JP2011024278A - Method of manufacturing oscillating power generating element, and power generation element - Google Patents

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Tetsuya Kanekawa
哲也 金川
Kohei Takahashi
講平 高橋
Naoko Aizawa
直子 相澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an oscillating power generating element which has substantially the same power generation performance as conventional power generating elements and does not use high-cost manufacturing processes. <P>SOLUTION: First, an oscillating part 201 is formed by forming an electrode 102, which includes an electret material on one main surface of an Si substrate 101 with which SiO<SB>2</SB>created at the surface (S101). A spring material layer 104 is formed via a peeling layer 901 to a support board 900 through application (S102). Here, a photosensitive material is used for the spring material layer 104. A frame part 141, a central island 142, and a spring part 143 are integrally formed from the spring material layer 104 by photolithography and selective etching (S103). An oscillating section 201 is bonded to the central island 142 by an adhesive or the like (S104). An oscillating layer 11 is formed by peeling off the supporting board 900 (S105). A base layer 16 is formed (S106) and an electrode 102 is charged with a charge (S107), and then the oscillating layer 11 and the base layer 16 are stuck together at a specified interval (S108). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、振動を電気信号に変換する振動発電素子の製造方法および振動発電素子に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a vibration power generation element that converts vibration into an electric signal, and the vibration power generation element.

従来、エレクトレット素子を用いて振動を電気信号に変換して発電する振動発電素子が、特許文献1や非特許文献1に示すように、各種研究、公開されている。   Conventionally, as shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, various studies and publications have been made on vibration power generation elements that generate electricity by converting vibrations into electrical signals using electret elements.

このような従来のエレクトレット素子を用いた振動発電素子は、次に示すような工程で製造される。図20は、従来の振動発電素子の製造フローを示す図である。   Such a vibration power generation element using the conventional electret element is manufactured by the following process. FIG. 20 is a diagram showing a manufacturing flow of a conventional vibration power generation element.

まず、図20(A)に示すように、所定面積からなるSi基板101の一方主面上に、平面視して長方形の電極102をNiやAuを用いて配列形成する。さらに、電極102の表面にエレクトレット材料を形成する。   First, as shown in FIG. 20A, on the one main surface of a Si substrate 101 having a predetermined area, rectangular electrodes 102 in a plan view are arrayed using Ni or Au. Further, an electret material is formed on the surface of the electrode 102.

次に、図20(B)に示すように、Si基板101に対して、後にバネ材料を充填するための凹部103を形成する。この際、凹部103は、Si基板101を、RIE方式を用いてディープエッチングすることにより形成される。   Next, as shown in FIG. 20B, a recess 103 for filling a spring material later is formed in the Si substrate 101. At this time, the recess 103 is formed by deep etching the Si substrate 101 using the RIE method.

次に、図20(C)に示すように、凹部103にバネ材料であるパレリン104を蒸着法を用いて充填する。   Next, as shown in FIG. 20C, the recesses 103 are filled with the parallel material 104, which is a spring material, by vapor deposition.

次に、図20(D)に示すように、Si基板101の電極102が形成された中央部の所定領域と周辺部とを残し、パレリン104が露出するように、Si基板101を再度ディープエッチングする。これにより、開口部105が形成され、当該開口部105にパレリン104によるバネが形成される。   Next, as shown in FIG. 20D, the Si substrate 101 is deep-etched again to leave the predetermined region and the peripheral portion of the Si substrate 101 where the electrodes 102 are formed, and to expose the parylene 104. To do. As a result, an opening 105 is formed, and a spring formed by the parylene 104 is formed in the opening 105.

次に、図20(E)に示すように、電極102のエレクトリック材料に対してコロナ放電等で、電荷をチャージする。以上の工程により振動層11が形成される。   Next, as shown in FIG. 20E, electric charge is applied to the electric material of the electrode 102 by corona discharge or the like. The vibration layer 11 is formed by the above process.

次に、図20(F)に示すように、別途形成したベース層12と振動層11とを、それぞれの層に形成した電極同士が対向し、所定距離離間するように、側壁部材13により貼り付ける。以上の工程により、エレクトレットを用いた振動発電素子が形成される。   Next, as shown in FIG. 20F, the base layer 12 and the vibration layer 11 that are separately formed are attached by the side wall member 13 so that the electrodes formed in the respective layers face each other and are separated by a predetermined distance. wear. Through the above steps, a vibration power generation element using an electret is formed.

特開2005−529574号公報JP 2005-529574 A

堤野 匠、鈴木 雄二、笠木 伸英、柏木 王明、森澤 義富著、「大変形MEMS振動構造を有したエレクトレット発電器の開発」、日本機械学会、第12回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集、2007.6.14,15Tsutsumi Takumi, Suzuki Yuji, Kasaki Nobuhide, Kashiki Noriaki, Morisawa Yoshitomi, “Development of Electret Generator with Large Deformation MEMS Vibrating Structure”, Proceedings of 12th Symposium on Power and Energy Technology, Japan Society of Mechanical Engineers, 2007 6.14, 15

しかしながら、従来の発電素子の製造方法では、Si基板を、まずパレリン充填用の凹部を形成するためにRIE法等を用いてディープエッチングした上に、さらに、充填したパレリンを露出させるために再度ディープエッチングしなければならない。このようなSi基板のディープエッチングは、非常に高価な装置を必要とし、高コストな製造工程になってしまう。さらに、パレリンを蒸着する工程も同様に、高コストな製造工程である。このため、従来の製造方法で製造した発電素子は、必然的に高価なものとなる。   However, in the conventional method for producing a power generating element, the Si substrate is first deep-etched using the RIE method or the like in order to form a recess for filling the parylene, and then deepened again to expose the filled parylene. Must be etched. Such deep etching of the Si substrate requires a very expensive apparatus, and is an expensive manufacturing process. Furthermore, the process of depositing parelin is also a high-cost manufacturing process. For this reason, the power generating element manufactured by the conventional manufacturing method is inevitably expensive.

したがって、本発明の目的は、高価な製造工程を用いることなく、従来の発電素子と略同じ発電性能が得られる振動発電素子の製造方法、および当該製造方法で製造される振動発電素子を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vibration power generation element that can obtain substantially the same power generation performance as a conventional power generation element without using an expensive manufacturing process, and a vibration power generation element manufactured by the manufacturing method. There is.

この発明は、振動電極が形成された振動層と固定電極が形成されたベース層とを備える振動発電素子の製造方法に関するものである。この振動発電素子の製造方法では、絶縁性基板表面に振動電極を形成して振動部を形成する工程と、バネ材料層に振動部を配設して振動層を形成する工程と、絶縁性基板表面に固定電極を形成してベース層を形成する工程と、振動層とベース層とを振動電極と固定電極とが対向するように貼り合わせる工程と、を有する。   The present invention relates to a method for manufacturing a vibration power generation element including a vibration layer in which a vibration electrode is formed and a base layer in which a fixed electrode is formed. In this method of manufacturing a vibration power generation element, a step of forming a vibration part by forming a vibration electrode on the surface of the insulating substrate, a step of forming a vibration layer by disposing the vibration part on the spring material layer, and an insulating substrate Forming a base layer by forming a fixed electrode on the surface; and bonding the vibration layer and the base layer so that the vibration electrode and the fixed electrode face each other.

この製造方法では、振動部を形成する絶縁性基板をディープエッチングすることなく、エッチングが容易なバネ材料層を加工することで、振動層のバネ性が得られる。これにより、高価な絶縁性基板をディープエッチングする装置を必要とせず、比較的安価で汎用の装置で振動発電素子を製造することができる。   In this manufacturing method, the spring property of the vibration layer can be obtained by processing a spring material layer that can be easily etched without deep etching the insulating substrate forming the vibration part. Accordingly, a vibration power generation element can be manufactured with a relatively inexpensive and general-purpose apparatus without requiring an apparatus for deep etching an expensive insulating substrate.

また、この発明の振動発電素子の製造方法における振動層を形成する工程は、振動部が接着される中央島部と、固定設置される枠体部と、該中央島部と枠体部とを繋ぐバネ部とからなるバネ材料層を形成する工程と、中央島部、枠体部およびバネ部が形成された後に、中央島部に振動部を接着する工程と、を有する。   Further, the step of forming the vibration layer in the method for manufacturing a vibration power generating element of the present invention includes a central island part to which the vibration part is bonded, a frame part fixedly installed, and the central island part and the frame part. A step of forming a spring material layer including a connecting spring portion, and a step of bonding the vibrating portion to the central island portion after the central island portion, the frame body portion, and the spring portion are formed.

この製造方法は、上述の製造方法の具体的な工程を示すものであり、まずバネ材料層のバネ部を形成した後に、振動部を接着する。   This manufacturing method shows a specific process of the above-described manufacturing method. First, after forming the spring portion of the spring material layer, the vibrating portion is bonded.

また、この発明の振動発電素子の製造方法における振動層を形成する工程は、平板のバネ材料層に振動部を配設する工程と、振動部が配設された平板のバネ材料層に対して、振動部が配設される中央島部と、固定設置される枠体部と、該中央島部と枠体部とを繋ぐバネ部とを形成する工程と、を有する。   Further, the step of forming the vibration layer in the method of manufacturing a vibration power generation element of the present invention includes the step of disposing the vibration part on the flat spring material layer and the flat spring material layer on which the vibration part is disposed. And a step of forming a central island portion in which the vibration portion is disposed, a frame body portion fixedly installed, and a spring portion connecting the central island portion and the frame body portion.

この製造方法も、上述の製造方法の具体的な工程を示すものであり、こちらは、まずバネ材料層に振動部を配設した後に、バネ部を形成する。   This manufacturing method also shows the specific steps of the above-described manufacturing method. In this method, first, the vibrating portion is formed on the spring material layer, and then the spring portion is formed.

このようにいずれの製造方法を用いても、簡素な工程で振動発電素子の製造することができる。   As described above, the vibration power generation element can be manufactured by a simple process regardless of which manufacturing method is used.

また、この発明の振動発電素子の製造方法における振動層を形成する工程は、振動部がバネ材料層に少なくとも部分的に埋め込まれるように配設される。   The step of forming the vibration layer in the method for manufacturing a vibration power generation element of the present invention is arranged so that the vibration part is at least partially embedded in the spring material layer.

この製造方法では、振動部がバネ材料層に埋め込まれることで、振動発電素子を低背化することができる。   In this manufacturing method, the vibration power generation element can be reduced in height by embedding the vibration portion in the spring material layer.

また、この発明の振動発電素子の製造方法における振動層を形成する工程は、振動部が中央島部に埋め込まれるのみでなく、枠体部にも絶縁性基板が埋め込まれるように配設される。   Further, the step of forming the vibration layer in the method for manufacturing the vibration power generation element of the present invention is arranged so that the vibration part is not only embedded in the central island part but also the insulating body is embedded in the frame part. .

この製造方法では、枠体部にリジッドな絶縁性基板の一部が埋め込まれることで、機械的強度が向上する。これにより、より信頼性の高い振動発電素子を容易に製造することができる。   In this manufacturing method, the mechanical strength is improved by embedding a part of the rigid insulating substrate in the frame portion. Thereby, a vibration power generating element with higher reliability can be easily manufactured.

