JP4115271B2

JP4115271B2 - 自公転式バレルエッチング装置

Info

Publication number: JP4115271B2
Application number: JP2002381006A
Authority: JP
Inventors: 章伊藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004214355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
この発明は、水晶板などの圧電素板をエッチング加工する際に使用する自公転式バレルエッチング装置に関するもので、特に小型で薄型の圧電素板のエッチング加工の実現、及び表面粗さを改善できる自公転式バレルエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧電振動子や発振器の小型化に伴いエッチングを行う圧電素子の周波数の高周波化、及び小型化が急速に進んでいる。すなわち、圧電振動子や発振器等の電子部品の小型化に伴い、その内部に搭載される圧電振動板を構成する圧電素板についてもその外形の小型化が必要とされると同時に、発振周波数の高周波化も進んでいることから圧電素板の薄型化も必要とされるようになった。
【０００３】
例えば、圧電材料のひとつである水晶板では一般にATカットと言われる結晶軸から斜めとなる角度で切断された後、ラッピングまたは必要によりベベリング加工が施されてからエッチングにより、そこで発生した結晶構造が破壊された所謂加工変質層を化学的に溶かして除去することによってクリスタルインピーダンス（以下ＣＩという）が改善される。しかしながら、過剰なエッチングを行うと水晶は結晶軸によってエッチングレート(溶解速度)が異なるために、圧電素板表面の凹凸(以下エッチピットという)が顕在化してしまう。
【０００４】
一方で、ATカットなどの圧電素板は次式にあるように、厚みに依存するために、その表面に凹凸が発生すると周波数成分が分散するので、特に高周波領域ではCIが悪化してしまう。
周波数(kHz) = 1670(kHz・mm) / 厚み(mm)
【０００５】
また、エッチング加工する際には圧電素板が飛出してしまわない大きさの穴があいた略円筒形のエッチング加工容器に数千枚の圧電素板を収納して、フッ酸またはフッ化アンモニウムなどを主成分とした、水溶液または界面活性剤入りの水溶液としたエッチング液を満たしたエッチング槽に投入して、前記のエッチング加工容器を揺動もしくは回転させてエッチング加工を行っていた。
【０００６】
エッチング液はエッチング加工容器のなかで圧電素板と化学的反応が進むとその活性が低下するので、エッチング加工容器にあいた穴を通してエッチング槽内の活性の高いエッチング液との置換が、順次行われる必要がある。
【０００７】
このとき圧電素板同士、もしくは圧電素板と加工容器間で貼り付き現象が発生すると、圧電素板の表面に活性の高いエッチング液が潤沢に供給されないために貼り付き現象が発生した部分のエッチング加工は進まない。この貼り付き現象が部分的に生じた場合にはその界面に段差が発生してしまう。また、エッチング工程はラッピング工程などに比較して厚み調整の精度が高く、規定周波数に合せ込む工程でもあるために、同一周波数に合せ込みを行った場合、貼り付きが片面全面で起きた場合、その片面の加工変質層は除去されきれずもう一方の面が過剰にエッチングされてしまう。そういった状態を未然に防ぐために、エッチング液中でエッチング加工容器を揺動もしくは回転させて、前記の貼り付きが片面全面で起きないようにする必要があった。
【特許文献１】
特開平１１−２３０４７３号公報
【特許文献２】
特開平０７−１０９２００号公報
【０００８】
なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電素板は前述のようにその小型・薄型化が急速に進んでいるために、図７に図示されるような従来のエッチング加工においては、エッチング液中でエッチング加工容器を揺動もしくは回転させても、その圧電素板の自重が軽い為、またエッチング加工容器または圧電素板同士間での衝突による衝撃が小さいために前述の貼り付き現象が発生してしまう頻度が上昇し、これによりエッチング加工によって圧電素子表面に段差を生じ、また圧電素子のCIを悪化させてしてしまうという問題があった。
