JP2011217302A - 恒温型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】±５．０×１０^−１０程度の周波数安定度を有すると共に、小型で低消費電力の
恒温型圧電発振器を得る。
【解決手段】恒温型圧電発振器１は、ベース部材２５ｂと、第１のプリント基板２２と、
アウターオーブン下ケース部材１５ｂと、第２のプリント基板２０と、圧電振動子５と、
第１の温度制御部８と、発振回路部品１２と、第２の温度制御部１３と、発振回路部品１
２を覆うカバー部材１０と、を備えている。更に、ベース部材２５ｂと共にアウターオー
ブン１５と、アウターオーブン１５用の第３の温度制御部１８と、第１のプリント基板２
２と、を収容するケース部材２５ａと、を備えている。第１の温度制御部は圧電振動子５
を所定の温度に維持し、第２の温度制御部は発振回路部品１２を所定の温度に維持し、第
３の温度制御部はアウターオーブン１５を所定の温度に維持するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、恒温槽を備えた恒温型圧電発振器に関する。

移動体通信の基地局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、
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恒温型圧電発振器が従来
から知られている。しかし、近年、各種機器に対して小型、軽量化が要求されるため、こ
れに即応すべく恒温型圧電発振器も小型、軽量、低消費電力化が必要になっている。
発振周波数が外気温度の変化に影響されない高安定圧電発振が、特許文献１に開示され
ている。図１０は二重恒温槽を用いた従来の恒温型圧電発振器１００の構成を示す断面図
である。恒温型圧電発振器１００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１５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（下金属ケース
部材１３０ａ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１
１２、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、ヒータ１２２、ヒータ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、アウターオーブン１２０
と、ヒータ１２６と、ヒータ１２６の温度制御回路部品を支持している。インナープリン
ト基板１１６とアウタープリント基板１２１との間は、接続ピンＰ１により電気的機械的
に接続され、アウタープリント基板１２１とベースプリント基板１２５との間は、接続ピ
ンＰ２により電気的機械的に接続されている。更に、ベースプリント基板１２５に上部を
固定されたピンＰ３は、下金属ケース部材１３０ａに設けた穴を、絶縁材を介して貫通し
ている。
アウターオーブン１２０を構成するアウター下ケース部材１２０ａと、アウター上ケー
ス部材１２０ｂとの接合部は、その全周に亘って樹脂、又は半田等の封止材により気密封
止されている。また、外側金属ケース１３０を構成する下金属ケース部材１３０ａと、上
金属ケース部材１３０ｂとの接合部１３１は、その全周に亘って樹脂、あるいは半田等の
封止材１４０により気密封止される。
外側金属ケース１３０及びアウターオーブン１２０を気密封止したことにより、外気温
度が変化してもアウターオーブン１２０の内部温度は一定に保たれるため、高安定の恒温
型圧電発振器が実現できると開示されている。

特許第４２７０１５８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された恒温型圧電発振器は、アウターオーブン１２０
の内側にインナーオーブン１１５を配置し、インナーオーブン１１５の内部に圧電振動子
、発振回路等の周波数の安定度に敏感な部品を収容した、所謂二重構造の恒温槽を使用し
ている。このため、恒温型圧電発振器の周波数安定度は図れるものの、インナーオーブン
１１５は圧電振動子、発振回路等の多くの部品を収容するために大きくなり、インナーオ
ーブン１１５を一定温度に保持するには大きな電力が必要になる。さらに、大きなインナ
ーオーブン１１５を収容するアウターオーブン１２０は更に大きくなると共に消費電力も
大きくなり、恒温型圧電発振器の消費電力は、近年の低消費電力化に逆行するという問題
があった。
また、インナーオーブン１１５が大きくなると恒温型圧電発振器の立ち上がり時間（電
源を入れてから規格の周波数安定度に達するまでの時間）が長くな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、周波数の安定度に敏感な部品毎に
恒温槽を分散配置し、更にこれらを収容するアウターオーブンを設けることにより、低消
費電力化と立ち上がり時間を短くした恒温型圧電発振器を提供することにある。

