JPS6015904B2 - 水晶時計 - Google Patents

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。

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。

本発明を図面によって、さらに詳しく説明しよう。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。