JPH0150129B2 - - Google Patents

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JPH0150129B2
JPH0150129B2 JP56073245A JP7324581A JPH0150129B2 JP H0150129 B2 JPH0150129 B2 JP H0150129B2 JP 56073245 A JP56073245 A JP 56073245A JP 7324581 A JP7324581 A JP 7324581A JP H0150129 B2 JPH0150129 B2 JP H0150129B2
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temperature coefficient
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    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
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    • Y10T29/00—Metal working
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49004—Electrical device making including measuring or testing of device or component part

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、GTカツト水晶振動子の周波数調整
方法に関する。特に本発明の目的は周波数温度特
性（以下、温度特性と呼ぶ。）の優れたGTカツ
ト水晶振動子を得る調整方法にある。温度特性の
優れた振動子を要求する民生機器は多くあるが、
これらにはATカツト水晶振動子が使用されて来
た。しかし、最近は色々な民生機器で小型化がな
され、それに従つて、ATカツト水晶振動子も小
型化が要求されて来ているが、このタイプの振動
子はスプリアス振動（Spurious Vibration）が
多く小型化が難しいというのが現状である。特
に、腕時計用振動子としてATカツト水晶振動子
を使用する場合相当に小型化する必要があり、音
叉型屈曲水晶振動子と比較したとき、サイズの面
では全く満足できるものではない。そこで、最近
はICの技術を応用したフオトリソグラフイ法に
よる振動子の形成方法が振動子製造に応用され、
その結果、大変に小型の振動子を提供することが
できるようになつた。例えば、振動子の厚みを大
変に薄くできる温度特性の優れたGTカツト水晶
振動子や屈曲モード振動と捩りモード振動を結合
させた屈曲−捩り水晶振動子（以下、FT水晶振
動子と呼ぶ。）に応用され非常に小型のものが可
能になつた。しかし、これらGTカツト、FTカ
ツト水晶振動子は良好な温度特性を得るために二
つの振動モード、即ち、主振動と副振動の結合を
利用している。それ故、温度特性は主振動、副振
動の共振周波数の差と各々の振動の強さによつて
決定される。特に、主振動と副振動の振動の強さ
の比が異なると良好となる温度特性を与える共振
周波数の差も異なり、共振周波数の差を各振動子
ごとに合わせ込む必要があり、調整時間が長く、
コストアツプの要因となり、この方式は量産用と
しては不向きで、このタイプの振動子が多用され
ない原因の一つであつた。そこで、本発明はこれ
らの欠点を除去するものであり、結合振動子、特
にGTカツト水晶振動子の原点に帰つて新しい温
度特性調整方法、並びに、共振周波数調整方法を
提案するものである。本発明は、GTカツト水晶
振動子の長さ方向に平行な両辺の中央部に、温度
特性調整用錘を配置するとともに上記錘の両隣接
部に主振動の共振周波数調整用錘を配設して、
GTカツト水晶振動子の周波数を調整する方法で
あつて、予め、振動子の一次温度係数および共振
