JP2018157013A - 可変コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の特定の静電容量のそれぞれを一定範囲で調整可能な可変コンデンサを提供する。
【解決手段】可変コンデンサ１は、並列接続された第１及び第２可変コンデンサ部２０、３０と容量調整機構４０と、を備える。第１可変コンデンサ部は、第１及び第２固定電極２１、２と、第１及び第２誘電体層２２と、第１及び第２誘電体層間にスライド可能に設けられており、容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第１可動電極２３とを有する。第２可変コンデンサ部は、第１固定電極に電気的に接続された第３固定電極３１と、第２固定電極に電気的に接続された第４固定電極２と、第３及び第４誘電体層３２と、第３及び第４誘電体層間にスライド可能に設けられており、容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第２可動電極３３と、を有する。第２可変コンデンサ部の最大静電容量は、第１可変コンデンサ部の最大静電容量より小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変コンデンサに関する。

本技術分野の技術として、特許文献１に記載されているコンデンサがある。特許文献１のコンデンサは、固定コンデンサと可変コンデンサの双方を含む。このコンデンサでは、固定コンデンサで大きな静電容量を提供する一方、可変コンデンサで静電容量を微調整できる。

特開平１０−１４４５６７号公報

特許文献１に記載のコンデンサの構成では、固定コンデンサの静電容量に応じて規定される特定の静電容量（特許文献１の可変容量の中心値）に対して、静電容量を微調整可能である。したがって、上記特定の静電容量を必要とする回路又は装置には適用できる。しかしながら、要求されている特定の静電容量が異なる他の回路又は装置には、可変コンデンサの微調整では対応できず、異なる固定コンデンサを用いた他のコンデンサを準備する必要があった。或いは、同じ装置でも異なる条件で駆動する場合などにおいて、要求されている特定の静電容量が異なる場合にも、異なる固定コンデンサを用いた他のコンデンサを準備する必要があった。

そこで、本発明は、複数の特定の静電容量のそれぞれを一定範囲で調整可能な可変コンデンサを提供する。

本発明の一側面に係る可変コンデンサは、第１可変コンデンサ部と、上記第１可変コンデンサ部に電気的に並列接続された第２可変コンデンサ部と、上記第１可変コンデンサ及び上記第２可変コンデンサの静電容量をそれぞれ調整する容量調整機構と、を備え、上記第１可変コンデンサ部は、第１固定電極と、上記第１固定電極と対向配置された第２固定電極と、上記第１固定電極と上記第２固定電極との間に上記第１固定電極に接して設けられた第１誘電体層と、上記第１固定電極と上記第２固定電極との間に上記第２固定電極に接して設けられた第２誘電体層と、上記第１誘電体層と上記第２誘電体層の間に上記第１誘電体層及び上記第２誘電体層に対してスライド可能に設けられており、上記容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第１可動電極と、を有し、上記第２可変コンデンサ部は、上記第１固定電極に電気的に接続された第３固定電極と、上記第３固定電極と対向配置されており上記第２固定電極に電気的に接続された第４固定電極と、上記第３固定電極と上記第４固定電極との間に上記第３固定電極に接して設けられた第３誘電体層と、上記第３固定電極と上記第４固定電極との間に上記第４固定電極に接して設けられた第４誘電体層と、上記第３誘電体層と上記第４誘電体層の間に上記第３誘電体層及び上記第４誘電体層に対してスライド可能に設けられており、上記容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第２可動電極と、を有し、上記第２可変コンデンサ部の最大静電容量は、上記第１可変コンデンサ部の最大静電容量より小さい。

上記構成では、第１可変コンデンサ部の静電容量は第１可動電極をスライドすることで調整され、第２可変コンデンサ部の静電容量は第２可動電極をスライドさせることで調整される。第１可変コンデンサ部及び第２可変コンデンサ部が並列接続されていることから、可変コンデンサの静電容量は、第１可変コンデンサ部及び第２可変コンデンサ部それぞれ静電容量を変化させることで調整され得る。上記第２可変コンデンサ部の最大静電容量は、上記第１可変コンデンサ部の最大静電容量より小さいことから、例えば、第１可変コンデンサ部で、ある特定の静電容量に可変コンデンサを設定した後、第２可変コンデンサ部で可変コンデンサの静電容量を微調整可能である。第１可変コンデンサ部で設定するある特定の静電容量は第１可動電極をスライドさせることで設定され得るので、可変コンデンサでは、複数の特定の静電容量のそれぞれを一定範囲で調整可能である。

上記第２固定電極と上記第４固定電極とは共通の電極であってもよい。これにより、部品点数を削減できる。

上記第２可変コンデンサ部は、上記第１可変コンデンサ部に積層されていてもよい。これにり、可変コンデンサのコンパクト化が図れる。

上記第１誘電体層の比誘電率と上記第２誘電体層の比誘電率は同じであってもよい。これにより、第１可変コンデンサ部の設計が容易であるととともに、第１可変コンデンサ部に使用する複数の誘電体層を準備し易い。

上記第３誘電体層の比誘電率と上記第４誘電体層の比誘電率は同じであってもよい。これにより、第２可変コンデンサ部の設計が容易であるととともに、第２可変コンデンサ部に使用する複数の誘電体層を準備し易い。

上記第１誘電体層の比誘電率と上記第２誘電体層の比誘電率は同じであり、上記第３誘電体層の比誘電率と上記第４誘電体層の比誘電率は同じであり、上記第３誘電体層の比誘電率は上記第１誘電体層の比誘電率より小さくてもよい。これにより、第１可変コンデンサ部及び第２可変コンデンサ部の設計が容易であるととともに、第１可変コンデンサ部及び第２可変コンデンサ部に使用する複数の誘電体層を準備し易い。更に、上記第３誘電体層の比誘電率が上記第１誘電体層の比誘電率より小さいことから、第２可変コンデンサ部の最大静電容量を第１可変コンデンサ部の最大静電容量より小さくできる。

