JP2010011547A - 発電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】平面サイズの小型化が可能な発電デバイスを提供する。
【解決手段】ベース基板１０と、ベース基板１０の一表面側に固着されたフレーム部２１と、フレーム部２１の内側においてベース基板１０から離間して配置された振動子２３と、フレーム部２１の内側で振動子２３を挟む形で配置されフレーム部２１と振動子２３とを連結した一対の支持ばね部２２，２２と、フレーム部２１に設けられた固定電極２４と振動子２３に設けられた可動電極２５とで構成される可変容量コンデンサ２６と、可変容量コンデンサ２６に電圧を印加するエレクトレット３０（電圧印加手段）とを備える。各支持ばね部２２，２２は、フレーム部２１に対して振動子２３が揺動自在となるようにねじれ変形が可能なトーションばねにより構成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動式の発電デバイスに関するものである。

従来から、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスの一種として、車の振動や人の動きによる振動などの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発電デバイスが各所で研究開発されている（例えば、非特許文献１参照）。

ここにおいて、上記非特許文献１に開示された発電デバイスは、図１１に示すように、ベース基板１０’と、ベース基板１０’の一表面側においてベース基板１０’に支持された２つの櫛形状の固定電極２４’，２４’と、ベース基板１０’の上記一表面から離間して２つの固定電極２４’，２４’の間に配置され支持ばね部２２’を介してアンカー部（図示せず）に支持された振動子２３’に設けられた櫛形状の可動電極２５’と、ベース基板１０’における可動電極２５’との対向部位に形成されたエレクトレット３０’とを備えている。なお、上述の発電デバイスは、支持ばね部２２’の剛性が低くなるように設計されている。

上述の発電デバイスでは、固定電極２４’と可動電極２５’とを電極とする可変容量コンデンサ２６’が形成されるから、振動子２３’がベース基板１０’の上記一表面に沿って２つの固定電極２４’，２４’の並設方向（図１１（ｂ）の左右方向）に振動する（図１１（ａ）中の白抜きの矢印は振動子２３’の振動方向を示している）ことにより固定電極２４’と可動電極２５’との間の距離および対向面積が変化し、可変容量コンデンサ２６’の静電容量が変化する。したがって、可変容量コンデンサ２６’と当該可変容量コンデンサ２６’に電圧を印加する電圧印加手段であるエレクトレット３０’との直列回路の両端間に負荷抵抗Ｒを接続しておけば、可変容量コンデンサ２６’の静電容量の変化に応じて電荷が移動して電流が発生するから、振動子２３’の振動によって生じる可動子２３’の振動エネルギを電気エネルギに変換することができる。ここにおいて、上述の発電デバイスのエネルギ変換効率を大きくするには、可変容量コンデンサ２６’の静電容量の変化量を大きくすればよい。
T.Sterken,etal,「AN ELECTRET-BASEDELECTROSTATIC μ-GENERATOR」，TRANSDUCERS ‘03，The 12th International Conference on Solid StateSensors,Actuators and Microsystems,Boston,June 8-12,2003，p.1291-1294

しかしながら、図１１に示した構成の発電デバイスでは、環境に存在する低周波領域（例えば、１０〜５００Ｈｚ程度）の振動数に近い共振周波数を実現するために、支持ばね部２２’の剛性を低くする必要があり、支持ばね部２２’の幅を狭くし、厚みを薄くし、また、全長を長くする必要があるので、振動子２３’の変位が大きくなり、振動子２３’の振動空間が大きくなってしまう。ここで、図１１に示した構成の発電デバイスは、支持ばね部２２’の剛性が低くなるほど共振周波数が小さくなる一方で、振動子２３’の質量が小さくなると共振周波数が大きくなるので、振動子２３’の平面サイズを小さくすることができず、支持ばね部２２’および振動子２３’の可動範囲を含めた占有領域が大きくなるので、デバイス全体の平面サイズが大きくなってしまう。なお、上述の発電デバイスでは、可変容量コンデンサ２６’の静電容量を大きくすることで振動子２３’の振動時の可変容量コンデンサ２６’の静電容量の変化量を大きくすることが考えられ、可動電極２５’と固定電極２４’との距離（以下、電極間距離と称する）を短くすれば可変容量コンデンサ２６’の静電容量を大きくすることができるが、電極間距離を短くしすぎると、プルインの現象が誘発されてしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、平面サイズの小型化が可能な発電デバイスを提供することにある。

