(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動駆動用の対向励振電極を有する圧電振動子において、第一端子と第二端子にそれぞれ電気的に結線された圧電基板の主面上を対向して挟む二つの励振用主電極と、この主電極に近接した残りの主面のほぼ全面または側面或いは端面を含むほぼ全面に、この主電極とは電気的に分離して配された二つの副電極を配し、この二つの副電極を電気的に結線しこれを第三端子に電気的に結線したことを特徴とする遮蔽電極を有する３端子型圧電振動子。
【請求項２】
二つの励振用主電極にそれぞれ電気的に結線された第一端子と第二端子と、互いに電気的に結線された前記二つの副電極に電気的に結線された第三端子を設け、前記第一、第二の端子間に、前記第三端子を配置すると共に、該第三の端子とパッケージ端子との間を接続するリード電極によって、前記第一の端子用リードと前記第二端子用リードとの間を空間的に遮蔽したことを特徴とする請求項１記載の遮蔽電極を有する３端子型圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＡＴカット水晶振動子のようなエネルギー閉じ込め型厚み振動子において、スプリアス周波数間隔が広く、小型化で、しかも、周波数可変範囲の広い性能を有する遮蔽電極を有する３端子型圧電振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発振子等に使用される圧電振動子には数多くのタイプがあるが、そのうちのエネルギー閉じ込め型圧電振動子は、機械的支持手段の進歩により、実用に供し得るようになっている。
特に、ＡＴカット厚みすべり水晶振動子は、圧電基板として特別な角度に切断された水晶を用いたもので、その周波数温度特性が安定であることから、携帯無線機や情報機器に数多く使用され、不可欠の重要部品となっている。
図４に従来の水晶振動子の一例を示す。同図（ａ  ）はその正面図であって、圧電基板４  の表裏両面に一対の励振電極１，２  を配し、この圧電基板４  を保持器８  に絶縁物を介して植設した二つのスプリング１０ａ，１０ｂ  の先端部に導電性接着材９ａ，９ｂ  により電気的、機械的に接続している。保持器８の周縁部１５は金属ケース１４の下縁部と電着封止されている。保持器８  は、金属台座１３に設けた２つの貫通孔に夫々外部金属リード線１１ａ，１１ｂ  をガラス等の誘電性充填材１２ａ，１２ｂ  を介して気密状態で貫通させた構成を有し、各リード線１１ａ，１１ｂ  の上端部に夫々スプリング１０ａ，１０ｂ  をハンダ１６ａ，１６ｂ  にて固定している。
【０００３】
この振動子を外観的に電気的に眺めると、二つの外部金属リード線１１ａ，１１ｂ  と台座１３と電気的に接続された金属ケース１４の  ３部分があり、電気的には  ３端子を持った電子部品とみなすことができる。第１  の端子と第２  の端子は、圧電振動子本来の機能を奏する為の二つの外部金属リード線１１ａ，１１ｂ  であり、第３  の端子は、浮遊容量の為にその扱いが問題となる金属ケース１４である。なお、金属台座１３も電気的に接続されているが表面積の大きいケース１４にその影響を含めて代表させる。
【０００４】
また一方、これらエネルギ閉じ込め型厚味モード振動子では、主振動の周波数とインハーモニック・スプリアス（以下、スプリアスと言う）の周波数との周波数間隔は、事実上電極寸法で決まってしまうと言う事実があった。本来、この電極寸法は任意に変更し得ないために、従来、上述したスプリアスは、電極寸法によって一義的に所定の周波数位置に出現し、その対策に苦慮していた。
この問題に対して、本発明の出願人は、既に、振動子の主電極周縁部に溝を設け、その溝の寸法を変更することによって、主振動とスプリアスの周波数間隔を電極寸法とは独立に任意に制御し得るようにした圧電振動子を提案している。
【０００５】
上記手法の概要は、厚味すべり振動、厚味ねじれ振動、厚味縦振動を利用した圧電振動子に於いて、励振用電極に近接して周辺部との間に、周辺部の遮断周波数よりも高い遮断周波数を持った溝部を配した厚味モード圧電振動子である。
