恒温型圧電発振器及びその製造方法
【課題】恒温型圧電発振器の調整工数を低減するため、恒温槽の設定温度を一定とし、圧
電振動子の頂点温度との温度差による周波数温度特性の周波数偏差を補償する手段を得る
。
【解決手段】恒温型圧電発振器１は、圧電振動子Ｙ１と、発振回路１０と、周波数電圧制
御回路７と、温度制御部８と、演算回路６と、を備えた恒温型圧電発振器である。温度制
御回部８は、圧電振動子Ｙ１の近傍の温度を制御し、演算回路６は、圧電振動子Ｙ１の零
温度係数温度Ｔｐと、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖとの温度差による周波数温度特性の
周波数偏差を、別に求めた周波数温度特性補償量近似式に基づいて、周波数電圧制御回路
７に周波数偏差量を補償させるように機能する恒温型圧電発振器である。
電振動子の頂点温度との温度差による周波数温度特性の周波数偏差を補償する手段を得る
。
【解決手段】恒温型圧電発振器１は、圧電振動子Ｙ１と、発振回路１０と、周波数電圧制
御回路７と、温度制御部８と、演算回路６と、を備えた恒温型圧電発振器である。温度制
御回部８は、圧電振動子Ｙ１の近傍の温度を制御し、演算回路６は、圧電振動子Ｙ１の零
温度係数温度Ｔｐと、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖとの温度差による周波数温度特性の
周波数偏差を、別に求めた周波数温度特性補償量近似式に基づいて、周波数電圧制御回路
７に周波数偏差量を補償させるように機能する恒温型圧電発振器である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、恒温槽の設定温度を一定とし、設定温度と圧電振動子の頂点温度との温度差
を補償する周波数電圧制御回路を備えた恒温型圧電発振器とその製造方法に関する。
【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恒温槽型圧電発振器が、
従来から知られている。近年、各種機器用に小型、軽量、低消費電力の恒温槽型圧電発振
器が市場から求められている。
特許文献１には、消費電力を低減した恒温槽型圧電発振器が開示されており、図１２は
そのブロック図である。恒温槽型圧電発振器は、恒温槽６１内で電圧制御圧電発振器６３
を加熱する発熱体６２と、恒温槽６１内に設けられた槽内感温素子６４と、恒温槽外で外
気温を検知する槽外感温素子６５とを備えている。さらに、槽外感温素子６５の温度情報
に基づき電圧制御圧電発振器６３の電圧を制御しその周波数を可変する制御電圧発生回路
６７と、槽外感温素子６５と槽内感温素子６４との温度差の温度情報により発熱体６２の
温度を制御する温度制御回路６６と、を備えている。
図１２の高温槽型圧電発振器では、恒温槽内温度が多少変動することから、恒温槽６１
内に収納する圧電発振器に、感温素子からの温度情報に基づき制御電圧発生回路６７で生
成する電圧を供給し、周波数を制御できるよう電圧制御圧電発振器６３を用いている。
【０００３】
また、特許文献２には、外気温度の変化を検知して温度制御する恒温型の水晶発振器が
開示されている。図１３は、シングルオーブン構造の発振器内に設ける回路基板の温度補
償回路のブロック図である。温度補償回路は、温度センサー７１、増幅器７２、加算器７
３、目標温度設定入力端子７４、増幅器７５、積分器７６、加算器７７、増幅調整用抵抗
７８、ヒータ用電源端子７９、ヒータ８０、トランジスタ８１、加算器８２、周波数補正
入力端子８３、増幅器８４、抵抗器８５、可変容量ダイオード８６、水晶振動子８７、周
波数出力端子８８から構成されている。温度センサー７１とヒータ８０は回路基板上に設
け、両者は水晶振動子８７の近くに配置するのが望ましい。
温度センサー７１が検出した増幅器７２の電圧出力と、目標温度入力電圧７４との差を
、加算器７３により検出して第１差信号を出力する。温度変動による第１差信号の変化を
抽出し、抽出信号と第１差信号を入力とした加算器７の出力は、外気温度が下がれば温度
を上昇させるように、トランジスタ１１のコレクタ電圧を下げてヒータ１０の電流を増加
させる。逆に、外気温度が上がればヒータ１０の電流を減少させる。水晶振動子の周波数
を補正するために、予め補正用の電圧値（周波数補正信号）を設定して加算器８２に入力
する。そして、上記抽出信号との差を検出して第２差信号とし、第２差信号に基づいて水
晶振動子の振動周波数を制御すると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０３６４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２５１３６６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された恒温槽型圧電発振器は、恒温槽の内部と外部に
それぞれ感温素子を設け、外部の温度情報、又は内部の温度情報の少なくとも何れか一方
に基づいて、制御電圧発生回路と温度制御回路とを制御する圧電発振器であり、恒温槽内
を加熱する発熱体の消費電力は少なくできるものの、恒温槽型圧電発振器の周波数安定度
は不十分であるという問題があった。
また、特許文献２に開示された水晶発振器は、外気温度の変化を検知して温度制御を行
うことで、恒温型の水晶発振器の周波数安定度向上を試みたものであるが、従来の恒温型
水晶発振器と同様に水晶振動子の頂点温度にオーブン温度を調整することを前提としてお
り、この調整に多大の工数を要するという問題があった。
これらばかりでなく、この高安定な圧電発振器を得るには、一方で頂点温度の精度の高
い圧電振動素子の作りこみも益々厳しく要求されており、この為、生産性の低下や生産コ
ストの増加を招いていた。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、圧電振動子の加工精度が従来通り
でありながら、調整工数を大幅に削減した高安定な恒温型圧電発振器を提供することを課
題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本発明に係る恒温型圧電発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を励振
する発振回路と、発振周波数を電圧により制御する周波数電圧制御回路と、前記圧電振動
子の温度を一定に保持する温度制御部と、入力される情報を処理し前記周波数電圧制御回
路に信号を供給する演算回路と、を備えた恒温型圧電発振器であって、前記温度制御部は
、温度を感知する感温素子と、前記圧電振動子を加熱する発熱体と、前記感温素子の温度
信号に基づき前記発熱体の温度を制御する温度制御回路と、を有し、前記周波数電圧制御
回路は、電圧により容量値が可変する電圧可変容量回路と、補償電圧発生回路と、を有し
、前記演算回路は、前記圧電振動子の零温度係数温度Ｔｐと前記温度制御部の設定温度Ｔ
ｏｖとの温度差による周波数偏差を補償する周波数温度特性補償量近似式に基づいて、前
記補償電圧発生回路に前記周波数偏差を補償する電圧を生成させ、該電圧を前記電圧可変
容量回路に印加し周波数を補償することを特徴とする恒温型圧電発振器である。
【０００８】
温度制御部の設定温度Ｔｏｖを、圧電振動子の零温度係数温度（頂点温度）Ｔｐの平均
値である一定温度に設定する。頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差による恒温型圧
電発振器の周波数温度特性の周波数偏差を求める。この周波数偏差を、多くの恒温型圧電
発振器の周波数温度特性データから得られた周波数温度特性補償量近似式に基づき補償す
る。つまり、周波数電圧制御回路に周波数補償用の容量を生成させ、この容量値で前記周
波数偏差を補償するように機能する恒温型圧電発振器を構成した。温度制御部の設定温度
Ｔｏｖを一定値に設定し、圧電振動子の頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖと入力するだけで
、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）による周波数温度特性の周波数偏差を、演算回路が補償電圧発
生回路に補償電極電圧を発生させ、この電圧で周波数補償用の容量を生成させて周波数偏
差を補償するので、調整工程を自動化できて、個々の温度制御部の調整を省け、大幅な工
数削減となるという効果がある。
【０００９】
［適用例２］また恒温型圧電発振器は、前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴
とする適用例１に記載の恒温型圧電発振器である。
【００１０】
圧電振動子に水晶振動子を用いることにより、製造する際のマウント時のストレス（歪
）のバラツキ、温度変化による歪、経年変化による歪の変化等が生じた場合に、周波数変
化が少ないカット角の水晶振動子を用いることができる。
