(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２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両端部を２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左右両端縁に夫々延びるリード電極を備えた縦形の圧電振動子と、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、上記各サポートは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、上記圧電振動子を、更に第３のサポートを用いて他の２点でも支持するように構成し、
上記第３のサポートは、下端部の接合部を上記金属ベース上面に接合固定されると共に、該接合部から上方に延びるサポート本体を有し、該サポート本体によって円形圧電振動子の下端部と上端部を同時に支持固定することを特徴とする圧電振動子の支持構造。
【請求項２】
金属ベースを絶縁状態で気密貫通する２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両端部を２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左右両端縁に夫々延びるリード電極を備えた縦形の圧電振動子と、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、上記各サポートは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、上記圧電振動子を、更に第３のサポートを用いて他の２点でも支持するように構成し、
上記第３のサポートのサポート本体は、上記圧電振動子と直交する面を有した細幅帯状板であり、該サポート本体の適所に圧電振動子の直径とほぼ同等な長さを有する切欠き、又はスリットを有し、該切欠き又はスリット内に圧電振動子を受入れた状態でその上端部と下端部を同時に支持固定することを特徴とする圧電振動子の支持構造。
【請求項３】
金属ベースを絶縁状態で気密貫通する２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両端部を２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左右両端縁に夫々延びるリード電極を備えた縦形の圧電振動子と、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、上記各サポートは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、上記圧電振動子を、更に第３のサポートを用いて他の２点でも支持するように構成し、
上記第３のサポートのサポート本体は、上記圧電振動子と直交する面を有した細幅帯状板をその面方向へ湾曲させた形状であり、該サポート本体の適所に切欠き、又はスリットを有し、該切欠き又はスリット内に圧電振動子を受入れた状態でその上端部と下端部を同時に支持固定する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縦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６(a) (b) は従来の圧電デバイスの一例の正面図、及び側面図であり、金属ケースを省略した状態を示している。この圧電デバイスは、金属ベース１内を絶縁状態で気密貫通する２本のリード部材２、３（入力側と出力側）と、各リード部材２、３の上部により下端部を夫々固定されて上方に延びる導電性のサポート４、５と、各サポート４、５の上部適所によって左右両端部を２点支持されるとともに水晶素板７（圧電素板）の両主面に夫々形成された励振電極８から圧電振動子の左右両端縁に夫々延びるリード電極８ａを備えた縦形の円形圧電振動子６と、該圧電振動子６を含む金属ベース１上の空間を気密封止する金属ケース９とから成る。上記各サポート４、５は圧電振動子の両リード電極８ａ，８ａの各端部に対して、半田或は導電性接着剤等のバインダ１０によって電気的に接続されるとともに、水晶素板７に対しても同時に機械的に固定されている。
各サポート４、５は、図６(b) にも示すように圧電振動子６の面と直交する面を有した金属薄板であり、その中央部に形成したスリット１１内にリード電極８ａの端部を含む振動子の端部を嵌合させた状態で、バインダ１０を用いて振動子の端部を支持固定している。
しかし上記従来の支持構造を備えた圧電デバイスにあっては、２点支持構造を採用している為、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、周波数出力に歪みを生じ、これがノイズとなって安定した周波数出力を得られないという欠点を有している。このような不具合は、２本のサポート４、５によって圧電振動子６の左右両端部を夫々支持した２点支持構造である為に、これら２点を支点とした圧電振動子の構造共振が発生しやすいことに起因しており、圧電素板本来の励起振動に構造共振が付加されるためである。
