JP4766544B2 - 水晶振動子の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子の製造方法および水晶振動子の製造装置に関する。

従来、水晶振動子としては、水晶からなる水晶振動子片に形成されたパターン電極にインナーリード線を接続した状態で、水晶振動子片を缶によって真空状態に密封する構造のものがある。

上述の水晶振動子片とインナーリード線とを接合する方法としては、インナーリード線の表面に塗布された半田を外部から加える赤外線または熱風によって加熱して溶融させ、この溶融した半田によってインナーリード線と水晶振動子片のパターン電極とを接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、赤外線や熱風の代わりに熱源としてアーク溶接を用いる方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−２７０９６５号公報 特開２０００−１９００６８号公報

しかしながら、上述の特許文献１で開示された接合方法を小型の水晶振動子に適用する場合には、水晶振動子片に設けたパターン電極やリードが極めて小さいために熱容量が小さくなることから、周辺部に熱が逃げてしまい、効率的に接合することができない不都合があった。これを回避するためには、周辺部分も含めて予備加熱をすることが必要となり、接合に要する時間が長くなるという不都合が考えられた。また、広い範囲にわたって加熱するため、本来加熱不要な部分をも加熱することになって、無駄が多く、また、水晶振動子片の熱による破損等の問題が生じる可能性もあった。

また、赤外線や熱風によって半田を溶融させて接合する場合に、接合される水晶振動子片のパターン電極とインナーリード線の端部とを相互に接触状態に配しておくことが必要となる。しかしながら、インナーリード線の端部を高い精度で整形することは困難であるため、インナーリード線に外カを加えて水晶振動子片のパターン電極に押し付けた状態で半田を溶融させる必要があった。
この場合には、外力により水晶振動子片のパターン電極に押し付けられたインナーリード線に内部応力が発生し、外力を解除されたときにその内部に残留する応カを消滅させるようにインナーリード線が変形する可能性があった。インナーリード線が変形すると、水晶振動子片の角度が変化するため、位置精度にバラツキを生じ、場合によって、水晶振動子片を密封する缶の内壁に接触してしまう不都合があった。

上述の特許文献２で開示されているようにアーク溶接を熱源として用いる接合方法は、上述の特許文献１とは異なり、短時間に狭い範囲のみを加熱することができるという利点があった。
しかしながら、水晶振動子の小型化が進むと、インナーリード間およびパターン電極間の間隔が（従来の約０．３ｍｍよりもさらに）狭くなるため、トーチと接合を行なう所定の接合部以外の他の接合部との間にアークが発生する恐れがあった。すると、接合部の接合漏れや、不十分な接合などが発生する恐れがあり、接合部の品質が低下するという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、水晶振動子における接合部の品質向上を図るとともに、水晶振動子の生産性向上を図ることができる水晶振動子の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の参考例としての発明は、複数の電極を備える水晶振動子片と、複数のリードを支持するプラグとを相互に位置決め状態に支持し、前記電極の上方に前記リードの一端部を配し、一のリードにおける他端部を接地し、前記水晶振動子片および前記プラグを絶縁プレートにより覆った状態で、一のリードにおける一端部とトーチ電極との間でアークを発生させる水晶振動子の製造方法を提供する。

本発明によれば、一のリードにおける他端部を接地しているため、一のリードにおける一端部にトーチ電極を接近させることにより、上記一端部とトーチ電極との間でのみアークを発生させることができる。
そのため、例えば、複数のリード間隔が狭くなっても、接地されていない他のリードにおける一端部とトーチ電極との間でアークが発生することを防止でき、リードの一端部と上記電極との接合部の品質向上を図ることができる。また、リード間隔を狭くできるため、一のリードにおける一端部とトーチ電極との相対位置を変更する際の移動距離が短くでき、複数のリードを電極に接合するのに要する時間を短くできる。

上記発明においては、前記水晶振動子および前記プラグが複数配列されるとともに、前記複数のリードにおける一端部が所定直線上に配列され、前記トーチ電極と前記複数のリードにおける一端部とが前記所定直線に沿って相対移動しながら、前記一のリードにおける一端部にアークを発生させることが望ましい。

