JPS6217405B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6217405B2 JPS6217405B2 JP15142878A JP15142878A JPS6217405B2 JP S6217405 B2 JPS6217405 B2 JP S6217405B2 JP 15142878 A JP15142878 A JP 15142878A JP 15142878 A JP15142878 A JP 15142878A JP S6217405 B2 JPS6217405 B2 JP S6217405B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tuning fork
- frequency
- vibration
- fork arm
- crystal resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/21—Crystal tuning forks
-
- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
- G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
- G04F5/04—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using oscillators with electromechanical resonators producing electric oscillations or timing pulses
- G04F5/06—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using oscillators with electromechanical resonators producing electric oscillations or timing pulses using piezoelectric resonators
- G04F5/063—Constructional details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は音叉型振動子に関する。
第１図は、従来の音叉型水晶振動子の斜視図と
音叉腕の振動方向を示す。１はある時刻における
音叉腕の振動方向、２は1/2周期後の音叉腕の振
動方向を示す。この振動子の共振周波数温度特性
は室温に頂点を有する温度についての二次曲線と
なる。その二次係数、即ち、二次温度係数は−35
×10-9／℃２である。この振動子は低周波である
ため消費電力が少なく、電子腕時計に使われるこ
とが多いが、温度変化による共振周波数の変化が
大きいため、時間精度をある程度以上向上させる
ことが難しい。そこで、誘電体を用いたコンデン
サーやサーミスタ等の感温素子を使つて振動子の
共振周波数温度特性を補償することが行われてき
たが、振動子の特性と感温素子の特性をうまく一
致させることが難しいため、量産した場合、補償
する前よりも精度が悪化するものもでてしまうと
いう欠点があつた。また、室温で共振周波数温度
特性の変化が非常に少ないATカツトの水晶振動
子が使われたが、共振周波数が高いため消費電力
が増大してしまい、電池寿命が短かくなるという
欠点があつた。
音叉腕の振動方向を示す。１はある時刻における
音叉腕の振動方向、２は1/2周期後の音叉腕の振
動方向を示す。この振動子の共振周波数温度特性
は室温に頂点を有する温度についての二次曲線と
なる。その二次係数、即ち、二次温度係数は−35
×10-9／℃２である。この振動子は低周波である
ため消費電力が少なく、電子腕時計に使われるこ
とが多いが、温度変化による共振周波数の変化が
大きいため、時間精度をある程度以上向上させる
ことが難しい。そこで、誘電体を用いたコンデン
サーやサーミスタ等の感温素子を使つて振動子の
共振周波数温度特性を補償することが行われてき
たが、振動子の特性と感温素子の特性をうまく一
致させることが難しいため、量産した場合、補償
する前よりも精度が悪化するものもでてしまうと
いう欠点があつた。また、室温で共振周波数温度
特性の変化が非常に少ないATカツトの水晶振動
子が使われたが、共振周波数が高いため消費電力
が増大してしまい、電池寿命が短かくなるという
欠点があつた。
そこで、低周波で共振周波数の温度による変化
の少ない水晶振動子が必要となつてきたが、これ
は音叉型振動子の中に存在する２つの異なつた振
動モードを結合させることにより可能となる。以
下、この振動子を結合音叉型振動子と呼ぶ。特に
圧電体として水晶を用いた場合には結合音叉型水
晶振動子と呼ぶ。
の少ない水晶振動子が必要となつてきたが、これ
は音叉型振動子の中に存在する２つの異なつた振
動モードを結合させることにより可能となる。以
下、この振動子を結合音叉型振動子と呼ぶ。特に
圧電体として水晶を用いた場合には結合音叉型水
晶振動子と呼ぶ。
この結合音叉型振動子の概要を結合音叉型水晶
振動子の一具体例を基に説明する。
振動子の一具体例を基に説明する。
第２図は水晶原石からの切り出し方を示す。
