(57)【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、前記アクチュエータ部と、容量構成体とを有し、
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弾力性を有する誘電体とを有し、
前記アクチュエータ部の変位動作により、前記容量構成体における前記一方の電極部と前記他方の電極部間の距離が可変となる際に、前記電極部に対する前記誘電体の接触面積も変化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３】
請求項１又は２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前記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４】
請求項１又は２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前記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５】
請求項１〜４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、
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、
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７】
請求項１〜６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、
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９】
請求項８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１０】
請求項８又は９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１２】
請求項７〜１１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。
【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−電気エネルギー・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  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＤＳＰ  Ｐｏｗｅｒｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ＭＥＭＳ−ｂａｓｅｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ−ｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」（Ｒａｊｅｅｖａｎ  Ａｍｉｒｔｈａｒａｊａｈ  ら、Ｍ．Ｉ．Ｔ．，  ２０００  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  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ＳＷ１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２１２ａ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ｉＬ）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ＳＷ１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ｉＬ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ＶＳＴＡＲＴ）にＶｄｄを加えた電圧（ＶＳＴＡＲＴ＋Ｖｄｄ）になる。この電圧（ＶＳＴＡＲＴ＋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ＯＦＦとなり、該区間ｔ３において、ポンプコンデンサＣｐ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Ｖｄｄ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ＶｃはＶｄｄとなる。出力電圧Ｖｃにおける前記電圧（Ｖｍａｘ＋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２１２ａ、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２１２及び可動電極２１０における各櫛歯２１２ａ、２１０ａ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２１０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４６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Ｍ３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５２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／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Ｃｍａｘとなる。
【００７２】
次に、制御部２２は、第２の制御信号Ｓｃ２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Ｖ２ａ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ｔ１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３２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３０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（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。
【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ｔ１５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３６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４８ａ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４８ａ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３２Ａ〜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３２Ａ、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ＳＷ１及びＳＷ２は、図１２に示すように、圧電リレー７０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８４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７２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９４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ＳＷ２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ＳＷ２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１０ａ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１０ｂ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１６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ＳＷ２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ＳＷ２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ＳＷ７（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１１０と、第１及び第７のスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ７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ＳＷ７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１２０）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〜Ｓｃ４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ＳＷ１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ｉＬ）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ｉＬ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ＶＳＴＡＲＴ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＝ＶＳＴＡＲＴ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２１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５２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／Ｃ１ａ＞ＶＳＴＡＲＴ）。
【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Ｓｃ２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Ｖ２ａ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ｉＬ）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ｉＬ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ＶＳＴＡＲＴ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＝ＶＳＴＡＲＴ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３２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Ｖａ１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Ｖ２ｂ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３２を十分に駆動することが可能であれば、下部電極４８ｂ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ＯＦＦ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ＯＮ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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