JP4787688B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リード端子に圧電振動片を接合したシリンダパッケージタイプの圧電振動子の製造方法、該製造方法により製造された圧電振動子、これを有する発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。

近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが提供されているが、その１つとして、円筒状に形成されたシリンダパッケージタイプの圧電振動子が知られている。

この圧電振動子８０は、図１１に示すように、音叉型の圧電振動片８１と、該圧電振動片８１を内部に収納する有底円筒状のケース８２と、圧電振動片８１をケース８２内に密閉させる気密端子であるプラグ８３とを備えている。
プラグ８３は、金属材料で形成された環状のステム８４と、該ステム８４を貫くように配され、圧電振動片８１の両マウント電極８１ａに接合された２本のリード端子８５と、該リード端子８５とステム８４とを絶縁状態で一体的に固定すると共にケース８２内を密封させる充填剤８６とで構成されている。
２本のリード端子８５は、ケース８２内に突出している部分がインナーリード８５ａとなり、ケース８２外に突出している部分がアウターリード８５ｂとなっている。そして、このアウターリード８５ｂが、外部接続端子として機能するようになっている。

また、ケース８２は、プラグ８３のステム８４の外周に対して圧入されて嵌合固定されている。このケース８２の圧入は、真空雰囲気下で行われているため、ケース８２内の圧電振動片８１を囲む空間は、真空に保たれた状態で密閉されている。

このように構成された圧電振動子８０は、２本のリード端子８５のアウターリード８５ｂにそれぞれ所定の電圧を駆動電圧として印加すると、電流がインナーリード８５ａからマウント電極８１ａ及び引き出し電極８１ｃを介して圧電振動片８１の励振電極８１ｂに流れる。これにより、圧電振動片８１が所定の周波数で発振するようになっている。

ところで、上述したシリンダパッケージタイプの圧電振動子８０を製造する場合には、一般的に、圧電振動片８１及びプラグ８３をそれぞれ製造した後、これら圧電振動片８１とプラグ８３との接合を行って、その後、圧電振動片８１をケース８２に内に封入している。このうち、圧電振動片８１とプラグ８３との接合は、２本のリード端子８５のインナーリード８５ａと、圧電振動片８１の両マウント電極８１ａとをそれぞれ接合することで行われている。この接合方法は、様々な手法が提供されているが、現在ではアーク放電を利用した接合方法も検討されている（例えば、特許文献１参照）。

このアーク放電を利用した接合方法について簡単に説明する。
まず、図１２に示すように、２本のリード端子８５及びステム８４を有するプラグ８３と、圧電振動片８１とを、それぞれ図示しない治具にセットすると共に、リード端子８５のインナーリード８５ａが圧電振動片８１のマウント電極８１ａ上にくるように治具の位置を調整する。そして、絶縁性の押え工具９０によりステム８４を上方から押さえつける。これにより、インナーリード８５ａとマウント電極８１ａとが確実に接触した状態（密着状態）となる。次いで、２本のリード端子８５のうち、接合を行う側のアウターリード８５ｂをグランド及びアーク発生装置９１の出力端子に接続した後、トーチ電極９２をインナーリード８５ａに近づける。具体的には、トーチ電極９２の先端に設けられている針状のプラズマアーク電極９３をインナーリード８５ａに近接させる。そして、アーク発生装置９１により、所定の電圧をプラズマアーク電極９３とインナーリード８５ａとの間に印加する。またこれと同時に、プラズマアーク電極９３とインナーリード８５ａとの周囲にアルゴンガスを供給する。

これにより、プラズマアーク電極９３とインナーリード８５ａとの間に、極めて短時間に放電熱を伴う放電が発生する。この放電熱により、インナーリード８５ａのメッキ表面及びマウント電極８１ａの表面に吸着していた水分等が瞬間的に蒸発すると共に、インナーリード８５ａの表面のメッキに十分な放電熱が加わって該メッキが短時間で全体的に溶解する。その結果、インナーリード８５ａとマウント電極８１ａとを強固に接合することができる。
なお、隣接して平行に配置されている他方のリード端子８５のインナーリード８５ａは、アウターリード８５ｂ側がアーク発生装置９１に接続されていないので、フローティング電位（浮遊電位）となっている。そのため、プラズマアーク電極９３との間に放電が発生することがない。また、他方のマウント電極８１ａも同様にフローティング電位となっているので、やはりプラズマアーク電極９３との間で放電が発生することがない。更にステム８４は、２本のリード端子８５に対して絶縁されているので、やはりフローティング電位となっている。