上記容量調整機構は、上記第１可動電極のスライド方向の位置を調整する第１位置調整部と、上記第２可動電極のスライド方向の位置を調整する第２位置調整部と、を有してもよい。この場合、容量調整機構は、上記第１位置調整部と上記第２位置調整部とを切り替える切替部を更に有してもよい。容量調整機構が切替部を有する形態では、切替部で、上記第１位置調整部と上記第２位置調整部とを切替可能であるので、可変コンデンサを駆動するための構成を簡易にし得る。

上記第１可変コンデンサ部は、上記第１固定電極からみて上記第２固定電極と反対側に上記第１固定電極と対向配置されており上記第２固定電極と電気的に接続された第５固定電極と、上記第１固定電極と上記第５固定電極との間に上記第１固定電極に接して設けられた第５誘電体層と、上記第１固定電極と上記第５固定電極との間に上記第５固定電極に接して設けられた第６誘電体層と、上記第５誘電体層と上記第６誘電体層の間に上記第５誘電体層及び上記第６誘電体層に対してスライド可能に設けられており、上記容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第３可動電極と、を有してもよい。この構成では、第２可変コンデンサ部に対して最大静電容量が大きい第１可変コンデンサ部を実現し易い。

上記第１誘電体層、上記第２誘電体層、上記第５誘電体層及び上記第６誘電体層の比誘電率は同じであり、上記第３誘電体層の比誘電率と上記第４誘電体層の比誘電率は同じであり、上記第３誘電体層の比誘電率は上記第１誘電体層の比誘電率より小さくてもよい。これにより、第１可変コンデンサ部及び第２可変コンデンサ部の設計が容易であるととともに、第１可変コンデンサ部及び第２可変コンデンサ部に使用する複数の誘電体層を準備し易い。更に、上記第３誘電体層の比誘電率が上記第１誘電体層の比誘電率より小さいことから、第２可変コンデンサ部の最大静電容量を第１可変コンデンサ部の最大静電容量より小さくできる。

本発明によれば、複数の特定の静電容量のそれぞれを一定範囲で調整可能な可変コンデンサを提供できる。

図１は、第１実施形態に係る可変コンデンサの一例の模式図である。 図２は、図１に示した可変コンデンサの上面図である。 図３は、図１に示した可変コンデンサを図１のＡ方向から見た場合の図面である。 図４は、第１実施形態に係る可変コンデンサの一例における静電容量の変化を示す図面である。 図５は、第２実施形態に係る可変コンデンサの模式図である。 図６は、図５に示した可変コンデンサを図５のＡ方向から見た場合の図面である。 図７は、第２実施形態に係る可変コンデンサの一例における静電容量の変化を示す図面である。 図８は、第３実施形態に係る可変コンデンサの一例の模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。同一の要素には同一符号を付する。重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。

（第１実施形態）
図１〜図３を利用して、第１実施形態に係る可変コンデンサ１を説明する。図１は、可変コンデンサ１の模式図であり、図２のＩ―Ｉ線に沿った断面構成を模式的に示している。図２は、図１に示した可変コンデンサ１の上面図である。図３は、可変コンデンサ１を図１のＡ方向から見た場合の図面である。説明の便宜のため、図１〜図３に示したような互いに直交する３つの方向をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向と称す場合もある。

可変コンデンサ１は、ケース１０と、第１可変コンデンサ部２０と、第２可変コンデンサ部３０と、容量調整機構４０とを備える。

ケース１０は、中空箱状を呈しており、第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０を収容する。ケース１０は、底板１１、天板１２と、４つの側壁１３，１４，１５，１６とを有する。側壁１３と側壁１４とは対向しており、側壁１５と側壁１６とが対向している。底板１１、天板１２及び側壁１３，１４，１５，１６の材料は絶縁材料である。

第１可変コンデンサ部２０は静電容量の粗調整用の可変コンデンサとして機能し、第２可変コンデンサ部３０は静電容量の微調整用のコンデンサとして機能する。第２可変コンデンサ部３０は、第１可変コンデンサ部２０と共通の電極である共通電極板（第２固定電極、第４固定電極）２を介して第１可変コンデンサ部２０上に積層されている。第１実施形態において、第１可変コンデンサ部２０と第２可変コンデンサ部３０の積層方向がＺ方向である。

第１可変コンデンサ部２０は、第１電極板（第１固定電極）２１と、共通電極板（第２固定電極）２と、一対の誘電体層２２と、第１可動電極板（第１可動電極）２３とを有する。

第１電極板２１及び共通電極板２は金属板であり、対向且つ平行に配置されている。第１電極板２１及び共通電極板２の材料は同じであり得る。第１電極板２１及び共通電極板２は可変コンデンサ１への電力供給用の電極として機能する。Ｘ方向において、第１電極板２１の側壁１４側の端面の位置は、共通電極板２の対応する端面の位置と同じである。第１電極板２１の一端は、ケース１０の側壁１３からケース１０外部に引き出されている。共通電極板２の一端は、ケース１０の側壁１５からケース１０外部に引き出されている。第１電極板２１及び共通電極板２のうちケース１０からの露出部分は、可変コンデンサ１の外部接続領域として機能する。共通電極板２のうちケース１０からの露出部分には、配線、ブッシュなどを接続するための接続孔４ａ（図２参照）が形成されていてもよい。

一対の誘電体層２２のうちの一方の誘電体層（第１誘電体層）２２は、第１電極板２１の第１主面２１ａ上に形成されている。第１主面２１ａに形成された誘電体層２２は、第１主面２１ａに接している。一対の誘電体層２２のうち他方の誘電体層（第２誘電体層）２２は、共通電極板２の第１主面２ａに形成されている。第１主面２ａに形成された誘電体層２２は第１主面２ａに接している。第１主面２ａとそれに対応する誘電体層２２との接触面積は、第１主面２１ａとそれに対応する誘電体層２２との接触面積と同じである。