請求項１の発明は、ベース基板と、ベース基板の一表面側に固着されたフレーム部と、フレーム部の内側においてベース基板から離間して配置された振動子と、フレーム部の内側で振動子を挟む形で配置されフレーム部と振動子とを連結した一対の支持ばね部と、フレーム部に設けられた固定電極と振動子に設けられた可動電極とで構成される可変容量コンデンサと、可変容量コンデンサに電圧を印加する電圧印加手段とを備え、支持ばね部は、フレーム部に対して振動子が揺動自在となるようにねじれ変形が可能なトーションばねからなることを特徴とする。

この発明によれば、支持ばね部が、フレーム部に対して振動子が揺動自在となるようにねじれ変形が可能なトーションばねからなるので、支持ばね部および可動子がベース基板の一表面に沿った方向に振動するような構成に比べて、支持ばね部および可動子の可動範囲を含めた占有領域を小さくすることができ、平面サイズの小型化が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記固定電極は、平面視櫛形状に形成され、前記可動電極は、前記固定電極の複数の固定櫛歯片に対向する複数の可動櫛歯片を有することを特徴とする。

この発明によれば、固定櫛歯片および可動櫛歯片が形成されていない場合に比べて前記可変容量コンデンサの静電容量を大きくすることができるから、前記振動子の振動時の前記可変容量コンデンサの静電容量の変化量を大きくすることができ、エネルギ変換効率の向上を図れる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記可変容量コンデンサは、前記ベース基板の前記一表面側からの平面視において前記両支持ばね部を結ぶ方向に直交する方向の両側の少なくとも一方に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記振動子の振動時の前記可変容量コンデンサの静電容量の変化量を大きくすることができ、エネルギ変換効率の向上を図れる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記可変容量コンデンサは、前記ベース基板の前記一表面側からの平面視において前記両支持ばね部を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記両支持ばね部を結ぶ方向に直交する方向の両側で前記可動電極と前記固定電極との間に発生する静電引力を相殺することができ、前記可動電極が前記固定電極に静電引力により接触するプルインを抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記電圧印加手段は、エレクトレットからなることを特徴とする。

この発明によれば、前記電圧印加手段がエレクトレットからなるので、前記電圧印加手段として圧電変換素子や２次電池などを用いる場合に比べて、平面サイズの小型化が可能になる。

請求項１の発明では、平面サイズの小型化が可能になるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発電デバイスについて図１を参照しながら説明する。

本実施形態の発電デバイスは、矩形板状のベース基板１０と、ベース基板１０の一表面側に固着されたフレーム部２１と、フレーム部２１の内側においてベース基板１０から離間して配置された矩形板状の振動子２３と、フレーム部２１の内側で振動子２３を挟む形で配置されフレーム部２１と振動子２３とを連結した一対の支持ばね部２２，２２と、フレーム部２１に設けられた固定電極２４と振動子２３に設けられた可動電極２５とで構成される可変容量コンデンサ２６と、可変容量コンデンサ２６に電圧を印加するエレクトレット３０とを備える。なお、本実施形態では、エレクトレット３０が、可変容量コンデンサ２６に電圧を印加する電圧印加手段を構成しているが、電圧印加手段は、エレクトレット３０に限らず、例えば、圧電変換素子や２次電池などでもよい。

