| 【発明の名称】 |
水晶振動子の周波数測定方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】阿久津 哲
【氏名】桜井 秀紀
【氏名】柳沢 勝則
【氏名】池田 良太
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| 【要約】 |
【課題】従来の周波数測定法における誤差要因や操作性の悪さを除き、最終製品と近い条件で十分正確にかつ能率よく共振周波数を測定できる測定方法を提供すること。
【解決手段】矩形板状でその少なくとも一方の短辺の近傍に複数の励振電極の各引出電極を配した水晶振動子を対象とし、前記短辺近傍の所定位置を板面に垂直方向に小面積で接触して挟持する一対の接触子を有し、該接触子には前記引出電極と接触する導体を設け、該導体には伝送法による振動子特性測定回路の測定端子をあらかじめ接続した治具を使用し、前記接触子で被測定水晶振動子を保持しておき、前記伝送法により前記被測定水晶振動子の共振周波数を測定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 矩形板状をなし、その少なくとも一方の短辺の近傍に複数の励振電極の各引出電極を配した水晶振動子を対象とし、前記短辺近傍の所定位置を板面に垂直方向に接触して挟持する一対の接触子を有し、該接触子には前記引出電極と接触する導体を設け、該導体には伝送法による振動子特性測定回路の測定端子をあらかじめ接続した治具を使用し、前記接触子で被測定水晶振動子を保持しておき、前記伝送法により前記被測定水晶振動子の共振周波数を測定することを特徴とする水晶振動子の周波数測定方法。
【請求項２】 前記各引出電極は前記水晶振動子の両板面に振り分けて設けられており、また前記導体は前記一対の接触子の双方に振り分けて設けられていることを特徴とする請求項１の水晶振動子の周波数測定方法。
【請求項３】 前記各引出電極は前記水晶振動子の少なくとも１つの板面に共に配置されており、また前記導体は前記一対の接触子の少なくとも一方に共に設けられていることを特徴とする請求項１の水晶振動子の周波数測定方法。
【請求項４】 前記各引出電極は前記水晶振動子の両方の板面のそれぞれに配置されており、また前記導体は前記一対の接触子の双方に、共にあるいは振り分けて設けられていることを特徴とする請求項１の水晶振動子の周波数測定方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子の改良された周波数測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】所定のカット角・形状・寸法に加工された水晶片に励振電極膜を蒸着して完成された多数の水晶振動子は、量産的品質の維持のために、その共振周波数を細かく測定・検査し、選別あるいは層別する必要がある。従来、その目的での量産的な周波数測定技術としては、（１）空隙電極法、あるいは（２）クリップマウント法が用いられてきた。以下図面を参照して従来技術について説明する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図３（ａ）は（１）空隙電極法を説明する概念図である。５は所定の間隔を置いて固定された一対の電極板であり、５１は下電極板、５２は上電極板である。上下の各電極板は発振回路４に接続されている。この装置は本来励振電極の蒸着がまだなされていない水晶片の共振周波数をチェックするためのものであるが、励振電極蒸着後の水晶振動子の検査にも用いられる。
【０００４】励振電極１１の蒸着による形成を終った水晶振動子１は、下電極板５１の上に載置され、その下側の励振電極１１は下電極板５１と接触し導通している。上側の励振電極１１は上電極板５２とは接触せず、例えば３０μｍ程度の隙間ｄがあり、両者間には負荷容量ＣL が存在する。従って水晶振動子１は図４（ａ）に示すように負荷容量ＣL を介して発振回路４と接続されることになる。その発振周波数Ｆは、励振電極が発振回路と直結された場合とはΔＦだけの差が生じ、次式のようになる。なお図４（ｂ）は水晶振動子１の電気的等価回路図であり、Ｃ0は励振電極１１間に存在する電極間容量である。
【０００５】
【数１】ΔＦ＝Ｆ／〔２ｒ（１＋ＣL ／Ｃ0 ）〕
ただし、ｒ＝Ｃ0 ／Ｃ1 （容量比）
【０００６】容量比ｒはＡＴ板振動子では通常２００〜６００程度の値をとる。水晶振動子や電極材料の形状や厚み等の誤差で、ｒやＣ0 も変化するので、ΔＦも一定しない。１５ＭＨｚの振動子の一例におけるＣL とΔＦとの関係を図４（ｃ）に示すが、このように数１００ｐｐｍにも達する周波数変化が生じ得るので、周波数の精密な選別や層別については、この空隙電極法は問題がある。
【０００７】次に（２）クリップマウント法について述べる。図３（ｂ）に装置の概念を示す。６はクリップ法測定治具で、絶縁体であるベース６１と、それが支持する細くて弾性のある針金より成るクリップバネ６２より成る。２本のクリップバネ６２の各々の上端は２重のループに巻かれ、それらループ間には水晶振動子１の端部を挟んで軽く締めつけ保持する程度の隙間を設ける。
