CN1459128A - 压电元件及音响－电气变换器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的压电元件一面为平面形状，其反向侧具有作为外周的保持部分最厚、逐渐向中心部分减薄的至少2阶梯形状的振动部分。另一种压电元件是两面均具有作为外周的保持部分最厚、逐渐向中心部分减薄的至少2阶梯形状的振动部分。在这些压电元件中，最薄的中心部分的振动部分形状的至少单方的面是凸状的透镜形状。在这些振动部分的两面中央蒸镀一对电极，将金属线作为导线引出至电极。可提供一种以往难以制造的、比制造界限的厚度薄的透镜形状的压电元件及其制造方法。

Description

压电元件及音响—电气变换器及其制造方法
技术领域
本发明涉及可大幅度提高固有振动数的压电元件和使用该元件的音响—电气变换器及其制造这些部件的制造方法。
背景技术
作为压电元件的一种的水晶振动子，主要应用于通信机器和检测机器的基准频率数的发振源，还可应用于普通计算机、OA信息机器、家电制品用的电脑的时针脉冲发生等，用途范围极其广泛。为了实现信息处理·传递能力的高性能化，要求减薄振动子(共振子)的厚度，增高其固有振动频率数。又，为了达到高品质的振动子(共振子)，曾揭示有一种加工成透镜形状的提案，可提高较低频率数区域中的实绩。
在通信机器和计算机等的数字式机器中，水晶振动子(水晶共振子)是一种不可缺少的电子部件。为了实现信息处理·传递能力的高性能化，要求减薄振动子(共振子)的厚度，增高其固有振动频率数。并且，在移动通信机器中，为了实现小型化和省电力化，要求在基本频率数中实现高频率化。
作为水晶振动子(水晶振动子)的制作法，通常是采用机械性研磨加工和化学性的湿式腐蚀加工。前者的加工表面性优良，但不能加工成30μm以下的厚度。后者原理上是一种适用于无加工变质层的薄片化的方法，但因会发生腐蚀槽等，故该方法对实现薄片化也受到限制。另一方面，反应性离子腐蚀加工(Reactive Ion Etching(RIE))或感应结合等离子腐蚀(Inductively CoupledPlasma Etching(ICP))或者等离子腐蚀(略称为化学性的干式腐蚀(干式腐蚀))虽然引起了离子损伤，但可实现导入离子损伤的不恶化表面粗糙度的薄片化。
作为高频率水晶振动子的制作法，通过有效应用这些加工方法的优点，可开发出适合批量生产的制造方法。
然而，作为一种减薄振动子(共振子)厚度时的问题，在两面研磨加工机械(两面研磨机)的制造方法中，当前制造的界限是30.0μm(＝55.6MHz)。
又，在将振动子(共振子)加工成透镜形状时，在薄片上作成曲面是相当困难的，至今尚不存在能低成本大量生产的加工装置。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种以往难以制造的、比制造界限的厚度薄的透镜形状的压电元件及其制造方法。
解决上述课题用的本发明的压电元件的特征是，一面为平面形状，其反向侧具有作为外周的保持部分最厚、逐渐向中心部分减薄的至少有2阶梯形状的振动部分。
压电元件的另一特征是，两面均具有作为外周的保持部分最厚、逐渐向中心部分减薄的至少有2阶梯形状的振动部分。
在这些压电元件中，最薄的中心部分的振动部分的形状至少是单方的面形成了凸状的透镜形状。
又，本发明的压电元件的制造方法的特征是，在大致方形的水晶坯料的中心部分形成有可识别压电材料结晶方向形状的第1振动部分，其后，在该第1振动部分的中心部分形成有可识别该压电材料结晶方向形状的第2振动部分。
并且，本发明的音响—电气变换器的制造方法的特征是，在由压电材料组成的棒状体的两端表面形成最终目标的轮廓形状，其后，通过反应性离子腐蚀加工等的干式腐蚀加工将所述棒状体端面的表面腐蚀加工成留下该棒状体周壁的厚度部分、朝该棒状体中心方向厚度均匀且相对减少成相似形状的形态，在形成了筒状体的棒状体的内部中央形成所述最终厚度和轮廓的振动部分。
在振动部的两面中央将一对电极蒸镀，将金属线的前端与各电极接合，并将金属线作为导线引出。
附图的简单说明
图1为表示本发明的制造工序的流程图。
图2为由本发明形成压电元件的凸镜形状的说明图。
图3为坯材由AT切割、厚度厚的水晶振动子的阻抗频率数特性图。
图4为坯材由AT切割、厚度厚的水晶振动子的阻抗频率数特性图以及使其发振、加工成1阶梯形状型的单面倒台面型(Single-Sided Inverted MesaType)的水晶振动子的平面图和纵剖面图。
图5为坯材由AT切割、厚度薄的水晶振动子的阻抗频率数特性图。
图6为由干涉显微镜测定水晶振动子形状的形状测定图。
图7为坯材由AT切割、厚度薄的水晶振动子的阻抗频率数特性图。
图8为表示相对水晶振动子厚度的峰与谷的电平差(P-V)变化的图。
图9为表示加工1阶梯形状型后的形成单面倒台面型的凸镜形状的、曲率半径的倒数变化的图。
图10为表示加工1阶梯形状型后的单面倒台面型的、凹部侧的中心部分表面粗糙度变化的图。
图11为表示本发明的音响—电气变换器的实施例的剖面图。
图12为表示现有技术所记载的实施例的俯视图。
图13为表示现有技术所记载的加工方法的剖面图。
图14为表示现有技术所记载的实施例中的加工工具的侧面图。
图15为表示现有技术所记载的实施例中的砂轮实施例的侧面图及其A-A剖面图。
图16为表示现有技术所记载的实施例中的加工后的实施例的侧面图和平面图。
图17为表示现有技术所记载的实施例中的砂轮另一实施例的侧面图和平面图。
图18至图20为分别表示现有技术所记载的实施例中的加工工具又一例的剖面图。
图21为现有技术所记载的实施例中的加工工具的、表示实际制作图的侧面图和俯视图。
图22为现有技术所记载的实施例中的加工工具的、表示实际制作图的放大的剖面图和侧面图。
图23至图30为分别表示使用于本发明的音响—电气变换器、或其它目的的共振子(振动子)制造工序的剖面图。
图31为采用本发明的振动部分形成有电极和金属导线的状态的正面图。
图32至图54为分别表示本发明的振动子(共振子)的实施例的俯视图及其剖面图。
图55为使用干涉显微镜(也称激光干涉仪)、对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例1的形状进行测定的形状测定图。
图56为使用干涉显微镜(也称激光干涉仪)对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例1的形状放大测定的形状测定图。
图57为图55和图56所示的、对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例1的照片(也称为诺马尔斯基显微照片或微分干涉显微镜)。
图58和图59为分别表示本发明的振动子(共振子)的实施例的俯视图及其剖面图。
图60为使用干涉显微镜对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例2的形状进行测定的测定图。
图61为图60所示的、使用干涉显微镜对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例2的形状放大测定的形状测定图。
图62为图60和图61所示的、对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例2的的照片(诺马尔斯基显微照片)。
图63和图64为分别表示本发明的振动子(共振子)的实施例的俯视图及其剖面图。
图65为使用干涉显微镜对加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的表面形状进行测定的形状测定图。
图66为使用干涉显微镜对图65所示的加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的表面放大测定的形状测定图。
图67为使用干涉显微镜对图65所示的加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的背面形状进行测定的形状测定图。
图68为使用干涉显微镜对图63所示的加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的背面放大测定的形状测定图。
图69为图65和图66所示的、加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的表面照片(诺马尔斯基显微照片)。
图70为表示本发明的振动子(共振子)的实施例的俯视图及其剖面图。
图71为使用干涉显微镜对加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例4的表面形状进行测定的形状测定图。
图72为使用干涉显微镜对图71所示的加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例4的背面形状进行测定的形状测定图。
图73为图71所示的、加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例4的表面照片(诺马尔斯基显微照片)。
图74为图72所示的、加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例4的背面照片(诺马尔斯基显微照片)。
图75为分别表示本发明的振动子(共振子)的实施例的俯视图及其剖面图。
图76为使用干涉显微镜对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例5的形状进行测定的形状测定图。
图77为图76所示的、加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例5的照片(诺马尔斯基显微照片)。
图78为使用干涉显微镜对美国Hoffman公司制的传统的加工1阶梯形状型后的两面倒台面型的水晶振动子的制作例6的表面进行测定的形状测定图。
图79为使用干涉显微镜对图78所示的制作例6的表面放大测定的形状测定图。
图80为使用干涉显微镜对图78所示的制作例6的背面形状进行测定的形状测定图。
图81为使用干涉显微镜对图78所示的制作例6的背面放大测定的形状测定图。
图82为图78所示的制作例6的表面照片(诺马尔斯基显微照片)。
图83和图84分别为坯材由AT切割、加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的最薄的中心部分的阻抗频率数特性图。
图85和图86分别为坯材由AT切割、加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的阻抗频率数特性图。
图87为坯材由AT切割、加工2阶梯形状型后的美国Hoffman公司制的传统的两面倒台面型的水晶振动子的阻抗频率数特性图。
图88和图89为加工3阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例的尺寸图。
图90和图91为加工3阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例的尺寸图。
