昇圧回路
【課題】従来から知られている昇圧回路は、小型化しようとすると効率が悪化してしまい、消費電力が増加してしまうという問題があった。
【解決手段】第１の櫛歯電極Ｋ１０および第２の櫛歯電極Ｋ２０は、第１の櫛歯アクチュエータαを構成する。第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０は、可動部１として一体的に形成されている。第３の櫛歯電極Ｋ３０および第４の櫛歯電極Ｋ４０は、第２の櫛歯アクチュエータβを構成する。本実施の形態による昇圧回路は、可動部１を共有した２つの櫛歯アクチュエータα，βからなる３端子型櫛歯アクチュエータを用いている。第１の櫛歯電極Ｋ１０と接地との間には、直流電源８と交流電源１０とを直列に接続する。第４の櫛歯電極Ｋ４０は接地し、可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）からボルテージフォロア１２を介して昇圧出力を取り出す。
【解決手段】第１の櫛歯電極Ｋ１０および第２の櫛歯電極Ｋ２０は、第１の櫛歯アクチュエータαを構成する。第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０は、可動部１として一体的に形成されている。第３の櫛歯電極Ｋ３０および第４の櫛歯電極Ｋ４０は、第２の櫛歯アクチュエータβを構成する。本実施の形態による昇圧回路は、可動部１を共有した２つの櫛歯アクチュエータα，βからなる３端子型櫛歯アクチュエータを用いている。第１の櫛歯電極Ｋ１０と接地との間には、直流電源８と交流電源１０とを直列に接続する。第４の櫛歯電極Ｋ４０は接地し、可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）からボルテージフォロア１２を介して昇圧出力を取り出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、櫛歯アクチュエータを用いた昇圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリやＤＲＡＭに対して書き込み処理を行うためには、１２V（ボルト）以上の電圧が必要とされている。一方、携帯電話などのモバイル機器における電源電圧は１．８Ｖないし３．３Vが標準であるので、フラッシュメモリなどの書き込み処理を行うための電圧としては不足している。そこで昇圧回路が必要となり、従来から種々の昇圧回路が知られている。
【０００３】
例えば、チャージポンプ回路を備えた昇圧回路として、特許文献１あるいは特許文献２に記載された昇圧回路が知られている。特許文献１には、直列接続された複数のチャージポンプユニットを有するチャージポンプ回路を用いることにより、回路の大規模化を抑えながら昇圧効率を向上できる昇圧回路が開示されている。特許文献２には、昇圧用のキャパシタの耐圧を低くして小面積の昇圧回路を実現する多段構成の昇圧回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００８−２２６１０号公報
【特許文献２】特開平２００４−２４７６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来から知られているこの種の昇圧回路は、小型化しようとすると効率が悪化してしまい、消費電力が増加してしまうという問題があった。換言すると、従来から知られている昇圧回路に替えて、できるだけコンパクトで且つ消費電力の少ない昇圧回路が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る昇圧回路は、第１の櫛歯電極と、前記第１の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極とを有する第１の櫛歯アクチュエータと、第３の櫛歯電極と、前記第３の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極とを有する第２の櫛歯アクチュエータとを備え、前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極が同じ動きをするよう一体的に形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から出力を得る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による昇圧回路によれば、３端子型櫛歯アクチュエータを用いることにより、簡易且つ小型な構成ながら消費電力を抑制した昇圧回路を実現することができる。その結果として、本発明による昇圧回路は、フラッシュメモリやＤＲＡＭに対して書き込みを行う際に用いるばかりでなく、例えば携帯デバイス内部における他のICの駆動源としての利用や、太陽電池の出力電圧を昇圧するなど、従来は考えられなかった種々用途に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による昇圧回路を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による他の昇圧回路を示す全体構成図である。
【図３】平行平板型アクチュエータのモデル化を説明するための摸式図である。
【図４】平行平板型アクチュエータのモデル化演算により得られた回路を示す図である。
【図５】平行平板静電アクチュエータの等価回路を示す図である。
【図６】本実施の形態による３端子型櫛歯アクチュエータを示す等価回路図である。
【図７】一般的な櫛歯アクチュエータの櫛１組辺りの静電容量C0について示した説明図である。
【図８】電子回路シミュレータPSpice（商標）によるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】その他の実施形態について説明した図である。
【図１０】その他の実施形態について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１は本発明を適用した昇圧回路を示す全体構成図である。本図において、Ｋ１０は第１の櫛歯電極であり、固定部１に含まれている。Ｋ２０は第２の櫛歯電極であり、可動部１に含まれている。これら第１の櫛歯電極Ｋ１０および第２の櫛歯電極Ｋ２０は、所定の空隙を開けた状態で歯合する第１の櫛歯アクチュエータαを構成する。
【００１１】
Ｋ３０は第３の櫛歯電極であり、可動部１に含まれている。すなわち、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０は、一体的に移動する可動部１として形成されている。Ｋ４０は第４の櫛歯電極であり、固定部２に含まれている。そして、第３の櫛歯電極Ｋ３０および第４の櫛歯電極Ｋ４０は、所定の空隙を開けた状態で歯合する第２の櫛歯アクチュエータβを構成する。このように、本実施の形態による昇圧回路は、可動部１（一体的に移動する第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０を有する）を共有した２つの櫛歯アクチュエータα，βからなる３端子型櫛歯アクチュエータを用いている。
【００１２】
