(57)【要約】      （修正有）【課題】静電力を低減させることによって発電量が増加するとともに振動体の破損が抑制された信頼性の高い振動発電器を提供すること。【解決手段】固定基板１０１と、固定基板１０１に対して相対的に振動可能な振動体１０７と、固定基板１０１の１つの主面および振動体１０７の１つの主面の一方に、振動体１０７の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片１０９とを有する振動発電器において、振動体１０７が固定基板１０１に対して停止した場合、エレクトレット電極片１０９が、エレクトレット電極片１０９に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４の両方に重畳し、振動体１０７が停止していない場合、エレクトレット電極片１０９が、エレクトレット電極片１０９に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４のいずれか一方と常に重畳する。【選択図】図１
2014087179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して停止した場合、
前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片の両方に重畳し、
前記振動体が停止していない場合、
前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片のいずれか一方と常に重畳する振動発電器。
【請求項２】
前記振動体に前記エレクトレット電極片が配置され、前記固定基板に前記第１の固定電極片および前記第２の固定電極片が配置された請求項１記載の振動発電器。
【請求項３】
前記振動体が前記固定基板に対して停止した場合、
前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片の振動方向の幅は、前記エレクトレット電極片が、上面視で、前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片と重畳する前記振動方向の幅より大きい請求項１又は２に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記振動体が前記固定基板に対して変位していない位置において、前記エレクトレット電極片が上面視で前記第１の固定電極片と重畳する前記振動方向の幅長と、前記エレクトレット電極片が上面視で前記第２の固定電極片と重畳する前記振動方向の幅長とを合わせた長さより、前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片の幅長が大きい、請求項１〜３のいずれかに記載の振動発電器。
【請求項５】
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して停止していない位置において、
前記第１の固定電極片と前記第２の固定電極片との間の距離（ｓ）が、前記エレクトレット電極片と前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片との間の距離（ギャップｇ）の１／２以上である振動発電器。
【請求項６】
前記振動体が前記固定基板に対して変位していない場合、前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片の両方に重畳し、前記振動体が変位した場合、いずれか一方と常に重畳する請求項５に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記エレクトレット電極片が、櫛歯状もしくは短冊状に形成されており、前記第１の固定電極片および前記第２の固定電極片の少なくとも一方が、櫛歯状に形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の振動発電器。
【請求項８】
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して変位していない場合、前記エレクトレット電極片は、上面視で、前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片のいずれか一方の固定電極片と重畳し、他方の固定電極片とは重畳せず、
前記エレクトレット電極片は、前記一方の固定電極片より前記振動方向の幅が広い、振動発電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動エネルギーを電力に変換する振動発電器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電をはじめ熱電発電、磁石とコイルの電磁誘導による発電など、環境に広く存在するエネルギーから電力を取り出し、小電力の電子機器に利用する、環境発電が注目されている。その中で、人体や車両や機械などの振動エネルギーを用いて電力を取り出す、静電誘導型振動発電器が知られている。静電誘導型振動発電器では、デバイス内の振動体に形成された電極片およびこれに対向する固定電極片のいずれかにエレクトレットと呼ばれる半永久的に電荷を有する膜が配置されている。この２つの電極の電気容量変化により誘導電流が励起され、これにより電圧が発生することによって、電力が取り出せるようになっている。
【０００３】
図９は、従来の振動発電器であって、図９（ａ）は振動体が停止した状態における振動発電器の断面図であり、図９（ｂ）は振動体が変位した状態における振動発電器の断面図である。図９に示されているように、固定基板９０１上には絶縁膜９０２が設けられ、絶縁膜９０２上には幅が２ｗの第１の固定電極片９０３と幅が２ｗの第２の固定電極片９０４とがｗ／１０の間隔を隔てて交互に複数配置されている。固定基板９０１上には中空状のスペーサー９０５が配置され、少なくとも２つのばね９０６によって、スペーサー９０５と振動体９０７とが接続され、振動体９０７がスペーサー９０５に対して振動できるように配置されている。振動体９０７は、固定基板９０１に対向して配置され、振動体９０７上のエレクトレット電極片９０９と固定基板９０１上の第１の固定電極片９０３または第２の固定電極片９０４との間の距離がｗとなるように振動体９０７が固定基板９０１に離間して配置されている。振動体９０７には絶縁膜９０８を介して幅が２ｗ＋ｗ／１０のエレクトレット電極片９０９が配置され、振動体９０７が停止状態において第１の固定電極片９０３および第２の固定電極片９０４のそれぞれに上面視でｘ方向に幅ｗずつ重なるように振動体９０７、第１の固定電極片９０３、および第２の固定電極片９０４が配置されている。また、封止のためふた基板９１０がスペーサー９０５上に配置されている。エレクトレット電極片９０９にはマイナスの電荷が注入され、振動体９０７は、ｘ方向に振動するようになっている。図９に示されているように、エレクトレット電極片９０９と第１の固定電極片９０３で成す第１の電気容量変化Ｃ１が最大時に第１の固定電極片９０３にプラスの誘導電荷が最も多く誘起され、エレクトレット電極片９０９と第２の固定電極片９０４で成す第２の電気容量変化Ｃ２が最大時に第２の固定電極片９０４にプラスの誘導電荷が最も多く誘起され、このような電荷の増減により誘導電流が励起され、振動発電器が発電するようになっている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Tatsuakira Masaki著、「Power output enhancement of a vibration-driven electret generator for wireless sensor applications」、Journal of Micromechanics and Microengineering、Volume 21、Issue 10（October2011）