本発明によれば、複数の水晶振動子およびプラグが、上記一端部が所定直線上に配列されるように配置され、前記トーチ電極と前記複数のリードにおける一端部とが前記所定直線に沿って相対移動可能に配置されているため、複数の水晶振動子およびプラグの上記リードと上記電極とを一度に接合することができる。

上記発明においては、前記一のリードの隣には、接地されていない他のリードが少なくとも１つ配置されていることが望ましい。
本発明によれば、一のリードの隣に接地されていない他のリードが少なくとも１つ配置されているため、一のリードに隣接する他のリードとトーチ電極との間にアークが発生することを防止できる。
そのため、一のリードと、一のリードに隣接するリードとの間隔を狭め、より狭い領域でより多くのリードと電極とを接合できるようになり、水晶振動子の生産性を向上することができる。

上記発明においては、前記一のリードにおける他端部を接地する配線を前記他のリードにおける他端部に切り替えることにより、前記一のリードを前記他のリードとし、前記他のリードを前記一のリードとするが望ましい。
本発明によれば、一のリードにおける他端部を接地する配線を他のリードにおける他端部に切り替えることで、接地されていた一のリードを接地されていない他のリードとすることができ、接地されていなかった他のリードを接地された一のリードとすることができる。そのため、複数のリードの内、所定のリードを接地された一のリードとすることができる。

本発明の参考例としての発明は、複数の電極を備える水晶振動子片と、複数のリードを支持するプラグとの対を複数対相互に位置決め状態に支持する支持部と、前記複数のリードにおける他端部と電気的に接続されるとともに、一のリードを選択して接地させる接地部と、前記一のリードにおける一端部との間にアークを発生させるトーチ電極と、該トーチ電極に電流を供給するアーク溶接電源と、前記水晶振動子片および前記プラグを覆う絶縁プレートと、前記複数のリードの一端部の上方において、前記トーチ電極を移動させる駆動部と、前記接地部と、前記駆動部とを駆動制御する制御部と、を備える水晶振動子の製造装置を提供する。

本発明によれば、接地部により選択された一のリードにおける他端部が接地されるため、一のリードにおける一端部とトーチ電極との間でのみアークを発生させることができる。
支持部により複数対の水晶振動子片とプラグとが相互に位置決め状態に支持されるとともに、トーチ電極が駆動部により複数のリードにおける一端部の上方を移動されるため、複数対の水晶振動紙片とプラグとにおけるリードと電極とを接合することができる。
制御部が接地部と駆動部とを制御しているため、制御部は接地部と駆動部とを協調して駆動させることができる。そのため、より確実に一のリードにおける一端部とトーチ電極との間にアークを発生させることができる。
本発明は、複数の電極を備える水晶振動子片と、複数のリードを支持するプラグとの対を複数対相互に位置決め状態に支持する支持部と、前記複数のリードにおける他端部と電気的に接続されるとともに、一のリードを選択して接地させる接地部と、前記一のリードにおける一端部との間にアークを発生させるトーチ電極と、該トーチ電極に電流を供給するアーク溶接電源と、前記水晶振動子片および前記プラグを覆う絶縁プレートと、前記複数のリードの一端部の上方において、前記トーチ電極を移動させる駆動部と、前記接地部と、前記駆動部とを駆動制御する制御部と、を備え、支持部の表面が絶縁コーティングにより覆われている水晶振動子の製造装置を提供する。
上記発明においては、前記支持部が、前記水晶振動子片を挟んで前記電極との間に空間を形成する切欠を有することとしてもよい。
本発明は、複数の電極を備える水晶振動子片と、複数のリードを支持するプラグとの対を複数対相互に位置決め状態に支持する支持部と、前記複数のリードにおける他端部と電気的に接続されるとともに、一のリードを選択して接地させる接地部と、前記一のリードにおける一端部との間にアークを発生させるトーチ電極と、該トーチ電極に電流を供給するアーク溶接電源と、前記水晶振動子片および前記プラグを覆う絶縁プレートと、前記複数のリードの一端部の上方において、前記トーチ電極を移動させる駆動部と、前記接地部と、前記駆動部とを駆動制御する制御部と、を備え、前記支持部が、前記水晶振動子片を挟んで前記電極との間に空間を形成する切欠を有する水晶振動子の製造装置を提供する。

