JP2000223947A - 水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機器の温度環境によらず、安定した発振周波
数が求められる機器に使用される水晶発振器において、
安定した発振周波数を得るために、水晶板の温度範囲を
一定に保たなければならない。このような機器において
は、ヒータを水晶発振器に具備させ、発振を行う水晶板
の温度を一定範囲に保つようにしている。このような機
器に用いられる水晶発振器においては、ヒータをケース
周囲に巻き付けることにより、水晶発振器の占有面積が
大きくなり、巻き付けに多くの作業時間を要するため、
機器の小型化と価格削減の妨げとなる課題があった。 【解決手段】 ヒータを水晶発振器のケース内部に具備
させ、ヒータを外部に取り付けることなく、水晶板の温
度制御ができるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水晶発振器の温
度制御部材の取付構造に関するものであり、例えば、人
工衛星搭載用の基準発振器や、周波数変換装置の基準信
号発振部など、機器の温度環境によらず、安定した発振
周波数が要求される、温度制御型水晶発振器の信号発振
部に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の水晶発振器におけるヒータ
取付の状態を示す一断面図であり、図において、２は水
晶板、３は水晶板２を保護し、絶縁部を保持するフレー
ムに固着され、内部に例えば窒素ガス等の予定したガス
を封止するケース、４は水晶板２を保持し、外部へ接続
する端子、５は上記端子４を保持する絶縁部、６は絶縁
部５を保持し、ケース３とともにガスの封止を行うフレ
ーム、１１はケース３に具備したケーブル状のヒータで
ある。

【０００３】図６は従来の水晶発振器におけるヒータ１
１を例えば塩化ビニル等の加熱により収縮する特性を有
するチューブ１２で押さえた場合の取付状態を示す一斜
視図であり、３，４，１１は図５と同様である。

【０００４】図７は、水晶板２の温度と発振周波数との
相関関係を示す図である。

【０００５】次に動作について説明する。従来の水晶発
振器は、水晶板の温度に対する発振周波数の相関関係を
利用して、温度制御により予定範囲の発振周波数を得て
いる。図７に示す特性を有する水晶板２を具備した水晶
発振器においては、発振周波数が予定した周波数範囲で
あるｆ２とｆ１の間にあるようにするために、水晶板２
の温度をＴ１からＴ２の範囲内にあるように制御してい
る。

【０００６】水晶板２の温度を制御するため、従来の水
晶発振器においては、鉄、ニッケル、コバルト合金等の
合金材料で作られたケース３上にヒータ１１を具備して
いる。ヒータ１１は、ケース３上に巻き付けて実装され
た後、例えば樹脂等によりモールドされるか、加熱によ
り収縮する特性を有するチューブ等によってケース３へ
固着されている。ヒータ１１の発熱量の制御は、図には
表れていないサーミスタ等の温度計測素子を用いて、水
晶発振器外部の水晶板２の温度を模擬する点の温度を検
知することにより行われる。図に表れていない、ヒータ
１１が接続されたヒータ制御回路は、サーミスタ等の温
度計測素子からの信号により、ヒータ１１が発生する発
熱量を制御している。ヒータ制御回路によって定められ
た電力がヒータ１１に印可されることによりヒータ１１
が発熱し、ヒータ１１より発生した熱がケース３、ケー
ス３同様に鉄、ニッケル、コバルト合金等の合金材料で
作られたフレーム６、端子４を保持するガラスによる絶
縁部５、および鉄、ニッケル、コバルト合金等の合金材
料で作られた端子４を経由しての伝熱経路によって水晶
板２まで伝わるか、ケース３の温度上昇によってケース
３内部に封止されたガスが加熱されることによる、雰囲
気温度の上昇による加熱経路か、ケース３内面からの輻
射による加熱経路の一つもしくは二つ以上の経路により
水晶板２を加熱している。

