(57)【要約】【課題】検査雰囲気の温度を振る事を無くし、短時間かつ省エネルギーで振動子の検査を行うことができる振動子の検査方法を提供する。【解決手段】検査対象とする振動子の主振動に結合する副振動の有無を検出することで振動子の良否を判断する振動子の検査方法であって、前記振動子に対して直列接続となるように、リアクタンス値を付加し、周波数測定手段を用いて検出される前記振動子の共振周波数に基づくスペクトルの極大点または極小点を低周波側または高周波側へシフトさせて前記スペクトルの歪みとして現れる副振動の結合の有無を判断し、前記リアクタンス値を変更して前記スペクトルのシフト、および前記副振動の結合の有無の判断を複数回繰り返し、検査対象とする振動子の良否を判断することを特徴とする振動子の検査方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象とする振動子の主振動に結合する副振動の有無を検出することで振動子の良否を判断する振動子の検査方法であって、
前記振動子に対して直列接続となるように、リアクタンス値を付加し、
周波数測定手段を用いて検出される前記振動子の共振周波数に基づくスペクトルの極大点または極小点を低周波側または高周波側へシフトさせて前記スペクトルの歪みとして現れる副振動の結合の有無を判定し、検査対象とする振動子の良否を判断することを特長とする振動子の検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の振動子の検査方法であって、
前記リアクタンス値を変更して前記スペクトルのシフト、および前記副振動の結合の有無の判断を繰り返し、
検査対象とする振動子の良否を判断することを特徴とする振動子の検査方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の振動子の検査方法であって、
前記リアクタンス値の付加を、前記振動子に対して容量素子を直列接続することによって成したことを特徴とする振動子の検査方法。
【請求項４】
請求項３に記載の振動子の検査方法であって、
前記容量素子が可変容量素子であることを特徴とする振動子の検査方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の振動子の検査方法であって、
前記リアクタンス値の付加を、前記振動子に対してインダクタンス素子を直列接続することによって成したことを特徴とする振動子の検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の振動子の検査方法であって、
前記インダクタンス素子が可変インダクタンス素子であることを特徴とする振動子の検査方法。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の振動子の検査方法であって、
前記振動子のインピーダンス特性データに対して、直列に接続される前記リアクタンス値として計算された値を計算値として付加することを特徴とする振動子の検査方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の振動子の検査方法であって、
前記スペクトルに２つの極大点または極小点と、少なくとも１つの変曲点が現れることにより、前記副振動が結合していることを判定することを特徴とする振動子の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用温度範囲（例えば−４０℃から８０℃）において振動子の主振動の共振周波数に結合する副振動の有無を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動子の周波数検査を行う際、常温での検査では良品の範囲に入るものであっても、温度を振って周波数検査を行った場合には、特定の温度で周波数が著しく変動するなど、不良品としての性質が認められるものがある。これは、主振動に対して、主振動とは異なるモードの振動（副振動）が結合し、ある温度範囲で副振動が主振動として励振されるために生ずる現象であり、ｆ飛びと呼ばれる。
【０００３】
例えばＡＴカット水晶振動子の場合、主振動は厚み滑り振動であるが、この厚み滑り振動に対して、副振動としての屈曲振動や輪郭滑り振動等が結合すると、上記ｆ飛びといった現象が生ずることがある。
【０００４】
上記のようなｆ飛びが生ずると、発振不良、発振停止といった不具合の原因となるため、従来は使用温度範囲の中で温度を振って周波数検査を行い、使用温度範囲における副振動の結合の有無を検査していた。
【０００５】