本発明の水晶振動子の製造装置によれば、一のリードにおける他端部を接地しているため、上記一端部とトーチ電極との間でのみアークを発生させることができ、水晶振動子における接合部の品質向上を図ることができるという効果を奏する。
また、接地されていない他のリードにおける一端部とトーチ電極との間でアークが発生することを防止できるため、一のリードにおける一端部とトーチ電極との相対位置を変更する際の移動距離が短くできる。そのため、複数のリードを電極に接合するのに要する時間を短くでき、水晶振動子の生産性向上を図ることができるという効果を奏する。

この発明の一実施形態に係る水晶振動子１の製造装置および製造方法について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、本発明の製造装置・製造方法により製造される水晶振動子１の構成を説明する概略図である。
本実施形態に係る製造方法により製造される水晶振動子１は、図１に示されるように、水晶振動子片２と、リード３と、該リード３を保持するプラグ４と、プラグ４に嵌合される缶部材５とを備えている。水晶振動子片２の表面には、該水晶振動子片２に電圧を加えるパターン電極６が設けられている。前記リード３の一端部３ａはこの水晶振動子片２のパターン電極６に接合されている。

前記プラグ４は円筒状の金属製の外筒４ａと、該外筒４ａ内に充填されたガラス部４ｂとを備えている。ガラス部４ｂにおいて、プラグ４は２本のリード３をその長さ方向の途中位置で所定間隔を空けた状態で支持している。前記缶部材５は、前記プラグ４の外筒４ａの外面に嵌合する円筒状に形成され、前記水晶振動子片２との間に微小隙間を空けて収容することができるようになっている。缶部材５は、真空雰囲気内においてプラグ４に嵌合された状態でプラグ４と接着され、内部を真空状態に維持することができるようになっている。

次に、水晶振動子１を製造する製造装置の構成について説明する。
図２は、図１の水晶振動子の製造装置の概略構成を説明する模式図である。図３は、図２の製造装置を側面からみた構成を説明する模式図である。
水晶振動子製造装置３０は、図２および図３に示すように、絶縁材料からなるベース７上に固定された水晶振動子片２およびプラグ４を支持する位置決め治具（支持部）８，９と、複数のリード３における他端部３ｂと電気的に接続されるとともに所定のリード（一のリード）３を選択して接地させる接地部１５と、所定のリード３における一端部３ａとの間にアークを発生させるトーチ電極１１と、トーチ電極１１に電流を供給するアーク溶接電源１２と、複数のリード３の一端部３ａの上方において、トーチ電極１１を移動させる駆動部１７と、接地部１５および駆動部１７を駆動制御する制御部１９と、から概略構成されている。

位置決め治具８，９には、水晶振動子片２とプラグ４とをそれぞれ位置決め状態に嵌め込む凹部８ａ，９ａが形成されている。凹部８ａ，９ａは、水晶振動子片２のパターン電極６とプラグ４のリード３における一端部３ａとの接合部が所定直線Ｌ上に並ぶように形成されている。平板状の水晶振動子片２を嵌め込む凹部８aは、水晶振動子片２の輪郭形状と同等の一定の深さ寸法を有する方形の凹部８aであり、プラグ４を嵌め込む凹部９ａは、円柱状のプラグ４を上方から嵌め込むように底面が円筒内面の溝状に形成されている。

位置決め治具８，９は、例えば、硬度の高い焼き入れ鋼等の金属により構成され、その表面が絶縁コーティング８ｂ，９ｂにより覆われていることが望ましい。なお、これに代えて、セラミックス材料により構成してもよい。
また、水晶振動子片２を支持する位置決め治具８の凹部８ａには、リード３を接合するパターン電極６（図１および図４参照）が配置されている部分近傍に切欠８ｃが設けられている。したがって、この部分における水晶振動子片２は位置決め治具８から浮いた状態に支持されている。

