CN111049415A - 振动发电元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够调整重锤的质量且容易使重锤的质量在预定的设定值内的振动发电元件。振动发电元件(1)具备：具有多个梳齿电极(110)的固定电极部(111)；具有多个梳齿电极(120)的可动电极部(12)；固定于可动电极部(12)的重锤(10a、10b)；以及能够安装用于追加调整重锤的质量调整用重锤(105、170)的调整重锤安装用构造(Mb)。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动发电元件。
背景技术
近年来，开发出一种利用MEMS技术的非常小型的振动发电元件。例如，专利文献1中，通过使形成有梳齿电极的可动部相对于形成有梳齿电极的固定部振动来进行发电。在这样的振动发电元件中，为了即使在较小的环境振动中也能高效地发电，使可动部的质量更大是重要的，在专利文献1所记载的振动发电元件中，采用在可动部上装配另外形成的重锤的构造。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利6338071号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上述专利文献1中未记载能够调整重锤的质量的内容。若重锤的质量有偏差则振动发电元件的共振频率变化，从而振动发电元件的发电效率变差。
用于解决课题的方案
本发明的一个方式的振动发电元件具备：固定电极部，其具有多个梳齿电极；可动电极部，其具有多个梳齿电极；重锤，其固定于上述可动电极部；以及调整重锤安装用构造，其能够安装用于追加调整上述重锤的质量调整用重锤。
发明的效果如下。
根据本发明，容易使重锤的质量在预定的设定值内。
附图说明
图1是示出封入在真空封装体内的振动发电元件的图。
图2是示出振动发电元件的各部分的结构的图。
图3是说明振动平面内的重心位置的偏移的图。
图4是说明与振动平面垂直的方向的位置偏移的图。
图5是用于示出可动电极部与重锤的接合构造的第一实施方式，是图1所示的可动电极部和重锤的分解图。图5中，可动电极部是从上方观察到的图，重锤是从下方侧观察到的立体图。
图6是从上表面侧观察图5所示的重锤的立体图。
图7是示出图6所示的可动电极部与重锤的接合构造的剖视图。
图8是示出振动发电元件的MEMS加工体的形成顺序的一例的图。
图9是示出图8的MEMS加工体的形成顺序之后的工序的图。
图10是重锤的变形例1，图10的(a)是重锤的俯视图，图10的(b)是沿图10的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图10的(c)是沿图10的(a)的中心线L5-L5的剖视图。
图11是重锤的变形例2，图11的(a)是重锤的俯视图，图11的(b)是沿图11的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图11的(c)是沿图11的(a)的中心线L5-L5的剖视图。
图12是重锤的变形例3，图12的(a)是重锤的俯视图，图12的(b)是沿图12的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图12的(c)是沿图12的(a)的中心线L5-L5的剖视图。
图13示出重锤的第二实施方式，图13的(a)是重锤的俯视图，图13的(b)是沿图13的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图13的(c)是沿图13的(a)的中心线L5-L5的剖视图。
图14是沿图13的(a)的中心线L6-L6的剖视图，示出在重锤安装有调整用重锤的状态。
图中：
1—振动发电元件，10a～10f—重锤(重物)，12—可动电极部，13—弹性支撑部，102—定位突起，105—调整用重锤，110—梳齿电极，111—固定电极部，114—连接部，114a—突起，120—梳齿电极，121—中央带部，123—定位用贯通孔，161、161a～161c—带状部，162、162a～162c—平板状部，170—调整用重锤，171、171xy、171x1～171x4、171y1～171y4—凹部，Fm—重锤固定面，L1—线，L2、L3、L4—中心线，Mb—调整重锤安装用构造，G、G1、G2—重心位置。
具体实施方式
－第一实施方式－
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是示出封入在真空状态的封装件2内的振动发电元件1的图，图1的(a)是俯视图，图1的(b)是A-A剖视图。此外，图1的(a)的俯视图中，为了清楚封装件2的内部构造，省略了设于封装件2的上表面侧(z轴正方向侧)的上盖3的图示。
