JP2002164759A - 音叉型振動子の周波数調整装置及び周波数調整方法並びにその方法によって周波数調整された音叉型振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動片表面に形成された金属膜の一部をレー
ザ照射によって除去しながら発振周波数を調整していく
調整手法に対し、その周波数調整作業時間の短縮化を図
り、振動子の生産効率を向上させる。 【解決手段】 音叉型振動子の発振周波数と予め設定さ
れた目標周波数との差を算出手段６８ａによって算出す
る。音叉型振動子の発振周波数を上記目標周波数との差
だけ変化させるための金属膜の除去量が得られるように
レーザ照射機６５をレーザ制御手段６８ｂによって制御
しながら除去ドットを形成する。レーザ照射後の音叉型
振動子の発振周波数を測定手段６８ｃによって測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音叉型振動子の周
波数調整装置及び周波数調整方法並びにその方法によっ
て周波数調整された音叉型振動子に係る。特に、本発明
は、振動片表面に形成された周波数調整用錘としての金
属膜の一部をレーザ照射によって除去することで音叉型
振動子の発振周波数調整を行う場合の調整作業の高効率
化を図る対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】音叉型振動子の生産工程の一つとして発
振周波数調整工程がある。この工程における周波数調整
手法として、例えば特開昭５５−９６７１１号公報に開
示されているように、振動片表面に形成された周波数調
整用錘としての金属膜の一部をレーザ照射によって除去
しながら発振周波数を調整していくことが従来から知ら
れている。つまり、上記金属膜に対してレーザを照射し
て、この金属膜を部分的に除去し、これによって振動子
の発振周波数を徐々に高くしていきながらその発振周波
数を測定する。そして、その周波数測定値が目標値に達
するまでレーザ照射と周波数測定とを繰り返す。

【０００３】具体的には、ＹＡＧレーザ等を使用し、１
回のレーザ照射で、金属膜上に直径２０μｍ程度の除去
エリア（以下、これを除去ドットと呼ぶ）が生じ、これ
によって振動子の発振周波数は２〜３ppmだけ上昇する
ことになる。つまり、レーザ照射の度に振動子の発振周
波数が２〜３ppmずつ上昇していき、このレーザ照射後
の発振周波数を測定して、周波数測定値が目標値に達し
た時点で周波数調整作業を終了する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な周波数調整方法では、以下に述べるような課題があっ
た。

【０００５】上記金属膜に対してレーザを照射した際、
その照射の衝撃によって、振動片の振動変位に対して直
交する方向（振動片の厚さ方向）の機械的変位が加わる
ことになり、その影響によって、振動子の発振周波数が
変動してしまう。この場合、発振周波数が安定するま
で、つまり、金属膜の一部を除去したことによる真値の
周波数に落ち着くまでには３０sec程度の時間を要し、
その間、正確な周波数測定が行えない。このため、調整
前の発振周波数と目標周波数との差が比較的大きい場
合、レーザ照射と周波数測定とが複数回繰り返されるこ
とになって、そのレーザ照射の度に、周波数が安定する
のを待って測定を行わねばならず、周波数調整作業に長
い時間を要し、振動子の生産効率を向上させることに対
して大きな障害となっていた。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、振動片表面に形成さ
れた金属膜の一部をレーザ照射によって除去しながら発
振周波数を調整していく調整手法に対し、その周波数調
整作業時間の短縮化を図り、振動子の生産効率を向上さ
せることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】−発明の概要− 上記の目的を達成するために、本発明は、音叉型振動子
の発振周波数を目標周波数に一致させるのに必要な金属
膜の除去量を予め認識しておき、その量だけ金属膜を除
去した後に発振周波数の測定を行うことで、レーザ照射
と周波数測定とを複数回繰り返すといった動作を不要に
している。

【０００８】−解決手段− 具体的に、第１の解決手段では、音叉型振動子の振動片
に形成された周波数調整用金属膜の一部を、レーザ照射
機からのレーザ照射によって除去することにより、音叉
型振動子の発振周波数を調整する周波数調整装置を前提
とする。この周波数調整装置に対し、算出手段、レーザ
制御手段及び測定手段を備えさせている。算出手段は、
上記音叉型振動子の発振周波数と予め設定された目標周
波数との差を算出するものである。レーザ制御手段は、
算出手段の出力を受け、上記音叉型振動子の発振周波数
を上記目標周波数との差だけ変化させるための金属膜の
除去量が得られるようにレーザ照射機を制御するもので
ある。測定手段は、レーザ制御手段によるレーザ照射機
の制御によって金属膜が上記除去量だけ除去された後
に、音叉型振動子の発振周波数を測定するものである。

【０００９】この特定事項により、算出手段によって算
出された発振周波数と目標周波数との差だけ周波数変化
が生じるように、レーザ照射機がレーザ制御手段によっ
て制御されて金属膜の一部が所定の除去量だけ除去され
る。このようにして、所定の除去量だけ金属膜が除去さ
れた後に、測定手段によって音叉型振動子の発振周波数
が測定され、これによって、発振周波数が目標周波数に
一致したか否かが判定されることになる。この際、発振
周波数が目標周波数に一致していれば、音叉型振動子の
発振周波数調整動作は終了する。このように、１回のレ
ーザ照射の度に周波数測定動作を行うといった周波数調
整動作ではないので、レーザ照射後に周波数が安定する
までの待機に必要な総時間を大幅に削減することが可能
となる。

【００１０】第２の解決手段は、複数の音叉型振動子に
対して周波数調整動作を行う場合の調整手順を具体的に
特定したものである。つまり、上記第１の解決手段にお
いて、レーザ制御手段が、複数の振動片に対して金属膜
の除去動作を順に行うようにレーザ照射機を制御する。
また、測定手段が、上記複数の振動片に対する金属膜の
除去動作が終了した後に、上記除去動作が行われた順で
各振動片に対して周波数測定動作を行っていく構成とし
ている。

