CN102197449B - 驻极体电极、使用了它的促动器、振动发电器及振动发电装置、以及安装了振动发电装置的通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种驻极体电极、使用了它的促动器、振动发电器及振动发电装置、以及安装了振动发电装置的通信装置，提高了表面电荷密度。在基板(102)上形成导电膜(111)，在导电膜(111)上交替地层叠了第1绝缘膜(112)与第2绝缘膜后，配置被第3绝缘膜(114)以及第4绝缘膜(115)覆盖了下表面、上表面以及侧面的驻极体膜(110a～d)，构成驻极体电极(100)。由于在驻极体膜(110a～d)与导电膜(111)之间存在第1绝缘膜(112)以及第2绝缘膜(113)，从而在保持了相同的电荷的情况下膜中的电场强度变小，在相同的电场强度的情况下能提高表面电荷密度(表面电位)。

Description

驻极体电极、使用了它的促动器、振动发电器及振动发电装置、以及安装了振动发电装置的通信装置

技术领域

本发明涉及驻极体电极、使用了该驻极体电极的静电感应型振动发电器、促动器及振动发电装置、以及搭载了该振动发电装置的电气设备、及搭载了该振动发电装置的通信装置。

背景技术

已经提出了如下所述的静电感应型振动发电装置(例如，参照专利文献1)：对可变电容的一个电极赋予电荷，通过静电感应而向对置的电极诱发电荷，由于电容的变化，使诱发的电荷产生变化，将该电荷的变化以电能形式取出。

图7示出上述专利文献1记载的静电感应型振动发电器。图7是使用了驻极体的振动发电器10的概略剖视图。

该静电感应型发电器由具有多个导电性表面区域13的第1基板11、和具有多个驻极体材料区域15的第2基板16而构成。所述第1基板11和所述第2基板16相互隔开规定的间隔而配置。包括驻极体材料区域15的第2基板16被固定。包括导电性表面区域13的第1基板11经由弹簧19与固定构造17连结。弹簧19与第1基板11的两侧面连接，并且，与固定构造17连接。通过该弹簧19，第1基板11能够返回到固定位置，或者第1基板进行侧方运动(例如X轴方向运动)能够返回到固定位置。通过该运动，驻极体材料区域15和对置的导电性表面区域13的重叠面积产生增减，从而在导电性表面区域13产生电荷的变化。静电感应型发电器将该电荷的变化以电能形式取出，由此进行发电。

此时，最大输出电力Pmax由下式表示。式中，σ表示表面电荷(密度)，ε_Electret表示驻极体材料的介电常数，ε_air表示空气的介电常数，ε₀表示真空的介电常数，A表示驻极体材料区域与导电性表面区域的重叠面积，g表示电极间的间隙，f表示振动频率，d表示驻极体材料的膜厚，n表示重叠面积的数量。

[式1]

$P_{\max }=\frac{{\mathrm{\σ}}^2\mathrm{nAf}}{4\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Electret}}{\mathrm{\ϵ}}_0}{d}(1+\frac{g{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Electret}}}{{\mathrm{d\ϵ}}_{\mathrm{air}}})}$

根据上述式可知，为了使发电量增加，需要提高驻极体材料的表面电荷(密度)，即，需要提高驻极体材料的表面电位。

另一方面，作为驻极体材料，公知氧化硅膜(例如，参照非专利文献1)。另外，关于对作为驻极体材料而使用的氧化硅膜的充电(charge)量，在非专利文献2有记载。

图8是上述非专利文献1中记载的以往的静电感应型振动发电器、即作为驻极体材料而使用了氧化硅膜的静电感应型振动发电器(Generator)20的概略剖视图。在图8中，固定电极(Fixed Electrode)22形成在玻璃(Glass)21上。浮动构造体(Suspended Mass)24通过接合(Adhesivebonding)而配置在玻璃(Glass)21上。形成有驻极体(Electret)25的硅基板(Silicon)26通过接合而配置在硅基板(Silicon)27上。

在该静电感应型发电器中，具有可动电极(Movable Electrode)23的浮动构造体(Suspended Mass)24振动，由此Cvar的电容变化，由此进行发电。另外，在该静电感应型发电器中，使用氧化硅膜作为驻极体材料。驻极体材料区域是在电极上形成氮化硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜而构成的，并且为了使电荷稳定而实施了热处理。

