專利名稱：可變電容裝置、天線模塊及通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用預(yù)定的致動(dòng)器元件所構(gòu)成的可變電容裝置，并且還涉及設(shè)置有這種可變電容裝置的天線模塊和通信裝置。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)開發(fā)了具有各種結(jié)構(gòu)的元件來作為電容值可以改變(電容值是可變的)的可變電容元件。這種可變電容元件包括例如空氣可變電容器、薄膜介質(zhì)可變電容器、 陶瓷微調(diào)電容器、壓控變?nèi)萜鞯?例如，參見日本未審查專利申請(qǐng)公開第05-74655號(hào)和第 2003-218217 號(hào))。發(fā)明內(nèi)容
然而，在這樣的當(dāng)前可利用的可變電容元件(可變電容裝置)中，電容變化范圍的廣度是不足的(這是因?yàn)榫哂欣绱蠹s5 15倍的可變倍率)。因此，近年來，期望提出一種可以實(shí)現(xiàn)電容變化范圍大于以前(更大的可變倍率)的可變電容元件(可變電容裝置)。
鑒于前述問題，期待提供一種可以實(shí)現(xiàn)電容變化范圍比以前更寬的可變電容裝置，以及具有這種可變電容裝置的天線模塊和通信裝置。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，提供一種可變電容裝置，包括固定部件；固定電極，其第一端側(cè)由固定部件固定；致動(dòng)器元件，其第一端側(cè)由固定部件直接或間接固定；以及可動(dòng)電極，設(shè)置為直接或間接連接至致動(dòng)器元件且設(shè)置為基本面向固定電極?？勺冸娙菅b置還包括使致動(dòng)器元件的第二端側(cè)變形以改變固定電極與可動(dòng)電極之間的距離的驅(qū)動(dòng)部。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在本發(fā)明的實(shí)施方式中提供一種包括天線元件和上述可變電容的天線模塊。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在本發(fā)明的實(shí)施方式中提供一種包括上述天線模塊的通I I=I 目.o
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的可變電容裝置、天線模塊以及通信裝置中，基于基本彼此相對(duì)的固定電極和可動(dòng)電極以及其之間的空間區(qū)域(間隙)形成電容元件。當(dāng)致動(dòng)器元件的第二端側(cè)變形而使固定電極與可動(dòng)電極之間的距離改變，從而使該電容元件的(靜電)電容值變化時(shí)，該電容元件具有可變電容元件的功能。這里，這種致動(dòng)器元件的變形量相對(duì)較大，因此固定電極與可動(dòng)電極之間的距離的變化量也變大。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式中的可變電容裝置、天線模塊以及通信裝置，使致動(dòng)器元件的第二端側(cè)變形，以使得固定電極與可動(dòng)電極之間的距離改變，從而可以增加固定電極與可動(dòng)電極之間的距離的變化量。因此，可以大大改變利用這些固定電極和可動(dòng)電極形成的電容元件的電容值，并且可以實(shí)現(xiàn)比以前更寬的電容變化范圍(比以前更大的可變倍率)。
應(yīng)當(dāng)理解，前述的概述和下面的詳細(xì)描述是示例性的，并且旨在提供所聲稱的技術(shù)的進(jìn)一步說明。


包含結(jié)合于本說明書中并構(gòu)成本說明書一部分的附圖以給出本發(fā)明的進(jìn)一步理 解。附圖與說明書一起示出了用于說明本技術(shù)的原理的實(shí)施方式。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的可變電容裝置的示意性構(gòu)造的示意圖。圖2是示出了圖1中所示的固定電極與可動(dòng)電極的詳細(xì)構(gòu)造示例的截面圖。圖3是示出圖1中所示的聚合物致動(dòng)器元件的詳細(xì)構(gòu)造示例的截面圖。圖4是示出圖1中所示的聚合物致動(dòng)器元件、固定部件以及固定電極的一部分的 詳細(xì)構(gòu)造的截面圖。圖5A和圖5B是用于說明聚合物致動(dòng)器元件的基本操作的截面示意圖。圖6A和圖6B是用于說明圖1中所示的可變電容裝置的操作的示意圖。圖7是示出電極之間的距離與靜電電容值之間的關(guān)系示例的特性圖。圖8A和圖8B是示出根據(jù)變形例1的可變電容裝置的示意性構(gòu)造和操作的示意 圖。圖9A和圖9B是均示出圖8A和圖8B中所示的兩個(gè)電容元件之間的連接關(guān)系示例 的電路圖。圖10是根據(jù)變形例2的可變電容裝置的示意性構(gòu)造的示意圖。圖11是圖10中所示的驅(qū)動(dòng)部的詳細(xì)構(gòu)造示例的框圖。圖12是圖11中所示的電容值檢測部的詳細(xì)構(gòu)造示例的電路圖。圖13是用于說明圖12中所示的電容值檢測部中的檢測操作的特性圖。圖14A和圖14B是分別示出根據(jù)變形例3和4的可變電容裝置的示意性構(gòu)造的示 意圖。圖15是示出用作根據(jù)變形例5的致動(dòng)器元件的壓電元件的示意性構(gòu)造和操作的 示意圖。圖16A和圖16B是示出用作根據(jù)變形例6的致動(dòng)器元件的雙金屬元件的示意性構(gòu) 造和操作的示意圖。圖17是示出根據(jù)實(shí)施方式和變形例中每一個(gè)的可變電容裝置的應(yīng)用例的通信裝 置的示意性構(gòu)造示例的透視圖。圖18是示出從不同方向觀看時(shí)圖17中所示的通信裝置的透視圖。圖19A和圖19B是示出了圖18中所示的天線模塊的詳細(xì)構(gòu)造示例與根據(jù)比較例 的天線模塊構(gòu)造相比較的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。將以下列順序給出描述。1.實(shí)施方式(在一組固定電極與可動(dòng)電極之間形成一個(gè)可變電容元件的示例)2.變形例變形例1 (在兩組固定電極與可動(dòng)電極之間形成兩個(gè)可變電容元件的示例)變形例2(檢測監(jiān)控用可變電容元件的電容值以及控制致動(dòng)器元件的變形量的示 例)變形例3 (檢測可動(dòng)電極的位移量，從而控制致動(dòng)器元件的變形量的示例1 利用磁體和霍爾元件進(jìn)行檢測的示例)
變形例4 (檢測可動(dòng)電極的位移量，從而控制致動(dòng)器元件的變形量的示例2 :利用反射部件和光反射器進(jìn)行檢測的示例)
變形例5 (使用壓電元件作為致動(dòng)器元件的示例)
變形例6 (使用雙金屬元件作為致動(dòng)器元件的示例)
3.應(yīng)用例(將可變電容裝置應(yīng)用于天線模塊和通信裝置的示例)
[實(shí)施方式]
[可變電容裝置I的整體構(gòu)造]
圖I以側(cè)視圖(Z-X側(cè)視圖)的方式示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的可變電容裝置(可變電容裝置I)的整體構(gòu)造(示意性構(gòu)造)。該可變電容裝置I包括支撐部件11、固定部件12、聚合物致動(dòng)器元件131和132、連結(jié)部件141和142、連接部件15、固定電極16、可動(dòng)電極17以及驅(qū)動(dòng)部18。
這里，支撐部件11是用于支撐整個(gè)可變電容裝置I的基底部件(基板)，并且這里，將支撐部件11設(shè)置為在XY平面上延伸。該支撐部件11由例如以液晶聚合物為例的硬樹脂材料制成。
固定部件12是用于將各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的一端側(cè)和固定電極16 的一端側(cè)固定的部件，并且由例如以液晶聚合物為例的硬樹脂材料制成。如稍后將詳細(xì)描述的(圖4)，該固定部件12包括沿Z軸的正方向設(shè)置的下部固定部件12D、中部(中央) 固定部件12C以及上部固定部件12U的三個(gè)部件。
