JP3574699B2 - カット面検査方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、板状にカットした単結晶試料（例えば、水晶のＡＴカット板）のカット面の偏差角をＸ線回折測定によって検査して、偏差角に応じて試料を選別するカット面検査方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶のＡＴカット板は、所定の結晶格子面がカット面に対して所定の角度だけ傾斜するように規定されている。「カット面」について説明すると、板状にカットされたカット板の外表面は、平坦な表面及び裏面（表と裏の区別は特にない。）と、これらをつなぐ側縁とからなるが、表面と裏面とを「カット面」と呼んでいる。このカット面と結晶格子面とのなす傾斜角が、水晶振動子の特性を決定付けるものとして重要になる。
【０００３】
実際のカット板では、切断誤差により、上述の傾斜角の値は、基準の傾斜角からわずかにずれることになる。そして、この誤差は１５秒程度の範囲に収まることが望まれている。しかし、ＡＴカット板の切断角度の精度は通常１分程度にしかならない。そこで、基準の傾斜角に対する偏差（以下、偏差角という。）のばらつきが１５秒以内に収まるようなＡＴカット板を得るには、切断されたＡＴカット板の偏差角をＸ線回折測定を用いて検査してから、偏差角を１５秒刻みで分類することによって、ＡＴカット板を選別することが必要になる。このようにすれば、切断角度の精度が劣っていても、偏差角のばらつきが１５秒の範囲内に収まるようなＡＴカット板のいくつかのグループを得ることができる。これらのグループはそれぞれ、用途に応じて有効に利用される。
【０００４】
従来のカット面検査装置としては、Ｘ線回折装置を用いて水晶のＡＴカット板の偏差角を自動的に検査して、この偏差角を所定の刻み幅で分類して、自動的にＡＴカット板を選別するものがある。この種のカット面検査装置は特開平４−２５２９４３号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のカット面検査装置は、カット板の一方のカット面だけについてその偏差角を自動測定し、その測定結果に基づいてカット板を選別していた。ところが、この選別したＡＴカット板の中には、分類範囲以外の偏差角をもったカット板がしばしば混入していることが判明した。その原因を調査してみると、カット板の表面と裏面とで偏差角が異なることが有り得ることが分かった。すなわち、カット板の一方のカット面で測定した偏差角が、ある分類範囲内に属していても、他方のカット面での偏差角はその分類範囲から外れることが有り得ることが分かった。その理由は次の通りである。カット板の表面と裏面とが完全に平行で、かつ、完全に平坦であれば、表面について測定した偏差角と、裏面について測定した偏差角は、原理的には同じになるはずである。しかし、表面と裏面が完全には平行になっていなかったり、反りなどが生じて完全には平坦になっていなかったりすると、表面と裏面とで偏差角が異なることになる。
【０００６】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、表面と裏面の両方について自動的に偏差角を測定して選別精度を高めたカット面検査方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、試料を試料台に載せて、試料の一方のカット面について偏差角を測定したら、この試料を裏返してから再び試料台に載せて他方のカット面についても偏差角を測定できるようにしている。両方のカット面の偏差角を測定したら、その偏差角に応じて試料を選別して収納することができる。これにより、片方のカット面だけで試料の偏差角を自動測定していた従来法に比べて、測定精度が高まる。
【０００８】
【実施例】
図１は、この発明のカット面検査装置の一実施例の構成を示す平面図である。このカット面検査装置は水晶のＡＴカット板のカット面の偏差角を検査して選別するための装置である。この装置は、大きく分けると、試料１０を整列させる試料整列部１２と、試料を試料台１４に供給する試料供給ロボット１６と、試料のカット面の偏差角を測定するＸ線回折測定部１８と、試料を裏返す試料反転機構２０と、試料を偏差角に応じて選別して収納する試料選別収納部２２と、試料台１４と試料反転機構２０と試料選別収納部２２との間で試料を搬送する試料搬送ロボット２４とを備えている。このうち、試料整列部１２と試料供給ロボット１６とで試料供給部を構成し、試料搬送ロボット２４と試料反転機構２０とで試料反転部を構成し、試料搬送ロボット２４と試料選別収納部２２とで試料排出部を構成している。試料搬送ロボット２４は、試料台１４と試料反転機構２０との間で試料を受け渡す機能部分については試料反転部の一部を構成するものであり、試料台１４から試料選別収納部２２に試料を選別搬送する機能部分については試料排出部の一部を構成するものである。
