JP2010187060A

JP2010187060A - 恒温型圧電発振器

Info

Publication number: JP2010187060A
Application number: JP2009028199A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsuoka; 淳松岡; Tadanaka Soga; 忠央曽我; Toshiyuki Kurita; 利幸栗田
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-26

Abstract

【課題】二重恒温槽構造タイプの高安定圧電発振器において更なる低背化を実現しながら
も、１０^―8乗オーダーを越える周波数安定度（例えば、１０^―9乗オーダー）を確保する
。
【解決手段】ベース部材２と、プリント基板５と、プリント基板に搭載された圧電振動子
１０、及び発振回路部品１５と、圧電振動子を加熱する第１の発熱部品２１、第２の感温
素子２２、及び第１の温度制御回路部品２３と、プリント基板、圧電振動子、発振回路部
品、第１の発熱部品、及び第１の感温素子を収容し且つ下方が開放したオーブン３０と、
オーブンを加熱する第２の発熱部品４１、第２の感温素子４２、及び第２の温度制御回路
部品４３と、を備え、オーブンは、開放部周縁をプリント基板上面に密着して配置され、
第２の発熱部品は、オーブンの側面に開口した挿入穴３１を介してオーブン内部に突出さ
されている。
【選択図】図２

Description

本発明は恒温槽を備えた恒温型圧電発振器の改良に関する。

ＧＰＳ周波数発生装置や携帯端末用基地局等の基準用信号源として使用される各種圧電
発振器には、共振特性に優れ、高い周波数安定度を有する水晶を用いた圧電発振器（水晶
発振器）が使用されている。近年、前記各種装置や基地局等に用いられる水晶発振器には
、周囲温度変化や高温多湿等の劣悪環境下においても安定した発振出力を確保することが
求められており、このような要請を満たすことができる発振器として恒温槽付き水晶発振
器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Xtal Oscillator）が多用されている。

従来型のＯＣＸＯについて、図８に示す。
このＯＣＸＯは、上下のプリント基板（回路実装基板）１０１、１０２と、上プリント
基板１０１にリード端子１０３ａを接続すると共に恒温槽１０４内に収容された水晶振動
子１０３と、恒温槽１０４に取付けた感温素子１０５と、下プリント基板１０２に搭載さ
れた温度制御回路部品１０６と、上プリント基板１０１に搭載された発振回路部品１０７
と、上下プリント基板１０１、１０２間を貫通して電気的機械的に接続するピン１０８と
、これらを包囲する外側ケーシング１１０と、を備えている。外側ケーシング１１０は、
底板を構成する下ケース１１１と、上記各構成要素を含む下ケース１１１上の空間を包囲
する上ケース１１２と、を有している。ピン１０８の下端部は下ケース１１１を貫通して
下方へ突出することにより、図示しないマザーボード側へこの発振器を搭載する際の接続
手段となる。
上プリント基板１０１は、水晶振動子１０３と発振回路部品１０７等を搭載する手段で
あり、下プリント基板１０２は発振器を搭載するマザープリント基板から電力の供給を受
けると共に生成した信号を出力するためのインターフェイスである。恒温槽１０４は上プ
リント基板上の各部品を熱的に密閉させる手段である。プリント基板を上下二枚設けた理
由は、熱を逃がさないための配慮から来ている。

恒温槽１０４は、周囲温度変化に対し槽内を一定温度に保つように感温素子１０５と温
度制御回路１０６により制御されることにより、内部の水晶振動子１０３を一定温度とす
る。恒温槽１０４を組み付けた上下のプリント基板１０１、１０２はピン１０８によって
電気的機械的に接続固定された状態で、ピン１０８を介して下ケース１１１により支持さ
れる。下ケース１１１には上ケース１１２が被せられ、シールド効果や、恒温槽からの放
熱を防ぐ効果を発揮する。以上のように構成されたＯＣＸＯの周囲温度変化における周波
数安定度（周波数温度特性）としては、１０^-8乗程度の安定度を得ることが可能である。
前記ＯＣＸＯよりも高安定な発振出力を得る発振器として、例えば実開昭６０−１４２
５３６号公報には、水晶振動子、及び発振回路を魔法瓶からなる断熱ケースに収容するこ
とで、恒温槽の熱容量を大きくしてより高い温度安定度を得るようにした発振器が開示さ
れている。また、特開昭６２−００３５２７号公報、特開２００６−２９５５７０号公報
には、インナーオーブンとアウターオーブンから構成された二重恒温槽を用いることによ
り、より高い温度安定度を得るようにした発振器が開示されている。また、特開２００３
−３０９４３２号には、内部に圧電振動子と発振回路部品を収容した恒温槽を金属ケース
内に配置した高安定圧電発振器が開示されている。