图92表示使用两面研磨机(研磨机)从上下对图88(f)所示的3阶梯形状型的单面凹型水晶振动子施加压力进行研磨加工的例子。
图93为表示本发明的多阶梯形状型的另一例的剖面图。
图94和图95为使用两面研磨加工机械(研磨机)、从上下对加工2阶梯形状型后的单面凹型水晶振动子的制作例2施加压力、由干涉显微镜对研磨加工后的表面进行形状测定的测定图。
图96为说明平行平板的平行度误差用的图。
具体实施方式
图1表示本发明的制造方法。首先，从人工水晶切割厚度50μm的水晶基板100(图1(a))，其次，由使用氟化氢的腐蚀将该基板的单面(上面)的一部分溶解，作成剖面呈凹状的凹部101(图1(b))。从该凹部101的底面至水晶基板100的下面的薄的部分成为产生高频率数的振动部，剩下的部分成为带有电极的构架部102。该阶段与传统的制法相同。
接着，通过利用氟气的离子腐蚀之类的干式腐蚀加工(以下称为离子腐蚀加工)方法对水晶基板100的整个下面进行加工，进一步减薄该基板100(图1(c))。所谓离子腐蚀加工是指在等离子体状态下向切开结合的氟气原子施加电压而使原子加速、与水晶基板100碰撞后将表面的二氧化硅中的硅原子弹出的一种加工方法。
如上所述，化学性的湿式腐蚀加工只能将厚度加工至20μm，然后经过离子腐蚀加工减薄至约10.3μm。
目标厚度是10μm。然而，即使是离子腐蚀加工也达不到这一目标。因为离子腐蚀加工存在的缺点是，由于可减薄的半面利用了原子相互间的冲撞，结果在单结晶的表面剩下有非结晶成分和原因不明的缺陷「离子损伤层」。该层具有0.2～0.3μm厚度。
为此，需要进行机械研磨。留有约0.3μm的切削量，移送至使用两面研磨机的最后的两面研磨加工(图1(d))。两面研磨机的构造相似于行星齿轮机构。首先，将水晶基板100收纳于与行星齿轮相当的、一边自转一边公转的钢制的载架106上，将其夹在下板104和上板103之间。将发泡聚氨酯的研磨填料贴在两个板上。
在此，一边使溶解于水中的氧化铈的磨粒流动，一边使由载架106保持的水晶基板100在上下板103、104之间自转，同时使上板103回转，就可对水晶基板100的上下两面进行研磨。
如图1(e)所示，该两面研磨加工工序后的水晶基板100的下面为带有曲率状地鼓出成凸镜形状。若采用这种透镜形状，可以看出，就不会产生因电子机器误动作引起的过量的振动(副振动)，可得到更加稳定的振动。
为什么要形成透镜形状，下面参照图2说明其原因。
研磨量与研磨压力成正比。离子腐蚀加工后的凹形水晶基板100的构架部102接受来自上下两板103、104大的研磨压力，作为振动部的凹部101只接受来自下板104的小的研磨压力。并且，因采用了凹形构造，故凹部101接受的研磨压力越向中心部越小(图2(a))。由此，研磨量在凹部101的中心为最小，构架部102为最大，两部分之间的研磨量如同球面的一部分那样带有曲率地变化。结果是可形成凸镜形状的水晶振动子(水晶共振子)(图2(b))。最厚的透镜中央部的厚度为10μm。
为了便于理解，在两面研磨加工工序中只切削0.3μm。用这些微量的研磨量除去上述的损坏层，加工成凸镜形状。可以说，化学性的腐蚀加工和干式腐蚀加工是粗加工，两面研磨加工是精加工。
本发明通过将这些研磨加工方法组合，可制造出比传统技术的制造界限的厚度薄的压电元件，并且，利用凸镜形状的振动部可得到无副振动的、电气特性稳定的振动。
采用本发明，可提供能有效利用化学性的湿式腐蚀(略称为化学腐蚀(Chemical Etching))、反应性离子腐蚀(Reactive Ion Etching(略称为RIE))、感应结合等离子腐蚀(Inductively Coupled Plasma Etching(略称为干式腐蚀(Dry Etching))、机械研磨(Mechanical Polishing)优点的、高频率用水晶振动子的制作方法。结果是可通过将加工1阶梯形状型后的单面倒台面型(Single-Sided Inverted Mesa Type)的水晶原板作为加工坯材，由广泛普及的两面研磨机制作单面凸型的高频率水晶振动子。
图3(a)表示由RIE、离子铣刀或等离子腐蚀制作的水晶振动子的阻抗频率数特性的例子。在接近于表示固有振动频率数的峰值时，会产生有害的峰值。一般认为这是由于干式腐蚀加工的离子损伤的缘故。在用手研磨该干式腐蚀加工处理面时，如图3(b)所示起变化，可消除有害的峰值，改善电气特性。
从中可以看出，干式腐蚀加工的离子损伤层为0.3μm以下，极薄，可通过机械研磨加工除去。
从采用化学腐蚀加工的、将加工1阶梯形状型后的单面倒台面型的水晶坯料的制作和大批量生产的角度考虑，采用的是在水晶薄片上进行遮蔽、由化学腐蚀制作的方法。该形状可见图4(a)。它是一种在73.4μm的水晶薄片上通过化学腐蚀加工制作成振动部分厚度为32.68μm的物体，该化学腐蚀加工的深度是一种可良好保持表面粗糙度的界限深度。
图4(b)表示该坯材的阻抗频率数特性。这种特性与由图3(a)的干式腐蚀加工作成的特性相似。
并且，为了实现高频率数，利用了薄片化的干式腐蚀加工。在此，为了在下一道工序中能用两面研磨机机的机械研磨加工将离子损伤层除去，将干式腐蚀加工处理面定为单面倒台面型的水晶坯料的平面侧。该RIE处理条件以通常的条件进行处理。即，通过使RFpower下降或使压力上升可减少离子损伤。然而，由于它会影响到腐蚀速度的下降，因此，以第1干式腐蚀加工中的高能率、第3干式腐蚀加工中的减少损坏作为条件，以3种条件进行了处理，另外，除去量的调节在第1干式腐蚀加工的处理时间中进行。图5表示由该一连串处理得到的加工坯材的阻抗频率数特性。结果是制作成了只由化学腐蚀加工的1种和由干式腐蚀加工的加工装置对其进行加工的3种的合计4种加工坯材。将由前述加工方法得到的加工1阶梯形状型后的单面倒台面型的水晶坯料作为加工坯材，由两面研磨加工机械进行研磨加工。此时在一般的加工条件下进行研磨加工。为了查清薄的振动部分的破损和对形状的影响，使用铁和铝的2种作为了上部研磨板。在使用铁的上部研磨板时，向水晶施加的荷重相对于铝为1.8倍。
使用两面研磨加工机械进行机械研磨加工的结果是完全没有发生第1点的薄的振动部分的破损，可进行加工。对于第2点的形状形成，也得到了大的成果。图6表示该结果。图6表示由干涉显微镜对加工1阶梯形状型后的单面倒台面型的水晶坯料平面侧的振动部分形状进行的测定。从中可以看出，振动部分形成了凸镜形状的鼓出形状。成为一种非常美观的球形，其反向侧基本上维持成平面。从中可以得到结论，为了形成平面，即使使用两面研磨机械，若是将加工1阶梯形状型后的单面倒台面型的水晶坯料作为加工坯材，则可制作成单面凸型的水晶振动子。
该形状形成的原理如下。加工只有振动部分是薄构造的1阶梯形状型后的单面倒台面型的水晶坯料由于受到了研磨压力，在空洞部分的方向上产生了松弛，在不够充分研磨的情况下进行加工。加工结束后，一旦除去研磨压力，则向空洞部分方向挠曲的部分呈反向复原，形成了鼓出的凸镜形状。
图7表示由2种加工压力对4种加工坯材实施研磨的物体的音响阻抗频率数特性。与研磨前(b)相比较，研磨后(a)不仅能大大提高电气特性，而且可实现高频率化。研磨前(b)看到的伪共振通过研磨加工可消除，画出了陡坡状的共振曲线。但是，若厚度减薄或研磨压力增大，则共振曲线的陡坡尽管可以维持，但产生了伪共振。存在着适当的研磨压力以及口径/厚度之比。
图8表示在振动部分的厚度对形状和表面粗糙度造成影响，即振动部分的厚度起变化时对振动部的中心部分的1.44×1.31mm范围中振动的振幅的峰-谷(P-V)的变化进行调查的结果。又，图9表示形成了凸镜形状的曲率半径的倒数的变化。使用铝板时，图8和图9都起相同的变化，但使用铁板时，因两图的变化有差异，故一般认为铝的场合对应于美观的球形，铁的场合对应于歪斜的球形。另一方面，加工1阶梯形状型后的单面倒台面型的水晶振动子的凹面侧是随着厚度的变化而增大凹面的程度。一般认为这表示了在平面侧形成凸镜形状时的加工歪斜的程度。可以考虑通过最佳研磨条件的选定和热处理等予以改善，也有望相应改善电气特性。
图10表示凹面侧的中心部分的表面粗糙度变化。即使对于未接触研磨板的部分也能受到游离磨粒的作用而使表面粗糙度起变化。虽然化学腐蚀加工是Ra2.6nm，但通过研磨可显现出化学腐蚀加工特有的条纹状的凹凸，恶化至Ra7nm。在表面粗糙度未恶化的干式腐蚀加工中，形成凹面(加工1阶梯形状型后的单面倒台面型、或加工1阶梯形状型后的两面倒台面型)之后，通过采用机械研磨加工，将离子损伤层除去约0.3μm～0.4μm，可以得到改善。
另外，从图10所示的结果中可以证明，即使是通过干式腐蚀加工的加工装置制作的、加工1阶梯形状型后的两面倒台面型，也可与加工1阶梯形状型后的单面倒台面型一样使用两面研磨加工机械来改善特性。
从这些结果中可以判明，通过将口径与厚度之比(d/t)设定为50～150、最好是80左右，可制作出电气特性优良的334MHz以上的高频率水晶振动子(共振子)。
下面以本发明的压电元件的应用为例对音响—电气变换器进行说明。
在传统的地震探测·预报方面，目前采用的是海洋观测、地下构造探测、地球磁性观测、GPS方式的观测以及由2点间距离的激光测定的地核的移动测定等，但观测由地震和海啸引起的空气振动也是一种预报方法。
作为将空气的振动变换为容易记录和分析的电气信号的装置，有音响共呜话筒，但容易拾取杂音，难以检测到目的振动数的音波。
图11(a)～(e)表示利用本发明的压电元件的音响-电气变换器的各实施例。图11中，圆筒21、54由水晶、铌酸锂晶体或其它单结晶、或者、钛酸钡或其它陶瓷等具有压电效果的材质构成。在该圆筒21、54的中央部形成有受压面22，在该受压面22上通过金属蒸镀等形成有一对电极23、24，使用导电性粘接剂等将金属线26与电极23、24接合，将测定电极23、24间的感应电压用的放大器25连接(图11(a)只表示电极23、24和放大器25)。图11(a)表示两凸透镜型，(b)表示两凹透镜型，(c)表示平面型，(d)表示单面凸片凹透镜型，(e)表示单面凸型。如图11(a)所示，使用2个栓55将圆筒21内部密封而形成A室，将圆筒54内部密封而形成B室。A室内部和B室内部都采用减压(尽可能真空状态或封入非活性气体)的构造，将左右的圆筒21和圆筒54制作成可接受横轴方向和纵轴方向的振动的构造。采用这种构造，与圆筒21和圆筒54上未形成有受压面22的场合相比较可接受比受压面22更强的振动。另外，由上述的理由得出，圆筒21和圆筒54的直径越小、长度越长，则受压面22越容易接受来自外部的振动，故可得到精度高的压力传感器。
另外，在不对A室和B室内部减压的场合，注入非活性气体即可。
图12是图11(a)、(e)所示的音响-电气变换器的俯视图，在受压面22上形成有孔或空间部分47。这样，使左右的圆筒21、54的振动由于在从图11(a)、(e)所示的A部分至B部分、或者在从B部分至A部分自由移动，因此，A部分的振动与B部分的振动在中心部分引起共呜现象。由此，与未形成有孔和空间部分47的场合相比较，可使形成于中心部分的受压面22更加强烈振动。但有时也有未形成有孔或空间部分47的场合。
