圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法
【課題】槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法を提供する。
【解決手段】圧電振動子１と発振回路１８ａとを含む発振部１８と、圧電振動子１を温めるヒータ部２と、ヒータ部２の温度制御をする温度制御部５とを備えており、感温センサ３で圧電振動子１の温度を測定し、温度制御部５により、測定した圧電振動子１の温度に基づいて、ヒータ部２の発熱量を制御するとともに、圧電発振器１０の周囲の温度が変化したときには、ヒータ部２の消費電力の変化（好ましくは、ヒータ部２の電圧の変化またはヒータ部２の電流の変化）に基づいて、圧電発振器１０の周囲の温度の変化を測定する。
【解決手段】圧電振動子１と発振回路１８ａとを含む発振部１８と、圧電振動子１を温めるヒータ部２と、ヒータ部２の温度制御をする温度制御部５とを備えており、感温センサ３で圧電振動子１の温度を測定し、温度制御部５により、測定した圧電振動子１の温度に基づいて、ヒータ部２の発熱量を制御するとともに、圧電発振器１０の周囲の温度が変化したときには、ヒータ部２の消費電力の変化（好ましくは、ヒータ部２の電圧の変化またはヒータ部２の電流の変化）に基づいて、圧電発振器１０の周囲の温度の変化を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型の圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、温度変化が激しい環境で圧電発振器を使用する場合、温度特性を補償して安定した周波数で圧電発振器を発振させることは大変困難である。
【０００３】
そこで、圧電発振器の一部分を構成する圧電振動子を恒温槽内に配置することによって、圧電発振器が安定した周波数で発振するよう構成されたものがある。このような圧電発振器の従来例として、後述の特許文献１である特許第３２７２６３３号公報に開示されている恒温槽型圧電発振器がある。
【０００４】
図１１は従来の圧電発振器の一例を示すブロック図である。
【０００５】
同図に示す圧電発振器は、圧電振動子１０１と発熱体１０２と槽内感温センサ１０３とが恒温槽１０４内に配置された、いわゆる恒温槽型圧電発振器と呼ばれるものである。
【０００６】
この圧電発振器は、圧電振動子１０１の温度を槽内感温センサ１０３で測定するよう構成されている。槽内感温センサ１０３で測定した温度を示す信号は、発熱体１０２と槽内感温センサ１０３との間に接続された温度制御部１０５により発熱体１０２を制御する電流信号に置き換えられ、当該電流信号により発熱体１０２の駆動電流を調整する。これにより、発熱体１０２の発熱量が変化し、圧電振動子１０１の温度が予め設定された値に調整され、圧電発振器が安定した周波数で発振する。
【０００７】
また、従来の圧電発振器の他の例として図１２に示す圧電発振器がある。
【０００８】
図１２は従来の圧電発振器の他の例を示すブロック図である。
【０００９】
同図に示す圧電発振器は、圧電振動子２０１が、図１１に示す圧電発振器と同様に、発熱体２０２と槽内感温センサ２０３とともに恒温槽２０４内に配置されており、圧電振動子２０１の温度は、槽内感温センサ２０３で測定するよう構成されており、いわゆる恒温槽型圧電発振器と呼ばれるものである。
【００１０】
さらに、圧電発振器２０１は、恒温槽２０４外部に、発熱体２０２の駆動電流を制御する温度制御部２０５と、恒温槽２０４外部の温度を測定する槽外感温センサ２０６と、槽外感温センサ２０６で測定した温度に従って圧電振動子２０１に印加される電圧を制御する制御電圧発生回路２０７とを備えている。
【００１１】
また、温度制御部２０５において、槽外感温センサ２０６で測定した温度と槽内感温センサ２０３で測定した温度との差を示す信号が発熱体２０２を制御する電流信号に置き換えられる。そして、この電流信号により発熱体２０２の駆動電流を調整する。これにより、発熱体２０２の発熱量が変化し、圧電発振器の温度が予め設定された値に調整され、圧電発振器が安定した周波数で発振する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】
【００１３】
しかしながら、図１１に示す圧電発振器では、槽内感温センサ１０３で圧電振動子１０１の温度を管理しているので、恒温槽１０４外部の温度変化に影響されないように、恒温槽１０４外部の温度に対して恒温槽１０４内部の温度が高い目に設定されていた。その結果、恒温槽１０４内部の温度を一定に保つには非常に大きな電流が必要であり、図１１に示す圧電発振器には、圧電発振器自体で消費される電力を少なく抑えることが難しいといった問題があった。
【００１４】
一方、図１２に示す圧電発振器では、例えば熱を放出する素子（不図示）と隣接した状態で圧電発振器を使用するときに、槽外感温センサ２０６がこの熱を放出する素子の近くに配置されていると、前記素子が放出した熱の影響を受けて槽外感温センサ２０６が温度を正しく測定できなくなってしまう。その結果、図１２に示す圧電発振器には、圧電振動子２０１に印加する電圧を制御電圧発生回路２０７により適切な値に制御することができなくなり、圧電発振器が安定した周波数で発振できなくなるといった問題があった。
【００１５】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、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、前記圧電振動子を温めるヒータ部と、当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、前記ヒータ部の消費電力の変化（好ましくは、ヒータ部の電圧の変化またはヒータ部の電流の変化）に基づいて、当該圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することを特徴とする。
【００１７】
これにより、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる。
【００１８】
また、前記構成において、例えば、前記圧電振動子として水晶振動子を備えており、前記ヒータ部として膜抵抗体またはチップ抵抗体を備えていることが、圧電発振器を小型化することができるため好ましい。
【００１９】
また、前記構成において、前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路をさらに備えていてもよい。
【００２０】
この場合には、圧電振動子の出力が圧電発振器の周囲の温度の変化に影響されないため、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。さらに、周波数制御にバリキャップダイオードを用いた場合、電圧を入力信号として使用することができるため、ヒータ部の消費電力を端子電圧で検出することができ、回路構成をより簡略化できる。
【００２１】
また、前記構成において、恒温槽をさらに備えており、当該恒温槽内部に前記圧電振動子及び前記ヒータ部を配したものであってもよい。
【００２２】
この場合には、圧電振動子の温度をより一定に保つことができるので、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。
【００２３】
前記構成において、前記圧電振動子の温度を測定する感温センサをさらに備えており、前記恒温槽内部に前記感温センサを配しており、前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御するものであってもよい。
【００２４】
この場合には、圧電振動子の温度をより一定に保つことができるので、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。
【００２５】
本発明の圧電発振器の周囲温度測定方法は、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、前記圧電振動子を温めるヒータ部と当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、前記圧電振動子の温度を前記感温センサで測定する手順と、前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御する手順と、前記ヒータ部の消費電力の変化に基づいて、前記圧電発振器の周囲の温度の変化を測定する手順とを含むことを特徴とする。
【００２６】
これにより、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる。
【００２７】
また、前記構成において、前記圧電発振器が、前記圧電発振器の周囲の温度の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をさらに備えており、前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記周波数制御回路により前記圧電振動子の周波数を制御する手順をさらに含むものでもよい。
【００２８】
この場合には、圧電振動子の出力が圧電発振器の周囲の温度の変化に影響されないため、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は上記のように構成したので、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の圧電発振器の一実施形態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】図１に示す圧電発振器の構成の一例を示す断面図である。
【図４】図１に示す圧電発振器の電気的構成例１を示す回路図である。
【図５】ヒータ部の電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図６】図４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７】図１に示す圧電発振器の電気的構成例２を示す回路図である。
【図８】図１に示す圧電発振器の電気的構成例３を示す回路図である。
【図９】図１に示す圧電発振器の電気的構成例４を示す回路図である。
【図１０】ヒータ部の電流と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の圧電発振器の一例を示すブロック図である。
【図１２】従来の圧電発振器の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法の実施形態について説明する。
【００３２】
まず初めに、本発明の圧電発振器の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
図１は、本発明の圧電発振器の一実施形態を示すブロック図である。
【００３４】
圧電発振器１０は、恒温槽４を備えた、いわゆる恒温槽型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１０では、恒温槽４の内部に、圧電振動子１とヒータ部２と感温センサ３と発振回路１８ａとが配置されている。なお、発振回路１８ａは、恒温槽４内部に配置（図１参照）されていても、恒温槽４外部に配置（不図示）されていてもよいが、圧電振動子１との温度差が少なくなるように恒温槽４内部に配置されていることがより好ましい。
【００３５】
圧電振動子１としては、例えば水晶振動子が用いられる。この圧電振動子１は、発振回路１８ａにより印加した電圧によって振動する。感温センサ３は、圧電振動子１付近に配置されており、圧電振動子１付近の温度を測定することにより圧電振動子１の温度を測定する。ヒータ部２は、感温センサ３による温度の測定結果に応じて、熱を放出して圧電振動子１を温める。恒温槽４は、圧電振動子１をより一定の温度に保つために設けられている。
【００３６】
さらに、本実施形態の圧電発振器１０は、感温センサ３とヒータ部２との間に接続された温度制御部５と、恒温槽４外部に配置された周波数制御回路６とを備えている。
【００３７】
温度制御部５は、感温センサ３での測定結果に基づいてヒータ部２の動作を制御する。また、周波数制御回路６は、ヒータ部２の消費電力の変化に基づき後述する周囲温度の変化を測定し、この測定結果に基づいて圧電振動子１に印加する電圧を制御して、圧電振動子１の周波数を制御する。
【００３８】
なお、本実施形態においては、圧電振動子１と発振回路１８ａと周波数制御回路６とを発振部１８とし、また、図１中に二点鎖線で概略的に示す圧電発振器１０の周囲（即ち、製品本体の周囲）の温度を「周囲温度」とする。この周囲温度は、例えば、熱を放出する素子（またはペルチェ素子のような冷却用の素子）と隣接した状態で圧電発振器１０を使用した場合に、当該素子の温度変化に影響され変化する。
【００３９】
ここで、ヒータ部２の消費電力と周囲温度との関係について図２を参照しつつ説明する。図２は、ヒータ部２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。但し、感温センサ３で測定する圧電振動子１の温度はほぼ一定に制御されている。