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］本発明の恒温型圧電発振器は、圧電振動子と、ベース部材と、第１のプリ
ント基板と、第２のプリント基板と、アウターオーブンと、外側ケース部材と、を備えた
恒温型圧電発振器であって、前記第１のプリント基板は前記ベース部材上面から離間した
位置で第１の接続ピンにより接続支持され、前記第２のプリント基板は前記第１のプリン
ト基板の上面から離間した位置で第２の接続ピンにより接続支持され、前記アウターオー
ブンは第２の接続ピンにより接続支持され、前記第２の接続ピンは前記アウターオーブン
の穴に設けた絶縁材を介して前記穴を貫通し、第１の温度制御部は第１の発熱部品と第１
の感温素子と第１の温度制御回路部品とを含み、第２の温度制御部は第２の発熱部品と第
２の感温素子と第２の温度制御回路部品とを含み、第３の温度制御部は第３の発熱部品と
第３の感温素子と第３の温度制御回路部品とを含み、前記圧電振動子は前記第２のプリン
ト基板に離間した位置に支持され、前記第１の発熱部品は前記圧電振動子に隣在して配置
され、カバー部材は前記第２のプリント基板上の発振回路部品を覆い、第２の温度制御部
は前記発振回路部品の温度を制御し、前記アウターオーブンは前記第２のプリント基板と
前記圧電振動子と前記発振部品と前記第１の温度制御部と前記第２の温度制御部とを収納
し、第３の温度制御部は前記アウターオーブンの温度を制御し、前記ベース部材との間で
前記アウターオーブンと前記第１のプリント基板とを収容する外側ケース部材を備えたこ
とをを特徴とする恒温型圧電発振器である。

従来の恒温型圧電発振器では、インナーオーブンの中に圧電振動子と発振回路を収容し
、インナーオーブンをアウターオーブンの中に収容する二重恒温槽方式を用いていたが、
本発明の恒温型圧電発振器では、内部オーブンを圧電振動子の温度を頂点温度（零温度係
数温度）に維持する内部オーブンと、可変容量素子を含む発振回路を一定の温度に維持す
る内部オーブンと、の二つに分け、夫々の内部オーブンを互いに独立して最適温度に制御
する。更に二つの内部オーブンをアウターオーブンに収容することにより、恒温型圧電発
振器の消費電力を低減できると共に、その形状寸法を小型にすることができ、立ち上がり
時間を短くすることができるという効果がる。

［適用例２］本発明の恒温型圧電発振器では、前記第１の温度制御部の設定温度は、前
記圧電振動子の零温度係数の温度に設定され、前記第３の温度制御部の設定温度は、前記
恒温型圧電発振器の使用温度上限プラス略５℃に設定され、前記第２の温度制御部の設定
温度は、前記第１の温度制御部の設定温度と前記第３の温度制御部の設定温度との間に設
定されていることが好ましい。

第１の温度制御部の設定温度を圧電振動子の頂点温度（零温度係数温度）に、第３の温
度制御部の設定温度を使用温度上限プラス略５℃に、第２の温度制御部の設定温度を第１
の温度制御部の設定温度と、第３の温度制御部の設定温度との中間温度に設定することに
より、恒温型圧電発振器の消費電力を最小にすることができるという効果がある。

［適用例３］本発明の恒温型圧電発振器では、前記第２のプリント基板には可変容量素
子が搭載され、前記カバー部材が前記第２のプリント基板上の前記発振回路部品と前記可
変容量素子とを覆い、前記第２の温度制御部が前記発振回路部品と前記可変容量素子の搭
載領域の温度を制御することが好ましい。

第２の温度制御部による温度制御を発振回路部品と可変容量素子の搭載領域に極限する
ことにより、この領域の温度維持に要する消費電力を極小化でき、ひいては恒温型圧電発
振器の消費電力を低減することができるという効果がある。

