JP3681929B2 - レゾネータ装置、圧電共振装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レゾネータ装置、圧電共振装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電共振装置の一例としてのレゾネータ装置は、各種の電子機器において、クロック信号発生用の発振回路などとして用いられている。一般に、レゾネータ装置は、圧電素子とコンデンサ素子とを具備し、これらが発振回路を構成するように、入出力用リード端子および接地用リード端子が接続してある。圧電素子とコンデンサ素子とは、エポキシ樹脂などで構成される封止樹脂により一体的に被覆してある。
【０００３】
このようなレゾネータ装置に用いられる従来例に係る入出力用リード端子としては、たとえば実開昭６３−１３１４１４号公報に示すリード端子が知られている。この公報に示すリード端子は、金属薄板を短冊状に打ち抜き成形し、切り込み加工および折り曲げ加工を経て製造される。
【０００４】
この公報に示すリード端子では、その製造のための加工工数が多いという課題を有する。また、このリード端子では、圧電素子の端部を互い違いに両面から保持する構造であるため、圧電素子の振動部の面積が狭められ、その保持のために必要な面積分だけ、圧電素子の縦幅を長くする必要があり、レゾネータ装置の小型化の要請に反する。
【０００５】
その他の従来例に係るリード端子としては、実開平３−４２１号公報に示すリード端子が知られている。この公報に示すリード端子は、金属薄板をＴ字形状に打ち抜き成形し、端部をＵ字形状に折り曲げ加工して製造される。
【０００６】
この公報に示すリード端子では、製造のための加工工数が多いという課題を有する。また、このリード端子では、実開昭６３−１３１４１４号公報に示すリード端子ほどではないが、やはり、圧電素子の端部を両面から保持する構造であるため、圧電素子の振動部の面積が狭められ、その保持のために必要な面積分だけ、圧電素子の縦幅を長くする必要があり、レゾネータ装置の小型化の要請に反する。
【０００７】
また、実開昭６３−１３１４１４号公報に示すように、従来のレゾネータ装置は、圧電素子とコンデンサ素子とを略平行に相対させて配置してあるが、このようなレゾネータ装置を温度変化の激しい環境下（たとえば車載用）で使用すると、発振動作不良が発生し易いという課題を有する。このような不都合を防止するためには、圧電素子とコンデンサ素子とを上下方向にずらして配置し、リード端子により接続固定すればよいことが確認されているが、その場合には、レゾネータ装置の小型化の要請に反することになる。
【０００８】
さらに、従来のレゾネータ装置では、圧電素子の周囲を囲む封止樹脂に形成される振動空間の大きさは、圧電素子の周波数帯とは無関係に決定されており、良好な共振特性が得られないという課題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、製造が容易で、小型化を図ることが可能なレゾネータ装置およびその製造方法を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
本発明の第２の目的は、耐熱衝撃性に優れ、且つ小型化を図ることが可能なレゾネータ装置を提供することである。
【００１１】
本発明の第３の目的は、共振特性を良好に保ち、且つ耐久性に優れたレゾネータ装置などの圧電共振部品およびその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るレゾネータ装置は、
圧電素子と、
前記圧電素子の端部を保持するテーパ状受け溝が上端部にプレス加工により形成された導電性線材から成るリード端子と、
前記リード端子の受け溝に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記リード端子の上端部外周部に接続され、前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子とを有する。
【００１３】
本発明の第１の観点に係るレゾネータ装置の製造方法は、
導電性線材から成るリード端子の端部に、プレス加工により、テーパ状受け溝を形成する工程と、
前記テーパ状受け溝の内部に圧電素子の端部を差し込み、圧電素子をリード端子で保持させる工程と、
前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子の外部端子を、前記リード端子に接続する工程とを有する。
【００１４】
本発明の第１の観点に係るレゾネータ装置およびその製造方法では、導電性線材の端部にプレス加工によりテーパ状受け溝を形成するため、リード端子の製造がきわめて容易になる。また、リード端子に形成されたテーパ状受け溝は、圧電素子の端部を必要最小限の面積で保持するため、圧電素子の有効振動面積を狭めることがなく、レゾネータ装置の小型化が容易である。
【００１５】
好ましくは、前記テーパ状受け溝が、前記圧電素子の端部の厚みよりも広い横断面幅の開口部と、前記圧電素子の端部の厚みよりも狭い横断面幅の底壁とを有する。このようなテーパ状受け溝とすることで、多少厚みが異なる圧電素子の端部でも、テーパ状受け溝内に保持可能であり、リード端子部品の共通化を図ることができる。
【００１６】
好ましくは、前記リード端子を構成する前記線材の横断面形状が、前記テーパ状受け溝が形成されていない部分で、略円形である。略円形断面の線材は、容易に入手しやすく、製造コストの低減に寄与する。
【００１７】
好ましくは、前記テーパ状受け溝が、前記リード端子の上端部において、前記圧電素子の横幅以上の長さで、リード端子の長手方向に沿って形成してある。
【００１８】
好ましくは、前記リード端子の長手方向の途中に、折り曲げ部が形成してある。リード端子の折り曲げ部は、リード端子を回路基板の取付孔に差し込む際のストッパとなり、回路基板からの圧電素子およびコンデンサ素子の高さを一定にすることができ、レゾネータ装置の特性の安定化に寄与する。
【００１９】
好ましくは、前記リード端子の受け溝に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記圧電素子の表面に形成してある外部電極が、前記受け溝内の半田を介して前記リード端子に電気的に接続してある。受け溝内に半田ペーストを入れ、その後、受け溝内に圧電素子の端部を挿入し、熱処理することで、圧電素子の端部とリード端子との固定と、圧電素子の外部電極とリード端子との電気的接続とを同時に行うことができる。
【００２０】
上記第２の目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るレゾネータ装置は、
圧電素子と、
前記圧電素子の端部を保持する導電性線材から成るリード端子と、
前記リード端子に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記リード端子の上端部に接続され、前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子とを有するレゾネータ装置であって、
前記圧電素子を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、前記コンデンサ素子を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下である。
【００２１】
好ましくは、前記圧電セラミックスが三成分系ジルコン・チタン酸鉛系のセラミックスであり、前記誘電体セラミックスが鉛系のセラミックスである。
【００２２】
本発明の第２の観点に係るレゾネータ装置では、圧電素子を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、コンデンサ素子を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下であることから、装置の小型化に寄与すると共に、装置の耐熱衝撃性が向上する。すなわち、圧電素子とコンデンサ素子とを平行に配置することで、装置の小型化を図ることができる。また、この装置を温度変化の激しい場所に設置しても、圧電素子とコンデンサ素子との熱膨張差が少ないため、クラックなどが発生するおそれは少なく、耐久性に優れている。
【００２３】
なお、本発明において、熱膨張係数（線膨張係数とも言う）の値は、−４０°Ｃ〜＋８５°Ｃの環境下での値で判断される。
【００２４】
上記第３の目的を達成するために、本発明に係る圧電共振装置は、
圧電素子と、
前記圧電素子の振動部の周囲に振動空間が形成されるように、前記圧電素子を覆う封止樹脂部とを有する圧電共振装置であって、
前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、前記圧電素子の周波数帯に対して所定の関係にあることを特徴とする。
【００２５】
上記第３の目的を達成するために、本発明に係る圧電共振装置の製造方法は、圧電素子の周波数帯に応じて選択されたコテ先幅を持つコテを用いて、ワックスを前記圧電素子の所定部位に塗布する工程と、
前記ワックスが塗布された圧電素子の全体を封止樹脂で被覆する工程と、
前記封止樹脂を加熱し、封止樹脂を硬化させると共に、前記ワックスを封止樹脂中に吸収させ、前記封止樹脂内に振動空間を形成する工程とを有する。
【００２６】
好ましくは、前記圧電素子の周波数帯が３ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、３．０±０．４ｍｍ２ であることが好ましい。また、前記圧電素子の周波数帯が４ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、２．７±０．４ｍｍ２ であることが好ましい。さらに、前記圧電素子の周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、２．４±０．４ｍｍ２ であることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る圧電共振装置およびその製造方法では、振動空間に接する圧電素子の表面の面積を、圧電素子の周波数帯に対して所定の関係に設定することで、圧電素子の共振特性を良好に保つことが可能になり、圧電素子および／または封止樹脂のクラックや損傷などを有効に防止することができる。また、本発明に係る圧電共振装置の製造方法では、共振特性が良好で耐久性に優れた圧電共振装置を、効率的に生産することができる。
【００２８】
なお、本発明に係る圧電共振装置としては、レゾネータ装置に限らず、圧電共振フィルタなどの振動空間を持つ全ての装置が含まれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明のその他の目的および特徴を、添付図面を参照して詳細に説明する。ここにおいて、
図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るレゾネータ装置の要部概略斜視図、
図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の等価回路図、
図２は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の概略断面図、
図３は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の圧電素子とリード端子との接続部の詳細を示す要部断面図、
図４は圧電素子の概略斜視図、
