(57)【要約】【課題】従来技術において、水晶素板をコンベックス形状に加工するために数十時間〜数百時間掛かっている。又、従来技術で使用している装置では、加工容器内に数千枚単位で水晶素板を投入しなければならず、少量ロット時に対応が難しくなる。更に、研磨容器内での個々の水晶素板の表面研磨状態を制御管理することができないので、投入ロット内で表面形状にバラツキが生じる。【解決手段】水晶素板の表裏主面上に主面間で対向するように形成され励振用電極と、この励振用電極から水晶素板の外縁部へ延設した引き出し電極とが形成されてなる水晶振動素子において、前記励振用電極の中心を同心とする円又は円弧状の溝部が少なくとも１本以上該水晶素板の主面に超音波スピンドル手段により形成されている水晶振動素子及びその製造方法である。【選択図】図１
2007104042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形形状が平板の水晶素板に、該水晶素板の表裏主面上に表裏主面間で対向するように形成され励振用電極と、該励振用電極から水晶素板の外縁部へ延設した引き出し電極とが形成されてなる水晶振動素子において、
該励振用電極の中心を同心とする円又は円弧状の溝部が少なくとも１本以上該水晶素板の主面に形成されていることを特徴とする水晶振動素子。
【請求項２】
外形形状が平板の水晶素板に、該水晶素板の表裏主面上に表裏主面間で対向するように形成した励振用電極と、該励振用電極から水晶素板の外縁部へ延設した引き出し電極とを形成する水晶振動素子の製造方法において、
該励振用電極の中心を同心とする円又は円弧状の溝部が、少なくとも１本以上該水晶素板の主面に、超音波スピンドル手段により形成することを特徴とする水晶振動素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子などの圧電デバイス内に搭載される水晶振動素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子や水晶発振器などの圧電デバイス内に搭載される水晶振動素子には、通常円板形状や矩形状の水晶素板が使用されている。振動周波数が比較的低い（１０ＭＨｚ以下）水晶振動子や、高い周波数安定度を必要とする水晶振動子に使用される水晶素板は、エネルギー閉じ込め効果をより向上させ、且つ輪郭振動などの副振動による振動損失を少なくしことによりクリスタルインピーダンス（以下ＣＩという）やＱ値等の諸特性を良くするために、外形形状を図４のようなコンベックス形状にしている。尚、図４では外形形状が円形状の水晶素板４１の表裏両主面に励振用電極４２と引き出し電極４３を形成したコンベックス形状の水晶振動素子４０を開示したが、他に外形形状が矩形状で且つコンベックス加工を施した水晶板も一般に使用されている。
【０００３】
水晶素板の外形形状をコンベックス形状にするための加工方法としては、従来では研磨による加工方法がとられている。例えば、球面状の内壁をもつ半球状の研磨容器に、平円板状の水晶板主面をその内壁に押しつけて研磨容器又は水晶板を摺動させ、内壁の曲率を水晶板主面に写すように研磨することでコンベックス形状を得る加工方法が用いられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
また、内壁に複数の曲率をもつ円筒状の研磨容器に、複数の水晶板及び研磨材等を投入し、研磨容器本体を自公転させ、内壁の曲率を水晶板主面に写すように研磨することでコンベックス形状を得る加工方法も用いられている（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２０５４６６号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００１−１２４９号公報（第２−３頁、図１−４）
【０００６】
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載のような装置において、水晶素板をコンベックス形状に加工する場合では、一回の研磨で一枚から多くても十数枚の水晶素板のコンベックス加工しかできず、生産性が著しく低い。又、このような装置によるコンベックス加工では、加工する水晶板にある程度の大きさが必要となり、小型化が進んだ現在使用されているような水晶素板では、このような加工方法を用いることは非常に困難である。
【０００８】
前記特許文献２に記載の装置において、水晶素板の表面をコンベックス形状に加工する加工能率は、一般的に加工点に加わる荷重に依存する。即ち、外形形状の小型化が更に進んだ水晶素板では、水晶素板の質量が大幅に減少してしまい、加工能率の著しい低下を引き起こす。
【０００９】