櫛歯アクチュエータに関する構造および製造方法については、本出願による国際公開第０３／０４５８３８号（再公表特許公報 ＷＯ２００３／０４５８３８）、あるいは、特開平２００６−２６８２６号公報に記載したように、もはや公知技術となっているので詳細な説明は省略する。
【００１３】
第１の櫛歯電極Ｋ１０と接地との間には、櫛歯電極間にクーロン力を発生させるための直流電源８と、３端子型櫛歯アクチュエータの共振周波数成分を印加する交流電源１０とを直列に接続する。なお、直流電源８としては、固定的な直流電圧を発生する直流電源回路の他に、エレクトレットなど他の直流電圧発生源を含む。第４の櫛歯電極Ｋ３０は接地し、可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）からは、ボルテージフォロア１２を介して昇圧出力を取り出す。
【００１４】
なお、図１に示した昇圧回路では、第１の櫛歯電極Ｋ１０に直流電源８と交流電源を直列接続してあるが、図２に示すように、交流電源１０のみを接続することも可能である。すなわち図２では、直流電源８については可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）に接続し、第４の櫛歯電極Ｋ４０からボルテージフォロア１２を介して昇圧出力を取り出している。
【００１５】
図１に示した電圧印加状態も第２図に示した電圧印加状態も２つの櫛歯アクチュエータα，βを駆動する点では同様であるので、図１に基づいて、具体的な動作を詳細に説明していく。
【００１６】
既述の通り、本実施の形態による昇圧回路では、可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）を共有した２つの櫛歯アクチュエータα，βからなる３端子型櫛歯アクチュエータを用いている。直流電圧を第１の櫛歯電極Ｋ１０に印加すると、櫛歯アクチュエータα，βはそれぞれ別のコンデンサであるとみなすことができる。そこで、これらコンデンサに対して同時に共振周波数の交流電圧を印加することにより、可動部１は振動し容量のスイッチング（充放電）を行うことができる。なお、本実施の形態による３端子型櫛歯アクチュエータを自励発振回路の帰還回路中に組み込むことにより交流電源を省略することも可能であるが、この構造については、後に、実施の形態２として説明する。
【００１７】
ボルテージフォロア１２の出力端からは、入力した交流電圧の振幅の値を超える振幅を持つ交流電圧が出力される。この交流電圧を整流することで（図示せず）、直流を得ることができる。こうして得られた直流電圧は、適切な回路条件を設定することで、印加した直流電圧を越える値を有する。
【００１８】
このようにして昇圧回路としての機能が実現されるが、既述の通り直流電圧を印加する手段として、エレクトレットなどの永久帯電膜による電荷を用いることもできる。特に、エレクトレットを用いた場合には非常に高い直流電圧（例えば、１００V以上の直流電圧）を得ることがでるので、最終的に取り出せる直流電圧も数十V〜数百Vまで高めることができる。
しかも、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）による非常に高いQ値を利用しているので、高効率の昇圧回路とすることができる。
【００１９】
既に知られているように、櫛歯電極を有する回路では、電気系と機械系がそれぞれ相互に影響しあうことになる。そして、それぞれ変位や速度などの機械的なパラメータは、電気素子として解析することができる。次に示す表１は、機械系と電気系パラメータの対応関係を示したものである。
【表１】
【００２０】
表１に示した各パラメータをもとにラグランジュ方程式を解くことにより、機械系を含んだ動きのある回路を電気的な等価回路で再現することができる。そして、PSpice（商標）などの電気回路シミュレータを用いることで、等価回路の振る舞いを予測することができる。（参考文献： 櫛歯アクチュエータの電気素子表現と自励発振回路解析への応用機械学会年次大会講演論文集2007(1)pp.707-708 2007907）
【００２１】
まず、櫛歯電極をラグランジュ方程式によって解き、等価回路を記述する方法を以下に示す。ラグラジアンは一般的に
【数１】
の形をしており、
【数２】
である。
【００２２】
これは空間の一様性からの要請で、ラグラジアンが位置ベクトルｒに依存せず、さらに速度ベクトルの方向にも依存しないということから導かれる。すなわちＴは、
【数３】
の形で表され、速さの二次形式になっている。
【００２３】
ここで同次関数に関するオイラーの定理を用いると
【数４】
となる。
孤立した質点系では、
【数５】
である。
摩擦力のような損失は速度に比例し、力は速度と反対向きに働くので、
【数６】
と表される。
【００２４】
散逸関数Ｆを、
【数７】
と定義すれば、
【数８】
と表現することができる。
一般化外力をｆｉとすれば、ラグランジュ方程式の右辺に足すことにより、以下の式が得られる。
【数９】
【００２５】
次に、平行平板型アクチュエータのモデル化について説明する。
【００２６】
図３は、平行平板型アクチュエータのモデル化を説明するための摸式図である。ここで、ラグラジアンは
【数１０】
であり、散逸関数Ｆは
【数１１】
である。
よって機械系、電気系の方程式は
【数１２】
で与えられる。
【００２７】
また、浮遊容量Ｃｐを考慮した場合、ラグラジアンＬは
【数１３】
のように表すことができる。
ここで、
【数１４】
などより、
【数１５】
となる。
いま
【数１６】
とし、微小変動に対して
【数１７】
に変化したとすれば、
【数１８】
として、
【数１９】
となる。これを、より説明的に記載すると、
【数２０】
となる。すなわち、
【数２１】
はガウスの定理
【数２２】
より電界を表すことが分かる。
【００２８】
図４は、平行平板型アクチュエータのモデル化演算により得られた上式を表す回路図である。これをフェーザ表示すれば、
【数２３】
となる。
【００２９】
上述の如く、
【数２４】
および
【数２５】
は、それぞれ機械系における電気的影響と、電気系における機械的な影響を表している。すなわち、機械系においては、入力した電圧に係数（＝Ｍ）をかけた電圧を出力する素子ということになり、PSpice（商標）においては電圧制御電圧源とみなすことができる。電気系においては、入力した電流に対し係数（=M）をかけた電流を吐き出す素子ということになり、電流制御電流源とみなすことができる。
【００３０】
したがって、平行平板静電アクチュエータの等価回路は図５に示すようになる。本実施の形態による３端子櫛歯アクチュエータは、この静電アクチュエータを２個繋げたものとなる。そして、入力する側を一次側、出力もしくは接地する側を二次側とする。具体的には図６に示すように、電圧源および電流源を持つ左右の固定電極と、中央の可動電極の３つからなる。
【００３１】
負荷容量をCLとし、出力に対して並列接続されているものと想定する。なお固定電極ではバネ定数kが非常に高くなるので、容量成分は低下することになる。但し、インダクタ成分である重量mおよび抵抗rfxは可動電極と同じ値に設定する。
【００３２】
