(57)【要約】  【課題】発電部にかかる応力集中を緩和し、発電効率の向上を図りつつより小型の発電デバイスを提供することである。【解決手段】マイクロマシニング技術を用いて形成され、フレーム部１と、フレーム部１の内側に設けられた振動子２と、フレーム部１と振動子２との間をつなぎ振動子２が変位することで撓む撓み部３と、撓み部３の上に下層から下部電極４と圧電層５と上部電極６とが順に積層され振動子２の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部７と、を備えた発電デバイスであって、撓み部３の平面視における外形形状はフレーム部１側が幅広となる略台形であり、フレーム部１は外周縁８および内周縁９が撓み部３の外形に沿って略三角形であるものとした。【選択図】図１
2011125071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロマシニング技術を用いて形成され、フレーム部と、前記フレーム部の内側に設けられた振動子と、前記フレーム部と前記振動子との間をつなぎ前記振動子が変位することで撓む撓み部と、前記撓み部の上に下層から下部電極と圧電層と上部電極とが順に積層され前記振動子の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部と、を備えた発電デバイスであって、
前記撓み部の平面視における外形形状は前記フレーム部側が幅広となる略台形であり、
前記フレーム部は外周縁および内周縁が前記撓み部の外形に沿って略三角形であることを特徴とする発電デバイス。
【請求項２】
前記外周縁および前記内周縁の幅は略均一であることを特徴とする請求項１に記載の発電デバイス。
【請求項３】
前記撓み部の斜辺と前記撓み部の斜辺に対向する前記フレーム部の内周縁とが平行になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電デバイス。
【請求項４】
前記発電部の平面視における外形形状は、前記撓み部の外形と略合致する略台形であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の発電デバイス。
【請求項５】
前記撓み部は厚みが一定であることを特徴とした請求項１乃至４に記載の発電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、MEMS（micro electro mechanical systems、微小電子機器）技術を用い、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車や人の動きなど任意の振動に起因した振動エネルギを電気エネルギに変換するMEMSデバイスの一種である発電デバイスがある。このような発電デバイスに関しては種々の研究がなされている（非特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記非特許文献１に示された発電デバイスは、図４に示すように、素子形成用基板を用いて形成されてフレーム部３１およびフレーム部３１の内側に配置され可撓性の撓み部３２を介して揺動自在に支持された振動子３３を有する主体基板３４と、第一のカバー形成用基板を用いて形成され主体基板３４の一表面側においてフレーム部３１が固着された第一のカバー基板３５と、第二のカバー形成用基板を用いて形成され主体基板３４の他表面側においてフレーム部３１が固着された第二のカバー基板３６と、を備えている。また、主体基板３４の撓み部３２に、振動子３３の振動に応じて交流電圧を発生する発電部３７が形成されている。なお、発電部３７は、下部電極３８、圧電層３９、上部電極４０の積層構造を有している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】R. van Schai jk, et al, 「Piezoelectric ALN energy harvesters for wireless autonomoustransducer solution」, IEEE SENSORS 2008 Conference, 2008, p. 45‐48
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の発電デバイスの概略平面図は図５になる。この発電デバイスにおける撓み部３２の平面視における外形形状が長方形で作られているので、応力が撓み部３２のフレーム部３１側端部に集中する。そのため、低い振動加速度でデバイスを破壊してしまうという課題が生じる。また、発電部３７にかかる応力が不均一になると、発電部３７面内での発電電圧分布が生じ、平均電圧としての出力が低くなる。これより、発電部３７にかかる応力を有効に活用できないという課題、すなわち、発電部３７面内で発電に寄与しない部分があるという課題が生じる。
【０００６】
