(57)【要約】 【課題】  球状又は半球状の結晶体を製造するにあたり、結晶軸を高精度に、簡易な作業で決定すること。【解決手段】  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結晶体から、前記Ｚ軸を一辺とし、製造しようとする球状の結晶体を包含する大きさの立方体３を切り出し、次いでこの立方体３に、前記立方体３の一辺３１を基準として、前記Ｚ軸方向に沿って伸びるＺ軸基準孔３２を形成する。この後、前記Ｚ軸基準孔３２の一部を包含するように、前記立方体３を球状に形成することにより、球状の結晶体を製造する。【選択図】  図３
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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又は半球状の結晶体を製造する方法において、
前記Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸のいずれか一つの結晶軸方向に伸びる一辺を持ち、製造しようとする球状又は半球状の結晶体を包含する大きさの多面体を切り出す工程と、
次いで前記多面体に、前記多面体の結晶軸方向に伸びる一辺を基準として、前記結晶軸方向に沿って伸びる結晶軸基準孔を形成する工程と、
次いで前記結晶軸基準孔の全部又は一部を包含するように、前記多面体を球状又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又は半球状の結晶体の製造方法。
【請求項２】
前記球状又は半球状の結晶体は圧電振動子であることを特徴とする請求項１記載の球状又は半球状の結晶体の製造方法。
【請求項３】
前記球状又は半球状の結晶体は球状又は半球状のレンズであることを特徴とする請求項１記載の球状又は半球状の結晶体の製造方法。
【請求項４】
前記結晶体は、水晶、リチウムナイオベート、リチウムタンタレートのいずれかにより形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の球状又は半球状の結晶体の製造方法。
【請求項５】
前記結晶軸基準孔の孔径は、球状又は半球状の結晶体の直径に対して０．１％〜５％の大きさであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の球状又は半球状の結晶体の製造方法。
【請求項６】
請求項１の方法により製造された球状の結晶体に、前記結晶軸基準孔を基準にして、前記Ｘ軸と平行にＩＤＴ電極を取り付けることを特徴とする球状ＳＡＷデバイスの製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に使用される圧電デバイス例えば球状ＳＡＷデバイス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結晶体の製造方法に関する。
【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り、結晶基板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、通信機などに広く使われている。このうち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１０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）やＬｉＴａＯ３（リチウムタンタレート）等の圧電結晶の球状体１１の表面に櫛型電極（ＩＤＴ：インターディジタルトランスデューサ）１２を配設し、電気信号と表面弾性波間の電気ー機械相互変換を行なって周波数選択（帯域フィルタ）特性を持たせるように構成されたものである。
【０００３】
ところで前記水晶等の結晶体は、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。一方、弾性表面波は前記Ｘ軸に沿って伝播するので、弾性表面波の伝播方向を知り、これに沿って球状体１１の表面にＩＤＴ電極１２を配設したり、球状体１１を所定の位置関係で基板１０に支持させるために、球状体１１にＩＤＴ電極１２を配設する前に、球状体１１の光軸を把握する必要がある。
【０００４】
