JP2014233104A - Electrostatic transducer and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する静電変換技術に関する。 The present invention relates to an electrostatic conversion technique for converting vibration energy into electric energy.
近年、多数の携帯端末装置から構成されるユビキタスネットワークの開発が進んでいる。このユビキタスネットワークにおいて、ノードとなる携帯端末装置には、携帯性などの観点から、小型かつメンテナンス不要であることが望まれている(例えば、非特許文献1など参照)。
ところが、従来より携帯端末装置の電源に用いられている一次電池や二次電池は、携帯端末装置の他の構成要素と比較してサイズが大きくなるとともに、交換や充電などのメンテナンスが不可欠であった。
In recent years, development of a ubiquitous network composed of a large number of mobile terminal devices has progressed. In this ubiquitous network, it is desired that the mobile terminal device as a node is small and does not require maintenance from the viewpoint of portability (for example, see Non-patent Document 1).
However, primary batteries and secondary batteries that have been used for the power supply of mobile terminal devices have become larger than other components of mobile terminal devices, and maintenance such as replacement and charging is indispensable. It was.
そこで、近年では、携帯端末装置に適した電源として、エネルギーハーベスト(Energy harvesting)技術を用いた手段が注目されている。このエネルギーハーベスト技術とは、環境の中に存在する振動、熱、電磁波(光や電波)など、通常は無駄に放出されていた各種エネルギーを電気エネルギーに変換する技術のことである。
このようなエネルギーハーベスト技術のうち、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する技術としては、電磁誘導、圧電変換、静電変換などを用いた技術が提案されている(例えば、非特許文献2など参照)。中でも静電変換を用いる技術は、半導体プロセスやMEMS(Micro Electro Mechanical System)プロセスにより、小型化が容易であり、かつ機械的要素と電気的要素を独立して設計や作製することが可能であることから、多くの提案がなされている。図11は、従来の静電変換装置を示す説明図である(例えば、非特許文献3など参照)。
Therefore, in recent years, means using an energy harvesting technique has attracted attention as a power source suitable for portable terminal devices. This energy harvesting technology is a technology for converting various kinds of energy normally discharged in vain, such as vibration, heat, and electromagnetic waves (light and radio waves) present in the environment, into electrical energy.
Among such energy harvesting techniques, techniques using electromagnetic induction, piezoelectric conversion, electrostatic conversion, and the like have been proposed as techniques for converting vibration energy into electrical energy (see, for example, Non-Patent Document 2). . In particular, the technology using electrostatic conversion can be easily reduced in size by a semiconductor process or a micro electro mechanical system (MEMS) process, and mechanical elements and electrical elements can be designed and manufactured independently. Therefore, many proposals have been made. FIG. 11 is an explanatory view showing a conventional electrostatic conversion device (see, for example, Non-Patent Document 3).
非特許文献3に開示された従来の静電変換装置は、図11に示すように、20mm角程度のガラス板からなる下部基板と、この下部基板と同等の材料からなり、下部基板の上方に所定距離だけ離間し、かつ、下部基板と互いに平行に配置された上部基板と、この上部基板の一端に連結され、上部基板をその平面と平行な方向に振動させる加振器とを備えている。下部基板のうち上部基板と対向する側の平面上には、複数の電極が設けられている。同様に、上部基板のうち下部基板と対向する側の平面上には、複数の電極が設けられている。これらの電極および電極は、互いに対向配置されており、外部負荷を介して電気的に接続されている。また、下部基板に設けられた電極の一部には、その上面に絶縁層が設けられている。この絶縁層は、一般に「エレクトレット」と呼ばれる、誘導電荷保持のための絶縁体として機能する。 As shown in FIG. 11, the conventional electrostatic conversion device disclosed in Non-Patent Document 3 is composed of a lower substrate made of a glass plate of about 20 mm square and a material equivalent to the lower substrate, and is located above the lower substrate. An upper substrate that is spaced apart by a predetermined distance and is arranged in parallel to the lower substrate, and an exciter that is connected to one end of the upper substrate and vibrates the upper substrate in a direction parallel to the plane. . A plurality of electrodes are provided on a plane of the lower substrate that faces the upper substrate. Similarly, a plurality of electrodes are provided on the plane of the upper substrate that faces the lower substrate. These electrodes and the electrodes are arranged to face each other and are electrically connected via an external load. In addition, an insulating layer is provided on the upper surface of a part of the electrodes provided on the lower substrate. This insulating layer functions as an insulator for holding induced charges, generally called “electret”.
このように構成された静電変換装置では、エレクトレットとして機能する絶縁層により形成される静電場によって、その絶縁層と対向する電極に誘導電荷を生じさせる。そして、加振器を駆動させて上部基板をその平面に平行な方向に振動させて、絶縁層と電極との重なり合う面積(以下、「重なり面積」という)を変化させる。この変化により、電極の絶縁層と重なり合っていない部分が生じると、この部分に誘導されていた誘導電荷が、外部負荷を通って電極に移動し、再びその部分が絶縁層と重なり合うと、電極に移動した誘導電荷が外部負荷を通ってその部分に移動することになる。これにより、外部負荷に交流電流が流れることとなる。 In the electrostatic conversion device configured as described above, an induced charge is generated in an electrode facing the insulating layer by an electrostatic field formed by the insulating layer functioning as an electret. Then, the vibrator is driven to vibrate the upper substrate in a direction parallel to the plane, thereby changing the overlapping area of the insulating layer and the electrode (hereinafter referred to as “overlapping area”). If this change causes a part that does not overlap the insulating layer of the electrode, the induced charge induced in this part moves to the electrode through the external load, and if that part overlaps the insulating layer again, The induced charge that has moved moves through the external load to that portion. As a result, an alternating current flows through the external load.
このような従来の静電変換装置によれば、半導体プロセスやMEMSプロセスによりサイズの小型化が容易であるものの、その機構上、エレクトレットとして機能する絶縁層やこれと対向する電極を形成できる領域が、下部基板と上部基板との対向面に限定されている。このため、このような機構では、一定サイズ当たりで、与えられた振動エネルギーから得られる電気エネルギーの量、すなわち発電効率(静電変換効率)を向上させることが難しいという問題点があった。したがって、サイズの小型化により、当然のことながら重なり面積などの発電効率に関わるファクターも小さくなるため、結果として十分な発電量が得られないという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、一定サイズ当たりの発電効率を向上させることができる静電変換技術を提供することを目的としている。
According to such a conventional electrostatic conversion device, although the size can be easily reduced by a semiconductor process or a MEMS process, there is a region where an insulating layer functioning as an electret or an electrode facing the electret can be formed due to its mechanism. The surface is limited to the facing surface between the lower substrate and the upper substrate. For this reason, in such a mechanism, there is a problem that it is difficult to improve the amount of electric energy obtained from given vibration energy, that is, power generation efficiency (electrostatic conversion efficiency) per fixed size. Therefore, as a result of the reduction in size, the factors related to the power generation efficiency such as the overlapping area are naturally reduced, resulting in a problem that a sufficient amount of power generation cannot be obtained.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an electrostatic conversion technique capable of improving the power generation efficiency per fixed size.
このような目的を達成するために、本発明にかかる静電変換装置は、上下に離間して平行配置された上側基板および下側基板と、前記上側基板と前記下側基板との間にこれら基板と平行配置されるとともに、これら基板の平面方向と平行な一定の揺動方向に沿って揺動自在に支持されて、表面に絶縁帯電体が形成された平板形状をなす可動部材と、前記可動部材の下面に、前記下側基板に向けて突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された下面可動電極と、前記可動部材の上面に、前記上側基板に向けて突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された上面可動電極と、前記可動部材の各側面に、前記平面方向に向けて突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された側面可動電極と、前記下側基板の上面に形成されている絶縁膜上のうち前記下面可動電極と対向する位置に突設されて、当該下面可動電極の揺動により誘導電荷を発生させる下部固定電極と、前記上側基板の下面に形成されている絶縁膜上のうち前記上面可動電極と対向する位置に突設されて、当該上面可動電極の揺動により誘導電荷を発生させる上部固定電極と、前記下側基板の上面または前記上側基板の下面に形成されている絶縁膜上のうち前記側面可動電極と対向する位置に突設されて、当該側面可動電極の揺動により誘導電荷を発生させる側面固定電極とを備えている。 In order to achieve such an object, the electrostatic conversion device according to the present invention includes an upper substrate and a lower substrate, which are spaced apart in parallel in the vertical direction, and between the upper substrate and the lower substrate. A movable member that is arranged in parallel with the substrate and is supported so as to be swingable along a constant swinging direction parallel to the planar direction of the substrate, and has a flat plate shape with an insulating charged body formed on the surface; A lower surface movable electrode projecting from the lower surface of the movable member toward the lower substrate and having the insulating charged body formed on the surface, and an upper surface of the movable member projecting from the upper substrate toward the upper substrate. An upper surface movable electrode having the insulating charged body formed on the surface, and a side movable electrode having the insulating charged body formed on the surface projecting in the plane direction on each side surface of the movable member; On the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate. A lower fixed electrode that protrudes at a position facing the lower surface movable electrode and generates an induced charge by swinging the lower surface movable electrode, and the upper surface movable among the insulating film formed on the lower surface of the upper substrate An upper fixed electrode that protrudes at a position facing the electrode and generates an induced charge by swinging the upper surface movable electrode, and an insulating film formed on the upper surface of the lower substrate or the lower surface of the upper substrate Among these, a side fixed electrode is provided that protrudes at a position facing the side movable electrode and generates induced charges by swinging the side movable electrode.
