JP4487502B2 - 可変コンデンサ - Google Patents
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- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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- H01G5/04—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of effective area of electrode
- H01G5/06—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of effective area of electrode due to rotation of flat or substantially flat electrodes
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変コンデンサ、詳しくは、ステータと、該ステータに対して回転可能に保持されたロータとからなり、ロータの回転に基づいてステータ電極とロータ電極との対向面積を変化させて容量を可変とする可変コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
【特許文献１】
特開平１０−２３３３３８号公報
【特許文献２】
米国特許第４，１１２，４８０号明細書
【０００３】
従来、ロータ電極を備えたロータの回転に基づいて、ステータに設けたステータ電極とロータ電極との対向面積を変化させて容量を可変とする可変コンデンサとしては、特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００４】
特許文献１に記載の可変コンデンサは、図８に等価回路で示すように、二つの容量Ｃ１１，Ｃ１２を一つのロータの回転によって可変とするものであり、ロータの１回転で容量Ｃ１１，Ｃ１２が最小値と最大値を生じるように構成されている。
【０００５】
しかしながら、この可変コンデンサでは容量Ｃ１１，Ｃ１２が直列に接続されているため、ステータ電極において発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）が大きくなるという問題点を有している。
【０００６】
一方、特許文献２には、誘電体からなる基板にステータ電極を積層状態にして設け、図９に等価回路で示すように、一つの固定容量Ｃ１３と一つの可変容量Ｃ１４とを並列に接続した可変コンデンサが開示されている。この可変コンデンサにあってはステータ電極で発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）を低下させることができる。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の可変コンデンサにあっては、固定容量Ｃ１３の容量値は変化しないので、全体としての容量値の下限は固定容量Ｃ１３に規制されてしまい、極めて微細な容量、あるいは容量をゼロに調整可能な可変コンデンサを構成できないという問題点を有している。即ち、共振周波数が低く、高い周波数での使用が困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、抵抗値（ＥＳＲ）を低くすることができると共に、全体として極めて微細な容量に調整可能な可変コンデンサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
以上の目的を達成するため、本発明は、ステータと、該ステータに対して回転可能に保持されたロータとからなる可変コンデンサであって、前記ステータは、誘電体からなる基板に第１及び第２の外部電極を備えると共に、該誘電体の内部に第１の外部電極に接続した第１のステータ電極と第２の外部電極に接続した第２のステータ電極とを備え、前記ロータは、導電材からなっており、かつ、その底面から突出しているロータ電極を有し、前記第１及び第２のステータ電極はそれぞれ積層方向に重なっている複数層の導体からなり、各導体が前記ロータ電極と対向する部分で容量を形成し、前記第１のステータ電極と前記ロータ電極とで等価回路的に並列接続された複数個の可変コンデンサを構成し、前記第２のステータ電極と前記ロータ電極とで等価回路的に並列接続された複数個の可変コンデンサを構成し、前記並列接続された可変コンデンサがさらに直列に接続され、前記第１のステータ電極及び第２のステータ電極を構成する複数の導体の内の下層に位置する導体は、上層に位置する導体に対して広い面積に形成されており、前記上層に位置する導体及び前記下層に位置する導体は、前記ロータ電極に同時に対向すること、を特徴とする。
【００１１】
第１及び第２のステータ電極は並列接続されているため、ステータ電極で発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）が低下する。また、並列接続されたコンデンサはいずれもその容量が可変であるため、全体として極めて微細な容量、あるいは容量をゼロに調整可能であり、共振周波数が低く、高い周波数で使用することができる。
【００１２】
