DE3108166C2

DE3108166C2 - Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung

Info

Publication number: DE3108166C2
Application number: DE3108166A
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: 1986-10-30
Also published as: GB2072943A; FR2477803A1; CH645509GA3; GB2072943B; US4377765A; DE3108166A1; FR2477803B1

Abstract

Es wird ein Stimmgabelquarzkristallschwinger beschrieben, bei dem eine Kopplung zwischen einer Hauptschwingung und einer Hilfsschwingung besteht und besondere Elektroden (8, 9) zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Hauptschwingung und zur Einstellung des Frequenz-Temperaturgangs vorhanden sind.

Description

F i g. 5 die Elektrode 8 zur Einstellung von Δ/und die Elektrode 9 zur Einstellung von /& die in der Nähe der Spitze der Stimmgabelarme angeordnet sind,

F i g. 6 die in Form eines umgekehrten Dreiecks ausgebildete Elektrode zur Einstellung von /"&

F i g. 7 den Zustand, daß ein Metallfilm in Form eines langen, schmalen Streifens aufgebracht wird,

F i g. 8 die Werte von Af_B und Δίτ 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-Temperaturganges bei Aufbringen des Metalifilms auf eine Seite der Stimmgabelanne bzw. auf beide Seiten der Stimmgabelarme,

F i g. 10 eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung, F i g. 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 12 eine Darstellung zur Erläuterung der Einstellung von fgiindAf,

Fig. 13 die Elektroden zur Feineinstellung von /s nach Ausführung dieser Feineinstellung, F ■ g. 14 eine Darstellung entsprechend F i g. 9,

F i g. 15 bis 18 weitere Ausführungsformfn der Erfindung und

Fig. 19 die Form der Elektrode zur Feineinstellung von fß.

Bei dem Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung (nachfolgend einfach als »Schwinger« bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung dient die erste Biegeoberschwingung als Hauptschwingung und die Torsionsgrundschwingung als Unter- oder Hilfsschwingung.

F i g. 1 zeigt das Äußere eines solchen Schwingers. Der Schwinger ist mit 1 bezeichnet 2 sind Stützdrähte, 3 ein Lot und 4 ein Sockel. Die .Y-Achse ist eine elektrische Achse, die V-Achse eine um die elektrische Achse gedrehte mechanische Achse und die Z'-Achse eine um die elektrische Achse gedrehte optische Achse. Wie in F i g. 1 dargestellt, verlaufen die Arme des stimmgabelförmigen Schwingers in Richtung der V-Achse. Die Frequenz X.igl bei 200 kHz.

Bezeichnet man die Resonanzfrequenz der ersten Biegeoberschwingung (Si) mit /ß und die Resonanzfrequenz der Torsionsgrundschwingung (7b) mit /7·, dann kann man die Differenz zwischen /ß und /rdefinieren als Af= fs—fr- Der Frequenz-TemDeraturgang eines Schwingers der betrachteten Art wird durch diese Frequenzdifferenz ///bestimmt. Wenn Af den Nennwert Afo hat, dann erhält man als Temperaturgang 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 fa und /reiner Streuung unterliegen, die auf unvermeidlichen Schwankungen in der Abmessung der äußeren Form des Schwingers beruhen. Als Folge davon ergibt sich eine Streuung von Af, so daß auch die Temperaturgänge der Frequenz einzelner Schwinger unterschiedlich werden. Darüber hinaus besteht ein 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.

Fig.2 zeigt die Veitiilung der Auslenkung Ux der Biegeoberschwingung B\ in X- Richtung und die Verteilung des Torsionswinkels r der Torsionsschwingung To in bezug auf die Mittellinie eines Stimmgabelarmes. A, B, C, D und F auf der Abszisse entsprechen den in F i g. 1 dargestellten Bereichen A, B. C, D bzw. E Der Verlauf von Ux zeigt einen Schwingungsbauch in der Mitte des Stimmgabelarmes, einen Schwingungsknoten im Bereich D und einen Maximalwert an der Spitze des> Stimmgabelarmes. Der Wert von r nimmt an der Spitze bzw. am Ende des Stimmgabelarmes ein Maximum an und nimmt dann in Richtung auf die Basis der Stimmgabel bzw. den Anfang des Stimmgabelarmes monoton ab.

