(57)【要約】【課題】本発明は、単極発電機を使って、第一直流電圧を第二直流電圧へと変換するための方法及び装置に関する。【解決手段】本方法において、本発明は、電流を発生するため、ローターで構成される第一導電性ディスクの内部円周部分と外部円周部分との間に第一直流電圧を適用し、前記電流に反応して、ローターを回転させるため、該ローターの軸に配向された磁場を適用し、かつ、第二導電性ディスクまたはディスク群の内部円周部分と外部円周部分との間に少なくとも第二直流電圧を発生するため、前記磁場に配された第二導電性ディスクの少なくとも一つに、該ローターの回転を接続するステップで構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単極機を使用した、第一直流電圧を第二直流電圧に変換する方法であって：
電流を発生するように、モーターで構成される第一導電性ディスクの内部円周部分と外部円周部分との間に、第一直流電圧を適用するステップ；
前記電流に反応して前記ローターの回転軸にて回転を誘導するように、前記ローターの該回転軸に配向された磁場を適用するステップ；及び
第二導電性ディスクの内部円周部分と外周部分との間に第二直流電圧を発生するように、前記ローターの前記回転を、前記磁場に配された該第二導電性ディスクに接続するステップ；
で構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記の導電性ディスクの一つの少なくとも一部分に適用された前記磁場強度を選択的に制御することにより、前記第一直流電圧の前記第二直流電圧に対する比を制御するステップをさらに構成してなることを特徴とする請求項１に記載の方法
【請求項３】
前記第一導電性ディスクの前記内部円周部分と外周部分に相対して、前記第二導電性ディスクの内部円周部分と外部円周部分との円周間隔を選択的に調節することにより、前記第一直流電圧の前記第二直流電圧に対する比を制御するステップをさらに構成してなることを特徴とする請求項１に記載の方法
【請求項４】
前記第一直流電圧の前記第二直流電圧に対する比を制御するように、前記の導電性ディスクの小さな一方の外周の外側に、該外周の内側と比較して異なる磁場強度を選択的に適用するステップをさらに構成してなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第一直流電圧を第二直流電圧に変換する単極装置であって：
支持構造に回転自在に導入された第一導電性ディスク；
電流を発生するように、前記第一導電性ディスクの内部円周部分と外部円周部分との間に前記第一直流電圧を適用するための第一ブラシセット；
前記電流に反応して、前記第一導電性ディスクを回転させるように配向した磁場を発生する磁場源；
前記第一導電性ディスクの前記回転に反応して回転するように、機械的に接続し、かつ、該回転に反応して前記第二直流電圧を発生するように、前記磁場内部に配された、第二導電性ディスク；及び
前記第二導電性ディスクの内部円周部分及び外部円周部分に対して、電気的な接続を形成した第二ブラシセット；
で構成されることを特徴とする装置。
【請求項６】
前記第一導電性ディスク及び前記第二導電性ディスクは、平坦基板に形成された円形凹部内にて回転することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記平坦基板は、半導体及びセラミックからなるグループから選択された材料で形成されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第一導電性ディスク及び前記第二導電性ディスクは、共通の回転軸を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記の導電性ディスクの一つの少なくとも一部分にそれぞれ適用された前記磁場における強度を選択的に制御するように、前記磁場源に接続されたコントロール回路でさらに構成されてなることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一導電性ディスクの半径は、前記第二導電性ディスクの半径に比較して異なる寸法を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧変換を行うための方法及び装置に関し、特に、小型で、直流（ＤＣ）からＤＣ電圧への変換を効率よく行うためのものである。
【０００２】
【従来の技術】
