JPS644694B2

JPS644694B2 -

Info

Publication number: JPS644694B2
Application number: JP8455081A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kogure
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1981-06-02
Filing date: 1981-06-02
Publication date: 1989-01-26
Also published as: JPS57199310A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、結合音又型水晶振動子、特に、音又
腕先端付近の電極形状に関する。

従来、電子腕時計には＋5゜×カツトの屈曲振動
を用いた音又型水晶振動子が用いられている。こ
の振動子は室温で周波数温度特性が放物線になる
ため、時間精度の点で有利だからである。また、
低周波のため消費エネルギーが少ないという利点
もある。しかし、この振動子を用いても１ケ月の
誤差は数秒程度になる。

そこで、更に精度を向上させ、同時に消費エネ
ルギーの少ない電子時計を実現するため、低周波
で室温で３次の周波数温度特性を有する結合音又
型水晶振動子が実現された。結合音又型水晶振動
子については、特開昭54−116191号、特開昭55−
75325号、特開昭55−75326号に詳細に述べられて
いる。

本発明にかかれる結合音又型水晶振動子は、主
振動として、屈曲振動の第一高調波（F₁モー
ド）、幅振動として捩り振動の基本波（T₀モー
ド）を用いたものである。ただし主振動とは、発
振させて使用する振動を意味する。

F₁のモードの共振周波数をf_F、T_Oモードの共
振周波数をf_Tとする。ただし、f_F、f_Tは同一温度
における値である。f_Fとf_Tの差を △ｆ＝f_F−f_T と定義する。結合音又型水晶振動子の周波数温度
特性は、△ｆによつて決まる。△ｆが特定の値△
f_Oのとき、室温で３次の周波数温度特性が得られ
るのである。この振動子を量産する際、問題とな
るのは、量産上、避けられない外形寸法のばらつ
きから、f_F、f_Tがばらついてしまい、その結果、
△ｆがばらつき、最終的に周波数温度特性がばら
つくことである。また、単一モードの振動子の場
合と同じく、主振動の共振周波数が所定の値から
ずれるという問題もある。そこで、この振動子を
量産するには、周波数温度特性の調整と主振動の
共振周波数の調整が不可欠である。

本発明は、周波数温度特性の調整とf_Fを設数値
f_FOに調整することが目的である。

第１図は、△ｆを調整するための原理と方法を
示したものである。１は結合音又型水晶振動子、
２はF₁モードの振動方向、３はT_Oモードの振動
方向、４はF₁モードの変位U_xの分布で、音又腕
先端を１、又部を０として描いてある。Ｘ、Y′、
Z′軸は水晶原石の電気軸、電気軸周りに回転され
た機械軸、電気軸周りに回転された光軸を示す。
F₁モードは音又腕の約0.8の位置に節があり、こ
の位置でT₀モードは節になつていない。そこで、
この位置に、あらかじめ金属膜６を厚めに蒸着し
ておき、レーザービーム７を矢印８で示される方
向にスキヤンして、該金属膜６を除去すると、f_F
をあまり変化させず、f_Tを大きく変化させること
ができる。即ち、△ｆを△f₀に調整することによ
り、周波数温度特性を調整することが可能であ
る。

周波数温度特性の調整後、該周波数温度特性を
変化させずに、f_Fを調整する方法について述べ
る。

第２図は、音又腕の0.8〜１の部分において、
レーザービームでその位置の金属膜を除去したと
きのf_F、f_Tの変化量△f_F、△f_Tを示したものであ
る。横軸が位置、縦軸が周波数変化量で、△f_F、
△f_Tとも同一スケールで描いてある。第２図か
ら、位置Ａで△f_Fと△f_Tが等しくなる。そこで、
位置Ａの金属膜を除去すると、△ｆを△f₀に維持
したまま、f_Fをf_F0に合わせることができる。とこ
ろが、この方法では、レーザービームで除去する
場所がＡからはずれると、△f_Fと△f_Tが異なつて
くるため、位置Ａを含む広い面積で金属膜を除去
すると、周波数温度特性がずれてしまう。即ち周
波数調整範囲が狭いという欠点がある。そこで、
この欠点を除くため以下のようにする。位置Ａ〜
１では△f_Fの方が大きく、位置0.8〜Ａでは△f_Tの
方が大きい。そこで、位置Ａ〜１の部分と位置
0.8〜Ａの部分において、 △f_F＝△f_T となるように、特殊な形状の電極を形成すればよ
い。

第３図にその形状の一例を示す。〓印を施した
部分１０は△ｆ調整用電極、〓印を施した部分９
はf_F調整用電極である。f_F調整用電極９を第３図
の如くＶ字形とし、この部分をレーザービームで
除去すると、その位置にかかわらず、△f_F＝△f_T
となる。このＶ字形の形状は、T₀モードが音又
腕の中心を軸に捩れることを利用したものであ
る。

