JPH0620873A - 可変静電容量素子 - Google Patents
可変静電容量素子Info
- Publication number
- JPH0620873A JPH0620873A JP17647392A JP17647392A JPH0620873A JP H0620873 A JPH0620873 A JP H0620873A JP 17647392 A JP17647392 A JP 17647392A JP 17647392 A JP17647392 A JP 17647392A JP H0620873 A JPH0620873 A JP H0620873A
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- JP
- Japan
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- magnetostrictive element
- variable capacitance
- flat plates
- magnetostrictive
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低損失で可変幅の広いかつ温度安定な可変静
電容量素子を得る。 【構成】 ２枚の金属平行平板の間隔を変えることによ
り静電容量を変化させる素子であって、前記平板の間隔
を変える手段として磁歪素子を用いるとともに、前記２
枚の金属平板の一方は全体の構造体に固定され、他方は
前記磁歪素子に固定されていることを特徴とする可変静
電容量素子。
電容量素子を得る。 【構成】 ２枚の金属平行平板の間隔を変えることによ
り静電容量を変化させる素子であって、前記平板の間隔
を変える手段として磁歪素子を用いるとともに、前記２
枚の金属平板の一方は全体の構造体に固定され、他方は
前記磁歪素子に固定されていることを特徴とする可変静
電容量素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波帯における電子
機器の小型化・高周波化・低電力化に対応して、これら
に用いられる受動部品である可変静電容量素子の低損失
化・広可変幅化・温度安定化に関する。
機器の小型化・高周波化・低電力化に対応して、これら
に用いられる受動部品である可変静電容量素子の低損失
化・広可変幅化・温度安定化に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の進歩にともない、高周波帯の
電子機器の小型化・高周波化・低電力化が急速に進んで
いる。その中で、可変静電容量素子の高性能化は他の素
子と比較すると遅れていると言える。特に、１０ＭＨｚ
から５ＧＨｚ帯において、低損失で可変幅の広い温度安
定な可変静電容量素子の開発が強く望まれている。これ
らの要求に答えるものとして、図８に示すように、半導
体ダイオードのＰＮ接合を用いたバリアブルキャパシタ
ーが広く用いられている。この可変静電容量素子は小型
で安価であることが特徴である。
電子機器の小型化・高周波化・低電力化が急速に進んで
いる。その中で、可変静電容量素子の高性能化は他の素
子と比較すると遅れていると言える。特に、１０ＭＨｚ
から５ＧＨｚ帯において、低損失で可変幅の広い温度安
定な可変静電容量素子の開発が強く望まれている。これ
らの要求に答えるものとして、図８に示すように、半導
体ダイオードのＰＮ接合を用いたバリアブルキャパシタ
ーが広く用いられている。この可変静電容量素子は小型
で安価であることが特徴である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記バリアブ
ルキャパシターは半導体ダイオードに逆方向に電圧を加
えて、キャリアのない空乏層を形成させその厚みを前記
電圧の大きさで制御して実現しているものであり、材料
が半導体であることから、本質的に導体損による高周波
帯の損失が大きい及び温度変化が大きいという欠点があ
った。従って、本発明は、上記従来技術の欠点を改善
し、低損失でかつ変化幅の広い温度安定な可変静電容量
素子を提供することを目的とするものである。
ルキャパシターは半導体ダイオードに逆方向に電圧を加
えて、キャリアのない空乏層を形成させその厚みを前記
電圧の大きさで制御して実現しているものであり、材料
が半導体であることから、本質的に導体損による高周波
帯の損失が大きい及び温度変化が大きいという欠点があ
った。従って、本発明は、上記従来技術の欠点を改善
し、低損失でかつ変化幅の広い温度安定な可変静電容量
素子を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の可変静電容量素
子は、２枚の金属平板の間隔を変えることにより静電容
量を変化させる素子であって、前記平板の間隔を変える
手段として磁歪素子を用いることを特徴としている。
子は、２枚の金属平板の間隔を変えることにより静電容
量を変化させる素子であって、前記平板の間隔を変える
