JPH10163781A - 水晶振動子の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水晶振動子の完成後の特性劣化を少なくす
る。 【解決手段】周波数調整後そのまま封止する。半完成水
晶振動子と封止部材を準備チャンバーを経由して導入す
る手段と、半完成振動子の周波数を調整する手段と、封
止部材を半完成水晶振動子に供給する手段と、封止する
手段と、完成した水晶振動子を排出する手段を有する水
晶振動子の製造装置を開発する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子の製造方
法及び製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子は、水晶を所望形状に加工す
る工程と、加工された水晶に励振用電極を形成する工程
と、容器に組み立てる工程と、周波数を調整する工程
と、真空槽内で熱処理する工程と、真空槽内で封止する
工程で製造されている。

【０００３】水晶振動子は完成後の電気特性を良好に維
持する為に、容器内を窒素ガス雰囲気にするか真空に保
持するのが一般的である。容器内を真空に維持する為に
は、容器内に保持されるものの表面を清浄にしてから封
止しなければならない。特に表面に吸着している水分の
脱離が必要で、真空槽内で熱処理する工程はそのための
工程である。水晶の表面は小さな凹凸が多いこと、表面
に蒸着による電極膜があること等により、表面積が大き
く、また、水分が吸着し易い。そのため、各工程間で保
存する場合も水分の吸着を防ぐ為に低湿度雰囲気中で保
存している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、水晶振
動子の封止は、封止前に真空熱処理してそのまま封止す
るとよいが、実作業では真空熱処理後一度大気に出し、
封止工程に入るか、真空熱処理後低湿度雰囲気中に保存
してから封止工程に入るので、いずれにしても真空熱処
理後に大気に晒されてから封止工程に入るので、水分の
吸着は防止できなかった。

【０００５】周波数調整後、工程が進むことにより周波
数がばらついてくるのは、各工程間で室内空気に晒され
る際に水晶の表面に水分が物理吸着すること、室内空気
中に含まれる微量物質（例えば硫化水素、塩素、炭酸ガ
ス、メタンガスなど）と電極(材質は一般に銀）とが化
学反応すること、及び、室内空気に含まれる塵埃が付着
すること等により周波数がマイナスにシフトする現象に
よる。

【０００６】周波数調整工程と封止工程を同一真空槽内
で連続して作業すれば良いが、そのような装置は開発さ
れておらず、周波数調整は蒸着機又はレーザー等を使用
した専用機であり、封止はプレス又は溶接機等を使用し
た封止機であり、いずれも真空槽の中での作業であっ
た。

【０００７】夫々に真空にする為の排気系を有し、夫々
の装置が高価になることと装置のメインテナンスの手間
がかかるという問題を有していた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】水晶振動子を組み立て
後、周波数調整をする工程と封止をする工程を有する水
晶振動子の製造方法において、真空中で周波数調整後、
連続して真空中で封止する水晶振動子の製造方法とす
る。

【０００９】真空槽内に周波数調整手段と封止手段を有
し、半完成水晶振動子と封止部材を準備チャンバーを経
由して導入する手段と、半完成振動子の周波数を調整す
る手段と、封止部材を半完成水晶振動子に供給する手段
と、封止する手段と、完成した水晶振動子を排出する手
段を有する水晶振動子の製造装置とする。

【０００９】周波数調整手段を蒸着とし、 周波数調整
手段と封止手段を同一槽内に設ける。周波数調整後の半
完成水晶振動子の周波数を測定して良否の判定をし、不
良品には封止しない水晶振動子の製造装置とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる水晶振動子
とワーク治具の分解斜視図である。水晶振動子は水晶
１、気密端子２、リード部材３、封止管４で構成されて
いる。気密端子２のリード部材３に水晶１が固定されて
半完成水晶振動子となる。水晶には励振電極（図示せ
ず）が設けられている。半完成水晶振動子の周波数調整
後封止管４を圧入して完成水晶振動子となる。ワーク治
具５は本発明の水晶振動子の製造において使用されるも
ので、最初にリード部材を２つの穴６に挿入してその後
の工程を水晶振動子が完成するまでキャリアとしての役
割を持つ。本例では１つのワーク治具に１つの半完成水
晶振動子が対応しているが、１つのワーク治具に複数の
半完成水晶振動子を載置するのが実際的であり、対応す
る全体構造も複数に対応するようになる。以下の説明は
１つの対応で行う。