【００１０】
また、エッチング液の置換のためにエッチング加工容器に多数個あける穴は、エッチングされる圧電素子が飛出すことのないような大きさとする必要があるが、圧電素板の小型、薄型化に伴いエッチング加工容器の穴の大きさを小さくするとエッチング液の置換がスムーズに行えず、加えてエッチング加工容器内の空気が加工容器外に排出されずに、エッチング加工自体が実施できなくなるという問題があった。
【００１１】
また、エッチング加工そのものは、ラップ加工等の工程で発生した加工変質層を除去してCIの改善効果をもたらす一方で、その反面, エッチング加工で得られた滑らかな表面粗さをエッチピットの発生によって悪化させてしまう要素も併せ持っている。
【００１２】
しかしながら、個々の圧電素板の加工変質層の深さはそれぞれが微妙に異なり、従来のエッチング加工においては加工変質層を取りきることに重点をおいて作業がなされていたために、表面粗さに敏感な高周波品での品質の安定化はエッチピットの発生のために困難であるという問題があった。
【００１３】
本発明は、以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従がってその目的は、自公転式バレルエッチング装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、公転軸に固定された公転板と、該公転板に設けられた自転軸と、該自転軸に固定され自転する容器ホルダーと、該容器ホルダーに固定保持される加工容器と、該公転軸、及び該自転軸を独自又は連動して回転させ且つ回転方向、回転数、及び回転時間を制御する駆動モータ、及び駆動回転機構を備えた圧電素板用の自公転式バレルエッチング装置において、該公転軸が装置設置面に対し垂直方向に設けられ、該自転軸の軸心の傾きが公転軸の軸心に対し公転軸側に０°乃至４５°の範囲で傾けられることを特徴とする。
【００１５】
また、該加工容器の形状は略円筒形であり、該加工容器の一方端は所定の曲率をもつ底部、又は所定の曲率部と平面部により構成される底部、又は所定の多角錘と平面部で構成され閉口される底部のいずれかを有し、他方端は開放され且つ該開放口は蓋で密封できる構造を有することを特徴とする。
【００１６】
また、該加工容器の形状は略円筒形であり、該加工容器内面に凹凸を持ち、且つ該加工容器の一方端の底部が閉口され、他方端は開放され且つ該開放口は蓋で密封できる構造を有することを特徴とする。
【００２０】
上述のような自公転式バレルエッチング装置を使用することにより、公転運動から発生する加速度は加工容器の底方向にかかるので、底周辺部分以外の容器の壁部の厚さを可能な限り薄くすることができ、更に加工容器を略縦型とすることで、圧電素板のエッチング加工を行う箇所を加工容器の底部周辺に限定することができるので、加工容器の長さを短くすることができ、よって自公転式バレルエッチング装置自体の大きさも小さくすることができる作用を奏する。
【００２１】
このような自公転式バレルエッチング装置、及びそれに使用する加工容器、及びメディアを使用することにより、圧電素板の貼り付き現象が抑制でき、且つエッチング液などの反応溶液中におけるエッチング加工速度は、自公転運動により発生した応力の作用する箇所で選択的に早まるので、圧電素板表面に凹凸がある場合には凸部分からエッチング加工がなされ、その結果表面粗さは改善される作用を奏する。
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。
なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【００２２】
図１はこの発明における自公転式バレルエッチング装置２の概略の一例を示した図である。図２、及び図３は、図１に示したエッチング加工容器７の一つの形態を示す概略の断面図である。尚、図１乃至図６において、説明を明瞭にするため構造体８の一部を図示せず、また寸法も一部誇張した概略図としている。
【００２３】