図５はリード端子の製造過程を示す要部斜視図、
図６はレゾネータ装置の製造過程を示す概略図、
図７および図８は本発明のその他の実施形態に係るレゾネータ装置に用いるリード端子の斜視図である。
【００３０】
第１実施形態
図１（Ａ）に示すように、本実施形態に係るレゾネータ装置１０は、略平行に配置された圧電素子１とコンデンサ素子２とを有する。圧電素子１とコンデンサ素子２とは、図１（Ｂ）に示すように、たとえばＩＣ回路の発振回路を構成するように、一対の入出力用リード端子３および単一の接地用リード端子５が接続される。
【００３１】
図１（Ａ）および図２に示すように、圧電素子１、コンデンサ素子２およびリード端子３，５の上端部外周は、封止樹脂８で被覆してあり、圧電素子１の振動部の周囲に振動空間２０が形成してある。封止樹脂８としては、特に限定されないが、たとえばエポキシ系樹脂などで構成される。
【００３２】
一対の入出力用リード端子３の長手方向の途中（封止樹脂８から出た位置）には、外側に膨出する略Ｕ字形状の折り曲げ部４が形成してある。リード端子３の折り曲げ部４は、リード端子３の下端を回路基板（図示省略）の取付孔に差し込む際のストッパとなり、回路基板からの圧電素子１およびコンデンサ素子２の高さを一定にすることができ、レゾネータ装置１０の特性の安定化に寄与する。
【００３３】
接地用リード端子５の上端部には、段差部６が形成してあり、その段差部６の上に、コンデンサ素子２の中央部が保持される。段差部６は、封止樹脂８の内部に埋め込まれる。接地用リード端子５は、特に限定されないが、たとえば丸導線などの金属線で構成される。
【００３４】
入出力用リード端子３は、たとえば円形断面の導電性線材で構成してあり、図１（Ａ）および図３に示すように、その上端部には、テーパ状受け溝１２が形成してある。本実施形態では、テーパ状受け溝１２は、プレス加工の一種である突き押し成形により形成される。すなわち、図５に示すように、リード端子３となる丸棒線材の端部を、台座２４に形成された断面半円状の溝部２６内に設置し、線材の上から超鋼金型２８の先端部を油圧プレス機構などで押し付けることにより、テーパ状受け溝１２を形成する。なお、入出力用リード端子となる線材の材質は、接地用リード端子５の材質と同様な金属で構成される。
【００３５】
図３に示すように、テーパ状受け溝１２は、一対の傾斜側壁１２ａと、底壁１２ｂとを有し、溝１２の開口部の横断面幅Ｗ１は、圧電素子１の厚みＴ１よりも広く、底壁１２ｂの横断面幅Ｗ２は、圧電素子１の厚みＴ１よりも狭くなっている。圧電素子１の厚みＴ１は、発振周波数により決定されるが、一般には、０．２５〜０．３９ｍｍ程度である。図４に示す圧電素子１の横幅Ｗ３は、一般には、０．５〜０．７ｍｍ程度である。また、圧電素子１の長さＬ１は、６．０〜６．５ｍｍ程度である。
【００３６】
図３に示すように、溝１２の開口部の横断面幅Ｗ１は、圧電素子１の厚みＴ１に対して、１５０〜２００％程度の寸法であることが好ましく、溝１２の底壁１２ｂの横断面幅Ｗ２は、厚みＴ１に対して、０〜８０％程度の寸法であることが好ましい。また、溝１２の深さＤ１は、リード端子３を構成する線材の外径Ｄ０に対して、１２０〜１４０％程度の寸法であることが好ましい。リード端子３を構成する線材の外径Ｄ０は、プリント基板の端子取付孔の内径などに応じて決定される。
【００３７】
溝１２は、図５に示すように、リード端子３を構成する線材の長手方向に沿って形成してあり、その長さＬ２は、図４に示す圧電素子１の横幅Ｗ３以上の長さであり、好ましくは横幅Ｗ３の１００〜１５０％の寸法である。
【００３８】
図４に示すように、圧電素子１は、平板状の圧電基板１１を有する。圧電基板１１は、ジルコン・チタン酸鉛、チタン酸鉛などで構成される。この基板１１の両面には、外部電極１４が各々形成してあり、一方の電極１４が素子１の長手方向一端まで延び、他方の電極１４が素子１の長手方向他端まで伸びている。これら電極１４間に所定の電圧を印加することで、素子１における電極１４相互のオーバラップ部が振動する。圧電素子１における電極１４相互のオーバラップ部の振動を許容するために、通常、オーバラップ部よりも広い面積Ｓ１にて、図２に示すように、振動空間２０が圧電素子１の両面に接するように、封止樹脂８の内部に振動空間２０が形成される。
【００３９】
コンデンサ素子２は、誘電体基板の両表面に電極が形成してある構造を有し、図２に示すように、誘電体基板２１の一方の面には、両端部に一対の第１外部電極１６が形成してあり、基板２１の他方の面には、第２外部電極１８が形成してある。第１外部電極１６は、入出力用リード端子３の上端外周部に各々電気的に接続してあり、第２外部電極１８は、接地用リード端子５の上端部に接続してある。
【００４０】
コンデンサ素子２の誘電体基板２１は、たとえばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの誘電体材料で構成してある。
【００４１】
次に、図１（Ａ）に示すレゾネータ装置１Ａの製造方法について説明する。
まず、図５に示すように、入出力用リード端子３となる丸棒線材を準備し、その先端部に、突き押し加工によりテーパ状受け溝１２を形成する。その後、必要に応じて、線材の途中に折り曲げ部４を形成する。次に、テーパ状受け溝１２が形成された線材の先端部を、半田ペースト内にディピングし、受け溝１２の内部を半田ペーストで満たす。その後、図３に示すように、圧電素子１の端部を受け溝１２の内部に挿入すれば、圧電素子１の端部角部が、溝１２の傾斜壁１２ａに突き当たり、圧電素子１の端部は、リード端子３の受け溝１２により確実に仮止め固定される。また、後工程での半田のリフロー用熱処理により、圧電素子１の外部端子１４は、受け溝１２内の半田１７によりリード端子３に対して確実に電気的に接続される。
【００４２】
圧電素子１の両端を一対のリード端子３により仮保持した後、図６に示すように、コテ２２を用いて、圧電素子１の片面毎に、ワックス２０ａを塗布する。ワックス２０ａとしては、後工程での熱処理により封止樹脂の内部に吸収されるものであれば特に限定されないが、パラフィン系ワックスなどが用いられる。
【００４３】
その後、第２外部電極１８に接地用リード端子５が別工程で既に取り付けられたコンデンサ素子２に形成してある一対の第１外部電極１６を、入出力用リード端子３の外周部に接続し、コンデンサ素子２と圧電素子１とを略平行に配置する。その後、半田のリフロー用熱処理を行い、リード端子３および５と、外部端子１４，１６および１８との機械的接続および電気的接続を確実なものとする。
【００４４】
その後、圧電素子１、コンデンサ素子２およびリード端子３，５の上端部の全体を、溶融した樹脂中に浸し、その後に熱処理して加熱硬化させることにより、封止樹脂８を形成する。樹脂の加熱処理時に、図６に示すワックス２０ａは、樹脂８中に吸収され、図２に示すように、振動空間２０が形成される。
【００４５】
本実施形態に係るレゾネータ装置１０およびその製造方法では、導電性線材の端部にプレス加工によりテーパ状受け溝１２を形成するため、リード端子３の製造がきわめて容易になる。また、リード端子３に形成されたテーパ状受け溝１２は、圧電素子１の端部を必要最小限の面積で保持するため、圧電素子１の有効振動面積を狭めることがなく、レゾネータ装置１０の小型化が容易である。
【００４６】
第２実施形態
本実施形態に係るレゾネータ装置は、図１（Ａ）および図２に示すレゾネータ装置１０と、その構造が同じであるが、圧電素子１の圧電基板１１を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、コンデンサ素子２の誘電体基板２１を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下であるように、セラミックス材料を選択してある点が相違する。
【００４７】
本実施形態では、圧電素子１の圧電基板１１を構成する圧電セラミックスは、ＰｂＴｉＯ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ で示される三成分系ジルコン・チタン酸鉛で構成してあり、０．２〜０．８ｐｐｍ／°Ｃ、好ましくは０．５ｐｐｍ／°Ｃ程度の線膨張係数を有する。また、コンデンサ素子２の誘電体基板２１を構成する誘電体セラミックスは、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３ 、Ｐｂ（Ｆｅ，Ｎｂ）Ｏ３ 、Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３ 、Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ３ など、またはこれらの組み合わせなどを主成分とする鉛系の誘電体セラミックスで構成してあり、２．５〜５．５ｐｐｍ／°Ｃ、好ましくは３．０〜４．９ｐｐｍ／°Ｃ程度の線膨張係数を有する。なお、本発明における線膨張係数は、−４０°Ｃ〜＋８５°Ｃの範囲内の周囲環境での値である。
【００４８】
本実施形態に係るレゾネータ装置では、圧電素子１を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、コンデンサ素子２を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下であることから、装置１０の小型化に寄与すると共に、装置１０の耐熱衝撃性が向上する。すなわち、圧電素子１とコンデンサ素子２とを平行に配置することで、装置の小型化を図ることができる。また、この装置１０を、自動車などの温度変化の激しい場所に設置しても、圧電素子１とコンデンサ素子２との熱膨張差が少ないため、これら素子１および２または封止樹脂８にクラックなどが発生するおそれは少なく、耐久性に優れている。
【００４９】
なお、本実施形態に係るレゾネータ装置では、図１（Ａ）に示す入出力用リード端子３の代わりに、図７または図８に示す一般的なリード端子３０ａまたは３０ｂを用いても良い。
【００５０】
第３実施形態
本実施形態に係る圧電共振装置としてのレゾネータ装置は、図１（Ａ）および図２に示すレゾネータ装置１０と、その構造が同じであるが、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１（図４参照）が、圧電素子１の周波数帯に対して所定の関係にある点が相違する。
【００５１】
すなわち、圧電素子１の周波数帯が３ＭＨｚである場合には、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１を、３．０±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が４ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．７±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．４±０．４ｍｍ２ とする。そして、その他の周波数帯域の場合には、これらの周波数帯と面積Ｓ１との関係から、外挿法または内挿法により求める。
【００５２】
圧電素子１の周波数帯が高くなると、周波数の波長λが短くなる。波長が短くなると、圧電素子１の厚みも薄くする必要がある。本発明者等の実験によれば、圧電素子１の周波数帯が高くなるにつれて、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１（図４参照）を小さくすることで、共振特性を損なわず、圧電素子１の基板１１および／または封止樹脂のクラック発生を抑制できることが判明した。
