JP2007049426A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】
圧電振動子を備えた圧電発振器において耐衝撃性に優れた圧電発振器を提供すること
【解決手段】
基板とカバーとを含むケースにより囲まれる空間に圧電振動子が設けられた圧電発振器において、前記圧電振動子を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、圧電振動子と基板とを電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、を備えるように圧電発信器を構成する。あるいは圧電振動子を搭載した第２の基板と、第２の基板を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、各基板同士を電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、を備えるように圧電発信器を構成する。ケースに外部からの衝撃が加わると緩衝材によってその衝撃が吸収され圧電振動子への伝達が抑えられるため、圧電発振器の周波数の変動などの発生を抑え、耐衝撃性の向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電振動子を備えた圧電発振器に関する。

圧電振動子である水晶振動子を備えた水晶発振器の一例として図７に示す構造のものが知られている。図７中１１は水晶振動子であり、例えばサポート部材により保持された水晶片及び一対の励振電極が方形のパッケージ内に封入された構造を有している。図中１２は前記水晶振動子１１が搭載されたベース基板であり、このベース基板１２には水晶振動子１１を発振させるための発振回路が組み込まれている。図中１３はリード線であり、例えばこのリード線１３の一端は前記水晶振動子１１のパッケージ内において各励振電極に接続されている。またリード線１３の他端はベース基板１２に設けられた電極１４に接続され、このリード線１３を介して水晶振動子１１とベース基板１２とが電気的に接続されている。図中１５は前記水晶振動子１１を覆うようにベース基板１２上に設けられたカバーであり、水晶振動子１１の発振時には例えばこの水晶発振器１Ａの外部からヒータなどの発熱手段により当該水晶発振器１Ａが加熱されて、カバー１５とベース基板１２とにより囲まれる空間１６が恒温とされるようになっている。即ちこの水晶発振器１ＡはＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振器：Oven Controlled Crystal Oscillator）として構成されている。なお図中１７はベース基板１２の裏面に設けられた電極である。

さらに水晶発振器の他の例について図８を用いて説明すると、図中１８は水晶振動子１１を発振させるための発振回路が組み込まれた発振回路基板であり、この発振回路基板１８に水晶振動子１１が搭載されている。図中１０はベース基板であり、前記発振回路基板１８は硬質なリードピンである支柱１９を介してベース基板１０から浮いた状態でこのベース基板１０上に固定されている。なお煩雑になるため図示は省略しているが支柱１９は、はんだなどを介してベース基板１０及び発振回路基板１８に夫々設けられた各電極を介して接続されることでベース基板１０と発振回路基板１８とは電気的に接続されている。このような違いを除けばこの図８の水晶発振器１Ｂは既述の図７の水晶発振器１Ａと同様に構成されており、水晶発振器１Ｂにおいては水晶振動子１１とベース基板１０とが直接接していないため水晶振動子１１の発振時に既述のように加熱された水晶振動子１１の熱がベース基板１０に逃げて当該水晶発振器１Ｂの外部へ放散されることが抑えられ、空間１６を恒温とするための消費電力が抑えられている。

ところで水晶発振器は移動体通信機器や伝送通信機器などの電子機器あるいは基地局などにおいて高精度な基準発信源として使用されているが、水晶発振器を搬送する場合、あるいは前記電子機器や基地局に搭載する場合などにこれらの水晶発振器に外部から衝撃が加えられるおそれがある。例えば図７の水晶発振器が前記衝撃を受けた場合、その衝撃はベース基板１２から直接水晶振動子１１に伝えられるとともに基板１２からリード線１３を介して水晶振動子１１に伝えられる。また図８の水晶発振器が外部から衝撃を受けた場合も、その衝撃はベース基板１０、支柱１９、発振回路基板１８を順次伝わり、水晶振動子１１に伝達されることによって、やはり前記水晶振動子１１がその外部からの衝撃と同程度の衝撃を受けるおそれがある。

水晶振動子の小型化が進んでパッケージと水晶片とが接近していることから水晶振動子１１に外部からの衝撃が直接伝えられると、例えば水晶片がパッケージに接触することにより、発振停止が起こるおそれがある。また水晶片の位置ずれの程度が小さい場合でも、高精度な設定周波数が要求される場合には、周波数がずれて仕様から外れるおそれがある。水晶振動子の耐衝撃性は水晶片の大きさ、形、厚さ及び水晶片を保持するサポート部材の形状などに影響されるため、従来では水晶振動子の構造を工夫することで耐衝撃性を向上させていたが、水晶片が割れやすく、水晶振動子が小型化していることから構造が複雑化し、工数が増えることは作業性を悪くするし、また小型化の妨げの要因にもなる。従ってこのような事情から小型化を図りながら耐衝撃性に優れた水晶発振器が求められていた。

