JPS585019A - 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】 本発明は屈曲の二次振動と捩れ振動の結合を利用する音
叉型振動子に関するものである。

近年、腕時計の精度は月差表示がｂ年１！１！＃Ｎと移
ろうとしている。年差表示可能な腕時計用振動子として
、最近新たに屈曲振動と捩れ振動の結合を利用する音叉
型振動子が考えられている。この方式の場合、良好な肩
波数温度特性を得るためには、適切な結合の度合いを選
択しなければならない。この結合の度合いは、屈曲振動
と捩れ振動の周波数の差によって決まる。ところで、屈
曲振動の周波数は、振動子の長さと輻に依存する。又、
捩れ振動の周波数は、振動子の長さと幅と厚みに依存す
る。そこで結合の度合いを適切なものにするためには、
振動子の厚み寸法を最適値に設定してやれば良い。とこ
ろが実際には、厚み寸法のバラツキが大き過ぎてしまい
、厚み寸法の管理だけでは二つの振動モードの周波数差
を適切な値にする事はできない。そのため、二つの振動
、モードの周波数差の管理は、周波数調整用の錘りの増
減による周波数調整に依存せざるを得ない。

ところで、二つの振動モードの周波数差を適切な値にす
るためには、一方の振動モードの周波数を変化させず、
他方の振動モードだけの周波数を変化させる周波数調整
が必要となる。

第１図は音叉型振動子１の平面図を示している。ム、Ｂ
、Ｏ，Ｄ、ＩＩＩは振動子１の位置を表わしている。

第２図は、第１図に示す音叉型振動子１における屈曲の
二次振動（以後、二次モードと呼ぶ）の直線ム亘上の振
動変位を示している。横軸は音叉型振動子１の位置を示
し、縦軸は振動子の幅方向の・変位μＷを示す。破線２
１が、第１１ｉｌに示す直ＩＩＩＡＡＩＣ上における屈
曲二次モードの幅方向の変位分布を表わしている。直線
ム１上とＤ点で変位はゼロとなり、１点で振動変位は最
大となる。０点での変位量は、直線ＢＤ間では極大であ
る。

第３図は屈曲の二次モードと捩れ振動の基本モードの結
合を利用する音叉型水晶振動子におけるオモリの位置の
従来例を示している。３１は音叉型水晶振動子、５２．
５２’　　、３３．！＄３’は付着さ・れたオモリを示
している。３２と３２／のオそりは音叉腕の先端にある
。３３と３３′のオモリは、二次モードの変位がゼロと
なる第１図μおける点りの近傍にある。

一般に、ある振動モードの周波数調整を行なう場合、振
動変位の大きい位置においてオモリを増減すると周波数
は大きく変化する。又、振動変位の小さい位置にオモリ
を増減すると、周波数の変化量は小さい。故に、第３図
において、オモリ３２と３２′は屈曲振動の周波数を大
きく変化させ、オモリ３３と３５′は屈曲振動の周波数
を殆んど変化させず、捩れ振動の周波数を大きく変化さ
せる事を目的としたものである。

第４￥ｌ！Ｊは、第３１ｉＵに示すオモリ３２，３２／
とオ毫す３３゜３ｓ′をレーザーで飛散させた時の屈曲
の二次モードと捩れの基本モードの周波数変動を示した
ものである。横軸はオモリの飛散量−Ｗを、縦軸は周波
数変化の割合Δｆ／ｆをボしている。４１と４２はそれ
ぞれ、第３！ｉ！！Ｉに示すオモリ３２と５２’を飛ば
した時の捩れ振動と屈曲振動の周波数変動の割合を示し
ている。又、４５と４４はそれぞれ、第３図に示すオ毫
す３３と３３′を飛ばした時の捩れ振動と屈曲振動の周
波数変動の割合を示している。直４１４４から明らかな
様に、第３図に示すオモリ５３と３３′を飛散させた時
の屈曲二次モードの周波数変動は予想外に大きい。