フレーム部２１、振動子２３、および支持ばね部２２，２２は、１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成されており、フレーム部２１が接合用の樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）からなる複数（図示例では、６つ）の接合層４１を介してベース基板１０の上記一表面側に接合されている。ここにおいて、フレーム部２１は、平面視コ字状に形成され両脚片の先端面同士が対向する形で配置された２つの枠片部２１ａ，２１ａと、２つの枠片部２１ａ，２１ａの両脚片の先端面同士の間に配置され一端部が振動子２３の外側面に連続一体に連結された各支持ばね部２２，２２それぞれの他端部が内側面に連続一体に連結された２つのアンカー部２１ｂ，２１ｂとで構成されている。要するに、各アンカー部２１ｂ，２１ｂと各枠片部２１ａ，２１ａとの間にはスリット２１ｃが形成されており、各アンカー部２１ｂは、枠片部２１ａとは電気的に絶縁され、振動子２３と同電位になる。また、２つのアンカー部２１ｂ，２１ｂのうちの一方のアンカー部２１ｂにおけるベース基板１側とは反対側の表面に金属膜からなる電極端子Ｔ１が形成されており、電極端子Ｔ１が振動子２３と電気的に接続されている。

上述の固定電極２４は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部２４ａがフレーム部２１の枠片部２１ａの中央片により構成されており、櫛骨部２４ａにおける可動子２３との対向面には多数の固定櫛歯片２４ｂが一対の支持ばね部２２，２２の並設方向に沿って列設されている。一方、可動電極２５は可動子２３により構成されており、固定電極２４の櫛骨部２４ａ側の側面には、固定櫛歯片２４ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２５ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、各固定櫛歯片２４ｂと各可動櫛歯片２５ｂとは互いに離間している。

ベース基板１０は、１枚のシリコン基板１０ａを用いて形成されており、上記一表面側において各固定電極２４の櫛骨部２４ａに対向する各部位に、エレクトレット３０が形成されている。これに対して、フレーム部２１は、固定電極２４の櫛骨部２４ａを兼ねる部位に凹所２７が形成されており、固定電極２４の櫛骨部２４ａとエレクトレット３０との間に空隙５１が形成されている。ここで、エレクトレット３０は、ベース基板１０の上記一表面側に形成したシリコン酸化膜を帯電させることにより形成されており、永久電荷（正電荷）を保持している。ここにおいて、エレクトレット３０となるシリコン酸化膜は、例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法などにより形成すればよい。また、エレクトレット３０は、コロナ放電などによってシリコン酸化膜を帯電させている。

また、ベース基板１０は、他表面側に、上述のエレクトレット３０に電気的に接続される金属膜からなる電極端子Ｔ２が形成されている。

本実施形態の発電デバイスでは、上述のように固定電極２４と可動電極２５とを電極とする可変容量コンデンサ２６が形成されるから、振動子２３が振動することにより固定電極２４と可動電極２５との対向面積が変化し、可変容量コンデンサ２６の静電容量が変化する。ここにおいて、本実施形態の発電デバイスの等価回路は、図２（ａ）に示すように、可変容量コンデンサ２６とエレクトレット３０との直列回路が接続された構成となるから、一対の電極端子Ｔ１，Ｔ２間（つまり、可変容量コンデンサ２６とエレクトレット３０との直列回路の両端間）に負荷抵抗Ｒ（図２（ｂ），（ｃ）参照）を接続しておけば、可変容量コンデンサ２６の静電容量が変化すると、電荷が移動し電流ｉ（図２（ｃ）参照）が流れるから、振動子２３の振動によって生じる可動子２３の振動エネルギを電気エネルギに変換することができる。図２（ｂ），（ｃ）は、本実施形態の発電デバイスの発電原理の説明図であって、同図（ｂ）は振動子２３が変位していない状態での可変容量コンデンサ２６の静電容量をＣ_０、正極側の電荷を＋Ｑ_０、負極側の電荷を−Ｑ_０とし、エレクトレット３０を電圧源Ｖ_ｉｎとして記載してあり、同図（ｃ）は振動子２３が変位した状態での可変容量コンデンサ２６の静電容量をＣ_１、正極側の電荷を＋Ｑ_１、負極側の電荷を−Ｑ_１とし、エレクトレット３０を電圧源Ｖ_ｉｎとし、流れる電流をｉとして記載してある。

