JP2011135710A - Generator and assembling method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置および発電装置の組立方法に関し、特に、各々に電極が設けられた一対の基板を備えた発電装置および発電装置の組立方法に関する。 The present invention relates to a power generation apparatus and a method for assembling the power generation apparatus, and more particularly to a power generation apparatus including a pair of substrates each provided with an electrode and a method for assembling the power generation apparatus.
従来、各々に電極が設けられた一対の基板を備えた発電装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 Conventionally, a power generation device including a pair of substrates each provided with an electrode is known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献１には、互いに対向するように配置される固定部および可動部と、固定部の可動部側の表面上に形成された集電電極と、集電電極に対向するように可動部の表面上に形成されたエレクトレットと、固定部と可動部との間に設けられるとともに、安定した発電量を得るために集電電極とエレクトレットとの間の間隔（電極間ギャップ）を略平行に調整（制御）するためのマイクロボールとを備えた発電装置が開示されている。このように、電極間ギャップを略平行に調整（制御）するのは、電極間ギャップが略平行ではない場合に、集電電極とエレクトレットとの間に働く静電気力が変化し、安定した発電量を得ることができないという不都合があるからである。 In Patent Document 1, a fixed part and a movable part arranged so as to face each other, a collector electrode formed on a surface of the fixed part on the movable part side, and a movable part so as to face the collector electrode In order to obtain a stable power generation amount, the gap between the electrets and the electrets (interelectrode gap) is made substantially parallel to the electret formed on the surface A power generation apparatus including a microball for adjustment (control) is disclosed. In this way, the gap between the electrodes is adjusted (controlled) to be substantially parallel because when the gap between the electrodes is not substantially parallel, the electrostatic force acting between the current collecting electrode and the electret changes, thereby stabilizing the amount of power generation. This is because there is a disadvantage that it cannot be obtained.
上記特許文献１の発電装置では、電極間ギャップをマイクロボールにより調整しているが、電極間ギャップをマイクロボール以外で調整することが可能な発電装置の開発も望まれている。 In the power generation device of Patent Document 1, the gap between the electrodes is adjusted by a microball. However, development of a power generation device that can adjust the gap between the electrodes by a device other than the microball is also desired.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、マイクロボール以外で電極間ギャップを調整することが可能な発電装置および発電装置の組立方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a power generator and an assembly method of the power generator capable of adjusting the inter-electrode gap other than the microball.
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における発電装置は、表面上に第１電極が設けられた第１基板と、第１基板の第１電極とは反対側に配置され、第１基板を保持するための第１保持部材と、第１基板に対して相対的に移動可能に構成され、第１電極に対向するように表面上に第２電極が設けられた第２基板と、第２基板の第２電極とは反対側に配置され、第２基板を保持するための第２保持部材と、第１基板と第１保持部材との間、または、第２基板と第２保持部材との間の少なくともいずれか一方に設けられ、第１電極と第２電極との間の電極間ギャップを調整するためのギャップ調整層とを備える。 In order to achieve the above object, a power generation apparatus according to a first aspect of the present invention is disposed on the opposite side of a first substrate having a first electrode on a surface thereof, and the first electrode of the first substrate, A first holding member for holding the first substrate, and a second substrate configured to be movable relative to the first substrate, and having a second electrode on the surface so as to face the first electrode And a second holding member for holding the second substrate, between the first substrate and the first holding member, or between the second substrate and the second electrode. And a gap adjusting layer for adjusting an inter-electrode gap between the first electrode and the second electrode. The gap adjusting layer is provided on at least one of the two holding members.
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面における発電装置の組立方法は、表面上に第１電極が設けられた第１基板の第１電極とは反対側に、第１基板を保持するための第１保持部材を配置する工程と、第１基板に対して相対的に移動可能に構成され、第１電極に対向するように表面上に第２電極が設けられた第２基板の第２電極とは反対側に、第２基板を保持するための第２保持部材を配置する工程と、第１電極と第２電極との間に、第１電極と第２電極との電極間ギャップを調整するためのスペーサを配置する工程と、第１基板と第１保持部材との間、または、第２基板と第２保持部材との間の少なくともいずれか一方に硬化性材料からなるギャップ調整層を塗布する工程と、第１電極と第２電極との間にスペーサを配置した状態で、ギャップ調整層を硬化させる工程と、ギャップ調整層を硬化させた後に、スペーサを取り除く工程とを備える。 In order to achieve the above object, a method for assembling a power generation device according to a second aspect of the present invention is characterized in that a first substrate is disposed on the opposite side of a first substrate having a first electrode on a surface thereof from the first electrode. A step of disposing a first holding member for holding; and a second substrate configured to be relatively movable with respect to the first substrate and having a second electrode provided on the surface so as to face the first electrode Between the first electrode and the second electrode, between the step of disposing the second holding member for holding the second substrate on the opposite side of the second electrode and between the first electrode and the second electrode A step of arranging a spacer for adjusting the gap between the first substrate and the first holding member, or at least one of the second substrate and the second holding member is made of a curable material. a step of applying a gap adjustment layer, like placing the spacer between the first electrode and the second electrode In, and a step of curing the gap adjusting layer, after curing the gap adjusting layer, and a step of removing the spacer.
この第１の局面による発電装置では、上記の構成により、マイクロボール以外で電極間ギャップを調整することができる。 In the power generator according to the first aspect, the gap between the electrodes can be adjusted by a configuration other than the microball.
