JP2005203995A - 恒温槽型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】
圧電振動子のみならず発振回路部品をも温度の一定化を図ると共に、調整用部品については外部に露出させることにより組み立て完成後の調整作業を実施することを可能とする恒温槽型圧電発振器の構造を提供する。
【解決手段】
水晶振動子１０を、ＯＶＥＮプリント板３０とＯＳＣプリント板２０とで密接に挟持したサンドイッチ構造とすることで、ＯＶＥＮプリント板３０上のヒーター抵抗３２からの熱が水晶振動子１０の金属ケースを伝わってＯＳＣプリント板２０上の発振回路部品２１を充分に加熱することができる。また、これらを収容する本体ケース４０には貫通孔４１が開口しており、この貫通孔４１に対応した位置に調整用部品２２の搭載領域を設けたので、組み立て後における調整作業をこの開口部分から行うことができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、周波数制御デバイス等として用いられる圧電発振器に関し、特に圧電振動子をヒータ等の熱源により加熱し、温度制御回路によって熱源を制御することで安定した周波数を得ようとする恒温槽型圧電発振器の構造に関するものである。

移動体通信機器や伝送通信機器の電子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。
近年、電子機器に対して小型、軽量化が求められてきているため、それに対応して恒温槽型圧電発振器についても小型化が進められている。
例えば、本出願人による特開２０００−３１５９１６号（特許文献１）では、圧電振動子のリード端子を短尺化し、小型化と同時にリード端子からの熱損失を防止することで消費電力の低減を図る恒温槽型圧電発振器（特許文献１の図６に開示）を提案した。
この恒温槽型圧電発振器は、下面に回路部品を搭載したマザープリント基板の上面に搭載したヒータ抵抗と接するように圧電振動子を横臥状態で配置し、マザープリント基板へ垂直に立設した第２のプリント基板に圧電振動子のリードを固定する。そして、圧電振動子に対して下面が解放した金属ブロックを被せたうえに、更に、これらの構成要素を金属ケースにて包囲したものであった。
特開２０００−３１５９１６号公報

しかしながら、上述した従来の恒温槽型圧電発振器にあっては、金属ブロックとプリント基板で囲まれた領域に圧電振動子とヒータ抵抗とが格納されているものの、発振回路部品はその外側に配されており、温度特性の安定化に悪影響を及ぼしていた。つまり、発振回路部品も温度の一定化を図ることが好ましい訳であるが、単純に発振回路部品のすべてを内側に閉じ込めて設けてしまうと、圧電発振器の組み立て後の周波数調整用を調節或いは交換することができなくなってしまう。
そこで、本発明に係る恒温槽型圧電発振器は、圧電振動子のみならず、発振回路部品をもヒータ抵抗によって温度を一定化させるとともに、調整用部品については外部に露出させることにより任意に調整作業を実施することを可能とする恒温槽型圧電発振器の構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の請求項１の発明は、金属ケース内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子（水晶振動子）を、温度制御回路部品およびヒーター部品を搭載する第一のプリント基板（ＯＶＥＮプリント板）と、発振回路部品および調整用部品を搭載する第２のプリント基板（ＯＳＣプリント板）との間に配置し、下面に大開口を有し上面に小開口（貫通孔）を有する箱状の本体ケースに前記第一のプリント基板、圧電振動子、および第２のプリント基板を収容した恒温槽型圧電発振器であって、前記小開口に対応した位置に前記調整用部品の搭載領域を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の請求項２の発明は、請求項１記載の恒温槽型圧電発振器において、前記本体ケースと前記第一のプリント基板との間に接着剤を充填して一体化したことを特徴とする。

また、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の請求項３の発明は、請求項１または２記載の恒温槽型圧電発振器において、表面実装用パッドを有するベースプリント基板を、下面に取り付けたことを特徴とする。

また、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の恒温槽型圧電発振器において、更に、少なくとも本体ケースの小開口を覆うように外装ケース（蓋）を被せたことを特徴とする。

本発明に係る恒温槽型圧電発振器は、小開口に対応した位置に前記調整用部品の搭載領域を設ける構造であるため、恒温槽型圧電発振器の組み立て後の調整作業を容易に行うことができ、且つ、圧電振動子のみならず発振回路部品をもヒータ抵抗によって温度を一定化させることができるので、極めて安定した周波数を得ることができるという利点がある。