このようにして、２本のリード端子８５のうち、一方のリード端子８５のインナーリード８５ａのみを確実に接合することができる。その後、他方のリード端子８５をアーク発生装置９１に接続して、同様にアーク放電による接合を行う。その結果、２本のリード端子８５のインナーリード８５ａを、それぞれ両マウント電極８１ａに対して電気的及び物理的に接合することができる。
特開２００６−１３５７９８号公報

しかしながら、上記従来の方法では、以下の課題が残されている。
即ち、図１２に示すように、プラズマアーク電極９３を先端に有するトーチ電極９２は、針状に形成されたプラズマアーク電極９３とは異なり、通常先端の直径が大きく設計されているものである。例えば、プラズマアーク電極９３の直径が約０．１ｍｍなのに対して、トーチ電極９２の先端直径は約９．５ｍｍとなっている。これは、トーチ電極９２がアルゴンガス等を供給できるように設計されているためである。そのため、トーチ電極９２とステム８４を押さえつけている押え工具９０との接触を防止するため、トーチ電極９２を斜めにした状態で使用せざるを得なかった。よって従来では水平面に対して約６０度斜めにした状態で使用せざるを得なかった。

ところが、トーチ電極９２を斜めにしているので、プラズマアーク電極９３が圧電振動片８１側に近づいてしまっていた。そのため、放電を発生させた際に、該放電がプラズマアーク電極９３とインナーリード８５ａとの間の発生するだけでなく、インナーリード８５ａが接触していない領域、即ち、引き出し電極８１ｃ近傍のマウント電極８１ａ部分（図１１で示す点線で囲んだ領域）にも放電が誘導されてしまう恐れがあった。これは、放電位置不良と呼ばれるもので、この放電位置不良が生じると、引き出し電極８１ｃ近傍のマウント電極８１ａが溶けて剥離してしまったり、欠けたりする恐れがあった。その結果、品質の低下を招いたり、マウント電極８１ａと引き出し電極８１ｃとの電気的な接続を断ってしまい、動作不良を招いたりする恐れがあった。
このように、従来の方法では、数パーセントの確率で放電位置不良が発生してしまい、プラズマアーク電極９３とインナーリード８１ａとの間だけで放電を発生させることができるものではなかった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、プラズマアーク電極とインナーリードとの間だけにアーク放電を発生させて、高品質な圧電振動子を効率良く製造することができる圧電振動子の製造方法、該圧電振動子の製造方法により製造された圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の圧電振動子の製造方法は、平行に配置され、基端側が基部に固定された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の外表面上に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、引き出し電極を介して励振電極に電気的に接続されたマウント電極とを有する圧電振動片と、該圧電振動片を内部に収納するケースと、該ケースを密閉させるステムと、該ステムを貫通した状態で配置され、ステムを間に挟んで一端側が前記マウント電極に電気的に接続されるインナーリードとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリードとされたリード端子とを有する気密端子とを備えた圧電振動子を製造する方法であって、前記圧電振動片を振動片ホルダにセットすると共に、前記気密端子を気密端子ホルダにセットするセット工程と、該セット工程後、前記マウント電極上に前記インナーリードが位置するように、前記振動片ホルダ及び前記気密端子ホルダの位置を調整する調整工程と、該調整工程後、前記アウターリードを絶縁性の押え工具で押さえつけ、前記インナーリードを前記マウント電極に対して密着させる密着工程と、該密着工程後、先端にプラズマアーク電極を有するトーチ電極を、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が７０度から９０度の範囲内に収まるように前記インナーリードの上方に近づけるトーチ電極セット工程と、該トーチ電極セット工程後、アルゴンガス中で前記プラズマアーク電極と前記インナーリードとの間に電圧を印加して、プラズマアーク放電により前記インナーリードとマウント電極とを接合する接合工程と、該接合工程後、真空中で前記ケースと前記ステムとを封止する封止工程とを備えていることを特徴とするものである。

この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、まず、圧電振動片及び気密端子をそれぞれ作製した後、これら圧電振動片及び気密端子を専用のホルダにセットするセット工程を行う。即ち、圧電振動片を振動片ホルダにセットすると共に、気密端子を気密端子ホルダにそれぞれセットする。次いで、圧電振動片のマウント電極上に、気密端子のインナーリードが位置するように、振動子ホルダ及び気密端子ホルダの位置を調整する調整工程を行う。

次いで、接合を行う前作業として、接合を行うリード端子とマウント電極とを密着させる。即ち、リード端子のアウターリード側を絶縁性の押え器具で上から押さえつける。これにより、ステムを間にしてアウターリードとは反対側に位置するインナーリードがマウント電極側に撓むので、該インナーリードとマウント電極とを密着させることができる。この密着工程を行うことで、上述したように、接合を行うリード端子とマウント電極とを密着させることができる。
しかも、この密着工程の際、従来のステムを押し付ける方法とは異なり、アウターリードを押さえつけているので、インナーリード及びステムの上方に押え工具が存在せず、なにも存在しない空間が確保されている。