また、この発明の振動発電素子の製造方法における振動層を形成する工程は、振動部と枠体部の絶縁性基板とを繋ぐ橋梁部とから形成される形状でバネ材料層に配設する工程と、中央島部と枠体部とバネ部とを形成する工程の後に橋梁部を除去する工程と、を有する。   The step of forming the vibration layer in the method for manufacturing a vibration power generating element of the present invention is a step of disposing the spring layer in a shape formed from a bridge portion that connects the vibration portion and the insulating substrate of the frame portion. And a step of removing the bridge portion after the step of forming the central island portion, the frame body portion, and the spring portion.

この製造方法では、上述の枠体部に絶縁性基板が埋め込まれた振動発電素子を製造する、より具体的な製造方法を示す。このように、橋梁部を設けておくことで、振動部と枠体部の絶縁基板とを同時に配置することができる。   This manufacturing method shows a more specific manufacturing method for manufacturing a vibration power generation element in which an insulating substrate is embedded in the above-described frame body. Thus, by providing the bridge portion, the vibration portion and the insulating substrate of the frame portion can be disposed at the same time.

また、この発明の振動発電素子の製造方法では、バネ材料層の中央島部の対向する両主面に振動部を接着する工程と、両主面に接着された振動部のそれぞれに対向するように、振動層に対して2つのベース層を貼り合わせる工程と、を有する。   Further, in the method for manufacturing a vibration power generating element of the present invention, the step of bonding the vibrating portion to both opposing main surfaces of the central island portion of the spring material layer and the vibrating portion bonded to both the main surfaces are opposed to each other. And bonding the two base layers to the vibration layer.

また、この発明の振動発電素子の製造方法では、絶縁性基板の両主面に振動電極を形成する工程と、絶縁性基板の両主面に形成された振動電極にそれぞれ対向するように、振動層に対して、2つのベース層を貼り合わせる工程と、を有する。   In the method for manufacturing a vibration power generating element of the present invention, the vibration electrode is formed so as to face the vibration electrodes formed on both main surfaces of the insulating substrate and the vibration electrodes formed on both main surfaces of the insulating substrate. Bonding two base layers to the layer.

これらの製造方法では、振動電極と固定電極との組が、素子内に2つできるので、発電量を向上させることができる。   In these manufacturing methods, two sets of the vibration electrode and the fixed electrode can be formed in the element, so that the power generation amount can be improved.

また、この発明の振動発電素子の製造方法では、バネ材料層には感光性材料を用い、バネ材料層の中央島部と枠体部とバネ部とを形成する工程はフォトリソグラフィ法を用いる。   In the method for manufacturing a vibration power generation element of the present invention, a photosensitive material is used for the spring material layer, and a photolithography method is used for forming the central island portion, the frame body portion, and the spring portion of the spring material layer.

この製造方法では、バネ材料層のパターニングに、汎用のフォトリソグラフィを用いることができるとともに、バネ材料層に感光性材料を用いることで、バネ材料層のパターニングの際にレジストを必要としない。これにより、さらに簡素な工程且つ低コストで振動発電素子を製造することができる。   In this manufacturing method, general-purpose photolithography can be used for patterning the spring material layer, and a photosensitive material is used for the spring material layer, so that no resist is required for patterning the spring material layer. Thereby, a vibration electric power generation element can be manufactured at a further simple process and low cost.

また、この発明の振動発電素子の製造方法では、バネ材料層のバネ部を、当該バネ部の伸びる方向の中心に対して点対称な折り返しを有する形状で形成し、該折り返し部分の先端を丸みを有する形状で形成する。   Further, in the method for manufacturing a vibration power generation element of the present invention, the spring portion of the spring material layer is formed in a shape having a fold-back that is point-symmetric with respect to the center in the extending direction of the spring portion, and the tip of the fold-back portion is rounded. It is formed in a shape having

この製造方法では、バネ部を応力に強い形状に形成することができる。これにより、信頼性の高い振動発電素子を製造することができる。   In this manufacturing method, the spring portion can be formed into a shape that is resistant to stress. Thereby, a highly reliable vibration power generation element can be manufactured.

また、この発明は、振動電極が形成された振動層と固定電極が形成されたベース層とを備える振動発電素子に関するものである。この振動発電素子は、振動部を有する振動層とベース層とを備える。振動部は、絶縁性基板表面に振動電極が形成されてなる。振動層は、バネ材料層と振動層とからなり、バネ材料層は、感光性材料からなり、中央島部と枠体部と、該中央島部および枠体部を繋ぐバネ部とからなる。そして、この中央島部に振動部が配設される。ベース層は、絶縁性基板表面に固定電極が形成された形状からなり、該固定電極が振動電極に対向して配置されるように、前記振動部の前記枠体部と貼り付けられている。   The present invention also relates to a vibration power generation element including a vibration layer in which a vibration electrode is formed and a base layer in which a fixed electrode is formed. This vibration power generation element includes a vibration layer having a vibration part and a base layer. The vibration part is formed by forming a vibration electrode on the surface of the insulating substrate. The vibration layer includes a spring material layer and a vibration layer. The spring material layer includes a photosensitive material, and includes a central island portion, a frame body portion, and a spring portion that connects the central island portion and the frame body portion. And a vibration part is arrange | positioned in this center island part. The base layer has a shape in which a fixed electrode is formed on the surface of the insulating substrate, and is affixed to the frame body portion of the vibration portion so that the fixed electrode is disposed to face the vibration electrode.

この構成では、感光性材料のバネ材料層が用いられており、このような汎用のフォトリソグラフィで加工可能なバネ材料層に振動部が配設されているので、低コストな製造方法により製造される低コストな振動発電素子を実現することができる。   In this configuration, a spring material layer of a photosensitive material is used, and the vibration part is disposed in the spring material layer that can be processed by such general-purpose photolithography, so that it is manufactured by a low-cost manufacturing method. A low-cost vibration power generation element can be realized.

この発明によれば、従来と同様の特性を有する振動発電素子を、従来よりも簡素な工程で低コストに製造することができる。これにより、従来と同様の特性で安価な振動発電素子を実現することができる。   According to this invention, the vibration power generation element having the same characteristics as the conventional one can be manufactured at a low cost by a simpler process than the conventional one. Thereby, an inexpensive vibration power generation element having the same characteristics as the conventional one can be realized.

本発明の第1の実施形態に係る振動発電素子の構成を示す側面断面図および平面図である。It is side surface sectional drawing and top view which show the structure of the vibration electric power generation element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 1st Embodiment. 図2に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 図2に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 第2の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 2nd Embodiment. 図5に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 第3の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 3rd Embodiment. 図7に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 第4の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 4th Embodiment. 図9に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 第5の実施形態に係る振動発電素子の構成を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the structure of the vibration electric power generation element which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 5th Embodiment. 図12に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 第6の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 6th Embodiment. 図14に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 第7の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 7th Embodiment. 図16に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 第8の実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the vibration electric power generation element of 8th Embodiment. 図18に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the vibration electric power generation element formed with the manufacturing flow shown in FIG. 従来の振動発電素子の製造フローを示す図である。It is a figure which shows the manufacture flow of the conventional vibration electric power generation element.

本発明の第1の実施形態に係る振動発電素子および振動発電素子の製造方法について、図を参照して説明する。   A vibration power generation element and a method for manufacturing the vibration power generation element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、振動発電素子の構成について図1を参照して説明する。図1(A)は本実施形態の振動発電素子1の構成を示す側面断面図であり、図1(B)は本振動発電素子1の平面図である。なお、図1(B)はカバー層17を除いた状態での平面図である。   First, the configuration of the vibration power generation element will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a side sectional view showing the configuration of the vibration power generation element 1 of the present embodiment, and FIG. 1B is a plan view of the vibration power generation element 1. FIG. 1B is a plan view with the cover layer 17 removed.

振動発電素子1は、振動層11、ベース層16とが側壁部材13により所定間隔で離間された構造を有する。振動層11のベース層16と対向する側には、カバー層17が側壁部材13により、振動層11から所定間隔離間された状態で配置されている。   The vibration power generation element 1 has a structure in which the vibration layer 11 and the base layer 16 are separated by a sidewall member 13 at a predetermined interval. On the side of the vibration layer 11 facing the base layer 16, a cover layer 17 is disposed with a predetermined distance from the vibration layer 11 by the side wall member 13.

振動層11は、バネ材料層104と振動部201とを備える。バネ材料層104は、ポリマー材等からなる樹脂、より好ましくは感光性樹脂からなる。バネ材料層104は、側壁部材13に接合する枠体形状のバネ枠体部141、層の中央に配置された平面視して振動部201と略同じ面積からなる中央島部142、および、バネ枠体部141と中央島部142とを繋ぐバネ部143とを備える。この構造により、中央島部142は、バネ枠体部141の内部領域において振動可能に設置されている。   The vibration layer 11 includes a spring material layer 104 and a vibration part 201. The spring material layer 104 is made of a resin made of a polymer material or the like, more preferably a photosensitive resin. The spring material layer 104 includes a frame-shaped spring frame portion 141 joined to the side wall member 13, a central island portion 142 having substantially the same area as the vibrating portion 201 arranged in the center of the layer, and a spring A spring portion 143 that connects the frame body portion 141 and the central island portion 142 is provided. With this structure, the central island part 142 is installed so as to be able to vibrate in the inner region of the spring frame part 141.

振動部201は、表面にSiO等の酸化層を形成したSi基板101を備え、当該Si基板101の一主面には、電極102が複数配列形成されている。各電極102は、平面視して長方形からなり、下地金属としてTiやAuが形成され、当該下地電極上にエレクトレット材料が形成されている。そして、このエレクトレット材料は、コロナ放電等により電荷がチャージされている。これら複数配列されている電極102は、配線電極106により電気的に接続されている。このような構造の振動部201は、バネ材料層104の中央島部141の一方主面(図1(A)での下面)に、電極102の形成されていない面が、接着剤を用いて接着されている。また、この振動部201の電極102および配線電極106は、バネ材料層104の中央島部141に形成したスルーホール107およびバネ部143に形成された引き回し電極108により外部へ接続可能になっている。 The vibration unit 201 includes a Si substrate 101 having an oxide layer such as SiO 2 formed on the surface, and a plurality of electrodes 102 are formed on one main surface of the Si substrate 101. Each electrode 102 has a rectangular shape in plan view, Ti and Au are formed as a base metal, and an electret material is formed on the base electrode. The electret material is charged by corona discharge or the like. The plurality of arranged electrodes 102 are electrically connected by wiring electrodes 106. In the vibration part 201 having such a structure, the surface on which the electrode 102 is not formed is formed on one main surface (the lower surface in FIG. 1A) of the central island portion 141 of the spring material layer 104 using an adhesive. It is glued. In addition, the electrode 102 and the wiring electrode 106 of the vibrating portion 201 can be connected to the outside by a through hole 107 formed in the central island portion 141 of the spring material layer 104 and a lead-out electrode 108 formed in the spring portion 143. .

