(57)【要約】【課題】圧電振動子の周波数応答特性測定方法、及び圧電振動子用測定機器を提供する。【解決手段】圧電振動子１２を収容するとともに前記圧電振動子１２と外部との電気的接続が可能な圧電振動子用測定治具２０と、前記振動子用測定治具２０に電気的に接続され、前記圧電振動子１２の発振周波数の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子１２の周波数応答特性を測定するとともに前記周波数温度特性の情報と前記圧電振動子１２の温度の情報とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行う測定部（ネットワークアナライザー４４、ＰＣ４６）と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子の周波数応答特性を測定するとともに前記周波数温度特性の情報と前記圧電振動子の温度の情報とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行うことを特徴とする圧電振動子の周波数応答特性測定方法。
【請求項２】
圧電振動子の基準温度を包含する常温領域において前記圧電振動子の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子の前記常温領域における周波数応答特性を測定するとともに、前記周波数温度特性の情報から導かれる前記常温領域における前記圧電振動子の発振周波数の温度係数と前記圧電振動子の温度の前記基準温度からの差分とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行うことを特徴とする圧電振動子の周波数応答特性測定方法。
【請求項３】
前記圧電振動子を収容可能な筐体を樹脂で形成し、前記圧電振動子を前記筐体の外部との電気的接続が可能となるように前記筐体に収容することを特徴とする請求項１または２に記載の周波数応答特性測定方法。
【請求項４】
前記圧電振動子を収容可能な筐体をセラミックスで形成し、前記圧電振動子を前記筐体の外部との電気的接続が可能となるように前記筐体に収容することを特徴とする請求項１または２に記載の周波数応答特性測定方法。
【請求項５】
前記温度の情報は、前記筐体内部の温度を測定することにより生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電振動子の周波数応答特性測定方法。
【請求項６】
圧電振動子を収容するとともに前記圧電振動子と外部との電気的接続が可能な圧電振動子用測定治具と、
前記振動子用測定治具に電気的に接続され、前記圧電振動子の発振周波数の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子の周波数応答特性を測定するとともに前記周波数温度特性の情報と前記圧電振動子の温度の情報とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行う測定部と、を有することを特徴とする圧電振動子用測定機器。
【請求項７】
前記圧電振動子用測定治具は、
前記圧電振動子を収容可能な凹部を有する第１の筐体と、
前記凹部に配置され前記圧電振動子を搭載するとともに、前記圧電振動子と前記測定部との電気的接続が可能な振動子搭載部と、
前記凹部に嵌め込まれ前記圧電振動子を閉じ込める内部空間を形成するとともに前記凹部から取り外し可能な第２の筐体と、を有することを特徴とする請求項６に記載の圧電振動子用測定機器。
【請求項８】
前記第１の筐体及び前記第２の筐体は、それぞれ樹脂で形成されたことを特徴とする請求項７に記載の圧電振動子用測定機器。
【請求項９】
前記第１の筐体及び前記第２の筐体は、それぞれセラミックスで形成されたことを特徴とする請求項７に記載の圧電振動子用測定機器。
【請求項１０】
前記内部空間には、前記内部空間の温度を計測可能とされ前記温度の情報を前記測定部に出力可能な温度センサーが配置されたことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の圧電振動子用測定機器。
【請求項１１】
前記圧電振動子は、前記圧電振動子の電極が形成された能動面を前記振動子搭載部の搭載面に向けて搭載され、
前記振動子搭載部は、前記搭載面に前記計測部との電気的接続が可能とされ前記圧電振動子の電極と接触する測定用端子を有し、