昇圧回路として構成する場合、固定電極にあたる部分も可動部と同じバネ定数にすることで共振周波数を一致させた可動構造とし、可動部を３つ並べることで、相対的な変位速度を向上させることができる。その場合、回路上はrfx、m、1/kの値が等しい３つの同じ等価回路が並ぶことになる。
【００３３】
以上の説明は平行平板が前提の式であるが、櫛歯アクチュエータの場合には、静的静電容量C0の値や係数Mの算出方法が異なってくる。この係数Mを電気機械結合係数と呼ぶ。
【００３４】
図７は、一般的な櫛歯アクチュエータの櫛１組辺りの静電容量C0について示した説明図である。一般的な櫛歯アクチュエータの櫛１組辺りの静電容量C0は下記の式で近似することができる。
【数２６】
実際の櫛歯アクチュエータにおいては、この一組の櫛歯がN個あるとして、静電容量はN倍される。この式を既述のラグランジュ方程式に当てはめることで、櫛歯アクチュエータの等価回路を導くことができる。櫛歯アクチュエータにおける電気機械結合係数をAとすると、Ａは下記の式で表すことができる。
【数２７】
ここでX0は、直流電圧E0がかかっている場合の、櫛歯のオーバーラップ距離である。この電気機械結合係数が高くなればなるほど、櫛歯アクチュエータを昇圧回路として用いる場合、より高電圧を発生させることができ、かつ効率よく電流を伝えることが可能になる。
【００３５】
したがって、櫛歯アクチュエータを昇圧回路として用いる場合に重要なポイントは、電気機械結合係数Ａの値が、目標とする電圧や負荷に対して充分高いかどうか、という点になる。
【００３６】
実用上の昇圧を実現するためには、電気機械結合係数が１０の−６乗オーダ以上である必要がある。それ以下の場合は昇圧に至らないか、もしくは容量の負荷を満たすことができない。したがって、静電容量と、狭ギャップ、可動部の剛性、可動部の重量、機械抵抗について電気機械結合係数が１．０×１０−６以上になるようしたうえで、昇圧が起こるように設計を行うのが好適である。
【００３７】
電気機械結合係数Aは、上記の式にある通り、初期静電容量、初期の櫛歯のオーバーラップ、印加電圧、櫛歯本数の関数となる。これを向上させるためには、櫛歯のギャップ、図７におけるdを小さくすることが最も有効である。他のパラメータによってAを増やそうとする場合は同時に面積や抵抗値が上昇してしまうので、素子として効率が悪くなる。理想的には、櫛歯のギャップを0.2μm以下程度とすると、１．８Vから１２Vの昇圧を得る回路にて素子サイズを１mm角程度に抑えこむことができる。
【００３８】
なお、電気機械結合係数Aが大きくても、機械抵抗rfxが高い場合には、そのオーダの分だけ相殺されてしまう。図６に示した等価回路における機械抵抗は、主に空気の粘性によるものであるので、真空中などの空気の粘性抵抗の低い状態でなければ発生する電圧は低下することになる。
【００３９】
実際に昇圧を実現するには機械抵抗係数が１０のマイナス６乗以下である必要があり、周辺環境の空気圧が１０Pa以下の環境下での駆動が必要となる。したがって、実際の素子作成においては、可動素子部分の真空封止が必要となる。
【００４０】
櫛歯アクチュエータを真空中にて振動させた場合の等価回路に基づいてシミュレーションを行ったところ、１．８Vの直流電源電圧（および±０．９Vの交流電圧）において、特定の共振周波数では、最大で数倍の昇圧効果を得ることができた。特に、フラッシュメモリなどに電圧を加えるには、およそ１００pF程度の容量負荷を考慮する必要があるので、それを加えたうえで考えると、電気機械結合係数が１．０×１０−６以上、圧力が１０Paより低い環境下において、３端子櫛歯回路を形成すれば昇圧を実現することができる。
【００４１】
なお直流電圧発生源として、エレクトレットによる電荷を用いると、より効率よく昇圧させることができる。固定的な直流電源回路を用いる場合に得られる直流電圧は１．８Vないし３．３Vであるのに対し、エレクトレットによる直流電圧は、電荷によって１００V以上にすることができるので、好適な電圧源として使用することができる（直流電圧が高ければ、そのぶん電気機械結合係数Aは上昇する）。
【００４２】
いま櫛歯組数を左右それぞれ５００組とし、印加直流電圧を１．８V、印加交流電圧を±０．９V、初期静電容量C0を５．０pFとし、固定電極部も可動電極部と同じ共振周波数にて可動できるようにして、左右中央の３つの電極のバネ定数を１１１N/m、各電極の重量を５３．７ng、ギャップを０．２μm、オーバーラップを３μm、機械抵抗を１０の−８乗とし、電気機械結合係数を１０の−６乗、浮遊容量を各電極で１．４pF、負荷容量CＬを１００pFとした系についてシミュレーションを行うと、図８に示すような結果が得られた。すなわち、電子回路シミュレータPSpice（商標）によるシミュレーション結果によれば、最大で４５Vp-pの交流電圧が得られた。したがって、これを整流することで１２V以上の直流電圧が得られることになる。
【００４３】
−実施の形態１による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）第１の櫛歯電極Ｋ１０と、第１の櫛歯電極Ｋ１０と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極Ｋ２０とを有する第１の櫛歯アクチュエータαと、第３の櫛歯電極Ｋ３０と、第３の櫛歯電極Ｋ３０と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極Ｋ４０とを有する第２の櫛歯アクチュエータβとを備え、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極Ｋ３０とが同じ動きをするよう一体的に可動部１として形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から昇圧出力を得る構成としてあるので、簡易且つ小型な構成ながら消費電力を抑制した昇圧回路を実現することができる。
【００４４】
（２）第１の櫛歯電極Ｋ１０には、直列接続された直流電源８および交流電源１０を接続し、一体的に形成された第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０から昇圧出力を取り出す構成としてあるので、ＭＥＭＳによる非常に高いQ値を利用して高効率の昇圧回路を実現することができる。また、固定的な直流電源８の替わりにエレクトレットを用いた場合には、非常に高い直流電圧（例えば、１００V以上の直流電圧）を得ることがでるので、最終的に取り出せる直流電圧も数十V〜数百Vまで高めることができる。
【００４５】
（３）第１の櫛歯電極Ｋ１０には交流電源を接続し、一体的に形成された第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０には直流電源８を接続し、第４の櫛歯電極Ｋ４０から昇圧出力を取り出す場合にも、上記（２）で述べたと同じ作用効果を得ることができる。
【００４６】
−実施の形態１における変形例−
（１）これまで説明してきた実施の形態１では、昇圧出力を得るバッファアンプとしてボルテージフォロア１２を用いたが、必ずしもボルテージフォロア１２である必要はない。たとえば、ＦＥＴなどインピーダンス変換ができる素子を利用ことも可能である。
