JP5172198B2 - エレクトレット素子および静電動作装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトレット素子および静電動作装置に関し、特に、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット素子およびそのエレクトレット素子を備える静電動作装置に関する。

従来、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット層（エレクトレット素子）を備えるエレクトレットシリコンコンデンサマイクロホンが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット層が形成された振動板電極と固定電極とを備え、振動板電極と固定電極とが相対的に移動することにより、振動板電極と固定電極との間の静電容量が変化することによって、電圧変化を発生させることが可能なエレクトレットシリコンコンデンサマイクロホンが開示されている。上記特許文献１では、エレクトレット層は、塗布法によって振動板電極の底部の全面に形成されている。

特開２００３−１６３９９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来のエレクトレットシリコンコンデンサマイクロホンでは、振動板電極の底部の全面にエレクトレット層が形成されているので、エレクトレット層の側端面から電荷が流出してしまうという不都合がある。これにより、エレクトレット層に蓄積される電荷が小さくなるという問題点がある。

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、この発明の１つの目的は、エレクトレット膜に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制することが可能なエレクトレット素子およびそのエレクトレット素子を備える静電動作装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるエレクトレット素子は、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット膜と、エレクトレット膜の側端面の周囲を取り囲むように形成された保護膜とを備え、保護膜は、エレクトレット膜の側端面の周囲を所定の間隔を隔てて取り囲むように形成されたエレクトレット材料からなる膜を含む。

この場合、好ましくは、保護膜は、基板上に形成されるとともに、基板の端部から所定の間隔を隔てて形成されている。

上記した保護膜が基板の端部から所定の間隔を隔てて形成されているエレクトレット素子において、好ましくは、保護膜と基板の端部との間には、保護膜に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能な有機材料からなる第１電荷流出抑制膜が形成されている。

上記した保護膜がエレクトレット膜の側端面の周囲を所定の間隔を隔てて取り囲むように形成されているエレクトレット素子において、好ましくは、エレクトレット膜と保護膜との間には、エレクトレット膜に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能な有機材料からなる第２電荷流出抑制膜が形成されている。

この発明の第２の局面における静電動作装置は、固定電極と、固定電極と所定の距離を隔てて対向するように設けられ、固定電極に対して移動可能な可動電極と、固定電極および可動電極のいずれか一方の上面上に形成され、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット膜と、エレクトレット膜の側端面の周囲を取り囲むように形成された保護膜とを備え、保護膜は、エレクトレット膜の側端面の周囲を所定の間隔を隔てて取り囲むように形成されたエレクトレット材料からなる膜を含むエレクトレット素子とを備える。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。また、図２は、図１の２００−２００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態によるエレクトレット素子１００の構造について説明する。

この第１実施形態によるエレクトレット素子１００は、図１および図２に示すように、約３００μｍ〜約１０００μｍの厚みを有する基板１の上面上に約０．１μｍ〜約１００μｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる電荷が注入されたエレクトレット膜２が形成されている。ここで、第１実施形態では、エレクトレット膜２の側端面の周囲を約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの間隔Ｄ１を隔てて取り囲むように、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの幅Ｗ１と約０．１μｍ〜約１００μｍの厚みとを有するＳｉＯ_２からなる保護膜３が形成されている。また、保護膜３には、エレクトレット膜２と同様に電荷が注入されているとともに、エレクトレット膜２に蓄積された電荷が流出するのを抑制する機能を有する。また、エレクトレット膜２および保護膜３の上面上には、それぞれ、電荷の流出を抑制するための約０．３μｍの厚みを有するＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ Ｓｉｌｓｅｓ Ｑｕｉｏｘａｎｅ：メチルシルセスキオキサン）からなるＭＳＱ膜４および５が形成されている。

図３〜図６は、電荷流出抑制膜の効果を説明するための図である。図３〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による保護膜３の効果について説明する。

図３に示すように、エレクトレット膜２の周囲に保護膜３（図１参照）が形成されないエレクトレット素子１００ｂの場合、エレクトレット膜２の端部では先にエレクトレット膜２に注入された電荷による反発力によって、注入される電荷がエレクトレット膜２の外に反れてしまう。これにより、電荷が注入されにくくなる。