図９はインナーオーブンとアウターオーブンから構成された二重恒温槽を用いた高安定
圧電発振器の構成説明図である（特開２００６−２９５５７０公報に開示された構造と類
似）。
この高安定圧電発振器は、圧電振動子１１２、及び発振回路部品１１３を備えた発振回
路ユニット１１１と、発振回路ユニット１１１を収容するインナーオーブン（インナー下
ケース部材１１５ａ、インナー上ケース部材１１５ｂ）１１５と、インナーオーブン１１
５を収容するアウターオーブン（アウター下ケース部材１２０ａ、アウター上ケース部材
１２０ｂ）１２０と、これらを支持するベースプリント基板１２５と、アウターオーブン
１２０及びベースプリント基板１２５を覆うための外側金属ケース（金属製下ケース１３
０ａ及び上金属ケース部材１３０ｂ）１３０とを備えている。インナーオーブン１１５内
にはインナープリント基板１１６が配置され、圧電振動子１１２、発振回路部品１１３を
支持している。アウターオーブン１２０内にはアウタープリント基板１２１が配置され、
インナーオーブン１１５、発熱部品１２２、発熱部品１２２の温度制御回路部品を支持し
ている。ベースプリント基板１２５は発熱部品１２６と、発熱部品１２６の温度制御回路
部品を支持している。
このタイプの高安定圧電発振器にあっては、恒温槽（オーブン）を二重構造にすると共
に、恒温槽を外側金属ケース内に封止することによって、１０^-10乗オーダーの周波数安
定度を実現することができ、高安定な発振出力を得るには最適な構造と考えられている。

しかし、２つの恒温槽１１５、１２０と外側金属ケース１３０とを入れ子式に離間配置
した構成を採っているため、アウターオーブン１２０はインナーオーブン１１５全体を包
み込む構造となっており、図８に示した単一の恒温槽を備えたタイプに比して高さ寸法が
大幅に増大することとなり、低背化という要請に反する構成となっている。また、インナ
ーオーブン１１５とアウターオーブン１２０の各下面に夫々発熱部品を配置したことも高
さ寸法の増大をもたらす大きな原因となっている。
これに対して図８に示した単一恒温槽構造の高安定圧電発振器にあっては、発熱部品と
温度センサを含む温度制御回路が１系統のみであり、アウターケーシングが存在せず、プ
リント基板数及び発熱部品数が少ない分だけ高さ寸法が小さくなっているが、周波数安定
度という点では１０^-8乗オーダー程度であり二重恒温槽構造に劣る。

実開昭６０−１４２５３６号公報特開２００６−２９５５７０公報特開昭６２−００３５２７号公報特開２００３−３０９４３２公報

以上のように二重恒温槽を用いた高安定圧電発振器においては、恒温槽の熱容量を大き
くして周波数の高安定化を図っているため温度に対する高い安定度を得ることができるメ
リットがある一方で、２つの恒温槽と外側のケースを離間配置した構成を採っているため
、単一の恒温槽を備えたタイプに比して高さ寸法が大幅に増大することとなり、低背化と
いう要請に反する構成となっている。また、インナーオーブンとアウターオーブンの各下
面に夫々発熱部品を配置するため高さ寸法が更に増大している。
一方、従来の単一の恒温槽を備えた高安定圧電発振器にあっては、周波数安定度という
点では１０^-8乗オーダー程度であり二重恒温槽構造に劣るが、小型化、低背化という点で
は二重恒温槽構造に比して優れたメリットを提供する。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、二重恒温槽構造の高安定圧電発振器におい
て更なる低背化を実現し、従来の単一恒温槽構造の高安定圧電発振器を越える周波数安定
度（例えば、１０^-9乗オーダー）を確保できる構造の高安定圧電発振器を提供することを
目的としている。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本発明に係る恒温型圧電発振器は、マザーボードへの搭載用のベース部材
と、該ベース部材上面から離間した位置で該ベース部材から延びる接続ピンにより電気的
機械的に接続支持されたプリント基板と、該プリント基板に搭載された圧電振動子、及び
発振回路部品と、前記圧電振動子を加熱する第１の発熱部品、第１の感温素子、及び第１
の温度制御回路部品からなる第１の温度制御部と、前記プリント基板、前記圧電振動子、
前記発振回路部品、前記第１の発熱部品、及び前記第１の感温素子を収容し且つ下方が開
放したオーブンと、該オーブンを加熱する第２の発熱部品、第２の感温素子、及び第２の
温度制御回路部品からなる第２の温度制御部と、前記プリント基板、前記第１及び第２の
温度制御部、及び前記オーブンを覆うための外側金属ケースと、を備え、前記オーブンは
、前記開放部周縁を前記プリント基板上面に密着して配置され、前記第２の発熱部品は、
前記オーブンの側面に開口した挿入穴を介して気密的に該オーブン内部に少なくとも一部
を突出させた状態で支持されていることを特徴とする。