ベース層16は、表面にSiO等の酸化層を形成したSi基板601を備える。Si基板601には、振動部201のSi基板101の電極102の下地金属と同様の電極602が形成されている。これら複数配列されている電極602は、配線電極606により電気的に接続されており、さらにSi基板601に形成されたスルーホール607により外部へ接続可能になっている。なお、電極602の一部にエレクトレット材料を形成しても良い。 The base layer 16 includes a Si substrate 601 having an oxide layer such as SiO 2 formed on the surface. An electrode 602 similar to the base metal of the electrode 102 of the Si substrate 101 of the vibration unit 201 is formed on the Si substrate 601. The plurality of arranged electrodes 602 are electrically connected by wiring electrodes 606, and can be connected to the outside by through holes 607 formed in the Si substrate 601. Note that an electret material may be formed on part of the electrode 602.

カバー層17は、例えば、単にSi基板701からなる平板部材とする。   For example, the cover layer 17 is simply a flat plate member made of the Si substrate 701.

このような構造の振動発電素子1は、次の原理で発電する。まず、外部から振動が加わっていない状態では、図1に示すように、振動層11の電極102とベース層16の電極602とが略全体で対向する状態にある。この状態では、電極102と電極602には、エレクトレット材料にチャージした電荷に対応して、略全体が対向状態であることに準じた電荷が誘導されている。   The vibration power generation element 1 having such a structure generates power on the following principle. First, in a state where no vibration is applied from the outside, as shown in FIG. 1, the electrode 102 of the vibration layer 11 and the electrode 602 of the base layer 16 are substantially opposed to each other. In this state, the electrode 102 and the electrode 602 are induced to have a charge corresponding to the substantially opposite state corresponding to the charge charged to the electret material.

次に、外部から振動が加わると、振動層11のバネ部材104のバネ部143が伸縮(形状変化)して電極102と電極602との対向面積が変化する。このような対向面積の変化により、電極102,602で誘導可能な電荷量は変化するので、当該変化量に応じて図示しない配線パターンから電荷が放出される。そして、さらなる振動等により、このような電荷の放出が繰り返されることで、交流電流を得ることができる。   Next, when vibration is applied from the outside, the spring portion 143 of the spring member 104 of the vibration layer 11 expands and contracts (changes in shape), and the facing area between the electrode 102 and the electrode 602 changes. Since the amount of charge that can be induced by the electrodes 102 and 602 changes due to the change in the facing area, charges are released from a wiring pattern (not shown) according to the amount of change. An alternating current can be obtained by repeating the discharge of such charges by further vibration or the like.

次に、本実施形態の振動発電素子1の製造方法について、図2〜図4を参照して説明する。
図2は、本実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。
図3、図4は、図2に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、以下の説明では、振動層11を形成した後に、ベース層16およびカバー層17を形成する例を示すが、ベース層16およびカバー層17の形成は、振動層11とは個別に行えるので、振動層11の形成工程よりも、先でも後でも、平行して別途行ってもよい。なお、図3、図4では、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。
Next, the manufacturing method of the vibration electric power generation element 1 of this embodiment is demonstrated with reference to FIGS.
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element of this embodiment.
3 and 4 are diagrams schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. In the following description, an example in which the base layer 16 and the cover layer 17 are formed after the vibration layer 11 is formed is shown. However, the base layer 16 and the cover layer 17 can be formed separately from the vibration layer 11. Further, it may be performed separately in parallel before or after the step of forming the vibration layer 11. 3 and 4, the through hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 are not shown.

まず、振動部201を形成する(図2:S101)。具体的には、図3(A)に示すように、複数の振動部201が配列形成可能な面積からなる表面にSiOを形成したSi基板101’に対して、それぞれの振動部201を構成する配列された複数の電極102を形成する。ここで、各電極102の形成は、下地金属の形成と、エレクトレット材料の形成とからなる。下地金属の形成は、フォトリソグラフィ、ウェットエッチング等を用いて、図3(A)に示すように平面視して長方形パターンが配列されるようにAuとTiとを順次形成する。例えば、Auは200nm程度の厚み、Tiは5nm程度の厚みで形成する。そして、エレクトレット材料の形成は、まず、アモルファスフッ素樹脂からなるエレクトレット材料膜を所定厚み(例えば15μm程度)塗布した後に、電極102に対応する領域をレジストでマスクし、酸素プラズマ等によりエッチングする。これにより、電極102の下地金属Au/Ti上にのみエレクトレット材料が形成される。なお、各電極102の形状は、上述の長方形状に限るものでなく、振動によりベース層16の電極との対向面積が変化するような形状であればよい。また、Si基板101’には必要に応じてスルーホール(図1の符号107参照)が形成されおり、配列された長方形パターンの電極102は、必要に応じてその一部が配線電極(図1の符号106参照)により電気的に接続され、これら電極がスルーホールに接続されている。 First, the vibration part 201 is formed (FIG. 2: S101). Specifically, as shown in FIG. 3A, each vibrating part 201 is configured with respect to the Si substrate 101 ′ on which SiO 2 is formed on the surface having an area where a plurality of vibrating parts 201 can be formed. A plurality of arranged electrodes 102 are formed. Here, formation of each electrode 102 consists of formation of a base metal and formation of an electret material. For the formation of the base metal, Au and Ti are sequentially formed by using photolithography, wet etching, or the like so that a rectangular pattern is arranged in a plan view as shown in FIG. For example, Au is formed with a thickness of about 200 nm, and Ti is formed with a thickness of about 5 nm. The electret material is formed by first applying an electret material film made of an amorphous fluororesin to a predetermined thickness (for example, about 15 μm), then masking a region corresponding to the electrode 102 with a resist, and etching with oxygen plasma or the like. Thereby, an electret material is formed only on the base metal Au / Ti of the electrode 102. Note that the shape of each electrode 102 is not limited to the above-described rectangular shape, and may be any shape that changes the area of the base layer 16 facing the electrode due to vibration. Further, through holes (see reference numeral 107 in FIG. 1) are formed in the Si substrate 101 ′ as necessary, and a part of the arranged rectangular pattern electrodes 102 are wiring electrodes (see FIG. 1). These electrodes are connected to the through holes.

ここで、下地電極やエレクトレット材料は、上述のものに限らず、振動発電素子1として所望とする特性が得られるものであれば良い。また、これら下地金属やエレクトレット材料の形成方法も上述のフォトリソグラフィ、エッチングに限るものではない。また、基板もSi基板に限られるものではなく、他の絶縁基板を用いてもよい。   Here, the base electrode and the electret material are not limited to those described above, and any material can be used as long as desired characteristics can be obtained as the vibration power generation element 1. Moreover, the formation method of these base metals and electret materials is not restricted to the above-mentioned photolithography and etching. Further, the substrate is not limited to the Si substrate, and other insulating substrates may be used.

次に、図3(B)に示すように、所定面積からなるSi基板101と当該Si基板101上に配列形成された電極102とからなる振動部201毎の寸法に切り分ける。   Next, as shown in FIG. 3B, the size is divided into dimensions for each vibration unit 201 including the Si substrate 101 having a predetermined area and the electrodes 102 arranged and formed on the Si substrate 101.

次に、バネ材料層104を形成する(図2:S102)。具体的には、まず、支持基板900を用意し、図3(C)に示すように、当該支持基板900の一主面上に所定厚みで剥離層901を形成する。支持基板900は、安価なガラス基板等を用いるとよい。剥離層901は、例えば、PMGI(ポリメチルグルタルイミド)等の剥離液で溶解可能な材料を用いる。そして、さらに、図3(C)に示すように、剥離層901の表面(支持基板900と反対側の面)に、ポリマー材等からなる樹脂、より好ましくは感光性樹脂を塗布し硬化させる。この際、塗布厚は、後述の工程で形状が形成されるバネ部143が所望の強度となる厚みに設定される。そして、塗布方法としては、印刷法、ディップコート法等を用いる。   Next, the spring material layer 104 is formed (FIG. 2: S102). Specifically, first, a support substrate 900 is prepared, and a release layer 901 is formed with a predetermined thickness on one main surface of the support substrate 900 as illustrated in FIG. As the support substrate 900, an inexpensive glass substrate or the like may be used. For the release layer 901, for example, a material that can be dissolved by a release solution such as PMGI (polymethylglutarimide) is used. Further, as shown in FIG. 3C, a resin made of a polymer material or the like, more preferably a photosensitive resin, is applied to the surface of the release layer 901 (the surface opposite to the support substrate 900) and cured. At this time, the coating thickness is set to a thickness at which the spring portion 143 whose shape is formed in a later-described process has a desired strength. As a coating method, a printing method, a dip coating method, or the like is used.

次に、バネ材料層104をパターニングして、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図2:S103)。具体的には、図3(D)に示すように、バネ材料層104におけるバネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を除く部分をエッチングにより除去する。このエッチングには、フォトリソグラフィを用いる。ここで、バネ材料層104を感光性を有さない樹脂で形成する場合には、レジスト剤を塗布した上で、マスク感光とエッチング処理により、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する。このような、製造方法を用いると、従来技術のような高価なRIE法によるディープエッチングを用いることなく、バネ部143を形成することができる。   Next, the spring material layer 104 is patterned to integrally form the spring frame 141, the central island 142, and the spring 143 (FIG. 2: S103). Specifically, as shown in FIG. 3D, portions of the spring material layer 104 excluding the spring frame portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143 are removed by etching. Photolithography is used for this etching. Here, in the case where the spring material layer 104 is formed of a resin having no photosensitivity, after applying a resist agent, the mask frame portion 141, the central island portion 142, and the spring are applied by mask exposure and etching. The part 143 is integrally formed. When such a manufacturing method is used, the spring portion 143 can be formed without using deep etching by an expensive RIE method as in the prior art.

さらに、バネ材料層104を感光性樹脂で形成しておけば、レジスト剤を用いることなく、マスク感光とエッチング処理のみにより、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する。このような製造方法により、さらにレジストを用いず、レジスト塗布の工程を省略することができるので、より簡素且つ安価にバネ部143を形成することができる。   Further, if the spring material layer 104 is formed of a photosensitive resin, the spring frame body portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143 are integrated by using only mask exposure and etching without using a resist agent. To form. According to such a manufacturing method, the resist coating process can be omitted without using a resist, so that the spring portion 143 can be formed more simply and inexpensively.

ここで、バネ部143のパターン形状は、バネ部の中心から振動方向(図3(D)における横方向)に対して垂直に延び、中央島部142と同程度の長さとなる位置で折り返して、バネ枠体部141、中央島部142と接続される形状である。このような構造とすることで、バネ部143が点対称形状となり、樹脂の内部応力によるバネの歪みを低減できる。また、折り返し部分の先端形状に丸みをもたせることで、応力の集中を緩和し、バネの耐久性を向上させることができる。なお、バネの長さは、上記の長さ(図3(D)参照)に限らず、所定のバネ定数が得られる長さに設定すればよい。   Here, the pattern shape of the spring part 143 extends perpendicularly from the center of the spring part with respect to the vibration direction (lateral direction in FIG. 3D), and is folded back at a position having the same length as the central island part 142. The shape is connected to the spring frame part 141 and the central island part 142. With such a structure, the spring part 143 has a point-symmetric shape, and the distortion of the spring due to the internal stress of the resin can be reduced. Moreover, by concentrating the tip shape of the folded portion, stress concentration can be relaxed and the durability of the spring can be improved. Note that the length of the spring is not limited to the above length (see FIG. 3D), and may be set to a length that provides a predetermined spring constant.

