(57)【要約】【課題】各種の電子機器の回路基板に搭載されて搭載後は外部電源からの導体接続での電力供給によって動作する水晶発振器などの圧電発振器であって、調整や検査の作業効率を向上させることができるものを提供する。【解決手段】水晶振動子１２などの圧電振動子と発振回路１６とを収容した容器１０内に二次電池２１を設け、容器１０には非接触給電による電力供給を受ける受電部１３を設ける。受電部１３で受電した電力によって二次電池２１を充電し、電源端子に外部電源電圧Ｖｃｃが印加されていないときには、二次電池２１に充電された電力で発振回路１６等を動作させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、前記圧電振動子を用いる発振回路を少なくとも含む電子回路と、前記圧電振動子と前記電子回路とを収容する容器と、前記容器に設けられ前記電子回路に電気的に接続する電源端子とを備える圧電発振器において、
前記容器内に収容された二次電池と、
前記容器に設けられ非接触給電による電力供給を受ける受電部と、
を有し、
前記受電部で受電した電力によって前記二次電池が充電され、前記電源端子に外部電源電圧が印加されていないときに前記二次電池からの電力が前記電子回路に供給されるようにしたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記圧電振動子は水晶振動子であって、水晶発振器として構成された請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記電子回路は前記水晶振動子の温度周波数特性を補償する温度補償回路を含み、温度補償型水晶発振器として構成された請求項２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記水晶振動子の温度を一定に制御する恒温手段を有し、恒温槽付水晶発振器として構成された請求項２に記載の圧電発振器。
【請求項５】
圧電振動子と、前記圧電振動子を用いる発振回路を少なくとも含む電子回路と、二次電池と、前記圧電振動子と前記電子回路と前記二次電池を収容する容器と、前記容器に設けられ前記電子回路に電気的に接続する電源端子と、前記容器に設けられ非接触給電による電力供給を受ける受電部とを備える圧電発振器の動作方法であって、
前記非接触給電により前記受電部を介して前記二次電池を充電することと、
前記電源端子に外部電源電圧が印加されない状態で前記二次電池に充電された電力で前記電子回路を動作させることと、
前記電子回路が動作している状態で前記電源端子に外部電源電圧を印加して前記電子回路を引き続き動作させることと、
を有する動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子などの圧電振動子とその圧電振動子を用いる発振回路とが少なくとも容器内に収容された圧電発振器と、その動作方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電発振器は、水晶振動子などの圧電振動子と、この圧電振動子を用いる発振回路を含む電子回路とを容器内に収容し、外部から電源が供給される一体型の部品として構成したものである。圧電発振器は、回路基板上などに実装し外部から電源電圧を供給するだけで所定の周波数の発振信号を出力することから、各種の電子機器において広く用いられている。圧電振動子として水晶振動子を用いる圧電発振器は、特に水晶発振器と呼ばれるが、水晶発振器は正確な周波数の信号を出力するので、例えば携帯電話に代表されるような携帯型の電子機器において、周波数や時間の基準源として内蔵されている。
【０００３】
水晶振動子の振動周波数は高い安定度を有するものの、水晶に固有の温度周波数特性に基づき、温度に応じてわずかに変化する。そこで、特に正確な発振周波数を出力する水晶発振器として、水晶振動子の温度周波数特性を補償する温度補償回路を発振回路に付加した温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ；Temperature Compensated Crystal Oscillator）や、水晶振動子の温度を一定に保つ恒温槽内に水晶振動子を格納した恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ；Oven Controlled Crystal Oscillator）がある。
【０００４】
圧電発振器において、発振回路や温度補償回路などの電子回路は、通常は、半導体集積回路すなわちＩＣチップ内に形成される。ただし、回路条件などによっては発振回路を構成するコンデンサなどをＩＣチップ内に設けることができない場合があるので、そのような場合には、コンデンサなどをＩＣチップに対する外付け部品とし、ＩＣチップとそのような外付け部品とを内部回路基板に搭載して内部回路基板を容器内に収容する。
【０００５】
ところで、圧電発振器は、電源投入あるいは通電と同時に安定した発振周波数を出力するわけではなく、一定の時間が経過しなければ安定した出力とはならない。ＴＣＸＯやＯＣＸＯでは、発振周波数が安定するまでの時間が長くなる傾向にある。特に、ヒーターによって加熱される恒温槽を用いるＯＣＸＯの場合、通電開始前の無通電時間の長さや恒温槽部分の大きさ等にも依存するが、電源を投入してから周波数が安定するまでに通電開始から例えば数分〜数時間程度を要し、したがって、発振周波数が安定するまでにその程度以上の時間を要する。
