JPS58182311A - 音叉型振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、屈曲振動の基本振動と捩れ撮動の基本振動の
弾性結合を利用する音叉型振動子において、二つの振動
の周波数を調整するためのオモリの位置に関するもので
ある。

近年、屈曲振動と捩れ撮動の弾性結合を利用して、屈曲
振動の周波数温度特性（以後ｆＴ特性と呼ぶ）を良好に
しょうとする音叉型水晶振動子が提案されている。この
音叉型水晶振動子は、比較的低い周波数で手差表示可能
な高精度腕時計用水晶撮動子になシ得るため、注目され
ている。

ところで、二つの振動の弾゛性結合を利用し、Ｊｌ１曲
伽動のｆＴ’ｔｌｔ性を良好にする場合、二つの振動の
周波数差（以後δｆと呼ぶ）ｔ−適切な値にする必要が
ある。音叉腕の長さを２９幅をＷ、撮動子の厚みをｔと
した時、屈曲振動の周波数「以後ｆＦと呼ぶ）Ｆｉｗ／
ｌ”に、捩れ振動の周波数（以後ｆＴと呼ぶ）はｔ、／
（ｔｗ）　Ｋそれぞれ比例する。故にδｆを適切な値に
するには、振動子の厚みｔを適切なｆｒＬＫすれＦｉ喪
い。ところが、厚みｔＫぶるｆＴの変化量は非常に大き
いため罠、、厚みｔのみＬ５δｆを適切な値にする事は
殆んど不可能である。

そこで、音叉型振動子上にオモリの増減を施こし、δｆ
の調整（以稜、δｆｉｇｌｌＪと呼ぶ）を行なう事が試
みられている。

オモリの増減による周波数調整ＶＣは、主撮動でるる屈
曲振動の周波数で１をねらい値にするものと、屈曲振動
と捩れ振動の周波数差δｆを調整するδｆ調の二種類の
ものが考えられる。後者のδｆ調の場合、オモリの増減
にエリ一方の撮動の周波数は殆んど変化せず、他方の振
動の周波数のみが大きく変化する事が望ましい。

第１図は、屈曲の二次振動と捩れの基本振動の弾性結合
を利用する音叉型水晶振動子において。

増減するオモリの位置の従来例を示したものである。１
１は音叉型水晶振動子、１２と１３Ｆｉ音叉腕先端に増
減するオモリ、１４と１５ｄ音叉腕の長さをｔとじた時
１文部からα７７ｔのｔ′の位置に増減するオモリを示
している。ｘ　、　ｙ′、　ｚ／はそれぞれ振動子の幅
、長さ、厚み方向を示し、なおかつ水晶の電気軸１機械
軸ｙ軸をＸ軸の回りに回転した方向、光軸２軸をＸ軸の
回りに回転した方向をも表わしている。第２図は音叉型
水晶振動子の屈曲二次振動の変位の様子を示すものであ
る。

第２図は、第１図の音叉腕上の［線ＡＢ上のＸ方向の変
位を表わしている。音叉腕の長さをｔとすると１点Ａか
ら約［１７７１のｌの位置において変位はゼロになる。

故に、嬉１図に示すオモリ１４と１５１−増減する事に
Ｌす、ｆＩＦを殆んど変化させず、ｆＴ　を大きく変化
させる事ができる。

ところが、屈曲二次振動と捩れの基本振動の結合を利用
する音叉型水晶振動子は、屈曲の基本振動と捩れの基本
振動の結合を利用する音叉型水晶振動子に比べ、同一周
波数にする時、腕の長さを長くしなければならない。し
かも、屈曲撮動と捩れ撮動の弾性結合を起させれために
、撮動子の厚みを厚くしなければならない。この様に、
屈曲二次振動と捩れ振動の弾性結合を利用する場合、振
動子の大きさが大きくなる事と、フォトリングラフィを
利用してエツチングｖｃＬ勺振動子を作製する時に長時
間を蟹し、ｔＭＫ適していない欠点を持っている。本発
明は従来の欠点を改善し、しかもδｆ調のし易い屈曲の
基本振動と捩れの基本振動の弾性結合を利用した音叉型
振動子を提供する事を目的としたものである。

