JP4258897B2 - 恒温槽型圧電発振器及び恒温槽型圧電発振器ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数制御デバイス等として使用される圧電発振器に関し、特に圧電振動子を恒温槽内に収納した場合に従来生じていたヒータ線からの熱損失発生という不具合を解決した恒温槽型圧電発振器に関する。更に、本発明は既存の圧電発振器の構造によっては達成することが不可能であった大幅な薄型化を実現した恒温槽型圧電発振器及び恒温槽型圧電発振器ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信機器や伝送通信機器に用いる周波数制御デバイスである水晶発振器等の圧電発振器として、外部の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力することができる恒温槽型圧電発振器が従来から知られている。図７(a) は従来の恒温槽型圧電発振器の分解斜視図、(b) は組付け状態を示す一部断面正面図、(c) は水晶振動子の内部構成を示す断面図である。
この恒温槽型圧電発振器は、水晶振動子１と、水晶振動子１を上面に支持するプリント基板２と、プリント基板２の底面に配置された発振回路、ヒータの温度制御回路等３と、水晶振動子１にかぶさるアルミ等から成る金属ブロック４と、金属ブロック４の外周に巻付けられた状態で通電されることにより発熱するヒータ線５と、金属ブロックの温度を感知する図示しないサーミスタ等を有する。
水晶振動子１は、同図(c) に示すように、導体ベース１０と、導体ベース１０を絶縁体１１を介して気密貫通するリード部材１２と、リード部材１２上端部に電気的機械的に固定された水晶振動素子１３と、水晶振動素子１３を含む導体ベース１０上の空間を気密封止するためにベース１０上にハンダ等により固定された金属キャップ１４等を有する。
プリント基板２上に水晶振動子１を搭載する場合には、リード部材１２を基板２に設けたスルーホール１５内に挿通してからハンダ等により固定する。
金属ブロック４とヒータ線５は恒温槽を構成しており、金属ブロック４はその下面に、水晶振動子の金属キャップ１４と整合する凹所２０を有する。プリント基板２上に搭載された水晶振動子１の金属キャップ１４が凹所２０内に嵌合するように金属ブロック４を水晶振動子１上にかぶせて固定した状態で、金属ブロック４の外周にヒータ線５を巻付け、ヒータ線の端部をプリント基板２上の所要パッドとハンダ接続することによりこの恒温槽型圧電発振器の組付けが完了する。
なお、ヒータ線５及びサーミスタは、プリント基板５の下面に設けた温度制御回路と電気的に接続されている。
以上の構成において、ヒータ線５に通電することにより金属ブロック４を加熱し、その結果として内部の水晶振動子１を加熱するので、発振周波数を安定化させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の恒温槽型圧電発振器にあっては、ヒータ線５が金属ブロック４の外周面と接触する面積が比較的少なく、ヒータ線５の外面の大半は金属ブロック４とは非接触の状態にある。即ち、ヒータ線５は外気に露出している為、金属ブロック４の外周面と線状に接触している部分を除いたヒータ線の外面は外気に接している。このため、加熱時に発生する熱損失が多くなり、加熱温度の上昇に伴ってこの発振器の消費電力が増加するという問題が発生していた。
本発明が解決しようとする課題は、圧電振動子と発振回路とを備えた圧電発振器と、少なくとも圧電振動子を収納した恒温槽とから成る恒温槽型圧電発振器において、圧電振動子を恒温槽内に収納した場合にヒータ線から多くの熱損失が発生するという不具合を解決した恒温槽型圧電発振器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、圧電振動子と発振回路とを備えた圧電発振器と、少なくとも上記圧電振動子を収納した恒温槽とから成る恒温槽型圧電発振器において、上記圧電振動子は、導体ベースと、導体ベースを気密貫通するリード部材と、該リード部材の上端により支持された圧電振動素子と、該圧電振動素子を含む導体ベース上の空間を気密封止する金属キャップと、から成り、上記恒温槽は、上記金属キャップ外周面に嵌合する孔を有した環状の金属枠と、該金属枠の外周面に巻き回されたヒータ線と、外周面に該ヒータ線を巻き回した金属枠を嵌着する嵌着孔を備えた金属ブロックと、から成ることを特徴とする。
請求項２の発明は、上記金属ブロックの嵌着孔内に上記金属枠を嵌着した時に、金属枠外周面のヒータ線は、金属枠外周面と金属ブロックの嵌着孔内壁との間の空間に配置されることを特徴とする。