本発明にかかる上記静電変換装置の一構成例は、前記下面可動電極が、前記可動部材の下面のうち前記揺動方向と直交する直交方向に延在するように突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された板状部材からなり、前記下部固定電極は、前記下側基板の上面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記下面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に前記直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる中間下部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記下面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる正側下部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記下面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる負側下部固定電極とを含むものである。 In one configuration example of the electrostatic conversion device according to the present invention, the lower surface movable electrode protrudes from the lower surface of the movable member so as to extend in an orthogonal direction orthogonal to the swing direction, and is formed on the surface. The lower fixed electrode is a stationary position free from displacement due to swinging of the lower surface movable electrode in the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate. The lower fixed electrode made of a conductive plate-like member projecting so as to extend in the orthogonal direction at a position opposite to the upper surface, and the lower movable electrode on the insulating film is displaced in the swing direction A positive fixed lower electrode composed of a conductive plate-like member protruding so as to extend in the orthogonal direction at a position opposite to the positive displacement position, and the lower movable electrode on the insulating film A negative displacement position displaced in a direction opposite to the swing direction; It is intended to include a negative lower fixed electrode composed of a plate member protruding to extend in the perpendicular direction at a position toward the conductor.
本発明にかかる上記静電変換装置の一構成例は、前記上面可動電極が、前記可動部材の上面のうち前記揺動方向と直交する直交方向に延在するように突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された板状部材からなり、前記上部固定電極は、前記上側基板の下面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記上面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に前記直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる中間上部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記上面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる正側上部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記上面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる負側上部固定電極とを含むものである。 In one configuration example of the electrostatic conversion device according to the present invention, the upper surface movable electrode protrudes from the upper surface of the movable member so as to extend in an orthogonal direction orthogonal to the swinging direction, and is formed on the surface. The upper fixed electrode is formed of a plate-like member on which the insulating charged body is formed. The upper fixed electrode has a stationary position free from displacement due to swinging of the upper movable electrode among the insulating films formed on the lower surface of the upper substrate. Out of the intermediate upper fixed electrode made of a conductive plate-like member projecting so as to extend in the orthogonal direction at the opposite position, and the upper surface movable electrode on the insulating film is displaced in the swing direction A positive upper fixed electrode made of a conductive plate-like member protruding so as to extend in the orthogonal direction at a position opposite to the positive displacement position, and the upper surface movable electrode is on the insulating film, Negative side displacement position displaced in the direction opposite to the swing direction It is intended to include a negative upper fixed electrode composed of a plate member protruding to extend in the perpendicular direction at a position toward the conductor.
本発明にかかる上記静電変換装置の一構成例は、前記側面可動電極が、前記可動部材の各側面のうち前記揺動方向と直交する直交側面に突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された板状の直交側面可動電極からなり、前記側面固定電極は、前記下側基板の上面または前記上側基板の下面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記直交側面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる中間直交側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記直交側面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる正側直交側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記直交側面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる負側直交側面固定電極とを含むものである。 One example of the configuration of the electrostatic conversion device according to the present invention is such that the side surface movable electrode protrudes from an orthogonal side surface orthogonal to the swing direction among the side surfaces of the movable member, and the insulating charging body is provided on the surface. The side fixed electrode is a swing of the orthogonal side movable electrode among the insulating films formed on the upper surface of the lower substrate or the lower surface of the upper substrate. An intermediate orthogonal side fixed electrode made of a columnar member of a conductor standing at a position opposite to a stationary position where there is no displacement due to movement, and the orthogonal side movable electrode among the insulating films is displaced in the swing direction. A positive-side orthogonal side surface fixed electrode made of a conductive columnar member standing at a position opposite to the positive-side displacement position, and the orthogonal side surface movable electrode on the insulating film is in a direction opposite to the swinging direction. Position facing the displaced negative displacement Is intended to include the negative side orthogonal side fixed electrode composed of a columnar member erected conductors on.
本発明にかかる上記静電変換装置の一構成例は、前記側面可動電極が、前記可動部材の各側面のうち前記揺動方向と平行する平行側面に突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された凸状の平行側面可動電極からなり、前記側面固定電極は、前記下側基板の上面または前記上側基板の下面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記平行側面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる中間平行側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記平行側面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる正側平行側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記平行側面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる負側平行側面固定電極とを含むものである。 In one configuration example of the electrostatic conversion device according to the present invention, the side-surface movable electrode protrudes on a parallel side surface parallel to the swing direction among the side surfaces of the movable member, and the insulating charging body is provided on the surface. The side fixed electrode is a swing of the parallel side movable electrode of the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate or the lower surface of the upper substrate. An intermediate parallel side fixed electrode made of a conductive columnar member standing at a position opposite to a stationary position where there is no displacement due to movement, and the parallel side movable electrode on the insulating film is displaced in the swing direction. On the insulating film, the parallel-side movable electrode is formed in a direction opposite to the swinging direction. Position facing the displaced negative displacement Is intended to include a negative parallel sides fixed electrode composed of a columnar member erected conductors on.
また、本発明にかかる静電変換装置の製造方法は、下側基板と、当該下側基板上に、当該下側基板の平面方向と平行な一定の揺動方向に沿って揺動自在に支持されて、表面に絶縁帯電体が形成された平板形状をなす可動部材と、当該可動部材の上方に配置された上側基板とを有し、当該可動部材の上面、下面、および各側面に可動電極をそれぞれ突設するとともに、当該下側基板のうち当該可動電極に対向する位置に固定電極をそれぞれ立設し、外部から与えられた振動エネルギーにより当該可動電極を揺動させ、これに応じて当該固定電極を移動する誘導電荷から得られた電気エネルギーを出力する静電変換装置の製造方法であって、前記下側基板上に揺動自在支持された、前記可動電極を有する前記可動部材を含む下側基板構造体のうち、前記可動部材および前記可動電極の表面に、撥水性、絶縁性、および帯電性を発現する電着材料を用いた着電により、前記絶縁帯電体となる絶縁膜を形成する絶縁帯電体ステップを備えている。 In addition, the manufacturing method of the electrostatic conversion device according to the present invention is supported on the lower substrate and on the lower substrate so as to be swingable along a certain swinging direction parallel to the planar direction of the lower substrate. A movable member having a flat plate shape with an insulating charged body formed on the surface, and an upper substrate disposed above the movable member, and movable electrodes on the upper surface, the lower surface, and each side surface of the movable member. Each of the lower substrate, and a fixed electrode is erected at a position facing the movable electrode of the lower substrate, and the movable electrode is swung by vibration energy given from the outside. A method of manufacturing an electrostatic conversion device that outputs electric energy obtained from induced charges that move through a fixed electrode, including the movable member having the movable electrode that is swingably supported on the lower substrate. Of the lower substrate structure An insulating charging body step for forming an insulating film serving as the insulating charging body on the surfaces of the movable member and the movable electrode by charging using an electrodeposition material exhibiting water repellency, insulation, and chargeability; ing.
本発明にかかる上記静電変換装置の製造方法の一構成例は、前記絶縁帯電体ステップが、スルフォニウムカチオンが分散する着電液の中に、前記下側基板構造体および白金からなる前記固定電極を浸漬した浸漬状態とするステップと、前記浸漬状態で、前記可動部材および前記可動電極に負電圧を印加するとともに、前記固定電極に正電圧を印加することによりカチオン着電を行うステップとを含むものである。 In one configuration example of the method for manufacturing the electrostatic conversion device according to the present invention, the insulating charging body step includes the lower substrate structure and platinum in an electrodeposition liquid in which sulfonium cations are dispersed. A step of immersing the fixed electrode, and a step of applying a cation charge by applying a negative voltage to the movable member and the movable electrode in the immersed state and applying a positive voltage to the fixed electrode; Is included.
本発明によれば、可動電極と固定電極との重なり面積を大幅に増大させることができ、サイズ当たりの発電率効率を向上させることが可能となる。これにより、結果として、発電出力の向上や静電変換装置の小型化を実現することが可能となる。 According to the present invention, the overlapping area of the movable electrode and the fixed electrode can be greatly increased, and the power generation rate efficiency per size can be improved. As a result, it is possible to improve the power generation output and reduce the size of the electrostatic conversion device.
[静電変換装置の構成]
次に、図1−図3を参照して、本発明の一実施の形態にかかる静電変換装置1について説明する。図1は、本発明の一実施の形態にかかる静電変換装置の構成を示す平面断面図である。図2は、図1のII−II線における断面を示す断面図である。図3は、図1のIII−III線における断面を示す断面図である。なお、図2,図3におけるI−I線が図1に示した平面断面の位置に相当する。
[Configuration of electrostatic conversion device]
Next, the electrostatic conversion device 1 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional plan view showing a configuration of an electrostatic conversion device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line II-II in FIG. FIG. 3 is a sectional view showing a section taken along line III-III in FIG. 2 and 3 corresponds to the position of the planar cross section shown in FIG.
