(57)【要約】      （修正有）【課題】薄型化を達成すると共に、発振周波数の安定化、低消費電力化、組立性の向上等、各種要請を同時に満足する薄型高安定圧電発振器の提供。【解決手段】ベースプリント基板２上に搭載した発振器ユニット３と、発振器ユニットを含む該プリント基板上空間を気密封止する金属発振器ケース４とを備えた薄型高安定圧電発振器に於いて、発振器ユニットは、圧電振動子１０、プリント基板２０、ヒータ抵抗２５及び温度センサ２６と、圧電振動子、プリント基板、ヒータ抵抗、温度センサ、及び調整回路部品をガス封止、又は真空封止する内側金属ケース３０と、前記ベースプリント基板面上の温度制御回路部品、パワートランジスタ３５、及び発振回路部品３６と、プリント基板から延びて内側金属ケースを絶縁貫通してベースプリント基板上の配線パターンと接続の接続端子４０とを備え、接続端子は、前記各部品が内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持する。【選択図】  図１
2006191327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、
前記発振器ユニットは、金属キャップ内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体、及び該圧電振動子本体の底部から突出したリード端子を備えた圧電振動子と、前記圧電振動子本体を横臥状態で片面上に支持すると共に該リード端子を配線パターンに接続するプリント基板と、前記プリント基板の片面上に搭載されて前記圧電振動子本体の側面に密着配置されるヒータ抵抗及び温度センサと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された調整回路部品と、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品をガス封止、又は真空封止する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板面上の配線パターンに夫々搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する温度制御回路部品、パワートランジスタ、及び発振回路部品と、前記プリント基板から延びて前記内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、
前記接続端子は、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする薄型高安定圧電発振器。
【請求項２】
前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、
前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする請求項１に記載の薄型高安定圧電発振器。
【請求項３】
表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、
前記発振器ユニットは、金属キャップ内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体、及び該圧電振動子本体の底部から突出したリード端子を備えた圧電振動子と、前記圧電振動子本体を横臥状態で片面上に支持すると共に該リード端子を配線パターンに接続するプリント基板と、前記プリント基板の片面上に搭載されて前記圧電振動子本体の側面に密着配置されるヒータ抵抗、温度センサ、温度制御回路部品、及びパワートランジスタと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された発振回路部品、及び調整回路部品と、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、温度センサ、温度制御回路部品、パワートランジスタ、前記発振回路部品、及び前記調整回路部品をガス封止、又は真空する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板上に搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する電源回路部品及び出力回路部品と、前記プリント基板から延びて前記内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、
前記接続端子は、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする薄型高安定圧電発振器。
【請求項４】
前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、
前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする請求項３に記載の薄型高安定圧電発振器。
【請求項５】
表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、
