(57)【要約】【課題】  発電素子を有する蓄電回路において、より安定的な蓄電を可能とし、または２系統以上の安定的な電源系の構成を可能とする。【解決手段】  蓄電回路（９００）において、発電素子（３００）と第１ダイオード（Ｄ１）を介して接続される第１容量（Ｃ１）と、発電素子と第２ダイオード（Ｄ２）およびスイッチ（Ｓ１）を介して接続される第２容量（Ｃ２）とを有し、スイッチの導通状態を第２電極と第３電極の電位差（駆動電圧（Ｖ））によって制御し、スイッチが導通状態になる際の駆動電圧が、スイッチが非導通状態になる際の駆動電圧より大きいことを特徴とする。【選択図】  図１
2013027183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電素子と、
前記発電素子に接続される第１ダイオードと、
前記第１ダイオードに接続される第１容量と、
前記発電素子に接続される第２ダイオードと、
第１電極が前記第２ダイオードに接続され、第２電極が第２容量に接続され、前記第１電極と前記第２電極の導通状態を制御する第３電極が前記第１容量に接続され、前記第１電極と前記第２電極が非導通状態から導通状態に遷移する際の前記第２電極と前記第３電極の電位差が、前記第１電極と前記第２電極が導通状態から非導通状態に遷移する際の前記第２電極と前記第３電極の電位差より大きい選択素子と、を有することを特徴とする蓄電回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記選択素子は、ＭＥＭＳスイッチであることを特徴とする蓄電回路。
【請求項３】
請求項２において、
前記ＭＥＭＳスイッチは、前記第１電極の上方に設けられ、導体材料からなる可動部をさらに有し、
前記第２電極は、前記可動部の表面のうち前記第１電極と対向する位置に設けられることを特徴とする蓄電回路。
【請求項４】
請求項２において、
前記ＭＥＭＳスイッチは、前記第１電極の上方に設けられ、絶縁材料からなる可動部をさらに有し、
前記第２電極は、前記可動部の表面のうち前記第１電極と対向する位置に設けられることを特徴とする蓄電回路。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１容量に接続される第１端子と、
前記第２容量に接続される第２端子と、をさらに有し、
前記第１端子には、前記第２端子よりも消費電力の小さい回路が接続されることを特徴とする蓄電回路。
【請求項６】
請求項１において、
前記第１容量の容量値は、前記第２容量の容量値より小さいことを特徴とする蓄電回路。
【請求項７】
発電素子と、
前記発電素子に接続される第１ダイオードと、
前記第１ダイオードに接続される第１容量と、
前記発電素子に接続される第２ダイオードと、
第１電極が前記第２ダイオードに接続され、第２電極が第２容量に接続され、前記第１電極と前記第２電極の導通状態を制御する第３電極が前記第１容量に接続され、第４電極に接地電位が印加され、前記第１電極と前記第２電極が非導通状態から導通状態に遷移する際の前記第３電極と前記第４電極の電位差が、前記第１電極と前記第２電極が導通状態から非導通状態に遷移する際の前記第３電極と前記第４電極の電位差より大きい選択素子と、を有することを特徴とする蓄電回路。
【請求項８】
請求項７において、
前記選択素子は、ＭＥＭＳスイッチであることを特徴とする蓄電回路。
【請求項９】
請求項８において、
前記ＭＥＭＳスイッチは、前記第１電極および前記第４電極の上方に設けられ、絶縁材料からなる可動部をさらに有し、
前記第１電極および前記第４電極は、半導体基板上に設けられ、
前記第２電極は、前記可動部の表面のうち前記第１電極と対向する位置に設けられ、
