(57)【要約】【課題】本発明は、交流の入力信号が入力されることによる静電容量変動を抑制することが可能な可変容量コンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、第１の容量電極部と、第１の容量電極部に対向して配置された第２の容量電極部と、第１の駆動電極部と、第１の駆動電極部に対向して配置された第２の駆動電極部とを有し、第１の容量電極部または第２の容量電極部に交流の入力信号が入力されて、第１の容量電極部と第２の容量電極部との間で形成される静電容量に応じた出力信号が出力される可変容量コンデンサにおいて、第１の容量電極部と第１の駆動電極部とは、弾性を有する連結部を介して連動可能に連結されるとともに、連結された第１の容量電極部と第１の駆動電極部の固有周波数が、入力信号の周波数よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図４
2014212159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の容量電極部と、前記第１の容量電極部に対向して配置された第２の容量電極部と、
第１の駆動電極部と、前記第１の駆動電極部に対向して配置された第２の駆動電極部とを有し、
前記第１の容量電極部または前記第２の容量電極部に交流の入力信号が入力されて、前記第１の容量電極部と前記第２の容量電極部との間で形成される静電容量に応じた出力信号が出力される可変容量コンデンサにおいて、
前記第１の容量電極部と前記第１の駆動電極部とは、弾性を有する連結部を介して連動可能に連結されるとともに、
連結された前記第１の容量電極部と前記第１の駆動電極部の固有周波数が、前記入力信号の周波数よりも小さいことを特徴とする可変容量コンデンサ。
【請求項２】
前記固有周波数が、前記入力信号の周波数の１０分の１よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の可変容量コンデンサ。
【請求項３】
前記第１の容量電極部と前記第２の容量電極部との間、及び前記第１の駆動電極部と前記第２の駆動電極部との間には、電気絶縁性流体が介在しており、臨界減衰比が１以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変容量コンデンサ。
【請求項４】
前記第１の容量電極部及び前記第１の駆動電極部に質量調整層が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変容量コンデンサ。
【請求項５】
前記第１の容量電極部に設けられた容量側連結部と、前記第１の駆動電極部に設けられた駆動側連結部と、支点部が設けられたリンク部とを有し、
前記リンク部は、前記容量側連結部と前記駆動側連結部とを接続して、前記第１の容量電極部と前記第１の駆動電極部とは、前記支点部を支点にして前記リンク部により連動可能に設けられており、
前記第１の駆動電極部が前記第２の駆動電極部に接近する方向に移動する際、前記第１の容量電極部が前記第２の容量電極部から離れる方向に移動して、
前記第１の駆動電極部が前記第２の駆動電極部から離れる方向に移動する際、前記第１の容量電極部が前記第２の容量電極部に接近する方向に移動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の可変容量コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量コンデンサに関し、特にＭＥＭＳ技術を利用した可変容量コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの無線通信機器では、高周波回路の小型化の要求が高まっている。この要求に応えるため、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を利用した可変容量コンデンサを、可変周波数発信器、同調増幅器、インピーダンス整合回路などの高周波回路に用いることが検討されている。このような可変容量コンデンサについて、下記の特許文献１に記載されている。
【０００３】
図９は、特許文献１に記載されている従来例の可変容量コンデンサ１１０を示し、図９（ａ）は可変容量コンデンサ１１０の平面図を、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸ−ＩＸ線で切断して矢印方向から見たときの可変容量コンデンサ１１０の断面図を示す。
【０００４】
図９（ｂ）に示すように、従来例の可変容量コンデンサ１１０は、基板１３０に設けられた下部プレート１２９と、下部プレート１２９の上方に設けられた上部プレート１２３とを有して構成される。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、基板１３０の中央部に支持体１２５が設けられており、上部プレート１２３は、スプリング１２４を介して支持体１２５に接続されている。また、上部プレート１２３の外周には、突起１２７が形成されており、これにより上部プレート１２３の最大変位が設定される。