振动发电元件1具备固定部11、可动电极部12、弹性支撑可动电极部12的弹性支撑部13、以及固定于可动电极部12的表背两面的一对重锤10a、10b。振动发电元件1的固定部11通过芯片焊接而固定于封装件2。封装件2例如由电绝缘性的材料(例如陶瓷)形成。在封装件2的上端，缝焊有用于对封装件2内进行真空密封的上盖3。
在固定部11上形成有固定电极部111，并在该固定电极部111且在y轴方向上形成有多个沿x轴方向延伸的梳齿电极110。在可动电极部12且在y轴方向上形成有多个沿x轴方向延伸的梳齿电极120。详细而言，可动电极部12具有沿x轴方向延伸的中央带部121(参照图1的(b))、和从中央带部121的x轴方向的中心分别向y轴正方向及y轴负方向延伸的支部122。一般而言，xy面内的中央带部121的x轴方向的中心与可动电极部12的重心位置一致。在可动电极部12的各支部122，在y轴方向上隔开预定间隔地排列有多个梳齿电极120。沿x轴方向延伸的多个梳齿电极110与从各支部122延伸的梳齿电极120配置为在y轴方向上经由缝隙而相互啮合。在固定电极部111形成有电极焊盘112。
可动电极部12经由弹性支撑部13而与形成在固定部11上的连接部114机械式连接以及电连接。在连接部114形成有电极焊盘113。电极焊盘112、113通过缆线22而与设于封装件2的电极21a、21b连接。在本实施方式中，可动电极部12构成为沿x轴方向振动，若可动电极部12沿x轴方向振动，则梳齿电极120相对于固定电极部111的梳齿电极110的插入量变化来进行发电。重锤10a、10b分别通过粘接等固定于可动电极部12的中央带部121。在重锤10a、10b与可动电极部12的中央带部121的固定部中，也可以在各个重锤10a、10b或者可动电极部12的中央带部121的任一处、设置用于填充粘接剂的粘接材料存积部来进行固定。当考虑通过中央带部121的x轴方向的中心的z方向的轴时，重锤10a、10b固定为各自的重心位置在该轴上。
在重锤10a、10b各自的与可动电极部12侧相反的一面侧，设有用于追加调整重锤的质量调整重锤安装构造Mb。在下文中说明调整重锤安装构造Mb。
图2是示出振动发电元件1的各部分的结构的图。如在下文中说明那样，振动发电元件1使用SOI(Silicon On Insulator)基板并通过一般的MEMS加工技术来形成。SOI基板是由Si的支撑层、SiO2的埋氧化层(BOX层)以及Si的活性层构成的三层构造的基板，固定部11由支撑层形成，固定电极部111、可动电极部12、弹性支撑部13以及连接部114由活性层形成。
图2的(a)是示出振动发电元件1的MEMS加工体、即固定重锤10a、10b前的振动发电元件1的图。图2的(a)中，对固定部11上的固定电极部111和可动电极部12、弹性支撑部13以及连接部114施加阴影线来示出。可动电极部12由四组弹性支撑部13弹性支撑。各弹性支撑部13具备能够弹性变形的三根梁13a～13c。
连接部114还作为限制可动电极部12的x轴方向振动的范围的限制部发挥功能。在连接部114的与可动电极部12对置的面形成有突起114a。通过使可动电极部12的x轴方向端面碰撞到连接部114的突起114a，来限制可动电极部12的振动的振幅。此外，图2的(a)中，突起形成于连接部114，但也可以形成于可动电极部12侧。
图2的(b)是仅示出振动发电元件1的固定部11的图。图2的(b)的在固定部11上示出的阴影线区域11C表示固定有固定电极部111的区域。梁13a的端部固定在固定部11上。图2的(b)的在固定部11上示出的阴影线区域11A表示固定有梁13a的端部的区域。梁13c的端部与形成在固定部11上的连接部114连接。图2的(b)的在固定部11上示出的阴影线区域11B表示固定有连接部114的区域。
在本实施方式的振动发电元件1中，为了增加可动电极部12的质量来进一步提高发电效率，将独立的重锤10a、10b装配于可动电极部12。重锤10a、10b的材料使用比重比SOI基板的比重大的材料，以便即使是较小的体积也能获得较大的质量。例如，使用钨(比重19.25)、易切削铜(比重8.94)、不锈钢(比重7.93)、通过金属注射法来形成的钨部件(比重13～17)等金属、或者如钨树脂(比重11～13)那样在树脂中混入金属材料而成的材料等。
这样，在将另外形成的重锤10a、10b装配于可动电极部12的结构的情况下，可知装配于可动电极部12时的重锤10a、10b的重心位置的偏移会对弹性支撑部13的寿命产生较大的影响。图3及图4是说明重锤10a、10b的重心位置的偏移的影响的图。图3是说明振动平面内(图1的xy平面内)的位置偏移的说明图，图4是说明与振动平面垂直的方向(图1的z轴方向)的位置偏移的图。
