JP2020065325A - 振動発電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】錘の質量を調整可能として錘の質量を、所定の設定値内に収めることが容易な振動発電素子を提供する。【解決手段】振動発電素子１は、複数の櫛歯電極１１０を有する固定電極部１１１と、複数の櫛歯電極１２０を有する可動電極部１２と、可動電極部１２に固定される錘１０ａ、１０ｂと、錘の質量を追加調整するための調整用錘１０５、１７０実装可能な調整錘実装用構造Ｍｂとを備える。【選択図】図７
Description
本発明は、振動発電素子に関する。
近年、ＭＥＭＳ技術を利用した非常に小型の振動発電素子が開発されている。例えば、特許文献１では、櫛歯電極が形成された固定部に対して櫛歯電極が形成された可動部を振動させることで発電を行うようにしている。このような振動発電素子においては、小さな環境振動でも効率良く発電するために可動部の質量をより大きくすることが重要であり、特許文献１に記載の振動発電素子では可動部上に別途形成された錘を装着する構造としている。
上記特許文献１には、錘の質量を調整可能とすることは記載されていない。錘の質量にばらつきがあると振動発電素子の共振周波数が変化し、振動発電素子の発電効率が悪化してしまう。
本発明の一態様による振動発電素子は、複数の櫛歯電極を有する固定電極部と、複数の櫛歯電極を有する可動電極部と、前記可動電極部に固定される錘と、前記錘の質量を追加調整するための調整用錘が実装可能な調整錘実装用構造とを備える。
本発明によれば、錘の質量を、所定の設定値内に収めることが容易である。
−第１の実施形態−
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は真空状態のパッケージ２内に封入された振動発電素子１を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。なお、図１（ａ）の平面図ではパッケージ２の内部構造が分かるように、パッケージ２の上面側（ｚ軸正方向側）に設けられた上蓋３の図示を省略した。
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は真空状態のパッケージ２内に封入された振動発電素子１を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。なお、図１（ａ）の平面図ではパッケージ２の内部構造が分かるように、パッケージ２の上面側（ｚ軸正方向側）に設けられた上蓋３の図示を省略した。
振動発電素子１は、固定部１１と、可動電極部１２と、可動電極部１２を弾性支持する弾性支持部１３と、可動電極部１２の表裏両面に固着された一対の錘１０ａ、１０ｂとを備えている。振動発電素子１の固定部１１は、ダイボンドによりパッケージ２に固定される。パッケージ２は、例えば、電気絶縁性の材料（例えば、セラミックス）で形成されている。パッケージ２の上端には、パッケージ２内を真空封入するための上蓋３がシーム溶接される。
固定部１１上には固定電極部１１１が形成され、その固定電極部１１１には、ｘ軸方向に延びる櫛歯電極１１０がｙ軸方向に複数形成されている。可動電極部１２には、ｘ軸方向に延びる櫛歯電極１２０がｙ軸方向に複数形成されている。詳細には、可動電極部１２は、ｘ軸方向に延在する中央帯部１２１（図１（ｂ）参照）と、中央帯部１２１のｘ軸方向の中心から、それぞれ、ｙ軸正方向、およびｙ軸負方向に延在する枝部１２２を有する。一般に、ｘｙ面内における中央帯部１２１のｘ軸方向の中心と可動電極部１２の重心位置とは一致している。可動電極部１２の各枝部１２２には、ｙ軸方向に所定の間隔をおいて複数の櫛歯電極１２０が配列されている。ｘ軸方向に延在する複数の櫛歯電極１１０と各枝部１２２から延在される櫛歯電極１２０とは、ｙ軸方向に隙間を介して互いに噛合するように配置されている。固定電極部１１１には電極パッド１１２が形成されている。
可動電極部１２は、固定部１１上に形成された接続部１１４に弾性支持部１３を介して機械的および電気的に接続されている。接続部１１４には電極パッド１１３が形成されている。電極パッド１１２、１１３は、ワイヤー２２によってパッケージ２に設けられた電極２１ａ、２１ｂに接続されている。本実施の形態では可動電極部１２はｘ軸方向に振動するように構成されており、可動電極部１２がｘ軸方向に振動すると、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０に対する櫛歯電極１２０の挿入量が変化して発電が行われる。錘１０ａ、１０ｂは、それぞれ、可動電極部１２の中央帯部１２１に接着等により固定されている。錘１０ａ、１０ｂと可動電極部１２の中央帯部１２１の固定部において、錘１０ａ、１０ｂのそれぞれ、もしくは可動電極部１２の中央帯部１２１のいずれかに、接着剤を充填する接着材溜め部を設けて固定するようにしてもよい。中央帯部１２１のｘ軸方向の中心を通るｚ方向の軸を考えたとき、錘１０ａ、１０ｂは、それぞれの重心位置がその軸上となるように固定される。
錘１０ａ、１０ｂそれぞれの可動電極部１２側と反対面側には、錘の質量を追加調整するための調整錘実装構造Ｍｂが設けられている。調整錘実装構造Ｍｂについては後述する。
図２は振動発電素子１の各部の構成を示す図である。後述するように、振動発電素子１は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて一般的なＭＥＭＳ加工技術により形成される。ＳＯＩ基板はＳｉの支持層とＳｉＯ２のボックス層とＳｉの活性層とから成る３層構造の基板であり、固定部１１は支持層により形成され、固定電極部１１１、可動電極部１２、弾性支持部１３および接続部１１４は活性層により形成される。
図２（ａ）は、振動発電素子１のＭＥＭＳ加工体、すなわち錘１０ａ、１０ｂを固着する前の振動発電素子１を示す図である。図２（ａ）では、固定部１１上の固定電極部１１１と、可動電極部１２、弾性支持部１３および接続部１１４とをハッチングを施して示した。可動電極部１２は４組の弾性支持部１３によって弾性支持されている。各弾性支持部１３は、弾性変形可能な３本のビーム１３ａ〜１３ｃを備えている。
接続部１１４は、可動電極部１２のｘ軸方向振動の範囲を制限する制限部としても機能する。接続部１１４の可動電極部１２に対向する面には、突起１１４ａが形成されている。可動電極部１２のｘ軸方向端面が接続部１１４の突起１１４ａに衝突することによって、可動電極部１２の振動の振幅が制限される。なお、図２（ａ）では突起を接続部１１４に形成したが、可動電極部１２側に形成しても良い。
図２（ｂ）は、振動発電素子１の固定部１１のみを示す図である。図２（ｂ）の固定部１１上に示したハッチング領域１１Ｃは、固定電極部１１１が固定されている領域を示す。ビーム１３ａの端部は固定部１１上に固定される。図２（ｂ）の固定部１１上に示したハッチング領域１１Ａは、ビーム１３ａの端部が固定されている領域を示す。ビーム１３ｃの端部は、固定部１１上に形成された接続部１１４に接続されている。図２（ｂ）の固定部１１上に示したハッチング領域１１Ｂは、接続部１１４が固定されている領域を示す。
本実施の形態の振動発電素子１では、可動電極部１２の質量を増やして発電効率をより向上させるために別体の錘１０ａ、１０ｂを可動電極部１２に装着するようにしている。錘１０ａ、１０ｂの材料には、小さな体積でも大きな質量が得らえるようにＳＯＩ基板よりも比重の大きな材料が使用される。例えば、タングステン（比重19.25）、快削銅（比重8.94）、ステンレス鋼（比重7.93）や、メタルインジェクション法により形成されるタングステン部材（比重13〜17）等の金属や、タングステン樹脂（比重11〜13）のように樹脂に金属材を混入したものなどが用いられる。