各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132均具有由固定部件12直接固定的一端側(cè)，并且是經(jīng)由稍后描述的連結(jié)部件141和142以及連接部件15沿著Z軸驅(qū)動(dòng)(變形)可動(dòng)電極 17的致動(dòng)器元件。這些聚合物致動(dòng)器元件131和132均具有與稍后描述的可動(dòng)電極17的位移方向(移動(dòng)方向)垂直的驅(qū)動(dòng)面(X-Y平面上的驅(qū)動(dòng)面)，并且設(shè)置為各自的驅(qū)動(dòng)面沿著Z軸彼此面向。聚合物致動(dòng)器元件131和132對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的“致動(dòng)器元件”的具體示例。注意，稍后將詳細(xì)描述各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的構(gòu)造(圖3)。
連結(jié)部件141和142是用于將聚合物致動(dòng)器元件131和132的另一端和稍后描述的連接部件15的相應(yīng)端部分別連結(jié)(連接)的部件。具體地，連結(jié)部件141將連接部件15 的下端部連結(jié)于聚合物致動(dòng)器元件131的另一端，以及連結(jié)部件142將連接部件15的上端部連結(jié)于聚合物致動(dòng)器元件132的另一端。期望的是，這些連結(jié)部件141和142均是例如以聚酰亞胺膜等為例的柔性膜，并且由具有各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132同等以下的 (更優(yōu)選地，等于或低于)硬度的柔性材料制成。這為連結(jié)部件141和142在與聚合物致動(dòng)器元件131和132的彎曲方向相逆的方向上的彎曲提供了自由性，從而包括聚合物致動(dòng)器元件131和132以及連結(jié)部件141和142的懸臂(cantilever)中的橫截面呈字母S形狀。 結(jié)果，允許連接部件15平行于Z軸方向移動(dòng)，并且可動(dòng)電極17在保持與固定電極16平行的狀態(tài)下在Z軸方向上被驅(qū)動(dòng)。
連接部件15是用于在各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的另一端側(cè)與稍后描述的可動(dòng)電極17的一端側(cè)之間(具體地，在各個(gè)連結(jié)部件141和142的另一端與可動(dòng)電極17 的一端側(cè)之間)進(jìn)行連接的部件。這里，該連接部件15被設(shè)置為在Z軸方向上延伸，并且由例如以液晶聚合物為例的硬樹脂材料制成。
固定電極16是其一端側(cè)由固定部件12固定的電極，并且這里呈在XY平面上延伸的平板形狀。該固定電極16設(shè)置在成對(duì)的聚合物致動(dòng)器元件131和132之間。
可動(dòng)電極17是其一端側(cè)由連接部件15固定的電極，并且經(jīng)由上述的連結(jié)部件141 和142以及連接部件15設(shè)置在聚合物致動(dòng)器元件131和132的另一端側(cè)上。換句話說，可動(dòng)電極17被設(shè)置為間接連接至聚合物致動(dòng)器元件131和132。這里，該可動(dòng)電極17同樣呈在XY平面上延伸的平板形狀，并且設(shè)置于成對(duì)的聚合物致動(dòng)器元件131和132之間(具體地，在聚合物致動(dòng)器元件131與固定電極16之間)。也就是說，可動(dòng)電極17被設(shè)置為沿著 Z軸方向基本面向(優(yōu)選地，對(duì)向)固定電極16。如稍后將進(jìn)行的詳細(xì)描述，允許該可動(dòng)電極17隨著連接部件15基于聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形發(fā)生的位移(Z軸方向上的位移)，在Z軸方向移動(dòng)。
圖2是示出了固定電極16與可動(dòng)電極17的詳細(xì)構(gòu)造示例的截面圖(Z-X截面圖)。
固定電極16具有包括導(dǎo)體層161和設(shè)置在導(dǎo)體層161兩側(cè)的一對(duì)介電層162A和 162B的層疊結(jié)構(gòu)。另一方面，可動(dòng)電極17具有包括導(dǎo)體層171的單層結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體層161和 171均由例如以銅(Cu)或鋁(Al)為例的金屬材料制成。此外，介電層162A和162B均由例如以鈦酸鋇、氧化鉭、二氟乙烯或酚醛樹脂為例的高介電材料制成?；谶@種截面構(gòu)造，一對(duì)導(dǎo)體層161和171、成對(duì)導(dǎo)體層161和171之間的空間區(qū)域(間隙)(這種情況下的空氣層)以及介電層162A (可動(dòng)電極17側(cè)的介電層)形成具有電容的電容元件(可變電容元件)Cl。這里，假設(shè)固定電極16與可動(dòng)電極17之間的距離為dl，假設(shè)介電層162A的厚度為d2，假設(shè)固定電極16與可動(dòng)電極17彼此相對(duì)的區(qū)域的面積(XY平面上的面積)為S，假設(shè)上述的空氣層的介電常數(shù)為e 1( = 1)，以及假設(shè)介電層162A的介電常數(shù)為￡2，那么通過下列表達(dá)式(I)表示電容元件Cl的(靜電)電容值C。注意，在使用上述二氟乙烯的情況下，厚度d2例如為約0. 3mm,以及介電常數(shù)e 2例如為約6。
C= ( e I X e 2 X S) / ( e 2 X dl+ e I X d2) (I)
驅(qū)動(dòng)部18被設(shè)置為驅(qū)動(dòng)(變形)各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132，并且例如通過利用使用半導(dǎo)體元件等的電路構(gòu)造。具體地，該驅(qū)動(dòng)部18具有稍后描述的電壓供給部181， 并且通過使用電壓供給部181來向各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132提供驅(qū)動(dòng)電壓Vd。注意，稍后將詳細(xì)描述利用該驅(qū)動(dòng)部18對(duì)聚合物致動(dòng)器元件131和132進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)操作。
[聚合物致動(dòng)器元件131和132的詳細(xì)構(gòu)造]
接下來，將參照?qǐng)D3和圖4描述各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的詳細(xì)構(gòu)造。 圖3示出了各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的截面構(gòu)造(Z-X截面構(gòu)造)。此外，圖4是示出了聚合物致動(dòng)器元件131和132、固定部件12以及稍后將描述的固定電極121AU21B、 122A以及122B的一部分的詳細(xì)構(gòu)造的截面圖(Z-X截面圖)。
如圖3所示，聚合物致動(dòng)器元件131和132均具有一對(duì)電極膜52A和52B形成于離子導(dǎo)電性高分子化合物膜51 (下文中，僅稱作高分子化合物膜51)的兩側(cè)的截面結(jié)構(gòu)。換句話說，聚合物致動(dòng)器元件131和132均具有一對(duì)電極膜52A和52B以及介于這些電極膜 52A和52B之間的高分子化合物膜51。注意，聚合物致動(dòng)器元件131和132以及電極膜52A 和52B周圍的部分可以覆蓋有由具有高彈性的材料(例如，聚亞安酯等)制成的絕緣保護(hù)膜。