これに対して、図４に示すように、エレクトレット膜２の周囲に保護膜３が形成されている場合、エレクトレット膜２に注入される電荷は、先に保護膜３に注入された電荷の反発力により、注入される電荷がエレクトレット膜２の外に反れてしまうことが抑制される。これにより、電荷が注入しやすくなる。

また、図５に示すように、エレクトレット膜２の周囲に保護膜３（図１参照）が形成されない場合、エレクトレット膜２に注入された電荷による電界は、エレクトレット膜２の中心近傍ではエレクトレット膜２の法線方向に沿うように発生する。一方、エレクトレット膜２の中心近傍から外れた位置では、電界が基板方向に曲がってしまう。これにより、電界の強さが小さくなってしまう。

これに対して、図６に示すように、エレクトレット膜２の周囲に保護膜３が形成されている場合、保護膜３に蓄積された電荷による電界により、エレクトレット膜２に注入された電荷による電界は、エレクトレット膜２の法線方向に沿うように発生する。

図７〜図９は、エレクトレット膜から電荷が流出する様子を説明するための図である。図７〜図９を参照して、本発明の第１実施形態による保護膜３の効果について説明する。

まず、図７に示すように、エレクトレット膜２と保護膜３とは、電荷が注入された状態となっている。なお、図７の白丸は、エレクトレット膜２と保護膜３とに保持されている電荷を示す。

次に、図８に示すように、保護膜３を劈開によって切断した場合、保護膜３の側端面では絶縁破壊が起こることにより、保持されていた電荷が流出する。つまり、保護膜３の側端面に電荷のリークパスが形成される。なお、図８の黒丸は、保護膜３から流出する電荷を示す。

次に、図９に示すように、時間の経過とともに保護膜３の側端面から次々に電荷が流出することにより、保護膜３に蓄積される電荷の量が小さくなる。一方、エレクトレット膜２では、保護膜３に蓄積された電荷による反発力のために、エレクトレット膜２の側端面から電荷が流出するのが抑制される。

図１０〜図１４は、エレクトレット膜の側端面から流出する電荷を測定した実験を説明するための図である。図１０〜図１４を参照して、エレクトレット膜１２の側端面から流出する電荷を測定した実験について説明する。

まず、図１０および図１１に示すように、円形の基板１１の上面上に、約１μｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなるエレクトレット膜１２を形成した。また、エレクトレット膜１２の上面上に、約０．３μｍの厚みを有するＭＳＱからなるＭＳＱ膜１３を形成した。

次に、図１１に示すように、ＭＳＱ膜１３の上面上からコロナ放電により電荷を注入した。この後、図１２に示すように、基板１１、エレクトレット膜１２およびＭＳＱ膜１３を１／４に劈開したサンプルを形成した。

次に、温度６５℃、湿度７５％および１時間の条件で、湿度における加速試験を行った。この後、エレクトレット膜１２の表面電位の測定を約１５ｍｍの間隔ごとに行った。なお、測定範囲は、図１２に示す１点鎖線に囲まれた範囲である。また、図１２に示す、点線で囲まれた範囲は、劈開面近傍を示している。

まず、図１３に示すように、劈開の直後では、点線で示される劈開面近傍の電位は、劈開面方向に徐々に電位が小さくなっていることが判明した。また、劈開面近傍の電位の平均値（約−９４０Ｖ）は、劈開面近傍以外の部分の電位の平均値（約−１００７Ｖ）よりも小さくなっていることが判明した。

また、図１４に示すように、湿度における加速試験の後では、劈開面近傍の電位は、図１３と同様に、劈開面方向に徐々に電位が小さくなっていることが判明した。また、劈開面近傍の電位の平均値（約−８４５Ｖ）は、劈開面近傍以外の部分の電位の平均値（約−９６８Ｖ）よりも小さくなっていることが判明した。ここで、劈開の直後と、加速試験の後との表面電位の変化率を、劈開面近傍と劈開面近傍以外とで比較すると、劈開面近傍では、表面電位が約１０．１％減少していたのに対して、劈開面近傍以外では、表面電位は、約３．８％減少していた。これにより、劈開面近傍では、劈開面近傍以外よりも電荷の流出が大きくなっていることが確認された。

