JP4236107B2 - 水晶振動板のコンベックス加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、水晶振動板の外形形状をコンベックス形状とするためのコンベックス加工方法に関するものであり、特に小型の水晶振動板のコンベックス加工方法に関する。

厚みすべり水晶振動子に使用されるＡＴカット等の水晶振動板には、通常円板形状や矩形状の水晶板が使用されている。振動周波数が比較的低い（１０ＭＨｚ以下）水晶振動子や、高い安定度を必要とする水晶振動子に使用される水晶板は、エネルギー閉じ込め効果をより向上させ、且つ輪郭振動などの副振動による振動損失を少なくすることによりクリスタルインピーダンス（以下ＣＩという）やＱ値等の諸特性を良くするために、外形形状を図３のようなコンベックス形状にしている。尚図３では外形形状が円板状の水晶板を開示したが、他に外形形状が矩形状で且つコンベックス加工を施した水晶板も一般に使用されている。

水晶板の外形形状をコンベックス形状にするための加工方法としては、従来では研磨による加工方法がとられている。例えば、球面状の内壁をもつ半球状の研磨容器に、平円板状の水晶板主面をその内壁に押しつけて研磨容器又は水晶板を摺動させ、内壁の曲率を水晶板主面に写すように研磨することでコンベックス形状を得る加工方法が用いられている。

また、内壁に複数の曲率をもつ円筒状の研磨容器に、複数の水晶板及び研磨材等を投入し、研磨容器本体を自公転させ、内壁の曲率を水晶板主面に写すように研磨することでコンベックス形状を得る加工方法も用いられている。

前記のようなコンベックス加工方法については、以下のような文献が開示されている。

特開平２−２０５４６６号公報 特開２００１−１２４９号公報

尚、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。

前記特許文献１に記載のような装置におけるコンベックス加工では、一回の研磨で一枚から多くても数枚の水晶振動板のコンベックス加工しかできず、生産性が著しく低い。又、このような装置によるコンベックス加工では、加工する水晶振動板にある程度の大きさ（円板状の水晶振動板の場合、一般的に直径十数ｍｍ以上）が必要となり、小型化が進んだ（円板状の水晶振動板の場合、一般的に直径数ｍｍ以下）現在使用されているような水晶板では、このような加工方法を用いることは非常に困難である。

前記特許文献２に記載の装置におけるコンベックス加工の加工能率は、一般的に加工点に加わる荷重に依存する。即ち、外形形状の小型化が更に進んだ水晶振動板では、その質量も大幅に減少し加工点に加わる荷重も減少してしまい、加工能率の著しい低下を引き起こす。

このような装置を構成する研磨容器として、一般的に直径が５０〜２００ｍｍ、長さが３００〜６００ｍｍ程度の内径寸法である金属製の円筒状研磨容器が用いられている。このような研磨容器では、その強度を確保するために、研磨容器の壁面厚みを厚くすることで重量が重くなってしまう。そのため、この研磨容器を組み込んだ装置自体の強度も非常に高い必要があり、その重量は一般的には約１ｔ以上になり且つ大型となるため、装置の設置スペースも広く且つ重量に耐えうる必要がある。

又、研磨容器の重量が重いため、大型のモータを使用しても研磨容器の公転速度は最速でも百数十ｒｐｍ程度までしか得られない。更にこのような装置における研磨容器の自転運動は、公転運動に伴い研磨容器がそのままの状態を維持しようとするために発生するもので、公転速度と反対方向に同一速度の自転となっている。つまり、自転速度が公転速度に依存するため、公転速度に限界がある装置の加工能率の更なる向上も難しく、現状ではコンベックス加工に数十時間以上掛かっている。又、このような装置で水晶振動板をコンベックス加工する場合は、容器内に数千枚単位で水晶振動板を投入しなければならず、少量ロット時に対応が難しくなる。

