(57)【要約】【課題】エレクトレットにおける経時的な電荷の保持性に優れ、発電の安定性が向上した振動発電器を提供する。【解決手段】振動発電器は、基板と、基板上に配置され、電荷を保持する絶縁層と、絶縁層に対向して配置された固定基板と、固定基板の絶縁層側の表面とは反対側の表面に対向して配置され、固定基板に対し振動可能に支持された可動基板と、を備え、固定基板は、絶縁層との対向面に設けられた第１の導電体と、可動基板との対向面に設けられた第２の導電体と、を有し、絶縁層との対向面の第１の導電体と可動基板との対向面の第２の導電体とは互いに電気的に接続されており、可動基板は、固定基板との対向面に第３の導電体を有し、固定基板と可動基板との相対運動に伴って、固定基板の可動基板との対向面に設けられた第２の導電体と、可動基板に設けられた第３の導電体との間の静電容量が変化し、前記静電容量の変化に伴う電荷の移動により発電する。【選択図】図１
2013121309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置され、電荷を保持する絶縁層と、
前記絶縁層に対向して配置された固定基板と、
前記固定基板の前記絶縁層側の表面とは反対側の表面に対向して配置され、前記固定基板に対し振動可能に支持された可動基板と、
を備え、
前記固定基板は、前記絶縁層との対向面に設けられた第１の導電体と、前記可動基板との対向面に設けられた第２の導電体と、を有し、前記絶縁層との対向面の第１の導電体と前記可動基板との対向面の第２の導電体とは互いに電気的に接続されており、
前記可動基板は、前記固定基板との対向面に第３の導電体を有し、
前記固定基板と前記可動基板との相対運動に伴って、前記固定基板の前記可動基板との対向面に設けられた第２の導電体と、前記可動基板に設けられた第３の導電体との間の静電容量が変化し、前記静電容量の変化に伴う電荷の移動により発電する、振動発電器。
【請求項２】
前記第１の導電体は、前記絶縁層に保持された電荷と対応して誘導された電荷を有し、
前記第２の導電体は、前記第１の導電体に誘導された電荷と同じ大きさであって逆極性の電荷を有し、
前記第３の導電体は、前記第２の導電体に誘電された電荷と同じ大きさであって逆極性の電荷を有する、
請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記第２の導電体は、前記固定基板の前記可動基板との対向面に、パターン化して配列されており、
前記第３の導電体は、前記可動基板の前記固定基板との対向面に、パターン化して配列されている、請求項１に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記第２の導電体と、前記第３の導電体とは、互いに同一方向にパターン化されている、請求項３に記載の振動発電器。
【請求項５】
前記固定基板は、導電性材料からなり、前記第２の導電体は、前記固定基板の表面に形成された凸部形状を有する、請求項３に記載の振動発電器。
【請求項６】
前記可動基板は、導電性材料からなり、前記第３の導電体は、前記可動基板の表面に形成された凸部形状を有する、請求項３に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記固定基板は、絶縁体を含み、前記第２の導電体は、前記絶縁体の表面に形成された電極である、請求項３に記載の振動発電器。
【請求項８】
前記可動基板は、絶縁体を含み、前記第３の導電体は、前記絶縁体の表面に形成された電極である、請求項３に記載の振動発電器。
【請求項９】
前記基板と前記固定基板との間の空間を封止する封止部材を有し、
前記空間は、空気または不活性ガスが充填されている、請求項１に記載の振動発電器。
【請求項１０】
前記基板と前記固定基板との間の空間を封止する封止部材を有し、
前記空間は、大気圧よりも減圧されている、請求項１に記載の振動発電器。
【請求項１１】
前記基板と前記固定基板との間の空間を充填する絶縁材を備える、請求項１に記載の振動発電器。
【請求項１２】
前記可動基板は、前記固定基板の表面と平行な方向に振動可能に支持されている、請求項１に記載の振動発電器。
【請求項１３】