Da der Bereich oder Punkt D einen Schwingungsknoten der Biegeschwingung Bi darstellt, tritt, wenn ein Metallfilm auf diesen Bereich D aufgebracht wird oder ein zunächst aufgebrachter Metallfilm mittels eines Laserstrahls weggeschnitten wird, nur eine geringe Änderung von /a auf, während /7- erheblich abnimmt oder zunimmt

Es sei angenommen, daß P die Einstellung durch Abscheidung eines Metallfilms und P'^.e Einstellung durch

AVpffWhnpiHpn pinpQ Mptallfilmc rnittplc pinpc Γ acpr.

Strahls sind. Den Zustand der Einstellung von Af und fa zeigen die Fi g. 3 und 4. Die Fi g. 3 entspricht dem Fall der Abscheidung eines Metallfilms und die F i g. 4 dem Fall des Wegschneidens des Metallfilms mit Hilfe eines Laserstrahls. In den F i g. 3 und 4 wird fa vom Ausgangszustand 5 durch die Einstellung P oder P' zu einem Zwischenzustand 6 verschoben und in diesem Zwischenzustand Af auf den optimalen Wert Afo eingestellt In diesem Zwischenzustand 6 ist Ib noch nicht auf den gewünschten Wert /so eingestellt. Es ist daher nötig, nun fs auf /flo einzustellen und dabei AfauiAfa zu halten. Es besteht die Möglichkeit, einfach einen Metallfilm zwischen E und D, die in den F i g. 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 Ze auf /ßo auch Af und bleibt daher nicht auf dr-m Wert Af₀.

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 F i g. 5 entsprechen E und D in den F i g. 1 und 2. In F i g. 5 ist 8 ein Elektrodenfilm, der auf dem Knotenpunkt D der Schwingung B\ ausgebildet wird und mit dem die Einstellungen P und P' der F i g. 3 und 4 ausgeführt werden. Dieser Elektrodenfilm wird als Elektrode zur Einstellung von ^/bezeichnet. 9 ist die Elektrode zur Einstellung von fa auf /so unter Beibehaltung von Af auf Af₀. Diese Elektrode 9 hat im wesentlichen die Form eines umgekehrten Dreiecks und wird als Elektrode zur Einsteilung von /ß bezeichnet. Dadurch, daß im Bereich des umgekehrten Dreiecks der Elektrode 9 weiterhin Metallfilm aufgebracht wird oder dieser Metallfilm in den Bereichen des umgekehrten Dreiecks .mittels eines Laserstrahls weggeschnitten wird, kann fa unter Beibehaltung von Af auf Afo zu fao eingestellt werden. Diese Einstellungen sind in den Fig.3 und 4 als Q bzw. Q' dargestellt. In diesen Figuren ist mit 7 der Zustand bezeichnet, wo Af und /ß endgültig auf Af bzw. /ßp eingestelltsind.

Der Grund dafür, daß als Elektrode 2Ur Einstellung von fa eine Elektrode in der Form eines umgekehrten Dreiecks, wie sie als Elektrode 9 dargestellt ist, verwendet wird, soll nachtoigend erläutert werden. Dabei wird im Rahmen dieser Beschreibung auch eine Dreiecksform mit abgeschnittener Spitze gemäß Fig.6 sls umgekehrtes Dreieck bezeichnet.