周波数の検査方法としては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように、ネットワークアナライザを用いた接触法や非接触法を挙げることができる。
【特許文献１】特開昭６２−２３３９０９号公報
【特許文献２】特開２００２−２６６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように温度を振って振動子の検査を行う方法によれば、周波数温度特性を得ることができ、特定温度での発振不良等を検出することが可能となる。しかし、上述した検査方法では、検査雰囲気をマイナス数十度からプラス数十度まで変化させて行うこととなる。そして、各温度では振動子が当該温度になじむまでの時間を要し、その後に周波数検査を行うこととなるため、検査に要する時間が長いという問題がある。また、マイナス領域では例えば炭酸ガスを、プラス領域ではヒータ加熱のための電力を用いて検査雰囲気の温度を振ることとなるため、検査に要するエネルギー消費量も多大なものとなってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで本発明では、検査雰囲気の温度を振る事を無くし、短時間かつ省エネルギーで振動子の検査を行うことができる振動子の検査方法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】
【０００８】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］検査対象とする振動子の主振動に結合する副振動の有無を検出することで振動子の良否を判断する振動子の検査方法であって、前記振動子に対して直列接続となるように、リアクタンス値を付加し、周波数測定手段を用いて検出される前記振動子の共振周波数に基づくスペクトルの極大点または極小点を低周波側または高周波側へシフトさせて前記スペクトルの歪みとして現れる副振動の結合の有無を判定し、検査対象とする振動
子の良否を判断することを特長とする振動子の検査方法。
このような方法により振動子の検査を行うことによれば、検査雰囲気の温度を振る必要が無く、常温で検査を行うことができる。よって、振動子が温度になじむまでの待ち時間が不要となり、検査時間を大幅に短縮することが可能となる。また、温度を振る際に必要とされていた炭酸ガスや電力も不要となり、検査に要するエネルギーを大幅に削減することができた。よって、環境にやさしい検査を行うことができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の振動子の検査方法であって、前記リアクタンス値を変更して前記スペクトルのシフト、および前記副振動の結合の有無の判断を繰り返し、検査対象とする振動子の良否を判断することを特徴とする振動子の検査方法。
このような方法により振動子の検査を行うことによれば、広い範囲で副振動の結合の有無を検査することが可能となる。また、振動子の良否判断の精度を向上させることができる。
【００１１】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の振動子の検査方法であって、前記リアクタンス値の付加を、前記振動子に対して容量素子を直列接続することによって成したことを特徴とする振動子の検査方法。
このようにして検査を行うことにより、スペクトルの極大点または極小点を高周波側へシフトさせることが可能となる。
【００１２】
［適用例４］適用例３に記載の振動子の検査方法であって、前記容量素子が可変容量素子であることを特徴とする振動子の検査方法。
このようにして検査を行うことにより、順次容量値を増加または減少させることができる。このため、周波数検査を連続して行うことが可能となり、検査時間の短縮に寄与することができる。
【００１３】
［適用例５］適用例１または適用例２に記載の振動子の検査方法であって、前記リアクタンス値の付加を、前記振動子に対してインダクタンス素子を直列接続することによって成したことを特徴とする振動子の検査方法。
このようにして検査を行うことにより、スペクトルの極大点または極小点を低周波側へシフトさせることが可能となる。
【００１４】
［適用例６］適用例５に記載の振動子の検査方法であって、前記インダクタンス素子が可変インダクタンス素子であることを特徴とする振動子の検査方法。
このようにして検査を行うことにより、順次インダクタンス値を増加または減少させることができる。このため、周波数検査を連続して行うことが可能となり、検査時間の短縮に寄与することができる。
【００１５】