图9是表示上述非专利文献2中记载的对氧化硅膜的充电时间与表面电位之间的关系的曲线图。○标记表示氧化硅膜的厚度为0.5微米的情况下的充电时间与表面电位之间的关系，△标记表示氧化硅膜的厚度为0.6微米的情况下的充电时间与表面电位之间的关系。在任意一种情况下，氧化硅膜的表面电位都是充电时间越长越增加，若达到最大值，则即使增加充电时间，表面电位也不增加。在0.5微米的氧化硅膜中，表面电位的最大值为240V，在0.6微米的氧化硅膜中，表面电位的最大值为290V。在上述非专利文献2中，记载了表面电位的最大值由氧化硅膜的绝缘耐压来决定。

因此，在使用氧化硅膜作为驻极体材料的静电感应型振动发电器中，为了增加驻极体材料的表面电荷(密度)来提高最大输出电力，需要增加氧化硅膜的绝缘耐压、即需要增大膜厚。

专利文献1：特表2005-529574号公报(第10-11页，图4)

非专利文献1：TRANSDUCERS&EUROSENSORS′07 The 14thInternational Conference on Solid-State Sensors，Actuators andMicrosystems，Lyon，France，June 10-14，2007

非专利文献2：IEEE Transactions on Dielectrics and ElectricalInsulation Vol.13，No.5；October 2006

然而，若增大氧化硅膜的膜厚，则由于膜的内部应力，会产生裂缝以及基板的翘曲等，所以对于增大氧化硅膜的厚膜存在限制。即，存在下述课题：若驻极体材料是氧化硅膜，则增大膜厚带来的表面电位(以及表面电荷密度)的增加存在限制。这会导致出现下述课题：在静电感应型振动发电器中，在使用保持了电荷的氧化硅膜作为驻极体的情况下，由于表面电位(表面电荷密度)低，导致发电效率低。

发明内容

本发明是为了解决上述以往的课题而做出的。本发明的目的在于，提供一种具有即使使用氧化硅膜(SiO₂膜)作为驻极体材料的情况下，表面电位也变高的构造的驻极体电极。另外，本发明目的在于，提供一种通过提高使用了氧化硅膜的驻极体的表面电位，由此改善发电效率的振动发电器。并且，本发明的目的在于，提供一种使用了上述振动发电器的振动发电装置、以及搭载了该振动发电装置的通信装置。

本发明提供一种驻极体电极，其具有导电膜和保持了电荷的氧化硅膜，该驻极体电极在上述导电膜与上述氧化硅膜之间具有绝缘膜，该绝缘膜包括层叠体，该层叠体层叠了第1绝缘膜与第2绝缘膜并使上述第1绝缘膜位于靠近上述导电膜的一侧。通过该构成，在将难以增大膜厚的氧化硅膜用作驻极体的情况下，能实质地增大在驻极体中保持电荷的区域与导电膜之间的距离，能提高表面电位(表面电荷密度)。

本发明的驻极体电极优选具有：按照覆盖上述氧化硅膜的下表面的方式形成的第3绝缘膜；以及按照覆盖上述氧化硅膜的上表面以及侧面的方式形成的第4绝缘膜。通过该结构，由于氧化硅膜被绝缘膜完全覆盖，所以氧化硅膜的耐湿性得到提高，防止驻极体带电的电荷的逃离。在此，氧化硅膜的下表面是指在形成氧化硅膜时与其他层或者基体相接的一侧的面，上表面是指在形成氧化硅膜时露出的宽阔的面，侧面是将上表面与下表面连接的面(在厚度方向上平行的面)。

在具有上述第3绝缘膜以及第4绝缘膜的情况下，可以按照第3绝缘膜是第2绝缘膜，分别一个一个地具有上述第2绝缘膜与上述第1绝缘膜的方式，来构成本发明的驻极体电极。在该情况下，第1绝缘膜位于第2绝缘膜与导电膜之间。通过使第3绝缘膜与第2绝缘膜共通，从而能减少绝缘膜的成膜次数。

本发明的驻极体电极还优选具有下述结构：第1绝缘膜的侧面以及第2绝缘膜的侧面没有被其他导电膜或者其他绝缘膜覆盖。通过该结构，充电于驻极体以外的绝缘膜的电荷从侧面逃离。因此，通过加热或者加湿，能够仅在驻极体保持电荷，能使特性稳定化。

本发明还提供一种使用了本发明的驻极体电极的振动发电器。如上所述，在本发明的驻极体电极中，由于能够提高表面电位(表面电荷密度)，所以根据使用了本发明的驻极体电极的本发明的振动发电器，能实现发电效率的提高。

本发明还提供一种包括上述本发明的振动发电器的振动发电装置。本发明的振动发电装置与包括以往的振动发电器的装置比较，发电量更大，其中所述以往的振动发电器包括氧化硅膜作为驻极体。