周波数を目標値より偏位した特性を有する振動子
を形成し、上記振動子の温度特性調整用錘を調整
して一次温度係数がほとんど零になるようにし、
この状態で上記共振周波数調整用錘を調整すれ
ば、振動子の温度特性を変化させることなく共振
周波数を規準周波数に合わせ込むことができると
の知見のもとになされたものである。以下、図面
に沿つて本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明に適用するGTカツト水晶振動
子の形状と電極の一例を示す。Ａは正面図を、Ｂ
は上面図を示す。水晶１の表裏面には電極２，３
が配置され、両電極に交番電圧を印加することに
よつて容易に振動子を励振することができる。
又、幅Ｗと長さＬによつて２つのモードの共振周
波数は決定され、幅Ｗによる主振動の共振周波数
をfW、長さＬによる副振動の共振周波数をfLとす
ると温度特性は両共振周波数の差fW−fLと主振
動、副振動の振動の強さによつて決まる。第２図
はGTカツト水晶振動子を支持台にマウントした
ときの一例で正面図Ａと下面図Ｂを示す。支持台
４には水晶振動子５が配置され、振動子の端部
８，９で接着剤、あるいは、半田付けによつて固
着されている。水晶の表裏面には励振用電極６，
７が配置されている。第３図はフオトリソグラフ
イ法によつて形成されたGTカツト水晶振動子の
温度特性の例で、共振周波数調整用の錘りがない
場合である。結合の強さによつて温度特性は異な
り、主振動と副振動の結合が弱いときは直線ａの
ように、又、強いときは直線ｂのようになる。一
次温度係数αの絶対値は約2.5×10-6／℃と大き
く、良好な温度特性とならない。一般に作られる
振動子はこのような温度特性を有する。又、レー
ザーで主振動の共振周波数を調整する場合、前も
つて振動子に錘りをメツキするがこの場合でも一
次温度係数αの値は若干異なるがほぼこのような
値と傾向を示している。第４図はGTカツト水晶
振動子に錘りを配置した一例で、励振電極６，７
と錘１０，１１との区分けを明確にするため、両
者の間を白ヌキで示してある（以下同じ）振動子
の幅Ｗ方向の端部、そして、長さ方向の中心部を
対称にして、錘り１０，１１が励振電極６，７の
上に重積して配置されている。その厚みは約1μ
ｍ〜2μｍの間に設けられる。第５図は第４図の
錘り１０，１１をレーザーによつて除去したとき
の錘りの除去量に対する一次温度係数αの変化を
示している。即ち、錘りの除去量を多くするに従
つて一次温度係数αは正側へと移動する。第６図
はGTカツト水晶振動子の４隅に錘り１２，１
３，１４，１５を配置した例である。第７図は第
６図の錘り１２，１３，１４，１５をレーザーで
除去したときの錘りの除去量に対する一次温度係
数αの関数を示す。錘りの除去量を多くするに従
つて一次温度係数αは負側へと移動する。これら
のことから分かるように、第４図の錘りのとき
は、錘りを除去することによつて、一次温度係数
αは正の方向に、又、第６図の錘りの配置のとき
は、錘りを除去することによつて、一次温度係数
αは負側へ移動する。即ち、第４図の錘り１０，
１１と第６図の錘り１２，１３，１４，１５の中
間に錘りを配置し、この錘りを除去したときは、
一次温度係数αは全く変化しない事が予測でき
る。第８図はGTカツト水晶振動子の錘り配置の
他の例で、第４図の錘り１０と第６図の錘り１
２，１５の間にあるように錘り１６，１９が配置
され、錘り１１と錘り１３，１４の間にあるよう
に錘り１７，１８が配置された正面図である。第
９図は第８図の錘り１６，１７，１８，１９をレ
ーザーで除去したときの錘り除去量に対する一次
温度係数αとの関係を示し、錘りの除去によつて
一次温度係数αは全く変化しないことが分かる。
第１０図は第８図の錘り１６，１７，１８，１９
をレーザーで除去したときの錘り除去量に対する
主振動の共振周波数の変化を示し、錘りの除去に
よつて主振動の共振周波数は高くなることが分か
る。第１１図は共振周波数の調整によつて、本発
明のGTカツト水晶振動子の優れた温度特性を得
るために配置された錘りの一実施例で、錘り２