また、圧電振動子に於いても、小型化への要求は必定であるが、小型化を行うと圧電振動子を構成するために圧電基板を基板端部に於いて支持した時に、多大のマウント損失が発生し、等価抵抗の増加を招くと言う不都合な現象がしばしば起こっていた。
【０００６】
この問題を解決すべく、本発明の出願人は、更に、以下に説明する手段を開発している。即ち、端部変位の小さい厚味モード圧電振動子に於いて、溝の長さと溝の深さとの関係を、以下の関係条件に設定することによって、端部変位を小さくできることを見出し、この現象を積極的に利用することによって、マウント損失を大幅に減らし、圧電振動子の小型化を可能にしたものである。
【０００７】
その手法の概要を説明すると、励振用電極に近接して周辺部との間に、周辺部の遮断周波数よりも高い遮断周波数を持った溝部を配した厚味モード圧電振動子に於いて、電極の長さを  ２ａ  とし、溝の外側の長さを  ２ｑ  とし、基準化溝幅μを、
μ＝（ｑ−ａ）／ａ
とし、
電極部の遮断周波数をｆ１とし、溝部の遮断周波数をｆ２とし、周辺部の遮断周波数をｆ３とし、基準化溝深さをνを、
ν＝（ｆ２  −ｆ３  ）／（ｆ３  −ｆ１  ）
としたとき、
μ３  ν２  ＝１０−７
の関係を持つように構成した厚味モード圧電振動子である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの手段を用いたとしても、圧電振動子では、電子部品の小型化を更に進めると、各部の浮遊容量の値が直接水晶振動子の並列容量に加算される程度が益々大きくなる為に、全体としての並列容量の値が無視できなくなる程大きくなる虞が生ずる。この結果、周波数可変範囲が減少し、更には、実効抵抗が増加することになる。
これらの問題点は、圧電振動子が小型化になればなるほど、また、高い周波数になるに従って励振電極の寸法が小さくなるほど、圧電振動子本来の対向電極部分による容量値に比べて、パッケージに収納した際の不必要な浮遊容量値が大きくなって、この浮遊容量の割合が大きくなるため特性劣化が激しくなっていた。また、最近の小形化要求において、表面実装型のような薄型を指向したパッケージでは、各部分の寸法が小さくなり、その結果として浮遊容量の値が大きくなってしまう結果として、並列容量に加算される浮遊容量値が大きくなる為、並列容量が大きくなり、この点でも特性劣化が激しくなっていた。
即ち、時代の要請である“小型化”や“高周波化”に対して、従来の水晶振動子では、“周波数可変範囲の減少”や“実効抵抗の増加”等の幾つかの“特性劣化”上の問題点が起きていた。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上記の様な従来の圧電振動子に関する諸問題点を解決するためになされたものであって、小型化に際しても主振動周波数とスプリアス周波数の間隔を広げることができ、しかも、発振器に使用した際の周波数可変範囲を広くすることができる圧電振動子を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、圧電基板に遮蔽電極を配する。この遮蔽電極は圧電基板部分に設けるが、更には必要に応じて、パッケージに収納する際の端子電極部分にも設ける。
圧電基板上では、励振電極の他に新たに二つの副電極を設ける。即ち、圧電振動子としての本来の端子である第一端子と第二端子にそれぞれ電気的に結線された圧電基板の主面上を対向して挟む二つの励振用主電極と、主電極に近接した残りの主面及び端面のほぼ全面に、この主電極とは電気的に分離して配されたされた二つまたは複数の副電極を配し、この二つまたは複数の副電極を電気的に結線し、これを第三端子に電気的に結線したことを特徴とする。
【００１１】
パッケージ部分では、二つの励振用主電極にそれぞれ電気的に結線された第一端子及び第二端子と、前記二つの副電極と電気的に結線された第三の端子を設け、これらによる電磁空間場において、第三端子の位置形状をパッケージの外部及び内部とも、第一端子と第二端子の間の電気路として最短経路を含む領域に、配することによって、圧電基板上に設けられた遮蔽電極としての効果を奏するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明では、以上の様に構成することによって、遮蔽電極の遮蔽効果により、振動子の並列容量が増加しなくなることを、圧電基板部分の断面図を用いて説明する。
