(57)【要約】  低消費電力動作が可能で、信頼性の高い容量可変素子及びその製造方法を提供し、更には、容量可変素子のための静電容量設定方法を提供する。  対向する二つの基板１１、１２と、当該基板の対向する面上にそれぞれ形成された電極２、３、４、５、６と、対向する二つの電極の一方の電極の面上に設けられた誘電体層１５とを備えており、前記対向する二つ電極とその間に配置された誘電体層により静電容量を形成する容量素子において、前記対向する二つの基板との間に、有機アクチュエータ１１、１２を層状に形成して当該有機アクチュエータに対して駆動電力を供給し、有機アクチュエータの「ラッチ機能」又は「ラッチ状態」を利用して、その静電容量を任意の値に設定可能とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する二つの基板と、
前記二つの対向する基板の対向する面上にそれぞれ形成された電極と、
前記対向する二つの電極の一方の電極の面上に設けられた誘電体層とを備えており、前記対向する二つ電極とその間に配置された前記誘電体層により静電容量を形成する容量素子であって、更に、
前記対向する二つの基板との間に、少なくとも、有機アクチュエータ材を層状に形成してなる二つの有機アクチュエータを形成すると共に、当該有機アクチュエータに対して駆動電力を供給するための駆動用電極をそれぞれ設けたことを特徴とする可変容量素子。
【請求項２】
前記請求項１に記載した可変容量素子において、
前記二つの有機アクチュエータの一方の有機アクチュエータは、前記二つの電極の他方の電極の面上に形成されており、前記二つの有機アクチュエータの他方の有機アクチュエータは、前記対向する二つの基板との間に、前記一方の有機アクチュエータに隣接して設けられていることを特徴とする可変容量素子。
【請求項３】
前記請求項２に記載した可変容量素子において、前記他方の有機アクチュエータは、前記一方の有機アクチュエータを取り囲むように形成されていることを特徴とする可変容量素子。
【請求項４】
対向する二つの基板を用意し、
前記二つの基板の対向する面上にそれぞれ電極層を形成し、
前記二つの基板の一方の基板の対向面上には、有機アクチュエータ材を層状に形成してなる二つの有機アクチュエータを形成すると共に、前記二つの基板の他方の基板の対向面上には、前記形成した電極の面上に誘電体層を形成し、
前記二つの基板を、前記他方の基板の対向面上に形成した前記誘電体層が、前記一方の基板の対向面上に形成した電極層に対向するように貼り合わせ、もって、前記対向する二つ電極層とその間に配置された前記誘電体層により形成される静電容量を可変とした可変容量素子を製造することを特徴とする可変容量素子の製造方法。
【請求項５】
前記請求項４に記載した可変容量素子の製造方法において、前記二つの有機アクチュエータの一方の有機アクチュエータは、製膜方法によって形成したことを特徴とする可変容量素子の製造方法。
【請求項６】
対向する二つの基板と、前記二つの対向する基板の対向する面上にそれぞれ形成された電極と、前記対向する二つの電極の一方の電極の面上に設けられた誘電体層とを備えており、前記対向する二つ電極とその間に配置された前記誘電体層により静電容量を形成する容量素子であって、更に、前記対向する二つの基板との間に、少なくとも、有機アクチュエータ材を層状に形成してなる二つの有機アクチュエータを形成すると共に、当該有機アクチュエータに対して駆動電力を供給するための駆動用電極をそれぞれ設けた可変容量素子の静電容量の設定方法であって、
前記二つの有機アクチュエータの双方を駆動して変位させ、
前記二つの有機アクチュエータの一方の有機アクチュエータを定常状態にして他方の有機アクチュエータの位置を設定し、その後、
前記一方の有機アクチュエータの位置を設定するとにより、前記静電容量を可変設定することを特徴とする可変容量素子の静電容量設定方法。
【請求項７】
前記請求項６に記載した静電容量設定方法において、前記他方の有機アクチュエータの位置を設定する際には、前記一方の有機アクチュエータには定常状態を維持するに必要な駆動電力を供給すると同時に、前記前記他方の有機アクチュエータへの駆動電力を停止することを特徴とする可変容量素子の静電容量設定方法。
【請求項８】
前記請求項７に記載した静電容量設定方法において、前記一方の有機アクチュエータの位置を設定する際には、前記一方の有機アクチュエータへの駆動電力の供給を停止して初期状態に戻すことを特徴とする可変容量素子の静電容量設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間距離を変化させることによりその静電容量を変化する可変容量素子（コンデンサ）、及び、かかる可変容量素子の製造方法、更には、かかる可変容量素子の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、その静電容量が可変である可変容量素子（コンデンサ）やバラクタは、可変周波数発信機、同調増幅器、位相シフタ、インピーダンス整合回路などの高周波回路には必須の部品である。特に、近年においては、モバイル通信端末機器におけるマルチバンド化、マルチモード化の開発が進展しており、それに伴い、広帯域での可変容量動作を実現するための可変容量素子（コンデンサ）が期待されている。【０００３】