一方、これらの構造共振を防止する為には、圧電振動子に対する支持点数を増やすことが有効であり、従来は図７に示した如きＭＩＬ標準パッケージにおけるＨＣ−４０／Ｕ，ＨＣ−３７／Ｕ容器に圧電振動子を水平に支持した上で２点以上の支持部を設けたものがある。即ち、この圧電デバイスは、円形の上面を有したベース１５上に立設した４本のピン１６によって水平な姿勢の圧電振動子の外周縁を４点支持している。この支持構造によれば、耐衝撃性、耐振動性を向上させることができるが、容器が大型化し、容器の価格が高価になるという欠点を有している。
【０００３】
【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２本のサポートによって圧電振動子の左右両端２点を支持する縦型支持構造の圧電デバイスにおいて、軽量かつ単純構造の小部品を一つ追加するだけで４点支持構造を実現することができる圧電振動子の支持構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、請求項１の発明は、金属ベースを絶縁状態で気密貫通する２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両端部を２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左右両端縁に夫々延びるリード電極を備えた縦形の圧電振動子と、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、上記各サポートは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、上記圧電振動子を、更に第３のサポートを用いて他の２点でも支持するように構成し、更に、上記第３のサポートは、下端部の接合部を上記金属ベース上面に接合固定されると共に、該接合部から上方に延びるサポート本体を有し、該サポート本体によって円形圧電振動子の下端部と上端部を同時に支持固定することを特徴とする。
請求項２の発明は、上記第３のサポートのサポート本体は、上記圧電振動子と直交する面を有した細幅帯状板であり、該サポート本体の適所に圧電振動子の直径とほぼ同等な長さを有する切欠き、又はスリットを有し、該切欠き又はスリット内に圧電振動子を受入れた状態でその上端部と下端部を同時に支持固定することを特徴とする。
請求項３の発明は、上記第３のサポートのサポート本体は、上記圧電振動子と直交する面を有した細幅帯状板をその面方向へ湾曲させた形状であり、該サポート本体の適所に切欠き、又はスリットを有し、該切欠き又はスリット内に圧電振動子を受入れた状態でその上端部と下端部を同時に支持固定することを特徴とする。
【０００５】
【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) 及び(b) は本発明の一形態例の４点支持構造の圧電振動子を備えた圧電デバイスの内部構成を示す正面図、及び側面図であり、この圧電デバイスは、金属ベース２１内を絶縁状態で気密貫通する２本のリード部材２２、２３（入力側と出力側）と、各リード部材２２、２３の上部により下端部を夫々固定されて上方に延びる導電性の第１及び第２のサポート２４、２５と、各サポート２４、２５の上部適所によって左右両端部を２点支持されるとともに水晶素板２７（圧電素板）の両主面に夫々形成された励振電極２８、２８から圧電振動子の左右両端縁に夫々延びるリード電極２８ａ、２８ａを備えた縦形の円形圧電振動子２６と、該圧電振動子２６を含む金属ベース２１上の空間を気密封止する金属ケース２９とから成る。上記各サポート２４、２５は圧電振動子の両リード電極２８ａ，２８ａの各端部に対して、半田或は導電性接着剤等のバインダ３０，３０によって電気的に接続されるとともに、水晶素板２７に対しても同時に機械的に固定されている。
各サポート２４、２５は、図１(b) にも示すように圧電振動子２６の面と直交する面を有した金属薄板であり、その中央部に形成したスリット３１内にリード電極２８ａの端部を含む水晶素板の端部を嵌合させた状態で、バインダ３０を用いて振動子の端部を支持固定している。
本発明の特徴的な構成は、第１及び第２のサポート２４、２５による２点支持に加えて、圧電振動子２６を構成する水晶素板２７の上端部と下端部を夫々第３のサポート３５によって支持した点にある。
【０００６】
図１(a) (b) に示した支持構造において使用する第３のサポート３５は、図１(c) に示した構成を備えたものであり、細幅帯状の金属薄板から成るサポート本体３６と、サポート本体３６の下端部を９０度に屈曲させた接合部３７と、サポート本体３６の中央部に形成したスリット３６ａと、スリット３６ａの一側方に位置する本体部分を切除した切欠き３６ｂと、を有する。接合部３７を金属ベース２１の上面に接合固定することにより、第３のサポート３５を図１(a) (b) に示すように金属ベース上に立設固定する。スリット３６ａは、圧電振動子の両面に非接触状態で圧電振動子を受入れることが可能となる程度の幅を有し、また第３、第４の支持点となる圧電振動子の上端部、及び下端部に、スリット３６ａの上端部３６ａ’と下端部３６ａ”が夫々近接するようにスリット３６ａの長手方向寸法を設定されている。つまり、スリット３６ａは水晶素板２７の肉厚を越える幅を有すると共に、水晶素板の直径を僅かに越える長さを有する。
