JPH11308067A - 圧電振動子の支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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点を支持する横型支持構
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。 【解決手段】 金属ベース１を絶縁状態で気密貫通する
３本のリード部材２、３、４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３０、３１、３２
と、各サポートによって外周部を３点支持されるととも
に励振電極とリード電極を備えた横型の円形圧電振動子
１１と、から成る圧電デバイスであって、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、支持小片の上面に水晶振動子の底面を支
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。

Description

【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１
１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１
５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，６
ｂ，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，２２
ａ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、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。請求項２
の発明は、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、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ことを特徴とする。請
求項３の発明は、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、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ことを特徴とする。

【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３
７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４
０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，１
０ａ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．

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【請求項２】 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−Ｇ
   ｅ金属の溶融時に該金属の一部が貫通穴内に浸入して固
   化することを特徴とする圧電振動子の支持構造。
3. 【請求項３】 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
   ド電極を備えたの円形圧電振動子と、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
   することを特徴とする圧電振動子の支持構造。