以下図面を参照し１本発明の詳細な説明する。

絹３図は、屈曲の基本振動と捩れの基本振動の弾性結合
を利用する音叉型水晶振動子の平面図を示したものであ
る。５１は音叉型水晶振動子を示し、ｘ　、　ｙ′、　
　ｚ／　　はｍ１図ＶＣおいて説明した定義と同じもの
である。

第４図は、捩れ振動の変位成分の内液も大きい厚み方向
変位ｕｇ’の、第３図に示す［＠Ｃ！ＤＩＣ上における
大きさを表わしたものである。この図からオモリを増減
する事によ５１丁が最も大きく変化する箇所は、音叉腕
先端の近傍である事が明らかである。

第５図は音叉腕先端の断面における捩れ撮動の変位の様
子を表わしたものである。実線は二・つの音叉腕の先端
の断面形状を表わし、破線は捩れ撮動の変位の様子を表
わしている。この図から、音叉腕の幅方向ｎＡ鄭、即ち
点ｐ、　Ｇ、　Ｇ’、　ｐ’上でｕｓ’は大きく、幅方
向中央部付近において２′は小さい。故に、音叉腕先端
においては等量のオモリの増減によって、音叉腕の幅方
向Ｉ２！１部の方が幅方向中央部よりもｆＴの変化は大
さいと予想できる。

第６図は、屈曲の基本振動と捩れの基本振動の弾性結合
を利用する音叉型水晶振動子における増減するオモリの
位ｆｌＬ６１ｅ６１’ｆ示している。オモリを増減する
音叉腕上の位ｍは、音叉１１ｉ１長をｔとする時、先端
からｌ’−１１５とする。この位置にオモリを蒸着等で
付着させ゛た時のｆＴとｆｌの変化量を第７図に示す。

第７図において、億軸は第６図ＫＨ，工、Ｅｌ’、工′
で示す音叉腕先端の軸方向の位＆を表わしている。縦軸
はｆＴとｆＴの変化率δｆ／ｆ　を表わしている。７１
はｆＴの７２はｆＴの変化量を表わしている。この結果
は有限要素法による計算から求めたものである。

第７図から明らかな工うに、ｆＴの変化ｆは音叉腕の幅
方向の位ｔＫ殆んど関係しないが、ｆ？は予想どおり、
音叉腕の幅方向中央部において殆んど変化せず１幅方向
両端部で大きく変化する。

第・図は、屈曲の基本振動と捩れの基本振動の伸性結合
を利用する音叉型水晶振動子の平面図を表わしている。

”　＋　’１′、”は、第１図において説明した定義と
同じものである。音叉腕の幅方向を三等分して、８１と
８１’、８２と８２’、８５と８３／の主つの領域に分
ける。

この五つの領域に、音叉腕の長さ方向に沿ってオモリｆ
：蒸着等で付着した時のｆＦ　とｆＴ　の変化の様子を
第９図に示す。植９図において、横軸は音叉腕の長さ方
向、即ち、第８図に示すｙ′力方向位置を示す。音叉腕
先端はｔの位置にあり、音叉腕のつけ根がゼロの位置に
あるとする。縦軸はｆｌ　とｆＴの周波数変化率δｆ／
ｆを示す。この結果も第７図同様、有限要素法に工り得
られたものである。

９１は、第８図に示す音叉腕輪方向に分けた三つの領域
におけるｆｌの変化率を表わしておシ。

三つの領域でｆＰの変化に殆んど差は見られない。

９２は、餉８崗に示す８１と８１’、８３と８５′の音
叉腕輪方向端部にオモリを蒸着した場合のｆｌの変化率
を示している。９３は、ｗ４８図に示す８２と８２′の
音叉腕輪方向中央部にオモリを蒸着した場合のｆＴの変
化率を示１．ている。