前記発振器ユニットは、底面に実装電極を備えた表面実装用の絶縁ケース内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、前記圧電振動子を片面上の配線パターン上に搭載するプリント基板と、前記プリント基板の他面上に搭載されるヒータ抵抗及び温度センサと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された調整回路部品と、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、温度センサ、及び前記調整回路部品をガス封止、又は気密封止する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板面上の配線パターンに夫々搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する温度制御回路部品、パワートランジスタ、及び発振回路部品と、前記プリント基板から延びて前記内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、
前記接続端子は、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする薄型高安定圧電発振器。
【請求項６】
前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、
前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする請求項５に記載の薄型高安定圧電発振器。
【請求項７】
表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、
前記発振器ユニットは、圧電振動素子と、この圧電振動素子から延びる振動子リードを介して該圧電振動素子を宙吊り状態で支持するプリント基板と、該プリント基板の他面上に搭載されるヒータ抵抗及び温度センサと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された調整回路部品と、前記圧電振動素子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、前記調整回路部品をガス封止、又は気密封止する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板面上の配線パターンに夫々搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する温度制御回路部品及びパワートランジスタ、並びに発振回路部品と、前記プリント基板から延びて内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、
前記接続端子は、前記圧電振動素子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする薄型高安定圧電発振器。
【請求項８】
前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、
前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする請求項７に記載の薄型高安定圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数制御デバイス等として使用される圧電発振器に関し、特に圧電振動子をヒータにより加熱するとともに、温度制御回路によってヒータ温度を制御する構成を備えた圧電発振器において、金属ブロック等の恒温槽を用いることなく、薄型化を達成すると共に、発振周波数の安定化、低消費電力化、組立性の向上、及び低コスト化という各種要請を同時に満足することができる薄型高安定圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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等の圧電発振器として、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ことができる恒温槽型圧電発振器が従来から知られている。更に、近年これらの分野では、各種機器に対して、小型、軽量で携帯可能であることが求められてきているため、それに対応して恒温槽型圧電発振器についても小型、軽量化が市場から求められている。即ち、従来の恒温槽型圧電発振器の高さ寸法は、通常２０ｍｍ以上であり、場合によっては５０ｍｍ程度の高さ寸法まで大型化したものも多用されていた。しかし、近年、各種機器の小型化に対応して、恒温槽型圧電発振器についても他の大型部品と同等の高さ寸法まで低背化することが強く求められている。現在、本出願人が開発している恒温槽型圧電発振器の内で最も薄型化されているものの高さ寸法は９．２ｍｍであるが、これよりも更に薄型化した恒温槽型圧電発振器が市場から求められている。