前記第２の筐体は、前記圧電振動子に当接するとともに、前記能動面を前記搭載面に押し付け可能であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の圧電振動子用測定機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動子の周波数応答特性測定方法及び圧電振動子用測定機器に関し、特に圧電振動子の環境温度の変化の影響を低減した高精度な計測が可能な圧電振動子の周波数応答特性測定方法及び圧電振動子用測定機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子は、圧電振動片をパッケージ（ベース）とリッドとにより気密封止した構成を有している。このような圧電振動子は、その製造工程においては複数回周波数特性測定を行い、その測定結果に応じて周波数ごとの分類を行なったり、後工程における調整量を加減している。例えばＡＴカット水晶振動子においては、水晶振動片の材料となる水晶振動素板を研磨工程にて所定厚さにまで機械加工を行なう。研磨工程では複数段階の研磨により可能な限り周波数を追い込むが、研磨精度の限界により周波数のバラツキが生じる。特にその厚さで周波数が決定されるＡＴカット水晶振動子においては、周波数のバラツキが顕在化する場合があった。このような場合、圧電振動子の各製造段階で周波数の測定を行い、周波数ごとに分類した上で後工程を進めていた。
【０００３】
圧電振動子の周波数特性測定では、例えば特許文献１に示すような周波数特性測定装置を用いて行なう。図６に示すように、周波数特性測定装置１００は圧電振動子１０２を一時的に収納し、電気的接続を行なう測定治具１０１と、測定治具１０１に接続されるπ（パイ）回路１２１、１２２とπ回路１２１、１２２と接続されるネットワークアナライザー１０３と、ネットワークアナライザー１０３に接続されるＰＣ（パーソナルコンピューター）１０４とからなる。
【０００４】
圧電振動子１０２は、例えば表裏に励振電極が形成されたＡＴカット水晶振動片がパッケージに収納され導電接合された構成で、気密封止前または気密封止後の状態となっている。なお、パッケージの下面には外部接続端子Ｅが形成されている。
【０００５】
圧電振動子１０２を一時的に収納し、電気的接続を行なう測定治具１０１は、セラミックあるいは樹脂等の絶縁体の一部表面および内部に電気配線が施されている。また測定治具は断面で見て凹型の圧電振動子収納部１１１と、圧電振動子収納部１１１の底面に形成された接続端子１１２、１１３と、接続端子１１２、１１３と導電接合された導出端子１１４、１１５を有している。また導出端子１１４はπ回路１２１に、導出端子１１５はπ回路１２２にそれぞれケーブルにより電気的に接続され、また各π回路からネットワークアナライザー１０３のコネクタに電気的に接続されている。さらにネットワークアナライザー１０３にはＰＣ１０４がインターフェースを介して接続されている。
【０００６】
π回路１２１、１２２はＪＩＳ  Ｃ６７０１にて定められているπ回路測定法を実施するために用いる。またπ回路１２１、１２２はネットワークアナラアザー１０３に導電ケーブルによりそれぞれ電気的に接続されている。ネットワークアナライザー１０３は、例えば、被測定物である圧電振動子１０２に関して所定の周波数範囲に各測定ポイントを設定し、各測定ポイントに所定の周波数の高周波数信号を印加し、ここから得られるゲイン特性、位相特性、直列抵抗特性（ＣＩ特性）などの測定を行い、これに基づき圧電振動子１０２の周波数特性を測定するものである。
【０００７】
ＰＣ１０４は、ＣＰＵやメモリ等を有し、ネットワークアナライザー１０３のインターフェース（例えばＧＰ−ＩＢ）を介して接続されている。ＰＣ１０４はネットワークアナライザー１０３の測定周波数範囲、測定ポイント数、測定分解能などの設定を行なう。そしてＰＣ１０４からの測定開始命令によりネットワークアナライザー１０３は設定されている全測定ポイントの測定を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２５６３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年の圧電振動子の高精度化により、その発振周波数を０．１ｐｐｍ以下の精度で測定することが要求されている。