この第２の局面による発電装置の組立方法では、上記の組立方法により、マイクロボール以外で電極間ギャップを調整することが可能な発電装置を得ることができる。 In the method of assembling the power generation device according to the second aspect, a power generation device capable of adjusting the gap between the electrodes other than the microballs can be obtained by the above assembly method.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による発電装置１００は、図１に示すように、下側固定部１と、下側固定部１に対向するように設けられる上側固定部２と、下側固定部１と上側固定部２との間に配置され、下側固定部１および上側固定部２に対してＸ方向にスライド移動可能な可動部３とを備えている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
下側固定部１は、箱状に形成されており、下側固定部１内には、後述する集電電極６が形成されたガラス基板５が配置されている。上側固定部２は、蓋状に形成されており、上側固定部２内には、後述する集電電極１３が形成されたガラス基板１２が配置されている。可動部３は、下側固定部１および上側固定部２により形成された筐体内に収容されている。可動部３の下側固定部１と対向する面には、エレクトレット３９が形成されたシリコン基板３７が設けられている。また、可動部３の上側固定部２と対向する面には、エレクトレット４０が形成されたシリコン基板３８が設けられている。そして、可動部３が下側固定部１および上側固定部２に対して相対的に移動することによって、エレクトレット３９（４０）の影響を受けて集電電極６（１３）の誘導電荷量が変化し、その変化した電荷が外部回路に流れることにより発電が行われる。
The lower fixing portion 1 is formed in a box shape, and in the lower fixing portion 1, a
次に、下側固定部１の詳細な構造について説明する。下側固定部１では、図１に示すように、ＳＵＳ（ステンレス鋼）からなり開口部４ａを有する固定部保持板４のＺ１方向側の表面（上面）上にガラス基板５が設けられている。また、ガラス基板５のＺ１方向側の表面（上面）上には、櫛歯形状を有する集電電極６が形成されている。集電電極６は、電荷を誘導させる機能を有するとともにＹ方向に沿って平行に延びる複数の電極部６ａと、各電極部６ａ同士を互いに連結するとともにＸ方向に沿って延びる連結部６ｂとにより構成されている。開口部４ａは、発電装置１００を組み立てるときに、集電電極６とエレクトレット３９との位置調整を行うために設けられている。なお、固定部保持板４は、本発明の「第１保持部材」の一例であり、ガラス基板５は、本発明の「第１基板」の一例である。固定部保持板４のＹ方向の端部には、それぞれ、互いに対向するとともに、Ｚ１方向に沿って延びるように側壁部７および側壁部８が設けられている。また、固定部保持板４のＸ方向の端部には、それぞれ、互いに対向するとともに、Ｚ１方向（上方向）に延びるように前方壁部９および後方壁部１０が設けられている。また、前方壁部９および後方壁部１０には、それぞれ、後述する可動部３のスプリング軸２２を挿入可能な軸受け孔（軸受け部）９ａおよび軸受け孔（軸受け部）１０ａが設けられている。
Next, the detailed structure of the lower fixing portion 1 will be described. In the lower fixing portion 1, as shown in FIG. 1, a
また、上側固定部２では、ＳＵＳ（ステンレス鋼）からなり、開口部１１ａを有する固定部保持板１１のＺ２方向側の表面（下面）上にガラス基板１２が設けられている。また、ガラス基板１２のＺ２方向側の表面（下面）上には、櫛歯形状を有する集電電極１３が形成されている。集電電極１３は、電荷を誘導させる機能を有するとともにＹ方向に沿って平行に延びる複数の電極部１３ａと、各電極部１３ａ同士を互いに連結するとともにＸ方向に沿って延びる連結部１３ｂとにより構成されている。開口部１１ａは、発電装置１００を組み立てるときに、集電電極１３とエレクトレット４０との位置調整を行うために設けられている。なお、固定部保持板１１は、本発明の「第１保持部材」の一例であり、ガラス基板１２は、本発明の「第１基板」の一例である。また、固定部保持板１１のＹ方向の端部には、それぞれ、互いに対向するとともに、Ｚ２方向に沿って延びるように側壁部１４および側壁部１５が設けられている。
Moreover, in the upper side fixing |
可動部３は、図２および図３に示すように、Ｙ方向に沿って平行に配置された２つの直方体からなる錘板２０と、錘板２０のＺ２方向側の表面およびＺ１方向側の表面に錘板２０を挟むようにそれぞれ配置され、錘板２０とともに一体的に移動可能に構成されたＳＵＳ（ステンレス鋼）からなる可動部保持板３０および可動部保持板３１とを備えている。なお、可動部保持板３０および可動部保持板３１は、本発明の「第２保持部材」の一例である。可動部保持板３０のＹ方向の両端部近傍には、それぞれ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）からなり、可動部保持板３０の表面に対して垂直に延びるボール規制部３２が設けられている。同様に、可動部保持板３１のＹ方向の両端部近傍にも、それぞれ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）からなり、可動部保持板３１の表面に対して垂直に延びるボール規制部３３が設けられている。つまり、可動部３の移動方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向の両端部に、それぞれ、ボール規制部３２とボール規制部３３とが１つずつ設けられており、合計で４つのボール規制部３２（３３）が設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、可動部３のＹ方向の両端部に設けられたボール規制部３２（３３）は、それぞれ平面的に見て、櫛歯形状に形成されている。このボール規制部３２（３３）の各々は、可動部３が移動する方向（Ｘ方向）に延びる１つの壁部３２１（３３１）と、壁部３２１（３３１）からスプリング軸２２が設けられている側とは反対側（Ｘ方向に略直交する方向（Ｙ方向））に延びる４つの櫛歯部３２２（３３２）とを含んでいる。また、各々のボール規制部３２（３３）には、１つの壁部３２１（３３１）と、４つの櫛歯部３２２（３３２）とにより囲まれた３つの矩形形状の保持空間により構成され、後述するマイクロボール３４の移動を規制するための３つの保持部３２ａ（３３ａ）が設けられている。つまり、保持部３２ａ（３３ａ）は、ボール規制部３２（３３）毎に３つずつ設けられている。したがって、２つのボール規制部３２と、２つのボール規制部３３とを有する可動部３全体としては、１２個の保持部３２ａ（３３ａ）が設けられている。