【０００７】温度制御型の水晶発振器においては、上記
のようにヒータ１１の発熱により、水晶板２の温度を予
定した周波数範囲の発振を行う低温側の温度Ｔ１以上に
なるようにし、かつ、水晶板２の温度が高温側温度Ｔ２
以上にならないように、温度計測素子により検知された
温度に対応した信号に基づき、ヒータ制御回路がヒータ
１１の発熱量を減少させて、水晶板２の温度の水晶発振
器周囲への自然冷却により、水晶板２の温度が予定した
温度範囲Ｔ１からＴ２の間にあるように温度制御するこ
とによって、水晶発振器が所定の発振周波数範囲（ｆ₁
〜ｆ₂）にあるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の水晶発振器は以
上のように構成されているので、ケース３の外周にヒー
タ１１を巻き付けるために、ヒータ１１の線径とモール
ドやチューブの固定に要する厚みに応じて水晶発振器に
おけるヒータの占有面積が大きく広がり、機器の小型化
の妨げとなっていた。また、巻き付けに多くの作業時間
を要し、機器の価格削減の妨げとなっていた。

【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、水晶発振器の占有面積を削減
し、小型で安価な水晶発振器を得ることを課題としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明による水晶発
振器は、水晶板と、上記水晶板を保持し、外部へ接続す
る複数の端子と、上記端子を保持する絶縁部と、上記絶
縁部と接合され上記水晶板を気密状態で保護する水晶発
振器ケースと、上記水晶板の温度を制御するためのヒー
タとを備えた水晶発振器において、上記ヒータはＵ字形
状に曲げて形成された基板であって、上記水晶発振器ケ
ースの内側における上記水晶板をＵ字形状の内側に囲む
位置に配置されたものである。

【００１１】また、第２の発明による水晶発振器は、上
記ヒータは水晶発振器ケースの内面に固着されたもので
ある。

【００１２】また、第３の発明による水晶発振器は、水
晶板と、上記水晶板を保持し、外部へ接続する複数の端
子と、上記端子を保持する絶縁部と、上記絶縁部と接合
され上記水晶板を気密状態で保護する水晶発振器ケース
と、上記水晶板の温度を制御するためのヒータとを備え
た水晶発振器において、上記ヒータは上記水晶発振器ケ
ースに内在するようにヒータ回路を形成されたものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１を示す一破断図で、図において、１はヒ
ータ、２は水晶板、３はケース、４は水晶板を保持し、
外部へ接続する端子、５は端子を保持する絶縁部、６は
絶縁部のフレーム、７はヒータを外部に接続する端子で
ある。ケース３とフレーム６により、気密封止され、内
部に予定されたガスが封入されることは、従来の水晶発
振器と同様である。

【００１４】図２は、この発明の実施の形態１を示す一
破断図で、図において、１，２，３，４，５，７は図１
と同様である。

【００１５】ヒータ１は、抵抗体が設けられた絶縁層を
有する薄い基板を、水晶板２とケース３の間に位置し、
水晶板２、ケース３のそれぞれに接触しないように、Ｕ
字型に整形し、端子７により電気的に外部に接続される
と同時に予定の位置に保持されるようにしたものであ
る。水晶板２の温度制御のため、端子７に印加された電
力によりヒータ１は発熱し、その発熱による封入ガスの
温度上昇に伴う雰囲気温度の上昇と、ヒータ１表面から
のふく射により水晶板２が加熱される。水晶発振器の発
振周波数の制御が、ヒータ１の発熱量の制御による水晶
板２の加熱および自然冷却による温度制御により予定し
た温度範囲に保たれて成されることは、従来の水晶発振
器と同様である。ヒータ１を水晶発振器に取り付ける作
業は、ケース３とフレーム６を接合する前に、フレーム
６に接合した絶縁部５に端子を固着することによって行
なわれる。特に、ヒータ１としてフレキシブル基板を用
いれば、Ｕ字型の整形作業も一層容易になる。また、ヒ
ータ１は薄い基板を用いており、ケース３に占める容積
も小さい。

【００１６】これにより、水晶発振器の外部にヒータを
巻きつけることなく水晶発振器の水晶板２の温度制御が
できるので、水晶発振器の占有面積の削減ができ、ヒー
タ取付作業が軽減できるので、小型で安価な水晶発振器
を得ることができる。

【００１７】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２を示す、一破断図で、図において、１，２，３，
４，７は実施の形態１と同様である。５１はケース３に
設けられた端子７を保持する絶縁部である。

【００１８】図３においては、実施の形態１で示したヒ
ータ１に固着層を具備するか、ケース３に固着材を塗布
する等の方法により、ヒータ１をケース３の内面に固着
せしめたものである。ヒータ１からの発熱は、ヒータ３
に固着されることによりケース３より外部へ伝熱される
ことにより、水晶板２への伝熱量が減少するため、印可
電力量に対する、水晶板２への伝熱量の効率が低下する
が、水晶発振器が振動環境下で使用される場合にヒータ
１の変形を防ぎ、水晶板２との干渉等による水晶板２の
破損が防止されるため、水晶発振器の耐振動性が向上す
る。この場合においても、予定の発振周波数を得るため
の水晶板２の温度制御の方法は従来の水晶発振器と同様
である。