【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、上記した従来の構成では、第１の固定電極片９０３と第２の固定電極片９０４との間隔がｗ／１０（第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４のｘ方向の幅長の２０分の１）と狭いため、エレクトレット電極片９０９と第１の固定電極片９０３との電気容量Ｃ１の変化及びエレクトレット電極片９０９と第２の固定電極片９０４との電気容量Ｃ２の変化が正弦変化に近く、振動体９０７の変位が０近傍ではエレクトレット電極片と第１の固定電極片９０３または第２の固定電極片９０４との間の静電力が大きく振動体９０７の変位が阻害され、ひいては発電量が低下するという問題があった。
また、振動体９０７の変位が最大付近では静電力が小さく、振動体９０７がストッパに衝突し振動体９０７が破損するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明では、発電量が増加可能な振動発電器を提供することを目的とする。また、振動体の破損が抑制された信頼性の高い振動発電器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様に係る振動発電器は、
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して停止した場合、
前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片の両方に重畳し、
前記振動体が停止していない場合、
前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片のいずれか一方と常に重畳する振動発電器である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発電量が増加可能な振動発電器を提供できる。また、振動体の破損が抑制された信頼性の高い振動発電器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）本発明の実施形態に係る振動発電器であって、振動体が停止した状態における振動発電器の断面図である。（ｂ）本発明の実施形態に係る振動発電器であって、振動体が最大変位した状態における振動発電器の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る振動発電器であって、振動体が停止した状態における振動発電器の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る振動発電器の振動体の変位に対する電気容量の変化を表したグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る振動発電器のギャップｇをｗ／５と狭めたときのエレクトレット電極片と第１の固定電極片で成す第１の電気容量の変化とエレクトレット電極片と第２の固定電極片で成す第２の電気容量の変化を表すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係る振動発電器における、固定基板１０１の平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る振動発電器における、振動体１０７の平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る振動発電器であって、エレクトレット電極片と第１の固定電極片とが対向した状態における振動発電器の断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る振動発電器において、エレクトレット電極片と第１の固定電極片を対向させたときのエレクトレット電極片と第１の固定電極片で成す第１の電気容量の変化とエレクトレット電極片と第２の固定電極片で成す第２の電気容量の変化とを表すグラフである。
【図９】（ａ）従来の振動発電器であって、振動体が停止状態の断面図である。（ｂ）従来の振動発電器であって、振動体が変位した時の断面図である。
【図１０】従来の振動発電器であって、振動体が変位したときのエレクトレット電極片と第１の固定電極片で成す第１の電気容量の変化とエレクトレット電極片と第２の固定電極片で成す第２の電気容量の変化とを表すグラフである。
【図１１】従来の振動発電器であって、図１０の電気容量変化が線形変化した場合と、正弦変化したときのｘ方向の変位微分ｄＣ／ｄｘを表すグラフである。
【図１２】従来の振動発電器における、フリンジング電界の概略を説明した図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る振動発電器における、フリンジング電界の概略を説明した図である（ギャップｇが広い場合）。
【図１４】本発明の実施形態に係る振動発電器における、フリンジング電界の概略を説明した図である（ギャップｇが狭い場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究を行った結果、固定基板と、該固定基板に対して相対的に振動可能に配置された振動体と、該振動体上に並列配置されたエレクトレット電極片と、前記固定基板上に交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、第１の固定電極片と第２の固定電極片との間の距離が、前記第１の固定電極片から前記第２の固定電極片方向に拡がりながら前記エレクトレット電極片に向かう第１のフリンジング電界の拡がり幅の幅長、および、前記第２の固定電極片から前記第１の固定電極片方向に拡がりながら前記エレクトレット電極片に向かう第２のフリンジング電界の拡がり幅の幅長を合わせた長さより短い場合、前記第１のフリンジング電界および前記第２のフリンジング電界の拡がり幅が互いに斥力によって縮小し、これにより、前記エレクトレット電極片の最大変位に至る直前において、電気容量の変化が抑えられ、電気容量曲線が正弦波曲線に近づくとの知見を得た。エレクトレット電極片に発生する静電力は、電気容量を変位量で微分したものに比例する。電気容量曲線が正弦波曲線に近い場合、正弦波曲線を微分したものは余弦波曲線に近づくこととなるが、図１１に示すように、エレクトレット電極片が変位していない初期段階では、微分値は直線を微分したものより大きく、エレクトレット電極片９０９には静電力が掛かっており振動体９０７の変位が阻害される。一方振動体９０７の最大変位付近においては、直線を微分したもの（すなわち０）より小さく、振動体９０７に静電力があまり掛かっていないため、振動体９０７がストッパに衝突し破損する可能性がある。上記知見に基づき、さらに検討を重ねた結果、フリンジング電界に斥力が働かない程度に第１の固定電極片と第２の固定電極片とを離間させれば、電気容量変化は線形変化に近づき、変位０付近において、静電力が小さく振動体の動きを阻害しないことから発電量を向上させることができ、最大変位付近において静電力が大きく振動体のストッパへの衝突を抑制することができること、また振動体が固定基板に対して停止した状態において、エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片の両方に重畳し、振動体が停止していない状態において、エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片のいずれか一方と常に重畳するように、エレクトレット電極片の振幅の幅を制限することで電気容量変化は線形変化に近づき、変位０付近において、静電力が小さく振動体の動きを阻害しないことから発電量を向上させることができ、最大変位付近において静電力が大きく振動体のストッパへの衝突を抑制することができることを見出し、上記知見に基づき本発明を完成させるに至った。