図５（ａ）  に従来の遮蔽電極なしの圧電基板部分の断面図を示す。図中で、二つの領域Ｉ  、ＩＩを定義する。領域  Ｉは、図中の中央部で点線で囲まれた領域であって、この領域Ｉ  が、主として効果的に圧電性に効く領域であって、この領域Ｉ  は、二つの電極１，２  が直接対向している領域である。この領域Ｉ  は、電極の形状に対応して、円板状や矩形板状の領域となる。
その他の領域ＩＩは、領域Ｉ  以外の全空間である。この領域では、圧電振動子本来の圧電効果に貢献することはほとんど無く、逆に、特性を劣化させる浮遊容量が多大に発生する領域である。
【００１３】
本発明は、この領域ＩＩに、遮蔽電極を配する。
即ち、図５（ｂ）  に本発明に基づいて遮蔽電極を付した振動子の圧電基板部分を示す。図５（ｂ）  で、領域  Ｉに於ける振舞いは図５（ａ）  と同じであるが、領域ＩＩでは、遮蔽電極の効果により様相は違ってくる。
即ち、電極１，２  の間に遮蔽電極３ａ，３ｂ  があるため、電極１，２  が領域ＩＩにおいて直接結合することはなくなる。従って、電極１，２  間の並列容量が浮遊容量により増加することがない。
なお、電極１，２  の遮蔽電極（第三電極）３ａ，３ｂ  に対する浮遊容量は、図５（ａ）  の従来技術の場合に比べて図５（ｂ）  の本発明の方法の方が若干増加するが、その影響は排除可能である。
【００１４】
以上のことを圧電振動子の等価回路形式を用いて検証する。即ち、電極等のパッケージに対する浮遊容量及びパッケージ自身の浮遊容量も含めて、図６の等価回路の様に表現することができる。図６の端子１，２  は図５（ｂ）  の電極１，２  に対応し、図６の端子３ａ，３ｂ  は図５（ｂ）  の二つの電極３ａ，３ｂ  に対応するものである。
実際の使用時には、端子３ａ，３ｂ，３  は  ３端子とも短絡結線されるが、説明の便宜上、図６に示す様に開放としておく。図６中、点線で囲んだ部分Ａ  が図５（ｂ）  の領域  Ｉに対応する部分である。
【００１５】
端子１，２  間の容量Ｃ０  は、圧電性により圧電振動を駆動する為に必然的に発生する容量である。これに並列に接続されている容量Ｃｓｒは本発明の遮蔽電極３ａ，３ｂ  及びパッケージでの遮蔽電極５  の遮蔽効果を避けて電極１，２  間が直接結合することによる残留浮遊容量であって、この値は極めて小さいので、事実上無視してもよいが、一応これも考慮しておく。
容量Ｃ３１が電極１  のパッケージに対する浮遊容量、及びパッケージ自身の浮遊容量等も含めた端子３，１  間の容量である。容量Ｃ２３が電極２  のパッケージに対する浮遊容量、及びパッケージ自身の浮遊容量等も含めた端子２，３  間の容量である。容量Ｃｓａ１  は電極１  と電極３ａ間の容量及び電極１  とパッケージ間等の容量の合計値である。容量Ｃｓａ２  は電極２  と電極３ａ間の容量である。
容量Ｃｓｂ１  は電極２  と電極３ｂ間の容量及び電極２  とパッケージ間等の容量の合計値である。容量Ｃｓｂ２  は電極１  と電極３ｂ間の容量である。
【００１６】
ここで、実際の使用時の様に、端子３ａ，３ｂ，３  を  ３端子とも短絡結線すると、端子１，２  間の容量Ｃｔ０  は、容量Ｃ０  と残留浮遊容量Ｃｓｒのみの合計値となる。即ち、容量Ｃｓａ１  と容量Ｃｓａ２  の直列値、及び容量Ｃｓｂ１  と容量Ｃｓｂ２  の直列値が、この端子１，２  間の容量Ｃｔ０  に加算されることはない。
一方、端子２，３  間の容量Ｃｔ２３  は、容量Ｃ２３に容量Ｃｓａ２  と容量Ｃｓｂ１  とを加えた値となり若干その値は増加する。端子３，１  間の容量Ｃｔ３１  は、容量Ｃ３１に容量Ｃｓａ１  と容量Ｃｓｂ２  とを加えた値となり若干この値も増加する。
【００１７】
