(57)【要約】【課題】 圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器において、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくする。【解決手段】圧電発振器１において、圧電振動子２と発振回路６ａとを含む発振部６と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部３と、該ヒータ部３から前記圧電振動子２に対して放出される熱量を制御する温度制御部４と、前記ヒータ部３を構成する複数の前記素子のうち当該圧電発振器１の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する１つの素子の温度変化に基づいて、前記圧電振動子２の周波数を制御する周波数制御回路５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電発振器であって、
圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、
複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、
該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部と、
前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する少なくとも１つの素子の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路と
を備えることを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電発振器であって、
前記ヒータ部は、前記素子として、トランジスタ及びヒータ抵抗を有し、
前記周波数制御回路は、前記トランジスタの温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧電発振器であって、
前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする圧電発振器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧電発振器であって、
前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して１次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする圧電発振器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の圧電発振器であって、
前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温槽をさらに備えており、前記恒温槽の内部に前記圧電振動子を配したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電発振器であって、
前記恒温槽の外部に、前記ヒータ部を配したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の圧電発振器であって、
前記発振部が基板の一主面に配され、
前記基板の内部に、前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温部が設けられ、
前記基板の一主面に、前記発振部を封止する恒温ケースが設けられ、
前記恒温槽は、前記恒温部と前記恒温ケースとによって構成されたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項８】
圧電発振器の周波数制御方法において、
前記圧電発振器は、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部とを備えており、
前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち前記圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する１つの素子の温度変化を測定する素子温度測定ステップと、
該素子温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御ステップと
を有することを特徴とする周波数制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の周波数制御方法において、
前記圧電発振器の周囲の温度変化を測定する周囲温度測定ステップをさらに有し、
前記周波数制御ステップが、さらに、前記周囲温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する
ことを特徴とする周波数制御方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の周波数制御方法において、
前記周波数制御ステップが、さらに、前記圧電発振器の周囲の温度変化に対して１次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする周波数制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とを備えた圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電発振器の一例として、圧電発振器の一部を構成する圧電振動子の温度を一定に保つように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この圧電発振器は、圧電振動子と、発熱体と、感温センサとを備え、圧電振動子の温度を感温センサで測定する。そして、感温センサで測定した温度を示す信号を、発熱体と感温センサとの間に接続された温度制御部により発熱体を制御する電流信号に置き換え、当該電流信号により発熱体の駆動電流を調整する。これにより、発熱体の発熱量が変化し、圧電振動子の温度は、予め設定された値に調整される。
【０００４】
ところで、圧電発振器の周波数は、圧電振動子の周波数温度特性に起因して変動する。そこで、圧電振動子の周波数温度特性について、図１７を参照しつつ説明する。図１７（ａ）及び（ｂ）は、ＡＴカットの水晶振動片を具備する圧電振動子の周波数温度特性Ｌ１１と、ＳＣカットの水晶振動片を具備する圧電振動子の周波数温度特性Ｌ１２とを示すグラフであり、縦軸は周波数偏差（ｐｐｍ）、横軸は圧電振動子の温度（℃）を示す。また、図１７（ａ）には、−４０℃〜１４０℃の温度範囲における各圧電振動子の周波数温度特性Ｌ１１，Ｌ１２を示し、図１７（ｂ）には、７０〜９０℃の温度範囲における各圧電振動子のより詳細な周波数温度特性Ｌ１１，Ｌ１２を示す。
【０００５】
図１７（ａ）に示されるように、ＡＴカットの水晶振動片を具備する圧電振動子及びＳＣカットの水晶振動片を具備する圧電振動子のいずれにおいても、圧電振動子の温度を変数とした場合、周波数偏差は３次関数として表される。
【０００６】
