JPH03804B2 - - Google Patents
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- JPH03804B2 JPH03804B2 JP53077936A JP7793678A JPH03804B2 JP H03804 B2 JPH03804 B2 JP H03804B2 JP 53077936 A JP53077936 A JP 53077936A JP 7793678 A JP7793678 A JP 7793678A JP H03804 B2 JPH03804 B2 JP H03804B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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- 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
- H03H2003/0414—Resonance frequency
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は板の形状を有し、輪郭すべり振動せし
められる水晶振動子の特性を調整する方法に関す
る。ここで輪郭すべり振動は、MIT出版（1969）
「ピエゾ振動子の設定」（R.Holland.E.P.
EerNisse著）において説明されている。また、
本発明は上述の調整方法により温度特性が調整さ
れる水晶振動子を得て、これを電子式腕時計に利
用する技術に関する。
められる水晶振動子の特性を調整する方法に関す
る。ここで輪郭すべり振動は、MIT出版（1969）
「ピエゾ振動子の設定」（R.Holland.E.P.
EerNisse著）において説明されている。また、
本発明は上述の調整方法により温度特性が調整さ
れる水晶振動子を得て、これを電子式腕時計に利
用する技術に関する。
水晶振動子の温度特性は時計、特に腕時計の動
作に影響する重要な事項である。与えられた温度
T0の近傍において水晶振動子の温度特性は、温
度Ｔの関数として示される周波数の式： （Ｔ）＝0（T0）〔１＋α（Ｔ−T0） ＋β（Ｔ−T0）2＋γ（Ｔ−T0）3…〕 中に現れる第１、第２および第３次の温度係数
α，β，γによりほぼ決定される。
作に影響する重要な事項である。与えられた温度
T0の近傍において水晶振動子の温度特性は、温
度Ｔの関数として示される周波数の式： （Ｔ）＝0（T0）〔１＋α（Ｔ−T0） ＋β（Ｔ−T0）2＋γ（Ｔ−T0）3…〕 中に現れる第１、第２および第３次の温度係数
α，β，γによりほぼ決定される。
水晶腕時計に使用される厚みすべりの振動モー
ドをもつATカツト板においては、この振動子の
切断角度を注意深く選択することにより温度係数
αおよびβを消去しうる。このような条件におい
ては第３次の温度係数γは112×10-12／℃3の値
をもつ。
ドをもつATカツト板においては、この振動子の
切断角度を注意深く選択することにより温度係数
αおよびβを消去しうる。このような条件におい
ては第３次の温度係数γは112×10-12／℃3の値
をもつ。
矩形の形状をもつGTカツト板においては、そ
の幅対長さ比を0.8〜0.9の間の値（例えば0.875）
に選択することにより、温度係数αおよびβを消
去することができた。特に第１次温度係数αは上
記寸法比に強く依存する。このような条件におい
ては第３次の温度係数γは、ATカツト板の温度
係数γに比べてはるかに小さく、その値は50×
10-12／℃3以下である。
の幅対長さ比を0.8〜0.9の間の値（例えば0.875）
に選択することにより、温度係数αおよびβを消
去することができた。特に第１次温度係数αは上
記寸法比に強く依存する。このような条件におい
ては第３次の温度係数γは、ATカツト板の温度
係数γに比べてはるかに小さく、その値は50×
10-12／℃3以下である。
しかしながら、上述の寸法比を変えることによ
り第１次温度係数αを調整する既知の方法は、比
較的大きな寸法の水晶振動子にしか適用できな
い。腕時計に用いられるような比較的小さな寸法
の振動子、すなわち一辺が４mm程度の振動子に対
してその寸法の修正によつて温度係数αを正確に
消去するためには、ほぼ1μｍ程度の精度で寸法
修正を行わねばならず、このような修正を常に正
しく実施することは困難である。したがつて、こ
の方法は腕時計に使用しうるような水晶振動子の
量産には適さない。
り第１次温度係数αを調整する既知の方法は、比
較的大きな寸法の水晶振動子にしか適用できな
い。腕時計に用いられるような比較的小さな寸法
の振動子、すなわち一辺が４mm程度の振動子に対
してその寸法の修正によつて温度係数αを正確に
消去するためには、ほぼ1μｍ程度の精度で寸法
修正を行わねばならず、このような修正を常に正
しく実施することは困難である。したがつて、こ
の方法は腕時計に使用しうるような水晶振動子の
量産には適さない。
本発明の目的は量産に適し、しかも小型の腕時
計に使用できる水晶振動子の調整方法を提供する
ことにある。
計に使用できる水晶振動子の調整方法を提供する
ことにある。
本発明では板の形状を有し、輪郭すべり振動せ
しめられる水晶振動子において、この水晶振動子
の質量が振動子の板の縁部またはその近傍の少な
くとも１つの点領域において変化せしめられ、こ
れにより水晶振動子の幅対長さ比を変えることな
く振動周波数の温度特性を変えることができるの
である。
しめられる水晶振動子において、この水晶振動子
の質量が振動子の板の縁部またはその近傍の少な
くとも１つの点領域において変化せしめられ、こ
れにより水晶振動子の幅対長さ比を変えることな