一対の誘電体層２２のそれぞれの側壁１４側の端面は、対応する第１電極板２１及び共通電極板２の端面と面一である。誘電体層２２の平面視形状（Ｚ方向から見た形状）は、矩形又は正方形であり、Ｚ方向から見た場合の一対の誘電体層２２の配置状態（大きさを含む）は同じである。

誘電体層２２は例えばセラミック層である。２つの誘電体層２２の厚さ及び比誘電率（真空誘電率に対する誘電体層２２の誘電率の比）ε_ｒ１は同じである。誘電体層２２の厚さの例は０．５ｍｍ〜２ｍｍである。誘電体層２２の比誘電率ε_ｒ１は、例えば１〜４０である。

第１可動電極板２３は金属板である。第１可動電極板２３の材料は、第１電極板２１の材料と同じであり得る。第１可動電極板２３は、２つの誘電体層２２の間に、それらに接するとともに、それらに対してスライド可能に設けられている。第１実施形態において、第１可動電極板２３のスライド方向がＸ方向である。第１可動電極板２３のＸ方向の長さは誘電体層２２の長さより長く、第１可動電極板２３の一端はケース１０の側壁１４から引き出されている。第１可動電極板２３は側壁１４に対してもスライド可能に設けられている。

上記第１可変コンデンサ部２０の構成では、第１電極板２１と共通電極板２との間に、第１電極板２１側から順に、誘電体層２２、第１可動電極板２３及び誘電体層２２が積層されている。この構成では、第１電極板２１と誘電体層２２と第１可動電極板２３とが一つのコンデンサ（以下、「第１サブコンデンサ」と称す）を構成し、第１可動電極板２３と誘電体層２２と共通電極板２とが一つのコンデンサ（以下、「第２サブコンデンサ」とも称す）を構成している。本実施形態において第１サブコンデンサ及び第２サブコンデンサの構成は同じであり直列接続されている。第１可変コンデンサ部２０の静電容量をＣとし、真空誘電率をε０とし、空気の比誘電率をε_ｒ０とし、誘電体層２２のうち第１可動電極板２３側の面において第１可動電極板２３と接触している領域の面積をＳ１とし、誘電体層２２のうち第１可動電極板２３側の面において第１可動電極板２３と接していない領域の面積をＳ２とし、誘電体層２２の厚さをｄとし、第１可動電極板２３の厚さをｄ０とした場合、静電容量Ｃは、式（１）で表される。

上記式（１）において、面積Ｓ１及び面積Ｓ２以外は定数であり、面積Ｓ１及び面積Ｓ２は、第１可動電極板２３と、誘電体層２２との重複領域の長さＬ１（ｍｍ）に応じて決定される。したがって、第１可変コンデンサ部２０の静電容量も、第１可動電極板２３と、誘電体層２２との重複領域の長さＬ１に応じて決定される。具体的には、長さＬ１が０の場合、すなわち、第１可動電極板２３が誘電体層２２と接触していない状態で、第１可変コンデンサ部２０の静電容量は最小であり、第１可動電極板２３がケース１０内に最も挿入された状態で、第１可変コンデンサ部２０の静電容量は最大である。従って、第１可変コンデンサ部２０の静電容量は、第１可動電極板２３のスライドによって長さＬ１を変化させることで調整され得る。長さＬ１の例は、０ｍｍ〜５０ｍｍである。

第２可変コンデンサ部３０は、第１可変コンデンサ部２０の共通電極板（第４固定電極）２を電極として有し、第１可変コンデンサ部２０に積層されている。第２可変コンデンサ部３０は、共通電極板２と、第２電極板（第３固定電極）３１と、一対の誘電体層３２と、第２可動電極板（第２可動電極）３３とを有する。

第２電極板３１は金属板である。第２電極板３１は、共通電極板２からみて第１可変コンデンサ部２０と反対側に配置されており、更に、共通電極板２と対向且つ平行に配置されている。第２電極板３１の材料は第１電極板２１と同じであり得る。第２電極板３１も共通電極板２とともに可変コンデンサ１への電力供給用の電極として機能する。Ｘ方向において、第２電極板３１の側壁１４側の端面の位置は、共通電極板２の対応する端面の位置と同じである。第２電極板３１の一端は、ケース１０の側壁１３からケース１０外部に引き出されている。第２電極板３１のうちケース１０からの露出部分は、可変コンデンサ１の外部接続領域として機能する。第２電極板３１のうちケース１０からの露出部分には、配線、ブッシュなどを接続するための接続孔４ｂ（図２参照）が形成されていてもよい。第２電極板３１は、ケース１０の外側で第１電極板２１と電気的に接続されている。一実施形態において、図３に示したように、第２電極板３１は第１電極板２１と導電板３で連結されている。この場合、第１電極板２１、導電板３及び第２電極板３１は、一つのＵ字状の電極部材とみなし得る。導電板３の材料は、第１電極板２１及び第２電極板３１と同じであり得る。よって、接続孔４ｂは、第１電極板２１又は導電板３に形成されていてもよい。

一対の誘電体層３２のうちの一方の誘電体層（第３誘電体層）３２は、第２電極板３１の第１主面３１ａ上に形成されている。第１主面３１ａに形成された誘電体層３２は、第１主面３１ａに接している。一対の誘電体層３２のうち他方の誘電体層（第４誘電体層）３２は、共通電極板２の第２主面２ｂ上に形成されている。第２主面２ｂに形成された誘電体層３２は第２主面２ｂに接している。第２主面２ｂとそれに対応する誘電体層３２との接触面積は、第１主面３１ａとそれに対応する誘電体層３２との接触面積と同じである。

