(57)【要約】【課題】簡易な構成で圧電デバイスの周波数の温度依存性を低減する。【解決手段】圧電デバイス１０は、圧電素子部１１と、前記圧電素子部を内包している石英ガラス製容器１３と、前記圧電素子部及び前記石英ガラス製容器外部の間で電気信号を授受するための信号伝達手段１５とを具える。圧電素子部１１は、セラミック製容器を用いた完成した既知の水晶デバイスである。石英製ガラス容器は２重以上の多重構造でも良い。石英ガラス製容器の内部空間は、真空でも良い。石英ガラス製容器の内部空間に石英ガラス製粉末やウールを充填しても良い。石英ガラスは不透明石英ガラスが良い。【選択図】図１
2020014055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に圧電片が封入されている圧電素子部と、前記圧電素子部を内包している石英ガラス製容器と、前記圧電素子部及び前記石英ガラス製容器外部の間で電気信号を授受するための信号伝達手段と、を具える圧電デバイス。
【請求項２】
前記圧電素子部用の発振回路をさらに具える請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記発振回路を前記石英ガラス製容器の内部に具える請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記圧電素子部を所定温度に制御する恒温槽をさらに具える請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記恒温槽を前記石英ガラス製容器の内部に具える請求項４に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記石英ガラス製容器は２重以上の多重構造である請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記信号伝達手段は前記石英ガラス製容器の内外にわたって設けた電線である請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記信号伝達手段は前記石英ガラス製容器の内部に設けた無線通信手段である請求項７に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
圧電片を封入している前記容器はセラミック製容器である請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
圧電片を封入している前記容器は金属製容器である請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１１】
前記石英ガラス製容器内の雰囲気は、大気である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１２】
前記石英ガラス製容器内の雰囲気は、真空である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１３】
前記石英ガラス製容器内の前記圧電素子部以外の空間に石英ガラス粉末を充填してある請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１４】
前記石英ガラス製容器内の前記圧電素子部以外の空間に石英ガラスウールを充填してある請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１５】
前記石英ガラスは透明石英ガラスである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１６】
前記石英ガラスは不透明石英ガラスである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項１７】
前記圧電片は水晶片である請求項１〜１６のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器に特徴を有した圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数の選択や制御のため、水晶振動子、水晶発振器、水晶フィルタ等に代表される各種の圧電デバイスが、多用されている。これら圧電デバイスは周波数温度特性を持つため、周波数の温度依存性を低減する努力が従来から行われている。その一例として、温度補償型の水晶発振器、いわゆるＴＣＸＯがある。他の例として、ＳＣカット等の２回回転カットと呼ばれる水晶片を用いた、いわゆる恒温槽型の水晶発振器（ＯＣＸＯ）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Journal of Advanced Science,Vol.11,No.4,1999
