(57)【要約】  第１の基板と、第１の基板に配置された第１の電極と、第１の基板から離間し、かつ第１の基板の第１の電極が配置された面に対向して配置された第２の基板と、第１の電極と対向するように第２の基板に配置された第２の電極とを含み、第１の電極および第２の電極のいずれか一方が電荷を保持した膜を含み、第１の基板および第２の基板のいずれか一方が振動可能であり、振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に、第１の電極と第２の電極との重なり面積が、極小値になった後、増加して極大値をとるか、あるいは重なり面積が極大値になった後、減少して極小値をとり、重なり面積が極大値となるときの、第１の電極と第２の電極との間に形成される静電容量Ｃｐの値が、振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に変化し、静電容量Ｃｐの変化が静電容量Ｃｐの増加を含むようになっている振動発電器。
2012169196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の一方の面に配置された複数の第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の前記第１の電極が配置された面に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の電極と対向するように前記第２の基板の一方の面に配置された複数の第２の電極と、
を含み、
前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方が電荷を保持した膜を含み、
前記第１の基板および前記第２の基板のいずれか一方が他方に対して振動可能であり、
前記振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に、前記第１の基板の面に垂直な方向から見た前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が、極小値になった後、増加して極大値をとること、または、前記重なり面積が極大値になった後、減少して極小値をとることが少なくとも１回含まれるように変化し、
前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が極大値となるときの、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成される静電容量（以下、この特定の静電容量を「静電容量Ｃｐ」と略す）の値が、振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に変化し、前記静電容量Ｃｐの変化が静電容量Ｃｐの増加を含むようになっている、
振動発電器。
【請求項２】
前記振動可能な基板が前記第１の基板であり、前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が極大値となるときの、前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積（以下、この特定の重なり面積を「重なり面積Ａｐ」と略す）が、前記第１の基板が振動中心から振動端まで変位する間に変化し、前記重なり面積Ａｐの変化が、重なり面積Ａｐの増加を含むように、前記第１の電極および前記第２の電極が形成されている、請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記第１の電極および前記第２の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
前記第１基板の振動方向に平行な方向の電極の寸法を幅とし、振動方向に対して垂直であり、かつ基板の電極が形成された面と平行な方向の電極の寸法を長さとしたときに、前記第１の電極の幅および長さがそれぞれ一定であり、前記第２の基板の中心に位置する前記第２の電極の幅および／または長さが、前記第２の基板の端部側に位置する一または複数の前記第２の電極の幅および／または長さよりも小さい、請求項２に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有する導電体からなる複数の第３の電極が、前記第２の基板の前記第２の電極が形成された面に、複数の前記第２の電極の間にさらに配置されている、請求項３に記載の振動発電器。
【請求項５】
前記第１の電極および前記第２の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有する、導電体からなる複数の第３の電極が、前記第２の基板の前記第２の電極が形成された面に、複数の前記第２の電極の間にさらに配置されており、
前記第２の基板の中心に位置する前記第３の電極の幅が、前記第２の基板の端部側に位置する一または複数の前記第３の電極の幅より大きい、
請求項１に記載の振動発電器。
【請求項６】
前記振動可能な基板が前記第１の基板であり、前記第１の電極それぞれの表面が前記第１の基板の面から同じ距離に位置し、
前記第２の基板の中心に位置する前記第２の電極の表面から前記第１の電極の表面までの距離が、前記第２の基板の端部側に位置する１または複数の前記第２の電極の表面から前記第１の電極の表面までの距離よりも大きい
請求項１に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記第２の基板の厚さおよび／または前記第２の電極の厚さが、前記第２の基板の端部側においてより大きい、請求項６に記載の振動発電器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動発電器と、
前記振動発電器からの交流出力電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
を含むことを特徴とする振動発電装置。
【請求項９】
前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換を行う電圧変換回路と、
前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、
前記電圧変換回路、または前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、
前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、または電圧制御回路に切り替える出力切替回路と、
を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の振動発電装置。
【請求項１０】
前記電圧変換回路からの出力電圧が、前記振動発電回路の出力電圧よりも高く設定されていることを特徴とする請求項９に記載の振動発電装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の振動発電装置を用いた通信装置。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする通信装置。
【請求項１３】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の振動発電装置を用いた電子機器。
【請求項１４】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動発電器および振動発電装置、ならびに振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器に関する。本発明は、特に、エレクトレット材料を用いた静電誘導型振動発電器および振動発電装置、ならびに当該振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動発電装置として、可変容量の一方の電極に電荷を与え、対向する他方の電極へ静電誘導により電荷を誘起する静電誘導型振動発電装置が知られている。容量の変化により誘起される電荷に変化が生じる。静電誘導型振動発電装置は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
図１６は、エレクトレット材料を用いた従来の静電誘導型振動発電器の一例である、特許文献１（同文献の図４および１０頁〜１１頁参照）に記載された振動発電器１０の概略断面図である。【０００４】
振動発電器１０は、複数の導電性表面領域１３を備えた第１の基板１１と、複数のエレクトレット材料領域１５を備えた第２の基板１６とで構成される。第１の基板１１と、第２の基板１６とは、互いに所定の間隔を隔てて配置されている。エレクトレット材料領域１５を含む第２の基板１６は固定されている。導電性表面領域１３を含む第１の基板１１は固定構造１７にバネ１９を介して連結されている。バネ１９は第１の基板１１の両側面に接続されており、また、固定構造１７に接続されている。このバネ１９は、第１の基板が外力を受けて変位したときに、その復元力により、基板を定位置に戻す（基板１１を定位置に保持する）ことを可能にする。したがって、このバネ１９が存在することにより、第１の基板は側方運動（例えば図の左右方向の運動）を行い、定位置に戻ることができる。【０００５】