上記した従来の圧電発振器では、圧電振動子の温度が、例えば、７５℃〜８５℃の範囲内の温度に保たれるように温度制御が行われており、図１７（ｂ）に示されるように、圧電振動子の周波数偏差が、０〜０．４ｐｐｍの範囲内に抑えられている。このため、従来の圧電発振器は、圧電振動子の温度が全く制御されていない場合と比べると、圧電振動子が比較的安定した周波数で発振する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２７２６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、圧電振動子の温度がほぼ一定、例えば、７５℃〜８５℃の範囲内の温度に保たれたとしても、図１７（ｂ）に示されるように、圧電振動子の周波数偏差は、２次関数的に僅かに変動する。
【０００９】
このため、上記した従来の圧電発振器においても、その発振周波数には、圧電振動子の上記したような周波数温度特性により僅かな変動が見られた。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器において、周囲温度の変化による周波数の変動が少なくされた圧電発振器を提供することを目的とする。
【００１１】
または、本発明は、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器に対し、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる圧電発振器の周波数制御方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の圧電発振器は、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部と、前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する少なくとも１つの素子の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、ヒータ部を構成する複数の素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する１つの素子の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた従来の圧電発振器と比べて、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる。特に、圧電振動子の２次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、簡単な回路構成で実現することができる。
【００１４】
また、本発明の圧電発振器において、前記ヒータ部は、前記素子として、トランジスタ及びヒータ抵抗を有していてもよく、前記周波数制御回路は、前記トランジスタの温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。
【００１５】
この構成では、周囲温度の変化による周波数の変動を確実に少なくすることができる。特に、ヒータ抵抗とトランジスタとを組み合わせたヒータ部では、後述する図２に示すように、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対し、トランジスタの消費電力が２次関数的に変化する。このため、この消費電力の変化に対応したトランジスタの温度変化を利用することで、圧電振動子の２次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、より簡単な回路構成で実現することができる。
【００１６】
また、本発明の圧電発振器において、前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。
【００１７】
この構成では、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、より正確に行うことができる。
【００１８】
また、本発明の圧電発振器において、前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して１次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。
【００１９】
この構成では、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して１次関数的に変動するヒータ部の電流の変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、さらに正確に行うことができる。
【００２０】
また、本発明の圧電発振器において、前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温槽をさらに備え、前記恒温槽の内部に前記圧電振動子を配してもよい。
【００２１】
この構成では、圧電発振子の温度をより一定に保つことができ、圧電振動子をより安定した周波数で発振させることができる。
【００２２】
また、本発明の圧電発振器において、恒温槽を備える場合、前記ヒータ部は前記恒温槽の外部に配されていてもよい。
【００２３】
この構成では、ヒータ部を恒温槽の内部に配した場合と比べて、恒温槽内部の温度熱勾配の影響を軽減させることができ、圧電振動子をより安定した周波数で発振させることができる。
【００２４】
本発明の圧電発振器において、恒温槽を備える場合、前記発振部が基板の一主面に配され、前記基板の内部に、前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温部が設けられ、前記基板の一主面に、前記発振部を封止する恒温ケースが設けられ、前記恒温槽は、前記恒温部と前記恒温ケースとによって構成されることが好ましい。
【００２５】
この構成では、恒温槽が恒温ケースと恒温部とから構成されるので、恒温槽を設けたことによる大型化や製造コストの高騰を最小限に抑えることができる。また、発振部を封止する恒温ケースが基板の一主面に設けられ、恒温部と恒温ケースとによって発振部が封止されるので、恒温槽を別途設ける場合と比べて、本体筐体を低背化や小型化することができる。
【００２６】
本発明の圧電発振器の周波数制御方法は、前記圧電発振器が、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部とを備えており、前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち前記圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する１つの素子の温度変化を測定する素子温度測定ステップと、該素子温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御ステップとを有することを特徴とする。
【００２７】
この方法によれば、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器に対し、周囲温度の変化に対して消費電力が２次関数的に変動するヒータ部を構成する１つの素子の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数の制御を行うため、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる。特に、圧電振動子の２次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、簡単な回路構成で実現することができる。
【００２８】
また、本発明の圧電発振器の周波数制御方法において、前記圧電発振器の周囲の温度変化を測定する周囲温度測定ステップをさらに有し、前記周波数制御ステップは、さらに、前記周囲温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。
