(57)【要約】  可動に保持された基板からの配線を省略・簡略化できる振動発電器。  第１の基板と、第１の基板の下面に配置され電荷を保持した膜を含む第１の電極と、第１の基板から離間しかつ第１の基板の下面に対向して配置された第２の基板と、第１の電極と対向して第２の基板の上面に配置された第２の電極と、第１の基板の上面に配置され電荷を保持した膜を含む第３の電極と、第１の基板から離間しかつ第１の基板の上面に対向して配置された第３の基板と、第３の電極と対向して第３の基板の下面に配置された第４の電極とを含み、第１の電極が有する電荷を保持する膜と、第３の電極が有する電荷を保持する膜とが、異なる極性の電荷を保持し、第１の基板に外力が作用しないときは第１の基板を所定の位置に保持し、第１の基板に外力が作用して第１の基板が第２の基板に対して移動したときは第１の基板を前記所定の位置に戻す復元力を与える、復元力発生部材を更に含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の下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の基板の上面に配置された第２の電極と、
前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の上面に対向して配置された第３の基板と、
前記第３の電極と対向するように前記第３の基板の下面に配置された第４の電極と、
を含み、
前記第１の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷を保持する膜とが、異なる極性の電荷を保持し、
前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す復元力を与える、復元力発生部材を更に含むことを特徴とする振動発電器。
【請求項２】
前記復元力発生部材が、
前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第５の電極と、
前記第２の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第５の電極との間に静電力を生ずるように配置された第６の電極と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記第５の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第６の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする請求項２に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記復元力発生部材が、
前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第７の電極と、
前記第３の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第７の電極との間に静電力を生ずるように配置された第８の電極と、
を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の振動発電器。
【請求項５】
前記第７の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする請求項４に記載の振動発電器。
【請求項６】
前記第５の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、
前記第７の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記第５の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、
前記第７の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の振動発電器。
【請求項８】
前記第６の電極が前記第２の基板の外周に沿って形成され、前記第２の電極が前記第６の電極の内側に形成され前記第６の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続され、
前記第８の電極が前記第３の基板の外周に沿って形成され、前記第４の電極が前記第８の電極の内側に形成され前記第８の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続されていること特徴とする請求項４または５に記載の振動発電器。
【請求項９】
前記第１の電極の前記電荷を保持した膜と前記第３の電極の前記電荷を保持した膜とが異なる厚さを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１０】
前記復元力発生部材が、前記第１の基材に接続された弾性バネを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の振動発電器。
【請求項１１】
一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１２】
請求項１〜１１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１３】
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１２に記載の振動発電装置。
【請求項１４】
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１３に記載の振動発電装置。
【請求項１５】
請求項１２〜１４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１６】
請求項１〜１１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１７】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の発電装置を用いた電子機器。
【請求項１８】
請求項１〜１１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と、振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器に関し、とりわけ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と、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２２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。
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により第１の基板１１は定位置に戻る（保持される）ことができ、或いは、第１の基板１１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。この動きにより、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５２９５７４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【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.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の振動発電器では、第１の基板から電気エネルギーを取り出すために、導電性表面領域から配線を引き出す必要がある。しかし、導電性表面領域が形成されている第１の基板はバネによって可動に保持されているため、配線を引き出すことは簡単ではない。
すなわち、第１の基板から電気エネルギーを取り出すための配線が第１の基板の振動を阻害する場合がある問題、および第１の振動によりこの配線が経時変化し、断線する場合があるという問題があった。【０００７】
また、導電性表面領域の代わりにエレクトレットを第１の基板に設けた場合にも、エレクトレットの表面電位を安定化するための裏電極を第１の基板に配置する必要があり、これをアースに落とすための配線を設ける必要があるため同様の問題を生ずる。【０００８】
そこで、本発明は可動に保持された基板からの配線を省略または簡略化できる、振動発電器を提供することを目的とする。
またこのような振動発電器を含む振動発電装置と、振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器とを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様１は、第１の基板と、前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第１の電極と、前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の下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の基板の上面に配置された第２の電極と、前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の上面に対向して配置された第３の基板と、前記第３の電極と対向するように前記第３の基板の下面に配置された第４の電極と、を含み、前記第１の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷を保持する膜とが、異なる極性の電荷を保持し、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す復元力を与える、復元力発生部材を更に含むことを特徴とする振動発電器である。【００１０】
本発明の態様２は、前記復元力発生部材が、前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第５の電極と、前記第２の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第５の電極との間に静電力を生ずるように配置された第６の電極と、を含むことを特徴とする態様１に記載の振動発電器である。【００１１】
本発明の態様３は、前記第５の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第６の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする態様２に記載の振動発電器である。【００１２】
本発明の態様４は、前記復元力発生部材が、前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第７の電極と、前記第３の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第７の電極との間に静電力を生ずるように配置された第８の電極と、を含むことを特徴とする態様２または３に記載の振動発電器である。【００１３】
本発明の態様５は、前記第７の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする態様４に記載の振動発電器である。【００１４】
本発明の態様６は、前記第５の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、前記第７の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする態様４または５に記載の振動発電器である。【００１５】
本発明の態様７は、前記第５の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、前記第７の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする態様４または５に記載の振動発電器である。【００１６】
本発明の態様８は、前記第６の電極が前記第２の基板の外周に沿って形成され、前記第２の電極が前記第６の電極の内側に形成され前記第６の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続され、前記第８の電極が前記第３の基板の外周に沿って形成され、前記第４の電極が前記第８の電極の内側に形成され前記第８の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続されていること特徴とする態様４または５に記載の振動発電器である。【００１７】
本発明の態様９は、前記第１の電極の前記電荷を保持した膜と前記第３の電極の前記電荷を保持した膜とが異なる厚さを有することを特徴とする態様１〜８のいずれかに記載の振動発電器である。【００１８】
本発明の態様１０は、前記復元力発生部材が、前記第１の基材に接続された弾性バネを含むことを特徴とする態様１〜９のいずれかに記載の振動発電器である。【００１９】
本発明の態様１１は、一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする態様１〜１０のいずれかに記載の振動発電器。【００２０】
本発明の態様１２は、態様１〜１１のいずれか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。【００２１】
本発明の態様１３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１２に記載の振動発電装置である。【００２２】
本発明の態様１４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１３に記載の振動発電装置である。【００２３】
本発明の態様１５は、態様１２〜１４のいずれかに記載の振動発電装置を用いた通信装置である。【００２４】
本発明の態様１６は、態様１〜１１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。【００２５】
本発明の態様１７は、態様１２〜１４のいずれかに記載の発電装置を用いた電子機器である。【００２６】
本発明の態様１８は、態様１〜１１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。
【発明の効果】
【００２７】
本願発明により、可動に保持された基板からの配線を、省略または簡略化することが可能な振動発電器と、振動発電装置と、振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動発電器の断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る、（ａ）第１の基板の上面図、及び（ｂ）第２の基板を示す上面図
【図３】本発明の実施の形態１に係るエレクトレット電極の断面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る他の構造の第１の基板、及び第２の基板を示す上面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る振動発電器の断面図
【図６】本発明の実施の形態３に係る、（ａ）振動発電器の断面図と、（ｂ）第５の電極の構図を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態４に係る、（ａ）振動発電器の第３の基板を示す上面図と、（ｂ）Ｂ−Ｂにおける断面図
【図８】本発明の実施の形態５に係る振動発電器の断面図
