JP2006074020A - コンデンサ及びそれを用いた発振回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温部から高温部に亘り、振動子の温度による周波数変化特性を容易に補償することができるコンデンサ及びそれを用いた発振回路を提供する。
【解決手段】 温度による静電容量変化特性を有するコンデンサ１であって、誘電体２と、前記誘電体２に対向するバイメタル４とを備え、前記誘電体２には第一の電極３が形成され、前記バイメタル４には第二の電極としての導電性ゴム部材５（または導電性薄膜）が設けられ、温度変化により前記バイメタル４が湾曲し、前記誘電体２と前記導電性ゴム部材５（または導電性薄膜）の密着有効対向面積に応じて、前記第一の電極３の実効面積が変化し、静電容量が変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、水晶発振回路の温度周波数特性の補償回路に用いるコンデンサ及びそれを用いた発振回路に関する。

図１８に示す水晶振動子１０は、図１９に示すような電気的等価回路に置き換えることができる。図１９において、破線で囲んだ範囲が水晶振動子１０に相当し、並列に接続された容量Ｃ_Lは、水晶振動子１０の負荷容量であって、水晶振動子１０の負荷時共振周波数を実効的に決定する外部容量である。尚、Ｒ_O、Ｌ_S、Ｃ_Sは共振時の等価回路定数であり、それぞれ、Ｒ_Oは等価抵抗、Ｌ_Sは等価インダクタンス、Ｃ_Sは等価容量、Ｃ_Pは水晶振動子の電極間容量である。

図１９の等価回路において、リアクタンスが０となる周波数Ｆ_Sが、Ｌ_SとＣ_SとＲ_Oとの直列共振周波数であり、リアクタンスが無限大となる周波数Ｆ_Pが、Ｌ_SとＣ_Sの合成値の誘導性リアクタンスとＣ_PとＣ_Lの合成静電容量とによる並列共振周波数である。すなわち、水晶振動子は、発振回路に組み込まれることにより、前記直列共振周波数Ｆ_Sと並列共振周波数Ｆ_Pとの間で振動を維持するようになされる。

ところで、水晶振動子には、結晶から切り出す角度によりＡＴカット（厚みすべり振動）、ＢＴカット等、多くのカットがあるが、一般的には、ＡＴカットの水晶振動子が多く用いられている。このＡＴカットの温度周波数特性は、例えば非特許文献１において、次式（式（１））の如く変化することが示されている。

尚、Ｔは任意の温度、Ｔｏは基準温度（２５℃）である。また、係数はθの関数として次式（２）で示される。

式（１）をグラフに表すと図２０のようになる。尚、θは水晶の切断角度であり、このグラフでは、ＺＺ´の角度３５°１１′を基準にして、これをθ＝０′、３５°１０′をθ＝１′、３５°０９′をθ＝２′の３種類について示している。
『Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ａｎｇｌｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＡＴ−Ｔｙｐｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ Ｍａｄｅ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｑｕａｒｔｓ』，Ｒｕｄｏｌｆ Ｂｅｃｈｍａｎｎ（１９５５、１９５６、ＩＲＥ（Institute of Radio Engineering、無線技術学会））

図２０のグラフに示されるように、ＡＴカット水晶振動子の周波数安定度は、温度により変化し、その変動曲線は、三次曲線に沿って変化する。尚、図示しないが、ＢＴカットにおいても、温度により周波数安定度は変化し、その変動曲線は、二次曲線に沿って変化する。
このように温度によって周波数安定度が変動する水晶振動子を−４０℃〜＋９０℃の如き広い温度範囲に用いるには、発振回路において、その温度周波数特性を補償する必要がある。このため従来から、所謂ディスクリート方式（アナログ方式）あるいは書き込み方式（デジタル方式）による補償回路が用いられている。

例えば、ディスクリート方式では、サーミスタの温度抵抗変化を、水晶振動子に直列に接続されたバリキャップに与え、等価的に水晶振動子の直並列容量を変化させて温度周波数特性の補償が行われている。
一方、書き込み方式では、温度ごとの補正値を細かく記憶したＰＲＯＭ（プログラマブルＲＯＭ）が用いられる。すなわち、サーミスタの温度抵抗変化をデジタル信号に変換してＰＲＯＭに入力し、ＰＲＯＭからの補正出力をアナログ変換してバリキャップに与え、等価的に水晶振動子の直並列容量を変化させて温度周波数特性の補償が行われている。

