JPS586616A - 結合振動子の周波数調整方法 - 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】 本発明はいくつかの振動モードが結合した、いわゆる結
合振動子の周波数調整方法に関する。本発明の目的は周
波数温度特性（以下、温度特性と呼ぶ）の優れた結合振
動子を提供することにある、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、これらにはムチカット
水晶振動子が使用されて来た。しかし、最近は色々な民
生機器で小皺化がな門れ、それに従りて、ムチカット水
晶振動子も小皺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（８ｐｕｒｉｏｔｉｓ７１ｂ
ｒａｔｌｏｎ　）が多く小履化が離しいというのが現状
である。特に、腕時計用振動子としてム！カッＦ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、最近は工０の技術を
応用したフォトリソグラフィ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った。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Ｇテカット
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、１Ｐ′１′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り
た。しかし、これらＧＴカッ）、ＩＦＴカッシ水晶振動
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によってほぼ
決定される。理論的には優れた温度特性を与える共振周
波数の差をどの位にすれば良いか分かるが、実際には、
製造上のバラツキがあり、一定に押えることは難しく、
温度特性のバラツク原因であり周波数ｆ・に合わせ込む
際に温度特性のバラツキを小さくする共振周波数と温度
特性調整方法を提案するものである。以下、図面に沿っ
て本発明の詳細な説明する。

第１［は本発明の結合振動子の形状と電極の一実施例で
、振動部とその両側に配置された二つの支持部とが一体
に形成されたＧ！カット′水晶振動子の例である。（ム
）は平面図を、（Ｂ）は側面図を示す。水晶１０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
ることによりて容易に振動子を励振することができる。

又、輻Ｗと長さＬによって２つのモードの共振銀波数は
決定され、輻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ｆｘ、とすると次の
関係がある。

ｆ−ｉ 更に、温度特性は両共振局波数の差ｆ−−ｆＬ　　によ
ってほぼ決定される。第２図はＧ！カット水晶振動子を
支持台４に！ラントしたときの一実施例で平面図（ム）
と側面図ＣＢ）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
付けによって固着されている。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図はフォトリソグラ
フィによって形成されたＧＴカット水晶振動子の温度特
性の例で、結合の強さによりて温度特性は異なる。主振
動と副振動の結合が弱いとき、即ち、δ＝ｆ−−１１−
が大きいときは直ＩＩａのように、又、結合が強いとき
、即ち、δが小さいときは直線邊のようになる。このと
き−次温度係数αの絶対値は約２−５　Ｘ　１０−＠／
＝Ｃと大きく、満足できる温度特性とならない、しかし
、−が最適値のときは直線Ｃのようになり、良好な温度
特性を示す。一般に作られる結合振動子はこのようなパ
ラライタ温度特性を示す。即ち、直！Ｉａのように一次
温度係数ａが約−２−５Ｘ　１０−’／＝Ｃと言うよう
に負の値を持つもの、一方、直線すのように、αが約＋
２．５Ｘ１０Ａｃと正の値を持つもの、それから、直ｌ
ａｃのようにａがほとんど零になるものと、多種多様の
温度特性を示す。又、形成後の振動子のαは−２，５Ｘ
　Ｉ　Ｑ−＠／−ｐ　〜＋　ｌ　５　Ｘ　１０−’／−
ｐ　（Ｄ　Ｉｉ　Ｈ内にある。ここでαが正、負、それ
からほとんど零ということは次のように定義する。

（１）−次温度係数ａがほとんど零ということはａが±
１−　ＯＸ　１０−’Ａ以内にあるものを言う（２）−
次温度係数αが正ということはαがα）　ｔＯＸ　１０
−’／−ｃにあるものを言う。