以上をまとめると、図７の等価回路の様になる。即ち、端子１  と端子２  の間の並列容量は、容量Ｃｔ０  であって、圧電振動駆動用のために必要最低限の容量値のみで、これに付加されるのはわずかの浮遊容量Ｃｓｒのみで、ほとんど浮遊容量の増加のない値が達成できることを示した。また、端子２と端子３の間の容量は、容量Ｃｔ２３  である。更に、端子３と端子１の間の容量は、容量Ｃｔ３１  である。本発明に係る圧電振動子は、図７の等価回路で示されるが、本発明は３端子の圧電振動子として使用すれば都合が良い。それは、端子３を解放で使用すると、容量Ｃｔ２３  と容量Ｃｔ３１  の直列回路が端子１，２  間に並列に入るために、この値が、本来の容量Ｃｔ０  に加算されて、端子１，２  間の容量（並列容量）として発現することになる。端子１，２  間の並列容量が大きくなると特性劣化につながることは、後述する。
【００１８】
【実施例】
更に、図示した具体的実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。ここに示す実施例では、エネルギー閉じ込め型ＡＴカット厚みすべり水晶振動子の場合について説明する。
図１に本発明の一実施例の中枢部分である副電極を配した圧電振動基板部分を示す。ＡＴカットに切り出した水晶基板４  の主表面上の両面に、二つの励振用の主電極１，２  と、この主電極とは電気的に分離され、これらにそれぞれ近接して圧電基板の残りの主表面のほぼ全面を覆う二つの電極３ａ，３ｂ  を形成する。
この場合、主電極の対向部分は、エネルギー閉じ込めの為に若干そのカットオフ周波数を下げることが有効であることは、一般のエネルギー閉じ込め型振動子と同じである。
例えば、直径  ４ｍｍφの水晶基板４  の両面にスパッタ法等により膜厚５０ｎｍのアルミニュームの薄膜を付け、フォトエッチング法により、主電極１，２  の対向部分である直径  １．５ｍｍφの部分をのみを残す。
【００１９】
次に再度、水晶基板４  の両面にスパッタ法等により膜厚  １００ｎｍアルミニュームの薄膜を付け、フォトエッチング法により、主電極１，２  と副電極３ａ，３ｂ  を  ０．２ｍｍのギャップを持たせて分離させる。主電極１，２  のリード引出し部の幅寸法は、この例では  ０．７ｍｍである。又、副電極３ａ，３ｂ  の一部は、主電極１，２  をパッケージに組み込む時の短絡防止の為、適量取り除いておく。
この二つの副電極３ａ，３ｂ  は実際には短絡して使用されるが、これはパッケージ組み込み時に一括して行えばよい。
【００２０】
図２（ａ）  （ｂ）  及び（ｃ）  は図１の圧電振動基板部分を、一般的な金属パッケージに組み込んだ実施例の正面縦断面図、側部縦断面図、及び底面図である。パッケージ部分では、二つの励振用主電極１、２にそれぞれ電気的に結線された第一端子と第二端子としての二つの外部端子と、更に、二つの副電極と電気的に結線された第三端子を設け、この第三の端子を、第一端子と第二端子の間に配置すると共に、この端子を後述する金属遮断電極５を介してパッケージに接続することによって、圧電基板上に設けられた遮蔽電極の効果を補佐したことを特徴とする。即ち、パッケージとしては、標準的な外部形状のＵＭ−１型に、新たに遮蔽電極５を付ける。この図２に示す例では、幅寸法  ０．４ｍｍ、高さ寸法  １ｍｍのスリット付きの
Ｌ型形状の金属遮蔽電極５  を金属台座１３の部分８  に電着溶接する。
この  Ｌ型形状の金属遮蔽電極５  のスリット部分５ａに、水晶基板４の端部を二つの副電極３ａ，３ｂ  が前記スリット部に位置するように挿入すると共に、該スリット部分と基板端部とを導電性接着材７  により接着固定することによって電気的に接続する。
【００２１】
図２（ｂ）  における  Ｌ型形状の金属遮蔽電極５  は、パッケージ内部での遮蔽面積が可能な限り大きい方が理想的である。即ち、この電極の幅寸法や高さ寸法は大きい程その遮蔽効果が大きいが、上記実施例の程度でも充分の効果が得られる。図２（ｃ）  に、三つの金属リード線１１ａ，１１ｂ，６  の端子引出し構造を示す。二つの金属リード線１１ａ，１１ｂ  の間に金属リード線６  が配されているので、電気路として最短経路を含む領域に遮蔽物があることになり、並列容量が多大に増加することを防止できる。
【００２２】
