(57)【要約】【課題】蓋部材と側壁部材とを接着剤で接合する方法を採用しつつ、気密信頼性の向上を図ることのできる圧電素子収納容器を提供する。【解決手段】蓋部材２２と、内部に圧電素子を収納すると共に前記蓋部材の周囲を取り囲む側壁部材３０を備える容器本体を有する圧電素子収納容器１１であって、蓋部材２２と側壁部材３０との接合面を跨いで配置された中間部材５０を有し、蓋部材２２と側壁部材３０、および中間部材５０の対向面間に接着剤６０を介在させて接合したことを特徴とする。このような特徴を有する圧電素子収納容器１１において、蓋部材２２と側壁部材３０との接合面に凹状溝５２を設け、中間部材５０は、凹状溝５２内に配置する構成とすると良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋部材と、内部に圧電素子を収納すると共に前記蓋部材の周囲を取り囲む側壁部材を備える容器本体を有する圧電素子収納容器であって、
前記蓋部材と前記側壁部材との接合面を跨いで配置された中間部材を有し、
前記蓋部材と前記中間部材との対向面間、前記側壁部材と前記中間部材との対向面間に、接着剤を介在させて接合したことを特徴とする圧電素子収納容器。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子収納容器であって、
前記蓋部材と前記側壁部材との接合面に凹状溝を設け、前記中間部材は、前記凹状溝内に配置する構成としたことを特徴とする圧電素子収納容器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧電素子収納容器であって、
前記蓋部材の平面形状を円形とし、前記中間部材をリング状部材としたことを特徴とする圧電素子収納容器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子収納容器であって、
前記凹状溝は、前記蓋部材の縁辺と前記側壁部材における前記蓋部材との接合面とに設けた２つの面取り部により構成され、
前記中間部材は、前記面取り部の傾斜角度に合わせた傾斜面を有する楔形部材としたことを特徴とする圧電素子収納容器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子収納容器であって、
前記蓋部材と前記側壁部材、および前記中間部材は、同じ組成を有する材料により構成されることを特徴とする圧電素子収納容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を封止するための収納容器に係り、特に、封止時に真空度を要する収納形態を採る場合に好適な圧電素子収納容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉型圧電素子（音叉型圧電振動子）や双音叉型圧電素子（双音叉型圧電振動子）、および弾性表面波素子（ＳＡＷ素子）などの封止時に真空度を要する収納形態を採る圧電デバイスでは、圧電素子を収納する容器と、この容器を封止する蓋部材との間の密閉性が重要である。
【０００３】
このため、従来このような容器では、蓋部材と容器（容器を構成する側壁部材）とを抵抗溶接やレーザー溶接等により接合していた。このような溶接による接合は、気密信頼性が高い一方で、加熱箇所における急冷現象により、溶接箇所に熱応力による歪みが生ずることがある。このような状態において、容器や蓋部材に圧力が加えられた場合、溶接箇所やその周辺部分に応力が集中し、ひび割れや破損等が生ずる虞があった。蓋部材と容器の側壁部材とを溶接により接合した圧電素子収納容器としては、例えば特許文献１、２に示されている。また、圧力センサー容器にダイアフラムを溶接封止した構造が、特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９４７３６号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４０５０号公報
【特許文献３】特開２００５−１０６５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容器を封止する際に生ずる上記のような熱歪みに対する対策として、蓋部材と側壁部材とを接着剤により接合することが、安価かつ容易であると考えられた。しかし、接着剤に使用される樹脂は吸湿性があり、封止後の容器内部に湿気をもたらす虞があり、溶接による接合に比べ、気密性という面での信頼性が低かった。
