(57)【要約】【課題】  構造がシンプルで組み立てが容易で、小型・薄型化に適した高安定圧電発振器を提供する。【解決手段】  圧電振動子１０を収容する空所を有したオーブンブロック２０と、主要部品３２を片面の局所に集中配備するとともに圧電振動子のピン１３を接続し、且つ他面には調整部品３３を搭載した発振回路プリント基板３０と、ヒータユニット４２を搭載するフレキシブルプリント基板４０と、を備えた発振器ユニット２Ａと、発振器ユニットを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板３と、ベースプリント基板の上部空間を包囲する外側金属ケース４と、を備えた高安定圧電発振器であって、発振器ユニットは、圧電振動子をオーブンブロックの空所内に嵌合してそのフランジの凹所１２ａ内に嵌合するように主要部品を嵌合するように発振回路プリント基板を密着するとともに、ヒータユニットを搭載した面が発振回路プリント基板他面と対向するように発振回路プリント基板上にフレキシブルプリント基板を密着配備した。【選択図】  図１
2005117189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース、円筒ケースの底部に一体化され外底面中央に凹所を有した金属製フランジ、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジの凹所を貫通して外部に突出した複数のピンを備えた圧電振動子と、圧電振動子を収容する空所を有したオーブンブロックと、発振回路部品を含む主要部品を片面の局所に集中配備するとともに圧電振動子のピンを接続し、且つ他面には調整部品を搭載した発振回路プリント基板と、パワートランジスタ、ヒータ、温度センサーの少なくとも一つを含んだヒータユニットを搭載するフレキシブルプリント基板と、オーブンブロックに対して前記各構成要素を固定するヒータ固定金具と、を備えた発振器ユニットと、
発振器ユニットを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板と、
発振器ユニットを含むベースプリント基板の上部空間を包囲する外側金属ケースと、
を備えた高安定圧電発振器であって、
前記発振器ユニットは、
圧電振動子を円筒ケース側から、オーブンブロックの空所内に上部開口から嵌合してフランジを上部開口上面に張出し係止し、主要部品がフランジ底面中央部の凹所内に嵌合するように発振回路プリント基板をフランジ底面に密着するとともに、ヒータユニットを搭載した面が発振回路プリント基板他面と対向するように発振回路プリント基板上にフレキシブルプリント基板を密着配備し、
フレキシブルプリント基板上面からオーブンブロック側面にかけてヒータ固定金具を被せてオーブンブロックに固定し、
オーブンブロックから側方に張出した発振回路プリント基板とフレキシブルプリント基板の各端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて電気的機械的に接続した構成を備えることを特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の発振器ユニットを構成する発振回路プリント基板の両端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて接続すると共に、ベースプリント基板とその直下に離間配置した金属ベース板との間を外部接続用のリード端子にて貫通接続し、ベースプリント基板及び発振器ユニットを含む空間を包囲する外側金属ケースを金属ベース板に固定したことを特徴とする請求項１に記載の高安定圧電発振器。
【請求項３】
請求項１又は２におけるオーブンブロックの空所は、有底、或いは上下方向に貫通した構成を備えていることを特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項４】
圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース、円筒ケースの底部に一体化され外底面中央に凹所を有した金属製フランジ、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジの凹所を貫通して外部に突出した複数のピンを備えた圧電振動子と、圧電振動子を収容する空所を有したオーブンブロックと、発振回路部品を含む主要部品を片面の局所に集中配備するとともに圧電振動子のピンを接続し、且つ他面には調整部品を搭載した発振回路プリント基板と、パワートランジスタ、ヒータ、温度センサーの少なくとも一つを含んだヒータユニットを搭載するフレキシブルプリント基板と、オーブンブロックに対して前記各構成要素を固定する固定金具と、を備えた発振器ユニットと、
発振器ユニットを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板と、
発振器ユニットを含むベースプリント基板の上部空間を包囲する外側金属ケースと、
を備えた高安定圧電発振器であって、
前記発振器ユニットは、
オーブンブロックが上下２つのブロック片から構成されており、
フレキシブルプリント基板には、オーブンブロックの空所と連通する圧電振動子挿通用の挿通穴が形成されると共に挿通穴の周縁の基板面上にヒータユニットが配置され、
上下のブロック片間にフレキシブルプリント基板を挟んだ状態で、圧電振動子を円筒ケース側から、オーブンブロックの空所内に上部開口から嵌合してフランジを上部開口上面に張出し係止し、主要部品がフランジ底面中央部の凹所内に嵌合するように発振回路プリント基板をフランジ底面に密着配置し、
