本発明は、圧電発振子の周波数温度特性を補償する温度補償型圧電発振器、及び該発振器を備えた画像形成装置に関する。

ファクシミリや複合機等の画像形成装置やその他の電子機器において、水晶発振子のような圧電発振子がリアルタイムクロックに用いられている。 ファクシミリでは、ファクシミリの送受信時刻としてＲＴＣを利用しており、複合機では、本体時刻表示などで利用している。 圧電発振子の発振周波数は温度によって変化するため、時刻ずれなどを抑えようとすると、その周波数温度特性を補償することが必要になる。 例えば、ファクシミリにおける時刻ずれの許容範囲は６０ｓ／月である。

画像形成装置では、その使用方法や使用温度を推定して周波数偏差が最初となるようにソフトウェアで一定の補正をすることが行われている。 しかしながら、本体電源でマイクロプロセッサを駆動していると、そのオフ時に補正をすることができないし、使用方法や使用温度によっては１２０ｓ／月程度のずれが生じることがあった。

また温度補償回路を有した圧電発振器では、一般的に、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator）構造にあるバリキャップに、サーミスタのような感温素子を用いて生成した補償電圧を印加して温度補償を行っている。 周辺温度に応じてバリキャップの容量が変化することにより、圧電発振子からみた負荷容量が変化し、それによって発振周波数偏差が抑えられる。 例えば特許文献１には、デジタル制御の温度補償型水晶発振器が記載されている。

特開平６−３１８８２０号公報

バリキャップのような可変容量素子により、周辺温度が低温の場合と高温の場合の両方で補正をしようとすると、例えばバリキャップを２つ直列に接続して二次関数を作り出す必要がある。 二次以上の関数を作り出すと部品のバラツキに敏感になり、さらに部品点数が増加することでバラツキも大きくなり易い。

本発明は、このような従来の技術における課題を鑑みてなされたものであり、画像形成装置のような本体機器に取り付けられたときに、簡単な回路構成により発振周波数偏差を適当に抑えることのできる温度補償型圧電発振器、及びその発振器を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の提供する温度補償型圧電発振器は、圧電発振子及び可変容量素子を有する発振回路と、バッテリ電源電圧を感温素子により分圧する温度検出回路と、当該発振器が取り付けられる本体の電源が投入されているときに、前記感温素子による分圧電圧を前記可変容量素子に出力し、前記本体の電源が切断されている間は、前記感温素子による分圧を解除する切替回路とを備えている。

本発明の他の態様によれば、上述の温度補償型圧電発振器を備えた画像形成装置を提供する。

以上の構成によれば、本体の電源が投入され本体内が比較的高温になっているときには、感温素子による分圧電圧を用いて温度補償を行うととともに、本体の電源が切断され、本体内が周波数偏差の少ない常温付近になっているときには、感温素子による温度補償を解除して行わないため、温度域によって可変容量素子のような部品の点数を増加させることなく、適当な範囲で発振周波数偏差を抑えることが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 この実施の形態では、複合機の本体時刻表示等に用いるＲＴＣの温度補償型水晶発振器として本発明を具体化しているものとする。 その複合機では、ＲＴＣをバッテリにて単独で動作させており、複合機本体の電源が切断されているときも、本体時刻表示のためＲＴＣにより計時を行っている。

図１は本実施の形態における温度補償型水晶発振器の回路構成の一例を示す図である。 この温度補償型水晶発振器では、音叉形状の水晶発振片を有する水晶発振子１０１を備えている。 この水晶発振子１０１には、インバータ１０２及び帰還抵抗１０３を有する増幅回路が接続されている。 これらはピアースＣＢ発振回路として動作し持続発振を行う。

