特開 2024-131048 圧電発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024131048

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】圧電発振器

(51)【国際特許分類】

   H03B 5/32 20060101AFI20240920BHJP

   H03H 9/02 20060101ALI20240920BHJP

   H03H 9/09 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H03B5/32 H

H03H9/02 A

H03H9/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023041070

(22)【出願日】2023-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】長牛 英雄

【テーマコード（参考）】

5J079

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J079AA04

5J079BA43

5J079BA49

5J079FA01

5J079FA14

5J079FA21

5J079HA06

5J079HA09

5J079HA12

5J079HA28

5J079HA29

5J079HA30

5J108BB02

5J108GG03

5J108GG07

5J108GG15

5J108JJ02

5J108JJ03

5J108JJ04

5J108KK03

(57)【要約】

【課題】圧電ユニットを筐体にゲルブッシュを利用して実装してある構造の圧電発振器であって、ゲルブッシュの効果をより発現できる新規な構造を有した圧電発振器を提供する。
【解決手段】圧電素子及び発振回路を搭載している配線基板と、配線基板を実装している筐体と、筐体の、配線基板が実装されている箇所で、筐体と配線基板との間に挿入されているゲルブッシュと、を備える圧電発振器において、ゲルブッシュに対し、所定圧力を加えている加圧部材を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電ユニットを搭載している配線基板と、前記配線基板を実装している筐体と、前記筐体の、前記配線基板が実装されている箇所で、前記筐体と前記配線基板との間に挿入されているゲルブッシュと、を備える圧電発振器において、
前記ゲルブッシュに対し、所定圧力を加えている加圧部材を備えたことを特徴とする圧電発振器。

【請求項2】

前記筐体は蓋部材を備え、前記加圧部材は、前記蓋部材に設けられ、前記配線基板を加圧することによって、前記ゲルブッシュを加圧している押しつけピンであることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。

【請求項3】

前記押しつけピンの長さは、前記配線基板上面から前記筐体上面までの長さと、前記押しつけピンが配線基板上面に接して前記配線基板を前記筐体の底方向に所定深さ押し付けする長さとを合わせた長さに値することを特徴とする請求項２に記載の圧電発振器。

【請求項4】

前記筐体と前記配線基板との間に挿入されている前記ゲルブッシュは、ワッシャー及びボルトを用いてかつ非加圧の状態で挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位相雑音特性の改善が可能な圧電発振器に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に圧電発振器には、位相雑音特性が規定されていることが多い。然も、航空機や飛翔体等の厳しい環境で使用される圧電発振器の場合は、位相雑音特性の規格が一般的なものより厳しい、加振時の位相雑音特性として規定されている。しかし、特に飛翔体に組み込まれた圧電発振器では、飛翔体の急旋回動作等によりバフェットを始めとする振動が圧電発振器に及ぶため、位相雑音特性の規格を満たせないことがあり、改善が望まれていた。
これを解決する１つの手段として特許文献１には、メイン基板とサブ基板から構成された基板において、水晶発振器が搭載されたサブ基板を、緩衝材（ゲルブッシュ）を介してメイン基板に固定するという構造が記載されている（特許文献１の段落００１４、図４）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０―２５８７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されているゲルブッシュを用いる構造は、確かに振動低減の手段として有効と思えるが、この出願に係る発明者の調査によれば、ゲルブッシュの振動低減効果を高めるためには、ゲルブッシュを所定範囲の加圧状態に維持した状態で用いることが好ましいことが分かった（例えば、株式会社タイカ、ブッシュタイプ（ゲルブッシュ）、［online］、［令和５年３月９日検索］、インターネット
＜ＵＲＬ：https://taica.co.jp/gel/product/vibration_damping/gelbush.html＞）。
一方、圧電発振器は、圧電素子や発振回路が搭載された圧電ユニットを内部に備えている。この圧電ユニットのサイズは一般にそれほど大きなものではないため自重も軽い。例えば、圧電ユニットのサイズは７×５×３（単位：ｍｍ）程度である。然も、飛翔体用途の圧電発振器では、圧電発振器自体に質量の規格が設けられていることが多いため、圧電発振器に錘を付加して自重を高めることもできない。従って、圧電発振器にゲルブッシュを用いた構成において、圧電発振器の自重でゲルブッシュを適正な加圧状態に維持することはできず、従って、何らかの加圧手段の検討が必要なことに、この出願に係る発明者は気づいた。

