説明

圧電振動子の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計

【課題】 プラズマアーク電極とインナーリードとの間だけにアーク放電を発生させて、高品質な圧電振動子を効率良く製造すること。
【解決手段】 シリンダパッケージタイプの圧電振動子を製造する方法であって、圧電振動片2及びプラグ4を、振動片ホルダ及び気密端子ホルダにそれぞれセットするセット工程と、マウント電極16上にインナーリード26aが位置するように調整する調整工程と、アウターリード26bを押え工具35で押さえつけ、インナーリードをマウント電極に密着させる密着工程と、プラズマアーク電極37の軸線と水平面との角度が70度から90度の範囲内に収まるようにトーチ電極38をセットするトーチ電極セット工程と、プラズマアーク電極とインナーリードとの間に電圧を印加して、アーク放電によりインナーリードとマウント電極とを接合する接合工程と、ケースとステム27とを封止する封止工程とを備えている製造方法を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リード端子に圧電振動片を接合したシリンダパッケージタイプの圧電振動子の製造方法、該製造方法により製造された圧電振動子、これを有する発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが提供されているが、その1つとして、円筒状に形成されたシリンダパッケージタイプの圧電振動子が知られている。
【0003】
この圧電振動子80は、図11に示すように、音叉型の圧電振動片81と、該圧電振動片81を内部に収納する有底円筒状のケース82と、圧電振動片81をケース82内に密閉させる気密端子であるプラグ83とを備えている。
プラグ83は、金属材料で形成された環状のステム84と、該ステム84を貫くように配され、圧電振動片81の両マウント電極81aに接合された2本のリード端子85と、該リード端子85とステム84とを絶縁状態で一体的に固定すると共にケース82内を密封させる充填剤86とで構成されている。
2本のリード端子85は、ケース82内に突出している部分がインナーリード85aとなり、ケース82外に突出している部分がアウターリード85bとなっている。そして、このアウターリード85bが、外部接続端子として機能するようになっている。
【0004】
また、ケース82は、プラグ83のステム84の外周に対して圧入されて嵌合固定されている。このケース82の圧入は、真空雰囲気下で行われているため、ケース82内の圧電振動片81を囲む空間は、真空に保たれた状態で密閉されている。
【0005】
このように構成された圧電振動子80は、2本のリード端子85のアウターリード85bにそれぞれ所定の電圧を駆動電圧として印加すると、電流がインナーリード85aからマウント電極81a及び引き出し電極81cを介して圧電振動片81の励振電極81bに流れる。これにより、圧電振動片81が所定の周波数で発振するようになっている。
【0006】
ところで、上述したシリンダパッケージタイプの圧電振動子80を製造する場合には、一般的に、圧電振動片81及びプラグ83をそれぞれ製造した後、これら圧電振動片81とプラグ83との接合を行って、その後、圧電振動片81をケース82に内に封入している。このうち、圧電振動片81とプラグ83との接合は、2本のリード端子85のインナーリード85aと、圧電振動片81の両マウント電極81aとをそれぞれ接合することで行われている。この接合方法は、様々な手法が提供されているが、現在ではアーク放電を利用した接合方法も検討されている(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
このアーク放電を利用した接合方法について簡単に説明する。
まず、図12に示すように、2本のリード端子85及びステム84を有するプラグ83と、圧電振動片81とを、それぞれ図示しない治具にセットすると共に、リード端子85のインナーリード85aが圧電振動片81のマウント電極81a上にくるように治具の位置を調整する。そして、絶縁性の押え工具90によりステム84を上方から押さえつける。これにより、インナーリード85aとマウント電極81aとが確実に接触した状態(密着状態)となる。次いで、2本のリード端子85のうち、接合を行う側のアウターリード85bをグランド及びアーク発生装置91の出力端子に接続した後、トーチ電極92をインナーリード85aに近づける。具体的には、トーチ電極92の先端に設けられている針状のプラズマアーク電極93をインナーリード85aに近接させる。そして、アーク発生装置91により、所定の電圧をプラズマアーク電極93とインナーリード85aとの間に印加する。またこれと同時に、プラズマアーク電極93とインナーリード85aとの周囲にアルゴンガスを供給する。
【0008】
これにより、プラズマアーク電極93とインナーリード85aとの間に、極めて短時間に放電熱を伴う放電が発生する。この放電熱により、インナーリード85aのメッキ表面及びマウント電極81aの表面に吸着していた水分等が瞬間的に蒸発すると共に、インナーリード85aの表面のメッキに十分な放電熱が加わって該メッキが短時間で全体的に溶解する。その結果、インナーリード85aとマウント電極81aとを強固に接合することができる。
なお、隣接して平行に配置されている他方のリード端子85のインナーリード85aは、アウターリード85b側がアーク発生装置91に接続されていないので、フローティング電位(浮遊電位)となっている。そのため、プラズマアーク電極93との間に放電が発生することがない。また、他方のマウント電極81aも同様にフローティング電位となっているので、やはりプラズマアーク電極93との間で放電が発生することがない。更にステム84は、2本のリード端子85に対して絶縁されているので、やはりフローティング電位となっている。
【0009】
このようにして、2本のリード端子85のうち、一方のリード端子85のインナーリード85aのみを確実に接合することができる。その後、他方のリード端子85をアーク発生装置91に接続して、同様にアーク放電による接合を行う。その結果、2本のリード端子85のインナーリード85aを、それぞれ両マウント電極81aに対して電気的及び物理的に接合することができる。
【特許文献1】特開2006−135798号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上記従来の方法では、以下の課題が残されている。
即ち、図12に示すように、プラズマアーク電極93を先端に有するトーチ電極92は、針状に形成されたプラズマアーク電極93とは異なり、通常先端の直径が大きく設計されているものである。例えば、プラズマアーク電極93の直径が約0.1mmなのに対して、トーチ電極92の先端直径は約9.5mmとなっている。これは、トーチ電極92がアルゴンガス等を供給できるように設計されているためである。そのため、トーチ電極92とステム84を押さえつけている押え工具90との接触を防止するため、トーチ電極92を斜めにした状態で使用せざるを得なかった。よって従来では水平面に対して約60度斜めにした状態で使用せざるを得なかった。
