(57)【要約】【課題】従来発電に利用されていない振動エネルギーを利用することが可能な発電素子および発電装置を提供する。【解決手段】変位部材４０と、固定部材５０と、弾性変形体６０と、を備える発電素子１であって、変位部材４０および固定部材５０のうち、一方の表面にはエレクトレット材料層４２が形成されており、他方の表面にはエレクトレット材料層４２に対向する対向電極層５１が形成されており、発電素子１に振動エネルギーが与えられたときに、弾性変形体６０が変形することにより、エレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の層間距離が変動するように変位部材４０が固定部材５０に対して変位する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位部材と、固定部材と、弾性変形体と、を備える発電素子であって、
前記変位部材および前記固定部材のうち、一方の表面にはエレクトレット材料層が形成されており、他方の表面には前記エレクトレット材料層に対向する対向電極層が形成されており、
前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、前記弾性変形体が変形することにより、前記エレクトレット材料層と前記対向電極層との間の層間距離が変動するように前記変位部材が前記固定部材に対して変位することを特徴とする発電素子。
【請求項２】
前記変位部材は、前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、前記固定部材に対して固定されたＸＹＺ三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち少なくとも２方向に変位可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項３】
前記変位部材は、前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能であるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の発電素子。
【請求項４】
変位を生じていない状態における前記変位部材の中心位置に原点が配置されるように前記ＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、
前記変位部材が、Ｘ軸の正領域と直交する第１の変位面と、Ｘ軸の負領域と直交する第２の変位面と、Ｙ軸の正領域と直交する第３の変位面と、Ｙ軸の負領域と直交する第４の変位面と、を有し、
前記固定部材が、Ｘ軸の正領域と直交し前記第１の変位面に対向する第１の固定面と、Ｘ軸の負領域と直交し前記第２の変位面に対向する第２の固定面と、Ｙ軸の正領域と直交し前記第３の変位面に対向する第３の固定面と、Ｙ軸の負領域と直交し前記第４の変位面に対向する第４の固定面と、を有し、
前記第１の変位面および前記第１の固定面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、前記第２の変位面および前記第２の固定面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、前記第３の変位面および前記第３の固定面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、前記第４の変位面および前記第４の固定面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の発電素子。
【請求項５】
前記変位部材が、Ｚ軸の正領域と直交する第５の変位面と、Ｚ軸の負領域と直交する第６の変位面と、をさらに有し、
前記固定部材が、Ｚ軸の正領域と直交し前記第５の変位面に対向する第５の固定面と、Ｚ軸の負領域と直交し前記第６の変位面に対向する第６の固定面と、をさらに有し、
前記第５の変位面および前記第５の固定面のうち、一方には第５のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第５の対向電極層が形成されており、
前記第６の変位面および前記第６の固定面のうち、一方には第６のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第６の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発電素子。
【請求項６】
前記変位部材には複数箇所に変位支持点が設けられており、前記各変位支持点は、対応する固定支持点にそれぞれ個別の弾性変形体によって接続されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の発電素子。
【請求項７】
前記変位部材および前記固定部材のうち、一方には、部分的に突出した凸部が設けられており、他方には、前記凸部を収容する凹部が設けられており、
前記凸部の頂面と前記凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には端部対向電極層が形成されており、
前記凸部の左側面と前記凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には左側対向電極層が形成されており、
前記凸部の右側面と前記凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には右側対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発電素子。
【請求項８】
前記端部対向電極層、前記左側対向電極層、および前記右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していることを特徴とする請求項７に記載の発電素子。
【請求項９】
前記変位部材が、ＸＹ平面に平行な上面および下面を有する板状構造体により構成され、前記固定部材が、前記板状構造体を取り囲むように配置された枠状構造体により構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の発電素子。
【請求項１０】
変位を生じていない状態における前記変位部材の中心位置に原点が配置されるように前記ＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、
前記板状構造体が、Ｘ軸の正領域と直交する第１の変位外面と、Ｘ軸の負領域と直交する第２の変位外面と、Ｙ軸の正領域と直交する第３の変位外面と、Ｙ軸の負領域と直交する第４の変位外面と、を有し、
前記枠状構造体が、Ｘ軸の正領域と直交し前記第１の変位外面に対向する第１の固定内面と、Ｘ軸の負領域と直交し前記第２の変位外面に対向する第２の固定内面と、Ｙ軸の正領域と直交し前記第３の変位外面に対向する第３の固定内面と、Ｙ軸の負領域と直交し前記第４の変位外面に対向する第４の固定内面と、を有していることを特徴とする請求項９に記載の発電素子。
【請求項１１】
前記第１の変位外面には、Ｘ軸正方向に突出した第１の変位凸部が設けられており、
前記第２の変位外面には、Ｘ軸負方向に突出した第２の変位凸部が設けられており、
前記第３の変位外面には、Ｙ軸正方向に突出した第３の変位凸部が設けられており、
前記第４の変位外面には、Ｙ軸負方向に突出した第４の変位凸部が設けられており、
前記第１の固定内面の、前記第１の変位凸部に対向する位置には、Ｘ軸負方向に突出した第１の固定凸部が設けられており、
前記第２の固定内面の、前記第２の変位凸部に対向する位置には、Ｘ軸正方向に突出した第２の固定凸部が設けられており、
前記第３の固定内面の、前記第３の変位凸部に対向する位置には、Ｙ軸負方向に突出した第３の固定凸部が設けられており、
前記第４の固定内面の、前記第４の変位凸部に対向する位置には、Ｙ軸正方向に突出した第４の固定凸部が設けられており、
前記第１の変位凸部の頂面と前記第１の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面と前記第２の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面と前記第３の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面と前記第４の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の発電素子。
【請求項１２】
前記第１の変位外面には、Ｘ軸正方向に突出した第１の変位凸部が設けられており、
前記第２の変位外面には、Ｘ軸負方向に突出した第２の変位凸部が設けられており、
前記第３の変位外面には、Ｙ軸正方向に突出した第３の変位凸部が設けられており、
前記第４の変位外面には、Ｙ軸負方向に突出した第４の変位凸部が設けられており、
前記第１の固定内面には、前記第１の変位凸部を収容する第１の固定凹部が設けられており、
前記第２の固定内面には、前記第２の変位凸部を収容する第２の固定凹部が設けられており、
前記第３の固定内面には、前記第３の変位凸部を収容する第３の固定凹部が設けられており、
前記第４の固定内面には、前記第４の変位凸部を収容する第４の固定凹部が設けられており、
前記第１の変位凸部の頂面および側面と、前記第１の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面および側面と、前記第２の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面および側面と、前記第３の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面および側面と、前記第４の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の発電素子。
【請求項１３】
前記第１の変位凸部の頂面と前記第１の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の端部対向電極層が形成されており、
前記第１の変位凸部の左側面と前記第１の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の左側対向電極層が形成されており、
前記第１の変位凸部の右側面と前記第１の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の右側対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面と前記第２の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の端部対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の左側面と前記第２の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の左側対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の右側面と前記第２の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の右側対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面と前記第３の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の端部対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の左側面と前記第３の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の左側対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の右側面と前記第３の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の右側対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面と前記第４の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の端部対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の左側面と前記第４の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の左側対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の右側面と前記第４の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の右側対向電極層が形成されており、
前記第１〜第４の端部対向電極層、前記第１〜第４の左側対向電極層、および前記第１〜第４の右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していることを特徴とする請求項１２に記載の発電素子。
【請求項１４】
前記第１の固定内面には、Ｘ軸負方向に突出した第１の固定凸部が設けられており、
前記第２の固定内面には、Ｘ軸正方向に突出した第２の固定凸部が設けられており、
前記第３の固定内面には、Ｙ軸負方向に突出した第３の固定凸部が設けられており、
前記第４の固定内面には、Ｙ軸正方向に突出した第４の固定凸部が設けられており、
前記第１の変位外面には、前記第１の固定凸部を収容する第１の変位凹部が設けられており、
前記第２の変位外面には、前記第２の固定凸部を収容する第２の変位凹部が設けられており、
前記第３の変位外面には、前記第３の固定凸部を収容する第３の変位凹部が設けられており、
前記第４の変位外面には、前記第４の固定凸部を収容する第４の変位凹部が設けられており、
前記第１の固定凸部の頂面および側面と、前記第１の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の頂面および側面と、前記第２の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の頂面および側面と、前記第３の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の頂面および側面と、前記第４の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の発電素子。
【請求項１５】
前記第１の固定凸部の頂面と前記第１の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の端部対向電極層が形成されており、
前記第１の固定凸部の左側面と前記第１の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の左側対向電極層が形成されており、
前記第１の固定凸部の右側面と前記第１の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の右側対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の頂面と前記第２の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の端部対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の左側面と前記第２の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の左側対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の右側面と前記第２の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の右側対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の頂面と前記第３の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の端部対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の左側面と前記第３の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の左側対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の右側面と前記第３の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の右側対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の頂面と前記第４の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の端部対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の左側面と前記第４の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の左側対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の右側面と前記第４の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の右側対向電極層が形成されており、
前記第１〜第４の端部対向電極層、前記第１〜第４の左側対向電極層、および前記第１〜第４の右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していることを特徴とする請求項１４に記載の発電素子。
【請求項１６】
前記枠状構造体の内側面には、前記板状構造体に向かって突出するストッパ突起が設けられており、前記変位部材が変位していない状態において、前記ストッパ突起と前記板状構造体との間には所定の空隙寸法が確保されていることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１７】
前記固定部材が、前記板状構造体の上方を覆う上方蓋体と、前記板状構造体の下方を覆う下方蓋体と、をさらに有し、
前記変位部材が変位していない状態において、前記上方蓋体の下面と前記板状構造体の上面との間には所定の空隙寸法が確保されており、前記下方蓋体の上面と前記板状構造体の下面との間には所定の空隙寸法が確保されていることを特徴とする請求項９〜１６のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１８】
前記板状構造体が、Ｚ軸の正領域と直交する第５の変位外面と、Ｚ軸の負領域と直交する第６の変位外面と、をさらに有し、
前記固定部材が、前記板状構造体の上方を覆う上方蓋体と、前記板状構造体の下方を覆う下方蓋体と、をさらに有し、
前記上方蓋体の下面は、Ｚ軸の正領域と直交し前記第５の変位外面に対向する第５の固定内面を形成し、前記下方蓋体の上面は、Ｚ軸の負領域と直交し前記第６の変位外面に対向する第６の固定内面を形成し、
前記第５の変位外面および前記第５の固定内面のうち、一方には第５のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第５の対向電極層が形成されており、前記第６の変位外面および前記第６の固定内面のうち、一方には第６のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第６の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１９】
前記板状構造体が矩形状をなし、その４頂点に対応する４箇所に変位支持点が設けられており、
前記枠状構造体が前記板状構造体を取り囲む矩形状をなし、その４頂点近傍の４箇所に固定支持点が設けられており、前記各変位支持点と前記各固定支持点とは１対１に対応しており、対応する変位支持点と固定支持点とがそれぞれ個別の弾性変形体によって接続されていることを特徴とする請求項９〜１８のいずれかに記載の発電素子。
【請求項２０】
前記弾性変形体が、前記板状構造体の厚みおよび前記枠状構造体の厚みよりも小さな厚みを有し、一端が前記板状構造体に設けられた変位支持点に接続され、他端が前記枠状構造体に設けられた固定支持点に接続された細長い線状構造体によって構成されていることを特徴とする請求項９〜１９のいずれかに記載の発電素子。
【請求項２１】
前記弾性変形体が、湾曲もしくは屈曲した細長い線状構造体によって構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の発電素子。
【請求項２２】
前記板状構造体の上面もしくは下面、またはその両面に、重錘体が接合されていることを特徴とする請求項９〜２１のいずれかに記載の発電素子。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載の発電素子であって、前記エレクトレット材料層が、その下層に形成されたエレクトレット電極層を介して前記変位部材または前記固定部材の表面に形成された、発電素子と、
前記対向電極層と前記エレクトレット電極層との間に生じる電圧に基づいて電力を生成する発電回路と、
