JP2002119045A

JP2002119045A - 電圧コンバータ

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Publication number: JP2002119045A
Application number: JP2000305217A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Takeuchi; 幸久武内; Iwao Owada; 大和田　　巌
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: US6434028B1; EP1195882A3; EP1195882A2; US20020039300A1; JP3558976B2

Abstract

(57)【要約】【課題】精密な加工を行わなくても、昇圧のための容量
変化を有効に増大化させることができ、出力電圧及び昇
圧率を共に大きくすることができる電圧コンバータを提
供する。【解決手段】電圧発生源１４からの電圧Ｖｉｎをアクチ
ュエータ部３２による容量可変操作に基づいて昇圧する
第１の要素１６を具備する電圧コンバータ１０におい
て、第１の要素１６を容量構成体３０とアクチュエータ
部３２とを有して構成する。アクチュエータ部３２は、
作動部３６と、該作動部３６を支持する振動部３８と、
該振動部３８を振動可能に支持する固定部４４とを具備
し、作動部３６は、形状保持層４６と上部電極４８ａ及
び下部電極４８ｂとを有して構成する。また、容量構成
体３０は、アクチュエータ部３２を構成する上部電極４
８ａと、該上部電極４８ａ上に形成された誘電体５０
と、電流供給ライン１２につながる電極部５２とを有し
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧発生源からの
電圧を昇圧し、該昇圧後の電圧を任意の極性で保持する
電圧コンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、電圧コンバータには、チョッ
パ型スイッチング式、フライバックコンバータ、フォワ
ードコンバータあるいはチャージポンプ型等があり、用
途に応じて使い分けられている。

【０００３】これらの各電圧コンバータを比較すると、
チョッパ型スイッチング式のものはコイルが必要であ
り、フライバックコンバータやフォワードコンバータは
トランスが必要であるため、小型化が要求されるものに
対しては不利であり、高価であるという不都合がある。
また、回路構成も複雑になり、調整作業も面倒である。

【０００４】一方、チャージポンプ型は、コイルやトラ
ンスなどの大型部品が不要であるため、小型化に有利で
あり、安価に回路を構成できるという利点を有する。

【０００５】ここで、チャージポンプ型の電圧コンバー
タ２００を応用した機械振動−振動エネルギー・コンバ
ータについて図２５〜図２７を参照しながら説明する。

【０００６】これは、文献「A Micropower Programmabl
e DSP Powered using a MEMS-basedVibration-to-Elect
ric Energy Converter」（Rajeevan Amirtharajah ら、
M.I.T., 2000 IEEE International Solid-State Circui
ts Conference）で報告されている。

【０００７】この電圧コンバータ２００は、図２５に示
すように、ポンプコンデンサＣｐとリザーバコンデンサ
ＣｒとインダクタＬと複数のスイッチング素子ＳＷ１及
びＳＷ２とを具備して構成されている。具体的には、ポ
ンプコンデンサＣｐとリザーバコンデンサＣｒを直列に
接続してなる第１の直列回路２０２と、第１及び第２の
スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を直列に接続してな
る第２の直列回路２０４とが互いに並列に接続され、第
１の直列回路２０２におけるポンプコンデンサＣｐとリ
ザーバコンデンサＣｒとの接続点ｐ１と、第２の直列回
路２０４における第１及び第２のスイッチング素子ＳＷ
１及びＳＷ２の接続点ｐ２とがインダクタＬを介して接
続され、更に、ポンプコンデンサＣｐに並列に寄生容量
Ｃｏが接続され、リザーバコンデンサＣｒに並列に負荷
２０６が接続されて構成されている。

【０００８】ここで、ポンプコンデンサＣｐは、図２６
に示すように、中央に配された櫛歯状の可動電極２１０
と、該可動電極２１０の両側に固定された櫛歯状の固定
電極２１２とで構成され、互いの櫛歯２１０ａ及び２１
２ａを近づけるあるいは遠ざけることによって可動電極
２１０と固定電極２１２との距離ｄが変化し、容量が可
変となる。

【０００９】図２５に示す電圧コンバータ２００の動作
を図２７のタイミングチャートを参照しながら説明する
と、まず、ポンプコンデンサＣｐは、固定電極２１２と
可動電極２１０が最も近づいて容量が最大値となってい
る。また、リザーバコンデンサＣｒには電荷が蓄積され
てその両端電圧が例えばＶｄｄであるとし、ポンプコン
デンサＣｐと寄生容量Ｃｏにはそれぞれ電荷が蓄積され
ていないものとする。また、第１及び第２のスイッチン
グ素子ＳＷ１及びＳＷ２は共にＯＦＦ状態にある。

【００１０】区間ｔ１の開始時点に、第２のスイッチン
グ素子ＳＷ２がＯＮになると、該区間ｔ１において、リ
ザーバコンデンサＣｒからインダクタＬに向けて電流
（インダクタ電流ｉ_L）がランプ状に流れる。次の区間
ｔ２の開始時点において、第１のスイッチング素子ＳＷ
１がＯＮし、第２のスイッチング素子ＳＷ２がＯＦＦに
なると、該区間ｔ２において、インダクタＬのエネルギ
によってインダクタ電流ｉ_LがポンプコンデンサＣｐに
供給され、該ポンプコンデンサＣｐに電荷が蓄積される
ことになる。この電荷の蓄積に伴って出力電圧Ｖｃは、
ポンプコンデンサＣｐの容量が最大値における両端電圧
（スタート電圧Ｖ_START）にＶｄｄを加えた電圧（Ｖ
_START＋Ｖｄｄ）になる。この電圧（Ｖ_START＋Ｖｄｄ）
への変化は、ポンプコンデンサＣｐとインダクタＬの時
定数による過渡特性に従うことになる。

【００１１】次に、区間ｔ３の開始時点において、第１
及び第２のスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２が共にＯ
ＦＦとなり、該区間ｔ３において、ポンプコンデンサＣ
ｐの固定電極２１２と可動電極２１０が徐々に離れる方
向に制御され、該ポンプコンデンサＣｐの容量値が徐々
に小さくなる。そして、前記容量値の変化に従って、出
力電圧Ｖｃが徐々に上がり、ポンプコンデンサＣｐの容
量値が最小になった時点でこの区間ｔ３が終了し、次の
区間ｔ４が開始されることになる。区間ｔ３の終了時点
において、出力電圧ＶｃはポンプコンデンサＣｐの容量
が最小値における両端電圧（最大電圧Ｖｍａｘ）にＶｄ
ｄを加えた電圧（Ｖｍａｘ＋Ｖｄｄ）になる。

【００１２】区間ｔ４の開始時点において、第１のスイ
ッチング素子ＳＷ１がＯＮすると、該区間ｔ４におい
て、ポンプコンデンサＣｐからインダクタＬに向かって
電流が流れ、区間ｔ４の終了時点では、前記出力電圧Ｖ
ｃはＶｄｄとなる。出力電圧Ｖｃにおける前記電圧（Ｖ
ｍａｘ＋Ｖｄｄ）から電圧Ｖｄｄへの変化は、ポンプコ
ンデンサＣｐとインダクタＬの時定数による過渡特性に
従うことになるが、このとき、ポンプコンデンサＣｐの
容量値が最小となっているため、区間ｔ２よりも短い期
間で電圧Ｖｄｄに到達することとなる。

【００１３】次の区間ｔ５の開始時点において、第１の
スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦとなって、第２のスイ
ッチング素子ＳＷ２がＯＮになると、前記インダクタＬ
にためられていたエネルギが、前記区間ｔ５において、
リザーバコンデンサＣｒに転送されることとなる。即
ち、区間ｔ４及びｔ５で昇圧したことにより増加したエ
ネルギ（ポンプコンデンサＣｐにより発電されたエネル
ギ）がリザーバコンデンサＣｒに回収されることにな
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の電圧
コンバータ２００において、ポンプコンデンサＣｐの容
量変化を大きくするためには、以下のような工夫が必要
である。

【００１５】（１）固定電極２１２の櫛歯２１２ａと可
動電極２１０の櫛歯２１０ａ間のギャップを小さくす
る。

【００１６】（２）固定電極２１２と可動電極２１０の
厚みを大きくする。

【００１７】（３）固定電極２１２及び可動電極２１０
における各櫛歯２１２ａ、２１０ａの長さを大きくす
る。

【００１８】（４）固定電極２１２及び可動電極２１０
における各櫛歯２１２ａ、２１０ａの数を増やす。

【００１９】しかし、櫛歯２１２ａ、２１０ａを形成す
るにあたってウエットエッチング等の等方性エッチング
を用いていることから、櫛歯間のギャップを小さくする
場合、エッチング深さを規制する必要がある。そうする
と、固定電極２１２と可動電極２１０の厚みが小さくな
り、電極面積が小さくなる。これでは、ギャップを小さ
くしたことによる効果（容量変化の増大）は期待できな
いことになる。つまり、前記（１）と（２）とは互いに
トレードオフの関係にある。

【００２０】また、可動電極２１０の振動周波数を高く
することは、出力電圧Ｖｃの昇圧に寄与することになる
が、固定電極２１２及び可動電極２１０における各櫛歯
２１２ａ、２１０ａの長さを大きくしたり、櫛歯２１２
ａ、２１０ａの数を増やすと、可動電極２１０の振動周
波数を高くすることができなくなる。つまり、前記
（３）や（４）と可動電極２１０の振動周波数は互いに
トレードオフの関係にある。

【００２１】また、上述のように櫛歯間のギャップをそ
れほど小さくできない状況下において、固定電極２１２
と可動電極２１０の厚みを大きくしたり、固定電極２１
２及び可動電極２１０における各櫛歯２１２ａ、２１０
ａの数を増やすことは、ポンプコンデンサＣｐ自体のサ
イズの大型化を招くことになる。つまり、前記（２）や
（４）と小型化は互いにトレードオフの関係にある。

【００２２】そして、上述の電圧コンバータ２００にお
いては、固定電極２１２と可動電極２１０間に空気を介
在させており、しかも、固定電極２１２と可動電極２１
０との距離ｄのみの変化で容量を変えるようにしている
ため、容量変化の増大化を有効に図ることができない。