Wie F i g. 2 zeigt, ist zwischen E und D (Bereich /) die Steigung des Verlaufs von Ux groß, die des Verlaufs von rhingegen klein. Die durch den Torsionswinkel r verursachte Auslenkung ist im Bereich nahe zur Mitte der Stimmgabelarme kleiner und an ihrem Rand größer. Ux ist in der Nähe der Mitte der Stimmgabelarme und an ihrem Rand etwa gleich.

Wenn ein Metallfilm in dem Bereich 14, der in F i g. 7 durch eine Schrägschraffur gekennzeichnet ist, aufgebracht wird und Breiten 10,11,12 bzw. 13 besitzt, dann ändern sich die Änderungsbeträge Afe von fg und Afy von /r gemäß F i g. 8. Wenn also der Metallfilm in einer Breite 12 aufgebracht wird, werden die Abnahmebeträge von /β und Λ-einander gleich. Mit anderen Worten, es gibt eine Breite des Metallfilms, bei der die Abnahmebeträge von /β und fr einander gleich werden. Wenn die Lage des aufgebrachten Metallbereiches 14 in Längsrichtung des Stimmgabelarmes geändert wird, dann existiert ein« Breite, bei der Afg und Afj einander gleich werden. Wenn die Lage dieses Bereiches 14 sich D nähert, dann wird die Breite, bei der Afβ und Afj einander gleich werden, kleiner, weil Ux rasch kleiner wird. Wenn die Lage des Bereiches 14 sich E nähen, dann wird die Breite, bei der Af_B und Ah einander gleich werden, größer, weil Ux groß ist. Deshalb besitzt die Elektrode zur Einstellung von fa die Form eines umgekehrten Dreiecks. 10', 1Γ, 12' und 13' m Fig.8 entsprechen jeweils den Fällen, daß der Metallfilm mit einer Brei'e von 10, 11, 12 bzw. 13 in Fig. 7 aufgebracht wird. Λ/β und Afr sind die Differenzen zwischen der Frequenz nach Aufbringen des Metallfilms und der Frequenz ohne diesen Metallfilm.

Aus den erwähnten Gründen können fs und fr durch Einsatz eines Laserstrahls zur Einstellung von fß durch Abschneiden der Elektrode in gleichen Beträgen erhöht werden.

Die Einstellung von Af kann durch Aufbringen bzw. Abscheiden eines Metallfilms und die Einstellung von f_B mit Hilfe eines Laserstrahls erfolgen. In ähnlicher Weise kann die Einstellung von Af mit Hilfe des Laserstrahls und die Einstellung von /s mit Hilfe der Abscheidung erfolgen.

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

Der Knotenpunkt D der Biegeschwingung B\ existiert 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 Af\m Bereich von 0,1 bis 0,4 von der Spitze der Stimmgabelarme und die Elektrode 9 zur Einstellung von f_B im Bereich von 0 bis 0,2 angeordnet werden.

Darüber hinaus ist es notwendig, daß die Elektrode zur Einstellung von A fund die Elektrode zur Einstellung von /ß sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite der Stimmgabelarme angeordnet werden. Der Grund hierfür ist folgender.

F i g. 9 zeigt die durch eine Produktionsstreuung hervorgerufene Differenz der Frequenz-Temperaturgänge, das heißt, auf der Ordinate ist eine Änderung A von /s zwischen 0⁰C und 40⁰C und auf der Abszisse Af aufgetragen. Die ausgefüllten Kreise oder Punkte zeigen die Abhängigkeit von A von Af. Wenn, ausgehend von einem Schwinger mit den Eigenschaften des Punktes 16. ein Metallfilm auf die Elektrode zur Einstellung von Af der in — Z -Achsenrichtung gelegenen Ebene des Schwingers aufgebracht wird, dann ändert sich A, wie dies durch den Pfeil 18 angedeutet ist. Wenn mittels des Laserstrahls dasselbe bezüglich der Elektrode zur Einstellung von Afm der Ebene in + Z'-Achsenrichtung ausgeführt wird, dann ändert sich A bzw. der Frequenz-Temperaturgang gemäß Pfeil 19. Wenn der Metallfrlm auf die Elektroden zur Einstellung von Af auf beiden Ebenen in —Z'-Achsenrichtung und + Z'-Achsenrichtung aufgebracht wird, dann ändert sich A gemäß Pfeil