［適用例４］本発明の恒温型圧電発振器では、第１の発熱部品と第３の発熱部品とがパ
ワートランジスタ、またはヒータ線であることが好ましい。

第１の発熱部品と第３の発熱部品とにパワートランジスタ、又はヒータ線を用いること
により、恒温型圧電発振器を小型化することができると共に、温度リップルの極めて小さ
い微細温度制御ができるという効果がある。

［適用例５］本発明の恒温型圧電発振器では、第１の温度制御部、第２の温度制御部及
び第３の温度制御部の夫々の消費電力量は、第３の温度制御部の消費電力量が第１の温度
制御部の消費電力量より大きく、第１の温度制御部の消費電力量は第２の温度制御部の消
費電力量より大きいことが好ましい。

第１の温度制御部、第２の温度制御部及び第３の温度制御部の夫々の消費電力量は、第
２の温度制御部の消費電力量、第１の温度制御部の消費電力量、第３の温度制御部の消費
電力量の順に大きくすることにより、恒温型圧電発振器の全消費電力量を最小にすること
ができるという効果がある。

［適用例６］本発明の恒温型圧電発振器では、前記第１の接続ピンは前記ベース部材の
穴に設けた絶縁材を介して前記穴を貫通し、前記第１の接続ピンの下端部は前記ベース部
材から突出していることが好ましい。

ベース部材及び外側ケース部材を共に金属製にした場合、ベース部材と第１の接続ピン
との短絡を防止するため、ベース部材に複数の穴を設け、これにハーメチック端子を貫通
させ、半田封止させることにより、ベース部材と外側ケース部材との協働によって形成さ
れる容器を密閉構造とすることができ、恒温型圧電発振器の安定度にも効果がある。

［適用例７］本発明の恒温型圧電発振器では、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、前記第１の接続ピンを支持していることが好ましい。

ベース部材を表面実装用のベースプリント基板を用いて形成することにより、硬化なハ
ーメチック端子の代わりに銅線が使用でき、恒温型圧電発振器の原価低減に効果がある。

本発明に係る恒温型圧電発振器１の構造を示す概略断面図。 従来の恒温型圧電発振器の周囲温度対消費電力を示す図。 本発明の恒温型圧電発振器１の周囲温度対消費電力を示す図。 従来の恒温型圧電発振器と本発明の恒温型圧電発振器１との消費電力を比較する図。 圧電振動子及び発振回路を共に８５℃に設定した場合の恒温型圧電発振器１の周波数温度特性を示す図。 インナーオーブンを８５℃、アウターオーブンを７５℃に設定した場合の従来の恒温型水晶発振器の周波数温度特性を示す図。 圧電振動子を８５℃、発振回路を７７℃に設定した場合の本発明の恒温型圧電発振器1の周波数温度特性を示す図。 インナーオーブンを７７℃、アウターオーブンを７５℃に設定した場合の従来の恒温型水晶発振器の周波数温度特性を示す図。 圧電振動子を８５℃、発振回路を７５℃に設定した場合の本発明の恒温型圧電発振器１の周波数温度特性を示す図。 従来の恒温型水晶発振器の構成を示す断面図。