【００２３】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、精密な加工を行わなくても、昇圧のため
の容量変化を有効に増大化させることができ、出力電圧
及び昇圧率を共に大きくすることができる電圧コンバー
タを提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電圧発生源
と、電圧発生源からの電圧をアクチュエータ部による容
量可変操作に基づいて昇圧する第１の要素と、前記第１
の要素での昇圧後の電圧を任意の極性で保持する第２の
要素とを具備して構成され、前記第１の要素は、容量構
成体と、前記アクチュエータ部とを有し、前記容量構成
体は、電流供給ラインにつながる一方の電極部と、前記
アクチュエータ部側に設置された他方の電極部と、これ
ら電極部間に配された誘電体とを有することを特徴とす
る。

【００２５】これにより、まず、電圧発生源からの電圧
が第１の要素に供給されると、第１の要素におけるアク
チュエータ部が駆動することによって、前記一方の電極
部と他方の電極部間の距離が変化し、各電極部に対する
誘電体の接触面積も変化することになる。

【００２６】ここで、電極部間の距離をｄ、各電極部に
対する誘電体の接触面積をＳ、誘電体の誘電率をεとし
たとき、容量Ｃは、以下の式で表される。

【００２７】Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ従来のものは、電極部間の距離のみを変化させることで
容量を変化させていたが、この発明では、電極部間の距
離のみならず、各電極部に対する誘電体の接触面積も変
化するため、容量変化の増大化を図ることができる。

【００２８】また、電極部間には空気ではなく、誘電体
が介在することになるため、各電極部間に精密なギャッ
プを形成する必要がなくなり、各種トレードオフの関係
を緩和することができ、容量変化の増大化を有効に図る
ことができる。

【００２９】そして、前記構成において、前記アクチュ
エータ部を、作動部と、前記作動部を支持する振動部
と、前記振動部を振動可能に支持する固定部とを有して
構成し、前記作動部を、形状保持層と、該形状保持層に
形成され、かつ、駆動電圧が印加される少なくとも一対
の電極とを有して構成するようにしてもよい。

【００３０】また、前記振動部と前記固定部を、セラミ
ックスにて一体に形成し、前記形状保持層を、圧電／電
歪及び／又は反強誘電体層で構成するようにしてもよ
い。ここで、前記作動部を構成する前記一対の電極のう
ち、一方の電極が、前記容量構成体の前記アクチュエー
タ部側に設置された他方の電極部を兼ねるようにしても
よい。これにより、構造の簡単化を図ることができる。
また、アクチュエータ部の駆動効率も向上させることが
できる。つまり、アクチュエータ部の構成として、一方
の電極及び他方の電極で形状保持層を挟むかたちの構造
を採用することができ、アクチュエータ部全体にわたっ
て歪みの発現に寄与する電界を印加することで、アクチ
ュエータ部全体の歪みを変位として用いることができる
からである。

【００３１】また、前記作動部を構成する前記一対の電
極のうち、一方の電極と、前記容量構成体の前記アクチ
ュエータ部側に設置された他方の電極部との間に絶縁層
を介在させるようにしてもよい。即ち、容量構成体とア
クチュエータ部間に絶縁層が介在する形態となり、容量
構成体とは無関係に、アクチュエータ部の電極の電位を
設定することができるため、アクチュエータ部の最適駆
動電圧を印加して得られる変位の最大化を図ることがで
きる。

【００３２】そして、前記誘電体は、弾力性を有する部
材で構成することが好ましい。これにより、アクチュエ
ータ部の駆動によって、容量構成体を構成する一方の電
極部と他方の電極部間の距離と、各電極部に対する誘電
体の接触面積をそれぞれ効率よく変化させることがで
き、容量構成体での容量変化の増大化を図ることができ
る。特に、前記部材内に強誘電体のフィラーを含むこと
によって、誘電体の誘電率を上げることができ、更に、
容量変化の増大化を図ることができる。

【００３３】また、少なくとも前記誘電体の周囲に該誘
電体の誘電率と異なる誘電率を有し、かつ、流動性を有
する部材を配するようにしてもよい。これにより、例え
ば、アクチュエータ部の駆動によって誘電体が容量構成
体の一方の電極部から離れたとき、その隙間に流動性の
ある部材が流れ込んで、前記一方の電極部と他方の電極
部間には、誘電体と前記流動性のある部材が介在するこ
ととなり、結果的に一方の電極と他方の電極間の誘電率
が変化することになる。この誘電率の変化によって、容
量変化の増大化を更に促進させることができる。

【００３４】そして、本発明においては、前記電圧発生
源からの電圧を第１の制御信号に基づいて選択的に前記
第１の要素に導く第１のスイッチング素子と、前記第１
の要素での昇圧後の電圧を第２の制御信号に基づいて選
択的に前記第２の要素に導く第２のスイッチング素子と
を有するようにしてもよい。

【００３５】この場合、第３の制御信号に基づいて、前
記アクチュエータ部に対し、前記基準電圧と該基準電圧
と異なる第１の電圧を選択的に供給する第３のスイッチ
ング素子を有するようにしてもよい。

【００３６】これにより、例えば第１のスイッチング素
子を通じて、前記電圧発生源からの電圧を前記第１の要
素に導いた際に、第３のスイッチング素子を通じて、ア
クチュエータ部に対して例えば第１の電圧を供給するこ
とで、アクチュエータ部の変位動作により容量構成体の
容量が変化し、この容量変化に基づいて、前記電圧発生
源からの電圧が昇圧されることになる。その後、第２の
スイッチング素子を通じて、前記昇圧後の電圧が第２の
要素に導かれることになる。前記基準電圧と異なる第１
の電圧としては、例えば前記電圧発生源からの電圧を用
いることができる。

【００３７】更に、前記構成において、前記第２の要素
に保持された電圧が所定の電圧に達した時点で前記第３
のスイッチング素子を停止状態とする場合に、第４の制
御信号に基づいて、前記アクチュエータ部に対し、前記
基準電圧と該基準電圧と異なる第２の電圧を選択的に供
給する第４のスイッチング素子を有するようにしてもよ
い。この場合、前記基準電圧と異なる第２の電圧とし
て、前記第２の要素にて保持された電圧を用いるように
してもよい。

【００３８】これにより、アクチュエータ部での容量変
化として、第１の電圧による容量変化と、第２の電圧に
よる容量変化という複数段階の変化を提供することがで
き、しかも、第１及び第２の電圧として、前記電圧発生
源での電圧と第２の要素で保持された電圧を用いればよ
いため、新たに電圧を生成するための電源回路系を設け
る必要がなくなり、回路構成並びに装置構成を簡単にす
ることができる。

【００３９】また、本発明では、前記スイッチング素子
を、スイッチング用アクチュエータ部を有する圧電リレ
ーにて構成し、前記スイッチング用アクチュエータ部
を、形状保持層と、該形状保持層に形成された少なくと
も一対の電極とを有する作動部と、該作動部を支持する
振動部と、該振動部を振動可能に支持する固定部とを有
して構成するようにしてもよい。

【００４０】これにより、スイッチング素子のオン抵抗
を小さくすることが可能となり、かつ、スイッチング動
作の高速化を実現させることができる。そのため、小型
で高出力、並びに高効率の電圧コンバータを得ることが
できる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電圧コンバー
タを例えばチャージポンプを使用した電圧コンバータに
適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図２４を参照
しながら説明する。

【００４２】まず、本実施の形態に係る電圧コンバータ
１０は、図１に示すように、電流供給ライン１２と接地
間に、それぞれ並列に接続された電圧発生源１４、第１
の要素１６及び第２の要素１８を有して構成されてい
る。

【００４３】電圧発生源１４は、例えば図１に示すよう
に電源で構成することも可能であるが、所定の電荷が蓄
積された容量でも構成することができる。

【００４４】第１の要素１６は、電圧発生源１４からの
電圧Ｖｉｎをアクチュエータ部３２（図２参照）の変位
動作による容量構成体３０の容量可変操作に基づいて昇
圧するものである。図１では等価的に容量Ｃ１で示して
あるが、詳しい構成については、後で詳述する。

【００４５】第２の要素１８は、前記第１の要素１６で
の昇圧後の電圧を任意の極性で保持するものであり、例
えば容量Ｃ２で構成される。この第２の要素１８を構成
する容量Ｃ２の容量値は一定とされ、第１の要素１６を
構成する容量Ｃ１の最大容量値Ｃｍａｘよりもかなり大
きくなるように設定されている（Ｃｍａｘ≪Ｃ２）。な
お、この第２の要素１８には、並列に負荷２０が接続さ
れる。該第２の要素１８を構成する容量Ｃ２の両端電圧
が負荷に印加されるようになっている。

【００４６】また、この電圧コンバータ１０は、電流供
給ライン１２のうち、電圧発生源１４と第１の要素１６
間に、電圧発生源１４からの電圧Ｖｉｎを制御部２２か
らの第１の制御信号Ｓｃ１に基づいて選択的に前記第１
の要素１６に導く第１のスイッチング素子ＳＷ１が挿入
接続され、第１の要素１６と第２の要素１８間に、第１
の要素１６での昇圧後の電圧を制御部２２からの第２の
制御信号Ｓｃ２に基づいて選択的に前記第２の要素１８
に導く第２のスイッチング素子ＳＷ２が挿入接続されて
いる。

【００４７】次に、第１の要素１６について図２を参照
しながら説明する。この第１の要素１６は、図２に示す
ように、容量構成体３０と、アクチュエータ部３２とを
有して構成されている。

【００４８】アクチュエータ部３２は、例えばセラミッ
クスにて構成されたアクチュエータ基板３４上に形成さ
れた作動部３６を有する。該アクチュエータ基板３４の
内部には、前記容量構成体３０に対応した位置に振動部
３８を形成するための空所４０が設けられている。空所
４０は、アクチュエータ基板３４の他端面に設けられた
径の小さい貫通孔４２を通じて外部と連通されている。

【００４９】前記アクチュエータ基板３４のうち、空所
４０の形成されている部分が薄肉とされ、それ以外の部
分が厚肉とされている。薄肉の部分は、外部応力に対し
て振動を受けやすい構造となって振動部３８として機能
し、空所４０以外の部分は厚肉とされて前記振動部３８
を支持する固定部４４として機能するようになってい
る。