本发明的振动发电装置可以包括蓄电电路。通过包括蓄电电路，在来自振动发电器的输出电力较大的情况下，能在蓄电电路中蓄积电力。蓄积于蓄电电路中的电力在来自发电器的输出电力降低了情况下被供给，由此能稳定地保持振动发电装置的输出。

本发明还提供包括本发明的振动发电装置的通信装置。本发明的通信装置与仅用电池进行驱动的装置比较，能降低电池更换次数，或者根据用途的不同，可以不需要电池更换。

发明效果

本发明的驻极体电极能提高使用氧化硅膜作为驻极体的驻极体电极的表面电位(表面电荷密度)。由此，根据使用了该驻极体电极的本发明的振动发电器，与使用氧化硅膜作为驻极体的以往的振动发电器相比，能提高发电效率。

另外，本发明的振动发电装置包括本发明的振动发电器，能提供比较高的输出的电力。进一步，在本发明的振动发电装置包括蓄电电路的情况下，能使输出电压稳定。本发明的振动发电装置能作为通信装置的电源发挥作用。本发明的振动发电装置能够利用从外部提供的力(例如，人类步行时施加的力，或者驾车期间施加的振动等)来发电。因此，使用了本发明的振动发电装置的通信装置，在能降低电池更换等的维护次数等的、节能以及环境保护方面是有利的。

附图说明

图1(a)是表示本发明的实施方式1中的振动发电器的剖视图，图1(b)是表示图1(a)所示的驻极体电极部101的剖面放大图。

图2(a)以及(b)是表示本发明的实施方式1中的驻极体电极部的其他构成的剖面放大图。

图3是表示本发明的实施方式2中的振动发电器的构造的俯视图。

图4是表示本发明的实施方式3中的振动发电装置的框图。

图5是表示本发明的实施方式3中的振动发电装置的各部的电压波形的图。

图6是表示本发明的实施方式4中的通信装置的图。

图7是表示以往的静电感应型振动发电器的俯视图。

图8是表示以往的使用了氧化硅膜的静电感应型振动发电器的剖视图。

图9是表示图8所示的静电感应型振动发电器的对氧化硅膜的充电时间与表面电位的关系的曲线图。

图中：

100-振动发电器；101、201-驻极体电极部；102-第1基板；103a、03b-弹性构造体；104a、104b-固定构造体；105a、105b-支撑体；106-第2基板；107a、107b、107c、107d、107e-电极；108-振动；110a、110b、110c、110d-驻极体膜；111-导电膜；112-第1绝缘膜；113-第2绝缘膜；114-第3绝缘膜；115-第4绝缘膜；300-振动发电装置；400-通信装置。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图1表示本发明的实施方式1中的振动发电器，(a)是振动发电器100的剖视图，(b)是驻极体电极部101的放大剖视图。

图1(a)中，振动发电器100具有：包括驻极体电极部101的第1基板102；将第1基板102连接于固定构造体104a、104b的弹性构造体103a、103b；和第2基板106。固定构造体104a、104b通过支撑体105a、105b与第2基板106连接。在第2基板106上，形成有电极107a、107b、107c、107d、107e。

在图1(b)中，驻极体电极部101包括第1基板102、和形成在第1基板上的导电膜111。在导电膜111上交替层叠了第1绝缘膜112以及第2绝缘膜113，而形成了4层构造的绝缘膜。在最后形成的第2绝缘膜113的表面，形成了被第3绝缘膜114以及第4绝缘膜115覆盖了下表面、上表面以及侧面的驻极体110a、110b、110c、110d。具体地说，第3绝缘膜114被形成在第2绝缘膜113上之后，形成驻极体膜110a、110b、110c、110d，进而形成第4绝缘膜115。这样在使用氧化硅膜作为驻极体的情况下，氧化硅膜的任何一个面(上表面、下表面以及侧面)都不露出，并且优选由绝缘膜密封，使得不与其他膜或基板直接接触。

此外，导电膜111虽然由金属等具有导电性的任意的材料构成即可，但优选由多晶硅构成。在使用氧化硅膜作为驻极体的情况下，能够利用有高热处理的LP-CVD工艺进行成膜，从而能得到高品质的驻极体膜。另外，在除了驻极体以外还使用氧化硅膜、氮化硅膜等作为绝缘膜的情况下也能得到很好的效果，例如能进行高温处理等。

该构成的驻极体电极部101被配置成：驻极体膜110a、110b、110c、110d和电极107a、107b、107c、107d、107e在它们之间具有间隙的状态下相互对置。