图3中，(a)表示适当地进行了定位的情况，(b)表示定位不适当的情况。图3中省略了重锤10a、10b的图示，仅由符号G表示重锤10a、10b的重心位置。图3的(a)、(b)中，线L1是通过连接部114的突起114a的前端并与振动方向(x轴方向)平行的直线。在图3的(a)所示的例子中，xy平面上的重锤10a、10b的重心位置G位于线L1上。因此，由振动对重锤10a、10b的重心作用的力F1的方向成为沿线L1的方向。若可动电极部12碰撞到连接部114的突起114a，则从突起114a对可动电极部12作用反作用的力F2，F1与F2的朝向相反，但方向是沿线L1的方向。因此，不会产生使可动电极部12在xy面内倾斜那样的力矩。
此外，可动电极部12相对于线L1线对称地在y正方向和y负方向上设有可动梳齿组，并且质量也相对于线L1成为线对称。因此，线L1也能够定义为可动电极部12的可动电极组成为线对称的基准线。
另一方面，在图3的(b)所示的定位不适当的情况下，重锤10a、10b的重心位置G相对于线L1向y轴负方向位置偏移。因此，若可动电极部12碰撞到连接部114的突起114a，则由于表示力F1及力F2的矢量不是沿同一线的力，所以作用使可动电极部12如箭头所示地倾斜那样的力矩，从而可动电极部12在xy面内倾斜。其结果，使梁13b产生意料外的变形，成为使梁破损的原因。
图4说明与振动平面垂直的方向的位置偏移，并且图4示出沿图3的(a)的线L1的xz截面。图4是示出碰撞时的状态的图，图4的(a)示出重锤10a、10b的合计质量的重心位置G位于线L1上的情况，图4的(b)示出重心位置G位于比线L1靠图示下侧(z轴负方向侧)的情况。
在重锤10a、10b材料相同且形状相同的情况下，各个重心位置G1、G2的离可动电极部12的高度尺寸相同。因此，即使在有xy平面上的重心位置G1、G2的位置偏移的情况下，重锤10a、10b的合计质量的重心位置G也位于包括线L1在内的xy平面上，从而当可动电极部12碰撞到连接部114的突起114a时，不会产生力矩。
但是，在因重锤10a、10b的形状相互不同等理由而如图4的(b)所示地合计质量的重心位置G相对于线L1在z轴方向上位置偏移的情况下，即使重锤10a、10b相对于可动电极部12在xy方向上的定位适当，当可动电极部12碰撞到连接部114的突起114a时，也产生使可动电极部12如箭头所示地倾斜那样的力矩，从而使梁13b产生意料外的变形。
图5是用于示出可动电极部与重锤的接合构造的第一实施方式，是图1所示的可动电极部和重锤的分解图。图5中，可动电极部是从上方观察到的图，重锤是从下方侧观察到的立体图。并且，图6是从上方观察图5所示的重锤的立体图，图7是示出图6所示的可动电极部与重锤的接合构造的剖视图。
重锤10a和重锤10b的形状相同，从而以下代表地对重锤10a进行说明。
重锤10a具有沿可动电极部12的中央带部121在x轴方向上延伸的带状形状。在重锤10a的靠可动电极部12的中央带部121侧形成有y轴方向的长度(宽度)较小的窄幅部115。在窄幅部115的与可动电极部12面对面的一面115a形成有一对定位突起102。图5中，示出定位突起102呈圆柱形状的例子，但也可以呈棱柱形状。或者也能够呈圆锥形状、棱锥形状。
如图6所示，在重锤10a的上表面侧(z轴正方向侧)设有调整重锤安装用构造Mb。调整重锤安装用构造Mb形成为横截面形状呈长方形且从重锤10a的与一面115a相反的一侧的另一面115b向下方(z轴负方向侧)凹下的凹部。如图7所示，在调整重锤安装用构造Mb内收纳有调整用重锤105。重锤10a的一面115a载置地固定在作为可动电极部12的上表面的重锤固定面Fm(参照图7)上。
图5的标注有符号L2的直线是通过可动电极部12的重心并与y轴平行的中心线，重锤10a以使通过重锤10a的x轴方向的中央的中心线L3包含在包括中心线L2的yz平面内的方式固定于可动电极部12。并且，重锤10a以使通过重锤10a的y轴方向的中央的中心线L4包含在包括图5的线L1的xz平面内的方式固定于可动电极部12。重锤10a的重心位置位于通过中心线L3与中心线L4的交点并与z轴平行的轴上。可动电极部12的重心位置位于线L1与中心线L2的交点。因此，重锤10a的重心位置位于通过可动电极部12的重心位置并与z轴平行的轴上。调整重锤安装用构造Mb相对于中心线L3及中心线L4形成为线对称。调整重锤安装用构造Mb(即凹部)的底面设为与固定重锤10a的作为可动电极部12的上表面的重锤固定面Fm平行。一对定位突起102具有同一形状，并且各定位突起102在与xy面平行的面内的中心位置配置于中心线L3与中心线L4的交点。因此，调整重锤安装用构造Mb在与xy面平行的面内的中心位置与重锤10a及可动电极部12各自在xy面内的重心位置同轴。
