(57)【要約】【課題】回路の電力消費を低減する。【解決手段】電子部品は、基板１１上に形成された、外部からの振動に応じてオン／オフする可動構造素子２を有する。可動構造素子２は、基板１１に対して振動自在に支持される可動部３と、可動部３と一体で形成された可動接点６と、可動部３が振動する方向に可動接点６と対向して配置された固定接点７とからなる。電子部品は、振動に応じて可動接点６と固定接点７とが導通状態と非導通状態を交互に繰り返す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された、外部からの振動に応じてオン／オフする可動構造素子を有し、
この可動構造素子は、前記基板に対して振動自在に支持される第１の可動部と、この第１の可動部と一体で形成された第１の可動接点と、前記第１の可動部が振動する方向に前記第１の可動接点と対向して配置された固定接点とからなり、
前記振動に応じて前記第１の可動接点と前記固定接点とが導通状態と非導通状態を交互に繰り返すことを特徴とする電子部品。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品において、
複数の前記可動構造素子を有することを特徴とする電子部品。
【請求項３】
請求項２記載の電子部品において、
複数の前記可動構造素子の各第１の可動部が一体化して形成されることを特徴とする電子部品。
【請求項４】
請求項１又は２記載の電子部品において、
前記可動構造素子は、前記第１の可動部が振動する方向に配置された複数の前記第１の可動接点と、各第１の可動接点と対向して配置された複数の前記固定接点とを備えることを特徴とする電子部品。
【請求項５】
請求項２記載の電子部品において、
さらに、複数の前記可動構造素子の間に電気的に接続された少なくとも１つの容量素子を有し、
初段の前記可動構造素子の固定接点に印加された直流電圧を昇圧して最終段の前記可動構造素子の固定接点から出力することを特徴とする電子部品。
【請求項６】
請求項２記載の電子部品において、
さらに、前記可動構造素子と電気的に接続された、前記振動によって電磁気的変化を生じる電磁気的素子を有することを特徴とする電子部品。
【請求項７】
請求項６記載の電子部品において、
前記電磁気的素子は、前記可動構造素子と一体化して形成されることを特徴とする電子部品。
【請求項８】
請求項６記載の電子部品において、
前記電磁気的素子は、複数の前記可動構造素子の間に電気的に接続された、前記振動に応じて容量が変化する少なくとも１つの可変容量であり、
初段の前記可動構造素子の固定接点に印加された直流電圧を昇圧して最終段の前記可動構造素子の固定接点から出力することを特徴とする電子部品。
【請求項９】
請求項８記載の電子部品において、
前記電磁気的素子は、前記基板に対して振動自在に支持される第２の可動部と、この第２の可動部と一体で形成された第２の可動接点と、前記第２の可動部が振動する方向に前記第２の可動接点と対向して配置された固定電極とからなり、
前記第２の可動接点と前記固定電極とが接触しない範囲で前記第２の可動部が振動し、前記第２の可動接点と前記固定電極との間に容量が形成されることを特徴とする電子部品。
【請求項１０】
請求項６記載の電子部品において、
前記電磁気的素子は、複数の前記可動構造素子と電気的に接続された、前記振動に応じて電圧が変化する交流電源であり、
前記電磁気的素子が生成する交流電圧を整流することを特徴とする電子部品。
【請求項１１】
請求項１０記載の電子部品において、
前記電磁気的素子は、前記基板に対して振動自在に支持される可動電極と、前記可動電極が振動する方向に前記可動電極と対向して配置され、所定の電荷を帯びた固定部とからなり、
前記可動電極と前記固定部とが接触しない範囲で前記可動電極が振動することを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの振動に応じて機械的に動き、ダイオード、可変容量、スイッチ等の機能を果たす電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器や超小型センサに供給する電源についての技術開発が進んでいる。従来のボタン電池ではサイズが大きく小型化に適さないため、身の回りの環境にある振動・熱・加重などの物理量をエネルギーに変換して利用する技術が検討されている。これによって無給電の超小型ユビキタスデバイスを身の回りに多数配置したセンサネットワークの構築が可能となる。
【０００３】
このような小型デバイスのための発電素子として、例えば、振動をエネルギーに変換する振動発電素子が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。図２２に振動発電素子の構成を示す。振動発電素子１５００は、重り１５０１とばね１５０２と磁石１５０３とコイル１５０４とが筒状の構造体１５０５の内部に形成された構造をしている。この素子に加え、スイッチと、レギュレーターと、ＤＳＰからなるＬＳＩとを接続することで、４００μＷ程度の発電が可能だと見積もられている。
【０００４】
また、他の振動発電素子として、可変容量とＬＣ回路とタイミング回路とからなる振動発電素子が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。可変容量は、板ばねの先についた重りと固定した対向電極とで構成されており、振動で重りが揺れると、対向電極と重りとの距離が変化する。発電装置は２．５ｃｍ×７ｃｍの大きさで、この構成により１２０ｎＷの発電を可能にしている。また、同様な振動発電素子として１．２ｋＨｚの振動を加えることにより１００μＷの発電が見積もられているものもある（例えば、非特許文献３参照）。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】R.Amirtharajah et al.，「Self-powered signal processing using vibration-based power generation」，IEEE J.Solid-state Circuits，vol.33，No.5，p.687-695，1998