しかしながら、いずれの方式にしろ、低温部から高温部にかけて、温度周波数特性を補償し偏差の少ない発振周波数を得るのは、回路及びその調整が複雑であった。
すなわち、温度周波数特性を補償するために、従来は、サーミスタを含む抵抗、コンデンサ、ＩＣ等、複数の部品で補償回路を構成し、それぞれの設定値を、水晶振動子の温度周波数特性に合わせ調整する必要があるため、それらの調整が複雑であり、また、これらを精度よく調整するためには多くの作業工数を必要とした。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、低温部から高温部に亘り、振動子の温度による周波数変化特性を容易に補償することができるコンデンサ及びそれを用いた発振回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるコンデンサは、温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、誘電体と、前記誘電体に対向するバイメタルとを備え、前記誘電体には第一の電極が形成され、前記バイメタルには第二の電極としての導電性ゴムまたは導電性薄膜部材が設けられ、温度変化により前記バイメタルが湾曲し、前記誘電体と前記導電性ゴムまたは導電性薄膜部材との密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することに特徴を有する。
尚、前記バイメタルは、一端が前記誘電体の端部に近接して固定され、他端が開放された状態で前記誘電体に対向していることが望ましい。
このように電極の実効面積が変化するよう構成することで、温度により静電容量が変化するコンデンサを得ることができる。
また、弾性素材である導電性ゴムまたは導電性薄膜部材を用いることにより、第二の電極と誘電体との密着性が向上するため、温度変化に伴う精度の高い静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性を向上することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかるコンデンサは、温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、弾性素材により形成された誘電体と、前記誘電体に対向するバイメタルとを備え、前記誘電体には第一の電極が形成され、前記バイメタルには第二の電極が形成され、温度変化により前記バイメタルが湾曲し、前記誘電体と前記バイメタルとの密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することに特徴を有する。
尚、前記バイメタルは、一端が前記誘電体の端部に近接して固定され、他端が開放された状態で前記誘電体に対向していることが望ましい。
このように構成することによっても、温度により静電容量が変化するコンデンサを得ることができる。
また、誘電体が弾性素材により形成されており、第二の電極（バイメタル）と誘電体との密着性が向上するため、温度変化に伴う精度の高い静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性を向上することができる。

また、前記第一の電極の形状を形成する形成領域線は、接続される発振回路の温度周波数特性の温度の微分関数曲線によって表されることが望ましい。
すなわち、本発明に係るコンデンサを発振回路の振動子に並列または直列に接続する場合、このように第一の電極の形状が形成されていれば、温度によるコンデンサの静電容量変化を、前記振動子の温度周波数特性に近似して変化させることができる。したがって、本発明に係るコンデンサの静電容量の変化が等価的に水晶振動子の負荷容量に作用し、発振周波数偏差の変化を打ち消すことで、発振回路における温度周波数特性を補償することができる。

また、前記バイメタルは、温度上昇に伴い前記誘電体から離れる方向に変形することが好ましい。あるいは、前記バイメタルは、温度上昇に伴い前記誘電体に密着する方向に変形することが好ましい。
すなわち、例えば水晶振動子の切断角度により、その温度周波数特性が異なるため、それらの特性に応じて、バイメタルの変形方向を決定すればよい。

また、前記誘電体は円筒形に形成され、前記バイメタルは前記円筒形の内側又は外側において誘電体に対向するようにしてもよい。
このように構成すれば、例えば回路基板上におけるコンデンサのフットプリントを小さくすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかるコンデンサは、温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、誘電体と、前記誘電体に対向する板ばねと、固定部材と前記板ばねとの間に設けられ温度変化により容積が変化する容積変化手段とを備え、前記誘電体には第一の電極が形成され、前記板ばねには第二の電極としての導電性ゴムまたは導電性薄膜部材が設けられ、前記容積変化手段の容積変化により前記板ばねが湾曲し、前記誘電体と前記導電性ゴムまたは導電性薄膜部材との密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することに特徴を有する。
このように電極の実効面積が変化するよう構成することで、温度により静電容量が変化するコンデンサを得ることができる。
また、弾性素材である導電性ゴムまたは導電性薄膜部材を用いることにより、第二の電極と誘電体との密着性が向上するため、温度変化に伴う精度の高い静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性を向上することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかるコンデンサは、温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、弾性素材により形成された誘電体と、前記誘電体に対向する板ばねと、固定部材と前記板ばねとの間に設けられ温度変化により容積が変化する容積変化手段とを備え、前記誘電体には第一の電極が形成され、前記板ばねには第二の電極が形成され、前記容積変化手段の容積変化により前記板ばねが湾曲し、前記誘電体と前記板ばねとの密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することに特徴を有する。
このように構成することによっても、温度により静電容量が変化するコンデンサを得ることができる。
また、誘電体が弾性素材により形成されており、第二の電極（バイメタル）と誘電体との密着性が向上するため、温度変化に伴う精度の高い静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性を向上することができる。

