(57)【要約】【課題】キャップを金属製ステムにシール封止する際に、ステム胴部とキャップとの間で接触を生じ、スパーク等を生じて、内部の部品に影響を及ぼすことのないジャイロパッケージを得る。【解決手段】ジャイロ部品を搭載した金属製ステム（１０）に金属製キャップ（２０）を位置決めしてシール封止する構造を有するジャイロパッケージにおいて、金属製ステムのステム胴部（１１）をテーパ状に形成し、金属製キャップのフランジ部（２２）と金属製ステムのフランジ部（１２）との間で電気溶接により接合したことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部品を搭載した金属製ステムに金属製キャップを位置決めして封止する構造を有する振動部品搭載用パッケージにおいて、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成し、金属製キャップのフランジと金属製ステムのフランジとの間で電気溶接により接合したことを特徴とする振動部品搭載用パッケージの構造。
【請求項２】
ジャイロ部品を搭載した金属製ステムに金属製キャップを位置決めして封止する構造を有するジャイロパッケージにおいて、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成し、金属製キャップのフランジと金属製ステムのフランジとの間で電気溶接により接合したことを特徴とするジャイロパッケージの構造。
【請求項３】
金属製ステムのフランジと金属製キャップのフランジの接合面の少なくとも一方に電気溶接用の突条を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動部品搭載用パッケージの構造。
【請求項４】
ジャイロ部品を搭載した金属製ステムに金属製キャップを位置決めして封止するジャイロパッケージの作製方法において、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成し、該テーパ状のステム胴部に沿って金属製キャップを案内且つ位置決めし、金属製キャップのフランジと金属製ステムのフランジとの間で電気溶接をすることを特徴とするジャイロパッケージの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はジャイロパッケージの構造及びその作製方法、特にジャイロパッケージのキャップを金属製ステムに位置決めして気密に封止する構造及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動している物体が回転するときに生ずる角速度を検出する、例えば振動子として圧電素子を使用したジャイロは、自動車、航空機、船舶等あらゆる移動体のナビ装置として広く使用されている。近年は１ｍ単位で移動体の位置を補正するためのより精密なジャイロが求められるようになってきている。このように圧電素子を使用したジャイロでは、圧電素子及びその振動を電気的に取り出す電極や回路部分を金属製ステム上に搭載し、キャップで封止してジャイロパッケージとして構成する。したがって、このようなジャイロパッケージを作製するにあたっては、内部の振動子の微妙な動きを計測する関係上、各部品に必要な精度や作製上の作業管理の精確さが要求される。
【０００３】
従来、ジャイロパッケージの金属製キャップを金属製ステムに位置決めしてシール接合する構造としては次のようなものであった。即ち、図１及び図２に示すように、金属製ステム１０は、ステム胴部１１’とそのフランジ１２とが一体的に構成されたもので、ステム胴部１１’はフランジ１２上面に対してほぼ垂直に立ち上がった構造を有する。一方、キャップ２０は周囲フランジ２２と、このフランジの周囲からほぼ垂直に立ち上がり、ステム胴部１１’の上面上の搭載される電極や圧電素子等の部品を覆うキャップ本体部２１とが一体的に構成されたものである。そして、キャップ２０をステム１０に位置決めし、ステム１０のフランジ１２と、キャップ２０のフランジ２２との間で電気溶接を行ってキャップ２０をステム１０に接合する。なお、図１及び図２においては、ステム胴部１１’の上面上の搭載される電極や圧電素子等の部品の図示を省略している。
【０００４】
図３は、内部に圧電体からなる振動子１３、振動子１３を支持するセラミック１４等を具備したジャイロパッケージの概略の外観を示す。振動子１３は鉛直軸Ｚに対して所定角度θ傾斜した回転軸Ｏ中心に搭載され、回転軸Ｏに関する振動子１３の角速度が検出される。
【０００５】
このような構造のジャイロパッケージにおいて、金属製キャップ２０のこの金属製ステム１０への位置出しは、製品や電極ガイドの寸法精度によって決まる。また、金属製ステム１０の胴部１１’及びキャップ２０の内径寸法は、双方が誤差にして最大又は最小に振れた場合においても、相互に接触しないように設計されている。