【００１１】この特定事項により、全ての振動子に対し
てレーザ照射が終了した後に、このレーザ照射が行われ
た順に、つまり第１番目の振動片から順に周波数測定を
行っていくことになる。この場合、レーザ照射が最初に
行われた第１番目の振動子は、レーザ照射が行われてか
ら既に所定時間が経過しており、照射の衝撃の影響は殆
ど解消されて、除去ドットを形成したことによる真値の
周波数に落ち着いている。つまり、第２番目以降の振動
子に対するレーザ照射動作を行っている間に第１番目の
振動子の周波数が真値に安定した状態になっている。こ
のため、時間ロスを生じさせることなしに迅速且つ正確
な周波数測定が行えることになる。

【００１２】第３の解決手段は、レーザ照射機によるレ
ーザ照射位置を具体的に特定したものである。つまり、
上記第１または第２の解決手段において、レーザ照射機
を、振動片先端からの距離が互いに異なる複数エリアに
対してそれぞれレーザ照射を可能に構成する。また、レ
ーザ制御手段を、各エリア毎に金属膜除去量を予め決定
してレーザ照射機に金属膜除去動作を行わせるよう構成
している。

【００１３】これは、振動片先端からの距離が異なる位
置にレーザ照射を行った場合、その位置によって発振周
波数の変化量が異なることに着目したものである。つま
り、振動片先端からの距離が互いに異なる複数エリアに
対してレーザ照射が行えるようにしたことで、これらを
組み合わせることで分解能の極めて高い発振周波数の調
整を行うことが可能となる。

【００１４】第４の解決手段は、レーザ照射位置を設定
すること以外の手段によって発振周波数の調整を高い分
解能で行えるようにするための構成である。つまり、上
記第１〜第３の解決手段において、レーザ照射機がレー
ザ照射によって略円形の金属膜除去ドットを金属膜上に
形成するよう構成する。また、レーザ制御手段が個々の
金属膜除去ドットの大きさを変更可能とするようにレー
ザ照射機を制御する構成としている。

【００１５】これは、金属膜除去ドットの大きさが大き
いほど発振周波数の変化量が大きいことに着目したもの
である。つまり、大きさの異なる複数種類の金属膜除去
ドットを組み合わせることによって分解能の極めて高い
発振周波数の調整を行うことが可能となる。

【００１６】第５の解決手段は、レーザ照射によって金
属膜除去ドットを形成する場合の更なる分解能の向上を
図るための手段に係るものである。つまり、上記第１〜
第３の解決手段において、レーザ照射機がレーザ照射に
よって略円形の金属膜除去ドットを金属膜上に形成する
よう構成する。また、レーザ制御手段を、互いに隣り合
う金属膜除去ドット同士の一部分が重なり合うようにレ
ーザ照射機を制御可能に構成する。

【００１７】この特定事項により、互いに隣り合う金属
膜除去ドット同士において互いに重なり合った部分と重
なり合わない部分との総和面積によって発振周波数の調
整量が決定される。つまり、１個の金属膜除去ドットの
形成によって調整される発振周波数の調整幅よりも小さ
い調整幅での発振周波数の調整が可能となり、これによ
り、更なる分解能の向上を図ることが可能となる。

【００１８】第６の解決手段は、上記第１の解決手段に
係る周波数調整装置によって実行される周波数調整方法
に係るものである。つまり、音叉型振動子の振動片に形
成された周波数調整用金属膜の一部を、レーザ照射機か
らのレーザ照射によって除去することにより、音叉型振
動子の発振周波数を調整する周波数調整方法を前提とす
る。この周波数調整方法に対し、音叉型振動子の発振周
波数と予め設定された目標周波数との差を算出する算出
工程と、音叉型振動子の発振周波数を上記目標周波数と
の差だけ変化させるための金属膜の除去量が得られるよ
うにレーザ照射機を制御しながら金属膜に対してレーザ
照射を行うレーザ照射工程と、レーザ照射工程で金属膜
が上記除去量だけ除去された後に、音叉型振動子の発振
周波数を測定する測定工程とを備えさせている。この方
法により、上記第１の解決手段の場合と同様の作用を得
る方法を提供することができる。

【００１９】第７の解決手段は、上記第３の解決手段に
係る周波数調整装置によって実行される周波数調整方法
に係るものである。つまり、振動片先端からの距離が互
いに異なる複数エリアをレーザ照射可能エリアとして設
定しておき、レーザ照射工程では、各エリア毎に金属膜
除去量を予め決定してレーザ照射機による金属膜除去動
作を行うようにする。この方法により、上記第３の解決
手段の場合と同様の作用を得る方法を提供することがで
きる。

【００２０】第８の解決手段は、上記第４の解決手段に
係る周波数調整装置によって実行される周波数調整方法
に係るものである。つまり、レーザ照射工程では、レー
ザ照射機からのレーザ照射によって略円形の金属膜除去
ドットを金属膜上に形成し、個々の金属膜除去ドットの
大きさを変更可能とするようにレーザ照射機を制御す
る。この方法により、上記第４の解決手段の場合と同様
の作用を得る方法を提供することができる。

【００２１】第９の解決手段は、上記第５の解決手段に
係る周波数調整装置によって実行される周波数調整方法
に係るものである。つまり、レーザ照射工程では、レー
ザ照射機からのレーザ照射によって略円形の金属膜除去
ドットを金属膜上に形成し、互いに隣り合う金属膜除去
ドット同士の一部分が重なり合うようにレーザ照射機を
制御する。この方法により、上記第５の解決手段の場合
と同様の作用を得る方法を提供することができる。

【００２２】第１０の解決手段は、上記第６〜第９の解
決手段における周波数調整方法によって周波数調整され
た音叉型振動子に係るものである。これにより、目標周
波数に一致した周波数の発振信号を発する音叉型振動子
を提供することができる。また、周波数調整作業時間の
短縮化に伴う振動子の生産効率の向上により、コストの
低廉な音叉型振動子を提供することもできる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本形態に係る周波数調整装置の説
明の前に、音叉型振動子について説明する。