尚、前記誘電体及びバイメタルが、電気的絶縁性を有する油もしくは液体を満たした容器内に収容されていることが望ましく、また前記誘電体と板ばねと容積変化手段とが電気的絶縁性を有する油もしくは液体を満たした容器内に収容されていることが望ましい。

このように誘電体、バイメタル等を電気的絶縁性を有する油もしくは液体を満たした容器内に収容することにより、外部からの振動、衝撃に対してバイメタルと誘電体との密着度の変化を抑制でき、そのコンデンサ容量への影響を抑えることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかる発振回路は、前記コンデンサが前記振動子に並列または直列に接続されることに特徴を有する。
このように発振回路を構成することにより、コンデンサの静電容量の変化が水晶振動子の負荷容量に作用し、発振周波数偏差の変化を打ち消すことで、発振回路における温度周波数特性を補償することができる。

本発明によれば、低温部から高温部に亘り、振動子の温度による周波数変化特性を容易に補償することができるコンデンサ及びそれを用いた発振回路を得ることができる。

以下、本発明にかかる第一の実施の形態につき、図に基づいて説明する。図１は、本発明に係るコンデンサの斜視図である。
図１に示すコンデンサ１は、板状に形成された誘電体２（例えばセラミックス等）を備え、この誘電体２の上面には、例えば金属を蒸着形成した電極（第一の電極）３が形成されている。また、誘電体２の下方には、対向電極としての板状の導電性ゴム５（第二の電極）を上面に貼り付けたバイメタル４が設けられている。

前記バイメタル４は、膨張率の異なる金属板部材の貼り合わせにより形成され、その一端部４ａを固定した状態とすれば、温度変化に伴い、他端部４ｂが下方または上方に向けて湾曲するようになされている。尚、ＡＴカットの水晶振動子の場合には、温度上昇に伴い、前記端部４ｂが下方から上方へ湾曲（すなわち誘電体２に密着する方向に湾曲）するようになされている。

尚、バイメタル４の端部４ｂが誘電体２に密着する方向に湾曲すれば、最終的には、その上面に貼り付けられた導電性ゴム５全体が誘電体２に密着する。すなわち、導電性ゴム５は弾性素材であるため、誘電体２と面接触した部分には、完全に密着するようになされている。
また、このように電極としての導電性ゴム５と誘電体２との密着性が向上することにより、温度変化に伴う精度の高い静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性が向上するようになされている。

また、このコンデンサ１を実際に使用する際には、例えば図２、図３に示すようにコンデンサ１は固定手段としてのケーシング６等に収容して使用される。図２は、図１のコンデンサをケーシングに入れた状態を示す平面図、図３は、図２の断面図（Ｉ矢視図）である。
図３に示すように、前記誘電体２はケーシング６内の天井部に固定され、その下方に導電性ゴム５及びバイメタル４が設置される。そのとき、バイメタル４の一端部４ａは、図示するようにケーシング６内の絶縁部材７に固定され、他端部４ｂは、ケーシング６内で固定されず開放される。
このようにケーシング６に収容した状態において、温度変化に伴い、バイメタル４の開放された端部４ｂは、上下に動き（湾曲し）、それに伴い導電性ゴム５も変形するようになされている。

また、図２の平面図に示すように、電極３の形成領域線は、凹部を有する二次曲線で表される。すなわち、図２に示された誘電体２の下辺をＸ軸、左辺をＹ軸とすれば、電極３は、二次曲線とＸＹ軸に囲まれた範囲に形成されている。この電極３の平面形状は、コンデンサ１が有する静電容量に関係し、以下に説明する理由により決められている。

図１９に示した水晶振動子の等価回路において、並列共振周波数Ｆ_Pと、直列共振周波数Ｆ_Sとの関係は、一般的に次式で表すことができる。

さらに、この式を負荷容量Ｃ_Lで微分し、共振周波数Ｆで除すと、近似的に次式で表すことができる。

したがって、前記非特許文献１に示された式（１）を用いれば、式（４）により次式が成立する。

この式（５）に示されるように、水晶振動子の等価負荷容量Ｃ_Lの微小変化は、水晶振動子の温度周波数特性に比例した温度関数として表すことができる。したがって、前記コンデンサ１の静電容量を、水晶発振子の温度周波数特性と近似に変化するよう構成し、コンデンサ１を等価負荷容量Ｃ_Lに並列または直列に接続し、温度変化とともに変化させれば、水晶発振回路の温度周波数特性を補償することができる。