【０００９】
試料整列部１２は、振動を利用して概略正方形の試料（ＡＴカット板）を整列させる働きをし、投入皿２６と、円形の振動ボウル２８と、直線状の整列台３０とからなっている。整列台３０の途中には、所定の方向に向いていない試料を検出してこれを除去する光学式の姿勢判別装置を設けている。
【００１０】
図４は姿勢判別装置の構成を示す。まず、試料１０の形状を説明すると、一辺が１０ｍｍの正方形の形状をしていて、厚さが０．１〜０．４ｍｍであり、隣り合う二つの頂点部分にＣ１．５の面取り３２を形成してある。試料１０は振動ボウルから整列台に、正方形の一辺が互いに接するようにして押し出されてくる。ただし、二つの面取り３２の位置がどちらの方向を向いているかについてはばらばらである。そこで、この方向がばらばらな試料１０から正しい姿勢の試料３２だけを通過させるために、姿勢判別装置がある。姿勢判別装置は３対の光電検出ユニットを備えており、３個の発光部３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、３個の受光部３６ａ、３６ｂ、３６ｃとを備えている。これら光電検出ユニットの３個の受光部の検出結果をもとにして面取り３２の位置を検出し、試料１０の姿勢の良否を判別している。図４に示した試料１０の状態が正しい姿勢であるとすると、このとき、受光部３６ａ、３６ｂが光を検出し、受光部３６ｃが光を検出しない。検出結果がこれ以外の組み合わせになった場合は、試料１０が正しい姿勢でないことになる。また、すべての受光部が光を検出する場合は、試料１０が存在していないことになる。試料１０が正しい姿勢にないことが検出されたら、この試料１０は圧縮空気によって整列台から排除され、振動ボウルに戻るようになっている。
【００１１】
図１に戻って、試料供給ロボット１６は、整列台３０の先端の試料を試料台１４に１個ずつ供給する。この試料供給ロボット１６は回転可能な水平アーム３８を備えている。ア−ム３８の先端の下方には真空吸着の作用で試料を吸着できる吸着パッドがある。試料台１４上の試料は、その一辺が基準面に押し当てられて、正確に方向付けられる。
【００１２】
Ｘ線回折測定部１８は、静止したＸ線管４０と、静止したＸ線検出器４２とを備えている。図５（ａ）はＸ線回折測定部の正面図である。Ｘ線管４０から出たＸ線４４は、試料台１４上の試料１０の一方のカット面（下面）に当たる。ここで回折したＸ線４６はＸ線検出器４２で検出される。試料台１４には３個の突起４８（図２に良く示されている。）が形成されていて、試料１０はこれらの突起４８に載っている。試料台１４の中央には、Ｘ線の通過を確保するための溝５０（図２も参照）が形成されている。図５（ｂ）に示すように、試料台１４には空気孔５２が開いていて、この空気孔５２は負圧源につながっており、試料１０は負圧の作用で試料台１４上に保持される。
【００１３】
図６は、試料１０付近の拡大正面図である。この図に示す試料１０は、水晶のＡＴカット板において、（０，１，−１，１）の結晶格子面５４が、図において左下がりになるようにカット面５６に対して３°傾斜している。入射Ｘ線４４は、カット面５６に対して１６°２０′の角度で入射するようになっている。このとき、回折Ｘ線４６は入射Ｘ線４４に対して２６°４０′の角度で回折し、この方向にＸ線検出器４２が配置されている。試料台の回転中心線５８は、カット面５６上に存在するように位置調整されており、紙面に垂直に延びている。試料台とその上の試料１０は、この回転中心線５８の回りに微小角度範囲で回転することができて、検出されるＸ線強度が最大になるときの試料台の角度位置を見付けることによって、結晶格子面５４が所定の基準傾斜角（３°）に対してどの程度ずれているかという偏差角を求めることができる。このＸ線回折測定部の原点調整をするときには、所定の基準傾斜角となっている標準試料を用いて、そこからの回折Ｘ線が検出できるように試料台を回転させ、そのときの回転角度位置を原点としている。この標準試料の傾斜角を基準として、測定試料の傾斜角の誤差が測定され、これが偏差角となる。
【００１４】
図１に戻って、試料搬送ロボット２４は、試料台１４と試料反転機構２０と試料選別収納部２２との間で試料を搬送できる。この試料搬送ロボット２４は、Ｘ移動ガイド６０に沿って移動できるア−ム６２を備えている。このア−ム６２の先端の下方には真空吸着パッドがある。