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたもので、その課題は、発電効率の向上を図りつつ発電部にかかる応力集中を緩和できる発電デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、マイクロマシニング技術を用いて形成され、フレーム部と、前記フレーム部の内側に設けられた振動子と、前記フレーム部と前記振動子との間をつなぎ前記振動子が変位することで撓む撓み部と、前記撓み部の上に下層から下部電極と圧電層と上部電極とが順に積層され前記振動子の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部と、を備えた発電デバイスであって、前記撓み部の平面視における外形形状は前記フレーム部側が幅広となる略台形であり、前記フレーム部は外周縁および内周縁が前記撓み部の外形に沿って略三角形であることを特徴としている。
【０００８】
また、本願請求項２記載の発明では、前記外周縁および前記内周縁の幅は略均一であることを特徴としている。
【０００９】
また、本願請求項３記載の発明では前記撓み部の斜辺と前記撓み部の斜辺に対向する前記フレーム部の内周縁とが平行になっていることを特徴としている。
【００１０】
また、本願請求項４記載の発明では、前記発電部の平面視における外形形状は、前記撓み部の外形と略合致する略台形であることを特徴としている。
【００１１】
また、本願請求項５記載の発明では前記撓み部の厚みが一定であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本願請求項１記載の発明の発電デバイスにおいては、前記撓み部の平面視における外形形状は前記フレーム部側が幅広となる略台形である。これより、前記撓み部にかかる応力集中が減少し、低加速度でのデバイスの破壊を防止できる。また、前記発電部面内での発電電圧分布が均一化することで、前記発電部に印加された応力を有効に出力電圧に活用できる。さらに、前記フレーム部は外周縁および内周縁が前記撓み部の外形に沿って略三角形である。これより、前記撓み部にあわせてフレーム部を作るので、発電デバイス全体を小型化することができる。
【００１３】
また、本願請求項２記載の発明の発電デバイスにおいては、前記外周縁および前記内周縁の幅は略均一である。これより、前記フレーム部は前記フレーム部自身の無駄な面積を減らし、発電デバイス全体を小型化することができる。
【００１４】
また、本願請求項３記載の発明では前記撓み部の斜辺と前記撓み部の斜辺に対向する前記フレーム部の内周縁とが平行になっている。これより、前記フレーム部の斜辺および前記撓み部の斜辺の間の隙間を小さくすることができるので、発電デバイス全体をさらに小型化することができる。
【００１５】
また、本願請求項４記載の発明では、前記発電部の平面視における外形形状は、前記撓み部の外形と略合致する略台形である。これより、前記発電部をより大きくすることができるので、振動エネルギをより大きな電気エネルギに変換することができる。
【００１６】
また、本願請求項５記載の発明では前記撓み部の厚みが一定である。これより、前記撓み部にかかる応力をより均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願発明の一実施形態を示す発電デバイスの概略分解斜視図
【図２】同上の発電デバイスの概略断面図
【図３】同上の発電デバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図
【図４】従来例を示す発電デバイスの概略断面図
【図５】従来例を示す発電デバイスの概略平面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１乃至３は、本実施形態である発電デバイスを示している。この発電デバイスは、マイクロマシニング技術を用いて形成されていて、フレーム部１と、フレーム部１の内側に設けられた振動子２と、フレーム部１と振動子２との間をつなぎ振動子２が変位することで撓む撓み部３と、撓み部３の上に下層から下部電極４と圧電層５と上部電極６とが順に積層され振動子２の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部７と、を備えている。そして、撓み部３の平面視における外形形状はフレーム部１側が幅広となる略台形である。フレーム部１は外周縁８および内周縁９が撓み部３の外形に沿って略三角形であり、外周縁８および内周縁９の幅は略均一である。また、撓み部３の斜辺と撓み部３の斜辺に対向するフレーム部１の内周縁９とが平行になっている。さらに、発電部７の平面視における外形形状は、撓み部３の外形と略合致する略台形であり、撓み部３は厚みが一定である。また、この発電デバイスはＳＯＩ基板を用いて形成されていて、ＳＯＩ基板は支持層１０と絶縁層１１と活性層１２とを用いて形成されている。フレーム部１および振動子２は、支持層１０と絶縁層１１と活性層１２とを備え、撓み部３は、絶縁層１１および活性層１２を備えている。発電部７は撓み部３の活性層１２側上に備えている。また、発電デバイスは、フレーム部１と振動子２と撓み部３とを備える主体基板１３と、主体基板１３の一表面側に備えた発電部７と、第一のカバー形成用基板を用いて形成され主体基板１３の上記一表面側においてフレーム部１が固着された第一のカバー基板１４と、第二のカバー形成用基板を用いて形成され主体基板１３の他表面側においてフレーム部１が固着された第二のカバー基板１５と、を用いて構成されている。