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は圧電振動子を備えた圧電発振器において耐衝撃性に優れた圧電発振器を提供することである。

本発明の圧電発信器は、基板とカバーとを含むケースにより囲まれる空間に圧電振動子が設けられた圧電発振器において、前記圧電振動子を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、圧電振動子と基板とを電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、を備えたことを特徴とする。
なお配線部材について「柔軟性を有する」とは基板に衝撃が加わったときに当該配線部材を介してその衝撃が圧電振動子に伝わり、不具合が生じるということがない程度に柔軟であればよい。

他の発明の圧電発信器は、第１の基板とカバーとを含むケースにより囲まれる空間に圧電振動子を備えた圧電発振器において、圧電振動子を搭載した第２の基板と、前記第２の基板を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、第１の基板と第２の基板とを電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、を備えたことを特徴とする。

また他の発明の圧電発信器は、第１の基板とカバーとを含むケースにより囲まれる空間に圧電振動子を備えた圧電発振器において、圧電振動子を搭載した第２の基板と、前記圧電振動子を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、第１の基板と第２の基板とを電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、を備えたことを特徴とする。

例えば前記第２の基板に発振回路が組み込まれていてもよく、また前記緩衝材は基板または第１の基板側に設けられ、さらに圧電振動子とカバーとの間に緩衝材が介在してもよい。

本発明の圧電発振器によれば、基板とカバーとを含むケース内に、緩衝材により圧電振動子が支持されているため、ケースに外部からの衝撃が加わった場合、前記緩衝材によってその衝撃が吸収されてやわらげられるので圧電発振器の周波数の変動や発振停止などの不具合の発生を抑えることができ、圧電発振器の耐衝撃性の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る圧電発振器の実施の形態の一例として水晶振動子を備えた水晶発振器２について図面を参照しながら説明する。図１は水晶発振器２の横断平面及び縦断側面を示しており、図２は水晶発振器２の横断背面及び裏面を示している。

図中３は圧電振動子である水晶振動子であり、この例では水晶片と水晶片を励振させるための一対の励振電極とが方形のパッケージ３１内に封入されて構成されている。そしてこのパッケージ３１の例えば背側面部には２つの電極３２が設けられており、これらの電極３２は例えば前記各励振電極と夫々電気的に接続されている。

図中４は前記水晶振動子３を発振するための発振回路が組み込まれたベース基板であり、このベース基板４の中央部には例えばシリコンを主な原料としたα（アルファ）ゲル（登録商標名）などのゲルである緩衝材５が固着されている。前記水晶振動子３はその裏面がベース基板４と対向するように緩衝材５を介してベース基板４から浮いた状態で支持されており、ベース基板４から水晶振動子３に伝わる衝撃がこの緩衝材５により抑えられるようになっている。

図中４１はベース基板４に設けられた例えば２つの電極である。また図中５１は水晶振動子３の入出力信号線である２本のリード線であり、請求の範囲で言う配線部材に相当する。このリード線５１としては例えば洋白線、銅線などが用いられる。各リード線５１の一端は前記水晶振動子３の電極３２に夫々接続され、また各リード線５１の他端は前記電極４１に夫々接続されることによって水晶振動子３とベース基板４とが電気的に接続されている。そしてこのように各電極に接続されたリード線５１は、この水晶発振器２に外部から衝撃が加えられ、その衝撃がベース基板４から緩衝材５を介して水晶振動子３に伝達されたときの当該水晶振動子３の揺れを妨げない程度に、つまり水晶振動子３に不具合が生じない程度に柔軟性を有する軟質線材として構成されている。なお図２（ｂ）中４２は水晶発振器２を、当該水晶発振器２が搭載される機器に接続するために設けられた電極であり、ベース基板４の裏面に設けられている。

カバー６はベース基板４と共に恒温槽であるケースを形成し、水晶振動子３を覆い、当該カバー６とベース基板４とで囲まれる空間６１が例えば外部空間と隔離されるようにベース基板４上に設けられている。なお空間６１が外部空間と隔離されるということは空間６１を密閉空間とすることに限らず、後述するように水晶振動子３が発振する際にこの空間６１が断熱材となり、水晶振動子３の周囲温度が恒温に保たれるように構成されていればよい。

以上のように構成された水晶発振器２においては、ベース基板４に組み込まれた発振回路によって水晶振動子３が発振し、その発振出力が当該水晶発振器２から出力される。この発振が行われる際には例えば水晶発振器２の外部に設けられたヒータなどの不図示の発熱体により水晶発振器２が加熱されることにより、空間６１内の水晶振動子３の周囲が恒温に保たれることで前記発振出力の周波数の安定化が図られるようになっている。

