(57)【要約】【課題】Ｚ軸（光軸）を高精度に、且つ簡易な作業で決定することが可能な球状又は半球状の単結晶体の製造方法を提供する。【解決手段】原料となる単結晶のＺ軸方向を予め測定し、このＺ軸と直交するＸ−Ｙ平面を有する板状の単結晶母材２を切り出す。この単結晶母材２のＸ−Ｙ平面に、単結晶母材２とは識別可能な板状の識別材３を接合して接合材４０を得る。この接合材４０分割して、製造しようとする球状体６を包含する大きさの多面体４１を切り出した後、これを球状に形成する。形成された球状体６では、単結晶体からなる水晶部６１と識別材からなる識別部６２との接合面６３がＺ軸と直交するＸ−Ｙ平面を示す目印となる。また、識別部６２を剥離することで、Ｘ−Ｙ平面をオリエンテーションフラット６３ａとする球状体６１を得ることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ軸と、このＺ軸に直交するＸ軸とＹ軸とを含む結晶軸を備えた球状または半球状の単結晶体を製造する方法において、
前記Ｚ軸と直交するＸ−Ｙ平面を有する板状の単結晶母材を切り出す工程と、
この単結晶母材の結晶軸の軸方向を識別するための識別材を、前記Ｘ−Ｙ平面が接合面となるように単結晶母材に接合して接合材を得る工程と、
製造しようとする球状または半球状の単結晶体を包含する大きさを有し、且つ、前記接合面を含む多面体を、前記接合材を分割して切り出す工程と、
前記多面体に含まれる接合面の全部または一部を包含するように、前記多面体を球状または半球状に形成する工程と、を含むことを特徴とする球状または半球状の単結晶体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の球状または半球状の単結晶体の製造方法により製造された球状または半球状の単結晶体から前記識別材を除去して、Ｚ軸と直交するオリエンテーションフラットを形成する工程を含むことを特徴とする球状または半球状の単結晶体の製造方法。
【請求項３】
前記球状または半球状の単結晶体は、水晶単結晶からなることを特徴とする請求項１または２に記載の球状または半球状の単結晶体の製造方法。
【請求項４】
前記球状または半球状の単結晶体は、圧電単結晶体であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の球状または半球状の単結晶体の製造方法。
【請求項５】
前記球状または半球状の単結晶体は、球状または半球状のレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の球状または半球状の単結晶体の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の球状または半球状の単結晶体の製造方法により製造された球状または半球状の単結晶体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイス（例えば球状ＳＡＷデバイス等）に用いられる圧電振動子や、デジタルスチールカメラに用いられる球状レンズ等として利用される球状又は半球状の単結晶体の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスの一種であるＳＡＷデバイスは、弾性体表面に伝わる表面弾性波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）を利用した素子である。例えば結晶基板表面のような弾性体表面を伝わる弾性振動は電磁波に比べて伝搬速度が１０５分の１と小さく、小型のフィルタや遅延素子を構成できるため、ＴＶ受信機や携帯電話、通信機等に広く使われている。
【０００３】
ＳＡＷデバイスのなかでも、ガスセンサ等に用いられている球状ＳＡＷデバイスは、例えば図８に示すように、基板１０上に配置された、水晶やＬｉＮｂＯ３（リチウムナイオベート）、ＬｉＴａＯ３（リチウムタンタレート）等の圧電単結晶の球状体１１の表面に櫛型電極（以下、ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極という）１２を配設したものである。球状ＳＡＷデバイスは、ＩＤＴ電極１２と球状体１１表面との間で電気信号と表面弾性波との電気−機械相互変換を行い、これらの波が特定の周波数である場合に最も効率よく電気−機械相互変換する周波数選択（帯域フィルタ）特性を有している。
【０００４】
ところで水晶等の単結晶体は、Ｚ軸（光軸）と、これに直交するＸ軸及びＹ軸との３本の結晶軸を備えている。球状ＳＡＷデバイスにおいては、Ｚ軸を中心軸として、球状体１１の赤道１１ａに相当する軌道上を弾性表面波が伝播するように設定すると、器差がなく効率のよいデバイスとすることができる。そこで、ＩＤＴ電極１２を配設したり、球状体１１を正しい方向に調整して基板１０上に固定したりするためには、その球状体１１の赤道１１ａを正確に把握する必要がある。