【非特許文献２】M.Miyazaki et al.，「Electric-energy generation using variable-capacitive resonator for power-free LSI:effciency analysis and fundamental experiment」，IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design(ISLPED)，p.193-198,2003
【非特許文献３】T.Sterken et al.，「Power extraction from ambient vibration」，Workshop on Semiconductr Sensors(SeSens)，p.680-683,2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の振動発電素子が出力する電力は外部の環境や状況の影響を直接的に受けるために一定ではなく、振動発電素子の出力を整流・変圧するための回路や電気部品が必要である。例えば、図２２に示した振動発電素子１５００によって生じた交流電圧を直流電圧に整流するためには、図２３に示すようなダイオードを用いた整流回路１５０６が用いられる。しかしながら、このような整流回路では、ダイオードによる電圧降下が生じ、外部に取り出せる電力が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
また、振動発電素子１５００の出力電圧を昇圧するには、トランジスタ等のスイッチ素子や振動に合わせてスイッチ素子をオン／オフさせる制御回路などからなる昇圧回路が必要であった。しかし、このような昇圧回路では、スイッチ素子による電圧降下が生じ、またスイッチ素子や制御回路によって電力が消費され、外部に取り出せる電力が低下してしまうという問題点があった。以上のように、従来の整流回路や昇圧回路では、回路自身が電力を消費してしまうため、電力供給の効率が低下してしまうという問題があり、これらの回路を無給電の超小型ユビキタスデバイスに使用することは困難であった。なお、回路自身の電力消費という問題は、振動発電素子を用いない場合でも同様に発生する。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、回路の電力消費を低減することができる電子部品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】
【０００９】
本発明の電子部品は、基板上に形成された、外部からの振動に応じてオン／オフする可動構造素子を有し、この可動構造素子は、前記基板に対して振動自在に支持される第１の可動部と、この第１の可動部と一体で形成された第１の可動接点と、前記第１の可動部が振動する方向に前記第１の可動接点と対向して配置された固定接点とからなり、前記振動に応じて前記第１の可動接点と前記固定接点とが導通状態と非導通状態を交互に繰り返すものである。
また、本発明の電子部品の１構成例は、複数の前記可動構造素子を有するものである。
また、本発明の電子部品の１構成例は、複数の前記可動構造素子の各第１の可動部が一体化して形成されるものである。
また、本発明の電子部品の１構成例において、前記可動構造素子は、前記第１の可動部が振動する方向に配置された複数の前記第１の可動接点と、各第１の可動接点と対向して配置された複数の前記固定接点とを備えるものである。
また、本発明の電子部品の１構成例は、さらに、複数の前記可動構造素子の間に電気的に接続された少なくとも１つの容量素子を有し、初段の前記可動構造素子の固定接点に印加された直流電圧を昇圧して最終段の前記可動構造素子の固定接点から出力するものである。
【００１０】
また、本発明の電子部品の１構成例は、さらに、前記可動構造素子と電気的に接続された、前記振動によって電磁気的変化を生じる電磁気的素子を有するものである。
また、本発明の電子部品の１構成例において、前記電磁気的素子は、前記可動構造素子と一体化して形成されるものである。
また、本発明の電子部品の１構成例において、前記電磁気的素子は、複数の前記可動構造素子の間に電気的に接続された、前記振動に応じて容量が変化する少なくとも１つの可変容量であり、本発明の電子部品は、初段の前記可動構造素子の固定接点に印加された直流電圧を昇圧して最終段の前記可動構造素子の固定接点から出力するものである。
また、本発明の電子部品の１構成例において、前記電磁気的素子は、前記基板に対して振動自在に支持される第２の可動部と、この第２の可動部と一体で形成された第２の可動接点と、前記第２の可動部が振動する方向に前記第２の可動接点と対向して配置された固定電極とからなり、前記第２の可動接点と前記固定電極とが接触しない範囲で前記第２の可動部が振動し、前記第２の可動接点と前記固定電極との間に容量が形成されるものである。
【００１１】
また、本発明の電子部品の１構成例において、前記電磁気的素子は、複数の前記可動構造素子と電気的に接続された、前記振動に応じて電圧が変化する交流電源であり、本発明の電子部品は、前記電磁気的素子が生成する交流電圧を整流するものである。
また、本発明の電子部品の１構成例において、前記電磁気的素子は、前記基板に対して振動自在に支持される可動電極と、前記可動電極が振動する方向に前記可動電極と対向して配置され、所定の電荷を帯びた固定部とからなり、前記可動電極と前記固定部とが接触しない範囲で前記可動電極が振動するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外部からの振動に応じてオン／オフする可動構造素子を基板上に形成し、この可動構造素子を、基板に対して振動自在に支持される第１の可動部と、この第１の可動部と一体で形成された第１の可動接点と、第１の可動部が振動する方向に第１の可動接点と対向して配置された固定接点とから構成することにより、外部からの振動に応じて機械的に動き、ダイオード、可変容量、スイッチ等の機能を果たす電子部品を実現することができる。これにより、本発明では、半導体からなるダイオードやトランジスタを用いる必要性を低下させ、またスイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路を用いる必要性を低下させることができるので、回路の消費電力を低減することができ、外部への電力供給の効率を向上させることができる。
【００１３】
また、複数の可動構造素子の各第１の可動部を一体化して形成することにより、外部からの振動による各第１の可動部の機械的な動きを一体化し、各接点のタイミングを正確に合わせることができる。