【００４０】
図２中にＬ１で示すように、約−４０度〜約８０度の範囲において周囲温度が上昇するとヒータ部２の消費電力は低くなっており、ヒータ部２の消費電力は周囲温度に対して一次関数になっている。即ち、ヒータ部２の消費電力は、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和に従って変化する。
【００４１】
次いで、本発明の圧電発振器の周囲温度測定方法の一実施形態について図１を参照しつつ説明する。
【００４２】
周囲温度が変化していない状態では、まず、圧電振動子１付近の温度を感温センサ３で測定する。続いて、温度制御部５において、感温センサ３により測定した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ヒータ部２の発熱量を制御する。このような制御により、圧電振動子１の温度は一定の温度になり、圧電振動子１は、発振回路１８ａ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。
【００４３】
また、周囲温度が変化したときには、温度制御部５による制御を実施しているにもかかわらず、図２に示すようにヒータ部２の消費電力が変化してしまう。例えば、周囲温度が高くなるとヒータ部２の消費電力が下がり発熱量が小さくなり、周囲温度が低くなるとヒータ部２の消費電力が上がり発熱量が大きくなる。
【００４４】
本実施形態においては、周波数制御回路６により、このようなヒータ部２の消費電力の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定する。さらに、周波数制御回路６により、周囲温度の変化を測定した結果に基づいて、圧電振動子１の周波数を制御する。例えば、周波数制御回路６では、ヒータ部２の消費電力の変化により圧電振動子１の周波数が低くなっている場合には周波数が高くなるように調整を行う。また、ヒータ部２の消費電力の変化により圧電振動子１の周波数が高くなっている場合には周波数が低くなるように調整を行う。なお、調整を行うための手段の具体例については、後に図４、図７〜図９を参照しつつ詳細に説明する。
【００４５】
本実施形態の圧電発振器１０では、ヒータ部２の消費電力の変化に基づいて周囲温度の変化を測定している。そのため、図１２に示す従来の圧電発振器で用いられていた槽外感温センサ２０６を省略することができる。その結果、圧電発振器１０を小型化することや低コストで製造することもできる。
【００４６】
また、前述したように、図１２に示す従来の圧電発振器では、槽外感温センサ２０６の配置場所によっては温度を正しく測定できない場合があった。しかしながら、本実施形態の圧電発振器１０では、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の消費電力の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定している。そのため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態の圧電発振器１０では、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６により圧電振動子１の周波数を制御している。その結果、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器１０を安定した周波数で発振させることができる。
【００４８】
［圧電発振器の構成例］
次いで、図１に示す圧電発振器の構成の一例について図３を参照しつつ説明する。図３は、図１に示す構成の一例を示す断面図である。なお、図３では、水晶振動子を圧電振動子として用いた水晶発振器を一例とし、この水晶発振器に本発明を適用した場合の構成例を示す。また、図１及び図３において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００４９】
前記水晶発振器は、図３に示すように、金属材料の本体ベース１１ａ及び本体蓋１１ｂから構成された本体筐体１１内に、互いに対向した状態で配置された２枚の基板（例えばメイン基板１２及び発振回路（ＯＳＣ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ））基板１３）が配置された構成となっている。なお、本明細書では、メイン基板１２及び発振回路基板１３の表面のうち、互いに対向する面を一主面１２ａ，１３ａとし、これら一主面１２ａ，１３ａそれぞれに対となる面を他主面１２ｂ，１３ｂとする。また、本明細書では、メイン基板１２と発振回路基板１３とで挟まれた領域を恒温槽４内部とする。
【００５０】
図３に示す水晶発振器は、圧電振動子として水晶振動子１４を備えている。この水晶振動子１４は、恒温槽４内部に配置されたアルミブロック１５内に装填されている。アルミブロック１５は、水晶振動子１４の表面を覆っており、ヒータ部２から放出された熱を水晶振動子１４全体に伝導して、水晶振動子１４の温度を一定の温度（例えば、約８０度）に保つために設けられている。また、アルミブロック１５は、接合部１６によって、メイン基板１２の一主面１２ａと発振回路基板１３の一主面１３ａとに接合されている。即ち、水晶発振器は、発振回路基板１３上に、接合部１６、アルミブロック１５、接合部１６及びメイン基板１２が順に積層された構造となっている。なお、図示していないが、メイン基板１２と発振回路基板１３との配置を互いに入れ換えてもよい。また、接合部１６は、例えば、メイン基板１２と発振回路基板１３との間に熱伝導性樹脂を充填し硬化させることにより形成されており、この熱伝導性樹脂としては、熱伝導性の高いシリコーン系樹脂または熱伝導性の高いエポキシ系樹脂を用いることができる。
【００５１】
さらに、水晶振動子１４は、詳細に図示していないが、振動子ベースに水晶振動片が配されており、この水晶振動片が振動子ベースと振動子蓋とによって気密封止された構成となっている。また、水晶振動片には、励振電極と、この励振電極から引き出された引出電極とが形成されており、この引出電極は、図３に示す少なくとも一対のリード端子１７に接続されている。なお、水晶振動子１４は、リード端子１７を一対のみ備えていてもよく、複数対備えていてもよい。このように構成された水晶振動子１４は、図示しないが例えば発振回路基板１３の一主面１３ａに設けられた発振回路１８ａ（図１参照）、及び発振回路基板１３の他主面１３ｂに設けられた周波数制御回路６にリード端子１７により電気的に接続されている。
【００５２】
図３に示すように、メイン基板１２の一主面１２ａには、ヒータ部２が配置されている。また、メイン基板１２の他主面１２ｂには、アルミブロック１５の温度制御を行う温度制御部５が配置されている。
【００５３】
なお、温度制御部５の一部を構成しているトランジスタ２ｂは、抵抗２ａと同様に熱を放出するためヒータ部２としても用いられており、ヒータ部２の一部も構成している。
【００５４】
また、アルミブロック１５には貫通孔１５ａが形成されており、この貫通孔１５ａ内部には感温センサ３が配置されている。これら感温センサ３と貫通孔１５ａとの間の隙間には接合部１６が配置されている。なお、感温センサ３は、例えばサーミスタからなり、水晶振動子１４の近くに配置されており、温度制御部５を介してヒータ部２に接続されている。
【００５５】
ヒータ部２は抵抗２ａとトランジスタ２ｂとから構成されている。例えば、抵抗２ａは、圧膜印刷抵抗等の膜抵抗体であってもよく、また、チップ抵抗体であってもよく、この場合には水晶発振器をより小型化することができる。また、トランジスタ２ｂは、安全性を配慮して定格値が充分に高いものを使用することが好ましく、例えば、パワートランジスタである。
【００５６】
また、メイン基板１２の一主面１２ａには、配線パターン（図示せず）が印刷形成されており、ヒータ部２は、トランジスタ２ｂのリード端子（図示せず）を介してメイン基板１２の配線パターンに電気的に接続されている。
【００５７】
［圧電発振器の電気的構成例１］
次に、図１に示す圧電発振器の電気的構成例１について図４を参照しつつ説明する。図４は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例１を示す回路図である。なお、図１、図３及び図４において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００５８】
図４に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ａにより、抵抗２ａとトランジスタ２ｂとから構成されたヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って、圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００５９】
図４に示すように、周波数制御回路６ａは発振回路１８ａ及び圧電振動子４２とともに発振部１８を構成している。さらに、周波数制御回路６ａは、抵抗４１，４４，４５とバリキャップダイオード４３とから構成されており、温度制御部５は、集積回路素子で構成されたオペアンプ４７と、抵抗４８，４９，５０，５１と、ヒータ部２の一部を構成するトランジスタ２ｂとから構成されている。
【００６０】
図４に示す圧電発振器の電気的構成をより詳細に説明すると、直列に接続された抵抗２ａの一端子とトランジスタ２ｂのコレクタ端子との接続点ａが、抵抗４１を介して、直列に接続された圧電振動子４２の一端子とバリキャップダイオード４３のカソード端子との接続点ｂに接続されている。
【００６１】
なお、抵抗２ａの他端子は電源電圧（Ｖｃｃ）に接続されており、トランジスタ２ｂのエミッタ端子は接地（ＧＮＤ）されている。また、抵抗４１と接続点ｂとの間の接続点ｄには抵抗４５の一端子が接続されており、抵抗４５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４３のアノード端子には抵抗４４の一端子が接続されており、この抵抗４４の他端子は接地されている。
【００６２】
また、発振回路１８ａの一端子には、圧電振動子４２の他端子が接続されており、発振回路１８ａの他の端子には、コンデンサ４６を介して、バリキャップダイオード４３のアノード端子と抵抗４４との接続点ｃが接続されており、発振回路１８ａのさらに他の端子には、レギュレータ５２を介して電源電圧が接続されている。
【００６３】
感温センサ３の一端子はオペアンプ４７の非反転入力端子に接続されている。さらに、感温センサ３とオペアンプ４７との接続点ｅには抵抗４８の一端子が接続されており、抵抗４８の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されている。
【００６４】
また、直列に接続された抵抗４９，５０の接続点ｆはオペアンプ４７の反転入力端子に接続されている。この抵抗４９の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されており、抵抗５０の他端子は接地されている。さらに、オペアンプ４７の出力端子は抵抗５１を介してトランジスタ２ｂのベースに接続されている。
【００６５】
さらに、感温センサ３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４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。
【００６６】
ここで、ヒータ部２の電圧と周囲温度との関係について図５を参照しつつ説明する。図５は、ヒータ部２の電圧と周囲温度との関係を示すグラフであり、縦軸はヒータ部２の電圧であるヒータ端子電圧Ｖｃ（Ｖ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。但し、感温センサ３で測定する圧電振動子４２の温度はほぼ一定に制御されている。
【００６７】
図５中にＬ２で示すように、約−４０度〜約８０度の範囲において周囲温度が上昇するとヒータ端子電圧は高くなっており、ヒータ端子電圧は周囲温度に対して一次関数になっている。即ち、ヒータ部２の電圧は、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和に従って変化する。これにより、図４に示す圧電発振器によれば、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定することができる。
【００６８】
次いで、図４に示す圧電発振器を用いた圧電発振器の周囲温度測定方法の一例について図４を参照しつつ説明する。
【００６９】
図４に示す圧電発振器を用いて圧電発振器の周囲温度測定方法を実施した場合、周囲温度が変化していない状態では、感温センサ３の抵抗値が圧電振動子４２付近の温度に従って変化する。
【００７０】
例えば、圧電振動子４２付近の温度が低くなると感温センサ３の抵抗値が大きくなり、感温センサ３の端子間電圧が大きくなり、オペアンプ４７の出力電圧が大きくなる。これにより、オペアンプ４７の出力電流が増大し、トランジスタ２ｂのコレクタ電流が増大して抵抗２ａを流れる電流が増え、抵抗２ａの発熱量が大きくなる。そのため、圧電振動子４２付近の温度が低くなると、抵抗２ａの発熱量が大きくなって圧電振動子４２をより急速に温めることができる。