【００１１】
［適用例３］また恒温型圧電発振器は、前記周波数温度特性補償量近似式が、前記温度
差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する一次式多項式で近似されることを特徴とする適用例１又は２
に記載の恒温型圧電発振器である。
【００１２】
周波数温度特性補償量近似式を一次式多項式で近似することにより、恒温型圧電発振器
の周波数温度特性を満たしつつ、補償電圧発生回路の構成が簡素化でき、且つ温度制御部
の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００１３】
［適用例４］また恒温型圧電発振器は、前記周波数温度特性補償量近似式が、前記温度
差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する三次多項式で近似されることを特徴とする適用例１又は２に
記載の恒温型圧電発振器である。
【００１４】
周波数温度特性補償量近似式を三次式多項式で近似することにより、補償電圧発生回路
の構成が一次式多項式を用いた場合より複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数温度特
性がより改善でき、且つ温度制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００１５】
［適用例５］また恒温型圧電発振器は、前記周波数温度特性補償量近似式が、前記温度
差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する五次多項式で近似されることを特徴とする適用例１又は２に
記載の恒温型圧電発振器である。
【００１６】
周波数温度特性補償量近似式を五次式多項式で近似することにより、補償電圧発生回路
の構成は複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数温度特性が大幅に改善でき、且つ温度
制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００１７】
［適用例６］恒温型圧電発振器の製造方法は、適用例１乃至５の何れかに記載の恒温型
圧電発振器の製造方法であって、前記圧電振動子の頂点温度Ｔｐを測定する圧電振動子測
定工程と、前記温度制御部の設定温度Ｔｏｖを設定する温度制御部調整工程と、前記周波
数温度特性補償量近似式に基づいて作成される逆温度特性補償量近似式の各係数を求める
工程と、該各係数をインターフェース回路を介して前記演算回路に入力する工程と、前記
演算回路からの信号により前記補償電圧発生回路に周波数温度特性補償電圧を生成させる
工程と、前記恒温型圧電発振器の周波数を調整する工程と、を有すること特徴とする恒温
型圧電発振器の製造方法である。
【００１８】
予め、温度制御部の設定温度を一定にした多数の恒温型圧電発振器の周波数温度特性デ
ータを測定して、高温Ｔｈにおける周波数偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈと低温Ｔｌにおける周波数
偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌとの差（ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈ−ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌ）と、（Ｔｐ−Ｔｏｖ）と
の関係式、即ち周波数温度特性補償量近似式を求め、この関係式の逆特性の逆温度特性補
償量近似式を求めておく。
圧電振動子の頂点温度Ｔｐを測定し、温度制御部の設定温度Ｔｏｖを設定し、このデー
タＴｐ、Ｔｏｖを入力して、逆温度特性補償量近似式の各係数を求め、この各係数を演算
回路のメモリに格納する。演算回路はメモリに格納された各係数に基づき、周波数電圧制
御回路の補償電圧を発生させ、この電圧により周波数を補償する容量を生成する。このよ
うに、周波数温度特性補償量近似式を求めておけば、ＴｐとＴｏｖの入力だけで恒温型圧
電発振器の調整が完了するので、調整工数を大幅に削減できる製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る恒温型圧電発振器１と補償方法の構成を示す概略ブロック図。
【図２】ＳＣカットの一例の切断角度を示す模式図。
【図３】ＳＣカット水晶振動子の周波数−リアクタンス曲線。
【図４】周囲温度の時間変化と、そのときの恒温型圧電発振器の周波数温度特性を示す図。
【図５】周囲温度の時間変化と、そのときの恒温槽の内部温度の変化を示す図。
【図６】ＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性と、恒温槽の設定温度範囲。
【図７】頂点温度Ｔｐと恒温槽の設定温度Ｔｏｖとの差により、恒温槽の温度変動による周波数偏差の変化傾向を示す図。
【図８】頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差と、７０℃及び−１０℃における各周波数偏差の差と、の分布図を一次関数で近似した場合の図。
【図９】頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差と、７０℃及び−１０℃における各周波数偏差の差と、の分布図を三次関数で近似した場合の図。
【図１０】頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差と、７０℃及び−１０℃における各周波数偏差の差と、の分布図を五次関数で近似した場合の図。
【図１１】周波数温度特性補償量近似式から逆特性の逆温度特性補償量近似式を求めた場合の、一次関数式、三次関数式、五次関数式の各式と係数。
【図１２】従来の恒温槽型圧電発振器の構成を示すブロック図。
【図１３】従来の温度補償回路のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る恒温型圧電発振器１の構成を示す概略ブロック図である。
恒温型圧電発振器１は、圧電振動子Ｙ１と、圧電振動子Ｙ１を励振するための発振回路
１０と、圧電振動子Ｙ１と発振回路１０とからなる圧電発振器の発振周波数を電圧により
制御する周波数電圧制御回路７と、圧電振動子Ｙ１の温度を一定に保持する温度制御部８
と、入力される情報を処理し周波数電圧制御回路に信号を供給する演算回路６と、を備え
た恒温型圧電発振器である。
温度制御部８は、圧電振動子Ｙ１の近傍の温度を感知する感温素子８ａと、圧電振動子
Ｙ１を加熱する発熱体８ｂと、感温素子８ａの温度信号に基づき発熱体８ｃの温度を所定
の温度に制御する温度制御回路８ｃと、を有している。
周波数電圧制御回路７は、電圧により容量値が可変する複数の容量素子を含む電圧可変
容量回路７ｂと、演算回路６からの情報により電圧可変容量回路７ｂに印加する電圧を生
成する補償電圧発生回路と、を有している。
演算回路６は、圧電振動子Ｙ１の零温度係数温度（頂点温度）Ｔｐと温度制御部８の設
定温度Ｔｏｖとの温度差によって生じる恒温型圧電発振器１の周波数温度特性における周
波数偏差を、周波数温度特性補償量近似式３の逆特性を有する逆温度特性補償量近似式４
に基づいて、補償電圧発生回路７ａに前記周波数偏差を補償する電圧を生成させ、該電圧
を電圧可変容量回路７ｂに印加して出力周波数を補償するように構成された恒温型圧電発
振器である。
なお、恒温型圧電発振器１は、周波数可変入力端子１２に外部から与える電圧Ｖｆによ
り、中心周波数を僅かに変化させる容量素子を電圧可変容量回路７ｂに有しており、周波
数は出力周波数端子１４から出力される。
【００２１】
従来、恒温型圧電発振器（恒温槽型高安定圧電発振器）には、図２に一例を示すような
二回回転カット水晶基板を用いた水晶振動子が使用されている。ＳＣカット水晶振動子を
一例として説明する。ＳＣカット（Stress Compensated Cut）水晶振動子は、図２に示す
ように、Ｘ軸の回りにθ（約３４度）回転し、更にＺ’軸の回りにφ（約２２度）回転し
て切り出した水晶基板を所定の厚さに研磨し、その両主表面に励振電極を付着して形成し
た振動子である。ＳＣカット水晶振動子には、図３に示すようにＣモード、Ｂモード、Ａ
モードの３つの振動モードが励振され、この３つのモードの中でＣモードを用いて水晶発
振器を構成する。Ｃモードの変曲点の一例は、ＡＴカット水晶振動子の変曲点の一例が約
２７．５度であるのに対し、約９５度と高温側にあり、恒温槽を用いて構成する高安定水
晶発振器に適している。なお、変曲点は切断角φの大きく依存している。
ＳＣカット水晶振動子の極大値であり、且つ零温度係数の頂点温度Ｔｐをバラツキの少
ないように、高精度で製作する必要がある。さらに、ＳＣカット水晶振動子を収容する恒
温槽の設定温度を頂点温度Ｔｐに高精度で調整する必要がある。頂点温度ＴｐはＳＣカッ