ところで、本実施形態の発電デバイスにおける各支持ばね部２２，２２は、ねじれ変形が可能なトーションばね（トーションバー）であって、フレーム部２１および振動子２３に比べて薄肉に形成されており、振動子２３は、フレーム部２１に対して一対の支持ばね部２２，２２の回りで変位可能となっている。つまり、一対の支持ばね部２２，２２は、フレーム部２１に対して振動子２３が揺動自在となるようにフレーム部２１と振動子２３とを連結している。言い換えれば、フレーム部２１の内側に配置される振動子２３は、当該振動子２３から相反する２方向へ延長された２つの支持ばね部２２，２２を介してフレーム部２１に揺動自在に支持されている。ここにおいて、ベース基板１０の上記一表面には、振動子２３の変位空間を確保するための凹部（図示せず）が形成されているが、ベース基板１０に凹部を形成せずに、振動子２３の厚みを薄くすることでベース基板１０側への変位空間を確保するようにしてもよい。

ここで、支持ばね部２２のばね定数をｋ、振動子２３の慣性モーメントをＩとすると、振動子２３の共振周波数（振動数）ｆは、下記数１で表される。

ここにおいて、支持ばね部２２のばね定数ｋは、当該支持ばね部２２の材料（本実施形態では、Ｓｉ）のヤング率をＧとし、支持ばね部２２の寸法に関して、図３（ｂ）に示すように支持ばね部２２の幅をｗ_ｔ、厚さをｔ_ｔ、長さをｌ_ｔとすると、下記数２で表される。

また、振動子２３の慣性モーメントＩは、振動子２３の質量をＭとし、振動子２３の寸法に関して、図３（ａ）に示すように一対の支持ばね部２２，２２の長手方向（両支持ばね部２２，２２を結ぶ方向）に直交する方向の長さをＬ、振動子２３の厚さをＨとすると、下記数３で表される。

また、振動子２３の質量Ｍは、振動子２３の材料の密度をρとし、振動子２３の寸法に関して、図３（ａ）に示すように一対の支持ばね部２２，２２の長手方向に沿った方向の寸法をＷとすると、下記数４で近似できる。

ここで、振動子２３の平面サイズを変えて支持ばね部２２の長さｌ_ｔを種々変化させた場合の共振周波数ｆを上記数１〜４に基づいて求めた結果を図４に示す。図４から、振動子２３および支持ばね部２２，２２の平面サイズを小さくしても、共振周波数を低減でき、また、支持ばね部２２の長さを短くしても低周波領域の共振周波数ｆを実現することができることが分かる。

以上説明した本実施形態の発電デバイスでは、支持ばね部２２，２２が、フレーム部２１に対して振動子２３が揺動自在となるようにねじれ変形が可能なトーションばねからなるので、図１１に示した従来構成のように支持ばね部２２’および可動子２３’がベース基板１０’の上記一表面に沿った方向に振動するような構成に比べて、支持ばね部２２，２２および可動子２３の可動範囲を含めた占有領域を小さくすることができ、平面サイズの小型化が可能となる。

また、本実施形態の発電デバイスでは、固定電極２４が平面視櫛形状に形成され、可動電極２５が固定電極２４の複数の固定櫛歯片２４ｂに対向する複数の可動櫛歯片２５ｂを有しているので、固定櫛歯片２４ｂおよび可動櫛歯片２５ｂが形成されていない場合に比べて可変容量コンデンサ２６の静電容量を大きくすることができるから、振動子２３の振動時の可変容量コンデンサ２６の静電容量の変化量を大きくすることができ、エネルギ変換効率の向上を図れる。

また、本実施形態の発電デバイスでは、可変容量コンデンサ２６が、ベース基板１０の上記一表面側からの平面視において両支持ばね部２２，２２を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成されているが、少なくとも一方に形成されていればよく、いずれの場合も、振動子２３の振動時の可変容量コンデンサ２６の静電容量の変化量を大きくすることができ、エネルギ変換効率の向上を図れる。