前記第３電極は、前記可動部の表面のうち前記第４電極と対向する位置に設けられることを特徴とする蓄電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電回路に関し、特に、振動や熱などの生活空間エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を含む蓄電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のセンシングモジュールにより構成されるセンサネットワークの研究開発が進んでいる。センシングモジュールには、無線通信機能を有するだけでなく、電池交換が不要であることが求められている。センシングモジュールの電池交換を不要とするためには、センシングモジュールに、例えば太陽電池やＭＥＭＳ発電機のように、振動や熱などの生活空間エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を有する必要がある。
【０００３】
さらに、センシングモジュールには、設置面積が小さいことも求められている。そのため、この発電素子も小型化する必要がある。発電素子が小型化すると、必然的に発電できる電力も小さくなるため、発電した電力を効率良く蓄電し、効率良く後段回路に供給する蓄電回路が必要となる。
【０００４】
係る技術に関して、特許文献１には、複数のキャパシタと電界検知型スイッチを用いて、極小発電機からの電力を後段回路に供給する蓄電回路が開示されている。具体的には、電界検知型スイッチ１２の電流経路をなす電極のうち極小発電機側（電極１）に第１の容量１５が、後段回路側（電極２）に第２の容量１６が接続され、第１の容量に所定の電荷が蓄積され蓄積電位がＶ２以上になると、電界検知型スイッチ１２がオンとなり、第１の容量に蓄積された電荷が第２の容量に移動する。その後、第１の容量１５の蓄積電位がＶ１以下になると電界検知型スイッチ１２がオフとなり、第１の容量１５への電荷の蓄積を再開する。係る構成によって、ＭＥＭＳ発電機などの極小発電機からの微小電流によって、比較的大きな電力が要求される後段回路に対し安定的に電力供給することが可能であるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１９２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発明には以下に述べる課題がある。上述の通り、電界検知型スイッチ１２の電流経路に第１の容量および第２の容量を接続しているため、電界検知型スイッチ１２がオンになると第１の容量に蓄積された電荷が第２の容量に移動することとなるが、これによって第１の容量側の蓄電が不安定となる。そのため、第２の容量側への供給可能な電荷も不安定なものとなる。また、第１の容量側を電源として用いることも困難となるため、第１の容量側および第２の容量側の両方を電源とする２系統の電源系を構成することも困難となる。
【０００７】
本発明は、係る課題を解決することを目的とし、発電素子を有する蓄電回路において、より安定的な蓄電を可能とし、または２系統以上の安定的な電源系の構築を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、蓄電装置であって、発電素子と、発電素子に接続される第１ダイオードと、
第１ダイオードに接続される第１容量と、発電素子に接続される第２ダイオードと、第１電極が第２ダイオードに接続され、第２電極が第２容量に接続され、第１電極と第２電極の導通状態を制御する第３電極が第１容量に接続され、第１電極と第２電極が非導通状態から導通状態に遷移する際の第２電極と第３電極の電位差が、第１電極と第２電極が導通状態から非導通状態に遷移する際の第２電極と第３電極の電位差より大きい選択素子と、を有することを特徴とする。
【０００９】
または、蓄電装置であって、発電素子と、発電素子に接続される第１ダイオードと、第１ダイオードに接続される第１容量と、発電素子に接続される第２ダイオードと、第１電極が第２ダイオードに接続され、第２電極が第２容量に接続され、第１電極と第２電極の導通状態を制御する第３電極が第１容量に接続され、第４電極に接地電位が印加され、第１電極と第２電極が非導通状態から導通状態に遷移する際の第３電極と第４電極の電位差が、第１電極と第２電極が導通状態から非導通状態に遷移する際の第３電極と第４電極の電位差より大きい選択素子と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電素子を有する蓄電回路において、より安定的な蓄電が可能となり、または２系統以上の安定的な電源系の構成を可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】蓄電回路の構成を示す図である。