【0011】
ところが、トーチ電極92を斜めにしているので、プラズマアーク電極93が圧電振動片81側に近づいてしまっていた。そのため、放電を発生させた際に、該放電がプラズマアーク電極93とインナーリード85aとの間の発生するだけでなく、インナーリード85aが接触していない領域、即ち、引き出し電極81c近傍のマウント電極81a部分(図11で示す点線で囲んだ領域)にも放電が誘導されてしまう恐れがあった。これは、放電位置不良と呼ばれるもので、この放電位置不良が生じると、引き出し電極81c近傍のマウント電極81aが溶けて剥離してしまったり、欠けたりする恐れがあった。その結果、品質の低下を招いたり、マウント電極81aと引き出し電極81cとの電気的な接続を断ってしまい、動作不良を招いたりする恐れがあった。
このように、従来の方法では、数パーセントの確率で放電位置不良が発生してしまい、プラズマアーク電極93とインナーリード81aとの間だけで放電を発生させることができるものではなかった。
【0012】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、プラズマアーク電極とインナーリードとの間だけにアーク放電を発生させて、高品質な圧電振動子を効率良く製造することができる圧電振動子の製造方法、該圧電振動子の製造方法により製造された圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の圧電振動子の製造方法は、平行に配置され、基端側が基部に固定された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の外表面上に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、引き出し電極を介して励振電極に電気的に接続されたマウント電極とを有する圧電振動片と、該圧電振動片を内部に収納するケースと、該ケースを密閉させるステムと、該ステムを貫通した状態で配置され、ステムを間に挟んで一端側が前記マウント電極に電気的に接続されるインナーリードとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリードとされたリード端子とを有する気密端子とを備えた圧電振動子を製造する方法であって、前記圧電振動片を振動片ホルダにセットすると共に、前記気密端子を気密端子ホルダにセットするセット工程と、該セット工程後、前記マウント電極上に前記インナーリードが位置するように、前記振動片ホルダ及び前記気密端子ホルダの位置を調整する調整工程と、該調整工程後、前記アウターリードを絶縁性の押え工具で押さえつけ、前記インナーリードを前記マウント電極に対して密着させる密着工程と、該密着工程後、先端にプラズマアーク電極を有するトーチ電極を、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が70度から90度の範囲内に収まるように前記インナーリードの上方に近づけるトーチ電極セット工程と、該トーチ電極セット工程後、アルゴンガス中で前記プラズマアーク電極と前記インナーリードとの間に電圧を印加して、プラズマアーク放電により前記インナーリードとマウント電極とを接合する接合工程と、該接合工程後、真空中で前記ケースと前記ステムとを封止する封止工程とを備えていることを特徴とするものである。
【0014】
この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、まず、圧電振動片及び気密端子をそれぞれ作製した後、これら圧電振動片及び気密端子を専用のホルダにセットするセット工程を行う。即ち、圧電振動片を振動片ホルダにセットすると共に、気密端子を気密端子ホルダにそれぞれセットする。次いで、圧電振動片のマウント電極上に、気密端子のインナーリードが位置するように、振動子ホルダ及び気密端子ホルダの位置を調整する調整工程を行う。
【0015】
次いで、接合を行う前作業として、接合を行うリード端子とマウント電極とを密着させる。即ち、リード端子のアウターリード側を絶縁性の押え器具で上から押さえつける。これにより、ステムを間にしてアウターリードとは反対側に位置するインナーリードがマウント電極側に撓むので、該インナーリードとマウント電極とを密着させることができる。この密着工程を行うことで、上述したように、接合を行うリード端子とマウント電極とを密着させることができる。
しかも、この密着工程の際、従来のステムを押し付ける方法とは異なり、アウターリードを押さえつけているので、インナーリード及びステムの上方に押え工具が存在せず、なにも存在しない空間が確保されている。
【0016】
次いで、プラズマアーク電極を先端に有するトーチ電極をインナーリードの上方に近づけるトーチ電極セット工程を行う。この際、上述したようにインナーリード及びステムの上方には、押え工具等がなにも存在しない空間が確保されているので、従来よりも角度を付けた状態でトーチ電極をセットしても、トーチ電極と押え工具とが物理的に干渉することがない。そこで、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が70度から90度の範囲内に収まるようにトーチ電極をセットする。これにより、従来セットすることができなかった角度でトーチ電極をセットすることができる。
【0017】
次いで、アルゴンガス中で、プラズマアーク電極とインナーリードとの間に電圧を印加して、プラズマアーク放電を発生させる。即ち、プラズマアーク電極とインナーリードとの間に、極めて短時間に放電熱を伴う放電を発生させる。この放電熱によって、インナーリードのメッキ表面及びマウント電極の表面に吸着していた水分等が瞬間的に蒸発すると共に、インナーリードの表面のメッキに十分な放電熱が加わって短時間で該メッキを全体的に溶解する。その結果、インナーリードとマウント電極とを強固に接合することができる。
【0018】
特に、接合工程を行う際に、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が70度から90度の範囲内に収まるようにトーチ電極がセットされているので、従来よりもプラズマアーク電極の先端がステム側により近づいた状態となっている。つまり、プラズマアーク電極の先端をできるだけインナーリードの付け根側(ステム側)に近づけることができると共に、プラズマアーク電極の先端と圧電振動片との間隔を、従来よりも離間させることができる。よって、プラズマアーク電極とインナーリードとの間に、より集中的にアーク放電を発生させることができ、インナーリードが重っていない領域、即ち、引き出し電極近傍のマウント電極部分にアーク放電が誘導されてしまうことを極力防止することができる。従って、従来生じていた放電位置不良をできるだけなくすことができ、引き出し電極近傍のマウント電極が溶けて剥離したり欠けたりすることがなく、放電位置不良に起因する不都合をなくすことができる。