図１においてケース１内に納められている自公転式バレルエッチング装置２を構成する公転板３は、自公転式バレルエッチング装置２の設置面２１に対し垂直方向に形成した公転軸心４の周りに回転して、公転板３の公転軸を対称軸とし且つ公転板３の両端付近に装着された容器ホルダー５が自転軸心６の周りに回転する。
【００２４】
このことにより、容器ホルダー５と、容器ホルダー５に固定保持される加工容器７とは、公転軸心４の周りを公転しながら、自転軸心６の周りを自転することになる。ここで公転軸の回転方向と自転軸の回転方向とは正逆どちらの回転方向でもかまわない。
【００２５】
また、自転軸心６は公転軸心４に対して公転軸側に４５°傾いている。これにより、公転運動から発生する加速度は加工容器７の底方向のみにかかるので、加工容器の壁部などの厚みを薄くすることができ、更に公転の遠心力によって加工容器７が容器ホルダー５から外れたり、加工容器７の内容物が容器外にこぼれたりするのを防止している。なお、実施例では公転板３はひとつで加工容器７を一対搭載する構造になっているが、公転板３を複数形成して、各々の公転板に加工容器７を搭載した構造にしてもかまわず、この場合も本発明の技術的範囲にあることはいうまでもない。また、ひとつの公転板３に搭載する二つの加工容器７のうち、一方を外し、替わりにバランサーを搭載することで、一つの公転板３に一つの加工容器７を搭載する構造にしてもかまわない。
【００２６】
加工容器７を公転軸心４の周りで公転させながら自転軸心６の周りで自転させる具体的な機構としては、公転用駆動モータと自転用駆動モータを別々に設けて、それぞれが自立して駆動する機構にしてもよい。又、公転自転共用の駆動モータを用いて、モータの回転運動をベルトとプーリー又は遊星歯車装置を用いて公転と自転とに分ける機構にしてもかまわない。更に、これら駆動モータの起動停止、回転数、及び回転時間等を制御する制御機構も自公転式バレルエッチング装置２に併設されており、この制御機構にはケース１の外に設けたコントロールパネル等からアクセスでき、且つプログラム等で自動制御もできるようになっている。図１においては、公転用駆動モータ、及びその制御機構は構造体８内に内蔵されているために図示されてはいない。
【００２７】
圧電素板のようなエッチング対象材料のエッチング液が入れられたエッチング加工容器７内での自由運動を確保するために、これらを加工容器７内に入れて蓋１０で密封し、その加工容器７を容器ホルダー５に固定支持して、ケース１の蓋を閉め、制御機構からの各種命令により各駆動モータを任意の回転数で回転させて、加工容器７の公転、及び自転を開始する。
【００２８】
加工容器７を公転させることにより、遠心力で加工容器７内の内容物は加工容器７の内部の底部９に押しつけられことで、小型化高周波化が進んだ圧電素板１３においても十分な圧力を得て、更に自転により底部９と圧電素板１３との間、及び圧電素板１３同士の間に摩擦が生じることで、圧電素板１３のエッチングにおいて凸部が選択的に加工される。また、公転と自転との相互作用によって、内容物が加工容器内で自由に移動して混ざり合うことが促進され、エッチング加工に投入した多数の圧電素板１３の全体に均一にエッチング加工を施すことができる。
【００２９】
図６は本発明の、加工容器７内においてラッピング等で発生した加工変質層をもつ圧電素板１３が効率的に、エッチング加工により発生するエッチピットを従来に比べて大幅に小さくしてエッチングされる様子を示した概略のフローチャートである。ラップあがりの圧電素板１３の表面２０は、最初は鋭角的な凸凹を持つ状態で、エッチングにより次第に滑らかな表面のエッチング加工が成されてゆき、先に述べたような理由で、圧電素板１３の表面にエッチピットの発生が起きた場合においても、本発明の自公転式バレルエッチング装置２を用いたエッチング加工では、圧電素板１３と加工容器７の容器の内面１１との接触のために、接触部で選択的にエッチング加工が成され、主に圧電素板１３の表面の凸部分から加工が成されるので、エッチピットのない表面粗さが改善されたエッチング加工が可能となる。
【００３０】
図２、及び図３は、容器ホルダー５に着脱自在に固定支持される加工容器７のそれぞれの一形状を開示する概略の断面図である。加工容器７は有底略円筒形の本体部と蓋部１０で構成されており、また、蓋部１０は加工容器７の公転、及び自転の際には本体部から外れないような構造になっている。
【００３１】
