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JPS6015904B2 - crystal clock - Google Patents
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JPS6015904B2 - crystal clock - Google Patents

crystal clock

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Publication number
JPS6015904B2
JPS6015904B2 JP48142661A JP14266173A JPS6015904B2 JP S6015904 B2 JPS6015904 B2 JP S6015904B2 JP 48142661 A JP48142661 A JP 48142661A JP 14266173 A JP14266173 A JP 14266173A JP S6015904 B2 JPS6015904 B2 JP S6015904B2
Authority
JP
Japan
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crystal
tuning fork
crystal resonator
resonator
oscillator
Prior art date
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Expired
Application number
JP48142661A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS5093470A (en
Inventor
求吉 坂本
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Suwa Seikosha KK
Original Assignee
Suwa Seikosha KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Suwa Seikosha KK filed Critical Suwa Seikosha KK
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Publication of JPS5093470A publication Critical patent/JPS5093470A/ja
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Expired legal-status Critical Current

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  • Electric Clocks (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (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、レーザビームにて共振周波数を定めた周波数
に調整することにより、他に特別な周波数調整手段を有
しない水晶振動子を時間標準にもつ水晶時計に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a quartz watch that uses a quartz oscillator as a time standard, which does not have any other special frequency adjustment means, by adjusting the resonant frequency to a predetermined frequency using a laser beam.

従来、水晶時計では、時間標準として水晶共振子が使わ
れていることはもちろんであるが時間緩急にはバリアプ
ルコンデンサを使うか、ステップバリコンを使う手段が
とられて来た。これは確かに水晶共振子の共振周波数を
一定値に合わせ込む必要があるにしても、その誤差範囲
を大き〈とり、製造原価を低くしていた。しかし、他面
、バリアブルコンデンサやステップバリコン等の付加物
を必要とし、この部分のcostがかかり、space
的にも大きく、またこの付加物の変化が時間標準の精度
を低下させる原因にもなっていた。本発明では、水晶共
振子そのものの製造原価を低下させると共に時間緩急の
特別な手段(上記のバリアブルコンデンやステップバリ
コン等)を省略した安価で、しかも小型にできた水晶時
計を提供するものである。
Traditionally, crystal watches have used a crystal resonator as a time standard, but have also used variable pull capacitors or step variable capacitors to adjust the time. Although this did require the resonant frequency of the crystal resonator to be adjusted to a constant value, the error range was widened and manufacturing costs were reduced. However, on the other hand, it requires additional items such as variable capacitors and step variable capacitors, which increases the cost and space.
Moreover, changes in this additive caused a decrease in the accuracy of the time standard. The present invention provides an inexpensive and compact quartz watch that reduces the manufacturing cost of the crystal resonator itself and eliminates special means for adjusting time (such as the variable capacitor or step variable capacitor described above). .

本発明を図面によって、さらに詳しく説明しよう。The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明に使用される標準時間を作り出す水晶
発振回路の1例を示す。lmはC−MOSでできた増中
器、X′触は水晶振動子、Cdは増中器lmのドレィン
側に入った抵抗Rdは、発振周波数の電圧特性改善のた
めの抵抗である。X′talは種々な作り方はあるが、
ここでは第2図に示す音叉型水晶共振子が使われている
。0.2肋板厚以下の水晶板からフオトェッチング技術
を使って音叉状にうち抜かれている。
FIG. 1 shows an example of a crystal oscillator circuit that produces standard time used in the present invention. lm is an amplifier made of C-MOS, X' is a crystal oscillator, Cd is a resistor Rd connected to the drain side of the amplifier lm, and is a resistor for improving the voltage characteristics of the oscillation frequency. There are various ways to make X'tal,
A tuning fork type crystal resonator shown in FIG. 2 is used here. A tuning fork shape is punched out using photo-etching technology from a quartz plate with a thickness of 0.2 or less.

水晶板はZ板が使われ、またY軸からの回転角は±10
0以内のものが零温度係数温度を1軍C〜35qoに入
れることができ、便利である。非常に薄型のために厚み
側には電極を作りこむことができず、第3図に示す電極
構造を有している。1,2は電極であり、水晶振動子×
′talの裏面にも対称に1′,2′が蒸着膜をフオト
ェッチングしてつけられている。電界は電極1,2,1
′,2′の間に生じ、水晶共振子×′talを励振する
。5,6は蒸着膜でできた重りで、レーザビームにより
、一部または全部を取り除くことにより共振子×′例の
共振周波数を一定の値に少なくとも士0.9砂/船yの
誤差内に整えられる。
A Z plate is used as the crystal plate, and the rotation angle from the Y axis is ±10.
If the value is within 0, the zero temperature coefficient temperature can be placed in the range of 1C to 35Qo, which is convenient. Because it is extremely thin, electrodes cannot be built into the thick side, and it has the electrode structure shown in FIG. 3. 1 and 2 are electrodes, and the crystal oscillator
Also on the back side of 'tal, 1' and 2' are symmetrically attached by photoetching the deposited film. The electric field is electrodes 1, 2, 1
',2' and excites the crystal resonator x'tal. 5 and 6 are weights made of vapor-deposited films, and by removing part or all of them using a laser beam, the resonant frequency of the resonator x' is kept at a constant value within an error of at least 0.9 sand/ship y. It can be arranged.