对于受压面22的机械性形成方法，下面首先说明本申请人提出的方案。如图13所示，基本的方法是使用车床等加工机械的夹头31将由水晶、钛酸钡、铌酸锂晶体或其它的陶瓷等具有压电效果的材质构成的圆棒30夹持、或者使用工具保持具34将前端回转自如设置有金属球表面附着金钢石磨粒的砂轮32的加工工具33夹持。砂轮32如图14所示是一种对向面被切割的球体，在支持臂35的前端通过轴承36回转自如地安装。在砂轮32的周面形成有如图15(a)及其A-A放大剖面图、图15(b)所示的V字状槽32a，槽32a内壁的上方具有包含在穿通砂轮32中心的面那样的方向性。该砂轮32从气嘴40利用对砂轮32的周面接线方向喷射的空气的喷流形成高速回转(以8000～50000rpm为宜)，缓慢、费时地(如每分钟1μm)对被磨削面进行磨削。在其磨削时，从喷水嘴41喷射水对砂轮32进行冷却并排出磨削屑。圆棒30在回转驱动砂轮32时如图13所示围绕轴心进行回转驱动，由此，使用砂轮32可形成圆形或圆筒形的孔。
又，当图16所示的受压面22的研磨面是凸状时，如图17((a)的正面图、(b)的平面图)所示，使用鼓形的砂轮32’。受压面22的研磨面为平面时，使用图17(c)所示的平面状的砂轮32’或者图18所示的直径比孔径小得多的砂轮32，并使用NC装置等使与图14所示结构相同的加工工具33一边沿受压面22的曲面移动一边使砂轮32回转。
同时，使夹头31回转，一边使圆棒30回转，一边加工受压面。又，作为形成孔或空间部分47的装置，若使用图17(d)所示形状的砂轮32”，则可留下保持部分47，容易加工孔或空间部分47。又，作为形成孔或空间部分47的装置，也可使用通常金刚石电解淀积的钻头。
另外，在圆形形状的孔的加工方面也可使用通常围绕轴的回转工具，可使用图19所示的球面形的砂轮和图20所示的圆板面形的砂轮。又，若使用砂轮32完成研磨加工，则使用毛毡或磨轮等的坯材制作与砂轮32相同构造的研磨用的研磨用砂轮32””，将研磨用砂轮32””与砂轮32进行调换，若使用研磨用砂轮32””进行研磨加工，则可进行精加工。毛毡或由磨轮制作的研磨用砂轮32””的回转驱动装置也与砂轮32的回转驱动装置一样，若是在毛毡或磨轮上形成有槽32(a)、使用气嘴40进行回转驱动，则可容易地进行研磨加工。
图21和图22表示制作成图14所示构造的磨削和研磨装置的制作图。实际制作的砂轮32的直径为20mm，槽32(a)的深度为1mm，在槽数形成有16个的构造的磨削和研磨装置中，从气嘴40沿接线方向对砂轮32的周面进行喷射时的空气压和实测砂轮32转速的实测值的数字如下。
[1]空气压为0.5气压时的砂轮32的转速是约12200rpm。
[2]空气压为1.0气压时的砂轮32的转速是约22000rpm。
[3]空气压为2.0气压时的砂轮32的转速是约37500rpm。
[4]空气压为3.0气压时的砂轮32的转速是约47800rpm。
[5]空气压为4.0气压时的砂轮32的转速是可承受轴承界限的约50000rpm。
另外，可不使用图21和图22所示构造的磨削和研磨装置中安装的磨削用的砂轮32，而是可改用由铁、铝、铜等的金属或者磨轮或毛毡或者玻璃、塑料或陶瓷、或者其它研磨用材质制作的、图17(e)所示的研磨用砂轮32””。使用该研磨用砂轮32””和金钢石磨料、氧化铈、氧化铝、GC或其它的研磨剂，采用图13所示的加工方法，对水晶等的压电坯材同时进行磨削和研磨加工，制作成图11所示的各种形状。
可同时进行磨削和研磨的原因是在可承受轴承的界限的50000rpm的转速范围内可容易驱动图17(e)所示的研磨用砂轮32””的转速的缘故。即使单进行研磨加工，也由于可在极短的时间高能率地进行，因此只要是极薄的水晶等的压电坯材就可使用毛毡、磨轮、铁等制作的研磨用砂轮32””同时进行磨削和研磨2种加工。
以上对本申请人原先揭示的制造方法作了说明，下面对新发明的音响-电气变换器的加工方法进行说明。
首先，参照图23对在图11(a)所示的圆筒形的压电材料的中心部形成凸镜形状的受压面(振动面)22的方法进行说明。
(a)使用机械性研磨加工和腐蚀加工或者其它装置将圆柱形的压电材料20的两端部分形成作为目的的凸镜形状20a，制作第1加工品。
(b)只对第1加工品的形成圆柱形的凸镜形状的部分进行干式腐蚀加工(RIE加工或CIP加工)，凸镜形状部分之外不进行干式腐蚀加工。该方法可通过将玻璃、石英、水晶、钨·海滨(seaside)、镍、纯铁、塑料或者其它坯材制作成的环形掩模安装在圆柱形的压电材料20的端部来进行。
(c)如图23(c)所示，将其进行到压电材料20的中央部为止。
(d)进行干式腐蚀加工，一旦达到中央部的所定长度，则从压电材料20的反向面进行同样的干式腐蚀加工。实际是不移动干式腐蚀加工设备，而是将压电材料20反转进行加工。
(e)如图23(e)所示，在压电材料20的中央部附近形成了凸镜形状之后，通过使用机械性研磨加工装置将由干式腐蚀加工产生的约0.2μm～0.3μm的离子损伤层除去，如图23(f)所示，可制作成圆筒形的中心部形成有透镜形状的环支撑形状的、电气特性良好的共振子(振动子)。
图24表示将一面加工成凸镜形状、将其它面加工成平面状的受压面(振动面)时的工序。
图25表示将一面加工成凸镜形状、将其它面加工成凹透镜形状的受压面(振动面)时的工序。
图26表示将两面都加工成平面状的受压面(振动面)时的工序。
图27表示筒型共振子(振动子)的另一种制造方法。按照顺序进行说明。(a)使用机械性研磨加工和腐蚀加工或者其它装置将圆柱形的压电材料20的两端部分的中央部形成作为目的的凸镜形状20a，制作第1加工品。
(b)只对第1加工品的形成了圆柱形的凸镜形状的部分进行干式腐蚀加工，凸镜形状部分之外不进行干式腐蚀加工。该方法是将直径小于压电材料20外径的玻璃、石英、水晶、钨·海滨、镍、纯铁、塑料或者其它坯材制作成的筒52与圆柱形的压电材料20的端部抵接。其次，在压电材料20的筒52的内部和外部同时进行干式腐蚀加工。同时，也对筒52的端面进行磨削。
(c)如图23(c)所示，将其进行到压电材料20的中央部为止。
(d)进行干式腐蚀加工，一旦达到中央部的所定长度，则从压电材料20的反向面进行同样的干式腐蚀加工。实际是不移动干式腐蚀加工设备，而是将压电材料20反转进行加工。
(e)如图27(e)所示，在压电材料20的中央部附近形成了凸镜形状之后，通过使用机械性研磨加工装置将由干式腐蚀加工发生的约0.2μm～0.3μm的离子损伤层除去，如图27(f)所示，可制作成圆筒形的中心部形成有透镜形状的、外周一体形成环支承形状的的保持部分、电气特性良好的共振子(振动子)。
另外，图27是加工两凸镜形状的示例，但在其它形状中同样也可通过在保持着初期形状的状态下进行加工，制造出所需要的任意形状的共振子(振动子)。
下面说明在环状的保持部的内部通过极薄的连结部形成凸镜形状振动部(共振部)的加工方法。
图28和图29表示该加工方法，按照顺序进行说明。
(a)使用机械性研磨加工和腐蚀加工或者其它装置将厚板状的压电材料20的两端部分形成作为目的的凸镜形状20a，制作第1加工品。此时，压电材料的厚度要比作为目的的厚度厚得多。
(b)只对第1加工品的形成了圆柱形的凸镜形状的部分进行干式腐蚀加工，凸镜形状部分之外不进行干式腐蚀加工。该方法是在第1加工品的正上方，放置使用玻璃、石英、水晶、钨·海滨、镍、纯铁、塑料或者其它坯材制作成的圆筒形的加工辅助工具50，通过干式腐蚀加工对第1加工品的两侧同时进行表面一样的蚀刻，或者通过逐一对一方(本例中是逐一对一方)的干式腐蚀加工，也与加工辅助工具50同时地对表面进行同样的蚀刻。由此，在圆筒形的中心部分加工成极薄的凸镜形状之后，通过使用机械性研磨加工装置将由干式腐蚀加工发生的约0.2μm～0.3μm的离子损伤层除去，可制作成圆筒形的中心部形成有透镜形状的、外周一体形成环支承形状的保持部分的、电气特性良好的振动部(共振部)。
另外，图28和图29表示的是两种凸镜形状的加工方法，但也可通过将压电材料20和两面的初期形态加工成平面、凹透镜形状或其它形状，在保持初期形状的状态下，采用干式腐蚀加工将厚度减薄，由此，可加工成单面凸透镜、两平面形状、单面凸片凹形状或其它任意的形状。
图29表示在环状的保持部的内部、通过极薄的连结部形成凸镜形状振动部(共振部)的另一种加工方法。按照顺序进行说明。
(1)在圆板状的压电材料20的两端部分，先使用机械性研磨加工或冲压成型(制作透镜的方法)和腐蚀加工或者其它装置，密合安装加工成作为目的的凸镜形状的辅助型材51、或者使用抗蚀剂(例如东京应化工业株式会社制造的称为OSPR的抗蚀剂)等的粘接剂将辅助型材51贴在压电材料20上。另外，作为辅助型材51的材质，使用玻璃、光学玻璃、透镜、石英、水晶、钨·海滨、镍、纯铁、塑料或者其它坯材。
(2)只对辅助型材51的凸镜形状的部分进行干式腐蚀加工，凸镜形状部分之外不进行干式腐蚀加工，在辅助型材51的正上方，放置好由玻璃、光学玻璃、石英、水晶、钨·海滨、镍、纯铁、塑料或者其它坯材制作成的圆筒形的加工辅助工具50，采用干式腐蚀加工，加工辅助工具50也同时地对表面进行同样的蚀刻。由此，先对辅助型材51的表面进行蚀刻，再对压电材料20的表面进行蚀刻，在圆筒形的中心部分加工成极薄的凸镜形状。然后，通过使用机械性研磨加工装置将由干式腐蚀加工发生的约0.2μm～0.3μm的离子损伤层除去，可制作成圆筒形的中心部形成有透镜形状的、外周一体形成环支承形状的保持部分的、电气特性良好的振动部(共振部)。
图30与图28及图29的不同之点在于，透镜形状使用的是中心部分与外周一起冲压形成环支承形状(带框的形状)的保持部分、或者使用其它的加工装置一体形成的辅助型材51。采用图30的加工方法，可以在不使用图28和图29中说明过的玻璃、光学玻璃、石英、水晶、钨·海滨、镍、纯铁、塑料或者其它坯材制作成的圆筒形的加工辅助工具50的情况下，可容易地将图30(f)所示的透镜形状制作成外周和中心部分一体形成有环支承形状的保持部分的水晶振动子(水晶共振子)。
作为辅助型材51的材质，可使用玻璃、光学玻璃、透镜、石英、水晶、钨·海滨、镍、纯铁、塑料或者其它坯材，但最好是使用与水晶相同材质的石英玻璃，可以使用冲压成型的辅助型材51，但也可使用其它材质。
另外，图30是在将凸镜形状的辅助型材51密合安装在压电材料20的两面、或者使用抗蚀剂等的粘接剂，贴附后进行干式腐蚀加工，但通过将辅助型材51的形状加工成凸镜形状、凹透镜形状或其它形状，在保持初期形状的状态下，采用干式腐蚀加工将厚度减薄，由此，可加工成单面凸透镜、两平面形状、单面凸片凹形状或其它任意的形状。
在如此制造的振动部(共振部)的两面形成有图31所示的金属蒸镀有Al、Ag、Au等的电极23、24。并且，使用粘合剂或导电性粘接剂将极细的金属线26(例如约18μm)与电极接合。通常是只使用蒸镀而形成电极和导线，但当圆筒形部的直径极小而长度长的场合，因只使用蒸镀不能形成电极和导线，只用蒸镀形成电极，然后将金属线与电极接合。
下面，图32、图33、图34和图35表示又一例。在该例中，从采用化学性的湿式腐蚀加工或干式腐蚀加工的、加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶坯料的制作和大批量生产的角度考虑，采用的是在水晶薄片上进行遮蔽后由化学腐蚀或干式腐蚀加工的制作方法。图32(a)、图33、图34(a)和图35(a)表示该形状。