この水晶発振器２によれば、ベース基板４とカバー６とにより囲まれる空間６１内において、ベース基板４に緩衝材５が固着され、この緩衝材５によりベース基板４から浮いた状態で水晶振動子３が支持されており、また水晶振動子３とベース基板４とがリード線５１により電気的に接続され、そのリード線５１は前記電気的接続が行われている状態でベース基板４に加えられた衝撃による水晶振動子３の揺れを妨げない程度に柔軟性を有している。従ってこの水晶発振器２が外部からの衝撃を受けた場合、前記緩衝材５がその衝撃を吸収してベース基板４から水晶振動子３に伝わる衝撃が抑えられるとともに、既述したリード線５１の柔軟性によって水晶振動子３はベース基板４上を揺れてその伝えられた衝撃を逃がすことができる。また前記リード線５１を介してベース基板４から水晶振動子３に伝えられる衝撃も例えばリード線５１とは別の硬質なリード線を用いた場合に比べて抑えられることになり、結果としてこの水晶振動子３が受ける衝撃が抑えられる。そのため当該水晶振動子３に備えられた水晶片のずれや破損などが抑えられ、それらに起因する水晶発振器２の周波数の変動や発振停止などの不具合が抑えられる結果として水晶発振器２の耐衝撃性の向上を図ることができる。

なお緩衝材５としては水晶振動子２をベース基板４から浮かせた状態で支持して、ベース基板４から水晶振動子３に伝わる衝撃を抑えることができればよいので、既述のようなゲルの他に例えばゴム、スポンジ、繊維、発泡材、バネなどを用いることができる。

また水晶振動子３とベース基板４とを電気的に接続する配線部材としては既述のように水晶発振器２が外部から衝撃を受けた場合に、この衝撃による水晶振動子３の揺れを妨げない程度に柔軟性を有していればよいため、前記リード線５１のような線状のものに限らず、例えばフィルム状のフレキシブル配線を用いてもよい。

次に図３及び図４を用いて他の実施形態である水晶発振器７について説明する。図３は水晶発振器７の横断平面及び縦断側面を示しており、図４は水晶発振器７の横断背面及び裏面を示している。
図中７１は第１の基板であるベース基板であり、ベース基板７１の中央部には例えば円形状に形成された例えばゲルである緩衝材８が固着されている。図中７２は後述の水晶振動子３５を発振させるための発振回路が組み込まれた第２の基板である発振回路基板である。この発振回路基板７２は例えばその裏面が前記ベース基板７１の表面と対向するように、前記緩衝材８によりベース基板７１から浮いた状態で支持されている。

前記発振回路基板７２上には水晶振動子３５が搭載されている。この水晶振動子３５は既述の水晶振動子３と同様に例えば方形のパッケージ内に一対の励振電極と水晶片とが封入されているが、水晶振動子３と異なりパッケージの下面には不図示の電極が設けられ、この電極ははんだなどを介して発振回路基板７２に設けられた電極（不図示）に接続されることで水晶振動子３５と発振回路基板７２とが電気的に接続されている。
また発振回路基板７２の背側面からは例えばフィルム状のフレキシブル配線７３が伸長している。このフレキシブル配線７３の端部はベース基板７１に接続されており、このフレキシブル配線７３を介して発振回路基板７２とベース基板７１とが電気的に接続されている。なおこのフレキシブル配線７３は、水晶発振器７に外部から衝撃が加えられた際にこの衝撃による発振回路基板７２の振動を妨げない程度に、つまり発振回路基板７２を介して水晶振動子３５に不具合が生じない程度に柔軟性を有している。図中７４は水晶振動子３５及び発振回路基板７２を覆うようにベース基板７１上に設けられたカバーであり、カバー７４及びベース基板７１により囲まれる空間７５は外部空間と隔離されている。また図中７６はベース基板７１の裏面に設けられた水晶発振器７を当該水晶発振器７が搭載される機器に接続するために設けられた電極である。
このような水晶発振器７においては、発振回路基板７２に組み込まれた発振回路によって水晶振動子３５が発振し、その発振出力が当該水晶発振器７から出力される。そしてこの発振が行われる際には既述の水晶発振器２と同様に水晶発振器７が加熱され、空間７５内において水晶振動子３５の周囲が恒温に保たれるようになっている。