前記可動基板は、前記固定基板の表面と垂直な方向に振動可能に支持されている、請求項１に記載の振動発電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ(Micro-Electro Mechanical Systems)素子に係り、微小機械要素が振動することにより発電する振動発電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電型振動発電器は、着電されたエレクトレットと対向する電極を具備し、外部環境から加えられる力により重りが振動したときに、エレクトレットと電極の対向面積が変化すように構成される。静電型振動発電器は、対向面積の変化に伴う静電容量の変化を利用して、静電容量の最大値と最小値を繰り返し発生させることにより、電極への給電および放電による発電を実現する環境発電器である。これまでに、種々の静電型振動発電器が提案されている。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された振動発電器の断面図である。図５において、シリコンからなる固定電極９０の表面上にエレクトレット膜９１が形成されている。また、固定電極９０と対向するように配置される可動基板９２の表面上に、エレクトレット膜９１と対向するように可動電極９３が形成されている。エレクトレット膜９１は、櫛歯状にパターニングされている。
【０００４】
図６は、非特許文献１に記載されている静電型発電装置８０の断面図である。図６の静電型発電装置８０は、サポートウエハ（Support wafer）８１、ＭＥＭＳウエハ（MEMS wafer）８２、エレクトレットウエハ（Electret wafer）８３の合計３枚のシリコン基板を貼りあわせた構成から成る。サポートウエハ（Support wafer）８１上には櫛歯状のシリコンからなる固定電極（Fixed electrode）８４が形成されている。ＭＥＭＳウエハ（MEMS wafer）８２にはシリコンからなる可動片（Seismic mass）８５がウェハ８２中に加工され、図示はされていないシリコンのばね構造によりＭＥＭＳウエハ（MEMS wafer）８２の外枠に繋がれている。可動片８５の下面には、櫛歯状のシリコンからなる可動電極（Moving electrode）８６が形成され、固定電極８４に対向している。エレクトレットウエハ（Electret wafer）８３の下面にはエレクトレット層８７と呼ばれる電荷保持層が形成され、可動片８５に対向している。電荷保持層であるエレクトレット層８７には、コロナ放電等で打ち込まれた電荷が保持されている。可動片８５は外部から基板水平方向の加速度を加えられると、同じく基板水平方向に振動するように設計されている。固定電極８４と可動電極８６の間には静電容量が形成されており、可動片８５が振動すると静電容量も変化し、両櫛歯電極８４、８６が重なりあうように対向するときに最大の容量が得られる。
【０００５】
エレクトレット層８７に保持された電荷は、対向する可動片８５の上部に逆極性の電荷を励起する。それに伴い、可動片８５の下部の可動電極８６にはさらに逆極性の電荷が励起される。そしてさらに、逆極性の電荷が固定電極８４に励起されている。振動により固定電極８４と可動電極８６間の静電容量が変化することで、固定電極８４に励起される電荷量も変動し、この電荷量変動分の電荷が外部負荷回路８８に流れ込むことにより発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開公報２００８/０２６４０７号パンフレット
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】G. Altena et. al.,‘‘DESIGN, MODELING, FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF AN ELECTET-BASED MEMS ELECTROSTATIC ENERGY HARVESTE’’, Transducers ’11, Benjing, China, June 5-9, pp.739-742, 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図５の構成では、エレクトレット９１を櫛歯状に微細にパターニングする必要がある。このように微細にパターニングされたエレクトレット９１からは着電された電荷が逃げ易く、長期的にエレクトレット９１の電位が低下するという信頼上の課題があることが見出された。