従来、かかる可変容量素子（コンデンサ）としては、例えば、以下の特許文献１や２によっても知られるように、半導体素子であるバラクタダイオードが利用されており、更には、その広帯域化を実現するために、スイッチとキャパシタアレイとの組み合わせた構造が提案されている。【０００４】
また、以下の特許文献３〜５によれば、ＭＥＭＳ技術によって作成される静電駆動型の可変容量素子は既に知られており、かかる容量素子によれば、半導体素子に比べて損失が小さく、Ｑ値を高くできるメリットがあると報告されている。【０００５】
更には、以下の特許文献６によれば、３層の金属薄膜を積層してなる可動電極を利用した可変容量素子が、そして特許文献７によれば、ゴムの板を利用した可変間隙デバイスとその製造方法が既に知られている。【０００６】
一方、可動電極を駆動するためのアクチュエータとしては、一般に、静電アクチュエータの他に、圧電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、高分子アクチュエータなどが既に知られている。加えて、本発明が関る可変容量素子とは異なるが、特に、高分子材料を用いたアクチュエータは、以下の特許文献８により既に知られており、かかるアクチュエータは、印刷プロセスでの作製可能であるため、小型軽量のアクチュエータを安価に作製でき、実用化が期待されている。【０００７】
【特許文献１】特開２００４−４８５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７７６７号公報
【特許文献３】特開２００４−１７２５０４号公報
【特許文献４】特開２００６−１９７２４号公報
【特許文献５】特開２００６−２１０８４３号公報
【特許文献６】再公表ＷＯ２００５／０２７２５７号公報
【特許文献７】特開昭６２−５０１３８７号公報
【特許文献８】特開２００６−３２５３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来技術によれば、以下のような問題点があった。即ち、可変容量素子を半導体素子で構成する場合には、素子数が多くなり、また同一チップ上に形成する場合には占有面積が大きくなってしまうことから、チップサイズを小さくして安価にすることが出来ない。また、これにより得られる可変容量素子は、ＭＥＭＳ技術による可変容量素子よりも損失が大きく、かつ、Ｑ値が低い。【０００９】
また、静電駆動型のＭＥＭＳ技術による可変容量コンデンサでは、容量調整範囲を大きくするため、チップサイズを大きくしたり、素子数を増やしたりすることが必要であるため、安価に製造することが難しい。加えて、電極間が接近し過ぎて急激に引き付けられてしまう、所謂、「プルダウン現象」が発生するが、かかる現象を回避するためには、高い電圧を制御しなければならず、また、電極間における異物の混入やスティッキング対策のために、気密封止パッケージ内に収納する必要がある。そのため、システム全体を安価に製造することが難しい。【００１０】
そこで、本発明では、有機アクチュエータを採用することにより、安価に作製可能な新規な可変容量素子を提供することを目的とするものである。なお、有機アクチュエータは、素子サイズが大きくなっても安価に作製できるというメリットが期待できるが、しかしながら、ジュール熱に伴う熱膨張により動作するため、任意の変位を維持するためには電流を供給しつづけなければならず、電圧制御型の他のアクチュエータと比べて制御電圧は低くできるものの消費電力は大きくなってしまう。【００１１】
そこで、本発明では、かかる有機アクチュエータを採用する際の問題点を解消し、即ち、低消費電力動作が可能で、かつ、信頼性の高い容量可変素子及びその製造方法を提供し、更には、かかる容量可変素子のための静電容量設定方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、上述した目的を達成するため、まず、対向する二つの基板と、前記二つの対向する基板の対向する面上にそれぞれ形成された電極と、前記対向する二つの電極の一方の電極の面上に設けられた誘電体層とを備えており、前記対向する二つ電極とその間に配置された前記誘電体層により静電容量を形成する容量素子であって、更に、前記対向する二つの基板との間に、少なくとも、有機アクチュエータ材を層状に形成してなる二つの有機アクチュエータを形成すると共に、当該有機アクチュエータに対して駆動電力を供給するための駆動用電極をそれぞれ設けた可変容量素子が提供される。【００１３】
また、本発明では、前記に記載した可変容量素子において、前記二つの有機アクチュエータの一方の有機アクチュエータは、前記二つの電極の他方の電極の面上に形成されており、前記二つの有機アクチュエータの他方の有機アクチュエータは、前記対向する二つの基板との間に、前記一方の有機アクチュエータに隣接して設けられていることが好ましく、更には、前記他方の有機アクチュエータは、前記一方の有機アクチュエータを取り囲むように形成されていることが好ましい。【００１４】
また、本発明によれば、やはり上述した目的を達成するため、対向する二つの基板を用意し、前記二つの基板の対向する面上にそれぞれ電極層を形成し、前記二つの基板の一方の基板の対向面上には、有機アクチュエータ材を層状に形成してなる二つの有機アクチュエータを形成すると共に、前記二つの基板の他方の基板の対向面上には、前記形成した電極の面上に誘電体層を形成し、前記二つの基板を、前記他方の基板の対向面上に形成した前記誘電体層が、前記一方の基板の対向面上に形成した電極層に対向するように貼り合わせ、もって、前記対向する二つ電極層とその間に配置された前記誘電体層により形成される静電容量を可変とした可変容量素子を製造する可変容量素子の製造方法が提供される。なお、上記の製造方法において、前記二つの有機アクチュエータの一方の有機アクチュエータは、製膜方法によって形成することが好ましい。【００１５】