を備えることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電素子、より詳しくは、エレクトレットによる発電を行う発電素子、および当該発電素子を用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子が知られている。特許文献１および特許文献２には、エレクトレット材料から構成される第１電極と、金属から構成される第２電極とを有する発電素子が記載されている。ここで、エレクトレット材料とは、永久磁石の磁気分極のように、電界を無くしても誘電分極が残留する誘電体である。
【０００３】
特許文献１の発電素子では、第１電極または第２電極がＸＹ平面内で弾性移動する。特許文献２の発電素子では、第１電極または第２電極がＸ軸方向に弾性移動する。この弾性移動により第２電極の電荷量が変化することにより、電気エネルギーが発電素子から外部に取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８６１９０号公報
【特許文献２】特開２０１１−４５１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２では、発電素子の電極（第１電極または第２電極）は所定の方向あるいは所定の平面内でしか弾性移動できず、発電効率が低いという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、従来発電に利用されていない振動エネルギーを利用することが可能な発電素子および発電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】
【０００７】
本発明に係る発電素子は、
変位部材と、固定部材と、弾性変形体と、を備える発電素子であって、
前記変位部材および前記固定部材のうち、一方の表面にはエレクトレット材料層が形成されており、他方の表面には前記エレクトレット材料層に対向する対向電極層が形成されており、
前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、前記弾性変形体が変形することにより、前記エレクトレット材料層と前記対向電極層との間の層間距離が変動するように前記変位部材が前記固定部材に対して変位することを特徴とする。
【０００８】
また、前記発電素子において、
前記変位部材は、前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、前記固定部材に対して固定されたＸＹＺ三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち少なくとも２方向に変位可能であるように構成されていてもよい。
【０００９】
また、前記発電素子において、
前記変位部材は、前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能であるように構成されていてもよい。
【００１０】
また、前記発電素子において、
変位を生じていない状態における前記変位部材の中心位置に原点が配置されるように前記ＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、
前記変位部材が、Ｘ軸の正領域と直交する第１の変位面と、Ｘ軸の負領域と直交する第２の変位面と、Ｙ軸の正領域と直交する第３の変位面と、Ｙ軸の負領域と直交する第４の変位面と、を有し、
前記固定部材が、Ｘ軸の正領域と直交し前記第１の変位面に対向する第１の固定面と、Ｘ軸の負領域と直交し前記第２の変位面に対向する第２の固定面と、Ｙ軸の正領域と直交し前記第３の変位面に対向する第３の固定面と、Ｙ軸の負領域と直交し前記第４の変位面に対向する第４の固定面と、を有し、
前記第１の変位面および前記第１の固定面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、前記第２の変位面および前記第２の固定面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、前記第３の変位面および前記第３の固定面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、前記第４の変位面および前記第４の固定面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていてもよい。
【００１１】
また、前記発電素子において、
前記変位部材が、Ｚ軸の正領域と直交する第５の変位面と、Ｚ軸の負領域と直交する第６の変位面と、をさらに有し、
前記固定部材が、Ｚ軸の正領域と直交し前記第５の変位面に対向する第５の固定面と、Ｚ軸の負領域と直交し前記第６の変位面に対向する第６の固定面と、をさらに有し、
前記第５の変位面および前記第５の固定面のうち、一方には第５のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第５の対向電極層が形成されており、
前記第６の変位面および前記第６の固定面のうち、一方には第６のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第６の対向電極層が形成されていてもよい。
【００１２】
また、前記発電素子において、
前記変位部材には複数箇所に変位支持点が設けられており、前記各変位支持点は、対応する固定支持点にそれぞれ個別の弾性変形体によって接続されていてもよい。
【００１３】
また、前記発電素子において、
前記変位部材および前記固定部材のうち、一方には、部分的に突出した凸部が設けられており、他方には、前記凸部を収容する凹部が設けられており、
前記凸部の頂面と前記凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には端部対向電極層が形成されており、
前記凸部の左側面と前記凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には左側対向電極層が形成されており、
前記凸部の右側面と前記凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には右側対向電極層が形成されていてもよい。
【００１４】
また、前記発電素子において、
前記端部対向電極層、前記左側対向電極層、および前記右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していてもよい。
【００１５】
また、前記発電素子において、
前記変位部材が、ＸＹ平面に平行な上面および下面を有する板状構造体により構成され、前記固定部材が、前記板状構造体を取り囲むように配置された枠状構造体により構成されていてもよい。
【００１６】
また、前記発電素子において、
変位を生じていない状態における前記変位部材の中心位置に原点が配置されるように前記ＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、
前記板状構造体が、Ｘ軸の正領域と直交する第１の変位外面と、Ｘ軸の負領域と直交する第２の変位外面と、Ｙ軸の正領域と直交する第３の変位外面と、Ｙ軸の負領域と直交する第４の変位外面と、を有し、
前記枠状構造体が、Ｘ軸の正領域と直交し前記第１の変位外面に対向する第１の固定内面と、Ｘ軸の負領域と直交し前記第２の変位外面に対向する第２の固定内面と、Ｙ軸の正領域と直交し前記第３の変位外面に対向する第３の固定内面と、Ｙ軸の負領域と直交し前記第４の変位外面に対向する第４の固定内面と、を有していてもよい。
【００１７】
また、前記発電素子において、
前記第１の変位外面には、Ｘ軸正方向に突出した第１の変位凸部が設けられており、
前記第２の変位外面には、Ｘ軸負方向に突出した第２の変位凸部が設けられており、
前記第３の変位外面には、Ｙ軸正方向に突出した第３の変位凸部が設けられており、
前記第４の変位外面には、Ｙ軸負方向に突出した第４の変位凸部が設けられており、
前記第１の固定内面の、前記第１の変位凸部に対向する位置には、Ｘ軸負方向に突出した第１の固定凸部が設けられており、
前記第２の固定内面の、前記第２の変位凸部に対向する位置には、Ｘ軸正方向に突出した第２の固定凸部が設けられており、
前記第３の固定内面の、前記第３の変位凸部に対向する位置には、Ｙ軸負方向に突出した第３の固定凸部が設けられており、
前記第４の固定内面の、前記第４の変位凸部に対向する位置には、Ｙ軸正方向に突出した第４の固定凸部が設けられており、
前記第１の変位凸部の頂面と前記第１の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面と前記第２の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面と前記第３の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面と前記第４の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていてもよい。
【００１８】
また、前記発電素子において、
前記第１の変位外面には、Ｘ軸正方向に突出した第１の変位凸部が設けられており、
前記第２の変位外面には、Ｘ軸負方向に突出した第２の変位凸部が設けられており、
前記第３の変位外面には、Ｙ軸正方向に突出した第３の変位凸部が設けられており、
前記第４の変位外面には、Ｙ軸負方向に突出した第４の変位凸部が設けられており、
前記第１の固定内面には、前記第１の変位凸部を収容する第１の固定凹部が設けられており、
前記第２の固定内面には、前記第２の変位凸部を収容する第２の固定凹部が設けられており、
前記第３の固定内面には、前記第３の変位凸部を収容する第３の固定凹部が設けられており、
前記第４の固定内面には、前記第４の変位凸部を収容する第４の固定凹部が設けられており、
前記第１の変位凸部の頂面および側面と、前記第１の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面および側面と、前記第２の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面および側面と、前記第３の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面および側面と、前記第４の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていてもよい。
【００１９】
また、前記発電素子において、
前記第１の変位凸部の頂面と前記第１の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の端部対向電極層が形成されており、
前記第１の変位凸部の左側面と前記第１の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の左側対向電極層が形成されており、
前記第１の変位凸部の右側面と前記第１の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の右側対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面と前記第２の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の端部対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の左側面と前記第２の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の左側対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の右側面と前記第２の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の右側対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面と前記第３の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の端部対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の左側面と前記第３の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の左側対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の右側面と前記第３の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の右側対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面と前記第４の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の端部対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の左側面と前記第４の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の左側対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の右側面と前記第４の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の右側対向電極層が形成されており、
前記第１〜第４の端部対向電極層、前記第１〜第４の左側対向電極層、および前記第１〜第４の右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していてもよい。
【００２０】
また、前記発電素子において、
前記第１の固定内面には、Ｘ軸負方向に突出した第１の固定凸部が設けられており、
前記第２の固定内面には、Ｘ軸正方向に突出した第２の固定凸部が設けられており、
前記第３の固定内面には、Ｙ軸負方向に突出した第３の固定凸部が設けられており、
前記第４の固定内面には、Ｙ軸正方向に突出した第４の固定凸部が設けられており、
前記第１の変位外面には、前記第１の固定凸部を収容する第１の変位凹部が設けられており、
前記第２の変位外面には、前記第２の固定凸部を収容する第２の変位凹部が設けられており、
前記第３の変位外面には、前記第３の固定凸部を収容する第３の変位凹部が設けられており、
前記第４の変位外面には、前記第４の固定凸部を収容する第４の変位凹部が設けられており、
前記第１の固定凸部の頂面および側面と、前記第１の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の頂面および側面と、前記第２の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の頂面および側面と、前記第３の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の頂面および側面と、前記第４の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていてもよい。
【００２１】
また、前記発電素子において、
前記第１の固定凸部の頂面と前記第１の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の端部対向電極層が形成されており、
前記第１の固定凸部の左側面と前記第１の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の左側対向電極層が形成されており、
前記第１の固定凸部の右側面と前記第１の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の右側対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の頂面と前記第２の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の端部対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の左側面と前記第２の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の左側対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の右側面と前記第２の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の右側対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の頂面と前記第３の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の端部対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の左側面と前記第３の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の左側対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の右側面と前記第３の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の右側対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の頂面と前記第４の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の端部対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の左側面と前記第４の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の左側対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の右側面と前記第４の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の右側対向電極層が形成されており、
前記第１〜第４の端部対向電極層、前記第１〜第４の左側対向電極層、および前記第１〜第４の右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していてもよい。
【００２２】
また、前記発電素子において、
前記枠状構造体の内側面には、前記板状構造体に向かって突出するストッパ突起が設けられており、前記変位部材が変位していない状態において、前記ストッパ突起と前記板状構造体との間には所定の空隙寸法が確保されていてもよい。
【００２３】
また、前記発電素子において、
前記固定部材が、前記板状構造体の上方を覆う上方蓋体と、前記板状構造体の下方を覆う下方蓋体と、をさらに有し、
前記変位部材が変位していない状態において、前記上方蓋体の下面と前記板状構造体の上面との間には所定の空隙寸法が確保されており、前記下方蓋体の上面と前記板状構造体の下面との間には所定の空隙寸法が確保されていてもよい。
【００２４】
また、前記発電素子において、
前記板状構造体が、Ｚ軸の正領域と直交する第５の変位外面と、Ｚ軸の負領域と直交する第６の変位外面と、をさらに有し、
前記固定部材が、前記板状構造体の上方を覆う上方蓋体と、前記板状構造体の下方を覆う下方蓋体と、をさらに有し、
前記上方蓋体の下面は、Ｚ軸の正領域と直交し前記第５の変位外面に対向する第５の固定内面を形成し、前記下方蓋体の上面は、Ｚ軸の負領域と直交し前記第６の変位外面に対向する第６の固定内面を形成し、
前記第５の変位外面および前記第５の固定内面のうち、一方には第５のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第５の対向電極層が形成されており、前記第６の変位外面および前記第６の固定内面のうち、一方には第６のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第６の対向電極層が形成されていてもよい。
【００２５】
また、前記発電素子において、
前記板状構造体が矩形状をなし、その４頂点に対応する４箇所に変位支持点が設けられており、
前記枠状構造体が前記板状構造体を取り囲む矩形状をなし、その４頂点近傍の４箇所に固定支持点が設けられており、前記各変位支持点と前記各固定支持点とは１対１に対応しており、対応する変位支持点と固定支持点とがそれぞれ個別の弾性変形体によって接続されていてもよい。
【００２６】
また、前記発電素子において、
前記弾性変形体が、前記板状構造体の厚みおよび前記枠状構造体の厚みよりも小さな厚みを有し、一端が前記板状構造体に設けられた変位支持点に接続され、他端が前記枠状構造体に設けられた固定支持点に接続された細長い線状構造体によって構成されていてもよい。
【００２７】
また、前記発電素子において、
前記弾性変形体が、湾曲もしくは屈曲した細長い線状構造体によって構成されていてもよい。
【００２８】
また、前記発電素子において、
前記板状構造体の上面もしくは下面、またはその両面に、重錘体が接合されていてもよい。
【００２９】
本発明に係る発電装置は、
前記発電素子であって、前記エレクトレット材料層が、その下層に形成されたエレクトレット電極層を介して前記変位部材または前記固定部材の表面に形成された、発電素子と、