【図９】本発明の実施の形態５に係る振動発電器の他の構成を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態６に係る振動発電器の断面図
【図１１】図１０に示す振動発電器の発電に寄与する部分の断面図
【図１２】本発明の実施の形態６の変形に係る第１の電極と第３の電極の断面図
【図１３】本発明の実施の形態７に係る振動発電器の断面図
【図１４】本発明の実施の形態８に係る振動発電器の断面図
【図１５】本発明の実施の形態９に係るエレクトレットの断面図
【図１６】は表面電位の測定方法を示す模式図
【図１７】本発明の実施の形態１０に係る振動発電装置を示すブロック図
【図１８】本発明の実施の形態１０に係る振動発電装置の各部の電圧波形を示す図
【図１９】本発明の実施の形態１０に係る振動発電装置を他の構成を示すブロック図
【図２０】本発明の実施の形態１１に係る振動発電装置を用いた通信装置を示す図
【図２１】本発明の実施の形態１２に係る振動発電装置を用いた電子機器を示す図
【図２２】従来の静電誘導型振動発電器の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。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。
【００３０】
１．実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態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の第１の基板１０２（図２（ａ））、及び第２の基板１０３Ｌ（図２（ｂ））の上面図である。図１が示す断面は、図２のＡ−Ａ断面に相当する。
【００３１】
振動発電器１００は、振動可能な基板（可動基板）である第１の基板１０２と、第１の基板１０２の一方の面（図１では第１の基板１０２の下面）に対向する第２の基板１０３Ｌと、第１の基板１０２の他方の面（図１では第１の基板１０２の上面）に対向する第３の基板１０３Ｕと、により構成される。
第１の基板１０２の一方の面（図１では下面）には第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃが形成され、他方の面（図１では上面）には第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが形成されている。
【００３２】
また、第１の基板１０２の一方の面に対向する第２の基板１０３Ｌの主面（図１では上面）上には、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃが、それぞれ第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃに対向する位置に形成される。
そして、第１の基板１０２の他方の面に対向する第３の基板１０３Ｕの主面（図１では下面）上には第４の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃが、それぞれ第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃに対向する位置に形成される。
【００３３】
第１の基板１０２の一方の面には第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂが形成され、第１の基板１０２の他方の面には第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂが形成される。
また、第１の基板１０２の一方の面に対向する第２の基板１０３Ｌの主面上には第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂがそれぞれ形成され、第１の基板１０２の他方の面に対向する第３の基板１０３Ｕの主面上には第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂが形成される。
【００３４】
第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと、第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ、第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂと、第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃと、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと、第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとは、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極である。
【００３５】
第５の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と、第６の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）との間に静電反発力（反発力）が作用するように、第５の電極１０５Ｌの前記膜が保持する電荷の極性（すなわち、エレクトレット電極１０５Ｌが保持する電荷の極性）と第６の電極１０４Ｌの前記膜が保持する電荷の極性とは同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方が負であれば他方も負）であることが好ましい。
また、第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）の前記膜が保持する電荷の極性についても第５の電極１０５Ｌの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第１の電極１０７Ｌと第５の電極１０５Ｌとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【００３６】
同様に、第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と、第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）との間に静電反発力（反発力）が作用するように、第７の電極１０５Ｕの前記膜が保持する電荷の極性と第８の電極１０４Ｕの前記膜が保持する電荷の極性とは、同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方が負であれば他方も負）であることが好ましい。
さらに同様に、第３の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）の前記膜が保持する電荷の極性についても第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第３の電極１０７Ｕと第７の電極１０５Ｕと第８の電極１０４Ｕとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【００３７】
一方、第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０７Ｕの前記膜の極性（エレクトレット電極の保持する電荷の極性）は、異なっている（すなわち、第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０７Ｕの一方が正であれば他方が負）。これは、第１の基板１０２の上下面に正の電荷、及び負の電荷で帯電した電極を形成することで、第１の基板１０２が実質的に擬似ＧＮＤとして扱うことができるためである。
【００３８】
従って好ましくは、第３の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕに保持されている電荷の極性と、第１の電極１０７Ｌ、第５の電極１０５Ｌおよび第６の電極１０４Ｌに保持されている電荷の極性とは異なるように構成される。
【００３９】
上述のように、第１の基板１０２が擬似ＧＮＤとして機能することから、第１の基板１０２から配線してグランドに設置することなく、第１の基板１０２をＧＮＤに設置された基板のように扱うことができるため、第１の基板１０２への配線を不要とすることが可能となる。
【００４０】
なお、より好ましくは、リード線等のやわらかい配線などを用いて第１の基板１０２からＧＮＤを引き出し接地する構成としてもよい。これは、擬似ＧＮＤ面を形成するだけでなく、基準電位（ＧＮＤ）へ第１の基板１０２を接地することで取り出す電位のより一層の安定を図ることができるからである。
このように第１の基板１０２を接地した場合では、リード線の接続位置により自由に配線を行うことができ、また、配線を別に作りこむことが可能となり、従来の振動発電器の可動に保持された基板からの配線に比べ配線を簡略化できる。さらに、リード線等のやわらかい配線であれば、振動を阻害することなく配線できるため、第１の基板１０２の振動を阻害しないという効果も得ることができる。
【００４１】
図１には図示していないが、第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕは固定されており、一方第１の基板１０２は固定されていない。このため、第１の基板１０２は、ｚ軸方向と、ｘ軸方向およびｙ軸方向の少なくともいずれか一方の方向に移動可能である。
【００４２】
第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとは同じ極性の電荷を保持しているため、第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間に静電反発力が作用する。この静電反発力は、第１の基板１０２と、第２の基板１０３Ｌの相対位置によりその大きさが変化する。そして、この静電反発力は、第２の基板１０３Ｌの主面に平行な方向のうち図１の左右方向（図１中のｘ方向）の成分、第２の基板１０３Ｌの主面に垂直な方向（図１中のｚ方向）の成分、及び第２の基板１０３Ｌの主面に平行な方向のうち図１の紙面に垂直な方向（図１中のｙ方向）の成分に分解することができる。
【００４３】
同様に、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとは同じ極性の電荷を保持しているため、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間に静電反発力が作用する。この静電反発力は、第１の基板１０２と、第３の基板１０３Ｕの相対位置によりその大きさが変化する。そして、この第３の基板１０３Ｕの主面に平行な方向のうち図１の左右方向（図１中のｘ方向）の成分、第３の基板１０３Ｕの主面に垂直な方向（図１中のｚ方向）の成分、及び第３の基板１０３Ｕの主面に平行な方向のうち図１の紙面に垂直な方向（図１中のｙ方向）の成分に分解することができる。
【００４４】
第１の基板１０２は、上述の第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間の静電反発力のｚ方向成分、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間の静電反発力のｚ方向成分および第１の基板１０２に作用する重力とがバランスする位置で空間を介して保持される（空中に浮遊した状態に保持される）。
【００４５】
また、第１の基板１０２はｘ軸方向またはｙ軸方向の少なくとも一方において、移動すると元の位置に戻ろうとする力（復元力）が、静電力（静電反発力）のｘ方向成分またはｙ方向成分の少なくとも一方により生ずるように、第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂが配置されることが、本実施形態の特徴である。
すなわち、第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間に作用する静電力及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間に作用する静電力により、第１の基板１０２はｚ軸方向の所定の位置に保持されるとともに、外力が作用しない時は、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向についても所定の位置に保持される。
【００４６】
このように第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂを配置することで、第１の基板１０２は機械的なバネを用いることなく、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向に振動可能となる。
この結果、第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）との重なり面積および第３の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）と第４の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ）との重なり面積が変化することで振動発電器１００は発電を行う。
【００４７】
次に電極配置について説明を行う。
図２（ａ）は第１の基板１０２の下面を示し、図２（ｂ）は第２の基板１０３Ｌの上面を示す。
図２（ａ）に示すように第１の電極１０７Ｌ（図１の１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃに対応）は、長手方向がｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極は互いに電気的に接続して構成されている。図２（ｂ）に示すように、同様に第２の電極１０６Ｌ（図１の１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃに対応）もｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極も互いに電気的に接続して構成されている。図２（ａ）、（ｂ）では、簡単のため配線構造を図示していない。
【００４８】
第１の基板１０２のｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿って、２つの第５の電極１０５L（図１の１０５Ｌａ、１０５Ｌｂに対応）が配置されている。
同様に第２の基板１０３Ｌのｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿って、２つの第６の電極１０４Ｌ（図１の１０４Ｌａ、１０４Ｌｂに対応）が配置されている。
そして、ｘ軸方向において、第６の電極１０４Ｌが第５の電極１０５Ｌより外側になるよう配置されている。
【００４９】
２つの第５の電極１０５Ｌは互いに電気的に接続されている。また２つの第６の電極１０６Ｌは、互いに電気的に接続されて接地されている。
【００５０】
図２（ａ）に示す実施形態では、第５の電極１０５Ｌを第１の基板１０２の全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点がある。図２（ｂ）に示す実施形態では、同様に第６の電極１０４Ｌを第２の基板１０３Ｌの全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点がある。
【００５１】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、第５の電極１０５Ｌおよび第６の電極１０４Ｌはそれぞれが配置された基板のｙ軸方向に延在する周辺部（端部）の全長に亘り配置されているが、例えば基板のコーナー部（四隅）のみに配置する、あるいはコーナー部から離れた部分にのみ配置する等一部分にのみ配置してもよい。