此外，例如，如圖4所示，聚合物致動(dòng)器元件131和132連接至固定部件12的上部固定部件12U、中間固定部件12C、下部固定部件12D以及固定電極121A、121B、122A和 122B。具體地，在聚合物致動(dòng)器元件131中，電極膜52A電連接至下部固定部件12D側(cè)上的固定電極121A，以及電極膜52B電連接至中間固定部件12C側(cè)上的固定電極121B。另一方面，在聚合物致動(dòng)器元件132中，電極膜52A電連接至中間固定部件12C側(cè)上的固定電極 122A，以及電極膜52B電連接至上部固定部件12U側(cè)上的固定電極122B。結(jié)果，從上述驅(qū)動(dòng)部18(電壓供給部181)提供的驅(qū)動(dòng)電壓Vd經(jīng)由固定電極121A和121B提供給聚合物致動(dòng)器元件131，并且經(jīng)由固定電極122A和122B還提供給聚合物致動(dòng)器元件132。
期望的是，通過未示出的按壓部件(板簧)以恒定的壓力按壓而將從下部固定部件12D側(cè)上的固定電極12IA到上部固定部件12U側(cè)上的固定電極121B間的各個(gè)部件和各個(gè)電極固定。即使對(duì)聚合物致動(dòng)器元件131和132施加大的力時(shí)，這也能夠防止聚合物致動(dòng)器元件131和132被破壞，并且即使使聚合物致動(dòng)器元件131和132變形時(shí)，也能保證穩(wěn)定的電連接。
上述的高分子化合物膜51被構(gòu)造為利用發(fā)生在電極膜52A和52B之間的預(yù)定電位差而彎曲。該高分子化合物膜51浸有離子型物質(zhì)。這里的“離子型物質(zhì)”通常指可以在高分子化合物膜51中被傳送的離子，具體指包含氫離子或金屬離子的單質(zhì)、或這些陽離子和極性溶劑和/或陰離子和極性溶劑中的任一種、或包含諸如咪唑嗡鹽的其自身是液體的陽離子和/或陰離子的物質(zhì)。例如，對(duì)于前者，存在其中極性溶劑在陽離子和/或陰離子中被溶劑化的物質(zhì)；對(duì)于后者，存在離子液體。
對(duì)于高分子化合物膜51的材料，例如，存在其中碳氟化合物樹脂或碳?xì)浠衔锵凳枪歉?skeleton)的離子交換樹脂。對(duì)于離子交換樹脂，優(yōu)選地，當(dāng)浸潰有陽離子物質(zhì)時(shí)使用陽離子交換樹脂，而當(dāng)浸潰有陰離子物質(zhì)時(shí)使用陰離子交換樹脂。
對(duì)于陽離子交換樹脂，存在向其中導(dǎo)入諸如磺酸鹽團(tuán)或羧基團(tuán)的酸性團(tuán)的樹脂。 具體地，陽離子交換樹脂是具有酸性團(tuán)的聚乙烯、具有酸性團(tuán)的聚苯乙烯、具有酸性團(tuán)的碳氟化合物樹脂等。最重要的，具有磺酸鹽團(tuán)或羧酸團(tuán)的碳氟化合物樹脂優(yōu)選地作為陽離子交換樹脂，并且例如存在全磺氟酸樹脂(Nifion)(由杜邦公司制造)。
浸入高分子化合物膜51中的陽離子物質(zhì)可以是有機(jī)的或無機(jī)的，或可以是任何一種。例如，諸如金屬離子的單質(zhì)、包含金屬離子和水的物質(zhì)、包含有機(jī)陽離子和水的物質(zhì)、 或離子液體的各種形態(tài)是可應(yīng)用的。對(duì)于金屬離子，存在例如以鈉離子(Na+)、鉀離子(K+)、 鋰離子(Li+)或鎂離子(Mg2+)為例的輕金屬離子。此外，對(duì)于有機(jī)陽離子，存在例如烷基胺離子。這些陽離子在高分子化合物膜51中作為水合物而存在。因此，在高分子化合物膜51 浸潰有包含陽離子和水的陽離子物質(zhì)的情況下，期望的是，為了抑制聚合物致動(dòng)器元件131 和132中的水的揮發(fā)而密封整體。
離子液體還被稱作常溫熔融鹽，并且包括具有低燃性和揮發(fā)性的陽離子和陰離子。對(duì)于離子液體，存在例如咪唑環(huán)系化合物、吡啶環(huán)系化合物、脂肪族化合物等。
最重要的，優(yōu)選的是，陽離子物質(zhì)是離子液體。這時(shí)因?yàn)閾]發(fā)性低，并且聚合物致動(dòng)器元件131和132即使在高溫環(huán)境或真空中也工作良好。
跨接插入其間的高分子化合物膜51而彼此面向的電極膜52A和52B均包括一種或多種導(dǎo)電材料。優(yōu)選的是，各電極膜52A和52B是導(dǎo)電材料粉末的顆粒被離子導(dǎo)電聚合物附著的膜。這是因?yàn)殡姌O膜52A和52B的柔韌性提高。碳粉末優(yōu)選用作導(dǎo)電材料粉末。這是因?yàn)閷?dǎo)電性高，并且比表面積大，從而獲得更大的變形量。對(duì)于碳粉末，優(yōu)選的是Ketjen 炭黑。對(duì)于離子導(dǎo)電聚合物，與高分子化合物膜51相同的材料是期望的。
例如，如下形成電極膜52A和52B。將導(dǎo)電材料粉末和導(dǎo)電聚合物分散在分散介質(zhì)中的涂料涂布于高分子化合物膜51的兩側(cè)，然后將其干燥?？蛇x地，包括導(dǎo)電材料粉末和離子導(dǎo)電聚合物的膜狀基板可以通過按壓結(jié)合而附著于高分子化合物膜51的兩側(cè)。
電極膜52A和52B均可以具有多層結(jié)構(gòu)，并且在那種情況下，期望的是，電極膜52A 和52B均具有從高分子化合物膜51側(cè)順次層疊其中導(dǎo)電材料粉末的顆粒被離子導(dǎo)電聚合物附著的層和金屬層的這種結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)殡娢辉陔姌O膜52A和52B的面內(nèi)方向變得接近于更均一的值，并且獲得優(yōu)良的變形性。對(duì)于金屬層的材料，存在諸如金或鉬的貴金屬。金屬層的厚度是任意的，但是金屬層優(yōu)選是連續(xù)膜，使得電位在電極膜52A和52B中變得均一。對(duì)于形成金屬層的方法，存在電鍍、沉積、濺射等。
高分子化合物膜51的尺寸(寬度和長度)可以例如根據(jù)可動(dòng)電極17的尺寸或重量、或高分子化合物膜51的期望位移量(變形量)自由設(shè)定。高分子化合物膜51的位移量根據(jù)可動(dòng)電極17的期望位移量(沿著Z軸方向的移動(dòng)量)設(shè)定。
[可變電容裝置I的操作和效果]
接下來，將描述本實(shí)施方式的可變電容裝置I的操作和效果。
[I.聚合物致動(dòng)器元件131和132的操作]
首先，將參照?qǐng)D5A和圖5B描述聚合物致動(dòng)器元件131和132的操作。圖5A和圖 5B均利用截面圖示意性地示出了聚合物致動(dòng)器元件131和132的操作。
首先，將描述含有陽離子和極性溶劑的物質(zhì)用作陽離子物質(zhì)的情況。
在這種情況下，陽離子物質(zhì)基本均勻地分散在高分子化合物膜51中，因此聚合物致動(dòng)器元件131和132在沒有施加電壓的狀態(tài)下是平坦的(沒有彎曲)(圖5A)。這里，當(dāng)利用圖5B中示出的驅(qū)動(dòng)部18中的電壓供給部181建立電壓施加狀態(tài)時(shí)(當(dāng)開始施加驅(qū)動(dòng)電壓Vd時(shí))，聚合物致動(dòng)器元件131和132均表現(xiàn)為下列行為。例如，當(dāng)以電極膜52A處于負(fù)電位而電極膜52B處于正電位的方式在電極膜52A和52B之間施加預(yù)定電壓Vd時(shí),處于在極性溶劑中被溶劑化的狀態(tài)下的陽離子移動(dòng)至電極膜52A側(cè)。這時(shí)，陰離子在高分子化合物膜51中幾乎不移動(dòng)，因此在高分子化合物膜51中，電極膜52A側(cè)膨脹，而電極膜52B 側(cè)收縮。結(jié)果，如圖5B所示，聚合物致動(dòng)器元件131和132整體向電極膜52B側(cè)彎曲。之后，當(dāng)通過消除電極膜52A和52B之間的電位差而建立起不施加電壓的狀態(tài)時(shí)(當(dāng)停止施加驅(qū)動(dòng)電壓Vd時(shí))，高分子化合物膜51中定位至電極膜52A側(cè)的陽離子物質(zhì)(陽離子和極性溶劑)擴(kuò)散，并且返回至圖5A所示的狀態(tài)。此外，當(dāng)在電極膜52A和52B之間施加預(yù)定驅(qū)動(dòng)電壓Vd而使得電極膜52A (從圖5A中所示的不施加電壓的狀態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)檎娢欢姌O膜52B(從圖5A中所示的不施加電壓的狀態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電位時(shí)，處于在極性溶劑中被溶劑化狀態(tài)下的陽離子移動(dòng)至電極膜52B側(cè)。這種情況下，在高分子化合物膜51中，電極膜 52A側(cè)收縮而電極膜52B側(cè)膨脹，因此聚合物致動(dòng)器元件131和132整體向電極膜52A側(cè)彎曲。