在本例中，如图32(b)、图33(b)、图34(b)和图35(b)所示，首先在80μm厚度的水晶薄片上进行第1次遮蔽，采用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工将振动部分的厚度从水晶薄片的两侧分别进行25μm化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，将振动部分的厚度形成30μm。然后进行第2次遮蔽，如图32(c)、图33(c)、图34(c)和图35(c)所示，将留有30μm厚度的振动部分进一步从两侧分别进行13μm的化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，将振动部分的厚度形成4μm。
这样，在第1次的遮蔽中采用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工将图32(a)和图33(a)所示的圆形、或图34(a)所示的6角形、或图35(a)所示的方形、或其它形状的水晶薄片形成了振动部分厚度30μm，然后进行第2次遮蔽，加工成图32(c)、图33(c)、图34(c)和图35(c)所示的振动部分厚度4μm。采用这种方法具有以下的优点。
[1]即使外周的形状是方形或长方形，也可将振动部分的形状加工成电气特性优良的形状即、正圆形或圆形。
[2]，如图32和图33所示，当水晶坯料的外周形状是方形或长方形时，若将振动部分的形状加工成正圆形或圆形，则因在水晶的结晶方向上无刻印，故不能判断结晶方向。为此，在将振动部分的形状加工成圆形时，通过腐蚀加工成图32(a)和图33(a)所示的形状，作为结晶方向的刻印。
[3]如图32、图33、图34和图35所示，当水晶坯料的外周形状是方形时，若与圆形的场合作一比较，则因容易切断，故容易大批量生产。
[4]水晶坯料的外侧(外周)的形状可以是方形，但从作为水晶振动子(水晶共振子)的电气特性角度考虑，振动部分的形状最好是正圆形或圆形。
[5]如图32(c)、图33(c)、图34(c)和图35(c)所示，当振动部分厚度为4μm时，为了能发挥最良好的电气特性，必需将口径与厚度之比(d/t)设定为约80。在将最佳的口径比(d/t)设定为约80时，若振动部分厚度为4μm，则最佳的振动部分的直径成为4μm×80＝0.32mm。不可能在仅有1次的遮蔽中将振动部分的直径为0.32mm、振动部分的厚度为4μm、振动部分的形状为正圆形或圆形的水晶坯料从最初厚度80μm的坯材化学腐蚀加工成76μm的深度。若振动部分的直径小至0.32mm，则在化学腐蚀加工时因氟化氢酸等溶液的表面张力的作用以及结晶异方性的发生而不能进行均匀加工。若有阶段性地至少进行2阶段或其以上的化学腐蚀加工，则可进行直径0.32mm以下的加工。
[6]若使用的是干式腐蚀加工，则即使振动部分的直径小至0.32mm也无问题。
[7]若是2阶段或其以上、有阶段性地进行减薄的形状，则容易通过机械性研磨加工将因化学腐蚀加工或干式腐蚀加工发生的离子损伤层除去。
图36、图37、图38和图39所示的形状与图32、图33、图34和图35不同，表示的是加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶坯料的例子。在本例中，考虑到大批量生产，使用了在水晶薄片上进行遮蔽、通过化学腐蚀加工或干式腐蚀加工制作的形状。图36(a)、图37(a)、图38(a)和图39(a)表示该形状。首先在80μm厚度的水晶薄片上进行第1次遮蔽，如图36(b)、图37(b)、图38(b)和图39(b)所示，从水晶薄片的单侧进行60μm化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，将振动部分的厚度形成20μm。然后进行第2次遮蔽，如图36(c)、图37(c)、图38(c)和图39(c)所示，将留有20μm厚度的振动部分进一步通过化学腐蚀加工或干式腐蚀加工除去16μm，将振动部分的厚度形成4μm。
这样，若采用的是这种形成振动部分厚度4μm的加工装置，则除了具有与图32、图33、图34和图35中说明过的相同优点之外，还具有以下的优点。
[1]为了增大口径比，进行2次或2次以上的多次遮蔽，进行化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，再通过上述图2(a)所述的机械性研磨加工，最终性地将口径比(d/t)形成约80，使电气特性成为最佳状态。图38(c)是该剖面图，可得到压力分布宽广的凹部构造。该凹部构造与更大曲率的平凸形状相比实际是一种更为理想的、极其接近于单面凹片面凸状或两凸形状的凸镜形状，电气特性非常好，可制作成振动部分的厚度0.5μm以下的极薄的水晶振动子(水晶共振子)。例如，在使用BTcut时，可得到基本波约为5.0GHz的振动频率数。
[2]通过在振动部分的外周形成了别的凹部构造制作成阶段形状的构造，即使作为目的的振动部分的直径极小，也可容易地形成电极。
[3]在化学腐蚀加工或干式腐蚀加工之后，为了将因腐蚀加工发生的离子损伤(加工变质层)除去，在进行机械性研磨加工时，水晶坯料的形状是一种有阶段性地向中心部分减薄的构造，故容易进行研磨加工。
图40、图41、图42和图43表示加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的加工方法。如图40(b)、图41(b)、图42(b)和图43(b)所示，首先在最初厚度80μm的水晶薄片的单侧进行第1次遮蔽，采用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，以直径为0.32mm的正圆形(也可是圆形、方形、6角形或其它形状)，从单侧进行腐蚀加工的深度16μm的深度加工。然后进行第2次遮蔽，如图40(c)、图41(c)、图42(c)和图43(c)所示，再次采用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，通过以直径1.6mm、形状为圆形、方形或6角形，从单侧进行腐蚀加工深度为60μm的深度加工，以振动部分的直径为0.32mm加工成振动部分的厚度为4μm。
另外，采用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，在形成了图40(c)、图41(c)、图42(c)和图43(c)所示的形状之后，以除去因腐蚀加工发生的离子损伤层为目的，通过机械性研磨加工，可进一步提高电气特性。
图44、图45、图46和图47表示加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的加工方法。如图44(b)、图45(b)、图46(b)和图47(b)所示，首先在最初厚度80μm的水晶薄片两面进行第1次遮蔽，采用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，以直径为0.32mm的正圆形(也可是大致圆形)，从单侧进行腐蚀加工深度为12μm的深度加工。然后在水晶薄片的两面进行第2次遮蔽，如图44(c)、图45(c)、图46(c)和图47(c)所示，再次采用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工，以直径为1.6mm、形状为圆形、方形或6角形，从两侧进行腐蚀加工的深度分别为26μm的深度加工，以振动部分的直径为0.32mm加工成振动部分的厚度为4μm。
另外，图48为振动部分为0.8μm形状的最佳尺寸图。采用ATcut时，0.8μm的振动部分厚度意味着可制作约2.1GHz的水晶振动子(水晶共振子)。由此，可将下一代的携带电话制作成极小。
在通过化学腐蚀加工或干式腐蚀加工形成图44(c)、图45(c)、图46(c)、图47和图48(c)所示的形状之后，以除去因腐蚀加工发生的离子损伤层为目的，使用两面研磨加工机械(研磨机)或其它研磨加工装置进行两面的机械性研磨加工。在此场合，如图44(c)、图45(c)、图46(c)、图47和图48(c)所示，由于在水晶坯料上形成有阶梯形状的振动部分以及振动部分的直径2阶梯以上的宽广结构，因此，在使用研磨机、圆筒研磨加工、超声波研磨加工或其它研磨加工装置进行研磨加工时，可容易地从上下送入氧化铈等的研磨剂。这样，更加容易进行机械性研磨加工，可制作成电气特性进一步提高的水晶振动子(水晶共振子)。
在此，作为大批量生产时的问题点有下列3点。
[1]一旦将加工2阶梯形状型后的单面凹型振动子作为平凸形，则从实验结果中可以判断，口径比(d/t)以80前后为最佳。
[2]因使用1英寸×1英寸以上的薄片，故将板厚定为80μm以上。
[3]为了实现水晶的结晶状态的异方性，若相对于振动部分口径的直径进行1/20以上深度的化学腐蚀加工，则可露出异方性。
为了解决上述3点，如图49、图50、图51、图52和图53所示，分2段进行化学腐蚀加工，最初对形成于中心部分的小口径的第1振动部分进行加工，第2是对形成于第1振动部分外周的大口径的第2振动部分(第2槽部分)进行加工，只要相对性地对第1振动部分和第2振动部分(第2槽部分)进行化学腐蚀加工即可。
图49、图50、图51、图52和图53表示可满足上述条件的形状及其尺寸。另外，在图1中已说明的、使用两面研磨加工的加工装置或单面研磨加工的加工装置或者其它加工装置，从上下对加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子组件的形状施加压力进行研磨加工时，如图49(c)、图50(c)、图51(c)、图52(c)和图53(c)所示，在进行了化学腐蚀加工一侧的反向侧即平面侧形成比平凸形状的电气特性更为理想的、极其接近于单面凹状—片面凸状或两凸形状的凸镜形状。
图55和图56为使用干涉显微镜对根据图54所示的制作图制作的、加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例1的形状进行测定的形状测定图。采用图55和图56所示的形状测定图，从表面轮廓的峰与谷的电平之差中可以判断，表面(主面)可以约0.002μm的表面精度进行加工。又，形状精度也大致可维持正圆形的加工。并且，从图56所示的检测图中可以判断，平行精度虽然是以第1振动部分为中心而鼓起约0.02μm，但这不会对水晶振动子的电气特性造成不良影响。
图57为图55和图56所示的、加工2阶梯形状型后的单面凸型的水晶振动子的制作例1的照片(诺马尔斯基显微照片)。只要观看图57所示的照片，就可判断出完全没有发生水晶的异方性。
图58表示从上下对图54(c)所示形状的水晶振动子施加压力进行研磨加工时、第1振动部分变化为图58(c)所示的凸镜形状的状态。
图60和图61为使用干涉显微镜对根据图59所示的制作图制作的、加工2阶梯形状型后的单面凹型和水晶振动子的制作例2的形状进行测定的形状测定图。图60和图61所示的形状测定图也与图55和图56所示的形状测定图一样，从表面轮廓的峰与谷的电平之差中可以判断为以约0.003μm的表面精度进行加工。又，形状精度也大致可维持正圆形。并且，图61所示的形状精度也与图56所示的形状精度一样，平行精度虽然是以第1振动部分为中心、比外周鼓起约0.02μm，但因是两凸形状，故反而会对水晶振动子的电气特性造成好的影响。