【００５２】
なお、図２に示す実施形態では、ｘ方向において、第６の電極１０４Ｌが第５の電極１０５Ｌより外側になるよう配置されているが、第５の電極１０５Ｌが第６の電極１０４Ｌより外側になるよう配置してもよい。
【００５３】
以上に説明した第１の電極１０７Ｌの配置および第５の電極１０５Ｌの配置を、第１の基板１０２の上面における第３の電極１０７Ｕの配置および第７の電極１０５Ｕの配置にそれぞれ適用してもよい。
同様に、以上に説明した第２の電極１０６Ｌの配置および第６の電極１０４Ｌの配置を、第３の基板１０３Ｕの下面における第４の電極１０６Ｕの配置および第８の電極１０４Ｕの配置にそれぞれ適用してもよい
【００５４】
第３の電極１０７Ｕの配置および第７の電極１０５Ｕの配置を、それぞれ第１の電極１０７Ｌの配置および第５の電極１０５Ｌの配置と同じにし、かつ第４の電極１０６Ｕの配置および第８の電極１０４Ｕの配置を、それぞれ第２の電極１０６Ｌの配置および第６の電極１０４Ｌの配置と同じにした場合、第１の基板１０２にはｙ軸方向の復元力が作用しない。
このため、第１の基板１０２のｙ軸方向への変位を所定の範囲内に制限するために例えば第２の基板１０３Ｌのｙ軸方向の端部に突起を設ける等、拘束手段を設けるのが好ましい。
【００５５】
振動発電器１００の動作について説明を行う。
上述のように第５の電極１０５Ｌと第６の電極１０４Ｌとは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力（静電反発力）が作用している。同様に第７の電極１０５Ｕと第８の電極１０４Ｕとは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力が作用している。
【００５６】
このため第１の基板１０２に外力が作用しなければ第１の基板１０２は所定の位置に保持されている。すなわち、ｚ軸方向については、これら反発力と第１の基板１０２に作用する重力とがバランスする位置で基板１０２は浮遊し留まる。
ｘ軸方向については第５の電極１０５Ｌａと第６の電極１０４Ｌａとの間および第７の電極１０５Ｕａと第８の電極１０４Ｕａとの間に作用する反発力（第１の基板１０２を図１の右方向に動かそうとする力）と、第５の電極１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌｂとの間および第７の電極１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕｂとの間に作用する反発力（第１の基板１０２を図１の左方向に動かそうとする力）とがバランスする位置で第１の基板１０２は留まる。
【００５７】
そして、外部から振動（外力）が加わると、第１の基板１０２は第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕに対して相対的に変位を行う。ｘ軸方向の振動が付与された場合について説明する。振動により、上述の反発力がバランスする位置より右側に第１の基板１０２が変位した場合、第５の電極１０５Ｌａと第６の電極１０４Ｌａとの間および第７の電極１０５Ｕａと第８の電極１０４Ｕａとの間に作用する反発力よりも第５の電極１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌｂとの間に作用する反発力および第７の電極１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕｂとの間に作用する反発力の方が大きくなり、第１の基板１０２に左方向に戻る力が作用する。
【００５８】
一方、反発力がバランスする位置より左側に第１の基板１０２が変位した場合は、第１の基板１０２に右方向に戻る力が作用する。このように第１の基板１０２には、変位した方向と逆方向に押し戻そうとする力（復元力）が発生し、第１の基板１０２を元の位置に戻すことができる。
この復元力を利用して第１の基板１０２を第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕに対して相対的に変位させることで、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃとの重なり面積および第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃと第４の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃとの重なり面積が増減する。
【００５９】
この重なり面積の増減により、エレクトレットを有しない第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）および第４の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ）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で発電を行う。第１の基板１０２が外部からの振動を受けて相対的な変位を行い、静電力によって元の位置に戻るという振動を続ける限り、この重なり面積の増減は続く。
【００６０】
本発明の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）低周波数の振動に対しても発電が可能
（２）機械的な信頼性の向上、及び機械的な損失が小さい
（３）出力電力が大きい
【００６１】
（１）について詳細な説明を行う。第１の基板１０２と第２の基板１０３Ｌと第３の基板１０３Ｕとは、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有しておらず、静電力によるバネ力を利用しており、弾性構造体のサイズ、材料定数等から決まる共振周波数に律則されず、低周波数領域の振動に対しても発電が可能となる。
【００６２】
簡単のため、第１の基板１０２の質量をｍとすると、外部振動の加速度ａによって、Ｆ＝ｍａの力が加わると仮定すると、第１の基板１０２はＦの力により変位を行う。また、変位した量により静電力の左右のアンバランスが発生し、それにより元の位置に戻すよう力が加わることとなる。このように、本実施の形態に示す振動発電器１００の第１の基板１０２の変位量は加速度に依存し、低周波数の振動に対しても発電が可能となる。
【００６３】
（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、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有していない。そのため、構造での弾性構造体の弾性歪みによる信頼性を確保するために、十分に余裕をもった設計を行うことによる小型化困難などの問題に対して、弾性的な疲労が発生する箇所が無い。その結果、バネ部での機械的な信頼性の確保、小型化及び大振幅での動作を行った場合の信頼性の確保が容易である。
また、シリコンおよびガラス等から成る基板と樹脂バネのような、全く異なる材料からなる部材を形成する必要がないことから構造およびプロセスが複雑でないという利点を有する。
【００６４】
さらに、第１の基板１０２の下面に形成された第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と上面に形成された第３の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）とは異なる極性の電荷を保持している。
このため、第３の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとのうち、一方の電極の電位に対して他方の電極は、逆の電位を持つこととなる。このため、第１の基板１０２内において擬似ＧＮＤ面が存在することとなる。
【００６５】
この結果、第１の電極１０７Ｌと第２の電極１０６Ｌ、および第３の電極１０７Ｕと第４の電極１０６Ｕの配置が同様である場合、対向する電極（第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）、第４の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ））から電気エネルギーを取り出す際に、第２の電極１０６Ｌから取りだした電力の電位と第４の電極１０６Ｕから取り出した電力の電位とは逆相となっている。
【００６６】
好ましくは、リード線等のやわらかい配線などを用いて第１の基板からＧＮＤを引き出し接地する構成とする。これは、擬似ＧＮＤ面を形成するだけでなく、基準電位（ＧＮＤ）へ第１の基板１０２を接地することで、取り出す電位の安定が図れるからである。
【００６７】
（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では、上述のように２組の対向する電極を用いて（第１の電極１０７Ｌと第２の電極１０６Ｌ及び第３の電極１０７Ｕと第４の電極１０６Ｕ）、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。すなわち、第１の基板の片側のみに電極が形成された構成の従来の振動発電器と比較して、同じように第１の基板が１回振動する際に２倍の電力を得ることができる。
【００６８】
（エレクトレット電極）
以下に、第１の実施形態に用いる電荷を保持した膜を含む電極（エレクトレット電極）の詳細を説明する。
図３は、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ、第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ、第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ、第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂおよび第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂのいずれとしても用いることができるエレクトレット電極を示す断面図である。
【００６９】
第３の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）を例として説明するが、他の電極の場合もそれぞれ対応する基板上に同じ構成を有することが可能であることは言うまでもない。
第１の基板１０２上に導電体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と第２の絶縁体１１７ｄが形成される。
【００７０】
第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃのそれぞれの導電体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全体に形成されてもよく、また短冊状の導電体１１７ａ上の一部にのみに配置されてもよいが、短冊状の導電体１１７ａの一部に形成される方がプロセス、デバイス特性の安定性から好ましい。
【００７１】
特に、第１の基板１０２として高抵抗の基板を用いることが好ましく、この場合エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａの上にのみ形成することが望ましい。このように形成することで、電荷を注入する際、電荷をエレクトレット１１７ｃに強制的に注入可能となり、より電荷の安定したエレクトレットが作成可能となる。
なお、ここでいう高抵抗の基板とは、基板全体が抵抗率の高い基板だけでなく、低抵抗基板（例えば、低抵抗シリコン基板）の表面に酸化膜等の絶縁膜を形成したものも含み、後者を用いても前者と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７２】
次にエレクトレット１１７ｃに用いるエレクトレット材料について説明を行う。
上述のように第１の電極１０７Ｌ、第５の電極１０５Ｌ、第６の電極１０４Ｌ、第３の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕは電荷を保持したエレクトレット膜を有したエレクトレット電極として構成される。
エレクトレット膜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、ポリビニルクロライドなどの高分子材料、或い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、耐熱性に優れた酸化シリコンを用いることが好ましい。
【００７３】
また、耐湿性を向上させるため、電荷保持膜である酸化シリコンの周囲はシリコン窒化膜等の絶縁膜で完全に覆う構造とする方が好ましい。例えば酸化シリコンを用いる場合は、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、さらには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。
【００７４】
なお、本実施の形態では、第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０７Ｕとが異なる極性の電荷を保持している例を示した。しかし、例えば第１の基板１０２からリード線等の電気的な取り出し手段を設けて、第３の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとを接地することにより、第３の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとが同じ極性の電荷を保持する場合で振動発電器１００は発電可能である。この場合、第２の電極１０６Ｌと第４の電極１０６Ｕからは同位相の電位（同じ極性の電荷）として出力されるため、出力端子を共通として配線をおこなうことで発電した電力を取り出せる。
このように、第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０７Ｕとを同じ極性にすることで、エレクトレット電極である第１の電極１０７Ｌ、第５の電極１０５Ｌ、第６の電極１０４Ｌ、第３の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕの全てが保持する電荷を同じ極性とすることができる。製造時に同時に電荷を帯電させることができ、プロセスを簡便にできるという利点がある。
【００７５】
また、本実施の形態では対向して配置され発電に寄与する電極について、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃおよび第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが電荷を保持したエレクトレット電極であり、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃおよび第４の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃがエレクトレットを含まない通常の電極である例を示した。
【００７６】
しかし、エレクトレット電極が、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃおよび第４の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃであり、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃおよび第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが通常の電極であってもよく、この場合も同様の発電効果が得られることは言うまでもない。