オーブンブロック及び発振回路プリント基板上面にかけて固定金具を被せて固定し、
オーブンブロックから側方に張出した発振回路プリント基板とフレキシブルプリント基板の各端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて電気的機械的に接続した構成を備えることを特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項５】
圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース、円筒ケースの底部に一体化された金属製フランジ、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジを貫通して外部に突出した複数のピンを備えた圧電振動子と、圧電振動子を収容する空所を有したオーブンブロックと、発振回路部品を含む主要部品を片面の局所に集中配備するとともに圧電振動子のピンを接続し、且つ他面には調整部品を搭載した発振回路プリント基板と、圧電振動子のフランジと発振回路プリント基板との間に介在し且つ主要部品を収容する収容穴を有した環状スペーサと、パワートランジスタ、ヒータ、温度センサーの少なくとも一つを含んだヒータユニットを搭載するフレキシブルプリント基板と、オーブンブロックに対して前記各構成要素を固定する固定金具と、を備えた発振器ユニットと、
発振器ユニットを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板と、
発振器ユニットを含むベースプリント基板の上部空間を包囲する外側金属ケースと、
を備えた高安定圧電発振器であって、
前記発振器ユニットは、
オーブンブロックが上下２つのブロック片から構成されており、
フレキシブルプリント基板には、オーブンブロックの空所と連通する圧電振動子挿通用の挿通穴が形成されると共に挿通穴の周縁の基板面上にヒータユニットが配置され、
上下のブロック片間にフレキシブルプリント基板を挟んだ状態で、圧電振動子を円筒ケース側から、オーブンブロックの空所内に上部開口から嵌合してフランジを上部開口外周に張出し係止し、主要部品が環状スペーサの収容穴内に嵌合するように環状スペーサを介して発振回路プリント基板をフランジ底面に密着配置し、
オーブンブロック及び発振回路プリント基板上面にかけて固定金具を被せて固定し、
オーブンブロックから側方に張出した発振回路プリント基板とフレキシブルプリント基板の各端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて電気的機械的に接続した構成を備えることを特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の発振器ユニットを構成する発振回路プリント基板の両端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて接続すると共に、ベースプリント基板とその直下に離間配置した金属ベース板との間を外部接続用のリード端子にて貫通接続し、ベースプリント基板及び発振器ユニットを含む空間を包囲する外側金属ケースを金属ベース板に固定したことを特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の発振器ユニットの上下を逆転させると共に、ベースプリント基板をフレキシブルプリント基板と共に上下のブロック片間に挟持したことを特徴とする高安定圧電発振器。
【請求項８】
請求項２、請求項６、又は請求項７に記載の発振器ユニットを包囲するアウターオーブンをベースプリント基板上に配置したことを特徴とする高安定圧電発振器。
【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、極限に近い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。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】
このような不具合を解消して更なる薄型化を図った高安定圧電発振器として、例えば本出願人の提案に係る特開２００１−１６０３４公報には、１枚のプリント基板の表裏両面上に、発振回路、出力回路、ヒータ、パワートランジスタ等の温度制御回路を構成する部品群を搭載し、水晶振動子を収容した第１のオーブンブロックと第２のオーブンブロックとの間でこのプリント基板を密着して挟んだ状態でネジ止め固定することにより、水晶振動子とオーブンブロックと各発熱部品と被加熱部品との間の強い熱結合を確保した従来例が開示されている。しかし、この従来例では、１枚のプリント基板上に全ての部品を搭載するため、オーブンブロックが大型化し易く、消費電力も増大する。
また、同公報には、マザープリント基板とベースプリント基板の２枚のメインプリント基板を用い、水晶振動子を収容するオーブンブロックを発振器のほぼ中央部においてベースプリント基板上に装着固定し、更にこのベースプリント基板をマザープリント基板に対して金具を用いて取付け、オーブンブロック内には抵抗線を用いてヒータを内装する構成が開示されている。
しかし、この従来構造は、構成が複雑になると共に組み立てが困難化するという欠点を有している。
【特許文献１】特開２００１−１６０３４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、構造がシンプルで組み立てが容易で、小型・薄型化に適した高安定圧電発振器を提供することを目的としている。