図１０は、図９に示した従来の振動発電器であって、振動体が変位したときのエレクトレット電極片と第１の固定電極片で成す第１の電気容量の変化とエレクトレット電極片と第２の固定電極片で成す第２の電気容量の変化とを表すグラフである。図１０は、境界要素法により求めることができる。境界要素法によれば、有限要素法と異なり要素内部はメッシュを切らず電極表面にのみメッシュを切って計算を行う。境界要素法は、差分法、有限要素法と並び、汎用離散化解析手法の主要解法の１つとして通常用いられている。本発明に係る平行平板の対向容量ではそれぞれの手法で大きな差異は生じず、容量変化の傾向が著しく異なることはない。
図１０において、振動体９０７が０からｗまで変位したときのエレクトレット電極片９０９と第１の固定電極片９０３で成す第１の電気容量の変化と、エレクトレット電極片９０９と第２の固定電極片９０４で成す第２の電気容量の変化と、が示されている。振動体が０からｗまで変位したときのエレクトレット電極片９０９と第１の固定電極片９０３で成す第１の電気容量変化Ｃ１、および、エレクトレット電極片９０９と第２の固定電極片９０４で成す第２の電気容量変化Ｃ２は、変位が０のときに中間の０．５とし、変位がｗもしくは−ｗのときの電気容量の最大値を１．０として規格化している。尚、変位が−ｗから０の範囲は、第１の電気容量変化Ｃ１および第２の電気容量変化Ｃ２は、変位が０からｗの範囲のものと対称であるので、ここでは省略し、変位の絶対値がｗ以上の場合も変位が０からｗのときの結果から類推できるのでここでは省略する。また比較のため、この電気容量変化が直線的であるとき、つまり線形変化したときの電気容量変化と、正弦変化したときの電気容量変化も合わせて表記する。
【００１１】
エレクトレット電極９０９と第１の固定電極片９０３との電位差によるｘ方向の静電力、および、エレクトレット電極片９０９と第２の固定電極片９０４との電位差によるｘ方向の静電力は、電気容量変化の変位微分ｄＣ／ｄｘに比例する。つまり、電気容量変化の傾きが振動を阻害する静電力に大きく寄与する。
【００１２】
図１１は、図１０の電気容量が線形変化した場合と、正弦変化した場合のｘ方向の変位微分ｄＣ／ｄｘを示す。ｘ方向の変位が０から０．５６ｗの範囲では、線形変化に比べ正弦変化の方がｄＣ／ｄｘが大きく、このため静電力が大きいことがわかる。また、ｘ方向の変位が０．５６ｗからｗの範囲では、線形変化に比べ正弦変化の方がｄＣ／ｄｘが小さく、このため静電力が小さいことがわかる。
【００１３】
以上のことより、電気容量が線形変化した場合は、振動体が動き出すとき(Ｗ＝０)は、静電力が、正弦変化の場合より小さいので、振動体が動き易く、そのため、発電量が増加する。また、振動体が停止するとき(Ｗ＝Ｗ)は、静電力が、正弦変化の場合より大きいので、制動力が働き、振動体がスペーサーにぶつかり難いことを見出した。
以下に、本発明者らは、これらの知見に基づいて、下記本発明の態様を得るに到った。
(態様１)
態様１は、
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して停止した場合、
前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片の両方に重畳し、
前記振動体が停止していない場合、
前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片のいずれか一方と常に重畳する振動発電器である。
(態様２)
態様２は、
前記振動体に前記エレクトレット電極片が配置され、前記固定基板に前記第１の固定電極片および前記第２の固定電極片が配置された態様１記載の振動発電器である。
(態様３)
態様３は、
前記振動体が前記固定基板に対して停止した場合、
前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片の振動方向の幅は、前記エレクトレット電極片が、上面視で、前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片と重畳する前記振動方向の幅より大きい態様１又は２に記載の振動発電器である。
(態様４)
態様４は、
前記振動体が前記固定基板に対して変位していない位置において、前記エレクトレット電極片が上面視で前記第１の固定電極片と重畳する前記振動方向の幅長と、前記エレクトレット電極片が上面視で前記第２の固定電極片と重畳する前記振動方向の幅長とを合わせた長さより、前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片の幅長が大きい、態様１〜３のいずれかに記載の振動発電器である。
(態様５)
態様５は、
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して停止していない位置において、
前記第１の固定電極片と前記第２の固定電極片との間の距離（ｓ）が、前記エレクトレット電極片と前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片との間の距離（ギャップｇ）の１／２以上である振動発電器である。
(態様６)
態様６は、
前記振動体が前記固定基板に対して変位していない場合、前記エレクトレット電極片が、上面視で、該エレクトレット電極片に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片および第２の固定電極片の両方に重畳し、前記振動体が変位した場合、いずれか一方と常に重畳する態様５に記載の振動発電器である。
(態様７)
態様７は、
前記エレクトレット電極片が、櫛歯状もしくは短冊状に形成されており、前記第１の固定電極片および前記第２の固定電極片の少なくとも一方が、櫛歯状に形成されている、態様１〜６のいずれかに記載の振動発電器である。
(態様８)
態様８は、
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して変位していない場合、前記エレクトレット電極片は、上面視で、前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片のいずれか一方の固定電極片と重畳し、他方の固定電極片とは重畳せず、
前記エレクトレット電極片は、前記一方の固定電極片より前記振動方向の幅が広い振動発電器である。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る振動発電器であって、図１（ａ）は振動体が停止した状態における振動発電器の断面図であり、図１（ｂ）は振動体が最大変位した状態における振動発電器の断面図である。また、図２は、図１の振動発電器のうち一部（振動体、固定基板、エレクトレット電極片、第１の固定電極片、第２の固定電極片等）を取り出して示したものであり、振動体が停止した状態における振動発電器の拡大断面図である。
【００１６】
