(57)【要約】【課題】  インダクタンスの可変範囲を拡大させることができるようにした可変インダクタを提供する。【解決手段】  両面が一対のバイアス電極層２ａ，２ｂで挟まれた圧電体基板１と、前記一対のバイアス電極層２ａ，２ｂの上にそれぞれ設けられた第１の強磁性体膜３ａ，３ｂと、前記第１の強磁性体膜３ａ，３ｂの上にそれぞれ設けられた第１及び第２のスパイラルコイル４Ａ，４Ｂと、第１のスパイラルコイル４Ａの外周部側の一端に設けられた外周電極４ａと、第２のスパイラルコイル４Ｂの外周部側の一端に設けられた外周電極４ａと、前記第１のスパイラルコイル４Ａの中心部側の他端に設けられた中心電極４ｂと、前記第２のスパイラルコイル４Ｂの中心部側の他端に設けられた中心電極４ｂと、前記一方の中心電極４ｂと他方の中心電極４ｂとの間を導通接続する内部導体（結線部材）１２と、を有するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面が一対のバイアス電極層で挟まれた圧電体基板と、前記一対のバイアス電極層の上部にそれぞれ設けられた第１及び第２のスパイラルコイルと、前記第１及び第２のスパイラルコイルのそれぞれを上下方向から覆う強磁性体膜と、第１のスパイラルコイルの外周部側の一端に設けられた外周電極と、第２のスパイラルコイルの外周部側の一端に設けられた外周電極と、前記第１のスパイラルコイルの中心部側の他端に設けられた中心電極と、前記第２のスパイラルコイルの中心部側の他端に設けられた中心電極と、前記一方の中心電極と他方の中心電極との間を導通接続する結線部材と、を有することを特徴とする可変インダクタ。
【請求項２】
前記結線部材が、前記圧電体基板及び前記強磁性体膜に共通して形成されたスルーホールと、このスルーホール内に埋設された内部導体とで形成されており、前記第１及び第２のスパイラルコイルの中心電極間が前記内部導体の両端で接続されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の可変インダクタ。
【請求項３】
前記結線部材が、圧電体基板の内部に積層された導電層と、前記第１のスパイラルコイルの中心電極と前記導電層とを導通接続する第１の内部導体と、前記第２のスパイラルコイルの中心電極と前記導電層とを接続する第２の内部導体と、を有することを特徴とする請求項１記載の可変インダクタ。
【請求項４】
前記圧電体基板内の異なる層に形成された複数の導電層と、上下の位置関係にある前記導電層の間を導通接続する複数の内部導体とが設けられており、一つの導電層の上層側に配置された内部導体と下層側に配置された内部導体とが板厚方向において重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項３記載の可変インダクタ。
【請求項５】
前記圧電体基板が、複数の薄膜状の圧電体を積層することにより形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の可変インダクタ。
【請求項６】
前記結線部材が、前記圧電体基板の外部の空中配線されたフレキシブルケーブルであることを特徴とする請求項１記載の可変インダクタ。
【請求項７】
スパイラルの外周部から中心部に向かう方向を前記スパイラルコイルの巻き方向としたときに、前記第１のスパイラルコイルの巻き方向と前記第２のスパイラルコイルの巻き方向とが逆向きに形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の可変インダクタ。
【請求項８】
前記強磁性体膜が、圧縮応力が加わったときに透磁率が小さくなる磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の可変インダクタ。
【請求項９】