く振動周波数の温度特性を変えることができるの
である。
本発明に係る方法の第１の実施例では、水晶振
動子の質量は少なくとも１個の第１の点領域にお
いて変化せしめられ、振動周波数の第１次温度係
数αを消去することができる。また、前記第１の
点領域と異なる少なくとも１個の第２の点領域に
おいて水晶振動子の質量を変化させることによ
り、振動子の温度特性をほとんど変化させること
なしにその振動周波数の調整が可能になる。
動子の質量は少なくとも１個の第１の点領域にお
いて変化せしめられ、振動周波数の第１次温度係
数αを消去することができる。また、前記第１の
点領域と異なる少なくとも１個の第２の点領域に
おいて水晶振動子の質量を変化させることによ
り、振動子の温度特性をほとんど変化させること
なしにその振動周波数の調整が可能になる。
本発明に係る方法の第２の実施例では、水晶振
動子の質量は、予め定められた位置の点領域にお
いて変化させられ、これにより第１次の温度係数
αの消去と、振動周波数の調整とが同時に達成さ
れる。
動子の質量は、予め定められた位置の点領域にお
いて変化させられ、これにより第１次の温度係数
αの消去と、振動周波数の調整とが同時に達成さ
れる。
本発明に係る方法は、矩形の水晶板によつて作
られた水晶振動子に適用することによつて、特に
良好な結果が得られる。例えば、幅対長さ比が
0.8〜0.9の範囲にある板状のGTカツト板に適用
することにより、良好な結果が得られる。水晶板
が矩形あるいは正方形である場合、この振動子の
質量を水晶板の少なくとも１つの隅の限られた領
域内で変化させることは特に有用である。
られた水晶振動子に適用することによつて、特に
良好な結果が得られる。例えば、幅対長さ比が
0.8〜0.9の範囲にある板状のGTカツト板に適用
することにより、良好な結果が得られる。水晶板
が矩形あるいは正方形である場合、この振動子の
質量を水晶板の少なくとも１つの隅の限られた領
域内で変化させることは特に有用である。
このような質量の変化は、その領域内に材料を
追加あるいは除去することにより達成される。通
常、水晶振動子の質量の変化はその材料を蒸発さ
せ、ついでそれを局部的に沈着せしめてその材料
を追加することにより実施される。あるいはま
た、この材料の追加はそれを化学的に沈着するこ
とによつてもなされうる。水晶振動子の質量の変
化は、またその材料を除去することによつても実
施しうる。それは例えば、研磨、レーザビームに
よる蒸発、あるいは化学的腐蝕によつて実施して
もよい。
追加あるいは除去することにより達成される。通
常、水晶振動子の質量の変化はその材料を蒸発さ
せ、ついでそれを局部的に沈着せしめてその材料
を追加することにより実施される。あるいはま
た、この材料の追加はそれを化学的に沈着するこ
とによつてもなされうる。水晶振動子の質量の変
化は、またその材料を除去することによつても実
施しうる。それは例えば、研磨、レーザビームに
よる蒸発、あるいは化学的腐蝕によつて実施して
もよい。
本発明の更に別な実施例においては、水晶振動
子の質量は、板の少なくとも中心、軸、あるいは
板の軸を通過し板の平面と垂直に交差する平面に
関して互いに対称な少なくとも２つの点領域にお
いて変化せしめられる。
子の質量は、板の少なくとも中心、軸、あるいは
板の軸を通過し板の平面と垂直に交差する平面に
関して互いに対称な少なくとも２つの点領域にお
いて変化せしめられる。
以下、添附図面を参照して本発明をその実施例
に基づいて詳述する。第１図において、符号Ｘ，
ＹおよびＺは各々水晶の電気的、機械的、光学的
軸を示す。この軸系をＸ軸を回転軸として時計回
りに角度θ（約51゜）だけ回転すると、この回転に
よつて軸系はＸ，Y′，Z1となる。更に、このＸ，
Y′，Z1なる軸系をY′軸を回転軸として反時計回
りに約45゜回転させると、互いに直交したX′，Y′，
Z′軸系が得られる。GTカツトの水晶板１は、そ
の長さ方向が上述のZ′軸に平行で、その幅方向が
X′軸に平行で、かつ、その厚み方向がY′軸に平
行になるように切出される。
に基づいて詳述する。第１図において、符号Ｘ，
ＹおよびＺは各々水晶の電気的、機械的、光学的
軸を示す。この軸系をＸ軸を回転軸として時計回
りに角度θ（約51゜）だけ回転すると、この回転に
よつて軸系はＸ，Y′，Z1となる。更に、このＸ，
Y′，Z1なる軸系をY′軸を回転軸として反時計回
りに約45゜回転させると、互いに直交したX′，Y′，
Z′軸系が得られる。GTカツトの水晶板１は、そ
の長さ方向が上述のZ′軸に平行で、その幅方向が
X′軸に平行で、かつ、その厚み方向がY′軸に平
行になるように切出される。
カツト角を十分に選択し、幅対長さ比を0.8〜
0.9の間の値に選択することによつて、このGTカ
ツトの水晶振動子は輪郭すべり振動し、その振動
周波数の第１次および第２次温度係数がほぼ０と
なる。ここで、第２次温度係数βは、本質的には
角度θの選択と関係しており、水晶板１の幅対長
さ比を所定比に選択することにより、比較的容易
に打消すことができる。一方、線係数といわれて
いる第１次温度係数αは、上記寸法比に大きく関
係しており、この寸法比の変化に非常に敏感に反
応する。
0.9の間の値に選択することによつて、このGTカ
ツトの水晶振動子は輪郭すべり振動し、その振動
周波数の第１次および第２次温度係数がほぼ０と
なる。ここで、第２次温度係数βは、本質的には
角度θの選択と関係しており、水晶板１の幅対長
さ比を所定比に選択することにより、比較的容易
に打消すことができる。一方、線係数といわれて
いる第１次温度係数αは、上記寸法比に大きく関
係しており、この寸法比の変化に非常に敏感に反
応する。
材料を増減して水晶板の質量を少々局部的に変
化させることにより、水晶振動子の運動および位
