(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースを絶縁状態で気密貫通する３本のリード部材と、各リード部材の上部に夫々固定されて上方に延びるサポートと、各サポートによって外周部を３点支持されるとともに圧電素板の両主面に夫々形成された励振電極から圧電振動子の端縁に夫々延びるリード電極を備えた円形圧電振動子と、該圧電振動子を含む金属ベース上の空間を気密封止する金属ケースとから成る圧電デバイスであって、上記各サポートの内の２つは夫々の上部を上記圧電振動子の両リード電極の端部と電気的に接続されているものにおいて、上記サポートは、その上端縁中央部から下向きに２本平行に切り込み形成することにより得た支持小片を９０度屈曲させた平板状の構成を有し、該支持小片の上面に水晶振動子の主面を支持した状態でサポート上部の背板を水晶振動子の外周面と接触せしめ、支持小片を屈曲させることにより形成された空所内にバインダを注入して背板と水晶振動子外周面とを固着したことを特徴とする圧電振動子の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電デバイスの改良に関し、詳細には円形の圧電振動子を金属ベース上に横形に支持した状態で金属ケースによって気密封止したタイプの圧電デバイスにおける圧電振動子の支持構造に関するものである。更に詳細には、耐衝撃性、耐振動性に優れ、悪環境下においても安定して動作することができる圧電振動子の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の移動体通信市場の急激な成長に伴って、通信機器はより過酷な環境下での設置に見合った厳しいスペックが求められている。また、計測機器についても小型化の要請が高まるにつれて小型化、可搬型化が進んでいるため、過酷な環境下で使用されることが多くなっている。従って、これらの機器に使用される基準周波数発生源としての発振器、振動子等の圧電デバイスに対しても、衝撃、振動の環境下においても安定した周波数出力が得られるような性能が求められている。
図３(a) (b) (c) は従来の圧電デバイスの一例の斜視図、要部構成図、及びサポートの構成図であり、この圧電デバイスは、円盤状の金属ベース１内を絶縁状態で気密貫通する３本のリード部材２（入力側）、３（出力側）、４（ダミー）と、各リード部材２、３、４の上部により下端部を夫々固定されて上方に延びるクランク形状の３本の導電性のサポート５、６、７と、各サポート５、６、７の受承面５ａ，６ａ，７ａによって水晶素板８を３点支持するとともに水晶素板８（圧電素板）の両主面に夫々形成された励振電極９、１０から端縁に夫々延びるリード電極９ａ，１０ａを備えた円形圧電振動子（円形水晶振動子）１１と、該円形水晶振動子１１を含む金属ベース１上の空間を気密封止する図示しない金属ケースとから成る。
３本のリード部材２、３、４の内の２本、例えば符号２、３は入力側、及び出力側であり、他の一本のリード部材４はサポートを支持する手段（ダミー）である。サポート５、６、７は金属薄板を図３(b) (c) に示すようにクランク状に成形したものである。
【０００３】
上記各サポート５、６、７は金属薄板を図３(b) (c) に示すようにクランク状に成形したものであり、受承面５ａ，６ａ，７ａ上に水晶素板８の主面を密着支持し、かつ背板５ｂ，６ｂ，７ｂの前面により水晶素板８の側端面（外周面）を密着支持した状態で、背板５ｂ，６ｂ，７ｂの両側縁に沿って半田或は導電性接着剤等のバインダ１５を塗布することにより水晶振動子１１と固定される。具体的には、電気的に機能するリード部材２、３と夫々接続された各サポート５、６は、水晶振動子の両リード電極９ａ，１０ａの各端部に対して、半田或は導電性接着剤等のバインダ１５によって電気的に接続されるとともに、水晶素板８に対しても同時に機械的に固定されている。また、電気的には機能していないリード部材４に接続されたサポート７は、バインダ１５により水晶素板側端面と機械的に接続固定されている。
このタイプの圧電デバイスにおける水晶振動子の支持構造は、３点支持構造を採用している為、２点支持構造に比べれば外部環境要因としての衝撃力や振動が付加された場合にも、周波数出力に歪みを生じることが少なく、安定した周波数出力を得ることができ、耐衝撃性、耐振動性を高めることができる。
【０００４】
