JPH11214929A

JPH11214929A - 圧電発振器

Info

Publication number: JPH11214929A
Application number: JP2392098A
Authority: JP
Inventors: Tomio Sato; 富雄佐藤
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】低価格化、小型化が容易に行なえ、周波数安定
度及び、立ち上がり時間特性に優れた水晶発振器を提供
する。【解決手段】プリント基板１上に６個の表面実装型小型
ヒータ４、４’、５、５’、６、６’を配置する。小型
ヒータ４、４’、５、５’は振動子１０の金属キャップ
９と基板１との間に密着固定する。また小型ヒータ６、
６’は振動子１０のリード端子１１、１１’とプリント
基板１との間に金属片８を介して密着固定する。これら
の６個の小型ヒータはプリント基板１の下面の温度制御
回路３に接続する。小型ヒータ６、６’の間には温度セ
ンサ７を配置し、温度制御回路３に接続する。６個の前
記小型ヒータは水晶振動子の熱容量及び、放熱量を考慮
し、それぞれの加熱量を個別に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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】移動体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、これらに基準発信源として用
いられる水晶発振器に対しては周波数安定度が高安定な
ものが要求されている為、一般に周波数安定度は１×１
０^-7〜１×１０^-10程度の恒温槽型水晶発振器を使用す
る。更に、近年これらの分野では小型、軽量で携帯可能
であることが求められており、恒温槽型水晶発振器に対
しても小型、軽量化が求められている。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に形成した凹所内に収容
し、更に、金属ブロックを所定の温度にて一定に加熱す
る構成としていた。図３は従来の恒温槽型水晶発振器の
一例を示す部分断面斜視図である。同図に示すようにア
ルミニウム等の金属から成る金属ブロック（１００）に
は凹所が形成されており、該凹所の内部には水晶振動子
（１０１）が収納されている。この水晶振動子（１０
１）のリード端子は発振回路が構成された基板（１０
２）と半田付け等により接続している。また、金属ブロ
ック（１００）の外周面には、該金属ブロック（１０
０）を加熱する為のヒータ線（１０３）を巻き付けると
共に、このヒータ線（１０３）の通電電力を制御する為
のトランジスタ等の半導体素子（１０４）が密着固定さ
れている。これにより半導体素子（１０４）を補助熱源
として利用することが出来ると共に、ヒータ線（１０
３）の加熱により半導体素子（１０４）を一定温度で加
熱することで、半導体素子（１０４）の特性を安定なも
のにしている。更に、（１０５）は金属ブロック（１０
０）内部の温度を検知する為のサーミスタ等の温度セン
サであり、（１０６）は前記温度センサ（１０５）から
の温度情報に基づき、前記半導体素子（１０４）と共に
加熱温度を制御する為の温度制御回路を構成した基板で
ある。（１０７）はアルミニウム等から成る金属容器で
あり、該金属容器（１０７）内の隙間には断熱材（１０
８）が充填されている。この様に構成された恒温槽型水
晶発振器は温度制御回路（１０６）の制御に基づきヒー
タ線（１０３）を発熱させ金属ブロック（１００）及
び、水晶振動子（１０１）を特定の一定温度に加熱す
る。これにより恒温槽型水晶発振器は高安定な周波数信
号を出力することが可能となる。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３
に示すような水晶発振器は、水晶振動子（１０１）を一
定の温度に保持するべく所定の熱容量を有する金属ブロ
ック（１００）を使用することが必要となっていた為、
発振器がコストアップすると共に、形状が大型化すると
いう問題があった。また、水晶振動子（１０１）と接続
されるリード端子及び、これに接続される基板（１０
２）に水晶振動子の熱が放熱される為、外気温の変動に
伴い水晶振動子の温度が急変し発振周波数が不安定とな
る周波数安定度の問題もあった。更に、電源が投入され
た後、ヒータ（１０３）は加熱を始めるが、ヒータ（１
０３）からの熱は金属ブロック（１００）から水晶振動
子の金属キャップを介し、水晶素板へと長い熱伝達経路
を経て伝達される為、水晶振動子の温度が安定するまで
に長時間を必要とし、これにより電源電圧投入時から発
振周波数が安定するまでの立ち上がり時間が長時間とな
る問題も起きていた。本発明は上記の問題を解決する為
になされたものであり、低価格、小型化が容易に行え、
更に、起動特性及び、立ち上がり時間特性に優れた水晶
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為に
本発明に係わる請求項１記載の発明は発振回路と複数
の表面実装型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基板上に配置し、圧電振動
子と発振回路及び温度制御回路とを同時に加熱するべ
く、前記圧電振動子のケースと圧電振動子のリード端子
部をそれぞれ別個の加熱ヒータにより同時に加熱するこ
とを特徴とする。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の熱容量の違いに応じて発振
器発振周波数が安定するよう個々のヒータへの供給電力
の比率を設定したことを特徴とする。