【００７７】
また、図１、図２、図３には示していないが、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは、導電体１１７ａが外部端子と電気的接続が可能なように形成される。第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは少なくともエレクトレット１１７を覆うように形成されていればよく、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄを基板全面に成膜する必要はない。
【００７８】
なお、図２に示す実施形態では、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃは第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと対向する部分にのみ形成したが、第１の電極１０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極１０７Ｌ（第１の電極１０７Ｌａおよび１０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極１０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板１０２（特に第１の電極１０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極１０６Ｕを形成する。
【００７９】
同様に、第３の電極１０７Ｕを超えた領域にまで（第３の電極１０７Ｕ（第３の電極１０７Ｕａおよび１０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第４の電極１０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板１０２（特に第３の電極１０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第４の電極１０６Ｕを形成する。
【００８０】
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。
（４）重なり面積の増減を一定にすることが可能
第２の電極１０６Ｌを静止した状態の第１の電極１０７Ｌに概ね対向する位置にのみ形成すると、第１の基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合、第１の電極１０７Ｌ（とりわけ端に位置する第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｃ）と第２の電極１０６Ｌとが重ならない時間が増加し、重なり面積の増減量が低下するといった問題が発生する。
これは、第４の電極１０６Ｕを静止した状態の第３の電極１０７Ｕに概ね対向する位置にのみ形成し、第１の基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合も同じである。
【００８１】
しかしながら、第２の電極１０６Ｌを第１の電極１０７Ｌの領域よりも大きく形成する（第１の電極１０７Ｌの外側にまで形成する）ことで、重なり面積の増減の低下を防止でき、重なり面積の増減を常に一定に維持することができる。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。
第４の電極１０６Ｕを第３の電極１０７Ｕの領域よりも大きく形成（第３の電極１０７Ｕの外側にまで形成）した場合も、同様の効果が得られる。
【００８２】
このような第２の電極１０６Ｌおよび第４の電極１０６Ｕの構成は、特に、本実施の形態に示す静電力を用いた構造のように、第１の基板１０２の振幅を大きくでき、第２の電極１０６Ｌまたは第４の電極１０６Ｕの幅（例えば第２の電極１０２Ｌａのような個々の電極の幅）を超えて振動するような振動発電器において効果は高い。
【００８３】
さらに、第１の基板１０２の表面（主面）の形状は、図２に示す正方形以外に矩形であっても、或いは他の形状であっても本実施の形態で示す発電用電極（第１の電極１０７Ｌ、第３の電極１０７Ｕ）および静電力発生用電極（第５の電極１０５Ｌ、第７の電極１０５Ｕ）の配置とすることで同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８４】
また、図１に示す実施形態では、第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕは固定されており振動しない構成となっているが、第２の基板１０３Ｌと第３の基板１０３Ｌのいずれか一方または両方についても第１の基板１０２と同様に固定せずに振動（移動）可能な構造としてもよい。
【００８５】
図１に示す実施形態では上述したように振動発電器１００は、第５の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と第６の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）との間の静電力および第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）との間の静電力を用いて第１の基板１０２に復元力を付与している。このように第１の基板１０２の上面側と下面側の両方に復元力を作用させることは、平面方向への復元力とともに、上方、或いは下方にのみ力が加わることを回避し、安定に動作することができるから好ましい。
【００８６】
しかし、例えば第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）とを設けずに、第５の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と第６の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）とを設けて、第１の基板１０２の下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器１００は発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板１０２の一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施形態に含まれる。
【００８７】
・変形例
図４は、本実施の形態の変形例に係る第１の基板１２２（図４（ａ））の下面および第２の基板１２３Ｌ（図４（ｂ））を示す上面図である。
図２に示す第１の基板１０２では基板の周辺のうちｙ軸方向に延在する部分にのみ第５の電極１０５Ｌが配置されているのに対して、変形例である第１の基板１２２では、基板の端部（外周）に沿って全周に第５の電極（エレクトレット電極）１２５Ｌが配置されている点が異なる。
同様に第２の基板１２３Ｌもその端部（外周）に沿っての全周に第６の電極（エレクトレット電極）１２４Ｌが配置されている点が図２の第２の基板１０３Ｌと異なる。
【００８８】
第１の基板１２２の第５の電極１２５Ｌ以外の部分は、第１の基板１０２と同じでよく、例えば第１の電極１２７Ｌは上述の第１の電極１０７Ｌと同じでよい。同様に第２の基板１２３Ｌの第６の電極１２４Ｌ以外の部分は、第２の基板１０３Ｌと同じでよく、例えば第２の電極１２６Ｌは上述の第２の電極１０６Ｌと同じでよい。
【００８９】
第２の基板１２３Ｌ上の第６の電極１２４Ｌは、第１の基板１２２上の第５の電極１２５Ｌより外側となるように配置されている。そして、第６の電極１２４Ｌと第５の電極１２５Ｌとは同じ極性のエレクトレット電極であることから、第６の電極１２４Ｌと第５の電極１２５Ｌとの間に静電反発力を生ずる。この静電反発力は、ｘ軸方向およびｚ軸方向に加えｙ軸方向にも生ずる。
【００９０】
すなわち、本変形例では第１の基板１２２に作用する復元力は、図１に示す実施形態と同様のｘ軸方向とｚ軸方向に加えて、ｙ軸方向にも作用する。この結果、外力によりｘ軸方向以外の例えばｙ軸方向に第１の基板１２２が変位しても第１の基板１２２を所定の位置に戻す力が発生するため、振動発電器がより安定に動作できるという効果を有する。
【００９１】
この効果をより確実に得るように、第１の基板１２２の上面に配置される第７の電極の形態を第３の電極１２５Ｌと同じにし、第３の基板１０３Ｕの下面に配置される第８の電極の形態を第４の電極１２４Ｌと同じにするのが好ましい。
【００９２】
なお、図４に示す実施形態では、第６の電極１２４Ｌが第５の電極１２５Ｌより外側になるよう配置されているが、第５の電極１２５Ｌが第６の電極１２４Ｌより外側になるよう配置してもよい。
【００９３】
２．実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係る振動発電器２００の断面図である。実施の形態１と異なる点は、第１の基板２０２と第２の基板２０３Ｌとの間および第１の基板２０２と第３の基板２０３Ｕとの間に突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂが形成されている点である。
【００９４】
なお、図５に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、２００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１の対応する要素と同一であってよい。
【００９５】
すなわち、第１の電極２０７Ｌ（２０７Ｌａ、２０７Ｌｂ、２０７Ｌｃ）と第３の電極２０７Ｕ（２０７Ｕａ、２０７Ｕｂ、２０７Ｕｃ）とが同じ極性を有している。
これにより実施の形態１と同様に第１の基板２０２の配線を省略または簡略化することが可能となる。
【００９６】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、その一端が第２の基板２０３Ｌおよび第３の基板２０３Ｕの一方に固定され、他端が固定されることなく第１の基板２０２に接触可能である。或いは、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、その一端が第１の基板２０２に固定され、他端が第２の基板２０３Ｌまたは第３の基板２０３Ｕの一方に固定されることなく接触可能であってもよい。
【００９７】
図５に示す実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂは一端（下方端部）が第２の基板２０３Ｌに固定され、他端（上方端部）が固定されずに第１の基板２０２の下面と接触可能である。一方、突起体２０９Ｕａ、２００９Ｕｂは一端（上方端部）が第３の基板２０３Ｕに固定され、他端（下方端部）が固定されずに第１の基板２０２の上面と接触可能となっている。
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂにより、より確実にスティクションを回避することができる。
【００９８】
以下に、振動発電器２００の動作について説明を行う。
振動発電器２００は、外部からの振動により第１の基板２０２が第２の基板２０３Ｌおよび第３の基板２０３Ｕに対して変位（図５中の矢印２０８方向）することで発電を行う。その際、第１の基板２０２は外部からの振動により変位した後、静電力により所定の位置に戻される。
【００９９】
第１の電極２０７Ｌａ、２０７Ｌｂ、２０７Ｌｃと第５の電極２０５Ｌａ、２０５Ｌｂと第６の電極２０４Ｌａ、２０４Ｌｃとが同じ極性を有する電荷を保持するエレクトレット電極であり、第３の電極２０７Ｕａ、２０７Ｕｂ、２０７Ｕｃと第７の電極２０５Ｕａ、２０５Ｕｂと第８の電極２０４Ｕａ、２０４Ｕｃとが同じ極性を有する電荷を保持するエレクトレット電極である場合を例として説明する。
【０１００】
第１の基板２０２が変位を行った場合、変位した方向とは逆側の静電力が弱くなる。
第１の基板２０２が例えば図５の右方向に変位した場合、第５の電極２０５Ｌｂと第４の電極２０４Ｌｂとの間および第７の電極２０５Ｕｂと第８の電極２０４Ｕｂとの間に生ずる静電反発力の方が、第３の電極２０５Ｌａと第４の電極２０４Ｌａとの間および第７の電極２０５Ｕａと第８の電極２０４Ｕａとの間に生ずる静電反発力より強くなる。
【０１０１】
このことは、静電反発力のｘ軸方向の成分について考えれば基板２０２を左方向、すなわち元の位置に戻す復元力が働くことを意味する。
一方、静電反発力のｚ軸方向の成分について考えれば、基板２０２をｚ軸方向に保持しようとする静電反発力が基板２０２の右側と左側で異なること意味する。すなわち、ｚ軸方向の変位が不安定になる場合があることを示している。
【０１０２】
そこで本実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを設けて、この突起体により第１の基板２０２を保持しｚ軸方向の変位を所定の範囲内に規制することで、第１の基板２０２をより安定に動作させることが可能となる。
すなわち、このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（５）第１の基板をより安定に動作することができる。
【０１０３】
（５）についてさらに説明を行う。
本実施の形態の動作の説明でも示したように、第１の基板２０２を保持できるように突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを構成することにより、第１の基板２０２が変位した際に変位方向と変位と逆方向と間の静電力のアンバランスが生じても第１の基板２０２をより安定して動作させることが可能となる。
【０１０４】
特に、大振幅で動作可能な本発明に係る振動発電器では、第１の基板を大きく変位させることが可能であり、この変位が大きくなるほど第１の基板の一端側と他端側（例えば図５の右側と左側）との間で静電力のアンバランスが生じやすい。
そして、この静電力のアンバランスにより第１の基板に傾きが生じると、上下方向の力のかかり方にもアンバランスが生じるため、アンバランスの補正が必要な場合がある。しかしながら、アンバランスを補正するために静電力を大きくすると、ｘ軸方向の復元力が大きくなり過ぎて第１の基板が外部振動により十分に変位しないという問題が生じ得る。
【０１０５】
しかし、本実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを設けて、第１の基板２０２のｚ軸方向の変位を規制（制御）することで傾きの発生も防止できる。その結果、大きな変位を伴う基板を有する振動発電器の利用可能範囲を拡大することが可能となる。
【０１０６】
なお、本実施の形態においても、第１の電極２０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極２０７Ｌ（第１の電極２０７Ｌａおよび２０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極２０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板２０２（特に第１の電極２０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極２０６Ｌを形成する
【０１０７】
同様に、第３の電極２０７Ｕを超えた領域にまで（第３の電極２０７Ｕ（第３の電極２０７Ｕａおよび２０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第４の電極２０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板２０２（特に第３の電極２０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第４の電極２０６Ｕを形成することが好ましい。