【００１５】
試料選別収納部２２は、６個の試料投入口６４と、これに対応する６個の収納箱６６を備えている。投入口６４は専用のシュータを経由して対応する収納箱６６につながっている。
【００１６】
この実施例では、カット面の偏差角が特定の１５秒の角度範囲内にあるものを合格とし、それ以外のものを不合格とするような分類方法を実施している。すなわち、所定の偏差角を設定して、この設定偏差角に対して、マイナス７．５秒以上、プラス７．５秒未満のものを合格としている。そして、上述の６個の収納箱６６は次の表１に示すように分類されている。
【表１】
第１収納箱 両面が合格するもの
第２収納箱 片面が合格し、他面がプラス側に規格オーバーするもの
第３収納箱 両面ともプラス側に規格オーバーするもの
第４収納箱 片面が合格し、他面がマイナス側に規格オーバーするもの
第５収納箱 両面ともマイナス側に規格オーバーするもの
第６収納箱 片面がプラス側に、他面がマイナス側に規格オーバーするもの
【００１７】
図２は試料反転機構２０の斜視図である。矩形の反転台６８には１対の把持部材７０、７２が開閉可能に設けられ、これらの把持部材はエアーシリンダにより開閉する。反転台６８は、１対の歯付きプーリと歯付きベルト７６とを介して、モータ７４で回転駆動される。反転台６８は、１回の回転動作で、水平な回転軸線７３の回りを１８０°だけ回転する。試料台１４上の試料１０は、試料搬送ロボットの吸着パッド７７に吸着されてから、開放状態の把持部材７０、７２の間に搬送される。把持部材７０、７２が閉じて試料１０が把持部材７０、７２に保持されると、試料１０から吸着パッド７７が離れる。それから、反転台６８が１８０°回転して、試料１０が裏返しになる。この裏返しになった試料１０は吸着パッド７７で吸着され、把持部材７０、７２が開いたら、試料１０が再び試料台１０の上に置かれる。
【００１８】
図３（ａ）は、試料反転機構の把持部材７０、７２の正面断面図である。把持部材７０には凹所７８が形成され、この凹所７８内に接触体８０がスライド可能に挿入されている。接触体８０の背面にはガイド棒８２が固定され、このガイド棒８２は把持部材７０を貫通していて、ガイド棒８２の露出部分には止め輪８４が固定されている。接触体８０と凹所７８の壁面との間には、圧縮コイルばね８６が挿入されている。これにより、接触体８０は凹所７８から突き出る方向に（把持部材７０が閉じる方向に）弾性力が付与されており、止め輪８４のところで止まっている。接触体８０には断面がＶ字形の溝８８が形成され、この溝８８で試料１０の側縁を両側から挟むようになっている。もう一方の把持部材７２も同様の構造である。把持部材７０、７２には突出片９０、９２が固定されていて、これらの突出片９０、９２の間でストッパ９４を挟むような構造になっている。突出片９０、９２とストッパ９４は、実際は、図２の反転台６８の内部に組み込まれている。吸着パッド７７で運ばれてきた試料１０が把持部材７０、７２の間に来たら、把持部材７０、７２が閉じる。
【００１９】
図３（ｂ）は、把持部材７０、７２が閉じた状態を示す。把持部材７０、７２はエアーシリンダの作用によって内側に向かって移動する。突出片９０、９２がストッパ９４に当たると、把持部材７０、７２が停止する。このとき、接触体８０の溝８８によって試料１０の側縁が挟まれる。試料１０が必要以上に把持部材７０、７２で押し付けられないように、上述のストッパ９４の長さが設定されている。溝８８はわずかに試料１０の側縁に接触する程度であるが、溝８８が試料１０に接触すると、接触体８０は圧縮コイルばね８６に抗して把持部材７０、７２に対して相対的に後退する。したがって、試料１０は圧縮コイルばね８６の弾性復元力によって挟み込まれている。この状態で、把持部材７０、７２が、試料１０のカット面に平行な回転軸線（紙面に垂直である）の回りを１８０°だけ回転する。これにより、試料１０の上下が反転する。
【００２０】
次に、このカット面検査装置の全体の動作を説明する。図１において、まず、試料整列部１２の投入皿２６に多数の試料１０を投入する。試料は振動する投入皿２６から振動ボウル２８に落下し、振動ボウル２８の振動によって時計回りに回転運動をしながら振動ボウル２８の外周に沿って整列していく。整列した試料は整列台３０へ押し出されるが、これらの試料のうち、姿勢の不適当なものは姿勢判別部により排除される。整列台３０の先端にある試料は、試料供給ロボット１６のアーム３８の吸着パッドに吸着されて、試料台１４に載せられる。Ｘ線回折測定部１８によって試料の一方のカット面（下面）の偏差角が測定されると、試料は試料搬送ロボット２４のアーム６２の吸着パッドに吸着されて、試料反転機構２０に送られる。この試料反転機構２０で試料の上下が反転され、再び試料搬送ロボット２４のアーム６２の吸着パッドに吸着されて、他方のカット面が下に向けられた状態で、試料台１４に載せられる。そして、この他方のカット面についても偏差角が測定される。両方のカット面の偏差角が測定されたら、試料は試料搬送ロボット２４のアーム６２の吸着パッドに吸着されて、試料選別収納部２２へ送られる。そして、試料は、測定された偏差角に応じて、対応する試料投入口６４に落とされる。