本実施形態に係る製造方法においては、このようにして水晶振動子片２とプラグ４とが位置決め状態に固定されたときに、プラグ４に支持されているリード３の一端部3ａが水晶振動子片２のパターン電極６の上方に配されるように設定される。このとき、リード３の一端部3ａとパターン電極６とは、応力なく接触している状態が望ましい。また、リード３の一端部3ａの表面には半田（図示略）がコーティングされている。

接地部１５には、図２において、右側のリード３の他端部３ｂと電気的に接続された配線２１Ｒと、左側のリード３の他端部３ｂと電気的に接続された配線２１Ｌと、接地されたアース配線２３と、配線２１Ｒまたは配線２１Ｌとアース配線２３との接続を切り替えるアース切替部２５と、から概略構成されている。
アース切替部２５は、制御部１９から入力される切り替え信号に基づいて、配線２１Ｒまたは配線２１Ｌとアース配線２３との接続を切り替えられるように構成されている。

駆動部１７は、トーチ電極１１を所定直線Ｌに沿って移動可能とするように構成されており、制御部１９から入力される移動信号に基づいて、トーチ電極１１を移動制御できるように構成されている。

このように構成される水晶振動子１は、以下に説明する製造装置により製造される。
図４は、図１の水晶振動子１の製造過程を説明する分解図である。
まず、図４に示されるように、まず、水晶振動子片２に設けられたパターン電極６と、プラグ４によって支持されたリード３の一端部３ａとを接合する。
水晶振動子片２のパターン電極６とリード３との接合は、以下の通りに行う。すなわち、図２から図３に示されるように、絶縁材料からなるベース７上に固定した位置決め治具８，９に、水晶振動子片２とプラグ４とをそれぞれ位置決め状態に固定する。

このようにして水晶振動子片２とプラグ４とが位置決め状態に固定されたときに、プラグ４に支持されているリード３の一端部3ａが水晶振動子片２のパターン電極６の上方に配されるように設定される。このとき、リード３の一端部3ａとパターン電極６とは、リード３の一端部３ａに応力が発生しない状態で接触していることが望ましい。また、リード３の一端部3ａの表面には半田（図示略）がコーティングされている。

そして、図２に示されるように、右側のリード３における他端部３ｂを配線２１Ｒと接続し、左側のリード３における他端部３ｂを配線２１Ｌと接続する。
制御部１９は、例えば、アース切替部２５に対して配線２１Ｒとアース切替部２５とを接続させる切り替え信号を出力することで、右側のリード３を接地させる。同時に、制御部１９は、駆動部１７に対して制御信号を出力して、トーチ電極１１が右側のリード３における一端部３ａの上方に位置するように駆動部１７を制御する。

そして、水晶振動子片２およびプラグ４の上面を絶縁プレート１０によって覆った状態で、リード３の一端部３ａにトーチ電極１１を近接させて、アーク溶接電源１２からトーチ電極１１に電流を供給し、トーチ電極１１とリード３の一端部３ａとの間にアーク１３を発生させる。これにより、アーク熱によってリード３表面の半田およびリード３の一端部３ａ自体が溶融し、図３に示すように、リード３の一端部３ａと水晶振動子片２のパターン電極６とが接合される。

１つのリード３とパターン電極６とを接合すると、次に、制御部１９は、トーチ電極１１を、配線２１Ｌと接続された左側のリード３を飛ばし、その隣にある配線２１Ｒと接続された右側のリード３における一端部３ａの上方へ移動させる。そして、上述と同様に、トーチ電極１１と一端部３ａとの間でアークを発生させて、リード３とパターン電極６とを接合させる。この動作を繰り返すことにより、配線２１Ｒと接続された全てのリード３をパターン電極６に接合させる。

配線２１Ｒと接続された全てのリード３がパターン電極６に接合されると、制御部１９は、アース切替部２５に対して切り替え信号を出力し、配線２１Ｒとアース配線２３との接続を配線２１Ｌとアース配線２３との接続に切り替えさせる。
その後は、上述と同様に、配線２１Ｌと接続されたリード３とパターン電極６とを接合させる。