請求項３の発明は、上記金属ブロックは平面形状が多角形であり、その複数の側面のうちの少なくとも一側面に、回路部品を搭載した側面プリント基板を取り付けたことを特徴とする。
請求項４の発明は、上記金属ブロックの複数の側面のうち側面プリント基板を取付ける側面には凹所を形成し、該凹所と該側面に取り付けた側面プリント基板の裏面との間に形成される空間を利用して該側面プリント基板の裏面に回路部品を配置したことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１に記載した恒温槽型圧電発振器をベースプリント基板上に搭載した構造の恒温槽型圧電発振器ユニットであって、上記ベースプリント基板は貫通穴を有し、該ベースプリント基板の貫通穴の上側開口を閉止するようにベースプリント基板の上面にフレキシブル基板が密着固定され、上記圧電振動子の導体ベースの底面から突出した上記リード部材下端部をフレキシブル基板を貫通させて半田固定した状態で上記貫通穴内に突出せしめたことを特徴とする。
請求項６の発明は、上記該貫通穴の下側開口を絶縁テープにて閉止するようにベースプリント基板の下面に絶縁テープを接着したことを特徴とする。
請求項７の発明は、上記金属ブロックの側面に回路部品を搭載する側面プリント基板を固定し、該側面プリント基板を含む金属ブロックの外側面全体を覆う金属蓋をかぶせて該金属蓋を上記ベースプリント基板上に固定したことを特徴とする。
【０００５】
請求項８の発明は、上記恒温槽型圧電発振器ユニットをマザープリント基板に設けた貫通開口内に配置すると共に、ベースプリント基板をマザープリント基板に固定し、前記マザープリント基板の肉厚は恒温槽型圧電発振器の全高よりも薄く、かつ該マザープリント基板の上面が金属ブロックの上面を越えて上方に突出しないように構成したことを特徴とする。
請求項９の発明は、上記金属ブロックは平面形状が四角形であり、該金属ブロックの一つの側面に取り付けた第１の側面プリント基板には 少なくとも発振回路部品を搭載し、上記一つの側面と隣接する他の側面には少なくとも第１の側面プリント基板上の発振回路部品に電源を供給する定電圧回路部品を搭載した第２の側面プリント基板を取付け、残りの側面の内の一方には金属ブロックの温度を一定に制御するための温度コントロール用の回路部品を搭載した第３の側面プリント基板を取付け、他方の側面には上記第３の側面プリント基板上の回路部品からの制御によりヒータ線に対するヒータ電流制御を行う複数の小型パワーＦＥＴを搭載した第４の側面プリント基板を取り付けたことを特徴とする。
請求項１０の発明は、上記フレキシブル基板上にセラミックヒータと、サーミスタを配置し、セラミックヒータを圧電振動子のリード部材に接触して直接加熱するように構成したことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した形態例に基づいて詳細に説明する。
図１(a) は本発明の恒温槽型圧電発振器の一例の構成を示す斜視図、(b) はその分解斜視図、(c) は(a) のＡ−Ａ断面図である。
本発明の恒温槽型圧電発振器３０は、水晶振動子等の圧電振動子３１と、恒温槽３２と、を備え、この恒温槽型圧電発振器３０にベースプリント基板３３と、ベースプリント基板下面に配置された発振回路、温度制御回路等を構成する回路部品３４と、を組み合わせることにより恒温槽型圧電発振器ユニットを構成している。
圧電振動子３１は、金属ベース４０と、金属ベース４０を気密貫通するリード部材４１と、リード部材４１の上端部により支持された水晶振動素子等の図示しない圧電振動素子と、圧電振動素子を含むベース上の空間を気密封止するために金属ベース４０上に圧着等により固定された金属キャップ４２と、を有する。ベースプリント基板３３上に圧電振動子３１を搭載した時に金属ベース４０及びこれと一体の金属キャップ４２はベースプリント基板上のアースパターンと接続されて接地される。
【０００７】
上記恒温槽３２は、上記金属キャップ４２外周面に密着嵌合する孔４６を有した環状の金属枠４５と、該金属枠４５の外周面に巻き回されたヒータ線５０と、外周面に該ヒータ線５０を巻き回した金属枠４５を嵌着する嵌着孔５６を備えた金属ブロック５５と、から構成されている。
金属枠４５は、圧電振動子３１の金属キャップ４２の外形に整合する内形を有した孔４６を備えた円筒部４７と、円筒部４７の上下端部周縁から夫々外径方向へ突設されたフランジ４７ａ，４７ｂと、から成る。円筒部４７の外周面にはヒータ５０が巻き回される。下側のフランジ４７ｂは、圧電振動子３１の金属ベース４０上に着座し、上側のフランジ４７ａは金属ブロック５５の上面に着座して位置決め係止される。
