JPS5944114A - 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ｔｉｌｔ娠動子を要求する民生機器は多くあるが
、これらにはＡＴカット水晶振動子が使用されて米た。

しかし、最近は色々な民生機器で小型化がなされ、それ
に従って、ＡＴカット水晶振動子も小型化が要求されて
米ているが、このタイプの振動子は、スプリアス振％　
（Ｓｐｕｒ−１０ｕ８　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ＡＴＴカツト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４辰切子
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、般近はＩＣの技術を応用したフオ）　
ＩＪソグラフィによる振動子の形成方法が振動子！！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、歴すノ子の厚みを
大グｒに薄くできる温度特性の優れたＣ４　Ｔカット水
晶振動子に応用され、非常に小型のものが可能になった
。（２かし、このＧＴカット水晶櫨動子乞１、良好な温
度特性ｒ刊るために、二つの振動モード、即ち、主振動
と副振動の結合金利用している。それ故、温Ｉ」特性に
、主振動と副糸動の共振周波数の差しこよってほぼ決定
される。理論的には、優、ｆ″Ｌ′／コ温度特性を与え
る共振周波数の差をとの立にすれば良いか分るが、実際
には、ｆｉ！造上ｑ〕バラツキがわり、−足に押えるこ
とは難しく、温度特性のバラツク原因で、うった。

する、即ち、−広温度係数αを小さくする方法と主撮の
共振周波数調整方法ヶ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図（Ａ）　Ｉ　（Ｂ）は、本発明の結合撮動子σ）
形状と電極の一例で、振動部どその両側に配置さｈ　７
こ二つの支持部とが一体に形成され７”Ｃ（）Ｔカット
水晶振動子の例である。第１図（Ａ）ｒｒ、ｌ平面図ｔ
％　ｆｄ　１図（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′哨極に交番’ｔｊＬ　
ＩＩＪＥを印加することによって、容易に振動子を励据
することができる。

又、幅Ｗと長さＬによって二つのモードの共振周波数は
決定さｔｔｂ’ｌ法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、次
の関係かめる。

ｆ　　Ｗ　　ｏ！：　− ・・・・・・・・・・−・　（１） ｆ　　Ｉ、　　Ｏｌ−− 尚、温度特性は、両共振周波数の差Δｆ＝ｆＷ−ｆｌｙ
によってほぼ決定される。

第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は、ＧＴカット水晶撮撮画を
支持台４にマウントしたときの一実施例で、第２図（Ａ
）は平面図ケ、第２図（Ｂ）は側面ｔａを示す。支持台
４には水晶Ｊ辰勤子５が配置緻され、Ｊｌｉｅ動子の両
端部８゜９で接着剤あるいは、半田等によって固着され
ている。水晶Ｉ辰勤子の表裏面には、励振用電極６゜７
が配置されている。

第６図は、フォトリソグラフィによって形成されたＧＴ
Ｔカツト晶振動子の温度特性の例で、結合の強さによっ
て温度特性は異なる。主振動と副ＪＨｊｕノの結合が弱
いとき、即ち、δ−ｆ　Ｗ　−ｆ　Ｌ　が太きいときは
直線ａのように、又、結合が強いとき・即ち、δが小さ
いときは直ｉｂのようになる。

このとき、−広温度係数αの絶対１１りは、約１．５×
１０”−”７℃と大きく、充分に満足できる温度特性と
ならない。しかし、δが最適値のときは直＠ｉ！　ｃの
ようになシ、良好な温度特性ｆ７ｒ、す。一般に作られ
る結合振動子は、このようなバラソイタ温贋特性を示す
。即ち、直Ｘ＝　ａのように一次温度係数αが約−１，
５Ｘ　１０″′６／℃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＋ｊ、　５　Ｘ　１０−６
／℃と正の値を持つもの、それから、直１ｃのようにα
がほとんど零になるものと、多種多様の温度特性を示す
。換言するならば、形成後の撮動子のαは−ｔ　５　Ｘ
　１０−６　／℃〜＋１．５　Ｘ　１０″″６／℃の範
囲内にある。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）　　−広温度係数αがほとんど零ということは、
αが±１．　ＯＸ　１０−７７℃以内にあるものを言う
。