図３（ａ）  （ｂ）  及び（ｃ）  は本発明のその他の実施例としての表面実装型のパッケージに適した振動子の構造図であり、（ａ）  は正面断面図、（ｂ）  は側面図であり外部電極形状を示す図、（ｃ）  は積層セラミックの底面部に付けられた引出し電極の形状を示す図である。表面実装型（ＳＭＤ  型）パッケージは小型化を目的として採用する場合が多く、このようにパッケージが小形になり、構造的に浮遊容量が増える場合でも、本発明では遮蔽電極の遮蔽効果により並列容量が増加して性能が劣化することはない。従来のパッケージでは、アース電極等の遮蔽電極を配することを極力避けてきたが、本発明では、逆に積極的に遮蔽電極を配することにより実用性を高めている。この振動子はおおむね、遮蔽電極の付いた圧電基板４  と、金属蓋２０と、積層セラミック台座２１とからなる。積層セラミック台座２１は、シームリング２２と積層セラミック部２３からなる。金属蓋２０とシームリング２２とはシーム溶接法により溶接される。図３（ｂ）  において符号２４ｂ  はパッケージ側面に配された電極であり、図２の外部金属リード線６  に対応し、同様のパターン２４ａ  が反対側の側面にも配されている。
このように遮蔽電極をパッケージ側にも設けることによって浮遊容量の増加を抑制することができる。
【００２３】
以上、本発明の実施例として、エネルギー閉じ込め型ＡＴカット厚みすべり水晶振動子であって、且つ、溝付き圧電振動子の場合について説明したが、本発明は、この溝付き圧電振動子、あるいはエネルギ閉じ込め型のみに限るものではない。即ち、上述したように図５（ａ）  に示した様な従来の対向電極構造の圧電振動子を、図５（ｂ）  に示す様に副電極を配した構造とすることによって、図６の様な等価回路により表し得る振動子にすることによって、並列容量の値が、浮遊容量によって増加するのを防ぐことができ、全ての対向電極構造を持った圧電振動子に適応可能である。
また、図１の遮蔽電極３ａ、３ｂが基板４の主面以外の部分即ち基板端面或いは側面に配されている構造も本発明の一部を成すものである。即ち、音叉型振動子に代表される如き屈曲振動を利用するものにおいては側面或いは端面の占める割合が大きくなるので、その部分にも遮蔽電極を延長することも有効であろう。
【００２４】
次に、本発明の遮蔽電極を有する３端子型圧電振動子を応用した発振回路の実施例を、図８を用いて説明する。
図８は、トランジスター・コルピッツ型圧電発振器の原理的等価回路である。圧電振動子を用いた発振器は、圧電振動子Ｙ  と負抵抗を発生させる為の、半導体素子等のアクティブ素子を組み合わせて構成されている。このアクティブ素子には、例えば、バイポーラ・トランジスタやＣＭＯＳトランジスタの様な  ３端子形式のものと、負性ダイオードの様な  ２端子形式のものがある。
図８に、その一実施例として、３  端子形式のバイポーラ・トランジスタと組み合わせてコルピッツ発振回路形式とした場合を示す。
【００２５】
本発明は、圧電基板に遮蔽電極を設け、３端子部品として使用することにより、端子１，２  間の並列容量を極力減らした圧電振動子を提供するものであるから、発振回路を構成する際に端子１，２  間に入る浮遊容量は、極力少なくなる様に、プリント板等のパターン間隔や多層構造の場合“層間隔”を広げること等を配慮することがより効果を大きくする上で有効である。
【００２６】
また、従来の圧電振動子の構造上発生する図７に示す二つの容量、容量Ｃｔ２３  と容量Ｃｔ３１  に付いては、本発明によれば図８の位相回転用の容量Ｃ１，  Ｃ２
に繰り込み可能である。即ち、図６に示す等価回路において、３ａ、３ｂの点を端子３に接続すればＣｓａ１，Ｃｓｂ２  がＣ３１  に、また、Ｃｓａ１  とＣｓｂ１  がＣ２３に繰り込まれることになる。実際の圧電発振器では、図８に示す発振器回路に必要にして最適の容量Ｃ１，  Ｃ２としては、圧電振動子の二つの容量、容量Ｃｔ２３  と容量Ｃｔ３１  だけでは、不足であって、更にコンデンサ等によって容量を付加しているのが実際である。この容量の付加は、本発明の圧電振動子の内部に付加しても良いし、発振回路内のプリント板上に付加構成しても良い。