在本申请发明所涉及的振动发电器中，优选配置多个驻极体膜110(110a、110b、110c、110d)以及/或者多个电极107(107a、107b、107c、107d、107e)。通过适当地配置多个驻极体以及/或者电极，与配置一个相同的表面积的驻极体以及/或者电极的情况相比，即使是小的振动，也能得到更大的重叠面积的变化(增减)的缘故。

在图1(a)所示的例子中，驻极体膜110与电极107的横方向的位置(图1(a)的左右方向的位置)被错开配置，但只要通过第1基板102在横方向上振动，驻极体膜110与电极107的重叠面积增减即可，所以在初始状态(第1基板102没有振动的状态)下，驻极体膜110与电极107也可以如图1(a)所示那样错开配置。另外，也可以重叠配置。

在本发明的驻极体电极中，作为驻极体(驻极体膜)，使用保持了电荷的氧化硅膜(或者硅氧化膜)。氧化硅膜由于在绝缘耐压以及耐热性方面出色，所以即使在安装时的回流等时也不会变质或者变形。因此，如背景技术中所说明的那样，氧化硅膜已被用作驻极体。

为了提高耐湿性，作为驻极体的氧化硅膜优选其膜整体被绝缘膜完全覆盖。具体地说，氧化硅膜通过采用由氮化硅膜那样的绝缘膜将其周围完全覆盖的构造，从而实现在绝缘耐压、耐热性以及耐湿性方面更出色的驻极体。

在图示的方式中，第1绝缘膜112以及第2绝缘膜113选择适当的绝缘材料形成，使得与第3绝缘膜114相接的第2绝缘膜113的材料不同于第3绝缘膜114的材料。例如，在第3绝缘膜114是氮化硅膜的情况下，第2绝缘膜113优选是氧化硅膜，第1绝缘膜112优选是氮化硅膜。通过使第2绝缘膜为氧化硅膜，从而在包括驻极体的层叠构造中，每隔一层存在氧化硅膜，所以能得到翘曲或者变形小的层叠构造体。另外，通过使第1绝缘膜为氮化硅膜，在包括第4绝缘膜的层叠构造中，每隔一层存在氮化硅膜，所以能得到翘曲或者变形小的层叠构造体。或者，第1绝缘膜112可以是由氮化硅膜以外的无机材料构成的膜，例如，可以由等离子体氮化膜形成。

在图1所示的方式中，表示了第1绝缘膜112与第2绝缘膜113交替形成的结构。在变形例中，第3绝缘膜也可以兼做第2绝缘膜，在该情况下，第1绝缘膜也可以位于第3绝缘膜与导电膜之间。即，在图1中，4层构造的绝缘膜也可以是单层构造。通过这样来构成，能减少成膜次数。在该构成中，第1绝缘膜(单层的绝缘膜)优选是氧化硅膜。或者，绝缘膜也可以是从导电膜侧开始，层叠为第1绝缘膜/第2绝缘膜/第1绝缘膜的三层构造。在该情况下，第2绝缘膜可以由与第3绝缘膜相同的材料(例如，氮化硅膜)形成，第1绝缘膜可以由其他无机材料(例如，氧化硅膜)形成。

或者，如果可能，可以采用如下结构：将第3绝缘膜形成为其厚度大于第4绝缘膜的厚度，不具有第1绝缘膜以及第2绝缘膜。在该情况下，可以将第4绝缘膜称作绝缘膜A，将第3绝缘膜称作绝缘膜B，来回避不存在第1以及第2绝缘膜的不自然。

或者，另外在图1所示的方式中，第1绝缘膜112与第2绝缘膜113可以由相同的材料形成。在该情况下，在第1绝缘膜112与第2绝缘膜113中，例如优选适当地调整成膜条件，使得膜的密度不同，相互相邻的膜的物理性质不同。

在如上任意的方式(使材料相同的方式，或者不同的方式)形成第1以及第2绝缘膜的情况下，都优选选择第1绝缘膜112与第2绝缘膜113的材料以及/或者物理性质来形成，来缓和相互的成膜时的应力(得到的绝缘膜所产生的残留应力)。成膜时的应力的缓和，例如通过选择第1绝缘膜112与第2绝缘膜113的组合来实现，使得在形成第1绝缘膜112与第2绝缘膜113的一方时在其露出表面产生的残留应力为拉伸应力的情况下，在形成另一方时在其露出表面产生的残留应力为压缩应力。

即，在缓和成膜时的应力是指，例如，在形成一方的膜时，产生应力使得膜的露出表面在导电膜侧形成凸起的情况下，选择膜的露出表面在导电膜侧形成凹陷那样的材料等来形成另一方的膜。