図1−図3に示すように、本発明の一実施の形態にかかる静電変換装置1は、全体として、半導体プロセスやMEMSプロセスにより半導体基板上に機械的要素と電気的要素を集積化した微細構造体からなり、互いに対向配置された固定電極および可動電極を有し、外部から与えられた振動エネルギーにより当該可動電極を揺動させ、これに応じて当該固定電極を移動する誘導電荷から得られた電気エネルギーを出力する機能を有している。 As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the electrostatic conversion device 1 according to the embodiment of the present invention as a whole integrates mechanical elements and electrical elements on a semiconductor substrate by a semiconductor process or a MEMS process. It has a fixed electrode and a movable electrode that are made of a fine structure and are opposed to each other. The movable electrode is oscillated by vibration energy applied from the outside, and the fixed electrode is obtained from induced charges that move in accordance with this. Has a function of outputting the generated electrical energy.
この静電変換装置1は、主として、下側基板10、上側基板20、可動部材30、および、スペーサ部材50から構成されている。
The electrostatic conversion device 1 mainly includes a
下側基板10は、平面視略矩形状をなし、上面11に酸化シリコン等の絶縁膜11Pが形成されたシリコンなどの半導体基板からなる。
上側基板20は、平面視略矩形状をなし、下面22に酸化シリコン等の絶縁膜22Pが形成されたシリコンなどの半導体基板からなる。
スペーサ部材50は、金属などの導電体が、下側基板10の周部に沿って平面視略矩形状に配置された筒体(枠体)である。このスペーサ部材50の上部に上側基板20を載置することにより、下側基板10の上方に所定距離だけ離間して上側基板20が平行配置されている。
The
The
The
可動部材30は、金属などの導電体の表面に絶縁帯電体30Eが形成された、平面視略矩形状をなす平板部材(直方体)からなり、スペーサ部材50の内側の下側基板10と上側基板20との間に、これら下側基板10,上側基板20と平行配置されるとともに、これら下側基板10,上側基板20の平面方向と平行する一定の揺動方向Yに沿って揺動自在に支持されている。
絶縁帯電体30Eは、負電荷が帯電した絶縁膜からなり、一般に「エレクトレット」と呼ばれる誘導電荷保持のための絶縁体として機能する。
The
The
本発明では、可動部材30の揺動する方向を図1−図3に示した揺動方向Yとした静電変換装置の構成およびその製造方法について説明するが、揺動する方向については揺動方向Yに限定されるものではない。以下では、揺動方向Yと直交する下側基板10,上側基板20の平面方向と平行な方向を直交方向Xとし、下側基板10,上側基板20の平面方向と垂直な方向を垂直方向Zとする。
In the present invention, the configuration of the electrostatic conversion device and the method of manufacturing the electrostatic conversion device in which the swinging direction of the
スペーサ部材50の開口51内側には、可動部材30と、可動部材30を揺動自在に支持する2つの柱部材52A,52Bおよび2つの梁部材53A,53Bとが収容されている。
柱部材52A,52Bは、金属などの導電体から構成された、断面略矩形状をなす柱状部材からなり、下側基板10の絶縁膜11Pのうち、揺動方向Yと平行する可動部材30の平行側面34A,34Bと対向する位置に立設されている。
Inside the
The
梁部材53A,53Bは、金属などの導電体から構成された、断面略矩形状をなす棒状部材または板状部材から構成されており、一端が柱部材52A,52Bの上部に固定され、他端に可動部材30の平行側面34A,34Bに接続されている。特に、梁部材53A,53Bとして板状部材を利用する場合には、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで柱部材52A,52Bに固定される。
これにより、可動部材30が、これら梁部材53A,53Bにより、下側基板10と上側基板20との間に吊設されることとなる。
The
Thereby, the
このとき、梁部材53A,53Bが揺動方向Yに沿って可撓性を有していることから、外部からの振動エネルギーに応じて、可動部材30が揺動方向Yに沿って往復して変位する、すなわち揺動することになる。
以下では、可動部材30の位置として、開口51の中心位置を揺動による変位のない静止位置PCとし、可動部材30が揺動方向Yに変位した位置を正側変位位置PAとし、可動部材30が揺動方向Yとは逆方向に変位した位置を負側変位位置PBとする。これらPA,PB,PCは、可動部材30の位置だけでなく、可動部材30に形成された各可動電極の位置を表す場合にも適用する。
At this time, since the
Hereinafter, as the position of the
[可動電極]
次に、図1−図3を参照して、本実施の形態にかかる静電変換装置1の可動部材30に設けられた可動電極について説明する。
本実施の形態は、全体として板形状をなす可動部材30の下面31、上面32、直交側面33A,33B、および平行側面34A,34Bのすべてに、可動電極を形成するとともに、これら可動電極と対向する位置に固定電極を設けたことを特徴としている。
[Moving electrode]
Next, with reference to FIGS. 1-3, the movable electrode provided in the
In the present embodiment, movable electrodes are formed on all of the
図2および図3に示すように、可動部材30のうち、下側基板10と対向する下面31には、表面に絶縁帯電体30Eが形成された下面可動電極31Mが、下側基板10に向けて突設されており、上側基板20と対向する上面32には、表面に絶縁帯電体30Eが形成された上面可動電極32Mが、上側基板20に向けて突設されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a lower surface
下面可動電極31Mは、可動部材30の下面31のうち直交方向Xに延在するように突設されて、表面に絶縁帯電体30Eが形成された金属などの導電体からなる、断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで下面31に固定されている。
上面可動電極32Mは、可動部材30の上面32のうち直交方向Xに延在するように突設されて、表面に絶縁帯電体30Eが形成された金属などの導電体からなる、断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで上面32に固定されている。
The lower surface
The upper surface
また、可動部材30のうち、揺動方向Yと直交する直交側面33A,33Bには、表面に絶縁帯電体30Eが形成された直交側面可動電極(側面可動電極)33Mが、下側基板10,上側基板20の平面方向に向けて、ここでは揺動方向Yに沿って突設されている。
直交側面可動電極33Mは、表面に絶縁帯電体30Eが形成された金属などの導電体からなる、断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで、その一端が直交側面33A,33Bに固定されている。
Further, among the
The orthogonal side surface
また、可動部材30のうち、揺動方向Yと平行する平行側面34A,34Bには、表面に絶縁帯電体30Eが形成された平行側面可動電極(側面可動電極)34Mが、下側基板10,上側基板20の平面方向に向けて、ここでは直交方向Xに沿って突設されている。
平行側面可動電極34Mは、表面に絶縁帯電体30Eが形成された金属などの導電体からなる、断面略矩形状の凸状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで、その一端が平行側面34A,34Bに固定されている。
Further, among the
The parallel side surface
[固定電極]
次に、図1−図3を参照して、本実施の形態にかかる静電変換装置1の下側基板10および上側基板20に設けられた固定電極について説明する。
[Fixed electrode]
Next, the fixed electrodes provided on the
図2および図3に示すように、下側基板10のうち、可動部材30と対向する上面11の絶縁膜11P上には、可動部材30の下面可動電極31Mと対向して正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cが、揺動方向Yに沿って等間隔で突設されている。
このうち、中間下部固定電極11Cは、絶縁膜11Pのうち、下面可動電極31Mの揺動による変位のない静止位置PCと対向する位置に、直交方向Xに沿って延在するように突設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで絶縁膜11Pに固定されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, on the insulating
Among these, the intermediate lower fixed
また、正側下部固定電極11Aは、絶縁膜11Pのうち、下面可動電極31Mが揺動方向Yに変位した正側変位位置PAと対向する位置に、直交方向Xに沿って延在するように突設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで絶縁膜11Pに固定されている。
負側下部固定電極11Bは、絶縁膜11Pのうち、下面可動電極31Mが揺動方向Yとは逆方向に変位した負側変位位置PBと対向する位置に、直交方向Xに延在するように突設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで絶縁膜11Pに固定されている。
Further, the positive lower
The negative lower
また、上側基板20のうち、可動部材30と対向する下面22の絶縁膜22Pには、可動部材30の上面可動電極32Mと対向して正側上部固定電極22A、負側上部固定電極22B、および中間上部固定電極22Cが、揺動方向Yに沿って等間隔で突設されている。
このうち、中間上部固定電極22Cは、絶縁膜22Pのうち、上面可動電極32Mの揺動による変位のない静止位置PCと対向する位置に、直交方向Xに沿って延在するように突設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで絶縁膜22Pに固定されている。
Further, on the insulating
Among these, the intermediate upper
また、正側上部固定電極22Aは、絶縁膜22Pのうち、上面可動電極32Mが揺動方向Yに変位した正側変位位置PAと対向する位置に、直交方向Xに沿って延在するように突設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで絶縁膜22Pに固定されている。
負側上部固定電極22Bは、絶縁膜22Pのうち、上面可動電極32Mが揺動方向Yとは逆方向に変位した負側変位位置PBと対向する位置に、直交方向Xに沿って延在するように突設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の板状部材から構成されており、当該断面の長手方向が垂直方向Zに沿った縦方向の向きで絶縁膜22Pに固定されている。
Further, the positive upper
The negative upper
また、下側基板10のうち、上面11の絶縁膜11Pには、可動部材30の直交側面可動電極33Mと対向して、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cが、揺動方向Yに沿って等間隔で立設されている。