【００１９】
以下、この実施形態の発電デバイスを具体的詳細に説明する。フレーム部１の内側に有する撓み部３の平面視における外形形状は、フレーム部１側が幅広となる略台形である。また、フレーム部１の外周縁８および内周縁９の平面視における外形形状は、撓み部３の外形に沿って略三角形である。また、撓み部３の一表面上に形成された発電部７の平面視における外形形状は、フレーム部１側が幅広となる略台形である。振動子２の平面視における外形形状は、フレーム部１の内周縁９に沿った略三角形である。
【００２０】
撓み部３の上記一表面側に形成された発電部７は、撓み部３の上記一表面側から順に下部電極４、圧電層５、上部電極６が積層されている。発電部７においては、下部電極４の平面サイズが最も大きく、二番目に圧電層５の平面サイズが大きく、上部電極６の平面サイズが最も小さくなるように設計してある。本実施形態では、平面視において、下部電極４の外周線の内側に圧電層５が位置し、圧電層５の外周線の内側に上部電極６が位置している。
【００２１】
撓み部３の上記一表面側には、下部電極４および上部電極６それぞれに金属配線からなる接続配線１６ａ、１６ｃが形成されている。また、撓み部３の上記一表面側には、接続配線１６ａ、１６ｃを介して電気的に接続された下部電極用パッド１７ａと上部電極用パッド１７ｃが形成されている。
【００２２】
本実施形態では、主体基板１３はＳＯＩ基板を用いて形成されており、下から支持層１０と絶縁層１１と活性層１２となっている。なお、ＳＯＩ基板は表面に酸化膜を加工していてもよい。そして、フレーム部１と振動子２とは、支持層１０と絶縁層１１と活性層１２とを備えている。撓み部３は、絶縁層１１と活性層１２とを備えている。
【００２３】
また、この発電デバイスは、撓み部３の上記一表面に発電部７を備えている。発電部７は撓み部３の上記一表面側に形成された下部電極４と、下部電極４における撓み部３側とは反対に形成された圧電層５と、圧電層５における下部電極４側とは反対に形成された上部電極６とを有する。さらに、圧電層５と下部電極４および上部電極６それぞれとが接する領域のうちフレーム部１側は、フレーム部１および撓み部３の境界に全てが重なっている状態となっている。また、前記領域の振動子２側は、振動子２および撓み部３の境界に全てが重なっている状態となっている。なお、発電部７がフレーム部１および撓み部３の境界に揃っているほうが、発電部７に振動しても発電に寄与しない部分が存在せず、発電量の向上を図れるため好ましい。主体基板１３の上記一表面側には、上部電極６に電気的に接続される接続配線１６ｃと下部電極４との短絡防止用の絶縁部１８が、下部電極４および圧電層５それぞれにおけるフレーム部１側の端部を覆う形で形成されている。
【００２４】
なお、絶縁部１８はシリコン酸化膜により構成してあるが、シリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜により構成してもよい。また主体基板１３と下部電極４との間にＭｇＯ層からなるシード層１９が形成されている。また、主体基板１３の他表面側にはシリコン酸化膜２０が形成されている。
【００２５】
また、第一のカバー基板１４は第一のシリコン基板を用いて形成している。第一のカバー基板１４における主体基板１３側の一表面に、振動子２および撓み部３からなる可動部の変位空間を主体基板１３との間に形成するための第１凹所２１が形成されている。
【００２６】
第一のカバー基板１４は、第一のカバー基板１４の他表面側に、発電部７で発生した交流電圧を外部へ供給するための出力用電極２２，２２を形成している。各出力用電極２２，２２は、第一のカバー基板１４の一表面側に形成された連絡用電極２３，２３と、第一のカバー基板１４の厚み方向に貫設された貫通孔配線２４，２４を介して電気的に接続されている。ここで、第一のカバー基板１４は、各連絡用電極２３，２３が主体基板１３の下部電極用パッド１７ａ，上部電極用パッド１７ｃと接合されて電気的に接続されている。なお、各出力用電極２２，２２および各連絡用電極２３，２３をＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、これらの材料や層構造は特に限定するものではない。また、各貫通孔配線２４，２４の材料としてはＣｕを採用しているが、これに限らず、例えばＮｉ、Ａｌなどを採用してもよい。
【００２７】