そこで本発明では、蓋部材と側壁部材とを接着剤で接合する方法を採用しつつ、気密信頼性の向上を図ることのできる圧電素子収納容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］蓋部材と、内部に圧電素子を収納すると共に前記蓋部材の周囲を取り囲む側壁部材を備える容器本体を有する圧電素子収納容器であって、前記蓋部材と前記側壁部材との接合面を跨いで配置された中間部材を有し、前記蓋部材と前記中間部材との対向面間、前記側壁部材と前記中間部材との対向面間に、接着剤を介在させて接合したことを特徴とする圧電素子収納容器。
このような特徴を有する圧電素子収納容器によれば、蓋部材と側壁部材との接合に接着剤を用いた場合であっても、気密信頼性を確保することができる。
【０００７】
［適用例２］適用例１に記載の圧電素子収納容器であって、前記蓋部材と前記側壁部材との接合面に凹状溝を設け、前記中間部材は、前記凹状溝内に配置する構成としたことを特徴とする圧電素子収納容器。
このような特徴を有する圧電素子収納容器によれば、蓋部材と側壁部材端面の高さがずれた場合であっても、中間部材を安定して配置することができる。
【０００８】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の圧電素子収納容器であって、前記蓋部材の平面形状を円形とし、前記中間部材をリング状部材としたことを特徴とする圧電素子収納容器。
このような特徴を有する圧電素子収納容器によれば、中間部材をリング状部材とすることにより、凹状溝を隙間無く埋め、シール効果を発揮することが可能となる。
【０００９】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれか１項に記載の圧電素子収納容器であって、前記凹状溝は、前記蓋部材の縁辺と前記側壁部材における前記蓋部材との接合面とに設けた２つの面取り部により構成され、前記中間部材は、前記面取り部の傾斜角度に合わせた傾斜面を有する楔形部材としたことを特徴とする圧電素子収納容器。
このような特徴を有する圧電素子収納容器によれば、外部領域に晒される接着剤面を少なくすることができる。このため、耐湿性を高めることができる。また、中間部材を凹状溝の形状に合わせた楔形としたことにより、中間部材の配置が自動調芯作用によって成されることとなり配置位置が安定する。
【００１０】
［適用例５］適用例１乃至適用例３のいずれか１項に記載の圧電素子収納容器であって、前記蓋部材と前記側壁部材、および前記中間部材は、同じ組成を有する材料により構成されることを特徴とする圧電素子収納容器。
このような特徴を有する圧電素子収納容器によれば、部材間の熱膨張率の相違による温度変化時における歪みを抑制することができる。これにより容器の変形、破損等を防止することができ、気密信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る圧電素子収納容器を採用する圧力センサーの部分分解拡大斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る圧電素子収納容器を採用する圧力センサーの断面構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る圧電素子収納容器の要部を示す図である。
【図４】第３の実施形態に係る圧電素子収納容器の要部を示す図である。
【図５】第３の実施形態に係る圧電素子収納容器において、分割形式の中間部材を採用する場合の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の圧電素子収納容器に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態では、圧電デバイスとしてもっぱら圧力センサーを例に挙げて説明するが、実施形態に係る容器は当然に、他の用途に用いる圧電デバイスの容器としても採用することができる。
【００１３】
まず、図２を参照して、本発明の圧電素子収納容器を採用する圧電デバイスについて説明する。なお、上述したように、本実施形態では圧電デバイスとして圧力センサーを採用する。
第１の実施形態に係る圧力センサー１０は、圧電素子収納容器（ハウジング）１１と、この圧電素子収納容器１１に収納された圧電素子である双音叉型圧電素子４０とを有する。圧電素子収納容器１１は、底板部材（下端板）１２と、蓋部材（上端板）２２、および側壁部材３０を有する。そして圧電素子収納容器１１は、これらの底板部材１２、蓋部材２２、および側壁部材３０を組み合わせて構成される中空密閉容器である。
【００１４】