3,4,3′,4′は電極の引出しを兼ねた接続部で第
4図に示す如く基台7に取りつけられる。
Reference numerals 3, 4, 3', and 4' are connecting portions that also serve as electrode leads and are attached to the base 7 as shown in FIG.

水晶共振子の電極構造は他の変形が可能である。第4図
は水晶共振子×′ta】の基台への取りつけ方の一例で
ある。基台7は水晶材からできていて、薄膜8,9部を
有し、共振子×′PIの接続部3′,4′と互にハンダ
にて固定接続される。さらに、リード線11,12によ
り外部に電極は引き出される。第4図に示した水晶共振
子は一部が透明体部を有するセラミックケースまたは金
属ケースに真空封入されている。該透明部分はXtal
の先端部5,6の上部に位置し、透明部を通してレーザ
ビームにて重り、5,6が削り除かれるようになってい
る。さらに、第1図に示す発振回路および該発振回路か
らの信号をSにpdownするための分周回路および時
間表示をするための手段を駆動するための駆動回路は一
体となり、1チップ内にIC化されて水晶共振子×′t
alと同時封入されている。この水晶発振器を包む時間
標準部の周波数を時計に組んだ時に必要な周波数〆oを
得る方法について述べよう。まず、荒調として第4図に
示すXtal共振子はケースに真空封入される以前に、
第1図に示す発振回路と互に必要接続部を結線され、こ
の発振回路の発振周波数〆をレーザピームにて−1分/
day以下に時間誤差がなるように先端重りを取り除く
。次に、ケースへ真空封入し徴調としてレーザビームに
て±0.9秒/day以内に時間誤差が入るようにレー
ザビームにて水晶共振子×′GIの先端重りを、ケース
の透明部を通して照射して取り除く。この徴調に当る操
作は1回ではなく数回繰り返すと、されに時間誤差を±
0.9砂/船y以下にすることが確実になる。水晶振動
子とケースとの接続支持は、第4図の他の種々な方式が
考えられる。第5図は他の具体例であり、バネ13にて
水晶共振子×′talはケースに接続支持れている。こ
の場合、第4図の電極1,2は片面(上面)のみにつけ
られている。水晶の入力インピーダンスは高くなるが、
バネ材で支持されているために、耐震性、耐衝撃性にす
ぐれている。第6図は、他の具体例で、2本のバネ材1
4,15にてケースへ接続されている。セラミックケー
ス等、水晶振動子と温度膨張係数が違う場合、およびリ
ード線取り出しとして、有効であり、また、バネ材でと
りつけているので第4図と第5図の長所を生かしている
。発振回路はもちろん第1図に限定されるものでないが
、第1図を使ってさらに説明していく。
Other variations in the electrode structure of the crystal resonator are possible. FIG. 4 shows an example of how to attach the crystal resonator x'ta to the base. The base 7 is made of quartz material, has thin films 8 and 9, and is fixedly connected to the connecting parts 3' and 4' of the resonator x'PI by solder. Furthermore, the electrodes are drawn out to the outside by lead wires 11 and 12. The crystal resonator shown in FIG. 4 is vacuum-sealed in a ceramic case or a metal case having a partially transparent body. The transparent part is Xtal
It is positioned above the tip portions 5 and 6 of the laser beam, and a laser beam is applied through the transparent portion to remove the portions 5 and 6. Furthermore, the oscillation circuit shown in FIG. 1, a frequency dividing circuit for pdowning the signal from the oscillation circuit to S, and a drive circuit for driving means for displaying time are integrated, and an IC is integrated into one chip. The crystal resonator ×'t
It is enclosed at the same time as al. Let's discuss how to obtain the necessary frequency limit when incorporating the frequency of the time standard part surrounding this crystal oscillator into a clock. First, before the Xtal resonator shown in Figure 4 as a rough tuning is vacuum sealed in the case,
The necessary connections are connected to the oscillation circuit shown in Figure 1, and the oscillation frequency of this oscillation circuit is set to -1 min/min with a laser beam.
Remove the tip weight so that the time error is less than day. Next, the case is vacuum-sealed, and a laser beam is used to pass the tip weight of the crystal resonator Remove by irradiating. If you repeat this tuning operation not once but several times, you can reduce the time error by ±
It is ensured that the amount of sand is 0.9 sand/ship y or less. Various other methods other than the one shown in FIG. 4 are conceivable for connecting and supporting the crystal resonator and the case. FIG. 5 shows another specific example, in which the crystal resonator x'tal is connected and supported by a spring 13 to the case. In this case, the electrodes 1 and 2 shown in FIG. 4 are attached only to one side (upper surface). Although the input impedance of the crystal is high,
Because it is supported by spring material, it has excellent earthquake resistance and impact resistance. FIG. 6 shows another specific example, in which two spring members 1
It is connected to the case at 4 and 15. It is effective in cases where the temperature expansion coefficient is different from that of the crystal resonator, such as in a ceramic case, and for taking out lead wires.Furthermore, since it is attached with a spring material, the advantages of Figs. 4 and 5 are utilized. Although the oscillation circuit is of course not limited to that shown in FIG. 1, it will be further explained using FIG.