ところで上記タイプの圧電デバイスにおいて水晶振動子を支持する際に、サポートの背板５ｂ，６ｂ，７ｂの両側縁（図３(c) にメッシュ模様にて図示）に沿ってバインダ１５を塗布しているのは、一方の側縁のみに沿ってバインダを塗布しただけでは、水晶素板の側端面とサポートの背板の側縁とが接触する長さが十分とはならず、必要な固着強度を得ることが困難であるからである。また、上記サポート５、６、７は、金属薄板をクランク状に２か所９０度に折り曲げ加工したものであるため、必要な剛性を確保する為にはある程度の幅、及び厚みを必要とする一方で、幅広であることが水晶素板の支持安定性を高めることに貢献している。このようなサポートを３本用いて水晶振動子を３点で支持することにより、水晶振動子は安定した状態でベース１上に支持され、外的衝撃に対しても安定した周波数を出力することが可能となる。また、外的衝撃に対してより安定した周波数を確保する為にはサポート数を増加すればよい。
しかしながら、サポートが幅広となって水晶振動子との接触面積が広くなることと、サポート数が増えて水晶振動子との接触面積が広くなることは、水晶振動子の自由振動を阻害する不具合をもたらし、サポートとの接触部より漏洩する励振エネルギーの量の増加により必要な励振振幅が得られないという問題をもたらす。また、各サポートについてバインダによる固着部が２か所づつ、合計６か所存することは熱変化に伴って水晶素板に対する応力の増加をもたらし、この応力の増加は経年的に増大し、周波数変動をもたらす。
また、サポートの加工において曲げ箇所が多くなるため、サポート価格が高くなると共に、サポートが弾性変形しにくい為、水晶振動子に加わる応力を吸収緩和しにくくなり、振動等に対する周波数安定性が低下する。更に、導電性接着剤により固着部が合計６か所となるので、作業性がわるいという問題があった。
【０００５】
次に、図４(a) (b) 及び(c) は他の従来の圧電デバイスにおける水晶振動子の支持構造を示す全体斜視図、要部構成図、及びサポートの構成図である。
この従来例の支持構造が図３に示したタイプと違う点は、サポートとして略Ｔ字状の金属薄板を用いた点である。このサポート２０、２１、２２は、各リード部材２、３、４の上端部に固定される基部２０ａ，２１ａ，２２ａと、水晶素板８の側端面（外周面）に密着する湾曲した内面を有した幅広の接続片２０ｂ，２１ｂ，２２ｂと、から成る。各接続片２０ｂ，２１ｂ，２２ｂが接する水晶素板の側端面には夫々リード電極９ａ，１０ａの延長端としての、或は格別に設けたメタライズ部を設け、各メタライズ部と各接続片２０ｂ，２１ｂ，２２ｂとの間に夫々薄肉のＡｕ−Ｇｅチップ２３を介在させた状態で加熱することにより各メタライズ部とＡｕ−Ｇｅチップ２３と各接続片２０ｂ，２１ｂ，２２ｂとを金属共晶結合により固着していた。しかし、サポート２０、２１、２２は、その表面が滑らかである為、外的な衝撃が水晶振動子に加わった場合に、Ａｕ−Ｇｅチップとの共晶結合面にて剥離が起こり易い。そのような理由から上記サポートの各接続片２０ｂ，２１ｂ，２２ｂの面積を広くして水晶素板側端縁との固着面積を広く確保することにより、固着強度を高めていた。
しかしながら、サポートと水晶素板側端縁との固着面積を広くすると、熱変化及び経年変化に伴って発生する水晶振動子への応力が増大し、水晶振動子の出力周波数の安定性を低下させるという問題が起きる。更に、外的衝撃に対する周波数安定度を向上させるためにサポートの数を増加させた場合、サポート全体の固着面積の増加を招き、同様に水晶振動子の出力周波数の安定性が低下するという問題が起きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、金属ベース上に立設した３本のサポートによって円形水晶振動子の外周縁３点を支持する支持構造の圧電デバイスにおいて、軽量かつ単純構造のサポートを用いることにより、水晶振動子との間の固着面積を減少させることを可能とした圧電振動子の支持構造を提供することにある。更に具体的には、サポートを幅広としたり、サポート数を増やすことにより水晶振動子との接触面積が広くなると、水晶振動子の自由振動を阻害する不具合をもたらし、サポートとの接触部より漏洩する励振エネルギーの量の増加により必要な励振振幅が得られないという問題をもたらすが、本発明では、上記接触面積とサポート数を増大させることがないので、上記不具合が発生しない。
また、水晶振動子外周のメタライズ部とサポータとの間をＡｕ−Ｇｅチップを用いて接合させる場合には、接合強度が低下して剥離が発生しやすいという問題があったが、本発明はこのような不具合をも解決するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、金属ベースを絶縁状態で気密貫通する３本のリード部材と、各リード部材の上部に夫々固定されて上方に延びるサポートと、各サポートによって外周部を３点支持されるとともに圧電素板の両主面に夫々形成された励振電極から圧電振動子の端縁に夫々延びるリード電極を備えた円形圧電振動子と、該圧電振動子を含む金属ベース上の空間を気密封止する金属ケースとから成る圧電デバイスであって、上記各サポートの内の２つは夫々の上部を上記圧電振動子の両リード電極の端部と電気的に接続されているものにおいて、上記サポートは、その上端縁中央部から下向きに２本平行に切り込み形成することにより得た支持小片を９０度屈曲させた平板状の構成を有し、該支持小片の上面に水晶振動子の主面を支持した状態でサポート上部の背板を水晶振動子の外周面と接触せしめ、支持小片を屈曲させることにより形成された空所内にバインダを注入して背板と水晶振動子外周面とを固着したことを特徴とする。