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温度補償型の水晶発振器の場合、水晶振動子自体の温度特性を予め測定する必要があること、及び、測定した温度特性を補償するための情報を記憶でき、かつ、当該水晶発振器の使用時に当該補償処理を行うための集積回路が必要なこと等、事前の測定や集積回路の用意等が煩雑であるという問題点がある。
また、恒温槽型の水晶発振器の場合は、例えば８０℃というような比較的高温の恒温槽が必要になる等、装置構成が大変である。然も、周囲温度の変化等に対し、恒温槽の温度変化を抑制すること自体、実際は大変である。
この出願は上述した点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、簡易な構成で圧電デバイスの周波数の温度依存性をいくらかでも低減できる新規な構成の圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的の達成を図るため、この出願に係る発明者は、石英ガラスが持つ高い断熱性に注目した。さらに、不透明石英ガラスは透明石英ガラスに比べてより高い断熱性を示すことに着目した。透明石英ガラスや不透明石英ガラスが断熱性に優れることは、例えば非特許文献１に記載されている。
【０００６】
一方、圧電デバイスでは一般に、容器内部を不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気に長期かつ安定に保つ必要がある。しかし、石英ガラス自体で気密性容器を構成した場合、上記の気密性を確保できる封止技術を安価にかつ信頼性良く実現することは相当な困難が伴うという課題もある。
【０００７】
そこで、この出願に係る発明者は、圧電素子部自体は完成している従来既知の各種の圧電素子部を用い、この完成した圧電素子部を石英ガラス製の容器に収容することで、石英ガラスの断熱性を利用することを考えた。
従って、この出願に係る圧電デバイスは、容器に圧電片が封入されている圧電素子部と、前記圧電素子部を内包している石英ガラス製の容器と、前記圧電素子部と前記石英ガラス製容器の外部との間で電気信号を授受するための信号伝達手段と、を具えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、圧電素子部とは、完成品の水晶振動子、水晶発振器及び水晶フィルタ等である。具体的には、圧電素子部は、例えばセラミック製容器を用いた例えばシーム溶接や金錫や低融点ガラス等の任意好適な封止方法で封止された既知のものである。また、セラミック容器に限られず、容器が金属製で気密封止されたリードタイプの構造の圧電デバイスである。もちろん、圧電素子部は、上記のTCXOやOCXOでも良い。この発明を適用することで、TCXOやOCXOの上記負担を軽減できると考えるからである。また、水晶以外の圧電材料を用いた圧電素子部でも良い。
【０００９】
また、石英ガラスとは、二酸化ケイ素を主成分とするガラスである。具体的には、水晶を溶融して作った透明石英ガラス、硅石や硅砂を溶融して作った不透明石英ガラスである。不透明石英ガラスは、気泡を含むため透明石英ガラスよりも断熱性高いので、より好ましい。また、透明石英ガラスの表面をフッ酸やサンドブラス等で荒らして不透明にして、外部からの輻射熱の影響を軽減したものでも良い。
【００１０】
また、石英ガラス製容器内部の雰囲気は、大気でも良く、若しくは大気より熱伝導が小さい気体雰囲気、又は真空雰囲気としても良い。また、石英ガラス製容器内の圧電素子部以外の空間を、石英ガラスの粉末や、石英ガラス製ウール（石英ガラスを綿状にしたもの）で充填しても良い。このように石英ガラス製容器内の雰囲気を工夫すること、また、石英ガラス製容器内の空間に石英ガラス製粉末若しくはウールを充填すること等により、圧電素子部への断熱性をさらに高めることができる。
【００１１】