底板部材１２は、内部空間と連通する第１圧力入力口１８を有する。第１圧力入力口１８は、圧電素子収納容器１１の軸芯と同芯となるように貫通されている。このように形成された開口部である第１圧力入力口１８には、第１ダイアフラム２０が配置されている。第１ダイアフラム２０は底板部材１２に対して、溶接などの手段により気密に接合されている。このような構成を有する底板部材１２は、外形を円形とし、外形形状を成すフランジ部１６と、このフランジ部１６に相似形状とされるボス部１４を備える。ボス部１４は、詳細を後述する側壁部材３０により構成される円筒部の内側へ挿入され、ボス部１４の外周に張り出されたフランジ部１６との段差により位置決めが成される。
【００１５】
蓋部材２２は、内部空間と連通する第２圧力入力口２６を有する。第２圧力入力口２６は、圧電素子収納容器１１の軸芯と同芯となるように貫通されている。このように形成された開口部である第２圧力入力口２６には、第２ダイアフラム２８が配置されている。第２ダイアフラム２８は蓋部材２２に対して、溶接などの手段により気密に接合されている。このような構成を有する蓋部材２２は、外形を円形とし、第２圧力入力口２６の周囲に、圧電素子受け台２４としてのボス部を備える。蓋部材２２は、外形縁辺部の詳細を後述する側壁部材３０により構成される円筒部の内側へ配置し、詳細を後述する力伝達手段であるセンターシャフト３２により位置決めされることとなる。
【００１６】
上述した底板部材１２、および蓋部材２２における第１ダイアフラム２０および第２ダイアフラム２８は、中央領域（受圧部）に圧力を加えられることにより、受圧方向へと撓むこととなる。また、第１ダイアフラム２０および第２ダイアフラム２８には、同一構成のものを採用する。こうすることにより、両者が同じ圧力を受けた際の撓み量が同じとなるからである。これにより、両者の差圧検出が容易となり、圧力検出精度を高く保つことができる。
【００１７】
側壁部材３０は、上述した底板部材１２におけるボス部１４と、蓋部材２２における外形縁辺部の周囲を取り囲むように形成された円筒体である。
このような構成を有する圧力センサー１０は、第１圧力入力口１８に作用する圧力と、第２圧力入力口２６に作用する圧力との差圧を相対圧として検出するためのセンサーである。このため、第１ダイアフラム２０と第２ダイアフラム２８との間には、第１ダイアフラム２０と第２ダイアフラム２８の中央領域、すなわち受圧部を相互に接続するセンターシャフト３２が、圧電素子収納容器１１の軸芯に沿って配置される。このようにして配置されるセンターシャフト３２は、２つのダイアフラム間において、両者に付与された圧力を相互に伝達する力伝達部材としての役割を担う。センターシャフト３２は、ステンレス、アルミニウムなどの金属、またはセラミック等の剛体により構成し、座屈などの変形が生じないようにする。座屈や撓みなどの発生により、第１ダイアフラム２０と第２ダイアフラム２８との間における力伝達効率が低下してしまい、圧力検出精度が低下するからである。なお、センターシャフト３２の軽量化を図りたい場合には、パイプ材により構成することもできる。センターシャフト３２には、圧電素子受け台３４としての小ブロックが固定されている。圧電素子受け台３４は、センターシャフト３２の動きに乗じて第１ダイアフラム２０側、または第２ダイアフラム２８側へ移動することとなる。圧電素子受け台３４は、センターシャフト３２と別体で構成し、これを接合する構成としても良いが、切削加工等により、センターシャフト３２と一体形成しても良い。センターシャフト３２と圧電素子受け台３４を一体形成することによれば、受圧時のブレやズレが無くなり、圧力の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
また、底板部材１２と蓋部材２２との間には、センターシャフト３２と平行に配置されるガイドシャフト３６が複数配置されており、底板部材１２と蓋部材２２との間の距離が変化することを防ぐと共に、圧電素子収納容器１１自体の変形も防止している。
【００１９】
双音叉型圧電素子４０は、一対の振動腕４２を挟み込む２つの基部４４，４６により構成されている。固定形態としては、一方の基部４４を蓋部材２２における圧電素子受け台２４（ボス部）に固定し、他方の基部４６をセンターシャフト３２に固定された圧電素子受け台３４（小ブロック）に固定するといった形態を採る。このように配置された双音叉型圧電素子４０には、圧電素子受け台２４，３４を介して、センターシャフト３２の軸方向変化量が伝達される。双音叉型圧電素子４０は、振動腕４２に引張、あるいは圧縮の力が作用することにより、その振動周波数が変化する。このため、加圧による圧力差を周波数変化として検出することが可能となる。また、双音叉型圧電素子４０は、蓋部材２２に配置したハーメ端子４８に対して電気的に接続されている。このような構成とすることにより、圧電素子収納容器１１の気密性を保ったまま、外部領域との電気的同通を図ることが可能となるからである。なお、図１には、ハーメ端子４８を１つのみ示しているが、実際には部分断面の反対側（図示されていない部分）にもう１つのハーメ端子が設けられている。