【０００５】

【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は本発明の実施例を示
す水晶発振器の主要部の構造を示すものであり、同図
（ａ）は側面図であり、同図（ｂ）は上面図である。同
図に示すプリント基板（１）の下面には発振回路（２）
と温度制御回路（３）とを構成し、前記プリント基板
（１）にの上面には６個の表面実装型小型ヒータ（４、
４'、５、５'、６、６'）を互いに間隔を離して配置す
る。小型ヒータ（４、４'、５、５'）はいずれも前記振
動子（１０）の金属キャップ（９）と基板（１）との間
に密着固定されており、小型ヒータ（６、６'）は振動
子（１０）のリード端子（１１、１１'）と前記プリン
ト基板（１）との間に金属片（８）を介して密着固定さ
れている。前記６個の小型ヒータ（４、４'、５、５'、
６、６'）は前記温度制御回路（３）に電気的に接続し
ている。また、前記小型ヒータ（６、６'）の間のプリ
ント基板（１）上に温度センサ（７）を配置し、該温度
センサ（７）は前記温度制御回路（３）に電気的に接続
している。更に、温度制御用のパワートランジスタ（１
２）はキャップ（９）と密着固定し、補助熱源としても
利用する。そして更に、必要に応じて前記プリント基板
（１）及び、これに実装される部品の周囲を断熱材（図
示していない）にて覆う、或いはパッケージに収納して
も良い。この様な構成の水晶発振器に付いてその動作を
説明する。水晶発振器に電源を投入すると発振回路は水
晶振動子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（３）は温度センサ（７）の検
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（４、４'、
５、５'）は金属キャップ（９）を加熱し、該金属キャ
ップ（９）からの放射熱により水晶素板が暖められる。
前記小型ヒータ（６、６'）は前記リード端子（１１、
１１'）を加熱し、該リード端子（１１、１１'）から直
接伝搬する熱により水晶素板を暖める。更に、６個の前
記小型ヒータはプリント基板（１）を加熱する一方、パ
ワートランジスタ（１２）も水晶振動子（９）を暖め
る。図２は前記温度制御回路（３）の一例を示すもので
ある。その構成は抵抗素子Ｒ２とＲ３とは直列接続さ
れ、その接続の中心は差動オペアンプＩＣ１のプラス側
入力と接続している。また、温度センサとするサーミス
タＴＨ１と抵抗素子Ｒ１とは直列接続され、その接続の
中心は抵抗素子Ｒ４を介し前記差動オペアンプＩＣ１の
マイナス側入力と接続している。前記抵抗素子Ｒ２と前
記サーミスタＴＨ１のそれぞれの他の一方の端子は電源
素子ＩＣ２と接続しており、前記抵抗素子Ｒ１とＲ３と
のそれぞれの端子の他の一方は接地している。前記差動
オペアンプＩＣ１の出力とマイナス側入力との間には帰
還抵抗Ｒ５が接続されている。前記トランジスタＴＲ１
のコレクタと電源Ｖｃｃの間には、直列接続されたヒー
タＨ１とヒータＨ２、ヒータＨ３とヒータＨ４、ヒータ
Ｈ５とヒータＨ６のそれぞれが接続されている。尚、前
記トランジスタＴＲ１のコレクタと接地間及び、前記電
源素子ＩＣ２と設置間とに接続されているＣ１、Ｃ３は
バイパスコンデンサである。この様な図２に示す温度制
御回路（３）の動作に付いて以下に簡単に説明する。前
記差動オペアンプはプラス側入力とマイナス側入力との
電圧差に応じた電圧を出力する。前記電圧差は低温であ
るほどサーミスタＴＨ１の抵抗値が高抵抗となる為、高
電圧となり、更に、これに伴い前記差動オペアンプの出
力電圧は高電圧となり、ヒータ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ
４、Ｈ５、Ｈ６）のそれぞれを加熱する。尚、チエナー
ダイオードＺＤ１は前記トランジスタＴＲ１が動作する
最低電圧を決定する為のものである。このような水晶発
振器に於いて、これに使用する水晶振動子（１０）の金
属キャップ（９）とリード端子部（１１）とでは熱容量
及び、放熱量が異なる。即ち、水晶振動子（１０）内部
の水晶素板が加熱される経路は、金属キャップ（９）を
加熱した場合、金属キャップ（９）からの輻射熱により
水晶素板を加熱する経路が主となり、リード端子部（１
１）を加熱した場合、リード端子部から水晶素板に直接
伝達される経路が主となる。その為、水晶振動子の熱容
量及び、放熱量の差を考慮し、小型ヒータ（４、４’、
５、５’、６、６’）のそれぞれの加熱量を個別に設定
することにより、加熱効率の向上と、外気温度の影響に
対し水晶振動子（１０）の温度が変動し難いようにする
ことが可能である。尚、本実施例では水晶振動子（１
０）の金属キャップ（９）及び、リード端子部（１１、
１１’）と小型ヒータ（４、４’、５、５’、６、
６’）とを直接接触又は金属板（８）を介し密着固定さ
せると説明したが、熱伝導性に優れた接着剤等を用いて
接着固定してもよい。また、上記説明では小型ヒータを
６個使用したが、本発明はこれに限るものでなく、それ
以下または、それ以上の小型ヒータの数であっても振動
子及び、プリント基板を安定的に加熱するよう個々の小
型ヒータの加熱容量を設定することにより本実施例と同
等の動作が得られることは言うまでもない。更に、上記
本実施例の説明では温度センサ（７）としてサーミスタ
素子を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、温
度センサとして半導体センサ等、他の半導体素子であっ
ても良い。