本発明においては、オーブンの側面に挿入穴を設けてオーブン加熱用の第２の発熱部品
をこの挿入穴からオーブン内に差し込んだ。このため、圧電振動子の厚みに第２の発熱部
品の厚みが加算されることがなくなり、低背化が可能となった。つまり、オーブンと第２
の発熱部品とを横並び状態とし、縦積み関係をなくしたので、発熱部品の高さ分だけ高さ
寸法を低減できる。
また、オーブンの下面を開放し、プリント基板面に直に接触させたので、プリント基板
とオーブン下面とのギャップがなくなり、その分だけ低背化が可能となった。
温度制御部を一つだけ設けた場合には、圧電振動子の温度は周囲温度変化に対して温度
制御されることとなるが、本発明においてはオーブンが恒温化されているため、圧電振動
子の温度はオーブン内の温度に対して温度制御されればよく、その結果として圧電振動子
の温度変化を低減できる。つまり、温度制御部を２つ備えることで、周囲温度に対する圧
電振動子の温度変化を極力小さくすることができ、温度制御部が一つの場合に比して圧電
振動子の温度変化を１／１０に低減することができる。
本発明によれば、二重恒温槽構造の高安定圧電発振器であっても低背化を実現し、単一
恒温槽構造の高安定圧電発振器を越える周波数安定度（例えば、１０^-9乗オーダー）を確
保することができる。

［適用例２］本発明に係る恒温型圧電発振器は、前記第１の発熱部品を前記圧電振動子
の下面に配置すると共に、前記プリント基板に形成した開口部内に前記第１の発熱部品の
少なくとも一部を嵌合配置したことを特徴とする。

第１の発熱部品を開口部内に嵌合させた厚み分だけ発振器を低背化することができる。

［適用例３］本発明に係る恒温型圧電発振器は、前記開口部内周縁と前記第１の発熱部
品との間隙を充填材により密封したことを特徴とする。

第１の発熱部品を開口部内周縁との間の間隙を充填材により密封することによりオーブ
ン内に空気が進入して温度低下を招くことを防止できる。

［適用例４］本発明に係る恒温型圧電発振器は、前記ベース部材は、前記外側金属ケー
スとの協働によって前記恒温槽を形成する金属製下ケースであり、前記接続ピンは、該金
属製下ケースに設けた穴を絶縁材を介して貫通して下端部を外部に突出させていることを
特徴とする。