前記強磁性体膜が、下層側に設けられた第１の強磁性体膜と上層側に設けられた第２の強磁性体膜とで形成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の可変インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタンスを外部からの制御することにより可変することが可能な可変インダクタに係わり、特に可変範囲を拡大できるようにした可変インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の可変インダクタを示す平面図、図７は図６の６−６線における断面図である。なお、図６及び図７は下記の特許文献１に図１及び図２として記載されているものである。
【０００３】
図６及び図７に示すように、従来の可変インダクタでは、圧電体基板２１の両面に電極２２ａ，２２ｂを形成するとともに、一方の電極２２ａの上に磁歪層２３ａを形成し、さらにその上に角型スパイラルコイル２４を形成している。前記スパイラルコイル２４の一端は入出力端子２５ａに接続され、前記磁歪層２３ａの上に前記スパイラルコイル２４を覆うようにして磁歪層２３ｂを形成し、前記磁歪層２３ｂに形成されたスルーホール２６を介してスパイラルコイル２４の他端が入出力端子２５ｂに接続されている（特許文献１）。
【０００４】
前記可変インダクタでは、外部から印加される電圧によって圧電体基板２１の応力歪みを生じさせるとともに、この応力歪みによって前記磁歪層２３ａ，２３ｂの透磁率を変化させることにより、スパイラルコイル２４のインダクタンスが可変制御させられる。
【特許文献１】特開平８−２８８１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載に可変インダクタでは、前記磁歪層２３ａ，２３ｂの透磁率の変化が小さく、その結果、前記インダクタンスの可変幅として所要の値が得られず、用途としては極めて限定されるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、磁歪層における透磁率の変化の幅が小さくでも、インダクタンスの可変範囲を拡大させることができるようにした可変インダクタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、両面が一対のバイアス電極層で挟まれた圧電体基板と、前記一対のバイアス電極層の上部にそれぞれ設けられた第１及び第２のスパイラルコイルと、前記第１及び第２のスパイラルコイルのそれぞれを上下方向から覆う強磁性体膜と、第１のスパイラルコイルの外周部側の一端に設けられた外周電極と、第２のスパイラルコイルの外周部側の一端に設けられた外周電極と、前記第１のスパイラルコイルの中心部側の他端に設けられた中心電極と、前記第２のスパイラルコイルの中心部側の他端に設けられた中心電極と、前記一方の中心電極と他方の中心電極との間を導通接続する結線部材と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の可変インダクタでは、圧電体基板の両面に配置した第１の強磁性体膜の透磁率を可変制御することができるため、第１及び第２のスパイラルコイルが形成するインダクタンスの可変範囲を従来に比較して拡大することができる。
【０００９】
例えば、前記結線部材が、前記圧電体基板及び第１の強磁性体膜に共通して形成されたスルーホールと、このスルーホール内に埋設された内部導体とで形成されており、前記第１及び第２のスパイラルコイルの中心電極間が前記内部導体の両端で接続されるものとすることができる。
【００１０】
上記手段では、第１及び第２のスパイラルコイル間を最短距離で結線することができる。
【００１１】
または前記結線部材が、圧電体基板の内部に積層された導電層と、前記第１のスパイラルコイルの中心電極と前記導電層とを導通接続する第１の内部導体と、前記第２のスパイラルコイルの中心電極と前記導電層とを接続する第２の内部導体と、を有するものとすることができる。
【００１２】
上記手段では、前記圧電体基板に歪みが生じ板厚寸法が変化したときにも、前記導電層が第１の内部導体と第２の内部導体との間の接続を保持することができる。
【００１３】