第一ＤＣ電圧を第二ＤＣ電圧へと変換することは、常に問題が付きまとう。簡易な変圧器を使って、漸増又は漸減を効果的に行うことが可能な交流（ＡＣ）電圧とは異なり、ＤＣ電圧を変換するための回路は、一般的により複雑である。このようなシステムでは、大きな体積を占め、騒音の問題があり、及び／又は制御が相対的に非効率的である傾向にある。例えば、ＤＣからＤＣへの変換における問題を解決する一つの手法として、ＤＣ−ＡＣ−ＡＣ−ＤＣ変換機がある。このシステムでは、ＤＣ電圧は、最初、ＡＣ電圧に変換され、常套的なＡＣ変圧器技術を使って漸増又は斬減され、最後にＤＣへと変換される。この手法は、相対的に高価であり、重量を増加させデザインにおいて容量を増す可能性のある変圧器を必要とする。
【０００３】
バック／ブースト型スイッチ変換機は、ＤＣ電圧変換用に使用可能である。しかしながら、これらのデザインのそれぞれもまた、問題に直面する。バック型変換機における脈動入力電流は、供給源に戻る際、大きなノイズを送る傾向にある。また、これら装置は、低い電源変動率を有する傾向にある。同様に、ブースト型変換機における脈動出力電流は、ノイズの問題を生じることが知られている。
【０００４】
ＤＣからＤＣ変換に関する問題を解決するために使用されているその他の手法は、ＳＥＰＩＣを使用する方法である。しかしながら、ＳＥＰＩＣ装置もまた、ノイズの問題に直面する傾向にある。さらに、これら変換機は、低い電圧にて、その効率が低下してしまう。したがって、低ノイズで良好な絶縁性を有するＤＣ電圧に効率的に変換する、小型で可変なＤＣ−ＤＣ電圧変換システムを必要とされる。
【０００５】
単極発電機は、本分野にて公知である。例えば、このような機器に関する種々の変形物は、Ｗｅｌｄｏｎらによる米国特許第５，５３０，３０９号明細書、Ｋａｍｂｅらによる米国特許第５，４８１，１４９号明細書、Ｈａｔｈａｗａｙらによる米国特許第５，５８７，６１８号明細書に述べられている。これらの特許では、種々に応用可能な、高電流、低電圧エネルギーを発生するために用いる単極発電機について述べられている。Ｃｌａｒｋらによる米国特許第６，０５１，９０５号明細書では、電気自動車用の蓄電池との組合せにて使用される単極発電機について述べられている。しかしながら、一般に、これら文献では、第一ＤＣ電圧を第二ＤＣ電圧へと変換する問題に対して単極発電機を適用することについて述べられていない。
【０００６】
Ｓｍｉｔｈらによる米国特許第５，８２１，６５９号明細書では、電気エネルギーを変換する同極性変圧器について述べられている。しかしながら、この装置は、機械的に複雑であり、したがって、基板上に小型電子的に製作するためには相対的に適していない。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，５３０，３０９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４８１，１４９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５８７，６１８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０５１，９０５号明細書
【特許文献５】米国特許第５，８２１，６５９号明細書
【非特許文献１】ＭＵＭＰｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｄａｖｉｄ  Ａ．  Ｋｏｅｓｔｅｒら著、７．０版、２００１年
【発明が解決しようとする課題】
ＤＣ電圧を変換するための回路は、一般的により複雑であり、大きな体積を占め、騒音の問題があり、及び／又は制御が相対的に非効率的である傾向にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一ＤＣ電圧を第二ＤＣ電圧へと変換するため、単極発電機を使用した方法及び装置に関する。本方法によれば、本発明は、電流を発生するため、ローターで構成される、第一導電性ディスクの内部円周部分と外部円周部分との間に第一ＤＣ電圧をかけ；電流に反応して、ローターの軸にて回転を誘導すべく、該軸に配向した磁場を適用し；かつ、第二導電性ディスク又はディスクの内部円周部分と外部円周部分との間に少なくとも第二ＤＣ電圧を生じるために、前記磁場に配された少なくとも一つの第二導電性ディスクにローターの回転を接続する；ステップを含む。
【０００９】