このように、別に形成された錘１０ａ、１０ｂを可動電極部１２に装着する構成の場合、可動電極部１２に装着した際の錘１０ａ、１０ｂの重心位置のずれが弾性支持部１３の寿命に大きな影響を与えることが判った。図３および図４は、錘１０ａ、１０ｂの重心位置のずれの影響を説明する図である。図３は振動平面内（図１のｘｙ平面内）での位置ずれを説明する図で、図４は振動平面に垂直な方向（図１のｚ軸方向）の位置ずれを説明する図である。
図３において、（ａ）は位置決めが適切に行われている場合を示し、（ｂ）は位置決めが不適切な場合を示す。図３では錘１０ａ、１０ｂの図示を省略し、錘１０ａ、１０ｂの重心位置のみを符号Ｇで示した。図３（ａ）、（ｂ）において、ラインＬ１は接続部１１４の突起１１４ａの先端を通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線である。図３（ａ）に示す例では、ｘｙ平面上における錘１０ａ、１０ｂの重心位置ＧはラインＬ１上に位置している。そのため、振動により錘１０ａ、１０ｂの重心に働く力Ｆ１の方向は、ラインＬ１に沿った方向となっている。可動電極部１２が接続部１１４の突起１１４ａに衝突すると突起１１４ａから可動電極部１２に対して反作用の力Ｆ２が働くが、Ｆ１とＦ２は向きは逆であるが方向はラインＬ１に沿った方向である。そのため、可動電極部１２をｘｙ面内で傾けるようなモーメントは発生しない。
なお、可動電極部１２はラインＬ１に対して線対称にｙプラス方向とｙマイナス方向に可動櫛歯群が設けられており、質量に関してもラインＬ１に対して線対称となっている。したがって、ラインＬ１は可動電極部１２の可動電極群が線対称となる基準線と定義することもできる。
一方、図３（ｂ）に示す位置決めが不適切な場合、錘１０ａ、１０ｂの重心位置ＧはラインＬ１に対してｙ軸負方向に位置ずれしている。そのため、可動電極部１２が接続部１１４の突起１１４ａに衝突すると、力Ｆ１および力Ｆ２を表すベクトルが同一ラインに沿った力ではないため可動電極部１２を矢印のように傾けるようなにモーメントが作用し、可動電極部１２がｘｙ面内で傾くことになる。その結果、ビーム１３ｂに意図しない変形が生じビーム破損の原因となる。
振動平面に垂直な方向の位置ずれを説明する図４は、図３（ａ）のラインＬ１に沿ったｘｚ断面を示したものである。図４は衝突時の状態を示す図であって、図４（ａ）は錘１０ａ、１０ｂの合計質量の重心位置ＧがラインＬ１上にある場合を示し、図４（ｂ）は重心位置ＧがラインＬ１よりも図示下側（ｚ軸負方向側）にある場合を示す。
錘１０ａ、１０ｂが同一材料かつ同一形状である場合には、それぞれの重心位置Ｇ１、Ｇ２の可動電極部１２からの高さ寸法は同一となる。そのため、ｘｙ平面上における重心位置Ｇ１、Ｇ２の位置ずれがあった場合でも、錘１０ａ、１０ｂの合計質量の重心位置ＧはラインＬ１を含むｘｙ平面上に位置することになり、可動電極部１２が接続部１１４の突起１１４ａに衝突した際にモーメントは発生しない。
ただし、錘１０ａ、１０ｂの形状が互いに異なる等の理由で、図４（ｂ）に示すように合計質量の重心位置ＧがラインＬ１に対してｚ軸方向に位置ずれしていた場合、可動電極部１２に対する錘１０ａ、１０ｂのｘｙ方向の位置決めが適正であっても、可動電極部１２が接続部１１４の突起１１４ａに衝突した際に可動電極部１２を矢印のように傾けるようなモーメントが発生して、ビーム１３ｂに意図しない変形が生じることになる。
図５は、可動電極部と錘との接合構造を示すための第１の実施形態であり、図１に示された可動電極部と錘との分解図である。図５において、可動電極部は上方からみた図であり、錘は下方側からみた斜視図である。また、図６は、図５に示された錘を上方からみた斜視図であり、図７は、図６に示す可動電極部と錘との接合構造を示す断面図である。
錘１０ａと錘１０ｂとは同一の形状をしており、以下では、代表として、錘１０ａについて説明する。
錘１０ａは、可動電極部１２の中央帯部１２１に沿ってｘ軸方向に延在される帯状形状を有する。錘１０ａの可動電極部１２の中央帯部１２１側には、ｙ軸方向の長さ（幅）の小さい幅狭部１１５が形成されている。幅狭部１１５の可動電極部１２に対面する一面１１５ａには、一対の位置決め突起１０２が形成されている。図５では、位置決め突起１０２は、円柱形状として例示するが、角柱形状としてもよい。あるいは、円錐形状や角錐形状とすることもできる。
錘１０ａと錘１０ｂとは同一の形状をしており、以下では、代表として、錘１０ａについて説明する。
錘１０ａは、可動電極部１２の中央帯部１２１に沿ってｘ軸方向に延在される帯状形状を有する。錘１０ａの可動電極部１２の中央帯部１２１側には、ｙ軸方向の長さ（幅）の小さい幅狭部１１５が形成されている。幅狭部１１５の可動電極部１２に対面する一面１１５ａには、一対の位置決め突起１０２が形成されている。図５では、位置決め突起１０２は、円柱形状として例示するが、角柱形状としてもよい。あるいは、円錐形状や角錐形状とすることもできる。
図６に示すように、錘１０ａの上面側（ｚ軸正方向側）には、調整錘実装用構造Ｍｂが設けられている。調整錘実装用構造Ｍｂは、錘１０ａの一面１１５ａとは反対側の他面１１５ｂから下方（ｚ軸負方向側）に横断面形状が長方形の窪んだ凹部として形成されている。図７に示すように、調整錘実装用構造Ｍｂ内には調整用錘１０５が収容されている。錘１０ａは、一面１１５ａが可動電極部１２の上面である錘固定面Ｆｍ（図７参照）上に載置されて固定される。
図５の符号Ｌ２を付した直線は可動電極部１２の重心を通りｙ軸に平行な中心線であり、錘１０ａは、錘１０ａのｘ軸方向に関する中央を通る中心線Ｌ３が中心線Ｌ２を含むｙｚ平面に含まれるように、可動電極部１２に固定される。また、錘１０ａは、錘１０ａのｙ軸方向に関する中央を通る中心線Ｌ４が図５のラインＬ１を含むｘｚ平面に含まれるように、可動電極部１２に固定される。錘１０ａの重心位置は、中心線Ｌ３と中心線Ｌ４の交点を通りｚ軸に平行な軸の上に位置している。可動電極部１２の重心位置は、ラインＬ１と中心線Ｌ２との交点に位置している。従って、錘１０ａの重心位置は、可動電極部１２の重心位置を通りｚ軸に平行な軸の上に位置している。調整錘実装用構造Ｍｂは、中心線Ｌ３および中心線Ｌ４に対して線対称に形成されている。調整錘実装用構造Ｍｂ（すなわち、凹部）の底面は、錘１０ａが固定される可動電極部１２の上面である錘固定面Ｆｍと平行に設けられている。一対の位置決め突起１０２は、同一形状を有し、各位置決め突起１０２のｘｙ面と平行な面における中心位置は、中心線Ｌ３と中心線Ｌ４との交点に配置されている。従って、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ａおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。
このことは、錘１０ｂに関しても同様である。すなわち、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ａ、１０ｂおよび可動電極部１２のｘｙ面における重心位置と同軸である。換言すれば、調整錘実装用構造Ｍｂの錘固定面Ｆｍと平行な面における中心位置は、錘１０ａ、１０ｂおよび可動電極部１２それぞれの錘固定面Ｆｍと平行な面における重心位置と同軸である。