【００５０】つまり、アクチュエータ基板３４は、最下
層である基板層３４Ａと中間層であるスペーサ層３４Ｂ
と最上層である薄板層３４Ｃの積層体であって、スペー
サ層３４Ｂのうち、アクチュエータ部３２に対応する箇
所に空所４０が形成された一体構造体として把握するこ
とができる。基板層３４Ａは、補強用基板として機能す
るほか、配線用の基板としても機能するようになってい
る。なお、前記アクチュエータ基板３４は、一体焼成で
あっても、後付けであってもよい。

【００５１】そして、アクチュエータ部３２は、前記振
動部３８と固定部４４のほか、該振動部３８上に直接形
成された前記作動部３６を具備して構成され、該作動部
３６は、圧電／電歪層や反強誘電体層等の形状保持層４
６と、該形状保持層４６の上面と下面に形成された一対
の電極４８（上部電極４８ａ及び下部電極４８ｂ）とを
有する。

【００５２】一方、容量構成体３０は、アクチュエータ
部３２を構成する上部電極４８ａと、該上部電極４８ａ
上に形成された変位伝達部としての誘電体５０と、電流
供給ライン１２につながる例えば金属板で構成された電
極部５２とを有して構成されている。

【００５３】誘電体５０は、弾力性を有する部材で構成
され、該部材内には強誘電体のフィラー５４が含有され
ている。

【００５４】そして、一対の電極４８ａ及び４８ｂ間に
形状保持層４６の分極時の印加電圧と同様の電圧を印加
すると、形状保持層４６において電界誘起歪みが発生
し、その横効果によって形状保持層４６が空所側に凸と
なるように屈曲変位する（図３参照）。もちろん、アク
チュエータ部３２を容量構成体３０側に凸となるよう
に、他方向に屈曲変位させることも可能である。なお、
アクチュエータ部３２に基準電圧（例えば０Ｖ）が印加
された段階の該アクチュエータ部３２の状態を自然状態
と記す。

【００５５】更に、作動部３６の上部電極４８ａは接地
とされ、下部電極４８ｂには、第３のスイッチング素子
ＳＷ３が第４のスイッチング素子ＳＷ４を介して選択的
に接続されるようになっている。

【００５６】前記第３のスイッチング素子ＳＷ３は、制
御部２２からの第３の制御信号Ｓｃ３に基づいて可動す
る可動接点Ｍ３と、ＧＮＤに接続された第１の固定接点
Ａと、電圧発生源１４に接続された第２の固定接点Ｂと
を有し、第４のスイッチング素子ＳＷ４は、制御部２２
からの第４の制御信号Ｓｃ４に基づいて可動する可動接
点Ｍ４と、第３のスイッチング素子ＳＷ３の可動接点Ｍ
３に接続された第１の固定接点Ｃと、第２の要素１８に
接続された第２の固定接点Ｄとを有する。

【００５７】従って、第４のスイッチング素子ＳＷ４に
おける可動接点Ｍ４が第１の固定接点Ｃに接続されて、
第３のスイッチング素子ＳＷ３を選択している場合に、
例えば第３のスイッチング素子ＳＷ３の可動接点Ｍ３が
第１の固定接点Ａに接続されている期間においては、ア
クチュエータ部３２における下部電極４８ｂが接地電位
Ｖｓｓとなるため、アクチュエータ部３２には基準電圧
Ｖｂ（この場合、０Ｖ）が印加され、該アクチュエータ
部３２は自然状態を維持する。この自然状態によって容
量構成体３０における電極部５２と上部電極４８ａ間の
距離が最小となっている場合は、第１の要素１６の容量
値Ｃ１は最大値Ｃｍａｘとなっている。

【００５８】前記第４のスイッチング素子ＳＷ４にて前
記第３のスイッチング素子ＳＷ３が選択されている場合
に、今度は、該第３のスイッチング素子ＳＷ３の可動接
点Ｍ３が第２の固定接点Ｂに接続されている期間におい
ては、アクチュエータ部３２の下部電極４８ｂが電圧発
生源１４における電位Ｖｉｎとなるため、アクチュエー
タ部３２には第１の電圧Ｖａ１が印加され、該アクチュ
エータ部３２は空所４０側を凸として変位し、容量構成
体３０における電極部５２と上部電極４８ａ間の距離が
前記第１の電圧Ｖａ１に応じた距離だけ離れることにな
る。このアクチュエータ部３２の変位動作によって、第
１の要素１６の容量値Ｃ１が減少し、第１の要素１６の
両端電圧は高くなる。

【００５９】そして、第４のスイッチング素子ＳＷ４に
おける可動接点Ｍ４が第２の固定接点Ｄに接続されてい
る期間（この期間は、第３のスイッチング素子ＳＷ３が
オフ状態となる）においては、下部電極４８ｂが第２の
要素１８における電位Ｖｏｕｔとなるため、アクチュエ
ータ部３２には第２の電圧Ｖａ２が印加され、該アクチ
ュエータ部３２は空所４０側を凸として変位し、電極部
５２と上部電極４８ａ間の距離が前記第２の電圧Ｖａ２
に応じた距離だけ離れることになる。第２の電圧Ｖａ２
が前記第１の電圧Ｖａ１よりも高ければ、このアクチュ
エータ部３２の変位動作によって、第１の要素１６の容
量値Ｃ１が更に減少することとなり、第１の要素１６の
両端電圧は更に高くなる。

【００６０】このように、アクチュエータ部３２に第１
の電圧Ｖａ１又は第２の電圧Ｖａ２が印加されて、該ア
クチュエータ部３２が変位すると、容量構成体３０にお
ける電極部５２と作動部３６における上部電極４８ａ間
の距離が変化すると共に、誘電体５０の前記電極部５２
に対する接触面積も変化することになる。

【００６１】ここで、電極部５２と上部電極４８ａ間の
距離をｄ、電極部５２に対する誘電体５０の接触面積を
Ｓ、誘電体５０の誘電率をεとしたとき、容量Ｃは、以
下の式で表される。

【００６２】Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ従来のものは、容量Ｃを構成する電極間の距離のみを変
化させることで容量Ｃを変化させていたが、この実施の
形態では、電極部５２と上部電極４８ａ間の距離のみな
らず、電極部５２に対する誘電体５０の接触面積も変化
するため、容量変化の増大化を図ることができる。

【００６３】次に、第１の実施の形態に係る電圧コンバ
ータ１０の動作について図２〜図４の動作概念図並びに
図５及び図６のシーケンス表図を参照しながら説明す
る。なお、電圧関係を明確にするために、区間ｔ１〜区
間ｔ７における第１の要素１６及び第２の要素１８の両
端電圧をそれぞれＶ１ａ及びＶ２ａと記し、区間ｔ９〜
区間ｔ１６における第１の要素１６及び第２の要素１８
の両端電圧をそれぞれＶ１ｂ及びＶ２ｂと記す。

【００６４】まず、初期状態（図５の区間ｔ０）では、
制御部２２は、第１〜第４の制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ４を
すべて低レベルとしている。そのため、第１及び第２の
スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２は共にＯＦＦ状態で
あり、更に、第４のスイッチング素子ＳＷ４を通じて第
３のスイッチング素子ＳＷ３が選択され、第３のスイッ
チング素子ＳＷ３によって接地電位Ｖｓｓが選択され
る。これにより、図２に示すように、アクチュエータ部
３２には基準電圧Ｖｂが印加され、該アクチュエータ部
３２は自然状態を維持し、第１の要素１６の容量値Ｃ１
は最大値Ｃｍａｘとなっている。

【００６５】この状態から、区間ｔ１の開始時点で、制
御部２２は、第１の制御信号Ｓｃ１を高レベルにし、第
１のスイッチング素子ＳＷ１をＯＮ状態とする。これに
よって、区間ｔ１においては、電圧発生源１４からの電
流が第１の要素１６に流れ、該第１の要素１６に電荷が
蓄積される。この区間ｔ１では、第１の要素１６の両端
電圧Ｖ１ａは電圧発生源１４の両端電圧Ｖｉｎと同じに
なる。

【００６６】第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａが電圧発
生源１４の両端電圧Ｖｉｎとなった時点（区間ｔ２の開
始時点）で、制御部２２は、第１の制御信号Ｓｃ１を低
レベルにし、第１のスイッチング素子ＳＷ１をＯＦＦ状
態にする。これによって、第１の要素１６から他の要素
（電圧発生源１４や第２の要素１８等）への電流の流れ
は停止される。この区間ｔ２では、電流が流れないた
め、第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａは、依然、上述の
電圧Ｖ１ａ＝Ｖｉｎが保持される。

【００６７】区間ｔ２の開始時点から所定時間が経過し
た時点（区間ｔ３の開始時点）で、制御部２２は、第３
の制御信号Ｓｃ３を高レベルにし、第３のスイッチング
素子ＳＷ３によって電圧発生源１４の電位Ｖｉｎが選択
される。この選択によって、アクチュエータ部３２に
は、第１の電圧Ｖａ１が印加されることになり、図３に
示すように、アクチュエータ部３２は、空所４０側に凸
となるように変位し、容量構成体３０における電極部５
２と上部電極４８ａ間の距離が第１の電圧Ｖａ１に応じ
た距離だけ離れると共に、電極部５２に対する誘電体５
０の接触面積が第１の電圧Ｖａ１に応じた分だけ狭くな
る。その結果、第１の要素１６の容量値Ｃ１が減少し
（Ｃ１＝Ｃ１ａ）、その分、第１の要素１６の両端電圧
Ｖ１ａが高くなる（Ｖ１ａ＝Ｑ／Ｃ１ａ＞Ｖｉｎ）。

【００６８】第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａが第１の
規定電圧Ｖｃ１になった時点（区間ｔ４の開始時点）
で、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ２を高レベルに
し、第２のスイッチング素子ＳＷ２をＯＮ状態にする。
ここで、第１の規定電圧Ｖｃ１とは、アクチュエータ部
３２に第１の電圧Ｖａ１が印加されて該アクチュエータ
３２が変位したときの第１の要素１６の理論上の両端電
圧をいう。