【００７１】
また、例えば、圧電振動子４２付近の温度が高くなると感温センサ３の抵抗値が小さくなり、感温センサ３の端子間電圧が小さくなり、オペアンプ４７の出力電圧が小さくなる。これにより、オペアンプ４７の出力電流が減少し、トランジスタ２ｂのコレクタ電流が減少して抵抗２ａを流れる電流が減り、抵抗２ａの発熱量が小さくなる。これにより、圧電振動子４２付近の温度が高くなると抵抗２ａの発熱量が小さくなって圧電振動子４２をより緩やかに温めることができる。
【００７２】
感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２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４２の温度は一定の温度になり、圧電振動子４２は、発振回路１８ａ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。
【００７３】
さらに、図４に示す圧電発振器では、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御するとともに、周囲温度が変化した場合には、周波数制御回路６ａにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、この測定結果に基づいて圧電振動子４２の周波数を制御する。
【００７４】
ここで、周波数制御回路６ａによる圧電振動子４２の周波数の制御について詳細な説明を行う前に、図４に示す圧電発振器の温度特性の一例について図６を参照しつつ説明する。図６は、図４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り、縦軸は周波数偏差（ｐｐｂ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。なお、図６には、図４に示す圧電発振器の温度特性Ｌ３とともに、図４中の抵抗４１を開（ｏｐｅｎ）状態にした場合（即ち、周波数制御回路６ａによる制御を行わない場合）の温度特性Ｌ１００も示す。
【００７５】
なお、図６には基準温度を２５℃とした時の周波数温度特性を示す。そのため、図４に示す圧電発振器では、基準温度に対して設定された所定の温度範囲において、周波数温度特性の変動が最小となるように抵抗４１、４５の値が選択されている。
【００７６】
抵抗４１をｏｐｅｎ状態にして周波数制御回路６ａによる制御を行わない場合、図４に示す圧電発振器は、図６中にＬ１００で示すように、約−２０度〜約６５度の範囲において周囲温度が高くなるにつれて、周波数偏差が小さくなっており、周囲温度が約２５℃のときに周波数偏差が「０」となっている。
【００７７】
図４に示す圧電発振器では、図５に示すように、例えば、周囲温度が高くなるとヒータ部２の電圧が高くなり、周囲温度が低くなるとヒータ部２の電圧が低くなる。周波数制御回路６ａは、このようなヒータ部２（接続点ａ）の電圧の変化を用いて、周囲温度の変化を測定している。さらに、周波数制御回路６ａでは、測定した周囲温度の変化に従って圧電振動子４２の周波数を制御するために、ヒータ部２（接続点ａ）の電圧を制御してバリキャップダイオード４３の容量を調整している。
【００７８】
例えば、周囲温度が高くなると、図５に示すように、ヒータ部２の電圧が高くなる。これにより、接続点ｂの電圧が高くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が大きくなり、バリキャップダイオード４３の容量が小さくなるため圧電振動子４２の周波数が高くなる。また、例えば、周囲温度が低くなると、図５に示すように、ヒータ部２の電圧が低くなる。これにより、接続点ｂの電圧が低くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が小さくなり、バリキャップダイオード４３の容量が大きくなるため圧電振動子４２の周波数が低くなる。
【００７９】
図４に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ａにおいてこの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４３の容量を調整し、圧電振動子４２の周波数を制御して、圧電発振器の周波数温度特性を調整している。そのため、図６中にＬ３で示すように、抵抗４１をｏｐｅｎ状態にした場合と比較して、周波数偏差を略一定にすることができる。つまり、図４に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が高くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが左回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することができる。
【００８０】
従って、図４に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、槽外感温センサ２０６（図１２参照）を省略することができる。その結果、圧電発振器を小型化することや低コストで製造することもできる。
【００８１】
また、図４に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定しているため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【００８２】
さらに、図４に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６ａにより圧電振動子４２の周波数を制御しているため、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器を安定した周波数で発振させることができる。
【００８３】
［圧電発振器の電気的構成例２］
次に、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成の例２について図７を参照しつつ説明する。図７は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例２を示す回路図である。なお、図１、図３、図４及び図７において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００８４】
図７に示す圧電発振器の温度特性は、図示しないが、傾きが図６に示すものと反転している（即ち、周囲温度が高くなるにつれて周波数偏差が大きくなっている）ものとする。
【００８５】
図７に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｂにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００８６】
図７に示す圧電発振器は、図４に示す圧電発振器と比較して、周波数制御回路６ｂの構成が異なっており、他の構成については同様である。
【００８７】
周波数制御回路６ｂは、図７に示すように、抵抗７１，７２，４４とバリキャップダイオード４３とから構成されている。さらに詳しくは、図７に示す圧電発振器では、図４に示す抵抗４１及び抵抗４５は削除されており、接続点ａと接続点ｃ（バリキャップダイオード４３のアノード端子）との間に抵抗７１が接続されており、接続点ｂに抵抗７２の一端子が接続されている。さらに、この抵抗７２の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されている。
【００８８】
なお、図７に示す圧電発振器では、基準温度に対して設定された所定の温度範囲において、周波数温度特性の変動が最小となるように抵抗７１，４４の値が選択されている。
【００８９】
次いで、図７に示す圧電発振器を用いた圧電発振器の周囲温度測定方法の一例について図７を参照しつつ説明する。
【００９０】
周囲温度が変化していない状態では、図４に示す圧電発振器と同様の手順で、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御しており、詳細な説明を省略する。
【００９１】
図７に示す圧電発振器では、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御するとともに、周囲温度が変化した場合には、周波数制御回路６ｂにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、この測定結果に従って、圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００９２】
例えば、周囲温度が高くなるとヒータ部２の電圧が高くなることにより（図５参照）、接続点ｃの電圧が高くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が小さくなる。そのため、周囲温度が高くなるとバリキャップダイオード４３の容量が大きくなる。また、例えば、周囲温度が低くなるとヒータ部２の電圧が低くなることにより（図５参照）、接続点ｃの電圧が低くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が大きくなり、バリキャップダイオード４３の容量が小さくなる。
【００９３】
図７に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｂにおいてこの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４３の容量を調整し、圧電振動子４２の周波数を制御して、圧電発振器の周波数温度特性を調整している。そのため、周波数偏差を略一定にすることができる。つまり、図７に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が低くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが右回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することができる。
【００９４】
従って、図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、槽外感温センサ２０６（図１２参照）を省略することができる。その結果、圧電発振器を小型化することや低コストで製造することもできる。
【００９５】
また、図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定しているため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【００９６】
さらに、図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６ｂにより圧電振動子４２の周波数を制御しているため、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器を安定した周波数で発振させることができる。
【００９７】
［圧電発振器の電気的構成例３］
次に、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成の例３について図８を参照しつつ説明する。図８は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例３を示す回路図である。なお、図１、図３、図４、図７及び図８において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００９８】
図８に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｃにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００９９】
図８に示す圧電発振器は、図４及び図７に示す圧電発振器と比較して、周波数制御回路６ｃの構成が異なっており、他の構成については同様である。
【０１００】
図８に示す圧電発振器では、製造時に、前述の周波数制御回路６ａと周波数制御回路６ｂとが周波数制御回路６ｃ内に設けられている。そして、使用時に、圧電発振器の温度特性（温度特性の傾き）に合わせて、周波数制御回路６ａの部分及び周波数制御回路６ｂの部分のうちのいずれか一方の部分をｏｐｅｎ状態にすることによって、他の一方の部分の回路を採用している。
【０１０１】
周波数制御回路６ｃは、図８に示すように、抵抗４１の一端子と抵抗７１の一端子とが接続点ａに並列に接続されている。この抵抗４１の他端子は、図４に示す圧電発振器と同様に、接続点ｂに接続されており、抵抗７１の他端子は、図７に示す圧電発振器と同様に、接続点ｃに接続されている。さらに、抵抗４１の他端子と接続点ｂとの間の接続点ｄには、抵抗４５の一端子と抵抗７２の一端子とが接続されている。この抵抗４５の他端子は接地されており、抵抗７２の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されている。
【０１０２】