第１実施形態では、上記のように、保護膜３をエレクトレット膜２の側端面の周囲を取り囲むように形成することにより、エレクトレット膜２の側端面がエレクトレット素子１００の側端面に露出しないので、エレクトレット素子１００をダイシングや劈開などの切断によりチップ化する際にエレクトレット膜２の側端面にダメージが入るのを抑制することができる。これにより、エレクトレット膜２の側端面から電荷が流出するのを抑制することができるので、エレクトレット膜２に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制することができる。なお、エレクトレット膜２の側端面は、たとえばエッチングなどによりパターニングされているが、劈開による側端面のダメージよりも、エッチングによるダメージのほうが小さいので、エレクトレット膜２を劈開する場合に比べて、エレクトレット膜２の側端面からの電荷の流出を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、保護膜３をエレクトレット膜２の側端面の周囲を間隔Ｄ１を隔てて取り囲むように形成するとともに、電荷が蓄積されたＳｉＯ_２から形成することによって、保護膜３がエレクトレット膜２の側端面の周囲を所定の間隔を隔てて取り囲むように形成されているので、保護膜３に蓄積された電荷による電界により、電荷の注入の際に注入される電荷がエレクトレット膜２の外部に反れてしまうのを抑制することができる。また、保護膜３を電荷が蓄積されたＳｉＯ_２から形成することによって、保護膜３に蓄積された電荷による反発力により、エレクトレット膜２に蓄積された電荷がエレクトレット膜２の側端面から流出するのを抑制することができる。これにより、エレクトレット膜２に蓄積される電荷が小さくなるのをより抑制することができる。また、保護膜３に蓄積された電荷による電界により、エレクトレット膜２に蓄積された電荷による電界の方向がエレクトレット膜２の法線方向から反れてしまうのを抑制することができるので、エレクトレット膜２に蓄積された電荷による電界の密度が小さくなるのを抑制することができる。

（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。また、図６は、図１５の２１０−２１０線に沿った断面図である。図１５および図１６を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、保護膜２３が基板１の端部から間隔Ｄ２を隔てて形成されているエレクトレット素子１０１の構造について説明する。

この第２実施形態によるエレクトレット素子１０１は、図１５および図１６に示すように、基板１の端部から所定の間隔Ｄ２を隔てるとともに、エレクトレット膜２の周囲を約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの間隔Ｄ１を隔ててエレクトレット膜２の側端面の周囲を取り囲むように保護膜２３が形成されている。また、保護膜２３の上面上には、電荷の流出を抑制するための約０．３μｍの厚みを有するＭＳＱ膜２５が形成されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、保護膜２３を基板１上に形成するとともに、基板１の端部から間隔Ｄ２を隔てて形成することによって、保護膜２３と基板１の端部との間には間隔Ｄ２が空いているので、エレクトレット素子１０１をダイシングや劈開などの切断によりチップ化する際に、保護膜２３が劈開によるダメージを受けるのを抑制することができる。なお、保護膜２３の側端面は、たとえばエッチングなどによりパターニングされているが、劈開による側端面のダメージよりも、エッチングによるダメージのほうが小さいので、保護膜２３を劈開する場合に比べて、保護膜２３の側端面からの電荷の流出を抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図１７は、本発明の第３実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。また、図１８は、図１７の２２０−２２０線に沿った断面図である。図１７および図１８を参照して、この第３実施形態では、上記第２実施形態と異なり、保護膜２３と基板１の端部との間に電荷流出抑制膜３６が形成されているエレクトレット素子１０２の構造について説明する。

この第３実施形態によるエレクトレット素子１０２は、図１７および図１８に示すように、保護膜２３と基板１の端部との間には、保護膜２３に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能なＭＳＱからなる電荷流出抑制膜３６が形成されている。なお、電荷流出抑制膜３６は、本発明の「第１電荷流出抑制膜」の一例である。また、ＭＳＱは、本発明の「電荷が流出するのを抑制することが可能な有機材料」の一例である。なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、保護膜２３と基板１の端部との間に保護膜２３に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能なＭＳＱからなる電荷流出抑制膜３６を形成することによって、保護膜２３の側端面に電荷流出抑制膜３６が形成されているので、保護膜２３の側端面から電荷が流出するのを抑制することができる。これにより、保護膜２３に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制することができるので、エレクトレット膜２に蓄積された電荷に対する反発力を大きくすることができる。その結果、エレクトレット膜２に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図１９は、本発明の第４実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。また、図２０は、図１９の２３０−２３０線に沿った断面図である。図１９および図２０を参照して、この第４実施形態では、上記第２実施形態と異なり、エレクトレット膜２と保護膜２３との間に電荷流出抑制膜４６が形成されているエレクトレット素子１０３の構造について説明する。