【００２９】
この方法では、さらに、圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、より正確に行うことができる。
【００３０】
また、本発明の圧電発振器の周波数制御方法において、前記周波数制御ステップは、さらに、前記圧電発振器の周囲の温度の変化に対して１次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。
【００３１】
この方法では、さらに、圧電発振器の周囲の温度変化に対して１次関数的に変動するヒータ部の電流の変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、さらに正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器において、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る圧電発振器を示すブロック図である。
【図２】ヒータ部の消費電力と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図３】１次補償用センサ及び２次補償用センサのそれぞれで測定される温度と、周囲温度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る圧電発振器の構造の一例を示す透視図である。
【図５】図４に示す圧電発振器を構成する本体筐体と、基板と、金属ケースの概略分解図である。
【図６】図４に示す圧電発振器を構成する基板と、その基板上におけるヒータ部、温度制御用センサ、１次補償用センサ、及び２次補償用センサの位置関係を示す概略平面図である。
【図７】図４に示す圧電発振器を構成する金属ケースを示す概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る圧電発振器の電気的構成の一例を示す回路図である。
【図９】図８に示す圧電発振器の周波数温度特性の一例を示すグラフである。
【図１０】図８に示す圧電発振器の周波数制御回路の接続点ａにおける電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図１１】図８に示す圧電発振器の周波数制御回路の２次補償用回路により発生する電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図１２】図８に示す圧電発振器の周波数制御回路の１次補償用回路により発生する電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る圧電発振器を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る圧電発振器の構造の一例を示す透視図である。
【図１５】図１４に示す圧電発振器を構成する基板と、その基板上におけるヒータ部、温度制御用センサ及び２次補償用センサの位置関係を示す概略平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る圧電発振器の電気的構成の一例を示す回路図である。
【図１７】圧電振動子の周波数温度特性を示すグラフであり、（ａ）は−４０℃〜１４０℃の範囲における圧電振動子の周波数温度特性を示すグラフであり、（ｂ）は７０℃〜９０℃の範囲における圧電振動子の周波数温度特性をより詳細に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態に係る圧電発振器について図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る圧電発振器１を示すブロック図である。
【００３６】
圧電発振器１は、恒温槽７を備えた、いわゆる恒温槽付圧電発振器と呼ばれるものである。図１に示す圧電発振器１は、恒温槽７の内部に、圧電振動子２と、発振回路６ａと、２次補償用センサ５１と、温度制御用センサ４１と、周波数制御回路５とを備え、恒温槽７の外部に、圧電振動子２のヒータ部３と、温度制御部４と、１次補償用センサ５２とを備えている。なお、本実施の形態では、発振部６は、圧電振動子２と、発振回路６ａと、周波数制御回路５とから構成されている。
【００３７】
圧電振動子２としては、例えばＳＣカット及びＡＴカットなどの水晶振動片が用いられる。この圧電振動子２は、発振回路６ａにより印加した電圧によって振動する。
【００３８】
圧電振動子２の近傍には温度制御用センサ４１が配置されており、この温度制御用センサ４１により、圧電振動子２付近の温度を測定することで圧電振動子２の温度変化を測定する。
【００３９】
ヒータ部３は、複数の素子、具体的には、トランジスタ３２と、ヒータ抵抗３１とから構成されており（後述する図４参照）、これら素子により、恒温槽７の内部を温め、間接的に圧電振動子２を温める構成とされている。つまり、圧電振動子２に対して熱を放出して圧電振動子２を温める構成とされている。
【００４０】
また、ヒータ部３は、恒温槽７の外部に配されており、ヒータ部３を恒温槽７の内部に配した場合と比べ、恒温槽７の内部における温度熱勾配の影響が軽減され、圧電振動子２がより安定した周波数で発振する構成とされている。
【００４１】
ヒータ部３の動作は、温度制御部４により制御されている。具体的には、温度制御部４は、温度制御用センサ４１により測定された圧電振動子２付近の温度と予め設定された温度との差を求め、この求めた差の大きさに応じて、圧電振動子２に対してヒータ部３から放出される熱量を制御し、圧電振動子２の温度制御を行う。
【００４２】
このような制御により、図１中に二点鎖線で概略的に示す圧電発振器１の周囲（即ち、製品本体の周囲）の温度（以下、周囲温度という）が一定の温度に保たれた環境下においては、圧電振動子２の温度は一定の温度に維持される。
【００４３】
しかしながら、温度制御部４により、圧電振動子２の温度が、例えば、８０℃付近の温度に維持されたとしても、図１７（ｂ）に示されるように、圧電振動子２の周波数偏差は、圧電振動子２の僅かな温度変化に対して２次関数的に変動する。このような圧電振動子２の周波数温度特性に起因し、周波数制御回路５による制御を行わない場合、圧電発振器１の周波数は、後述する図９のＬ７で示されるように、約―４０℃〜約７５℃の範囲内における周囲温度の変化に対し、２次関数的に僅かに変動する。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、このような周囲温度の変化による圧電発振器１の周波数の変動を低減させるために、圧電振動子２に印加する電圧を制御して、圧電振動子２の周波数を制御する周波数制御回路５を備えている。
【００４５】
ここで、ヒータ部３の消費電力と周囲温度との関係を図２を参照しつつ説明する。図２は、ヒータ部３の消費電力と周囲温度との関係を示すグラフであり、縦軸は消費電力（Ｗ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。ただし、温度制御用センサ４１で測定する圧電振動子２の温度は、ほぼ一定に制御されているものとする。
【００４６】
ヒータ部３全体の消費電力（即ち、トランジスタ３２及びヒータ抵抗３１の消費電力の合計）は、約−４０℃〜約７５℃の範囲において、図２中にＬ１で示すように、周囲温度の上昇に比例して減少しており、周囲温度の変化に対して１次関数的に変動する。