ίο 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 A gemäß den Pfeilen 21, 22 bzw. 23. Wenn der Metallfilm auf die Elektrode zur Einstellung von Af nur einer Ebene aufgebracht wird, dann wird A sowohl für den Schwinger des Punktes 16 als auch für den Schwinger des Punktes 17 sehr klein, es ergeben sich jedoch unterschiedliche Werte von Af, wenn A**0. Wenn aber der Metallfilm auf die Elektroden zur Einstellung von Af beider Ebenen aufgebracht wird, dann wird A für beide Schwinger sehr klein, wenn Af=Af₀ ist, wie dies durch die Pfeile 20 und 23 dargestellt ist.

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

Der gewünschte Frequenz-Temperaturgang in Form einer kubischen Kurve bei Af₀ kann also dadurch erhalten werden, daß ein zunächst auf die Elektrode zur Einstellung von ///aufgebrachter Metallfilm auf beiden Seiten bzw. in beiden Ebenen weggeschnitten wird.

Es ist notwendig, daß die Elektroden zur Einstellung von /β 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 fs unter Beibehaltung von Af auf Af₀ zu /eo eingestellt wird. Mit anderen Worten, der Wert von Af, bei dem der Frequenz-Temperaturgang in Form einer kubischen Kurve erhalten wird, ist dann nicht Af₀. Demzufolge ist es notwendig, daß beide Elektroden, das heißt, die Elektrode zur Einstellung von A fund die Elektrode zur Einstellung von fs, auf beiden Seiten angeordnet werden und daß die Einstellung auf beiden Seiten erfolgt.

F i g. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hierin ist 24 die Elektrode zur Einstellung von Af und 25 die Elektrode zur Einstellung von fg. 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 fs. wie sie in F i g. 5 gezeigt ist, als Elektrode zur Einstellung von /β verwendet wird.

Wie oben ausgeführt, können fs und Af des Stimmgabelquarzkristallschwingers mit Schwingungskopplung dadurch eingestellt werden, daß sowohl die Elektrode zur Einstellung von Af als auch die Elektrode zur Einstellung von /β auf beiden Seiten in der Nähe der Spitze

μ des Stimmgabelarmes bzw. der Stimmgabelarme angeordnet werden. Dadurch kann die Produktivität bei Massenherstellung vergrößert werden.
Im Rahmen der folgenden Erläuterung weiterer Aus-

führungsformen der Erfindung werden unter /s und /V die jeweiligen Frequenzwerte bei 20°C verstanden.

F i g. 11 zeigt ein Beispiel der Form der Elektroden der Stimmgabtl einer weiteren Ausführungsform des Schwingers gemäß der Erfindung. Die mit 26 bezeichne · te punktierte Elektrode ist eine Anregungselektrode, die mit 29a bezeichnet und durch eine senkrechte Sch>>ffur gekennzeichnete Elektrode dient der groben Einstellung von /β, die mit 28 bezeichnete und durch eine Kreuzschraffur gekennzeichnete Elektrode dient der Einstellung von Af und die mit 296 bezeichnete und durch eine waagerechte Schraffur gekennzeichnete Elektrode dient der Feineinstellung von /» Die V'-Achse verläuft parallel zur Längsrichtung der Stimmgabel. Auf der V"-Achse ist der Anfang der Arme der Stimmgabel des Schwingers mit 0, ihre Enden bzw. Spitzen mit

I bezeichnet. Unter Benutzung der Elektrode 29a zur groben Frequenzeinstellung, der Elektrode 28 zur Einstellung der Frequenzdifferenz und der Elektrode 29t zur Feineinstellung der Frequenz können /β auf /so und Λ/auf Afo eingestellt werden. Das dieser Ausführungsform zugrundeliegende Prinzip und das Verfahren werden im folgenden erläutert.