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、本発明の一実施
形態に係る恒温型圧電発振器１の構成を示す概略断面図である。恒温型圧電発振器１は、
これを使用する機器のマザーボードへ搭載するためのベース部材２５ｂと、ベース部材２
５ｂ上面から離間した位置でベース部材２５ｂから延びる第１の接続ピンＰ１により電気
的機械的に接続支持された第１のプリント基板２０と、第１のプリント基板２０の上面か
ら離間した位置で第１のプリント基板２０から延びる第２の接続ピンＰ２により電気的機
械的に接続支持されたアウターオーブン下ケース部材１５ｂと、アウターオーブン下ケー
ス部材１５ｂに設けた穴を、絶縁材を介して貫通して延びる第２の接続ピンＰ２により電
気的機械的に接続支持された第２のプリント基板２２と、を備えている。
更に、恒温型圧電発振器１は、第２のプリント基板２２により熱的な非結合状態で支持
された圧電振動子５と、圧電振動子５の温度を一定温度に制御する第１の温度制御部と、
第２のプリント基板２２に搭載された発振回路部品１２と、第２のプリント基板２２と共
に発振回路部品１２を覆うカバー部材１０と、カバー部材１０の内部の温度を一定温度に
制御する第２の温度制御部と、を備えている。
更に、恒温型圧電発振器１は、アウターオーブン下ケース部材１５ｂとの間で、第２の
プリント基板２２及第２のプリント基板２２に搭載、支持された前記各構成要素を収容し
封止するアウターオーブン上ケース部材１５ａと、アウターオーブン下ケース部材１５ｂ
とアウターオーブン上ケース部材１５ａとからなるアウターオーブン１５の内部温度を一
定温度に制御する第３の温度制御部と、ベース部材２５ｂとの間でアウターオーブン１５
と第１のプリント基板２２とを収容し封止するケース部材２５ａと、を備えた恒温型圧電
発振器である。

第１温度制御部は、圧電振動子５を一定の温度に維持するものであり、第２のプリント
基板２０と熱的に非結合状態にある第１の発熱部品６（例えばパワートランジスタ、ヒー
タ等）と、周囲の温度を検出する第１の感温素子７と、所定の一定の温度に制御する機能
を有する第１の温度制御回路部品８と、を含んでいる。
第２の温度制御部は、発振回路部品１２加熱用の第２の発熱部品１３（例えばパワート
ランジスター等）と、カバー部材１０内の温度を検出する第２の感温素子１１と、カバー
部材１０内を所定の一定の温度に制御する第２の温度制御回路部品１４と、を含んでいる
。
第３の温度制御部は、アウターオーブン１５加熱用の第３の発熱部品１６（例えばパワ
ートランジスタ、ヒータ等）と、アウターオーブン１５の温度を検出する第３の感温素子
１７と、アウターオーブン１５の温度を所定の一定の温度に制御する第３の温度制御回路
部品１８と、を含んでいる。
第２の発熱部品１３には発振用、或いは増幅用トランジスター等の自己発熱を用いるこ
とが可能である。

図１に示した実施形態の場合、外側ケース部材２５ａ及びベース部材２５ｂ、アウター
オーブン上ケース部材１５ａ及びアウターオーブン下ケース部材１５ｂが共に金属製の例
である。ベース部材２５ｂ、アウターオーブン下ケース部材１５ｂには夫々複数の穴を設
け、これらの穴にハーメチック端子等を半田付けして、夫々第１の接続ピンＰ１及び第２
の接続ピンＰ２とする。
本発明の恒温型圧電発振器１の組み立ては、ベース部材２５ｂ、アウターオーブン下ケ
ース部材１５ｂに所定のハーメチック端子等を半田付けする。次に、第２のプリント基板
２２の表面上に第１の温度制御回路部品８、第２の発熱部品１１、発振回路部品１２、第
２の感温素子１３、第２の温度制御回路部品１４を搭載した後、第２の発熱部品１１、発
振回路部品１２、第２の感温素子１３、第２の温度制御回路部品１４の上部を覆うように
カバー部材１０を被せ、第２のプリント基板２２に固定する。

