JPH0344450B2 - - 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、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２の正特性磁器を伝
熱的に取りつけ、第１の正特性磁器と第２の正特
性磁器とを水晶振動子を介して電気的に直列に接
続し、第１の正特性磁器と第２の正特性磁器と
は、直接に接触しないように互に離間して構成
し、水晶振動子の端子と正特性磁器の端子とをそ
れぞれ容器底部と絶縁して外部に導出して水晶振
動子を容器内に固定したことを特徴とする温度補
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を伝
熱的に取りつけ、水晶振動子１と第１の正特性磁
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
続する。また水晶振動子１および第１の正特性磁
器２と第２の正特性磁器５とは直接に接触しない
ように空間を設ける。水晶振動子１の端子７，
７′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２，５の一方の端子
８は金属ケースの底部４に接続され、他方の端子
９は底部４と電気的に絶縁されて取り出される。
容器の蓋部１０の外周は保温材１１を被着し保温
する。

第１の正特性磁器と第２の正特性磁器を電気的
に直列に接続し、かつ水晶振動子および第１の正
特性磁器と第２の正特性磁器を直接に接触させな
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。

水晶振動子と第１の正特性磁器とを伝熱的に取
りつけ、かつ容器と第２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、ハンダ付けする方法ある
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或は導熱性の絶縁性
接着剤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剤を用いた場合には、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の正特性磁器および第２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、水晶振動子の両面に第１の正特性磁器
２，２′を取りつけてもよいし、第３図に示すよ
うに容器に複数個の正特性磁器５，５′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ない
が、第１の正特性磁器、第２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１の正特性磁器、第２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の正特性磁器の抵抗が周囲温度の変化に敏
感に変化するように、第２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、好ましくは５〜15℃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80℃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80℃以下、より好ましくは60℃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、例え
ば第１図において容器３の底部４を金属とし、蓋
部１０を樹脂製にするとか、容器の底部をセラミ
ツクとし、蓋部１０を樹脂製とするとか、容器３
の全体を樹脂あるいはセラミツクで構成してもよ
く、さらに容器３の全体又は一部に保温性のよい
材料１１を組合せて用いてもよい。また保温のた
め、容器をジユワー瓶（魔法瓶）のような構造と
してもよい。また、使用温度域の低温側において
は、電圧印加後、電流の安定した状態で第１の正
特性磁器の抵抗を第２の正特性磁器の抵抗より大
きくしやすくするため、容器の熱容量を水晶振動
子の熱容量より大きくすることが好ましいので、
第２の正特性磁器に熱容量を大きくするためのヒ
ート・シンクを附加してもよい。

（実施例） 次に各種の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、25℃の抵抗値20Ω、キユリー温度30℃の第１
の正特性磁器を導電性接着材で接着し、これを10
×15×15mmの金属性容器に収納し、金属性容器の
内側底面に同じ大きさ、同じ抵抗、同じキユリー
温度の第２の正特性磁器を導電性接着材で取りつ
け、第１の正特性磁器と第２の正特性磁器を直列
に接続し、容器外面を厚さ２mmの発泡シリコンゴ
ムで保温して13.5Vの電圧を印加し、周囲温度−
30℃から＋60℃まで変化させ、その特性を測定し
たところ、第４図ａ，ｂ，ｃに示すように、低温
では第１の正特性磁器の抵抗が第２の正特性磁器
の７倍で、＋60℃では0.9倍となり、水晶振動子の
温度は６℃±２℃、すなわち温度ゲイン22.5、振
動周波数は0.3ppm以下と極めて安定であつた。
このときの消費電力は−30℃で0.4W、＋60℃で
0.06Wと非常に少ないものであつた。

なお、同じ構造で第２の正特性磁器を用いず第
１の正特性磁器のみとした場合には水晶振動子の
温度は、第４図ｂに点線で示すように70℃±５
℃、すなわち温度ゲインは９と小さいものであつ
て、また第４図ｃに点線で示すように振動周波数
は1.5ppmと大きく変化した。

