JP4990689B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
この圧電振動片は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成されており、基部と、互いに平行に配置され、基端側が基部に一体的に固定された一対の振動腕部とで構成されている。また、一対の振動腕部の外表面上には、該一対の振動腕部を互いに接近又は離間する方向に振動させる励振電極が形成されている。この励振電極は、引き出し電極を介して、基部の外表面上に形成されたマウント電極に電気的に接続されている。
例えば、時計に用いる32.768kHzの音叉型水晶振動片では、一般的に振動腕部の長さと基部の長さとが、略6:4の比率になるように設計されている。圧電振動片の小型化を図るために、これらの長さをできるだけ短くすることが考えられている。ところで、周波数Fは、F=k(W/L2)の式で決定されている。なお、kは係数、Wは振動腕部の幅、Lは振動腕部の長さである。よって、振動腕部の長さを単純に短くすると、周波数が変わってしまって所望の数値に収まらない恐れがある。
このように、マウント用支持部を形成することで、該マウント用支持部を介して圧電振動片を固定できるので、基部の長さを短くしたとしても従来のように強固且つ安定した固定を行うことができる。
始めに、音叉型の圧電振動片を有する圧電振動子は、構造の異なるものが数種類あり、用途に応じて最適なものを使用している。例えば、圧電振動片をベースとリッド(蓋)とで箱型にパッケージングしたセラミックパッケージタイプのものや、圧電振動片を気密端子と円筒状のケースとでパッケージングしたシリンダパッケージタイプのものが知られている。なお、セラミックパッケージタイプの場合、圧電振動片はベースのマウント部に固定され、シリンダパッケージタイプの場合、圧電振動片は気密端子のインナーリードに固定される。
そのため、2本のリード端子101の間隔X2を広げる場合には、上記距離X1を確保するためにステム102の外径を大きくせざるを得ない。従って、マウント用支持部が形成された圧電振動片をマウントするために、マウント用支持部の間隔に合わせてリード端子101の間隔X2を広げてしまった場合には、どうしてもステム102の外径が大きくなってしまうものであった。つまり、マウント用支持部を形成することで圧電振動片の全長を短くしたとしても、ステム102の外径が大きくなってしまい、結果的に圧電振動子の小型化を図ることが難しかった。
本発明に係る圧電振動子は、平行に配置された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、一対の振動腕部の外側で該一対の振動腕部に対して平行に配置され、基端側が基部に固定された一対のマウント用支持部と、を有し所定の電圧が印加されたときに振動する圧電振動片と、環状に形成されたステムと、該ステムを貫通するように平行配置され、ステムを間に挟んで一端側が前記一対のマウント用支持部を介して前記圧電振動片をマウントするインナーリードとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリードとされた2本のリード端子と、ステムとリード端子とを固定させる絶縁性の充填材と、を有する気密端子と、前記圧電振動片を内部に収納した状態で前記ステムに固定されるケースと、を備え、前記インナーリードが、互いの間隔が前記一対のマウント用支持部の間隔に一致するように、少なくともいずれか一方が前記ステムの近傍で外側に曲げ加工されていることを特徴とするものである。
まず、気密端子作製工程により気密端子を作製する。この時点においては、インナーリードからアウターリードに亘って2本のリード端子は一律に所定間隔離間した状態で平行に配置されている。続いて、メッキ工程と曲げ加工工程とを、同時或いは前後して行う。
最後に、気密端子によってマウントされた圧電振動片を内部に収納するように、ケースをステムに圧入し、ケース内を封止する圧入工程を行う。これにより、圧電振動片が気密端子にマウントされた状態でケース内に収納されたシリンダパッケージタイプの圧電振動子を得ることができる。
このようにステムの外径を小さくしたとしても、曲げ加工によってインナーリードの間隔を一対の振動腕部の外側に配置されたマウント用支持部の間隔に一致させているので、容易且つ確実に圧電振動片をマウントすることができる。しかも、この圧電振動片は、マウント用支持部が形成されているため、基部の長さをできるだけ短くして小型化が図られたものである。
該潰し工程後、潰した部分が所定の外形形状となるように整形する整形工程と、を備えていることを特徴とするものである。
また、インナーリードを潰した分だけ、圧電振動片の位置を厚み方向に下げ、ケースの中心軸に近づけることができる。よって、落下等による衝撃が仮に加わったとしても、圧電振動片がケースに干渉してしまうことを防止することができる。
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
本実施形態の圧電振動子1は、シリンダパッケージタイプの圧電振動子1であって、図1から図3に示すように、圧電振動片2と、該圧電振動片2を内部に収納するケース3と、圧電振動片2をケース3内に密閉させる気密端子であるプラグ4とを備えている。
この圧電振動片2は、平行に配置された一対の振動腕部10、11と、該一対の振動腕部10、11の基端側を一体的に固定する基部12と、基端側が基部12に一体的に固定された一対のマウント用支持部13と、一対の振動腕部10、11の外表面上に形成されて一対の振動腕部10、11を振動させる第1の励振電極14と第2の励振電極15とからなる励振電極16と、該両励振電極16に電気的に接続されたマウント電極17、18とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片2は、一対の振動腕部10、11の両主面上に、該振動腕部10、11の長手方向Xに沿ってそれぞれ形成された溝部20を備えている。この溝部20は、振動腕部10、11の基端側から略中間付近まで形成されている。