一般的に、静電容量Ｃ（Ｆ）と、電極面積Ｓ（ｍ²）及び電極間の誘電体の厚さｄ（ｍ）との関係は、次式で表すことができる。但し、ε₀は真空中の誘電率、εは誘電体の比誘電率である。

したがって、コンデンサ１の静電容量は、電極３の有効対向面積（導電性ゴムの密着部分）に比例し、誘電体の厚さに反比例する。

前記したように、コンデンサ１においては、温度変化に伴い、バイメタル４の開放された端部４ｂは、上下に動き（湾曲し）、それに伴い導電性ゴム５も変形する。したがって、誘電体２への導電性ゴム５の密着面に対応して、電極３の有効対向面積が変化する。ここでの有効対向面積とは、コンデンサの構成要素として機能する実効的な電極面積を指す。コンデンサ１の有効対向面積について、さらに図４乃至図６に基づき説明する。

図４は低温度における図１のコンデンサの状態を模式的に示す図、図５は基準温度に近い中温度における図１のコンデンサの状態を模式的に示す図、図６は、高温度における図１のコンデンサの状態を模式的に示す図である。図４（ａ）の側面図に示すように、低温状態においては、コンデンサ１は、バイメタル４の端部４ｂが誘電体２から離れており、そのため、電極３の有効対向面積は、図４（ｂ）の平面図におけるクロスハッチに示すエリアＤ１となる。
また、図５（ａ）の側面図に示すように、中温状態においては、バイメタル４の端部４ｂが低温状態よりも誘電体２に近づき、電極３の有効対向面積も広がって、図５（ｂ）の平面図におけるクロスハッチに示すエリアＤ２となる。
また、図６（ａ）の側面図に示すように、高温状態においては、バイメタル４の端部４ｂが中温状態よりもさらに誘電体２に近づき、密着するようになる。このため、電極３の有効対向面積も電極３の全体に広がり、図６（ｂ）の平面図におけるクロスハッチに示すエリアＤ３となる。

このように、温度により電極３の有効対向面積が変化して、その結果、コンデンサ１の静電容量が変化する。
ここで、式（６）のΔＣをコンデンサ１と置き換えると、温度とともに変化するから、Ｃ，Ｓをそれぞれ温度Ｔの関数として次式（７）で表すことができる。

Ｔ_O´は水晶温度周波数特性を補償する温度範囲の最低温度である。よって式（５）により次式（８）が成立する。

すなわち、電極面積Ｓの温度による変化は、式（８）に示すように水晶振動子の温度周波数特性に比例した温度関数として表すことができ、また、この式を温度で微分すれば電極の形成領域線となる。
したがって、コンデンサ１に所望の静電容量変化特性を持たせるには、前記式（８）の温度の微分関数となるパターン形状を電極３の形成領域線に形成し、電極３の有効対向面積に特別の温度特性を持たせればよい。
よって電極３の形成領域線は、図７のグラフに示すような二次関数の曲線パターンとなる。尚、この電極３の形成領域線は、使用する誘電体の温度特性がある場合は、その特性を加味しパターン形状を形成する。また、図７においては、水晶振動子の切断角度θが、θ＝０′，１′，２′に対応するそれぞれの場合について示している。

以上説明したように構成すれば、図８に示すように、水晶振動子の温度周波数特性に近似した三次曲線で変化する静電容量特性を有するコンデンサ１を得ることができる。尚、図８においては、コンデンサ１の静電容量Ｃについて、例えば−４０℃のときに０ｐＦとした場合を示しており、また、水晶振動子の切断角度θが、θ＝０′，１′，２′に対応するそれぞれの場合について示している。

また、前記コンデンサ１を用いて、水晶発振回路の温度周波数特性補償を行う場合、例えば、図９に示すように水晶振動子１０に対し並列に接続するか、または、図１０に示すように水晶振動子１０に対し直列に接続して用いられる。
尚、図９、図１０に示される回路は、トランジスタＱ１等を用いて発振周波数の帰還増幅回路を構成した一般的な水晶発振回路の一例である。この発振回路において、Ｒ１〜Ｒ３は抵抗、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサを表す。また、コンデンサ１（Ｃ４）に直列接続された可変コンデンサ１１（Ｃ３）は、コンデンサ１の適正容量の調整に用いられる。
この場合、コンデンサ１の温度による静電容量特性は、電極３の平面形状により、接続された水晶振動子１０の温度周波数特性に近似して変化するよう設定されるため、この発振回路における温度による周波数変化を容易に補償することができる。

