JP2007201858A - 水晶振動子、高精度水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数温度特性が概ねフラットな高精度、高安定で、且つ小型化、軽量化を実現する水晶振動子及び高精度水晶発振器を提供する。
【解決手段】水晶振動子１０は、水晶振動片３０と、この水晶振動片３０を収容するケース２０と、ケース２０の内面に固着されると共にケース２０の内部の温度を測定するサーミスタ４０と、ケース２０の外側表面に設けられる導電性発熱塗料８０と、を備え、サーミスタ４０の測定値に基づき導電性発熱塗料８０に発熱電力を供給し、導電性発熱塗料８０の発熱により水晶振動片３０を所定の設定温度範囲内に制御する。高精度水晶発振器１００は、水晶振動子１０と制御回路９０を備え、水晶振動子１０を基準温度以上の設定温度範囲に管理することにより、周波数温度特性が概ねフラットな高精度水晶発振器を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動子及びこの水晶振動子を備える高精度水晶発振器に関し、詳しくは、水晶振動子に導電性発熱塗料を設け、水晶振動子を周波数温度特性が概ねフラットな温度範囲内に保持するよう構成した水晶振動子と高精度水晶発振器の構造に関する。

従来、移動体通信機器や伝送通信機器に用いる周波数制御デバイスである水晶発振器は、広い使用温度範囲において、外部の温度変化に影響されることなくフラットな周波数温度特性が要求される。このような高精度水晶発振器の実現のために、水晶振動片のカット角の工夫により一定の温度領域においてフラットな周波数温度特性を得るものや、温度を一定範囲に保持するために恒温槽を備えるものなどが提案されている。

水晶振動片のカット角としては、水晶結晶のＺ軸回りに、基準角度１度３０分から１３度の範囲にある角度で回転した新座標軸Ｙ’軸に対し、水晶板面の法線のなす角度が新座標軸Ｘ’軸の回りでＡＴ板側にそれぞれ基準角度３５度１０分から３６度５０分の範囲にある水晶振動片を用いた水晶振動子というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、水晶のＸ軸とＺ軸を含む平面をＺ軸の回りに基準角度７度から１４度４０分の範囲のある角度で回転すると共に、新座標軸Ｘ’の回りに、ＡＴ板側に基準角度３４度００分から３５度１０分の範囲（３５度１０分は除く）のある角度で回転して得られる面を主面として切り出した水晶振動片を用いた水晶振動子というものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、水晶結晶のＺ軸の回りに時計方向にＸ軸を−５．０度未満、または＋１度よりも大きく（１．０度は含まない）、且つ１５．９度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、Ｘ’軸の回りに時計方向にＺ軸を３４．６度以上且つ３５．１度以下のある角度で回転させたＺ’軸に平行な辺を有する水晶振動片を用いた水晶振動子というものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

恒温槽型水晶発振器としては、水晶振動子と、この水晶振動子を収容する恒温槽と、恒温槽内に配設されるヒータ線と、を備えており、このヒータ線に電力を供給することで発熱させ、水晶振動子の温度を一定の温度範囲に制御するというものが知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開平１０−２８４９７８号公報 特開２００３−３２４３３２号公報 特開２００４−７４２０号公報 特開２００１−１６０３４号公報

上述したような特許文献１〜特許文献３によれば、基準温度（常温と表すことがある）よりも高温領域において周波数温度特性が概ねフラットになり、ある温度範囲において優れた周波数温度特性が示される。しかしながら、基準温度以下の低温領域においては周波数温度特性の変位幅が大きく満足できる特性が得られず、広範囲の使用温度環境には対応できないという課題を有している。

このような課題を解決する方法として、基準温度よりも低温側において温度補償回路を備えなければならないというような課題もある。

また、恒温槽型水晶発振器では、水晶振動子を恒温槽内に収容することにより外部の温度に影響されにくい構造を実現しようとしているが、水晶振動子を収容する恒温槽を採用することから、その構造が複雑になり、このことから小型化や軽量化が困難になる他、コストも高くなるというような課題がある。

本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、低温領域の温度補償回路を用いることなく、周波数温度特性が概ねフラットな高精度、高安定、且つ小型化、軽量化を実現する水晶振動子及び高精度水晶発振器を提供することである。