【０００８】水晶振動子１の両端を図示のようにクリップバネ６２で保持したとき、各々のクリップバネ６２は励振電極１１の片方づつとそれぞれ接触・導通する。クリップバネ６２の下端は発振回路４に接続されており、水晶振動子１は発振動作を行う。この方法においては空隙電極法と異なり、ほぼ正しい発振周波数が得られる長所がある。しかし多数の被測定水晶振動子を一々華奢なクリップバネにセットするのは極めて面倒で工数を要するし、作業中に振動子（特に薄いもの）を破損する危険も高く、やはり難点のある手法である。
【０００９】なお図３（ｃ）は図１（ａ）に示す水晶振動子１を、気密端子７上に実際の製品と同様に（ただし封止管を除く）マウントした状態を参考として示したものである。周波数測定もできるだけ最終製品と同じ条件で行われることが望ましい。しかし実際の製品では気密端子を貫通するリード線７１の上端と引出電極１２の端部１３とがハンダ付けで固定されるので、単体の水晶振動子の検査には用いることができない。
【００１０】本発明の目的は、上記従来技術の諸欠点を除き、最終製品と近い条件で十分正確にかつ能率よく共振周波数を測定できる測定方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の水晶振動子の周波数測定方法は次の特徴を有する。
（１）矩形板状をなし、その少なくとも一方の短辺の近傍に複数の励振電極の各引出電極を配した水晶振動子を対象とし、前記短辺近傍の所定位置を板面に垂直方向に接触して挟持する一対の接触子を有し、該接触子には前記引出電極と接触する導体を設け、該導体には伝送法による振動子特性測定回路の測定端子をあらかじめ接続した治具を使用し、前記接触子で被測定水晶振動子を保持しておき、前記伝送法により前記被測定水晶振動子の共振周波数を測定すること。
【００１２】（２）（１）において、前記各引出電極は前記水晶振動子の両板面に振り分けて設けられており、また前記導体は前記一対の接触子の双方に振り分けて設けられていること。
（３）（１）において、前記各引出電極は前記水晶振動子の少なくとも１つの板面に共に配置されており、また前記導体は前記一対の接触子の少なくとも一方に共に設けられていること。
（４）（１）において、前記各引出電極は前記水晶振動子の両方の板面のそれぞれに配置されており、また前記導体は前記一対の接触子の双方に、共にあるいは振り分けて設けられていること。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の周波数測定法の第１の実施の形態の説明図である。（ａ）は測定の対象となる水晶振動子の平面図で、水晶振動子１は矩形板状であり、両板面には中央部の励振電極１１とその引出電極１２が銀蒸着膜等で形成されている。（ａ）には片面しか示していないが、裏面の電極パターンは水晶振動子１を長手軸の回りに反転させたとき表面の電極パターンと全く同じになる。引出電極１２が板面の上下両端部にあるのは、水晶振動子１を図３（ｃ）のように容器にマウントする際に上下の方向性判別を不要化するためである。
【００１４】図１（ｂ）は周波数測定装置の概念を示す斜視図である。表面に電極形成を終わった被測定水晶振動子１は台２３上に立てて置かれ、その下端部を接触子２で挟持される。２つの接触子２は少なくともその一方の先端部が薄板状あるいは刃状をなし、水晶振動子１の下端に近いｈの高さの部分で２つの引出電極１２の表面にほぼ線接触をなし、適当な力Ｆ（振動子の破損の恐れがなく、かつ支持条件と接触抵抗が安定するよう数ｇ〜数百ｇから選ばれる）で水晶振動子１を挟んでいる。接触子２は金属製であって電気接点を兼ねており、外部の測定回路３に接続されている。
【００１５】測定回路３は共振周波数の測定精度を上げるため、装置の浮遊容量等に発振周波数が影響されやすい発振回路４の使用を避け、いわゆる伝送法を用いている。測定回路３の内部のブロック線図を図６に示す。図６において周波数計３０で周波数をチェックされる可変周波数の発振器３１の出力の一部は、可変減衰器３２、電力分配器３３を経てπ回路３４に印加される。π回路３４の出力と固定減衰器３７を経た出力の他の一部とは抵抗Ｒでインピーダンスが整合されて電圧位相差計３８のＡ、Ｂ端に入力され、両波形の位相が比較される。
【００１６】測定回路３の中枢部をなすπ回路３４は、図５に示すように抵抗Ｒ2 〜Ｒ7 をπ字型に組み合わせたネットワークである。その測定端子Ｘ1 、Ｘ2 には図６に示した被測定水晶振動子１、校正用抵抗器３５、短絡板３６等が交換接続可能となっている。上記測定端子に水晶振動子１を接続し、発振器３１の出力周波数をスイープして測定を行い、図６の電圧位相差計３８のＡ、Ｂ入力の位相差（π回路の入・出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 の位相差に等しい）が零となった周波数が被測定水晶振動子１の直列共振周波数であり、周波数計３０で読み取られる。この周波数では水晶振動子１は純抵抗Ｒ1 〔図４（ｂ）〕と等価となる。