（ａ）　　−次温度係数αが負ということはｅ１ガα（
−１−ｏ　ｘ　１ｏ−’／Ｃにあるものを言う。

第４図はＧ！カット水晶振動子に蒸着により錘シ１０．
１１を付着した一例で、振動子の輻Ｗ方向の端部、そし
て、長さ方向のほぼ中央位置に、対称的にて、錘Ｊｚｏ
、ｔ１が付着されている。第５図は第４ｗＪの錘１１０
，１１を蒸着によりて付着したときの錘シの付加量に対
する一次温度係数αの変化を示している。厘ち、錘）０
付着量を多くするに従って一次温度係数αは負側へと移
動する。第６図はＧ！カット水晶振動子の４隅に蒸着に
よって錘シ１２，１３，１４．１５を付着した例である
。第７図は第６図の錘夛１２，１３，１４．１ｇを蒸着
で付着したときの錘シの付着量に対する一次温度係数α
の関係を示す。錘夛の付着量を多くするに従って一次温
度係数ｄは王制へと移動する。これらのことから分かる
ように、第４図の錘シのときは、錘シを付着することに
よりて、−次温度係数αは負の方向に、又第６図の錘夛
の付着のときは、錘シを付着することによって、−次温
度係数αは正側へと移動する。即ち、第４図の錘シ１．
０　、１１と第６図の錘４１１１２　、１　！、１４．
１５の間に錘シを付着したときは、−次温度係数ａは全
く変化しない事が予測できる。ｊＩ８図はＧＴカット水
晶振動子の錘シ付着Ｑ他の例で、第４図の錘シ１０と第
６図の錘シ１２．１５の間にあるように錘？）１６．１
ｐが付着され、錘シ１１と錘？）１３．１ａの間にある
ように錘１：ｒ　１７．１８が付着された平面図である
。第９図は第８ｇＪの錘シ１６，１７．１８．１９を蒸
着で付着したときの錘シ付着量に対する一次温度係数α
との関係を示し、錘シの付着によりて一次温度係数αは
全く変化しないことが分かる。第１０図は第４図の錘シ
ｔｏ、１１、第６゛図の錘ｂ１２．１ｓ、１ａ。

１５、第８図の′錘ｊｌ）１４，１７．１８．ｌＰｔ−
蒸着で各々付着したときの錘シ付着量に対する主振動の
共振周波数の変化を示し、直１ｉ　ｃｌ　、　ｇ　、　
ｆはそれぞれ第４図、第８図、第６図の場合に対応して
いる。いづれの場合でも錘シの付着量によって主振動の
共振周波数は低くなることが分かる０次に、周波数調整
と温度特性調整方法を具体的に説明する。

第１図のＧ！カット水晶振動子はフォトグラフィによっ
て形成された後、次のような特性を持つように設計する
。

（ｌ　　主振動の共振周波数は合わせ込む規準周波数ｆ
６より高い−を持つ。（通常１０００ｐｐ■〜２０００
ｐｐｍ＊高くなっている）このような振動子は形状、エ
ツチング時間を選択することによって答易に得られる。

次に、この振動子はある任意の温度に置き、この温度を
サー虐スター等の温度計によって読み取り、この温度を
ｔｌとす・る、このときの主振動の共振周波数ｆ。

を測定する。更に、他の任意の温度に前記振動子を置き
、この時の温度ｔ、を前記と同様に読み取る。このとき
の主振動の；′振周波数ｆ、を測定する。温度１．．１
．と共振周波数！＝　　−ｆ＊によりて次式から一次温
度俸数αを求める。

α＝（１Ｈ工　（１）−・・・（２） １．℃ 又、合わせ込む規準周波数ｆ・を使って書き改めると次
のようにな４゜ α＝ム云五耳τ７７　（／、）・・・・・・（８）第１
１図はこの様子を示し、直線！はαが正の場合の例であ
る。温度ｔ、は主根の共振周波数と規準周波数ｆ・に合
わせ込むときの温度である。温度ｔ・のとき主根の共振
周波数ｆは規準周波数ｆ。

よりも高くなっている。従って、主根の共振周波数ｆを
規準周波数、ｆ、に錘ルを付着して合わせ込む方法は前
記した３つの方法がある。しかし、この場合、ａは正で
あるから−が負側に移動する方式を採用すればαを更に
小さくすることができる。即ち、第４図の錘シ１０．１
１を付着する方式である。第１１図の直線五とｉは共振
周波数ｆを規準周波数ｆ・に合わせ込む場合の温度特性
の変化を示している。規準周波数ｆ、に近づくに従って
、ａは零に近づき（直’ＩＩＡ）、規準周波数ｆ・に合
わせ込まれたときはαはほぼ零になる（直線ｉ）。第１
２図はこのようにして得られた本発明の温度特性の一実
施例を示す。直線ノ゛は振動子形成後の温度特性でα＃
　１．５　ｘ　１０−’／”Ｃ１直線には主根の共振周
波数ｆを規準周波数ｆ・に合わせ込んだときの温度特性
でα＃３　Ｘ　１０−’／−ｃ、と相当小さくなり、良
好な温度特性を示すことが分かる。