本発明の水晶振動子は、水晶振動片と、前記水晶振動片を収容するケースと、前記ケースの内面に固着されると共に前記ケースの内部の温度を測定する感温素子と、前記ケースの外側表面に設けられる導電性発熱塗料を含む発熱部材と、を備え、前記感温素子の測定値に基づき前記導電性発熱塗料に発熱電力を供給し、前記発熱部材の発熱により前記水晶振動片を所定の設定温度範囲内に制御することを特徴とする。
ここで、導電性発熱塗料としては、例えば、導電性を有する炭素同素体の微粉末と水分とを含有する有機系天然高分子接着剤が混合される材料を採用することができる。

この発明によれば、発熱素材として導電性発熱塗料を採用し、導電性発熱塗料を所定の設定温度範囲まで発熱させ、水晶振動子の温度を制御していることから、外部温度の影響が少ない高精度な周波数特性を得ることができる。さらに、前述した恒温槽型水晶発振器に比べ、構造を簡素化でき、このことから軽量化と小型化が実現できる。

また、発熱素材として導電性発熱塗料を採用しているため、ケース外側表面に塗布等の手段で容易に形成可能であり、加熱対象部材としての水晶振動子の形状、つまりケースの形状に関わらず形成することができるという効果がある。

また、設定温度の範囲及びレベルに対応して、導電性発熱塗料の厚さ、塗布面積、塗布形状を任意に設定することができるというような効果がある。
さらに、導電性発熱塗料はケースの外側表面に形成されることから、導電性発熱塗料から発生すると考えられるガス、水分による水晶振動子の振動に影響を与えないという効果もある。

また、感温素子をケースの内面に固着しているため、ケース内部の温度、つまり水晶振動片の温度を正確に測定することが可能である。仮に感温素子をサーミスタとすれば、サーミスタは、変形に弱いという特性が知られているが、ケース内部に設けているので、変形等の影響を受けにくく良好な性能を維持することができる。

また、前記水晶振動片が、直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを結晶軸とする水晶結晶のＺ軸の回りに所定の角度で回転し、さらに新座標軸Ｘ’軸の回りに所定の角度で回転する２回回転水晶振動片であって、周波数温度特性が基準温度より高い領域で概ねフラットな特性を有しており、基準温度より低い領域にあるとき、前記導電性発熱塗料の発熱により前記水晶振動片を基準温度より高い所定の設定温度範囲に制御することが好ましい。
ここで、基準温度とは、一般に常温とされる２５℃近傍を意味する。また、２回回転水晶振動片としては、例えば前述した特許文献１〜特許文献３において示されるカット角にて切り出された水晶振動片が含まれる。

上述したようなカット角で切り出された水晶振動片は、基準温度より高い温度領域で周波数温度特性が概ねフラットになる領域が存在することが知られている。ここで、基準温度より低い温度領域にあるときに、導電性発熱塗料を発熱させて水晶振動子を基準温度より高い所定の設定温度範囲まで加熱維持することで、低温領域の温度補償回路を用いることなく、外部の温度環境に影響されない周波数温度特性がほぼフラットな高精度な水晶振動子を提供することができる。

また、前記導電性発熱塗料が前記ケースの外側表面に直接被覆されていることが好ましい。

導電性発熱塗料としては前述したような構成のものを使用することができることから、ケース表面に塗布等の手段で容易に形成可能である。このようにすれば、ケースの形状に関わらずケース表面に発熱部材を形成することが可能で、構造がより一層簡素化でき、ケース表面のわずかな厚み増加でよく軽量化、小型化を実現できる。
また、設定温度の範囲及びレベルに対応して、導電性発熱塗料の厚さ、塗布面積、塗布形状を任意に設定することができるというような効果がある。

さらに、前記発熱部材が、ベース部材と、前記ベース部材の表面に被覆される前記導電性発熱塗料と、を備え、前記発熱部材が前記ケースに装着されていることが望ましい。

発熱部材は、水晶振動子とは別体のベース部材の表面に導電性発熱塗料を被覆して発熱部材を形成するため、被覆作業がやり易くなるという効果がある。
なお、ベース部材は、シート状でも、キャップ状でもよく任意に選択することができる。また、ベース部材の材料としては熱伝導性がよい材料を選択し、熱伝導性がよい接着剤で固着すればなおよい。