【００１１】図２は本発明の水晶振動子の製造装置の一
実施形態の上面図である。主要部だけの記載であり、模
式図である。図中の矢印は対象物の流れを表している。
２本の一点鎖で区分された左側のＡ部は蒸着による周波
数調整工程部、中央のＢ部は封止工程部、右側のＣ部は
完成品排出部である。

【００１２】周波数調整工程部Ａにおいて、２９は準備
チャンバーである。準備チャンバー２９の両側には可動
壁ａ、ｂを設けてある。また、準備チャンバー２９には
スライドコンベア２０が設置されている。可動壁ａを開
けて半完成水晶振動子を搭載した所定数のワーク治具を
スライドコンベア２０に載せる。可動壁ａを閉じ準備チ
ャンバーを真空に排気する。製造装置本体内は１０-2Ｐ
ａレベルの圧力（真空）に保持されているので、同じ程
度の圧力まで排気する。好ましくは準備チャンバー２９
の圧力の方が低い方が良い。

【００１３】圧力が同じ程度になったら、可動壁ｂを開
けワーク治具を固定コンベア２１に移動する。ワーク治
具を移動する為にスライドコンベア２０を固定コンベア
２１側にスライドすることで移動を可能にしているが、
その機構について図３から図６を用いて説明する。図３
は製造装置本体と準備チャンバー２９の接続部の断面図
である。可動壁ｂ(図示せず）を開けたら、固定コンベ
ア２１側にスライドコンベア２０をスライドさせる。図
４は固定コンベア２１とスライドコンベア２０が所定位
置まで接近した部分斜視図である。

【００１４】図５はスライドコンベア２０の斜視図であ
る。ガイド２０１にスライダ２０２が載置され、スライ
ダ２０２に取り付けブラケット２０９が固定されてい
る。取り付けブラケット２０９の片側にはプーリー２０
３が固定されている。もう一方にはかさ歯車２０５と接
続されたプーリーが固定されている。かさ歯車２０５は
２つのユニバーサルジョイント２０７、２０８を経てか
さ歯車２０６により駆動されるのでスライダが駆動され
て移動してもかさ歯車２０５の駆動が可能になってい
る。コンベアベルト２０４は２つのプーリーにより回さ
れる。

【００１５】図６は固定コンベア２１の部分斜視図であ
り、取り付けブラケット等は省略してある。かさ歯車２
１３はかさ歯車２１２により回転する。プーリー２１１
はコンベアベルト２１４により回転する従動プーリーで
ある。２本のコンベアベルト２１４はスライドコンベア
２０のコンベアベルト２０４が挿入される間隔を開けて
配置されている。コンベアベルトの形状はスライドコン
ベアと固定コンベアでセットになっていればどちらが１
本でどちらが２本でも構わない。

【００１６】固定コンベア２１で最前列まで搬送された
ワーク治具は押し出し手段２２により押し出され、更に
押し出し手段２３により蒸着治具２４にセットされる。
図７から図８により前述の手順を説明する。

【００１７】図７は固定コンベア２１、押し出し手段２
２、２３の斜視図である。押し出し手段２２はガイド２
２１、スライダ２２２、ラック２２３、ピニオン２２４
で構成される。固定コンベア２１により搬送された最前
列のワーク治具５はワーク治具受け２３６上に押し出さ
れる。押し出し手段２３はガイド２３１、スライダ２３
２、ラック２３３、ピニオン２３４、２本のガイドピン
２３５を有するワーク治具ホルダー２３７で構成されて
いる。