なお、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度を90度に近づけるにつれて、上述した放電位置不良の可能性が減るので、より好ましい。
【0019】
そして、最後に真空中でケースとステムとを封止して、該ケース内に圧電振動片を密閉する封止工程を行う。これにより、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を製造することができる。特に、接合工程の際に、従来生じていた放電位置不良をできるだけなくして、プラズマアーク電極とインナーリードとの間にだけアーク放電を発生させて接合を行っているので、高品質な圧電振動子を効率良く製造することができる。
【0020】
また、本発明の圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記接合工程の際、前記インナーリードの表面には、半田が塗布されていることを特徴とするものである。
【0021】
この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、接合工程の際に、インナーリードの表面に塗布されている半田をも溶解させて接合を行えるので、接合状態をより強固にすることができる。よって、強度的な信頼性を向上することができる。
【0022】
また、本発明の圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。
【0023】
この発明に係る圧電振動子は、上述した方法により製造されているので、インナーリードとマウント電極とがより確実に接合され、品質に優れている。
【0024】
また、本発明の発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【0025】
この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができる。よって、製品の信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、プラズマアーク電極とインナーリードとの間にだけにアーク放電を発生させることができ、高品質な圧電振動子を効率良く製造することができる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、上述した方法により製造されているので、インナーリードとマウント電極とがより確実に接合され、品質に優れている。
また、本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができ、製品の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
以下、本発明に係る圧電振動子及び該圧電振動子の製造方法の一実施形態を、図1から図7を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動子1は、シリンダパッケージタイプの圧電振動子1であって、図1に示すように、圧電振動片2と、該圧電振動片2を内部に収納するケース3と、圧電振動片2をケース3内に密閉させる気密端子であるプラグ4とを備えている。
【0028】
圧電振動片2は、図2から図4に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、平行に配置され、基端側が基部10に一体的に固定された一対の振動腕部11、12と、該一対の振動腕部11、12の外表面上に形成されて一対の振動腕部11、12を振動させる第1の励振電極13と第2の励振電極14とからなる励振電極15と、該両励振電極13、14に電気的に接続されたマウント電極16、17とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片2は、一対の振動腕部11、12の両主面上に、該振動腕部11、12の長手方向Xに沿ってそれぞれ形成された溝部18を備えている。この溝部18は、振動腕部11、12の基端側から略中間付近まで形成されている。
【0029】
第1の励振電極13と第2の励振電極14とからなる励振電極15は、一対の振動腕部11、12を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部11、12の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図4に示すように、第1の励振電極13が、一方の振動腕部11の溝部18上と、他方の振動腕部12の両側面上とに主に形成され、第2の励振電極14が、一方の振動腕部11の両側面上と他方の振動腕部12の溝部18上とに主に形成されている。
【0030】
また、第1の励振電極13及び第2の励振電極14は、図2及び図3に示すように、基部10の両主面上において、それぞれ引き出し電極20、21を介してマウント電極16、17に電気的に接続されている。そして圧電振動片2は、このマウント電極16、17を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、上述した励振電極15、マウント電極16、17及び引き出し電極20、21は、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、金(Au)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
【0031】
また、一対の振動腕部11、12の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整(周波数調整)を行うための重り金属膜22が被膜されている。なお、この重り金属膜22は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜22aと、微小に調整する際に使用される微調膜22bとに分かれている。これら粗調膜22a及び微調膜22bを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部11、12の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。
【0032】
ケース3は、図1に示すように、有底円筒状に形成されており、プラグ4の後述するステム27の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。なお、このケース3の圧入は、真空雰囲気下で行われており、ケース3内の圧電振動片2を囲む空間が真空に保たれた状態となっている。