【0005】

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、圧電ユニットを筐体にゲルブッシュを利用して実装してある構造の圧電発振器であって、ゲルブッシュの効果をより発現できる新規な構造を有した圧電発振器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的の達成を図るため、この発明の圧電発振器によれば、圧電ユニットを搭載している配線基板と、前記圧電ユニット及び前記配線基板を内包し、実装している筐体と、前記筐体の、前記配線基板が実装されている箇所で、前記筐体と前記配線基板との間に挿入されているゲルブッシュと、を備える圧電発振器において、
前記ゲルブッシュに対し、所定圧力を加えている加圧部材を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この発明の圧電発振器によれば、圧電発振器の使用環境下で加えられる振動が、配線基板と筐体間に設けたゲルブッシュにより軽減され、位相雑音特性が改善することができる。然も、圧電発振器内にゲルブッシュに所定加圧できる加圧部材を備えているので、ゲルブッシュの有効な性能の発現を期待できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は、本発明の圧電発振器の実施形態を説明するための図である。

【図2】本発明の圧電発振器の実施形態の構造を説明するための斜視図である。

【図3】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は、ゲルブッシュ４０に加圧する過程の図である。

【図4】（Ａ）、（Ｂ）図は、本発明の加圧部材の他の例である。

【図5】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は、本発明の圧電発振器の押しつけピンの他の例である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照してこの発明の圧電発振器１０についてそれぞれ説明する。
なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

【0010】

図１及び図２を参照して、本発明の実施形態である圧電発振器１０について説明する。
図１（Ａ）は、蓋部材５０を外した状態の圧電発振器１０の上面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のａ－ａ’間の蓋部材５０を外した状態の圧電発振器１０の断面図、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）のゲルブッシュ４０の拡大図、である。図２は圧電発振器１０の構造を示す斜視図である。

【0011】

圧電発振器１０は、配線基板２０と、筐体３０と、ゲルブッシュ４０と、蓋部材５０（図２参照）と、加圧部材６０と、を備えている。

【0012】

配線基板２０は、圧電ユニット２１を上面（蓋部材５０と対する面）に搭載している。圧電ユニット２１は、圧電素子２２及び発振回路２３を含んでいる。本発明において、圧電素子２２は、圧電発振器１０の仕様に応じた任意のもので良く、例えば水晶を用いたもの、他の圧電材料を用いたもので良いが、高い周波数精度が必要とされる飛翔体用途の場合であれば、圧電素子２２はＡＴカットの水晶振動子やＳＣカットに代表される２回回転水晶片を用いた水晶振動子が良い。発振回路２３は、コンデンサ、抵抗及びトランジスタ等で構成した発振回路でもよいし、発振回路を内蔵した１チップＩＣでもよい。また、配線基板２０は、筐体３０にゲルブッシュ４０を介して実装するための実装穴も開いている（図示せず）。また、配線基板２０は、電源電圧及び出力のための端子も備えており、各端子と筐体３０を配線等によって接続している（図示せず）。