この発振回路には、可変容量素子であるバリキャップ１０４及び１０５が接続されている。 バリキャップ１０４及び１０５に印加する電圧を制御して、発振回路の負荷容量を変更することにより、水晶発振子１０１の発振周波数が調整される。 バリキャップ１０４及び１０５に印加される電圧が大きくなればその容量は小さくなり、その電圧が小さくなればその容量は大きくなる。 負荷容量は、水晶発振子１０１の一端から他端までの閉ループに含まれる容量成分である。 その閉ループには、バリキャップ１０４及び１０５のほか、容量固定のコンデンサ１０６及び１０７、直流カットコンデンサ１０８及び１０９が含まれる。 さらに発振回路と直流カットコンデンサ１０９の間にはオーバートーンを抑制するため抵抗１１０が設けられている。

このような電圧制御型発振回路のバリキャップ１０４及び１０５には、温度検出回路１１１が制御電圧を出力する。 ここでは、温度検出回路１１１が、感温素子であるサーミスタ１１２を低圧側に配置した分圧回路を有している。 分圧回路にはバッテリ電源電圧が印加され、高圧側に配置した固定抵抗１１３の抵抗値と、サーミスタ１１２の抵抗値との比でバッテリ電源電圧を分圧する。 サーミスタ１１２は水晶発振子１０１の近傍に配置されており、水晶発振子１０１の周辺温度が上昇すれば、その抵抗値が低下し、周辺温度が低下すれば、その抵抗値が上昇する。 サーミスタ１１２の抵抗値が変化することにより、サーミスタ１１２及び固定抵抗１１３の接続点の電圧である分圧電圧が、水晶発振子１０１の周辺温度に応じて変化する。 この分圧電圧が、抵抗１１４及び１１５を介してバリキャップ１０４及び１０５にそれぞれ出力される。

この実施の形態における温度補償型水晶発振器では、当該発振器が取り付けられている複合機本体の電源が投入されているときに、サーミスタ１１２による分圧電圧をバリキャップ１０４及び１０５に出力し、本体の電源が切断されている間は、サーミスタ１１２による分圧を解除する切替回路を有している。 ここでは、その切替回路として、サーミスタ１１２と接地との間にＭＯＳＦＥＴ１１６が配置されている。 このＰチャンネルＦＥＴ１１６のソースがサーミスタ１１２の一端に接続され、ドレインが接地されている。

ＦＥＴ１１６のゲートは、本体電源と接続されている。 本体電源電圧は抵抗１１７及び１１８により分圧され、その分圧電圧をコンデンサ１１９によりゲートに供給している。 ＦＥＴ１１６はスイッチング素子として動作し、複合機本体の電源が投入されているとオンして、サーミスタ１１２の低圧端を接地する。 またＦＥＴ１１６は、本体電源が切断されている間、オフとなる。 このため、サーミスタ１１２による分圧電圧は、本体電源が投入されている間だけバリキャップ１０４及び１０５に出力され、温度補償がされることになる。 一方、本体電源が切断されているときは、サーミスタ１１２による分圧が解除され、バッテリ電源電圧による最大電圧が、バリキャップ１０４及び１０５に出力されることになる。 この場合、温度補償は行われない。 これは、複合機本体の電源が切断されているときの発振周波数偏差は小さいと考えられるためである。

複合機本体の電源が切断されているとき、その温度範囲は通常１０℃〜４０℃であると考えられる。 実際にオフィス等で複合機が使用される環境では、複合機の電源が切断されるようなとき、そのオフィス等が稼動していないことが多い。 この場合、水晶発振器が配置される複合機内も常温近傍にあり、その温度は、１０℃〜４０℃の複合機仕様温度範囲から大きく逸脱しないと考えられる。 これに対し、複合機の電源が投入されているようなときには、オフィスが稼動しているので、周囲温度は２５℃前後となっていることが多く、機器内部温度としてはそれ以上の温度、例えば６０℃程度までの高温になることが考えられる。

このように、電源投入時と未投入時とで複合機の機器内部温度が大幅に変化するため、使用温度範囲が例えば１０℃〜６０℃まで広がり、複合機では使用方法による発振周波数偏差が大きくなってしまう。 それに加えてＲＴＣに使用している水晶発振子の温度偏差は６０℃で約−４５ｐｐｍ（１２０ｓ／月）存在するため、６０ｓ／月という規定を満たすのは困難である。 またバリキャップにより低温の場合と高温の場合を補正しようとすると、部品点数が増加し、バラツキの影響を抑えるのが難しくなる。