手段として磁歪素子を用いることを特徴としている。
【０００５】
【作用】上記構成によれば、損失の小さい絶縁体である
空気等を絶縁媒体とした平行平板コンデンサーの構造を
基本とし、かつ該平行平板の間隔を磁歪素子の変位で微
妙に変化できることから、低損失でかつ変化幅の広い温
度安定な可変静電容量素子を実現できる。
空気等を絶縁媒体とした平行平板コンデンサーの構造を
基本とし、かつ該平行平板の間隔を磁歪素子の変位で微
妙に変化できることから、低損失でかつ変化幅の広い温
度安定な可変静電容量素子を実現できる。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。図１は本発明の基本構成を説明する図で
ある。２枚の金属の平行平板３、３ａの間隔をｄ、それ
らの表面積をＳ、絶縁媒体１０の比誘電率をεとする
と、端子２、２ａ間の静電容量Ｃは
細に説明する。図１は本発明の基本構成を説明する図で
ある。２枚の金属の平行平板３、３ａの間隔をｄ、それ
らの表面積をＳ、絶縁媒体１０の比誘電率をεとする
と、端子２、２ａ間の静電容量Ｃは
【数１】Ｃ＝Ｋ1εεoＳ／ｄ で表せられる。ここで、εoは真空の誘電率、Ｋ1は１よ
り小さい比例係数である。一方の金属平板３は磁歪素子
４に固定されており、他方の金属平板３ａは構造体５に
固定されている。磁歪素子４は構造体５に固定され、２
枚の金属平板３、３ａの間隔ｄを形成している。磁歪素
子４は、コイルに電流Ｉを流すと矢印の方向にΔｄだけ
変位とする。このときの静電容量は
り小さい比例係数である。一方の金属平板３は磁歪素子
４に固定されており、他方の金属平板３ａは構造体５に
固定されている。磁歪素子４は構造体５に固定され、２
枚の金属平板３、３ａの間隔ｄを形成している。磁歪素
子４は、コイルに電流Ｉを流すと矢印の方向にΔｄだけ
変位とする。このときの静電容量は
【数２】Ｃ＝Ｋ1εεoＳ／（ｄ−Δｄ） となる。一般に、変位量Δｄは磁歪素子４の特性により
Δｄ＝Ｋ2Ｉ2のように、コイル電流Ｉの２乗に比例する
ので、数２は次のようになる。
Δｄ＝Ｋ2Ｉ2のように、コイル電流Ｉの２乗に比例する
ので、数２は次のようになる。
【数３】Ｃ＝Ｋ1εεoＳ／（ｄ−(Ｋ2Ｉ2)-1） このように、コイル電流Ｉを変化させることにより静電
容量Ｃを変化させることができる。特に、Ｉ＝√（ｄ／
Ｋ2）の近傍では静電容量Ｃは大きく変化する。図２は
本発明の一つの実施例である。これは、酸化物磁歪材料
である断面積５mm×５mmのＣo系フェライト磁歪素子４
ａを用いた場合である。Ｃo系フェライト磁歪素子４ａ
を巻回するコイル６の端子１１、１１ａには最大１０Ａ
の電流が流れる。これによりΔｄの最大値は１０μmが
得られた。金属平板３、３ａは５.５mm×５mmの断面積
を有する銅板を用いた。構造体５ａはＣo系フェライト
と同じ酸化物磁性材料であるＭnＺn系フェライトを用い
た。金属平板３ａの厚みを研磨により微妙に変化させ
て、２枚の金属平板の間隔ｄを約２０μmにセットし
た。図３は、図２の実施例の測定結果である。横軸にコ
イル電流Ｉを縦軸に端子２、２ａ間の静電容量Ｃを示
す。コイル電流を０から１０Ａに変化させることによ
り、静電容量Ｃを１０ｐＦから２０ｐＦに変化させるこ
とができた。一般に、電子部品は−２０〜６０℃の広い
温度範囲で使用される。図２に示す構造の可変静電容量
素子もこの温度範囲で安定に動作する必要がある。温度
が変化した場合、２枚の金属平板３、３ａの間隔ｄが変
化する。これは直接静電容量の変化となって現れる。代
表的な磁歪材料であるＣo系フェライトの熱膨張係数は
１×１０-6（％／℃）程度であり、磁歪素子４の長さを
３０mmとすると上記使用温度範囲で３μm近く長さが変
化する。これは、図２のようにｄ−δｄ＝１０μmに設
定した場合、その約３０％に相当する。これはそのまま
本発明素子の使用温度範囲を狭くするように作用し好ま
しくない。ｄ−δｄの温度変化が１５％以下であれば、
コイル電流Ｉの変化幅を多少拡大して対応できる。これ
を実現するためには、構造体５の熱膨張係数と磁歪素子
４の熱膨張係数をできるだけ同じにする必要がある。図
２の実施例では構造体５ａとして磁歪素子４ａと同じ種
類の磁歪効果の小さいＭnＺn系フェライトを用いたが、
なにも同じ種類の材質である必要はなく
、磁歪素子４ａとの熱膨張係数
の差が０.５×１０-6（％／℃）以下であれば、充分使
用に耐え得ることが分かった。図４は本発明のさらにも
う一つの実施例である。これは、磁歪素子として金属磁
性材料である断面積５mm×５mmのＮiＣo系合金４ｂを用
いた場合である。コイルには最大１０Ａの電流を流すこ
とにより、Δｄの最大値は５μmが得られた。金属平板
３、３ａは５.５mm×５mmの断面積を有する銅板を用い
た。構造体５ｂはＮiＣo系と同じ金属磁性材料である磁
歪効果の小さいＦeＮi合金を用いた。金属平板３ａの厚
みを研磨により微妙に変化させて、２枚の金属平板の間
隔ｄを約１０μmにセットした。図５は本発明のもう一