【０００５】
上部プレート１２３と下部プレート１２９との間に駆動電圧が印加されると、クーロン力（静電引力）により、上部プレート１２３が下部プレート１２９に向かい移動する。そして、上部プレート１２３は、スプリング１２４のばね弾性力とクーロン力（静電引力）とが釣り合う位置で静止する。これにより、上部プレート１２３と下部プレート１２９との間の静電容量を変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９７６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来例の可変容量コンデンサ１１０を可変周波数発信器、同調増幅器、インピーダンス整合回路などの高周波回路に使用する場合、上部プレート１２３または下部プレート１２９の一方に交流の入力信号が印加されて、上部プレート１２３または下部プレート１２９の他方から出力信号が取り出される。この際、上部プレート１２３と下部プレート１２９との間の静電容量に応じた出力信号が出力される。
【０００８】
しかしながら、上部プレート１２３または下部プレート１２９に印加される交流の入力信号によって、上部プレート１２３と下部プレート１２９との間に静電引力が発生する。そのため、駆動電圧によって設定された上部プレート１２３と下部プレート１２９との間の距離が入力信号により変化して、上部プレート１２３と下部プレート１２９との間の静電容量が変動するという課題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決して、交流の入力信号が入力されることによる静電容量変動を抑制することが可能な可変容量コンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の可変容量コンデンサは、第１の容量電極部と、前記第１の容量電極部に対向して配置された第２の容量電極部と、第１の駆動電極部と、前記第１の駆動電極部に対向して配置された第２の駆動電極部とを有し、前記第１の容量電極部または前記第２の容量電極部に交流の入力信号が入力されて、前記第１の容量電極部と前記第２の容量電極部との間で形成される静電容量に応じた出力信号が出力される可変容量コンデンサにおいて、前記第１の容量電極部と前記第１の駆動電極部とは、弾性を有する連結部を介して連動可能に連結されるとともに、連結された前記第１の容量電極部と前記第１の駆動電極部の固有周波数が、前記入力信号の周波数よりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、連結された第１の容量電極部と第１の駆動電極部の固有周波数が、入力信号の周波数よりも小さいため、交流の入力信号が入力されることにより第１の容量電極部と第２の容量電極部との間に生じる静電引力に対して、第１の容量電極部の変位が追従し難くなる。よって、交流の入力信号が入力されることにより生じる第１の容量電極部の変位量を抑制して、前記第１の容量電極部と前記２の容量電極部との間の静電容量変動を抑制することが可能である。
【００１２】
本発明の可変容量コンデンサにおいて、前記固有周波数が、前記入力信号の周波数の１０分の１よりも小さいことが好適である。これによれば、交流の入力信号が入力されることによる第１の容量電極部の変位量を１％以下に低減できるため、静電容量変動が効果的に抑制される。
【００１３】
本発明の可変容量コンデンサは、前記第１の容量電極部と前記第２の容量電極部との間、及び前記第１の駆動電極部と前記第２の駆動電極部との間には、電気絶縁性流体が介在しており、臨界減衰比が１以上であることが好ましい。これによれば、電気絶縁性流体の粘性抵抗により、共振の鋭さを示すＱ値を小さくすることができるため、連結された第１の容量電極部と第１の駆動電極部との固有周波数の近傍の周波数において、第１の容量電極部の変位量を小さくすることができる。よって、静電容量の変動を抑制できる。
【００１４】
本発明の可変容量コンデンサにおいて、前記第１の容量電極部及び前記第１の駆動電極部に質量調整層が設けられていることが好ましい。これによれば、質量を大きくして固有周波数を小さくすることができる。よって、入力信号の周波数よりも固有周波数を小さくすることが容易に実現できる。
【００１５】
前記第１の容量電極部に設けられた容量側連結部と、前記第１の駆動電極部に設けられた駆動側連結部と、支点部が設けられたリンク部とを有し、前記リンク部は、前記容量側連結部と前記駆動側連結部とを接続して、前記第１の容量電極部と前記第１の駆動電極部とは、前記支点部を支点にして前記リンク部により連動可能に設けられており、前記第１の駆動電極部が前記第２の駆動電極部に接近する方向に移動する際、前記第１の容量電極部が前記第２の容量電極部から離れる方向に移動し、前記第１の駆動電極部が前記第２の駆動電極部から離れる方向に移動する際、前記第１の容量電極部が前記第２の容量電極部に接近する方向に移動することが好適である。
【００１６】