本実施形態の圧電振動片2は、この一対のマウント用支持部13を有しているので、マウント用支持部13を有していない振動片に比べて、基部12の長さL1が短く設計されている。従って、全長L3(振動腕部10、11の長さL1+基部12の長さL2)が短く、小型化が図られた圧電振動片2とされている。また、一対のマウント用支持部13間の距離は、W1とされている。
なお、上述した励振電極16、マウント電極17、18及び引き出し電極21、22は、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
ステム30は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填材32の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、リード端子31の表面及びステム30の外周には、それぞれ同材料の図示しないメッキが施されている。
また、インナーリード31aとマウント用支持部13とは、図1から図3に示すように、対向面31cに形成された導電性のバンプEを介してマウントされている。即ち、バンプEを介してインナーリード31aとマウント用支持部13とが機械的に接合されていると同時に、インナーリード31aとマウント用支持部13の外表面に形成されたマウント電極17、18とが電気的に接続されている。しかも、圧電振動片2は、バンプEによってかさ上げされており、圧電振動片2とインナーリード31aとの間には所定の隙間(例えば、15μm〜20μmの隙間)が空いた状態となっている。
リード端子31の直径は例えば約0.12mmであり、リード端子31の母材の材質としては、コバール(FeNiCo合金)が慣用されている。また、リード端子31の外表面及びステム30の外周に被膜させるメッキの材質としては、下地金属膜としてはCuが用いられ、仕上金属膜としては、耐熱ハンダメッキ(錫と鉛の合金で、その重量比が1:9)や、銀(Ag)や錫銅合金(SnCu)や金錫合金(AuSn)等が用いられる。
また、ステム30の外周に被膜された金属膜(メッキ層)を介在させながらケース3の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース3の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。
具体的には、まず、ステム作製工程によりステム30を作製する(S21)。即ち、鉄ニッケルコバルト合金や鉄ニッケル合金等の導電性を有する板部材をランス加工した後、複数回の深絞り加工を行って有底の筒部材を形成する。そして、筒部材の底面に開口を形成すると共に、外形抜きを行って筒部材を板部材から切り離すことで、ステム30を作製する。
つまり、この工程を行った後、2本のリード端子31は、インナーリード31aからアウターリード31bにかけて一律の間隔で平行ではなく、アウターリード31bに関しては所定距離W2だけ離間した状態となり、インナーリード31aに関しては所定距離よりもさらに間隔が空いた距離W1となる。
このように、下地金属膜及び仕上金属膜からなる金属膜を被膜させることで、インナーリード31aと圧電振動片2との接続を可能にすることができる。また、圧電振動片2の接続だけでなく、ステム30の外周に被膜された金属膜が柔らかく弾性変形する特性を有しているので、ステム30とケース3との冷間圧接を可能にすることができ、気密接合を行うことができる。
なお、この工程を行う前に、圧電振動片2、ケース3及びプラグ4を十分に加熱して、表面吸着水分等を脱離させておく。
このようにステム30の外径を小さくしたとしても、曲げ加工によってインナーリード31aの間隔を一対の振動腕部10、11の外側に配置されたマウント用支持部13の間隔に一致させているので、容易且つ確実に圧電振動片2をマウントすることができる。しかもこの圧電振動片2は、マウント用支持部13が形成されているため、基部12の長さをできるだけ短くして小型化が図られたものである。
また、圧電振動片2は、バンプEを介して接続されており、インナーリード31aとの間に所定の隙間が確保されている。そのため、一対の振動腕部10、11及び基部12がインナーリード31aに干渉することがないので、振動が妨げられることがない。よって、安定した振動を確保することができ、信頼性の向上化を図ることができる。
しかも、インナーリード31aは、潰し加工によって板状に形成されているので、潰した分だけ圧電振動片2の位置を厚み方向に下げ、ケース3の中心軸に近づけることができる。この点においても、落下等の衝撃が加わった際に、ケース3との干渉を防止することができる。
本実施形態の発振器50は、図15に示すように、圧電振動子1を、集積回路51に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器50は、コンデンサ等の電子部品52が実装された基板53を備えている。基板53には、発振器用の上記集積回路51が実装されており、この集積回路51の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片2が実装されている。これら電子部品52、集積回路51及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
また、集積回路51の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
始めに本実施形態の携帯情報機器60は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