４，２５は温度特性調整用で、錘り２０，２１，
２２，２３、は主振動の共振周波数調整用であ
る。次に、周波数調整方法を具体的に説明する。
第１１図のGTカツト水晶振動子はフオトグラフ
イ法によつて形成された後、次のような特性を持
つように設計する。
(1) 一次温度係数αは負の値を持つ。即ち、温度
が高くなると共振周波数は低くなる。
(2) 主振動の共振周波数は合わせ込む規準周波数
より低い値を持つ。
このような振動子は形状、錘りの量、エツチン
グ時間を選択することによつて容易に得られる。
第１２図はエツチングにする形成後の振動子の温
度特性を示す。Ｃは規準周波数からのシフト量を
示し、規準周波数よりも低くなつている。この振
動子はある任意の温度に置き、この温度をサーミ
スター等の温度計によつて読み取り、この温度を
t1とする。このときの主振動の共振周波数f1を測
定する。次に、他の任意の温度に前記振動子を置
き、この時の温度t2を前記と同様に読み取る。こ
のときの主振動の共振周波数f2を測定する。温度
t1、t2と共振周波数f1、f2によつて次の式によつ
て一次温度係数αを求める。
α＝f2−f1／t2−t2（Hz／℃） −(1) 又、合わせ込む規準周波数f0を使つて書き改め
ると次のようになる。
αf2−f1／f0１／t2−t2（１／℃） −(2) 第１３図はこの様子を示している。一次温度係
数αが求まり、このαを零に近ずけるためには第
４図、第５図で説明したように錘り１０，１１、
即ち、第１１図の錘り２４，２５を除去する、そ
の結果、第１３図の直線ｅは点線ｆのように変化
し、更に、調整することによつて一次温度係数α
がほとんど零の直線ｇを得ることができる。この
とき主振動の共振周波数は規準周波数f0に近づ
く。次に、任意の温度での主振動の共振周波数f0
の合わせ込みは錘り、２０，２１，２２，２３に
よつて温度特性を変化させることなくできる。こ
れによつて、主振動の共振周波数を目標値に合わ
せ込んだ温度特性の優れた振動子を提供すること
ができ。説明ではレーザーによる方式を述べた
が、蒸着による錘り付着方式も考え方は全く同じ
である。即ち、錘りは配置されずエツチングによ
る振動子形成後の特性を次のように設計する。
(1) 一次温度係数αは正の値を持つ。換言するな
らば、温度が高くなると共振周波数は高くな
る。
(2) 主振動の共振周波数は合わせ込む規準周波数
より高い値を持つ。
このような振動子も形状、エツチング時間を選
択することによつて容易に得られる。任意の異な
る温度t1、t2の主振の共振周波数f1、f2を測定し、
(1)あるいは(2)式から一次温度係数αを測定する。
次に、第１１図の２４，２５の位置に錘りを付着
する。錘りを付着すると一次温度係数αは負側へ
移動するからαを零にすることができる。その
後、２０，２１，２２，２３の位置に錘りを付着
することによつて、温度特性を変化させずに主振
動の共振周波数を規準周波数f0に合わせ込む事が
できる。レーザー方式と同様に、温度特性の良好
なしかも主振動の共振周波数をf0に合わせ込んだ
結合振動子を提供することができる。
第１４図の直線ｈはレーザーによる調整前の温
度特性で直線Ｉはレーザーによる調整後の温度特
性の一例である。良好な温度特性が得られること
が分かる。
以上、述べたように本発明はレーザー方式ある
いは蒸着方式のいづれの場合でも、結合振動子の
周波数調整前の最適温度特性、並びに、主振動の
最適共振周波数を得る振動子の設計をし、任意の
温度t1、t2での主振動の共振周波数f1、f2を測定
し、この値から一次温度係数αを計算し、更に、
レーザーあるいは蒸着によつて一次温度係数αが
零でしかも、主振の共振周波数f0が合わせ込まれ
た温度特性の優れたGTカツト水晶振動子を提供
することができた。これにより、例えば高精度腕
時計の実現が可能になつた。又、この方式は一個
一個振動子の温度特性を測り一次温度係数を調整
するので温度特性による不良率は著しく低下し
た。これによつて大幅なコストダウンが可能にな
つた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に適用されるGTカツト水晶振