Further, the ball restricting portions 32 (33) provided at both ends in the Y direction of the
また、ボール規制部３２（３３）の保持部３２ａ（３３ａ）には、それぞれ、マイクロボール３４（半径ｒ１）が１つずつ配置されている。つまり、マイクロボール３４は、ボール規制部３２（３３）毎に３個ずつ配置されているとともに、可動部３全体には、１２個のマイクロボール３４が配置されている。
Further, one microball 34 (radius r1) is disposed in each of the holding
また、図４に示すように、ボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）のＺ方向の高さｈ１は、マイクロボール３４の半径ｒ１よりも大きい。そのため、可動部３をＸ方向に移動させた場合、マイクロボール３４の表面のＺ方向の中心部分Ａとボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）とが接触する。
Also, as shown in FIG. 4, the height h1 in the Z direction of the comb teeth 322 (332) of the ball restricting portion 32 (33) is larger than the radius r1 of the
また、図３に示すように、可動部保持板３０（３１）の錘板２０とは反対側の表面上には、約０．２ｍｍの平均厚みｔ１を有し、エポキシ樹脂などの熱硬化性の接着剤層からなるギャップ調整層３５（３６）が形成されている。また、ギャップ調整層３５（３６）は、平面的に見て、可動部保持板３０（３１）の表面上のＹ方向に沿って２ヶ所形成されている。このギャップ調整層３５（３６）は、エレクトレット３９（４０）と、集電電極６（１３）との電極間ギャップを調整するために設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the surface of the movable part holding plate 30 (31) opposite to the
また、ギャップ調整層３５（３６）の錘板２０とは反対側の表面上には、シリコン基板３７（３８）が配置されている。なお、シリコン基板３７およびシリコン基板３８は、本発明の「第２基板」の一例である。また、ギャップ調整層３５（３６）は、接着剤層を兼ねているので、ギャップ調整層３５（３６）によって、シリコン基板３７（３８）と可動部保持板３０（３１）とが強固に接着（固定）されている。また、シリコン基板３７（３８）の錘板２０とは反対側の表面上には、電荷が蓄積されるとともに、Ｙ方向に延びるように複数のエレクトレット３９（４０）が平行に配置されて形成されている。
A silicon substrate 37 (38) is disposed on the surface of the gap adjustment layer 35 (36) opposite to the
また、可動部保持板３０のＺ１方向側の表面上で、かつ、２つの錘板２０の間には、ストッパ２１が設けられている。このストッパ２１は、Ｘ方向に沿って延びるスプリング軸２２が取り付けられるように構成されている。そして、スプリング軸２２の外側には、スプリング軸２２が貫通するようにスプリング２３が設けられている。そして、スプリング軸２２の両端部を、それぞれ、前方壁部９の軸受け孔９ａおよび後方壁部１０の軸受け孔１０ａに挿入することにより、可動部３が下側固定部１に取り付けられている。
A
ここで、可動部３は、図５に示すように、エレクトレット３９（４０）と集電電極６（１３）との電極間ギャップが略平行になるように、下側固定部１と上側固定部２との間に配置される。このとき、可動部保持板３０（３１）および固定部保持板４（１１）の表面は、マイクロボール３４に接する。これにより、発電装置１００をＸ方向に振動させた場合、マイクロボール３４が可動部保持板３０（３１）と固定部保持板４（１１）との間で回転し、可動部３は下側固定部１および上側固定部２に対して相対的に滑らかに移動する。
Here, as shown in FIG. 5, the
ここで、マイクロボール３４の半径は、略均一（同一）であることが望ましいが、略均一ではなくばらついている場合がある。たとえば、図６および図７に示す発電装置１００ａのように、Ｙ方向の一方側に設けられるマイクロボール３４の半径ｒ１が、Ｙ方向の他方側に設けられるマイクロボール４１の半径ｒ２よりも小さくなる場合がある。このような場合、マイクロボール３４（４１）と接している可動部保持板３０（３１）は、固定部保持板４（１１）に対して、マイクロボール３４とマイクロボール４１とのサイズ（半径の大きさ）が異なる分、傾斜した状態で配置される。つまり、可動部保持板３０（３１）と固定部保持板４（１１）との間の間隔がばらついた状態となる。このように、可動部保持板３０（３１）と固定部保持板４（１１）との間の間隔がばらつくことに起因して、エレクトレット３９（４０）と集電電極６（１３）との間の間隔がばらついている場合には、集電電極６（１３）に誘導される電荷量が集電電極６（１３）の表面の領域でばらつく。このため、安定した発電量が得られない場合がある。
Here, it is desirable that the radius of the
そこで、第１実施形態では、ギャップ調整層３５（３６）によって、エレクトレット３９（４０）と集電電極６（１３）との間の間隔（電極間ギャップ）を略平行に調整している。これにより、安定した発電量を得ることが可能となる。具体的には、ギャップ調整層３５は、エレクトレット３９と集電電極６との間の電極間ギャップ（間隔）Ｌ１（約２０μｍ）が略均一になるように、固定部保持板４と可動部保持板３０との間の間隔Ｌ２を調整するように厚みｔ１をＹ方向（移動方向（Ｘ方向）と直交する方向）に沿って変化させるように構成されている。これにより、エレクトレット３９と集電電極６との間の電極間ギャップＬ１のばらつきが、ギャップ調整層３５の厚みｔ１のＹ方向のばらつきよりも小さくなるように構成される。
Therefore, in the first embodiment, the gap (interelectrode gap) between the electret 39 (40) and the collecting electrode 6 (13) is adjusted to be substantially parallel by the gap adjusting layer 35 (36). This makes it possible to obtain a stable power generation amount. Specifically, the