这对于重锤10b也相同。即，调整重锤安装用构造Mb在与xy面平行的面内的中心位置与重锤10a、10b及可动电极部12在xy面内的重心位置同轴。换言之，调整重锤安装用构造Mb在与重锤固定面Fm平行的面内的中心位置与重锤10a、10b及可动电极部12各自在与重锤固定面Fm平行的面内的重心位置同轴。
如图5所示，在作为可动电极部12的中央带部121的上表面或者下表面的重锤固定面Fm，分别形成有供定位突起102嵌合的定位用贯通孔123。在使一对定位突起102嵌合于可动电极部12的中央带部121的定位用贯通孔123的状态下，重锤10a、10b分别通过粘接等接合于可动电极部12的中央带部121的重锤固定面Fm。
作为收纳在调整重锤安装用构造Mb内的调整用重锤105，使用混入有微小体的树脂。作为微小体，优选是比重比构成可动电极部12的材料的比重大的材料。作为一例，能够使用与构成上述的重锤10a、10b的材料相同的材料。
由于重锤10a、10b因基于金属模的成型加工时及切削等机械加工时的公差、每批次的周围环境、设定基准位置等变动而产生偏差，所以质量也产生偏差。若因重锤10a、10b的质量的偏差而可动电极部12的质量产生偏差，则导致共振频率变动。
在本实施方式中，在制作出重锤10a或重锤10b后，使用分配器等向形成于重锤10a、10b的调整重锤安装用构造Mb内注入调整用重锤105，能够对重锤10a、10b的质量进行微调。
若水平配置重锤10a、10b的重锤固定面Fm，则由树脂形成的调整用重锤105以均匀的厚度涂覆在调整重锤安装用构造Mb的凹部内。如上所述，调整重锤安装用构造Mb在与xy面平行的面内的中心位置与重锤10a、10b及可动电极部12各自在xy面内的重心位置同轴。并且，调整重锤安装用构造Mb相对于x轴方向的中心线L3及y轴方向的中心线L4形成为线对称。
因此，根据本实施方式，不会使重锤10a、10b的重心位置产生变化，并且容易将重锤10a、10b的质量设定在预定的设定值内。
图8及图9是示出振动发电元件1的MEMS加工体的形成顺序的一例的图。通过MEMS加工技术来从SOI基板形成振动发电元件的方法是公知技术(例如参照日本特开2017-070163号公报等)，此处对形成顺序的概要进行说明。此外，图8及图9中示意性地示出沿图2的(a)的点划线C-C的截面。
图8的(a)是示出作为进行MEMS加工的基板的SOI基板的截面的图。如上所述，SOI基板由Si的支撑层301、SiO2的埋氧化层302以及Si的活性层303构成。在图8的(b)所示的第一步骤中，在活性层303的表面进行氮化膜(SiN膜)304的成膜。在图8的(c)所示的第二步骤中，对氮化膜304刻画图案，从而形成用于保护形成电极焊盘112、113的部位的氮化膜图案304a。
在图8的(d)所示的第三步骤中，形成用于形成可动电极部12、固定电极部111、弹性支撑部13以及连接部114的掩模图案，并对活性层303进行蚀刻。蚀刻加工通过DRIE(DeepReactive Ion Etching：深反应离子刻蚀)等来进行，直至到达埋氧化层302。图8的(d)中，符号B1所示的部分是与固定电极部111对应的部分，符号B2所示的部分是与可动电极部12对应的部分，符号B3所示的部分是与连接部114对应的部分。
在图9的(a)所示的第四步骤中，在支撑层301的表面形成用于形成固定部11的掩模图案，并对支撑层301进行DRIE加工。在图9的(b)所示的第五步骤中，利用强氟酸来除去在支撑层301的一侧及活性层303的一侧露出的SiO2的BOX层。在图9的(c)所示的第六步骤中，通过热氧化法来在Si层的表面形成硅氧化膜305。在图9的(d)所示的第七步骤中，除去氮化膜图案304a，并在除去后的区域进行铝电极的成膜来形成电极焊盘112、113。此外，由于电极焊盘113形成在图9的(d)的范围外，所以在图9的(d)中未显示。
通过上述的加工顺序，来形成未形成驻极体的振动发电元件1的MEMS加工体。之后，通过公知的驻极体形成方法(例如参照日本专利5627130号公报等)来在梳齿电极110、120的至少一方形成驻极体。
振动发电元件1是通过MEMS技术被加工而非常微小的构造体，图1所示的封装件2的纵横尺寸为几cm且高度尺寸为几mm左右。
根据上述实施方式，起到下述效果。
(1)振动发电元件1具备：具有多个梳齿电极110的固定电极部111；具有多个梳齿电极120的可动电极部12；固定于可动电极部12的重锤10a、10b；以及能够安装用于追加调整重锤的质量的调整用重锤105的调整重锤安装用构造Mb。因此，在制作出重锤10a或重锤10b后，向形成于重锤10a、10b的调整重锤安装用构造Mb内注入调整用重锤105来对重锤10a、10b的质量进行微调，能够容易使重锤10a、10b的质量在预定的设定值内。
