JP2015228609A - 恒温型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が容易であり、圧電振動子の温度変化を抑えられる恒温型圧電発振器を提供する。
【解決手段】本発明の恒温型圧電発振器１００は、第１の基板１１６と、第１の基板１１６の一方の主面の側であって、第１の基板１１６と離間して配置される第２の基板１１２と、第１の基板１１６の前記一方の主面に搭載され、第１の基板１１６及び第２の基板１１２の間に配置された圧電振動子１２０と、第１の基板１１６の温度を制御する第１の温度制御回路１４０と、第２の基板１１２の温度を制御する第２の温度制御回路１６０と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は恒温型圧電発振器に関する。特に、恒温型圧電発振器に含まれる圧電振動子の温度変化を、温度調整される基板によって防止する恒温型圧電発振器に関する。

種々の電子機器、電子装置では、高安定かつ高精度の周波数が得られる発振器として、圧電振動子が使われた圧電発振器が広く使われている。この圧電振動子には、水晶等の圧電材料が用いられている。移動体通信システムの基地局、放送機及び測定器等では、その他の電子機器、電子装置よりも高安定かつ高精度の周波数が要求されることがある。一方で、圧電振動子は温度によって特性が変化することがあり、これが周波数の安定度及び精度の向上の妨げとなることがある。そこで、圧電振動子の温度を一定にする機構を備えることで、周波数の安定度及び精度をさらに高めた恒温型圧電発振器が開発され、移動体通信システムの基地局、放送機及び測定器等で使われている。

ここで恒温型圧電発振器として、例えば特許文献１では次のようなものが開示されている。まず、箱状のアウターオーブンと、アウターオーブンに収容された箱状のインナーオーブンとがある。インナーオーブンには圧電振動子が収容されている。そして、このアウターオーブンを所定温度に維持する温度制御部がある。また、圧電振動子を所定温度に維持する温度制御部がある。さらに、発振回路を構成する電子部品を所定温度に維持する温度制御部がある。インナーオーブンの外側面には温度センサ（感温素子）等が搭載される。

また、他の恒温型圧電発振器として、例えば特許文献２では次のようなものが開示されている。まず、ベース基板にケースが接合されて、ベース基板とケースとに囲まれた空間が形成される。この空間に、ベース基板と平行になるようにプリント基板が収容される。プリント基板のベース基板側の主面には圧電振動子が搭載される。プリント基板の、圧電振動子が搭載された主面と反対側の主面には、発熱部品が搭載される。また、圧電振動子の、プリント基板側の面と反対側の面にも、発熱部品が搭載される。

特開２０１１−２１７３０２号公報 特開２０１０−１８３２２８号公報

しかし、特許文献１に開示された恒温型圧電発振器は、アウターオーブンの中にインナーオーブンが収容されるため、恒温型圧電発振器の小型化が困難である。また、特許文献２に開示された恒温型圧電発振器は圧電振動子がベース基板と対向している。ここで、恒温型圧電発振器が実装基板に搭載されたとき、ベース基板はこの実装基板に接触又は近接する位置に置かれる。よって、ベース基板は温度変化が大きい。したがって、ベース基板に対向する圧電振動子の温度を一定に保つことが困難である。

このような事情に鑑みて、本発明は小型化が容易であり、圧電振動子の温度変化を抑えられる恒温型圧電発振器の提供を目的とする。

本発明の第１観点の恒温型圧電発振器は、
第１の基板と、
前記第１の基板の一方の主面の側であって、前記第１の基板と離間して配置される第２の基板と、
前記第１の基板の前記一方の主面に搭載され、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に配置された圧電振動子と、
前記第１の基板の温度を制御する第１の温度制御回路と、
前記第２の基板の温度を制御する第２の温度制御回路と、を有することを特徴とする。

本発明の第２観点の恒温型圧電発振器は、第１観点の恒温型圧電発振器において、
前記第１の基板又は前記第２の基板のいずれか一方の基板に接合され、前記第１の基板又は前記第２の基板の他方の基板と前記圧電振動子とを収容する蓋体、をさらに有する。

本発明の第３観点の恒温型圧電発振器は、第１観点の恒温型圧電発振器において、
前記第１の基板及び前記第２の基板から離間して配置された第３の基板と、
前記第３の基板に接合され、前記第１の基板、前記第２の基板及び前記圧電振動子を収容する蓋体と、をさらに有する。

本発明の第４観点の恒温型圧電発振器は、第１観点ないし第３観点のいずれか一つの恒温型圧電発振器において、
前記第２の温度制御回路は、抵抗とＰＣＴサーミスタとを直列に接続したものである。

本発明の第５観点の恒温型圧電発振器は、第１観点ないし第３観点のいずれか一つの恒温型圧電発振器において、
前記第２の温度制御回路は発熱部品のみからなる。

本発明の第６観点の恒温型圧電発振器は、第１観点ないし第３観点のいずれか一つの恒温型圧電発振器において、
前記第２の温度制御回路は、前記第１の温度制御回路と同じ構成である。

