(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ可変キャパシタにおいて、交流駆動信号を起因とする駆動ノイズがキャパシタの静電容量変化に伴い変化する対象信号に与える影響を低減する。【解決手段】ＭＥＭＳ可変キャパシタにおいて、固定電極２１と可動電極２３との対によって構成され、駆動信号により可動電極２３が振動駆動する駆動部２と、固定電極３１と可動電極３３との対によって構成されたキャパシタ部３とが、互いに分離した別体として形成され、かつ互いに離隔して基板上１に配置されている。さらに、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３との間を、電気絶縁性を有する支持梁部４によって互いに連結している。駆動部可動電極２４で発生した振動エネルギを支持梁部４を介してキャパシタ可動電極３１へ伝達することで、このキャパシタ可動電極３１を振動駆動させてキャパシタ部２の静電容量を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の基板上に可動電極と固定電極との対によって構成されたキャパシタ部と、駆動信号により振動駆動する部材からなる駆動部とが形成されており、前記駆動部により前記キャパシタ部の可動電極を振動駆動させることで前記キャパシタ部の静電容量を変更可能な可変キャパシタであって、
前記駆動部と前記キャパシタ部の可動電極とが、互いに分離した別体として形成され、かつ互いに離隔して前記基板上に配置されており、前記駆動部と前記キャパシタ部の可動電極との間を絶縁するための電気絶縁構造を有する支持梁を介して互いに連結されていること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項２】
請求項１に記載の可変キャパシタにおいて、
前記キャパシタ部の可動電極と前記駆動部とは、互いに異なる固有振動数を持つ部材として形成されていること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項３】
請求項２に記載の可変キャパシタにおいて、
前記キャパシタ部の可動電極と前記駆動部とは、断面形状、長さ若しくは幅、又は材質の少なくとも何れか互いに異なるように形成することで互いに異なる固有振動数を持つように構成されていること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の可変キャパシタにおいて、
前記支持梁は、前記基板との間に空間をあけて前記基板に固定されていること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項５】
同一の基板上に可動電極と固定電極との対によって構成されたキャパシタ部と、駆動信号により振動駆動する部材からなる駆動部とが形成されており、前記駆動部により前記キャパシタ部の可動電極を振動駆動させることにより前記キャパシタ部の静電容量を変化可能な可変キャパシタであって、
前記駆動部と前記キャパシタの可動電極とが、互いに分離した別体として形成され、かつ互いに離隔して前記基板上に配置されており、前記駆動部と前記キャパシタの可動電極との間には、前記駆動部の振動を伝達する電気絶縁性流体が介在していること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項６】
請求項５に記載の可変キャパシタにおいて、
前記電気絶縁性流体が気体であること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項７】
請求項５に記載の可変キャパシタにおいて、
前記電気絶縁性流体が液体であること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項８】
請求項５ないし７の何れか１項に記載の可変キャパシタにおいて、
前記キャパシタ部の可動電極と前記駆動部とは、互いに異なる固有振動数を持つ部材として形成されていること
を特徴とする可変キャパシタ。
【請求項９】
請求項８に記載の可変キャパシタにおいて、
前記キャパシタ部の可動電極と前記駆動部とは、断面形状、長さ若しくは幅、高さ、又は材質の少なくとも何れか互いに異なるように形成することで互いに異なる固有振動数を持つように構成されていること
を特徴とする可変キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた可変キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ技術は、半導体プロセスにより機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路等を１つの基板上に集積して機械的動作をするデバイスを製作する技術であり、例えば加速度センサ、圧力センサ、触覚センサ、慣性センサ等に応用されている。また、ＭＥＭＳ技術を応用した可変キャパシタも実現している（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
従来、可変キャパシタとしては半導体のＰＮ接合構造を利用して静電容量を変化させるバラクタダイオードが広く用いられている。このバラクタダイオードがＰＮ接合を要因とするショット雑音の影響を避けられないのに対して、機械的動作で静電容量を変化させるＭＥＭＳ可変キャパシタでは、このノイズの影響を抑えられる利点がある。このため、ＭＥＭＳ可変キャパシタは、携帯電話を始めとする通信機器分野で多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６９６１９３号公報
【特許文献２】特許第３７１２１２３号公報