すなわち、ボルテージフォロアに用いるオペアンプは、その原理上、自身の直流電源電圧以上の電圧を出力することはできないが、本発明では昇圧を目的とするものであることから、その昇圧された電圧より大きな直流電源が既に存在するというのは、実験環境ではともかく、実用上は現実的でない。実験環境ではＪ−ＦＥＴ入力などの高入力インピーダンス型ボルテージフォロアが最も適切ではあるが、実際の応用場面では、ＦＥＴを利用するのがより好適である。
【００４７】
（２）先に説明した図１および図２では、第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０がそれぞれ固定部１，２に含まれており、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０は、一体的に移動する可動部１に含まれている構造を有している。しかしながら、本発明を実施するためには、第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０を必ずしも固定部に含ませることなく、可動部に含ませることも可能である。すなわち、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０が一体的に移動する構造となっていればよい。
換言すると、本発明を実施するためには、第１の櫛歯電極Ｋ１０’と、第１の櫛歯電極Ｋ１０’と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極Ｋ２０’とを有する第１の櫛歯アクチュエータα’と、第３の櫛歯電極Ｋ３０’と、第３の櫛歯電極Ｋ３０’と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極Ｋ４０’とを有する第２の櫛歯アクチュエータβ’とを備え、第２の櫛歯電極Ｋ２０’と第３の櫛歯電極Ｋ３０’とが同じ動きをするよう一体的に形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から昇圧出力を得る構成をとればよい。
【００４８】
＜実施の形態２＞
これまで説明してきた実施の形態１では、図１および図２に示したように、独立の交流電源１０を用いるものとして説明を行ってきたが、３端子型櫛歯アクチュエータを自励発振器（図示せず）の帰還回路中に挿入して昇圧回路を構成することができる。この帰還回路中に接続する端子は、図１に示した第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０にそれぞれ設ける（図示せず）。直流電圧は可動部１（図１のＫ２０，Ｋ３０）に直接印加する。すなわち、実施の形態１では図６に示したように、交流電圧と直流電圧を櫛歯アクチュエータに対して印加する端子は固定部１への１つだけであるが、実施の形態２では、固定部１および２に交流印加端子を、可動部１に直流印加端子を別個に設ける。
【００４９】
なお、実施の形態１では二次側（図１のＫ４０）の固定部２が接地されているので、固定部２の寄生容量Cp2を、図６に示すように両側接地とみなして無視することができるが、実施の形態２では無視することができない。その結果、寄生容量による出力低減の影響が実施の形態１よりも大きくなる。しかし、直流電圧を直接可動電極に加えているので、各アクチュエータ間の直流電位差が実施の形態１に対して２倍となり、電気機械結合係数が向上する。さらに、固定部２（図１のＫ４０）の寄生容量を出力負荷に対し充分に小さくできるように素子を作成すれば、実施の形態１よりも高い出力を得ることができる。
【００５０】
−実施の形態２による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）３端子型櫛歯アクチュエータを自励発信器の帰還回路中に挿入（すなわち、第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０に接続端子を設ける）構成としてあるので、独立した交流電源１０が不要となる。
【００５１】
直流電圧を直接可動電極に加えているので、各アクチュエータ間の直流電位差が実施の形態１に対して２倍となり、電気機械結合係数が向上する。
【００５２】
固定部２の寄生容量が出力負荷に対して充分に小さくなるよう素子を作成することにより、実施の形態１より高い出力を得ることができる。
【００５３】
＜その他の実施の形態＞
一次側と二次側において、共通の可動部によって相対的な容量のスイッチングを行うことができ、高い電気機械結合係数を実現できる構造であれば、所定の昇圧を行うことができる。
【００５４】
例えば、櫛歯アクチュエータは一般に軸方向に移動するよう設計されるが、軸に対して面方向に垂直、あるいは水平方向に垂直に移動してもよい。
前者の場合は、図９に示すように、固定部を垂直方向に絶縁層を介して積層する。
また、可動部は水平方向には移動しないように４方向ないし３方向から支持し、垂直方向に対して最も振動しやすいようにする。そして印加する交流電圧の周波数は垂直方向の共振周波数を用いる。このような構造にすれば寄生容量は多くなるが、省スペース化を図ることができる。
後者の場合は、図１０に示すような構造をとる。この場合、櫛歯が長辺方向に対して左右に振動する。図１０の構造を有することにより、移動距離は短いものの、櫛歯のギャップの変化を多めにとることができる。
【００５５】
なお、これらの構造を支持する台座は、ガラスや酸化シリコン、セラミックスなどを始めとする絶縁体などの寄生容量が低い材質であることが望ましい。
【００５６】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
Ｋ１０ 第１の櫛歯電極
Ｋ２０ 第２の櫛歯電極
Ｋ３０ 第３の櫛歯電極
Ｋ４０ 第４の櫛歯電極
α 第１の櫛歯アクチュエータα
β 第２の櫛歯アクチュエータβ
１２ ボルテージフォロア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、櫛歯アクチュエータを用いた昇圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリやＤＲＡＭに対して書き込み処理を行うためには、１２V（ボルト）以上の電圧が必要とされている。一方、携帯電話などのモバイル機器における電源電圧は１．８Ｖないし３．３Vが標準であるので、フラッシュメモリなどの書き込み処理を行うための電圧としては不足している。そこで昇圧回路が必要となり、従来から種々の昇圧回路が知られている。
【０００３】
例えば、チャージポンプ回路を備えた昇圧回路として、特許文献１あるいは特許文献２に記載された昇圧回路が知られている。特許文献１には、直列接続された複数のチャージポンプユニットを有するチャージポンプ回路を用いることにより、回路の大規模化を抑えながら昇圧効率を向上できる昇圧回路が開示されている。特許文献２には、昇圧用のキャパシタの耐圧を低くして小面積の昇圧回路を実現する多段構成の昇圧回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００８−２２６１０号公報