以上のように、本発明に係る第一の実施の形態によれば、温度により変形するバイメタル４を用いて電極の有効対向面積を可変し、その変化に特別の温度特性を持たせることにより、水晶振動子の温度周波数特性と近似する静電容量変化特性を有するコンデンサ１を得ることができる。また、このコンデンサ１を水晶振動子に並列または直列に接続し、発振回路を構成することにより、水晶振動子の温度周波数特性を補償することができる。

尚、前記第一の実施の形態においては、ＡＴカット水晶振動子に接続する場合を例にしたが、ＢＴカット水晶振動子の場合には、その温度周波数特性は、一般に次式（９）の二次関数で示されるため、電極３の形成境界線の形状は、これを温度で微分した関数（一次関数）の形状となる。尚、Ｔは任意の温度、Ｔｏは基準温度（２５℃）、Ｄは水晶振動子の切断角度により決定される係数である。

尚、式（９）は二次関数であるため、ＢＴカット水晶振動子の頂点温度が低温部に設定されている場合には、温度上昇に伴い、バイメタル４の端部４ｂが上方から下方へ湾曲（すなわち誘電体２から離れる方向に湾曲）するように設定すればよい。
また、ＢＴカット水晶振動子の頂点温度が高温部に設定されている場合には、温度上昇に伴い、バイメタル４の端部４ｂが下方から上方へ湾曲（すなわち誘電体２に密着する方向に湾曲）するように設定すればよい。
また、ＢＴカット水晶振動子の頂点温度が中温部に設定されている場合には、温度上昇に伴い、バイメタル４の端部４ｂが上方から下方へ湾曲するコンデンサ１と、温度上昇に伴い、バイメタル４の端部４ｂが下方から上方へ湾曲するコンデンサ１とを発振回路において並用すればよい。
このようにＢＴカットの水晶振動子の場合においても、本発明にかかるコンデンサによれば、その温度周波数特性を容易に補償することができる。

また、前記第一の実施の形態においては、バイメタル４の端部４ｂが誘電体２に密着する方向に湾曲する際に、弾性を有する導電性ゴム５を用いることで、電極３の対向電極（導電性ゴム５）が誘電体２の下面に密着するようにした。しかしながら、誘電体２自体を弾性素材により形成するならば、導電性ゴム５を用いずに、バイメタル４自体を電極３の対向電極（第二の電極）としてもよい。このように構成することによっても、誘電体３と電極（第二の電極）との密着性が向上するため、密着面積（有効対向面積）が一定化し、所望の静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性を向上することができる。
また、前記誘電体３やバイメタル４の形状を電極３の形状と同一にしてもよい。このようにすれば、安定した静電容量変化特性を得ることができ、コンデンサとしての機能性をより向上することができる。

続いて、本発明にかかるコンデンサの第二の実施形態について図１１に基づき説明する。図１１は、本発明にかかるコンデンサの第二の実施形態を示す斜視図である。
図１１に示すコンデンサ１２は、円筒状に形成された誘電体１３（例えばセラミックス等）を備え、この誘電体１３の外側表面には、例えば金属を蒸着形成した電極（第一の電極）１４が形成されている。また、誘電体１３の内側には、対向電極としての導電性ゴム１５（第二の電極）を貼り付けたバイメタル１６が設けられている。

前記バイメタル１６は、膨張率の異なる金属板部材の貼り合わせにより形成され、その一端部１６ａが、誘電体１３に対し固定されている。そして、温度変化に伴い、他端部１６ｂが誘電体１３の内側面に対して接近又は離れる方向に湾曲するようになされている。尚、ＡＴカットの水晶振動子の場合には、温度上昇に伴い、前記端部１６ｂが誘電体１３に密着する方向に湾曲するようになされている。

尚、バイメタル１６の端部１６ｂが誘電体１３に密着する方向に湾曲すれば、最終的には、その表面に貼り付けられた導電性ゴム１５全体が誘電体１３に密着する。すなわち、導電性ゴム１５は弾性素材であるため、誘電体１３と面接触した部分には、完全に密着するようになされている。
また、電極１４の形成領域線は、温度補償する水晶振動子がＡＴカットの場合、凹部を有する二次曲線で表される。すなわち、誘電体１３の下辺をＸ軸、バイメタル１６の端部１６ａが固定された位置（垂直方向）をＹ軸とすれば、電極１４は、二次曲線とＸＹ軸に囲まれた範囲に形成されている。
尚、この電極１４の平面形状は、温度補償する水晶振動子がＡＴカットとＢＴカットのいずれの場合においても、前記第一の実施形態と同様の理由により決定されるため、その説明は省略する。