【００１９】これにより、例えば、人工衛星搭載用の温
度制御型基準発振器のように、打ち上げ時に発生する振
動環境に曝される機器において、与えられる振動環境に
適合した装置を得ることができるため、信頼性の向上し
た水晶発振器を具備した機器を得ることができる。

【００２０】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３を示す、一破断図で、図において、２，４，５は
実施の形態１と同様である。３１はセラミックの表面ま
たは内層にヒータ回路を具備したものか、もしくは、電
力を印可することにより発熱する特性を有する材料を用
いたケース、７１は表面のヒータへの電力印加用端子で
ある。

【００２１】図４において、ケース３１は、セラミック
表面または内層にヒータ回路を形成し、表面に接続端子
を設けたものか、もしくは、電力を印加することによ
り、発熱する特性を有する特性の材料によりケース３１
を成形し、表面に電力印加用の端子７１を設けたもので
ある。セラミック材料による気密構造により、予定した
ガスが内部に封止されるので、水晶板２の環境は従来と
同様である。また、水晶板２の温度制御の方法は従来の
水晶発振器と同様である。

【００２２】これにより、ヒータとケースが一体となる
ため、水晶発振器の部品点数が削減できる。また、セラ
ミックによるヒータの成形過程において、ヒータへの電
力印可用の端子が同時に成形できるため、部品点数が少
なく、製造工程が簡単な、安価な水晶発振器を得ること
ができる。

【００２３】なお、上記説明によらず、水晶板以外の温
度制御が課題となる部品に適用しても同等の効果を有す
ることはいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】第一の発明によれば、ヒータを水晶発振
器内部に具備するようにしたため、水晶発振器の占有面
積が削減でき、組立時間が削減できる水晶発振器を得る
ことができる。

【００２５】第２の発明によれば、ヒータをケース内部
に固着したため、耐振動性が向上した水晶発振器を得る
ことができる。

【００２６】第３の発明によれば、ヒータをケースに形
成したので、組立てる部品点数が少なく、ケースの製造
工程が簡単な、安価な水晶発振器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による水晶発振器の実施の形態１を
示す一破断図である。

【図２】 この発明による水晶発振器の実施の形態１を
示す一破断図である。

【図３】 この発明による水晶発振器の実施の形態２を
示す一破断図である。

【図４】 この発明による水晶発振器の実施の形態３を
示す一破断図である。

【図５】 従来の水晶発振器のヒータ取付状態を示す一
破断図である。

【図６】 従来の水晶発振器のヒータ取付状態を示す一
斜視図である。

【図７】 水晶板の温度と発振周波数の相関関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ ヒータ、２ 水晶板、３ ケース、４ 端子、５
絶縁体、６ フレーム、７ 端子、１１ ヒータ、１２
熱収縮チューブ、３１ ヒータを具備したケース、５
１ 絶縁体、７１ 端子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶板と、上記水晶板を保持し、外部へ
   接続する複数の端子と、上記端子を保持する絶縁部と、
   上記絶縁部と接合され上記水晶板を気密状態で保護する
   水晶発振器ケースと、上記水晶板の温度を制御するため
   のヒータとを備えた水晶発振器において、上記ヒータは
   Ｕ字形状に曲げて形成された基板であって、上記水晶発
   振器ケースの内側における上記水晶板をＵ字形状の内側
   に囲む位置に配置されたことを特徴とする水晶発振器。
2. 【請求項２】 上記ヒータは水晶発振器ケースの内面に
   固着されたことを特徴とする請求項１記載の水晶発振
   器。
3. 【請求項３】 水晶板と、上記水晶板を保持し、外部へ
   接続する複数の端子と、上記端子を保持する絶縁部と、
   上記絶縁部を接合され上記水晶板を気密状態で保護する
   水晶発振器ケースと、上記水晶板の温度を制御するため
   のヒータとを備えた水晶発振器において、上記ヒータは
   上記水晶発振器ケースに内在するようにヒータ回路を形
   成されたことを特徴とする水晶発振器。