［適用例５］本発明に係る恒温型圧電発振器は、前記ベース部材は、表面実装用のベー
スプリント基板であり、前記接続ピンの下端部を支持していることを特徴とする。

表面実装部品化することができる。

本発明の第１の実施形態に係る恒温型圧電発振器（高安定圧電発振器）の外観構成を示す斜視図である。（ａ）及び（ｂ）はこの恒温型圧電発振器の縦断面図、及び要部平面図である。各構成要素を分解した正面図である。（ａ）及び（ｂ）は第１の発熱部品挿入用の穴を示す側面図、及び第１の発熱部品を挿入した状態の説明図である。本発明の恒温型圧電発振器を表面実装タイプとした構成例を示した断面図である。（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る恒温型圧電発振器（高安定圧電発振器）の要部平面図、分解図、及び組立状態を示す縦断面図である。（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る恒温型圧電発振器との要部比較図である。従来の単一恒温槽タイプの恒温型圧電発振器の構成を示す縦断面図である。従来の二重恒温槽タイプの恒温型圧電発振器の構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る恒温型圧電発振器（高安定圧電発振器）の外観構
成を示す斜視図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はこの恒温型圧電発振器の縦断面図、及び
要部平面図であり、図３は各構成要素を分解した正面図であり、図４（ａ）及び（ｂ）は
第１の発熱部品挿入用の穴を示す側面図、及び第１の発熱部品を挿入した状態の説明図で
ある。
恒温型圧電発振器１は、マザーボードＭＢへの搭載用のベース部材２と、ベース部材２
の上面から離間した位置でベース部材２から延びる接続ピン３により電気的機械的に接続
支持されたプリント基板５と、プリント基板５に搭載された圧電振動子１０、及び発振回
路部品１５と、圧電振動子１０を加熱する第１の発熱部品（例えば、パワートランジスタ
、その他、ジュール熱を発生するチップ抵抗、ヒータ等）２１、第１の感温素子２２、及
び第１の温度制御回路部品２３からなる第１の温度制御部２０と、前記各部品（群）５、
１０、１５、２１、２２を収容し且つ下方が開放したアルミニウム等からなるオーブン３
０と、オーブン３０を加熱する第２の発熱部品（例えば、パワートランジスタ、その他、
ジュール熱を発生するチップ抵抗、ヒータ等）４１、第２の感温素子４２、及び第２の温
度制御回路部品４３からなる第２の温度制御部４０と、プリント基板５、第１及び第２の
温度制御部２０、４０、及びオーブン３０を覆うための外側金属ケース５０と、を備えて
いる。

発振回路部品１５は、圧電振動子１０を発振させるためのＩＣ化された発振素子と、例
えばバリキャップダイオード等の可変容量素子と、を備えている。なお、可変容量素子を
備えているのは、恒温型圧電発振器１の発振周波数を必要に応じて外部より可変するため
である。
圧電振動子１０は、例えば水晶振動子であり、金属ケース内に圧電振動素子（水晶振動
素子）を気密封止し、金属ケース内に延びるリード端子１０ａの内側端部により圧電振動
素子を金属ケースと非接触に支持した構成を有している。圧電振動素子とは、圧電基板（
水晶基板）の主面に励振電極を形成した素子である。

図２（ｂ）に示すようにプリント基板５にはその周縁に接続ピン３を貫通させ接続・固
定するためのスルーホール６ａが複数個形成されている。また、プリント基板５には、圧
電振動子１０のリード端子１０ａ用の複数のスルーホール６ｂ、第１の発熱部品２１のリ
ード端子２１ａ用の複数のスルーホール６ｃ、第１の感温素子２２のリード端子２２ａ用
の複数のスルーホール６ｄ等が形成されている。
第１及び第２の温度制御回路部品２３、４３は、夫々第１の感温素子２２、及び第２の
感温素子４２からの各温度検知信号に基づき、第１及び第２の発熱部品２１、４１を制御
する。
圧電振動子加熱専用の第１の発熱部品２１は、圧電振動子１０の下面に固定されており
、圧電振動子１０は第１の発熱部品２１を介してプリント基板５の上面に固定されている
。第１の感温素子２２は低背化の障害とならぬように圧電振動子１０の横側面に固定され
ている。
本例では、プリント基板５の上面には発振回路部品１５が搭載され、下面には第１の温
度制御回路部品２３と、第２の温度制御回路部品４３が夫々搭載されている。なお、発振
回路部品１５と各温度制御回路部品２３、４３のプリント基板５における図示した配置は
一例に過ぎず、どのように配置してもよい。
なお、本例では、ベース部材２は金属製下ケースを構成しており、金属製下ケース２は
、金属製上ケースとしての外側金属ケース５０と共に外側ケース５５を構成している。