この発明は、前記従来技術の課題を鑑みて成されたものであり、水晶振動板の主面の形状を、凸面状に形成するコンベックス加工方法において、平板状の水晶板主面上に凸面状のカバーを複数個形成又は配置する工程と、ドライエッチング加工又はブラスト加工により、複数個のカバーを主面上に形成又は配置した水晶板の主面を、このカバーを除去しつつ、カバーの凸面形状を転写又は相似したコンベックス形状に加工し、且つ前記したドライエッチング加工又はブラスト加工により、主面の形状がコンベックス形状に加工された水晶板を個々の水晶振動板に分割する工程とを備えたことを特徴とする水晶振動板のコンベックス加工方法である。

又、前記した凸面状カバーが形成又は配置される水晶板主面上の位置構成としては、この水晶板の表裏両主面上に、水晶板を挟んで相対する位置に形成又は配置された２つの該カバーを一組としたカバー組が複数組形成又は配置されていることを特徴とする前記記載の水晶振動板のコンベックス加工方法でもある。

このような水晶振動板のコンベックス加工方法を用いることにより、従来技術のような大規模な研磨設備の導入を回避でき、同一且つ簡易な設備で、少量品から大量品までの多様な水晶振動板のコンベックス加工に対応でき、更にその加工時間も研磨加工に比べ大幅に短縮することができる作用を成す。

因って、本発明に係わる加工方法を用いることにより、安価で生産性が良好なコンベックス形状の水晶振動板を提供できる効果を奏する。

以下に、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明における水晶振動板のコンベックス加工方法の概略を例示した工程図である。図２は、図１に開示の工程（ｂ）における水晶板及びカバーの形態を示した部分平面図である。尚、図１及び図２において、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。

即ち、図１（ａ）において、後の工程においてコンベックス形状を表裏両主面に形成する複数の水晶振動板を取る平板状の水晶板１１を形成する。この水晶板１１の表裏両主面はラッピング又はポリッシングにより所望の厚みに平面研磨されており、表裏主面は純水等により洗浄されている。

次に、図１（ｂ）の工程において、この水晶板１１の表裏両主面上の水晶振動板を形成予定の各々の位置に、凸面形状を成したカバー１２を、水晶板１１を挟んで相対する位置にそれぞれ形成する。このカバー１２は水晶板１１の表裏主面上に複数形成されている。図２には、水晶板１１の両主面にカバー１２を形成した形態を、一方の主面側から見た部分平面図を示した。

このカバー１２の形成方法としては、カバー１２の素材を水晶と同一条件でエッチングされるレジスト材として、所望の厚みで水晶板１１の表裏両主面上にコーティングしレジスト膜を形成した後で、水晶振動板を形成する各々の中心位置から水晶振動板の周辺縁部が形成される位置に向かって、露光強度をレンズ及び／又はフィルタで変化させた電磁波を照射して、レジスト膜内に感光の有無による凸面状の露光境界域を形成し、露光したレジスト膜を現像する。すると、露光が弱い中心が厚く、露光が強い周辺縁部に向かって徐々にレジスト膜が薄くなる、表面の形状が所望の凸面状となっているレジスト材によるカバー１２が水晶板１１の表裏主面上に複数個形成された状態となる。

また他のカバー１２の水晶板１１への形成方法としては、別工程により所望の形状に加工された個々のカバー１２を、水晶板１１の所望の位置に各々貼り付けて配置する方法、又は、水晶板１１の主面上のカバー１２を形成したくない部分について、マスク等をかけてカバー１２とするレジスト材が塗布されないようにして、その後所定の位置に塗布するレジスト材の粘度や表面張力を調整することで、塗布後のレジスト材の形状が所望の凸面状とすることで、水晶板１１の主面上にカバー１２を形成する方法を用いる。

次に、表面形状が凸面状になっているカバー１２が相対して複数組形成された水晶板１１をドライエッチングする。このドライエッチングで水晶板表裏主面上に形成したカバー１２はエッチングされ消滅する。同時にカバー１２の厚みの厚さに応じて水晶板１１の表裏両主面もエッチングされる。即ち、水晶板１１の水晶振動板の周辺端部となる部分はカバー１２の厚みが薄いため水晶板１１自体のエッチング量が多くなり、水晶振動版の中心となる部分の水晶板１１はカバー１２の厚みが厚いため水晶板１１のエッチング量は少なくなるため、水晶板１１の主面はカバー１２の凸面形状を転写したコンベックス形状となる。