ところで、従来の恒温槽型圧電発振器は、高安定な周波数を得る為に、熱容量が大きい金属ブロック等の恒温槽（ｏｖｅｎ）の凹所内に圧電振動子を収容し、更に金属ブロックをヒータにより所定の温度に加熱していた（例えば、特開２００１−２７４６２６公報）。しかし、大型の金属ブロックを用いると、発振器全体の嵩が増大するため、小型、軽量化という要請を満たすことができなかった。また、金属ブロックを介して圧電振動子内部の圧電振動素子を加熱する構成であったため、ヒータからの熱が圧電振動素子に達して所望周波数に達するまでに時間を要するという問題があった。
【０００３】
次に、恒温槽を用いずに薄型化、低消費電力化、高安定化を図った圧電発振器として、特開２０００−３１５９１６公報には、金属キャップ内に圧電振動素子を封入した圧電振動子本体、及び圧電振動子本体の底面から突出したリード端子を備えた圧電振動子と、圧電振動子本体の側面と密着して加熱するヒータ抵抗を上面に搭載した第１のプリント基板と、該第１のプリント基板上面に直交して固定されると共に前記リード端子を接続することによりリード端子からの放熱を防止する第２のプリント基板と、第１のプリント基板底面に固定された温度制御回路と、金属キャップ及び第２のプリント基板と密着した金属ケースとを備えた構成が開示され、ヒータ抵抗からの熱を金属ケース、金属キャップを介して第２のプリント板に伝達し、第２のプリント基板に搭載したサーミスタによる検知温度に基づいて水晶振動子底部の温度を一定に維持している。しかしながら、この従来構造にあっては、圧電振動子を構成する金属キャップ底部の温度を一定に保つことはできても、金属キャップの他の面から熱が拡散し易くなっている。また、この発振器を他の発振器ケース内に収納した場合であっても、外気からの熱の影響を該発振器ケースを介して受けることとなるため、高い安定度を得るには不十分であった。
次に、特開２００４−２０７８７０公報には、底板内部に発熱体を備えた第１の絶縁基体内に圧電振動素子を気密収容した構造の第１のパッケージを、更に大型の絶縁基体である表面実装用の第２のパッケージ内に封入し、且つ第２のパッケージの内底面上に第１のパッケージを表面実装した構造の表面実装型の恒温槽型発振器が開示されている。
しかし、この従来構造にあっては、第１のパッケージ底面と第２のパッケージ内底面とが面接触しており、しかも両接触面に夫々配置した配線導体によって電気的接続が行われている。配線導体は、熱的にも優れた導体であるのが一般的であり、両者が面接触しているため熱の拡散が大きく、断熱構造として理想的とはいえない。また、各パッケージの上面開口を蓋により閉止する密閉構造を採用しているが、広い面積の開口を蓋により閉止することによって密閉状態を確保することは容易ではない。
【特許文献１】特開２００１−２７４６２６公報
【特許文献２】特開２０００−３１５９１６公報
【特許文献３】特開２００４−２０７８７０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、温度制御回路によってヒータ温度を制御する構成を備えた圧電発振器において、大型化の原因となる金属ブロック等の恒温槽を用いることなく薄型化を達成すると共に、発振周波数の安定化、低消費電力化、組立性の向上、及び低コスト化という各種要請を同時に満足することができる薄型高安定圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、前記発振器ユニットは、金属キャップ内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体、及び該圧電振動子本体の底部から突出したリード端子を備えた圧電振動子と、前記圧電振動子本体を横臥状態で片面上に支持すると共に該リード端子を配線パターンに接続するプリント基板と、前記プリント基板の片面上に搭載されて前記圧電振動子本体の側面に密着配置されるヒータ抵抗及び温度センサと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された調整回路部品と、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品をガス封止、又は真空封止する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板面上の配線パターンに夫々搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する温度制御回路部品、パワートランジスタ、及び発振回路部品と、前記プリント基板から延びて前記内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、前記接続端子は、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする。
【０００６】