ト水晶振動子毎に僅かに異なるため、ＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐ毎に恒温槽の
温度を調整するのは工数の掛かる作業であった。
【００２２】
そこで、設定温度を一定にした恒温槽に、頂点温度Ｔｐを選別していないＳＣカット水
晶振動子を収容した恒温型圧電発振器の周波数温度特性の測定を試みた。図４は、横軸を
経過時間（ｈ）とし、縦軸の一方（図中左側）を周波数偏差ｄＦ／Ｆ（＝（Ｆ−Ｆ０／Ｆ
０）でＦ０は中心周波数）とし、縦軸の他方（図中右側）を周囲温度Ｔａ（℃）とした。
恒温槽の周囲温度Ｔａを常温に保持した後、常温から−１０℃まで低下させて所定の時間
保持した後、周囲温度Ｔａを７０℃まで時間をかけて上昇させ、７０℃に所定の時間保持
した後、常温に戻した。曲線Ｃ１はその時の経過時間と恒温槽の周囲温度Ｔａとの関係を
示す曲線である。
曲線群Ｃ２は、個々の恒温型圧電発振器の周囲温度Ｔａに対する周波数偏差ｄＦ／Ｆ（
×１０−９）を示している。
【００２３】
図５は恒温槽の周囲温度Ｔａと内部温度Ｔｏｖとの関係を示す図である。横軸を経過時
間（ｈ）とし、縦軸の一方（図中左側）を恒温槽の設定温度と内部温度Ｔｏｖとの温度差
とし、縦軸の他方（図中右側）を周囲温度Ｔａ（℃）とした。恒温槽の周囲温度Ｔａを常
温に保持した後、常温から−１０℃まで低下させて所定の時間保持した後、周囲温度Ｔａ
を７０℃まで上昇させ、７０℃に所定の時間保持した後、常温に戻した。曲線Ｃ１はその
時の経過時間と恒温槽の周囲温度Ｔａとの関係を示す曲線である。
曲線Ｃ３は周囲温度Ｔａの変化に対する恒温槽の設定温度と内部温度Ｔｏｖとの温度差
の変化を示す図である。常温では恒温槽の設定温度と内部温度Ｔｏｖとの温度差は零であ
るが、周囲温度Ｔａが−１０℃では、温度差はマイナス側に０．５℃程度変動し、周囲温
度Ｔａが７０℃では、温度差はプラス側に１℃程度変動している。つまり、恒温槽の内部
温度Ｔｏｖは、周囲温度Ｔａの変化により僅かに変動し、周囲温度Ｔａが低温では、内部
温度Ｔｏｖは設定温度より僅かに低く、周囲温度Ｔａが高温では、内部温度Ｔｏｖは設定
温度より僅かに高くなる。
【００２４】
図６はＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性曲線を示す図であり、変曲点の近傍の周
波数温度特性を示している。ＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性曲線の極大値の温度
、即ち零温度係数温度（頂点温度Ｔｐ）に、恒温槽の温度Ｔｏｖを設定するのが望ましい
。つまり、図６の周波数温度特性曲線の領域Ａに設定することが望ましい。しかし、設定
温度Ｔｏｖを頂点温度Ｔｐより低温度側の領域Ｂに設定する場合と、頂点温度Ｔｐより高
温度側の領域Ｃに設定する場合とでは、恒温槽の内部温度Ｔｏｖが、周囲温度Ｔａの変化
により図５に示すように僅かに変動した場合に、恒温型圧電発振器の周波数変化の様子が
異なる。
図６は、横軸を周囲温度Ｔとし、縦軸をＳＣカット水晶振動子の周波数偏差としたとき
、周囲温度Ｔの僅かの変化に対するＳＣカット水晶振動子の周波数変化を示す図である。
恒温槽の内部温度ＴｏｖをＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐ、図６の領域Ａに設定し
た場合は、内部温度Ｔｏｖが僅かに変動しても恒温型圧電発振器の周波数偏差ｄＦ／Ｆは
、図７の曲線ＣＡのように変化しない。恒温槽の内部温度Ｔｏｖを頂点温度Ｔｐより低温
側、図６の領域Ｂに設定した場合は、内部温度Ｔｏｖが僅かに上昇すると、恒温型圧電発
振器の周波数偏差ｄＦ／Ｆは、図７の曲線ＣＢのように内部温度Ｔｏｖと共に増加なる。
また、内部温度Ｔｏｖを頂点温度Ｔｐより高温側、図６の領域Ｃに設定した場合は、内部
温度Ｔｏｖが僅かに上昇すると周波数偏差ｄＦ／Ｆは、図７の曲線ＣＣのように内部温度
Ｔｏｖが僅かに上昇すると、逆に減少する。
逆に、設定温度Ｔｏｖを一定にした高温槽に、頂点温度ＴｐがばらつくＳＣカット水晶
振動子を収容して構成した恒温型圧電発振器の周波数偏差の変化は、上記のと同様である
。
【００２５】
図４に示した恒温型圧電発振器の周波数温度特性を検討し直してみた。ＳＣカット水晶
振動子の頂点温度Ｔｐと、恒温槽の設定温度（内部温度）Ｔｏｖとの温度差（Ｔｐ−Ｔｏ
ｖ）を横軸とし、７０℃における恒温型圧電発振器の周波数偏差ｄＦ／Ｆ_７０℃と、−
１０℃における周波数偏差周波数偏差ｄＦ／Ｆ_−１０℃と、の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄ
Ｆ／Ｆ_−１０℃）を縦軸として、図４に示した周波数温度特性のデータをプロットし直
した図が、図８である。図８より温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）と、周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ
_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）との間には強い相関があることを見出した。図８は、この
相関を一次関数で近似した例である。図８から周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ
／Ｆ_−１０℃）を補償すれば、恒温槽の設定温度Ｔｏｖを、ＳＣカット水晶振動子の頂
点温度Ｔｐに合わせ込まなくとも、恒温型圧電発振器の周波数温度特性を所望の安定度内
に調整できることを想致した。
多数のＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐを測定し、その頂点温度の平均値の温度に
恒温槽の温度Ｔｏｖを設定する。ＳＣカット水晶振動子個々の頂点温度Ｔｐを測定し、温
度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）を求める。温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）を図８の横軸に当てはめると、
横軸より恒温型圧電発振器に生じる周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０
℃）が推定される。恒温型圧電発振器の周波数温度特性を所望の安定度内に収めるには、
推定された（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）を零にすればよい。つまり、恒温型
圧電発振器の発振周波数を−（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）だけ補償してやれ
ばよい。
そこで、図８の周波数温度特性補償近似曲線Ｋ１の逆特性の逆温度特性補償量近似式を
求め、この逆温度特性補償量近似式に頂点温度Ｔｐと設定内部温度Ｔｏｖとを入れて周波
数補償量を求め、恒温型圧電発振器の発振周波数に加算してやればよい。
【００２６】
図９は、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）と周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１
０℃）との関係を三次関数Ｋ３で近似した場合であり、図１０は五次関数Ｋ５で近似した
場合である。関数の次数を上げるほど近似の精度の度合いが上がり、恒温型圧電発振器の
周波数偏差を零に近づけることができるが、回路で関数を実現する際に回路が複雑になる
。
図１に示した周波数温度特性補償量近似式３を、図８〜１０に示した一次関数近似式Ｋ
１、三次関数近似式Ｋ３、五次関数近似式Ｋ５の何れかを使って求め、求めた式の逆特性
を逆温度特性補償量近似式４とする。ここで逆特性とは、例えば図８の一次関数近似式Ｋ
１がＹ＝αＸ＋β（ここで、Ｘ＝（Ｔｐ−Ｔｏｖ）、Ｙ＝ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−
１０℃）で表わせるとしたとき、Ｙを−ｙに、Ｘをｘに置き換えた式をいう。つまり、ｙ
＝−（αＸ＋β）（ここで、ｘ＝（Ｔｐ−Ｔｏｖ）、ｙ＝ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−
１０℃）を、Ｙの逆特性という。三次関数近似式、五次関数近似式についても同様である
。
【００２７】
逆温度特性補償量近似式４を多項式で表わしたときの各係数、例えば五次式の場合は、
五次の係数をｆ５、四次の係数をｅ５、三次の係数をｄ５、二次の係数をｃ５、一次の係
数をｂ５、定数項をａ５として、各係数ｆ５、ｅ５、ｄ５、ｃ５、ｂ５、ａ５をＰＣ（パ
ーソナルコンピューター）等から、恒温型圧電発振器１のインターフェース回路５に出力
し、演算回路６のメモリに各係数ｆ５、ｅ５、ｄ５、ｃ５、ｂ５、ａ５を格納する。周波