【００６９】これによって、区間ｔ４において、第１の
要素１６から第２の要素１８に電流が流れ、該第２の要
素１８に電荷が蓄積される。この区間ｔ４では、第２の
要素１８の両端電圧Ｖ２ａは第１の要素１６の両端電圧
Ｖ１ａと同じになり、電圧発生源１４の電圧Ｖｉｎより
も高い電圧Ｖ１ａが保持され、該電圧Ｖ１ａが負荷２０
に印加されることになる。

【００７０】第２の制御信号Ｓｃ２が高レベルであっ
て、かつ、第２の要素１８の両端電圧Ｖ２ａが、現時点
における第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａとほぼ同じに
なった時点（区間ｔ５の開始時点）で、制御部２２は、
第２の制御信号Ｓｃ２を低レベルにし、第２のスイッチ
ング素子ＳＷ２をＯＦＦ状態にする。この区間ｔ５にお
いては、第１の要素１６と電気的に分離されることか
ら、第２の要素１８に蓄積された電荷に応じた電圧を有
する擬似的な電源となり、負荷２０に対して電力が供給
される。

【００７１】区間ｔ５から所定時間が経過した時点（区
間ｔ６の開始時点）で、制御部２２は、第３の制御信号
Ｓｃ３を低レベルにし、第３のスイッチング素子ＳＷ３
よって接地電位Ｖｓｓが選択される。これによって、ア
クチュエータ部３２には、基準電圧Ｖｂが印加されるこ
とになるため、該アクチュエータ部３２は自然状態に復
帰し、第１の要素１６の容量値Ｃ１は再び最大値Ｃｍａ
ｘとなる。

【００７２】次に、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ
２が低レベルであって（第２のスイッチング素子ＳＷ２
がＯＦＦ状態）、かつ、第２の要素１８の両端電圧Ｖ２
ａが、前記第１の規定電圧Ｖｃ１以上になったか否かを
判別する。

【００７３】第２の要素１８の両端電圧Ｖ２ａが第１の
規定電圧Ｖｃ１未満の場合、制御部２２は、再び区間ｔ
１以降の処理を繰り返す。この繰り返し処理によって、
第２の要素１８に電荷が順次蓄積され、第２のスイッチ
ング素子ＳＷ２がＯＦＦ状態における第２の要素１８の
両端電圧Ｖ２ａが第１の規定電圧Ｖｃ１となる。

【００７４】この段階から、制御部２２は、図６におけ
る区間ｔ１１の開始時点において、第１の制御信号Ｓｃ
１を高レベルにし、第１のスイッチング素子ＳＷ１をＯ
Ｎ状態とする。これによって、区間ｔ１１においては、
第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂは電圧発生源１４の両
端電圧Ｖｉｎと同じになる。

【００７５】第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂが電圧発
生源１４の両端電圧Ｖｉｎとなった時点（区間ｔ１２の
開始時点）で、制御部２２は、第１の制御信号Ｓｃ１を
低レベルにし、第１のスイッチング素子ＳＷ１をＯＦＦ
状態にする。これによって、第１の要素１６から他の要
素（電圧発生源１４や第２の要素１８等）への電流の流
れは停止される。この区間ｔ１２では、電流が流れない
ため、第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂは、依然、上述
の電圧Ｖ１ｂ＝Ｖｉｎが保持される。

【００７６】区間ｔ１２の開始時点から所定時間が経過
した時点（区間ｔ１３の開始時点）で、制御部２２は、
第４の制御信号Ｓｃ４を高レベルにし、第４のスイッチ
ング素子ＳＷ４によって第２の要素１８の電位Ｖｏｕｔ
が選択される。この選択によって、アクチュエータ部３
２には、第２の電圧Ｖａ２（＞Ｖａ１）が印加されるこ
とになり、図４に示すように、アクチュエータ部３２
は、空所４０側に凸となるように変位し、容量構成体３
０における電極部５２と上部電極４８ａ間の距離が第２
の電圧Ｖａ２に応じた距離（第１の電圧Ｖａ１のときよ
りも長い距離）だけ離れると共に、電極部５２に対する
誘電体５０の接触面積Ｓが第２の電圧Ｖａ２に応じた分
だけ狭くなる。その結果、第１の要素１６の容量値Ｃ１
が第１の電圧Ｖａ１が印加されたときよりも減少し（Ｃ
１＝Ｃ１ｂ）、その分、第１の要素１６の両端電圧Ｖ１
ｂ（＞Ｖ１ａ）が更に高くなる。

【００７７】第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂが第２の
規定電圧Ｖｃ２になった時点（区間ｔ１４の開始時点）
で、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ２を高レベルに
し、第２のスイッチング素子ＳＷ２をＯＮ状態にする。
ここで、第２の規定電圧Ｖｃ２とは、アクチュエータ部
３２に第２の電圧Ｖａ２が印加されて該アクチュエータ
部３２が変位したときの第１の要素１６の理論上の両端
電圧をいう。

【００７８】これによって、区間ｔ１４において、第１
の要素１６から第２の要素１８に電流が流れ、該第２の
要素１８に電荷が蓄積される。この区間ｔ１４では、第
２の要素１８の両端電圧Ｖ２ｂは第１の要素１６の両端
電圧Ｖ１ｂと同じになり、図５の区間ｔ４における第１
の要素１６の両端電圧Ｖ１ａよりも高い電圧Ｖ１ｂが保
持され、該電圧Ｖ１ｂが負荷に印加されることになる。

【００７９】第２の制御信号Ｓｃ２が高レベルであっ
て、かつ、第２の要素１８の両端電圧Ｖ２ｂが、現時点
における第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂとほぼ同じに
なった時点（区間ｔ１５の開始時点）で、制御部２２
は、第２の制御信号Ｓｃ２を低レベルにし、第２のスイ
ッチング素子ＳＷ２をＯＦＦ状態にする。この区間ｔ１
５においては、第１の要素１６と電気的に分離されるこ
とから、第２の要素１８に蓄積された電荷に応じた電圧
を有する擬似的な電源となり、負荷２０に対して電力が
供給される。

【００８０】区間ｔ１５から所定時間が経過した時点
（区間ｔ１６の開始時点）で、制御部２２は、第４の制
御信号Ｓｃ４を低レベルにし、第３のスイッチング素子
ＳＷ３よって接地電位Ｖｓｓが選択される。これによっ
て、アクチュエータ部３２には、基準電圧Ｖｂが印加さ
れることになるため、該アクチュエータ部３２は自然状
態に復帰し、第１の要素１６の容量値Ｃ１は再び最大値
Ｃｍａｘとなる。その後、区間ｔ１１〜区間ｔ１６の処
理が繰り返され、この繰り返し処理によって、第２の要
素１８に電荷が順次蓄積され、第２のスイッチング素子
ＳＷ２がＯＦＦ状態における第２の要素１８の両端電圧
Ｖ２ａが第２の規定電圧Ｖｃ２となる。

【００８１】このように、本実施の形態に係る電圧コン
バータ１０においては、電圧発生源１４と、該電圧発生
源１４からの電圧Ｖｉｎをアクチュエータ部３２による
容量可変操作に基づいて昇圧する第１の要素１６と、該
第１の要素１６での昇圧後の電圧を任意の極性で保持す
る第２の要素１８とを具備して構成され、前記第１の要
素１６は、容量構成体３０とアクチュエータ部３２とを
有し、容量構成体３０は、電流供給ライン１２につなが
る電極部５２と、前記アクチュエータ部３２の上部電極
４８ａと、これら電極部５２と上部電極４８ａとの間に
配された誘電体５０とを有するように構成されている。

【００８２】これにより、まず、電圧発生源１４からの
電圧Ｖｉｎが第１の要素１６に供給されると、第１の要
素１６におけるアクチュエータ部３２が駆動することに
なり、これによって、電極部５２と上部電極４８ａとの
間の距離のみならず、電極部５２に対する誘電体５０の
接触面積Ｓも変化するため、容量変化の増大化を図るこ
とができる。

【００８３】また、電極部５２と上部電極４８ａとの間
には空気ではなく、誘電体５０が介在することになるた
め、電極部５２と上部電極４８ａとの間に精密なギャッ
プを形成する必要がなくなり、各種トレードオフの関係
を緩和することができ、容量変化の増大化を有効に図る
ことができる。

【００８４】更に、この第１の実施の形態においては、
振動部３８と固定部４４を、セラミックスにて一体に形
成し、形状保持層４６を、圧電／電歪層及び／又は反強
誘電体層で構成するようにしており、しかも、作動部３
６を構成する一対の電極４８ａ及び４８ｂのうち、上部
電極４８ａが、容量構成体３０の電極を兼ねるようにし
たので、構造の簡単化を図ることができ、アクチュエー
タ部３２の駆動効率も向上させることができる。つま
り、アクチュエータ部３２の構成として、上部電極４８
ａ及び下部電極４８ｂで形状保持層４６を挟むかたちの
構造を採用することができ、アクチュエータ部３２全体
にわたって歪みの発現に寄与する電界を印加すること
で、アクチュエータ部３２全体の歪みを変位として用い
ることができるからである。

【００８５】特に、この第１の実施の形態においては、
誘電体５０として、弾力性を有する部材で構成するよう
にしているため、アクチュエータ部３２の駆動によっ
て、容量構成体３０を構成する電極部５２と上部電極４
８ａとの間の距離と、電極部５２に対する誘電体５０の
接触面積Ｓをそれぞれ効率よく変化させることができ、
容量構成体３０での容量変化の増大化を図ることができ
る。また、この実施の形態では、前記部材内に強誘電体
のフィラー５４を含むようにしているため、誘電体５０
の誘電率を上げることができ、更に、容量変化の増大化
を図ることができる。

【００８６】第１の実施の形態では、容量構成体３０の
誘電体５０として１種の誘電体５０を用いることにした
が、その他、図７Ａに示すように、誘電体５０として離
型性のよい部材を用い、少なくとも該誘電体５０の周囲
に該誘電体５０の誘電率と異なる誘電率を有し、かつ、
流動性を有する部材６０を配するようにしてもよい。こ
れにより、例えば、図７Ｂに示すように、アクチュエー
タ部３２の駆動によって誘電体５０が容量構成体３０の
電極部５２から離れたとき、その隙間に流動性のある部
材６０が流れ込んで、電極部５２と上部電極４８ａとの
間には、誘電体５０と前記流動性のある部材６０が介在
することとなり、結果的に電極部５２と上部電極４８ａ
との間の誘電率が変化することになる。この誘電率の変
化によって、容量変化の増大化を更に促進させることが
できる。