(2)调整用重锤105由混入有微小体的树脂形成。因此，不会使重心位置产生变化，并且能够将重锤10a、10b的质量设定在预定的设定值内。
(3)在调整用重锤105中混入有金属等比重较大的微小体。因此，即使在制作重锤10a、10b时质量较小的情况下，也能够进行质量的微调。
(4)重锤10a、10b由比重比构成可动电极部12的材料的比重大的材料形成。因此，能够使重锤10a、10b更小，从而能够实现振动发电元件1的小型化。
在上述第一实施方式中，示出重锤10a、10b呈与可动电极部12的中央带部121的形状对应的带状形状的例子。但是，重锤10a、10b也能够呈以下所示的形状。
[重锤的变形例1]
图10是重锤的变形例1，图10的(a)是重锤的俯视图，图10的(b)是沿图10的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图10的(c)是沿图10的(a)的中心线L5-L5的剖视图。
图10所示的重锤10c具有带状部161与平板状部162一体成型的构造。带状部161具有与第一实施方式中的重锤10a、10b相当的形状，并与可动电极部12的中央带部121接合。平板状部162在俯视时呈矩形，并具有比带状部161的面积大的面积。平板状部162具有覆盖固定电极部111的梳齿电极110以及可动电极部12的梳齿电极120的整体或一部分的大小。
通过平板状部162的x轴方向的中央的中心线在xy面内与通过带状部161的x轴方向的中央的中心线一致。也就是说，通过带状部161及平板状部162的x轴方向的中央的中心线成为重锤10c的x轴方向的中心线L5。并且，通过平板状部162的y轴方向的中央的中心线在xy面内与通过带状部161的y轴方向的中央的中心线一致。也就是说，通过带状部161及平板状部162的y轴方向的中央的中心线与通过重锤10c的y轴方向的轴向中央的中心线L6一致。重锤10c以通过重锤10c的y轴方向的中央的中心线L6与线L1在xy面内成为同一位置的方式固定于可动电极部12，线L1是通过连接部114的突起114a并与振动方向(x轴方向)平行的直线。
在重锤10c的带状部161形成有一对定位突起102，并在重锤10c的平板状部162形成有调整重锤用安装用构造Mb。一对定位突起102的中心以及调整重锤用安装用构造Mb的中心配置在中心线L6上。一对定位突起102配置于相对于重锤10c的中心线L5对称的位置。调整重锤用安装用构造Mb的形状相对于重锤10c的中心线L5及重锤10c的中心线L6分别形成为线对称。因此，调整重锤安装用构造Mb在与xy面平行的面内的中心位置与重锤10c及可动电极部12各自在xy面内的重心位置同轴。
图10中，示出重锤10c的平板状部162在俯视时呈矩形的例子。但是，重锤10c相对于中心线L5及中心线L6分别呈对称形状即可，也可以是其它多边形形状。
[重锤的变形例2]
图11是重锤的变形例2，图11的(a)是重锤的俯视图，图11的(b)是沿图11的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图11的(c)是沿图11的(a)的中心线L5-L5的剖视图。
图11所示的重锤10d具有带状部161a与平板状部162a一体成型的构造。带状部161a具有与第一实施方式中的重锤10a、10b相当的形状，并与可动电极部12的中央带部121接合。平板状部162a在俯视时呈圆形，并具有比带状部161a的面积大的面积。平板状部162a具有覆盖固定电极部111的梳齿电极110以及可动电极部12的梳齿电极120的整体或一部分的大小。
在xy面内，平板状部162a的中心与带状部161a的中心一致。也就是说，带状部161a及平板状部162a的中心成为重锤10d的中心。通过重锤10d的y轴方向的中央的中心线L6与线L1在xy面内成为同一位置，该线L1是通过连接部114的突起114a并与振动方向(x轴方向)平行的直线。此外，中心线L5是通过重锤10d的中心并与y轴平行的直线。
在重锤10d的带状部161a形成有一对定位突起102，并在重锤10d的平板状部162a形成有调整重锤用安装用构造Mb。一对定位突起102以及调整重锤用安装用构造Mb的中心配置在中心线L6上。一对定位突起102配置于相对于重锤10d的中心线L5对称的位置。并且，调整重锤用安装用构造Mb的形状相对于重锤10d的中心线L5及中心线L6分别形成为线对称。因此，调整重锤安装用构造Mb在与xy面平行的面内的中心位置与重锤10d及可动电极部12各自在xy面内的重心位置同轴。
[重锤的变形例3]