同様に、ギャップ調整層３６も、エレクトレット４０と集電電極１３との間の電極間ギャップ（間隔）Ｌ１（約２０μｍ）が略均一になるように、固定部保持板１１と可動部保持板３１との間の間隔Ｌ２を調整するように厚みｔ１をＹ方向（移動方向（Ｘ方向）と直交する方向）に沿って変化させるように構成されている。これにより、エレクトレット４０と集電電極１３との間の電極間ギャップＬ１のばらつきが、ギャップ調整層３６のＹ方向の厚みｔ１のばらつきよりも小さくなるように構成されている。
Similarly, the
次に、図８を参照して、本発明の第１実施形態による発電装置１００ａの発電動作について説明する。
Next, with reference to FIG. 8, it will be described power generation operation of the
まず、図８に示すように、可動部３が下側固定部１および上側固定部２内に静止した状態において、エレクトレット３９（４０）と集電電極６（１３）の電極部６ａ（１３ａ）とが対向した状態で配置される。これにより、集電電極６および集電電極１３に電荷が誘導される。そして、発電装置１００ａをＸ方向に振動させることにより、可動部３のマイクロボール３４（４１）がＸ方向に転がるとともに、可動部３がＸ方向にスライド移動する。このとき、エレクトレット３９（４０）が、集電電極６（１３）に対して平行移動することにより、静電誘導によって各集電電極に誘導される電荷量が変化する。その結果、その変化した電荷が外部回路に流れることにより発電が行われる。また、集電電極６（１３）は、下側固定部１および上側固定部２の可動部３の移動する全範囲において形成されているので、可動部３の移動する全範囲において発電可能である。
First, as shown in FIG. 8, the electret 39 (40) and the
次に、図９〜図１８を参照して、本発明の第１実施形態による発電装置１００の組立方法について説明する。
Next, with reference to FIGS. 9-18, the assembly method of the electric
まず、図９および図１０に示すように、固定部保持板４（１１）の表面上に、櫛歯状の集電電極６（１３）が形成されたガラス基板５（１２）を図示しない両面テープまたは接着剤などにより接着する。 First, as shown in FIGS. 9 and 10, the glass substrate 5 (12) on which the comb-like collector electrode 6 (13) is formed on the surface of the fixed portion holding plate 4 (11) is not shown on both sides. Adhere with tape or adhesive.
次に、図１１および図１２に示すように、ガラス基板５（１２）の表面上に、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップを約２０μｍの間隔Ｌ１にするためのスペーサ５０を配置する。このスペーサ５０は、弾性変形可能なフィルム状の材料からなるとともに、約２０μｍの均一な厚みを有する。
Next, as shown in FIGS. 11 and 12, an inter-electrode gap between the collecting electrode 6 (13) and the electret 39 (40) is formed on the surface of the glass substrate 5 (12) by a distance L1 of about 20 μm. A
次に、図１３および図１４に示すように、スペーサ５０の表面上にエレクトレット３９（４０）が形成されたシリコン基板３７（３８）を配置する。このとき、エレクトレット３９（４０）と集電電極６（１３）の電極部６ａ（１３ａ）とが平行して対向するように、開口部４ａ（１１ａ）から確認しながらシリコン基板３７（３８）の位置合わせを行う。また、第１実施形態では、シリコン基板３７（３８）の表面上のＹ方向に沿った２ヶ所に、室温の温度条件下で、接着剤層（熱硬化性材料）からなるギャップ調整層３５（３６）を塗布する。
Next, as shown in FIGS. 13 and 14, a silicon substrate 37 (38) on which electrets 39 (40) are formed on the surface of the
次に、図１５および図１６に示すように、マイクロボール３４（４１）が設けられた可動部保持板３０（３１）をギャップ調整層３５（３６）を介してエレクトレット（４０）に貼り合わせる。このとき、可動部保持板３０（３１）の表面と、固定部保持板４（１１）の表面とが、マイクロボール３４（４１）に接するように、可動部保持板３０（３１）が配置されている。そして、ギャップ調整層３５（３６）を約８０℃以上約１２０℃以下の温度条件下で熱硬化させる。その結果、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）が略均一になるとともに、ギャップ調整層３５（３６）の厚みｔ１がＹ方向に沿って変化した状態で硬化する。 Next, as shown in FIGS. 15 and 16, the movable part holding plate 30 (31) provided with the microballs 34 (41) is bonded to the electret (40) through the gap adjusting layer 35 (36). At this time, the movable portion holding plate 30 (31) is disposed so that the surface of the movable portion holding plate 30 (31) and the surface of the fixed portion holding plate 4 (11) are in contact with the microball 34 (41). ing. Then, thermal curing at temperatures below about 120 ° C. to about 80 ° C. or more gap adjusting layer 35 (36). As a result, the interelectrode gap (L1) between the collector electrode 6 (13) and the electret 39 (40) becomes substantially uniform, and the thickness t1 of the gap adjusting layer 35 (36) changes along the Y direction. It cures in the state.