本実施形態では、第一のカバー基板１４として第一のシリコン基板を用いているので、第一のカバー基板１４は、二つの出力用電極２２，２２同士の短絡を防止するためのシリコン酸化膜からなる絶縁膜２５が、第一のカバー基板の上記一表面側および上記他表面側と貫通孔配線２４，２４が内側に形成された貫通孔２６の内周面とに跨って形成されている。なお、第一のカバー基板１４としてガラス基板のような絶縁性基板を用いる場合は、このような絶縁膜２５は設ける必要はない。
【００２８】
また、第二のカバー基板１５は第二のシリコン基板を用いて形成されており、第二のカバー基板１５における主体基板１３側の一表面に、振動子２および撓み部３からなる可動部の変位空間を主体基板１３との間に形成するために第２凹所２７が形成されている。なお、第二のカバー基板１５は、ガラス基板のような絶縁性基板を用いてもよい。
【００２９】
また、上述の主体基板１３の上記一表面側には、第一のカバー基板１４と接合するための第一の接合用金属層２８が形成されており、第一のカバー基板１４には、第一の接合用金属層２８に接合される第二の接合用金属層（図示せず）が形成されている。ここで、第一の接合用金属層２８の材料としては、下部電極用パッド１７ａ、上部電極用パッド１７ｃと同じ材料を採用しており、第一の接合用金属層２８は、主体基板１３の一表面上で下部電極用パッド１７ａ、上部電極用パッド１７ｃと同じ厚さに形成されている。
【００３０】
主体基板１３と第一のカバー基板１４と第二のカバー基板１５とは、常温接合法により接合してあるが、常温接合法に限らず、例えば、陽極接合法や、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法などにより接合してもよい。なお、本実施形態の発電デバイスは、ＭＥＭＳデバイスの製造技術などを利用して形成されている。
【００３１】
以上説明した本実施形態の発電デバイスでは、発電部７が下部電極４と圧電層５と上部電極６とで構成されているから、撓み部３の振動によって圧電層５が応力を受け、下部電極４と上部電極６とに電荷の偏りが発生し、発電部７において交流電圧が発生する。
【００３２】
本実施形態における発電デバイスは、圧電層５の圧電材料として、鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴを採用し、主体基板１３として、ＳＯＩ基板を用いているが、鉛系圧電材料は、ＰＺＴに限らず、例えばＰＺＴ−ＰＭＮ（：Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）やその他の不純物を添加したＰＺＴを採用してもよい。ここで、本実施形態の発電デバイスでは、圧電層５の比誘電率をε、発電指数をＰとすると、Ｐ∝ｅ312／εの関係が成り立ち、発電指数Ｐが大きいほど発電効率が大きくなる。ここで、発電デバイスに用いられる代表的な圧電材料であるＰＺＴおよびＡｌＮそれぞれの圧電定数ｅ31、比誘電率εの一般的な値からみて、発電指数Ｐに二乗で比例する圧電定数ｅ31が大きいＰＺＴを採用した方が発電指数Ｐを大きくできる。ただし、圧電層５の圧電材料は、鉛系圧電材料に限らず、他の圧電材料を採用してもよい。なお、主体基板１３として用いるＳＯＩ基板は、上記一表面（活性層１０の表面）が（１００）面のものを用いる。
【００３３】
以下、本実施形態の発電デバイスの製造方法について図３を参照しながら説明するが、同図（ａ）〜（ｇ）は、図１のＡ−Ａ´断面に対応する部位を示している。
【００３４】
まず、上述ＳＯＩ基板を用いて形成される主体基板１１の上記一表面にＭｇＯ層からなるシード層１９と上記他表面側にシリコン酸化膜２０とを熱酸化法などによって形成する絶縁膜形成工程を行うことによって図３（ａ）に示す構造を得る。
【００３５】
その後、主体基板１３の上記一表面の全面に下部電極４、接続配線１６ａ及び下部電極用パッド１７ａの基礎となるＡｕ層からなる金属層２９をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成する金属層形成工程を行う。続いて、主体基板１３上記一表面側の全面に圧電材料（例えば、ＰＺＴなど）からなる圧電層５の基礎となる圧電膜３０（例えば、ＰＺＴ膜など）をスパッタ法やＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成する圧電膜形成工程を行うことによって図３（ｂ）に示す構造を得る。なお、金属層２９は、Ａｕ層に限らず、例えばＡｌ層やＡｌ−Ｓｉ層でもよいし、Ａｕ層と当該Ａｕ層とシード層１９との間に介在する密着性改善用のＴｉ層とで構成してもよい。ここで密着層の材料はＴｉに限らず、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。
【００３６】