以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す断面図であり、（ａ）は正面断面図を示し、（ｂ）は側面断面図を示す。なお、ここでは水晶を圧電振動素子として用いた所謂、ＯＣＸＯ（Oven Controlled Crystal Oscillator）とも呼ばれる恒温槽型圧電発振器を例にして説明するが、圧電振動素子は水晶に限るものではない。
この例に示す恒温槽型圧電発振器１００は、それ自体が表面実装用の部品として用いられる構成となっており、金属ケース内に水晶振動素子を気密封止した水晶振動子１０と、下面に発振回路部品２１を搭載し上面には調整用部品２２を搭載したＯＳＣプリント板２０と、上面にサーミスタ３１、ヒーター抵抗３２、パワートランジスタ３３を搭載し下面には温度制御回路部品３４を搭載したＯＶＥＮプリント板３０と、を板金製の箱状の本体ケース（オーブンケース）４０内に収容し、この本体ケース４０の下面にベースプリント基板５０を取り付けて構成する。

ここで圧電発振器に使用する発振回路および温度制御回路は一般的に用いられる周知の回路構成であり、例えば、発振回路としてコルピッツ発振回路を用い、温度制御回路は、サーミスタ３１により検知される温度に基づいてヒーター抵抗３２の発熱量を帰還制御することで水晶発振器１０の温度を一定に保つよう機能するものを用いる。
上述の調整用部品２２は、発振回路構成する部品の一部であり、例えば、発振周波数調整のためのコンデンサ等である。
この例では、ＯＶＥＮプリント板３０の上面に二つのヒーター抵抗３２を配置し、この二つのヒーター抵抗の間にサーミスタ３１を設けた例を示している。また、パワートランジスタ３３は、温度制御回路における電流制御を担う部品であり、発熱の大きな部品であるからヒーター抵抗３２と同じ側の面に搭載している。

水晶振動子１０は、楕円円筒形の金属ケース内に図示しない水晶振動素子を気密封止した構造のものであり、金属ケースと絶縁の図られた状態で導出される２本のリード１１を備えている。このような水晶振動子１０は、リード１１の導出面に封止用の蓋板が嵌め込まれており図１のように金属ケースの胴体よりも突出しているため、この蓋板の突出部がＯＳＣプリント板２０とＯＶＥＮプリント板３０とに当接することにより、金属ケースの胴体と前記両プリント板との間にギャップが形成される。本発明では、このギャップを利用して、ＯＳＣプリント板２０の下面に発振回路部品２１を、ＯＶＥＮプリント板３０の上面にサーミスタ３１および二つのヒーター抵抗３２を配置しているので、その分だけ厚さ寸法を低減できる。

前記本体ケース４０は、下面が開口（大開口）しており、上面には貫通孔（小開口）が形成されているが詳細については後述する。水晶振動子１０は、ＯＳＣプリント板２０とＯＶＥＮプリント板３０とに挟み込まれた配置となっており、水晶振動子１０のリード１１は折り曲げてＯＳＣプリント板２０に接続固定される。また、水晶振動子１０の金属ケースは、ＯＶＥＮプリント板３０のヒーター抵抗３２と密着に接触している。そして、複数本の接続ピン２によりＯＳＣプリント板２０とＯＶＥＮプリント板３０との間の導通接続、及び両プリント板と外部との間の導通接続がなされるようになっている。
同図中に示すように、サンドイッチ状にまとめられたＯＳＣプリント板２０、水晶振動子１０、及びＯＶＥＮプリント板３０が、本体ケース４０に納められた後、ＯＶＥＮプリント板３０と本体ケース４０との間の隙間を塞ぐべく、接着剤３を充填して熱的に一体化する。

前記ベースプリント基板５０は、表面実装用パッド（電極端子）５１を有しており、この表面実装用パッド５１と前記接続ピン２との導通を図るべく所定の配線パターンが形成されている。このベースプリント基板５０を前記本体ケース４０の下面開口部に取り付ける訳であるが、ベースプリント基板５０の下面には、接続ピン２に対応する位置に凹部５２が形成されている。そして、この凹部５２の凹み内にて接続ピン２の接続固定がなされるので、接続ピン２がベースプリント基板５０から突出することがないようになっている。