金属ブロック５５は、金属枠４５を構成する下側のフランジ４７ｂと円筒部４７を受入れる嵌着孔５６を有し、嵌着孔５６の上側開口の周縁には金属枠４５の上側フランジ４７ａを面一状態で着座させる為の環状凹所５５ａが形成されている。図１(c) に示すように、金属枠４５を金属ブロック５５に組み付けた時には、金属枠４５の外周面のヒータ線５０が金属枠４５の外周面と金属ブロックの嵌着孔５６の内周面との間にほぼ封入されて外気との接続をほぼ遮断された状態となる。
圧電振動素子３１のリード部材４１は、ベースプリント基板３３に設けたスルーホール３３ａ内に挿入され、スルーホールから下方へ突出したリード部材先端をハンダ等により基板裏面に接続固定されることにより、ベースプリント基板３３の下面に配置された発振回路、温度制御回路等の回路部品３４との接続が確保される。また、ヒータ線５０の端部もベースプリント基板３３上の図示しない配線パッドと接続固定される。
なお、ヒータ線５０の端部は、例えば金属ブロック５５に設けた図示しない貫通穴を通して外部に引き出す様に構成する。
以上のような構成を備えた結果、金属枠４５の外周に巻付けられたヒータ線５０を、熱伝導性が良好で熱容量の大きい金属ブロック５５により包囲したので、恒温槽３２全体としての熱容量不足を解消して保温性を高め、更にヒータ線５０から外気に対する直接的な放熱を防止することが可能となった。このため、熱損失が減少してエネルギーロスが防止され、圧電発振器の低消費電流化を達成することが可能となる。
【０００８】
次に、図２(a) 、及び(b) (c) は夫々回路部品の搭載方法についての変形例であり、図２(a) に示す例では、ベースプリント基板３３の下面の他に、或は下面に代えてベースプリント基板３３の上面の余剰スペースに回路部品３４を搭載した例を示している。
図２(b) 及び(c) は細幅帯状の側面プリント基板６０を恒温槽を構成する金属ブロック５５の外周面に取り付けた状態を示す正面図、及び要部分解斜視図であり、側面プリント基板６０を金属ブロック５５の側面に固定し、Ｌ字形配線ピン６１等の接続手段を用いてベースプリント基板３３との間の接続を確保している。
このように金属ブロック５５の外周面を利用して回路部品３４を搭載することにより、ベースプリント基板３３の下面等に回路部品を搭載できない状況に対して柔軟に対応することができる。従来は、金属ブロックの外周面にヒータ線が露出状態で巻付けられていた為、このような回路部品配置が不可能であったが、本実施の形態では回路部品の配置レイアウトが比較的自由である為、恒温槽型圧電発振器の使用状況に応じて柔軟に対応することができる。
次に、上記のごとき恒温槽構造を採用することにより高安定化した圧電発振器を従来の半分以下の高さに薄型化するための実施の形態について説明する。
恒温槽型圧電発振器は各種通信機器に使用されるが、これを例えば移動体基地局等に使用する場合、通信機器の電装部を構成するラックに多数枚装備されるプリント基板上に搭載される。ラックには多数のスロットが並列形成されており、各スロット内に一枚づつプリント基板を平行に装着する構成を備えている。そして、最近では通信機器の小型化という要請に対応する為に、上記スロット幅が年々狭くなり、現状では１３ｍｍ以下のスロット幅に対応し得るように薄型化したプリント基板及び搭載部品が求められている。即ち、例えばプリント基板の肉厚を１．６ｍｍとすれば、プリント基板上に搭載する恒温槽型圧電発振器の全高として１０ｍｍ程度のものが求められることとなる。
従来の恒温槽型圧電発振器の全高は２０ｍｍ以上が当たり前であったのに対して、プリント基板を含めた部品高さを１３ｍｍ以下に抑えるためには、恒温槽型圧電発振器の全高を９〜１０ｍｍ程度に薄型化する必要がある。
また、高安定圧電発振器は恒温槽を用いることにより振動子、発振回路部品を８０℃程度の高温に保つことにより、発振器としての安定性を確保しているため、他の回路部品に比べて大きな消費電力を必要とする。このため、恒温槽型圧電発振器の実用化に当たっては放熱を防いで低消費電力化を図ることが必要である。しかし、恒温槽を組み付けた圧電発振器を無理に低背化しようとすると、放熱量が増大し、低消費電力化に逆行する結果をもたらす。従って、高安定発振器としての性能を維持しつつ、熱損失による消費電力のロスを抑えることができる薄型の恒温槽型圧電発振器を開発するためには、従来技術に依存することに限界がある。
本発明者が上記事情を踏まえて恒温槽型圧電発振器の薄型化について考究したところ、上記実施形態に示した構造の恒温槽を利用することにより大幅な薄型化の達成が可能であることを見いだした。
【０００９】
以下、図１及び図２に示した恒温槽型圧電発振器を薄型化するために開発した発明について説明する。
