JP7144942B2 - 水晶振動子 - Google Patents
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Description
本発明は、温度センサ付き水晶振動子に関する。
水晶振動片と温度センサとを１部屋内に収容した構造の水晶振動子は、１部屋型の温度センサ付き水晶振動子と呼ばれる。また、水晶片を収納する第１の部屋と温度センサを収納する第２の部屋とを積層した、いわゆるＨ型構造の水晶振動子は、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子と呼ばれる。
１部屋型の温度センサ付き水晶振動子の例は、例えば特許文献１、特許文献２に開示されている。
特許文献１に開示された１部屋型の温度センサ付き水晶振動子では、セラミック製容器内に水晶振動片が片持ち保持されている。温度センサは、前記容器内に以下の２種の構造で実装されている。第１の構造では、温度センサは、セラミック製容器内の底面であって水晶振動片の中央部下方に当たる位置に、実装されている（特許文献１の図２）。第２の構造では、温度センサは、セラミック製容器内の底面であって、同容器内に実装されている水晶振動片の先端から少し離れた位置に、実装されている（特許文献１の図１）。
また、特許文献２に開示された１部屋型の温度センサ付き水晶振動子では、セラミック製容器内に水晶振動片が片持ち保持されている。さらに、温度センサは、その一端部分が、同容器内に前記片持ち保持用に設けられた２つの支持パッドの間に位置する状態で、同容器内に実装されている（特許文献２の図１）。
特許文献１に開示された１部屋型の温度センサ付き水晶振動子では、セラミック製容器内に水晶振動片が片持ち保持されている。温度センサは、前記容器内に以下の２種の構造で実装されている。第１の構造では、温度センサは、セラミック製容器内の底面であって水晶振動片の中央部下方に当たる位置に、実装されている（特許文献１の図２）。第２の構造では、温度センサは、セラミック製容器内の底面であって、同容器内に実装されている水晶振動片の先端から少し離れた位置に、実装されている（特許文献１の図１）。
また、特許文献２に開示された１部屋型の温度センサ付き水晶振動子では、セラミック製容器内に水晶振動片が片持ち保持されている。さらに、温度センサは、その一端部分が、同容器内に前記片持ち保持用に設けられた２つの支持パッドの間に位置する状態で、同容器内に実装されている（特許文献２の図１）。
一方、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子の例は、例えば特許文献３に開示されている。このものでは、第１の部屋内に、水晶振動片が片持ち保持されている。この第１の部屋の下側に第２の部屋が積層されている。第２の部屋は、実際は、下方側が開口した、かつ、平面形状が四角形状の凹部を有したもので、この凹部内に、直方体の形状を持つ温度センサが実装されている。具体的には、直方体状の温度センサは、その長辺が凹部の第１の辺に対し平行になるように（特許文献３の図１（Ｃ））、又は、その短辺が凹部の前記第１の辺に対し平行になるように（特許文献３の図３（Ｃ））、かつ、いずれの場合も、凹部内の中央部に実装されている。
温度センサ付き水晶振動子に対しては、温度補償精度のさらなる向上が望まれている。これを実現する１つの手法として、環境温度に対し水晶振動片及び温度センサが極力同じ温度で感応するように両者を配置する手法が考えられる。両者の温度差が小さい方が、温度補償の誤差を低減できるからである。
この点を考慮すると、特許文献２に開示された構造は、温度センサが水晶振動片の支持位置に近くになるため温度センサと水晶振動片の熱伝導条件が比較的同じとなるから、両者の温度差を小さくできると考えられる。しかしながら、特許文献２に開示された構造では、２つの支持パッドの間の隙間は、実際に狭く、然も、水晶振動片を容器内に固定するための導電性接着剤と温度センサとの接触を回避する寸法余裕度を考慮すると、上記隙間は益々狭くなるので、この隙間に温度センサを実装することは、相当に困難であり、現実的ではない。
また、特許文献３には、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子であって、温度センサ用の部屋である凹部の第１の辺に、直方体状の温度センサの短辺が平行になるように、または、長辺が平行になるように、温度センサを凹部内に配置する例が記載されている。しかしながら、特許文献３の技術は、容器の反りの影響を考慮したものであり（特許文献３の段落５１）、水晶片及び温度センサの温度差を小さくする点を考慮したものではない。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、１部屋型の温度センサ付き水晶振動子、および、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子において、水晶振動片及び温度センサの温度差をより小さくできる現実的な構造を提供することにある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、１部屋型の温度センサ付き水晶振動子、および、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子において、水晶振動片及び温度センサの温度差をより小さくできる現実的な構造を提供することにある。