この第４実施形態によるエレクトレット素子１０３は、図１９および図２０に示すように、エレクトレット膜２と保護膜２３との間には、エレクトレット膜２に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能なＭＳＱからなる電荷流出抑制膜４６が形成されている。なお、電荷流出抑制膜４６は、本発明の「第２電荷流出抑制膜」の一例である。また、ＭＳＱは、本発明の「電荷が流出するのを抑制することが可能な有機材料」の一例である。なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

第４実施形態では、上記のように、エレクトレット膜２と保護膜２３との間にエレクトレット膜２に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能なＭＳＱからなる電荷流出抑制膜４６を形成することによって、エレクトレット膜２の側端面に電荷流出抑制膜４６が形成されているので、エレクトレット膜２の側端面から電荷が流出するのを抑制することができる。これにより、エレクトレット膜２に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制することができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第５実施形態）
図２１は、本発明の第５実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。また、図２２は、図２１の２４０−２４０線に沿った断面図である。図２１および図２２を参照して、この第５実施形態では、上記第１実施形態と異なり、エレクトレット膜５２の側端面の周囲を取り囲むように電荷流出抑制膜５４が形成されているエレクトレット素子１０４の構造について説明する。

この第５実施形態によるエレクトレット素子１０４は、図２１および図２２に示すように、約３００μｍ〜約１０００μｍの厚みを有する基板５１の上面上に約０．１μｍ〜約１００μｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる電荷が注入されたエレクトレット膜５２が形成されている。また、エレクトレット膜５２の上面上には、電荷の流出を抑制するための約０．３μｍの厚みを有するＭＳＱ膜５３が形成されている。また、エレクトレット膜５２およびＭＳＱ膜５３の側端面の周囲を取り囲むようにＭＳＱからなる電荷流出抑制膜５４が形成されている。

第５実施形態では、上記のように、エレクトレット膜５２の側端面の周囲を取り囲むように電荷流出抑制膜５４を形成することにより、エレクトレット素子１０４を劈開によりチップ化する際に、エレクトレット膜５２の側端面にダメージが入るのを抑制することができるので、エレクトレット膜５２の側端面から電荷が流出するのを抑制することができる。これにより、エレクトレット膜５２に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制することができる。また、エレクトレット膜５２の周囲には、エレクトレット膜５２に蓄積された電荷が流出するのを抑制する電荷流出抑制膜５４が形成されているので、エレクトレット膜５２の側端面から電荷が流出するのをより抑制することができる。

（第６実施形態）
図２３は、本発明の第６実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。また、図２４は、図２３の２５０−２５０線に沿った断面図である。図２３および図２４を参照して、この第６実施形態では、上記第５実施形態と異なり、エレクトレット膜６２の表面上を取り囲むように電荷流出抑制膜６３が形成されているエレクトレット素子１０５の構造について説明する。

この第６実施形態によるエレクトレット素子１０５は、図２３および図２４に示すように、エレクトレット膜６２の表面上を覆うように、ＭＳＱからなる電荷流出抑制膜６３が形成されている。なお、第６実施形態のその他の構成は、上記第５実施形態と同様である。

第６実施形態では、上記のように、エレクトレット膜６２の表面上に電荷流出抑制膜６３を形成することにより、エレクトレット素子１０５をダイシングや劈開などの切断によりチップ化する際に、エレクトレット膜６２の側端面にダメージが入るのを抑制することができるので、エレクトレット膜６２の側端面から電荷が流出するのを抑制することができる。これにより、エレクトレット膜６２に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制することができる。また、エレクトレット膜６２の周囲には、エレクトレット膜６２に蓄積された電荷が流出するのを抑制する電荷流出抑制膜６３が形成されているので、エレクトレット膜６２の側端面から電荷が流出するのをより抑制することができる。