この第１の基板１１の動きにより、エレクトレット材料領域１５と、対向する導電性表面領域１３との重なり面積の増減が生じ、導電性表面領域１３に電荷の変化が生じる。振動発電器（静電誘導型振動発電器）１０は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う。
そして、発電に用いる振動の周波数に応じて第１の基板１１の振動の共振周波数を選択する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５２９５７４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Tsutsumino, Y. Suzuki and N. Kasagi, "Electromechanical Modeling Of Micro Electret Generator For Energy Harvesting," TRNASUCERS&EUROSENSORS 2007, France, (2007), pp.863-866
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、かかる従来の技術では、振動発電機の出力電力が小さいという問題があった。
本発明の一実施形態は、複雑な構造およびプロセスを要することなく製造可能な、より出力電力の大きい振動発電器を提供し、本発明の別の実施形態は、この振動発電器を用いた振動発電装置、ならびに前記振動発電装置を搭載した電子機器及び通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一実施形態として、
第１の基板と、
前記第１の基板の一方の面に配置された複数の第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の前記第１の電極が配置された面に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の電極と対向するように前記第２の基板の一方の面に配置された複数の第２の電極と、
を含み、
前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方が電荷を保持した膜を含み、
前記第１の基板および前記第２の基板のいずれか一方が他方に対して振動可能であり、
前記振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に、前記第１の基板の面に垂直な方向から見た前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が、極小値になった後、増加して極大値をとること、または、前記重なり面積が極大値になった後、減少して極小値をとることが少なくとも１回含まれるように変化し、
前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が極大値となるときの、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成される静電容量（以下、この特定の静電容量を「静電容量Ｃｐ」と略す）の値が、振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に変化し、前記静電容量Ｃｐの変化が静電容量Ｃｐの増加を含むようになっている、
振動発電器を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様である振動発電器によれば、より大きい出力電力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る振動発電器の（ａ）第１の基板が振動中心にあるときの断面図、（ｂ）第１の基板が最大変位したときの断面図
【図２】図１に示した振動発電器の発電に寄与する部分の（ａ）第１の基板が振動中心にあるときの断面図、（ｂ）第１の基板が最大変位したときの断面図
【図３】実施の形態１に係る振動発電器の（ａ）第１の基板の電極形成面および第１の電極を示す平面図、（ｂ）第２の基板の電極形成面および第２の電極を示す平面図
【図４】実施の形態２に係る振動発電器の振動に寄与する部分の（ａ）第１の基板が振動中心にあるときの断面図、（ｂ）第１の基板が最大変位したときの断面図
【図５】実施の形態２に係る振動発電器の（ａ）第１の基板の電極形成面および第１の電極を示す平面図、（ｂ）第２の基板の電極形成面および第２の電極を示す平面図
【図６】実施の形態３に係る振動発電器の振動に寄与する部分の（ａ）第１の基板が振動中心にあるときの断面図、（ｂ）第１の基板が最大変位したときの断面図
【図７】実施の形態３に係る振動発電器の（ａ）第１の基板の電極形成面および第１の電極を示す平面図、（ｂ）第２の基板の電極形成面、ならびに第２の電極および第３の電極を示す平面図
【図８】実施の形態４に係る振動発電器の一例の断面図
【図９】実施の形態４に係る振動発電器の他の例を示す断面図
【図１０】実施の形態５に係る振動発電器の断面図
【図１１】実施の形態６に係る振動発電装置を示すブロック図
【図１２】実施の形態６に係る振動発電装置の各部の電圧波形を示す図
【図１３】実施の形態６に係る振動発電装置を他の構成を示すブロック図
【図１４】実施の形態７に係る振動発電装置を用いた通信装置を示す図
【図１５】実施の形態８に係る振動発電装置を用いた電子機器を示す図
【図１６】従来の静電誘導型振動発電器の断面図
【図１７】従来の静電誘導型振動発電器からの出力電圧波形を示す図
【図１８】実施の形態２の変形例に係る振動発電器の振動に寄与する部分の（ａ）第１の基板が振動中心にあるときの断面図、（ｂ）第１の基板が最大変位したときの断面図
【図１９】実施の形態２の変形例に係る振動発電器の（ａ）第１の基板の電極形成面および第１の電極を示す平面図、（ｂ）第２の基板の電極形成面、ならびに第２の電極および第３の電極を示す平面図
【図２０】実施の形態１に係る振動発電器におけるエレクトレット電極の断面図
【図２１】振動発電器の３つの周波数における出力電流と出力電圧の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明に係る一形態を得るに至った経緯）
特許文献１に示す従来の振動発電器１０（図１６）において、複数のエレクトレット材料領域１５、及び複数の導電性表面領域１３はいずれも、１つあたりの寸法が同じである領域が、等間隔で配置されて構成されている。このような構成において、第１の基板１１を単振動させると、振動中心付近と振動端（最大振幅）付近では異なる振動速度で移動する。そのため、第１の基板１１が振動中心付近にあるときと、振動端付近にあるときでは、振動発電器１０の内部インピーダンスに変化が生じる。
【００１３】
発明者らは、振動発電器１０の内部インピーダンスの変化によって、振動発電器１０から出力される電圧が振動中大きく変化し、そのことが発電電力として取り出すことができる電力を制限するという不都合を招いていることを見出した。図１７は、非特許文献１にて開示されている出力電圧の波形を示す。図１７において、出力電圧（output voltage）の振幅が、πの倍数（π、２π、３π）の時間（Time）付近で急激に小さくなっている。
【００１４】
また、発明者らは、この出力電圧の急激な低下が、内部インピーダンスの変化に起因していると考えた。即ち、発明者らは、振動発電器の内部インピーダンスが第１の基板の振動中に変化すると、振動発電器から出力される電圧が変化するという課題を見出した。本発明の一形態は、この課題を解決するためになされたものである。
【００１５】
（態様１）
態様１は、
第１の基板と、
前記第１の基板の一方の面に配置された複数の第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の前記第１の電極が配置された面に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の電極と対向するように前記第２の基板の一方の面に配置された複数の第２の電極と、
を含み、
前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方が電荷を保持した膜を含み、
前記第１の基板および前記第２の基板のいずれか一方が他方に対して振動可能であり、