本発明の恒温型圧電発振器１の更に詳細な構成（組付け手順）は以下の通りである。
圧電振動子１０の図中下面に第１の発熱部品（例えばパワートランジスタ等）２１をク
リーム半田を用いて半田付けするか、あるいは熱伝導の良好な接着剤等を用いて接着・固
定し、圧電振動子１０の側面に第１の感温素子２２（例えばサーミスタ等）を、接着剤を
用いて接着・固定して圧電振動子ブロック体を構成する。圧電振動子ブロック体の第１の
発熱部品２１のリード端子２１ａ（パワートランジスタの場合は３本）は、所定の位置か
ら第１の発熱部品２１の主表面に対して略直角に折り曲げられている。第１の感温素子の
端子２２ａ（２本）は、第１の発熱部品のリード端子２１ａ、圧電振動子のリード端子１
０ａに比べて細く、柔軟であり、予め曲げておく必要はない。
圧電振動子ブロック体のリード端子１０ａ、２１ａ、２２ａを、プリント基板５に設け
たスルーホール６ｂ、６ｃ、及び６ｄに通し、圧電振動子１０下面の第１の発熱部品２１
をプリント基板５に当接させて、各リード端子１０ａ、２１ａ、２２ａをスルーホール６
ｂ、６ｃ、及び６ｄに半田付けして、プリント板ブロックを構成する。圧電振動子１０は
、第１の発熱部品２１と、リード端子１０ａとを介して、プリント基板５と熱的に結合さ
れている。
次に、ベース部材２と接続ピン３とを絶縁材を介して接続する。具体的には、ベース部
材２に金属板を用いる場合には金属板に複数の穴を開け、これらの穴に充填したハーメチ
ックシール材（絶縁材料）を介して接続ピン３を挿通支持する。
なお、第１の発熱部品２１と第１の感温素子２２を圧電振動子１０の金属ケースに直接
半田付けするようにしたが、本願発明にあってはこれに限らず。例えば、一端が開口した
筒状の金属ケースを用意し、これに第１の発熱部品２１と第１の感温素子２２とを取付け
た後に、圧電振動子１０を筒状の金属ケースの中に収納し、この筒状の金属ケースの内面
と圧電振動子１０の金属ケースの外面とが密着するようにしても良い。
このようにすれば、圧電振動子１０に直接に熱衝撃が加わらないようにできるという利
点がある。なお、本発明は独立した温度制御回路を２系統備えているため、圧電振動子１
０の金属ケース、または、前記筒状の金属ケースをインナーオーブン相当と見なし、基本
的には二重恒温槽型タイプの圧電発振器として位置付けて説明する。

また、後述するようにベース部材２として表面実装用のプリント基板、セラミック基板
等の絶縁材を用いる場合には、これらの絶縁材に複数の凹所を形成し、各凹所内に金属性
の接続ピンの下端部を支持して半田付けする。
ベース部材２面と直交して伸びる接続ピン３をプリント板ブロックのスルーホール６ａ
に通し、スルーホール６ａと接続ピン３とを半田で接続・固定する。
更に、プリント板ブロックを覆うように外側金属ケース５０を被せ、ベース部材２の外
側周縁と外側金属ケース５０の下部とを半田付けして、恒温型圧電発振器１を完成する。
図示した例では、ベース部材２は、外側金属ケース（上金属ケース）５０との協働によ
って恒温槽を形成する金属製下ケースであり、接続ピン３は、金属製下ケース２に設けた
穴内を絶縁材を介して貫通して下端部を外部に突出させている。

本発明に係る恒温型圧電発振器（高安定圧電発振器）１に用いる圧電振動子には、例え
ばＳＣカット水晶振動子を用いる。ＳＣカット水晶振動子は二回回転の水晶基板を用いた
水晶振動子で、３つの振動モードが励振され、その中で一番低い周波数である主振動は厚
みすべり振動モード（Ｃモード）である。この振動モードより高周波側に厚みねじれモー
ド（Ｂモード）、厚み縦モード（Ａモード）等が存在する。主振動のＣモード（共振周波
数ｆ１）に隣接するＢモードの共振周波数（ｆ２）は、Ｃモードの共振周波数ｆ１より約
９〜１０％程度高周波側に存在するため、周波数ジャンプ現象等を引き起こさないように
発振回路に工夫を施す必要がある。
また、ＳＣカット振動子（Ｃモード）の周波数温度特性は３次曲線を呈し、その変曲点
温度（Ｔｉ）は約９５℃にある。そして、変曲点温度（Ｔｉ）より低温側で零温度係数を
示す頂点温度Ｔｐは、切断する２回回転角に依存し、頂点温度Ｔｐの設定範囲は７０℃〜
８５℃程度となる。従って、第１の温度制御部２０の設定温度を頂点温度Ｔｐの近傍に設
定する。

本実施形態に係る恒温型圧電発振器１の特徴的な構成は、プリント基板５を一枚だけ使
用した点と、下側が開放したオーブン３０の開放部周縁をプリント基板５の上面に密着さ
せて配置した点と、オーブン３０の側面に開口した挿入穴３１内に第２の発熱部品４１の
少なくとも一部を気密的に差し込むことにより、オーブン内部に発熱部品４１の少なくと
も一部を突出させた状態で支持した点にある。何れの構成も発振器の低背化を実現するた
めに貢献している。
まず、従来の単一恒温槽タイプの圧電発振器（例えば、図８の従来例）にあっては、二
枚のプリント基板を上下位置関係で離間配置しているばかりでなく、下プリント基板とオ
ーブンの下部とが離間していたため、発振器の全高が大きくなっていた。