数電圧制御回路７の補償電圧発生回路７ａはメモリに格納された係数ｆ５、ｅ５、ｄ５、
ｃ５、ｂ５、ａ５に基づいて五次関数の電圧を発生させ、この電圧を電圧可変容量回路７
ｂに印加する。電圧可変容量回路７ｂは印加された電圧に応じた容量値を呈し、この容量
値が圧電振動子Ｙ１と直列に接続されているので、圧電振動子Ｙ１と発振回路１０とから
なる圧電振動子の発振器周波数を可変する。この周波数可変量は、例えば図１０の温度差
（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に対応する周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）に
対し負号を付けた周波数変化量であり、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）により生じる周波数偏差
を零に補償するように動作する。
【００２８】
温度制御部の設定温度Ｔｏｖを、圧電振動子の頂点温度Ｔｐの平均値である一定温度に
設定する。頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差による恒温型圧電発振器の周波数温
度特性の周波数偏差を求める。この周波数偏差を、多くの恒温型圧電発振器の周波数温度
特性データから得られた周波数温度特性補償量近似式３に基づき補償する。つまり、周波
数電圧制御回路７に周波数補償用の容量を生成させ、この容量値で前記の周波数偏差を補
償するように機能する恒温型圧電発振器を構成する。
温度制御部の設定温度Ｔｏｖを一定値に設定し、圧電振動子の頂点温度Ｔｐと設定温度
Ｔｏｖと入力するだけで、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）による周波数温度特性の周波数偏差を
、演算回路６が補償電圧発生回路７ａに補償電極電圧を発生させ、この電圧で周波数補償
用の容量を生成させて周波数偏差を補償するので、調整工程を自動化でき、個々の温度制
御部の調整を省け、大幅な工数削減となるという効果がある。
また、圧電振動子Ｙ１にＳＣカット水晶振動子を用いることにより、製造する際のマウ
ント時のストレス（歪）のバラツキ、温度変化による歪、経年変化による歪の変化等が生
じた場合に、他のカットの水晶振動子に比べて周波数変化が少ないという効果がある。
【００２９】
図１１は、逆温度特性補償量近似式４を表わす一次関数、三次関数、五次関数を示した
式である。但しｘはＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐと高温槽の設定温度Ｔｏｖの温
度差を表わし、ｙは周波数温度特性の周波数偏差補償量を表わしている。
周波数温度特性補償量近似式３を一次式多項式で近似することにより、恒温型圧電発振
器の周波数温度特性を満たしつつ、補償電圧発生回路の構成が簡素化でき、且つ温度制御
部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
また、周波数温度特性補償量近似式３を三次式多項式で近似することにより、補償電圧発
生回路の構成が一次式多項式を用いた場合より複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数
温度特性がより改善でき、且つ温度制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果があ
る。
また、周波数温度特性補償量近似式を五次式多項式で近似することにより、補償電圧発
生回路の構成は複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数温度特性が大幅に改善でき、且
つ温度制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００３０】
本発明に係る製造方法は、上記の恒温型圧電発振器の製造方法であって、圧電振動子Ｙ
１の頂点温度Ｔｐを測定する圧電振動子測定工程と、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖを設
定する温度制御部調整工程と、周波数温度特性補償量近似式３に基づいて作成される逆温
度特性補償量近似式４の各係数を求める工程と、この各係数をインターフェース回路５を
介して演算回路６に入力する工程と、演算回路６からの信号により補償電圧発生回路７ａ
に補償電圧を生成させる工程と、この電圧により電圧可変容量回路７ｂに容量を生成する
工程と、この容量の容量値により、恒温型圧電発振器の周波数を調整する工程と、を有す
る恒温型圧電発振器の製造方法である。
予め、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖを一定にした多数の恒温型圧電発振器１の周波数
温度特性データを測定して、高温Ｔｈにおける周波数偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈと低温Ｔｌにお
ける周波数偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌとの差（ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈ−ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌ）と、（Ｔｐ−
Ｔｏｖ）との関係式、即ち周波数温度特性補償量近似式３を求め、この関係式の逆特性の
逆温度特性補償量近似式４を求めておく。
圧電振動子Ｙ１の頂点温度Ｔｐを測定し、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖを設定し、こ
のデータＴｐ、Ｔｏｖを入力して、逆温度特性補償量近似式４の各係数を求め、この各係
数を演算回路のメモリに格納する。演算回路８はメモリに格納された各係数に基づき、周
波数電圧制御回路７に補償電圧を発生させ、この電圧により周波数を補償する容量を生成
する。このように、周波数温度特性補償量近似式３を求めておけば、ＴｐとＴｏｖの入力
だけで恒温型圧電発振器の調整が完了するので、調整工数を大幅に削減できる製造方法で
ある。
なお、ＳＣカット水晶振動子を例示して説明したが、本願発明は他のカット角を有する
水晶振動子でも実施可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１…恒温型圧電発振器、３…周波数温度特性補償量近似式、４…逆温度特性補償量近似式
、Ｙ１…圧電振動子、５…ＩＦ回路、６…演算回路、７…周波数電圧制御回路、７ａ…補
償電圧発生回路、７ｂ…電圧可変容量回路、８…温度制御部、８ａ…感温素子、８ｂ…発
熱体、８ｃ…温度制御回路、１０…発振回路、１２…周波数可変入力端子、１４…出力周
波数端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、恒温槽の設定温度を一定とし、設定温度と圧電振動子の頂点温度との温度差
を補償する周波数電圧制御回路を備えた恒温型圧電発振器とその製造方法に関する。
【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恒温槽型圧電発振器が、
従来から知られている。近年、各種機器用に小型、軽量、低消費電力の恒温槽型圧電発振
器が市場から求められている。
特許文献１には、消費電力を低減した恒温槽型圧電発振器が開示されており、図１２は
そのブロック図である。恒温槽型圧電発振器は、恒温槽６１内で電圧制御圧電発振器６３
を加熱する発熱体６２と、恒温槽６１内に設けられた槽内感温素子６４と、恒温槽外で外
気温を検知する槽外感温素子６５とを備えている。さらに、槽外感温素子６５の温度情報
に基づき電圧制御圧電発振器６３の電圧を制御しその周波数を可変する制御電圧発生回路
６７と、槽外感温素子６５と槽内感温素子６４との温度差の温度情報により発熱体６２の
温度を制御する温度制御回路６６と、を備えている。
図１２の高温槽型圧電発振器では、恒温槽内温度が多少変動することから、恒温槽６１
内に収納する圧電発振器に、感温素子からの温度情報に基づき制御電圧発生回路６７で生
成する電圧を供給し、周波数を制御できるよう電圧制御圧電発振器６３を用いている。
【０００３】
また、特許文献２には、外気温度の変化を検知して温度制御する恒温型の水晶発振器が
開示されている。図１３は、シングルオーブン構造の発振器内に設ける回路基板の温度補
償回路のブロック図である。温度補償回路は、温度センサー７１、増幅器７２、加算器７
３、目標温度設定入力端子７４、増幅器７５、積分器７６、加算器７７、増幅調整用抵抗
７８、ヒータ用電源端子７９、ヒータ８０、トランジスタ８１、加算器８２、周波数補正
入力端子８３、増幅器８４、抵抗器８５、可変容量ダイオード８６、水晶振動子８７、周
波数出力端子８８から構成されている。温度センサー７１とヒータ８０は回路基板上に設