前記対向電極層と前記エレクトレット電極層との間に生じる電圧に基づいて電力を生成する発電回路と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、弾性変形体が変形することにより、エレクトレット材料層と対向電極層との間の層間距離が変動するように変位部材が固定部材に対して変位する。これにより、本発明によれば、従来のエレクトレット発電素子で利用されていない振動エネルギー、すなわち、エレクトレット材料層と対向電極層との間の層間距離を変動させる振動エネルギーを利用した発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発電素子の平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る発電素子を備える発電装置の概略的な構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る発電素子の側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る発電素子の斜視図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る発電素子の平面図である。
【図６】第４の実施形態に係る発電素子の動作を説明するための図である。
【図７】第４の実施形態の変形例に係る発電素子の断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る発電素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ軸に沿う断面図である。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）ともに、実施形態に係る弾性変形体を示す図である。
【図１０】（ａ）は第５の実施形態に係る発電素子の製造方法を説明するための平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ軸に沿う断面図である。
【図１１】（ａ）は図１０（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図１０（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図１２】（ａ）はＳＯＩ基板の断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は弾性変形体が形成されたＳＯＩ基板の断面図である。
【図１３】第５の実施形態の変形例に係る発電素子の断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明の第６の実施形態に係る発電素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ軸に沿う断面図である。
【図１５】（ａ）は本発明の第７の実施形態に係る発電素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ軸に沿う断面図である。
【図１６】（ａ），（ｂ），（ｃ）ともに、第７の実施形態に係る発電素子の動作を説明するための平面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の第７の実施形態の変形例１に係る発電素子の一部を示す平面図であり、（ｂ）は本発明の第７の実施形態の変形例２に係る発電素子の一部を示す平面図である。
【図１８】（ａ）は本発明の第８の実施形態に係る発電素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ軸に沿う断面図である。
【図１９】（ａ）は本発明の第９の実施形態に係る発電素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ軸に沿う断面図である。
【図２０】（ａ），（ｂ），（ｃ）ともに、第９の実施形態に係る発電素子の動作を説明するための平面図である。
【図２１】（ａ）は本発明の第１０の実施形態に係る発電素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ軸に沿う断面図である。
【図２２】第１０の実施形態の変形例に係る発電素子の、Ｘ軸に沿う断面図である。
【図２３】従来のエレクトレット発電による発電素子の動作原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
＜比較例＞
本発明に係る実施形態を説明する前に、比較例に係る発電素子について説明する。
【００３３】
比較例に係る発電素子１０００は、図２３（ａ）に示すように、変位部材１０と、固定台（図示せず）に固定された固定部材２０と、弾性変形体３０とを有する。変位部材１０と固定部材２０は、変位部材１０の下面と固定部材２０の上面が対向するように互いに平行に配置されている。また、変位部材１０と固定部材２０は弾性変形体３０により接続されているため、変位部材１０は、固定部材２０に対し所定の方向に沿って弾性移動することが可能である。
【００３４】
変位部材１０の下面には、導体から構成されるエレクトレット電極層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅが紙面垂直方向に延在するようにストライプ状に形成されている。各エレクトレット電極層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅの上には、エレクトレット材料から構成されるエレクトレット材料層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅがそれぞれ形成されている。エレクトレット材料層１２Ａ〜１２Ｅには、正電荷が蓄積されている。
【００３５】
固定部材２０の上面には、導体から構成される対向電極層２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅが紙面垂直方向に延在するようにストライプ状に形成されている。
【００３６】
エレクトレット電極層１１Ａ〜１１Ｅおよび対向電極層２１Ａ〜２１Ｅはそれぞれ、ダイオードブリッジの所定部分に電気的に接続される。
【００３７】
比較例に係る発電素子１０００の動作について説明する。
【００３８】
図２３（ａ）は、変位部材１０が固定部材２０に対して変位していない状態を示している。この状態において、エレクトレット材料層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅは、対向電極層２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅとそれぞれ対向する。このため、図２３（ａ）に示すように、対向電極層２１Ａ〜２１Ｅには、対向するエレクトレット材料層１２Ａ〜１２Ｅの正電荷に応じて負電荷（電子）が誘導される。
【００３９】
次に、図２３（ｂ）は、変位部材１０が固定部材２０に対して変位した状態を示している。この状態において、エレクトレット材料層１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅは、対向電極層２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとそれぞれ対向する。一方、エレクトレット材料層１２Ａ，１２Ｂおよび対向電極層２１Ｄ，２１Ｅは対向する相手がいなくなる。このため、図２３（ｂ）に示すように、対向電極層２１Ｄ，２１Ｅの負電荷が外部に取り出される。このように、変位部材１０が固定部材２０に対してスライド変位することにより変位部材１０と固定部材２０が重なる部分の面積（重なり面積）が減少する場合、発電素子１０００の外部に放出される。
【００４０】
次に、図２３（ｃ）は、変位部材１０が元の位置に戻ってきた状態を示している。この状態では、変位部材１０と固定部材２０の間の重なり面積が元の大きさに回復するため、対向電極層２１Ｄ，２１Ｅに負電荷が蓄積される。このように、変位部材１０と固定部材２０の間の重なり面積が増大する場合、負電荷が発電素子１０００の内部に吸収される。
【００４１】
上記のように、比較例に係る発電素子１０００では、変位部材１０が固定部材２０に対してスライド変位することで変位部材１０と固定部材２０の間の重なり面積が増減することにより発電が行われる。
【００４２】
以下、本発明に係る第１〜第１０の実施形態について説明する。
【００４３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る発電素子１について説明する。
【００４４】
発電素子１は、図１（ａ）に示すように、変位部材４０と、エレクトレット電極層４１と、エレクトレット材料層４２と、固定部材５０と、対向電極層５１と、弾性変形体６０とを備えている。
【００４５】
変位部材４０は、弾性変形体６０を介して固定部材５０に接続されている。このため、変位部材４０は、固定部材５０に対しＸ軸方向に弾性移動することが可能である。本実施形態では、変位部材４０は、直方体形状であり、絶縁体で構成されている。
【００４６】
固定部材５０は、取付面（取付壁）５５に取り付けられている。本実施形態では、固定部材５０は直方体形状であり、絶縁体で構成されている。
【００４７】
なお、変位部材４０および固定部材５０の形状は、直方体以外の形状であってもよい。また、変位部材４０および固定部材５０は、導体により構成されてもよい。
【００４８】
変位部材４０の表面には、エレクトレット電極層４１を介してエレクトレット材料層４２が形成されている。すなわち、変位部材４０の上にエレクトレット電極層４１が形成され、その上にエレクトレット材料層４２が形成されている。エレクトレット電極層４１は、銅またはアルミニウム等の導体から構成されている。エレクトレット材料層４２は、エレクトレット材料から構成されている。本実施形態では、エレクトレット材料層４２は正に帯電しているが、負に帯電していてもよい。
【００４９】
なお、エレクトレット材料層４２を構成するエレクトレット材料としては、公知の高分子電荷保持材料または無機電荷保持材料を用いることが可能である。高分子電荷保持材料の場合は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等が適用可能である。また、無機電荷保持材料の場合は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物等が適用可能である。
【００５０】
固定部材５０の表面にはエレクトレット材料層４２に対向する対向電極層５１が形成されている。対向電極層５１は、銅またはアルミニウム等の導体から構成されている。
【００５１】
なお、エレクトレット材料層は、変位部材４０ではなく、固定部材５０に形成されてもよい。この場合、固定部材５０の表面にエレクトレット電極層を介してエレクトレット材料層が形成され、変位部材４０の表面に対向電極層が形成される。
【００５２】
一般的に言えば、変位部材４０および固定部材５０のうち、一方の表面にはエレクトレット材料層が形成され、他方の表面にはエレクトレット材料層に対向する対向電極層が形成される。エレクトレット材料層は、その下層に形成されたエレクトレット電極層を介して変位部材４０または固定部材５０の表面に形成される。
【００５３】
エレクトレット材料層４２および対向電極層５１は、所定の基準面を挟むように配置されている。本実施形態では、エレクトレット材料層４２および対向電極層５１は、図１（ａ）に示すように、所定の基準平面Ｓに平行になるように配置されている。なお、基準面は曲面であってもよい。例えば、エレクトレット材料層４２が凸形状に形成され、対向電極層５１が当該凸形状に勘合する凹形状に形成された場合、基準面は凸形状（または凹形状）に沿う曲面となる。
【００５４】
次に、第１の実施形態に係る発電素子１の動作について説明する。
【００５５】
発電素子１では、変位部材４０は層間距離が変動するように固定部材５０に対し水平方向（Ｘ軸方向）に変位し、この変位動作により発電が行われる。ここで、「層間距離」は、対向するエレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の距離である。
【００５６】
より詳しくは、発電素子１に環境振動等の振動エネルギーが与えられたときに、弾性変形体６０が変形する。これにより、変位部材４０は、エレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の層間距離が変動するように固定部材５０に対して変位する。
【００５７】
変位部材４０が変位していないとき、エレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の層間距離はｄ１である。この状態では、図１（ａ）に示すように、エレクトレット材料層４２に蓄積された正電荷により、対向電極層５１には負電荷が誘導される。なお、エレクトレット材料層４２が負に帯電している場合には、対向電極層５１には正電荷が誘導される。本明細書の以下の説明では、特に断らない限り、エレクトレット材料層の電荷によって対向電極層に誘導される正電荷または負電荷を総称して単に「電荷」という。
【００５８】
−Ｘ軸方向（以下、「Ｘ軸負方向」ともいう。）の力が変位部材４０に作用すると、図１（ｂ）に示すように、変位部材４０は固定部材５０から離れ、層間距離はｄ１よりも大きいｄ２となる。これにより、対向電極層５１に誘導される電荷は減少する。反対に、＋Ｘ軸方向（以下、「Ｘ軸正方向」ともいう。）の力が変位部材４０に作用すると、図１（ｃ）に示すように、変位部材４０は固定部材５０に近づき、層間距離はｄ１よりも小さいｄ３となる。これにより、対向電極層５１に誘導される電荷は増加する。
【００５９】
このように、発電素子１は、変位部材４０が基準平面Ｓに対して垂直方向に変位することにより発電を行う。
【００６０】
上記の現象、すなわち、エレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の層間距離の変動により対向電極層５１に誘導される電荷量が変化するという現象は、本願の発明者が独自に発見した現象であり、層間距離を増減させたところ電荷の増減が偶然に確認できたものである。この現象の理由については、エレクトレット電極層４１と対向電極層５１から構成されるコンデンサの静電容量が変化するためと推察される。より詳しくは、層間距離がｄ１からｄ２に広がるとコンデンサの静電容量が低下するため、対向電極層５１に蓄積される電荷の数が減少し、反対に、層間距離がｄ１からｄ３に狭まるとコンデンサの静電容量が増加するため、対向電極層５１に蓄積される電荷の数が増加する。これに起因して、層間距離を増減させた場合、対向電極層５１に誘導される電荷量が変化するものと推察される。
【００６１】
次に、発電素子１を備える発電装置１００について説明する。
【００６２】
発電装置１００は、図２に示すように、発電素子１と、発電回路２とを備えている。発電回路２は、対向電極層５１とエレクトレット電極層４１との間に生じる電圧に基づいて電力を生成するように構成されている。本実施形態では、発電回路２は、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４から構成されるダイオードブリッジと、平滑コンデンサＣとを有し、対向電極層５１とエレクトレット電極層４１との間に生じる電圧を整流して直流電力を生成する。生成された直流電力は、出力端子Ｔ１，Ｔ２を介して負荷ＲＬに供給される。
【００６３】
エレクトレット電極層４１および対向電極層５１は、発電回路２に電気的に接続されている。本実施形態では、図２に示すように、エレクトレット電極層４１は、ダイオードＤ２のカソードとダイオードＤ３のアノードとの接続点Ｘに電気的に接続され、対向電極層５１は、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ４のアノードとの接続点Ｙに電気的に接続されている。
【００６４】
なお、発電回路２は直流電力に限らず、交流電力を生成して出力してもよい。例えば、発電回路２は、直流電力を交流電力に変換するインバータをダイオードブリッジに後段にさらに有してもよい。
【００６５】
また、発電装置１００が有する発電素子は、本実施形態に係る発電素子１に限らず、以下に説明する各実施形態に係る発電素子のいずれであってもよい。
【００６６】
以上説明したように、発電素子１では、変位部材４０が、エレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の層間距離が変動するように固定部材５０に対して変位することにより発電が行われる。よって、第１の実施形態によれば、従来のエレクトレット発電素子で利用されていない振動エネルギー、すなわち、エレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の層間距離を変動させる振動エネルギーを利用した発電を行うことができる。
【００６７】
さらに、層間距離が短くなるほど、エレクトレット材料層４２に帯電した電荷量を上限として、対向電極層５１に誘導される電荷量が大きくなる。よって、第１の実施形態によれば、比較例に係る発電素子１０００よりも発電量を増加させることができる可能性がある。
【００６８】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る発電素子１Ａについて説明する。第１の実施形態では変位部材４０の変位方向が水平方向（Ｘ軸方向）であったが、第２の実施形態では、変位部材４０は鉛直方向（Ｚ軸方向）に変位する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に第２の実施形態について説明する。
【００６９】
第２の実施形態に係る発電素子１Ａは、図３に示すように、変位部材４０と、エレクトレット電極層４１と、エレクトレット材料層４２と、固定部材５０と、対向電極層５１と、弾性変形体６０とを備えている。
【００７０】
本実施形態では、図３に示すように、変位部材４０は、弾性変形体６０を介して取付面（天面）５６にぶら下げられている。固定部材５０は、取付面５７上に固定されている。変位部材４０は層間距離が変動するように固定部材５０に対し鉛直方向に変位する。この変位動作により、発電素子１と同様の動作原理による発電（すなわち、層間距離の変動に基づく発電）が行われる。
【００７１】
よって、第２の実施形態によれば、従来のエレクトレット発電素子で利用されていない振動エネルギー、すなわち、エレクトレット材料層４２と対向電極層５１との間の層間距離を変動させる振動エネルギーを利用した発電を行うことができる。
【００７２】
さらに、発電素子１Ａでは、変位部材４０は弾性変形体６０を介して取付面５６にぶら下がっているだけなので、振り子のように、鉛直方向以外の方向に変位することも可能である。すなわち、発電素子１Ａでは、固定部材５０に対して固定されたＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、変位部材４０がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能となるように、変位部材４０と固定部材５０とが弾性変形体６０によって接続されているとも言える。
【００７３】
したがって、発電素子１Ａは、比較例に係る発電素子１０００と同様の発電（すなわち、重なり面積の変動に基づく発電）を行うことも可能である。このように、第２の実施形態によれば、全ての方向の振動エネルギーを利用することができ、発電効率をさらに向上させることができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る発電素子１Ｂについて説明する。第１および第２の実施形態では、変位部材４０は１本の弾性変形体６０により支持されていたが、第３の実施形態では、変位部材４０は複数の弾性変形体により支持されている。以下、第１および第２の実施形態との相違点を中心に第３の実施形態について説明する。
【００７５】
第３の実施形態に係る発電素子１Ｂは、図４に示すように、変位部材４０と、エレクトレット電極層４１と、エレクトレット材料層４２と、固定部材５０と、対向電極層５１と、複数の弾性変形体６１，６２，６３，６４とを備えている。
【００７６】
固定部材５０は、取付面５７の上に固定されている。
【００７７】
図４に示すように、変位部材４０には４箇所に変位支持点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４が設けられている。
【００７８】
各変位支持点は、対応する固定支持点に弾性変形体によって接続されている。すなわち、各変位支持点と各固定支持点とは１対１に対応している。例えば、変位支持点ａ１は固定支持点ｂ１に対応しており、変位支持点ａ２は固定支持点ｂ２に対応している。そして、対応する変位支持点と固定支持点とがそれぞれ個別の弾性変形体によって接続されている。すなわち、変位支持点ａ１と固定支持点ｂ１とが弾性変形体６１によって接続され、変位支持点ａ２と固定支持点ｂ２とが弾性変形体６２によって接続され、変位支持点ａ３と固定支持点ｂ３とが弾性変形体６３によって接続され、変位支持点ａ４と固定支持点ｂ４とが弾性変形体６４によって接続されている。
【００７９】
弾性変形体６１，６２，６３，６４は、図４に示すように、一端が取付面（取付壁）５８に固定され、他端が変位部材４０に固定されている。変位部材４０が安定的に支持されるように、弾性変形体６１〜６４のばね定数は等しいことが好ましい。
【００８０】
図４に示すように、弾性変形体６１〜６４の各々は、直方体形状の変位部材４０の鉛直方向の各辺にそれぞれ接続されている。これにより、変位部材４０を安定的に支持しつつ、Ｚ軸方向に変位し易くすることができる。
【００８１】
なお、弾性変形体の数は４本に限られない。例えば、変位部材４０が平面視してｎ角形（ｎ：３以上の整数）の場合、変位部材４０はｎ本の弾性変形体により支持されてもよい。各弾性変形体の端部は、変位部材４０の辺に固定されてもよいし、変位部材４０の面または頂点に固定されてもよい。