【図２】センシングモジュールの構成を示す図である。
【図３】３端子型のＭＥＭＳスイッチの構成を示す図である。
【図４】ＭＥＭＳスイッチの動作メカニズムを説明する図である。
【図５】ＭＥＭＳスイッチの印加電圧依存性の例を示す図である。
【図６】４端子型のＭＥＭＳスイッチの構成を示す図である。
【図７】４端子型のＭＥＭＳスイッチの別の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１に係る蓄電回路９００を示す図である。図１において、蓄電回路９００は、第１の回路１００と、第２の回路２００と、発電素子３００とを有する。
【００１３】
第１の回路１００は、発電素子３００に接続される第１ダイオードＤ１と、第１ダイオードＤ１に接続される第１容量Ｃ１と、第１の容量Ｃ１に接続される第１の出力端子１０１とを有する。また、第２の回路２００は、発電素子３００に接続される第２ダイオードＤ２と、第２のダイオードＤ２に接続される選択素子Ｓ１と、選択素子Ｓ１に接続される第２の容量Ｃ２と、第２の容量Ｃ２に接続される第２の出力端子２０１とを有し、発電素子３００に対して第１の回路１００と並列に接続される。
【００１４】
選択素子Ｓ１は、第１電極１が第２ダイオードＤ２に接続され、第２電極２が第２容量Ｃ２に接続され、第１電極１と第２電極２の導通状態を制御する駆動電極となる第３電極３が第１容量Ｃ１に接続されている。
【００１５】
発電素子３００は、例えば太陽電池やＭＥＭＳ発電機のような、振動や熱などの生活空間エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。係る素子を用いることで、蓄電回路９００の電池交換を不要としうる。
【００１６】
第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２は、アノードが発電素子３００に、カソードが容量（第１容量または第２容量）に接続されている。第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２には、発電素子で発電された電荷が供給され、初期状態では選択素子Ｓ１がオフ状態であることから、その電荷は第１容量Ｃ１に蓄積される。
【００１７】
まず、第１容量Ｃ１に蓄積された電荷の量が少なく、選択素子Ｓ１の駆動電極となる第２電極２と第３電極３の間に発生する電位差（本実施例においては、この電位差を「駆動電圧Ｖ」と呼ぶ）が選択素子Ｓ１のプルイン電圧Ｖｏｎ以下の場合には、選択素子Ｓ１はオフのままであり、第２容量Ｃ２には電流が流れない。そのため、発電素子３００からの電荷を優先的に第１容量Ｃ１に蓄積することが可能となる。その結果、第１容量Ｃ１に接続された第１の出力端子１０１を介して、例えばクロック回路のような消費電力が小さい回路を早期に起動させることが可能となる。また、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２によって、例えば発電素子３００から第１容量Ｃ１に蓄積された電荷が第２容量Ｃ２に逆流する等の電荷の逆流を防止している。そのため、各容量から第１の出力端子１０１および第２の出力端子２０１のそれぞれに印加される蓄積電位が安定し、安定な２系統の電源系を構成できる。
【００１８】
次に、発電素子３００からの電荷が継続して第１容量Ｃ１に供給され、第２電極２と第３電極３の間の電位差がプルイン電圧Ｖｏｎ以上になると、第１電極１と第２電極２が接触して導通状態となる。その結果、選択素子Ｓ１はオンとなって、第１電極１と第２電極２の間に電流が流れるようになり、発電素子３００からの電荷は第２容量Ｃ２にも蓄積される。
【００１９】
その後、第１容量Ｃ１に蓄積された電荷が第１の出力端子１０１を介して接続された回路によって消費されることで、駆動電圧Ｖが選択素子Ｓ１のプルアウト電圧Ｖｏｆｆ以下になると、第２電極２と第３電極３の電位差が不十分となって第１電極１と第２電極２が非接触すなわち非導通状態となる。その結果、選択素子Ｓ１がオフになり、第２容量Ｃ２への電荷の蓄積が停止される。このようにして、第２容量Ｃ２への電荷の蓄積および蓄積の停止を実現する。