【００１８】押し出し手段２３は押し出し手段２５と協
働してワーク治具５を蒸着治具にセットする。図９はそ
の関係を示す断面図である。２本のガイドピン２３５で
ワーク治具５を保持し、ガイドピン２３５の反対側から
押し出し手段２５でワーク治具５を挟持しながら、ワー
ク治具５を蒸着治具２４にセットする。

【００１９】図８は蒸着治具２４のワーク治具５をセッ
トする付近の分解斜視図である。蒸着治具２４は、蒸着
用リングベース２４１、内歯歯車２４２、蒸着用マスク
ホルダー２４４、蒸着用マスクスぺーサ２４６、蒸着用
マスク２４８で構成されている。蒸着用リングベース２
４１にはワーク治具５をセットする凹部２４３が形成さ
れており、ワーク治具５の２つのガイド穴７に対応する
２本のガイドピン２５０が設けられている。穴２４９、
２４７、２４５は蒸着用の穴であり、穴２４９は蒸着形
状を決める穴である。図１０は蒸着治具２４にワーク治
具５をセットした断面図である。

【００２０】図１１は蒸着治具とリング支え及び回転機
構の一部を示す断面図である。蒸着治具２４は円形をし
ており、蒸着用リングベース２４１に形成された溝部を
複数個のリング支え２５２により支えられている。内歯
歯車２４１には蒸着治具駆動用ピニオン２５１が噛み合
っており、外部の駆動系（図示せず）により蒸着治具駆
動用ピニオン２５１が駆動されることで回転する。２５
３は気密性を保持しつつ回転体を支持する回転支持体で
ある。

【００２１】図２において２６は蒸着手段、２７は周波
数測定手段である。蒸着治具２４にセットされた半完成
水晶振動子は蒸着手段２６の前まで回転してくると、２
本のリード部材３と発振回路からの端子が接続され周波
数を測定し、蒸着手段により所定周波数になるまで蒸着
される。蒸着による周波数調整は周知技術なので詳細説
明は省略する。周波数が調整された半完成水晶振動子
（ワーク治具５）は更に回転し、押し出し手段２８の前
に到達すると矢印方向に押し出される。

【００２２】押し出されたワーク治具５は送り手段３４
により順次矢印方向に搬送される。図１２、１３は送り
手段３４の送り竿と送り竿の動きを説明する為の斜視図
である。送り竿３４２には均等間隔で凹部３４３が形成
されていて、一端部が送り竿用シリンダ３４１に固定さ
れている。送り竿用シリンダ３４１は送り竿駆動部３３
により図１２中の２つの矢印方向に駆動される。一つの
方向は回転方向であり、他の方向は長手方向である。

【００２３】周波数調整後送り手段２８により蒸着治具
２４よりレール３４４上に排出されたワーク治具５は送
り竿３４２により順次搬送される。送り竿３４２にはワ
ーク治具５の長手方向が収納できる凹部３４３が形成さ
れている。図２では７箇所の凹部が必要になっている。
図１３の状態にある送り竿は図中の４つの矢印のイ、
ロ、ハ、ニの順に作動する。送り竿が矢印イに従い回転
すると凹部３４３は点線で示す状態にワーク治具５を抱
え込む。次に、送り竿は矢印ロの方向に移動し、ワーク
治具５を搬送する。次に矢印ハに従い送り竿が回転す
る。送り竿は図の状態で矢印ニに従い移動し、１サイク
ルが終了する。この動作を繰り返すことでワーク治具５
は１コマずつ搬送され封止工程部Ｂに入る。