置エネルギの分布に関する変化が生じ、それにし
たがつて振動周波数および振動に関する温度係数
も変化する。
化させることにより、水晶振動子の運動および位
置エネルギの分布に関する変化が生じ、それにし
たがつて振動周波数および振動に関する温度係数
も変化する。
第２図は矩形状の水晶板で構成された水晶振動
子を示し、この振動子は長さａを有する長い方の
側部ａ，a′と、長さｂを有する短い方の側部ｂ，
b′とを有する。また、Ｒは側部ａの軸線、Ｓは側
部ｂの軸線を示す。本明細書では、理解しやすい
ように水晶板はほぼ正方形とし、この水晶板上の
質点の位置は、原点Ｏからの２軸上での座標上で
の距離ｘ（０≦ｘ≦１）で表すことになる。実際
の原点Ｏからの距離は、Ｒ軸上でax／２、Ｓ軸
上でbx／２となる。
子を示し、この振動子は長さａを有する長い方の
側部ａ，a′と、長さｂを有する短い方の側部ｂ，
b′とを有する。また、Ｒは側部ａの軸線、Ｓは側
部ｂの軸線を示す。本明細書では、理解しやすい
ように水晶板はほぼ正方形とし、この水晶板上の
質点の位置は、原点Ｏからの２軸上での座標上で
の距離ｘ（０≦ｘ≦１）で表すことになる。実際
の原点Ｏからの距離は、Ｒ軸上でax／２、Ｓ軸
上でbx／２となる。
第２図に示される水晶板の質量がＲ軸に沿つて
変化する場合、振動子の周波数の第１次温度係数
αおよびこの周波数は、第３Ａ図に示される２曲
線に従つて変化する。ここで曲線Δαは、α＝０
のときを基準とした係数αの変化量を示し、曲線
−Δ／は周波数の相対変化量を示す。同様に、
第２図の水晶板の質量がＳ軸に沿つて変化する
と、振動子の周波数の第１次温度係数αおよびこ
の周波数は、第３Ｂ図に示す２曲線にしたがつて
変化する。ただし、縦軸の数値は振動子の寸法や
質量によつて変わる。水晶板１の側部ａ，a′の中
間点Ａ，A′に加えられた点質量により、負の変
化量αと負の変化量とが生じる。例えば、約
0.15×3.4×3.9mmの水晶板の全質量の約0.3％であ
る15μｇの質量を２点Ａ，A′に加えることによ
り、ほぼ−２×10-6／℃のαの変化量と、−2.5×
10-3の周波数の変化量とが生じる。
変化する場合、振動子の周波数の第１次温度係数
αおよびこの周波数は、第３Ａ図に示される２曲
線に従つて変化する。ここで曲線Δαは、α＝０
のときを基準とした係数αの変化量を示し、曲線
−Δ／は周波数の相対変化量を示す。同様に、
第２図の水晶板の質量がＳ軸に沿つて変化する
と、振動子の周波数の第１次温度係数αおよびこ
の周波数は、第３Ｂ図に示す２曲線にしたがつて
変化する。ただし、縦軸の数値は振動子の寸法や
質量によつて変わる。水晶板１の側部ａ，a′の中
間点Ａ，A′に加えられた点質量により、負の変
化量αと負の変化量とが生じる。例えば、約
0.15×3.4×3.9mmの水晶板の全質量の約0.3％であ
る15μｇの質量を２点Ａ，A′に加えることによ
り、ほぼ−２×10-6／℃のαの変化量と、−2.5×
10-3の周波数の変化量とが生じる。
また、水晶板１の側部ｂ，b′の中間点Ｂ，B′に
加えられた点質量により、温度係数αに負の変化
が生じるが、周波数の変化はほぼ０である。例
えば、２点Ｂ，B′に15μｇの質量を加えることに
より、温度係数αには−１×10-6／℃の負の変化
が生じるが、周波数の変化はほぼ０である。さら
に、寸法が3.17×2.75×0.145mmで質量が3.35mgの
振動子を用いて全質量の約0.3％の質量をＲ軸に
沿つて変化させると、第３Ｅ図のようになる。
加えられた点質量により、温度係数αに負の変化
が生じるが、周波数の変化はほぼ０である。例
えば、２点Ｂ，B′に15μｇの質量を加えることに
より、温度係数αには−１×10-6／℃の負の変化
が生じるが、周波数の変化はほぼ０である。さら
に、寸法が3.17×2.75×0.145mmで質量が3.35mgの
振動子を用いて全質量の約0.3％の質量をＲ軸に
沿つて変化させると、第３Ｅ図のようになる。
水晶板の４隅に加えられた点質量により、第１
次温度係数αは正の変化を示し、振動周波数は負
の変化を示す。例えば、４隅に15μｇの質量を分
布させることにより、温度係数αには４×10-6／
℃の正の変化が生じ、振動周波数には−1.5×
10-3の負の変化が生じる。これにより、水晶振動
子の４隅において質量が変化すると、第１次温度
係数αの変化量が特に大きくなることがわかる。
次温度係数αは正の変化を示し、振動周波数は負
の変化を示す。例えば、４隅に15μｇの質量を分
布させることにより、温度係数αには４×10-6／
℃の正の変化が生じ、振動周波数には−1.5×
10-3の負の変化が生じる。これにより、水晶振動
子の４隅において質量が変化すると、第１次温度
係数αの変化量が特に大きくなることがわかる。
上記事実を鑑みるに、水晶振動子の温度特性の
調整、特に第１次温度係数αの打消しは、水晶板
の隅部での質量の点変化によつて最大限の効率で
達成される。これらの隅部は、位置エネルギを有
さない唯一の領域であるので、水晶振動子の質的
要因すなわち耐久性を変えることなしに質量の分
布変化を可能とする。振動子の質量変化により生
ずる第２次温度係数βの変化量は、数10-9／℃と
比較的小さい。なお、同様の結果が材料を加える
代わりに、水晶板の側部または隅部から材料を除
去することによつても得られることがわかつてい
る。
調整、特に第１次温度係数αの打消しは、水晶板
の隅部での質量の点変化によつて最大限の効率で
達成される。これらの隅部は、位置エネルギを有
さない唯一の領域であるので、水晶振動子の質的
要因すなわち耐久性を変えることなしに質量の分
布変化を可能とする。振動子の質量変化により生
ずる第２次温度係数βの変化量は、数10-9／℃と
比較的小さい。なお、同様の結果が材料を加える