【００５３】
振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１は、図６に示すコテ２２のコテ先幅Ｗ４に比例することから、本実施形態では、圧電素子１の周波数帯に応じて選択されたコテ先幅Ｗ４を持つコテを用いて、ワックス２０ａを圧電素子１の両面に塗布する。このワックス２０ａの塗布面積が、図４に示す振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１に対応する。ワックス２０ａの最大塗布厚みは、振動空間２０における最大厚みに対応する。この最大塗布厚みは、圧電素子１の周波数帯域とは関係なく、厚すぎると、封止樹脂の最小厚みが小さくなることから好ましくなく、好ましくは０．３５〜０．４５ｍｍ程度である。
【００５４】
圧電素子１の周波数帯域とコテ先幅Ｗ４との関係は、圧電素子１の周波数帯が３ＭＨｚである場合には、コテ先幅Ｗ４を、４．５±０．５ｍｍとし、周波数帯が４ＭＨｚである場合には、コテ先幅Ｗ４を、４．０±０．５ｍｍとし、周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合には、コテ先幅Ｗ４を、３．５±０．５ｍｍとする。
【００５５】
本実施形態に係るレゾネータ装置およびその製造方法では、振動空間２０に接する圧電素子の表面の面積Ｓ１を、圧電素子１の周波数帯に対して所定の関係に設定することで、圧電素子１の共振特性を良好に保つことが可能になり、圧電素子１および／または封止樹脂８のクラックや損傷などを有効に防止することができる。また、本実施形態に係るレゾネータ装置の製造方法では、共振特性が良好で耐久性に優れたレゾネータ装置を、効率的に生産することができる。
【００５６】
なお、本実施形態に係るレゾネータ装置では、図１（Ａ）に示す入出力用リード端子３の代わりに、図７または図８に示す一般的なリード端子３０ａまたは３０ｂを用いても良い。
【００５７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５８】
実施例１
まず、圧電素子１を準備した。圧電素子１の圧電基板１１は、主成分の化学組成が、ＰｂＴｉＯ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ で表される三成分系ジルコン・チタン酸鉛系圧電セラミックスで構成してあり、その線膨張係数は、０．５ｐｐｍ／°Ｃであった。圧電基板１１の幅は０．６５ｍｍであり、長さは６．５ｍｍであり、厚みは０．３１３ｍｍであった。圧電基板１１の両面に形成される外部電極１４の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。
【００５９】
次に、コンデンサ素子２を準備した。コンデンサ素子２の誘電体基板２１は、主成分の化学組成が、Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＴｉＯ３ で表される鉛系誘電体セラミックスで構成してあり、その線膨張係数は、４．９ｐｐｍ／°Ｃであった。誘電体基板２１の幅は０．６ｍｍであり、長さは７．０ｍｍであり、厚みは０．３５ｍｍであった。誘電体基板２１の両面に形成される外部電極１６および１８の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。誘電体基板２１と圧電基板１１との熱膨張係数の差は、４．４ｐｐｍ／°Ｃであった。
【００６０】
圧電素子１の両端を、図８に示す一対のリード端子３０ｂで保持し、圧電素子１の両面に、図６に示すコテ２２を用いてパラフィン系ワックス２０ａを塗布した。ワックス２０ａの塗布面積Ｓ１（図４参照）は４．３ｍｍ２ であった。
【００６１】
その後、圧電素子１に対してコンデンサ素子２を略平行に配置し、コンデンサ素子２の外部電極１６をリード端子３０ｂにロー付け接合すると共に、図１（Ａ）に示すリード端子５の上端をコンデンサ素子２の外部端子１８にロー付け接合した。その後、圧電素子１およびコンデンサ素子２の全体を溶融したエポキシ樹脂中に浸し、樹脂を加熱硬化させて、封止樹脂８を得た。樹脂の加熱硬化に際して、ワックス２０ａが樹脂中に吸収され、封止樹脂中には、振動空間２０が形成された。
【００６２】
このようなレゾネータ装置を２０個作製し、これらのヒートサイクル試験（熱衝撃試験）を行った。ヒートサイクル試験は、−５５°Ｃの状態を３０分±３分間保持した後、その後、＋１２５°Ｃの状態を３０分±３分間保持し、それらを１サイクルとし、１０サイクル、５０サイクル、１００サイクルおよび２００サイクル後に、レゾネータ装置の不良品の発生率を求めた。不良品か否かの判断は、目視により、圧電素子または封止樹脂にクラックが入ったか否かで行った。２０個のレゾネータ装置中で、何個のレゾネータ装置に不良品が発生したか否かで不良率（％）を算出した。
【００６３】
結果を表１に示す。表１に示すように、全てのヒートサイクル試験において、不良率は０％であった。
【００６４】
【表１】
【００６５】
実施例２
コンデンサ素子２の誘電体基板２１として、主成分の化学組成は実施例１の鉛系誘電体セラミックスと同じであるが、その線膨張係数が２．５ｐｐｍ／°Ｃであるものを用いた以外は、実施例１と同様にして２０個のレゾネータ装置を作製し、実施例１と同様にしてヒートサイクル試験を行った。
結果を表１に示す。表１に示すように、全てのヒートサイクル試験において、不良率は０％であった。
【００６６】
比較例１
コンデンサ素子２の誘電体基板２１として、主成分の化学組成がＢａＴｉＯ３ で表される誘電体セラミックスであり、その線膨張係数が１３．０ｐｐｍ／°Ｃであるものを用いた以外は、実施例１と同様にして２０個のレゾネータ装置を作製し、実施例１と同様にしてヒートサイクル試験を行った。
結果を表１に示す。表１に示すように、５０サイクル以上のヒートサイクル試験において、不良品の発生が観察された。
【００６７】
比較例２
コンデンサ素子２の誘電体基板２１として、主成分の化学組成がＢａＴｉＯ３ で表される誘電体セラミックスであり、その線膨張係数が８．０ｐｐｍ／°Ｃであるものを用いた以外は、実施例１と同様にして２０個のレゾネータ装置を作製し、実施例１と同様にしてヒートサイクル試験を行った。
結果を表１に示す。表１に示すように、１００サイクル以上のヒートサイクル試験において、不良品の発生が観察された。
【００６８】
評価１
表１に示すように、実施例１および２と、比較例１および２とを比較することで、誘電体基板２１と圧電基板１１との熱膨張係数の差が、５ｐｐｍ／°Ｃ以下の範囲において、耐熱衝撃特性が向上することが確認できた。
【００６９】
実施例３
まず、圧電素子１を準備した。圧電素子１の圧電基板１１は、主成分の化学組成が、ＰｂＴｉＯ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ で表される三成分系ジルコン・チタン酸鉛系圧電セラミックスで構成した。圧電基板１１の幅は０．６５ｍｍであり、長さは６．５ｍｍであり、厚みは０．３５ｍｍであった。圧電基板１１の両面に形成される外部電極１４の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。各外部電極１４の面積は、２．５６ｍｍ２ であった。また、圧電基板１１の両面に形成される外部電極１４のオーバラップ部の面積は、１．３６ｍｍ２ であった。
【００７０】
次に、コンデンサ素子２を準備した。コンデンサ素子２の誘電体基板２１は、主成分の化学組成が、Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＴｉＯ３ で表される鉛系誘電体セラミックスで構成した。誘電体基板２１の幅は０．６ｍｍであり、長さは７．０ｍｍであり、厚みは０．３５であった。誘電体基板２１の両面に形成される外部電極１６および１８の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量は、１５ｐＦに設定した。
【００７１】
圧電素子１の両端を、図８に示す一対のリード端子３０ｂで保持し、圧電素子１の両面に、図６に示すコテ２２を用いてパラフィン系ワックス２０ａを塗布した。コテ２２のコテ先幅Ｗ４は、４．０ｍｍであった。ワックス２０ａの塗布面積Ｓ１（図４参照）は、片面で２．７ｍｍ２ であった。
【００７２】
その後、圧電素子１に対してコンデンサ素子２を略平行に配置し、コンデンサ素子２の外部電極１６をリード端子３０ｂにロー付け接合すると共に、図１（Ａ）に示すリード端子５の上端をコンデンサ素子２の外部端子１８にロー付け接合した。その後、圧電素子１およびコンデンサ素子２の全体を溶融したエポキシ樹脂中に浸し、樹脂を加熱硬化させて、封止樹脂８を得た。樹脂の加熱硬化に際して、ワックス２０ａが樹脂中に吸収され、封止樹脂中には、振動空間２０が形成された。
【００７３】
このようなレゾネータ装置を２００個作製し、不良品の発生率を調べた。所望の共振周波数特性（３ＭＨｚ±１５ｋＨｚ以内）が得られなかったものと、各レゾネータ装置のインピーダンス特性を測定し、環境温度変化による波形歪みが観察されたものとを、不良品として判断した。なお、不良品と判断されたレゾネータ装置の内部を目視により観察したところ、クラックの発生が確認された。
【００７４】
不良品の発生率（％）を表２に示す。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００７５】
【表２】
【００７６】
実施例４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．０ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００７７】
実施例５
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００７８】
比較例３
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．７ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００７９】
比較例４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１９％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８０】
比較例５
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１８％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８１】
比較例６
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．６ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２５％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８２】
実施例６
レゾネータ装置で４ＭＨｚの共振周波数が得られるように、コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量を、１５ｐＦに設定すると共に、圧電基板１１の厚みを０．３１ｍｍに設定し、しかも、図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。なお、本実施例６では、インピーダンス特性を測定し、波形歪みが観察されたものと、４ＭＨｚ±２０ｋＨｚ以内の共振周波数特性が得られなかったものを不良品と判断した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００８３】