【０００９】
また、図６の構成では、可動電極８６を振動させるため、可動電極８６と電荷保持層であるエレクトレット層８７との間の距離も変動する。そのため、可動電極８６の櫛歯電極に誘起される自由電荷の量も変動し、発電の安定性が低下するという問題が見出された。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、エレクトレットにおける経時的な電荷の保持性に優れ、発電の安定性が向上した振動発電器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の振動発電器は、基板と、
前記基板上に配置され、電荷を保持する絶縁層と、
前記絶縁層に対向して配置された固定基板と、
前記固定基板の前記絶縁層側の表面とは反対側の表面に対向して配置され、前記固定基板に対し振動可能に支持された可動基板と、
を備え、
前記固定基板は、前記絶縁層との対向面に設けられた第１の導電体と、前記可動基板との対向面に設けられた第２の導電体と、を有し、前記絶縁層との対向面の第１の導電体と前記可動基板との対向面の第２の導電体とは互いに電気的に接続されており、
前記可動基板は、前記固定基板との対向面に第３の導電体を有し、
前記固定基板と前記可動基板との相対運動に伴って、前記固定基板の前記可動基板との対向面に設けられた第２の導電体と、前記可動基板に設けられた第３の導電体との間の静電容量が変化し、前記静電容量の変化に伴う電荷の移動により発電する。
【００１２】
また、前記第１の導電体は、対向する前記絶縁層に保持された電荷と対応して誘導された電荷を有し、
前記第２の導電体は、前記第１の導電体に誘導された電荷と同じ大きさであって逆極性の電荷を有し、
前記第３の導電体は、対向する前記固定基板の前記第２の導電体に誘電された電荷と同じ大きさであって逆極性の電荷を有してもよい。
【００１３】
さらに、前記第２の導電体は、前記固定基板の前記可動基板との対向面に、パターン化して配列されており、
前記第３の導電体は、前記可動基板の前記固定基板との対向面に、パターン化して配列されていてもよい。
【００１４】
またさらに、前記第２の導電体と、前記第３の導電体とは、互いに同一方向にパターン化されていてもよい。
【００１５】
また、前記固定基板は、導電性材料からなり、前記第２の導電体は、前記固定基板の表面に形成された凸部形状を有してもよい。
【００１６】
さらに、前記可動基板は、導電性材料からなり、前記第３の導電体は、前記可動基板の表面に形成された凸部形状を有してもよい。
【００１７】
またさらに、前記固定基板は、絶縁体を含み、前記第２の導電体は、前記絶縁体の表面に形成された電極であってもよい。
【００１８】
また、前記可動基板は、絶縁体を含み、前記第３の導電体は、前記絶縁体の表面に形成された電極であってもよい。
【００１９】
さらに、前記基板と前記固定基板との間の空間を封止する封止部材を有し、
前記空間は、空気または不活性ガスが充填されていてもよい。
【００２０】
またさらに、前記基板と前記固定基板との間の空間を封止する封止部材を有し、
前記空間は、大気圧よりも減圧されていてもよい。
【００２１】
また、前記基板と前記固定基板との間の空間を充填する絶縁材を備えてもよい。
【００２２】
さらに、前記可動基板は、前記固定基板の表面と平行な方向に振動可能に支持されていてもよい。
【００２３】
またさらに、前記可動基板は、前記固定基板の表面と垂直な方向に振動可能に支持されていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
エレクトレットにおける経時的な電荷の保持性に優れ、発電の安定性が向上した振動発電器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る振動発電器の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の振動発電器の固定電極の上面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る振動発電器の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の振動発電器の固定電極の上面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る振動発電器の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る振動発電器の断面図である。