本発明に係る可変コンデンサにおいて、ロータ電極は、ロータが９０°回転するごとにロータ電極とステータ電極との対向面積が極小及び極大になる位置を通過するように構成することが好ましく、最も効率よく容量の最大値及び最小値を設定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変コンデンサの実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１実施形態、図１〜図５参照）
第１実施形態としての可変コンデンサは、図１及び図２に示すように、ステータ１０と、ロータ２０とカバー３０とで構成されている。ロータ２０はステータ１０上にそれらの中心を一致させた状態でカバー３０によって回転可能に保持されている。カバー３０は上面部３１及び側面部３２にてロータ２０を回転可能に保持し、両脚部３３，３３をステータ１０の両側面から底面の凹部１０ａに回り込ませることでステータ１０とロータ２０との一体化を図っている。
【００１５】
ステータ１０は、図３に示すように、誘電体シート（セラミックグリーンシート）を積層した誘電体基板１１からなる。この基板１１の両側面には第１及び第２の外部電極１２，１３が形成され、内部には第１の外部電極１２に接続した第１のステータ電極１４ａ，１４ｂと、第２の外部電極１３に接続した第２のステータ電極１５ａ，１５ｂが設けられている。これらのステータ電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂはそれぞれのセラミックグリーンシート上に電極材料を所定の形状（図３（Ａ）参照）に塗布して形成したものである。
【００１６】
上層に位置するステータ電極１４ａ，１５ａに対して下層に位置するステータ電極１４ｂ，１５ｂは比較的広い面積に形成されている。
【００１７】
ロータ２０は、図４に示すように、導電材から円盤状に成形したもので、ステータ２０と接触する底面の突出部分がロータ電極２１，２１として機能する。また、ロータ２０の上面にはこのロータ２０を回転させるためのドライバ溝２３が形成されている。
【００１８】
以上の構成からなる可変コンデンサにおいて、ステータ電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとロータ電極２１，２１との位置関係を図５に示す。図５に示す状態において、ロータ電極２１，２１はステータ電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとは対向しておらず、容量はゼロである。この状態から、例えば、ロータ２０を矢印ａ方向に回転させると、上側のロータ電極２１がステータ電極１４ａ，１４ｂと対向すると共に、下側のロータ電極２１がステータ電極１５ａ，１５ｂと対向することになり、それぞれ対向する面積に応じた容量が発生する。
【００１９】
このとき発生する容量は、ロータ２０の回転角度によって規定され、所望の容量に設定することができる。ロータ２０が９０°回転するごとにそれぞれの電極の対向面積が極小（容量の最小値）及び極大（容量の最大値）になる。
【００２０】
本可変コンデンサの等価回路は図７に示すとおりである。即ち、ステータ電極１４ａ，１４ｂとロータ電極２１とで並列接続された容量Ｃ１，Ｃ２が形成され、ステータ電極１５ａ，１５ｂとロータ電極２１とで並列接続された容量Ｃ５，Ｃ６が形成され、かつ、容量Ｃ１，Ｃ２と容量Ｃ５，Ｃ６とがさらに直列に接続されている。
【００２１】
図７において、Ｒ１，Ｒ２はステータ電極１４ａ，１４ｂの抵抗成分、Ｒ５，Ｒ６はステータ電極１５ａ，１５ｂの抵抗成分であり、抵抗成分Ｒ１，Ｒ２及びＲ５，Ｒ６はそれぞれ並列接続されているため、抵抗値（ＥＳＲ）が低下する。なお、Ｒはロータ電極２１，２１の抵抗成分である。
【００２２】
また、容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６はそれぞれ容量ゼロから最大値まで可変であるため、全体として極めて微細な容量に調整可能であり、容量をゼロに設定することもできる。
【００２３】
（第２実施形態、図６参照）
第２実施形態としての可変コンデンサは、基本的には前記第１実施形態と同じ構成を有し、異なるのは、図６に示すように、ステータ１０の誘電体基板１１内に第１のステータ電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び第２のステータ電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃを３層に設けた点にある。図６において図３と同じ部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
第２実施形態における等価回路は図７に示したものと同様であり、図示されていないが容量Ｃ３，Ｃ７が追加されることになる。その作用効果は前記第１実施形態と同様である。
【００２５】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る可変コンデンサは前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００２６】