まず、図１(c) 及び図２(a) (b) に示した恒温槽型発振器は、ベースプリント基板３３に設けたスルーホール３３ａ内に圧電振動子３１の底面から延びるリード部材４１を挿入した上で、ベースプリント基板３３の下面から突出したリード部材４１の先端とベースプリント基板３３下面のパターンとを半田により固定している。このため、少なくとも０．３ｍｍ程度リード部材４１の先端がベースプリント基板３３の下面から突出した状態となる。このため、ベースプリント基板３３の下面に他の回路部品３４を搭載しないとしても、ベースプリント基板３３を含む恒温槽型圧電発振器３０の全高さが大きくなり、リード部材先端の突出長が薄型化を達成する為の障害となる。
図３はこのような不具合を解消する為に新たに開発した恒温槽型圧電発振器の構成を示す正面縦断面図であり、圧電振動子３１の金属ベース４０の底面から延びるリード部材４１を上記実施の形態のリード部材よりも短尺化（ベースプリント基板の肉厚よりも短尺化）すると共に、ベースプリント基板３３に形成した貫通穴７０を塞ぐ様に恒温槽型圧電発振器３０を組み付けている。恒温槽型圧電発振器３０をベースプリント基板３３上に組み付けるに際しては薄肉のフレキシブル基板７１を介在させている。即ち、圧電振動子３１の下面から突出する短尺のリード部材４１をフレキシブル基板７１を貫通させた上で半田７２により固定し、このフレキシブル基板７１をベースプリント基板３３の上面に固定して貫通穴７０の上側開口を閉止する。貫通穴７０内に突出したリード部材４１は短尺であるため、ベースプリント基板３３の下面までに達しない位置で終端している。更に、貫通穴７０の下側の開口を絶縁テープ７５にて封止するようにベースプリント基板３３の下面に接着固定する。
ベースプリント基板３３と金属ブロック５５との間は図示しないネジ等により固定して構造の安定化を図る。
【００１０】
この実施の形態においてはベースプリント基板３３の下面からリード部材４１の先端が突出しない分だけ全体の肉厚を薄くすることができるばかりでなく、フレキシブル基板７１と絶縁テープ７５により貫通穴７０の上下の開口を封止することにより貫通穴７０が気密空間となり、この気密空間内の空気層が圧電振動子３１の金属ベース４０の底面からの放熱を有効に防止する保温層として機能する。即ち、金属ベース４０は振動子の基部であり、この部分の温度保持は周波数安定度を維持する上で極めて重要であるが、金属ベース４０の下面全体を気密空間としての貫通穴７０と隣接させることにより金属ベース下面からの放熱による熱ロスの発生を防止することが可能となる。
また、薄型化に関しては、例えばベースプリント基板３３の肉厚ｔ１をＯ．６ｍｍ，フレキシブル基板７１の肉厚ｔ２を０．１ｍｍ，絶縁テープ７５の肉厚ｔ３を０．０５ｍｍ，恒温槽型圧電振動子３０の高さｈ（リード部材４１の長さを除外した高さ）を４．５ｍｍとすることにより、合計５．２５ｍｍの高さにとどめることができる。
これに対して、例えば図２(a) に示したタイプでは、ベースプリント基板の肉厚ｔ１＝０．６ｍｍ、リード部材４１の突出長ｈ１＝０．３ｍｍ，恒温槽型圧電振動子３０の高さｈ＝４．５ｍｍであるため、合計５．４ｍｍの高さとなり、０．１５ｍｍ程度厚くなる。
上述した如く通信機器の多段スロット内に装着されるプリント基板の肉厚を１．６ｍｍとした場合に、このプリント基板上に搭載される恒温槽型圧電発振器の肉厚を０．１５ｍｍ程度薄くできることは、幅が１３ｍ程度の狭いスロットに対応するためには大いに有利である。
【００１１】
次に、図４(a) 及び(b) は図３に示した恒温槽型圧電発振器を利用して更に保温性を高めた構造の恒温槽型圧電発振器ユニットの平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
この実施形態の特徴の一つは、平面形状が四角形である金属ブロック５５の４つの側面に対して夫々第１〜第４側面プリント基板８１、８２、８３、８４を固定し、各側面プリント基板８１〜８４の表面、或は／及び裏面に夫々発振器の構成上必要とされる回路部品を搭載した点にある。
また、各側面に固定する各側面プリント基板８１〜８４の表面のみならず裏面側にも部品搭載を可能ならしめる為に、金属ブロック５５の側面に凹所８５を形成し、凹所８５を除いた側面部分と各側面プリント基板とを固定してもよい。このように構成することにより、各側面プリント基板と凹所８５との間に形成される空間を利用して側面プリント基板の裏面に回路部品を搭載することが可能となり、恒温槽型圧電発振器の占有面積を低減することができる。
次に、４つの側面プリント基板に分散して搭載すべき回路部品の種類を説明する。まず、第１の側面プリント基板（ＯＳＣ Ｐ板）８１には、少なくとも発振回路部品を搭載する。具体的には、例えば発振回路、ＡＧＣ回路、バリキャップによる外部周波数可変回路、外部出力インタフェース回路等の発振器の心臓部に当たる回路部品を搭載する。