Es wird zunächst erneut auf F i g. 2 Bezug genommen. Die Elektroden 29a, 28 und 296 der F i g. 11 sind in Teilen angeordnet, die den Bereichen g, h bzw. /in Fig.2 entsprechen. Fig. 12 zeigt die Übergangsänderungen von /« und /r bei der Einstellung von /β und Af unter Verwendung der erwähnten Elektroden. Auf der Abszisse sind die Einstellschritte, auf der Ordinate die Frequ.nz aufgetragen. Die Schritte I, II, III und IV auf der Abszisse entsprechen dem Ausgangszustand, dem Zustand nach grober Einstellung von /ß, dem Zustand nach Einstellung von Af bzw. dem Endzustand. A\, A₂ und A₃ sind die /«-Grobeinstellung, die ^/-Einstellung bzw. die /;r Feineinstellung.

Zunächst soll die /e-Grobeinstellung Λι erläutert werden. Die Elektrode 29a zur groben Einstellung von f_B liegt im Bereich g, innerhalb dessen beide Werte Ux und r groß sind. Daher steigen die Werte sowohl von /s als auch von /ran, wenn man die Elektrode im Bereich g mit Hilfe eines Laserstrahls entfernt bzw. verkleinert. Wenn /β einen um 100 ppm niedrigeren Wert als /so erreicht, wird die /e-Grobeinstellung A\ beendet und zum Schritt

II übergegangen. Als nächstes wird dann die ///-Einstellung .42 ausgeführt. Die Elektrode 28 zur Einstellung von Af liegt im Bereich Λ, in welchem Ux sehr klein und τ sehr groß ist. Daher steigt /β nur ein wenig, /r jedoch stark an, wenn die Elektrode im Bereich h mit Hilfe eines Laserstrahls entfernt bzw. verkleinert wird. Wenn Af den Wert Afa erreicht, dann wird die ^//-Einstellung A₂ beendet und zum Schritt III übergegangen. Als letztes wird die /ß-Feineinstellung ausgeführt Bei dieser Feineinstellung muß /β auf /so eingestellt werden, wobei Af auf dem Wert Afo gehalten werden muß. Daher wird die Elektrode der in F i g. 11 gezeigten besonderen Form benutzt F i g. 13 zeigt die Spitze bzw. das Ende der Stimmgabelarme bei der Einstellung der Elektrode zur Feineinstellung von /β unter Einsatz eines Laserstrahls. 30 ist hier die Elektrode zur Feineinstellung von /s, während 31 die durch Einsatz des Laserstrahls erzeugten Spuren sind, innerhalb derer die Elektrode entfernt wurde. Bei der /^-Feineinstellung A3 wird die Elektrode bzw. ein Elektrodenteil durch Oberqueren in Richtung der Breite der Stimmgabelanne entfernt, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist Wenn die Elektrode in der angegebenen Weise entfernt wird, kann /ß auf fao unter Beibehaltung von Af auf Afo eingestellt werden, weil fs und /r sich immer in gleichen Beträgen ändern. Die Einstellung kommt dann zum Endzustand IV, bei dem /g den Wert /so aufweist und der Frequenz-Temperaturgang einen kubischen Verlauf mit Wendepunkt bei Raumtemperatur aufweist.

Der Grund dafür, daß als Elektrode zur Feineinstellung von /β die Elektrode 296 mit der besonderen Form verwendet 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 fs und fr durch Einsatz eines Laserstrahls und Abschneiden der Elektrode für die Feineinstellung von /β 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 vor fs: 0—0,2;
die Elektrode zur Einstellung von Af: 0,1 —0,4;

die Elektrode zur Grobeinstellung von /β: 0,3—0,5.