代わりに、水晶板の側部または隅部から材料を除
去することによつても得られることがわかつてい
る。
このような小質量の材料を点的に除去したり加
えたりすることによる調整方法は、水晶振動子の
温度係数だけでなく振動周波数をも変化させるも
のである。したがつてこの方法は、周波数修正を
行うために使用することができるが、周波数と温
度特性との両方の修正を行うために使用すること
もできる。すなわち、点領域を適当に選択し、こ
の点領域に選択された質量を加減することによ
り、温度係数の適切な調整が可能になるし、ま
た、温度係数を変化させることなしに振動周波数
の調整を行うことも可能になる。第３図に示す第
１次温度係数αの変化量曲線は、質量の点的変化
に対して第１次温度係数αが不変で水晶振動子の
周波数のみに影響を与えるような点が、水晶板の
各側部に存在することを示している。
えたりすることによる調整方法は、水晶振動子の
温度係数だけでなく振動周波数をも変化させるも
のである。したがつてこの方法は、周波数修正を
行うために使用することができるが、周波数と温
度特性との両方の修正を行うために使用すること
もできる。すなわち、点領域を適当に選択し、こ
の点領域に選択された質量を加減することによ
り、温度係数の適切な調整が可能になるし、ま
た、温度係数を変化させることなしに振動周波数
の調整を行うことも可能になる。第３図に示す第
１次温度係数αの変化量曲線は、質量の点的変化
に対して第１次温度係数αが不変で水晶振動子の
周波数のみに影響を与えるような点が、水晶板の
各側部に存在することを示している。
これとは逆に、水晶振動子を完全に調整するに
必要とされる温度係数αおよび周波数の変化値
を知ることにより、質量を水晶板の各側部のどの
点的位置に加減すればよいかを知ることができ
る。第３Ｃ図および第３Ｄ図に示すグラフは、
GTカツト板について、質量の点的変化に対する
第１次温度係数αの変化量Δαを示すもので、グ
ラフの軸上に示された絶対値の単位は、10-6／℃
である。なお、この絶対値はΔ／の１／1000
の値で規格化されている。例えば、仮に、水晶板
を完全に調整するためには、温度係数αを1.5×
10-6／℃だけ増大させ、周波数を３／1000だけ減
少させることが必要であるとすると、1.5×
10-6／３＝0.5×10-6／℃の値に対応する水平線
をグラフ上に引き（図では破線で示す）、Ｒ軸お
よびＳ軸の目盛りを読み、Ｒ軸上62％の長さを有
する位置およびＳ軸上37％の幅を有する位置が解
答として得られる。このうち前者の位置が有利で
ある（より正確には、この位置では加える材料の
量が最も少なくて良いということである）。
必要とされる温度係数αおよび周波数の変化値
を知ることにより、質量を水晶板の各側部のどの
点的位置に加減すればよいかを知ることができ
る。第３Ｃ図および第３Ｄ図に示すグラフは、
GTカツト板について、質量の点的変化に対する
第１次温度係数αの変化量Δαを示すもので、グ
ラフの軸上に示された絶対値の単位は、10-6／℃
である。なお、この絶対値はΔ／の１／1000
の値で規格化されている。例えば、仮に、水晶板
を完全に調整するためには、温度係数αを1.5×
10-6／℃だけ増大させ、周波数を３／1000だけ減
少させることが必要であるとすると、1.5×
10-6／３＝0.5×10-6／℃の値に対応する水平線
をグラフ上に引き（図では破線で示す）、Ｒ軸お
よびＳ軸の目盛りを読み、Ｒ軸上62％の長さを有
する位置およびＳ軸上37％の幅を有する位置が解
答として得られる。このうち前者の位置が有利で
ある（より正確には、この位置では加える材料の
量が最も少なくて良いということである）。
第４図は上述の方法に基づいて調整されたGT
カツトの水晶振動子を示し、この水晶振動子は支
持体４２に対して垂直に取付けられた矩形板４１
を有している。板４１の重力の中心部には支持ワ
イヤ４３が垂直に溶接され、また、ワイヤ４３は
支持体４２のハトメ４５を通る導電ワイヤ４４で
保持されている。動作時には、図示の水晶振動子
は第６図に示されるように容器内に納められて使
用される。
カツトの水晶振動子を示し、この水晶振動子は支
持体４２に対して垂直に取付けられた矩形板４１
を有している。板４１の重力の中心部には支持ワ
イヤ４３が垂直に溶接され、また、ワイヤ４３は
支持体４２のハトメ４５を通る導電ワイヤ４４で
保持されている。動作時には、図示の水晶振動子
は第６図に示されるように容器内に納められて使
用される。
典型的な1MHzの周波数のGTカツト水晶振動
子は、ほぼ3.3×3.8×0.2mmの寸法を有しており、
いま仮に、この水晶振動子の第１次温度係数αが
５×10-7／℃であるとすると、この係数αは１か
所または数か所の隅部で材料を除去することによ
り消去しうる。このような材料除去に対応して生
じるGTカツト板の振動周波数の変化（Δ／）G
Ｔ＝＋2.5×10-4となり、水晶板質量に対する除去
された質量比Δm／ΔMは9.5×10-5程度となる
（2.4×10-3ｍm3の水晶板で、Δm＝0.63μｇ程度）。
この材料除去は、１隅または数隅で行われる。し
かしながら、得られた温度係数の差がそれほど重
要でない場合（Δα＜３〜４×10-6／℃）には、
変化量Δαと除去量Δmとの間には線形関係があ
る。質量の加減が数隅で行われた場合、すべての
隅における質量差がΔαを変える要因となる。
子は、ほぼ3.3×3.8×0.2mmの寸法を有しており、
いま仮に、この水晶振動子の第１次温度係数αが
５×10-7／℃であるとすると、この係数αは１か
所または数か所の隅部で材料を除去することによ
り消去しうる。このような材料除去に対応して生
じるGTカツト板の振動周波数の変化（Δ／）G
Ｔ＝＋2.5×10-4となり、水晶板質量に対する除去