一対の誘電体層３２のそれぞれの側壁１４側の端面は、対応する第２電極板３１及び共通電極板２の端面と面一である。誘電体層３２の平面視形状（Ｚ方向から見た形状）は、誘電体層２２と同じであり、Ｚ方向から見た場合の一対の誘電体層３２の配置状態（大きさを含む）も、一対の誘電体層２２の配置状態と同じである。

誘電体層３２は例えばセラミック層である。２つの誘電体層３２の比誘電率（真空誘電率に対する誘電体層３２の誘電率の比）ε_ｒ２は同じである。誘電体層３２の厚さは、誘電体層２２の厚さと同じである。誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２は、誘電体層２２の比誘電率ε_ｒ１より小さい。比誘電率ε_ｒ２は例えば１〜４０である。例えば、比誘電率ε_ｒ２が１〜４０である場合、それらのうち比誘電率ε_ｒ１より小さい値が選択され得る。

第２可動電極板３３は金属板である。第２可動電極板３３の材料は、第１電極板２１の材料と同じであり得る。第２可動電極板３３は、２つの誘電体層３２の間に、それらに接するとともに、それらに対してＸ方向にスライド可能に設けられている。第２可動電極板３３のＸ方向の長さは誘電体層３２の長さより長く、第２可動電極板３３の一端はケース１０の側壁１４から引き出されている。第２可動電極板３３は側壁１４に対してもスライド可能に設けられている。

上記第２可変コンデンサ部３０の構成は、誘電体層２２の代わりに誘電体層３２を使用した点以外は、共通電極板２に対して第１可変コンデンサ部２０を反転させた構成に対応する。

上記第２可変コンデンサ部３０の構成では、第２電極板３１と共通電極板２との間に、共通電極板２側から順に、誘電体層３２、第２可動電極板３３及び誘電体層３２が積層されている。この構成では、共通電極板２と誘電体層３２と第２可動電極板３３とが一つのコンデンサ（以下、「第３サブコンデンサ」と称す）を構成し、第２可動電極板３３と誘電体層３２と第２電極板３１とが一つのコンデンサ（以下、「第４サブコンデンサ」とも称す）を構成している。本実施形態において、第３サブコンデンサ及び第４サブコンデンサの構成は同じであり直列接続されている。第２可変コンデンサ部３０の静電容量は、式（１）において誘電体層２２の比誘電率ε_ｒ１の代わりに、誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２を使用した式で定義される。

そのため、第２可変コンデンサ部３０の静電容量は、第２可動電極板３３と、誘電体層３２との重複領域の長さＬ２（ｍｍ）に応じて決定される。具体的には、長さＬ２が０の場合、すなわち、第２可動電極板３３が誘電体層３２と接触していない状態で第２可変コンデンサ部３０の静電容量は最小であり、第２可動電極板３３がケース１０内に最も挿入された状態で、第２可変コンデンサ部３０の静電容量は最大である。従って、第２可変コンデンサ部３０の静電容量は、第２可動電極板３３のスライドによって長さＬ２を変化させることで調整され得る。長さＬ２の変動量は長さＬ１の変動量と同じである。

第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０の構成は、誘電体層２２及び誘電体層３２の比誘電率の点以外は実質的に同じであり、誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２は誘電体層２２の比誘電率ε_ｒ１より小さいことから、第２可変コンデンサ部３０の最大静電容量は、第１可変コンデンサ部２０の最大静電容量より小さい。そのため、第２可変コンデンサ部３０の静電容量の可変量は、第１可変コンデンサ部２０の静電容量の可変量より小さく、第２可変コンデンサ部３０は、第１可変コンデンサ部２０の静電容量に対して静電容量を微調整する機能を有し得る。

容量調整機構４０は、第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０それぞれの静電容量を調整する。容量調整機構４０は、第１位置調整部５０と、第２位置調整部６０とを有する。

第１位置調整部５０は、第１可動電極板２３のスライド方向（Ｘ方向）の位置を調整することで、第１可変コンデンサ部２０の静電容量を調整する。第１位置調整部５０は、第１可動電極板２３と平行に配置されており一方向に延在した棒状のネジ体５１を有する。ネジ体５１は、ケース１０の底板１１の外面に固定された支持体５２に支持されている。ネジ体５１は、その軸周りの回転に伴って支持体５２に対してネジ体５１の軸方向に移動可能に支持体５２に支持されている。ネジ体５１には、第１電極板２１とネジ体５１とを連結する連結部５３が設けられている。連結部５３は、ネジ体５１の移動に応じてネジ体５１とともに移動するようにネジ体５１に取り付けられている。よって、ネジ体５１を回転駆動することでネジ体５１を軸方向に移動させると、第１可動電極板２３がスライドし、長さＬ１が調整される。ネジ体５１は、例えばネジ体５１にモータを接続して駆動され得る。ネジ体５１の一端につまみを設け、つまみを手動で回してネジ体５１を回転駆動してもうよい。

第２位置調整部６０は、第２可動電極板３３のスライド方向（Ｘ方向）の位置を調整することで、第２可変コンデンサ部３０の静電容量を調整する。第２位置調整部６０は、第２可動電極板３３と平行に配置されており一方向に延在した棒状のネジ体６１を有する。ネジ体６１は、ケース１０の天板１２の外面に固定された支持体６２に支持されている。ネジ体６１は、その軸周りの回転に伴って支持体６２に対してネジ体６１の軸方向に移動可能に支持体６２に支持されている。ネジ体６１には、第２電極板３１とネジ体６１とを連結する連結部６３が設けられている。連結部６３は、ネジ体６１の移動に応じてネジ体６１とともに移動するようにネジ体６１に取り付けられている。よって、ネジ体６１を回転駆動することでネジ体６１を軸方向に移動させると、第２可動電極板３３がスライドし、長さＬ２が調整される。ネジ体６１の回転駆動方法は、ネジ体５１の場合と同様とし得る。