【特許文献３】特開２００６−９３４６３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本機械学会「非線形系のダイナミクス―非線形現象の解析入門」コロナ社（２００７/７/１）Ｐ２３〜
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＥＭＳ可変キャパシタの駆動方法としては、引用文献１〜３に開示されているように、圧電アクチュエータに直流電圧を印加することでこれを変形させ、キャパシタの静電容量を定常的に変化させる手法が知られている。この他にも、固定電極と可動電極との対で構成される駆動部に周期的に変化する駆動信号を印加することで可動電極を周期的に振動させ、この振動によりキャパシタの可動電極を振動させて静電容量を周期的に変化させる手法がある。
【０００７】
後者の手法のとおり駆動部を振動駆動させる場合、最低でも振幅が５Ｖ程度の交流駆動信号の印加が必要とされている。ところが、交流駆動信号で駆動部を振動駆動させる場合、直流電圧を印加する場合と違って、この交流駆動信号に起因する電磁的な駆動ノイズが発生する。この駆動ノイズがキャパシタ側に伝播するとキャパシタの処理対象となる電気信号にこの駆動ノイズが重畳してしまう。
【０００８】
駆動ノイズに対して比較的電圧の大きい一般的な電気信号を扱う場合、この駆動ノイズの影響は僅かであるが、通信分野や生体を測定対象とする分野等で扱う数１０μＶ〜数１００ｍＶ程度の電気信号を対象とする場合、駆動ノイズは対象信号に対して電位が相対的に高くなる。このため、可変キャパシタにおける信号雑音比の低下、あるいは、駆動ノイズを低減するためのフィルタ回路増設に伴う回路規模増大という問題がある。
【０００９】
特に、従来のＭＥＭＳ可変キャパシタでは、駆動部と、これに連動して可動するキャパシタ部の可動電極とが一体で構成されており、交流駆動信号に起因する駆動ノイズがキャパシタ側に電気的に伝播しやすく、駆動ノイズの影響が顕著になる。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされており、ＭＥＭＳ可変キャパシタにおいて、交流駆動信号を起因とする駆動ノイズがキャパシタの静電容量変化に伴い変化する対象信号に与える影響を低減するための技術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】
【００１１】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の可変キャパシタは、駆動部とキャパシタ部の可動電極とが、互いに分離した別体として形成され、かつ互いに離隔して基板上に配置されており、さらに、駆動部とキャパシタ部の可動電極との間を絶縁するための電気絶縁構造を有する支持梁を介して互いに連結されていることを特徴とする。
【００１２】
駆動部とキャパシタ部の可動電極とが、互いに分離した別体として形成されて互いに離隔した構造を採用することで、両者が電気的に分離するため、駆動部で発生した電磁的な駆動ノイズがキャパシタ部へ波及しにくくなり、駆動ノイズの影響を低減できる。
【００１３】
さらに、駆動部とキャパシタ部の可動電極とを電気絶縁構造を有する支持梁で連結し、この支持梁を介して駆動部で発生した振動エネルギをキャパシタ部へ伝達する構造を採用した。この支持梁を設けたことで、駆動部と支持梁とキャパシタ部の可動電極とのそれぞれの固有振動数の違いにより、駆動部とキャパシタ部とを別周波数で振動させることができる。これにより、駆動ノイズの周波数と、キャパシタ部の動作周波数とをある程度の範囲で変えることができ、駆動部とキャパシタ部との離隔を超えてなおキャパシタ部へ波及してくる駆動ノイズと、キャパシタ部による処理対象の電気信号（対象信号）とを分離し易くできる。その結果、対象信号における駆動ノイズの影響を低減できる。
【００１４】
なお、駆動部とキャパシタ部が別周期で動作することについての理論的な裏づけの一例として、非特許文献１に原周波数の１／３，１／５等の周期で共振する非線形現象についての解説が記載されている。
【００１５】
さらに、請求項２に記載のように、キャパシタ部の可動電極と駆動部とを、互いに異なる固有振動数を持つ部材として形成するように設計するとよい。このようにすることで、駆動部とキャパシタ部の可動電極とのそれぞれの固有振動数の違いにより、駆動部とキャパシタ部とを別周波数で振動させることができ、駆動ノイズとキャパシタ部の対象信号とを分離し易くできる。その結果、対象信号における駆動ノイズの影響をより効果的に低減できる。
【００１６】
より具体的には、請求項３に記載のように、キャパシタ部の可動電極と駆動部とが、断面形状、長さ若しくは幅、又は材質の少なくとも何れか互いに異なるように形成することで互いに異なる固有振動数を持つように構成するとよい。物体の固有振動数は、その物体の長さや幅、断面形状といった形状的性質、あるいは密度やヤング率といった電極材料そのものの材質等の各諸元によって決まる。そこで、これらの諸元を適宜設定することで、キャパシタ部の可動電極及び駆動部の固有振動数がそれぞれ異なるように設計することができる。また、具体的にどのような設計にすべきかについては、可変キャパシタの使用目的に応じた動作周波数でキャパシタ部が振動するように駆動部及びキャパシタ部の固有振動数を設定し、その固有振動数に応じて駆動部及びキャパシタ部の各諸元を設計すればよい。
【００１７】
つぎに、請求項４に記載の可変キャパシタは、駆動部とキャパシタ部の可動電極とを連結する支持梁が、基板との間に空間をあけて基板に固定されていることを特徴とする。このようにすることで、駆動部の振動エネルギを効率よくキャパシタ部へ伝達させることができる。
【００１８】