【０００６】
圧電発振器の出荷前の調整・検査に際して圧電発振器の発振周波数の測定を行うときは、まず圧電発振器に通電し、その後、発振周波数が安定するまで待ってから、測定を行うことになる。圧電発振器が水晶発振器であるとして、発振回路に含まれる容量の値を調整することによって水晶発振器の発振周波数の調整を行うときは、例えば、水晶発振器に通電して１０分の経過を待ち、周波数を測定し、ここで周波数値が規定外であれば通電を終了して発振回路内のコンデンサを交換し、再度、水晶発振器に通電して１０分の経過を待ち、周波数を測定する、というサイクルを発振周波数が規定値に至るまで行うことになる。そして水晶発振器への通電と発振周波数の測定は、通常、水晶発振器の電源端子、接地端子及び発振出力端子などの端子に対して測定装置のプローブあるいは治具を当接させて、電源端子及び接地端子を介して電力を供給しつつ、所定の時間の経過後に発振出力端子での出力を観測することによって行われる。したがって、実際の発振周波数を測定している時間は短時間であっても、周波数測定前の通電期間にわたって測定装置を占有し続けることとなり、作業効率の低下などがもたらされる。
【０００７】
また、出荷時の検査などとして水晶発振器の特性（例えば、周波数、出力、安定時の消費電力などの特性）を測定する場合には、検査前に数時間程度の通電時間が必要なことがある。特に、ＯＣＸＯなどの場合には、例えば、検査までに１２時間程度の通電時間が設定されており、特性の測定自体は短時間で終了するとしても、１２時間程度の長時間にわたって検査装置を占有することになる。
【０００８】
ところで、外部からの電力供給が途絶えた場合においても圧電発振器を動作させることができるものとして、特許文献１には、ＯＣＸＯを有する無線機器であって、二次電池を備え、外部からの電力供給が途絶えた場合に二次電池からＯＣＸＯに電力を供給するようにした無線機器が示されている。特許文献２には、二次電池と水晶発振器とを有し、二次電池の電力により動作する時計であって、無接触給電のみで電力を供給して二次電池を充電するようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−８８７２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
測定装置や検査装置などを長時間にわたって占有しないようにするためには、実際の測定を行う前の単なる通電期間中には外部電源からの電力供給によらずに圧電発振器が発振動作を継続するようにすればよい。特許文献１，２に示すものは、二次電池を備えているので、外部電源からの電力供給が途絶えても発振動作を続けることは可能であるが、回路基板に搭載されて通常時には外部電源からの導体接続による電力供給によって動作する一体型の電子部品である圧電発振器として構成されたものではない。また、特許文献１，２に記載のものは、このような電子部品としての圧電発振器の調整や検査に要する実質的な時間を短縮して調整や検査の作業効率を向上させるものでもない。
【００１１】
本発明の目的は、各種の電子機器の回路基板に搭載されて搭載後は外部電源からの導体接続での電力供給によって動作する圧電発振器であって、調整や検査の作業効率を向上させることができる圧電発振器と、そのような圧電発振器の動作方法とを提供することにある。
【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、圧電振動子を用いる発振回路を少なくとも含む電子回路と、圧電振動子と電子回路とを収容する容器と、容器に設けられ電子回路に電気的に接続する電源端子とを備える圧電発振器において、容器内に収容された二次電池と、容器に設けられ非接触給電による電力供給を受ける受電部と、を有し、受電部で受電した電力によって二次電池が充電され、電源端子に外部電源電圧が印加されていないときに二次電池からの電力が電子回路に供給されるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の圧電発振器の動作方法は、圧電振動子と、圧電振動子を用いる発振回路を少なくとも含む電子回路と、二次電池と、圧電振動子と電子回路と二次電池を収容する容器と、容器に設けられ電子回路に電気的に接続する電源端子と、容器に設けられ非接触給電による電力供給を受ける受電部とを備える圧電発振器の動作方法であって、非接触給電により受電部を介して二次電池を充電することと、電源端子に外部電源電圧が印加されない状態で二次電池に充電された電力で電子回路を動作させることと、電子回路が動作している状態で電源端子に外部電源電圧を印加して電子回路を引き続き動作させることと、を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、通常時には電源端子に印加される外部電源電圧によって動作する圧電発振器において、無接触給電による電力供給を受ける受電部と、二次電池とを設け、無接触給電により二次電池を充電できてその充電された電力によって電子回路を動作させることができるように構成している。電源端子を介した電力供給を行わないときでも発振回路等の電子回路を動作させ続けることができ、実際の測定を行う前の通電時間の期間中は電源端子を介した電力供給を行わなくても済むようになる。