【図５】従来の静電型発電装置の概略断面図である。
【図６】（ａ）は、従来の静電型発電装置の模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の静電型発電装置の詳細な断面構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜従来構成の詳細説明＞
まず、非特許文献１に記載された従来の静電型発電装置の問題について説明する。
図６（ｂ）を用いて、その発電原理をより詳しく述べる。外部負荷回路８８に接続されたサポートウエハ８１上には櫛歯状の固定電極８４が形成されている。固定電極８４に対して、発電用電極間容量Ｃ（材質は空気）を介して可動片８５下部に設けられた櫛歯状の可動電極８６が対向して配置されている。この可動片８５は水平方向に振動可能なように、ばね（図示せず）により懸架されている。エレクトレットウエハ８３の下部には電荷保持膜となるエレクトレット層８７が形成され、誘電体となる空気層を介して可動片８５の上部に面している。エレクトレット層８７には誘電体である空気との境界付近に電荷が保持されている。エレクトレットウエハ８３は接地され、サポートウエハ８１は外部負荷回路８８を経て接地されている。
【００２７】
エレクトレット層８７に保持された電荷量をσとする。このエレクトレット層８７に保持された電荷σにより、可動片８５の上部表面には電荷−ｑが励起され、可動片８５の下部の可動電極８６には電荷＋ｑが励起され、また、可動電極８６と対向する固定電極８４には電荷−ｑが励起される。
【００２８】
この励起される電荷量ｑは、エレクトレット層８７に保持された電荷σが大きいほど大きくなる。また、電荷量ｑは、固定電極８４と可動電極８６との間の静電容量Ｃが大きいほど大きくなる。この静電容量Ｃは、可動片８５が水平方向に振動することで変化する。静電容量Ｃが減少すれば励起される電荷ｑも減少し、減少した分の電荷は外部負荷回路８８に流れて仕事をする。
すなわち、大きな電荷量ｑを得て発電量を増すには、
（ａ）エレクトレット層８７に保持された電荷σを大きくすること。
（ｂ）固定電極８４と可動電極８６との間の静電容量Ｃを大きくすること。
（ｃ）エレクトレット層８７と可動片８５との距離を小さく、エレクトレット層８７の厚さ相当、もしくはそれ以下とすること、すなわち、可能な限り可動片８５をエレクトレット層８７に近づけること。
などの方法が挙げられる。
【００２９】
＜従来構成の問題点＞
しかし、図６の構成の静電発電装置には、発電性能、すなわち外部に対して仕事をする電荷を振動により生成せしめる能力を阻害する以下の４つの課題があった。
第１は、可動片８５とエレクトレット層８７との付着により発電動作が行われないという課題である。つまり、励起される電荷ｑを高めようと、可動片８５を電荷保持膜であるエレクトレット層８７に近づけて配置すると、両者間の強い静電力により、可動片８５が電荷保持膜であるエレクトレット層８７に付着して離れなくなり、発電動作が行われなくなる場合がある。
第２は、可動片８５とエレクトレット層８７との衝突によりエレクトレット層８７に保持された電荷が失われるという課題である。すなわち、可動片８５の振動は、主に基板水平方向に行われるが、過剰な垂直方向への加速度が発生した場合、可動片８５が電荷保持膜であるエレクトレット層８７に衝突する可能性がある。そのような場合には、エレクトレット層８７に微細なクラックがはいり、そこから保持されるべき電荷が空間へ、または固体表面を伝って失われていく。
第３は、ガスによってエレクトレット層８７に保持された電荷が経時的に失われるという課題である。可動片８５が可動する３枚のウェハに囲まれた空間の容積が、電荷保持膜であるエレクトレット層８７の露出面に比べて大きい。このように容積が大きいということは、容積内のガスや、容積を構成する内壁から離脱する残留ガスが電荷保持膜であるエレクトレット層８７にアタックするということを意味している。ガスがイオンを含むと、イオンが電荷保持膜であるエレクトレット層８７の電荷を奪い去り、経時的に電荷保持膜であるエレクトレット層８７の電荷量が減少する。