（２）−広温度係数αが正ということに、αがα）　１
．０’Ｘ　１０−７　／Ｃにあるものを言う。

（３）−広温度係数αが負ということは、αがα（−１
，ＯＸ　１１−７７℃にあるものを言う。

第４図は、ＧＴカット水水晶側動子メッキにより錘５１
０，１１金付着した一例で、携動子の幅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、厚み１
．０μ〜２．υμのｊｌｉｌ　１０１１１が配置されて
いる。

第５図は、第４図の錘ｐｌｏ、１１をレーザーによって
飛散したときの錘りの飛散量に対する一次温度係数αの
変化を示している。即ち、錘りの飛散−量を多くするに
従って一次温度係数αは正側へと移動する。

第６図は、ＧＴカット水晶振動子の四隅にメッキによっ
て錘り１２，１３，１４．１５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
ザーで飛散したときの３Ｆ乗りの飛散量に対する一次温
度係数αの関係を示す。錘９の飛散量を多くするに従っ
て、−広温度係数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９のときは
、錘りを飛散することによって、−広温度係数αは正の
方向に、又、第６崗の錘りの配置のときは、錘り全飛散
することによって、−広温度係数αは負側へと移動する
。即−呟第４図の錘り１０．１１と第６図の錘ｐ　１２
，１３，１４．１５の間に錘りを配置したときは、−広
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カット水晶撮撮画の錘９配置の他の例で
、第４図の錘り１０と′ｆＡ６図の錘り１２゜１５０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シ１７，１８が配置
された平面図である。

第９図は、第８図の錘り１６．１７，１８．１９をレー
ザーで飛散したときの錘り飛散量に対する一次温度係数
αとの関係を示踵錘りの飛散によって一次温度係数αは
変化しないことが分かる。

第１０図は、第４図の錘り１ｔ］、１１、第６図の錘り
１２，１３，１４，１５、第８図の錘り１６．１７，１
８．１９をレーザーで各々飛散したときの錘り飛散量に
対する主振動の共振周波数の変化を示し、直線ｄ、ｅ、
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、錘りの飛散量によっ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、本発明のＧＴカット水晶振動子の錘９配置
の一実施例を示し、錘り１０，１１，１２゜１３．１４
，１５，１６，１７，１８．１９が配置されている。

次に、本発明の県側周波数調整と温１￥特性調整方法を
Ａ本釣に説明する。

第１１ＭのＧＴ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
される。

（１）主振動の県側周′ｅ、数は、合わせ込む規準周波
数ｆｏよクコ８１常２０００〜３０００ｐｐｍ低い値を
持つ。

このような撮動子は、形状、エツチング時間を選択する
ことによって容易に得られる。次に、この撮動子は外部
の熱源、例えば、ヒーターあるいはレーザー等によって
熱せらｆｌ、このときの温度ｔｎ、主撮勤撮画振周波数
ｆｎとする。但し、ｎ（：１，２．・・・ｎ）は異なる
温度でのＩＨ１］定ポイント数である。今、２点全考え
、この温度ｔｌ、ｔ２と共振周波数ｆ１．ｆ２　よシ、
次式から一次温度係数αを求める。

又、合わせ込む規準周波数ｆＯを使って書き改めると次
のようになる。

αを更に精度良く算出したいときには、各温度測定点を
増やせば良い。

第１２図は、本発明のＧＴカット水晶撮撮画の温度と主
振の共振周波数との関係を示し、直線ｇはαが負の場合
の例である。温度ｔｏは土掘の共振周波数を規準周波数
ｆ、に合わせ込むときの温度である。温度ｔｏのとき土
掘の共振周波ｅ！１．ｆは規準周波数ｆｏ　よりも低く
なっている。従って、生揚の共振周波数ｆを規準周波数
ｆＯに錘りを除去して合わせ込む方法は、前記した５つ
の方法がある。しかし、この場合、αは負であるから、
αが正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、第１１図の錘ｐｌＯ
，１１を除去する方式である。第１２図の直線りは、錘
り１０．１１の除去によってαはほとんど零になり、生
揚の共振周波数はｆからｆ３へと高くなる。次に、第１
１図の錘り１６゜１７．１８．１９の除去によって、周
波数ｆ３がら規鵡周波Ｖｉｆ　ｏに合わせたとき＠線ｉ
のようになる。