この水晶発振器７によれば、ベース基板７１とカバー７４とにより囲まれる空間６１内において、ベース基板７１に緩衝材８が固着され、この緩衝材８によりベース基板７１から浮いた状態で水晶振動子３５を搭載した発振回路基板７２が支持されており、またベース基板７１と発振回路基板７２とがフレキシブル配線７３により電気的に接続され、そのフレキシブル配線７３はベース基板７１に加えられた衝撃による発振回路基板７２の揺れを妨げない程度に柔軟性を有している。従ってこの水晶発振器７が外部からの衝撃を受けた場合、前記緩衝材８によってベース基板７１から発振回路基板７２に伝わる衝撃が吸収されてやわらげられるとともに既述したフレキシブル配線７３の柔軟性によって発振回路基板７２はベース基板７１上を揺れてその伝えられた衝撃を逃がすことができる。また前記フレキシブル配線７３を介して基板７１から基板７２に伝えられる衝撃も例えばそのフレキシブル配線７３の代わりに硬質な配線を用いた場合に比べて抑えられることになり、結果としてこの発振回路基板７２が受ける衝撃が抑えられるため、発振回路基板７２から水晶振動子３５に伝えられる衝撃も抑えられることにより、水晶振動子３５に備えられた水晶片のずれや破損などが抑えられ、それらに起因する水晶発振器７の周波数の変動や発振停止などの不具合が抑えられる結果として水晶発振器７の耐衝撃性の向上を図ることができる。

ところで緩衝材８はベース基板７１上に固着され、発振回路基板７２をベース基板７１上から浮いた状態で支持することができればよいため既述のような形状、数、レイアウトに限られず、例えば図５に示すように発振回路基板７２の四隅を支持するようにベース基板７１上に設けられていてもよい。なおこの緩衝材８としてはゲルの他に例えば既述の緩衝材５として用いられる各素材を用いることができる。

また緩衝材８は発振回路基板７２の下方のみに設けられることに限らず、例えば図６に示すように水晶振動子３５とカバー７４との間にも緩衝材８を設けて、
空間７５内において発振回路基板７２及び水晶振動子３５が緩衝材８により周囲を囲まれるように構成されてもよい。この場合断熱効果の高い材質を用いて緩衝材８を構成することにより、既述のように発振時に加熱された水晶振動子３５の周囲における熱がこの水晶発振器の外部へと放散することが抑えられる。従ってこの図６における水晶発振器においては外部の温度変化などによる水晶振動子３５の周囲の温度変化がより確実に抑えられるため当該水晶発振器が発振する周波数の変動がさらに抑えられ、また空間７５内において水晶振動子３５の周囲を恒温とするために必要な消費電力を抑えることができる。

本発明の実施の形態に係る水晶発振器の構造を示す横断平面図及び縦断側面図である。 本発明の実施の形態に係る水晶発振器の構造を示す縦断背面図及び裏面図である。 本発明の他の実施の形態に係る水晶発振器の構造を示す横断平面図及び縦断側面図である。 本発明の他の実施の形態に係る水晶発振器の構造を示す縦断背面図及び底面図である。 本発明の他の実施の形態に係る水晶発振器の構造を示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る水晶発振器の構造を示す説明図である。 従来用いられている水晶発振器の構造を示す説明図である。 従来用いられている他の水晶発振器の構造を示す説明図である。

符号の説明

２，７ 水晶発振器
３，３５ 水晶振動子
４，７１ ベース基板
５，８ 緩衝材
５１ リード線
６，７４ カバー

Claims (5)

1. 基板とカバーとを含むケースにより囲まれる空間に圧電振動子が設けられた圧電発振器において、
   前記圧電振動子を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、
   圧電振動子と基板とを電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、
   を備えたことを特徴とする圧電発振器。
2. 第１の基板とカバーとを含むケースにより囲まれる空間に圧電振動子を備えた圧電発振器において、
   圧電振動子を搭載した第２の基板と、
   前記第２の基板を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、
   第１の基板と第２の基板とを電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、
   を備えたことを特徴とする圧電発振器。
3. 第１の基板とカバーとを含むケースにより囲まれる空間に圧電振動子を備えた圧電発振器において、
   圧電振動子を搭載した第２の基板と、
   前記圧電振動子を支持して前記ケースから圧電振動子に伝わる衝撃を抑える緩衝材と、
   第１の基板と第２の基板とを電気的に接続し、柔軟性を有する配線部材と、
   を備えたことを特徴とする圧電発振器。
4. 前記第２の基板に発振回路が組み込まれていることを特徴とする請求項２または３のいずれか一つに記載の圧電発振器。
5. 前記緩衝材は基板または第１の基板側に設けられ、さらに圧電振動子とカバーとの間に緩衝材が介在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の圧電発振器。
   
   

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