(57)【要約】【課題】  剛性の高い金属製のカバーを有する水晶振動子を提供する。【解決手段】  水晶振動子は、少なくとも２本の金属リード端子が絶縁材を介して貫通している第１金属（９）と、この第１金属の周囲に配置され第１金属とは異なる第２金属（９Ｆ）とからなる金属ベースと、金属リード端子のインナー側に配置される金属サポータ（５０）と、金属サポータに配置される水晶振動板（２）と、インナー側の第２金属（２０３）とアウター側の第２金属とは異なる第３金属（２０２）とを有するクラッド材からなり、水晶振動板を覆う金属カバー（１０）と、を備える。そして、水晶振動子は、金属カバーと金属ベースの第２金属とが冷間圧接される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２本の金属リード端子が絶縁材を介して貫通している第１金属と、この第１金属の周囲に配置され前記第１金属とは異なる第２金属とからなる金属ベースと、
前記金属リード端子のインナー側に配置される金属サポータと、
前記金属サポータに配置される水晶振動板と、
インナー側の前記第２金属とアウター側の前記第２金属とは異なる第３金属とを有するクラッド材からなり、前記水晶振動板を覆う金属カバーと、を備え、
前記金属カバーと前記金属ベースの第２金属とが冷間圧接される水晶振動子。
【請求項２】
前記水晶振動板は、前記金属ベースに平行に配置される請求項１に記載の水晶振動子。
【請求項３】
前記前記金属カバーは、天井面と壁面とフランジ面とを有しており、前記天井面は断面が凸凹の波状に形成されている請求項１又は請求項２に記載の水晶振動子。
【請求項４】
前記第１金属及び前記第３金属がコバール材であり、前記第２金属が銅である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【請求項５】
前記金属カバーのインナー側及びアウター側の表面は、ニッケルメッキが施されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベースと金属カバーとによって気密封止する水晶振動子に関する。特に水晶振動子の金属カバーの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるように、金属ベースにはガラスなどの絶縁材を介して一対の金属リード端子が配置されている。この金属リード端子のインナーリード部分には、一対の金属平板のサポータが対向して取り付けられている。水晶振動板は、例えば、厚みすべり振動してなるＡＴカット水晶振動板であり、表裏面には励振電極と、各励振電極からの引出電極が形成されている。そして、サポータの上に水晶振動板が搭載され、導電接合材により電気的機械的に接続される。そして、金属ベースに金属製のカバーを被せ、これらをお互いに抵抗溶接により気密封止する構成となっている。
【０００３】
一方、抵抗溶接では、溶接時に金属片が、金属ベースと金属製のカバーとの間に形成されたキャビティ内に混入するおそれがある。そこで高精度が求められる水晶振動子には、冷間圧接が用いられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これまでの冷間圧接用の金属製のカバーは、無酸素銅が用いられてきた。高精度が求められる水晶振動子はＡＴカット水晶振動板が使われるため、気密試験など高い圧力が加わると、剛性が弱い無酸素銅のカバーが凹んでしまうことがあった。なお、冷間圧接用に硬度が高い金属が使用されると、必要とされる冷間圧接の圧力が大きくなってしまい、無酸素銅以外に他の適した金属がなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、剛性の高い金属製のカバーを有する水晶振動子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】
【０００７】
第１の観点の水晶振動子は、少なくとも２本の金属リード端子が絶縁材を介して貫通している第１金属とこの第１金属の周囲に配置され第１金属とは異なる第２金属とからなる金属ベースと、金属リード端子のインナー側に配置される金属サポータと、  金属サポータに配置される水晶振動板と、インナー側の第２金属とアウター側の第２金属とは異なる第３金属とを有するクラッド材からなり水晶振動板を覆う金属カバーと、を備える。そして、水晶振動子は、金属カバーと金属ベースの第２金属とが冷間圧接される。
【０００８】
第２の観点の水晶振動子では、水晶振動板が金属ベースに平行に配置される。
第３の観点の水晶振動子では、金属カバーが天井面と壁面とフランジ面とを有しており、天井面は断面が凸凹の波状に形成されている。
第４の観点の水晶振動子では、第１金属及び第３金属がコバール材であり、第２金属が銅である。また金属カバーのインナー側及びアウター側の表面は、ニッケルメッキが施されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水晶振動子によれば、剛性の高い金属製のカバーにより耐熱性が向上し、気密試験など高い圧力が加わってもカバーの変形を抑制し、ベースとカバーとを冷間圧接封止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、第１金属カバー１０を取り外した水晶振動子１００の平面図である。  （ｂ）は、水晶振動子１００のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】水晶振動片２が金属サポータ５０で支えられている拡大断面図である。
