JP4260761B2 - 円板形状水晶素板の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、円板形状水晶素板の製造方法に関し、特に生産性に優れた円板形状の水晶素板の製造方法に関する。

電子機器のタイミングデバイスとして、水晶素板に励振用電極を形成した水晶振動素子を内蔵した水晶振動子や水晶発振器が多々使用されている。特に移動通信機器等の基地局などには基準信号の発振源として、発振周波数の経時変化や温度による周波数変化を著しく低くした恒温槽付水晶発振器（以下ＯＣＸＯという）が使用されており、このＯＣＸＯには、外形形状による周波数特性への影響が比較的小さく、発振周波数の安定度が高い円板形状の水晶素板を使用した水晶振動子が使用されている。

一般的に円板形状の水晶素板の製造方法としては、水熱合成法により育成した人工水晶より、その人工水晶を各結晶軸に対し所定のカットアングルで板状に切断して、所望する振動モードを主励振できる母水晶板を作成する。この母基板を更に切断及び厚み研磨加工等を施し、概略正方形の主面形状を有する複数枚の水晶板を作成する。次に、この水晶板を、一枚ずつ接合材を主面間に介して接合し所定の長さの四角柱状の水晶積層体を作成する。

次にこの水晶積層体の両端部に、この水晶積層体を個々の水晶板の主面中心を軸として回転させるための回転軸体を接合する。次に回転軸体を接合した水晶積層体を丸目加工機に設置し、回転軸体に軸方向に垂直な回転運動させることにより水晶積層体を回転させる。この回転している水晶積層体の側面にダイヤホイール等の研削加工治具を当接し、水晶積層体の側面を丸目加工を施し、円柱形状の水晶積層体に加工する。次に、この円柱形状の水晶積層体を接合材を除去することで個々の水晶板に分離し洗浄することにより、外形が円板形状の水晶素板を得ている。

尚、前述したような円板形状の水晶素板の製造方法については、以下のような先行技術文献が開示されている。

滝貞男監修、「人工水晶とその電気的応用」、日刊工業新聞社発行、昭和４９年５月３０日発行、ｐ．９６〜９８

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。

しかし、前述したように、従来の円板形状の水晶素板を製造する方法は、工程数が非常に多く水晶素板を製造するのに長時間の時間が必要となってしまう。又、人工水晶から円板形状の水晶素板を形成する際に、工程中に何度も切断、研削及び研磨加工を繰り返し行うために、それぞれの加工工程における削り代が必要となってしまい、人工水晶に対する水晶素板の取得歩留まりが著しく悪いことが問題となっている。

本発明は、前記課題を鑑み、その解決のために成されたものであり、外形が円板形状の水晶素板の製造方法において、人工水晶より、主面がこの人工水晶の結晶軸に対し所望する角度の直交方向となるように切断加工され、且つこの主面が所望の形状に研磨加工された母水晶体を形成する工程と、この母水晶体の主面からこの主面の直交方向に向かって、カップホイールを備えた研削加工治具にて複数個の円柱形状水晶体を研削し取得する工程と、研削加工治具にて研削し取得した円柱形状水晶体を、所望の厚みで切断し、円板形状の水晶素板を複数形成する工程とを具備することを特徴とする円板形状水晶素板の製造方法である。

又、上記カップホイールの内壁加工面にはダイヤモンド砥粒が電着形成されていることを特徴とする請求項１記載の円板形状水晶素板の製造方法でもある。

このような円板形状水晶素板の製造方法を用いることにより、人工水晶から円板形状水晶素板を得るまでの製造工程数を大幅に削減でき、円板形状水晶素板を短時間で製造できる。又、人工水晶から円板形状の水晶素板を形成する工程中の切断、研削及び研磨加工工程が従来に比べ少ないので、加工工程で必要とする削り代を少なくできるので、人工水晶に対する水晶素板の取得歩留まりを非常に高くすることができる。

又、所望するカットアングルの設定は、人工水晶から形成される母水晶体において設定できるので、同一のカットアングルの水晶素板を一度に多数作成でき、且つカットアングルを測定検査する工程を削減することができる。

これら作用により、製造時間が短く、製造コストが安価であり且つ加工の精度品質が良好な円板形状水晶素板を提供することが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円板形状水晶素板の製造方法を示した工程図である。図２は、本発明に使用する研削加工治具のうちカップホイール部分の一形態を示した断面図である。尚、各図において説明を明りょうにするため部品や構造体の一部を図示していない。又、図面内の各寸法も一部誇張して図示しており、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。

