JPH0643122A - 水晶板のカット面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ６方晶系のｃ軸に対する水晶板カット面の交
角の検査をするのに併せて、６方晶系のａ軸に対するカ
ット面の平行性をも検査して、きわめて精度の高いカッ
ト面検査を行うことができるようにする。 【構成】 Ｘ線を発生するＸ線源１と、Ｘ線源１から出
たＸ線を細いビーム状に成形して水晶板２のカット面８
に照射するコリメータ３と、水晶板２をカット面８の法
線Ｚを中心として回転させるモータ５と、水晶板２で回
折したＸ線を検出する２つのＸ線検出器６，７とを有し
ている。これらのＸ線検出器６，７は、それぞれ、水晶
板２内の異なる結晶格子面で回折するＸ線を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶板内部の結晶格子
面に対するその水晶板のカット面の角度ずれを検査する
水晶板のカット面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子として用いられる水晶板は、
水晶の棒材を０．１ｍｍ程度に薄くスライスすることに
よって製造される。スライスする面は、図３に示す６方
晶系のａ軸に平行でｃ軸と一定の角度で交わる面であ
る。このスライス角度をいくつに設定するかによってＡ
Ｔカット板、ＢＴカット板、ＦＣカット板、ＩＴカット
板、ＬＣカット板、ＳＣカット板、ＲＴカット板等とい
った各種の水晶カット板が製造される。もっとも広く用
いられているカット板であるＡＴカット板の場合、図４
に示すように、カット面８のｃ軸に対する傾斜角度は３
５゜１５’に設定される。このカット面８のスライス角
度に誤差があると振動子としての水晶板の温度特性が変
化してしまう。従って、水晶板の品質を一定に保持する
ためには、カット面の角度誤差を一定の許容範囲内に納
める必要がある。この角度誤差は結晶学的なものであ
り、その測定にはＸ線回折を用いるのが精度が高く最良
である。

【０００３】Ｘ線回折を用いてカット面検査を行うにあ
たっては、Ｘ線回折を起こさせる結晶格子面の選択が重
要である。水晶結晶の定数は図３において、 ａ＝ｂ＝４．９１３ オングストローム ｃ＝５．４０５ オングストローム α＝β＝９０゜ γ＝１２０゜ である。図３の６方晶系において（０ −１ １）面
は、図５に示すように、ａ軸に平行でｃ軸と３８゜１
２’３５’’で交わる。従って、図４に示したカット面
８に対して２゜５７’３５’’傾くことになる。今、Ｘ
線としてＣｕｋα線を用いると、その波長は１．５４１
８オングストロームであり、そして上記（０−１ １）
面の結晶格子面間隔は３．３４３２オングストロームで
あるから、周知のブラグの法則からＸ線回折を起こすブ
ラグ角は１３゜１９’５４’’である。すなわち、カッ
ト面角度が正確であれば、カット面の表面に対してＸ線
入射角が１０゜２２’１９’’または１６゜１７’２
９’’のときにＸ線回折を起こす。実際のカット面検査
においては、測定対象である水晶板をＸ線ゴニオメータ
の上に置き、水晶板でＸ線回折を起こしたときの角度か
らカット面の角度誤差を求めている。

【０００４】上記のカット面検査装置の他に、いわゆる
試料回転式カット面検査装置も従来より知られている。
今、図６に示すように、Ｘ線ビームＲをカット面８に対
して角度χ（カイ）だけ傾けて入射する。この角度χと
して、上述したＸ線回折を引き起こす一方の入射角度１
０゜２２’１９’’より大きく、Ｘ線回折を引き起こす
もう一方の入射角度１６゜１７’２９’’より小さな角
度を用いると、カット面８をＺ軸（図３のｃ軸に相当す
る座標軸）のまわりに回転することによってＸ線ビーム
と結晶格子面との間の角度がブラグ角を満足する回転角
φが二度起こる。この角度φは、図７において結晶格子
面の法線ｎとＺ軸とのなす角度をψとしたとき で与えられる。従って、正確にスライスされたカット面
と（０ −１ １）面との成す角度、すなわち上記の２
゜５７’３５’’とこの角度φとの差を求めればカット
面角度誤差がわかる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
２つのカット面検査方法は、いずれも、図４においてカ
ット面８とｃ軸との間の交角のみを検査しており、ａ軸
に対する平行度については全く検査していない。この平
行性は、専ら、水晶板のスライス加工時の加工精度に依
存している。

【０００６】本発明は、その問題点を解消するためにな
されたものであって、カット面のｃ軸に対する交角の検
査をするのに併せて、カット面のａ軸に対する平行性を
も検査して、きわめて精度の高いカット面検査を行うこ
とができるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る水晶板のカット面検査装置は、水晶板
の持つ結晶格子面に対するその水晶板のカット面の角度
ずれを検査する水晶板のカット面検査装置であって、Ｘ
線を発生するＸ線発生手段と、Ｘ線発生手段から出たＸ
線を細いビーム状に成形して水晶板のカット面に照射す
る細束ビーム形成手段と、水晶板をカット面の法線を中
心として回転させる水晶板回転手段と、水晶板で回折し
たＸ線を検出するＸ線検出器とを有しており、そのＸ線
検出器は水晶板に対して異なる角度位置に２つ以上設け
られることを特徴としている。