【００８７】上述の例では、第１の要素１６を１組の容
量構成体３０とアクチュエータ部３２で構成するように
したが、その他、図８〜図１１に示すように、複数組の
容量構成体３０Ａ〜３０Ｃ並びにアクチュエータ部３２
Ａ〜３２Ｃで構成するようにしてもよい。

【００８８】この場合、第３のスイッチング素子ＳＷ３
並びに第４のスイッチング素子ＳＷ４をそれぞれ１つず
つ設けて、第１の要素１６を構成する全てのアクチュエ
ータ部３２Ａ〜３２Ｃに対して同じタイミングで同一電
圧が印加されるようにしてもよい。

【００８９】図９は、第３のスイッチング素子ＳＷ３及
び第４のスイッチング素子ＳＷ４を通じて各アクチュエ
ータ部３２Ａ〜３２Ｃの下部電極４８ｂに、電圧発生源
１４からの電圧Ｖｉｎを印加することによって、各アク
チュエータ部３２Ａ〜３２Ｃに第１の電圧Ｖａ１を印加
した状態を示す。

【００９０】また、図１０に示すように、各アクチュエ
ータ部３２Ａ〜３２Ｃに応じて複数の第３のスイッチン
グ素子ＳＷ３Ａ〜ＳＷ３Ｃ並びに複数の第４のスイッチ
ング素子ＳＷ４Ａ〜ＳＷ４Ｃを設けるようにしてもよ
い。そして、第３の制御信号Ｓｃ３として、複数の第３
のスイッチング素子ＳＷ３Ａ〜ＳＷ３Ｃにパラレルに出
力される第１のアドレス信号（Ｓｃ３Ａ〜Ｓｃ３Ｃ）と
し、第４の制御信号Ｓｃ４として、複数の第４のスイッ
チング素子ＳＷ４Ａ〜ＳＷ４Ｃにパラレルに出力される
第２のアドレス信号（Ｓｃ４Ａ〜Ｓｃ４Ｃ）としてもよ
い。この場合、変位させるべきアクチュエータ部３２
Ａ、３２Ｂ又は３２Ｃを第１及び第２のアドレス信号
（Ｓｃ３Ａ〜Ｓｃ３Ｃ）及び（Ｓｃ４Ａ〜Ｓｃ４Ｃ）で
任意に選択することができ、第１の要素１６における容
量値Ｃ１の変化を任意の幅に設定することが可能とな
る。その結果、負荷や回路系の回路定数に応じて電圧の
昇圧レベルを任意に設定することができ、電圧コンバー
タ１０の汎用化を図ることができる。

【００９１】図１１は、１番目及び２番目のアクチュエ
ータ部３２Ａ及び３２Ｂに対しては、１番目及び２番目
の第３のスイッチング素子ＳＷ３Ａ及びＳＷ３Ｂ並びに
１番目及び２番目の第４のスイッチング素子ＳＷ４Ａ及
びＳＷ４Ｂを通じて基準電圧Ｖｂを印加させ、３番目の
アクチュエータ部３２Ｃに対しては、３番目の第３のス
イッチング素子ＳＷ３Ｃ及び３番目の第４のスイッチン
グ素子ＳＷ４Ｃを通じて第１の電圧Ｖａ１を印加させた
状態を示す。

【００９２】ところで、第１及び第２のスイッチング素
子ＳＷ１及びＳＷ２並びに第３及び第４のスイッチング
素子ＳＷ３及びＳＷ４は、ＳＳＲ（ソリッドステートリ
レー）やＭＯＳリレーを用いることができる。

【００９３】特に、第１及び第２のスイッチング素子Ｓ
Ｗ１及びＳＷ２は、図１２に示すように、圧電リレー７
０にて構成するようにしてもよい。この圧電リレー７０
は、上部に接点部７２が配され、下部にアクチュエータ
部７４が配されて構成されている。

【００９４】接点部７２は、スイッチング素子ＳＷ１又
はＳＷ２の固定接点を構成する端子板７６と、スイッチ
ング素子ＳＷ１又はＳＷ２の可動接点を構成する板ばね
７８とを有して構成されている。

【００９５】端子板７６は、窓部８０を有する基板８２
の上面に該窓部８０を閉塞するように設置され、板ばね
７８は、前記端子板７６の下面に対向するように、基板
８２の窓部８０内に配置されている。板ばね７８の端部
は、基板８２の下面に設けられた金属部材８４（金属板
や金属層を意味する）に接触されており、該金属部材８
４を通じて電気的な導出が図られている。

【００９６】一方、アクチュエータ部７４は、接点部７
２をＯＮ／ＯＦＦ動作させるための作動部９０を有して
構成され、前記板ばね７８の下部に絶縁シート９２を介
して設けられている。作動部９０は、形状保持層９４と
該形状保持層９４の上下面に形成された上部電極９６及
び下部電極９８とを有し、これら積層体は、例えば前記
第１の要素１６を構成するアクチュエータ基板３４と同
一のアクチュエータ基板上に形成されている。もちろ
ん、別のアクチュエータ基板上に設けるようにしてもよ
いが、同一のアクチュエータ基板３４に設けることで、
第１の要素１６と各スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２
の設置面積の縮小化や温度特性の同一化を図ることがで
きる。

【００９７】スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のアク
チュエータ部７４が形成されるアクチュエータ基板３４
には、上述した第１の要素１６の場合と同様に、作動部
９０に対応した位置にそれぞれ空所１００が設けられて
いる。空所１００は、アクチュエータ基板３４の他端面
に設けられた径の小さい貫通孔１０２を通じて外部と連
通されている。

【００９８】前記アクチュエータ基板３４のうち、空所
１００の形成されている部分が薄肉とされ、それ以外の
部分が厚肉とされている。薄肉の部分は、外部応力に対
して振動を受けやすい構造となって振動部１０４として
機能し、空所１００以外の部分は厚肉とされて前記振動
部１０４を支持する固定部１０６として機能するように
なっている。

【００９９】そして、上部電極９６と下部電極９８間に
所定の電圧を印加することによって、例えば図１３に示
すように、アクチュエータ部７４は端子板７６側に凸と
なるように他方向に屈曲変位することとなる。

【０１００】ここで、圧電リレー７０の動作を説明す
る。形状保持層９４が反強誘電体の場合を考える。ま
ず、上部電極９６と下部電極９８との間の形状保持層９
４に電圧を印加すると、形状保持層９４において電界誘
起歪みが発生し、その横効果によって形状保持層９４が
端子板７６側に凸となるように屈曲変位する。この変位
状態を示したのが図１３であり、形状保持層９４が端子
板７６側に凸となるように屈曲変位することによって、
板ばね７８を押し上げ、該板ばね７８が端子板７６に接
触されることによってＯＮ動作することとなる。また、
上部電極９６と下部電極９８との間に基準電圧Ｖｂ（例
えば０Ｖ）が印加されることによって、アクチュエータ
部７４は自然状態に復帰することになる。

【０１０１】そして、１個の形状保持層９４の直径を例
えば１００μｍ程度で形成した場合、板ばね７８と端子
板７６との接触面積Ｓはごく小さいものとなるが、接触
部分を多数、例えば１０個の圧電リレー７０を１組とし
てスイッチング素子ＳＷ１やＳＷ２を構成することで、
大きな電流を流すことが可能となる。しかも、個々の圧
電リレー７０は、小型で高い剛性を有するアクチュエー
タ部７４を利用することができることから、スイッチン
グ動作の高周波数化と、高集積化を確保しつつ、大電流
のオン／オフ動作が可能な高速スイッチング素子を得る
ことができる。

【０１０２】ところで、作動部９０を構成する形状保持
層９４を圧電膜ではなく、電歪層や反強誘電体層とした
場合は、印加電圧の極性はどちらでもよく、反強誘電体
は一旦変位すると印加電圧を０Ｖにしても、その変位を
維持するため、変位後は印加を停止することもできる。

【０１０３】このような小型化及び高速動作が可能な圧
電リレー７０を用いて、スイッチング素子ＳＷ１やＳＷ
２を構成することで、例えば１μｓの高速スイッチング
動作及び低オン抵抗を容易に実現させることができる。
また、１つのスイッチング素子ＳＷ１やＳＷ２を複数の
圧電リレー７０で構成することで、例えば０．１Ωのオ
ン抵抗を実現でき、コイルやトランス等の高価な素子を
用いることなく、高出力電流、高出力電圧の電圧コンバ
ータ１０の実現に寄与させることができる。更に、この
場合、一部の圧電リレー７０が故障しても、他の圧電リ
レー７０によってスイッチング動作を続行させることが
でき、信頼性の向上を図ることができる。

【０１０４】次に、第１の要素１６の構成部材並びに第
１及び第２のスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の構成
部材の好ましい構成例並びに材質等について説明する。

【０１０５】まず、アクチュエータ基板３４は、特に酸
化ジルコニウムを主成分とする材料、酸化アルミニウム
を主成分とする材料、又はこれらの混合物を主成分とす
る材料が好適である。

【０１０６】アクチュエータ基板３４を構成するスペー
サ層３４Ｂはスクリーン印刷法のような手法によって形
成することができる。また、アクチュエータ基板３４全
体は、一体同時焼成であっても、ガラスや樹脂により各
層３４Ａ〜３４Ｃを接合一体化したものでも、後付けで
あってもよい。なお、アクチュエータ基板３４は、４層
あるいはそれ以上の構造体としてもよい。

【０１０７】形状保持層９４は、圧電／電歪層、反強誘
電体層、あるいはこれらの混合物で構成することがで
き、圧電／電歪層を用いる場合は、例えばジルコン酸鉛
（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛
（ＰＮＮ系）を主成分とする材料、亜鉛ニオブ酸鉛を主
成分とする材料、マンガンニオブ酸鉛を主成分とする材
料、マグネシウムタンタル酸鉛を主成分とする材料、ニ
ッケルタンタル酸鉛を主成分とする材料、アンチモンス
ズ酸鉛を主成分とする材料、チタン酸鉛を主成分とする
材料、マグネシウムタングステン酸鉛を主成分とする材
料、コバルトニオブ酸鉛を主成分とする材料、又はこれ
らのいずれかの組合せを含有する複合材料を用いること
ができる。但し、これらのセラミックスのうち、ジルコ
ン酸鉛を含有するセラミックスが、圧電／電歪層の構成
材料として最も使用頻度が高い。