一方、上記目的を達成するためになされた請求項５に記載の可変キャパシタは、駆動部とキャパシタの可動電極とが、互いに分離した別体として形成され、かつ互いに離隔して基板上に配置されており、駆動部とキャパシタの可動電極との間には、駆動部の振動を伝達する電気絶縁性流体が介在していることを特徴とする。
【００１９】
駆動部とキャパシタ部の可動電極とが、互いに分離した別体として形成されて互いに離隔した構造を採用することで、両者が電気的に分離するため、駆動部で発生した電磁的な駆動ノイズがキャパシタ部へ波及しにくくなり、駆動ノイズの影響を低減できる。
【００２０】
さらに、駆動部とキャパシタ部の可動電極との間に電気絶縁性流体が介在し、この流体の粘性を利用して駆動部で発生した振動エネルギをキャパシタ部へ伝達する構造を採用した。このようにしたことで、駆動部とキャパシタ部の可動電極とのそれぞれの固有振動数の違いにより、駆動部とキャパシタ部とを別周波数で振動させることができる。これにより、駆動ノイズの周波数と、キャパシタ部の動作周波数とをある程度の範囲で変えることができ、駆動部とキャパシタ部との離隔を超えてなおキャパシタ部へ波及してくる駆動ノイズと、キャパシタ部の対象信号とを分離し易くできる。その結果、対象信号における駆動ノイズの影響を低減できる。
【００２１】
なお、駆動部とキャパシタ部の可動電極との間に介在させる電気絶縁性流体としては、気体及び液体の何れを用いてもよい（請求項６，７）。気体の場合、例えば、空気や特定成分で構成されるガス等を用いることが考えられる。また、液体の場合、例えば、絶縁油や不活性液体、その他の絶縁性液体等を用いることが考えられる。
【００２２】
さらに、請求項８に記載のように、キャパシタ部の可動電極と駆動部とを、互いに異なる固有振動数を持つ部材として形成するように設計するとよい。より具体的には、請求項９に記載のように、キャパシタ部の可動電極と駆動部とが、断面形状、長さ若しくは幅、高さ、又は材質の少なくとも何れか互いに異なるように形成することで互いに異なる固有振動数を持つように構成するとよい。
【００２３】
このようにすることで、駆動部とキャパシタ部の可動電極とのそれぞれの固有振動数の違いにより、駆動部とキャパシタ部とを別周波数で振動させることができ、駆動ノイズとキャパシタ部の対象信号とを分離し易くできる。その結果、対象信号における駆動ノイズの影響をより効果的に低減できる。なお、具体的にどのような設計にすべきかについては、可変キャパシタの使用目的に応じた動作周波数でキャパシタ部が振動するように駆動部及びキャパシタ部の固有振動数を設定し、その固有振動数に応じて駆動部及びキャパシタ部の各諸元を設計すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の可変キャパシタの構成を示す図である。
【図２】第２実施形態の可変キャパシタの構成を示す図である。
【図３】第３実施形態の可変キャパシタの構成を示す図である。
【図４】第４実施形態の可変キャパシタの構成を示す図である。
【図５】第５実施形態の可変キャパシタの構成を示す図である。
【図６】第６実施形態の可変キャパシタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は下記の実施形態に何ら限定されるものではなく様々な態様にて実施することが可能である。
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態の可変キャパシタの上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向からの側面図である。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、シリコンやガラス等の絶縁材料で形成された基板１上には、それぞれ別体として形成された駆動部２とキャパシタ部３とが、図中Ｘ軸方向沿って並列に配設されている。また、基板１上には駆動部２及びキャパシタ部３を支持するための支持梁部４及び絶縁層５が形成されている。さらに、駆動部２を構成する２つの電極２１，２３には、交流の駆動信号を印加するための電路が接続しており、キャパシタ部３を構成する２つの電極３１，３３には、制御対象の電子回路へ接続する電路が接続している。
【００２７】
駆動部２は、キャパシタ部３の静電容量を変化させるのに必要な振動エネルギを発生させるための機械要素部品であり、互いに平行に配置された２つの電極である駆動部固定電極２１及び駆動部可動電極２３と、駆動部可動電極２３と一体に形成され、これを支持する支持用ダンパ２５とから構成される。駆動部固定電極２１は、基板１又は絶縁層５の少なくとも何れかに固定された不可動の電極であり、駆動信号源からの電路の一方が接続している。一方、駆動部可動電極２３は基板１に固定されておらず、図中Ｙ軸方向上端側が弾性を有する支持用ダンパ２５によって絶縁層５に支持されており、Ｙ軸方向下端側が絶縁性を有する支持梁部４に固定されている。この支持用ダンパ２５は、駆動部可動電極２３を弾性的な動きをするように支持すると共に、駆動部可動電極２３の振動モードを必要な特定のモードに限定する。また、駆動信号源からのもう一方の電路が接続しており、駆動信号を駆動部可動電極２３へ印加するための電路を兼ねている。
【００２８】
駆動部固定電極２１及び駆動部可動電極２３には、それぞれ相手の電極と対向する側に複数の櫛歯部２２及び２４が一体に形成されており、相手の電極の櫛歯部と接触しないように互い違いに位置して対向するようになっている。このように、駆動部固定電極２１及び駆動部可動電極２３がそれぞれ櫛歯構造を有し、これらの櫛歯構造が互いに対向することで、この２つの電極間の静電容量を増加させている。
【００２９】
駆動部２の２つの電極２１，２３間に交流の駆動信号を印加すると、２つの電極２１，２３間に駆動信号の波形に応じて周期的に変化する静電気力（引力）が働く。このとき、この周期的に変化する静電気力と、支持用ダンパ２５及び駆動部可動電極２３自体が有する弾性による復元力とによって、駆動部可動電極２３は駆動信号の周期に応じてＸ軸方向に振動する。このようにして発生した振動エネルギによって駆動部２はキャパシタ部３を振動駆動する。