次に、図２は、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す上面図であり、上述の図１に示したものを上から見たところを示す。
この図に示すように、恒温槽型圧電発振器１００は、貫通孔４１を有する本体ケース４０を用いている。この貫通孔４１内の領域には、ＯＳＣプリント板２０の上面に配された調整用部品２２が臨めるようになっている。つまり、ＯＳＣプリント板２０上の調整用部品２２は、この貫通孔４１に対応した領域を搭載領域としているのである。また、Ａ点として示す部分は、ＯＳＣプリント板２０における接続ピン２の接続固定部分（例えば、半田付けによる固定）であり、これも貫通孔４１内の領域に位置しており、周波数等の調整作業時の信号モニタ端子としても使用できるようになっている。
なお、貫通孔４１の大きさは調整用部品２２の大きさや数に応じて適宜定めればよく、また、位置は必ずしも上面中央付近としなくても良い。

次に、図３は、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す下面図であり、上述の図１に示したものを上から透過的に見たところを示す。
この図に示すように、恒温槽型圧電発振器１００は、接続ピン２に対応する位置に凹部５２を有するベースプリント基板５０を用いており、この凹部５２の窪み内の点Ｂとして示す部分にて、ベースプリント基板５０と接続ピン２の接続固定（例えば、半田付けによる固定）がなされている。

ここで、より明確な構成を示すために分解図を用いて本発明に係る恒温槽型圧電発振器を説明する。
図４は、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す上方から見た斜視図であり、（ａ）は分解斜視図を示し、（ｂ）は組み立て完成斜視図を示す。
この例に示す恒温槽型圧電発振器は、上述の図１乃至３に示した恒温槽型圧電発振器１００において、ベースプリント基板５０を除いた部分を分解して示したものである。
組み立て手順としては、ＯＳＣプリント板２０の下面に発振回路を構成する電子部品を実装し、必要に応じて上面の調整用部品搭載領域に調整用の電子部品を実装し、その後に水晶振動子１０を横臥した状態でＯＳＣプリント板２０の下面側に搭載する。そして、ＯＶＥＮプリント板３０の上面に配置されたヒーター抵抗３２に接着剤を塗布した上で、水晶振動子１０をＯＳＣプリント板２０とＯＶＥＮプリント板３０とで挟み込み、接続ピン２を串刺し挿入し、接続ピン２を所定のプリント板と半田付け固定して接続する。これにより、水晶振動子１０とＯＳＣプリント板２０とＯＶＥＮプリント板３０とが一体化したサンドイッチ構成となる。このようにしてサンドイッチ構成としたものを本体ケース４０の下面開口部から収納し、ＯＶＥＮプリント板３０の周縁部に接着剤３を充填して本体ケース４０と固定すると、水晶振動子１０は閉じられた空間に配置されるようになる。
こうして同図（ｂ）に示すように恒温槽付発振器本体１が完成する。
この恒温槽付発振器本体１を表面実装用にする場合に、ここでの図示を省略したベースプリント基板５０を用いるが、表面実装用にする必要がない場合は、恒温槽付発振器本体１のまま使用してもよい。

次に、図５は、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す下方から見た分解斜視図である。
恒温槽付発振器本体１は、本体ケース４０の開口面における対向する２箇所に位置決め用突起４２を設けており、ベースプリント基板５０は、恒温槽付発振器本体１を搭載する位置において前記二つの位置決め用突起４２に対応する部分に位置決め穴５３を設けている。
また、恒温槽付発振器本体１の下面には、接続ピン２が突出しており、ベースプリント基板５０側には、接続ピン２に対応する位置にスルーホールを有する凹部５２を設けている。
そして、組み立て時には接続ピン２をスルーホールに導きつつ、位置決め用突起４２を位置決め穴５３に嵌入し、接続ピン２を半田付けによりベースプリント基板５０に接続固定して電気的導通を確保する。