図１に示されているように、シリコンやガラスなどからなる固定基板１０１上には、酸化膜などからなる絶縁膜１０２が設けられ、絶縁膜１０２上には、ポリシリコンなどからなる幅が２ｗの第１の固定電極片１０３と幅が２ｗの第２の固定電極片１０４とがｓの間隔を隔てて交互に複数配置されている。また、絶縁膜１０２上には、シリコンやガラスもしくは金属体などの中空状のスペーサー１０５が設けられている。シリコンやガラスなどからなる振動体１０７は、２つのばね１０６によって中空状のスペーサー１０５の内壁に接続されており、振動体１０７は、ばね１０６により振動体１０７とスペーサー１０５とが接続されることにより、ｘ方向に振動可能となっている。振動体１０７は、固定基板１０１上の第１の固定電極片１０３及び第２の固定電極片１０４に離間して第１の固定電極片１０３及び第２の固定電極片１０４の上方に配置されている。振動体１０７には、絶縁膜１０２に対向するように、絶縁膜１０８が設けられている。そして、絶縁膜１０８上には、酸化膜や窒化膜からなる幅が２ｗ＋ｓのエレクトレット電極片１０９が、第１の固定電極片１０３及び第２の固定電極片１０４に対向するように複数配置され、振動体１０７が停止した状態において振動体１０７が第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４にそれぞれ上面視でｘ方向に幅ｗずつ重なるように配置されており、ｚ方向にギャップｇだけ離間して配置されている。ここで、エレクトレット電極片１０９が第１の固定電極片１０３及び第２の固定電極片１０４と対向する方向を対向方向（ｚ方向）として示し、対向方向（ｚ方向）は振動方向（ｘ方向）に直交するようになっている。スペーサー１０５上には、シリコンやガラスなどからなるふた基板１１０が設けられている。振動体１０７は、固定基板１０１、スペーサー１０５及びふた基板１１０によって、気密封止または低真空封止されるようになっている。
【００１７】
エレクトレット電極片１０９には、マイナスの電荷が注入されている。振動体１０７は、ｘ方向に振動するようになっており、図１（ｂ）のように振動体１０７がｘ方向に最大変位した場合（ｗ変位した場合）、エレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３とが対向し、エレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３で成す第１の電気容量は最大となり、第１の固定電極片１０３にプラスの誘導電荷が最も多く誘起され、このときエレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４で成す第２の電気容量は最小となり、第２の固定電極片１０４に誘起されるプラスの誘導電荷が最小となる。同様にｘ方向に最小変位した場合（−ｗ変位した場合）、エレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４とが対向し、エレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４で成す第２の電気容量は最大となり、第２の固定電極片１０４にプラスの誘導電荷が最も多く誘起され、このときエレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３で成す第１の電気容量は最小となり、第１の固定電極片１０３に誘起されるプラスの誘導電荷が最小となる。このような誘導電荷の増減により誘導電流が励起され、第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間に配置された負荷９１１にかかる電圧が変動することによって、振動発電器が発電するようになっている。
また、振動体１０７が停止していない場合は、エレクトレット電極片１０９が、上面視で、該エレクトレット電極片１０９に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４のいずれか一方と常に重畳するように、振動発電器は動作する。このように、振動発電器の振幅範囲が制限されることにより、電気容量変化は線形変化に近づき、変位０付近において、静電力が小さく振動体の動きを阻害しないことから発電量を向上させることができ、最大変位付近において静電力が大きく振動体のストッパへの衝突を抑制することができる。
【００１８】
実際には、図示を省略するが、このように発生した交流電圧を整流回路などにより直流電圧に変換し、レギュレータなどにより所望電圧に変換し、キャパシタや電池などに貯めたり、そのまま回路の電源として使用したりすることができる。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１に係る振動発電器の振動体の変位に対する電気容量変化を表したグラフである。
【００２０】
図３には、振動体１０７がｘ方向（振動体１０７の振動方向と称することもある）に０からｗまで変位したときのエレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３で成す第１の電気容量の変化とエレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４で成す第２の電気容量の変化とをそれぞれ示す。このときの振動体が０からｗまで変位したときのエレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３で成す第１の電気容量変化とエレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４で成す第２の電気容量変化は、変位が０のときに中間の０．５とし、変位がｗもしくは−ｗのときの電気容量の最大値を１．０とし規格化している。変位が０からｗになるとき増加するものが第１の電気容量変化、減少するものが第２の電気容量変化となる。これらをまとめて１つのグラフに図示する。尚、振動体１０７が−ｗから０の範囲において変位する場合は、第１の電気容量変化Ｃ１と第２の電気容量変化Ｃ２は、振動体１０７が０からｗの範囲において変位する場合のものと対称であるので、ここでは省略し、また比較のため、この電気容量変化が直線的である場合、つまり線形変化したときの電気容量変化と、正弦変化したときの電気容量変化も合わせて表記する。
【００２１】
図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る振動発電器であって、振動体１０７が停止した状態における振動発電器の拡大断面図である。また、図２（ｂ）は、振動体１０７が停止した状態にある場合、振動体１０７がｗ移動した場合、および振動体１０７がｗ以上移動した場合の、エレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３および／または第２の固定電極片１０４との間の位置関係を示した概略図である。図２（ａ）において、第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間の距離（すなわち、第１の固定電極片１０３の左端から第２の固定電極片１０４の右端までの距離）をＳとし、エレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４との間の距離（すなわち、エレクトレット電極片１０９の下面と第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４の上面との間の距離）をｇとしている。
エレクトレット電極片１０９が停止している状態において、エレクトレット電極片１０９の右端は、第１の固定電極片１０３の左端から右側にｗ離れた位置にあり、エレクトレット電極片１０９が停止していない状態においては、原点位置を中心として振動体１０７が左右にｗ振動する（振動体１０７が右側に最大変位した位置を＋ｗ（単にｗと記載することもある）とし、振動体１０７が左側に最大変位した位置を−ｗとする）。エレクトレット電極片１０９が右側に最大変位した位置（ｗ変位した位置）において、第１の固定電極片１０３は、エレクトレット電極片１０９より右側に距離ｋだけ突出している。