【００２４】−音叉型振動子の説明− 図１は本形態に係る音叉型水晶振動子１の内部構成を示
す断面図であり、図２は振動片としての音叉型水晶片２
上の励振電極２３，２４の配設状態を示す図である。こ
れらの図に示すように、音叉型水晶振動子１は、音叉型
水晶片２、セラミックパッケージ３及びリード端子（図
１で斜線を付した部分）５，５を備えている。

【００２５】音叉型水晶片２は、２本の脚部２１，２２
を備えており、各脚部２１，２２に第１及び第２の励振
電極２３，２４が形成されている（図２参照）。第１の
励振電極２３は、一方の脚部２１の表裏面（主面）２１
ａと他方の脚部２２の側面とに設けられ、それぞれが接
続されている。同様に、第２の励振電極２４は、他方の
脚部２２の表裏面（主面）２２ａと一方の脚部２１の側
面とに設けられ、それぞれが接続されている（各側面の
電極については図示省略）。これら励振電極２３，２４
は、クロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）が蒸着マスクを用い
た金属蒸着によって形成された薄膜であって、その膜厚
は例えば２０００Åに設定されている。

【００２６】セラミックパッケージ３は、上方（図１の
紙面手前側）が開放された箱形で、所定位置に図示しな
い電極配線が施されている。リード端子５，５は、音叉
型水晶片２の各励振電極２３，２４に接続していると共
に、音叉型水晶片２の基部２５を支持している。

【００２７】そして、セラミックパッケージ３の上部に
は音叉型水晶片２を覆うように平板状のキャップ（図示
省略）が取り付けられており、これによって音叉型水晶
片２が気密封止されている。

【００２８】また、この音叉型水晶片２の各脚部２１，
２２の先端部分の表面には周波数調整用錘としての金属
膜２６，２７が形成されている。この金属膜２６，２７
は、例えば金メッキ層やクロムメッキ層等により構成さ
れている。この金属膜２６，２７は、その一部が、後述
する周波数調整装置に備えられたレーザ照射機からのレ
ーザ照射によって除去されることで、本振動子１の発振
周波数を調整するためのものである。このため、金属膜
２６，２７は、周波数調整前の振動子１の発振周波数が
目標周波数よりも低くなるように形成されている。

【００２９】−周波数調整装置の構成及び周波数調整動
作の説明− 次に、本形態の特徴である周波数調整装置及びこの周波
数調整装置による周波数調整動作について説明する。

【００３０】（第１実施形態）先ず、本発明の第１実施
形態に係る周波数調整装置の構成及び周波数調整動作に
ついて説明する。

【００３１】＜周波数調整装置の構成説明＞図３は、本
形態に係る周波数調整装置６の概略構成を示すブロック
図である。この図に示すように、周波数調整装置６は、
前室６２、周波数調整台６３、画像認識装置６４、レー
ザ照射機６５、逓倍機６６、測定手段としての周波数カ
ウンタ６７及びコントローラ６８を備えている。尚、上
記前室６２及び周波数調整台６３は、真空チャンバ６１
内に設置されている。以下、この周波数調整装置６にお
ける上記各構成要素について説明する。

【００３２】前室６２は、周波数調整台６３に載置され
る前の振動子１を待機させておくものである。この前室
６２には、振動子１を搬入するための搬入口が形成され
ていると共に、この搬入口を開閉する扉が設けられてい
る（これら搬入口及び扉は共に図示省略）。

【００３３】周波数調整台６３は、後述する周波数調整
動作時に振動子１が載置されるものである。

【００３４】画像認識装置６４は、ＣＣＤ（Charge-Cou
pled Device）等の撮像素子を備えており、前室６２か
ら周波数調整台６３に向けて搬送される振動子１を撮像
する。その撮像データはコントローラ６８に送信され、
これによって振動子１上の水晶片２の位置が認識される
ようになっている。この水晶片２の位置認識によって各
金属膜２６，２７の位置も認識されることになる。

【００３５】レーザ照射機６５は、ＹＶＯ₄レーザ装置
やＹＡＧレーザ装置によって構成されており、周波数調
整台６３に載置された振動子１の水晶片２表面に成形さ
れた金属膜２６，２７に向けてレーザを照射すること
で、金属膜２６，２７の一部を水晶片２上から除去する
ためのものである。また、このレーザ照射機６５は、後
述するレーザ制御手段６８ｂによる制御により、金属膜
２６，２７に対するレーザの照射位置を変更可能に構成
されている。

【００３６】逓倍機６６は、周波数調整台６３上の振動
子１を励振させた際、その発振周波数を検出すると共
に、その周波数を逓倍した周波数信号を周波数カウンタ
６７に送信するものである。

【００３７】周波数カウンタ６７は、逓倍機６６から受
けた周波数信号に基づいて振動子１の発振周波数をカウ
ントし、そのカウント信号をコントローラ６８に送信す
るようになっている。

【００３８】コントローラ６８は、上記画像認識装置６
４からの撮像データ及び周波数カウンタ６７からのカウ
ント信号を受けると共に、これらに基づいてレーザ照射
機６５のレーザ照射動作を制御するようになっている。
また、このコントローラ６８の具体構成としては、算出
手段６８ａ、レーザ制御手段６８ｂ及び周波数判定手段
６８ｃを備えている。以下、これら各手段について説明
する。

【００３９】算出手段６８ａは、レーザ照射動作に先立
って、振動子１の発振周波数と予め設定された目標周波
数との差を算出するものである。具体的には、この算出
手段６８ａは、周波数調整台６３上で励振される振動子
１の発振周波数のカウント信号を、逓倍機６６及び周波
数カウンタ６７を経て受け、このカウント信号に基づい
て認識される発振周波数と予め設定された目標周波数と
の差を算出するようになっている。