このような装置を構成する研磨容器として、一般的に直径が５０〜２００ｍｍ、長さが３００〜６００ｍｍ程度の内径寸法である金属製の研磨容器が用いられており、この研磨容器の強度を確保するために、研磨容器の壁面厚みを厚くすることで重量が重くなってしまう。そのため、この研磨容器を組み込んだ装置自体の強度も非常に高い必要があり、その重量は一般的には約１ｔ以上になり且つ大型となるため、装置の設置スペースも広く且つ重量に耐えうる必要がある。
【００１０】
このように研磨容器の重量が重いため、大型のモータを使用しても研磨容器の公転速度は最速でも百数十ｒｐｍ程度までしか得られないため、現状ではコンベックス形状に加工するために数十時間〜数百時間掛かっている。又、このような装置で水晶素板の表面をコンベックス形状に加工する場合は、容器内に数千枚単位で水晶素板を投入しなければならず、少量ロット時に対応が難しくなる。更に、研磨容器内での個々の水晶素板の表面研磨状態を制御管理することができないので、投入ロット内で表面形状にバラツキが生じる。又、研磨材の投入量や研磨加工中の温度湿度の管理も必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために本発明では、外形形状が平板の水晶素板に、この水晶素板の表裏主面上に表裏主面間で対向するように形成され励振用電極と、この励振用電極から水晶素板の外縁部へ延設した引き出し電極とが形成されてなる水晶振動素子において、前記励振用電極の中心を同心とする円又は円弧状の溝部が少なくとも１本以上該水晶素板の主面に形成されていることを特徴とする水晶振動素子である。
【００１２】
又、外形形状が平板の水晶素板に、この水晶素板の表裏主面上に表裏主面間で対向するように形成した励振用電極と、この励振用電極から水晶素板の外縁部へ延設した引き出し電極とを形成する水晶振動素子の製造方法において、前記励振用電極の中心を同心とする円又は円弧状の溝部が、少なくとも１本以上該水晶素板の主面に、超音波スピンドル手段により形成することを特徴とする水晶振動素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
このような表面形状を有する水晶振動素子及びその製造方法により、従来のコンベックス加工を施した水晶振動素子と同等なエネルギー閉じ込め効果や、輪郭振動などの副振動による振動損失を少なくしことによりクリスタルインピーダンス（以下ＣＩという）やＱ値等の諸特性を良くすることができる。又、従来技術のような大規模設備の導入を回避でき、更に同一設備で、少量多品種から大量少品種までの水晶振動素子製造に対応できるので、水晶素板の製造コストを大幅に抑制することができる。  
【００１４】
更に、本発明では溝部の形成に超音波スピンドル加工手段を用いているので、溝部の加工が数秒程度で行えるので、従来のコンベックス加工、ベベリング加工又はエッチング加工に比べ大幅な加工時間短縮が可能となる。又、励振用電極が形成される水晶素板表面のフラット部が超音波スピンドルのカップホイールの径で決定できるので、常に同じ表面形状の水晶素板を複数個形成できる。又、水晶素板表面にポリッシング加工を施したような（コンベックス加工ができない）水晶振動素子においても、表面に溝部を形成することによってコンベックス加工を施した水晶振動素子と同等の特性が得られる。
【００１５】
以上のような作用により本発明の水晶振動素子及びその製造方法は、小型化が進んだ水晶素板を効率良く且つ少量多量の枚数を問わず同一工程で従来のコンベックス形状による特性向上と同等の特性向上することができ、因って水晶素板を使用する水晶振動素子を安価に生産性良く提供できる効果を成す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に各図面を参照しつつ本発明を説明する。
図１は本発明に係る水晶振動素子の一形態を示した外観図であり、（ａ）は水晶振動素子の主面上より図示した平面図、（ｂ）は（ａ）に記載した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の断面図である。図２は、他の形態の溝部を形成した図１に記載の水晶振動素子と同外形形状の水晶振動素子の断面図である。図３は、本発明に係る水晶振動素子の他の形態を示した平面図である。尚、各図において、同一の符号は同じ対象を示すものとし、説明を明りょうにするため説明不要な構造体の一部を図示せず、また各構造物の寸法も一部誇張して図示しており、特に各構造物の厚み寸法は著しく誇張している。
【００１７】
図１において、水晶振動素子１０を構成する、人工水晶体より所望のカットアングルで切り出された後、外形を円形状に加工し、更に表裏両主面を厚み研磨した水晶素板１１を示す。この水晶素板１１には、後述する略円形状の励振用電極１３の中心と同心の円形状に溝部１２が複数本（図１では表裏合わせて４本）、励振用電極形成領域と水晶素板１１の外縁部との間の水晶素板１１の表裏主面に形成されている。励振用電極１３の中心と同心となるように溝部１２を形成することにより、励振用電極１３部分に生じるエネルギー閉じ込め効果をより高めることかできる。