一方、エレクトレット電極片１０９が停止している状態において、エレクトレット電極片１０９の左端は、第２の固定電極片１０４の右端から左側にｗ離れた位置にあり、エレクトレット電極片１０９が停止していない状態においては、原点位置を中心として振動体１０７が左右にｗ振動する。エレクトレット電極片１０９が左側に最大変位した位置において、第２の固定電極片１０４は、エレクトレット電極片１０９より左側に距離ｋだけ突出している。図２（ａ）、（ｂ）において、振動体１０７は原点位置から±ｗ移動するように設定されている。図２（ｂ）において、ｋは０に設定されている。
【００２２】
図１０は、従来の振動発電器であって、振動体が変位したときのエレクトレット電極片と第１の固定電極片で成す第１の電気容量の変化とエレクトレット電極片と第２の固定電極片で成す第２の電気容量の変化とを表すグラフである。図１０に示すような従来例の電極配置では、第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４とエレクトレット電極片１０９とのｚ方向のギャップｇをｗとし、第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間の距離であるｓをｗ／１０としｋを０としている。これに対して、本発明に係る振動発電器では、ギャップｇをｗのままに、ｓをｗ、ｋを０とし、この場合の電気容量変化を図３において３０１で示している。また、本発明の別の態様では、ｓをｗ、ｋを０．４ｗとし、この場合の電気容量変化を図３において３０２で示している。図３に示されているように、振動体１０７の変位に対する電気容量変化は、従来例、３０１、３０２の順に線形変化に近づく。
【００２３】
これにより、図１１で示す通り本実施の形態における電極構成は、振動体１０７の変位が±０．５６ｗ以下の場合でｘ方向の変位微分ｄＣ／ｄｘが小さくなり、ひいては静電力が低減され、発電量が増加する。また最大変位±ｗに対して、通常使用時はそれより小さい変位で使用されることが多いことから、静電力が小さい領域で発電器を使用することが多く発電効率も高められる。なお、最大変位を±ｗとし、ストッパ１１２などを設けているが、最大変位を迎えるときの静電力は従来例に比べ大きく、ストッパ１１２への衝突やばね１０６の破壊を低減する効果も有する。
【００２４】
また、従来例に比べｘ方向の変位を±ｗと小さくすることにより、ばね１０６による振動体１０７のｘ方向振動時のｚ方向の変動も小さくなり、第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４とエレクトレット電極片１０９とのｚ方向のギャップｇをｗ／５と狭めてもそれぞれの電極片同士が接触することなく狭いギャップを保ったまま振動することができる。このときのｘ方向の電極配置は従来例と同じである第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間の距離であるｓをｗ／１０としｋを０としたときの電気容量変化を図４に示す。振動体１０７が０からｗ変位したときのエレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３で成す第１の電気容量変化Ｃｃ１とエレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４で成す第２の電気容量変化Ｃｃ２とは、それぞれ線形変化に等しく本構成においても静電力を低減し、発電量が向上する効果が得られる。
このように、第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間の距離であるｓ(固定電極片間の距離と言うことにする)をｗ／１０(従来例と同じ長さ)でも、ギャップｇをｗ／５と狭くすれば、図４に示すように第１の電気容量変化Ｃｃ１及び第２の電気容量変化Ｃｃ２が線形変化に等しく発電量が向上する効果が得られることが分かった。従って、上記固定電極片間の距離ｓを従来例のｓ(＝ｗ／１０)以上にすれば、フリンジング電界の影響がより少なくなるのでさらによい効果が得られる(詳細は後述参照)。よって、下記、（式１）が成り立つ。
ｓ≧ｗ／１０        （式１）
また、上記ギャップの制限から下記、（式２）が成り立つ。
ｇ＝ｗ／５        （式２）
（式１）と（式２）より、（式３）が得られる。
ｓ≧ｇ／２        （式３）
よって、第１の固定電極片と第２の固定電極片との間の距離（ｓ）が、エレクトレット電極片と第１の固定電極片または第２の固定電極片との間の距離（ギャップｇ）の１／２以上すると、電気容量変化が線形変化に近づき、発電量を向上することができる。また、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７に働き振動体１０７がストッパに衝突する可能性が抑えられる。
【００２５】
図１３は、図１に示した振動発電器のうち、振動体１０７、固定基板１０１、エレクトレット電極片１０９、第１の固定電極片１０３、第２の固定電極片１０４、絶縁膜１０２、１０８だけを取り出して示した概略図である。なお、図１２〜１４において、フリンジング電界についての電気力線のみを示し、フリンジング電界以外の電界についての電気力線（すなわち、例えば、図１２、１３において点線で囲んだ領域に発生する電気力線）は省略している。
本発明の一の態様に係る振動発電器は、図１３に示すように、固定基板１０１と、固定基板１０１の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ固定基板１０１に対して相対的に振動可能な振動体１０７と、
固定基板１０１の１つの主面および振動体１０７の１つの主面の一方に、振動体１０７の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片１０９と、
固定基板１０１の１つの主面および振動体１０７の１つの主面の他方に、振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４と、を有し、
振動体１０７が固定基板１０１に対して変位していない場合、エレクトレット電極片１０９が、上面視で、エレクトレット電極片１０９に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４の両方に重畳し、振動体１０７が変位した場合、いずれか一方と常に重畳し、
第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間の距離ｓが、第１の固定電極片１０３から第２の固定電極片１０４の方向に拡がりながらエレクトレット電極片１０９に向かう第１のフリンジング電界３０１、および、第２の固定電極片１０４から第１の固定電極片１０３の方向に拡がりながらエレクトレット電極片１０９に向かう第２のフリンジング電界３０２はそれぞれに大きく影響されない幅に設定されている。
通常上面視での重なりのある部分の対向容量では、電気力線は直線となるが、電極端部において、上面視では対向しない近接した電極へも電気力線は発生し、その電気力線はカーブを描き電界を形成する。これを、フリンジング電界と呼ぶ。
【００２６】