【００１４】
また、複数の可動構造素子の間に少なくとも１つの容量素子を接続することにより、初段の可動構造素子の固定接点に印加された直流電圧を昇圧して最終段の可動構造素子の固定接点から出力する昇圧回路を実現することができる。
【００１５】
また、振動によって電磁気的変化を生じる電磁気的素子を可動構造素子と接続することにより、外部の直流電源や、振動に合わせて電圧を印加する電圧印加手段を用いることなく、昇圧回路や整流回路等を実現することができる。
【００１６】
また、電磁気的素子を可動構造素子と一体化して形成することにより、電磁気的素子の機械的な動きと可動構造素子の機械的な動きとを一体化することができ、また回路全体を小型化することができる。
【００１７】
また、電磁気的素子として振動に応じて容量が変化する少なくとも１つの可変容量を用いることにより、振動に合わせて電圧を印加する電圧印加手段を用いることなく、昇圧回路を実現することができ、回路を小型化することができる。
【００１８】
また、電磁気的素子として振動に応じて電圧が変化する交流電源を用いることにより、振動発電素子等の交流電源を用いることなく、交流電源とその整流回路とを実現することができ、回路を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の電子部品のＩ−Ｉ線断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）の電子部品のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２０】
電子部品１は、可動構造素子２と配線８ａ，８ｂとから構成される。可動構造素子２は、外部からの振動に応じて動くための重りを備えた可動部３と、可動部３を支持する支持部４と、支持部４に対して可動部３を可動自在に支えるばね５と、可動接点６と、可動接点６と対向して配置された固定接点７とからなる。図示しない外部の回路と接続された配線８ａは固定接点７に接続され、同じく外部の回路に接続された配線８ｂは支持部４に接続されている。可動部３と支持部４とばね５と可動接点６と固定接点７と配線８ａ，８ｂとは導電材料によって形成される。また、可動部３とばね５と可動接点６とは一体成形されている。
【００２１】
以上の電子部品１は、平面視で数１０μｍから１ｍｍ程度の大きさであり、基板１１上に絶縁膜１２を介して形成されている。可動部３と絶縁膜１２との間には、可動部３を可動とするために中空部１３が形成されている。ばね５は、可動部３が図１（Ａ）の左右方向に振動可能なように可動部３を支えている。したがって、図１（Ａ）の左右方向に振動する振動源に基板１１を固定すると、可動部３は図１（Ａ）の左右方向に振動し始める。この可動部３の振幅が大きくなると、可動部３と一体成形された可動接点６は、固定接点７と周期的に接触する。このようにして外部から与えた振勤に応じて、可動接点６と固定接点７とが周期的に接触し、その結果、配線８ａと８ｂとが導通状態と非導通状態を交互に繰り返す。すなわち、電子部品１は、外部からの振動に伴ってオン／オフする。
【００２２】
また、電子部品は図２のように構成してもよい。図２に示す電子部品１ａは、可動構造素子２ａと配線８ａ，８ｂ，８ｃとから構成される。可動構造素子２ａは、可動部３と、支持部４と、ばね５と、可動接点６，９と、固定接点７，１０とからなる。電子部品１ａは、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示した電子部品１に対して、可動接点９と固定接点１０と配線８ｃとを加えたものである。配線８ａは固定接点７に接続され、配線８ｂは支持部４に接続され、配線８ｃは固定接点１０に接続されている。
【００２３】
外部からの振動に伴って、可動部３が図２の左方向に移動した場合は、固定接点７と可動接点６とが接触し、配線８ａと配線８ｂとが導通状態となる。このとき、右側の固定接点１０と可動接点９とは接触していないので、配線８ｂと配線８ｃとは非導通状態である。その後、可動部３が図２の右方向に移動した場合は、固定接点７と可動接点６とが離れて、配線８ａと配線８ｂとが非導通状態になると共に、固定接点１０と可動接点９とが接触して、配線８ｂと配線８ｃとが導通状態となる。このようにして、外部からの振動に伴って切り換わるスイッチを実現することができる。
【００２４】
また、電子部品は図３のように構成してもよい。図３に示す電子部品１ｂは、可動構造素子２ｂと配線８ａ，８ｂとから構成される。可動構造素子２ｂは、可動部３と、支持部４と、ばね５と、可動接点６，９と、固定接点７，１０とからなる。電子部品１ｂは、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示した電子部品１に対して、可動接点９と固定接点１０とを加えたものである。ただし、図２の場合とは異なり、固定接点１０からの配線は形成していない状態とする。
【００２５】
このように、可動部３とその周囲の構造を左右対称にしておくことで、規則的な振動が実現される。つまり、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示した電子部品１のように片側のみに接点がある場合は、接触時に固定接点７と可動接点６とが衝突して発生する力により、左右非対称の不整な振動になってしまうが、図３のように両側に接点を形成することで、左右対称な規則的な振動が実現される。
【００２６】
なお、以上の電子部品は、外部からの振動に応じて振動することで、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すような回路素子と等価な機能を有する。電子部品１と１ｂは、図４（Ａ）に示すスイッチ素子と等価である。また、電子部品１ａは、図４（Ｂ）に示すスイッチ素子と等価である。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、外部からの振動に応じて機械的に動き、ダイオード、可変容量、スイッチ等の機能を果たす電子部品を実現することができる。これにより、本実施の形態では、半導体からなるダイオードやトランジスタを用いる必要性を低下させ、またスイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路を用いる必要性を低下させることができるので、回路の消費電力を低減することができ、外部への電力供給の効率を向上させることができる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。電子部品２１は、第１の実施の形態で説明した可動構造素子２ｂと同じ構成の可動構造素子２２ａ，２２ｂと、配線２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄと、容量３１と、図示しない電圧印加手段とから構成される。この電子部品２１は、回路的には図６の昇圧回路と同様の働きをする。