【００４７】
ヒータ部３を構成するトランジスタ３２の消費電力は、図２中にＬ３で示すように、約−４０℃〜約７５℃の範囲において、周囲温度の変化に対し、図９のＬ７に示す周波数制御回路による制御を行わない場合の周波数温度特性とは正負が逆の２次関数的に変動する。
【００４８】
また、ヒータ部を構成するヒータ抵抗３１の消費電力は、図２中にＬ２で示すように、約−４０℃〜約７５℃の範囲において、周囲温度が上昇するにつれて減少する２次関数的に変動する。
【００４９】
つまり、約−４０℃〜約７５℃の範囲において、トランジスタ３２及びヒータ抵抗３１の消費電力は、それぞれ、周囲温度の変化に対して２次関数的に変動し、それらの消費電力の合計（即ちヒータ部３の消費電力）が、１次関数的に変動する。
【００５０】
そこで、本実施の形態に係る圧電発振器１では、上記したようなヒータ部３の周囲温度に対する消費電力の変化に着目し、ヒータ部３を構成する素子（ヒータ抵抗３１，トランジスタ３２）のうち、周囲温度の変化に対して２次関数的に消費電力が変動する素子、即ち、トランジスタ３２の温度変化を測定するための２次補償用センサ５１が備えられている。さらに、本実施の形態に係る圧電発振器１では、圧電発振器１の周囲の温度変化を測定するための１次補償用センサ５２が備えられている。
【００５１】
図３は、２次補償用センサ５１及び１次補償用センサ５２のそれぞれで測定される温度と、周囲温度との関係を示すグラフである。図３において、縦軸は２次補償用センサ５１又は１次補償用センサ５２で測定される温度（℃）を示し、横軸は、周囲温度（℃）を示す。
【００５２】
この２次補償用センサ５１で測定される温度は、トランジスタ３２の消費電力と同様、図３中Ｌ４で示すように、約−４０℃〜約７５℃の範囲内において、周囲温度の変化に対して２次関数的に変動する。
【００５３】
また、１次補償用センサ５２で測定される温度は、図３中Ｌ５で示すように、約−４０℃〜約７５℃の範囲内において、周囲温度の上昇に比例して上昇しており、周囲温度の変化に対して１次関数的に変動する。
【００５４】
このような温度特性に基づき、本実施の形態の圧電発振器１では、以下の周波数制御方法が実施されている。
【００５５】
つまり、本実施の形態の圧電発振器１は、２次補償用センサ５１により、ヒータ部３を構成する複数の素子（ヒータ抵抗３１及びトランジスタ３２）のうち圧電発振器１の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する１つの素子（トランジスタ３２）の温度変化を測定する（素子温度測定ステップ）とともに、１次補償用センサ５２により、圧電発振器１の周囲の温度変化を測定する（周囲温度測定ステップ）。そして、周波数制御回路５により、素子温度測定ステップでの測定結果と、周囲温度測定ステップでの測定結果とに基づいて、圧電振動子２の周波数を制御する（周波数制御ステップ）。
【００５６】
より具体的には、周波数制御回路５は、周囲温度の変化に対して２次関数的に変動するトランジスタ３２の温度変化を利用して、圧電発振器１の周波数温度特性の２次成分を補償する制御電圧を発生させると同時に、周囲温度の変化を利用して、圧電発振器１の周波数温度特性の１次成分を補償する制御電圧を発生させて、圧電振動子２の周波数を制御する。
【００５７】
このようにして圧電振動子２の周波数の制御を行うことで、本実施の形態１に係る圧電発振器１では、後述する図９中のＬ６に示されるように、周囲温度の変化による周波数の変動が少なく抑えられている。また、周囲温度に対して２次関数的に消費電力が変化するヒータ部３のトランジスタ３２の温度変化を利用することで、圧電振動子２の２次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、簡単な回路構成で実現できるようにされている。
【００５８】
−圧電発振器の構造例１−
次に、本発明の実施の形態１に係る圧電発振器１の構造の一例を、図４及び図５を参照しつつ説明する。
【００５９】
図４は、本発明の実施の形態１に係る圧電発振器１の構造の一例を示す透視図であり、図５は、図４に示す圧電発振器１を構成する本体筐体９と、基板８と、金属ケース７２の概略分解図である。
【００６０】
本構造例において、圧電発振器１には、図４及び図５に示すように、基板８と、基板８の一主面８０に配した圧電振動子２と発振回路（不図示）を含む発振部と、この発振部を封止する金属ケース７２（本発明でいう恒温ケース）とが設けられている。
【００６１】
圧電発振器１の本体筐体９は、図４及び図５に示すように、一面に開口部９０が形成された保護用ケース９１と、保護用ケース９１と接合して当該圧電発振器１の構成部材を封止するベース９２からなる。ベース９２には、外部の電子機器と電気的に接続する外部リード端子９３が本体筐体９の内部（内側）から外部（外側）に突出形成されている。なお、保護用ケース９１とベース９２とは金属を用いて形成されており、ベース９２と外部リード端子９３との間にはガラスなどで形成された絶縁性を有する部材が介在している。この構成により、ＥＭＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）に対応することができる。
【００６２】
次に、図４に示す圧電発振器１の各構成について、図４〜７を用いて詳説する。図６は、図４に示す圧電発振器１を構成する基板８と、その基板８上におけるヒータ部３、温度制御用センサ４１、１次補償用センサ５２、及び２次補償用センサ５１の位置関係を示す概略平面図である。さらに、図７は、図４に示す圧電発振器１を構成する金属ケース７２を示す概略斜視図である。
【００６３】
圧電振動子２は、図４及び図５に示すように、ＳＣカットまたはＡＴカットなどの水晶振動片（図示省略）と、この水晶振動片を支持する支持ベース２３と、支持ベース２３に支持された水晶振動片を気密封止するキャップ２４とから構成されている。水晶振動片には、一対の励振電極（図示省略）と、一対の励振電極から引き出された引出電極（図示省略）とが形成されている。支持ベース２３には、２つのリード端子２１が絶縁性の接合材を用いて接合されている。２つのリード端子２１は、それぞれ、支持ベース２３から外方に延設されたアウターリード部と、圧電振動子２の内部に配され、水晶振動片の引出電極にそれぞれ接合されたインナーリード部から構成されている。なお、図４に示すように、２つのリード端子２１は、圧電振動子２の側面視同一位置に配される。また、２つのリード端子２１は支持ベース２３から外方へ同一方向に延設されている。
【００６４】
金属ケース７２は、図４及び図７に示すように、一端面に開口部７３が形成された箱状体であり、この金属ケース７２を基板８に配する際、この開口部７３が基板８の一主面８０に向く。この金属ケース７２は、天面板７６と、４つの側面板７０とからなり、この天面板７６の外周端から側面板７０が下垂して設けられている。これら４つの側面板７０のうち、任意の対向する２面の側面板７０には、その先端から突出片７４が突出形成されている。なお、金属ケース７２は、熱伝導性の高い材料で形成されていることが好ましく、本構造例においては、真鍮が用いられている。
【００６５】
基板８は、複数の層が積層された多層基板から構成され、例えば熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の樹脂基板である。具体例を示すと、基板８として、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、またはフッ素樹脂基板を用いることができる。
【００６６】
