JPS5936408A - 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（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ＡＴカット水晶振動子が使用されて′ｔ
Ａた。しかし、最近は色々な民生機器で小型化が々され
、それに従って、ＡＴカット水晶振動子も小型化が要求
でれて来ているが、このタイプの振動子は、スプリアス
振動（５ｐｕｒｉｏｕｓＶｉｂｒａｔｉｏｎ　）が多く
、　小型ｆヒが難しいというのが実状である、特に、腕
時計用振動子としてＡＴカット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、ザイズの面では全く満足できるもの
では々い。そこで、最近はＩＣの技術を応用したフォト
１１ソグラフイによる振動子の形成方法が振動子製造に
応用さ引、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。例メば、振動子の厚みを大変
に薄くできる温度特性の優れたＧＴカット水晶振動子に
応用さね、非常に小型のものが可能に々つだ２しかし、
このＧＴカット水晶搗動子は良好な温度特性を得７−た
めに二つの振動モード、即ち、主振動と副振動の結合を
利用しているーそわ故、温度特性は主振動と副振動の共
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ぐ、温度特性のバラツク原因であ
った、そこで、本発明は温度特性のバラツキを小さくす
る、即ち、−次温度係数αを小ζくする方法と主振の共
振周波数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図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の結合振動子の形状と電
極の一例で、振動部とその両側に配置さねた二つの支持
部とが一体に形成゛さ？７ｊＧ　Ｔカット水晶振動子の
例である。第１図（Ａ）は平面図を、第１図（Ｂ）は側
面図全示十。水晶１の表裏面には電極２，３が配置され
、両電極に交番電圧を印加することによって容易に振動
子を励振することができる。又、幅Ｗと長さＬに裏って
二つのモードの共振周波数は決定さね、幅Ｗによる主振
動の共振周波数をｆｖ　、長さＬにする副振動の共振周
波ａをｆＬ　とすると次の関係がある。

Ｗｏｃ− −（１） ｆ　　Ｌ　　ｏｃ− 同、温度特性は両共振周波数の差Δｆ＝ｆｗ−ｆＬ　に
よってほぼ決定される。

第２図（Ａ）、　（Ｂ）はＧＴカット水晶振動子を支持
台４にマウントしたと衣の一実施例で、ｆ＄２図（Ａ）
は平面図をＦ２図（Ｂ）は側面図を示寸、支持台４には
水晶振動子５が配置さ引、振動子の両端部８，９で接着
剤あるいは、半田等によって固着されている。水晶振動
子の表裏面にけ励振用型ｉ＃Ｌ６，７が配置づねている
ー 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で、結合の強さによって
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＝ｆＷ−ｆＬが大きいときは直線ａのように、
又結合が強いとき、即ち、δが小さいときは直線すのよ
うになる。このとき、−次温度係数αの絶対値は約１．
５　Ｘ　１０−８７℃と犬＾く、充分に満足できる温度
特性とたらない。しかし、δが最適値のときは直線Ｃの
工うに女り、良好々温度特性？示す。一般に作らねる結
合振動子はこのよう人バラツイタ温度特性を示す。即チ
、直ｉａのように一次温度係数αが約−１、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＋１．５　Ｘ　１０””　／’Ｃ
と正の値を持つもの、それから、直線Ｃ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、形成後の振動子のαは−１，５Ｘ　１０
−＠／’Ｃ，〜＋１．５　Ｘ　１０”　／℃の範囲内に
ある。ここでαが正、負、そわかへ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αがほとんど零ということはαが±
１．　ＯＸ　１０−１１３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）１．
０Ｘ１０−マ／℃にあるものを言う。

（５）−次温度係数αが負ということは、αがα＜−１
，０Ｘ１０−フ　１℃にあるものを言う。

第４図はＧＴカット水晶振動子に蒸着により錘り１０．
１１を電極の上に付着した一例で、振動子の幅Ｗ方向の
端部、そして、長さ方向の中心部を対称にして、錘り１
０．１１が付着されている。