その結果、測定装置や検査装置などを長時間にわたって占有する必要がなくなり、測定や検査の作業効率が向上する。また、無接触給電を採用しているので、例えば送電部を有する充電用治具に圧電発振器を載置するだけで充電を行うことができ、充電操作自体も極めて効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の一形態の水晶発振器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す水晶発振器の構造の一例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態の水晶発振器の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す水晶発振器の構造の一例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の好ましい実施の形態の圧電発振器について、圧電振動子として水晶振動子を用いる水晶発振器として構成した例を説明する。もちろん、本発明の圧電発振器には、圧電振動子として水晶振動子以外のものを用いるものも含まれる。
【００１７】
図１に示す水晶発振器は、表面実装型の温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）として構成されたものであり、図２は、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）の構造の一例を示す分解斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、水晶発振器１は、二次電池２１を備える電池部１１と、水晶振動子１２と、回路部１３と、非接触給電（無線送電）によって電力が供給される受電部１４と、を備えており、後述するように、電池部１１、水晶振動子１２及び回路部１３は容器１０内に格納され、受電部１４は、容器１０を構成するベースの中に埋め込まれている。二次電池２１としては、例えばリチウムイオン電池などが用いられる。容器１０の外表面には、外部回路との接続のために、少なくとも、電源電圧Ｖｃｃの端子と接地端子ＧＮＤと、発振出力の端子とが設けられている。
【００１９】
電池部１１には、二次電池２１の他に充放電制御回路２２も設けられている。充放電制御回路２２は、二次電池２１の充放電の制御を行うものであるが、特に、受電部１４から供給される電力によって二次電池２１を充電し、二次電池２１に充電されている電力を回路部１３に出力する。
【００２０】
回路部１３には、二次電池２１から供給された電力が電源端子に逆流しないようにするダイオード１５と、水晶振動子１２が接続する発振回路１６と、発振回路１６に対して温度補償信号を出力する温度補償回路１７とが設けられている。発振回路１６は、水晶振動子１２を共振素子として用いるものであって、水晶振動子１２の振動周波数に基づいて発振し、その出力を発振出力の端子に供給する。
【００２１】
この水晶発振器１では、二次電池２１を充電するための電力は、無接触給電により供給される。無接触給電の手法としては、電磁誘導型、電波受信型、共鳴型などの手法が知られている。電磁誘導型の無接触給電であれば、送電コイルと受電コイルとを相互に接触はしないが近接して配置した上で、送電コイルを交流電源によって駆動し、送電コイルからの電磁誘導によって受電コイルに交流電力を発生させ、これによって無接触での電力供給を可能にする。
【００２２】
電磁誘導型の無接触給電を採用するとすると、受電部１４には、受電コイルと、受電コイルで発生した交流電力を直流電力に変換する変換回路などとが設けられることになる。そして、送電コイルを有する送電部２３を備えた給電ユニット２０を用意する。送電部２３には、送電コイルの他に、外部電源からの電力によって交流電力を発生し送電コイルを駆動する駆動回路が設けられる。そして、給電ユニット２０上に水晶発振器１を載置することなどにより、送電部２３から受電部１４への無接触給電が可能になる。送電部２３から受電部１４に無接触給電が行われると、受電部１４から直流電力が出力され、その直流電力により充放電制御回路２２を介して二次電池２１が充電される。
【００２３】
この水晶発振器１では、電源端子に外部から電源電圧Ｖｃｃが供給されているときには、その電源電圧Ｖｃｃが発振回路１６と温度補償回路１７に供給される。電源電圧Ｖｃｃが供給されていない場合であっても、無接触給電によりあらかじめ二次電池２１が充電されていれば、二次電池２１に充電されている電力が発振回路１６と温度補償回路１７に供給されることとなる。
【００２４】
このような水晶発振器では、図２に示すように、カバー３１とベース３２とによって容器１０が構成されている。板状のベース３２の中央部の内部には、受電部１４が埋め込まれている。ベース３２上に電池部１１を配置し、さらにその上に水晶振動子１２と放熱シート３３と回路部１３とをこの順で積層し、これらの全体をカバー３１で覆うことにより、容器１０内に二次電池２１を含む電池部１１と水晶振動子１２と回路部１３とが収容されることになる。回路部１３は、発振回路１６及び温度補償回路１７を少なくとも含むＩＣチップと、ダイオード１５を含む若干の外付け部品とを搭載した小型の内部回路基板として構成されている。ベース３２の下面には、その外周に沿って、この水晶発振器を外部の回路基板に対して表面実装する際に用いられる複数の実装電極３５が設けられている。実装電極３５は、容器１０の外表面に設けられていることになる。これらの実装電極３５には、上述した電源電圧Ｖｃｃの端子、接地端子、制御入力の端子、発振出力の端子などが含まれる。そして、電池部１１や実装電極３５を回路部１３に電気的に接続するために、ベース３２の上面には複数の金属製のピン３４が設けられており、これらのピン３５は回路部１３の基板とも接合している。