された質量比Δm／ΔMは9.5×10-5程度となる
（2.4×10-3ｍm3の水晶板で、Δm＝0.63μｇ程度）。
この材料除去は、１隅または数隅で行われる。し
かしながら、得られた温度係数の差がそれほど重
要でない場合（Δα＜３〜４×10-6／℃）には、
変化量Δαと除去量Δmとの間には線形関係があ
る。質量の加減が数隅で行われた場合、すべての
隅における質量差がΔαを変える要因となる。
第５Ａ図は支持ワイヤ６２を備えたGTカツト
水晶板６１を示しているが、その１隅部６３は温
度係数を調整することを目的として除去されてお
り、これによつて目標とする温度係数に調整され
る。周波数にも変化は生じるがこの場合には温度
係数を所望の値にすることを目的としている。一
方、第５Ｂ図は支持ワイヤ６５を備えたGTカツ
ト水晶板６４を示しているが、その周波数および
温度係数は第３Ｃ図および第３Ｄ図上で求められ
た位置に材料６６を加えることにより同時に調整
される。第５Ｂ図では、材料６６をＲ軸、Ｓ軸上
ではなく内側に少し入つた箇所に加えているた
め、正確に言えば第３Ｃ図及び第３Ｄ図を適用す
ることはできない。しかし、軸から近い箇所であ
れば、同様な傾向を示すので参考に用いることは
可能である。但し、軸に沿つて変化させた場合に
比べると、得られる調整の効果は小さくなる。第
５Ｃ図は支持ワイヤ６８を備えたGTカツト水晶
板６７を示しているが、その周波数および温度係
数は順次調整される。温度係数を調整することを
目的とした場合には、１隅部にある質量の材料６
９を加えることによりなし得る。これにより周波
数にも変化は生じるが、この場合は温度係数の調
整を目的としている。一方、周波数の調整は温度
係数への影響がない位置に材料７０を加えること
によりなし得る。このような位置とは、第３Ａ図
において示されるように、周波数の変化量Δαが
０となるＲ＝0.47の位置である。例えばａ＝3.8
mmとすると、ｘ＝0.47ゆえ、実際の寸法に換算す
るとａ（１−ｘ）／２＝3.8mm・（１−0.47）／２
＝１mm、すなわち隅部から１mmの位置となる。
水晶板６１を示しているが、その１隅部６３は温
度係数を調整することを目的として除去されてお
り、これによつて目標とする温度係数に調整され
る。周波数にも変化は生じるがこの場合には温度
係数を所望の値にすることを目的としている。一
方、第５Ｂ図は支持ワイヤ６５を備えたGTカツ
ト水晶板６４を示しているが、その周波数および
温度係数は第３Ｃ図および第３Ｄ図上で求められ
た位置に材料６６を加えることにより同時に調整
される。第５Ｂ図では、材料６６をＲ軸、Ｓ軸上
ではなく内側に少し入つた箇所に加えているた
め、正確に言えば第３Ｃ図及び第３Ｄ図を適用す
ることはできない。しかし、軸から近い箇所であ
れば、同様な傾向を示すので参考に用いることは
可能である。但し、軸に沿つて変化させた場合に
比べると、得られる調整の効果は小さくなる。第
５Ｃ図は支持ワイヤ６８を備えたGTカツト水晶
板６７を示しているが、その周波数および温度係
数は順次調整される。温度係数を調整することを
目的とした場合には、１隅部にある質量の材料６
９を加えることによりなし得る。これにより周波
数にも変化は生じるが、この場合は温度係数の調
整を目的としている。一方、周波数の調整は温度
係数への影響がない位置に材料７０を加えること
によりなし得る。このような位置とは、第３Ａ図
において示されるように、周波数の変化量Δαが
０となるＲ＝0.47の位置である。例えばａ＝3.8
mmとすると、ｘ＝0.47ゆえ、実際の寸法に換算す
るとａ（１−ｘ）／２＝3.8mm・（１−0.47）／２
＝１mm、すなわち隅部から１mmの位置となる。
第６図は第４図に示される水晶振動子を内蔵し
た腕時計の内部の略図であり、時計の主構成要素
を支持する好ましくはセラミツク材料製の絶縁板
５１を備えている。絶縁板５１は特に水晶振動子
５２、周波数調整キヤパシタ５３、例えば振動子
励磁回路のような集積回路を内蔵したカプセル５
４、周波数分割チエン、ステツプモータ用のイン
タフエイスおよびケース（図示せず）と一体で絶
縁板５１を支持する２つのねじ足と係合するねじ
５７により固定された固定バー５６により正常位
置に保持されたバツテリ５５とを支持するもので
ある。時計が機械的表示装置を備えている場合に
不可欠なステツプモータのインタフエイス回路
は、時計が液晶または発光ダイオードなどの電気
的表示装置を備えている場合にはデコーダ回路で
置換えられる。
た腕時計の内部の略図であり、時計の主構成要素
を支持する好ましくはセラミツク材料製の絶縁板
５１を備えている。絶縁板５１は特に水晶振動子
５２、周波数調整キヤパシタ５３、例えば振動子
励磁回路のような集積回路を内蔵したカプセル５
４、周波数分割チエン、ステツプモータ用のイン
タフエイスおよびケース（図示せず）と一体で絶
縁板５１を支持する２つのねじ足と係合するねじ
５７により固定された固定バー５６により正常位
置に保持されたバツテリ５５とを支持するもので
ある。時計が機械的表示装置を備えている場合に
不可欠なステツプモータのインタフエイス回路
は、時計が液晶または発光ダイオードなどの電気
的表示装置を備えている場合にはデコーダ回路で
置換えられる。
ねじ５７と２つの補助ねじ５８とでケース底部
に保持された絶縁板５１は、水晶振動子５２、キ
ヤパシタ５３、バツテリ５５の１端子などの要素
を固定するために直接絶縁板５１上に金属被覆し
た接続端子５９を保持している。金属被覆された
孔６０を設けることにより、絶縁板５１の他の側
部に設けた金属被覆された接続子と確実に接触す
るようにしている。
に保持された絶縁板５１は、水晶振動子５２、キ
ヤパシタ５３、バツテリ５５の１端子などの要素
を固定するために直接絶縁板５１上に金属被覆し