【0033】
プラグ4は、ケース3を密閉させるステム27と、該ステム27を貫通した状態で配置され、ステム27を間に挟んで一端側がマウント電極16、17に電気的に接続されるインナーリード26aとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリード26bとされた2本のリード端子26と、ステム27の内側に充填された充填剤28とを有している。ステム27は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填剤の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、リード端子26の表面及びステム27の外周には、それぞれ同材料のメッキが施されている。
また、2本のリード端子26は、ケース3内に突出している部分がインナーリード26aとなり、ケース3外に突出している部分がアウターリード26bとなっている。そして、インナーリード26aとマウント電極16、17とが、ケース3内で接合されている。
【0034】
ここで、本実施形態の圧電振動子1を構成する主要部品の寸法及び材質の一例について述べる。
まず、メッキ後のステム27の直径は、約0.92mmである。また、リード端子26の母材の直径は、約0.15mmであり、メッキ後の直径は、約0.18mmである。通常、約10μmから15μmの厚みのメッキ層が形成される。また、リード端子26の母材の材質としては、コバール(FeNiCo合金)が慣用されている。また、メッキの材質としては、耐熱ハンダメッキ(錫と鉛の合金で、その重量比が1:9)や、錫銅合金(SnCu)や金錫合金(AuSn)等が用いられる。
このステム27の外周のメッキ層を介在させてケース3の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース3の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。
【0035】
また、圧電振動片2の寸法例としては、幅が約0.5mm〜0.6mm、全長は約2.0mm〜3.2mm、厚みは約0.10mmである。また、マウント電極16、17は、クロム(Cr)と金(Au)との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。なお、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム(NiCr)の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層しても構わない。
【0036】
このように構成された圧電振動子1を作動させる場合には、2本のリード端子26のアウターリード26bに対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、インナーリード26a、マウント電極16、17及び引き出し電極20、21を介して、第1の励振電極13及び第2の励振電極14からなる励振電極15に電流を流すことができ、一対の振動腕部11、12を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部11、12の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。
【0037】
次に、上述した圧電振動子1の製造方法を以下に説明する。なお、本実施形態の製造方法は、図5に示す製造装置30を利用して製造する場合を例に挙げて説明する。始めに、この製造装置30について簡単に説明する。
この製造装置30は、図5(a)、(b)に示すように、図示しない搬送ベルトによって移動可能なマウント治具31と、該マウント治具31上に取り付けられた振動片ホルダ32と、該マウント治具31上に着脱自在に固定されるパレット(気密端子ホルダ)33とを備えている。
【0038】
マウント治具31は、上面視矩形状に形成されており、両端に形成された開口31aを介して搬送ベルトに嵌合固定されるようになっている。そして、マウント治具31は、搬送ベルトによって、図6に示すように、ワーク供給ステーションS1、マウントステーションS2、取り出しステーションS3間を順に循環されるようになっている。そして、各ステーションS1、S2、S3で各処理が適宜行われることにより、圧電振動子1が製造されるようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
【0039】
振動片ホルダ32には、図5(b)に示すように、圧電振動片2を位置決めさせる凹部32aが、長手方向に沿って所定間隔毎に複数形成されている。これにより、図5(a)に示すように、複数の圧電振動片2を所定の間隔に並べた状態で固定することができるようになっている。
また、パレット33は、上面視矩形状で且つ断面視L字状に形成されており、図5(b)に示すように、上部にプラグ25を嵌め込むことができる凹部33aが、長手方向に沿って所定間隔毎に複数形成されている。この凹部33aは、円筒状のステム27を上方から嵌合できるように、底面が円筒内面の溝状に形成されている。この凹部33aによって、図5(a)に示すように、複数のプラグ4を所定の間隔に並べた状態でパレット33に固定できるようになっている。なお、パレット33の凹部33aの間隔は、振動片ホルダ32の凹部32aの間隔と同じ間隔に設定されている。これにより、複数の圧電振動片2と複数のプラグ4とを、それぞれ対向するように位置決めした状態で確実に並べることができるようになっている。
【0040】
次いで、このように構成された製造装置30を利用して圧電振動子1を製造する場合について説明する。
本実施形態の圧電振動子の製造方法は、セット工程と、調整工程と、密着工程と、トーチ電極セット工程と、接合工程と、封止工程とを順に行って、複数(n個)の圧電振動子1を製造する方法である。
【0041】
まず、圧電振動片2を振動片ホルダ32にセットすると共に、プラグ4をパレット33にセットするセット工程を行う。具体的には、搬送ベルトを駆動してマウント治具31を図6に示すワーク供給ステーションS1に移動させる。そして、ワーク供給ステーションS1にて、図示しないロボット等により、振動片ホルダ32に形成された凹部32aに複数(n個)の圧電振動片2を整列させる。またこれと同時に、ワーク供給ステーションS1にて、複数(n個)のプラグ4をパレット33の凹部33aにセットしておく。
【0042】
上記セット工程後、マウント電極16、17上にインナーリード26aが位置するように、振動片ホルダ32及びパレット33の位置を調整する調整工程を行う。