【００２９】
可動構造素子２２ａの固定接点２７ａは、配線２８ａを介して直流電源３２と接続されている。可動構造素子２２ａの支持部２４ａと可動構造素子２２ｂの支持部２４ｂと容量３１の一端とは、配線２８ｃにより接続されている。容量３１の他端は、配線２８ｄを介して電圧印加手段３３の出力に接続されている。可動構造素子２２ｂの固定接点２７ｂは、配線２８ｂを介して出力端子ＯＵＴに接続されている。なお、図５に示す構成は同一基板上に形成されるが、直流電源３２と電圧印加手段３３とをこの基板上に形成する必要はない。
【００３０】
以下、電子部品２１の動作について説明する。第１の実施の形態で説明したとおり、可動構造素子２２ａ，２２ｂの可動部２３ａ，２３ｂは外部からの振動に応じて図５の左右方向に振動し、スイッチングする。電圧印加手段３３は、振動に合わせて節点Ｎ１に電圧を印加する。可動構造素子２２ａの可動接点２６ａと固定接点２７ａとが接触してオン状態になると、配線２８ａと２８ｃとが導通状態になって、直流電源３２から供給される電圧Ｖにより容量３１に電荷が充電される。その後、可動構造素子２２ａ，２２ｂが共にオフの状態になる。このとき、電圧印加手段３３から節点Ｎ１に電圧Ｖ’を印加する。その後、可動構造素子２２ｂの可動接点２６ｂと固定接点２７ｂとが接触してオン状態になると、配線２８ｂと２８ｃとが導通状態になって、出力端子ＯＵＴに電圧（Ｖ＋Ｖ’）が出力される。
【００３１】
こうして、電子部品２１は、直流電源３２の電圧Ｖを昇圧して出力する昇圧回路として機能する。従来、図６に示す昇圧回路を実現するには、トランジスタ等からなるスイッチ素子や、このスイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路等が必要であった。しかし、本実施の形態によれば、外部からの振動に応じて可動構造素子２２ａ，２２ｂがスイッチングを行うので、スイッチ素子や制御回路が不要になり、回路の消費電力を低減することができる。
【００３２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について図を参照して説明する。図７は本発明の第３の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。本実施の形態は第２の実施の形態を多段昇圧回路に拡張したものである。電子部品４１は、第１の実施の形態で説明した可動構造素子２ａと同じ構成の可動構造素子４２−１〜４２−ｎと、配線４８−１〜４８−（ｎ＋１），５３−１〜５３−ｎ，５４−１〜５４−ｎと、容量５１−１〜５１−ｎと、図示しない電圧印加手段とから構成される。この電子部品４１は、回路的には図８のｎ段昇圧回路と同様の働きをする。
【００３３】
電子部品４１は、可動構造素子４２（４２−１〜４２−ｎ）と配線５３（５３−１〜５３−ｎ），５４（５４−１〜５４−ｎ）と容量５１（５１−１〜５１−ｎ）とからなる構成を１単位として、この１単位の構成をｎ（ｎは２以上の偶数）個並べて接続したものである。可動構造素子４２−１〜４２−ｎの支持部４４−１〜４４−ｎと容量５１−１〜５１−ｎの一端とは、配線５３−１〜５３−ｎにより接続され、容量５１−１〜５１−ｎの他端は、配線５４−１〜５４−ｎを介して電圧印加手段５６の出力に接続されている。可動構造素子４２−１の固定接点４７−１は、配線４８−１を介して直流電源５５と接続され、可動構造素子４２−ｎの固定接点５０−ｎは、配線４８−（ｎ＋１）を介して出力端子ＯＵＴと接続されている。また、可動構造素子４２−ｊ（ｊは１からｎ−１までの整数）の固定接点５０−ｊは、配線４８−（ｊ＋１）を介して可動構造素子４２−（ｊ＋１）の固定接点４７−（ｊ＋１）と接続されている。なお、図７に示す構成は同一基板上に形成されるが、直流電源５５と電圧印加手段５６をこの基板上に形成する必要はない。
【００３４】
以下、電子部品４１の動作を図９を用いて説明する。図９（Ａ）は可動構造素子４２−１〜４２−ｎの可動部４３−１〜４３−ｎの変位を示し、図９（Ｂ）は電圧印加手段５６から電子部品４１に印加される信号φ１を示し、図９（Ｃ）は電圧印加手段５６から電子部品４１に印加される信号φ２を示す。第１の実施の形態で説明したとおり、可動構造素子４２−１〜４２−ｎの可動部４３−１〜４３−ｎは外部からの振動に応じて図７の左右方向に振動し、スイッチングする。電圧印加手段５６は、振動に合わせて節点Ｎ１，Ｎ３，・・・・Ｎｎ−１に信号φ１を印加し、接点Ｎ２，Ｎ４，・・・・，Ｎｎに信号φ２を印加する。
【００３５】
外部からの振動により可動部４３−１〜４３−ｎが最も変位した場合、固定接点と可動接点とが接触してスイッチオンの状態となる。例えば図９（Ａ）に示すように、可動部４３−１〜４３−ｎが図７の左方向に最大変位した場合には、可動構造素子４２−１の可動接点４６−１と固定接点４７−１とが接触し、また可動構造素子４２−２の可動接点４９−２と固定接点５０−２とが接触する。一方、可動部４３−１〜４３−ｎが図７の右方向に最大変位した場合には、可動構造素子４２−１の可動接点４９−１と固定接点５０−１とが接触し、また可動構造素子４２−２の可動接点４６−２と固定接点４７−２とが接触する。
【００３６】
これに対して、電圧印加手段５６は、可動部４３−１〜４３−ｎが右方向に変位したときに節点Ｎ１，Ｎ３，・・・・Ｎｎ−１に印加する信号φ１の電位をＶ’とし（図９（Ｂ））、可動部４３−１〜４３−ｎが左方向に変位したときに接点Ｎ２，Ｎ４，・・・・，Ｎｎに印加する信号φ２の電位をＶ’とする（図９（Ｃ））。こうして、電子部品４１は、直流電源５５の電圧Ｖをｎ段昇圧して出力する昇圧回路として機能する。
【００３７】