つの実施例である。これは、磁歪材料として金属間化合
物である断面積５mm×５mmのＴbＦeＣo系超磁歪素子４
ｃを用いた場合である。前実施例と同じようにコイル電
流を変化させることによりΔｄの最大値は１０μmが得
られた。金属平板３、３ａは５.５mm×５mmの断面積を
有する銅板を用いた。構造体５ｂは図４の実施例と同じ
金属磁性材料の磁歪効果の小さいＦeＮi合金を用いた。
金属平板３ａの厚みを研磨により微妙に変化させて、２
枚の金属平板の間隔ｄを約２０μmにセットした。図６
は本発明の実施例の構造を示す図である。２枚の金属平
板が変位して接近した場合、両方の電極が直接接触しな
いように、電極の表面をＳiＯ2等の絶縁膜９、９ａでコ
ーティングした場合を示す。図７は本発明の実施例の他
の構造を示す図である。２枚の金属平板３、３ａの間に
媒体として絶縁性液１０ａを浸した場合を示す。これに
より、２０μm程度のきわめて狭い間隔への水分の付着
を抑えることができた。一般に媒体である前記絶縁油１
０ａの誘電率は空気に比較して大きいので、大きな静電
容量を実現できるという利点もある。また、媒体が液体
であることから信頼性上の問題があると考えられるが、
真空装置等で使用される蒸気圧の低い絶縁油であれば、
ほとんど特性の変化は起こらなかった。さらに、２枚の
金属平板３、３ａの表面を前記絶縁油１０ａに対して濡
れ性がよくなるように改質しておくことによって、毛細
管現象により前記絶縁油１０ａを狭い領域に安定に閉じ
込めておくことが可能である。通常の振動試験の結果、
ほとんど本発明の可変静電容量素子の特性劣化はほとん
どなく、実用上問題はなかった。
容量Ｃを変化させることができる。特に、Ｉ＝√（ｄ／
Ｋ2）の近傍では静電容量Ｃは大きく変化する。図２は
本発明の一つの実施例である。これは、酸化物磁歪材料
である断面積５mm×５mmのＣo系フェライト磁歪素子４
ａを用いた場合である。Ｃo系フェライト磁歪素子４ａ
を巻回するコイル６の端子１１、１１ａには最大１０Ａ
の電流が流れる。これによりΔｄの最大値は１０μmが
得られた。金属平板３、３ａは５.５mm×５mmの断面積
を有する銅板を用いた。構造体５ａはＣo系フェライト
と同じ酸化物磁性材料であるＭnＺn系フェライトを用い
た。金属平板３ａの厚みを研磨により微妙に変化させ
て、２枚の金属平板の間隔ｄを約２０μmにセットし
た。図３は、図２の実施例の測定結果である。横軸にコ
イル電流Ｉを縦軸に端子２、２ａ間の静電容量Ｃを示
す。コイル電流を０から１０Ａに変化させることによ
り、静電容量Ｃを１０ｐＦから２０ｐＦに変化させるこ
とができた。一般に、電子部品は−２０〜６０℃の広い
温度範囲で使用される。図２に示す構造の可変静電容量
素子もこの温度範囲で安定に動作する必要がある。温度
が変化した場合、２枚の金属平板３、３ａの間隔ｄが変
化する。これは直接静電容量の変化となって現れる。代
表的な磁歪材料であるＣo系フェライトの熱膨張係数は
１×１０-6（％／℃）程度であり、磁歪素子４の長さを
３０mmとすると上記使用温度範囲で３μm近く長さが変
化する。これは、図２のようにｄ−δｄ＝１０μmに設
定した場合、その約３０％に相当する。これはそのまま
本発明素子の使用温度範囲を狭くするように作用し好ま
しくない。ｄ−δｄの温度変化が１５％以下であれば、
コイル電流Ｉの変化幅を多少拡大して対応できる。これ
を実現するためには、構造体５の熱膨張係数と磁歪素子
４の熱膨張係数をできるだけ同じにする必要がある。図
２の実施例では構造体５ａとして磁歪素子４ａと同じ種
類の磁歪効果の小さいＭnＺn系フェライトを用いたが、
なにも同じ種類の材質である必要はなく
、磁歪素子４ａとの熱膨張係数
の差が０.５×１０-6（％／℃）以下であれば、充分使
用に耐え得ることが分かった。図４は本発明のさらにも
う一つの実施例である。これは、磁歪素子として金属磁
性材料である断面積５mm×５mmのＮiＣo系合金４ｂを用
いた場合である。コイルには最大１０Ａの電流を流すこ
とにより、Δｄの最大値は５μmが得られた。金属平板
３、３ａは５.５mm×５mmの断面積を有する銅板を用い
た。構造体５ｂはＮiＣo系と同じ金属磁性材料である磁
歪効果の小さいＦeＮi合金を用いた。金属平板３ａの厚
みを研磨により微妙に変化させて、２枚の金属平板の間
隔ｄを約１０μmにセットした。図５は本発明のもう一
つの実施例である。これは、磁歪材料として金属間化合
物である断面積５mm×５mmのＴbＦeＣo系超磁歪素子４
ｃを用いた場合である。前実施例と同じようにコイル電
流を変化させることによりΔｄの最大値は１０μmが得
られた。金属平板３、３ａは５.５mm×５mmの断面積を
有する銅板を用いた。構造体５ｂは図４の実施例と同じ
金属磁性材料の磁歪効果の小さいＦeＮi合金を用いた。
金属平板３ａの厚みを研磨により微妙に変化させて、２
枚の金属平板の間隔ｄを約２０μmにセットした。図６
は本発明の実施例の構造を示す図である。２枚の金属平
板が変位して接近した場合、両方の電極が直接接触しな