即ち、実際の回路定数としては、図７の二つの浮遊容量Ｃｔ２３  、  Ｃｔ３１  の値よりも、図８の二つの位相回転用の容量Ｃ１，  Ｃ２  の値の方が大きい場合がほとんどであるため、本来不要な浮遊容量Ｃｔ２３  、Ｃｔ３１  を容量Ｃ１、Ｃ２に繰り込み可能であるから、本発明の方法は実用上極めて有効である。
【００２７】
以下に本発明に係る圧電振動子の効果を圧電発振器として利用した場合を例にとって説明する。
以降の説明の便宜上、図７の容量値Ｃｔ０，  Ｃｔ２３  ，  Ｃｔ３１  の代わりに、図９（ａ）  の様に、添え字“ｔ”  のない容量値、Ｃ０  ，  Ｃ２３，  Ｃ３１を採用する。
本発明の一つの目的は、図９（ａ）  の３端子型圧電振動子に於いて、並列容量Ｃ０  を限りなく小さくすることである。また、二つの浮遊容量、容量Ｃ２３と容量Ｃ３１は、図８の発振回路としての位相回転用の容量Ｃ１，Ｃ２として繰り込み可能であることも上述したとおりである。
従って、圧電発振器に特有の基本的な振る舞いを把握するためには、圧電振動子自体の振る舞いを把握すればよいから、図９（ｂ）  の等価回路の振る舞いを把握すればよい。
【００２８】
本発明によって、この並列容量Ｃ０  を減少すると、以下の効果が得られる。特に、従来明確には把握されていなかったが、以下本発明で始めて定量的に解析するように、並列容量Ｃ０  が大きくなると、実効抵抗が増加するが、本発明においては、この並列容量値の増加を抑制することが可能となるので、その効果が極めて大きいことが理解できよう。
即ち、並列容量Ｃ０  が減ると、
１．周波数可変範囲が直接増える。
２．実効抵抗の増加の程度が減るので、広範囲の周波数可変が出来る。
まず第一の項目に付いて説明する。以下に、本発明の  ３端子の圧電振動子により、並列容量Ｃ０  が減ると、周波数可変範囲の増加が期待できる理由を説明する。
【００２９】
圧電振動子に於いて並列容量の値が増加すると周波数可変範囲が小さくなることは、周知であって、次式で表される。
（ｆ−ｆｓ  ）／ｆｓ
＝｛１／２・１｝・１／｛（Ｃ０  ／Ｃ１  ）｝・１／｛１＋（ＣＬ  ／Ｃ０  ）｝
・・・（Ａ）
ここに、Ｌ１は圧電振動子の等価インダクタンス、Ｃ１は圧電振動子の等価キャパシタンス、Ｒ１は圧電振動子の等価抵抗である。Ｃ０  は圧電振動子の並列容量であって、図９（ｂ）  での等価回路定数と同じものである。ｆｓは圧電振動子の直列共振周波数であり、Ｌ１とＣ１との間に次式の関係がある。
（２πｆｓ  ）２  ＝１／Ｌ１  Ｃ１
ＣＬは負荷容量であり、このＣＬを変化すると周波数が変化する。なお、ｆ  Ｌは負荷容量ＣＬが附加された時の周波数である。
【００３０】
式（Ａ）の左辺は、直列共振周波数ｆｓで基準化した周波数である。右辺の第二項の分母Ｃ０  ／Ｃ１  に於いて、並列容量Ｃ０  が増加するとそれに応じて、右辺の係数が反比例して減少する。又、第三項の分母のＣＬ  ／Ｃ０  に於いて並列容量Ｃ０  が増加すると、それに応じて、負荷容量ＣＬの影響度が少なくなり、右辺の変化量が減少する。即ち、並列容量Ｃ０  が増加すると二重に周波数変化量が減少することになる。又、逆に並列容量Ｃ０  が小さくなれば、周波数変化量は二重に増加することになる。本発明は、この性質を利用する。
【００３１】
次に、第二の項目について説明する。圧電振動子の周波数を大きくかえた場合に、『実効抵抗』がどの程度増加するかを解析する。周波数を大きく変えた場合を解析するには、一般的には、アドミッタンス円線図が用いられるのが普通であるが、本発明では、インピーダンス円線図を用いる。本発明では、このインピーダンス円線図を用いることによって、そのインピーダンス特性が、どの様にかわるかを、直感的、定量的に把握できる。
従って、以下に、並列容量Ｃ０  の影響を念頭に置きながら、インピーダンス円線図を用いて、図９（ｂ）  の等価回路の性質を定量的に調べる。
【００３２】
まず、直列アームのインピーダンスをＺＳ  とすると、
ＺＳ  ＝Ｒ１  ＋ｊωＬ１＋（１／ｊωＣ１）        ・・・（１）
両辺をＲ１  で除して基準化すると
ＺＳ  ／Ｒ１  ＝１＋ｊＱ｛（ω／ω０  ）−（ω０  ／ω）｝  ・・・（２）
ここに  ω０２  ＝１／Ｌ１Ｃ１        ・・・（３）
Ｑ＝（ω０  Ｌ１）／Ｒ１      ・・・（４）