第１６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Ｗ１１を示す。直訴ｊは振動子形成後の温度特
性で、αキー１．５　Ｘ　Ｉ　Ｃ１””／’Ｃ、直線に
はαと主振の共振周波数の調整後の温度特性で、１α１
≦１、ＯＸ　１０”−７７℃と相当小σ〈な９、良好な
温度特性を示すことが分かる。全く同様に、αが正のと
き、並びに、αがほとんど零のときにも、温度時性と生
揚の共振周波数を調整すうことができる。

以上述べたように、本発明は結合振励子の周波数調整０
１■の最適温度特性、並びνζ、主撮動の最適共振周波
数７得る振動子の設計を１外６ｂ熱源によって振動子で
熱し、その時の温度と共振周波数から一次温度係数αを
求め、更に、錘り除去によって一次温度係数αをほとん
ど零にし、更に、共振周波数を規準周波数ｆ、に合わせ
込むことによって、温度特性の優れたしかも、規準周波
数ｆ。

に合わせ込まれたＧＴ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、−個一個振動子の温＃
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、コスト
ダウンが可能になった。本発明の説明は、ＧＴカット水
晶振励子で説明したが、本発明の考え方は他の結合振動
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１図（Ａ）　、　ＣＢ）は、本発明の結合振動子の形
状と電極配置の一実施例で、ＧＴカット水晶振動子の例
である。第１図（Ａ）は正面図、第１図（Ｂ）は平面図
である。 第２図（蜀、（Ｂ）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、第２図（Ａ）は正面
１図、第２１忠１（Ｂ）は下面図を示す。 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敗特性の例を示すグラフである。 第４図、第６図、？Ａ８図は、それぞれＧＴカット水晶
拶勤子にメッキにより錘りを配置した実姉例を示す平面
図である。 第５図、第７図、第９図は、各々第４図、第６図、第８
図の錘りを除去したときの睡りの除去量に対する一次温
度係数の変化Δαと示すグラフである。 第１０図は、第４図の睡り１０，１１、第６図の錘り１
２，１３，１４，１５、第８図の錘シ１６゜１７．１８
．１９を各々除去したときの鋺り除去量に対する主（板
側の共振周波数の変化を示すグラフであり、直＠ａ　＋
　ｅ　ｒ　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図は、不発明のＧＴカット水晶振動子の雌り配置
の実施例を示す平面図である。 第１２文は、温度と主振の共振周ｅ数との関係を示すグ
ラフであり、直線ｇは一次温度係数αが負の振動子の温
度に対する生揚の共振周波数との関係を示し、直線りは
温度係数′Ａ整後の温度特性を、直線１は生揚の共振周
波数を規準周波数ｆ。 に合わせ込む場合の温度特性を示す。 第１３図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。 １０〜１９・・・・・・錘　り 以　　　上 出願人　株式会社　第二精工舎 代理人　弁理士　最上　　務 第１０図 ／ｊ　ｌ’ｌ　／ｌ　／δ１４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. いくつかの撮画モードが結合し１こ、いわゆる、結合振
   動子の周波数調整法は、ある任意の温度に振、動子を熱
   し、そのときの共振周波数を測定する工程、次に、前記
   温度と共振周波数から一次温度係数αを求める工程、更
   に、−矢温度係数αが正のときは、県動部の四隅の少な
   くとも１ケ所の錘り１２〜１５をレーザーで飛散し、α
   をほとんど零に追い込み、次に、撮動部中央端部と前記
   四隅との間（１６〜１９）の少なくとも１ケ所の錘りを
   レーザーで飛散し、主振動の共振周波数を規準周波ｊｉ
   Ｘｆｏに合わせ込む工程、−広温度係数αが負のときは
   振動部の長さＬ方間のほぼ中央端部（１０，１１）の少
   なくとも１ケ所の錬り葡レーザーで飛散し、αをほとん
   ど零に追い込み、次に、前記はぼ中央端部とｎ１１記四
   隅との間（１６〜１９）の少なくとも１ケ所の錘りをレ
   ーザーで飛散し、主憑勤の共振周波数を規準周波数ｆＯ
   に合わせ込む工程、−広温度係数αがほとんど零のとき
   は、はぼ中央端部と前記四隅との間（１６〜１９）の少
   なくとも１ケ所の錘りをレーザーで飛散し、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成るこ
   とを特徴とする結合振動子の周波数調整方法。