(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子を実装したプリント基板をその周縁部のみに沿って２分割型の中空ケースに挟持し、前記中空ケースと外部筐体との間に非発泡構造のゲル材からなる帯状の複数の防振部材を、互いに離間させ、かつ前記プリント基板の表裏面および前記周縁部の各一辺につき少なくとも２箇所において圧縮状態で接触配置させることにより、前記中空ケースを外部筐体に対して防振支持したことを特徴とする水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信装置などの基準周波数源として使用する水晶発振器に関する。本発明は、特に、ロケット搭載通信機のように高レベルの振動・衝撃や大きな気圧変化にさらされる環境で使用するに適した水晶発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信装置などの基準周波数源として使用される水晶発振器においては、低周波数の機械的振動を受けると水晶発振器の動作が不安定となり、位相雑音特性が悪化する。
そこで、特開平６−２９１５８３号には、シリコーンゲルのようなゲル状物質の粘弾性や粘性抵抗を利用して水晶発振器の水晶振動子を防振することが提案されている。
前記先行技術に記載された或る実施例では、水晶振動子を実装したプリント基板をケースに収納し、このケースと外部筺体との間の空間にゲル状物質がされている。ケースを外部筺体に対して充分に支持するためには、ケースと外部筺体との間の空間にはゲル状物質を１００％充填しなければならない。しかし、このようにケースと外部筺体との間の空間をゲル状物質で１００％充填した場合には、体積圧縮率が１に近いゲル状物質では振動減衰効果が得られない。そこで、前記公報には、発泡構造のゲル状物質を使用することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ロケットに搭載される通信機においては、ロケット打ち上げ時には、通信機の水晶発振器は高レベルの振動・衝撃を受けるだけでなく、大気圧から高真空までの大きな気圧変化にさらされる。
このため、水晶振動子の防振材として発泡構造のゲル状物質を使用した場合には、ゲル状物質の発泡体の独立気泡内に閉じこめられた空気が膨張することにより発泡構造が破壊され、ゲル状物質の防振機能は回復不能に失なわれる。
【０００４】
本発明の目的は、ロケット搭載通信機のように高レベルの振動や急激な気圧変化にさらされる環境で位相雑音特性を悪化させることなく安定に作動する水晶発振器を提供することにある。
本発明の他の目的は、航空宇宙搭載品への使用を可能にするべく小型で簡易な耐振構造を備えた水晶発振器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の水晶発振器においては、水晶振動子を実装したプリント基板をその周縁部のみに沿って２分割型の中空ケースに挟持し、前記中空ケースと外部筐体との間に非発泡構造のゲル材からなる帯状の複数の防振部材を、互いに離間させ、かつ前記プリント基板の表裏面および周縁部の各一辺につき少なくとも２箇所において圧縮状態で配置させてある。
【０００６】
ゲル材からなる防振部材は、周波数により異なる振動伝達特性を有し、フィルタとしての働きを果たす。ゲル材の種類、密度、厚さ、形状により振動の通過域、通過レベルが異なる。この性質を利用し、不本意な低周波数の外的振動のエネルギーを吸収させることができる。
防振部材を構成するゲル材には発泡構造を持たないものを選択したので、ロケット打ち上げ時に大気圧から真空へと急激に圧力が変化した場合でも、発泡型ゲルのように独立気泡が破壊することがなく、耐振特性を維持する。また、周囲の気圧が変動しても弾性係数が変化せず、耐振性能を保持する。
【０００７】
装置外から加わった振動は、ゲル材によって有害な振動周波数領域の振動が減衰された後、中空ケースに伝達される。振動伝達は、２分割型ケースの２つの半体が互いに接合しているプリント基板の周縁部に沿って起こる。水晶振動子を実装したプリント基板はその周縁部に沿って均等な圧力で中空ケースに挟持されているので、中空ケースに伝達された振動は、水晶発振器全体およびプリント基板全体に均等に分散される。従って、プリント基板上の水晶振動子等に振動エネルギが集中することがない。このように、水晶発振器及び各部品に加わる振動エネルギーが低減されるので、発振周波数が安定する。
【０００８】
ゲル材からなる帯状の防振部材は、水晶発振器に伝達される振動エネルギーを低減するために、ゲル材の弾性係数を適切に設定し、且つケースとの接触面積を小さくする。帯状の防振部材は、ケースに適切な圧力がかかり且つ振動エネルギー伝達を最小に押さえられる大きさに加工する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照するに、水晶発振器１０はプリント基板１２を挟持するためのアルミニウム合金製の中空ケース１４を有する。この中空ケース１４は２分割型の上ケース１６と下ケース１８とで構成され、両者はそれらの間にプリント基板１２の周縁部を挟持した状態で例えば４本のネジ２０によって強固に締結される。
中空ケース１４は、周縁部及びネジ止め部分でのみプリント基板１２と接触している。中空ケース１４はプリント基板１２との接触部分から熱を伝導すると共に、プリント基板１２のグランドに接続されている。
以下では、プリント基板１２と中空ケース１４との組立体を発振モジュール２２とも呼ぶ。
【００１０】
プリント基板１２には、水晶振動子２４や、電圧制御型発振器（ＶＣＯ）２６や、ループ制御ＩＣ等が実装してあり、フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）型発振回路を形成している。
下ケース１８の側壁には穴２８が設けてあり、後述する耐振処理後に電源ラインや信号出力の配線を可能にするようになっている。
【００１１】
図２を参照するに、中空ケース１４にプリント基板１２を挟持して得た発振モジュール２２は、ロケット搭載通信機の筺体を兼ねた外部筺体３０内に配置される。