これによれば、リンク部に設けられた支点部の位置によって、駆動電圧が印加されたときの第１の容量電極部の変位量を設定することができる。すなわち、第１の容量電極部と第２の容量電極部との対向面積を変えることなく可変容量範囲を大きくできる。よって、可変容量範囲を大きくする場合であっても、第１の容量電極部および第１の駆動電極部の質量、連結部のばね定数を変える必要がないため、固有周波数を入力信号の周波数以下にすることが容易である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の可変容量コンデンサによれば、交流の入力信号が入力されることにより生じる静電容量変動を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における可変容量コンデンサの分解斜視図である。
【図２】第１の実施形態の可変容量コンデンサの平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの可変容量コンデンサの断面図であり、（ａ）駆動電圧を印加していない状態の断面図、（ｂ）駆動電圧を印加した状態の断面図である。
【図４】固有周波数を変えたときの、入力信号の周波数と、第１の容量電極部の単位力当たりの変位量との関係を示すグラフである。
【図５】第１の実施形態の変形例を示す可変容量コンデンサの断面図である。
【図６】第２の実施形態の可変容量コンデンサの断面図である。
【図７】臨界減衰比を変えたときの、入力信号の周波数と、第１の容量電極部の単位力当たりの変位量との関係を示すグラフである。
【図８】第３の実施形態の可変容量コンデンサの断面図である。
【図９】従来例の可変容量コンデンサの（ａ）平面図、及び（ｂ）図９（ａ）のＩＸ−ＩＸ線で切断して矢印方向から見たときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態の可変容量コンデンサについて説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における可変容量コンデンサの分解斜視図である。図２は、第１の実施形態の可変容量コンデンサの平面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の可変容量コンデンサ１０は、固定部２０と可動部２２とを有して構成される。可動部２２は、第１の容量電極部３１、第１の駆動電極部４１、第１のリンク部５１及び第２のリンク部５２を有して構成されている。第１の容量電極部３１と第１の駆動電極部４１とは、第１のリンク部５１及び第２のリンク部５２により連動するように連結されている。固定部２０は、基板２３と、基板２３に形成された第２の容量電極部３２と第２の駆動電極部４２とを有して構成される。第２の容量電極部３２は、第１の容量電極部３１に対向する位置に設けられており、第２の駆動電極部４２は第１の駆動電極部４１に対向する位置に設けられている。
【００２２】
図２に示すように、第１の駆動電極部４１は、第１の容量電極部３１を囲むように枠状に設けられている。第１のリンク部５１は、第１の駆動電極部４１に設けられた駆動側連結部４３ａに連結されるとともに、第１の容量電極部３１のＸ１側端部に設けられた容量側連結部３３ａ、３３ｂに連結されている。また、第２のリンク部５２は、第１のリンク部５１と点対称に設けられており、容量側連結部３３ｃ、容量側連結部３３ｄ及び駆動側連結部４３ｂに連結されている。このように、第１のリンク部５１、及び第２のリンク部５２によって、第１の容量電極部３１と第１の駆動電極部４１とが連結されている。
【００２３】
さらに、第１のリンク部５１及び第２のリンク部５２を補助して第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１を支持するための第１の補助リンク部５３及び第２の補助リンク部５４が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、可動部２２には、複数の接合部５５ａ〜５５ｄが設けられており、第１のリンク部５１と接合部５５ａ、５５ｃとは、支点部５６ａ、５６ｃを介して連結されており、第２のリンク部５２と接合部５５ｂ、５５ｄとは、支点部５６ｂ、５６ｄを介して連結されている。
【００２５】
図１に示すように、固定部２０には複数の接合支持部２１ａ〜２１ｄが設けられており、接合支持部２１ａ〜２１ｄは、それぞれ可動部２２の接合部５５ａ〜５５ｄと接合され、これにより、固定部２０と可動部２２とが接合される。
【００２６】
第１のリンク部５１及び第２のリンク部５２は、それぞれ支点部５６ａ〜５６ｄを支点として回転動作可能に設けられている。よって、第１のリンク部５１及び第２のリンク部５２によって連結された第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１は、支点部５６ａ〜５６ｄを支点として連動して回転するように動作する。すなわち、第１の駆動電極部４１がＺ２方向に変位して第２の駆動電極部４２に接近するとき第１の容量電極部３１が第２の容量電極部３２から離れるようにＺ１方向に変位し、または、第１の駆動電極部４１がＺ１方向に変位して第２の駆動電極部４２から離れる方向に変位するとき第１の容量電極部３１が第２の容量電極部３２に接近するようにＺ２方向に変位する。なお、第１の補助リンク部５３は接合部５５ａに設けられた支点部５６ａと連結されて、第１のリンク部５１と連動可能となっている。第２の補助リンク部５４についても同様に第２のリンク部５２と連動可能となっている。