前記構成によれば、温度変化により誘電体１３と導電性ゴム１５との密着面が変化し、その結果、電極１４の有効対向面積が変化して、コンデンサ１２の静電容量が変化する。
したがって本発明にかかる第二の実施の形態によれば、前記第一の実施の形態と同様に、図８に示したような、水晶振動子の温度周波数特性に近似した三次曲線で変化する静電容量特性を有するコンデンサ１２を得ることができる。

また、前記コンデンサ１２を用いて、水晶発振回路の温度周波数特性補償を行う場合、前記第一の実施の形態と同様に、例えば、図９に示すように水晶振動子１０に対し並列に接続するか、または、図１０に示すように水晶振動子１０に対し直列に接続して用いればよい。
また、前記した第二の実施の形態によれば、誘電体１３が円筒状に形成されることにより、例えば回路基板上におけるフットプリントを小さくすることができる。

尚、前記第二の実施の形態においては、バイメタル１６の端部１６ｂが誘電体１３に密着する方向に湾曲する際に、弾性を有する導電性ゴム１５を用いることで、電極１４の対向電極（導電性ゴム１５）が誘電体１３の内側面に密着するようにした。しかしながら、誘電体１３自体を弾性素材により形成するならば、導電性ゴム１５を用いずに、バイメタル１６自体を電極１４の対向電極（第二の電極）としてもよい。このように構成することによっても、誘電体１３と電極（第二の電極）との密着性が向上するため、温度変化に伴う精度の高い静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性を向上することができる。
また、前記誘電体１３やバイメタル１６の形状を電極１４の形状と同一にしてもよい。このようにすれば、安定した静電容量変化特性を得ることができ、コンデンサとしての機能性をより向上することができる。

続いて、本発明にかかるコンデンサの第三の実施形態について図１２に基づき説明する。図１２は、本発明にかかるコンデンサの第三の実施形態を示す斜視図である。
図１２に示すコンデンサ２２は、板状に形成された誘電体２３（例えばセラミックス等）を備え、この誘電体２３の上面には、例えば金属を蒸着形成した電極（第一の電極）２４が形成されている。また、誘電体２３の下方には、対向電極としての板状の導電性ゴム２５（第二の電極）を貼り付けた板ばね２６が設けられている。

前記誘電体２３は、その一端２３ａが土台２７に対して固定され、他端２３ｂは図示しない固定手段により土台２７と所定の間隔を空けた状態で固定されている。また、前記板ばね２６は、その一端２６ａが土台２７に対して固定され、他端２６ｂは、土台２７から開放されている。

前記他端部２６ｂと土台２７との間には、容積変化手段としての気体密封容器２９が設けられている。前記気体密封容器２９は、その内部に温度により容積が変化する気体（例えば窒素ガス）が密封されている。また、容器本体２９ａは、その側面の蛇腹構造により上下に伸縮するよう形成され、内部気体の容積変化に対応するようになされている。尚、図示においては、容器本体２９ａの側面を蛇腹構造として伸縮可能な構造としたが、例えばゴムチューブにより容器本体２９ａを構成し、上下に伸縮可能な構造としてもよい。
このような構成のコンデンサ２２においては、温度変化により気体密封容器２９が上下に伸縮し、板ばね２６を湾曲させることで、導電性ゴム部材２５が誘電体２３に対し密着又は離れるように構成されている。

尚、板ばね２６の端部２６ｂが誘電体２３に密着する方向に湾曲すれば、最終的には、その表面に貼り付けられた導電性ゴム２５全体が誘電体２３に密着する。すなわち、導電性ゴム２５は弾性素材であるため、誘電体２３と面接触した部分には、完全に密着するようになされている。
また、電極２４の形成領域線は、温度補償する水晶振動子がＡＴカットの場合、凹部を有する二次曲線で表される。すなわち、誘電体２３の下辺をＸ軸、左辺をＹ軸とすれば、電極２４は、二次曲線とＸＹ軸に囲まれた範囲に形成されている。 尚、この電極２４の平面形状は、温度補償する水晶振動子がＡＴカットとＢＴカットのいずれの場合においても、前記第一の実施形態と同様の理由により決定されるため、その説明は省略する。

前記構成によれば、温度変化により誘電体２３と導電性ゴム２５との密着面が変化し、その結果、電極２４の有効対向面積が変化して、コンデンサ２２の静電容量が変化する。
したがって本発明にかかる第三の実施の形態によれば、前記第一の実施の形態と同様に、図８に示したような、水晶振動子の温度周波数特性に近似した三次曲線で変化する静電容量特性を有するコンデンサ２２を得ることができる。
また、前記コンデンサ２２を用いて、水晶発振回路の温度周波数特性補償を行う場合、前記第一の実施の形態と同様に、例えば、図９に示すように水晶振動子１０に対し並列に接続するか、または、図１０に示すように水晶振動子１０に対し直列に接続して用いればよい。