上記においては、前記圧電体基板内の異なる層に形成された複数の導電層と、上下の位置関係にある前記導電層の間を導通接続する複数の内部導体とが設けられており、一つの導電層の上層側に配置された内部導体と下層側に配置された内部導体とが板厚方向において重ならない位置に配置されているものが好ましい。
【００１４】
上記手段では、複数の導電層がそれぞれ歪みを吸収することができるため、より大きな板厚方向の変化に対応することが可能となり、上下のスパイラルコイル間の接続を保持することができる。
【００１５】
さらには、前記圧電体基板が、複数の薄膜状の圧電体を積層することにより形成されているものが好ましい。
上記手段では前記圧電体基板内に前記導電層を形成することができる。
【００１６】
さらには、前記結線部材が、前記圧電体基板の外部の空中配線されたフレキシブルケーブルであることが好ましい。
【００１７】
上記手段では、前記圧電体基板が歪に応じてフレキシブルケーブルの変形することができるため、さらなる故障の発生を抑制することができる。
【００１８】
またスパイラルの外周部から中心部に向かう方向を前記スパイラルコイルの巻き方向としたときに、前記第１のスパイラルコイルの巻き方向と前記第２のスパイラルコイルの巻き方向とが逆向きに形成されていることが好ましい。
【００１９】
上記手段では、一方の強磁性体膜と他方の強磁性体膜内にそれぞれ形成される内部磁界が互いに相殺し合うのを避けることができるため、インダクタンスの低下を防止できる。
【００２０】
さらには、前記第１及び第２のスパイラルコイルが、第２の強磁性体膜で覆われていることが好ましい。
【００２１】
上記手段では、第１及び第２のスパイラルコイルを第１の強磁性体膜と第１の強磁性体膜で完全に覆うことができるため、インダクタンスの可変範囲に影響を与える透磁率を大きくすることができる。
【００２２】
さらには、前記第１の強磁性体膜及び第２の強磁性体膜が、圧縮応力が加わったときに透磁率が小さくなる磁性材料で形成されているものが好ましい。
上記手段では、インダクタンスを確実に可変することができる。
【００２３】
また前記強磁性体膜が、下層側に設けられた第１の強磁性体膜と上層側に設けられた第２の強磁性体膜とで形成されるものが好ましい。
上記手段では、第１及び第２のスパイラルコイルをそれぞれ容易に覆うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、可変範囲の広い可変インダクタを提供することができる。
また両面に設けられたスパイラルコイル間の接続が、圧電体基板に生じた歪みによって切断され難くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は本発明の可変インダクタの基本構成を示す平面図、図２は図１の２−２線における断面図、図３は可変インダクタの第１の実施の形態を示す図２同様の断面図、図４は可変インダクタの第２の実施の形態を示す図２同様の断面図、図５は可変インダクタの第３の実施の形態を示す図２同様の断面図である。
【００２６】
まず、本発明の可変インダクタの基本構成について図１及び図２を参照しつつ説明する。
【００２７】
可変インダクタは、例えばＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3系の薄板状の圧電体からなる圧電体基板１を有している。前記圧電体基板１の上面（Ｚ１側の面）にはそのほぼ全面と右側面（Ｘ１側の側面）を覆うバイアス電極層２ａが設けられ、下面（Ｚ２側の面）にもそのほぼ全面と左側面（Ｘ２側の側面）を覆うバイアス電極層２ｂが設けられている。ただし、前記バイアス電極層２ａとバイアス電極層２ｂとは電気的には絶縁された状態にあり、両バイアス電極層２ａ，２ｂ間には外部に設けられた電源を介して所定の電圧を印加できるようになっている。
【００２８】
一方のバイアス電極層２ａの表面（Ｚ１側の面）には所定の膜厚寸法からなる第１の強磁性体膜３ａが積層され、同じく他方のバイアス電極層２ｂの表面（Ｚ２側の面）にも同じ所定の膜厚寸法からなる第１の強磁性体膜３ｂが積層されている。前記第１の強磁性体膜３ａ，３ｂは絶縁性を有するとともに圧縮応力が生じると透磁率μが小さくなる材料が好ましく、例えばＮｉＺｎなどを用いることができる。