図５の符号Ｌ２を付した直線は可動電極部１２の重心を通りｙ軸に平行な中心線であり、錘１０ａは、錘１０ａのｘ軸方向に関する中央を通る中心線Ｌ３が中心線Ｌ２を含むｙｚ平面に含まれるように、可動電極部１２に固定される。また、錘１０ａは、錘１０ａのｙ軸方向に関する中央を通る中心線Ｌ４が図５のラインＬ１を含むｘｚ平面に含まれるように、可動電極部１２に固定される。錘１０ａの重心位置は、中心線Ｌ３と中心線Ｌ４の交点を通りｚ軸に平行な軸の上に位置している。可動電極部１２の重心位置は、ラインＬ１と中心線Ｌ２との交点に位置している。従って、錘１０ａの重心位置は、可動電極部１２の重心位置を通りｚ軸に平行な軸の上に位置している。調整錘実装用構造Ｍｂは、中心線Ｌ３および中心線Ｌ４に対して線対称に形成されている。調整錘実装用構造Ｍｂ（すなわち、凹部）の底面は、錘１０ａが固定される可動電極部１２の上面である錘固定面Ｆｍと平行に設けられている。一対の位置決め突起１０２は、同一形状を有し、各位置決め突起１０２のｘｙ面と平行な面における中心位置は、中心線Ｌ３と中心線Ｌ４との交点に配置されている。従って、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ａおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。
このことは、錘１０ｂに関しても同様である。すなわち、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ａ、１０ｂおよび可動電極部１２のｘｙ面における重心位置と同軸である。換言すれば、調整錘実装用構造Ｍｂの錘固定面Ｆｍと平行な面における中心位置は、錘１０ａ、１０ｂおよび可動電極部１２それぞれの錘固定面Ｆｍと平行な面における重心位置と同軸である。
図５に示すように、可動電極部１２の中央帯部１２１の上面または下面である錘固定面Ｆｍには、それぞれ、位置決め突起１０２が嵌合する位置決め用貫通孔１２３が形成されている。錘１０ａ、１０ｂは、それぞれ、一対の位置決め突起１０２を可動電極部１２の中央帯部１２１の位置決め用貫通孔１２３に嵌合させた状態で、可動電極部１２の中央帯部１２１の錘固定面Ｆｍに接着等により接合される。
調整錘実装用構造Ｍｂ内に収容される調整用錘１０５としては、微小体が混入された樹脂が用いられる。微小体としては、可動電極部１２を構成する材料の比重より大きい比重を有する材料であることが好ましい。一例として、上述した錘１０ａ、１０ｂを構成する材料と同様な材料を用いることができる。
錘１０ａ、１０ｂは、金型による成型加工時や、切削等の機械加工時の公差、周囲環境や設定基準位置等のロット毎の変動によりばらつきが生じるため、質量もばらつく。錘１０ａ、１０ｂの質量のばらつきにより、可動電極部１２の質量がばらつくと、共振周波数が変動してしまう。
本実施形態では、錘１０ａまたは錘１０ｂを作製した後、ディスペンサー等を用いて、錘１０ａ、１０ｂに形成された調整錘実装用構造Ｍｂ内に調整用錘１０５を注入して錘１０ａ、１０ｂの質量を微調整することができる。
錘１０ａ、１０ｂの錘固定面Ｆｍを水平に配置しておけば、樹脂により形成された調整用錘１０５は、調整錘実装用構造Ｍｂである凹部内に均一な厚さに塗布される。上述した通り、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ａ、１０ｂおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。また、調整錘実装用構造Ｍｂは、ｘ軸方向の中心線Ｌ３およびｙ軸方向の中心線Ｌ４に対して線対称に形成されている。
従って、本実施形態によれば、錘１０ａ、１０ｂの重心位置に変化を与えることなく、錘１０ａ、１０ｂの質量を所定の設定値内に設定することが容易である。
本実施形態では、錘１０ａまたは錘１０ｂを作製した後、ディスペンサー等を用いて、錘１０ａ、１０ｂに形成された調整錘実装用構造Ｍｂ内に調整用錘１０５を注入して錘１０ａ、１０ｂの質量を微調整することができる。
錘１０ａ、１０ｂの錘固定面Ｆｍを水平に配置しておけば、樹脂により形成された調整用錘１０５は、調整錘実装用構造Ｍｂである凹部内に均一な厚さに塗布される。上述した通り、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ａ、１０ｂおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。また、調整錘実装用構造Ｍｂは、ｘ軸方向の中心線Ｌ３およびｙ軸方向の中心線Ｌ４に対して線対称に形成されている。
従って、本実施形態によれば、錘１０ａ、１０ｂの重心位置に変化を与えることなく、錘１０ａ、１０ｂの質量を所定の設定値内に設定することが容易である。
図８および図９は、振動発電素子１のＭＥＭＳ加工体の形成手順の一例を示す図である。ＭＥＭＳ加工技術によりＳＯＩ基板から振動発電素子を形成する方法は周知の技術であり（例えば、特開２０１７−０７０１６３号公報等参照）、ここでは形成手順の概略を説明する。なお、図８よび図９では、図２（ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｃに沿った断面を模式的に示した。
図８（ａ）は、ＭＥＭＳ加工が行われる基板であるＳＯＩ基板の断面を示す図である。前述したように、ＳＯＩ基板は、Ｓｉの支持層３０１とＳｉＯ２のボックス層３０２とＳｉの活性層３０３とから成る。図８（ｂ）に示す第１のステップでは、活性層３０３の表面に窒化膜（ＳｉＮ膜）３０４を成膜する。図８（ｃ）に示す第２のステップでは、窒化膜３０４をパターニングして、電極パッド１１２、１１３を形成する箇所を保護するための窒化膜パターン３０４ａを形成する。
図８（ｄ）に示す第３のステップでは、可動電極部１２、固定電極部１１１、弾性支持部１３および接続部１１４を形成するためのマスクパターンを形成し、活性層３０３をエッチングする。エッチング加工は、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）等によりボックス層３０２に達するまで行われる。図８（ｄ）において、符号Ｂ１で示す部分は固定電極部１１１に対応する部分で、符号Ｂ２で示す部分は可動電極部１２に対応する部分で、符号Ｂ３で示す部分は接続部１１４に対応する部分である。
図９（ａ）に示す第４のステップでは、固定部１１を形成するためのマスクパターンを支持層３０１の表面に形成し、支持層３０１をＤＲＩＥ加工する。図９（ｂ）に示す第５のステップでは、支持層３０１の側および活性層３０３の側に露出するＳｉＯ２のＢＯＸ層を強フッ酸により除去する。図９（ｃ）に示す第６のステップでは、熱酸化法によりＳｉ層の表面にシリコン酸化膜３０５を形成する。図９（ｄ）に示す第６のステップでは、窒化膜パターン３０４ａを除去し、除去した領域にアルミ電極を成膜して電極パッド１１２、１１３を形成する。なお、電極パッド１１３については図９（ｄ）の範囲外に形成されるので、図９（ｄ）には表示されていない。
上述の加工手順により、エレクトレット未形成の振動発電素子１のＭＥＭＳ加工体が形成される。その後、周知のエレクトレット形成方法（例えば、特許５６２７１３０号公報等参照）により、櫛歯電極１１０、１２０の少なくとも一方にエレクトレットを形成する。
振動発電素子１はＭＥＭＳ技術により加工され非常に微小な構造体であり、図１に示したパッケージ２の縦横寸法は数ｃｍで高さ寸法は数ｍｍ程度である。
上記実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）振動発電素子１は、複数の櫛歯電極１１０を有する固定電極部１１１と、複数の櫛歯電極１２０を有する可動電極部１２と、可動電極部１２に固定される錘１０ａ、１０ｂと、錘の質量を追加調整するための調整用錘１０５が実装可能な調整錘実装用構造Ｍｂとを備える。このため、錘１０ａまたは錘１０ｂを作製した後、錘１０ａ、１０ｂに形成された調整錘実装用構造Ｍｂ内に調整用錘１０５を注入して錘１０ａ、１０ｂの質量を微調整し、錘１０ａ、１０ｂの質量を所定の設定値内に収めることが容易である。