第４図に各部の大きさを示す。斜辺１１，１２
は、図示の如く曲線となるのが普通である。図示
の角度θ、θ′は、 θ＝45゜〜85゜ θ′＝45゜〜85゜である。また、△ｆ調整用電極１０は、音又腕長
を１としたとき音又腕先端から、0.1〜0.5の範囲
に、f_F調整用電極９は、音又腕先端から０〜0.2
の範囲に形成しなければならない。こうして、△
ｆを△f₀に合わせた後、△ｆを△f₀に維持したま
ま、f_Fをf_F0に合わせることができる。

第５図に本発明の他の具体例を示す。１３は音
又腕、〓印１４、〓印１５、〓印１６はそれぞ
れ、f_F調整用電極、△ｆ調整用電極、f_F粗調整用
電極である。f_F粗調整用電極をf_F調整用電極と併
用することにより、f_F調整範囲が広くなるという
利点がある。この具体例において、f_F、△ｆを調
整したときのf_F、f_Tの変化の推移を第６図に示
す。横軸は調整ステツプ、縦軸は周波数である。
横軸の、、、の各ステツプは、それぞ
れ、初期状態、f_F粗調後状態、△ｆ調整後状態、
完成状態である。A1、A2、A3は、それぞれ、f_F
粗調操作、△ｆは調整操作、f_F微調操作である。
先ず、f_F粗調操作A1について説明する。f_F粗調整
用電極１６の部分では、U_x、τは共に大きい為、
この部分の電極をレーザービームで除去すると、
f_F、f_Tは共に上昇する。f_Fがf_FOよりも100ppm程度
低いところまで達したらf_F粗調操作A1は終了し、
ステツプに到達する。次は、△ｆ調整操作A2
を行なう。△ｆ調整用電極１５をレーザービーム
で除去すると、f_Fは僅かしか上昇せず、f_Tが大き
く上昇する。△ｆが△f_Oに達したら、△ｆ調整操
作A2は終了し、ステツプに到達する。最後は
f_F微調整操作A3を行う。f_F調整用電極１４をレー
ザービームで除去すると、△ｆが△f_Oのまま、f_F
が上昇し、f_Fをf_FOに合わせることができる。こう
して完成状態に到達する。この状態では、f_Fは
f_FOに一致し、周波数温度特性は室温で３次曲線
となつている。尚、第５図の具体例での各電極位
置は、音又腕長を１とすると、音又腕先端から、 f_F調整用電極……０〜0.2 △ｆ調整用電極……0.1〜0.4 f_F粗調整用電極……0.3〜0.5 である。これら３種の電極は音又腕の表裏に等し
い膜厚で付けることが必要である。その理由を以
下に述べる。

第７図は、０℃〜40℃での屈曲第一高調波の共
振周波数の変化量△を縦軸にとり、△ｆを横軸に
とり、製造のばらつきによる温度特性のばらつき
を黒点で示したものである。点１７の特性を有す
る振動子の−Z′面の△ｆ調整用電極のみをレーザ
ービームで除去すると△は矢印１９の如く変化
し、＋Z′面の△ｆ調整用電極のみをレーザービー
ムで除去すると△は矢印１８の如く変化する。−
Z′面と＋Z′面の両面の△ｆ調整用電極をレーザー
ビームで除去すると矢印２０の如く△ｆは変化す
る。点２１の特性を有する振動子の−Z′面のみ、
＋Z′面のみ、＋Z′面と−Z′面の両面にそれぞれ同
様の操作を施すと、矢印２３，２２，２４の如く
△が変化する。もしも、片面の△ｆ調整用電極だ
けを除去すると、点１７は点２１の振動子では、
△＝０となる△ｆが異なつてしまう。ところが、
両面の△ｆ調整用電極をレーザービームで除去す
れば、矢印２０，２４が示す如く、２つの振動子
は△ｆ＝△f_Oで△＝０となる。これは、量産する
際、△ｆを管理することで、周波数温度特性を調
整できるので、大きな利点である。このことは、
f_F調整用電極、f_F粗調整用電極に対しても言える
ことである。

第８図ａ，ｂ，ｃは本発明の他の具体例であ
る。〓印、〓印、〓印を施した各電極は、△ｆ調
整用電極、f_F調整用電極、f_F精調整用電極であ
る。これらの各電極位置は、音又腕の長さを１と
すると、音又腕先端から、 (a)の場合 △ｆ調整用電極……0.1〜0.4 f_F調整用電極……0.2〜0.5 (b)の場合 △ｆ調整用電極……0.1〜0.4 f_F調整用電極……0.2〜0.5 f_F粗調整用電極……０〜0.2 (c)の場合 △ｆ調整用電極……0.1〜0.4 f_F調整用電極……０〜0.2と0.2〜0.5 である。