次に、第１の側面プリント基板８１を搭載した側面と隣接する側面に固定した第２の側面プリント基板（ＢＵＦＦ Ｐ板）８２には少なくとも第１のプリント基板８１上の発振回路部品に電源を供給する定電圧回路部品を搭載する。具体的には、例えば定電圧回路、サイン波→矩形波変換アンプ及びデューティー調整回路、ゲイト回路等を搭載する。
第１及び第２のプリント基板８１、８２上の回路部品はベースプリント基板３３上の配線パターンにより電気的に接続され、外部に出力される。
【００１２】
次に、残りの２つの側面の内の一方には金属ブロック５５の温度を一定に制御するための温度コントロール用の回路部品を搭載した第３の側面プリント基板（ＴＥＭＰ．Ｃ Ｐ板）８３を固定する。具体的には、例えばサーミスタ（温度センサ）、センサ出力増幅用差動アンプ、基準電圧用定電圧回路、後述する第４側面プリント基板８４上の回路部品向けのバッファーＦＥＴアンプを搭載し、振動子と発振回路の温度コントロール制御を行う。なお、サーミスタ８７は例えば金属ブロック５５内に設けた空所内に配置する一方で、該空所から外部に向けて貫通配置されたリード線８８により第４側面プリント基板８４と接続する。リード線８８の端部は第４側面プリント基板８４に設けたスルーホール内に挿入されて半田固定される。
残りの一つの側面には第３のプリント基板８３上の温度制御用の回路部品からの制御によりヒータ線やセラミックヒータに対するヒータ電流制御を行う複数の小型パワーＦＥＴ９０を搭載した第４の側面プリント基板８４を固定する。なお、小型パワーＦＥＴ９０を第４の側面プリント基板８４の裏面に固定すると共に金属ブロック５５の側面に接触させることにより小型パワーＦＥＴ９０からの発熱を金属ブロック５５の保温に役立てる。この小型パワーＦＥＴ９０を複数並列動作させることにより、パワーアップを図り、小型化、特に薄型化に耐え得る性能を確保することができる。複数の小型パワーＦＥＴ９０を用いる点が薄型化、小型化を図る上では肝要である。
第３、第４の側面プリント基板８３、８４上の回路部品同士の電気的な接続は、フレキシブル基板７１上の配線パターンを利用して実現される。
金属枠４５の外周に巻き回されるヒータ線５０のリード線は、金属ブロック５５を貫通する穴８９を経由して外に引出し、第４側面プリント基板８４のスルーホールに直接半田付け固定されるので、ヒータ線からの発熱を無駄なく金属ブロック５５及び第４側面プリント基板８４に伝達することができる。このように構成することにより、ヒータ線を金属ブロックの外側面に沿って配線した上で側面プリント基板と接続する従来の配線方法に比べて熱損失が大幅に低減される。
このように本発明では発振器を構成する回路部品を４つのブロックに分けて各側面プリント基板上に分散配置すると共に、更に４つの回路部品群を関連の深い２組に分け、各組に属する回路部品群同士をベースプリント基板３３上と、フレキシブル基板７１上で夫々電気的に結線した。従って、第１、第２の側面プリント基板８１、８２上の回路部品（発振から出力までを担当）と、第３、第４の側面プリント基板上の回路部品（温度検出、ヒータ加熱、ヒータ電流制御を担当）との間でノイズが悪影響を及ぼす事態の発生を防止することができる。具体的には、温度制御回路から発生するノイズが発振回路へ干渉しないようにして発振器としての低雑化を図った。
【００１３】
なお、フレキシブル基板７１上には、例えば第４側面プリント基板８４上に搭載し切れなかった上記パワーＦＥＴ９０用のパターン抵抗やパターンコンデンサを形成するようにしてもよい。
上記の如く側面に側面プリント基板を固定した金属ブロック５５の保温性を高める為に、図示のごとく下方が開放した箱形の金属製オーブンケース（内ケース）１００をかぶせ、オーブンケース１００の下端縁がベースプリント基板３３の上面に密着して固定されるようにする。このオーブンケース１００を組み付けることにより、恒温槽型圧電発振器３０はオーブンケース１００とベースプリント基板３３との間の気密空間内に封止されることとなり、外界の温度の変動に関わり無くオーブンケース１００内の温度が一定に保持されるので、各側面プリント基板上に搭載された回路部品の温度安定性が高まる。
なお、オーブンケース１００の内壁と各側面プリント基板８１〜８４との間には所要の間隙を確保し、空気層による保温性（断熱性）を高める。また、オーブンケース１００の天井面は金属ブロック５５の上面に密着させることにより薄型化を図ることができるが、保温性を高めるためには少しく空気層を形成することが好ましい。