基板８の内部には、図４に示すように、圧電振動子２を所定温度に保つ恒温部７１が設けられている。恒温部７１は、基板８の中間層に形成されており、熱伝導性が高い熱伝導性材料であり、平面視矩形の平板状パターンに成形されている。本構造例においては、恒温部７１としてベタパターンが用いられている。
【００６７】
基板８の一主面８０には、図４〜図６に示すように、圧電振動子２を発振子とした発振回路６ａがパターン形成され（図示省略）、発振回路６ａの構成部材としての集積回路チップやその他電子部品等（図示省略）、周波数制御回路５（図示省略）、圧電振動子２の温度を測定する温度制御用センサ４１、ヒータ部３のトランジスタ３２の温度変化を測定する２次補償用センサ５１、及び周囲温度の変化を測定する１次補償用センサ５２が設けられている。なお、本構造例では、温度制御用センサ４１、２次補償用センサ５１、及び１次補償用センサ５２として、それぞれ、サーミスタが用いられている。
【００６８】
また、図６に示すように、恒温部７１の基板８の一主面８０の平面視矩形の領域（恒温部７１と平面視重なり合う領域）を重複領域Ａとし、この重複領域Ａに圧電振動子２のリード端子２１を電気的に接続する搭載部８３が形成されている。搭載部８３は、恒温部７１に達しない深さの円柱形の凹形状に形成されている。また、重複領域Ａの外周に沿って、金属ケース７２と接合する接合部８２が設けられている。接合部８２は、基板８の一主面８０の重複領域Ａの外周縁の各辺に沿って直方体の凹形状に形成されている。この接合部８２には、凹形状の内面から接合部８２外の基板８の一主面８０上にまで延出した熱伝導性が高い熱伝導膜（図示省略）が設けられている。熱伝導膜は、恒温部７１に接続されている。本構造例では、熱伝導膜として、銅が用いられている。
【００６９】
基板８の他主面８１には、図４及び図６に示すように、恒温槽７の内部を温めることで、圧電振動子２を間接的に温めるヒータ部３、及びこのヒータ部３から圧電振動子２に対して放出される熱量を制御し、圧電振動子２の温度を制御する温度制御部４が設けられている。このヒータ部３は、上述したように、トランジスタ３２とヒータ抵抗３１とからなる。なお、本実施の形態では、ヒータ抵抗３１として、チップ抵抗等（なお、チップ抵抗に限らず、膜抵抗体であってもよい）が用いられている。
【００７０】
また、基板８には、恒温部７１上の基板８の一主面８０から恒温部７１に貫通する複数のビアホール（図示省略）が形成されている。ビアホールは、このビアホールを介して、ヒータ部３が恒温部７１に接続され、ヒータ部３による熱が恒温部７１に伝わる。また、基板８の平面視外周に一主面８０から他主面８１にかけて貫通する孔８５が形成され、図４に示すように孔８５に外部リード端子９３が挿入される。
【００７１】
この圧電発振器１では、恒温部７１と金属ケース７２によって恒温槽７が構成される。恒温槽７内では、基板８の一主面に配された圧電振動子２と発振回路６ａとが封止され、圧電振動子２が所定温度に保たれる。
【００７２】
また、図４に示すように、恒温槽７の外側にヒータ部３（トランジスタ３２及びヒータ抵抗３１）と１次補償用センサ５２とが配され、恒温槽７の内側に、温度制御用センサ４１と２次補償用センサ５１とが配されている。本構造例においては、図４及び図６に示すように、温度制御用センサ４１は、圧電振動子２のキャップ２４と対向する位置に設けられ、２次補償用センサ５１は、基板８を介してトランジスタ３２と対向する位置に設けられている。そして、１次補償用センサ５２は、ヒータ部３から放出される熱の影響を受け難い、恒温槽７の外側のヒータ部３から離れた位置に設けられている。
【００７３】
上記したような構造例１によれば、恒温槽７が金属ケース（恒温ケース）７２と恒温部７１とから構成されるので、恒温槽７を設けたことによる大型化や製造コストの高騰を最小限に抑えることができる。また、発振部（圧電振動子２及び発振回路６ａ）を封止する金属ケース７２が基板８の一主面８０に設けられ、恒温部７１と金属ケース７２とによって発振部が封止されるので、恒温槽７を別途設ける場合と比べて、本体筐体９を低背化や小型化することができる。
【００７４】
−圧電発振器の電気的構成例１−
次に、本発明の実施の形態１に係る圧電発振器１の電気的構成の一例について図８を参照しつつ説明する。
【００７５】
図８は、本発明の実施の形態１に係る圧電発振器１の電気的構成の一例を示す回路図である。
【００７６】
図８に示す圧電発振器１では、周波数制御回路５により、２次補償用センサ５１でトランジスタ３２の温度変化を測定するとともに、１次補償用センサ５２で周囲温度の変化を測定し、これらの測定結果に従って、圧電振動子２の周波数を制御している。
【００７７】
図８に示すように、周波数制御回路５は、発振回路６ａ及び圧電振動子２とともに発振部６を構成している。さらに、周波数制御回路５は、２次補償用センサ５１と、１次補償用センサ５２と、抵抗５３，５４，５５，５６と、バリキャップダイオード５７とから構成されている。なお、図１では、便宜上、２次補償用センサ５１と、１次補償用センサ５２を周波数制御回路５とは別に記載している。
【００７８】
また、温度制御部４は、集積回路素子で構成されたオペアンプ４６と、抵抗４２，４３，４４，４５とから構成されている。
【００７９】
図８に示す圧電発振器１の電気的構成をより詳細に説明すると、ヒータ抵抗３１の一端子とトランジスタ３２のコレクタ端子とが直列に接続されている。ここで、ヒータ抵抗３１の他端子は電源電圧（Ｖｃｃ）に接続されており、トランジスタ３２のエミッタ端子は接地されている。
【００８０】
そして、このトランジスタ３２の温度変化を測定する２次補償用センサ５１の一端子には、抵抗５３の一端子が接続されている。さらに、２次補償用センサ５１の他端子は、電源回路を介して電源電圧に接続されている。なお、２次補償用センサ５１は、温度によって抵抗値が変化する感温素子（例えば、サーミスタ）であり、図８では、温度が低くなると抵抗値が大きくなり、温度が高くなると抵抗値が小さくなる感温素子が用いられている。
【００８１】
また、周囲温度の変化を測定する１次補償用センサ５２の一端子には、抵抗５４の一端子が接続されている。さらに、１次補償用センサ５２の他端子は、電源回路を介して電源回路に接続されている。なお、１次補償用センサ５２は、温度によって抵抗値が変化する感温素子（例えば、サーミスタ）であり、図８では、温度が低くなると抵抗値が大きくなり、温度が高くなると抵抗値が小さくなる感温素子が用いられている。
【００８２】
そして、抵抗５３の他端子と抵抗５４の他端子とが接続され、これらの接続点ａが、直列に接続された圧電振動子２の一端子とバリキャップダイオード５７のカソード端子との接続点ｂに接続されている。また、接続点ｂには、抵抗５５の一端子が接続されており、この抵抗５５の他端子は接地されている。さらに、バリキャップダイオード５７のアノード端子には抵抗５６の一端子が接続されており、この抵抗５６の他端子は接地されている。
【００８３】
また、発振回路６ａの一端子には、圧電振動子２の他端子が接続されており、発振回路６ａの他端子には、バリキャップダイオード５７のアノード端子と抵抗５６との接続点ｃが接続されている。
【００８４】
温度制御用センサ４１の一端子は、オペアンプ４６の非反転入力端子に接続されている。さらに、温度制御用センサ４１とオペアンプ４６との接続点ｄには、抵抗４４の一端子が接続されており、この抵抗４４の他端子は電源回路を介して電源電圧に接続されている。さらに、温度制御用センサ４１の他端子は接地されている。なお、温度制御用センサ４１は、温度によって抵抗値が変化する感温素子（例えば、サーミスタ）であり、図８では、温度が低くなると抵抗値が大きくなり、温度が高くなると抵抗値が小さくなる感温素子が用いられている。