（第７実施形態）
図２５は、本発明の第７実施形態による静電誘導型発電装置の概略図である。図２６は、本発明の第７実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。図２５および図２６を参照して、第７実施形態による静電誘導型発電装置１１０の構造について説明する。なお、この第７実施形態では、静電動作装置の一例である静電誘導型発電装置１１０に本発明を適用した場合について説明する。

この第７実施形態による静電誘導型発電装置１１０は、図２５に示すように、固定基板１２０と、固定基板１２０に対して移動可能な可動基板１３０と、回路部１４０とを備えている。また、静電誘導型発電装置１１０には、静電誘導型発電装置１１０によって駆動される負荷１５０が接続されている。この負荷１５０は、接地されている。

図２６に示すように、エレクトレット素子１０６の固定基板１２０は、約１０ｍｍ〜約５０ｍｍの幅Ｗ３と約３００μｍ〜約１０００μｍの厚みとを有する導電性の材料からなる。なお、固定基板１２０は、本発明の「固定電極」の一例である。この固定基板１２０には、回路部１４０が接続されている。

また、固定基板１２０の上面上には、約０．１μｍ〜約１００μｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる電荷が注入されたエレクトレット膜１２１が形成されている。ここで、第７実施形態では、エレクトレット膜１２１の側端面の周囲を約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの間隔Ｄ１を隔てて取り囲むように、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの幅Ｗ４と約０．１μｍ〜約１００μｍの厚みとを有するＳｉＯ_２からなる保護膜１２２が形成されている。また、保護膜１２２には、エレクトレット膜１２１と同様に電荷が注入されているとともに、エレクトレット膜１２１に蓄積された電荷が流出するのを抑制する機能を有する。また、エレクトレット膜１２１および保護膜１２２の上面上には、それぞれ、電荷の流出を抑制するための約０．３μｍの厚みを有するＭＳＱ膜１２３および１２４が形成されている。また、ＭＳＱ膜１２３の上面上には、櫛歯状に形成されたＡｌまたはＴｉなどからなる約０．１μｍ〜約１０μｍの厚みを有する金属膜１２５が形成されている。なお、金属膜１２５の櫛歯の歯の幅Ｗ５と、歯と歯の間隔Ｗ６は、ぞれぞれ、約０．０１ｍｍ〜約１ｍｍである。

静電誘導型発電装置１１０の可動基板１３０は、約３００μｍ〜約１０００μｍの厚みを有するガラスなどからなる。また、可動基板１３０の固定基板１２０側の上面上には、所定の間隔を隔てて可動電極１３１が形成されている。また、可動電極１３１は、約０．０５μｍ〜約１μｍの厚みを有するＡｌなどからなるとともに、幅Ｗ７を有する。また、可動電極１３１には、回路部１４０が接続されている。

また、回路部１４０は、発電された電力を整流するための整流回路１４１と、整流回路１４１により整流された直流電流の電圧値を変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータ１４２とを含んでいる。整流回路１４１は、固定基板１２０および可動電極１３１に接続されているとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４２に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４２には、静電誘導型発電装置１１０によって発電された電力により駆動される負荷１５０が接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４２は、接地されている。

次に、図２５を参照して、本発明の第７実施形態による静電誘導型発電装置１１０の発電動作について説明する。

まず、図２５に示すように、静電誘導型発電装置１１０に振動が加わらない状態では、エレクトレット膜１２１の表面と可動電極１３１とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されているので、可動電極１３１には、静電誘導によりエレクトレット膜１２１に蓄積される電荷と反対の電荷が蓄積される。

次に、静電誘導型発電装置１１０に水平方向（Ｘ方向）の振動が加わることに起因して、可動電極１３１がＸ方向に移動することにより、可動電極１３１は、櫛歯状の金属膜１２５の歯の部分と対向する位置に移動する。これにより、可動電極１３１と対向する領域の電位が変化するので、可動電極１３１に静電誘導により蓄積される電荷の量が変化する。この電荷の変化分が電流となり、整流回路１４１およびＤＣ−ＤＣコンバータ１４２を介して負荷１５０に出力される。そして、Ｘ方向の振動により、可動電極１３１が、上記動作を繰り返すことにより、発電が継続して行われる。