また、石英ガラス製容器は、二重以上の多重構造としても良い。二重以上の構造にすることで、断熱効果をさらに高めることができる。このように石英ガラス製容器を二重構造以上にする場合においても、上述したように、容器内の空間のガス雰囲気を工夫すること、充填材を用いることを組み合わせることは可能である。
また、石英ガラス製容器の断熱性は石英ガラスの厚みが厚いほど高まる。従って、石英ガラス製容器の厚さは、圧電デバイスの設計に支障がない限り厚くするのが良い。具体的には、石英ガラス製容器の厚さが数ｃｍになる場合があっても良い。
【００１２】
また、圧電素子部が石英ガラス製容器の壁に接触していては、熱遮断性が低減するので、好ましくは、圧電素子部は石英ガラス製容器の壁に非接触な状態で石英ガラス製容器内に設置しておくのが良い。例えば、圧電素子部を断熱性の高い材料からなる脚部で石英ガラス製容器から浮かした状態とするのが、好ましい。石英ガラス製ウールも、石英ガラス製容器内に圧電素子部を浮かせた状態で設置できる材料と言える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の圧電デバイスによれば、圧電素子部自体は完成品なので、圧電素子部自体の気密信頼性は確保できる。そして、この圧電素子部を石英ガラス製容器に収納してあるので、この石英ガラス製容器が有する断熱効果により、圧電素子部への外部の熱の影響を軽減できる。このため、簡易な構成で圧電デバイスの周波数の温度依存性を低減できると期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の圧電デバイス１０を説明する図である。
【図２】第２の実施形態に圧電デバイス２０を説明する図である。
【図３】第３の実施形態に圧電デバイス３０を説明する図である。
【図４】第４の実施形態に圧電デバイス４０を説明する図である。
【図５】第５の実施形態に圧電デバイス５０を説明する図である。
【図６】第６の実施形態に圧電デバイス６０を説明する図である。
【図７】第７の実施形態に圧電デバイス７０を説明する図である。
【図８】第８の実施形態に圧電デバイス８０を説明する図である。
【図９】石英ガラス製容器の封止構造例を説明する図である。
【図１０】第９の実施形態の圧電デバイス９０を説明する図である。
【００１５】
以下、図面を参照してこの出願の圧電デバイスの実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本出願の発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１６】
１． 第１の実施形態
図１は第１の実施形態の圧電デバイス１０を説明する斜視図である。この圧電デバイス１０は、容器に圧電片が封入されている圧電素子部１１と、この圧電素子部１１を内包している石英ガラス製の容器１３と、圧電素子部１１と前記石英ガラス製容器１３の外部との間で電気信号を授受するための信号伝達手段１５と、を具える。
【００１７】
この場合の圧電素子部１１は、水晶片（図示せず）を内包する凹部（図示せず）を有するセラミック製容器１１ａと、この容器１１ａにシーム溶接された金属製の蓋部材１１ｂと、上記凹部内に実装された当該水晶片と、有した完成品の周知の水晶振動子である。また、石英ガラス製の容器１３は、石製ガラスを箱状に形成したものである。
石英ガラス製の容器１３の具体例としては、例えば図９に示したように、任意好適な厚さｔの壁及び底部を持ち、上部が開口している石英ガラス製の箱体１３ａと、この箱体１３ａの側壁等に設けた穴部１３ｂと、箱体１３ａの開口を塞ぐ任意好適な厚さの蓋体１３ｃと、箱体１３ａ及び蓋体１３ｃを接合する接合部材１３ｄとを具える。穴部１３ｂは、伝達手段１５としての例えば電線を設置するものである。なお、蓋体１３ｃも石英ガラス製が良い。
【００１８】
箱体１３ａ中に圧電素子部１１を入れた後、伝達手段としての配線を穴部１３ｂを通して箱体１３ａの外部に導く。そして、箱体１３ａに蓋体１３ｃを接合材１３ｄで接合すると共に、穴部１３ｄに好適な充填材を詰めて、石英製ガラス容器１３に圧電素子部１１を収納した圧電デバイス１０が完成する。接合材１３ｄとしては、接着剤、低融点ガラス、ロー材等、若しくは石英ガラス等々の任意好適な材料を用いることができるが、極力、断熱性が高いものが良い。また、穴部１３ｄの充填材としては、樹脂、ガラス等の任意好適なものを用いることができる。充填材も、石英製ガラス等、断熱性が高いものが良い。