次に、図１７および図１８に示すように、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間に配置したスペーサ５０を取り除く。その後、可動部保持板３０のＺ１方向側の表面に錘板２０およびストッパ２１を図示しない接着剤層などにより貼り付ける。そして、錘板２０のＺ１方向側の表面上に図示しない接着剤層を介して可動部保持板３１を貼り付ける。その後、スプリング軸２２をストッパ２１に取り付ける。そして、スプリング軸２２にスプリング２３を取り付ける。最後に、スプリング軸２２の両端部を、それぞれ、前方壁部９の軸受け孔９ａおよび後方壁部１０の軸受け孔１０ａに挿入することにより、可動部３を下側固定部１に取り付ける。これにより、発電装置１００ａが完成される。
Next, as shown in FIGS. 17 and 18, the
第１実施形態による発電装置１００（１００ａ）では、以下の効果を得ることができる。 In the power generation device 100 (100a) according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
（１）集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）を略均一にするためのギャップ調整層３５（３６）を可動部保持板３０（３１）とシリコン基板３７（３８）との間に設けた。これにより、可動部保持板３０（３１）と固定部保持板４（１１）との間の間隔Ｌ２がばらついたとしても、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）を略均一になるようにギャップ調整層３５（３６）の厚みｔ１を変化させることができる。その結果、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）のばらつきが抑制されるので、発電性能を向上させることができる。また、ギャップ調整層３５（３６）を設けることにより、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）をマイクロボールを用いずに調整することができる。 (1) A gap adjusting layer 35 (36) for making the interelectrode gap (L1) between the collecting electrode 6 (13) and the electret 39 (40) substantially uniform is provided with the movable part holding plate 30 (31). It was provided between the silicon substrate 37 (38). Thereby, even if the space | interval L2 between movable part holding | maintenance board 30 (31) and fixed part holding | maintenance board 4 (11) varies, the electrode between current collection electrode 6 (13) and electret 39 (40) The thickness t1 of the gap adjusting layer 35 (36) can be changed so that the gap (L1) is substantially uniform. As a result, since the variation in the interelectrode gap (L1) between the current collecting electrode 6 (13) and the electret 39 (40) is suppressed, the power generation performance can be improved. Further, by providing the gap adjusting layer 35 (36), the interelectrode gap (L1) between the collecting electrode 6 (13) and the electret 39 (40) can be adjusted without using a microball.
（２）集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）のばらつきを、ギャップ調整層３５（３６）の厚みｔ１のばらつきよりも小さくした。これにより、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）のばらつきによる発電性能の低下を抑制することができる。 (2) The variation in the interelectrode gap (L1) between the collector electrode 6 (13) and the electret 39 (40) is made smaller than the variation in the thickness t1 of the gap adjustment layer 35 (36). Thereby, the fall of the power generation performance by the dispersion | variation in the gap (L1) between electrodes between the current collection electrode 6 (13) and the electret 39 (40) can be suppressed.
（３）ギャップ調整層３５（３６）を、シリコン基板３７（３８）と、可動部保持板３０（３１）との間を接着する接着剤層により構成した。これにより、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との電極間ギャップの調整を行うとともに、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との接着を行うことができる。その結果、ギャップ調整層と接着剤層とを兼用することができるので、ギャップ調整層とは別に接着剤層を設ける必要がなく、部品点数の増加を抑制することができるとともに、発電装置の構造を簡素化することができる。 (3) The gap adjusting layer 35 (36) is constituted by an adhesive layer that adheres between the silicon substrate 37 (38) and the movable part holding plate 30 (31). Thereby, while adjusting the gap between electrodes of the current collection electrode 6 (13) and the electret 39 (40), adhesion | attachment with the current collection electrode 6 (13) and the electret 39 (40) can be performed. As a result, since the gap adjusting layer and the adhesive layer can be used together, there is no need to provide an adhesive layer separately from the gap adjusting layer, the increase in the number of parts can be suppressed, and the structure of the power generator Can be simplified.
（４）ギャップ調整層３５（３６）を、約８０℃以上約１２０℃以下の熱により硬化する熱硬化性の接着剤層により構成した。これにより、約８０℃以上約１２０℃以下の熱を加えることにより容易に集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との電極間ギャップの調整を行うとともに、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との接着を行うことができる。 (4) The gap adjusting layer 35 (36) was composed of a thermosetting adhesive layer that was cured by heat of about 80 ° C. or more and about 120 ° C. or less. Thus, the gap between the collector electrode 6 (13) and the electret 39 (40) is easily adjusted by applying heat of about 80 ° C. or more and about 120 ° C. or less, and the collector electrode 6 (13). And electret 39 (40) can be bonded.
（５）エレクトレット３９（４０）に蓄積された電荷による静電誘導によって、集電電極６（１３）に電荷が誘導され、集電電極６（１３）に誘導される電荷の変化量を電流として取り出すことにより発電が行われるように構成した。これにより、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との電極間ギャップがギャップ調整層３５（３６）により、略均一に調整された状態で発電が行われるので、発電性能を向上させることができる。 (5) Charge is induced in the collecting electrode 6 (13) by electrostatic induction due to the charge accumulated in the electret 39 (40), and the amount of change in the charge induced in the collecting electrode 6 (13) is defined as a current. It was configured to generate electricity by taking it out. As a result, power generation is performed in a state where the gap between the collector electrode 6 (13) and the electret 39 (40) is substantially uniformly adjusted by the gap adjustment layer 35 (36), thereby improving the power generation performance. be able to.