【0013】

筐体３０は、箱型形状のもので、１つの面が開口部となっていて、内部が凹部となっていて、この凹部内に配線基板２０を後述する本発明に係る構造で実装できるものとしてある。筐体３０は、上記開口部側の面の上部にネジ穴３２を備えている。蓋部材５０は、このネジ穴３２にネジ５３を挿入することで筐体３０に接続でき、これによって、配線基板２０を外部から保護と遮蔽できるものである。また筐体３０は、底部に突起３１を備えている。突起３１は、配線基板２０をゲルブッシュ４０を介して筐体３０に実装する際に、ゲルブッシュ４０と接するものである。また、筐体３０の内部には、配線基板２０の各端子と接続するための端子、筐体３０の外部には、内部の端子から繋がっており、外部機器に接続するための端子を備えている（図示せず）。筐体３０は、突起３１も含め、金属製であり、例えばアルミニウム製である。

【0014】

ゲルブッシュ４０は、平面視で楕円形であり、上部４１、下部４２、カラー４３の３つによって、構成されている。ゲルブッシュ４０の断面の半分より上方向が上部４１であり、平面視で楕円形の上部４１は、中心に貫通孔４４ａが開いている。ゲルブッシュ４０の断面の半分より下方向が下部４２であり、下部４２は、荷重がかかる部位（荷重部）４２ｂと、荷重部４２ｂの中心から上方向に円柱状に形成されている部位（円柱部）４２ａが一体になって構成されている。下部４２の円柱部４２ａの中心には、貫通孔４４ｂが開いており、円柱部４２ａの上面から荷重部４２ｂの底面まで、穴が貫いている。その貫通孔４４ｂ内部には、金属製のカラー４３を備えている。下部４２の円柱部４２ａを上部４１の貫通孔４４ａに挿入することで、ゲルブッシュ４０は形成されている。
本発明のゲルブッシュは、タイカ製のブッシュタイプ「Ｓ」を使用している（https://taica.co.jp/gel/product/vibration_damping/gelbush.html）。「Ｓ」は、適正荷重０．２～０．７５ｋｇをかけることで、防振効果を発揮する。

【0015】

図２に示すように、蓋部材５０は、平面視で矩形状であり、四隅に筐体３０に固定するためのネジ穴５１が開いている。また、蓋部材５０は、筐体３０と対する面に押しつけピン５２を備えている。蓋部材５０及び押しつけピン５２は、金属製であり、例えばアルミニウム製である。

【0016】

加圧部材６０は、この場合、筐体３０と、蓋部材５０と、蓋部材５０を筐体３０に固定するネジ５３と、蓋部材５０に設けた押しつけピン５２と、によって構成されている。加圧部材６０の詳細は、下記の実装例の項にて説明する。

【0017】

配線基板２０は筐体３０に下記のように実装される。
まず、配線基板２０に開いている実装穴の基板下面から基板上面方向に、ゲルブッシュの下部４２の円柱部４２ａを挿入する。次に、実装穴から基板上面に出ているゲルブッシュの下部４２の円柱部４２ａを、ゲルブッシュの上部４１の貫通孔４４ａに挿入する。その後、ゲルブッシュの上部４１の上面にワッシャー４５を設置し、ワッシャー４５の穴及びゲルブッシュの上部４１の貫通孔、ゲルブッシュの下部４２の貫通孔４４ｂにボルト４６を挿入し、突起３１に実装する。この時、ワッシャー４５及びボルト４６は、ゲルブッシュ４０に非加圧の状態で挿入しており、ゲルブッシュ４０は荷重されていない。
また、本実施例では突起３１上にゲルブッシュ４０を接する方法により、配線基板２０を実装したが、筐体３０の底部に直接ゲルブッシュを接する方法により、配線基板２０を実装してもよい。

