JP2009164673A - 水晶振動子用の金属ベース及びこれを用いた水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】気密ガラスのクラックを防止して気密度を確実にした金属ベース及びこれを用いた水晶振動子を提供する。
【解決手段】少なくとも一対の貫通孔を有するベース本体５と、前記貫通孔を挿通して前記ベース本体５の外底面から延出するとともにガラス６によって気密化され、先端側に水晶片を保持するサポータ８が接続される一対のリード線とを有する水晶振動子用の金属ベースにおいて、前記リード線は第１リード部７ａ、第２リード部７ｂ及び釘頭部７ｈからなり、前記ベース本体５の外底面との境界部にて段差を有し、前記境界部より延出端側となる第１リード部７ａの直径は、前記境界部より前記貫通孔側となる第２リード部７ｂの直径よりも小さくした構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は金属ベース及びこれを用いた水晶振動子を技術分野とし、特にリード線を気密化する所謂気密端子とするガラスのひびや欠け等のクラックを防止して気密を維持した金属ベース及び水晶振動子に関する。

（発明の背景）
水晶振動子は周波数安定度が高いことから、例えば通信系における基地局等の無線機器に周波数源として適用される。このようなものの一つに、一般的にはＡＴカットの水晶振動子が知られ、さらには応力感度特性や熱衝撃特性に優れたＳＣカットの水晶振動子（ＳＣカット振動子とする）がある。

（従来技術の一例）
第６図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）はＳＣカット振動子の断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。

ＳＣカット振動子は、結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸及びＹ軸を中心として２回回転した水晶片１を金属ベース２上に保持して、金属カバー３を被せて密閉封入される。水晶片１は主面がＸ軸から約２２度及びＺ軸から約３４度回転してなり、両主面に励振電極４ａを有して両端部に引出電極４ｂを延出する。

金属ベース２は円形状としたベース本体５と、ガラス６を有するリード線７とからなる。ベース本体５は同心円上の９０度間隔となる均等な位置の４カ所に貫通孔を有する。各リード線７は頭部７ｈを釘頭部としたＴ字状とし、ベース本体５の貫通孔を挿通する。ここでは、ベース本体５の外底面にはアース用のリード線７ｘが接続する。そして、貫通孔に充填されたガラス６の焼成（溶融）によってリード線７が気密化され、釘頭部はガラス６上に密着する。

一般には、ガラス６の粉末を固形化したタブレットを頭部（釘頭部）７ｈの下面に当接してリード線７に装着した後、貫通孔に挿入して焼成される。この場合、タブレットの直径は貫通孔よりも小さくして挿入を容易にし、これによって体積が減少する分、タブレットは貫通孔の高さよりも大きくする。リード線７の釘頭部７ｈはガラス６の直径よりも小さいくしてベース本体５との電気的導通を遮断する。

そして、タブレット（ガラス）を貫通孔内に位置させての焼成時には、ベース本体５の内底面側に突出する釘頭部７ｈを規定の高さに維持する図示しないカーボン治具が設けられる。そして、ベース本体５の内底面側を下向きとして加工平板に当接して焼成する。この場合、ベース本体５の外底面側は上向きとなって、溶融したガラス６がリード線７を這い上がり、ベース本体５の外底面から突出する。これらの這い上がりはタブレット（ガラス６）の量に依存する。

金属ベース２の形成後には、Ｌ字状としたサポータ８の水平部がスポット溶接によって、規定の高さとした各リード線７の釘頭部７ｈに接続する。なお、頭部７ｈはサポータ８を接合するためにリード線７よりも直径を大きくする。そして、一組の対向するサポータ８には、引出電極の延出した水晶片１の一方の両端部となる外周部がＡuＧe等の図示しない共晶合金によって接合される。この例では、他組の対向するサポータ８にも水晶片１の他方の両端部が同様に共晶合金によって接合される。この場合、水晶片１の他方の両端部にも接合用の電極が予め形成される。