しかしこのような高精度が要求される周波数特性の測定において、例えば作業者の移動による風などの短期的に不規則な温度変化等の測定中の外乱が発生した場合、これにより周波数特性にノイズが重畳するので圧電振動子固有の周波数特性を高精度に測定できないといった問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に着目し、測定中の外乱による影響を抑制して圧電振動子の周波数特性を高精度に測定することが可能な圧電振動子の周波数応答特性測定方法及び圧電振動子用測定機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］圧電振動子の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子の周波数応答特性を測定するとともに前記周波数温度特性の情報と前記圧電振動子の温度の情報とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行うことを特徴とする圧電振動子の周波数応答特性測定方法。
【００１２】
上記方法により、圧電振動子の周波数応答特性は、その圧電振動子の温度と周波数温度特性により温度補償がなされるため、周波数応答特性において温度変化に起因するノイズを低減して高精度な周波数応答特性を測定することができる。
【００１３】
［適用例２］圧電振動子の基準温度を包含する常温領域において前記圧電振動子の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子の前記常温領域における周波数応答特性を測定するとともに、前記周波数温度特性の情報から導かれる前記常温領域における前記圧電振動子の発振周波数の温度係数と前記圧電振動子の温度の前記基準温度からの差分とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行うことを特徴とする圧電振動子の周波数応答特性測定方法。
【００１４】
上記方法により、例えば常温領域において発振周波数が１次関数的に変化している場合は、発振周波数の温度特性の傾きと、基準温度における発振周波数を用い、圧電振動子の温度と基準温度との差分に温度特性の傾きを掛けることにより発振周波数の基準温度からの変化量を算出することができる。またこのような算出は短時間で行なうことが可能である。したがって、周波数応答特性において温度変化に起因するノイズを低減して高精度な周波数応答特性を測定することができる。
【００１５】
［適用例３］前記圧電振動子を収容可能な筐体を樹脂で形成し、前記圧電振動子を前記筐体の外部との電気的接続が可能となるように前記筐体に収容することを特徴とする適用例１または２に記載の周波数応答特性測定方法。
上記方法により、圧電振動子が熱伝導率の低い樹脂に囲まれた形となるので、圧電振動子の外乱による温度変化を抑制して高精度な周波数応答特性の測定が可能となる。
【００１６】
［適用例４］前記圧電振動子を収容可能な筐体をセラミックスで形成し、前記圧電振動子を前記筐体の外部との電気的接続が可能となるように前記筐体に収容することを特徴とする適用例１または２に記載の周波数応答特性測定方法。
上記方法により、樹脂と同様にセラミックスも熱伝導率が低いので適用例３と同様の効果を与えることができる。
【００１７】
［適用例５］前記温度の情報は、前記内部空間の温度を測定することにより生成することを特徴とする適用例１乃至４のいずれか１例に記載の圧電振動子の周波数応答特性測定方法。
【００１８】
上記方法により、温度センサーは外乱による温度変化を抑制できるとともに圧電振動子の温度を高精度に測定することができるので、周波数応答特性および周波数温度特性の周波数方向のズレを抑制して高精度な測定が可能となる。
【００１９】
［適用例６］圧電振動子を収容するとともに前記圧電振動子と外部との電気的接続が可能な圧電振動子用測定治具と、前記振動子用測定治具に電気的に接続され、前記圧電振動子の発振周波数の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子の周波数応答特性を測定するとともに前記周波数温度特性の情報と前記圧電振動子の温度の情報とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行う測定部と、を有することを特徴とする圧電振動子用測定機器。
【００２０】
上記構成により、圧電振動子の周波数応答特性は、その圧電振動子の温度と周波数温度特性により温度補償がなされるため、周波数応答特性において温度変化に起因するノイズを低減して高精度な周波数応答特性を測定することが可能な圧電振動子用測定機器となる。
【００２１】