【００２０】
上記のような構成の圧力センサー１０では、第１圧力入力口１８における第１ダイアフラム２０に強い圧力が作用した場合には、センターシャフト３２が第２ダイアフラム２８側へ押上げられる。このため、蓋部材２２の圧電素子受け台２４とセンターシャフト３２の圧電素子受け台３４にそれぞれ基部４４，４６を固定された双音叉型圧電素子４２には、圧縮方向の力が作用することとなり、振動周波数が低下する。一方、第２ダイアフラム２８に強い圧力が作用した場合には、センターシャフト３２が第１ダイアフラム２０側へ押し下げられる。このため、双音叉型圧電素子４０の振動腕には引張方向の力が作用することとなり、振動周波数が上昇する。
【００２１】
このように、圧力センサー１０では、振動周波数の変化を持って第１圧力入力口１８に作用する圧力と、第２圧力入力口２６に作用する圧力との差圧を求めることが可能となる。
このような基本構成を有する圧力センサー１０において、本実施形態に係る圧力センサー１０は、蓋部材２２と側壁部材３０との接合面に特徴を有する。具体的には、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、蓋部材２２と側壁部材３０との接合面に、接合面を跨ぐように凹状溝５２を設け、この凹状溝５２にリング状の中間部材５０を配置しているのである。凹状溝５２は、蓋部材２２の縁辺と側壁部材３０における蓋部材２２との接合面とにそれぞれ切欠きを設けることにより構成する。また凹状溝５２は、接合面に沿ってリング状に形成する。このような形態とすることにより、リング状の中間部材の配置が可能となる。
【００２２】
中間部材５０は、接合面に沿って設けられた凹状溝５２に合わせた形状とされ、その内径は、少なくとも接合面により構成される円（接合面の合わせ面により構成される円）の直径よりも小さく、その外形は、少なくとも接合面により構成される円の直径よりも大きく構成する。このような構成とすることにより、凹状溝５２に中間部材５０を配置した際に、中間部材５０は接合面を跨ぐように配置されることとなるからである。
【００２３】
中間部材５０の構成材料としては、特に限定するものでは無いが、気密性の確保という観点からは、金属材料またはセラミック材料とすると良い。また、望ましくは、中間部材５０の構成材料と、蓋部材２２、側壁部材３０の構成材料を同じ組成を有する材料とすると良い。このような構成とすることにより、熱膨張率の違いによる歪みが生じにくくなり、応力の集中や容器の破損等の危険性を抑制することができるからである。本実施形態の場合、中間部材５０、蓋部材２２、および側壁部材３０にはそれぞれ、ステンレスを採用することとした。
【００２４】
中間部材５０と凹状溝５２との隙間、すなわち中間部材５０と蓋部材２２との隙間、および中間部材５０と側壁部材３０との隙間、並びに蓋部材２２と側壁部材３０との隙間には、接着剤６０が充填され、それぞれの部材の接合が成される。接着剤６０を用いた接合により、熱応力による歪みや破損を防止することができるからである。
【００２５】
通常、樹脂性の接着剤６０は、吸湿性を有する観点から、気密封止を行うには不向きとされる。しかし、上記のような構成とすることにより、外部領域と圧電素子収納容器１１の内部領域との間には、クランク状の接合面が介在されることとなる。このため、単純接合による直線状の接合面に比べ、接合面積が増え、外部領域と内部領域との間の距離を長くすることができる。よって、湿気の浸入に対する抑制効果を高めることができ、樹脂性の接着剤６０により蓋部材２２と側壁部材３０の接合を行った場合であっても、高い気密性を保つことが可能となる。したがって、熱応力による歪みの発生を抑えつつ、圧力センサー１０としての高い信頼性も確保することができる。
なお実施形態においては、接着剤の介在の様子を示すために、接合面の隙間を大きく示しているが、実際上は、接合面の隙間は殆ど無い。
【００２６】
次に、本発明の圧電素子収納容器に係る第２の実施形態について、図３を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電素子収納容器１１ａにおける殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る圧電素子収納容器１１と同様である（図１、図２参照）。よって、図３には、本実施形態に係る圧電素子収納容器１１ａの要部のみを示し、他の構成については図１、図２を援用することとする。
【００２７】