従来では、球状体１１の光軸は、先ず水晶等の結晶体から球状体１１を形成した後、偏光を利用して調べていた。具体的には、球状体１１の下方側から光を当てる一方、球状体１１を回しながら、光が透過しないポイントを見つけることにより、前記光軸を探す手法が用いられている。
【０００５】
しかしながら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、この小さな球状体１１を回転させて偏光を調べるという手法は作業に時間と手間がかかり、誤差が発生しやすい。ここで、小さなパイプに球状ＳＡＷデバイスを組み込む等の用途の汎用性を広げるために、球状体１１のさらなる小型化が図られており、ますます作業が困難になる傾向がある。
【０００６】
このように光軸の検出作業が困難であると、結果として球状ＳＡＷデバイスの製作に手間がかかり、製造コストの増大を招く。また球状ＳＡＷデバイスの結晶軸がばらつくと、反射係数などのばらつきが大きくなったり、球状ＳＡＷデバイスの弾性表面波が球状体１１の表面をＸ軸に沿って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ってしまう。
【０００７】
また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は、例えば水晶等の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、光軸方向を精密に決定することが要求されている。ところで球状ＳＡＷデバイスについて先行技術文献を調査したが見付けることができず、精度の高い手法で光軸を決定することについては何らの具体的な手法は確立されていないといえる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、球状又は半球状の結晶体を製造するにあたり、結晶軸を高精度に、簡易な作業で決定することにより、球状又は半球状の結晶体の製造コストを低減する技術を提供することである。またこの球状の結晶体を球状ＳＡＷデバイスとして利用する場合には、光のエネルギーばらつきを低減できる技術を提供することにある。さらにこの球状又は半球状の結晶体を球状レンズ又は凸状レンズとして利用する場合には、モアレの発生を防止できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため本発明は、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又は半球状の結晶体を製造する方法において、
前記Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸のいずれか一つの結晶軸方向に伸びる一辺を持ち、製造しようとする球状又は半球状の結晶体を包含する大きさの多面体を切り出す工程と、
次いで前記多面体に、前記多面体の結晶軸方向に伸びる一辺を基準として、前記結晶軸方向に沿って伸びる結晶軸基準孔を形成する工程と、
次いで前記結晶軸基準孔の全部又は一部を包含するように、前記多面体を球状又は半球状に形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで前記結晶軸方向に沿って伸びる結晶軸基準孔は、結晶軸方向と同じ方向に伸びるものの他、結晶軸方向に対して所定の方向で伸びるものも含まれる。
【００１１】
前記球状又は半球状の結晶体の例を挙げると、圧電振動子、球状レンズや凸状レンズがあり、これら結晶体は、例えば水晶、リチウムナイオベート、リチウムタンタレートのいずれかより形成される。また前記結晶軸基準孔の孔径は、球状又は半球状の結晶体の直径に対して０．１％〜５％の大きさに設定されることが好ましい。
【００１２】