上記可変コンデンサ１では、第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０が並列接続されているので、第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０それぞれの静電容量で、可変コンデンサ１の静電容量を決定できる。第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０それぞれは、容量調整機構４０で、第１可動電極板２３及び第２可動電極板３３のスライド位置を調整することで、静電容量を調整可能に構成されている。すなわち、第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０は、スライド式の可変コンデンサとして機能する。

第２可変コンデンサ部３０の最大静電容量は、第１可変コンデンサ部２０の最大静電容量よりも小さい。換言すれば、第１可変コンデンサ部２０の最大静電容量は、第２可変コンデンサ部３０の最大静電容量より大きい。従って、第１可変コンデンサ部２０を静電容量の粗調整（例えば０〜数百ｐＦの範囲での調整）に使用し、第２可変コンデンサ部３０を微調整（例えば、数ｐＦ程度の調整）に使用できる。

よって、可変コンデンサ１で所望の静電容量を実現する場合、例えば、次のように可変コンデンサ１を制御すればよい。

まず、第１可変コンデンサ部２０の第１可動電極板２３をスライドさせて、ある特定の静電容量（可変コンデンサ１で実現したいおおよその静電容量）を実現する。その後、第２可変コンデンサ部３０の第２可動電極板３３をスライドさせて、可変コンデンサ１全体として所望の静電容量になるように、上記ある特定の静電容量を微調整する。

上記特定の静電容量は、第１可動電極板２３のスライド量で決定されるので、第１可動電極板２３のスライド量に応じた複数の特定の静電容量に対して、可変コンデンサ１全体としての静電容量を微調整可能である。そのため、例えばＲＦ整合において、装置（例えばプラズマ処理装置など）が異なったり、ある特定の装置内での実験条件、製造条件などが異なったりして、要求される静電容量が異なっていても、一つの可変コンデンサ１でＲＦ整合を精度良く実施可能である。すなわち、可変コンデンサ１は汎用性を有する。

第１可変コンデンサ部２０で静電容量を粗く調整し、第２可変コンデンサ部３０で微調整可能であることから、可変コンデンサ１全体の静電容量の変動量が大きい。

図４を参照して、可変コンデンサ１で実現可能な静電容量の変化をより具体的に説明する。図４は、可変コンデンサ１の一例で実現可能な静電容量を示す図面であり、横軸は、長さＬ１と長さＬ２の和を示している。図４は、誘電体層２２の代わりに誘電体層３２を使用した点以外は、共通電極板２に対して第１可変コンデンサ部２０を反転させた構成を有しており、以下の条件で可変コンデンサ１を設計した場合の計算結果を示している。
誘電体層２２の比誘電率ε_ｒ１：４０
誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２：１
誘電体層２２及び誘電体層３２の厚さ：０．５ｍｍ
長さＬ１及び長さＬ２の最大値：５０ｍｍ
第１電極板２１、共通電極板２及び第２電極板３１それぞれと、対応する誘電体層２２及び誘電体層３２の接触面積：５０（ｍｍ）×５０（ｍｍ）

図４中の実線αは、長さＬ２を０とし、長さＬ１を０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で変化させた場合の可変コンデンサ１の静電容量の変化を示している。実線αは、長さＬ２が０であるため、第１可変コンデンサ部２０の静電容量の変化に対応する。誘電体層２２の比誘電率ε_ｒ１が４０と比較的大きいことから、第１可変コンデンサ部２０の静電容量の可変量は大きい。具体的には、長さＬ１を最大５０ｍｍまで変化させることで、４ｐＦから５２５ｐＦまで静電容量が変化する。

図４中の破線β１、破線β２及び破線β３は、長さＬ１を一定の値に固定した状態で、長さＬ２を変化させた場合の可変コンデンサ１の静電容量の変化を示している。具体的には、破線β１、破線β２及び破線β３それぞれは、長さＬ１を５０ｍｍ、３０ｍｍ及び０ｍｍに固定した場合の可変コンデンサ１の静電容量の変化を示している。長さＬ１が一定値であるため、破線β１、破線β２及び破線β３は、第２可変コンデンサ部３０の静電容量の変化に対応する。誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２が１と比較的小さい（比誘電率ε_ｒ１に対して小さい）ことから、第２可変コンデンサ部３０の静電容量の可変量は小さい。具体的には、長さＬ２を最大５０ｍｍまで変化させることで、第２可変コンデンサ部３０の静電容量は、３．５ｐＦから４４ｐＦまで変化する。

図４から理解されるように、長さＬ１及び長さＬ２をそれぞれ５０ｍｍとした場合、すなわち、長さＬ１及び長さＬ２の和が１００ｍｍである場合の静電容量が、可変コンデンサ１の最大静電容量であり、図４の場合、最大静電容量は５６９ｐＦである。換言すれば、図４の計算に使用した可変コンデンサ１では、５６９ｐＦまで静電容量を調整可能である。

図１に示したように、可変コンデンサ１が、第１可変コンデンサ部２０と第２可変コンデンサ部３０との積層構造を有する形態では、可変コンデンサ１のコンパクト化が図れている。例えば、Ｚ方向からみた場合、可変コンデンサ１の設置面積を小さくできる。

上記第２可変コンデンサ部３０の構成が、誘電体層２２の代わりに誘電体層３２を使用した点以外は、共通電極板２に対して第１可変コンデンサ部２０を反転させた構成に対応する形態では、誘電体層以外は、同じ部品を使用できる。そのため、部品種類の削減を図れるとともに、前述したようにコンパクト化が図れる。このように、第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０の違いが実質的に誘電体層２２と誘電体層３２の比誘電率の違いのみである場合でも、その比誘電率の違いによって、可変コンデンサ１は前述した作用効果を奏する。