また、金属ベースを絶縁状態で気密貫通する３本のリード部材と、各リード部材の上部に夫々固定されて上方に延びるサポートと、各サポートによって外周部を３点支持されるとともに圧電素板の両主面に夫々形成された励振電極から圧電振動子の端縁に夫々延びるリード電極を備えた円形圧電振動子と、該圧電振動子を含む金属ベース上の空間を気密封止する金属ケースとから成る圧電デバイスであって、上記各サポートの内の２つは夫々の上部を上記圧電振動子の両リード電極の端部と電気的に接続され、かつ各サポートは水晶振動子外周面に形成したメタライズ部に対してＡｕ−Ｇｅ金属を介して固着されているものにおいて、上記サポートは、水晶振動子の外周面のメタライズ部と接する領域に少なくとも一つの貫通穴を有し、Ａｕ−Ｇｅ金属の溶融時に該金属の一部が貫通穴内に浸入して固化する。また、金属ベースを絶縁状態で気密貫通する３本のリード部材と、各リード部材の上部に夫々固定されて上方に延びるサポートと、各サポートによって外周部を３点支持されるとともに圧電素板の両主面に夫々形成された励振電極から圧電振動子の端縁に夫々延びるリード電極を備えた円形圧電振動子と、該圧電振動子を含む金属ベース上の空間を気密封止する金属ケースとから成る圧電デバイスであって、上記各サポートの内の２つは夫々の上部を上記圧電振動子の両リード電極の端部と電気的に接続され、かつ各サポートは水晶振動子外周面に形成したメタライズ部に対してバインダを介して固着されているものにおいて、上記サポートは、水晶振動子の外周面のメタライズ部と接する領域に少なくとも一つの貫通穴を有し、バインダの溶融時に該バインダの一部が貫通穴内に浸入して固化する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した形態例により詳細に説明する。
図１(a) (b) (c) 及び(d) は本発明の一形態例の３点支持構造の水晶振動子を備えた圧電デバイスの内部構成を示す斜視図、要部側面図、サポートの一例の斜視図、及び接合部の正面図であり、この圧電デバイスは、円盤状の金属ベース１内を絶縁状態で気密貫通する３本のリード部材２（入力側）、３（出力側）、４（ダミー）と、各リード部材２、３、４の上部により下端部を夫々固定されて上方に延びるクランク形状の３本の導電性のサポート３０、３１、３２と、各サポート３０、３１、３２の上部によって水晶素板８を３点支持するとともに水晶素板８（圧電素板）の両主面に夫々形成された励振電極９、１０から端縁に夫々延びるリード電極９ａ，１０ａを備えた縦形の円形圧電振動子（円形水晶振動子）１１と、該円形水晶振動子１１を含む金属ベース１上の空間を気密封止する図示しない金属ケースとから成る。
３本のリード部材２、３、４の内の２本、例えば符号２、３は入力側、及び出力側であり、他の一本のリード部材４はサポートを支持する手段（ダミー）である。
サポート３０、３１、３２は金属薄板を図１(b) (c) に示すような構成としたものであり、具体的には矩形の金属薄板の上端縁のほぼ中央部から下方へ向けて２本の平行な切込３５を形成して所定幅の矩形小片３６を設け、この矩形小片３６を９０度一方側に屈曲させた構成を有する。屈曲後の矩形小片は支持小片３６となる。各サポートの下端部は各リード部材２、３、４の上端部に固着される一方で、各サポート上端部の支持小片３６の上面にて水晶振動子１１の主面を密着支持すると共に、支持小片３６の両側に位置する背板３７の前面３７ａによって水晶振動子１１の側端面（外周面）を接触支持する。更に、図１(d) に示すように２つの背板３７間の空所内にバインダ３８を一回滴下（注入）することにより、水晶振動子側端面とサポート上部との間の固着を図っている。
この形態例のサポートは、図３に示した従来例のサポートに比べて水晶振動子と接触する面積が明らかに小さくなるので、水晶振動子の自由振動を阻害する要因が少なくなり、サポートとの接触部より漏洩する励振エネルギーの量が減少するため、必要な励振レベルを出力する水晶振動子を容易に実現できる。
しかも、従来の一つのサポートの両サイドに沿って２か所バインダを滴下する訳ではなく、各サポート上部中央に位置する空所内に一回滴下するだけで接合が行われるので、従来に比して固着箇所が半減し、接合作業が容易化する。