［適用例７］前記圧電振動子用測定治具は、前記圧電振動子を収容可能な凹部を有する第１の筐体と、前記凹部に配置され前記圧電振動子を搭載するとともに、前記圧電振動子と前記測定部との電気的接続が可能な振動子搭載部と、前記凹部に嵌め込まれ前記圧電振動子を閉じ込める内部空間を形成するとともに前記凹部から取り外し可能な第２の筐体と、を有することを特徴とする適用例６に記載の圧電振動子用測定機器。
【００２２】
上記構成により、圧電振動子を第１の筐体内の振動子搭載部に載置するとともに、第１の筐体の凹部に嵌め込み可能な第２の筐体で蓋をすることにより圧電振動子に外部から風等の影響を受けることなく周波数応答特性を測定することができる。そして、第２の筐体は第１の筐体から取り外し可能なので多数の圧電振動子の周波数応答特性を測定する際にも効率性を低下させることなく行なうことが可能な圧電振動子用測定機器となる。
【００２３】
［適用例８］前記第１の筐体及び前記第２の筐体は、それぞれ樹脂で形成されたことを特徴とする適用例７に記載の圧電振動子用測定機器。
第１の筐体及び第２の筐体をそれぞれ樹脂で形成することにより、圧電振動子の外乱による温度変化を抑制して高精度な周波数応答特性の測定が可能となる。
【００２４】
［適用例９］前記第１の筐体及び前記第２の筐体は、それぞれセラミックスで形成されたことを特徴とする適用例７に記載の圧電振動子用測定機器。
第１の筐体及び第２の筐体をそれぞれセラミックスで形成することにより、適用例８と同様の効果を与えることができる。
【００２５】
［適用例１０］前記内部空間には、前記内部空間の温度を計測可能とされ前記温度の情報を前記測定部に出力可能な温度センサーが配置されたことを特徴とする適用例６乃至９のいずれか１例に記載の圧電振動子用測定機器。
【００２６】
上記構成により、温度センサーは外乱による温度変化を抑制できるとともに圧電振動子の温度を高精度に測定することができるので、周波数応答特性および周波数温度特性の周波数方向のズレを抑制して高精度な測定が可能な圧電振動子用測定機器となる。
【００２７】
［適用例１１］前記圧電振動子は、前記圧電振動子の電極が形成された能動面を前記振動子搭載部の搭載面に向けて搭載され、前記振動子搭載部は、前記搭載面に前記計測部との電気的接続が可能とされ前記圧電振動子の電極と接触する測定用端子を有し、前記第２の筐体は、前記圧電振動子に当接するとともに、前記能動面を前記搭載面に押し付け可能であることを特徴とする適用例６乃至１０のいずれか１例に記載の圧電振動子用測定機器。
【００２８】
上記構成により、圧電振動子と測定用端子との電気的接続を確実に行い周波数温度特性および周波数応答特性を安定的に測定することが可能な圧電振動子用測定機器となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る圧電振動子用測定機器の全体図である。
【図２】本実施形態に係る圧電振動子用測定治具の模式図である。
【図３】本実施形態に係る圧電振動子用測定治具の部分詳細図である。
【図４】圧電振動子を搭載した圧電振動子用測定治具に対して熱的な外乱を与えた場合の圧電振動子の発振周波数の再現性と最大温度差を示す図である。
【図５】圧電振動子を搭載した圧電振動子用測定装置において温度変化を与えた場合において、温度補償を行った場合と行なわない場合との発振周波数の再現性の比較を示す図である。
【図６】従来技術に係る周波数特性測定装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００３１】
図１、図２、図３に本実施形態の圧電振動子用測定機器を示す。図１は本実施形態の圧電振動子用測定機器１０の全体図である。図２は圧電振動子用測定機器１０を構成する圧電振動子用測定治具２０の模式図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は左側面図である。図３は圧電振動子用測定治具２０の部分詳細図であり、図３（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面図であって内部空間３２ａ形成前、図２（ｃ）は断面図であって内部空間３２ａ形成後を示す。
【００３２】
