JP4673525B2

JP4673525B2 - 圧電素板片の湿式の表面改質加工方法

Info

Publication number: JP4673525B2
Application number: JP2001299833A
Authority: JP
Inventors: 章伊藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003110387A

Description

【０００１】
本発明は、主に水晶振動子などの圧電素板片の表面粗さ状態の改善を湿式のベベリング加工方法により実現する際に使用する湿式のベベリング加工方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主に水晶振動子などの製品の圧電素板片は、遊離砥粒を用いた両面ラッピング機により、所望の周波数まで砂目加工や鏡面加工を行い、更に必要に応じて化学的エッチング加工を行っていた。この時、遊離砥粒に使用される研磨材の種類や研磨材の粗さを示す番手は、製造する圧電素板片の周波数が高いほど表面粗さが小さい、即ち研磨材の粒子が細かいものが選定される。
【０００３】
これは、厚みすべり系の振動モードでは、圧電素板片の表面粗さが細かいほど、電気的Q値が優れ大きいからである。しかしながら、表面粗さを細かくするには、段階的に研磨材を細かくして行く必要がある為、非常に手間が掛かりその為、加工費用と製品のCI（クリスタルインピーダンス）値などの必要な特性とを勘案して工程設計をするのが一般的であった。
【０００４】
砂目加工の場合、定盤と圧電素板片の間に介在して加工作用を成す研磨材は、圧電素板片に対して定盤の相対速度が速い方向から入り反対方向に抜け、反加工作用により研磨材は徐々に摩滅する。この為、定盤に溝を持たせるなどの加工を行い、圧電素板片両面の全面にわたり研磨材の分布が均質になるような手段が用いられている。しかしながら、研磨材が細かく、圧電素板片がある程度以上の大きさである場合、前述の研磨材の分布を均質に保ち、粗さの均質を保つことは困難なのが現実である。
【０００５】
また、鏡面加工の場合では、研磨材として酸化セリウムなどを使用し、定盤の上に設置するパッドにはスエードパッドなどを使用する為、圧電素板片の全面の表面粗さが均質な鏡面は得られやすいが、研磨抵抗が大きい為、薄い圧電素板片を扱う薄物加工では、割れなどの破損が発生して歩留まりの低下の原因となっている。加えて、鏡面加工の場合には、研磨材が細かい為、加工レートが低く、研磨機械を運転する時間が長くなり、その結果加工費用が掛かってしまうという問題が発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、要求される製品のCI値などの特性を満足させる為には、製品周波数において必要とする表面粗さの細かさを最小限の加工費用でばらつきなく生産することが望まれている。
【０００７】
特に、最近は振動子や発振器の小型化、高周波化の要求が激しく、使用される圧電素板片のべべリングの対象周波数も高周波化する必要がある。同時に圧電素板片の表面粗さをより細かく改善し、製品のＣＩ値を改善する必要がある。しかしながら自転バレル方式、遠心バレル方式のいずれのべべリング加工方法によっても、圧電素板片の表面粗さの均質化は図れるが、両面ラッピング機による砂目加工と比較して、圧電素板片表面をより細かく、または鏡面状態にすることは困難であった。
【０００８】
具体的には、自転バレル方式の場合、研磨材粒度がある程度細かくなると、湿度の影響を受けやすくなり、加工容器内で圧電素板片の滑らかな加工運動が行われず、その加工レートも低くなり実用性がなくなる。仮に、適度な加工レートを確保するように設定すると、加工容器の回転と共に、容器の内部において持ち上がった圧電素板片が上方より落下し、その衝撃で表面加工が成されるため、研磨材砂目を細かくしても効果が得られない。従がって、べべリング加工により希望する形状に圧電素板片を加工することは出来ても、その表面粗さは加工前と比較して悪化することが一般的であった。
【０００９】
また、べべリング加工を行わない圧電素板片においても、両面ラッピング機で加工された素材を、その後、小片加工を行うことで量産性を実現しており、この為に均質な表面粗さを得ることが困難であり、製品のCI値などの特性値のばらつき発生の原因となっているのが現実である。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するもので、小片化された圧電素板片を事前のべべリング加工の有無に関わらず、加工費用が少なく、加工する圧電素板片の表面粗さが細かく、その均質性を向上することにより製品のCI値などの特性を大幅に改善するものである。
【００１１】
加工対象の圧電素板片が、本発明による加工の前にベベリング加工されているかいないかに関わらず、圧電素板片の表面粗さをベベリングにより加工する方法を以下に提案する。
【００１２】