また、前記感温素子が、ＰＴＣサーミスタであることが望ましい。
ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｒｅｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）サーミスタは、ジュール熱による自己発熱を伴わない程度の微小電圧で電気抵抗の変化から温度を測定することが可能な素子であるため、水晶振動子内に備えていても正確な温度測定を可能にする。

また、本発明の高精度水晶発振器は、前述したように構成される水晶振動子と、前記水晶振動子の励振を制御する発振回路と、感温素子による温度測定を制御する温度制御回路と、前記温度制御回路の信号に基づき、導電性発熱塗料に発熱電力を供給する電圧制御回路と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、基準温度より低い温度領域にあるときに、導電性発熱塗料を発熱させて水晶振動子を基準温度より高い所定の設定温度範囲まで加熱維持することで、外部の温度環境に影響されない周波数温度特性がほぼフラットな高精度水晶発振器を提供することができる。

また、従来の低温領域の温度補償回路を用いる水晶発振器や従来の恒温槽型水晶発振器に比べ構造を簡素化でき、このことから軽量化と小型化が実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２は本発明の実施形態１に係る水晶振動子の構造を示し、図３〜図８は代表的な２回回転カット水晶振動片とそれらの周波数温度特性、図９は実施形態１の変形例、図１０は実施形態２、図１１は本発明の高精度水晶発振器の概略構成を示している。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係る水晶振動子の構造を模式的に示し、（ａ）は斜視図であり、蓋体を透視した状態を示し、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ切断面の断面図である。図１（ａ）、（ｂ）において、水晶振動子１０は、箱状のケース２０の内部に水晶振動片３０と、感温素子としてのサーミスタ４０とを収容し、ケース裏面２４に導電性発熱塗料８０が形成されて構成されている。

ケース２０は、セラミックスにて形成されており、内部に段状に形成される基台部２１が設けられ、この基台部２１に水晶振動片３０の基部（図示は省略する）が固着されている。また、ケース２０内側の底部２２にはサーミスタ４０が固着されている。

これら水晶振動片３０及びサーミスタ４０が収納された状態において、ケース２０の開口部は蓋体５０によって気密封止される。ケース２０と蓋体５０によって形成される空間２３は、高度な真空状態である。

水晶振動片３０は図示しないリード電極に接続され、リード電極がケース裏面２４にまで延在されてｉｎ／ｏｕｔ端子６１，６３、ＧＮＤ端子６２、Ｖｃｃ端子６４に接続されている（図２も参照する）。また、ケース裏面２４の表面には２本の電極７１，７２が形成されており、これら電極７１，７２の表面及びケース裏面２４には、導電性発熱塗料８０が形成されている。

導電性発熱塗料８０の構成材料としては特に限定されるものではないが、本実施形態では、導電性を有する炭素同素体の微粉末と水分を含む有機系天然高分子バインダーを構成要素として構成されている。炭素同素体の具体例としては、石墨粉末（グラファイト）または炭素粉末（カーボンブラック）が、有機系天然高分子バインダーとしては糊精（一般に澱粉糊と呼ばれる）があげられる。また、目標の抵抗値を得るために炭化珪素等の抵抗剤を混入することがある。

続いて、この導電性発熱塗料８０の被覆方法について説明する。上述した炭素同素体の微粉末と水分を含む有機系天然高分子バインダー及び抵抗剤を混合攪拌調整した導電性発熱塗料８０をケース裏面２４に塗布する。塗布方法としては刷毛塗り、吹き付け等を採用することができる。塗布後、塗膜の厚みを一定にするために自然乾燥する。

次に、水晶振動片３０、サーミスタ４０、導電性発熱塗料８０の配設関係について説明する。
図２は、水晶振動子１０のケース裏面２４側を視認した平面説明図である。図２において、ケース裏面２４の４隅方向にｉｎ／ｏｕｔ端子６１，６３、ＧＮＤ端子６２、Ｖｃｃ端子６４とが形成されている。ＧＮＤ端子６２は、リード電極７５を介して、一方の発熱用電極としての電極７１に接続される。

また、サーミスタ４０は、Ｖｃｃ端子６４と他方の発熱用電極としての電極７２とに接続される。導電性発熱塗料８０は、ｉｎ／ｏｕｔ端子６１，６３、ＧＮＤ端子６２、Ｖｃｃ端子６４に接触しない範囲に形成され、電極７１，７２の端部が露出され、この露出部分において、サーミスタ４０及びリード電極７５（すなわち、ＧＮＤ端子６２）と接続される。