この目的の達成を図るため、この出願の第１の発明によれば、１つの部屋内に水晶振動片と温度センサとを具える１部屋型の温度センサ付き水晶振動子において、
前記水晶振動片は、平面形状が四角形状であり、
前記水晶振動片はその第１の辺の両端付近に当たる二か所で導電性部材を介して前記１つの部屋内に固定してあり、
前記温度センサは直方体状であり、
前記二か所の固定部を結ぶ線分を線分Ｙと定義したとき、前記温度センサは、その長手の面が前記線分Ｙに平行になるように、かつ、前記１つの部屋内において前記二か所の固定部側に寄った状態で設けてあることを特徴とする。
前記水晶振動片は、平面形状が四角形状であり、
前記水晶振動片はその第１の辺の両端付近に当たる二か所で導電性部材を介して前記１つの部屋内に固定してあり、
前記温度センサは直方体状であり、
前記二か所の固定部を結ぶ線分を線分Ｙと定義したとき、前記温度センサは、その長手の面が前記線分Ｙに平行になるように、かつ、前記１つの部屋内において前記二か所の固定部側に寄った状態で設けてあることを特徴とする。
なお、この第１の発明を実施するに当たり、前記１つの部屋の内底面に前記温度センサを収納するため平面形状が四角形状の凹部をさらに具え、前記温度センサは前記凹部内において前記二か所の固定部側に寄った状態で設けるのが良い。
また、第１の発明を実施するに当たり、温度センサを実装する前記凹部の前記固定部側の縁と前記温度センサの前記固定部側の縁との距離をＳと定義したとき、距離Ｓは、温度センサの幅寸法以下、好ましくは温度センサの幅寸法の７５％以下、さらに好ましくは温度センサの幅寸法の５０％以下とするのが良い。距離Ｓをこのように設定すると固定部側からの熱が温度センサに伝わり易いからである。なお、距離Ｓは小さい程好ましい。具体的には、温度センサと水晶振動片固定部とが電気的接触する等の干渉が生じない範囲で距離Ｓは小さい方が良い。この距離Ｓの最小値は、例えば、温度センサを実装する装置の実装精度等を考慮して決めるのが良い。
また、第１の発明を実施するに当たり、温度センサを実装する前記凹部の前記固定部側の縁と前記温度センサの前記固定部側の縁との距離をＳと定義したとき、距離Ｓは、温度センサの幅寸法以下、好ましくは温度センサの幅寸法の７５％以下、さらに好ましくは温度センサの幅寸法の５０％以下とするのが良い。距離Ｓをこのように設定すると固定部側からの熱が温度センサに伝わり易いからである。なお、距離Ｓは小さい程好ましい。具体的には、温度センサと水晶振動片固定部とが電気的接触する等の干渉が生じない範囲で距離Ｓは小さい方が良い。この距離Ｓの最小値は、例えば、温度センサを実装する装置の実装精度等を考慮して決めるのが良い。
また、この出願の第２の発明によれば、水晶片を収納する第１の部屋と、この第１の部屋に積層されていて温度センサを収納する第２の部屋と、前記第１の部屋内に実装された当該水晶片と、前記第２の部屋内に実装された当該温度センサと、を具えるＨ型構造の温度センサ付き水晶振動子において、
前記水晶振動片は、平面形状が四角形状であり、
前記水晶振動片はその第１の辺の両端付近に当たる二か所で導電性部材を介して前記第１の部屋内に固定してあり、
前記温度センサは直方体状であり、
前記二か所の固定部を結ぶ線分を線分Ｙと定義したとき、前記温度センサは、その長手の面が前記線分Ｙに平行になるように、かつ、前記第２の部屋内において、前記第１の部屋内の前記二か所の固定部側に寄った状態で設けてあることを特徴とする。
前記水晶振動片は、平面形状が四角形状であり、
前記水晶振動片はその第１の辺の両端付近に当たる二か所で導電性部材を介して前記第１の部屋内に固定してあり、
前記温度センサは直方体状であり、
前記二か所の固定部を結ぶ線分を線分Ｙと定義したとき、前記温度センサは、その長手の面が前記線分Ｙに平行になるように、かつ、前記第２の部屋内において、前記第１の部屋内の前記二か所の固定部側に寄った状態で設けてあることを特徴とする。
なお、この第２の発明を実施するに当たり、温度センサを実装する前記第２の部屋の前記固定部側の縁と前記温度センサの前記固定部側の縁との距離をＳと定義したとき、距離Ｓは、温度センサの幅寸法以下、好ましくは温度センサの幅寸法の７５％以下、さらに好ましくは温度センサの幅寸法の５０％以下とするのが良い。距離Ｓをこのように設定すると固定部側からの熱が温度センサに伝わり易いからである。なお、距離Ｓは小さい程好ましい。具体的には、温度センサと水晶振動片固定部とが電気的接触する等の干渉が生じない範囲で距離Ｓは小さい方が良い。この距離Ｓの最小値は、例えば、温度センサを実装する装置の実装精度等を考慮して決めるのが良い。