【００２９】
前記バイアス電極層２ａ，２ｂの上部に相当する前記第１の強磁性体膜３ａ，３ｂの両表面には、銅箔を角型のスパイラル（渦巻き）状にパターニングすることにより形成された第１のスパイラルコイル４Ａと第２のスパイラルコイル４Ｂがそれぞれ設けられている。前記第１，第２のスパイラルコイル４Ａ，４Ｂの外周部側の一端には外周電極４ａ，４ａが形成され、中心部側の他端には中心電極４ｂ，４ｂがそれぞれ形成されている。これら外周電極４ａ，４ａおよび／または中心電極４ｂ，４ｂを介して前記、第１，第２のスパイラルコイル４Ａ，４Ｂに外部からの信号源から電気信号を供給することが可能とされている。
【００３０】
図１に示すように、スパイラルの外周部から中心部に向かう方向を、第１，第２のスパイラルコイル４Ａ，４Ｂの巻き方向としたときに、第１のスパイラルコイル４Ａの巻き方向は時計回り方向であり、第２のスパイラルコイル４Ａの巻き方向は反時計回り方向である。すなわち、第１のスパイラルコイル４Ａと第２のスパイラルコイル４Ｂの巻き方向は互いに逆向きとなるように形成されている。
【００３１】
前記第１のスパイラルコイル４Ａの中心電極４ｂと前記第２のスパイラルコイル４Ｂの中心電極４ｂとは後述するような結線部材を介して直列接続されている。このため、一方の前記第１のスパイラルコイル４Ａの外周電極４ａから他方の前記第２のスパイラルコイル４Ｂの外周電極４ａに向けて電流Ｉを流すと、前記電流Ｉは、前記第１のスパイラルコイル４Ａでは外周電極４ａから中心電極４ｂに向かって時計回り方向に流れ、前記第２のスパイラルコイル４Ｂでは中心電極４ｂから外周電極４ａに向かって時計回り方向に流れる。
【００３２】
つまり、この可変インダクタでは、面対向配置された直列スパイラルコイル４Ａ，４Ｂに対し電流Ｉを常に同じ方向（時計回り方向）に流すことが可能とされている。このため、前記電流Ｉによって生じる、前記第１のスパイラルコイル４Ａでの内部の磁界の向きと、前記第２のスパイラルコイル４Ｂでの内部の磁界の向きとをＺ方向に一致させることができる。よって、前記内部磁界どうしが相殺されてしまうのを避けることができるため、この可変インダクタで形成されるインダクタンスの低下を防止することが可能とされている。
【００３３】
前記第１，第２のスパイラルコイル４Ａ，４Ｂの表面には、前記第１の強磁性体膜３ａ，３ｂと同じ強磁性体からな第２の強磁性体膜５ａ，５ｂが積層されている。すなわち、前記第１のスパイラルコイル４Ａは前記第１の強磁性体膜３ａと前記第２の強磁性体膜５ａとで上下方向から覆われており、同じく前記第２のスパイラルコイル４Ｂは前記第１の強磁性体膜３ｂと前記第２の強磁性体膜５ｂとで上下方向から覆われている。
【００３４】
前記バイアス電極層２ａとバイアス電極層２ｂ間に図示しない電源から印加電圧を与えて圧電体基板１が厚さ方向に膨張させると、前記第１の強磁性体膜３ａ，３ｂ及び第２の強磁性体膜５ａ，５ｂに圧縮応力が加わるため、面内方向に縮んで透磁率μが小さくなる。そして印加電圧を増大させて圧電体基板１の膨張を大きくさせると、これに逆比例するように前記透磁率μを小さくする方向に変化させることができ、また印加電圧を減少させると前記透磁率μが大きくなる方向に変化させることができる。すなわち、前記透磁率μは電圧の正の変化に対し負の傾き特性を持つ。
【００３５】
ここで、インダクタンスは前記第１の強磁性体膜３ａと前記第２の強磁性体膜５ａとの中、および第１の強磁性体膜３ｂと前記第２の強磁性体膜５ｂとの中に形成される磁束および前記透磁率μに比例する。このため、また前記印加電圧を増大又は減少させることにより、可変インダクタのインダクタンスを自在に可変させることができる。
【００３６】
しかも、本発明では圧電体基板１の上下両面に、それぞれ第１の強磁性体膜３ａ，３ｂと前記第２の強磁性体膜５ａ，５ｂに覆われた第１のスパイラルコイル４Ａ及び第２のスパイラルコイル４Ｂを有する構成であるため、従来に比較して透磁率μの可変範囲を２倍にすることができる。すなわち、可変インダクタの可変範囲を理論上２倍に拡大させることが可能である。