【０００７】
このスリット３６ａ内に圧電振動子２６の中心部が位置するまで圧電振動子を差し込んだ状態で、スリット３６ａの上端部３６ａ’と下端部３６ａ”をバインダ３０によって固定することにより、第３及び第４点の支持が完了する。
実際の製造手順としては、例えば全てのサポート２４、２５、３５を所定位置に固定してから、水晶振動子２６を各サポート上の所定位置に係合させた状態で、各支持点をバインダ３０によって順次固定することとなる。
第３のサポート３５自体が弾性変形が容易な金属薄板であるために、第３、第４点目の支持を行うことにより、耐衝撃性、耐振動性を十分に確保することが可能となる一方で、極端にリジッドに支持することとはならないので、圧電素板の自由振動を妨げることはない。
【０００８】
次に、図２は本発明の他の形態例の第３のサポートの構成を示す斜視図であり、この第３のサポートが図１に示した第３のサポートと異なる点は、サポート本体３６に切欠き３６ｂが存在せずに、スリット３６ａが存する点である。スリット３６ａの構成は、図１の第３のサポートの構成と同等であり、圧電振動子を支持する場合の支持構造も図１(a) (b) と同等であるので、図示説明を省略する。次に、図３(a) に示した他の形態例の第３のサポートは、図３(b) に示した状態で圧電振動子を支持するものである。即ち、この第３のサポート３５は、サポート本体３６の下部に接合部３７を有した構成を備えるとともに、サポート本体３６の長手方向上下両端部に位置する平坦部４０ａ，４０ｂを除いた中間部４０ｃが一方に湾曲突出している。各平坦部４０ａ，４０ｂ及び中間部４０ｃには，夫々長手方向に延びるスリット４０ａ’，４０ｂ’，４０ｃ’が形成されると共に、下部スリット４０ｂ’と中間スリット４０ｃは連通している。上部スリット４０ａ’の上端部は圧電振動子２６を構成する水晶素板２７の上端部を支持する部分であり、下部スリット４０ｂ’の下端部は水晶素板２７の下端部を支持する部分であり、いずれもバインダ３０によって固定される。
【０００９】
中間部４０ｃは図３(b) に示すように、水晶素板２７の上下端部（第３及び第４の支持点）を結ぶ直線上を回避するように一方に湾曲しており、水晶素板面とは非接触となっている。
上下のスリット４０ａ’，４０ｂ’も、各スリット内壁と水晶素板面とが非接触となるように寸法設定されている。
なお、中間スリット４０ｃ’の一側方に位置するサポート本体部分に切欠きを形成して、図１(c) に類似した形状としてもよい。
この形態例の第３のサポート３５による支持構造は、水晶素板２７をリジッドに支持しない為に、サポート本体３６の中間部４０ｃを湾曲させて弾性変形を容易化させており、その結果、耐衝撃性、耐振動性が高くなっている。また、水晶素板２７と第３のサポート３５の材質との間の熱膨張係数の差によって、水晶素板に熱歪みが発生して周波数の安定性が阻害されることも有効に防止できる。
つまり、この形態例では、金属から成るサポートの方に、外力や熱による変形の余裕をもたせることにより、耐衝撃、耐振動性、耐熱膨張性を高め、更に水晶振動子の自由振動も最大限に許容するようにしている。
【００１０】
次に、図４は図３の変形例であり、この形態例では第１又は第２のサポート２４、２５の一方を省略する代わりに、第２及び第３のサポートを兼ねる兼用サポート４５によって残りの３点に対する支持及び電極に対する導通を行うように構成している。
即ち、図４に示した兼用サポート４５は、第２及び第３のサポートを兼ねる特殊なサポートであり、図３(a) に示した第３のサポートの中間部４０ｃの突出量を更に大きくして、湾曲部の頂点が水晶素板の第２の支持点まで達すようにしたものである。中間部４０ｃの突出量が大きい点を除けば、図３(a) に示した第３のサポートと同等の構造である為、同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図４に示すようにこの兼用サポート４５によって水晶振動子をを支持する場合には、兼用サポート４５の下部スリット４０ｂ’の下端部によって水晶素板の下端部を支持するとともに、中間スリット４０ｃ’の頂点にて第２の支持点（右側）を支持し、更に上部スリット４０ａ’の上端部にて水晶振動子の上端部を支持する。各支持点においてバインダ３０を用いることは勿論である。
また、第２の支持点においては、サポート本体と水晶振動子３６上のリード電極２８ａとが電気的に接続されることは勿論であり、兼用サポート４５の接合部３７において一方のリード部材２３と接続されることも勿論である。
この形態例の兼用サポート４５による効果、即ち耐衝撃性、耐振動性、耐熱膨張性等の点については、図３の第３のサポートについて述べたことがそのまま当てはまる。
【００１１】
次に、図５(a) は本発明の他の形態例の第３のサポートの構成を示す斜視図であり、同図(b) はこの形態例の第３のサポートを用いた支持構造を示す正面図である。
この第３のサポート５０は、上記形態例のものとは異なって金属等から成る棒状体（線材）から成り、下部にサポート本体５１の下部に金属ベース２１上に固定される接合部５２を、上端部に水晶素板の第３の支持点を支持するための屈曲部５３を有している。