【００８２】
また、変位部材４０の形状は、直方体に限らず、他の形状（多角柱、多角錐、円柱、円錐、球、楕円球等）であってもよい。
【００８３】
上記のように、第３の実施形態では、変位部材４０が弾性変形体６１〜６４により取付面５８に接続されることにより、変位部材４０は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能である。よって、第２の実施形態に係る発電素子１Ａと同様に、層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行うことができ、発電効率をさらに向上させることができる。
【００８４】
なお、本実施形態は、発電素子１Ｂに振動エネルギーが与えられたときに、変位部材４０がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能に構成される場合に限られない。すなわち、変位部材４０は、ＸＹＺ三次元直交座標系のＸ軸およびＺ軸の２方向、またはＹ軸およびＺ軸の２方向に変位可能であるように構成されていてもよい。
【００８５】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る発電素子１Ｃについて説明する。第１〜第３の実施形態では、変位部材４０の一つの面に対してのみエレクトレット材料層が設けられていたが、第４の実施形態では、変位部材４０の各側面についてそれぞれエレクトレット材料層が設けられている。以下、第１〜第３の実施形態との相違点を中心に第４の実施形態について説明する。
【００８６】
第４の実施形態に係る発電素子１Ｃは、図５に示すように、変位部材４０と、エレクトレット電極層４１と、エレクトレット材料層４２と、固定部材５０と、対向電極層５１と、複数の弾性変形体６１，６２，６３，６４とを備えている。エレクトレット電極層４１は、変位部材４０の全周を被覆するように設けられている。エレクトレット材料層４２は、複数のエレクトレット材料層４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄを有している。固定部材５０は、固定部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄを有している。
【００８７】
変位を生じていない状態における変位部材４０の中心位置に原点Ｏが配置されるようにＸＹＺ三次元直交座標系を定義する。
【００８８】
まず、本実施形態における変位部材４０について説明する。変位部材４０は、図５に示すように、変位面４０ａ（第１の変位面）と、変位面４０ｂ（第２の変位面）と、変位面４０ｃ（第３の変位面）と、変位面４０ｄ（第４の変位面）と、を有する。変位面４０ａはＸ軸の正領域と直交する面であり、変位面４０ｂはＸ軸の負領域と直交する面であり、変位面４０ｃはＹ軸の正領域と直交する面であり、変位面４０ｄはＹ軸の負領域と直交する面である。
【００８９】
本実施形態では、変位部材４０の各側面にエレクトレット材料層が設けられている。すなわち、図５に示すように、エレクトレット材料層４２Ａ〜４２Ｄが変位部材４０の各側面にそれぞれ設けられている。より詳しくは、エレクトレット材料層４２Ａはエレクトレット電極層４１を介して変位面４０ａに設けられ、エレクトレット材料層４２Ｂはエレクトレット電極層４１を介して変位面４０ｂに設けられ、エレクトレット材料層４２Ｃはエレクトレット電極層４１を介して変位面４０ｃに設けられ、エレクトレット材料層４２Ｄはエレクトレット電極層４１を介して変位面４０ｄに設けられている。本実施形態では、エレクトレット材料層４２Ａ〜４２Ｄは正に帯電している。なお、エレクトレット材料層４２Ａ〜４２Ｄは負に帯電したものであってもよい。
【００９０】
第４の実施形態では、図５に示すように、弾性変形体６１〜６４は、一端が取付面（取付壁）５９に固定され、他端がエレクトレット材料層４２に固定されている。これにより、第３の実施形態と同様、変位部材４０は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能である。
【００９１】
次に、本実施形態における固定部材５０について説明する。固定部材５０は、固定面５０ａ（第１の固定面）と、固定面５０ｂ（第２の固定面）と、固定面５０ｃ（第３の固定面）と、固定面５０ｄ（第４の固定面）と、を有する。固定面５０ａはＸ軸の正領域と直交し変位面４０ａに対向する面であり、固定面５０ｂはＸ軸の負領域と直交し変位面４０ｂに対向する面であり、固定面５０ｃはＹ軸の正領域と直交し変位面４０ｃに対向する面であり、固定面５０ｄはＹ軸の負領域と直交し変位面４０ｄに対向する面である。
【００９２】
固定部材５０は、図５に示すように、互いに別体の固定部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄから構成されている。固定部材５０Ａが固定面５０ａを有し、固定部材５０Ｂが固定面５０ｂを有し、固定部材５０Ｃが固定面５０ｃを有し固定部材５０Ｄが固定面５０ｄを有する。
【００９３】
なお、固定部材５０は一つの部材で構成されてもよい。例えば、固定部材５０を枠状の枠部材とし、当該枠部材の内側面が固定面５０ａ〜５０ｄとなるようにしてもよい（例えば後述の第５の実施形態における固定内面８０ａ〜８０ｄを参照。）。
【００９４】
変位面４０ａおよび固定面５０ａのうち、一方にはエレクトレット材料層４２Ａ（第１のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層５１Ａ（第１の対向電極層）が形成されている。本実施形態では、変位面４０ａにエレクトレット電極層４１を介してエレクトレット材料層４２Ａが形成され、固定面５０ａに対向電極層５１Ａが形成されている。
【００９５】
他の変位面および固定面についても同様に、エレクトレット材料層および対向電極層が形成されている。すなわち、変位面４０ｂおよび固定面５０ｂのうち、一方にはエレクトレット材料層４２Ｂ（第２のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層５１Ｂ（第２の対向電極層）が形成されている。変位面４０ｃおよび固定面５０ｃのうち、一方にはエレクトレット材料層４２Ｃ（第３のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層５１Ｃ（第３の対向電極層）が形成されている。変位面４０ｄおよび固定面５０ｄのうち、一方にはエレクトレット材料層４２Ｄ（第４のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層５１Ｄ（第４の対向電極層）が形成されている。
【００９６】
次に、第４の実施形態に係る発電素子１Ｃの動作について説明する。
【００９７】
＋Ｘ軸方向の力が変位部材４０に作用すると、変位部材４０は固定部材５０Ａに近づくとともに固定部材５０Ｂから離れる。これにより、エレクトレット材料層４２Ａと対向電極層５１Ａとの間の層間距離は小さくなるとともに、エレクトレット材料層４２Ｂと対向電極層５１Ｂとの間の層間距離は大きくなる。その結果、対向電極層５１Ａに誘導される電荷は増加し、対向電極層５１Ｂに誘導される電荷は減少する。
【００９８】
反対に、−Ｘ軸方向の力が変位部材４０に作用すると、対向電極層５１Ａに誘導される電荷は減少し、対向電極層５１Ｂに誘導される電荷は増加する。このように変位部材４０がＸ軸正方向に変位する場合だけでなく、Ｘ軸負方向に変位する場合についても発電素子１Ｃから電荷が取り出される。すなわち、変位部材４０がＸ軸方向に振動することにより、対向電極層５１Ａおよび５１Ｂの両方から電荷が取り出される。また、変位部材４０がＹ軸方向に振動する場合にも、対向電極層５１Ｃおよび５１Ｄの両方から電荷が取り出される。よって、第４の実施形態によれば、発電効率をさらに向上させることができる。
【００９９】
次に、発電素子１Ｃにより行われる、重なり面積の変動に基づく発電について説明する。
【０１００】
変位部材４０がＸ軸方向に振動する際は、エレクトレット材料層４２Ｃと対向電極層５１Ｃとの間の層間距離、およびエレクトレット材料層４２Ｄと対向電極層５１Ｄとの間の層間距離はいずれも一定のままである。このため、Ｙ軸方向については、層間距離の変動に基づく発電は行われない。しかし、比較例に係る発電素子１０００と同じ発電原理による発電がＹ軸方向について行われる。より詳しくは、変位部材４０が変位していない場合（すなわち、変位部材４０の中心がＸＹＺ三次元直交座標系の原点Ｏに位置する場合）、発電素子１ＣをＹ軸正方向に向かって見たとき、エレクトレット材料層４２Ｃと対向電極層５１Ｃとが重なる部分は、図６（ａ）において斜線で示す領域となり、重なり面積は最大である。
【０１０１】
変位部材４０が原点ＯからＸ軸正方向に変位する場合、図６（ｂ）の左図に示すように、エレクトレット材料層４２Ｃと対向電極層５１Ｃとが重なる部分の面積（重なり面積）は減少する。同様に、エレクトレット材料層４２Ｄと対向電極層５１Ｄとが重なる部分の面積も減少する。変位部材４０が原点ＯからＸ軸負方向に変位する場合も、図６（ｂ）の右図に示すように、エレクトレット材料層４２Ｃと対向電極層５１Ｃとが重なる部分の面積は減少する。同様に、エレクトレット材料層４２Ｄと対向電極層５１Ｄとが重なる部分の面積も減少する。一方、弾性変形体６１〜６４の復元力により変位部材４０が原点Ｏに戻る場合、重なり面積は増大する。
【０１０２】
このように、変位部材４０がＸ軸方向に振動する際、Ｙ軸方向について重なり面積が増減するため、重なり面積の変動に基づく発電を行うことができる。同様に、変位部材４０がＹ軸方向に振動する際は、Ｘ軸方向について重なり面積が増減するため、重なり面積の変動に基づく発電を行うことができる。
【０１０３】
さらに、発電素子１Ｃは、Ｚ軸方向の振動エネルギーを受けて、重なり面積の変動に基づく発電することも可能である。すなわち、変位部材４０がＺ軸方向に振動する際には、Ｘ軸およびＹ軸方向について、重なり面積の変動に基づく発電が行われる。より詳しくは、原点Ｏに位置する変位部材４０がＺ軸正方向またはＺ軸負方向に変位する場合、エレクトレット材料層４２Ａと対向電極層５１Ａとの間の第１の重なり面積、エレクトレット材料層４２Ｂと対向電極層５１Ｂとの間の第２の重なり面積、エレクトレット材料層４２Ｃと対向電極層５１Ｃとの間の第３の重なり面積、および、エレクトレット材料層４２Ｄと対向電極層５１Ｄとの間の第４の重なり面積はいずれも減少する。したがって、対向電極層５１Ａ〜５１Ｄから電荷が取り出される。
【０１０４】
例えば、変位部材４０が原点ＯからＺ軸正方向に変位する場合、図６（ｃ）の左図に示すように、エレクトレット材料層４２Ｃと対向電極層５１Ｃとの間の第３の重なり面積は減少する。同様に、第１、第２および第４の重なり面積も減少する。変位部材４０が原点ＯからＺ軸負方向に変位する場合も、図６（ｃ）の右図に示すように、第３の重なり面積は減少する。同様に、第１、第２および第４の重なり面積も減少する。一方、弾性変形体６１〜６４の復元力により変位部材４０が原点Ｏに戻る際には、第１〜第４の重なり面積はいずれも増大し、対向電極層５１Ａ〜５１Ｄに電荷が取り込まれる。
【０１０５】
このように、変位部材４０がＺ軸方向に振動する際、Ｘ軸およびＹ軸の両方向について重なり面積が増減するため、重なり面積の変動に基づく発電を行うことができる。
【０１０６】
以上説明したように、第４の実施形態に係る発電素子１Ｃは、変位部材４０がＸ軸方向またはＹ軸方向に振動する際は、層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行い、変位部材４０がＺ軸方向に振動する際は、重なり面積の変動に基づく発電を行う。このように、発電素子１Ｃは、どのような方向の振動であっても発電に利用することができる。よって、第４の実施形態によれば、従来の発電素子に比べて格段に効率的な発電を行うことができる。
【０１０７】
なお、本実施形態は、発電素子１Ｃに振動エネルギーが与えられたときに、変位部材４０がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能に構成される場合に限られない。すなわち、変位部材４０は、ＸＹＺ三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち少なくとも２方向に変位可能であるように構成されていてもよい。
【０１０８】
＜第４の実施形態の変形例＞
ここで、第４の実施形態の変形例に係る発電素子１Ｃａについて、図７を参照して説明する。図７は、発電素子１ＣａのＸ−Ｚ平面での断面を示す断面図である。本変形例では、固定部材（対向電極層）が変位部材の各面に対して配置（６面配置）されている。すなわち、エレクトレット材料層４２Ａ〜４２Ｄに加えて、変位部材４０の上方および下方にもエレクトレット材料層４２Ｅ，４２Ｆが設けられている。また、本変形例では、エレクトレット電極層４１は、直方体形状の変位部材４０の６面全面に形成されている。
【０１０９】
発電素子１Ｃａの変位部材４０は、変位面４０ａ、変位面４０ｂ、変位面４０ｃおよび変位面４０ｄに加えて、図７に示すように、変位面４０ｅ（第５の変位面）および変位面４０ｆ（第６の変位面）をさらに有する。変位面４０ｅはＺ軸正領域と直交する面であり、変位面４０ｆはＺ軸負領域と直交する面である。
【０１１０】
発電素子１Ｃａの固定部材５０は、固定部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆを有する。固定部材５０Ｅは固定面５０ｅ（第５の固定面）を有し、固定部材５０Ｆは固定面５０ｆ（第６の固定面）を有する。固定面５０ｅはＺ軸の正領域と直交し変位面４０ｅに対向する面であり、固定面５０ｆはＺ軸の負領域と直交し変位面４０ｆに対向する面である。このように、固定部材５０は、固定面５０ａ、固定面５０ｂ、固定面５０ｃおよび固定面５０ｄに加えて、固定面５０ｅおよび固定面５０ｆをさらに有する。
【０１１１】
変位面４０ｅおよび固定面５０ｅのうち、一方にはエレクトレット材料層４２Ｅ（第５のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層５１Ｅ（第５の対向電極層）が形成されている。同様に、変位面４０ｆおよび固定面５０ｆのうち、一方にはエレクトレット材料層４２Ｆ（第６のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層５１Ｆ（第６の対向電極層）が形成されている。本変形例では、変位面４０ｅにはエレクトレット電極層４１を介してエレクトレット材料層４２Ｅが形成され、固定面５０ｅには対向電極層５１Ｅが形成されている。変位面４０ｆにはエレクトレット電極層４１を介してエレクトレット材料層４２Ｆが形成され、固定面５０ｆには対向電極層５１Ｆが形成されている。
【０１１２】
発電素子１Ｃａは、変位部材４０がＺ軸方向に振動した場合に、Ｘ軸およびＹ軸について重なり面積の変動に基づく発電を行うのに加えて、Ｚ軸について層間距離の変動に基づく発電が行う。さらに、変位部材４０がＸ軸またはＹ軸方向に振動した場合、発電素子１Ｃａは、Ｚ軸について重なり面積の変動に基づく発電を行う。したがって、本変形例によれば、発電素子の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１１３】
以下、より実際的な構成を有する第５〜第１０の実施形態について説明する。
【０１１４】
（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る発電素子１Ｄについて説明する。この発電素子１Ｄは、第４の実施形態で説明した発電素子１Ｃと動作原理はほぼ同じであるが、より実際的な構成を備えるものである。
【０１１５】
第５の実施形態に係る発電素子１Ｄは、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、変位部材として機能する板状構造体７０と、固定部材として機能する枠状構造体８０と、板状構造体７０および枠状構造体８０を接続する弾性変形体９１〜９４とを備えている。
【０１１６】
変位を生じていない状態における板状構造体７０（変位部材４０）の中心位置に原点Ｏが配置されるようにＸＹＺ三次元直交座標系を定義する。
【０１１７】
板状構造体７０は、矩形状をなす部材である。板状構造体７０は、変位外面７０ａ（第１の変位外面）と、変位外面７０ｂ（第２の変位外面）と、変位外面７０ｃ（第３の変位外面）と、変位外面７０ｄ（第４の変位外面）と、を有する。変位外面７０ａはＸ軸の正領域と直交する面であり、変位外面７０ｂはＸ軸の負領域と直交する面であり、変位外面７０ｃはＹ軸の正領域と直交する面であり、変位外面７０ｄはＹ軸の負領域と直交する面である。
【０１１８】
また、板状構造体７０は、ＸＹ平面に平行な上面（変位外面７０ｅ）および下面（変位外面７０ｆ）を有する。変位外面７０ｅはＺ軸の正領域と直交する面であり、変位外面７０ｆはＺ軸の負領域と直交する面である。
【０１１９】
図８（ａ）に示すように、板状構造体７０の変位外面７０ａ〜７０ｄにはそれぞれ変位凸部７１〜７４が設けられている。より詳しくは、変位外面７０ａには、Ｘ軸正方向に突出した変位凸部７１（第１の変位凸部）が設けられ、変位外面７０ｂには、Ｘ軸負方向に突出した変位凸部７２（第２の変位凸部）が設けられ、変位外面７０ｃには、Ｙ軸正方向に突出した変位凸部７３（第３の変位凸部）が設けられ、変位外面７０ｄには、Ｙ軸負方向に突出した変位凸部７４（第４の変位凸部）が設けられている。なお、本実施形態では、変位凸部７１〜７４はそれぞれ２つずつ設けられているが、これに限らず、任意の数の変位凸部を設けてもよい。
【０１２０】
枠状構造体８０は、板状構造体７０を取り囲むように配置されており、矩形状をなしている。本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、板状構造体７０と枠状構造体８０の厚みはほぼ同じである。
【０１２１】
枠状構造体８０は、固定内面８０ａ（第１の固定内面）と、固定内面８０ｂ（第２の固定内面）と、固定内面８０ｃ（第３の固定内面）と、固定内面８０ｄ（第４の固定内面）と、を有している。固定内面８０ａはＸ軸の正領域と直交し変位外面７０ａに対向する面であり、固定内面８０ｂはＸ軸の負領域と直交し変位外面７０ｂに対向する面であり、固定内面８０ｃはＹ軸の正領域と直交し変位外面７０ｃに対向する面であり、固定内面８０ｄはＹ軸の負領域と直交し変位外面７０ｄに対向する面である。
【０１２２】
図８（ａ）に示すように、固定内面８０ａの、変位凸部７１に対向する位置には、Ｘ軸負方向に突出した固定凸部８１（第１の固定凸部）が設けられている。同様に、固定内面８０ｂの、変位凸部７２に対向する位置には、Ｘ軸正方向に突出した固定凸部８２（第２の固定凸部）が設けられている。固定内面８０ｃの、変位凸部７３に対向する位置には、Ｙ軸負方向に突出した固定凸部８３（第３の固定凸部）が設けられている。固定内面８０ｄの、変位凸部７４に対向する位置には、Ｙ軸正方向に突出した固定凸部８４（第４の固定凸部）が設けられている。
【０１２３】
変位凸部７１の頂面と固定凸部８１の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５（第１のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層８５（第１の対向電極層）が形成されている。本実施形態では、図８（ａ）に示すように、変位凸部７１の頂面にエレクトレット材料層７５が形成され、固定凸部８１の頂面に対向電極層８５が形成されている。この対向電極層８５は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ１に電気的に接続されている。
【０１２４】
エレクトレット材料層７５は、変位凸部７１の表面のうち、少なくとも頂面に設けられていればよい。また、エレクトレット材料層７５は、図８（ａ）に示すように、変位外面７０ａの全面にわたって形成されてもよい。エレクトレット材料層７６〜７８についても同様である。
【０１２５】
対向電極層８５は、固定凸部８１の表面のうち、少なくとも頂面に設けられていればよい。また、対向電極層８５は、図８（ａ）に示すように、固定凸部８１の頂面だけでなく、固定凸部８１の側面にも形成されてよい。固定凸部８１の側面に形成された対向電極層８５は発電には寄与せず、配線として機能する。また、図８（ａ）に示すように、隣り合う固定凸部８１の側面に形成された対向電極層同士を電気的に接続するために、固定内面８０ａに対向電極層が形成されてもよい。対向電極層８６〜８８についても同様である。
【０１２６】
変位凸部７２の頂面と固定凸部８２の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６（第２のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層８６（第２の対向電極層）が形成されている。本実施形態では、図８（ａ）に示すように、変位凸部７２の頂面にエレクトレット材料層７６が形成され、固定凸部８２の頂面に対向電極層８６が形成されている。この対向電極層８６は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ２に電気的に接続されている。
【０１２７】