【００２０】
ここで、選択素子Ｓ１は特に、第１電極１と第２電極２が非導通状態から導通状態に遷移する際の第２電極２と第３電極３の電位差が、第１電極１と第２電極２が導通状態から非導通状態に遷移する際の第２電極２と第３電極３の電位差より大きいこと、すなわちプルイン電圧Ｖｏｎがプルアウト電圧Ｖｏｆｆより大きいことを特徴とする。係るヒステリシス特性を有することで、第２容量Ｃ２に十分な電荷を蓄積する時間を安定的に確保することができることとなる。
【００２１】
すなわち、仮に選択素子Ｓ１のプルイン電圧Ｖｏｎとプルアウト電圧Ｖｏｆｆが一致していたとすると、選択素子Ｓ１はオンになった直後にオフすることとなってしまう。第１容量Ｃ１の電荷が第１の出力端子１０１を介して接続された回路により消費されることから、駆動電圧Ｖも徐々に低下しているためである。選択素子Ｓ１がヒステリシス特性を有することで、第１容量Ｃ１の電荷消費を踏まえてもなお、駆動電圧ＶがＶｏｆｆとなるまでの間は選択素子Ｓ１をオン状態にすることが可能となり、第２容量Ｃ２に電荷を蓄積する時間を確保しうる。
【００２２】
図２は、本実施例に係る蓄電回路９００をセンシングモジュール１０００に適用した構成を示す図である。センシングモジュール１０００は、所定の時間間隔でセンシングを行い、データ処理して無線回路７００から外部に送信するモジュールである。本実施例では、第１の端子１０１に接続される回路としてマイコン６００、第２の端子２０１に接続される回路としてセンサ４００、ＡＤコンバータ５００、無線回路７００およびスイッチ回路８００とした。各端子に接続される回路はこれに限定されないが、上述の理由から、第１の端子１０１に接続される回路は、第２の端子に接続される回路よりも、消費電力の小さい回路とするのが良い。以下に具体的な動作を説明する。
【００２３】
当初選択素子１はオフなので、発電素子３００から得られた電荷は全て、第１容量Ｃ１のみに供給される。第１容量Ｃ１は静電容量が小さいので、短時間で蓄電が完了する。この電荷を用いて、第１の端子１０１に接続されたマイコン６００を省電力モード（クロックおよびタイマ回路のみを動作）で起動させる。これと並行して、第１容量Ｃ１の蓄積電位が高くなり、選択素子Ｓ１の駆動電圧Ｖがプルオン電圧Ｖｏｎに達すると、選択素子Ｓ１がオンになり、第２容量Ｃ２（容量値はＣ２>>Ｃ１）の蓄電が開始される。
【００２４】
第１容量Ｃ１の電荷量は、マイコン６００の省電力モードでの消費電力による流出と、発電素子３００からの流入減少により減少する。そのため、時間の経過とともにいずれは駆動電圧Ｖがプルアウト電圧Ｖｏｆｆを下回り、選択素子Ｓ１がオフとなる。すると、発電素子３００からの電荷は、再度第１容量Ｃ１のみに選択的集中的に蓄積されるため、駆動電圧Ｖはプルアウト電圧Ｖｏｆｆを下限として、再び高くなりはじめる。そして第１容量Ｃ１の蓄電が完了すると、再び選択素子Ｓ１がオンとなり、第２容量Ｃ２の蓄電が再開される。
【００２５】
上記により、マイコン６００の動作電圧がプルアウト電圧Ｖｏｆｆ以上、かつマイコン６００の省電力モードでの消費電力以上の電力が発電素子３００から得られる場合、発電・蓄電状態によらず常にマイコン６００を動作させ続けることができる。
【００２６】
マイコン６００内のタイマー回路を用いて、所定の時間間隔で次の動作を行う。第２容量Ｃ２の端子間電圧が所定電圧を越えている場合（＝第２容量Ｃ２が十分な電荷を蓄積している場合）、マイコン６００は省電力モードから通常モードに切り替わり、第２容量Ｃ２に接続されているスイッチ回路８００へ制御して、センサ４００、ＡＤコンバータ５００、無線回路７００に必要な電力を必要な時間だけ供給する。
【００２７】
一方、第２容量Ｃ２の端子間電圧が所定電圧を越えていない場合（＝第２容量Ｃ２が十分な電荷を蓄積していない場合）、マイコン６００は省電力モードのままで第２容量Ｃ２への蓄電を優先する。すなわち、計測、データ処理、無線送信動作を行わないので、この場合にはデータ欠損が起こる。
【００２８】