本発明の恒温型圧電発振器によれば小型化が容易であり、圧電振動子の温度変化を抑えられる。

恒温型圧電発振器１００の斜視図である。 恒温型圧電発振器１００の断面図である。 （ａ）は第１の基板１１６の平面図である。（ｂ）は第２の基板１１２の平面図である。 恒温型圧電発振器１００の回路ブロック図である。 第１の温度制御回路１４０の回路図である。 第２の温度制御回路１６０の回路図である。 ＰＴＣサーミスタの特性を示すグラフである。 恒温型圧電発振器２００の断面図である。 恒温型圧電発振器３００の断面図である。 第２の温度制御回路４６０の回路図である。

＜恒温型圧電発振器１００の構成＞
本発明の実施の形態である恒温型圧電発振器１００について、図１、２を参照して説明する。図１は恒温型圧電発振器１００斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

恒温型圧電発振器１００は、図１に示されるとおり、外形が直方体状の蓋体１１０を有する。蓋体１１０の内側には、図２に示されるとおり、凹部があり、この凹部に第１の基板１１６が収容される。そして、この凹部を塞ぐように平板状の第２の基板１１２が蓋体１１０に接合される。したがって、恒温型圧電発振器１００は、図１に示される通り、全体として直方体状の形状となる。

ここで第２の基板１１２の主面に垂直な方向をＺ方向とする。また、第２の基板１１２から見て蓋体１１０の方向を＋Ｚ方向とする。Ｚ方向に垂直な方向の一つをＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向は、図１に示されるとおりである。なお、図１以外の図に示されたＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、図１に示されたものと同じ方向である。

第２の基板１１２は、上述の通り平板状であり、ガラスエポキシ等で形成される。蓋体１１０は例えばコバールなどの金属で形成される。蓋体１１０は、不図示のハンダ等の接合材で第２の基板１１２の＋Ｚ側の主面に接合される。そして、蓋体１１０と第２の基板１１２とで囲まれた密閉空間が形成される。

第２の基板１１２の＋Ｚ側の主面からは、図２に示されるとおり、＋Ｚ方向に柱状の支持部材１１８が伸びる。支持部材１１８は例えば６つ設けられており、導電性の材料からなる。支持部材１１８の＋Ｚ側の端部には第１の基板１１６が取り付けられている。第１の基板１１６は平板状である。そして、第１の基板１１６は第２の基板１１２とほぼ平行になるように第２の基板１１２から離間して配置される。したがって、第１の基板１１６は、第２の基板１１２の＋Ｚ側の配置されることになる。なお、第１の基板１１６は、第２の基板１１２と同様にガラスエポキシ等で形成される。

第１の基板１１６は第１の温度制御回路１４０によって温度が制御される。第１の温度制御回路１４０は、第１の温度センサ１４２と第１の発熱部品１４４とを有し、第１の温度センサ１４２で検出した温度によって第１の発熱部品１４４の発熱が制御されることで、第１の基板１１６の温度が制御される。この第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４は第１の基板１１６の−Ｚ側の主面に搭載される。そして、第１の温度センサ１４２の−Ｚ側には圧電振動子１２０が配置される。なお、第１の温度制御回路１４０及び圧電振動子１２０の詳細は後述する。

ここで、第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４の配置を、図３（ａ）を参照して説明する。図３（ａ）は、第１の基板１１６を−Ｚ方向から見たときの平面図であり、圧電振動子１２０が取り除かれた状態が現されている。なお、圧電振動子１２０が配置される場所は図３（ａ）に点線で記載されている。

第１の温度センサ１４２は、第１の基板１１６の−Ｚ側の主面の中央部分に搭載される。この第１の温度センサ１４２が搭載される位置は、Ｚ方向から見たときに、圧電振動子１２０の中心とほぼ一致する。そして、第１の温度センサ１４２の＋Ｘ側、−Ｘ側、＋Ｙ側、及び−Ｙ側の４カ所に第１の発熱部品１４４が配置される。したがって、第１の温度センサ１４２を取り囲むように４つの第１の発熱部品１４４が配置されることになる。

次に第１の温度センサ１４２の−Ｚ側に位置する圧電振動子１２０について、図２を参照して説明する。圧電振動子１２０は、円板状の基板である振動子基板１２２を有する。振動子基板１２２の主面に垂直な方向がＺ方向となるように配置される。振動子基板１２２には、振動子基板１２２を貫通する２つのリード端子１３０が取付けられている。リード端子１３０は振動子基板１２２の＋Ｚ方向及び−Ｚ方向に伸びる。