実施例７
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．７ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００８４】
実施例８
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．０ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００８５】
比較例７
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．７ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８６】
比較例８
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１５％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８７】
比較例９
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２１％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８８】
比較例１０
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．７ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１７％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８９】
実施例９
レゾネータ装置から５ＭＨｚの共振周波数が得られるように、コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量を、１５ｐＦに設定すると共に、圧電基板１１の厚みを０．２５ｍｍに設定し、しかも、図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。なお、本実施例９では、インピーダンス特性を測定し、波形歪みが観察されたものと、５ＭＨｚ±２５ｋＨｚ以内の共振周波数特性が得られなかったものを不良品と判断した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９０】
実施例１０
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９１】
実施例１１
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９２】
比較例１１
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９３】
比較例１２
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．１ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１４％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９４】
比較例１３
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１４％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９５】
比較例１４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１７％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９６】
実施例１２
レゾネータ装置から６ＭＨｚの共振周波数が得られるように、コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量を、１５ｐＦに設定すると共に、圧電基板１１の厚みを０．２１ｍｍに設定し、しかも、図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。なお、本実施例１２では、インピーダンス特性を測定し、波形歪みが観察されたものと、６ＭＨｚ±３０ｋＨｚ以内の共振周波数特性が得られなかったものを不良品と判断した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９７】
実施例１３
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９８】
実施例１４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９９】
比較例１５
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．８ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１００】
比較例１６
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．１ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１６％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１０１】
比較例１７
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１８％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１０２】
比較例１８
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．７ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１８％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１０３】
評価２
表２に示すように、実施例３〜１４と、比較例３〜１８とを比較して分かるように、周波数帯が３ＭＨｚである場合には、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１を、３．０±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が４ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．７±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．４±０．４ｍｍ２ とすることで、共振特性を損なわず、クラック発生を抑制できる。すなわち、周波数帯が高くなるにつれて、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１を小さくすることで、共振特性を損なわず、クラック発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るレゾネータ装置の要部概略斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の等価回路図である。
【図２】 図２は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の概略断面図である。
【図３】 図３は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の圧電素子とリード端子との接続部の詳細を示す要部断面図である。
【図４】 図４は圧電素子の概略斜視図である。
【図５】 図５はリード端子の製造過程を示す要部斜視図である。
【図６】 図６はレゾネータ装置の製造過程を示す概略図である。
【図７】 図７は本発明のその他の実施形態に係るレゾネータ装置に用いるリード端子の斜視図である。
【図８】 図８は本発明のその他の実施形態に係るレゾネータ装置に用いるリード端子の斜視図である。
【符号の説明】
１… 圧電素子
２… コンデンサ素子
３… 入出力用リード端子
４… 折り曲げ部
５… 接地用リード端子
６… 段差部
８… 封止樹脂
１０… レゾネータ装置
１１… 圧電基板
１２… テーパ状受け溝
１２ａ… 傾斜側壁
１２ｂ… 底壁
１４… 外部端子
２０… 振動空間
２０ａ… ワックス
２１… 誘電体基板
２２… コテ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レゾネータ装置、圧電共振装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電共振装置の一例としてのレゾネータ装置は、各種の電子機器において、クロック信号発生用の発振回路などとして用いられている。一般に、レゾネータ装置は、圧電素子とコンデンサ素子とを具備し、これらが発振回路を構成するように、入出力用リード端子および接地用リード端子が接続してある。圧電素子とコンデンサ素子とは、エポキシ樹脂などで構成される封止樹脂により一体的に被覆してある。
【０００３】
このようなレゾネータ装置に用いられる従来例に係る入出力用リード端子としては、たとえば実開昭６３−１３１４１４号公報に示すリード端子が知られている。この公報に示すリード端子は、金属薄板を短冊状に打ち抜き成形し、切り込み加工および折り曲げ加工を経て製造される。
【０００４】
この公報に示すリード端子では、その製造のための加工工数が多いという課題を有する。また、このリード端子では、圧電素子の端部を互い違いに両面から保持する構造であるため、圧電素子の振動部の面積が狭められ、その保持のために必要な面積分だけ、圧電素子の縦幅を長くする必要があり、レゾネータ装置の小型化の要請に反する。
【０００５】
その他の従来例に係るリード端子としては、実開平３−４２１号公報に示すリード端子が知られている。この公報に示すリード端子は、金属薄板をＴ字形状に打ち抜き成形し、端部をＵ字形状に折り曲げ加工して製造される。
【０００６】
この公報に示すリード端子では、製造のための加工工数が多いという課題を有する。また、このリード端子では、実開昭６３−１３１４１４号公報に示すリード端子ほどではないが、やはり、圧電素子の端部を両面から保持する構造であるため、圧電素子の振動部の面積が狭められ、その保持のために必要な面積分だけ、圧電素子の縦幅を長くする必要があり、レゾネータ装置の小型化の要請に反する。
【０００７】
また、実開昭６３−１３１４１４号公報に示すように、従来のレゾネータ装置は、圧電素子とコンデンサ素子とを略平行に相対させて配置してあるが、このようなレゾネータ装置を温度変化の激しい環境下（たとえば車載用）で使用すると、発振動作不良が発生し易いという課題を有する。このような不都合を防止するためには、圧電素子とコンデンサ素子とを上下方向にずらして配置し、リード端子により接続固定すればよいことが確認されているが、その場合には、レゾネータ装置の小型化の要請に反することになる。
【０００８】