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 F i g. 9 erläutert wurde. Fig. 14 entspricht im wesentlichen Fig.9, bezieht sich jedoch auf den Fall, daß die Einstellung von Af durch Entfernen der Elektrode mittels eines Laserstrahls erfolgt. Die Erläuterung zu F i g. 9 gilt sinngemäß auch für Fig. 14, wenn man in der Erläuterung von F i g. 9 die Ausgangspunkte 16 und 17 durch 16a und 17a und die Pfeile 18 bis 23 durch 18a bis 23a ersetzt.

F i g. 15 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hierin ist 36 eine Anregungselektrode, 39a eine Elektrode zur Grobeinstellung von fa. 38 eine Elektrode zur Einstellung von Af und 396 eine Elektrode zur Feineinstellung von /ß. Die Elektrode 39a, die Elektrode 38 und die Elektrode 396 befinden sich in den Bereichen i, ^h bzw. g in F i g. 2. Die Form der Elektrode 296 zur Feineinstellung von /β in F i g. 11 und die Form der Elektrode 396 zur Feineinstellung in F i g. 15 sind in der Längsrichtung der Stimmgabelarme umgekehrt, weil Ux an der Spitze der Stimmgabel bei der Elektrode 296 groß ist und in der Basis der Stimmgabel bei der Elektrode 396 groß ist. Die Einstellung von Af und /s kann auf die bezüglich Fig. 12 erläuterte Weise erfolgen. Die jeweilige Position der Elektroden ist wie folgt vorzusehen:

Die Elektrode zur Grobeinstellung von fs: 0—0,2;
die Elektrode zur Einstellung von Af: 0,1 —0,4;

die Elektrode zur Feineinstellung von /s: 0,2—0,5.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser ist die Elektrode zur Anregung der Schwingung mit 46, die Elektrode zur Einstellung von Af mit 48 und die Elektrode zur Feineinstellung von f_B mit 49 bezeichnet In dieser Ausführungsform kann nur ein Schwinger hergestellt werden, dessen Streuung innerhalb 100 ppm in bezug auf /ßo liegt, wobei keine Grobeinstellung von /b vorgenommen wird, da keine Elektrode zur Grobeinstellung von /ß am Schwinger vorhanden ist Diese Methode kann aber durchaus angewendet werden, wenn man die Abmessungen so kontrolliert, daß der Mittelwert der Streuung von /s bei der Herstellung /so beträgt Die Lage der einzelnen Elektroden ist wie folgt vorzusehen:

Die Elektrode zur Feineinstellung von f_B:
die Elektrode zur Einstellung von Af:

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

Die Elektrode zur Feineinstellung von f_B: 0,2—0,5;
die Elektrode zur Einstellung von Af: 0,1—0,4.

Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. 66 ist die Anregungselektrode, 69a und 696 sind Elektroden zur Feineinstellung von ta und 68 ist eine Elektrode zur Einstellung von Af. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Elektroden zur Feineinstellung von fs vorhanden, und diese Feineinstellung kann dadurch strikt bzw. genau durchgeführt werden, daß zwei Elektroden zur Feineinstellung von fa nacheinander mittels eines Laserstrahls abgeschnitten werden. Die Lage der einzelnen Elektroden hat wie folgt zu sein:

0—0,2; bei der Herstellung solcher Schwinger erhöhl werden.

0,1—0,5. Verwendet nvn einen Schwinger gemäß dieser Hrfin-

dung 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-Temperaturganges der Hauptschwingung auf dem Stimmgabelarm bzw. den Stimmgabelarmen angeordnet werden. Hauptschwingung bedeutet die Schwingungsweise, auf deren Schwingung es für den praktischen Betrieb einer Osziilatorschaltung ankommt.

Die Elektrode zur Feineinstellung von fg:
die Elektrode zur Einstellung von Af:

0—0,2 und

0,2-0,5;

0,1-0,4.

