(57)【要約】  第１の基板102と、これに対向して配置された第２の基板103と、第１の基板上に形成された第１の電極104L、104R、第１の電極106と、第２の基板上に形成された第２の電極105L、105R、第２の電極107とから構成され、第１の電極および第２の電極に同極性の電荷が保持され、第１の基板102が静止中または振動中に、第１の電極104L(104R)の重心と第２の電極105L(105R)の重心とを結ぶ線分と、第２の電極105L(105R)の重心から第２の基板の主表面と平行に伸びる半直線であって、静止状態の第１の電極104L(104R)の方に向かって伸びる半直線とがなす角度が５５度を越えないように、第１の基板が振動する。
2012164943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の少なくとも一方の面に配置された第１の電極と、
前記第１の基板との間で間隔を有する状態で、第１の基板と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の基板に配置された第２の電極と、
を有し、
前記第１の基板が前記第２の基板に対して振動可能であり、
前記第１の電極と前記第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の電極と前記第２の電極が形成された面に垂直な方向から見た重なり面積の変化を利用して発電を行う振動発電器であって、
前記第１の基板の前記第１の電極が形成された面で、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第３の電極と、
前記第２の基板の前記第２の電極が形成された面で、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第４の電極と、
を更に有し、
前記第３の電極と前記第４の電極とは、互いに同極性の電荷を保持した膜を含み、
前記第１の基板の振動方向に沿った断面において、
一方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記一方の端部に位置する第４の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記一方の端部に位置する前記第４の電極の重心から他方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えず、かつ、
前記他方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記他方の端部に位置する前記第４の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記他方の端部に位置する前記第４の電極の重心から前記一方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えない、
振動発電器。
【請求項２】
前記第１の基板の振動方向の両側面に形成された第１のストッパー、
前記第１のストッパーと接触し得る第２のストッパー、および
固定構造体
を更に有し、
前記固定構造体が前記第２の基板に形成され、固定構造体に前記第２のストッパーが形成されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間隔をｇとし、第３の電極と第４の電極の重心間の距離をｋとした場合において、前記第１のストッパーと前記第２のストッパーとが接触する位置まで前記第１の基板が変位しているときの距離ｋの第１の基板の振動方向の長さｋｖがｇ/tan５５°以上となる
請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記第１の基板の振動方向の両側面と接触し得るストッパー、および
固定構造体
を更に有し、
前記固定構造体が前記第２の基板に形成され、固定構造体に前記ストッパーが形成されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間隔をｇとし、第３の電極と第４の電極の重心間の距離をｋとした場合において、前記第１の基板の振動方向の両側面と前記ストッパーとが接触する位置まで前記第１の基板が変位しているときの距離ｋの第１の基板の振動方向の長さｋｖがｇ/tan５５°以上となる
請求項１に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記第２の基板の前記第４の電極が形成された面において、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第５の電極をさらに含み、
前記第５の電極は前記第４の電極よりも、第２の基板の中心側に形成され前記第５の電極は、前記第３の電極と前記第４の電極と同極性の電荷を保持した膜を含む、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項５】
一方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記一方の端部に位置する前記第５の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記一方の端部に位置する前記第５の電極の重心から前記一方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えず、かつ、
他方の端部に位置する前記第４の電極の重心と前記他方の端部に位置する前記第５の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記他方の端部に位置する前記第５の電極の重心から前記他方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えない、
請求項４に記載の振動発電器。
【請求項６】
請求項１〜５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７】
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、或い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、或い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６に記載の振動発電装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の振動発電装置を用いた通信装置。
【請求項９】
請求項１〜５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１０】
請求項６または７に記載の発電装置を用いた電子機器。
【請求項１１】
請求項１〜５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、特にエレクトレットを用いた静電型振動発電器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動発電器として、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（特許文献１参照）。【０００３】
図２４は、特許文献１に記載された従来の静電振動発電器を示し、エレクトレット材料を用いた振動発電器１０の概略断面図である。
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を含んだ第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、導電性表面領域１３とエレクトレット材料領域１５とが対向するよう、互いに所定の間隔を隔てて配置されている。第２の基板１６は固定されており、第１の基板１１は固定構造１７にばね１９を介して連結されている。ばね１９は、第１の基板１１の両側面に接続されるとともに、固定構造１７に接続される。このばね１９により、第１の基板１１は外力を受けて変位しても、ばねの復元力により元の位置へ戻す方向へ力が作用し、側方運動（例えば、図の左右方向の運動）を行い、元の位置へ戻ることができる。【０００４】
この第１の基板１１の変位により、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に誘起される電荷量に変化が生じる。振動発電器１０はこの電荷量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。【０００５】
しかし、振動発電器１０においては、第１の基板１１とばね１９に依存して共振周波数が決定されるため、共振周波数の低周波数化が困難であるという問題がある。即ち、共振周波数を低くするためには、第１の基板１１の質量を増加させる、またはばね１９のばね定数を小さくする必要がある。ばね１９は通常シリコン等から形成されており、材料の弾性定数またはばねのサイズによる制約のために、ばね定数を小さくすることが困難である。そのため、第１の基板１１の質量を増加させる必要がある。【０００６】
しかし、第１の基板１１の質量を大きくして共振周波数を低周波数にすると、ばね１９には第１の基板１１の振動によって、大きな力が付与される（ばね１９に、大きな歪みが発生する）ため、ばね１９を長期間使用することができない。このことは、振動発電器１０の耐久性および信頼性が十分でないという問題を招く。【０００７】
この問題を解決するため、弾性歪みに強い樹脂ばねを用いて、低周波数の振動から発電可能な静電誘導型振動発電器が提案されている（非特許文献１参照）。
図２５は、前記非特許文献１に記載された、樹脂ばねを用いた静電誘導型振動発電器の概略斜視図である。図２５において、振動発電器２０はエレクトレット膜を含む電極２３が形成された第１の基板２１と、第１の基板２１の両側面を固定構造体２７に接続するばね２９と、対向電極２５が形成された第２の基板２６とにより構成されている。ばね２９は、耐疲労性等の耐久性を有するパリレン樹脂により構成されているので、弾性係数が小さい。よって、ばね２９は、第１の基板２１が比較的低い周波数で、かつ大きな振幅で、振動すること可能にしている。【０００８】
さらに、ばね２９は、ばねの動作方向（図において、ｘ方向）の長さに対して、動作方向に垂直な方向（図において、ｙ方向およびｚ方向）の長さが大きい、高アスペクト比構造を有している。この構造を有することにより、ばねの動作方向のばね定数は小さく、当該方向において、ばねは変位しやすい。一方で、動作方向に垂直な方向のばね定数は大きく、当該方向において、ばねは変位しにくい。そのため、動作方向以外へのたわみが生じにくく、第１の基板２１が動作方向にのみ強制的に振動するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００５−５２９５７４号公報（第１０−１１頁、図４）