【００８５】
また、直列に接続された抵抗４２，４３の接続点ｅは、オペアンプ４６の反転入力端子に接続されている。さらに、抵抗４２の他端子は、電源回路を介して電源電圧に接続されており、抵抗４３の他端子は接地されている。
【００８６】
そして、オペアンプ４６の反転入力端子と接続点ｅとの間の接続点ｆには、抵抗４５の一端子が接続されており、この抵抗４５の他端子はオペアンプ４６の出力端子に接続されている。さらに、オペアンプ４６の出力端子と抵抗４５との接続点ｇは、抵抗４７を介してトランジスタ３２のベースに接続されている。
【００８７】
上記したような電気的構成によれば、例えば、圧電振動子２付近の温度が低くなると温度制御用センサ４１の抵抗値が大きくなって温度制御用センサ４１の端子間電圧が大きくなり、オペアンプ４６の出力電圧が大きくなる。これにより、オペアンプ４６の出力電流が増大し、トランジスタ３２のコレクタ電流が増大してヒータ抵抗３１を流れる電流が増え、ヒータ抵抗３１の発熱量が大きくなる。そのため、圧電振動子２付近の温度が低くなると、ヒータ抵抗３１の発熱量が大きくなって圧電振動子２をより急速に温めることができる。
【００８８】
また、例えば、圧電振動子２付近の温度が高くなると温度制御用センサ４１の抵抗値が小さくなって温度制御用センサ４１の端子間電圧が小さくなり、オペアンプ４６の出力電圧が小さくなる。これにより、オペアンプ４６の出力電流が減少し、トランジスタ３２のコレクタ電流が減少してヒータ抵抗３１を流れる電流が減り、ヒータ抵抗３１の発熱量が小さくなる。そのため、圧電振動子２付近の温度が高くなると、ヒータ抵抗３１の発熱量が小さくなって圧電振動子２を緩やかに温めることができる。
【００８９】
温度制御用センサ４１、温度制御部４及びヒータ部３において、このような動作が実施されることにより、圧電振動子２の温度は一定の温度になり、圧電振動子２は、発振回路６ａにより印加した電圧に従って安定した周波数で発振する。
【００９０】
さらに、図８に示す圧電発振器１では、温度制御用センサ４１、温度制御部４及びヒータ部３において圧電振動子２の温度を制御するだけでなく、２次補償用センサ５１でトランジスタ３２の温度変化を測定し、１次補償用センサ５２で周囲温度の変化を測定する。そして、周波数制御回路５により、２次補償用センサ５１及び１次補償用センサ５２での測定結果に基づいて圧電振動子２の周波数を制御する。
【００９１】
図９は、図８に示す圧電発振器１の周波数温度特性の一例を示すグラフであり、縦軸は周波数偏差（ｐｐｂ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。なお、図９には、図８に示す圧電発振器１の周波数温度特性Ｌ６とともに、図８中の２次補償用センサ５１、１次補償用センサ５２、及び抵抗５３，５４が無い場合（即ち、周波数制御回路５による制御を行わない場合）の周波数温度特性Ｌ７も示す。
【００９２】
図１０は、図８に示す圧電発振器１の周波数制御回路５の接続点ａにおける電圧と周囲温度との関係Ｌ８を示すグラフである。また、図１１は、図８に示す圧電発振器１の周波数制御回路５の２次補償用回路５ａにより発生する電圧（即ち、１次補償用センサ５２と抵抗５４とが無い場合の接続点ａにおける電圧）と周囲温度との関係Ｌ９を示すグラフである。さらに、図１２は、図８に示す圧電発振器１の周波数制御回路５の１次補償用回路５ｂにより発生する電圧（即ち、２次補償用センサ５１と抵抗５３とが無い場合の接続点ａにおける電圧）と周囲温度との関係Ｌ１０を示す。なお、図１０〜図１２において、縦軸は電圧（Ｖ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。
【００９３】
図９のＬ７に示すように、２次補償用センサ５１、１次補償用センサ５２、及び抵抗５３，５４が無い場合（周波数制御回路５による制御を行わない場合）、図８に示す圧電発振器１は、約−２５℃〜約７５℃の範囲において、周囲温度の変化に伴って２次関数的に周波数偏差が変動しており、周囲温度が約３５℃のときに周波数偏差が最小となる。
【００９４】
図８に示す圧電発振器１では、図１０のＬ８に示すように、周波数制御回路５により、周囲温度の変化に対して、図９のＬ７に示す周波数温度特性とはほぼ逆向きの特性を有するように（即ち、約−２５℃〜約７５℃の範囲において、周囲温度の変化に対して２次関数的に変化し、約３５℃付近で最大となるように）、接続点ａの電圧を制御して、バリキャップダイオード５７の容量を変化させる。
【００９５】
具体的には、周囲温度が変化すると、周波数制御回路５の２次補償用センサ５１及び抵抗５３で構成された２次補償用回路部５ａでは、トランジスタ３２の温度変化に基づいて２次補償用センサ５１の抵抗値が２次関数的に変化し、図１１のＬ９に示すような周囲温度の変化に対して２次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、２次補償用センサ５１での測定結果に基づいて、図９のＬ７に示す周波数温度特性の２次成分を補償する電圧が発生する。
【００９６】
これと同時に、周波数制御回路５の１次補償用センサ５２及び抵抗５４で構成された１次補償用回路部５ｂでは、周囲温度の変化に基づいて１次補償用センサ５２の抵抗値が１次関数的に変化し、図１２のＬ１０に示すような周囲温度の変化に対して１次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、１次補償用センサ５２での測定結果に基づいて、図９のＬ７に示す周波数温度特性の１次成分を補償する電圧が発生する。
【００９７】
そして、２次補償用回路部５ａで発生した電圧と１次補償用回路部５ｂで発生した電圧とを合算し、接続点ａにおいて、図１０のＬ８に示すような、周囲温度に対して、周波数の温度特性Ｌ７とはほぼ逆向きの温度特性を示す制御電圧を発生させて、バリキャップダイオード５７の容量を変化させている。
【００９８】
図８に示す圧電発振器１は、温度制御部４と恒温槽７とを備えて、周囲温度の影響を受け難い構成とされている上に、周波数制御回路５において上記したような動作を行うことにより、周囲温度の変化に応じてバリキャップダイオード５７の容量を変化させて、圧電振動子２の周波数を制御し、圧電発振器１の周波数温度特性を調整している。そのため、図９中にＬ６で示すように、２次補償用センサ５２、１次補償用センサ５１、及び抵抗５３，５４が無い場合と比較して、周波数偏差を略一定にすることができる。即ち、周囲温度の変化に対する周波数の変動を少なくすることができる。
【００９９】
また、図８に示す圧電発振器１の周波数制御回路５では、周囲温度の変化に対して２次関数的に変化するヒータ部３のトランジスタ３２の温度変化と、周囲温度の変化とを利用して圧電振動子２の周波数の制御を行っており、比較的簡単な回路構成で、圧電発振器１の周波数温度特性の１次成分と２次成分とを補償することができる。
【０１００】
＜実施の形態２＞
図１３は、本発明の実施の形態２に係る圧電発振器１を示すブロック図である。
【０１０１】
本実施の形態に係る圧電発振器１の基本構成は、実施の形態１に係る圧電発振器１とほぼ同様の構成となっており、以下、実施の形態１に係る圧電発振器１と異なる点についてのみ説明する。
【０１０２】
本実施の形態に係る圧電発振器１では、ヒータ部３は、ダーリントン接続された一対のトランジスタ３３，３４と、ヒータ抵抗３１とにより構成されている（後述する図１５参照）。
【０１０３】