た接続端子５９を保持している。金属被覆された
孔６０を設けることにより、絶縁板５１の他の側
部に設けた金属被覆された接続子と確実に接触す
るようにしている。
第７図は周波数の変化率の関数として示された
この周波数における第１次温度係数αの直線的変
化を示す。水晶振動子の点領域に対して施された
質量変化、特にその側辺または隅部に対して行わ
れた質量変化は直接測定することが困難である。
しかしながら、このような測定困難な質量変化に
よつて、測定容易な周波数変化が生じ、この周波
数変化から第１次温度係数αの変化を推定するこ
とができる。この係数αの変化に基づいて、新た
な質量変化が施される。このような作業は、この
係数αを０にするに十分な変化量Δαが得られる
まで続けられる。
この周波数における第１次温度係数αの直線的変
化を示す。水晶振動子の点領域に対して施された
質量変化、特にその側辺または隅部に対して行わ
れた質量変化は直接測定することが困難である。
しかしながら、このような測定困難な質量変化に
よつて、測定容易な周波数変化が生じ、この周波
数変化から第１次温度係数αの変化を推定するこ
とができる。この係数αの変化に基づいて、新た
な質量変化が施される。このような作業は、この
係数αを０にするに十分な変化量Δαが得られる
まで続けられる。
本発明により、良好な温度特性を有するものと
して公知であり、腕時計の製造に用いられる程度
に十分小さな寸法をもつたGTカツトの水晶振動
子の量産が可能となる。
して公知であり、腕時計の製造に用いられる程度
に十分小さな寸法をもつたGTカツトの水晶振動
子の量産が可能となる。
上述の方法は、またその温度特性がその質量の
局部的変化によつて調整しうる他の種類の板状水
晶振動子に対しても適用しうることは明らかであ
る。
局部的変化によつて調整しうる他の種類の板状水
晶振動子に対しても適用しうることは明らかであ
る。
第１図はGTカツトの水晶板の方向性を示す
図、第２図は水晶振動子の上面図をこの振動子の
質量の変更を規定する軸系とともに示した図、第
３Ａ図および第３Ｂ図は周波数の第１次温度係数
およびこの周波数の変化率を振動子質量の変化の
関数として示すグラフ、第３Ｃ図および第３Ｄ図
は、１／1000に規格化されたGTカツトの周波数
変化に対応する第１次温度係数の変化を、振動子
の質量変化の関数として示したグラフ、第３Ｅ図
は寸法が3.17×2.75×0.145mmで質量が3.35mgの振
動子に全質量の約0.3％の質量をＲ軸に沿つて変
化させたときの周波数の第１次温度係数およびこ
の周波数の変化率を振動子質量の変化の関数とし
て示したグラフ、第４図は本発明の方法により調
整されたGTカツトの水晶振動子がその支持体上
に取付けられた状態を示す略図、第５Ａ図は水晶
振動子の１つの隅から材料を取除くことにより温
度係数が調整された水晶振動子の斜視図、第５Ｂ
図は温度係数および周波数が同時に調整された水
晶振動子を示す斜視図、第５Ｃ図は周波数と温度
係数とがそれぞれ調整された水晶振動子を示す斜
視図、第６図は第４図に示す水晶振動子が装着さ
れた腕時計を示す略図、第７図は周波数の変化率
の関数として表された第１次温度係数の変化を示
すグラフである。 Ｘ，Ｙ，Ｚ……水晶の結晶軸、X′，Y′，Z′…
…GTカツトの軸、Ｓ，Ｒ……水晶板の各辺、α
……第１次温度係数、β……第２次温度係数、γ
……第３次温度係数、６１，６４，６７……GT
カツト水晶板、６２，６５，６８……懸垂線、６
３……質量が除かれた１隅、６６，６９，７０…
…追加された質量。
図、第２図は水晶振動子の上面図をこの振動子の
質量の変更を規定する軸系とともに示した図、第
３Ａ図および第３Ｂ図は周波数の第１次温度係数
およびこの周波数の変化率を振動子質量の変化の
関数として示すグラフ、第３Ｃ図および第３Ｄ図
は、１／1000に規格化されたGTカツトの周波数
変化に対応する第１次温度係数の変化を、振動子
の質量変化の関数として示したグラフ、第３Ｅ図
は寸法が3.17×2.75×0.145mmで質量が3.35mgの振
動子に全質量の約0.3％の質量をＲ軸に沿つて変
化させたときの周波数の第１次温度係数およびこ
の周波数の変化率を振動子質量の変化の関数とし
て示したグラフ、第４図は本発明の方法により調
整されたGTカツトの水晶振動子がその支持体上
に取付けられた状態を示す略図、第５Ａ図は水晶
振動子の１つの隅から材料を取除くことにより温
度係数が調整された水晶振動子の斜視図、第５Ｂ
図は温度係数および周波数が同時に調整された水
晶振動子を示す斜視図、第５Ｃ図は周波数と温度
係数とがそれぞれ調整された水晶振動子を示す斜
視図、第６図は第４図に示す水晶振動子が装着さ
れた腕時計を示す略図、第７図は周波数の変化率
の関数として表された第１次温度係数の変化を示
すグラフである。 Ｘ，Ｙ，Ｚ……水晶の結晶軸、X′，Y′，Z′…
…GTカツトの軸、Ｓ，Ｒ……水晶板の各辺、α
……第１次温度係数、β……第２次温度係数、γ
……第３次温度係数、６１，６４，６７……GT
カツト水晶板、６２，６５，６８……懸垂線、６
３……質量が除かれた１隅、６６，６９，７０…
…追加された質量。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 板状に形成されこの板の平面に平行に伸縮振
動せしめられる水晶振動子の特性を調整する方法
において、調整すべき振動子の周波数に関する第
１次温度係数を決定し、周波数の第１次温度係数
の変化曲線を、相対的な周波数変化を生じさせる
ように前記板の端に沿つた１つの点領域における
質量を変化させる結果として得て、前記変化曲線
を前記点領域との相対位置の関数としてプロツト
し、前記係数を消去するために必要な調整すべき
振動子の周波数に関する第１次温度係数の変化