【０１０８】また、反強誘電体層を用いる場合は、ジル
コン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛
とからなる成分を主成分とするもの、更にはジルコン酸
鉛に酸化ランタンを添加したもの、ジルコン酸鉛とスズ
酸鉛とからなる成分に対してジルコン酸鉛やニオブ酸鉛
を添加したものが好ましい。特に、低電圧で駆動させる
場合は、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を含む
反強誘電体層を適用することが好ましい。

【０１０９】そして、形状保持層９４の形成にあたって
は、上述の材料をペーストあるいはスラリー化して、ス
クリーン印刷、スプレー、コーティング、ディッピン
グ、塗布、電気泳動法等による各種厚膜形成手法が好適
に採用される。特に、微細な印刷が安価に形成できると
いう点で、スクリーン印刷法が好ましく用いられる。

【０１１０】一対の電極４８ａ及び４８ｂ並びに９６及
び９８は、高温酸化雰囲気に耐えられる導体であればよ
く、例えば金属単体や合金でよいが、白金、パラジウ
ム、ロジウム等の高融点貴金属類、銀−パラジウム、銀
−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするも
の、あるいは白金とセラミック材料や例えば圧電／電歪
材料とのサーメット材料が好適である。

【０１１１】一対の電極４８ａ及び４８ｂ並びに９６及
び９８は、それぞれ電極材料を用いて、上述した各種厚
膜形成手法、もしくはスパッタリング、イオンビーム、
真空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ、めっき等の
薄膜形成方法による通常の膜形成手法に従って形成する
ことができるが、下部電極４８ｂや９８は、スクリーン
印刷、スプレー、ディッピング、塗布、電気泳動法等が
好ましく、上部電極４８ａや９６は、同様な厚膜形成手
法のほか、上述した薄膜形成手法も好適に採用される。

【０１１２】なお、スイッチング素子ＳＷ１やＳＷ２に
おける一対の電極９６及び９８は、形状保持層９４に対
して上下に一対形成した方が構造上好ましいが、形状保
持層９４の上面あるいは下面だけに一対の電極９６及び
９８を例えば櫛歯状に対峙した形状で設けるようにして
もよい。

【０１１３】次に、第１の実施の形態に係る電圧コンバ
ータ１０のいくつかの変形例について図１４〜図２４を
参照しながら説明する。なお、図１５〜図１８において
は、制御部２２の記述を省略してある。

【０１１４】まず、第１の変形例に係る電圧コンバータ
１０ａは、図１４に示すように、本実施の形態に係る電
圧コンバータ１０とほぼ同様の構成を有するが、第１の
スイッチング素子ＳＷ１に対して直列に第１のインダク
タＬ１が接続され、更に、第２のスイッチング素子ＳＷ
２に対して直列に第２のインダクタＬ２が接続されてい
る点で異なる。

【０１１５】この第１の変形例に係る電圧コンバータ１
０ａにおいても、図５及び図６に示すシーケンス表図に
沿った動作を行うことになるが、区間ｔ１から区間ｔ２
（又は区間ｔ１１から区間ｔ１２）への移行にあたって
は、第１のインダクタＬ１と第１の要素１６のＬＣ共振
によって第１の要素１６の両端電圧が最大になった時点
で区間ｔ２（又は区間ｔ１２）に移行するように制御さ
れる。

【０１１６】同じく、区間ｔ４から区間ｔ５（又は区間
ｔ１４から区間ｔ１５）への移行にあたっては、第２の
インダクタＬ２と第２の要素１８のＬＣ共振によって第
２の要素１８の両端電圧が最大になった時点で区間ｔ５
（又は区間ｔ１５）に移行するように制御される。

【０１１７】次に、第２の変形例に係る電圧コンバータ
１０ｂは、図１５に示すように、本実施の形態に係る電
圧コンバータ１０とほぼ同様の構成を有するが、電圧発
生源１４の負極と第１の要素１６の負極（アクチュエー
タ部３２の上部電極４８ａ）との間に第１のスイッチン
グ素子ＳＷ１と連動する第５のスイッチング素子ＳＷ５
が接続され、第１の要素１６の負極と電圧発生源１４の
正極との間に第２のスイッチング素子ＳＷ２と連動する
第６のスイッチング素子ＳＷ６が接続されて構成されて
いる点で異なる。

【０１１８】この第２の変形例に係る電圧コンバータ１
０ｂにおいても、第１のスイッチング素子ＳＷ１（及び
第５のスイッチング素子ＳＷ５）と、第２のスイッチン
グ素子ＳＷ２（及び第６のスイッチング素子ＳＷ６）と
がそれぞれ交互にＯＮ／ＯＦＦ動作（以下、チャージポ
ンピング動作と記す）することによって、第１の要素１
６と第２の要素１８とを交互に充電し、電圧発生源１４
からの電圧Ｖｉｎを昇圧するようになっている。

【０１１９】特に、この第２の変形例に係る電圧コンバ
ータ１０ｂにおいては、第１の要素１６を構成する容量
構成体３０の容量を可変にしない、例えば電極部５２と
上部電極４８ａ間の距離を最も近づけた状態のままであ
っても、上述のチャージポンピング動作によって第２の
要素１８の両端電圧を電圧発生源１４からの電圧Ｖｉｎ
の２倍程度まで昇圧させることができる。

【０１２０】次に、第３の変形例に係る電圧コンバータ
１０ｃは、図１６に示すように、第２の変形例に係る電
圧コンバータ１０ｂとほぼ同様の構成を有するが、第１
のスイッチング素子ＳＷ１に対して直列に第１のインダ
クタＬ１が接続され、更に、第２のスイッチング素子Ｓ
Ｗ２に対して直列に第２のインダクタＬ２が接続されて
いる点で異なる。

【０１２１】この場合も、第１の変形例に係る電圧コン
バータ１０ａと同様に、第１のスイッチング素子ＳＷ１
のＯＮ動作からＯＦＦ動作への切換えタイミングが第１
のインダクタＬ１と第１の要素１６によるＬＣ共振に基
づいて行われ、第２のスイッチング素子ＳＷ２のＯＮ動
作からＯＦＦ動作への切換えタイミングが第２のインダ
クタＬ２と第２の要素１８によるＬＣ共振に基づいて行
われる。

【０１２２】次に、第４の変形例に係る電圧コンバータ
１０ｄは、図１７に示すように、第２の変形例に係る電
圧コンバータ１０ｂとほぼ同様の構成を有するが、第２
の要素１８の正極がＧＮＤに接続され、第２の要素１８
において負電圧が保持される点で異なる。この電圧コン
バータ１０ｄを用いれば、正電圧から負の高電圧を生成
することができるため、電圧コンバータ１０ｄの利用範
囲を広げることができる。

【０１２３】次に、第５の変形例に係る電圧コンバータ
１０ｅは、図１８に示すように、第４の変形例に係る電
圧コンバータ１０ｄとほぼ同様の構成を有するが、第１
のスイッチング素子ＳＷ１に対して直列に第１のインダ
クタＬ１が接続され、更に、第２のスイッチング素子Ｓ
Ｗ２に対して直列に第２のインダクタＬ２が接続されて
いる点で異なる。

【０１２４】この場合も、第１の変形例に係る電圧コン
バータ１０ａと同様に、第１のスイッチング素子ＳＷ１
のＯＮ動作からＯＦＦ動作への切換えタイミングが第１
のインダクタＬ１と第１の要素１６によるＬＣ共振に基
づいて行われ、第２のスイッチング素子ＳＷ２のＯＮ動
作からＯＦＦ動作への切換えタイミングが第２のインダ
クタＬ２と第２の要素１８によるＬＣ共振に基づいて行
われる。

【０１２５】次に、第６の変形例に係る電圧コンバータ
１０ｆは、図１９に示すように、第１の要素１６と、第
２の要素１８と、リザーバコンデンサＣｒと、インダク
タＬと、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４及びＳ
Ｗ７（スイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ４については図
２０参照）とを具備して構成されている。

【０１２６】具体的には、第１の要素１６とリザーバコ
ンデンサＣｒを直列に接続してなる第１の直列回路１１
０と、第１及び第７のスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ
７を直列に接続してなる第２の直列回路１１２とが互い
に並列に接続されている。

【０１２７】また、この電圧コンバータ１０ｆは、第１
の直列回路１１０における第１の要素１６とリザーバコ
ンデンサＣｒとの接続点ｐ１と、第２の直列回路１１２
における第１及び第７のスイッチング素子ＳＷ１及びＳ
Ｗ７の接続点ｐ２とがインダクタＬを介して接続され、
第１の直列回路１１０に対して並列に第２の要素１８が
接続され、該第２の要素１８に対して並列に負荷２０が
接続され、第１の要素１６と第２の要素１８間に第２の
スイッチング素子ＳＷ２が接続され、更に、リザーバコ
ンデンサＣｒに対して並列に電圧発生源１４が接続され
て構成されている。

【０１２８】また、第１の要素１６は、図２０に示すよ
うに、本実施の形態に係る電圧コンバータ１０の第１の
要素１６とほぼ同じ構成を有するが、容量構成体３０が
一対の電極部（一方の電極部５２及び他方の電極部１２
０）と該一対の電極部５２及び１２０間に介在された誘
電体５０とで構成され、更に、他方の電極部１２０とア
クチュエータ部３２の上部電極４８ａ間に絶縁層１２２
が介在されて構成されている点で異なる。そして、他方
の電極部１２０には、電圧発生源１４の正極電位Ｖｉｎ
が印加され、アクチュエータ部３２の上部電極４８ａに
は接地電位Ｖｓｓが印加されている。

【０１２９】次に、第６の変形例に係る電圧コンバータ
１０ｆの動作について図２０〜図２２の動作概念図並び
に図２３及び図２４のシーケンス表図を参照しながら説
明する。

