JP2001196859A

JP2001196859A - 高安定型圧電発振器の構造

Info

Publication number: JP2001196859A
Application number: JP2000000896A
Authority: JP
Inventors: Tadanaka Soga; 忠央曽我; Takashi Kawasaki; 敬川嵜; Kenji Nose; 賢司野瀬
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高安定型水晶発振器の周波数温度特性を改善
し、消費電流を低減する手段を得る。【解決手段】第１のプリント基板に発振回路とヒータ
制御回路を設け、第２のプリント基板に水晶振動子を収
容した恒温槽７を備えた高安定型圧電発振器であって、
第１のプリント基板と第２のプリント基板との間に両者
を結合する複数の樹脂製のサポートを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高安定型圧電発振器
の構造に関し、特に周囲温度の変化に対して発振周波数
の安定度を改善した高安定型圧電発振器の構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高安定型水晶発振器は周波数精度、周波
数温度特性、周波数エージング特性等が優れているため
に、測定装置、移動体無線基地局から衛星通信用機器ま
で広範囲に使用されている。近年、携帯電話機器の普及
に伴い、基地局用として低消費電力であると共に小型の
高安定水晶発振器の需要が増大している。この種の圧電
発振器は内部に小型恒温槽を有しており、該恒温槽内に
水晶振動子を収容することにより、圧電発振器の周囲温
度が変化した場合でも、水晶振動子の温度を常に一定に
保持するような構造となっているので、発振周波数の安
定度は極めて高い。小型恒温槽としては、例えば金属ブ
ロックにヒータを巻着付けた恒温槽、あるいは金属ブロ
ックに発熱体を固着した恒温槽等各種のタイプが実用化
されている。

【０００３】図７は従来の高安定型水晶発振器の構造を
示す断面図であって、プリント基板３１の表面に、水晶
振動子３２を内蔵した小型恒温槽３３の底部を固定し、
さらに水晶振動子３２の端子と、電源、アース及び発振
出力用の端子３４、３４・・とを導通固定すると共に、
裏面には発振回路３５、恒温槽３３のヒータ制御回路３
６等が半田付けされている。そして、逆Ｌ字型のサポー
ト３７を取り付けたベース３８に前記プリント基板３１
を載置、固定した後、ベース３８に金属ケース３９取り
付けて、高安定型水晶発振器を構成する。

【０００４】また、図８も従来の他の構造の高安定型水
晶発振器を示す断面図であって、第１のプリント基板４
１の表裏面に、発振回路、ヒータ制御回路４２等を半田
付けすると共に、第２のプリント基板４３と第１のプリ
ント基板との間を支持する金属ねじ４４、４４と、スペ
ーサ４５、４５と、第１及び第２のプリント基板４１、
４３間の電気的導通を図るリード端子４６とを取り付け
る。第２のプリント基板４３上には水晶振動子４７を収
容した恒温槽４８が固定されており、水晶振動子４７の
端子は第２のプリント基板４３に半田付けする。この二
層構造のプリント基板をベース４９のガラス部を貫通す
るリード端子５０、５０の先端に半田付けすると共に、
ベース４９の周縁のフランジ部に金属ケース５０ａを抵
抗溶接して、高安定型水晶発振器を構成する。