即ち、まず図１（ａ）において、人工水晶（図示しない）より、この人工水晶の各結晶軸に対する所望の角度（例えば、厚みすべり振動を主振動とするならばＡＴカット）が、主面に対し直行方向とするように切断加工され、且つ表面を矩形形状に研磨加工された一塊の母水晶体１を形成する。

次に、図１（ｂ）において、母水晶体１の一方の主面上に、研削加工治具（図示しない）に中心軸３を介して接続したカップホイール２を配置する。図２は研削加工治具のうちカップホイール２部分を図示したものである。カップホイール２の先端部には母水晶体１を研削する研削刃が形成されており、特にカップホイール内の壁面にはダイヤモンド砥粒４が、カップホイール２先端方向からカップ終端方向に向かって砥粒径が細かくなるように（図２ではダイヤモンド砥粒の大きさは４ａ＞４ｂ＞４ｃとなっている）多段に形成されている。このような形態のカップホイール２を使用することにより、次工程における円柱形状水晶体５の形成時に、その円柱形状水晶体５の各寸法や側面の面精度を向上することができる。

次に、図１（ｃ）において、カップホイール２を設けた研削加工治具により、母水晶体１を超音波研削加工して、母水晶体１より図１（ｄ）のような複数個の円柱形状水晶体５を形成する。このカップホイール２に接続した中心軸３に圧電コンバータ等により発生させた超音波振動を、中心軸３を介してカップホイール２に伝える。カップホイール２の水晶接触面には加工砥粒が付着されており、その加工砥粒が母水晶体１に微細且つ高速に打ち付けられることにより研削し、カップホイール２の水晶接触面の円形状を主面形状とする円柱形状水晶体５を形成することができる。母水晶体１主面における円柱形状水晶体５の形成位置は、取得する円柱形状水晶体５の外形にキズやカケを生じない程度で、最も円柱形状水晶体５の個数が多く取れるような位置とする。

次に、図１（ｅ）において、形成した円柱形状水晶体５を所望する厚みで円形の主面に平行に切断し、複数個の円板形状水晶素板６を形成する。所望する水晶素板の振動モードが厚みすべり振動モードの場合、水晶素板の励振周波数は水晶素板の厚みに概略比例するので、必要とする励振周波数に対応した厚みで切断する。尚、母水晶体１は、その主面が所望のカットアングルとなるように人工水晶より形成しているので、円柱形状水晶体５から形成したすべての円板形状水晶素板６のカットアングルも誤差が無くすべて同アングルで形成できる。その後水晶素板を洗浄し、必要ならば主面に研磨加工を施すことで水晶素板を完成させる。

尚、上記実施例では、人工水晶より切り出した母水晶体１より円柱形状水晶体５を形成する形態を開示したが、人工水晶の主面角度が所望する水晶素板の角度と同じであれば、人工水晶の表面をランバード加工したものから直接円柱形状水晶体を形成する工程を備えても良い。

又、上記実施例ではカップホイール２の形態としてカップホイール内壁面にダイヤモンド砥粒を形成したものを開示しているが、本発明は上記実施例に開示の形態に限定するものではなく、他にセリアやシリカ等の材質の砥粒を形成しても構わない。

図１は、本発明における円板形状水晶素板の製造方法の概略を示した工程図である。 図２は、本発明に使用する研削加工治具のうちカップホイール部分の一形態を示した断面図である。

符号の説明

１・・・母水晶体
２・・・カップホイール
３・・・研削加工治具
４、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・ダイヤモンド砥粒
５・・・円柱形状水晶体
６・・・円板形状水晶素板

Claims (2)

1. 外形が円板形状の水晶素板の製造方法において、
   人工水晶より、主面が該人工水晶の結晶軸に対し所望する角度の直交方向となるように切断加工され、且つ該主面が所望の形状に研磨加工された母水晶体を形成する工程と、
   該母水晶体の該主面から該主面の直交方向に向かって、カップホイールを備えた研削加工治具にて複数個の円柱形状水晶体を研削し取得する工程と、
   該研削加工治具にて研削し取得した円柱形状水晶体を、所望の厚みで切断し、円板形状の水晶素板を複数形成する工程と
   を具備することを特徴とする円板形状水晶素板の製造方法。
2. 該カップホイールの内壁加工面にはダイヤモンド砥粒が電着形成されていることを特徴とする請求項１記載の円板形状水晶素板の製造方法。

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