図８に示す圧電発振器は、このような構成となっているので、例えば、抵抗７１及び抵抗７２をｏｐｅｎ状態にすることによって図４に示す圧電発振器を得ることができ、図４に示す圧電発振器を用いた場合と同様の手順で、圧電発振器の周囲温度測定方法を実施することができる。また、例えば、抵抗４１及び抵抗４５をｏｐｅｎ状態にすることによって図７に示す圧電発振器を得ることができ、図７に示す圧電発振器を用いた場合と同様の手順で、圧電発振器の周囲温度測定方法を実施することができる。つまり、図８に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が高くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが左回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することもでき、温度が高くなるほど周波数が低くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが右回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することもできる。
【０１０３】
従って、図８に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、図４及び図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法と同様の効果が得られるとともに、使用時に周波数制御回路６ｃの構成を選択することができる。その結果、周波数温度特性が異なる種々の圧電発振器において汎用することができる。
【０１０４】
［圧電発振器の電気的構成例４］
次に、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成の例４について図９を参照しつつ説明する。図９は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例４を示す回路図である。なお、図１、図３、図４、図７、図８及び図９において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【０１０５】
図９に示す圧電発振器では、周囲温度の変化を測定する際に、ヒータ部２の消費電力の変化としてヒータ部２の電流の変化を用いている。
【０１０６】
図９に示す圧電発振器の周波数温度特性は、図４に示す圧電発振器の周波数温度特性と同じ（図６参照）であるものとする。
【０１０７】
図９に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｄにより、ヒータ部２の電流の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って圧電振動子４２の周波数を制御している。
【０１０８】
図９に示す圧電発振器は、図４に示す圧電発振器と比較して、周波数制御回路６ｄの構成が異なっており、他の構成については同様である。
【０１０９】
周波数制御回路６ｄは、抵抗９１，９２，９３，４４とバリキャップダイオード４３とから構成されている。さらに詳しくは、図９に示す圧電発振器では、図４に示す抵抗４１及び抵抗４５は削除されており、トランジスタ２ｂのエミッタ端子に抵抗９１の一端子が接続されており、トランジスタ２ｂと抵抗９１との接続点ｇが、抵抗９２を介して、直列に接続された圧電振動子４２の一端子とバリキャップダイオード４３のカソード端子との接続点ｂに接続されている。なお、抵抗９２と接続点ｂとの間の接続点ｈには抵抗９３の一端子が接続されている。また、抵抗９１，９３の他端子は接地されている。即ち、周波数制御回路６ｄは、ヒータ部２の電流を電圧に変換し、この変換後の電圧の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定している。
【０１１０】
なお、図９に示す圧電発振器では、基準温度に対して設定された所定の温度範囲において、周波数温度特性の変動が最小となるように抵抗４４，９１，９２，９３の値が選択されている。
【０１１１】
また、図９に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｄ全体が恒温槽４外部に配置されているが、周波数制御回路６ｄのうち抵抗９１のみが、トランジスタ２ｂとともに恒温槽４内部（例えば、図３に示すメイン基板１２の一主面１２ａ）に配置されていてもよい。
【０１１２】
次いで、図９に示す圧電発振器を用いた圧電発振器の周囲温度測定方法の一例について図９を参照しつつ説明する。
【０１１３】
図９に示す圧電発振器を用いて圧電発振器の周囲温度測定方法を実施した場合、周囲温度が変化していない状態では、図４に示す圧電発振器を用いた場合と同様の手順で、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御しており、詳細な説明を省略する。
【０１１４】
ここで、ヒータ部２の電流と周囲温度との関係について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、ヒータ部２の電流と周囲温度との関係を示すグラフであり、縦軸はヒータ部の電流であるヒータ電流（Ａ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。但し、感温センサ３で測定する圧電振動子４２の温度はほぼ一定に制御されている。
【０１１５】
図１０中にＬ４で示すように、約−４０度〜約８０度の範囲において周囲温度が上昇するとヒータ電流は低くなっており、ヒータ電流は周囲温度に対して一次関数になっている。即ち、ヒータ部２の電流は、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和に従って変化する。これにより、図９に示す圧電発振器によれば、ヒータ部２の電流の変化に基づいて周囲温度の変化を測定することができる。
【０１１６】
例えば、周囲温度が高くなると、図１０に示すように、ヒータ部２の電流が小さくなる。これにより、接続点ｂの電圧が高くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が大きくなり、バリキャップダイオード４３の容量が小さくなる。また、例えば、周囲温度が低くなると、図１０に示すように、ヒータ部２の電流が大きくなる。これにより、接続点ｂの電圧が低くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が小さくなり、バリキャップダイオード４３の容量が大きくなる。
【０１１７】
図９に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｄにおいてこの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４３の容量を調整し、圧電振動子４２の周波数を制御して、圧電発振器の周波数温度特性を調整している。そのため、周波数偏差を略一定にすることができる。つまり、図９に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が高くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが左回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することができる。
【０１１８】
従って、図９に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、槽外感温センサ２０６（図１２参照）を省略することができる。その結果、圧電発振器を小型化することや低コストで製造することもできる。
【０１１９】
また、図９に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の電流の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定しているため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【０１２０】
さらに、図９に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６ｄにより圧電振動子４２の周波数を制御しているため、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器を安定した周波数で発振させることができる。
【０１２１】
なお、本実施形態において、ヒータ部２は、図４、図７、図８及び図９に示すように、アルミブロック１５の外部に配置されているが、ヒータ部２を構成する抵抗２ａ及びトランジスタ２ｂのうち抵抗２ａはアルミブロック１５内部に配置されていてもよい。また、本実施形態において、トランジスタ２ｂは、図４、図７、図８及び図９に示すように、恒温槽４内部に配置されているが、恒温槽４外部（例えば、図３に示すメイン基板１２の他主面１２ｂ）に配置されていてもよい。
【０１２２】
また、本明細書においては、圧電発振器の一例として恒温槽型圧電発振器を用いて説明を行っているが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、感温センサやヒータ部を用いて温度調整を行うが、恒温槽にアルミブロックを備えていない圧電発振器において本発明を実施してもよい。この場合には、図１に示す圧電発振器１０と同様の効果が得られるとともに、圧電発振器をさらに小型化することができる。
【０１２３】
また、例えば、恒温槽が２重構造になっておりより精密な温度調整を行うことができる圧電発振器において本発明を実施してもよい。この場合には、図１に示す圧電発振器１０と同様の効果が得られるとともに、圧電発振器の周波数温度特性をさらに高精度に安定させることができる。
【０１２４】
なお、前記圧電振動子の水晶振動片としては、ＡＴカット水晶振動板またはＳＣカット水晶振動板を用いることができる。
【０１２５】
また、前記発振回路としては、オーバートーン発振を抑制するため及び（または）ＳＣカット水晶振動板を用いた場合におけるＢ−ＭＯＤＥ（Ｂモード）発振を抑制するために、急峻な周波数選択機能を備えたものが好ましく、例えば、タンク回路またはＢ．Ｐ．Ｆ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を備えていることが好ましい。
【０１２６】
さらに、発振回路、この発振回路を構成する周波数選択回路及び圧電振動子からなる発振に関わる部位を設計する際には、圧電発振器における位相雑音の発生を抑制するためや短期安定度（短い時間周期内での出力周波数の不規則な揺らぎ）を向上するために、前記部位のＱ値を向上することが必要とされる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法は、圧電発振器の周波数を安定させる際に活用できる。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 圧電振動子
２ ヒータ部
３ 感温センサ
４ 恒温槽
５ 温度制御部
６ 周波数制御回路
１０ 圧電発振器
１８ 発振部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型の圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、温度変化が激しい環境で圧電発振器を使用する場合、温度特性を補償して安定した周波数で圧電発振器を発振させることは大変困難である。
【０００３】
そこで、圧電発振器の一部分を構成する圧電振動子を恒温槽内に配置することによって、圧電発振器が安定した周波数で発振するよう構成されたものがある。このような圧電発振器の従来例として、後述の特許文献１である特許第３２７２６３３号公報に開示されている恒温槽型圧電発振器がある。
【０００４】
図１１は従来の圧電発振器の一例を示すブロック図である。
【０００５】
同図に示す圧電発振器は、圧電振動子１０１と発熱体１０２と槽内感温センサ１０３とが恒温槽１０４内に配置された、いわゆる恒温槽型圧電発振器と呼ばれるものである。
【０００６】
この圧電発振器は、圧電振動子１０１の温度を槽内感温センサ１０３で測定するよう構成されている。槽内感温センサ１０３で測定した温度を示す信号は、発熱体１０２と槽内感温センサ１０３との間に接続された温度制御部１０５により発熱体１０２を制御する電流信号に置き換えられ、当該電流信号により発熱体１０２の駆動電流を調整する。これにより、発熱体１０２の発熱量が変化し、圧電振動子１０１の温度が予め設定された値に調整され、圧電発振器が安定した周波数で発振する。
【０００７】
また、従来の圧電発振器の他の例として図１２に示す圧電発振器がある。
【０００８】
図１２は従来の圧電発振器の他の例を示すブロック図である。
【０００９】
同図に示す圧電発振器は、圧電振動子２０１が、図１１に示す圧電発振器と同様に、発熱体２０２と槽内感温センサ２０３とともに恒温槽２０４内に配置されており、圧電振動子２０１の温度は、槽内感温センサ２０３で測定するよう構成されており、いわゆる恒温槽型圧電発振器と呼ばれるものである。