［適用例７］適用例１または適用例２に記載の振動子の検査方法であって、前記振動子のインピーダンス特性データに対して、直列に接続される前記リアクタンス値として計算された値を計算値として付加することを特徴とする振動子の検査方法。
このようにして検査を行うことにより、実際に容量素子やインダクタンス素子を接続する手間、容量素子やインダクタンス素子を準備する手間を省くことができ、低周波側から高周波側まで連続的に検査を行うことが可能となる。
【００１６】
［適用例８］適用例１乃至適用例７のいずれかに記載の振動子の検査方法であって、前記スペクトルに２つの極大点または極小点と、少なくとも１つの変曲点が現れることにより、前記副振動が結合していることを判定することを特徴とする振動子の検査方法。
このような極大点、極小点の数、変局点の有無による判断であっても、スペクトルを構成するデータ上でも判定ができるため、コンピュータ上で良否判定を行うことが可能とな
る。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の振動子の検査方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の振動子の検査方法を実施するための基本的な構成を示すものである。具体的には、周波数測定を行うためのネットワークアナライザ（以下、ＮＡと称す）１０、検査対称とする振動子３０、およびリアクタンス素子２０である。
【００１８】
ＮＡ１０は、本実施形態の場合、ベクトルネットワークアナライザを採用する。ＮＡ１０では、検査対称とする振動子３０のインピーダンス特性データを知るためにＳパラメータを検出するからである。通常、インピーダンス特性データは、電流と電圧を用いた行列により表すことができるが、高周波帯域では、測定用のプローブ等が回路におけるスタブのように機能してしまうこととなり回路特性に変化を与え、電流や電圧の測定自体が困難となってしまう。このため、高周波帯域におけるインピーダンス特性データの検出には、回路素子に対する電圧の入射波（進行波）と反射波に基づいて得られるＳパラメータを利用することとなる。
【００１９】
Ｓパラメータは、入射波と反射波を関連付けるパラメータであるため、振幅と位相それぞれの情報を持っている。このため、Ｓパラメータを測定する際には、振幅と位相の情報の双方を取り扱うことのできるベクトルネットワークアナライザを採用する必要がある。
【００２０】
ベクトルネットワークアナライザには、Ｓパラメータの測定において、順方向測定（ポート１から信号を出力して測定すること）のみを可能とするテストセットと呼ばれるものと、順方向測定と逆方向測定（ポート２から信号を出力して測定すること）とを可能とするＳパラメータテストセットと呼ばれるものがあるが、これについてはどちらを採用した場合であっても、本発明を実施することができる。なお、ポート１、ポート２はそれぞれ、ＮＡ１０に対して接続される同軸ケーブルの接続端子である。
【００２１】
振動子３０については特に限定するものでは無いが、例えば本実施形態の場合一例として、ＡＴカット水晶振動子を検査対象とした場合について説明する。ＡＴカット水晶振動子は、ＡＴカット水晶振動片３１をパッケージ４０に搭載したものをいう。ＡＴカット水晶振動片３１とは、ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板３２の一方の主面と他方の主面のそれぞれに配設された励振電極３４ａ，３４ｂ、水晶素板の一方の主面に２つ、または双方の主面１つずつ配設された接続電極３８ａ，３８ｂ、および前記励振電極３４ａ，３４ｂと前記接続電極３８ａ，３８ｂを電気的に接続する引出し電極３６ａ（３６ｂ）を有する。また、パッケージ４０は、例えばセラミック等の絶縁部材で構成された箱状のパッケージベース４４と、当該パッケージベース４４の上部開口部を封止するリッド４２とより成る。パッケージベース４４は、少なくとも内部に、前記ＡＴカット水晶振動片３１を実装するための内部実装端子４６ａ（４６ｂ）を備え、外部底面に、前記内部実装端子４６ａ（４６ｂ）と電気的に接続された外部実装端子４８ａ，４８ｂを備える。
【００２２】
このような構成のＡＴカット水晶振動子を等価回路として示した場合、図３に示すような形態となる。従って、本実施形態を実施するにあたり採用することのできる振動子３０としては、図３に示す等価回路で表すことのできるものであれば良い。よって、振動片を水晶以外、例えばリチウムタンタレート、リチウムナイオベート、圧電セラミック等とした振動子、または圧電以外の構成を有する振動子としても良い。また振動子として、１ポートレゾネータ形のＳＡＷ共振子を採用しても良い。
【００２３】