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は電気軸、機械軸、光軸を示す。
Ｘ軸まわりに角度θ回転した板から音叉腕が
Y′軸方向を向くように切り出す。この振動子に
第１図の振動子と同じ電極を付けて励振すると、
第１図の例と同じく、屈曲振動が生じる。一方、
音叉腕の長さ方向の中心を軸とする捩り振動が生
じる。
Y′軸方向を向くように切り出す。この振動子に
第１図の振動子と同じ電極を付けて励振すると、
第１図の例と同じく、屈曲振動が生じる。一方、
音叉腕の長さ方向の中心を軸とする捩り振動が生
じる。
以下、屈曲振動の基本振動をF0、捩り振動の
基本動作をT0と略す。また、F0の共振周波数を
F0，T0の共振周波数をT0と略す。F0をT0
に近づけると結合現象が生じる。
基本動作をT0と略す。また、F0の共振周波数を
F0，T0の共振周波数をT0と略す。F0をT0
に近づけると結合現象が生じる。
第３図は、カツトアングルθがθ０のときの結
合領域のモードチヤートである。横軸は振動子の
厚み、縦軸は共振周波数である。周波数が厚みに
依存せず一定の線は純粋のF0のF0、周波数が
厚みに対しほぼ線型に変化している線は純粋の
T0のT0を示す。丸でかこんだ領域が結合の生
じた領域である。第２図のカツトアングルθをあ
る値θ０とし、結合音叉型水晶振動子の厚みを変
化させるとT0と結合したF0の共振周波数温度特
性が変化する。実際に用いる厚みはt′よりも薄い
厚みを使う。
合領域のモードチヤートである。横軸は振動子の
厚み、縦軸は共振周波数である。周波数が厚みに
依存せず一定の線は純粋のF0のF0、周波数が
厚みに対しほぼ線型に変化している線は純粋の
T0のT0を示す。丸でかこんだ領域が結合の生
じた領域である。第２図のカツトアングルθをあ
る値θ０とし、結合音叉型水晶振動子の厚みを変
化させるとT0と結合したF0の共振周波数温度特
性が変化する。実際に用いる厚みはt′よりも薄い
厚みを使う。
第４図は、結合したときの厚みに対するF0
の一次温度係数α、二次温度係数β、三次温度係
数γを示す。カツトアングルはθ０である。横軸
は厚み、縦軸は一次、二次、三次温度係数α，
β，γを示し、各々のスケールは10-6／℃，
10-8／℃２，10-10／℃３のオーダである。ここ
で、一次、二次、三次温度係数α，β，γは、温
度Ｔの関数として共振周波数を（Ｔ）と書いた
とき、（Ｔ）を温度Ｔでテーラー展開した係数
に相当する。即ち、 α≡′（20）／（20），β≡″（20）／
（２（20）），γ≡（20）／（６（20）） とおいたとき、 （Ｔ）〓（20）＋（20）α（Ｔ−20）＋ （20）β（Ｔ−20）2＋（20）γ（Ｔ−20）3 と書ける。第４図から、一次、二次温度係数α，
βが零となる厚みt0が存在するわけである。
の一次温度係数α、二次温度係数β、三次温度係
数γを示す。カツトアングルはθ０である。横軸
は厚み、縦軸は一次、二次、三次温度係数α，
β，γを示し、各々のスケールは10-6／℃，
10-8／℃２，10-10／℃３のオーダである。ここ
で、一次、二次、三次温度係数α，β，γは、温
度Ｔの関数として共振周波数を（Ｔ）と書いた
とき、（Ｔ）を温度Ｔでテーラー展開した係数
に相当する。即ち、 α≡′（20）／（20），β≡″（20）／
（２（20）），γ≡（20）／（６（20）） とおいたとき、 （Ｔ）〓（20）＋（20）α（Ｔ−20）＋ （20）β（Ｔ−20）2＋（20）γ（Ｔ−20）3 と書ける。第４図から、一次、二次温度係数α，
βが零となる厚みt0が存在するわけである。
従つて、このときの共振周波数温度特性は、温
度について三次関数となる。
度について三次関数となる。
第５図は結合音叉型水晶振動子と従来の音叉型
水晶振動子の共振周波数温度特性を示す。横軸は
温度、縦軸はΔ／（≡（（Ｔ）−
（20）／（20））を示す。
水晶振動子の共振周波数温度特性を示す。横軸は
温度、縦軸はΔ／（≡（（Ｔ）−
（20）／（20））を示す。
３は結合音叉型水晶振動子の共振周波数温度特
性、４は従来の音叉型水晶振動子の共振周波数温
度特性を示す。０℃〜40℃の温度範囲での共振周
波数変化は従来の音叉型水晶振動子の1/10程度で
ある。また、音叉型であることから共振周波数は
低周波で100KHz前後である。F0の代りに屈曲振
動の第１高調波を用いても200KHz前後で、共に
低周波である。
性、４は従来の音叉型水晶振動子の共振周波数温
度特性を示す。０℃〜40℃の温度範囲での共振周
波数変化は従来の音叉型水晶振動子の1/10程度で
ある。また、音叉型であることから共振周波数は
低周波で100KHz前後である。F0の代りに屈曲振
動の第１高調波を用いても200KHz前後で、共に
低周波である。
従つて、結合音叉型水晶振動子を電子腕時計に
用いれば、長寿命、高精度な腕時計を実現でき
る。
用いれば、長寿命、高精度な腕時計を実現でき
る。
結合音叉型水晶振動子の共振周波数温度特性は
カツトアングル、外形寸法に依存する。特に外形
寸法には大きく依存する。従つてこの振動子を量
産すると、加工精度の限界からくるばらつきによ
つて共振周波数温度特性もばらついてしまい、従
来の音叉型水晶振動子の共振周波数温度特性より
も悪化してしまう。カツトアングルのばらつきは