【００３０】
キャパシタ部３は、互いに平行に配置された２つの電極であるキャパシタ固定電極３１及びキャパシタ可動電極３３と、キャパシタ可動電極３３と一体に形成され、これを支持する支持用ダンパ３５とから構成される。キャパシタ固定電極３１は、基板１又は絶縁層５の少なくとも何れかに固定された不可動の電極であり、制御対象の電子回路へ至る電路の一方が接続している。一方、キャパシタ可動電極３３は基板１には固定されておらず、Ｙ軸方向上端側が弾性を有する支持用ダンパ３５によって絶縁層５に支持されており、Ｙ軸方向下端側が絶縁性を有する支持梁部４に固定されている。この支持用ダンパ３５は、キャパシタ可動電極３３を弾性的な動きをするように支持すると共に、キャパシタ可動電極３３の振動モードを必要な特定のモードに限定する。また、制御対象の電子回路へ至るもう一方の電路が接続しており、処理対象の電気信号をキャパシタ可動電極３３へ印加するための電路を兼ねている。
【００３１】
キャパシタ固定電極３１及びキャパシタ可動電極３３には、それぞれ相手の電極と対向する側に複数の櫛歯部３２及び３４が一体に形成されており、相手の電極の櫛歯部と接触しないように互い違いに位置して対向するようになっている。このように、キャパシタ固定電極３１及びキャパシタ可動電極３３がそれぞれ櫛歯構造を有し、これらの櫛歯構造が互いに対向することで、この２つの電極間の静電容量を増加させている。
【００３２】
駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とは、電気絶縁性を有する支持梁部４によって連結されている。これにより、駆動信号により駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギは支持梁部４を通じてキャパシタ可動電極３３へと伝播する。よって、キャパシタ可動電極３３は、駆動部可動電極２３からの振動エネルギを受けてＸ軸方向に振動駆動する。キャパシタ可動電極３３が振動することで、この振動に応じてキャパシタ固定電極３１及びキャパシタ可動電極３３の両電極間の距離が変わるため、キャパシタ部３の静電容量が周期的に変化する。この状態で電子回路側から両電極間に対象信号を印加すると、静電容量の変化に比例した信号波形の変化として取り出すことができる。
【００３３】
支持梁部４は、電気絶縁性を有する材料で構成されており、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とを連結すると共に、両電極間の絶縁を確保している。また、図１（ｂ）に示すとおり、支持梁部４は、中央部が基板１から浮いた状態になるように両端が基板１上に固定されており、基板１との間に空間４０を形成する梁構造になっている。この梁構造により、駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギを効率よくキャパシタ可動電極３３へ伝達できるようになっている。
【００３４】
一方、駆動部可動電極２３及びキャパシタ可動電極３３は、互いに異なる固有振動数を持つ部材として形成されている。具体的には、電極の長さ、幅、断面形状といった形状的性質、あるいは密度やヤング率等の電極材料そのものの材質といった、物体の固有振動数を決める各諸元の少なくとも何れかが互いに異なるように形成することで、互いに異なる固有振動数を与えることができる。また、具体的にどのような設計にすべきかについては、可変キャパシタの使用目的に応じた動作周波数でキャパシタ可動電極３３が振動するように駆動部可動電極２３及びキャパシタ可動電極３３の固有振動数を設定し、その固有振動数に応じて両電極２３，３３の各諸元を設計すればよい。また、固有振動数の設定次第でキャパシタ可動電極３３を駆動信号の周波数に対して低周波側で動作させることも高周波側で動作させることも可能である。
【００３５】
以上のような構成を有する本実施形態の可変キャパシタによれば、駆動部２とキャパシタ部３とが互いに分離した別体として形成され、かつ互いに離隔した構造を採用することで、両者が電気的に分離するため、駆動部２で発生した電磁的な駆動ノイズがキャパシタ部３へ波及しにくくなり、駆動ノイズの影響を低減できる。さらに、駆動部可動電極２３、キャパシタ可動電極３３及び支持梁部４のそれぞれの固有振動数の違いにより、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とを別周波数で振動させることができ、駆動ノイズとキャパシタ部３の対象信号とを分離し易くできる。その結果、対象信号における駆動ノイズの影響をより効果的に低減できる。
【００３６】
また、本構成において、容量結合によって駆動信号電圧が支持梁部４や絶縁層５を通じて回路信号に重畳されるのを防ぐために、支持梁部４及び絶縁層５それぞれの内部に駆動部２側とキャパシタ部３側とを分断するＧＮＤ電極面を設けてもよい。これにより、容量結合よって支持梁部４及び絶縁層５内部を伝播する電気的ノイズを遮蔽できる。
【００３７】
［第２実施形態］