【００２７】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの可変容量コンデンサの断面図を示し、図３（ａ）は、駆動電圧を印加していない状態の断面図であり、図３（ｂ）は、駆動電圧を印加した状態の断面図である。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、第１の容量電極部３１に対向する位置に第２の容量電極部３２が設けられており、第１の駆動電極部４１に対向する位置に第２の駆動電極部４２が設けられている。なお、第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１は導電性材料であり、第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１がそれぞれ電極として機能している。
【００２９】
可動部２２は、シリコン基板を用いて形成される。まず、シリコン基板に、各部材の形状に対応するレジスト層を形成する。そして、レジスト層が存在していない部分で、シリコン基板をディープＲＩＥ（ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング）等のエッチング工程で切断することにより、第１の容量電極部３１、第１の駆動電極部４１、第１のリンク部５１、第２のリンク部５２等の各部材が形成される。
【００３０】
可変容量コンデンサ１０には、静電容量を制御するための制御部（図示しない）が接続されており、第１の駆動電極部４１と第２の駆動電極部４２との間に静電力を発生させるための駆動電圧が制御部から与えられる。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、第１の駆動電極部４１と第２の駆動電極部４２との間隔をＤ１’として、第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２との間隔をＤ２’とする。駆動電圧が印加されていない状態では、間隔Ｄ１’と間隔Ｄ２’とがほぼ等しい状態で、第１の容量電極部３１と第１の駆動電極部４１とが静止する。
【００３２】
１対の駆動電極である第１の駆動電極部４１と第２の駆動電極部４２とに駆動電圧が与えられると、図３（ｂ）に示すように、静電引力により第１の駆動電極部４１はＺ２方向にΔＤ１だけ変位する。そして、第１のリンク部５１及び第２のリンク部５２により連結された第１の容量電極部３１と第１の駆動電極部４１とは、支点部５６ａ〜５６ｄ（図２に示す）を支点として連動して、第１の容量電極部３１はＺ１方向にΔＤ２だけ変位する。
【００３３】
このとき、容量側連結部３３ａ〜３３ｄ、駆動側連結部４３ａ〜４３ｄ、及び支点部５６ａ〜５６ｄは、ねじれ変形する。このねじれ変形は弾性変形であって、容量側連結部３３ａ〜３３ｄ、駆動側連結部４３ａ〜４３ｄ、及び支点部５６ａ〜５６ｄは、ねじれ変形に対して元に戻ろうとするばね弾性を有している。駆動電圧による静電引力とばね弾性の復元力とが釣り合った位置で第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１は静止して、このときの第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２とで形成される容量が、可変容量コンデンサ１０の静電容量となる。このように、駆動電圧により生じる静電引力とばね弾性の復元力との均衡によって第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１の変位量を制御して、可変容量コンデンサ１０の静電容量を所望の値とすることができる。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態の可変容量コンデンサ１０において、支点部５６ａと駆動側連結部４３ａとの距離をＬ１とし、支点部５６ａと容量側連結部３３ｂとの距離をＬ２としたときに、Ｌ２がＬ１よりも大きくなるように第１のリンク部５１が設けられている。また、第２のリンク部５２についても同様に設けられている。これにより、第１の駆動電極部４１の変位量ΔＤ１に対して、第１の容量電極部３１の変位量ΔＤ２を大きくすることができる。したがって本実施形態の可変容量コンデンサ１０の可変容量範囲を大きくすることができる。
【００３５】
また、第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２とが平行平板を形成するように対向面が平面に形成されている。第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２との対向面は、可動方向であるＺ１−Ｚ２方向に垂直な平面領域を有し、第１の容量電極部３１は第２の容量電極部３２に対して平行状態を保ちながらＺ１−Ｚ２方向に変位する。なお、ここで言う「平行平板」とはコンデンサの物理的原理を表わす表現であり、厳密な平行状態に限定されない。
