JP2004090113A - 自公転式バレル研磨装置及びそれに使用する加工容器 - Google Patents

Abstract

【課題】ベベリング加工時間の短縮及び少量のロット加工に対応できる効率の良い自公転式バレル研磨装置およびそれに使用する加工容器を提供する。
【解決方法】公転軸に固定された公転板１３と、この公転板に設けられた自転軸と、自転軸に固定され自転する容器ホルダ１５と、該容器ホルダに固定保持される加工容器１７と、公転軸及び該自転軸を独自又は連動して回転させ且つ回転方向、回転数及び回転時間等を制御する駆動モータ及び駆動回転機構を備えた自公転式バレル研磨装置において、公転軸を装置設置面に対し垂直方向に設けたことを特徴とする自公転式バレル研磨装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、水晶板などの圧電素板をベベリング加工する際に使用する自公転式バレル研磨装置及びそれに使用する加工容器に関するものであり、特にベベリング加工時間の短縮及び少量のロット加工に対応できる自公転式バレル研磨装置およびそれに使用する加工容器に関する。
【０００２】
【従来技術】圧電振動子や発振器等の電子部品の小型化に伴い、その内部に搭載する圧電振動子を構成する圧電素板も外形の小型化が必要とされると同時に、発振周波数の高周波化も進んでいることから圧電素板の薄型化も必要とされるようになった。
【０００３】
例えば圧電材料の一つである水晶板では、その小型化が進むにつれクリスタルインピダンス（以下ＣＩという）が高くなり水晶板の振動の起動に不具合を生じるようになってきた。そこで、圧電素板の外形をベベリング加工することにより、後に水晶板主面上に形成する電極膜による「エネルギー閉じ込め」効果を大きくすることができ、因ってＣＩが低くなり水晶板の振動の起動が容易になる。
【０００４】
このように水晶板等の圧電素板にベベリング加工を施す装置としては、特開２０００−３５４９４７号公報や特開２００２−１２０１４１号公報に開示されているような、両端を閉口した径寸法より長さ寸法が長い円筒形の加工容器を複数配置し且つこのドラム内には、圧電素板と研磨材が投入されており、この加工容器を接地面と平行の公転軸で公転させ、更に加工容器自体も両端部の断面の中心を貫く中心軸、又は両端断面を斜めに貫く軸を公転軸と平行に自転させることで、加工容器内部に投入した圧電素板を加工容器内壁と摩擦運動させることより、圧電素板外形形状をベベリング加工する遠心バレル装置が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】バレル装置におけるベベリング加工の加工能率は、一般的に加工点に加わる荷重に依存する。即ち、外形形状の小型化及び高周波化に伴う薄型化が進んだ圧電素板は、そ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。
【０００６】
これを補うために、球形又は円筒形をした加工容器が自転運動のみでベベリング加工を行う、所謂自転式バレル装置では、従来研磨材と圧電素板のみを加工容器内に入れベベリング加工を行っていたが、圧電素板より質量が大きいメディア等を加工容器内に添加することで加工圧力を増加させることにより、加工能率の低下を抑止していた。しかし、メディアを用いた自転式バレル装置では、従来の圧電素板のベベリング加工においては適度なメディアの添加により加工能率が改善されるものの、近年の小型化高周波化が進んだ圧電素板のベベリング加工においては、圧電素板にメディアが有効に荷重を加えることには限界があり、加工能率の更なる改善が難しくなっている。
【０００７】
このようなことから、遠心力を利用して加工圧力を増加させることで自転式バレル装置より加工能率が高い前記遠心バレル装置が開発されたが、その装置を構成する加工容器としては、直径が５０〜２００ｍｍ、長さが３００〜６００ｍｍ程度の内径寸法である金属製の加工容器が用いられており、この加工容器の強度を確保するために、加工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、この加工容器を組み込んだ遠心バレル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。