短冊形状の圧電素板１３などのエッチング加工においては、加工容器７の内部の面１１の形状を圧電素板１３の貼り付きを抑制するため曲面とするか、図２、及び図３に図示したような加工容器７の回転に伴い加工容器内面１１と圧電素板が衝突するなどして貼り付きを剥がすような構造とすることで均一化が図れ、圧電素板１３の特性を著しく向上することができる。
【００３２】
また、加工容器７の内面１１の形状を更に図４のような凸凹形状とする事により、加工容器７への短冊形状の圧電素板１３の貼り付きを防いで、エッチング加工均一性を更に向上することができる。
【００３３】
また、図５の概略図にあるエッチング液１８に対して耐薬品性をもった加工容器７とメディア１２を用いることにより、加工容器７への短冊形状の圧電素板１３の貼り付きを防いでエッチング加工の均一性を更に向上することができる。図５においては、球状のメディア１２を用いているがメディア１２の形状は球状にとどまるものではないことは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の自公転式バレルエッチング装置、及びそれに使用される加工容器においては、小型化高周波化が進んだ圧電素板を短時間で効率よくエッチング加工することができ、その表面粗さを改善でき、因って圧電素板を使用する圧電振動子等の電子部品を安価に短時間で提供できる効果を成す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自公転式バレルエッチング装置の概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の自公転式バレルエッチング装置に装填されるエッチング加工容器の一つの形態を示す概略の断面図である。
【図３】本発明の自公転式バレルエッチング装置に装填される別のエッチング加工容器の一つの形態を示す概略の断面図である。
【図４】本発明の自公転式バレルエッチング装置に装填される加工容器の内面が凸凹のひとつの形状を示す模式図である。
【図５】本発明の自公転式バレルエッチング装置を用いた加工容器に一例として球状のメディアを入れて、エッチング加工を行う様子を示す模式図である。
【図６】本発明の自公転式バレルエッチング装置に装填される加工容器内において圧電素板がエッチングされる様子を示した概略のフローチャートである。
【図７】従来の、エッチング液中でエッチング加工容器を揺動もしくは回転させて、圧電素板にエッチング加工を行う様子を示す概略図である。
【符号の説明】
１ケース
２自公転式バレルエッチング装置
３公転板
４公転軸の軸心
５容器ホルダー
６自転軸の軸心
７加工容器
８構造体
９底部
１０蓋
１１加工容器内面
１２メディア
１３圧電素板
１４従来のエッチング加工容器
１５エッチング加工槽
１６回転軸
１７従来の加工容器の穴
１８エッチング液
１９エッチング液面
２０圧電素板の表面
２１装置設置面

Claims

公転軸に固定された公転板と、該公転板に設けられた自転軸と、該自転軸に固定され自転する容器ホルダーと、該容器ホルダーに固定保持される加工容器と、該公転軸、及び該自転軸を独自又は連動して回転させ且つ回転方向、回転数、及び回転時間を制御する駆動モータ、及び駆動回転機構を備えた圧電素板用の自公転式バレルエッチング装置において、
該公転軸が装置設置面に対し垂直方向に設けられ、該自転軸の軸心の傾きが公転軸の軸心に対し公転軸側に０°乃至４５°の範囲で傾けられることを特徴とする圧電素板用の自公転式バレルエッチング装置。
該加工容器の形状は略円筒形であり、該加工容器の一方端は所定の曲率をもつ底部、又は所定の曲率部と平面部により構成される底部、又は所定の多角錘と平面部で構成され閉口される底部のいずれかを有し、他方端は開放され且つ該開放口は蓋で密封できる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の自公転式バレルエッチング装置。
該加工容器の形状は略円筒形であり、該加工容器内面に凹凸を持ち、且つ該加工容器の一方端の底部が閉口され、他方端は開放され且つ該開放口は蓋で密封できる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の自公転式バレルエッチング装置。