（６）発電装置１００を組み立てるときに、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）を調整するためのスペーサ５０を配置した。次に、シリコン基板３７（３８）と、可動部保持板３０（３１）との間に硬化性材料からなるギャップ調整層３５（３６）を塗布した。そして、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間にスペーサ５０を配置した状態で、ギャップ調整層３５（３６）を硬化させた後に、スペーサ５０を取り除いた。これにより、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との電極間ギャップ（Ｌ１）が約２０μｍに調整されるので、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間のばらつきを抑制することができる。その結果、マイクロボール以外で電極間ギャップを調整することが可能な発電装置１００を得ることができる。
(6) When assembling the
（７）ボール規制部３２（３３）により保持部３２ａ（３３ａ）を３つ設けるとともに、保持部３２ａ（３３ａ）のそれぞれにマイクロボール３４（４１）を配置する。これにより、マイクロボール３４（４１）とマイクロボール３４（４１）との間の距離が保持されるので、マイクロボール３４（４１）が可動部３の一部分に偏らないようにすることができる。その結果、可動部３を下側固定部１および上側固定部２に対して平行方向にスムーズに動作させることができる。
(7) Three holding
（８）ボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）のＺ方向の高さｈ１を、マイクロボール３４（４１）の半径ｒ１（ｒ２）よりも大きくした。これにより、可動部３をＸ方向に移動させた場合、マイクロボール３４（４１）の表面のＺ方向の中心部分Ａとボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）とが接触するので、櫛歯部３２２（３３２）により、マイクロボール３４（４１）の中心部分ＡをＸ方向に確実に押圧することができる。その結果、可動部３を下側固定部１および上側固定部２に対して平行方向にスムーズに動作させることができるので、発電装置１００の発電性能を向上させることができる。
(8) The height h1 in the Z direction of the comb tooth portion 322 (332) of the ball restricting portion 32 (33) is made larger than the radius r1 (r2) of the microball 34 (41). Thereby, when the
（第２実施形態）
次に、図１９および図２０を参照して、可動部保持板とシリコン基板との間にギャップ調整層を形成した第１実施形態とは異なり、固定部保持板とガラス基板との間にギャップ調整層を形成した場合について説明する。
(Second Embodiment)
Next, referring to FIG. 19 and FIG. 20, unlike the first embodiment in which a gap adjusting layer is formed between the movable part holding plate and the silicon substrate, a gap is formed between the fixed part holding plate and the glass substrate. The case where the adjustment layer is formed will be described.
この第２実施形態による発電装置１０１では、図１９に示すように、発電装置１０１の固定部保持板４および固定部保持板１１の錘板２０側の表面上には、それぞれ、約０．２ｍｍの平均厚みｔ２を有し、エポキシ樹脂などの熱硬化性の接着剤層からなるギャップ調整層３５１およびギャップ調整層３６１が形成されている。なお、ギャップ調整層３５１（３６１）は、上記第１実施形態のギャップ調整層３５（３６）と同様の構成である。また、ギャップ調整層３５１（３６１）は、図２０に示すように、平面的に見て、楕円形状を有するとともに、開口部４ａ（１１ａ）を避けるようにしてＹ方向に沿って固定部保持板４および１１のそれぞれの表面上に２ヶ所ずつ形成されている。
In the
また、ギャップ調整層３５１（３６１）の錘板２０側の表面上には、ガラス基板５（１２）が配置されている。また、シリコン基板３７と可動部保持板３０との間、および、シリコン基板３８と可動部保持板３１との間は、それぞれ、図示しない両面テープまたは接着剤層によって、接着（固定）されている。
Further, the glass substrate 5 (12) is disposed on the surface of the gap adjusting layer 351 (361) on the
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記した第１実施形態と同様である。 In addition, the other structure of 2nd Embodiment is the same as that of 1st Embodiment mentioned above.
次に、本発明の第２実施形態による発電装置１０１の組立方法について説明する。
Next, a method for assembling the
まず、図１９に示すように、第２実施形態では、固定部保持板４（１１）の開口部４ａ（１１ａ）を避けるようにして、固定部保持板４（１１）の表面上のＹ方向に沿った２ヶ所に、室温において接着剤層（熱硬化性材料）からなるギャップ調整層３５１（３６１）を塗布する。そして、ギャップ調整層３５１（３６１）の表面上に、ガラス基板５（１２）を配置する。
First, as shown in FIG. 19, in the second embodiment, the Y direction on the surface of the fixed portion holding plate 4 (11) so as to avoid the
次に、ガラス基板５（１２）の表面上に、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップを約２０μｍの間隔Ｌ１にするために上記第１実施形態と同様にスペーサ５０を配置する。
Next, on the surface of the glass substrate 5 (12), the interelectrode gap between the collecting electrode 6 (13) and the electret 39 (40) is set to the distance L1 of about 20 μm with the first embodiment. Similarly, the
次に、スペーサ５０の表面上にエレクトレット３９（４０）が形成されたシリコン基板３７（３８）を配置し、シリコン基板３７（３８）の表面上にマイクロボール３４（４１）が配置された可動部保持板３０（３１）を図示しない両面テープまたは接着剤などにより接着する。このとき、可動部保持板３０（３１）の表面と、固定部保持板４（１１）の表面とが、マイクロボール３４（４１）に接するように、可動部保持板３０（３１）を配置する。
Next, the movable part in which the silicon substrate 37 (38) on which the electret 39 (40) is formed is arranged on the surface of the
次に、ギャップ調整層３５１（３６１）を約８０℃以上約１２０℃以下の温度で熱硬化させる。そして、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間の電極間ギャップ（Ｌ１）が略均一になるとともに、ギャップ層３５１（３６１）は、ギャップ調整層３５１（３６１）の厚みｔ１をＹ方向に沿って変化した状態で硬化する。 Then, thermal curing at temperatures below about 120 ° C. to about 80 ° C. or more gap adjusting layer 351 (361). The interelectrode gap (L1) between the collecting electrode 6 (13) and the electret 39 (40) becomes substantially uniform, and the gap layer 351 (361) has a thickness t1 of the gap adjustment layer 351 (361). Is cured along the Y direction.