第４は、理想的に導かれる電荷量ｑが実際には励起されないという課題である。これは主に各電極に半導体材料を利用していることが理由である。たとえば図６の破線四角で囲った部分８９は、ＭＩＳ(Metal Insulator Semiconductor)構造と類似しており、可動片８５の空気との界面には空乏層が容量として存在する。従って容量Ｃは正しくはそれに空乏層容量を直列に接続した値となる。これは、空気の厚みがより厚くなることに相当し、理想的に導かれる電荷量に比べて、静電容量に励起される電荷ｑは減少する。これは発電性能を劣化させていることに相当する。
【００３０】
＜本願発明の実施の形態＞
次に、上記従来構成の課題を解決する具体的な本発明の実施の形態に係る振動発電器について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００３１】
（実施の形態１）
＜振動発電器の構成＞
図１（ａ）は、本実施の形態１における静電型の振動発電器１０の構成を説明する断面図である。図１（ｂ）は、（ａ）の振動発電器１０の固定電極３ａの上面図である。この振動発電器１０では、電荷保持基板１と、電荷保持基板１上に配置され、電荷を保持する電荷保持膜２（絶縁層）と、電荷保持膜２に対向して配置された固定基板３と、固定基板３の電荷保持膜２側の表面とは反対側の表面に対向して配置され、固定基板３に対し振動可能に支持された可動片６と、を備える。
【００３２】
具体的には、接地された電荷保持基板１上に電荷保持膜２が形成され、電荷保持膜２の表面近傍に一様に電荷σが保持されている。電荷保持膜２の上方には固定基板３が設置されている。固定基板３は、金属導体からなり、電荷保持膜２との対向面全面が第１の導電体として機能し、その上面には凹凸が配列され、この凸部が櫛歯状に配置されている。この凸部が固定電極３ａ（第２の導電体）として機能する。また、封止材４が電荷保持膜２を囲うように電荷保持基板１上に形成され、封止材４と固定基板３とで、電荷保持膜２の上方に閉ざされた空間となるキャビティ５を形成している。なお、固定基板３全体は金属導体からなるので、下面全面（第１の導電体）と上面の凸部からなる固定電極３ａ（第２の導電体）とは互いに電気的に接続されている。
【００３３】
また、固定基板３の上面の固定電極３ａの上方には、可動片６が設置されている。可動片６の下部には櫛歯状の可動電極６ａ（第３の導電体）が配置されている。可動片６は金属導体からなり、可動電極６ａは、可動片６の下面の凹凸の凸部で形成されている。可動片６は、ばね固定端７ａに接続されたばね７により懸架されており、基板水平方向の加速度が加わると、基板水平方向に振動し、固定電極３ａと可動電極６ａとの間の静電容量Ｃを変化せしめる。固定基板３と可動片６との相対運動に伴って、固定基板３の可動片６との対向面に設けられた固定電極３ａ（第２の導電体）と、可動片６に設けられた可動電極６ａ（第３の導電体）との間の静電容量が変化し、前記静電容量の変化に伴う電荷の移動により発電することができる。
【００３４】
＜固定電極＞
固定電極３ａは、固定基板３の可動片６との対向面に、パターン化して配列されている。なお、パターン化は、可動片６の振動方向と同一方向であってもよい。
【００３５】
＜可動電極＞
可動電極６ａは、可動片６の固定基板３との対向面に、パターン化して配列されている。なお、パターン化は、可動片６の振動方向と同一方向であってもよい。さらに、固定電極３ａと、可動電極６ａとは、互いに同一方向にパターン化されていてもよい。
【００３６】
＜振動発電器の動作＞
次に、この振動発電器１０の動作について図１を用いて説明する。電荷保持膜２となる第１の誘電体内部の電界をＥ１、厚みをｄ１、比誘電率をε１、保持された電荷の電荷密度をσとする。また、電荷保持膜２に電荷が保持された部分の面積をＳとする。さらに、キャビティ５となる第２の誘電体の内部の電界をＥ２、厚みをｄ２、比誘電率をε２とする。保持された電荷σにより、固定基板３の電荷保持膜２に対向する面積Ｓには電荷量−ｑが励起され、固定電極３ａには電荷量ｑが励起され、そして可動電極６ａには電荷量−ｑが励起される。発電用電極（固定電極３ａと可動電極６ａ）間の静電容量Ｃの電位差をＶとする。
まず、電界の経路積分は電位となるという電界と電位の関係から下記式（１）が成り立つ。