次に、第２のプリント基板２２の裏面（発振回路部品１２が搭載された面の反対側の面
）に圧電振動子５を搭載し、圧電振動子５のカンケースに第１の発熱部品６と第１の感温
素子７とを接着固定し、夫々の端子は第２のプリント基板２２に半田付けする。部品が搭
載された第２のプリント基板２２に設けた複数の穴にアウターオーブン下ケース部材１５
ｂの第２の接続ピンＰ２を貫通させて、半田等で接続固定する。アウターオーブン下ケー
ス部材１５ｂにアウターオーブン上ケース部材１５ａを被せ、アウターオーブン上ケース
部材１５ａと、アウターオーブン下ケース部材１５ｂとの接合部の全周に亘って樹脂（例
えばエポキシ樹脂）、或いは半田等の封止材により気密封止する。アウターオーブン上ケ
ース部材１５ａの外側に第３の発熱部品１６と第３の感温素子１７とを接着固定する。
次に第１のプリント基板２０上に第３の温度制御回路部品１８を搭載した後、アウター
オーブン１５から延出する第２の接続ピンＰ２と、発熱部品１６及び第３の感温素子１７
から延出する端子を第１のプリント基板２０に接続固定する。
ベース部材２５ｂの第１の接続ピンＰ１を第１のプリント基板２０に設けた穴に貫通さ
せて半田付けする。ベース部材２５ｂに外側ケース部材２５ａを被せ、外側ケース部材２
５ａと、ベース部材２５ｂとの接合部の全周に亘って樹脂（例えばエポキシ樹脂）、或い
は半田等の封止材により気密封止して、恒温型圧電発振器１を完成する。
以上では外側ケース部材２５ａ及びベース部材２５ｂが金属製の例を説明したが、ベー
ス部材２５ｂは、表面実装用のベースプリント基板であってもよい。

圧電振動子５に、例えばＳＣカット水晶振動子を用いる場合、零温度係数を示す頂点温
度Ｔｐの一例は８５℃近傍であり、第１温度制御対象部（圧電振動子５）の設定温度を８
５℃近傍に設定する。一方、恒温型圧電発振器１の使用温度範囲一例は、−３０℃〜７０
℃であり、第３温度制御対象部（アウターオーブン１５）の設定温度の一例は、上限の温
度より略５℃高い７５℃程度に設定する。第２温度制御対象部（カバー部材１０内部）の
設定温度は、要求される周波数安定度を考慮して、第３温度制御対象部の設定温度７５℃
と、第１の温度制御部の設定温度８５℃との中間に設定する。
本発明の特徴は、恒温型圧電発振器１の周波数安定度に関係する圧電振動子（第１温度
制御対象部）５の温度と、恒温型圧電発振器１の出力周波数を可変する可変容量素子（バ
リキャップダイオード等）を含む発振回路部品（第２温度制御対象部）１２の温度と、を
互いに独立して温度制御し、更に圧電振動子（第１温度制御対象部）５と、発振回路部品
（第２温度制御対象部）１２とを収容するアウターオーブン１５を設け、消費電力の低減
と小型化を図った恒温型圧電発振器である。
圧電振動子（第１温度制御対象部）５の設定温度は、周波数温度特性の頂点温度（零温
度係数温度）Ｔｐに設定するのが望ましく、発振回路部品（第２温度制御対象部）１２の
設定温度は、アウターオーブン（第３温度制御対象部）１５よりは高く設定する必要があ
るが、外部温度に対し、カバー部材１０内が常に一定温度に維持できればよい。つまり、
圧電振動子（第１温度制御対象部）５の設定温度と、発振回路部品（第２の温度制御部）
１２の設定温度とは同一温度である必要はない。このように温度制御対象部を分けて、夫
々に適した温度に制御することにより、消費電力を低減することが可能になる。

本発明の恒温型圧電発振器１の消費電力と、図１０に示した従来の恒温型圧電発振器１
００の消費電力とを比較する。図２は、従来の恒温型圧電発振器１００のインナーオーブ
ン１１５の設定温度を、圧電振動子（ＳＣカット水晶振動子）１１２の頂点温度Ｔｐ（零
温度係数温度）である８５℃に設定し、アウターオーブン１２０の設定温度を、使用温度
範囲の上限７０℃より５℃高い７５℃に設定した場合、夫々オーブンの消費電力を周囲温
度に対しプロットした図である。黒三角▲はインナーオーブン１１５の消費電力を、白抜
き四角□はアウターオーブン１２０の消費電力を、黒ひし形◆は全消費電力を、夫々示し
ている。