さらに、従来のレゾネータ装置では、圧電素子の周囲を囲む封止樹脂に形成される振動空間の大きさは、圧電素子の周波数帯とは無関係に決定されており、良好な共振特性が得られないという課題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、製造が容易で、小型化を図ることが可能なレゾネータ装置およびその製造方法を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
本発明の第２の目的は、耐熱衝撃性に優れ、且つ小型化を図ることが可能なレゾネータ装置を提供することである。
【００１１】
本発明の第３の目的は、共振特性を良好に保ち、且つ耐久性に優れたレゾネータ装置などの圧電共振部品およびその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るレゾネータ装置は、
圧電素子と、
前記圧電素子の端部を保持するテーパ状受け溝が上端部にプレス加工により形成された導電性線材から成るリード端子と、
前記リード端子の受け溝に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記リード端子の上端部外周部に接続され、前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子とを有する。
【００１３】
本発明の第１の観点に係るレゾネータ装置の製造方法は、
導電性線材から成るリード端子の端部に、プレス加工により、テーパ状受け溝を形成する工程と、
前記テーパ状受け溝の内部に圧電素子の端部を差し込み、圧電素子をリード端子で保持させる工程と、
前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子の外部端子を、前記リード端子に接続する工程とを有する。
【００１４】
本発明の第１の観点に係るレゾネータ装置およびその製造方法では、導電性線材の端部にプレス加工によりテーパ状受け溝を形成するため、リード端子の製造がきわめて容易になる。また、リード端子に形成されたテーパ状受け溝は、圧電素子の端部を必要最小限の面積で保持するため、圧電素子の有効振動面積を狭めることがなく、レゾネータ装置の小型化が容易である。
【００１５】
好ましくは、前記テーパ状受け溝が、前記圧電素子の端部の厚みよりも広い横断面幅の開口部と、前記圧電素子の端部の厚みよりも狭い横断面幅の底壁とを有する。このようなテーパ状受け溝とすることで、多少厚みが異なる圧電素子の端部でも、テーパ状受け溝内に保持可能であり、リード端子部品の共通化を図ることができる。
【００１６】
好ましくは、前記リード端子を構成する前記線材の横断面形状が、前記テーパ状受け溝が形成されていない部分で、略円形である。略円形断面の線材は、容易に入手しやすく、製造コストの低減に寄与する。
【００１７】
好ましくは、前記テーパ状受け溝が、前記リード端子の上端部において、前記圧電素子の横幅以上の長さで、リード端子の長手方向に沿って形成してある。
【００１８】
好ましくは、前記リード端子の長手方向の途中に、折り曲げ部が形成してある。リード端子の折り曲げ部は、リード端子を回路基板の取付孔に差し込む際のストッパとなり、回路基板からの圧電素子およびコンデンサ素子の高さを一定にすることができ、レゾネータ装置の特性の安定化に寄与する。
【００１９】
好ましくは、前記リード端子の受け溝に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記圧電素子の表面に形成してある外部電極が、前記受け溝内の半田を介して前記リード端子に電気的に接続してある。受け溝内に半田ペーストを入れ、その後、受け溝内に圧電素子の端部を挿入し、熱処理することで、圧電素子の端部とリード端子との固定と、圧電素子の外部電極とリード端子との電気的接続とを同時に行うことができる。
【００２０】
上記第２の目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るレゾネータ装置は、
圧電素子と、
前記圧電素子の端部を保持する導電性線材から成るリード端子と、
前記リード端子に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記リード端子の上端部に接続され、前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子とを有するレゾネータ装置であって、
前記圧電素子を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、前記コンデンサ素子を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下である。
【００２１】
好ましくは、前記圧電セラミックスが三成分系ジルコン・チタン酸鉛系のセラミックスであり、前記誘電体セラミックスが鉛系のセラミックスである。
【００２２】
本発明の第２の観点に係るレゾネータ装置では、圧電素子を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、コンデンサ素子を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下であることから、装置の小型化に寄与すると共に、装置の耐熱衝撃性が向上する。すなわち、圧電素子とコンデンサ素子とを平行に配置することで、装置の小型化を図ることができる。また、この装置を温度変化の激しい場所に設置しても、圧電素子とコンデンサ素子との熱膨張差が少ないため、クラックなどが発生するおそれは少なく、耐久性に優れている。
【００２３】
なお、本発明において、熱膨張係数（線膨張係数とも言う）の値は、−４０°Ｃ〜＋８５°Ｃの環境下での値で判断される。
【００２４】
上記第３の目的を達成するために、本発明に係る圧電共振装置は、
圧電素子と、
前記圧電素子の振動部の周囲に振動空間が形成されるように、前記圧電素子を覆う封止樹脂部とを有する圧電共振装置であって、
前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、前記圧電素子の周波数帯に対して所定の関係にあることを特徴とする。
【００２５】
上記第３の目的を達成するために、本発明に係る圧電共振装置の製造方法は、圧電素子の周波数帯に応じて選択されたコテ先幅を持つコテを用いて、ワックスを前記圧電素子の所定部位に塗布する工程と、
前記ワックスが塗布された圧電素子の全体を封止樹脂で被覆する工程と、
前記封止樹脂を加熱し、封止樹脂を硬化させると共に、前記ワックスを封止樹脂中に吸収させ、前記封止樹脂内に振動空間を形成する工程とを有する。
【００２６】
好ましくは、前記圧電素子の周波数帯が３ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、３．０±０．４ｍｍ２ であることが好ましい。また、前記圧電素子の周波数帯が４ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、２．７±０．４ｍｍ２ であることが好ましい。さらに、前記圧電素子の周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、２．４±０．４ｍｍ２ であることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る圧電共振装置およびその製造方法では、振動空間に接する圧電素子の表面の面積を、圧電素子の周波数帯に対して所定の関係に設定することで、圧電素子の共振特性を良好に保つことが可能になり、圧電素子および／または封止樹脂のクラックや損傷などを有効に防止することができる。また、本発明に係る圧電共振装置の製造方法では、共振特性が良好で耐久性に優れた圧電共振装置を、効率的に生産することができる。
【００２８】
なお、本発明に係る圧電共振装置としては、レゾネータ装置に限らず、圧電共振フィルタなどの振動空間を持つ全ての装置が含まれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明のその他の目的および特徴を、添付図面を参照して詳細に説明する。ここにおいて、
図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るレゾネータ装置の要部概略斜視図、
図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の等価回路図、
図２は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の概略断面図、
図３は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の圧電素子とリード端子との接続部の詳細を示す要部断面図、
図４は圧電素子の概略斜視図、
図５はリード端子の製造過程を示す要部斜視図、
図６はレゾネータ装置の製造過程を示す概略図、
図７および図８は本発明のその他の実施形態に係るレゾネータ装置に用いるリード端子の斜視図である。
【００３０】
第１実施形態
図１（Ａ）に示すように、本実施形態に係るレゾネータ装置１０は、略平行に配置された圧電素子１とコンデンサ素子２とを有する。圧電素子１とコンデンサ素子２とは、図１（Ｂ）に示すように、たとえばＩＣ回路の発振回路を構成するように、一対の入出力用リード端子３および単一の接地用リード端子５が接続される。
【００３１】
図１（Ａ）および図２に示すように、圧電素子１、コンデンサ素子２およびリード端子３，５の上端部外周は、封止樹脂８で被覆してあり、圧電素子１の振動部の周囲に振動空間２０が形成してある。封止樹脂８としては、特に限定されないが、たとえばエポキシ系樹脂などで構成される。
【００３２】
一対の入出力用リード端子３の長手方向の途中（封止樹脂８から出た位置）には、外側に膨出する略Ｕ字形状の折り曲げ部４が形成してある。リード端子３の折り曲げ部４は、リード端子３の下端を回路基板（図示省略）の取付孔に差し込む際のストッパとなり、回路基板からの圧電素子１およびコンデンサ素子２の高さを一定にすることができ、レゾネータ装置１０の特性の安定化に寄与する。
【００３３】
接地用リード端子５の上端部には、段差部６が形成してあり、その段差部６の上に、コンデンサ素子２の中央部が保持される。段差部６は、封止樹脂８の内部に埋め込まれる。接地用リード端子５は、特に限定されないが、たとえば丸導線などの金属線で構成される。
【００３４】
入出力用リード端子３は、たとえば円形断面の導電性線材で構成してあり、図１（Ａ）および図３に示すように、その上端部には、テーパ状受け溝１２が形成してある。本実施形態では、テーパ状受け溝１２は、プレス加工の一種である突き押し成形により形成される。すなわち、図５に示すように、リード端子３となる丸棒線材の端部を、台座２４に形成された断面半円状の溝部２６内に設置し、線材の上から超鋼金型２８の先端部を油圧プレス機構などで押し付けることにより、テーパ状受け溝１２を形成する。なお、入出力用リード端子となる線材の材質は、接地用リード端子５の材質と同様な金属で構成される。
【００３５】
図３に示すように、テーパ状受け溝１２は、一対の傾斜側壁１２ａと、底壁１２ｂとを有し、溝１２の開口部の横断面幅Ｗ１は、圧電素子１の厚みＴ１よりも広く、底壁１２ｂの横断面幅Ｗ２は、圧電素子１の厚みＴ１よりも狭くなっている。圧電素子１の厚みＴ１は、発振周波数により決定されるが、一般には、０．２５〜０．３９ｍｍ程度である。図４に示す圧電素子１の横幅Ｗ３は、一般には、０．５〜０．７ｍｍ程度である。また、圧電素子１の長さＬ１は、６．０〜６．５ｍｍ程度である。