なお、サーミスタ４０の接続は、２本の端子をケース２０の外部に引き出し、ケース裏面２４において電極７２及びＶｃｃ端子６４と接続してもよく、一方の端子をケース２０の内部においてＶｃｃ端子６４と接続するリード電極と接続し、他方の端子をリード電極にてケース裏面２４まで引出して電極７２と接続する構造としてもよい。

続いて、２回回転カット水晶振動片の代表的な例をあげ、カット角と周波数温度特性との関係及び本発明の作用について図面を参照して説明する。
図３は、前述した特許文献１に提案されている２回回転カット水晶振動片のカット角を示す説明図である。この水晶振動子は、直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを結晶軸とする水晶結晶のＺ軸の回りに基準角度１度３０分から１３度の範囲にある角度φ１で回転した新座標軸Ｙ’軸に対し、水晶板面の法線のなす角度φ２が新座標軸Ｘ’軸の回りでＡＴ板側にそれぞれ基準角度３５度１０分から３６度５０分の範囲に切り出した水晶振動片を用いている。

このカット角の範囲の中からφ１の大、中、小を選択して周波数温度特性を示す。
図４は、基準温度Ｔｐが２５℃（常温と表すことがある）のときにΔｆ／ｆを０と規格化した周波数温度特性を示すグラフである。横軸に温度（℃）、縦軸に周波数温度特性（Δｆ／ｆ、ｐｐｍ）を示している。ここでグラフは、φ１をＡは１度３０分、Ｂは７度、Ｃは１３度にした場合を表している。

図４に示すように、各カット角において、基準温度２５℃〜＋８０℃までの領域では、周波数温度特性Δｆ／ｆは低温領域よりもフラットな特性を示し、目標とする５ｐｐｍの範囲にある。基準温度２５℃以下の領域では、周波数温度特性Δｆ／ｆは５ｐｐｍ以上となっている。

図５は、前述した特許文献２に提案されている２回回転カット水晶振動片のカット角を示す説明図である。この水晶振動子は、直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを結晶軸とする水晶結晶のＺ軸の回りに基準角度７度から１４度４０分の範囲にある角度φ１で回転すると共に、新座標軸Ｘ’軸の回りにＡＴ板側に基準角度３４度から３５度１０分の範囲（３５度１０分は除く）のある角度で回転して得られる面を主面として切り出した水晶板を用いて構成された２回回転カット水晶振動片を用いている。

このカット角の範囲の中からφ１の大、中、小を選択して周波数温度特性を示す。
図６は、基準温度Ｔｐが２５℃のときにΔｆ／ｆを０と規格化した周波数温度特性を示すグラフである。横軸に温度（℃）、縦軸に周波数温度特性（Δｆ／ｆ、ｐｐｍ）を示している。個々でグラフは、φ１をＤは７度、Ｅは１２度、Ｆは１４度にした場合を表している。

図６に示すように、各カット角において、基準温度２５℃〜＋８０℃までの領域では、周波数温度特性Δｆ／ｆは低温領域よりもフラットな特性を示し、目標とする５ｐｐｍの範囲にあり、基準温度２５℃以下の領域では、周波数温度特性Δｆ／ｆは５ｐｐｍ以上となっている。

図７は、前述した特許文献３に提案されている２回回転カット水晶振動片のカット角を示す説明図である。この水晶振動子は、直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを結晶軸とする水晶結晶のＺ軸の回りに時計回り方向に角度φを−５度以上且つ−１度以下、または、＋１度よりも大きく且つ１５．９度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有すると共に、Ｘ’軸の回りに時計回り方向にＺ軸の角度θを３４．６度以上であって、３５．１度以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する水晶板、または、Ｚ軸の周りに時計回り方向にＸ軸の角度φを−１５．９度以上であって−５度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有すると共に、Ｘ’軸の回りに時計回り方向にＺ軸の角度θを３４．２度以上であって、３５．３度以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有して切り出された水晶振動片を用いている。