【特許文献２】特開平２００４−２４７６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来から知られているこの種の昇圧回路は、小型化しようとすると効率が悪化してしまい、消費電力が増加してしまうという問題があった。換言すると、従来から知られている昇圧回路に替えて、できるだけコンパクトで且つ消費電力の少ない昇圧回路が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る昇圧回路は、第１の櫛歯電極と、前記第１の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極とを有する第１の櫛歯アクチュエータと、第３の櫛歯電極と、前記第３の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極とを有する第２の櫛歯アクチュエータとを備え、前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極が同じ動きをするよう一体的に形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から出力を得る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による昇圧回路によれば、３端子型櫛歯アクチュエータを用いることにより、簡易且つ小型な構成ながら消費電力を抑制した昇圧回路を実現することができる。その結果として、本発明による昇圧回路は、フラッシュメモリやＤＲＡＭに対して書き込みを行う際に用いるばかりでなく、例えば携帯デバイス内部における他のICの駆動源としての利用や、太陽電池の出力電圧を昇圧するなど、従来は考えられなかった種々用途に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による昇圧回路を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による他の昇圧回路を示す全体構成図である。
【図３】平行平板型アクチュエータのモデル化を説明するための摸式図である。
【図４】平行平板型アクチュエータのモデル化演算により得られた回路を示す図である。
【図５】平行平板静電アクチュエータの等価回路を示す図である。
【図６】本実施の形態による３端子型櫛歯アクチュエータを示す等価回路図である。
【図７】一般的な櫛歯アクチュエータの櫛１組辺りの静電容量C0について示した説明図である。
【図８】電子回路シミュレータPSpice（商標）によるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】その他の実施形態について説明した図である。
【図１０】その他の実施形態について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１は本発明を適用した昇圧回路を示す全体構成図である。本図において、Ｋ１０は第１の櫛歯電極であり、固定部１に含まれている。Ｋ２０は第２の櫛歯電極であり、可動部１に含まれている。これら第１の櫛歯電極Ｋ１０および第２の櫛歯電極Ｋ２０は、所定の空隙を開けた状態で歯合する第１の櫛歯アクチュエータαを構成する。
【００１１】
Ｋ３０は第３の櫛歯電極であり、可動部１に含まれている。すなわち、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０は、一体的に移動する可動部１として形成されている。Ｋ４０は第４の櫛歯電極であり、固定部２に含まれている。そして、第３の櫛歯電極Ｋ３０および第４の櫛歯電極Ｋ４０は、所定の空隙を開けた状態で歯合する第２の櫛歯アクチュエータβを構成する。このように、本実施の形態による昇圧回路は、可動部１（一体的に移動する第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０を有する）を共有した２つの櫛歯アクチュエータα，βからなる３端子型櫛歯アクチュエータを用いている。
【００１２】
櫛歯アクチュエータに関する構造および製造方法については、本出願による国際公開第０３／０４５８３８号（再公表特許公報 ＷＯ２００３／０４５８３８）、あるいは、特開平２００６−２６８２６号公報に記載したように、もはや公知技術となっているので詳細な説明は省略する。
【００１３】
第１の櫛歯電極Ｋ１０と接地との間には、櫛歯電極間にクーロン力を発生させるための直流電源８と、３端子型櫛歯アクチュエータの共振周波数成分を印加する交流電源１０とを直列に接続する。なお、直流電源８としては、固定的な直流電圧を発生する直流電源回路の他に、エレクトレットなど他の直流電圧発生源を含む。第４の櫛歯電極Ｋ３０は接地し、可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）からは、ボルテージフォロア１２を介して昇圧出力を取り出す。
【００１４】
なお、図１に示した昇圧回路では、第１の櫛歯電極Ｋ１０に直流電源８と交流電源を直列接続してあるが、図２に示すように、交流電源１０のみを接続することも可能である。すなわち図２では、直流電源８については可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）に接続し、第４の櫛歯電極Ｋ４０からボルテージフォロア１２を介して昇圧出力を取り出している。
【００１５】
図１に示した電圧印加状態も第２図に示した電圧印加状態も２つの櫛歯アクチュエータα，βを駆動する点では同様であるので、図１に基づいて、具体的な動作を詳細に説明していく。
【００１６】
既述の通り、本実施の形態による昇圧回路では、可動部１（第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０）を共有した２つの櫛歯アクチュエータα，βからなる３端子型櫛歯アクチュエータを用いている。直流電圧を第１の櫛歯電極Ｋ１０に印加すると、櫛歯アクチュエータα，βはそれぞれ別のコンデンサであるとみなすことができる。そこで、これらコンデンサに対して同時に共振周波数の交流電圧を印加することにより、可動部１は振動し容量のスイッチング（充放電）を行うことができる。なお、本実施の形態による３端子型櫛歯アクチュエータを自励発振回路の帰還回路中に組み込むことにより交流電源を省略することも可能であるが、この構造については、後に、実施の形態２として説明する。
【００１７】
ボルテージフォロア１２の出力端からは、入力した交流電圧の振幅の値を超える振幅を持つ交流電圧が出力される。この交流電圧を整流することで（図示せず）、直流を得ることができる。こうして得られた直流電圧は、適切な回路条件を設定することで、印加した直流電圧を越える値を有する。
【００１８】
このようにして昇圧回路としての機能が実現されるが、既述の通り直流電圧を印加する手段として、エレクトレットなどの永久帯電膜による電荷を用いることもできる。特に、エレクトレットを用いた場合には非常に高い直流電圧（例えば、１００V以上の直流電圧）を得ることがでるので、最終的に取り出せる直流電圧も数十V〜数百Vまで高めることができる。
しかも、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）による非常に高いQ値を利用しているので、高効率の昇圧回路とすることができる。