であり、ω０  は直列共振周波数、Ｑは共振先鋭度である。
ここで、基準化周波数δを次式で定義し、共振周波数ωの代わりに使用する。
δ＝（ω−ω０  ）／ω０        ・・・（５）
（５）  式を（２）  式に代入すると
ＺＳ  ／Ｒ１  ＝１＋ｊＱ・δ・（２−δ＋δ２  −δ３  ＋δ４  −・・・）
・・・（６）
基準化周波数δが小さいものとして（６）式の右辺の（  ）  の中を第一項のみで近似する。
【００３３】
ＺＳ  ／Ｒ１  ≒１＋ｊ２Ｑδ    ・・・（７）
この（７）式の意味する所は、直列アームのインピーダンスを直列抵抗Ｒ１  で基準化し、周波数の尺度として、基準化周波数δの代わりに  ２Ｑ  δ  とまとめた量で測ると、この直列アームのインピーダンスの振る舞いは、直列抵抗Ｒ１  や共振先鋭度Ｑ  によらずに、一義的に決まると言うことである。
更に、この（７）式のガウス平面上の軌跡は、点（１，０）  を通り縦軸に並行な直線であり、  ２Ｑ  δ  の値に対応してリアクタンス分が線形に変化する。この線形に変化する性質は、周波数を広範囲に変化させる場合を解析する時には、直感的にその様子が把握し得て都合がよい。これは、従来から一般的に広く用いられているアドミッタンスで表現する方法では得られないものである。
【００３４】
次に図９（ｂ）  の並列容量Ｃ０  のインピーダンスをＺｐとすると、
Ｚｐ＝１／（ｊωＣ０  ）  ・・・（８）
両辺を直列抵抗Ｒ１  で除して基準化すると、
Ｚｐ／Ｒ１＝（１／ｊ）・（Ｑ／ｒ）・（ω０  ／ω）  ・・・（９）
ここにγは容量比で、次式で定義される。
γ＝Ｃ０  ／Ｃ１      ・・・（１０）
（９）式に（５）式を代入すると、
Ｚｐ／Ｒ１  ＝
（１／ｊ）・（Ｑ／γ）・（１−δ＋δ２  −δ３  ＋δ４  −・・・）
・・・（１１）
基準化周波数δが小さいものとして（１１）式の右辺の（  ）  の中を第一項のみで近似すると、
Ｚｐ／Ｒ１  ≒（１／ｊ）・（Ｑ／δ）  ・・・（１２）
この（１２）式の意味する所は、並列容量Ｃ０  のインピーダンスを直列抵抗Ｒ１  で基準化すると、この値はＱ／γで規定される定数となると言うことである。この  Ｑ／γは、周知のとおりフィギュアー・オブ・メリットと呼ばれる量である。
さて、図９（ｂ）  の全体のインピーダンスＺ  を、等価抵抗Ｒ１  で基準化したインピーダンス  Ｚ／Ｒ１  は、
【００３５】
【数１】
0003542419.tif 000002
であるので，（７）  式のＺｓと（１２）のＺｐを代入し、実数部  Ｒ  と虚数部  Ｘ
に分けて整理すると、
【００３６】
【数２】
0003542419.tif 000003
の形になる。ここに、（２Ｑ  δ）  の部分を付記したのは、実数部  Ｒ  も虚数部  Ｘ
も、共に共に  ２Ｑ  δで測られた周波数の関数であることを強調するためである。
【００３７】
この実数部  Ｒ  と虚数部  Ｘ  とから、  ２Ｑ  δ  を消去するとインピーダンス円線図と呼ばれる次式が得られる。
【００３８】
【数３】
0003542419.tif 000004
これは、中心を
【００３９】
【数４】
0003542419.tif 000005
とし、縦軸に接する円であり、その直径は  （Ｑ／γ）  ２  である。
この（１５）式の意味する所は、フィギュアー・オブ・メリットＱ／γ  の値が小さいと、インピーダンス円線図の直径が小さくなり，（７）式の軌跡では、直線状であった性質が、ここでは失われてしまうと言うことである。即ち、特性が劣化してしまうことになる。
この特性劣化を定量的に把握するために，  数値計算を行う。（１３）式，（７）  式，（１２）  式を用いてインピーダンス円線図を求めた結果を図１０に示す。周波数  ２Ｑ  δ  としては、０  から２０まで１  刻みで２１点計算してある。フィギュア・オブ・メリットＱ／γとしては、∞、３２、８  の  ３通りである。
【００４０】
図１０より、フィギュアー・オブ・メリットＱ／γ  の値が小さくなると、即ち、並列容量Ｃ０  が大きくなると，（７）  式の直列アームのインピーダンス単独の場合の振る舞いに比べて、以下の特性劣化があることが判る。