【００１０】
さらに、圧電発振器２０１は、恒温槽２０４外部に、発熱体２０２の駆動電流を制御する温度制御部２０５と、恒温槽２０４外部の温度を測定する槽外感温センサ２０６と、槽外感温センサ２０６で測定した温度に従って圧電振動子２０１に印加される電圧を制御する制御電圧発生回路２０７とを備えている。
【００１１】
また、温度制御部２０５において、槽外感温センサ２０６で測定した温度と槽内感温センサ２０３で測定した温度との差を示す信号が発熱体２０２を制御する電流信号に置き換えられる。そして、この電流信号により発熱体２０２の駆動電流を調整する。これにより、発熱体２０２の発熱量が変化し、圧電発振器の温度が予め設定された値に調整され、圧電発振器が安定した周波数で発振する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】
【００１３】
しかしながら、図１１に示す圧電発振器では、槽内感温センサ１０３で圧電振動子１０１の温度を管理しているので、恒温槽１０４外部の温度変化に影響されないように、恒温槽１０４外部の温度に対して恒温槽１０４内部の温度が高い目に設定されていた。その結果、恒温槽１０４内部の温度を一定に保つには非常に大きな電流が必要であり、図１１に示す圧電発振器には、圧電発振器自体で消費される電力を少なく抑えることが難しいといった問題があった。
【００１４】
一方、図１２に示す圧電発振器では、例えば熱を放出する素子（不図示）と隣接した状態で圧電発振器を使用するときに、槽外感温センサ２０６がこの熱を放出する素子の近くに配置されていると、前記素子が放出した熱の影響を受けて槽外感温センサ２０６が温度を正しく測定できなくなってしまう。その結果、図１２に示す圧電発振器には、圧電振動子２０１に印加する電圧を制御電圧発生回路２０７により適切な値に制御することができなくなり、圧電発振器が安定した周波数で発振できなくなるといった問題があった。
【００１５】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、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、前記圧電振動子を温めるヒータ部と、当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、前記ヒータ部の消費電力の変化（好ましくは、ヒータ部の電圧の変化またはヒータ部の電流の変化）に基づいて、当該圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することを特徴とする。
【００１７】
これにより、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる。
【００１８】
また、前記構成において、例えば、前記圧電振動子として水晶振動子を備えており、前記ヒータ部として膜抵抗体またはチップ抵抗体を備えていることが、圧電発振器を小型化することができるため好ましい。
【００１９】
また、前記構成において、前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路をさらに備えていてもよい。
【００２０】
この場合には、圧電振動子の出力が圧電発振器の周囲の温度の変化に影響されないため、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。さらに、周波数制御にバリキャップダイオードを用いた場合、電圧を入力信号として使用することができるため、ヒータ部の消費電力を端子電圧で検出することができ、回路構成をより簡略化できる。
【００２１】
また、前記構成において、恒温槽をさらに備えており、当該恒温槽内部に前記圧電振動子及び前記ヒータ部を配したものであってもよい。
【００２２】
この場合には、圧電振動子の温度をより一定に保つことができるので、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。
【００２３】
前記構成において、前記圧電振動子の温度を測定する感温センサをさらに備えており、前記恒温槽内部に前記感温センサを配しており、前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御するものであってもよい。
【００２４】
この場合には、圧電振動子の温度をより一定に保つことができるので、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。
【００２５】
本発明の圧電発振器の周囲温度測定方法は、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、前記圧電振動子を温めるヒータ部と当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、前記圧電振動子の温度を前記感温センサで測定する手順と、前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御する手順と、前記ヒータ部の消費電力の変化に基づいて、前記圧電発振器の周囲の温度の変化を測定する手順とを含むことを特徴とする。
【００２６】
これにより、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる。
【００２７】
また、前記構成において、前記圧電発振器が、前記圧電発振器の周囲の温度の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をさらに備えており、前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記周波数制御回路により前記圧電振動子の周波数を制御する手順をさらに含むものでもよい。
【００２８】
この場合には、圧電振動子の出力が圧電発振器の周囲の温度の変化に影響されないため、圧電発振器がより安定した周波数で発振する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は上記のように構成したので、槽外感温センサを用いることなく、圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の圧電発振器の一実施形態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】図１に示す圧電発振器の構成の一例を示す断面図である。
【図４】図１に示す圧電発振器の電気的構成例１を示す回路図である。
【図５】ヒータ部の電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図６】図４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７】図１に示す圧電発振器の電気的構成例２を示す回路図である。
【図８】図１に示す圧電発振器の電気的構成例３を示す回路図である。
【図９】図１に示す圧電発振器の電気的構成例４を示す回路図である。
【図１０】ヒータ部の電流と周囲温度との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の圧電発振器の一例を示すブロック図である。
【図１２】従来の圧電発振器の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法の実施形態について説明する。
【００３２】
まず初めに、本発明の圧電発振器の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
図１は、本発明の圧電発振器の一実施形態を示すブロック図である。
【００３４】
圧電発振器１０は、恒温槽４を備えた、いわゆる恒温槽型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１０では、恒温槽４の内部に、圧電振動子１とヒータ部２と感温センサ３と発振回路１８ａとが配置されている。なお、発振回路１８ａは、恒温槽４内部に配置（図１参照）されていても、恒温槽４外部に配置（不図示）されていてもよいが、圧電振動子１との温度差が少なくなるように恒温槽４内部に配置されていることがより好ましい。
【００３５】
圧電振動子１としては、例えば水晶振動子が用いられる。この圧電振動子１は、発振回路１８ａにより印加した電圧によって振動する。感温センサ３は、圧電振動子１付近に配置されており、圧電振動子１付近の温度を測定することにより圧電振動子１の温度を測定する。ヒータ部２は、感温センサ３による温度の測定結果に応じて、熱を放出して圧電振動子１を温める。恒温槽４は、圧電振動子１をより一定の温度に保つために設けられている。
【００３６】
さらに、本実施形態の圧電発振器１０は、感温センサ３とヒータ部２との間に接続された温度制御部５と、恒温槽４外部に配置された周波数制御回路６とを備えている。
【００３７】
温度制御部５は、感温センサ３での測定結果に基づいてヒータ部２の動作を制御する。また、周波数制御回路６は、ヒータ部２の消費電力の変化に基づき後述する周囲温度の変化を測定し、この測定結果に基づいて圧電振動子１に印加する電圧を制御して、圧電振動子１の周波数を制御する。
【００３８】
なお、本実施形態においては、圧電振動子１と発振回路１８ａと周波数制御回路６とを発振部１８とし、また、図１中に二点鎖線で概略的に示す圧電発振器１０の周囲（即ち、製品本体の周囲）の温度を「周囲温度」とする。この周囲温度は、例えば、熱を放出する素子（またはペルチェ素子のような冷却用の素子）と隣接した状態で圧電発振器１０を使用した場合に、当該素子の温度変化に影響され変化する。
【００３９】
ここで、ヒータ部２の消費電力と周囲温度との関係について図２を参照しつつ説明する。図２は、ヒータ部２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。但し、感温センサ３で測定する圧電振動子１の温度はほぼ一定に制御されている。
【００４０】
図２中にＬ１で示すように、約−４０度〜約８０度の範囲において周囲温度が上昇するとヒータ部２の消費電力は低くなっており、ヒータ部２の消費電力は周囲温度に対して一次関数になっている。即ち、ヒータ部２の消費電力は、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和に従って変化する。
【００４１】
次いで、本発明の圧電発振器の周囲温度測定方法の一実施形態について図１を参照しつつ説明する。
【００４２】
周囲温度が変化していない状態では、まず、圧電振動子１付近の温度を感温センサ３で測定する。続いて、温度制御部５において、感温センサ３により測定した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ヒータ部２の発熱量を制御する。このような制御により、圧電振動子１の温度は一定の温度になり、圧電振動子１は、発振回路１８ａ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。
【００４３】
また、周囲温度が変化したときには、温度制御部５による制御を実施しているにもかかわらず、図２に示すようにヒータ部２の消費電力が変化してしまう。例えば、周囲温度が高くなるとヒータ部２の消費電力が下がり発熱量が小さくなり、周囲温度が低くなるとヒータ部２の消費電力が上がり発熱量が大きくなる。
【００４４】
本実施形態においては、周波数制御回路６により、このようなヒータ部２の消費電力の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定する。さらに、周波数制御回路６により、周囲温度の変化を測定した結果に基づいて、圧電振動子１の周波数を制御する。例えば、周波数制御回路６では、ヒータ部２の消費電力の変化により圧電振動子１の周波数が低くなっている場合には周波数が高くなるように調整を行う。また、ヒータ部２の消費電力の変化により圧電振動子１の周波数が高くなっている場合には周波数が低くなるように調整を行う。なお、調整を行うための手段の具体例については、後に図４、図７〜図９を参照しつつ詳細に説明する。
【００４５】
本実施形態の圧電発振器１０では、ヒータ部２の消費電力の変化に基づいて周囲温度の変化を測定している。そのため、図１２に示す従来の圧電発振器で用いられていた槽外感温センサ２０６を省略することができる。その結果、圧電発振器１０を小型化することや低コストで製造することもできる。
【００４６】
また、前述したように、図１２に示す従来の圧電発振器では、槽外感温センサ２０６の配置場所によっては温度を正しく測定できない場合があった。しかしながら、本実施形態の圧電発振器１０では、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の消費電力の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定している。そのため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態の圧電発振器１０では、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６により圧電振動子１の周波数を制御している。その結果、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器１０を安定した周波数で発振させることができる。
