(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子の周波数調整装置において使用される抵抗加熱用フィラメントであって、単一の基板上の水晶振動子の直下に対向配置されるとともに、該水晶振動子の周波数調整時間中に該抵抗加熱蒸着用フィラメント上の蒸着材料の蒸発レートが段階的に減少するように電力供給量を段階的に切り換えるよう構成された電力調整器に接続される、抵抗加熱用の平板を折り曲げて形成された抵抗加熱用フィラメントにおいて、
折り曲げた結果として該フィラメントの中央に形成された窪み部、
該窪み部を挟んで位置する対称形状の第１及び第２の平面部、及び
該第１及び第２の平面部を電極に固定するための第１及び第２の固定部
からなり、
該窪み部の側面が略Ｖ字形であり、
該第１及び第２の平面部が均一な矩形であり、
該窪み部並びに該第１及び第２の平面部の幅が同一かつ一定である抵抗加熱蒸着用フィラメント。
【請求項２】
請求項１記載の抵抗加熱蒸着用フィラメントであって、さらに、前記窪み部の両サイドに側壁を備えた抵抗加熱蒸着用フィラメント。
【請求項３】
請求項２記載の抵抗加熱蒸着用フィラメントにおいて、前記側壁が前記平板の窪み部となる部分に予め付加された三角形の折曲片を折り曲げたものである抵抗加熱蒸着用フィラメント。
【請求項４】
抵抗加熱用の平板を折り曲げて形成された抵抗加熱蒸着用フィラメントであって、折り曲げた結果として該フィラメントの中央に形成された窪み部、該窪み部を挟んで位置する対称形状の第１及び第２の平面部、及び該第１及び第２の平面部を電極に固定するための第１及び第２の固定部からなり、該窪み部の側面が略Ｖ字形であり、該第１及び第２の平面部が均一な矩形であり、該窪み部並びに該第１及び第２の平面部の幅が同一かつ一定である抵抗加熱蒸着用フィラメント、該抵抗加熱蒸着用フィラメントに水晶振動子を対向配置して保持する真空槽、及び該水晶振動子の周波数調整時間中に該抵抗加熱蒸着用フィラメント上の蒸着材料の蒸発レートが段階的に減少するように電力供給量を段階的に切り換えるよう構成された電力調整器からなる水晶振動子の周波数調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子及び水晶フィルター等の周波数調整を行う際に用いる真空蒸着装置の抵抗加熱蒸着用フィラメントの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水晶振動子は、人工水晶の結晶体を切断し研磨する工程と、研磨した結晶体に電極膜を付して振動子を構成する工程と、振動子をケースに組み込む工程と、振動子の周波数を調整する工程と、振動子を収納したケースを真空槽内部で封止する工程とにより製造される。
【０００３】
本発明は、上記水晶振動子の製造工程中で最も重要な周波数調整工程において使用される真空蒸着装置の抵抗加熱蒸着用フィラメントに関するものである。水晶振動子の周波数調整方法の一つである抵抗加熱蒸着法は、目的とする周波数よりも若干高めの周波数になるまで堆積させた電極膜の上に、真空蒸着装置によって微量の金属を蒸着して周波数を低下させ、目的とする周波数を得るという方法であり、この方法において使用される抵抗加熱蒸着用フィラメントの構造が前記微量の金属の蒸着性能に大きな影響を及ぼす。
【０００４】
図２は、抵抗加熱蒸着法を採用した周波数調整装置の概略図であり、以下同装置による周波数調整の概要を説明する。
【０００５】
図２の周波数調整装置は、真空槽１０、蒸発源としての抵抗加熱蒸着用フィラメント１１、フィラメント用電極１２、フィラメントに支持される蒸発材１３、水晶振動子１４、蒸着経路を遮断する高速シャッター１５、蒸着領域を決定するマスク１６、水晶振動子１４の発振励起及び振動の増幅を行う発振回路１７、周波数測定を行う計測器１８、周波数の測定値からレート（水晶振動子への金属蒸着による単位時間あたりの周波数変化量）及び高速シャッター１５を制御するコンピュータ部１９、シャッター駆動部２０、そして、蒸発源への電力供給を行う電力調整器２１によって構成されている。
【０００６】