以上、述べてきた調整方法を有効に行うには、
あらかじめ、各電極に厚く金属を蒸着、スパツ
タ、メツキ等をしておくとよい。

以上の実施例において、第３図、第５図、第８
図の〓〓の部分を第１金属膜錘りとし、第３図、
第５図、第８図の〓〓の部分を第２金属膜錘りと
する。

以上の本発明の説明中で調整は総てレーザービ
ームで行うとしたが、蒸着でも可能であり、レー
ザービームと蒸着の併用でも可能である。

また、本発明の考え方は、他の振動モードを用
いた結合音又型水晶振動子にも適用できることは
明白である。即ち、主振動の共振周波数調整用電
極と主振動の周波数温度特性調整用電極を音又腕
上に設けることにより適用可能である。

以上、述べた如く、屈曲振動の第一高調波と捩
り振動の基本波の結合を用いた結合音又型水晶振
動子において、音又腕先端に、f_F調整用電極、△
ｆ調整用電極、f_F粗調整用電極を設け、f_F、△ｆ
を所定のf_FO、△f_Oに合せ込むことが可能となつ
た。本発明により、結合音又型水晶振動子の歩留
りを向上させることができる。また、本発明にな
る結合音又型水晶振動子を電子腕時計に用いるこ
とにより、長寿命、高精度を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、周波数温度特性の調整法の説明図。
第２図は、周波数温度特性を変えずに、屈曲振動
の共振周波数を調整する方法の説明図。第３図
は、本発明の一具体例。第４図は、Ｖ字形のf_F調
整用電極。第５図は、本発明の他の具体例。第６
図は、f_F、△ｆ調整操作を行つたときの屈曲振
動、捩り振動の共振周波数の推移を示した図。第
７図は、＋Z′面、−Z′面の違いを説明するための
図。第８図ａ，ｂ，ｃは、本発明の他の具体例を
示す図である。１……結合音又型水晶振動子、２……屈曲振動
の振動方向、３……捩り振動の振動方向、４……
屈曲振動の変位分布、５……捩り振動の捩り角分
布、６……節部に蒸着された金属膜、７……レー
ザービーム、８……レーザービームの掃引方向、
９……f_F調整用電極、１０……△ｆ調整用電極、
１１，１２……Ｖ字形電極の斜辺、１３……音又
腕、１４……f_F調整用電極、１５……△ｆ調整用
電極、１６……f_F粗調整用電極、１７……ばらつ
いている振動子のうちの一つ、１８……＋Z′面の
△ｆ調整用電極のみに調整を施したときの挙動、
１９……−Z′面の△ｆ調整用電極のみに調整を施
したときの挙動、２０……＋Z′面と−Ｚ面の△ｆ
調整用電極に調整を施したときの挙動、２１……
ばらついている振動子のうちの他の一つ、２２…
…＋Z′面の△ｆ調整用電極のみに調整を施したと
きの挙動、２３……−Z′面の△ｆ調整用電極のみ
に調整を施したときの挙動、２４……＋Z′面と−
Z′面の△ｆ調整用電極に調整を施したときの挙
動。

Claims

【特許請求の範囲】

１屈曲振動に捩り振動を結合させた結合音叉型
水晶振動子において、音叉腕上で前記屈曲振動の
節となる位置とその近傍に屈曲振動周波数f_Fと捩
り振動周波数の周波数差△ｆを調整する第１金属
膜錘りを設け、前記第１金属膜錘りの位置から音
叉腕先端方向もしくは音叉腕根元方向のいずれか
の方向に向かつて伸長する第２金属膜錘りとを形
成してなり、且つ前記第２金属膜錘りは前記音叉
腕の幅にほぼ等しい幅の金属膜錘りを除去もしく
は付着したとき前記屈曲振動周波数f_Fの変位量△
f_Fと前記捩り振動周波数の変位量△f_Tとがほぼ等
しくなる位置Ａを境にし、前記第１金属膜錘りの
位置から前記位置Ａに向かつて徐々に幅が広くな
る金属膜部分と前記位置Ａから音叉先端方向もし
くは音叉腕根元方向に向かつて徐々に広がる略Ｖ
字形の金属膜錘り非着部分を形成するよう前記音
叉腕の周辺両側に形成される金属膜部分とから形
成され、更に前記第２金属膜錘りは前記音叉腕の
長手方向と直角な方向にいずれの箇所の金属膜錘
りを除去もしくは付着しても前記周波数差△ｆを
ほぼ一定に保つ形状に形成され、且つ前記第１金
属膜錘りと前記第２金属膜錘りは音叉腕の両面に
形成されたことを特徴とする結合音叉型水晶振動
子。