なお、第１及び第２の発明において線分Ｙに平行とは、本発明の目的の範囲内でほぼ平行の場合も含む。例えば温度センサ実装装置の位置精度等で多少の非平行となる場合も、本発明に含まれる。
この発明の１部屋構造の温度センサ付き水晶振動子、および、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子各々によれば、直方体状の温度センサの長手の面が水晶振動片の２か所の固定部に対向し、然も、近接して対向するので、結果として、直方体状の温度センサの６面のうちの面積が最も広い面が水晶振動片の２箇所の固定部に近接して対向することになる。水晶振動片は一般に導電性接着剤により部屋内の配線パッド等に接続される。当該水晶振動子の外部からの熱は主に当該水晶振動子の実装端子及び上記導電性接着剤を介して水晶振動片に伝わる。このようなときに、この発明の構造のように温度センサを所定配置にしてあれば、そうしない場合に比べ、外部の熱は温度センサに対しても水晶振動片の場合と同様に効率良く伝わる。このため、現実的な構造において、水晶振動片と温度センサとの温度差を従来に比べ小さくできる。
以下、図面を参照してこの出願の第１の発明及び第２の発明各々の水晶振動子について説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる構造例、使用部材等は、この発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
１． 発明の構成
１－１．第１の発明の実施形態
図１は、第１の発明の実施形態としての、１部屋型の温度センサ付き水晶振動子１０（以下、水晶振動子１０と略称することもある）を説明する図である。特に、図１（Ａ）は水晶振動子１０の上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）は底面図である。ただし、図１（Ａ）においては、蓋部材１７を外した状態を示してある。
１－１．第１の発明の実施形態
図１は、第１の発明の実施形態としての、１部屋型の温度センサ付き水晶振動子１０（以下、水晶振動子１０と略称することもある）を説明する図である。特に、図１（Ａ）は水晶振動子１０の上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）は底面図である。ただし、図１（Ａ）においては、蓋部材１７を外した状態を示してある。
この水晶振動子１０は、少なくとも１つの部屋１１ａを有した容器１１と、部屋１１ａ内に実装された水晶振動片１３及び温度センサ１５と、容器１１の部屋１１ａを封止する蓋部材１７と、を具える。
容器１１は、この場合、平面形状が四角形状、具体的には長方形状のセラミックパッケージで構成してある。また、部屋１１ａも、平面形状が四角形状、具体的には長方形状のものとしてある。さらに、この部屋１１ａは、温度センサ１５を収容するための凹部１１ａａを具える。そして、凹部１１ａの底面に、温度センサ１５を実装するパッド１１ｂを具える。
さらに、容器１１は、凹部１１ａａ周囲に段差部１１ａｂを具えている。さらにこの容器１１は、この段差部１１ａｂの一部であって、部屋１１ａの第１の辺１１ｃ（部屋１１ａの１つの短辺１１ｃ）側の、この第１の辺１１ｃの両端に近い部分上それぞれに、水晶振動片を片持ち保持するための支持パッド１１ｄを具える。
さらに、この容器１１は、その外側の底面の四隅各々に、外部接続端子１１ｅを具える。
これら４個の外部端子１１ｅは、図示しないビヤ配線により、対応するパッド１１ｂや支持パッド１１ｄに接続してある。なお、外部端子１１ｅと水晶振動片１３及び温度センサ１５との接続例を、図１（Ｃ）に示してある。すなわち、４つの外部端子１１ｅにおいて、対角する１組の外部端子は水晶振動片用の端子としてあり、他の１組の外部端子は温度センサ用の端子としてある。
さらに、容器１１は、この場合、部屋１１ａを囲う土手部上に、シーム溶接用のリング１１ｆを具える。
さらに、容器１１は、凹部１１ａａ周囲に段差部１１ａｂを具えている。さらにこの容器１１は、この段差部１１ａｂの一部であって、部屋１１ａの第１の辺１１ｃ（部屋１１ａの１つの短辺１１ｃ）側の、この第１の辺１１ｃの両端に近い部分上それぞれに、水晶振動片を片持ち保持するための支持パッド１１ｄを具える。
さらに、この容器１１は、その外側の底面の四隅各々に、外部接続端子１１ｅを具える。
これら４個の外部端子１１ｅは、図示しないビヤ配線により、対応するパッド１１ｂや支持パッド１１ｄに接続してある。なお、外部端子１１ｅと水晶振動片１３及び温度センサ１５との接続例を、図１（Ｃ）に示してある。すなわち、４つの外部端子１１ｅにおいて、対角する１組の外部端子は水晶振動片用の端子としてあり、他の１組の外部端子は温度センサ用の端子としてある。
さらに、容器１１は、この場合、部屋１１ａを囲う土手部上に、シーム溶接用のリング１１ｆを具える。
また、水晶振動片１３は、平面形状が四角形状、詳細には長方形状の例えばＡＴカット水晶振動片である。この水晶振動片１３の両主面各々に、図示を省略するが、励振用電極を具え、さらに、これら励振用電極から水晶振動片１３の第１の辺１３ａ側に引き出された引出電極（図示を省略）を具える。