また、４枚の側面プリント基板の内でも保温性が最も重要視される発振回路部品を搭載した第１側面プリント基板８１に関しては、第１側面プリント基板８１の外側面を平面形状がコ字状の補助金属ブロック９１により包囲すべく、当該側面に対して補助金属ブロック９１を固定する。これを換言すれば、金属ブロック５５の一つの側面と補助金属ブロック９１との間に間隙を形成し、この間隙内に第１側面プリント基板８１を挿入固定することにより同基板８１上の発振回路部品の温度特性を改善し、発振器の温度特性を改善したものである。補助金属ブロック９１は、金属ブロック５５の側面にネジ等により固定する。
上記の如き恒温槽型圧電発振器ユニット、即ち、ベースプリント基板３３上に搭載しかつオーブンケース１００をかぶせて気密封止された恒温槽型圧電発振器３０は、マザープリント基板１１０に組み付けられた上で、マザープリント基板１１０を含むユニット全体を金属ケース１２０内に封入される。
即ち、マザープリント基板１１０は、貫通開口１１１を有し、この貫通開口１１１の内壁面１１１にオーブンケース１００の側面が密着するようにオーブンケース１００が組み付けられ、更にベースプリント基板３３の張り出し部とマザープリント基板１１０の対向部との間は接続用ピン、ビス等の接続手段１１２により固定される。金属ブロック５５の上面は、マザープリント基板１１０の上面と面一状態になるか、或はマザープリント基板１１０の上面が金属ブロック５５の上面よりも下方に位置するように位置決めすることが薄型化を実現する上では好ましい。また、ベースプリント基板３３上には、マザープリント基板上のパターンとの電気的導通を確保する為の接続パッドを設けておき、この接続パッドを介して両基板間の電気的接続を実現する。
【００１４】
オーブンケース１００は、その天井面を金属ブロック５５の上面に添設させた状態で図示しないネジ等により固定する。
マザープリント基板１１０は、ベースプリント基板３３を含む恒温槽型発振回路３０からの熱的損失を低減すると共に、振動、衝撃等の機械的な外力から保護する役割を果たす。
マザープリント基板１１０を含む恒温槽型圧電発振器ユニットを電子機器の電装部のスロット内に差込み装着するプリント基板に搭載する場合には、ユニット全体の保温性を確保する為に、図５に示した如き金属ケース１２０内に収容した上で、金属ケース１２０をプリント基板上に組み付け固定する。金属ケース１２０は、下ケース片１２０ａと上ケース片１２０ｂとからなっており、両ケース片内にマザープリント基板１１０を含む恒温槽型圧電発振器ユニットを封入することとなる。下ケース片１２０ａの底板とベースプリント基板３３の下面との間、及び上ケース片１２０ｂの天井面とオーブンケース１００の上面との間には十分な断熱用の空気層を確保し得るように、図示しないスペーサ等を用いて間隙を形成する。
更に、金属ケース１２０を含む恒温槽型圧電発振器ユニットを図示しないプリント基板上に搭載するために、接続用のリード端子１３０を用いる。このリード端子１３０は、下ケース片１２０ａの底面に設けた貫通穴１２０ａ’内にハーメチックガラス１３１を介して気密貫通し、更にリード端子１３０の上部をマザープリント基板１１０を貫通させ、マザープリント基板１１０の上面から突出したリード端子１３０の上端部を半田１３２により固定する。下ケース片１２０ａの下面から突出したリード端子部分は、図示しないプリント基板に設けたスルーホル等の取付け穴内に差込み装着され、半田等により固定される。
【００１５】
マザープリント基板１１０を組み付けた場合であっても、このユニットの全高（リード端子１３０の突出部を除く）は、ベースプリント基板３３、絶縁テープ７５及びフレキシブル基板７１の各肉厚と、恒温槽型圧電発振器３０の高さと、オーブンケース１００の天井部の肉厚（０．３ｍｍ）を合計した寸法に過ぎない。従って、図３に示した寸法例に従えば、このユニットの全高は５．２５＋０．３＝５．５５ｍｍに過ぎない。このユニットの上下面を金属ケース１２０により包囲した場合、下ケース片１２０ａの底板の肉厚０．５ｍｍと、上ケース片１２０ｂの天井部の肉厚０．３ｍｍと、下ケース片の底板とベースプリント基板３３の底面との間の間隙の寸法と、上ケース片の天井部と金属ブロック５５の上面との間の間隙の寸法とを加えた数値を９．２ｍｍ以下にすることができ、この数値が金属ケース１２０を含んだユニットの全高となる。このユニットを厚さ１．６ｍｍのプリント基板上に搭載することによりプリント基板とユニットを含んだ高さは１０．８ｍｍとなる。従って、通信機器の電装部に装備される１３ｍｍ幅のスロット内に十分に納まる寸法となる。
このような構成の恒温槽型圧電発振器ユニットによれば、薄型化を実現できるばかりでなく、同程度のスペックを満たすための他社製品と比較しても１／２程度の消費電力の低減を達成することができる。