本実施形態の圧電振動子用測定機器１０は、圧電振動子１２を収容するとともに前記圧電振動子１２と外部との電気的接続が可能な圧電振動子用測定治具２０と、前記振動子用測定治具２０に電気的に接続され、前記圧電振動子１２の発振周波数の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子１２の周波数応答特性を測定するとともに前記周波数温度特性の情報と前記圧電振動子１２の温度の情報とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行う測定部と、を有するものである。そして前記圧電振動子用測定治具２０は、前記圧電振動子１２を収容可能な凹部３２を有する第１の筐体２８と、前記凹部３２に配置され前記圧電振動子１２を搭載するとともに、前記圧電振動子１２と前記測定部との電気的接続が可能な振動子搭載部３４と、前記凹部３２に嵌め込まれ前記圧電振動子１２を閉じ込める内部空間３２ａを形成するとともに前記凹部３２から取り外し可能な第２の筐体４０と、を有するものである。さらに、前記第１の筐体２８及び前記第２の筐体４０は、それぞれ樹脂で形成されたものである。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の圧電振動子用測定機器１０は、圧電振動子用測定治具２０と測定部とより構成されている。そして、測定部は外部基準信号に従って駆動するネットワークアナライザー４４、ネットワークアナライザー４４とインターフェース（ＧＰ−ＩＢ等）を介して接続されるＰＣ４６を有する。そして圧電振動子１２と、パワースプリッタ４８を介してネットワークアナライザー４４の伝送側と、に接続されたπ回路（不図示）を有し、圧電振動子１２と、ネットワークアナライザー４４の受信側と接続されたπ回路（不図示）を有する。２つのπ回路は（不図示）、圧電振動子用測定治具２０（π回路基板２４）に組み込まれている。そして圧電振動子測定治具２０には温度センサー４２が配置され、温度計測用データーロガー５０を介してＰＣ４６に接続されている。なお、これらの機器を用いて測定される圧電振動子１２の周波数応答特性は、ゲイン特性、位相特性、直列抵抗特性（ＣＩ特性）等であるが、それらの測定手順は従来技術と同様なので説明を省略する。
【００３４】
圧電振動子１２は、パッケージ１４内部に圧電振動片（不図示）を搭載したものであり、パッケージ１４下面には圧電振動片（不図示）と電気的に接続された外部から交流電圧を入力するための外部電極１６が形成されている。これにより圧電振動片（不図示）は対応する外部電極１６に交流電圧が印加されることにより所定の共振周波数で振動することができる。またパッケージ１４上面には金属で形成されたリッド１８が取り付けられ、リッド１８はパッケージ１４下面にある接地用の外部電極１６と電気的に接続されている。ここで圧電振動片（不図示）は、水晶等の圧電材料によって形成され、ＡＴカット振動片、音叉型振動片、双音叉型振動片、シングルビーム型振動片、ＳＡＷ共振片等を用いることができる。
【００３５】
圧電振動子用測定治具２０は、ベース２２上にπ回路基板２４とトグルクランプ２６を固定した外形を有している。トグルクランプ２６はレバー２６ａを引くことによりピン結合部２６ｂを中心としてアーム２６ｃを回転させることができる。
【００３６】
π回路基板２４は上述の２つのπ回路（不図示）が組み込まれたものであり、圧電振動子１２およびネットワークアナライザー４４と接続可能な構成を有している。そしてπ回路基板２４上には第１の筐体２８が取り付けられ、トグルクランプ２６のアーム２６ｃの先端には第１の筐体２８に嵌め込み可能な第２の筐体が取り付けられている。
【００３７】
第１の筐体２８は、π回路基板２４上に形成された下部筐体３０と、下部筐体上に形成され第２の筐体が嵌め込まれる開口部３８ａを有する上部筐体３８とから構成される。
【００３８】
下部筐体３０の上面には凹部３２が形成され、凹部３２には圧電振動子１２を搭載する振動子搭載部３４と温度センサー４２が配置されている。振動子搭載部３４は、搭載する圧電振動子１２の外形に倣った形状に掘り込まれ、振動子搭載部３４の底面には測定用端子３６が露出している。測定用端子３６はπ回路基板２４側と電気的に接続され下部筐体３０を貫通し、振動子搭載部３４の底面であって圧電振動子１２の外部電極１６に対応した位置（４箇所）に露出している。また測定用端子３６は、その内部がスプリング構造となっていて、下方に押し込まれると上方への復元力が発生する。なお圧電振動片（不図示）に電気的に接続する２つの外部電極１６には２つの測定用端子３６がそれぞれ接触しており、一方の外部電極に１６接触する一方の測定用端子３６には、圧電振動子１２を発振させるための交流電圧が印加され、他方の外部電極１６（リッド１８に電気的に接続されている）に接触する他方の測定用端子３６は接地されている。
【００３９】