また本発明の球状ＳＡＷデバイスの製造方法は、前記Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸のいずれか一つの結晶軸方向に伸びる一辺を持ち、製造しようとする球状の結晶体を包含する大きさの多面体を切り出す工程と、次いで前記多面体に、前記結晶軸方向に沿って伸びる結晶軸基準孔を形成する工程と、次いで前記結晶軸基準孔の全部又は一部を包含するように、前記結晶体を球状に形成する工程と、を行なうことにより製造された球状の結晶体に、前記結晶軸基準孔を基準にして、前記Ｘ軸と平行にＩＤＴ電極を取り付けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｚ軸とＸ軸とＹ軸とを含む結晶軸を備えた球状又は半球状の結晶体を製造するにあたり、前記Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸のいずれか一つの結晶軸方向に伸びる一辺を持つ多面体に対して、前記一辺を基準として、前記結晶軸方向に沿って伸びる結晶軸基準孔を形成しているので、結晶軸を高精度に、簡易な作業で決定することができる。そして球状又は半球状の結晶体は、前記結晶軸基準孔が形成された多面体を球状又は半球状に形成することによって製造されるので、この製造作業に要する手間や時間が少なくて済み、製造コストを低減することができる。
【００１４】
またこの球状の結晶体を球状ＳＡＷデバイスの圧電振動子として利用する場合には、精度の高い結晶軸を基準にしてＸ軸に平行にＩＤＴ電極が取り付けられるので、ＩＤＴ電極の位置精度が高く、これにより光のエネルギーばらつきを低減することができる。さらこの球状又は半球状の結晶体を球状レンズ又は凸状レンズとして利用する場合には、モアレの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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結晶体の一例として、人工水晶の結晶体２を示す模式図である。ここでＺ軸とＸ軸とＹ軸を含む結晶軸を備えた結晶体としては、水晶の他、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の偏光作用のある圧電結晶の結晶体を用いることができる。
【００１６】
先ず図２（ａ）に示すように、前記水晶の結晶体２から、一辺３１が前記Ｚ軸方向に沿って伸びる多面体例えば立方体３を切り取る。この際、球状ＳＡＷデバイスに用いられる球状の結晶体（圧電振動子）として、直径１０ｍｍのものを形成する場合には、例えば立方体３は一辺が１５ｍｍ程度の大きさに設定される。ここで水晶の結晶体２から立方体３を切り出す工程は、例えばワイヤーソーを用いて行なわれるが、この際前記Ｚ軸方向は例えばＸ線によりその位置が高精度に把握されており、このＺ軸方向に立方体３の一辺３１が平行な状態で立方体３が切り出される。なお多面体の形状は、一辺がＺ軸方向に沿って伸び、形成しようとする球状の結晶体を包含する大きさものであれば、前記立方体には限られない。
【００１７】
次いで図２（ｂ）に示すように、この立方体３に前記Ｚ軸方向に伸びる一辺３１を基準として、前記Ｚ軸方向に沿って伸び、その孔径が球状ＳＡＷデバイスに用いられる球状の結晶体の直径よりも極めて小さい孔であるＺ軸基準孔（結晶軸基準孔）３２を形成する。このＺ軸基準孔３２を形成する工程は、例えば超音波加工機により行なわれる。ここで前記Ｚ軸基準孔３２の孔径は、加工を容易にするため前記球状の結晶体の直径の０．１％〜５％程度の大きさに設定され、長さは前記球状の結晶体の直径は１０ｍｍであるので、例えば前記直径よりも短い９．８ｍｍ程度に設定される。
【００１８】
続いて図３に示すように、前記Ｚ軸基準孔３２を包含するように、直径１０ｍｍの球状の結晶体（圧電振動子）３３を形成する。この球状の結晶体３３を形成する工程は、例えば研磨又は研剤を用いて行なわれる。こうしてＺ軸基準孔３２によりＺ軸方向が明示された球状の圧電振動子が形成される。ここでＺ軸基準孔３２の一部を包含するように圧電振動子３３を形成し、こうして図４（ａ）に示すように、Ｚ軸基準孔３２を圧電振動子３３を貫通するように構成してもよいし、図４（ｂ）に示すように、Ｚ軸基準孔３２の全部を包含するように圧電振動子３３を形成して、Ｚ軸基準孔３２を圧電振動子３３を貫通しないように構成してもよいが、球状ＳＡＷデバイスのように圧電振動子３３の表面に弾性波を伝送させる場合には、伝送に影響を与えないために、Ｚ軸基準孔３２は圧電振動子３３を貫通しないように形成することが好ましい。
【００１９】
続いて図５（ａ）に示すように、前記Ｚ軸基準孔３２により示されるＺ軸方向を基準にして、これに直交するＸ軸又はＹ軸を検出し、この後図５（ｂ）に示すように、前記Ｚ軸基準孔３２やＸ軸又はＹ軸を基準にして、基板３４に圧電振動子３３を取り付ける。この例では基板３４が前記Ｘ軸方向に平行になるように圧電振動子３３が取り付けられる。また検出されたＸ軸と平行に、圧電振動子３３の表面にＩＤＴ電極３５を配設し、こうして球状ＳＡＷデバイスが形成される。