【００４０】レーザ制御手段６８ｂは、上記算出手段６
８ａの出力を受け、振動子１の発振周波数を上記目標周
波数との差だけ変化させるのに必要な金属膜２６，２７
の除去量を求め、この除去量が得られるようにレーザ照
射機６５を制御するものである。具体的には、図４（音
叉型水晶片２の一方の脚部２１の先端部分を示す図）の
ように、水晶片２の幅方向に３列、長さ方向に４行の合
計１２個のレーザ照射エリアを予め設定しておく。そし
て、上記発振周波数と目標周波数との差だけ周波数が変
化するように、レーザ照射を行うエリアを予め決定す
る。つまり、水晶片２の幅方向をＹ座標とし、長さ方向
をＸ座標として各レーザ照射エリアを（Ｘ ₁，Ｙ₁）〜
（Ｘ₄，Ｙ₃）の１２個の座標点として設定する。そし
て、レーザ制御手段６８ｂが、レーザを照射する座標点
を決定し、この座標点にレーザ照射が行われるようにレ
ーザ照射機６５を制御するようになっている。以下、こ
のレーザを照射する座標点を決定する手法について説明
する。

【００４１】上述の如く１２個のレーザ照射エリア（座
標点）を予め設定した場合、第１行〜第４行（Ｘ₁〜
Ｘ₄）の各レーザ照射エリアのうちレーザ照射を行うエ
リアによって発振周波数の変化量は異なることになる。
つまり、脚部２１の最も先端側に位置する第１行
（Ｘ₁）にレーザ照射を行ってその部分の金属膜を除去
した場合の発振周波数の変化量が最も大きく、脚部２１
の最も基端側に位置する第４行（Ｘ₄）にレーザ照射を
行ってその部分の金属膜を除去した場合の発振周波数の
変化量が最も小さくなる。例えば、第１行（Ｘ₁）の何
れか一つのエリア（（Ｘ₁，Ｙ₁）、（Ｘ₁，Ｙ₂）、（Ｘ
₁，Ｙ₃）の何れかの座標点）にレーザ照射を行った場合
の周波数の変化量は７ppm、第２行（Ｘ₂）の何れか一つ
のエリア（（Ｘ₂，Ｙ₁）、（Ｘ₂，Ｙ₂）、（Ｘ₂，Ｙ₃）
の何れかの座標点）にレーザ照射を行った場合の周波数
の変化量は６ppm、第３行（Ｘ₃）の何れか一つのエリア
（（Ｘ₃，Ｙ₁）、（Ｘ₃，Ｙ₂）、（Ｘ₃，Ｙ₃）の何れか
の座標点）にレーザ照射を行った場合の周波数の変化量
は５ppm、第４行（Ｘ₄）の何れか一つのエリア
（（Ｘ₄，Ｙ₁）、（Ｘ₄，Ｙ₂）、（Ｘ₄，Ｙ₃）の何れか
の座標点）にレーザ照射を行った場合の周波数の変化量
は４ppmとなっている。このため、各行に対するレーザ
照射個数を組み合わせることにより、発振周波数の変化
量を１ppm単位で調整することが可能となる。つまり、
発振周波数と目標周波数との差が３５ppmである場合に
は、図５（ａ）に示すように、第１行に３回（発振周波
数の変化量は７×３＝２１ppm）、第３行に２回（発振
周波数の変化量は５×２＝１０ppm）、第４行に１回
（発振周波数の変化量は４×１＝４ppm）のレーザ照射
を行って合計６個の除去エリアを形成することで、発振
周波数を３５ppmだけ上昇させることが可能である。ま
た、発振周波数と目標周波数との差が２２ppmである場
合には、図５（ｂ）に示すように、第１行に２回（発振
周波数の変化量は７×２＝１４ppm）、第４行に２回
（発振周波数の変化量は４×２＝８ppm）のレーザ照射
を行って合計４個の除去エリアを形成することで、発振
周波数を２２ppmだけ上昇させることが可能である。こ
のような調整動作が各脚部２１，２２に対して行われる
ようになっている。このようにして各行に対するレーザ
照射回数を組み合わせることで分解能の極めて高い発振
周波数の調整を行うことが可能となる。

【００４２】周波数判定手段６８ｃは、振動子１の周波
数調整動作の後に、周波数調整台６３内で励振される振
動子１の発振周波数信号を逓倍機６６及び周波数カウン
タ６７を経て受け、この発振周波数が目標周波数に一致
しているか否かを判定するものである。この際、発振周
波数が目標周波数に一致している場合には振動子１は真
空チャンバ６１から取り出されて後工程に搬送される。
一方、発振周波数が目標周波数に一致してない場合に
は、再度の周波数調整動作が行われるようになってい
る。

【００４３】＜周波数調整装置の動作説明＞次に、上述
の如く構成された周波数調整装置６による周波数調整動
作について説明する。先ず、前室６２の扉を開放し、発
振周波数を調整しようとする振動子１を前室６２の内部
に搬入する。その後、上記扉を閉めて、真空チャンバ６
１の内部を真空引きする。そして、前室６２から周波数
調整台６３に振動子１を搬送する際、画像認識装置６４
によって振動子１を撮像する。その撮像データはコント
ローラ６８に送信され、これによって振動子１上の水晶
片２の位置が予め認識される。つまり、この際、水晶片
２上の１２個のレーザ照射エリアが設定されることにな
る（図４参照）。

【００４４】周波数調整台６３に振動子１が載置される
と、先ず、振動子１の各励振電極２３，２４に所定電圧
が印加されて振動子の励振が行われる。そして、その発
振周波数を逓倍機６６によって逓倍し、この逓倍された
周波数信号に基づいて、周波数カウンタ６７が振動子１
の発振周波数をカウントし、そのカウント信号がコント
ローラ６８に送信される。