図２（ａ）は、第２実施形態の可変キャパシタの上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ´における断面図である。なお、ここでは前述の実施形態の構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。また、前述の実施形態と説明内容が重複する事項については、以下での記述を省略する。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、基板１上には、それぞれ別体として形成された駆動部２とキャパシタ部３とが、図中Ｙ軸方向沿って縦列配設されている。つまり、駆動部２とキャパシタ部３との位置関係が上記第１実施形態と異なり、その他の構成については共通である。また、基板１上には、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とを連結する支持梁部４が駆動部２とキャパシタ部３との間に形成されている。また、駆動部２のＹ軸方向上端側には、駆動部２を支持するための絶縁層５１が形成されており、キャパシタ部３のＹ軸方向下端側には、キャパシタ部３を支持するための絶縁層５２が形成されている。
【００３９】
駆動部固定電極２１は、基板１又は絶縁層５１の少なくとも何れかに固定されており、不可動である。一方、駆動部可動電極２３は基板１には固定されておらず、Ｙ軸方向上端側が支持用ダンパ２５によって絶縁層５１に支持されており、Ｙ軸方向下端側が支持梁部４に固定されている。駆動部２の２つの電極２１，２３間に交流の駆動信号を印加すると、この周期的に変化する静電気力と、支持用ダンパ２５及び駆動部可動電極２３自体が有する弾性による復元力とによって、駆動部可動電極２３は駆動信号の周期に応じて図中のＸ軸方向に振動する。このようにして発生した振動エネルギによって駆動部２はキャパシタ部３を振動駆動する。
【００４０】
キャパシタ固定電極３１は、基板１又は絶縁層５２の少なくとも何れかに固定されており不可動である。一方、キャパシタ可動電極３３は基板１には固定されておらず、Ｙ軸方向下端側が支持用ダンパ３５によって絶縁層５２に支持されており、Ｙ軸方向上端側が支持梁部４に固定されている。
【００４１】
駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とは、支持梁部４のＸ軸方向両側面にそれぞれ固定されることによって互いに連結されている。これにより、駆動信号により駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギは支持梁部４を通じてキャパシタ可動電極３３へと伝播する。よって、キャパシタ可動電極３３は、駆動部可動電極２３からの振動エネルギを受けて振動駆動し、この振動に応じてキャパシタ部３の静電容量が周期的に変化する。この状態で電子回路側から両電極間に対象信号を印加すると、静電容量の変化に比例した信号波形の変化として取り出すことができる。
【００４２】
支持梁部４は、電気絶縁性を有する材料で構成されており、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とを連結すると共に、両電極間の絶縁を確保している。また、図２（ｂ）に示すとおり、支持梁部４は、中央部が基板１から浮いた状態になるように両端が基板１上に固定されており、基板１との間に空間４０を形成する梁構造になっている。この梁構造により、駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギを効率よくキャパシタ可動電極３３へ伝達できるようになっている。
【００４３】
一方、駆動部可動電極２３及びキャパシタ可動電極３３は、互いに異なる固有振動数を持つ部材として形成されている。具体的には、電極の長さ、幅、断面形状といった形状的性質、あるいは密度やヤング率等の電極材料そのものの材質といった、物体の固有振動数を決める各諸元の少なくとも何れかが互いに異なるように形成することで、互いに異なる固有振動数を与えることができる。
【００４４】
また、本構成において、容量結合によって駆動信号電圧が支持梁部４を通じて回路信号に重畳されるのを防ぐために、支持梁部４の内部に駆動部２側とキャパシタ部３側とを分断するＧＮＤ電極面を設けてもよい。これにより、容量結合よって支持梁部４内部を伝播する電気的ノイズを遮蔽できる。
【００４５】
［第３実施形態］
図３（ａ）は、第３実施形態の可変キャパシタの外観斜視図である。また、図３（ｂ）は、第３実施形態の可変キャパシタの駆動部２の上面図であり、図３（ｃ）は、同じくキャパシタ部３の上面図である。また、図３（ｄ）は、図３（ｂ），（ｃ）のＡ−Ａ´における断面図である。なお、ここでは前述の実施形態の構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。また、前述の実施形態と説明内容が重複する事項については、以下での記述を省略する。
【００４６】
第３実施形態の可変キャパシタは、図３（ａ）に示すように、基板１上に駆動部２を構成する層が形成されており、さらに、この駆動部２の層の上にキャパシタ部３を構成する層が形成されている。
【００４７】
駆動部２は、上方に積置されているキャパシタ部３を駆動させる機械要素部品であり、図３（ｂ）に示すように、互いに平行に配置された駆動部固定電極２１及び駆動部可動電極２３と、駆動部可動電極２３と一体に形成され、これを支持する支持用ブリッジ２６とから構成される。駆動部固定電極２１は、駆動部２の外縁に沿って形成されている絶縁層２７，２８に固定された不可動の電極であり、駆動部２のＸ軸方向左端部に配置されている。また、この駆動部固定電極２１には駆動信号源からの電路の一方が接続している。
【００４８】
一方、駆動部可動電極２３は、駆動部２の中央部に配置されており、Ｙ軸方向上端側及び下端部からそれぞれ延出する支持用ブリッジ２６によって絶縁層２７に支持されている。この支持用ブリッジ２６は、駆動部可動電極２３を弾性的な動きをするように支持する。また、駆動信号源からのもう一方の電路が接続しており、駆動信号を駆動部可動電極２３へ印加するための電路を兼ねている。駆動部固定電極２１及び駆動部可動電極２３には、それぞれ相手の電極と対向する側に複数の櫛歯部２２及び２４が一体に形成されており、相手の電極の櫛歯部と接触しないように互い違いに位置して対向するようになっている。
