JPH0226884B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の目的） 本発明は周囲温度の変化に対して水晶振動子の
温度変化を極めて小さくすることによつて、周囲
温度が変化しても振動周波数の変化が、ごくわず
かである小型で、安価な温度ゲインの大きい水晶
振動子に関するものである。

（従来技術） 従来から水晶振動子の周囲温度の変化に対する
振動周波数の変化を小さくする目的で、自己温度
補償機能をもつ正特性磁器発熱体と水晶振動子を
組合せた温度補償付水晶振動子が知られている。

従来から知られている温度補償付水晶振動子
は、水晶板を収納した水晶振動子容器外壁に正特
性磁器を伝熱的に取りつけ、単にこの全体を別の
容器に収納した構成、あるいは水晶振動子を収納
する容器に正特性磁器を伝熱的に取りつけ、この
容器内に単に水晶振動子を収納した構成、さらに
は水晶振動子に通常の金属線発熱体をまきつける
と共に、正特性磁器を伝熱的にとりつけ、この両
者を電気的に並列に接続した構成などであつて、
その特性は例えば周囲温度が−30℃から＋60℃ま
で変化すると、水晶振動子の温度は30〜40℃、厳
密に調整しても10℃以上の温度幅で変化してしま
い、このためその温度ゲイン（温度ゲイン＝周囲
温度変化幅／水晶振動子の温度変化幅）は、通常
２〜３、厳密に調整しても、たかだか７〜8.5で
あるため、水晶振動子の振動周波数は大きく変化
してしまうものであつた。

また、水晶振動子の周囲温度による振動周波数
の変化を小さくする目的で、通常の発熱体と電子
温度制御機構とを組合せた水晶振動子も知られて
いる。このような水晶振動子は温度ゲインは非常
に大きくできるものであるが大型になり、かつ高
価なものであるため特定の限られた用途にしか利
用できないものであつた。

このため従来から温度ゲインが大きく、小型
で、安価な水晶振動子が強く望まれていた。

（発明の構成） 本発明はこのような要求に応えた温度ゲインが
大きく、小型で、安価な水晶振動子であつて水晶
振動子に１個以上の第１の正特性磁器を伝熱的に
取りつけ、これを収納する容器に第１の正特性磁
器と電気的に直列に接続した１個以上の第２の正
特性磁器を伝熱的に取りつけ、第１、第２の正特
性磁器と電気的に並列に接続した１個以上の第３
の正特性磁器を前記容器と伝熱的に取りつけ、水
晶振動子および第１の正特性磁器は第２、第３の
正特性磁器および容器と直接に接触しないように
構成した温度補償付水晶振動子である。

本発明の構成をその一具体例の模式断面図であ
る第１図により詳細に説明すると、水晶振動子１
の金属性ケース外壁部に、第１の正特性磁器２を
導電・伝熱的に取りつけ、水晶振動子１と正特性
磁器２を収納する金属性容器３の底部４に第２の
正特性磁器５を導電・伝熱的に取りつけ、第１の
正特性磁器２と第２の正特性磁器５とは接続線６
で水晶振動子の金属性ケースを介して電気的に直
列に接続されている。容器３の蓋部７には、第３
の正特性磁器８を導電・伝熱的に取りつけ、第３
の正特性磁器は第１および第２の正特性磁器の直
列回路と電気的に並列に構成されている。

水晶振動子１および第１の正特性磁器２は、第
２の正特性磁器５、第３の正特性磁器８および第
２、第３の正特性磁器が伝熱的に取りつけられた
容器３と直接接触しないように配置されている。
水晶振動子１の端子９，９′は、容器３の底部４
から容器と電気的に絶縁されて取り出され、正特
性磁器５，８の一方の面は、金属性容器に導電的
に取りつけられ金属性容器に導電的に取りつけら
れた端子１０に接続され、第１の正特性磁器２の
水晶振動子に取りつけられた面の逆側の面と、第
３の正特性磁器の金属性容器の蓋部に取りつけら
れた面の逆側の面はそれぞれ接続線１１，１２に
より容器と電気的に絶縁され端子１３に接続され
ており、容器全体は保温材１４で覆われている。

第１の正特性磁器と第２の正特性磁器を電気的
に直列に接続するとともに、水晶振動子および第
１の正特性磁器と第２の正特性磁器および容器と
を直接接触させない理由は、水晶振動子の温度ゲ
インを大きくするために周囲温度が低い場合に
は、電圧印加後電流が安定した状態では、第１の
正特性磁器の抵抗が第２の正特性磁器の抵抗より
大きく、印加された電圧の大部分が第１の正特性
磁器に印加されて、第１の正特性磁器が主たる発
熱体となつて、水晶振動子を直接的に加熱し、周
囲温度が高くなるにつれて、第２の正特性磁器が
第１の正特性磁器の熱と周囲温度の上昇による容
器の温度上昇を感知してその抵抗を増大し、第２
の正特性磁器に印加される電圧の比率を大きくし
て、第１の正特性磁器の発熱量を減少させて、第
１の正特性磁器が直接的に水晶振動子を加熱する
電力を小さくさせると共に、全体の発熱量も大き
く低減させて水晶振動子の温度ゲインを大きくす
るためである。