請求項３の発明は、表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、前記発振器ユニットは、金属キャップ内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体、及び該圧電振動子本体の底部から突出したリード端子を備えた圧電振動子と、前記圧電振動子本体を横臥状態で片面上に支持すると共に該リード端子を配線パターンに接続するプリント基板と、前記プリント基板の片面上に搭載されて前記圧電振動子本体の側面に密着配置されるヒータ抵抗、温度センサ、温度制御回路部品、及びパワートランジスタと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された発振回路部品、及び調整回路部品と、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、温度センサ、温度制御回路部品、パワートランジスタ、前記発振回路部品、及び前記調整回路部品をガス封止、又は真空する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板上に搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する電源回路部品及び出力回路部品と、前記プリント基板から延びて前記内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、前記接続端子は、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３において、前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする。
請求項５の発明は、表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、前記発振器ユニットは、底面に実装電極を備えた表面実装用の絶縁ケース内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、前記圧電振動子を片面上の配線パターン上に搭載するプリント基板と、前記プリント基板の他面上に搭載されるヒータ抵抗及び温度センサと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された調整回路部品と、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、温度センサ、及び前記調整回路部品をガス封止、又は気密封止する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板面上の配線パターンに夫々搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する温度制御回路部品、パワートランジスタ、及び発振回路部品と、前記プリント基板から延びて前記内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、前記接続端子は、前記圧電振動子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする。
【０００７】
請求項６の発明は、請求項５において、前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする。
請求項７の発明は、表面実装用のベースプリント基板上に搭載した発振器ユニットと、該発振器ユニットを含む該ベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケースと、を備えた薄型高安定圧電発振器において、前記発振器ユニットは、圧電振動素子と、この圧電振動素子から延びる振動子リードを介して該圧電振動素子を宙吊り状態で支持するプリント基板と、該プリント基板の他面上に搭載されるヒータ抵抗及び温度センサと、前記プリント基板上の他のスペース上に搭載された調整回路部品と、前記圧電振動素子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、前記調整回路部品をガス封止、又は気密封止する内側金属ケースと、前記ベースプリント基板面上の配線パターンに夫々搭載されて前記内側金属ケースの片面を支持する温度制御回路部品及びパワートランジスタ、並びに発振回路部品と、前記プリント基板から延びて内側金属ケースを絶縁貫通して前記ベースプリント基板上の配線パターンと接続される接続端子と、を備え、前記接続端子は、前記圧電振動素子、前記プリント基板、前記ヒータ抵抗、前記温度センサ、及び前記調整回路部品が前記内側金属ケース内壁と非接触状態となるように支持することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７において、前記ベースプリント基板は、ベースプリント基板本体と、該ベースプリント基板本体上に立設した接続ピンを介して該ベースプリント基板上に離間配置された補助ベースプリント基板とから成り、前記補助ベースプリント基板上に、前記発振器ユニットを搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明によれば、温度制御回路によってヒータ温度を制御する構成を備えた圧電発振器において、大型化の原因となる金属ブロック等の恒温槽を用いることなく薄型化を達成すると共に、発振周波数の安定化、低消費電力化、組立性の向上、及び低コスト化という各種要請を同時に満足することができる薄型高安定圧電発振器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図面に示した形態例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薄型高安定圧電発振器の内部構造を示す縦断面図である。また、図２はこの発振器の回路構成を示す説明図である。