け、両者は水晶振動子８７の近くに配置するのが望ましい。
温度センサー７１が検出した増幅器７２の電圧出力と、目標温度入力電圧７４との差を
、加算器７３により検出して第１差信号を出力する。温度変動による第１差信号の変化を
抽出し、抽出信号と第１差信号を入力とした加算器７の出力は、外気温度が下がれば温度
を上昇させるように、トランジスタ１１のコレクタ電圧を下げてヒータ１０の電流を増加
させる。逆に、外気温度が上がればヒータ１０の電流を減少させる。水晶振動子の周波数
を補正するために、予め補正用の電圧値（周波数補正信号）を設定して加算器８２に入力
する。そして、上記抽出信号との差を検出して第２差信号とし、第２差信号に基づいて水
晶振動子の振動周波数を制御すると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０３６４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２５１３６６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された恒温槽型圧電発振器は、恒温槽の内部と外部に
それぞれ感温素子を設け、外部の温度情報、又は内部の温度情報の少なくとも何れか一方
に基づいて、制御電圧発生回路と温度制御回路とを制御する圧電発振器であり、恒温槽内
を加熱する発熱体の消費電力は少なくできるものの、恒温槽型圧電発振器の周波数安定度
は不十分であるという問題があった。
また、特許文献２に開示された水晶発振器は、外気温度の変化を検知して温度制御を行
うことで、恒温型の水晶発振器の周波数安定度向上を試みたものであるが、従来の恒温型
水晶発振器と同様に水晶振動子の頂点温度にオーブン温度を調整することを前提としてお
り、この調整に多大の工数を要するという問題があった。
これらばかりでなく、この高安定な圧電発振器を得るには、一方で頂点温度の精度の高
い圧電振動素子の作りこみも益々厳しく要求されており、この為、生産性の低下や生産コ
ストの増加を招いていた。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、圧電振動子の加工精度が従来通り
でありながら、調整工数を大幅に削減した高安定な恒温型圧電発振器を提供することを課
題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本発明に係る恒温型圧電発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を励振
する発振回路と、発振周波数を電圧により制御する周波数電圧制御回路と、前記圧電振動
子の温度を一定に保持する温度制御部と、入力される情報を処理し前記周波数電圧制御回
路に信号を供給する演算回路と、を備えた恒温型圧電発振器であって、前記温度制御部は
、温度を感知する感温素子と、前記圧電振動子を加熱する発熱体と、前記感温素子の温度
信号に基づき前記発熱体の温度を制御する温度制御回路と、を有し、前記周波数電圧制御
回路は、電圧により容量値が可変する電圧可変容量回路と、補償電圧発生回路と、を有し
、前記演算回路は、前記圧電振動子の零温度係数温度Ｔｐと前記温度制御部の設定温度Ｔ
ｏｖとの温度差による周波数偏差を補償する周波数温度特性補償量近似式に基づいて、前
記補償電圧発生回路に前記周波数偏差を補償する電圧を生成させ、該電圧を前記電圧可変
容量回路に印加し周波数を補償することを特徴とする恒温型圧電発振器である。
【０００８】
温度制御部の設定温度Ｔｏｖを、圧電振動子の零温度係数温度（頂点温度）Ｔｐの平均
値である一定温度に設定する。頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差による恒温型圧
電発振器の周波数温度特性の周波数偏差を求める。この周波数偏差を、多くの恒温型圧電
発振器の周波数温度特性データから得られた周波数温度特性補償量近似式に基づき補償す
る。つまり、周波数電圧制御回路に周波数補償用の容量を生成させ、この容量値で前記周
波数偏差を補償するように機能する恒温型圧電発振器を構成した。温度制御部の設定温度
Ｔｏｖを一定値に設定し、圧電振動子の頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖと入力するだけで
、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）による周波数温度特性の周波数偏差を、演算回路が補償電圧発
生回路に補償電極電圧を発生させ、この電圧で周波数補償用の容量を生成させて周波数偏
差を補償するので、調整工程を自動化できて、個々の温度制御部の調整を省け、大幅な工
数削減となるという効果がある。
【０００９】
［適用例２］また恒温型圧電発振器は、前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴
とする適用例１に記載の恒温型圧電発振器である。
【００１０】
圧電振動子に水晶振動子を用いることにより、製造する際のマウント時のストレス（歪
）のバラツキ、温度変化による歪、経年変化による歪の変化等が生じた場合に、周波数変
化が少ないカット角の水晶振動子を用いることができる。
【００１１】
［適用例３］また恒温型圧電発振器は、前記周波数温度特性補償量近似式が、前記温度
差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する一次式多項式で近似されることを特徴とする適用例１又は２
に記載の恒温型圧電発振器である。
【００１２】
周波数温度特性補償量近似式を一次式多項式で近似することにより、恒温型圧電発振器
の周波数温度特性を満たしつつ、補償電圧発生回路の構成が簡素化でき、且つ温度制御部
の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００１３】
［適用例４］また恒温型圧電発振器は、前記周波数温度特性補償量近似式が、前記温度
差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する三次多項式で近似されることを特徴とする適用例１又は２に
記載の恒温型圧電発振器である。
【００１４】
周波数温度特性補償量近似式を三次式多項式で近似することにより、補償電圧発生回路
の構成が一次式多項式を用いた場合より複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数温度特
性がより改善でき、且つ温度制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００１５】
［適用例５］また恒温型圧電発振器は、前記周波数温度特性補償量近似式が、前記温度
差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する五次多項式で近似されることを特徴とする適用例１又は２に
記載の恒温型圧電発振器である。
【００１６】
周波数温度特性補償量近似式を五次式多項式で近似することにより、補償電圧発生回路
の構成は複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数温度特性が大幅に改善でき、且つ温度
制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００１７】
［適用例６］恒温型圧電発振器の製造方法は、適用例１乃至５の何れかに記載の恒温型
圧電発振器の製造方法であって、前記圧電振動子の頂点温度Ｔｐを測定する圧電振動子測
定工程と、前記温度制御部の設定温度Ｔｏｖを設定する温度制御部調整工程と、前記周波
数温度特性補償量近似式に基づいて作成される逆温度特性補償量近似式の各係数を求める
工程と、該各係数をインターフェース回路を介して前記演算回路に入力する工程と、前記
演算回路からの信号により前記補償電圧発生回路に周波数温度特性補償電圧を生成させる
工程と、前記恒温型圧電発振器の周波数を調整する工程と、を有すること特徴とする恒温
型圧電発振器の製造方法である。
【００１８】
予め、温度制御部の設定温度を一定にした多数の恒温型圧電発振器の周波数温度特性デ
ータを測定して、高温Ｔｈにおける周波数偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈと低温Ｔｌにおける周波数
偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌとの差（ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈ−ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌ）と、（Ｔｐ−Ｔｏｖ）と
の関係式、即ち周波数温度特性補償量近似式を求め、この関係式の逆特性の逆温度特性補