また、図3では省略されているが、図1に示すように、バネ部143に引き回し電極を形成する場合であれば、当該バネ材料層104の表面に導電性材料を塗布等により配設して、バネ部143と同様にパターン形成すればよい。   Although omitted in FIG. 3, as shown in FIG. 1, in the case where a lead electrode is formed on the spring portion 143, a conductive material is disposed on the surface of the spring material layer 104 by coating or the like. The pattern may be formed in the same manner as the spring portion 143.

次に、バネ材料層104の中央島部142へ振動部201を接着する(図2:S104)。具体的には、図3(E)に示すように、パターニングしたバネ材料層104の中央島部142の剥離層901の反対側の面に振動部201を接着時により接着する。この際、振動部201は、電極102の形成面と反対側の面が中央島部142に当接するように配置される。   Next, the vibration part 201 is bonded to the central island part 142 of the spring material layer 104 (FIG. 2: S104). Specifically, as shown in FIG. 3E, the vibrating part 201 is bonded to the surface of the central island 142 of the patterned spring material layer 104 opposite to the peeling layer 901 by bonding. At this time, the vibration part 201 is disposed such that the surface opposite to the surface on which the electrode 102 is formed is in contact with the central island part 142.

次に、図3(F)に示すように、バネ材料層104と振動部201とからなる複合部材を、NMP(N−メチル−ピロリドン)に浸漬させることで、支持基板900から剥離し、振動層11を形成する(図2:S105)。   Next, as shown in FIG. 3F, the composite member composed of the spring material layer 104 and the vibration part 201 is immersed in NMP (N-methyl-pyrrolidone), so that it peels off from the support substrate 900 and vibrates. Layer 11 is formed (FIG. 2: S105).

次に、図4(A)に示すように、ベース層16を形成する(図2:S106)。ベース層16は、上述の振動部201における表面にSiOを形成したSi基板101およびエレクトレット材料を除く電極102の形成方法と同じ方法で形成される。すなわち、Si基板601の表面に、導電性材料からなり、電極102と平面視形状からなる電極602を形成する。さらに、ベース層16のSi基板601には、図4では省略されているが、振動部と同様に、電極602を電気的に接続する配線電極606や、これら電極を外部接続するためのスルーホール607が形成されている(図1参照)。なお、ベース層16では、Si基板601に限ることなく、他のリジットな絶縁性材料の基板であっても良く、電極602の材料もTi/Auを必ず用いる必要はない。また、ここでは、配線電極606とスルーホール607を用いて外部接続用の電極を形成する例を示したが、他の方法で外部接続用の電極を形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 4A, the base layer 16 is formed (FIG. 2: S106). The base layer 16 is formed by the same method as the formation method of the electrode 102 excluding the Si substrate 101 and the electret material on which SiO 2 is formed on the surface of the vibration unit 201 described above. That is, an electrode 602 made of a conductive material and having a shape in plan view with the electrode 102 is formed on the surface of the Si substrate 601. Further, in the Si substrate 601 of the base layer 16, although omitted in FIG. 4, similarly to the vibrating portion, a wiring electrode 606 that electrically connects the electrode 602 and a through hole for externally connecting these electrodes. 607 is formed (see FIG. 1). The base layer 16 is not limited to the Si substrate 601 and may be a substrate of other rigid insulating material, and the electrode 602 is not necessarily made of Ti / Au. Here, an example in which the electrode for external connection is formed using the wiring electrode 606 and the through hole 607 is shown, but the electrode for external connection may be formed by other methods.

次に、図4(B)に示すように、ベース層16のSi基板601の周端領域に、例えばスクリーン印刷法を用いて、半田ペーストを所定厚み(例えば100μm程度)形成することで側壁部材13の元を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, the side wall member is formed by forming a solder paste with a predetermined thickness (for example, about 100 μm) in the peripheral edge region of the Si substrate 601 of the base layer 16 by using, for example, a screen printing method. Form 13 elements.

次に、図4(C)に示すように、振動層11の電極102とベース層16の電極602とを所定間隔で対向させてコロナ放電を行うことで、電極102のエレクトレット材料に電荷をチャージする(図2:S107)。ここで、放電条件としては、例えば、放電電圧8kVで、加速電圧は600Vとする。なお、この放電条件も、電極102,602の材料やチャージ電荷量等により適宜設定すればよい。   Next, as shown in FIG. 4C, the electret material of the electrode 102 is charged by performing corona discharge with the electrode 102 of the vibration layer 11 and the electrode 602 of the base layer 16 facing each other at a predetermined interval. (FIG. 2: S107). Here, as discharge conditions, for example, the discharge voltage is 8 kV and the acceleration voltage is 600 V. This discharge condition may also be set as appropriate depending on the material of the electrodes 102 and 602, the charge charge amount, and the like.

次に、図4(D)に示すように、振動層11とベース層16とを側壁部材13を用いて貼り合わせ、図4(E)に示すように、カバー層17と振動層11とを別の側壁部材13を用いて貼り合わせる(図2:S108)。この際、振動層11の各電極102とベース層16の各電極602とが所定間隔で離間し且つそれぞれの主面が対向するように、振動層11とベース層16とを貼り合わせる。この貼り合わせ方法は、例えばリフロー処理を用いる。他の方法としては、側壁部材13に接着剤を用いて振動層11とベース層16を接着してもよい。   Next, as shown in FIG. 4D, the vibration layer 11 and the base layer 16 are bonded together using the side wall member 13, and as shown in FIG. 4E, the cover layer 17 and the vibration layer 11 are bonded together. Bonding is performed using another side wall member 13 (FIG. 2: S108). At this time, the vibration layer 11 and the base layer 16 are bonded so that the electrodes 102 of the vibration layer 11 and the electrodes 602 of the base layer 16 are spaced apart from each other at a predetermined interval and the main surfaces thereof face each other. This bonding method uses, for example, a reflow process. As another method, the vibration layer 11 and the base layer 16 may be bonded to the side wall member 13 using an adhesive.

以上のような製造方法を用いることで、振動発電素子1を形成することができる。この際、従来のような特殊で高コストな工程を用いることなく、簡素で且つ低コストな工程のみで振動発電素子を製造することができる。したがって、従来品と同等の特性を得ながら安価な振動発電素子を形成することができる。   By using the manufacturing method as described above, the vibration power generation element 1 can be formed. At this time, the vibration power generation element can be manufactured only by a simple and low-cost process without using a special and expensive process as in the prior art. Therefore, an inexpensive vibration power generation element can be formed while obtaining characteristics equivalent to those of the conventional product.

次に、第2の実施形態に係る振動発電素子の製造方法について、図を参照して説明する。図5は、本実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。図6は、図5に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態は、振動層11の形成方法が、第1の実施形態と異なるのみで、振動層11をベース層16およびカバー層17と貼り合わせる工程は同じであるので、異なる製造工程のみを説明する。なお、図6でも、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。   Next, a method for manufacturing a vibration power generation element according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element of this embodiment. FIG. 6 is a diagram schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. In this embodiment, the method for forming the vibration layer 11 is different from that of the first embodiment, and the process for bonding the vibration layer 11 to the base layer 16 and the cover layer 17 is the same. Will be explained. In FIG. 6, the through hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 are not shown.

まず、図6(A)に示すように、最終形態としてのバネ材料層104の外周面積と同じ面積からなる表面にSiOを形成したSi基板101を用意し、当該Si基板101の一方主面の略中央の領域に複数の電極102を配列形成する(図5:S201)。これらの電極102の形成方法は、第1の実施形態と同じであり、この工程により仮の振動部が形成される。 First, as shown in FIG. 6 (A), a Si substrate 101 in which SiO 2 is formed on the surface having the same area as the outer peripheral area of the spring material layer 104 as the final form is prepared, and one main surface of the Si substrate 101 is prepared. A plurality of electrodes 102 are arrayed in a substantially central region (FIG. 5: S201). The formation method of these electrodes 102 is the same as that of the first embodiment, and a temporary vibration part is formed by this process.

次に、図6(B)に示すように、Si基板101における電極102の形成面と反対側の面に、バネ材料層104を塗布形成する(図5:S202)。この際、図6(C)に示すように、Si基板101の電極102の形成面にレジスト800を塗布する。   Next, as shown in FIG. 6B, the spring material layer 104 is applied and formed on the surface of the Si substrate 101 opposite to the surface on which the electrodes 102 are formed (FIG. 5: S202). At this time, as shown in FIG. 6C, a resist 800 is applied to the formation surface of the electrode 102 of the Si substrate 101.

次に、図6(D)に示すように、バネ材料層104をパターニングし、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図5:S203)。   Next, as shown in FIG. 6D, the spring material layer 104 is patterned to integrally form the spring frame 141, the central island 142, and the spring 143 (FIG. 5: S203).

次に、図6(E)に示すように、レジスト800を用いたフォトリソグラフィ法により、振動部201となる領域以外のSi基板101をエッチングし、レジスト800を除去することで、図6(F)に示すように振動層11を形成する(図5:S204)。   Next, as illustrated in FIG. 6E, the Si substrate 101 other than the region to be the vibration portion 201 is etched by a photolithography method using the resist 800, and the resist 800 is removed, whereby FIG. ), The vibration layer 11 is formed (FIG. 5: S204).

以下、ベース層16を形成し(図5:S205)、電極102のエレクトレット材料に電荷をチャージし(図5:S206)、振動層11、ベース層16、およびカバー層17を貼り合わせる(図5:S207)ことで、振動発電素子を形成する。   Thereafter, the base layer 16 is formed (FIG. 5: S205), the electret material of the electrode 102 is charged (FIG. 5: S206), and the vibration layer 11, the base layer 16, and the cover layer 17 are bonded together (FIG. 5). : S207), thereby forming the vibration power generation element.

このような製造方法であっても、安価に振動発電素子を形成することができる。   Even with such a manufacturing method, the vibration power generation element can be formed at low cost.

次に、第3の実施形態に係る振動発電素子の製造方法について、図を参照して説明する。図7は、本実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。図8は、図7に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態は、振動層11において振動部201がバネ材料層104に埋まる構造であり、この構造に伴う形成方法が、第1の実施形態と異なるのみで、振動層11をベース層16およびカバー層17と貼り合わせる工程は同じであるので、異なる製造工程のみを説明する。なお、図8でも、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。   Next, a method for manufacturing a vibration power generation element according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element of this embodiment. FIG. 8 is a diagram schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. The present embodiment has a structure in which the vibration portion 201 is embedded in the spring material layer 104 in the vibration layer 11. The formation method associated with this structure is different from that of the first embodiment, and the vibration layer 11 is replaced with the base layer 16. Since the process of bonding to the cover layer 17 is the same, only different manufacturing processes will be described. In FIG. 8, the through hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 are not shown.