次いで、プラズマアーク電極を先端に有するトーチ電極をインナーリードの上方に近づけるトーチ電極セット工程を行う。この際、上述したようにインナーリード及びステムの上方には、押え工具等がなにも存在しない空間が確保されているので、従来よりも角度を付けた状態でトーチ電極をセットしても、トーチ電極と押え工具とが物理的に干渉することがない。そこで、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が７０度から９０度の範囲内に収まるようにトーチ電極をセットする。これにより、従来セットすることができなかった角度でトーチ電極をセットすることができる。

次いで、アルゴンガス中で、プラズマアーク電極とインナーリードとの間に電圧を印加して、プラズマアーク放電を発生させる。即ち、プラズマアーク電極とインナーリードとの間に、極めて短時間に放電熱を伴う放電を発生させる。この放電熱によって、インナーリードのメッキ表面及びマウント電極の表面に吸着していた水分等が瞬間的に蒸発すると共に、インナーリードの表面のメッキに十分な放電熱が加わって短時間で該メッキを全体的に溶解する。その結果、インナーリードとマウント電極とを強固に接合することができる。

特に、接合工程を行う際に、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が７０度から９０度の範囲内に収まるようにトーチ電極がセットされているので、従来よりもプラズマアーク電極の先端がステム側により近づいた状態となっている。つまり、プラズマアーク電極の先端をできるだけインナーリードの付け根側（ステム側）に近づけることができると共に、プラズマアーク電極の先端と圧電振動片との間隔を、従来よりも離間させることができる。よって、プラズマアーク電極とインナーリードとの間に、より集中的にアーク放電を発生させることができ、インナーリードが重っていない領域、即ち、引き出し電極近傍のマウント電極部分にアーク放電が誘導されてしまうことを極力防止することができる。従って、従来生じていた放電位置不良をできるだけなくすことができ、引き出し電極近傍のマウント電極が溶けて剥離したり欠けたりすることがなく、放電位置不良に起因する不都合をなくすことができる。
なお、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度を９０度に近づけるにつれて、上述した放電位置不良の可能性が減るので、より好ましい。

そして、最後に真空中でケースとステムとを封止して、該ケース内に圧電振動片を密閉する封止工程を行う。これにより、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を製造することができる。特に、接合工程の際に、従来生じていた放電位置不良をできるだけなくして、プラズマアーク電極とインナーリードとの間にだけアーク放電を発生させて接合を行っているので、高品質な圧電振動子を効率良く製造することができる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記接合工程の際、前記インナーリードの表面には、半田が塗布されていることを特徴とするものである。

この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、接合工程の際に、インナーリードの表面に塗布されている半田をも溶解させて接合を行えるので、接合状態をより強固にすることができる。よって、強度的な信頼性を向上することができる。

また、本発明の圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。

この発明に係る圧電振動子は、上述した方法により製造されているので、インナーリードとマウント電極とがより確実に接合され、品質に優れている。

また、本発明の発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。

この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができる。よって、製品の信頼性を高めることができる。

本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、プラズマアーク電極とインナーリードとの間にだけにアーク放電を発生させることができ、高品質な圧電振動子を効率良く製造することができる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、上述した方法により製造されているので、インナーリードとマウント電極とがより確実に接合され、品質に優れている。
また、本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができ、製品の信頼性を高めることができる。

以下、本発明に係る圧電振動子及び該圧電振動子の製造方法の一実施形態を、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動子１は、シリンダパッケージタイプの圧電振動子１であって、図１に示すように、圧電振動片２と、該圧電振動片２を内部に収納するケース３と、圧電振動片２をケース３内に密閉させる気密端子であるプラグ４とを備えている。

圧電振動片２は、図２から図４に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、平行に配置され、基端側が基部１０に一体的に固定された一対の振動腕部１１、１２と、該一対の振動腕部１１、１２の外表面上に形成されて一対の振動腕部１１、１２を振動させる第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５と、該両励振電極１３、１４に電気的に接続されたマウント電極１６、１７とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片２は、一対の振動腕部１１、１２の両主面上に、該振動腕部１１、１２の長手方向Ｘに沿ってそれぞれ形成された溝部１８を備えている。この溝部１８は、振動腕部１１、１２の基端側から略中間付近まで形成されている。

第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５は、一対の振動腕部１１、１２を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部１１、１２の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図４に示すように、第１の励振電極１３が、一方の振動腕部１１の溝部１８上と、他方の振動腕部１２の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１４が、一方の振動腕部１１の両側面上と他方の振動腕部１２の溝部１８上とに主に形成されている。