【０００６】
関連する先行技術として、特許文献１（特開平５−１０２３３２号公報）があるが、この文献では、半導体レーザのような半導体装置において、金属製ステムとキャップを電気溶接によって封止する構造において、ステムとキャップの各々の中心位置ずれが生じない精度の良い半導体装置を複雑な封止装置を用いることなく得ることを課題としている。これによると、ステムの上面にキャップの内径と同一又は大きい底辺のテーパ状突起を設けることによって、その突起にガイドされてキャップがステム上に載置されるようにしたもので、その状態でキャップとステムを電気溶接する。したがって、キャップとステムの中心位置のばらつき、ひいてはレーザ出力のばらつきが小さくなる。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１０２３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のジャイロパッケージにおいては、その一例を図１及び図２に示したが、実際の具体的な態様としては、金属製キャップ２０を金属製ステム１０に対して封止する方法や電極ガイドの寸法精度も様々であるため、基本的には、金属製ステム１０のステム胴部１１とキャップ２０との間のクリアランスだけではキャップ２０を金属製ステム１０に対してシール封止する際の双方の接触を十分防ぐことが出来ない、という問題がある。即ち、金属製キャップ２０と金属製ステム１０との間において、どんなに製品寸法でクリアランスをとったとしても、電極を案内する際のガイド性が悪くて、図１のＡで示すように、金属製ステム１０と金属製キャップ２０との間で位置ズレが生ずると、同図のＢで示す個所においてステム胴部１１と金属製キャップ２０との間で接触を生じてしまう。
【０００９】
また、金属製キャップを金属製ステムにシール封止する際に、ステム胴部とキャップ内径とが接触してしまうと、接触個所から電流が逃げてしまったり、電圧が一箇所に集中してしまったりして、図２のＣで示す個所において、溶接不良となってしまう場合がある。また、電気溶接時に接触個所からスプラッシュやスパークが発生し、内部に搭載されている部品に悪影響を及ぼすおそれもある。
【００１０】
特許文献１では、ステムの上面にキャップの内径と同一又は大きい底辺のテーパ状突起を設けることによって、その突起にガイドされてキャップがステム上に載置されるようにしたもので、その状態でキャップとステムを電気溶接する。
【００１１】
しかしながら、特許文献１では、半導体レーザ装置を対象としており、ステム上には半導体チップが搭載され、キャップには半導体チップ（半導体レーザ）から発振されたレーザ光をキャップの設けてあるレンズの中心位置を通して出力する構造であるため、キャップをステムに対して中心位置を位置決めするために、上述のように、ステムの上面にキャップの内径と同一又は大きい底辺のテーパ状突起を設けている。そして、その突起にガイドされてキャップがステム上に載置されるようにし、その状態でキャップとステムを電気溶接する。
【００１２】
このように、特許文献１では、キャップをステムに対して中心位置に正確に位置決めしなければならないため、上述のような構造を採用しているが、キャップのレンズと半導体チップとの位置関係は、ステムに対する半導体チップの取り付け位置、キャップに対するレンズの取り付け位置、ステムに対するテーパ状突起の位置等を精確に規定しなければならず、これらの誤差が蓄積されて、半導体チップに対するレンズの位置の誤差となってあらわれるため、各部品の精度管理や作製上の作業管理が複雑になるという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明では、ジャイロパッケージにおいて、キャップを金属製ステムにシール封止するに際して、ステム胴部とキャップとの間で接触を生じ、スプラッシュやスパーク等を生じて、内部の部品に影響を及ぼすことのないジャイロパッケージの構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、振動部品を搭載した金属製ステムに金属製キャップを位置決めして封止する構造を有する振動部品搭載用パッケージにおいて、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成し、金属製キャップのフランジと金属製ステムのフランジとの間で電気溶接により接合したことを特徴とする振動部品搭載用パッケージの構造が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、ジャイロ部品を搭載した金属製ステムに金属製キャップを位置決めして封止する構造を有するジャイロパッケージにおいて、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成し、金属製キャップのフランジと金属製ステムのフランジとの間で電気溶接により接合したことを特徴とするジャイロパッケージの構造が提供される。