まず、図8(A),(B)に示すように、表面にSiOを形成したSi基板101と配列形成された電極102とからなる振動部201を形成する。この振動部201の形成方法は、第1の実施形態と同じである(図7:S301)。 First, as shown in FIGS. 8A and 8B, a vibrating portion 201 is formed that includes a Si substrate 101 having SiO 2 formed on the surface and electrodes 102 arranged in an array. The formation method of this vibration part 201 is the same as 1st Embodiment (FIG. 7: S301).

次に、図8(C)に示すように、振動部201と支持基板900とを剥離剤901を介して接着する(図7:S302)。この際、振動部201は、電極102の形成面側が支持基板900側となるように配置される。なお、この工程で利用する支持基板900および剥離剤901も第1の実施形態でバネ材料層104を形成する際に利用したものと同じであればよい。   Next, as shown in FIG. 8C, the vibration part 201 and the support substrate 900 are bonded via a release agent 901 (FIG. 7: S302). At this time, the vibration unit 201 is disposed such that the formation surface side of the electrode 102 is on the support substrate 900 side. The support substrate 900 and the release agent 901 used in this step may be the same as those used when forming the spring material layer 104 in the first embodiment.

次に、図8(D)に示すように、剥離層901表面、すなわち支持基板900の振動部201を接着した側に、バネ材料層104を塗布により形成する(図7:S303)。この際、バネ材料層104は、振動部201を完全に覆う厚みで、且つ最終形態としてのバネ部143が所望の強度となる厚みに設定される。   Next, as shown in FIG. 8D, the spring material layer 104 is formed by coating on the surface of the release layer 901, that is, the side to which the vibrating portion 201 of the support substrate 900 is bonded (FIG. 7: S303). At this time, the spring material layer 104 is set to a thickness that completely covers the vibration portion 201 and a thickness that allows the spring portion 143 as a final form to have a desired strength.

次に、図8(E)に示すように、バネ材料層104をパターニングして、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図7:S304)。このパターニング方法も第1の実施形態と同じ方法を用いればよい。   Next, as shown in FIG. 8E, the spring material layer 104 is patterned to integrally form the spring frame 141, the central island 142, and the spring 143 (FIG. 7: S304). This patterning method may be the same method as in the first embodiment.

次に、図8(F)に示すように、バネ材料層104と振動部201とからなる複合部材を、NMP(N−メチル−ピロリドン)に浸漬させることで、支持基板900から剥離し、振動層11’を形成する(図7:S305)。   Next, as shown in FIG. 8F, the composite member composed of the spring material layer 104 and the vibration part 201 is immersed in NMP (N-methyl-pyrrolidone), so that the support member 900 peels off and vibrates. The layer 11 ′ is formed (FIG. 7: S305).

以下、ベース層16を形成し(図7:S306)、電極102のエレクトレット材料に電荷をチャージし(図7:S307)、振動層11、ベース層16、およびカバー層17を貼り合わせる(図7:S308)ことで、振動発電素子を形成する。   Thereafter, the base layer 16 is formed (FIG. 7: S306), the electret material of the electrode 102 is charged (FIG. 7: S307), and the vibration layer 11, the base layer 16, and the cover layer 17 are bonded together (FIG. 7). : S308), thereby forming the vibration power generation element.

このような製造方法であっても、安価に振動発電素子を形成することができる。さらに、この製造方法を用いることで、振動部201がバネ材料層104に埋まり込む形状になるので、振動層11の厚みを薄くすることができる。これにより、より低背化された振動発電素子を形成することができる。   Even with such a manufacturing method, the vibration power generation element can be formed at low cost. Furthermore, by using this manufacturing method, the vibrating portion 201 is embedded in the spring material layer 104, so that the thickness of the vibrating layer 11 can be reduced. As a result, a vibration power generation element having a lower height can be formed.

次に、第4の実施形態に係る振動発電素子の製造方法について、図を参照して説明する。図9は、本実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。図10は、図9に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態は、第3の実施形態の振動発電素子の振動層11’に対して、バネ枠体部141内にSi枠体部111が埋まる構造であり、この構造に伴う形成方法が、第3の実施形態と異なるのみで、振動層11をベース層16およびカバー層17と貼り合わせる工程は同じであるので、異なる製造工程のみを説明する。なお、図10でも、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。   Next, a method for manufacturing a vibration power generation element according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element of this embodiment. FIG. 10 is a diagram schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. In the present embodiment, the Si frame 111 is embedded in the spring frame 141 with respect to the vibration layer 11 ′ of the vibration power generation element of the third embodiment. Since the process of bonding the vibration layer 11 to the base layer 16 and the cover layer 17 is the same except for the third embodiment, only the different manufacturing processes will be described. In FIG. 10, illustration of the through hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 is omitted.

まず、図10(A)に示すように、最終形態としてのバネ材料層104の外周面積と同じ面積からなる表面SiOを形成したSi基板101を用意し、当該Si基板101の一方主面の略中央の領域に複数の電極102を配列形成する。この工程は第2の実施形態と同じである。このように電極102が形成されたSi基板101に対して、レジストを形成し、フォトリソグラフィ法を用いて、振動部201となる中央領域(図10の101に相当)と、Si枠体部111と、これらを繋ぐ橋梁部112とを残しエッチングする。これにより、図10(B)に示すように、中央領域、Si枠体部111、および橋梁部112からなり、中央領域に電極102が配列形成された振動部201’が形成される(図9:S401)。 First, as shown in FIG. 10A, an Si substrate 101 having a surface SiO 2 having the same area as the outer peripheral area of the spring material layer 104 as a final form is prepared, and one main surface of the Si substrate 101 is prepared. A plurality of electrodes 102 are arranged in a substantially central region. This step is the same as in the second embodiment. A resist is formed on the Si substrate 101 on which the electrode 102 is formed in this way, and a photolithography method is used to form a central region (corresponding to 101 in FIG. 10) to be the vibrating portion 201 and the Si frame body portion 111. Etching is performed while leaving the bridge portion 112 connecting them. As a result, as shown in FIG. 10B, a vibrating portion 201 ′ is formed which is composed of the central region, the Si frame portion 111, and the bridge portion 112 and in which the electrodes 102 are arranged in the central region (FIG. 9). : S401).

次に、図10(C)に示すように、振動部201’と支持基板900とを剥離剤901を介して接着する(図9:S402)。この際、振動部201’は、電極102の形成面側が支持基板900側となるように配置される。なお、この工程で利用する支持基板900および剥離剤901も第3の実施形態で利用したものと同じであればよい。   Next, as shown in FIG. 10C, the vibration part 201 'and the support substrate 900 are bonded via a release agent 901 (FIG. 9: S402). At this time, the vibration part 201 ′ is disposed so that the formation surface side of the electrode 102 is on the support substrate 900 side. Note that the support substrate 900 and the release agent 901 used in this step may be the same as those used in the third embodiment.

次に、図10(D)に示すように、剥離層901表面、すなわち支持基板900の振動部201’を接着した側に、バネ材料層104を塗布により形成する(図9:S403)。この際、バネ材料層104は、振動部201’を完全に覆う厚みで、且つ最終形態としてのバネ部143が所望の強度となる厚みに設定される。   Next, as shown in FIG. 10D, the spring material layer 104 is formed by coating on the surface of the release layer 901, that is, the side to which the vibration part 201 'of the support substrate 900 is bonded (FIG. 9: S403). At this time, the spring material layer 104 is set to a thickness that completely covers the vibration part 201 ′ and a thickness that allows the spring part 143 as a final form to have a desired strength.

次に、図10(E)に示すように、バネ材料層104をパターニングして、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図9:S404)。このパターニング方法も第3の実施形態と同じ方法を用いればよい。   Next, as shown in FIG. 10E, the spring material layer 104 is patterned to integrally form the spring frame 141, the central island 142, and the spring 143 (FIG. 9: S404). The patterning method may be the same method as in the third embodiment.

次に、図10(F)に示すように、Si基板101の剥離層901と反対側の面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて、橋梁部112のみをエッチングにより除去する(図9:S405)。これにより、剥離層901および支持基板900付きの振動層11”が形成される。   Next, as shown in FIG. 10F, a resist is applied to the surface of the Si substrate 101 opposite to the peeling layer 901, and only the bridge portion 112 is removed by etching using a photolithography method (FIG. 9). : S405). Thereby, the peeling layer 901 and the vibration layer 11 ″ with the support substrate 900 are formed.

以下、支持基板900を剥離し(図9:S406)、ベース層16を形成し(図9:S407)、電極102のエレクトレット材料に電荷をチャージし(図9:S408)、振動層11、ベース層16、およびカバー層17を貼り合わせる(図9:S409)ことで、振動発電素子を形成する。   Thereafter, the support substrate 900 is peeled off (FIG. 9: S406), the base layer 16 is formed (FIG. 9: S407), the electret material of the electrode 102 is charged (FIG. 9: S408), the vibration layer 11, the base The layer 16 and the cover layer 17 are bonded together (FIG. 9: S409), thereby forming a vibration power generation element.

このような製造方法であっても、安価に振動発電素子を形成することができる。さらに、この製造方法を用いることで、振動部201がバネ材料層104に埋まり込む形状になるので、振動層11の厚みを薄くすることができる。また、さらに、バネ枠体部141内に、より硬度の高いSi枠体部111が存在するので、特性を劣化させることなく、振動発電素子としての機械的強度を向上することができる。これにより、より低背化された信頼性の高い振動発電素子を形成することができる。   Even with such a manufacturing method, the vibration power generation element can be formed at low cost. Furthermore, by using this manufacturing method, the vibrating portion 201 is embedded in the spring material layer 104, so that the thickness of the vibrating layer 11 can be reduced. Furthermore, since the Si frame body portion 111 having higher hardness exists in the spring frame body portion 141, the mechanical strength as the vibration power generation element can be improved without deteriorating the characteristics. As a result, it is possible to form a vibration power generation element with a reduced height and high reliability.

次に、第5の実施形態に係る振動発電素子および当該振動発電素子の製造方法について図を参照して説明する。図11は、本実施形態の振動発電素子1’の構成を示す側面断面図である。   Next, a vibration power generation element according to a fifth embodiment and a method for manufacturing the vibration power generation element will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a side cross-sectional view showing the configuration of the vibration power generation element 1 ′ of the present embodiment.

本実施形態の振動発電素子1’は、第1の実施形態と比較して、振動層51の対向する両面に電極102がそれぞれ配列形成されている。また、振動層51の一方面(図11における下面)側に下ベース層16Dが配置され、振動層11の他方面(図11における上面)側に上ベース層16Uが配置されている。   In the vibration power generation element 1 ′ of the present embodiment, electrodes 102 are arranged on both opposing surfaces of the vibration layer 51 as compared with the first embodiment. Further, the lower base layer 16D is disposed on one side (lower surface in FIG. 11) side of the vibration layer 51, and the upper base layer 16U is disposed on the other surface (upper surface in FIG. 11) side of the vibration layer 11.