【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、圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース、円筒ケースの底部に一体化され外底面中央に凹所を有した金属製フランジ、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジの凹所を貫通して外部に突出した複数のピンを備えた圧電振動子と、圧電振動子を収容する空所を有したオーブンブロックと、発振回路部品を含む主要部品を片面の局所に集中配備するとともに圧電振動子のピンを接続し、且つ他面には調整部品を搭載した発振回路プリント基板と、パワートランジスタ、ヒータ、温度センサーの少なくとも一つを含んだヒータユニットを搭載するフレキシブルプリント基板と、オーブンブロックに対して前記各構成要素を固定するヒータ固定金具と、を備えた発振器ユニットと、発振器ユニットを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板と、発振器ユニットを含むベースプリント基板の上部空間を包囲する外側金属ケースと、を備えた高安定圧電発振器であって、前記発振器ユニットは、圧電振動子を円筒ケース側から、オーブンブロックの空所内に上部開口から嵌合してフランジを上部開口上面に張出し係止し、主要部品がフランジ底面中央部の凹所内に嵌合するように発振回路プリント基板をフランジ底面に密着するとともに、ヒータユニットを搭載した面が発振回路プリント基板他面と対向するように発振回路プリント基板上にフレキシブルプリント基板を密着配備し、フレキシブルプリント基板上面からオーブンブロック側面にかけてヒータ固定金具を被せてオーブンブロックに固定し、オーブンブロックから側方に張出した発振回路プリント基板とフレキシブルプリント基板の各端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて電気的機械的に接続した構成を備えることを特徴とする。
この発明は図１等に示した第１の実施形態に相当する。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発振器ユニットを構成する発振回路プリント基板の両端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて接続すると共に、ベースプリント基板とその直下に離間配置した金属ベース板との間を外部接続用のリード端子にて貫通接続し、ベースプリント基板及び発振器ユニットを含む空間を包囲する外側金属ケースを金属ベース板に固定したことを特徴とする。
この発明は、図５に記載した実施形態に相当する。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項１又は２におけるオーブンブロックの空所は、有底、或いは上下方向に貫通した構成を備えていることを特徴とする。
請求項４の発明は、圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース、円筒ケースの底部に一体化され外底面中央に凹所を有した金属製フランジ、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジの凹所を貫通して外部に突出した複数のピンを備えた圧電振動子と、圧電振動子を収容する空所を有したオーブンブロックと、発振回路部品を含む主要部品を片面の局所に集中配備するとともに圧電振動子のピンを接続し、且つ他面には調整部品を搭載した発振回路プリント基板と、パワートランジスタ、ヒータ、温度センサーの少なくとも一つを含んだヒータユニットを搭載するフレキシブルプリント基板と、オーブンブロックに対して前記各構成要素を固定する固定金具と、を備えた発振器ユニットと、発振器ユニットを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板と、発振器ユニットを含むベースプリント基板の上部空間を包囲する外側金属ケースと、を備えた高安定圧電発振器であって、前記発振器ユニットは、オーブンブロックが上下２つのブロック片から構成されており、フレキシブルプリント基板には、オーブンブロックの空所と連通する圧電振動子挿通用の挿通穴が形成されると共に挿通穴の周縁の基板面上にヒータユニットが配置され、上下のブロック片間にフレキシブルプリント基板を挟んだ状態で、圧電振動子を円筒ケース側から、オーブンブロックの空所内に上部開口から嵌合してフランジを上部開口上面に張出し係止し、主要部品がフランジ底面中央部の凹所内に嵌合するように発振回路プリント基板をフランジ底面に密着配置し、オーブンブロック及び発振回路プリント基板上面にかけて固定金具を被せて固定し、オーブンブロックから側方に張出した発振回路プリント基板とフレキシブルプリント基板の各端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて電気的機械的に接続した構成を備えることを特徴とする。
この発明は、第２の実施形態のうち、圧電振動子基部に凹所を有するために、環状スペーサを使用しない場合に相当する。
【０００７】