【００３６】
図３に示すように、溝１２の開口部の横断面幅Ｗ１は、圧電素子１の厚みＴ１に対して、１５０〜２００％程度の寸法であることが好ましく、溝１２の底壁１２ｂの横断面幅Ｗ２は、厚みＴ１に対して、０〜８０％程度の寸法であることが好ましい。また、溝１２の深さＤ１は、リード端子３を構成する線材の外径Ｄ０に対して、１２０〜１４０％程度の寸法であることが好ましい。リード端子３を構成する線材の外径Ｄ０は、プリント基板の端子取付孔の内径などに応じて決定される。
【００３７】
溝１２は、図５に示すように、リード端子３を構成する線材の長手方向に沿って形成してあり、その長さＬ２は、図４に示す圧電素子１の横幅Ｗ３以上の長さであり、好ましくは横幅Ｗ３の１００〜１５０％の寸法である。
【００３８】
図４に示すように、圧電素子１は、平板状の圧電基板１１を有する。圧電基板１１は、ジルコン・チタン酸鉛、チタン酸鉛などで構成される。この基板１１の両面には、外部電極１４が各々形成してあり、一方の電極１４が素子１の長手方向一端まで延び、他方の電極１４が素子１の長手方向他端まで伸びている。これら電極１４間に所定の電圧を印加することで、素子１における電極１４相互のオーバラップ部が振動する。圧電素子１における電極１４相互のオーバラップ部の振動を許容するために、通常、オーバラップ部よりも広い面積Ｓ１にて、図２に示すように、振動空間２０が圧電素子１の両面に接するように、封止樹脂８の内部に振動空間２０が形成される。
【００３９】
コンデンサ素子２は、誘電体基板の両表面に電極が形成してある構造を有し、図２に示すように、誘電体基板２１の一方の面には、両端部に一対の第１外部電極１６が形成してあり、基板２１の他方の面には、第２外部電極１８が形成してある。第１外部電極１６は、入出力用リード端子３の上端外周部に各々電気的に接続してあり、第２外部電極１８は、接地用リード端子５の上端部に接続してある。
【００４０】
コンデンサ素子２の誘電体基板２１は、たとえばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの誘電体材料で構成してある。
【００４１】
次に、図１（Ａ）に示すレゾネータ装置１Ａの製造方法について説明する。
まず、図５に示すように、入出力用リード端子３となる丸棒線材を準備し、その先端部に、突き押し加工によりテーパ状受け溝１２を形成する。その後、必要に応じて、線材の途中に折り曲げ部４を形成する。次に、テーパ状受け溝１２が形成された線材の先端部を、半田ペースト内にディピングし、受け溝１２の内部を半田ペーストで満たす。その後、図３に示すように、圧電素子１の端部を受け溝１２の内部に挿入すれば、圧電素子１の端部角部が、溝１２の傾斜壁１２ａに突き当たり、圧電素子１の端部は、リード端子３の受け溝１２により確実に仮止め固定される。また、後工程での半田のリフロー用熱処理により、圧電素子１の外部端子１４は、受け溝１２内の半田１７によりリード端子３に対して確実に電気的に接続される。
【００４２】
圧電素子１の両端を一対のリード端子３により仮保持した後、図６に示すように、コテ２２を用いて、圧電素子１の片面毎に、ワックス２０ａを塗布する。ワックス２０ａとしては、後工程での熱処理により封止樹脂の内部に吸収されるものであれば特に限定されないが、パラフィン系ワックスなどが用いられる。
【００４３】
その後、第２外部電極１８に接地用リード端子５が別工程で既に取り付けられたコンデンサ素子２に形成してある一対の第１外部電極１６を、入出力用リード端子３の外周部に接続し、コンデンサ素子２と圧電素子１とを略平行に配置する。その後、半田のリフロー用熱処理を行い、リード端子３および５と、外部端子１４，１６および１８との機械的接続および電気的接続を確実なものとする。
【００４４】
その後、圧電素子１、コンデンサ素子２およびリード端子３，５の上端部の全体を、溶融した樹脂中に浸し、その後に熱処理して加熱硬化させることにより、封止樹脂８を形成する。樹脂の加熱処理時に、図６に示すワックス２０ａは、樹脂８中に吸収され、図２に示すように、振動空間２０が形成される。
【００４５】
本実施形態に係るレゾネータ装置１０およびその製造方法では、導電性線材の端部にプレス加工によりテーパ状受け溝１２を形成するため、リード端子３の製造がきわめて容易になる。また、リード端子３に形成されたテーパ状受け溝１２は、圧電素子１の端部を必要最小限の面積で保持するため、圧電素子１の有効振動面積を狭めることがなく、レゾネータ装置１０の小型化が容易である。
【００４６】
第２実施形態
本実施形態に係るレゾネータ装置は、図１（Ａ）および図２に示すレゾネータ装置１０と、その構造が同じであるが、圧電素子１の圧電基板１１を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、コンデンサ素子２の誘電体基板２１を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下であるように、セラミックス材料を選択してある点が相違する。
【００４７】
本実施形態では、圧電素子１の圧電基板１１を構成する圧電セラミックスは、ＰｂＴｉＯ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ で示される三成分系ジルコン・チタン酸鉛で構成してあり、０．２〜０．８ｐｐｍ／°Ｃ、好ましくは０．５ｐｐｍ／°Ｃ程度の線膨張係数を有する。また、コンデンサ素子２の誘電体基板２１を構成する誘電体セラミックスは、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３ 、Ｐｂ（Ｆｅ，Ｎｂ）Ｏ３ 、Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３ 、Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ３ など、またはこれらの組み合わせなどを主成分とする鉛系の誘電体セラミックスで構成してあり、２．５〜５．５ｐｐｍ／°Ｃ、好ましくは３．０〜４．９ｐｐｍ／°Ｃ程度の線膨張係数を有する。なお、本発明における線膨張係数は、−４０°Ｃ〜＋８５°Ｃの範囲内の周囲環境での値である。
【００４８】
本実施形態に係るレゾネータ装置では、圧電素子１を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、コンデンサ素子２を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下であることから、装置１０の小型化に寄与すると共に、装置１０の耐熱衝撃性が向上する。すなわち、圧電素子１とコンデンサ素子２とを平行に配置することで、装置の小型化を図ることができる。また、この装置１０を、自動車などの温度変化の激しい場所に設置しても、圧電素子１とコンデンサ素子２との熱膨張差が少ないため、これら素子１および２または封止樹脂８にクラックなどが発生するおそれは少なく、耐久性に優れている。
【００４９】
なお、本実施形態に係るレゾネータ装置では、図１（Ａ）に示す入出力用リード端子３の代わりに、図７または図８に示す一般的なリード端子３０ａまたは３０ｂを用いても良い。
【００５０】
第３実施形態
本実施形態に係る圧電共振装置としてのレゾネータ装置は、図１（Ａ）および図２に示すレゾネータ装置１０と、その構造が同じであるが、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１（図４参照）が、圧電素子１の周波数帯に対して所定の関係にある点が相違する。
【００５１】
すなわち、圧電素子１の周波数帯が３ＭＨｚである場合には、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１を、３．０±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が４ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．７±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．４±０．４ｍｍ２ とする。そして、その他の周波数帯域の場合には、これらの周波数帯と面積Ｓ１との関係から、外挿法または内挿法により求める。
【００５２】
圧電素子１の周波数帯が高くなると、周波数の波長λが短くなる。波長が短くなると、圧電素子１の厚みも薄くする必要がある。本発明者等の実験によれば、圧電素子１の周波数帯が高くなるにつれて、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１（図４参照）を小さくすることで、共振特性を損なわず、圧電素子１の基板１１および／または封止樹脂のクラック発生を抑制できることが判明した。
【００５３】
振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１は、図６に示すコテ２２のコテ先幅Ｗ４に比例することから、本実施形態では、圧電素子１の周波数帯に応じて選択されたコテ先幅Ｗ４を持つコテを用いて、ワックス２０ａを圧電素子１の両面に塗布する。このワックス２０ａの塗布面積が、図４に示す振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１に対応する。ワックス２０ａの最大塗布厚みは、振動空間２０における最大厚みに対応する。この最大塗布厚みは、圧電素子１の周波数帯域とは関係なく、厚すぎると、封止樹脂の最小厚みが小さくなることから好ましくなく、好ましくは０．３５〜０．４５ｍｍ程度である。
【００５４】
圧電素子１の周波数帯域とコテ先幅Ｗ４との関係は、圧電素子１の周波数帯が３ＭＨｚである場合には、コテ先幅Ｗ４を、４．５±０．５ｍｍとし、周波数帯が４ＭＨｚである場合には、コテ先幅Ｗ４を、４．０±０．５ｍｍとし、周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合には、コテ先幅Ｗ４を、３．５±０．５ｍｍとする。
【００５５】
本実施形態に係るレゾネータ装置およびその製造方法では、振動空間２０に接する圧電素子の表面の面積Ｓ１を、圧電素子１の周波数帯に対して所定の関係に設定することで、圧電素子１の共振特性を良好に保つことが可能になり、圧電素子１および／または封止樹脂８のクラックや損傷などを有効に防止することができる。また、本実施形態に係るレゾネータ装置の製造方法では、共振特性が良好で耐久性に優れたレゾネータ装置を、効率的に生産することができる。
【００５６】
なお、本実施形態に係るレゾネータ装置では、図１（Ａ）に示す入出力用リード端子３の代わりに、図７または図８に示す一般的なリード端子３０ａまたは３０ｂを用いても良い。
【００５７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５８】
実施例１
まず、圧電素子１を準備した。圧電素子１の圧電基板１１は、主成分の化学組成が、ＰｂＴｉＯ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ で表される三成分系ジルコン・チタン酸鉛系圧電セラミックスで構成してあり、その線膨張係数は、０．５ｐｐｍ／°Ｃであった。圧電基板１１の幅は０．６５ｍｍであり、長さは６．５ｍｍであり、厚みは０．３１３ｍｍであった。圧電基板１１の両面に形成される外部電極１４の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。
【００５９】