【００２５】
図２において充電用治具２５は、図１における給電ユニット２０に該当するものであり、平坦な上面を有し、その上面に送電部２３が埋め込まれているものである。充電用治具２５上に、ベース３２を下にして水晶発振器を載置すると、無接触給電により、電池部１１内の二次電池２１が充電され、発振回路１６及び温度補償回路１７が動作を開始する。二次電池２１が十分に充電されれば、充電用治具２５から水晶発振器を取り外しても、発振回路１６及び温度補償回路１７は動作を継続し、発振回路１６は安定して発振を続ける。その後、所定の時間の経過後に、測定装置あるいは検査装置の治具やプローブを水晶発振器に接続することによって水晶発振器の特性を即座に測定することが可能となる。また、充電終了後は水晶発振器を無給電かつ無接続状態としたまま動作させ続けることができる。これらにより、１個の水晶発振器あたりの充電用治具や測定装置あるいは検査装置の占有時間を短くでき、作業効率を大幅に向上させることができる。
【００２６】
また、水晶発振器の需要家においても、入荷した水晶発振器を回路基板上に搭載する前にその水晶発振器の特性等を測定したい場合がある。そのような場合であっても本実施形態の水晶発振器によれば、測定の作業効率の向上を図ることができる。
【００２７】
図３に示す水晶発振器は、恒温槽付き水晶発振器（ＯＣＸＯ）として構成されたものであり、図４は、図３に示す水晶発振器の構造の一例を示す分解斜視図である。
【００２８】
図３に示した水晶発振器２の回路構成は、図１に示したものと同様のものであるが、水晶振動子として恒温槽型の水晶振動子１８を使用し、さらに、回路部１３において温度補償回路の代わりに温度制御回路１９が設けられている点で、図１に示したものと異なっている。水晶振動子１８は、気密容器内に水晶片ＸとヒータＨと測温素子Ｔｈとを封入したものであり、水晶片Ｘが発振回路１６に接続し、ヒータＨと測温素子Ｔｈとが温度制御回路１９に接続する。温度制御回路１９は、測温素子Ｔｈでの測定値に応じてヒータＨを駆動することにより、水晶片Ｘの温度を一定に維持する制御を行う。
【００２９】
このＯＣＸＯでは、図４に示すように、カバー３１とベース３２とによって容器１０が構成されている。板状のベース３２の中央部の内部には、受電部１４が埋め込まれている。ベース３２上に電池部１１を配置し、さらにその上に水晶振動子１８とアルミニウム製の金具３７と放熱シート３３と回路部１３とをこの順で積層してネジ３６によりベース３２に取り付け、これらの全体をカバー３１で覆うことにより、容器１０内に二次電池２１を有する電池部１１と水晶振動子１８と回路部１３とが収容されることになる。回路部１３は、発振回路１６及び温度制御回路１９を少なくとも含むＩＣチップと、ダイオード１５を含む若干の外付け部品とを搭載した小型の内部回路基板として構成されている。この水晶発振器を外部の回路基板に対して実装する際に用いられる複数の接続ピン３８が、ベース３２の外周に沿って、ベース３２を貫通するように設けられている。これらの接続ピン３８は、上述した電源電圧Ｖｃｃの端子、接地端子、制御入力の端子、発振出力の端子などを含んでおり、回路部１３にも接続している。また接続ピン３８は、電池部１１と回路部１３との電気的接続にも用いられている。
【００３０】
図４において充電用治具２６は、図１における給電ユニット２０に該当するものである。この充電用治具２６は、図２に示した充電用治具２５と同様のものであるが、容器のベース３２から接続ピン３８が突出していることに対応して、複数の穴２７が設けられており、接続ピン３８が穴２７に挿入されるように水晶発振器を載置することにより、送電部２３と受電部１４との間での非接触給電を行えるようになっている。
【００３１】
このＯＣＸＯは、電池部１１内の二次電池２１として例えばリチウムイオン電池などのエネルギー密度の高いものを用いることにより、外部電源からの電力が途絶えているときであっても、ヒータＨを駆動するために十分な電力を二次電池２１から温度制御回路１９に供給することが可能となり、上述した図１及び図２に示したＴＣＸＯの場合と同様の効果を奏するようになる。
【符号の説明】
【００３２】
１，２：水晶発振器、１０：容器、１１：電池部、１２，１８：水晶振動子、１３：回路部、１４：受電部、１５：ダイオード、１６：発振回路、１７：温度補償回路、１９：温度制御回路、２０：給電ユニット、２１：二次電池、２２：充放電制御回路、２３：送電部、２５，２６：充電用治具、２７：穴、３１：カバー、３２：ベース、３３：放熱シート、３４：ピン、３５：実装電極、３６：ネジ、３７：金具、３８：接続ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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