【００４５】このカウント信号を受けたコントローラ６
８においては、算出手段６８ａが、振動子１の発振周波
数と目標周波数との差を算出する（算出工程）。これに
より、振動子１に対する発振周波数の調整量が決定され
ることになる。

【００４６】この決定された発振周波数の調整量に基づ
く調整信号はレーザ制御手段６８ｂに送られ、このレー
ザ制御手段６８ｂでは、振動子１の発振周波数を上記目
標周波数との差だけ変化させるためにレーザ照射を行う
べきレーザ照射エリアが選択されて決定される。この決
定に従って、レーザ照射機６５はレーザ制御手段６８ｂ
により制御され、上記決定されたレーザ照射エリア（レ
ーザ照射座標）に対するレーザ照射を連続して行う（レ
ーザ照射工程）。例えば、発振周波数と目標周波数との
差が３５ppmである場合には、上述した如く６箇所にレ
ーザ照射が行われる（図５（ａ）参照）。また、発振周
波数と目標周波数との差が２２ppmである場合には、上
述した如く４箇所にレーザ照射が行われる（図５（ｂ）
参照）。

【００４７】このレーザ照射動作が終了した後、再び、
振動子１の各励振電極２３，２４に所定電圧が印加され
て振動子の励振が行われる。そして、逓倍機６６及び周
波数カウンタ６７を経て周波数判定手段６８ｃに発振周
波数のカウント信号が送信され、振動子１の発振周波数
が目標周波数に一致しているか否かが判定される（測定
工程）。この際、発振周波数が目標周波数に一致してい
る場合には振動子１は真空チャンバ６１から取り出され
て後工程に搬送される。一方、発振周波数が目標周波数
に一致していない場合には、上記と同様の周波数調整動
作が再度行われる。

【００４８】＜実施形態の効果＞以上説明したように、
本形態に係る周波数調整装置６による周波数調整動作に
よれば、予め、振動子１を励振させることで調整前の発
振周波数と目標周波数との差を算出しておき、これによ
って、振動子１に対する発振周波数の調整量を決定して
レーザ照射を行うべきレーザ照射エリアを設定してい
る。従来では、振動子の発振周波数が目標周波数に達す
るまで１回のレーザ照射と１回の周波数測定とを繰り返
していた。このため、レーザ照射後に発振周波数が安定
するまでの時間は周波数測定が行えず、複数回のレーザ
照射を必要とする場合には、時間ロスが著しく大きかっ
た。本形態では、複数回のレーザ照射を周波数測定動作
を介在させることなしに連続して行い、その後に周波数
測定動作を行うようにしているので、この時間ロスを大
幅に削減することができ、周波数調整作業を短時間で行
うことが可能となり、振動子１の生産効率の向上を図る
ことができる。

【００４９】また、第１行〜第４行の各レーザ照射エリ
アのうちレーザ照射を行うエリアによって発振周波数の
変化量が異なることに着目し、このレーザ照射を行うエ
リアを予め決定しておくことで、発振周波数の変化量を
１ppm単位で調整することが可能となって、これまでに
ない高い分解能で振動子１の周波数調整を行うことがで
きる。

【００５０】＜実験例＞次に、レーザ照射を行うエリア
によって発振周波数の変化量が異なることを確認するた
めに行った実験について説明する。

【００５１】本実験では、図６（ａ）に示すように音叉
型水晶片２の先端部分に除去ドットＤ１を形成した場合
と、図６（ｂ）に示すように音叉型水晶片２の先端から
所定距離を存した位置に除去ドットＤ２を形成した場合
とのそれぞれについて、除去ドットを形成する前に対す
る発振周波数の変化量を測定することにより行った。
尚、本実験では除去ドットの径を７０μｍとした。

【００５２】その結果、図６（ａ）に示すものでは発振
周波数の変化量が６．９７ppmであったのに対し、図６
（ｂ）に示すものでは発振周波数の変化量が５．６９pp
mであった。このように、除去ドットの形成位置として
は音叉型水晶片２の先端部分に設定するほど発振周波数
の変化量は大きくなることが確認された。

【００５３】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について説明する。本形態は、複数個の振動子に対
して連続して周波数調整動作を行うようにしたものであ
り、それ以外の構成及び動作は上述した第１実施形態の
場合と同様である。従って、ここでは、複数個の振動子
に対して連続して周波数調整動作を行うための構成及び
周波数調整動作についてのみ説明する。

【００５４】本形態に係る周波数調整装置６の前室６２
及び周波数調整台６３は、同時に複数個（例えば１０
個）の振動子１，１，…を搬入することが可能となって
いる。つまり、周波数調整台６３内に複数個（第１番目
〜第１０番目）の振動子１，１，…を設置し、各振動子
１，１，…に対してレーザ照射機６５からのレーザ照射
及び逓倍機６６及び周波数カウンタ６７による発振周波
数の検出が個別に行えるよう構成されている。

【００５５】そして、本形態の特徴とする動作は、上記
レーザ照射動作及び発振周波数の検出動作にある。以
下、各動作について説明する。

【００５６】先ず、レーザ照射動作では、周波数調整台
６３内に設置された複数個の振動子１，１，…に対して
第１番目のものから順にレーザ照射機６５からのレーザ
照射を行っていく。このレーザ照射動作は、上述した第
１実施形態の場合と同様に、振動子１の発振周波数を目
標周波数との差だけ変化させるためのレーザ照射エリア
が予め決定されることで行われる。

【００５７】全ての振動子１，１，…に対してレーザ照
射が終了した後に、発振周波数の検出動作に移る。この
発振周波数の検出動作では、上記レーザ照射が行われた
順に、つまり第１番目の振動片１から順に、各振動片
１，１，…に対して周波数測定動作を行っていく。