【０００６】

【本発明の効果】以上説明したように前記請求項１記載
の発明は、振動子の加熱を金属製等の恒温槽を使用せず
面実装型のヒータにより直接行う為、小型、且つ、低コ
スト化が容易に行える効果を奏する。また、金属ブロッ
クを用いず、更に、水晶素板に直接熱が伝達されるよう
リード端子部に小型ヒータを取り付け加熱する構造とし
ている為、加熱容積が小さくなり、発振器の低消費電流
化を可能とすると共に、電源投入時から周波数が安定す
るまでの立ち上がり時間が短時間となる効果をも奏す
る。請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の発明の
効果に加え、水晶振動子を個別のヒータでバランス良
く、且つ、直接に加熱し、更に、圧電素板のねつが直接
伝達されるリード端子部にもヒータを取り付け加熱する
為、温度変化に対し発振周波数が短時間で安定する起動
特性に優れた発振器が構成できる効果を奏する。

【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を示す図

【図２】本発明に用いる温度制御回路の一実施例を示す
図

【図３】従来の水晶発振器を示す図

【符号の説明】

１・・・プリント基板、２・・・発振回路、３・・・温
度制御回路、４、４’、５、５’、６、６’・・・表面
実装型小型ヒータ、７・・・温度センサ、８・・・金属
片、９・・・金属キャップ、１０・・・水晶振動子、１
１、１１’・・・リード端子、１２・・・パワートラン
ジスタ、１００・・・金属ブロック、１０１・・・水晶
振動子、１０２・・・基板、１０３・・・ヒータ線、１
０４・・・半導体素子、１０５・・・温度センサ、１０
６・・・基板、１０７・・・金属容器、１０８・・・断
熱材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電振動子と、発振回路と、複数の表面実
装型加熱ヒータと、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基板上に配置し、圧電振動子と発
振回路及び温度制御回路とを同時に加熱するべく、前記
圧電振動子のケースと圧電振動子のリード端子部をそれ
ぞれ別個の加熱ヒータにより同時に加熱することを特徴
とする圧電発振器。
【請求項２】前記圧電振動子の熱容量の違いに応じて発
振器発振周波数が安定するよう個々のヒータへの供給電
力の比率を設定したことを特徴とする前記請求項１記載
の圧電発振器。