これに対して本発明の恒温型圧電発振器１にあっては、従来タイプにおける上プリント
基板を廃止してプリント基板を下側の一枚のみとしてこのプリント基板上に圧電振動子１
０と、第１の温度制御回路部品２３と、第２の温度制御回路部品４３を搭載し、しかも下
面が開放したオーブン３０の下部をプリント基板と密着させたため、低背化が促進されて
いる。つまり、一枚のプリント基板の両面上に圧電振動子１０、第１の温度制御回路部品
２３、第２の温度制御回路部品４３、及びオーブン３０を搭載し、しかもマザーボードＭ
Ｂとの間のインターフェース機能部を集約して搭載しているために、従来の単一恒温槽タ
イプに比べた場合の低背化の実現が可能となる。特に、従来はオーブンの下面にオーブン
を加熱するための発熱部品を配置していたため、オーブンの下方に位置するプリント基板
とオーブン下縁部とを密着させることが不可能であったが、本発明においてはオーブンの
下面を開放してプリント基板上面と密着させると共に、圧電振動子１０を加熱する専用の
第１の発熱部品２１とは別に設けたオーブン加熱専用の第２の発熱部品４１をオーブンの
側面からその内部に差込み装着したので、オーブンの下面に発熱部品を配置しない分だけ
の低背化が可能となっている。

また、本発明では、圧電振動子１０を第１の発熱部品２１により専属的に加熱する一方
で、プリント基板５、圧電振動子１０、発振回路部品１５、第１の発熱部品２１、第１の
感温素子２２を収容するオーブン３０を専属的に加熱する第２の発熱部品４１を設けてい
るため、オーブン３０は従来の二重恒温槽と単一恒温槽の中間的な構造となっており、１
０^-9乗オーダーの周波数安定度を確保することが可能となっている。即ち、第２の発熱部
品４１からの発熱によりオーブン３０の温度制御を厳密化することを可能としている。但
し、二重恒温槽タイプに比べると簡易的な恒温槽構造となるため、二重恒温槽タイプの発
振器のような１０^-10乗オーダーの周波数安定度を得ることは難しいが、従来の単一恒温
槽タイプの発振器における１０^-8乗オーダーの周波数安定度を越える安定度を得ることが
できる。

換言すれば、温度制御部を一つだけ設けた場合には、圧電振動子の温度は周囲温度変化
に対して温度制御されることとなるが、本発明においてはオーブンが恒温化されているた
め、圧電振動子の温度はオーブン内の温度に対して温度制御されればよく、その結果とし
て圧電振動子の温度変化を低減できる。つまり、温度制御部を２つ備えることで、周囲温
度に対する圧電振動子の温度変化を極力小さくすることができ、温度制御部が一つの場合
に比して圧電振動子の温度変化を１／１０に低減することができる。
このことを更に詳細に説明すると、本発明の恒温型圧電発振器（高安定圧電発振器）１
の他の特徴は、圧電振動子１０の温度を、零温度係数を示す頂点温度Ｔｐに保持する第１
の温度制御部２０と、発振回路部品１５を恒温型圧電発振器１の使用温度範囲の上限より
略２℃高く保持する第２の温度制御部４０と、の２つの温度制御部を設けたことである。
圧電振動子１０は第１の発熱部品２１を介してプリント基板５と接触しており、第１の発
熱部品２１が発生する熱は、プリント基板５にも伝導する。

恒温型圧電発振器１の周囲の温度が変化すると、発振回路部品１５の温度も変化し、圧
電振動子１０からみた発振回路部品１５の負荷容量が変化することになる。発振回路部品
１５の負荷容量がわずかに変化しても恒温型圧電発振器１の発振周波数が変動する。
従来の二重恒温槽タイプの高安定圧電発振器は、内側の恒温槽に圧電振動子を収容し、
外側の恒温槽に発振回路部品を収容して、内側の恒温槽の温度を略０．１℃、外側の温度
を略１℃に保持し、周波数安定度として１０^-10程度を得ていた。このことからも周囲の
温度変化に対し発振回路部品の温度を恒温に保持することが重要であることが分かる。
しかし、移動体通信の基地局、例えばＷＣＤＭＡ基地局では小型（一例として２５ｍｍ
×２０ｍｍ×１２）、低価格であり、周波数安定度が１０^-9程度の周波数可変型の高安定
圧電発振器が要求されている。周波数可変型にするには可変容量素子（バリキャップダイ
オード等）を搭載する必要がある。