図１２に示すように、第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間の距離ｓが、第１のフリンジング電界３０１、および、第２のフリンジング電界３０２がそれぞれに大きく影響を与える幅の従来の振動発電器の場合、第１のフリンジング電界３０１と第２のフリンジング電界３０２とは互いに遠ざかる方向に力（斥力）を受ける。この場合、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長、または、第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２の幅長が、斥力を受けない場合より斥力を受けた場合において、より小さくなり、電気容量の変化が抑えられる（すなわち、振動体が最大振幅付近で容量変化が急減し頭打ちになる）。このため、電気容量変化が正弦変化に近づき、振動体が動き出すとき静電力が大きくそのため振動体が動きにくい。
【００２７】
上記のように、第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４との間の距離ｓを、第１のフリンジング電界３０１、および、第２のフリンジング電界３０２がそれぞれに大きく影響を与える長さ以上に設定することにより、第１のフリンジング電界３０１と第２のフリンジング電界３０２の減少が小さくなる。この場合、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長、または、第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２の幅長が著しく短くなることはなく、電気容量の変化が抑えられることはない。このため、電気容量変化が線形変化に近づき、振動体が動き出すとき静電力が小さくそのため振動体が動きやすい。したがって、発電量の多い振動発電器を提供することができる。
【００２８】
本発明に係る振動発電器において、振動体１０７にエレクトレット電極片１０９が配置され、固定基板１０１に第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４が配置されていることが好ましい。振動体１０７に第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４が配置され、固定基板１０１にエレクトレット電極片１０９が配置されている場合、負荷１１１に接続される配線が第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４に接続されるため、当該配線が第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４を備える振動体１０７の振動を阻害する場合があるからである。これに対して、上記のように、振動体１０７にエレクトレット電極片１０９が配置され、固定基板１０１に第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４が配置されている場合、負荷１１１に接続される配線は、固定基板１０１上に配置された第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４に接続され、振動体１０７に接続されることはないため、当該配線が振動体１０７の振動を阻害することはない。よって、上記構成によれば、振動体１０７の振動を阻害することがなく、発電量の多い振動発電器を提供することができる。
【００２９】
また、本発明に係る振動発電器において、別の態様では、図１３に示すように、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、エレクトレット電極片１０９の、第１の固定電極片１０３から第２の固定電極片１０４側へ突出した第１の長さＬ１が、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長以上となるように設定され、
振動体１０７が第２の固定電極片１０４側に最大変位した位置において、エレクトレット電極片１０９の、第２の固定電極片１０４から第１の固定電極片１０３側へ突出した第２の長さＬ２が、第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２の幅長以上となるように設定されていてもよい。
【００３０】
ここで、図１３に示すように、第１の長さＬ１は、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、エレクトレット電極片１０９の、第１の固定電極片１０３から第２の固定電極片１０４側へ突出している長さ、すなわち、エレクトレット電極片１０９の左側端部と第１の固定電極片１０３の左側端部との間のｘ方向の長さを意味する。第２の長さＬ２については、第１の長さＬ１と同様のものであるため図１３には示されていないが、第２の長さＬ２とは、振動体１０７が第２の固定電極片１０４側に最大変位した位置において、エレクトレット電極片１０９の、第２の固定電極片１０４から第１の固定電極片１０３側へ突出している長さ、すなわち、エレクトレット電極片１０９の右側端部と第２の固定電極片１０４の右側端部との間のｘ方向の長さを意味する。
【００３１】
第１の長さＬ１が、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長より小さい場合、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長がより小さくなり、電気容量の変化が最大変位時において抑えられる。このため、電気容量変化が正弦変化に近づき、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７にそれ程働かず振動体１０７がストッパに衝突する可能性が高まる。第２の長さＬ２が、第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２の幅長より小さい場合も上記と同様のことが言える。
【００３２】
これに対して、第１の長さＬ１が、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長より大きい場合、振動体１０７の最大変位位置において、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長が小さくなることはなく、電気容量の変化が最大変位付近において抑えられることはない。そのため、電気容量変化が線形変化に近づき、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７に働き振動体１０７がストッパに衝突する可能性が抑えられる。第２の長さＬ２が、第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２の幅長より大きい場合も同様のことが言える。
【００３３】
したがって、上記のように、第１の長さＬ１を、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１の幅長以上となるように設定し、第２の長さＬ２を、第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２の幅長以上となるように設定することにより、電気容量変化が線形変化に近づく。そのため、振動体１０７が動き出すとき静電力が小さく振動体１０７が動きやすい。したがって、発電量の多い振動発電器を提供することができる。また、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７に働き振動体１０７がストッパに衝突する可能性が抑えられる。
【００３４】