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】T. Tsutsumino, Y. Suzuki, N. Kasagi, and Y. Sakane, "SeismicPower Generator Using High-Performance Polymer Electret," IEEE Int. Conf. MEMS 2006, Istanbul, (2006), pp. 98-101.（第１頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述のとおり、特許文献１に記載のような、シリコンからなる機械的なばねを有する構造では、繰り返し使用によるばねの疲労破壊といった耐久性の課題がある。また、非特許文献１に記載のような、樹脂ばねを用いた構造の振動発電器を、さらなる低周波数領域で動作させるためには、樹脂ばね２９の振動方向（図２５において、ｘ方向）の長さを大きくしてばね定数を小さくする方法がある。かかる方法によれば、ばね２９の振動方向以外のばね定数も小さくなり、所望の方向以外の外部振動に対しても変位を起こし、第１の基板を安定に動作させることができない。そのため、樹脂ばねを用いた振動発電器は、より低周波数領域の振動から、安定して発電を行うのに適していない。【００１２】
さらに、樹脂ばねを用いる振動発電器２０おいては、第１の基板２１として、シリコン基板またはガラス基板等が用いられるのに対して、樹脂ばね２９は、シリコンおよびガラスとは全く異なるパリレン等の樹脂により形成される。そのため、振動発電器２０の構造および製造プロセスが複雑になるという課題があった。【００１３】
本発明は、上記課題を解決するもので、その目的は、ｉ）複雑な構造および製造プロセスを要することなく、高い機械的信頼性が確保され、ii）動作安定性が高く、かつiii）より低周波数の振動から発電可能な振動発電器、および振動発電装置、ならびに振動発電装置を搭載した電子機器および通信装置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】
【００１４】
本発明は一つの実施形態として、
第１の基板と、
前記第１の基板の少なくとも一方の面に配置された第１の電極と、
前記第１の基板との間で間隔を有する状態で、第１の基板と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の基板に配置された第２の電極と、
を有し、
前記第１の基板が前記第２の基板に対して振動可能であり、
前記第１の電極と前記第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の電極と前記第２の電極が形成された面に垂直な方向から見た重なり面積の変化を利用して発電を行う振動発電器であって、
前記第１の基板の前記第１の電極が形成された面で、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第３の電極と、
前記第２の基板の前記第２の電極が形成された面で、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第４の電極と、
を更に有し、
前記第３の電極と前記第４の電極とは、互いに同極性の電荷を保持した膜を含み、
前記第１の基板の振動方向に沿った断面において、
一方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記一方の端部に位置する第４の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記一方の端部に位置する前記第４の電極の重心から他方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えず、かつ、
前記他方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記他方の端部に位置する前記第４の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記他方の端部に位置する前記第４の電極の重心から前記一方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えない、
振動発電器を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施の形態に係る振動発電器によれば、静電力をばねの復元力として利用するため、機械的なばねを使用する場合に生じる、繰り返し使用による疲労破壊といった耐久性の問題を回避することができる。また、本発明の実施の形態に係る振動発電器においては、例えば、数Ｈｚ程度の低周波数の外部振動によって、第１の基板が大きな振幅で振動することができるため、環境中の低周波領域の振動による発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１の振動発電器の断面図
【図２】（ａ）および（ｂ）は実施の形態１の振動発電器の第１の基板および第２の基板をそれぞれ示す上面図
【図３】（ａ）および（ｂ）は実施の形態１の振動発電器の第１の変形例の第１の基板および第２の基板をそれぞれ示す上面図
【図４】実施の形態１の振動発電器の第２の変形例の断面図
【図５】実施の形態１の振動発電器の第３の変形例の断面図
【図６】実施の形態１の振動発電器の第４の変形例の断面図
【図７】実施の形態２の振動発電器の断面図
【図８】実施の形態１の振動発電器における電極間に生ずる静電力と電極位置との関係を示すグラフ
【図９】実施の形態１の振動発電器における第１の基板の初期角度と振幅との関係を示すグラフ
【図１０】実施の形態２の振動発電器の第１の変形例の断面図
【図１１】実施の形態２の振動発電器の第２の変形例の断面図
【図１２】実施の形態２の振動発電器の第３の変形例の断面図
【図１３】実施の形態２の振動発電器の第４の変形例の断面図
【図１４】実施の形態２の振動発電器の第５の変形例の断面図
【図１５】実施の形態３の振動発電器の断面図
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態３の振動発電器における第１の基板および第２の基板をそれぞれ示す上面図
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態３の振動発電器の第１の変形例の第１の基板および第２の基板をそれぞれ示す上面図
【図１８】実施の形態３の振動発電器の第２の変形例の断面図
【図１９】実施の形態４に係る振動発電装置を示すブロック図
【図２０】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、実施の形態４に係る振動発電装置の各部の電圧波形をそれぞれ示すグラフ
【図２１】実施の形態４に係る振動発電装置の別の構成を示すブロック図
【図２２】実施の形態５に係る振動発電装置を用いた通信装置を示すブロック図
【図２３】実施の形態６における振動発電装置を用いた電子機器を示すブロック図
【図２４】従来の静電誘導型振動発電器の断面図
【図２５】従来の樹脂ばねを用いた静電誘導型振動発電器の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（態様１）
態様１は、
第１の基板と、
前記第１の基板の少なくとも一方の面に配置された第１の電極と、
前記第１の基板との間で間隔を有する状態で、第１の基板と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の基板に配置された第２の電極と、
を有し、
前記第１の基板が前記第２の基板に対して振動可能であり、
前記第１の電極と前記第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の電極と前記第２の電極が形成された面に垂直な方向から見た重なり面積の変化を利用して発電を行う振動発電器であって、
前記第１の基板の前記第１の電極が形成された面で、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第３の電極と、
前記第２の基板の前記第２の電極が形成された面で、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第４の電極と、
を更に有し、
前記第３の電極と前記第４の電極とは、互いに同極性の電荷を保持した膜を含み、
前記第１の基板の振動方向に沿った断面において、
一方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記一方の端部に位置する第４の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記一方の端部に位置する前記第４の電極の重心から他方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えず、かつ、
前記他方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記他方の端部に位置する前記第４の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記他方の端部に位置する前記第４の電極の重心から前記一方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えない、
振動発電器である。
【００１８】
態様１の振動発電器は、発電を行うエレクトレット電極と導電性電極（第１の電極および第２の電極）以外に、静電力によるばねとして機能する電荷を保持したエレクトレット電極（第３の電極および第４の電極）を２つの基板にそれぞれ有する。本構成によって、エレクトレット電極間に静電力が作用し、外部の振動により第１の基板が第２の基板に対して相対的に変位した場合にも、静電力により第１の基板を元の位置に戻すことができる。さらに、態様１の振動発電器は、第１の基板の振動方向に沿った断面において、一方の端部に位置する第３の電極の重心と当該一方の端部に位置する第４の電極の重心とを結ぶ線分と、当該一方の端部に位置する第４の電極の重心から、第２の基板の主表面と平行な方向に延びる半直線であって、静止状態の第３の電極の方（即ち、他方の端部に位置する第４の電極）に向かって延びる半直線とがなす角度が、第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えないように構成される。このように振動発電器を構成することによって、第３の電極と第４の電極との間に生じる静電力をばねの復元力として利用して、安定に第１の基板を振動させることができる。
【００１９】
（態様２）
態様２は、
前記第１の基板の振動方向の両側面に形成された第１のストッパー、
前記第１のストッパーと接触し得る第２のストッパー、および
固定構造体
を更に有し、