従来、図８に示すｎ段昇圧回路を実現するには、トランジスタ等からなるスイッチ素子や、このスイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路等が必要であった。しかし、本実施の形態によれば、外部からの振動に応じて可動構造素子４２−１〜４２−ｎがスイッチングを行うので、スイッチ素子や制御回路が不要になり、回路の消費電力を低減することができる。
【００３８】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について図を参照して説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。電子部品６１は、第１の実施の形態で説明した可動構造素子２ｂと同じ構成の可動構造素子６２ａ，６２ｂと、配線６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄ，７６と、可変容量７１とから構成される。この電子部品６１は、回路的には図１１の昇圧回路と同様の働きをする。
【００３９】
可動構造素子６２ａの固定接点６７ａは、配線６８ａを介して直流電源７７と接続されている。可動構造素子６２ｂの固定接点６７ｂは、配線６８ｂを介して出力端子ＯＵＴに接続されている。可変容量７１は、可動部７２と、支持部７３と、可動接点７４と、可動接点７４と対向して配置された固定電極７５とからなる。固定電極７５は配線７６を介してグランドＧＮＤに接続されている。この可変容量７１は、図３に示した可動構造素子２ｂにおいて固定接点７を固定電極７５に置き換えたものである。なお、図１０に示す構成は同一基板上に形成されるが、直流電源７７をこの基板上に形成する必要はない。
【００４０】
外部から振動が与えられたとき、可変容量７１の可動部７２は、可動構造素子６２ａ，６２ｂの可動部６３ａ，６３ｂと同様に図１０の左右方向に振動する。ただし、可変容量７１の可動接点７４と固定電極７５とは、可動部７２が振動しても接触はせず、その間隔が変化する。これにより、可変容量７１は、外部からの振動に応じて容量が変化する。可動構造素子６２ａの支持部６４ａと可変容量７１の支持部７３とは配線６８ｃにより接続され、可動構造素子６２ｂの支持部６４ｂと可変容量７１の支持部７３とは配線６８ｄにより接続されている。
【００４１】
この電子部品６１の動作を図１１を用いて説明する。可変容量７１の容量が最大値Ｃｍａｘのときに、可動構造素子６２ａをスイッチオンの状態にして、可動構造素子６２ｂをスイッチオフの状態にすることで、直流電源７７の電圧Ｖにより可変容量７１を充電する。その後、可動構造素子６２ａをオフ状態にして、可変容量７１の容量を最小値Ｃｍｉｎに低下させることにより、可変容量７１の両端電圧をＶ×（Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ）に上昇させる。ここで、可動構造素子６２ｂをオン状態にすることで、Ｖ×（Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ）の電圧が出力端子ＯＵＴから出力される。この動作を繰り返すことで、可変容量を変化させるエネルギーを用いて、電圧Ｖを昇圧させることが可能となる。
【００４２】
従来、図１１に示す昇圧回路を実現するには、トランジスタ等からなるスイッチ素子や、可変容量の容量値に応じてスイッチ素子をタイミングよくオン／オフさせる制御回路等が必要であった。また、スイッチ素子の代わりにダイオードを用いて一方向にのみ電流を流す方法を用いても図１１の回路を実現することが可能であるが、この場合にはダイオードにより出力電圧が低下するという問題があった。
【００４３】
これに対して、本実施の形態では、図１１の機能をトランジスタ等からなるスイッチ素子や制御回路等を必要とせずに実現することができる。外部から振動を与えることによって、可動構造素子６２ａ、６２ｂの可動部６３ａ，６３ｂと可変容量７１の可動部７２とが図１０の左右方向に振動する。可動部６３ａ，６３ｂ，７２が図１０の左方向に最大変位した場合、可動構造素子６２ａはオン状態に、可動構造素子６２ｂはオフ状態になり、可変容量７１は容量が最大値Ｃｍａｘの状態となる。これにより、可変容量７１に電荷が蓄積される。
【００４４】
続いて、可動部６３ａ，６３ｂ，７２が図１０の右方向に移動し始めると、可動構造素子６２ａがオフ状態になるので、可変容量７１の容量が減少して、可変容量７１の両端電圧が上昇する。さらに、可動部６３ａ，６３ｂ，７２が図１０の右方向に最大変位すると、可動構造素子６２ｂがオン状態になるので、可変容量７１は最小値Ｃｍｉｎをとり、Ｖ×（Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ）に上昇した電圧が出力端子ＯＵＴに出力される。このようにして、電子部品６１は、直流電源７７の電圧Ｖを昇圧して出力する。
【００４５】
したがって、本実施の形態によれば、制御回路による電力消費や半導体素子による電圧降下がなく、効率のよい昇圧をすることができる。また、第２の実施の形態では、振動に合わせて電圧を印加する電圧印加手段が必要であったが、本実施の形態では電圧印加手段を用いる必要がなく、第２の実施の形態に比べて消費電力をさらに低減することができる。
【００４６】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について図を参照して説明する。図１２は本発明の第５の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図であり、図１０と同様の構成には同一の符号を付してある。図１２に示す電子部品６１ａは、図１０に示した可動構造素子６２ａ、６２ｂの可動部６３ａ，６３ｂと可変容量７１の可動部７２とを一体化して形成したものである。可動部６３ａと６３ｂと７２とは接続部７８を介して接続されている。
【００４７】
可動部６３ａと６３ｂと７２とを電気的に接続していた配線６８ｃ，６８ｄを接続部７８で置き換えることで、スイッチとして機能する部分と可変容量として機能する部分とが同じ変位をする。つまり、スイッチングのタイミングをより正確に合わせることができる。
【００４８】
［第６の実施の形態］