２つのリード端子１３０の−Ｚ側の端部には金属のサポート部材１２４が取付けられる。そして、２つのサポート部材１２４の−Ｚ側に、導電性接着剤１２６によって、圧電素子１２８の端部が固定される。圧電素子１２８には水晶が用いられ、圧電素子１２８は例えば平板状に形成される。圧電素子１２８の両主面には不図示の励振電極が形成される。それぞれの励振電極からは引出電極が圧電素子１２８の端部まで引き出されて、導電性接着剤１２６に接触する。こうして、リード端子１３０の一方は、サポート部材１２４の一方及び導電性接着剤１２６の一方を経由して引出電極の一方に導通する。また、リード端子１３０の他方は、サポート部材１２４の他方及び導電性接着剤１２６の他方を経由して引出電極の他方に導通する。

振動子基板１２２の−Ｚ側の主面には、凹部を有する振動子蓋体１３２が接合されて、振動子基板１２２と振動子蓋体１３２とで囲まれる空間が密閉される。この密閉された空間に圧電素子１２８及びサポート部材１２４が収容される。圧電振動子１２０はこのように構成される。そして、圧電振動子１２０が後述する発振回路１７６と導通することで、発振回路１７６から所定の周波数の電気信号が得られる。

圧電振動子１２０は、振動子基板１２２から＋Ｚ方向に伸びる２つのリード端子１３０が第１の基板１１６に接合することで、第１の基板１１６に搭載される。そして、圧電振動子１２０と第１の基板１１６との間に第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４が配置される。圧電振動子１２０と第１の基板１１６との間は熱伝導性樹脂１９０で充填される。熱伝導性樹脂１９０よって、第１の温度センサ１４２及び圧電振動子１２０、並びに、第１の発熱部品１４４及び圧電振動子１２０が熱的に結合する。

圧電振動子１２０の−Ｚ側に位置する第２の基板１１２は、第２の温度制御回路１６０によって温度が制御される。第２の温度制御回路１６０は、第２の温度センサ１６２と第２の発熱部品１６４とを有し、第２の温度センサ１６２で検出した温度によって第２の発熱部品１６４の発熱が制御されることで、第２の基板１１２の温度が制御される。この第２の温度センサ１６２及び第２の発熱部品１６４は第２の基板１１２の＋Ｚ側の主面に搭載される。なお、第２の温度制御回路１６０の詳細は後述する。

ここで、第２の温度センサ１６２及び第２の発熱部品１６４の配置を、図３（ｂ）を参照して説明する。図３（ｂ）は、第２の基板１１２を＋Ｚ方向から見たときの平面図である。なお、Ｚ方向から見たときに圧電振動子１２０が配置される場所が、図３（ｂ）に点線で記載されている。

第２の温度センサ１６２は、第２の基板１１２の＋Ｚ側の主面の中央部分に搭載される。この第２の温度センサ１６２が搭載される位置は、Ｚ方向から見たときに圧電振動子１２０の中心とほぼ一致する。そして、第２の温度センサ１６２の＋Ｘ側、−Ｘ側、＋Ｙ側、及び−Ｙ側の４カ所に第２の発熱部品１６４が配置される。したがって、第２の温度センサ１６２を取り囲むように４つの第２の発熱部品１６４が配置されることになる。

次に、その他の電子部品１８０の配置を説明する。電子部品１８０は恒温型圧電発振器１００の回路を構成する電子部品のうちで上記の説明に現れなかった電子部品を表す。具体的には、第１の温度制御回路１４０を構成する電子部品のうち、第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４以外のもの、例えば、後述するオペアンプ１４９を構成する電子部品が電子部品１８０に含まれる。また、後述する発振回路１７６を構成する電子部品が電子部品１８０に含まれる。このような電子部品１８０は、図２、図３（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、第１の基板１１６の＋Ｚ側の主面、−Ｚ側の主面、及び第２の基板１１２の＋Ｚ側の主面の適切な個所に配置される。

恒温型圧電発振器１００の回路を構成する第１の温度センサ１４２等の電子部品は、第１の基板１１６及び第２の基板１１２に形成された不図示の導電路で導通する。第１の基板１１６に搭載された電子部品と、第２の基板１１２に搭載された電子部品とは、導電性の材料で形成された支持部材１１８で導通する。また、第２の基板１１２の−Ｚ側の主面には外部電極１１４が設けられており、恒温型圧電発振器１００の回路と導通する。

＜恒温型圧電発振器１００の回路＞
次に恒温型圧電発振器１００の回路を説明する。はじめに図４を参照して、恒温型圧電発振器１００の回路の全体構成を説明する。図４は、恒温型圧電発振器１００の回路ブロック図である。

恒温型圧電発振器１００の回路には、この回路の外部につながる端子が、電源電圧のＶｃｃ、出力端子のＯＵＴ及びグランドのＧＮＤの３つある。Ｖｃｃ、ＯＵＴ及びＧＮＤは、それぞれ異なる外部電極１１４となる。Ｖｃｃにはレギュレータ１７０が接続する。レギュレータ１７０によって安定した所定の電圧が提供される。レギュレータ１７０の出力する電圧とＧＮＤとには発振回路１７６が接続する。発振回路１７６には圧電振動子１２０が接続する。そして発振回路１７６からは所定の周波数の電気信号が出力される。