加えて、やはり上述した目的を達成するため、本発明によれば、対向する二つの基板と、前記二つの対向する基板の対向する面上にそれぞれ形成された電極と、前記対向する二つの電極の一方の電極の面上に設けられた誘電体層とを備えており、前記対向する二つ電極とその間に配置された前記誘電体層により静電容量を形成する容量素子であって、更に、前記対向する二つの基板との間に、少なくとも、有機アクチュエータ材を層状に形成してなる二つの有機アクチュエータを形成すると共に、当該有機アクチュエータに対して駆動電力を供給するための駆動用電極をそれぞれ設けた可変容量素子の静電容量の設定方法であって、前記二つの有機アクチュエータの双方を駆動して変位させ、前記二つの有機アクチュエータの一方の有機アクチュエータを定常状態にして他方の有機アクチュエータの位置を設定し、その後、前記一方の有機アクチュエータの位置を設定することにより、前記静電容量を可変設定する可変容量素子の静電容量設定方法が提供される。【００１６】
なお、本発明では、前記に記載した静電容量設定方法において、前記他方の有機アクチュエータの位置を設定する際には、前記一方の有機アクチュエータには定常状態を維持するに必要な駆動電力を供給すると同時に、前記前記他方の有機アクチュエータへの駆動電力を停止することが好ましく、更には、前記一方の有機アクチュエータの位置を設定する際には、前記一方の有機アクチュエータへの駆動電力の供給を停止して初期状態に戻すことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明によれば、有機アクチュエータを採用しながらも、低消費電力動作が可能で、かつ、信頼性の高い構造の容量可変素子を提供することが可能であり、かつ、その製造方法によれば印刷プロセスによって容易に製造することができる。加えて、上述した容量可変素子のための静電容量設定方法によれば、上述した容量可変素子における有機アクチュエータを駆動してその静電容量を可変に設定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
まず、添付の図１〜図４には、本発明の第一の実施の形態（実施例１）になる片持ち梁型の可変容量素子の構造が示されており、それぞれ、図１は本発明の可変容量素子の全体構造を示す斜視図であり、図２はその側面図である。更に、添付の図３はその内部構造を分かり易くするためにその一部を切り欠いて示した可変容量素子の斜視図であり、そして、図４は、当該可変容量素子を上方から見た上面図である。【００２０】
これらの図にも明らかなように、本発明になる可変容量素子は、第１の基板（メイン基板）１を備え、その上面には、その長手方向（図の水平方向）における所定の位置に、複数の電極層が形成されている。より具体的には、本例では、特に、添付の図３及び図４に明らかなように、５個の電極が、図の左側から、電極層２、電極層３と電極層４、そして、電極層５と電極層６が形成されている。更に、これらの電極層２、３、４、５及び６の上面には、以下の部材がそれぞれ形成されている。即ち、電極２の上面には、導電性接着材からなる導電接着層１３が、電極層３と４の上面には、これら２個の電極層に跨って、以下にも説明する有機材料からなる第１のアクチュエータ層１１が、そして、電極層５と６の上面には、やはりこれら２個の電極に跨って、以下にも説明する有機材料からなる第２のアクチュエータ層１２が形成されている。【００２１】
そして、上記第１のアクチュエータ層１１の上面には、誘電体層１５が形成されると共に、当該誘電体層１５の上面と前記導電接着層１３との上面に跨って、電極層７が形成され、更には、当該電極層７の上面と上記第２のアクチュエータ層１２の上面に跨って、第２の基板（サブ基板）１４が取り付けられている。【００２２】
即ち、上述した構成になる可変容量素子は、電極層３の上面に形成されて導電層をなす第１のアクチュエータ層１１と電極７と共に、それらの間に形成された誘電体層１５により静電容量を形成すると共に、上記第１のアクチュエータ層１１と上記第２のアクチュエータ層１２によってその静電容量を可変する。【００２３】
続いて、添付の図５〜図１５により、本発明の可変容量素子の製造方法について詳細に説明する。なお、図５〜図１０は、上記可変容量素子の第１の基板（メイン基板）１上に各種の固定電極を形成してなる、固定電極側の製造工程を、そして、図１１〜図１５は、上記可変容量素子の第１の基板（サブ基板）１４上に可動電極を形成してなる可動電極側の製造工程をそれぞれ示している。【００２４】