そして、ギャップ調整層３５１（３６１）が硬化した後に、集電電極６（１３）とエレクトレット３９（４０）との間に配置したスペーサ５０を取り除く。なお、第２実施形態のその他の組立方法は、上記した第１実施形態と同様である。
Then, after the gap adjusting layer 351 (361) is cured, the
第２実施形態による発電装置１０１では、上述した第１実施形態による発電装置１００（１００ａ）の効果と同様の効果を得ることができる。
In the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第１および第２実施形態では、ガラス基板と固定部保持板との間、または、シリコン基板と可動部保持板との間のいずれか一方にギャップ調整層を形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、ガラス基板と固定部保持板との間、および、シリコン基板と可動部保持板との間の両方にギャップ調整層を形成してもよい。 For example, in the said 1st and 2nd embodiment, the example which forms a gap adjustment layer in any one between a glass substrate and a fixed part holding plate or between a silicon substrate and a movable part holding plate was shown. However, the present invention is not limited to this. For example, the gap adjustment layer may be formed both between the glass substrate and the fixed part holding plate and between the silicon substrate and the movable part holding plate.
また、上記第１および第２実施形態では、ギャップ調整層をガラス基板と固定部保持板との間、または、シリコン基板と可動部保持板との間の２ヶ所に塗布する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、ギャップ調整層を塗布する位置を１ヶ所にしてもよいし、ギャップ調整層を塗布する位置を３ヶ所以上にしてもよい。 In the first and second embodiments, the gap adjusting layer is applied between the glass substrate and the fixed part holding plate or between the silicon substrate and the movable part holding plate. The present invention is not limited to this. For example, the position for applying the gap adjusting layer may be one, or the position for applying the gap adjusting layer may be three or more.
また、上記第１および第２実施形態では、ギャップ調整層の一例として熱硬化の接着剤層を適用する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、ギャップ調整層として紫外線硬化の接着剤層または紫外線および熱の両方に硬化性の接着剤層を用いてもよい。また、接着剤層ではない硬化性樹脂（熱硬化性、紫外線硬化性、または、紫外線および熱の両方に硬化性の樹脂）を用いてもよい。 In the first and second embodiments, the example in which the thermosetting adhesive layer is applied as an example of the gap adjusting layer is shown, but the present invention is not limited to this. For example, an ultraviolet curable adhesive layer or a curable adhesive layer for both ultraviolet light and heat may be used as the gap adjusting layer. Further, a curable resin that is not an adhesive layer (thermosetting, ultraviolet curable, or a resin that is curable to both ultraviolet and heat) may be used.
また、上記第１および第２実施形態では、マイクロボールのサイズ（半径の大きさ）が異なることにより、可動部保持板と固定部保持板との間の間隔がばらつく場合について説明したが、本発明はこれに限らない。たとえば、シリコン基板またはガラス基板の厚みが異なる場合や、シリコン基板またはガラス基板の反りによって可動部保持板と固定部保持板との間の間隔がばらつく場合についても本発明のギャップ調整層を設けることにより、集電電極とエレクトレットとの間の電極間ギャップを略均一にすることが可能である。 In the first and second embodiments, the case has been described in which the distance between the movable part holding plate and the fixed part holding plate varies due to the difference in size (radius size) of the microballs. The invention is not limited to this. For example, the gap adjusting layer of the present invention is provided even when the thickness of the silicon substrate or the glass substrate is different, or when the distance between the movable portion holding plate and the fixed portion holding plate varies due to warpage of the silicon substrate or the glass substrate. Accordingly, it is possible to substantially uniform the inter-electrode gap between the collector electrode and the electret.
また、上記第１および第２実施形態では、ギャップ調整層の厚みをＹ方向に変化させる場合について説明したが、本発明はこれに限らない。たとえば、ギャップ調整層の厚みをＸ方向に変化させてもよい。また、ギャップ調整層の厚みをＸ方向およびＹ方向の両方向に変化させてもよい。 Moreover, although the said 1st and 2nd embodiment demonstrated the case where the thickness of a gap adjustment layer was changed to a Y direction, this invention is not limited to this. For example, the thickness of the gap adjustment layer may be changed in the X direction. Further, the thickness of the gap adjusting layer may be changed in both the X direction and the Y direction.