そこで、本発明の恒温型圧電発振器１は以上のことを考慮し、オーブン３０内部を専属
的に加熱する第２の発熱部品４１を設け、発振回路部品１５を構成する発振回路素子、可
変容量素子の温度変化を所定の温度範囲内に保持できるようにした。つまり、圧電振動子
１０の温度保持は第１の温度制御部２０により、発振回路部品１５の温度保持は第２の温
度制御部４０により、夫々個別に制御することにした。このように個別に制御することに
より、圧電振動子１０を最適な温度、つまり零温度係数を示す頂点温度Ｔｐに、発振回路
部品１５を使用温度範囲の上限より略２℃だけ高めに、と夫々個別に設定することが可能
となった。
例えばＳＣカット水晶振動子を用いる場合には、零温度係数を示す頂点温度Ｔｐは８０
℃近傍であり、第１の温度制御部２０の設定温度を８０℃近傍に設定する。一方、恒温型
圧電発振器１の一例の使用温度範囲の上限は７０℃程度であり、第２の温度制御部４０の
設定温度は上限の温度より略２℃高い７２℃程度に設定する。つまり、第１の温度制御部
及び第２の温度制御部２０、４０の夫々の消費電力量は、第１の温度制御部の設定温度が
高いため、第１の温度制御部の消費電力量が第２の温度制御部の消費電力量より大きくな
る。

このように、第１及び第２の２つの温度制御部２０、４０により、圧電振動子１０と、
プリント基板５上に搭載された発振回路部品１５とを夫々高精度で温度制御することによ
り、恒温型圧電発振器１の安定度を改善すると共に、省電力化にも効果がある。その上、
発振回路部品１５等の温度を過度に上げないことにより、発振回路部品１５の故障率を低
減し、信頼性を向上させるという効果もある。
なお、圧電振動子１０に接する第１の発熱部品１１（１１’）にパワートランジスタ、
またはヒータ線を用いることにより、所定温度までの温度上昇の速度が速く、また温度制
御が容易になり、小型化も図れるという効果がある。

また、恒温型圧電発振器１の安定度に寄与するのは、第１及び第２の発熱部品１１、１
５で発生する熱の外部への伝導を抑えることであり、プリント基板５とベース部材２とを
接続する接続ピン３の太さを細くして熱抵抗を高める等の細かい点の考慮も必要である。
また、ベース部材２が金属部材で形成され、ベース部材２とケース５０との協働によっ
て前記恒温槽を形成することにより、気密で堅牢な恒温型圧電発振器が構成できるという
効果がある。更に、金属製のケースとベース部材により外部からのノイズを遮断すると共
に、外部に対してもノイズの放射を防ぐ効果がある。
上記した図１乃至図４に示した第１の実施形態では、ベース部材２は、外側金属ケース
５０との協働によって外側ケース５５を形成する金属製下ケースであり、接続ピン３は、
金属製下ケース２に設けた穴を絶縁材を介して貫通して下端部を外部に突出させている。
この接続ピン３の下端部はマザーボードＭＢに設けたスルーホール内に挿通されて半田接
続される。

これに対して同様の構成を備えた発振器を表面実装タイプとして変形させて使用するこ
ともできる。
即ち、図５に本発明の恒温型圧電発振器を表面実装タイプとした構成例を示している。
この恒温型圧電発振器１にあっては、ベース部材２は、表面実装用のベースプリント基板
６０であり、接続ピン３の下端部をベースプリント基板６０により支持している。ベース
プリント基板６０はその底部に実装端子６１を備え、外側金属ケース５０の下部開口の周
縁部をベースプリント基板６０の上面に固定することにより、外側金属ケース５０はプリ
ント基板５、圧電振動子１０、発振回路部品１５、第１の温度制御部２０（２１、２２、
２３）、オーブン３０、及び第２の温度制御部４０（４１、４２、４３）を包囲している
。
実装端子６１を介して発振回路部品、第１及び第２の温度制御部に電力が供給されると
共に、恒温型圧電発振器の生成する発振周波数をマザーボード側に供給する。
このようにベース部材２として表面実装用のベースプリント基板６０を用いて恒温型圧
電発振器を構成することにより、表面実装タイプの恒温型圧電発振器が可能となり、マザ
ーボードへの実装が自動化できるという効果がある。