【０００５】
球状体１１の赤道１１ａを把握する手順としては、まずその球状体１１のＺ軸（光軸）を決定し、そのＺ軸上にある球状体１１の中心の位置を求める。そして、この中心を通り、Ｚ軸と直交する平面（以下、Ｘ−Ｙ平面という）と、球状体１１表面との交線を決定することでその球状体１１の赤道１１ａが把握される。
【０００６】
一般に、Ｚ軸（光軸）は、その球状体１１の偏光状態を目視で観察することにより決定される。具体的には、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、２枚の偏光板９ａ、９ｂをクロスニコル（２枚の偏光板９ａ、９ｂを直交に配置した状態）にして、これらの偏光板９ａ、９ｂの間に球状体１１を置き、下方の光源８ｂから光を当てる。そして、観察者８ａが球状体１１を回しながら、光が透過しない黒点１１ｂを見つけることにより、Ｚ軸（光軸）を決定している。
【０００７】
現状、ガスセンサに用いるときの球状ＳＡＷデバイスの大きさは、例えば直径が１５ｍｍ程度であり、このような小さな球状体１１を回転させて目視により黒点１１ｂを見つけるという作業は時間や手間がかかると共に、誤差も発生しやすい。また、ガスセンサの小型化に伴って、球状ＳＡＷデバイスに組み込まれる球状体１１もさらに小型化する傾向にあり、Ｚ軸（光軸）を決定する作業はますます困難になってきている。
【０００８】
また、図８に示すように球状ＳＡＷデバイスは、球状体１１の球面が板状の基板１０上に載置、固定される不安定な構造となっているため、球状体１１のＺ軸（光軸）や赤道１１ａを正しく決定しても、球状ＳＡＷデバイスを組み立てる際にこれらの向き等がずれてしまう場合があった。上述のように球状体１１は小型化していく傾向にあり、Ｚ軸の向きがずれないようにする等、正しく球状ＳＡＷデバイスを組み立てる作業はますます困難になる傾向にある。
【０００９】
このようにＺ軸（光軸）を決定する作業や球状ＳＡＷデバイスを組み立てる作業が困難になると、球状ＳＡＷデバイスの製作に手間がかかり、結果として製造コストの増大を招いてしまう。またＺ軸や赤道１１ａの向き等がばらついたりすると、球状ＳＡＷデバイスの球状体１１の表面を弾性表面波が周回するときの周回数や、信号のレスポンスにばらつきがでて、製品の特性が不揃いになり、ガスの測定結果等に誤差が生じてしまう。
【００１０】
また、球状の単結晶体やこれを半分に切断した半球状の単結晶体は、デジタルスチールカメラの光学デバイスであるレンズにも利用されている。これらの球状・半球状レンズは、例えば水晶等の単結晶体により構成されており、この場合においても、モアレの発生を防止するために、Ｚ軸（光軸）方向を精密に決定して機器に組み込むことが要求されている。
【００１１】
球状や半球状の単結晶体についてＺ軸の決定を簡便にする手法として、特許文献１には、図１０に示すように、予め結晶軸方向を精密に測定した原材料の単結晶体からＺ軸と直交するＸ−Ｙ平面を上面と下面とに有する板材を切り出し（図１０（ａ））、これを細断して得られた多面体（チップ）を球状に加工する技術が記載されている（図１０（ｂ））。この後、Ｚ軸上の極に相当する領域に、元の板材のＸ−Ｙ平面が残っている球状体を製造することで、Ｘ−Ｙ平面をオリエンテーションフラットとして活用することにより、この平面に直交するＺ軸の方向を決定し易くしている（図１０（ｃ））。
【００１２】
特許文献１に記載されている具体的な加工手法としては、（１）チップのＸ−Ｙ平面が残る程度の大きさまでチップに機械的研磨を施す手法、（２）板材のＸ−Ｙ平面に蒸着装置によってクロム蒸着膜等の保護膜を形成してからチップを切り出し、（１）と同様に機械的研磨をする手法、（３）板材のＸ−Ｙ平面として残したい部分にレジスト膜を塗布し、これ以外の部分をエッチング液でエッチングすることにより、Ｘ−Ｙ平面を残して概略の加工をした後、機械的研磨を行う手法が開示されている。
【００１３】
しかし、（１）の手法では、Ｘ−Ｙ平面が研磨剤と接触し削れてしまうので厳密には平面を残すことができず曲面になってしまう。曲面からＺ軸を決定する作業は困難なので、Ｚ軸を決定する手間を簡便にすることはできない場合が多い。また（２）のように、蒸着法により保護膜を形成する手法では、蒸着装置等が必要となり製造コストが高くなる。この他、Ｘ−Ｙ平面にレジスト膜を塗布する（３）の手法では、エッチングに要する時間が４８時間以上と長時間であるため、量産化等が困難であり工業的な実用性に乏しい。
【特許文献１】特開２００５−２０３９２７号公報：第１０頁第００６８段落〜第１１頁第００７３段落、第１１頁第００８２段落〜第１２頁第００８３段落