本実施形態では、ワーク供給ステーションS1にて、複数のプラグ4が予めセットされたパレット33を、図示しないロボット等により、マウント治具31に装着する。これにより、図5(a)、(b)に示すように、各圧電振動片2のマウント電極16、17上に、各プラグ4のインナーリード26aが位置した状態になる。従って、簡単に調整工程を行うことができる。
次いで、搬送ベルトを駆動してマウント治具31をワーク供給ステーションS1から図6に示すマウントステーションS2に移動させる。
【0043】
マウントステーションS2に移動させた後、各プラグ4のアウターリード26bを絶縁性の押え工具35で押さえつけ、インナーリード26aをマウント電極16、17に対して密着させる密着工程を行う。
具体的には、図7に示すように、複数のプラグ4のアウターリード26b側を絶縁性の押え工具35で上から押さえつける。これにより、ステム27を間にしてアウターリード26bとは反対側に位置するインナーリード26aがマウント電極16、17側に撓むので、該インナーリード26aとマウント電極16、17とを密着させることができる。しかも、この密着工程の際、従来のステムを押し付ける方法とは異なり、アウターリード26bを押さえつけているので、図7に示すように、インナーリード26a及びステム27の上方に押え工具35が存在せず、なにも存在していない開放された空間を確保することができる。
【0044】
そして、インナーリード26aとマウント電極16、17とを密着させた後、複数のプラグ4のアウターリード26bを同時に導電性の図示しないクランプでクランピングして固定する。ここで、以降に行うプラズマアーク放電は、2本のリード端子26を同時に行うのではなく、片側ずつ行うものである。そのため、接合を行う前に各プラグ4の2つのアウターリード26bのうち、接合を行う一方のアウターリード26bのみをグランド及びアーク発生装置36の出力端子に電気的に接続する。
なお、本実施形態では、先に一方のインナーリード26aとマウント電極16とを接合し、その後、他方のインナーリード26aとマウント電極17とを接合する場合を例にして説明する。
【0045】
接続終了後、先端にプラズマアーク電極37を有するトーチ電極38を、プラズマアーク電極37の軸線と水平面とのなす角度θが70度から90度の範囲内に収まるようにインナーリード26aの上方に近づけるトーチ電極セット工程を行う。
具体的には、上述した状態を維持しながらマウント治具31をマウントステーションS2内に設置されているマウントステージS4の原点に移動させる。このマウントステージS4の原点には、図6に示すように、先端に針状に形成されたプラズマアーク電極37を有するトーチ電極38が配置されている。これにより、マウント治具31に固定された複数のプラグ4及び圧電振動片2のうち、最初のプラグ4及び圧電振動片2をトーチ電極38の先端に近接させることができる。
なお、ここで使用するトーチ電極38は、従来使用しているものと同じサイズのものであり、先端の直径が約9.5mmのものである。また、プラズマアーク電極37は、直径1mmの電極棒を研磨して直径が約0.1mmの針状となったものである。
【0046】
この際、上述したように、インナーリード26a及びステム27の上方には、押え工具35等がなにも存在しない空間が確保されているので、従来よりも角度を付けた状態でトーチ電極38をセットしても、トーチ電極38と押え工具35とが物理的に干渉することがない。そこで、図7に示すように、プラズマアーク電極37の軸線と水平面とのなす角度θが、70度から90度の範囲内に収まるようにセットすることが可能である。これにより、従来セットすることができなかった角度でトーチ電極38をセットすることができる。なお、プラズマアーク電極37の先端とインナーリード26aとの間が、0.5mm程度になるように近接させる。
【0047】
次いで、アルゴンガス中でアーク放電をONにして、プラズマアーク電極37とインナーリード26aとの間に電圧を印加し、プラズマアーク放電によりインナーリード26aとマウント電極16とを接合する接合工程を行う。
即ち、電圧を印加すると、プラズマアーク電極37とインナーリード26aとの間に極めて短時間に放電熱を伴う放電を発生する。この放電熱によって、インナーリード26aのメッキ表面及びマウント電極16の表面に吸着していた水分等が瞬間的に蒸発すると共に、インナーリード26aの表面のメッキに十分な放電熱が加わって短時間で該メッキを全体的に溶解する。その結果、インナーリード26aとマウント電極16とを強固に接合することができる。
【0048】
しかもアルゴンガス雰囲気中で接合を行っているので、大気中からの酸素は遮断されて接合表面が酸化してしまうことも防止できる。また、接合を行っている一方のインナーリード26aに対して隣接されている他方のインナーリード26aに関しては、アウターリード26bがアーク発生装置36に接続されていないので、フローティング電位となっている。そのため、プラズマアーク電極37との間に放電が発生することがない。また、接合を行っていない他方のマウント電極17に関しても同様に、フローティング電位となっている。そのため、プラズマアーク電極37との間に放電が発生することがない。更に、ステム27に関しては、充填剤28によって両インナーリード26aと絶縁されているので、やはりフローティング電位となっている。
【0049】
特に、上述した接合工程を行う際に、プラズマアーク電極37の軸線と水平面とのなす角度θが70度から90度の範囲内に収まるようにトーチ電極38がセットされているので、従来よりもプラズマアーク電極37の先端がインナーリード26aの付け根側(ステム27側)に近づいた状態となっている。つまり、プラズマアーク電極37の先端と圧電振動片2との間隔を、従来よりも離間させることができる。よって、プラズマアーク電極37とインナーリード26aとの間に、より集中的にアーク放電を発生させることができ、インナーリード26aが重っていない領域、即ち、引き出し電極20近傍のマウント電極16部分にアーク放電が誘電されてしまうことを極力防止することができる。従って、従来生じていた放電位置不良をできるだけなくすことができ、引き出し電極20近傍のマウント電極16が溶けて剥離したり、欠けたりすることがなく、放電位置不良に起因する不都合をなくすことができる。
なお、プラズマアーク電極37の軸線と水平面とのなす角度を90度に近づけるにつれて、上述した放電位置不良の可能性が減るのでより好ましい。
【0050】
そして、最初の圧電振動片2とプラグ4との接合が終了した後、アーク発生装置36のアーク放電をOFFにする。そして、搬送ベルトを僅かに駆動させてマウント治具31を移動させ、次の圧電振動片2とプラグ4とをトーチ電極38に近接させる。そして、上述した接合工程を行って、2番目の圧電振動片2とプラグ4との接合、即ち、マウント電極16とインナーリード26aとの接合を行う。