また、本発明に係る振動発電器において、さらに別の態様では、図１３、１４に示すように、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、エレクトレット電極片１０９と一対の固定電極片との間の距離（ギャップｇ）が、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１が第１の長さＬ１以下となるように設定され、
振動体１０７が第２の固定電極片１０４側に最大変位した位置において、エレクトレット電極片１０９と一対の固定電極片との間の距離（ギャップｇ）が、第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２が第２の長さＬ２以下となるように設定されていてもよい。
【００３５】
上述のように、第１のフリンジング電界３０１は、第１の固定電極片１０３から第２の固定電極片１０４の方向に拡がりながらエレクトレット電極片１０９に向かう。図１３に示すように、ギャップｇが大きい場合、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１は大きい。一方、図１４に示すように、ギャップｇが小さい場合、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１は小さい。ギャップｇと第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１および第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２との間には相関関係があり、ギャップｇを調整することにより、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１を第１の長さＬ１以下とすることができ、これにより、上述のように、電気容量変化が線形変化に近づく。そのため、振動体１０７が動き出すとき静電力が小さく振動体１０７が動きやすい。したがって、発電量の多い振動発電器を提供することができる。また、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７に働き振動体１０７がストッパに衝突する可能性が抑えられる。振動体１０７が第２の固定電極片１０４側に最大変位した場合も同様のことが言える。
なお、図１４においては、第１のフリンジング電界３０１の拡がり幅Ｔ１、および第２のフリンジング電界３０２の拡がり幅Ｔ２は、図示していない。
【００３６】
また、本発明に係る振動発電器において、さらに別の態様では、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、第１の固定電極片１０３の、エレクトレット電極片１０９から振動方向へ突出した第３の長さＫ１が、第１の固定電極片１０３から変位方向と反対方向に拡がりながらエレクトレット電極片１０９に向かう第３のフリンジング電界３０３の拡がり幅Ｔ３以上となるように設定され、
振動体１０７が第２の固定電極片１０４側に最大変位した位置において、第２の固定電極片１０４の、エレクトレット電極片１０９から振動方向へ突出した第４の長さＫ２が、第２の固定電極片１０４から変位方向と反対方向に拡がりながらエレクトレット電極片１０９に向かう第４のフリンジング電界３０４の拡がり幅Ｔ４以上となるように設定されていてもよい。
【００３７】
ここで、図１３に示すように、第３の長さＫ１は、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、第１の固定電極片１０３の、エレクトレット電極片１０９から振動方向へ突出している長さ、すなわち、エレクトレット電極片１０９の右側端部と第１の固定電極片１０３の右側端部との間のｘ方向の長さを意味する。また、第４の長さＫ２は、振動体１０７が第２の固定電極片１０４側に最大変位した位置において、第２の固定電極片１０４の、エレクトレット電極片１０９から振動方向へ突出している長さ、すなわち、エレクトレット電極片１０９の左側端部と第２の固定電極片１０４の左側端部との間のｘ方向の長さを意味する。
【００３８】
第３の長さＫ１が、第３のフリンジング電界３０３の拡がり幅Ｔ３の幅長より小さい場合、振動体１０７が第１の固定電極片１０３側に最大変位した位置において、第３のフリンジング電界３０３の拡がり幅Ｔ３の幅長がより小さくなり、電気容量の変化が最大変位時において抑えられる。このため、電気容量変化が正弦変化に近づき、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７にそれ程働かず振動体１０７がストッパに衝突する可能性が高まる。第４の長さＫ２が、第４のフリンジング電界３０４の拡がり幅Ｔ４の幅長より小さい場合も上記と同様のことが言える。
【００３９】
これに対して、第３の長さＫ１が、第３のフリンジング電界３０３の拡がり幅Ｔ３の幅長より大きい場合、振動体１０７の最大変位位置において、第３のフリンジング電界３０３の拡がり幅Ｔ３の幅長が小さくなることはなく、電気容量の変化が最大変位付近において抑えられることはない。そのため、電気容量変化が線形変化に近づき、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７に働き振動体１０７がストッパに衝突する可能性が抑えられる。第４の長さＫ２が、第２のフリンジング電界３０４の拡がり幅Ｔ４の幅長より大きい場合も同様のことが言える。
【００４０】
したがって、上記のように、第３の長さＫ１を、第３のフリンジング電界３０３の拡がり幅Ｔ３の幅長以上となるように設定し、第４の長さＫ２を、第２のフリンジング電界３０４の拡がり幅Ｔ４の幅長以上となるように設定することにより、電気容量変化が線形変化に近づく。そのため、振動体１０７が動き出すとき静電力が小さく振動体１０７が動きやすい。したがって、発電量の多い振動発電器を提供することができる。また、振動体１０７の最大変位付近において制動力が振動体１０７に働き振動体１０７がストッパに衝突する可能性が抑えられる。
【００４１】
また、本発明に係る振動発電器において、振動体１０７が固定基板１０１に対して変位していない位置において、エレクトレット電極片１０９が上面視で第１の固定電極片１０３と重畳する振動方向の幅長と、エレクトレット電極片１０９が上面視で第２の固定電極片１０４と重畳する振動方向の幅長とを合わせた長さより、第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４の幅長が大きいことが好ましい。このように構成することにより、振動体１０７が最大振幅となったときでも容量変化が頭打ちになることなく線形に変化することができる。
【００４２】
また、本発明のさらに別の態様に係る振動発電器は、固定基板１０１と、固定基板１０１の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ固定基板１０１に対して相対的に振動可能な振動体１０７と、
固定基板１０１の１つの主面および振動体１０７の１つの主面の一方に、振動体１０７の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片１０９と、
固定基板１０１の１つの主面および振動体１０７の１つの主面の他方に、振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４と、を有し、