【００３６】
本実施形態の可変容量コンデンサ１０が高周波回路に組み込まれて使用される際に、第１の容量電極部３１または第２の容量電極部３２に所定の周波数の入力信号が入力されて、第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２との間に形成される静電容量に応じた出力信号が出力される。
【００３７】
本実施形態の可変容量コンデンサ１０は、質量ｍとばね定数ｋとのバネマス系のモデルで表すことができる。質量ｍは、可動部２２の第１の容量電極部３１、第１の駆動電極部４１等の合計質量であり、ばね定数ｋは容量側連結部３３ａ〜３３ｄ、駆動側連結部４３ａ〜４３ｄ、及び各支点部５６ａ〜５６ｆの合計のばね定数である。したがって、可変容量コンデンサ１０について、下記（数１）の式（１）の運動方程式が成立する。なお、式（１）のｄは、第１、第２の容量電極部３１、３２と第１、第２の駆動電極部４１、４２の間に介在する気体の粘性係数を示し、第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１の動きを妨げようとする働きを示す係数である。
【００３８】
【数１】
2014212159.tif 000003
【００３９】
本実施形態において、可動部２２の第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１の固有周波数ωが、入力信号の周波数よりも小さくなるように可変容量コンデンサ１０が構成される。固有周波数ωは、（数１）の式（２）に示すように、質量ｍとばね定数ｋの関数で表され、各部材の合計の質量ｍ、各連結部などのばね定数ｋが所定の固有周波数ωとなるように、第１の容量電極部３１、第１の駆動電極部４１、各連結部３３ａ〜３３ｄ、４３ａ〜４３ｄ、各支点部５６ａ〜５６ｆが形成される。
【００４０】
本実施形態の可変容量コンデンサ１０によれば、連結された第１の容量電極部３１と第１の駆動電極部４１との固有周波数ωが、入力信号の周波数よりも小さい。よって、交流の入力信号の入力によって第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２との間に生じる静電引力に対して、第１の容量電極部３１の変位が追従し難くなるため、第１の容量電極部３１の変位量を抑制することができる。したがって、交流の入力信号が入力されることによる静電容量変動を抑制することが可能である。
【００４１】
図４は、固有周波数ωを１ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚに変えたときの、入力信号の周波数と、単位力当たりの第１の容量電極部３１の変位量との関係について、シミュレーションした結果を示すグラフである。単位力当たりの変位量は（数１）の式（３）に示す、バネマス系モデルのゲイン｜Ｇ（ｊω）｜から求めることができる。また、下記（表１）には、固有周波数ωを１ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚとするときの、第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１の合計の質量ｍ、各連結部３３ａ〜３３ｄ、４３ａ〜４３ｄ、及び各支点部５６ａ〜５６ｆのばね定数ｋ、粘性係数ｄの値を示す。
【００４２】
【表１】
2014212159.tif 000004
【００４３】
図４に示すように、固有周波数ω近傍の周波数において共振を示している。共振の鋭さは、（数１）の式（４）に示すＱ値で表され、粘性係数ｄを大きくするか、質量ｍ又はばね定数ｋ、または質量ｍ及びばね定数ｋを小さくすると、共振の鋭さが小さくなる。また、固有周波数ωよりも小さい周波数領域において、第１の容量電極部３１の単位力当たりの変位量は、入力信号の周波数に依存せずほぼ一定の値を示す。
【００４４】
そして、図４に示すように、入力信号の周波数が各固有周波数ωよりも大きい周波数領域において、入力信号の周波数が大きくなるにしたがって、単位力当たりの変位量が小さくなる傾向を示す。固有周波数ωを１ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚと変えた場合も、同様の傾きで変位量が小さくなる。よって、固有周波数ωを入力信号の周波数よりも小さくすることにより、入力信号により生じる静電引力に対して第１の容量電極部３１の変位が追従し難くなるため、第１の容量電極部３１の変位量を抑制することができことが示された。したがって、交流の入力信号が入力されることにより生じる静電容量変動を抑制することが可能である。
【００４５】