図２（Ｂ）に示したように、発振モジュール２２の前後左右の側壁と外部筺体３０の側壁との間には、非発泡構造のシリコーンゲルからなる帯状防振部材３２が配置される。同様に、発振モジュール２２の頂壁および底壁と外部筺体３０との間にも、図２（Ａ）に示したように帯状防振部材３２が配置される。
【００１２】
これらの防振部材３２は、発振モジュール２２と外部筺体３０および上蓋３４との間で、適度な圧力で圧縮状態に保持されている。
しかし、これらの防振部材３２は、互いに接触しないように互いに離間して配置されており、側方振動運動の自由度を有する。
防振部材３２のサイズおよび厚さ、並びに使用するシリコーンゲル材の特性は、発振モジュ−ル２２の形状や質量に応じて選択する。
【００１３】
【実施例】
図１および図２に示した本発明の水晶発振器を試作し、振動試験をした。比較のため、この試作機からシリコーンゲルの防振部材３２を取り外し、シリコーンゲルに代えてシリコンスポンジを用いて発振モジュ−ル２２を支持して同じ条件で試験した。
振動試験では、水晶発振器を実装した送信機をボルトで振動試験台上に固定し、ロケットの打ち上げ時の振動を模擬した周波数およびレベルの振動を装置に加えた。加えた振動周波数を次表に示す。次表において、左欄は振動周波数を表し、右欄は振動エネルギ又はその増加率を表す。
【００１４】
20〜40Hz      +8.7  （dB/oct)
40〜55.9Hz    0.6  G２/Hz
55.9〜63Hz    +13.8  （dB/oct)
63〜130Hz    1.04  G２2/Hz
130〜154.6Hz    -12  （dB/oct)
154.6〜370Hz    0.52  G２2/Hz
370〜400Hz      -10  （dB/oct)
400〜700Hz      0.4  G２2/Hz
700〜861.8Hz    -10  （dB/oct)
861.8〜2000Hz    0.2  G２2/Hz
（振動エネルギの実効値＝25.08Grms）
【００１５】
図３および図４のグラフに試験結果を示す。これらのグラフは、上表のランダム加振レベルを基準（０ｄＢ）としたときの、送信波に発生する残留位相変調（ＰＭ）を示す。残留ＰＭは、搬送波に対し外的要因によって不要なＰＭ変調が発生したことを示すもので、残留ＰＭが増加すると、送受信状態が悪化し、受信のロック状態不良や、復調データの誤り率増加が発生する。
図３のグラフは本発明の水晶発振器における残留ＰＭを示し、図４のグラフはシリコンスポンジを用いた比較例における残留ＰＭを示す。
【００１６】
図３のグラフから分かるように、本発明の水晶発振器では、上表のレベルの振動で残留ＰＭが10deg弱に抑制されており、位相雑音低減の効果が現れている。これに対して、図４のグラフから分かるように、シリコンスポンジを用いて耐振処置をした場合には、上表のレベルより約−７ｄＢ低い振動で10degに達している。
結論として、本発明によれば、シリコンスポンジを用いた類似の耐振構造に較べ７ｄＢ（５倍）の耐振効果が得られた。
【００１７】
以上には本発明の特定の応用例を記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の種々の用途に適用することができる。例えば、本発明の発振器は、航空宇宙関連だけでなく、深海探査・観測機器や、
ヒマラヤ等の高山の気象観測設備や、エンジン等の動作状況監視のためにエンジンの近傍に設置されるテレメータ送信機や、火山火口の監視映像送信機や、オフロード車搭載用無線機のような振動・圧力変化の激しい使用環境に使用することができる。また、使用対象は通信機器以外でもよい。
防振部材を構成するゲル材には、シリコーン系ゲル材以外でも、非発泡性で適度の剛性がある材料であれば使用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、中空ケースと外部筺体との間には帯状の防振部材を互いに離間して圧縮状態で配置するので、内部に独立気泡のない発泡構造を持たないゲル材を使用することができる。従って、真空雰囲気に置かれてもゲル材の組織が破壊することがなく、ロケット打ち上げ時に急激に圧力が低下した場合でも耐振効果が維持されるので、本発明の水晶発振器は位相雑音特性を悪化させることなく安定に作動することができる。
【００１９】
本発明の他の効果は、水晶振動子を実装したプリント基板の周縁部を中空ケースに挟持したので、装置に高レベルの振動が加わったときにも発振モジュール全体に均等に振動エネルギーが分散されるということである。その結果、発振周波数が安定する。
【００２０】
本発明の更に他の効果は、外部筺体と中空ケースの間にゲル材からなる帯状を圧縮状態で配置するだけで良いので、航空宇宙搭載品への使用を可能にするべく全体を極めて小型かつコンパクトにすることができ、しかも容易に製作することができるということである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発振器の発振モジュールの分解斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は本発明の発振器を備えた通信機の一部の断面図、図２（Ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の発振器の試作機の振動試験における残留残留ＰＭを示すグラフである。
【図４】図３のグラフと同様のグラフで、比較例の残留ＰＭを示し、−６ｄＢよりも左の領域では測定出力が測定可能範囲を超えたため測定を中断してある。
【符号の説明】
１０：  水晶発振器
１２：  プリント基板
１４：  中空ケース
１６、１８：  中空ケースの半体
２４：  水晶振動子
３０：  外部筺体
３２：  ゲル材の防振部材
【図１】
0004282125.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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