次に、図６は本発明の変形実施形態の恒温槽型圧電発振器ユニットの縦断面図であり、この実施形態ではフレキシブル基板７１上のパターン上にセラミックヒータ９５、サーミスタ９６を搭載し、夫々第４側面プリント基板８４、第３側面プリント基板８３上の回路部品と接続する。また、セラミックヒータ９５は、リード部材４１と直接接触するように配置し、直接リード部材４１を直接加熱するように構成する。サーミスタ９６は、圧電振動子３１の金属ベース４０の温度を検知する。
このようにリード部材４１をセラミックヒータ９５により直接加熱するとともに、圧電振動子３１を保温する上で重要な部位である金属ベース４０の温度を検知しながら温度制御を行うように構成したので、周波数安定度を高めることができる。具体的には、１０-9／℃の高安定度を求められる製品に適した構成とすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、圧電振動子と発振回路とを備えた圧電発振器と、少なくとも圧電振動子を収納した恒温槽とから成る恒温槽型圧電発振器において、圧電振動子を恒温槽内に収納した場合にヒータ線から多くの熱損失が発生するという不具合を解決することができる。
即ち、本発明では、圧電振動子の金属キャップを保持する補助金属ブロックの外周面にヒータ線を巻付けると共に、該ヒータ線を封止するように補助金属ブロックを金属ブロックの嵌着孔内に嵌着したので、ヒータ線と外気との接触が遮断され、ヒータ線からの熱損失が防止されて圧電発振器の低消費電流化を達成することが可能となる。
また、金属ブロックの外周面にヒータ線が露出しない構造であるため、金属ブロックの外周面を利用して必要な回路部品を搭載することができる。
更に、本発明によれば、ベースプリント基板に形成した貫通穴上に添設したフレキシブル基板に圧電振動子のリード部材を貫通させた上で半田固定するようにしたので、ベースプリント基板の肉厚内にリード部材の先端が納まり、リード部材の突出分だけ発振器の全高を低減した。このため恒温槽型圧電発振器を薄型化し、プリント基板上に搭載した時の全高を１０ｍｍ前後に抑えることが可能となる。
さらに、発振器を構成する回路部品を、発振回路部品系と温度制御部品系に２分して金属ブロックの側面に設けた側面プリント基板上に搭載したので、コンパクト化を図ることができると共に、２つの部品系を夫々異なった基板上に引き出すようにしたので後者からのノイズが前者に悪影響を及ぼす事態が防止される。更に、発振回路部品系の側面プリント基板を金属ブロック側面と補助金属ブロックとの間で挟んで保温するようにしたので、発振回路部品に対する保温性を高めることができる。また、温度制御部品に属するパワートランジスタを金属ブロックの側面に密着させたので、パワートラジスタの発熱を金属ブロックに直接付与して金属ブロックの保温に貢献することができる。
また、金属ブロックの側面に凹所を設け、凹所と側面プリント基板の間に形成される空間内にも回路部品を配置し得るようにしたので、発振器の平面積を減縮することができる。
また、恒温槽型圧電発振器をオーブンケースとベースプリント基板との間に包囲するようにしたので、保温性を更に高めることができる。
また、このベースプリント基板上に搭載した恒温槽型圧電発振器をマザープリント基板に形成した貫通開口内に配置してマザープリント基板とベースプリント基板とを固定すると共に、マザープリント基板の上面が金属ブロックの上面よりも突出しないように構成したので、マザープリント基板を組み付けることにより発振器本体からの熱損失を低減したり機械的外力からの保護を確保しながらも、薄型化を維持することができる。
更に、マザープリント基板を含む恒温槽型圧電発振器ユニットを保温用の金属ケース内に収容したとしても依然としてスペックに見合う薄さを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) は本発明の恒温槽型圧電発振器の一例の構成を示す斜視図、(b) はその分解斜視図、(c) は(a) のＡ−Ａ断面図。
【図２】 (a) 、及び(b) (c) は夫々回路部品の搭載方法についての変形例の説明図。
【図３】本発明の恒温槽型圧電発振器ユニットの一例の構成図。
【図４】 (a) は本発明の恒温槽型圧電発振器ユニットの一例の構成を示す平面図、(b) はそのＡ−Ａ断面図。
【図５】図４の恒温槽型圧電発振器ユニットを金属ケース内に収納した構成を示す断面図。
【図６】本発明の恒温槽型圧電発振器ユニットの他の実施形態の縦断面図。
【図７】 (a) は従来の恒温槽型圧電発振器の分解斜視図、(b) は組付け状態を示す一部断面正面図、(c) は水晶振動子の内部構成を示す断面図。
【符号の説明】