前記振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に、前記第１の基板の面に垂直な方向から見た前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が、極小値になった後、増加して極大値をとること、または、前記重なり面積が極大値になった後、減少して極小値をとることが少なくとも１回含まれるように変化し、
前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が極大値となるときの、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成される静電容量（以下、この特定の静電容量を「静電容量Ｃｐ」と略す）の値が、振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に変化し、前記静電容量Ｃｐの変化が静電容量Ｃｐの増加を含むようになっている、
振動発電器である。ここで、「振動中心」とは、振動可能な基板が振動しているときに、加速度が０となるときの振動可能な基板の位置を指す。
【００１６】
上記態様１によれば、振動可能な基板が振動中心から振動端付近に変化する間に、対向している電極間で構成される静電容量が、少なくとも１回増加するように構成され、それにより振動可能な基板が振動している間の内部インピーダンスの変化を小さくすることを可能する。したがって、上記態様によれば、内部インピーダンスの変化に起因する、出力電圧の変化を小さくすることが可能であり、より大きい出力電力を得ることができる。
【００１７】
（態様２）
態様２は、前記振動可能な基板が前記第１の基板であり、前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積が極大値となるときの、前記第１の電極と前記第２の電極との重なり面積（以下、この特定の重なり面積を「重なり面積Ａｐ」と略す）が、前記第１の基板が振動中心から振動端まで変位する間に変化し、前記重なり面積Ａｐの変化が、重なり面積Ａｐの増加を含むように、前記第１の電極および前記第２の電極が形成されている、態様１の振動発電器である。重なり面積Ａｐの変化が、重なり面積Ａｐの増加を含むように、前記第１の電極および前記第２の電極が形成されることにより、振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に、静電容量Ｃｐの値が増加する。
【００１８】
（態様３）
態様３は、前記第１の電極および前記第２の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
前記第１基板の振動方向に平行な方向の電極の寸法を幅とし、振動方向に対して垂直であり、かつ基板の電極が形成された面と平行な方向の電極の寸法を長さとしたときに、前記第１の電極の幅および長さがそれぞれ一定であり、前記第２の基板の中心に位置する前記第２の電極の幅および／または長さが、前記第２の基板の端部側に位置する１または複数の前記第２の電極の幅および／または長さよりも小さい、態様２の振動発電器である。
【００１９】
態様３によれば、重なり面積Ａｐを、第１の基板が振動中心から振動端まで変位する間に、減少させることができる。ここで、「第２の基板の中心」とは、第１の基板が振動中心にあるときの第１の基板の振動方向の中心付近と対向する、第２の基板の領域を意味する。また、「第２の基板の端部」とは、第２の基板の振動方向における端部を意味し、「端部側」とは、基板の中心から見て、端部により近い側を指す。
【００２０】
（態様４）
態様４は、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有する導電体からなる複数の第３の電極が、前記第２の基板の前記第２の電極が形成された面に、前記第２の電極間にさらに配置されている、態様３の振動発電器である。
【００２１】
（態様５）
態様５は、前記第１の電極および前記第２の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有する、導電体からなる複数の第３の電極が、前記第２の基板の前記第２の電極が形成された面に、前記第２の電極間にさらに配置されており、
前記第２の基板の中心に位置する前記第３の電極の幅が、前記第２の基板の端部側に位置する一または複数の前記第３の電極の幅より大きい、
態様１の振動発電器である。
【００２２】
態様５によってもまた、振動可能な基板が振動中心から振動端まで変位する間に、静電容量Ｃｐの値が増加することとなる。
【００２３】
（態様６）
態様６は、前記振動可能な基板が前記第１の基板であり、前記第１の電極それぞれの表面が前記第１の基板の面から同じ距離に位置し、
前記第２の基板の中心に位置する前記第２の電極の表面から前記第１の電極の表面までの距離が、前記第２の基板の端部側に位置する１または複数の前記第２の電極の表面から前記第１の電極の表面までの距離よりも大きい
態様１の振動発電器である。
【００２４】
態様６においても、第１の基板が振動中心から振動端まで変位する間に、静電容量Ｃｐの値が増加することとなる。静電容量Ｃｐは、第１の電極の表面と第２の電極の表面との間の距離によって変化し、当該距離が短いほど大きくなるからである。第１の電極の表面と第２の電極の表面との間の距離は、第２の基板の厚さおよび／または第２の電極の厚さを変えることによって、変えることができる。
【００２５】
（態様７）
態様７は、前記第２の基板の厚さおよび／または前記第２の電極の厚さが、前記第２の基板の端部側においてより大きい、態様６の振動発電器である。
【００２６】
（態様８）
態様８は、態様１〜７のいずれかの振動発電器と、
前記振動発電器からの交流出力電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
を含むことを特徴とする振動発電装置である。
【００２７】
（態様９）
態様９は、前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換を行う電圧変換回路と、
前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、
前記電圧変換回路、または前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、
前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、または電圧制御回路に切り替える出力切替回路と、
を更に含むことを特徴とする態様８の振動発電装置である。
【００２８】
（態様１０）
態様１０は、前記電圧変換回路からの出力電圧が、前記振動発電回路の出力電圧よりも高く設定されていることを特徴とする態様９の振動発電装置である。
【００２９】
（態様１１）
態様１１は、態様８〜１０のいずれかの振動発電装置を用いた通信装置である。
【００３０】
（態様１２）
態様１〜７のいずれかの振動発電器と電池とを有することを特徴とする通信装置である。
【００３１】
（態様１３）
態様１３は、態様８〜１０のいずれかの振動発電装置を用いた電子機器である。
【００３２】
（態様１４）
態様１４は、態様１〜７のいずれかの振動発電器と電池とを有することを特徴とする電子機器である。
【００３３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した実施の形態の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
【００３４】
１．実施の形態１
（構成）
図１は、実施の形態１に係る振動発電器１００の断面図であり、図２は図１の振動発電器１００の発電に寄与する部分の断面図であり、図３は図１の振動発電器１００の電極構成を示す、基板表面および電極の平面図である。なお、図１、および図２では、簡単のため配線構造などを図示していない。また、他の実施の形態を含めて、断面図は、振動可能な基板（第１の基板）の振動方向および基板の厚さ方向と平行な断面を示している。
【００３５】
振動発電器１００は、第１の基板１０１と、第１の基板１０１の一方の面（図１では第１の基板１０１の下面）に対向する第２の基板１０２と、第１の基板１０１の他方の面（図１では第１の基板１０１の上面）に対向する第３の基板１１０と、により構成される。
第２の基板１０２と第３の基板１１０とは支持体１１２Ｌ、１１２Ｒで接続されている。第１の基板１０１は、弾性バネ１１１Ｌ、１１１Ｒにより支持体１１２Ｌ、１１２Ｒにそれぞれ接続されている。つまり、第１の基板１０１は弾性バネを介して固定されている。このため、図１（ａ）に示す振動発電器の構造では、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１０１はｘ軸方向（図１では左右方向）に移動可能である。
【００３６】
電極の位置関係については、図２を用いて説明する。