変位凸部７３の頂面と固定凸部８３の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７（第３のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層８７（第３の対向電極層）が形成されている。本実施形態では、図８（ａ）に示すように、変位凸部７３の頂面にエレクトレット材料層７７が形成され、固定凸部８３の頂面に対向電極層８７が形成されている。この対向電極層８７は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ３に電気的に接続されている。
【０１２８】
変位凸部７４の頂面と固定凸部８４の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８（第４のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層８８（第４の対向電極層）が形成されている。本実施形態では、図８（ａ）に示すように、変位凸部７４の頂面にエレクトレット材料層７８が形成され、固定凸部８４の頂面に対向電極層８８が形成されている。この対向電極層８８は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ４に電気的に接続されている。
【０１２９】
エレクトレット材料層７５〜７８は、本実施形態では正に帯電している。なお、エレクトレット材料層７５〜７８は負に帯電したものであってもよい。
【０１３０】
パッドＰ１，Ｐ２と、パッドＰ３，Ｐ４とは、電荷が打ち消し合うことを防止するために、それぞれ別の発電回路（ダイオードブリッジ等）に電気的に接続されることが好ましい。なお、発電される電荷の増減が一致する等の場合は、パッドＰ１，Ｐ２とパッドＰ３，Ｐ４とを同じ発電回路に電気的に接続してもよい。
【０１３１】
エレクトレット材料層７５〜７８と変位外面７０ａ〜７０ｄとの間には、それぞれエレクトレット電極層（図示せず）が設けられている。このエレクトレット電極層は、弾性変形体９１〜９４上に形成された配線（図示せず）を介して発電装置の発電回路（ダイオードブリッジ等）に電気的に接続される。
【０１３２】
なお、エレクトレット材料層７５〜７８は、エレクトレット材料からなる一体の層であってもよい。すなわち、板状構造体７０の側面全周にエレクトレット材料層を形成してもよい。
【０１３３】
また、板状構造体７０の変位外面７０ａ〜７０ｄに対向電極層を形成し、枠状構造体８０の固定内面８０ａ〜８０ｄにエレクトレット電極層とエレクトレット材料層をこの順に形成してもよい。
【０１３４】
第５の実施形態に係る発電素子１Ｄでは、板状構造体７０がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能となるように、板状構造体７０と枠状構造体８０とが４本の弾性変形体９１〜９４によって接続されている。
【０１３５】
弾性変形体９１〜９４は、図８（ａ）に示すように、一端が枠状構造体８０の内側角部に固定され、他端が板状構造体７０の角部に固定されている。より詳しくは、弾性変形体９１，９２，９３，９４は、一端が変位支持点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４にそれぞれ接続され、他端が固定支持点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４に接続されている。変位支持点ａ１〜ａ４は板状構造体７０に設けられ、固定支持点ｂ１〜ｂ４は枠状構造体８０に設けられている。より詳しくは、変位支持点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４は、矩形状をなす板状構造体７０の４頂点に対応する４箇所に設けられている。固定支持点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４は、矩形状をなす枠状構造体８０の４頂点近傍の４箇所に設けられている。
【０１３６】
各変位支持点と各固定支持点とは１対１に対応しており、対応する変位支持点と固定支持点とがそれぞれ個別の弾性変形体によって接続されている。すなわち、変位支持点ａ１と固定支持点ｂ１とが弾性変形体９１によって接続され、変位支持点ａ２と固定支持点ｂ２とが弾性変形体９２によって接続され、変位支持点ａ３と固定支持点ｂ３とが弾性変形体９３によって接続され、変位支持点ａ４と固定支持点ｂ４とが弾性変形体９４によって接続されている。
【０１３７】
弾性変形体９１，９２，９３，９４は、図８（ｂ）に示すように、板状構造体７０の厚みおよび枠状構造体８０の厚みよりも小さな厚みを有しており、細長い線状構造体によって構成されている。
【０１３８】
図９（ａ）は、弾性変形体９１〜９４が１本の線状構造体から構成された場合を示している。なお、弾性変形体９１〜９４は、このような形態に限られず、様々な形態をとることが可能である。例えば、図９（ｂ）に示す弾性変形体９０Ａや、図９（ｃ）に示す弾性変形体９０Ｂにより、板状構造体７０と枠状構造体８０とを接続してもよい。弾性変形体９０Ａは湾曲した細長い線状構造体によって構成されており、弾性変形体９０Ｂは屈曲した細長い線状構造体によって構成されている。このように湾曲もしくは屈曲した形状とすることで、弾性変形体が変形し易くなり、ばね定数を小さくすることができる。これにより、板状構造体７０の振動周波数を低周波数の外部振動（環境振動等）に合わせることができる。その結果、発電素子１Ｄの発電効率を高めることができる。なお、湾曲部分もしくは屈曲部分の曲率やその数は、所望のばね定数に応じて選択される。
【０１３９】
図８（ａ）に示すように、枠状構造体８０の内側面には、板状構造体７０に向かって突出するストッパ突起８９が設けられている。より詳しくは、枠状構造体８０の固定内面８０ａ〜８０ｄにそれぞれストッパ突起８９が２本ずつ設けられている。
【０１４０】
板状構造体７０が変位していない状態（すなわち、板状構造体７０の中心が原点Ｏに位置する状態）において、ストッパ突起８９と板状構造体７０との間には所定の空隙寸法が確保されている。この空隙寸法は、板状構造体７０が弾性変形体９１〜９４に破損を生じる程まで過度に変位することを抑制しうる寸法に設定されている。
【０１４１】
なお、空隙寸法は、板状構造体７０が変位することにより、対向するエレクトレット材料層と対向電極層とが接触してショートすることを回避しうる寸法に設定されてもよい。例えば、板状構造体７０がＸ軸正方向に変位したときに、エレクトレット材料層７５と対向電極層８５とが接触しないように空隙寸法が設定される。具体的には、板状構造体７０が変位していない状態において、変位外面７０ａとストッパ突起８９の頂面との間の距離が、変位凸部７１の頂面と固定凸部８１の頂面との間の距離がよりも短くなるように、ストッパ突起８９の長さを設定する。
【０１４２】
次に、第５の実施形態に係る発電素子１Ｄの動作について説明する。動作原理としては、発電素子１Ｄは第４の実施形態に係る発電素子１Ｃとほぼ同様である。
【０１４３】
＋Ｘ軸方向の力が板状構造体７０に作用すると、変位凸部７１は固定凸部８１に近づくとともに変位凸部７２は固定凸部８２から離れる。これにより、変位凸部７１と固定凸部８１との間の距離は小さくなるとともに、変位凸部７２と固定凸部８２との間の距離は大きくなる。変位凸部７１の頂面部分のエレクトレット材料層７５と、固定凸部８１の頂面部分の対向電極層８５との間の層間距離が変動するため、対向電極層８５に誘導される電荷は増加し、対向電極層８６に誘導される電荷は減少する。その結果、パッドＰ１から発電素子１Ｄの内部に電荷が取り込まれ、パッドＰ２から発電素子１Ｄの外部に電荷が取り出される。
【０１４４】
反対に、−Ｘ軸方向の力が板状構造体７０に作用すると、対向電極層８５に誘導される電荷は減少し、対向電極層８６に誘導される電荷は増加する。その結果、パッドＰ１から発電素子１Ｄの外部に電荷が取り出され、パッドＰ２から発電素子１Ｄの内部に電荷が取り込まれる。
【０１４５】
このようにして、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、パッドＰ１，Ｐ２から層間距離の変動に基づく電力を取り出すことができる。同様に、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際、パッドＰ３，Ｐ４から、層間距離の変動に基づく電力を取り出すことができる。
【０１４６】
また、層間距離の変動に基づく発電だけでなく、重なり面積の変動に基づく発電も行われる。すなわち、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、エレクトレット材料層７７と対向電極層８７との間の重なり面積、およびエレクトレット材料層７８と対向電極層８８との間の重なり面積が増減する。このため、発電素子１Ｄは、比較例の発電素子１０００と同様に重なり面積の変動に基づく発電を行うことができる。すなわち、発電素子１Ｄによれば、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、パッドＰ１，Ｐ２からだけでなく、パッドＰ３，Ｐ４からも電力を取り出すことができる。
【０１４７】
板状構造体７０がＹ軸方向に振動する場合もＸ軸方向に振動する場合と同様に、パッドＰ１〜Ｐ４から電力を取り出すことができる。より詳しくは、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する場合、パッドＰ１，Ｐ２からは重なり面積の変動に基づく電力が取り出され、パッドＰ３，Ｐ４からは層間距離の変動に基づく電力が取り出される。
【０１４８】
なお、図８（ａ）に示すように、変位凸部７１と固定凸部８１のペア、および変位凸部７２と固定凸部８２のペアがそれぞれ複数組（本実施形態では２組）設けられている。これにより、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際、重なり面積の変動による発電量を、ペア数が１組の場合に比べて２倍に増やすことができる。同様に、変位凸部７３と固定凸部８３のペア、および変位凸部７４と固定凸部８４のペアがそれぞれ複数組（本実施形態では２組）設けられていることにより、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際における、重なり面積の変動による発電量を増やすことができる。なお、ペア数は２組に限らず、３組以上であってもよい。
【０１４９】
重なり面積の変動による発電は、板状構造体７０がＺ軸方向に振動する場合にも行われる。より詳しくは、原点Ｏに位置する板状構造体７０がＺ軸正方向またはＺ軸負方向に変位する場合、エレクトレット材料層７５と対向電極層８５との間の重なり面積、エレクトレット材料層７６と対向電極層８６との間の重なり面積、エレクトレット材料層７７と対向電極層８７との間の重なり面積、およびエレクトレット材料層７８と対向電極層８８との間の重なり面積はいずれも減少する。したがって、対向電極層８５〜８８（すなわち、Ｐ１〜Ｐ４）から電荷が取り出される。その後、弾性変形体９１〜９４の復元力により板状構造体７０が原点Ｏに戻る際には、いずれの重なり面積も増大するため、対向電極層８５〜８８（すなわち、Ｐ１〜Ｐ４）に電荷が取り込まれる。
【０１５０】
以上説明したように、第５の実施形態に係る発電素子１Ｄは、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、Ｘ軸方向については固定凸部８１，８２において、層間距離の変動に基づく発電を行うとともに、Ｙ軸方向については固定凸部８３，８４において、重なり面積の変動に基づく発電を行う。同様に、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際、発電素子１Ｄは、Ｙ軸方向については固定凸部８３，８４において層間距離の変動に基づく発電を行うとともに、Ｘ軸方向については固定凸部８１，８２において重なり面積の変動に基づく発電を行う。さらに、発電素子１Ｄは、板状構造体７０がＺ軸方向に振動する際、固定凸部８１〜８４において重なり面積の変動に基づく発電を行う。よって、第５の実施形態によれば、従来の発電素子に比べて格段に効率的な発電を行うことができる。
【０１５１】
＜発電素子の製造方法＞
ここで、発電素子１Ｄの製造方法の一例についてその概略を説明する。
【０１５２】
まず、シリコン基板等の半導体基板を準備する。半導体基板の厚みは、例えば３００μｍである。
【０１５３】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体基板を所望の形状に加工する。具体的には、図１０（ａ），（ｂ）および図１１（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板を加工する。図１１（ａ）は図１０（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図であり、図１１（ｂ）は図１０（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【０１５４】
弾性変形体９１〜９４は他の部分よりも薄い。各部位の寸法は、例えば、板状構造体７０の辺の長さＬが７ｍｍ、変位凸部７１〜７４の幅Ｗが１００μｍ、変位凸部７１〜７４の高さＴが１００μｍである。弾性変形体９１〜９４のサイズは、例えば、幅が１００μｍ、厚みが３０μｍ、長さが１ｍｍ程度である。
【０１５５】
なお、半導体基板として、ＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を用いてもよい。図１２（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板２００は、表面Ｓｉ層２０１と、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）層２０２と、Ｓｉ基板２０３とを有している。ＳＯＩ基板を用いる場合、弾性変形体９１〜９４は、図１２（ｂ）に示すように表面Ｓｉ層２０１のみ、あるいは、図１２（ｃ）に示すように表面Ｓｉ層２０１とＢＯＸ層２０２から構成される。ＳＯＩ基板を用いる場合はＢＯＸ層２０２をエッチングストッパーとして利用できるため、エッチング工程を容易に行うことができる。
【０１５６】
半導体基板を所望の形状に加工した後、アルミニウムまたは銅等の導体からなるエレクトレット電極層を、板状構造体７０の変位外面７０ａ〜７０ｄに形成する。形成手法は、例えば、スパッタリング等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いる。
【０１５７】
次に、板状構造体７０の側面に形成されたエレクトレット電極層の上に、エレクトレット材料層７５〜７８を形成する。例えば、アルカリ混入酸化により、アルカリイオン（例えばカリウムイオン）を含有する酸化膜を形成し、ヒータで加熱しながら酸化膜に電圧を印加する分極処理を行うことにより、エレクトレット材料層７５〜７８を形成する。別の方法として、エレクトレット材料層をエレクトレット電極層上に接合してもよい。
【０１５８】
次に、アルミニウムまたは銅等の導体からなる対向電極層８５〜８８を、枠状構造体８０の固定内面８０ａ〜８０ｄに形成する。また、枠状構造体８０の上にパッドＰ１〜Ｐ４と、パッドＰ１〜Ｐ４と対向電極層８５〜８８とをそれぞれ電気的に接続する配線とを形成する。形成手法は、例えば、スパッタリング等のＰＶＤ法を用いる。なお、エレクトレット電極層を形成する際に対向電極層８５〜８８およびパッドＰ１〜Ｐ４等を一緒に形成してもよい。
【０１５９】
上記の工程を経て、発電素子１Ｄが作製される。以降に説明する実施形態および変形例に係る発電素子も同様の方法により作製される。
【０１６０】
＜第５の実施形態の変形例＞
次に、第５の実施形態の変形例に係る発電素子について、図１３を参照して説明する。
【０１６１】
本変形例に係る発電素子１Ｄａは、発電素子１Ｄの構成に加えて、上方蓋体５２および下方蓋体５３をさらに備えている。第５の実施形態との相違点を中心に発電素子１Ｄａについて説明する。
【０１６２】
板状構造体７０は、変位外面７０ａ〜７０ｄに加えて、Ｚ軸の正領域と直交する変位外面７０ｅ（第５の変位外面）と、Ｚ軸の負領域と直交する変位外面７０ｆ（第６の変位外面）と、をさらに有する。板状構造体７０の変位外面７０ａ〜７０ｆにはエレクトレット電極層（図示せず）が形成されている。
【０１６３】
枠状構造体８０（固定部材）は、図１３に示すように、板状構造体７０の上方を覆う上方蓋体５２と、板状構造体７０の下方を覆う下方蓋体５３と、をさらに有する。上方蓋体５２の下面は、Ｚ軸の正領域と直交し変位外面７０ｅに対向する固定内面８０ｅ（第５の固定内面）を形成している。また、下方蓋体５３の上面は、Ｚ軸の負領域と直交し変位外面７０ｆに対向する固定内面８０ｆ（第６の固定内面）を形成している。
【０１６４】
変位外面７０ｅおよび固定内面８０ｅのうち、一方にはエレクトレット材料層７９Ａ（第５のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層８９Ａ（第５の対向電極層）が形成されている。本実施形態では、図１３に示すように、変位外面７０ｅにエレクトレット電極層を介してエレクトレット材料層７９Ａが形成され、固定内面８０ｅに対向電極層８９Ａが形成されている。
【０１６５】
変位外面７０ｆおよび固定内面８０ｆのうち、一方にはエレクトレット材料層７９Ｂ（第６のエレクトレット材料層）が形成されており、他方には対向電極層８９Ｂ（第６の対向電極層）が形成されている。本実施形態では、図１３に示すように、変位外面７０ｆにエレクトレット電極層を介してエレクトレット材料層７９Ｂが形成され、固定内面８０ｆに対向電極層８９Ｂが形成されている。
【０１６６】
上記のように、本変形例に係る発電素子１Ｄａでは、略直方体状の板状構造体７０の６面全てにエレクトレット材料層が形成され、枠状構造体８０には各面のエレクトレット材料層に対して対向電極層が配置されている。これにより、板状構造体７０がＺ軸方向に振動した場合に、層間距離の変動に基づく発電を行うことができる。また、板状構造体７０がＸ軸またはＹ軸方向に振動した場合に、固定凸部８１〜８４において重なり面積の変動に基づく発電を行うことができる。よって、本変形例によれば、発電効率をさらに向上させることができる。
【０１６７】
なお、上方蓋体５２および下方蓋体５３を、板状構造体７０がＺ軸方向に振動する際のストッパとして機能させることも可能である。この場合、板状構造体７０（変位部材）が変位していない状態において、上方蓋体５２の下面（固定内面８０ｅ）と板状構造体７０の上面（変位外面７０ｅ）との間には所定の空隙寸法が確保されている。また、下方蓋体５３の上面（固定内面８０ｆ）と板状構造体７０の下面（変位外面７０ｆ）との間には所定の空隙寸法が確保されている。この空隙寸法は、板状構造体７０が弾性変形体９１〜９４に破損を生じる程まで過度に変位することを抑制しうる寸法に設定されている。なお、空隙寸法は、板状構造体７０がＺ軸方向に変位することにより、エレクトレット材料層７９Ａと対向電極層８９Ａ、あるいはエレクトレット材料層７９Ｂと対向電極層８９Ｂが接触してショートすることを回避しうる寸法に設定されてもよい。
【０１６８】
また、上方蓋体５２および下方蓋体５３をストッパとして機能させるためだけに発電素子１Ｄに設けてもよい。この場合、対向電極層８９Ａ，８９Ｂを設ける必要はない。
【０１６９】
以上説明したように第５の実施形態では、板状構造体７０（変位部材）および枠状構造体８０（固定部材）のいずれにも、部分的に突出した凸部（すなわち、変位凸部７１〜７４および固定凸部８１〜８４）が設けられていた。これに対して、次に説明する第６〜第９の実施形態では、板状構造体７０（変位部材）および枠状構造体８０（固定部材）のうち、一方には、部分的に突出した凸部が設けられ、他方には、凸部を収容する凹部が設けられる。
【０１７０】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る発電素子１Ｅについて説明する。第５の実施形態との相違点の一つは、板状構造体７０の変位凸部が、枠状構造体８０に設けられた固定凹部に収納される点である。以下、相違点を中心に第６の実施形態について説明する。
【０１７１】
第６の実施形態に係る発電素子１Ｅは、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、変位部材として機能する板状構造体７０と、固定部材として機能する枠状構造体８０と、板状構造体７０および枠状構造体８０を接続する弾性変形体９１〜９４とを備えている。
【０１７２】
図１４（ａ）に示すように、板状構造体７０の変位外面７０ａ〜７０ｄにはそれぞれ変位凸部７１〜７４が設けられている。より詳しくは、変位外面７０ａにはＸ軸正方向に突出した変位凸部７１が設けられ、変位外面７０ｂにはＸ軸負方向に突出した変位凸部７２が設けられ、変位外面７０ｃにはＹ軸正方向に突出した変位凸部７３が設けられ、変位外面７０ｄにはＹ軸負方向に突出した変位凸部７４が設けられている。
【０１７３】
枠状構造体８０の固定内面８０ａ〜８０ｄにはそれぞれ固定凹部８０Ａ〜８０Ｄが設けられている。より詳しくは、固定内面８０ａには、変位凸部７１を収容する固定凹部８０Ａ（第１の固定凹部）が設けられ、固定内面８０ｂには、変位凸部７２を収容する固定凹部８０Ｂ（第２の固定凹部）が設けられ、固定内面８０ｃには、変位凸部７３を収容する固定凹部８０Ｃ（第３の固定凹部）が設けられ、固定内面８０ｄには、変位凸部７４を収容する固定凹部８０Ｄ（第４の固定凹部）が設けられている。
【０１７４】