このカット角の範囲の中からφの大、小を選択して周波数温度特性を示す。
図８は、基準温度Ｔｐが２５℃のときにΔｆ／ｆを０と規格化した周波数温度特性を示すグラフである。横軸に温度（℃）、縦軸に周波数温度特性（Δｆ／ｆ、ｐｐｍ）を示している。ここでグラフはθ＝３４．７度のときにφ１をＧは８．３度、Ｈは１２度の場合を表している。

図８に示すように、各カット角において、基準温度２５℃〜＋８０℃までの領域では、周波数温度特性Δｆ／ｆは、低温領域に比べフラットな特性を示し、目標とする５ｐｐｍの範囲にある。また、基準温度２５℃以下の領域では、周波数温度特性Δｆ／ｆは５ｐｐｍ以上となっている。

上述した各カット角の周波数温度特性Δｆ／ｆは共に、基準温度２５℃〜８０℃の範囲において５ｐｐｍ以下を示し、基準温度２５度以下の領域では共に、５ｐｐｍ以下の目標値を満足していない。従って、使用温度環境が基準温度以下の場合には、水晶振動子を基準温度２５℃〜８０℃（８０℃を使用温度範囲の上限とした場合）に加熱維持すれば、周波数温度特性Δｆ／ｆを５ｐｐｍの範囲に抑えることが可能になる。

次に、本実施形態における水晶振動子の加熱維持作用について図１１を参照して説明する。水晶振動子１０には、水晶振動片３０とサーミスタ４０と、発熱部材としての導電性発熱塗料８０を備えている。サーミスタ４０及び温度制御回路９３によってケース２０内の温度を測定し、基準温度以下の場合には、その測定結果に基づき昇温すべき温度との差異と供給すべき電力を算出する。

その結果に基づき、電圧制御回路９２から必要な電圧を導電性発熱塗料８０に印加する。そして、サーミスタ４０において設定温度範囲に達したことを検出すると、導電性発熱塗料８０への電圧印加を停止する。このようなことを繰り返すことで水晶振動片３０を目標とする周波数温度特性Δｆ／ｆが得られる温度範囲に維持制御する。

本発明では、仮に使用温度範囲の上限を＋８０℃とすれば、温度管理範囲は、基準温度２５℃〜８０℃とすればよい。従って、温度管理範囲が広く容易に管理可能である。

なお、本実施形態では、サーミスタ４０としてはＰＴＣサーミスタを採用することが好ましい。ＰＴＣサーミスタが好ましいのは、ジュール熱による自己発熱を伴わない程度の微小電圧で電気抵抗の変化から温度を測定することが可能な感温素子であるためである。

従って、実施形態１によれば、前述した特許文献１〜特許文献３で提案されている２回回転カットで切り出された水晶振動片３０は、基準温度２５℃より高い温度領域で周波数温度特性Δｆ／ｆが小さい領域が存在する。しかし、基準温度２５℃以下では満足できる周波数温度特性は得られない。そこで、基準温度２５℃より低い温度領域にあるときに、導電性発熱塗料８０を発熱させて水晶振動片３０を基準温度より高い所定の設定温度範囲８０℃まで加熱し、２５℃〜８０℃の範囲に維持することで、低温領域の温度補償回路を用いることなく、外部の温度環境に影響されない周波数温度特性がほぼフラットな高精度な水晶振動子を提供することができる。

また、前述した恒温槽型水晶発振器に比べ、構造を簡素化できることから軽量化、小型化及び低コスト化が実現できる。

導電性発熱塗料８０は、ケース２０の表面に塗布等の手段で容易に形成可能である。従って、ケース２０の形状に関わらずケース２０の表面に導電性発熱塗料８０を形成することが可能となるというような効果がある。
また、設定温度の範囲及びレベルに対応して、導電性発熱塗料８０の厚さ、塗布面積、塗布形状を任意に設定することができるというような効果がある。

また、サーミスタ４０をケース２０の内面に固着しているため、ケース２０内部の温度、つまり水晶振動片３０の温度を正確に測定することが可能である。サーミスタ４０は、変形に弱いという特性が知られているが、ケース２０の内部に設けているので、変形等の影響を受けにくく良好な性能を維持することができる。

また、ＴＰＣサーミスタは、ジュール熱による自己発熱を伴わない程度の微小電圧で電気抵抗の変化から温度を測定することができ、さらに、ＴＰＣサーミスタは、正の温度−抵抗特性を有しているために、図４，６，８に表わされる低温領域の周波数温度特性が正特性を示していることから、演算処理が容易になることが推測できる。
（実施形態１の変形例）