本方法はまた、導電性ディスクの一つの部分に少なくとも適用する磁場強度を選択的に制御することにより、第二ＤＣ電圧に対する第一ＤＣ電圧の比を調節するステップを含んでもよい。代替的に、又はそれに加えて、本方法は、第二ＤＣ電圧に対する第一ＤＣ電圧の比を制御するステップで構成してもよい。該ステップは、第二導電性ディスク又はディスクの内部円周部分と外部円周部分とが分離した円周を選択的に制御することにより行われ、該ディスクは、第一導電性ディスクの内部円周部分と外部円周部分との分離に相対している。
【００１０】
本方法は、第一導電性ディスクを伴った第二導電性ディスク又はディスクに軸的に配向し、かつ、第二導電性ディスクに対してローターの回転を接続、例えば、一般的にアクセルを介して、することにより実施可能である。ローターに近接した少なくとも一つの永久磁石を位置付けすることにより、磁場を適用してもよい。代替的に、又はこれらに加えて、ローターに近接した一つ以上の電磁石を位置付けすることにより、磁場を適用してもよい。電磁石を適用することにより電圧を選択的に制御し、第二ＤＣ電圧に対する第一ＤＣ電圧の比を制御してもよい。
【００１１】
本発明の一面によると、第二ＤＣ電圧又は電圧に対する第一ＤＣ電圧の比を制御するために、導電性ディスクの内部円周に比較してより小さな一つの外周部分に、異なる磁場強度を選択的に適用してもよい。
【００１２】
本発明はまた、第一ＤＣ電圧を第二ＤＣ電圧又は電圧に変換するため、例えば、小型電気機械的装置などの装置を含んでもよい。本装置は、ローター支持構造に搭載された回転可能な第一導電性ディスクを含んでもよい。電流を発生するために、第一導電性ディスクの内部円周部分と外部円周部分との間に第一ＤＣ電圧を適用するため、接続ＤＣ電圧入力リード線を、基板に一体的、かつ、ブラシの初期セットに接続すべく設けてもよい。電流に反応して、第一導電性ディスクに回転を生じるために配向された磁場を生成するため、磁場源を設ける。第一導電性ディスクの回転に反応した回転させるため、一つ以上の第二導電性ディスクを第一導電性ディスクに機械的に接続する。第一導電性ディスクの半径は第二導電性ディスクの半径に比較して、同様の寸法又は異なる寸法であってもよい。絶縁体は、好ましくは、第一及び第二導電性ディスクを電気的に絶縁する。第二導電性ディスクもまた、回転に反応した第二ＤＣ電圧を発生するために磁場内部にて配してもよい。第二導電性ディスクの内部円周部分及び外部円周部分に電気的な接続を形成する第二ブラシセットを接続すべくＤＣ電圧入力リード線を設けてもよい。もし、本装置が、小型電気機械的装置として形成される場合、基板は、セラミック又は半導体材料であってもよい。
【００１３】
磁場は、第一及び第二導電性ディスクのそれぞれの回転軸に平行に配向される。本装置の一面によると、第一及び第二導電性ディスクは、共通の回転軸を有してもよい。本発明の別の一面によると、第一及び第二導電性ディスクのス一つの少なくとも一部に対する磁場は、第一及び第二導電性ディスクの一つの別のものに適用される磁場強度に比較して、異なる強度を有してもよい。
【００１４】
導電性ディスクのそれぞれの少なくとも一部に適用された磁場強度を選択的に制御するため、磁場源に接続するコントロール回路を設けてもよい。例えば、このコントロール回路は、磁場強度を制御するための電磁石に適用される電流を制御することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び２は、第一ＤＣ電圧を第二ＤＣ電圧に変換するための単極発電機を示している。装置１００は、支持構造１０１上に回転自在に導入された第一導電性ディスク１０４を含んでいる。この支持構造は、好ましくは、セラミック又は半導体基板であるが、限定しない。本発明の一面によると、この支持構造は、集積回路上の平坦な回路基板又は半導体装置の一部で構成してもよく、第一導電性ディスクは、基板内部に形成された円周凹部１１８内に導入されてもよい。
【００１６】
第一導電性ディスク１０４は、固定ローター支持体１０２にて回転可能であり、又は代替的な構造においては、ローター支持体１０２は第一導電性ディスク１０４に固定してもよく、この全体の組立品は、軸受筒１１６にて回転可能である。ＤＣ電圧入力リード線１０６ａ及び１０６ｂを設け、支持構造１０１を形成している基板に導入可能である。この入力リード線は、好ましくは、それぞれ、第一ブラシセット１０８ａ及び１０８ｂに導電的な接触を形成している。ローター支持体１０２にブラシ１０８ａを導入してもよく、あるいは、それに近接して形成されてもよい。ブラシ１０８ｂは好ましくは、円形凹部１１８の外周部分に、又は、の近傍に形成される。このようにして、電流Ｉｉｎを発生するため、第一導電性ディスク１０４の内部円周集部分１１０と外部円周部分１１２との間に、第一ＤＣ電圧Ｖｉｎを適用してもよい。特に、ブラシ１０８ａ及び１０８ｂの位置は、第一導電性ディスク１０４に、内部及び外部円周部分にて接触しているが、限定的なものではなく、その他の形状であることも可能である。