このうち、中間直交側面固定電極13Cは、絶縁膜11Pのうち、直交側面可動電極33Mの揺動による変位のない静止位置PCと対向する位置に立設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の柱状部材から構成されている。
Further, in the
Among them, the intermediate orthogonal side surface fixed
また、正側直交側面固定電極13Aは、絶縁膜11Pのうち、直交側面可動電極33Mが揺動方向Yに変位した正側変位位置PAと対向する位置に立設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の柱状部材から構成されている。
負側直交側面固定電極13Bは、絶縁膜11Pのうち、直交側面可動電極33Mが揺動方向Yとは逆方向に変位した負側変位位置PBと対向する位置に立設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の柱状部材から構成されている。
Further, the positive-side orthogonal side surface fixed
The negative-side orthogonal side surface fixed
また、下側基板10のうち、上面11の絶縁膜11Pには、可動部材30の平行側面可動電極34Mと対向して、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cが、揺動方向Yに沿って等間隔で立設されている。
このうち、中間平行側面固定電極14Cは、絶縁膜11Pのうち、平行側面可動電極34Mの揺動による変位のない静止位置PCと対向する位置に立設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の柱状部材から構成されている。
Further, in the
Among these, the intermediate parallel side surface fixed
また、正側平行側面固定電極14Aは、絶縁膜11Pのうち、平行側面可動電極34Mが揺動方向Yに変位した正側変位位置PAと対向する位置に立設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の柱状部材から構成されている。
負側平行側面固定電極14Bは、絶縁膜11Pのうち、平行側面可動電極34Mが揺動方向Yとは逆方向に変位した負側変位位置PBと対向する位置に立設された、金属などの導電体からなる断面略矩形状の柱状部材から構成されている。
Further, the positive side parallel side fixed
The negative parallel side fixed
これら可動電極と固定電極とからなる組のうち、下面可動電極31Mと、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cとの電極組は、図1−図3において、5組設けられているが、この組数については5組に限定されるものではなく、適宜変更すればよい。これについては、上面可動電極32Mと、正側上部固定電極22A、負側上部固定電極22B、および中間上部固定電極22Cとの電極組の組数についても同様である。
Among these sets of movable electrodes and fixed electrodes, the electrode set of the lower surface
さらに、直交側面可動電極33Mと、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cとの電極組は、図1−図3において、8組設けられているが、この組数については8組に限定されるものではなく、適宜変更すればよい。これについては、平行側面可動電極34Mと、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cとの電極組の組数についても同様である。
Furthermore, in FIG. 1 to FIG. 3, eight sets of electrode sets of the orthogonal side surface
また、各電極組に属する正側下部固定電極11Aは、下側基板10に設けられている正側接続端子(図示せず)まで、配線を介して共通接続されており、負側下部固定電極11Bおよび中間下部固定電極11Cも、これと同様にして、下側基板10に設けられている負側接続端子および中間接続端子(ともに図示せず)まで、配線を介してそれぞれ共通接続されている。これについては、各電極組に属する正側上部固定電極22A、負側上部固定電極22B、および中間上部固定電極22Cについても同様であり、上側基板20に設けられている正側接続端子、負側接続端子、および中間接続端子(ともに図示せず)まで、配線を介してそれぞれ共通接続されている。
Further, the positive lower
また、各電極組に属する正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cについても同様であり、下側基板10に設けられている正側接続端子、負側接続端子、および中間接続端子(ともに図示せず)まで、配線を介してそれぞれ共通接続されている。さらに、各電極組に属する正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cについても同様であり、下側基板10に設けられている正側接続端子、負側接続端子、および中間接続端子(ともに図示せず)まで、配線を介してそれぞれ共通接続されている。
The same applies to the positive-side orthogonal side surface fixed
[本実施の形態の動作]
次に、図面を参照して、本実施の形態にかかる静電変換装置1の発電動作について、電極組ごとに説明する。
[Operation of this embodiment]
Next, the power generation operation of the electrostatic conversion device 1 according to the present embodiment will be described for each electrode set with reference to the drawings.
まず、図4A,図4B,図4Cを参照して、下側基板10,上側基板20の平面方向に沿って対向配置された、直交側面可動電極33Mと、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cとの電極組における、発電動作について説明する。図4Aは、直交側面可動電極による発電動作(静止位置)を示す説明図である。図4Bは、直交側面可動電極による発電動作(正側変位位置)を示す説明図である。図4Cは、直交側面可動電極による発電動作(負側変位位置)を示す説明図である。
First, referring to FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C, the orthogonal side surface
直交側面可動電極33Mは、一端が可動部材30の直交側面33A,33Bに固定された板状部材からなる腕部材33Uと、腕部材33Uの他端に設けられた、腕部材33Uの幅(厚さ)より幅広の先端部33Tから構成されており、これら腕部材33Uおよび先端部33Tの表面には絶縁帯電体30Eが形成されている。
また、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cは、2組設けられており、直交側面可動電極33Mを挟んで、対向する位置に立設されている。
The orthogonal side surface
Further, two sets of the positive orthogonal side surface fixed
図4Aに示すように、可動部材30が揺動により変位していない静止位置PCに位置している場合、直交側面可動電極33Mの先端部33Tは、中間直交側面固定電極13Cと対向する。このため、中間直交側面固定電極13Cは、先端部33Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、中間直交側面固定電極13Cに現れる。
As shown in FIG. 4A, when the
このような状態において、外部から静電変換装置1に振動エネルギーが与えられた場合、質量を有する可動部材30が揺動方向Yに揺動する。ここで、図4Bに示すように、可動部材30が揺動方向Yに移動して、先端部33Tも揺動方向Yに正側変位位置PAまで移動した場合、先端部33Tは、正側直交側面固定電極13Aと対向する。このため、正側直交側面固定電極13Aは、先端部33Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、正側直交側面固定電極13Aに現れる。この正電荷は、中間直交側面固定電極13Cと正側直交側面固定電極13Aとの間に電気的に接続された正側外部負荷RAを介して、中間直交側面固定電極13Cから移動してきたものである。
In such a state, when vibration energy is given to the electrostatic conversion device 1 from the outside, the
一方、図4Cに示すように、可動部材30が揺動方向Yに移動して、先端部33Tも揺動方向Yに負側変位位置PBまで移動した場合、先端部33Tは、負側直交側面固定電極13Bと対向する。このため、負側直交側面固定電極13Bは、先端部33Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、負側直交側面固定電極13Bに現れる。この正電荷は、中間直交側面固定電極13Cと負側直交側面固定電極13Bとの間に電気的に接続された負側外部負荷RBを介して、中間直交側面固定電極13Cから移動してきたものである。
On the other hand, as shown in FIG. 4C, when the
このように、静電変換装置1が振動することによって可動部材30が揺動方向Yに揺動した場合、先端部33Tが、静止位置PCから正側変位位置PAまで変位した後、再び静止位置PCまで戻る。このため、中間直交側面固定電極13Cと正側直交側面固定電極13Aとに、交互に正電荷が誘導され、結果として、正側外部負荷RAに交流電流が流れることとなる。
同様に、可動部材30が揺動方向Yとは逆方向に沿って揺動し、先端部33Tが静止位置PCから負側変位位置PBまで変位した後、再び静止位置PCまで戻る。このため、中間直交側面固定電極13Cと負側直交側面固定電極13Bとに、交互に正電荷が誘導され、結果として、負側外部負荷RBに交流電流が流れることとなる。
As described above, when the
Similarly, the
このように、本実施の形態は、直交側面可動電極33Mと、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cとを、下側基板10,上側基板20の平面方向に沿って対向配置するようにしたので、下側基板10,上側基板20や可動部材30の面積による制約を受けずに、直交側面可動電極33Mの絶縁帯電体30Eと、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cとの重なり面積を設定することができ、サイズ当たりの発電率効率を向上させることができる。
Thus, in the present embodiment, the orthogonal side surface
また、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、および中間直交側面固定電極13Cを2組設けて、直交側面可動電極33Mを挟んで、対向する位置に立設したので、サイズ当たりの発電率効率を向上させることができる。
In addition, since two sets of the positive-side orthogonal side surface fixed
次に、図5A、図5B、図5Cを参照して、下側基板10,上側基板20の平面方向に沿って対向配置された、平行側面可動電極34Mと、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cとの電極組における、発電動作について説明する。図5Aは、平行側面可動電極による発電動作(静止位置)を示す説明図である。図5Bは、平行側面可動電極による発電動作(正側変位位置)を示す説明図である。図5Cは、平行側面可動電極による発電動作(負側変位位置)を示す説明図である。
Next, referring to FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C, the parallel side