（１）振動発電素子１は、複数の櫛歯電極１１０を有する固定電極部１１１と、複数の櫛歯電極１２０を有する可動電極部１２と、可動電極部１２に固定される錘１０ａ、１０ｂと、錘の質量を追加調整するための調整用錘１０５が実装可能な調整錘実装用構造Ｍｂとを備える。このため、錘１０ａまたは錘１０ｂを作製した後、錘１０ａ、１０ｂに形成された調整錘実装用構造Ｍｂ内に調整用錘１０５を注入して錘１０ａ、１０ｂの質量を微調整し、錘１０ａ、１０ｂの質量を所定の設定値内に収めることが容易である。
（２）調整用錘１０５は、微小体が混入された樹脂で形成されている。このため、重心位置に変化を与えることなく、錘１０ａ、１０ｂの質量を所定の設定値内に設定することが可能である。
（３）調整用錘１０５には、金属等の比重の大きい微小体が混入している。このため、錘１０ａ、１０ｂの作製時における質量が小さい場合でも、質量の微調整を行うことができる。
（４）錘１０ａ、１０ｂは、可動電極部１２を構成する材料より大きい比重の材料により形成されている。このため、錘１０ａ、１０ｂをより小さくすることができ、振動発電素子１の小型化を図ることができる。
上記第１の実施形態では、錘１０ａ、１０ｂを、可動電極部１２の中央帯部１２１の形状に対応した帯状形状として例示した。しかし、錘１０ａ、１０ｂは、以下に示すような態様とすることができる。
［錘の変形例１］
図１０は、錘の変形例１であり、図１０（ａ）は錘の平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。
図１０に示す錘１０ｃは、帯状部１６１と平板状部１６２とが一体成型された構造を有する。帯状部１６１は、第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２は、平面視で矩形形状を有し、帯状部１６１より大きい面積を有する。平板状部１６２は、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の全体もしくは一部を覆う大きさを有する。
図１０は、錘の変形例１であり、図１０（ａ）は錘の平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。
図１０に示す錘１０ｃは、帯状部１６１と平板状部１６２とが一体成型された構造を有する。帯状部１６１は、第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２は、平面視で矩形形状を有し、帯状部１６１より大きい面積を有する。平板状部１６２は、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の全体もしくは一部を覆う大きさを有する。
平板状部１６２のｘ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１のｘ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１および平板状部１６２のｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｃのｘ軸方向の中心線Ｌ５となっている。また、平板状部１６２のｙ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１のｙ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１および平板状部１６２のｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｃのｙ軸方向の軸方向の中央を通る中心線Ｌ６と一致している。錘１０ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６は、と、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１とが、ｘｙ面において同一位置となるように可動電極部１２に固定される。
錘１０ｃの帯状部１６１に、一対の位置決め突起１０２が形成され、錘１０ｃの平板状部１６２に調整錘用実装用構造Ｍｂが形成されている。一対の位置決め突起１０２の中心および調整錘用実装用構造Ｍｂの中心は、中心線Ｌ６上に配置されている。一対の位置決め突起１０２は、錘１０ｃのｘ中心線Ｌ５に対して対称位置に配置されている。調整錘用実装用構造Ｍｂの形状は、錘１０ｃの中心線Ｌ５および錘１０ｃの中心線Ｌ６のそれぞれに対して線対称に形成されている。従って、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ｃおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。
錘１０ｃの平板状部１６２は、図１０では、平面視で矩形形状として例示されている。しかし、錘１０ｃは、中心線Ｌ５および中心線Ｌ６のそれぞれに対し対称形状であれば、他の多角形状としてもよい。
［錘の変形例２］
図１１は、錘の変形例２であり、図１１（ａ）は錘の平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。
図１１に示す錘１０ｄは、帯状部１６１ａと平板状部１６２ａとが一体成型された構造を有する。帯状部１６１ａは、第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２ａは、平面視で円形状を有し、帯状部１６１ａより大きい面積を有する。平板状部１６２ａは、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の全体もしくは一部を覆う大きさを有する。
図１１は、錘の変形例２であり、図１１（ａ）は錘の平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。
図１１に示す錘１０ｄは、帯状部１６１ａと平板状部１６２ａとが一体成型された構造を有する。帯状部１６１ａは、第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２ａは、平面視で円形状を有し、帯状部１６１ａより大きい面積を有する。平板状部１６２ａは、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の全体もしくは一部を覆う大きさを有する。
ｘｙ面において、平板状部１６２ａの中心は、帯状部１６１ａの中心と一致している。つまり、帯状部１６１ａおよび平板状部１６２ａの中心は、錘１０ｄの中心となっている。錘１０ｄのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６は、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１と、ｘｙ面において同一位置となっている。なお、中心線Ｌ５は、錘１０ｄの中心を通りｘ軸に平行な直線である。
錘１０ｄの帯状部１６１ａには、一対の位置決め突起１０２が形成され、錘１０ｄの平板状部１６２ａには調整錘用実装用構造Ｍｂが形成されている。一対の位置決め突起１０２および調整錘用実装用構造Ｍｂの中心は、中心線Ｌ６上に配置されている。一対の位置決め突起１０２は、錘１０ｄの中心線Ｌ５に対して対称位置に配置されている。また、調整錘用実装用構造Ｍｂの形状は、錘１０ｄの中心線Ｌ５および中心線Ｌ６のそれぞれに対して線対称に設けられている。従って、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ｄおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。
［錘の変形例３］
図１２は、錘の変形例３であり、図１２（ａ）は錘の平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。