Fig. 19 zeigt die Form der Elektrode zur Feineinstellung von fg. Es sind zwei Formen (a) und (b) dargestellt. Die eingezeichneten Winkel 0und θ sind 30° bis 80°. Die Seiten 34 und 35 sind normalerweise gekrümmte Linien, wie dies in F i g. 19 gezeigt ist, sind jedoch wegen der 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 Stimmgabeiarmes bezeichnet.

Es ist günstig, das Metall für die Elektrode zur Grobeinstellung von fg, die Elektrode zur Feineinstellung von fa und die Elektrode zur Einstellung von Af zunächst dick abzuscheiden, aufzusprühen oder zu plattieren, damit die obenerwähnte 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 Af gesteuert Er kann aber ebenso mit R (=f-Hfa; fg und /rsind die Werte bei 20° C) gesteuert werden. Dabei ist fg^fr, da Af< fg ist und die Form der Elektrode zur Feineinstellung von fg etwa gleich der Form der Elektrode für den Fall der Steuerung des Frequenz-Temperaturganges mit Af. Es gilt beispielsweise Af= 4 kHz, wenn /b« 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 fa und die Elektrode zur Einstellung von Af in der Nähe der Spitze der 6s Stimmgabeiarme angeordnet sind und fg und Af so eingestellt werden, daß sie die festen Werte fgo bzw. Afa annehmen. Mit dieser Erfindung kann die Produktivität Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 ge der Stimmgabelarme eine Längeneinheit bePatentansprüche: trägt (F i g. 15,17).

1. Stimmgabelquarzkristallschwinger, bei dem 7. Schwinger nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

5 zeichnet, daß auf beiden Seiten der Stimmgabelarme

a) neben einer Hauptschwingung eine mit dieser im Bereich von 0 bis 0,2 Längeneinheiten von der gekoppelte Nebenschwingung auftritt und Armspitze ein weiterer rechteckförmiger Metallfilm

b) zur Einstellung der Frequenz (Jb der Haupt- (39a) vorgesehen ist(Fig. 15).
schwingung sowie ihres Temperaturganges auf

den Stimmgabelarmen Metallfilme (28, 29a, io

296) als Gewicht aufgebracht bzw. zunächst

aufgebrachte Metallfilme teilweise entfernt

sind, Die Erfindung betrifft einen Stimmgabelquarzkristall

schwinger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

dadurchgekennzeichnet, « Bei herkömmlichen elektronischen Armbanduhren

wird ein Stimmgabelquarzkristallschwinger einer

c) daß ein solcher Metallfilm (296) auf beiden Sei- +5°-X-Schnittplatte in Biegeschwingungsweise beten der Stimmgabelarme in einer sich in Arm- nutzt Dieser Stimmgabelquarzkristallschwinger ist vorlängsrichtung verjüngenden Form aufgebracht teilhaft bezüglich der Zeitgenauigkeit, da der Frequenzist 20 Temperaturgang einer Parabel mit Scheitelpunkt bei

Raumtemperatur entspricht Er hat darüber hinaus den

2. Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Vorteil eines niedrigen Leistungsbedarfs, was auf eine zeichnet, geringe Frequenz zurückzuführen ist Selbst wenn aber

dieser Schwinger verwendet wird, beträgt die monatli-

a) daß die Hauptschwingung die erste Biegeober- 25 ehe Gangabweichung etwa 20 Sekunden. Zur weiteren schwingung und die Nebenschwingung die Tor- Verbesserung der Zeitgenauigkeit und zur Erzielung eisionsgrundschwingung sind und ner langlebigen elektronischen Uhr wurde ein Stimmga-