【００２４】測定手段３９は半完成水晶振動子の特性を
測定するものであり、不良と判定したものは次の封始工
程部で封止しないように制御する為のものである。

【００２５】封止工程部であるＢ部は、封止管４を整列
した封止管パレット３０を搬入する準備チャンバー３
５、３６を有する。準備チャンバー３５の手前には封止
管パレット３０を搬入する可動壁ｃと搬出する可動壁ｆ
があり、奥側にも準備チャンバー３６との出し入れ用可
動壁ｄ、ｇがある。準備チャンバー３６の奥側には製造
装置本体との出し入れ用可動壁ｅ、ｈがある。封止管パ
レット３０は矢印に従い搬入され、排出される。準備チ
ャンバー３６は封止管４を加熱して封止管表面に吸着し
ている水分の脱離をするのを主目的としている。準備チ
ャンバー３５、３６には夫々出し入れの為に２つのコン
ベアがあるが、チャンバー内を区切って４つにしてもよ
い。コンベアの種類や組み合わせ、準備チャンバー内の
排気、可動壁の開閉等については周波数調整工程部と同
様なので説明は省略する。

【００２６】製造装置本体に搬入された封止管は封止管
ハンドリングユニットにより半完成水晶振動子にセット
され圧入される。図１４は封止管ハンドリングユニット
の斜視図であり、図１５は封止管ハンドと封止管及び封
止管パレットの関係を示す斜視図である。

【００２７】封止管ハンドリングユニット３１の本体３
１’は２つのスライダ３１７を有し、取り付け板３２１
に取り付けられた２本の上下ガイド３１６と係合してい
る。取り付け板３２１には上下用パルスモータ３１８が
固定されており、本体３１’には上下用ボールネジナッ
ト３２０が固定されている。上下用ボールネジ３１９は
上下用パルスモータ３１８に接続されている。上下用パ
ルスモータ３１８が回転すると本体３１’が上下する。
本体３１’には前後ガイド３１１と前後用ボールネジ３
１４及び前後用パルスモータ３１３が図のように固定さ
れており、前後用ガイド３１１と前後用ボールネジ３１
４には前後スライダ３１２が組み込まれている。前後用
スライダ３１２と前後用ボールネジ３１４は前後用ボー
ルネジナット３１５を介して係合しており、前後用ボー
ルネジ３１４は前後用パルスモータ３１３に接続されて
いるので、前後用パルスモータ３１３が回転すると前後
用スライダ３１２は前後ガイド３１１に沿って移動す
る。前後スライダ３１２には封止管ハンド３２３を組み
立てたハンドホルダ３２２が固定されている。封止管ハ
ンドリングユニット３１により封止管ハンド３２３は上
下前後に移動可能になっている。

【００２８】封止管パレット３０には封止管４を位置決
め整列するピン３０１、３０２が所定間隔で植設されて
おり、封止管ハンドリングユニット３１により移動した
封止管ハンド３２３によりチャックされて後述する封止
管プレス部まで搬送され、半完成水晶振動子に被せられ
る。封止管ハンド３２３には封止管４を収納する穴部３
２５が穿設され、封止管４をチャックする封止管チャッ
ク用マグネット３２４が設けられている。チャック用マ
グネット３２４は封止管４を吸着できる程度の弱いもの
である。封止管ハンドは４つ割れチャック等を採用して
もよい。

【００２９】図１６は封止管プレス部の部分斜視図であ
り、図１７は半完成水晶振動子に封止管４を圧入した部
分の断面図である。封止管プレス部３２は、プレス軸３
２６、レバー３２７、プレスパンチ３２８から構成され
ている。プレス軸３２６は、真空槽外とつながってい
て、矢印３２９のプレス軸３２６の軸方向に上下運動す
るようになっている。レバー３２７は、プレスパンチ３
２８が先端に固定されて、プレス軸３２６に固定されて
いる。送り竿により搬送されてきた半完成水晶振動子に
封止管ハンドリングユニット３１が封止管４を搬送して
きて所定位置にセットされたら封止管ハンド３２３を図
面上下から下の押し、封止管４を封止管ハンド３２３を
介して気密端子２に圧入する。プレスにより圧入が終了
すると、封止管ハンドリングユニット３１は次の封止管
４をつかむ動作をする。封止管チャック用マグネット３
２４の吸着力は弱く設定されているので振動子はワーク
治具５から抜けることはなく、水晶振動子は完成品とな
る。前述したように測定手段３９により不良と判定され
た半完成水晶振動子は封止をしないで次工程に搬送され
る。