電圧を印加し、電流が安定した状態で周囲温度
が低い時に、第１の正特性磁器が第２の正特性磁
器より抵抗が大きく、主発熱体となり、周囲温度
が高くなるにつれて第２の正特性磁器の抵抗が大
きくなつて、第２の正特性磁器に印加される電圧
の比率を大きくするためには第１および第２の正
特性磁器それぞれの大きさ、個数、抵抗値、キユ
リー温度および水晶振動子と容器の熱容量を適切
に選ぶことが勘要であり、特に水晶振動子の熱容
量を容器の熱容量より小さくすることが望まし
い。

第３の正特性磁器を第１および第２の正特性磁
器の直列回路に、電気的に並列に設ける理由は、
第１および第２の正特性磁器で達成される水晶振
動子の温度ゲインを一層大きくするためであり、
第３の正特性磁器と第１の正特性磁器および水晶
振動子とを直接接触させない理由は、直接接触す
ると、第１の正特性磁器と第３の正特性磁器の相
互熱干渉が強くなりすぎて大きな温度ゲインが得
られなくなるためである。

第３の正特性磁器の大きさ、個数、抵抗値、キ
ユリー温度等は、第１および第２の正特性磁器の
直列回路で達成される水晶振動子の温度特性曲線
を補正するように適宜選ばばよいものである。

水晶振動子と第１の正特性磁器とを、容器と第
２および第３の正特性磁器とを伝熱的に取りつけ
るには、通常知られている導電性接着剤を用いて
接着したり、ハンダ付する方法あるいは金属性バ
ネ材で押圧固定する方法、さらに通常知られてい
る絶縁性の接着材や導熱性絶縁性接着材を用いる
等の方法を用いればよい。もちろん電気的に絶縁
性の接着材を用いた場合には、相互の電気的接続
には通常のリード線接続法のような電気的接続手
段を付加すればよい。

第１，第２，第３の正特性磁器は、経済性の点
から各々１個であることが好ましいが、それぞれ
複数個用いてもよい。例えば第２図に示すよう
に、容器の底部に２個の第２の正特性磁器５，
５′を取りつけてもよいし、第３図に示すように
容器の底部に２個の第２の正特性磁器５，５′を
取りつけるとともに、蓋部に３個の正特性磁器
８，８′，８″を取りつけてもよい。第１の正特性
磁器と第２の正特性磁器は、電気的に相互に直列
でなければならず、第３の正特性磁器は第１，第
２の正特性磁器の直列回路に並列でなければなら
ないが、第１，第２，第３の正特性磁器各々の間
では電気的にも構造的にも、直列でも、並列でも
よい。

第２，第３の正特性磁器を取りつける容器の部
位は、底部や蓋部に限られることはなく、側部で
もよく、さらに第２の正特性磁器と第３の正特性
磁器を底部と蓋部に分けなければならないことも
なく、要は組立や配線が容易であるとともに、熱
設計しやすい部位であればよい。

第１，第２，第３の正特性磁器のキユリー温度
は同じでも、異なつていてもよく、要は水晶振動
子の温度が周囲温度の変化を受けにくいように適
宜選択すればよいものであるが、好ましくは第
２，第３の正特性磁器のキユリー温度は、第１の
正特性磁器のキユリー温度と同じか５〜20℃低い
温度とすることが望ましい。また水晶振動子の温
度は、通常70℃以下であることが好ましいので、
正特性磁器のキユリー温度は70℃以下より好まし
くは50℃以下とすることが望ましい。

容器の材料は金属にこだわることはなく、容器
の全体又は一部をセラミツクスや樹脂製としても
よい。容器の外部全体又は一部を保温材で覆うこ
とは必須ではないが、水晶振動子を一定温度に保
つために必要な電力を少なくするために、保温材
を用いるとは有効である。また保温のため、容器
をジユワー瓶のような構造としてもよい。