この薄型高安定圧電発振器１は、表面実装用のベースプリント基板２上に搭載した発振器ユニット３と、発振器ユニット３を含むベースプリント基板２上の空間を気密封止する金属発振器ケース４と、を備えている。
ベースプリント基板２は、絶縁基板の上面に所要の配線パターン、パッド等の導体パターンを備え、その少なくとも底面には、発振器が搭載される機器本体のプリント基板上に表面実装するための外部電極が形成されている。
発振器ユニット３は、金属キャップ１１内に圧電振動素子１２を気密封止（ガス封止、或いは真空封止）した圧電振動子本体１３、及び金属キャップ１１の底部から突出したリード端子１４を備えた所謂ピンタイプの圧電振動子１０と、圧電振動子本体１３を横臥状態で片面（上面）上に支持すると共にリード端子１４をスルーホールへ接続したり、リード折り曲げにより配線パターンと接続するプリント基板２０と、プリント基板２０の片面上に搭載されて圧電振動子本体１３の側面に密着配置されるヒータ抵抗２５及び温度センサ２６と、プリント基板２０上の他のスペース上に搭載されたコンデンサ等の調整回路部品２７と、圧電振動子１０、プリント基板２０、ヒータ抵抗２５、温度センサ２６、及び調整回路部品２７をガス封止、又は真空封止する内側金属ケース３０（ＨＣ４９／Ｕタイプ）と、ベースプリント基板２の面上の配線パターンに夫々接続、搭載されて内側金属ケース３０の片面（側面）を支持しつつ加熱する温度制御回路部品及びパワートランジスタ３５、及び発振回路部品３６と、プリント基板２０から延びて内側金属ケース３０を絶縁貫通してベースプリント基板２上の配線パターンと接続される接続端子４０と、を備えている。
更に、内側金属ケース３０内に収容されたプリント基板２０、及びプリント基板上に搭載された各部品１３、２５、２６、２７は、内側金属ケース３０の内壁と非接触となるように各接続端子４０によって内側金属ケース内の空間に架設されている。
また、図３の更に詳細な回路図にも示すように、ベースプリント基板２と接続される４本の接続端子４０は、夫々発振入出力、ヒータ電源入力、温度センサー出力、グランドとの接続手段として機能する。
【００１０】
圧電振動素子１２は、水晶基板などの圧電基板上に励振電極を形成した構成を備えており、各電極とリード端子１４とが接続され、リード端子１４、プリント基板２０、ベースプリント基板２を介して給電されることにより励振する。
圧電振動子本体１３の基部（フランジ部）から延びる２本リード端子１４は、例えばその先端をプリント基板２０のスルーホール内に挿入して半田固定される。図３に示すように、一方のリード端子１４は、ＧＮＤパターンと接続し、他のリード端子１４はコンデンサＣ１、又はバリキャップＤ１を介して振動子出力とする。コンデンサＣ１とバリキャップＤ１との接続点は抵抗Ｒ１を介してＧＮＤに接続する。
ヒータ抵抗２５は、例えばセラミック抵抗素子とし、一方の電極をＧＮＤに接続する一方で他の電極は電源入力とする。温度センサ２６としては例えばサーミスタを使用し、サーミスタの一方の電極をＧＮＤに接続する一方で他の電極はセンサー出力とする。サーミスタは、圧電振動子本体１３から放熱量が多くなる金属キャップ１１の基部（フランジ部）の近傍に配置する。
調整回路部品２７は、コンデンサなどの発振周波数の調整や、温度制御用の調整部品として使用される部品を含む。
内側金属ケース３０は、例えばその基部３０ａに、プリント基板２０から延びる接続端子４０を気密的に貫通させることにより金属部分との短絡を防止しつつ外部との導通を確保する。接続端子を気密的に貫通させる方法としては、基部３０ａに設けた貫通孔に接続端子を挿通させる際にハーメチックによって絶縁する方法が考えられる。
この実施形態では、ガス封止、或いは真空封止により気密化された内側金属ケース３０内に接続端子４０によってプリント基板上に搭載された各部品１３、２５、２６、２７を宙吊り状態で保持しており、各部品は内側金属ケース３０内壁と非接触であるため、金属発振器ケース４との間の空間を介して外部気温の影響を受けることがない。
つまり、金属キャップ１１内に収納された圧電振動素子１２は、更にその外側に配置された内側金属ケース３０、金属発振器ケース４によって三重に封止されているので断熱構造が強化され、外気からの温度の影響を受けにくくなると共にヒータ２５の熱の拡散を抑圧し、圧電振動素子１２への加熱容量を低下させて少ない電力での加熱、保温を実現でき、外気温度変化に対する温度変化を抑圧できる。このことにより、低消費電力で高安定な圧電発振器を実現できる。
【００１１】