３０ 恒温槽型圧電発振器、３１ 圧電振動子、３２ 恒温槽、３３ プリント基板、３４ 回路部品、４０ 金属ベース、４１ リード部材、４２ 金属キャップ、４５ 補助金属ブロック、４６ 孔、４７ 円筒部、４７ａ，４７ｂ フランジ、 ５０ ヒータ線、５５ 金属ブロック、５６ 嵌着孔、６０ 側面プリント基板、６１ Ｌ字形配線ピン、７０ 貫通穴、７１ レキシブル基板、７２ 半田、７５ 絶縁テープ、８１〜８４ 側面プリント基板、８５ 凹所、８７ サーミスタ、８８ リード線、９０ 小型パワーＦＥＴ、１００ 金属製オーブンケース（内ケース）、１１０ マザープリント基板、１１２ 接続手段、１２０ 金属ケース

Claims (10)

1. 圧電振動子と発振回路とを備えた圧電発振器と、少なくとも上記圧電振動子を収納した恒温槽とから成る恒温槽型圧電発振器において、
   上記圧電振動子は、導体ベースと、導体ベースを気密貫通するリード部材と、該リード部材の上端により支持された圧電振動素子と、該圧電振動素子を含む導体ベース上の空間を気密封止する金属キャップと、から成り、
   上記恒温槽は、上記金属キャップ外周面に嵌合する孔を有した環状の金属枠と、該金属枠の外周面に巻き回されたヒータ線と、外周面に該ヒータ線を巻き回した金属枠を嵌着する嵌着孔を備えた金属ブロックと、から成ることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
2. 上記金属ブロックの嵌着孔内に上記金属枠を嵌着した時に、金属枠外周面のヒータ線は、金属枠外周面と金属ブロックの嵌着孔内壁との間の空間に配置されることを特徴とする請求項１記載の恒温槽型圧電発振器。
3. 上記金属ブロックは平面形状が多角形であり、その複数の側面のうちの少なくとも一側面に、回路部品を搭載した側面プリント基板を取り付けたことを特徴とする請求項１又は２記載の恒温槽型圧電発振器。
4. 上記金属ブロックの複数の側面のうち側面プリント基板を取付ける側面には凹所を形成し、該凹所と該側面に取り付けた側面プリント基板の裏面との間に形成される空間を利用して該側面プリント基板の裏面に回路部品を配置したことを特徴とする請求項３記載の恒温槽型圧電発振器。
5. 請求項１に記載した恒温槽型圧電発振器をベースプリント基板上に搭載した構造の恒温槽型圧電発振器ユニットであって、
   上記ベースプリント基板は貫通穴を有し、
   該ベースプリント基板の貫通穴の上側開口を閉止するようにベースプリント基板の上面にフレキシブル基板が密着固定され、
   上記圧電振動子の導体ベースの底面から突出した上記リード部材下端部をフレキシブル基板を貫通させて半田固定した状態で上記貫通穴内に突出せしめたことを特徴とする恒温槽型圧電発振器ユニット。
6. 上記該貫通穴の下側開口を絶縁テープにて閉止するようにベースプリント基板の下面に絶縁テープを接着したことを特徴とする請求項５記載の恒温槽型圧電発振器ユニット。
7. 上記金属ブロックの側面に回路部品を搭載する側面プリント基板を固定し、
   該側面プリント基板を含む金属ブロックの外側面全体を覆う金属蓋をかぶせて該金属蓋を上記ベースプリント基板上に固定したことを特徴とする請求項５又は６記載の恒温槽型圧電発振器ユニット。
8. 上記恒温槽型圧電発振器ユニットをマザープリント基板に設けた貫通開口内に配置すると共に、ベースプリント基板をマザープリント基板に固定し、
   前記マザープリント基板の肉厚は恒温槽型圧電発振器の全高よりも薄く、かつ該マザープリント基板の上面が金属ブロックの上面を越えて上方に突出しないように構成したことを特徴とする請求項５乃至７記載の恒温槽型圧電発振器ユニット。
9. 上記金属ブロックは平面形状が四角形であり、該金属ブロックの一つの側面に取り付けた第１の側面プリント基板には少なくとも発振回路部品を搭載し、上記一つの側面と隣接する他の側面には少なくとも第１の側面プリント基板上の発振回路部品に電源を供給する定電圧回路部品を搭載した第２の側面プリント基板を取付け、残りの側面の内の一方には金属ブロックの温度を一定に制御するための温度コントロール用の回路部品を搭載した第３の側面プリント基板を取付け、他方の側面には上記第３の側面プリント基板上の回路部品からの制御によりヒータ線に対するヒータ電流制御を行う複数の小型パワーＦＥＴを搭載した第４の側面プリント基板を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至８に記載の恒温槽型圧電発振器ユニット。
10. 上記フレキシブル基板上にセラミックヒータと、サーミスタを配置し、セラミックヒータを圧電振動子のリード部材に接触して直接加熱するように構成したことを特徴とする請求項１乃至９記載の恒温槽型圧電発振器又は恒温槽型圧電発振器ユニット。

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