±３分以内に抑えれば実用上問題は少なく、この
程度のカツトアングル精度を出すことは可能であ
る。従つて、結合音叉型水晶振動子を実用化する
ためには、特に外形寸法のばらつきを何らかの方
法により修正しなければならない。このことは、
結合音叉型水晶振動子に限らず、結合音叉型振動
子についても言えることである。
カツトアングル、外形寸法に依存する。特に外形
寸法には大きく依存する。従つてこの振動子を量
産すると、加工精度の限界からくるばらつきによ
つて共振周波数温度特性もばらついてしまい、従
来の音叉型水晶振動子の共振周波数温度特性より
も悪化してしまう。カツトアングルのばらつきは
±３分以内に抑えれば実用上問題は少なく、この
程度のカツトアングル精度を出すことは可能であ
る。従つて、結合音叉型水晶振動子を実用化する
ためには、特に外形寸法のばらつきを何らかの方
法により修正しなければならない。このことは、
結合音叉型水晶振動子に限らず、結合音叉型振動
子についても言えることである。
本発明の目的は、量産的に生ずるカツトアング
ルのばらつきと外形寸法のばらつきが修正された
結合音叉型振動子を提供することにある。
ルのばらつきと外形寸法のばらつきが修正された
結合音叉型振動子を提供することにある。
第６図は本発明の一具体例である結合音叉型水
晶振動子の斜視図である。５はF0とT0の結合を
利用した結合音叉型水晶振動子本体、６は電極、
７はプラグ、８は音叉腕先端に蒸着された銀、９
は音叉腕の根本付近にもうけられた凸所、１０は
凸所と音叉腕の根本に蒸着された銀である。
晶振動子の斜視図である。５はF0とT0の結合を
利用した結合音叉型水晶振動子本体、６は電極、
７はプラグ、８は音叉腕先端に蒸着された銀、９
は音叉腕の根本付近にもうけられた凸所、１０は
凸所と音叉腕の根本に蒸着された銀である。
音叉腕根本付近に凸所のない結合音叉型水晶振
動子は、カツトアングルがθ０、振動子の長さが
L0、幅がW0、音叉腕長がl0、音叉腕幅がW0、厚
みがt0のとき、F0の温度変化による変化が最も
少なく、F0も指定の値に一致するのだが、カ
ツトアングル、外形寸法のばらつきによりF0
の温度特性、F0の値がばらついてしまう。こ
のF0の温度特性、F0のばらつきを修正する
ために凸所９がもうけられた銀８，１０が蒸着さ
れるのである。従来の音叉腕水晶振動子において
も音叉腕先端に銀等の金属が錘りとして蒸着され
たが、これは共振周波数調整のために行われたも
のである。
動子は、カツトアングルがθ０、振動子の長さが
L0、幅がW0、音叉腕長がl0、音叉腕幅がW0、厚
みがt0のとき、F0の温度変化による変化が最も
少なく、F0も指定の値に一致するのだが、カ
ツトアングル、外形寸法のばらつきによりF0
の温度特性、F0の値がばらついてしまう。こ
のF0の温度特性、F0のばらつきを修正する
ために凸所９がもうけられた銀８，１０が蒸着さ
れるのである。従来の音叉腕水晶振動子において
も音叉腕先端に銀等の金属が錘りとして蒸着され
たが、これは共振周波数調整のために行われたも
のである。
本発明において、音叉腕根本付近に凸所をもう
け、音叉腕先端と凸所に銀を蒸着することが必要
である理由を以下に述べる。尚、音叉型振動子
は、音叉腕が２本見える側から見ると、２本の音
叉腕から等距離の線に関して対称であるから、対
称な片側について、錘りを付加する場所の数と凸
所の場所の数を数えることにする。
け、音叉腕先端と凸所に銀を蒸着することが必要
である理由を以下に述べる。尚、音叉型振動子
は、音叉腕が２本見える側から見ると、２本の音
叉腕から等距離の線に関して対称であるから、対
称な片側について、錘りを付加する場所の数と凸
所の場所の数を数えることにする。
第７図は、カツトアングルがθ０、外形寸法の
長さがL0、幅がW0、音叉腕長がl0、音叉腕幅が
W0、音叉腕根本付近に凸所が無いときの厚みｔ
に対する結合領域のモードチヤートである。
長さがL0、幅がW0、音叉腕長がl0、音叉腕幅が
W0、音叉腕根本付近に凸所が無いときの厚みｔ
に対する結合領域のモードチヤートである。
横軸は振動子の厚み、縦軸は共振周波数であ
る。
る。
２本の曲線は第３図の２本の曲線と同じであ
る。
る。
振動子のカツトアングル、長さ、幅、音叉腕
長、音叉腕幅がばらつきなく、θ０，L0，W0，
l0，w0に等しければ、厚みを変えることにより、
F0とT0は２本の曲線上にのる。そして厚み
がt0のときF0の温度変化による変化が最も少な
く、F0も指定の値に一致する。従つて、この
場合はF0の温度特性、F0の調整の必要はな
く、そのままで完成品となる。ところが、量産時
に、カツトアングル、長さ、幅、厚み、音叉腕
長、音叉腕幅がL0，W0，t0，l0，w0から若干ずれ
たとする。そして、そのときのF0は点Ｃに、
T0は点Ｄにあるとする。このようにカツトア
ングル、外形寸法が最適値からずれると、F0
の温度特性は悪化し、F0も指定の値からずれ
てしまう。このずれを無くすためには、何らかの
方法により、点Ｃの共振周波数値を点Ａの共振周
波数値に、点Ｄの共振周波数値を点Ｂの共振周波
数値に一致させることにより可能となる。このよ
うに量産時に生ずるずれたF0とT0を、それ
らの最適値に一致させることにより、最適なカツ
トアングル、長さ、幅、厚み、音叉腕長、音叉腕
幅をもつ振動子の共振周波数温度特性と、ほぼ一