また、温度センサ１５は、この場合、直方体状の周知のチップ部品形状のサーミスタである。この温度センサ１５は、上述したパッド１１ｂに導電性部材１９によって実装してある。また、水晶振動片１３は、その第１の辺１３ｃ（短辺１３ｃ）の両端付近で、かつ、
引出電極(図示せず)の位置で、容器１１の支持パッド１１ｄに、導電性部材１９によって接続固定してある。従って、水晶振動片１３は、温度センサ１５の上方で温度センサ１５を覆う状態で、容器１１の部屋１１ａ内に片持ち支持された状態である。
引出電極(図示せず)の位置で、容器１１の支持パッド１１ｄに、導電性部材１９によって接続固定してある。従って、水晶振動片１３は、温度センサ１５の上方で温度センサ１５を覆う状態で、容器１１の部屋１１ａ内に片持ち支持された状態である。
このように水晶振動片１３及び温度センサ１５を共通の部屋１１ａに実装した容器１１は、部屋１１内を例えば真空又は窒素雰囲気とした状態で、蓋部材１７によって封止してある。
この水晶振動子１０では、温度センサ１５を以下の様に設けたことを特徴としている。すなわち、水晶振動片１３を片持ち保持している２箇所の固定部である支持パット１１ｄを結ぶ線分Ｙ（図１（Ａ）参照）に対し、直方体状である温度センサ１５の長手の面１５ａ（図１（Ｂ）参照）が平行になるように、かつ、部屋１１ａ内において二か所の固定部である支持パッド１１ｄ側に温度センサ１５が寄った状態で、温度センサ１５を容器１１の部屋１１ａ内に設けてある。
より詳細には、部屋１１ａの凹部１１ａａ内において、凹部１１ａａの前記線分Ｙに直交する方向の寸法の中点Ｏ（図１（Ｂ）参照）に対し、温度センサ１５は支持パッド１１ｄ側に寸法Ｘだけ寄った状態で、凹部１１ａａ内に設けてある。言い方を変えると、温度センサ１５は、凹部１１ａａ内においてこの凹部１１ａａの支持パッド１１ｄ側の縁と、温度センサ１５の支持パッド１１ｄ側の縁との距離Ｓが、所定寸法となるように、支持パッド１１ｄ側に近づけて設けてある。
より詳細には、部屋１１ａの凹部１１ａａ内において、凹部１１ａａの前記線分Ｙに直交する方向の寸法の中点Ｏ（図１（Ｂ）参照）に対し、温度センサ１５は支持パッド１１ｄ側に寸法Ｘだけ寄った状態で、凹部１１ａａ内に設けてある。言い方を変えると、温度センサ１５は、凹部１１ａａ内においてこの凹部１１ａａの支持パッド１１ｄ側の縁と、温度センサ１５の支持パッド１１ｄ側の縁との距離Ｓが、所定寸法となるように、支持パッド１１ｄ側に近づけて設けてある。
ここで、本発明の効果を得るためには、距離Ｓは、可能な限り小さい値が良く、発明者の実験によれば、例えば温度センサ１５の幅寸法以下、好ましくは温度センサの幅寸法の７５％以下、さらに好ましくは温度センサの幅寸法の５０％以下とするのが良い。距離Ｓをこのように設定すると固定部側からの熱が温度センサに伝わり易いからである。
温度センサ１５を上記のように容器１１の部屋１１ａ内に設けると、そうしない場合に比べて、外部の熱源から水晶振動子１０に熱が及んだ場合での水晶振動片１３及び温度センサ１５の温度差を小さくできる（詳細は後述する）。
温度センサ１５を上記のように容器１１の部屋１１ａ内に設けると、そうしない場合に比べて、外部の熱源から水晶振動子１０に熱が及んだ場合での水晶振動片１３及び温度センサ１５の温度差を小さくできる（詳細は後述する）。
１－２．第２の発明の実施形態
次に、この出願の第２の発明の実施形態としての、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子８０（以下、水晶振動子８０と略称することもある）について説明する。図２はその説明図である。特に、図２（Ａ）は水晶振動子８０の上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った断面図、図２（Ｃ）は底面図である。ただし、図２（Ａ）においては、蓋部材１７を外した状態を示してある。
次に、この出願の第２の発明の実施形態としての、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子８０（以下、水晶振動子８０と略称することもある）について説明する。図２はその説明図である。特に、図２（Ａ）は水晶振動子８０の上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った断面図、図２（Ｃ）は底面図である。ただし、図２（Ａ）においては、蓋部材１７を外した状態を示してある。
この水晶振動子８０の水晶振動子１０との違いは、容器８１として、Ｈ型構造の容器を具え、かつ、この容器８１に対し温度センサ１５を特殊な配置で実装した点にある。以下、詳細に説明する。
先ず、この水晶振動子８０では、容器８１は、水晶振動片１３を収納する第１の部屋８１ａと、この第１の部屋８１ａに積層されていて温度センサ１５を収納する第２の部屋８１ｂとを具えた、Ｈ型構造の容器である。なお、積層されてとは、第１の部屋８１ａと第２の部屋８１ｂとが上下に位置する意味であり、２つの部屋が一体に成形されて積層の境界が無い場合も含む意味である。