前記固定構造体が前記第２の基板に形成され、固定構造体に前記第２のストッパーが形成されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間隔をｇとし、第３の電極と第４の電極の重心間の距離をｋとした場合において、前記第１のストッパーと前記第２のストッパーとが接触する位置まで前記第１の基板が変位しているときの距離ｋの第１の基板の振動方向の長さｋｖがｇ/tan５５°以上となる
態様１に記載の振動発電器である。
この構成によって、前記角度が５５度となる位置を越えて第１の基板が変位することを防止し、振動発電器の発電効率低下を防止することができる。
【００２０】
（態様３）
態様３は、
前記第１の基板の振動方向の両側面と接触し得るストッパー、および
固定構造体
を更に有し、
前記固定構造体が前記第２の基板に形成され、固定構造体に前記ストッパーが形成されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間隔をｇとし、第３の電極と第４の電極の重心間の距離をｋとした場合において、前記第１の基板の振動方向の両側面と前記ストッパーとが接触する位置まで前記第１の基板が変位しているときの距離ｋの第１の基板の振動方向の長さｋｖがｇ/tan５５°以上となる
態様１に記載の振動発電器である。
【００２１】
（態様４）
態様４は、
前記第２の基板の前記第４の電極が形成された面において、前記第１の基板の振動方向の両端部に配置された第５の電極をさらに含み、
前記第５の電極は前記第４の電極よりも、第２の基板の中心側に形成され前記第５の電極は、前記第３の電極と前記第４の電極と同極性の電荷を保持した膜を含む、
態様１〜３のいずれかに記載の振動発電器である。
【００２２】
態様４の振動発電器は、第２の基板上に電荷を保持したエレクトレット電極（第５の電極）をさらに有する。本構成によって、第１の基板が変位している場合にも、第１の基板の振動方向の両端部において、第１の基板を静電力により持ち上げることができ、それにより振動発電器を安定して動作させることができる。
【００２３】
（態様５）
態様５は、
一方の端部に位置する前記第３の電極の重心と前記一方の端部に位置する前記第５の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記一方の端部に位置する前記第５の電極の重心から前記一方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えず、かつ、
他方の端部に位置する前記第４の電極の重心と前記他方の端部に位置する前記第５の電極の重心とを結ぶ線分と、前記第２の基板の主表面と平行で、前記他方の端部に位置する前記第５の電極の重心から前記他方の端部に位置する前記第４の電極に向かって延びる半直線とがなす角が、前記第１の基板の静止中および振動中に５５度を越えない、
態様４に記載の振動発電器である。
【００２４】
（態様６）
態様６は、
態様１〜５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である。
（態様７）
態様７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、或い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、或い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６に記載の振動発電装置である。
【００２５】
（態様８）
態様８は、態様６または７に記載の振動発電装置を用いた通信装置である。
（態様９）
態様９は、態様１〜５のいずれか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である。
（態様１０）
態様１０は、態様６または７に記載の発電装置を用いた電子機器である。
（態様１１）
態様１１は、態様１〜５のいずれか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である。
【００２６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向および位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」およびそれらの語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明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。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の振動発電器１００の断面図であり、図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図１の振動発電器１００の第１の基板、及び第２の基板の平面図である。図１が示す断面は、図２のＡ−Ｂ断面に相当する。
【００２８】
振動発電器１００は第１の基板１０２と、第２の基板１０３により構成される。第１の基板１０２と第２の基板１０３はSi基板により構成され、第１の基板１０２と第２の基板１０３は一定の間隔を介して基板面（電極が形成される面であり、主表面に相当する）が対向するよう設置されている。第１の基板１０２は空中に浮いた状態で保持されている。第２の基板１０３は、固定されている（図示せず）。第１の基板１０２上に第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒが、第２の基板１０３上に第４の電極１０５Ｌ、１０５Ｒが形成されており、第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒと第４の電極１０５Ｌ、１０５Ｒは、対向する基板面上にそれぞれ位置している。後述するように、第１の基板１０２は、第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒ、および第４の電極１０５Ｌ、１０５Ｒとの間に生じる静電力（反発力）によって、静止しているときには空中に浮いた状態で保持され、外部からの振動により符号１０８の矢印の方向で振動する。したがって、この図は、第１の基板１０２の振動方向に沿った切断面であるともいえる。図１は、第１の基板１０２が左側へ変位している状態を示す。
【００２９】
図示した形態においては、第１の基板１０２の振動方向の両端部付近に、第３の電極１０４Ｌおよび１０４Ｒがそれぞれ設けられている。２つの第４の電極１０５Ｌおよび１０５Ｒは、第１の基板の振動方向の中心に対し、第３の電極１０４Ｌおよび１０４Ｒとそれぞれ同じ側に配置されている。即ち、図１において、第３の電極１０４Ｌおよび第４の電極１０５Ｌは、振動方向の中心の左側に、第３の電極１０４Ｒおよび第４の電極１０５Ｒは、振動方向の中心の右側に設けられている。
【００３０】
図１において、第３の電極および第４の電極の組（１０４Ｌと１０５Ｌの組、１０４Ｒと１０５Ｒの組）は、振動方向に沿った切断面において、振動方向の中心に対して対称となるように設けられている。本実施の形態において、第３の電極および第４の電極の数（振動方向に沿った切断面において数えられる個数）は、限定されないが、振動方向の両端部にそれぞれ、第３の電極および第４の電極を設けると、第１の基板と第２の基板との間の間隔が維持されやすい。
【００３１】
第３の電極と第４の電極は、互いに同極性の電荷を保持した膜を含む、エレクトレット電極である。同極性の電荷は、互いに反発する静電力（反発力）を生じさせる。静電力は、第１の基板と第２の基板１０３の相対位置により変化する。静電力は、第２の基板１０３の主表面に平行な方向であって、第１の基板１０２の振動方向１０８に平行な方向（図１のｘ方向）、第２の基板１０３の主表面に垂直な方向（図１のｚ方向）、第２の基板の主表面に平行な方向であって、第１の基板１０２の振動方向１０８に垂直な方向（図１のｙ方向、紙面に垂直な方向）に分解することができる。静電力のｚ方向成分は、第１の基板１０２が一定の間隔を介して、第２の基板１０３と対向すること、即ち、第１の基板１０２が空中に浮いた状態を確保する。
【００３２】
また、静電力のｘ方向成分は、第１の基板１０２に外力が作用して、振動方向のいずれか一方へ移動したときに、第１の基板１０２を元の位置に戻らせる力（復元力）となる。具体的には、第１の基板１０２が左側に変位して、第３の電極１０４Ｌと第４の電極１０５Ｌとが近づくと、静電力により、２つの電極間に斥力が作用し、第３の電極１０４Ｌを遠ざける方向、即ち、第１の基板１０２を右側に変位させる力が作用する。次に、第３の電極１０４Ｒと第４の電極１０５Ｒとの間にも同様に静電力が作用して、第１の基板１０２が左側に変位させられる。この変位の繰り返しが、第１の基板１０２を１０８で示す矢印の方向で振動させることとなる。
【００３３】
本実施の形態の振動発電器は、第１の基板１０２の静止中および振動中に、第３の電極１０４Ｌ（１０４Ｒ）の重心と第４の電極１０５Ｌ（１０５Ｒ）の重心とを結ぶ線分と、第４の電極１０５Ｌ（１０５Ｒ）の重心から、第２の基板１０３の主表面と平行に延びる線分であって、かつ静止状態の第３の電極１０４Ｌ（１０４Ｒ）の方に向かって延びる半直線とがなす角度θが５５度を越えないように構成される。
【００３４】
より具体的には、角度θは、図中左側の第３の電極１０４Ｌの重心と第４の電極１０５Ｌの重心とを結ぶ線分と、第２の基板１０３の主表面と平行で、第４の電極１０５Ｌの重心から第４の電極１０５Ｒに向かって延びる半直線とがなす角度である。また、角度θは、図中右側の第３の電極１０４Ｒの重心と第４の電極１０５Ｒの重心とを結ぶ線分と、第２の基板１０３の主表面と平行で、第４の電極１０５Ｒの重心から第４の電極１０５Ｌに向かって延びる半直線とがなす角度のことである。
【００３５】
ここで、「静止状態の第３の電極」とは、第１の基板が振動しておらず、静止しているときの第３の電極を指す。
【００３６】
図１において、静止状態の第３の電極１０４Ｌは、第４の電極１０５Ｌの重心に対して右にあり、静止状態の第３の電極１０４Ｒは、第４の電極１０５Ｒの重心に対して左にある。したがって、θを決定する半直線は、第４の電極１０５Ｌから右に延びる、第２の基板１０３の主表面と平行な半直線、および第４の電極１０５Ｒから左に延びる、第２の基板１０３の主表面と平行な半直線である。図１に示す振動発電器１００は、第１の基板１０２の振動中および静止中に、２つのθがともに５５度を越えないように構成される。
【００３７】
具体的には、図１において、第１の基板１０２が最も左側に変位したときでも、θが５５度未満となるように、振動発電器が構成される。そのような構成は、図において点線で示すように、振動発電器を収容する筐体１０９を、その内壁がストッパーとして作用する寸法となるように構成することによって得られる。このように筐体１０９が構成されると、第１の基板１０２が左側および右側に大きく変位することが防止されて、θが５５度を越えない。