図３は、図１に示した恒温型圧電発振器１の圧電振動子５（第１温度制御対象部）の設
定温度を、圧電振動子（ＳＣカット水晶振動子）５の頂点温度（零温度係数温度）Ｔｐの
８５℃に設定し、アウターオーブン１５（第３温度制御対象部）の設定温度を、使用温度
範囲の上限７０℃より５℃高い７５℃に設定し、発振回路部品（第２の温度制御対象部）
１２の設定温度を、７５℃と８５℃との中間に設定した場合、周囲温度（外部温度）に対
し夫々の消費電力をプロットした図である。黒三角▲は第１温度制御対象部の消費電力を
、×印は第２温度制御対象部の消費電力を、白抜き四角□はアウターオーブン１５の消費
電力を、黒ひし形◆は全消費電力を、夫々示している。

図４は、周囲温度に対し、同一周波数安定度（±５×１０^−１０）を有する従来の恒温
型圧電発振器１００の消費電力を黒ひし形◆で、本発明の恒温型圧電発振器１の消費電力
を白抜き四角□で示した図である。黒ひし形◆の直線と、白抜き四角□の直線とを比較し
、本発明の恒温型圧電発振器１のように、アウターオーブン１５の内側の恒温槽を周波数
安定度に敏感な部分に分け、夫々の部分が周波数安定度に必要とする温度を維持するよう
にした方が、全消費電力が小さくなることが判明した。また、このように内側の恒温槽を
分割した方が、恒温型圧電発振器を小型化する際に自由度が増す。
次に、恒温型圧電発振器１の圧電振動子（第１温度制御対象部）５の温度をその頂点温
度（零温度係数点）Ｔｐの８５℃に、アウターオーブン１５（第３温度制御対象部）の温
度を７５℃に設定し、発振回路部品（第２の温度制御対象部）１２の設定温度を変えた場
合に、恒温型圧電発振器１の周波数温度特性がどのように変化するかと測定した。
図５は、発振回路部品（第２の温度制御対象部）１２の温度を、圧電振動子（第１温度
制御対象部）５の設定温度と同じ８５℃に設定した場合の、恒温型圧電発振器１の周波数
温度特性を示す図である。このとき２５℃における全消費電力は４．２４Ｗであった。周
囲温度Ｔａを−３０℃〜＋７０℃の範囲で変化させた場合の恒温型圧電発振器１の周波数
安定度は、±１．４×１０^−１０程度である。

図６は、比較のため図１０に示す従来の恒温型圧電発振器１００のインナーオーブン１
１５の温度を８５℃に設定し、アウターオーブン１２０の温度を７５℃に設定した場合の
、従来の恒温型圧電発振器１００の周波数温度特性を示す図である。このとき２５℃にお
ける全消費電力は５．５Ｗであった。周囲温度Ｔａを−３０℃〜＋７０℃の範囲で変化さ
せた場合の恒温型圧電発振器１００の周波数安定度は、±２．８×１０^−１０程度である
。図５と図６とを比較して２５℃における全消費電力は、本発明の恒温型圧電発振器１の
方が、従来の恒温型圧電発振器１００に対し、２３％程度改善されており、周波数安定度
も優れている。
図７は、恒温型圧電発振器１の発振回路部品（第２の温度制御対象部）１２の温度を７
７℃に設定した場合の、恒温型圧電発振器１の周波数温度特性を示す図である。このとき
２５℃における消費電力は４．２Ｗである。周囲温度Ｔａを−３０℃〜＋７０℃の範囲で
変化させた場合の恒温型圧電発振器１の周波数安定度は、±２．９×１０^−１０程度であ
る。