第１の基板１０１の一方の主面（図２では第１の基板１０１の下面）には、複数の第１の電極１０９ａが形成され、第１の基板１０１に対向する第２の基板１０２の主面（図２では上面）上には、複数の第２の電極１０９ｂが、それぞれ第１の電極１０９ａに対向する位置に形成される。第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂのいずれか一方は、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極である。エレクトレットの着電安定性を考慮すると、図示した形態においては、例えば、電極幅が一定である第１の電極１０９ａをエレクトレット電極とすると、均一に帯電させることができる。
【００３７】
（電極）
次に電極の形状、寸法および配置等について説明を行う。
図３は、第１の基板１０１およびその表面に形成された第１の電極１０９ａ、及び第２の基板１０２およびその表面に形成された第２の電極１０９ｂを示す平面図である。したがって、図１および図２は、図３の第１の基板１０１、および第２の基板１０２のＡ−Ａでの断面図に相当する。以下の説明において、ｘ方向（振動方向）の電極の寸法を「幅」といい、ｙ方向の電極の寸法を「長さ」と呼ぶ。
【００３８】
図３に示すように、複数の第１の電極１０９ａは、同じ幅１０３Ｗおよび長さを有する矩形（短冊形状）であり、振動方向（ｘ方向）において等間隔で配置されている。図示した形態において、隣り合う２つの電極間の振動方向における中心間距離（「ピッチ」とも呼ぶ）は、振動方向の電極の中心間の距離（電極の幅を二分する中心線間の距離）である。一方、複数の第２の電極１０９ｂも、振動方向において等ピッチで配置される。しかし、第２の電極１０９ｂの幅は、第２の基板１０２の中心に位置するものが最も小さく、その位置が第２の基板１０２の端部付近（振動方向における端部）に近いものほど、広くなっている。すなわち、第２の電極１０９ｂの電極間の間隔（即ち、電極の振動方向における端部と端部との間の距離）は、第２の基板１０２の中心に位置するものほど広く、その位置が第２の基板１０２の端部付近（振動方向における端部）に近いものほど、狭くなっている。
【００３９】
より詳細には、複数の第２の電極１０９ｂの幅は一定ではなく、第２の電極１０９ｂの位置が第２の基板１０２の端部により近いほど、第２の電極１０９ｂの幅は大きくなっている。したがって、図３（ｂ）に示すように、基板中心付近の電極幅１０４Ｗは、基板端部付近の電極幅１０５Ｗに比べて小さく形成されている。このように電極幅を異ならせることにより、複数の第１の電極１０９ａがすべて同じ電荷を保持している場合、第１の基板１０１が最大変位付近（振動速度が最小である位置）にあるときのＣｐ、振動中心付近（振動速度が最大である位置）にあるときのＣｐを変化させることができ、それにより内部インピーダンスの変化を抑制することが可能となる。
【００４０】
Ｃｐは、先に説明したとおり、第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂとの重なり面積が極大値となるときの、第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂとの間に形成される静電容量を指す。静電容量Ｃｐは、最大容量と呼ぶことができる。図示するように、第１の電極１０９ａ間の間隔が第１の電極１０９ａの幅と等しく、かつ第１の基板１０１が第１の電極１０９ａの幅の８倍の振幅で振動する場合について説明する。第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂとの重なり面積は、第１の基板１０１が振動中心にあるときに極大値をとり、第１の基板１０１が振動中心から一方の振動端に変位するまでに、２回極小値（例えばゼロ）をとり、２回極大値をとる。第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂとの重なり面積が極大値をとるのは、図示した形態において、第１の電極１０９ａの振動方向の中心と、第２の電極１０９ｂの振動方向の中心とが、基板の主表面に垂直な方向から見て重なるときである。このときの面積を、本明細書においてはＡｐという。
【００４１】
実施の形態１においては、第２の基板の中心における第２の電極の幅１０４Ｗと、第２の基板の端部における第２の電極の幅１０５Ｗが異なっており、１０５Ｗ＞１０４Ｗである。そのため、第１の基板１０１が振動中心にあるときのＡｐ（図２（ａ））は、第１の基板が振動中心から最大変位したときのＡｐ（図２（ｂ））よりも小さくなる。それに伴い、第１の基板１０１が振動中心にあるときのＣｐが、第１の基板が振動中心から最大変位したときのＣｐよりも小さくなる。
【００４２】
また、実施の形態１においては、第２の電極１０９ｂは、その位置が第２の基板１０２の端部に近くなるにつれて、より大きい幅を有するように形成されている。したがって、第１の基板１０１が第１の電極１０９ａの幅の４倍の振幅で振動する場合において、第１の基板１０１が振動中心から、第１の電極１０９ａの幅の２倍だけ例えば左側に変位したときでも、Ａｐは変化（増加）し、したがってＣｐも増加する。
【００４３】
（エレクトレット電極）
次に図２０を用いて電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極について説明を行う。図２０はエレクトレット電極を示す断面図である。
図２０は、第１の電極１０９ａがエレクトレット電極であるとして、エレクトレット電極が第１の基板１０１に形成されている状態を示している。図２０において、基板１０１上には導電体１１７ａが形成される。導電体１１７ａの上部には第１の絶縁体１１７ｂ、電荷を保持した膜であるエレクトレット１１７ｃ、および第２の絶縁体１１７ｄが形成される。
【００４４】
複数のエレクレット電極が形成されている場合において、各エレクトレット電極にある導電体１１７ａは、電気的に接続されている。また、エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａ全体に形成されていてもよく（即ち、エレクトレットは導電体と同じ、またはそれより大きい寸法を有してよく）、あるいは短冊状の導電体上１１７ａの一部にのみ配置されていてもよい。エレクトレット１１７ｃは、短冊状の導電体１１７ａの一部に形成される（即ち、エレクトレット１１７ｃの幅が導電体１１７ａのそれよりも小さいこと）が、プロセスおよびデバイス特性の安定性の点では有利である。
【００４５】
特に、第１の基板１０１として高抵抗の基板を用いる場合、エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａの上にのみ形成してよい。電荷を注入する際、電荷をエレクトレット１１７ｃに強制に注入可能となり、より電荷の安定したエレクトレットが作成可能となるからである。
【００４６】
次にエレクトレット材料について説明を行う。エレクトレット１１７ｃを構成するエレクトレット材料としては、ポリプロピレン、ポリエステルテレフタレート、もしくはポリビニルクロライドなどの高分子材料、または酸化シリコンなどの無機材料を利用することができる。これらの中でも、絶縁耐圧、および耐熱性に優れた酸化シリコン等の無機材料が有利に用いられる。
【００４７】
また、エレクトレットの耐湿性を向上のため、その周囲は、例えば、シリコン窒化膜等の絶縁膜（第２の絶縁体１１７ｄ）で完全に覆う構造とする。例えば酸化シリコンをエレクトレット材料として用いる場合、シリコン窒化膜等の絶縁膜で酸化シリコンの周囲を完全に覆う構造とすることで、絶縁耐圧、耐熱性、および耐湿性に優れたエレクトレット１１７ｃを得ることが可能となる。絶縁膜は、導電体１１７ａとエレクトレット１１７ｃとの間にも配置される（図２０において、第１の絶縁体１１７ｂ）。第１の絶縁体１１７ｂは、導電体１１７ａから、エレクトレット１１７ｃを絶縁して、エレクトレットが保持する電荷が導電体に移動しないようにするために設けられる。第１の絶縁体１１７ｂは、第２の絶縁体１１７ｄと同じ材料で形成されてよい。
【００４８】
（動作）
次に、振動発電器１００の動作について説明を行う。
上述のように本実施の形態に示す振動発電器構造では、外部から作用（振動）により第１の基板１０１が変位する。弾性バネ１１１Ｌ、１１１Ｒ等の反発力により第１の基板１０１は所望の位置に戻る方向に変位する動作を行う。外部からの作用が停止すると振動は減衰し、第１の基板１０１は停止する。外部からの作用が継続する限り、第１の基板１０１は振動を続けることとなる。第１の基板１０１が変位することにより、第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂとの重なり面積が変化して、エレクトレット電極でない電極の表面に電荷の変化が生じる。振動発電器１００はこの電荷の変化を利用して発電を行う。
【００４９】
（効果）