請求項５の発明は、圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース、円筒ケースの底部に一体化された金属製フランジ、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジを貫通して外部に突出した複数のピンを備えた圧電振動子と、圧電振動子を収容する空所を有したオーブンブロックと、発振回路部品を含む主要部品を片面の局所に集中配備するとともに圧電振動子のピンを接続し、且つ他面には調整部品を搭載した発振回路プリント基板と、圧電振動子のフランジと発振回路プリント基板との間に介在し且つ主要部品を収容する収容穴を有した環状スペーサと、パワートランジスタ、ヒータ、温度センサーの少なくとも一つを含んだヒータユニットを搭載するフレキシブルプリント基板と、オーブンブロックに対して前記各構成要素を固定する固定金具と、を備えた発振器ユニットと、発振器ユニットを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板と、発振器ユニットを含むベースプリント基板の上部空間を包囲する外側金属ケースと、を備えた高安定圧電発振器であって、前記発振器ユニットは、オーブンブロックが上下２つのブロック片から構成されており、フレキシブルプリント基板には、オーブンブロックの空所と連通する圧電振動子挿通用の挿通穴が形成されると共に挿通穴の周縁の基板面上にヒータユニットが配置され、上下のブロック片間にフレキシブルプリント基板を挟んだ状態で、圧電振動子を円筒ケース側から、オーブンブロックの空所内に上部開口から嵌合してフランジを上部開口外周に張出し係止し、主要部品が環状スペーサの収容穴内に嵌合するように環状スペーサを介して発振回路プリント基板をフランジ底面に密着配置し、オーブンブロック及び発振回路プリント基板上面にかけて固定金具を被せて固定し、オーブンブロックから側方に張出した発振回路プリント基板とフレキシブルプリント基板の各端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて電気的機械的に接続した構成を備えることを特徴とする。
この発明は、第２の実施形態のうち凹所を有しないために環状スペーサを必要とする場合に相当する。
請求項６の発明は、請求項４又は５に記載の発振器ユニットを構成する発振回路プリント基板の両端部と、ベースプリント基板との間を接続ピンにて接続すると共に、ベースプリント基板とその直下に離間配置した金属ベース板との間を外部接続用のリード端子にて貫通接続し、ベースプリント基板及び発振器ユニットを含む空間を包囲する外側金属ケースを金属ベース板に固定したことを特徴とする。
請求項４、５に記載の発振器を、リード端子型タイプに変形した実施形態に相当する。
【０００８】
請求項７の発明は、請求項４又は５の発振器ユニットの上下を逆転させると共に、ベースプリント基板をフレキシブルプリント基板と共に上下のブロック片間に挟持したことを特徴とする。
この発明は、図１１の実施形態に相当する。
請求項８の発明は、請求項２、請求項６、又は請求項７に記載の発振器ユニットを包囲するアウターオーブンをベースプリント基板上に配置したことを特徴とする。
この発明は、図１２に実施形態に相当する。
なお、第３の実施形態に係る高安定圧電発振器のダブルオーブン構造は、図１０に示したピン型高安定圧電発振器にも適用することができる。
次に、フレキシブルプリント基板４０上に搭載するヒータユニット４２としては、パワートンランジスタとヒータ抵抗を並置して使用するのが一般であるが、０．６ｍｍ程度に薄型化が可能なヒータ抵抗に対して、これまでパワートランジスタとして、１ｍｍ以下に薄型化されたタイプは市場に提供されていなかった。このため、パワートランジスタがヒータ抵抗を上回る厚み分だけ発振器全体の高さが大きくならざるを得なかった。
これに対して米国、インターナショナル・レクティファイアー社が開発した「Direct FET」（製品番号ＩＲＦ６６０４）は、パワートランジスタとして世界で始めて０．６ｍｍ程度に薄型化することに成功した製品である。このパワートランジスタを本発明のヒータユニット４２の一部品として使用することにより、ヒータユニット４２を搭載したフレキシブルプリント基板の全厚を薄くして、発振器全体の低背化に貢献することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧電振動子の基部底面に存する凹所を利用し、この凹所内に発振回路等の主要部品を嵌合して主要部品分の高さ寸法を減少させることができ、しかも温度制御上最も重要な発振器基部に対してヒータ等の発熱部品を近接配備して集中加熱するようにしたので、周辺温度の変化に対する発振周波数の安定度をローコストに高めることができる。
また、ヒータ等の発熱部品を搭載するフレキシブルプリント基板の肉厚をオーブンブロックの高さ寸法内に吸収するようにしたので、その分だけ高さ寸法を減縮することができ、発熱部品とオーブンブロック（圧電振動子）と主要部品との熱結合を高めて周波数安定度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る表面実装型の高安定圧電発振器の構成を示す正面縦断面図、及びＡ−Ａ断面図、図２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は発振回路プリント基板とオーブンブロックとの組付け状態を示す正面縦断面図、平面図、及び側面図、図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はフレキシブルプリント基板とヒータ固定金具との組付け状態を示す正面縦断面図、平面図、及び側面図、図４（ａ）及び（ｂ）は圧電振動子の正面一部断面図、及び底面図である。
本発明の高安定圧電発振器１は、発振器ユニット２Ａと、発振器ユニット２Ａを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板３と、発振器ユニット２Ａを含むベースプリント基板３の上部空間を包囲する外側金属ケース４と、から概略構成されている。