【図３】（ａ）は、第１金属カバー１０の構成を示す断面図である。  （ｂ）は、第１金属カバー１０の変形例１０Ａの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、第２金属カバー１１の平面図である。  （ｂ）は、第２金属カバー１１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】（ａ）は、第３金属カバー１２の平面図である。  （ｂ）は、第３金属カバー１２のＣ−Ｃ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜水晶振動子１００の全体構成＞
水晶振動子１００の全体構成について、図１及び図３を使って説明する。
図１（ａ）は、第１金属カバー１０を取り外した水晶振動子１００の平面図であり、（ｂ）は、第１金属カバー１０を取りつけた状態の水晶振動子１００のＡ−Ａ’断面図である。水晶振動子１００は、図１に示されたように、金属ベース９と第１金属カバー１０とからなる金属容器キャビティＣＴ内に水晶振動片２を有している。
【００１２】
水晶振動子１００は、水晶振動片として円盤状のＡＴカットの水晶振動片２が使われている。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されているが、ＡＴカットの水晶振動片２の結晶軸に関係なく、金属ベース９と、第１金属カバー１０とからなる金属容器の主軸を用いて説明する。
【００１３】
図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、水晶振動子１００のパッケージは、金属製のベース９と金属カバー１０とからなる。金属ベース９は、例えば直径２０ｍｍの円盤状のコバール材（鉄にニッケル、コバルトを配合した合金）からなる。そのコバール材の外周にフランジ９Ｆを備える。フランジ９Ｆは金属ベース９にロウ付けされている。フランジ９Ｆは、銅（Ｃｕ）材より形成されその表面にニッケルメッキが施されている。金属ベース９にはＺ軸方向に伸びる４つの貫通孔が形成されている。その４つの貫通孔に４本のリード端子８（８ａ，８ｂ，８ｃ、８ｄ）が入り、金属ベース９の貫通孔と４本のリード端子８との間には絶縁材であるガラス７が配置されている。このガラス７は、金属ベース９とリード端子８とがショートしないようにする役割と、パッケージ内を気密封止する役割とを有している。
【００１４】
リード端子８は、金属ベース９にガラス７を介して固定され、先端（インナー側）に金属サポータ５０（５０ａ，５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）を備えている。金属サポータ５０はリード端子８の先端に、融点３５０°Ｃ以上の金ゲルマニューム（Ａｕ・Ｇｅ）合金又は金シリコン（Ａｕ・Ｓｉ）合金などの高温ハンダ、又はレーザ溶接を用いて固定される。金属サポータ５０は、電子管用ニッケルからプレス成形される略Ｌ字状に加工されている。
【００１５】
図１（ａ）に示されるように、水晶振動片２はＺ軸方向から見て、それぞれ９０度ずつ離れた金属サポータ５０で、支えられている。また図２に示されるように、各金属サポータ５０は、下面支え部５３と上面支え部５１とを有している。下面支え部５３はリード端子８の先端が固定される。上面支え部５１は、水晶振動片２の−Ｚ軸側の主面を支える。
【００１６】
水晶振動片２は、一対の励振電極３ａ、３ｂが、水晶振動片２の中央付近の両主面に対向して配置される。また、励振電極３ａには水晶振動片２の底面（−Ｚ側）の−Ｙ側まで伸びた引出電極４ａが接続され、励振電極３ｂには水晶振動片２の底面（−Ｚ側）の＋Ｙ側まで伸びた引出電極４ｂが接続される。また、励振電極３ａ，３ｂ及び引出電極４ａ，４ｂは、例えば下地としてのクロム層が用いられ、クロム層の上面に金層が用いられる。
【００１７】
引出電極４ａ，４ｂは、金属サポータ５０ａ，５０ｂに導通する位置に配置された状態で、金属サポータ５０の上面支え部５１に導電性接着剤２１によって固定される。これにより、励振電極３ａ，３ｂは、引出電極４ａ，４ｂ及び導電性接着剤２１を介して、電源（不図示）まで電気的に接続される。一方、金属サポータ５０ｃ、５０ｄは、引出電極４ａ，４ｂが形成されていない領域を、導電性接着剤２１で固定される。
【００１８】
図１（ｂ）に示されるように、第１金属カバー１０が、水晶振動片２を覆うように金属ベース９に取り付けられる。第１金属カバー１０の−Ｚ軸側は少なくとも銅（Ｃｕ）材が使われており、第１金属カバー１０のフランジ１０Ｆと金属ベース９のフランジ９Ｆとが冷間圧接される。冷間圧接とは、常温において金属材料同士を高い圧力で互いに押し当て変形させながら接合することである。本実施形態では、第１金属カバー１０のフランジ１０Ｆと金属ベース９のフランジ９Ｆとの材料相互が拡散し合い、しっかりとした金属結合される。フランジ１０Ｆとフランジ９Ｆとは、これらの面に存在する金属酸化物、有機及び無機汚染物を実質的に浄化し、接合面間の金属間結合が行われる。
【００１９】
水晶振動子１００は、水晶振動片２を搭載した金属ベース９のフランジ９Ｆと第１金属カバー１０のフランジ１０Ｆとを重ね合わせ、真空中で冷間圧接され密封される。水晶振動子１００は、冷間圧接封止することにより接合時のガスの発生もなく、ガスによるパッケージ内部への悪影響を回避できる。