【００１７】
図１に示したように、配向された磁場１１２を発生するために、磁場源１１４を設けることができ、電流Ｉｉｎに反応して第一導電性ディスク１０４が回転するようになる。磁場源１１４は、示したように、導電性ディスクの近傍に配され、永久磁石又は電磁石で構成されてもよい。代替的に、又はこれに加えて、示したように、第一導電性ディスクの下部に磁場源１１５を設けることができる。磁場源１１５は、同様に、永久磁石または電磁石であってもよい。
【００１８】
少なくとも一つの第二導電性ディスク１２０は、第一導電性ディスクの回転に反応して回転させるため、好ましくは、第一導電性ディスクに機械的に接続され、設けられる。図１に示したように、第一及び第二導電性ディスクは、共通の回転軸１２１を有している。第一導電性ディスク１０４の半径は、第二導電性ディスク１２０の半径と比較して同等若しくは、異なってもよい。出力電圧Ｖｏｕｔに対する入力電圧Ｖｉｎの比を制御するための一つの手段として導電性ディスク１０４及び１２０の相対的な半径を使用することができる。磁場強度及び回転速度を与えるため、より小さな半径を持つ第二導電性ディスク１２０は、一般的により低い出力電圧を発生するだろう。
【００１９】
第一及び第二導電性ディスクは、好ましくは、絶縁層１２４により互いに電気的に絶縁される。絶縁層１２４は、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔから絶縁する。絶縁層１２４はまた、第一と第二ディスクとを絶縁する。にもかかわらず、絶縁層１２４はすべての応用例に必要であるわけではない。図１に示した差異的な例のように、第二導電性ディスク１２０を、磁場１２２内部に配してもよい。その結果、第一導電性ディスク１０４の回転が第二導電性ディスクに接続される場合、第二導電性ディスクは、回転に反応した第二ＤＣ電圧を発生する。
【００２０】
ＤＣ電圧出力リード線１２６ａ及び１２６ｂは、第二ブラシセット１２８ａ及び１２８ｂへ電気的に接続する。これらブラシは、第二導電性ディスクの内部円周部分及び外部円周部分にそれぞれ電気的に接続する。ブラシ１２８ａは、ローター支持体１０２近傍に導入可能であり、あるいは、位置取り可能である。ブラシ１２８ｂは好ましくは、円周凹部１３０の外周部分に、又は円周凹部１３０の外周部分近傍に形成される。特に、ブラシ１２８ａ及び１２８ｂの位置は、第二導電性ディスク１０４の内部円周部分及び外部円周部分にて接触しているが、限定的なものではなく、その他の構造も可能である。
【００２１】
特に、図１には単一の第二導電性ディスク１２０のみを示しているが、限定されない。したがって、導電性ディスクに対して、追加的な第二導電性ディスクを、上述したのと同様の方法により、第一導電性ディスクの上部又は下部にスタックすることができる。第二導電性ディスクのそれぞれは、ブラシ１２８ａ及び１２８ｂと関連付けすることが可能である。追加的な第二導電性ディスクは、所望のＤＣ出力電圧を発生するため、適当な半径とすることが可能である。
【００２２】
本発明の一面によると、時間並びに、導電性ディスク１０４及び１２０の最外周により限定されている全領域に対して一定の磁場を発生すべく、磁場源１１４及び１１５を設定することができる。しかしながら、本発明は限定しない。例えば、入力及び出力電圧の比を制御すべく、導電性ディスクによって占められている領域の選択された一部に対する磁場強度を発生するため、一つまたは両方の磁場源１１４及び１１５を設定することができる。
【００２３】