償量近似式を求めておく。
圧電振動子の頂点温度Ｔｐを測定し、温度制御部の設定温度Ｔｏｖを設定し、このデー
タＴｐ、Ｔｏｖを入力して、逆温度特性補償量近似式の各係数を求め、この各係数を演算
回路のメモリに格納する。演算回路はメモリに格納された各係数に基づき、周波数電圧制
御回路の補償電圧を発生させ、この電圧により周波数を補償する容量を生成する。このよ
うに、周波数温度特性補償量近似式を求めておけば、ＴｐとＴｏｖの入力だけで恒温型圧
電発振器の調整が完了するので、調整工数を大幅に削減できる製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る恒温型圧電発振器１と補償方法の構成を示す概略ブロック図。
【図２】ＳＣカットの一例の切断角度を示す模式図。
【図３】ＳＣカット水晶振動子の周波数−リアクタンス曲線。
【図４】周囲温度の時間変化と、そのときの恒温型圧電発振器の周波数温度特性を示す図。
【図５】周囲温度の時間変化と、そのときの恒温槽の内部温度の変化を示す図。
【図６】ＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性と、恒温槽の設定温度範囲。
【図７】頂点温度Ｔｐと恒温槽の設定温度Ｔｏｖとの差により、恒温槽の温度変動による周波数偏差の変化傾向を示す図。
【図８】頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差と、７０℃及び−１０℃における各周波数偏差の差と、の分布図を一次関数で近似した場合の図。
【図９】頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差と、７０℃及び−１０℃における各周波数偏差の差と、の分布図を三次関数で近似した場合の図。
【図１０】頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差と、７０℃及び−１０℃における各周波数偏差の差と、の分布図を五次関数で近似した場合の図。
【図１１】周波数温度特性補償量近似式から逆特性の逆温度特性補償量近似式を求めた場合の、一次関数式、三次関数式、五次関数式の各式と係数。
【図１２】従来の恒温槽型圧電発振器の構成を示すブロック図。
【図１３】従来の温度補償回路のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る恒温型圧電発振器１の構成を示す概略ブロック図である。
恒温型圧電発振器１は、圧電振動子Ｙ１と、圧電振動子Ｙ１を励振するための発振回路
１０と、圧電振動子Ｙ１と発振回路１０とからなる圧電発振器の発振周波数を電圧により
制御する周波数電圧制御回路７と、圧電振動子Ｙ１の温度を一定に保持する温度制御部８
と、入力される情報を処理し周波数電圧制御回路に信号を供給する演算回路６と、を備え
た恒温型圧電発振器である。
温度制御部８は、圧電振動子Ｙ１の近傍の温度を感知する感温素子８ａと、圧電振動子
Ｙ１を加熱する発熱体８ｂと、感温素子８ａの温度信号に基づき発熱体８ｃの温度を所定
の温度に制御する温度制御回路８ｃと、を有している。
周波数電圧制御回路７は、電圧により容量値が可変する複数の容量素子を含む電圧可変
容量回路７ｂと、演算回路６からの情報により電圧可変容量回路７ｂに印加する電圧を生
成する補償電圧発生回路と、を有している。
演算回路６は、圧電振動子Ｙ１の零温度係数温度（頂点温度）Ｔｐと温度制御部８の設
定温度Ｔｏｖとの温度差によって生じる恒温型圧電発振器１の周波数温度特性における周
波数偏差を、周波数温度特性補償量近似式３の逆特性を有する逆温度特性補償量近似式４
に基づいて、補償電圧発生回路７ａに前記周波数偏差を補償する電圧を生成させ、該電圧
を電圧可変容量回路７ｂに印加して出力周波数を補償するように構成された恒温型圧電発
振器である。
なお、恒温型圧電発振器１は、周波数可変入力端子１２に外部から与える電圧Ｖｆによ
り、中心周波数を僅かに変化させる容量素子を電圧可変容量回路７ｂに有しており、周波
数は出力周波数端子１４から出力される。
【００２１】
従来、恒温型圧電発振器（恒温槽型高安定圧電発振器）には、図２に一例を示すような
二回回転カット水晶基板を用いた水晶振動子が使用されている。ＳＣカット水晶振動子を
一例として説明する。ＳＣカット（Stress Compensated Cut）水晶振動子は、図２に示す
ように、Ｘ軸の回りにθ（約３４度）回転し、更にＺ’軸の回りにφ（約２２度）回転し
て切り出した水晶基板を所定の厚さに研磨し、その両主表面に励振電極を付着して形成し
た振動子である。ＳＣカット水晶振動子には、図３に示すようにＣモード、Ｂモード、Ａ
モードの３つの振動モードが励振され、この３つのモードの中でＣモードを用いて水晶発
振器を構成する。Ｃモードの変曲点の一例は、ＡＴカット水晶振動子の変曲点の一例が約
２７．５度であるのに対し、約９５度と高温側にあり、恒温槽を用いて構成する高安定水
晶発振器に適している。なお、変曲点は切断角φの大きく依存している。
ＳＣカット水晶振動子の極大値であり、且つ零温度係数の頂点温度Ｔｐをバラツキの少
ないように、高精度で製作する必要がある。さらに、ＳＣカット水晶振動子を収容する恒
温槽の設定温度を頂点温度Ｔｐに高精度で調整する必要がある。頂点温度ＴｐはＳＣカッ
ト水晶振動子毎に僅かに異なるため、ＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐ毎に恒温槽の
温度を調整するのは工数の掛かる作業であった。
【００２２】
そこで、設定温度を一定にした恒温槽に、頂点温度Ｔｐを選別していないＳＣカット水
晶振動子を収容した恒温型圧電発振器の周波数温度特性の測定を試みた。図４は、横軸を
経過時間（ｈ）とし、縦軸の一方（図中左側）を周波数偏差ｄＦ／Ｆ（＝（Ｆ−Ｆ０／Ｆ
０）でＦ０は中心周波数）とし、縦軸の他方（図中右側）を周囲温度Ｔａ（℃）とした。
恒温槽の周囲温度Ｔａを常温に保持した後、常温から−１０℃まで低下させて所定の時間
保持した後、周囲温度Ｔａを７０℃まで時間をかけて上昇させ、７０℃に所定の時間保持
した後、常温に戻した。曲線Ｃ１はその時の経過時間と恒温槽の周囲温度Ｔａとの関係を
示す曲線である。
曲線群Ｃ２は、個々の恒温型圧電発振器の周囲温度Ｔａに対する周波数偏差ｄＦ／Ｆ（
×１０−９）を示している。
【００２３】
図５は恒温槽の周囲温度Ｔａと内部温度Ｔｏｖとの関係を示す図である。横軸を経過時
間（ｈ）とし、縦軸の一方（図中左側）を恒温槽の設定温度と内部温度Ｔｏｖとの温度差
とし、縦軸の他方（図中右側）を周囲温度Ｔａ（℃）とした。恒温槽の周囲温度Ｔａを常
温に保持した後、常温から−１０℃まで低下させて所定の時間保持した後、周囲温度Ｔａ
を７０℃まで上昇させ、７０℃に所定の時間保持した後、常温に戻した。曲線Ｃ１はその
時の経過時間と恒温槽の周囲温度Ｔａとの関係を示す曲線である。
曲線Ｃ３は周囲温度Ｔａの変化に対する恒温槽の設定温度と内部温度Ｔｏｖとの温度差
の変化を示す図である。常温では恒温槽の設定温度と内部温度Ｔｏｖとの温度差は零であ
るが、周囲温度Ｔａが−１０℃では、温度差はマイナス側に０．５℃程度変動し、周囲温
度Ｔａが７０℃では、温度差はプラス側に１℃程度変動している。つまり、恒温槽の内部
温度Ｔｏｖは、周囲温度Ｔａの変化により僅かに変動し、周囲温度Ｔａが低温では、内部
温度Ｔｏｖは設定温度より僅かに低く、周囲温度Ｔａが高温では、内部温度Ｔｏｖは設定
温度より僅かに高くなる。
【００２４】
図６はＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性曲線を示す図であり、変曲点の近傍の周
波数温度特性を示している。ＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性曲線の極大値の温度
、即ち零温度係数温度（頂点温度Ｔｐ）に、恒温槽の温度Ｔｏｖを設定するのが望ましい
。つまり、図６の周波数温度特性曲線の領域Ａに設定することが望ましい。しかし、設定
温度Ｔｏｖを頂点温度Ｔｐより低温度側の領域Ｂに設定する場合と、頂点温度Ｔｐより高
温度側の領域Ｃに設定する場合とでは、恒温槽の内部温度Ｔｏｖが、周囲温度Ｔａの変化
により図５に示すように僅かに変動した場合に、恒温型圧電発振器の周波数変化の様子が
異なる。
図６は、横軸を周囲温度Ｔとし、縦軸をＳＣカット水晶振動子の周波数偏差としたとき
、周囲温度Ｔの僅かの変化に対するＳＣカット水晶振動子の周波数変化を示す図である。
恒温槽の内部温度ＴｏｖをＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐ、図６の領域Ａに設定し
た場合は、内部温度Ｔｏｖが僅かに変動しても恒温型圧電発振器の周波数偏差ｄＦ／Ｆは
、図７の曲線ＣＡのように変化しない。恒温槽の内部温度Ｔｏｖを頂点温度Ｔｐより低温
側、図６の領域Ｂに設定した場合は、内部温度Ｔｏｖが僅かに上昇すると、恒温型圧電発