【００５８】上述した如く、金属膜２６，２７に対して
レーザを照射した際、その照射の衝撃の影響によって発
振周波数が安定するまで所定時間が必要であり、その
間、正確な周波数測定が行えないといった課題があっ
た。これに対し、本形態の周波数調整動作によれば、レ
ーザ照射が終了した後に、発振周波数の検出動作に移る
際、レーザ照射が最初に行われた第１番目の振動子１
は、レーザ照射が行われてから既に所定時間が経過して
おり、照射の衝撃の影響は殆ど解消されて、除去ドット
を形成したことによる真値の周波数に落ち着いている。
つまり、第２番目以降の振動子１に対するレーザ照射動
作を行っている間に第１番目の振動子１の周波数が真値
に安定した状態になっている。このため、時間ロスを生
じさせることなしに迅速且つ正確な周波数測定が行え
る。また、第２番目以降の振動子１に対しても同様に時
間ロスを回避することができる。これにより、周波数調
整作業時間の大幅な短縮化を図ることができ、振動子の
生産効率を向上できる。

【００５９】（第２実施形態の変形例）上記第２実施形
態では、複数個の振動子１，１，…、つまり、水晶片２
をセラミックパッケージ３に組み込んだものに対して周
波数調整を行う場合について説明した。本変形例では、
水晶ウエハ上に複数の水晶片を形成し、これら水晶片を
切り離す前に、各水晶片に対して周波数調整を行うよう
にしたものである。

【００６０】図７は、本例に係る水晶ウエハ７を示す平
面図である。この図に示すように、１枚のウエハ７か
ら、フォトリソグラフィ等の工法により、複数個の水晶
片２，２，…を得るようにし、これら水晶片２，２，…
を切り離す前に、各水晶片２，２，…に、励振電極及び
周波数調整用金属膜（共に図示省略）を形成すると共
に、各水晶片２，２，…に対応して検査電極７１を設け
る。この検査電極７１は励振電極に接続されており、周
波数調整対象とする水晶片２の励振電極へ電圧を印加し
て、その水晶片２を励振させた状態で周波数測定が行え
るようになっている。

【００６１】そして、上記第２実施形態の場合と同様
に、レーザ照射動作では、ウエハ７上に形成されている
各水晶片２，２，…に対して第１番目のもの（例えば図
７における左上隅の水晶片）から順にレーザ照射機６５
からのレーザ照射を行っていく。このレーザ照射動作
は、上述した第１実施形態の場合と同様に、振動子１の
発振周波数を目標周波数との差だけ変化させるためのレ
ーザ照射エリアが予め決定されることで行われる。

【００６２】全ての水晶片２，２，…に対してレーザ照
射が終了した後に、発振周波数の測定動作に移る。この
発振周波数の測定動作では、上記レーザ照射が行われた
順に、つまり上記第１番目の水晶片２から順に、各水晶
片２，２，…に対して周波数測定を行っていく。

【００６３】本例の周波数調整動作によっても、発振周
波数の測定動作に移る際、レーザ照射が最初に行われた
第１番目の水晶片２は、レーザ照射が行われてから既に
所定時間が経過しており、照射の衝撃の影響は殆ど解消
されて、除去ドットを形成したことによる真値の周波数
に落ち着いている。このため、本例においても、時間ロ
スを生じさせることなしに迅速且つ正確な周波数測定を
行うことができ、周波数調整作業時間の大幅な短縮化を
図ることができる。

【００６４】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態について説明する。本形態は、金属膜２６，２７上
に形成される除去ドットの大きさを可変とした周波数調
整装置６に係るものである。従って、ここでは、除去ド
ットの大きさを可変とする構成及びレーザ照射動作につ
いてのみ説明する。

【００６５】図８に示すように、本形態に係る周波数調
整装置６は、周波数調整台として粗調整台６Ａと微調整
台６Ｂとを備えている。そして、各調整台６Ａ，６Ｂに
対応してレーザ照射機６５Ａ，６５Ｂ、逓倍機６６Ａ，
６６Ｂ及び周波数カウンタ６７Ａ，６７Ｂが備えられて
いる。また、粗調整台６Ａに対応するレーザ照射機６５
Ａと、微調整台６Ｂに対応するレーザ照射機６５Ｂと
は、レーザのビーム径が異なっており、前者のレーザ照
射機６５Ａからのレーザのビーム径の方が、後者のレー
ザ照射機６５Ｂからのレーザのビーム径よりも大きく設
定されている。例えば前者のビーム径が１００μｍであ
り後者のビーム径が２０μｍとなっている。また、各ビ
ーム径でレーザ照射を行って除去ドットを形成した場合
の発振周波数の変化量を予め把握しておく。

【００６６】本装置６によるレーザ照射動作としては、
先ず、上述した第１実施形態の場合と同様に、粗調整台
６Ａに載置された振動子１の励振を行うことで、振動子
１の発振周波数と目標周波数との差を算出して、振動子
１の発振周波数の調整量を決定する。

【００６７】その後、粗調整台６Ａ側のレーザ照射機６
５Ａから振動子１に向けてレーザ照射を行い、比較的大
きな除去ドットを形成することで、発振周波数の粗調整
を行う。

【００６８】この粗調整の後、振動子１を粗調整台６Ａ
から微調整台６Ｂに搬送し、この微調整台６Ｂ側のレー
ザ照射機６５Ｂから振動子１に向けてレーザ照射を行
い、比較的小さな除去ドットを形成することで、発振周
波数の微調整を行う。

【００６９】これら粗調整及び微調整の終了後に、微調
整台６Ｂ上で振動子１の励振が行われ、その発振周波数
が目標周波数に一致しているか否かが周波数判定手段６
８ｃによって判定される。この際、発振周波数が目標周
波数に一致している場合には振動子１は真空チャンバ６
１から取り出されて後工程に搬送される。一方、発振周
波数が目標周波数に一致してない場合には、上記と同様
の周波数調整動作が再度行われる。本形態の場合にも、
上述した第１実施形態の場合と同様に予めレーザ照射位
置を決定して金属膜２６，２７に対するレーザ照射を行
うようにしてもよい。