【００１９】
既に知られているように、櫛歯電極を有する回路では、電気系と機械系がそれぞれ相互に影響しあうことになる。そして、それぞれ変位や速度などの機械的なパラメータは、電気素子として解析することができる。次に示す表１は、機械系と電気系パラメータの対応関係を示したものである。
【表１】
【００２０】
表１に示した各パラメータをもとにラグランジュ方程式を解くことにより、機械系を含んだ動きのある回路を電気的な等価回路で再現することができる。そして、PSpice（商標）などの電気回路シミュレータを用いることで、等価回路の振る舞いを予測することができる。（参考文献： 櫛歯アクチュエータの電気素子表現と自励発振回路解析への応用機械学会年次大会講演論文集2007(1)pp.707-708 2007907）
【００２１】
まず、櫛歯電極をラグランジュ方程式によって解き、等価回路を記述する方法を以下に示す。ラグラジアンは一般的に
【数１】
の形をしており、
【数２】
である。
【００２２】
これは空間の一様性からの要請で、ラグラジアンが位置ベクトルｒに依存せず、さらに速度ベクトルの方向にも依存しないということから導かれる。すなわちＴは、
【数３】
の形で表され、速さの二次形式になっている。
【００２３】
ここで同次関数に関するオイラーの定理を用いると
【数４】
となる。
孤立した質点系では、
【数５】
である。
摩擦力のような損失は速度に比例し、力は速度と反対向きに働くので、
【数６】
と表される。
【００２４】
散逸関数Ｆを、
【数７】
と定義すれば、
【数８】
と表現することができる。
一般化外力をｆｉとすれば、ラグランジュ方程式の右辺に足すことにより、以下の式が得られる。
【数９】
【００２５】
次に、平行平板型アクチュエータのモデル化について説明する。
【００２６】
図３は、平行平板型アクチュエータのモデル化を説明するための摸式図である。ここで、ラグラジアンは
【数１０】
であり、散逸関数Ｆは
【数１１】
である。
よって機械系、電気系の方程式は
【数１２】
で与えられる。
【００２７】
また、浮遊容量Ｃｐを考慮した場合、ラグラジアンＬは
【数１３】
のように表すことができる。
ここで、
【数１４】
などより、
【数１５】
となる。
いま
【数１６】
とし、微小変動に対して
【数１７】
に変化したとすれば、
【数１８】
として、
【数１９】
となる。これを、より説明的に記載すると、
【数２０】
となる。すなわち、
【数２１】
はガウスの定理
【数２２】
より電界を表すことが分かる。
【００２８】
図４は、平行平板型アクチュエータのモデル化演算により得られた上式を表す回路図である。これをフェーザ表示すれば、
【数２３】
となる。
【００２９】
上述の如く、
【数２４】
および
【数２５】
は、それぞれ機械系における電気的影響と、電気系における機械的な影響を表している。すなわち、機械系においては、入力した電圧に係数（＝Ｍ）をかけた電圧を出力する素子ということになり、PSpice（商標）においては電圧制御電圧源とみなすことができる。電気系においては、入力した電流に対し係数（=M）をかけた電流を吐き出す素子ということになり、電流制御電流源とみなすことができる。
【００３０】
したがって、平行平板静電アクチュエータの等価回路は図５に示すようになる。本実施の形態による３端子櫛歯アクチュエータは、この静電アクチュエータを２個繋げたものとなる。そして、入力する側を一次側、出力もしくは接地する側を二次側とする。具体的には図６に示すように、電圧源および電流源を持つ左右の固定電極と、中央の可動電極の３つからなる。
【００３１】
負荷容量をCLとし、出力に対して並列接続されているものと想定する。なお固定電極ではバネ定数kが非常に高くなるので、容量成分は低下することになる。但し、インダクタ成分である重量mおよび抵抗rfxは可動電極と同じ値に設定する。
【００３２】
昇圧回路として構成する場合、固定電極にあたる部分も可動部と同じバネ定数にすることで共振周波数を一致させた可動構造とし、可動部を３つ並べることで、相対的な変位速度を向上させることができる。その場合、回路上はrfx、m、1/kの値が等しい３つの同じ等価回路が並ぶことになる。
【００３３】
以上の説明は平行平板が前提の式であるが、櫛歯アクチュエータの場合には、静的静電容量C0の値や係数Mの算出方法が異なってくる。この係数Mを電気機械結合係数と呼ぶ。
【００３４】
図７は、一般的な櫛歯アクチュエータの櫛１組辺りの静電容量C0について示した説明図である。一般的な櫛歯アクチュエータの櫛１組辺りの静電容量C0は下記の式で近似することができる。
【数２６】
実際の櫛歯アクチュエータにおいては、この一組の櫛歯がN個あるとして、静電容量はN倍される。この式を既述のラグランジュ方程式に当てはめることで、櫛歯アクチュエータの等価回路を導くことができる。櫛歯アクチュエータにおける電気機械結合係数をAとすると、Ａは下記の式で表すことができる。
【数２７】
ここでX0は、直流電圧E0がかかっている場合の、櫛歯のオーバーラップ距離である。この電気機械結合係数が高くなればなるほど、櫛歯アクチュエータを昇圧回路として用いる場合、より高電圧を発生させることができ、かつ効率よく電流を伝えることが可能になる。
【００３５】
したがって、櫛歯アクチュエータを昇圧回路として用いる場合に重要なポイントは、電気機械結合係数Ａの値が、目標とする電圧や負荷に対して充分高いかどうか、という点になる。
【００３６】
実用上の昇圧を実現するためには、電気機械結合係数が１０の−６乗オーダ以上である必要がある。それ以下の場合は昇圧に至らないか、もしくは容量の負荷を満たすことができない。したがって、静電容量と、狭ギャップ、可動部の剛性、可動部の重量、機械抵抗について電気機械結合係数が１．０×１０−６以上になるようしたうえで、昇圧が起こるように設計を行うのが好適である。
【００３７】
電気機械結合係数Aは、上記の式にある通り、初期静電容量、初期の櫛歯のオーバーラップ、印加電圧、櫛歯本数の関数となる。これを向上させるためには、櫛歯のギャップ、図７におけるdを小さくすることが最も有効である。他のパラメータによってAを増やそうとする場合は同時に面積や抵抗値が上昇してしまうので、素子として効率が悪くなる。理想的には、櫛歯のギャップを0.2μm以下程度とすると、１．８Vから１２Vの昇圧を得る回路にて素子サイズを１mm角程度に抑えこむことができる。
【００３８】
なお、電気機械結合係数Aが大きくても、機械抵抗rfxが高い場合には、そのオーダの分だけ相殺されてしまう。図６に示した等価回路における機械抵抗は、主に空気の粘性によるものであるので、真空中などの空気の粘性抵抗の低い状態でなければ発生する電圧は低下することになる。
【００３９】
実際に昇圧を実現するには機械抵抗係数が１０のマイナス６乗以下である必要があり、周辺環境の空気圧が１０Pa以下の環境下での駆動が必要となる。したがって、実際の素子作成においては、可動素子部分の真空封止が必要となる。
【００４０】