振動体１０７が固定基板１０１に対して変位していない場合、エレクトレット電極片１０９が、上面視で、第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４と重畳する振動方向の幅は、エレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３または第２の固定電極片１０４との間の距離（ギャップｇ）の５倍以上である。このように構成することにより、フリンジングの効果を十分に得ることができ、容量変化を線形に近づけることができる。
【００４３】
また、本発明に係る振動発電器において、振動体１０７が固定基板１０１に対して変位していない場合、エレクトレット電極片１０９が、上面視で、エレクトレット電極片１０９に対向する一対の固定電極片の第１の固定電極片１０３および第２の固定電極片１０４の両方に重畳し、振動体１０７が変位した場合、いずれか一方と常に重畳することが好ましい。
【００４４】
なお、第１の固定電極片１０３と第２の固定電極片１０４とは複数本存在するが、それぞれ図５のように櫛歯形状を成し、ひとつながりの電極を構成することにより、負荷１１１との接続も容易となる。一方、エレクトレット電極片１０９は、図６（ａ）のように第１の固定電極片１０３や第２の固定電極片１０４と同様櫛歯構成でひとつながりとしていてもよいし、図６（ｂ）のように短冊構成のように各電極が分割されていてもよい。
【００４５】
最大変位を±ｗとするために、ストッパ１１２を設置したが、最大変位が±ｗとなるようにばね１０６を設計することにより、これを省略することも可能である。
【００４６】
前記構成の振動発電器によれば、次のような効果を発揮できる。
（１）エレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３とが成す電気容量、および、エレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４とが成す電気容量の、振動体１０７の変位に対する変化を線形に近づけることができ、変位する多くの領域で静電力を低減させることができ、その結果、振動発電器の発電量を増加させることができる。
（２）振動体１０７が最大変位を迎えるときの静電力は従来例に比べ大きく、ストッパ１１２への衝突やばね１０６の破壊を低減することができる。
（３）固定基板１０１、スペーサー１０５及びふた基板１１０によって閉空間が構成され、外気が混入することのない気密封止とされているので、エレクトレット電極片１０９からの電荷の脱離を抑制することができる。なお、封止構造については、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４７】
上記実施形態では、ばね１０６は、コイルばねとなっているが、コイルバネに限定されるものではなく、高反発弾性材料などばね動作（振動動作）をするものであれば良い。
【００４８】
固定基板１０１、絶縁膜１０２、第１の固定電極片１０３、第２の固定電極片１０４、スペーサー１０５、振動体１０７、絶縁膜１０８、エレクトレット電極片１０９及びふた基板１１０を構成する材料については、上述した材料は一例である。すなわち、固定基板１０１やふた基板１１０は、樹脂基板や金属ブロックで構成されても良い。第１の固定電極片１０３、第２の固定電極片１０４は、アルミや銅などの導電性材料で構成されても良い。エレクトレット電極片１０９は、有機系のエレクトレット材料で構成されても良い。
【００４９】
上記実施形態では、固定電極片とエレクトレット電極片とが上下方向に対向し、固定電極片１０３の上方にエレクトレット電極片１０９が位置するようになっているが、本発明は、固定電極片１０３とエレクトレット電極片１０９とが対向するように配置されれば良く、上述した位置関係に限定されることはない。例えば、固定電極片とエレクトレット電極片とが上下方向に対向し、固定電極片の下方にエレクトレット電極片が位置しても良く、また、固定電極片とエレクトレット電極片とが水平方向に対向して位置しても良い。
【００５０】
負荷１１１への引き出し配線は、図１及び図２において、結線イメージで記載されているが、実際は、基板上の配線電極や基板貫通電極などを配置して接続されることは言うまでもない。
【００５１】
上記実施形態では、エレクトレット電極片１０９にはマイナスの電荷が注入されているが、プラスの電荷が注入されても良い。プラスの電荷が注入された場合は、誘導電荷の極性が異なり電流方向が逆となるが、上記実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５２】
特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。
【００５３】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施形態に係る振動発電器であって、停止状態での断面拡大図である。先の実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５４】
振動体１０７が停止状態で、エレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３とを対向させ、エレクトレット電極片１０９の幅を２ｗ＋ｓとし、第１の固定電極片１０３の幅２ｗより大きくする。図８は、振動体１０７が０から変位したときのエレクトレット電極片１０９と第１の固定電極片１０３で成す第１の電気容量変化Ｃｄ１とエレクトレット電極片１０９と第２の固定電極片１０４で成す第２の電気容量変化Ｃｄ２とを示す。停止状態からいくらか変位しても電気容量変化は発生せず、電気容量の変位微分のｄＣ／ｄｘは０となり、ｘ方向の静電力は０となる。つまり停止状態から振動体１０７が動きやすく発電しやすい構造となる。
【００５５】
すなわち、本発明の別の態様に係る振動発電器は、
固定基板と、
該固定基板の１つの主面と対向する１つの主面を有し、かつ該固定基板に対して相対的に振動可能な振動体と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の一方に、当該振動体の振動方向に対して並列配置された複数のエレクトレット電極片と、
前記固定基板の１つの主面および前記振動体の１つの主面の他方に、前記振動方向に対して並列にかつ交互に配置された第１の固定電極片および第２の固定電極片と、を有する振動発電器において、
前記振動体が前記固定基板に対して変位していない場合、前記エレクトレット電極片は、上面視で、前記第１の固定電極片または前記第２の固定電極片のいずれか一方の固定電極片と重畳し、他方の固定電極片とは重畳せず、
前記エレクトレット電極片は、前記一方の固定電極片より前記振動方向の幅が広いことを特徴とする。
【００５６】
本実施の形態２に係る振動発電器によれば、発電量が増加した振動発電器を提供することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０１  固定基板
１０２  絶縁膜
１０３  第１の固定電極片
１０４  第２の固定電極片
１０５  スペーサー
１０６  ばね
１０７  振動体
１０８  絶縁膜
１０９  エレクトレット電極片
１１０  ふた基板
１１１  負荷
１１２  ストッパ
３０１  ｓをｗ、ｋを０とした電気容量変化
３０２  ｓをｗ、ｋを０．４ｗとした電気容量変化
９０１  固定基板
９０２  絶縁膜
９０３  第１の固定電極片
９０４  第２の固定電極片
９０５  スペーサー
９０６  ばね
９０７  振動体
９０８  絶縁膜
９０９  エレクトレット電極片
９１０  ふた基板
９１１  負荷
１３０１  電気容量変化がない状態
【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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