JP4791278B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
プラグ103は、金属材料で形成された環状のステム104と、該ステム104を貫くように配され、圧電振動片101の両マウント電極101aに接合された2本のリード端子105と、該リード端子105とステム104とを絶縁状態で一体的に固定すると共にケース102内を密封させる充填剤106とで構成されている。
2本のリード端子105は、ケース102内に突出している部分がインナーリード105aとなり、ケース102外に突出している部分がアウターリード105bとなっている。そして、このアウターリード105bが、外部接続端子として機能するようになっている。
まず、図16に示すように、2本のリード端子105及びステム104を有するプラグ103と、圧電振動片101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105のインナーリード105aが圧電振動片101のマウント電極101a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110によりステム104を上方から押さえつける。これにより、インナーリード105aとマウント電極101a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105のうち、接合を行う側のアウターリード105bをグランド及びアーク発生装置111の出力端子に接続した後、トーチ電極112をインナーリード105aに近づける。具体的には、トーチ電極112の先端に設けられている針状のプラズマアーク電極113をインナーリード105aに近接させる。そして、アーク発生装置111により、所定の電圧をプラズマアーク電極113とインナーリード105a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113とインナーリード105aとの周囲にアルゴンガスを供給する。
なお、隣接して平行に配置されている他方のリード端子105のインナーリード105aは、アウターリード105b側がアーク発生装置111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113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101a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113との間で放電が発生することがない。更にステム104は、2本のリード端子105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。
即ち、図16に示すように、プラズマアーク電極113を先端に有するトーチ電極112は、針状に形成されたプラズマアーク電極113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113の直径が約0.1mmなのに対して、トーチ電極112の先端直径は約9.5mmとなっている。これは、トーチ電極112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112とステム104を押さえつけている押え工具110との接触を防止するため、トーチ電極112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。
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113とインナーリード105a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。
本発明の圧電振動子の製造方法は、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が外表面上に形成され、所定の電圧が励振電極に印加されたときに振動する圧電振動片と、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、前記気密端子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、前記接合工程を行う前に、前記インナーリードの表面の所定位置に先端が鋭利な突起部材を押し付けて、インナーリードの表面に凹凸を形成する凹凸形成工程を行うことを特徴とするものである。
具体的には、先端が鋭利な突起部材を押し付けることで、インナーリードの表面が所定位置で抉られて押し跡ができるので、上述したようにこの押し跡にならった凹凸を形成することができる。この際、抉られて凹んだ部分は、表面の酸化膜が削られてその下のメッキ層が表面に露出した状態となっている。また、この凹んだ部分の周囲は、盛り上がった凸部となっている。
特に、接合工程前に凹凸形成工程を行うので、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うことができ、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。
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、強度的に優れていると共に高品質化を図ることができる。
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。
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。
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。
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)、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、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。
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。
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。
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4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。
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、凹凸形成工程と、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。
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。
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。
なお、アウターリード26bを押さえつけるのではなく、ステム27を押さえつけてインナーリード26aとマウント電極16、17とを密着させても構わない。
具体的には、図7に示すように、リード押し機構40を利用してこの工程を行う。このリード押し機構40は、耐磨耗性を有する金属性の上記突起部材41と、該突起部材41の基端側を支持する板バネ部42とから構成されている。突起部材41は、パレット33に並べられた複数のプラグ4のインナーリード26aに同時に接触することができるように先端側が櫛歯のようになっている。板バネ部42は、一端側で突起部材41の基端側を支持しており、他端側が図示しない移動機構によって上下に移動させられるようになっている。
この押し付けによって、インナーリード26aの表面には、図8に示すように、突起部材41の押し跡がつくので、該押し跡にならった凹凸が形成される。この際、インナーリード26aは、突起部材41に削られて凹んだ凹部43において、表面の酸化膜が削られてその下のメッキ層が表面に露出した状態となっている。また、この凹部43の周囲は、盛り上がった凸部44となっている。
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。
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。