図４に示すように、例えば入力信号の周波数が１０ｋＨｚの場合には、固有周波数ωを１ｋＨｚよりも小さくすることにより、固有周波数ω以下の周波数領域における変位量に対して単位力当たりの変位量を１％以下に低減できる。同様に、入力信号の周波数が２５ｋＨｚの場合には、固有周波数ωを２．５ｋＨｚよりも小さく、また、入力信号の周波数が１００ｋＨｚの場合には、固有周波数ωを１０ｋＨｚよりも小さくすることにより、単位力当たりの変位量を１％以下に低減できる。以上のように、固有周波数ωを、入力信号の周波数の１０分の１よりも小さくすることにより、交流の入力信号が入力されることによる第１の容量電極部３１の変位量を１％以下に低減できるため、静電容量変動を効果的に抑制することが可能である。
【００４６】
また、図１から図３に示すように、本実施形態の可変容量コンデンサ１０は平行平板型の可変容量コンデンサ１０であり、第１、第２のリンク部５１、５２に設けられた各支点部の位置によって、第１の容量電極部３１の変位量を設定することができる。すなわち、第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２との対向面積を変えることなく可変容量範囲を大きくできる。よって、可変容量範囲を大きくする場合であっても第１の容量電極部３１および第１の駆動電極部４１の質量ｍ、各連結部３３ａ〜３３ｄ、４３ａ〜４３ｄのばね定数ｋを変える必要がなく、固有周波数ωを入力信号の周波数以下にすることが容易に実現できる。
【００４７】
図５は、第１の実施形態の変形例を示す可変容量コンデンサ１０の断面図である。図５に示す変形例の可変容量コンデンサ１０では、第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１に質量調整層６１が設けられている。質量調整層６１として、ＣｕやＡｕ等の金属薄膜を設けることができる。または、絶縁材料であるＳｉＯ２や、第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１と同じ材料であるシリコン薄膜を設けることも可能である。
【００４８】
式（２）に示すように、固有周波数ωは質量ｍとばね定数ｋとの関数で表され、質量ｍを大きくすることで、固有周波数ωを小さくすることができる。図５に示すように、質量調整層６１を設けることにより、可変容量コンデンサ１０のばね定数ｋを変えずに質量ｍを大きくできるため、固有周波数ωを小さくすることができる。よって、質量調整層６１を設けることにより固有周波数ωを入力信号の周波数よりも小さくすることが容易に実現できる。
【００４９】
また、固有周波数ωを小さくする方法として、ばね定数ｋを小さくすることも有効である。図２に示す容量側連結部３３ａ〜３３ｄ、駆動側連結部４３ａ〜４３ｄ、支点部５６ａ〜５６ｆは、シリコン基板から加工された円柱形状または角柱形状のトーションバーであり、これらのねじれ変形によりばね弾性が生じる。したがって、容量側連結部３３ａ〜３３ｄ、駆動側連結部４３ａ〜４３ｄ、支点部５６ａ〜５６ｆについて、円柱形状の直径、若しくは角柱形状の幅又は厚さを小さくすることにより、ばね定数ｋを小さくすることができ、固有周波数ωが小さくなる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態の可変容量コンデンサの断面図である。図６に示すように、第２の実施形態の可変容量コンデンサ１１において、可動部２２を覆うように保護部６２が設けられている。保護部６２は基板２３に接合されて、保護部６２と基板２３とにより密閉された空間を形成する。第１、第２の容量電極部３１、３２、及び第１、第２の駆動電極部４１、４２等の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
図６に示すように、第１の容量電極部３１、第２の容量電極部３２、第１の駆動電極部４１、第２の駆動電極部４２は、保護部６２と基板２３とで形成される空間の内部に配置されており、保護部６２と基板２３とで形成される空間には、電気絶縁性流体６３が充填される。よって、第１の容量電極部３１と第２の容量電極部３２との間、及び第１の駆動電極部４１と第２の駆動電極部４２との間には、電気絶縁性流体６３が介在しており、各電極部３１、３２、４１、４２が変位すると、電気絶縁性流体６３はそれに伴い流動する。本実施形態において、電気絶縁性流体６３としてＮ２ガスを用いている。
【００５２】
電気絶縁性流体６３の粘性係数ｄは、電気絶縁性流体６３の種類によって変えることができ、例えばＮ２ガスを用いた場合には、気圧や温度によって変化させることができる。（数１）の式（４）に示すように、共振の鋭さを示すＱ値は、電気絶縁性流体６３の粘性係数ｄの関数で示されており、粘性係数ｄを大きくすればＱ値が小さくなる。
【００５３】
本実施形態の可変容量コンデンサ１１において、臨界減衰比（ダンピング係数）ζが１以上であることが好ましい。ここで、臨界減衰比（ダンピング係数）ζは、下記（数２）の式（５）で示され、電気絶縁性流体６３の粘性係数ｄと臨界粘性係数Ｄｄとの比で表される。なお、臨界粘性係数Ｄｄは、式（６）に示すように質量ｍ及びばね定数ｋで決定される値である。
【００５４】