動子の形状と電極の一例を示すもので、Ａは正面
図、Ｂはその上面図を示す。第２図は本発明に適
用されるGTカツト水晶振動子を支持台にマウン
トしたときの一例を示すもので、Ａは正面図、Ｂ
はその下面図を示す。第３図はフオトグラフイ法
によつて形成されたGTカツト水晶振動子の温度
特性の例を示すグラフである。第４図はGTカツ
ト水晶振動子に錘りを配置した一例の正面図を示
す。第５図は第４図の錘りをレーザーによつて除
去したときの錘りの除去量に対する一次温度係数
αとの関係を示すグラフである。第６図はGTカ
ツト水晶振動子の四隅に錘りを配置した例の正面
図である。第７図は第６図の錘りをレーザーで除
去したときの錘りの除去量に対する一次温度係数
αの関係を示すグラフである。第８図はGTカツ
ト水晶振動子の錘り配置の他の例の正面図を示
す。第９図は第８図の錘りをレーザーで除去した
ときの錘り除去量に対する一次温度係数αとの関
係を示すグラフである。第１０図は第８図の錘り
をレーザーで除去したときの錘り除去量に対する
主振動の共振周波数の変化を示すグラフである。
第１１図は本発明を適用してGTカツト水晶振動
子の優れた温度特性を得るために配置された錘り
の一実施例を示す正面図である。第１２図はフオ
トグラフイ法によつて形成された周波数調整前の
振動子の温度特性の一例を示すグラフである。第
１３図は周波数調整による温度特性の変化、並び
に、主振動の共振周波数の変化を示すグラフ、第
１４図は本発明のレーザー方式によつて得られた
温度特性の一例を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ GTカツト水晶振動子の長さ方向に平行な両
    辺の中央部に、温度特性調整用錘を配置するとと
    もに上記錘の両隣接部に主振動の共振周波数調整
    用錘を配設して、GTカツト水晶振動子の周波数
    を調整する方法であつて、予め、振動子の一次温
    度係数および共振周波数を目標値より偏位した特
    性を有する振動子を形成する工程と、上記温度特
    性調整用錘を調整して一次温度係数がほとんど零
    になるようにする工程と、上記共振周波数調整用
    錘を調整して振動子の共振周波数を規準周波数に
    合わせ込む工程とからなるGTカツト水晶振動子
    の周波数調整方法。 ２ GTカツト水晶振動子の長さ方向に平行な両
    辺の中央部に、温度特性調整用錘を配置するとと
    もに上記錘の両隣接部に主振動の共振周波数調整
    用錘を配設して、GTカツト水晶振動子の周波数
    を調整する方法であつて、予め、上記温度特性調
    整用錘および共振周波数用錘を所定位置に配置し
    て、振動子の一次温度係数が負の値であり、かつ
    主振動の共振周波数が合わせ込む規準周波数より
    低い値の特性を有する振動子を形成する工程と、
    上記温度特性調整用錘を除去して一次温度係数が
    ほとんど零になるように調整する工程と、上記共
    振周波数調整用錘を除去して振動子の共振周波数
    を規準周波数に合わせ込む工程とからなるGTカ
    ツト水晶振動子の周波数調整方法。 ３ GTカツト水晶振動子の長さ方向に平行な両
    辺の中央部に、温度特性調整用錘を配置するとと
    もに、上記錘の両隣接部に主振動の共振周波数調
    整用錘を配設して、GTカツト水晶振動子の周波
    数を調整する方法であつて、予め、振動子の一次
    温度係数が正の値であり主振動の共振周波数が合
    わせ込む規準周波数より高い値の特性を有する振
    動子を形成する工程と、上記温度特性調整用錘を
    付加して一次温度係数がほとんど零になるように
    する工程と、上記共振周波数調整用錘を付加して
    振動子の共振周波数を規準周波数に合わせ込む工
    程とからなるGTカツト水晶振動子の周波数調整
    方法。
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