例えば、ステータ、ロータ及びカバーの構成や形状は任意であり、特に、ステータ電極やロータ電極の形状、あるいはステータ電極の積層数は任意である。また、ステータの基板内にはステータ電極以外の素子が内蔵されていてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、第１及び第２のステータ電極をステータ基板内に複数層の導体にて形成し、各導体がロータ電極と対向する部分で容量を形成するようにしたため、ステータ電極で発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）が低下し、また、全体として極めて微細な容量に調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である可変コンデンサの外観を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は底面図である。
【図２】前記第１実施形態である可変コンデンサの断面図である。
【図３】前記第１実施形態である可変コンデンサのステータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。
【図４】前記第１実施形態である可変コンデンサのロータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。
【図５】前記第１実施形態である可変コンデンサのステータ電極及びロータ電極の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態である可変コンデンサのステータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。
【図７】本発明に係る可変コンデンサにおける等価回路図である。
【図８】従来の可変コンデンサの第１例における等価回路図である。
【図９】従来の可変コンデンサの第２例における等価回路図である。
【符号の説明】
１０…ステータ
１１…誘電体基板
１２，１３…外部電極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…ステータ電極
２０…ロータ
２１…ロータ電極
３０…カバー
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変コンデンサ、詳しくは、ステータと、該ステータに対して回転可能に保持されたロータとからなり、ロータの回転に基づいてステータ電極とロータ電極との対向面積を変化させて容量を可変とする可変コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
【特許文献１】
特開平１０−２３３３３８号公報
【特許文献２】
米国特許第４，１１２，４８０号明細書
【０００３】
従来、ロータ電極を備えたロータの回転に基づいて、ステータに設けたステータ電極とロータ電極との対向面積を変化させて容量を可変とする可変コンデンサとしては、特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００４】
特許文献１に記載の可変コンデンサは、図８に等価回路で示すように、二つの容量Ｃ１１，Ｃ１２を一つのロータの回転によって可変とするものであり、ロータの１回転で容量Ｃ１１，Ｃ１２が最小値と最大値を生じるように構成されている。
【０００５】
しかしながら、この可変コンデンサでは容量Ｃ１１，Ｃ１２が直列に接続されているため、ステータ電極において発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）が大きくなるという問題点を有している。
【０００６】
一方、特許文献２には、誘電体からなる基板にステータ電極を積層状態にして設け、図９に等価回路で示すように、一つの固定容量Ｃ１３と一つの可変容量Ｃ１４とを並列に接続した可変コンデンサが開示されている。この可変コンデンサにあってはステータ電極で発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）を低下させることができる。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の可変コンデンサにあっては、固定容量Ｃ１３の容量値は変化しないので、全体としての容量値の下限は固定容量Ｃ１３に規制されてしまい、極めて微細な容量、あるいは容量をゼロに調整可能な可変コンデンサを構成できないという問題点を有している。即ち、共振周波数が低く、高い周波数での使用が困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、抵抗値（ＥＳＲ）を低くすることができると共に、全体として極めて微細な容量に調整可能な可変コンデンサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