第７実施形態では、上記のように、エレクトレット膜１２１の側端面の周囲を取り囲むように形成され、エレクトレット膜１２１に蓄積された電荷が流出するのを抑制する保護膜１２２を含むエレクトレット素子１０６を備えることによって、保護膜１２２によりエレクトレット膜１２１に蓄積される電荷が小さくなるのを抑制するエレクトレット素子１０６を用いることができるので、静電誘導型発電装置１１０の発電効率を向上させることができる。

（第８実施形態）
図２７は、本発明の第８実施形態による静電誘導型発電装置の概略図である。図２８は、図２７の２６０−２６０線に沿った断面図である。図２７および図２８を参照して、この第８実施形態では、上記第７実施形態と異なり、スペーサ部１２６が形成されたエレクトレット素子１０７の全体を取り囲むように可動電極１３２が形成されている静電誘導型発電装置１１１の構造について説明する。

この第８実施形態による静電誘導型発電装置１１１は、図２７および図２８に示すように、エレクトレット素子１０７の全体を取り囲むように約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有するエポキシ樹脂などのパッケージ用樹脂からなる可動基板１３２が形成されている。また、可動基板１３２の表面上には、可動電極１３３が形成されている。また、ＭＳＱ膜１２４の上面上には、金属膜１２５と可動電極１３３とが接触するのを抑制するための約１μｍ〜約５０μｍの厚みを有するシリコン酸化膜などの誘電体からなるスペーサ部１２６が形成されている。なお、第８実施形態のその他の構成は、上記第７実施形態と同様である。また、第８実施形態の動作は、上記第７実施形態と同様である。

第８実施形態では、上記のように、エレクトレット素子１０７の全体を取り囲むように可動基板１３２が形成されていることによって、静電誘導型発電装置１１１の外気とエレクトレット膜１２１とが遮断されているので、エレクトレット膜１２１の周囲に塵や水分などが侵入するのを抑制することができる。これにより、エレクトレット膜１２１から電荷が流出するのを抑制することができる。

また、第８実施形態では、上記のように、ＭＳＱ膜１２４の上面上にスペーサ部１２６を形成することによって、金属膜１２５と可動電極１３３とが接触するのが抑制されるので、金属膜１２５と可動電極１３３とが破壊されるのを抑制することができる。

なお、第８実施形態のその他の効果は、上記第７実施形態と同様である。

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。

たとえば、上記第１〜第８実施形態では、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット膜を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、シリコン窒化膜、テフロン（登録商標）に代表されるようなポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）などからなる体積抵抗率が１×１０^１５Ωｃｍ以上のエレクトレット膜を用いるようにしてもよい。

また、上記第１〜第８実施形態では、エレクトレット膜の上面上にＭＳＱからなるＭＳＱ膜を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえばＳｉＯＣのようなＭＳＱ以外の電荷の流出を抑制することが可能な有機材料からなる膜を用いるようにしてもよい。

また、上記第３〜第６実施形態では、ＭＳＱからなる電荷流出抑制膜３６、４６、５４および６３を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえばＳｉＯＣのようなＭＳＱ以外の電荷の流出を抑制することが可能な有機材料からなる電荷流出抑制膜を用いるようにしてもよい。

また、上記第３実施形態では、保護膜３３と基板３１の端部との間に電荷流出抑制膜３６を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、上記第４実施形態と同様に、エレクトレット膜３２と保護膜３３との間にも電荷流出抑制膜を形成してもよい。

また、上記第７実施形態および第８実施形態では、静電動作装置の一例として静電誘導型発電装置を示したが、本発明はこれに限らず、エレクトレット素子を含む静電動作装置であれば、静電誘導型アクチュエータなどのその他の静電動作装置にも適用可能である。

また、上記第７実施形態および第８実施形態では、エレクトレット膜１２１の上面上に櫛歯状の金属膜１２５を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、エレクトレット膜を櫛歯状に形成してもよい。

また、上記第７実施形態および第８実施形態では、固定電極にエレクトレット膜を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、可動電極にエレクトレット膜を形成するようにしてもよい。

また、上記第７実施形態および第８実施形態では、可動電極を移動させることにより静電誘導型発電装置が発電を行う例を示したが、本発明はこれに限らず、固定電極を移動させることにより発電を行ってもよい。