【００３８】
第１の基板１０２の電極１０４Ｌ、１０４Ｒが形成されている面に、第１の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが形成され、第２の基板１０３上の電極１０５Ｌ、１０５Ｒが形成されている面に、第２の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが形成されている。第１の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび第２の電極１０７a、１０７ｂ、１０７ｃのいずれか一方は、電荷を保持した膜を含むエレックトレット電極である。本実施の形態では、第１の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃに電荷が保持されている。第１の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃと第２の電極１０７a、１０７ｂ、１０７ｃとのｚ方向の重なり面積は、第１の基板１０２の振動により変化し、この変化を利用して、発電が行われる。前述のように、図１は、第１の基板１０２が振動により変位しているときの振動発電器の断面である。第１の基板１０２が静止しているときには、第１の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの重心と第２の電極１０７a、１０７ｂ、１０７ｃの重心とがｚ方向において重なる。
【００３９】
前述のとおり、電極１０４Ｌ、１０４Ｒ、１０５Ｌ、および１０５Ｒ、ならびに１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは電荷を保持したシリコン酸化膜等の無機系のエレクトレット膜を含む電極である。また、電極１０４Ｌと１０５Ｌ、電極１０４Ｒと１０５Ｒは同極性の電荷を保持している。エレクトレット膜は、ドープされた多結晶Ｓｉ膜上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜が積層された構造を有している。このように構成することで、振動発電器１００を構成する材料が全てSi系の材料となり、成膜プロセスをCMOSプロセスを使用して実施することができる。このことは、振動発電器１００を、既存の設備等を使用して作製することを可能にし、コスト的にも有利である。また、CMOSプロセスは、微細なパターンの形成に適していることから、CMOSプロセスによれば、微細な電極を精度よく形成することができる。第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒと第１の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの極性は同じであることが好ましい。それにより、これらの電極への着電を同時に行うことができ、製造プロセスをより簡便にすることができる。
【００４０】
次に電極配置について説明する。第１の電極１０６は、ｙ方向に延びる短冊状の複数の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃからなり、複数の電極は互いに電気的に接続されている。第２の電極１０７もまた、ｙ方向に延びる短冊状の複数の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃからなり、複数の電極は互いに電気的に接続されている。配線構造については簡単のため、図中には記載していない。
【００４１】
図２に示すように、第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒは、第１の基板１０２の振動方向の両端部付近に配置され、第４の電極１０５Ｌ、１０５Ｒは、第２の基板１０３の第１の振動方向の両端部付近に配置されている。図示した形態では、第１の基板１０２が静止しているときに、第４の電極１０５Ｌ、１０５Ｒの外縁が、第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒの外縁よりも外側に位置し、かつ第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒと、第４の電極１０５Ｌ、１０５Ｒとが、一部において、ｚ方向において重なるように、第３の電極および第４の電極が配置されている。これは、第１の基板１０２が振動しているときに、前記角度θが５５度を越えないようにし、かつ、第１の基板１０２が静止しているときに、第１の基板１０２が、空中に浮くようにするためである。第３の電極と第４の電極がｚ方向においてまったく重ならないと、静電力のｚ方向成分が小さくなり、第１の基板を浮かせることができないことがある。
【００４２】
上記のように構成された振動発電器の動作について説明を行う。
振動発電器１００は、外部から振動が加わると、第１の基板１０２が第２の基板１０３に対して相対的に変位を行う。このとき、電極１０４Ｌと１０５Ｌ、電極１０４Ｒと１０５Ｒは同極性の電荷を保持しているため、電極間の距離が小さくなると静電力が増大し、変位した方向と逆方向に第１の基板１０２は押し戻され元の位置に戻る。
【００４３】
このように、第１の基板１０２と、第２の基板１０３が相対的に変位することにより、電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃと電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの重なり面積が増減する。この重なり面積の増減により、電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃに誘起される電荷量が増減し、この電荷を電気エネルギーとして取り出すことで発電を行う。
【００４４】
本実施の形態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．信頼性の向上
２．発電可能な振動の低周波数化
３．発電出力の向上、及び安定動作
【００４５】
１について詳細な説明を行う。本実施の形態においては、静電力を利用して第１の基板を動作させるため、振動発電器１００は機械的に接続された機構を持たず、繰り返し使用によるばねの疲労破壊といった現象が生じない。そのため、振動発電器１００の耐久性が向上し、それによりその信頼性を向上させることが可能である。また、シリコンおよびガラス等から成る基板と樹脂ばねのように、全く異なる材料から部材を形成する必要がないことから、構造および製造プロセスが複雑でないという利点を有する。
【００４６】
２について詳細な説明を行う。本実施の形態の振動発電器１００においては、静電力による電気的な反発を利用して、第１の基板１０２を振動させる。したがって、第１の基板１０２を押し戻すばね力は材料の弾性係数や形状に依存せず、第３の電極１０４Ｌ（１０４Ｒ）と第４の電極１０５Ｌ（１０５Ｒ）に保持された電荷量に依存する。第１の基板１０２に加わる静電力は第３の電極１０４Ｌ（１０４Ｒ）と第４の電極１０５Ｌ（１０５Ｒ）との距離の２乗に反比例するため、電極間の距離が大きい場合、静電力は、機械的なばねが第１の基板１０２を押し戻す力F=kxと比較して、非常に小さい。そのため、第１の基板１０２は周波数に依らず小さい外力で容易に大きく変位することが可能である。したがって、本実施の形態の振動発電機は低周波数領域の振動（環境中の振動）が加わった場合でも発電を行うことができる。本実施の形態の振動発電器は、例えば、数Ｈｚ程度（例えば１〜２Ｈｚ）の低周波数の振動により加えられる外力によっても、発電することが可能である。
【００４７】
３について詳細な説明を行う。図８は第１の基板１０２へ作用する静電力と、角度θとの関係である。５５度以上の領域での挙動を見るため、図１において、点線で示した筐体１０９は無視してある。第１の基板１０２を押し戻すｘ方向の静電力は、角度θが０度から５５度であると単調増加し、５５度の位置を越え９０度へ近づくと単調減少する。図８から、角度θが０度から９０度の領域であれば、ｘ方向の静電力としては、第１の基板１０２を押し戻すように静電力が働くことが分かる。このため、静電力によるバネ効果を発揮するためには、角度θは０度から９０度の領域で動作を行うことが必要である。
【００４８】
また、図８から明らかなように、角度θが５５度となるのを境にｘ方向の静電力の増減が反転する。また、ｚ方向の静電力は、θが大きくなるほど大きくなる。ｚ方向の静電力が大きくなりすぎると、第３の電極と第４の電極との間で大きな反発が生じて、基板間隔が基板の一方の端部で大きくなり、他方の端部で小さくなって、第１の基板の両方の端部付近に加わる静電力に差異が発生し、動作が不安定となる。
【００４９】
図９に、第３の電極１０４Ｌ、１０４Ｒ、第４の電極１０５Ｌ、１０５Ｒの保持する電荷量が1.0×10-10[C]、第１の基板１０２の質量が0.17[g]、第１の基板１０２と第２の基板１０３との間隔ｇが40[μm]、第１の基板１０２が外力を与えられず静止しているときの角度θが17度であるという条件にて、第１の基板１０２をそれぞれ図中の初期角度に移動させ、初速度０で静電力により振動を開始させたときの基板の振幅の変化を計算により求めた結果を示す。なお、計算に際し、図１にて点線で示す筐体１０９は無視し、第１の基板１０２と第２の基板１０３との間隔ｇは常に一定とした。
【００５０】
図９より、５５度以下の領域で第１の基板１０２を変位させる場合、振動周波数は最大振幅が大きくなるに伴い増加する。一方、５５度を越える角度領域で第１の基板１０２を変位させる場合、９０度に近づくほどｘ方向成分の静電力が減少するため、振動周波数が減少する。ここで、最大振幅を５５度として第１の基板１０２を振動させる場合、振動周波数は５５度の場合を１とすると、２５度では０．８５となり、外力の周波数に広く対応が可能である。
【００５１】
上述したように、θが大きくなると、第１の基板１０２に加わるｚ方向の静電力が増大する。角度θが９０度に近い領域では、第１の基板１０２が振動する際、基板の左右に加わるｚ方向の静電力差が大きくなり、安定して振動することができなくなる。
【００５２】
また、θが５５度以下の領域（０度から５５度）で動作を行った場合、第１の基板１０２は、４０μｍギャップでは第１の基板１０２は低角度領域では振幅に対して角度の増加が小さく、２０００μｍ以上の変位を行うことができるので、十分に振幅を確保することができ、発電出力を大きくすることができる。
【００５３】
以上より、５５度以下の領域で動作を行うことで、外部振動の周波数が変化した場合にも広く対応することができ、しかも第１の基板１０２が安定に動作を行うことが可能となる。
【００５４】
実施の形態１の振動発電器１００においては、筐体１０９の内壁を利用して、θが５５度を越えて、第１の基板１０２が左側または右側へ変位することを防止している。それにより、振動発電器１００に低周波数の振動が外部から加えられて第１の基板１０２の振動が開始したときに、発電出力を大きくすることができ、しかも安定に振動を行うことができる。