また、内側金属ケース３０は、その底面に密着配置された温度制御回路及びパワートランジスタ３５によって直接加熱されているため、内側金属ケース３０、接続端子４０、リード端子１４を介して、圧電振動子本体１３が効率よく加熱されることとなる。
特許文献３に示した恒温槽発振器との関係で本発明の利点を指摘すると、特許文献３の恒温槽発振器にあっては第１のパッケージ底面と第２のパッケージ内底面とが面接触しており、しかも両接触面に夫々配置した配線導体によって電気的接続が行われているため、第１のパッケージ内の圧電振動素子の熱は、第１のパッケージ底部から第２のパッケージ底部に直接放熱されて外部に逃げやすい。このため、圧電振動素子を一定温度に保持するためのエネルギが多く必要である。
これに対して本発明にあっては、ベースプリント基板２と内側金属ケース３０とは直接接触していないばかりか、両者の間には熱源としてのパワートランジスタ３５が介在しているため、内側金属ケース３０−ベースプリント基板２ルートでの放熱はなされにくいのみならず、パワートランジスタによって積極的に加熱されるため、上記ルートからの放熱量は僅かである。圧電振動素子１２から外部への放熱経路として他に考えられるのは接続端子４０を経由した放熱経路であるが、圧電振動素子１２と接続端子４０との間には、金属キャップ１１、ヒータ抵抗２５、プリント基板２０が介在しているため、この経路からの放熱量は限られた量となり、保温性が高く維持されている。従って、加熱のためのエネルギ量（消費電力）は、特許文献３の発振器に比して格段に少なくて済む。
【００１２】
次に、図４は本発明の第２の実施形態に係る薄型高安定圧電発振器の内部構造を示す縦断面図である。この圧電発振器１が図１の圧電発振器と異なる点は、ベースプリント基板２上に直接温度制御回路及びパワートランジスタ３５と発振回路部品３６を搭載するのではなく、ベースプリント基板（ベースプリント基板本体）２の面上の配線パターン上に立設された接続ピン５０を介して補助ベースプリント基板５１を離間配置し、この補助ベースプリント基板５１上に温度制御回路及びパワートランジスタ３５と発振回路部品３６を搭載し、内部に圧電振動子１０、プリント基板２０等を含んだ内側ケース３０を温度制御回路及びパワートランジスタ３５と発振回路部品３６の上面に密着配備した点が特徴的である。
この実施形態では、温度制御回路及びパワートランジスタ３５と発振回路部品３６をベースプリント基板本体２から離間配置したので、発振器底部からベースプリント基板を介した放熱が更に効率よく抑制される。
【００１３】
次に、図５は本発明の第３の実施形態に係る薄型高安定圧電発振器の内部構造を示す縦断面図であり、図６はこの発振器の回路図である。
この実施形態の発振器は、図４の発振器における温度制御回路及びパワートランジスタ３５、並びに発振回路部品３６を内側金属ケース３０内に封入する一方で、ピン５０によってベースプリント基板本体２から離間配置された補助ベースプリント基板５１上には電源回路、及び出力回路部品５５を搭載して、これらの部品５５の上面を内側金属ケース３０の底面に密着して、各部品５５からの発熱によって内側金属ケース３０を加熱するようにしている。また、温度制御回路及びパワートランジスタ３５をプリント基板２０上に搭載して金属キャップ１１の下面に密着させているので、圧電振動素子１２を効率的に加熱することができる。また、発振回路部品３６についても保温性を高めることができる。
なお、この実施形態は図４の発振器を変形した例として説明したが、図１の発振器における温度制御回路及びパワートランジスタ３５、並びに発振回路部品３６を内側金属ケース３０内に封入し、且つプリント基板２０上の同様な箇所に搭載するようにしてもよい。
【００１４】
次に、図７は本発明の第４の実施形態に係る薄型高安定圧電発振器の縦断面図である。
この発振器１は、表面実装用のベースプリント基板２上に搭載した発振器ユニット３と、発振器ユニット３を含むベースプリント基板上の空間を気密封止する金属発振器ケース４と、を備えている。
発振器ユニット３は、底面に実装電極を備えた表面実装用の絶縁ケース６１内に圧電振動素子１２を気密封止した表面実装型の圧電振動子６０と、この圧電振動子６０を片面上の配線パターン上に搭載するプリント基板２０と、プリント基板の他面上に搭載されるヒータ抵抗２５及び温度センサ２６と、前記プリント基板２０上の他のスペース上に搭載されたコンデンサ等の調整回路部品２７と、圧電振動子６０、プリント基板２０、ヒータ抵抗２５、温度センサ２６、調整回路部品２７をガス封止、又は気密封止する内側金属ケース３０と、ベースプリント基板２面上の配線パターンに夫々搭載されて内側金属ケース３０の片面を支持する温度制御回路部品及びパワートランジスタ３５、並びに発振回路部品３６と、プリント基板２０から延びて内側金属ケース３０を絶縁貫通してベースプリント基板２上の配線パターンと接続される接続端子４０と、を備えている。各接続端子４０は、圧電振動子６０、プリント基板２０、ヒータ抵抗２５、温度センサ２６、及び調整回路部品２７が内側金属ケース３０内壁と非接触状態となるように支持するように構成されている。