例えば、第二導電性ディスク１２０の外周と、第一導電性ディスク１０４の外周とで定義される環状領域１３０における磁場１２２をより強い強度にするため、一つまたは両方の磁場源１１４及び１１５を設定することができる。図１及び２において、この領域における磁束密度を増加すると、一定の入力電流に対して、第一導電性ディスク１０４の回転率が増加する。これは、対応して、第二導電性ディスクの回転率が増加し、この増加した回転速度は、第二導電性ディスクからの電圧出力の増加を引き起こす。一つまたは両方の磁場源１１４及び１１５が電磁石である場合、所望の領域における磁場強度は、第二導電性ディスク１２０からの電圧出力を制御するため、経時的に改変可能である。所望の領域において、電磁石によって発生する磁場強度を選択的に制御するために、コントロール回路１３２を設けることができる。例えば、コントロール回路は、磁場強度を制御するために、電磁石に適用される電流を制御可能である。その他の配置において、磁場強度を変化させるローターの近傍又は離れた位置にある永久磁石を物理的に運動させるため、小型作動装置を設けてもよい。例えば、小型電気機械的作動装置を設けてもよい。特に、電圧制御作動装置が望ましい場合、静電気作動装置を使用してもよいし、電圧制御作動装置が望ましい場合、熱作動装置を用いてもよい。両タイプの作動装置は当業者公知である。
【００２４】
図１及び２では、回転を補完するため、第一導電性ディスクが第二導電性ディスクに機械的に接続した一つの構造を示している。しかしながら、本発明を限定するものではないことを理解すべきである。代わって、本発明は、第一導電性ディスクを第二導電性ディスクの回転に変換する、可能性のある機械的な配置の広範な改変をも含包ことを意図している。これらは、限定無く、ギアドライブ、ベルトドライブ、及び水力ドライブシステムを含む。例えば、本発明における代替的な具体例は、図３及び４に示す。
【００２５】
図１及び２にて述べた具体例と同様に、図３及び４における装置の回転エネルギーは、円周先端駆動システムの手段によって、第一導電性ディスク１０４’が第二導電性ディスク１２０’へと接続されることが可能である。さらに特に、第二導電性ディスクの先端部を連動するため、第一導電性ディスクの先端部分を位置取りしてもよい。この構造において、第一導電性ディスクが反時計周りに回転すると、第二導電性ディスクは、時計周りに回転する。
【００２６】
図３及び４において、導電性ディスクのそれぞれを、図４に示した磁場Ｂ１及びＢ２に曝露してもよい。磁場Ｂ１及びＢ２は、同様の強度であっても、異なる強度であってもよい。したがって、図３及び４におけるアレンジメントは、磁場Ｂ１及びＢ２のそれぞれの相対的な強度を簡単に変えることにより、出力電圧に対する入力電圧の比を、制御可能である。図３及び４における構造は、図１及び２における実施例に比較して、いくつかの面でより万能である。なぜなら、この磁場は、単に外周環のみによりもむしろ全体のローターに対して改変可能であるので、隣り合った構造は、電圧比を変化するために大きな許容性を供するからである。さらに、一つ以上のローターの外周において絶縁層が存在する場合、入力及び出力電圧は互いに干渉し合わない。
【００２７】
図５及び６では、第二ディスク５０５が第一導電性ディスク５０４と一体的に形成された本発明における代替的な具体例を示している。この配置において、第一導電性ディスク５０４は、図１及び２にて述べたのと同様の方法にて、基板５０２の円形凹部５０６内部に、回転自在に導入されている。導電性ディスク５０４の回転軸に配向された磁場５１０を発生するために、磁場源５１２を使用している。導電性ディスクの内部円周部分及び外部円周部分にそれぞれ、第一ブラシセット５０８ａ及び５０８ｂを固定してもよく、これらブラシは、第一導電性ディスクの動作半径を定義している。第一導電性ディスクの表面にわたって円周的に動くことができる第三ブラシ５０８ｃを設けている。第三ブラシ５０８ｃと５０８ａのように固定されたブラシの一つとは、５０８ａが分離されたブラシでありながら、第二ブラシセットを構成してもよい。固定されたブラシ５０８ｂに相対した、可動ブラシ５０８ｃの位置取りは、第二導電性ディスク５０５の内部円周部分及び外部円周部分を定義し、かつ、第二導電性ディスク５０５の作動半径をも定義している。
【００２８】
適当な手段により、可動ブラシ５０８ｃを埋め込んでもよい。例えば、小型作動装置を伴ったスライダー上に、可動ブラシ５０８ｃを導入してもよい。例えば、静電気作動装置又は熱作動装置を使用してもよい。
【００２９】
上述の図５及び６における配置において、ブラシ５０８ａと５０８ｂとの間に適用される入力電圧Ｖ１は、導電性ディスク５０４の回転を引き起こす。この回転は、ブラシ５０８ａと５０８ｃとの間に電圧Ｖ２を誘導する。Ｖ１とＶ２の比は、５０８ａ及び５０８ｃとの間隔に比べて、５０８ａ及び５０８ｂとの相対的な間隔によって定義されるだろう。一つの配置において、可変電圧比を生じるために、ブラシ５０８ａと５０８ｃとの間の磁場強度は、５０８ａと５０８ｃとの間の磁場強度に相対して変化可能であり、その逆も可能である。Ｖ２／Ｖ１比は、５０５の半径内部に流れる全体の磁束の百分率と同等である。