続いて、本発明の実施形態１に係る水晶振動子の変形例について図面を参照して説明する。この変形例は、前述した実施形態１（図１，２、参照）に対して導電性発熱塗料の形成範囲を変えていることに特徴を有している。他は実施形態１と同じであるため説明を省略する。
図９は、実施形態１の変形例を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、変形例１、（ｂ）は変形例２を表している。

まず、変形例１について説明する。変形例１は、導電性発熱塗料８０をケース裏面２４及び側面２５にわたって形成されていることに特徴を有する。ケース裏面２４に形成されているｉｎ／ｏｕｔ端子６１，６３、ＧＮＤ端子６２、Ｖｃｃ端子６４（図２、参照）は図示を省略しているが、導電性発熱塗料８０は、これら端子を開口して形成される。

変形例２は、ケース裏面２４、側面２５及び蓋体５０の表面にわたって導電性発熱塗料８０が形成されていることに特徴を有する。導電性発熱塗料８０の形成は、水晶振動子１０をパッケージングした後に、表面全体にわたって塗布することでなし得る。

なお、上述した変形例１，２に限らず、導電性発熱塗料８０形成範囲は、その厚さと共に自在である。

このような変形例１，２によれば、導電性発熱塗料８０の形成面積が広くなること、水晶振動子１０の周囲を広く被覆できることから、昇温のレスポンスを高めることができる。
（実施形態２）

続いて、本発明の実施形態２に係る水晶振動子について図面を参照して説明する。本実施形態は、前述した実施形態１が、導電性発熱塗料８０をケース２０に直接形成していることに対して、ベース部材に導電性発熱塗料８０を形成した発熱部材をケース２０に装着していることに特徴を有している。相違部分のみ説明する。他の共通部分については同じ符号を付している。
図１０は、本実施形態に係る水晶振動子を模式的に示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はケース裏面２４を視認した平面図である。

水晶振動子１０は、パッケージングした後、発熱部材８５がケース裏面２４に貼着されて構成されている。発熱部材８５は、ベース部材としての絶縁性を有するシート８６と、シート８６の表面に形成される電極７１，７２と、これら電極を含んでシート８６の表面に形成される導電性発熱塗料８０とから構成されている。

図１０（ｂ）に示すように、電極７１，７２の両端部は、導電性発熱塗料８０の周縁部から一部が露出されている。電極７１の一方の端部は、ＧＮＤ端子６２から延在されているリード電極７５と導電性接着剤等を用いて接続される。また、電極７２の一方の端部は、サーミスタ４０から延在されるリード電極と導電性接着剤等を用いて接続される。

なお、導電性発熱塗料８０を含む発熱部材８５は、図１０（ｂ）のような形状でもよいが、ケース２０の側面２５まで延在する形状としてもよい。

また、図示しないが、ベース部材としてシート８６よりも剛性を有するキャップとすることができる。キャップとしては、ケース２０に装着可能な箱型とし、その表面に電極及び導電性発熱塗料８０を形成し、ケース２０に貼着する構造とすることができる。このような構造では、導電性発熱塗料８０をキャップの内側に形成することも、外側に形成することも可能である。

このような実施形態２によれば、ケース２０とは別体のシート８６またはキャップの表面に導電性発熱塗料８０を塗布して発熱部材８５を形成するため、塗布作業がやり易くなるという効果がある。

また、導電性発熱塗料８０の材料、厚さ、塗布面積などを、設定される水晶発振器の所定の周波数温度特性、管理温度領域に対応した発熱部材８５を複数種類用意しておき、水晶振動子１０の設定仕様に合わせた発熱部材８５をを選択して装着することにより、所望の高精度な水晶振動子を容易に提供することが可能となり、製造コスト低減にも寄与する。
（高精度水晶発振器）

続いて、前述した実施形態１または実施形態２による水晶振動子１０を備える高精度水晶発振器について説明する。
図１１は、本発明の高精度水晶発振器の主たる構成を示す構成図である。高精度水晶発振器１００は、前述した水晶振動子１０と制御回路９０とから構成されている。