图62为图60和图61所示的加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例2的照片(诺马尔斯基显微照片)。只要观看图62所示的制作例2的照片，与图57所示的制作例1的照片一样，可判断出完全没有发生水晶的异方性。
图63表示从上下施加压力进行研磨加工时、图59(c)所示的形状变化为图63(c)所示的凸镜形状的状态。
图65和图66为使用干涉显微镜对根据图64所示的制作图制作的、加工阶2梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的表面(主面)形状进行测定的形状测定图。图65和图66所示的形状测定图也与图55和图56所示的形状测定图一样，从峰与谷的电平之差中可以判断，制作例3的表面可以约0.003μm的表面精度进行加工。又，形状精度也大致可维持正圆形的加工。并且，图66所示的形状精度也与图56所示的形状精度一样，平行精度虽然是以第1振动部分为中心而比外周鼓出约0.02μm，但因是两凸形状，故反而会对水晶振动子的电气特性造成好的影响。
图67和图68为使用干涉显微镜对加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的背面(后面)形状进行测定的形状测定图。图67和图68所示的形状测定图也与图55和图56所示的制作例3的形状测定图一样，从峰与谷的电平之差中可以判断，背面可以约0.004μm的表面精度进行加工。又，可判断为形状精度也大致可维持正圆形的加工。并且，图68所示的背面也与图66所示的表面一样，可以判断为以第1振动部分为中心比外周鼓出约0.02μm。
图69为如图65和图66所示的加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的表面照片(诺马尔斯基显微照片)。只要观看图69所示的制作例3的表面照片，即可与图57所示的照片一样判断为完全没有发生水晶的异方性。
图71为根据图70所示的制作图制作的、使用干涉显微镜加工2阶梯形状型后的两面凸型的水晶振动子的制作例4的表面(主面)形状进行测定的形状测定图。从图71所示的形状测定图中的峰与谷的电平之差中可以判断，与图55和图56所示的形状测定图完全不同，制作例4的表面的表面精度可以约1.0μm的表面精度进行加工。又，可判断为形状精度为不能维持正圆形的歪圆形(椭圆形)。
图72为根据图70所示的制作图制作的、使用干涉显微镜加工2阶梯形状型后的两面凸型的水晶振动子的制作例4的背面(后面)形状进行测定的形状测定图。图72所示的形状测定图也与图55和图56所示的形状测定图完全不同，从峰与谷的电平之差中可以判断，制作例4的背面的表面精度以比图71所示的表面的表面精度更差的约2.0μm的表面精度进行加工。又，形状精度也与图71所示的形状相同，可判断为成为不能维持正圆形的歪圆形(椭圆形)。
图73和图74为图71和图72所示的、加工2阶梯形状型后的两面凸型的水晶振动子的制作例4的表面和背面的照片(诺马尔斯基显微照片)。只要观看图73和图74所示的制作例4的表面和背面的照片，制作例4的表面和背面均与图57所示的照片完全不同，因发生了水晶的异方性，故可判断为成为完全不能维持正圆形的歪圆形(椭圆形)。
图76为根据图75所示的制作图制作的、使用干涉显微镜加工2阶梯形状型后的两面凸型的水晶振动子的制作例5的形状进行测定的形状测定图。图76所示的形状测定图也与图55和图56所示的形状测定图完全不同，从峰与谷的电平之差中可以判断，几乎达到了完全不能测定的程度，表面精度极差。又，可以判断为形状精度也比图71和图72所示的制作例4的形状精度更加歪的圆形(椭圆形)。
图77为图76所示的加工2阶梯形状型的单面凹型的水晶振动子的制作例5的照片(诺马尔斯基显微照片)。只要观看图77所示的制作例5的照片，与图57所示的照片完全不同，因发生了水晶的异方性，故可判断期成为完全不能维持正圆形的歪圆形(椭圆形)。
图78和图79为使用干涉显微镜对美国Hoffman公司目前正在销售的传统的振动部分厚度约5μm的加工1阶梯形状型后的两面单面倒台面型的水晶振动子的制作例6的表面形状进行测定的形状测定图。根据图78和图79所示的形状测定图，从峰与谷的电平之差中可以判断，以约0.008μm的表面精度进行加工，但表面精度比图56、图61、图66和图68所示的加工2阶梯形状型后的凹型差。并且，可以判断为在振动部分的表面上发生了大的起伏。
图80和图81为使用干涉显微镜对图78和图79所示的、加工1阶梯形状型后的两面倒台面型的振动部分厚度约5μm的制作例6的背面形状进行测定的形状测定图。与图78和图79所示的形状测定图一样，从峰与谷的电平之差中可以判断，制作例6的背面比制作例6的表面更差。表面以约0.025μm的表面精度进行加工。并且，表面精度比图56、图61、图66和图68所示的加工2阶梯形状型的凹型下降了一位数。又，可以判断为在振动部分的表面上发生了大的起伏。从上述中可以判断，加工2阶梯形状型的凹型的表面精度和平行精度要比加工2阶梯形状型后的倒台面型好。
图82为图78和图79所示的、加工1阶梯形状型后的两面倒台面型的水晶振动子的制作例6的表面照片(诺马尔斯基显微照片)。
结论如下：
[1]从上述中可以判断，图55和图56所示的加工2阶梯形状型的单面凹型的水晶振动子的制作例1、图60和图61所示的加工2阶梯形状型的单面凹型的水晶振动子的制作例2以及图65和图66所示的加工2阶梯形状型的两面凹型的水晶振动子的制作例3都没有发生水晶的异方性。
[2]从上述同样可以判断，若将图71所示的、加工2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例4、图76所示的、加工2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例5与制作例1、制作例2和制作例3作一比较，则表面精度和形状精度要下降数级。原因是制作例4和制作例5发生了水晶异方性的缘故。
[3]为什么制作例1、制作例2和制作例3不发生水晶异方性，而制作例4和制作例5发生了水晶异方性呢？其原因是制作例1、制作例2和制作例3如图54、图59和图64所示，最初对直径大的第2槽部分(第2振动部分)进行了化学腐蚀加工，其次对直径小的第1振动部分进行加工；反之，制作例4和制作例5如图70和图75所示，最初对直径小的第1振动部分进行了化学腐蚀加工，其次对直径大的第2槽部分(第2振动部分)进行化学腐蚀加工，可以看出，相对地说，不同之点在于，对第1振动部分和第2槽部分(第2振动部分)同时进行了化学腐蚀加工。
[4]从上述中同样可以判断，虽然制作例1、制作例2和制作例3可判断为进行了超精密加工，而制作例4和制作例5未能判断为进行了超精密加工，但由于进行了适度的加工，作为精度要求不太高的水晶振动子的制造方法，可以予以利用。对此，可以判明，相比于制作例4和制作例5，制作例1、制作例2和制作例3的精度提高2-3个数量级。由此可以得出结论，在需要超精密加工的水晶振动子的制作时，应选择制作例1、制作例2和制作例3加工用的加工装置的图54、图59和图64所示的加工方法。
作成2阶梯形状型后的水晶振动子的频率数、波形以及共振特性如下。
[1]图83、图84和图85是根据图59、图64和图70所示的附图制作的、作成2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例2和作成2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3及制作例4的测定共振特性的测定图。
[2]图83、图84和图85所示的测定共振特性的测定图是测定图54(c)、图64(c)和图70(c)所示的第1振动部分，而不是测定图54(b)、图64(b)和图70(b)所示的大面积的第2槽部分(第2振动部分)。
[3]图83和图84是根据图59所示的附图制作的、作成2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例2的共振特性的测定图。作为可从该图83和图84所示的共振特性中判断出来的、图83所示的共振点184.872MHz和图84所示的共振点181.232MHz，可以判断为属于目前世界最高的电气特性优良的共振点。
[4]图85是根据图70所示的附图制作的、作成2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例4的共振特性的测定图。作为可从图85所示的共振特性中判断出来的共振点257.369MHz，可以判断为属于目前世界最高的电气特性优良的共振点。
[5]图86是根据图64所示的附图制作的、作成2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例3的共振特性的测定图。作为可从图86所示的共振特性中判断出来的共振点283.178MHz，可以判断为属于目前世界最高的电气特性优良的共振点。
[6]图87是美国Hoffman公司目前正在销售的传统的作成1阶梯形状型后的的两面倒台面型的水晶振动子的振动部分厚度约5μm的制作例6的测定共振特性的测定图。
[7]若将图83和图84所示的作成2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子和图85和图86所示的作成2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的共振特性的测定图与图87所示的作成1阶梯形状型后的两面倒台面型的水晶振动子的共振特性的测定图作一比较，虽然图83、图84和图86与图87所示的频率数各不一样，但若将图83、图84、图85和图86与图87所示的共振特性的测定图的电气特性作一比较，则可以判断为图83、图84、图85和图86所示的共振特性的电气特性更好。
[8]若将图83、图84、图85和图86所示的作成2阶梯形状型后的单面凹型和作成2阶梯形状型后的两面凹型的共振特性与图87所示的美国Hoffman公司制造的作成1阶梯形状型后的两面倒台面型的共振特性作一比较，则可以判断图83、图84、图85和图86所示的共振特性压倒性地好，这是因为采用了本次考察的作成2阶梯形状型后的阶梯形状型凹型的缘故。
[9]判明了如下一种现象，即不会使图59(b)、图64(b)和图70(c)所示的作成2阶梯形状型后的凹型立体构造的、宽广面积的第2槽部分(第2振动部分)振动，而只使直径极小的口径的第1振动部分振动，从而可得到了只有第1振动部分的共振特性。
[10]上述的说明意味着将来可产生更加高频率的发振、例如在BTcut时基本波可达到160GHz以上(厚度约为0.015μm)，并且电气特性良好。又增大了可用作成2阶梯形状型后的单面凹型来制造比平—凸形状的电气特性更加理想的凹—凸形状的凸镜形状的水晶振动子。
图88和图89是作成3阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例的尺寸图。将作成3阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子与作成2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子作一比较，可以判明前者比后者电气特性更好。其原因考虑是3阶梯形状型一方的形状是立体构造、能更有效地利用施加的振动能的缘故。