【００４８】
［圧電発振器の構成例］
次いで、図１に示す圧電発振器の構成の一例について図３を参照しつつ説明する。図３は、図１に示す構成の一例を示す断面図である。なお、図３では、水晶振動子を圧電振動子として用いた水晶発振器を一例とし、この水晶発振器に本発明を適用した場合の構成例を示す。また、図１及び図３において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００４９】
前記水晶発振器は、図３に示すように、金属材料の本体ベース１１ａ及び本体蓋１１ｂから構成された本体筐体１１内に、互いに対向した状態で配置された２枚の基板（例えばメイン基板１２及び発振回路（ＯＳＣ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ））基板１３）が配置された構成となっている。なお、本明細書では、メイン基板１２及び発振回路基板１３の表面のうち、互いに対向する面を一主面１２ａ，１３ａとし、これら一主面１２ａ，１３ａそれぞれに対となる面を他主面１２ｂ，１３ｂとする。また、本明細書では、メイン基板１２と発振回路基板１３とで挟まれた領域を恒温槽４内部とする。
【００５０】
図３に示す水晶発振器は、圧電振動子として水晶振動子１４を備えている。この水晶振動子１４は、恒温槽４内部に配置されたアルミブロック１５内に装填されている。アルミブロック１５は、水晶振動子１４の表面を覆っており、ヒータ部２から放出された熱を水晶振動子１４全体に伝導して、水晶振動子１４の温度を一定の温度（例えば、約８０度）に保つために設けられている。また、アルミブロック１５は、接合部１６によって、メイン基板１２の一主面１２ａと発振回路基板１３の一主面１３ａとに接合されている。即ち、水晶発振器は、発振回路基板１３上に、接合部１６、アルミブロック１５、接合部１６及びメイン基板１２が順に積層された構造となっている。なお、図示していないが、メイン基板１２と発振回路基板１３との配置を互いに入れ換えてもよい。また、接合部１６は、例えば、メイン基板１２と発振回路基板１３との間に熱伝導性樹脂を充填し硬化させることにより形成されており、この熱伝導性樹脂としては、熱伝導性の高いシリコーン系樹脂または熱伝導性の高いエポキシ系樹脂を用いることができる。
【００５１】
さらに、水晶振動子１４は、詳細に図示していないが、振動子ベースに水晶振動片が配されており、この水晶振動片が振動子ベースと振動子蓋とによって気密封止された構成となっている。また、水晶振動片には、励振電極と、この励振電極から引き出された引出電極とが形成されており、この引出電極は、図３に示す少なくとも一対のリード端子１７に接続されている。なお、水晶振動子１４は、リード端子１７を一対のみ備えていてもよく、複数対備えていてもよい。このように構成された水晶振動子１４は、図示しないが例えば発振回路基板１３の一主面１３ａに設けられた発振回路１８ａ（図１参照）、及び発振回路基板１３の他主面１３ｂに設けられた周波数制御回路６にリード端子１７により電気的に接続されている。
【００５２】
図３に示すように、メイン基板１２の一主面１２ａには、ヒータ部２が配置されている。また、メイン基板１２の他主面１２ｂには、アルミブロック１５の温度制御を行う温度制御部５が配置されている。
【００５３】
なお、温度制御部５の一部を構成しているトランジスタ２ｂは、抵抗２ａと同様に熱を放出するためヒータ部２としても用いられており、ヒータ部２の一部も構成している。
【００５４】
また、アルミブロック１５には貫通孔１５ａが形成されており、この貫通孔１５ａ内部には感温センサ３が配置されている。これら感温センサ３と貫通孔１５ａとの間の隙間には接合部１６が配置されている。なお、感温センサ３は、例えばサーミスタからなり、水晶振動子１４の近くに配置されており、温度制御部５を介してヒータ部２に接続されている。
【００５５】
ヒータ部２は抵抗２ａとトランジスタ２ｂとから構成されている。例えば、抵抗２ａは、圧膜印刷抵抗等の膜抵抗体であってもよく、また、チップ抵抗体であってもよく、この場合には水晶発振器をより小型化することができる。また、トランジスタ２ｂは、安全性を配慮して定格値が充分に高いものを使用することが好ましく、例えば、パワートランジスタである。
【００５６】
また、メイン基板１２の一主面１２ａには、配線パターン（図示せず）が印刷形成されており、ヒータ部２は、トランジスタ２ｂのリード端子（図示せず）を介してメイン基板１２の配線パターンに電気的に接続されている。
【００５７】
［圧電発振器の電気的構成例１］
次に、図１に示す圧電発振器の電気的構成例１について図４を参照しつつ説明する。図４は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例１を示す回路図である。なお、図１、図３及び図４において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００５８】
図４に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ａにより、抵抗２ａとトランジスタ２ｂとから構成されたヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って、圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００５９】
図４に示すように、周波数制御回路６ａは発振回路１８ａ及び圧電振動子４２とともに発振部１８を構成している。さらに、周波数制御回路６ａは、抵抗４１，４４，４５とバリキャップダイオード４３とから構成されており、温度制御部５は、集積回路素子で構成されたオペアンプ４７と、抵抗４８，４９，５０，５１と、ヒータ部２の一部を構成するトランジスタ２ｂとから構成されている。
【００６０】
図４に示す圧電発振器の電気的構成をより詳細に説明すると、直列に接続された抵抗２ａの一端子とトランジスタ２ｂのコレクタ端子との接続点ａが、抵抗４１を介して、直列に接続された圧電振動子４２の一端子とバリキャップダイオード４３のカソード端子との接続点ｂに接続されている。
【００６１】
なお、抵抗２ａの他端子は電源電圧（Ｖｃｃ）に接続されており、トランジスタ２ｂのエミッタ端子は接地（ＧＮＤ）されている。また、抵抗４１と接続点ｂとの間の接続点ｄには抵抗４５の一端子が接続されており、抵抗４５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４３のアノード端子には抵抗４４の一端子が接続されており、この抵抗４４の他端子は接地されている。
【００６２】
また、発振回路１８ａの一端子には、圧電振動子４２の他端子が接続されており、発振回路１８ａの他の端子には、コンデンサ４６を介して、バリキャップダイオード４３のアノード端子と抵抗４４との接続点ｃが接続されており、発振回路１８ａのさらに他の端子には、レギュレータ５２を介して電源電圧が接続されている。
【００６３】
感温センサ３の一端子はオペアンプ４７の非反転入力端子に接続されている。さらに、感温センサ３とオペアンプ４７との接続点ｅには抵抗４８の一端子が接続されており、抵抗４８の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されている。
【００６４】
また、直列に接続された抵抗４９，５０の接続点ｆはオペアンプ４７の反転入力端子に接続されている。この抵抗４９の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されており、抵抗５０の他端子は接地されている。さらに、オペアンプ４７の出力端子は抵抗５１を介してトランジスタ２ｂのベースに接続されている。
【００６５】
さらに、感温センサ３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４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。
【００６６】
ここで、ヒータ部２の電圧と周囲温度との関係について図５を参照しつつ説明する。図５は、ヒータ部２の電圧と周囲温度との関係を示すグラフであり、縦軸はヒータ部２の電圧であるヒータ端子電圧Ｖｃ（Ｖ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。但し、感温センサ３で測定する圧電振動子４２の温度はほぼ一定に制御されている。
【００６７】
図５中にＬ２で示すように、約−４０度〜約８０度の範囲において周囲温度が上昇するとヒータ端子電圧は高くなっており、ヒータ端子電圧は周囲温度に対して一次関数になっている。即ち、ヒータ部２の電圧は、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和に従って変化する。これにより、図４に示す圧電発振器によれば、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定することができる。
【００６８】
次いで、図４に示す圧電発振器を用いた圧電発振器の周囲温度測定方法の一例について図４を参照しつつ説明する。
【００６９】
図４に示す圧電発振器を用いて圧電発振器の周囲温度測定方法を実施した場合、周囲温度が変化していない状態では、感温センサ３の抵抗値が圧電振動子４２付近の温度に従って変化する。
【００７０】
例えば、圧電振動子４２付近の温度が低くなると感温センサ３の抵抗値が大きくなり、感温センサ３の端子間電圧が大きくなり、オペアンプ４７の出力電圧が大きくなる。これにより、オペアンプ４７の出力電流が増大し、トランジスタ２ｂのコレクタ電流が増大して抵抗２ａを流れる電流が増え、抵抗２ａの発熱量が大きくなる。そのため、圧電振動子４２付近の温度が低くなると、抵抗２ａの発熱量が大きくなって圧電振動子４２をより急速に温めることができる。
【００７１】
また、例えば、圧電振動子４２付近の温度が高くなると感温センサ３の抵抗値が小さくなり、感温センサ３の端子間電圧が小さくなり、オペアンプ４７の出力電圧が小さくなる。これにより、オペアンプ４７の出力電流が減少し、トランジスタ２ｂのコレクタ電流が減少して抵抗２ａを流れる電流が減り、抵抗２ａの発熱量が小さくなる。これにより、圧電振動子４２付近の温度が高くなると抵抗２ａの発熱量が小さくなって圧電振動子４２をより緩やかに温めることができる。
【００７２】
感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２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４２の温度は一定の温度になり、圧電振動子４２は、発振回路１８ａ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。
【００７３】
さらに、図４に示す圧電発振器では、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御するとともに、周囲温度が変化した場合には、周波数制御回路６ａにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、この測定結果に基づいて圧電振動子４２の周波数を制御する。
【００７４】
ここで、周波数制御回路６ａによる圧電振動子４２の周波数の制御について詳細な説明を行う前に、図４に示す圧電発振器の温度特性の一例について図６を参照しつつ説明する。図６は、図４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り、縦軸は周波数偏差（ｐｐｂ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。なお、図６には、図４に示す圧電発振器の温度特性Ｌ３とともに、図４中の抵抗４１を開（ｏｐｅｎ）状態にした場合（即ち、周波数制御回路６ａによる制御を行わない場合）の温度特性Ｌ１００も示す。
【００７５】
なお、図６には基準温度を２５℃とした時の周波数温度特性を示す。そのため、図４に示す圧電発振器では、基準温度に対して設定された所定の温度範囲において、周波数温度特性の変動が最小となるように抵抗４１、４５の値が選択されている。
【００７６】
抵抗４１をｏｐｅｎ状態にして周波数制御回路６ａによる制御を行わない場合、図４に示す圧電発振器は、図６中にＬ１００で示すように、約−２０度〜約６５度の範囲において周囲温度が高くなるにつれて、周波数偏差が小さくなっており、周囲温度が約２５℃のときに周波数偏差が「０」となっている。
【００７７】
図４に示す圧電発振器では、図５に示すように、例えば、周囲温度が高くなるとヒータ部２の電圧が高くなり、周囲温度が低くなるとヒータ部２の電圧が低くなる。周波数制御回路６ａは、このようなヒータ部２（接続点ａ）の電圧の変化を用いて、周囲温度の変化を測定している。さらに、周波数制御回路６ａでは、測定した周囲温度の変化に従って圧電振動子４２の周波数を制御するために、ヒータ部２（接続点ａ）の電圧を制御してバリキャップダイオード４３の容量を調整している。