リアクタンス素子２０については、第１の実施形態の場合、容量素子、例えば可変容量素子を採用する。可変容量素子としては、バリキャップ（可変容量ダイオード）を採用すれば良い。バリキャップを採用することで、容量素子としての容量を負荷電圧によって変化させることができるようになるからである。具体的には、バリキャップの両端に負荷する逆バイアス電圧を小さくすることで、容量素子としての容量を大きくすることができ、逆バイアス電圧を大きくすることで、容量素子としての容量を小さくすることができる。なお、本実施形態を行う上で採用する容量素子の静電容量は、周波数検査を行うにあたり、振動子の端子と検査用電極との間に生ずる隙間によって不可避的に負荷される静電容量に比べて大きな値を持つものとする。
【００２４】
振動子３０の検査は、ＮＡ１０の同軸ケーブルに、振動子３０と可変容量素子（リアクタンス素子２０）を直列に接続して行う。具体的には、バリキャップを搭載した治具に振動子３０を接続し、バリキャップに対する負荷電圧を変化させて周波数検査を行う。
【００２５】
ここで、バリキャップの容量値を増加させた場合、周波数特性を示すスペクトルは、周波数の高い方、すなわち高周波側へとシフトすることとなる。このような特性を利用することにより、次のような効果を得ることが可能となる。まず、図４にＮＡ１０のモニタに表示される周波数特性データに基づくスペクトルを示す。図４に示すスペクトルは、主振動である厚み滑り振動が、副振動と結合していない場合の例、すなわち良品の振動子３０の周波数特性データに基づくスペクトルである。図４に示すスペクトルには、極大点が１つ存在し、変曲点が存在しない。このため、スペクトルを構成するデータ上で良品を検出する場合には、極大点（極小点）が１つ、変曲点が存在しないといった閾値を設けて検出すれば良い。
【００２６】
次に、図５には、極大点からズレた位置に、副振動の結合が見られる振動子の周波数特性データに基づくスペクトルを示す。この場合、副振動の結合が極大点から離れているために、視覚的には良品と認識されるが、スペクトルに歪みが生じていることより、データ上には少なくとも変曲点が存在することとなると考えられる。よって、データ上で不良品を検出する場合には、少なくとも１つの変曲点が存在するという閾値に基づいて検出すれば良い。
【００２７】
図５のスペクトルが得られた振動子に容量値を負荷することにより、スペクトルの極大点が高周波側へシフトすることとなり、図６のようなスペクトルを示すこととなる。この場合、副振動が、スペクトルの極大点付近に結合しているため、スペクトルの歪みが大きくなり、視覚的にも不良品と認識することができる。このようなスペクトルでは、極大点（極小点）が２つ、変曲点が少なくとも１つ存在する。このため、データ上で不良品の判定を行う場合には、極大点（極小点）が２つ存在し、変曲点が少なくとも１つ存在するという閾値に基づいて検出すれば良い。なお、図４〜図６では横軸に周波数、縦軸に強度をとっている。
【００２８】
上記のようにして振動子３０の周波数検査を行うようにすれば、検査雰囲気の温度を振って周波数検査を行うこと無く、常温領域以外の周波数帯の副振動の結合を見ることができる。よって、検査雰囲気の温度を振る事無く、不良品の検出を行うことが可能となる。これにより、温度を振った後に振動子の温度が安定するまでの時間を待つ必要が無くなるため、検査に要する時間を短縮することができる。また、検査雰囲気の温度を振る際に必要とされる炭酸ガスや電力が不要となるため、検査に要するエネルギーの削減を図ることができ、環境に及ぼす影響を少なくすることができる。
【００２９】
また、上記のような検査によれば、データに基づく良否判断によれば、図※に示すスペクトルであっても不良品の検出ができるため、容量値の変化量、すなわちスペクトルにお
ける極大点のシフト量が大きい場合であっても、スペクトルの裾が重なる範囲であれば、良品、不良品の判定が可能となる。さらに、上記のような閾値を設定すれば、コンピュータにより振動子の良否判定を行うことも可能となる。
【００３０】
上記のような副振動の結合を判定する検査を少なくとも１回行うことで、振動子の良否判定ができることとなるが、より広い範囲における副振動の結合を判定し、振動子の良否判断の精度を向上させるには、上記検査を、リアクタンス（容量値）を変化させて複数回繰り返すようにすれば良い。
【００３１】
次に、本発明の振動子の検査方法に係る第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る検査方法は、その殆どを上述した第１の実施形態に係る検査方法と同一とする。よって、本実施形態では、第１の実施形態に係る検査方法との相違点について説明することとする。