実施の形態１にかかる振動発電器１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）出力電力（取り出せる電力）が大きい
（２）回路でのロスを低減
（３）回路への負担を軽減
【００５０】
（１）について詳細な説明を行う。本実施の形態の振動発電器では、上述のように対向する電極を用いて第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂにより形成される静電容量の変化により、電気エネルギーを取り出すことができる。振動発電器１００の内部インピーダンスは、容量性であるため、振動によって電極が増減する周波数が変化すると、それに伴って内部インピーダンスが変化する。振動周波数が変化した場合の振動発電器の出力電圧−電流特性を図２１に示す。
【００５１】
図２１には、従来の振動発電器において、振動周波数をＡ、Ｂ、およびＣ（周波数Ｃは、最大出力が負荷と整合した状態であり、周波数Ａ、およびＢは整合していない状態）としたときの電流−電圧特性を示す。図２１によれば、振動発電器からの出力電流がゼロ（開放負荷）の場合、出力電圧は最大となる。一方、出力電圧がゼロ（短絡負荷）の場合、出力電流は最大となる。つまり、振動発電器は、振動発電器と負荷の関係により、出力電力の増減を行う。
【００５２】
第１の基板が振動中心にあるときの振動速度は、それが最大変位したときの振動速度よりも大きい。即ち、振動中心にあるときの第１の基板の振動周波数は、最大変位したときの第１の基板の振動周波数よりも大きくなる。したがって、外部負荷が一定である場合、第１の基板の振動速度（即ち、位置）によって、図２１に従って、出力電圧が変化する。そこで、実施の形態１においては、第２の基板の中心に位置する第２の電極の幅を小さく、第２の基板の端部付近に位置する第２の電極の幅を大きくし、それによって、静電容量Ｃｐを変化させている。振動発電器１００の内部インピーダンスは、静電容量Ｃｐと振動する基板の振動周波数とによって決定されるから、第１の基板１０１の振動周波数の変化に合わせて静電容量Ｃｐを変化させることにより、内部インピーダンスの変化を抑制することができる。その結果、内部インピーダンスの変化に起因する出力電圧の変化が抑制されて、第１の基板１０１の変位量が最大振幅に近づくまで、出力電圧をほぼ一定に保つことが可能となる。
【００５３】
実施の形態１の振動発電器１００から出力される電圧は、第１の基板１０１の変位量が最大振幅付近となるまで、ほぼ一定とすることができる。このことは、出力される電力を大きくすることを可能にする。例えば、図１７に示す出力電圧が得られる振動発電器において、８０Ｖ（＋４０Ｖから−４０Ｖまで）の電圧を取り出すように回路を設計したときに、振動可能な基板の変位量が最大振幅付近であるときの電圧は通常低下する（例えば４０Ｖ程度）。そのため、振動可能な基板の変位量が最大振幅付近であるときの電圧は、整流回路等でロスとしてカットされる。実施の形態１の振動発電器１００においては、振動中心付近と最大振幅付近とで静電容量の値を変えることで、振動可能な基板の変位量が最大振幅付近であるときにも、出力される電圧を８０Ｖ程度とすることも可能となり、この電圧を発電に用いることが可能となる。よって、出力電力を大きくすることができる。
【００５４】
（２）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電器１００では、上述したように、第１の基板１０１が振動中心にあるときの第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂとが形成する最大容量を、第１の基板１０１が振動端にあるときのそれと異なるように、第１の電極１０９ｂおよび第２の電極１０９ａが形成されていて、振動発電器１００の動作中の内部インピーダンスが設計値から変化することを抑制している。そのため、振動発電器１００の動作中に、振動発電器１００と負荷とのインピーダンス整合を維持しやすく、出力電圧として取り出す領域を増加させることが可能となる。その結果、従来の振動発電器においては、整流時にロスとして切り捨てていた、振動可能な基板が振動端付近まで変位したときの出力電圧をも利用することが可能となり、発電器トータルでの損失を低減することが可能となる。
【００５５】
（３）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電器１００では、第１の基板１０１が振動中心にあるときの最大容量と、第１の基板１０１が振動端にあるときの最大容量が異なるように、第１の電極１０９ａおよび第２の電極１０９ｂが形成されている。そのため、第１の基板１０１が振動している間の出力電圧の変化を全体として小さくすることが可能である。即ち、例えば、取り出す電圧を＋４０Ｖから−４０Ｖに設定したときに、４０Ｖを越える電圧のピーク値を低くすることができる。これは、図３（ｂ）に示すように、１０５Ｗを第１の電極の幅１０３Ｗに一致させ、１０４Ｗを小さくしていることによる。それにより、回路の耐電圧を所望の電圧（取り出す電圧）よりも大きくする度合いを、第２の電極の幅を一定にするときと比較して、小さくすることができるとともに、前述のとおり、従来、４０Ｖ（或いは−４０Ｖ）を超える電圧は損失となり、熱として消費されていた電力を低減することができるので、回路への負担を軽減することが可能となる。
【００５６】
図示するように、実施の形態１において、第２の電極１０９ｂは第１の電極１０９ａを超えた領域にまで（複数の第１の電極１０９ａにより画定される領域の外側にまで）第２の電極１０９ｂを形成している。変形例においては、第１の基板１０１（特に第１の電極１０９ａ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極１０９ｂを形成する。
このような構成とすることで、以下のような効果を得ることができる。
【００５７】
（４）最大変位まで発電を行うことが可能
第２の電極１０９ｂを、第１の基板１０１が静止した状態にて、第１の電極１０９ａに概ね対向する位置にのみ形成する（即ち、第１の電極と第２の電極の数が同じである）と、第１の基板１０１が大振幅（大変位）で振動した場合、第１の電極１０９ａ（とりわけ端に位置する第１の電極）と第２の電極１０９ｂとが重ならない時間が増加し、発電量が減少する。第２の電極１０９ｂを第１の電極１０９ａを超えた領域まで形成する（第１の電極１０９ａの外側にまで形成し、第２の電極１０９ｂの数＞第１の電極１０９ａの数とする）ことにより、電極が重ならない時間を無くすことができ、発電量の減少を抑制することができる。すなわち振動発電器１００の発電量を安定化することができる。
【００５８】
このように第２の電極１０９ｂを構成すると、特に、第１の基板１０１の振幅を大きくできる。そのため、上記（４）の効果は、第１の基板１０１が、大きな振幅（例えば、第１の基板１０１が振動中心から一方の振幅端まで変位する間に、第１の電極１０９ａと第２の電極１０９ｂとの重なり面積が２回以上極小値となるような振幅）で振動するような振動発電器において、より有効に得られる。
【００５９】
第１の基板１０１の表面（主面）の形状は、図示するような矩形に限定されず、正方形であっても、或いは他の形状であってもよい。第２の基板１０２の表面の形状についても同様である。
【００６０】
また、図示した形態においては、第２の電極の位置が基板の端部に近づくほど、第２の電極の幅を増加させている。変形例においては、例えば、両端部に位置する第２の電極の幅のみを大きくしてよい。別の変形例においては、幅Ｗ１の複数個の第２の電極からなる群１、幅Ｗ２の複数個の第２の電極からなる群２、幅Ｗ３の複数個の第２の電極からなる群３（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）が、第２の基板の中心から各端部に向かって群１、群２、群３の順で配置されていてよい。
【００６１】
２．実施の形態２
図４は、実施の形態２に係る振動発電器２００の発電に寄与する部分の断面図である。また、図５（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１の電極２０９ａと第２の電極２０９ｂの形状および寸法を示す平面図である。図４および図５では、簡単のため配線構造などを図示していない。また、図４に示す振動発電器２００の振動に寄与する部分以外は、図１に示す振動発電器１００と同じである。
【００６２】
実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、複数の第２の電極２０９ｂの幅および複数の第１の電極２０９ａの長さ２０３Ｔがいずれも同じであり、第２の電極２０９ｂの長さが、第２の基板２０２の中心に位置するものと、端部に位置するものとで異なる点である。実施の形態２においては、第２の基板２０２の中心における第２の電極の長さ２０４Ｔと、第２の基板２０２の端部における第２の電極の長さ２０５Ｔが異なっており、２０５Ｔ＞２０４Ｔである。そのため、第１の基板２０１が振動中心にあるときのＡｐ（図４（ａ））は、第１の基板２０１が振動中心から最大変位したときのＡｐ（図４（ｂ））よりも小さくなる。それに伴い、第１の基板２０１が振動中心にあるときのＣｐが、第１の基板２０１が振動中心から最大変位したときのＣｐよりも小さくなる。実施の形態２の振動発電器２００の動作等は実施の形態１と同様である。