以上の目的を達成するため、本発明は、ステータと、該ステータに対して回転可能に保持されたロータとからなる可変コンデンサであって、前記ステータは、誘電体からなる基板に第１及び第２の外部電極を備えると共に、該誘電体の内部に第１の外部電極に接続した第１のステータ電極と第２の外部電極に接続した第２のステータ電極とを備え、前記ロータは、導電材からなっており、かつ、その底面から突出しているロータ電極を有し、前記第１及び第２のステータ電極はそれぞれ積層方向に重なっている複数層の導体からなり、各導体が前記ロータ電極と対向する部分で容量を形成し、前記第１のステータ電極と前記ロータ電極とで等価回路的に並列接続された複数個の可変コンデンサを構成し、前記第２のステータ電極と前記ロータ電極とで等価回路的に並列接続された複数個の可変コンデンサを構成し、前記並列接続された可変コンデンサがさらに直列に接続され、前記第１のステータ電極及び第２のステータ電極を構成する複数の導体の内の下層に位置する導体は、上層に位置する導体に対して広い面積に形成されており、前記上層に位置する導体及び前記下層に位置する導体は、前記ロータ電極に同時に対向すること、を特徴とする。
【００１１】
第１及び第２のステータ電極は並列接続されているため、ステータ電極で発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）が低下する。また、並列接続されたコンデンサはいずれもその容量が可変であるため、全体として極めて微細な容量、あるいは容量をゼロに調整可能であり、共振周波数が低く、高い周波数で使用することができる。
【００１２】
本発明に係る可変コンデンサにおいて、ロータ電極は、ロータが９０°回転するごとにロータ電極とステータ電極との対向面積が極小及び極大になる位置を通過するように構成することが好ましく、最も効率よく容量の最大値及び最小値を設定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変コンデンサの実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１実施形態、図１〜図５参照）
第１実施形態としての可変コンデンサは、図１及び図２に示すように、ステータ１０と、ロータ２０とカバー３０とで構成されている。ロータ２０はステータ１０上にそれらの中心を一致させた状態でカバー３０によって回転可能に保持されている。カバー３０は上面部３１及び側面部３２にてロータ２０を回転可能に保持し、両脚部３３，３３をステータ１０の両側面から底面の凹部１０ａに回り込ませることでステータ１０とロータ２０との一体化を図っている。
【００１５】
ステータ１０は、図３に示すように、誘電体シート（セラミックグリーンシート）を積層した誘電体基板１１からなる。この基板１１の両側面には第１及び第２の外部電極１２，１３が形成され、内部には第１の外部電極１２に接続した第１のステータ電極１４ａ，１４ｂと、第２の外部電極１３に接続した第２のステータ電極１５ａ，１５ｂが設けられている。これらのステータ電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂはそれぞれのセラミックグリーンシート上に電極材料を所定の形状（図３（Ａ）参照）に塗布して形成したものである。
【００１６】
上層に位置するステータ電極１４ａ，１５ａに対して下層に位置するステータ電極１４ｂ，１５ｂは比較的広い面積に形成されている。
【００１７】
ロータ２０は、図４に示すように、導電材から円盤状に成形したもので、ステータ２０と接触する底面の突出部分がロータ電極２１，２１として機能する。また、ロータ２０の上面にはこのロータ２０を回転させるためのドライバ溝２３が形成されている。
【００１８】
以上の構成からなる可変コンデンサにおいて、ステータ電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとロータ電極２１，２１との位置関係を図５に示す。図５に示す状態において、ロータ電極２１，２１はステータ電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとは対向しておらず、容量はゼロである。この状態から、例えば、ロータ２０を矢印ａ方向に回転させると、上側のロータ電極２１がステータ電極１４ａ，１４ｂと対向すると共に、下側のロータ電極２１がステータ電極１５ａ，１５ｂと対向することになり、それぞれ対向する面積に応じた容量が発生する。
【００１９】
このとき発生する容量は、ロータ２０の回転角度によって規定され、所望の容量に設定することができる。ロータ２０が９０°回転するごとにそれぞれの電極の対向面積が極小（容量の最小値）及び極大（容量の最大値）になる。
【００２０】
本可変コンデンサの等価回路は図７に示すとおりである。即ち、ステータ電極１４ａ，１４ｂとロータ電極２１とで並列接続された容量Ｃ１，Ｃ２が形成され、ステータ電極１５ａ，１５ｂとロータ電極２１とで並列接続された容量Ｃ５，Ｃ６が形成され、かつ、容量Ｃ１，Ｃ２と容量Ｃ５，Ｃ６とがさらに直列に接続されている。
【００２１】
図７において、Ｒ１，Ｒ２はステータ電極１４ａ，１４ｂの抵抗成分、Ｒ５，Ｒ６はステータ電極１５ａ，１５ｂの抵抗成分であり、抵抗成分Ｒ１，Ｒ２及びＲ５，Ｒ６はそれぞれ並列接続されているため、抵抗値（ＥＳＲ）が低下する。なお、Ｒはロータ電極２１，２１の抵抗成分である。
【００２２】
また、容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６はそれぞれ容量ゼロから最大値まで可変であるため、全体として極めて微細な容量に調整可能であり、容量をゼロに設定することもできる。
【００２３】
（第２実施形態、図６参照）