図１２に示す錘１０ｅは、帯状部１６１ｂと平板状部１６２ｂとが一体成型された構造を有する。帯状部１６１ｂは、第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２ｂは、平面視で矩形の枠形状を有し、帯状部１６１ｂより大きい面積を有する。平板状部１６２ｂは、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の一部を覆う大きさを有する。
図１２は、錘の変形例３であり、図１２（ａ）は錘の平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。
図１２に示す錘１０ｅは、帯状部１６１ｂと平板状部１６２ｂとが一体成型された構造を有する。帯状部１６１ｂは、第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２ｂは、平面視で矩形の枠形状を有し、帯状部１６１ｂより大きい面積を有する。平板状部１６２ｂは、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の一部を覆う大きさを有する。
平板状部１６２ｂのｘ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｂのｘ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｂおよび平板状部１６２ｂのｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｅのｘ軸方向の中央を通る中心線Ｌ５となっている。また、平板状部１６２ｂのｙ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｂのｙ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｂおよび平板状部１６２ｂのｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｅのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６となっている。中心線Ｌ６は、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１と、ｘｙ面において同一位置となっている。
錘１０ｅの帯状部１６１ｂには、一対の位置決め突起１０２が形成され、錘１０ｅの平板状部１６２ｂには調整錘用実装用構造Ｍｂが形成されている。一対の位置決め突起１０２の中心および調整錘用実装用構造Ｍｂの中心は、中心線Ｌ６上に配置されている。一対の位置決め突起１０２は、錘１０ｅのｘ軸方向の中央を通る中心線Ｌ５に対して対称位置に配置されている。また、調整錘用実装用構造Ｍｂの形状は、錘１０ｅのｘ軸方向の中央を通る中心線Ｌ５およびｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６のそれぞれ対して線対称に設けられている。従って、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ｅおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。
上記錘１０ａ、１０ｂの変形例１〜３として例示する錘１０ｃ〜１０ｅは、第１の実施形態に示すＭＥＭＳ加工体の可動電極部１２上に実装される。従って、錘１０ｃ〜１０ｅのいずれかを備える振動発電素子１は、第１の実施形態の効果（１）〜（４）を奏する。
また、上記錘１０ａ、１０ｂの変形例１〜３として例示する錘１０ｃ〜１０ｅは、帯状部１６１、１６１ａ、１６１ｂに平板状部１６２、１６２ａ、１６２ｂを一体的に設けた構造とされている。このため、錘１０ｃ〜１０ｅの質量を錘１０ａ、１０ｂより大きくすることができ、振動発電素子１の発電効率をより向上することができる。
また、上記錘１０ａ、１０ｂの変形例１〜３として例示する錘１０ｃ〜１０ｅは、帯状部１６１、１６１ａ、１６１ｂに平板状部１６２、１６２ａ、１６２ｂを一体的に設けた構造とされている。このため、錘１０ｃ〜１０ｅの質量を錘１０ａ、１０ｂより大きくすることができ、振動発電素子１の発電効率をより向上することができる。
−第２の実施形態−
図１３は、錘の第２の実施形態を示し、図１３（ａ）は錘の平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。また、図１４は、錘に調整用錘を実装した状態を示す図１３（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図である。
第２の実施形態の錘１０ｆは、帯状部１６１ｃと平板状部１６２ｃとが一体成型された構造を有する。帯状部１６１ｃは第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２ｃは、平面視で矩形形状を有し、帯状部１６１ｃより大きい面積を有する。平板状部１６２ｃは、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の一部を覆う大きさを有する。
図１３は、錘の第２の実施形態を示し、図１３（ａ）は錘の平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）の中心線Ｌ５−Ｌ５に沿う断面図である。また、図１４は、錘に調整用錘を実装した状態を示す図１３（ａ）の中心線Ｌ６−Ｌ６に沿う断面図である。
第２の実施形態の錘１０ｆは、帯状部１６１ｃと平板状部１６２ｃとが一体成型された構造を有する。帯状部１６１ｃは第１の実施形態における錘１０ａ、１０ｂに相当する形状を有し、可動電極部１２の中央帯部１２１に接合される。平板状部１６２ｃは、平面視で矩形形状を有し、帯状部１６１ｃより大きい面積を有する。平板状部１６２ｃは、固定電極部１１１の櫛歯電極１１０および可動電極部１２の櫛歯電極１２０の一部を覆う大きさを有する。
平板状部１６２ｃのｘ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｃのｘ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｃおよび平板状部１６２ｃのｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｆのｘ軸方向の中央を通る中心線Ｌ５となっている。また、平板状部１６２ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｃおよび平板状部１６２ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｆのｘ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６となっている。錘１０ｆのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６は、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１と、ｘｙ面において同一位置となっている。
錘１０ｆの帯状部１６１ｃには、一対の位置決め突起１０２が形成されている。錘１０ｆの平板状部１６２ｃには、調整錘実装用構造Ｍｂが形成されている。第２の実施形態における調整錘実装用構造Ｍｂは、複数の凹部１７１から構成される。すなわち、調整錘実装用構造Ｍｂは、複数の分割調整錘実装用構造から構成される。図１３では、調整錘実装用構造Ｍｂは、中心線Ｌ６上に等間隔に配列された凹部１７１ｘｙ、１７１ｘ１〜１７１ｘ４と、中心線Ｌ５上に等間隔に配列された凹部１７１ｘｙ、１７１ｙ１〜１７１ｙ４とから構成されている。凹部１７１ｘｙは、中心線Ｌ５と中心線Ｌ６との交点に設けられており、図１３に例示された調整錘実装用構造Ｍｂは、９つの凹部１７１から構成されている。なお、凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４、１７１ｘｙ、１７１ｙ１〜１７１ｙを総称して凹部１７１という。後述するように、各凹部１７１内には、調整用錘１７０（図１４参照）が収容される。調整用錘１７０としては、例えば、球状の金属等の小片等を用いることができる。