発振器ユニット２Ａは、圧電振動子１０と、圧電振動子１０を収容する空所を有したオーブンブロック２０と、発振回路プリント基板３０と、フレキシブルプリント基板４０と、ヒータ固定金具５０と、から概略構成されている。
圧電振動子１０は、図４に示すように圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース１１、円筒ケース１１の底部に一体化され外底面中央に凹所１２ａを有した金属製フランジ１２、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジの凹所１２ａを貫通して外部に突出した複数のピン１３を備えている。凹所１２ａの深さはフランジ１２の肉厚に相当し、例えば０．６〜０．９ｍｍ程度である。ピン１３がフランジ１２を貫通する穴には絶縁用のハーメチックガラスが充填されている。
オーブンブロック２０は、上面が開口した空所２１を備え、この空所２１内に圧電振動子１０を上下逆向き（円筒ケース１１側を下向き）にして収容する。
発振回路プリント基板３０は、基板３１の片面上に発振回路部品を含む主要部品３２の局所に集中配備するとともに、圧電振動子のピン１３を接続することによって圧電振動子１０を搭載した構成を備えている。主要部品３２は、０．５〜０．７ｍｍ程度の高さを有している。従って、主要部品３２は、圧電振動子のフランジの凹所１２ａ内に嵌合可能な高さ寸法を有している。また、基板３０の他面であってオーブンブロック２０から側方へ張り出した部分には調整部品３３を搭載している。主要部品３２とは、発振回路の発振周波数に大きく影響を与える電子部品としての発振用トランジスタ、トランジスタに付随する抵抗、コンデンサ、周波数可変バリキャップ等を含む。
【００１１】
フレキシブルプリント基板４０は、基板４１下面の配線パターン上にパワートランジスタＴｒ、ヒータＨ、温度センサーＴを含んだヒータユニット４２を搭載した構成を備えている。フレキシブルプリント基板４０がオーブンブロック２０から張り出す端縁には接続ピン５を取り付けるための穴４３が形成される。なお、ヒータユニット４２を搭載するための基板を、必ずしもフレキシブルプリント基板とする必要はないが、発振器全体の低背化を追求する場合には肉厚の薄いフレキシブルプリント基板が適している。
なお、ヒータユニット４２を構成する発熱部品の一つであるパワートランジスタは、温度制御回路を駆動するための手段である。
ヒータ固定金具５０は、各構成要素２０、３０、４０を固定する手段であり、本実施形態では断面コ字状の板金製である。ヒータ固定金具５０がオーブンブロック２０の両側板と対面する両側板の適所にはネジ止め穴を設け、オーブンブロック２０の両側面にネジ止め固定可能に構成する。ヒータ固定金具５０の上板の下面とフレキシブルプリント基板４０の上面（銅等の金属パターンを形成）との間は、熱伝導性接着剤あるいは固定用ネジを用いて密着固定する。オーブンブロック２０を発振回路プリント基板３０上のアースパターンと接続することにより、固定金具５０とフレキシブルプリント基板の上面の銅パターンとを接地させることができる。
【００１２】
発振器ユニット２Ａの具体的な構成、組立構造は次の通りである。
圧電振動子１０を円筒ケース１１側から、オーブンブロック２０の空所２１の上部開口から嵌合してフランジ１２をオーブンブロック２０の上部開口外周に張出し係止してから、フランジ底面中央の凹所１２ａ内に、局所に集中配備された主要部品３２が嵌合するように発振回路プリント基板３０をフランジ底面に密着する。主要部品３２の高さ寸法は、凹所１２ａの深さを下回っているため、発振回路基板３０はフランジ面に密着することができる。従って、主要部品３２の高さ分を凹所１２ａ内に吸収して低背化を図ることができる。更に、ヒータユニット４２を搭載した面（下面）が発振回路プリント基板の他面（上面）と対向するように発振回路プリント基板３０上にフレキシブルプリント基板４０を密着配備する。次いで、フレキシブルプリント基板４０の上面からオーブンブロック２０の側面にかけてヒータ固定金具５０を被せてオーブンブロックの側面にネジ止め固定する。これにより、ヒータとオーブンブロック間の熱結合を強くする。この様な構造にすることで、加熱と温度制御を振動子の基部（スリーブ側）に集中させ高い温度安定度を得ることができる。
また、図１に示すように発振器ユニット２Ａを組み立てた状態では、発振回路プリント基板３０の両端はオーブンブロック２０から左右両方向に等距離だけ水平に張り出した状態となっている。フレキシブルプリント基板４０の一端も側方に張り出している。
オーブンブロック２０から側方に張出した発振回路プリント基板３０の両端と、フレキシブルプリント基板４０と、ベースプリント基板３との間は、接続ピン５にて電気的機械的に接続される。つまり、発振器ユニット２Ａは、複数の接続ピン５によりベースプリント基板３上に機械的に支持されるとともに、各基板上の配線パターン間の導通を確保する。また、必要に応じて、補強板６を用いて、発振器ユニット２Ａの底部をベースプリント基板３の上面に対して固定することにより支持強度を高める。
この状態で、発振器ユニット２Ａ等の構成要素を含むベースプリント基板３上の空間を外側金属ケース４によって包囲する。外側金属ケース４は、その裾部をベースプリント基板３上に予め形成したアースパターン等に対して当接した状態で半田等により固定する。
なお、外側金属ケース４を被せない状態においては、発振回路プリント基板３０の左右張出し部の上面に搭載した調整部品３３が露出された状態にあるので、調整作業を簡単に実施することができる。
