JP4895986B2 - バリアブルキャパシタ - Google Patents

Description

本発明は、大電力送信機の発振回路、半導体製造装置用の高周波電源、あるいは誘導加熱装置のタンク回路などに用いられるバリアブルキャパシタに関するものである。

従来のバリアブルキャパシタを図５に示す。図５に示すバリアブルキャパシタは、真空容器５０の一面に固定集電導体５１を備え、これと相対するように真空容器５０内に可動集電導体５２を設けてある。それぞれの集電導体５１，５２には電極５３，５４を取り付けてある。これら電極５３，５４は集電導体５１，５２と直交する向きに取り付けてある。可動集電導体５２は固定集電導体５１に向かって移動するが、その際に互いの電極５３，５４が接触しないようにしてある。可動集電導体５２には可動リード５５が固着してあり、この可動リード５５には調整ねじ５６を取り付けてある。調整ねじ５６を回動させることにより、可動集電導体５２が移動して、可動電極５４と固定電極５３とが重なる面積に応じて容量が変化するように構成してある。（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平５−４１３３５号公報 特開２０００−５８３８５号公報

しかし、上記バリアブルキャパシタは、調整ねじを回動させて、容量を変化させていたため、例えば、調整ねじの磨耗などにより可動部分が消耗し、機械的に寿命を短くする課題がある。特に電流が大きくなると可動部分に負担が大きくなり、機械的寿命の短縮がより顕著となる。また、可動部分が消耗することにより、可動集電導体が正常に移動できなくなると、バリアブルキャパシタの特徴である容量の可変ができなくなる。バリアブルキャパシタは比較的高額であるため、容易に交換できるものではない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、機械的消耗を減らして、従来品より寿命を延ばすことができるバリアブルキャパシタを提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るバリアブルキャパシタは、２つの電極を相対するように設け、これら電極の内側に誘電体板を付け合せ、これら誘電体板の間を、液体金属を含む２種類以上の流体が流れるように構成してある容器と、流体を収容するタンクと、前記容器とタンクとの間に前記流体を往来させるポンプとを有し、液体金属の量に応じて静電容量が変化するように構成してあることを特徴とする。

本発明に係るバリアブルキャパシタは、前記液体金属は水銀であることを特徴とする。
また、本発明に係るバリアブルキャパシタは、前記容器内に前記液体金属と絶縁油とを収容してあることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成により、２つの電極を相対するように設け、これら電極の内側に誘電体板を付け合せ、これら誘電体板の間を液体金属を含む流体が流れる構成にしてあるため、機械的に消耗することを大幅に減らすことができる。これにより、本来の目的である静電容量の可変動作を長期間行うことができる。また、上記構成より、電流の大きさに影響を受けずに、長期間静電容量の可変動作を行うことができる。

発明を実施するための最良の形態に係るバリアブルキャパシタの構成図を図１乃至図３に示す。この実施形態に係るバリアブルキャパシタは、容器１を設け、容器１内に２つの電極１１，１２を相対するように設けてある。一方の電極１１を正極、他方の電極１２を負極とすることにより、回路に接続することができる。電極１１，１２の内側に誘電体板１３，１４を付け合せてある。これら誘電体板１３，１４の間を、液体金属を含む流体が流れるように構成してある。

なお、本実施例において、流体として液体金属である水銀２１と絶縁油２２とを用いている。液体金属としてガリウムや水銀を用いることが一般的である。本実施例において水銀を用いているが、その理由として、金属であるため絶縁油２２に比べて誘電率が非常に高い。さらに、ガリウムは約３０℃で、また、ガリウム合金の場合は３０℃以下が融点になるが、これらはいずれも常温で凝固するおそれがある。そのため、水銀を用い、常温であっても凝固せず液体を維持するようにしてある。また、本発明においては、液体金属と液体、液体金属と気体、液体金属のみの組み合わせのいずれにおいても実施することができる。

本実施例に係るバリアブルキャパシタは、流体を収容するタンク３と、容器１とタンク３とを流体２１，２２が循環するためのポンプ２とを設けてある。容器１、ポンプ２及びタンク３に流体２１，２２が循環するよう、容器１とタンク３との間、及び容器１とポンプ２との間に流路４を設けてある。ポンプ２とタンク３とは直接接続してあるため、流路４は設けていない。

本実施例に係るバリアブルキャパシタは以上のように構成してあり、以下のように作用する。先ず、絶縁油２２が全て容器１内にある場合について説明する。これについては図１に示すとおりである。絶縁油２２は水銀２１と比較して非常に誘電率が低く、容器１内を全て絶縁油２２で占める場合が、最も静電容量が小さいこととなる。なお、水銀２１は絶縁油２２に比べて密度が大きいため、水銀２１はポンプ２を経由して容器１とタンク３との間を移動する。逆に絶縁油２２は容器１及びタンク３の上部に設けた流路４を経由して容器１とタンク３との間を移動する。