中心線Ｌ６上に配列された凹部１７１ｘ１と凹部１７１ｘ２、および凹部１７１ｘ３と凹部１７１ｘ４とは、それぞれ、中心線Ｌ５に対して線対称に配列されている。つまり、複数の分割調整錘実装用構造である凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４は、可動電極部１２の錘１０ｆが固定される錘固定面Ｆｍ（図５参照）と平行な面において、錘１０ｆの重心を通り、可動電極１２の櫛歯電極１２０が振動する方向と直交する方向の直線、換言すれば、中心線Ｌ５に対し線対称に配置されている。また、中心線Ｌ５上に配列された凹部１７１ｙ１と凹部１７１ｙ２、および凹部１７１ｙ３と凹部１７１ｙ４とは、それぞれ、中心線Ｌ６に対して線対称に配列されている。つまり複数の分割調整錘実装用構造である凹部１７１ｙ１〜１７１ｙ４は、可動電極部１２の錘１０ｆが固定される錘固定面Ｆｍと平行な面において、錘１０ｆの重心を通り、可動電極１２の櫛歯電極１２０が振動する方向と平行な方向の直線、換言すれば、中心線Ｌ６に対し線対称に配置されている。各凹部１７１の形状および大きさは同一である。
中心線Ｌ５と中心線Ｌ６との交点が、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置であり、可動電極部１２のｘｙ面における重心位置と同軸である。
従って、調整錘実装用構造Ｍｂの錘固定面Fｍと平行な面における中心位置は、錘１０ｆおよび可動電極部１２それぞれの錘固定面Fｍにおける重心位置と同軸である。
中心線Ｌ５と中心線Ｌ６との交点が、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置であり、可動電極部１２のｘｙ面における重心位置と同軸である。
従って、調整錘実装用構造Ｍｂの錘固定面Fｍと平行な面における中心位置は、錘１０ｆおよび可動電極部１２それぞれの錘固定面Fｍにおける重心位置と同軸である。
錘１０ｆの質量を調整する手順を、図１４を参照して説明する。
錘１０ｆの質量が不足している場合は、先ず、凹部１７１ｘｙ内に調整用錘１７０を収容する。凹部１７１ｘｙ内に調整用錘１７０を収容してもまだ錘１０ｆの質量が不足している場合は、凹部１７１ｘ１内と凹部１７１ｘ２内に調整用錘１７０を収容する。凹部１７１ｘ１内と凹部１７１ｘ２内に収容する調整用錘１７０の質量は同一である。これにより、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置を変えることなく、錘１０ｆの質量を大きくすることができる。凹部１７１ｘ１内と凹部１７１ｘ２内に調整用錘１７０を収容してもまだ錘１０ｆの質量が不足している場合は、凹部１７１ｘ３内と凹部１７１ｘ４内に調整用錘１７０を収容する。凹部１７１ｘ３内と凹部１７１ｘ４内に収容する調整用錘１７０の質量は同一である。このようにして、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置を変えることなく、錘１０ｆの質量を大きくすることができる。
錘１０ｆの質量が不足している場合は、先ず、凹部１７１ｘｙ内に調整用錘１７０を収容する。凹部１７１ｘｙ内に調整用錘１７０を収容してもまだ錘１０ｆの質量が不足している場合は、凹部１７１ｘ１内と凹部１７１ｘ２内に調整用錘１７０を収容する。凹部１７１ｘ１内と凹部１７１ｘ２内に収容する調整用錘１７０の質量は同一である。これにより、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置を変えることなく、錘１０ｆの質量を大きくすることができる。凹部１７１ｘ１内と凹部１７１ｘ２内に調整用錘１７０を収容してもまだ錘１０ｆの質量が不足している場合は、凹部１７１ｘ３内と凹部１７１ｘ４内に調整用錘１７０を収容する。凹部１７１ｘ３内と凹部１７１ｘ４内に収容する調整用錘１７０の質量は同一である。このようにして、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置を変えることなく、錘１０ｆの質量を大きくすることができる。
ｘ軸方向の中心線Ｌ５上に配列された凹部１７１ｙ１〜１７１ｙ４内に調整用錘１７０を収容する場合も、ｙ軸方向の中心線Ｌ６上に配列された凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４内に調整用錘１７０を収容する場合と同様に行う。すなわち、凹部１７１ｘｙ内に調整用錘１７０を収容してもまだ錘１０ｆの質量が不足している場合は、凹部１７１ｙ１内と凹部１７１ｙ２内に調整用錘１７０を収容する。それでもまだ錘１０ｆの質量が不足している場合は、凹部１７１ｙ３内と凹部１７１ｙ４内に調整用錘１７０を収容する。
凹部１７１ｙ１〜１７１ｙ４内への調整用錘１７０の収容は、すべての凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４内に調整用錘１７０を収容した後に行ってもよいし、中心線Ｌ６上に配列された凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４内への調整用錘１７０の収容と、中心線Ｌ５上に配列された凹部１７１ｙ１〜１７１ｙ４内への調整用錘１７０の収容とを交互に行ってもよい。
凹部１７１ｙ１〜１７１ｙ４内への調整用錘１７０の収容は、すべての凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４内に調整用錘１７０を収容した後に行ってもよいし、中心線Ｌ６上に配列された凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４内への調整用錘１７０の収容と、中心線Ｌ５上に配列された凹部１７１ｙ１〜１７１ｙ４内への調整用錘１７０の収容とを交互に行ってもよい。
各凹部１７１内に収容する錘１７０の質量は、すべて同一でもよいし、異なる質量であってもよい。各凹部１７１内に収容する調整用錘１７０の質量を異なるものとする場合、錘１０ｆの質量の不足が大きい場合には、質量の大きい調整用錘１７０を用い、錘１０ｆの質量の不足が小さくなってきたら質量の小さい調整用錘１７０を用いるようにすることができる。このようにすることにより、錘１０ｆの質量の調整を効率的に行うことが可能となる。
各凹部１７１内に収容する調整用錘１７０の質量を異なるものとする場合でも、線対称の位置の凹部１７１内に収容する調整用錘１７０の質量は同一とする。つまり、凹部１７１ｘ１と凹部１７１ｘ２、凹部１７１ｘ３と凹部１７１ｘ４、凹部１７１ｙ１と凹部１７１ｙ２、凹部１７１ｙ３と凹部１７１ｙ４に収容される調整用錘１７０の質量は、それぞれ、同一とする。これにより、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置を変えることなく錘１０ｆの質量を大きくすることができる。
各凹部１７１内に収容する調整用錘１７０の質量を異なるものとする場合でも、線対称の位置の凹部１７１内に収容する調整用錘１７０の質量は同一とする。つまり、凹部１７１ｘ１と凹部１７１ｘ２、凹部１７１ｘ３と凹部１７１ｘ４、凹部１７１ｙ１と凹部１７１ｙ２、凹部１７１ｙ３と凹部１７１ｙ４に収容される調整用錘１７０の質量は、それぞれ、同一とする。これにより、錘１０ｆのｘｙ面における重心位置を変えることなく錘１０ｆの質量を大きくすることができる。