また、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、図２及び図３に示すように、基部１０の両主面上において、それぞれ引き出し電極２０、２１を介してマウント電極１６、１７に電気的に接続されている。そして圧電振動片２は、このマウント電極１６、１７を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、上述した励振電極１５、マウント電極１６、１７及び引き出し電極２０、２１は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜の被膜により形成されたものである。

また、一対の振動腕部１１、１２の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２２が被膜されている。なお、この重り金属膜２２は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２２ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２２ｂとに分かれている。これら粗調膜２２ａ及び微調膜２２ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１１、１２の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。

ケース３は、図１に示すように、有底円筒状に形成されており、プラグ４の後述するステム２７の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。なお、このケース３の圧入は、真空雰囲気下で行われており、ケース３内の圧電振動片２を囲む空間が真空に保たれた状態となっている。

プラグ４は、ケース３を密閉させるステム２７と、該ステム２７を貫通した状態で配置され、ステム２７を間に挟んで一端側がマウント電極１６、１７に電気的に接続されるインナーリード２６ａとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリード２６ｂとされた２本のリード端子２６と、ステム２７の内側に充填された充填剤２８とを有している。ステム２７は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填剤の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、リード端子２６の表面及びステム２７の外周には、それぞれ同材料のメッキが施されている。
また、２本のリード端子２６は、ケース３内に突出している部分がインナーリード２６ａとなり、ケース３外に突出している部分がアウターリード２６ｂとなっている。そして、インナーリード２６ａとマウント電極１６、１７とが、ケース３内で接合されている。

ここで、本実施形態の圧電振動子１を構成する主要部品の寸法及び材質の一例について述べる。
まず、メッキ後のステム２７の直径は、約０．９２ｍｍである。また、リード端子２６の母材の直径は、約０．１５ｍｍであり、メッキ後の直径は、約０．１８ｍｍである。通常、約１０μｍから１５μｍの厚みのメッキ層が形成される。また、リード端子２６の母材の材質としては、コバール（ＦｅＮｉＣｏ合金）が慣用されている。また、メッキの材質としては、耐熱ハンダメッキ（錫と鉛の合金で、その重量比が１：９）や、錫銅合金（ＳｎＣｕ）や金錫合金（ＡｕＳｎ）等が用いられる。
このステム２７の外周のメッキ層を介在させてケース３の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース３の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。

また、圧電振動片２の寸法例としては、幅が約０．５ｍｍ〜０．６ｍｍ、全長は約２．０ｍｍ〜３．２ｍｍ、厚みは約０．１０ｍｍである。また、マウント電極１６、１７は、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。なお、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム（ＮｉＣｒ）の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層しても構わない。

このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、２本のリード端子２６のアウターリード２６ｂに対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、インナーリード２６ａ、マウント電極１６、１７及び引き出し電極２０、２１を介して、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４からなる励振電極１５に電流を流すことができ、一対の振動腕部１１、１２を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１１、１２の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。

次に、上述した圧電振動子１の製造方法を以下に説明する。なお、本実施形態の製造方法は、図５に示す製造装置３０を利用して製造する場合を例に挙げて説明する。始めに、この製造装置３０について簡単に説明する。
この製造装置３０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、図示しない搬送ベルトによって移動可能なマウント治具３１と、該マウント治具３１上に取り付けられた振動片ホルダ３２と、該マウント治具３１上に着脱自在に固定されるパレット（気密端子ホルダ）３３とを備えている。

マウント治具３１は、上面視矩形状に形成されており、両端に形成された開口３１ａを介して搬送ベルトに嵌合固定されるようになっている。そして、マウント治具３１は、搬送ベルトによって、図６に示すように、ワーク供給ステーションＳ１、マウントステーションＳ２、取り出しステーションＳ３間を順に循環されるようになっている。そして、各ステーションＳ１、Ｓ２、Ｓ３で各処理が適宜行われることにより、圧電振動子１が製造されるようになっている。これについては、後に詳細に説明する。

振動片ホルダ３２には、図５（ｂ）に示すように、圧電振動片２を位置決めさせる凹部３２ａが、長手方向に沿って所定間隔毎に複数形成されている。これにより、図５（ａ）に示すように、複数の圧電振動片２を所定の間隔に並べた状態で固定することができるようになっている。
また、パレット３３は、上面視矩形状で且つ断面視Ｌ字状に形成されており、図５（ｂ）に示すように、上部にプラグ２５を嵌め込むことができる凹部３３ａが、長手方向に沿って所定間隔毎に複数形成されている。この凹部３３ａは、円筒状のステム２７を上方から嵌合できるように、底面が円筒内面の溝状に形成されている。この凹部３３ａによって、図５（ａ）に示すように、複数のプラグ４を所定の間隔に並べた状態でパレット３３に固定できるようになっている。なお、パレット３３の凹部３３ａの間隔は、振動片ホルダ３２の凹部３２ａの間隔と同じ間隔に設定されている。これにより、複数の圧電振動片２と複数のプラグ４とを、それぞれ対向するように位置決めした状態で確実に並べることができるようになっている。