金属ベース２の外周には水晶片１を密閉封入する金属カバー３が接合される。ここでは、ベース本体５の外周には周回する窪みを設けて円環状のフランジが接合される。そして、コールドウェルド（冷間圧接）によって、金属ベース２と金属カバー３とのフランジ同士を接合する。これにより、例えば１０^-11とした気密度を確保し、気密漏れによる周波数変化を防止する。

ＳＣカット振動子は図示しない回路基板（セット基板）の厚み例えば0.6ｍｍに応じてリード線７が切断され、例えば0.7ｍｍ程度に切断される。そして、回路基板の貫通孔にリード線７を挿通して先端側が半田によって固着して装着される。これらの場合、基板にはＩＣ等の発振素子及び温度制御素子ともに装着されて恒温型とした水晶発振器を構成する。これにより、水晶発振器の周波数安定度を例えば０．０３ｐｐｍ／年以下とした例えば基地局用の高安定発振器を得る。
特開２００２−２６１５６６号公報 特開２００５−３４８０８２号公報 特開２００７−１１０６９８号公報 ＭＩＬ−Ｈ−１００５６／２２Ａ

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶振動子では、回路基板の貫通孔にリード線７を挿入する例えばニッパによる切断時に、衝撃や曲がり等をリード線７に生じる。したがって、例えば第７図の一部拡大図に×印を付したように、気密化したガラス６（気密ガラス６）の根本部に小さなひびを生じ、ここを起点として貫通孔内の気密ガラス６に例えば図中の線で示す亀裂を生じる。

そして、これらに基づくクラックによって致命的な気密漏れを生じ、高安定とする１０^-11１とした気密度が損なわれる問題があった。これらは、リード線７の切断時のみならず、製造過程での搬送時等においても、冶工具等と接触した際のリード線７の矢印で示す小さな曲げによっても、気密ガラス６に簡単に亀裂を生じる。

（発明の目的）
本発明は気密ガラスのクラックを防止して気密度を確実にした金属ベース及びこれを用いた水晶振動子を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、少なくとも一対の貫通孔を有するベース本体と、前記貫通孔を挿通して外底面から延出するとともに前記ベース本体の内底面上に突出した頭部に水晶片を保持するサポータが接続される一対のリード線と、前記貫通孔内に充填されて前記外底面側に這い上がりを有して表面を円弧状とした気密化用のガラスとを備えた水晶振動子用の金属ベースにおいて、前記リード線は前記ベース本体の外底面との境界部にて、前記境界部より前記貫通孔側となる第１リード部と前記境界部より延出端側となる第２リード部とによる段差を有し、前記リード線中の第２リード部の直径は、前記リード線中の第１リード部の直径よりも小さくした構成とする。

このような構成であれば、ベース本体の外底面から延出した第２リード部は、境界部における第１リード部との間に段差を有して第１リード部の直径よりも小さくする。したがって、第１リード部と第２リード部とが同一径の場合に比較し、第２リード部が例えば切断時に衝撃や曲がりを生じても、第２リード部よりも直径が大きい第１リード部が衝撃等を吸収する。これにより、ベース本体との外底面での境界部となるリード線の根本部でのガラスのクラックを防止して気密を確実に維持する。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記ガラスは前記ベース本体の外底面及び前記第１リード部の段差面よりも前記貫通孔側とし、前記段差面は露出する。これにより、ガラスの這い上がりをなくして段差面が露出するので、請求項１での効果をさらに高める。

同請求項３では、請求項２において、前記ベース本体の外底面と前記第１リード部の段差面とは同一面内とする。これにより、回路基板（セット基板）の貫通孔に第２リード部を挿入する際、金属ベースの外底面が当接するので高さ寸法を抑えられる。また、ベース本体の内周と第１リード部との間の円弧状のガラスが対称性を増し、応力が均等に分散される。したがって、請求項２での効果をさらに高める。

同請求項４では、請求項１又は２において、前記ベース本体の貫通孔は外底面の内周に前記ガラスの流入する窪みを有する。これにより、ガラスの量が多い場合でも、ガラスが窪みに流入するので、第１リード部の段差面及び第２リード部への這い上がりを防止し、請求項１、２での効果をさらに確実にする。