【００５５】
以下の実施の形態を含むすべての実施の形態において、振動発電器は、θが５５度を越えないように設計されて製造される。しかし、実際に製造される振動発電器は、製造の過程で誤差を有し、それに起因してθが５５度を僅かに越えるように、第１の基板が振動することもある。製造誤差に起因して、第１の基板が、θが５５度を越える位置まで変位するものも本発明の実施の形態の振動発電器に含まれ得る。
【００５６】
本実施の形態において、第１の基板１０２と第２の基板１０３はSi基板である。これらの基板はSi基板に限定されず、樹脂、ガラス、またはセラミック等任意の材料からなる基板であってよい。
【００５７】
また、導電性電極は、ドープされた多結晶Si以外の材料、例えば、Ａｌ等の金属材料から形成してもよい。金属材料を用いた場合、電極の抵抗率を下げることができるため、振動発電器での電力の損失を低減することができる。このため、静電誘導により誘起された電荷を有効に出力することが可能となるなどの効果を得ることができる。
【００５８】
また、エレクトレット膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の無機物でもよいし、PTFE等の有機物から形成されていても同様の効果を達成し得る。無機エレクトレット材料であるシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いて形成されたエレクトレット膜は、有機系エレクトレット材料を用いて形成されたエレクトレット膜と比べて、高い温度まで着電された電荷を保持することができ、電荷を安定化することを可能にする。
【００５９】
本実施の形態では、第１の基板は、中空に浮いている。本実施の形態の変形例においては、第１の基板および第２の基板のいずれか一方に突起体を形成し、突起体を他方の基板に接触させることにより、第１の基板と第２の基板との間隔を維持してよい。この変形例においても、図１に示す振動発電器と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
エレクトレット膜としてのシリコン酸化膜は、CVDにより成膜してよく、あるいはスパッタにより成膜してもよい。シリコン窒化膜も同様に、CVDにより成膜してよい。Si基板を電極として使用し、Si基板上に直にエレクトレット膜を成膜する場合、熱酸化による成膜も可能であり、高精度に緻密な膜を形成することが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態では、電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが電荷を保持したエレクトレット膜を含む電極で、電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが導電性電極である。本実施の形態の変形例においては、電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが導電性電極で、電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが電荷を保持したエレクトレット膜を含む電極であってもよい。この変形例においても、図１に示す振動発電器と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
本実施の形態では、図２に示すように第３の電極および第４の電極は、基板の端部付近に短冊状に形成されている。本実施の形態の変形例の振動発電器１２０においては、第３の電極１２４および１２５を、図３（ａ）および（ｂ）にそれぞれに示すような領域を有するように形成してよい。図３において、符号１２６および１２７は、それぞれ第１の電極および第２の電極であり、その構成配置は、図１および図２に示す第１の電極１０６および第２の電極１０７と同じである。図３に示す構成の振動発電器１２０も、図１および図２に示す振動発電器１００と同様の効果を奏する。また、第３の電極および第４の電極が、図３に示すように形成されると、振動方向以外に基板が変位しても中心付近に基板を戻す力が発生し、より安定に振動発電器１２０が動作できるという利点がある。
【００６３】
図示した形態はいずれも、本実施の形態の例であり、電極本数および形状、電極サイズ、電極の膜厚、保持される電荷量は、特定のものに限定されない。これらを任意に選択しても、本実施の形態の効果を得ることができる。
【００６４】
図４に本実施の形態の変形例を示す。図４は、振動発電器１５０の第１の基板１５２の振動方向に沿った切断面を示す。振動発電器１５０は、第１の基板１５２、および２つの第２の基板１５３および１７３を有する。下側の第２の基板１５３は、第１の基板１５２の一方の主表面との間に間隔を有する状態で、第１の基板１５２と対向している。上側の第２の基板１７３は、第１の基板１５２の他方の主表面との間に間隔を有する状態で、第１の基板１５２と対向している。第１の基板１５２の一方の表面（下側表面）には、下側の第３の電極１５４Ｌ、１５４Ｒが形成され、発電用の下側の第１の電極１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃがさらに形成されている。下側の第２の基板１５３には、下側の第４の電極１５５Ｌ、１５５Ｒが形成され、発電用の下側の第２の電極１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃが更に形成されている。図示した形態においては、下側の第１の電極１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃが帯電している。第１の基板１５２の他方の表面（上側表面）には、上側の第３の電極１７４Ｌ、１７４Ｒが形成され、発電用の上側の第１の電極１７６ａ、１７６ｂ、１７６ｃが形成されている。上側の第２の基板１７３には、上側の第４の電極１７５Ｌ、１７５Ｒが形成され、発電用の上側の第２の電極１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃが形成されている。図示した形態においては、上側の第１の電極１７６ａ、１７６ｂ、１７６ｃが帯電している。
【００６５】
下側の第３の電極１５４Ｌ、１５４Ｒと下側の第４の電極１５５Ｌ、１５５Ｒとの間に静電力が作用するように、これらの電極には、同極性の電荷を帯電させている。同様に、上側の第３の電極１７４Ｌ、１７５Ｒと上側の第４の電極１７５Ｌ、１７５Ｒとの間に静電力が作用するように、これらの電極には同極性の電荷を耐電させている。上側の第３の電極１７４Ｌ、１７４Ｒの電荷の極性と、下側の第３の電極１５４Ｌ、１５４Ｒの電荷の極性は同じであっても異なっていてもよい。
【００６６】
振動発電器１５０に外部振動が加えられると、第１の基板１５２がｘ方向において振動し、第１の基板１５２が下側および上側の第２の基板１５３および１７３に対して変位する。それにより、下側の第１の電極１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃと下側の第２の電極１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃとの重なり面積、および上側の第１の電極１７６ａ、１７６ｂ、１７６ｃと上側の第２の電極１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃとの重なり面積が増減し、第１の電極に誘起される電荷量が増減する。この電荷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。
【００６７】
図４に示す振動発電器１５０においても、第１の基板１５２の静止中または振動中において、一方の端部に位置する第３の電極１５４Ｌ（１５４Ｒ、１７４Ｌ、１７４Ｒ）の重心と当該一方の端部に位置する第４の電極１５５Ｌ（１５５Ｒ、１７５Ｌ、１７５Ｒ）の重心とを結ぶ線分（図示せず）と、当該一方の端部に位置する第４の電極１５５Ｌ（１５５Ｒ、１７５Ｌ、１７５Ｒ）の重心から、第２の基板１５３（１７３）の主表面と平行な方向に延びる半直線であって、静止状態の第３の電極１５４Ｌ（１５４Ｒ、１７４Ｌ、１７４Ｒ）の方に（即ち、他方の端部に位置する第４の電極に）向かって延びる半直線とがなす角度θ（図示せず）は５５度以下となるように、第１の基板１５２の変位は、筐体１７９によって制限されている。それによる効果は、先に図１の振動発電器１００に関して説明したとおりである。電極の配置、電極の材料、および基板の材料等は、先に図１〜図３を参照して説明したとおりであるから、省略する。
【００６８】
図４に示す振動発電器１５０においては、二組の対向する第１の電極と第２の電極（１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃと１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃとの組、および１７６ａ、１７６ｂ、１７６ｃと１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃとの組）を用いて、逆相の電圧として電気エネルギーを取り出すことができる。即ち、第１の基板１５２が１回振動する際に振動発電器１５０が出力する電力は、第１の基板の一方の主表面にのみ電極が形成された図１の振動発電器１００のそれの２倍となる。したがって、図４の構成によれば、より小さい面積に設置可能な振動発電器を得ることができ、あるいは設置面積が同じである場合には、図１の構成のものと比較して、より大きな出力を与える振動発電器を得ることができる。
【００６９】
本実施の形態のさらに別の変形例を図５に示す。図５は、振動発電器２００の第１の基板２０２の振動方向２０８に沿った切断面を示す。振動発電器２００は、第１の基板２０２、第１の基板２０２の基板面に形成された、第３の電極２０４Ｌ、２０４Ｒ、および第１の電極２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、第２の基板２０３、第２の基板２０３の基板面に形成された、第４の電極２０５Ｌ、２０５Ｒ、および第２の電極２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃを有する。振動発電器２００は、従来の樹脂ばね２０９と組み合わせられている点において、図１に示す振動発電器１００と異なる。樹脂ばねと本発明のいずれかの実施の形態の振動発電器とを組み合わせることによって、ばねのばね定数を小さくすることによる振動方向以外への変位量増加という課題を解決することができ、低周波数領域でのより安定な発電を可能にすることができる。なお、樹脂ばねの代わりにSi等で形成されたばねを用いても同様の効果を得ることができる。
【００７０】