（第２実施形態）
図５は第２実施形態に係る可変コンデンサ１Ａの模式図であり、図６は、図５のＡ方向からみた場合の図面である。可変コンデンサ１Ａは、第１可変コンデンサ部２０の代わりに第１可変コンデンサ部２０Ａを備える点で、可変コンデンサ１と相違する。この相違点を中心にして可変コンデンサ１Ａを説明する。第２実施形態でも第１実施形態と同様のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を用いて説明する場合もある。

第１可変コンデンサ部２０Ａは、第１可変コンデンサ部２０の構成に加えて、第３電極板（第５固定電極）２４と、一対の誘電体層２５と、第３可動電極板（第３可動電極）２６と、を有する点で、第１可変コンデンサ部２０と相違する。

第３電極板２４は金属板である。第３電極板２４は、第１電極板２１からみて第２可変コンデンサ部３０と反対側に配置されており、更に、第１電極板２１と対向且つ平行に配置されている。第３電極板２４の材料は第１電極板２１と同じであり得る。第３電極板２４の一端は、ケース１０の側壁１５からケース１０外部に引き出されている。第３電極板２４は、ケース１０の外側で共通電極板２と電気的に接続されている。一実施形態において、第３電極板２４は共通電極板２と導電板５で連結されている。この場合、第３電極板２４、導電板５及び共通電極板２は、一つのＵ字状の電極部材とみなし得る。導電板５の材料は、第３電極板２４及び共通電極板２と同じであり得る。

一対の誘電体層２５のうちの一方の誘電体層（第５誘電体層）２５は、第１電極板２１の第２主面２１ｂに接して形成されている。一対の誘電体層２５のうちの他方の誘電体層（第６誘電体層）２５は、第３電極板２４の第１主面２４ａ上に形成されている。誘電体層２５の平面視形状（Ｚ方向から見た形状）は誘電体層２２と同じあり、Ｚ方向から見た場合の一対の誘電体層２５の配置状態（大きさを含む）も誘電体層２２の場合と同じである。誘電体層２５は例えばセラミック層であり、誘電体層２２及び誘電体層２５の構成（材料、厚さを含む）は同じである。よって、誘電体層２５の比誘電率も、誘電体層２２の比誘電率ε_ｒ１と同じである。

第３可動電極板２６は金属板である。第３可動電極板２６の材料は、第１電極板２１の材料と同じであり得る。第３可動電極板２６は、一対の誘電体層２５の間に、それらに接するとともに、それらに対してスライド可能に設けられている。第３可動電極板２６の一端はケース１０の側壁１４から引き出されており、第３可動電極板２６はケース１０に対してもスライド可能に設けられている。

可変コンデンサ１Ａにおいて、第１位置調整部５０が有する連結部５３は、第１可動電極板２３及び第３可動電極板２６と、ネジ体５１とを連結している。例えば、連結部５３は、第３可動電極板２６を貫通して第１可動電極板２３に接続されている。この構成では、第１可動電極板２３と第３電極板２４は第１位置調整部５０によって一緒にスライドされる。

上記第１可変コンデンサ部２０Ａの構成では、第１電極板２１と第３電極板２４との間に、第１電極板２１側から順に、誘電体層２５、第３可動電極板２６及び誘電体層２５が積層されている。この構成では、第１電極板２１と誘電体層２５と第３可動電極板２６とが一つのコンデンサ（以下、「第５サブコンデンサ」と称す）を構成し、第３可動電極板２６と誘電体層２５と第３電極板２４とが一つのコンデンサ（以下、「第６サブコンデンサ」とも称す）を構成する。すなわち、第１可変コンデンサ部２０Ａは、第１実施形態で説明した第１可変コンデンサ部２０が備える第１サブコンデンサ及び第２サブコンデンサに加えて、第５サブコンデンサ及び第６サブコンデンサを有する。

本実施形態において、第５及び第６サブコンデンサの構成は第１及び第２サブコンデンサの構成と同じである。第５及び第６サブコンデンサの静電容量は、第１及び第２サブコンデンサの場合と同様に、第３可動電極板２６と、誘電体層２５との重複領域の長さＬ１で決定される。第１可変コンデンサ部２０Ａの静電容量は、第１可動電極板２３及び第３可動電極板２６のスライドによって長さＬ１を変化させることで調整され得る。

可変コンデンサ１Ａは、第１可変コンデンサ部２０の代わりに第１可変コンデンサ部２０Ａを備える点で、可変コンデンサ１と実質的に相違する。そして、第１可変コンデンサ部２０Ａの構成は、第１可変コンデンサ部２０に対して第３電極板２４と、一対の誘電体層２５と、第３可動電極板２６とを更に有する点以外の構成は同じである。したがって、可変コンデンサ１Ａは、少なくとも可変コンデンサ１の場合と同様の作用効果を有する。

第１可変コンデンサ部２０Ａでは、共通電極板２と第３電極板２４とが電気的に接続されていることから、第１サブコンデンサと第２サブコンデンサの直列構造（直列回路に相当）と、第５サブコンデンサ及び第６サブコンデンサの直列構造（直列回路に相当）とが電気的に並列接続された構造を有する。そのため、第１可変コンデンサ部２０Ａの最大静電容量は、第１可変コンデンサ部２０の最大静電容量より大きく、可変コンデンサ１Ａでの静電容量の最大静電容量及びそれに伴う容量の可変量も可変コンデンサ１より大きい。

図７を参照して、可変コンデンサ１Ａで実現可能な静電容量の変化をより具体的に説明する。図７は、可変コンデンサ１Ａの一例で実現可能な静電容量を示す図面であり、横軸は、長さＬ１と長さＬ２の和を示している。図７は、第１可変コンデンサ部２０の代わりに第１可変コンデンサ部２０Ａを用いた点以外は、図４に示した計算用の可変コンデンサ１の場合と同様の条件で設計した可変コンデンサ１Ａに対する計算結果を示している。前述したように、誘電体層２５の構成等は、誘電体層２２の構成等と同じとした。