平行側面可動電極34Mは、可動部材30の平行側面34A,34Bに突出して設けられた凸状部材34Uから構成されており、この凸状部材34Uの表面には絶縁帯電体30Eが形成されている。
The parallel side surface
図5Aに示すように、可動部材30が揺動により変位していない静止位置PCに位置している場合、凸状部材34Uの先端部34Tは、中間平行側面固定電極14Cと対向する。このため、中間平行側面固定電極14Cは、先端部34Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、中間平行側面固定電極14Cに現れる。
As shown in FIG. 5A, when the
このような状態において、外部から静電変換装置1に振動エネルギーが与えられた場合、質量を有する可動部材30が揺動方向Yに揺動する。ここで、図5Bに示すように、可動部材30が揺動方向Yに移動して、先端部34Tも揺動方向Yに正側変位位置PAまで移動した場合、先端部34Tは、正側平行側面固定電極14Aと対向する。このため、正側平行側面固定電極14Aは、先端部34Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、正側平行側面固定電極14Aに現れる。この正電荷は、中間平行側面固定電極14Cと正側平行側面固定電極14Aとの間に電気的に接続された正側外部負荷RAを介して、中間平行側面固定電極14Cから移動してきたものである。
In such a state, when vibration energy is given to the electrostatic conversion device 1 from the outside, the
一方、図5Cに示すように、可動部材30が揺動方向Yに移動して、先端部34Tも揺動方向Yに負側変位位置PBまで移動した場合、先端部34Tは、負側平行側面固定電極14Bと対向する。このため、負側平行側面固定電極14Bは、先端部34Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、負側平行側面固定電極14Bに現れる。この正電荷は、中間平行側面固定電極14Cと負側平行側面固定電極14Bとの間に電気的に接続された負側外部負荷RBを介して、中間平行側面固定電極14Cから移動してきたものである。
On the other hand, as shown in FIG. 5C, when the
このように、静電変換装置1が振動することによって可動部材30が揺動方向Yに揺動した場合、先端部34Tが、静止位置PCから正側変位位置PAまで変位した後、再び静止位置PCまで戻る。このため、中間平行側面固定電極14Cと正側平行側面固定電極14Aとに、交互に正電荷が誘導され、結果として、正側外部負荷RAに交流電流が流れることとなる。
同様に、可動部材30が揺動方向Yとは逆方向に沿って揺動し、先端部34Tが静止位置PCから負側変位位置PBまで変位した後、再び静止位置PCまで戻る。このため、中間平行側面固定電極14Cと負側平行側面固定電極14Bとに、交互に正電荷が誘導され、結果として、負側外部負荷RBに交流電流が流れることとなる。
As described above, when the
Similarly, the
このように、本実施の形態は、平行側面可動電極34Mと、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cとを、下側基板10,上側基板20の平面方向に沿って対向配置するようにしたので、下側基板10,上側基板20や可動部材30の面積による制約を受けずに、平行側面可動電極34Mの絶縁帯電体30Eと、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cとの重なり面積を設定することができ、サイズ当たりの発電率効率を向上させることができる。
Thus, in this embodiment, the parallel side
次に、図6A、図6B、図6Cを参照して、下側基板10,上側基板20の垂直方向Zに沿って対向配置された、下面可動電極31Mと、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cとの電極組における、発電動作について説明する。図6Aは、下面可動電極による発電動作(静止位置)を示す説明図である。図6Bは、下面可動電極による発電動作(正側変位位置)を示す説明図である。図6Cは、下面可動電極による発電動作(負側変位位置)を示す説明図である。
Next, referring to FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 6C, the lower surface
下面可動電極31Mは、可動部材30の下面31に突出して設けられた板形部材31Uから構成されており、この板形部材31Uの表面には絶縁帯電体30Eが形成されている。
The lower surface
図6Aに示すように、可動部材30が揺動により変位していない静止位置PCに位置している場合、板形部材31Uの先端部31Tは、中間下部固定電極11Cと対向する。このため、中間下部固定電極11Cは、先端部31Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、中間下部固定電極11Cに現れる。
As shown in FIG. 6A, when the
このような状態において、外部から静電変換装置1に振動エネルギーが与えられた場合、質量を有する可動部材30が揺動方向Yに揺動する。ここで、図6Bに示すように、可動部材30が揺動方向Yに移動して、先端部31Tも揺動方向Yに正側変位位置PAまで移動した場合、先端部31Tは、正側下部固定電極11Aと対向する。このため、正側下部固定電極11Aは、先端部31Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、正側下部固定電極11Aに現れる。この正電荷は、中間下部固定電極11Cと正側下部固定電極11Aとの間に電気的に接続された正側外部負荷RAを介して、中間下部固定電極11Cから移動してきたものである。
In such a state, when vibration energy is given to the electrostatic conversion device 1 from the outside, the
一方、図6Cに示すように、可動部材30が揺動方向Yに移動して、先端部31Tも揺動方向Yに負側変位位置PBまで移動した場合、先端部31Tは、負側下部固定電極11Bと対向する。このため、負側下部固定電極11Bは、先端部31Tの絶縁帯電体30Eにより形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体30Eの負電荷に対応した正電荷が、負側下部固定電極11Bに現れる。この正電荷は、中間下部固定電極11Cと負側下部固定電極11Bとの間に電気的に接続された負側外部負荷RBを介して、中間下部固定電極11Cから移動してきたものである。
On the other hand, as shown in FIG. 6C, when the
このように、静電変換装置1が振動することによって可動部材30が揺動方向Yに揺動した場合、先端部31Tが、静止位置PCから正側変位位置PAまで変位した後、再び静止位置PCまで戻る。このため、中間下部固定電極11Cと正側下部固定電極11Aとに、交互に正電荷が誘導され、結果として、正側外部負荷RAに交流電流が流れることとなる。
同様に、可動部材30が揺動方向Yとは逆方向に沿って揺動し、先端部31Tが静止位置PCから負側変位位置PBまで変位した後、再び静止位置PCまで戻る。このため、中間下部固定電極11Cと負側下部固定電極11Bとに、交互に正電荷が誘導され、結果として、負側外部負荷RBに交流電流が流れることとなる。
As described above, when the
Similarly, the
このように、本実施の形態は、下面可動電極31Mと、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cとを、下側基板10,上側基板20の垂直方向Zに沿って対向配置するようにしたので、可動部材30の下面31も利用して、下面可動電極31Mと、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cとの重なり面積を増やすことができ、サイズ当たりの発電率効率を向上させることができる。
Thus, in the present embodiment, the lower surface
また、下面可動電極31Mと、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cとを、直交方向Xに延在するように突設したので、互いの重なり面積を効果的に増やすことができ、サイズ当たりの発電率効率を向上させることができる。
In addition, since the lower surface
また、図6A−図6Cでは、可動部材30の下面31を利用した場合の発電動作を例として説明したが、上面32を利用した場合の発電動作、すなわち、上面可動電極32Mと、正側上部固定電極22A、負側上部固定電極22B、および中間上部固定電極22Cとの電極組における、発電動作についても同様であり、ここでの説明は省略する。
6A to 6C, the power generation operation when the
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、全体として平板部材(直方体)をなす可動部材30の下面31、上面32、直交側面33A,33B、および平行側面34A,34Bの6面すべてに、表面に絶縁帯電体30Eが形成された可動電極31M,32M,33M,34Mを形成するとともに、これら可動電極31M,32M,33M,34Mと対向する位置に、導電体からなる固定電極11A,11B,11C,22A,22B,22C,13A,13B,13C,14A,14B,14Cを設けたものである。
[Effects of the present embodiment]
As described above, in this embodiment, all the six surfaces of the
このような可動電極と固定電極との対向構造により、可動電極と固定電極との重なり面積を大幅に増大させることができ、サイズ当たりの発電率効率を向上させることが可能となる。したがって、結果として、発電出力の向上や静電変換装置の小型化を実現することが可能となる。また、可動部材30および各可動電極を31M,32M,33M,34Mの表面に絶縁帯電体30Eを形成したので、より発電率効率を向上させることが可能となる。
With such a facing structure of the movable electrode and the fixed electrode, the overlapping area between the movable electrode and the fixed electrode can be greatly increased, and the power generation rate efficiency per size can be improved. Therefore, as a result, it is possible to improve the power generation output and reduce the size of the electrostatic conversion device. Further, since the insulating charging
[静電変換装置の製造方法]
次に、本実施の形態にかかる静電変換装置1の製造方法について説明する。本実施の形態では、下側基板10の構造物と、上側基板20の構造物とを、別個の製造工程で製造した後、両者を貼り合わせることにより静電変換装置1を製造する場合を例として説明する。
[Method for Manufacturing Electrostatic Conversion Device]
Next, a method for manufacturing the electrostatic conversion device 1 according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the structure of the
まず、図7A−図7Dを参照して、下側基板10の構造物のうち、下部固定電極を構成する、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cほかの製造工程までについて説明する。図7A〜図7Dは、下側基板の構造物に関する製造方法を示す工程図である。
First, referring to FIG. 7A to FIG. 7D, among the structures of the