さらにこの実施形態の場合、第２の部屋８１ｂは、容器８１の下面側が開口している凹部形状の部屋となっている。そして、容器８１は、第２の部屋８１ｂの底面であって、上記線分Ｙ側に寄った位置に、温度センサ実装用のパッド１１ｂを具える。さらに、この容器８１は、第２の部屋８１ｂの周囲であって容器８１の四隅各々に、外部接続端子１１ｅを具える。第１の発明と同様に、４つの外部端子１１ｅにおいて、対角する１組の外部端子は水晶振動片用の端子としてあり、他の１組の外部端子は温度センサ用の端子としてある。さらに、容器８１は、この場合、第１の部屋８１ａを囲う土手部上に、シーム溶接用のリング１１ｆを具える。この容器８１は例えばセラミックパッケージで構成できる。
さらにこの実施形態の場合、第２の部屋８１ｂは、容器８１の下面側が開口している凹部形状の部屋となっている。そして、容器８１は、第２の部屋８１ｂの底面であって、上記線分Ｙ側に寄った位置に、温度センサ実装用のパッド１１ｂを具える。さらに、この容器８１は、第２の部屋８１ｂの周囲であって容器８１の四隅各々に、外部接続端子１１ｅを具える。第１の発明と同様に、４つの外部端子１１ｅにおいて、対角する１組の外部端子は水晶振動片用の端子としてあり、他の１組の外部端子は温度センサ用の端子としてある。さらに、容器８１は、この場合、第１の部屋８１ａを囲う土手部上に、シーム溶接用のリング１１ｆを具える。この容器８１は例えばセラミックパッケージで構成できる。
また、水晶振動片１３は、第１の発明と同様に、平面形状が四角形状のものである。この水晶振動片１３は、その第１の辺１３ａ（１つの短辺１３ａ）の両端付近に当たる二か所で、導電性部材を介して前記第１の部屋内に固定してある。具体的には、第１の部屋８１ａ内の第１の辺８１ａａ側の、第１の辺８１ａａ両端付近にそれぞれ設けた支持パッド１１ｄに、導電性接着剤１９によって、接続固定してある。
また、温度センサ１５は、直方体状のものであり、容器８１の第２の部屋８１ｂ内に次のように実装してある。すなわち、水晶振動片１３の上記の二か所の固定部を結ぶ線分を線分Ｙ(図２（Ａ）参照)と定義したとき、温度センサ１５は、その長手の面１５ａ（図２（Ｂ）参照）が、前記線分Ｙに平行になるように、かつ、第２の部屋８１ｂ内において、第１の部屋８１ａ内の二か所の固定部側に寄った状態で設けてある。
より詳細には、第２の部屋８１ｂ内において、前記線分Ｙに直交する方向の寸法の中点Ｏ（図２（Ｂ）参照）に対し、温度センサ１５は支持パッド１１ｄ側に寸法Ｘだけ寄った状態で、第２の部屋８１ｂ内に設けてある。言い方を変えると、温度センサ１５は、第２の部屋８１ｂ内においてこの第２の部屋８１ｂの支持パッド１１ｄ側の縁と、温度センサ１５の支持パッド１１ｄ側の縁との距離Ｓが、所定寸法となるように、支持パッド１１ｄ側に近づけて設けてある。
ここで、本発明の効果を得るためには、距離Ｓは、可能な限り小さい値が良く、発明者の実験によれば、例えば温度センサ１５の幅寸法以下、好ましくは温度センサの幅寸法の７５％以下、さらに好ましくは温度センサの幅寸法の５０％以下とするのが良い。距離Ｓをこのように設定すると固定部側からの熱が温度センサに伝わり易いからである。
温度センサ１５を上記のように容器１１の部屋１１ａ内に設けると、そうしない場合に比べて、外部の熱源から水晶振動子１０に熱が及んだ場合での水晶振動片１３及び温度センサ１５の温度差を小さくできる。この点について、下記のシミュレーション結果にて説明する。
温度センサ１５を上記のように容器１１の部屋１１ａ内に設けると、そうしない場合に比べて、外部の熱源から水晶振動子１０に熱が及んだ場合での水晶振動片１３及び温度センサ１５の温度差を小さくできる。この点について、下記のシミュレーション結果にて説明する。
２． シミュレーションによる効果の説明
上記の発明の効果を確認するため、下記のシミュレーションを行った。シミュレーションモデルとしては、図１を用いて説明した水晶振動子１０の有限要素法用のモデル(実施例１)と、図２を用いて説明した水晶振動子８０の有限要素法用のモデル（実施例２）と、以下に図３～図６を用いて説明する比較例１、比較例２、比較例３及び比較例４の有限要素法用のモデル３０，４０，５０，６０を用意した。なお、図３～図６では、図１と同様な構成成分を図１と同一の番号で示してあるが、説明に不要な構成成分の符号は省略してある。
上記の発明の効果を確認するため、下記のシミュレーションを行った。シミュレーションモデルとしては、図１を用いて説明した水晶振動子１０の有限要素法用のモデル(実施例１)と、図２を用いて説明した水晶振動子８０の有限要素法用のモデル（実施例２）と、以下に図３～図６を用いて説明する比較例１、比較例２、比較例３及び比較例４の有限要素法用のモデル３０，４０，５０，６０を用意した。なお、図３～図６では、図１と同様な構成成分を図１と同一の番号で示してあるが、説明に不要な構成成分の符号は省略してある。