図７中の実線が可変コンデンサ１Ａの静電容量の変化を示しており、図４の実線αと破線β１とで構成される変化曲線に対応する。すなわち、図７中の実線は、長さＬ１を５０ｍｍまで変化させた後に、長さＬ２を５０ｍｍまで変化させた場合の可変コンデンサ１Ａの静電容量の変化を示している。図７中の破線は、比較のために、可変コンデンサ１の静電容量の変化を示しており、図４の実線α及び破線β１を繋げた変化曲線を表している。

図７に示したように、可変コンデンサ１Ａでは、可変コンデンサ１の場合より大きな静電容量を実現できており、第１可変コンデンサ部２０Ａでは、第１可変コンデンサ部２０の場合より大きな静電容量の可変量を実現できている。

第２実施形態では、誘電体層２２（及び誘電体層２５）の比誘電率ε_ｒ１が、誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２より大きい場合を例示して説明した。しかしながら、可変コンデンサ１Ａの構成では、誘電体層２２（及び誘電体層２５）の比誘電率ε_ｒ１と、誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２とは同じでもよい。この場合でも、誘電体層２５及び第３可動電極板２６を第１可変コンデンサ部２０Ａが有することから、第１可変コンデンサ部２０Ａの最大静電容量を、第２可変コンデンサ部３０の最大静電容量より大きくできる。誘電体層２２（及び誘電体層２５）の比誘電率ε_ｒ１と、誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２との差が小さい場合について同様である。

従って、第２実施形態の構成は、使用可能（又は準備可能）な誘電体層が１種類しかない場合、使用可能（又は準備可能）な誘電体層２２（及び誘電体層２５）の比誘電率ε_ｒ１と、誘電体層３２の比誘電率ε_ｒ２の差が小さい場合、比誘電率ε_ｒ１が小さい場合などに、特に有効な構成である。

（第３実施形態）
図８は第３実施形態に係る可変コンデンサ１Ｂの模式図である。可変コンデンサ１Ｂは、容量調整機構４０の代わりに、容量調整機構４０Ａを備える点で、可変コンデンサ１と相違する。この相違点を中心にして可変コンデンサ１Ｂを説明する。

容量調整機構４０Ａは、第１位置調整部５０及び第２位置調整部６０に加えて、それらを切り替える切替部７０を有する。

切替部７０は、第１位置調整部５０と第２位置調整部６０とを切り替えるように構成されている。一実施形態において、切替部７０は、第１位置調整部５０用の棒状のネジ体７１及び第１回転方向変換部７２と、第２位置調整部６０用の棒状のネジ体７３及び第２回転方向変換部７４と、切替本体部７５と、棒状のネジ体７６とを有する。

ネジ体７１は、ネジ体５１のうち連結部５３からみて外側（支持体５２と反対側）の部分に、ネジ体５１と交差する方向に第１回転方向変換部７２を介して接続されている。本実施形態では、ネジ体７１はネジ体５１に対して実質的に直交するように設けられている。第１回転方向変換部７２は、ネジ体７１の軸周りの回転をネジ体５１の軸周りの回転に変換する。第１回転方向変換部７２は例えば歯車機構であり得る。

ネジ体７３は、ネジ体６１のうち連結部６３からみて外側（支持体６２と反対側）の部分に、ネジ体６１と交差する方向に第２回転方向変換部７４を介して接続されている。本実施形態では、ネジ体７３はネジ体６１に対して実質的に直交するように設けられている。第２回転方向変換部７４は、ネジ体７３の軸周りの回転をネジ体６１の軸周りの回転に変換する。第２回転方向変換部７４は例えば歯車機構であり得る。

切替本体部７５は、ネジ体７１及びネジ体７３において、第１回転方向変換部７２及び第２回転方向変換部７４と反対側に接続される。切替本体部７５には、ネジ体７６がネジ体５１及びネジ体６１に平行に設けられている。切替本体部７５は、ネジ体７１への接続及びネジ体７３への接続を切替可能に構成されている。更に、切替本体部７５は、ネジ体７６の軸周りの回転を、切替本体部７５が接続されたネジ体７１又はネジ体７３それぞれの軸周りの回転に変換して伝達可能に構成されている。切替本体部７５は、例えば歯車機構で構成され得る。

切替部７０による第１位置調整部５０と第２位置調整部６０との切り替えは、上記形態に限定されない。例えば、ネジ体７１とネジ体７３とをそれらの軸線方向に離間して配置する。この場合、切替本体部７５を例えばネジ体７１とネジ体７３との間を移動可能であって、ネジ体７１及びネジ体７６それぞれと接触することでネジ体７６の回転力をネジ体７１に伝達し、ネジ体７３と接触することでネジ体７６の回転力をネジ体７３に伝達するように、切替部７０が構成されていてもよい。

可変コンデンサ１Ｂは、容量調整機構４０の代わりに容量調整機構４０Ａを備える点以外は、可変コンデンサ１の場合と同様の構成を有し、容量調整機構４０Ａも、第１可変コンデンサ部２０及び第２可変コンデンサ部３０の静電容量をそれぞれ調整可能である。従って、可変コンデンサ１Ｂは、少なくとも可変コンデンサ１と同様の作用効果を有する。

可変コンデンサ１Ｂが備える容量調整機構４０Ａは、切替部７０を有し、切替部７０で第１位置調整部５０と第２位置調整部６０とを切り替える。従って、可変コンデンサ１Ｂの静電容量を調整する際に、切替部７０のネジ体７６にモータなどを接続してネジ体７６を駆動する場合等において、モータを一つ準備すればよい。そのため、可変コンデンサ１Ｂを備えた装置などの軽量化及びコンパクト化が図れるとともに、製造コストの低減も図れる。