第1図はすべて1チップ内にIC化することができる。
もちろんンデンサCg,Cdは外ずけも可能であるが、
の場合については後述する。第7図は第1図の消費電力
曲線を示し、機軸にコンデンサCg,Cdの値をとり、
縦軸に消費電力をとっている。第8図は同発振開始電圧
Psを示している。第9図は同電圧による発振周波数の
ずれ△ナEを示している。第7図、第8図、第9図の曲
線から見られるように、コンデンサCg,Cdは自由に
選ぶよりは最適値があることがわかる。作られた水晶振
動子と発振回路との結合の結果、最適値に合せて、レー
ザビームにて発振周波数を合せ込めばICチップと水晶
振動子のみであるのでエージングのきわめてよい結果を
得るとともに、発振の安定動作が期待でき、さらには発
振回路の条件をゆるめ得る。また、1つのケースに電子
回路および水晶共振子がおさめられているので配線の特
別な基板も必要なくなり、スペース的には非常に小さく
、また安価になる。コンデンサCg,Cdを外ずけした
場合の利点について述べよう。
All of the components shown in FIG. 1 can be integrated into one chip.
Of course, it is possible to remove the capacitors Cg and Cd, but
The case will be discussed later. Figure 7 shows the power consumption curve of Figure 1, with the values of capacitors Cg and Cd taken as the axis,
Power consumption is plotted on the vertical axis. FIG. 8 shows the oscillation start voltage Ps. FIG. 9 shows the deviation of the oscillation frequency by the same voltage. As can be seen from the curves in FIGS. 7, 8, and 9, it can be seen that the capacitors Cg and Cd have optimal values rather than being freely selected. As a result of coupling the manufactured crystal oscillator and oscillation circuit, if the oscillation frequency is matched with a laser beam to the optimum value, only the IC chip and the crystal oscillator are required, so excellent aging results can be obtained. Stable oscillation operation can be expected, and furthermore, the conditions for the oscillation circuit can be relaxed. Furthermore, since the electronic circuit and the crystal resonator are housed in one case, there is no need for a special board for wiring, resulting in a very small space and low cost. Let's discuss the advantages of removing capacitors Cg and Cd.