【０１０８】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、絶縁体および半導体材料であってよい。
また、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは導電体を含んで形成されてもよく、この場合、第１の基板２０２上の電極と電気的に接続して電極取り出しに用いてもよい。例えば、第１の電極２０７Ｌａ、２０７Ｌｂ、２０７Ｌｃおよび／または第３の電極２０７Ｕａ、２０７Ｕｂ、２０７Ｕｃを接地するのに用いることも可能である。
【０１０９】
図５に示す実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、第１の基板２０２と第２の基板２０３Ｌとの間（第１の基板２０２の下側）および第１の基板２０２と第３の基板２０３Ｕとの間（第１の基板２０２の上側）の両方に設けられている。これは、第１の基板２０２がより大きく変位しても第１の基板２０２が傾くことなく安定して振動するために好ましい実施形態である。
【０１１０】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂまたは突起体２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、好ましくはそれぞれ複数個、より好ましくは３個以上形成される。より安定して第１の基板２０２を振動させることができるからである。
【０１１１】
図５に示す実施形態では突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂおよび突起体２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、第２の基板２０３Ｌまたは第３の基板２０３Ｕから第１の基板２０２に向けて径が細くなる凸状の形状を有しているが、これに限定されるものではなく例えば三角錐、三角柱、円柱のような、他の形状であってもよい。
【０１１２】
３．実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３における振動発電器３００の断面図である。実施の形態１と異なる点は、第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第３の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃとの大きさが異なり、また第５の電極３０５Ｌａ、３０５Ｌｂおよび第６の電極３０４Ｌａ、３０４Ｌｂと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂおよび第８の電極３０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの大きさが異なることである。
その他の構成は実施の形態１と同様である。
【０１１３】
なお、図６に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、３００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１の対応する要素と同一であってよい。
【０１１４】
振動発電器３００をこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（６）着電量のアンバランスの補正
【０１１５】
（６）について説明を行う。
第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第５の電極３０５Ｌａ、３０５Ｌｂと第６の電極３０４Ｌａ、３０４Ｌｂはそれぞれ同じ極性の電荷を保持している。また、第３の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂと第８の電極３０４Ｕａ、３０４Ｕｂとはそれぞれ同じ極性の電荷を保持している。一方、第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第５の電極３０５Ｌａ、３０５Ｌｂと第６の電極３０４Ｌａ、３０４Ｌｂが保持する電荷と、第３の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂと第８の電極３０４Ｕａ、３０４Ｕｂが保持する電荷とは極性が異なる。
【０１１６】
エレクトレット電極は、その大きさ、特に電荷を保持するエレクトレットの大きさが同じであっても、保持する電荷の極性が異なれば保持できる電荷の量が異なる。従って、異なる極性の電極の大きさ（より詳細には電極のエレクトレットの体積）を同じにすると保持できる電荷量が異なり、静電力および発電される電力量にアンバランスが生じる。
そこで、本実施の形態に示すように、第１の基板３０２に生じる静電力を同基板の上下の電極で実質的に等しくするように電極サイズ（電荷を保持するエレクトレットの体積）を変えることで、着電量のアンバランスの補正を行うことができ、また発電量のアンバランスも生じない。
【０１１７】
加えて、第１の基板３０２の上下に形成した電極のサイズを変えることで、同基板の上下を見分けることを容易に行うことができ、製造工程においてミスを防止できるなど、製造上の効果も大きい。
【０１１８】
なお、本実施の形態においても、第１の電極３０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極３０７Ｌ（第１の電極３０７Ｌａおよび３０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極３０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板３０２（特に第１の電極３０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極３０６Ｌを形成する。
【０１１９】
同様に第３の電極３０７Ｕを超えた領域にまで（第３の電極３０７Ｕ（第３の電極３０７Ｕａおよび３０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第４の電極３０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板２０２（特に第３の電極３０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第４の電極３０６Ｕを形成する。
【０１２０】
４．実施の形態４
図７は、本発明の実施の形態４に係る第３の基板４０３Ｕの上面図（図７（ａ））と、第３の基板４０３ＵのＢ−Ｂにおける断面図（図７（ｂ））である。
図７において、第３の基板４０３Ｕは、周辺部に第８の電極４０４Ｕが形成されている。第３の基板４０３Ｕ上には、第４の電極４０６Ｕが形成される。より詳細には、図示していないが第３の電極と対向する位置に第４の電極４０６Ｕａ、４０６Ｕｂ、４０６Ｕｃが形成され、配線電極４０６Ｕｄにより電気的に接続される。このとき、外部との取り出しが第３の基板４０３Ｕの４つの角部のうち少なくとも１つにおいて行われるよう、第８の電極４０４Ｕの一部に切り欠きが設けられている。
【０１２１】
また、第８の電極４０４Ｕの電気的接続は、電極４１４Ｕ（４０４Ｕａ）を介して、接地される。
ここで、第８の電極４０４Ｕは、図３と同様に導電体４０４ａと、第１の絶縁体４０４ｂ、電荷を保持したエレクトレット４０４ｃ、第２の絶縁体４０４ｄにより構成される。
第３の基板４０３Ｕを含む振動発電器の動作については他の実施の形態と同様である。
【０１２２】
第３の基板４０３Ｕをこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（７）静電力によるバネ力への影響を小さくすることができる。
【０１２３】
（７）について説明を行う。本実施の形態では、第８の電極４０６Ｕの取り出しを第３の基板４０３Ｕの端部より行う。
これにより、ｘ軸方向、或いはｙ軸方向に第１の基板が変位しても第３の基板４０３Ｕの周辺部に沿って配置された第８の電極４０４Ｕによる静電力を損なうことなく元の位置に第１の基板を戻すことが可能となる。
【０１２４】
また、斜め方向（例えばｘ軸とｙ軸から４５°の方向）に第１の基板が変位した場合においても、第３の基板４０３Ｕの４辺に配置されている第８の電極４０４Ｕにより所望の場所に第１の基板を戻すことが可能となる。このように静電力の効果が一番小さい領域で電極取出しを行うことで、バネ力（復元力）を減少させることなく電極取り出しが可能となる。
【０１２５】
なお、図７では、第１の電極４０６Ｕとして、３つの電極（４０４Ｕａ、４０４Ｕｂ、４０４Ｕｃ）を記載しているが、第１の電極４０６Ｕをさらに多くの短冊状の電極で構成しても同様の効果を得られる。複数のより多くの第１の電極で構成することで、第１の基板の変位に対してより多くの電力を出力できるなどの効果を得られる。
【０１２６】
また、このような本実施の第３の基板４０３Ｕの構成は第２の基板にも適用可能である。上述の第８の電極４０４Ｕと同じ構成の第６の電極と、上述の第４の電極４０６Ｕと同じ構成の第２の電極とを有し、必要に応じて、当該第２の電極の電気的接続のために上述の電極４１４Ｕと同じ構成の電極を有する第２の基板を含む振動発電器は当然に本実施形態に含まれる。
【０１２７】
５．実施の形態５
図８は、本発明の実施の形態５に係る振動発電器５００の断面図（図８（ａ））と、第１の基板５０２が変位した状態の振動発電器５００の断面図（図８（ｂ））である。
【０１２８】
なお、図８に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、５００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１〜４の対応する要素と同一であってよい。
【０１２９】
すなわち、第１の電極５０７Ｌ（５０７Ｌａ、５０７Ｌｂ、５０７Ｌｃ）と第３の電極５０７Ｕ（５０７Ｕａ、５０７Ｕｂ、５０７Ｕｃ）とが同じ極性を有している。
これにより実施の形態１と同様に第１の基板５０２の配線を省略または簡略化することが可能となる。
【０１３０】
図８（ａ）において、第３の基板５０３Ｕは、支持体５１１により第２の基板５０３Ｌの上部に固定して配置される。第１の基板５０２は、第３の基板５０３Ｕと第２の基板５０３Ｌとの間でかつ２つの支持体５１１の間に、その上部および下部に空間を有して配置される。すなわち、第１の基板５０２は、第３の基板５０３Ｕと第２の基板５０３Ｌとの間に浮遊するように（第３の基板５０３Ｕおよび第２の基板５０３Ｌから離間して）配置される。
【０１３１】
実施形態１と同様に、第１の基板５０２の下面に形成された第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第２の基板５０３Ｌの上面上に形成された第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの間に作用する静電力と、第１の基板５０２の上面に形成された第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第３の基板５０３Ｕの下面上に形成された第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの間に作用する静電力とにより第１の基板５０２は保持される。
ここでは、簡単のため配線、及び突起体についての記載は省略している。
【０１３２】
第１の基板５０２はｘ軸方向に変位することが可能であるが、その変位（振動）可能な範囲は、２つの支持体５１１により制御される。すなわち、第１の基板５０２の一方の端部が支持体５１１に接触する位置まで第１の基板５０２は変位できる。
【０１３３】
第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂは、支持体５１１の近傍（第２の基板５０３Ｌの端面の近傍）に形成される。また、第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂは、第１の基板５０２の端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２が振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂは第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂが第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０２の端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０１３４】
同様に、第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂは、支持体５１１の近傍（第３の基板５０３Ｕの端面の近傍）に形成される。また、第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは、第１の基板５０２の端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２が振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂが第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０２の端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０１３５】
このように形成した振動発電器５００の動作について説明を行う。
振動発電器５００は、外部からの振動により第１の基板５０２が第２の基板５０３Ｌおよび第３の基板５０３Ｕに対して変位することで発電を行う。その際、第１の基板５０２は外部からの振動により変位するが、２つの支持体５１１の間で最大限に変位した場合でも、電荷を保持する膜を含む第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの重なり、及び第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの重なりが発生しないため、静電力により第１の基板５０２は変位とは逆方向の力を受ける。
【０１３６】
なお、ここでいう第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの重なりが発生しないとは、第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとが完全に重なることないことがないことを意味する。
すなわち、図８（ｂ）に示すように第１の基板５０２の変位が最大になった場合でも第５の電極の端部と第６の電極の端部（図８（ｂ）では第５の電極５０５Ｌａの端部と第６の電極５０４Ｌａの端部）のｘ方向の距離ΔｄがΔｄ＞０である。
同様に、第７の電極の端部と第８の電極の端部のｘ方向の距離ΔｄもΔｄ＞０である。
【０１３７】
振動発電器５００は、このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（８）低周波数領域における大振幅動作が可能
【０１３８】
（８）について説明を行う。
第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂおよび第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは第１の基板５０２の端面から一定の領域を介して（一定の距離で）形成されており、実施の形態１から実施の形態４とは電極配置が異なる。前述の実施の形態では、静電力を確保するために、バネ力（静電力）を大きめに設定することで、第１の基板が空間の端面まで変位することを防ぐ必要があり、その結果、バネ力をある程度強くする必要がある。