また、前記第三の実施の形態においては、板ばね２６の端部２６ｂが誘電体２３に密着する方向に湾曲する際に、弾性を有する導電性ゴム２５を用いることで、電極２４の対向電極（導電性ゴム２５）が誘電体２３の下面に密着するようにした。しかしながら、誘電体２３自体を弾性素材により形成するならば、導電性ゴム２５を用いずに、板ばね２６自体を電極２４の対向電極（第二の電極）としてもよい。このように構成することによっても、誘電体２３と電極（第二の電極）との密着性が向上するため、温度変化に伴う精度の高い静電容量を得易く、コンデンサとしての機能性を向上することができる。

尚、前記第一乃至第三の実施形態においては、第二の電極の部材として導電性ゴムを用いた例を示したが、これに替え、第二の電極の部材として導電性薄膜を用いても同様の作用効果を得ることができる。

また、第一乃至第三の実施形態において誘電体、バイメタル等を電気的絶縁性を有する油または液体を満たした容器内に収容するのが好ましい。

このように誘電体、バイメタル等を電気的絶縁性を有する油もしくは液体を満たした容器内に収容することにより、外部からの振動、衝撃に対して、バイメタルと誘電体との密着度の変化を抑制でき、そのコンデンサ容量への影響を抑えることができる。このとき、前記油、液体は粘性が高い方が好ましい。

続いて、本発明に係るコンデンサについて、実施例に基づきさらに説明する。
〔実施例１〕

本発明に係るコンデンサについて検討するため、ＡＴカット水晶振動子に対応した前記実施の形態に示す構成のコンデンサを作製し、温度補償の性能を検証した。
バイメタルには板厚０．１２５ｍｍのものを使用し、９０℃の温度で導電性ゴムが誘電体（セラミックス）に完全に密着するように設置した。

また、誘電体にはセラミックス板（共立マテリアル（株）製）を使用し、４ｍｍ×８ｍｍ×０．２０ｍｍ厚の大きさに加工した。このセラミックス板の比誘電率は９１である。
また、導電性ゴムには、導電性１０Ω／ｃｍ²以下のシリコン系ゴム０．５ｍｍ厚のものを使用し、これをバイメタルに接着した。
また、電極は、銀を図７のグラフに示されるθ＝０´に近似して、二次曲線をセラミックス板の上面に蒸着した。

以上の構成部材によりコンデンサ２０を形成し、これを図１３に示すように水晶振動子２１に並列に接続し、発振回路に組み込んで温度周波数特性を測定した。振動子には、（株）サンデバイス製の公称周波数２１．４５０ＭＨｚ、θ＝０′付近のものを使用した。
尚、発振回路には、図９に示した発振回路を用い、コンデンサ２２にはフィリップス社製半固定コンデンサ（最大値６５ｐＦ）を使用した。また、測定器には三成電子（株）製の周波数カウンタＳＦ−６５ＬＡを用いた。
測定結果として、図１４の表に、コンデンサ２０を水晶振動子２１に対し並列に接続した場合の発振周波数測定結果を示す。
〔比較例１〕

比較例として、コンデンサ２０を接続しない状態での水晶振動子２１の発振周波数を測定した。その回路図を図１５に示し、測定結果を図１６に示す。
また、実施例１の測定結果と比較例１の測定結果を図１７のグラフに示す。
以上の結果を考察すれば、図１７のグラフからも明らかなように、コンデンサ２０の挿入により温度による発振周波数の変動が大幅に補償された。

以上の実施例の結果から、本発明に係るコンデンサを水晶振動子に接続することにより、その温度による周波数変化が大幅に補償されることを確認した。

本発明にかかるコンデンサ及びそれを用いた発振回路は、例えば、水晶振動子による無線送信機の発振周波数やクロック周波数を生成する半導体回路基板等において、好適に用いることができる。