【００２０】
以上において、本発明は、従来から水晶の結晶体２から多面体を切り出すときに、一辺３１が結晶軸方向（この例ではＺ軸方向）に沿って伸びるように位置合わせられた多面体を切り出していることに着目して成されたものであり、前記一辺３１を基準にして多面体にＺ軸基準孔３２を形成しているので、容易に、かつ高い位置精度でＺ軸基準孔３２を形成することができる。つまり前記一辺３１は、この例ではＺ軸方向に精度よく位置合わせが行なわれた状態で結晶体２から切り出されており、Ｚ軸基準孔３２はこの一辺３１を基準にして当該一辺３１に対して平行な位置関係を維持するように多面体に形成すればよいので、容易に形成できる。また基準となる一辺３１の精度が高いので、Ｚ軸基準孔３２は精密に位置合わせされた状態で形成されることになる。
【００２１】
従って立方体３の一辺３１を基準として、これに平行なＺ軸基準孔３２を形成してから、これを包含するように球状の結晶体３３を形成するという極めて簡易な手法で、かつ高い精度で前記球状の結晶体３３にＺ軸方向のマークとなるＺ軸基準孔３２を形成することができる。これによりこの球状の結晶体（圧電振動子）３３を球状ＳＡＷデバイスの圧電振動子に利用したときには、前記圧電振動子３３には予めＺ軸方向のマークが形成されているので、このＺ軸基準孔３２を基準として基板３４への設置やＩＤＴ電極３５の配設を行なえばよく、球状ＳＡＷデバイスの製造を容易に行うことができる。これにより製造作業に時間や手間がかからないので、製造コストを安価にすることができる。
【００２２】
また前記Ｚ軸基準孔３２のＺ軸方向を示す位置精度が高いことから、Ｘ軸に平行に配設するＩＤＴ電極３５の取り付けの際の位置精度が高くなる。前記表面弾性波は、圧電振動子３３の表面をＸ軸に沿って伝播するので、このＩＤＴ電極３５をＸ軸に平行に、高精度な位置関係で配設することにより、表面弾性波を効率よく伝播させることができる。これにより光のエネルギーのばらつきが少なくなり、エネルギーロスを小さくすることができる。
【００２３】
以上において本発明の製造方法は、球状の結晶体のみならず、半球状の結晶体の製造方法にも適用でき、この半球状の結晶体には直径で切断したものと、直径からずれた位置で切断したものも含まれる。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凸状レンズの製造にも適用できる。この球状レンズ又は凸状レンズを製造する場合には、既述の球状ＳＡＷデバイスの球状の結晶体３３と同様の手法にて、球状の結晶体（球状レンズ）又は半球状レンズが例えば直径が５．０ｍｍ程度の大きさで形成され、この際Ｚ軸基準孔は孔部の直径が０．１ｍｍ、長さが０．１ｍｍ程度に形成される。なおＳＡＷデバイスについても球状に限らず半球状のものについても適用できる。
【００２４】
この場合においては、球状レンズ又は凸状レンズには予めＺ軸方向のマークが形成されているので、このＺ軸基準孔を基準として、球状レンズや凸状レンズの基板への取り付けを行うことができ、これにより球状レンズの製造や、取り付け作業に時間や手間がかからないので、製造コストを安価にすることができる。
【００２５】
また前記Ｚ軸基準孔のＺ軸方向を示す位置精度が高いことから、球状レンズや凸状レンズの電極への取り付けの際の位置精度が高くなる。このためＺ軸方向（光学方向）の位置合わせを正確に行なうことができ、モアレの発生を抑制できる。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明方法の確認のために行った実験例について説明する。
(実施例１)
上述の手法により直径１０ｍｍの球状の圧電振動子を形成した。このとき、多面体は一辺が１５ｍｍの立方体とし、Ｚ軸基準孔３２は、孔部の直径が０．２ｍｍ、長さが０．１ｍｍとし、Ｚ軸基準孔３２が球状の圧電振動子３３を貫通しないように形成した。この圧電振動子３３に、Ｚ軸基準孔３２を基準としてＩＤＴ電極３５を取り付けて球状ＳＡＷデバイスを形成し、４００ｋｚの周波数の信号が圧電振動子３３の表面を周回する回数を測定した。この結果を図８に示す。図中縦軸は個数、横軸は前記信号が周回する回数を、夫々示している。つまりこの図は周回数ｎ個のものが、あるロットの中でいくつあるかを示すものであり、周回数のばらつきが少ない程、前記分布が揃っていて、良好なデータであることを意味する。