尚、上記実施例では、エッチングレートが水晶とほぼ同じ場合のカバー１２を使用した場合を開示したが、水晶と異なるエッチングレートのカバー１２を用いる場合は、エッチング後に水晶板主面形状が所望のコンベックス形状となるように、カバー１２の配置位置や凸面形状を、エッチングレートの差異を考慮した水晶板主面の最終コンベックス形状とは異なる形状にしなければならない。又、水晶板１１の表裏主面上に形成したカバー１２は、主面上に各々ある一定の間隔を形成して配置されているので、この間隔部分の水晶板１１はエッチングにより除去されるので、水晶板１１はエッチング後に個々の水晶振動板１３に分離される。

上記実施例では、エッチング加工のみにより水晶板から所望の外形形状の個々の水晶振動板を得る方法を開示したが、矩形状などの他の外形形状の水晶振動板やエッチング量が少ない場合の水晶振動板を製造する場合では、エッチングのみで水晶板から複数の水晶振動板を形成する（個々に分離する）ことは難しい場合がある。その場合は、ダイシング等によりエッチング後の水晶板を切断し、所望の外形形状の複数の水晶振動板を得る。以上の工程により、表裏主面の形状が、カバー１２の凸面の形状を転写又は相似した形状にエッチングされたコンベックス形状の水晶振動板１３が同時に複数個形成される。

尚、上記実施例ではドライエッチングを例示して説明を行ったが、ウエットエッチングを用いた場合では、水晶板１１上に低融点ガラス製の凸面形状のカバー１２を形成し、フッ酸又はフッ化アンモニウム水溶液にてエッチングし、ドライエッチングと同様にカバー１２の凸面形状を水晶板１１の水晶振動板形成位置に転写して水晶振動板１３を形成する方法が用いられる。又、エッチング加工の代わりにブラスト加工を用いた場合でも、本発明の作用効果は、開示した実施例と同じ作用効果を奏することができる。

更に、上記実施例では水晶板の表裏両主面にコンベックス加工を施す方法を開示したが、勿論水晶板の表裏主面のうち、どちらか一方の主面のみにコンベックス加工を施す場合にも、一方の主面のみ全面をカバーで覆うことにより、本発明の加工方法を用いて水晶振動板の一方の主面のみをコンベックス形状に加工することができる。

図１は、本発明における水晶板のコンベックス加工方法の概略を示した工程図である。 図２は、図１の工程（ｂ）における水晶板及びカバーの一形態を示した部分平面図である。 図３はコンベックス加工を施した水晶振動板の一形態あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）記載の切断線Ａ１−Ａ２で切断した状態を示した断面図である。

符号の説明

１１，水晶板
１２，カバー
１３，水晶振動板

Claims (2)

1. 複数の水晶振動板の主面の形状を、凸面状に形成するコンベックス加工方法において、
   水晶板主面上に凸面形状のカバーを複数個形成又は配置する工程と、
   ドライエッチング加工又はブラスト加工により、複数個の該カバーを主面上に形成又は配置した該水晶板の主面を、該カバーを除去しつつ、該カバーの凸面形状を転写又は相似したコンベックス形状に加工し、且つ該ドライエッチング加工又は該ブラスト加工により、主面形状がコンベックス形状に加工された水晶板を個々の水晶振動板に分割する工程と
   を備えたことを特徴とする水晶振動板のコンベックス加工方法。
2. 該水晶板の主面上に形成又は配置される該カバーの位置構成として、該水晶板の表裏両主面上に、該水晶板を挟んで相対する位置に配置された２つの該カバーを一組としたカバー組が複数組形成又は配置されていることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板のコンベックス加工方法。

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