いように、電極の表面をＳiＯ2等の絶縁膜９、９ａでコ
ーティングした場合を示す。図７は本発明の実施例の他
の構造を示す図である。２枚の金属平板３、３ａの間に
媒体として絶縁性液１０ａを浸した場合を示す。これに
より、２０μm程度のきわめて狭い間隔への水分の付着
を抑えることができた。一般に媒体である前記絶縁油１
０ａの誘電率は空気に比較して大きいので、大きな静電
容量を実現できるという利点もある。また、媒体が液体
であることから信頼性上の問題があると考えられるが、
真空装置等で使用される蒸気圧の低い絶縁油であれば、
ほとんど特性の変化は起こらなかった。さらに、２枚の
金属平板３、３ａの表面を前記絶縁油１０ａに対して濡
れ性がよくなるように改質しておくことによって、毛細
管現象により前記絶縁油１０ａを狭い領域に安定に閉じ
込めておくことが可能である。通常の振動試験の結果、
ほとんど本発明の可変静電容量素子の特性劣化はほとん
どなく、実用上問題はなかった。
【０００７】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術に比較し、低
損失の絶縁体を媒体とする平行平板コンデンサーを基本
構成とし、その平行平板の間隔を磁歪素子で微小変化さ
せることから、低損失で可変幅の広い温度安定な可変静
電容量素子を提供し得る。
損失の絶縁体を媒体とする平行平板コンデンサーを基本
構成とし、その平行平板の間隔を磁歪素子で微小変化さ
せることから、低損失で可変幅の広い温度安定な可変静
電容量素子を提供し得る。
【図１】本発明の基本構成の説明図である。
【図２】本発明の実施例の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例の特性図である。
【図４】本発明の実施例の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例の構造を示す断面図である。
【図８】従来技術を示す部品記号図
２ 端子 ３ 金属平板 ４ 磁歪素子 ５ 構造体 ６ コイル 10 絶縁媒体
Claims (8)
- 【請求項１】 ２枚の金属平板の間隔を変えることによ
り静電容量を変化させる素子であって、前記平板の間隔
を変える手段として磁歪素子を用いることを特徴とする
可変静電容量素子。 - 【請求項２】 前記２枚の金属平板の一方は全体の構造
体に固定され、他方は前記磁歪素子に固定されているこ
とを特徴とする請求項１の可変静電容量素子。 - 【請求項３】 前記構造体が磁性材料により構成されて
いることを特徴とする請求項２の可変静電容量素子。 - 【請求項４】 前記磁歪素子の熱膨張係数と前記構造体
の熱膨張係数の差が０.５×１０-6（％／℃）以下であ
ることを特徴とする請求項２の可変静電容量素子。 - 【請求項５】 前記磁歪素子を構成する材料が酸化物磁
性材料であることを特徴とする請求項１の可変静電容量
素子。 - 【請求項６】 前記磁歪素子を構成する材料が金属磁性
材料であることを特徴とする請求項１の可変静電容量素
子。 - 【請求項７】 前記２枚の金属平板の対向するそれぞれ
の表面に絶縁薄膜がコーティングされていることを特徴
とする請求項１の可変静電容量素子。 - 【請求項８】 前記金属平板の間に絶縁液が浸されてい
ることを特徴とする請求項１の可変静電容量素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17647392A JPH0620873A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 可変静電容量素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17647392A JPH0620873A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 可変静電容量素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0620873A true JPH0620873A (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=16014294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17647392A Pending JPH0620873A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 可変静電容量素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0620873A (ja) |
-
1992
- 1992-07-03 JP JP17647392A patent/JPH0620873A/ja active Pending
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