2013121309.tif 000003
また、誘電体の境界に存在する電荷について、静電界のＰｏｉｓｓｏｎの方程式により、下記式（２）が成り立っている。
2013121309.tif 000004
なお、εoは真空の誘電率である。
また、固定基板３の下面の電荷密度ｑ／Ｓと電界Ｅ２の関係は、静電界のＰｏｉｓｓｏｎの方程式の導体表面での境界条件によって、下記式（３）で表せる。
2013121309.tif 000005
上記式（１）〜（３）により、固定基板３上に励起される電荷量ｑは、下記式（４）のように記述される。
2013121309.tif 000006
【００３７】
この振動発電器１０では、可動片６が水平方向に振動することで発電用電極間容量Ｃが変化する。可動片６の水平方向の振動によって固定電極３ａと可動電極６ａの櫛歯がずれて容量Ｃが減少すれば、上記式（４）に示されるように、励起される電荷ｑも減少し、減少した分の電荷は外部負荷回路２０に流出して仕事をする。一方、可動片６が水平方向に移動し、再び櫛歯の重なりが増えて容量Ｃが増加する過程では、電荷ｑも増加し、増加した分の電荷は外部負荷回路２０から流入する。この容量Ｃへの電荷の流入と流出による電荷移動によって外部負荷回路に対して仕事をする。すなわち、この振動発電器１０は、可動片６の振動に伴って発生する交流電流により、外部負荷回路２０に対して仕事をする発電装置となる。なお、交流電流のまま外部負荷回路２０に対して仕事をする形態でもよいし、交流を直流に変換するＡＣ−ＤＣ変換回路を介在させて直流電流で外部負荷回路２０に仕事をする形態でもよい。
また、本実施形態では、電荷保持基板１を接地し、可動片１６に外部負荷回路２０を接続したが、可動片１６を接地し、電荷保持基板１に外部負荷回路２０を接続してもよい。
【００３８】
＜効果＞
本構成によれば、電荷保持膜２の表面近傍に保持された電荷σにより電荷が励起する固定基板３、固定電極３ａおよび可動電極６ａは金属導体からなる。そのため、固定基板３、固定電極３ａおよび可動電極６ａに半導体材料を用いた場合に発生する空乏層容量が介在せず、固定電極３ａおよび可動電極６ａに励起される電荷ｑを減少させることなく高効率に発電できる。
また、電荷保持膜２と可動片６との間には、剛性の高い固定基板３が介在し、電荷保持膜２と固定基板３との間にキャビティ５を構成しているために、電荷保持膜２の表面に他の構造部材が衝突し、保持された電荷σが消失することはない。
また、キャビティ５は、固定基板３と封止材４と電荷保持基板１とで囲まれ、外界と隔てられているため、外界の湿度の混入等によって電荷保持膜２に保持された電荷σが消失することを防ぐことができる。さらに、キャビティ５は、アルゴンや窒素などの不活性ガスを充填することで湿度による電荷消失をより防ぐことができる。より好ましくは、キャビティ５内を減圧することで、より耐湿度の効果が高められる。
【００３９】
（実施の形態２）
＜振動発電器の構成＞
図２（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る振動発電器１０ａの断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の振動発電器１０ａの固定電極３ａの上面図である。図１（ａ）では可動片６および固定基板３が金属導体であり、可動片６および可動電極６ａ、固定基板３および固定電極３ａは、それぞれ同一材料であったが、図２（ａ）に示すように、可動片１６と固定基板１３を絶縁体で形成してもよい。この場合、金属導体の可動電極６ａを可動片１６の下面に形成し、同じく金属導体の固定電極３ａを固定基板１３の上面に形成し、そして金属導体からなる電荷励起電極３ｂを固定基板１３の下面に形成する。電荷励起電極３ｂと固定電極３ａとは、固定基板１３の表裏間の貫通ビア８で互いの導通を確保されている。図２（ｂ）は固定基板１３の上面図である。図２（ｂ）は、表面側の固定電極３ａを櫛歯電極として形成し、貫通ビア８を介して裏面の電荷励起電極３ｂに接続している状態を示している。一方、可動電極６ａは外部負荷回路２０に接続されているが、その導通は導電性のばね構造７を介して確保されている。
【００４０】
＜効果＞