b) daß auf beiden Seiten der Stimmgabelarme im belquarzkristallschwinger mit Schwingungskopplung Bereich von 0 bis 0,2 Längeneinheiten von der entwickelt, dessen Frequenz-Temperaturgang eine ku-Armspitze ein Metallfilm (9; 296; 49; 696) etwa 30 bische Kurve ist deren Wendepunkt bei Raumtemperain Form eines mit seiner Basis der Armspitze tür liegt und der eine niedrige Frequenz besitzt Dieser zugewandten Dreiecks und Stimmgabelquarzkristallschwinger mit Schwingungs-

c) daß im Bereich i;on 0,1 >,\s 03 Längeneinheiten kopplung oder Kombischwinger ist im einzelnen in der von der Airospitte ein rechteckförmiger Me- DE-OS 29 48 331 beschrieben (Stand der Technik nach tallfilm (8; 48; 68) vorge vhen sind, wobei die 35 § 3 (2) Nr. 1 PatG).

Länge der Stimmgabelarme eine Längeneinheit Aus der DE-OS 29 48 331 ist auch bekannt, daß man

beträgt bei einem solchen Kombischwinger die Resonanzfre'

quenzen der miteinander gekoppelten Schwingungen

3. Schwinger nach Anspruch 2, dadurch gekenn- durch Aufbringen zusätzlicher oder durch Entfernen zeichnet daß der rechteckförmige Metallfilm (8; 68) 40 vorher aufgebrachter Gewichte justieren kann. Als Geim Bereich von 0,1 bis 0,4 Längeneinheiten von der wichte dienen dabei Metallfilme, dis wie Elektroden auf-Armspitze vorgesehen ist. getragen bzw. entfernt werden können und deshalb im

4. Schwinger nach Anspruch 3, dadurch gekenn- folgenden auch als Elektroden bezeichnet werden. Es zeichnet, daß auf beiden Seiten der Stimmgabelarme hat sich herausgestellt, daß die Justierung mittels solim Bereich von 03 bis 03 Längeneinheiten von der 45 eher Metallfilme bzw. Elektroden in der Praxis sehr Armspitze ein weiterer rechteckförmiger Metallfilm schwierig ist.

(29a) vorgesehen ist(Fig. U). Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stimmgabel-

5. Schwinger nach Anspruch 3, dadurch gekenn- quarzkristallschwinger der eingangs angegebenen Art zeichnet, daß auf beiden Seiten der Stimmgabelarme zu schaffen, bei dem auf einfache und genaue Weise im Bereich von 0,2 bis 03 Längeneinheiten von der 30 mittels der Gewichte der Frequenz-Temperaturgang Armspitze ein weiterer Metallfilm (69a) etwa in und die Resonanzfrequenz fs auf einen Sollwert f_Bo einForm eines mit seinem verjüngten Ende der Arm- gestellt werden können.

spitze zugewandten Dreiecks vorgesehen ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

(F i g. 18). Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter-

6. Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 55 bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zeichnet, gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh-

a) daß die Hauptschwingung die erste Biegeober- rungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläuschwingung und die Nebenschwingung die Tor- tert. Es zeigt

sionsgrundschwingung sind und 60 Fig. 1 einen Stimmgabelquarzkristallschwinger mit

b) daß auf beiden Seiten der Stimmgabelarme im Schwingungskopplung, wie er bereits vorgeschlagen Bereich von 0,2 bis 0,5 Längeneinheiten von der wurde,

Armspitze ein Metallfilm (396; 59) etwa in Form F i g. 2 die Verteilung der Auslenkung der Schwingun-

eines mit seinem verjüngten Ende der Armspit- gen B\ und To,

ze zugewandten Dreiecks und 65 F i g. 3 das Verfahren zur Einstellung von At und Λ/

c) daß im Bereich von 0,1 bis 0,4 Längeneinheilen durch Abscheidung,

von der Armspitze ein rechteckförmiger Me- Fig. 4 das Verfahren zur Einstellung von J/"und /»mit

tallfilm (38; 58) vorgesehen sind, wobei die Lan- Hilfe eines Laserstrahls.