発振回路１７６から出力された電気信号は増幅回路１７４に入力される。増幅回路１７４は、レギュレータ１７０の出力する電圧とＧＮＤとに接続される。そして、増幅回路１７４によって、発振回路１７６の電気信号の振幅が所定の大きさになるように調整される。増幅回路１７４で調整された電気信号は出力回路１７２に入力される。出力回路１７２は、レギュレータ１７０の出力する電圧とＧＮＤとに接続される。そして、出力回路１７２によって、増幅回路１７４から入力された電気信号が、正弦波、矩形波、三角波又はのこぎり波などの所定の波形に変換されて、ＯＵＴに出力される。なお、出力回路１７２は、電気信号の形状を変換する以外の機能、例えばインピーダンス変換を行うものであってもよい。また、出力回路１７２は、波形の変換及びインピーダンス変換などの複数の機能をもっていてもよい。

図４に示される通り、恒温型圧電発振器１００には上述の回路以外に、第１の温度制御回路１４０及び第２の温度制御回路１６０が設けられる。第１の温度制御回路１４０及び第２の温度制御回路１６０は、それぞれＶｃｃ及びＧＮＤに接続される。第１の温度制御回路１４０は、第１の基板１１６の温度を制御する。第２の温度制御回路１６０は第２の基板１１２の温度を制御する。次にこれらの回路の詳細を説明する。

はじめに第１の温度制御回路１４０の構成を、図５を参照して説明する。図５は第１の温度制御回路１４０の回路図である。第１の温度制御回路１４０は、ＶｃｃとＧＮＤとの間に、第１の温度センサ１４２と抵抗１４６とが直列に接続される。ここで第１の温度センサ１４２にはＮＴＣサーミスタを用いる。ＮＴＣサーミスタは、温度が高くなると抵抗値が小さくなる抵抗である。そして、第１の温度センサ１４２と抵抗１４６との間の点Ｐ１は、オペアンプ１４９の反転入力端子（−）に接続される。さらに、ＶｃｃとＧＮＤとの間に、抵抗１４７と抵抗１４８とが直列に接続される。そして抵抗１４７と抵抗１４８との間の点Ｐ２はオペアンプの非反転入力端子（＋）に接続される。

オペアンプ１４９の出力端子は抵抗１５１の一端に接続されており、抵抗１５１の他端はオペアンプ１４９の反転入力端子に接続される。このように抵抗１５１によって負帰還のループが形成される。オペアンプ１４９の出力端子は、さらに抵抗１５２の一端に接続される。抵抗１５２の他端はパワートランジスタ１５０のベースに接続される。パワートランジスタ１５０はＮＰＮトランジスタである。パワートランジスタ１５０のエミッタはＧＮＤに接続される。また、パワートランジスタ１５０のコレクタは第１の発熱部品１４４の一端に接続される。第１の発熱部品１４４の他端はＶｃｃに接続される。第１の発熱部品１４４には抵抗が用いられ、第１の発熱部品１４４に電流が流れることで発熱する。

次に第１の温度制御回路１４０の動作を説明する。はじめに第１の温度センサ１４２が検知する温度が高くなる場合を考える。このとき、第１の温度センサ１４２はＮＴＣサーミスタであるため、第１の温度センサ１４２の温度が高くなる結果、第１の温度センサ１４２の抵抗値が小さくなる。よって、点Ｐ１の電圧が上がる。点Ｐ２の電圧は、抵抗１４７と抵抗１４８とによってＶｃｃを分圧したものであり、一定の電圧となるが、点Ｐ２の電圧が点Ｐ１の電圧より大きい場合を考えると、点Ｐ１と点Ｐ２との電圧の差が小さくなる。しがたって、オペアンプ１４９の出力電圧が減少して、第１の発熱部品１４４に流れる電流が減少する。こうして、第１の発熱部品１４４の発熱量が減少する。

次に第１の温度センサ１４２が検知する温度が低くなる場合を考える。このとき、このとき、第１の温度センサ１４２はＮＴＣサーミスタであるため、第１の温度センサ１４２の温度が低くなる結果、第１の温度センサ１４２の抵抗値が大きくなる。よって、点Ｐ１の電圧が下がり、点Ｐ１と点Ｐ２との電圧の差が大きくなる。しがたって、オペアンプ１４９の出力電圧が大きくなり、第１の発熱部品１４４に流れる電流が多くなる。こうして、第１の発熱部品１４４の発熱量が増大する。

すなわち、第１の温度センサ１４２の検知する温度が高くなると第１の発熱部品１４４の発熱量が減少し、第１の温度センサ１４２の検知する温度が低くなると第１の発熱部品１４４の発熱量が増加する。このような動作によって第１の温度制御回路１４０が対象とする領域の温度が制御される。