図7Aに示すように、例えば、酸化シリコンからなる絶縁膜102(11P)が上面101(11)に形成された、シリコンからなる下側基板100(10)を用意する。この下側基板100は、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された半導体集積回路を備えるようにしてもよい。この場合、集積回路の配線や、パッドの配線などと電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、絶縁膜102の所定の箇所に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 7A, for example, a lower substrate 100 (10) made of silicon having an insulating film 102 (11P) made of silicon oxide formed on an upper surface 101 (11) is prepared. The
このような下側基板100に対して、図7Bに示すように、絶縁膜102上に第1のシード層103(11S)を形成する。この第1のシード層103は、例えば、スパッタ法や蒸着法などにより、絶縁膜102上にチタンを堆積した後、この上に金を堆積することにより形成することができる。この場合、チタンの膜厚は0.1μm程度、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
A first seed layer 103 (11S) is formed on the insulating
第1のシード層103を形成した後、図7Cに示すように、第1のシード層103の上にレジスト材料を塗布し、このレジスト材料に対して所望のパターンを有するマスクを用いて露光することにより、第1のシード層103上の所望の位置に開口部が形成されたレジストパターンを形成する。このとき、その開口部からは、第1のシード層103が露出している。
After forming the
このようなレジストパターンを形成した後、例えばメッキ法により、そのレジストパターンの開口部内に金を堆積した後、そのレジストパターンを除去することにより、第1のシード層103上に上方に突出した柱状の第1の金属パターン104(スペーサ部材50、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cなど)を形成する。このとき、例えば、塗布するレジスト材料の膜厚を5μm程度、メッキ膜の膜厚を1μm程度とすることにより、第1の金属パターンの高さを1μm程度に形成することができる。
After forming such a resist pattern, gold is deposited in the opening of the resist pattern by, for example, plating, and then the resist pattern is removed, so that the columnar shape protruding upward on the
このようにして第1の金属パターン104を形成した後、この第1の金属パターン104をマスクとして第1のシード層103をエッチング除去し、図7Dに示すように、第1の金属パターン104が絶縁膜102の上で互いに分離した状態とする。これにより、スペーサ部材50の下部、柱部材52A,52Bの下部、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、中間直交側面固定電極13C、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cの各固定電極の下部、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cの各固定電極の全体が形成される。
After forming the
この際、第1のシード層103のエッチング除去は、例えば、第1のシード層103の上層にある金を、硝酸と塩酸からなる王水エッチング液でウエットエッチングした後、このウエットエッチングにより露出した第1のシード層103の下層にあるチタンを、フッ化水素水溶液によりウエットエッチングすることにより行うことができる。
At this time, the
次に、図8A〜図8Gを参照して、下側基板10の構造物のうち、下面可動電極31Mほかの製造工程までについて説明する。図8A〜図8Gは、静電変換装置の下側基板の構造物に関する製造方法を示す工程図である。
Next, with reference to FIGS. 8A to 8G, the manufacturing process of the lower surface
第1のシード層103を選択的にエッチング除去した後、図8Aに示すように、絶縁膜上に第1の犠牲層110を形成する。このとき、第1の金属パターン104の上面は、第1の犠牲層110表面に露出した状態とされる。
After selectively removing the
このような第1の犠牲層110は、例えば、PBO(ポリベンゾオキサゾール)からなる感光性有機樹脂を絶縁膜上に塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることにより形成することができる。
そのパターニングでは、前処理として120℃のプリベークを4分間行い、パターニング後に310℃の加熱処理を行い、有機樹脂の膜が熱硬化された状態とする。その有機樹脂としては、例えば、住友ベークライト社製のCRC8300を用いることができる。
For example, the first
In the patterning, pre-baking at 120 ° C. is performed for 4 minutes as pre-processing, and heat treatment at 310 ° C. is performed after patterning, so that the organic resin film is thermally cured. As the organic resin, for example, CRC8300 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd. can be used.
第1の犠牲層110を形成した後、図8Bに示すように、上述した第1のシード層103を形成した方法と同様の方法により第1の犠牲110層上に第2のシード層111を形成し、図8Cに示すように、上述した第1の金属パターン104を形成した方法と同様の方法により第2のシード層111上に第2の金属パターン112を形成する。ここで、第2の金属パターン112の形成時には、例えば、塗布するレジスト材料の膜厚を20μm程度、メッキ膜の膜厚を15μm程度とすることにより、第2の金属パターンの高さを15μm程度に形成することができる。
After forming the first
第2の金属パターン112を形成した後、この第2の金属パターン112をマスクとして第2のシード層111をエッチング除去し、図8Dに示すように、第2の金属パターン112が第1の犠牲層110の上で互いに分離した状態とする。これにより、スペーサ部材50の下部、柱部材52A,52Bの下部、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、中間直交側面固定電極13C、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cの各固定電極の下部が形成される。
After the
第2のシード層111のエッチング除去は、第1のシード層103の除去と同様な方法で行えばよい。
第2のシード層111を選択的にエッチング除去した後、図8Eに示すように、第1の犠牲層110上に第2の犠牲層113を形成する。このとき、第2の金属パターン112の上面は、第2の犠牲層113の表面に露出した状態とされる。このような第2の犠牲層113の形成は、第1の犠牲層110と同様な方法で行えばよい。
Etching removal of the
After selectively removing the
第2の犠牲層113を形成した後、図8Fに示すように、上述した第1のシード層110を形成した方法と同様の方法により第2の犠牲層113上に第3のシード層114を形成し、上述した第1の金属パターン104を形成した方法と同様の方法により第3のシード層114上に第3の金属パターン115を形成する。ここで、第3の金属パターン115の形成時には、例えば、マスクとなるレジストパターンの膜厚を40μm程度、メッキの膜厚20μm程度に形成された状態とすればよい。
After forming the second
第3の金属パターン115を形成した後、図8Gに示すように、第1のシード層103をエッチング除去した方法と同様の方法により、第3の金属パターン115をマスクとして第3のシード層114をエッチング除去し、第3の金属パターン115が第2の犠牲層113上で互いに分離した状態とする。これにより、スペーサ部材50の下部、柱部材52A,52Bの下部、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、中間直交側面固定電極13C、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cの各固定電極の一部、下部固定電極を構成する、正側下部固定電極11A、負側下部固定電極11B、および中間下部固定電極11Cの全部が形成される。
After the
次に、図9A〜図9Hを参照して、下側基板10の構造物のうち、正側上部固定電極22A、負側上部固定電極22B、および中間上部固定電極22Cほかの製造工程までについて説明する。図9A〜図9Hは、下側基板の構造物に関する製造方法を示す工程図である。
Next, with reference to FIG. 9A to FIG. 9H, the manufacturing process of the upper substrate fixed
第3のシード層114を選択的にエッチング除去した後、図9Aに示すように、第2の犠牲層113上に第3の犠牲層120を形成する。このとき、第3の金属パターン115の上面は、第3の犠牲層120の表面に露出した状態とされる。このような第3の犠牲層120を形成する工程は、上述した第1の犠牲層110を形成する工程と同等の方法により行うことができる。
After selectively removing the
第3の犠牲層を形成した後、図9Bに示すように、第1のシード層103を形成した方法と同等の方法により、第3の犠牲層120上に第4のシード層121を形成し、第1の金属パターン104や第2の金属パターン112を形成した方法と同等の方法により、その第4のシード層121上に第4の金属パターン122を形成する。ここで、第4の金属パターン122の形成時には、マスクとなるレジストパターンの膜厚を40μm程度、メッキの膜厚25μm程度に形成された状態とすればよい。
After forming the third sacrificial layer, as shown in FIG. 9B, a
第4の金属パターン112を形成した後、図9Cに示すように、第1のシード層103や第2のシード層111をエッチング除去した方法と同等の方法により、第4の金属パターン122をマスクとして第4のシード層121を除去する。これにより、第4の金属パターン122が第3の犠牲層120上で分離した状態とする。これにより、スペーサ部材50の一部、柱部材52A,52Bの上部、梁部材53A,53B、可動部材30、直交側面可動電極33M、平行側面可動電極34M、正側直交側面固定電極13A、負側直交側面固定電極13B、中間直交側面固定電極13C、正側平行側面固定電極14A、負側平行側面固定電極14B、および中間平行側面固定電極14Cの各固定電極の上部が形成される。
After forming the
第4のシード層121を選択的にエッチング除去した後、図9Dに示すように、第3の犠牲層120上に第4の犠牲層123を形成する。このとき、第4の金属パターン122の上面は、第4の犠牲層123の表面に露出した状態とされる。このような第4の犠牲層123を形成する工程は、上述した第1の犠牲層110や第2の犠牲層113を形成する工程と同等の方法により行うことができる。
After selectively removing the
第4の犠牲層123を形成した後、図9Eに示すように、第1のシード層103等を形成した方法と同等の方法により、第4の犠牲層123上に第5のシード層124を形成し、第1の金属パターン104等を形成した方法と同等の方法により、その第5のシード層124上に第5の金属パターン125を形成する。ここで、第5の金属パターン125の形成時には、マスクとなるレジストパターンの膜厚を40μm程度、メッキの膜厚20μm程度に形成された状態とすればよい。
After the formation of the fourth
第5の金属パターン125を形成した後、図9Fに示すように、第1のシード層103等をエッチング除去した方法と同等の方法により、第5の金属パターン125をマスクとして第5のシード層124を除去する。これにより、第5の金属パターン125が第4の犠牲層123上で分離した状態とする。これにより、スペーサ部材50の一部、上面可動電極32Mの全部が形成される。