この例の場合は、伝達手段１５としての電線は、その一端を圧電素子部１１の水晶端子に接続し、他端を石英ガラス製容器の外部の発振回路等（図示せず）に接続する。
【００１９】
また、箱体１３ａ及び蓋体１３ｃで構成される空間の雰囲気は、大気でも良く、又は、窒素雰囲気等の不活性な雰囲気、若しくは、真空雰囲気でも良い。断熱性を考慮すると真空雰囲気が好ましい。ただし、真空雰囲気や不活性雰囲気を確保するためには、接合部や穴部の気密性確保に留意する必要がある。とはいえ、空間の真空度は、圧電素子部への断熱性を高めることができる程度の低真空で良いので、気密性の難易度はそれほど高くない。
この第１実施形態の圧電デバイス１０の場合、圧電素子部１１を石英ガラス製容器１３により外部雰囲気から遮断できる。石英ガラスは断熱性に優れることから、石英ガラス製容器を用いない場合に比べ、圧電素子部１１が外部温度変動の影響を受けにくいという効果が期待できる。なお、石英製性ガラスとしては、透明石英ガラスより不透明石英ガラスが好ましい。
【００２０】
２．第２の実施形態
第１の実施形態の圧電デバイス１０の場合、石英製ガラス容器１３は一重であったが、石英ガラス製容器を２重以上の多重構造としても良い。この第２の実施形態はその例である。図２はこの第２の実施形態の圧電デバイス２０を示した斜視図である、
圧電素子部１１は、石英ガラス製の第１の容器２１ａに内包してあり、そして、この石英ガラス製の第１の容器２１ａを、これより大きい石英ガラス製の第２の容器２１ｂに内包したものである。伝達手段１５は、例えば第１の実施形態と同様に電線で良い。
この第２の実施形態の圧電デバイス２０の場合、石英ガラス製容器が２重になっているので、第１の実施形態の場合より、さらに断熱性が高まる。３重以上にすればさらに断熱性が高まる。また、多重とした各々の石英ガラス製容器内に、後述する第８の実施形態で説明する石英ガラス製粉末やウールを充填すれば、より好ましい。
【００２１】
３．第３の実施形態
第１の実施形態の圧電デバイス１０の場合、石英ガラス製容器１１内には圧電振動部のみを入れていたが、発振回路等の他の構成成分も石英ガラス製容器内に入れても良い。この第３の実施形態はその例である。図３はこの第３の実施形態の圧電デバイス３０を示した斜視図である。
石英ガラス製の容器１３内に圧電素子部１１と共に発振回路３１も、内包してある。このようにすると、発振回路３１自体の温度環境も圧電素子部１１と同様にでき、外部の温度変化の影響を受けにくいと考えられる。この例の場合、伝達手段１５としての電線は、その一端を発振回路３１の電源供給端子及び発振出力端子に接続し、他端を石英ガラス製容器１３の外部に設けた電源や、発振信号を利用する外部回路等に接続する。
【００２２】
４．第４の実施形態
図４は、第４の実施形態の圧電デバイス４０を示した斜視図である。この第４の実施形態の圧電デバイス４０は、圧電素子部１１、発振回路３１、電源４１及び伝達手段としての無線通信手段４３を石英ガラス製容器１３に内包した例である。
この第４の実施形態の場合、配線等の有形の伝達手段を排除できるため、石英ガラス製容器の気密性が上記の第１〜第３の実施形態より高められると期待できる。
【００２３】
５．第５の実施形態
図５は、第５の実施形態の圧電デバイス５０を示した斜視図である。この第５の実施形態の圧電デバイス５０は、完成品である恒温槽型の発振器５１を、石英ガラス製容器１３内に入れたものである。なお、恒温槽型発振器の電源５３も石英ガラス製容器１３に内包しても良い。
この第５の実施形態の場合、温度の安定化がされている恒温槽型の発振器を、石英ガラス製容器内に納めてあるため、そうしない場合に比べ、恒温槽型の発振器の外部温度変化の影響を軽減できるので、発振出力の安定性が改善できると期待できる。
【００２４】
６．第６の実施形態
上記した各実施形態では、圧電素子部１１を石英ガラス製容器１３内に設置する具体的な構造は示さなかった。しかし、圧電素子部１１が石英ガラス製容器１３の壁に接した状態よりは壁から離れていて、かつ、断熱部材を介して固定されている方が好ましい。この第６の実施形態はその例である。図６はこの第６の実施形態に圧電デバイス６０を示した斜視図である。
この第６の実施形態の圧電デバイス６０は、圧電素子部１１を断熱部材６１を介して石英ガラス製容器１３に固定してある。断熱部材６１としてこの例の場合は柱状体を用いている。柱状体の断熱部材６１としては、例えば樹脂製の柱状体、木製の柱状体等を挙げることができる。もちろん、断熱部材６１は柱状体にこだわらず、球状等、任意好適なもので良い。