まず、添付の図５に示す斜視図には、電極を形成した直後の第１の基板１の状態が示されており、この図にも示すように、例えば、ガラスエポキシ基板、ポリイミド基板などの有機基板、ガラス基板などの無機基板、又は、セラミック基板など、所謂、絶縁材を板状に形成してなる第１の基板１の上面に、電極層２、３、４、５を形成する。これら電極の形成は、例えば、プリント基板などの配線板と同様に、その表面に金属箔（例えば、銅箔）を貼った絶縁基板を用意してエッチング加工による方法、マスク蒸着、又は、選択めっきなどによる方法を採用することが出来る。即ち、一般的な電極形成方法が利用でき、更には、上記に加えて、例えば、金属ナノ粒子を用いたインクやペーストによる直接塗布描画による形成方法を採用することも可能である。また、添付の図６は、上記の電極層２、３、４、５を形成した直後の上面図であり、上述したように、図の左側から、電極層２、電極層３と電極層４、そして、電極層５と電極層６が形成される。【００２５】
次に、添付の図７は、上記第１のアクチュエータ１１を形成した後の状態を示しており、この図にも示すように、上記の電極３と電極４とをつなぐように、即ち、これらの電極を跨いでアクチュエータ１１を形成する。なお、このアクチュエータの材料としては、例えば、本願と同一出願人により平成１７年（２００５年）５月１９日付で出願され、平成１８年（２００６年）１１月３０日付で出願公開された特開２００６−３２５３３５号公報に開示されるように、熱膨張係数の絶対値の大きな高分子材料に導電性微粒子を混合したもの（単に、「有機アクチュエータ材」と言う）を使用する。即ち、導電性フィラとエポキシ樹脂からなるペーストをディスペンサやスクリーン印刷などにより塗布した後、加熱や化学反応により硬化させることによって得られる。また、添付の図８は、上記第１のアクチュエータ１１を形成した後の、第１の基板１の上面図である。【００２６】
添付の図９は、上記の第１のアクチュエータ１１に加え、更に、第２のアクチュエータ１２と、導電接着層１３とを形成した後の状態を示している。なお、この第２のアクチュエータ１２も、上記第１のアクチュエータ１１と同様に、電極５と電極６を跨いで形成されており、導電性フィラとエポキシ樹脂からなるペーストをディスペンサやスクリーン印刷などにより塗布した後、加熱や化学反応により硬化させることによって形成される。また、導電接着層１３は、導電性接着材を上記電極２の上面に塗布される。なお、添付の図１０は、この時の第１の基板１の上面図である。【００２７】
一方、上述した第１の基板１とは別に、第２の基板１４を用意し、その一方の面（図ではその上面）に電極７を形成する。なお、この第２の基板１４も、上記第１の基板１と同様に、例えば、ガラスエポキシ基板、ポリイミド基板などの有機基板、ガラス基板などの無機基板、又は、セラミック基板など、所謂、絶縁材を板状に形成したものである。また、電極７も、上記の電極層２、３、４、５と同様に、上記第２の基板１４の一方の面に金属箔（例えば、銅箔）を貼った絶縁基板を用意してエッチング加工による方法、マスク蒸着、又は、選択めっきなどによる方法を採用することが出来る。更には、上記に加えて、例えば、金属ナノ粒子を用いたインクやペーストによる直接塗布描画による形成方法を採用することも可能である。即ち、添付の図１１は、その上面に電極７を形成した直後の第２の基板１４を示しており、添付の図１２は、その上面図である。【００２８】
続いて、添付の図１３にも示すように、形成した電極７上に、電極保護膜として誘電体膜１５を形成する。なお、この誘電体膜１５を形成する材料としては、強誘電体が好ましく、より具体的には、この強誘電体材料としては、塗布用チタン酸バリウム（ＢＴＯ）のコンポジット材などがあげられる。また、添付の図１４は、上記誘電体層１５を形成した後の、上記第２の基板１４の上面図である。【００２９】
その後、添付の図１５にも示すように、上述した電極７や誘電体層１５を形成した第２の基板１４を、形成した誘電体層１５が下方に向くように裏返し（図の矢印を参照）、上記図９及び図１０に示した第１の基板１の上面に対向するように貼り合せる。即ち、電極７が導電接着層１３に対向し、誘電体層１５が第１のアクチュエータ１１に対向し、そして、第２の基板１４の下面が第２のアクチュエータ１２に対向するように貼り合せる。この貼り合せの後、導電接着層１３とアクチュエータ１２を硬化させる。これにより、第１のアクチュエータ１１と、誘電体層１５で保護された（覆われた）電極７との間には、静電容量が形成され、即ち、容量を構成することとなる。そして、上記にも述べたが、上記第１のアクチュエータ層１１と上記第２のアクチュエータ層１２の働きにより、形成された静電容量を変化させることにより、可変容量素子を得ることが出来る。なお、この時の静電容量は、上記電極７と電極２との間が、導電性の接着層１３を介して電気的に接続されているため、電極２と電極３の端子間で測定することが（得ることが）出来る。【００３０】
次に、以上にその詳細な構造とその製造方法を説明した本発明の可変容量素子について、その動作（原理）と共に、その静電容量の設定方法について、添付の図１６〜図１８を参照しながら詳細に説明する。【００３１】
まず、添付の図１６は、その駆動回路をも含めた本発明の可変容量素子の内部構造を側面から示す側面図であり、この図において、「Ｌ１」は、上記第１の基板１の表面から第１のアクチュエータ１１の表面までの高さを、「Ｌ２」は、上記第１の基板１の表面から第２のアクチュエータ１１の表面（又は、第２の基板１４の下面）までの高さを示したおり、そして、「Ｄ」は、上記第１のアクチュエータ１１の表面から誘電体１５の下面までの距離を示している。【００３２】