【００１６】
これらの場合において、金属製ステムのフランジと金属製キャップのフランジの接合面の少なくとも一方に電気溶接用の突条を設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明によれば、ジャイロ部品を搭載した金属製ステムに金属製キャップを位置決めして封止するジャイロパッケージの作製方法において、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成し、該テーパ状のステム胴部に沿って金属製キャップを案内且つ位置決めし、金属製キャップのフランジと金属製ステムのフランジとの間で電気溶接をすることを特徴とするジャイロパッケージの作製方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成したので、金属製キャップを金属製ステムに接合する際に、金属製キャップの内周壁が金属製ステムのテーパ状のステム胴部に案内されるので、たとえその時点で、金属製キャップと金属製ステムとの間に電圧が作用して電気溶接のスパークが発生したとしても、スパークはテーパ状のステム胴部により遮断され、内部に収容されているジャイロ部品に影響を与えることはなくなり、金属製ステムのフランジと金属製キャップのフランジとの接合面にて適切に電気溶接を行うことができる。
【００１９】
この場合において、金属製ステムのフランジと金属製キャップのフランジとの接合面の、少なくとも一方に、電気溶接用の突条を設けた場合は、電気溶接の際、この突条の部分に局部的に電流が集中し、この突条に沿って電気溶接が行われる。
【００２０】
また、本発明のジャイロパッケージの作製方法によれば、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成したので、金属製キャップを金属製ステムに接合する際の電気溶接のスパークが内部に収容されているジャイロ部品に影響を与えることはなくなり、良好な性能のジャイロパッケージを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図４及び図５は本発明のジャイロパッケージの構造を示す。金属製ステム１０は、ステム胴部１１とそのフランジ１２とが、例えば鉄材によりプレスや鍛造等で一体的に構成され、その表面に電解又は無電解ニッケルにてめっきされ、或いは金などが電解めっきされたものである。ステム胴部１１は、その壁部が周囲のフランジ１２上面に対して内側へテーパ状に傾斜した構造を有する。ステム胴部１１の上面には、前述のように、圧電体からなる振動子、振動子を支持するセラミック等のジャイロ部品（図示せず）が実装されている。符号１６は内部のジャイロ部品に接続される内部電極、符号１７はステム１０の外部へ延びた外部電極を示す。
【００２３】
金属製キャップ２０は、周囲フランジ２２とこのフランジの周囲からほぼ垂直に立ち上がり、ステム胴部１１の上面上の搭載される電極１６や圧電素子等の部品（図示せず）を覆うキャップ本体部２１とが、鉄板材によりプレスの深絞り加工等で一体的に形成され、その表面が例えばニッケル等で無電解めっきされたものである。
【００２４】
金属製ステム１０はその平面形状が矩形又は円形であり、金属製キャップ２０もその平面形状は金属製ステム１０の形状に対応した矩形又は円形であり、金属製キャップ２０のキャップ本体部２１の内径の寸法は、金属製ステム１０のテーパ状のステム胴部１１下部の寸法より僅かに大きく形成されている。例えば、キャップ本体部２１の内壁とテーパ状のステム胴部１１下部の隙間が０．５μｍ以上となるようにされる。金属製ステム１０のフランジ１２の上面である、金属製キャップ２０のフランジ２２との接合面に、フランジ１２の電気溶接の際の突条１５が形成されている。この突条５はフランジ１２の全周にわたって形成されている。
【００２５】
図６は金属製キャップを金属製ステムに案内し且つ位置決めすると共に、金属製キャップのフランジと金属製ステムのフランジとの間で電気溶接をする状態を示す。金属製ステム１０を保持する、上電極を兼ねた治具３０は、金属製ステム１０のフランジ１２の周囲を案内・位置決めするガイド溝３１を有し、このガイド溝３１に沿って金属製ステムが所定位置に保持される。一方、金属製キャップ２０は下電極を兼ねた治具４０によって保持される。そして、金属製キャップ２０を金属製ステム１０に封止する際は、治具３０、４０が相互に接近する方向に上下移動され、金属製キャップ２０のフランジ２２が金属製ステム１０のフランジ１２に接合される。接合と同時に、上電極３０と下電極４０との間に電圧が印加され、これらの間で電気溶接が行われる。この時、金属製ステム１０のフランジ１２に設けてある突条１５には集中的に電流が流れ、この部分が局部的に溶融して両フランジ１２、２２間の電気溶接による封止性がより堅固なものとなる。