【００７０】（第４実施形態）次に、本発明の第４実施
形態について説明する。本形態は、金属膜２６，２７に
対するレーザの照射位置の変形例である。従って、ここ
では、レーザの照射位置についてのみ説明する。

【００７１】図４を用いて説明したレーザ照射エリア
は、水晶片２の長さ方向で隣り合うエリア同士が互いに
重なり合わないように設定されていた。本形態では、図
９に示すように、各行の間の中間位置に新たなレーザ照
射エリアを設定し、これらレーザ照射エリアに対しても
レーザ照射を可能にしている。

【００７２】これにより、上述した如く、第１行
（Ｘ₁）にレーザ照射を行った場合の周波数の変化量が
７ppm、第２行（Ｘ₂）にレーザ照射を行った場合の周波
数の変化量が６ppm、第３行（Ｘ₃）にレーザ照射を行っ
た場合の周波数の変化量が５ppm、第４行（Ｘ₄）にレー
ザ照射を行った場合の周波数の変化量が４ppmとなって
いる場合、第１．５行（Ｘ_1.5）にレーザ照射を行った
場合の周波数の変化量が６．５ppm、第２．５行
（Ｘ₂。₅）にレーザ照射を行った場合の周波数の変化量
が５．５ppm、第３．５行（Ｘ₃。₅）にレーザ照射を行っ
た場合の周波数の変化量が４．５ppmとなる。これによ
り、更なる高い分解能で発振周波数の調整を行うことが
可能となる。

【００７３】また、図１０（ａ）に示すように、Ｘ軸方
向で互いに隣り合う２個の座標点に対して除去ドットを
形成した場合には、通常の１個の除去ドットのドット面
積に対して約半分の面積で除去ドットを形成した場合と
同様の効果を得ることができる。つまり、図１０（ａ）
に示す状態では１個の除去ドット面積に対して１．５倍
の面積を有する除去ドットを形成することが可能になり
（図１０（ａ）で斜線を付した部分が約０．５倍のドッ
ト面積となっている）、これによっても更なる高い分解
能で発振周波数の調整を行うことが可能となる。

【００７４】また、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ軸方
向で互いに隣り合う３個の座標点に対して除去ドットを
形成した場合には、更に微小な面積の除去ドットを形成
した場合と同様の効果を得ることができる。つまり、図
１０（ｂ）に示す状態では１個の除去ドット面積に対し
て２．２５倍程度の面積を有する除去ドットを形成する
ことが可能になり（図１０（ｂ）で斜線を付した部分が
約０．２５倍のドット面積となっている）、これによっ
ても更なる高い分解能で発振周波数の調整を行うことが
可能となる。

【００７５】−その他の実施形態− 本発明は、上述した各実施形態で述べた発振周波数調整
動作に限るものではなく、音叉型水晶振動子１の周波数
測定を、周波数調整装置６に搬入する前に行うようにし
てもよい。また、水晶片２をセラミックパッケージ３に
組み込む前に予め水晶片２の発振周波数を測定してお
き、金属膜２６，２７へのレーザ照射によって周波数の
粗調整を行った後に、周波数調整装置６による周波数の
微調整を行うようにすることも可能である。これによれ
ば、周波数調整装置６での周波数の調整量は僅かで済
み、調整作業の更なる高効率化を図ることができる。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、本発明では、音叉型振動
子の発振周波数を目標周波数に一致させるのに必要な金
属膜の除去量を予め認識しておき、その量だけ金属膜を
除去した後に発振周波数の測定を行うようにしている。
従来では、振動子の発振周波数が目標周波数に達するま
で１回のレーザ照射と１回の周波数測定とを繰り返して
いた。このため、レーザ照射後に発振周波数が安定する
までの時間は周波数測定が行えず、複数回のレーザ照射
を必要とする場合には、時間ロスが著しく大きかった。
本発明では、複数回のレーザ照射を周波数測定動作を介
在させることなしに連続して行い、その後に周波数測定
動作を行うようにしているので、この時間ロスを大幅に
削減することができ、周波数調整作業を短時間で行うこ
とが可能となり、振動子の生産効率の向上を図ることが
できる。

【００７７】また、複数の振動片に対して金属膜の除去
動作を順に行った後に、その除去動作が行われた順で各
振動片に対して周波数測定動作を行っていくようにした
場合には、レーザ照射が最初に行われた第１番目の振動
子に対して周波数測定を行う際には、この振動子は、レ
ーザ照射が行われてから既に所定時間が経過しており、
照射の衝撃の影響は殆ど解消されて、除去ドットを形成
したことによる真値の周波数に落ち着いている。このた
め、時間ロスを殆ど生じさせることなしに迅速且つ正確
な周波数測定を行うことが可能となり、振動子の量産化
に極めて有効な周波数調整装置を提供することができ
る。

【００７８】また、振動片先端からの距離が互いに異な
る位置にレーザ照射が行えるようにした場合、これら照
射位置を組み合わせることで分解能の極めて高い発振周
波数の調整を行うことが可能となり、これまでにない高
精度で周波数調整を行うことができる。

【００７９】更に、レーザ照射機からのレーザ照射によ
って略円形の金属膜除去ドットを金属膜上に形成するよ
うにし、個々の金属膜除去ドットの大きさを変更可能と
する手段を採用した場合にも、複数種類の金属膜除去ド
ットを組み合わせることによって、これまでにない高精
度で周波数調整を行うことが可能になる。

【００８０】加えて、互いに隣り合う金属膜除去ドット
同士の一部分が重なり合うようにレーザ照射機を制御可
能に構成した場合には、１個の金属膜除去ドットの形成
によって調整される発振周波数の調整幅よりも小さい調
整幅での発振周波数の調整が可能となり、これにより、
更なる高精度での周波数調整を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る音叉型水晶振動子の内部構成を
示す断面図である。