致させることができる。また発振する振動F0の
F0も指定の値に一致させることができる。
長、音叉腕幅がばらつきなく、θ０，L0，W0，
l0，w0に等しければ、厚みを変えることにより、
F0とT0は２本の曲線上にのる。そして厚み
がt0のときF0の温度変化による変化が最も少な
く、F0も指定の値に一致する。従つて、この
場合はF0の温度特性、F0の調整の必要はな
く、そのままで完成品となる。ところが、量産時
に、カツトアングル、長さ、幅、厚み、音叉腕
長、音叉腕幅がL0，W0，t0，l0，w0から若干ずれ
たとする。そして、そのときのF0は点Ｃに、
T0は点Ｄにあるとする。このようにカツトア
ングル、外形寸法が最適値からずれると、F0
の温度特性は悪化し、F0も指定の値からずれ
てしまう。このずれを無くすためには、何らかの
方法により、点Ｃの共振周波数値を点Ａの共振周
波数値に、点Ｄの共振周波数値を点Ｂの共振周波
数値に一致させることにより可能となる。このよ
うに量産時に生ずるずれたF0とT0を、それ
らの最適値に一致させることにより、最適なカツ
トアングル、長さ、幅、厚み、音叉腕長、音叉腕
幅をもつ振動子の共振周波数温度特性と、ほぼ一
致させることができる。また発振する振動F0の
F0も指定の値に一致させることができる。
次に、ずれた点Ｃ，Ｄの共振周波数を最適値の
点Ａ，Ｂの共振周波数値に一致させる方法を述べ
る。
点Ａ，Ｂの共振周波数値に一致させる方法を述べ
る。
第８図は、音叉腕の根本付近に凸所がないとき
の音叉腕の長さ方向に対するF0のＸ軸方向変位
UxとT0の捩れ角τの分布を示す。横軸は結合音
叉型水晶振動子の底を０、音叉腕先端を１とした
ときの振動子の位置を示す。0.4は音叉の叉の位
置、つまり0.4から１の部分が音叉腕になる。
の音叉腕の長さ方向に対するF0のＸ軸方向変位
UxとT0の捩れ角τの分布を示す。横軸は結合音
叉型水晶振動子の底を０、音叉腕先端を１とした
ときの振動子の位置を示す。0.4は音叉の叉の位
置、つまり0.4から１の部分が音叉腕になる。
0.2はプラグの支持の先端位置を示す。左の縦
軸と実線の曲線はUx，右の縦軸と破線の曲線は
τを示す。本図より、Uxとτは叉部より下方で
も振動成分が残つていることを示している。また
F0では叉部（位置0.4）付近に節が存在する。
軸と実線の曲線はUx，右の縦軸と破線の曲線は
τを示す。本図より、Uxとτは叉部より下方で
も振動成分が残つていることを示している。また
F0では叉部（位置0.4）付近に節が存在する。
一般に振動子において、振動変位が零でないと
ころに錘りを付加すると共振周波数が減少する。
ころに錘りを付加すると共振周波数が減少する。
従つて、音叉腕先端（位置１）付近の領域に錘
りを付加すると、その部分ではF0のUxとT0のτ
は零でないから、２つの振動の共振周波数は低下
する。一方、叉部付近の節部に錘りを付加する
と、その部分では、F0のUxは零だから、F0の共
振周波数はほとんど変化せず、T0のτは零でな
いから、T0の共振周波数は低下する。
りを付加すると、その部分ではF0のUxとT0のτ
は零でないから、２つの振動の共振周波数は低下
する。一方、叉部付近の節部に錘りを付加する
と、その部分では、F0のUxは零だから、F0の共
振周波数はほとんど変化せず、T0のτは零でな
いから、T0の共振周波数は低下する。
ただし、叉部付近の節部ではF0のＹ軸方向変
位は零でないため、F0の共振周波数は僅かに変
化することは避けられない。しかし、この変化量
は、T0の共振周波数の変化量に比べ、かなり小
さい。従つて、第７図の点Ｃ、点Ｄの共振周波数
値を点Ａ、点Ｂの共振周波数値に一致させるに
は、先ず音叉腕先端付近に錘りを付加し、点Ｃの
共振周波数値を点Ａの共振周波数値に一致させ
る。
位は零でないため、F0の共振周波数は僅かに変
化することは避けられない。しかし、この変化量
は、T0の共振周波数の変化量に比べ、かなり小
さい。従つて、第７図の点Ｃ、点Ｄの共振周波数
値を点Ａ、点Ｂの共振周波数値に一致させるに
は、先ず音叉腕先端付近に錘りを付加し、点Ｃの
共振周波数値を点Ａの共振周波数値に一致させ
る。
次に、叉部付近の節部に錘りを付加し、点Ｄの
共振周波数値を点Ｂの共振周波数値に一致させれ
ばよい。このように、音叉腕先端付近と叉部付近
の節部に錘りを付加することにより、発振周波数
を指定の値に合わせ、共振周波数温度特性を第５
図の３の如き三次曲線に修正できる。
共振周波数値を点Ｂの共振周波数値に一致させれ
ばよい。このように、音叉腕先端付近と叉部付近
の節部に錘りを付加することにより、発振周波数
を指定の値に合わせ、共振周波数温度特性を第５
図の３の如き三次曲線に修正できる。
ところが、叉部付近のF0の節部ではT0のτは
小さいため、この部分に付加する錘りの質量はか
なり大きくないと、T0の共振周波数を低下させ
たい値まで下げることができない。そこで、一定
量の錘りを叉部付近の節部に付加したとき、T0
の共振周波数の低下量を大きくするためにもうけ
たのが叉部付近の凸所である。この凸所は矩形で
なくても、丸型でも任意形状でもよい。この凸所
をもうけると、振動子内のUx，τの分布は僅か
に変化し、最適なカツトアングル、外形寸法も僅
かに変化する。これは凸所の質量のためである。