第２の筐体４０は、その外形が上部筐体３８の開口部３８ａに倣った形状を有し、開口部３８ａに嵌め込み可能な形状を有している。また第２の筐体４０はトグルクランプ２６のアーム２６ｃの先端に取り付けられ、アーム２６ｃの回転に従って上部筐体３８の開口部３８ａに嵌め込み（図３（ｃ））、またはその嵌め込みを解除して第１の筐体２８から分離させる（図３（ｂ））ことができる。
【００４０】
ここで図３（ｃ）に示すように、第２の筐体４０を第１の筐体２８に嵌め込むときは、第２の筐体４０の下端と、第１の筐体２８を構成する下部筐体３０の上面とを当接させる。これにより、下部筐体３０に形成された凹部３２はその開口端が第２の筐体４０により封止されるため内部空間３２ａを形成することになる。
【００４１】
本実施形態において第１の筐体２８及び第２の筐体４０の材料として樹脂が用いられている。本実施形態で用いる樹脂は、例えばポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が好適である。ＰＥＥＫの熱伝導率は２５℃において０．２５［Ｗ／ｍ・Ｋ］であり、代表的な金属の熱伝導率、例えばアルミニウム（２３６［Ｗ／ｍ・Ｋ］）、鉄（８４［Ｗ／ｍ・Ｋ］）、銅（３９８［Ｗ／ｍ・Ｋ］）に比べて充分小さく、断熱性が極めて高い。また他の樹脂の場合、１．０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度の熱伝導率を有するものであれば本実施形態に適用してもよい。さらに本実施形態においては熱伝導率の低いセラミックスを適用してもよく、例えばアルシーマＬ（商品名：熱伝導率、２．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］）などが好適である。
【００４２】
このように、圧電振動子を第１の筐体内の振動子搭載部に載置するとともに、第１の筐体の凹部に嵌め込み可能な第２の筐体４０で蓋をすることにより、圧電振動子１２に外部から風等の影響を受けることなく周波数応答特性を測定することができる。そして、第２の筐体４０は第１の筐体から取り外し可能なので多数の圧電振動子１２の周波数応答特性を測定する際にも効率性を低下させることなく行なうことが可能となる。また第１の筐体２８及び第２の筐体４０をそれぞれ樹脂（上述のセラミックスも同様）で形成することにより、圧電振動子１２の外乱による温度変化を抑制して高精度な周波数応答特性の測定が可能となる。
【００４３】
さらに圧電振動子１２を測定用端子３６に接触させたときの圧電振動子１２の上面（リッド１８の上面）が、下部筐体３０の上面の高さより高くなるように、測定用端子３６の露出させる長さ、または振動子搭載部３４の深さを調整する。これにより圧電振動子１２の上面が下部筐体３０の上面から露出した形となるので、第２の筐体４０が圧電振動子１２を測定用端子３６側に押し込む構成が可能となる。そして、上述のように測定用端子３６はスプリング構造となっている。よって、圧電振動子１２の全ての外部電極１６が確実に測定用端子３６に接触し、外部電極１６と測定用端子３６の電気的接続を確実に行い、後述の周波数温度特性、および周波数応答特性を安定的に測定することができる。
【００４４】
温度センサー４２は、その温度を検知する部分が内部空間３２ａ（凹部３２）に露出した態様で配置され、第１の筐体２８の外部にあるＰＣ４６と温度計測用データーロガー５０を介して電気的に接続されている。このように温度センサー４２を圧電振動子１２が配置された内部空間３２ａの温度を検知させることにより、温度センサー４２は外乱による温度変化を抑制できるとともに圧電振動子１２の温度を高精度に測定することができるので、周波数応答特性および周波数温度特性の周波数方向のズレを抑制して高精度な測定が可能となる。
【００４５】
本実施形態に係る圧電振動子用測定機器１０は圧電振動子１２の周波数応答特性を測定するに先立って測定対象となる圧電振動子１２の周波数温度特性を測定する。
すなわち本実施形態の圧電振動子１２の特性測定方法は、圧電振動子１２の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子１２の周波数応答特性を測定するとともに前記周波数温度特性の情報と前記圧電振動子１２の温度の情報とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行うものである。
【００４６】