振器の周波数偏差ｄＦ／Ｆは、図７の曲線ＣＢのように内部温度Ｔｏｖと共に増加なる。
また、内部温度Ｔｏｖを頂点温度Ｔｐより高温側、図６の領域Ｃに設定した場合は、内部
温度Ｔｏｖが僅かに上昇すると周波数偏差ｄＦ／Ｆは、図７の曲線ＣＣのように内部温度
Ｔｏｖが僅かに上昇すると、逆に減少する。
逆に、設定温度Ｔｏｖを一定にした高温槽に、頂点温度ＴｐがばらつくＳＣカット水晶
振動子を収容して構成した恒温型圧電発振器の周波数偏差の変化は、上記のと同様である
。
【００２５】
図４に示した恒温型圧電発振器の周波数温度特性を検討し直してみた。ＳＣカット水晶
振動子の頂点温度Ｔｐと、恒温槽の設定温度（内部温度）Ｔｏｖとの温度差（Ｔｐ−Ｔｏ
ｖ）を横軸とし、７０℃における恒温型圧電発振器の周波数偏差ｄＦ／Ｆ_７０℃と、−
１０℃における周波数偏差周波数偏差ｄＦ／Ｆ_−１０℃と、の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄ
Ｆ／Ｆ_−１０℃）を縦軸として、図４に示した周波数温度特性のデータをプロットし直
した図が、図８である。図８より温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）と、周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ
_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）との間には強い相関があることを見出した。図８は、この
相関を一次関数で近似した例である。図８から周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ
／Ｆ_−１０℃）を補償すれば、恒温槽の設定温度Ｔｏｖを、ＳＣカット水晶振動子の頂
点温度Ｔｐに合わせ込まなくとも、恒温型圧電発振器の周波数温度特性を所望の安定度内
に調整できることを想致した。
多数のＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐを測定し、その頂点温度の平均値の温度に
恒温槽の温度Ｔｏｖを設定する。ＳＣカット水晶振動子個々の頂点温度Ｔｐを測定し、温
度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）を求める。温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）を図８の横軸に当てはめると、
横軸より恒温型圧電発振器に生じる周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０
℃）が推定される。恒温型圧電発振器の周波数温度特性を所望の安定度内に収めるには、
推定された（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）を零にすればよい。つまり、恒温型
圧電発振器の発振周波数を−（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）だけ補償してやれ
ばよい。
そこで、図８の周波数温度特性補償近似曲線Ｋ１の逆特性の逆温度特性補償量近似式を
求め、この逆温度特性補償量近似式に頂点温度Ｔｐと設定内部温度Ｔｏｖとを入れて周波
数補償量を求め、恒温型圧電発振器の発振周波数に加算してやればよい。
【００２６】
図９は、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）と周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１
０℃）との関係を三次関数Ｋ３で近似した場合であり、図１０は五次関数Ｋ５で近似した
場合である。関数の次数を上げるほど近似の精度の度合いが上がり、恒温型圧電発振器の
周波数偏差を零に近づけることができるが、回路で関数を実現する際に回路が複雑になる
。
図１に示した周波数温度特性補償量近似式３を、図８〜１０に示した一次関数近似式Ｋ
１、三次関数近似式Ｋ３、五次関数近似式Ｋ５の何れかを使って求め、求めた式の逆特性
を逆温度特性補償量近似式４とする。ここで逆特性とは、例えば図８の一次関数近似式Ｋ
１がＹ＝αＸ＋β（ここで、Ｘ＝（Ｔｐ−Ｔｏｖ）、Ｙ＝ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−
１０℃）で表わせるとしたとき、Ｙを−ｙに、Ｘをｘに置き換えた式をいう。つまり、ｙ
＝−（αＸ＋β）（ここで、ｘ＝（Ｔｐ−Ｔｏｖ）、ｙ＝ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−
１０℃）を、Ｙの逆特性という。三次関数近似式、五次関数近似式についても同様である
。
【００２７】
逆温度特性補償量近似式４を多項式で表わしたときの各係数、例えば五次式の場合は、
五次の係数をｆ５、四次の係数をｅ５、三次の係数をｄ５、二次の係数をｃ５、一次の係
数をｂ５、定数項をａ５として、各係数ｆ５、ｅ５、ｄ５、ｃ５、ｂ５、ａ５をＰＣ（パ
ーソナルコンピューター）等から、恒温型圧電発振器１のインターフェース回路５に出力
し、演算回路６のメモリに各係数ｆ５、ｅ５、ｄ５、ｃ５、ｂ５、ａ５を格納する。周波
数電圧制御回路７の補償電圧発生回路７ａはメモリに格納された係数ｆ５、ｅ５、ｄ５、
ｃ５、ｂ５、ａ５に基づいて五次関数の電圧を発生させ、この電圧を電圧可変容量回路７
ｂに印加する。電圧可変容量回路７ｂは印加された電圧に応じた容量値を呈し、この容量
値が圧電振動子Ｙ１と直列に接続されているので、圧電振動子Ｙ１と発振回路１０とから
なる圧電振動子の発振器周波数を可変する。この周波数可変量は、例えば図１０の温度差
（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に対応する周波数偏差の差（ｄＦ／Ｆ_７０℃−ｄＦ／Ｆ_−１０℃）に
対し負号を付けた周波数変化量であり、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）により生じる周波数偏差
を零に補償するように動作する。
【００２８】
温度制御部の設定温度Ｔｏｖを、圧電振動子の頂点温度Ｔｐの平均値である一定温度に
設定する。頂点温度Ｔｐと設定温度Ｔｏｖとの温度差による恒温型圧電発振器の周波数温
度特性の周波数偏差を求める。この周波数偏差を、多くの恒温型圧電発振器の周波数温度
特性データから得られた周波数温度特性補償量近似式３に基づき補償する。つまり、周波
数電圧制御回路７に周波数補償用の容量を生成させ、この容量値で前記の周波数偏差を補
償するように機能する恒温型圧電発振器を構成する。
温度制御部の設定温度Ｔｏｖを一定値に設定し、圧電振動子の頂点温度Ｔｐと設定温度
Ｔｏｖと入力するだけで、温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）による周波数温度特性の周波数偏差を
、演算回路６が補償電圧発生回路７ａに補償電極電圧を発生させ、この電圧で周波数補償
用の容量を生成させて周波数偏差を補償するので、調整工程を自動化でき、個々の温度制
御部の調整を省け、大幅な工数削減となるという効果がある。
また、圧電振動子Ｙ１にＳＣカット水晶振動子を用いることにより、製造する際のマウ
ント時のストレス（歪）のバラツキ、温度変化による歪、経年変化による歪の変化等が生
じた場合に、他のカットの水晶振動子に比べて周波数変化が少ないという効果がある。
【００２９】
図１１は、逆温度特性補償量近似式４を表わす一次関数、三次関数、五次関数を示した
式である。但しｘはＳＣカット水晶振動子の頂点温度Ｔｐと高温槽の設定温度Ｔｏｖの温
度差を表わし、ｙは周波数温度特性の周波数偏差補償量を表わしている。
周波数温度特性補償量近似式３を一次式多項式で近似することにより、恒温型圧電発振
器の周波数温度特性を満たしつつ、補償電圧発生回路の構成が簡素化でき、且つ温度制御
部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
また、周波数温度特性補償量近似式３を三次式多項式で近似することにより、補償電圧発
生回路の構成が一次式多項式を用いた場合より複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数
温度特性がより改善でき、且つ温度制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果があ
る。
また、周波数温度特性補償量近似式を五次式多項式で近似することにより、補償電圧発
生回路の構成は複雑になるが、恒温型圧電発振器の周波数温度特性が大幅に改善でき、且
つ温度制御部の調整工数が大幅に削減できるという効果がある。
【００３０】
本発明に係る製造方法は、上記の恒温型圧電発振器の製造方法であって、圧電振動子Ｙ