ここで、第１の温度制御回路１４０の第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４は、図２及び図３（ａ）に示されるとおり、第１の基板１１６に搭載される。したがって、第１の温度制御回路１４０は第１の温度制御回路１４０の温度を制御するといえる。さらに、図２に示されるとおり、第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４の−Ｚ側には圧電振動子１２０が配置されており、第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４と、圧電振動子１２０とは熱伝導性樹脂１９０で熱的に結合しているといえる。したがって、第１の温度制御回路１４０は、圧電振動子１２０の温度も制御しているといえる。

次に第２の温度制御回路１６０の構成を、図６を参照して説明する。図６は第２の温度制御回路１６０の回路図である。第２の温度制御回路１６０は、ＶｃｃとＧＮＤとの間に第２の温度センサ１６２と第２の発熱部品１６４とが直列に接続された構成となる。第２の温度センサ１６２はＰＴＣサーミスタである。ＰＴＣサーミスタは温度が高くなると抵抗値が大きくなる抵抗である。第２の発熱部品１６４には抵抗が用いられ、第２の発熱部品１６４に電流が流れることで発熱する。

次に第２の温度制御回路１６０の動作を説明する。はじめに、第２の温度センサ１６２が検知する温度が高くなる場合を考える。このとき、第２の温度センサ１６２はＰＴＣサーミスタであるため、第２の温度センサ１６２の抵抗値が大きくなる。よって、第２の発熱部品１６４にかかる電圧が小さくなる。したがって、第２の発熱部品１６４の発熱量が減少する。

次に、第２の温度センサ１６２が検知する温度が低くなる場合を考える。このとき、第２の温度センサ１６２の抵抗値が小さくなる。よって、第２の発熱部品１６４にかかる電圧が大きくなる。したがって、第２の発熱部品１６４の発熱量が増大する。

すなわち、第２の温度センサ１６２の検知する温度が高くなると第２の発熱部品１６４の発熱量が減少し、第２の温度センサ１６２の検知する温度が低くなると第２の発熱部品１６４の発熱量が増加する。このような動作によって第２の温度制御回路１６０が対象とする領域の温度が制御される。ここで、第２の温度制御回路１６０の第２の温度センサ１６２及び第２の発熱部品１６４は、図２及び図３（ｂ）に示されるとおり、第２の基板１１２に搭載される。したがって、第２の温度制御回路１６０は第２の基板１１２の温度を制御するといえる。

次に、第２の温度センサ１６２の特性と第２の温度制御回路１６０の特性との関連について説明する。図７には、第２の温度センサ１６２の温度と抵抗値との関係が示される。図７には、Ｌ１及びＬ２の２種類の第２の温度センサ１６２の特性が示される。第２の温度センサ１６２はＰＴＣサーミスタであるため、Ｌ１及びＬ２は、共に、温度が高くなると抵抗値が高くなっている。

しかし、Ｌ１とＬ２では次のような違いがある。すなわち、Ｌ１は、傾きがほぼ一定であって、急激な変化は無い。一方、Ｌ２は、図７に示される温度であるＴｔｈ以下では、抵抗値の変化は小さい。しかし、Ｌ２は、温度がＴｔｈを超えると抵抗値が急激に増加する。

第２の温度制御回路１６０に、Ｌ１の特性をもつ第２の温度センサ１６２が使われる場合を考える。このとき、第２の温度センサ１６２が検知する温度が変化した場合でも、第２の温度センサ１６２の抵抗値が急激に変化することがない。よって、第２の発熱部品１６４の発熱量が急激に変化することがない。したがって、第２の発熱部品１６４によって温度が微調整されて、安定な温度を実現しやすい。

次に、第２の温度制御回路１６０に、Ｌ２の特性をもつ第２の温度センサ１６２が使われる場合を考える。このとき、第２の温度センサ１６２の検知する温度がＴｔｈより小さいと、第２の温度センサ１６２の抵抗値は、温度がＴｔｈより高いときの抵抗値と比べて小さくなる。よって、第２の発熱部品１６４の発熱量が大きくなる。したがって、第２の温度制御回路１６０が温度制御の対象とする第２の基板１１２を急激に加熱できて、所定の温度まで短時間に加熱できる。一方、第２の温度センサ１６２の検知する温度がＴｔｈより高くなると、第２の温度センサ１６２の抵抗値は急激に大きくなる。よって、第２の発熱部品１６４の発熱量が急激に小さくなる。

このような動作から、Ｌ２の特性をもつ第２の温度センサ１６２が使われる場合、第２の温度センサ１６２はスイッチのように動作すると考えられる。すなわち、第２の温度センサ１６２の温度がＴｔｈより小さいと、第２の温度センサ１６２は第２の発熱部品１６４をオンにして、第２の基板１１２を急激に加熱する。第２の温度センサ１６２の温度がＴｔｈを超えると、第２の温度センサ１６２は第２の発熱部品１６４をオフにして、第２の基板１１２の加熱を抑える。このことから、低温の状態から恒温型圧電発振器１００を起動して早期に所定の温度にする必要がある場合などに、第２の温度制御回路１６０に、Ｌ２の特性をもつ第２の温度センサ１６２が有効である。