また、上記第１および第２実施形態では、ボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）のＺ方向の長さがマイクロボール３４（４１）の半径よりも大きい場合について説明したが、本発明はこれに限らない。たとえば、ボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）のＺ方向の長さがマイクロボール３４（４１）の半径より小さくてもよい。ただし、第１および第２実施形態に示したようにボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）のＺ方向の長さがマイクロボール３４（４１）の半径よりも大きくするのがマイクロボール３４の表面のＺ方向の中心部分ＡをＸ方向に確実に押圧することが可能である点で好ましい。また、ボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）がＺ方向の可動部保持板３０（３１）側に先細りのテーパ形状を有していてもよい。ただし、第１および第２実施形態に示したように、ボール規制部３２（３３）の櫛歯部３２２（３３２）は、Ｚ方向に垂直に延びる形状を有する方が、テーパ形状の場合と異なり、ボール規制部のマイクロボールとの当接部にボール規制部が持ち上げられる方向の力が発生しない点で好ましい。
Moreover, although the said 1st and 2nd embodiment demonstrated the case where the length of the Z direction of the comb-tooth part 322 (332) of the ball | bowl control part 32 (33) was larger than the radius of the microball 34 (41). The present invention is not limited to this. For example, the length in the Z direction of the comb tooth portion 322 (332) of the ball restricting portion 32 (33) may be smaller than the radius of the microball 34 (41). However, as shown in the first and second embodiments, the length of the comb teeth portion 322 (332) of the ball restricting portion 32 (33) in the Z direction is larger than the radius of the microball 34 (41). This is preferable in that the center portion A in the Z direction on the surface of the
４、１１ 固定部保持板（第１保持部材）
５、１２ ガラス基板（第１基板）
６、１３ 集電電極（第２電極）
３０、３１ 可動部保持板（第２保持部材）
３５、３６、３５１、３６１ ギャップ調整層
３７、３８ シリコン基板（第２基板）
３９、４０ エレクトレット（第１電極）
５０ スペーサ
１００、１００ａ、１０１ 発電装置
4, 11 Fixed part holding plate (first holding member)
5, 12 Glass substrate (first substrate)
6, 13 Current collecting electrode (second electrode)
30, 31 Movable part holding plate (second holding member)
35, 36, 351, 361
39, 40 electret (first electrode)
50
Claims (6)
前記第１基板の前記第１電極とは反対側に配置され、前記第１基板を保持するための第１保持部材と、
前記第１基板に対して相対的に移動可能に構成され、前記第１電極に対向するように表面上に第２電極が設けられた第２基板と、
前記第２基板の前記第２電極とは反対側に配置され、前記第２基板を保持するための第２保持部材と、
前記第１基板と前記第１保持部材との間、または、前記第２基板と前記第２保持部材との間の少なくともいずれか一方に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間の電極間ギャップを調整するためのギャップ調整層とを備える、発電装置。 A first substrate provided with a first electrode on the surface;
A first holding member disposed on the opposite side of the first substrate from the first electrode, for holding the first substrate;
A second substrate configured to be relatively movable with respect to the first substrate and having a second electrode provided on a surface so as to face the first electrode;
A second holding member disposed on the opposite side of the second substrate from the second electrode, for holding the second substrate;
Provided between at least one of the first substrate and the first holding member, or between the second substrate and the second holding member, and between the first electrode and the second electrode. And a gap adjusting layer for adjusting the gap between the electrodes.
前記第１電極と前記第２電極との間の電極間ギャップのばらつきは、前記ギャップ調整層の厚みのばらつきよりも小さい、請求項１に記載の発電装置。 The gap adjusting layer has a thickness so as to adjust an interval between the first holding member and the second holding member so that an inter-electrode gap between the first electrode and the second electrode is substantially uniform. Changing,
The power generation device according to claim 1, wherein a variation in an interelectrode gap between the first electrode and the second electrode is smaller than a variation in the thickness of the gap adjustment layer.
前記第２電極は、電荷が蓄積されたエレクトレットを含み、
前記エレクトレットに蓄積された電荷による静電誘導によって、前記集電電極に電荷が誘導され、前記集電電極に誘導される電荷の変化量を電流として取り出すことにより発電が行われる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電装置。 The first electrode includes a collecting electrode,
The second electrode includes an electret in which electric charges are accumulated,
Charge is induced in the current collecting electrode by electrostatic induction due to the charge accumulated in the electret, and power generation is performed by taking out a change amount of the charge induced in the current collecting electrode as a current. The power generation device according to any one of 4.
前記第１基板に対して相対的に移動可能に構成され、前記第１電極に対向するように表面上に第２電極が設けられた第２基板の前記第２電極とは反対側に、前記第２基板を保持するための第２保持部材を配置する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に、前記第１電極と前記第２電極との電極間ギャップを調整するためのスペーサを配置する工程と、
前記第１基板と前記第１保持部材との間、または、前記第２基板と前記第２保持部材との間の少なくともいずれか一方に硬化性材料からなるギャップ調整層を塗布する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に前記スペーサを配置した状態で、前記ギャップ調整層を硬化させる工程と、
前記ギャップ調整層を硬化させた後に、前記スペーサを取り除く工程とを備える、発電装置の組立方法。 Disposing a first holding member for holding the first substrate on a side opposite to the first electrode of the first substrate provided with the first electrode on the surface;
The second substrate is configured to be relatively movable with respect to the first substrate, and the second electrode is provided on the surface so as to face the first electrode. Arranging a second holding member for holding the second substrate;
Disposing a spacer for adjusting an inter-electrode gap between the first electrode and the second electrode between the first electrode and the second electrode;
Applying a gap adjusting layer made of a curable material between at least one of the first substrate and the first holding member or between the second substrate and the second holding member;
Curing the gap adjusting layer with the spacer disposed between the first electrode and the second electrode;
And a step of removing the spacer after curing the gap adjusting layer.
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