【００３０】
前述の図１から６では、一つの電圧を第二ＤＣ電圧へ変換するため、単極発電機装置を埋め込んだ三つの可能な構造を示した。当業者が認識するであろうことは、本発明はこれら特定の実施例に限定されないということである。同様に、これらの装置はまた、電流変換機としても機能することができる。定常状態において、出力パワーは、入力パワー（ごく少量の寄生的な損失を引いたもの）と同等であろう。これが意味するのは、出力電圧が、入力電圧の半分である場合、出力電流は、入力電流のおよそ倍であるということである。
【００３１】
好適実施例において、本発明は、セラミック又は半導体基板に形成された小型電子機器として埋め込み可能である。例えば、本発明における構造物を製造するため、低温コファイアーセラミック（ＬＴＣＣ）、シリコン、ガリウム砒素、窒化ガリウム、ゲルマニウム、インジウムフォスフィド、又は小型電気化機械的製造工程に適したその他の基板材料を使用することができる。特に、本装置の簡単な構造物は、当業者公知である、ポリシリコン微細加工に独自にかつ非常に適している。このような技術の一つは、ＭＵＭＰｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｄａｖｉｄ  Ａ．  Ｋｏｅｓｔｅｒら著、７．０版、２００１年に開示されている。図７ａから７ｈには、ポリシリコン微細加工工程の例を示している。しかしながら、本発明は、ここに開示した工程に限定されるものではなく、その他のセラミック及び半導体微細加工工程も使用可能であることを記すべきである。さらに、図７ａから７ｈは、図１及び２の装置の加工に対応しているが、同様の技術は、図３から６における装置に使用可能であることを理解されるだろう。
【００３２】
図７ａを参照すると、小型電気機械的電圧変換機、の形成を始めるために、例えば、ＩＣ製造に典型的に使用されるシリコンウエハーなどの、第一シリコン基板層（第一シリコン層）７０２を設けている。第一シリコン層７０２は、電気的な絶縁特性を有することが望ましいかもしれない。その結果、ドーピングを有さず又は若干のドーピングのみを有する第一シリコン層７０２を形成することができる。例えば、第一シリコン層７０２の上に二酸化シリコンを適用してもよい。この基板上に、回路トレースをエッチングすることができる導電性層を配してもよい。例えば、この基板上にドープされたポリシリコン又はアルミニウムの導電性層を配してもよい。導電性層を配した後、公知のリソグラフィー及びエッチング技術を使って、導電性トレース７０４を定義づけしてもよい。
【００３３】
回路トレースが形成された後、第一基板及び回路トレース上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）などの電気的絶縁層７１０を配してもよい。例えば、絶縁層を配するために、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）との反応を含む低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）を使用してもよい。ＳｉＮ層の典型的な厚みは、およそ６００  ｎｍである。
【００３４】
その後、絶縁層７１０を介して、バイアス７０６を形成してもよく、さらに、所望の位置にて回路トレース７０４と電気的に接続するため、電気的導電性材料（例えば、アルミニウム）を満たしてもよい。その後、バイアス７０４上に接触ブラシ７０８を配してもよい。接触ブラシ７０８が、それぞれのバイアス７０６に電気的な連続性を有することを可能にするためである。その結果、電気的接触ブラシは、回路トレース７０４の対応する部分に、電気的に接続する。二つの軸接触ブラシ及び二つの円周先端接触ブラシを図に示しているが、追加的な軸接触ブラシ及び円周接触ブラシを設けてもよい。さらに、接触ブラシは、使用に適したいかなる導電性材料を含んでもよく、例えば、当業者公知の、熱スプレー方法を使用して適用可能なカーボンナノ複合体などがある。その他のアレンジメントにおいて、導電性液体を接触ブラシに用いてもよい。
【００３５】