【０００８】
又、このように重量があるため、大型のモータを使用しても加工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。更に遠心バレル装置における加工容器の自転運動は、公転運動に伴い加工容器がそのままの状態を維持しようとするために発生するもので、公転速度と反対方向に同一速度による自転となっている。つまり、自転速度が公転速度に依存するため、公転速度に限界がある遠心バレル装置の加工能率の更なる向上も難しく、現状ではベベリング加工に数十時間掛かっている。
【０００９】
更に、遠心バレル装置でベベル加工した矩形状の圧電素板の外形形状は、図６（等高線表示）のように圧電素板の両主面において中心部分が高い長楕円形状に加工される。これは円筒形の加工容器の筒部内壁で摩擦研磨され、且つ加工時は水晶片の長辺が加工容器の自転軸に平行に揃ってしまう傾向があり、この外形形状では、圧電素板をパッケージに搭載する際に、圧電素板を保持する部分となる圧電素板の短辺部分の厚みが薄くなっておらず、エネルギー閉じ込め効果が十分ではない。因って、遠心バレル装置でのベベリング加工による圧電素板特性の向上は不十分となる可能性がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は前記従来技術の課題を鑑みて成されたものであり、公転軸に固定された公転板と、この公転板に設けられた自転軸と、自転軸に固定され自転する容器ホルダと、該容器ホルダに固定保持される加工容器と、公転軸及び該自転軸を独自又は連動して回転させ且つ回転方向、回転数及び回転時間を制御する駆動モータ及び駆動回転機構を備えた自公転式バレル研磨装置において、公転軸を装置設置面に対し垂直方向に設けたことを特徴とする自公転式バレル研磨装置ある。
【００１１】
又、自転軸の軸心の傾きが、公転軸の軸心に対し公転軸側に０°乃至４５°の範囲で傾いていることを特徴とする前記記載の自公転式バレル研磨装置でもある。
【００１２】
次に、装置設置面に対し垂直方向に設けた公転軸に固定された公転板と、この公転板に設けられた自転軸と、自転軸に固定され自転する容器ホルダと、公転軸及び該自転軸を回転させ且つ回転方向、回転数及び回転時間を制御する駆動モータ及び駆動回転機構を備えた自公転式バレル研磨装置に使用される該容器ホルダに固定保持される加工容器において、この加工容器の形状は略円筒形であり、加工容器の一方端は所定の曲率をもつ底部、又は所定の曲率部と平面部により構成される底部により閉口されていることを特徴とする加工容器である。
【００１３】
又、装置設置面に対し垂直方向に設けた公転軸に固定された公転板と、該公転板に設けられた自転軸と、該自転軸に固定され自転する容器ホルダと、該公転軸及び該自転軸を回転させ且つ回転方向、回転数及び回転時間を制御する駆動モータ及び駆動回転機構を備えた自公転式バレル研磨装置に使用される該容器ホルダに固定保持される加工容器において、該加工容器の形状は略円筒形であり、該加工容器の一方端は閉口され容器底部を形成し、該容器底部中心部が容器内側に所定の曲率で盛り上がっており、且つ該容器底部外縁部分も所定の曲率で形成されていることを特徴とする加工容器でもある。
【００１４】
このような自公転式バレル研磨装置を使用することにより、公転運動から発生する加速度は加工容器の底部から容器円筒壁下部方向にかけてかかるので、底周辺部分以外の容器壁部の厚さを可能な限り薄くすることができ、更に加工容器を略縦型とすることで、圧電素板のベベリング加工を行う箇所を加工容器の底部周辺に限定できるので、加工容器の長さを短くすることができ、因って自公転式バレル研磨装置自体の大きさも小さくすることができる作用を奏する。
【００１５】