第５図は、第３図に示すオモリをレーザーで飛ばした時
の周波数調整の様子を示している。縦軸に周波数をとり
、横軸にオモリ３２と５２”の飛散量とオモリ３３と３
３′の飛散量を直列に並べてとったものである。ｆＦｏ
＊ｆ？ａはそれぞれ、屈曲振動と捩れ振動の周波数のね
らい値である。又、振動子の寸法やカット角のバラツキ
による多数の振動子の屈曲振動と捩れ振動の周波数の初
期バラツキは、それぞれｆ’ｘとｆν８．ｆ！□とｆ　
Ｔ、の間にあるものとする。オモリ３２と３２′を飛ば
し、屈曲振動の周波数をねらい値ｆ１１゛・に設定する
。その時捩れ振動の周波数も上昇するが、周波数の初期
バラツキはほぼそのまま保たれる。次にオモリ３３と５
３′を飛ばして、捩れ振動の周波数をねらい値ｆ　！ｏ
に設定する。しかし、第４図に示した様に、３３と３３
′のオモリ渣飛ばした時、屈曲振動の周波数も変化して
しまう。その結果、第５図に示す様に、捩れ振動の周波
数を全ての振動子についてねらい値ｆ！。に調整し終っ
た後、屈曲振動の周波数はΔｆｔのバラッキを持ってし
まう、このバラツキが数十ｐｐｍの時、発振回路に組み
込んだ歩度調整用のコンデンサを適切な値に設定する事
により腕時計の歩度調整は完了する。しかし、実際には
３３と３３′のオ彎すを飛散し、捩れ振動の周波数を調
整し終った後のΔｆνは１０００〜．２０００　ｐ　ｐ
臘という大きな値となる。その結果、屈曲振動と捩れ振
動の周波数差がばらつき、周波数温度特性もばらついて
しまう。

この様に、第５図に示す従来の周波数調整用のオモリで
は、屈曲振動と捩れ振動の周波数差がばらついてしまう
事により、希望の周波数温度特性が効率良く得られない
という大きな欠点を有していた。本発明は従来の欠°点
を改善し、屈曲振動と捩れ振動の周波数差のばらつきを
小さくシ、その結果、希望する周波数温度特性を効率良
く得られる屈１曲の二次モードと捩些振動の結合を利用
する音叉型振動子を得る事を目的としたものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

第６ＦＩｌｉは音叉型水晶振動子の平面図を示す。６１
は音叉型水晶振動子、６２，６３，６４．６５はオモリ
を示している。点０′は、第１図で示す点ａとほぼ同じ
位置にある。即ち、第６ｆＩ！Ｊに示すオモリは屈曲二
次モードの変位が極大値を持つ近傍にある。

第７図は、第６図に示すオモリを飛ばした時の屈曲振動
と捩れ振動の周波数変動の割合を示している。縦軸は周
波数の変動の割合Δｆ／ｆを、横軸はオモリの飛散量−
Ｗを表わしている。７１は屈曲の二淡モードの、７２は
捩れの基本モードのΔｆ／ｆを表わしている。捩れ振動
のΔｆ／ｆは非常に小さい。第６図に示すオモリの寸法
１ｗとＷｗを適切に選ぶ事によって、捩れ振動の周波数
変動を殆んどゼロにする事が可能である。第３図のオモ
リ３３と３３′を飛ばした時の屈曲振動と捩れ振動の周
波数変動の比（Δｆ／ｆ　）屈曲ノ（Δｆ／ｆ）捩れ　
よりも、第６図のオモリを飛ばした時の捩れ振動と屈曲
振動の周波数変動の比（Δｆ／ｆ＞捩れ／（Δｆ／ｆ）
屈曲　の方がはるかに小さい。屈曲振動と捩れ振動の周
波数差のバラツキを小さくするには、二つの振動の周波
数変動の比が小さければ小さい程良い。この点から、周
波数差のバラツキを小さくする上では、従来の第３図に
示すオモリ３３．３５’を増減するよりも第６図に示す
オモリを増減した方がはるかに優れている。

第８図は音叉型水晶振動子の平面図を示している。８１
は音叉型水晶振動子、８２．８２’は音叉腕の長さ方向
にも幅方向にもほぼ中央部にあるオモリを示している。

この８２と８２′のオモリを飛ばしても、捩れ振動の周
波数変動がほぼゼロに近い値を示す位置は存在する。そ
の位置は、音叉腕の長さ方向に関して、第１図に示す０
点とＤ点の中間にある。

ところで本発明は、音叉腕の長さ方向中央部でしかも幅
方向の端部の位置にあるオモリを増減する事により、屈
曲振動の周波数を調整する事を特徴としている。故に、
音叉腕の長さ方向中央部のオモリの増減により、捩れ振
動の周波数変動はほぼゼロで、しかも屈曲振動の周波数
変動は非常に大きい事が望ましい。第１図に示す点０と
点りの中間の位置は、第２図から明らかな様に、屈曲の
二次モードの変位は非常に小さい所である。その結果、
第８図に示す８２と８２′のオモリの増減によって、捩
れ振動の周波数変動はゼロになっても、屈曲の二次モー
ドの周波数変動は十分大きくない。このため、第８図に
示す音叉腕の長さ方向中央部にあっても、幅方向中央部
にあるオモリでは、屈曲の二次モードの周波数調整用の
オモリとしては適していない。故に、本発明は、音叉腕
の長さ方向中央部にあって、しかも音叉腕幅方向の端部
にあるオモリを増減する事を特徴とし、捩れ振動の周波
数変動をほぼゼロに抑え、屈曲の二次モードの周波数を
大きく変化させる事が可能である。その結果、屈曲振動
と捩れ振動の周波数差のバラツキを小さく抑え、希望の
周波数温度特性の振動子を大量に作る事が可能となる大
きな利点を持っている。