次いで、このように構成された製造装置３０を利用して圧電振動子１を製造する場合について説明する。
本実施形態の圧電振動子の製造方法は、セット工程と、調整工程と、密着工程と、トーチ電極セット工程と、接合工程と、封止工程とを順に行って、複数（ｎ個）の圧電振動子１を製造する方法である。

まず、圧電振動片２を振動片ホルダ３２にセットすると共に、プラグ４をパレット３３にセットするセット工程を行う。具体的には、搬送ベルトを駆動してマウント治具３１を図６に示すワーク供給ステーションＳ１に移動させる。そして、ワーク供給ステーションＳ１にて、図示しないロボット等により、振動片ホルダ３２に形成された凹部３２ａに複数（ｎ個）の圧電振動片２を整列させる。またこれと同時に、ワーク供給ステーションＳ１にて、複数（ｎ個）のプラグ４をパレット３３の凹部３３ａにセットしておく。

上記セット工程後、マウント電極１６、１７上にインナーリード２６ａが位置するように、振動片ホルダ３２及びパレット３３の位置を調整する調整工程を行う。
本実施形態では、ワーク供給ステーションＳ１にて、複数のプラグ４が予めセットされたパレット３３を、図示しないロボット等により、マウント治具３１に装着する。これにより、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、各圧電振動片２のマウント電極１６、１７上に、各プラグ４のインナーリード２６ａが位置した状態になる。従って、簡単に調整工程を行うことができる。
次いで、搬送ベルトを駆動してマウント治具３１をワーク供給ステーションＳ１から図６に示すマウントステーションＳ２に移動させる。

マウントステーションＳ２に移動させた後、各プラグ４のアウターリード２６ｂを絶縁性の押え工具３５で押さえつけ、インナーリード２６ａをマウント電極１６、１７に対して密着させる密着工程を行う。
具体的には、図７に示すように、複数のプラグ４のアウターリード２６ｂ側を絶縁性の押え工具３５で上から押さえつける。これにより、ステム２７を間にしてアウターリード２６ｂとは反対側に位置するインナーリード２６ａがマウント電極１６、１７側に撓むので、該インナーリード２６ａとマウント電極１６、１７とを密着させることができる。しかも、この密着工程の際、従来のステムを押し付ける方法とは異なり、アウターリード２６ｂを押さえつけているので、図７に示すように、インナーリード２６ａ及びステム２７の上方に押え工具３５が存在せず、なにも存在していない開放された空間を確保することができる。

そして、インナーリード２６ａとマウント電極１６、１７とを密着させた後、複数のプラグ４のアウターリード２６ｂを同時に導電性の図示しないクランプでクランピングして固定する。ここで、以降に行うプラズマアーク放電は、２本のリード端子２６を同時に行うのではなく、片側ずつ行うものである。そのため、接合を行う前に各プラグ４の２つのアウターリード２６ｂのうち、接合を行う一方のアウターリード２６ｂのみをグランド及びアーク発生装置３６の出力端子に電気的に接続する。
なお、本実施形態では、先に一方のインナーリード２６ａとマウント電極１６とを接合し、その後、他方のインナーリード２６ａとマウント電極１７とを接合する場合を例にして説明する。

接続終了後、先端にプラズマアーク電極３７を有するトーチ電極３８を、プラズマアーク電極３７の軸線と水平面とのなす角度θが７０度から９０度の範囲内に収まるようにインナーリード２６ａの上方に近づけるトーチ電極セット工程を行う。
具体的には、上述した状態を維持しながらマウント治具３１をマウントステーションＳ２内に設置されているマウントステージＳ４の原点に移動させる。このマウントステージＳ４の原点には、図６に示すように、先端に針状に形成されたプラズマアーク電極３７を有するトーチ電極３８が配置されている。これにより、マウント治具３１に固定された複数のプラグ４及び圧電振動片２のうち、最初のプラグ４及び圧電振動片２をトーチ電極３８の先端に近接させることができる。
なお、ここで使用するトーチ電極３８は、従来使用しているものと同じサイズのものであり、先端の直径が約９．５ｍｍのものである。また、プラズマアーク電極３７は、直径１ｍｍの電極棒を研磨して直径が約０．１ｍｍの針状となったものである。