【００７８】
例えば、周囲温度が高くなると、図５に示すように、ヒータ部２の電圧が高くなる。これにより、接続点ｂの電圧が高くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が大きくなり、バリキャップダイオード４３の容量が小さくなるため圧電振動子４２の周波数が高くなる。また、例えば、周囲温度が低くなると、図５に示すように、ヒータ部２の電圧が低くなる。これにより、接続点ｂの電圧が低くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が小さくなり、バリキャップダイオード４３の容量が大きくなるため圧電振動子４２の周波数が低くなる。
【００７９】
図４に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ａにおいてこの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４３の容量を調整し、圧電振動子４２の周波数を制御して、圧電発振器の周波数温度特性を調整している。そのため、図６中にＬ３で示すように、抵抗４１をｏｐｅｎ状態にした場合と比較して、周波数偏差を略一定にすることができる。つまり、図４に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が高くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが左回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することができる。
【００８０】
従って、図４に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、槽外感温センサ２０６（図１２参照）を省略することができる。その結果、圧電発振器を小型化することや低コストで製造することもできる。
【００８１】
また、図４に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定しているため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【００８２】
さらに、図４に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６ａにより圧電振動子４２の周波数を制御しているため、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器を安定した周波数で発振させることができる。
【００８３】
［圧電発振器の電気的構成例２］
次に、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成の例２について図７を参照しつつ説明する。図７は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例２を示す回路図である。なお、図１、図３、図４及び図７において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００８４】
図７に示す圧電発振器の温度特性は、図示しないが、傾きが図６に示すものと反転している（即ち、周囲温度が高くなるにつれて周波数偏差が大きくなっている）ものとする。
【００８５】
図７に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｂにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００８６】
図７に示す圧電発振器は、図４に示す圧電発振器と比較して、周波数制御回路６ｂの構成が異なっており、他の構成については同様である。
【００８７】
周波数制御回路６ｂは、図７に示すように、抵抗７１，７２，４４とバリキャップダイオード４３とから構成されている。さらに詳しくは、図７に示す圧電発振器では、図４に示す抵抗４１及び抵抗４５は削除されており、接続点ａと接続点ｃ（バリキャップダイオード４３のアノード端子）との間に抵抗７１が接続されており、接続点ｂに抵抗７２の一端子が接続されている。さらに、この抵抗７２の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されている。
【００８８】
なお、図７に示す圧電発振器では、基準温度に対して設定された所定の温度範囲において、周波数温度特性の変動が最小となるように抵抗７１，４４の値が選択されている。
【００８９】
次いで、図７に示す圧電発振器を用いた圧電発振器の周囲温度測定方法の一例について図７を参照しつつ説明する。
【００９０】
周囲温度が変化していない状態では、図４に示す圧電発振器と同様の手順で、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御しており、詳細な説明を省略する。
【００９１】
図７に示す圧電発振器では、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御するとともに、周囲温度が変化した場合には、周波数制御回路６ｂにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、この測定結果に従って、圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００９２】
例えば、周囲温度が高くなるとヒータ部２の電圧が高くなることにより（図５参照）、接続点ｃの電圧が高くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が小さくなる。そのため、周囲温度が高くなるとバリキャップダイオード４３の容量が大きくなる。また、例えば、周囲温度が低くなるとヒータ部２の電圧が低くなることにより（図５参照）、接続点ｃの電圧が低くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が大きくなり、バリキャップダイオード４３の容量が小さくなる。
【００９３】
図７に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｂにおいてこの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４３の容量を調整し、圧電振動子４２の周波数を制御して、圧電発振器の周波数温度特性を調整している。そのため、周波数偏差を略一定にすることができる。つまり、図７に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が低くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが右回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することができる。
【００９４】
従って、図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、槽外感温センサ２０６（図１２参照）を省略することができる。その結果、圧電発振器を小型化することや低コストで製造することもできる。
【００９５】
また、図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定しているため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【００９６】
さらに、図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６ｂにより圧電振動子４２の周波数を制御しているため、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器を安定した周波数で発振させることができる。
【００９７】
［圧電発振器の電気的構成例３］
次に、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成の例３について図８を参照しつつ説明する。図８は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例３を示す回路図である。なお、図１、図３、図４、図７及び図８において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【００９８】
図８に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｃにより、ヒータ部２の電圧の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って圧電振動子４２の周波数を制御している。
【００９９】
図８に示す圧電発振器は、図４及び図７に示す圧電発振器と比較して、周波数制御回路６ｃの構成が異なっており、他の構成については同様である。
【０１００】
図８に示す圧電発振器では、製造時に、前述の周波数制御回路６ａと周波数制御回路６ｂとが周波数制御回路６ｃ内に設けられている。そして、使用時に、圧電発振器の温度特性（温度特性の傾き）に合わせて、周波数制御回路６ａの部分及び周波数制御回路６ｂの部分のうちのいずれか一方の部分をｏｐｅｎ状態にすることによって、他の一方の部分の回路を採用している。
【０１０１】
周波数制御回路６ｃは、図８に示すように、抵抗４１の一端子と抵抗７１の一端子とが接続点ａに並列に接続されている。この抵抗４１の他端子は、図４に示す圧電発振器と同様に、接続点ｂに接続されており、抵抗７１の他端子は、図７に示す圧電発振器と同様に、接続点ｃに接続されている。さらに、抵抗４１の他端子と接続点ｂとの間の接続点ｄには、抵抗４５の一端子と抵抗７２の一端子とが接続されている。この抵抗４５の他端子は接地されており、抵抗７２の他端子はレギュレータ５２を介して電源電圧に接続されている。
【０１０２】
図８に示す圧電発振器は、このような構成となっているので、例えば、抵抗７１及び抵抗７２をｏｐｅｎ状態にすることによって図４に示す圧電発振器を得ることができ、図４に示す圧電発振器を用いた場合と同様の手順で、圧電発振器の周囲温度測定方法を実施することができる。また、例えば、抵抗４１及び抵抗４５をｏｐｅｎ状態にすることによって図７に示す圧電発振器を得ることができ、図７に示す圧電発振器を用いた場合と同様の手順で、圧電発振器の周囲温度測定方法を実施することができる。つまり、図８に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が高くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが左回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することもでき、温度が高くなるほど周波数が低くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが右回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することもできる。
【０１０３】
従って、図８に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、図４及び図７に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法と同様の効果が得られるとともに、使用時に周波数制御回路６ｃの構成を選択することができる。その結果、周波数温度特性が異なる種々の圧電発振器において汎用することができる。
【０１０４】
［圧電発振器の電気的構成例４］
次に、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成の例４について図９を参照しつつ説明する。図９は、図１に示す圧電発振器１０の電気的構成例４を示す回路図である。なお、図１、図３、図４、図７、図８及び図９において同じ符号は同様の部位を示すものとし、この同様の部位については説明を省略する。
【０１０５】
図９に示す圧電発振器では、周囲温度の変化を測定する際に、ヒータ部２の消費電力の変化としてヒータ部２の電流の変化を用いている。
【０１０６】
図９に示す圧電発振器の周波数温度特性は、図４に示す圧電発振器の周波数温度特性と同じ（図６参照）であるものとする。
【０１０７】
図９に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｄにより、ヒータ部２の電流の変化に基づいて周囲温度の変化を測定し、さらに、この測定結果に従って圧電振動子４２の周波数を制御している。
【０１０８】
図９に示す圧電発振器は、図４に示す圧電発振器と比較して、周波数制御回路６ｄの構成が異なっており、他の構成については同様である。
【０１０９】