ところで、音叉腕の長さ方向中央部でしかも音叉腕の幅
方向端部のオモリでは、屈曲振動の周波数のみ大きく変
わり、捩れ振動の周波数はほとんど変化しなかった。適
切な屈曲振動と捩れ振動の周波数差を設定するには、捩
れ振動の周波数も変化させる必要がある。そこで、本発
明は捩れ振動の周波数を変化させるために、音叉腕長さ
方向中央部でかつ幅方向端部以外の一ケ所以上の位置に
もオモリを増減する事を特徴とする。音叉型振動子にお
いて、捩れ振動の周波数を最も大きく変動させるオモリ
の位置は音叉腕の先端である。そのため、捩れ振動の周
波数を大きく変化させるためにオモリを増減させる位置
は音叉腕先端が最も都合が良い。

第９図は、屈曲の二次振動と捩れ振動の結合を利用する
音叉型振動子の本発明の一実施例を示している。９１は
音叉型振動子、９２と９３は音叉腕、９４と９５は音叉
腕先端に増減するオモリ、？６，９７．９８．９９は音
叉腕長さ方向中央部で、しかも幅方向端部に増減するオ
モリをそれぞれ表わしている。

第１０図は、第９図に示すタイプの多数の音叉型振動子
の屈曲振動と捩れ振動の周波数調整の様子を示す。第１
０図の縦軸は周波数ｆを、横軸はオモリをレーザーで飛
ばした時のオモリの飛散量を表わしている。縦軸上のｆ
ν。は屈曲振動のねらい値を、ｆ’１とｆ’ｓは振動子
の寸法やカット角のバラツキによる多数の振動子の屈曲
振動の周波数の初期のバラツキの上限値と下限値を表わ
している。ｆ！。は捩れ振動のねらい値を、ｆ！。

とｆテ、は振動子の寸法やカット角のバラツキによる多
数の振動子の捩れ振動の周波数の初期のバラツキの上限
値と下限値を表わしている。まず、第９図に示す音叉腕
先端のオモリ９４と９５をレーザーにより飛ばす事によ
り、全ての振動子の捩れ振動の周波数をねらい値ｆテ。

に調整する。この時、多数の振動子の屈曲振動の周波数
は依然として大きなばらつきを持っている。次に、音叉
腕長さ方向中央部でしかも幅方向端部にあるオモリ９６
．９７．９８．９９により、多数の振動子の屈曲振動の
周波数をねらい値ｆ’０に調整する。

この時、捩れ振動の周波数は殆んど変化しないため、全
ての振動子の屈曲振動をねらい値ｆ　Ｆｏに調整し終っ
た後の多数の振動子の捩れ振動の周波数のバラツキΔｆ
！は非常に小さい。その結果、第９図に示す本発明の音
叉型振動子は、周波数調整後の多数の振動子の屈曲振動
と捩れ振動の周波数差のパテツキが小さいため、所望の
周波数温度特性をバラツキ少なく大量に得る事ができる
大きな利点を持っている。

第１１図は本発明の他の実施例を示す。１１１は音叉型
振動子、１１２と１１３は音叉腕、１１４と１１５は音
叉腕先端に増減するオモリ、１１６と１１７は音叉腕長
さ方向中央部でしかも幅方向内側端部に増減するオモリ
をそれぞれ示している。

第１２図は本発明の他の実施例を示す。１２１は音叉型
振動子、１２２と１２５は音叉腕、１２４と１２５は音
叉腕先端に増減するオモリ、１２６と１２７は音叉腕長
さ方向中央部でかつ幅方向外側端部にあるオモリをそれ
ぞれ示している。第１１図と第１２図に示す本発明の実
施例は、第９図に示す本発明の実施例と全く同様な効果
を持っている。

次←、水晶振動子を例にとって本発明の詳細な説明する
。第１３図は水晶振動子の方位を示している。！、１／
、Ｚ軸はそれぞれ水晶の電気軸。

機械軸、光軸を示している。振動子の長さ方向はｙ軸に
あり、幅方向がＸ軸にある振動子をＸ軸の回りに角度θ
だけ回転した方位を、同図は示している。回転後の振動
子の長さ方向はｙ′軸方向にあり、厚み方向；ま２′軸
方向にある。屈曲の二次振動と捩れ振動の結合を利用す
る音叉型水晶振動子は、第１３図に示す回転角θがある
値の時、良好な周波数温度特性を示す。