【００３０】封止管パレット３０に封止管４がなくなる
と封止管パレット３０は矢印方向に搬送され次の封止管
パレット３０が供給される。

【００３１】封止工程部Ｂを終了した完成水晶振動子は
完成品排出部Ｃまで搬送され、押し出し手段によりコン
ベアに押し出される。更に予備チャンバー３８、３７を
経て排出される。可動壁ｋ、ｊ、ｉの開閉は前述の可動
壁と同様である。予備チャンバーを２つにしてあるが、
１つだけでも差し支えはない。

【００３２】圧入型の水晶振動子で説明をしたが、本発
明は圧入型に限定されるものではない。図１８は別なタ
イプの水晶振動子の完成斜視図と分解斜視図である。水
晶振動子４０は、気密端子４２に水晶片４１を組み立て
た後周波数調整をして、蓋４３により封止される。封止
は気密端子４２又は蓋４３に設けられたプロジェクショ
ン部で抵抗溶接される。

【００３３】図１９は前述の水晶振動子に使用するワー
ク治具５１の斜視図と水晶振動子を取り付けた断面図で
ある。ワーク治具５０は治具ベース５２と電極ばね５１
で構成されている。周波数調整後、蒸着治具から排出さ
れて次工程に移る際又は封止前にワーク治具を９０度回
転する工程が入ることと、プレスが溶接に変わるが、同
様な工程で構成できる。

【００３４】

【発明の効果】周波数調整後そのまま封止を行うので、
半完成水晶振動子が室内空気に晒されることがなく清浄
なまま完成品となる為、完成後の水晶振動子の電気特性
劣化が少なくなる。また、周波数のシフトも少なくな
る。

【００３５】周波数調整装置と封止装置を一つにしたの
で、製造工程の同期がとれ工程間作業が不要となった。
周波数調整後の保管場所も必要なく、また、製造装置の
メインテナンスが容易になった。

【００３６】周波数調整を蒸着にしたので、周波数調整
工程と封止工程を同一槽内にすることができ、製造装置
の構造が簡単に出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】水晶振動子とワーク治具の分解斜視図