より詳細には、圧電振動子１２の基準温度を包含する常温領域において前記圧電振動子１２の温度変化に対する周波数温度特性の情報を予め生成し、前記圧電振動子１２の前記常温領域における周波数応答特性を測定するとともに、前記周波数温度特性の情報から導かれる前記常温領域における前記圧電振動子１２の発振周波数の温度係数と前記圧電振動子１２の温度の前記基準温度からの差分（Ｔ−Ｔ０）とを用いて前記周波数応答特性の温度補償を行うものである。
【００４７】
本実施形態においては、圧電振動子１２を搭載した圧電振動子用測定治具２０を温度調整が可能なチャンバー（不図示）内に配置し、基準温度（Ｔ０、２５℃）、基準温度以下の所定の温度（Ｔ１）、基準温度以上の所定の温度（Ｔ２）、の３つの温度点において圧電振動子１２の発振周波数を測定する。
【００４８】
発振周波数の測定はネットワークアナライザー４４により各温度点における周波数応答特性を測定する。そして、ＰＣ４６において、周波数応答特性において最もゲインが大きくなる周波数を発振周波数として抽出し、温度点と温度点に対応する発振周波数からなる周波数温度特性を生成する。
【００４９】
圧電振動子１２が厚みすべり振動をするＡＴカットの圧電振動片（不図示）を用いている場合は、その発振周波数が基準温度を中心として３次関数的な温度特性を有しているが、基準温度を包含する一定の常温領域では１次関数的な形状を有している。よって常温領域において発振周波数の温度特性の傾きＡ（常温領域における１次の温度係数と見なせる）を求めると以下のようになる。
【数１】
2011163885.tif 000003
【００５０】
ここでＦ１は温度Ｔ１における発振周波数、Ｆ２は温度Ｔ２における発振周波数である。またＴ１とＴ２との温度方向の間隔を広くすることによりＡの値を正確に算出することができるが、温度Ｔ１、Ｔ２は、圧電振動子１２の発振周波数の温度変化が一次関数的に変化する範囲を選択するものとする。
【００５１】
よって、圧電振動子１２および圧電振動子用測定治具２０を、基準温度を包含する常温領域の環境下においた場合において、温度Ｔにおける周波数の変位量Ｆ−Ｆ０は以下のようになる。
【数２】
2011163885.tif 000004
【００５２】
ここで、Ｆ０は基準温度（Ｔ０）における発振周波数である。したがってＰＣ４６においては、温度センサー４２により測定された温度の情報を、数式２に代入して周波数方向の変位量Ｆ−Ｆ０を算出し、ネットワークアナライザー４４によって測定された周波数応答特性を周波数方向に上述の変位量だけシフトさせることにより、温度変化による特性の変化を補正した周波数応答特性を得ることができる。
【００５３】
また圧電振動子１２が音叉型の圧電振動片（不図示）を用いている場合は、圧電振動子１２の発振周波数は基準温度を中心として２次関数的な形状を有している。したがって以上の３つの温度点を用いて、
【数３】
2011163885.tif 000005
となる２次の温度係数Ｂを、ＰＣ４６においてフィッティング等により算出すればよい。さらに、上述の傾きＡを用いた数式２の近似式、２次の温度係数Ｂを用いた数式３の近似式ではなく、周波数温度特性において、温度を細かく変化させて、その温度ごとの周波数応答特性を測定することにより温度方向の分解能を高めた周波数温度特性を予め生成し、温度係数を抽出することなく周波数温度特性を直接用いて実際の周波数応答特性の温度補償を行っても良い。
【００５４】
なお、本実施形態においては測定対象の圧電振動子の周波数応答特性を測定するに先立って、その圧電振動子の周波数温度特性を生成することとしているが、複数の圧電振動子の周波数応答特性を測定する場合に、その周波数温度特性がほぼ同様である場合は、その複数の圧電振動子の周波数応答特性を測定する際に一つの周波数温度特性を用いて温度補償を行っても良い。
【００５５】
本願発明者は、圧電振動子１２を圧電振動子用測定治具２０に複数回搭載した場合の発振周波数の再現性について調査した。まず第１の調査として、本実施形態の第１の筐体２８及び第２の筐体４０を用いた場合の発振周波数の再現性を調査した。
【００５６】
図４に圧電振動子を搭載した圧電振動子用測定治具に対して熱的な外乱を与えた場合の圧電振動子の発振周波数の再現性と最大温度差を示し、図４（ａ）は発振周波数の再現性を、図４（ｂ）は最大温度差を示している。図４においては、Ｎｏ．１からＮｏ．５までの５つの圧電振動子のサンプルを用いて発振周波数を測定するとともに、Ｎｏ．４のサンプルのみ外乱（風）を与えた。なお、繰り返し測定の回数（圧電振動子の治具からの付け外しの回数）を１０回とし、グラフの縦軸は１回目に測定された発振周波数を基準としている。また従来技術に係る治具において温度は圧電振動子のリッド付近の雰囲気温度を測定しているが、本実施形態の圧電振動子用測定治具２０においては、圧電振動子１２を樹脂で囲む内部空間３２ａにおいて温度を測定している。