全く同様に、αが負のときは主根の共振周波数ｆを規準
周波数ｆ・に合わせ込むときａが正側に移動する方式を
採用すればａを更に零に近づけることができる。即ち、
第６図の錘ＪＭ２．１３．１４、１５を付着する方式で
ある。又、−がほとんど零のときには、αを変化させる
必要がないから共振層波数ｆを規準周波数ｆ・に合わせ
込むときαが変化しない方式、即ち、第８図の錘り　１
６．ｔｙ、１８，１？を付着する方式を採用すれば良い
。

以上、述べたように本発明は結合振動子の周波数調整給
の最適温度特性、並びに、主振動の殿適共振周波数を得
る振動子の設計をし、任意の温度ｔ。

、を愈での主振動の共振周波数ｆ＊　　ｓｆｍを測定し
、この値から一次温度係数ａを計算、しよ更に、蒸着に
よって一次温度係数一がほとんど零で、しかも、主線の
共振周波数がｆ・に合わ曽込まれた温度特性の優れた０
丁カッ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った。又、
この方式は一個個々振動子の温度特性を測り、その後、
−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。それ故、コスＦダ申ンが可能になった。

本発明の説明は（）Ｔカット水晶振動子で説明したが、
本発明の考え方は他の結合振動子、例えば、ＩＦＴカッ
ト水晶振動子にも適用できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１ＩＩｌは本発明の結合振動子の形状と電極の一実施
例で、０丁カット水晶振動子の例である。（ム）は平面
図、ＣＢ）は側面図を示す。 第２図はＧＴカット水晶振動子を支持台にマウントした
ときの一実施例で、平面図（ム）と側面ＩＩ（Ｉｔ）を
示す。第３図はフォトリングラフィによって形成された
ＧＴカッ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カット水晶振動子に蒸着により錘シを
付着した一実施例　　゛を示す平面図である。第５図は
第４図の錘シを蒸着によりて付着したときの錘シの付加
量に対する一次温度係数αの変化を示すグラフである。 第６図はＧτカット水晶振動子の４隅に蒸着によって錘
シを付着した一実施例を示す平面図である。第７図は１
ＩＥ６ＦＩｌの錘シを蒸着で付着したときの錘シの付着
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Ｇテカット水晶振動子の鍾り付着の他の実施例
を示す平面図である。筒９図は第８図の鍾シを蒸着で付
着したときの錘シ付着量に対す−る一次温度係数ａとの
関係を示すグツ７である。第１０図は第４ｖ！ｉの錘シ
１０，１１．第６ｖ！Ｊの錘シ１２　ｅ　１５　＠　１
４　ａ唱５．第８図０鍾ｊｌＪ１６，１７．１８，１？
を蒸着で各々付着したときの錘）付着量に対する主振動
の共振周波数の変化を示すグラフであり、直＠ｄ＊ａｅ
ｆはそれぞれ第４図、第８図、第６図の場合に対応して
いる。第１１図の直ＩＩＩ！ｉは一次温度係数αが正の
振動子の温度に対する主線の共振周波数との関係を示す
グラフであり、直線五と１は共振周波数を規準周波数ｆ
、に合わせ込む場合の温度特性の変化を示す。第１２［
は本発明によって得られた温度特性の一実施例を示すグ
ラフである。 １％〜１９・・・・・・錘シ 以上 出願人　株式金社第二精工舎 代理人　！！＃厘十　最上　　務 第３１５ ＠４図　　　　第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. いくつかの振動モードが結合した、いわゆる、結合振動
   子の周波数調整は、ある任意の温度ｔ１に振動子を置き
   、その任意の温度ｔ、とそのときの共振周波数ｆ８を測
   定する工程、次に、ある他の任意の温度ｔ、に前記振動
   子を置き、その任意の温度°ｔ、とそのときの共振周波
   数ｆ、を測定する工程、更に、温度’１　　＊’ｔ　　
   ＊共振周波数１１、ｆｆから一次温度係数αを求める工
   程、次に、−次温度係数αが正のときは、振動部の長さ
   Ｌ方向のほぼ中央端部の少なくとも一ケ所に錘シ１０．
   １１を付着し、主振動の共振周波数を規準周波数ｆ・に
   合わせ込む工程、−次温度係数ａが負のときは、振動部
   の四隅近傍の少なくとも一ケ所に鍾シ１２〜１５を付着
   し、主振動の共振周波数を規準周波数ｆ、に合わせ込む
   工程、−次温度係数αがほとんど零のときは、前記はぼ
   中央端部と前記四隅近傍との間の少なくとも一ケ所に錘
   〕１６〜１９を付着し、主振動の共振周波数を規準周波
   数ｆ、に合わせ込む工程からなる事を特徴とする結合振
   動子の周波数調整方法。