１の頂点温度Ｔｐを測定する圧電振動子測定工程と、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖを設
定する温度制御部調整工程と、周波数温度特性補償量近似式３に基づいて作成される逆温
度特性補償量近似式４の各係数を求める工程と、この各係数をインターフェース回路５を
介して演算回路６に入力する工程と、演算回路６からの信号により補償電圧発生回路７ａ
に補償電圧を生成させる工程と、この電圧により電圧可変容量回路７ｂに容量を生成する
工程と、この容量の容量値により、恒温型圧電発振器の周波数を調整する工程と、を有す
る恒温型圧電発振器の製造方法である。
予め、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖを一定にした多数の恒温型圧電発振器１の周波数
温度特性データを測定して、高温Ｔｈにおける周波数偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈと低温Ｔｌにお
ける周波数偏差ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌとの差（ｄＦ／Ｆ｜Ｔｈ−ｄＦ／Ｆ｜Ｔｌ）と、（Ｔｐ−
Ｔｏｖ）との関係式、即ち周波数温度特性補償量近似式３を求め、この関係式の逆特性の
逆温度特性補償量近似式４を求めておく。
圧電振動子Ｙ１の頂点温度Ｔｐを測定し、温度制御部８の設定温度Ｔｏｖを設定し、こ
のデータＴｐ、Ｔｏｖを入力して、逆温度特性補償量近似式４の各係数を求め、この各係
数を演算回路のメモリに格納する。演算回路８はメモリに格納された各係数に基づき、周
波数電圧制御回路７に補償電圧を発生させ、この電圧により周波数を補償する容量を生成
する。このように、周波数温度特性補償量近似式３を求めておけば、ＴｐとＴｏｖの入力
だけで恒温型圧電発振器の調整が完了するので、調整工数を大幅に削減できる製造方法で
ある。
なお、ＳＣカット水晶振動子を例示して説明したが、本願発明は他のカット角を有する
水晶振動子でも実施可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１…恒温型圧電発振器、３…周波数温度特性補償量近似式、４…逆温度特性補償量近似式
、Ｙ１…圧電振動子、５…ＩＦ回路、６…演算回路、７…周波数電圧制御回路、７ａ…補
償電圧発生回路、７ｂ…電圧可変容量回路、８…温度制御部、８ａ…感温素子、８ｂ…発
熱体、８ｃ…温度制御回路、１０…発振回路、１２…周波数可変入力端子、１４…出力周
波数端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、前記圧電振動子を励振する発振回路と、発振周波数を電圧により制御す
る周波数電圧制御回路と、前記圧電振動子の温度を一定に保持する温度制御部と、入力さ
れる情報を処理し前記周波数電圧制御回路に信号を供給する演算回路と、を備えた恒温型
圧電発振器であって、
前記温度制御部は、温度を感知する感温素子と、前記圧電振動子を加熱する発熱体と、
前記感温素子の温度信号に基づき前記発熱体の温度を制御する温度制御回路と、を有し、
前記周波数電圧制御回路は、電圧により容量値が可変する電圧可変容量回路と、補償電
圧発生回路と、を有し、
前記演算回路は、前記圧電振動子の零温度係数温度Ｔｐと前記温度制御部の設定温度Ｔ
ｏｖとの温度差による周波数偏差を補償する周波数温度特性補償量近似式に基づいて、前
記補償電圧発生回路に前記周波数偏差を補償する電圧を生成させ、該電圧を前記電圧可変
容量回路に印加し周波数を補償することを特徴とする恒温型圧電発振器。
【請求項２】
前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする請求項１に記載の恒温型圧電発振
器。
【請求項３】
前記周波数温度特性補償量近似式は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する一次多項式
で近似されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温型圧電発振器。
【請求項４】
前記周波数温度特性補償量近似式は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する三次多項式
で近似されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温型圧電発振器。
【請求項５】
前記周波数温度特性補償量近似式は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する五次多項式
で近似されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温型圧電発振器。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の恒温型圧電発振器の製造方法であって、
前記圧電振動子の頂点温度Ｔｐを測定する圧電振動子測定工程と、
前記温度制御部の設定温度Ｔｏｖを設定する温度制御部調整工程と、
前記周波数温度特性補償量近似式に基づいて作成される逆温度特性補償量近似式の各係
数を求める工程と、
該各係数をインターフェース回路を介して前記演算回路に入力する工程と、
前記演算回路からの信号により前記補償電圧発生回路に補償電圧を生成させる工程と、
前記恒温型圧電発振器の周波数を調整する工程と、
を有すること特徴とする恒温型圧電発振器の製造方法。
【請求項１】
圧電振動子と、前記圧電振動子を励振する発振回路と、発振周波数を電圧により制御す
る周波数電圧制御回路と、前記圧電振動子の温度を一定に保持する温度制御部と、入力さ
れる情報を処理し前記周波数電圧制御回路に信号を供給する演算回路と、を備えた恒温型
圧電発振器であって、
前記温度制御部は、温度を感知する感温素子と、前記圧電振動子を加熱する発熱体と、
前記感温素子の温度信号に基づき前記発熱体の温度を制御する温度制御回路と、を有し、
前記周波数電圧制御回路は、電圧により容量値が可変する電圧可変容量回路と、補償電
圧発生回路と、を有し、
前記演算回路は、前記圧電振動子の零温度係数温度Ｔｐと前記温度制御部の設定温度Ｔ
ｏｖとの温度差による周波数偏差を補償する周波数温度特性補償量近似式に基づいて、前
記補償電圧発生回路に前記周波数偏差を補償する電圧を生成させ、該電圧を前記電圧可変
容量回路に印加し周波数を補償することを特徴とする恒温型圧電発振器。
【請求項２】
前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする請求項１に記載の恒温型圧電発振
器。
【請求項３】
前記周波数温度特性補償量近似式は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する一次多項式
で近似されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温型圧電発振器。
【請求項４】
前記周波数温度特性補償量近似式は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する三次多項式
で近似されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温型圧電発振器。
【請求項５】
前記周波数温度特性補償量近似式は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｏｖ）に関する五次多項式
で近似されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温型圧電発振器。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の恒温型圧電発振器の製造方法であって、
前記圧電振動子の頂点温度Ｔｐを測定する圧電振動子測定工程と、
前記温度制御部の設定温度Ｔｏｖを設定する温度制御部調整工程と、
前記周波数温度特性補償量近似式に基づいて作成される逆温度特性補償量近似式の各係
数を求める工程と、
該各係数をインターフェース回路を介して前記演算回路に入力する工程と、
前記演算回路からの信号により前記補償電圧発生回路に補償電圧を生成させる工程と、
前記恒温型圧電発振器の周波数を調整する工程と、
を有すること特徴とする恒温型圧電発振器の製造方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２０５１６６（Ｐ２０１１−２０５１６６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６７４９７（Ｐ２０１０−６７４９７）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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