Dreieck" genannt, und die Winkel θ und Θ' werden als die Winkel zwischen der schrägen Linie und der Breitenrichtung des Stimmgabelarms bezeichnet.

Es ist günstig, das Metall für die Elektrode zur Grobeinstellung von f_ß, die Elektrode zur Feineinstellung von f, und die Elektrode zur Einstellung von if zunächst dick abzuscheiden, aufzusprühen oder zu plattieren, damit

2Q die oben erwähnte Einstellung wirkungsvoll durchgeführt werden kann.

Bei den obigen Erläuterungen dieser Erfindung wurde erwähnt, daß alle Einstellungen mit Hilfe eines Laserstrahls erfolgen. Die Einstellungen können jedoch auch durch die Abscheidung oder durch die Abscheidung zusammen mit dem Einsatz des Laserstrahls erfolgen, wie dies zum Teil in Verbindung mit den ersteren Ausführungsformen auch erläutert wurde.

Bei den obigen Erläuterungen wird der Frequenz-Temperaturgang mit ^f gesteuert. Er kann aber ebenso mit R(=f /f ;

JL Jj

f„ und f sind die Werte bei 20⁰C) gesteuert werden. Dabei ist f ca f , da if« f„ ist und die Form der Elektrode de zur Feineinstellung von f_n

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■j etwa gleich der Form der

Elektrode für den Fall der Steuerung des Frequenz-Temperaturgangs mit Jf. Es gilt beispielsweise Jf ft* 4 kHz, wenn f_ß « 200 kHz ist.

Wie oben angegeben, kann bei diesem Schwinger, der von einer Kopplung zwischen der ersten Biegeoberschwingungsweise und der Torsionsgrundschwingungsweise Gebrauch macht, vorgesehen werden, daß die Elektrode zur Grobeinstellung von f_ß und die Elektrode zur Einstellung von Jf in der Nähe der Spitze der Stimmgabelarme angeordnet sind und f_D und Jf so eingestellt werden/ daß sie die festen Werte f _Q bzw. Jf _Q annehmen. Mit dieser Erfindung kann die Produktivität bei der Herstellung solcher Schwinger erhöht werden. Verwendet man einen Schwinger gemäß dieser Erfindung in einer elektronischen Uhr, dann erhält diese eine lange Lebensdauer und eine hohe Genauigkeit.

Es ist klar, daß das Wesen dieser Erfindung auch an einen Stimmgabelquarzkristallschwinger angepaßt werden kann, bei dem eine Kopplung anderer Schwingungsweisen besteht. Das heißt, das Wesen kann dadurch übernommen werden, daß eine Elektrode zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Hauptschwingung und eine Elektrode zur Einstellung des Frequenz-Temperaturgangs der Hauptschwingung auf dem Stimmgabelarm bzw, den Stimmgabelarmen angeordnet werden. Hauptschwingung bedeutet die Schwingungsweise, auf deren Schwingung es für den praktischen Betrieb einer Oszillatorschaltung ankommt.
30

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Leerseite

eine Darstellung entsprechend Fig. 9,

weitere Ausführungsformen der Erfindung und

die Form der Elektrode zur Feineinstellung

Patentan Sprüche

( "\/ Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung, auf dessen Stimmgabelarmen Elektroden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode (9; 29a, b)zur Einstellung einer Hauptschwingung und eine Elektrode (8; 28) zur Einstellung des Frequenz-Temperaturgangs der Hauptschwingung vorhanden sind.
2. Schwinger, insbesondere nach Anspruch 1, bei dem eine Kopplung zwischen einer ersten Schwingungsweise mit der Frequenz f_ und einer zweiten Schwingungsweise mit der Frequenz f besteht, dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode (9) zur Einstellung der Frequenz f der ersteh Schwingungsweise und eine Elektrode (8) zur Einstellung der Differenz ^f zwischen den Frequenzen der beiden Schwingungsweisen vorhanden sind.
3. Schwinger nach Anspruch 2, bei dem die Kopplung zwischen der Torsionsgrundschwingung und der ersten Biegeoberschwingung besteht, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich von 0 bis 0,2 von der Spitze des Stimmgabelarms eine Elektrode (9) in Form eines umgekehrten Dreiecks und im Bereich von 0,1 bis 0,4 eine rechteckförmige Elektrode (8) auf beiden Ebenen des Stimmgabelarms vorgesehen sind, wobei die Länge des Stimmgabelarms zu 1 angenommen ist.
4. Schwinger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet ,daß die Elektrode (9) in Form eines umgekehrten Dreiecks und die rechteckförmige

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Va'