乾式ベベリング加工法では、加工能率が良い反面、研磨材が僅かに緩衝材として働くものの、実際には圧電素板片同士や金属製の加工容器の内壁とのぶつかりの衝撃が大きく、その表面粗さの改善は困難である。一方、湿式ベベリング加工法では、水などの溶液中に加工対象となる圧電素板片、研磨材、メディアなどを加工容器に入れて加工を行うが、溶液中の加工である為に浮力が働き、圧電素板片とのぶつかりの衝撃は緩和される。また、界面活性剤を添加することにより、圧電素板片との摩擦抵抗を低く抑えることで、ひっかき傷などの線状傷の発生を抑制出来る。同じく加工容器の内壁と圧電素板片との摩擦抵抗を低減させる為に、加工容器の内壁に金属材料ではなくプラスチックなどの高分子材料を用いる。また、加工レートを高めるために、加工圧が得られやすくその表面状態が良いセラミックなどの不定形メディアを加える。球状のセラミックのメディアを使用した場合では、圧電素板片の表面に、球状のメディアの規則的な整列により圧電素板片の表面に応力が加わる部分に偏りが生じ、圧電素板片の表面に筋状の凹みが生じるといった不具合を発生してしまう。この様な条件において、加工容器中の材料が上方から落下しない程度の回転速度で加工することにより、その表面粗さは均質で細かいものに改善される。但し、コンベックスなどの形状加工が必要な場合には、予め乾式ベベリング加工で必要な形状となるように対象の圧電素板片に加工を行った上で、本発明によるところのベベリング加工を施すことが効率的である。
【００１３】
【本発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を説明する。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。
【００１４】
８０Rの円筒形の加工容器の内壁に金属材料ではなくプラスチックなどの高分子材料が用いられた加工容器に、必要な場合予め乾式ベベリング加工法によりベベリング加工がされ、化学的エッチングによって圧電素板片の表面加工層が除去され、かつ周波数が精度良く調整された圧電素板片と＃１２程度の不定形のアルミナを主体とするメディアと、研磨材として酸化クロム、及び界面活性剤を容器に投入し、水で容器を満たす。これを自転バレル方式ベベリング加工装置にて１１０ｒｐｍで回転させ、圧電素板片表面の粗さが希望の表面粗さになるまで装置を稼動させる。
【００１５】
先に述べた本発明の加工で、基本周波数５．６６６MHzの場合、サードオーバトーンで１７MHz程度の8.2ｍｍ×2.0ｍｍサイズの圧電素板片の加工前後での共振波形測定において、基本波で３ｄＢ、オーバートーンで２ｄＢ程度の改善を実現出来た。また、基本周波数が１９．２ＭＨｚの4.0ｍｍ×1.81ｍｍサイズの圧電素板片の加工前後での共振波形測定において、オーバトーンで5.8ｄＢ程度の改善を実現出来た。この様な、振動子の素材である圧電素板片の共振レベルの改善は、製品のＣＩ値の特性改善に結びつくことは明らかである。実際、本加工後の圧電素板片表面の状態は、圧電素板片表面粗さがより細かく、鏡面状態にすることを実現した。
【００１６】
これらの変化は、本発明の目的である圧電素板片の表面粗さの改善の結果によるものである。図１は加工前の圧電素板片表面等高線図、図２は加工後の圧電素板片表面等高線図である。これらの図のように、表面形状を等高線図状で表しても、加工前と加工後の図を比較することにより、本発明によるベベリング加工方法によって圧電素板片の表面の凸凹が改善されていることが判る。加工前の等高線図では等高線がはっきりしておらず、まばらであったのが加工後の等高線図では、等高線がまばらでなく、はっきりとしていることからも、圧電素板片の表面の凸凹が改善されていることが判る。また、本発明のベベリング加工方法により、図３（ａ）に示す圧電素板片の平面図の断面端部に図３（ｂ）にあるように、本発明のベベリング加工方法の後、全く鋭角部のない丸部がつき、かつその圧電素板片の表面粗さＲａが0.1マイクロメートル以下となる。従来の加工方法では図３（ｃ）のように圧電素板片の断面端部に鋭角部が残るのが一般的である。実用的な両面ラッピング機による番手が＃4000までであり、このラッピング加工で得られる表面粗さＲａは0.08マイクロメートル程度であることから、同程度以上の表面粗さが本発明のベベリング加工方法により得られた。また、圧電素板片はその外形寸法により不要な振動モードと結合することがあるが、本発明のベベリング加工方法においては外形寸法の変化は殆ど無い為、容易に従来の設計寸法の圧電素板片を本発明のベベリング加工方法に移行することが可能である。
【００１７】
本発明のベベリング加工方法後の圧電素板片表面の状態を、事前のベベリング加工の有無に関わらず、圧電素板片表面粗さがより細かく、結果として鏡面状態に至るような表面改質を実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明加工前の圧電素板片表面等高線図である。
【図２】本発明加工後の圧電素板片表面等高線図である。
【図３】（ａ）圧電素板片の平面図である。
（ｂ）本発明加工後の圧電素板片の断面拡大図である。
（ｃ）従来の加工による圧電素板片の断面拡大図である。

Claims

加工容器を使用する圧電素板片の湿式のベベリング加工方法において、
該加工容器の内壁がプラスチックで構成された加工容器に、該圧電素板片と共に加工補助材料としてセラミック系の不定形メディアと、研磨材と、水と、該水とは異なる、添加剤として該圧電素板同士の摩擦抵抗を低く抑える界面活性剤を加えて加工することを特徴とする圧電素板片の湿式のベベリング加工方法。