上記の実施例では第１容量Ｃ１、第２容量Ｃ２による並列数２の場合を示しているが、並列数３以上の構成も可能である。例えば、第１容量Ｃ１にはマイコン６００が接続され、第２容量Ｃ２（Ｃ２>Ｃ１）には第１のスイッチ回路８００、センサ４００、ＡＤコンバータ５００が接続され、第３容量Ｃ３（Ｃ３>Ｃ２>Ｃ１）には第２のスイッチ回路８０１、無線回路７０１が接続された構成においては、第１容量Ｃ１、第２容量Ｃ２が蓄電されており、第３容量Ｃ３が未蓄電である場合であっても、第２容量Ｃ２に接続されたセンサ４００、ＡＤコンバータ５００を動作させて計測し、マイコン６００内のメモリに蓄積しておくことができる。すなわち、蓄電量が不十分である場合の計測データを含めて、第３容量Ｃ３が蓄電されたときに無線送信することが可能であり、データ欠損を起こりにくくすることができる。
【００２９】
選択素子Ｓ１は上述したヒステリシス特性を有する素子であれば限定されないが、特にこれを３端子型のＭＥＭＳスイッチとした構成を、図３で説明する。図３のＭＥＭＳスイッチはいずれも第１電極の上方に設けられる可動部１０を有している。図３（ａ）に可動部１０が導体材料からなるＭＥＭＳスイッチを、図３（ｂ）に可動部１０が絶縁材料からなるＭＥＭＳスイッチを示す。選択素子Ｓ１をＭＥＭＳスイッチとすることで、以下の効果を奏する。すなわち、ＭＥＭＳスイッチは機械的にオンオフ動作を行うためリーク電流が無く、消費電力をほとんど０にすることが可能である。また、損失やアイソレーション性といったＲＦ特性も既存のＭＥＳＦＥＴＳを上回ることも可能である。
【００３０】
図３（ａ）および（ｂ）を例に３端子型のスイッチ構造を有するＭＥＭＳスイッチを説明する。なお、図３において（後述する図４、図６でも同様）、太い矢印は、電気的な接続を示している。例えば図３（ａ）においては、第１電極１はダイオードＤ２と電気的に接続され、第２電極２は第２容量Ｃ２と電気的に接続され、第３電極３は第１容量Ｃ１と電気的に接続されることを示している。
【００３１】
図３（ａ）では、導体で形成された可動部１０の表面のうち第１電極１対向する位置に突起部が形成され、これが第２電極２として機能する。基板２０上の、突起部である第２電極２と対向する位置に、第１電極１が形成されている。可動部１０の下部に駆動電極となる第３電極３が配置され、第２電極２と第３電極３の間の電位差（駆動電圧Ｖ）によってスイッチ動作を制御する。このとき、可動部１０を第３電極３には接触しない構造とするため、第２電極２を可動部１０の先端の突起部とした。図３（ａ）の構成には、可動部１０自身を第２電極２からの配線としても利用しうるため、配線の引き回しが容易になる利点がある。
【００３２】
図３（ｂ）は、可動部１０を絶縁体で形成したＭＥＭＳスイッチである。基板２０上に第１電極１および第３電極３が配置され、絶縁体で形成した可動部１０の表面のうち第１電極１および第３電極３と対向する位置に第２電極２が形成されている。図３（ａ）と同様に、駆動電圧Ｖによってスイッチ動作を制御し、第１電極１と第２電極２の接触／非接触を制御する。図３（ｂ）では、第１電極１の第２電極２と対向する部分に突起部を形成することで、第２電極２と第３電極３が接触しない構造としている。
【００３３】
図４は、図３（ａ）のスイッチ構造を用いて、ＭＥＭＳスイッチの動作メカニズムを説明する図であり、図４（ａ）がオフ状態を、図４（ｂ）がオン状態を示している。第１電極１は第２ダイオードＤ２と接続され、可動部１０を介して第２電極２は第２容量Ｃ２と接続され、第３電極３は第１容量Ｃ１と接続されている。図４のＭＥＭＳスイッチの初期状態において、第２電極２は電位０Ｖである。その後、発電素子３００から供給される電荷が第１容量Ｃ１に蓄積されるに伴って、第２電極２と第３電極３の間の電位差である駆動電圧Ｖが増加する。駆動電圧Ｖが小さい段階では、可動部１０が下方にわずかに変形する程度でスイッチをオンするまでには至らない。第１容量Ｃ１に蓄積される電荷量が増加するに従い、駆動電圧Ｖは徐々に大きくなり、クーロン力によって可動部１０が第３電極３に大きく引き寄せられ、先端の第２電極２が第１電極１と接触し、第１電極１と第２電極２が導通する。