同請求項５では、請求項１において、前記段差は機械加工又はエッチングによって形成され、前記頭部は前記第１リード部の直径よりも大きい釘頭部とする。同請求項６では、請求項１において、前記段差は前記第１リード部と前記第２リード部との端面溶接によって形成され、前記頭部は前記第１リード部の直径と同一とする。これらにより、請求項１の金属ベースを形成できる。

同請求項７では、請求項１における前記サポータには励振電極から引出電極の延出した水晶片の外周部が接続する。これにより、クラックのない気密を確実に維持した水晶振動子を得られる。

（補足）
なお、非特許文献１（ＭＩＬ規格）では、ベースをガラスとして一対のリード線が貫通して外周にフランジを設け、第１リード部とこれより直径の小さい第２リード部を設けたものが開示されている。しかし、この場合は、ベース（ガラス）の外底面はカーボン治具等によって同一面とし、ガラスの這い上がりはない。したがって、ガラスの這い上がりによる影響を除去する本願発明とは基本的に相違する。また、リード線とサポータとが一体型であり、この点でも相違する。

（第１実施形態）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する図で、特にＳＣカット振動子における金属ベースの一部拡大断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

ＳＣカット振動子は、前述したように、ベース本体５の貫通孔に気密ガラス６を有するリード線７を挿通した金属ベース２と、リード線７に接合したサポータ８に保持されたＳＣカットの水晶片１と、金属カバー３とを備える。金属ベース２を貫通するリード線７は、ここでも、頭部７ｈを前述同様にＴ字状の釘頭部として、気密ガラス６に当接して内底面上に露出する。

ここでは、リード線７はベース本体５の外底面との境界部にて第１リード部７ａと第２リード部７ｂとによる直角状としたＬ字状の段差を有する。この例では、段差面はベース本体５の外底面と同一面とする。そして、ベース本体５の外底面から突出して延出端側となる第２リード部７ｂの直径は、外底面より貫通孔側となる第１リード部７ａの直径よりも小さくする。

この例では、第２リード部７ｂの先端側（延出端側）からは、第１リード部７ａの直径と同一径の第３リード部７ｃが延出する。そして、気密ガラス６は這い上がりも含めて、ベース本体５と第２リード部７ｂの段差面よりも貫通孔内側として、円弧状の凹みを表面に有する。

このようなものでは、先ず、例えばリード線７を回転した状態で、バイトの先端をリード線７の表面に当接して研削し、第１と第３リード部７（ａｃ）との間に第２リード部７ｂを形成する機械加工とする。あるいは、第１及び第３リード部７（ａｃ）を覆って第２リード部７ｂを液中で浸食するエッチング加工等とする。

次に、ガラス６の固形粉末からなるタブレットをリード線７の先端側となる第１リード部７ａに装着する。タブレットは貫通孔の直径よりも小さく、第１リード部７ａの高さと同程度以上とする。そして、前述したように、図示しないカーボン治具によって、ベース本体５の内底面側に突出する釘頭部７ｈを規定の高さに維持し、ガラス６を加熱して溶融する。

これにより、タブレットは溶融して貫通孔内に広がって充填され、貫通孔の内周面及び第１リード部７ａの外周面に接合する。そして、ベース本体５の内底面側におけるリード線７の釘頭部７ｈは規定の高さとなり、溶融したガラス６がリード線７及びベース本体５の内底面を這い上がって、表面を円弧状とする。ここでは、ガラス６の這い上がりは第１リード部７ａの段差面及びベース本体５の外底面以下とする。

最後に、ＳＣカット振動子が装着される図示しない回路基板の厚み例えば0.6ｍｍに対して0.7ｍｍの長さとして第２リード部７ｂを切断する（第２図）。そして、発振回路を形成する他の回路素子とともに回路基板の貫通孔に第２リード部７ｂを挿入して、突出した先端側を半田付けする。なお、第３リード部７ｃは、リ−ド線７をベース本体５に挿入して気密化する以前に切除されてあってもよい。