相对于第1振动部分是异形8角形、第2振动部分是圆形、第3振动部分是圆形，图88所示的水晶振动子与图89所示的水晶振动子的不同之点在于，第2振动部分是与第1振动部分相似形状的异形8角形。
图90和图91是作成3阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子的制作例的尺寸图。将作成3阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子与作成2阶梯形状型后的两面凹型的水晶振动子作一比较，可以判明前者比后者电气特性更好。其原因考虑是3阶梯形状型一方的形状是立体构造、能更有效地利用施加的振动能的缘故。
相对于第1振动部分是异形8角形、第2振动部分是圆形、第3振动部分是圆形，图90所示的水晶振动子与图91所示的水晶振动子的不同之点在于，第2振动部分是与第1振动部分相似形状的异形8角形。
图92是如图1和图2中已说明的、使用两面研磨盘(研磨机)对图88(f)所示的3阶梯形状型的单面凹型水晶振动子、从上下施加压力进行研磨加工的例子。通过这一加工，如图92(f)所示，可制作成比单面凸型形状更加接近于一面凹型另一面凸型形状的作成3阶梯形状型后的单面凹型水晶振动子。
作为图92(f)所示的、制作成极其接近于一面凹型另一面凸型形状的凸镜形状的原因之一，是在高频率用水晶振动子中因振动部分的厚度非常薄，平行平板时的平行度的容许误差极其小，因此不能得到无近似共振的水晶振动子。对此，凸镜形状的水晶振动子因是一种平行度的容许误差的影响小于平行平板的形状，故能表示出无近似共振的优良的电气特性。
图94和图95是使用两面研磨加工机械(研磨机)、由干涉显微镜对根据图59所示的附图制作的、图60、图61和图62所示的作成2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子的制作例2的形状测定的测定图。
图60所示的制作例2、图94所示的制作例7和图95所示的制作例8都是以图59所示的制作图作为基础而制作的单面凹型的完全相同的制作例，但在使用研磨机研磨加工的图94所示的制作例7和图95所示的制作例8中，可以看到有干涉条纹(牛顿环)出现。
另外，图94所示的制作例7和图95所示的制作例8的不同之点在于制作例7是使用研磨机进行30分钟的研磨加工，而制作例8则是在同一条件下进行60分钟的研磨加工。在制作例7中变为图63(c)所示的凸镜形状，可由测定结果判明在平面侧鼓起了约1.25μm。在制作例8中，同样变为图63(c)所示的凸镜形状，可由干涉显微镜的测定结果判明凸出量为3.5μm。
这样，可以判明凸出量的增大与研磨加工的时间呈正比。
作为水晶振动子的电气特性，在凸镜形状时，图95所示的制作例8比图94所示的制作例7的电气特性更好。
从上述制作例7和制作例8的结果中可以判明，即使是作成2阶梯形状型后的单面凹型的水晶振动子，只要使用研磨机从上下施加压力进行研磨加工，则与图1、图2和图6中已说明的作成1阶梯形状型后的单面倒台面型一样形成凸镜形状。
图94和图95所示的虚线a-b就是将第1振动部分与第2槽部分(第2振动部分)分割的边界部分。该虚线a-b若是将第1振动部分与第2槽部分(第2振动部分)分割的边界部分，则第2槽部分(第2振动部分)也极微小，但由于鼓起成凸镜形状，因此若与图1图2和图6中已说明的作成1阶梯形状型后的单面倒台面型作一比较，则从测定结果中可以判明，形成了曲率更大的凸镜形状即、凹—凸形状(一面是凸镜形状、而另一面是凹镜形状)。又，若将图6所示的作成形状型后的构成单面凹型的凸镜形状的鼓起状态作一比较，则可以判明后者是一种曲率变大的构造(底边更加宽广的构造)以及凸镜部分更加鼓出即与称为平—凸形状相比更为凹—凸形状的构造。
从上述可以看出，若是属于作成3阶梯形状型或3阶梯形状以上的阶梯形状型的单面凹型，则可比作成2阶梯形状型后的的单面凹型形成曲率更大的底边宽广形状的凸镜形状的凹—凸形状。
除了上述说明的形状之外，还有图93所示的形状。图93(a)、(b)所示是一面属于1阶梯形状而另一面属于2阶梯形状的两面凹型，图93(c)、(d)所示是一面属于1阶梯形状而另一面属于3阶梯形状的两面凹型，图93(e)、(f)所示是一面属于2阶梯形状而另一面属于3阶梯形状的两面凹型。在使用研磨机从上下对图93(a)、(c)、(e)所示的形状施加压力进行研磨加工时，利用从上下的不同压力将中央的振动分别制作成图93(b)、(d)、(f)所示的凸镜形状。
图96是说明平行平板的平行度误差用的图。图96(a)、(b)、(c)都是相同的倾斜角，表示长度为100mm、50mm、25mm的物体。图96(a)所示的长度100mm物体剖面的高度是2mm和4mm。图96(b)所示的长度50mm物体剖面的高度是2mm和约3mm。图96(c)所示的长度25mm物体的高度是2mm和约2.3mm。这样，可以判明即使是相同的倾斜角，也是长度越短，高度误差越小。以其作为前提作以下说明。
在水晶振动子的情况下为了得到理想的电气特性，形状必定是平行平板或者凸镜形状。平行平板时，理想的平行度为0，但遗憾的是事实上不可能制造出平行度为0的晶片。并且，晶片的尺寸逐年在加大，尺寸变大时，厚度也变厚。目前标准的晶片尺寸是纵60mm、横30mm、厚度最低为80μm，若晶片的尺寸加大，则平行度的误差反而会加大。
对水晶坯材进行化学腐蚀加工时发生水晶的异方性。作为避免这种异方性的方法，不准对口径(直径)的1/20以上的深度进行化学腐蚀加工。例如，晶片厚度为80μm时，一旦振动部分的厚度留下5μm，则剩下的75μm由化学腐蚀加工进行溶解，但如果说口径(直径)接近于最低时，就成为了75μm的20倍即1500μm＝1.5mm。
在水晶振动子的情况下，若振动部分的厚度为5μm，只要振动部分的直径是振动部分的厚度的80倍，则即使是平行平板或者是凸镜形状均可。这是因为当振动部分厚度为5μm时，振动部分的口径(直径)只要0.4mm即够。
在振动部分的口径(直径)为1.5mm时和0.4mm时，即使使用相同的平行平板，平行度的误差比例也完全不同。结论是在使用平行度误差完全不同的平行平板的晶片时，振动部分的口径越小，平行平板的误差相对性就越小。在制作振动部分口径小的水晶振动子时，为了避免作为水晶坯材性质的异方性以及将晶片的厚度限制于最低80μm，一般认为最好的形状是作成2阶梯形状或3阶梯形状后的单面凹型或两面凹型的形状。
图83、图84、图85和图86所示的共振特性最好的第1理由是通过减小振动部分的口径使平行平板的平行度误差相对性减小。第2理由是通过制作成作成2阶梯形状后的凹型而高效利用施加的能量。第3理由是如图56、图61、图66和图68所示通过减小振动部分的口径和制作成作成2阶梯形状后的凹型使由化学腐蚀加工的加工表面的表面精度处于0.002μm至0.003μm、0.004μm的范围。
在图56所示的水晶振动子中，若从图57所示的照片进行计测，则振动部分的口径(直径)为0.12mm。此时的表面精度是0.002μm。在图61所示的水晶振动子中，若从图62所示的照片进行计测，则振动部分的口径(直径)为0.59mm。此时的表面精度是0.003μm。在图66和图68所示的水晶振动子中，若从图69所示的照片进行计测，则振动部分的口径(直径)为0.95mm。此时的表面精度是0.004μm。从上述可以判明，振动部分的口径越小，则由化学腐蚀加工的加工表面的表面精度就越高。
如上所述，本发明可获得如下的效果。
(1)在圆柱形的阶段，若最初在圆柱形的两端形成了作为最终所需目的的透镜形状、单面凸型形状、单面凹镜形状、平板状等的形状，则通过由干式腐蚀加工均等地从端部将厚度削成圆形，最终阶段可在筒状的压电元件的内部形成所定厚度的振动部。
(2)将作成凸镜形状或凹镜形状后的辅助型材安装于平板状的压电材料上，或使用抗蚀剂液或者其它粘接剂将辅助型材贴在压电材料上，然后，采用干式腐蚀加工，通过使用将辅助型材的形状复制至压电材料端面的加工技术，可得到如下的效果。即，用冲压成型方法对外周与环支承(带框形状)的保持部分一体形成的、一面为平面另一面为凸镜形状或凹镜形状的光学透镜进行加工，将该光学透镜即辅助型材安装在平板状的压电材料上，通过干式腐蚀加工，在平板状的压电材料的表面上可复制出具有与使用冲压成型或其它机械性研磨加工装置制作的光学透镜的表面精度相同的表面精度的透镜形状完全相同的透镜形状，从而可提高表面精度，达到超高精度，并且，在中心部分形成透镜形状的同时，可容易地制作外周与环支承(带框形状或竹筒形)的保持部分一体形成的水晶振动子(水晶共振子)。
(3)又，由于属于一种可使水晶的结晶轴与光学透镜的加工轴容易匹配的加工装置，因此可制作成电气特性更好的水晶振动子。
(4)完工后表面精度达到了与最初形成于圆柱形两端的表面精度相同的精度。但是，若不去除干式腐蚀加工时发生的离子损伤层，则不能恢复压电元件本来的电气特性。
(5)若只使用机械性加工装置在圆柱形状上加工圆筒状，则在厚度无限制地薄、深度深的孔的加工方面存在限制。
(6)若使用干式腐蚀加工在圆柱形的压电材料上形成圆筒状，则可在孔径10mm左右、孔的长度为1.0cm～约15cm、壁厚约1mm的圆筒状的中心部分加工透镜形状的振动子(共振子)。
(7)机械加工中形成圆筒时，壁厚的减薄虽然有一定的限度，但通过使用干式腐蚀加工的本发明的方法，可以在中心部分形成非常薄的壁厚的竹筒形、透镜形状的同时、对外周与环支承形状(竹筒形)的保持部分一体形成的透镜形状进行加工，从而可制作灵敏度非常高的共振子(振动子)。
(8)由于可在干式腐蚀加工竹筒形的内部时，也可同时对竹筒形(环支承)或圆筒状的外周部分进行干式腐蚀加工，因此，可将构成竹筒形的厚壁部分的厚度加工成非常薄。
(9)若考虑到由干式腐蚀加工(RIE加工或CIP加工)发生的离子损伤层，则可利用最初形成于圆柱形两端的加工精度从两端将厚度相对减小至相似形状，可进行极薄的透镜形状加工。
(10)由于可制作成如下构造的共振子(振动子)即、壁厚极薄，孔径的直径小，孔的长度长的竹筒形，并在中心部分形成有凸或凹镜形状的受压面，具有带框的透镜形状，因此提高了音波的捕捉性能。
(11)由于可制作竹筒形(圆筒状)的、外形直径例如1/2英寸以下的直径极小的共振子(振动子)，因此可在开掘石油或甲烷气等极深的地下层时插入例如插入地下5000m以上深度的管子的内部并下吊在地下深部、对石油、甲烷气等的压力或温度常时且同时地进行测定。
(12)目前正在使用的压力传感器(别名为水晶传感器)是直径3/4英寸的大规格，因此，不能常时地插入开掘石油、甲烷气等的地层的管子等的内部。
(13)通过提高压力传感器的性能，可探测处于地下深处的石油、甲烷气等的地下资源。
若是属于作成2阶梯形状型后的单面开槽式或双面开槽式(简称为开槽式或开槽谐振器式)，则在方形或长方形的石英坯料的内部或中心部分首先形成加工可识别压电材料结晶方向的圆形或3角形或方形或6角形或其它形状后的第2振动部分(第2槽部分)，然后在该第2振动部分(第2槽部分)的内部或中心部分形成正圆形或圆形或3角形或方形或6角形或其它形状的第1振动部分，由此可得到如下的效果。