【００２１】
この発明は上述の実施例に限定されず、次のような変更が可能である。
（１）試料の偏差角を分類する場合に、上述の１５秒刻みでなくて、任意の角度刻みで分類できる。
（２）試料の姿勢判別装置は、図４に示した光学式の姿勢判別装置に限定されず、旋光性を利用した姿勢判別法や、低精度のＸ線回折測定を利用した姿勢判別法などの他の手段を用いてもよい。
（３）試料を運搬する機構としては、上述のような吸着パッドに限らず、他の搬送手段を利用してもよい。
（４）この発明は、水晶のＡＴカット板だけでなく、所定の結晶格子面がカット面に対して傾斜しているような任意のカット板について利用できる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、試料の一方のカット面について偏差角を測定したら、この試料を裏返してから他方のカット面についても偏差角を自動的に測定できるようにしているので、片方のカット面だけで試料の偏差角を自動測定していた従来法に比べて、測定精度が高まる。特に、表面と裏面の平行度が劣っているような試料については、一方のカット面の測定角だけに応じて試料を選別してしまうような不具合が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のカット面検査装置の一実施例の構成を示す平面図である。
【図２】試料反転機構の斜視図である。
【図３】試料反転機構の把持部材の正面断面図である。
【図４】姿勢判別装置の要部斜視図である。
【図５】Ｘ線回折測定部の正面図と試料台の正面断面図である。
【図６】試料付近の拡大正面図である。
【符号の説明】
１０ 試料
１２ 試料整列部
１４ 試料台
１６ 試料供給ロボット
１８ Ｘ線回折測定部
２０ 試料反転機構
２２ 試料選別収納部
２４ 試料搬送ロボット
４０ Ｘ線管
４２ Ｘ線検出器
６４ 試料投入口
６６ 収納箱
６８ 反転台
７０、７２ 把持部材
７４ モータ
７６ 歯付きベルト

Claims (4)

1. 次の構成を備えるカット面検査装置。
   （イ）所定の結晶格子面がカット面に対して所定の基準傾斜角となるように板状にカットされた試料を所定の方向に揃えて試料台に供給する試料供給部。
   （ロ）Ｘ線源からのＸ線を前記試料に照射し、この試料からの回折Ｘ線をＸ線検出器で検出することにより、前記試料のカット面の前記基準傾斜角からの偏差角を測定するＸ線回折測定部。
   （ハ）前記試料台上の試料を取り上げてこれを裏返してから試料台に戻す試料反転部。
   （ニ）前記偏差角の測定が済んだ試料を偏差角に応じて選別する試料排出部。
2. 前記試料反転部は、前記試料の側縁を挟むための開閉可能な１対の把持部材を備え、これらの把持部材は前記試料のカット面に平行な回転軸線の回りを回転できることを特徴とする請求項１記載のカット面検査装置。
3. 前記１対の把持部材は、それぞれ、把持部材の閉じる方向に弾性力を付与された接触体を備え、この接触体に、前記試料の側縁に接触するためのＶ字形の溝が形成されていることを特徴とする請求項２記載のカット面検査装置。
4. 次の各段階を備えるカット面検査方法。
   （イ）所定の結晶格子面がカット面に対して所定の基準傾斜角となるように板状にカットされた試料を所定の方向に揃えて試料台に供給する段階。
   （ロ）前記試料の一方のカット面にＸ線を照射し、そこからの回折Ｘ線を検出することにより、前記一方のカット面について前記基準傾斜角からの偏差角を測定する段階。
   （ハ）前記試料台上の試料を取り上げて裏返し、この裏返した試料を再び試料台に供給する段階。
   （ニ）前記試料の他方のカット面にＸ線を照射し、そこからの回折Ｘ線を検出することにより、前記他方のカット面について前記基準傾斜角からの偏差角を測定する段階。
   （ホ）両方のカット面について前記偏差角を測定した前記試料を偏差角に応じて選別する段階。

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