しかし、凸所をもうけたときでも、指定のF0
が得られ、三次の温度特性の得られる最適なカツ
トアングル、外形寸法（凸所の位置、大きさも含
む）が存在する。そして凸所をもうけた振動子を
量産したときのばらつきを修正することが必要と
なる。
小さいため、この部分に付加する錘りの質量はか
なり大きくないと、T0の共振周波数を低下させ
たい値まで下げることができない。そこで、一定
量の錘りを叉部付近の節部に付加したとき、T0
の共振周波数の低下量を大きくするためにもうけ
たのが叉部付近の凸所である。この凸所は矩形で
なくても、丸型でも任意形状でもよい。この凸所
をもうけると、振動子内のUx，τの分布は僅か
に変化し、最適なカツトアングル、外形寸法も僅
かに変化する。これは凸所の質量のためである。
しかし、凸所をもうけたときでも、指定のF0
が得られ、三次の温度特性の得られる最適なカツ
トアングル、外形寸法（凸所の位置、大きさも含
む）が存在する。そして凸所をもうけた振動子を
量産したときのばらつきを修正することが必要と
なる。
凸所は捩りの中心軸からの距離が大きいため凸
所の捩りのモーメントは大きい。従つて、この部
分に錘りを付加すると、捩り振動への影響が大き
く、T0の低下量が大きくなるのである。ま
た、錘りを付加できる面積が大きくなるため、一
層効果がある。
所の捩りのモーメントは大きい。従つて、この部
分に錘りを付加すると、捩り振動への影響が大き
く、T0の低下量が大きくなるのである。ま
た、錘りを付加できる面積が大きくなるため、一
層効果がある。
こうして、F0の値とF0の温度特性を修正
したのが本発明の一具体例第６図なのである。
したのが本発明の一具体例第６図なのである。
また、本発明の一具体例である結合音叉型水晶
振動子で音叉腕先端部分以外の部分に錘りを付加
しても同じことが可能である。例えば、叉部付近
の節部以外の部分では、F0のUxとT0のτが共に
零でないため、この部分のいずれかの場所に錘り
を付加すれば、音叉腕先端付近の部分に錘りを付
加した場合と比べ、F0，T0の共振周波数の低下
量の比は異なるが、F0，T0の共振周波数は低下
する。従つて、例えば、音叉腕の中央付近と凸所
に錘りを付加するという方法でも可能である。あ
るいは、音叉腕先端付近に多量の錘りを付加して
も足りないとき、音叉腕の中央付近に錘りを付加
し、最後に凸所に錘りを付加するという方法でも
可能である。即ち、凸所とそれ以外の部分に数ケ
所錘りを付加するという方法でもよい。
振動子で音叉腕先端部分以外の部分に錘りを付加
しても同じことが可能である。例えば、叉部付近
の節部以外の部分では、F0のUxとT0のτが共に
零でないため、この部分のいずれかの場所に錘り
を付加すれば、音叉腕先端付近の部分に錘りを付
加した場合と比べ、F0，T0の共振周波数の低下
量の比は異なるが、F0，T0の共振周波数は低下
する。従つて、例えば、音叉腕の中央付近と凸所
に錘りを付加するという方法でも可能である。あ
るいは、音叉腕先端付近に多量の錘りを付加して
も足りないとき、音叉腕の中央付近に錘りを付加
し、最後に凸所に錘りを付加するという方法でも
可能である。即ち、凸所とそれ以外の部分に数ケ
所錘りを付加するという方法でもよい。
数ケ所とは１ケ所も含むものとする。
F0とT0の結合を用いた結合音叉型水晶振動子
において、量産的に生ずるばらつきを修正するに
は、ばらついたF0とT0がばらつきのないと
きのF0，T0よりも高くなくてはならない。
において、量産的に生ずるばらつきを修正するに
は、ばらついたF0とT0がばらつきのないと
きのF0，T0よりも高くなくてはならない。
従つて、最適な厚みよりも、僅か厚めに、ある
いは、最適な音叉腕長よりも、僅かに短く量産す
ることが必要である。
いは、最適な音叉腕長よりも、僅かに短く量産す
ることが必要である。
F0の代りに屈曲振動第１高調波（以下、F1と
略し、F1の共振周波数をF1と略す）を用いた
場合も同様である。
略し、F1の共振周波数をF1と略す）を用いた
場合も同様である。
第９図は、音叉腕の根本付近に凸所がないとき
の音叉腕の長さ方向に対するF1のＸ軸方向の変
位U′xとT0の捩れ角τ′を示す。横軸は第８図の
場合と同じで、左の縦軸と実線の曲線はＸ軸方向
の変位U′x、右の縦軸と破線の曲線は捩れ角τ′
を示す。U′xとτ′は叉部よりも下方でも振動成
分が残つており、U′xの分布では、叉部（位置
0.4）付近と位置0.9付近に節が存在する。
の音叉腕の長さ方向に対するF1のＸ軸方向の変
位U′xとT0の捩れ角τ′を示す。横軸は第８図の
場合と同じで、左の縦軸と実線の曲線はＸ軸方向
の変位U′x、右の縦軸と破線の曲線は捩れ角τ′
を示す。U′xとτ′は叉部よりも下方でも振動成
分が残つており、U′xの分布では、叉部（位置
0.4）付近と位置0.9付近に節が存在する。
F1とT0の結合を用いた結合音叉型水晶振動子
において、量産時に生ずるF1とF1の温度特
性のばらつきを修正するには、叉部付近に凸所を
もうけ、この部分に錘りを付加し、更に音叉腕上
の節部以外の部分に錘りを数ケ所付加すればよ
い。
において、量産時に生ずるF1とF1の温度特
性のばらつきを修正するには、叉部付近に凸所を
もうけ、この部分に錘りを付加し、更に音叉腕上
の節部以外の部分に錘りを数ケ所付加すればよ
い。