接下來，將描述包含液體陽離子的離子液體用作陽離子物質(zhì)的情況。
在這種情況下，類似地，在沒有施加電壓的狀態(tài)下，離子液體在高分子化合物膜51 中近似均勻地分散，因此如圖5A所示，聚合物致動(dòng)器元件131和132是平坦的。這里，當(dāng)通過電壓供給部181建立電壓施加狀態(tài)(開始施加驅(qū)動(dòng)電壓Vd)時(shí)，聚合物致動(dòng)器元件131和 132表現(xiàn)出下列行為。例如，當(dāng)以電極膜52A處于負(fù)電位而電極膜52B處于正電位的方式在電極膜52A和52B之間施加預(yù)定驅(qū)動(dòng)電壓Vd時(shí)，離子液體中的陽離子移動(dòng)至電極膜52A 側(cè)，而陰離子在高分子化合物膜51 (其是陽離子交換膜)中幾乎不移動(dòng)。由于這個(gè)原因，在高分子化合物膜51中，電極膜52A側(cè)膨脹，而電極膜52B側(cè)收縮。結(jié)果，如圖5B所示，聚合物致動(dòng)器元件131和132整體向電極膜52B側(cè)彎曲。之后，當(dāng)通過消除電極膜52A和52B 之間的電位差而建立不施加電壓的狀態(tài)時(shí)(當(dāng)停止施加驅(qū)動(dòng)電壓Vd時(shí))，高分子化合物膜 51中定位至電極膜52A側(cè)的陽離子分散，并且返回至圖5A所示的狀態(tài)。此外，當(dāng)在電極膜 52A和52B之間施加預(yù)定驅(qū)動(dòng)電壓Vd使得電極膜52A (從圖5A所示的不施加電壓的狀態(tài)) 轉(zhuǎn)變?yōu)檎娢欢姌O膜52B (從圖5A所示的不施加電壓的狀態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電位時(shí)，離子液體中的陽離子移動(dòng)至電極膜52B側(cè)。這種情況下，在高分子化合物膜51中，電極膜52A側(cè)收縮而電極膜52B側(cè)膨脹，因此聚合物致動(dòng)器元件131和132整體向電極膜52A側(cè)彎曲。
[2.可變電容裝置I的操作]
隨后，將參照?qǐng)D6A和圖6B描述整個(gè)可變電容裝置I的操作。圖6A和圖6B均以截面圖(Z-X截面圖)的方式示出了可變電容裝置I的操作。圖6A示出了操作前的狀態(tài)， 以及圖6B示出了操作后的狀態(tài)。
在該可變電容裝置I中，相應(yīng)于上述一對(duì)聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形(彎曲)，經(jīng)由連接部件15等驅(qū)動(dòng)可動(dòng)電極17。這使可動(dòng)電極17變得沿著Z軸可移動(dòng)(可位移)，如圖6A和圖6B所示。
然后，隨著可動(dòng)電極17在Z軸方向上的位移，固定電極16與可動(dòng)電極17之間的距離dl改變(這里，距離dl隨著可動(dòng)電極17的位移而減小)。換句話說，在本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)部18中，聚合物致動(dòng)器元件131和132的另一端側(cè)變形(彎曲)，而使得固定電極16 與可動(dòng)電極17之間的距離dl改變。因此，基于上述表達(dá)式(1)，電容元件Cl的(靜電)電容值C響應(yīng)于該距離dl的變化而也在變化(這里，電容值C增加)，因此該電容元件Cl具有可變電容元件的功能。
這里，在本實(shí)施方式中，致動(dòng)器元件(聚合物致動(dòng)器元件131和132)的變形量相對(duì)較大(例如，大約Imm 2mm)。為此，固定電極16與可動(dòng)電極17之間的距離dl的變化量也較大(例如，大約Imm 2mm)。結(jié)果，在本實(shí)施方式的可變電容裝置I中，電容元件Cl 的電容變化范圍寬于現(xiàn)有可變電容元件(例如，空氣可變電容器、薄膜介質(zhì)可變電容器、陶瓷微調(diào)電容器、壓控變?nèi)萜鞯?的電容變化范圍。換句話說，在可變電容裝置I中，電容元件Cl的可變倍率大于現(xiàn)有可變電容元件的可變倍率。具體地，現(xiàn)有可變電容元件的電容變化范圍包括大約5倍 15倍的可變倍率，而可變電容裝置I的電容變化范圍包括例如大約 20倍 50倍的可變倍率。
圖7示出了固定電極16與可動(dòng)電極17間的距離dl與可變電容裝置I的電容值 C之間的關(guān)系的示例。具體地，在該示例中，在上述的表達(dá)式(I)中，介電層162A的厚度d2 是0. 3mm,固定電極16與可動(dòng)電極17彼此相對(duì)的區(qū)域的面積S是24_2，介電常數(shù)e I是 1(空氣層)，以及介電層162A的介電常數(shù)e2是6。從圖7，發(fā)現(xiàn)在該示例中，距離dl與電容值C彼此接近成反比，并且實(shí)現(xiàn)了包括大約40倍可變倍率的寬電容變化范圍。
如上所述，在本實(shí)施方式中，通過驅(qū)動(dòng)部18來使聚合物致動(dòng)器元件131和132的另一端側(cè)變形，使得固定電極16與可動(dòng)電極17之間的距離dl改變，因而可以增加固定電極16與可動(dòng)電極17之間的距離dl的變化量。因此，利用這些固定電極16與和可動(dòng)電極 17所形成的電容元件Cl的電容值也可以在很大程度上增加，因此可以實(shí)現(xiàn)寬于以前的電容變化范圍(即，大于以前的可變倍率)。此外，可以以相對(duì)小且簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這種寬的電容變化范圍(大的可變倍率)。
此外，特別在本實(shí)施方式中，使用聚合物致動(dòng)器元件131和132作為致動(dòng)器元件， 因此與使用其他方法中的致動(dòng)器元件(諸如稍后描述的壓電元件或雙金屬元件)相比，可以獲得下列優(yōu)點(diǎn)。即，將驅(qū)動(dòng)電壓Vd抑制至低水平而可以實(shí)現(xiàn)低功耗，并且可以以低成本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。
此外，固定電極16具有包括導(dǎo)體層161和設(shè)置在該導(dǎo)體層161的可動(dòng)電極17側(cè)上的介電層162A的層疊結(jié)構(gòu)，因此可以獲得下列優(yōu)點(diǎn)。即，由于該介電層162A的存在，可以增加電容元件Cl的電容值，并且防止可動(dòng)電極17位移時(shí)導(dǎo)體層161和171之間的電路短路(短路)。注意，在某些情況下，在固定電極16中可以不設(shè)置這種介電層162A(和介電層 162B)。
此外，可動(dòng)電極17被構(gòu)造為經(jīng)由連結(jié)部件141和142驅(qū)動(dòng)，因此，即使在該對(duì)聚合物致動(dòng)器元件131和132之間發(fā)生例如操作差異(variation)(變形量差異)時(shí)，也可以使可動(dòng)電極17易于沿著Z軸移動(dòng)。
[變形例]
隨后，將描述該實(shí)施方式的變形例(變形例I 6)。注意，與該實(shí)施方式相同的那些元件將設(shè)置有與該實(shí)施方式相同的參考符號(hào)，并且將適宜地省略描述。
[變形例I]
圖8A和圖8B均以側(cè)視圖(Z-X側(cè)視圖)的方式示意性地示出了根據(jù)變形例I的可變電容裝置(可變電容裝置1A)的整體構(gòu)造(示意性構(gòu)造)和操作。圖8A示出了操作前的狀態(tài)，以及圖8B示出了操作后的狀態(tài)。