次に、コンデンサ素子２を準備した。コンデンサ素子２の誘電体基板２１は、主成分の化学組成が、Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＴｉＯ３ で表される鉛系誘電体セラミックスで構成してあり、その線膨張係数は、４．９ｐｐｍ／°Ｃであった。誘電体基板２１の幅は０．６ｍｍであり、長さは７．０ｍｍであり、厚みは０．３５ｍｍであった。誘電体基板２１の両面に形成される外部電極１６および１８の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。誘電体基板２１と圧電基板１１との熱膨張係数の差は、４．４ｐｐｍ／°Ｃであった。
【００６０】
圧電素子１の両端を、図８に示す一対のリード端子３０ｂで保持し、圧電素子１の両面に、図６に示すコテ２２を用いてパラフィン系ワックス２０ａを塗布した。ワックス２０ａの塗布面積Ｓ１（図４参照）は４．３ｍｍ２ であった。
【００６１】
その後、圧電素子１に対してコンデンサ素子２を略平行に配置し、コンデンサ素子２の外部電極１６をリード端子３０ｂにロー付け接合すると共に、図１（Ａ）に示すリード端子５の上端をコンデンサ素子２の外部端子１８にロー付け接合した。その後、圧電素子１およびコンデンサ素子２の全体を溶融したエポキシ樹脂中に浸し、樹脂を加熱硬化させて、封止樹脂８を得た。樹脂の加熱硬化に際して、ワックス２０ａが樹脂中に吸収され、封止樹脂中には、振動空間２０が形成された。
【００６２】
このようなレゾネータ装置を２０個作製し、これらのヒートサイクル試験（熱衝撃試験）を行った。ヒートサイクル試験は、−５５°Ｃの状態を３０分±３分間保持した後、その後、＋１２５°Ｃの状態を３０分±３分間保持し、それらを１サイクルとし、１０サイクル、５０サイクル、１００サイクルおよび２００サイクル後に、レゾネータ装置の不良品の発生率を求めた。不良品か否かの判断は、目視により、圧電素子または封止樹脂にクラックが入ったか否かで行った。２０個のレゾネータ装置中で、何個のレゾネータ装置に不良品が発生したか否かで不良率（％）を算出した。
【００６３】
結果を表１に示す。表１に示すように、全てのヒートサイクル試験において、不良率は０％であった。
【００６４】
【表１】
実施例２
コンデンサ素子２の誘電体基板２１として、主成分の化学組成は実施例１の鉛系誘電体セラミックスと同じであるが、その線膨張係数が２．５ｐｐｍ／°Ｃであるものを用いた以外は、実施例１と同様にして２０個のレゾネータ装置を作製し、実施例１と同様にしてヒートサイクル試験を行った。
結果を表１に示す。表１に示すように、全てのヒートサイクル試験において、不良率は０％であった。
【００６６】
比較例１
コンデンサ素子２の誘電体基板２１として、主成分の化学組成がＢａＴｉＯ３ で表される誘電体セラミックスであり、その線膨張係数が１３．０ｐｐｍ／°Ｃであるものを用いた以外は、実施例１と同様にして２０個のレゾネータ装置を作製し、実施例１と同様にしてヒートサイクル試験を行った。
結果を表１に示す。表１に示すように、５０サイクル以上のヒートサイクル試験において、不良品の発生が観察された。
【００６７】
比較例２
コンデンサ素子２の誘電体基板２１として、主成分の化学組成がＢａＴｉＯ３ で表される誘電体セラミックスであり、その線膨張係数が８．０ｐｐｍ／°Ｃであるものを用いた以外は、実施例１と同様にして２０個のレゾネータ装置を作製し、実施例１と同様にしてヒートサイクル試験を行った。
結果を表１に示す。表１に示すように、１００サイクル以上のヒートサイクル試験において、不良品の発生が観察された。
【００６８】
評価１
表１に示すように、実施例１および２と、比較例１および２とを比較することで、誘電体基板２１と圧電基板１１との熱膨張係数の差が、５ｐｐｍ／°Ｃ以下の範囲において、耐熱衝撃特性が向上することが確認できた。
【００６９】
実施例３
まず、圧電素子１を準備した。圧電素子１の圧電基板１１は、主成分の化学組成が、ＰｂＴｉＯ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ で表される三成分系ジルコン・チタン酸鉛系圧電セラミックスで構成した。圧電基板１１の幅は０．６５ｍｍであり、長さは６．５ｍｍであり、厚みは０．３５ｍｍであった。圧電基板１１の両面に形成される外部電極１４の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。各外部電極１４の面積は、２．５６ｍｍ２ であった。また、圧電基板１１の両面に形成される外部電極１４のオーバラップ部の面積は、１．３６ｍｍ２ であった。
【００７０】
次に、コンデンサ素子２を準備した。コンデンサ素子２の誘電体基板２１は、主成分の化学組成が、Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＴｉＯ３ で表される鉛系誘電体セラミックスで構成した。誘電体基板２１の幅は０．６ｍｍであり、長さは７．０ｍｍであり、厚みは０．３５であった。誘電体基板２１の両面に形成される外部電極１６および１８の材質は、Ｎｉ＋Ｃｕであった。コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量は、１５ｐＦに設定した。
【００７１】
圧電素子１の両端を、図８に示す一対のリード端子３０ｂで保持し、圧電素子１の両面に、図６に示すコテ２２を用いてパラフィン系ワックス２０ａを塗布した。コテ２２のコテ先幅Ｗ４は、４．０ｍｍであった。ワックス２０ａの塗布面積Ｓ１（図４参照）は、片面で２．７ｍｍ２ であった。
【００７２】
その後、圧電素子１に対してコンデンサ素子２を略平行に配置し、コンデンサ素子２の外部電極１６をリード端子３０ｂにロー付け接合すると共に、図１（Ａ）に示すリード端子５の上端をコンデンサ素子２の外部端子１８にロー付け接合した。その後、圧電素子１およびコンデンサ素子２の全体を溶融したエポキシ樹脂中に浸し、樹脂を加熱硬化させて、封止樹脂８を得た。樹脂の加熱硬化に際して、ワックス２０ａが樹脂中に吸収され、封止樹脂中には、振動空間２０が形成された。
【００７３】
このようなレゾネータ装置を２００個作製し、不良品の発生率を調べた。所望の共振周波数特性（３ＭＨｚ±１５ｋＨｚ以内）が得られなかったものと、各レゾネータ装置のインピーダンス特性を測定し、環境温度変化による波形歪みが観察されたものとを、不良品として判断した。なお、不良品と判断されたレゾネータ装置の内部を目視により観察したところ、クラックの発生が確認された。
【００７４】
不良品の発生率（％）を表２に示す。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００７５】
【表２】
実施例４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．０ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００７７】
実施例５
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００７８】
比較例３
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．７ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００７９】
比較例４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１９％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８０】
比較例５
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１８％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８１】
比較例６
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．６ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２５％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８２】
実施例６
レゾネータ装置で４ＭＨｚの共振周波数が得られるように、コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量を、１５ｐＦに設定すると共に、圧電基板１１の厚みを０．３１ｍｍに設定し、しかも、図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。なお、本実施例６では、インピーダンス特性を測定し、波形歪みが観察されたものと、４ＭＨｚ±２０ｋＨｚ以内の共振周波数特性が得られなかったものを不良品と判断した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００８３】
実施例７
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．７ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００８４】
実施例８
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．０ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００８５】
比較例７
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．７ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８６】
比較例８
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１５％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８７】
比較例９
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２１％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８８】
比較例１０
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．７ｍｍ２ とした以外は、実施例６と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例６と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１７％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００８９】
実施例９
レゾネータ装置から５ＭＨｚの共振周波数が得られるように、コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量を、１５ｐＦに設定すると共に、圧電基板１１の厚みを０．２５ｍｍに設定し、しかも、図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。なお、本実施例９では、インピーダンス特性を測定し、波形歪みが観察されたものと、５ＭＨｚ±２５ｋＨｚ以内の共振周波数特性が得られなかったものを不良品と判断した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９０】