制御回路９０は、水晶振動片３０の励振を制御する発振回路９１と、サーミスタ４０による温度測定を制御する温度制御回路９３と、温度制御回路９３の信号に基づき、導電性発熱塗料８０に発熱電力を供給する電圧制御回路９２とを含んだ半導体装置で１チップ化され、ケース２０内に実装されている。

このような高精度水晶発振器１００は、基準温度２５℃より低い温度領域にあるときに、導電性発熱塗料８０を発熱させて水晶振動子１０を基準温度２５℃より高い所定の設定温度８０℃の範囲に加熱、維持することで、外部の温度環境に影響されない周波数温度特性がほぼフラットな高精度水晶発振器１００を提供することができる。

また、従来の低温領域の温度補償回路を用いる水晶発振器や従来の恒温槽型水晶発振器に比べ構造を簡素化でき、このことから軽量化と小型化が実現できる。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明しているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲に逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、材質、組み合わせ、その他の詳細な構成、及び製造工程間の加工方法において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

例えば、前述した実施の形態では、導電性発熱塗料８０に電力を供給する電極７１，７２を設けているが、電極７１，７２を省略することができる。つまり、リード電極７５及びサーミスタ４０の一方の端子を直接導電性発熱塗料８０に接続してもよい。

従って、前述した本発明によれば、周波数温度特性が概ねフラットとなる高精度、高安定で、且つ小型化、軽量化を実現する水晶振動子及び高精度水晶発振器を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る水晶振動子の構造を模式的に示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ切断面の断面図。 本発明の実施形態１に係る水晶振動子のケース裏面を視認した平面説明図。 従来技術（特許文献１）による２回回転カット水晶振動片のカット角を示す説明図。 特許文献１の周波数温度特性を示すグラフ。 従来技術（特許文献２）による２回回転カット水晶振動片のカット角を示す説明図。 特許文献２の周波数温度特性を示すグラフ。 従来技術（特許文献３）による２回回転カット水晶振動片のカット角を示す説明図。 特許文献３の周波数温度特性を示すグラフ。 本発明の実施形態１に係る水晶振動子の変形例を模式的に示す断面図。 本発明の実施形態２に係る水晶振動子を模式的に示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はケース裏面を視認した平面図。 本発明の高精度水晶発振器の主たる構成を示す構成図。

符号の説明

１０…水晶振動子、２０…ケース、２４…ケース裏面、３０…水晶振動片、４０…サーミスタ、８０…導電性発熱塗料、９０…制御回路、１００…高精度水晶発振器。

Claims (6)

1. 水晶振動片と、前記水晶振動片を収容するケースと、
   前記ケースの内面に固着されると共に前記ケースの内部の温度を測定する感温素子と、
   前記ケースの外側表面に設けられる導電性発熱塗料を含む発熱部材と、を備え、
   前記感温素子の測定値に基づき前記導電性発熱塗料に発熱電力を供給し、前記発熱部材の発熱により前記水晶振動片を所定の設定温度範囲内に制御することを特徴とする水晶振動子。
2. 請求項１に記載の水晶振動子において、
   前記水晶振動片が、直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを結晶軸とする水晶結晶のＺ軸の回りに所定の角度で回転し、さらに新座標軸Ｘ’軸の回りに所定の角度で回転する２回回転水晶振動片であって、周波数温度特性が基準温度より高い領域で概ねフラットな特性を有しており、
   基準温度より低い領域にあるとき、前記導電性発熱塗料の発熱により前記水晶振動片を基準温度より高い所定の設定温度範囲に制御することを特徴とする水晶振動子。
3. 請求項１または請求項２に記載の水晶振動子において、
   前記導電性発熱塗料が前記ケースの外側表面に直接被覆されていることを特徴とする水晶振動子。
4. 請求項１または請求項２に記載の水晶振動子において、
   前記発熱部材が、ベース部材と、前記ベース部材の表面に被覆される前記導電性発熱塗料と、を備え、
   前記発熱部材が前記ケースに装着されていることを特徴とする水晶振動子。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の水晶振動子において、
   前記感温素子が、ＰＴＣサーミスタであることを特徴とする水晶振動子。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の水晶振動子と、
   前記水晶振動子の励振を制御する発振回路と、
   感温素子による温度測定を制御する温度制御回路と、
   前記温度制御回路の信号に基づき、導電性発熱塗料に発熱電力を供給する電圧制御回路と、
   を備えていることを特徴とする高精度水晶発振器。
   

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