この際、上述したように、インナーリード２６ａ及びステム２７の上方には、押え工具３５等がなにも存在しない空間が確保されているので、従来よりも角度を付けた状態でトーチ電極３８をセットしても、トーチ電極３８と押え工具３５とが物理的に干渉することがない。そこで、図７に示すように、プラズマアーク電極３７の軸線と水平面とのなす角度θが、７０度から９０度の範囲内に収まるようにセットすることが可能である。これにより、従来セットすることができなかった角度でトーチ電極３８をセットすることができる。なお、プラズマアーク電極３７の先端とインナーリード２６ａとの間が、０．５ｍｍ程度になるように近接させる。

次いで、アルゴンガス中でアーク放電をＯＮにして、プラズマアーク電極３７とインナーリード２６ａとの間に電圧を印加し、プラズマアーク放電によりインナーリード２６ａとマウント電極１６とを接合する接合工程を行う。
即ち、電圧を印加すると、プラズマアーク電極３７とインナーリード２６ａとの間に極めて短時間に放電熱を伴う放電を発生する。この放電熱によって、インナーリード２６ａのメッキ表面及びマウント電極１６の表面に吸着していた水分等が瞬間的に蒸発すると共に、インナーリード２６ａの表面のメッキに十分な放電熱が加わって短時間で該メッキを全体的に溶解する。その結果、インナーリード２６ａとマウント電極１６とを強固に接合することができる。

しかもアルゴンガス雰囲気中で接合を行っているので、大気中からの酸素は遮断されて接合表面が酸化してしまうことも防止できる。また、接合を行っている一方のインナーリード２６ａに対して隣接されている他方のインナーリード２６ａに関しては、アウターリード２６ｂがアーク発生装置３６に接続されていないので、フローティング電位となっている。そのため、プラズマアーク電極３７との間に放電が発生することがない。また、接合を行っていない他方のマウント電極１７に関しても同様に、フローティング電位となっている。そのため、プラズマアーク電極３７との間に放電が発生することがない。更に、ステム２７に関しては、充填剤２８によって両インナーリード２６ａと絶縁されているので、やはりフローティング電位となっている。

特に、上述した接合工程を行う際に、プラズマアーク電極３７の軸線と水平面とのなす角度θが７０度から９０度の範囲内に収まるようにトーチ電極３８がセットされているので、従来よりもプラズマアーク電極３７の先端がインナーリード２６ａの付け根側（ステム２７側）に近づいた状態となっている。つまり、プラズマアーク電極３７の先端と圧電振動片２との間隔を、従来よりも離間させることができる。よって、プラズマアーク電極３７とインナーリード２６ａとの間に、より集中的にアーク放電を発生させることができ、インナーリード２６ａが重っていない領域、即ち、引き出し電極２０近傍のマウント電極１６部分にアーク放電が誘電されてしまうことを極力防止することができる。従って、従来生じていた放電位置不良をできるだけなくすことができ、引き出し電極２０近傍のマウント電極１６が溶けて剥離したり、欠けたりすることがなく、放電位置不良に起因する不都合をなくすことができる。
なお、プラズマアーク電極３７の軸線と水平面とのなす角度を９０度に近づけるにつれて、上述した放電位置不良の可能性が減るのでより好ましい。

そして、最初の圧電振動片２とプラグ４との接合が終了した後、アーク発生装置３６のアーク放電をＯＦＦにする。そして、搬送ベルトを僅かに駆動させてマウント治具３１を移動させ、次の圧電振動片２とプラグ４とをトーチ電極３８に近接させる。そして、上述した接合工程を行って、２番目の圧電振動片２とプラグ４との接合、即ち、マウント電極１６とインナーリード２６ａとの接合を行う。
そして、複数（ｎ個）の圧電振動片２とプラグ４との組み合わせについて、上述したと同様の工程を繰り返し行う。その結果、全てのプラグ４について、一方のインナーリード２６ａをマウント電極１６に接合することができる。

次いで、搬送ベルトを駆動してマウント治具３１を再度マウントステージＳ４の原点に移動させる。つまり、最初の圧電振動片２とプラグ４との組み合わせをトーチ電極３８に近接させる。そして、全てのプラグ４について、一方のリード端子２６のアウターリード２６ｂとアーク発生装置３６との電気的接続を解除すると共に、まだ接合を行っていない他方のリード端子２６のアウターリード２６ｂをアーク発生装置３６の出力端子に電気的に接続する。

その後、同様の接合工程を行って、全てのプラグ４について、他方のリード端子２６のインナーリード２６ａをマウント電極１７に接合する。これにより、全てのプラグ４の２本のリード端子２６を、それぞれ圧電振動片２の両マウント電極１６、１７に接合することができる。そして、搬送ベルトを駆動してマウント治具３１を再度原点に復帰させた後に、アウターリード２６ｂをクランピングしていたクランプを外すと共に、アウターリード２６ｂを押さえつけていた押え工具３５を取り外す。