以上、本発明の種々の実施形態を説明した。しかしながら、本発明は上述した種々の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、第１可変コンデンサ部及び第２可変コンデンサ部それぞれはスライド式の可変コンデンサ部であり、第２可変コンデンサ部の最大静電容量が、第１可変コンデンサ部の最大静電容量より小さければよい。よって、例えば、第１可変コンデンサ部が有する複数の誘電体層の比誘電率は異なっていてもよいし、第２可変コンデンサ部が有する複数の誘電体層の比誘電率も異なっていてもよい。ただし、第１可変コンデンサ部が有する複数の誘電体層の比誘電率を同じとすることで、第１可変コンデンサ部の設計が容易であるととともに、第１可変コンデンサ部に使用する複数の誘電体層を準備し易い。第２可変コンデンサ部についても同様である。

第１可変コンデンサ部と第２可変コンデンサ部とは電気的に並列接続されていれば、一方が他方に積層された積層構造を可変コンデンサが有しなくてもよい。したがって、例えば、第１可変コンデンサ部と第２可変コンデンサ部は、水平方向において並列配置されていてもよい。この場合でも、共通電極板２を用いてもよいし、例えば、更に、第１電極板２１と第２電極板とを共通の電極としてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…可変コンデンサ、２…共通電極板（第２固定電極、第４固定電極）、２０，２０Ａ…第１可変コンデンサ部、２１…第１電極板（第１固定電極）、２２…誘電体層（第１誘電体層、第２誘電体層）、２３…第１可動電極板（第１可動電極）、２５…誘電体層（第５誘電体層、第６誘電体層）、２６…第３可動電極板（第３可動電極）、３０…第２可変コンデンサ部、３１…第２電極板（第３固定電極）、３２…誘電体層（第３誘電体層、第４誘電体層）、３３…第２可動電極板（第２可動電極）、４０，４０Ａ…容量調整機構、５０…第１位置調整部、６０…第２位置調整部、７０…切替部。

Claims (10)

1. 第１可変コンデンサ部と、
   前記第１可変コンデンサ部に電気的に並列接続された第２可変コンデンサ部と、
   前記第１可変コンデンサ及び前記第２可変コンデンサの静電容量をそれぞれ調整する容量調整機構と、
   を備え、
   前記第１可変コンデンサ部は、
   第１固定電極と、
   前記第１固定電極と対向配置された第２固定電極と、
   前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に前記第１固定電極に接して設けられた第１誘電体層と、
   前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に前記第２固定電極に接して設けられた第２誘電体層と、
   前記第１誘電体層と前記第２誘電体層の間に前記第１誘電体層及び前記第２誘電体層に対してスライド可能に設けられており、前記容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第１可動電極と、
   を有し、
   前記第２可変コンデンサ部は、
   前記第１固定電極に電気的に接続された第３固定電極と、
   前記第３固定電極と対向配置されており前記第２固定電極に電気的に接続された第４固定電極と、
   前記第３固定電極と前記第４固定電極との間に前記第３固定電極に接して設けられた第３誘電体層と、
   前記第３固定電極と前記第４固定電極との間に前記第４固定電極に接して設けられた第４誘電体層と、
   前記第３誘電体層と前記第４誘電体層の間に前記第３誘電体層及び前記第４誘電体層に対してスライド可能に設けられており、前記容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第２可動電極と、
   を有し、
   前記第２可変コンデンサ部の最大静電容量は、前記第１可変コンデンサ部の最大静電容量より小さい、
   可変コンデンサ。
2. 前記第２固定電極と前記第４固定電極とは共通の電極である、
   請求項１に記載の可変コンデンサ。
3. 前記第２可変コンデンサ部は、前記第１可変コンデンサ部に積層されている、
   請求項１又は２に記載の可変コンデンサ。
4. 前記第１誘電体層の比誘電率と前記第２誘電体層の比誘電率は同じである、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の可変コンデンサ。
5. 前記第３誘電体層の比誘電率と前記第４誘電体層の比誘電率は同じである、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の可変コンデンサ。
6. 前記第１誘電体層の比誘電率と前記第２誘電体層の比誘電率は同じであり、
   前記第３誘電体層の比誘電率と前記第４誘電体層の比誘電率は同じであり、
   前記第３誘電体層の比誘電率は前記第１誘電体層の比誘電率より小さい、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の可変コンデンサ。
7. 前記容量調整機構は、
   前記第１可動電極のスライド方向の位置を調整する第１位置調整部と、
   前記第２可動電極のスライド方向の位置を調整する第２位置調整部と、
   を有する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の可変コンデンサ。
8. 前記容量調整機構は、前記第１位置調整部と前記第２位置調整部とを切り替える切替部を有する、
   請求項７に記載の可変コンデンサ。
9. 前記第１可変コンデンサ部は、
   前記第１固定電極からみて前記第２固定電極と反対側に前記第１固定電極と対向配置されており前記第２固定電極と電気的に接続された第５固定電極と、
   前記第１固定電極と前記第５固定電極との間に前記第１固定電極に接して設けられた第５誘電体層と、
   前記第１固定電極と前記第５固定電極との間に前記第５固定電極に接して設けられた第６誘電体層と、
   前記第５誘電体層と前記第６誘電体層の間に前記第５誘電体層及び前記第６誘電体層に対してスライド可能に設けられており、前記容量調整機構によってスライド方向の位置が調整される第３可動電極と、
   を有する、
   請求項１〜５，７，８の何れか一項に記載の可変コンデンサ。
10. 前記第１誘電体層、前記第２誘電体層、前記第５誘電体層及び前記第６誘電体層の比誘電率は同じであり、
    前記第３誘電体層の比誘電率と前記第４誘電体層の比誘電率は同じであり、
    前記第３誘電体層の比誘電率は前記第１誘電体層の比誘電率以下である、
    請求項９に記載の可変コンデンサ。

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