【０１３９】
一方、本実施の形態のように構成することで、静電力を小さくして第１の基板５０２が大振幅動作を行った場合においても、第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂの重なり及び第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの重なりが発生しないため、変位とは逆の方向に静電力が発生する（より正確には、第２の基板方向（ｘ軸方向）とそれに垂直な方向（ｚ軸方向）のベクトル和の方向）。そのため、バネ力（静電力）を小さくすることで、より低周波数領域において、大振幅動作を可能にし、発電が可能となる。
【０１４０】
なお、例えば第７の電極５０５Ｕ（５０５Ｕａ、５０５Ｕｂ）と第８の電極５０４Ｕ（５０４Ｕａ、５０４Ｕｂ）とを設けずに、第５の電極５０５Ｌ（５０５Ｌａ、５０５Ｌｂ）と第６の電極５０４Ｌ（５０４Ｌａ、５０４Ｌｂ）とを設けて、第１の基板５０２の下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器５００は発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板５０２の一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施形態に含まれる。
【０１４１】
図９は、本発明の実施の形態５に係る別の振動発電器５５０の断面図（図９（ａ））と、第１の基板５０２Ａが変位した状態の振動発電器５５０の断面図（図９（ｂ））である。
図８に示す実施の形態では、第１の基板５０２の周辺部（端部近傍）に静電力を発生する領域を設けた。一方、図９に示す実施形態では、第５の電極５５５Ｌと第６の電極５５４Ｌａ、５５４Ｌｂをそれぞれ第１の基板５０２Ａの下面の中央部（ｘ軸方向の中央部）と第２の基板５０３ＬＡ上面の中央部に設け、さらに第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕａ、５５４Ｕｂをそれぞれ第１の基板５０２Ａの上面の中央部（ｘ軸方向の中央部）と第３の基板５０３ＵＡ下面の中央部に設けている。
このような実施形態も本実施の形態に含まれる。
【０１４２】
この場合においても、第１の基板５０２Ａが２つの支持体５１１の間で最大の変位を行った場合においても、第５の電極５５５Ｌと第６の電極５５４Ｌａ、５５４Ｌｂとの重なり及び第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕａ、５５４Ｕｂとの重なりが発生しないように設計を行うことで振動発電器５００と同様の効果を得ることができる。
さらに図９の実施形態では第５の電極５５５Ｌおよび第７の電極５５５Ｕの個数をそれぞれ１個にすることが可能であるという利点を有する。
なお、必要に応じて複数個の第３の電極５５５Ｌおよび／または第７の電極５５５Ｕを基板５０２Ａの中央部に配置してもよい。
【０１４３】
また、図９に示す実施形態においても、例えば第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕとを設けずに、第５の電極５５５Ｌと第６の電極５５４Ｌとを設けて、第１の基板５０２Ａの下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器５５０は発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板５０２Ａの一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施形態に含まれる。
【０１４４】
６．実施の形態６
図１０は、本発明の実施の形態６に係る振動発電器１００Ａの断面図であり、図１０（ａ）は第１の基板１０２が所定の位置に保持されている状態を示し、図１０（ｂ）は第１の基板１０２が振動して所定の位置から変位した状態を示す。図１１は図１０に示す振動発電器１００Ａの発電に寄与する部分の断面図であり、図１０で記載を省略した配線を示す。
実施の形態１がエレクトレット電極間に生じる静電力を用いて（静電バネにより）第１の基板１０２を支持していたのに対し、本実施の形態は、弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒを用いて第１の基板１０２を支持している点が実施形態１と異なる。
【０１４５】
すなわち、実施の形態１で用いた第５の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第６の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂと第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとに代えて、弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒが配置されている。そして、弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒのそれぞれの一端を固定するための支持体１３１Ｌ、１３２Ｌが配置されている。
支持体１３１Ｌ、１３２Ｌは図１０（ａ）、（ｂ）に示すように必要に応じて第２の基板１０３Ｌと第３の基板１０３Ｕとを接続してもよい。
本実施の形態に係る振動発電器１００Ａのこれ以外の構成は、実施の形態１に係る振動発電器１００と同じである。
従って、実施形態１と異なる部分を中心に説明する。
【０１４６】
第１の基板１０２は、弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒにより支持体１３１Ｌ、１３１Ｒにそれぞれ接続されている。つまり、第１の基板１０２は弾性バネを介して図１０（ａ）のｘ軸方向（図１１の矢印１１８の方向）に振動可能に支持されている。
すなわち、実施形態１（実施形態２〜５も同様）では、振動した第１の基板を所定の位置に戻す復元力を発生する復元力発生部材として、同じ極性の電荷を有する複数のエレクトレット電極（第５〜第８の電極）を用いたが、本実施形態では弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒを用いている。
【０１４７】
弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒとしては、既知の各種の弾性バネが使用できる。このような弾性バネとして、金属、樹脂または半導体から成るバネ、空気バネ等の流体を利用したバネを例示できる。
【０１４８】
発電に寄与する第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ、第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃおよび第４の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃの構成は、図１０（ａ）（ｂ）および図１１に示すように実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
【０１４９】
次に、振動発電器１００Ａの動作について説明を行う。
上述のように外部から作用（振動）により第１の基板１０２が変位する。そして、弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒにより所望の位置に戻る方向に変位する動作を行う。
より詳細には、図１０（ｂ）に示すように第１の基板１０２が左方向に変位すると、弾性バネ１３２Ｌはｘ軸方向に圧縮されるため、元の形状に戻ろうとし、この結果、第１の基板に復元力（図１０（ｂ）の右方向の力）を与える。一方、弾性バネ１３２Ｌは、第１の基板１０２が左方向に変位するとｘ軸方向に引っ張られるため、元の形状に戻ろうとし、この結果、第１の基板に復元力（図１０（ｂ）の右方向の力）を与える。
従って、第１の基板１０２に外力が作用している間は、第１の基板１０２は振動を継続する。一方、外力が作用しなくなると、第１の基板１０２の振動は減衰し、図１０（ａ）に示すように弾性バネ１３２Ｌから第１の基板１０２に加わる力と弾性バネ１３２Ｒから第１の基板１０２に加わる力がバランスする所定の位置で停止する。
このように、第１の基板１０２が変位（振動）を行うことにより、実施の形態１で示した振動発電器１００と同様に、第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）との重なり面積および第３の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）と第４の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ）との重なり面積が変化することで振動発電器１００Ａは発電を行う。
【０１５０】
また、実施の形態１と同様に、第１の基板１０２の一方の面に配置された第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと、他方の面に配置された第３の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃとは異なる極性を有している。このため、第１の基板１０２内において擬似ＧＮＤ面が存在することとなる。この結果、第１の基板１０２から配線してグランドに接地することなく、第１の基板１０２をＧＮＤに接地された基板のように扱うことができるため、配線を不要とすることでプロセスの簡略化、及び外部回路を簡略化することが可能となる。
なお、好ましくは、リード線等のやわらかい配線などを用いて第１の基板１０２からＧＮＤを引き出し接地する構成としてもよい。これは、擬似ＧＮＤ面を形成するだけでなく、基準電位（ＧＮＤ）へ第１の基板１０２を接地することで、取り出す電位の安定がよりいっそう図れるからである。
【０１５１】
さらに、実施形態１と同様に、振動発電器１００Ａは、出力電力が大きいおよび優れた振動安定性という効果を有する。
【０１５２】
図１０（ａ）に示すように、第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）は第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と対向する部分にのみ形成したが、実施の形態１で示したように、第１の電極１０７Ｌを超えた領域にまで第２の電極１０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板１０２（特に第１の電極１０７Ｌ）の振動限界まで第２の電極１０６Ｌを形成する。
第３の電極１０７Ｕを超えた領域にまで第４の電極１１３Ｕを形成することが好ましいこと、およびより好ましくは、第１の基板１０２の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第４の電極１０６Ｕを形成することも実施の形態１と同様である。
さらに、第１の基板１０２の表面（主面）の形状は、正方形だけでなく、矩形であっても、或いは他の形状であってもよいことは言うまでもない。
【０１５３】
なお、弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒの個数は、図１０に示す２個に限定されるものではなく、復元力を生ずることできる限りはたとえ１個でもよい。しかし、好ましくは復元力をより確実に生ずるように複数（２またはそれ以上）の弾性バネが用いられる。
【０１５４】
・変形例
次に本実施の形態に係る変形例を示す。
図１２は、本変形例に係る第１の電極（エレクトレット電極）１０７Ｌａと第３の電極（エレクトレット電極）１０７Ｕａの断面を示す図である。
図１２では、１つの第１の電極（第１の電極１０７Ｌａ）のみを示しているが、他の第１の電極（第１の電極１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）も同じ構成を有する。同様に図１２に示さない他の第３の電極（第２の電極１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）も図１２に示す第３の電極１０７Ｕａと同じ構成を有する。
【０１５５】
第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ）と第３の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ）とは、エレクトレットから成る電極であり、それぞれの厚さｔ２（第１の電極１０７Ｌａの厚さ）とｔ１（第３の電極１０７Ｕａ）とは図１２に示すように異なっている。
このようにエレクトレット（エレクトレット電極）の厚みを異ならせることで第１の電極１０７Ｌａと第３の電極１０７Ｕａの表面電位の絶対値を一致させることが可能となる。
【０１５６】
すなわち、同じ材料で同じ厚さを有するエレクトレットは、正に帯電させて場合と負に帯電させた場合では、通常、その表面電位の絶対値は異なる。そこで本変形例では、異なる電荷に帯電している第１の電極１０７Ｌの厚さｔ２と第３の電極１０７Ｕの厚さｔ１とをその表面電位の絶対値が同じになるように調整している。
【０１５７】
そして、例えばＳｉ基板等、０．１〜１００Ω・ｃｍ程度の抵抗率の低い基板を第１の基板１０２として用いることが好ましい。
【０１５８】
これにより、第１の基板１０２の上面と下面に形成された、絶対値が同じで正負が反対の表面電位を有するエレクトレット（１０７Ｌ、１０７Ｕ）の電界により第１の基板１０２中の電荷が上下のエレクトレットに引き寄せられ、第１の基板１０２の電位は略ゼロになり、極めて好ましい擬似ＧＮＤとして機能することが可能となる。
さらに、振動により可動基板が振動して発電を行う場合、負に帯電したエレクトレットと正に帯電したエレクトレットとの間で電荷が移動し、あたかもアースされた配線から電荷がそれぞれ供給されるように動作することとなる。したがって、配線によりアースに接続しなくても、常に可動基板の電位をＧＮＤとすることが可能となる。
【０１５９】
加えて、第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０７Ｕの表面電位が等しいことから、第２の電極１０６Ｌと第４の電極１０６Ｕから出力される電力の電圧振幅が一致したものとなり、図示していない、電圧変換回路への入力電圧が等しくなり、共通回路とした場合においても効率を下げることなく動作が可能となる。
【０１６０】
本実変形例では、エレクトレットは可動基板（第１の基板）に直接形成したが、エレクトレットの下方に導電膜を形成しても同様の効果を得ることができる。
さらに、可動基板上に熱酸化膜等の絶縁膜を形成した上にエレクトレットを形成しても同様の効果があることは言うまでもない。
なお、本変形例では、上述のように第１の基板として、低抵抗の基板を用いた例を示したが、発電部のインピーダンスに対して基板の抵抗が小さければ同様の効果を得ることが出来る。
【０１６１】
エレクトレットの表面電位の測定については、後述の実施の形態９で詳細を示す。
【０１６２】
７．実施の形態７
図１３は、本発明の実施の形態７に係る振動発電器２００Ａの断面図である。図５に示した実施の形態２に係る振動発電器２００の断面構造と異なる点は、振動した第１の基板２０２を所定の位置に戻す復元力を発生する復元力発生部材として、実施形態２では、同じ極性の電荷を有する第５の電極２０５Ｌａ、２０５Ｌｂと第６の電極２０４Ｌａ、２０４Ｌｂおよび第７の電極２０５Ｕａ、２０５Ｕｂと第８の電極２０４Ｕａ、２０４Ｕｂを用いているのに対して、本実施形態では弾性バネ２３２Ｌ、２３２Ｒを用いていることである。