と、前記振動子の完全な調整に必要な相対的な周
波数変化と、の比に等しい縦座標値に対応した横
座標値を前記変化曲線から求めてプロツトし、前
記係数を消去するのに必要とされる第１次温度係
数の変化に対応した相対的な周波数変化が得られ
るまで、前記板の辺に沿つて前記横座標値に対応
した相対位置にある少なくとも１つの点領域にお
ける前記振動子の質量を修正することを特徴とす
る水晶振動子の特性調整方法。 ２ 上記水晶振動子の板が矩形である特許請求の
範囲第１項記載の方法。 ３ 上記水晶振動子がGTカツトの水晶から作ら
れ、その幅対長さの比が0.8から0.9の範囲内の値
にされる特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 振動子の質量がその少なくも１隅において材
料を加えることにより変化せしめられる特許請求
の範囲第１項記載の方法。 ５ 振動子の質量がその少なくも１隅において材
料を除去することにより変化せしめられる特許請
求の範囲第１項記載の方法。 ６ 振動子の質量がその材料を蒸発せしめた後局
部的に沈着せしめることによる材料の追加により
変化せしめられる特許請求の範囲第４項記載の方
法。 ７ 振動子の質量が化学的な材料の付着による材
料の追加により変化せしめられる特許請求の範囲
第４項記載の方法。 ８ 上記材料の除去が研磨により達成される特許
請求の範囲第５項記載の方法。 ９ 上記材料の除去がレーザビームによる蒸発に
より達成される特許請求の範囲第５項記載の方
法。 １０ 上記材料の除去が化学的腐蝕により達成さ
れる特許請求の範囲第５項記載の方法。 １１ 振動子の質量が板の少なくとも中心、軸、
あるいは主平面に関して互いに対称的な少なくも
２つの点領域において変化せしめられる特許請求
の範囲第１項記載の方法。 １２ 板状に形成されこの板の平面に平行に伸縮
振動せしめられる水晶振動子の特性を調整する方
法において、調整すべき振動子の周波数に関する
第１次温度係数を決定し、前記係数を消去するの
に必要とされる第１次温度係数の変化に対応した
相対的な周波数変化が得られるまで、前記板の少
なくとも１隅またはその近傍の少なくとも１つの
点領域における前記振動子の質量を修正し、周波
数の第１次温度係数の変化曲線を、相対的な周波
数変化を生じさせるように前記板の端に沿つた１
つの点領域における質量を変化させる結果として
得て、前記変化曲線を前記点領域との相対位置の
関数としてプロツトし、前記振動子の完全な調整
に必要な相対的な周波数変化が得られるまで、前
記板の辺に沿つて前記横座標値に対応した相対位
置にある少なくとも１つの点領域における前記振
動子の質量を修正することを特徴とする水晶振動
子の特性調整方法。 １３ 上記水晶振動子の板が矩形である特許請求
の範囲第１２項記載の方法。 １４ 上記水晶振動子がGTカツトの水晶から作
られ、その幅対長さの比が0.8から0.9の範囲内の
値にされる特許請求の範囲第１３項記載の方法。 １５ 振動子の質量が少なくも１隅において材料
を加えることにより変化せしめられる特許請求の
範囲第１２項記載の方法。 １６ 振動子の質量がその少なくも１隅において
材料を除去することにより変化せしめられる特許
請求の範囲第１２項記載の方法。 １７ 振動子の質量がその材料を蒸発せしめた後
局部的に沈着せしめることによる材料の追加によ
り変化せしめられる特許請求の範囲第１５項記載
の方法。 １８ 振動子の質量が化学的な材料の付着による
材料の追加により変化せしめられる特許請求の範
囲第１５項記載の方法。 １９ 上記材料の除去が研磨により達成される特
許請求の範囲第１６項記載の方法。 ２０ 上記材料の除去がレーザビームによる蒸発
により達成される特許請求の範囲第１６項記載の
方法。 ２１ 上記材料の除去が化学的腐蝕により達成さ
れる特許請求の範囲第１６項記載の方法。 ２２ 振動子の質量が板の少なくとも中心、軸、
あるいは板の軸を通過し板の平面と垂直に交差す
る平面に関して互いに対称的な少なくも２つの点
領域において変化せしめられる特許請求の範囲第
１２項記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH784777A CH617063GA3 (en) | 1977-06-27 | 1977-06-27 | Method of adjusting the properties of a resonator, resonator obtained by this method and use of the resonator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5444857A JPS5444857A (en) | 1979-04-09 |
| JPH03804B2 true JPH03804B2 (ja) | 1991-01-09 |
Family
ID=4331307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7793678A Granted JPS5444857A (en) | 1977-06-27 | 1978-06-27 | Method of controlling characteristics of crystal oscillator |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5444857A (ja) |
| CH (1) | CH617063GA3 (ja) |