第１の実施形態に係る圧電素子収納容器１１では、蓋部材２２と側壁部材３０との接合面に凹状溝５２を形成し、この凹状溝５２に中間部材５０を配する旨記載した。これは、側壁部材３０に対する蓋部材２２の位置決めが、センターシャフト３２やガイドシャフト３６により成されるために、接合端面、すなわち蓋部材２２の上面（外部領域に晒される面）と側壁部材３０における基準面（蓋部材の位置合わせをする面）との間に段差が生ずることがある。このような場合、接合面に溝を設けた方が、中間部材５０を配置した際の安定性を保つことができると共に、接着剤６０の保持性が良くなる。
【００２８】
しかしながら、底板部材１２と蓋部材２２ａとの間の距離と、側壁部材３０ａの長さ（高さ）との間の精度出しが良好であり、蓋部材２２ａと側壁部材３０との間に段差が生じなければ、必ずしも凹状溝を形成する必要性は無い。
具体的には図３に示すように、蓋部材２２ａと側壁部材３０ａとの間の接合面を跨ぐように、中間部材５０ａを配置し、接着剤６０で固定するというものである。このような構成とした場合であっても、外部領域と内部領域との間には、Ｌ字状の接合面が構成されることとなる。よって、直線状の接合面に比べてその距離を長くすることができ、気密性の向上効果を発揮することができる。また、このような構成とした場合には、蓋部材２２ａや側壁部材３０ａに対する切欠き加工が不要となるため、製造コストを抑制することができる。
【００２９】
次に、本発明の圧電素子収納容器に係る第３の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態に係る圧電素子収納容器１１ｂも、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電素子収納容器１１と同様としている。よって、図４には本実施形態に係る圧電素子収納容器１１ｂの要部のみを示し、他の構成については、図１、図２を援用するものとする。
【００３０】
本実施形態に係る圧電素子収納容器１１ｂは、凹状溝５２ｂの断面形状をＶ字状とした点に特徴を有する。具体的には、蓋部材２２ｂの外周形状を構成する縁辺と、側壁部材３０ｂにおける蓋部材２２ｂとの接合面の端面に、それぞれ面取り部を形成することにより構成するというものである。
【００３１】
そして、このようなＶ字形状を成す凹状溝５２ｂに配置する中間部材５０ｂは、当接面を面取り部の傾斜角度に合わせた傾斜面とした楔形部材としている。
中間部材５０ｂの断面形状をこのような形態とすることにより、外部領域に晒される接着剤６０部分の開口面積を小さくすることができる。よって、気密性の確保効果を高めることができる。また、中間部材５０ｂを分割可能な構成とし、これにより直径を僅かに変化させることが可能な構成とした場合には、図５に示すように、凹状溝５２ｂにおける接合面に段差が生じた場合であっても、中間部材５０ｂと蓋部材２２ｂ、あるいは中間部材５０ｂと側壁部材３０ｂにおける接合面間の距離を短く保つことができ、高い気密性を確保することができる。
【００３２】
なお、中間部材５０ｂを分割可能な形態とする場合には、分割面は、図５に示すように、斜めにカットすることが望ましい。傾斜を有するカット面の存在により、側壁部材３０ｂと蓋部材２２ｂとの接合面からの垂直線上には常に中間部材５０ｂが存在することとなる。このため、圧電素子収納容器１１ｂの外部領域と内部領域間の距離が短い箇所、すなわち接着剤６０が直線的に配置される箇所が生ずることを防ぐことができるからである。
また、上記実施形態では、圧電デバイスとして圧力センサーを採用した。しかしながら、圧電素子を収納する形態を採っていれば、他の用途のデバイスであっても良い。例えば、圧電デバイスを発振器とし、通常の音叉型圧電素子を封入する形態であっても良い。さらに、上記実施形態ではいずれも、圧電素子収納容器の形態として、円筒形断面を有するものとした。しかしながら、蓋部材の平面形状を矩形や他の形態とした場合であっても、本発明に係る圧電素子収納容器を構成する上で問題とはならない。
【符号の説明】
【００３３】
１０………圧力センサー、１１………圧電素子収納容器、１２………底板部材、１４………ボス部、１６………フランジ部、１８………第１圧力入力口、２０………第１ダイアフラム、２２………蓋部材、２４………圧電素子受け台、２６………第２圧力入力口、２８………第２ダイアフラム、３０………側壁部材、３２………センターシャフト、３４………圧電素子受け台、３６………ガイドシャフト、４０………双音叉型圧電素子、４２………振動腕、４４………基部（一方の基部）、４６………基部（他方の基部）、４８………ハーメ端子、５０………中間部材、５２………凹状溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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