（比較例１）
直径１０ｍｍの球状の圧電振動子を形成した後、背景技術の項で記載した偏光を利用する手法により、圧電振動子のＺ軸（光軸）を求め、これを基準にしてＩＤＴ電極を取り付けて球状ＳＡＷデバイスを形成し、実施例１と同様の実験を行なった。この結果を図９に示す。
(考察)
これらの実験結果より、本発明手法により形成した球状ＳＡＷデバイスでは、従来の手法により形成した球状ＳＡＷデバイスに比べて周回回転の分布が揃っており、ばらつきの程度がかなり小さくなることが認められた。これにより本発明の手法では、Ｚ軸の位置精度が高く、これを基準にすることにより、ＩＤＴ電極をかなり高い位置精度で圧電振動子に配設することができ、球状ＳＡＷデバイスの光のエネルギーのロスを低減できることが理解される。
【００２７】
以上において本発明では、Ｚ軸基準孔３２を備えた前記球状の結晶体３３を形成した後、例えば図６に示すように、Ｚ軸基準孔３２と直交する面を残すように球状の結晶体３３の一部を切欠してもよい。このようにすると、この切欠により形成された面が水晶の結晶体２のＺ軸に直交する平面（ＸＹ面）に相当する基準面４となるので、この基準面４に基づいて圧電振動子３３を基板３４に取り付けたり、圧電振動子３３の表面にＩＤＴ電極３５を配設するようにしてもよい。
【００２８】
またＺ軸基準孔３２は図７に示すように、球状の結晶体３３の中央近傍領域ではなく、中央から周縁側に寄った位置に設けるようにしてもよい。また本発明では、水晶の結晶体２からＺ軸の代わりに、Ｘ軸方向（又はＹ軸方向）のいずれか一つに沿って伸びる一辺を持つ多面体を切り出し、この一辺が示すＸ軸方向（又はＹ軸方向）を基準としてこの軸に直交するように多面体にＺ軸基準孔３２を形成するようにしてもよい。
【００２９】
さらに本発明の結晶基準孔は、Ｚ軸基準孔３２以外に、結晶のＸ軸方向に沿って伸びるＸ軸基準孔であってもよいし、結晶のＹ軸方向に沿って伸びるＹ軸基準孔であってもよい。球状ＳＡＷデバイスを製造する場合には、ＩＤＴ電極３５をＸ軸方向に平行に設置すればよいので、これらＸ軸基準孔やＹ軸基準孔を基準にしても高い位置精度でＩＤＴ電極３５を設置することができる。
【００３０】
さらに多面体から球状の結晶体を形成するときに、Ｚ軸基準孔（Ｘ軸基準孔、Ｙ軸基準孔）が見えなくなることもあるので、これを防止するために、複数のＺ軸基準孔（Ｘ軸基準孔、Ｙ軸基準孔）を形成するようにしてもよいし、Ｚ軸基準孔、Ｘ軸基準孔、Ｙ軸基準孔のいずれかを２つ以上組み合わせて形成してもよい。またこれら２つ以上の結晶軸基準孔を形成する場合には、夫々の長さは同じであっても良いし、異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明で用いられる人工水晶の結晶体の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の球状ＳＡＷデバイスの製造工程を示す斜視図である。
【図３】本発明の球状ＳＡＷデバイスの製造工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の球状の結晶体の他の例を示す側面図である。
【図５】本発明の球状ＳＡＷデバイスの製造工程を示す斜視図である。
【図６】本発明の球状の結晶体のさらに他の例を示す側面図である。
【図７】本発明の球状の結晶体のさらに他の例を示す側面図である。
【図８】本発明方法の効果を確認するために行なった実施例の結果を示す特性図である。
【図９】本発明方法の効果を確認するために行なった比較例の結果を示す特性図である。
【図１０】球状ＳＡＷデバイスを説明するための側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２      人工水晶の結晶体
３      多面体（立方体）
３１    Ｚ軸方向に沿って伸びる一辺
３２    Ｚ軸基準孔
３３    球状の結晶体
３４    基板
３５    ＩＤＴ電極
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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