ベースプリント基板３は、底部に表面実装用の外部電極を備えており、図１に示した圧電発振器１は、図示しない機器側のプリント基板上に表面実装可能である。
【００１３】
ところで、高安定圧電発振器において、優れた温度特性を得るためには下記の２点が重要である。
（１）圧電振動子の温度特性が優れること、特に圧電振動子内の圧電振動素子に直結しているピン１３及び振動子基部（フランジ及びその近傍）に対する十分な加熱、保温を行うこと。
（２）発振回路の発振周波数に大きく寄与する部品類を適切に加熱、保温すること。即ち、発振ループを構成する主要部品３２を十分に加熱、保温すること。
上記の各条件を満たすため、本発明では、圧電振動子の基部（ピン１３とフランジ１２近傍）と主要部品を密着させ、圧電振動子の基部に温度制御対象部品を集中させる。そして、ヒータ、パワートランジスタ等の発熱部品をフレキシブルプリント基板４０の下面に搭載して、発熱部品を主要部品３２と振動子基部に近接配置した。つまり、主要部品を搭載する発振回路プリント基板３０と、ヒータ等を搭載するフレキシブルプリント基板４０とを分離し、発振回路プリント基板３０は圧電振動子１０の基部に密着し、フレキシブルプリント基板４０は主要部品３２及びオーブンブロック２０に近接配置（密着）させる構造とし、優れた特性を得ることを可能とした。
従って、オーブンブロック２０の空所２１は、有底の空所である必要はなく、上下方向へ貫通した空所であってもよい。つまり、圧電振動子１０の基部を中心として加熱する構成とすれば十分であり、オーブンブロック２０の下方が開放しているために、圧電振動子１０の円筒ケース１１の先端がオーブンブロック２０から露出状態となっていても温度制御上の不具合は生じない。むしろ、加工手数という点からすれば、有底の空所を形成するよりも、貫通穴としての空所を形成する方が容易である。
【００１４】
次に、図５は第１の実施形態に係る高安定圧電発振器の変形例であり、上記の発振器ユニット２Ａを表面実装型に代えてリード端子型の発振器に適用した例を示す。
即ち、この実施形態に係る高安定圧電発振器１は、上記実施形態において説明した発振器ユニット２Ａを構成する発振回路プリント基板３０の張出し両端部と、ベースプリント基板３との間を接続ピン５にて接続すると共に、ベースプリント基板３とその直下に離間配置した金属ベース板６１との間を外部接続用のリード端子６２にて貫通接続し（リード端子下端は図示しないマザー基板への接続用に突出）、ベースプリント基板３及び発振器ユニット２Ａを含む空間を包囲する外側金属ケース４を金属ベース板６１に固定したものである。
このタイプの高安定圧電発振器１では、金属ベース板６１から下方へ突出したリード端子６２を、図示しない機器本体側のプリント基板上に搭載する。
【００１５】
次に、図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る高安定圧電発振器の構成を示す正面縦断面図、及びＢ−Ｂ断面図、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は高安定圧電発振器の正面縦断面図、平面図、側面図、及び分解図、は図６の分解図、図８はオーブンブロックの構成説明図、図９は圧電振動子の一例の構成図である。なお、第１の実施形態と同一構成要素には同一符号を付して説明する。
この実施形態の発振器ユニット２Ｂは、オーブンブロック２０を上下２つのブロック片２２、２３から構成し、両ブロック片間にフレキシブルプリント基板４０を挟んでヒータユニット４２をブロック片に密着固定すると共に、オーブンブロックの空所２１内に収容した圧電振動子１０の基部（フランジ部）に対して、発振回路プリント基板３０上の主要部品を近接配置するようにした構成が特徴的である。
即ち、本発明の第２の実施形態に係る高安定圧電発振器１は、発振器ユニット２Ｂと、発振器ユニット２Ｂを上面に搭載する表面実装用のベースプリント基板３と、発振器ユニット２Ｂを含むベースプリント基板３の上部空間を包囲する外側金属ケース４と、から概略構成されている。
発振器ユニット２Ｂは、圧電振動子１０と、圧電振動子１０を収容する空所を有したオーブンブロック２０と、発振回路プリント基板３０と、フレキシブルプリント基板４０と、圧電振動子のフランジ１２と発振回路プリント基板４０との間に介在し且つ主要部品を収容する収容穴７０ａを有した環状スペーサ７０と、固定金具（サイド止め金具）５０と、から概略構成されている。
圧電振動子１０は、図９に示すように圧電振動素子を内蔵した金属製円筒ケース１１、円筒ケース１１の底部に一体化された金属製フランジ１２、及び円筒ケース内の圧電振動素子と接続されてフランジを貫通して外部に突出した複数のピン１３を備えている。ピン１３がフランジ１２を貫通する穴には絶縁用のハーメチックガラスが充填されている。なお、フランジ１２の底面に凹所１２ａを有したタイプを使用する場合には、環状スペーサ７０は不要である。即ち、発振回路プリント基板上の主要部品をフランジの凹所１２ａ内に嵌合配置できるからである。一方、凹所１２ａが存在しないフラットなフランジ面に主要部品を配置する場合には、環状スペーサ７０を配置してその収容穴７０ａ内に主要部品が嵌合されるように構成する。
オーブンブロック２０は、上下２つのブロック片２２、２３から構成されており、各ブロック片２２、２３は、夫々圧電振動子１０を収容するための空所２１を構成する穴２２ａ、２３ａを有した環状体である。
発振回路プリント基板３０の構成は、上記第１の実施形態と同様である。
【００１６】