また、図１２の可動部６３ａと６３ｂと７２との一体化をさらに押し進めて、図１３に示すように可動部６３としてもよい。図１３に示す電子部品６１ｂは、可動構造素子６２と、配線６８ａ，６８ｂ，７６とから構成される。本実施の形態の電子部品６１ｂは、電子部品６１ａをより小型化したものである。本実施の形態によれば、図１１と同じ機能を、図１３のように小型かつ簡略に実現することができる。
【００４９】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について図を参照して説明する。図１４は本発明の第７の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。本実施の形態は第４の実施の形態〜第６の実施の形態を多段昇圧回路に拡張したものである。電子部品８１は、第６の実施の形態で説明した可動構造素子６２と同じ構成の可動構造素子８２−１〜８２−ｍと、配線９０−１〜９０−（ｍ＋１），９１−１，９１−３，・・・・，９１−ｍとから構成される。この電子部品８１は、回路的には図１５のｍ段昇圧回路と同様の働きをする。
【００５０】
電子部品８１は、可動構造素子８２と配線９０，９１とからなる構成を１単位として、この１単位の構成をｍ（ｍは３以上の奇数）個並べて接続したものである。可動構造素子８２−１の固定接点８７−１は、配線９０−１を介して直流電源９３と接続され、可動構造素子８２−ｍの固定接点８８−ｍは、配線９０−（ｍ＋１）を介して出力端子ＯＵＴと接続されている。また、可動構造素子８２−ｋ（ｋは１からｍ−１までの整数）の固定接点８８−ｋは、配線９０−（ｋ＋１）を介して可動構造素子８２−（ｋ＋１）の固定接点８７−（ｋ＋１）と接続されている。
【００５１】
可動構造素子８２−１の固定電極８９−１は、配線９１−１を介してグランドＧＮＤに接続され、可動構造素子８２−ｍの固定電極８９−ｍは、配線９１−ｍを介してグランドＧＮＤに接続されている。また、可動構造素子８２−ｉ（ｉは２からｍ−２までの整数）の固定電極８９−ｉと可動構造素子８２−（ｉ＋１）の固定電極８９−（ｉ＋１）とは、配線９１−（ｉ＋１）を介してグランドＧＮＤに接続されている。可動構造素子８２（８２−１〜８２−ｍ）の可動接点８６（８６−１〜８６−ｍ）と固定電極８９（８９−１〜８９−ｍ）とは、可変容量９２（９２−１〜９２−ｍ）を構成している。なお、図１４に示す構成は同一基板上に形成されるが、直流電源９３をこの基板上に形成する必要はない。
【００５２】
可動構造素子８２−１〜８２−ｍの可動部８３−１〜８３−ｍは、外部からの振動に応じて図１４の左右方向に振動する。可動部８３−１〜８３−ｍが図１４の左方向に最大変位したときは、可変容量９２−ｐ（ｐは１からｍまでの奇数）は最大値Ｃｍａｘ、可変容量９２−ｑ（ｑは２からｍ−１までの偶数）は最小値Ｃｍｉｎとなり、可動部８３−１〜８３−ｍが図１４の右方向に最大変位したときは、可変容量９２−ｐは最小値Ｃｍｉｎ、可変容量９２−ｑは最大値Ｃｍａｘとなる。つまり、可変容量９２−ｐの組は同じタイミングで容量が変化し、可変容量９２−ｑの組は可変容量９２−ｐと逆位相で容量が変化する。
【００５３】
このように、本実施の形態では、可変容量９２−ｐ，９２−ｑが変化することで、ｍ段昇圧回路を、トランジスタ等からなるスイッチ素子や、このスイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路等を用いることなく実現することができ、回路の消費電力を低減することができる。また、第３の実施の形態では、信号φ１，φ２を印加する電圧印加手段が必要であったが、本実施の形態では電圧印加手段を用いる必要がなく、第３の実施の形態に比べて消費電力をさらに低減することができる。
【００５４】
なお、第６の実施の形態で説明した機械的な一体化を、本実施の形態の電子部品８１にも適用することで、全ての可動構造素子を一体化させて振動させ、より正確にタイミングを一致させることが可能である。
【００５５】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について図を参照して説明する。図１６は本発明の第８の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。電子部品１０１は、第１の実施の形態で説明した可動構造素子２ｂと同じ構成の可動構造素子１０２ａ〜１０２ｄと、配線１０８〜１１１とから構成される。この電子部品１０１は、回路的には図１７の整流回路と同様の働きをする。
【００５６】
可動構造素子１０２ａの支持部１０４ａと可動構造素子１０２ｃの固定接点１０７ｃとは、配線１０８を介して交流電源１１６の一端と接続され、可動構造素子１０２ｂの支持部１０４ｂと可動構造素子１０２ｄの固定接点１０７ｄとは、配線１０９を介して交流電源１１６の他端と接続されている。可動構造素子１０２ａの固定接点１０７ａと可動構造素子１０２ｂの固定接点１０７ｂとは、配線１１０を介して出力端子１１４と接続され、可動構造素子１０２ｃの支持部１０４ｃと可動構造素子１０２ｄの支持部１０４ｄとは、配線１１１を介して出力端子１１５と接続されている。
【００５７】
図１６に示す電子部品１０１においては、ダイオードの働きを可動構造素子１０２ａ〜１０２ｄが担い、交流電源１１６からの交流電圧を整流して、直流電圧として出力端子１１４と１１５との間に出力する。交流電源１１６は、外部からの振動に応じて発電した交流電圧を発生するものとする。ここでは、図１６の右方向に振動したときに交流電源１１６から正電圧が発生し、図１６の左方向に振動したときに負電圧が発生するとする。交流電源１１６としては、例えば図２２に示した振動発電素子を用いることができる。
【００５８】
可動構造素子１０２ａ〜１０２ｄの可動部１０３ａ〜１０３ｄは、外部からの振動に応じて図１６の左右方向に振動し、スイッチングする。可動部１０３ａ〜１０３ｄが図１６の右方向に変位すると、可動構造素子１０２ａと１０２ｄとがスイッチオンで、可動構造素子１０２ｂと１０２ｃとがスイッチオフの状態となり、出力端子１１４と１１５との間には正電圧が印加される。次に、可動構造素子１０２ａ〜１０２ｄの可動部１０３ａ〜１０３ｄが図１６の左方向に変位すると、可動構造素子１０２ａと１０２ｄとがスイッチオフで、可動構造素子１０２ｂと１０２ｃとがスイッチオンの状態となる。このときも、交流電源１１６は負電圧を発生しているが、可動構造素子１０２ｂと１０２ｃとがスイッチオンしていることから、出力端子１１４と１１５との間には正電圧が印加される。
【００５９】