以上説明したように本発明に係る恒温槽型圧電発振器は、水晶振動子１０を、ＯＶＥＮプリント板３０とＯＳＣプリント板２０とで密接に挟持したサンドイッチ構造としたので、ＯＶＥＮプリント板３０上のヒーター抵抗３２からの熱が水晶振動子１０の金属ケースを伝わって、ＯＳＣプリント板２０上の発振回路部品２１を充分に加熱することができるので、水晶振動子１０のみならず発振回路部品２１をも含めて温度の一定化を図ることができるようになり、周波数安定度の向上に寄与する。
また、これらを収容する本体ケース４０には貫通孔４１が開口しており、この貫通孔４１に対応した位置に調整用部品２２の搭載領域を設けたので、組み立て後における調整作業（調整用部品の追加、削除、交換）をこの開口部分から行うことができる。

更に、外部との断熱性を向上させるために、次の図６或いは図７に示すように外装ケースを被せるようにしてもよい。
図６は、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の外装ケース付加構成例を示す図であり、（ａ）に斜視図を示し、（ｂ）に断面図を示す。なお、図１に示したものと同様の機能ブロックについては同一の符号を付してその説明を省略する。
即ち、この例に示す恒温槽型圧電発振器１００は、本体ケース４０の貫通孔４１を封止するようにして、蓋４からなる外装ケースを本体ケース４０の上部に取り付けている。
図７は、本発明に係る恒温槽型圧電発振器の他の外装ケース付加構成例を示す図であり、（ａ）に斜視図を示し、（ｂ）に断面図を示す。なお、図１に示したものと同様の機能ブロックについては同一の符号を付してその説明を省略する。
即ち、この例に示す恒温槽型圧電発振器１００は、本体ケース４０全体を覆うようにして、蓋５からなる外装ケースを取り付けている。
このようにすれば、内部の保温性を更に高めることができ周波数安定度も向上する。

本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す断面図であり、（ａ）は正面断面図を示し、（ｂ）は側面断面図を示す。 本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す上面図である。 本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す下面図である。 本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す上方から見た斜視図であり、（ａ）は分解斜視図を示し、（ｂ）は組み立て完成斜視図を示す。 本発明に係る恒温槽型圧電発振器の構成例を示す下方から見た分解斜視図である。 本発明に係る恒温槽型圧電発振器の外装ケース付加構成例を示す図であり、（ａ）に斜視図を示し、（ｂ）に断面図を示す。 本発明に係る恒温槽型圧電発振器の他の外装ケース付加構成例を示す図であり、（ａ）に斜視図を示し、（ｂ）に断面図を示す。

符号の説明

１・・・恒温槽付発振器本体（恒温槽型圧電発振器）
２・・・接続ピン
３・・・接着剤
４・・・蓋（外装ケース）
５・・・蓋（外装ケース）
１０・・・水晶振動子（圧電振動子）
１１・・・リード
２０・・・ＯＳＣプリント板（第二のプリント基板）
２１・・・発振回路部品
２２・・・調整用部品
３０・・・ＯＶＥＮプリント板（第一のプリント基板）
３１・・・サーミスタ
３２・・・ヒーター抵抗
３３・・・パワートランジスタ
３４・・・温度制御回路部品
４０・・・本体ケース
４１・・・貫通孔（小開口）
４２・・・位置決め用突起
５０・・・ベースプリント基板
５１・・・表面実装用パッド
５２・・・凹部
５３・・・位置決め穴
１００・・・表面実装用恒温槽型圧電発振器

Claims (4)

1. 金属ケース内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子を、温度制御回路部品およびヒーター部品を搭載する第一のプリント基板と、発振回路部品および調整用部品を搭載する第２のプリント基板との間に配置し、下面に大開口を有し上面に小開口を有する箱状の本体ケースに前記第一のプリント基板、圧電振動子、および第２のプリント基板を収容した恒温槽型圧電発振器であって、
   前記小開口に対応した位置に前記調整用部品の搭載領域を設けたことを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
2. 前記本体ケースと前記第一のプリント基板との間に接着剤を充填して一体化した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. 表面実装用パッドを有するベースプリント基板を、下面に取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の恒温槽型圧電発振器。
4. 更に、少なくとも本体ケースの小開口を覆うように外装ケースを被せたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の恒温槽型圧電発振器。

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