そして、複数(n個)の圧電振動片2とプラグ4との組み合わせについて、上述したと同様の工程を繰り返し行う。その結果、全てのプラグ4について、一方のインナーリード26aをマウント電極16に接合することができる。
【0051】
次いで、搬送ベルトを駆動してマウント治具31を再度マウントステージS4の原点に移動させる。つまり、最初の圧電振動片2とプラグ4との組み合わせをトーチ電極38に近接させる。そして、全てのプラグ4について、一方のリード端子26のアウターリード26bとアーク発生装置36との電気的接続を解除すると共に、まだ接合を行っていない他方のリード端子26のアウターリード26bをアーク発生装置36の出力端子に電気的に接続する。
【0052】
その後、同様の接合工程を行って、全てのプラグ4について、他方のリード端子26のインナーリード26aをマウント電極17に接合する。これにより、全てのプラグ4の2本のリード端子26を、それぞれ圧電振動片2の両マウント電極16、17に接合することができる。そして、搬送ベルトを駆動してマウント治具31を再度原点に復帰させた後に、アウターリード26bをクランピングしていたクランプを外すと共に、アウターリード26bを押さえつけていた押え工具35を取り外す。
【0053】
次いで、搬送ベルトを駆動してマウント治具31を図6に示す取り出しステーションS3に移動させる。そして、取り出しステーションS3にて、図示しないロボット等によりパレット33をマウント治具31から取り外す。これにより、プラグ4と圧電振動片2とが接合したものを複数取り出すことができる。
【0054】
なお、取り出しステーションS3にてパレット33が取り外されたマウント治具31は、搬送ベルトの駆動により自動回収ラインに沿ってワーク供給ステーションS1に再び移動させられる。その後、再び複数の圧電振動片2と、複数のプラグ4が予めセットされたパレット33とが供給された後、上述した工程を繰り返す作業に用いられる。
【0055】
最後に、取り出したパレット33から互いに接合された圧電振動片2とプラグ4とを複数取り外した後、それぞれについて、真空中でケース3とプラグ25のステム27とを封止して、ケース3内に圧電振動片2を密閉する密閉工程を行う。その結果、シリンダパッケージタイプの圧電振動子1を複数製造することができる。
【0056】
特に、本実施形態の製造方法によれば、接合工程の際に、放電位置不良をできるだけなくして、プラズマアーク電極37とインナーリード26aとの間にだけアーク放電を発生させて接合を行っているので、従来のように引き出し電極20、21近傍のマウント電極16、17が溶けて剥離したり欠けたりする恐れがない。よって、接合を確実に行うことができ、高品質な圧電振動子1を効率良く製造することができる。
【0057】
また、このように製造された圧電振動子1は、インナーリード26aとマウント電極16、17とが確実に接合されているので、品質に優れている。しかも、本実施形態では、搬送ベルトを利用してマウント治具31を各ステーションS1、S2、S3間に移動させながら流れ作業で製造を行っているので、自動化に対応することができ、効率の良い製造を行える。また、振動片ホルダ32及びパレット33を利用することで、圧電振動片2とプラグ4とを容易且つ高精度に位置合わせすることができる。
【0058】
なお、上記実施形態では、音叉型の圧電振動片2を例に挙げて説明したが、圧電振動片2の形状及び振動モードはこれに限られるものではない。例えば、厚み滑り振動モードの圧電振動片で、その外形が略矩形形状を有する場合や、或いは円形であっても良い。また、圧電振動片にコンベックス加工やベベル加工等が施してある場合においても、本実施形態を適宜変更することで、高い信頼性を有する圧電振動片とインナーリードとの接合を実現することができる。
【0059】
なお、上記実施形態において、接合工程の際に、インナーリード26aの表面に半田を塗布しておいても構わない。
こうすることで、アーク放電による接合工程時に、インナーリード26aの表面に塗布されている半田をも溶解させて接合を行えるので、接合状態をより強固にすることができる。よって、強度的な信頼性をさらに向上することができる。
【0060】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図8を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器40は、図8に示すように、圧電振動子1を、集積回路41に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器40は、コンデンサ等の電子部品42が実装された基板43を備えている。基板43には、発振器用の上記集積回路41が実装されており、この集積回路41の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片2が実装されている。これら電子部品42、集積回路41及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
【0061】
このように構成された発振器40において、圧電振動子1に電圧を印加すると、該圧電振動子1内の圧電振動片2が振動する。この振動は、圧電振動片2が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路41に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路41によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子1が発振子として機能する。
また、集積回路41の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
【0062】
上述したように、本実施形態の発振器40によれば、強度的に優れ、高品質な圧電振動子1を備えているので、発振器40自体の高品質化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。また、これに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
【0063】
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図9を参照して説明する。なお、電子機器として、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器50を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器50は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
【0064】