従来、図１７に示す整流回路を実現するには、ダイオードが必要であり、ダイオードによる電圧降下が発生する。これに対して、本実施の形態では、可動構造素子１０２ａ〜１０２ｄを導体で形成しており、接点が導通したときの抵抗はきわめて小さいので、本実施の形態の電子部品１０１を用いれば、電圧降下がない状態で整流した電圧を取り出すことが可能となる。
【００６０】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について図を参照して説明する。図１８は本発明の第９の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図であり、図１６と同様の構成には同一の符号を付してある。図１８に示す電子部品１０１ａは、図１６に示した可動構造素子１０２ａ〜１０２ｄの可動部１０３ａ〜１０３ｄを一体化して形成したものである。電子部品１０１ａは、可動構造素子１１７と、配線１２６〜１２９とから構成される。
【００６１】
可動構造素子１１７は、可動接点１２０ａと１２１ａとを有する可動部１１８ａと、可動接点１２０ｂと１２１ｂとを有する可動部１１８ｂと、可動部１１８ａと１１８ｂとを機械的に連結し、かつ電気的に分離する絶縁部１１９と、固定接点１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂと、支持部１２４，１２５とからなる。可動構造素子１１７の固定接点１２２ｂと１２３ａとは、配線１２６を介して交流電源１１６の一端に接続され、固定接点１２２ａと１２３ｂとは、配線１２７を介して交流電源１１６の他端に接続されている。また、可動構造素子１１７の支持部１２４は、配線１２８を介して出力端子１１４と接続され、支持部１２５は、配線１２９を介して出力端子１１５と接続されている。
【００６２】
以上のように、本実施の形態では、図１６に示した可動構造素子１０２ａ〜１０２ｄの可動部１０３ａ〜１０３ｄを一体化して形成することにより、第８の実施の形態と比べてダイオードとして機能する４つの接点のタイミングをより正確に合わせることができ、また小型化することができる。
【００６３】
［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について図を参照して説明する。図１９は本発明の第１０の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図であり、図１８と同様の構成には同一の符号を付してある。図１９に示す電子部品１３１は、可動構造素子１１７，１３２と、配線１２８，１２９，１３７，１３８とから構成される。本実施の形態の電子部品１３１は、図１８に示した交流電源１１６の代わりに、交流電源となる可動構造素子１３２を用いたものである。
【００６４】
可動構造素子１３２は、電荷（たとえば負の電荷）を帯びた固定部１３３と、可動電極１３４と、可動電極１３４を支持する支持部１３５と、支持部１３５に対して可動電極１３４を可動自在に支えるばね１３６とからなる。可動構造素子１１７の固定接点１２２ｂと１２３ａとは、配線１３７を介して可動構造素子１３２の支持部１３５に接続され、固定接点１２２ａと１２３ｂとは、配線１３８を介してグランドＧＮＤに接続されている。
【００６５】
可動電極１３４は、外部からの振動に応じて図１９の左右方向に振動する。可動電極１３４が図１９の左方向に変位して固定部１３３と接近した場合、可動電極１３４に正の電荷が誘起されるため、グランドＧＮＤから正の電荷が流れ込む。このとき、可動構造素子１１７の可動部１１８ａ，１１８ｂも同様に左方向に動くため、可動接点１２０ａと固定接点１２２ａとが接触すると共に、可動接点１２０ｂと固定接点１２２ｂとが接触する。この結果、出力端子１１４と１１５との間に外部負荷を接続すれば、出力端子１１４から出力端子１１５の方向に電流が流れる。
【００６６】
一方、可動電極１３４が図１９の右方向に変位した場合には、可動電極１３４に蓄積された余剰の正の電荷がグランドＧＮＤに流れ込もうとする。このとき、可動構造素子１１７の可動部１１８ａ，１１８ｂも同様に右方向に動くため、可動接点１２１ａと固定接点１２３ａとが接触すると共に、可動接点１２１ｂと固定接点１２３ｂとが接触する。このときも、出力端子１１４から出力端子１１５の方向に電流が流れる。
【００６７】
このようにして、本実施の形態では、振動によって発電する可動構造素子１３２からの交流電圧を整流して直流電圧とすることができる。第９の実施の形態では交流電源１１６として図２２のような振動発電素子が必要であったが、本実施の形態によれば、より小型な可動構造素子１３２を用いて交流電源を実現できるので、第９の実施の形態に比べて小型化することができる。
【００６８】
［第１１の実施の形態］
次に、本発明の第１１の実施の形態について図を参照して説明する。図２０は本発明の第１１の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図であり、図１９と同様の構成には同一の符号を付してある。図２０に示す電子部品１４１は、図１９に示した可動構造素子１１７と可動構造素子１３２とを一体化して形成したものである。電子部品１４１は、可動構造素子１４２と、配線１２８，１２９，１４８，１４９とから構成される。
【００６９】
可動構造素子１４２は、可動接点１２０ａと１２１ａとを有する可動部１１８ａと、可動接点１２０ｂと１２１ｂとを有する可動部１１８ｂと、可動電極１４３ａ，１４３ｂと、可動部１１８ａと可動電極１４３ａとを機械的に連結し、かつ電気的に分離する絶縁部１４４ａと、可動部１１８ａと１１８ｂとを機械的に連結し、かつ電気的に分離する絶縁部１４４ｂと、可動部１１８ｂと可動電極１４３ｂとを機械的に連結し、かつ電気的に分離する絶縁部１４４ｃと、固定接点１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂと、支持部１２４，１２５，１４６，１４７と、負の電荷を蓄積している固定部１４５ａ，１４５ｂとからなる。可動構造素子１４２の固定接点１２２ｂと１２３ａと支持部１４７，１４６とは、配線１４８により互いに接続され、固定接点１２２ａと１２３ｂとは、配線１４９を介してグランドＧＮＤに接続されている。
【００７０】