本變形例的可變電容裝置IA被形成為多個(gè)可變電容元件分別形成于多組固定電極與可動(dòng)電極中的各組固定電極與可動(dòng)電極之間。具體地，可變電容裝置IA與上述實(shí)施方式的可變電容裝置I的不同之處在于，設(shè)置兩組固定電極16A和16B以及兩組可動(dòng)電極17A 和17B來代替固定電極16和可動(dòng)電極17。其他方面，以類似于可變電容裝置I的方式構(gòu)造可變電容裝置1A。
固定電極16A和16B均是其一端側(cè)由固定部件12固定的電極，并且這里呈在XY 平面上延伸的平板形狀。這些固定電極16A和16B被設(shè)置為在該對(duì)聚合物致動(dòng)器元件131 和132之間彼此相對(duì)(彼此近似平行)。
可動(dòng)電極17A和17B均是其一端側(cè)由連接部件15固定的電極。類似于可動(dòng)電極 17，可動(dòng)電極17A和17B經(jīng)由連結(jié)部件141和142以及連接部件15設(shè)置在聚合物致動(dòng)器元件131和132的另一端側(cè)。這些可動(dòng)電極17A和17B也呈在XY平面上延伸的平板形狀，并且設(shè)置于該對(duì)聚合物致動(dòng)器元件131和132之間。具體地，可動(dòng)電極17A設(shè)置于聚合物致動(dòng)器兀件131與固定電極16A之間，以及可動(dòng)電極17B設(shè)置于固定電極16A與16B之間。換句話說，可動(dòng)電極17A被設(shè)置為沿著Z軸方向基本面向(相對(duì)于)固定電極16A，而可動(dòng)電極17B被設(shè)置為沿著Z軸方向基本面向(相對(duì)于)固定電極16B。類似于可動(dòng)電極17，也允許這些可動(dòng)電極17A和17B中的每一個(gè)隨著連接部件15基于聚合物致動(dòng)器元件131和 132的變形發(fā)生的位移(Z軸方向上的位移)，而在Z軸方向上移動(dòng)，下面將進(jìn)行描述。
基于這種構(gòu)造，在可變電容裝置IA中，基于設(shè)置為彼此基本相對(duì)的固定電極16A 與可動(dòng)電極17A以及其之間的空間區(qū)域(間隙)(和固定電極16A中的介電層162A)而形成電容元件C1A。此外，基于設(shè)置為彼此基本面向(相對(duì))的固定電極16B與可動(dòng)電極17B 以及其之間的空間區(qū)域(間隙)(和固定電極16B中的介電層162A)而形成電容元件C1B。 換句話說，在可變電容裝置IA中，利用兩組固定電極16A和16B以及可動(dòng)電極17A和17B 而形成兩個(gè)電容元件ClA和C1B。
這里，例如，這些電容元件ClA和ClB可以彼此如圖9A所示并聯(lián)連接或如圖9B所示串聯(lián)連接。注意，在并聯(lián)連接的情況下，可以整體增加可變電容裝置IA的電容值(這里， 增加到雙倍電容值)。
在本變形例的可變電容裝置IA中，如圖8A和圖SB所示，相應(yīng)于該對(duì)聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形(彎曲)，經(jīng)由連接部件15等驅(qū)動(dòng)各個(gè)可動(dòng)電極17A和17B。這使各個(gè)可動(dòng)電極17A和17B沿著Z軸變得可移動(dòng)(可位移)。于是，隨著可動(dòng)電極17A和 17B在Z軸方向上的這種位移，固定電極16A與可動(dòng)電極17A之間的距離dlA以及固定電極 16B與可動(dòng)電極17B之間的距離dlB均改變(這里，距離dlA和dlB隨著可動(dòng)電極17A和 17B的位移而減小)。因此，類似于上述實(shí)施方式，相應(yīng)于這些距離dlA和dlB每一個(gè)的變化，各個(gè)電容元件ClA和ClB的(靜電)電容值也變化(這里，電容值增加)，因此這些電容元件ClA和ClB均具有可變電容元件的功能。
這里，在本變形例中，通過類似于上述實(shí)施方式中的操作，同樣可以增加各個(gè)距離 dlA和dlB的變化量，并且各個(gè)電容元件ClA和ClB的電容值在很大程度上增加。因此，在本變形例中，也可以實(shí)現(xiàn)寬于以前的電容變化范圍(大于以前的可變倍率)。
注意，對(duì)于本變形例，描述了利用兩組固定電極和可動(dòng)電極形成兩個(gè)可變電容元件的情況。然而，例如，可以利用三組以上的固定電極和可動(dòng)電極來形成三個(gè)以上的可變電容元件，并且這些可變電容元件可以被組合并被使用。具體地，由此所形成的可變電容元件可以彼此并聯(lián)、串聯(lián)或以其組合方式連接(通過并聯(lián)連接、串聯(lián)連接或以其組合方式的連接)。
[變形例2]
圖10以側(cè)視圖(Z-X側(cè)視圖)的方式示意性地示出了根據(jù)變形例2的可變電容裝置(可變電容裝置1B)的整體構(gòu)造(示意性構(gòu)造)。在本變形例的可變電容裝置IB中，檢測以下將要描述的監(jiān)控用可變電容元件(稍后將描述的電容元件C2)的電容值，并且利用檢測出的電容值控制各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量(位移量、彎曲量)。
具體地，可變電容裝置IB與上述實(shí)施方式的可變電容裝置I的不同之處在于，設(shè)置固定電極16-1來代替固定電極16，并且設(shè)置驅(qū)動(dòng)部18B來代替驅(qū)動(dòng)部18。其他方面，以類似于可變電容裝置I的方式構(gòu)造可變電容裝置1B。
固定電極16-1包括絕緣部件163、絕緣部件163中面向可動(dòng)電極17的表面上彼此電分離的多個(gè)(這里，兩個(gè))子電極16C和16D。換句話說,使用這兩個(gè)子電極16C和16D 來構(gòu)造固定電極16-1。絕緣部件163還用作用于支撐(固定)各個(gè)子電極16C和16D的部件，并且由例如以二氟乙烯為例的絕緣材料制成。
基于這種構(gòu)造，在本變形例的可變電容裝置IB中，通過利用設(shè)置為基本彼此面對(duì) (相對(duì))的子電極16C與可動(dòng)電極17A以及其之間的空間區(qū)域(間隙)(和子電極16C中的介電層162A)而形成電容元件(可變電容元件)Cl。此外，通過利用設(shè)置為基本彼此面向 (相對(duì))的子電極16D與可動(dòng)電極17A以及其之間的空間區(qū)域(間隙)(和子電極16D中的介電層162A)而形成監(jiān)控用電容元件(可變電容元件)C2。注意，在這些電容元件Cl和C2 中，可動(dòng)電極17與子電極16C或子電極16D之間的距離在兩種情況下都是dl。
如圖11所示，除了類似于上述的電壓供給部181之外，驅(qū)動(dòng)部18B還具有電容值檢測部182、存儲(chǔ)部183以及減法部184。
電容值檢測部182檢測上述監(jiān)控用電容元件C2的電容值。如圖12所示，該電容值檢測部182例如包括產(chǎn)生頻率f = f0的頻率的交流信號(hào)的振蕩電路182B、3個(gè)彼此電磁耦合的電感器L1、L2和L3、二極管(整流器件)D3、電阻器R3以及電容元件(電容器)C3。 電感器LI連接在振蕩電路182B的兩端之間，電感器L2連接在監(jiān)控用電容元件C2的兩端之間。對(duì)于電感器L3，其一端連接至二極管D3的正極，另一端連接至電阻器R3的一端和電容元件C3的一端。二極管D3的負(fù)極連接至電阻器R3的另一端和電容元件C3的另一端。 基于這種連接構(gòu)造，通過利用電感器L2和監(jiān)控用電容元件C2來構(gòu)造共振電路(LC共振電路)，并且通過利用電感器L3、二極管D3、電阻器R3以及電容元件C3來構(gòu)造檢測器電路。