また、上記第７実施形態および第８実施形態に示した静電誘導型発電装置は、たとえば、腕時計、体温計、温度計、万歩計、リモコン、携帯オーディオ、キーレスエントリー、補聴器、ペースメーカ、レーザポインター、電動歯ブラシ、センサ、電子ブック、携帯電話、デジタルカメラ、ゲーム機、冷蔵庫、洗濯機、食器乾燥機、タイヤ空気圧センサなどに適用可能である。

本発明の第１実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。 図１の２００−２００線に沿った断面図である。 エレクトレット膜の周囲に電荷流出抑制膜が形成されない場合の電荷が注入される様子を示す図である。 エレクトレット膜の周囲に電荷流出抑制膜が形成される場合の電荷が注入される様子を示す図である。 エレクトレット膜の周囲に電荷流出抑制膜が形成されない場合の電荷の注入後の電界の向きを示す図である。 エレクトレット膜の周囲に電荷流出抑制膜が形成される場合の電荷の注入後の電界の向きを示す図である。 エレクトレット膜から電荷が流出する様子を説明するための図である。 エレクトレット膜から電荷が流出する様子を説明するための図である。 エレクトレット膜から電荷が流出する様子を説明するための図である。 エレクトレット膜の側端面から流出する電荷を測定した実験のサンプルの平面図である。 図１０の２０５−２０５線に沿った断面図である。 図１０のサンプルを１／４に劈開した平面図である。 劈開直後のエレクトレット膜の表面電位を表す図である。 湿度における加速試験後のエレクトレット膜の表面電位を表す図である。 本発明の第２実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。 図１５の２１０−２１０線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。 図１７の２２０−２２０線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。 図１９の２３０−２３０線に沿った断面図である。 本発明の第５実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。 図２１の２４０−２４０線に沿った断面図である。 本発明の第６実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。 図２３の２５０−２５０線に沿った断面図である。 本発明の第７実施形態による静電誘導型発電装置の概略図である。 本発明の第７実施形態によるエレクトレット素子の斜視図である。 本発明の第８実施形態による静電誘導型発電装置の概略図である。 図２７の２６０−２６０線に沿った断面図である。

符号の説明

１、２１、３１、４１、５１、６１ 基板
２、２２、３２、４２、５２、６２、１２２ エレクトレット膜
３、２３、３３、４３、１２３ 保護膜
３６ 電荷流出抑制膜（第１電荷流出抑制膜）
４６ 電荷流出抑制膜（第２電荷流出抑制膜）
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６ エレクトレット素子
１１０、１１１ 静電誘導型発電装置（静電動作装置）
１２０ 固定基板（固定電極）
１３１、１３３ 可動電極

Claims (5)

1. 電荷を蓄積することが可能なエレクトレット膜と、
   前記エレクトレット膜の側端面の周囲を取り囲むように形成された保護膜とを備え、
   前記保護膜は、前記エレクトレット膜の側端面の周囲を所定の間隔を隔てて取り囲むように形成されたエレクトレット材料からなる膜を含む、エレクトレット素子。
2. 前記保護膜は、基板上に形成されるとともに、前記基板の端部から所定の間隔を隔てて形成されている、請求項１に記載のエレクトレット素子。
3. 前記保護膜と前記基板の端部との間には、前記保護膜に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能な有機材料からなる第１電荷流出抑制膜が形成されている、請求項２に記載のエレクトレット素子。
4. 前記エレクトレット膜と前記保護膜との間には、前記エレクトレット膜に蓄積された電荷が流出するのを抑制することが可能な有機材料からなる第２電荷流出抑制膜が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエレクトレット素子。
5. 固定電極と、
   前記固定電極と所定の距離を隔てて対向するように設けられ、前記固定電極に対して移動可能な可動電極と、
   前記固定電極および前記可動電極のいずれか一方の上面上に形成され、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット膜と、前記エレクトレット膜の側端面の周囲を取り囲むように形成された保護膜とを備え、
   前記保護膜は、前記エレクトレット膜の側端面の周囲を所定の間隔を隔てて取り囲むように形成されたエレクトレット材料からなる膜を含むエレクトレット素子とを備える、静電動作装置。
   

Images