F1の代りに屈曲振動の第２高調波以上の振動
を用いる場合も同様である。この場合は、音叉腕
上に２ケ所以上の節が存在するため、ここには錘
りを付加しない。
を用いる場合も同様である。この場合は、音叉腕
上に２ケ所以上の節が存在するため、ここには錘
りを付加しない。
T0の代りに捩り振動の高調波を用いた場合
は、屈曲振動の叉部付近の節部に捩り振動の節部
は存在しないため、今まで述べてきた方法が適用
できる。
は、屈曲振動の叉部付近の節部に捩り振動の節部
は存在しないため、今まで述べてきた方法が適用
できる。
第１０図は本発明の他の具体例の斜視図であ
る。
る。
１１は、F0とT0の結合を用いた結合音叉型水
晶振動子本体、１２は電極、１３はプラグ、１４
は叉部から底まで連続的にもうけた凸所、１５，
６は蒸着された銀である。錘り１５，１６によ
り、量産的に生ずるF0，F0の温度特性のば
らつきが修正される。また凸所１４により、錘り
１５のT0の低下に対する効果が大きくなる。
晶振動子本体、１２は電極、１３はプラグ、１４
は叉部から底まで連続的にもうけた凸所、１５，
６は蒸着された銀である。錘り１５，１６によ
り、量産的に生ずるF0，F0の温度特性のば
らつきが修正される。また凸所１４により、錘り
１５のT0の低下に対する効果が大きくなる。
凸１４は、振動に衝撃を加えたとき、振動子の
基部折れを防ぐ働きもある。
基部折れを防ぐ働きもある。
錘りを付加する場所、数については、第６図の
場合と同じである。また、F0の代りに屈曲振動
の高調波を用いた場合とT0の代りに捩り振動の
高調波を用いた場合でも前述した通りである。
場合と同じである。また、F0の代りに屈曲振動
の高調波を用いた場合とT0の代りに捩り振動の
高調波を用いた場合でも前述した通りである。
本発明の２つの具体例では、錘りとして銀を蒸
着したが、他の金属でもよいことはもちろん、蒸
着でなくスパツタリングでもよい。錘りとなるも
のならば金属以外でもよいのである。また、あら
かじめ数ケ所に付加した錘りをレーザ等により取
り除いてもよい。
着したが、他の金属でもよいことはもちろん、蒸
着でなくスパツタリングでもよい。錘りとなるも
のならば金属以外でもよいのである。また、あら
かじめ数ケ所に付加した錘りをレーザ等により取
り除いてもよい。
また、量産的のばらつきが大きく、ばらついた
T0が最適なT0よりも低くなつてしまつた場
合は、第６図の凸所９、第１０図の凸所１４の節
部付近の水晶をレーザ等により削り取り、ばらつ
いたT0を上げることができる。
T0が最適なT0よりも低くなつてしまつた場
合は、第６図の凸所９、第１０図の凸所１４の節
部付近の水晶をレーザ等により削り取り、ばらつ
いたT0を上げることができる。
本発明の具体例では、圧電体として水晶を用い
たが、水晶以外の圧電体を用いた振動子、金属を
用いた振動子に対しても有効である。
たが、水晶以外の圧電体を用いた振動子、金属を
用いた振動子に対しても有効である。
以上述べた如く、屈曲振動と捩り振動の結合を
用いた音叉型振動子において、量産時に生ずるば
らつきを修正することが、叉部付近、もしくは、
基部全体に凸所をもうけ、振動子の数ケ所に増減
された錘りを施すことにより可能となる。あるい
は、凸所のうち節部に相当する部分の水晶を削り
取ることによつても可能となる。この方法を適用
した結合を用いた音叉型振動子を電子腕時計に用
いることにより、高精度で長寿命の電子腕時計を
実現できる。
用いた音叉型振動子において、量産時に生ずるば
らつきを修正することが、叉部付近、もしくは、
基部全体に凸所をもうけ、振動子の数ケ所に増減
された錘りを施すことにより可能となる。あるい
は、凸所のうち節部に相当する部分の水晶を削り
取ることによつても可能となる。この方法を適用
した結合を用いた音叉型振動子を電子腕時計に用
いることにより、高精度で長寿命の電子腕時計を
実現できる。
第１図は、従来の音叉型水晶振動子の斜視図と
音叉腕の振動方向を示す。第２図は、２つの振動
モードの結合を用いた音叉型水晶振動子の水晶原
石からの切り出し方を示す。第３図は、屈曲振動
の基本振動と捩り振動の基本振動の結合領域を表
わすモードチヤートを示す。第４図は、振動子の
厚みに対する捩り振動と結合した屈曲振動の一
次、二次、三次温度係数を示す。第５図は、結合
を用いた音叉型水晶振動子の共振周波数温度特性
と従来の音叉型水晶振動子の共振周波数温度特性
を示す。第６図は、本発明の一具体例の斜視図を
示す。第７図は、音叉腕根本付近に凸所が無く、
カツトアングル、外形寸法が最適値に等しいとき
の厚みに対する結合領域を表わすモードチヤート
を示す。第８図は、音叉腕の根本付近に凸所がな
いときの音叉腕の長さ方向に対する屈曲振動の基
本振動と捩り振動の基本振動の振動変位分布を示
す。第９図は、音叉腕の根本付近に凸所がないと
きの音叉腕の長さ方向に対する屈曲振動の第１高
調と捩り振動の基本振動の振動変位分布を示す。
第１０図は、本発明の他の具体例の斜視図を示
す。 １……音叉腕のある時刻における振動方向、２
……1/2周期後の音叉腕の振動方向、３……結合
を用いた音叉型水晶振動子の共振周波数温度特
性、４……従来の音叉型水晶振動子の共振周波数
温度特性、５……結合を用いた音叉型水晶振動子
本体、６……電極、７……プラグ、８……蒸着さ