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。
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。
本実施形態の発振器50は、図10に示すように、圧電振動子1を、集積回路51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50は、コンデンサ等の電子部品52が実装された基板53を備えている。基板53には、発振器用の上記集積回路51が実装されており、この集積回路51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52、集積回路51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。
また、集積回路51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。
始めに本実施形態の携帯情報機器60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。
無線部67は、音声データ等の各種データを、アンテナ75を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部68は、無線部67又は増幅部70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70は、音声処理部68又は音声入出力部71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71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。
なお、呼制御メモリ部74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72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。
なお、通信部64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76を備えることで、通信部64の機能をより確実に停止することができる。
本実施形態の電波時計80は、図12に示すように、フィルタ部81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。
アンテナ82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83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81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88、89をそれぞれ備えている。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部88、89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。
調整工程と密着工程との間に凹凸形成工程を行った場合には、マウント電極16、17上にインナーリード26aを位置させた後に、突起部材41によってインナーリード26aを押し付ける順番となる。そのため、同様にインナーリード26aに若干の反りが生じていたとしても、この反りをなくすような“くせ”をつけることができる。従って、この凹凸形成工程後に密着工程を行った際に、インナーリード26aとマウント電極16、17との接触性向上により、密着率を高めることができる。その結果、インナーリード26aとマウント電極16、17とを強固に接合することができる。
例えば、図13に示すように、先端が鋭利な多関節型の突起部材91と、該突起部材91の基端側に接続され、パレット33の長手方向に平行な軸線L回りに回動する回動部92とからなるリード押し機構90でも構わない。このリード押し機構40の場合には、回動部92を軸線L回りに回動させると、回動部92に連動して突起部材91も軸線L回りに回動する。これにより、インナーリード26aの表面に突起部材91を押し付けたり、インナーリード26aから突起部材91を退避させたりすることができる。従って、同様の作用効果を奏することができる。
なお、リード押し機構90の突起部材91は、耐磨耗性が要求されるので、大量生産する場合には、着脱が容易な構造に設計することが好ましい。これは、図7に示すリード押し機構40の突起部材41についても同様である。
この厚み滑り振動子94は、図14に示すように、一定の厚みで板状に形成された厚み滑り振動片(圧電振動片)95を備えている。この厚み滑り振動片95は、外形が略矩形状に形成されている。但し、矩形状に限定されるものではなく、円形状であっても構わない。そして厚み滑り振動片95の外表面上に、励振電極96、引き出し電極97及びマウント電極98、99がそれぞれ形成されている。具体的には、厚み滑り振動片95の両面の略中央部分に、励振電極96がそれぞれ対向するように形成されている。なお、図14では、一方の励振電極96のみ図示している。また、厚み滑り振動片95の端部には、引き出し電極97を介して両励振電極96にそれぞれ電気的に接続されたマウント電極98、99が形成されている。この際、上述した圧電振動子1の製造方法と同様の方法で、マウント電極98、99とインナーリード26aとが接合されている。
初めに、厚み滑り振動片95は、先に説明した音叉型の圧電振動片2に比較して、その厚みが通常は薄い。音叉型の圧電振動片2では、厚みが0.1mmの場合で説明したが、厚み滑り振動片95の場合では、共振周波数が32MHzのときに厚みが約0.048mmである。更に、映像信号の処理等に用いられる厚み滑り振動片95(共振周波数が48MHz)においては、厚みが約0.03mmであり、音叉型の圧電振動片2の厚みに対して3分の1以下の厚みとなる。
従って、厚み滑り振動子94の場合には、複数のプラグ4がパレット33にセットされた段階で、直ちに凹凸形成工程を実施することが好ましい。このように、厚み滑り振動片95とインナーリード26aとの位置調整工程前に凹凸形成工程を実施しておくことで、振動片への負荷を取り除き、本発明に係る製造方法による圧電振動子の歩留まりを改善することが可能である。
2、95 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、95 励振電極
16、17、98、99 マウント電極
20、21、97 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
41、91 突起部材
50 発振器
51 集積回路
60 携帯情報機器(電子機器)
63 計時部
80 電波時計
81 フィルタ部
Claims (3)
- 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が外表面上に形成され、所定の電圧が励振電極に印加されたときに振動する圧電振動片と、
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、前記気密端子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、
前記接合工程を行う前に、前記インナーリードの表面の所定位置に先端が鋭利な突起部材を押し付けて、インナーリードの表面に凹凸を形成する凹凸形成工程を行うことを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項1に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記調整工程と前記密着工程との間に、前記凹凸形成工程を行うことを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項1に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記密着工程と前記トーチ電極セット工程との間に、前記凹凸形成工程を行うことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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