フレキシブルプリント基板４０の基板４１には、オーブンブロック２０の空所２１と連通する圧電振動子挿通用の挿通穴４１ａが形成されると共に挿通穴４１ａの周縁の基板面上にヒータユニット（パワートランジスタ、ヒータ、温度センサー等の部品群）４２が配置されている。この例では、フレキシブルプリント基板４０の下面の前後端縁に沿った位置にヒータユニット４２が配置されているため、下側のブロック片２３の上面にはこれらのヒータユニット４２を嵌合するための凹所２３ｂが形成されている。
組付けに際しては、上下のブロック片２２、２３間にフレキシブルプリント基板４０を挟んだ状態で、圧電振動子１０を、オーブンブロック２０の空所２１の上部開口から嵌合してフランジ１２を上部開口外周に張出し係止し、フランジ１２のフラットな上面に環状スペーサ７０を当接してから、主要部品３２が収容穴７０ａ内に嵌合するように発振回路プリント基板３０を環状スペーサ７０の上面に密着配置する。
次いで、ヒータ固定金具５０によって、各構成要素２０、３０、４０、７０を固定する。この例では、ヒータ固定金具５０は、サイド止め金具として構成されており、オーブンブロック２０の底面側から両側面、及び上面にかけて密着して固定するように構成されている。この固定金具５０は、ネジ等によってオーブンブロック２０に固定される。ヒータ固定金具５０の上部と発振回路プリント基板３０の上面（銅等の金属パターンを形成）との間は、熱伝導性接着剤あるいは固定用ネジを用いて密着固定する。オーブンブロック２０をフレキシブルプリント基板４０上のアースパターンと接続することにより、固定金具５０と発振回路プリント基板３０の上面の銅パターンとを接地させることができる。
【００１７】
第２の実施形態に係る発振器ユニット２Ｂの具体的な構成、組立構造は次の通りである。
まず、各穴２２ａ、２３ａ、及び挿通穴４１ａが整合するように位置決めした状態で、上下のブロック片２２、２３間にフレキシブルプリント基板４０を挟みこむ。この際、フレキシブルプリント基板４０下面のヒータユニット４２を構成する各部品を下側のブロック片２３の各凹所２３ｂ内に嵌合させる。
このように本実施形態では、フレキシブルプリント基板４０の肉厚が発振器の高さ寸法に含まれないので、その肉厚分だけの低背化を実現することができる。
次いで、圧電振動子１０を円筒ケース１１側から、オーブンブロック２０の空所２１内に嵌合してフランジ１２をオーブンブロック２０の上部開口外周に張出し係止してから、環状スペーサ７０をフランジ底面に添設し、その収容穴７０ａ内に主要部品３２嵌合するように発振回路プリント基板３０をフランジ底面に密着する。次いで、オーブンブロック２０の底面及び側面から発振回路プリント基板３０の上面にかけてヒータ固定金具５０を被せてオーブンブロックの側面にネジ止め固定して熱伝導性を高める。これにより、ヒータとオーブンブロック間の熱結合を強くする。この様な構造にすることで、加熱と温度制御を振動子の基部（スリーブ側）に集中させ高い温度安定度を得ることができる。
この様に構成することで、圧電振動子基部に発振回路等の加熱及び温度制御対象部品を集中配備でき、優れた温度特性を得ることができる。
【００１８】
また、図６に示すように発振器ユニット２Ｂを組み立てた状態では、発振回路プリント基板３０の両端はオーブンブロック２０から左右両方向に等距離だけ水平に張り出した状態となっている。フレキシブルプリント基板４０の一端も側方に張り出している。
オーブンブロック２０から側方に張出した発振回路プリント基板３０の両端と、フレキシブルプリント基板４０と、ベースプリント基板３との間は、接続ピン５にて電気的機械的に接続する。つまり、発振器ユニット２Ｂは、複数の接続ピン５によりベースプリント基板３上に機械的に支持されるとともに、各基板上の配線パターン間の導通を確保する。また、必要に応じて、補強板６を用いて、発振器ユニット２Ｂの底部をベースプリント基板３の上面に対して固定することにより支持強度を高める。
この状態で、発振器ユニット２Ｂ等の構成要素を含むベースプリント基板３上の空間を外側金属ケース４によって包囲する。外側金属ケース４は、その裾部をベースプリント基板３上に予め形成したアースパターン等に対して当接した状態で半田等により固定する。
なお、外側金属ケース４を被せない状態においては、発振回路プリント基板３０の左右張出し部の上面に搭載した調整部品３３が露出された状態にあるので、調整作業を簡単に実施することができる。
ベースプリント基板３は、底部に表面実装用の外部電極を備えており、図６に示した圧電発振器１は、図示しない機器側のプリント基板上に表面実装可能である。
【００１９】
次に、図１０は本発明の第２の実施形態の変形例に係る正面縦断面図、及び要部平面図であり、第２の実施形態に係る発振器ユニット２Ｂをリード端子型の発振器に適用した例を示す。
即ち、この実施形態に係る高安定圧電発振器１は、第２の実施形態において説明した発振器ユニット２Ｂを構成する発振回路プリント基板３０の張出し両端部と、ベースプリント基板３との間を接続ピン５にて接続すると共に、ベースプリント基板３とその直下に離間配置した金属ベース板６１との間をリード端子６２を介して接続し、ベースプリント基板３及び発振器ユニット２Ｂを含む空間を包囲する外側金属ケース４を金属ベース板６１に固定したものである。
このタイプの高安定圧電発振器１では、金属ベース板６１から下方へ突出したリード端子６２を、図示しない機器本体側のプリント基板上に搭載する。
次に、図１１（ａ）及び（ｂ）は図１０の変形例に係る高安定圧電発振器の正面縦断面図、及びＤ−Ｄ断面図である。
この高安定圧電発振器１が図１０のタイプと異なる点は、主として発振器ユニット２Ｂ’の構成にある。即ち、この発振器では、図１０の発振器ユニット２Ｂの上下を逆にすると共に、フレキシブルプリント基板４０のみならず、ベースプリント基板３も上下のブロック片２２、２３間に挟むようにしている。勿論、ベースプリント基板３にも各ブロック片２２、２３の穴２２ａ、２３ａ（空所２１）と連通する穴を形成する。