ただし、可動電極２５と固定電極２４との間には図５（ａ），（ｂ）それぞれにおいて矢印で示した向きの静電引力が発生するので、両支持ばね部２２，２２を結ぶ方向に直交する方向の両側のうちの一方だけに可変容量コンデンサ２６が形成されている場合には、高電位側の可動電極２５が低電位側の固定電極２４に静電引力により接触するプルインが発生することが考えられる。

これに対して、本実施形態の発電デバイスのように、両支持ばね部２２，２２を結ぶ方向に直交する方向の両側に可変容量コンデンサ２６を形成しておけば、両支持ばね部２２，２２を結ぶ方向に直交する方向の両側で可動電極２５と固定電極２４との間に発生する静電引力を相殺することができ、可動電極２５が固定電極２４に静電引力により接触するプルインを抑制することができる。

また、本実施形態の発電デバイスでは、可変容量コンデンサ２６に電圧を印加する電圧印加手段がエレクトレット３０により構成されているので、電圧印加手段として圧電変換素子や２次電池などを用いる場合に比べて、平面サイズの小型化が可能になる。

（実施形態２）
本実施形態の発電デバイスの基本構成は実施形態１と略同じであり、図６に示すように、ベース基板１０が１枚のガラス基板１０ｂを用いて形成されて上記一表面に当該ベース基板１０側への振動子２３の変位空間を確保する第１の凹部１１が形成され、フレーム部２１におけるベース基板１０側とは反対側に１枚のガラス基板５０ｂを用いて形成された矩形板状のカバー基板５０が固着されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

上述のカバー基板５０は、ベース基板１０と同じ平面サイズに形成されており、ベース基板１０との対向面側に、当該カバー基板５０側への振動子２３の変位空間を確保する第２の凹部（図示せず）が形成されている。

また、本実施形態の発電デバイスは、ベース基板１０の上記一表面側にフレーム部２１を囲む枠状（本実施形態では、矩形枠状）の外フレーム部２８が固着されており、外フレーム部２８がカバー基板５０の外周部の全周に亘って固着されている。ここにおいて、外フレーム部２８は、フレーム部２１、振動子２３、および各支持ばね部２２，２２の基礎となるシリコン基板２０ａの一部により構成されおり、外フレーム部２８およびフレーム部２１は、上記シリコン基板２０ａに適宜加工を施してからベース基板１０に陽極接合により接合した後に分離されている。また、外フレーム部２８およびフレーム部２１は、カバー基板５０と陽極接合により接合されている。なお、カバー基板５０は、ガラス基板に限らず、シリコン基板により構成してもよい。

以上説明した本実施形態の発電デバイスでは、ベース基板１０と外フレーム部２８とカバー基板５０とで気密パッケージが構成されるので、当該気密パッケージ内を真空とすれば、振動子２３の空気によるエアダンピングを防止することができてエネルギ変換効率の向上を図れるとともに、信頼性を高めることができる。

（実施形態３）
以下、本実施形態の発電デバイスについて、図７〜図９を参照しながら説明する。

本実施形態の発電デバイスの基本構成は実施形態１と略同じであり、ベース基板１０が、１枚のガラス基板１０ｂを用いて形成され、フレーム部２１、各支持ばね部２２、および可動子２３が、シリコン基板からなる支持基板２００ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）２００ｂ上にｎ形のシリコン層（活性層）２００ｃｃを有するＳＯＩ基板２００を用いて形成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発電デバイスは、フレーム部２１の各枠片部２１ａ，２１ａおよび各アンカー部２１ｂ，２１ｂそれぞれにおいてシリコン層２００ｃの一部により構成された各部分が絶縁層２００ｂにより電気的に絶縁されるので、上述のスリット２１ｃがシリコン層２００ｃのみに形成されており、フレーム部２１が全体して矩形枠状に形成されている。