周波数制御回路６ｄは、抵抗９１，９２，９３，４４とバリキャップダイオード４３とから構成されている。さらに詳しくは、図９に示す圧電発振器では、図４に示す抵抗４１及び抵抗４５は削除されており、トランジスタ２ｂのエミッタ端子に抵抗９１の一端子が接続されており、トランジスタ２ｂと抵抗９１との接続点ｇが、抵抗９２を介して、直列に接続された圧電振動子４２の一端子とバリキャップダイオード４３のカソード端子との接続点ｂに接続されている。なお、抵抗９２と接続点ｂとの間の接続点ｈには抵抗９３の一端子が接続されている。また、抵抗９１，９３の他端子は接地されている。即ち、周波数制御回路６ｄは、ヒータ部２の電流を電圧に変換し、この変換後の電圧の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定している。
【０１１０】
なお、図９に示す圧電発振器では、基準温度に対して設定された所定の温度範囲において、周波数温度特性の変動が最小となるように抵抗４４，９１，９２，９３の値が選択されている。
【０１１１】
また、図９に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｄ全体が恒温槽４外部に配置されているが、周波数制御回路６ｄのうち抵抗９１のみが、トランジスタ２ｂとともに恒温槽４内部（例えば、図３に示すメイン基板１２の一主面１２ａ）に配置されていてもよい。
【０１１２】
次いで、図９に示す圧電発振器を用いた圧電発振器の周囲温度測定方法の一例について図９を参照しつつ説明する。
【０１１３】
図９に示す圧電発振器を用いて圧電発振器の周囲温度測定方法を実施した場合、周囲温度が変化していない状態では、図４に示す圧電発振器を用いた場合と同様の手順で、感温センサ３、温度制御部５及びヒータ部２において圧電振動子４２の温度を制御しており、詳細な説明を省略する。
【０１１４】
ここで、ヒータ部２の電流と周囲温度との関係について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、ヒータ部２の電流と周囲温度との関係を示すグラフであり、縦軸はヒータ部の電流であるヒータ電流（Ａ）、横軸は周囲温度（℃）を示す。但し、感温センサ３で測定する圧電振動子４２の温度はほぼ一定に制御されている。
【０１１５】
図１０中にＬ４で示すように、約−４０度〜約８０度の範囲において周囲温度が上昇するとヒータ電流は低くなっており、ヒータ電流は周囲温度に対して一次関数になっている。即ち、ヒータ部２の電流は、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和に従って変化する。これにより、図９に示す圧電発振器によれば、ヒータ部２の電流の変化に基づいて周囲温度の変化を測定することができる。
【０１１６】
例えば、周囲温度が高くなると、図１０に示すように、ヒータ部２の電流が小さくなる。これにより、接続点ｂの電圧が高くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が大きくなり、バリキャップダイオード４３の容量が小さくなる。また、例えば、周囲温度が低くなると、図１０に示すように、ヒータ部２の電流が大きくなる。これにより、接続点ｂの電圧が低くなり、バリキャップダイオード４３のカソード端子とアノード端子との間の電位差が小さくなり、バリキャップダイオード４３の容量が大きくなる。
【０１１７】
図９に示す圧電発振器では、周波数制御回路６ｄにおいてこの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４３の容量を調整し、圧電振動子４２の周波数を制御して、圧電発振器の周波数温度特性を調整している。そのため、周波数偏差を略一定にすることができる。つまり、図９に示す圧電発振器では、温度が高くなるほど周波数が高くなる方向に、つまり周波数温度特性のカーブが左回転する方向に圧電振動子４２の出力を調整することができる。
【０１１８】
従って、図９に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、槽外感温センサ２０６（図１２参照）を省略することができる。その結果、圧電発振器を小型化することや低コストで製造することもできる。
【０１１９】
また、図９に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、ヒータ部２に熱的に接続されている全ての部材それぞれが受けた周囲温度の変化の影響の総和である、ヒータ部２の電流の変化に基づいて、周囲温度の変化を測定しているため、周囲温度の変化を正しく測定することができる。
【０１２０】
さらに、図９に示す圧電発振器及びこれを用いた圧電発振器の周囲温度測定方法によれば、測定した周囲温度の変化に基づいて、周波数制御回路６ｄにより圧電振動子４２の周波数を制御しているため、周囲温度が変化した場合にも圧電発振器を安定した周波数で発振させることができる。
【０１２１】
なお、本実施形態において、ヒータ部２は、図４、図７、図８及び図９に示すように、アルミブロック１５の外部に配置されているが、ヒータ部２を構成する抵抗２ａ及びトランジスタ２ｂのうち抵抗２ａはアルミブロック１５内部に配置されていてもよい。また、本実施形態において、トランジスタ２ｂは、図４、図７、図８及び図９に示すように、恒温槽４内部に配置されているが、恒温槽４外部（例えば、図３に示すメイン基板１２の他主面１２ｂ）に配置されていてもよい。
【０１２２】
また、本明細書においては、圧電発振器の一例として恒温槽型圧電発振器を用いて説明を行っているが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、感温センサやヒータ部を用いて温度調整を行うが、恒温槽にアルミブロックを備えていない圧電発振器において本発明を実施してもよい。この場合には、図１に示す圧電発振器１０と同様の効果が得られるとともに、圧電発振器をさらに小型化することができる。
【０１２３】
また、例えば、恒温槽が２重構造になっておりより精密な温度調整を行うことができる圧電発振器において本発明を実施してもよい。この場合には、図１に示す圧電発振器１０と同様の効果が得られるとともに、圧電発振器の周波数温度特性をさらに高精度に安定させることができる。
【０１２４】
なお、前記圧電振動子の水晶振動片としては、ＡＴカット水晶振動板またはＳＣカット水晶振動板を用いることができる。
【０１２５】
また、前記発振回路としては、オーバートーン発振を抑制するため及び（または）ＳＣカット水晶振動板を用いた場合におけるＢ−ＭＯＤＥ（Ｂモード）発振を抑制するために、急峻な周波数選択機能を備えたものが好ましく、例えば、タンク回路またはＢ．Ｐ．Ｆ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を備えていることが好ましい。
【０１２６】
さらに、発振回路、この発振回路を構成する周波数選択回路及び圧電振動子からなる発振に関わる部位を設計する際には、圧電発振器における位相雑音の発生を抑制するためや短期安定度（短い時間周期内での出力周波数の不規則な揺らぎ）を向上するために、前記部位のＱ値を向上することが必要とされる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法は、圧電発振器の周波数を安定させる際に活用できる。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 圧電振動子
２ ヒータ部
３ 感温センサ
４ 恒温槽
５ 温度制御部
６ 周波数制御回路
１０ 圧電発振器
１８ 発振部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電発振器において、
圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、前記圧電振動子を温めるヒータ部と、当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、
前記ヒータ部の消費電力の変化に基づいて、当該圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することを特徴とする。
【請求項２】
請求項１記載の圧電発振器において、
前記ヒータ部の消費電力の変化として、前記ヒータ部の電圧の変化または前記ヒータ部の電流の変化を用いる圧電発振器。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧電発振器において、
前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路をさらに備えた圧電発振器。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の圧電発振器において、
恒温槽をさらに備えており、当該恒温槽内部に前記圧電振動子及び前記ヒータ部を配した圧電発振器。
【請求項５】
請求項４記載の圧電発振器において、
前記圧電振動子の温度を測定する感温センサをさらに備えており、
前記恒温槽内部に前記感温センサを配しており、
前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御する圧電発振器。
【請求項６】
圧電発振器の周囲温度測定方法において、
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、前記圧電振動子を温めるヒータ部と当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、
前記圧電振動子の温度を前記感温センサで測定する手順と、
前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御する手順と、
前記ヒータ部の消費電力の変化に基づいて、前記圧電発振器の周囲の温度の変化を測定する手順とを含む圧電発振器の周囲温度測定方法。
【請求項７】
請求項６記載の圧電発振器の周囲温度測定方法において、
前記圧電発振器が、前記圧電発振器の周囲の温度の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をさらに備えており、
前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記周波数制御回路により前記圧電振動子の周波数を制御する手順をさらに含む圧電発振器の周囲温度測定方法。
【請求項１】
圧電発振器において、
圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、前記圧電振動子を温めるヒータ部と、当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、
前記ヒータ部の消費電力の変化に基づいて、当該圧電発振器の周囲の温度の変化を測定することを特徴とする。
【請求項２】
請求項１記載の圧電発振器において、
前記ヒータ部の消費電力の変化として、前記ヒータ部の電圧の変化または前記ヒータ部の電流の変化を用いる圧電発振器。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧電発振器において、
前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路をさらに備えた圧電発振器。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の圧電発振器において、
恒温槽をさらに備えており、当該恒温槽内部に前記圧電振動子及び前記ヒータ部を配した圧電発振器。
【請求項５】
請求項４記載の圧電発振器において、
前記圧電振動子の温度を測定する感温センサをさらに備えており、
前記恒温槽内部に前記感温センサを配しており、
前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御する圧電発振器。
【請求項６】
圧電発振器の周囲温度測定方法において、
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、前記圧電振動子を温めるヒータ部と当該ヒータ部の温度制御をする温度制御部とを備えており、
前記圧電振動子の温度を前記感温センサで測定する手順と、
前記感温センサの測定結果に基づいて前記ヒータ部の動作を制御する手順と、
前記ヒータ部の消費電力の変化に基づいて、前記圧電発振器の周囲の温度の変化を測定する手順とを含む圧電発振器の周囲温度測定方法。
【請求項７】
請求項６記載の圧電発振器の周囲温度測定方法において、
前記圧電発振器が、前記圧電発振器の周囲の温度の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をさらに備えており、
前記圧電発振器の周囲の温度の変化に基づいて、前記周波数制御回路により前記圧電振動子の周波数を制御する手順をさらに含む圧電発振器の周囲温度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２１３１０２（Ｐ２０１０−２１３１０２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８４０４（Ｐ２００９−５８４０４）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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