次に、本実施形態の携帯情報機器50の構成について説明する。この携帯情報機器50は、図9に示すように、圧電振動子1と、電力を供給するための電源部51とを備えている。電源部51は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部51には、各種制御を行う制御部52と、時刻等のカウントを行う計時部53と、外部との通信を行う通信部54と、各種情報を表示する表示部55と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部56とが並列に接続されている。そして、電源部51によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
【0065】
制御部52は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部52は、予めプログラムが書き込まれたROMと、該ROMに書き込まれたプログラムを読み出して実行するCPUと、該CPUのワークエリアとして使用されるRAM等とを備えている。
【0066】
計時部53は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子1とを備えている。圧電振動子1に電圧を印加すると圧電振動片2が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部52と信号の送受信が行われ、表示部55に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
【0067】
通信部54は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部57、音声処理部58、切替部59、増幅部60、音声入出力部61、電話番号入力部62、着信音発生部63及び呼制御メモリ部64を備えている。
無線部57は、音声データ等の各種データを、アンテナ65を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部58は、無線部57又は増幅部60から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部60は、音声処理部58又は音声入出力部61から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部61は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
【0068】
また、着信音発生部63は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部59は、着信時に限って、音声処理部58に接続されている増幅部60を着信音発生部63に切り替えることによって、着信音発生部63において生成された着信音が増幅部60を介して音声入出力部61に出力される。
なお、呼制御メモリ部64は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部62は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
【0069】
電圧検出部56は、電源部51によって制御部52等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部52に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部54を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、3V程度となる。電圧検出部56から電圧降下の通知を受けた制御部52は、無線部57、音声処理部58、切替部59及び着信音発生部63の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部57の動作停止は、必須となる。更に、表示部55に、通信部54が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
【0070】
即ち、電圧検出部56と制御部52とによって、通信部54の動作を禁止し、その旨を表示部55に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部55の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×(バツ)印を付けるようにしても良い。
なお、通信部54の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部を備えることで、通信部54の機能をより確実に停止することができる。
【0071】
上述したように、本実施形態の携帯情報機器50によれば、強度的に優れ、高品質な圧電振動子1を備えているので、携帯情報機器50自体も同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。また、これに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
【0072】
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図10を参照して説明する。
本実施形態の電波時計70は、図10に示すように、フィルタ部71に電気的に接続された圧電振動子1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
【0073】
以下、電波時計70の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ72は、40kHz若しくは60kHzの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHz若しくは60kHzの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ73によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部71によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子1は、上記搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部78、79をそれぞれ備えている。
【0074】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路74により検波復調される。続いて、波形整形回路75を介してタイムコードが取り出され、CPU76でカウントされる。CPU76では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、RTC77に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部78、79は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。60kHzを例にとれば、音叉型振動片の寸法例として、全長が約2.8mm、基部10の幅寸法が約0.5mmの寸法で構成することが可能である。