この装置により周波数調整を行う場合は、先ず、真空槽１０の内部をポンプ（図示せず）により真空排気した後、電力調整器２１を通してフィラメント用電極１２に電力を供給し、抵抗加熱蒸着用フィラメント１１の加熱により該フィラメント１１の蒸発材配置溝に配置した蒸発材１３を蒸発させ、マスク１６により決定される蒸着領域についてのみ水晶振動子１４の電極膜上に付加蒸着を行う。このとき水晶振動子１４の電極膜は、真空槽１０の外部に設置した発振回路１７に繋がっている端子に接続してある。
【０００７】
発振回路１７は、水晶振動子１４の電極膜に電圧を印加して振動を励起させるとともに、水晶振動子１４の振動を電気的信号に変換し、発振回路１７に接続された計測器１８が前記電気信号から水晶振動子１４の振動周波数を測定する。
【０００８】
計測器１８に接続されたコンピュータ部１９は、計測器１８から取り込まれる周波数測定値に応じて電力調整器２１及びシャッター駆動装置２０に信号を送る。コンピュータ部１９は、予め実験により電力調整器２１からフィラメント１１に供給される電力量とレートの関係式を求めておき、その関係式を用いて所望のレートになるように電力調整器２１から供給する電力量を決定し、レートの制御を行う。またコンピュータ部１９は、目的の周波数になったところでシャッター駆動装置２０を動作させ、同時に電力調整器２１からのフィラメント用電極１２に対する電力の供給を停止させ、蒸着を終了させる。
【０００９】
図３ａ乃至図３ｃは前記のような周波数調整装置に使用されている従来の抵抗加熱蒸着用フィラメント（以下単に「フィラメント」と称する）１１を示しており、図３ｄはかかる従来のフィラメント１１の実機への搭載部分を示すものである。このフィラメント１１は、図３ａの展開図に示すように、モリブデン等の材料で構成した実質的に矩形をなす平板状のフィラメント１１の中央部側縁に矩形の折曲片１１′を形成しておき、図３ｂ及び図３ｃに示すように前記フィラメントの中央部を点線に沿ってコ字形に折り曲げるとともに、前記折曲片１１′を前記コ字形部分の開口部方向に折り曲げ更に前記コ字形部分の開口部を覆うようにフィラメントの平面に沿って折り曲げることによって、平板状フィラメントの平面を横方向に向けて配置したときに、蒸発材の投入口及び噴出口となる開口部３０が上を向いている箱型の窪み部３１を形成したものである。このフィラメント１１は、図３ｄに示すように、その平面を横方向に向けて配置し、両端部分をフィラメント用電極１２と電極ホルダ３４の間に挟んだうえ、ねじ穴３２を通してねじ３３により固定される。
【００１０】
図４ａは、フィラメント１１の窪み部３１に蒸発材１３を配置した状態を示すものである。かかる状態において、図３ｄの二つのフィラメント用電極１２間に電位差を持たせることでフィラメント１１は抵抗加熱により発熱し、蒸発材１３が加熱され蒸発する仕組みとなっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
現在、水晶振動子には、非常に厳しい精度規格と高い生産効率が同時に要求されている。生産効率をあげるためには、レートをできる限り高める必要があるが、周波数調整の終了時にレートが高いと、調整停止タイミング誤差に対する周波数誤差の値が大きくなり精度が落ちてしまうため、周波数調整を高精度かつ高速で行うためには、レートを周波数に応じて制御し、調整開始時にはレートを高め、調整終了時にはレートを十分低速にする必要がある。
【００１２】
図７は、レートを三段階で制御する場合の、水晶振動子の周波数と、レートと、電力供給量の関係を示した概念図である。同図の上段のグラフは、縦軸に周波数（Hz）、横軸に時間（sec）を表しており、中段のグラフは、縦軸にレート（ppm/sec）、横軸に時間（sec）を表しており、下段のグラフは、縦軸にフィラメントに供給する電力量（W）、横軸に時間（sec）を表している。上、中、下各段のグラフの横軸は等しいスケールとしてあり、これにより、同一時間における周波数とレートと電力供給量を対応させて示してある。
【００１３】