【００３７】
なお、前記圧電体基板１が厚さ方向に膨張すると、第１のスパイラルコイル４Ａと第２のスパイラルコイル４Ｂとの間の対向距離が広がるため、この作用によってもインダクタンスを小さくすることができる。
【００３８】
次に、第１のスパイラルコイル４Ａの中心電極４ｂと第２のスパイラルコイル４Ｂの中心電極４ｂとの間を導通接続するための結線部材について説明する。
【００３９】
図３に示す第１に実施の形態では、前記圧電体基板１の中心部と前記第１の強磁性体膜３ａ，３ｂに形成された共通のスルーホール１ａと、このスルーホール１ａ内に形成された内部導体（結線部材）１２とで形成されている。前記内部導体１２の両端は前記中心電極４ｂ，４ｂに導通接続されている。前記内部導体１２はフォトリソグラフィ技術やメッキ技術などを駆使することにより形成される。
【００４０】
なお、前記バイアス電極層２ａ，２ｂには、前記内部導体１２をよりも十分な大きさの径寸法からなる穴、あるいは内部導体１２を避けるのに十分な大きさからなる切欠部などが形成されており、前記バイアス電極層２ａ，２ｂと内部導体１２との間は導通接続されないように十分な絶縁処理が施されている。
【００４１】
図４に示す第２の実施の形態では、前記第１のスパイラルコイル４Ａの中心電極４ｂから前記導電層１３に向かって延びる第１のスルーホール１ｂと、前記第２のスパイラルコイル４Ｂの中心電極４ｂから前記導電層１３に向かって延びる第２のスルーホール１ｃが設けられている。
【００４２】
前記第１のスルーホール１ｂと第２のスルーホール１ｃとは板厚方向において重なる配置であってもよいが、図４に示すようにＸ方向又はＹ方向にずらすことにより板厚方向において重ならない構成が好ましい。
【００４３】
前記第１のスルーホール１ｂには前記第１のスパイラルコイル４Ａの中心電極４ｂと前記導電層１３とを導通接続する第１の内部導体１４ａが設けられ、前記第２のスパイラルコイル４Ｂの中心電極４ｂと前記導電層１３とを導通接続する第２の内部導体１４ｂが設けられている。すなわち、第１のスパイラルコイル４Ａの中心電極４ｂと第２のスパイラルコイル４Ｂの中心電極４ｂとの間が、前記第１のスルーホール１ｂ内に設けられた第１の内部導体１４ａ、前記導電層１３および前記第２のスルーホール１ｃ内に設けられた第２の内部導体１４ｂからなるクランク状の結線部材を介して直列に導通接続されている。
【００４４】
前記第１の実施の形態に示す内部導体１２は長手方向を圧電体基板１の板厚方向としているため、前記圧電体基板１に生じる板厚方向の圧縮歪みに追従して変形することが難しい。このため、前記圧縮歪みが大きい場合には前記内部導体１２に断線などが生じる可能性がある。
【００４５】
しかし、前記第２の実施の形態では、水平方向（Ｘ方向）に延びるとともに、前記圧電体基板１の内部に前記板厚方向の圧縮歪みに対しては、これに追従して比較的変形しやすい導電層１３が設けられている。
【００４６】
また図４に示すように第１の内部導体１４ａと第２の内部導体１４ｂとはＸ方向又はＹ方向にずれており、板厚方向において重ならない状態にあるため、圧電体基板１の板厚寸法が多少変化しても、前記導電層１３がこれを吸収することができ、第１のスパイラルコイル４Ａと第２のスパイラルコイル４Ｂとの間の接続を保持することができる。
【００４７】
なお、上記のように前記圧電体基板１の内部に導電層１３を有する構成とするには、複数の薄膜状の圧電体を積層して形成した積層型の圧電体基板１を用いることにより実現することができる。
【００４８】
上記第２の実施の形態では、結線部材を圧電体基板１の内部に第１及び第２のスルーホール１ｂ，１ｃと１つの導電層１３を用いてクランク状に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、圧電体基板１の内部に複数のスルーホールと導電層を配置することにより、階段状、あるいはジグザグ状の結線部材とする構成であってもよい。
【００４９】