图12是重锤的变形例3，图12的(a)是重锤的俯视图，图12的(b)是沿图12的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图12的(c)是沿图12的(a)的中心线L5-L5的剖视图。
图12所示的重锤10e具有带状部161b与平板状部162b一体成型的构造。带状部161b具有与第一实施方式中的重锤10a、10b相当的形状，并与可动电极部12的中央带部121接合。平板状部162b在俯视时呈矩形的框形，并具有比带状部161b的面积大的面积。平板状部162b具有覆盖固定电极部111的梳齿电极110以及可动电极部12的梳齿电极120的一部分的大小。
通过平板状部162b的x轴方向的中央的中心线在xy面内与通过带状部161b的x轴方向的中央的中心线一致。也就是说，通过带状部161b及平板状部162b的x轴方向的中央的中心线成为通过重锤10e的x轴方向的中央的中心线L5。并且，通过平板状部162b的y轴方向的中央的中心线在xy面内与通过带状部161b的y轴方向的中央的中心线一致。也就是说，通过带状部161b及平板状部162b的y轴方向的中央的中心线成为通过重锤10e的y轴方向的中央的中心线L6。中心线L6与线L1在xy面内成为同一位置，该线L1是通过连接部114的突起114a并与振动方向(x轴方向)平行的直线。
在重锤10e的带状部161b形成有一对定位突起102，并在重锤10e的平板状部162b形成有调整重锤用安装用构造Mb。一对定位突起102的中心以及调整重锤用安装用构造Mb的中心配置在中心线L6上。一对定位突起102配置于相对于通过重锤10e的x轴方向的中央的中心线L5对称的位置。并且，调整重锤用安装用构造Mb的形状相对于通过重锤10e的x轴方向的中央的中心线L5以及通过y轴方向的中央的中心线L6分别形成为线对称。因此，调整重锤安装用构造Mb在与xy面平行的面内的中心位置与重锤10e及可动电极部12各自在xy面内的重心位置同轴。
作为上述重锤10a、10b的变形例1～3而示例的重锤10c～10e安装在第一实施方式所示的MEMS加工体的可动电极部12上。因此，具备重锤10c～10e的任一个的振动发电元件1都能起到第一实施方式的效果(1)～(4)。
并且，作为上述重锤10a、10b的变形例1～3而示例的重锤10c～10e是在带状部161、161a、161b一体地设有平板状部162、162a、162b的构造。因此，能够使重锤10c～10e的质量比重锤10a、10b大，从而能够更加提高振动发电元件1的发电效率。
－第二实施方式－
图13示出重锤的第二实施方式，图13的(a)是重锤的俯视图，图13的(b)是沿图13的(a)的中心线L6-L6的剖视图，图13的(c)是沿图13的(a)的中心线L5-L5的剖视图。并且，图14是沿图13的(a)的中心线L6-L6的剖视图，示出在重锤安装有调整用重锤的状态。
第二实施方式的重锤10f具有带状部161c与平板状部162c一体成型的构造。带状部161c具有与第一实施方式中的重锤10a、10b相当的形状，并与可动电极部12的中央带部121接合。平板状部162c在俯视时呈矩形，并具有比带状部161c的面积大的面积。平板状部162c具有覆盖固定电极部111的梳齿电极110以及可动电极部12的梳齿电极120的一部分的大小。
通过平板状部162c的x轴方向的中央的中心线在xy面内与通过带状部161c的x轴方向的中央的中心线一致。也就是说，通过带状部161c及平板状部162c的x轴方向的中央的中心线成为通过重锤10f的x轴方向的中央的中心线L5。并且，通过平板状部162c的y轴方向的中央的中心线在xy面内与通过带状部161c的y轴方向的中央的中心线一致。也就是说，通过带状部161c及平板状部162c的y轴方向的中央的中心线成为通过重锤10f的y轴方向的中央的中心线L6。通过重锤10f的y轴方向的中央的中心线L6与线L1在xy面内成为同一位置，该线L1是通过连接部114的突起114a并与振动方向(x轴方向)平行的直线。
在重锤10f的带状部161c形成有一对定位突起102。在重锤10f的平板状部162c形成有调整重锤安装用构造Mb。第二实施方式中的调整重锤安装用构造Mb由多个凹部171构成。即，调整重锤安装用构造Mb由多个分割调整重锤安装用构造构成。图13中，调整重锤安装用构造Mb由等间隔地排列在中心线L6上的凹部171xy、171x1～171x4以及等间隔地排列在中心线L5上的凹部171xy、171y1～171y4构成。凹部171xy设于中心线L5与中心线L6的交点，图13中示例出的调整重锤安装用构造Mb由九个凹部171构成。此外，将凹部171x1～171x4、171xy、171y1～171y4统称为凹部171。如在下文中说明那样，在各凹部171内收纳调整用重锤170(参照图14)。作为调整用重锤170，例如能够使用球状的金属等的小片等。