図７において、ｆ1を目的周波数とすると、ｔ1でシャッターを開き、周波数がｆ1となるｔ7でシャッターを閉じるまでが周波数調整時間であり、この間にレートの段階的制御を行う。具体的には、高レートのＲ3、中レートのＲ2、低レートのＲ1を調整量等に応じて予め設定しておき、ｔ1でシャッターを開いてから一気にレートをＲ3まで上昇させ、周波数がｆ3となった時点（ｔ3）でレートをＲ2に、周波数がｆ2となった時点（ｔ5）でレートをＲ1に低下させ、周波数がｆ1となった時点でシャッターを閉じて調整を終了させる。レートをＲ3からＲ2に切り替える際の周波数ｆ3、及びＲ2からＲ1に切り替える際の周波数ｆ2は、目的周波数ｆ1に応じて予め設定しておく。
【００１４】
次に所望のレートを与える電力量を予め実験から得た関係式から算出する。ここでは、レートＲ3を与える電力量をＰ4、レートＲ2を与える電力量をＰ3、レートＲ1を与える電力量をＰ2とする。ｔ1でシャッターを開とした後ｔ2までの間は、電力量をＰ5まで上昇させＲ1からＲ3まで瞬時にレート変化させる。この間は立ち上げパルスと呼ばれる。また、レートをＲ3からＲ2に低下させるｔ3からｔ4までの間、並びにＲ2からＲ1に低下させるｔ5からｔ6までの間は、電力量をＰ1まで低下させ、瞬時にレートを減少させる。この間は立ち下げパルスと呼ばれる。レートを瞬時に変化させる立ち上げパルス並びに立ち下げパルスの時間とその際の電力量は、レートの変化率から算出される。実際の周波数調整時間は２〜３秒程度の短時間であるため、この間に高精度でかつ高速の周波数調整を行うためにはレートの制御が非常に重要である。
【００１５】
ここで上述の所望のレートを与える電力量の決定は、蒸発源に供給される電力量とレートの関係式から算出される。しかし、レートには、蒸発源への電力供給以外にも選択可能なパラメータが多数あり、中でも、蒸発材の温度や表面積の影響は非常に大きいと考えられる。実際に、Ag（銀）蒸着による周波数調整の場合、1000ppm/secのレートを与える蒸発材Agの温度は約1400Kであり、70ppm/secのレートを与える蒸発材Agの温度は約1300Kであり、蒸発材の温度が100K変化するだけでレートが一桁以上も変化するほど、蒸発材の温度のレートへの影響は大きい。
【００１６】
次に、フィラメントは、電力供給時その中央で最も高温となり電極付近では低温となる傾向がある。図８は、中心温度1500K、長さ２４mmのフィラメントの温度分布を示したものである。縦軸は温度（K）を表し、横軸は中心からの距離（mm）を表している。図は実測結果であり、フィラメントの中心温度が1500Kになるように電力を供給し、実際に計測した温度を示している。蒸発材の温度は、その蒸発材を加熱するフィラメントのどの位置に蒸発材が配置されるかにより大きく影響されるため、図8の温度分布より、フィラメントに対する蒸発材の位置が変化すると蒸発材の温度も変化してしまう。
【００１７】
従来のフィラメントは、図４ａに示すように蒸発材を配置する窪み部の底面が平坦であるため、前記窪み部に蒸発材を投入した場合に、蒸発材の位置がフィラメントに対して前後左右方向にばらついて、蒸発源への電力供給量に対する蒸発材の温度の再現性が悪かった。したがって、蒸発材の温度の影響を大きく受け、周波数調整時にレートの制御が難しいという問題があった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来のフィラメントにおいては蒸発材を配置する窪み部の形状により、該窪み部に蒸発材を投入した場合にフィラメントに対する蒸発材の位置にばらつきが生じ、その結果、蒸発材の温度の再現性が悪くてレートの制御が難しいという問題点を、フィラメントの窪み部の形状を改良することにより解決するものである。
【００１９】
具体的には、実質的に矩形をなす平板状のフィラメントの中央部に、該フィラメントの長手方向と直角に交叉する矩形の開口部を有する窪み部を設け、該窪み部のフィラメント長手方向における縦断面を略Ｖ字形としたものである。かかるフィラメントを窪み部の開口部が上を向くようにセットして該開口部より蒸発材を投入すると、該蒸発材は常にフィラメント中央部のＶ字形底部に配置されることになるため、加熱時における蒸発材の温度の再現性が極めてよくなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（１）実施例の構成の説明
本発明に係るフィラメントが使用される周波数調整装置は、フィラメント１１の部分を除いて図２に示される装置と同じである。
【００２１】