【０００８】

【作用】水晶板に対してＸ線検出器を２つ以上設けたの
で、水晶板内の異なる結晶格子面によるＸ線回折情報を
得ることができる。この場合、１つの結晶格子面による
Ｘ線回折情報によって６方晶系（図３）におけるｃ軸に
対するカット面のずれを検査し、同時に他の１つの結晶
格子面によるＸ線回折情報によって６方晶系におけるａ
軸に対する平行性のずれを検査する。こうして、カット
面について異なる２方向に関する位置ずれを同時に検査
できる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明に係るカット面検査装置の一
実施例を示している。このカット面検査装置は、Ｘ線を
発生するＸ線源１と、Ｘ線源１から出たＸ線を細束のＸ
線ビームに成形して検査対象である水晶板２に照射する
細束ビーム形成手段としてのコリメータ３と、水晶板２
を支持する試料ホルダ４と、試料ホルダ４を回転駆動す
るモータ５と、そして水晶板２で回折したＸ線を検出す
る２つのＸ線検出器６及び７とを有している。水晶板２
としてはＡＴカット板が供されるものとする。

【００１０】モータ５は、試料ホルダ４及びその上に置
かれた水晶板２をＺ軸を中心として回転させる。Ｚ軸と
は、水晶板２のカット面８に直交する軸線である。Ｘ線
検出器６及び７は、それぞれ、水晶板２内の異なる結晶
格子面で回折するＸ線を検出するように設定されてい
る。例えば、一方のＸ線検出器６は（０ −１ １）面
で回折するＸ線を検出し、他方のＸ線検出器７は（１
−２ ２）面で回折するＸ線を検出する。（０ −１
１）面というのは、ＡＴカット面８（図４）のｃ軸に対
する傾斜角度３５゜１５’に近い交角角度でｃ軸と交わ
る結晶格子面として選択された面であり、その交角角度
は３８゜１２’３５’’である。（１ −２ ２）面と
いうのは、その法線が図４におけるＸ−Ｚ面内またはそ
れに近い面内にあるものとして選択された結晶格子面で
ある。Ｘ軸とはａ軸に相当する座標軸である。

【００１１】以下、上記構成より成るカット面検査装置
の動作について説明する。

【００１２】モータ５によって駆動されて水晶板２がＺ
軸を中心として回転する。この状態で、Ｘ線源１から発
生したＸ線がコリメータ３によって細束のＸ線ビームに
成形されて水晶板２に照射される。図２はＸ線検出器６
によって検出される回折Ｘ線ピークＰ６及びＸ線検出器
７によって検出される回折Ｘ線ピークＰ７を示してい
る。この図からわかるように、水晶板２が１回転する
間、いずれのＸ線検出器６及び７も回折Ｘ線ピークを２
回検出する。測定対象となっている水晶板２が正確にス
ライスされているものとすると、（０ −１ １）面で
の回折によるピークＰ６間の回転角度φ１は、約７０゜
である。また、（１ −２ ２）面での回折によるピー
クＰ７間の回転角度φ２は、約５１．４７゜である。

【００１３】仮に、水晶板２のカット面８についてのｃ
軸（図４）に対するカット角度が正規の角度からずれて
いて誤差を生じている場合には、上記の回転角度φ１が
標準値７０゜以外の値をとる。また、水晶板２のカット
面８がａ軸（図４）に対して正確に平行になっていない
と、すなわちＹ軸（Ｘ軸及びＺ軸の両方に直交する軸）
を中心として回転ずれを生じていると、上記の回転角度
φ２が標準値５１．４７゜以外の値をとる。従って、回
転角度φ１及びφ２の両方について、標準値からのずれ
量を検出すれば、水晶板２のカット面８のｃ軸に対する
角度誤差及びａ軸に関する平行誤差の両方が同時に検出
される。

【００１４】以上のように、Ｘ線回折を起こす結晶格子
面として、その法線がＸ−Ｚ面内あるいはその近傍にあ
る結晶格子面（以下、補助結晶格子面という）を、（０
−１ １）面と同時に用いると、カット面８のａ軸に
対する傾斜誤差を測定できるのに加えて、Ｙ軸のまわり
の倒れ誤差をも同時に知ることができる。この補助結晶
格子面としては、上記（１ −２ ２）面の他に、（１
−２ １）面、（−１ −１ １）面、（−１ −１
２）面等の各面を考えることができる。（１−２
１）面及び（−１ −１ １）面の法線はＺ軸より２８
゜２’９’’傾き、Ｘ−Ｚ面より１４゜２５’５３’’
だけ軸まわりに回転した面内にある。一方、（１ −２
２）面及び（−１ −１ ２）面の法線はＺ軸より２
４゜１６’５０’’傾き、Ｘ−Ｚ面より２５゜５２’１
８’’だけ軸まわりに回転した面内にある。