この第３のサポート５０を金属ベース２１上に立設固定した状態で、水晶振動子２６の第３点を支持する場合には、サポート本体５１の上端部の屈曲部５３内に水晶振動子の上端部を差し入れてバンダ３０により固定し、第４点を支持する場合にはサポート本体５１の下端部適所と水晶振動子の下端部をバンダ３０により固定すればよい。なお、必要に応じて点線で示した下部支持突起５１ａをサポート本体に設けて水晶振動子の下端部を支持するようにしてもよい。
この形態例の第３のサポート５０は、棒状体から成るので、サポート構造を簡単化し、低コスト化を図ることができ
なお、特に図示しなかったが、第３及び第４の支持点を支持するサポートを一個のサポートとせずに、夫々別個のサポート（第３のサポートと第４のサポート）を設けて、各サポートによって第３点、第４点を夫々支持するようにしてもよいことは勿論である。
なお、上記いずれの形態例においても、２点支持にすべきか、４点支持にすべきか、どのサポートを用いるかは、自由振動に対する制約、耐衝撃、振動性等の電気的性能と、コストを配慮して決めることとなる。
【００１２】
【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２本のサポートによって圧電振動子の左右両端２点を支持する縦型支持構造の圧電デバイスにおいて、軽量かつ単純構造の小部品を少なくとも一つ追加するだけで４点支持構造を実現することができる圧電振動子の支持構造を提供することができる。つまり、水晶振動子の自由振動を大きく制限することなく、機械的支持点数を増大させることにより、外力や、熱等に起因した周波数安定性の低下といった不具合を有効に防止することが可能となる。
即ち、本発明は、上記圧電振動子を、更に第３のサポートを用いて他の２点でも支持するように構成し、第３のサポートは、下端部の接合部を上記金属ベース上面に接合固定されると共に、該接合部から上方に延びるサポート本体を有し、該サポート本体によって円形圧電振動子の下端部と上端部を同時に支持固定する。このため、従来２点のみによって支持されていた水晶振動子の機械的支持強度を高め、衝撃、振動等の外力による周波数の変動、圧電素板とサポートとの熱膨張係数差に起因した周波数安定性の低下といった問題を解消することができ、過酷な条件下での使用に耐えることができる。
また、本発明では、上記第３のサポートのサポート本体は、上記圧電振動子と直交する面を有した細幅帯状板であり、該サポート本体の適所に圧電振動子の直径とほぼ同等な長さを有する切欠き、又はスリットを有し、該切欠き又はスリット内に圧電振動子を受入れた状態でその上端部と下端部を同時に支持固定するものである。つまり、第３のサポート自体が弾性変形が可能な金属薄板であるために、圧電振動子の自由振動に対する制限となることが少なく、しかも圧電振動子の機械的支持を安定させることができる。
又、本発明では、上記第３のサポートのサポート本体は、上記圧電振動子と直交する面を有した細幅帯状板をその面方向へ湾曲させた形状であり、該サポート本体の適所に切欠き、又はスリットを有し、該切欠き又はスリット内に圧電振動子を受入れた状態でその上端部と下端部を同時に支持固定するものである。このため、第３のサポートの弾性変形が容易となっている為、圧電振動子の自由振動に対する制限がより少なくなり、しかも外力、熱による周波数の変動も有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a) (b) 及び(c) は本発明の他の形態例の支持構造の正面図、側面図及び第３のサポートの一例の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の他の形態例の第３のサポートの構成を示す斜視図。
【図３】  (a) は本発明の他の形態例の第３のサポートの構成を示す斜視図、(b) はこの第３のサポートを用いた支持構造を示す正面図。
【図４】図３(a) の第３のサポートの変形例を用いた支持構造の正面図。
【図５】  (a) は本発明の他の形態例の第３のサポートの構成を示す斜視図、(b) はこの第３のサポートを用いた支持構造を示す正面図。
【図６】  (a) (b) は従来の圧電デバイスの一例の正面図、及び側面図。
【図７】他の従来例の説明図。
【符号の説明】
２１  金属ベース、２２、２３  リード部材、２４  第１のサポート、２５  第２のサポート、２６  圧電振動子、２７  水晶素板（圧電素板）、２８  励振電極、２８ａ  リード電極，２９  金属ケース，３０  バインダ，３１  スリット，３５  第３のサポート，３６  サポート本体，３６ａ  スリット，３６ａ’上端部、３６ａ”  下端部、３７  接合部、４０ａ，４０ｂ  平坦部、４０ｃ中間部、４０ａ’，４０ｂ’，４０ｃ’  スリット、４５  兼用サポート、５０  第３のサポート、５１  サポート本体、５２  接合部、５３  屈曲部。
【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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【図６】
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【図７】
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