本発明に係るフィラメント１は、図１ａ乃至図１ｄに示すように、従来のフィラメントと同様に、モリブデン等の材料で構成した実質的に矩形をなす平板状のフィラメントの中央部を折り曲げることによって形成される。すなわち、図１ｃに示すように、フィラメント１の中央部を側面から見て略Ｖ字形に折り曲げるとともに、図１ｂに示すように、略Ｖ字形に折り曲げた部分の両サイドに側壁を設けることにより、前記フィラメント１の中央部に該フィラメント１の長手方向と直角に交叉する矩形の開口部を有する窪み部６を設け、該窪み部６のフィラメント長手方向における縦断面を略Ｖ字形としてある。前記の略Ｖ字形に折り曲げた部分の両サイドに設ける側壁は、例えば図１ａに示すように、略Ｖ字形に折り曲げた場合に底面となる部分３の側縁に予め形成しておいた三角形の折曲片４を前記の底面となる部分３に対して直角に折り曲げることにより形成することができる。かかる  フィラメント１は、図１ｄに示すように、窪み部６の開口部が上を向くようにしてフィラメント用電極１２の上部に配置し、電極ホルダ７と前記フィラメント用電極１２とでフィラメント１のねじ穴５の両面を挟み込む形で、ねじ８により固定される。
（２）実施例の作用・動作の説明
本発明のフィラメント１は、図２に示す周波数調整装置に搭載され、窪み部６に蒸発材１３が配置される。周波数調整は従来と同じ手順で行われるが、フィラメントの加熱による蒸発材の蒸着時、蒸発材１３は常に図４ｂに示す位置、すなわちフィラメントの中央部に位置している。
【００２２】
本発明のフィラメントを使用する周波数調整装置では、先にも述べたとおり、予め蒸発源に供給される電力量とレートとの関係式を求めておき、この関係式から所望の周波数になるよう、コンピュータ部が出力する電力量を決定し、レートの制御を行っている。精度よくレートを制御するためには、供給される電力量に対するレートの再現性が高くなくてはならない。
【００２３】
そこで、具体的に本発明のフィラメントを使用した場合と従来のフィラメントを使用した場合のレートの再現性を実験により比較する。実験は、図２に示す周波数調整装置により行い、蒸発源に供給する電力量を段階的に変化させ、各電力量に対するレートを計測器１８及びコンピュータ部１９により求めた。レートの計測は、各フィラメントに対して１０回繰り返して行い、蒸発材は１回ごとに補給した。蒸発材は従来のフィラメント及び本発明のフィラメントを使用する量産機で実際に使用する、直径1.5mm、長さ2mmの円柱形状のAgチップを使用した。
【００２４】
電力量の段階的変化は、電力調整器２１から出力する電圧をコンピュータ部１９が0〜100％の範囲で設定することができるようにし、コンピュータ部１９の電力設定値に応じて電力調整器２１が電圧を出力し、フィラメント用電極間に電力が供給される。コンピュータ部１９の電力設定値に対する実際の電極間電位差（Ｖ）、電流（Ａ）、電力（Ｗ）は、フィラメントの形状により異なるため、従来のフィラメントを使用した場合のコンピュータ部の電力設定値に対するフィラメントの電極間電位差、電流、電力を図５ａに、本発明のフィラメントを使用した場合のコンピュータ部の電力設定値に対するフィラメントの電極間電位差、電流、電力を図５ｂにそれぞれ示す。
【００２５】
従来のフィラメントを使用した場合の、コンピュータ部１９の電力設定値に対するレートのばらつきを示したものが図６ａであり、本発明のフィラメントを使用した場合の、コンピュータ部１９の電力設定値に対するレートのばらつきを示したものが図６ｂである。  ４０、４１は、それぞれの電力設定値でのレートの平均値を示している。従来のフィラメントと本発明のフィラメントは、その形状の違いから抵抗値が異なるため、同レートを得るための電力供給量が異なる。実験は、従来のフィラメントと本発明のフィラメントのレートの平均値４０,４１を同じスケールで見たいため、図６ａ、図６ｂは、電力供給量であるコンピュータ部１９の電力設定値が異なる範囲のグラフを用いている。
【００２６】
図６ａ、図６ｂから、各電力設定値に対して、レートの平均値とそのばらつきの度合を示したものが図６ｃである。同図は、横軸にレートの平均値を表し、縦軸にレートの平均値に対する標準偏差を表している。５０は、従来のフィラメントを使用した場合の標準偏差、５１は本発明のフィラメントを使用した場合の標準偏差である。