【0075】
なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは77.5KHzの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計70を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子1を必要とする。
【0076】
上述したように、本実施形態の電波時計70によれば、強度的に優れ、高品質な圧電振動子1を備えているので、電波時計70自体も同様に強度的に優れ、高品質化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。またこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
【0077】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【図1】本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す図である。
【図2】図1に示す圧電振動子が有する圧電振動片を上面から見た図である。
【図3】図1に示す圧電振動子が有する圧電振動片を下面から見た図である。
【図4】図3に示す断面矢視A−A図である。
【図5】図1に示す圧電振動子を製造する際に使用する製造装置を示す図であって、(a)は上面図であり、(b)は(a)の断面矢視B−B図である。
【図6】図1に示す圧電振動子を製造する際に、図5に示す製造装置のマウント治具に対して各処理を行うステーションを示した図である。
【図7】図1に示す圧電振動子を製造する際に、気密端子のインナーリードと圧電振動片のマウント電極とを接合している状態を示した図である。
【図8】本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図9】本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図10】本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図11】従来の圧電振動子の一例を示す構成図である。
【図12】従来の製造方法により図11に示す圧電振動子を製造する場合の図であって、気密端子のインナーリードと圧電振動片のマウント電極とを接合している状態を示した図である。
【符号の説明】
【0079】
θ プラズマアーク電極の軸線と水平面とのなす角度
1 圧電振動子
2 圧電振動片
3 ケース
4 プラグ(気密端子)
10 基部
11、12 振動腕部
15 励振電極
16、17 マウント電極
20、21 引き出し電極
26 リード端子
26a インナーリード
26b アウターリード
27 ステム
32 振動片ホルダ
33 パレット(気密端子ホルダ)
35 押え工具
37 プラズマアーク電極
38 トーチ電極
40 発振器
41 集積回路
50 携帯情報機器(電子機器)
53 計時部
70 電波時計
71 フィルタ部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
平行に配置され、基端側が基部に固定された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の外表面上に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、引き出し電極を介して励振電極に電気的に接続されたマウント電極とを有する圧電振動片と、
該圧電振動片を内部に収納するケースと、
該ケースを密閉させるステムと、該ステムを貫通した状態で配置され、ステムを間に挟んで一端側が前記マウント電極に電気的に接続されるインナーリードとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリードとされたリード端子とを有する気密端子とを備えた圧電振動子を製造する方法であって、
前記圧電振動片を振動片ホルダにセットすると共に、前記気密端子を気密端子ホルダにセットするセット工程と、
該セット工程後、前記マウント電極上に前記インナーリードが位置するように、前記振動片ホルダ及び前記気密端子ホルダの位置を調整する調整工程と、
該調整工程後、前記アウターリードを絶縁性の押え工具で押さえつけ、前記インナーリードを前記マウント電極に対して密着させる密着工程と、
該密着工程後、先端にプラズマアーク電極を有するトーチ電極を、プラズマアーク電極の軸線と水平面との角度が70度から90度の範囲内に収まるように前記インナーリードの上方に近づけるトーチ電極セット工程と、
該トーチ電極セット工程後、アルゴンガス中で前記プラズマアーク電極と前記インナーリードとの間に電圧を印加して、プラズマアーク放電により前記インナーリードとマウント電極とを接合する接合工程と、
該接合工程後、真空中で前記ケースと前記ステムとを封止する封止工程とを備えていることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記接合工程の際、前記インナーリードの表面には、半田が塗布されていることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の圧電振動子の製造方法により製造されたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項4】
請求項3に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
【請求項5】
請求項3に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
【請求項6】
請求項3に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate


【公開番号】特開2008−11091(P2008−11091A)
【公開日】平成20年1月17日(2008.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−178534(P2006−178534)
【出願日】平成18年6月28日(2006.6.28)
【出願人】(000002325)セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Fターム(参考)】