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、球状又は半球状の単結晶体を製造するにあたり、その単結晶のＺ軸（光軸）を高精度に、且つ簡易な作業で決定し、低コストで球状又は半球状の単結晶体を製造する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る球状または半球状の単結晶体の製造方法は、Ｚ軸と、このＺ軸に直交するＸ軸とＹ軸とを含む結晶軸を備えた球状または半球状の単結晶体を製造する方法において、
前記Ｚ軸と直交するＸ−Ｙ平面を有する板状の単結晶母材を切り出す工程と、
この単結晶母材の結晶軸の軸方向を識別するための識別材を、前記Ｘ−Ｙ平面が接合面となるように単結晶母材に接合して接合材を得る工程と、
製造しようとする球状または半球状の単結晶体を包含する大きさを有し、且つ、前記接合面を含む多面体を、前記接合材を分割して切り出す工程と、
前記多面体に含まれる接合面の全部または一部を包含するように、前記多面体を球状または半球状に形成する工程と、を含むことを特徴とする。  
さらに、上述の製造方法により製造された球状または半球状の単結晶体から前記識別材を除去して、Ｚ軸と直交するオリエンテーションフラットを形成する工程を含むようにしてもよい。
ここで、「球状の単結晶体」には、識別材を除去してオリエンテーションフラットが形成された形状の単結晶体も含まれるものとする。
【００１６】
単結晶体の材料としては、水晶単結晶等からなる圧電単結晶体を利用するとよい。また、当該製造方法により製造された球状または半球状の単結晶体を、例えばデジタルスチールカメラ等に用いられる球状または半球状のレンズとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、球状または半球状（以下、この段落において単に「球状」という）の単結晶体の原料となる単結晶のＺ軸を予め決定しておき、決定の結果を識別し易いように目印（Ｚ軸と直交するＸ−Ｙ平面で接合された識別材）をつけて、この目印を残したまま球状に加工していく。このため、球状の単結晶体を製造してから、その単結晶体のＺ軸を決定する従来の手法と比較してＺ軸を決定する作業が簡便になり、球状ＳＡＷデバイス等、この単結晶体を利用したデバイスの製造コストを低減することができる。また、比較的取り扱いの容易な大きさの結晶母材の段階でＺ軸を確認するための目印をつけるので、球状の単結晶体のサイズが小さくなっても容易にＺ軸を決定することができる。このため、従来の手法と比較して、Ｚ軸の測定や球状ＳＡＷデバイス等の組み立ての段階でＺ軸がずれたりすることが少なく、本発明に係る単結晶体を利用したデバイス等の品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について、球状ＳＡＷデバイスを形成する場合を例にして説明する。図１は、Ｚ軸（光軸）と、これに直交する２本の軸であるＸ軸とＹ軸とを含む結晶軸を備えた人工水晶１の単結晶体の一例を示した斜視図である。人工水晶１は、例えば水熱合成法により育成され、例えば図１に示すような塊状のものを使用する。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を含む結晶軸を備えた単結晶体としては、水晶の他、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の偏光作用のある圧電単結晶の単結晶体を用いてもよい。
【００１９】
次に、上述の人工水晶１からＺ軸と直交するＸ−Ｙ平面を有する板状の単結晶母材を切り出す工程について説明する。図２（ａ）は、単結晶母材を切り出す前の人工水晶１を模式的に示した側面図である。この工程の前工程において、例えばＸ線により人工水晶１の結晶軸方向を高精度で把握し、Ｘ軸とＹ軸とがこの人工水晶１を切断する切断面と平行になるように図示しない固定器等に固定する。そして、図２（ｂ）に示すように、例えば図示しないワイヤソーをＺ軸と直交する方向に移動させて人工水晶１を切断し、この動作をＺ軸方向に等間隔で繰り返す。以上の作業によりＺ軸と直交するＸ−Ｙ平面を有する板状の単結晶母材２を複数切り出すことができる。切り出された単結晶母材２は識別材を接合する次の工程に送られる。なお、図２では図示の便宜上単結晶母材２を直方体として示したが、Ｚ軸方向と直交するＸ−Ｙ平面を有していれば、板状をなす単結晶母材２の側面の形状は特定の形に限定されない。
【００２０】
図３は、Ｘ−Ｙ平面を有する板状の単結晶母材２に識別材３を接合する工程を示している。識別材３は、例えばガラスや石英ガラス等からなり、単結晶母材２とは識別可能な材料を使用する。また、識別材３は、単結晶母材２のＸ−Ｙ平面と接合可能な平面を備えている。そして、図３（ａ）に示すように、単結晶母材２の一方のＸ−Ｙ平面を覆うように識別材３の平面を重ね合わせ、これらの部材の間を例えば硬化型のＵＶ接着剤等により接着する。これにより、図３（ｂ）に示すように、単結晶母材２と識別材３とが一体となった接合材４０を得ることができる。得られた接合材４０は、これを分割する次の工程に送られる。