また、図中の符号１００は、上記本発明になる可変容量素子を搭載した、例えば、携帯電話など、電子機器の全体の制御を司る駆動制御部を示しており、当該機器の状況により可変容量素子の静電容量を変更する旨の指令や変更すべき静電容量の値などを含めた制御信号を出力する。なお、この駆動制御部は、例えば、メモリ装置を含むＣＰＵ等によって構成される。また、図中の符号１１０は、上述した駆動制御部１００からの制御信号に基づき、以下に説明する駆動電力（電流又は電圧：Ａｃｔ１、Ａｃｔ２）を生成して上記第１及び第２のアクチュエータ１１、１２に供給するための駆動信号生成回路を示している。【００３３】
ところで、上述した導電性フィラとエポキシ樹脂からなるペーストを塗布・硬化して形成したアクチュエータ（以降、「有機アクチュエータ」と言う）は、例えば、駆動電流の通電（加熱膨張）により伸張し、その冷却（通電の停止）に伴って元の状態に収縮する性向を有するが、更に、当該有機アクチュエータは、加熱膨張により伸張した後、冷却（通電の停止）によって元の状態に戻ろう（収縮）しようとするが、その途中で拘束されて所定の時間の時間が経過すると、当該状態のまま（拘束された高さ）で安定する（保持される）という特性を有しており、以後、この特徴を「ラッチ機能」又は「ラッチ状態」と言う。【００３４】
本発明では、この有機アクチュエータにおける「ラッチ機能」又は「ラッチ状態」を利用することにより、電極間隔を任意に設定可能とし、可変容量素子の容量を、適宜、可変にすると共に、その省電力をも同時に達成せんとするものである。なお、この有機アクチュエータにおける「ラッチ機能」又は「ラッチ状態」は、その後、再び通電加熱することによって元の定常状態に戻すことができる。【００３５】
添付の図１７は、上述した可変容量素子の駆動ダイアグラムを示しており、その縦軸方向には電極位置（高さ）である上記「Ｌ１」と「Ｌ２」の位置の変化を示すと共に、その横軸方向には、その駆動電流（Ａｃｔ２、Ａｃｔ１）の駆動状態（「ＯＮ」、「ＯＦＦ」）を示している。なお、これらの駆動電流（Ａｃｔ２、Ａｃｔ１）は、それぞれ、上記第１及び第２の有機アクチュエータ１１、１２の下面に設けられた電極３と電極４、及び、電極３と電極４を介して通電される。【００３６】
まず、駆動電流を流さない初期状態においては（Ａｃｔ２＝ＯＦＦ、Ａｃｔ１＝ＯＦＦ）、第１の有機アクチュエータ１１の高さは「Ｌ１」、そして、第２の有機アクチュエータ１２の高さは「Ｌ２」となっている。なお、この時の状態を、添付の図１８（ａ）に示す。そして、駆動電流を流すと（Ａｃｔ２＝ＯＮ、Ａｃｔ１＝ＯＮ）、両有機アクチュエータ１１、１２はそれぞれ自己発熱により加熱膨張する。この時の状態を、添付の図１８（ｂ）に示す。【００３７】
その後、両有機アクチュエータ１１、１２が所定の高さになるまで膨張した後、第１の有機アクチュエータ１１へ、その定常状態（その高さを維持したままの状態）を維持するのに適度な駆動電流を流し（Ａｃｔ１＝ＯＮ）、その状態で、第２の有機アクチュエータ１２の駆動電流を停止する（Ａｃｔ２＝ＯＦＦ）。これにより、第１の有機アクチュエータ１１の高さは定常状態となって所定の高さを維持し、他方、第２の有機アクチュエータ１２は冷却収縮し、その高さを低下させる。そして、その途中で、上記定常状態を維持する第１の有機アクチュエータ１１の働き（具体的には、誘電体１５の下面が第１の有機アクチュエータ１１の上面に当接することにより、その収縮を停止し、即ち、拘束された状態となる。この状態を所定の時間継続することにより、第２の有機アクチュエータ１２は「ラッチ状態」となり、以後も、その高さを維持（安定）することとなる。この時の状態を、添付の図１８（ｃ）に示す。【００３８】
次に、第１の有機アクチュエータ１１への通電を停止する（Ａｃｔ１＝ＯＦＦ）。これにより、第１の有機アクチュエータ１１は冷却されて収縮し、その後、初期状態に戻って定常状態となる。なお、この時も、上記第２の有機アクチュエータ１２は「ラッチ状態」となり、その高さを安定に保っている。この時の状態を、添付の図１８（ｄ）に示す。【００３９】
その結果、上記第１のアクチュエータ１１の表面から誘電体１５の下面までの距離「Ｄ」は（図１６を参照）、当該第１のアクチュエータ１１の高さに加えて、更に、当該誘電体１５の高さを決定する第２の有機アクチュエータ１２の高さにも依存することとなり、換言すれば、上記距離「Ｄ」は、上記第１の有機アクチュエータ１１の初期状態（定常状態）での高さと、上記第２の有機アクチュエータ１２の「ラッチ状態」での高さによって決定されることとなり、かつ、当該第２の有機アクチュエータ１２の「ラッチ状態」での高さは、上記第１の有機アクチュエータ１１の加熱定常状態での高さに依存し、可変となる。【００４０】
即ち、本発明の可変容量素子及びそのための制御方法によれば、上記第１及び第２の有機アクチュエータ１１、１２への通電パターンにより、上記距離「Ｄ」を適宜、任意に設定することが可能となり、もって、比較的簡単な構成により、当該可変容量素子の静電容量を自在に可変とすることが可能となる。【００４１】
なお、上記の図１８では、その説明のため、上記第１のアクチュエータ１１の表面から誘電体１５の下面までの距離「Ｄ」を拡大して示した。しかしながら、この距離「Ｄ」はミクロン単位であり、また、誘電体１５の表面には凹凸が形成されている（粗面）であることから、当該可変容量素子の静電容量の変化は、実際には、当該誘電体１５の表面とクチュエータ１１の表面との間の接触圧による接触領域を変化によってもたらさせるものである。【００４２】