【００４９】
駆動部２の２つの電極２１，２３間に交流の駆動信号を印加すると、２つの電極２１，２３間に駆動信号の波形に応じて周期的に変化する静電気力（引力）が働く。このとき、この周期的に変化する静電気力と、支持用ブリッジ２６が有する弾性による復元力によって、駆動部可動電極２３は駆動信号の周期に応じてＸ軸方向に振動する。このようにして発生した振動エネルギによって駆動部２はキャパシタ部３を振動駆動する。
【００５０】
キャパシタ部３は、図３（ｃ）に示すように、互いに平行に配置されたキャパシタ固定電極３１及びキャパシタ可動電極３３と、キャパシタ可動電極３３と一体に形成され、これを支持する支持用ブリッジ３６とから構成される。キャパシタ固定電極３１は、キャパシタ部３の外縁に沿って形成されている絶縁層３７，３８に固定された不可動の電極であり、キャパシタ部３のＸ軸方向左端部に配置されている。また、このキャパシタ固定電極３１には制御対象の電子回路へ至る電路の一方が接続している。
【００５１】
一方、キャパシタ可動電極３３は、キャパシタ部３の中央部、可変キャパシタの上方から見て下層の駆動部２の駆動部可動電極２３に重なる位置に配置されており、Ｙ軸方向上端側及び下端部からそれぞれ延出する支持用ブリッジ３６によって絶縁層３７に支持されている。この支持用ブリッジ３６は、キャパシタ可動電極３３を弾性的な動きをするように支持する。また、制御対象の電子回路へ至るもう一方の電路が接続しており、処理対象の電気信号をキャパシタ可動電極３３へ印加するための電路を兼ねている。キャパシタ固定電極３１及びキャパシタ可動電極３３には、それぞれ相手の電極と対向する側に複数の櫛歯部３２及び３４が一体に形成されており、相手の電極の櫛歯部と接触しないように互い違いに位置して対向するようになっている。
【００５２】
図３（ｄ）に示すように、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とは、一定の空間６を隔てて互いに対向するように配置されている。そして、この空間６には、駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギを伝達するための絶縁性流体が充満している。すなわち、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とは離隔しており、両電極の間には絶縁性流体の層が介在する構成となっている。これにより、駆動信号により駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギは、絶縁性流体の粘性によってキャパシタ可動電極３３へと伝播する。よって、キャパシタ可動電極３３は、駆動部可動電極２３からの振動エネルギを受けてＸ軸方向に振動駆動する。キャパシタ可動電極３３が振動することで、この振動に応じてキャパシタ固定電極３１及びキャパシタ可動電極３３の両電極間の距離が変わるため、キャパシタ部３の静電容量が周期的に変化する。この状態で電子回路側から両電極間に対象信号を印加すると、静電容量の変化に比例した信号波形の変化として取り出すことができる。
【００５３】
なお、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３との間に充填する絶縁性流体としては、気体又は液体の何れを用いてもよい。気体の場合、例えば、空気や特定成分で構成されるガス等を用いることが考えられる。また、液体の場合、例えば、絶縁油や不活性液体、その他の絶縁性液体等を用いることが考えられる。
【００５４】
一方、駆動部可動電極２３及びキャパシタ可動電極３３は、互いに異なる固有振動数を持つ部材として形成されている。具体的には、電極の長さ、幅、高さ、断面形状といった形状的性質、あるいは密度やヤング率等の電極材料そのものの材質といった、物体の固有振動数を決める各諸元の少なくとも何れかが互いに異なるように形成することで、互いに異なる固有振動数を与えることができる。
【００５５】
以上のような構成を有する本実施形態の可変キャパシタによれば、駆動部２とキャパシタ部３とが互いに分離した別体として形成され、かつ互いに離隔した構造を採用することで、両者が電気的に分離するため、駆動部２で発生した電磁的な駆動ノイズがキャパシタ部３へ波及しにくくなり、駆動ノイズの影響を低減できる。さらに、駆動部可動電極２３、キャパシタ可動電極３３及び両電極間に介在する絶縁性流体のそれぞれの固有振動数の違いにより、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極３３とを別周波数で振動させることができ、駆動ノイズとキャパシタ部３の対象信号とを分離し易くできる。その結果、対象信号における駆動ノイズの影響をより効果的に低減できる。
【００５６】
また、本構成において、容量結合によって駆動信号電圧が絶縁層３７，３８を通じて回路信号に重畳されるのを防ぐために、絶縁層３７，３８それぞれの内部に駆動部２側とキャパシタ部３側とを分断するＧＮＤ電極面を設けてもよい。これにより、容量結合よって絶縁層３７，３８内部を伝播する電気的ノイズを遮蔽できる。
【００５７】
［第４実施形態］
図４（ａ）は、第４実施形態の可変キャパシタの上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ方向からの側面図である。なお、ここでは前述の実施形態の構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。また、前述の実施形態と説明内容が重複する事項については、以下での記述を省略する。
【００５８】