以上説明した恒温型圧電発振器１００によれば次のような優れた効果が得られる。すなわち、第１の基板１１６と第２の基板１１２とは離間して配置される。第１の基板１１６と第２の基板１１２との間には圧電振動子１２０が配置され、圧電振動子１２０は第１の基板１１６に搭載される。第１の基板１１６は第１の温度制御回路１４０によって温度が制御される。第２の基板１１２は第２の温度制御回路１６０によって温度が制御される。

よって、圧電振動子１２０は、温度制御された第１の基板１１６と第２の基板１１２との間に配置されることになる。したがって、圧電振動子１２０は、温度の変化にさらされるおそれが低減して温度変化が抑えられる。このため、恒温型圧電発振器１００の周波数変化が抑えられる。

また、恒温型圧電発振器１００は、前述の特許文献１に記載の恒温型圧電発振器と異なり、アウターオーブンの中にインナーオーブンが収容されるような２層のオーブンを必要としない。さらに、恒温型圧電発振器１００に用いられる基板は、第１の基板１１６と第２の基板１１２のみである。したがって、恒温型圧電発振器１００の小型化が実現される。さらに、恒温型圧電発振器１００は、２層のオーブンを必要としない分だけ製造工程が簡略化される。

特に、特許文献１に記載の恒温型圧電発振器では箱状のインナーオーブンの側面に温度センサ等が搭載される。このような位置に温度センサを搭載することは、製造工程の複雑化の原因になる。しかし、恒温型圧電発振器１００では、第１の温度制御回路１４０及び第２の温度制御回路１６０を構成する部品は全て第１の基板１１６又は第２の基板１１２に搭載される。したがって、従来からの基板への部品搭載技術を用いることができ、製造工程の複雑化を防止できる。

また、圧電振動子１２０は第１の基板１１６に搭載される。そして、第１の基板１１６は第１の温度制御回路１４０で温度制御される。よって、第１の基板１１６は圧電振動子１２０の温度も制御しているといえる。そして、図５で示される第１の温度制御回路１４０によって、圧電振動子１２０の温度の高精度な制御が可能である。したがって、第２の基板１１２に用いる第２の温度制御回路１６０は、第１の温度制御回路１４０程の精度を持つ必要がなく、恒温型圧電発振器１００が実装される実装基板の温度変化が圧電振動子１２０に伝わることを防止できれば十分といえる。よって、第２の温度制御回路１６０の回路を、図６に示す簡単な構成で実現できる。したがって、恒温型圧電発振器１００の部品数の増加を抑制できる。

＜第１の変形例＞
次に本発明の実施形態の第１の変形例である恒温型圧電発振器２００を、図８を参照して説明する。図８は恒温型圧電発振器２００の断面図である。なお、以下の説明では、恒温型圧電発振器１００と同じ部分に関しては恒温型圧電発振器１００と同じ符号を付してその説明を簡略又は省略する。

恒温型圧電発振器２００は、恒温型圧電発振器１００と異なり、第１の基板１１６及び第２の基板２１２の他に、平板状の第３の基板２１３を有する。第３の基板２１３はガラスエポキシ等で形成される。図８に示される通り、第３の基板２１３の＋Ｚ側に蓋体１１０が搭載される。そして、蓋体１１０と第３の基板２１３とで囲まれた密閉空間が形成される。この密閉空間に第１の基板１１６及び第２の基板２１２が収容される。

第３の基板２１３の＋Ｚ側の主面からは、図８に示される通り、＋Ｚ方向に柱状の支持部材１１８が伸びる。支持部材１１８の＋Ｚ側の端部には第１の基板１１６が取り付けられている。さらに、支持部材１１８には、第１の基板１１６と第３の基板２１３との間に配置されるように、第２の基板２１２が取り付けられている。第２の基板２１２は、第１の基板１１６及び第３の基板２１３から離間して配置される。

第１の基板１１６の−Ｚ側の主面には第１の温度センサ１４２が搭載される。第１の基板１１６の−Ｚ側から見たとき、第１の基板１１６には、第１の温度センサ１４２の周囲を囲むように第１の発熱部品１４４が搭載される。第１の温度センサ１４２の−Ｚ側には圧電振動子１２０は配置され、圧電振動子１２０は第１の基板１１６に接合される。圧電振動子１２０と第１の基板１１６との間は熱伝導性樹脂１９０で充填される。

第２の基板２１２の＋Ｚ側の主面であって、圧電振動子１２０と対向する領域には第２の温度センサ１６２が搭載される。第２の基板２１２を＋Ｚ側から見たとき、第２の基板２１２には、第２の温度センサ１６２を囲むように第２の発熱部品１６４が搭載される。第２の基板２１２は、図２に示された恒温型圧電発振器１００の第２の基板１１２と異なり、外部電極１１４が形成されていない。外部電極１１４は、図８に示されるとおり、第３の基板２１３の−Ｚ側の主面に形成される。