つまり、本発明の高安定圧電発振器の構造は、ピン型圧電振動子のみならず、表面実装型の圧電振動子にも適用することが可能である。
また、図７に示した表面実装型の圧電振動子を用いた構造は、図４、図５の実施形態に適用することもできる。即ち、図４のようにベースプリント基板２上に立設した接続ピン５０を介して離間配置した補助ベースプリント基板５１を備えたタイプにおいて、内側金属ケース３０内のプリント基板２０上に表面実装型の圧電振動子６０を直接搭載するとともに、ヒータ抵抗等の部品についてはプリント基板２０上の他の余剰スペースに搭載することも可能である。
また、図５のように温度制御回路及びパワートランジスタ３５、発振回路部品３６を内側金属ケース３０内に配置したタイプにおいて、内側金属ケース３０内のプリント基板２０上に表面実装型の圧電振動子６０を直接搭載するとともに、ヒータ抵抗、温度制御回路及びパワートランジスタ３５、発振回路部品３６等の部品についてはプリント基板２０上の他の余剰スペースに搭載することも可能である。
【００１５】
次に、図８は本発明の他の実施形態に係る高安定圧電発振器の構成を示す縦断面図である。
本実施形態に係る高安定圧電発振器１に用いる発振器ユニット３は、図１、図４、及び図５の各実施形態において使用していた金属キャップ１１を省略してプリント基板２０上にベアチップとしての圧電振動素子１２を片持ち構造にて固定した構成が特徴的である。
即ち、この高安定圧電発振器１は、金属キャップ１１や絶縁ケース６１によって包囲していない裸の状態にある圧電振動素子１２と、この圧電振動素子１２から延びて電気的接続手段及び機械的支持手段を兼ねると共に適度な弾性、強度を備えた金属材料から成る振動子リード７０と、振動子リード７０と電気的機械的に接続されることにより圧電振動素子１２を宙吊り状態で支持するプリント基板２０と、プリント基板２０の他面上に搭載されるヒータ抵抗２５及び温度センサ２６と、前記プリント基板２０上の他のスペース上に搭載されたコンデンサ等の調整回路部品２７と、圧電振動素子１２、プリント基板２０、ヒータ抵抗２５、温度センサ２６、調整回路部品２７をガス封止、又は気密封止する内側金属ケース３０と、ベースプリント基板２面上の配線パターンに夫々搭載されて内側金属ケース３０の片面を支持する温度制御回路部品及びパワートランジスタ３５、並びに発振回路部品３６と、プリント基板２０から延びて内側金属ケース３０を絶縁貫通してベースプリント基板２上の配線パターンと接続される接続端子４０と、を備えている。各接続端子４０は、圧電振動素子１２、プリント基板２０、ヒータ抵抗２５、温度センサ２６、及び調整回路部品２７が内側金属ケース３０内壁と非接触状態となるように支持するように構成されている。
この実施形態は、プリント基板２０の上方に非接触にて裸の圧電振動素子１２を架設した構成が特徴的であり、内側金属ケース３０内を真空、若しくは乾燥窒素にて気密封止することによって、上記各実施形態と同様に発振器としての機能を実現できる。この実施形態特有の利点としては、金属キャップ１１や絶縁ケース６１が存在しないために、ヒータ抵抗２５、温度制御回路部品及びパワートランジスタ３５からの熱が圧電振動素子１２に伝導されやすいことと、薄型化、小型化が可能となる点を挙げることができる。
なお、図８に示した発振器ユニット３を図４、図５に示した補助ベースプリント基板５１を用いたタイプに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄型高安定圧電発振器の内部構造を示す縦断面図。
【図２】図１の発振器の回路構成を示す説明図。
【図３】図２の回路構成を更に具体化した回路図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の縦断面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の縦断面図。
【図６】図５の発振器の回路構成を示す説明図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の縦断面図。
【図８】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の縦断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１  薄型高安定圧電発振器、２  ベースプリント基板（本体）、３  発振器ユニット、４  金属発振器ケース、１０  圧電振動子、１１  金属キャップ、１２  圧電振動素子、１３  圧電振動子本体、１４  リード端子、２０  プリント基板、２５  ヒータ抵抗、２６  温度センサ、２７  調整回路部品、３０  内側金属ケース、３５  温度制御回路部品及びパワートランジスタ、３６  発振回路部品、４０  接続端子、５０  接続ピン、５１  補助ベースプリント基板、６０  表面実装型圧電振動子、７０  振動子リード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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