[1]即使是方形的石英坯料形状，也由于可形成正圆形或圆形或其它形状的振动部分，因此可制作电气特性更好的压电元件。
[2]即使是将振动部分加工成正圆形或圆形，也由于可将石英坯料的外侧形状加工成方形，从石英晶片切断可自动化进行，故容易大批量生产。
[3]即使是将振动部分的形状加工成正圆形或圆形，也可容易判断结晶轴的方向。
[4]在由化学腐蚀加工对极小的振动部分进行制作时，通过阶段性地进行腐蚀加工可制作成能避免表面张力及其结晶异方性影响和形状。
[5]由于可制作成如下构造的压电元件即利用其外周形成的第2振动部分(第2槽部分)分阶段地向外周发散正圆形或圆形的第1振动部分发振的、最理想的频率的振动能，因此可制作电气特性理想的压电元件。
[6]由于形成了分阶段变薄的振动部分，可形成口径比(d/t)为80的极小的振动部分。因此在ATcut时，可制作基本波为400MHz以上的(ATcut时厚度为4μm以下)、电气特性良好的水晶振动子(水晶共振子)。
[7]将石英坯料加工成方形，首先在方形的内部或中心部分形成正圆形或圆形的第1振动部分，其次在正圆形或圆形、可识别结晶方向的第1振动部分的内部或中心部分形成别的正圆形或圆形的第2振动部分(第2槽部分)。在这种制造方法中，为了看清结晶轴的方向，也需通过设置图32(a)、图36、(a)、图40(a)和图44(a)所示的定位用的切口或者加工成图33(a)、图37(a)、图41(b)和图45(b)所示的月牙形状，也可将电气特性良好的形状即第1振动部分的形状和第2振动部分(第2槽部分)的形状都形成正圆形或圆形，从石英晶片将石英坯料切断容易、可大批量生产将外周形状加工成方形。
[8]若对第1振动部分和第2振动部分(第2槽部分)相对地进行化学腐蚀加工而未以至少2阶段以上的方式形成阶段式减薄为目的的振动部分，则石英晶片的厚度为80μm。频率高的部分例如ATcut为2.1GHz时，振动部分的厚度约为0.8μm，可以判明，为了最良好的波形发振，口径比(d/t)为80左右。为此，为了使振动部分的直径成为0.8μm×80倍＝64μm，将振动部分的直径减至极小，若未进行阶段性化学腐蚀加工使其减薄，则在化学腐蚀加工中使用的氟化氢酸等的溶液的表面张力或结晶的异方性的作用下，不能形成均一的由化学腐蚀加工的振动部分。
[9]并且，口径的直径为64μm时，由使用氟化氢酸的化学腐蚀加工溶解的深度最大限度是溶解3.2μm的深度(例如、相对于口径的直径约为1/20)。一旦化学腐蚀加工的深度在此以上，则出现水晶的结晶状态的异方性，故不能维持平面精度。从中也能判断，作为超高频率的水晶振动子形状的构造，在制作电气特性良好的水晶振动子时，口径比最好是80左右，故有必要以2阶梯形状来进行化学腐蚀加工或者形成2阶梯形状以上的阶梯形状来制作水晶振动子。
[10]并且，若第1振动部分的直径为64μm至约0.3mm、第1振动部分的直径极小，则在化学腐蚀加工形成时，作为第2振动部分的形状，除了正圆形或圆形之外，也可为例如3角形、方形或6角形等，但因形状太小，故最好是正圆形或圆形的形状，但也可为3角形、方形、6角形或其它形状。
[11]并且，由于其构造是只有在直径约为0.32mm的极小的正圆形或圆形的第1振动部分的中心部分使用照相、抗蚀剂化学腐蚀加工，通过在第1振动部分的表面和背面形成只使第2振动部分振动用的电极，不使第2形成的第2振动部分(第2槽部分)发生振动，因此，可进行更高频率的发振，并可制作不跟随副振动的电气方面理想的振动子(共振子)的构造。
[12]并且，通过使用2阶梯形状、3阶梯形状或其以上的多阶梯形状相对地进行化学腐蚀加工，可进行作为水晶结晶状态的异方性所产生问题点的深度为振动部分口径的直径的1/20以上的化学腐蚀加工。
[13]特别是首先在中心部分对例如第1振动部分口径的直径为0.32mm、深度为16μm的正圆形或圆形的形状进行第1化学腐蚀加工，然后，在正圆形或圆形的外周以形成可识别直径1.6mm形状的方形、6角形或其它形状为其目的，若对第1振动部分和第2振动部分(第2槽部分)相对地同时且分阶段地进行化学腐蚀加工，则可解决结晶的异方性问题。
[14]如上所述，针对水晶的结晶状态的异方性，若进行深度为相对于口径的直径1/20以上的化学腐蚀加工，则可通过2阶段式化学腐蚀加工相对地解决异方性暴露的问题，因此，可大批量生产板厚80μm以上、使用1英寸×1英寸以上尺寸的晶片的超高频率的水晶振动子。
现已开发出可制造在将2阶梯形状或2阶梯形状以上的阶梯形状、由化学腐蚀加工制作的单面开槽式的石英晶体组件作为加工坯材，对其进行反应离子腐蚀(RIE)加工之后由两面研磨机进行研磨加工，基本频率467MHz以上的以ATcut为坯材的水晶振动子的加工方法。由该加工方法制作的水晶振动子比平—凸式更加接近于凹—凸形状或双凸形状而成为理想的凸镜形状，显示具有优良的阻抗频率数特性。
在本加工方法中，可以判明水晶振动子的振动部分的口径d与厚度t之比d/t的最佳值以80时为最适当。结果是在平—凸时，若想要制作频率数非常高的水晶振动子，则因厚度t也非常薄，故与厚度t成正比地使口径即直径d减小。若口径d减小，则产生作为石英晶片性质的异方性这一问题，若化学腐蚀加工成深度为口径d的1/20以上，则不能维持由化学腐蚀加工形成的平行面的面精度。该问题通过以下的方法予以解决。最初，相对于具有作为目的的频率数的厚度t的80倍的口径d，以口径d的1/20以内的深度作为第1振动部分的口径d的深度，在第1进行化学腐蚀加工之后，接着，在以第1振动部分为中心的外周对与相对于厚度的口径比d∶t不拘束于80∶1的第1振动部分相比槽部分(第2振动部分)的直径要大得多的第2槽部分(第2振动部分)进行化学腐蚀加工，若分2阶段相对且同时对第1振动部分和第2槽部分(第2振动部分)进行化学腐蚀加工，则可解决作为水晶性质的异方性的问题。
另外，即使作为坯材的石英晶片的厚度厚，也可形成口径d极小的振动部分。由此，可使厚度t非常薄，并可由平—凸式大批量生产出电气特性理想的超高频率的水晶振动子。
下面，对采用2阶梯形状或2阶梯形状以上的化学腐蚀加工制作双面开槽式的谐振器的方法进行说明。
在双面倒台面型中，水晶振动子的振动部分的口径d与厚度t之比d/t若是80倍～100倍，则作为水晶振动子的功能足够。结果是双面开槽式时，若想要制作频率非常高的水晶振动子，则因厚度t也非常薄，故与厚度t成正比地使口径即直径d减小。若口径d减小，则发生作为石英晶片性质的异方性这一问题，若化学腐蚀加工成口径d的1/20以上的深度，则不能维持由化学腐蚀加工形成的平行面的面精度。该问题通过以下的方法予以解决。最初，相对于具有作为目的的频率数的厚度t的80倍～100倍的口径d，将口径d的1/20以内的深度作为第1振动部分的口径d的深度，在化学腐蚀加工之后，接着，在以第1振动部分为中心的外周对与相对于厚度的口径比d∶t不拘束于80∶1或100∶1的第1振动部分相比槽部分(第2振动部分)的直径要大得多的第2槽部分(第2振动部分)进行化学腐蚀加工，若将第1振动部分和第2槽部分(第2振动部分)以2阶段相对且同时进行化学腐蚀加工，则可解决作为水晶性质的异方性的问题。
与上述说明的装置不同，在如图32、图33、图34、图35、图36、图37和图38中已说明的最初对第2槽部分(第2振动部分)进行了化学腐蚀加工或干式腐蚀加工形成之后，第2，若是属于在中心部分形成的正圆形或圆形的第1振动部分，则不会发生上述的作为水晶性质的异方性的问题，故可判明该方法更加优良。
另外，即使作为坯材的石英晶片的厚度厚，也可形成口径d极小的振动部分。由此，可使厚度t非常薄，并可由双面开槽式或单面开槽式对电气特性理想的超高频率的水晶振动子进行大批量生产。
并且，如美国专利号3694677号所示，若将1972年9月26日美国陆军Dr.Gunter K.Guttwein，Dr.Arthur D.Ballato，Dr.Theodre J.Lukaszek三人发明的水晶振动子的侧倒台面型和双面倒台面型(以下简称为倒台面型)制作成1阶梯形状型的倒台面型，则这次考察的内容就是有关水晶板加工时使用化学腐蚀加工或干式腐蚀加工、并制作成改良的2阶梯形状型后的2阶梯形状型的开槽式。若将1阶梯形状型的倒台面型与这次考察的作成2阶梯形状型后的开槽式作一比较，则可以判明2阶梯形状型的开槽式具有以下的优点。
[1]可通过将口径比(d/t)最佳化将振动面的面积控制为所需的最小限度的面积。由此，在振动面为5μm以下极薄时，可减小或防止振动面的表面上发生的波纹(起伏波)。并且，表面精度可提高1位数。
[2]即使与水晶的板厚无关地以最佳的口径比(d/t)80∶1作为条件，也可避免水晶的异方性，故可提高面精度。
[3]可与水晶的板厚和振动面的厚度无关地选择将最佳的口径比(d/t)始终作为80∶1的构造的设计。
[4]因可通过加厚水晶板的板厚提高构造物的力学强度，故可制作力学冲击和加速方面强的谐振器。并且，通过制作成2阶梯形状型以上的阶梯形状，可制作更进一步的力学冲击和加速方面强的谐振器。
[5]在1阶梯形状的场合，因作成1阶梯形状型后的单面倒台面型和双面倒台面型都容易发生气孔，不能进行振动面厚度5μm以下的批量生产，但若是作成2阶梯形状型后的开槽式，则可进行振动面厚度5μm以下的批量生产。
[6]在作成2阶梯形状型后的双面开槽式场合，若将该制造工序与传统的作成1阶梯形状后的倒台面型的制造工序作一比较，则化学腐蚀加工的次数不是1次而是2次，虽然麻烦，但因改良了电气特性，故考虑对于70MHz以上的情况，在极其相近的时间成为作成2阶梯形状型或2阶梯形状型以上的阶梯形状型后的双面开槽式。
[7]在1阶梯形状型的场合，在单面倒台面型或双面倒台面型中，一旦为5μm以下极薄时，因水晶的异方性，必定会加大口径(d)与厚度(t)之比即口径比(d/t)。结果是在振动部分和表面上产生波纹(起伏波)。又，振动部分的表面精度恶化至0.02μm以上。
[8]在作成2阶梯形状型后的开槽式的场合，若与起伏发生少、表面精度为0.003μm左右、作成1阶梯形状型后的倒台面型作一比较，则可以判明精度可改良1位数。
[9]若是属于加工阶梯形状型或2阶梯形状型以上的阶梯形状型后的开槽式，则由于可形成第2槽部分(第2振动部分)或第3槽部分(第3振动部分)，因此，在朝外部的方向上能够从第2槽部分(第2振动部分)至第3第3槽部分(第3振动部分)、阶段式、顺利地且有效地利用向位于中心部分的第1直径小的第1振动部分(施加电压的振动表面)施加的振动能，可制作电气特性理想的谐振器。
[10]若是属于作成2阶梯形状型后的单面开槽式，则可进行5μm以下的批量生产。在最初制作了振动面厚度为5μm以下之后，使用研磨机从上下施加压力，通过研磨加工，可比平—凸形状更加接近于凹—凸形状或双凸形状而成为理想的凸镜形状，大大改良电气特性，在振动部分的厚度为5μm以下例如BTcut时，可制作成基本波约5.0GHz的极薄形状。并且，在不久的将来有可能开发出约0.015μm左右(BTcut时基本波为160GHz)的水晶振动子。
这次考察的作成2阶梯形状型后的单面倒台面型和双面倒台面型的正确名称应当是作成2阶梯形状型后的单面开槽式或双面开槽式(简称为开槽式或开槽谐振器式)，它要比单面倒台面型和双面倒台面型的名称更加正确。其理由如下。
<1>即使是外周形状为方形，也可将形成于中心部分的振动面的形状加工成电气特性良好的正圆形。