Elektrode (8) zur Einstellung des Frequenz-Temperaturgangs und der Schwingungsfrequenz mit Hilfe eines Laserstrahls teilweise weggeschnitten sind.
5. Schwinger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrode (9) in Form eines umgekehrten Dreiecks und die rechteckförmige Elektrode (8) zur Einstellung des Frequenz-Temperaturgangs und der Schwingungsfrequenz mit einem Metallfilm abgeschieden sind.
6. Schwinger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Elektroden (9 und 8) zur Einstellung des Frequenz-Temperafcurgangs und der Schwingungsfrequenz mit einem Metallfilm abgeschieden und die andere Elektrode teilweise mittels eines Laserstrahls weggeschnitten sind.
7. Schwinger nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß auf die mittels des Laserstrahls teilweise weggeschnittene Elektrode zuvor ein dicker Metallfilm abgeschieden oder plattiert wurde.
8· Schwinger nach Anspruch 1, bei dem von der ersten Biegeoberschwingung (B₁) und der Torsionsgrundschwingung (Tq) Gebrauch gemacht ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode (29a, 29b) zur Einstellung der Resonanzfrequenz f der Biegeschwingung und eine Elektrode (28) zur Einstellung der Differenz ^f zwischen der Resonanzfrequenz f der Biegeschwingung und der Resonanzfrequenz f„ der Resonanz schwingung - fg-f-) oder eine Elektrode zur Einstellung von R

(R = f_m/f_), wobei f_o und f_ die Resonanzfrequenzen bei 20⁰C sind) auf dem Stimmgabelarm vorgesehen sind.

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9. Schwinger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine dreieekförmige Elektrode zur Feineinstellung von f_ im Bereich von 0 bis 0,2, eine Elektrode zur Einstellung von ^f oder eine Elektrode zur Einstellung von R im Bereich von 0,1 bis 0,4 und eine Elektrode zur Grobeinstellung von f_ im Bereich von 0,3 bis 0,5 von der Spitze des Stimmgabelarms vorgesehen sind, wobei die Gesamtlänge des Stimmgabelarms des Schwingers zu 1 angenommen ist. 10
10. Schwinger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode zur Grobeinstellung von f_ß im Bereich von 0 bis 0,2 von der Spitze des Stimmgabelarms, eine Elektrode zur Einstellung von ^f oder eine Elektrode zur Einstellung von R im Bereich von 0,1 bis 0,4 und eine dreieekförmige Elektrode zur Feineinstellung von f_ im Bereich von 0,2 bis 0,5 vorgesehen sind, wobei die Gesamtlänge des Stimmgabelarms des Schwingers zu 1 angenommen ist*
11. Schwinger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine dreieekförmige Elektrode zur Feineinstellung von f_ im Bereich von 0 bis 0,2 von der Spitze des Stimmgabelarms und die Elektrode zur Einstellung von ^f im Bereich von 0,1 bis 0,5 oder die Elektrode zur Einstellung von R im Bereich von 0,1 bis 0,5 vorgesehen sind, wobei die Gesamtlänge des Stimmgabelarms des Schwingers zu 1 angenommen ist.
12. Schwinger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,daß eine dreieekförmige Elektrode z-ur Feineinstellung von f_, im Bereich von 0,2 bis 0,5 von der Spitze des Stimmgabelarms und die Elektrode zur Einstellung von Jf oder die Elektrode zur Einstellung von R im Bereich von 0,1 bis 0,4 von der Spitze des

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Stimmgabelarms vorgesehen sind, wobei die Gesamtlänge des Stimmgabelarms des Schwingers zu 1 angenommen ist.
13. Schwinger nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine dreieckförmige Elektrode zur Feineinstellung von £_ in den beiden Bereichen von 0 bis 0,2 und 0,2 bis 0,5 von der Spitze des Stimmgabelarms und die Elektrode zur Einstellung von ^f oder die Elektrode zur Einstellung von R Im Bereich von 0,1 bis 0/4 von der Spitze des Stimmgabelarms vorgesehen sind, wobei die Gesamtlänge des Stimmgabelarms des Schwingers zu 1 angenommen ist.
14. Schwinger nach einem der Ansprüche 8, 9, 11 und 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel zwichen der schrägen Linie der dreieckförmigen Elektrode zur Feineinstellung von f im Bereich von 0 bis 0,2 von der Spitze des Stimmgabelarms und der Breitenrichtung des Stimmgabelarms 30° bis 80° beträgt, wobei die Gesamtlänge des Stimmgabelarms des Schwingers zu 1 angenommen ist.
15. Schwinger nach einem der Ansprüche 8, 10, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel zwischen der geneigten Linie der dreieckförmigen Elektrode zur Feineinstellung von f_ im Bereich von 0,2 bis 0,5 von der Spitze des Stimmgabelarms und der Breitenrichtung des Stimmgabelarms 30° bis 80° beträgt, wobei die Gesamtlänge des Stimmgabelarms des Schwingers zu 1 angenommen ist.

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