可動電極１４３ａと固定部１４５ａとの関係、及び可動電極１４３ｂと固定部１４５ｂとの関係は、第１０の実施の形態で説明した可動構造素子１３２の可動電極１３４と固定部１３３との関係と同様である。こうして、本実施の形態では、振動によって交流電圧を発生する部分と、交流を直流に整流する部分とを一体化することにより、第１０の実施の形態に比べて小型化を実現することができる。
【００７１】
［第１２の実施の形態］
第１の実施の形態〜第１１の実施の形態では、電子部品に用いる可動構造素子として、基板に対して平行な面内で可動する構造を示したが、図２１に示すように、基板に対して鉛直方向に可動する構造としてもよい。図２１に示す可動構造素子１４０１は、基板１４０２上に絶縁膜１４０３を介して形成される。
【００７２】
可動構造素子１４０１は、固定接点１４０４，１４０５と、可動部１４０６と、可動部１４０６を支持する支持部１４０７と、支持部１４０７に対して可動部１４０６を可動自在に支えるばね１４０８と、固定接点１４０５と接続された配線１４０９と、支持部１４０７と接続された配線１４１０とからなる。固定接点１４０４，１４０５と可動部１４０６と支持部１４０７とばね１４０８と配線１４０９，１４１０とは、導電材料によって形成される。
【００７３】
可動部１４０６は、外部からの振動に応じて図２１の上下方向に振動する。可動部１４０６が図２１の上方向に変位した場合は、可動部１４０６と固定接点１４０５とが接触し、可動部１４０６が下方向に変位した場合は、可動部１４０６と固定接点１４０４とが接触する。こうして、第１の実施の形態〜第１１の実施の形態で用いた可動構造素子と同様の可動構造素子１４０１を実現することができる。
【００７４】
なお、第２の実施の形態〜第１１の実施の形態では、ダイオード、可変容量、スイッチ、トランジスタなどの素子からなる昇圧回路や整流回路の機能を、本発明の電子部品を用いて実現するための構成を説明したが、これらの素子で形成される他の回路に対しても本発明の電子部品を適用することができる。さらに、第２の実施の形態〜第１１の実施の形態では、振動によって発電する素子に用いる電子部品を示したが、振動センサなどの消費電力低減に適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、ダイオード、可変容量、スイッチ素子等の電子部品に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）、（Ｃ）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態となる電子部品の他の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態となる電子部品の他の構成を示す平面図である。
【図４】図１、図３の電子部品の等価回路図（Ａ）と図２の電子部品の等価回路図（Ｂ）である。
【図５】本発明の第２の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図６】図５の電子部品の等価回路図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図８】図７の電子部品の等価回路図である。
【図９】第３の実施の形態において可動構造素子の可動部の変位を示す図（Ａ）及び電圧印加手段から電子部品に印加される信号を示す図（Ｂ）、（Ｃ）である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図１１】図１０の電子部品の等価回路図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の第７の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図１５】図１４の電子部品の等価回路図である。
【図１６】本発明の第８の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図１７】図１６の電子部品の等価回路図である。
【図１８】本発明の第９の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図１９】本発明の第１０の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図２０】本発明の第１１の実施の形態となる電子部品の構成を示す平面図である。
【図２１】本発明の第１２の実施の形態となる電子部品の可動構造素子の構成を示す断面図である。
【図２２】従来の振動発電素子の構成を示す図である。
【図２３】図２２の振動発電素子の出力を整流する整流回路の回路図である。
【符号の説明】
【００７７】
１、１ａ、１ｂ、２１、４１、６１、６１ａ、６１ｂ、８１、１０１、１０１ａ、１３１、１４１…電子部品、２、２ａ、２２ａ、２２ｂ、４２、６２、８２、１０２ａ〜１０２ｄ、１１７、１３２、１４２、１４０１…可動構造素子、３、２３ａ、２３ｂ、４３、６３、７２、８３、１０３ａ〜１０３ｄ、１２１ａ、１２１ｂ、１４０６…可動部、４，２４ａ、２４ｂ、４４、６４、７３、１０４ａ〜１０４ｄ、１３５、１４６、１４７、１４０７…支持部、５、１３６，１４０８…ばね、６、９，２６ａ、２６ｂ、４６、４９、６６、７４、８４〜８６、１０６ａ〜１０６ｄ…可動接点、７、１０，２７ａ、２７ｂ、４７、５０、６７、８７、８８、１０７ａ〜１０７ｄ、１４０４、１４０５…固定接点、８ａ、８ｂ、８ｃ、２８ａ、２２ｂ、２８ｃ、２８ｄ、４８、５３、５４、６８、７６、９０、９１、１０８〜１１１、１２６〜１２９、１３７、１３８、１４８、１４９，１４０９，１４１０…配線、１１，１４０２…基板、１２，１４０３…絶縁膜、１３…中空部、３１、５１…容量、３２、５５、７７、９３…直流電源、３３、５６…電圧印加手段、７１、９２…可変容量、７５、８９…固定電極、１１６…交流電源、１３３、１４５ａ、１４５ｂ…固定部、１３４，１４３ａ、１４３ｂ…可動電極。
【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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【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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