ここで、図３は比較例１の水晶振動子３０を説明する図、図４は比較例２の水晶振動子４０を説明する図、図５は比較例３の水晶振動子５０を説明する図、図６は比較例４の水晶振動子６０を説明する図である。なお、図３、図４、図５は、対応する比較例の水晶振動子３０，４０，５０を、図１（Ａ）と同様な上面図で示した図ある。図６は、比較例４の水晶振動子６０を、図１（Ｂ）と同様な断面図で示した図ある。
図３に示した比較例１の水晶振動子３０は、温度センサ１５を、その長手方向が線分Ｙと直交するように、かつ、容器１１の凹部１１ａａの中央に位置するように、容器１１内に実装したものである。
図４に示した比較例２の水晶振動子４０は、温度センサ１５を、その長手方向が線分Ｙと直交するように、かつ、凹部１１ａａの支持パッド１１ｄ側の縁に近接させて、容器１１内に実装したものである。すなわち、比較例１のものに比べ、温度センサ１５を凹部１１ａａの支持パッド側の縁に近接させたものである。温度センサ１５の支持パッド１１ｄ側の縁と、凹部１１ａａの支持パッド１１ｄ側の縁との距離Ｘ２は、実施例の場合と同じ値にしてある。従って、この比較例２は、実施例のものに比べ、温度センサ１５の向きを９０度回転させて、支持パッド側に近づけた水準である。
図５に示した比較例３の水晶振動子５０は、温度センサ１５を、その長手方向が線分Ｙと平行になるように、かつ、容器１１の凹部１１ａａの中央に位置するように、容器１１内に実装したものである。すなわち、この比較例３は、実施例のものに比べ、温度センサ１５は支持パッドから遠くなった水準である。
図６に示した比較例４の水晶振動子５０は、いわゆるＨ型構造の温度センサ付き水晶振動子である。すなわち、水晶振動片１３を収容する部屋６１と、温度センサ１５を収容する部屋６３とを別に設け、かつ、これら部屋を積層した構造のものである。温度センサ１５は、部屋６３内の中央、すなわち、容器１１全体で見ても平面的に中央となる位置に、温度センサ１５を実装したものである。
次に、図７に示したように、基板７１上に、実施例１，２及び各比較例のシュレーション用のモデル７０と、熱源７３とを、所定距離Ｚをもって配置したモデルを想定し、熱源７３からの熱の、モデル７０内の水晶振動片及び温度センサへの伝達具合、すなわち熱応答特性をシミュレーションした。ただし、この場合のシミュレーションは、図７に示したように、熱源７３が水晶振動子の固定部１１ｄ側に位置する状態で実施した。
また、シミュレーションは、水晶振動子１０の大きさが２５２０サイズ（長辺寸法が約２．５ｍｍ、短辺寸法が約２ｍｍ）、凹部１１ａａの線分Ｙに沿う方向の寸法が約１．５ｍｍ、線分Ｙに直交する方向の寸法が約１．４ｍｍ、温度センサ１５は長手寸法が約０．６ｍｍ、短手寸法が約０．３ｍｍ、厚みが０．１５ｍｍの条件で行った。
また、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子８０、６０では、第２の部屋８１ｂや６３の、線分Ｙに沿う方向の寸法が約１．４ｍｍ、線分Ｙに直交する方向の寸法が約０．９ｍｍの条件で、シミュレーションを行った。
また、シミュレーションは、水晶振動子１０の大きさが２５２０サイズ（長辺寸法が約２．５ｍｍ、短辺寸法が約２ｍｍ）、凹部１１ａａの線分Ｙに沿う方向の寸法が約１．５ｍｍ、線分Ｙに直交する方向の寸法が約１．４ｍｍ、温度センサ１５は長手寸法が約０．６ｍｍ、短手寸法が約０．３ｍｍ、厚みが０．１５ｍｍの条件で行った。
また、Ｈ型構造の温度センサ付き水晶振動子８０、６０では、第２の部屋８１ｂや６３の、線分Ｙに沿う方向の寸法が約１．４ｍｍ、線分Ｙに直交する方向の寸法が約０．９ｍｍの条件で、シミュレーションを行った。
図７は上記熱応答特性のシミュレーション結果を示したものであり、縦軸に水晶振動片と温度センサとの温度差をとり、横軸に熱源をオンしたときからの経過時間をとって示したものである。
いずれのモデルの場合も、熱源をオンした直後は水晶振動片での温度より温度センサでの温度の方が高くなり、両者の温度差は－０．００１～－０．００３℃を示すが、時間経過と共に、温度差はプラス側に変化する。そして、いずれのモデルでも、熱源をオンした後７０秒程度経過すると、それぞれの値で安定することが分かる。
ただし、温度差が最も小さい値で安定化するモデル、すなわち温度差がゼロに最も近い値で安定化するモデルは、実施例１のモデルであることが分かる。温度差が次に小さいモデルは実施例２のモデルである。そして、各水準に関し、温度差が安定したときの温度差が小さい順でまとめると、実施例１＜実施例２＜比較例２＜比較例４＜比較例３＜比較例１である。
従って、本発明による温度センサの配置構造によれば、水晶振動片での温度と温度センサでの温度との差を、小さくできることが理解できる。
いずれのモデルの場合も、熱源をオンした直後は水晶振動片での温度より温度センサでの温度の方が高くなり、両者の温度差は－０．００１～－０．００３℃を示すが、時間経過と共に、温度差はプラス側に変化する。そして、いずれのモデルでも、熱源をオンした後７０秒程度経過すると、それぞれの値で安定することが分かる。