【００２７】
図６ｃより、従来のフィラメントを使用した場合に比較して、本発明のフィラメントを使用した場合は標準偏差が少なく、レートの再現性が良好であることが分かる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のフィラメントにおいては、蒸発材を配置する窪み部のフィラメント長手方向における縦断面が略Ｖ字形となっており、この部分はフィラメントにおいて最も高温となる中央部に形成してあるため、蒸発材は投入配置時から蒸着時を通じて常にフィラメントの中央部に安定して位置することとなり、蒸着時における蒸発材の加熱状態の再現性が著しく向上するため、レートの制御を精度よく行い周波数調整精度を向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明のフィラメントの展開図
【図１ｂ】本発明のフィラメントの平面図
【図１ｃ】本発明のフィラメントの正面図
【図１ｄ】本発明のフィラメントの実機への搭載図
【図２】周波数調整装置の概略図
【図３ａ】従来のフィラメントの展開図
【図３ｂ】従来のフィラメントの平面図
【図３ｃ】従来のフィラメントの正面図
【図３ｄ】従来のフィラメントの実機への搭載図
【図４ａ】従来のフィラメントと蒸発材概略図
【図４ｂ】本発明のフィラメントと蒸発材概略図
【図５ａ】従来のフィラメントを使用した場合の、コンピュータ部の電力設定値に対するフィラメントの電極間電位差、電流、電力の関係図
【図５ｂ】本発明フィラメントを使用した場合の、コンピュータ部の電力設定値に対するフィラメントの電極間電位差、電流、電力の関係図
【図６ａ】従来のフィラメントを使用した場合の電力供給量に対するレートのばらつきを示す図
【図６ｂ】本発明のフィラメントを使用した場合の電力供給量に対するレートのばらつきを示す図
【図６ｃ】従来のフィラメントと本発明のフィラメントのレート平均値に対する標準偏差を示す図
【図７】レートを三段階で制御する場合の、水晶振動子の周波数、レート、電力供給量の関係を示した概念図
【図８】フィラメントの温度分布図
【符号の説明】
１    本発明フィラメント
２    中心線
３    底面
４    側面
５    ねじ穴
６    窪み部
７    電極ホルダ
８    ねじ
１０    真空槽
１１    従来のフィラメント
１１’  折曲片
１２    フィラメント用電極
１３    蒸発材
１４    水晶振動子
１５    高速シャッター
１６    マスク
１７    発振回路
１８    計測器
１９    コンピュータ部
２０    シャッター駆動装置
２１    電力調整器
３０    開口部
３１    窪み部
３２    ねじ穴
３３    ねじ
３４    電極ホルダ
４０    従来のフィラメント使用時のレートの平均値
４１    本発明のフィラメント使用時のレートの平均値
５０    従来のフィラメント使用時のレート平均値に対する標準偏差
５１    本発明のフィラメント使用時のレート平均値に対する標準偏差
【図１ａ】
0004115725.tif 000002
【図１ｂ】
0004115725.tif 000003
【図１ｃ】
0004115725.tif 000004
【図１ｄ】
0004115725.tif 000005
【図２】
0004115725.tif 000006
【図３ａ】
0004115725.tif 000007
【図３ｂ】
0004115725.tif 000008
【図３ｃ】
0004115725.tif 000009
【図３ｄ】
0004115725.tif 000010
【図４ａ】
0004115725.tif 000011
【図４ｂ】
0004115725.tif 000012
【図５ａ】
0004115725.tif 000013
【図５ｂ】
0004115725.tif 000014
【図６ａ】
0004115725.tif 000015
【図６ｂ】
0004115725.tif 000016
【図６ｃ】
0004115725.tif 000017
【図７】
0004115725.tif 000018
【図８】
0004115725.tif 000019