この実施形態によれば、ベースプリント基板３の肉厚分だけ発振器の高さ寸法を小さくすることができる。
【００２０】
次に、図１２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る高安定圧電発振器の正面縦断面図、Ｅ−Ｅ断面図、及びＦ−Ｆ断面図である。
この高安定圧電発振器１は、ダブルオーブン型高安定圧電発振器であり、発振器ユニット２Ｂ’の温度変化に対する安定度を増すために、インナーのオーブンブロック（インナーオーブン）２１の外側にアウターオーブン８０を設け、周囲温度の変化を先ずアウターオーブン８０で最小限に抑圧し、更にインナーオーブン２０によって極限まで温度変化を抑えて高い安定度を得るようにしている。
この高安定圧電発振器の基本構造は、図５に示したリード端子型の圧電発振器の構造を流用し、図５の発振器ユニット２Ａをアウターオーブン８０にて覆うようにした構成が特徴的である。従って、図５と同一部分には同一符号を付して説明する。
即ち、インナーオーブン２０として、図５（図１）に示した発振器ユニット２Ａと同様の物を用い、同発振器ユニット２Ａの発振回路プリント基板３０の端部がアウターオーブン８０の両側面から外部へ突出するまで伸ばす、あるいはアウターオーブン８０が発振回路プリント基板３０の両端部よりも内側に位置するようにする。この際、アウターオーブン８０の両側板に発振回路プリント基板３０が突き出るような穴を設けるか、あるいは図示のようにアウターオーブン８０を上下２つのオーブン片８１、８２からなる分割構造とし、発振回路プリント基板３０を両オーブン片８１、８２間で挟み込み固定する。
この様な構造にすることで発振回路の出力を容易に取り出せるとともに、発振周波数等の調整を容易に行うことができ、更にインナーオーブン２０を適切な位置に固定できる。また強度を増すために補強板６等による補強も容易である。
アウターオーブン８０の外面には、ヒータ、パワートランジスタ等の発熱部品８５を設けて温度制御を行う。制御に必要な部品は、発振回路に搭載可能であり、また別途プリント基板を設けることによっても搭載可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る表面実装型の高安定圧電発振器の構成を示す正面縦断面図、及びＡ−Ａ断面図。
【図２】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は発振回路プリント基板とオーブンブロックとの組付け状態を示す正面縦断面図、平面図、及び側面図。
【図３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はフレキシブルプリント基板とヒータ固定金具との組付け状態を示す正面縦断面図、平面図、及び側面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は圧電振動子の正面一部断面図、及び底面図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る高安定圧電発振器の変形例の正面縦断面図、及びＡ−Ａ断面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る高安定圧電発振器の構成を示す正面縦断面図、及びＢ−Ｂ断面図。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は高安定圧電発振器の正面縦断面図、平面図、側面図、及び分解図。
【図８】オーブンブロックの構成説明図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は圧電振動子の一例の構成図。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態の変形例に係る正面縦断面図、及びＣ−Ｃ断面図。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は図１０の変形例に係る高安定圧電発振器の正面縦断面図、及びＤ−Ｄ断面図。
【図１２】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る高安定圧電発振器の正面縦断面図、Ｅ−Ｅ断面図、及びＦ−Ｆ断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１  高安定圧電発振器、２Ａ、２Ｂ、２Ｂ’  発振器ユニット、３  ベースプリント基板、４  外側金属ケース、５  接続ピン、１０  圧電振動子、１１  円筒ケース、１２  フランジ、１２ａ  凹所、１３  ピン、２０  オーブンブロック、２１  空所、３０  発振回路プリント基板、３１  基板、３２  主要部品、３３  調整部品、４０  フレキシブルプリント基板、４１  基板、４２  ヒータユニット、４３  穴、５０  ヒータ固定金具、６１  金属ベース板、６２  リード端子、７０  環状スペーサ、７０ａ  収容穴、８０  アウターオーブン、８１、８２  オーブン片。
【図１】
2005117189.tif 000003
【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】
2005117189.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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