調整用錘１７０として金属等の小片に替えて、樹脂を用いてもよい。樹脂としては、第１の実施形態と同様、金属に微小体が混入された樹脂が好ましい。また、金属等の小片と樹脂との両方を用いてもよい。例えば、錘１０ｆの質量の不足が大きい場合には、金属等の小片を用い、錘１０ｆの質量の不足が小さい場合には、樹脂を注入する。
図１３では、凹部１７１が、中心線Ｌ５上および中心線Ｌ６上に配列された調整錘実装用構造Ｍｂとして例示した。しかし、凹部１７１が、中心線Ｌ５上または中心線Ｌ６上のいずれか一方に配列された調整錘実装用構造Ｍｂとしてもよい。図１３では、中心線Ｌ５と中心線Ｌ６との交点に凹部１７１ｘｙを設けた構造として例示した。しかし、中心線Ｌ５と中心線Ｌ６との交点に凹部１７１ｘｙを設けない構成としてもよい。この場合、中心線Ｌ５上に配列される凹部１７１は、それぞれ、中心線Ｌ６に対して線対称に配置される。また、中心線Ｌ６上に配列される凹部１７１は、それぞれ、中心線Ｌ５に対して線対称に配置される。
中心線Ｌ５上および中心線Ｌ６上に配列される凹部１７１は等間隔でなくてもよい。但し、中心線Ｌ５または中心線Ｌ６に対して線対称の位置に配置される一対の凹部１７１の位置を、対称軸から等しい距離とすればよい。つまり、凹部１７１ｘ１と凹部１７１ｘ２、凹部１７１ｘ３と凹部１７１ｘ４、をそれぞれ、中心線Ｌ５から等しい距離に配置する。また、凹部１７１ｙ１と凹部１７１ｙ２、凹部１７１ｙ３と凹部１７１ｙ４をそれぞれ、中心線Ｌ６から等しい距離に配置する。
中心線Ｌ５上および中心線Ｌ６上それぞれに配列される凹部１７１の数は、図１３に例示された５つに限られるものではなく、それ以上、または以下としてもよい。また、中心線Ｌ５上と、中心線Ｌ６上に配列される凹部１７１の数を異なる数としてもよい。
なお、上述した実施の形態では、ＳＯＩ基板により振動発電素子１を形成したが、シリコン基板を用いても良い。シリコン基板を用いる場合、例えば、導電率の小さな真性のシリコン基板の表面から所定厚さの領域にドーピングによりＰ型またはＮ型の導電層を形成し、導電層の下部の真性なシリコン層に固定部１１を形成し、導電層に固定電極部１１１、可動電極部１２、弾性支持部１３を形成すれば良い。
また、上述した振動発電素子１では、可動電極部１２が櫛歯電極１１０、１２０の伸延方向（図１のｘ軸方向）に振動するような構成であったが、例えば、特許６３３８０７１号公報に記載の振動発電素子のように複数の櫛歯電極１１０が並置されている方向（図１のｙ軸方向）に振動するような構成であっても本発明は適用が可能である。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。上述した種々の実施の形態および変形例を組み合わせたり、適宜、変更を加えたりしてもよく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
１ 振動発電素子
１０ａ〜１０ｆ 錘
１２ 可動電極部
１３ 弾性支持部
１０２ 位置決め突起
１０５ 調整用錘
１１０ 櫛歯電極
１１１ 固定電極部
１１４ 接続部
１１４ａ 突起
１２０ 櫛歯電極
１２１ 中央帯部
１２３ 位置決め用貫通孔
１６１、１６１ａ〜１６１ｃ 帯状部
１６２、１６２〜１６２ｃ 平板状部
１７０ 調整用錘
１７１、１７１ｘｙ、１７１ｘ１〜１７１ｘ４、１７１ｙ１〜１７１ｙ４ 凹部
Ｆｍ 錘固定面
Ｌ１ ライン
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 中心線
Ｍｂ 調整錘実装用構造
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 重心位置
１０ａ〜１０ｆ 錘
１２ 可動電極部
１３ 弾性支持部
１０２ 位置決め突起
１０５ 調整用錘
１１０ 櫛歯電極
１１１ 固定電極部
１１４ 接続部
１１４ａ 突起
１２０ 櫛歯電極
１２１ 中央帯部
１２３ 位置決め用貫通孔
１６１、１６１ａ〜１６１ｃ 帯状部
１６２、１６２〜１６２ｃ 平板状部
１７０ 調整用錘
１７１、１７１ｘｙ、１７１ｘ１〜１７１ｘ４、１７１ｙ１〜１７１ｙ４ 凹部
Ｆｍ 錘固定面
Ｌ１ ライン
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 中心線
Ｍｂ 調整錘実装用構造
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 重心位置
図９（ａ）に示す第４のステップでは、固定部１１を形成するためのマスクパターンを支持層３０１の表面に形成し、支持層３０１をＤＲＩＥ加工する。図９（ｂ）に示す第５のステップでは、支持層３０１の側および活性層３０３の側に露出するＳｉＯ２のＢＯＸ層を強フッ酸により除去する。図９（ｃ）に示す第６のステップでは、熱酸化法によりＳｉ層の表面にシリコン酸化膜３０５を形成する。図９（ｄ）に示す第７のステップでは、窒化膜パターン３０４ａを除去し、除去した領域にアルミ電極を成膜して電極パッド１１２、１１３を形成する。なお、電極パッド１１３については図９（ｄ）の範囲外に形成されるので、図９（ｄ）には表示されていない。
平板状部１６２のｘ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１のｘ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１および平板状部１６２のｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｃのｘ軸方向の中心線Ｌ５となっている。また、平板状部１６２のｙ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１のｙ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１および平板状部１６２のｙ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｃのｙ軸方向の軸方向の中央を通る中心線Ｌ６と一致している。錘１０ｃは、錘１０ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６と、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１とが、ｘｙ面において同一位置となるように可動電極部１２に固定される。
錘１０ｃの帯状部１６１に、一対の位置決め突起１０２が形成され、錘１０ｃの平板状部１６２に調整錘用実装用構造Ｍｂが形成されている。一対の位置決め突起１０２の中心および調整錘用実装用構造Ｍｂの中心は、中心線Ｌ６上に配置されている。一対の位置決め突起１０２は、錘１０ｃの中心線Ｌ５に対して対称位置に配置されている。調整錘用実装用構造Ｍｂの形状は、錘１０ｃの中心線Ｌ５および錘１０ｃの中心線Ｌ６のそれぞれに対して線対称に形成されている。従って、調整錘実装用構造Ｍｂのｘｙ面に平行な面における中心位置は、錘１０ｃおよび可動電極部１２それぞれのｘｙ面における重心位置と同軸である。
ｘｙ面において、平板状部１６２ａの中心は、帯状部１６１ａの中心と一致している。つまり、帯状部１６１ａおよび平板状部１６２ａの中心は、錘１０ｄの中心となっている。錘１０ｄのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６は、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１と、ｘｙ面において同一位置となっている。なお、中心線Ｌ５は、錘１０ｄの中心を通りｙ軸に平行な直線である。