在該電容值檢測部182中，具體地，以以下方式檢測監(jiān)控用電容元件C2的電容值。 首先，例如在上述LC共振電路中，執(zhí)行具有如圖13所示的共振特性的共振操作(LC共振操作)。這時(shí)，當(dāng)假設(shè)電感器L2的電感是L，假設(shè)電容元件C2的電容值是C2時(shí)，通過下列表達(dá)式(2)表示該共振操作中的共振頻率f2。這里，當(dāng)電容元件C2的電容值改變時(shí)，與此基于表達(dá)式(2)共振頻率f2改變(移動(dòng))，因此振蕩電路182B中頻率f0處的檢測輸出(輸出電壓Vout)也變化。例如，如圖13中所示，當(dāng)隨著電容元件C2的電容值的變化共振頻率從f2變到(f2+ A f)時(shí)，頻率f0處的輸出電壓Vout的值也變化(這里，僅減少-A V)。這里，電容兀件C2的電容值與輸出電壓Vout是一對(duì)一的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此通過檢測該輸出電壓Vout還可以檢測(測量)電容元件C2的電容值。注意，假設(shè)由電容值檢測部182由此檢測出的電容元件C2的電容值是電容值C2d。
f2 = 1/{2 JI X (LXC2)172}. . . (2)
圖11中示出的存儲(chǔ)部183是用于預(yù)先將電容元件C2的電容值C2t (預(yù)定目標(biāo)值) 存儲(chǔ)(保持)的存儲(chǔ)器，并且可以利用各種類型存儲(chǔ)器的任一種來構(gòu)造。減法部184在保持在存儲(chǔ)部183中的電容值C2t與電容值檢測部182檢測出的電容值C2d之間執(zhí)行減法處理(具體地，執(zhí)行從電容值C2t減去電容值C2d的處理)。結(jié)果，將通過減法獲得的電容值 (C2t-C2d)輸出至電壓供給部181。
在本變形例的電壓供給部181中，利用通過電容值檢測部182檢測出的監(jiān)控用電容元件C2的電容值C2d來控制聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量。具體地，利用從減法部184提供的電容值(C2t-C2d)，將聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量控制為電容元件C2的該電容值C2d與預(yù)定目標(biāo)值(電容值C2t)基本一致(更優(yōu)選地，一致)。換句話說，這里，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓Vd的值來將聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量控制為電容值(C2t-C2d)的值接近0 (零)(優(yōu)選地，變?yōu)?)。
以這種方式,在本變形例的可變電容裝置IB中，通過利用由電壓值檢測部182檢測出的監(jiān)控用電容元件C2的電容值C2d，來在電壓供給部181中控制聚合物致動(dòng)器元件 131和132的變形量。因此，可以將實(shí)際使用的電容元件Cl的電容值精確地調(diào)節(jié)到期望值， 而不受振動(dòng)或可變電容裝置IB的姿勢差異的影響。
注意，對(duì)于本變形例，已經(jīng)描述了利用兩個(gè)子電極來形成監(jiān)控用可變電容元件的情況，但是例如，利用三個(gè)以上子電極可以形成三個(gè)以上可變電容元件，并且這些可變電容元件中的一個(gè)可以用作監(jiān)控用可變電容元件。
[變形例3和4]
圖14A以側(cè)視圖(Z-X側(cè)視圖)的方式示意性地示出了根據(jù)變形例3的可變電容裝置(可變電容裝置1C)的整體構(gòu)造(示意性構(gòu)造)。此外，圖14B以側(cè)視圖(Z-X側(cè)視圖) 的方式示意性地示出了根據(jù)變形例4的可變電容裝置(可變電容裝置1D)的整體構(gòu)造(示意性構(gòu)造)。在這些變形例3和4中，檢測可動(dòng)電極17的位移量(移動(dòng)量)，并且通過利用檢測出的位移量來控制各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量(位移量、彎曲量)。
圖14A中示出的變形例3的可變電容裝置IC與上述實(shí)施方式的可變電容裝置I 的不同之處在于，設(shè)置驅(qū)動(dòng)部18C來代替驅(qū)動(dòng)部18，并且進(jìn)一步設(shè)置磁體191和霍爾元件 192。其他方面，以類似于可變電容裝置I的方式構(gòu)造可變電容裝置1C。磁體191和霍爾元件192對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的“位移量檢測部”的具體示例。
磁體191設(shè)置在連接部件15上(這里，在側(cè)面上)，并且由例如以釹(Nd)-鐵 (Fe)-硼⑶的化合物(Nd2Fe14B)為例的磁性材料制成?；魻栐?92設(shè)置在支撐部件11 上面向磁體191的位置上，并且檢測由磁體191產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度。注意，可以利用磁阻元件(MR元件)代替使用霍爾元件192來檢測磁場的強(qiáng)度。在驅(qū)動(dòng)部18C中，利用通過霍爾元件192檢測出的磁場的強(qiáng)度(對(duì)應(yīng)于可動(dòng)電極17的位移量和磁體191與霍爾元件192 之間的距離d3)，來控制聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量。具體地，驅(qū)動(dòng)部18C通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓Vd的值來控制聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量。
同時(shí)，圖14B中示出的變形例4的可變電容裝置ID與上述實(shí)施方式中的可變電容裝置I的不同之處在于，設(shè)置驅(qū)動(dòng)部18D代替驅(qū)動(dòng)部18，并且還設(shè)置反射部件193和光反射器194。其他方面，以類似于可變電容裝置I的方式構(gòu)造可變電容裝置1D。反射部件193 和光反射器194對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的“位移量檢測部”的具體示例。
反射部件193設(shè)置在連接部件15上(這里，在側(cè)面上)，并且由例如以鋁(Al)為例的金屬材料制成。光反射器194設(shè)置在支撐部件11上面向反射部件193的位置上，并且通過在單一封裝件內(nèi)收納發(fā)光二極管(LED)和光電晶體管來形成。在光反射器194中，通過光電晶體管檢測從LED發(fā)射后被反射部件193反射的光量(反射光)。在驅(qū)動(dòng)部18D中， 利用通過光反射器194檢測出的反射光量(對(duì)應(yīng)于可動(dòng)電極17的位移量以及反射部件193 與光反射器194之間的距離d4)，來控制聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量。具體地， 驅(qū)動(dòng)部18D通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓Vd的值來控制各個(gè)聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量。
以這種方式，在變形例3和4中，檢測可動(dòng)電極17的位移量，并且利用檢測出的位移量控制聚合物致動(dòng)器元件131和132的變形量。因此，可以將電容元件Cl的電容值C可靠地調(diào)節(jié)至期望值，而不受振動(dòng)或各個(gè)可變電容裝置IC和ID的姿勢差異的影響。
[變形例5]
圖15示出了均用作應(yīng)用于根據(jù)變形例5的可變電容裝置的致動(dòng)器元件的各個(gè)壓電元件23 I和232的示意性構(gòu)造和操作。在本變形例的可變電容裝置中，設(shè)置下面將描述的壓電元件231和232來代替上述實(shí)施方式中的聚合物致動(dòng)器元件131和132。
這些壓電元件231和232均包括在XY平面上延伸的導(dǎo)電板61、設(shè)置在該導(dǎo)電板 61兩側(cè)的一對(duì)壓電體62A和62B、以及將導(dǎo)電板61和壓電體62A和62B中的每一個(gè)的一端側(cè)固定的一對(duì)固定部件63A和63B。
