JP3997611B2

JP3997611B2 - 圧電発振器

Info

Publication number: JP3997611B2
Application number: JP17257198A
Authority: JP
Inventors: 富雄佐藤; 哲也阿部
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: JP2000013140A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電発振器に関し、特に、発振周波数が高安定な圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信基地局の通信設備のメンテナンス等の為に使用する周波数カウンタや衛星通信器等の電気機器分野に於いては、これらの基準信号発信源として一般に周波数安定度が１×１０^-7〜１×１０^-10程度の高安定な恒温槽型水晶発振器を使用する。
更に、近年これらの分野に於いても小型、軽量化が求められており、それに使用する恒温槽型水晶発振器に対しても小型、軽量化の要請が高い。
しかし、従来の一般的な恒温槽型水晶発振器は高安定な発振周波数を得る為に水晶振動子を熱容量が大きな金属製のブロックの凹所内に収納し、更に、金属ブロックを所定の温度にて加熱する構成としており、この金属ブロックが大型である為に発振器の大型化が避けられないという問題があった。
【０００３】
そこで、小型化を達成する為に金属ブロックを用いない高安定型水晶発振器が提案されており、図３はその高安定水晶発振器の構造図を示したものである。
同図（ａ）は側面構造図であり、同図（ｂ）は上面構造図を示したものである。同図に示すプリント基板１０１の下面には発振回路１０２と温度制御回路１０３とを配置し、前記プリント基板１０１の上面には６個の表面実装型小型ヒータ１０４、１０４'、１０５、１０５'、１０６、１０６'を互いにほぼ等間隔に配置している。
また、前記小型ヒータ１０６と１０６'との間の前記プリント基板１０１上に温度センサ１１１を配置し、該温度センサ１１１は前記温度制御回路１０３と電気的に接続している。
前記小型ヒータ１０４、１０４'、１０５、１０５'は何れも水晶振動子１０７の金属キャップ１０８と前記プリント基板１０１との間に密着固定されている。
一方、前記小型ヒータ１０６、１０６'は前記水晶振動子１０７のリード端子１０９、１０９'と前記プリント基板１０１との間に金属片１１０、１１０'を介して密着固定されている。
前記小型ヒータ１０４、１０４'、１０５、１０５'、１０６、１０６'は何れも前記温度制御回路１０３により、水晶振動子１０７が一定の温度となるように制御されている。
更に、温度制御回路を構成するパワートランジスタ１１２はプリント基板の表側に配置され、そのコレクタを金属キャップ１０８と密着固定することによって補助熱源としても利用している。
【０００４】
この様な構成の水晶発振器の動作についてその動作を説明する。
水晶発振器に電源を投入すると発振回路１０２は水晶振動子１０７の共振周波数に基づく周波数にて発振を開始する。
一方、温度制御回路１０３は温度センサ１１１が検知した温度と設定温度とを一致させるべく６個の前記小型ヒータに電力を供給する。
該小型ヒータ１０４、１０４'、１０５、１０５'は金属キャップ１０８を加熱し、該金属キャップ１０８からの放射熱によりキャップ内の水晶素板が暖められる。
前記小型ヒータ１０６、１０６'は前記リード端子１０９、１０９'を加熱し、該リード端子から直接伝搬する熱により水晶素板を暖める。
この様な構成とすることにより、個々の小型ヒータはその熱容量が小さいものであっても、複数これを用い、更に、直接に水晶振動子を加熱している為、十分に水晶振動子を設定温度に加熱及び、制御することを可能とし、小型で高安定な周波数を出力する水晶発振器を得ていた。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に説明した水晶発振器は複数の小型ヒータを用いている為、消費電流が大きくなり、これを用いた携帯機器はバッテリーによる駆動時間が短時間となるという問題が生じていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に本発明に係わる請求項１記載の発明は、圧電振動子と、発振回路と、加熱ヒータと、該加熱ヒータの加熱温度を制御する為の温度制御回路とをプリント基板上に配置した圧電発振器に於いて、前記温度制御回路は感温素子と直流制御用トランジスタとを備えたものであって、前記プリント基板の第１の主面に前記トランジスタのコレクタ端子を接続する為の広面積のランドパターンを設け、前記プリント基板上の第１の主面に少なくとも前記トランジスタとヒータと感温素子とを配置したものであって、前記圧電振動子を前記感温素子とヒータとを覆うように配置すると共に、前記圧電振動子と前記ランドパターンとの間を熱伝導部材を介して接続したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は請求項１記載の発明に加え、前記圧電振動子とランドパターンとの間を金属板を介して接続したことを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は請求項１または、請求項２記載の発明に加え、前記圧電振動子とランドパターンとの間に樹脂を充填したことを特徴としている。
【０００９】
【本発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）及び、（ｂ）は本発明に基づく水晶発振器の一実施例を示す分解構成図と側面からの断面構造図とを示すものである。