無線部67は、音声データ等の各種データを、アンテナ75を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部68は、無線部67又は増幅部70から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部70は、音声処理部68又は音声入出力部71から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部71は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
なお、呼制御メモリ部74は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部72は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
なお、通信部64の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部76を備えることで、通信部64の機能をより確実に停止することができる。
本実施形態の電波時計80は、図17に示すように、フィルタ部81に電気的に接続された圧電振動子1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
アンテナ82は、40kHz若しくは60kHzの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHz若しくは60kHzの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ83によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部81によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子1は、上記搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部88、89をそれぞれ備えている。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部88、89は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
気密端子作製工程により得られるプラグ4のリード端子31は、インナーリード31aがまだ曲がっておらず、インナーリード31aからアウターリード31bに亘って所定距離W2だけ一律に離間した状態となっている。そのため、メッキ工程を行っている最中に、他のプラグに絡み難い。仮にメッキを行っている最中に絡んでしまった場合には、作業を一時的に中止せざるを得ない場合もあるが、このような恐れもなく、効率の良い作業を行うことができる。また、絡んでしまうことに起因するリード端子31の変形等についても、未然に防止することができる。
1 圧電振動子
2 圧電振動片
3 ケース
4 プラグ(気密端子)
10、11 一対の振動腕部
12 基部
13 マウント用支持部
30 ステム
31a インナーリード
31b アウターリード
31 リード端子
32 充填材
50 発振器
60 携帯情報機器(電子機器)
80 電波時計
Claims (4)
- 平行に配置された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、一対の振動腕部の外側で該一対の振動腕部に対して平行に配置され、基端側が基部に固定された一対のマウント用支持部と、を有し所定の電圧が印加されたときに振動する圧電振動片がケース内に封止されたシリンダパッケージタイプの圧電振動子を製造する方法であって、
環状に形成されたステムと、該ステムを貫通するように平行配置され、ステムを間に挟んで一端側が前記圧電振動片をマウントするインナーリードとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリードとされた2本のリード端子と、ステムとリード端子とを固定させる絶縁性の充填材と、を有する気密端子を作製する気密端子作製工程と、
前記ステム及び前記リード端子の外表面に所定の金属膜をメッキするメッキ工程と、
該メッキ工程と同時或いは前後して行われ、前記インナーリードのうち、少なくともいずれか一方を前記ステムの近傍で外側に屈曲させ、インナーリードの互いの間隔を前記一対のマウント用支持部の間隔に一致させる曲げ加工工程と、
前記メッキ工程及び前記曲げ加工工程後、前記一対のマウント用支持部を前記インナーリードに接合させるマウント工程と、
マウントされた前記圧電振動片を内部に収納するように前記ケースを前記ステムに圧入し、ケース内を封止する圧入工程と、を備えており、さらに、
前記曲げ加工工程と前記マウント工程との間に、前記インナーリードを上下から潰して板状に形成し、前記マウント用支持部に対向する面を略平面に成形する潰し工程と、
該潰し工程後、潰した部分が所定の外形形状となるように整形する整形工程と、を備えていることを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項1に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記曲げ加工工程の際に、両方の前記インナーリードをそれぞれ同じ量だけ均等に外側に曲げ加工することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記マウント工程の際に、前記インナーリードと前記マウント用支持部とを、所定の隙間を空けた状態で導電性のバンプを介して接続することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記メッキ工程が終了した後に前記曲げ加工工程を行うことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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