図６は、図５に示す振動発電器の変形例を示す。図６に示す振動発電器は、振動発電器２５０の第１の基板２５２の振動方向に沿った切断面を示す。振動発電器２５０は、第１の基板２５２、および２つの第２の基板２５３および２７３を有する。下側の第２の基板は、第１の基板２５２の一方の主表面との間に間隔を有する状態で、第１の基板２５２と対向している。上側の第２の基板２７３は、第１の基板２５２の他方の主表面との間に間隔を有する状態で、第１の基板２５２と対向している。第１の基板２５２の一方の表面（下側表面）には、下側の第３の電極２５４Ｌ、２５４Ｒが形成され、発電用の下側の第１の電極２５６ａ、２５６ｂ、２５６ｃがさらに形成されている。下側の第２の基板２５３には、下側の第４の電極２５５Ｌ、２５５Ｒが形成され、発電用の下側の第２の電極２５７ａ、２５７ｂ、２５７ｃが更に形成されている。図示した形態においては、下側の第１の電極２５６ａ、２５６ｂ、２５６ｃが帯電している。第１の基板２５２の他方の表面（上側表面）には、上側の第３の電極２７４Ｌ、２７４Ｒが形成され、発電用の上側の第１の電極２７６ａ、２７６ｂ、２７６ｃが形成されている。上側の第２の基板２７３には、上側の第４の電極２７５Ｌ、２７５Ｒが形成され、発電用の上側の第２の電極２７７ａ、２７７ｂ、２７７ｃが形成されている。図示した形態においては、上側の第１の電極２７６ａ、２７６ｂ、２７６ｃが帯電している。さらに、振動発電器２５０は、樹脂ばね２５９と組み合わされている。
【００７１】
この振動発電器２５０は、図５に示す振動発電器２００が奏する効果、および図４に示す振動発電器１５０が奏する効果の両方を奏する。よって、この振動発電器２５０によれば、低周波数領域での外部振動に対して、より安定な発電が可能となり、また、より小さい面積に設置可能な振動発電器を得ることができ、あるいは設置面積が同じである場合には、図５の構成のものと比較して、より大きな出力を与える振動発電器を得ることができる。
【００７２】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の振動発電器３００の断面図（第１の基板３０２の振動方向３０８に沿った切断面図）である。実施の形態１と異なる点は以下の点である。
・固定構造体３１４Ｌ、３１４Ｒが第２の基板３０３の基板面に形成されている。
・第１の基板３０２の両側面に第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒが形成され、固定構造体３１４Ｌ、３１４Ｒ上に、第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒと接触し得る、第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒが形成されている。第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒ、および第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒは、後述するように、第１の基板３０２の振動の振幅を規制して、第１の基板３０２の変位量が大きくなることを防止する。図示した形態において、第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒ、および第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒは、第１の基板３０２の振動方向３０８と平行な直線上に位置する。
【００７３】
第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒは、例えばSiで形成される。第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒは、第１の基板３０２とは別個に形成されてよく、あるいは、第３の電極３０４Ｌ、３０４Ｒを第１の基板３０２の振動方向３０８における端面（図において、第１の基板３０２の左右の端面）より内側に形成することにより、第１の基板３０２と一体となっていてもよい。即ち、第１の基板３０２の振動方向３０８の端面を第２のストッパーと接触し得るようにして、第１の基板それ自体をストッパーとしてよい。
【００７４】
第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒは第１のストッパーと同様にSiで形成され、CuTi等の合金から構成される固定構造体３１４Ｌ、３１４Ｒと接続される。固定構造体３１４Ｌ、３１４Ｒは第２の基板３０３に固定されている。
【００７５】
第１のストッパー３１３Ｌ（３１３Ｒ）および第２のストッパー３１５Ｌ（３１５Ｒ）は、図示した断面において、一方の端部に位置する第３の電極３０４Ｌ（３０４Ｒ）の重心と当該一方の端部に位置する第４の電極３０５Ｌ（３０５Ｒ）の重心とを結ぶ線分と、当該一方の端部に位置する第４の電極３０５Ｌ（３０５Ｒ）の重心から、第２の基板３０３の主表面に平行な方向に延びる半直線であって、静止状態の第３の電極３０４Ｌ（３０４Ｒ）の方に（即ち、他方の端部に位置する第４の電極に）向かって延びる半直線とがなす角度θが５５度を越えないように、第１の基板３０２の変位を制御する目的で設けられる。より具体的には、第１の基板３０２が、図示するように第１のストッパー３１３Ｌ（３１３Ｒ）と第２のストッパー３１５Ｌ（３１５Ｒ）が接触する位置まで変位しているとき、第３の電極３０４Ｌ（３０４Ｒ）と第４の電極３０５Ｌ（３０５Ｒ）の重心間の距離ｋの基板振動方向の長さｋｖがｇ/tan５５°以上（ｇは、第１の基板３０２と第２の基板３０３との間の間隔である）となるように、第１のストッパー３１３Ｌ（３１３Ｒ）と第２のストッパー３１５Ｌ（３１５Ｒ）は形成される。
【００７６】
なお、第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒ、および第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒは、樹脂および金属等の所望の材料で形成されてもよい。その場合でも、本実態の形態が奏する効果を得ることができる。固定構造体３１４Ｌ、３１４Ｒは樹脂および半田等の任意の材料で形成することができる。
【００７７】
このように形成した振動発電器の動作について説明を行う。
振動発電器３００は、図１に示す振動発電器３００と同様、外部からの振動により第１の基板３０２が第２の基板３０３に対して変位することにより発電を行う。第１の基板３０２は外部からの振動により変位を行い、外部からの振動が小さい場合、第１の基板２０２は静電力により所定の位置へ戻される。外部からの振動が大きい場合、第１の基板２０２は第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒと第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒにより角度θが５５度となる位置で停止し、静電力により元の位置へ戻される。そのため、第１の基板２０２はθが５５度以内を越えないように、振動することができる。
【００７８】
上記の構成により、図１に示す振動発電器１００が奏する効果と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態２は、振動発電器３００それ自体が固定構造体３１４Ｌ、３１４Ｒを有し、これに、第１のストッパー３１３Ｌ、３１３Ｒと接触する第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒが設けられている。即ち、振動発電機３００は、高い出力で発電できるように、発電器そのものが第１の基板３０２の変位を制御する部材を備えている。よって、図１に示す振動発電器１００のように、振動発電器とは独立した部材（例えば筐体）によって第１の基板の振動を制御する必要がない。このことは、筐体の形状寸法の制約を少なくし、また、振動発電器が用いられる装置の制約を少なくする。
【００７９】
本実施の形態の変形例を図１０に示す。図１０は、振動発電器３５０の第１の基板３５２の振動方向（ｘ方向）に沿った切断面を示す。振動発電器３５０は、第１の基板３５２、および２つの第２の基板３５３および３７３を有する。下側の第２の基板３５３は、第１の基板３５２の一方の主表面との間に間隔を有した状態で、第１の基板３５２と対向している。上側の第２の基板３７３は、第１の基板３５２の他方の主表面との間に間隔を有した状態で、第１の基板３５２と対向している。第１の基板３５２の一方の表面（下側表面）には、下側の第３の電極３５４Ｌ、３５４Ｒが形成されている。下側の第２の基板３５３には、下側の第４の電極３５５Ｌ、３５５Ｒが形成されている。第１の基板３５２の他方の表面（上側表面）には、上側の第３の電極３７４Ｌ、３７４Ｒが形成されている。上側の第２の基板３７３には、上側の第４の電極３７５Ｌ、３７５Ｒが形成されている。
【００８０】
さらに、振動発電器３５０には、第１の基板３５２の両端部に第１のストッパー３６３Ｌ、３６３Ｒが形成されている。また、下側の第２基板３５３および上側の第２基板３７３にそれぞれ設けられた下側の固定部材３６４Ｌ、３６４Ｒ、および上側の固定部材３８４Ｌ、３８４Ｒを有し、それらの固定部材に、第２のストッパー３６５Ｌ、３６５Ｒが接続されている。
【００８１】
図１０において、第１の基板３５２と下側の第２の基板３５３との間の間隔ｇと、第１の基板２５３と上側の第２の基板３７３との間の間隔ｇ’とは異なり、図１０においてはｇ＜ｇ’である。したがって、ｇ／tan５５°とｇ’／tan５５°も互いに異なる。この場合には、下側の第３の電極３５４Ｌ（３５４Ｒ）の重心と下側の第４の電極３５５Ｌ（３５５Ｒ）の重心とを結ぶ線分の距離ｋの振動方向（図のｘ方向）の長さｋｖが、ｇ／tan５５°以上となり、かつ上側の第３の電極３７４Ｌ（３７４Ｒ）の重心と上側の第４の電極３７５Ｌ（３７５Ｒ）の重心とを結ぶ線分の距離ｋ’の振動方向の長さｋｖ’が、ｇ’／tan５５°以上となるように、下側および上側の第３の電極、ならびに下側および上側の第４の電極を配置し、かつ第１のストッパーおよび第２のストッパーを形成する。例えば、図１０に示すように、第１の基板３５２の静止中および振動中に、ｋｖ’＞ｋｖとなるように、第３の電極および第４の電極を配置する場合には、ｋｖがｇ／tan５５°以上となるように、第１のストッパーおよび第２のストッパーを形成する。ｋｖ’はｋｖより大きいから、ｋｖ≧ｇ／tan５５°であれば、ｋｖ’≧ｇ／tan５５°は満たされる。
【００８２】
この振動発電器３５０は、図７に示す振動発電器３００が奏する効果、および図４に示す振動発電器１５０が奏する効果の両方を奏する。よって、この振動発電器３５０によれば、第１の基板３５２の振動の制御を振動発電器に一体に設けられたストッパーによって行うことができ、また、より小さい面積に設置可能な振動発電器を得ることができ、あるいは設置面積が同じである場合には、図７の構成のものと比較して、より大きな出力を与える振動発電器を得ることができる。