具体的には、振動層11は、バネ材料層104、上振動部201U、下振動部201Dとを有する。バネ材料層104の構造は、第1の実施形態と同じであり、バネ枠体部141、中央島部142およびこれらを繋ぐバネ部143からなる。バネ材料層104の中央島部142の対向する一方主面(図11の中央島部142の下面)には下振動部201Dが接着され、他方主面(図11の中央島部142の上面)には上振動部201Uが接着されている。また、振動層11には、上振動部201Uの電極102および下振動部201Dの電極102を外部へ接続するための配線電極106、スルーホール107および引き回し電極108が形成されている。   Specifically, the vibration layer 11 includes a spring material layer 104, an upper vibration part 201U, and a lower vibration part 201D. The structure of the spring material layer 104 is the same as that of the first embodiment, and includes a spring frame 141, a central island 142, and a spring 143 connecting them. The lower vibration portion 201D is bonded to one opposing main surface (the lower surface of the central island portion 142 in FIG. 11) of the central island portion 142 of the spring material layer 104, and the other main surface (the upper surface of the central island portion 142 in FIG. 11). The upper vibration part 201U is bonded to the. In the vibration layer 11, a wiring electrode 106, a through hole 107, and a lead-out electrode 108 for connecting the electrode 102 of the upper vibration part 201U and the electrode 102 of the lower vibration part 201D to the outside are formed.

下ベース層16Dおよび上ベース層16Uは、同じ構造からなり、下ベース層16DはSi基板601Dと当該Si基板601D上に配列形成された電極602Dとからなり、上ベース層16UはSi基板601Uと当該Si基板601U上に配列形成された電極602Uとからなる。これらSi基板601D,601Uや電極602D,602Dも第1の実施形態のベース層16のSi基板601や電極602と同じ構造からなる。   The lower base layer 16D and the upper base layer 16U have the same structure. The lower base layer 16D includes an Si substrate 601D and an electrode 602D arranged on the Si substrate 601D. The upper base layer 16U includes an Si substrate 601U. The electrode 602U is arranged on the Si substrate 601U. The Si substrates 601D and 601U and the electrodes 602D and 602D have the same structure as the Si substrate 601 and the electrodes 602 of the base layer 16 of the first embodiment.

振動層51と下ベース層16Dとは、側壁部材13により、それぞれの電極102と電極602Dとが所定間隔離間し、且つ対向するように接合されている。同様に、振動層51と上ベース層16Uとは、側壁部材13により、それぞれの電極102と電極602Uとが所定間隔離間し、且つ対向するように貼り合わされている。   The vibration layer 51 and the lower base layer 16D are joined by the side wall member 13 so that the respective electrodes 102 and the electrode 602D are spaced apart from each other by a predetermined distance and face each other. Similarly, the vibration layer 51 and the upper base layer 16U are bonded to each other by the side wall member 13 so that the electrodes 102 and the electrode 602U are spaced apart from each other by a predetermined distance.

このような構造とすることで、第1の実施形態の電極102と電極602との組を、素子の筐体内に、2倍形成することができる。これにより、発電量を略2倍にすることができる。   With such a structure, the set of the electrode 102 and the electrode 602 of the first embodiment can be formed twice in the housing of the element. As a result, the amount of power generation can be approximately doubled.

次に、本実施形態の振動発電素子1’の製造方法について、図を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing the vibration power generation element 1 ′ of the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図12は、本実施形態の振動発電素子1’の製造方法を示すフローチャートである。
図13は、図12に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態の振動発電素子1’は、第1の実施形態の振動発電素子1に対して、振動層51の上下面に振動部201U,201Dを備え、カバー層17の代わりに上ベース層16Uを備えるものであるので、第1の実施形態の振動発電素子1の製造方法と異なる特徴箇所のみを詳細に説明する。なお、図13では、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。
FIG. 12 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element 1 ′ of the present embodiment.
FIG. 13 is a diagram schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. Note that the vibration power generation element 1 ′ of the present embodiment is different from the vibration power generation element 1 of the first embodiment in that vibration portions 201 U and 201 D are provided on the upper and lower surfaces of the vibration layer 51 and the upper base is used instead of the cover layer 17. Since the layer 16U is provided, only features that are different from the manufacturing method of the vibration power generation element 1 of the first embodiment will be described in detail. In FIG. 13, illustration of the through hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 is omitted.

まず、第1の実施形態の振動部201と同様の方法で、図13(A),(B)に示すように、振動部201D,201Uを形成する(図12:S501)。   First, as shown in FIGS. 13A and 13B, the vibrating portions 201D and 201U are formed by the same method as that of the vibrating portion 201 of the first embodiment (FIG. 12: S501).

次に、図13(C)に示すように、剥離層901を介して支持基板900の表面に、バネ材料層104を塗布により形成する(図12:S502)。そして、図13(D)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、バネ材料層104をパターニングし、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図12:S503)。   Next, as shown in FIG. 13C, the spring material layer 104 is formed on the surface of the support substrate 900 via the release layer 901 (FIG. 12: S502). Then, as shown in FIG. 13D, the spring material layer 104 is patterned using a photolithography method to integrally form the spring frame portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143 (FIG. 13D). 12: S503).

次に、図13(E)に示すように、バネ材料層104を、NMP(N−メチル−ピロリドン)に浸漬させることで、支持基板900から剥離する(図12:S504)。   Next, as shown in FIG. 13E, the spring material layer 104 is immersed in NMP (N-methyl-pyrrolidone) to be separated from the support substrate 900 (FIG. 12: S504).

次に、図13(F)に示すように、バネ材料層104の中央島部142の一方主面(図13(F)の下面)に下振動部201Dを接着し、中央島部142の他方主面(図13(F)の上面)に上振動部201Uを接着することで、振動層51を形成する(図12:S505)。   Next, as shown in FIG. 13F, the lower vibration portion 201D is bonded to one main surface (the lower surface of FIG. 13F) of the central island portion 142 of the spring material layer 104, and the other of the central island portions 142 is bonded. The vibration layer 51 is formed by bonding the upper vibration portion 201U to the main surface (the upper surface of FIG. 13F) (FIG. 12: S505).

次に、図13(G)に示すように、第1の実施形態のベース層16と同じ形成方法を用いて、下ベース層16Dおよび上ベース層16Uを形成する(図12:S506)。次に、図13(H)に示すように、下ベース層16DのSi基板601Dの周端領域および上ベース層16UのSi基板601Uの周端領域に、側壁部材13の元を形成する。   Next, as shown in FIG. 13G, the lower base layer 16D and the upper base layer 16U are formed using the same formation method as the base layer 16 of the first embodiment (FIG. 12: S506). Next, as shown in FIG. 13H, the base of the side wall member 13 is formed in the peripheral end region of the Si substrate 601D of the lower base layer 16D and the peripheral end region of the Si substrate 601U of the upper base layer 16U.

次に、図13(I)に示すように、振動層51の電極102Dと下ベース層16Dの電極602Dとを所定間隔で対向させてコロナ放電を行うことで、電極102Dのエレクトレット材料に電荷をチャージする。同様に、振動層51の電極102Uと上ベース層16Uの電極602Uとを所定間隔で対向させてコロナ放電を行うことで、電極102Uのエレクトレット材料に電荷をチャージする。(図12:S507)。   Next, as shown in FIG. 13I, by performing corona discharge with the electrode 102D of the vibration layer 51 and the electrode 602D of the lower base layer 16D facing each other at a predetermined interval, the electret material of the electrode 102D is charged. Charge. Similarly, the electret material of the electrode 102U is charged by performing corona discharge with the electrode 102U of the vibration layer 51 and the electrode 602U of the upper base layer 16U facing each other at a predetermined interval. (FIG. 12: S507).

次に、図13(J)に示すように、振動層51と下ベース層16D、上ベース層16Uとを側壁部材13を用いて貼り合わせる(図12:S508)。この際、振動層51の下側の各電極102と下ベース層16Dの各電極602Dとが所定間隔で離間し且つそれぞれの主面が対向するように、振動層51と下ベース層16Dとを貼り合わせる。同様に、振動層51の上側の各電極102と上ベース層16Uの各電極602Uとが所定間隔で離間し且つそれぞれの主面が対向するように、振動層51と上ベース層16Uとを貼り合わせる。   Next, as shown in FIG. 13J, the vibration layer 51, the lower base layer 16D, and the upper base layer 16U are bonded together using the side wall member 13 (FIG. 12: S508). At this time, the vibrating layer 51 and the lower base layer 16D are placed so that the electrodes 102 on the lower side of the vibrating layer 51 and the electrodes 602D of the lower base layer 16D are spaced apart from each other at a predetermined interval and their main surfaces face each other. to paste together. Similarly, the vibrating layer 51 and the upper base layer 16U are pasted so that the electrodes 102 on the upper side of the vibrating layer 51 and the electrodes 602U of the upper base layer 16U are separated from each other at a predetermined interval and their main surfaces face each other. Match.

このような製造方法を用いることで、発電量を向上させた振動発電素子を簡素且つ低コストな工程で製造することができる。   By using such a manufacturing method, it is possible to manufacture a vibration power generation element with improved power generation in a simple and low-cost process.

次に、第6の実施形態に係る振動発電素子の製造方法について、図を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing a vibration power generation element according to the sixth embodiment will be described with reference to the drawings.

図14は、本実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。図15は、図14に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態は、振動層51の形成方法が、第5の実施形態と異なるのみで、振動層51を上ベース層16Uおよび下ベース層16Dと貼り合わせる工程は同じであるので、異なる製造工程のみを説明する。なお、図15でも、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。   FIG. 14 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element of this embodiment. FIG. 15 is a diagram schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. In this embodiment, only the method for forming the vibration layer 51 is different from that in the fifth embodiment, and the process of bonding the vibration layer 51 to the upper base layer 16U and the lower base layer 16D is the same. Only the process will be described. In FIG. 15, the through hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 are not shown.

まず、上下電極付きの振動部201Bを形成する(図14:S601)。具体的には、図15(A)に示すように、複数の振動部201Bが配列形成可能な面積からなるSiOが形成されたSi基板101’に対して、それぞれの振動部201Bを構成する配列された複数の電極102を形成する。この際、電極102は、Si基板101’の対向する主面の両方に形成される。なお、電極102の形成方法および材料は、第1の実施形態の電極102と同じである。次に、図15(B)に示すように、所定面積からなるSi基板101と当該Si基板101の両面上に配列形成された電極102とからなる振動部201B毎の寸法に切り分ける。 First, the vibration part 201B with upper and lower electrodes is formed (FIG. 14: S601). Specifically, as shown in FIG. 15A, each vibration part 201B is configured with respect to the Si substrate 101 ′ on which SiO 2 having an area where a plurality of vibration parts 201B can be arranged is formed. A plurality of arranged electrodes 102 are formed. At this time, the electrodes 102 are formed on both opposing main surfaces of the Si substrate 101 ′. The formation method and material of the electrode 102 are the same as those of the electrode 102 of the first embodiment. Next, as shown in FIG. 15B, the size is divided into dimensions for each vibration part 201B including the Si substrate 101 having a predetermined area and the electrodes 102 arranged on both sides of the Si substrate 101.