【００２１】
なお、識別材３は透明なものを使用する場合に限定されず、例えば着色されたガラスや不透明なセラミクスを用いたり、単結晶母材２と接合される面が塗装されていたりすることにより単結晶母材２と識別材３とを視覚的に識別し易くしてもよい。また、着色された接着剤を用いて単結晶母材２と識別材３とを接合し、その接合面を視認し易くすることにより、これらの部材を識別し易くしてもよい。
【００２２】
図４（ａ）は、球状体に加工される前の多面体４１が接合材４０から切り出された状態を示している。具体的には、前工程で得られた接合材４０の識別材３が下側になるように、例えばパラフィン系の接着剤によって鋼材等からなる加工用プレート５上に固定する。そして、ダイシングソーやワイヤソー等を用いて、図４（ａ）に示すように、製造しようとする球状体を包含する大きさの多面体４１（本実施の形態では立方体）を切り出していく。単結晶母材２と識別材３とを接合した接合材４０から多面体４１を切り出しているので、この多面体４１にも単結晶母材２と識別材３との接合面が含まれている。なお、図４（ｂ）に示すように単結晶母材２を下にして接合材４０を加工用プレート５上に固定し、多面体４１を切り出してもよい。切り出された多面体４１は、溶剤等により接着剤を溶かして加工用プレート５から剥離され、球状体を形成する工程に送られる。
【００２３】
図５（ａ）は、前工程で切り出した多面体４１を加工して得られた球状体６の斜視図である。前工程で得られた多面体４１は、例えばボールミルやバレル研磨機に投入され、識別材３と単結晶母材２とが同時に研磨されることによって、これらの部材が一体となった球状体６に加工される。図５（ｂ）は、加工後の球状体６の側面図である。図５（ｂ）に示すように、球状体６は水晶部６１と識別部６２とから構成され、これらの部材６１、６２が接合面６３を介して接合されている。この接合面６３の水晶部６１側の面は、単結晶母材２を切り出す際に形成されたＸ−Ｙ平面であるので、この接合面６３を例えば目視等で確認することで、このＸ−Ｙ平面に直交する軸、即ちＺ軸を容易に決定することができる。
【００２４】
図６（ａ）は、球状体６から識別部６２を剥離して水晶部６１のみを残した水晶体（以下、図６の説明においては、本部材を球状体６１ａという）の側面図である。識別部６２の剥離は、例えば球状体６を溶剤中に浸してＵＶ接着剤を溶解させること等により行われる。球状体６１ａは、図６（ａ）に示すように、Ｚ軸と直交する面を示すオリエンテーションフラット（Ｘ−Ｙ平面に相当）６３ａを有している。このオリエンテーションフラット６３ａが下側となるように、球状体６１を平坦な面の上に載置すると、球状体６１ａは載置面に対して鉛直方向にＺ軸を向けた位置で安定する。即ち、背景技術において説明したようなＺ軸の測定を行わなくても、球状体６１ａを載置するだけでそのＺ軸を決定することが可能となる。
【００２５】
図６（ｂ）は、この球状体６１ａを利用した球状ＳＡＷデバイスの一例である。既述のように、平坦な面を有する基板１０の上にオリエンテーションフラット６３ａを下にして球状体６１ａを載置するだけで、その球状体６１ａのＺ軸が決定される。そこで、球状体６１ａを基板１０上に固定し、この球状体６１中心に相当する位置に、オリエンテーションフラット６３ａと平行になるようにＩＤＴ電極１２を配設するだけで簡単に球状ＳＡＷデバイスを組み立てることができる。
【００２６】
本実施の形態により製造される球状体６１ａにはオリエンテーションフラット６３ａが形成されており、このオリエンテーションフラット６３ａが球状体６１ａのＺ軸（光軸）を認識するための目印となっている。このため、球状体を形成してから別途クロスニコル等を用いて目視によりＺ軸を決定する必要がなく簡便にＺ軸を決定できるので、この球状体６１ａを圧電振動子として球状ＳＡＷデバイス等を製造する際の手間を削減することが可能となり、製造コストを低減することが可能となる。
【００２７】
また、本実施の形態では、原料となる人工水晶１の加工を開始する前にＺ軸（光軸）を測定しておき、比較的取り扱いの容易な大きさの結晶母材２の段階でＺ軸を確認するための目印（識別材３）をつけるので、球状体６１ａのサイズが小さくなっても容易にＺ軸を決定することができる。このため、従来の手法と比較して、Ｚ軸の測定や球状ＳＡＷデバイスの組み立ての段階でＺ軸がずれたりすることが少なく、球状ＳＡＷデバイスの品質を向上させることができる。
【００２８】