図８は、従来の恒温型圧電発振器１００の消費電力を下げるため、インナーオーブン１
１５の温度を７７℃に設定し、アウターオーブン１２０の温度を７５℃に設定した場合の
、従来の恒温型圧電発振器１００の周波数温度特性を示す図である。このとき２５℃にお
ける消費電力は５．２５Ｗであった。周囲温度Ｔａを−３０℃〜＋７０℃の範囲で変化さ
せた場合の従来の恒温型圧電発振器１００の周波数安定度は、±９．２×１０^−１０程度
である。図７と図８とを比較して電力消費は、本発明の恒温型圧電発振器１の方が、従来
の恒温型圧電発振器１００に対し２０％程度改善されており、周波数安定度も本発明の恒
温型圧電発振器１の方が大幅に優れていることが分かる。
図９は、本発明の恒温型圧電発振器１の発振回路部品（第２の温度制御対象部）１２の
温度を、アウターオーブン１５（第３温度制御対象部）の設定温度７５℃と同じ７５℃に
設定した場合の、恒温型圧電発振器１の周波数温度特性を示す図である。このとき２５℃
における全消費電力は４．１８Ｗであった。周囲温度Ｔａを−３０℃〜＋７０℃の範囲で
変化させた場合の恒温型圧電発振器１の周波数安定度は、＋３．１×１０^−１０〜−５．
５×１０^−１０程度である。発振回路部品（第２の温度制御対象部）１２の設定温度と、
アウターオーブン１５（第３温度制御対象部）の温度と、を同一温度としたため、周囲温
度が４０℃以上の高温になると、発振回路部品（第２の温度制御対象部）１２の温度を微
細に制御できず、温度にリップルが生ずるため周波数温度特性が劣化したものと推測され
る。

従来の恒温型圧電発振器では、インナーオーブンの中に圧電振動子と発振回路を収容し
、インナーオーブンをアウターオーブンの中に収容する二重恒温槽方式を用いていたが、
本発明の恒温型圧電発振器では、内部オーブンを圧電振動子の温度を頂点温度（零温度係
数温度）に維持する内部オーブンと、可変容量素子を含む発振回路を一定の温度に維持す
る内部オーブンと、の二つに分け、夫々の内部オーブンを互いに独立して最適温度に制御
する。更に二つの内部オーブンをアウターオーブンに収容することにより、恒温型圧電発
振器の消費電力を低減できると共に、その形状寸法を小型にすることができ、立ち上がり
時間（電源を入れてから規格の周波数安定度に達するまでの時間）を短くすることができ
るという効果がる。
第１の温度制御部の設定温度を圧電振動子の頂点温度（零温度係数温度）に、第３の温
度制御部の設定温度を使用温度上限プラス略５℃に、第２の温度制御部の設定温度を第１
の温度制御部の設定温度と、第３の温度制御部の設定温度との中間温度に設定することに
より、恒温型圧電発振器の消費電力を最小にすることができるという効果がある。

第２の温度制御部による温度維持対象を発振回路部品と可変容量素子の実装エリアに極
限することにより、この領域の温度維持に要する消費電力を極小化でき、ひいては恒温型
圧電発振器の消費電力を低減することができるという効果がある。
第１の発熱部品と第３の発熱部品とにパワートランジスタ、又はヒータ線を用いること
により、恒温型圧電発振器を小型化することができると共に、温度リップルの極めて小さ
い微細温度制御ができるという効果がある。
第１の温度制御部、第２の温度制御部及び第３の温度制御部の夫々の消費電力量は、第
２の温度制御部の消費電力量、第１の温度制御部の消費電力量、第３の温度制御部の消費
電力量の順に大きくすることにより、恒温型圧電発振器の全消費電力量を最小にすること
ができるという効果がある。
ベース部材及び外側ケース部材を共に金属製にした場合、ベース部材と第１の接続ピン
との短絡を防止するため、ベース部材に複数の穴を設け、これにハーメチック端子を貫通
させ、半田封止させることにより、ベース部材と外側ケース部材との協働によって形成さ
れる容器を密閉構造とすることができ、恒温型圧電発振器の安定度にも効果がある。
ベース部材を表面実装用のベースプリント基板を用いて形成することにより、硬化なハ
ーメチック端子の代わりに銅線が使用でき、恒温型圧電発振器の原価低減に効果がある。