図１４（ａ）に示すように、変位凸部７１の頂面および側面と、固定凹部８０Ａの底面および側面とは互いに対向している。すなわち、変位凸部７１の頂面と固定凹部８０Ａの底面が対向し、かつ変位凸部７１の側面と固定凹部８０Ａの側面とが対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には対向電極層８５が形成されている。本実施形態では、変位凸部７１の頂面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７５が形成され、固定凹部８０Ａの底面および側面に対向電極層８５が形成されている。
【０１７５】
同様に、変位凸部７２の頂面および側面と、固定凹部８０Ｂの底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には対向電極層８６が形成されている。本実施形態では、変位凸部７２の頂面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７６が形成され、固定凹部８０Ｂの底面および側面に対向電極層８６が形成されている。
【０１７６】
変位凸部７３の頂面および側面と、固定凹部８０Ｃの底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には対向電極層８７が形成されている。本実施形態では、変位凸部７３の頂面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７７が形成され、固定凹部８０Ｃの底面および側面に対向電極層８７が形成されている。
【０１７７】
変位凸部７４の頂面および側面と、固定凹部８０Ｄの底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には対向電極層８８が形成されている。本実施形態では、変位凸部７４の頂面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７８が形成され、固定凹部８０Ｄの底面および側面に対向電極層８８が形成されている。
【０１７８】
エレクトレット材料層７５〜７８と変位凸部７１〜７４との間には、それぞれエレクトレット電極層が設けられている。このエレクトレット電極層は、弾性変形体９１〜９４上に形成された配線（図示せず）を介して発電回路に電気的に接続される。
【０１７９】
図１４（ａ）に示すように、対向電極層８５は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ１に電気的に接続されている。また、対向電極層８６は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ２に電気的に接続されている。対向電極層８７は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ３に電気的に接続されている。対向電極層８８は、枠状構造体８０上に形成された配線を介してパッドＰ４に電気的に接続されている。
【０１８０】
次に、第６の実施形態に係る発電素子１Ｅの動作について説明する。
【０１８１】
板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位すると、変位凸部７１は固定凹部８０Ａに深く挿入される（すなわち、固定凹部８０Ａ内により多く収容される）とともに、変位凸部７２は固定凹部８０Ｂに浅く挿入される（すなわち、固定凹部８０Ｂ内により少なく収容される）ようになる。これにより、変位凸部７１の頂面部分のエレクトレット材料層７５と、固定凹部８０Ａの底面部分の対向電極層８５との間の層間距離は小さくなるとともに、変位凸部７２の頂面部分のエレクトレット材料層７６と、固定凹部８０Ｂの底面部分の対向電極層８６との間の距離は大きくなる。対向電極層８５に誘導される電荷は増加し、対向電極層８６に誘導される電荷は減少する。反対に、板状構造体７０が−Ｘ軸方向に変位すると、対向電極層８５に誘導される電荷は減少し、対向電極層８６に誘導される電荷は増加する。
【０１８２】
また、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、重なり面積の変動によっても発電が行われる。より詳しくは、板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位する場合、変位凸部７１の側面部分のエレクトレット材料層７５と、固定凹部８０Ａの側面部分の対向電極層８５との間の重なり面積が増大する。したがって、固定凹部８０Ａの側面部分の対向電極層８５に誘導される電荷は増加する。一方、変位凸部７２の側面部分のエレクトレット材料層７６と、固定凹部８０Ｂの側面部分の対向電極層８６との間の重なり面積が減少するため、固定凹部８０Ｂの側面部分の対向電極層８６に誘導される電荷は減少する。
【０１８３】
したがって、板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位する際には、層間距離および重なり面積の変動により、対向電極層８５に誘導される電荷は増大する。このため、パッドＰ１から発電素子１Ｅの内部に電荷が取り込まれ、パッドＰ２から発電素子１Ｅの外部に電荷が取り出される。反対に、板状構造体７０が−Ｘ軸方向に変位する際には、パッドＰ１から発電素子１Ｅの外部に電荷が取り出され、パッドＰ２から発電素子１Ｅの内部に電荷が取り込まれる。
【０１８４】
なお、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する場合、発電素子１ＥはＸ軸方向に振動する場合と同様の動作原理により発電する。
【０１８５】
また、板状構造体７０がＺ軸方向に振動する場合、発電素子１Ｅは、固定凹部８０Ａ〜８０Ｄにおいて重なり面積の変動に基づく発電を行う。
【０１８６】
上記のように、発電素子１Ｅでは、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、層間距離および重なり面積の変動に基づく発電が行われて、パッドＰ１，Ｐ２から電力が取り出される。板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際は、層間距離および重なり面積の変動に基づく発電が行われて、パッドＰ３，Ｐ４から電力が取り出される。
【０１８７】
なお、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、固定凹部８０Ｃ，８０Ｄによる発電が行われないため、パッドＰ３，Ｐ４から電力が取り出されない。同様に、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際には、固定凹部８０Ａ，８０Ｂによる発電が行われないため、パッドＰ１，Ｐ２から電力が取り出されない。これは、エレクトレット材料層が固定凹部の左右の側面のうち一方の側面に近づくと同時に他方の側面から遠のくため、その対向電極層全体としては、誘導される電荷の増加分と減少分とがキャンセルされるためである。
【０１８８】
以上説明したように、第６の実施形態に係る発電素子１Ｅは、板状構造体７０のＸ軸方向の振動により、Ｘ軸方向について層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行う。同様に、板状構造体７０のＹ軸方向の振動により、Ｙ軸方向について層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行う。さらに、板状構造体７０のＺ軸方向の振動により、枠状構造体８０の各側面について重なり面積の変動に基づく発電を行う。よって、第６の実施形態によれば、従来の発電素子に比べて格段に効率的な発電を行うことができる。
【０１８９】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態に係る発電素子１Ｆについて説明する。第６の実施形態との相違点の一つは、対向電極層が固定凹部の底面、左側面および右側面の各々について個別に設けられている点である。以下、相違点を中心に第７の実施形態について説明する。
【０１９０】
図１５（ａ）に示すように、変位凸部７１の頂面と固定凹部８０Ａの底面とは互いに対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には端部対向電極層８５ａ（第１の端部対向電極層）が形成されている。本実施形態では、変位凸部７１の頂面、左側面および右側面には、エレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７５が形成されている。固定凹部８０Ａの底面には、端部対向電極層８５ａが形成されている。
【０１９１】
変位凸部７１の左側面と固定凹部８０Ａの左側面とは互いに対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には左側対向電極層８５ｂ（第１の左側対向電極層）が形成されている。本実施形態では、固定凹部８０Ａの左側面には左側対向電極層８５ｂが形成されている。
【０１９２】
なお、変位凸部７１の左側面とは、この変位凸部７１が突出する方向（すなわちＸ軸正方向）に見たときの、変位凸部７１の左側の側面である。また、固定凹部８０Ａの左側面とは、変位凸部７１の左側面と対向する側面のことである。また、変位凸部７１の右側面とは、この変位凸部７１が突出する方向に見たときの、変位凸部７１の右側の側面である。また、固定凹部８０Ａの右側面とは、変位凸部７１の右側面と対向する側面のことである。以下の本実施形態における「左」、「右」の記載についても、これと同様である。
【０１９３】
変位凸部７１の右側面と固定凹部８０Ａの右側面とは互いに対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には右側対向電極層８５ｃ（第１の右側対向電極層）が形成されている。本実施形態では、固定凹部８０Ａの右側面には右側対向電極層８５ｃが形成されている。
【０１９４】
端部対向電極層８５ａ、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃは、それぞれ固有のパッド（図示せず）に電気的に接続されている。
【０１９５】
変位凸部７２と固定凹部８０Ｂ、変位凸部７３と固定凹部８０Ｃ、および変位凸部７４と固定凹部８０Ｄについても、以下に記載するように同様の構成を有する。
【０１９６】
変位凸部７２の頂面と固定凹部８０Ｂの底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には端部対向電極層８６ａ（第２の端部対向電極層）が形成されている。また、変位凸部７２の左側面と固定凹部８０Ｂの左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には左側対向電極層８６ｂ（第２の左側対向電極層）が形成されている。また、変位凸部７２の右側面と固定凹部８０Ｂの右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には右側対向電極層８６ｃ（第２の右側対向電極層）が形成されている。
【０１９７】
変位凸部７３の頂面と固定凹部８０Ｃの底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には端部対向電極層８７ａ（第３の端部対向電極層）が形成されている。また、変位凸部７３の左側面と固定凹部８０Ｃの左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には左側対向電極層８７ｂ（第３の左側対向電極層）が形成されている。また、変位凸部７３の右側面と固定凹部８０Ｃの右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には右側対向電極層８７ｃ（第３の右側対向電極層）が形成されている。
【０１９８】
変位凸部７４の頂面と固定凹部８０Ｄの底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には端部対向電極層８８ａ（第４の端部対向電極層）が形成されている。また、変位凸部７４の左側面と固定凹部８０Ｄの左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には左側対向電極層８８ｂ（第４の左側対向電極層）が形成されている。また、変位凸部７４の右側面と固定凹部８０Ｄの右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には右側対向電極層８８ｃ（第４の右側対向電極層）が形成されている。
【０１９９】
図１５（ａ）に示すように、本実施形態に係る発電素子１Ｆでは、端部対向電極層８５ａ〜８８ａ、左側対向電極層８５ｂ〜８８ｂ、および右側対向電極層８５ｃ〜８８ｃは、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成している。例えば、固定凹部８０Ａについて言えば、第６の実施形態の対向電極層８５が３つの個別の対向電極層８５ａ，８５ｂ，８５ｃに分割されたと捉えられる。各対向電極層は、シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜等により絶縁分離されている。
【０２００】
次に、第７の実施形態に係る発電素子１Ｆの動作について説明する。
【０２０１】
図１６（ａ）は、板状構造体７０の中心がＸＹＺ三次元直交座標系の原点Ｏに位置するときの、変位凸部７１および固定凹部８０Ａを含む領域の拡大平面図である。エレクトレット材料層７５は正に帯電しており、端部対向電極層８５ａ、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃの各々には負電荷が誘導されている。
【０２０２】
まず、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する場合について説明する。板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位する場合、変位凸部７１の頂面部分のエレクトレット材料層７５と端部対向電極層８５ａとの間の層間距離は小さくなる。これにより、図１６（ｂ）に示すように、端部対向電極層８５ａに誘導される電荷は増加する。また、変位凸部７１の左側面部分のエレクトレット材料層７５と左側対向電極層８５ｂとの重なり面積、および変位凸部７１の右側面部分のエレクトレット材料層７５と右側対向電極層８５ｃとの重なり面積は増大する。その結果、図１６（ｂ）に示すように、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷は増加する。
【０２０３】
板状構造体７０が−Ｘ軸方向に変位する場合は、＋Ｘ軸方向に変位する場合とは反対に、端部対向電極層８５ａ、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷はいずれも減少する。このように、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する場合、Ｘ軸方向については第６の実施形態に係る発電素子１Ｅと同様の発電動作となる。
【０２０４】
次に、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する場合について説明する。板状構造体７０が＋Ｙ軸方向に変位する場合、図１６（ｃ）に示すように、変位凸部７１の頂面部分のエレクトレット材料層７５と端部対向電極層８５ａとの間の層間距離は変化しない。したがって、端部対向電極層８５ａに誘導される電荷の数は変化せず、層間距離の変動に基づく発電は行われない。板状構造体７０が−Ｙ軸方向に変位する場合も同様であり、層間距離の変動に基づく発電は行われない。
【０２０５】
板状構造体７０が＋Ｙ軸方向に変位する場合、図１６（ｃ）に示すように、変位凸部７１の左側面部分のエレクトレット材料層７５と左側対向電極層８５ｂとの間の層間距離は短くなる。このため、左側対向電極層８５ｂに誘導される電荷は増加する。一方、変位凸部７１の右側面部分のエレクトレット材料層７５と右側対向電極層８５ｃとの間の層間距離は長くなるため、右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷は減少する。反対に、板状構造体７０が−Ｙ軸方向に変位する場合は、左側対向電極層８５ｂに誘導される電荷が減少し、右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷は増加する。第６の実施形態では、左側対向電極層８５ｂと右側対向電極層８５ｃが電気的に接続されていたため、電荷の数の増減がキャンセルされた。これに対し、第７の実施形態では、左側対向電極層８５ｂと右側対向電極層８５ｃが電気的に分離されているため、発電素子１ＦはＹ軸方向の振動を受けて、固定凹部８０Ａにおける発電を行うことができる。
【０２０６】
上記から理解されるように、本実施形態に係る発電素子１Ｆは、固定凹部８０Ａ，８０Ｂにおいて、Ｘ軸方向の振動だけでなくＹ軸方向の振動も利用して発電を行うことができる。より詳しくは、発電素子１Ｆは、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際には、図１６（ｂ）を参照して説明したように層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行い、板状構造体７０がＹ軸方向に変位する際には、図１６（ｃ）を参照して説明したように層間距離の変動に基づく発電を行うことができる。
【０２０７】
同様に、本実施形態に係る発電素子１Ｆは、固定凹部８０Ｃ，８０Ｄにおいて、Ｙ軸方向の振動だけでなくＸ軸方向の振動も利用して発電を行うことができる。
【０２０８】
また、第６の実施形態と同様に、発電素子１Ｆは、板状構造体７０がＺ軸方向に振動する際、固定凹部８０Ａ〜８０Ｄにおいて、重なり面積の変動に基づく発電を行うこともできる。
【０２０９】
よって、第７の実施形態によれば、第６の実施形態に比べてさらに効率的な発電を行うことができる。
【０２１０】
＜第７の実施形態の変形例１＞
変形例１では、図１７（ａ）に示すように、端部対向電極層８５ａの幅は、変位凸部７１の頂面に形成されたエレクトレット材料層７５の幅にほぼ等しい。これにより、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際に、端部対向電極層８５ａとエレクトレット材料層７５との間の重なり面積が変動するため、端部対向電極層８５ａに誘導される電荷が変動する。したがって、本変形例によれば、端部対向電極層８５ａからも電力を取り出すことができる。
【０２１１】
＜第７の実施形態の変形例２＞
変形例２では、板状構造体７０の変位外面であって変位凸部以外の部分にも、エレクトレット材料層が形成されている。例えば、図１７（ｂ）に示すように、エレクトレット材料層７５が、変位凸部７１の頂面および左右両側面以外の部分にも形成されている。また、これに合わせて、固定内面８０ａには、平面部対向電極層８５ｄが形成されている。この平面部対向電極層８５ｄは、固有のパッド（図示せず）に電気的に接続されている。本変形例によれば、発電量をさらに増加させることができる。
【０２１２】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態に係る発電素子１Ｇについて説明する。第６の実施形態との相違点の一つは、枠状構造体８０の固定凸部が、板状構造体７０に設けられた変位凹部に収納される点である。以下、相違点を中心に第８の実施形態について説明する。
【０２１３】
第８の実施形態に係る発電素子１Ｇは、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、変位部材として機能する板状構造体７０と、固定部材として機能する枠状構造体８０と、板状構造体７０および枠状構造体８０を接続する弾性変形体９１〜９４とを備えている。
【０２１４】
図１８（ａ）に示すように、枠状構造体８０の固定内面８０ａ〜８０ｄにはそれぞれ固定凸部８１〜８４が設けられている。より詳しくは、固定内面（８０ａ）には、Ｘ軸負方向に突出した固定凸部８１（第１の固定凸部）が設けられ、固定内面８０ｂには、Ｘ軸正方向に突出した固定凸部８２（第２の固定凸部）が設けられ、固定内面８０ｃには、Ｙ軸負方向に突出した固定凸部８３（第３の固定凸部）が設けられ、固定内面８０ｄには、Ｙ軸正方向に突出した固定凸部８４（第４の固定凸部）が設けられている。
【０２１５】
板状構造体７０の変位外面７０ａ〜７０ｄにはそれぞれ変位凹部７０Ａ〜７０Ｄが設けられている。より詳しくは、変位外面７０ａには、固定凸部８１を収容する変位凹部７０Ａ（第１の変位凹部）が設けられ、変位外面７０ｂには、固定凸部８２を収容する変位凹部７０Ｂ（第２の変位凹部）が設けられ、変位外面７０ｃには、固定凸部８３を収容する変位凹部７０Ｃ（第３の変位凹部）が設けられ、変位外面７０ｄには、固定凸部８４を収容する変位凹部７０Ｄ（第４の変位凹部）が設けられている。
【０２１６】
図１８（ａ）に示すように、固定凸部８１の頂面および側面と、変位凹部７０Ａの底面および側面とは互いに対向している。すなわち、固定凸部８１の頂面と変位凹部７０Ａの底面が対向し、かつ固定凸部８１の側面と変位凹部７０Ａの側面とが対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には対向電極層８５が形成されている。本実施形態では、固定凸部８１の頂面および側面に対向電極層８５が形成され、変位凹部７０Ａの底面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７５が形成されている。
【０２１７】