ヒータ部３の消費電力と周囲温度との関係は、図２に示した実施の形態１に係る圧電発振器１におけるヒータ部３の消費電力と周囲温度との関係とほぼ同じである。
【０１０４】
つまり、温度制御用センサ４１で測定する圧電振動子２の温度がほぼ一定に制御されている場合、ダーリントン接続された一対のトランジスタ３３，３４は、それぞれ、約−４０℃〜約７５℃の範囲において、周囲温度の変化に対して消費電力が２次関数的に変動する。そして、ヒータ部３全体の消費電力（即ち、トランジスタ３３，３４及びヒータ抵抗３１の消費電力の合計）は、約−４０℃〜約７５℃の範囲において、周囲温度の上昇に比例して減少し、周囲温度の変化に対して１次関数的に変動する。
【０１０５】
このため、本実施の形態に係る圧電発振器１において、２次補償用センサ５１は、一対のトランジスタ３３，３４の一方の近傍に配置されており、この２次補償用センサ５１で測定される温度も、実施の形態１に係る２次補償用センサ５１と同様に、周囲温度の変化に対して２次関数的に変動する。
【０１０６】
また、ヒータ部３の電流は、図２中のＬ１に示す消費電力の変化と同様に、周囲温度の変化に対して１次関数的に変動する。
【０１０７】
そこで、本実施の形態の圧電発振器１では、周波数制御回路５により、以下の周波数制御方法が実施されている。
【０１０８】
つまり、本実施の形態の圧電発振器１は、２次補償用センサ５１により、ヒータ部３を構成する複数の素子（ヒータ抵抗３１及びトランジスタ３３，３４）のうち圧電発振器１の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する１つの素子（トランジスタ３３）の温度変化を測定する（素子温度測定ステップ）。そして、周波数制御回路５により、素子温度測定ステップでの測定結果と、圧電発振器１の周囲の温度変化に対して１次関数的に変動するヒータ部３の電流の変化とに基づいて、圧電振動子２の周波数を制御する（周波数制御ステップ）。
【０１０９】
より具体的には、周波数制御回路５は、周囲温度の変化に対して２次関数的に変動するトランジスタ３３の温度変化を利用して、圧電発振器１の周波数温度特性の２次成分を補償する制御電圧を発生させると同時に、周囲温度の変化に対して１次関数的に変動するヒータ部３の電流の変化を利用して圧電振動子の周波数温度特性の１次成分を補償する制御電圧を発生させて、圧電振動子２の周波数を制御している。
【０１１０】
このようにして圧電振動子２の周波数の制御を行うことで、本実施の形態２に係る圧電発振器１は、実施の形態１と同様に、周囲温度の変化による周波数の変動が少なく抑えられている。また、実施の形態１と比べ、１次補償用センサ５２を設ける必要がないことから、部品数が少なく、圧電発振器１をより小型化することが可能な構成とされている。
【０１１１】
−圧電発振器の構造例２−
次に、本発明の実施の形態２に係る圧電発振器１の構造の一例を、図１４及び図１５を参照しつつ説明する。
【０１１２】
図１４は、本発明の実施の形態２に係る圧電発振器１の構造の一例を示す透視図であり、図１５は、図１４に示す圧電発振器１を構成する基板８と、その基板８上におけるヒータ部３、温度制御用センサ４１及び２次補償用センサ５１の位置関係を示す概略平面図である。
【０１１３】
本実施の形態に係る圧電発振器１の構造例２は、上記した実施の形態１に係る圧電発振器１の構造例１とほぼ同様であり、以下、構造例１と異なる点についてのみ説明する。
【０１１４】
本構造例では、ヒータ部３は、図１５に示すように、ダーリントン接続された一対のトランジスタ３３，３４と、ヒータ抵抗３１とにより構成されている。
【０１１５】
そして、２次補償用センサ５１は、ヒータ部３の片方のトランジスタ３３の近傍に配置されている。具体的には、２次補償用センサ５１は、恒温槽７の内部に設けられており、基板８の一主面８０において、トランジスタ３３と基板８を介して対向する位置に設けられている。なお、本構造例２において、２次補償用センサ５１は、トランジスタ３３の近傍に設けられているが、トランジスタ３４の近傍に設けられていてもよい。
【０１１６】
また、本構造例２では、図４に示す圧電発振器１で設けられていた１次補償用センサ５２が省略されている。
【０１１７】
−圧電発振器の電気的構成例２−
次に、本発明の実施の形態２に係る圧電発振器１の電気的構成の一例について図１６を参照しつつ説明する。
【０１１８】
図１６は、本発明の実施の形態２係る圧電発振器１の電気的構成の一例を示す回路図である。
【０１１９】
本実施の形態に係る圧電発振器１の電気的構成例２は、実施の形態１に係る圧電発振器１の電気的構成例１とほぼ同様の構成となっており、以下、電気的構成例１と異なる点についてのみ説明する。
【０１２０】
図１６に示す圧電発振器１の電気的構成は、図８に示す圧電発振器１の電気的構成（電気的構成例１）と、ヒータ部３及び周波数制御回路５の構成が異なっている。
【０１２１】
つまり、図１６に示す圧電発振器１では、オペアンプ４６の出力端子と抵抗４５との接続点ｇは、抵抗４７を介してトランジスタ３４のベースに接続されている。そして、このトランジスタ３４は、エミッタ端子がトランジスタ３３のベースに接続され、コレクタ端子がトランジスタ３３のコレクタ端子に接続されている。つまり、トランジスタ３３，３４はダーリントン接続されている。そして、トランジスタ３４のコレクタ端子とトランジスタ３３のコレクタ端子との接続点ｈがヒータ抵抗３１の一端子に接続されている。また、ヒータ抵抗３１の他端子は電源電圧（Ｖｃｃ）に接続され、トランジスタ３３のエミッタ端子は、接地されている。
【０１２２】
上記したような電気的構成によれば、上記した電気的構成例１と比べて、オペアンプ４６の出力電圧の増減に伴うヒータ抵抗３１を流れる電流の増減の度合を、ダーリントン接続された一対のトランジスタ３３，３４により増幅させることができるから、より精度よく圧電振動子２の温度制御を行うことが可能となる。
【０１２３】
また、図１６の圧電発振器１の周波数制御回路５では、周波数制御回路５が、２次補償用センサ５１と、抵抗５３，５５，５６，５８と、バリキャップダイオード５７とから構成されている。
【０１２４】
つまり、トランジスタ３３の温度変化を測定する２次補償用センサ５１の一端子に、抵抗５３の一端子が接続され、この抵抗５３の他端子が抵抗５８の一端子に接続されている  。そして、抵抗５８の他端子が、ダーリントン接続された一対のトランジスタ３３，３４とヒータ抵抗３１との接続点ｉに接続されている。
【０１２５】
また、抵抗５３，５８の接続点ｊは、抵抗５５の一端子に接続され、さらに、この接続点ｋが、直列に接続された圧電振動子２の一端子とバリキャップダイオード５７のカソード端子との接続点ｂに接続されている。また、抵抗５５の他端子は接地されている。さらに、バリキャップダイオード５７のアノード端子には抵抗５６の一端子が接続されており、この抵抗５６の他端子は接地されている。
【０１２６】
図１６に示す圧電発振器１では、図８に示す圧電発振器１と同様に、周波数制御回路５により、周囲温度の変化に対して、図９のＬ７に示す周波数の温度特性とはほぼ逆向きの特性を有するように（即ち、約−２５℃〜約７５℃の範囲において、周囲温度の変化に対して２次関数的に変化し、約３５℃付近で最大となるように）、接続点ｊの電圧を制御して、バリキャップダイオード５７の容量を変化させている。
【０１２７】
具体的には、周囲温度が変化すると、周波数制御回路５の２次補償用センサ５１及び抵抗５３で構成された２次補償用回路部５ａでは、トランジスタ３３の温度に基づいて２次補償用センサ５１の抵抗値が変化し、図１１のＬ９に示すような周囲温度の変化に対して２次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、２次補償用センサ５１での測定結果に基づいて、図９のＬ７に示す周波数温度特性の２次成分を補償する電圧が発生する。