第５図は第４図の錘り１０．１１′ｆ蒸着に裏って付着
したときの錘りの付加竜に対する一次温度係数の変化Δ
αを示している。即ち、錘りの付着量を多くするに従っ
て一次温度係数αは負値側へと移動する。第６図はＧＴ
カット水晶振動子の四隅に蒸着によって錘り１２，１５
，１４．１５を電。

極の上に蒸着で付着したときの鍾りの付着量に対する一
次温度係数の変（？Δαの関係を示す、錘りの付着量を
多くするに従って一次温度係数αは正値側へと移動する
。これらのことから分かる工うに、第４図の錘りのとき
は錘りを付着することによって、−次温度係数αは負の
方向に、又、第６図の錘りの付着のときは飾りを付着す
ることによって一次温度係数αは正側へと移動する、即
ち、ｗｔ４図の錘り１０．１１と算６図の鉢り１２゜１
３．１４．１５の間に錘りを付着したときは一次温度係
数αは全く変化しかいことが予測できる。

ｔ＄８図けＧＴカット水晶振動子の錘り付着の他の例で
、＄４図の錘り１０と第６図の錘り１２゜１５の間に錘
り１６．１９が付着さね、飾り１１と錘り１３．１４の
間に鉾り１７，１８が付着量れ比圧面図である。第９図
は第８図の錘り１６゜１７、　１８．　１．９を蒸着で
付着したときの錘り付着量に対する一次温度係数の変化
Δαとの関係を示す。錘りの付着量によって一次温度係
数αは全く変化しないことが分かる。第１０図は第４図
の錘り１０，１１、ｇｆ、６図の錘り１２，１３，１４
゜１５％第８図の錘り１６，１７，１８，１９’ｅ蒸着
で各々付着したときの錘り付着量に対する主振動の共振
同波数の変ｆＩ′を示し、直線ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ第
４図、ｌｌ’８図、第６図の場合に対応している。いづ
わの場合でも錘りの付着量によって主振動の共振周波数
は低く女ることが分かる。次に、温度特性調整、即ち、
−次温度係数αと土掻の周波数調整方法を具体的に説明
する、が１図のＧＴカット水晶振動子はフォトリングラ
フィに工って形成された後、次のような特性を持つよう
に設計する７ （１）主振動の共振周波数は合わせ込む規準周波数ｆｓ
より通常２０００〜３ＤＯＤｐｐｍ高い値を持つ。

この工うｈ′！Ｂ′１ｊｊＪ子は形状、エツーング時間
を選択子ることに工って容易に得らセ、る。、次に、こ
の振動子は外部の熱源、例えば、ヒーター、あるいはレ
ーザー等に工って熱せら引、このときの温度ｔｎ　ｓ主
振動の共振周波数ｆｎ　とする、但し、ｎ（＝’＋　２
＋　・・・・・・ｎ）は異なる温度での測定ポイント数
である、今、２点を考え、この温度ｔｌ。

ｔｓ　と共蚤周波数ｆｓ、ｆ＊工り、次式ｐＳら一次温
度係数αを求める。

ｔｓ　　−ｔｓ 又、合わせ込む規準周波数ｆ・を使って４Ｆき改めると
次のように々る、 ｆ＠　　　　　を怠　−ｔｌ α′（ｉ−吏１ｃ［度良く算出したいときには各温度屯
１１定点を増やせば良い、 第１１図は本発明のＧＴ力′ノド水晶ｔ＝ｔｍ子の温度
と土掻の共振周波数との関係を示し、＠練ｇはαが正の
場合の例である２県度ｔｏは土掻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ｔ＠のと
き土掻の共振周波数ｆは規準周波数ｆ・よりも高くなっ
ている、従って、土掻の共振周波数ｆ？規準周波数ｆ、
に錘り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、αは正であるからα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図の錘り１０．１１？付着する方式である。