第９図から明らかな如く、ｆＴの変化が最も大きくなる
オモリの位置は音叉腕先端の幅方向端部である。又、　
ｆＴ　とｆＰの変化率の比（δｔｒ／ｒＴ）／（δｆν
／ｆν）が最も小さくなるオモリの位置は音叉腕先端の
幅方向中央部である事が分る。故に。

本発明の如くｆｌを音叉腕先端の幅方向端部にオモリを
増減する事にニジｖＩ４整し、！１を音叉腕先端の幅方
向中央部にオモリを増減する事によシ調整すると、前者
の調整に工ｐｆｒ　を大きく変化させる事ができ、扱者
の調整にエリｆ〒を変化きせずにｆｌ　を変化させる事
ができる。このため、振動子の厚みのバラツキに、ｃる
ｆｌのバラツキを音叉腕先端の幅方向端部のオモリによ
り、又、　ｆＦとｆｌの差とｆｌのねらい値への調整を
音叉腕先端の一方向中央部のオモリにニジ則時に実行す
る事が可能となる。

第１０図は、本発明の一実施例を示す音叉型水晶振動子
の平面図である。１０１は音叉型水晶振動子、１０２．
１０２’、　　１０４．１０４’はｆｌを調整するため
に増減するオモリの位置、１０３と１０３′はδｆとｆ
Ｆの調整を同時に行なうために増減するオモリの位置を
それぞれ示している。

第１１図は、第１０図に示す直線Ｊ　Ｊ’で切った音叉
腕先端の断面図である。１１１と１１２は水晶の腕部、
１１６と１１３′はＣｒ、Ａｕ等のオモリの下地である
。！４，１１４’、１１６，１１６’はｆｌを調整する
次めに増減するオモリであシ、１１５と１１５／Ｉｆｉ
ｆＦとδｆを調整するために増減するオモリを表わして
いる。

第１２図も、第１０図に示す直＠　：ｆ　Ｊ’で切った
音叉腕先端の断面図である。第１２図が、第１１図と異
なる所は、増減するオモリが音叉腕先端の上下両面にあ
る事である。音叉腕輪方向端部と音叉幅方向中央部Ｉ／
ｃ増減するオモリの動きは、第１１図の場合と全く−じ
である。

１１１１１図と＃４１２図の本発明の実施例は共Ｋ。

下地のオモリの上に増減するオモリの主要部が音叉腕輪
方向端部と音叉腕輪方向中央部とに区切られて設けられ
る拳を表わしている。この様にすると、蒸着等でオモリ
を増大させる時も、レーザー等でオモリを減少させる時
も、オモリの位置決めが明確に行なわれ、ｆｌとｆＴの
調整を容易に実行する事が可能となる。

＃１１５図は、本発明の他の実施例を示す平面図である
ｏ１３１は音叉型水晶振動子、１５２，１３２’１３４
．１５４’は音叉腕先端でしかも音叉腕輪方向端部に増
減するオモリ、１５６と１５５′は音叉腕先端でしかも
音叉腕輪方向中央部に増減するオモリの位置を表わして
いる。１５５，１５５’。

１５６．１５６’の位置に増減するオモリは、第９図か
゛ら明らかな様に、ｆｌとｆＴの変化率がほぼ等しいた
め、ｆテ特性を変えずにｆｌとｆＴを変化させる事がで
きる性質を持っている。その九め。