【００２６】
本発明では、上述のように、金属製ステム１０のステム胴部２１をテーパ状に形成したので、金属製キャップ２０と金属製ステム１０との間で電気溶接をする際の位置決めにおいて、図４のＡで示すように、各種の部品の精度上、作業管理上の誤差等に起因して、或いは、部品間の熱膨張差に起因して、金属製キャップ２０が金属製ステム１０に対して正規の位置から水平方向に位置ずれを生じていたとしても、金属製キャップ２０のキャップ本体２１の内周壁が金属製ステム１０のテーパ状のステム胴部１１に案内されて、その斜面にそって金属製キャップ２０は金属製ステム１０に対して水平方向の正規の位置に修正され、金属製ステム１０のフランジ１１と金属製キャップ２０のフランジ２１との間で適正位置にて電気溶接が行われる。
【００２７】
また、たとえ、金属製キャップ２０のフランジ２２が金属製ステム１０のテーパ状のステム胴部１１に接触した時点で、上下電極３０、４０間に電圧が印加されて電気溶接のスプラッシュやスパークが発生したと仮定しても、その際に生ずる電気火花等はテーパ状のステム胴部１１によって遮断され、ジャイロパッケージの内部には到達しないため、内部収容されているジャイロ部品（図示せず）に影響を与えることはない。このようにして、金属製キャップ２０のフランジ２２と金属製ステム１０のフランジ１２との間で溶接不良を生ずることなく、ジャイロパッケージは気密に封止される。
【００２８】
なお、上記のように気密封止されたジャイロパッケージの内部は、減圧され、例えば窒素等の希薄な不活性ガスが存在する。
【００２９】
以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。例えば、図示の実施形態では、金属製ステム１０の電気溶接用の突条１５を形成したが、逆に金属製キャップ２０のフランジ２２の、金属製ステム１０のフランジ１２に接合される面に、或いは、金属製ステム１０と金属製キャップ２０の両側にこのような突条１５を形成すること、又は、このような突条１５をいずれかに複数本形成すること等も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明では、金属製ステムのステム胴部をテーパ状に形成したので、金属製キャップを金属製ステムに接合する際に、金属製キャップの内周壁が金属製ステムのテーパ状のステム胴部に案内され、金属製ステムのフランジと金属製キャップのフランジとの接合面にて適正位置にて電気溶接が行われる。よって、本発明は、自動車、航空機、船舶等あらゆる移動体のナビ装置におけるジャイロパッケージについて適用可能である。また、本発明はジャイロパッケージに限らず、内部に振動子を有するあらゆるセンサー類又は機器類において、金属製キャップを金属製ステムに対して気密封止するパッケージについて適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は従来のジャイロパッケージの構造を示す。
【図２】図２は接合時の従来のジャイロパッケージを示す。
【図３】図３はジャイロパッケージの概略を示す斜視図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に係るジャイロパッケージの構造を示す。
【図５】図５は本発明のジャイロパッケージにおいて、金属製キャップを金属製ステムに接合する状態を示す。
【図６】図６は本発明のジャイロパッケージにおいて、金属製キャップを金属製ステムに接合する装置の構成の概略を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１０    金属製ステム
１１    ステム胴部
１２    ステムのフランジ
１５    電気溶接用の突条
２０    金属製キャップ
２１    キャップ本体
２２    キャップのフランジ
３０、４０    電極
３１    ガイド溝
【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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【図６】
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