ＬＰＣＶＤを使用して、絶縁層７１０上にポリシリコン製の第一構造層（ポリ１）７１２を配してもよい。その後、接触ブラシを露出する円周アパチャー７１１を形成するため、ポリ１層をエッチングしてもよい。代替例において、ポリ１層７１２の適用前に、このアパチャー領域をマスクしてもよく、これにより、アパチャー領域への配置を阻止できる。
【００３６】
図７ｂを参照すると、上記のごとく適用された層に対して、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は燐硅酸ガラス（ＰＳＧ）などの第一犠牲層７１３を適用してもよい。後述するが、第一犠牲層７１３は工程の最終段階で除去される。ＬＰＣＶＤ及び回路を焼きなますことにより、この犠牲層を配してもよい。例えば、犠牲層にＰＳＧを用いた場合、アルゴン中、１０５０度にて焼きなましてもよい。その後、第一犠牲層の上部海抜に対して陥没しているアパチャー７１１内部にてフラットベースを形成すべく、第一犠牲層７１３は、アパチャー７１１内部にて、平坦化エッチバック工程を使って、平坦化されてもよい。
【００３７】
図７ｃを参照すると、その後、上部表面及び下部表面を有する第一導電性ディスク（第一ディスク）７１４を形成するために、第一コンダクターをアパチャー７１１内に配してもよい。さらに、第一ディスク７１４は、その全体がアパチャー７１１内部に含まれていてもよい。これは、第一ディスク７１４の材料のみを、犠牲層７１３に接触させるためである。第一ディスク７１４の厚みは、第一犠牲層７１３の厚み及びアパチャー７１１を適用したエッチバック量により同定される。
【００３８】
図７ｄを参照すると、回転組立体７１９を形成するために、第一ディスク７１４上に、導電性ディスク（第二ディスク）７１８を形成する第二コンダクターを配してもよい。特に、回転組立体７１９の厚みを選択する際、強固性などの機械的特性を考慮すべきである。さらに、一つの例において、第二ディスク７１８を配する前に、ＳｉＮなどの絶縁層を第一ディスク７１４上に形成してもよい。重要なことに、この絶縁層７１６は、第一ディスクと第二ディスクとの間の電圧及び電流の絶縁性を供することが可能である。
【００３９】
この後、図７ｅに示すように、電気的絶縁層７１０を露出するために、回転組立体７１９の軸領域を介し、かつディスク中央の下部の第一絶縁層を介して、第二アパチャー７２０をエッチングしてもよい。最内部接触ブラシ７０８の反対側との円周距離と同等かあるいはそれよりもちいさい半径を有する回転組立体７１９においてホールを形成するため、第二アパチャー７２０を寸法付けすること可能である。公知のエッチング技術を使用してもよく例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチングなどがある。その後、回転組立体７１９の露出している表面全体に対してＳｉＯ２やＰＳＧなどの第二犠牲層７２２を設けてもよい。重要なことに、電気的絶縁層７１０の領域は、第二犠牲層７２２の適用の間、マスクすべきである。これは、第二犠牲層７２２が、第二アパチャー７２０内部の電気的絶縁層７１０に接着することを阻止するためである。代替的に、第二犠牲層を電気的絶縁層７１０から除去するため、次なるエッチング工程を実施してもよい。
【００４０】
図７ｆにおいて、ＬＰＣＶＤにより、例えば、第一ディスク７１４を取り巻くポリ１層７１２などの前述に適用した層に対して、ポリシリコン製の第二層（ポリ２）７２４を配してもよく、これにより、追加的なシリコン構造を付加することになる。特に、ポリ２層７２４は、第二アパチャーを充填してもよい。その後、回転組立体７１９の上部に位置するポリ２層のウォッシャー型部分を除去するために、ウォッシャー型領域をエッチングしてもよい。特に、ウォッシャー型領域の内部半径は、回転組立体の内部半径よりも大きくても構わない。その結果、ポリ２層７２４のエッチングは、第二アパチャー７２０内部にＴ型の断面を有する構造７２５を残すことが可能である。構造７２５の上部部分は、回転組立体７１９の内部部分に延び、これにより、一旦、犠牲層が除去されると、回転組立体７１９の垂直方向の動きを限定することになる。さらに、構造７２５は、回転組立体７１９が回転可能な周囲のベアリングとして機能することも可能である。代替的に、第二アパチャー７２０内部に電磁石又は静電気ベアリングを設けてもよい。
【００４１】