このような構成であれば、ベース本体５の外底面と境界部となるこの例では同一面となる第１リード部７ａの段差面は露出する。そして、第１リード部７ａの露出した段差面から、これより直径の小さい第２リード部７ｂが延出する。したがって、第２リード部７ｂを切断する際に生ずる衝撃は第１リード部７ａに吸収されて、気密ガラス６への衝撃を和らげる。

また、ここでは、第１リード部７ａの段差面は露出してガラス６の這い上がりはなく、直径の小さい第２リード部７ｂが気密ガラス６に埋設することはない。したがって、切断時や搬送中における第２リード部７ｂの曲がりによって、気密ガラス６に亀裂等を生ずることなく、気密度を良好に維持できる。

なお、ガラス６の量が多く、仮に第２リード部７ｂまで這い上がったとしても、例えば第３図（第１図の点線枠で示す拡大図）に示したように、ガラス６は第１リード部７ａの段差面にあふれ出た後、段差面から第２リード部７ｂに這い上がる。この場合、第１リード部７ａの段差面の概ね外周端を起点として這い上がり、貫通孔内のガラス６と這い上がりによるガラス６との間にはいわば境界領域を形成する。

したがって、この場合には、第２リード部７ｂの衝撃や曲がりによって、段差面上のガラス６にひびや亀裂等を生じても、貫通孔内へのガラス６には境界領域によってこれらのひびや亀裂は波及しない。したがって、貫通孔内のガラス６によって依然として気密は維持される。

また、ここでは、第１リード部７ａの段差面はベース本体５の外底面と同一面内とするので、回路基板への装着時に、ベース本体５の外底面が回路基板の表面に当接できて、高さ寸法を小さくできる。なお、第１リード部７ａの段差面はベース本体５の外底面と同一面内ではなく、多少の位置ずれ例えば±０．２ｍｍ以内のリード線７と外底面との境界部であれば、前述したと同様の効果を奏する。

（第２実施形態）
第４図は本発明の第２実施形態を説明する図で、特にＳＣカット振動子の金属ベースの一部拡大断面図である。なお、第１実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第１実施形態ではベース本体５の内底面から突出したリード線７の頭部７ｈは釘頭部として第１リード部７ａの直径よりも大きくしたが、第２実施形態では頭部７ｈは第１リード部７ａの直径と同一寸法とする。そして、第１実施形態と同様に、第１リード部７ａからはこれより小さい直径の第２リード部７ｂが延出する。

ここでも、第２リード部７ｂの延出する第１リード部７ａの段差面は、ベース本体５の外底面と同一面とする。そして、気密ガラス６は、第１リード部７ａの段差面及びベース本体５の外底面以下の高さとして円弧状とし、第１リード部７ａの段差面は露出する。

そして、ここでは、第２リード部７ｂとなるリード線に対して、これより直径の小さい第１リード部７ａとなるリード線を端面溶接によって接合する。この場合、第１リード部７ａと第２リード部７ｂとは端面溶接とするので、第２リード部７ｂは第１実施形態のときよりも、直径が大きくなる。したがって、ベース本体５の貫通孔（直径）も大きくし、ガラス６の量も増やして気密度を確保する。

そして、ガラス６に固形粉末からなるタブレットを第１リード部７ａの頭部７ｈを余した先端側に装着し、前述同様に加熱して溶融する。これにより、第１リード部７ａの頭部７ｈが内底面から突出する。外底面側でのガラス６の這い上がりは、同様にして第１リード部７ａの段差面及びベース本体５の外底面以下の高さとなる量に制御される。

このような構成であっても、第１実施形態と同様に、第１リード部７ａの段差面は露出して第２リード部７ｂが延出するので、第２リード部７ｂを切断する際に生ずる衝撃は、これより大きい直径の第１リード部７ａに吸収される。そして、第１リード部７ａの段差面にはガラス６の這い上がりはないので、切断時や搬送中における第２リード部７ｂの曲がりが気密ガラス６に作用しない。したがって、気密ガラス６のクラックを防止して、気密度を良好に維持できる。