図１は、本発明に係るコンデンサの第一の実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１のコンデンサをケーシングに入れた状態の平面図である。 図３は、図２の断面図である。 図４は、低温度における図１のコンデンサの状態を模式的に示す図である。 図５は、基準温度に近い中温度における図１のコンデンサの状態を模式的に示す図である。 図６は、高温度における図１のコンデンサの状態を模式的に示す図である。 図７は、図１のコンデンサの電極の上辺の形成パターンを示すグラフである。 図８は、図１のコンデンサの温度による静電容量特性を示すグラフである。 図９は、図１のコンデンサを発振回路において、水晶振動子に並列に接続した状態を示す回路図である。 図１０は、図１のコンデンサを発振回路において、水晶振動子に直列に接続した状態を示す回路図である。 図１１は、本発明に係るコンデンサの第二の実施形態を示す斜視図である。 図１２は、本発明に係るコンデンサの第三の実施形態を示す斜視図である。 実施例において、本発明に係るコンデンサを水晶振動子に並列に接続した状態を示す回路図である。 実施例の結果として、水晶振動子の温度による発振周波数特性を示す表である。 比較例において、水晶振動子を示す回路図である。 比較例の結果として、水晶振動子の温度による発振周波数特性を示す表である。 実施例と比較例の結果としての曲線を示したグラフである。 水晶振動子の回路図である。 水晶振動子の等価回路図である。 ＡＴカットの水晶振動子の温度周波数特性を示すグラフである。

符号の説明

１ コンデンサ
２ 誘電体
３ 電極（第一の電極）
４ バイメタル（第二の電極）
５ 導電性ゴム（第二の電極）
１２ コンデンサ
１３ 誘電体
１４ 電極（第一の電極）
１５ 導電性ゴム（第二の電極）
１６ バイメタル（第二の電極）
２２ コンデンサ
２３ 誘電体
２４ 電極（第一の電極）
２５ 導電性ゴム（第二の電極）
２６ 板ばね（第二の電極）
２９ 気体密封容器（容積変化手段）

Claims (13)

1. 温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、
   誘電体と、前記誘電体に対向するバイメタルとを備え、
   前記誘電体には第一の電極が形成され、前記バイメタルには第二の電極としての導電性ゴムまたは導電性薄膜部材が設けられ、
   温度変化により前記バイメタルが湾曲し、前記誘電体と前記導電性ゴムまたは導電性薄膜部材との密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することを特徴とするコンデンサ。
2. 温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、
   弾性素材により形成された誘電体と、前記誘電体に対向するバイメタルとを備え、
   前記誘電体には第一の電極が形成され、前記バイメタルには第二の電極が形成され、
   温度変化により前記バイメタルが湾曲し、前記誘電体と前記バイメタルとの密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することを特徴とするコンデンサ。
3. 前記バイメタルは、一端が前記誘電体の端部に近接して固定され、他端が開放された状態で前記誘電体に対向していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたコンデンサ。
4. 前記第一の電極の形状を形成する形成領域線は、接続される発振回路の温度周波数特性の温度の微分関数曲線によって表されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたコンデンサ。
5. 前記バイメタルは、温度上昇に伴い前記誘電体から離れる方向に変形することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたコンデンサ。
6. 前記バイメタルは、温度上昇に伴い前記誘電体に密着する方向に変形することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたコンデンサ。
7. 前記誘電体及び／または前記バイメタルは、前記第一の電極と同じ平面形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載されたコンデンサ。
8. 前記誘電体は円筒形に形成され、前記バイメタルは前記円筒形の内側又は外側において誘電体に対向することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載されたコンデンサ。
9. 温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、
   誘電体と、前記誘電体に対向する板ばねと、固定部材と前記板ばねとの間に設けられ温度変化により容積が変化する容積変化手段とを備え、
   前記誘電体には第一の電極が形成され、前記板ばねには第二の電極としての導電性ゴムまたは導電性薄膜部材が設けられ、
   前記容積変化手段の容積変化により前記板ばねが湾曲し、前記誘電体と前記導電性ゴムまたは導電性薄膜部材との密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することを特徴とするコンデンサ。
10. 温度による静電容量変化特性を有するコンデンサであって、
    弾性素材により形成された誘電体と、前記誘電体に対向する板ばねと、固定部材と前記板ばねとの間に設けられ温度変化により容積が変化する容積変化手段とを備え、
    前記誘電体には第一の電極が形成され、前記板ばねには第二の電極が形成され、
    前記容積変化手段の容積変化により前記板ばねが湾曲し、前記誘電体と前記板ばねとの密着面積に応じて、前記第一の電極の実効面積が変化し、静電容量が変化することを特徴とするコンデンサ。
11. 前記誘電体及びバイメタルが、電気的絶縁性を有する油もしくは液体を満たした容器内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載されたコンデンサ。
12. 前記誘電体と板ばねと容積変化手段とが電気的絶縁性を有する油もしくは液体を満たした容器内に収容されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載されたコンデンサ。
13. 前記請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載されたコンデンサであって、前記コンデンサが振動子に並列または直列に接続されたことを特徴とする発振回路。

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