加えて、上記のようにして静電容量を可変設定した後の状態では、上記両有機アクチュエータ１１、１２への駆動電流は不要であることから（Ａｃｔ２＝ＯＦＦ、Ａｃｔ１＝ＯＦＦ）、一旦、その静電容量を変更した後には、電力の消費はなく、そのため、本発明の可変容量素子は、省電力化、低消費電力動作においても好適である。更には、上述したように、自己発熱型のアクチュエータである有機アクチュエータ１１、１２により素子を構成することによって、駆動（容量変更）時における加熱により、随時、脱ガスを実施することとなる。即ち、アクチュエータの加熱により、電極表面に吸着しやすい水分など、吸着物を脱離することができるので、水分吸着などを抑制することが可能となり、それに伴うスティッキングや電極の腐食等のリスクが低減されることとなる。【００４３】
なお、その後のリセット操作については、再度、第２の有機アクチュエータ１２へ通電して加熱膨張を行い（Ａｃｔ２＝ＯＮ）、その後、駆動電流の通電を停止しして冷却収縮させることにより、定常状態へ戻す。なお、この時、第１の有機アクチュエータ１１は既に定常状態となっており、駆動電流の通電は行わない。なお、上述したように、上記第１及び第２の有機アクチュエータ１１、１２への供給される駆動電流のパターン（その形状や電流値等）は、上記距離「Ｄ」を含めて所望される静電容量との関係から、実際に、実験などにより、予め求めておき、これを上述した駆動制御部１００のメモリ装置などに格納しておくことによれば、容易に、駆動信号生成回路１１０により生成することが可能である。あるいは、上記に代えて、各種のパターンを駆動信号生成回路１１０内に格納し、制御信号の変更すべき静電容量の値に基づいて適宜選択して出力することも可能である。【００４４】
更に加えて、上記の可変容量素子によれば、塗布（印刷）プロセスによって形成される誘電体を備え、かつ、上述したように、電極と誘電体との面接触圧を制御することによって静電容量を可変する構造において、一方の基板上には誘電体層１５を形成し、更に、他方の基板上には第１及び第２の有機アクチュエータ１１、１２を形成することによれば、これらの部材を保護膜（スペーサ）としても利用することができる。かかる構成によれば、特に、比較的大きな基板を利用して多数の可変容量素子を一度に製造する場合、印刷プロセスにより安定して可変容量素子を製造することが可能となる。
【実施例２】
【００４５】
以上には、その一例として、片持ち梁型の構造を持つ可変容量素子について述べたが、本発明は、その他の構造の可変容量素子についても適用することが出来、以下には、第１の有機アクチュエータ２１の周囲を取り囲んで「コ」字状の第２の有機アクチュエータ２２を形成した、本発明の第２の実施例（実施例２）になる可変容量素子について述べる。【００４６】
まず、添付の図１９及び図２０には、実施例２になる可変容量素子の上面図と側面図が示されている。特に、図１９からも明らかなように、第１の基板（メイン基板）１の上面には複数の電極層２３、２４、２５、２６が形成されており、特に、その中央部に配置された一対の電極２３と２４とに跨るように第１のアクチュエータ２１が形成されており、そして、当該第１のアクチュエータ２１の周囲を取り囲むように、「コ」字状の第２のアクチュエータ２２が形成されている。一方、特に、図２０からも明らかなように、第２の基板（サブ基板）１４の下面には、電極層２７が形成されると共に、その略中央部には、誘電体層１５が形成され、そして、当該第２の基板１４は、上記第１の基板１の上面に対向して貼り合されている。【００４７】
また、特に、図２０に明らかなように、この実施例２になる可変容量素子では、上述した駆動信号生成回路１１０からのパターン信号、即ち、駆動信号（Ａｃｔ１、Ａｃｔ２）は、上記電極２３と電極２６に供給される。そして、任意の可変容量は、図からも明らかなように、電極２３と電極２６の間に得られる（形成される）こととなる。【００４８】
なお、この実施例２になる可変容量素子では、上記実施例１の片持ち梁構造とは異なり、「コ」の字状の第２の有機アクチュエータ２２により第２の基板（サブ基板）２９と電極２７とその下面に設けられた誘電体層１５を縦軸方向に変位することにより上記の距離「Ｄ」を任意に設定可能とするものではあるが、しかしながら、その他、それにより得られる効果は、上述したとほぼ同様であり、ここではその説明を省略する。【００４９】
また、この実施例２になる可変容量素子では、距離「Ｄ」を可変にするための第１及び第２の有機アクチュエータを、特に、その第２の有機アクチュエータ２２を、第１の有機アクチュエータ２１の周囲を取り囲んで「コ」字状にしたこと、所謂、二重構造のアクチュエータとしたことによれば、外側に配置されるアクチュエータを外部シールとしても兼用することが出来、もって、異物混入を防止することが可能となる。【００５０】
加えて、以上のからも明らかなように、この実施例２になる可変容量素子では、第１のアクチュエータ２１の外周を取り囲んで、「コ」の字状のアクチュエータ２２を配置により、上記実施例１のように導電性接着材を使用することなく、構成することが可能となっている。なお、この実施例２になる可変容量素子でも、これらの部材の材料は、上記の実施例と同様であり、そのため、その詳細な説明はここでは省略する。なお、その詳細な動作についても、以下に示す実施例３と同様であり、ここでは省略する。
【実施例３】
【００５１】