图1(b)所示，第1绝缘膜112以及第2绝缘膜113的侧面优选没有被导电膜或者绝缘膜覆盖，即，优选露出。通过这样来构成，例如，在使第2绝缘膜113为与驻极体相同的氧化硅膜的情况下，除充电于驻极体膜的电荷以外，向周边的空间中扩散。其结果，能得到稳定的驻极体电极。

第1绝缘膜112以及第2绝缘膜113的厚度按照如下方式来选择：考虑各绝缘膜的特性(脆度、硬度等)，使驻极体110a～d与导电膜111之间的距离成为在驻极体电极的表面得到所希望的表面电位所需的大小。例如，驻极体110a～d与导电膜111之间的距离可以为1μm左右。在该情况下，可以使厚度100nm的第1绝缘膜112、厚度100nm的第2绝缘膜113各自5层，共计层叠为10层。

接下来，对使用如上述那样构成的驻极体电极，如图1(a)那样构成的振动发电器的动作进行说明。

振动发电器100若被施加来自外部的力或者振动108，则弹性构造体103a以及103b伸缩，由此第1基板102相对于第2基板106发生相对的位移。该相对的位移会带来驻极体电极部101(特别是驻极体110a～d)与第2基板上的电极107a～e的重叠面积的增减。由于该重叠面积的增减，在驻极体电极部101诱发的电荷量会增减。通过将该电荷的增减以电能的形式取出，来进行发电。另外，只要第1基板101持续振动，该重叠面积的增减也将持续。

根据本发明的实施方式所涉及的振动发电器100，能得到下述效果：能提高驻极体膜的表面电荷密度(表面电位)。关于该效果，将在下面进行详细的说明。

驻极体膜110a～d形成在由导电膜111上形成的第1绝缘膜112以及第2绝缘膜113构成的层叠体上。因此，由驻极体膜110a～e所保持的电荷产生的电场会存在于驻极体膜110a～e、第3绝缘膜114、以及第1和第2绝缘膜112及113。其结果，保持了电荷的区域与导电膜111之间的距离变大，在保持了相同的电荷的情况下，电场强度变小，在相同的电场强度的情况下，能提高表面电荷密度(表面电位)。

在由氧化硅膜构成的驻极体中，约以5MV/cm产生绝缘破坏。因此，例如，若氧化硅膜的厚度为1微米，则存在表面电位为500V的界限。而若在与导电膜111之间形成1微米的绝缘层(具有相同程度的绝缘耐压的氧化硅膜以及氮化硅膜)，则能将表面电位的界限提高至1000V。

在图1(a)所示的方式中，表示了将导电膜111在驻极体膜110的下方整体，形成为连续的一片膜的构造。

导电膜如图2(a)所示，也可以在驻极体膜120a～d的下方，仅形成在与驻极体膜120a～d对应的位置(在图2(a)所示的例子中，仅在存在驻极体膜120a～d的部分的下部形成导电膜121a～d)。或者，优选将驻极体配置成与导电膜对应(在图2(a)所示的例子中，仅在存在导电膜121a～d的部分的上部配置驻极体膜120a～d)。

通过这样使驻极体膜120a～d的位置(图2(a)的左右方向的位置)与导电膜121a～d的位置对应(一致)，从而存在当充电时能对驻极体膜提供更多的电荷的优点。

即，通过使驻极体膜与导电膜的位置对应，从而在为了充电而向驻极体膜与导电膜之间施加了规定的电压时，能抑制电场向驻极体膜更外侧扩展。其结果，即使施加相同的电压，与使用一片较大的导电膜的情况相比，能将更多的电荷提供给驻极体。

此外，在图2中，附图标记122相当于第1绝缘膜，附图标记123相当于第2绝缘膜，附图标记124相当于第3绝缘膜，附图标记125相当于第4绝缘膜。驻极体120a～d以及各绝缘膜的功能以及材料由于先前已参照图1进行了说明，所以在此省略其说明。

如图2(b)所示，在将导电膜121a～d隔开间隔来形成的情况下，如图2(b)所示，第1绝缘膜132以及第2绝缘膜133也可以形成为：对应于驻极体130a～d以及导电膜131a～d，分为a～d的部分，部分与部分之间具有间隙。由此，能使充电于驻极体以外的电荷更有效地向周边的空间中扩散。更具体地说，第1绝缘膜132与第2绝缘膜133分别被形成为132a～d以及133a～d。部分之间的间隙可以在形成了第1绝缘膜以及第2绝缘膜之后形成。这些驻极体以及第1及第2绝缘膜的功能以及材料由于先前已参照图1进行了说明，因此在此省略其说明。另外，在图2(a)中，附图标记134相当于第3绝缘膜，附图标记135相当于第4绝缘膜。由于这些绝缘膜的功能以及材料先前已参照图1进行了说明，因此在此省略其说明。