After the
第5のシード層124を選択的にエッチング除去した後、図9Gに示すように、第1の犠牲層110、第2の犠牲層113、第3の犠牲層120、第4の犠牲層123を除去する。これにより、可動部材30の一部を構成する第4のシード層121の下方に空間が形成された状態となる。第1の犠牲層110、第2の犠牲層113、第3の犠牲層120、第4の犠牲層123の除去は、例えば、オゾンアッシャー装置を用いてオゾンをこれら犠牲層に作用させることにより、行うことができる。
After selectively etching away the
第1から第4の犠牲層を除去した後、図9Hに示すように、第3のシード層114、第3の金属パターン115、第4のシード層121、および第4の金属パターン122のうち、可動部材30を構成する部材の表面に、撥水性、絶縁性および帯電性を発現する電着材料を用いた電着により、絶縁膜126を形成する。この絶縁膜126は、上述した絶縁帯電体30Eを構成する。このような絶縁膜126の製造工程の具体例を以下に示す。
After removing the first to fourth sacrificial layers, as shown in FIG. 9H, among the
例えば、スルフォニウムカチオンが分散する電着液(例えば、日本ペイント(株)製、INSULEED3020X)を30℃に調整し、この電着液の中に、上述した工程を経た微細構造体および白金からなる固定電極が浸漬された状態とする。この状態で可動部材30を構成する部材に負電圧を印加するとともに、固定電極に正電圧を印加する。すなわち、可動部材30を構成する部材を構成する部材を負極とし、固定電極を正極として電着液中に浸漬し、定電圧源を用いて電圧を印加することにより、カチオン電着を行う。
For example, an electrodeposition liquid in which sulfonium cations are dispersed (for example, INSULEED3020X, manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) is adjusted to 30 ° C., and the fine structure and platinum that have undergone the above-described steps are contained in this electrodeposition liquid. The fixed electrode is immersed. In this state, a negative voltage is applied to the members constituting the
この電着により、電着液に分散している絶縁膜126の形成材料が、負電圧が印加された可動部材30を構成する部材の表面に析出することにより、絶縁膜126が形成される。電着液に分散している材料は、負電圧が印加されていない絶縁膜126や、その他の部材の表面には付着せず、負電圧を印加した可動部材30を構成する部材のみに絶縁膜126を選択的に形成することができる。したがって、可動部材30および各可動電極31M,32M,33M,34Mの表面に、絶縁帯電体30Eとなる絶縁膜126を、容易に形成することができる。
By this electrodeposition, the forming material of the insulating
このようにして絶縁膜126を形成した後、微細構造体を水洗処理し、乾燥させた後、窒素雰囲気において190℃で25分間の加熱処理を行うことにより、絶縁膜126が熱硬化された状態とする。
絶縁膜126を熱硬化した後、微細構造体に対して、例えば、公知の軟X線法、液体接触法などの方法により、帯電処理を行う。このような帯電処理により、絶縁膜126の表面には負電荷が帯電した状態となる。
After the insulating
After the insulating
次に、図10A〜図10Dを参照して、上側基板20の構造物に関する製造工程について説明する。図10A〜図10Dは、上側基板の構造物に関する製造方法を示す工程図である。
Next, with reference to FIG. 10A-FIG. 10D, the manufacturing process regarding the structure of the upper board |
図10Aに示すように、例えば、酸化シリコンからなる第2の絶縁膜131が一方の面に形成された、シリコンからなる上側基板130を用意する。ここで、上側基板130は、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された半導体集積回路を備えるようにしてもよい。この場合、集積回路の配線や、パッドの配線などと電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、第2の絶縁膜の所定の箇所に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 10A, for example, an
このような上側基板130に対して、上述した第1のシード層103等を形成した方法と同様の方法により第2の絶縁膜131上に第6のシード層132を形成し、第1の金属パターン104等を形成した方法と同様の方法により第6のシード層132上に第6の金属パターン133を形成する。ここで、第6の金属パターン133の形成時には、例えば、塗布するレジスト材料の膜厚を5μm程度、メッキ膜の膜厚を1μm程度とすることにより、第6の金属パターンの高さを1μm程度に形成することができる。これにより、上部固定電極を構成する、正側上部固定電極22A、負側上部固定電極22B、および中間上部固定電極22Cの各固定電極の一部、およびスペーサ部材50の一部が形成される。
A
第6の金属パターン133を形成した後、図10Bに示すように、上述した第1の金属パターン104を形成した方法と同様の方法により第6の金属パターン133上の一部に第7の金属パターン134を形成する。ここで、第7の金属パターン134の形成時には、例えば、塗布するレジスト材料の膜厚を20μm程度、メッキ膜の膜厚を15μm程度とすることにより、第7の金属パターン134の高さを15μm程度に形成することができる。これにより、スペーサ部材50の一部が形成される。
After the
第7の金属パターン134を形成した後、第1のシード層103等をエッチング除去した方法と同様の方法により、第6の金属パターン133、および第6の金属パターン133をマスクとして第6のシード層132をエッチング除去し、図10Cに示すように、第6の金属パターン133および第7の金属パターン134が第6のシード層132上で互いに分離した状態とする。
After the
次に、図10Dに示すように、下側基板100の構造物のうち、下側基板100の第1の絶縁膜102が形成された側の面と、上側基板130の構造物のうち、上側基板130の第2の絶縁膜131が形成された側の面とを対向させる。そして、下側基板100の構造物のうち、スペーサ部材50を構成する第5の金属パターン125の上面と、上側基板130の構造物のうち、スペーサ部材50を構成する第7の金属パターン134の上面とを貼り合わせる。この貼り合わせる方法としては、公知のCOC(Chip On Chip)接合や、常温SAB(Surface Activated Bonding )接合などにより行うことができる。これにより、静電変換装置1が完成する。
Next, as illustrated in FIG. 10D, among the structures of the
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented in any combination within a consistent range.
本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する静電変換装置に適用することができ、携帯端末装置などの携帯型の電子機器の電源に好適である。 The present invention can be applied to an electrostatic conversion device that converts vibration energy into electric energy, and is suitable for a power source of a portable electronic device such as a portable terminal device.
1…静電変換装置、10…下側基板、11…上面、11A…正側下部固定電極、11B…負側下部固定電極、11C…中間下部固定電極、11P…絶縁膜、13A…正側直交側面固定電極、13B…負側直交側面固定電極、13C…中間直交側面固定電極、14A…正側平行側面固定電極、14B…負側平行側面固定電極、14C…中間平行側面固定電極、20…上側基板、22…下面、22A…正側上部固定電極、22B…負側上部固定電極、22C…中間上部固定電極、22P…絶縁膜、30…可動部材、30E…絶縁帯電体、31…下面、31M…下面可動電極、32…上面、32M…上面可動電極、33A,33B…直交側面、33M…直交側面可動電極(側面可動電極)、34A,34B…平行側面、34M…平行側面可動電極(側面可動電極)、50…スペーサ部材、51…開口、52A,52B…柱部材、53A,53B…梁部材、X…直交方向、Y…揺動方向、Z…垂直方向、PA…正側変位位置、PB…負側変位位置、PC…静止位置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic conversion apparatus, 10 ... Lower board | substrate, 11 ... Upper surface, 11A ... Positive side lower fixed electrode, 11B ... Negative side lower fixed electrode, 11C ... Middle lower fixed electrode, 11P ... Insulating film, 13A ... Positive side orthogonal Side fixed electrode, 13B ... Negative side orthogonal side fixed electrode, 13C ... Intermediate orthogonal side fixed electrode, 14A ... Positive side parallel side fixed electrode, 14B ... Negative side parallel side fixed electrode, 14C ... Middle parallel side fixed electrode, 20 ... Upper side Substrate, 22 ... lower surface, 22A ... positive upper fixed electrode, 22B ... negative upper fixed electrode, 22C ... intermediate upper fixed electrode, 22P ... insulating film, 30 ... movable member, 30E ... insulated charging member, 31 ... lower surface, 31M ... lower surface movable electrode, 32 ... upper surface, 32M ... upper surface movable electrode, 33A, 33B ... orthogonal side surface, 33M ... orthogonal side surface movable electrode (side surface movable electrode), 34A, 34B ... parallel side surface, 34M ... parallel side surface movable electrode ( Surface movable electrode), 50 ... Spacer member, 51 ... Opening, 52A, 52B ... Column member, 53A, 53B ... Beam member, X ... Orthogonal direction, Y ... Swing direction, Z ... Vertical direction, PA ... Positive displacement position , PB: negative displacement position, PC: stationary position.