平板状部１６２ｂのｘ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｂのｘ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｂおよび平板状部１６２ｂのｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｅのｘ軸方向の中央を通る中心線Ｌ５となっている。また、平板状部１６２ｂのｙ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｂのｙ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｂおよび平板状部１６２ｂのｙ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｅのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６となっている。中心線Ｌ６は、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１と、ｘｙ面において同一位置となっている。
平板状部１６２ｃのｘ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｃのｘ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｃおよび平板状部１６２ｃのｘ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｆのｘ軸方向の中央を通る中心線Ｌ５となっている。また、平板状部１６２ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線は、ｘｙ面において帯状部１６１ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線と一致している。つまり、帯状部１６１ｃおよび平板状部１６２ｃのｙ軸方向の中央を通る中心線は、錘１０ｆのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６となっている。錘１０ｆのｙ軸方向の中央を通る中心線Ｌ６は、接続部１１４の突起１１４ａを通り振動方向（ｘ軸方向）に平行な直線であるラインＬ１と、ｘｙ面において同一位置となっている。
錘１０ｆの帯状部１６１ｃには、一対の位置決め突起１０２が形成されている。錘１０ｆの平板状部１６２ｃには、調整錘実装用構造Ｍｂが形成されている。第２の実施形態における調整錘実装用構造Ｍｂは、複数の凹部１７１から構成される。すなわち、調整錘実装用構造Ｍｂは、複数の分割調整錘実装用構造から構成される。図１３では、調整錘実装用構造Ｍｂは、中心線Ｌ６上に等間隔に配列された凹部１７１ｘｙ、１７１ｘ１〜１７１ｘ４と、中心線Ｌ５上に等間隔に配列された凹部１７１ｘｙ、１７１ｙ１〜１７１ｙ４とから構成されている。凹部１７１ｘｙは、中心線Ｌ５と中心線Ｌ６との交点に設けられており、図１３に例示された調整錘実装用構造Ｍｂは、９つの凹部１７１から構成されている。なお、凹部１７１ｘ１〜１７１ｘ４、１７１ｘｙ、１７１ｙ１〜１７１ｙ４を総称して凹部１７１という。後述するように、各凹部１７１内には、調整用錘１７０（図１４参照）が収容される。調整用錘１７０としては、例えば、球状の金属等の小片等を用いることができる。
１ 振動発電素子
１０ａ〜１０ｆ 錘
１２ 可動電極部
１３ 弾性支持部
１０２ 位置決め突起
１０５ 調整用錘
１１０ 櫛歯電極
１１１ 固定電極部
１１４ 接続部
１１４ａ 突起
１２０ 櫛歯電極
１２１ 中央帯部
１２３ 位置決め用貫通孔
１６１、１６１ａ〜１６１ｃ 帯状部
１６２、１６２ａ〜１６２ｃ 平板状部
１７０ 調整用錘
１７１、１７１ｘｙ、１７１ｘ１〜１７１ｘ４、１７１ｙ１〜１７１ｙ４ 凹部
Ｆｍ 錘固定面
Ｌ１ ライン
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 中心線
Ｍｂ 調整錘実装用構造
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 重心位置
１０ａ〜１０ｆ 錘
１２ 可動電極部
１３ 弾性支持部
１０２ 位置決め突起
１０５ 調整用錘
１１０ 櫛歯電極
１１１ 固定電極部
１１４ 接続部
１１４ａ 突起
１２０ 櫛歯電極
１２１ 中央帯部
１２３ 位置決め用貫通孔
１６１、１６１ａ〜１６１ｃ 帯状部
１６２、１６２ａ〜１６２ｃ 平板状部
１７０ 調整用錘
１７１、１７１ｘｙ、１７１ｘ１〜１７１ｘ４、１７１ｙ１〜１７１ｙ４ 凹部
Ｆｍ 錘固定面
Ｌ１ ライン
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 中心線
Ｍｂ 調整錘実装用構造
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 重心位置
Claims (13)
- 複数の櫛歯電極を有する固定電極部と、
複数の櫛歯電極を有する可動電極部と、
前記可動電極部に固定される錘と、
前記錘の質量を追加調整するための調整用錘が実装可能な調整錘実装用構造とを備える振動発電素子。 - 請求項１に記載の振動発電素子において、
前記調整錘実装用構造は、前記錘に設けられている振動発電素子。 - 請求項１に記載の振動発電素子において、
前記調整錘実装用構造は、前記錘の前記可動電極部に固定される面側と反対面側に設けられた凹部である、振動発電素子。 - 請求項１に記載の振動発電素子において、
前記錘は、前記可動電極部の錘固定面に固定されており、
前記調整錘実装用構造の前記錘固定面と平行な面における中心位置は、前記錘および前記可動電極部それぞれの前記錘固定面と平行な面における重心位置と同軸である振動発電素子。 - 請求項１に記載の振動発電素子において、
前記調整錘実装用構造に調整用錘が収容されている振動発電素子。 - 請求項５に記載の振動発電素子において、
前記調整用錘は、前記可動電極部を構成する材料の比重より大きい比重を有する材料により形成されている振動発電素子。 - 請求項５に記載の振動発電素子において、
前記調整用錘は、微小体が混入された樹脂で形成されている振動発電素子。 - 請求項７に記載された振動発電素子において、
前記微小体は、前記可動電極部を構成する材料の比重より大きい比重を有する材料により形成されている振動発電素子。 - 請求項１から８までのいずれか一項に記載の振動発電素子において、
前記可動電極部は、前記可動電極部の前記櫛歯電極の配列方向の中心部に、前記櫛歯電極の配列方向と直交する方向に延在された中央帯部を有し、前記錘は、前記中央帯部に沿って延在された帯状部と、前記帯状部に一体的に設けられ、少なくとも前記固定電極部の前記櫛歯電極および固定電極部の前記櫛歯電極の一部を覆う平板状部とを有する振動発電素子。 - 請求項１に記載の振動発電素子において、
前記調整錘実装用構造は、複数の分割調整錘実装用構造から構成される振動発電素子。 - 請求項１０に記載の振動発電素子において、
前記分割調整錘実装用構造内に前記調整用錘としての小片が収容される振動発電素子。 - 請求項１０に記載の振動発電素子において、
前記複数の分割調整錘実装用構造は、前記可動電極部の前記錘が固定される錘固定面と平行な面において、前記錘の重心を通り、前記可動電極部の前記櫛歯電極が振動する方向と直交する方向の直線に対し線対称に配置されている振動発電素子。 - 請求項１２に記載の振動発電素子において、
前記複数の分割調整錘実装用構造は、前記可動電極部の前記櫛歯電極の配列方向および前記可動電極部の前記櫛歯電極の配列方向と直交する方向それぞれに、複数、配列されている振動発電素子。
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