この点を除くと振動発電器２００Ａの構成は、振動発電器２００の構成と同じである。
【０１６３】
弾性バネ２３２Ｌ、２３２Ｒは、実施の形態６に示した弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒと同じものを用いてよい。
また、必要に応じて、実施の形態６に示した支持体１３１Ｌ、１３２Ｌを配置して、弾性バネ２３２Ｌ、２３２Ｒのそれぞれの一端を固定してもよい。
【０１６４】
このように構成された振動発電器２００Ａは実施の形態２に示す、振動発電器２００と同じ効果を有する。
【０１６５】
８．実施の形態８
図１４は、本発明の実施の形態８に係る振動発電器５００Ａの断面図であり、図１４（ａ）は第１の基板５０２が所定の位置に保持されている状態を示し、図１４（ｂ）は第１の基板５０２が図の左方向に最大の変位を行った状態を示す。
【０１６６】
図８に示した実施の形態５に係る振動発電器５００と断面構造の異なる点は、振動した第１の基板５０２を所定の位置に戻す復元力を発生する復元力発生部材として、実施形態５では、同じ極性の電荷を有する第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂおよび第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂを用いているのに対して、本実施形態では、これら第５〜第８の電極に加えて弾性バネ５３２Ｌ、５３２Ｒを用いていることである。
この点を除くと振動発電器５００Ａの構成は、振動発電器５００の構成と同じである。
【０１６７】
弾性バネ５３２Ｌ、５３２Ｒは、実施の形態６に示した弾性バネ１３２Ｌ、１３２Ｒと同じものを用いてよい。
【０１６８】
本実施形態に係る振動発電器５００Ａで上述のように、第５の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第６の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの間に生ずる静電力および第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの間に生ずる静電力に加えて、弾性バネ５３２Ｌ、５３２Ｒによる弾性力を復元力として用いる。
このため、より強い復元力を第１の基板５０２に作用させることができる。
【０１６９】
この結果、以下のような効果を得ることができる。
（８）第１の基板の側壁への衝突回避
【０１７０】
（８）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５００Ａでは、上述のようにより強い復元力を発生できる。特に第１の基板５０２の変位が大きくなった場合、静電力による復元力と弾性力による復元力の両社とも変位の増加と共に増加することから、支持体５１１や図示しない振動発電器の側壁に第１の基板５０２が衝突するのをより確実に防ぐことが可能である。
【０１７１】
なお、実施の形態５に示した振動発電器５５０に弾性バネ５３２Ｌ、５３２Ｒを用いてより復元力を向上させた振動発電器も本実施の形態に含まれる。
【０１７２】
９．実施の形態９
図１５は、本発明の実施の形態９に係るエレクトレットの断面図であり、実施の形態１から実施の形態８に係る振動発電器で用いられるエレクトレット電極の第１の電極、第３の電極、第５の電極、第６の電極、第７の電極および第８の電極のいずれとしても用いることができる。
第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）、第３の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）を例として説明するが、他の電極の場合もそれぞれ対応する基板上に同じ構成を有することが可能であることは言うまでもない。
【０１７３】
第１の基板１０２上に導電体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（第１の電極１０７Ｌではエレクトレット１１７ｃＬ、第３の電極１０７Ｕではエレクトレット１１７ｃＵ）と第２の絶縁体１１７ｄが形成される。このとき、エレクトレット１１７ｃＵとエレクトレット１１７ｃＬの厚さはそれぞれ、ｔ１、ｔ２であり、厚さｔ１と厚さｔ２は異なっている。
このように、エレクトレット１１７ｃの厚みを保持電荷の極性により変えることで、極性によらずエレクトレット１１７ｃＵとエレクトレット１１７ｃＬの表面電位の絶対値を同じにすることが可能となる。
【０１７４】
第１の電極１０７Ｌおよび第３の電極１０７Ｕのそれぞれの導電体１１７ａは、例えば、基板貫通する配線により電気的に接続されている。
また、エレクトレット１１７ｃ（１１７ｃＬ、１１７ｃＵ）は導電体１１７ａ全体に形成されてもよく、また短冊状の導電体１１７ａ上の一部にのみに配置されてもよいが、短冊状の導電体１１７ａの一部に形成される方がプロセス、デバイス特性の安定性から好ましい。
【０１７５】
特に、第１の基板１０２として高抵抗の基板を用いることが好ましく、この場合エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａの上にのみ形成することが望ましい。このように形成することで、電荷を注入する際、電荷をエレクトレット１１７ｃに強制的に注入可能となり、より電荷の安定したエレクトレットが作成可能となる。
なお、ここでいう高抵抗の基板とは、基板全体の抵抗率の高い基板だけでなく、低抵抗基板（例えば、低抵抗シリコン基板）の表面に酸化膜等の絶縁膜を形成したものも含み、後者を用いても前者と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１７６】
表１には、同一の膜厚で試作を行ったエレクトレットへの正電荷および負電荷の着電量を表面電位で測定した結果（絶対値）を示す。
【０１７７】
【表１】
2011077717.tif 000003
【０１７８】
図１６は表面電位の測定方法を示す模式図である。
表面電位の測定について、図１６を用いて説明を行う。導電体１０７ａを測定基準電位としてＧＮＤにアースする。このとき、表面電位計３０の測定基準電位も同様にＧＮＤにアースして測定を行う。図１６に示すように、導電体１０７ａと表面電位計３０の測定基準電位とを共通のＧＮＤにすることで高い精度を得ることができる。
好ましい表面電位計３０としては、例えば、Ｔｒｅｋ社製等の接触式表面電位計がある。非接触式の表面電位計も用いることができる。
【０１７９】
図１２に示すように、第１の基板１０２に直接エレクトレット膜１０７Ｕａおよび／またはエレクトレット膜１０７Ｌａが形成された構造においても、測定基準電位を第１の基板１０２にとれば同様に表面電位の測定が可能である。
【０１８０】
表１に示す結果は、Ｔｒｅｋ社製等の接触式表面電位計を用いて図１６に示す方法により測定して求めた。
表１では、負電荷の絶対値を１とした値を示す。エレクトレット１０７ｃとしてシリコン酸化膜を用いた。表１の結果から、同一の材料から成り、同一の膜厚を有するエレクトレットを第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０７Ｕに用いると、正電荷と負電荷で電荷の保持に差が生じることが判る。
【０１８１】
そこで、表２に示すように表面電位（絶対値）を一致させるように正電荷を着電する膜厚と負電荷を着電する膜厚とを異なる膜厚とした。
【０１８２】
【表２】
2011077717.tif 000004
【０１８３】
すなわち、第１の基板１０２の上面側と下面側の両方で電力を発電する構造の振動発電器において、第１の基板１０２の上面と下面で異なる極性の電荷を保持するエレクトレット（同一材料）を用いる場合、異なる膜厚のエレクトレットを選択することで表面電位の絶対値を同じにできることが分かる。
【０１８４】
このように第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０７Ｕの表面電位の絶対値が等しくなると、第１の基板１０２の電位は略ゼロになり、極めて好ましい擬似ＧＮＤとして機能することが可能となる。
さらに、振動により可動基板が振動して発電を行う場合、負に帯電したエレクトレット、正に帯電したエレクトレット間で電荷が移動し、あたかもアースされた配線から電荷がそれぞれ供給されるように動作することとなる。したがって、配線によりアースに接続しなくても、常に可動基板の電位をＧＮＤとすることが可能となる。
さらに、このように形成したエレクトレットでは、実施の形態１から８で述べた効果を得ることができることは言うまでもない。
【０１８５】
次にエレクトレット１０７ｃに用いるエレクトレット材料について説明を行う。
上述のように第１の電極、第３の電極、第５の電極、第６の電極、第７の電極および第８の電極は電荷を保持したエレクトレット膜を有したエレクトレット電極として構成される。
エレクトレット膜１０７ｃ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、ポリビニルクロライドなどの高分子材料、或い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、耐熱性に優れた酸化シリコンを用いることが好ましい。
【０１８６】
１０．実施の形態１０
本発明の実施の形態１０として、振動発電装置を説明する。
図１７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１７示す振動発電器６０１は、実施の形態１〜実施の形態９で示された振動発電器のいずれか１つである。
【０１８７】
図１７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と電圧制御回路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。
【０１８８】
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１８を参照して説明を行う。
図１８は振動発電装置６００の各部の電圧波形を示しており、図１８（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の出力電圧は、第１の基板の振動振幅、第１の基板、第３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電圧振幅Ｖｇは異なる。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１８（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る、また、振動発電装置６００からの電圧出力が必要であり、発電量が小さい時、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１８（ｃ））。
【０１８９】
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。
【０１９０】
図１９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１９において、振動発電器６１０は、実施の形態１〜実施の形態９のいずれかに示された振動発電器である。
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、出力制御回路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６０６で所望の電圧となるよう制御され蓄電回路６１５に入力される。出力制御回路６１４では、蓄電回路６１５に蓄えられた電力を負荷の状態に合わせて出力制御を行う。
【０１９１】
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。
【０１９２】
１１．実施の形態１１
図２０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２０において、発電装置７０１は実施の形態１０で示された振動発電装置を示す。
【０１９３】
図２０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と、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と、アンテナ７０７からなる。
【０１９４】
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から供給を行う。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。
【０１９５】
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の低減、或いは電池交換無しといった状況が可能であり、利用上の効果は大きい。
【０１９６】
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が、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振動発電装置のみでもかまわない。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。
【０１９７】
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が、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。
【０１９８】
さらに、本実施の形態では、実施の形態１から１０に示す振動発電器、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。
【０１９９】
１２．実施の形態１２
図２１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２１において、発電装置８０１は実施の形態６で示された振動発電装置を示す。
図２１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からの入力信号によりスピーカー８０７へ伝える制御部８０６と、スピーカー８０７からなる。
【０２００】
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から供給を行う。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へ入力されスピーカー８０７から音を出力する。
【０２０１】
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の低減、或いは電池交換無しといった状況が可能であり、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が、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振動発電装置のみでもかまわない。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。
【０２０２】
また、本実施の形態では、実施の形態１から１０に示す振動発電器、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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