【図２】音叉型水晶片上の励振電極及び周波数調整用金
属膜の形成位置を示す図である。

【図３】第１実施形態における周波数調整装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図４】音叉型水晶片の脚部先端に設定されたレーザ照
射エリアを示す図である。

【図５】（ａ）は発振周波数と目標周波数との差が３５
ppmである場合の除去ドット形成位置を示し、（ｂ）は
発振周波数と目標周波数との差が２２ppmである場合の
除去ドット形成位置を示す図である。

【図６】実験例における除去ドット形成位置を示す図で
ある。

【図７】第２実施形態の変形例における水晶ウエハを示
す平面図である。

【図８】第３実施形態における図３相当図である。

【図９】第４実施形態における図４相当図である。

【図１０】第４実施形態における除去ドットの形成位置
を示す図である。

【符号の説明】

１ 音叉型水晶振動子 ２ 音叉型水晶片（振動片） ２６，２７ 金属膜 ６ 周波数調整装置 ６５ レーザ照射機 ６７ 周波数カウンタ（測定手段） ６８ａ 算出手段 ６８ｂ レーザ制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J108 AA02 BB02 CC06 CC09 EE07 EE14 FF02 FF07 FF10 GG03 GG16 GG20 HH04 KK06 NA03 NB05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音叉型振動子の振動片に形成された周波
   数調整用金属膜の一部を、レーザ照射機からのレーザ照
   射によって除去することにより、音叉型振動子の発振周
   波数を調整する周波数調整装置において、 上記音叉型振動子の発振周波数と予め設定された目標周
   波数との差を算出する算出手段と、 この算出手段の出力を受け、上記音叉型振動子の発振周
   波数を上記目標周波数との差だけ変化させるための金属
   膜の除去量が得られるようにレーザ照射機を制御するレ
   ーザ制御手段と、 このレーザ制御手段によるレーザ照射機の制御によって
   金属膜が上記除去量だけ除去された後に、音叉型振動子
   の発振周波数を測定する測定手段とを備えていることを
   特徴とする音叉型振動子の周波数調整装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の音叉型振動子の周波数調
   整装置において、 レーザ制御手段は、複数の振動片に対して金属膜の除去
   動作を順に行うようにレーザ照射機を制御する一方、 測定手段は、上記複数の振動片に対する金属膜の除去動
   作が終了した後に、上記除去動作が行われた順で各振動
   片に対して周波数測定動作を行っていくよう構成されて
   いることを特徴とする音叉型振動子の周波数調整装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の音叉型振動子の
   周波数調整装置において、 レーザ照射機は、振動片先端からの距離が互いに異なる
   複数エリアに対してそれぞれレーザ照射が可能に構成さ
   れており、 レーザ制御手段は、各エリア毎に金属膜除去量を予め決
   定してレーザ照射機に金属膜除去動作を行わせるよう構
   成されていることを特徴とする音叉型振動子の周波数調
   整装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうち何れか一つに記載の
   音叉型振動子の周波数調整装置において、 レーザ照射機は、レーザ照射によって略円形の金属膜除
   去ドットを金属膜上に形成するようになっており、 レーザ制御手段は、個々の金属膜除去ドットの大きさを
   変更可能とするようにレーザ照射機を制御する構成とな
   っていることを特徴とする音叉型振動子の周波数調整装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のうち何れか一つに記載の
   音叉型振動子の周波数調整装置において、 レーザ照射機は、レーザ照射によって略円形の金属膜除
   去ドットを金属膜上に形成するようになっており、 レーザ制御手段は、互いに隣り合う金属膜除去ドット同
   士の一部分が重なり合うようにレーザ照射機を制御可能
   に構成されていることを特徴とする音叉型振動子の周波
   数調整装置。
6. 【請求項６】 音叉型振動子の振動片に形成された周波
   数調整用金属膜の一部を、レーザ照射機からのレーザ照
   射によって除去することにより、音叉型振動子の発振周
   波数を調整する周波数調整方法において、 上記音叉型振動子の発振周波数と予め設定された目標周
   波数との差を算出する算出工程と、 上記音叉型振動子の発振周波数を上記目標周波数との差
   だけ変化させるための金属膜の除去量が得られるように
   レーザ照射機を制御しながら金属膜に対してレーザ照射
   を行うレーザ照射工程と、 上記レーザ照射工程で金属膜が上記除去量だけ除去され
   た後に、音叉型振動子の発振周波数を測定する測定工程
   とを備えていることを特徴とする音叉型振動子の周波数
   調整方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の音叉型振動子の周波数調
   整方法において、 振動片先端からの距離が互いに異なる複数エリアをレー
   ザ照射可能エリアとして設定しておき、 レーザ照射工程では、各エリア毎に金属膜除去量を予め
   決定してレーザ照射機による金属膜除去動作を行うこと
   を特徴とする音叉型振動子の周波数調整方法。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の音叉型振動子の
   周波数調整方法において、 レーザ照射工程では、レーザ照射機からのレーザ照射に
   よって略円形の金属膜除去ドットを金属膜上に形成し、
   個々の金属膜除去ドットの大きさを変更可能とするよう
   にレーザ照射機を制御することを特徴とする音叉型振動
   子の周波数調整方法。
9. 【請求項９】 請求項６または７記載の音叉型振動子の
   周波数調整方法において、 レーザ照射工程では、レーザ照射機からのレーザ照射に
   よって略円形の金属膜除去ドットを金属膜上に形成し、
   互いに隣り合う金属膜除去ドット同士の一部分が重なり
   合うようにレーザ照射機を制御することを特徴とする音
   叉型振動子の周波数調整方法。
10. 【請求項１０】 上記請求項６〜９のうち何れか一つに
    記載の音叉型振動子の周波数調整方法によって周波数調
    整された音叉型振動子。