在图1(b)以及图2(a)、(b)所示的实施方式中，虽然在基板102上直接形成了导电膜111(121a～d、131a～d)，但优选在基板上形成热氧化膜等的绝缘膜，再在该绝缘膜上形成导电膜。

基板102通常采用例如硅那样的导电性基板。另外，若在这样的导电性基板上直接形成导电膜，则在充电时向驻极体膜与导电膜的之间施加电压时，在驻极体与导电性基板的之间，产生向驻极体的外侧(图2(a)的左右方向)扩展的电场，存在对驻极体赋予的电荷减少的情况。

但是，通过在导电膜与导电性基板之间形成绝缘层，从而有如下效果：能防止驻极体与基板之间产生这样的电场，对驻极体能赋予更多的电荷。

另外，也可以取代在导电膜与基板之间形成绝缘层，作为基板102，采用例如电阻率高的硅基板或者玻璃基板那样的绝缘性基板，也能得到相同的效果。

在本实施方式中，采用氧化硅膜作为驻极体。可能的话，驻极体可以由氧化硅膜以外的驻极体材料形成，在该情况下，根据驻极体材料适当地选择第1绝缘膜以及第2绝缘膜，由此能得到相同的效果。

在使用氧化硅膜作为驻极体的情况下，驻极体能带正电荷，也能带负电荷。因此，驻极体电极部101可以交替地配置具有正电荷和负电荷的驻极体膜而构成。通过采用这样的构成，在利用上的效果很大，例如能提高振动带来的输出电力等。

在本实施方式中，表示了振动发电器的例子。即使在振动发电器以外的装置(或者器件)、例如需要高的表面电荷密度的装置(或者器件)中，本发明的驻极体电极的结构也是有效的。例如，可以为了构成促动器而使用本发明的驻极体电极。在促动器中，驻极体膜的表面电荷密度越高，产生的力更大。

(实施方式2)

图3是本发明的实施方式1中的驻极体电极部的俯视图。

在图3中，驻极体电极部201由导电膜211、第2绝缘膜215(215a、215b、215c、215d)与基板202构成。该驻极体电极部201的剖面例如与图2(b)所示的剖面相同。

在实施方式2中，导电膜211在驻极体电极部201中成为保持在驻极体膜130中的电荷的对置电极，导电膜211例如与GND端子电连接。通过这样来构成，驻极体膜表面的表面电位被固定，在发电器中能输出以GND为中心的交流信号。因此，该构成的驻极体电极能有利地使用。在图3中，驻极体例如可以为50～300μm×几百μm～几mm的矩形，相邻的驻极体间的间隔例如可以为驻极体的短边长度的程度。

接下来，仅对使用了本实施方式的驻极体电极的振动发电器的动作中，使用本实施方式带来的特征部分进行说明。

在振动发电器中，通过外部振动，使得电极107(107a～e)与驻极体膜130(130a～d)的重叠面积增减。通过该重叠面积的增减，将在电极107诱发的电荷以电能的形式取出，来进行发电。此时，电极107为了成为相同的电位而一体形成，所以成为一个电端子。因此，负载的电极端子的一方与电极107连接，另一方与GND连接。通过该连接，能得到合并了发电的交流成分、和重叠于驻极体膜130的直流成分的输出。然而，通过将构成驻极体电极部201的导电膜211与GND连接，从而能除去直流成分。

其结果，产生的电力成为以GND为中心的交流信号，所以可得到能进行仅考虑了交流电力的电路设计的效果。

另外，在本实施方式所示的驻极体电极部中，也可以将导电膜211利用为驻极体的充电工序中的基准电位，在利用上的效果非常大。

在本实施方式中，表示了驻极体电极部的剖面构造为图2(b)所示的构造的例子。即使驻极体电极是图1(b)或者图2(a)所示的构造，当然也能得到相同的效果。

(实施方式3)

作为本发明的实施方式3，对振动发电装置进行说明。图4是振动发电装置300的框图。在图4中，振动发电器是实施方式1或者实施方式2所示的振动发电器。

在图4中，振动发电装置300包括：振动发电器301、整流电路302、电压变换电路303、输出切换电路304、蓄电电路305以及电压控制电路306。从振动发电器301输出的交流电压被整流电路302变换为直流电压。直流电压被输入到电压变换电路303，并被实施了电压变换，直到为振动发电装置300的输出电压电平。变换后的电压通过输出切换电路304被输入到电压控制电路306或者蓄电电路305。在电压控制电路306中，输出电压被进行电压控制而为恒定，然后被输出。