【０００５】更に、図９は従来の高安定型水晶発振器に
用いられている小型恒温槽の一例であって、金属ブロッ
ク５１の主面に平行した水晶振動子を収容するための深
い凹み５２を形成すると共に、その側面に発熱体５４搭
載したプリント基板５３を貼り付けた構造をしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
小型恒温槽を内蔵する高安定型水晶発振器においては、
図１０に周波数温度特性を示すように、周囲温度が変化
すると、特に低温側において周波数の安定度（df/f）が
大幅に劣化するという問題があった。例えば、図１０か
ら明らかなように、周囲温度を25℃から−１０℃まで下
げた場合、周波数変化量は−1300ppbも変化するという
問題があった。また、図１１に周囲温度と高安定型水晶
発振器の消費電流との関係を示すように、特に低温側に
おいて消費電流が増大するという問題もあった。また、
図９に示すような構造の小型恒温槽では、発熱体が発す
る熱量は図中左方の金属ブロック５１側に伝搬するだけ
でなく、図中右方の空気中に放射・拡散して逃げてしま
うためエネルギーの利用効率が悪く、雰囲気が低温にな
るにつれて消費電流が増大するという問題もあった。本
発明は上記問題を解決するためになされたものであっ
て、周波数安定度が高く、消費電流の少ない高安定型水
晶発振器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る高安定型水晶発振器の構造の請求項１記
載の発明は、第１のプリント基板と第２のプリント基板
とを所定の間隔をあけて配置し、前記第２のプリント基
板上に恒温槽に収容された圧電振動子を、前記第１およ
び第２のプリント基板に発振回路と前記恒温槽の温度を
制御するための回路とを配置した圧電発振器において、
前記第１と第２のプリント基板の間を断熱性の高い材質
にて構成されたネジとスペーサとによって固定したこと
を特徴とする高安定圧電発振器である。請求項２記載の
発明は、前記ネジとスペーサの一部もしくはすべてに代
えて断熱性の高い材質にて構成されたサポート部材を用
いたことを特徴とする請求項１記載の高安定圧電発振器
である。請求項３記載の発明は、恒温槽に収容された圧
電振動子と発振回路と前記恒温槽の温度を制御するため
の回路とを搭載したプリント基板と、該プリント基板を
収容するパッケージと、該パッケージと前記プリント基
板との間を所定の間隔をあけて固定するための保持具と
を備えた圧電発振器において、前記保持具と前記プリン
ト基板との間に断熱性の高い材質にて構成された板状部
材を挿入したものであることを特徴とする高安定圧電発
振器である。請求項４記載の発明は、少なくとも圧電振
動子と、圧電振動子を収容する金属ブロックと、該金属
ブロックを加熱するための発熱体を搭載したプリント基
板とを備えた高安定圧電発振器において、前記金属ブロ
ックの一部に切り込みを設け、該切り込みに前記プリン
ト基板を挿入し固定したことを特徴とする高安定圧電発
振器である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る高
安定型水晶発振器の構造を示す断面図であって、第１の
プリント基板１の表裏面に、発振回路、ヒータ制御回路
２等を半田付けすると共に、第２のプリント基板３を支
持する樹脂製ねじ４、４と、第１及び第２のプリント基
板１、３間を所定に間隔に保持するためのスペーサ４ａ
と、第１及び第２のプリント基板１、３間の電気的導通
を図るリード端子５とを取り付ける。第２のプリント基
板３上には水晶振動子６を収容した恒温槽７が固定され
ており、水晶振動子６の端子を第２のプリント基板３に
設けたスルーホールに半田付けする。この二層構造のプ
リント基板をベース８に設けたガラス部を貫通するリー
ド端子９、９の先端に半田付けすると共に、ベース８の
周縁に形成したフランジに金属ケース１０を抵抗溶接し
て、高安定型水晶発振器を構成する。

【０００９】本発明の特徴は第２のプリント基板３を第
１のプリント基板１に支持するねじ部材に樹脂製のもの
を用いて、第２のプリント基板３上に取り付けた小型恒
温槽７が発する熱量のうち、第１のプリント基板１へ逃
げ出す量を抑制したことである。樹脂の材質としては、
例えば耐熱性（200゜C）と断熱性に優れたＰＰＳ（ポリ
フェニレンサルファイド）樹脂等がある。

【００１０】図２は図１に示すように、第２のプリント
基板３の支持４に耐熱性、断熱性に優れたＰＰＳ製の樹
脂ねじを用いて製作した高安定型水晶発振器の周囲温度
と周波数安定度（df/f）との関係を示す図である。周囲
温度を25℃から−5℃まで変化させた場合、本発明の高
安定型水晶発振器の周波数温度特性を測定した曲線と、
比較のため従来のものの周波数温度特性も重ね書きし
た。周囲温度が−5℃の場合で比べると従来の発振器が
−850ppb程度周波数が下がったのに対し、本発明に係る
発振器は約−10ppbであり、温度変化に対する安定度が
大幅に改善していることがわかる。

【００１１】また、図３は、図２に示した高安定型水晶
発振器の周囲温度と消費電流との関係を測定した曲線
で、従来の発振器の消費電流を比較のために重ね書きし
た。従来の高安定型水晶発振器に比べて、消費電流も大
幅に改善されていることが判明した。

【００１２】図１に示した樹脂製のねじ４とスペーサ４
ａとの代わりに図４に示すような構造の樹脂製のワンタ
ッチ式のサポート部材が市販されており、例えばＰＰＳ
製のものであれば耐熱性、断熱性に優れているため、こ
のサポート部材を複数用いて第１のプリント基板１と第
２のプリント基板３とを固定することが可能であり、ね
じ方式よりも工数がかからず、同等の周波数安定度が得
られた。また、例えばプリント基板の四角を固定する場
合、対角の２ケ所をワンタッチサポート部材にて固定
し、残りの２カ所を樹脂製のネジとスペーサとの組み合
わせで固定すると、プリント基板の穴の位置にズレが生
じても融通がきくというメリットもある。