すなわち、前記積層型の圧電体基板１内の異なる層に複数の導電層１３を形成するとともに、上下の位置関係にある前記導電層１３の間を導通接続する複数の内部導体１４をスルーホール内に形成する。そして、一つの導電層１３の上層側に配置された内部導体１４と前記導電層１３の下層側に配置された内部導体１４とが板厚方向において重ならないように配置することにより、階段状、あるいはジグザグ状の結線部材とすることが可能である（図示せず）。
【００５０】
このように圧電体基板１内に複数の導電層１３を階段状、あるいはジグザグ状配置すると、各導電層１３がそれぞれ歪みを吸収することができるため、圧電体基板１が大きく板厚方向に変化してもこれに対応することが可能となり、前記第１のスパイラルコイル４Ａと前記第２のスパイラルコイル４Ｂとの間の接続を確実に保持することができる。
【００５１】
次に、図５に示す第３の実施の形態はいわゆる空中配線である。
図５に示すように第３の実施の形態では、前記第２の強磁性体膜５ａ，５ｂの中心部に孔５ａ１，５ｂ１が形成されており、内部に設けられた中心電極４ｂ，４ｂが露出されている。そして、第１のスパイラルコイル４Ａの中心電極４ｂと第２のスパイラルコイル４Ｂの中心電極４ｂとが、圧電体基板１の外部に設けられた絶縁性及び可撓性を有するフレキシブルケーブル（結線部材）１５を用いて導通接続されている。
【００５２】
この第３の実施の形態では、前記圧電体基板１に圧縮歪みが生じても、前記フレキシブルケーブル１５が容易に追従して変形することができるため、さらに断線などの故障の原因を排除することが可能である。
【００５３】
上記各実施に形態では角型状のスパイラルコイルを用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、スパイラルコイルの形状は三角形状、多角形状、円状などどのような形状であってもよい。
【００５４】
また第１のスパイラルコイル４Ａと第２のスパイラルコイル４Ｂとは、中心電極４ｂ，４ｂ間で導通接続され、外周電極４ａ，４ａが外部の信号源と接続される入出力電極として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、外周電極４ａ，４ａ間で導通接続され、前記中心電極４ｂ，４ｂが外部の信号源と接続される入出力電極とした構成であってもよい。
【００５５】
あるいは場合によっては、第１のスパイラルコイル４Ａの中心電極４ｂと第２のスパイラルコイル４Ｂの外周電極４ａとの間が導通接続され、前記第１のスパイラルコイル４Ａの外周電極４ａと第２のスパイラルコイル４Ｂの中心電極４ｂとが外部の信号源と接続される入出力電極とした構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は本発明の可変インダクタの基本構成を示す平面図、
【図２】図１の２−２線における断面図、
【図３】可変インダクタの第１の実施の形態を示す図２同様の断面図、
【図４】可変インダクタの第２の実施の形態を示す図２同様の断面図、
【図５】可変インダクタの第３の実施の形態を示す図２同様の断面図、
【図６】従来の可変インダクタを示す平面図、
【図７】図６の６−６線における断面図、
【符号の説明】
【００５７】
１  圧電体基板
１ａ  スルーホール
１ｂ  第１のスルーホール
１ｃ  第２のスルーホール
２ａ，２ｂ  バイアス電極層
３ａ，３ｂ  第１の強磁性体膜
４Ａ  第１のスパイラルコイル
４Ｂ  第２のスパイラルコイル
４ａ  外周電極
４ｂ  中心電極
５ａ，５ｂ  第２の強磁性体膜
５ａ１，５ｂ１  孔
１２  内部導体（結線部材）
１３  導電層（結線部材）
１４  内部導体（結線部材）
１４ａ  第１の内部導体（結線部材）
１４ｂ  第２の内部導体（結線部材）
１５  フレキシブルケーブル（結線部材）
【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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