【００６３】
本実施の形態にかかる振動発電器２００によれば、実施の形態１で説明した効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（５）面内において均一な発電量を得やすい
【００６４】
（５）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電器２００では、上述のように第２の電極２０９ｂが同じ幅で形成されている。そのため、図示した形態において、第１の基板２０１は第２の電極の幅（＝第１の電極の幅）分だけ変位すれば、第１の電極と第２の電極との重なり面積がゼロ（または極小値）となり、発電のための容量変化が生じる。また、この容量変化は、面内のすべての第１の電極と第２の電極との間において同一である。したがって、実施の形態２の振動発電器においては、第１の基板が振動中心にあるときでも、振動端にあるときでも、第１の基板の変位量が同じであれば、発電器の面内における容量変化は均一である。
【００６５】
一方、例えば、実施の形態１に類似する振動発電器において、第２の基板の端部に位置する第２の電極の幅が第１の電極の幅よりも大きいと、第２の基板の中心部と端部との間で発電するため必要な第１の基板の変位量に差が生じる。例えば、これは、第１の基板が第２の基板の中心付近に位置する第２の電極の幅分だけ変位したときに、第２の基板の端部付近において、第１の電極と第２の電極との重なり面積がゼロ（或いは極小値）とならない。その結果、端部における発電量が低下することがある。
【００６６】
即ち、本実施の形態の振動発電器は、第２の電極の幅が一定であるために、振動発電器の面内全体において、発電に必要な第１の基板の変位量が第２の基板の中心部と端部で同一となり、均一な発電量を得やすい。このことは、特に、第１の基板の振幅が小さいときに、有利に作用する。また、発電に必要な第１の基板の変位量が面内において均一であることは、振動発電器の設計を容易にする。
【００６７】
図示した形態においては、第２の電極の位置が基板の端部に近づくほど、第２の電極の長さを増加させている。変形例においては、例えば、両端部に位置する第２の電極の長さのみを大きくしてよい。別の変形例においては、長さＴ１の複数個の第２の電極からなる群１、長さＴ２の複数個の第２の電極からなる群２、長さＴ３の複数個の第２の電極からなる群３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）が、第２の基板の中心から各端部に向かって群１、群２、群３の順で配置されていてよい。
【００６８】
３．実施の形態３
図６は、実施の形態３に係る振動発電器３００の発電に寄与する部分の断面図である。また、図７（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１の電極３０９ａ、第２の電極３０９ｂおよび第３の電極３０９ｃの形状および寸法を示す平面図である。図６および図７では、簡単のため配線構造などを図示していない。また、図３に示す振動発電器３００の振動に寄与する部分以外は、図１に示す振動発電器１００と同じである。
【００６９】
実施の形態３が、実施の形態１および実施の形態２と異なる点は、第２の電極３０９ｂの幅および長さを一定とし、複数の導電体からなる第３の電極３０９ｃを第２の基板３０２の面に、複数の第２の電極３０９ｂの間に位置するように形成した点である。この第３の電極３０９ｃは、第２の基板３０２の中心に位置するものの幅と、端部に位置するものの幅とが異なるように形成されている。それにより、振動発電器３００において、第１の基板３０１が振動している間の内部インピーダンスの変化を抑制することができる。動作等は実施の形態１と同様である。
【００７０】
第３の電極３０９ｃは、導体で形成され、ＧＮＤに接地して使用される。第３の電極３０９ｃはガード電極と呼ぶことができるものである。実施の形態３において、第１の電極３０９ａおよび第２の電極３０９ｂのいずれがエレクトレット電極であってもよい。第１の電極３０９ａがエレクトレット電極である場合、第２の電極３０９ｂおよび第３の電極３０９ｃは、１つの工程で形成することが可能である。また、第２の電極３０９ｂがエレクトレット電極である場合、第１の電極３０９ａがエレクトレット電極である場合に比べて、後述する横方向へ漏れる電界が第３の電極３０９ｃへより引き込まれる。
ここでは、第２の電極３０９ｂがエレクトレット電極であるとして説明を行う。
【００７１】
本実施の形態にかかる振動発電器３００によれば、実施の形態１で説明した効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（６）容量変化比の低下を防止
（７）発電量の増加
【００７２】
（６）について詳細な説明を行う。第１の電極３０９ａと第２の電極３０９ｂとの重なり面積が極大値をとるときの静電容量Ｃｐを１００とすると、たとえ第１の電極と第２の電極とが全く重ならないとしても、容量はゼロにはならない。これは、第２の電極３０９ｂから横方向に電界が生じており、第１の電極と第２の電極とが重なっていなくても、この電界によって第２の電極３０９ｂと第１の電極３０９ａとの間に容量が形成されるからである。振動発電器の出力電圧は、重なり面積が極大値であるときの静電容量と、重なり面積が極小値（例えばゼロ）であるときの静電容量との差によって決定され、この差が大きいほど、出力電圧は高くなる。
【００７３】
本実施の形態の振動発電器３００では、上述のように第３の電極３０９ｃが形成されている。また、第１の電極３０９ａの幅３０３Ｗは、第１の電極の位置によらず同じであり、第２の電極３０９ｂの幅３０４Ｗは、第２の電極の位置によらず同じである。そのため、第１の電極３０９ａと第２の電極３０９ｂの重なり面積は振動中心でも振動の周辺付近でも同一となる。また、第３の電極３０９ｃの幅により電界分布が変化して容量値が変化する効果を用いて、第１の基板３０１が振動中心にあるときのＣｐが、第１の基板３０１が最大変位したときのＣｐよりも小さくなるようにしている。ここで、第３の電極３０９ｃによる容量の調整について説明を行う。
【００７４】
エレクトレット電極は、電荷が保持された膜を含むため、この電荷により電界が生じ、この電界により、対向する第１の電極３０９ａとの間で静電容量を形成する。このとき、第２の電極３０９ｂの端面（振動方向における端を規定する面）付近では、図の上方向だけでなく、横方向にも電界が生じている。このとき、横方向へ漏れている電界の引き込み量を第３の電極３０９ｃにより調整することによって、第１の電極３０９ａと第２の電極３０９ｂで形成される容量を調整することができる。
【００７５】
第３の電極３０９ｃの幅を大きくして、振動方向におけるその端面を第２の電極３０９ｂの振動方向における端面付近まで形成すると、第１の電極３０９ａと第２の電極３０９ｂとの間で形成される容量値は小さくなる。第３の電極３０９ｃの幅を小さくして、振動方向におけるその端面を第２の電極３０９ｂの振動方向における端面から離して形成すると、第１の電極３０９ａと、第２の電極３０９ｂとで形成される容量値は大きくなる。実施の形態３においては、第２の基板３０２の中心に位置する第３の電極３０９ｃの幅３０６Ｗを、第２の基板３０２の端部に位置する第３の電極３０９ｃの幅３０７Ｗよりも小さくしている。それにより、第１の基板３０１が振動中心にあるときのＣｐを、第１の基板３０１が最大変位したときのＣｐよりも小さくなるようにしている。それにより、実施の形態１で説明した（１）の効果を得ることができる。
【００７６】
このようにして、第３の電極３０９ｃを用いて、第１の基板３０１が振動している間のＣｐを変化させることにより、第１の電極３０９ａと第２の電極３０９ｂとの重なり面積が極小となるときの静電容量の値を、実施の形態１および実施の形態２におけるそれよりも、小さくすることが可能となる。これは、第３の電極３０９ｃにより、横方向へ漏れる電界を強制的に第３の電極３０９ｃへ引き込むことで、第１の電極３０９ａ、および第２の電極３０９ｂの重なり面積が最小であるときの容量を小さくすることができることによる。また、実施の形態１および２においては、第２の電極の寸法が異なることにより、第１の電極と第２の電極との重なり面積が極小となるときの静電容量も変化する。一方、実施の形態３においては、第１の電極と第２の電極との重なり面積が極小となるときの静電容量の変化を少なくすることができる。その結果、実施の形態１および実施の形態２のような構成を用いる場合に比べて、容量変化比の低下を防止できる。第３の電極３０９ｃを用いて、このように容量変化比の低下を防止することにより、発電量をさらに増加することが可能となる。