なお、この実施形態においても、第１実施形態と同様に、リード線７の直径の小さい第２リード部７ｂは機械加工やエッチングによっても形成できることは勿論である。

（第３実施形態）
第５図は本発明の第３実施形態を説明する図で、特にＳＣカット振動子の金属ベースの一部拡大断面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第３実施形態では、ベース本体５の底面側における貫通孔の内周には、これより直径の大きい周回する環状の溝９を設ける。これにより、タブレットのガラス６の量が多かった場合には、溶融したガラス６が環状溝９に流入して、第１リード部７ａの段差面及び第２リード部７ｂへの這い上がりを防止する。

したがって、焼成後の気密ガラス６を第１リード部７ａの段差面及びベース本体５の外底面以下の高さに制御できる。そして、衝撃や曲がりによる気密ガラス６のクラックを防止して、気密を確実に維持できる。これらは、機械加工、エッチングあるいは端面溶接とした場合のいずれでも適用できることは勿論である。

（他の事項）
上記実施形態ではＳＣカット振動子を対象として説明したが、例えば水晶片をＡＴカットやＢＴカット等とした場合でも同様に適用できることは勿論である。さらに、ベース本体５には４カ所に貫通孔を設けてリード線７をガラス６によって気密化即ち気密端子としたが、２カ所のみに貫通孔を設けて気密端子としてもよい。

本発明の第１実施形態を説明する図で、特にＳＣカット振動子における金属ベースの一部拡大断面図である。 本発明の第１実施形態を説明する図で、特にＳＣカット振動子における金属ベースの一部拡大断面図である。 本発明の第１実施形態の作用を説明する第１図の点線枠で示す部分の一部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態を説明する図で、特にＳＣカット振動子における金属ベースの一部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態を説明する図で、特にＳＣカット振動子における金属ベースの一部拡大断面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）はＳＣカット振動子の断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 従来例の問題点を説明する第６図（ａ）の点線枠で示す部分の一部拡大断面図である。

符号の説明

１ 水晶片、２ 金属ベース、３ 金属カバー、４ 励振及び引出電極、５ ベース本体、６ ガラス（気密ガラス）、７ リード線、７ａ 第１リード部、７ｂ 第２リード部、７ｃ 第３リード部、８ サポータ、９ 溝。

Claims (7)

1. 少なくとも一対の貫通孔を有するベース本体と、
   前記貫通孔を挿通して外底面から延出するとともに前記ベース本体の内底面上に突出した頭部に水晶片を保持するサポータが接続される一対のリード線と、
   前記貫通孔内に充填されて前記外底面側に這い上がりを有して表面を円弧状とした気密化用のガラスとを備えた水晶振動子用の金属ベースにおいて、
   前記リード線は前記ベース本体の外底面との境界部にて、前記境界部より前記貫通孔側となる第１リード部と前記境界部より延出端側となる第２リード部とによる段差を有し、
   前記リード線中の第２リード部の直径は、前記リード線中の第１リード部の直径よりも小さくしたことを特徴とする水晶振動子用の金属ベース。
2. 請求項１において、前記ガラスは前記ベース本体の外底面及び前記第１リード部の段差面よりも前記貫通孔側とし、前記段差面は露出した水晶振動子用の金属ベース。
3. 請求項２において、前記ベース本体の外底面と前記第１リード部の段差面とは同一面内とした水晶振動子用の金属ベース。
4. 請求項１又は２において、前記ベース本体の貫通孔は外底面の内周に前記ガラスの流入する溝を有する水晶振動子用の金属ベース。
5. 請求項１において、前記段差は機械加工又はエッチングによって形成され、前記頭部は前記第１リード部の直径よりも大きい釘頭部とした水晶振動子用の金属ベース。
6. 請求項１において、前記段差は前記第１リード部と前記第２リード部との端面溶接によって形成され、前記頭部は前記第１リード部の直径と同一とした水晶振動子用の金属ベース。
7. 請求項１における前記サポータには励振電極から引出電極の延出した水晶片の外周部が接続したことを特徴とする水晶振動子。