【００２０】
＜第１金属カバー１０の構成＞
図３（ａ）は、第１金属カバー１０の構成を示す断面図である。図３（ａ）に示されたように、第１金属カバー１０は、円筒形で天井面１５と壁面１６とフランジ面１０Ｆとを有している。第１金属カバー１０は、コバール層２０２と銅（無酸素銅）層２０３とのクラッド材２０からなり、コバール層２０２の表面（上面）にニッケルメッキ２０１が施され、銅層２０３の表面（下面）にニッケルメッキ２０１が施されている。クラッド材２０は、コバール層２０２と銅層２０３との板を積層して、例えば熱間圧延の手法を用いて、それらの界面を接合して形成される。第１金属カバー１０は、コバール層２０２の金属ベース９側（インナー側：−Ｚ軸側）に銅層２０３を備えている。天井面１５と壁面１６とフランジ面１０Ｆとは、一枚のクラッド材をプレス成形により一度に成形される。
【００２１】
これまでの金属カバーは、銅層に両面にニッケルメッキを施した材料が使われていた。このため、気密試験など高い圧力が加わると、剛性が弱い銅のカバーが凹んでしまうことがあった。しかし、本実施形態では金属カバーにクラッド材が使用されることで、高い圧力が第１金属カバー１００に加わっても、金属カバーが凹むことが無い。
【００２２】
＜第１金属カバーの変形例１０Ａの構成＞
図３（ｂ）は、第１金属カバー１０の変形例１０Ａの構成を示す断面図である。金属カバー１０Ａも、コバール層２０２と銅層２０３とのクラッド材２０が使われている。金属カバー１０Ａは、円筒形の天井面１５と壁面１６とのなす角部に傾斜面１９が形成される。傾斜面１９は、天井面１５の直径を小さくするとともに、Ｚ軸方向に加われる力を分散させることで、Ｚ軸方向からの圧力に対して強度を高めている。天井面１５と壁面１６とのなす角部は、直線的な傾斜面１９に代えて曲線状の傾斜面にすることもできる。
【００２３】
＜第２金属カバー１１の構成＞
図４（ａ）は、第２金属カバー１１の平面図であり、（ｂ）は、第２金属カバー１１のＢ−Ｂ’断面図である。第１金属カバー１０と同じ構成部分は、第１金属カバー１０と同じ番号を付している。同じ構成については、その説明を割愛する。
【００２４】
第２金属カバー１１は、コバール層２０２と銅層２０３とのクラッド材２０をプレス成形して形成されている。第２金属カバー１１の天井面１５の両面は、正方形の箱型凸部１７が互い違いに碁盤目状に形成されている。プレス成形されたクラッド材２０は、その後、上下両面にニッケルメッキが施されている。図４（ｂ）に示されるように、碁盤目状の箱型凸部１７は、矩形の波形状に形成される。箱型凸部１７の稜線は、図に描かれていないが、プレス成形し易いように角部にＲ面が付けられていてもよい。
【００２５】
第２金属カバー１１は、箱型凸部１７が天井面１５の全面に形成されることで、曲げ剛性が高くなり、高い圧力が第２金属カバー１１に加わっても、第２金属カバー１１の天井面が凹むことが無い。
【００２６】
＜第３金属カバー１２の構成＞
図５（ａ）は、第３金属カバー１２の平面図であり、（ｂ）は、第３金属カバー１２のＣ−Ｃ’断面図である。第１金属カバー１０と同じ構成部分は、第１金属カバー１０と同じ番号を付している。同じ構成については、その説明を割愛する。
【００２７】
第３金属カバー１２は、コバール層２０２と銅層２０３とのクラッド材２０をプレス成形して形成されている。第３金属カバー１２の天井面は、その中心から同心円状の凹凸１８が形成されている。プレス成形されたクラッド材２０は、その後、上下両面にニッケルメッキが施されている。図５（ｂ）に示されたように、天井面の断面は、サイン波の波形状の凹凸１８が形成されている。
【００２８】
第３金属カバー１２は、天井面に波形状の凹凸１８が全面に形成されることで、曲げ剛性が高くなり、高い圧力が第３金属カバー１２に加わっても、第３金属カバー１２の天井面が凹むことが無い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、実施形態では、矩形波及びサイン波の波形状を示したが、三角波又はのこごり歯形状の波であってもよい。また、実施形態では円板状のＡＴカットの水晶振動片を用いたが、正方形や長方形状の水晶振動片を用いることができる。また、ＡＴカットの水晶振動片だけでなく、ＳＣカット又はＩＴカット等の水晶振動片を用いることができる。
【符号の説明】
【００３０】
２  …  水晶振動片
３ａ，３ｂ  …  励振電極
４ａ，４ｂ  …  引出電極
５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ、５０ｄ）  …  金属サポータ
９Ｆ，１０Ｆ  …  フランジ
７  …  ガラス
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  …  リード端子
９  …  金属ベース
１０，１１，１２  …  （第１、第２、第３）金属カバー、  １０Ａ  …  変形例
１５  …  天井面、  １６  …  壁面
１７  …  正方形箱型凸部
１８  …  波形、  １９  …  傾斜面
２０  …  クラッド材
１００  …  水晶振動子
ＣＴ  …  キャビティ
【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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