上述の圧電膜形成工程の後、圧電膜３０をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングし、圧電膜３０の一部からなる圧電層５を形成する圧電膜パターニング工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。その後、上述の金属層２９をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングし、それぞれ金属層２９の一部からなる下部電極４、接続配線１６ａ、下部電極用パッド１７ａを形成する金属層パターニング工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態の金属層パターニング工程では金属層２９をパターニングすることによって、下部電極４と併せて接続配線１６ａおよび下部電極用パッド１７ａを形成しているが、これに限らず、金属層パターニング工程で金属層２９をパターニングすることで下部電極４のみを形成するようにし、その後、接続配線１６ａおよび下部電極用パッド１７ａを形成する配線形成工程を別途に設けてもよい。また、接続配線１６ａを形成する接続配線形成工程と下部電極用パッド１７ａを形成する下部電極用パッド形成工程とを別々に設けてもよい。また、金属層２９のエッチングにあたっては、例えば、ＲＩＥ法やイオンミリング法などを採用すればよい。
【００３７】
上述の金属層パターニング工程により下部電極４、接続配線１６ａ、および下部電極用パッド１７ａを形成した後、主体基板１３の上記一表面側に絶縁部１８を形成する絶縁部形成工程を行うことによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。絶縁部形成工程では、主体基板１３の上記一表面側の全面に絶縁層をＣＶＤ法などにより成膜してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングしているが、リフトオフ法を利用して絶縁部１８を形成するようにしてもよい。
【００３８】
上述の絶縁部形成工程の後、上部電極６を例えばＥＢ蒸着法やスパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成する上部電極形成工程と同時に、接続配線１６ｃおよび上部電極用パッド１７ｃをＥＢ蒸着法やスパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成する配線形成工程を行うことによって、図３（ｆ）に示す構造を得る。言い換えれば、本実施形態では、上部電極形成工程において、上部電極６と併せて接続配線１６ｃおよび上部電極用パッド１７ｃを形成しているが、これに限らず、上部電極形成工程と配線形成工程とを別々に行うようにしてもよい。また、配線形成工程についても、接続配線１６ｃを形成する接続配線形成工程と上部電極用パッド１７ｃを形成する上部電極用パッド形成工程とを別々に設けてもよい。なお、上部電極６のエッチングは、ＲＩＥ法などのドライエッチングが好ましいが、ウェットエッチングでもよく、例えば、Ａｕ膜をヨウ化カリウム水溶液、Ｔｉ膜を過酸化水素水によりウェットエッチングすればよい。
【００３９】
上述のようにして上部電極６、接続配線１６ｃ、上部電極用パッド１７ｃを形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してフレーム部１および振動子２および撓み部３を形成する基板加工工程を行うことで撓み部３を形成し、図３（ｇ）に示す構造を得る。ここにおいて、基板加工工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して主体基板１３の上記一表面側から絶縁層１１に達するまで、主体基板１３のうちフレーム部１および振動子２および撓み部３以外の部位をエッチングすることで表面溝を形成する表面溝形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して主体基板１３を上記他表面側から絶縁層１１に達するまで、フレーム部１および振動子２以外の部位をエッチングすることで、裏面溝を形成する裏面溝形成工程を行う。続いて、絶縁層１１の不要部分をエッチング除去し、表面溝と裏面溝とを連通させ、フレーム部１および振動子２と併せて撓み部３を形成するエッチング工程とを行うことによって、図３（ｇ）に示す構造の発電デバイスを得る。ところで、本実施形態では、基板加工工程の表面溝形成工程および裏面溝形成工程において、垂直深堀が可能な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置を用いて主体基板１３をエッチングしているので、撓み部３の裏面と三角形枠状のフレーム部１の内側面とのなす角度を略９０度とすることができる。なお、基板加工工程の表面溝形成工程および裏面溝形成工程は、ＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いたドライエッチングに限らず、異方性の高いエッチングが可能であればよく、他のドライエッチング装置を用いてもよい。また、主体基板１３の上記一表面が（１１０）面の場合には、ＴＭＡＨ水溶液やＫＯＨ水溶液などのアルカリ系溶液を用いたウェットエッチング（結晶異方性エッチング）でもよい。