導(dǎo)電板61由例如以磷青銅為例的材料制成。壓電體62A和62B均由例如以鋯鈦酸鉛(PZT)為例的壓電材料制成。注意，假設(shè)這些壓電體62A和62B均經(jīng)過沿著其厚度方向(Z軸方向)進(jìn)行的預(yù)定極化處理，并且具有相同的極化方向。
在由此構(gòu)造的壓電元件231和232中，當(dāng)對(duì)各個(gè)壓電體62A和62B施加預(yù)定的驅(qū)動(dòng)電壓Vd時(shí)，一個(gè)壓電體(這里，壓電體62A)沿著X軸方向伸長，而另一個(gè)(這里，壓電體 62B)沿著X軸方向收縮。結(jié)果，壓電元件231和232整體沿著厚度方向(Z軸方向)彎曲 ( )， 并且產(chǎn)生Z軸方向的變形量。注意，當(dāng)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電壓Vd的極性時(shí)，獲得反方向的變形量。以這種方式，各個(gè)壓電元件231和232通過施加有驅(qū)動(dòng)電壓Vd而具有致動(dòng)器元件的功能。
因此，在這些壓電元件231和232用作致動(dòng)器元件的本變形例的可變電容裝置中， 通過類似的操作，可以獲得與所述實(shí)施方式相同的效果。
[變形例6]
圖16A和圖16B均以示意圖的方式示出了均用作應(yīng)用于根據(jù)變形例6的可變電容裝置的致動(dòng)器元件的雙金屬(bimetallic)元件331和332的示意性構(gòu)造和操作。圖16A 示出了操作前的狀態(tài)，以及圖16B示出了操作后的狀態(tài)。在本變形例的可變電容裝置中，設(shè)置下面將描述的雙金屬元件331和332來代替上述實(shí)施方式中的聚合物致動(dòng)器元件131和 132。
這些雙金屬元件331和332均包括在XY平面上延伸的一對(duì)金屬板(熱膨脹系數(shù)彼此不同的高膨脹性金屬板72A和低膨脹性金屬板72B);以及固定于各個(gè)這些金屬板的一端側(cè)的一對(duì)固定部件73A和73B。高膨脹性金屬板72A和低膨脹性金屬板72B通過彼此附接而形成層疊結(jié)構(gòu)。
高膨脹性金屬板72A和低膨脹性金屬板72B均由例如通過向鐵(Fe)和鎳(Ni)的合金添加諸如錳(Mn)、鉻(Cr)或銅(Cu)的金屬而獲得的材料制成。通過改變各個(gè)添加量而使各自的熱膨脹系數(shù)彼此不同。
在由此構(gòu)造的雙金屬元件331和332中，在溫度高于圖16A所示的平板狀態(tài)(操作前的狀態(tài))的狀態(tài)下，高膨脹性金屬板72A比低膨脹性金屬板72B膨脹得多。結(jié)果，雙金屬元件331和332整體沿著厚度方向(Z軸方向)彎曲(屈曲)，并且產(chǎn)生Z軸方向的變形量d。因此，通過利用諸如未示出的加熱器的加熱裝置改變高膨脹性金屬板72A和低膨脹性金屬板72B中的每一個(gè)的溫度,雙金屬兀件331和332均具有致動(dòng)器兀件的功能。
因此，在這些雙金屬元件331和332用作致動(dòng)器元件的本變形例的可變電容裝置中，通過類似的操作，可以獲得與所述實(shí)施方式相同的效果。
[應(yīng)用例]
接下來，將描述根據(jù)上述的實(shí)施方式和變形例I 6的可變電容裝置(可變電容裝置1、1A ID等)的應(yīng)用例(應(yīng)用于天線模塊和通信裝置的示例)。
圖17和圖18是均示出了根據(jù)上述實(shí)施方式等的可變電容裝置的應(yīng)用例的通信裝置(便攜式電話4)的示意性構(gòu)造的透視圖。在該便攜式電話4中，兩個(gè)外殼41A和41B通過未示出的鉸鏈機(jī)構(gòu)可折疊地彼此連結(jié)。
如圖17所示，在外殼41A的一側(cè)的表面中，設(shè)置各種操作鍵42，在操作鍵42下部設(shè)置傳聲器43。操作鍵42用于接收由使用者進(jìn)行的預(yù)定操作，從而輸入信息。傳聲器43 用于在通話時(shí)等輸入使用者的聲音。
如圖17所示，在外殼41B的一側(cè)的表面中設(shè)置利用液晶顯示面板等的顯示部44， 并且在顯示部的上端部設(shè)置揚(yáng)聲器45。顯示部44顯示各種信息，例如以無線電波接收狀態(tài)、剩余電池量、通話另一端對(duì)方的電話號(hào)碼、作為電話薄記錄的內(nèi)容(其他人的電話號(hào)碼、姓名等)、呼出通話歷史、呼入通話歷史等為例。揚(yáng)聲器45用于在通話時(shí)等輸出電話另一端對(duì)方的聲音。
如圖18所示，在外殼41B的另一側(cè)的表面內(nèi)部，設(shè)置具有根據(jù)該實(shí)施方式等的可變電容裝置中的任一個(gè)的天線模塊46。
圖19A示出了天線模塊46的主電路構(gòu)造。該天線模塊46具有天線元件461以及包括上述實(shí)施方式等中的電容元件Cl (可變電容元件)的可變電容裝置I (或IA ID等的任一個(gè))。
在具有這種構(gòu)造的天線模塊46中，與現(xiàn)有的天線模塊相比，通過利用上述實(shí)施方式等的可變電容裝置I (或IA ID等的任一個(gè))來構(gòu)造可以獲得下列優(yōu)點(diǎn)。
首先，在由便攜式電話代表的具有無線通信功能的便攜式終端(通信裝置)中，近年來，為了使通信數(shù)據(jù)高速化以及提高便利性，使用的頻率的多頻帶化、裝配系統(tǒng)的多模式化已經(jīng)有了進(jìn)展。特別地，近來，被允許使用GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))方式和UMTS(通用移動(dòng)電話系統(tǒng))方式(W-CDMA(寬帶碼分多址)方式)兩者的多頻帶-多模式的便攜式電話、智能電話等已經(jīng)變得普及。在這種便攜式終端(通信裝置)中，例如，除了 GPS(全球定位系統(tǒng))、一段(用于便攜式電話和便攜式終端的單波段局部接收服務(wù))等之外，還期望將利用諸如藍(lán)牙(注冊(cè)商標(biāo))、WLAN(無線局域網(wǎng))、以FeliCa(非接觸式IC卡注冊(cè)商標(biāo)) 為代表的近場通信(NFC)的各種方式的無線通信系統(tǒng)組合。
這里，在根據(jù)圖19B中示出的比較例的現(xiàn)有技術(shù)的天線模塊106中，如下實(shí)現(xiàn)利用這種多方式的無線通信系統(tǒng)中的波段切換。即，預(yù)先準(zhǔn)備數(shù)量與其波段數(shù)相同的阻抗調(diào)節(jié)元件(這里，I個(gè)固定電容元件ClOO和6個(gè)固定電容元件ClOl C106)，并且通過開關(guān)元件SW切換與這些阻抗調(diào)節(jié)元件的連接，從而實(shí)現(xiàn)波段切換。然而，在這種構(gòu)造中，首要的是需要多個(gè)阻抗調(diào)節(jié)元件(這里，固定電容元件)。此外，期望用以在它們之間進(jìn)行切換的開關(guān)元件SW是用以抑制高電力且具有小損耗的元件，因此期望使用諸如砷化鎵(GaAs)開關(guān)等的相對(duì)昂貴的元件。為此，在現(xiàn)有技術(shù)的天線模塊106中，該構(gòu)造復(fù)雜且大，從而增加了生產(chǎn)成本。
與之相比，在根據(jù)圖19A所示的本應(yīng)用例的天線模塊46中，上述實(shí)施方式等中所描述的可變電容裝置I等是用于波段切換的合適的元件，因此可以極大地簡化收發(fā)電路的構(gòu)造。此外，可以連續(xù)地改變可變電容元件Cl的電容值，從而可以選擇大量的波段(理論上，無窮的)。此外，可以通過單個(gè)可變電容元件覆蓋從小電容值到大電容值的廣泛的電容值范圍，因此以簡單的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了多方式的無線通信系統(tǒng)的組合。
[其他變形例]
已經(jīng)通過使用實(shí)施方式、變形例以及應(yīng)用例描述了本技術(shù)。然而，本技術(shù)并不局限于這些實(shí)施方式等，可以進(jìn)行各種修改。