又、このような自公転式バレル研磨装置及びそれに使用する加工容器を使用することにより、圧電素板におけるベベリング加工による研磨形状は、圧電素板の両主面において中心部分が高い短楕円形状に加工される作用を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明における自公転式バレル研磨装置の概略の一例を示した図である。尚、点線枠は枠内にある装置を構成する部品類の形態を明りょうにするための断面図である。図２乃至４は、図１に示した加工容器の一つの形態類を示す断面図である。図５は本発明における自公転式バレル研磨装置によりベベリング加工を行った圧電素板の斜視図（等高線表示）である。尚、図１乃至図５において、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。
【００１７】
即ち、図１において、ケース１２内に納められている自公転式バレル研磨装置１１を構成する公転板１３は、自公転式バレル研磨装置１１の設置面に対し垂直方向に形成した公転軸心１４周りに回転し、公転板１３の公転軸を対称軸とし且つ公転板１３の両端付近に装着された容器ホルダ１５が自転軸心１６周りに回転する。
【００１８】
このことにより、容器ホルダ１５と、容器ホルダ１５に固定保持される加工容器１７とは、公転軸心１４周りを公転しながら、自転軸心１６周りを自転することになる。公転軸の回転方向と自転軸の回転方向とは正逆どちらの回転方向でも良い。
【００１９】
又、自転軸心１６は公転軸心１４に対し、公転軸側に４５°傾いている。これにより、公転運動から発生する加速度は、加工容器１７の底部から容器円筒壁下部にかけてかかるので、加工容器の壁部上部などの厚みを薄くすることができ、更に公転の遠心力によって加工容器１７が容器ホルダ１５から外れたり、加工容器１７の内容物がこぼれたりするのを防止している。尚、実施例では公転板１３は一つで加工容器を一対搭載する構造になっているが、公転板を複数形成し、各々の公転板に加工容器を搭載した構造にしてもよい。又、一つの公転板に搭載する二つの加工容器のうち、一方を外し、替わりにバランサー（おもり）を搭載することで、一つの公転板に一つの加工容器とする構造にしてもよい。
【００２０】
加工容器１７を公転軸心１４周りで公転させながら自転軸心１６周りで自転させる具体的な機構としては、公転用駆動モータと自転用駆動モータを別々に設けて、それぞれが自立して駆動する機構にしてもよい。又、公転自転共用の駆動モータを用いて、モータの回転運動をベルトとプーリ又は遊星歯車装置により公転と自転とに分ける機構にしてもよい。更に、これら駆動モータの起動停止、回転数及び回転時間等を制御する制御機構も併設されており、この制御機構にはケース１２の外に設けたコントロールパネル等からアクセスでき、且つプログラム等で自動制御もできるようになっている。図１においては、公転用駆動モータ及びその制御機構は構造体１８内に内蔵されている。
【００２１】
短冊形状の圧電素板のような研磨対象材料、研磨材、及び圧電素板の加工容器内での自由運動を確保するために研磨材を分散させる水溶液又は油剤等の添加剤を加工容器１７内に入れて蓋で密封し、その加工容器１７を容器ホルダ１５に固定支持し、ケース１２の蓋を閉めて、制御機構からの各種命令により各駆動モータを任意の回転数で回転させ、加工容器１７の公転及び自転を開始する。
【００２２】
加工容器１７を公転させることにより、遠心力で加工容器１７内の内容物は、加工容器１７の内底面部から自転軸心１６に対し公転軸方向とは反対に位置する容器壁部にかけて押しつけられことで、小型化高周波化が進んだ圧電素板においても加工に十分な圧力を得、更に自転により底面と内容物との間に摩擦が生じることで、圧電素板にベベリング加工が非常に短時間に施される。又、公転と自転との相互作用、及び加工中に公転及び自転の回転数を変化させる（回転停止も含む）ことにより、内容物が加工容器内で自由に移動し混ざり合うことが促進され、容器内に投入した圧電素板全体に均一にベベリング加工を施すことができ、因ってベベリング加工の時間を数分から数十分に短縮することができる。
【００２３】
図２乃至４は、容器ホルダ１５に着脱自在に固定支持される加工容器１７のそれぞれ一形状を開示する断面図である。加工容器１７は有底円筒形の本体部２１と蓋部２２で構成され、本体部２１は金属により形成されている。又、蓋部２２は加工容器１７の公転及び自転の際には本体部２１から外れないような構造になっている。尚、蓋部２２は容器内に投入する内容物の量によっては使用しない場合もある。
【００２４】