しかしながら、常温付近では温度偏差も小さいので、本実施の形態における温度補償型水晶発振器では、電源切断時に温度補償を行わず、電源投入時にのみ温度補償を行っている。 これによって、部品点数を増加させずに、簡単な回路構成で適当な範囲で温度補償を行うことが可能となる。 例えば複合機では６０ｓ／月を満足すればよいので、それを満足するよう、周波数偏差を約２０ｐｐｍの範囲内に抑えられる。 また部品のバラツキによる影響も抑えられるので、複合機の製品個体ごとのばらつきも軽減できる。 その結果、製品個々に対する調整等も不要になる。

図２は温度補償型水晶発振器の周波数温度特性の一例を示す図である。 横軸が周辺温度［℃］を示し、縦軸が発振周波数偏差［ｐｐｍ］を示す。 このグラフにおいて破線で示すバリキャップの温度特性は、上述のようにバリキャップに電圧を印加することにより得られる補償量を仮に表現したものである。

この例において、水晶発振子の周波数温度特性は、細点線及び細実線で示している。 本実施の形態では、音叉型発振子を用いているので、その特性は、このグラフで上に凸の二次関数で表されており、その頂点温度は２５℃である。 このように二次関数の形状を周波数温度特性は有しているけれども、複合機本体の電源が切断されている１０℃〜４０℃の範囲では、細点線で示すように、水晶発振子の周波数偏差は−１０ｐｐｍ以下となっている。 このため、本体の電源切断時における発振器全体の温度特性は、太点線で示すように、−２０ｐｐｍ以下におさまっている。

一方、電源を投入しているときには、複合機内部の温度は３５℃から６０℃程度にまでなる。 この範囲では、細実線で示すように、水晶発振子の発振周波数偏差が大きく変動する。 しかしながら、電源を投入しているときには、温度補償が行われているため、バリキャップの温度特性も、細破線で示すように、水晶発振子の発振周波数偏差に応じて変化している。 温度が上昇すればするほど補償量が増加している。 したがって電源を投入しているときも、水晶発振器全体の周波数温度特性は、太実線で示すように、約２０ｐｐｍの範囲内に抑えられる。

このように本実施の形態における温度補償型水晶発振器では、複合機の電源切断時に温度補償を行わず、電源投入時にのみ温度補償を行うことにより、バリキャップのような部品の点数を増加させることなく、適当な範囲で発振周波数偏差を抑える。 また高温時のみが補償の対象となり、対象温度範囲が狭まることにより精度に対しても改善が可能である。

上述した実施の形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。 上述の例では、二次関数の特性を有する音叉型発振子を用いたが、その他の種類の圧電発振子を用いるようにしてもよい。 例えば三次関数の特性を有するＡＴカット発振子を用いてもよい。 また温度補償の有無を本体電源の投入・切断により切り替える代わりに、画像形成装置のスリープモードやレディモード等の動作点で切り替えることもできる。 さらに本発明は、複合機のほか、ファクシミリやプリンタのような他の画像形成装置に適用することが可能であるし、また画像形成装置以外の電子機器に搭載する温度補償型圧電発振器や、その電子機器にも適用が可能である。

本発明に係る温度補償型圧電発振器及び画像形成装置によれば、画像形成装置のような本体機器に取り付けられたときに、簡単な回路構成により発振周波数偏差を適当に抑えることができ、画像形成装置やその他のＲＴＣを搭載する各種の機器に有用である。

本実施の形態における温度補償型水晶発振器の回路構成の一例を示す図

温度補償型水晶発振器の周波数温度特性の一例を示す図

符号の説明

１０１ 水晶発振子 １０２ インバータ １０３ 帰還抵抗 １０４、１０５ バリキャップ（可変容量素子）
１１１ 温度検出回路 １１２ サーミスタ（感温素子）
１１６ ＦＥＴ