このときの電圧をプルイン電圧Ｖｏｎと定義する。第１電極１と第２電極２が導通すると同時に第１電極１と第２電極２の間の電位差は無くなり、駆動電圧Ｖが低下する。ここで、ＭＥＭＳスイッチがプルイン電圧Ｖｏｎ＞プルアウト電圧Ｖｏｆｆとなるヒステリシス特性を有することにより、駆動電圧Ｖが低下した後もＭＥＭＳスイッチは導通状態を維持することが可能である。さらに駆動電圧Ｖが減少していくと、第２電極２と第３電極３が引き合うクーロン力が弱くなり、第２電極２が第１電極１から離れ、ＭＥＭＳスイッチはオフ状態となり、初期値に戻る。このときの駆動電圧Ｖをプルアウト電圧Ｖｏｆｆと定義する。
【００３４】
プルイン電圧Ｖｏｎを設定するには、可動部１０の長さや厚さなどの最適化により可動部１０の剛性を調整する必要がある。ここでプルイン電圧Ｖｏｎとプルアウト電圧Ｖｏｆｆは以下の式で得られる。
【００３５】
【数１】
2013027183.tif 000003
【００３６】
ここで、ｋは可動部のバネ定数、ｇはスイッチのオン状態でのギャップ間隔、ε０は真空中の誘電率、Ｓは第３電極３の面積、ｘはスイッチが駆動中の可動部の変位量、Δはスイッチがオン状態でのギャップ間隔、である。従って、特に選択素子Ｓ１をＭＥＭＳスイッチとすることで、この式を元に最適な材料選択とそれに伴う最適設計を行うことが可能となり、プルイン電圧Ｖｏｎとプルアウト電圧Ｖｏｆｆを独立に設定しうる。その結果、センシングモジュール１０００に必要な選択素子Ｓ１のヒステリシス特性を設計することが可能となる。
【００３７】
図５に、特に選択素子Ｓ１をＭＥＭＳスイッチとしたときの印加電圧依存性の一例を示す。図の横軸は駆動電圧Ｖ（第２電極２と第３電極３の間の電位差）、縦軸は第２電極２と第３電極３の間の容量値である。駆動電圧Ｖが２.７Ｖ近傍（図５のＡ点近傍）まで到達すると、可動部１０が第３電極３に大きく引き寄せられ、第２電極２が第１電極１と接触し導通する。このＡ点における電圧がプルイン電圧Ｖｏｎであり、図５においては２.７Ｖである。その後、駆動電圧Ｖが減少するにつれて第２電極２と第３電極３の引き付けあう力が弱くなり、駆動電圧Ｖが１.５Ｖ近傍（図５のＢ点近傍）まで低下すると、第２電極２が第１電極１から離れ、ＭＥＭＳスイッチはオフ状態となり初期値に戻る。このＢ点における電圧が、プルアウト電圧Ｖｏｆｆであり、図５においては１．５Ｖである。以上より、ここに一例として示したＭＥＭＳスイッチは、プルイン電圧Ｖｏｎが２.７Ｖで、プルアウト電圧Ｖｏｆｆが１.５Ｖのヒステリシス特性を有するスイッチであることが分かる。
【００３８】
ここで、例えば、第１電極１と第２電極２が導通することで第２電極２の電位が高くなり、第２電極２と第３電極３の電位差が小さくなって、駆動電圧Ｖが２.２Ｖまで低下したとしても、ヒステリシス特性のため、ＭＥＭＳスイッチは導通状態を維持することが可能である。従って、ヒステリシス特性によって、駆動電圧Ｖが１.５Ｖまで低下するまでの間に第２容量Ｃ２に電荷を蓄電する時間を確保することができる。
【実施例２】
【００３９】
実施例２においては、選択素子Ｓ１を特に４端子型のＭＥＭＳスイッチとする構成を説明する。選択素子Ｓ１以外の部分の説明は、実施例１と同様であるため省略する。
【００４０】
図６は、４端子型のＭＥＭＳスイッチの一例を示す図である。半導体基板２０上に、第１電極１およびＧＮＤ電極４が設けられ、ＧＮＤ電極４には接地電位が印加され固定電位とされている。さらに、第１電極１およびＧＮＤ電極４の上方に絶縁材料からなる可動部１０が設けられ、その表面のうち第１電極１と対向する位置に第２電極２が形成され、ＧＮＤ電極４と対向する位置に第３電極３が形成されている。これらの４つの電極により、４端子型のＭＥＭＳスイッチが構成される。
【００４１】
本実施例では、実施例１と異なり、第３電極３およびＧＮＤ電極４が駆動電極となる、そのため本実施例においては、第３電極３とＧＮＤ電極４の間の電位差が「駆動電圧Ｖ」となり、この電位差によってスイッチ動作を制御する。従って、本実施例におけるヒステリシス特性は、第１電極と第２電極が非導通状態から導通状態に遷移する際の第３電極と第４電極の電位差が、第１電極と第２電極が導通状態から非導通状態に遷移する際の第３電極と第４電極の電位差より大きいものであれば良い。本実施例のヒステリシス特性による効果は、実施例１のヒステリシス特性と同様のものである。