【００１７】図２は本発明の周波数測定法の第２の実施の形態の説明図である。（ａ）は測定の対象となる水晶振動子１の平面図で、各板面の励振電極１１の引出電極１２の端部は水晶板の側面を跨いで反対側の板面にも設けられ、結局各板面の各端に２つづつの励振電極引出線がそれぞれ設けられている。板面の裏面のパターンも表面と全く同じである。なおこのパターンは水晶振動子を板の片面側にある２本のリード線と接続・支持するマウント構造に適している。
【００１８】図２（ｂ）はこの水晶振動子に適用される周波数測定装置の概念を示す斜視図である。力Ｆで水晶振動子１の下端を接触子２が挟持することは第１の実施の形態と同様であるが、２つの引出電極１２の端部が１つの板面に集まっていることに対応して、一方の接触子に接点となる金属部２１が共に設けられている。絶縁体２２はそれらを隔離しかつ保持している。他方の接触子２は絶縁材料より成り、水晶振動子を安定に保持するために接触面積をやや大きくしてある。測定回路３は第１の実施の形態と同様のものを用いる。
【００１９】図７は本発明の測定装置の第２の実施の形態に用いる測定治具の構造を示し、（ａ）は一部断面平面図、（ｂ）は垂直断面図、（ｃ）はＡ部の拡大図である。８は測定治具基台、８１は固定接触子体、８２は可動接触子体で回転軸８３を有し、板バネ８４で固定接触子体８１側への圧着力が与えられる。固定接触子体８１には２個の電極板８５が絶縁板８６を介してネジ８７により測定軸８８に固定されかつ接続されている。測定軸の左端は回路を接続する治具端子８９になっている。なお電極板８５には接点部８５１と段部８５２〔図１（ｂ）の台２３の役割を果す〕を有する。
【００２０】測定の際は可動接触子体８２の右端を指で押し下げて接触子を開き、水晶振動子を縦姿勢でその保持間隙８０に挿入し、その下端を段部８５２の上面に乗せて指を放すと振動子は所定の位置に所定の力で保持され、接点部８５１も正確に引出電極１２と接触する。また本例は第２の実施の形態に属するが、金属部材・絶縁部材・接続用リード部材その他の配置構造を変更すれば前記第１の実施の形態用に用いる治具も容易に実現できる。
【００２１】電極板８４の水晶振動子１との接点部８５１の縦断面は図７（ｃ）の要部拡大図のように刃状に鋭くされ、水晶振動子１への当接位置の精度を確保している。他方可動接触子８２の左端は平面であるが、接触位置は水晶振動子１の下端部に限られるので接触面積は過大にはならない。またネジ８６から治具端子８９に至る測定軸８７には、円板状の抵抗Ｒ2 、Ｒ4 、Ｒ5 、Ｒ7 および棒状の抵抗Ｒ3、Ｒ6 が組み込まれ、図６のπ回路３４が測定治具の内部に構成されている。
【００２２】次に、本発明の適用範囲について述べておく。まず被測定水晶振動子と測定用治具の接触子の接点構造とは必ずしも厳密に１対１対応するものではない。図１および図２は例示に過ぎない。水晶振動子の電極パターンと接触子の接点構造の工夫によって、製品マウント構造の異なる複数種類の水晶振動子に対して共通の治具構造を使用しうることは明らかである。
【００２３】また水晶振動子は平板状に限定されない。端部付近に斜面を設けたいわゆるベベル付きの形状や、板の中心部が厚いコンベックス形状の水晶振動子にも当然適用できる。更には円板型振動子であっても、その表裏の励振電極の引出端子を円周の一部に接近して設けておき、測定治具で振動子の円周の一部を挟持することで本発明を応用できる。（円板型水晶振動子は直径の両端で支持・接続される場合が多いが、支持を行わない測定専用の引出電極パターンを別途設けておけばよい。）
【００２４】また水晶振動子に対する接触子の接触位置や接触面積は図示例には限定されない。例えば２〜４点の点接触でもよいし、接触点位置が表裏で異なってもよい。また小面積ならば平面と平面で挟んでもよい。要点は振動子の振動を機械的に妨害することの少ない位置・面積・力・接触面の材質・状態などの諸条件を実験的に選べばよい。なお被測定振動子の材質も必ずしも水晶に限られず、他の圧電性の結晶や材料より成る振動子に対しても本発明が同等に適用できることも自明である。
【００２５】
【発明の効果】本発明においては、測定回路が水晶振動子電極と直接接触するので負荷容量による測定誤差を生じない。また接触子を開閉して水晶振動子を所定の位置に所定の力で容易に接続・挟持することができるので、振動子の破損の恐れが殆どなくなり、測定条件も極めて安定する。また測定回路には伝送法を用いるので他の電気的な原因による誤差もなく優れた測定精度を発揮することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１６６９４８
【氏名又は名称】ミヨタ株式会社
【識別番号】０００００１９６０
【氏名又は名称】シチズン時計株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２５日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７１３６８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−９８３４６ |
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