（実施例） 次に実施例について述べる。

実施例 １ HC−45／Ｕの水晶振動子に直径６mm、厚さ１
mm、キユリー温度50℃の第１の正特性磁器を導電
性接着材で接着し、これを10×15×20mmの金属性
容器に収納する。金属性容器の底部に同じ大きさ
で、キユリー温度40℃の２個の第２の正特性磁器
を導電性接着材で接着し、２個の第２の正特性磁
器は電気的に並列とし、第１の正特性磁器と直列
に接続し、同じ大きさでキユリー温度40℃の第３
の正特性磁器を容器の蓋部に導電性接着材で接着
し、これを第１，第２の正特性磁器と並列に接続
する。容器外面を厚さ３mmの発泡ポリスチレンで
保温して10Vの電圧を印加し、周囲温度−30℃か
ら＋60℃で、その特性を測定したところ第４図Ａ
およびＢに示すように、容器の温度は32℃から67
℃、水晶振動子の温度は69.5゜から71.3℃、すなわ
ち温度ゲインは50と極めて安定であつた。第４図
Ａにおいて、ａは水晶振動子の温度変化、ｂは容
器の温度変化をそれぞれ示しており、また第４図
Ｂは第４図Ａにおける水晶振動子の温度変化を拡
大して示したグラフである。

なお、同じ構造で第３の正特性磁器を用いない
場合には、水晶振動子の温度は61℃から68℃、す
なわち温度ゲインは12.8であつた。

実施例 ２ HC−45／Ｕの水晶振動子に直径６mm、厚さ１
mm、キユリー温度50℃の第１の正特性磁器を導電
性接着材で接着し、これを10×15×20mmの金属性
容器に収納する。金属性容器の底部に同じ大きさ
で、キユリー温度30℃と40℃の第２の正特性磁器
各１個を導電性接着材で接着し、２個の第２の正
特性磁器は電気的に並列とし、第１の正特性磁器
と直列に接続し、同じ大きさでキユリー温度30℃
の第３の正特性磁器３個を電気的に並列に容器の
蓋部に導電性接着材で接着し、これを第１，第２
の正特性磁器と並列に接続する。容器外面を厚さ
２mmのシリコン・ゴムで保温して、10Vの電圧を
印加し、周囲温度−30℃から＋60℃でその特性を
測定したところ、第５図ＡおよびＢに示すように
容器の温度は39℃から64.5℃、水晶振動子の温度
は69.2℃から72℃、すなわち温度ゲインは32.1と
極めて安定であつた。なお、第５図Ａにおいて、
ａは水晶振動子の温度変化、ｂは容器の温度変化
をそれぞれ示しており、また第４図Ｂは第４図Ａ
における水晶振動子の温度変化を拡大して示した
グラフである。

（発明の効果） 以上詳記したように、本発明は水晶振動子と伝
熱的に取りつけた第１の正特性磁器が水晶振動子
を直接加熱し、この第１の正特性磁器と直列に接
続され、水晶振動子と第１の正特性磁器を収納す
る容器に伝熱的に取りつけられた、第２の正特性
磁器が周囲温度を感知して第１の正特性磁器の発
熱量を制御し、さらに第１と第２の正特性磁器に
並列に接続された第３の正特性磁器が、前記容器
自体の温度を周囲温度に対して補償するように作
用するので実施例１および２で説明したように水
晶振動子を収納する容器の温度が周囲温度の変化
の約1/3になり、水晶振動子の温度変化は極めて
小さく、その温度ゲインを容易に20以上とするこ
とができる。さらに、水晶振動子および第１の正
特性磁器と、第２，第３の正特性磁器および容器
とが直接に接触していないので、周囲温度が変化
しても水晶振動子の温度にヒステリシスが生じに
くく、製造時の正特性磁器の抵抗値のばらつきで
温度ゲインが大きくならないと云う恐れがない、
簡単な構造で、小型、安価、かつ従来にない大き
な温度ゲインの水晶振動子を提供するものであつ
て産業上有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を説明するための一具体
例の模式断面図、第２図、第３図は本発明の別の
具体例を説明するための模式断面図、第４図Ａ，
Ｂおよび第５図Ａ，Ｂは本発明の実施例の性能を
示す図である。 １……水晶振動子、２……第１の正特性磁器、
３……容器、４……容器底部、５，５′……第２
の正特性磁器、６……接続線、７……蓋部、８，
８′，８″……第３の正特性磁器、９，９′……水
晶振動子の端子、１０……端子、１１……接続
線、１２……接続線、１３……端子、１４……保
温材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水晶振動子に１個以上の第１の正特性磁器を
   伝熱的に取りつけ、これを収納する容器に第１の
   正特性磁器と電気的に直列に接続した１個以上の
   第２の正特性磁器を伝熱的に取りつけ、第１、第
   ２の正特性磁器と電気的に並列に接続した１個以
   上の第３の正特性磁器を前記容器と伝熱的に取り
   つけ、水晶振動子および第１の正特性磁器は第
   ２、第３の正特性磁器および容器と直接に接触し
   ないように構成したことを特徴とする温度補償付
   水晶振動子。