第１１図の直線りは錘り１０゜１１の付着に工ってαは
ほとんど零になり、土掻の共振周波数はｆからで、へと
下がる、次に、第８図の錘り１６．１７．１８．１９の
付着に工って周波数ｆから規準周波数ｆ、に合わせたと
き直線１のようになるｎ第１２図はこの工うにして得ら
れた本発明の温度特性の一実施例を示す７直線Ｊは振動
子形成後の温度特性でαキ１．５　Ｘ　１０−’１℃、
直線にはαと土掻の共振周波数の調整後の温度特性でα
≦１．　ＯＸ　１０−マ１℃と相当小さく左り、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、並びに、αがほとんど零のときにも、温度特性と
主振の共振周波数を調整することができる１以上述べた
ように本発明は結合振動子の周波数調整前の最適温度特
性、並びに、主振動の最適共振周波数？得る振動子の設
計をし、外部熱源によって振動子を熱し、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、蒸着に
裏って一次温度係数αをほとんど零にし、更に、共振周
波数を規準周波数ｆａに合わせ込むことによって温度特
性の優ねた、しかも規準周波数ｆ９に合わせ込捷わたＧ
Ｔカット水晶振動子を提供することができた。こねによ
り、例えは、高精度腕時計の実現が可能になった。又、
この方式は一個一個振動子の温度特性を測り、その後、
−次温度係数ケ論整するので温度特性による不良率は瑞
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カット水島振動子で説明し几が、本
発明の考え力は他の結合振動子、例えば、ＺＴカット水
晶振動子にも適序できることは言うまでもｈい。

【図面の簡単な説明】

第１図（４）、（Ｂ）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（４）は正面図、第１図（ｇｌは上面図であ
る、 第２図（Ａ）、（Ｂ）はＧ’ｒ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
図、第２図（Ｂ）は下面図を示す。 第５図はフォトリソブラフイによって形成され九〇Ｔ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、第６図、第８図はＧＴカット水晶振動子に蒸着
により錘りを付着した実施例を示す正面図である。 第５図、第７図、第９図は各々、第４図、第６図、第８
図の錘りを蒸着によって付着したときの錘りの付加量に
対する一字温度係数αの変化を示すグラフである６第１
０図は第４図の錘り１０゜１１、第６図の錘＃）１２，
１３，１４，１５、第８図の錘り１６．１７，１８．１
９を蒸着で各々付着したときの錘り付着量に対する主振
動の共振周波数の変ｆけ示すグラフで、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、第１１図は温度と土掘の共振周波数との関係を示す
グラフで、直線ｇは一次温度保斂αカニ正の振動子の温
度に対する土掘の共振周波数との関係を示し、直線りは
温度係数調整後の温度特性を、直線１は主振の共振周波
数ｆ規準周波数ｆ・に合わせ込む場合の温度特性を示す
。 ！！１２図は本発明に工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・・・水晶　　　　　　２，３・・・電極４・・・支
持台　　　　　５・・・水晶振動子６．７・・・励振用
電極 ８．９・・・両端部 １０〜１９・・・錘り 以上 出願人株式会社　四二精工舎 代理人弁理士　最上　　務 第４図　　　　　　第５図 第６図　　　　　　　　　第７図 弔８図　　　　　　　第９図 第１０図　　　、、 第１１図 第７２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. い（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
   共弗周波数から一次温度係数αを求める工程、更に、−
   広温度係数αが正のときけ、振動部の長さＬ方向のほぼ
   中央端部（１０，１１）の少々（とも−ケ所に錘りを付
   着し、αをほとんど零に追い込み、次に、前記はぼ中央
   端部と振動部四隅との間（１６〜−１９）の少々くとも
   一ケ所に錘りを付着し、主振動の共振周波数を規準周波
   数ｆａに合わせ込む工程、−広温度係数αが負のときけ
   、前記振動部の四隅（１２〜１５）の少々くとも一ケ所
   に錘りを付着し、αをほとんど零に追い込み、次に、前
   記はぼ中央端部と前記四隅との（…（１６〜１９）の少
   ｋくとも一ケ所に錘りを付着し、主振動の共振周波数を
   規準周波数ｆｅに合わせ込む工程、−広温度係数αがほ
   とんど零のときけ、前記は＃丁中央端部と前記四隅との
   間（１６〜１９）の少な（とも−ケ所に錘りを付着し、
   主振動の共振周波数を規準周波数ｆｏ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
   −