この実施例では同図に示すようにプリント基板１の上面には表面実装型の小型ヒータ２が搭載されており、該小型ヒータ２の一方の端子は前記プリント基板上に設けられた広面積なランドパタン３と接続されている。
更に、前記ランドパターン３には前記小型ヒータ２と電気的に接続するパワートランジスタ４のコレクタ端子を接続する。
同図（ａ）に示すように前記小型ヒータ２の両脇にはそれぞれ等間隔に感熱素子としてサーミスタ５とサーミスタ５'とを配置する。
同図（ｂ）に示すように発振回路６や温度制御回路７等を構成するその他の電子部品は、例えばプリント基板の裏面に配置する。
また、水晶振動子８には金属製のサポート９をはめ込み、また、該サポート９の周縁の一部には下側に突出する端子１０が設けられている。
前記端子１０は、前記水晶振動子８を前記プリント基板１上に搭載した際に、前記ランドパターン３と対応する位置に設けたものであり、熱伝導性に優れたハンダ等により前記端子１０とランドパターン３とを固着する。
またこの時、水晶振動子８はヒータ２の上面と密着するよう配置される。
そして最後に、熱伝導性に優れた樹脂接着剤１１を前記振動子８とプリント基板１との間に充填する。
尚、前記トランジスタのコレクタはアースと絶縁するよう考慮する。
【００１０】
図２は図１に示すように各部品を配置した水晶発振器に使用する温度制御回路の一実施例を示した回路図である。
同図に於いて、サーミスタＴＨ１とサーミスタＴＨ２は図１の５、５'に、パワートランジスタＴＲ１が図１の４に、該パワートランジスタＴＲ１のコレクタに接続されているヒータＨ１が図１の２にそれぞれ相当する。
このような構成としたことにより水晶振動子６は小型ヒータ２からの熱が水晶振動子８の下側より直接伝達されると共に、前記小型ヒータ２と前記パワートランジスタ４のコレクタとによりランドパターン３が加熱され、更に、この熱が前記サポート９に設けた端子１０及び、前記樹脂接着剤１１とを介し晶振動子８に伝達されることになる。
パワートランジスタ４の熱を補助熱源として有効に利用すると共に、水晶振動子８に広面積なランドパターン３及び、樹脂接着剤１１を用いて熱伝達される構造とした為、熱容量の小さい一つの小型ヒータによる加熱であっても十分に水晶振動子６を加熱することを可能にしている。
また、サーミスタ５、５'を水晶振動子８の両脇のそれぞれに配置し、温度検知点数を増やすことにより高感度な温度制御を可能にしている。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように前記請求項１記載の発明は、補助熱源であるパワートランジスタの熱を広面積なランドパターンに伝達し、更に、前記ランドパターンに伝達された熱を圧電振動子に伝達するよう構成することにより、効果的にパワートランジスタの熱が圧電振動子に伝達される為、前記圧電振動子を加熱する主要加熱素子として熱容量の少ない小型ヒータを用いることが可能となり、これにより圧電発振器の低消費電流化が可能となるという効果を奏する。
【００１２】
請求項２記載の発明は請求項１記載の発明の効果に加え、前記ランドパターンに伝達されたパワートランジスタの熱が前記ランドパタンと圧電振動子との間に介在する金属板を介し効果的に前記圧電振動子に伝達されるよう構成した構成した為、圧電振動子を主要に加熱するヒータを熱容量の小さいものとすることが可能となり、これにより圧電発振器の低消費電流化が可能になるという効果を奏する。
【００１３】
請求項３記載の発明は請求項１または、請求項２記載の発明に加え、前記ランドパターンに伝達されたパワートランジスタの熱が前記ランドパターンと圧電振動子との間に充填された樹脂を介し効果的に前記圧電振動子に伝達されるよう構成した為、圧電振動子を主要に加熱するヒータを熱容量の小さいものとすることが可能となり、これにより圧電発振器の低消費電流化が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく水晶発振器の一実施例の構成図を示すものである。
（ａ）本発明に基づく水晶発振器の一実施例の分解構成図を示すものである。
（ｂ）本発明に基づく水晶発振器の一実施例の側面断面構造図を示すものである。
【図２】本発明に用いる温度制御回路の一実施例の回路図を示すものである。
【図３】従来の水晶発振器の構造図を示すものである。
（ａ）従来の水晶発振器の側面構造図を示すものである。
（ｂ）従来の水晶発振器の上面構造図を示すものである。
【符号の説明】
１、１０１プリント基板、２小型ヒータ、３ランドパタン、４、１１２パワートランジスタ、５、５'サーミスタ、６、１０２発振回路、７、１０３温度制御回路、８、１０７水晶振動子、９サポート、１０端子、１１樹脂、１０４、１０４'、１０５、１０５'、１０６、１０６'小型ヒータ、１０８金属キャップ、１０９、１０９'端子、１１０、１１０'金属板、１１１温度センサ、

Claims

圧電振動子と、発振回路と、加熱ヒータと、該加熱ヒータの加熱温度を制御する為の温度制御回路とをプリント基板上に配置した圧電発振器に於いて、前記温度制御回路は感温素子と直流制御用トランジスタとを備えたものであって、前記プリント基板の第１の主面に前記トランジスタのコレクタ端子を接続する為の広面積のランドパターンを設け、前記プリント基板上の第１の主面に少なくとも前記トランジスタとヒータと感温素子とを配置したものであって、前記圧電振動子を前記感温素子とヒータとを覆うように配置すると共に、前記圧電振動子と前記ランドパターンとの間を熱伝導部材を介して接続したことを特徴とする圧電発振器。
前記圧電振動子とランドパターンとの間を金属板を介して接続したことを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。
前記圧電振動子とランドパターンとの間に樹脂を充填したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電発振器。