次に、図15(C)に示すように、Si基板101における一方の電極102の形成面に、剥離層901を介して支持基板900を接着する(図14:S602)。   Next, as shown in FIG. 15C, a support substrate 900 is bonded to the surface of the Si substrate 101 where one electrode 102 is formed via a release layer 901 (FIG. 14: S602).

次に、図15(D)に示すように、剥離層901を介して支持基板900の表面に、バネ材料層104を塗布により形成する(図14:S603)。そして、図15(E)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、バネ材料層104をパターニングし、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図14:S604)。   Next, as shown in FIG. 15D, the spring material layer 104 is formed on the surface of the support substrate 900 through the peeling layer 901 by coating (FIG. 14: S603). Then, as shown in FIG. 15E, the spring material layer 104 is patterned by using a photolithography method, and the spring frame body portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143 are integrally formed (see FIG. 15E). 14: S604).

次に、図15(F)に示すように、振動部201B付きのバネ材料層104を、NMP(N−メチル−ピロリドン)に浸漬させることで、支持基板900から剥離して、振動層51を形成する(図14:S605)。   Next, as shown in FIG. 15F, the spring material layer 104 with the vibration part 201B is immersed in NMP (N-methyl-pyrrolidone), so that the vibration layer 51 is peeled off from the support substrate 900. It forms (FIG. 14: S605).

以下、図15(G),(H)に示すように下ベース層16D、上ベース層16Uを形成し(図14:S606)、図15(I)に示すように電極102のエレクトレット材料に電荷をチャージし(図14:S607)、振動層51、下ベース層16D、および上ベース層16Uを貼り合わせる(図14:S608)ことで、振動発電素子1’を形成する。   Thereafter, the lower base layer 16D and the upper base layer 16U are formed as shown in FIGS. 15G and 15H (FIG. 14: S606), and the electret material of the electrode 102 is charged as shown in FIG. 15I. Is charged (FIG. 14: S607), and the vibration layer 51, the lower base layer 16D, and the upper base layer 16U are bonded together (FIG. 14: S608), thereby forming the vibration power generation element 1 ′.

このような製造方法であっても、安価に振動発電素子を形成することができる。さらに、振動部201Bがバネ材料層104に埋め込まれているので、振動発電素子をより低背化することができる。   Even with such a manufacturing method, the vibration power generation element can be formed at low cost. Furthermore, since the vibration part 201B is embedded in the spring material layer 104, the vibration power generation element can be further reduced in height.

次に、第7の実施形態に係る振動発電素子の製造方法について、図を参照して説明する。図16は、本実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。図17は、図16に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態は、振動層51’が、第6の実施形態の振動発電素子の振動層51に対して、バネ枠体部141内にSi枠体部111が埋まる構造であり、この構造に伴う形成方法が、第6の実施形態と異なるのみで、振動層51’を下ベース層16Dおよび上ベース層16Uと貼り合わせる工程は同じであるので、異なる製造工程のみを説明する。なお、図17でもは、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。   Next, a method for manufacturing a vibration power generation element according to the seventh embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element of this embodiment. FIG. 17 is a diagram schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. In the present embodiment, the vibration layer 51 ′ has a structure in which the Si frame body portion 111 is embedded in the spring frame body portion 141 with respect to the vibration layer 51 of the vibration power generation element of the sixth embodiment. The formation method involved in this is only different from the sixth embodiment, and the process of bonding the vibration layer 51 ′ to the lower base layer 16D and the upper base layer 16U is the same, so only the different manufacturing processes will be described. In FIG. 17, the through-hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 are not shown.

まず、図17(A)に示すように、最終形態としてのバネ材料層104の外周面積と同じ面積からなるSiOが形成されたSi基板101を用意し、当該Si基板101の両主面の略中央の領域に複数の電極102を配列形成する。このように両面に電極102が形成されたSi基板101に対して、レジストを形成し、フォトリソグラフィ法を用いて、振動部201B’となる中央領域(図10の101に相当)と、Si枠体部111と、これらを繋ぐ橋梁部112とを残しエッチングする。これにより、図17(B)に示すように、中央領域、Si枠体部111、および橋梁部112からなり、中央領域に電極102が配列形成された振動部201B’が形成される(図16:S701)。 First, as shown in FIG. 17A, a Si substrate 101 on which SiO 2 having the same area as the outer peripheral area of the spring material layer 104 as a final form is prepared, and both main surfaces of the Si substrate 101 are prepared. A plurality of electrodes 102 are arranged in a substantially central region. A resist is formed on the Si substrate 101 having the electrodes 102 formed on both sides in this way, and a central region (corresponding to 101 in FIG. 10) to be the vibration part 201B ′ is formed by using a photolithography method, and an Si frame Etching is performed leaving the body part 111 and the bridge part 112 connecting them. As a result, as shown in FIG. 17B, a vibrating portion 201B ′ is formed, which includes the central region, the Si frame portion 111, and the bridge portion 112, and the electrodes 102 are arranged in the central region (FIG. 16). : S701).

次に、図17(C)に示すように、振動部201B’と支持基板900とを剥離剤901を介して接着する(図6:S702)。   Next, as shown in FIG. 17C, the vibration part 201B ′ and the support substrate 900 are bonded via a release agent 901 (FIG. 6: S702).

次に、図17(D)に示すように、剥離層901表面、すなわち支持基板900の振動部201B’を接着した側に、バネ材料層104を塗布により形成する(図16:S703)。この際、バネ材料層104は、振動部201B’を完全に覆う厚みで、且つ最終形態としてのバネ部143が所望の強度となる厚みに設定される。   Next, as shown in FIG. 17D, the spring material layer 104 is formed by coating on the surface of the release layer 901, that is, the side to which the vibrating portion 201B 'of the support substrate 900 is bonded (FIG. 16: S703). At this time, the spring material layer 104 is set to a thickness that completely covers the vibration part 201 </ b> B ′ and a thickness that allows the spring part 143 as a final form to have a desired strength.

次に、図17(E)に示すように、バネ材料層104をパターニングして、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図16:S704)。   Next, as shown in FIG. 17E, the spring material layer 104 is patterned to integrally form the spring frame portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143 (FIG. 16: S704).

次に、図17(F)に示すように、Si基板101の剥離層901と反対側の面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて、橋梁部112のみをエッチングにより除去する(図16:S705)。これにより、剥離層901および支持基板900付きの振動層51’が形成される。   Next, as shown in FIG. 17F, a resist is applied to the surface of the Si substrate 101 opposite to the peeling layer 901, and only the bridge portion 112 is removed by etching using a photolithography method (FIG. 16). : S705). Thereby, the vibration layer 51 ′ with the release layer 901 and the support substrate 900 is formed.

以下、支持基板900を剥離し(図16:S706)、下ベース層16Dおよび上ベース層16Uを形成し(図16:S707)、電極102のエレクトレット材料に電荷をチャージし(図16:S708)、振動層51’、下ベース層16D、および上ベース層16Uを貼り合わせる(図16:S709)ことで、振動発電素子を形成する。   Thereafter, the support substrate 900 is peeled (FIG. 16: S706), the lower base layer 16D and the upper base layer 16U are formed (FIG. 16: S707), and the electret material of the electrode 102 is charged (FIG. 16: S708). Then, the vibration power generation element is formed by bonding the vibration layer 51 ′, the lower base layer 16D, and the upper base layer 16U (FIG. 16: S709).

このような製造方法であっても、安価に振動発電素子を形成することができる。さらに、この製造方法を用いることで、振動部201がバネ材料層104に埋まり込む形状になるので、振動層11の厚みを薄くすることができる。また、さらに、バネ枠体部141内に、より硬度の高いSi枠体部111が存在するので、特性を劣化させることなく、振動発電素子としての機械的強度を向上することができる。これにより、より低背化され、信頼性の高く、発電量の大きい振動発電素子を容易に且つ低コストに形成することができる。   Even with such a manufacturing method, the vibration power generation element can be formed at low cost. Furthermore, by using this manufacturing method, the vibrating portion 201 is embedded in the spring material layer 104, so that the thickness of the vibrating layer 11 can be reduced. Furthermore, since the Si frame body portion 111 having higher hardness exists in the spring frame body portion 141, the mechanical strength as the vibration power generation element can be improved without deteriorating the characteristics. As a result, a vibration power generation element with a reduced height, high reliability, and a large amount of power generation can be easily formed at low cost.

次に、第8の実施形態に係る振動発電素子の製造方法について、図を参照して説明する。図18は、本実施形態の振動発電素子の製造方法を示すフローチャートである。図19は、図18に示す製造フローで形成される振動発電素子の製造過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態は、振動層51”が、第6の実施形態の振動発電素子の振動層51に対して、バネ材料層の中央島部142内に振動部201Bが埋まる構造であり、この構造に伴う形成方法が、第7の実施形態と異なるのみで、振動層51”を下ベース層16Dおよび上ベース層16Uと貼り合わせる工程は同じであるので、異なる製造工程のみを説明する。なお、図19でも、スルーホール107、配線電極106,606、引き回し電極108は、図示を省略している。   Next, a method for manufacturing a vibration power generation element according to the eighth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a flowchart showing a method for manufacturing the vibration power generation element of this embodiment. FIG. 19 is a diagram schematically showing a manufacturing process of the vibration power generation element formed by the manufacturing flow shown in FIG. In the present embodiment, the vibration layer 51 ″ has a structure in which the vibration portion 201B is embedded in the central island portion 142 of the spring material layer with respect to the vibration layer 51 of the vibration power generation element of the sixth embodiment. Only the manufacturing method according to the structure is different from that of the seventh embodiment, and the process of bonding the vibration layer 51 ″ to the lower base layer 16D and the upper base layer 16U is the same. Therefore, only the different manufacturing processes will be described. In FIG. 19, the through hole 107, the wiring electrodes 106 and 606, and the routing electrode 108 are not shown.

まず、第6の実施形態や図19(A),(B)に示すように、上下電極付きの振動部201Bを形成する(図18:S801)。   First, as shown in the sixth embodiment and FIGS. 19A and 19B, a vibrating portion 201B with upper and lower electrodes is formed (FIG. 18: S801).

次に、支持基板900の表面に剥離層901を形成し、さらに第1バネ材料層104Dを塗布する(図18:S802)。そして、図19(C)に示すように、この第1バネ材料層104Dに振動部201Bの一方主面(図19における下面)を当接させて貼り合わせる(図18:S803)。この際、電極102が第1バネ材料層104Dに埋め込まれるように、振動部201Bを配置する。   Next, a release layer 901 is formed on the surface of the support substrate 900, and a first spring material layer 104D is further applied (FIG. 18: S802). Then, as shown in FIG. 19C, the first main surface of the vibrating portion 201B (the lower surface in FIG. 19) is brought into contact with and bonded to the first spring material layer 104D (FIG. 18: S803). At this time, the vibration part 201B is arranged so that the electrode 102 is embedded in the first spring material layer 104D.