【００２５】
７．第７の実施形態
上記した各実施形態では、圧電素子部１１はセラミック製容器を用いたものであったが、圧電素子部はセラミック製容器のものに限られない。この第７の実施形態はその例である。
図７はこの第７の実施形態の圧電デバイス７０を示した斜視図である。
この第７の実施形態の圧電デバイス７０は、圧電素子部７１として、ガラスハーメを用いたベースと金属製キャップとからなる容器に水晶片（図示せず）を内包した例である。しかも、恒温槽型の発振器の形態にしてそれを石英ガラス製容器１３内に入れてある。
【００２６】
８．第８の実施形態
図８は第８の実施形態の圧電デバイス８０を示した斜視図である。この第８の実施形態の圧電デバイス８０は、石英ガラス製容器１３内の空間に、石英ガラス製の粉末８１及び又は石製ガラス製ウール８３を充填した例である。すなわち、石英ガラス製の粉末８１及び又は石製ガラス製ウール８３の双方又は一方を充填しても良い例である。なお、粉末とは微粒子の場合、比較的大きな粒状物いずれでも良い。この第８の実施形態の場合、圧電素子部１１を石英ガラス製容器１３内に浮いた状態で配置でき、しかも、空気層を介在させずに配置できるので、断熱性確保に好ましいと言える。特に、石英ガラス製ウールを充填するとその効果は高いと考えられる。
【００２７】
９．第９の実施形態
上記の各実施形態では石英ガラス製容器を箱状のものとした例を説明したが、石英ガラス製容器の形状はこれに限られない。図１０はその例であり、第９の実施形態の圧電デバイス９０を示した斜視図である。この第９の実施形態の圧電デバイス９０では、石英ガラス製容器を石英ガラス管９１で構成してある。石英ガラス管９１を用いた場合、信号伝達手段１５を石英ガラス管９１から引き出す部分の気密構造を、公知の気密シール構造９３で構成できるため、石英ガラス管からなる容器内を真空雰囲気にしたい場合に好ましい。図１０にて９５は、気密シール構造９３の芯線と配線１５との接続箇所を示している。
【００２８】
上述においては、この出願の各実施形態について説明したが、これら発明は上述の例に限られない。例えば、第１〜第９の実施形態を任意好適に組み合わせた構成としても勿論良い。また、上記で石英ガラスと記載した箇所は、透明石英ガラスでも不透明石英ガラスでも良い趣旨である。
【符号の説明】
【００２９】
１０:第１の実施形態の圧電デバイス、          １１：圧電素子部、
１１ａ：セラミック製容器、                  １１ｂ：金属製の蓋部材、
１３：石製ガラス製容器、                    １５：信号伝達手段、
２０：第２の実施形態の圧電デバイス、        ２１ａ：石英ガラス製の第１の容器、
２１ｂ：石英ガラス製の第２の容器、           ３０：第３の実施形態の圧電デバイス
３１：発振回路、                             ４０：第４の実施形態の圧電デバイス
４１：電源、                                ４３：無線通信手段、
５０：第５の実施形態の圧電デバイス、        ５１：恒温槽、
５３：電源、                                ６０：第６の実施形態の圧電デバイス
６１：断熱部材、                            ７０：第７の実施形態に圧電デバイス
７１：金属製容器を用いた圧電素子部、        ８０：第８の実施形態の圧電デバイス
８１：石英ガラスの粉末、                    ８３：石英ガラス製ウール
９０：第９の実施形態の圧電デバイス、        ９１：石英ガラス管、
９３：気密シール構造
【図１】
2020014055.tif 000003
【図２】
2020014055.tif 000004
【図３】
2020014055.tif 000005
【図４】
2020014055.tif 000006
【図５】
2020014055.tif 000007
【図６】
2020014055.tif 000008
【図７】
2020014055.tif 000009
【図８】
2020014055.tif 000010
【図９】
2020014055.tif 000011
【図１０】
2020014055.tif 000012