図４（ａ）に示すように、基板１上には、それぞれ別体として形成された駆動部２とキャパシタ部３とが、図中Ｘ軸方向沿って並列に配設されている。このうち、キャパシタ部３には、駆動部２から伝播する駆動エネルギによって振動駆動するキャパシタ可動電極３３の左右振動方向両側に、２つの固定電極３１ａ，３１ｂが設けられており、１つのキャパシタ可動電極３３を共通電極とする２つのキャパシタが構成されている。つまり、第４実施形態の可変キャパシタは、キャパシタ部３においてキャパシタ可動電極３３と対をなすキャパシタ固定電極３１が２つ存在する点で上記第１実施形態と異なり、その他の構成については共通である。
【００５９】
キャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂは、基板１又は絶縁層５の少なくとも何れかに固定された不可動の電極である。このキャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂには、キャパシタ可動電極３３に接続された電路と対となる電路が各個に接続している。また、キャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂには、それぞれキャパシタ可動電極３３と対向する側に複数の櫛歯部３２ａ，３２ｂが一体に形成されており、キャパシタ可動電極３３の左右両側に同様に形成された櫛歯部３４と接触しないように互い違いに位置して対向するようになっている。このように、２つのキャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３とがそれぞれ櫛歯構造を有し、これらの櫛歯構造が互いに対向することで、両固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３との間の静電容量をそれぞれ増加させている。
【００６０】
駆動信号により駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギは、支持梁部４を通じてキャパシタ可動電極３３へと伝播する。これにより、キャパシタ可動電極３３はＸ軸方向に左右に振動駆動する。キャパシタ可動電極３３の振動に応じて両固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３との距離がそれぞれ変わるため、両固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３とがなす２つのキャパシタの静電容量がそれぞれ周期的に変化する。このとき、一方のキャパシタの静電容量が極大であるときに、他方のキャパシタの静電容量が極小となるといった具合に、２つのキャパシタの静電容量の変化は互いに逆位相の関係になる。
【００６１】
以上のような構成によれば、単一の駆動部によって異なる動作をする２つのキャパシタを備えた可変キャパシタを構成可能であり、逆位相で変動する一対の可変キャパシタを必要とする用途において効率的な回路設計が可能である。
【００６２】
また、別の工夫として、駆動部２の駆動部固定電極２１及びキャパシタ部３のキャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂは、それぞれＹ軸方向下端部が支持梁部４に当接しないように、支持梁部４と間隔をあけて形成されている。このように構成することで、支持梁部４の振動が固定電極によって阻害されることがなく、駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギを支持梁部４を介してキャパシタ可動電極３３へ効率よく伝達できる。このような構成は、駆動部可動電極２３で生じる振動エネルギが小さい場合に特に有効である。
【００６３】
また、本構成において、容量結合によって駆動信号電圧が支持梁部４及び絶縁層５を通じて回路信号に重畳されるのを防ぐために、支持梁部４及び絶縁層５それぞれの内部に駆動部２側とキャパシタ部３側とを分断するＧＮＤ電極面を設けてもよい。これにより、容量結合よって絶縁層３７，３８内部を伝播する電気的ノイズを遮蔽できる。
【００６４】
［第５実施形態］
図５（ａ）は、第５実施形態の可変キャパシタの上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ方向からの側面図である。なお、ここでは前述の実施形態の構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。また、前述の実施形態と説明内容が重複する事項については、以下での記述を省略する。
【００６５】
図５（ａ）に示すように、基板１上には、それぞれ別体として形成された駆動部２とキャパシタ部３とが、図中Ｙ軸方向沿って縦列配設されている。このうち、キャパシタ部３には、駆動部２から伝播する駆動エネルギによって振動駆動するキャパシタ可動電極３３の左右振動方向両側に、２つの固定電極３１ａ，３１ｂが設けられており、１つのキャパシタ可動電極３３を共通電極とする２つのキャパシタが構成されている。つまり、第５実施形態の可変キャパシタは、キャパシタ部３においてキャパシタ可動電極３３と対をなすキャパシタ固定電極３１が２つ存在する点で上記第２実施形態と異なり、その他の構成については共通である。
【００６６】
キャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂは、基板１又は絶縁層５２の少なくとも何れかに固定されており不可動である。このキャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂには、キャパシタ可動電極３３に接続された電路と対となる電路が各個に接続している。
【００６７】