すなわち、本実施形態に係る水晶振動子１の製造方法によれば、所定のリード３における他端部３ｂを接地しているため、所定のリード３における一端部３ａにトーチ電極１１を接近させることにより、一端部３ａとトーチ電極１１との間でのみアークを発生させることができる。
そのため、複数のリード３間隔が狭くなっても、接地されていない他のリード３における一端部３ａとトーチ電極１１との間でアークが発生することを防止でき、リード３の一端部３ａとパターン電極６との接合部の品質向上を図ることができる。また、リード３間隔を狭くできるため、トーチ電極１１の移動距離が短くでき、複数のリード３をパターン電極６に接合するのに要する時間を短くできる。

複数の水晶振動子片２およびプラグ４が、リード３の一端部３ａが所定直線Ｌ上に配列されるように配置され、トーチ電極１１が所定直線Ｌに沿って移動可能に配置されているため、複数の水晶振動子およびプラグ４のリード３とパターン電極６とを一度に接合することができる。

接地されたリード３の隣に接地されていない他のリード３が配置されているため、接地されたリード３に隣接配置された他のリード３とトーチ電極１１との間にアークが発生することを防止できる。
そのため、接地されたリード３と、接地されたリード３に隣接する接地されていないリード３との間隔を狭め、より狭い領域でより多くのリード３とパターン電極６とを接合できるようになり、水晶振動子１の生産性を向上することができる。

また、接地されたリード３と接地されていないリード３とを同数とし、接地されたリード３の全てをパターン電極６に接合した後に、アース切替部２５を切り替え、残りのリード３をパターン電極６に接合するため、アース切替部２５の切り替え回数を減らすことができる。そのため、アース切替部２５の消耗を減らすことができ、水晶振動子製造装置の長寿命化を図ることができる。

リード３表面の半田および一端部３ａ自体を溶融させてパターン電極６に接合するので、外力によってリード３とパターン電極６とを押圧状態に保持して接合する従来の方法とは異なり、接合時にリード３およびパターン電極６のいずれにも内部応力が発生しない。したがって、接合後にプラグ４および水晶振動子片２の位置決め状態を解除したときに、残留応力によってリード３が湾曲することがなく、位置決め状態のまま、高い位置精度でプラグ４と水晶振動子片２とが固定されることになる。特に、リード３の一端部３ａの表面に設けた半田によって、より確実にリード３とパターン電極６とが接合される。

この場合において、各位置決め治具８，９の表面に絶縁コーティング８ｂ，９ｂが施されているので、アーク１３がリード３の一端部３ａ以外の部位との間に発生することを防止できる。さらに、水晶振動子片２を位置決め状態に固定する位置決め治具８の凹部８ａに切欠８ｃが設けられ、アーク１３の発生位置近傍から導電性材料が遠ざけられているので、リード３の一端部３ａ以外との間のアーク１３の発生をより効果的に防止できる。

また、水晶振動子片２およびプラグ４が絶縁プレート１０によって覆われているので、水晶振動子片２およびプラグ４にトーチ電極１１からアーク１３が放電することを防止できる。また、リード３および半田の溶融時、パターン電極６との接合時に発生するガスやカーボンが水晶振動子片２に付着することがないように保護される。したがって、アーク溶接時に水晶振動子片２の品質低下を防止することができる。

このようにして、水晶振動子片２とプラグ４とが高い位置精度で接合された後に、この組立体と缶部材５とを真空雰囲気内において組み立てる。図４に示されるように、水晶振動子片２の先端から缶部材５を被せてプラグ４と缶部材５とを巌合させ両者を接着する。これにより、缶部材５とプラグ４とによって囲まれた空間が真空状態とされた水晶振動子１が製造されることになる。

この場合において、本実施形態に係る製造方法によれば、水晶振動子片２とプラグ４との組立体が、位置精度よく接合されているので、水晶振動子片２と、該水晶振動子片２に被せられる缶部材５の内面とが接触することを防止できる。したがって、水晶振動子片２と缶部材５の内面との隙間を必要最小限の隙間として、缶部材５を小型化することができる。また、小型化された缶部材５によっても、水晶振動子片２と缶部材５の内面とが接触する不良品の発生を防止でき、歩留まりを大幅に向上することができるという効果がある。