ただし、温度差が最も小さい値で安定化するモデル、すなわち温度差がゼロに最も近い値で安定化するモデルは、実施例１のモデルであることが分かる。温度差が次に小さいモデルは実施例２のモデルである。そして、各水準に関し、温度差が安定したときの温度差が小さい順でまとめると、実施例１＜実施例２＜比較例２＜比較例４＜比較例３＜比較例１である。
従って、本発明による温度センサの配置構造によれば、水晶振動片での温度と温度センサでの温度との差を、小さくできることが理解できる。
＜その他のシミュレーション結果＞
その他のシミュレーションとして、以下を実施した。
すなわち、図１に示した実施例のモデルにおいて距離Ｓを変更した場合と、図４に示した比較例のモデルにおいて距離Ｓを変更した場合とで、水晶振動片と温度センサとの温度差がどのような傾向を示すかについてシミュレーションを実施した。ただし、このシミュレーションを実施する際、熱源７３が水晶振動子の固定部１１ｄ側に位置する場合と（図７の状態）、熱源７３が水晶振動子の水晶振動片１３の先端側に位置する場合と（図９参照）について、ミュレーションを実施した。
これらの結果を図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図１０（Ａ）、（Ｂ）いずれも、横軸に上記の距離Ｓをとり、縦軸に水晶振動片と温度センサとの温度差であって、温度差が安定したときの温度差、具体的には図８での経過時間が１２０秒以降での温度差を、とって示してある。
その他のシミュレーションとして、以下を実施した。
すなわち、図１に示した実施例のモデルにおいて距離Ｓを変更した場合と、図４に示した比較例のモデルにおいて距離Ｓを変更した場合とで、水晶振動片と温度センサとの温度差がどのような傾向を示すかについてシミュレーションを実施した。ただし、このシミュレーションを実施する際、熱源７３が水晶振動子の固定部１１ｄ側に位置する場合と（図７の状態）、熱源７３が水晶振動子の水晶振動片１３の先端側に位置する場合と（図９参照）について、ミュレーションを実施した。
これらの結果を図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図１０（Ａ）、（Ｂ）いずれも、横軸に上記の距離Ｓをとり、縦軸に水晶振動片と温度センサとの温度差であって、温度差が安定したときの温度差、具体的には図８での経過時間が１２０秒以降での温度差を、とって示してある。
図１０（Ａ）、（Ｂ）から、実施例及び比較例いずれの場合も、水晶振動片と温度センサとの温度差は、距離Ｓが小さくなるに従い小さくなることが分かる。ただし、実施例の方が比較例に比べ、距離Ｓがいかなる場合も、水晶振動片と温度センサとの温度差は小さくなることが分かる。然も、熱源が水晶振動子の固定部１１ｄ側か水晶振動片の先端側かに関わらず、実施例の方が比較例に比べ、距離Ｓがいかなる場合も、水晶振動片と温度センサとの温度差は小さくなることが分かる。
これらのことから、本発明で主張する温度センサの配置は、水晶振動片と温度センサとの温度差を小さくする配置として好ましい配置であることが理解できる。
これらのことから、本発明で主張する温度センサの配置は、水晶振動片と温度センサとの温度差を小さくする配置として好ましい配置であることが理解できる。
また、今回のシミュレーションは、温度センサとして、いわゆる０６０３サイズのサーミスタを仮定して、実施した。従って、図１０（Ａ）、（Ｂ）の横軸において、距離Ｓが０．３ｍｍの位置が温度センサの短手寸法の位置に当たり、距離０．２２５の位置が温度センサの短手寸法の７５％位置に当たり、距離０．１５の位置が温度センサの短手寸法の５０％位置に当たる。上でも述べたが、距離Ｓは小さい程良いが、温度センサの実装装置の搭載精度（例えば、現状技術の例でいえば例えば±３０μｍ程度）や、水晶振動片と温度センサとの温度差を小さくしたい要求量とを考慮して、距離Ｓを、温度センサの短手寸法以下、好ましくは温度センサの短手寸法の７５％以下、より好ましくは温度センサの短手寸法の５０％以下から選択するのが良い。
３． 他の実施形態
上述においては、この発明の実施形態を説明したが、この発明は上記の例に限られない。上記の例では、温度センサとしてサーミスタを用いた例を説明したが、温度センサはサーミスタに限られない。温度センサとして、半導体のＰＮ接合を利用したもの（具体的には、ダイオード又はトランジスタ）を初めとして、感温機能を持つ各種のものを用いても良い。
また、上記においては、容器としてシーム溶接用の容器を用いた例を説明したが、容器はこれに限られず、いわゆる金／錫等の合金により封止するもの、いわゆるダイレクトシームと呼ばれる封止法により封止するもの等、他のものでも良い。また、容器１１の部屋１１ａの構造や凹部１１ａａの構造は上記例に限られない。また、上記では２５２０サイズの１部屋構造の温度センサ付き水晶振動子を例に挙げたが、本発明は他のサイズのものみも適用できる。
上述においては、この発明の実施形態を説明したが、この発明は上記の例に限られない。上記の例では、温度センサとしてサーミスタを用いた例を説明したが、温度センサはサーミスタに限られない。温度センサとして、半導体のＰＮ接合を利用したもの（具体的には、ダイオード又はトランジスタ）を初めとして、感温機能を持つ各種のものを用いても良い。