参照图5对如上述那样构成的振动发电装置300的动作进行说明。图5表示从振动发电装置300的各电路输出的电压波形。图5(a)是振动发电器301的输出电压波形。在本实施方式中，为了简单，假设即使在第1基板的位移方向改变时也高效地进行发电，通过由振动引起的重叠面积的增减，来输出正弦波电压。在此，振动发电器301的输出电压的电压振幅Vg，根据第1基板的振动振幅、第1基板与第2基板之间的间隙、驻极体的保持电荷量、以及从振动发电器301来看的外部阻抗的大小等而不同。从振动发电器301输出的交流电压被整流电路302变换为直流电压VDC1(图5(b))。VDC1被电压变换电路303进行电压变换，直到成为振动发电装置300的输出电压电平VDC2。

输出切换电路304在不需要从振动发电装置300输出电压的情况下，发挥不将来自电压变换电路303的输出送到电压控制电路306，而是送到蓄电电路305的作用。蓄电电路305对发出的电力进行储存。输出切换电路304在需要来自振动发电装置300的电压输出的情况下，对电路进行切换，使得从电压控制电路306输出电力。输出切换电路304进一步在发电量小的情况下，对电路进行切换，使得将储存于蓄电电路305的电力输出。来自输出切换电路304的输出被电压控制电路306控制为所希望的输出电压VOUT，并被输出到振动发电装置300外(图5(c))。

如前所述，振动发电器300的输出电压因为各种因素而变动。为了应对，VDC2优选被设定为比最终输出的电压VOUT稍高的电压。通过这样进行设定，即使对于微小的电压变动，也能使输出电压保持一定。作为例子，对以1.8V的电压输出电力的情况进行说明。在这种情况下，若VDC2被设定为1.8V，并且振动发电器的输出电压减少，则振动发电器300的输出电压也减少。但是，例如若将VDC2设定为2V，即使对于0.2V的电压减少也能充分进行控制。因此，通过设定为VDC2＞VOUT，从而能将输出电压保持恒定地供给电力。

(实施方式4)

图6是在汽车上安装的胎压监测系统中使用的通信装置的框图。在图6中，发电装置表示实施方式3的振动发电装置。

在图6中，通信装置400包括：通过振动进行发电的发电装置401；作为通信装置的主电源或者发电装置401的副电源的电池402；对来自发电装置401的输出与来自电池402的输出进行切换并提供给电路部的电源控制部403；对轮胎的气压进行测量的压力传感器404；对来自压力传感器的输出进行处理，并传递到通信部的处理部405；将来自处理部405的输入信号变换为高频信号并向天线407传递的通信部406；天线407。

对如以构成的通信装置400的动作进行说明。

从发电装置401或者电池402，经由电源控制部403，提供压力传感器404、处理部405以及通信部406工作所需的电力。压力传感器404对轮胎的气压进行测量，将测量结果变换为电压信号并输入到处理部405。在处理部405中处理的信号被输入到通信部406，并作为高频信号从天线407传送。

在这样工作的通信装置中，在利用振动发电装置作为通信装置的电源的情况下，可以降低电池更换等的维护作业次数，或者可以不需要电池更换。这对于提高通信装置本身的便利性，并且节能以及环境保护是有帮助的。

在本实施方式中，表示了一并使用振动发电装置与电池的例子。来自振动发电装置的输出电力，只要能充足地维持压力传感器、处理部、通信部等的电路中消耗的电力以及通信所需的电力，也可以仅使用振动发电装置作为电源。在该情况下，不需要电池以及电源控制部，有利于设备的小型化。

在本实施方式中，表示了使用实施方式1～3所示的振动发电器以及振动发电装置的例子。只要是能将来自外部的力或者振动变换为电力，振动发电器也可以是其他振动发电器，在该情况下当然也能得到相同的效果。

本发明的振动发电器以及振动发电装置也可以在通信装置以外的电气设备中，用作主电源或者副电源。具体地说，能在手表、体温计、温度计、计步器、遥控器、便携式音频产品、无钥匙进入用便携机、助听器、心脏起搏器、移动电话以及游戏机中使用。

在本说明书中公开的实施方式中，全部的构成要素只是例子，应认为不是对本发明的限制。本发明的范围并非由上述的说明表示，而是由权利要求书表示，当然也包括与权利要求书同样的含义以及范围内的全部的变更。