また、ベース基板１０は、エレクトレット３０が当該エレクトレット３０の表面が上記一表面よりもやや後退するように形成されており（具体的には、ベース基板１０の上記一表面側においてエレクトレット３０の形成領域を上記一表面からエレクトレット３０の厚み分よりもやや多くエッチングして後退させてある）、上記他表面側に形成された電極端子Ｔ２が、ガラス基板１０ｂの厚み方向に貫通した貫通配線１３を介してエレクトレット３０と電気的に接続されている。

また、本実施形態の発電デバイスは、ベース基板１０の上記一表面側に、フレーム部２１の各枠片部２１ａ，２１ａおよび各アンカー部２１ｂ，２１ｂそれぞれにおいてシリコン層２００ｃの一部により構成された各部分が陽極接合により接合されている。ここで、ベース基板１０には、アンカー部２１ｂに電気的に接続されている電極端子Ｔ１を露出させる切欠部１４が形成されている。

以上説明した本実施形態の発電デバイスでは、ＳＯＩ基板２００を用いてフレーム部２１、振動子２３および各支持ばね部２２，２２を形成してあるので、実施形態１に比べて各支持ばね部２２，２２の厚み寸法の精度を高めることができ、振動子２３の共振周波数の精度を高めることができる。

（実施形態４）
図１０（ｆ）に示す本実施形態の発電デバイスの基本構成は実施形態３と略同じであり、ベース基板１０の上記一表面側に、フレーム部２１の各枠片部２１ａ，２１ａおよび各アンカー部２１ｂ，２１ｂそれぞれにおいてシリコン層２００ｃの一部により構成された各部分が接合用の樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）からなる接合層４１を介して接合されている点などが相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

また、本実施形態の発電デバイスでは、ベース基板１０の上記一表面側においてエレクトレット３０直下に金属膜からなる内部電極１５を形成してあり、当該内部電極１５が貫通配線１３を介して電極端子Ｔ２と電気的に接続されている。

以下、本実施形態の発電デバイスの製造方法について図１０を参照しながら説明するが、振動子２３、フレーム部２１および両支持ばね部２２，２２を有する振動子形成基板を形成する（ａ１）〜（ｅ１）の一連の工程と、ベース基板１０を形成する（ａ２）〜（ｄ２）の一連の工程との順序は特に限定するものではない。なお、図１０における（ａ１）〜（ｅ１）は図７のＡ−Ａ’断面に対応する断面を示し、（ａ２）〜（ｄ２）は図９のＢ−Ｂ’断面に対応する断面を示している。

まず、（ａ１）〜（ｅ１）の一連の工程について説明する。

図１０（ａ１）に示すＳＯＩ基板２００の一表面上に電極端子Ｔ１を形成する電極形成工程を行うことによって、図１０（ｂ１）に示す構造を得る。電極形成工程では、例えば、電極端子Ｔ１の基礎となる金属膜をスパッタ法や蒸着法やＣＶＤ法などによりＳＯＩ基板２００の上記一表面側の全面に形成してから、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上記金属膜をパターニングすることにより上記金属膜の一部からなる電極端子Ｔ１を形成すればよい。

上述の電極形成工程の後、ＳＯＩ基板２００のシリコン層２００ｃにおいてスリット２１ｃに対応する部位、フレーム部２１と振動子２３との間の部位、可動電極２５と固定電極２４との間の部位を、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ＳＯＩ基板２００の上記一表面側からエッチングするシリコン層パターニング工程を行うことによって、図１０（ｃ１）に示す構造を得る。

その後、ＳＯＩ基板２００の絶縁層２００ｂにおいてフレーム部２１と振動子２３との間の部位、可動電極２５と固定電極２４との間の部位を、ＳＯＩ基板２００の上記一表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１０（ｄ１）に示す構造を得る。

その後、ＳＯＩ基板２００の支持基板２００ａにおいてフレーム部２１と振動子２３との間の部位、可動電極２５と固定電極２４との間の部位、各支持ばね部２２，２２直下の部位を、ＳＯＩ基板２００の他表面側からエッチングする支持基板パターニング工程を行うことによって、図１０（ｅ１）に示す構造の振動子形成基板を得る。