同様に、固定凸部８２の頂面および側面と、変位凹部７０Ｂの底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には対向電極層８６が形成されている。本実施形態では、固定凸部８２の頂面および側面に対向電極層８６が形成され、変位凹部７０Ｂの底面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７６が形成されている。
【０２１８】
固定凸部８３の頂面および側面と、変位凹部７０Ｃの底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には対向電極層８７が形成されている。本実施形態では、固定凸部８３の頂面および側面に対向電極層８７が形成され、変位凹部７０Ｃの底面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７７が形成されている。
【０２１９】
固定凸部８４の頂面および側面と、変位凹部７０Ｄの底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には対向電極層８８が形成されている。本実施形態では、固定凸部８４の頂面および側面に対向電極層８８が形成され、変位凹部７０Ｄの底面および側面にエレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７８が形成されている。
【０２２０】
次に、第８の実施形態に係る発電素子１Ｇの動作について説明する。
【０２２１】
板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位すると、変位凹部７０Ａは固定凸部８１をより多く収容するとともに、変位凹部７０Ｂは固定凸部８２をより少なく収容するようになる。これにより、変位凹部７０Ａの底面部分のエレクトレット材料層７５と、固定凸部８１の頂面部分の対向電極層８５との間の層間距離は小さくなるとともに、変位凹部７０Ｂの底面部分のエレクトレット材料層７６と、固定凸部８２の頂面部分の対向電極層８６との間の距離は大きくなる。その結果、対向電極層８５に誘導される電荷は増加し、対向電極層８６に誘導される電荷は減少する。反対に、板状構造体７０が−Ｘ軸方向に変位すると、対向電極層８５に誘導される電荷は減少し、対向電極層８６に誘導される電荷は増加する。
【０２２２】
また、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、重なり面積の変動によっても発電が行われる。より詳しくは、板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位する場合、変位凹部７０Ａの側面部分のエレクトレット材料層７５と、固定凸部８１の側面部分の対向電極層８５との間の重なり面積が増大する。したがって、固定凸部８１の側面部分の対向電極層８５に誘導される電荷は増加する。一方、変位凹部７０Ｂの側面部分のエレクトレット材料層７６と、固定凸部８２の側面部分の対向電極層８６との間の重なり面積が減少するため、固定凸部８２の側面部分の対向電極層８６に誘導される電荷は減少する。
【０２２３】
したがって、板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位する際には、層間距離および重なり面積の変動により、対向電極層８５に誘導される電荷は増大する。一方、対向電極層８６に誘導される電荷は減少する。このため、パッドＰ１から発電素子１Ｇの内部に電荷が取り込まれ、パッドＰ２から発電素子１Ｇの外部に電荷が取り出される。反対に、板状構造体７０が−Ｘ軸方向に変位する際には、対向電極層８５に誘導される電荷は減少し、対向電極層８６に誘導される電荷は増加する。このため、パッドＰ１から発電素子１Ｇの外部に電荷が取り出され、パッドＰ２から発電素子１Ｇの内部に電荷が取り込まれる。
【０２２４】
なお、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する場合、発電素子１ＧはＸ軸方向に振動する場合と同様の動作原理により発電する。
【０２２５】
また、板状構造体７０がＺ軸方向に振動する場合、発電素子１Ｇは、固定凸部８１〜８４において重なり面積の変動に基づく発電を行う。
【０２２６】
上記のように、発電素子１Ｇでは、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、層間距離および重なり面積の変動に基づく発電が行われてパッドＰ１，Ｐ２から電力が取り出される。板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際は、層間距離および重なり面積の変動に基づく発電が行われて、パッドＰ３，Ｐ４から電力が取り出される。
【０２２７】
なお、第６の実施形態に係る発電素子１Ｅと同様、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する際、固定凸部８３，８４による発電が行われないため、パッドＰ３，Ｐ４から電力が取り出されない。同様に、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する際には、固定凹部８０Ａ，８０Ｂによる発電が行われないため、パッドＰ１，Ｐ２から電力が取り出されない。
【０２２８】
以上説明したように、第８の実施形態に係る発電素子１Ｇは、板状構造体７０のＸ軸方向の振動により、Ｘ軸方向について層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行う。同様に、板状構造体７０のＹ軸方向の振動により、Ｙ軸方向について層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行う。さらに、板状構造体７０のＺ軸方向の振動により、枠状構造体８０の各側面について重なり面積の変動に基づく発電を行う。よって、第８の実施形態によれば、従来の発電素子に比べて格段に効率的な発電を行うことができる。
【０２２９】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態に係る発電素子１Ｈについて説明する。第８の実施形態との相違点の一つは、対向電極層が固定凸部の頂面、左側面および右側面の各々について個別に設けられている点である。以下、相違点を中心に第９の実施形態について説明する。
【０２３０】
図１９（ａ）に示すように、固定凸部８１の頂面と変位凹部７０Ａの底面とは互いに対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には端部対向電極層８５ａが形成されている。本実施形態では、変位凹部７０Ａの底面、左側面および右側面には、エレクトレット電極層（図示せず）を介してエレクトレット材料層７５が形成されている。固定凸部８１の頂面には、端部対向電極層８５ａが形成されている。
【０２３１】
固定凸部８１の左側面と変位凹部７０Ａの左側面とは互いに対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には左側対向電極層８５ｂが形成されている。本実施形態では、固定凸部８１の左側面には左側対向電極層８５ｂが形成されている。
【０２３２】
なお、ここでいう固定凸部８１の左側面は、固定凸部８１が突出する方向（すなわちＸ軸負方向）に見たときの、固定凸部８１の左側の側面である。
【０２３３】
固定凸部８１の左側面とは、固定凸部８１が突出する方向（すなわちＸ軸負方向）に見たときの、固定凸部８１の左側の側面である。また、変位凹部７０Ａの左側面とは、固定凸部８１の左側面と対向する側面のことである。また、固定凸部８１の右側面とは、固定凸部８１が突出する方向に見たときの、固定凸部８１の右側の側面である。また、変位凹部７０Ａの右側面とは、固定凸部８１の右側面と対向する側面のことである。以下の本実施形態における「左」、「右」の記載についても、これと同様である。
【０２３４】
固定凸部８１の右側面と変位凹部７０Ａの右側面とは互いに対向している。これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７５が形成されており、他方には右側対向電極層８５ｃが形成されている。本実施形態では、固定凸部８１の右側面には右側対向電極層８５ｃが形成されている。
【０２３５】
端部対向電極層８５ａ、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃは、それぞれ固有のパッド（図示せず）に電気的に接続されている。
【０２３６】
変位凹部７０Ｂと固定凸部８２、変位凹部７０Ｃと固定凸部８３、および変位凹部７０Ｄと固定凸部８４についても、以下に記載するように同様の構成を有する。
【０２３７】
固定凸部８２の頂面と変位凹部７０Ｂの底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には端部対向電極層８６ａが形成されている。また、固定凸部８２の左側面と変位凹部７０Ｂの左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には左側対向電極層８６ｂが形成されている。固定凸部８２の右側面と変位凹部７０Ｂの右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７６が形成されており、他方には右側対向電極層８６ｃが形成されている。
【０２３８】
固定凸部８３の頂面と変位凹部７０Ｃの底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には端部対向電極層８７ａが形成されている。また、固定凸部８３の左側面と変位凹部７０Ｃの左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には左側対向電極層８７ｂが形成されている。固定凸部８３の右側面と変位凹部７０Ｃの右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７７が形成されており、他方には右側対向電極層８７ｃが形成されている。
【０２３９】
固定凸部８４の頂面と変位凹部７０Ｄの底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には端部対向電極層８８ａが形成されている。また、固定凸部８４の左側面と変位凹部７０Ｄの左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には左側対向電極層８８ｂが形成されている。固定凸部８４の右側面と変位凹部７０Ｄの右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層７８が形成されており、他方には右側対向電極層８８ｃが形成されている。
【０２４０】
図１９（ａ）に示すように、本実施形態に係る発電素子１Ｈでは、端部対向電極層８５ａ〜８８ａ、左側対向電極層８５ｂ〜８８ｂ、および右側対向電極層８５ｃ〜８８ｃが、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成している。例えば、固定凸部８１について言えば、第８の実施形態の対向電極層８５が３つの個別の対向電極層８５ａ，８５ｂ，８５ｃに分割されたと捉えられる。
【０２４１】
次に、第９の実施形態に係る発電素子１Ｈの動作について説明する。
【０２４２】
図２０（ａ）は、板状構造体７０の中心がＸＹＺ三次元直交座標系の原点Ｏに位置するときの、変位凹部７０Ａおよび固定凸部８１を含む領域の拡大平面図である。エレクトレット材料層７５は正に帯電しており、端部対向電極層８５ａ、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃの各々には負電荷が誘導されている。
【０２４３】
まず、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する場合について説明する。板状構造体７０が＋Ｘ軸方向に変位する場合、変位凹部７０Ａの底面部分のエレクトレット材料層７５と端部対向電極層８５ａとの間の層間距離は小さくなる。その結果、図２０（ｂ）に示すように、端部対向電極層８５ａに誘導される電荷は増加する。また、変位凹部７０Ａの左側面部分のエレクトレット材料層７５と左側対向電極層８５ｂとの重なり面積、および変位凹部７０Ａの右側面部分のエレクトレット材料層７５と右側対向電極層８５ｃとの重なり面積は増大する。その結果、図２０（ｂ）に示すように、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷は増加する。
【０２４４】
板状構造体７０が−Ｘ軸方向に変位する場合は、＋Ｘ軸方向に変位する場合とは反対に、端部対向電極層８５ａ、左側対向電極層８５ｂおよび右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷は減少する。このように、板状構造体７０がＸ軸方向に振動する場合、Ｘ軸方向については第６の実施形態に係る発電素子１Ｅと同様の動作となる。
【０２４５】
次に、板状構造体７０がＹ軸方向に振動する場合について説明する。板状構造体７０が＋Ｙ軸方向に変位する場合、図２０（ｃ）に示すように、変位凹部７０Ａの底面部分のエレクトレット材料層７５と端部対向電極層８５ａとの間の層間距離は変化しない。したがって、端部対向電極層８５ａに誘導される電荷の数は変化せず、層間距離の変動に基づく発電は行われない。板状構造体７０が−Ｙ軸方向に変位する場合も同様であり、層間距離の変動に基づく発電は行われない。
【０２４６】
板状構造体７０が＋Ｙ軸方向に変位する場合、図２０（ｃ）に示すように、変位凹部７０Ａの左側面部分のエレクトレット材料層７５と左側対向電極層８５ｂとの間の層間距離は短くなる。このため、左側対向電極層８５ｂに誘導される電荷は増加する。一方、変位凸部７１の右側面部分のエレクトレット材料層７５と右側対向電極層８５ｃとの間の層間距離は長くなるため、右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷は減少する。反対に、板状構造体７０が−Ｙ軸方向に変位する場合は、左側対向電極層８５ｂに誘導される電荷が減少し、右側対向電極層８５ｃに誘導される電荷は増加する。第９の実施形態では、左側対向電極層８５ｂと右側対向電極層８５ｃが電気的に分離されているため、発電素子１ＨはＹ軸方向の振動を受けて、固定凸部８１における発電を行うことができる。
【０２４７】
上記から理解されるように、本実施形態に係る発電素子１Ｈは、固定凸部８１，８２において、Ｘ軸方向の振動だけでなくＹ軸方向の振動も利用して発電を行うことができる。より詳しくは、発電素子１Ｈは、板状構造体７０がＸ軸方向に変位する際には、図２０（ｂ）を参照して説明したように層間距離および重なり面積の変動に基づく発電を行い、板状構造体７０がＹ軸方向に変位する際には、図２０（ｃ）を参照して説明したように層間距離の変動に基づく発電を行うことができる。
【０２４８】
同様に、本実施形態に係る発電素子１Ｈは、固定凸部８３，８４において、Ｙ軸方向の振動だけでなくＸ軸方向の振動も利用して発電を行うことができる。
【０２４９】
また、第６の実施形態と同様に、発電素子１Ｈは、板状構造体７０のＺ軸方向の振動により、固定凸部８１〜８４において、重なり面積の変動に基づく発電を行うこともできる。
【０２５０】
よって、第９の実施形態によれば、第８の実施形態に比べてさらに効率的な発電を行うことができる。
【０２５１】
上記のように、第６〜第９の実施形態では、板状構造体７０（変位部材）および枠状構造体８０（固定部材）のうち、一方には、部分的に突出した凸部が設けられており、他方には、凸部を収容する凹部が設けられている。そして、凸部の頂面と凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層が形成されており、他方には端部対向電極層が形成されている。また、凸部の左側面と凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には左側対向電極層が形成されている。また、凸部の右側面と凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方にはエレクトレット材料層が形成されており、他方には右側対向電極層が形成されている。さらに、第７および第９の実施形態では、端部対向電極層、左側対向電極層、および右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成している。
【０２５２】
（第１０の実施形態）
次に、第１０の実施形態に係る発電素子１Ｉについて説明する。この発電素子１Ｉは、第５の実施形態で説明した発電素子１Ｄとほぼ同じ構成であるが、板状構造体７０に重錘体が設けられている。以下、第５の実施形態との相違点を中心に第１０の実施形態について説明する。
【０２５３】
第１０の実施形態に係る発電素子１Ｉは、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、変位部材として機能する板状構造体７０と、固定部材として機能する枠状構造体８０と、板状構造体７０および枠状構造体８０を接続する弾性変形体９１〜９４と、重錘体９５と、を備えている。
【０２５４】
重錘体９５は、図２１（ｂ）に示すように、板状構造体７０の上面に接合されている。重錘体９５の材質は特に限定されず、例えば、シリコン等の半導体、樹脂等の絶縁体、または金属であってもよい。また、重錘体９５と板状構造体７０との接合方法は特に限定されず、接着剤による接着でもよいし、半導体基板（ウェハー）同士の直接接合であってもよい。
【０２５５】
なお、重錘体９５は、板状構造体７０の下面に接合されてもよい。また、重錘体９５は、板状構造体７０の上面および下面の両面に接合されてもよい。一般的に言えば、重錘体９５は、板状構造体７０の上面もしくは下面、またはその両面に接合されていればよい。
【０２５６】
上記のように、板状構造体７０に重錘体９５を設けることで、発電素子１Ｉの板状構造体７０（変位部材）の質量が増加する。このため、弾性変形体９１〜９４の強度を落とすことなく、板状構造体７０の振動周波数を下げることができる。振動周波数が低下することにより、板状構造体７０は低周波数成分が多い外部振動（環境振動等）に対して共振し易くなる。よって、第１０の実施形態によれば、発電素子の発電効率を高めることができる。
【０２５７】
重錘体９５を設けなくとも、弾性変形体９１〜９４のばね定数を下げることで、板状構造体７０の振動周波数を下げることは可能である。しかし、発電素子の製造工程あるいは使用時において、弾性変形体９１〜９４が破損し易くなるという問題がある。
【０２５８】
なお、図２２に示すように、発電素子１Ｉは、板状構造体７０の上方を覆う上方蓋体５４と、板状構造体７０の下方を覆う下方蓋体５３とをさらに備えてもよい。上方蓋体５４は、重錘体９５を収容する凹部５４Ａを有する。
【０２５９】
上方蓋体５４および下方蓋体５３は、板状構造体７０がＺ軸方向に振動する際のストッパとして機能する。これにより、重錘体９５が設けられた板状構造体７０がＺ軸方向に大きく変位して弾性変形体９１〜９４が破損することを防止することができる。
【０２６０】
上述した第５〜第１０の実施形態は、発電素子１Ｄ〜１Ｉに振動エネルギーが与えられたときに、板状構造体７０がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能に構成される場合に限られない。すなわち、板状構造体７０は、ＸＹＺ三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち少なくとも２方向に変位可能であるように構成されていてもよい。
【０２６１】
以上、本発明に係る実施形態について説明した。変位部材（板状構造体）はＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち少なくとも２方向に変位可能であれば、上記実施形態の構成に限られず、どのような構成であってもよい。
【０２６２】
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【０２６３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｃａ，１Ｄ，１Ｄａ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１０００  発電素子
２  発電回路
１０，４０  変位部材
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ  エレクトレット電極層
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ  エレクトレット材料層
２０，５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ  固定部材
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ  対向電極層
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ  変位面
４１  エレクトレット電極層
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ  エレクトレット材料層
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ  固定面
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ  対向電極層
５２，５４  上方蓋体
５３  下方蓋体
５５，５６，５７，５８，５９  取付面