【０１２８】
これと同時に、周波数制御回路５の抵抗５８で構成された１次補償用回路部５ｂでは、周囲温度の変化に対して電流値が１次関数的に変動するヒータ電流により、図１２のＬ１０に示すような周囲温度の変化に対して１次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、ヒータ電流の変化に基づいて、図９のＬ７に示す周波数温度特性の１次成分を補償する電圧が発生する。
【０１２９】
そして、２次補償用回路部５ａで発生した電圧と１次補償用回路部５ｂで発生した電圧とを合算し、接続点ｊにおいて、図１０のＬ８に示すような、周囲温度に対して、周波数の温度特性とはほぼ逆向きの温度特性を示す制御電圧を発生させて、バリキャップダイオード５７の容量を変化させている。
【０１３０】
図１６に示す圧電発振器１は、温度制御部４と恒温槽７とを備えて、周囲温度の影響を受け難い構成とされている上に、周波数制御回路５において上記したような動作を行うことにより、周囲温度の変化に応じてバリキャップダイオード５７の容量を変化させて、圧電振動子２の周波数を制御して、圧電発振器１の周波数温度特性を調整している。そのため、図９中にＬ６で示すように、周波数制御回路５による制御を行わない場合と比較して、周波数偏差を略一定にすることができる。即ち、周囲温度の変化に対する周波数の変動を少なくすることができる。
【０１３１】
また、図１６に示す圧電発振器１の周波数制御回路５では、周囲温度の変化に対して２次関数的に変化するヒータ部３のトランジスタ３３の温度変化と、ヒータ部３の電流の変化とを利用して圧電振動子２の周波数の制御を行っており、比較的に少ない部品で、圧電発振器１の周波数温度特性の１次成分と２次成分とを補償することができる。
【０１３２】
さらに、図１６に示す圧電発振器１の周波数制御回路５では、周囲温度の変化に対して１次関数的に変化するヒータ部３の電流の変化に基づいて、圧電発振器１の周波数温度特性の１次成分の補償を行っているため、１次補償用センサを設ける必要がなく、図８に示す圧電発振器１と比べて、少ない部品で、圧電発振器１の周波数温度特性の１次成分を補償することができる。
【０１３３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明に係る圧電発振器において、ヒータ部は、温度制御部により放出される熱量が調整されて、圧電振動子を温めることが可能なものであれば、いずれの素子により構成されるものであってもよく、上記したヒータ抵抗及びトランジスタにより構成されるものに限定されるものではない。また、ヒータ部を構成する素子の数についても、２つ以上であればよく、特に限定されるものではない。
【０１３４】
また、本発明に係る圧電発振器において、周波数制御回路における周波数の制御に温度変化が利用される素子は、ヒータ部を構成する複数の素子のうちの少なくとも１つであって、且つ周囲温度の変化に対して消費電力が２次関数的に変動する素子であれば、いずれのものであってもよく、上記したトランジスタに限定されるものではない。例えば、ヒータ抵抗であってもよい。
【０１３５】
また、上記した実施の形態１及び２において、周波数制御回路５は、圧電振動子２の周波数を、周囲温度の変化に対して消費電力が２次関数的に変動するヒータ部３を構成する１つの素子の温度変化とともに、周囲温度の変化又はヒータ部３の電流の変化に基づいて制御する構成とされているが、例えば、恒温槽を備えること等により周囲温度の変化による影響を受け難い構成とされている場合には、周波数制御回路５は、周囲温度の変化に対して消費電力が２次関数的に変動するヒータ部３を構成する１つの素子の温度変化のみに基づいて、周波数を制御してもよい。
【０１３６】
また、上記した実施の形態１及び２において、周波数制御回路５は、圧電発振器１の周波数温度特性の１次成分の補償を、１次補償用センサ５２で測定された温度又はヒータ部３の電流の変化に基づいて行っているが、１次補償用センサ５２で測定された温度及びヒータ部３の電流の変化の両方に基づいて、圧電発振器１の周波数温度特性の１次成分の補償を行ってもよい。
【０１３７】
また、上記した実施の形態１及び２の構造例１及び構造例２において、２次補償用センサ５１は、トランジスタ３２，３３と基板８を介して対向する位置に設けられているが、２次補償用センサ５１は、トランジスタ３２，３３の近傍に配されていればよく、例えば、基板８を介さずに、トランジスタ３２，３３に隣接して２次補償用センサ５２が設けられていてもよい。
【０１３８】
また、上記した実施の形態１及び２では、恒温槽７を備え、ヒータ部３により恒温槽７の内部を温めることで、圧電振動子２が間接的にヒータ部３により温められる構成とされているが、例えば、周囲温度の変化が少ない環境下で使用される場合には、恒温槽７は設けられていなくてもよく、この場合、圧電振動子２はヒータ部３により直接温められてよい。即ち、本発明に係る圧電発振器は、恒温槽を備えていなくてもよく、また、ヒータ部は圧電振動子を直接的に温めるものであっても、間接的に温めるものであってもよい。
【０１３９】
また、上記した実施の形態１及び２の構造例１及び構造例２において、圧電振動子２を収納する恒温槽７は、金属ケース７２（恒温ケース）と恒温部７１により構成されているが、恒温槽は、圧電振動子を封止する熱伝導性の材料でなるもの、例えば、アルミブロックを用いて構成されるものであってもよい。
【０１４０】
また、本発明に係る圧電発振器において、その構造及びその電気的構成は、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部と、前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が２次関数的に変動する１つの素子の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路とを有するものであれば、いずれのものであってもよく上記した構造例１、構造例２、電気的構成例１、及び電気的構成例２に限定されるものではない。
【０１４１】
即ち、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【０１４２】
１          圧電発振器
２          圧電振動子
３          ヒータ部
３１        ヒータ抵抗
３２，３３，３４  トランジスタ
４          温度制御部
４１        温度制御用センサ（サーミスタ）
５          周波数制御回路
５１        ２次補償用センサ（サーミスタ）
５２        １次補償用センサ（サーミスタ）
６          発振部
６ａ        発振回路
７          恒温槽
７１        恒温部
７２        金属ケース
８          基板
８０        一主面
８１        他主面
８２        接合部
９          本体筐体
９１        保護用ケース
９２        ベース
９３        外部リード端子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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