【００３２】
本実施形態では、リアクタンス素子として、インダクタンス素子、例えば可変インダクタンス素子を振動子と直列に接続する。接続方法としては、第１の実施形態における可変容量素子に変えて可変インダクタンス素子を接続すれば良く、可変インダクタンス素子を搭載した治具に、振動子を接続すれば良い。
【００３３】
振動子の周波数検査において直列にインダクタンス値を負荷した場合、周波数特性に基づくスペクトルの極大点は、低周波側にシフトすることとなる。これにより、低周波側に結合した副振動の有無も検出することが可能となる。
【００３４】
なお、スペクトルの歪み、および周波数データに基づく振動子の良品、不良品の判断については、第１の実施形態に係る振動子の検査方法と同様であり、同様な効果を奏することができる。
【００３５】
次に、本発明の振動子の検査方法に係る第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る検査方法は、その殆どを上述した第１、第２の実施形態に係る検査方法と同一とする。よって、本実施形態では、第１、第２の実施形態に係る検査方法との相違点について説明することとする。
【００３６】
本実施形態では、リアクタンス素子として、可変容量素子、可変インダクタンス素子をそれぞれ直列に備えるようにしている。このような構成で周波数検査を行うことにより、適宜負荷インダクタンス、負荷容量を変化させてゆくことで、スペクトルの極大点を低周波側から高周波側まで順次シフトさせることができ、周波数検査を連続して行うことが可能となる。
【００３７】
次に、本発明の振動子の検査方法に係る第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る検査方法は、上述した第１から第３の実施形態に係る検査方法とは異なり、物理的なリアクタンス素子を設けず、ＮＡにより仮想的に容量値やインダクタンス値といったリアクタンス値を負荷して周波数検査を行うようにしたことを特徴としている。
【００３８】
具体的には図７、ＮＡ１０に対して振動子３０のみを接続し、上述したＳパラメータを得る。検出したＳパラメータをＮＡ１０の内部、または外部のコンピュータにより解析し、振動子３０のインピーダンス特性データを算出し、これに対して、同じくＮＡ１０によって算出された容量値やインダクタンス値を直列に負荷する。これにより、振動子３０に仮想的な容量値またはインダクタンス値を負荷した状態での周波数検査が可能となり、上記第１から第３の実施形態に係る振動子の検査方法と同様な効果を得ることができる。さらに、本実施形態に係る方法によれば、物理的なリアクタンス素子を必要としないという
メリットがある。
【００３９】
上記第１から第３の実施形態では、容量素子、インダクタンス素子をそれぞれ可変容量素子、可変インダクタンス素子とする旨記載した。しかしながら、本発明に係る振動子の検査方法は、振動子に直列に負荷する容量値やインダクタンス値を変化させて複数点検査を行うことが可能であれば良い。よって、本発明に係る振動子の検査方法を実施するにあたっては、検査ごとに異なる容量値やインダクタンス値のコンデンサやインダクタンスを接続するような構成としても良い。
【００４０】
なお、上記実施形態では、インピーダンス特性データを算出するためのデータとしてＳパラメータを利用する例を挙げたが、インピーダンス特性データの算出が可能であれば、Ｚパラメータ、Ｙパラメータ、ｈパラメータ等を利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】発明に係る振動子の検査方法を実施するための基本的構成を示す図である。
【図２】検査対象とする振動子の例を示す図である。
【図３】検査対象とする振動子の等価回路図である。
【図４】良品振動子のスペクトルを示す図である。
【図５】副振動の結合が、視覚的には認識し辛い不良品振動子のスペクトルを示す図である。
【図６】容量値を負荷させたことにより、スペクトルが高周波側にシフトして副振動の結合が視覚的に認識しやすくなった不良品振動子のスペクトルを示す図である。
【図７】発明に係る振動子の検査方法を実施するための構成の応用例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０………ネットワークアナライザ（ＮＡ）、２０………リアクタンス素子、３０………振動子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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