【００４０】
なお、本実施形態の発電デバイスは、基板加工工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の発電デバイスに分割するようにしている。
【００４１】
本実施形態では、第一のカバー基板１４と第二のカバー基板１５とを備えているので、上述の撓み部３を形成するエッチング工程の後、各カバー基板１４、１５を接合するカバー接合工程を行う。この場合、カバー接合工程が終了するまでウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の発電デバイスに分割すればよい。ここにおいて、各カバー基板１４、１５は、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、薄膜形成工程、めっき工程などの周知の工程を適宜適用して形成すればよい。
【００４２】
ところで、発電部７では、下部電極４上に圧電層５を形成しているが、下部電極４と圧電層５との間に、圧電層５の成膜時の下地となるバッファ層を介在させることで、圧電層６の結晶性を更に向上させてもよい。バッファ層の材料としては、導電性酸化物材料の一種であるＳｒＲｕＯ3、（Ｐｂ，Ｒａ）ＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3などを採用すればよい。
【００４３】
したがって、本実施形態の発電デバイスにおいては、撓み部３の平面視における外形形状はフレーム部１側が幅広となる略台形であるので、撓み部３にかかる応力集中が減少し、低加速度でのデバイスの破壊を防止できる。また、発電部７面内での発電電圧分布が均一化することで、発電部７に印加された応力を有効に出力電圧に活用できる。さらに、フレーム部１は外周縁８および内周縁９が撓み部３の外形に沿って略三角形である。これは、撓み部３にあわせてフレーム部を作るので、発電デバイス全体を小型化することができる。
【００４４】
また、この実施形態の発電デバイスにおいては、外周縁８および内周縁９の幅は略均一である。これより、フレーム部１はフレーム部自身の無駄な面積を減らし、発電デバイス全体を小型化することができる。
【００４５】
また、この実施形態の発電デバイスにおいては、撓み部３の斜辺と撓み部３の斜辺に対向するフレーム部１の内周縁９とが平行になっている。これより、フレーム部１の斜辺および撓み部３の斜辺の間の隙間を小さくすることができるので、発電デバイス全体をさらに小型化することができる。
【００４６】
また、この実施形態の発電デバイスにおいては、発電部７の平面視における外形形状は、撓み部３の外形と略合致する略台形である。これより、発電部７をより大きくすることができるので、振動エネルギをより大きな電気エネルギに変換することができる。
【００４７】
また、この実施形態の発電デバイスにおいては、撓み部３の厚みが一定である。これより、撓み部３にかかる応力をより均一にすることができる。
【００４８】
なお、フレーム部の外周縁８および内周縁９は頂点が丸くなった三角形等も略三角形とする。
【００４９】
また、本実施形態では外周縁８および内周縁９の幅は均一であるが、不均一な幅であってもよい。
【００５０】
また、振動子２の平面視における外形形状は、三角形に限られず、安定して揺動自在であれば、四角形等他の形状であってもよい。
【００５１】
また、発電部７の外形形状は台形形状に限られず、撓み部３面内に収まれば、どのような外形形状であってもよい。
【００５２】
また、主体基板１３は本実施形態ではＳＯＩ基板を用いているが、ＳＯＩ基板に限らず、例えばシリコン基板を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  フレーム部
２  振動子
３  撓み部
４  下部電極
５  圧電層
６  上部電極
７  発電部
８  外周縁
９  内周縁
１０  支持層
１１  絶縁層
１２  活性層
１３  主体基板
１４  第一のカバー基板
１５  第二のカバー基板
【図１】
2011125071.tif 000003
【図２】
2011125071.tif 000004
【図３】
2011125071.tif 000005
【図４】
2011125071.tif 000006
【図５】
2011125071.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月22日(2009.12.22)
【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】
マイクロマシニング技術を用いて形成され、フレーム部と、前記フレーム部の内側に設けられた振動子と、前記フレーム部と前記振動子との間をつなぎ前記振動子が変位することで撓む撓み部と、前記撓み部の上に下層から下部電極と圧電層と上部電極とが順に積層され前記振動子の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部と、を備えた発電デバイスであって、