本出願は、日本国特許出願、特願２００９−２９３７２１を基礎出願とする優先権主張と伴う。特願２００９−２９３７２１は参照することにより本明細書に取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２０５】
本発明にかかる振動発電器は、静電誘導型振動発電器として有用である。また、本発明にかかる振動発電器は、小電力の無線通信モジュール、その他電子機器等の用途においては大変有用である。
【符号の説明】
【０２０６】
１００  振動発電器
１０２  第１の基板
１０３Ｌ  第２の基板
１０３Ｕ  第３の基板
１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ  第１の電極
１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ  第２の電極
１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ  第３の電極
１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ  第４の電極
１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ  第５の電極
１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ  第６の電極
１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ  第７の電極
１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ  第８の電極
１０８  振動方向
２０９Ｕａ、２０９Ｌａ、２０９Ｕｂ、２０９Ｌｂ  突起体
６００  振動発電装置
７００  通信装置
８００  電子機器
【図１】
2011077717.tif 000005
【図２】
2011077717.tif 000006
【図３】
2011077717.tif 000007
【図４】
2011077717.tif 000008
【図５】
2011077717.tif 000009
【図６】
2011077717.tif 000010
【図７】
2011077717.tif 000011
【図８】
2011077717.tif 000012
【図９】
2011077717.tif 000013
【図１０】
2011077717.tif 000014
【図１１】
2011077717.tif 000015
【図１２】
2011077717.tif 000016
【図１３】
2011077717.tif 000017
【図１４】
2011077717.tif 000018
【図１５】
2011077717.tif 000019
【図１６】
2011077717.tif 000020
【図１７】
2011077717.tif 000021
【図１８】
2011077717.tif 000022
【図１９】
2011077717.tif 000023
【図２０】
2011077717.tif 000024
【図２１】
2011077717.tif 000025
【図２２】
2011077717.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の下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の基板の上面に配置された第２の電極と、
前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の上面に対向して配置された第３の基板と、
前記第３の電極と対向するように前記第３の基板の下面に配置された第４の電極と、
を含み、
前記第１の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷を保持する膜とが、異なる極性の電荷を保持し、
前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す復元力を与える、復元力発生部材を更に含み、
前記第１の電極および前記第３の電極は、それぞれ、前記前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動する方向に沿って複数配置されていることを特徴とする振動発電器。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第３の電極は、それぞれ、前記第１の基板側より順に積層された導電体、絶縁体および前記電荷を保持した膜を有することを特徴と請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記復元力発生部材が、
前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第５の電極と、
前記第２の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第５の電極との間に静電力を生ずるように配置された第６の電極と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記第５の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第６の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする請求項３に記載の振動発電器。
【請求項５】
前記復元力発生部材が、
前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第７の電極と、
前記第３の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第７の電極との間に静電力を生ずるように配置された第８の電極と、
を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の振動発電器。
【請求項６】
前記第７の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする請求項５に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記第５の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、
前記第７の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の振動発電器。
【請求項８】
前記第５の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、
前記第７の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の振動発電器。
【請求項９】
前記第６の電極が前記第２の基板の外周に沿って形成され、前記第２の電極が前記第６の電極の内側に形成され前記第６の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続され、
前記第８の電極が前記第３の基板の外周に沿って形成され、前記第４の電極が前記第８の電極の内側に形成され前記第８の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続されていること特徴とする請求項５または６に記載の振動発電器。
【請求項１０】
前記第１の電極の前記電荷を保持した膜と前記第３の電極の前記電荷を保持した膜とが異なる厚さを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１１】
前記復元力発生部材が、前記第１の基材に接続された弾性バネを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の振動発電器。
【請求項１２】
一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１３】
請求項１〜１２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１４】
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１３に記載の振動発電装置。
【請求項１５】
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１４に記載の振動発電装置。
【請求項１６】
請求項１３〜１５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１７】
請求項１〜１２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１８】
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の発電装置を用いた電子機器。
【請求項１９】
請求項１〜１２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。
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月30日(2012.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の下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の基板の上面に配置された第２の電極と、
前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の上面に対向して配置された第３の基板と、
前記第３の電極と対向するように前記第３の基板の下面に配置された第４の電極と、
を含み、
前記第１の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷を保持する膜とが、異なる極性の電荷を保持し、
前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す復元力を与える、復元力発生部材を更に含み、
前記第１の電極および前記第３の電極は、それぞれ、前記前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動する方向に沿って複数配置されていることを特徴とする振動発電器。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第３の電極は、それぞれ、前記第１の基板側より順に積層された導電体、絶縁体および前記電荷を保持した膜を有することを特徴と請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記復元力発生部材が、
前記第１の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含む第５の電極と、
前記第２の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第５の電極との間に静電力を生ずるように配置された第６の電極と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記第５の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第６の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする請求項３に記載の振動発電器。
【請求項５】
前記復元力発生部材が、
前記第１の基板の上面に配置され、電荷を保持した膜を含む第７の電極と、
前記第３の基板の下面に配置され、電荷を保持した膜を含み、前記第７の電極との間に静電力を生ずるように配置された第８の電極と、
を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の振動発電器。
【請求項６】
前記第７の電極が有する前記電荷を保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持していることを特徴とする請求項５に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記第５の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、
前記第７の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の振動発電器。
【請求項８】
前記第５の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第６の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第５の電極と前記第６の電極とが重ならない位置に配置され、
前記第７の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第８の電極が前記第３の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第７の電極と前記第８の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の振動発電器。
【請求項９】
前記第６の電極が前記第２の基板の外周に沿って形成され、前記第２の電極が前記第６の電極の内側に形成され前記第６の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続され、
前記第８の電極が前記第３の基板の外周に沿って形成され、前記第４の電極が前記第８の電極の内側に形成され前記第８の電極に設けた切欠き部を通り外部と電気的に接続されていること特徴とする請求項５または６に記載の振動発電器。
【請求項１０】
前記第１の電極の前記電荷を保持した膜と前記第３の電極の前記電荷を保持した膜とが異なる厚さを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１１】
前記復元力発生部材が、前記第１の基材に接続された弾性バネを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の振動発電器。
【請求項１２】
一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１３】
請求項１〜１２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１４】
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１３に記載の振動発電装置。
【請求項１５】
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１４に記載の振動発電装置。
【請求項１６】
請求項１３〜１５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１７】
請求項１〜１２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１８】
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の発電装置を用いた電子機器。
【請求項１９】
請求項１〜１２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。
【国際調査報告】
2011077717.tif 000027
2011077717.tif 000028
2011077717.tif 000029
2011077717.tif 000030