排列在中心线L6上的凹部171x1和凹部171x2、以及凹部171x3和凹部171x4分别相对于中心线L5线对称地排列。也就是说，在与可动电极部12的固定有重锤10f的重锤固定面Fm(参照图5)平行的面内，作为多个分割调整重锤安装用构造的凹部171x1～171x4相对于通过重锤10f的重心并与可动电极12的梳齿电极120振动的方向正交的方向的直线、即中心线L5，配置为线对称。并且，排列在中心线L5上的凹部171y1和凹部171y2、以及凹部171y3和凹部171y4分别相对于中心线L6线对称地排列。也就是说，在与可动电极部12的固定重锤10f的重锤固定面Fm平行的面内，相对于通过重锤10f的重心并与可动电极12的梳齿电极120振动的方向平行的方向的直线、即中心线L6，作为多个分割调整重锤安装用构造的凹部171y1～171y4配置为线对称。各凹部171的形状及大小相同。
中心线L5与中心线L6的交点是重锤10f在xy面内的重心位置，并与可动电极部12在xy面内的重心位置同轴。
因此，调整重锤安装用构造Mb在与重锤固定面Fm平行的面内的中心位置跟重锤10f及可动电极部12各自在重锤固定面Fm内的重心位置同轴。
参照图14对调整重锤10f的质量的顺序进行说明。
在重锤10f的质量不足的情况下，首先，在凹部171xy内收纳调整用重锤170。在即使在凹部171xy内收纳调整用重锤170，重锤10f的质量还不足的情况下，在凹部171x1内和凹部171x2内收纳调整用重锤170。收纳在凹部171x1内和凹部171x2内的调整用重锤170的质量相同。由此，能够在不改变重锤10f在xy面内的重心位置的情况下增大重锤10f的质量。在即使在凹部171x1内和凹部171x2内收纳调整用重锤170，重锤10f的质量还不足的情况下，在凹部171x3内和凹部171x4内收纳调整用重锤170。收纳在凹部171x3内和凹部171x4内的调整用重锤170的质量相同。这样，能够在不改变重锤10f在xy面内的重心位置的情况下增大重锤10f的质量。
在排列在x轴方向的中心线L5上的凹部171y1～171y4内收纳调整用重锤170的情况下，也与在排列在y轴方向的中心线L6上的凹部171x1～171x4内收纳调整用重锤170的情况相同地进行。即，在即使在凹部171xy内收纳调整用重锤170，重锤10f的质量还不足的情况下，在凹部171y1内和凹部171y2内收纳调整用重锤170。在即使这样重锤10f的质量还不足的情况下，在凹部171y3内和凹部171y4内收纳调整用重锤170。
调整用重锤170向凹部171y1～171y4内的收纳可以在调整用重锤170收纳在所有凹部171x1～171x4内之后进行，也可以交替地进行调整用重锤170向排列在中心线L6上的凹部171x1～171x4内的收纳和调整用重锤170向排列在中心线L5上的凹部171y1～171y4内的收纳。
收纳在各凹部171内的重锤170的质量可以全部相同，也可以质量不同。在将收纳在各凹部171内的调整用重锤170的质量设为不同的情况下，在重锤10f的质量的不足很大程度的情况下，使用质量较大的调整用重锤170，并且在重锤10f的质量的不足变小后，能够使用质量较小的调整用重锤170。这样一来，能够高效地进行重锤10f的质量调整。
在将收纳在各凹部171内的调整用重锤170的质量设为不同的情况下，收纳在线对称的位置的凹部171内的调整用重锤170的质量也相同。也就是说，收纳在凹部171x1和凹部171x2内的调整用重锤170的质量相同，收纳在凹部171x3和凹部171x4内的调整用重锤170的质量相同，收纳在凹部171y1和凹部171y2内的调整用重锤170的质量相同，收纳在凹部171y3和凹部171y4内的调整用重锤170的质量相同。由此，能够在不改变重锤10f在xy面内的重心位置的情况下增大重锤10f的质量。
作为调整用重锤170，也可以使用树脂来代替金属等的小片。作为树脂，与第一实施方式相同，优选在金属中混入有微小体的树脂。并且，也可以使用金属等的小片和树脂这二者。例如在重锤10f的质量的不足很大程度的情况下，使用金属等的小片，在重锤10f的质量的不足很小程度的情况下，注入树脂。
图13中，示出在中心线L5上及中心线L6上排列有凹部171的调整重锤安装用构造Mb的例子。但是，也可以是在中心线L5上或者中心线L6上的任一方排列有凹部171的调整重锤安装用构造Mb。图13中，示出凹部171xy设于中心线L5与中心线L6的交点的构造的例子。但是，也可以是凹部171xy并非设于中心线L5与中心线L6的交点的结构。在该情况下，排列在中心线L5上的凹部171分别相对于中心线L6配置为线对称。并且，排列在中心线L6上的凹部171分别相对于中心线L5配置为线对称。