３０，６０，６１，６２，６３，６４，９１，９２，９３，９４，９０Ａ，９０Ｂ  弾性変形体
７０  板状構造体
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ，７０ｆ  変位外面
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ  変位凹部
７１，７２，７３，７４  変位凸部
７５，７６，７７，７８，７９Ａ，７９Ｂ  エレクトレット材料層
８０  枠状構造体
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ  固定内面
８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ、  固定凹部
８１，８２，８３，８４  固定凸部
８５，８６，８７，８８，８９Ａ，８９Ｂ  対向電極層
８５ａ，８６ａ，８７ａ，８８ａ  端部対向電極層
８５ｂ，８６ｂ，８７ｂ，８８ｂ  左側対向電極層
８５ｃ，８６ｃ，８７ｃ，８８ｃ  右側対向電極層
８５ｄ  平面部対向電極層
８９  ストッパ突起
９５  重錘体
１００  発電装置
２００  ＳＯＩ基板
２０１  表面Ｓｉ層
２０２  ＢＯＸ層
２０３  Ｓｉ基板
ａ１，ａ２，ａ３，ａ４  変位支持点
ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４  固定支持点
ｄ１，ｄ２，ｄ３  層間距離
Ｃ  平滑コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  ダイオード
Ｏ  原点
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４  パッド
ＲＬ  負荷
Ｓ  基準平面
Ｔ１，Ｔ２  出力端子
【図１】
2018129960.tif 000003
【図２】
2018129960.tif 000004
【図３】
2018129960.tif 000005
【図４】
2018129960.tif 000006
【図５】
2018129960.tif 000007
【図６】
2018129960.tif 000008
【図７】
2018129960.tif 000009
【図８】
2018129960.tif 000010
【図９】
2018129960.tif 000011
【図１０】
2018129960.tif 000012
【図１１】
2018129960.tif 000013
【図１２】
2018129960.tif 000014
【図１３】
2018129960.tif 000015
【図１４】
2018129960.tif 000016
【図１５】
2018129960.tif 000017
【図１６】
2018129960.tif 000018
【図１７】
2018129960.tif 000019
【図１８】
2018129960.tif 000020
【図１９】
2018129960.tif 000021
【図２０】
2018129960.tif 000022
【図２１】
2018129960.tif 000023
【図２２】
2018129960.tif 000024
【図２３】
2018129960.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月1日(2018.2.1)
【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】
変位部材と、固定部材と、弾性変形体と、を備える発電素子であって、
前記変位部材および前記固定部材のうち、一方の表面にはエレクトレット材料層が形成されており、他方の表面には前記エレクトレット材料層に対向する対向電極層が形成されており、
前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、前記弾性変形体が変形することにより、前記エレクトレット材料層と前記対向電極層との間の層間距離が変動するように前記変位部材が前記固定部材に対して変位し、
前記変位部材および前記固定部材のうち、一方には、部分的に突出した凸部が設けられており、他方には、前記凸部を収容する凹部が設けられており、
前記凸部の頂面と前記凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には端部対向電極層が形成されており、
前記凸部の左側面と前記凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には左側対向電極層が形成されており、
前記凸部の右側面と前記凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記エレクトレット材料層が形成されており、他方には右側対向電極層が形成されていることを特徴とする発電素子。
【請求項２】
前記端部対向電極層、前記左側対向電極層、および前記右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項３】
変位部材と、固定部材と、弾性変形体と、を備える発電素子であって、
前記変位部材および前記固定部材のうち、一方の表面にはエレクトレット材料層が形成されており、他方の表面には前記エレクトレット材料層に対向する対向電極層が形成されており、
前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、前記弾性変形体が変形することにより、前記エレクトレット材料層と前記対向電極層との間の層間距離が変動するように前記変位部材が前記固定部材に対して変位し、
前記変位部材は、前記発電素子に振動エネルギーが与えられたときに、前記固定部材に対して固定されたＸＹＺ三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち少なくとも２方向に変位可能であるように構成され、
前記変位部材が、ＸＹ平面に平行な上面および下面を有する板状構造体により構成され、前記固定部材が、前記板状構造体を取り囲むように配置された枠状構造体により構成されていることを特徴とする発電素子。
【請求項４】
変位を生じていない状態における前記変位部材の中心位置に原点が配置されるように前記ＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、
前記板状構造体が、Ｘ軸の正領域と直交する第１の変位外面と、Ｘ軸の負領域と直交する第２の変位外面と、Ｙ軸の正領域と直交する第３の変位外面と、Ｙ軸の負領域と直交する第４の変位外面と、を有し、
前記枠状構造体が、Ｘ軸の正領域と直交し前記第１の変位外面に対向する第１の固定内面と、Ｘ軸の負領域と直交し前記第２の変位外面に対向する第２の固定内面と、Ｙ軸の正領域と直交し前記第３の変位外面に対向する第３の固定内面と、Ｙ軸の負領域と直交し前記第４の変位外面に対向する第４の固定内面と、を有していることを特徴とする請求項３に記載の発電素子。
【請求項５】
前記第１の変位外面には、Ｘ軸正方向に突出した第１の変位凸部が設けられており、
前記第２の変位外面には、Ｘ軸負方向に突出した第２の変位凸部が設けられており、
前記第３の変位外面には、Ｙ軸正方向に突出した第３の変位凸部が設けられており、
前記第４の変位外面には、Ｙ軸負方向に突出した第４の変位凸部が設けられており、
前記第１の固定内面の、前記第１の変位凸部に対向する位置には、Ｘ軸負方向に突出した第１の固定凸部が設けられており、
前記第２の固定内面の、前記第２の変位凸部に対向する位置には、Ｘ軸正方向に突出した第２の固定凸部が設けられており、
前記第３の固定内面の、前記第３の変位凸部に対向する位置には、Ｙ軸負方向に突出した第３の固定凸部が設けられており、
前記第４の固定内面の、前記第４の変位凸部に対向する位置には、Ｙ軸正方向に突出した第４の固定凸部が設けられており、
前記第１の変位凸部の頂面と前記第１の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面と前記第２の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面と前記第３の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面と前記第４の固定凸部の頂面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発電素子。
【請求項６】
前記第１の変位外面には、Ｘ軸正方向に突出した第１の変位凸部が設けられており、
前記第２の変位外面には、Ｘ軸負方向に突出した第２の変位凸部が設けられており、
前記第３の変位外面には、Ｙ軸正方向に突出した第３の変位凸部が設けられており、
前記第４の変位外面には、Ｙ軸負方向に突出した第４の変位凸部が設けられており、
前記第１の固定内面には、前記第１の変位凸部を収容する第１の固定凹部が設けられており、
前記第２の固定内面には、前記第２の変位凸部を収容する第２の固定凹部が設けられており、
前記第３の固定内面には、前記第３の変位凸部を収容する第３の固定凹部が設けられており、
前記第４の固定内面には、前記第４の変位凸部を収容する第４の固定凹部が設けられており、
前記第１の変位凸部の頂面および側面と、前記第１の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面および側面と、前記第２の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面および側面と、前記第３の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面および側面と、前記第４の固定凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発電素子。
【請求項７】
前記第１の変位凸部の頂面と前記第１の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の端部対向電極層が形成されており、
前記第１の変位凸部の左側面と前記第１の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の左側対向電極層が形成されており、
前記第１の変位凸部の右側面と前記第１の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の右側対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の頂面と前記第２の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の端部対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の左側面と前記第２の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の左側対向電極層が形成されており、
前記第２の変位凸部の右側面と前記第２の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の右側対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の頂面と前記第３の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の端部対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の左側面と前記第３の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の左側対向電極層が形成されており、
前記第３の変位凸部の右側面と前記第３の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の右側対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の頂面と前記第４の固定凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の端部対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の左側面と前記第４の固定凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の左側対向電極層が形成されており、
前記第４の変位凸部の右側面と前記第４の固定凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の右側対向電極層が形成されており、
前記第１〜第４の端部対向電極層、前記第１〜第４の左側対向電極層、および前記第１〜第４の右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していることを特徴とする請求項６に記載の発電素子。
【請求項８】
前記第１の固定内面には、Ｘ軸負方向に突出した第１の固定凸部が設けられており、
前記第２の固定内面には、Ｘ軸正方向に突出した第２の固定凸部が設けられており、
前記第３の固定内面には、Ｙ軸負方向に突出した第３の固定凸部が設けられており、
前記第４の固定内面には、Ｙ軸正方向に突出した第４の固定凸部が設けられており、
前記第１の変位外面には、前記第１の固定凸部を収容する第１の変位凹部が設けられており、
前記第２の変位外面には、前記第２の固定凸部を収容する第２の変位凹部が設けられており、
前記第３の変位外面には、前記第３の固定凸部を収容する第３の変位凹部が設けられており、
前記第４の変位外面には、前記第４の固定凸部を収容する第４の変位凹部が設けられており、
前記第１の固定凸部の頂面および側面と、前記第１の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の頂面および側面と、前記第２の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の頂面および側面と、前記第３の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の頂面および側面と、前記第４の変位凹部の底面および側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発電素子。
【請求項９】
前記第１の固定凸部の頂面と前記第１の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の端部対向電極層が形成されており、
前記第１の固定凸部の左側面と前記第１の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の左側対向電極層が形成されており、
前記第１の固定凸部の右側面と前記第１の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第１のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第１の右側対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の頂面と前記第２の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の端部対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の左側面と前記第２の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の左側対向電極層が形成されており、
前記第２の固定凸部の右側面と前記第２の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第２のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第２の右側対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の頂面と前記第３の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の端部対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の左側面と前記第３の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の左側対向電極層が形成されており、
前記第３の固定凸部の右側面と前記第３の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第３のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第３の右側対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の頂面と前記第４の変位凹部の底面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の端部対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の左側面と前記第４の変位凹部の左側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の左側対向電極層が形成されており、
前記第４の固定凸部の右側面と前記第４の変位凹部の右側面とは互いに対向しており、これら対向面のうち、一方には前記第４のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第４の右側対向電極層が形成されており、
前記第１〜第４の端部対向電極層、前記第１〜第４の左側対向電極層、および前記第１〜第４の右側対向電極層が、互いに電気的に独立した個別の電極層を形成していることを特徴とする請求項８に記載の発電素子。
【請求項１０】
前記枠状構造体の内側面には、前記板状構造体に向かって突出するストッパ突起が設けられており、前記変位部材が変位していない状態において、前記ストッパ突起と前記板状構造体との間には所定の空隙寸法が確保されていることを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１１】
前記固定部材が、前記板状構造体の上方を覆う上方蓋体と、前記板状構造体の下方を覆う下方蓋体と、をさらに有し、
前記変位部材が変位していない状態において、前記上方蓋体の下面と前記板状構造体の上面との間には所定の空隙寸法が確保されており、前記下方蓋体の上面と前記板状構造体の下面との間には所定の空隙寸法が確保されていることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１２】
前記板状構造体が、Ｚ軸の正領域と直交する第５の変位外面と、Ｚ軸の負領域と直交する第６の変位外面と、をさらに有し、
前記固定部材が、前記板状構造体の上方を覆う上方蓋体と、前記板状構造体の下方を覆う下方蓋体と、をさらに有し、
前記上方蓋体の下面は、Ｚ軸の正領域と直交し前記第５の変位外面に対向する第５の固定内面を形成し、前記下方蓋体の上面は、Ｚ軸の負領域と直交し前記第６の変位外面に対向する第６の固定内面を形成し、
前記第５の変位外面および前記第５の固定内面のうち、一方には第５のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第５の対向電極層が形成されており、前記第６の変位外面および前記第６の固定内面のうち、一方には第６のエレクトレット材料層が形成されており、他方には第６の対向電極層が形成されていることを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１３】
前記板状構造体が矩形状をなし、その４頂点に対応する４箇所に変位支持点が設けられており、
前記枠状構造体が前記板状構造体を取り囲む矩形状をなし、その４頂点近傍の４箇所に固定支持点が設けられており、前記各変位支持点と前記各固定支持点とは１対１に対応しており、対応する変位支持点と固定支持点とがそれぞれ個別の弾性変形体によって接続されていることを特徴とする請求項３〜１２のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１４】
前記弾性変形体が、前記板状構造体の厚みおよび前記枠状構造体の厚みよりも小さな厚みを有し、一端が前記板状構造体に設けられた変位支持点に接続され、他端が前記枠状構造体に設けられた固定支持点に接続された細長い線状構造体によって構成されていることを特徴とする請求項３〜１３のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１５】
前記弾性変形体が、湾曲もしくは屈曲した細長い線状構造体によって構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の発電素子。
【請求項１６】
前記板状構造体の上面もしくは下面、またはその両面に、重錘体が接合されていることを特徴とする請求項３〜１５のいずれかに記載の発電素子。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の発電素子であって、前記エレクトレット材料層が、その下層に形成されたエレクトレット電極層を介して前記変位部材または前記固定部材の表面に形成された、発電素子と、
前記対向電極層と前記エレクトレット電極層との間に生じる電圧に基づいて電力を生成する発電回路と、
を備えることを特徴とする発電装置。