【００７７】
（７）について詳細な説明を行う。振動発電器の出力電圧は、重なり面積が極大値であるときの静電容量と、重なり面積が極小値（例えばゼロ）であるときの静電容量との差によって決定され、この差が大きいほど、出力電圧は高くなる。したがって、重なり面積が極小値であるときの容量を減らすことが重要である。
【００７８】
そこで、第１の電極３０９ａ、および第２の電極３０９ｂのいずれか一方を小さくして、より重なりをなくす構造、即ち、横方向の電界の影響を受けにくい構造にすることが考えられる。しかし、そのような構造においては、容量Ｃｐが小さくなる（１００よりも小さくなる）。そこで、図７（ｂ）に示すように第３の電極３０９ｃを形成して、横方向に漏れている電界を第３の電極３０９ｃへ引き込むことによって、重なり面積が極小値になったときの容量を小さくすることができる（容量の変化比を大きくすることができる）。この結果、発電に寄与する電極（第１の電極、第２の電極）の大きさを変化させることなく、第３の電極を設けない場合と比較して、発電量を増加することが可能となる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、第３の電極３０９ｃの電極の幅を変えている。本実施の形態の変形例においては、第３の電極の幅を同一にし、長さを変えてもよく、その場合でも同様の効果を得ることができる。
【００８０】
前記（６）および（７）の効果は、同一幅と同じ長さの複数の第３の電極３０９ｃを複数の第２の電極３０９ｂの間に形成することによる効果である。したがって、第３の電極を、実施の形態１および２に示す振動発電器において設けることにより、上記（６）および（７）の効果を得ることができる。図１８および図１９は実施の形態２の変形例であり、第３の電極２０９ｃを設けた振動発電器２１０を示す。振動発電器２１０においては、それぞれ同じ幅および長さを有する第３の電極２０９ｃが第２の電極２０９ｂの間に設けられている。したがって、第１の基板２０１が振動している間のＣｐの変化は、第３の電極によってはもたらされない。Ｃｐの変化は、実施の形態２で説明したように、第２の電極の長さを変化させることによって生じさせている。
【００８１】
別の実施の形態においては、実施の形態３と、実施の形態２とを組み合わせてよい。即ち、第３の電極の幅と、第２の電極の長さの変化によって、Ｃｐを変化させてもよい。
【００８２】
４．実施の形態４
図８は、実施の形態４に係る振動発電器４００の発電に寄与する部分の断面図である。図８では、簡単のため配線構造などを図示していない。また、図８に示す振動発電器４００の振動に寄与する部分以外は、図１に示す振動発電器１００と同じである。
【００８３】
実施の形態４が、実施の形態１と異なる点は、第２の電極４０９ｂはそれぞれ同じ長さおよび幅を有しているが、第１の電極４０９ａと第２の電極４０９ｂとの間の距離（より詳細には、電極表面間の距離）が、第２の基板４０２の厚さの変化によって、第２の基板４０２の中心部から端部に向かうにつれて、変化している、具体的には徐々に減少している点である。実施の形態４においては、第２の電極４０９ｂの位置により、第２の基板４０２の掘り込み深さ（４０８Ａ、４０８Ｂ、４０８Ｃ）を異ならせている。具体的には、第２の基板４０２の振動中心では掘り込みは深く、第２の基板４０２の端部では掘り込みは浅くする。このように第２の基板４０２を形成することによって、第１の基板４０１が振動中心にある場合、静電容量Ｃｐは小さくなり、第１の基板４０１が振動端にある場合、静電容量Ｃｐは大きくなる。したがって、実施の形態４の振動発電器４００の動作および効果は、実施の形態１の振動発電器１００と同じである。
【００８４】
・変形例
図９は、本実施の形態の変形例に係る振動発電器４１０の断面図である。振動発電器４１０が振動発電器４００と異なる点は、第２の基板４１２の掘り込みがステップ状ではなく、傾斜を有するように形成されている点である。その他の要素（第１の基板４１１、第１の電極４１９ａ、第２の電極４１９ｂ）は、振動発電器４００におけるそれらと同じである。また、振動発電器４１０の動作、および効果は、実施の形態１と同様である。
【００８５】
５．実施の形態５
図１０は、実施の形態５に係る振動発電器５００の発電に寄与する部分の断面図である。図１０では、簡単のため配線構造などを図示していない。また、図１０に示す振動発電器５００の振動に寄与する部分以外は、図１に示す振動発電器１００と同じである。
【００８６】
実施の形態５が、実施の形態１と異なる点は、第２の電極５０９ｂはそれぞれ同じ長さおよび幅を有しているが、第２の電極５０９ｂの厚さが、第２の基板５０２の中心部付近と、第２の基板５０２の端部とでは異なる点である。実施の形態５においては、第２の電極５０９ｂは、その位置により厚さ（５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄ）を異ならせて形成する。具体的には、第２の基板５０２の中心に位置する第２の電極５０９ｂの厚さを小さくし、第２の電極５０９ｂの位置が第２の基板５０２の端部により近いほど、その厚さを大きくしている。このように第２の電極５０９ｂを形成することによって、第１の基板４０１が振動中心にある場合、第１の電極５０９ａと第２の電極５０９ｂとの間の静電容量Ｃｐは小さくなり、第１の基板４０１が振動端にある場合、静電容量Ｃｐは大きくなる。したがって、実施の形態５の振動発電器５００の動作および効果は、実施の形態１の振動発電器のそれらと同じである。
【００８７】
６．実施の形態６
実施の形態６として、振動発電装置を説明する。
図１１は、本実施の形態に係る振動発電装置６００のブロック図である。図１１に示す振動発電器６０１は、実施の形態１〜実施の形態５の振動発電器のいずれか１つである。
図１１において、振動発電装置６００は、振動発電器６０１、整流回路６０２、電圧変換回路６０３、出力切替回路６０４、蓄電回路６０５および電圧制御回路６０６からなる。振動発電器６０１から出力された交流電圧は、整流回路６０２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路６０３に入力され、振動発電装置６００の出力電圧レベルまで電圧変換し、変換された電圧は、出力切替回路６０４により、電圧制御回路６０６、或いは蓄電回路６０５に入力される。電圧制御回路６０６では、出力電圧が一定となるように電圧制御されて出力される。
【００８８】
以上のように構成された振動発電装置６００の動作について、図１２を参照して説明を行う。
図１２は振動発電装置６００の各部の電圧波形を示しており、図１２（ａ）は、振動発電器６０１の出力電圧波形である。本実施の形態では簡単のため、第１の基板の変位方向が変わるところでも発電は効率よく行われていると仮定し、振動による重なり面積の増減により正弦波電圧が出力されるとしている。ここで、振動発電器６０１の出力電圧（電圧振幅Ｖｇ）は、第１の基板の振動振幅、第１の基板−第２の基板間のギャップ、エレクトレット膜の保持電荷量、及び振動発電器６０１から見た外部インピーダンスの大きさなどにより異なる。振動発電器６０１から出力された交流電圧は、整流回路６０２により直流電圧ＶＤＣ１に変換される（図１２（ｂ））。ＶＤＣ１は、振動発電装置６００の出力電圧レベルＶＤＣ２まで電圧変換回路６０３で電圧変換される。出力切替回路６０４の動作は、振動発電装置６００からの電圧出力が必要ないときは、電圧制御回路６０６には出力を行わず、蓄電回路６０５に発電された電力を蓄え、また、振動発電装置６００からの電圧出力が必要であり、発電量が小さいときには、蓄電回路６０５に蓄えられた電力を出力するように切替を行う。出力切替回路６０４からの出力は、電圧制御回路６０６により所望の出力電圧ＶＯＵＴに制御されて出力が行われる（図１２（ｃ））。
【００８９】
また、前述したように、振動発電器６００の出力電圧は、さまざまな要因で変動する。これに対応するため、ＶＤＣ２は、最終的に出力される電圧ＶＯＵＴよりも若干高い電圧に設定してよい。このように設定を行うことで、微小な電圧変動に対しても、出力電圧は一定とすることが可能となる。例として１．８Ｖの出力を行う場合について説明を行うと、ＶＤＣ２を１．８Ｖに設定した場合、振動発電器の出力電圧が減少すると、振動発電器６００の出力電圧も減少するが、例えば、ＶＤＣ２を２Ｖに設定しておけば、０．２Ｖの電圧減少に対しても十分に制御が可能となるなど、利用上の効果は大きい。
【００９０】
図１３は、本実施の形態に係る別の構造の振動発電装置６１０を示すブロック図である。
図１３において、振動発電器６１０は、実施の形態１〜実施の形態５のいずれかの振動発電器である。