例えば、質量ｍ＝２．５×１０−９ｇ、ばね定数ｋ＝６．２×１０−１ｍ／Ｎとして、電気絶縁性流体６３にＮ２ガスを用いた場合において、０．３気圧、常温の状態で、臨界減衰比（ダンピング係数）ζ＝１．０となる。また、質量ｍ＝２．５×１０−９ｇ、ばね定数ｋ＝６．２×１０−１ｍ／Ｎとして、電気絶縁性流体６３に大気を用いた場合において、１．０気圧、常温の状態で、臨界減衰比（ダンピング係数）ζ＝３．０となる。
【００５５】
これによれば、臨界減衰比（ダンピング係数）ζを１以上にすることによりＱ値を低減して、入力信号の周波数が固有周波数ωの近傍であっても、第１の容量電極部３１の変位量を小さくすることができる。よって、静電容量の変動を効果的に抑制できる。
【００５６】
【数２】
2014212159.tif 000005
【００５７】
図７は、固有周波数ωを２．５ｋＨｚ一定として、臨界減衰比（ダンピング係数）ζを変えた可変容量コンデンサについて、入力信号の周波数と、第１の容量電極部３１の単位力当たりの変位量との関係についてシミュレーションした結果を示すグラフである。
【００５８】
図７に示すように、臨界減衰比（ダンピング係数）ζを大きくするに従って、すなわち、粘性係数ｄを大きくするに従って、周波数２．５ｋＨｚ近傍における第１の容量電極部３１の変位量が小さくなることが示されている。これは、粘性係数ｄを大きくすることにより、第１の容量電極部３１及び第１の駆動電極部４１の変位が、電気絶縁性流体６３によって妨げられるためである。したがって、臨界減衰比（ダンピング係数）ζを１以上とすることで第１の容量電極部３１の変位量を低減させることができ、静電容量の変動が抑制される。
【００５９】
なお、本実施形態において電気絶縁性流体６３としてＮ２ガスを用いているが、他の不活性ガスを用いることも可能である。
【００６０】
＜第３の実施形態＞
図８は、第３の実施形態の可変容量コンデンサの断面図である。第１の実施形態、第２の実施形態においては、平行平板タイプの可変容量コンデンサ１０、１１について示したが、これに限定されるものではなく、図８に示す可変容量コンデンサ１２の構成であっても本発明を適用して、同様の効果を奏することができる。
【００６１】
図８に示すように、第３の実施形態の可変容量コンデンサ１２は固定部２４と可動部２５とを有し、固定部２４と可動部２５とは、ばね弾性を有する連結部２７によって連結されている。可動部２５のＸ２側は第１の容量電極部３５であり、Ｘ１側は第１の駆動電極部４５である。固定部２４は、基板２６、基板２６に設けられた第２の容量電極部３６及び第２の駆動電極部４６を有して構成される。第２の容量電極部３６は、第１の容量電極部３５に対向する位置に設けられ、第２の駆動電極部４６は第１の駆動電極部４５に対向する位置に設けられている。
【００６２】
第１の駆動電極部４５と第２の駆動電極部４６との間に駆動電圧が印加されると、静電引力により第１の駆動電極部４５が第２の駆動電極部４６方向に変位する。このとき、可動部２５と連結部２７とが接続された箇所を支点として可動部２５が回動して、第１の容量電極部３５が第２の容量電極部３６から離れる方向へ傾斜して移動する。そして、可動部２５は、駆動電圧による静電引力と連結部２７のばね弾性とが釣り合う位置で静止して、第１の容量電極部３５と第２の容量電極部３６との間で所定の静電容量が形成される。
【００６３】
本実施形態においても、可動部２５の質量ｍと、連結部２７のばね定数ｋにより固有周波数ωが決定され、入力信号の周波数よりも固有周波数ωを小さくすることにより、入力信号による第１の容量電極部３５と第２の容量電極部３６との間の静電容量変動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１１、１２  可変容量コンデンサ
２０、２４  固定部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  接合支持部
２２、２５  可動部
２３、２６  基板
２７  連結部
３１、３５  第１の容量電極部
３２、３６  第２の容量電極部
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ  容量側連結部
４１、４５  第１の駆動電極部
４２、４６  第２の駆動電極部
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ  駆動側連結部
５１  第１のリンク部
５２  第２のリンク部
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ  接合部
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ、５６ｆ  支点部
６１  質量調整層
６２  保護部
６３  電気絶縁性流体
【図１】
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【図２】
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【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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