なお、本実施形態においては、水晶振動子片２のパターン電極６の上方にリード３の一端部３ａを応力なく接触している状態に配してアーク熱により溶融させることとしたが、これに代えて、パターン電極６に対してリード３の一端部３ａが押圧状態で接触させられていてもよい。本実施形態においては、リード３の一端部３ａ自体を溶融させてパターン電極６と接合させることとしているので、リード３の一端部３ａが溶融された時点でパターン電極６とリード３との押圧状態が解除され、内部応力が消滅するからである。

したがって、接合後に残留応力が存在せず、水晶振動子片２とプラグ４とが高い位置精度で接合状態に維持されることになる。このことから、本実施形態の製造方法によれば、リード３の一端部３ａを精度よく整形する必要がなく、その点においても製造を容易にすることができるという利点がある。

なお、上述したように、トーチ電極１１が、リード３の一端部３ａに対して移動可能に構成されていても良いし、逆に、トーチ電極１１が固定され、リード３などを支持する位置決め治具８，９が所定直線Ｌに沿って移動可能に構成されていてもよいし、トーチ電極１１と位置決め治具８，９とが互いに移動可能に構成されていてよく、特に限定するものではない。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態においては、リード３の一端部３ａをアーク熱によって溶融させることにより水晶振動子片２のパターン電極６と接合することとしたが、これに代えて、他の素子における電極とリードとの接合に本発明の製造装置を適用してもよい。

本発明の製造装置・製造方法により製造される水晶振動子の構成を説明する概略図である。 図１の水晶振動子を製造する製造装置の概略構成を説明する模式図である。 図２の製造装置を側面からみた構成を説明する模式図である。 、図１の水晶振動子１の製造過程を説明する分解図である。

符号の説明

１ 水晶振動子
２ 水晶振動子片
３ リード
３ａ 一端部
３ｂ 他端部
３ 所定のリード（一のリード）
４ プラグ
６ パターン電極
８，９ 位置決め治具（支持部）
１１ トーチ電極
１２ アーク溶接電源
１５ 接地部
１７ 駆動部
１９ 制御部
３０ 水晶振動子製造装置
Ｌ 所定直線

Claims (3)

1. 複数の電極を備える水晶振動子片と、複数のリードを支持するプラグとの対を複数対相互に位置決め状態に支持する支持部と、
   前記複数のリードにおける他端部と電気的に接続されるとともに、一のリードを選択して接地させる接地部と、
   前記一のリードにおける一端部との間にアークを発生させるトーチ電極と、
   該トーチ電極に電流を供給するアーク溶接電源と、
   前記水晶振動子片および前記プラグを覆う絶縁プレートと、
   前記複数のリードの一端部の上方において、前記トーチ電極を移動させる駆動部と、
   前記接地部と、前記駆動部とを駆動制御する制御部と、を備え、
   前記支持部の表面が絶縁コーティングにより覆われている水晶振動子の製造装置。
2. 前記支持部が、前記水晶振動子片を挟んで前記電極との間に空間を形成する切欠を有する請求項１に記載の水晶振動子の製造装置。
3. 複数の電極を備える水晶振動子片と、複数のリードを支持するプラグとの対を複数対相互に位置決め状態に支持する支持部と、
   前記複数のリードにおける他端部と電気的に接続されるとともに、一のリードを選択して接地させる接地部と、
   前記一のリードにおける一端部との間にアークを発生させるトーチ電極と、
   該トーチ電極に電流を供給するアーク溶接電源と、
   前記水晶振動子片および前記プラグを覆う絶縁プレートと、
   前記複数のリードの一端部の上方において、前記トーチ電極を移動させる駆動部と、
   前記接地部と、前記駆動部とを駆動制御する制御部と、を備え、
   前記支持部が、前記水晶振動子片を挟んで前記電極との間に空間を形成する切欠を有する水晶振動子の製造装置。

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