次に、図19(D)に示すように、第1バネ材料層104Dの表面に、第2バネ材料層104Uを塗布により形成する(図18:S804)。そして、図19(E)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、第2バネ材料層104Uをパターニングし、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図18:S805)。   Next, as shown in FIG. 19D, a second spring material layer 104U is formed on the surface of the first spring material layer 104D by coating (FIG. 18: S804). Then, as shown in FIG. 19E, the second spring material layer 104U is patterned using a photolithography method, and the spring frame portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143 are integrally formed. (FIG. 18: S805).

次に、図19(F)に示すように、振動部201B付きの第1バネ材料層104D、第2バネ材料層104Uを、NMP(N−メチル−ピロリドン)に浸漬させることで、支持基板900から剥離する(図18:S806)。   Next, as shown in FIG. 19F, the first spring material layer 104D and the second spring material layer 104U with the vibration part 201B are immersed in NMP (N-methyl-pyrrolidone), thereby supporting the substrate 900. (FIG. 18: S806).

次に、図19(G)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、第1バネ材料層104Dをパターニングし、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143を一体的に形成する(図18:S807)。これにより、第1バネ材料層104Dと第2バネ材料層104Uとから、バネ枠体部141、中央島部142、およびバネ部143が一体的に形成され、振動層51”が形成される。   Next, as shown in FIG. 19G, the first spring material layer 104D is patterned using a photolithography method to integrally form the spring frame portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143. (FIG. 18: S807). Accordingly, the spring frame body portion 141, the central island portion 142, and the spring portion 143 are integrally formed from the first spring material layer 104D and the second spring material layer 104U, and the vibration layer 51 ″ is formed.

以下、下ベース層16Dおよび上ベース層16Uを形成し(図18:S808)、電極102のエレクトレット材料に電荷をチャージし(図18:S809)、振動層51”、下ベース層16D、および上ベース層16Uを貼り合わせる(図18:S810)ことで、振動発電素子を形成する。   Thereafter, the lower base layer 16D and the upper base layer 16U are formed (FIG. 18: S808), the electret material of the electrode 102 is charged (FIG. 18: S809), the vibration layer 51 ″, the lower base layer 16D, and the upper base layer 16U are charged. The base layer 16U is bonded (FIG. 18: S810) to form the vibration power generation element.

このような製造方法であっても、発電量の大きい振動発電素子を安価に形成することができる。さらに、振動部201Bがバネ材料層104に両主面側から埋め込まれているので、よりバネ材料層の機械的な信頼性を向上することができる。   Even with such a manufacturing method, a vibration power generation element with a large amount of power generation can be formed at low cost. Furthermore, since the vibration part 201B is embedded in the spring material layer 104 from both main surface sides, the mechanical reliability of the spring material layer can be further improved.

1,1’−振動発電素子、11,11’,11”,51,51’−振動層、13−側壁部材、16−ベース層、16U−上ベース層、16D−下ベース層、17−カバー層、101,601,701−Si基板、102,602,602D,602U−電極、103−凹部、104−バネ部材、105−開口部、106,606−配線電極、107,607−スルーホール、108−引き回し電極、111−Si枠体部、112−橋梁部、141−バネ枠体部、142−中央島部、143−バネ部、201、201’,201B,201B’−振動部、201D−下振動部、201U−上振動部、800−レジスト、900−支持基板、901−剥離層 1, 1'-vibration power generation element, 11, 11 ', 11 ", 51, 51'-vibration layer, 13-side wall member, 16-base layer, 16U-upper base layer, 16D-lower base layer, 17-cover Layer, 101, 601, 701-Si substrate, 102, 602, 602D, 602U-electrode, 103-recess, 104-spring member, 105-opening, 106,606-wiring electrode, 107,607-through hole, 108 -Leading electrode, 111-Si frame part, 112- Bridge part, 141-Spring frame part, 142-Central island part, 143-Spring part, 201, 201 ', 201B, 201B'-Vibrating part, 201D-Bottom Vibration part, 201U-upper vibration part, 800-resist, 900-support substrate, 901-peeling layer

Claims (11)

振動電極が形成された振動層と固定電極が形成されたベース層とを備える振動発電素子の製造方法であって、
絶縁性基板表面に前記振動電極を形成して振動部を形成する工程と、
バネ材料層に前記振動部を配設して、前記振動層を形成する工程と、
絶縁性基板表面に前記固定電極を形成してベース層を形成する工程と、
前記振動層と前記ベース層とを、前記振動電極と前記固定電極とが対向するように貼り合わせる工程と、を有する振動発電素子の製造方法。
A method for manufacturing a vibration power generation element comprising a vibration layer in which a vibration electrode is formed and a base layer in which a fixed electrode is formed,
Forming the vibrating electrode on the surface of the insulating substrate to form a vibrating portion;
Disposing the vibration part on a spring material layer to form the vibration layer;
Forming the fixed electrode on the surface of the insulating substrate to form a base layer;
Bonding the vibration layer and the base layer so that the vibration electrode and the fixed electrode face each other.
前記振動層を形成する工程は、
前記振動部が接着される中央島部と、固定設置される枠体部と、該中央島部と枠体部とを繋ぐバネ部とからなる前記バネ材料層を形成する工程と、
前記中央島部、前記枠体部および前記バネ部が形成された後に、前記中央島部に前記振動部を接着する工程と、
を有する請求項1に記載の振動発電素子の製造方法。
The step of forming the vibration layer includes:
Forming the spring material layer composed of a central island part to which the vibrating part is bonded, a frame part fixedly installed, and a spring part connecting the central island part and the frame part;
After the central island portion, the frame body portion, and the spring portion are formed, bonding the vibrating portion to the central island portion;
The manufacturing method of the vibration electric power generation element of Claim 1 which has these.
前記振動層を形成する工程は、
平板のバネ材料層に前記振動部を配設する工程と、
振動部が配設された平板のバネ材料層に対して、前記振動部が配設される中央島部と、固定設置される枠体部と、該中央島部と枠体部とを繋ぐバネ部とを形成する工程と、
を有する請求項1に記載の振動発電素子の製造方法。
The step of forming the vibration layer includes:
Disposing the vibrating part on a flat spring material layer;
A flat island spring material layer on which a vibrating portion is disposed, a central island portion on which the vibrating portion is disposed, a frame body portion that is fixedly installed, and a spring that connects the central island portion and the frame body portion Forming a part;
The manufacturing method of the vibration electric power generation element of Claim 1 which has these.
前記振動層を形成する工程は、
前記振動部が前記バネ材料層に少なくとも部分的に埋め込まれるように配設する、請求項3に記載の振動発電素子の製造方法。
The step of forming the vibration layer includes:
The method for manufacturing a vibration power generation element according to claim 3, wherein the vibration part is disposed so as to be at least partially embedded in the spring material layer.
前記振動層を形成する工程は、
前記振動部が中央島部に埋め込まれるのみでなく、前記枠体部にも前記絶縁性基板が埋め込まれるように配設する、請求項4に記載の振動発電素子の製造方法。
The step of forming the vibration layer includes:
The method for manufacturing a vibration power generation element according to claim 4, wherein the vibration part is arranged not only to be embedded in a central island part but also to be embedded in the frame body part.
前記振動層を形成する工程は、
前記振動部と前記枠体部の絶縁性基板と該振動部および前記枠体部の絶縁性基板を繋ぐ橋梁部とから形成される形状で前記バネ材料層に配設する工程と、
前記中央島部と枠体部とバネ部とを形成する工程の後に、前記橋梁部を除去する工程と、
を有する請求項5に記載の振動発電素子の製造方法。
The step of forming the vibration layer includes:
Disposing on the spring material layer in a shape formed from the vibration part, an insulating substrate of the frame body part, and a bridge part connecting the vibration part and the insulating substrate of the frame body part;
After the step of forming the central island portion, the frame portion, and the spring portion, the step of removing the bridge portion;
The manufacturing method of the vibration electric power generation element of Claim 5 which has these.
前記バネ材料層の前記中央島部の対向する両主面に前記振動部を接着する工程と、
前記両主面に接着された前記振動部のそれぞれに対向するように、前記振動層に対して、2つのベース層を貼り合わせる工程と、
を有する請求項1または請求項2に記載の振動発電素子の製造方法。
Adhering the vibrating portion to both opposing main surfaces of the central island portion of the spring material layer;
Bonding two base layers to the vibration layer so as to face each of the vibration parts bonded to the two main surfaces;
The manufacturing method of the vibration electric power generation element of Claim 1 or Claim 2 which has these.
前記絶縁性基板の両主面に前記振動電極を形成する工程と、
前記絶縁性基板の両主面に形成された振動電極にそれぞれ対向するように、前記振動層に対して、2つのベース層を貼り合わせる工程と、
を有する請求項1または請求項3〜請求項6のいずれかに記載の振動発電素子の製造方法。
Forming the vibrating electrode on both principal surfaces of the insulating substrate;
Bonding two base layers to the vibrating layer so as to face the vibrating electrodes formed on both main surfaces of the insulating substrate;
The manufacturing method of the vibration electric power generation element in any one of Claim 1 or Claim 3-Claim 6 which has these.
前記バネ材料層には感光性材料を用い、
前記バネ材料層の中央島部と枠体部とバネ部とを形成する工程はフォトリソグラフィ法を用いる、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の振動発電素子の製造方法。
A photosensitive material is used for the spring material layer,
The method for manufacturing a vibration power generation element according to claim 1, wherein the step of forming the central island portion, the frame body portion, and the spring portion of the spring material layer uses a photolithography method.
前記バネ材料層の前記バネ部を、当該バネ部の伸びる方向の中心に対して点対称な折り返しを有する形状で形成し、該折り返し部分の先端を丸みを有する形状で形成する、請求項2〜請求項9のいずれかに記載の振動発電素子の製造方法(バネ部が請求項2からなので、従属関係を請求項2〜にしました)。   The spring part of the spring material layer is formed in a shape having a point-folded fold with respect to the center in the extending direction of the spring part, and the tip of the folded part is formed in a rounded shape. A method for manufacturing a vibration power generation element according to any one of claims 9 (the spring part is from claim 2, so the dependency relationship is set to claims 2). 振動電極が形成された振動層と固定電極が形成されたベース層とを備える振動発電素子であって、
絶縁性基板表面に前記振動電極が形成された振動部と、
感光性材料からなり、中央島部と枠体部と、該中央島部および枠体部を繋ぐバネ部とからなるバネ材料層の前記中央島部に前記振動部を配設してなる前記振動層と、
絶縁性基板表面に前記固定電極が形成され、該固定電極が前記振動電極に対向して配置されるように、前記振動部の前記枠体部と貼り付けられた少なくとも1つの前記ベース層と、
を備える振動発電素子。
A vibration power generation element comprising a vibration layer in which a vibration electrode is formed and a base layer in which a fixed electrode is formed,
A vibrating portion in which the vibrating electrode is formed on an insulating substrate surface;
The vibration made of a photosensitive material, wherein the vibration portion is disposed on the central island portion of a spring material layer including a central island portion, a frame body portion, and a spring portion connecting the central island portion and the frame body portion. Layers,
The fixed electrode is formed on the surface of the insulating substrate, and the fixed electrode is disposed so as to face the vibrating electrode.
A vibration power generation element comprising:
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