このような恒温型圧電発振器２００は、恒温型圧電発振器１００と同様に、圧電振動子１２０では温度の変化にさらされるおそれが低減するため温度変化が抑えられる。したがって、恒温型圧電発振器２００の周波数変化が抑えられる。また、恒温型圧電発振器２００は、２層のオーブンを必要としないため、小型化及び製造工程の簡略化が実現される。また、第２の温度制御回路１６０の回路を簡単な構成で実現できるため、恒温型圧電発振器２００の部品数の増加を抑制できる。

さらに、第２の基板２１２は、第３の基板２１３から離間して配置される。ここで、恒温型圧電発振器２００を実装基板に搭載する場合を考える。この実装基板は外部の状態によって温度変化しやすい。この実装基板からの熱は第３の基板２１３に直接伝わる。しかし、第２の基板２１２は第３の基板２１３から離間しているため、実装基板からの熱は第２の基板２１２に直接伝わらない。よって、第２の基板２１２は、第２の温度制御回路１６０によって安定した温度に制御される。したがって、第１の基板１１６と第２の基板２１２との間に配置された圧電振動子１２０の温度も安定する。

なお、恒温型圧電発振器２００では、第２の基板２１２の＋Ｚ側に第１の基板１１６が配置されたが、これを逆にしてもよい。すなわち、第３の基板２１３の＋Ｚ側に第１の基板１１６を配置し、第１の基板１１６の＋Ｚ側に第２の基板２１２を配置してもよい。この場合でも恒温型圧電発振器２００と同様の効果を得られる。

＜第２の変形例＞
次に本発明の実施形態の第２の変形例である恒温型圧電発振器３００を、図９を参照して説明する。図９は恒温型圧電発振器３００の断面図である。図９と図２を比べると分かるように、図９に示される恒温型圧電発振器３００は、図２の恒温型圧電発振器１００の第１の基板１１６と第２の基板１１２とを入れ替えた構成となる。次に具体的に説明する。

第１の基板３１６の＋Ｚ側の主面に蓋体１１０が搭載される。そして、蓋体１１０と第３の基板２１３とで囲まれた密閉空間が形成される。第１の基板３１６の＋Ｚ側の主面からは、図９に示される通り、＋Ｚ方向に柱状の支持部材１１８が伸びる。支持部材１１８の＋Ｚ側の端部には第２の基板３１２が取り付けられている。第２の基板３１２は、蓋体１１０と第３の基板２１３とで囲まれた密閉空間に収容される。

第１の基板３１６の＋Ｚ側の主面には第１の温度センサ１４２が搭載される。第１の基板１１６の＋Ｚ側から見たとき、第１の基板１１６には、第１の温度センサ１４２の周囲を囲むように第１の発熱部品１４４が搭載される。第１の温度センサ１４２の＋Ｚ側には圧電振動子１２０は配置され、圧電振動子１２０は第１の基板３１６に接合される。圧電振動子１２０と第１の基板３１６との間は熱伝導性樹脂１９０で充填される。また、第１の基板３１６の−Ｚ側の主面には外部電極１１４が形成される。

第２の基板３１２の−Ｚ側の主面であって、圧電振動子１２０と対向する領域には第２の温度センサ１６２が搭載される。第２の基板２１２を−Ｚ側から見たとき、第２の温度センサ１６２を囲むように第２の発熱部品１６４が第２の基板３１２に搭載される。

このような恒温型圧電発振器３００では、恒温型圧電発振器１００と同様に、圧電振動子１２０が温度の変化にさらされるおそれが低減するため温度変化が抑えられる。したがって、恒温型圧電発振器３００の周波数変化が抑えられる。また、恒温型圧電発振器３００は、２層のオーブンを必要としないため、小型化及び製造工程の簡略化が実現される。また、第２の温度制御回路１６０の回路を簡単な構成で実現できるため、恒温型圧電発振器１００の部品数の増加を抑制できる。

＜第３の変形例＞
次に本発明の実施形態の第３の変形例である第２の温度制御回路４６０を、図１０を参照して説明する。図１０は第２の温度制御回路４６０の回路図である。

第２の温度制御回路４６０は、図６に示された第２の温度制御回路１６０をさらに簡略化したものであり、ＶｃｃとＧＮＤとに接続された第２の発熱部品４６４のみからなる。第２の発熱部品４６４には抵抗が用いられ、第２の発熱部品４６４に電流が流れることで発熱する。第２の発熱部品４６４は、第２の基板１１２の温度に依存せずに、一定の発熱量で発熱する。

このような第２の温度制御回路４６０が用いられた恒温型圧電発振器１００を考える。この場合、図２に示される第２の温度制御回路１６０が第２の温度制御回路４６０に置き換わった構成となるが、第２の温度センサ１６２が無い。よって、第２の温度制御回路１６０が使われた恒温型圧電発振器１００と比べて部品数を減らすことができる。したがって、第２の温度制御回路４６０を用いた恒温型圧電発振器１００は大型化が抑制される。