櫛歯アクチュエータを真空中にて振動させた場合の等価回路に基づいてシミュレーションを行ったところ、１．８Vの直流電源電圧（および±０．９Vの交流電圧）において、特定の共振周波数では、最大で数倍の昇圧効果を得ることができた。特に、フラッシュメモリなどに電圧を加えるには、およそ１００pF程度の容量負荷を考慮する必要があるので、それを加えたうえで考えると、電気機械結合係数が１．０×１０−６以上、圧力が１０Paより低い環境下において、３端子櫛歯回路を形成すれば昇圧を実現することができる。
【００４１】
なお直流電圧発生源として、エレクトレットによる電荷を用いると、より効率よく昇圧させることができる。固定的な直流電源回路を用いる場合に得られる直流電圧は１．８Vないし３．３Vであるのに対し、エレクトレットによる直流電圧は、電荷によって１００V以上にすることができるので、好適な電圧源として使用することができる（直流電圧が高ければ、そのぶん電気機械結合係数Aは上昇する）。
【００４２】
いま櫛歯組数を左右それぞれ５００組とし、印加直流電圧を１．８V、印加交流電圧を±０．９V、初期静電容量C0を５．０pFとし、固定電極部も可動電極部と同じ共振周波数にて可動できるようにして、左右中央の３つの電極のバネ定数を１１１N/m、各電極の重量を５３．７ng、ギャップを０．２μm、オーバーラップを３μm、機械抵抗を１０の−８乗とし、電気機械結合係数を１０の−６乗、浮遊容量を各電極で１．４pF、負荷容量CＬを１００pFとした系についてシミュレーションを行うと、図８に示すような結果が得られた。すなわち、電子回路シミュレータPSpice（商標）によるシミュレーション結果によれば、最大で４５Vp-pの交流電圧が得られた。したがって、これを整流することで１２V以上の直流電圧が得られることになる。
【００４３】
−実施の形態１による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）第１の櫛歯電極Ｋ１０と、第１の櫛歯電極Ｋ１０と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極Ｋ２０とを有する第１の櫛歯アクチュエータαと、第３の櫛歯電極Ｋ３０と、第３の櫛歯電極Ｋ３０と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極Ｋ４０とを有する第２の櫛歯アクチュエータβとを備え、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極Ｋ３０とが同じ動きをするよう一体的に可動部１として形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から昇圧出力を得る構成としてあるので、簡易且つ小型な構成ながら消費電力を抑制した昇圧回路を実現することができる。
【００４４】
（２）第１の櫛歯電極Ｋ１０には、直列接続された直流電源８および交流電源１０を接続し、一体的に形成された第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０から昇圧出力を取り出す構成としてあるので、ＭＥＭＳによる非常に高いQ値を利用して高効率の昇圧回路を実現することができる。また、固定的な直流電源８の替わりにエレクトレットを用いた場合には、非常に高い直流電圧（例えば、１００V以上の直流電圧）を得ることがでるので、最終的に取り出せる直流電圧も数十V〜数百Vまで高めることができる。
【００４５】
（３）第１の櫛歯電極Ｋ１０には交流電源を接続し、一体的に形成された第２の櫛歯電極Ｋ２０および第３の櫛歯電極Ｋ３０には直流電源８を接続し、第４の櫛歯電極Ｋ４０から昇圧出力を取り出す場合にも、上記（２）で述べたと同じ作用効果を得ることができる。
【００４６】
−実施の形態１における変形例−
（１）これまで説明してきた実施の形態１では、昇圧出力を得るバッファアンプとしてボルテージフォロア１２を用いたが、必ずしもボルテージフォロア１２である必要はない。たとえば、ＦＥＴなどインピーダンス変換ができる素子を利用ことも可能である。
すなわち、ボルテージフォロアに用いるオペアンプは、その原理上、自身の直流電源電圧以上の電圧を出力することはできないが、本発明では昇圧を目的とするものであることから、その昇圧された電圧より大きな直流電源が既に存在するというのは、実験環境ではともかく、実用上は現実的でない。実験環境ではＪ−ＦＥＴ入力などの高入力インピーダンス型ボルテージフォロアが最も適切ではあるが、実際の応用場面では、ＦＥＴを利用するのがより好適である。
【００４７】
（２）先に説明した図１および図２では、第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０がそれぞれ固定部１，２に含まれており、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０は、一体的に移動する可動部１に含まれている構造を有している。しかしながら、本発明を実施するためには、第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０を必ずしも固定部に含ませることなく、可動部に含ませることも可能である。すなわち、第２の櫛歯電極Ｋ２０と第３の櫛歯電極３０が一体的に移動する構造となっていればよい。
換言すると、本発明を実施するためには、第１の櫛歯電極Ｋ１０’と、第１の櫛歯電極Ｋ１０’と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極Ｋ２０’とを有する第１の櫛歯アクチュエータα’と、第３の櫛歯電極Ｋ３０’と、第３の櫛歯電極Ｋ３０’と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極Ｋ４０’とを有する第２の櫛歯アクチュエータβ’とを備え、第２の櫛歯電極Ｋ２０’と第３の櫛歯電極Ｋ３０’とが同じ動きをするよう一体的に形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から昇圧出力を得る構成をとればよい。
【００４８】
＜実施の形態２＞
これまで説明してきた実施の形態１では、図１および図２に示したように、独立の交流電源１０を用いるものとして説明を行ってきたが、３端子型櫛歯アクチュエータを自励発振器（図示せず）の帰還回路中に挿入して昇圧回路を構成することができる。この帰還回路中に接続する端子は、図１に示した第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０にそれぞれ設ける（図示せず）。直流電圧は可動部１（図１のＫ２０，Ｋ３０）に直接印加する。すなわち、実施の形態１では図６に示したように、交流電圧と直流電圧を櫛歯アクチュエータに対して印加する端子は固定部１への１つだけであるが、実施の形態２では、固定部１および２に交流印加端子を、可動部１に直流印加端子を別個に設ける。
【００４９】
なお、実施の形態１では二次側（図１のＫ４０）の固定部２が接地されているので、固定部２の寄生容量Cp2を、図６に示すように両側接地とみなして無視することができるが、実施の形態２では無視することができない。その結果、寄生容量による出力低減の影響が実施の形態１よりも大きくなる。しかし、直流電圧を直接可動電極に加えているので、各アクチュエータ間の直流電位差が実施の形態１に対して２倍となり、電気機械結合係数が向上する。さらに、固定部２（図１のＫ４０）の寄生容量を出力負荷に対し充分に小さくできるように素子を作成すれば、実施の形態１よりも高い出力を得ることができる。