次いで、搬送ベルトを駆動してマウント治具３１を図６に示す取り出しステーションＳ３に移動させる。そして、取り出しステーションＳ３にて、図示しないロボット等によりパレット３３をマウント治具３１から取り外す。これにより、プラグ４と圧電振動片２とが接合したものを複数取り出すことができる。

なお、取り出しステーションＳ３にてパレット３３が取り外されたマウント治具３１は、搬送ベルトの駆動により自動回収ラインに沿ってワーク供給ステーションＳ１に再び移動させられる。その後、再び複数の圧電振動片２と、複数のプラグ４が予めセットされたパレット３３とが供給された後、上述した工程を繰り返す作業に用いられる。

最後に、取り出したパレット３３から互いに接合された圧電振動片２とプラグ４とを複数取り外した後、それぞれについて、真空中でケース３とプラグ２５のステム２７とを封止して、ケース３内に圧電振動片２を密閉する密閉工程を行う。その結果、シリンダパッケージタイプの圧電振動子１を複数製造することができる。

特に、本実施形態の製造方法によれば、接合工程の際に、放電位置不良をできるだけなくして、プラズマアーク電極３７とインナーリード２６ａとの間にだけアーク放電を発生させて接合を行っているので、従来のように引き出し電極２０、２１近傍のマウント電極１６、１７が溶けて剥離したり欠けたりする恐れがない。よって、接合を確実に行うことができ、高品質な圧電振動子１を効率良く製造することができる。

また、このように製造された圧電振動子１は、インナーリード２６ａとマウント電極１６、１７とが確実に接合されているので、品質に優れている。しかも、本実施形態では、搬送ベルトを利用してマウント治具３１を各ステーションＳ１、Ｓ２、Ｓ３間に移動させながら流れ作業で製造を行っているので、自動化に対応することができ、効率の良い製造を行える。また、振動片ホルダ３２及びパレット３３を利用することで、圧電振動片２とプラグ４とを容易且つ高精度に位置合わせすることができる。

なお、上記実施形態では、音叉型の圧電振動片２を例に挙げて説明したが、圧電振動片２の形状及び振動モードはこれに限られるものではない。例えば、厚み滑り振動モードの圧電振動片で、その外形が略矩形形状を有する場合や、或いは円形であっても良い。また、圧電振動片にコンベックス加工やベベル加工等が施してある場合においても、本実施形態を適宜変更することで、高い信頼性を有する圧電振動片とインナーリードとの接合を実現することができる。

なお、上記実施形態において、接合工程の際に、インナーリード２６ａの表面に半田を塗布しておいても構わない。
こうすることで、アーク放電による接合工程時に、インナーリード２６ａの表面に塗布されている半田をも溶解させて接合を行えるので、接合状態をより強固にすることができる。よって、強度的な信頼性をさらに向上することができる。

次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図８を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器４０は、図８に示すように、圧電振動子１を、集積回路４１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器４０は、コンデンサ等の電子部品４２が実装された基板４３を備えている。基板４３には、発振器用の上記集積回路４１が実装されており、この集積回路４１の近傍に、圧電振動子１の圧電振動片２が実装されている。これら電子部品４２、集積回路４１及び圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。

このように構成された発振器４０において、圧電振動子１に電圧を印加すると、該圧電振動子１内の圧電振動片２が振動する。この振動は、圧電振動片２が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路４１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路４１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路４１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。

上述したように、本実施形態の発振器４０によれば、強度的に優れ、高品質な圧電振動子１を備えているので、発振器４０自体の高品質化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。また、これに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。

次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図９を参照して説明する。なお、電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器５０を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器５０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。

次に、本実施形態の携帯情報機器５０の構成について説明する。この携帯情報機器５０は、図９に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部５１とを備えている。電源部５１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部５１には、各種制御を行う制御部５２と、時刻等のカウントを行う計時部５３と、外部との通信を行う通信部５４と、各種情報を表示する表示部５５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部５６とが並列に接続されている。そして、電源部５１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。

制御部５２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部５２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。

計時部５３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片２が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部５２と信号の送受信が行われ、表示部５５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。

通信部５４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部５７、音声処理部５８、切替部５９、増幅部６０、音声入出力部６１、電話番号入力部６２、着信音発生部６３及び呼制御メモリ部６４を備えている。
無線部５７は、音声データ等の各種データを、アンテナ６５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部５８は、無線部５７又は増幅部６０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部６０は、音声処理部５８又は音声入出力部６１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部６１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