<2>可从第2槽部分(第2振动部分)经由第3槽部分(第3振动部分)高效率使用向位于中心部分的第1直径小的第1振动部分施加的振动能，并朝外部方向顺利地发散。
<3>可极其平缓地将电极形成阶梯形状。
<4>可加厚水晶板的板厚，并可极薄地加工振动部分。
<5>如上所述，若将美国陆军开发的作成1阶梯形状型后的倒台面型和开槽式或开槽谐振器式作一比较，则因内容完全不同，故将名称定为开槽式或开槽谐振器式。
另外，为了发挥振动部分的厚度和振动部分的直径最良好的电气特性，可以发现(证明)在将厚度与口径之比(d/t)设定为80左右的场合，能发挥出最良好的电气特性，关于这一点，已由以下的学会发表了论文。
(1)1999 IEEE国际频率控制研讨会(International Frequency ControlSymposium)，pp.425-428
(2)21st(1999)压电装置会议及展览(Piezoelectric DevicesConference and Exhibition)，pp.4/1-4/6
(3)2000 IEEE/EIA国际频率控制研讨会及展览(InternationalFrequency Control Symposium&Exhibition)，pp.425-428
本发明是一种使用化学腐蚀加工或其它加工技术形成作成2阶梯形状型或2阶梯形状型以上的、3坐标立体构造体的阶梯形状型后的立体构造的开槽式的加工技术，这种技术不仅可应用于水晶、铌酸锂等的压电材料，还可应用于硅、砷化镓等的半导体材料的电子材料等广泛领域。
产业上利用的可能性
本发明可广泛应用于从通信机器和检测机器到通用计算机、OA信息机器、家电制品用的电脑等的领域。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种水晶振动子，其特征在于，一面为平面形状，其反向侧具有作为外周的保持部分为最厚、逐渐向中心部分减薄的至少2阶梯形状的振动部分。
2.如权利要求1所述的水晶振动子，其特征在于，最薄的的中心部分的振动部分的形状为至少单方的面形成凸状的透镜形状。
3.一种水晶振动子，其特征在于，两面均具有作为外周的保持部分为最厚、逐渐向中心部分减薄的至少2阶梯形状的振动部分。
4.一种水晶振动子，其特征在于，在压电材料的内部形成有作成单面倒台面型的凹状的槽部分，在该槽部分的内部形成有比该槽部分更加薄壁的振动部分。
5.一种水晶振动子，其特征在于，在压电材料的内部形成有作成两面倒台面型的凹状的槽部分，在该槽部分的内部形成有比该槽部分更加薄壁的振动部分。
6.一种水晶振动子，其特征在于，在压电材料的单面或两面的中心部分形成有凹状的槽部分，在该槽部分的中心部分形成有比该槽部分直径小且更加薄壁的振动部分。
7.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的单面或两面通过第1加工形成有面积大的槽部分，通过第2加工在由第1加工形成的槽部分的中心部分形成有面积小的凹状的振动部分。
8.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的单面或两面通过第1加工形成有面积小的凹状的振动部分，通过第2加工在将由第1加工形成的振动部分作为中心的外周部分形成有面积大的槽部分。
9.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有可从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的凹状的槽部分，在该槽部分的中心部分形成有可识别该压电材料结晶方向形状的、比所述槽部分更加薄壁的振动部分。
10.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有可从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的凹状的槽部分，在该槽部分的中心部分形成有可识别该压电材料结晶方向形状的、比所述槽部分更加薄壁的振动部分。
11.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有不能从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的凹状的槽部分，在该槽部分的中心部分形成有可识别该压电材料结晶方向形状的、比所述槽部分更加薄壁的振动部分。
12.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有不能从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的凹状的槽部分，在该槽部分的中心部分形成有可识别该压电材料结晶方向形状的、比所述槽部分更加薄壁的振动部分。
13.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有可从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的振动部分，在将该振动部分作为中心的外周部分形成有可识别该压电材料结晶方向形状的、比所述振动部分厚的槽部分。
14.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有可从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的振动部分，在将该振动部分作为中心的外周部分形成有不能识别该压电材料结晶方向形状的、比所述振动部分厚的槽部分。
15.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有不能从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的振动部分，在将该振动部分作为中心的外周部分形成有不能识别该压电材料结晶方向形状的、比所述振动部分厚的槽部分。
16.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的中心部分形成有不能从单面或两面识别所述压电材料结晶方向形状的振动部分，在将该振动部分作为中心的外周部分形成有可识别该压电材料结晶方向形状的、比所述振动部分厚的槽部分。
17.一种水晶振动子的制造方法，其特征在于，在压电材料的单面的中心部分形成有凹状的槽部分，在该槽部分的中心部分通过使用两面研磨加工机械、单面研磨加工机械或其它研磨装置对形成有直径小于该槽部分且更加薄壁的振动部分的压电元件进行研磨加工，形成平凸型的透镜形状的压电元件。

Claims (20)

1.一种压电元件，其特征在于，一面为平面形状，其反向侧具有作为外周的保持部分最厚、逐渐向中心部分减薄的至少2阶梯形状的振动部分。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，最薄的的中心部分的振动部分的形状至少是单方的面形成凸状的透镜形状。
3.一种压电元件，其特征在于，两面均具有作为外周的保持部分最厚、逐渐向中心部分减薄的至少2阶梯形状的振动部分。
4.一种压电元件，其特征在于，在由压电材料组成的环状的保持部的内部一体形成有薄壁的振动部分。
5.一种压电元件，其特征在于，在由压电材料组成的筒状体的内部中央一体形成有薄壁的振动部分。
6.一种压电元件，其特征在于，在振动部的两面中央蒸镀一对电极，将金属线作为导线从各电极引出。
7.一种压电元件，其特征在于，在大致方形的水晶坯料的内部形成有单面倒台面型的凹部，在该凹部的内部形成有更加薄壁的振动部分。
8.一种压电元件，其特征在于，在大致方形的水晶坯料的内部形成有两面单面倒台面型的凹部，在该凹部的内部形成有更加薄壁的振动部分。
9.一种压电元件，其特征在于，在大致方形的水晶坯料的中心部分形成有可识别压电材料结晶方向形状的第1振动部分，在该第1振动部分的中心部分形成有比第1振动部分壁薄的第2振动部分。
10.一种音响—电气变换器，其特征在于，在由压电材料组成的筒状体的内部中央形成有外径与该筒状体内径相等的凸镜形状的振动部分。
11.如权利要求10所述的音响—电气变换器，其特征在于，在将所述筒状体作为1时，从其筒状体左右的入口至所述振动部分之间的长度分别均为1以上的长度。
12.一种音响—电气变换器的制造方法，其特征在于，在比最终厚度厚的压电材料的表面形成了最终目标的轮廓形状之后，对所述压电材料两端的表面进行反应性腐蚀加工成朝该压电材料的中心方向的厚度均匀减薄，形成作为目的的厚度和轮廓的振动部分。
13.一种压电元件的制造方法，其特征在于，在由压电材料组成的棒状体的表面形成最终目标的轮廓形状之后，通过干式腐蚀加工将所述棒状体的表面加工成留下该棒状体周壁的厚度部分、将朝该棒状体的中心方向的厚度均匀减薄的形状，在成为筒状体的棒状体的内部中央形成作为目的的最终厚度和所述最终目标的轮廓的振动部分。
14.一种音响—电气变换器的制造方法，其特征在于，在比最终厚度厚的压电材料的两端表面形成最终目标的轮廓形状之后，通过干式腐蚀加工将所述压电材料两端的表面加工成朝该压电材料的中心方向的厚度均匀减薄的形状，形成作为目的的最终厚度和所述最终目标的轮廓的振动部分。
15.一种压电元件的制造方法，其特征在于，在由压电材料组成的棒状体的两端表面形成最终目标的轮廓形状之后，通过干式腐蚀加工将所述棒状体端面的表面腐蚀加工成留下该棒状体周壁的厚度部分、将朝该棒状体的中心方向的厚度均匀减薄的形状，在形成了筒状体的棒状体的内部中央形成作为目的的最终厚度和所述最终目标的轮廓的振动部分。
16.一种压电元件的制造方法，其特征在于，在由压电材料组成的棒状体的两端表面将形成有透镜形状的最终目标的轮廓形状的辅助型材密合安装之后，通过干式腐蚀加工对所述棒状体的表面上密合安装的辅助型材的表面进行蚀刻，由此，通过首先对所述辅助型材表面的蚀刻，其次对所述压电材料表面的蚀刻，将压电材料形成与所述辅助型材相同形状的透镜形状。
17.一种压电元件的制造方法，其特征在于，在由压电材料组成的棒状体的两端表面将中心部分为透镜形状、其外周具有带框架的保持部分的最终目标的轮廓形状的辅助型材密合安装之后，通过干式腐蚀加工对所述棒状体的表面上密合安装的所述辅助型材的表面进行蚀刻，由此，通过首先对所述辅助型材表面的蚀刻，其次对所述压电元件表面的蚀刻，将压电材料形成与所述辅助型材完全相同形状的带框架的透镜形状。
18.一种压电元件的加工方法，其特征在于，在大致方形的水晶坯料的中心部分形成有可识别压电材料结晶方向形状的第1振动部分，其后，在该第1振动部分的中心部分形成有不能识别该压电材料结晶方向形状的第2振动部分。
19.一种压电元件的加工方法，其特征在于，在大致方形的水晶坯料的中心部分形成不能识别压电材料结晶方向形状的第2振动部分之后，在将该第2振动部分作为中心的外周部分形成可识别该压电材料结晶方向形状的第2振动部分。
20.一种压电元件的制造方法，其特征在于，在振动部的两面中央蒸镀一对电极，将金属线的前端与各电极接合，并将金属线作为导线引出。
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