短冊形状の圧電素板などのベベリング加工においては、その加工形状は加工容器の内部面の形状を転写することにより得られる。図２乃至４に開示したような加工容器により行ったベベリング加工においては、図６のようなベベリング加工形状の圧電素板が得られる。この形状の圧電素板では短辺方向の厚みを薄くすることができるので、エネルギー閉じ込め効果が十分に得られ、圧電素板特性を著しく向上できる。
【００２５】
又、加工容器１７の底面形状を更に図４のように、本体部２１の内底部中心が容器内側に所定の曲率で盛り上がっている構造とすることにより、加工容器底面中心部を通る公転運動半径の外側となる加工容器の加工領域の面積を広くすることができ、加工能率が更に向上する。更に、底部中心の盛り上がり部分により、ベベリング加工中の自公転回転速度の変化による容器内容物の移動の際に、内容物が盛り上がり部分に当たりランダムな移動運動をする。このことにより、容器内に投入した圧電素板全体に対し、より均一にベベリング加工を施すことができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の自公転式バレル研磨装置及びそれに使用される加工容器おいて、小型化高周波化が進んだ圧電素板を短時間で効率よくベベリング加工することができ、因って圧電素板を使用する圧電振動子等の電子部品を安価に短時間で提供できる効果を成す。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における自公転式バレル研磨装置の概略を示した構造図（一部断面図）である。
【図２】図２は、図１に示した加工容器の一形態の断面図である。
【図３】図３は、図１に示した加工容器の他の形態の断面図である。
【図４】図４は、図１に示した加工容器の他の形態の断面図である。
【図５】図５は、本発明における自公転式バレル研磨装置を用いてベベリング加工を施した圧電素板の斜視図である（高さの変化を等高線で示す）。
【図６】図６は、従来技術の遠心バレル装置を用いてベベリング加工を施した圧電素板の斜視図である（高さの変化を等高線で示す）。
【符号の説明】
１１，自公転式バレル研磨装置
１３，公転板
１４，公転軸心
１５，容器ホルダ
１６，自転軸心
１７，加工容器
１８，構造体

Claims (4)

1. 公転軸に固定された公転板と、該公転板に設けられた自転軸と、該自転軸に固定され自転する容器ホルダと、該容器ホルダに固定保持される加工容器と、該公転軸及び該自転軸を独自又は連動して回転させ且つ回転方向、回転数及び回転時間を制御する駆動モータ及び駆動回転機構を備えた自公転式バレル研磨装置において、該公転軸を装置設置面に対し垂直方向に設けたことを特徴とする自公転式バレル研磨装置。
2. 自転軸の軸心の傾きが、公転軸の軸心に対し公転軸側に０°乃至４５°の範囲で傾いていることを特徴とする請求項１記載の自公転式バレル研磨装置。
3. 装置設置面に対し垂直方向に設けた公転軸に固定された公転板と、該公転板に設けられた自転軸と、該自転軸に固定され自転する容器ホルダと、該公転軸及び該自転軸を回転させ且つ回転方向、回転数及び回転時間を制御する駆動モータ及び駆動回転機構を備えた自公転式バレル研磨装置に使用される該容器ホルダに固定保持される加工容器において、該加工容器の形状は略円筒形であり、該加工容器の一方端は所定の曲率をもつ底部、又は所定の曲率部と平面部により構成される底部により閉口されていることを特徴とする加工容器。
4. 装置設置面に対し垂直方向に設けた公転軸に固定された公転板と、該公転板に設けられた自転軸と、該自転軸に固定され自転する容器ホルダと、該公転軸及び該自転軸を回転させ且つ回転方向、回転数及び回転時間を制御する駆動モータ及び駆動回転機構を備えた自公転式バレル研磨装置に使用される該容器ホルダに固定保持される加工容器において、該加工容器の形状は略円筒形であり、該加工容器の一方端は閉口され容器底部を形成し、該容器底部中心部が容器内側に所定の曲率で盛り上がっており、且つ該容器底部外縁部分も所定の曲率で形成されていることを特徴とする加工容器。

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