第２実施形態としての可変コンデンサは、基本的には前記第１実施形態と同じ構成を有し、異なるのは、図６に示すように、ステータ１０の誘電体基板１１内に第１のステータ電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び第２のステータ電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃを３層に設けた点にある。図６において図３と同じ部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
第２実施形態における等価回路は図７に示したものと同様であり、図示されていないが容量Ｃ３，Ｃ７が追加されることになる。その作用効果は前記第１実施形態と同様である。
【００２５】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る可変コンデンサは前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００２６】
例えば、ステータ、ロータ及びカバーの構成や形状は任意であり、特に、ステータ電極やロータ電極の形状、あるいはステータ電極の積層数は任意である。また、ステータの基板内にはステータ電極以外の素子が内蔵されていてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、第１及び第２のステータ電極をステータ基板内に複数層の導体にて形成し、各導体がロータ電極と対向する部分で容量を形成するようにしたため、ステータ電極で発生する抵抗成分による抵抗値（ＥＳＲ）が低下し、また、全体として極めて微細な容量に調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である可変コンデンサの外観を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は底面図である。
【図２】前記第１実施形態である可変コンデンサの断面図である。
【図３】前記第１実施形態である可変コンデンサのステータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。
【図４】前記第１実施形態である可変コンデンサのロータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。
【図５】前記第１実施形態である可変コンデンサのステータ電極及びロータ電極の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態である可変コンデンサのステータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。
【図７】本発明に係る可変コンデンサにおける等価回路図である。
【図８】従来の可変コンデンサの第１例における等価回路図である。
【図９】従来の可変コンデンサの第２例における等価回路図である。
【符号の説明】
１０…ステータ
１１…誘電体基板
１２，１３…外部電極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…ステータ電極
２０…ロータ
２１…ロータ電極
３０…カバー
Claims (2)
- ステータと、該ステータに対して回転可能に保持されたロータとからなる可変コンデンサであって、
前記ステータは、誘電体からなる基板に第１及び第２の外部電極を備えると共に、該誘電体の内部に第１の外部電極に接続した第１のステータ電極と第２の外部電極に接続した第２のステータ電極とを備え、
前記ロータは、導電材からなっており、かつ、その底面から突出しているロータ電極を有し、
前記第１及び第２のステータ電極はそれぞれ積層方向に重なっている複数層の導体からなり、各導体が前記ロータ電極と対向する部分で容量を形成し、
前記第１のステータ電極と前記ロータ電極とで等価回路的に並列接続された複数個の可変コンデンサを構成し、前記第２のステータ電極と前記ロータ電極とで等価回路的に並列接続された複数個の可変コンデンサを構成し、
前記並列接続された可変コンデンサがさらに直列に接続され、
前記第１のステータ電極及び第２のステータ電極を構成する複数の導体の内の下層に位置する導体は、上層に位置する導体に対して広い面積に形成されており、
前記上層に位置する導体及び前記下層に位置する導体は、前記ロータ電極に同時に対向すること、
を特徴とする可変コンデンサ。 - 前記ロータ電極は、ロータが９０°回転するごとにロータ電極とステータ電極との対向面積が極小及び極大になる位置を通過することを特徴とする請求項１に記載の可変コンデンサ。
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|---|---|
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| JP2003176090A Expired - Lifetime JP4487502B2 (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | 可変コンデンサ |
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| JP (1) | JP4487502B2 (ja) |
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