【００５７】
図４（ａ）に示すように本実施形態の圧電振動子用測定治具２０は、従来の治具（第１の筐体２８、第２の筐体４０がない治具）に比べて発振周波数のバラツキが小さくなっている。特に外乱を与えたＮｏ．４においては、従来の治具では最大で０．１５ｐｐｍの周波数差が発生するが、本実施形態の治具では０．０５ｐｐｍの周波数差で収まっており、従来の治具よりも測定精度が３倍程度向上していることが分かる。よって圧電振動子１２を樹脂で形成された第１の筐体２８、及び第２の筐体４０で囲むことにより外部からの熱的な外乱の影響を低減して再現性を向上させていることがわかる。
【００５８】
また、従来の治具を用いたデータで周波数が全体的に低いほうに分布しているのは、π回路基板２４からの熱が伝わって圧電振動子１２の温度が上昇して発振周波数が低下したものと考えられる。一方、本実施形形態の治具においてはそのような傾向は見られないことからπ回路基板２４からの熱も第１の筐体２８により遮断されたものと考えられる。
【００５９】
そして、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の圧電振動子用測定治具２０において測定される最大温度差は、従来の治具に比べて１０分の１以下にまで低減されている。さらにＮｏ．４において、従来の治具を用いた場合は、熱的な外乱を受けて最大温度差が大きくなっている。一方、本実施形態の圧電振動子用治具２０を用いたＮｏ．４のデータは、熱的な外乱がない他の番号のものに比べて最大温度差は大きくなっているが、圧電振動子及び温度センサーが樹脂で形成された内部空間３２ａに配置されるため、従来の治具を用いた場合に比べて充分小さな値であることがわかる。
【００６０】
第２の調査として、圧電振動子１２の周波数応答特性を測定する際に温度補償を行う場合と行なわない場合における発振周波数の再現性を調査した。
図５に圧電振動子を搭載した圧電振動子用測定装置において温度変化を与えた場合において、温度補償を行った場合と行なわない場合との発振周波数の再現性の比較を示す。第２の調査においては、９つのサンプルについて図５に示す時系列にしたがって所定の温度に変化させ、圧電振動子の発振周波数について調査した。なお図５においては、温度補償を行う場合及び行わない場合において最大１．７度の温度差を有している。また圧電振動子はＡＴカットの圧電振動片を用いており、数式１における傾きＡ（温度係数）は−０．２８ｐｐｍ／℃である。
【００６１】
図５に示すように、発振周波数の温度補償を行った場合の時系列全体で見た変動幅（０．０７１ｐｐｍ）は、温度補償を行わない場合の変動幅（１．０３１ｐｐｍ）よりかなり小さな値となるとともに、個々の温度点における変動幅も小さくなったことがわかる。したがってエージング測定のような長時間の測定においても０．１ｐｐｍ以下の高精度で周波数応答特性を高い再現性で測定することできる。
【符号の説明】
【００６２】
１０………圧電振動子用測定機器、１２………圧電振動子、１４………パッケージ、１６………外部電極、１８………リッド、２０………圧電振動子用測定治具、２２………ベース、２４………π回路基板、２６………トグルクランプ、２６ａ………レバー、２６ｂ………ピン結合部、２６ｃ………アーム、２８………第１の筐体、３０………下部筐体、３２………凹部、３２ａ………内部空間、３４………振動子搭載部、３６………測定用端子、３８………上部筐体、３８ａ………開口部、４０………第２の筐体、４２………温度センサー、４４………ネットワークアナライザー、４６………ＰＣ、４８………パワースプリッタ、５０………温度計測用データーロガー、１００………周波数特性測定装置、１０１………測定治具、１０２………圧電振動子、１０３………ネットワークアナライザー、１０４………ＰＣ、１１１………圧電振動子収納部、１１２………接続端子、１１３………接続端子、１１４………導出端子、１１５………導出端子、１２１………π回路、１２２………π回路。
【図１】
2011163885.tif 000006
【図２】
2011163885.tif 000007
【図３】
2011163885.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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