続いて、添付の図２１〜２３には、本発明になる第３の実施例（実施例３）になる可変容量素子の製造方法を示す。特に、図２１（ａ）〜（ｄ）は、上記第１の基板（メイン基板）１を中心とする固定電極側の製造工程を、図２２（ａ）及び（ｂ）は、上記第２の基板（サブ基板）２９を中心とする可動電極側の製造工程を、そして、図２３（ａ）及び（ｂ）は、これら第１の基板１（メイン基板：可動電極側）と第２の基板１４（サブ基板：固定電極側）とを貼り合わせて組み立てる製造工程が、それぞれ、図示されている。また、これら図中において、上記実施例１と同じ符号は、当該実施例における同様の構成要素を示す。【００５２】
まず、添付の図２１（ａ）にも示すように、上記第１の基板（メイン基板）１を中心とする固定電極側では、第１の基板（メイン基板）１の上面には、複数の電極層３３、３４、３５、３６が形成される。なお、この時、電極の形成は、その表面に金属箔（例えば、銅箔）を貼った絶縁基板を用意してエッチング加工による方法、マスク蒸着、又は、選択めっきなどによる方法、更には、金属ナノ粒子を用いたインクやペーストによる直接塗布描画による形成方法を採用する。【００５３】
添付の図２１（ｂ）に示すように、中央部の電極３３、３４の一方（前方）の側において、これらを跨ぐように絶縁体を塗布し、これを焼成して絶縁膜３７を形成する。その後、図２１（ｃ）に示すように、上記中央部の電極３３、３４の他方（後方）の側において、上述した導電性フィラとエポキシ樹脂からなるペーストをディスペンサやスクリーン印刷などにより塗布・焼成して第１の有機アクチュエータ３８を形成する。その後、図２１（ｄ）に示すように、上記第１の有機アクチュエータ３８の周囲を取り囲むように、上記ペーストを「ロ」の字状に塗布・焼成して第２の有機アクチュエータ３９を形成する。これにより、上記第１の基板１を中心とする固定電極側の製造を完了する。【００５４】
次に、添付の図２２（ａ）にも示すように、上記第２の基板（サブ基板）１４を中心とする可動電極側では、その上面に電極４０を形成する。なお、この時も上記と同様、その表面に金属箔（例えば、銅箔）を貼った絶縁基板を用意してエッチング加工による方法、マスク蒸着、又は、選択めっきなどによる方法、更には、金属ナノ粒子を用いたインクやペーストによる直接塗布描画による形成方法を採用する。その後、第２の基板１４の略中央部において、上記電極４０の上面に誘電体を塗布・焼成して誘電体層１５を形成する。【００５５】
その後、添付の図２３（ａ）にも示すように、電極４０や誘電体層１５を形成した第２の基板（サブ基板）１４を、形成した誘電体層１５が下方に向くように裏返し（図の矢印を参照）、その後、図２３（ｂ）にも示すように、裏返した第２の基板（サブ基板）１４を第１の基板（メイン基板）１の上面に対向するように貼り合せて焼成する。【００５６】
続いて、添付の図２４は、上記可変容量素子の内部構造をその側面から示す側面図であり、この図に示す当該可変容量素子においても、上記実施例１と同様に、上述した駆動信号生成回路１１０から供給される駆動電力（電流又は電圧：Ａｃｔ１、Ａｃｔ２）に基づいて、その第１の有機アクチュエータ３８及び第２の有機アクチュエータ３９が駆動されて変位することにより、電極３４と電極３４との間に形成される静電容量を変化させる。また、この実施例においても、有機アクチュエータにおける「ラッチ機能」又は「ラッチ状態」を利用することにより、電極間隔を任意に設定可能とし、可変容量素子の容量を、適宜、可変にすると共に、その省電力をも同時に達成することは、上記の実施例１と同様である。【００５７】
そして、添付の図２５に示す可変容量素子の駆動ダイアグラムにも示すように、まず、駆動電流を流さない初期状態においては（Ａｃｔ２＝ＯＦＦ、Ａｃｔ１＝ＯＦＦ）、第１の有機アクチュエータ３８の高さは「Ｌ１」、そして、第２の有機アクチュエータ３９の高さは「Ｌ２」となっている。そして、駆動電流を流すと（Ａｃｔ２＝ＯＮ、Ａｃｔ１＝ＯＮ）、両有機アクチュエータはそれぞれ自己発熱により加熱膨張する。【００５８】
その後、両有機アクチュエータ３８、３９が所定の高さになるまで膨張した後、第１の有機アクチュエータ３８へ、定常状態（その高さを維持したままの状態）を維持するのに適度な駆動電流を流し（Ａｃｔ１＝ＯＮ）、その状態で、第２の有機アクチュエータ３９の駆動電流を停止する（Ａｃｔ２＝ＯＦＦ）。これにより、第１の有機アクチュエータ３８の高さは定常状態となって所定の高さを維持し、他方、第２の有機アクチュエータ３９は冷却収縮し、その高さを低下させる。そして、その途中で、上記定常状態を維持する第１の有機アクチュエータ３８の働き（具体的には、誘電体１５の下面が第１の有機アクチュエータ３８の上面に当接することにより、その収縮を停止し、即ち、拘束された状態となる。この状態を所定の時間継続することにより、第２の有機アクチュエータ３９は「ラッチ状態」となり、以後も、その高さを維持（安定）することとなる。【００５９】
更に、第１の有機アクチュエータ３８への通電を停止する（Ａｃｔ１＝ＯＦＦ）。これにより、第１の有機アクチュエータ３８は冷却されて収縮し、その後、初期状態に戻って定常状態となる。なお、この時も、上記第２の有機アクチュエータ３９は「ラッチ状態」となり、その高さを安定に保っている。【００６０】