Claims (7)
前記上側基板と前記下側基板との間にこれら基板と平行配置されるとともに、これら基板の平面方向と平行な一定の揺動方向に沿って揺動自在に支持されて、表面に絶縁帯電体が形成された平板形状をなす可動部材と、
前記可動部材の下面に、前記下側基板に向けて突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された下面可動電極と、
前記可動部材の上面に、前記上側基板に向けて突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された上面可動電極と、
前記可動部材の各側面に、前記平面方向に向けて突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された側面可動電極と、
前記下側基板の上面に形成されている絶縁膜上のうち前記下面可動電極と対向する位置に突設されて、当該下面可動電極の揺動により誘導電荷を発生させる下部固定電極と、
前記上側基板の下面に形成されている絶縁膜上のうち前記上面可動電極と対向する位置に突設されて、当該上面可動電極の揺動により誘導電荷を発生させる上部固定電極と、
前記下側基板の上面または前記上側基板の下面に形成されている絶縁膜上のうち前記側面可動電極と対向する位置に突設されて、当該側面可動電極の揺動により誘導電荷を発生させる側面固定電極と
を備えることを特徴とする静電変換装置。 An upper substrate and a lower substrate which are arranged in parallel apart from each other in the vertical direction;
Between the upper substrate and the lower substrate, these substrates are arranged in parallel, and supported so as to be swingable along a certain swinging direction parallel to the planar direction of these substrates, and the surface is electrically insulated. A movable member having a flat plate shape formed with
A lower surface movable electrode which is provided on the lower surface of the movable member so as to project toward the lower substrate and on which the insulating charging body is formed;
An upper surface movable electrode that is provided on the upper surface of the movable member so as to project toward the upper substrate and on which the insulating charged body is formed;
Side movable electrodes, each projecting from the side surface of the movable member and projecting in the planar direction, have the insulating charged body formed on the surface;
A lower fixed electrode that protrudes at a position facing the lower surface movable electrode on the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate, and generates an induced charge by swinging the lower surface movable electrode;
An upper fixed electrode that protrudes at a position facing the upper surface movable electrode on the insulating film formed on the lower surface of the upper substrate, and generates an induced charge by swinging the upper surface movable electrode;
A side surface that protrudes at a position facing the side surface movable electrode on the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate or the lower surface of the upper substrate, and generates an induced charge by the oscillation of the side surface movable electrode. An electrostatic conversion device comprising: a fixed electrode.
前記下面可動電極は、前記可動部材の下面のうち前記揺動方向と直交する直交方向に延在するように突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された板状部材からなり、
前記下部固定電極は、前記下側基板の上面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記下面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に前記直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる中間下部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記下面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる正側下部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記下面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる負側下部固定電極とを含む
ことを特徴とする静電変換装置。 The electrostatic conversion device according to claim 1,
The lower surface movable electrode is formed of a plate-like member that protrudes from the lower surface of the movable member so as to extend in an orthogonal direction orthogonal to the swinging direction, and on which the insulating charging body is formed.
The lower fixed electrode extends in the orthogonal direction to a position facing a stationary position in the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate that is not displaced by the swing of the lower surface movable electrode. An intermediate lower fixed electrode formed of a projecting conductive plate-like member and a position on the insulating film facing the positive side displacement position where the lower surface movable electrode is displaced in the swing direction in the orthogonal direction. A positive-side lower fixed electrode made of a conductive plate-like member protruding so as to extend, and a negative-side displacement in which the lower-surface movable electrode is displaced in a direction opposite to the swinging direction on the insulating film An electrostatic conversion device, comprising: a negative lower fixed electrode made of a conductive plate-like member protruding so as to extend in a direction orthogonal to the position.
前記上面可動電極は、前記可動部材の上面のうち前記揺動方向と直交する直交方向に延在するように突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された板状部材からなり、
前記上部固定電極は、前記上側基板の下面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記上面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に前記直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる中間上部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記上面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる正側上部固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記上面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に当該直交方向に延在するように突設された導電体の板状部材からなる負側上部固定電極とを含む
ことを特徴とする静電変換装置。 In the electrostatic conversion device according to claim 1 or 2,
The upper surface movable electrode is formed of a plate-like member that protrudes from the upper surface of the movable member so as to extend in an orthogonal direction orthogonal to the swinging direction, and has the insulating charged body formed on the surface thereof.
The upper fixed electrode protrudes so as to extend in the orthogonal direction to a position facing a stationary position in the insulating film formed on the lower surface of the upper substrate that is not displaced by the swing of the upper movable electrode. An intermediate upper fixed electrode made of a conductive plate-like member, and the upper movable electrode on the insulating film extend in the orthogonal direction to a position facing the positive displacement position where the upper movable electrode is displaced in the swing direction. A positive-side upper fixed electrode formed of a conductive plate-like member projecting so as to exist, and a negative-side displacement position in which the upper surface movable electrode is displaced in a direction opposite to the swinging direction on the insulating film And a negative upper fixed electrode made of a conductive plate-like member protruding so as to extend in the orthogonal direction at a position opposite to the electrostatic conversion device.
前記側面可動電極は、前記可動部材の各側面のうち前記揺動方向と直交する直交側面に突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された板状の直交側面可動電極からなり、
前記側面固定電極は、前記下側基板の上面または前記上側基板の下面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記直交側面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる中間直交側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記直交側面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる正側直交側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記直交側面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる負側直交側面固定電極とを含む
ことを特徴とする静電変換装置。 In the electrostatic conversion device according to any one of claims 1 to 3,
The side surface movable electrode is a plate-shaped orthogonal side surface movable electrode that protrudes on an orthogonal side surface that is orthogonal to the swing direction among the side surfaces of the movable member, and has the insulating charging member formed on the surface.
The side fixed electrode is erected at a position facing a stationary position where the orthogonal side surface movable electrode is not displaced in the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate or the lower surface of the upper substrate. An intermediate orthogonal side fixed electrode composed of a columnar member of the conductive material, and a conductive material standing on the insulating film at a position opposite to the positive side displacement position where the orthogonal side surface movable electrode is displaced in the swinging direction. Among the positive-side orthogonal side surface fixed electrode made of a body columnar member and the insulating film, the orthogonal side surface movable electrode is erected at a position opposite to the negative side displacement position in which it is displaced in the direction opposite to the swinging direction. And a negative-side orthogonal side surface fixed electrode made of a conductive columnar member.
前記側面可動電極は、前記可動部材の各側面のうち前記揺動方向と平行する平行側面に突設されて、表面に前記絶縁帯電体が形成された凸状の平行側面可動電極からなり、
前記側面固定電極は、前記下側基板の上面または前記上側基板の下面に形成されている前記絶縁膜のうち、前記平行側面可動電極の揺動による変位のない静止位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる中間平行側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記平行側面可動電極が前記揺動方向に変位した正側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる正側平行側面固定電極と、当該絶縁膜上のうち、前記平行側面可動電極が前記揺動方向とは逆方向に変位した負側変位位置と対向する位置に立設された導電体の柱状部材からなる負側平行側面固定電極とを含む
ことを特徴とする静電変換装置。 In the electrostatic conversion device according to any one of claims 1 to 4,
The side-surface movable electrode is a convex parallel-side surface movable electrode that protrudes on a parallel side surface parallel to the swing direction among the side surfaces of the movable member, and has the insulating charging body formed on the surface.
The side fixed electrode is erected at a position facing a stationary position where the parallel side movable electrode is not displaced by the insulating film formed on the upper surface of the lower substrate or the lower surface of the upper substrate. An intermediate parallel side surface fixed electrode made of a columnar member of the conductive body, and a conductive material erected on the insulating film at a position opposite to the positive side displacement position where the parallel side surface movable electrode is displaced in the swinging direction. A positive parallel side fixed electrode made of a columnar member of the body, and the parallel side movable electrode on the insulating film are erected at a position facing a negative side displacement position in which the parallel side movable electrode is displaced in a direction opposite to the swing direction. And a negative parallel side surface fixed electrode made of a columnar member of a conductor.
前記下側基板上に揺動自在支持された、前記可動電極を有する前記可動部材を含む下側基板構造体のうち、前記可動部材および前記可動電極の表面に、撥水性、絶縁性、および帯電性を発現する電着材料を用いた着電により、前記絶縁帯電体となる絶縁膜を形成する絶縁帯電体ステップを備える
ことを特徴とする静電変換装置の製造方法。 A lower substrate and a flat plate shape on the lower substrate, supported in a swingable manner along a certain swinging direction parallel to the plane direction of the lower substrate, and having an insulating charged body formed on the surface. A movable member and an upper substrate disposed above the movable member, and movable electrodes are respectively provided on the upper surface, the lower surface, and the side surfaces of the movable member, and the movable substrate is movable among the lower substrate. Each fixed electrode is installed at a position opposite to the electrode, and the movable electrode is swung by vibration energy given from the outside, and the electric energy obtained from the induced charge that moves the fixed electrode is output accordingly. A method for manufacturing an electrostatic conversion device, comprising:
Of the lower substrate structure including the movable member having the movable electrode, which is swingably supported on the lower substrate, the surface of the movable member and the movable electrode has water repellency, insulation, and charging. A method of manufacturing an electrostatic conversion device, comprising: an insulating charging body step for forming an insulating film to be the insulating charging body by charging using an electrodeposition material exhibiting a property.
前記絶縁帯電体ステップは、
スルフォニウムカチオンが分散する着電液の中に、前記下側基板構造体および白金からなる前記固定電極を浸漬した浸漬状態とするステップと、
前記浸漬状態で、前記可動部材および前記可動電極に負電圧を印加するとともに、前記固定電極に正電圧を印加することによりカチオン着電を行うステップと
を含むことを特徴とする静電変換装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electrostatic transducer of Claim 6,
The insulated charged body step includes:
A step of immersing the lower substrate structure and the fixed electrode made of platinum in an electrodeposition liquid in which sulfonium cations are dispersed; and
Applying a cation charge by applying a negative voltage to the movable member and the movable electrode and applying a positive voltage to the fixed electrode in the immersed state. Production method.
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