| DE (1) | DE2828048A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4375604A (en) * | 1981-02-27 | 1983-03-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of angle correcting doubly rotated crystal resonators |
| JPS57188121A (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-19 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Frequency adjusting method of coupling oscillator |
| JPS5833308A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-26 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 結合水晶振動子 |
| JPS58159012A (ja) * | 1982-03-16 | 1983-09-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 結合振動子ユニツトの製造方法 |
| JPS58166818A (ja) * | 1982-03-29 | 1983-10-03 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 結合振動子の周波数調整方法 |
| JPS58170109A (ja) * | 1982-03-30 | 1983-10-06 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 小型ｇｔカツト水晶振動子 |
| US4455500A (en) * | 1983-07-28 | 1984-06-19 | Western Geophysical Company Of America | Sensitivity and capacitance adjustment method for piezoelectric accelerometers |
| JPH0640612B2 (ja) * | 1986-03-31 | 1994-05-25 | 朝日電波株式会社 | 圧電振動子 |
| US5168191A (en) * | 1987-10-02 | 1992-12-01 | Quartztronics, Inc. | Crystal resonator with low acceleration sensitivity and method of manufacture thereof |
| US5022130A (en) * | 1987-10-02 | 1991-06-11 | Quartztronics, Inc. | Method of manufacturing crystal resonators having low acceleration sensitivity |
| US4935658A (en) * | 1987-10-02 | 1990-06-19 | Quartztronics, Inc. | Crystal resonator with low acceleration sensitivity and method of manufacture thereof |
| JPH02186817A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-07-23 | Seiko Electronic Components Ltd | 輪郭すべり水晶振動子 |
| US5112642A (en) * | 1990-03-30 | 1992-05-12 | Leybold Inficon, Inc. | Measuring and controlling deposition on a piezoelectric monitor crystal |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS533178A (en) * | 1976-06-30 | 1978-01-12 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Crystal vibrator |
-
1977
- 1977-06-27 CH CH784777A patent/CH617063GA3/xx unknown
-
1978
- 1978-06-26 DE DE19782828048 patent/DE2828048A1/de active Granted
- 1978-06-27 JP JP7793678A patent/JPS5444857A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS533178A (en) * | 1976-06-30 | 1978-01-12 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Crystal vibrator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5444857A (en) | 1979-04-09 |
| DE2828048C2 (ja) | 1989-03-16 |
| CH617063B (fr) | |
| DE2828048A1 (de) | 1979-01-11 |
| CH617063GA3 (en) | 1980-05-14 |
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