工业实用性

本发明的驻极体电极的结构能得到高的表面电位或者表面电荷密度，所以作为静电感应型振动发电器的驻极体电极是有用的，或者方便地使用于静电促动器中。另外，本发明的振动发电器在小功率的无线电通信模块等的用途中，作为电源也是非常有用的。

Claims (20)

1.一种驻极体电极，具有导电膜和并排配置在上述导电膜的正上方并保持了电荷的多个氧化硅膜，

该驻极体电极在上述导电膜与上述多个氧化硅膜之间具有绝缘膜，该绝缘膜包括层叠体，该层叠体层叠了第1绝缘膜与第2绝缘膜并使上述第1绝缘膜位于靠近上述导电膜的一侧，

并且具有按照覆盖上述氧化硅膜的上表面以及侧面的方式形成的第4绝缘膜。

2.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

上述导电膜仅形成于上述保持了电荷的多个氧化硅膜所存在的区域的下方。

3.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

包括两层以上的上述第1绝缘膜以及上述第2绝缘膜中的至少一方，且上述第1绝缘膜与上述第2绝缘膜被交替地层叠。

4.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

具有：按照覆盖上述氧化硅膜的下表面的方式形成的第3绝缘膜。

5.根据权利要求4所述的驻极体电极，其中，

上述第3绝缘膜，由与上述第1绝缘膜或者上述第2绝缘膜中与上述第3绝缘膜相接的那一方不同的材料形成，并且由与上述第1绝缘膜或者上述第2绝缘膜中的另一方相同的材料形成，

并且上述驻极体电极，包括两层以上的上述第1绝缘膜以及上述第2绝缘膜中的至少一方。

6.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

上述第1绝缘膜以及上述第2绝缘膜分别是氮化硅膜以及氧化硅膜。

7.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

上述第1绝缘膜与上述第2绝缘膜由相同组成的材料形成，并且具有相互不同的物理性质。

8.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

上述第1绝缘膜以及上述第2绝缘膜的侧面没有被其他导电膜或者其他绝缘膜覆盖。

9.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

上述导电膜在导电性基板上隔着绝缘膜而形成。

10.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

上述导电膜形成在绝缘性基板上。

11.根据权利要求1所述的驻极体电极，其中，

上述导电膜在形成有上述保持了电荷的氧化硅膜的区域之外，与外部端子电连接。

12.根据权利要求4所述的驻极体电极，其中，

上述第3绝缘膜的厚度大于上述第4绝缘膜的厚度。

13.一种振动发电器，其使用了权利要求1～12的任意一项所述的驻极体电极。

14.一种静电促动器，其使用了权利要求1～12的任意一项所述的驻极体电极。

15.一种振动发电装置，具备：

权利要求13所述的振动发电器；

对来自上述振动发电器的交流输出电压进行整流并将其变换为直流电压的整流电路；

将从上述整流电路输出的直流电压变换为规定的电压电平的电压变换电路；

在不需要来自振动发电装置的输出的情况下，蓄积由振动发电器发出的电力的蓄电电路；

将来自上述电压变换电路或者上述蓄电电路的输出电压控制为规定的电压的电压控制电路；和

将输送来自上述电压变换电路的输出的电路切换为蓄电电路或者电压控制电路的输出切换电路。

16.根据权利要求15所述的振动发电装置，其中，

来自上述电压变换电路的输出电压被设定为高于来自上述电压控制电路的输出电压。

17.一种通信装置，其包括权利要求15所述的发电装置。

18.根据权利要求17所述的通信装置，其中，

还包括电池。

19.根据权利要求1～12的任意一项所述的驻极体电极，其中，

上述第1绝缘膜和上述第2绝缘膜由缓和相互的成膜时的应力的材料形成。

20.一种驻极体电极，具有：

并排配置的多个导电膜；

并排配置在上述多个导电膜的正上方并保持了电荷的多个氧化硅膜；

按照覆盖上述氧化硅膜的上表面以及侧面的方式形成的第4绝缘膜；和

绝缘膜，配置在上述多个导电膜与上述多个氧化硅膜之间，包括层叠体，该层叠体层叠了第1绝缘膜与第2绝缘膜并使上述第1绝缘膜位于靠近上述导电膜的一侧，

上述多个导电膜，仅在保持上述电荷的多个硅氧化膜所处区域的下方，分割为多个形成，

上述多个导电膜，周围被上述第1绝缘膜覆盖，

上述多个导电膜的宽度，比上述第1绝缘膜的宽度窄，

上述多个绝缘膜的各自的侧面没有被其他导电膜或其他绝缘膜覆盖。

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