１…恒温型圧電発振器、５…圧電振動子、６…第１の発熱部品、７…第１の感温素子、８
…第１の温度制御回路部品、１０…カバー部材、１１…第２の発熱部品、１２…発振回路
部品、１３…第２の感温素子、１４…第２の温度制御回路部品、１５…アウターオーブン
、１５ａ…アウターオーブン上ケース部材、１５ｂ…アウターオーブン下ケース部材、１
６…第３の発熱部品、１７…第３の感温素子、１８…第３の温度制御回路部品、２０…第
１のプリント基板、２２…第２のプリント基板、２５ａ…外側ケース部材、２５ｂ…ベー
ス部材、Ｐ１…第１の接続ピン、Ｐ２…第２の接続ピン

Claims (7)

1. 圧電振動子と、ベース部材と、第１のプリント基板と、第２のプリント基板と、アウタ
   ーオーブンと、外側ケース部材と、を備えた恒温型圧電発振器であって、
   前記第１のプリント基板は前記ベース部材上面から離間した位置で第１の接続ピンによ
   り接続支持され、
   前記第２のプリント基板は前記第１のプリント基板の上面から離間した位置で第２の接
   続ピンにより接続支持され、
   前記アウターオーブンは第２の接続ピンにより接続支持され、
   前記第２の接続ピンは前記アウターオーブンの穴に設けた絶縁材を介して前記穴を貫通
   し、
   第１の温度制御部は第１の発熱部品と第１の感温素子と第１の温度制御回路部品とを含
   み、
   第２の温度制御部は第２の発熱部品と第２の感温素子と第２の温度制御回路部品とを含
   み、
   第３の温度制御部は第３の発熱部品と第３の感温素子と第３の温度制御回路部品とを含
   み、
   前記圧電振動子は前記第２のプリント基板に離間した位置に支持され
   前記第１の発熱部品は前記圧電振動子に隣在して配置され、
   カバー部材は前記第２のプリント基板上の発振回路部品を覆い、
   第２の温度制御部は前記発振回路部品の温度を制御し、
   前記アウターオーブンは前記第２のプリント基板と前記圧電振動子と前記発振部品と前
   記第１の温度制御部と前記第２の温度制御部とを収納し、
   第３の温度制御部は前記アウターオーブンの温度を制御し、
   前記ベース部材との間で前記アウターオーブンと前記第１のプリント基板とを収容する
   外側ケース部材を備えたことを特徴とする恒温型圧電発振器。
2. 前記第１の温度制御部の設定温度は、前記圧電振動子の零温度係数の温度に設定され、
   前記第３の温度制御部の設定温度は、前記恒温型圧電発振器の使用温度上限プラス略５
   ℃に設定され、
   前記第２の温度制御部の設定温度は、前記第１の温度制御部の設定温度と前記第３の温
   度制御部の設定温度との間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の恒温型圧
   電発振器。
3. 前記第２のプリント基板には可変容量素子が搭載され、前記カバー部材が前記第２のプ
   リント基板上の前記発振回路部品と前記可変容量素子とを覆い、
   前記第２の温度制御部が前記発振回路部品と前記可変容量素子の搭載領域の温度を制御
   することを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温型圧電発振器。
4. 第１の発熱部品と第３の発熱部品とがパワートランジスタ、またはヒータ線であること
   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。
5. 第１の温度制御部、第２の温度制御部及び第３の温度制御部の夫々の消費電力量は、第
   ３の温度制御部の消費電力量が第１の温度制御部の消費電力量より大きく、第１の温度制
   御部の消費電力量は第２の温度制御部の消費電力量より大きいことを特徴とする請求項１
   乃至４の何れか一項に記載の恒温型圧電発振器。
6. 前記第１の接続ピンは前記ベース部材の穴に設けた絶縁材を介して前記穴を貫通し、前
   記第１の接続ピンの下端部は前記ベース部材から突出していることを特徴とする請求項１
   乃至５の何れか一項に記載の恒温型電発振器。
7. 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、前記第１の接続ピンを支
   持していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の恒温型圧電発振器。

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