排列在中心线L5上及中心线L6上的凹部171也可以并非等间隔。但是，使配置于相对于中心线L5或中心线L6线对称的位置的一对凹部171的位置离对称轴距离相等即可。也就是说，凹部171x1和凹部171x2配置于离中心线L5距离相等的位置，凹部171x3和凹部171x4配置于离中心线L5距离相等的位置。并且，凹部171y1和凹部171y2配置于离中心线L6距离相等的位置，凹部171y3和凹部171y4配置于离中心线L6距离相等的位置。
分别排列在中心线L5上及中心线L6上的凹部171的个数不限定于图13中示出的五个，可以是五个以上、或者五个以下。并且，也可以将排列在中心线L5上和中心线L6上的凹部171的个数设为不同的数目。
此外，在上述的实施方式中，由SOI基板形成振动发电元件1，但也可以使用硅基板。在使用硅基板的情况下，例如，通过掺杂在从导电率较小的真性硅基板的表面离开预定厚度的区域内形成P型或N型的导电层，在导电层的下部的真性硅层形成固定部11，并在导电层形成固定电极部111、可动电极部12以及弹性支撑部13即可。
并且，在上述的振动发电元件1中，可动电极部12是在梳齿电极110、120的延伸方向(图1的x轴方向)上振动的结构，但在例如如日本专利6338071号公报所记载的振动发电元件那样在并列设置多个梳齿电极110的方向(图1的y轴方向)上振动那样的结构中，也能够应用本发明。
在上述内容中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明不限定于上述内容。也可以组合上述的各种实施方式及变形例、或者适当地施加变更，在本发明的技术思想的范围内考虑的其它方式也包括在本发明的范围内。
Claims (13)
1.一种振动发电元件，其特征在于，具备：
固定电极部，其具有多个梳齿电极；
可动电极部，其具有多个梳齿电极；
重锤，其固定于上述可动电极部；以及
调整重锤安装用构造，其能够安装用于追加调整上述重锤的质量调整用重锤。
2.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，
上述调整重锤安装用构造设于上述重锤。
3.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，
上述调整重锤安装用构造是设于上述重锤的与固定于上述可动电极部的面侧相反的面侧的凹部。
4.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，
上述重锤固定于上述可动电极部的重锤固定面，
上述调整重锤安装用构造在与上述重锤固定面平行的面内的中心位置与上述重锤及上述可动电极部各自在与上述重锤固定面平行的面内的重心位置同轴。
5.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，
在上述调整重锤安装用构造收纳有调整用重锤。
6.根据权利要求5所述的振动发电元件，其特征在于，
上述调整用重锤由比重比构成上述可动电极部的材料的比重大的材料形成。
7.根据权利要求5所述的振动发电元件，其特征在于，
上述调整用重锤由混入有微小体的树脂形成。
8.根据权利要求7所述的振动发电元件，其特征在于，
上述微小体由比重比构成上述可动电极部的材料的比重大的材料形成。
9.根据权利要求1～8任一项中所述的振动发电元件，其特征在于，
在上述可动电极部中，在上述可动电极部的上述梳齿电极的排列方向的中心部，具有沿与上述梳齿电极的排列方向正交的方向延伸的中央带部，
上述重锤具有沿上述中央带部延伸的带状部、以及平板状部，该平板状部与上述带状部一体设置，且至少覆盖上述固定电极部的上述梳齿电极以及上述可动电极部的上述梳齿电极的一部分。
10.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，
上述调整重锤安装用构造由多个分割调整重锤安装用构造构成。
11.根据权利要求10所述的振动发电元件，其特征在于，
在上述分割调整重锤安装用构造内收纳有作为上述调整用重锤的小片。
12.根据权利要求10所述的振动发电元件，其特征在于，
在与上述可动电极部的固定有上述重锤的重锤固定面平行的面内，上述多个分割调整重锤安装用构造相对于通过上述重锤的重心并与上述可动电极部的上述梳齿电极振动的方向正交的方向的直线配置为线对称。
13.根据权利要求12所述的振动发电元件，其特征在于，
上述多个分割调整重锤安装用构造在上述可动电极部的上述梳齿电极的排列方向以及与上述可动电极部的上述梳齿电极的排列方向正交的方向上分别排列有多个。
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