【００８３】
本実施の形態のさらに別の変形例を図１１に示す。図１１に示す振動発電器４００は、図７に示す振動発電器３００と、第２のストッパー４１５Ｌ、４１５Ｒの形状を除いては同じである。図１１においては、図１０で示す部材または要素と同じものを、下二桁の数字を同じにした４００番台の符号で示している。
【００８４】
図１１の振動発電４００において、第２のストッパー４１５Ｌ、４１５Ｒは、それらの第１のストッパー４１３Ｌ、４１３Ｒと向かい合う面と、固定構造体４１４Ｌ、４１４Ｒの内側表面とが、一つの面を形成する構造である。図１１に示す振動発電器の変形例において、第２のストッパー４１５Ｌ、４１５Ｒは、固定構造体４１４Ｌ、４１４Ｒで形成されて、それらと一体となっている構造であってもよい。その場合にも、図７に示す振動発電器と同様の効果が得られる。
【００８５】
図１１の振動発電器４００の変形例を、図１２に示す。図１２に示す振動発電器４５０は、第２のストッパー４６５Ｌ、４６５Ｒの形状を除いては、図１０に示す振動発電器３５０と同じである。図１２においては、図１０で示す部材または要素と同じものを、下二桁の数字を同じにした４００番台の符号で示している。図１２に示す振動発電器４５０の第２のストッパーの形状は、図１１に示す第２のストッパー４１５Ｌ、４１５Ｒと同じである。よって、図１２に示す振動発電器４５０は、図１１に示す振動発電器４００が奏する効果、および図１０に示す振動発電器３５０が奏する効果の両方を奏する。
【００８６】
本実施の形態のさらに別の例を、図１３に示す。図１３に示す振動発電器５００は、図９に示す振動発電器３００と、第１のストッパーが設けられていないこと、および第２のストッパー５１５Ｌ、５１５Ｒの形状を除いては同じである。図１１においては、図１０で示す部材または要素と同じものを、下二桁の数字を同じにした５００番台の符号で示している。図１３に示すように、第１の基板５０２の両端部にストッパーが形成されず、又は第１の基板５０２においてストッパーとして機能する部分が存在せず、第２のストッパー５１５Ｌ、５１５Ｒだけが形成された構造であっても、図７に示す振動発電器と同様の効果を奏する。図１３に示す振動発電器においては、第１の基板５０２の両端部に第３の電極５０４Ｌ、５０４Ｒが形成され、第１の基板５０２の両端面が、第２のストッパー５１５Ｌ、５１５Ｒと接触するようになっている。第１のストッパーがなく、第１の基板の端面が第３の電極の端面と重なるために、第２のストッパー５１５Ｌ、５１５Ｒは、図７に示す第２のストッパー３１５Ｌ、３１５Ｒよりも大きい寸法を有する。
【００８７】
図１３の振動発電器５００の変形例を、図１４に示す。図１４に示す振動発電器５５０は、第１のストッパーが形成されていないこと、および第２のストッパー５６５Ｌ、５６５Ｒの形状を除いては、図１０に示す振動発電器３５０と同じである。図１４においては、図１０で示す部材または要素と同じものを、下二桁の数字を同じにした５００番台の符号で示している。図１４の振動発電器５５０における第２のストッパーは、図１３に示す第２のストッパー５１５Ｌ、５１５Ｒと同じ構造である。よって、図１４に示す振動発電器５５０は、図１３に示す振動発電器５００が奏する効果、および図１０に示す振動発電器３５０が奏する効果の両方を奏する。
【００８８】
（実施の形態３）
図１５は、実施の形態３の振動発電器６００の断面図であり、図１６（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図１５の振動発電器６００の第１の基板、及び第２の基板の平面図である。図１５が示す断面は、図１６のＡ−Ｂ断面に相当する。
【００８９】
実施の形態１と異なる点は、第２の基板６０３上に第５の電極６０９Ｌ、６０９Ｒが形成されている点である。図１５においては、図１で示す部材または要素と同じものを、下二桁の数字を同じにした６００番台の符号で示している。図１５に示すように第５の電極６０９Ｌ（６０９Ｒ）は第４の電極６０５Ｌ（６０５Ｒ）よりも、第２の基板の中心側に形成されている。
【００９０】
第５の電極６０９Ｌは第３の電極６０４Ｌ、第４の電極６０５Ｌと同極性の電荷を保持している。第５の電極６０９Ｒについても同様である。この振動発電器６００においては、第１の基板６０２の静止中または振動中に、一方の端部に位置する第３の電極６０４Ｌ（６０４Ｒ）の重心と当該一方の端部に位置する第５の電極６０９Ｌ（６０９Ｒ）の重心とを結ぶ線分と、当該一方の端部に位置する第５の電極６０９Ｌ（６０９Ｒ）の重心から、第２の基板６０３の主表面と平行に延びる半直線であって、静止状態の第３の電極６０４Ｌ（６０４Ｒ）の方に（即ち、当該一方の端部に位置する第４の電極に）向かって延びる半直線とがなす角度θ’もまた、５５度を越えないように、第１の基板６０２の振動が制御される。
角度θ’について、具体的に説明する。
角度θ’とは、静止状態の第３の電極６０４Ｌの重心と第５の電極６０９Ｌの重心とを結ぶ線分と、第２の基板１０３の主表面と平行で、第５の電極６０９Ｌの重心から第４の電極６０５Ｌに向かって延びる半直線とがなす角度である。また、角度θ’は、静止状態の第３の電極６０４Ｒの重心と第５の電極６０９Ｒの重心とを結ぶ線分と、第２の基板１０３の主表面と平行で、第５の電極６０９Ｒの重心から第４の電極６０５Ｒに向かって延びる半直線とがなす角度θのことである。
【００９１】
この構成により、第１の基板６０２が、例えば図において左側に変位した時に、変位した方向の端面付近（図において左側端面）だけでなく、変位した方向とは逆の端面付近（図において右側端面）にもｚ方向の静電力が作用する。そのため、より安定に第１の基板６０２を振動させることが可能となる。
【００９２】
本実施の形態では、図１６に示すように、第５の電極６０９Ｌ、６０９Ｒは、第２の基板６０３の振動方向（ｘ方向）の端部に、短冊状に形成されている。この実施の形態の変形例においては、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、第３の電極６２４および第４の電極６２５が、第１の基板６２２および第２の基板６２７の周辺を覆い、第５の電極６２９もまた、第２の電極群６２７の周囲を囲むように形成してよい。図１７において、符号６２６および６２７は、それぞれ第１の電極および第２の電極であり、その構成配置は、図１および図２に示す第１の電極１０６および第２の電極１０７と同じである。第３の電極、第４の電極および第５の電極を、図１７に示すように構成した振動発電器においても、図１１に示すものと同様の効果を得られる。また、この構成を採用すると、振動方向以外に基板が変位しても中心付近に基板を戻す力が発生し、より安定に振動発電器６２０が動作できるという利点がある。
【００９３】
図１５の振動発電器６００の変形例を、図１８に示す。図１８に示す振動発電器６５０は、下側の第５の電極６５９Ｌ、６５９Ｒ、および上側の第５の電極６７９Ｌ、６７９Ｒが設けられていることを除いては、図４に示す振動発電器１５０と同じである。図１８においては、図４で示す部材または要素と同じものを、下二桁の数字を同じにした６００番台の符号で示している。図示した振動発電器６５０においては、図４に示す振動発電器４００が奏する効果、および図１５に示す振動発電器６００が奏する効果がともに得られる。
【００９４】
（実施の形態４）
実施の形態４として、振動発電装置を説明する。図１９は、本実施の形態に係る振動発電装置７００のブロック図である。図１９に示す振動発電器７０１は、実施の形態１〜実施の形態３で示された振動発電器のいずれか１つである。
【００９５】
図１９において、振動発電装置７００は、振動発電器７０１、整流回路７０２、電圧変換回路７０３、出力切替回路７０４、蓄電回路７０５、および電圧制御回路７０６からなる。振動発電器７０１から出力された交流電圧は、整流回路７０２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路７０３に入力され、振動発電装置７００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７０４により、電圧制御回路７０６、或いは蓄電回路７０５に入力される。電圧制御回路７０６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。
【００９６】
以上のように構成された振動発電装置７００の動作について、図２０を参照して説明を行う。
図２０は振動発電装置７００の各部の電圧波形を示しており、図２０（ａ）は、振動発電器７０１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７０１の出力電圧は、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７０１から見た外部インピーダンスの大きさなどにより電圧振幅Ｖｇは異なる。振動発電器７０１から出力された交流電圧は、整流回路７０２により直流電圧ＶＤＣ１に変換される（図２０（ｂ））。ＶＤＣ１は、振動発電装置７００の出力電圧レベルＶＤＣ２まで電圧変換回路７０３で電圧変換される。出力切替回路７０４の動作は、振動発電装置７００からの電圧出力が必要ないときは、電圧制御回路７０６には出力を行わず、蓄電回路７０５に発電された電力を蓄え、また、振動発電装置７００からの電圧出力が必要であり、発電量が小さい時、蓄電回路７０５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７０４からの出力は、電圧制御回路７０６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２０（ｃ））。
【００９７】
また、前述したように、振動発電器７００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することが望ましい。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７００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。
【００９８】
図２１は、本実施の形態に係る別の構造の振動発電装置７１０を示すブロック図である。
図２１において、振動発電器７１０は、実施の形態１〜実施の形態１０のいずれかに示された振動発電器である。
振動発電装置７１０は、振動発電器７１１、整流回路７１２、電圧変換回路７１３、出力制御回路７１４、蓄電回路７１５および電圧制御回路７１６からなる。振動発電器７１１から出力された交流電圧は、整流回路７１２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路７１３に入力され、振動発電装置７１０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７１６で所望の電圧となるよう制御され蓄電回路７１５に入力される。出力制御回路７１４では、蓄電回路７１５に蓄えられた電力を負荷の状態に合わせて出力制御を行う。