例如，在一些情況下，可以不設(shè)置實(shí)施方式等中的上述連接部件15以及連結(jié)部件 141和142。此外，盡管針對(duì)通過固定部件12直接固定致動(dòng)器元件的一端側(cè)的情況描述了實(shí)施方式等，但是本技術(shù)并不局限于這種情況。換句話說，可以由固定部件12(經(jīng)由固定電極16等)間接地固定致動(dòng)器元件的一端側(cè)。此外，已經(jīng)針對(duì)將可動(dòng)電極17設(shè)置為間接連接至致動(dòng)器元件的情況描述了實(shí)施方式等，但是本技術(shù)并不局限于這種情況。換句話說，可以將可動(dòng)電極17設(shè)置為直接連接至致動(dòng)器元件(在致動(dòng)器元件的一部分(表面等)中形成可動(dòng)電極17)。
此外，主要對(duì)設(shè)置有一對(duì)致動(dòng)器元件的情形描述了實(shí)施方式等。然而，致動(dòng)器元件可以不成對(duì)，并且可以設(shè)置一個(gè)致動(dòng)器元件、或3個(gè)以上致動(dòng)器元件。
此外，每個(gè)致動(dòng)器元件的形狀不局限于實(shí)施方式等中的形狀，同樣，層疊結(jié)構(gòu)不局限于實(shí)施方式等中描述的結(jié)構(gòu)，并且可以適宜地變化。此外，可變電容裝置中每個(gè)部件的形狀和材料不局限于實(shí)施方式等中描述的形狀和材料。
此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的可變電容裝置不局限于應(yīng)用于應(yīng)用例中所描述的天線模塊和通信裝置(便攜式電話)，并且可以應(yīng)用于其他類型的電子設(shè)備等。
本發(fā)明包含于2010年10月15日向日本專利局提交的日本在先專利申請(qǐng)JP 2010-232754中公開的相關(guān)主題，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合以及替換，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求書或其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可變電容裝置，包括固定部件；固定電極，所述固定電極的第一端側(cè)由所述固定部件固定；致動(dòng)器元件，所述致動(dòng)器元件的第一端側(cè)由所述固定部件直接或間接固定；可動(dòng)電極，被配置為直接或間接連接至所述致動(dòng)器元件，并且被設(shè)置為基本面向所述固定電極；以及驅(qū)動(dòng)部，用于使所述致動(dòng)器元件的第二端側(cè)變形，以改變所述固定電極與所述可動(dòng)電極之間的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可變電容裝置，還包括多個(gè)所述致動(dòng)器元件；以及連接部件，用于在各個(gè)所述致動(dòng)器元件的第二端側(cè)與所述可動(dòng)電極的第一端側(cè)之間進(jìn)行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變電容裝置，還包括連結(jié)部件，用于在各個(gè)所述致動(dòng)器元件的第二端側(cè)與所述連接部件之間進(jìn)行連結(jié)，其中，所述連結(jié)部件具有等于或小于各個(gè)所述致動(dòng)器元件的硬度的硬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的可變電容裝置，其中，設(shè)置有多組所述固定電極和所述可動(dòng)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可變電容裝置，其中，利用多組所述固定電極和所述可動(dòng)電極所形成的多個(gè)可變電容元件彼此并聯(lián)、串聯(lián)或以二者組合的方式連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的可變電容裝置，其中，所述固定電極通過在面向所述可動(dòng)電極的表面上使用彼此電分離的多個(gè)子電極而構(gòu)成，所述可變電容裝置還包括電容值檢測部，用于檢測利用多個(gè)所述子電極中的一個(gè)所述子電極和所述可動(dòng)電極所形成的監(jiān)控用可變電容元件的電容值，以及所述驅(qū)動(dòng)部通過利用由所述電容值檢測部所檢測出的所述監(jiān)控用可變電容元件的電容值來控制所述致動(dòng)器元件的變形量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可變電容裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)部控制所述致動(dòng)器元件的變形量，以使所檢測出的所述監(jiān)控用可變電容元件的電容值與預(yù)定的目標(biāo)值基本一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的可變電容裝置，還包括位移量檢測部，用于檢測所述可動(dòng)電極的位移量，其中，所述驅(qū)動(dòng)部通過利用由所述位移量檢測部檢測出的所述位移量來控制所述致動(dòng)器元件的變形量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的可變電容裝置，其中，所述固定電極具有包括導(dǎo)體層和設(shè)置在所述導(dǎo)體層的可動(dòng)電極一側(cè)上的介電層的層疊結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的可變電容裝置，其中，所述致動(dòng)器元件是聚合物致動(dòng)器元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可變電容裝置，其中，所述聚合物致動(dòng)器元件包括一對(duì)電極膜，以及插入所述一對(duì)電極膜之間的高分子膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的可變電容裝置，其中，所述致動(dòng)器元件是壓電元件或雙金屬元件。
13.一種天線模塊，包括天線元件；以及可變電容裝置，其中，所述可變電容裝置包括固定部件；固定電極，所述固定電極的第一端側(cè)由所述固定部件固定；致動(dòng)器元件，所述致動(dòng)器元件的第一端側(cè)由所述固定部件直接或間接固定；可動(dòng)電極，被配置為直接或間接連接至所述致動(dòng)器元件，并且被設(shè)置為基本面向所述固定電極；以及驅(qū)動(dòng)部，用于使所述致動(dòng)器元件的第二端側(cè)變形，以改變所述固定電極與所述可動(dòng)電極之間的距離。
14.一種通信裝置，包括天線模塊，包括天線元件和可變電容裝置，其中，所述可變電容裝置包括固定部件；固定電極，所述固定電極的第一端側(cè)由所述固定部件固定；致動(dòng)器元件，所述致動(dòng)器元件的第一端側(cè)由所述固定部件直接或間接固定；可動(dòng)電極，被配置為直接或間接連接至所述致動(dòng)器元件，并且被設(shè)置為基本面向所述固定電極；以及驅(qū)動(dòng)部，用于使所述致動(dòng)器元件的第二端側(cè)變形，以改變所述固定電極與所述可動(dòng)電極之間的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了可變電容裝置、天線模塊及通信裝置，該可變電容裝置包括固定部件；固定電極，其第一端側(cè)由固定部件固定；致動(dòng)器元件，其第一端側(cè)由固定部件直接或間接固定；可動(dòng)電極，被配置為直接或間接連接至致動(dòng)器元件且被設(shè)置為基本面向固定電極；以及驅(qū)動(dòng)部，使致動(dòng)器元件的第二端側(cè)變形，以改變固定電極與可動(dòng)電極之間的距離。
文檔編號(hào)H01G5/18GK102543440SQ201110308940
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者加藤祐作, 永井信之, 石田武久 申請(qǐng)人:索尼公司