以上のように、本実施例３でも、上述した実施例１及び２と同様に、上記距離「Ｄ」は、上記第１の有機アクチュエータ３８の初期状態での高さと、上記第２の有機アクチュエータ３９の「ラッチ（安定）状態」での高さによって決定されることとなり、かつ、当該第２の有機アクチュエータ３９の「ラッチ状態」での高さは、上記第１の有機アクチュエータ３８の加熱定常状態での高さに依存し、可変となる。即ち、本実施例の可変容量素子及びそのための制御方法によっても、上記第１及び第２の有機アクチュエータ３８、３９への通電パターンにより、上記距離「Ｄ」を適宜、任意に設定することが可能となり、もって、比較的簡単な構成により、当該可変容量素子の静電容量を自在に可変とすることが可能となる。加えて、静電容量を可変設定した後の状態では、両有機アクチュエータへの駆動電流は不要であることから、一旦、その静電容量を変更した後には、電力の消費はなく、そのため、省電力化、低消費電力動作においても好適である。【００６１】
また、この実施例３になる可変容量素子では、距離「Ｄ」を可変にするための第１及び第２の有機アクチュエータを、特に、その第２の有機アクチュエータ３９を、第１の有機アクチュエータ３８の周囲を取り囲んで「コ」字状にしたこと、所謂、二重構造のアクチュエータとしたことによれば、外側に配置されるアクチュエータを外部シールとしても兼用することが出来、もって、異物混入を防止することが可能となる。【００６２】
更に加えて、上記の実施例３になる可変容量素子によっても、上記の実施例と同様に、塗布プロセスによって形成される構造において、一方の基板の電極面上に形成された誘電体層１５や、他方の基板上に形成された有機アクチュエータを、シール工程において、スペーサ代わりとして利用することによれば、印刷プロセスによって容易に製造することが可能となることは言うまでもなかろう。特に、比較的大きな基板を利用して多数の可変容量素子を一度に製造する場合、印刷プロセスにより安定して可変容量素子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第一の実施の形態（実施例１）になる片持ち梁型の可変容量素子の全体構造を示す斜視図である。
【図２】上記片持ち梁型の可変容量素子の内部構造を示すための側面図である。
【図３】上記片持ち梁型の可変容量素子の内部構造を分かり易くするためその一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図４】上記片持ち梁型の可変容量素子を上方から見た上面図である。
【図５】上記片持ち梁型の可変容量素子の第１の基板（メイン基板）の製造工程を示す斜視図である。
【図６】上記片持ち梁型の可変容量素子の第１の基板（メイン基板）の製造工程を示す上面図である。
【図７】上記片持ち梁型の可変容量素子の第１の基板（メイン基板）の製造工程を示す斜視図である。
【図８】上記片持ち梁型の可変容量素子の第１の基板（メイン基板）の製造工程を示す上面図である。
【図９】上記片持ち梁型の可変容量素子の第１の基板（メイン基板）の製造工程を示す斜視図である。
【図１０】上記片持ち梁型の可変容量素子の第１の基板（メイン基板）の製造工程を示す上面図である。
【図１１】上記片持ち梁型の可変容量素子の第２の基板（サブ基板）の製造工程を示す斜視図である。
【図１２】上記片持ち梁型の可変容量素子の第２の基板（サブ基板）の製造工程を示す上面図である。
【図１３】上記片持ち梁型の可変容量素子の第２の基板（サブ基板）の製造工程を示す斜視図である。
【図１４】上記片持ち梁型の可変容量素子の第２の基板（サブ基板）の製造工程を示す上面図である。
【図１５】上記片持ち梁型の可変容量素子の第２の基板（サブ基板）の製造工程を示す斜視図である。
【図１６】上記片持ち梁型の可変容量素子の静電容量の設定方法を説明するため、駆動回路をも含めた可変容量素子の側面図である。
【図１７】上記片持ち梁型の可変容量素子の静電容量の設定方法を説明するための駆動ダイアグラムを示す図である。
【図１８】上記片持ち梁型の可変容量素子の静電容量の設定方法における各部の状態を示す側面図である。
【図１９】本発明の第二の実施の形態（実施例２）になる可変容量素子の構造を示す上面図である。
【図２０】本発明の第二の実施の形態（実施例２）になる可変容量素子の構造を示す側面図である。
【図２１】本発明になる第三の実施例（実施例３）になる可変容量素子の、特に、第１の基板（メイン基板）の製造工程を示す図である。
【図２２】本発明になる第三の実施例（実施例３）になる可変容量素子の、特に、第２の基板（サブ基板）の製造工程を示す図である。
【図２３】上記実施例３の可変容量素子における第１の基板（可動電極側）と第２の基板（固定電極側）との組み立てる製造工程を示す図である。
【図２４】上記実施例３の可変容量素子の静電容量の設定方法を説明するため、駆動回路をも含めた可変容量素子の側面図である。
【図２５】上記実施例３の可変容量素子の静電容量の設定方法を説明するための駆動ダイアグラムを示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  第１の基板（メイン基板）
２、３、４、５、６  電極（層）
１１  第１のアクチュエータ（層）
１２  第２のアクチュエータ（層）
１４  第２の基板（サブ基板）
１５  誘電体層。
【図１】
2010055545.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
2010055545.tif 000028
2010055545.tif 000029