図７ｇを参照すると、その後、当業者公知のフッ化水素（ＨＦ）溶液を用いて、第一及び第二犠牲層７１３及び７２２を除去してもよい。例えば、ＨＦバス内にウエハー構造７２６を浸漬してもよい。ＨＦは、シリコンやポリシリコンを攻撃しないが、ＳｉＯ２を急速にエッチングする。特に、ＨＦは、ＳｉＮに比べ約１００倍以上の速度で配されたＳｉＯ２をエッチングすることができる。犠牲層７１３及び７２２を除去すると、回転組立体７１９、特に第一ディスク７１４、が接触ブラシ７０８への電気的に接続することが可能となる。さらに、犠牲層７１３及び７２２の除去により、回転組立体７１９がその軸にて自由に回転することになる。
【００４２】
組立の最終段階にて、第二ウエハー構造７２８は、ウエハー構造７２６へと配向される。第二ウエハー構造は、ブラシ７３０及び７３１、並びに導電性トレース層７３２を含み、第一ウエハー構造７１６と等価な層として、同様の様式にて形成可能である。重要なことに、第二ウエハー構造７２８を第二ウエハー構造７２６へと組み立てる場合、回転組立体７１９の第二ディスク７１８へと電気的に接触するため、接触ブラシ７３０及び７３１を位置付けしてもよい。さらに、第二ウエハー構造７２８を第一ウエハー構造７２６へと結合することにより、回転組立体７１９が回転可能な密封された領域を設けることができる。特に、この小型塩基機械的電圧変換機の効率を低下させることが可能なチリやその他の汚染物質から防御するために、この密封された領域をシールしてもよい。
【００４３】
この組立体は、図示したように、ディスク組立体に対して磁石層７３４を固定することにより完成する。回転組立体の回転軸に配向された磁場を設けるために、回転組立体７１９の上部及び／又は下部に、磁石７３４を固定してもよい。例えば、磁石を、第二ウエハー構造７２８の上部に接触させてもよい。さらに、例えば、第三シリコン基板層を有する第一ウエハー構造７２６の底部に磁石を接触させてもよい。
【００４４】
【発明の効果】小型で、直流（ＤＣ）からＤＣ電圧への変換を効率よく行う装置及びその変換方法を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＣ−ＤＣ同極性電圧変換装置の部分的な断面図である。
【図２】図１に示した線２−２に沿った平面図である。
【図３】本発明における第一の代替的な実施例に関する平面図である。
【図４】図３の第一の代替的な実施例に関する側面図である。
【図５】本発明における第二の代替的な実施例に関する側面図である。
【図６】図５の実施例に関する平面図である。
【図７】図７ａ乃至７ｈは、図１から６における装置がシリコン基板上にどのように製作可能かを理解するために有用な一連の図である。
【符号の説明】
１００  装置
１０１  支持構造
１０２  固定ローター支持体
１０４  第一導電性ディスク
１１０  内部円周部分
１１２  外部円周部分
１１４  磁場源
１１５  磁場源
１１６  軸受筒
１１８  円周凹部
１２０  第二導電性ディスク
１２１  回転軸
１２２  磁場
１３０  円周凹部
５０２  基板
５０４  導電性ディスク
５０５  第二導電性ディスク
５０６  円形凹部
５１０  磁場
５１２  磁場源
７０２  第一シリコン基板層
７０４  導電性トレース
７０６  バイアス
７０８  接触ブラシ
７１０  電気的絶縁層
７１１  円周アパチャー
７１２  第一構造層（ポリ１層）
７１３  第一犠牲層
７１４  第一導電性ディスク
７１６  絶縁層
７１８  第二ディスク
７１９  回転組立体
７２０  第二アパチャー
７２２  第二犠牲層
７２４  第二層（ポリ２層）
７２５  構造
７２６  第一ウエハー構造
７２８  第二ウエハー構造
７３０  ブラシ
７３１  ブラシ
７３２  導電性トレース層
７３４  磁石層
１０４’  第一導電性ディスク
１０６ａ  ＤＣ電圧入力リード線
１０６ｂ  ＤＣ電圧入力リード線
１０８ａ  第一ブラシセット
１０８ｂ  第一ブラシセット
１２０’  第二導電性ディスク
１２６ａ  ＤＣ電圧出力リード線
１２６ｂ  ＤＣ電圧出力リード線
１２８ａ  第二ブラシセット
１２８ｂ  第二ブラシセット
５０８ａ  第一ブラシセット
５０８ｂ  第一ブラシセット
５０８ｃ  第三ブラシ
Ｂ１  磁場
Ｂ２  磁場
Ｖ１  電圧
Ｖ２  電圧
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
【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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