【0018】

図３の圧電発振器１０の断面図を参照して、ゲルブッシュ４０に所定圧力を加える過程を説明する。図３（Ａ）は、蓋部材５０を筐体３０に固定していない図、図３（Ｂ）は、押しつけピン５２が配線基板２０の上面に接している図、図３（Ｃ）は、蓋部材５０がネジ５３によって、筐体３０に固定されている図である。
ゲルブッシュ４０への所定圧力（以降、適正荷重と言う。）の加圧は、加圧部材６０によって行う。
蓋部材５０は、ネジ５３を筐体３０の開口部側の面の上部にネジ穴３２に挿入することで固定される。蓋部材５０を筐体３０に固定することで、押しつけピン５２は、配線基板２０を所定深さだけ筐体３０の底方向へ押しつける。配線基板２０が筐体３０の底方向へ押しつかれたことで、ゲルブッシュの下部４２も所定深さだけ、筐体３０の底方向へ押しつけられ、潰れた状態になる。このように配線基板２０及びゲルブッシュの下部４２が所定深さ押しつけられることで、ゲルブッシュ４０に適正荷重を加えることができる。つまり、所定深さとは、適正荷重を表現したものであって、この適正荷重を加えることに作用している加圧部材６０は、筐体３０と、蓋部材５０と、蓋部材５０を筐体３０に固定するネジ５３と、蓋部材５０に設けた押しつけピン５２と、で構成されている。
蓋部材５０に設けられた押しつけピン５２の長さは、ゲルブッシュ４０に適正荷重が加わる長さに設定している。本発明において、配線基板２０の上面から筐体３０の上面までの長さＨ１と、押しつけピン５２が配線基板２０を筐体３０の底方向に所定深さ押しつける長さＨ２（このＨ２の長さが荷重となる）を合わせた長さが押しつけピン５２の長さになっている。従って、押しつけピン５２が配線基板２０を筐体３０の底方向に所定深さ押しつける長さであるＨ２に相当する部分を長くする程、ゲルブッシュ４０に対する荷重を大きくできる。ゲルブッシュ４０に適正荷重が加わるよう、予め押しつけピン５２の長さを設定し、蓋部材５０に設けておく。

【0019】

配線基板２０をゲルブッシュ４０で挟み、筐体３０に実装している構造であるため、圧電発振器１０に振動が加えられた場合においても、その振動をゲルブッシュ４０が吸収して緩和することができ、圧電発振器１０への振動の影響が低減し、位相雑音特性が悪化することを防げる。また、ゲルブッシュ４０に荷重を加えるために、蓋部材５０に加圧部材６０を設けた構造を取っているため、ゲルブッシュ４０の有効な性能の発現を期待できる。

【0020】

また、今回は加圧部材６０を蓋部材５０に設けた例で説明したが、加圧部材６０は、図４に示すような他の例であってもよい。
図４（Ａ）は、筐体３０の壁部に加圧部材６０が備えられた例、図４（Ｂ）は、筐体３０の底部に加圧部材６０が備えられた例である。どちらも、加圧部材６０に、例えば、配線基板２０を筐体３０の底方向に押し付けることができるようにネジ穴が設けられており（図示せず）、ネジを締めることによって、加圧をすることができる。

【0021】

図５に押しつけピン５２の配置のいくつかの例を示す。
図５（Ａ）は、蓋部材５０の短辺側２辺の中央部にそれぞれ押しつけピン５２が備えられている例、図５（Ｂ）は、平面視で矩形形の蓋部材５０の４つの辺それぞれの中央部に押しつけピン５２が備えられている例、図５（Ｃ）は、平面視で矩形状の蓋部材５０の四隅と中央に押しつけピン５２が備えられている例、である。

【符号の説明】

【0022】

１０：圧電発振器 ２０：配線基板
２１：圧電ユニット ２２：圧電素子
２３：発振回路 ３０：筐体
３１：突起 ３２：筐体のネジ穴
４０：ゲルブッシュ ４１：ゲルブッシュの上部
４２：ゲルブッシュの下部 ４２ａ：円柱部
４２ｂ：荷重部 ４３：カラー
４４ａ：上部の貫通孔 ４４ｂ：下部の貫通孔
４５：ワッシャー ４６：ボルト
５０：蓋部材 ５１：蓋部材のネジ穴
５２：押しつけピン ５３：蓋部材のネジ
６０：加圧部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】