もちろん前述の如く最適値に選定されている。しかし、
第3図に示す水晶共振子はさわって4・型のためにイン
ピーダンスが高くなることはさげられず、従って、時間
の緩急をするためにコンデンサCgまたはCdの値を変
えていっても高々数秒に過ぎない。そこで時間緩急のた
めにコンデンサCgをバリコンとすることが従来の方法
として採用されていたが、これでは温度特性を補正して
やることは因難となっているのが実状である。そこで、
本発明では時間緩急はしーザビームで行なうこととして
、温度補正のために発振周波数の変化、即ち上記した、
高々数秒分の範囲を使い、コンデンサCg,Cdのいず
れか、または両方を温度可変素子、例えばチタンサンバ
リウムコンデンサ等で作ることにより、温度による水晶
振動子の温度特性を改善することができる。以上の如く
本発明によれば新たなカッ日角と新たな電極配置により
温度周波数特性の変曲点を常温(2000)に持って来
た音叉水晶振動子を用い、その先端に周波数調整用の重
りを設け、ICチップと共に一部が透明な容器に封入し
、その後常温状態でレーザビームによって重りを除去し
て音叉水晶振動子の周波数調整を行うものであり、常温
において音叉水晶振動子の周波数が安定していることと
、ICチップが振動子と同一容器に封入されていること
が相換って高精度で安定した周波数を提供できるもので
ある。
Of course, as mentioned above, the optimum value is selected. but,
Since the crystal resonator shown in Figure 3 is 4-type when touched, it is inevitable that the impedance will be high, so even if you change the value of capacitor Cg or Cd to speed up the time, it will only take a few seconds at most. It's nothing more than that. Therefore, the conventional method has been to use a variable capacitor as the capacitor Cg to adjust the time, but the reality is that it is difficult to correct the temperature characteristics with this method. Therefore,
In the present invention, the oscillation frequency is changed for temperature correction, in other words, the above-mentioned
By using a range of several seconds at most and making one or both of the capacitors Cg and Cd with a temperature variable element, such as a titanium sambarium capacitor, it is possible to improve the temperature characteristics of the crystal resonator depending on the temperature. As described above, according to the present invention, a tuning fork crystal oscillator whose inflection point of temperature frequency characteristics has been brought to room temperature (2000) by a new solar angle and a new electrode arrangement is used, and a tuning fork crystal oscillator with a frequency adjustment point at its tip is used. A weight is installed and the IC chip is sealed in a partially transparent container, and then the frequency of the tuning fork crystal resonator is adjusted by removing the weight with a laser beam at room temperature. The fact that the IC chip is stable and that the IC chip is sealed in the same container as the vibrator makes it possible to provide a highly accurate and stable frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来より用いられる発振回路の回路図、第2図
は本発明に用いられる共振子のカット角を示す斜視図、
第3図は第2図の共振子に電極を配置した平面図、第4
図、第5図、第6図の各々は本発明に用いられる共振子
の取りつけ構造を示す実施例の斜視図、第7図、第8図
、第9図は各々本発明に使われる発振回路の特性で、第
7図は消費電力を、第8図は発振開始電圧、第9図は電
圧特性を示すグラフ図である。 X′tal・・…・水晶共振子、Cd,Cg・・・・・
・発振回路のインバー夕lmの出力、入力側につけられ
たコンデンサー、1,2・・・・・・電極、3,4・・
・・・・接続部、5,6…・・・重り、7…・・・水晶
基台、13,14,15・・・・・・バネ支持材。 多′図 多2図 多三図 あ4図 そぐ図 多5図 *7図 多91軍 多川辺
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventionally used oscillation circuit, and FIG. 2 is a perspective view showing the cut angle of a resonator used in the present invention.
Figure 3 is a plan view of the resonator shown in Figure 2 with electrodes arranged;
5 and 6 are perspective views of embodiments showing the mounting structure of a resonator used in the present invention, and FIGS. 7, 8, and 9 are oscillation circuits used in the present invention, respectively. 7 is a graph showing the power consumption, FIG. 8 is a graph showing the oscillation start voltage, and FIG. 9 is a graph showing the voltage characteristics. X'tal...Crystal resonator, Cd, Cg...
・Output of the inverter lm of the oscillation circuit, capacitor attached to the input side, 1, 2... Electrodes, 3, 4...
... Connection portion, 5, 6 ... Weight, 7 ... Crystal base, 13, 14, 15 ... Spring support material. Many figures, two figures, three figures, a four figures, many figures, five figures *7 figures, many figures, 91 army tagawabe

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 水晶振動子を含む発振器を時間標準にもち、該発振
器を有する電子時計において、前記水晶振動子はZ板を
Y軸を中心に±10度の範囲で回転させて切出された水
晶板からフオトエツチングによつて形成された音叉型水
晶振動子であり、前記音叉型水晶振動子は別々の叉にお
いて中央部に沿つて伸びる電極と、周辺部に沿つて伸び
る電極の間で電極対をなすように電極配置されるように
形成されており、前記音叉型水晶振動子と発振回路を含
むICチツプを少なくとも一部が透明が容器内に封入し
て成り、且つレーザビームによつて前記容器の外部より
除去される周波数調整用重りを前記音叉型水晶振動子の
各々の先端に設けたことを特徴とする水晶時計。
1. In an electronic watch that has an oscillator including a crystal oscillator as a time standard, the crystal oscillator is cut out from a quartz plate by rotating a Z plate within a range of ±10 degrees around the Y axis. A tuning fork type crystal resonator formed by photo etching, the tuning fork type crystal resonator having an electrode pair formed between an electrode extending along the center part and an electrode extending along the peripheral part in separate forks. The IC chip, which includes the tuning fork crystal resonator and the oscillation circuit, is enclosed in a transparent container at least in part, and the laser beam is used to illuminate the container. A crystal watch characterized in that a frequency adjustment weight that is removed from the outside is provided at the tip of each of the tuning fork type crystal oscillators.
JP48142661A 1973-12-19 1973-12-19 crystal clock Expired JPS6015904B2 (en)

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JPS5093470A JPS5093470A (en) 1975-07-25
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4411702Y1 (en) * 1966-05-10 1969-05-15

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JPS5093470A (en) 1975-07-25

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