第１４図は、本発明の音叉型水晶振動子の一実施例を示
す。振動子の長さ方向は、第１３図に示すｙ′軸方向に
あり、幅方向はＸ軸方向にあり、厚み方向は２′軸方向
にある。１４２と１４２′は音叉腕先端にあるオモリを
示す。１４３と１４３′は音叉腕長さ方向中央部でしか
も幅方向内側端部にあるオモリを示す。１４２と１４２
′のオモリは捩れ振動の周波数を調整するためにあり、
１４３と１４３′のオモリは屈曲振動の周波数のみを変
化させるためにある。

第１５図は、第１４図に示す直線ＰＩＦ’上で切った断
面図を示す。１５１と１５２は二本の音叉腕の断面を示
している。１５３，１５５，１５８．１５１０は同相、
又１ｓ４，１５６，１５７゜１５９も同相の電極を示し
ている。但し、１５３と１５４の電極は逆相である。こ
の様にすると、音叉腕の断面内には矢印で示す電界が発
する。

第１６図は、第１４図に示す直線ＧＧ’上で切った断面
図を示す。１６１と１６２は二本の音叉腕の断面を示し
ている。１１５３，１４５，１６８．１６１０は同相、
又１６４，１６６．１６７゜１６９も同相の電極を示し
ている。但し、１６３と１６４の電極は逆相である。こ
の様にすると、音叉腕の断面内には矢印で示す電界が発
生する。

第１４図、第１５図、第１６図に示す電極構造にすると
、水晶振動子は屈曲の二次振動で励振する事が可能とな
る。

以上詳細に説明した様に、本発明の屈曲二次振動と捩れ
振動の結合を利用する音叉型振動子は、多数の振動子を
屈曲振動と捩れ振動の所望の周波数差に設定する事がで
き、その結果、優れた周波数温度特性を持つ大量の振動
子を得る事ができる大きな利点を持っている。

【図面の簡単な説明】

第１図は音叉型振動子の平面図。第２図は屈曲二次振動
の変位分布を表わすグラフ。第３図は従来の増減するオ
モリの位置を示す音叉型振動子の。第５図は、第３図に
示す従来の振動子の周波数調整の工程を示すグラフ。第
６図は本発明の増減するオモリの位置を示す音叉型振動
子の平面塾。 第７図は、第６図に示すオモリを減少させた時の屈曲振
動と捩れ振動の周波数変動を示すグラフ。 第８図は従来の増減するオモリの位置を示す音叉型振動
子の平面図。第９図は本発明の実施例を示す音叉型振動
子の平面図。第１０図番ま本発明の音叉製振動子の周波
数調整の工程を示すグラフ。第１１図と第１２図はそれ
ぞれ本発明の実施例を示す音叉型振動子の平面図、第１
３図番ま水晶振動子の方位を示す斜視図。第１４１ｉＵ
Ｇｓｔ本発明の一実施例を示す水晶振動子の斜視図。第
１５図と第１６の断面図である。。 子 ９２．９３，１１２−．１１３，１２２，１２３．１５
１，１５２，１６１，１６２・・・・・・音叉腕９６〜
９９．１１＋６，１１７，１２６．１２７１４３・・・
・・・オモリ 以上 出願人　株式会社第二精工舎 代理人　弁理士　最上　　務 第１図 第６図 第７図 →　　−Ｗ 第８Ｗ１ １１′ 第９茜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　屈曲の二次振動と捩れ振動の結合を利用する
   音叉型振動子において、音叉腕の長さ方向中央部でしか
   も幅方向端部の位置にオモリを増減する事を特徴とする
   音叉型振動子。 （ｚ）　　特許請求の範囲第１項記載の音叉型振動子に
   おいて、オモリの位置は音叉腕の長さ方向中央部でしか
   も幅方向内側の端部である事を特徴とする音叉製振動子
   。 （３）特許請求の範囲第１項記載の音叉型振動子におい
   て、オモリの位置が音叉腕の長さ方向中央部でしかも幅
   方向外側の端部である事を特徴とする音叉型振動子。 ６）　特許請求の範！！！！＃１１項記載の音叉製振動
   子において、オモリの位置は孟音叉腕の長さ方向中央部
   でしかも幅方向の両端部である事を特徴とする音叉型振
   動子。 （５）特許請求の範囲第１項、第２項、第３項もしくは
   第４項記載の音叉型振動子において、オモリを音叉腕の
   長さ方向中央部でしかも幅方向端部の位置と、その他の
   一ケ所以上の位置に増減する事を特徴とする音叉型振動
   子。 （６）特許請求の範囲第５項記載の音叉型振動子におい
   て、オモリを音叉腕の長さ方向中央部でしかも幅方向端
   部の位置と音叉腕先端の位置に増減する事を特徴とする
   音叉型振動子。