振動発電装置６１０は、振動発電器６１１、整流回路６１２、電圧変換回路６１３、出力切替回路６１４、蓄電回路６１５および電圧制御回路６１６からなる。振動発電器６１１から出力された交流電圧は、整流回路６１２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路６１３に入力され、振動発電装置６１０の電圧制御可能な電圧レベルに電圧変換し、変換された電圧は、電圧制御回路６１６で所望の電圧となるように制御されて蓄電回路６１５に入力される。出力制御回路６１４は、蓄電回路６１５に蓄えられた電力を、負荷の状態に合わせて電力の出力を制御して、電力を負荷に出力する。
【００９１】
このような構成を有する振動発電装置６１０においても振動発電装置６００と同様の効果が得られることは言うまでもない。
振動発電装置６１０の動作は、振動発電装置６００のそれと概略同様であるが、電圧制御回路６１６の出力電圧は、蓄電回路６１５への最適な電圧に制御するように設定を行う。また、出力制御回路６１４は、負荷の状態に合わせて振動発電装置６１０からの出力を制御する。
【００９２】
７．実施の形態７
図１４は、自動車に搭載されるタイヤ空気圧モニタリングシステムで使用される通信装置７００のブロック図である。図１４において、発電装置７０１は実施の形態６の振動発電装置を示す。
図１４において、通信装置７００は、振動により発電を行う発電装置７０１、通信装置の主電源、或いは発電装置７０１のサブ電源としての電池７０２、発電装置７０１からの出力と電池７０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部７０３、タイヤの空気圧を測定する圧力センサ７０４、圧力センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部７０５、処理部７０５からの入力信号を高周波信号に変換してアンテナ７０７へ伝える通信部７０６、およびアンテナ７０７からなる。
【００９３】
以上のように構成された通信装置７００の動作について説明を行う。
圧力センサ７０４、処理部７０５、通信部７０６が動作するために必要な電力を、電源制御部７０３により発電装置７０１、或いは電池７０２から供給する。圧力センサ７０４は、タイヤの空気圧を測定し、測定結果を電圧信号に変換して処理部７０５へ入力する。処理部７０５で処理された信号は、通信部７０６へ入力され高周波信号としてアンテナ７０７から伝搬される。
【００９４】
このように、振動発電装置を通信装置の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数を低減することができ、或いは電池交換を不要にすることができる。これらのことは、通信装置それ自体の利便性を向上させるとともに、省資源および環境保護にも寄与する。
また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示した。振動発電装置からの出力電力が圧力センサ、処理部、通信部等の回路で消費する電力、および通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば、振動発電装置のみを電源として用いてよい。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり機器の小型化の点で有利である。
【００９５】
本実施の形態では、圧力センサのみを装備した通信装置のブロック図を示した。自動車の動作状況を検出して電力制御を行うためのセンサ、及び制御回路が搭載された通信装置においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９６】
さらに、本実施の形態では、実施の形態１から５の振動発電器を有する振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９７】
８．実施の形態８
図１５は、おもちゃなどに搭載される音の出る電子機器８００のブロック図である。図１５において、発電装置８０１は実施の形態６の振動発電装置を示す。
図１５において、電子機器８００は、振動により発電を行う発電装置８０１、通信装置の主電源、或いは発電装置８０１のサブ電源としての電池８０２、発電装置８０１からの出力と電池８０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部８０３、外部からの応答（例えば、ボタンプッシュ、傾きなど）を検出するセンサ８０４、センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部８０５、処理部８０５からの入力信号をスピーカー８０７へ伝える制御部８０６、およびスピーカー８０７からなる。
【００９８】
以上のように構成された通信装置（電子機器）８００の動作について説明を行う。
センサ８０４、処理部８０５、制御部８０６が動作するために必要な電力を、電源制御部８０３により発電装置８０１、或いは電池８０２から供給する。センサ８０４は、外部からの応答を検出し、検出結果を処理部８０５へ入力する。処理部８０５で処理された信号が所望の値を超えると、制御部８０６へ入力されて、スピーカー８０７から音を出力する。
【００９９】
このように、振動発電装置を電子機器の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数を低減することができ、或いは電池交換を不要にすることができる。これらのことは、通信装置それ自体の利便性を向上させるとともに、省資源および環境保護にも寄与する。
【０１００】
また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示した。振動発電装置からの出力電力が圧力センサ、処理部、通信部等の回路で消費する電力、および通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば、振動発電装置のみを電源として用いてよい。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり、機器の小型化の点で有利である。
【０１０１】
また、本実施の形態では、実施の形態１から５の振動発電器を有する振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１０２】
なお、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の実施の形態にかかる振動発電器は、振動可能な基板が振動している間の出力電圧の変化を抑制して安定化することを可能にし、発電した電力を有効に取り出すことができる。したがって、本発明の実施の形態にかかる振動発電器は、小電力の無線通信モジュール、およびその他電子機器等の用途において、大変有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１００、２００、２１０、３００、４００、４１０、５００  振動発電器
１０１、２０１、３０１、４０１、４１１、５０１  第１の基板
１０２、２０２、３０２、４０２、４１２、５０２  第２の基板
１０９ａ、２０９ａ、３０９ａ、４０９ａ、４１９ａ、５０９ａ  第１の電極
１０９ｂ、２０９ｂ、３０９ｂ、４０９ｂ、４１９ｂ、５０９ｂ  第２の電極
４０８Ａ、４０８Ｂ、４０８Ｃ  段差
５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄ  電極表面の段差
６００  振動発電装置
７００  通信装置
８００  電子機器
【図１】
2012169196.tif 000003
【図２】
2012169196.tif 000004
【図３】
2012169196.tif 000005
【図４】
2012169196.tif 000006
【図５】
2012169196.tif 000007
【図６】
2012169196.tif 000008
【図７】
2012169196.tif 000009
【図８】
2012169196.tif 000010
【図９】
2012169196.tif 000011
【図１０】
2012169196.tif 000012
【図１１】
2012169196.tif 000013
【図１２】
2012169196.tif 000014
【図１３】
2012169196.tif 000015
【図１４】
2012169196.tif 000016
【図１５】
2012169196.tif 000017
【図１６】
2012169196.tif 000018
【図１７】
2012169196.tif 000019
【図１８】
2012169196.tif 000020
【図１９】
2012169196.tif 000021
【図２０】
2012169196.tif 000022
【図２１】
2012169196.tif 000023
【国際調査報告】
2012169196.tif 000024
2012169196.tif 000025