【００５０】
−実施の形態２による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）３端子型櫛歯アクチュエータを自励発信器の帰還回路中に挿入（すなわち、第１の櫛歯電極Ｋ１０および第４の櫛歯電極Ｋ４０に接続端子を設ける）構成としてあるので、独立した交流電源１０が不要となる。
【００５１】
直流電圧を直接可動電極に加えているので、各アクチュエータ間の直流電位差が実施の形態１に対して２倍となり、電気機械結合係数が向上する。
【００５２】
固定部２の寄生容量が出力負荷に対して充分に小さくなるよう素子を作成することにより、実施の形態１より高い出力を得ることができる。
【００５３】
＜その他の実施の形態＞
一次側と二次側において、共通の可動部によって相対的な容量のスイッチングを行うことができ、高い電気機械結合係数を実現できる構造であれば、所定の昇圧を行うことができる。
【００５４】
例えば、櫛歯アクチュエータは一般に軸方向に移動するよう設計されるが、軸に対して面方向に垂直、あるいは水平方向に垂直に移動してもよい。
前者の場合は、図９に示すように、固定部を垂直方向に絶縁層を介して積層する。
また、可動部は水平方向には移動しないように４方向ないし３方向から支持し、垂直方向に対して最も振動しやすいようにする。そして印加する交流電圧の周波数は垂直方向の共振周波数を用いる。このような構造にすれば寄生容量は多くなるが、省スペース化を図ることができる。
後者の場合は、図１０に示すような構造をとる。この場合、櫛歯が長辺方向に対して左右に振動する。図１０の構造を有することにより、移動距離は短いものの、櫛歯のギャップの変化を多めにとることができる。
【００５５】
なお、これらの構造を支持する台座は、ガラスや酸化シリコン、セラミックスなどを始めとする絶縁体などの寄生容量が低い材質であることが望ましい。
【００５６】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
Ｋ１０ 第１の櫛歯電極
Ｋ２０ 第２の櫛歯電極
Ｋ３０ 第３の櫛歯電極
Ｋ４０ 第４の櫛歯電極
α 第１の櫛歯アクチュエータα
β 第２の櫛歯アクチュエータβ
１２ ボルテージフォロア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の櫛歯電極と、前記第１の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極とを有する第１の櫛歯アクチュエータと、
第３の櫛歯電極と、前記第３の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極とを有する第２の櫛歯アクチュエータとを備え、
前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極が同じ動きをするよう一体的に形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から昇圧出力を得ることを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記第１の櫛歯電極には、直列接続された直流電源および交流電源を接続し、
一体的に形成された前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極から昇圧出力を取り出すことを特徴とする昇圧回路。
【請求項３】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記第１の櫛歯電極には交流電源を接続し、
一体的に形成された前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極には直流電源を接続し、
前記第４の櫛歯電極から昇圧出力を取り出すことを特徴とする昇圧回路。
【請求項４】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記３端子型櫛歯アクチュエータを自励発振器の帰還回路中に挿入したことを特徴とする昇圧回路。
【請求項５】
請求項４に記載の昇圧回路において、
前記第１の櫛歯電極および前記第４の櫛歯電極に接続端子を設けることにより、前記３端子型櫛歯アクチュエータを前記自励発振器の帰還回路中に挿入することを特徴とする昇圧回路。
【請求項１】
第１の櫛歯電極と、前記第１の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第２の櫛歯電極とを有する第１の櫛歯アクチュエータと、
第３の櫛歯電極と、前記第３の櫛歯電極と所定の間隔をもって歯合する第４の櫛歯電極とを有する第２の櫛歯アクチュエータとを備え、
前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極が同じ動きをするよう一体的に形成した３端子型櫛歯アクチュエータのいずれか一つの櫛歯電極から昇圧出力を得ることを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記第１の櫛歯電極には、直列接続された直流電源および交流電源を接続し、
一体的に形成された前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極から昇圧出力を取り出すことを特徴とする昇圧回路。
【請求項３】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記第１の櫛歯電極には交流電源を接続し、
一体的に形成された前記第２の櫛歯電極および前記第３の櫛歯電極には直流電源を接続し、
前記第４の櫛歯電極から昇圧出力を取り出すことを特徴とする昇圧回路。
【請求項４】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記３端子型櫛歯アクチュエータを自励発振器の帰還回路中に挿入したことを特徴とする昇圧回路。
【請求項５】
請求項４に記載の昇圧回路において、
前記第１の櫛歯電極および前記第４の櫛歯電極に接続端子を設けることにより、前記３端子型櫛歯アクチュエータを前記自励発振器の帰還回路中に挿入することを特徴とする昇圧回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−６２０２４（Ｐ２０１１−６２０２４Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１０８４９（Ｐ２００９−２１０８４９）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（３９００２２４７１）アオイ電子株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（３９００２２４７１）アオイ電子株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
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