れた銀、９……音叉腕の根本付近にもうけられた
凸所、１０……蒸着された銀、１１……結合を用
いた音叉型水晶振動子本体、１２……電極、１３
……プラグ、１４……振動子の基部全体にもうけ
られた凸所、１５……蒸着された銀、１６……蒸
着された銀。
音叉腕の振動方向を示す。第２図は、２つの振動
モードの結合を用いた音叉型水晶振動子の水晶原
石からの切り出し方を示す。第３図は、屈曲振動
の基本振動と捩り振動の基本振動の結合領域を表
わすモードチヤートを示す。第４図は、振動子の
厚みに対する捩り振動と結合した屈曲振動の一
次、二次、三次温度係数を示す。第５図は、結合
を用いた音叉型水晶振動子の共振周波数温度特性
と従来の音叉型水晶振動子の共振周波数温度特性
を示す。第６図は、本発明の一具体例の斜視図を
示す。第７図は、音叉腕根本付近に凸所が無く、
カツトアングル、外形寸法が最適値に等しいとき
の厚みに対する結合領域を表わすモードチヤート
を示す。第８図は、音叉腕の根本付近に凸所がな
いときの音叉腕の長さ方向に対する屈曲振動の基
本振動と捩り振動の基本振動の振動変位分布を示
す。第９図は、音叉腕の根本付近に凸所がないと
きの音叉腕の長さ方向に対する屈曲振動の第１高
調と捩り振動の基本振動の振動変位分布を示す。
第１０図は、本発明の他の具体例の斜視図を示
す。 １……音叉腕のある時刻における振動方向、２
……1/2周期後の音叉腕の振動方向、３……結合
を用いた音叉型水晶振動子の共振周波数温度特
性、４……従来の音叉型水晶振動子の共振周波数
温度特性、５……結合を用いた音叉型水晶振動子
本体、６……電極、７……プラグ、８……蒸着さ
れた銀、９……音叉腕の根本付近にもうけられた
凸所、１０……蒸着された銀、１１……結合を用
いた音叉型水晶振動子本体、１２……電極、１３
……プラグ、１４……振動子の基部全体にもうけ
られた凸所、１５……蒸着された銀、１６……蒸
着された銀。
Claims (1)
- １ 屈曲振動と捩り振動を同時に発生させるとと
もに、前記捩り振動を前記屈曲振動に弾性的に結
合させて周波数温度特性を調整してなる音叉型水
晶振動子の周波数及び周波数温度特性調整方法に
おいて、前記音叉型振動子の音叉腕上で前記屈曲
振動の節部以外の部分に金属錘りを付着もしくは
前記節部以外の部分に付着した金属錘りを除去す
ることにより前記屈曲振動周波数を調整する第１
工程と、前記音叉振動子の又部付近の外端に突出
させた凸部を設け、前記凸部に金属錘りを付着も
しくは前記凸部に付着した金属錘りを除去するこ
とにより前記屈曲振動周波数をほぼ変化させずに
前記捩り振動周波数を変化させ前記屈曲振動周波
数と前記捩り振動周波数の差を設定し周波数温度
特性を調整する第２工程からなる音叉型水晶振動
子の周波数及び周波数温度特性調整方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15142878A JPS5577222A (en) | 1978-12-06 | 1978-12-06 | Tuning-fork type vibrator |
| GB7941381A GB2042797A (en) | 1978-12-06 | 1979-11-30 | Tuning fork type piezo-electric vibrator |
| DE19792948567 DE2948567A1 (de) | 1978-12-06 | 1979-12-03 | Stimmgabelschwinger |
| FR7929877A FR2443766A1 (fr) | 1978-12-06 | 1979-12-05 | Resonateur a quartz du type diapason |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15142878A JPS5577222A (en) | 1978-12-06 | 1978-12-06 | Tuning-fork type vibrator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5577222A JPS5577222A (en) | 1980-06-10 |
| JPS6217405B2 true JPS6217405B2 (ja) | 1987-04-17 |
Family
ID=15518395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15142878A Granted JPS5577222A (en) | 1978-12-06 | 1978-12-06 | Tuning-fork type vibrator |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5577222A (ja) |
| DE (1) | DE2948567A1 (ja) |
| FR (1) | FR2443766A1 (ja) |
| GB (1) | GB2042797A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4658175A (en) * | 1986-03-26 | 1987-04-14 | The Singer Company-Kearfott Division | Vibrating beam force transducer with A-frame beam root and frequency adjusting means |