また、着信音発生部６３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部５９は、着信時に限って、音声処理部５８に接続されている増幅部６０を着信音発生部６３に切り替えることによって、着信音発生部６３において生成された着信音が増幅部６０を介して音声入出力部６１に出力される。
なお、呼制御メモリ部６４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部６２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。

電圧検出部５６は、電源部５１によって制御部５２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部５２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部５４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部５６から電圧降下の通知を受けた制御部５２は、無線部５７、音声処理部５８、切替部５９及び着信音発生部６３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部５７の動作停止は、必須となる。更に、表示部５５に、通信部５４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

即ち、電圧検出部５６と制御部５２とによって、通信部５４の動作を禁止し、その旨を表示部５５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部５５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部５４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部を備えることで、通信部５４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器５０によれば、強度的に優れ、高品質な圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器５０自体も同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。また、これに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。

次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１０を参照して説明する。
本実施形態の電波時計７０は、図１０に示すように、フィルタ部７１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

以下、電波時計７０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ７２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ７３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部７１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、上記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部７８、７９をそれぞれ備えている。

更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路７４により検波復調される。続いて、波形整形回路７５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ７６でカウントされる。ＣＰＵ７６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ７７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部７８、７９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。６０ｋＨｚを例にとれば、音叉型振動片の寸法例として、全長が約２．８ｍｍ、基部１０の幅寸法が約０．５ｍｍの寸法で構成することが可能である。

なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計７０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。

上述したように、本実施形態の電波時計７０によれば、強度的に優れ、高品質な圧電振動子１を備えているので、電波時計７０自体も同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。またこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の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。

本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す図である。 図１に示す圧電振動子が有する圧電振動片を上面から見た図である。 図１に示す圧電振動子が有する圧電振動片を下面から見た図である。 図３に示す断面矢視Ａ−Ａ図である。 図１に示す圧電振動子を製造する際に使用する製造装置を示す図であって、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面矢視Ｂ−Ｂ図である。 図１に示す圧電振動子を製造する際に、図５に示す製造装置のマウント治具に対して各処理を行うステーションを示した図である。 図１に示す圧電振動子を製造する際に、気密端子のインナーリードと圧電振動片のマウント電極とを接合している状態を示した図である。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。 従来の圧電振動子の一例を示す構成図である。 従来の製造方法により図１１に示す圧電振動子を製造する場合の図であって、気密端子のインナーリードと圧電振動片のマウント電極とを接合している状態を示した図である。

符号の説明

θ プラズマアーク電極の軸線と水平面とのなす角度
１ 圧電振動子
２ 圧電振動片
３ ケース
４ プラグ（気密端子）
１０ 基部
１１、１２ 振動腕部
１５ 励振電極
１６、１７ マウント電極
２０、２１ 引き出し電極
２６ リード端子
２６ａ インナーリード
２６ｂ アウターリード
２７ ステム
３２ 振動片ホルダ
３３ パレット（気密端子ホルダ）
３５ 押え工具
３７ プラズマアーク電極
３８ トーチ電極
４０ 発振器
４１ 集積回路
５０ 携帯情報機器（電子機器）
５３ 計時部
７０ 電波時計
７１ フィルタ部

Claims (2)

1. 平行に配置され、基端側が基部に固定された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の外表面上に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、引き出し電極を介して励振電極に電気的に接続されたマウント電極とを有する圧電振動片と、
   該圧電振動片を内部に収納するケースと、
   該ケースを密閉させるステムと、該ステムを貫通した状態で配置され、ステムを間に挟んで一端側が前記マウント電極に電気的に接続されるインナーリードとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリードとされたリード端子とを有する気密端子とを備えた圧電振動子を製造する方法であって、
   前記圧電振動片を振動片ホルダにセットすると共に、前記気密端子を気密端子ホルダにセットするセット工程と、
   該セット工程後、前記マウント電極上に前記インナーリードが位置するように、前記振動片ホルダ及び前記気密端子ホルダの位置を調整する調整工程と、
   該調整工程後、前記アウターリードを絶縁性の押え工具で押さえつけ、前記インナーリードを前記マウント電極に対して密着させる密着工程と、
   該密着工程後、先端にプラズマアーク電極を有するトーチ電極を、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が７０度から９０度の範囲内に収まるように前記インナーリードの上方に近づけるトーチ電極セット工程と、
   該トーチ電極セット工程後、アルゴンガス中で前記プラズマアーク電極と前記インナーリードとの間に電圧を印加して、プラズマアーク放電により前記インナーリードとマウント電極とを接合する接合工程と、
   該接合工程後、真空中で前記ケースと前記ステムとを封止する封止工程とを備えていることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法において、
   前記接合工程の際、前記インナーリードの表面には、半田が塗布されていることを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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