【図２】本発明の製造装置の上面図

【図３】製造装置本体と準備チャンバーの接続部の断面
図

【図４】固定コンベアとスライドコンベアの部分斜視図

【図５】スライドコンベアの斜視図

【図６】固定コンベアの部分斜視図

【図７】固定コンベアと押し出し手段の斜視図

【図８】蒸着治具の部分分解斜視図

【図９】２つの押し出し手段とワーク治具、蒸着治具の
関係を示す断面図

【図１０】蒸着治具にワーク治具をセットした断面図

【図１１】蒸着治具とリング支え及び回転機構の一部を
示す断面図

【図１２】送り竿と送り竿の動きを説明する為の斜視図

【図１３】送り竿と送り竿の動きを説明する為の斜視図

【図１４】封止管ハンドリングユニットの斜視図

【図１５】封止管ハンドと封止管及び封止管パレットの
関係を示す斜視図

【図１６】封止管プレス部の部分斜視図

【図１７】半完成水晶振動子に封止管を圧入した部分の
断面図

【図１８】水晶振動子の完成斜視図と分解斜視図

【図１９】水晶振動子に使用するワーク治具５０の斜視
図と水晶振動子を取り付けた断面図

【符号の説明】

１ 水晶 ２ 気密端子 ３ リード部材 ４ 封止管 ５ ワーク治具 ６ 穴 ７ ガイド穴 ２０ スライドコンベア ２０１ ガイド ２０２ スライダ ２０３ プーリー ２０４ コンベアベルト ２０５ かさ歯車 ２０６ かさ歯車 ２０７ ユニバーサルジョイント ２０８ ユニバーサルジョイント ２０９ 取り付けブラケット ２１ 固定コンベア ２１１ プーリー ２１２ かさ歯車 ２１３ かさ歯車 ２１４ コンベアベルト ２２ 押し出し手段 ２２１ ガイド ２２２ スライダ ２２３ ラック ２２４ ピニオン ２３ 押し出し手段 ２３１ ガイド ２３２ スライダ ２３３ ラック ２３４ ピニオン ２３５ ガイドピン ２３６ ワーク治具受け ２３７ ワーク治具ホルダー ２４ 蒸着治具 ２４１ 蒸着用リングベース ２４２ 内歯歯車 ２４３ 凹部 ２４４ 蒸着用マスクホルダー ２４５ 穴 ２４６ 蒸着用マスクスぺーサ ２４７ 穴 ２４８ 蒸着用マスク ２４９ 穴 ２５０ ガイドピン ２５ 押し出し手段 ２５１ 蒸着治具駆動用ピニオン ２５２ リング支え ２５３ 回転支持体 ２６ 蒸着手段 ２７ 周波数測定手段 ２８ 押し出し手段 ２９ 準備チャンバー ３０ 封止管パレット ３０１ ピン ３０２ ピン ３１ 封止管ハンドリングユニット ３１’ 本体 ３１１ 前後ガイド ３１２ 前後スライダ ３１３ 前後用パルスモータ ３１４ 前後用ボールネジ ３１５ 前後用ボールネジナット ３１６ 上下ガイド ３１７ スライダ ３１８ 上下用パルスモータ ３１９ 上下用ボールネジ ３２０ 上下用ボールネジナット ３２１ 取り付け板 ３２２ ハンドホルダ ３２３ 封止管ハンド ３２４ 封止管チャック用マグネット ３２５ 穴 ３２６ プレス軸 ３２７ レバー ３２８ プレスパンチ ３２９ 矢印 ３２ 封止管プレス部 ３３ 送り竿駆動部 ３４ 送り手段 ３４１ 送り竿用シリンダ ３４２ 送り竿 ３４３ 凹部 ３４４ レール ３５ 準備チャンバー ３６ 準備チャンバー ３７ 予備チャンバー ３８ 予備チャンバー ３９ 測定手段 ４０ 水晶振動子 ４１ 水晶片 ４２ 気密端子 ４３ 蓋 ５０ ワーク治具 ５１ 電極ばね ５２ 治具ブロック ａ〜ｉ 可動壁 Ａ 周波数調整工程部 Ｂ 封止工程部 Ｃ 完成品排出部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶振動子を組み立て後、周波数調整を
   する工程と封止をする工程を有する水晶振動子の製造方
   法において、真空中で周波数調整後、連続して真空中で
   封止することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
2. 【請求項２】 真空槽内に周波数調整手段と封止手段を
   有することを特徴とする水晶振動子の製造装置。
3. 【請求項３】 半完成水晶振動子と封止部材を準備チャ
   ンバーを経由して導入する手段と、半完成振動子の周波
   数を調整する手段と、封止部材を半完成水晶振動子に供
   給する手段と、封止する手段と、完成した水晶振動子を
   排出する手段を有することを特徴とする水晶振動子の製
   造装置。
4. 【請求項４】 周波数調整手段が蒸着であることを特徴
   とする請求項２又は３記載の水晶振動子の製造装置。
5. 【請求項５】 周波数調整手段と封止手段が同一槽内に
   あることを特徴とする請求項４記載の水晶振動子の製造
   装置。
6. 【請求項６】 周波数調整後の半完成水晶振動子の周波
   数を測定して良否の判定をし、不良品は封止しないこと
   を特徴とする請求項３記載の水晶振動子の製造装置。