前記撓み部の平面視における外形形状は、前記フレーム部側が幅広となる略台形であり、
前記フレーム部は、外周縁および内周縁が前記撓み部の外形に沿って略三角形であることを特徴とする発電デバイス。
【請求項２】
前記外周縁および前記内周縁の幅は、略均一であることを特徴とする請求項１に記載の発電デバイス。
【請求項３】
前記撓み部の斜辺と前記撓み部の斜辺に対向する前記フレーム部の内周縁とが平行になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電デバイス。
【請求項４】
前記発電部の平面視における外形形状は、前記撓み部の外形と略合致する略台形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発電デバイス。
【請求項５】
前記撓み部は、厚みが一定であることを特徴とした請求項１乃至４のいずれかに記載の発電デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、マイクロマシニング技術を用いて形成され、フレーム部と、前記フレーム部の内側に設けられた振動子と、前記フレーム部と前記振動子との間をつなぎ前記振動子が変位することで撓む撓み部と、前記撓み部の上に下層から下部電極と圧電層と上部電極とが順に積層され前記振動子の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部と、を備えた発電デバイスであって、前記撓み部の平面視における外形形状は、前記フレーム部側が幅広となる略台形であり、前記フレーム部は、外周縁および内周縁が前記撓み部の外形に沿って略三角形であることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、本願請求項２記載の発明では、前記外周縁および前記内周縁の幅は、略均一であることを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本願請求項３記載の発明では、前記撓み部の斜辺と前記撓み部の斜辺に対向する前記フレーム部の内周縁とが平行になっていることを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本願請求項５記載の発明では、前記撓み部は、厚みが一定であることを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、本願請求項３記載の発明のデバイスにおいては、前記撓み部の斜辺と前記撓み部の斜辺に対向する前記フレーム部の内周縁とが平行になっている。これより、前記フレーム部の斜辺および前記撓み部の斜辺の間の隙間を小さくすることができるので、発電デバイス全体をさらに小型化することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本願請求項４記載の発明のデバイスにおいては、前記発電部の平面視における外形形状は、前記撓み部の外形と略合致する略台形である。これより、前記発電部をより大きくすることができるので、振動エネルギをより大きな電気エネルギに変換することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本願請求項５記載の発明のデバイスにおいては、前記撓み部の厚みが一定である。これより、前記撓み部にかかる応力をより均一にすることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、この発電デバイスは、撓み部３の上記一表面に発電部７を備えている。発電部７は撓み部３の上記一表面側に形成された下部電極４と、下部電極４における撓み部３側とは反対に形成された圧電層５と、圧電層５における下部電極４側とは反対に形成された上部電極６とを有する。さらに、圧電層５と下部電極４および上部電極６それぞれとが接する領域のうちフレーム部１側は、フレーム部１と撓み部３との境界に全てが重なっている状態となっている。また、前記領域の振動子２側は、振動子２と撓み部３との境界に全てが重なっている状態となっている。なお、発電部７がフレーム部１と撓み部３との境界に揃っているほうが、発電部７に振動しても発電に寄与しない部分が存在せず、発電量の向上を図れるため好ましい。主体基板１３の上記一表面側には、上部電極６に電気的に接続される接続配線１６ｃと下部電極４との短絡防止用の絶縁部１８が、下部電極４および圧電層５それぞれにおけるフレーム部１側の端部を覆う形で形成されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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