【０１３０】まず、初期状態（図２３の区間ｔ０）で
は、制御部２２は、第１〜第４の制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ
４並びに第７の制御信号Ｓｃ７をすべて低レベルとして
いる。そのため、第１及び第２のスイッチング素子ＳＷ
１及びＳＷ２並びに第７のスイッチング素子ＳＷ７は共
にＯＦＦ状態であり、更に、第４のスイッチング素子Ｓ
Ｗ４を通じて第３のスイッチング素子ＳＷ３が選択さ
れ、第３のスイッチング素子ＳＷ３によって接地電位Ｖ
ｓｓが選択される。これにより、図２０に示すように、
アクチュエータ部３２には基準電圧Ｖｂが印加され、該
アクチュエータ部３２は自然状態を維持し、第１の要素
１６の容量値Ｃ１は最大値Ｃｍａｘとなっている。

【０１３１】この状態から、区間ｔ２１の開始時点で、
制御部２２は、第７の制御信号Ｓｃ７を高レベルにし、
第７のスイッチング素子ＳＷ７をＯＮ状態とする。これ
によって、区間ｔ２１においては、リザーバコンデンサ
ＣｒからインダクタＬに向けて電流（インダクタ電流ｉ
_L）がランプ状に流れる。そして、インダクタＬに流れ
る電流値が最大になった時点（区間ｔ２２の開始時点）
で、制御部２２は、第１の制御信号Ｓｃ１を高レベルに
し、更に第７の制御信号Ｓｃ７を低レベルにする。これ
によって、区間ｔ２２において、インダクタＬのエネル
ギによってインダクタ電流ｉ_Lが第１の要素１６に供給
され、該第１の要素１６に電荷が蓄積されることにな
る。この電荷の蓄積に伴って、第１の要素１６の両端電
圧Ｖ１ａは、第１の要素１６の容量値Ｃ１が最大値Ｃｍ
ａｘにおける電圧Ｖ_STARTとなる。

【０１３２】その後、制御部２２は、区間ｔ２３の開始
時点で、第１の制御信号Ｓｃ１を低レベルにし、第１の
スイッチング素子ＳＷ１をＯＦＦ状態にする。これによ
って、第１の要素１６から他の要素（電圧発生源１４や
第２の要素１８等）への電流の流れは停止される。この
区間ｔ２３では、電流が流れないため、第１の要素１６
の両端電圧Ｖ１ａは、依然、上述の電圧Ｖ１ａ＝Ｖ
_STARTが保持される。

【０１３３】区間ｔ２３の開始時点から所定時間が経過
した時点（区間ｔ２４の開始時点）で、制御部２２は、
第３の制御信号Ｓｃ３を高レベルにし、第３のスイッチ
ング素子ＳＷ３によって電圧発生源１４の電位Ｖｉｎが
選択される。この選択によって、アクチュエータ部３２
には、第１の電圧Ｖａ１が印加されることになり、図２
１に示すように、アクチュエータ部３２は、空所４０側
に凸となるように変位する。アクチュエータ部３２での
変位は、絶縁層１２２を介して容量構成体３０に伝わ
り、一対の電極部５２及び１２０間の距離が第１の電圧
Ｖａ１に応じた距離だけ離れると共に、一方の電極部５
２に対する誘電体５０の接触面積が第１の電圧Ｖａ１に
応じた分だけ狭くなる。その結果、第１の要素１６の容
量値Ｃ１が減少し（Ｃ１＝Ｃ１ａ）、その分、第１の要
素１６の両端電圧Ｖ１ａが高くなる（Ｖ１ａ＝Ｑ／Ｃ１
ａ＞Ｖ_START）。

【０１３４】第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａが前記第
１の規定電圧Ｖｃ１になった時点（区間ｔ２５の開始時
点）で、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ２を高レベ
ルにし、第２のスイッチング素子ＳＷ２をＯＮ状態にす
る。これによって、区間ｔ２５において、第１の要素１
６から第２の要素１８に電流が流れ、該第２の要素１８
に電荷が蓄積される。この区間ｔ２５では、第２の要素
１８の両端電圧Ｖ２ａが、第１の両端電圧Ｖ１ａに電圧
Ｖｉｎを加えた電圧（Ｖ１ａ＋Ｖｉｎ）になり、該電圧
が負荷２０に印加されることになる。

【０１３５】第２の制御信号Ｓｃ２が高レベルであっ
て、かつ、第２の要素１８の両端電圧Ｖ２ａが、現時点
における第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａに電圧Ｖｉｎ
を加えた電圧とほぼ同じになった時点（区間ｔ２６の開
始時点）で、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ２を低
レベルにし、第２のスイッチング素子ＳＷ２をＯＦＦ状
態にする。この区間ｔ２６においては、第２の要素１８
が第１の要素１６と電気的に分離されることから、該第
２の要素１８は、該第２の要素１８に蓄積された電荷に
応じた電圧を有する擬似的な電源となり、負荷２０に対
して電力が供給される。

【０１３６】区間ｔ２６の開始時点から所定時間が経過
した時点（区間ｔ２７の開始時点）で、制御部２２は、
第３の制御信号Ｓｃ３を低レベルにし、第３のスイッチ
ング素子ＳＷ３よって接地電位Ｖｓｓが選択される。こ
れによって、アクチュエータ部３２には、基準電圧Ｖｂ
が印加されることになるため、該アクチュエータ部３２
は自然状態に復帰し、第１の要素１６の容量値Ｃ１は再
び最大値Ｃｍａｘとなる。

【０１３７】次に、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ
２が低レベルであって（第２のスイッチング素子ＳＷ２
がＯＦＦ状態）、かつ、第２の要素１８の両端電圧Ｖ２
ａが、前記第１の規定電圧Ｖｃ１に電圧Ｖｉｎを加えた
電圧と同じになったか否かを判別する。

【０１３８】第２の要素１８の両端電圧Ｖ２ａが、第１
の規定電圧Ｖｃ１に電圧Ｖｉｎを加えた電圧と同じにな
っていない場合は、制御部２２は、再び区間ｔ２１以降
の処理を繰り返す。この繰り返し処理によって、第２の
要素１８に電荷が順次蓄積され、第２のスイッチング素
子ＳＷ２がＯＦＦ状態における第２の要素１８の両端電
圧Ｖ２ａが第１の規定電圧Ｖｃ１に電圧Ｖｉｎを加えた
電圧となる。

【０１３９】この段階から、制御部２２は、図２４にお
ける区間ｔ３１の開始時点において、第７の制御信号Ｓ
ｃ７を高レベルにし、第７のスイッチング素子ＳＷ７を
ＯＮ状態とする。これによって、区間ｔ３１において
は、リザーバコンデンサＣｒからインダクタＬに向けて
電流（インダクタ電流ｉ_L）がランプ状に流れる。

【０１４０】そして、インダクタＬに流れる電流値が最
大になった時点（区間ｔ３２の開始時点）で、制御部２
２は、第１の制御信号Ｓｃ１を高レベルにし、更に第７
の制御信号Ｓｃ７を低レベルにする。これによって、区
間ｔ３２において、インダクタＬのエネルギによってイ
ンダクタ電流ｉ_Lが第１の要素１６に供給され、該第１
の要素１６に電荷が蓄積されることになる。この電荷の
蓄積に伴って、第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａは、第
１の要素１６の容量値Ｃ１が最大値Ｃｍａｘにおける電
圧Ｖ_STARTとなる。

【０１４１】その後、制御部２２は、区間ｔ３３の開始
時点で、第１の制御信号Ｓｃ１を低レベルにし、第１の
スイッチング素子ＳＷ１をＯＦＦ状態にする。これによ
って、第１の要素１６から他の要素（電圧発生源１４や
第２の要素１８等）への電流の流れは停止される。この
区間ｔ３３では、電流が流れないため、第１の要素１６
の両端電圧Ｖ１ａは、依然、上述の電圧Ｖ１ａ＝Ｖ
_STARTが保持される。

【０１４２】区間ｔ３３の開始時点から所定時間が経過
した時点（区間ｔ３４の開始時点）で、制御部２２は、
第４の制御信号Ｓｃ４を高レベルにし、第４のスイッチ
ング素子ＳＷ４によって第２の要素１８の電位Ｖｏｕｔ
が選択される。この選択によって、アクチュエータ部３
２には、第２の電圧Ｖａ２（＞Ｖａ１）が印加されるこ
とになり、図２２に示すように、アクチュエータ部３２
は、空所４０側に凸となるように変位し、一対の電極部
５２及び１２０間の距離が第２の電圧Ｖａ２に応じた距
離（第１の電圧Ｖａ１のときよりも長い距離）だけ離れ
ると共に、一方の電極部５２に対する誘電体５０の接触
面積Ｓが第２の電圧Ｖａ２に応じた分だけ狭くなる。そ
の結果、第１の要素１６の容量値Ｃ１が第１の電圧Ｖａ
１が印加されたときよりも減少し（Ｃ１＝Ｃ１ｂ）、そ
の分、第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂ（＞Ｖ１ａ）が
更に高くなる。

【０１４３】第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂが第２の
規定電圧Ｖｃ２になった時点（区間ｔ３５の開始時点）
で、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ２を高レベルに
し、第２のスイッチング素子ＳＷ２をＯＮ状態にする。
これによって、区間ｔ３５において、第１の要素１６か
ら第２の要素１８に電流が流れ、該第２の要素１８に電
荷が蓄積される。この区間ｔ３５では、第２の要素１８
の両端電圧Ｖ２ｂは第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂに
電圧Ｖｉｎを加えた電圧と同じになり、区間ｔ２５にお
ける第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ａに電圧Ｖｉｎを加
えた電圧よりも高い電圧Ｖ２ｂが保持され、該電圧Ｖ２
ｂが負荷２０に印加されることになる。

【０１４４】第２の制御信号Ｓｃ２が高レベルであっ
て、かつ、第２の要素１８の両端電圧Ｖ２ｂが、現時点
における第１の要素１６の両端電圧Ｖ１ｂに電圧Ｖｉｎ
を加えた電圧とほぼ同じになった時点（区間ｔ３６の開
始時点）で、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ２を低
レベルにし、第２のスイッチング素子ＳＷ２をＯＦＦ状
態にする。この区間ｔ３６においては、第１の要素１６
と電気的に分離されることから、第２の要素１８に蓄積
された電荷に応じた電圧を有する擬似的な電源となり、
負荷２０に対して電力が供給される。