次に、（ａ２）〜（ｄ２）の一連の工程について説明する。

図１０（ａ２）に示すガラス基板１０ｂの一表面側に例えばサンドブラス法により凹部（以下、変位空間形成用凹部と称する）１１を形成するとともに切欠部１４に対応する部位、貫通配線１３用の貫通孔１２に対応する部位それぞれに凹部１４ａ，１２ａを形成する第１のサンドブラスト工程を行うことによって、図１０（ｂ２）に示す構造を得る。

その後、サンドブラスト法によりガラス基板１０ｂに切欠部１４、貫通孔１２を形成する第２のサンドブラスト工程を行うことによって、図１０（ｃ２）に示す構造を得る。

その後、ガラス基板１０ｂの貫通孔１２内に貫通配線１３を形成する貫通配線形成工程を行ってから、電極端子Ｔ２および内部電極１５を形成する電極形成工程を行うことによって、図１０（ｄ２）に示す構造のベース基板１０を得る。

上述の振動子形成基板とベース基板１０とをそれぞれ形成した後、ベース基板１０にエレクトレット３０を形成してから、振動子形成基板とベース基板１０とをエポキシ樹脂などからなる接合層４１を介して接合することにより、図１０（ｆ）に示す構造の発電デバイスを得る。

以上説明した本実施形態の発電デバイスでは、上述の振動子形成基板とベース基板１０とをエポキシ樹脂などからなる接合層４１を介して接合しているので、両者を陽極接合により接合する場合に比べて、接合時にエレクトレット３０の特性劣化を抑制することができる。

実施形態１を示す概略斜視図である。 同上を示し、（ａ）は等価回路図、（ｂ），（ｃ）は動作説明図である。 同上の要部説明図である。 同上の特性説明図である。 同上の要部説明図である。 実施形態２を示す概略分解斜視図である。 実施形態３を示す概略分解斜視図である。 同上の概略斜視図である。 同上におけるカバー基板の概略斜視図である。 実施形態４の製造方法を説明するための主要工程概略断面図である。 従来例を示し、（ａ）は一部破断した概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。

符号の説明

１０ ベース基板
１０ａ シリコン基板
２０ａ シリコン基板
２１ フレーム部
２２ 支持ばね部
２３ 振動子
２４ 固定電極
２４ｂ 固定櫛歯片
２５ 可動電極
２５ 可動櫛歯片
２６ 可変容量コンデンサ
３０ エレクトレット（電圧印加手段）
５１ 空隙
Ｔ１，Ｔ２ 電極端子

Claims (5)

1. ベース基板と、ベース基板の一表面側に固着されたフレーム部と、フレーム部の内側においてベース基板から離間して配置された振動子と、フレーム部の内側で振動子を挟む形で配置されフレーム部と振動子とを連結した一対の支持ばね部と、フレーム部に設けられた固定電極と振動子に設けられた可動電極とで構成される可変容量コンデンサと、可変容量コンデンサに電圧を印加する電圧印加手段とを備え、支持ばね部は、フレーム部に対して振動子が揺動自在となるようにねじれ変形が可能なトーションばねからなることを特徴とする発電デバイス。
2. 前記固定電極は、平面視櫛形状に形成され、前記可動電極は、前記固定電極の複数の固定櫛歯片に対向する複数の可動櫛歯片を有することを特徴とする請求項１記載の発電デバイス。
3. 前記可変容量コンデンサは、前記ベース基板の前記一表面側からの平面視において前記両支持ばね部を結ぶ方向に直交する方向の両側の少なくとも一方に形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発電デバイス。
4. 前記可変容量コンデンサは、前記ベース基板の前記一表面側からの平面視において前記両支持ばね部を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成されてなることを特徴とする請求項３記載の発電デバイス。
5. 前記電圧印加手段は、エレクトレットからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発電デバイス。

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