実施例１０
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９１】
実施例１１
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９２】
比較例１１
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９３】
比較例１２
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．１ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１４％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９４】
比較例１３
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１４％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９５】
比較例１４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１７％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【００９６】
実施例１２
レゾネータ装置から６ＭＨｚの共振周波数が得られるように、コンデンサ素子２における外部電極１６および１６間の容量を、１５ｐＦに設定すると共に、圧電基板１１の厚みを０．２１ｍｍに設定し、しかも、図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．１ｍｍ２ とした以外は、実施例３と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例３と同様にして、不良品発生率を測定した。なお、本実施例１２では、インピーダンス特性を測定し、波形歪みが観察されたものと、６ＭＨｚ±３０ｋＨｚ以内の共振周波数特性が得られなかったものを不良品と判断した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９７】
実施例１３
図６に示すコテ先幅Ｗ４を３．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．４ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９８】
実施例１４
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を２．７ｍｍ２ とした以外は、実施例９と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例９と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、３％以下であり、総合判断として、良好（○）であることが確認された。
【００９９】
比較例１５
図６に示すコテ先幅Ｗ４を２．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を１．８ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、２０％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１００】
比較例１６
図６に示すコテ先幅Ｗ４を４．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．１ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１６％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１０１】
比較例１７
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．０ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．４ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１８％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１０２】
比較例１８
図６に示すコテ先幅Ｗ４を５．５ｍｍとし、塗布面積Ｓ１（図４参照）を３．７ｍｍ２ とした以外は、実施例１２と同様にして２００個のレゾネータ装置を作製し、実施例１２と同様にして、不良品発生率を測定した。
表２に示すように、不良品の発生率は、１８％以上であり、総合判断として、良好でない（×）であることが確認された。
【０１０３】
評価２
表２に示すように、実施例３〜１４と、比較例３〜１８とを比較して分かるように、周波数帯が３ＭＨｚである場合には、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１を、３．０±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が４ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．７±０．４ｍｍ２ とし、周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合には、面積Ｓ１を、２．４±０．４ｍｍ２ とすることで、共振特性を損なわず、クラック発生を抑制できる。すなわち、周波数帯が高くなるにつれて、振動空間２０に接する圧電素子１の表面の面積Ｓ１を小さくすることで、共振特性を損なわず、クラック発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るレゾネータ装置の要部概略斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の等価回路図である。
【図２】 図２は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の概略断面図である。
【図３】 図３は図１（Ａ）に示すレゾネータ装置の圧電素子とリード端子との接続部の詳細を示す要部断面図である。
【図４】 図４は圧電素子の概略斜視図である。
【図５】 図５はリード端子の製造過程を示す要部斜視図である。
【図６】 図６はレゾネータ装置の製造過程を示す概略図である。
【図７】 図７は本発明のその他の実施形態に係るレゾネータ装置に用いるリード端子の斜視図である。
【図８】 図８は本発明のその他の実施形態に係るレゾネータ装置に用いるリード端子の斜視図である。
【符号の説明】
１… 圧電素子
２… コンデンサ素子
３… 入出力用リード端子
４… 折り曲げ部
５… 接地用リード端子
６… 段差部
８… 封止樹脂
１０… レゾネータ装置
１１… 圧電基板
１２… テーパ状受け溝
１２ａ… 傾斜側壁
１２ｂ… 底壁
１４… 外部端子
２０… 振動空間
２０ａ… ワックス
２１… 誘電体基板
２２… コテ
Claims (14)
- 所定の長さと幅と厚みとを持つ平板形状の圧電素子と、
前記圧電素子の端部を保持するテーパ状受け溝が上端部にプレス加工により形成された導電性線材から成るリード端子と、
前記リード端子の受け溝に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記リード端子の上端部外周部に接続され、前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子とを有し、
前記テーパ状受け溝が、前記リード端子の上端部において、前記圧電素子の幅以上の長さで、リード端子の長手方向に沿って形成してあることを特徴とする
レゾネータ装置。 - 請求項１に記載のレゾネータ装置であって、
前記テーパ状受け溝が、前記圧電素子の端部の厚みよりも広い横断面幅の開口部と、前記圧電素子の端部の厚みよりも狭い横断面幅の底壁とを有するレゾネータ装置。 - 請求項１に記載のレゾネータ装置であって、
前記リード端子を構成する前記線材の横断面形状が、前記テーパ状受け溝が形成されていない部分で、略円形であるレゾネータ装置。 - 請求項１に記載のレゾネータ装置であって、
前記リード端子の長手方向の途中に、折り曲げ部が形成してあるレゾネータ装置。 - 請求項１に記載のレゾネータ装置であって、
前記リード端子の受け溝に前記圧電素子の端部が保持された状態で、前記圧電素子の表面に形成してある外部電極が、前記受け溝内の半田を介して前記リード端子に電気的に接続してあるレゾネータ装置。 - 請求項１に記載のレゾネータ装置であって、
前記圧電素子を構成する圧電セラミックスの熱膨張係数と、前記コンデンサ素子を構成する誘電体セラミックスの熱膨張係数との差異が５ｐｐｍ／°Ｃ以下であるレゾネータ装置。 - 請求項６に記載のレゾネータ装置であって、
前記圧電セラミックスが三成分系ジルコン・チタン酸鉛系のセラミックスであり、前記誘電体セラミックスが鉛系のセラミックスであるレゾネータ装置。 - 請求項１に記載のレゾネータ装置であって、
前記圧電素子の振動部の周囲に振動空間が形成されるように、前記圧電素子と、前記コンデンサ素子と、前記リード端子の上端部とを覆う封止樹脂部をさらに有するレゾネータ装置。 - 請求項８に記載のレゾネータ装置であって、
前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、前記圧電素子の周波数帯に対して所定の関係にあるレゾネータ装置。 - 請求項９に記載のレゾネータ装置であって、
前記圧電素子の周波数帯が３ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、３．０±０．４ｍｍ２ であるレゾネータ装置。 - 請求項９に記載のレゾネータ装置であって、
前記圧電素子の周波数帯が４ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、２．７±０．４ｍｍ２ であるレゾネータ装置。 - 請求項９に記載のレゾネータ装置であって、
前記圧電素子の周波数帯が５〜６ＭＨｚである場合に、前記振動空間に接する前記圧電素子の表面の面積が、２．４±０．４ｍｍ２ であるレゾネータ装置。 - 導電性線材から成るリード端子の端部に、プレス加工により、テーパ状受け溝を形成する工程と、
前記テーパ状受け溝の内部に圧電素子の端部を差し込み、圧電素子をリード端子で保持させる工程と、
前記圧電素子と共に共振回路を構成するコンデンサ素子の外部端子を、前記リード端子に接続する工程と、
前記圧電素子の振動部の周囲に振動空間が形成されるように、前記圧電素子と、前記コンデンサ素子と、前記リード端子の端部とを封止樹脂で覆う工程とを有する
レゾネータ装置の製造方法。 - 請求項１３に記載のレゾネータ装置の製造方法であって、
前記封止樹脂で覆う工程が、
前記圧電素子の周波数帯に応じて選択されたコテ先幅を持つコテを用いて、ワックスを前記圧電素子の所定部位に塗布する工程と、
前記ワックスが塗布された圧電素子の全体を封止樹脂で被覆する工程と、
前記封止樹脂を加熱し、封止樹脂を硬化させると共に、前記ワックスを封止樹脂中に吸収させ、前記封止樹脂内に振動空間を形成する工程とを有するレゾネータ装置の製造方法。
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