実施例 ２ HC−45／Ｕの水晶振動子に直径８mm、厚さ１
mmで25℃の抵抗20Ω、キユリー温度35℃の第１の
正特性磁器をハンダ付し、これを10×15×20mmの
金属性容器に収納し、金属性容器の外底面に同じ
大きさ、同じキユリー温度で25℃の抵抗40Ωの第
２の正特性磁器をハンダ付し、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して
13.5Vの電圧を印加し、周囲温度−30℃から＋60
℃までその特性を測定したところ水晶振動子の温
度は65⁺⁵ _-2℃すなわち温度ゲイン約13と良好であつ
た。

なお同じ構造で、第１の正特性磁器と第２の正
特性磁器を電気的に並列に接続した場合には75℃
⁺¹⁰ _-5℃と中心温度が大きくずれるとともに、温度
ゲイン６と小さくなつた。

実施例 ３ HC−45／Ｕの水晶振動子に第３図に示すよう
に直径８mm、厚さ１mm、25℃の抵抗20Ω、キユリ
ー温度30℃の第１の正特性磁器を導電性接着材で
取りつけ、これを10×15×20mmの金属性容器に収
納し、金属性容器の内底面に同じ大きさ、同じキ
ユリー温度、同じ抵抗の２ケの第２の正特性磁器
を２ケ重ねて導電性接着材で取りつけ、全部で３
ケの正特性磁器を電気的に直列に接続し、水晶振
動子と第２の正特性磁器の間に２mmの空間を設け
た。13.5Vの電圧を印加して周囲温度−30℃から
＋60℃まで変化し、その特性を測定したところ、
水晶振動子の温度は63℃±３℃、すなわち温度ゲ
インは15と極めて優れたものであつた。

実施例 ４ HC−43／Ｕの水晶振動子の両面に第２図に示
すように直径８mm、厚さ１mm、25℃の抵抗30Ω、
キユリー温度35℃の第１の正特性磁器を各１ケ導
電性接着材で取りつけ、この全体をシリコン製の
熱収縮チユーブで覆い、これを15×20×20mmの金
属性容器に収納し、金属性容器に直径10mm、厚さ
１mm、25℃の抵抗10Ω、キユリー温度30℃の第２
の正特性磁器をハンダ付し、２ケの第１の正特性
磁器は電気的に並列接続とし、第１の正特性磁器
と第２の正特性磁器を電気的に直列接続とし、
13.5Vの電圧を印加して周囲温度−30℃から＋60
℃で、その特性を測定したところ水晶振動子の温
度は66±３℃、すなわち温度ゲイン15と極めて優
れたものであつた。

（発明の効果） 以上詳記したように、本発明は周囲温度が低い
ときに、水晶振動子と伝熱的に取りつけられた第
１の正特性磁器が水晶振動子を直接加熱し、周囲
温度が高くなるにつれて第１の正特性磁器と電気
的に直列に接続された第２の正特性磁器が第１の
正特性磁器の熱による容器内温度と周囲温度とを
感知してその抵抗を増加させて、第１の正特性磁
器が直接水晶振動子を加熱する電力を減少させ
て、水晶振動子の温度上昇を抑制するように作用
するので、周囲温度が大きく変化しても水晶振動
子の温度変化は極めて小さく、その温度ゲインを
容易に10以上とすることができるとともに、水晶
振動子および第１の正特性磁器と第２の正特性磁
器とが直接に接触していないので、周囲温度が変
化した時に水晶振動子の温度にヒステリシスが生
じたり、製造時の正特性磁器の抵抗値のばらつき
で温度ゲインが十分大きくならなかつたりという
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温度補償付水晶振動子
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図は本
発明の一実施例の性能を示す図である。 １……水晶振動子、２，２′……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、７，７′…
…水晶振動子の端子、８……正特性磁器の端子、
９……正特性磁器の端子、１０……蓋部、１１…
…保温材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水晶振動子に、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２の正特性磁
   器を伝熱的に取りつけ、第１の正特性磁器と第２
   の正特性磁器とを水晶振動子を介して電気的に直
   列に接続し、第１の正特性磁器と第２の正特性磁
   器とは、直接に接触しないように互に離間して構
   成し、水晶振動子の端子と正特性磁器の端子とを
   それぞれ容器底部と絶縁して外部に導出して水晶
   振動子を容器内に固定したことを特徴とする温度
   補償付水晶振動子。