次に、識別部６２を剥離しない適用例について説明する。図７は、識別部６２を剥離していない球状体６を組み込んだ球状ＳＡＷデバイスの一例である。本適用例に用いる球状体６には、例えば識別部６２が着色されているガラスや、不透明なセラミクス、または単結晶母材２と接合される面が塗装されていることにより、単結晶母材２と識別材３との接合面６３が視認し易くなっているものを用いるとよい。本実施の形態では、単結晶母材２と識別材３との接合面６３が  オリエンテーションフラットの役割を果たす。そこで、識別部６２を下側にして接合面６３が基板１０と平行になるように球状体６を固定すると、この接合面６３と直交する方向がＺ軸であることが決定される。そこへ、この球状体６の中心に相当する位置に接合面６３と平行になるようにＩＤＴ電極１２を配設するだけで簡単に球状ＳＡＷデバイスを組み立てることができる。
【００２９】
本実施の形態に係る球状体６においても、図６に示した球状体６１と同様に、球状体を形成してから別途目視等によりＺ軸を決定する必要がなく、この球状体６を圧電振動子とする球状ＳＡＷデバイス等の製造コストを低減したり、品質を向上させたりすることができる。
【００３０】
また本発明は、例えばデジタルスチールカメラの光学デバイスである球状レンズ又は半球状レンズの製造にも適用できる。球状レンズ又は半球状レンズを製造する場合には、球状ＳＡＷデバイスの圧電振動子を製造する場合と同様の手法にて、球状の単結晶体（球状レンズ）を例えば直径が５．０ｍｍ程度の大きさで形成する。また、半球状の単結晶体（半球状レンズ）の場合には、球状の場合と同様の方法で球状体６を形成する際に、識別材３の厚みを大きくすることにより製造してもよい。また、球状体６を形成してから、ワイヤソー等で接合面６３と平行に球状体６を切断することにより製造してもよい。
【００３１】
この場合には、球状レンズ又は半球状レンズにはＺ軸と直交するオリエンテーションフラットまたは結晶部と識別部との接合面が形成されているので、これらを目印にして、光軸方向を調整しながらデジタルスチールカメラの基板等への取り付けを行うことができる。これによりレンズの製造や、取り付け作業に時間や手間がかからなくなるので、製造コストを安価にすることができる。また、Ｚ軸方向が高精度で決定されているので、Ｚ軸方向（光学方向）の位置合わせを正確に行うことができ、モアレの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態で用いられる人工水晶の単結晶体の一例を示す斜視図である。
【図２】Ｚ軸と直交するＸ−Ｙ平面を有する単結晶母材を切り出す工程の一例を示す側面図である。
【図３】単結晶母材のＸ−Ｙ平面に識別材を接合して接合材を得る工程の一例を示す斜視図である。
【図４】接合材を分割して、製造しようとする球状体を包含する大きさの多面体を切り出す工程の例を示す斜視図である。
【図５】実施の形態に係る球状体の一例を示す斜視図及び側面図である。
【図６】オリエンテーションフラットが形成された球状体及びこの球状体を利用した球状ＳＡＷデバイスの一例を示す側面図である。
【図７】他の実施の形態に係る球状体を利用した球状ＳＡＷデバイスの一例を示す側面図である。
【図８】球状ＳＡＷデバイスの一例を示す側面図である。
【図９】球状の単結晶体のＺ軸を決定する手法の一例を示す説明図である。
【図１０】オリエンテーションフラットを有する球状の単結晶体の製造方法の従来例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１              人工水晶
２              単結晶母材
３              識別材
５              加工用プレート
６              球状体
８ａ            観察者
８ｂ            光源
９ａ、９ｂ      偏光板
１０            基板
１１            球状体
１１ａ          赤道
１１ｂ          黒点
１２            ＩＤＴ電極
４０            接合材
４１            多面体
６１            水晶部
６１ａ          球状体
６２            識別部
６３            接合面
６３ａ          オリエンテーションフラット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007273579.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007273579.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007273579.tif 000011
【図１０】
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