続いて、静電容量が最大でも最小でもない場合について説明する。これについては図２に示すとおりである。前述した通り、水銀２１は絶縁油２２に比べて密度が大きい。そのため、容器１内及びタンク３内に水銀２１と絶縁油２２とが混在すると、水銀２１は沈み、絶縁油２２は浮く状態となる。

続いて、水銀２１が全て容器１内にある場合について説明する。これについては図３に示すとおりである。前述したように水銀２１は絶縁油２２と比較して非常に誘電率が高く、容器１内を全て水銀２１で占める場合が、最も静電容量が大きいこととなる。

以上のことを踏まえた上、どのように静電容量が変化するかについて説明する。これについて説明する図を図４に示す。先ず、図３に示すような水銀２１が全て容器１内にあると仮定した場合の静電容量をＣ₂ （Ｆ）とし、誘電体板１３，１４の誘電率をε₂ 、真空の誘電率をε₀ （＝８．９×１０^-12（Ｆ／ｍ））、誘電体の面積をＳ₂（ｍ²）、並びに誘電体板１３，１４の厚さをｔ（ｍ）とすると、静電容量Ｃ₂ （Ｆ）は、下記数１となる。

続いて、図１に示すような絶縁油２２が全て容器１内にあると仮定した場合の静電容量をＣ₁ （Ｆ）とし、絶縁油２２の誘電率をε₁、電極の距離をｄ（ｍ）、並びに絶縁油の面積をＳ₁（ｍ² ）とすると、静電容量Ｃ₁（Ｆ）は、下記数２となる。

続いて、図２に示すような水銀２１と絶縁油２２とが混在する場合の静電容量をＣ（Ｆ）とし、容器の高さをＬ、そのうち絶縁油２１が占める部分をＬ₁水銀が占める部分をＬ₂ とする（Ｌ＝Ｌ₁ ＋Ｌ₂）と、下記数３になる。

以上より、静電容量はＣ₁〜Ｃ₂の範囲で変化することができる。図１図示の状態ではＣ（Ｆ）＝Ｃ₁ 、図３図示の状態ではＣ（Ｆ）＝Ｃ₂ になる。図２図示の状態ではＬ／２＝Ｌ₁
＝Ｌ₂ となるため、Ｃ（Ｆ）＝（Ｃ₁＋Ｃ₂ ）／２になる。

以上のようにバリアブルキャパシタを構成したことにより、従来のような調整ねじを回動させて、容量を変化させることはないため、機械的に消耗することはほとんどあり得ず、静電容量の可変動作を長期間行うことができる。また、上記構成より、電流の大きさに影響を受けずに、長期間静電容量の可変動作を行うことができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている内容が本発明の技術的範囲に属する。

本発明によれば、２つの電極を相対するように設け、これら電極の内側に誘電体板を付け合せ、これら誘電体板の間を液体金属を含む流体が流れる構成にしてあるため、機械的に消耗することを大幅に減らすことができる。これにより、本来の目的である静電容量の可変動作を長期間行うことができる。また、上記構成より、電流の大きさに影響を受けずに、長期間静電容量の可変動作を行うことができ、産業上利用可能である。

本発明に係るバリアブルキャパシタにおける発明を実施するための最良の形態の構成図である。 同じく図１図示バリアブルキャパシタの別の動作を示す構成図である。 同じく図１図示バリアブルキャパシタの別の動作を示す構成図である。 本発明に係るバリアブルキャパシタの静電容量を説明するための図である。 従来のバリアブルキャパシタに一例を示すの構成図である。

符号の説明

１ 容器
２ ポンプ
３ タンク
４ 流路
１１，１２ 電極
１３，１４ 誘電体板
２１ 液体金属（水銀）
２２ 絶縁油

Claims (3)

1. ２つの電極を相対するように設け、これら電極の内側に誘電体板を付け合せ、これら誘電体板の間を、液体金属を含む２種類以上の流体が流れるように構成してある容器と、流体を収容するタンクと、前記容器とタンクとの間に前記流体を往来させるポンプとを有し、液体金属の量に応じて静電容量が変化するように構成してあることを特徴とするバリアブルキャパシタ。
2. 前記液体金属は水銀であることを特徴とする請求項１記載のバリアブルキャパシタ。
3. 前記容器内に前記液体金属と絶縁油とを収容してあることを特徴とする請求項１又は２記載のバリアブルキャパシタ。

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