【００１３】図５は本発明に係る他の実施例の高安定型
水晶発振器の構造を示す断面図であって、プリント基板
１１の裏面に発振回路、ヒーター制御回路１２を半田付
けすると共に、表面に水晶振動子１３を収容した恒温槽
１４の底面を固定し、水晶振動子１３の端子も半田付け
する。更にベース１５に取り付けた逆Ｌ字型のサポート
１６に断熱性の板状スペーサー１７を重ね、その上に前
記プリント基板１１を載置し固定する。この際、ベース
１５を絶縁貫通するリード端子１８をプリント基板のス
ルーホールに通し半田付けする。そしてベース１７を金
属ケース１９で覆い、高安定型水晶発振器を構成する。
このような構造とすることにより恒温槽１４で発熱した
熱はプリント基板１１全面に広がるが、断熱性の板状ス
ペーサ１７、例えばＰＰＳ樹脂製シートを挟むことによ
り熱のベース１５への拡散は抑制される。その結果、図
５に示す構造の高安定型水晶発振器の周波数温度特性
は、板状スペーサー１７を挟まない従来のもののそれよ
り、はるかに改善されると共に、消費電流も低く抑える
ことができた。

【００１４】図６は本発明に係るさらに他の実施例を示
す図であって、小型恒温槽を構成する金属ブロック２１
を示す斜視図である。該ブロック２１に水晶振動子を収
容する深い凹み２２を長手方向にあけると共に、その端
部近傍にプリント基板２４に発熱体２５を搭載したヒー
タを収容するための溝２３を形成する。該溝２３にヒー
タを収容し、平ねじ２６で固定する。発熱体２５は外部
のヒータ制御回路（図示しない）によって発熱量が制御
される。従来のように金属ブロックの端部にヒータを貼
り付けた構造の恒温槽と異なり、ヒータの熱は金属ブロ
ック全体に伝達されるために、熱効率が改善され、高安
定型水晶発振器の消費電流を低減することができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、樹脂製の耐熱性、断熱性に優れたねじを用いて二
層のプリント基板を支持することにより、熱伝導を抑圧
するため、高安定型水晶発振器の周波数温度特性を大幅
に改善すると共に、消費電流を低減するという優れた効
果を奏す。また、樹脂製のねじの代わりにワンタッチス
ペーサを用いてもほぼ同様な効果が得られるし、プリン
ト基板とベースのサポートとの間に断熱性のスペーサを
挿入することにより、周囲温度の変動による周波数安定
性を大幅に改善することができた。また、小型恒温槽の
ブロックに切り込みを作り、その溝にヒータを収容する
ことにより、恒温槽の熱効率を改善することが可能とな
り、高安定型水晶発振器の消費電流を低減することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高安定型水晶発振器の構造を示す
断面図である。

【図２】本発明の高安定型水晶発振器の周波数温度特性
を示す図である。

【図３】本発明の高安定型水晶発振器の消費電流を示す
図である。

【図４】ワンタッチスペーサの図である。

【図５】本発明に係る他の実施例の構造を示す断面図で
ある。

【図６】本発明に係る小型恒温槽の構造を示す斜視図で
ある。

【図７】従来の高安定型水晶発振器の構造を示す断面図
である。

【図８】従来の他の高安定型水晶発振器の構造を示す断
面図である。

【図９】従来の高安定型水晶発振器の周波数温度特性を
示す図である。

【図１０】従来の高安定型水晶発振器の温度と消費電流
との関係を示す図である。

【図１１】従来の高安定型水晶発振器に用いられる小型
恒温槽の構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１、３、１１、２４・・プリント基板２、１２・・発振回路、ヒータ制御回路４・・樹脂製のねじ４ａ・・スペーサ５・・リード端子６、１３・・水晶振動子７、１４・・恒温槽８、１５・・ベース９、１８・・端子１０、１９・・金属ケース１６・・逆Ｌ字サポート１７・・断熱スペーサ２１・・金属ブロック２２・・深い孔２３・・溝２５・・発熱体２６・・平ねじ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のプリント基板と第２のプリント基
板とを所定の間隔をあけて配置し、前記第２のプリント
基板上に恒温槽に収容された圧電振動子を、前記第１お
よび第２のプリント基板に発振回路と前記恒温槽の温度
を制御するための回路とを配置した圧電発振器におい
て、前記第１と第２のプリント基板の間を断熱性の高い材質
にて構成されたネジとスペーサとによって固定したこと
を特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項２】前記ネジとスペーサの一部もしくはすべ
てに代えて断熱性の高い材質にて構成されたサポート部
材を用いたことを特徴とする請求項１記載の高安定圧電
発振器。
【請求項３】恒温槽に収容された圧電振動子と発振回
路と前記恒温槽の温度を制御するための回路とを搭載し
たプリント基板と、該プリント基板を収容するパッケー
ジと、該パッケージと前記プリント基板との間を所定の
間隔をあけて固定するための保持具とを備えた圧電発振
器において、前記保持具と前記プリント基板との間に断熱性の高い材
質にて構成された板状部材を挿入したものであることを
特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項４】少なくとも圧電振動子と、圧電振動子を
収容する金属ブロックと、該金属ブロックを加熱するた
めの発熱体を搭載したプリント基板とを備えた高安定圧
電発振器において、前記金属ブロックの一部に切り込みを設け、該切り込み
に前記プリント基板を挿入し固定したことを特徴とする
高安定圧電発振器。