また、本形態例のサポートは、折り曲げ点が少ない為、加工が容易であり、サポート価格を低減し、またサポートの弾性変形により外的衝撃をサポートが吸収緩和することができる。
【０００９】
図２(a) (b) 及び(c) は本発明の他の形態例の３点支持構造の水晶振動子を備えた圧電デバイスの内部構成を示す斜視図、要部側面図、サポートの一例の斜視図であり、この形態例において使用するサポート４０は、水晶振動子１１の側端面に密着可能な内面形状を有した矩形の金属板であり、下端部にて各リード部材２、３、４の上端部と固定されると共に、上部には１又は複数の貫通穴４１が形成されている。貫通穴４１は、水晶振動子１１の側端面に位置するリード電極９ａ，１０ａ或はメタライズ部と接する範囲に形成され、貫通穴４１が形成されたサポート上部とメタライズされた水晶振動子の側端面との間にＡｕ−Ｇｅチップ４２を挟んだ状態で接合部を加熱することにより、Ａｕ−Ｇｅチップ４２を溶融せしめて両者の接合を行う。溶融したＡｕ−Ｇｅチップ４２の多くは水晶振動子の側端面とサポート内面との接合に寄与する一方で、溶融したＡｕ−Ｇｅ金属の一部は、貫通穴４１内に浸入した状態で固化するので、Ａｕ−Ｇｅ金属のリベット効果によってＡｕ−Ｇｅ金属とサポートの接合面との間の共晶結合が剥離することがなくなる。
この形態例によれば、貫通穴を利用してＡｕ−Ｇｅ金属を用いた接合力を高めているので、水晶振動子側端面と接するサポートの接合面積を小さくすることが可能となり、熱変化、経年変化に対しても周波数の安定度の高い圧電デバイスを実現することができる。
また、サポートの数を増加させて支持安定性を高めたとしても、従来例と比較して水晶振動子とサポートとの固着面積は極めて小面積となるので、水晶振動子に加わる応力を最小限とすることができる。
しかも、折り曲げ部のないサポート構造である為弾性変形が容易であり、外的衝撃を吸収緩和して水晶振動子の周波数安定性を高めることができる。
なお、第２の形態例において、Ａｕ−Ｇｅ金属に代えて、第１の形態例で使用したバインダ（導電性接着剤、ハンダ等）を用いてサポートとメタライズ部との接合を行ってもよい。この場合も、バインダの一部が溶融して貫通穴内に入り込むことにより接合が確実なものとなる。
【００１０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金属ベース上に立設した３本のサポートによって円形水晶振動子の外周縁３点を支持する支持構造の圧電デバイスにおいて、軽量かつ単純構造のサポートを用いることにより、水晶振動子との間の固着面積を減少させることができる。
更に具体的には、サポートを幅広としたり、サポート数を増やすことにより水晶振動子との接触面積が広くなると、水晶振動子の自由振動を阻害する不具合をもたらし、サポートとの接触部より漏洩する励振エネルギーの量の増加により必要な励振振幅が得られないという問題をもたらすが、本発明では、上記接触面積とサポート数を増大させることがないので、上記不具合が発生しない。
また、水晶振動子外周のメタライズ部とサポータとの間をＡｕ−Ｇｅチップを用いて接合させる場合には、接合強度が低下して剥離が発生しやすいという問題があったが、本発明はこのような不具合をも解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a) (b) (c) 及び(d) は本発明の一形態例の３点支持構造の水晶振動子を備えた圧電デバイスの内部構成を示す斜視図、要部側面図、サポートの一例の斜視図、及び接合部の正面図。
【図２】  (a) (b) 及び(c) は本発明の他の形態例の３点支持構造の水晶振動子を備えた圧電デバイスの内部構成を示す斜視図、要部側面図、サポートの一例の斜視図。
【図３】  (a) (b) (c) は従来の圧電デバイスの一例の斜視図、要部構成図、及びサポートの構成図。
【図４】  (a) (b) 及び(c) は他の従来の圧電デバイスにおける水晶振動子の支持構造を示す全体斜視図、要部構成図、及びサポートの構成図。
【符号の説明】
１  金属ベース、２、３、４  リード部材、８  水晶素板、９、１０  励振電極、９ａ，１０ａ  リード電極、１１  水晶振動子、３０、３１、３２  サポート、３５  切り込み、３６  矩形小片、３７  背板、３７ａ  前面，３８  バインダ，４０  サポート，４１  貫通穴．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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