【００４２】
ここで、ＭＥＭＳスイッチがオンした時に第３電極３とＧＮＤ電極４が接触しない構造とするために、第２電極２は、第３電極３よりも膜厚が厚い構造とするのが望ましい。また、４端子型のＭＥＭＳスイッチを適用する場合には、可動部１０に第２電極２と第３電極３が個別に形成される。これらの電極を独立した電位にするため、可動部１０は絶縁体で形成する。
【００４３】
４端子型ＭＥＭＳスイッチの場合には、第３電極３とＧＮＤ電極４（固定電位）との電位差を駆動電圧Ｖとしてスイッチ動作が行われるため、第１電極１と第２電極２が導通して等電位になってもＧＮＤ電極４の電位が高くならないため、駆動電圧Ｖを維持できる。そのため、実施例１で述べた３端子型のＭＥＭＳスイッチよりも、よりプルアウト電圧Ｖｏｆｆを低くすることが可能となる。その結果、３端子型ＭＥＭＳスイッチよりも長時間導通状態を維持することが可能であり、蓄電回路９００をより第２容量Ｃ２への蓄電効果が高い回路とすることができる。
【００４４】
図７は、蓄電回路９００に適用する４端子型のＭＥＭＳスイッチの別の構成を示す図である。ＭＥＭＳスイッチの構造は、ＳＯＩ基板に形成した横方向に駆動する４端子型のＭＥＭＳスイッチである。図７（ａ）が上面図、図７（ｂ）が上面図のa-a’断面、７（ｃ）が上面図のb-b’断面である。
【００４５】
ＳＯＩ基板３０上に形成された第３電極３とＧＮＤ電極４は、ＳＯＩ基板３０上に直接形成された電極となり、ＳＯＩ基板３０のデバイス層３３を介して、第３電極３とＧＮＤ電極４の間の電位差を利用してスイッチ動作を制御する。ここで、第３電極３から接続されるＳＯＩ基板３０のデバイス層３３の領域は、ＧＮＤ電極４から接続されるＳＯＩ基板３０のデバイス層３３の領域と電気的に分離している。その上で、発電素子３００から供給される電荷が第１容量Ｃ１に蓄積されるに伴って駆動電圧Ｖが増加し、中空構造となっている第３電極３とデバイス層３３にて接続されている領域が可動する。その結果、スイッチバネ部４１を介して接点４２が接触／非接触状態となり、スイッチとして機能する。第１電極１と第２電極２は、ＳＯＩ基板３０上に絶縁膜３４を形成した上層の電極膜３５を形成する膜構造となっており、スイッチ駆動するＳＯＩ基板３０のデバイス層３３とは電気的に分離されている。
【００４６】
ＳＯＩ基板に形成した横方向に駆動する４端子型のＭＥＭＳスイッチにおいても同様に、第３電極３とＧＮＤ電極４（固定電位）との電位差を駆動電圧Ｖとしてスイッチ駆動が行われるため、第１電極１と第２電極２が導通しても、駆動電圧Ｖを維持できる。その結果、３端子型ＭＥＭＳスイッチよりも導通状態を維持することが可能であり、蓄電回路９００をより第２容量Ｃ２への蓄電効果が高い回路とすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００…第１の回路、１０１…第１の出力端子、２００…第２の回路、２０１…第２の出力端子、Ｃ１…第１容量、Ｃ２…第２容量、Ｄ１…第１ダイオード、Ｄ２…第２ダイオード、Ｓ１…選択素子、１…第１電極、２…第２電極、３…第３電極、４…ＧＮＤ電極、１０…可動部、２０…基板、３０…ＳＯＩ基板、３１…ハンドル層、３２…Ｂｏｘ層、３３…デバイス層、３４…絶縁膜、３５…電極膜、４０…スイッチ駆動領域、４１…スイッチばね領域、４２…スイッチ接点、３００…発電素子、３０１…電力、３０２…電圧モニター、３０３…制御信号、４００…センサ群、５００…ＡＤコンバータ、６００…マイコン、７００…無線回路、８００…スイッチ回路、９００…蓄電回路、１０００…センシングモジュール。
【図１】
2013027183.tif 000004
【図２】
2013027183.tif 000005
【図３】
2013027183.tif 000006
【図４】
2013027183.tif 000007
【図５】
2013027183.tif 000008
【図６】
2013027183.tif 000009
【図７】
2013027183.tif 000010