| JPS63280507A (ja) * | 1987-05-12 | 1988-11-17 | Seiko Electronic Components Ltd | 結合水晶振動子 |
| US5187458A (en) * | 1989-09-21 | 1993-02-16 | Nihon Musen Kabushiki Kaisha | Composite longitudinal vibration mechanical filter having central frequency deviation elimination means and method of manufacturing same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4071797A (en) * | 1976-01-20 | 1978-01-31 | Societe Suisse Pour L'industrie Horlogere Management Services S.A. | Quartz piezo-electric element vibrating in a coupled mode |
| JPS5851687B2 (ja) * | 1976-10-22 | 1983-11-17 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 音叉型水晶振動子 |
-
1978
- 1978-12-06 JP JP15142878A patent/JPS5577222A/ja active Granted
-
1979
- 1979-11-30 GB GB7941381A patent/GB2042797A/en not_active Withdrawn
- 1979-12-03 DE DE19792948567 patent/DE2948567A1/de not_active Withdrawn
- 1979-12-05 FR FR7929877A patent/FR2443766A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5577222A (en) | 1980-06-10 |
| GB2042797A (en) | 1980-09-24 |
| DE2948567A1 (de) | 1980-06-26 |
| FR2443766A1 (fr) | 1980-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4447753A (en) | Miniature GT-cut quartz resonator | |
| GB2072943A (en) | Piezo-electric crystal vibrator | |
| JPH0150129B2 (ja) | ||
| US4771202A (en) | Tuning fork resonator | |
| US4167686A (en) | Miniaturized at-cut piezoelectric crystal resonator | |
| US4410827A (en) | Mode coupled notched tuning fork type quartz crystal resonator | |
| JPH0232807B2 (ja) | ||
| JP2000295065A (ja) | 圧電振動子とその周波数調整方法 | |
| US4716332A (en) | Piezoelectric vibrator | |
| US4503353A (en) | Cut angles for tuning fork type quartz resonators | |
| JPS6217405B2 (ja) | ||
| JPS625366B2 (ja) | ||
| JPS59202720A (ja) | 音叉型水晶振動子 | |
| JPS625369B2 (ja) | ||
| JPS644694B2 (ja) | ||
| JPS647689B2 (ja) | ||
| JPS5838015A (ja) | 圧電振動子 | |
| US4525646A (en) | Flexural mode vibrator formed of lithium tantalate | |
| JPS587702Y2 (ja) | 幅すべり結晶振動子 | |
| JPS5824503Y2 (ja) | 幅すべり結晶振動子 | |
| SU683478A1 (ru) | Кварцевый микрорезонатор крутильных колебаний | |
| JPH0125248B2 (ja) | ||
| JPS6038894B2 (ja) | 水晶振動子 | |
| JPS644370B2 (ja) | ||
| GB2042799A (en) | Tuning Fork Type Piezo-electric Vibrator |