【００１５】（０ −１ １）面についてのＸ線回折測
定と同時に上記の各面によるＸ線回折測定を行えば、カ
ット面８とｃ軸（図４）との間の交角のみならず、カッ
ト面８とａ軸（図４）との間の不平行性による誤差も同
時に測定することができる。既述の２つのＸ線検出器
６，７は、それぞれ個別に（１ −２ １）面等の補助
結晶格子面及び（０ −１ １）面の両面からのＸ線を
検出する。例えば、（１−２ １）面による二度の回折
線は、水晶板の回転角度に関して４０゜近く離れるの
で、それらの回折線を１つのＸ線検出器で受けることは
不可能である。そこで、（１ −２ １）面と等価な
（−１ −１ １）面と組み合わせて測定を行う。

【００１６】（１ −２ ２）面または（−１ −１
２）面の場合、回転によりＸ線回折を起こし得るための
Ｘ線入射角度χの角度範囲は０．８〜４９．４゜であ
り、これは（０ −１ １）面についての角度範囲と重
なるので、１つの回転軸で両者の回折Ｘ線を測定するこ
とが可能である。Ｘ線ビームの入射角度χの値を１０．
９゜に選ぶと、感度係数は５４．６及び３．０４とな
る。ここにいう感度係数とは、角度ズレが前記の回転角
度φ１（図２）に及ぼす割合のことである。カット面８
の凹凸の影響を避けるためにはＸ線ビームの入射角度を
大きく選ぶ方が有利である。そのため、（０ −１
１）面の代わりに２次反射（０ −２ ２）面を用いる
と、χの値の範囲は２４．５゜〜３０．４゜となり、２
つの検出器に対してＸ線回折を起こし得る２つのχの値
はオーバーラップし、１つの値を選択可能である。この
とき、χを２９．９゜に選び、（１ −２ １）面また
は（−１−１ １）面を選ぶと、感度係数は５７と２．
１になり、若干後者の感度が劣化するが、この組み合わ
せの方が実用的であろう。その他の組み合わせではさら
に感度が下がると考えられる。

【００１７】今、（０ −１ １）面と（１ −２
１）面及び（−１ −１ １）面の各面を用いてカット
面８とＺ軸とが成す角度の誤差を求めると、それはこの
２方向の成分であるので、カット面角誤差ε及びカット
面回転誤差δを次式によって知ることができる。 但し、 ε₀ は、第１の検出器により測定された角度誤差 εωは、第２の検出器により測定された角度誤差 ωは、第１のピーク対と第２のピーク対が回折を起こし
たときの試料の回転角度（第１の結晶面法線と第２の結
晶面法線の持つ試料の回転軸まわりの角度）である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、２つのＸ線検出器によ
って異なる結晶格子面からの回折Ｘ線を検出するように
したので、６方晶系におけるｃ軸に関するカット面の交
角のみならず、６方晶系におけるａ軸に関するカット面
の平行性をも同時に測定することが可能となった。これ
により、水晶板のカット面に関してきわめて高精度な誤
差測定を行うことが可能となった。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水晶板のカット面検査装置の一実
施例を示す斜視図である。

【図２】図１の装置による回折Ｘ線の検出結果の一例を
示す円グラフである。

【図３】一般的な６方晶系の結晶構造を示す図である。

【図４】上記の６方晶系との関連において水晶板のカッ
ト面のカット角度を示す図である。

【図５】Ｘ線を回折するための１つの結晶格子面である
（０ −１ １）面を示す図である。

【図６】水晶板に対するＸ線ビームの入射の様子を示す
断面図である。

【図７】水晶板に入射する入射Ｘ線と回折Ｘ線との関係
を示す模式図である。

【符号の説明】

１ Ｘ線源（Ｘ線発生手段） ２ 水晶板 ３ コリメータ（細束ビーム形成手段） ５ モータ（水晶板回転手段） ６ Ｘ線検出器 ７ Ｘ線検出器 ８ カット面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶板の持つ特定の結晶格子面に対する
   その水晶板のカット面の角度ずれを検査する水晶板のカ
   ット面検査装置において、Ｘ線を発生するＸ線発生手段
   と、Ｘ線発生手段から出たＸ線を細いビーム状に成形し
   て水晶板のカット面に照射する細束ビーム形成手段と、
   水晶板をカット面の中央の法線を軸として回転させる水
   晶板回転手段と、水晶板で回折したＸ線を検出するＸ線
   検出器とを有しており、そのＸ線検出器は水晶板に対し
   て異なる角度位置に２つ以上設けることを特徴とする水
   晶板のカット面検査装置。