【０１４５】区間ｔ３６から所定時間が経過した時点
（区間ｔ３７の開始時点）で、制御部２２は、第４の制
御信号Ｓｃ４を低レベルにし、第３のスイッチング素子
ＳＷ３を通じて接地電位Ｖｓｓが選択される。これによ
って、アクチュエータ部３２には、基準電圧Ｖｂが印加
されることになるため、該アクチュエータ部３２は自然
状態に復帰し、第１の要素１６の容量値Ｃ１は再び最大
値Ｃｍａｘとなる。その後、区間ｔ３１〜区間ｔ３６の
処理が繰り返され、この繰り返し処理によって、第２の
要素１８に電荷が順次蓄積され、第２のスイッチング素
子ＳＷ２がＯＦＦ状態における第２の要素１８の両端電
圧Ｖ２ａが第２の規定電圧Ｖｃ２に電圧Ｖｉｎを加えた
電圧となる。

【０１４６】このように、第６の変形例に係る電圧コン
バータ１０ｆにおいては、電圧Ｖｉｎに第１の要素１６
での昇圧分を加えた電圧を出力電圧とすることができ、
しかも、２段階に昇圧するようにしているため、昇圧の
効率を高めることができる。

【０１４７】なお、例えば図２０に示す第１の要素１６
の構成において、容量構成体３０における他方の電極部
１２０とアクチュエータ部３２の上部電極４８ａに対し
て共通に一定の電圧Ｖｉｎを印加してもよい。アクチュ
エータ部３２に印加される電圧を基準電圧Ｖｂから第１
の電圧Ｖａ１に変化させた場合に、アクチュエータ部３
２を十分に駆動することが可能であれば、下部電極４８
ｂに対する電圧変化のみによってアクチュエータ部３２
の駆動を制御することができる。

【０１４８】なお、この発明に係る電圧コンバータは、
上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱する
ことなく、種々の構成を採り得ることはもちろんであ
る。

【０１４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電圧
コンバータによれば、精密な加工を行わなくても、昇圧
のための容量変化を有効に増大化させることができ、出
力電圧及び昇圧率を共に大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る電圧コンバータの構成を示
す回路図である。

【図２】本実施の形態に係る電圧コンバータの第１の要
素において、アクチュエータ部が自然状態である場合の
状態を示す構成図である。

【図３】本実施の形態に係る電圧コンバータの第１の要
素において、アクチュエータ部に第１の電圧が印加され
た場合の状態を示す構成図である。

【図４】本実施の形態に係る電圧コンバータの第１の要
素において、アクチュエータ部に第２の電圧が印加され
た場合の状態を示す構成図である。

【図５】本実施の形態に係る電圧コンバータの動作を示
すシーケンス表図（その１）である。

【図６】本実施の形態に係る電圧コンバータの動作を示
すシーケンス表図（その２）である。

【図７】図７Ａは容量構成体の周りに流動性のある部材
を充填させた場合の構成を示す説明図であり、図７Ｂは
容量構成体の誘電体が電極部から離間した際の作用を示
す説明図である。

【図８】第１の要素として、容量構成体とアクチュエー
タ部を複数組設けた第１の構成例を示す説明図である。

【図９】図８で示す第１の構成例において、全アクチュ
エータ部に第１の電圧を印加した状態を示す説明図であ
る。

【図１０】第１の要素として、容量構成体とアクチュエ
ータ部を複数組設けた第２の構成例を示す説明図であ
る。

【図１１】図１０で示す第２の構成例において、３番目
のアクチュエータ部に第１の電圧を印加した状態を示す
説明図である。

【図１２】第１及び第２のスイッチング素子におけるＯ
ＦＦ状態の構成を示す説明図である。

【図１３】第１及び第２のスイッチング素子におけるＯ
Ｎ状態の構成を示す説明図である。

【図１４】第１の変形例に係る電圧コンバータの構成を
示す回路図である。

【図１５】第２の変形例に係る電圧コンバータの構成を
示す回路図である。

【図１６】第３の変形例に係る電圧コンバータの構成を
示す回路図である。

【図１７】第４の変形例に係る電圧コンバータの構成を
示す回路図である。

【図１８】第５の変形例に係る電圧コンバータの構成を
示す回路図である。

【図１９】第６の変形例に係る電圧コンバータの構成を
示す回路図である。

【図２０】第６の変形例に係る電圧コンバータの第１の
要素において、アクチュエータ部が自然状態である場合
の構成図である。

【図２１】第６の変形例に係る電圧コンバータの第１の
要素において、アクチュエータ部に第１の電圧が印加さ
れた場合の構成図である。

【図２２】第６の変形例に係る電圧コンバータの第１の
要素において、アクチュエータ部に第２の電圧が印加さ
れた場合の構成図である。

【図２３】第６の変形例に係る電圧コンバータの動作を
示すシーケンス表図（その１）である。

【図２４】第６の変形例に係る電圧コンバータの動作を
示すシーケンス表図（その２）である。

【図２５】従来例に係るチャージポンプ型の電圧コンバ
ータの構成を示す回路図である。

【図２６】従来例に係るポンプコンデンサを示す構成図
である。

【図２７】従来例に係るチャージポンプ型の電圧コンバ
ータの動作を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０、１０ａ〜１０ｆ…電圧コンバータ１２…電流供
給ライン１４…電圧発生源１６…第１の
要素１８…第２の要素２０…負荷２２…制御部３０、３０Ａ
〜３０Ｃ…容量構成体３２、３２Ａ〜３２Ｃ…アクチュエータ部３４…アクチュエータ基板３６…作動部３８…振動部４４…固定部４６…形状保持層４８ａ…上部
電極４８ｂ…下部電極５０…誘電体５２…電極部（一方の電極部）５４…フィラ
ー６０…流動性のある部材７０…圧電リ
レー７２…接点部７４…アクチ
ュエータ部７６…端子板７８…板ばね１２０…他方の電極部１２２…絶縁
層ＳＷ１〜ＳＷ７…第１〜第７のスイッチング素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧発生源と、前記電圧発生源からの電圧をアクチュエータ部による容
量可変操作に基づいて昇圧する第１の要素と、前記第１の要素での昇圧後の電圧を任意の極性で保持す
る第２の要素とを具備して構成され、前記第１の要素は、容量構成体と、前記アクチュエータ
部とを有し、前記容量構成体は、電流供給ラインにつながる一方の電
極部と、前記アクチュエータ部側に設置された他方の電
極部と、これら電極部間に配された誘電体とを有するこ
とを特徴とする電圧コンバータ。
【請求項２】請求項１記載の電圧コンバータにおいて、前記アクチュエータ部は、作動部と、前記作動部を支持
する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定部
とを有し、前記作動部は、形状保持層と、該形状保持層に形成さ
れ、かつ、駆動電圧が印加される少なくとも一対の電極
とを有することを特徴とする電圧コンバータ。
【請求項３】請求項２記載の電圧コンバータにおいて、前記振動部と前記固定部は、セラミックスにて一体に形
成され、前記形状保持層は、圧電／電歪及び／又は反強誘電体層
で構成されていることを特徴とする電圧コンバータ。
【請求項４】請求項２又は３記載の電圧コンバータにお
いて、前記作動部を構成する前記一対の電極のうち、一方の電
極が、前記容量構成体の前記アクチュエータ部側に設置
された他方の電極部を兼ねていることを特徴とする電圧
コンバータ。
【請求項５】請求項２又は３記載の電圧コンバータにお
いて、前記作動部を構成する前記一対の電極のうち、一方の電
極と、前記容量構成体の前記アクチュエータ部側に設置
された他方の電極部との間に絶縁層が介在されているこ
とを特徴とする電圧コンバータ。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の電圧
コンバータにおいて、前記誘電体は、弾力性を有する部材で構成されていることを特徴とする
電圧コンバータ。
【請求項７】請求項６記載の電圧コンバータにおいて、前記誘電体は、前記部材内に強誘電体のフィラーを含むことを特徴とす
る電圧コンバータ。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の電圧
コンバータにおいて、少なくとも前記誘電体の周囲に該誘電体の誘電率と異な
る誘電率を有し、かつ、流動性を有する部材が配されて
いることを特徴とする電圧コンバータ。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の電圧
コンバータにおいて、前記電圧発生源からの電圧を第１の制御信号に基づいて
選択的に前記第１の要素に導く第１のスイッチング素子
と、前記第１の要素での昇圧後の電圧を第２の制御信号に基
づいて選択的に前記第２の要素に導く第２のスイッチン
グ素子とを有することを特徴とする電圧コンバータ。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の電
圧コンバータにおいて、第３の制御信号に基づいて、前記アクチュエータ部に対
し、基準電圧と該基準電圧と異なる第１の電圧を選択的
に供給する第３のスイッチング素子を有することを特徴
とする電圧コンバータ。
【請求項１１】請求項１０記載の電圧コンバータにおい
て、前記基準電圧と異なる第１の電圧が、前記電圧発生源か
らの電圧であることを特徴とする電圧コンバータ。
【請求項１２】請求項１０又は１１記載の電圧コンバー
タにおいて、前記第３のスイッチング素子は、前記第２の要素に保持
された電圧が所定の電圧に達した時点で停止状態とさ
れ、第４の制御信号に基づいて、前記アクチュエータ部に対
し、前記基準電圧と該基準電圧と異なる第２の電圧を選
択的に供給する第４のスイッチング素子を有することを
特徴とする電圧コンバータ。
【請求項１３】請求項１２記載の電圧コンバータにおい
て、前記基準電圧と異なる第２の電圧が、前記第２の要素に
て保持された電圧であることを特徴とする電圧コンバー
タ。
【請求項１４】請求項９〜１３のいずれか１項に記載の
電圧コンバータにおいて、前記スイッチング素子は、スイッチング用アクチュエー
タ部を有する圧電リレーにて構成され、前記スイッチング用アクチュエータ部は、形状保持層
と、該形状保持層に形成された少なくとも一対の電極と
を有する作動部と、該作動部を支持する振動部と、該振
動部を振動可能に支持する固定部とを有することを特徴
とする電圧コンバータ。