また、上記においては、容器としてシーム溶接用の容器を用いた例を説明したが、容器はこれに限られず、いわゆる金／錫等の合金により封止するもの、いわゆるダイレクトシームと呼ばれる封止法により封止するもの等、他のものでも良い。また、容器１１の部屋１１ａの構造や凹部１１ａａの構造は上記例に限られない。また、上記では２５２０サイズの１部屋構造の温度センサ付き水晶振動子を例に挙げたが、本発明は他のサイズのものみも適用できる。
１０：実施例１の水晶振動子、 １１：容器、
１１ａ：部屋、 １１ａａ：容器１１の凹部、
１１ｂ：パッド、 １１ｃ：容器１１の第１の辺、
１１ｄ：水晶振動片用の支持パッド、 １１ｅ：外部端子、
１１ｆ：シーム封止用の支持パッド、 １３：水晶振動片、
１３ａ：水晶振動片の第１の辺
１５：温度センサ、 １５ａ：長手の面、
１７：蓋部材、 １９：導電性部材、
Ｙ：２箇所の固定部を結ぶ線分、
３０：比較例１の水晶振動子、 ４０：比較例２の水晶振動子、
５０：比較例３の水晶振動子、 ６０：比較例４の水晶振動子、
７０：シミュレーションモデル、 ７１：基板、
７３：熱源、 ８０：実施例２の水晶振動子、
８１：容器、 ８１ａ：第１の部屋、
８１ａａ：第１の部屋の第１の辺、 ８１ｂ：第２の部屋
１１ａ：部屋、 １１ａａ：容器１１の凹部、
１１ｂ：パッド、 １１ｃ：容器１１の第１の辺、
１１ｄ：水晶振動片用の支持パッド、 １１ｅ：外部端子、
１１ｆ：シーム封止用の支持パッド、 １３：水晶振動片、
１３ａ：水晶振動片の第１の辺
１５：温度センサ、 １５ａ：長手の面、
１７：蓋部材、 １９：導電性部材、
Ｙ：２箇所の固定部を結ぶ線分、
３０：比較例１の水晶振動子、 ４０：比較例２の水晶振動子、
５０：比較例３の水晶振動子、 ６０：比較例４の水晶振動子、
７０：シミュレーションモデル、 ７１：基板、
７３：熱源、 ８０：実施例２の水晶振動子、
８１：容器、 ８１ａ：第１の部屋、
８１ａａ：第１の部屋の第１の辺、 ８１ｂ：第２の部屋
Claims (6)
- １つの部屋内に水晶振動片と温度センサとを具える１部屋型の温度センサ付き水晶振動子において、
前記水晶振動片は、平面形状が四角形状であり、かつ、その第１の辺の両端付近に当たる二か所で導電性部材を介して前記１つの部屋内に固定してあり、
前記１つの部屋の内底面に前記温度センサを収納するため平面形状が四角形状の凹部を具え、
前記温度センサは直方体状であり、
前記二か所の固定部を結ぶ線分を線分Ｙと定義したとき、前記温度センサは、その長辺が前記線分Ｙに平行で、かつ、その短辺方向の中点が前記凹部の前記線分Ｙと直交する方向の中点に対し前記二カ所の固定部側に寄った状態で、かつ、前記凹部の前記固定部側の縁と前記温度センサの前記固定部側の縁との距離をＳと定義したとき距離Ｓが前記温度センサの短辺寸法以下となるように、かつ、上方が前記水晶振動片によって覆われた状態で、前記凹部内に設けてあること
を特徴とする水晶振動子。 - 前記距離Ｓは、前記温度センサの短辺寸法の７５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
- 前記距離Ｓは、前記温度センサの短辺寸法の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
- 水晶振動片を収納する第１の部屋と、この第１の部屋に積層されていて温度センサを収納する第２の部屋と、前記第１の部屋内に実装された当該水晶振動片と、前記第２の部屋内に実装された当該温度センサと、を具えるＨ型構造の温度センサ付きの水晶振動子において、
前記第２の部屋は、前記第１の部屋とは反対側である下面側が開口している凹部形状の部屋であり、
前記水晶振動片は、平面形状が四角形状であり、かつ、その第１の辺の両端付近に当たる二か所で導電性部材を介して前記第１の部屋内に固定してあり、
前記温度センサは直方体状であり、
前記二か所の固定部を結ぶ線分を線分Ｙと定義したとき、前記温度センサは、その長辺が前記線分Ｙに平行になるように、かつ、その短辺方向の中点が前記第２の部屋の前記線分Ｙと直交する方向の中点に対し前記二カ所の固定部側に寄った状態で、かつ、前記第２の部屋の前記固定部側の縁と前記温度センサの前記固定部側の縁との距離をＳと定義したとき距離Ｓが前記温度センサの短辺寸法以下となるように、前記第２の部屋内に設けてあることを特徴とする水晶振動子。 - 前記距離Ｓは、前記温度センサの短辺寸法の５０％以下であることを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子。
- 前記距離Ｓは、前記温度センサの短辺寸法の５０％以下であることを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子。
以上
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