音叉腕先端のオモリの増減Ｖ（より、　ｆＴ％性を良好
罠で傘てもｆｌがねらい値になっていない場合。

１！５５，１５５’、１５６，１５６’　　の位置にオ
モリを増減する事によシ、周波数温度特性を変えず［ｆ
Ｐをねらい値に設定できる利点を持っている。

第１４図は本発明の他の実施例を示す平面図である。１
４１は水晶振動子、１４２，１４２’、１４４゜１４４
′は音叉腕先端でしかも音叉腕輪方向端部に増減するオ
モリ、１４６と１４５′は音叉腕先端でしかも音叉腕輪
方向中央部に増減するオモリの位置を表わしている。１
４５と１４５′の位置にオモリを増減する事に、Ｃす、
　ｆＴは殆んど変化せず。

ｆＦのみ大きく変化する。このたｂ、音叉腕先端のオモ
リの増減に工りで１　をねらい値に！ｉｌｌ整できない
時、１４５と１４５′の位ｆ＃、にオモリを増減する事
に工り、ｆＦ　をねらい値に設定できる利点を持ってい
る。

以上の説明において、水晶振動子を例にあげて説明でき
たが、振動子の材質は水晶に限らない事は勿論の事であ
る。以上述べた一険は、振動子の材質が水晶以外であっ
ても、そのままあてはまるからである、 以上詳細ＶｃＷ！ｊｌ明した様に、本発明は、屈曲の基
本振動と捩れの基本振動の弾性結合を利用する音叉型振
動子において、屈曲振動の良好７ｉｆＴ特性を１産性良
く実現できるδｆ＃１４が可能となる優れた性質を持っ
ている。しかも本発明によれば、屈曲の基本振動を利用
するため音叉型振動子を小型にでき、水晶振動子の様に
フォトリングラフィを用いてこの振動子を作製する場合
、振動子の厚みが薄いためＫｉｌ産性に適する長所も持
っている。

【図面の簡単な説明】

１１図は従来のオモリの位置を示す音叉型水晶振動子の
平面図、第２図は屈曲二次振動の変位の様子を示すグ２
）。第３図は音叉型水晶振動子の平面図、第４図は。捩
れ振動の厚み方向変位の大きさ′を示すグラフ、第５図
は、音叉腕断面図上における捩れ振動の変位の様子を示
す断面図。第６図と第８図は、音叉型水晶振動子に増減
するオモリの位置を示す平面図。′Ｍ７図と第９図は、
それぞれ第６図と＄８−に示した位置にオモリを増大さ
せた時の屈曲振動と捩れ振動の周波数の変化を示すグラ
フ。第１０図は本発明の実施例を示す音叉型水晶振動子
の千〇ｉＪ図。朗１１図と泥１２図は第１０図の直線Ｊ
　Ｊ’上の断面図。第１６図と第１４図は、それぞれ４
本発明の他の実施例を示す平ｒｆｉ図。 １０１．１３１．ｉ４１・・・音叉型水晶振動子。 １０２．１０２’、１０３，１０５’、１０４，１０４
’、１１４゜１１４’、１１５，１１５’、１１６，１
１６’、１３２，１３２’１３５．１３３’、　１５４
，１５４’、１３５，１３５’、１５６゜１３６’、１
４２，１４２’、１４３，１４５’、１４４，１４４’
。 １４５．１４５’・・・増減するオモリ以　　上 第１図 第２図 第３図 第１θ団 ＝。 第１１図 第１２図 第１３国

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）屈曲振動の基本振動と捩れ撮動の基本撮動の弾性
   結合を利用する音叉型振動子において、音叉腕先端の幅
   方向端部にオモリを増減する事にニジ捩れ振動の、音叉
   腕先端の幅方向中央部にオモリを増減する事にニジ屈曲
   振動の周数数をそれぞれ調整する事を特徴とする音叉型
   振動子。
2. （２）音叉腕先端の幅方向端部と幅方向中央部にオモリ
   が区切られて増減される事を特徴とする特許請求範囲第
   １項記載の音叉型振動子。
3. （３）音叉腕先端以外にもオモリが増減される事を特徴
   とする特許請求範囲第１項記載の音叉型振動子。
4. （４）振動子は水晶撮動子である事を特徴とする特許請
   求範囲第１項記賊の音叉型振動子。