また、第２の温度制御回路４６０が用いられた恒温型圧電発振器１００は、第２の基板１１２が第２の発熱部品４６４で加熱されている。よって、第２の基板１１２の外側、すなわち、第２の基板１１２の圧電振動子１２０とは反対側の温度が変化した場合でも、この温度の変化が圧電振動子１２０の温度に影響を与えることを低減できる。

＜その他の変形例＞
次にその他の変形例を説明する。恒温型圧電発振器１００に用いた符号を使って説明するが、特別な記載が無い限り他の恒温型圧電発振器でも同様な変形が可能である。

上記のそれぞれの実施の形態では、第１の温度制御回路１４０と第２の温度制御回路１６０とが異なる回路の構成であったが、同じ回路の構成であってもよい。すなわち、第２の温度制御回路１６０が図５に示された回路と同じ構成であってもよい。このとき、第２の温度制御回路１６０は、第１の温度制御回路１４０と同様に高精度に第２の基板１１２の温度を制御できる。したがって、圧電振動子１２０の温度が安定するため、恒温型圧電発振器１００の周波数変化が抑えられる。

圧電振動子１２０、第１の温度制御回路１４０を構成する電子部品、及び、第２の温度制御回路１６０を構成する電子部品の配置は、上記のそれぞれの実施の形態に記載の配置に限定されるものではない。例えば、第１の温度センサ１４２が第１の基板１１６の中央部分と異なる位置に配置されてもよい。また、第１の温度センサ１４２と圧電振動子１２０とが第１の基板１１６の異なる主面に配置されてもよい。すなわち、第１の温度センサ１４２が第１の基板１１６の一方の主面に配置され、圧電振動子１２０が第１の基板１１６の他方の主面に配置されてもよい。また、例えば図１に示される恒温型圧電発振器１００では、第１の温度センサ１４２及び第１の発熱部品１４４の少なくとも一部が第１の基板１１６の＋Ｚ側の主面に配置されてもよい。また、例えば図８に示される恒温型圧電発振器２００では、第２の温度センサ１６２及び第２の発熱部品１６４の少なくとも一部が第２の基板２１２の−Ｚ側の主面に配置されてもよい。

恒温型圧電発振器１００には、図４に示された回路以外の回路が含まれてもよい。また、圧電振動子１２０の圧電素子１２８は水晶が使われるが、水晶以外の圧電材料、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックを用いてもよい。

１００、２００、３００ ... 恒温型圧電発振器
１１０ ... 蓋体
１１２、２１２、３１２... 第２の基板
１１４ ... 外部電極
１１６、３１６、 ... 第１の基板
１１８ ... 支持部材
１２０ ... 圧電振動子
１２２ ... 振動子基板
１２４ ... サポート部材
１２６ ... 導電性接着剤
１２８ ... 圧電素子
１３０ ... リード端子
１３２ ... 振動子蓋体
１４０ ... 第１の温度制御回路
１４２ ... 第１の温度センサ
１４４ ... 第１の発熱部品
１４６、１４７、１４８、１５１、１５２... 抵抗
１４９ ... オペアンプ
１５０ ... パワートランジスタ
１６０、４６０ ... 第２の温度制御回路
１６２ ... 第２の温度センサ
１６４、４６４ ... 第２の発熱部品
１７０ ... レギュレータ
１７２ ... 出力回路
１７４ ... 増幅回路
１７６ ... 発振回路
１８０ ... 電子部品
１９０ ... 熱伝導性樹脂
２１３ ... 第３の基板

Claims (6)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板の一方の主面の側であって、前記第１の基板と離間して配置される第２の基板と、
   前記第１の基板の前記一方の主面に搭載され、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に配置された圧電振動子と、
   前記第１の基板の温度を制御する第１の温度制御回路と、
   前記第２の基板の温度を制御する第２の温度制御回路と、を有することを特徴とする恒温型圧電発振器。
2. 前記第１の基板又は前記第２の基板のいずれか一方の基板に接合され、前記第１の基板又は前記第２の基板の他方の基板と前記圧電振動子とを収容する蓋体、をさらに有する請求項１に記載の恒温型圧電発振器。
3. 前記第１の基板及び前記第２の基板から離間して配置された第３の基板と、
   前記第３の基板に接合され、前記第１の基板、前記第２の基板及び前記圧電振動子を収容する蓋体と、をさらに有する請求項１に記載の恒温型圧電発振器。
4. 前記第２の温度制御回路は、抵抗とＰＣＴサーミスタとを直列に接続したものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の恒温型圧電発振器。
5. 前記第２の温度制御回路は発熱部品のみからなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の恒温型圧電発振器。
6. 前記第２の温度制御回路は、前記第１の温度制御回路と同じ構成である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の恒温型圧電発振器。