駆動信号により駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギは、支持梁部４を通じてキャパシタ可動電極３３へと伝播する。これにより、キャパシタ可動電極３３はＸ軸方向に左右に振動駆動する。キャパシタ可動電極３３の振動に応じて両固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３との距離がそれぞれ変わるため、両固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３とがなす２つのキャパシタの静電容量がそれぞれ周期的に変化する。このとき、一方のキャパシタの静電容量が極大であるときに、他方のキャパシタの静電容量が極小となるといった具合に、２つのキャパシタの静電容量の変化は互いに逆位相の関係になる。
【００６８】
また、駆動部２の駆動部固定電極２１及びキャパシタ部３のキャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂは、それぞれ端部が支持梁部４に当接しないように支持梁部４と間隔をあけて形成されている。これにより、駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギを支持梁部４を介してキャパシタ可動電極３３へ効率よく伝達できる。
【００６９】
また、本構成において、容量結合によって駆動信号電圧が支持梁部４を通じて回路信号に重畳されるのを防ぐために、支持梁部４の内部に駆動部２側とキャパシタ部３側とを分断するＧＮＤ電極面を設けてもよい。これにより、容量結合よって支持梁部４内部を伝播する電気的ノイズを遮蔽できる。
【００７０】
［第６実施形態］
図６（ａ）は、第６実施形態の可変キャパシタの外観斜視図である。また、図６（ｂ）は、第６実施形態の可変キャパシタの駆動部２の上面図であり、図６（ｃ）は、同じくキャパシタ部３の上面図である。また、図６（ｄ）は、図６（ｂ），（ｃ）のＡ−Ａ´における断面図である。なお、ここでは前述の実施形態の構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。また、前述の実施形態と説明内容が重複する事項については、以下での記述を省略する。
【００７１】
第６実施形態の可変キャパシタは、図６（ａ）に示すように、基板１上に駆動部２を構成する層が形成されており、さらに、この駆動部２の層の上にキャパシタ部３を構成する層が形成されている。このうち、図６（ｂ）に詳細を示した駆動部２は、上方に積置されているキャパシタ部３を駆動させる機械要素部品であり、上記第３実施形態における駆動部２と同様の構成を有する。
【００７２】
一方、キャパシタ部３は、図６（ｃ）に示すように、駆動部２から伝播する駆動エネルギによって振動駆動するキャパシタ可動電極３３の左右振動方向両側に、２つの固定電極３１ａ，３１ｂが設けられており、１つのキャパシタ可動電極３３を共通電極とする２つのキャパシタが構成されている。つまり、第６実施形態の可変キャパシタは、キャパシタ部３においてキャパシタ可動電極３３と対をなすキャパシタ固定電極３１が２つ存在する点で上記第３実施形態と異なり、その他の構成については共通である。
【００７３】
キャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂは、キャパシタ部３の外縁に沿って形成されている絶縁層３７，３８に固定された不可動の電極であり、キャパシタ部３のＸ軸方向左右両端部にそれぞれ配置されている。このキャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂには、キャパシタ可動電極３３に接続された電路と対となる電路が各個に接続している。また、キャパシタ固定電極３１ａ，３１ｂには、それぞれキャパシタ可動電極３３と対向する側に複数の櫛歯部３２ａ，３２ｂが一体に形成されており、キャパシタ可動電極３３の左右両側に同様に形成された櫛歯部３４と接触しないように互い違いに位置して対向するようになっている。
【００７４】
駆動信号により駆動部可動電極２３で発生した振動エネルギは、駆動部可動電極２３とキャパシタ可動電極との間の空間６に充填された絶縁性流体を介してキャパシタ可動電極３３へと伝播する。これにより、キャパシタ可動電極３３はＸ軸方向に左右に振動駆動する。キャパシタ可動電極３３の振動に応じて両固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３との距離がそれぞれ変わるため、両固定電極３１ａ，３１ｂとキャパシタ可動電極３３とがなす２つのキャパシタの静電容量がそれぞれ周期的に変化する。このとき、一方のキャパシタの静電容量が極大であるときに、他方のキャパシタの静電容量が極小となるといった具合に、２つのキャパシタの静電容量の変化は互いに逆位相の関係になる。
【００７５】
また、本構成において、容量結合によって駆動信号電圧が絶縁層３８を通じて回路信号に重畳されるのを防ぐために、絶縁層３８の内部に駆動部２側とキャパシタ部３側とを分断するＧＮＤ電極面を設けてもよい。これにより、容量結合よって絶縁層３８内部を伝播する電気的ノイズを遮蔽できる。
【符号の説明】
【００７６】
１…基板、２…駆動部、２１…駆動部固定電極、２２…櫛歯部、２３…駆動部可動電極、２４…櫛歯部、２５…支持用ダンパ、２６…支持用ブリッジ、２７，２８…絶縁層、３…キャパシタ部、３１，３１ａ，３１ｂ…キャパシタ固定電極、３２，３２ａ，３２ｂ…櫛歯部、３３…キャパシタ可動電極、３４…櫛歯部、３５…支持用ダンパ、３６…支持用ブリッジ、３７，３８…絶縁層、４…支持梁部、４０…空間部、５，５１，５２…絶縁層、６…流体層。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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【図６】
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