【００９９】
このような構成を有する振動発電装置７１０においても振動発電装置７００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７１０の動作は、振動発電装置７００のそれと概略同様であるが、電圧制御回路７１６の出力電圧は、蓄電回路７１５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７１４は、負荷の状態に合わせて振動発電装置７１０からの出力を制御する。
【０１００】
（実施の形態５）
図２２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８００のブロック図である。図２２において、発電装置８０１は実施の形態１１で示された振動発電装置を示す。
【０１０１】
図２２において、通信装置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と、タイヤの空気圧を測定する圧力センサ８０４、圧力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からの入力信号を高周波信号に変換してアンテナ８０７へ伝える通信部８０６、およびアンテナ８０７からなる。
【０１０２】
以上のように構成された通信装置８００の動作について説明を行う。
圧力センサ８０４、処理部８０５、通信部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。圧力センサ８０４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８０５へ入力する。処理部８０５で処理された信号は、通信部８０６へ入力され高周波信号としてアンテナ８０７から伝搬される。
【０１０３】
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、或いは電池交換を無くすことが可能であり、利用上の効果は大きい。
【０１０４】
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、通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば、電池を用いずに振動発電装置のみを用いてもよい。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といった点で有効である。
【０１０５】
本実施の形態では、実施の形態１〜４に示す振動発電器または振動発電装置を用いる例を示した。他の形態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。
【０１０６】
（実施の形態６）
図２３は、おもちゃなどに搭載される音の出る電子機器９００のブロック図である。図２３において、発電装置９０１は実施の形態１１で示された振動発電装置を示す。
図２３において、電子機器９００は、振動により発電を行う発電装置９０１、通信機器の主電源、或いは発電装置９０１のサブ電源としての電池９０２、発電装置９０１からの出力と電池９０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部９０３と、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９０４、センサからの出力を処理し、制御部９０５に伝える処理部９０５、処理部９０５からの入力信号をスピーカー９０７へ伝える制御部９０６、およびスピーカー９０７からなる。
【０１０７】
以上のように構成された通信装置（電子機器）９００の動作について説明を行う。
センサ９０４、処理部９０５、制御部９０６が動作するために必要な電力を、電源制御部９０３により発電装置９０１、或いは電池９０２から供給する。センサ９０４は、外部からの応答を検出し、検出結果を処理部９０５へ入力する。処理部９０５で処理された信号が所望の値を越えると、制御部９０６へ入力されスピーカー９０７から音を出力する。
【０１０８】
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、或いは電池交換を無くすことが可能であり、利用上の効果は大きい。
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、通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば、電池を用いずに振動発電装置のみを用いてもよい。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といった点で有効である。
【０１０９】
また、本実施の形態では、実施の形態１〜５に示す振動発電器または振動発電装置を用いる例を示したが、他の形態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。
【０１１０】
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】
【０１１１】
本発明の実施の形態に係る振動発電器は、従来の振動発電器に比べて、低周波数領域の外部振動が加えられた場合でも、発電を安定して行うことが可能であり、静電誘導型振動発電器として有用である。本発明の実施の形態に係る振動発電器は、小電力の無線通信モジュール、およびその他の電子機器において好ましく用いられる。
【符号の説明】
【０１１２】
１００  振動発電器
１０２  第１の基板
１０３  第２の基板
１０４Ｌ、１０４Ｒ  第３の電極
１０５Ｌ、１０５Ｒ  第４の電極
１０６ａ、１０６ｂ、１０６c  第１の電極
１０７ａ、１０７ｂ、１０７c  第２の電極
１０８  振動方向
【図１】
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【図２】
2012164943.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月21日(2012.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
（態様３）
態様３は、
前記第１の基板の振動方向の両側面と接触し得るストッパー、および
固定構造体
を更に有し、
前記固定構造体が前記第２の基板に形成され、固定構造体に前記ストッパーが形成されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間隔をｇとし、第３の電極と第４の電極の重心間の距離をｋとした場合において、前記第１の基板の振動方向の両側面のいずれかと前記ストッパーとが接触する位置まで前記第１の基板が変位しているときの距離ｋの第１の基板の振動方向の長さｋｖがｇ/tan５５°以上となる
態様１に記載の振動発電器である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
第５の電極６０９Ｌは第３の電極６０４Ｌ、第４の電極６０５Ｌと同極性の電荷を保持している。第５の電極６０９Ｒについても同様である。この振動発電器６００においては、第１の基板６０２の静止中または振動中に、一方の端部に位置する第３の電極６０４Ｌ（６０４Ｒ）の重心と当該一方の端部に位置する第５の電極６０９Ｌ（６０９Ｒ）の重心とを結ぶ線分と、当該一方の端部に位置する第５の電極６０９Ｌ（６０９Ｒ）の重心から、第２の基板６０３の主表面と平行に延びる半直線であって、静止状態の第３の電極６０４Ｌ（６０４Ｒ）の方に（即ち、当該一方の端部に位置する第４の電極に）向かって延びる半直線とがなす角度θ’もまた、５５度を越えないように、第１の基板６０２の振動が制御される。
角度θ’について、具体的に説明する。
角度θ’とは、静止状態の第３の電極６０４Ｌの重心と第５の電極６０９Ｌの重心とを結ぶ線分と、第２の基板１０３の主表面と平行で、第５の電極６０９Ｌの重心から第４の電極６０５Ｌに向かって延びる半直線とがなす角度である。また、角度θ’は、静止状態の第３の電極６０４Ｒの重心と第５の電極６０９Ｒの重心とを結ぶ線分と、第２の基板１０３の主表面と平行で、第５の電極６０９Ｒの重心から第４の電極６０５Ｒに向かって延びる半直線とがなす角度のことである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
また、前述したように、振動発電器７０１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することが望ましい。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、振動発電装置７００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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
（実施の形態６）
図２３は、おもちゃなどに搭載される音の出る電子機器９００のブロック図である。図２３において、発電装置９０１は実施の形態３で示された振動発電装置を示す。
図２３において、電子機器９００は、振動により発電を行う発電装置９０１、通信機器の主電源、或いは発電装置９０１のサブ電源としての電池９０２、発電装置９０１からの出力と電池９０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部９０３と、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９０４、センサからの出力を処理し、制御部９０５に伝える処理部９０５、処理部９０５からの入力信号をスピーカー９０７へ伝える制御部９０６、およびスピーカー９０７からなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記第１の基板の振動方向の両側面と接触し得るストッパー、および
固定構造体
を更に有し、
前記固定構造体が前記第２の基板に形成され、固定構造体に前記ストッパーが形成されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間隔をｇとし、第３の電極と第４の電極の重心間の距離をｋとした場合において、前記第１の基板の振動方向の両側面のいずれかと前記ストッパーとが接触する位置まで前記第１の基板が変位しているときの距離ｋの第１の基板の振動方向の長さｋｖがｇ/tan５５°以上となる
請求項１に記載の振動発電器。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
請求項６または７に記載の振動発電装置を用いた電子機器。
【国際調査報告】
2012164943.tif 000028
2012164943.tif 000029
2012164943.tif 000030