【００１８】
溝部１１は、外形加工及び表面研磨加工が施された水晶素板１１へ、超音波スピンドル加工手段により形成されている。即ち、スピンドル加工装置に具備された所望する溝１２の径を有するカップホイールを超音波振動させ、そのカップホイールを水晶素板１１主面の所定の位置に圧接させ、主面の水晶結晶を研削することにより溝部１２は形成されている。複数本の溝部１２を形成する場合には、それぞれの溝部１２の所望する径に合った径を有するカップホイールを使用することによって溝部１２を形成する。形成する溝１２の本数は、水晶振動素板１０の共振周波数値（厚みすべり振動モードでは水晶振動素板１０の厚みに比例する。）、Ｑ値及びＣＩ値などの所望する振動特性によって増減させる。又、加工速度としては、深さ２０μｍ〜３０μｍ程度の溝部１本を形成するのに要する時間は約１秒である。更に加工面精度も１μｍ程度の加工が可能である。
【００１９】
所望する振動特性によっては、図２のように溝部１２の溝断面形状を変えることによっても様々に対応可能である。溝部１１断面形状は、カップホイールの先端砥石形状により可変させることができる。又、図１及び図２では、水晶素板１１の表裏主面に溝部１２を形成したものを開示したが、表裏どちらか一方の主面のみに溝部１２を形成した場合でも本発明の作用効果を奏することが可能である。
【００２０】
この溝部１２が形成された水晶素板１１に、最内部の溝部内側の表裏両主面の励振用電極形成領域に励振用電極１３が形成され、この励振用電極１３から水晶素板１１の外縁部に向かって表裏で１８０度異なる方向に、溝部１２を横断して引き出し電極１４が形成されることにより水晶振動素板１０が形成される。
【００２１】
このような表面形状を有する水晶振動素子１０により、従来のベベリング加工やコンベックス加工を施した水晶振動素子と同等なエネルギー閉じ込め効果や、輪郭振動などの副振動による振動損失を少なくしことによりＣＩ値やＱ値等の諸特性を良くすることができる。又、本発明では溝部１２の形成に超音波スピンドル加工手段を用いているので、溝部１２の加工が数秒程度で行えるので、従来のベベリング加工やコンベックス加工に比べ大幅な加工時間短縮が可能となる。更に、励振用電極１３が形成される水晶素板１０表面のフラット部が超音波スピンドルで使用する最小径のカップホイールにより一定形状に決定できるので、常に同じ表面形状の水晶素板１１を複数個形成できる。又、水晶素板１１表面にポリッシング加工を施したような（ベベリング加工やコンベックス加工ができない）水晶振動素子１０においても、ポリッシュ加工後に表面に溝部１２を形成することによって、ベベリング加工やコンベックス加工を施した水晶振動素子と同等の特性が得られる。
【００２２】
又、図３には、外形形状が矩形の水晶素板３１により構成された水晶振動素子３０に溝部３２を形成した形態を示した。矩形状の水晶振動素子３０の場合、励振用電極３３も外形形状に相似して概略矩形で且つ水晶素板３１の幅寸法と励振用電極３３の幅寸法とにあまり差がないことから、溝部３２の形態は、励振用電極３３の中心と同心の円弧形状になる。
【００２３】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明に係る水晶振動素子の一形態を示した外観図であり、（ａ）は水晶振動素子の主面上より図示した平面図、（ｂ）は（ａ）に記載した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の断面図である。
【図２】図２は、他の形態の溝部を形成した図１に記載の水晶振動素子と同外形形状の水晶振動素子の断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る水晶振動素子の他の形態を示した平面図である。
【図４】図４は、従来のコンベックス加工を施された水晶振動素子を示した外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）記載の仮想切断線Ｂ１−Ｂ２で切断した場合の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０，３０・・・水晶振動素子
１１，３１・・・水晶素板
１２，３２・・・溝部
１３，３３・・・励振用電極
１４，３４・・・引き出し電極
【図１】
2007104042.tif 000003
【図２】
2007104042.tif 000004
【図３】
2007104042.tif 000005
【図４】
2007104042.tif 000006