即ち、周波数を直列共振点から上昇させてゆくと、
１．実数部Ｒ  （実効抵抗）が増加してしまい、広い周波数可変範囲を得ようとすると、発振停止現象が起こりうる。
２．虚数部Ｘ  （実効リアクタンス）が増加し、その為外部リアクタンスを変化させた時の周波数可変への感度が悪循環的に低下する。
３．  虚数部の増分の周波数依存性が非線形になり、この為広い周波数可変範囲を必要とする場合に、外部パラメータ変化に対する直線性が得にくくなる。
４．圧電振動子の並列共振周波数の近接化のため、周波数可変範囲が狭くなる等の現象が起こる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、従来の発振回路においては、使用する振動子の並列容量Ｃ０  が大きくなると、特性が劣化し、その結果種々の問題を呈していたが、本発明によれば、例えば図４の様な構造を取ることにより、実施例に示した様に、外部端子１  と外部端子２  の間に入っている並列容量Ｃ０  は、大幅に減少できるから、上記数式数値解析に示す通り、直列アームのインピーダンス単独の特性に近ずき、特性改善が計られる。
以上説明した本発明の効果は、各種特性の劣化防止と、周波数可変範囲の限界打破にあるから、広い周波数可変範囲を必要とする圧電振動子に於いては、極めて著しい効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水晶基板部分の一実施例の説明図であり、（ａ）  は電極付き水晶基板の平面図、（ｂ）  は電極付き水晶基板の側面図、（ｃ）  は電極付き水晶基板の正面図である。
【図２】本発明の電極付き水晶基板部分を一般的な金属パッケージに組み込んだ場合の実施例の説明図であり、（ａ）  は保持器を一部切断した断面図的な平面図、（ｂ）  は保持器を一部切断した断面図的な側面図、（ｃ）  は保持器底部を示す図。
【図３】本発明の他の実施例であり、表面実装型パッケージに組み込んだ場合の例であり、（ａ）  は保持器を一部切断した断面図的な正面図、（ｂ）  はその側面図、（ｃ）  は保持器底部を示す図。
【図４】従来施例の説明図であり、（ａ）  は保持器を一部切断した正面縦断面図、（ｂ）  は側部縦断面図、（ｃ）  は底面図。
【図５】（ａ）  は従来技術の場合の電気力線の様子を示す図、（ｂ）  は本発明の場合の電気力線の様子を示す図。
【図６】本発明の圧電振動子の３  端子等価回路図である。
【図７】本発明の圧電振動子の基本的３  端子等価回路図である。
【図８】トランジスタコルピッツ型発振器の原理的等価回路図である。
【図９】（ａ）  は圧電振動子の基本的３  端子等価回路、（ｂ）  は圧電振動子の  ２端子等価回路である。
【図１０】インピーダンス円線の数値計算例を示す図である。
【符号の説明】
１  ・・・・・  主電極、２  ・・・・主電極、３ａ・・・・・  副電極、３ｂ・・・・・  副電極、４  ・・・・・  圧電基板、５  ・・・・・  金属遮蔽電極、６  ・・・・・  外部金属リード線、６ａ・・・・・  電着封着部、７  ・・・・・  導電性接着材、８  ・・・・電着封着部、９ａ・・・・・  導電性接着材、９ｂ・・・・・  導電性接着材、１０ａ・・・金属スプリング、１０ｂ・・・・  金属スプリング、１１ａ・・・・  外部金属リード線、１１ｂ・・・外部金属リード線、１２ａ・・・・  誘電性充填材、１２ｂ・・・・  誘電性充填材、１３・・・・・  金属台座、１４・・・・・  金属ケース、１５・・・・・  電着封着部、１６ａ・・・・  半田、１６ｂ・・・・  半田、２０・・・・・  金属蓋、２１・・・・・  積層セラミック台座、２２・・・・・  シームリング、２３・・・・・  積層セラミック部、２４ａ・・・・  外部電極、２４ｂ・・・・  外部電極、２４ｃ・・・・  外部電極
【図１】
0003542419.tif 000006
【図２】
0003542419.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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