次に、図６（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る恒温型圧電発振器
（高安定圧電発振器）の要部平面図、分解図、及び組立状態を示す縦断面図であり、図７
（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る恒温型圧電発振器との要部比較図である。
なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複した構成、効果の説明は省
略する。
本実施形態に係る恒温型圧電発振器１では、圧電振動子１０の下面に固定した第１の発
熱部品２１の少なくとも一部をプリント基板５に形成した開口部（穴、切欠きを含む）７
内に嵌合配置することによって、第１の発熱部品２１が開口部７内に落ち込んだ寸法分だ
けの低背化を実現している。即ち、図７（ａ）に示すように第１の実施形態では第１の発
熱部品２１がプリント基板５の上面に搭載されているため、第１の発熱部品２１の厚み寸
法がそのまま発振器の高さ寸法に加算されることとなる。これに対して図６の実施形態で
は図７（ｂ）に示すように第１の発熱部品２１の少なくとも一部が開口部７内に嵌合して
いるため、嵌合している厚さ分だけ発振器の高さ寸法を低背化させることができる。
なお、本実施形態においてはプリント基板５に開口部７を形成しているため、プリント
基板５とオーブン３０により形成される空所内に空気が入り込んで熱が逃げる余地が形成
されるが、第１の発熱部品２１と開口部７内周縁との間に隙間が形成されないように両者
の寸法、形状を設定したり、隙間にシリコン樹脂等の充填材を充填して隙間を埋める（密
閉する）ようにすればよい。

１…恒温型圧電発振器、２…ベース部材、３…接続ピン、７…開口部、１０…圧電振動
子、１０ａ…リード端子、１１…発熱部５…プリント基板、品、１５…発振回路部品、２
０…第１の温度制御部、２１…第１の発熱部品、２１ａ…リード端子、２２…第１の感温
素子、２２ａ…リード端子、２３…第１の温度制御回路部品、３０…オーブン、３１…挿
入穴、４０…第２の温度制御部、４１…第２の発熱部品、４２…第２の感温素子、４３…
第２の温度制御回路部品、５０…外側金属ケース、５５…外側ケース、６０…ベースプリ
ント基板、６１…実装端子

Claims

マザーボードへの搭載用のベース部材と、
該ベース部材上面から離間した位置で該ベース部材から延びる接続ピンにより電気的機
械的に接続支持されたプリント基板と、
該プリント基板に搭載された圧電振動子、及び発振回路部品と、
前記圧電振動子を加熱する第１の発熱部品、第１の感温素子、及び第１の温度制御回路
部品からなる第１の温度制御部と、
前記プリント基板、前記圧電振動子、前記発振回路部品、前記第１の発熱部品、及び前
記第１の感温素子を収容し且つ下方が開放したオーブンと、
該オーブンを加熱する第２の発熱部品、第２の感温素子、及び第２の温度制御回路部品
からなる第２の温度制御部と、
前記プリント基板、前記第１及び第２の温度制御部、及び前記オーブンを覆うための外
側金属ケースと、を備え、
前記オーブンは、前記開放部周縁を前記プリント基板上面に密着して配置され、
前記第２の発熱部品は、前記オーブンの側面に開口した挿入穴を介して気密的に該オー
ブン内部に少なくとも一部を突出させた状態で支持されていることを特徴とする恒温型圧
電発振器。
前記第１の発熱部品を前記圧電振動子の下面に配置すると共に、前記プリント基板に形
成した開口部内に前記第１の発熱部品の少なくとも一部を嵌合配置したことを特徴とする
請求項１に記載の恒温型圧電発振器。
前記開口部内周縁と前記第１の発熱部品との間隙を充填材により密封したことを特徴と
する請求項２に記載の恒温型圧電発振器。
前記ベース部材は、前記外側金属ケースとの協働によって前記恒温槽を形成する金属製
下ケースであり、前記接続ピンは、該金属製下ケースに設けた穴を絶縁材を介して貫通し
て下端部を外部に突出させていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の
恒温型圧電発振器。
前記ベース部材は、表面実装用のベースプリント基板であり、前記接続ピンの下端部を
支持していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の恒温型圧電発振器。