この振動発電器１０ａによれば、固定基板３及び可動片６について、半導体ではなく、必要最小限の金属導体部材を使用して構成し、その他は絶縁部材によって構成している。これによって、固定基板３及び可動片６に半導体材料を使用した場合に発生する寄生容量を排除し、発電に寄与する電荷量の損失を抑制できる。また実施の形態１の図１に示した導電体からなる固定電極３ａや可動電極６ａの凹凸構造においては、発電に寄与しない凹部にも微弱に電荷が励起され、それが浮遊容量となり発電効率を下げるが、本実施の形態においては、凹部が絶縁体に相当するために励起される浮遊電荷を抑制できる。
【００４１】
（実施の形態３）
＜振動発電器の構成＞
図３は、本発明の実施の形態３に係る振動発電器１０ｂの断面図である。図３は、図２の構成において、電荷保持膜２上のキャビティ５を誘電体層１５で埋めた構成である。誘電体層１５を電荷励起電極３ｂ上（図では下面）に形成し、誘電体層１５の表面に貼着性を付与して、誘電体層１５を電荷保持膜２と対向させて電荷保持基板１を圧接することで図３の振動発電器１０ｂの構成を形成することができる。
【００４２】
＜効果＞
この振動発電器１０ｂでは、電荷保持膜２と固定基板３との間のキャビティ５を誘電体層１５によって排除している。そこで、この振動発電器１０ｂの製造方法では、封止材を配置する工程を除くことができるので、製造工程を簡素化できる。
【００４３】
（実施の形態４）
＜振動発電器の構成＞
図４は、本発明の実施の形態４に係る振動発電器１０ｃの断面図である。図１（ａ）では、可動片６が基板水平方向に振動し、可動電極６ａと固定電極３ａとの両櫛歯電極の対向面積が変化することで発電を行っていた。この振動発電器１０ｃでは、図４に示すように、固定基板３及び可動片６のいずれにも櫛歯電極を形成せず、導体の固定基板３と導体の可動片６の間の距離を変化させることで両者の間の静電容量Ｃを変化させて発電するようにしている。この場合、可動片６は、基板垂直方向の加速度により基板垂直方向に振動する構成をとる。
【００４４】
なお、この振動発電器１０ｃでは、可動片６の振動方向を固定基板３及び可動片６の基板に垂直方向に振動させている。この場合、図４に示すように、固定基板３及び可動片６に櫛歯電極を設けない構成に限られず、図１乃至図３に示すように、固定基板３、１３及び可動片６、１６に櫛歯電極３ａ、６ａをそれぞれ設ける構成であってもよい。
【００４５】
＜効果＞
この振動発電器１０ｃでは、固定基板３及び可動基板６から櫛歯電極を排除することで、固定基板３及び可動基板６への櫛歯電極形成に必要な製造工程が簡素化される。また、外部からの圧力を受けて振動する振動発電器１０ｃを構成する場合、可動片６の形状を平板とすることで、圧力を可動片６の広い上面にて受容してそれを励振力とすることができる。なお、この場合の外部からの圧力とは、指による押圧や、気体や液体の流れに伴う圧力変動である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る振動発電器は、発電装置に限らず、外的な物理量による機械的な変位を用いて電気的容量を変化させる気圧センサ、流体圧センサ、圧覚センサ、マイクロホンへの幅広い産業用途に展開可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電荷保持基板（半導体）
２  電荷保持膜
３  固定基板（導体）
３ａ  固定電極（導体）
３ｂ  電荷励起電極（導体）
４  封止材
５  キャビティ
６  可動片（導体）
６ａ  可動電極（導体）
７  ばね
７ａ  ばね固定端
８  貫通ビア
１０  振動発電器
１３  固定基板（絶縁体）
１５  誘電体層
１６  可動片（絶縁体）
２０  外部負荷回路
８０  静電型発電装置
８１  サポートウエハ
８２  ＭＥＭＳウエハ
８３  エレクトレットウエハ
８４  固定電極
８５  可動片
８６  可動電極
８７  エレクトレット層
８８  外部負荷回路
９０  固定電極
９１  エレクトレット膜
９２  可動基板
９３  可動電極
９４  ストッパ膜
【図１】
2013121309.tif 000007
【図２】
2013121309.tif 000008
【図３】
2013121309.tif 000009
【図４】
2013121309.tif 000010
【図５】
2013121309.tif 000011
【図６】
2013121309.tif 000012