JP6451041B1 - 重錘体素子、及び、重錘体付き振動発電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れた重錘体の接合方法を実現可能な重錘体素子を提供すること。【解決手段】本発明は、振動体７０と支持体８０とを有する振動発電素子１に接合され、振動体７０に重錘体を提供する、重錘体素子１００であって、振動発電素子１に接合される第１面１０１と、第１面１０１とは反対側の第２面１０２と、振動体７０に接合される振動体接合部１０と、振動体接合部１０から離間して位置し、支持体８０に接合される支持体接合部２０と、振動体接合部１０と支持体接合部２０との間に位置し、振動体接合部１０と支持体接合部２０とを連結する連結部３０と、を備え、連結部３０は、第１面１０１側に、当該第１面１０１よりも第２面１０２側に位置する第３面３１を有し、連結部３０の第３面３１には、振動体接合部１０の外周を取り囲む３２、３３が設けられていることを特徴とする重錘体素子１００である。

Description

本発明は、振動体と、弾性体を介して前記振動体を支持する支持体と、を有する振動発電素子に接合され、前記振動体に重錘体を提供する、重錘体素子に関する。更に、本発明は、振動体に重錘体が接合された重錘体付き振動発電素子の製造方法に関する。

振動によって発電を行う振動発電素子は、例えば特許文献１及び２に記載されており、振動体と、弾性体を介して振動体を支持する支持体と、を有している。振動発電素子は、配置された環境において発生する振動によって振動体が支持体に対して振動させられることで、発電を行うようになっている。

振動発電素子の一例としては、エレクトレット発電素子が挙げられる。このエレクトレット発電素子は、例えば、Ｓｉ基板やＳＯＩ基板にエッチングを施すことによって、所定の形状に成形される。このような製造方法では、振動体、弾性体及び支持体が１枚のＳｉ基板またはＳＯＩ基板から構成される。各構成部位のうち、幅狭に構成される弾性体は、製造工程においてとりわけ破損しやすい。弾性体の破損を回避するための対処例としては、当該弾性体を丈夫に（バネ定数を大きく）構成すればよい。しかしながら、この場合、当該弾性体を介して支持体に支持されている振動体の共振周波数が大きくなる。このため、当該共振周波数と振動発電素子が使用される環境において頻繁に発生する周波数とが乖離してしまい、効率的な発電を行えないことが懸念される。

弾性体を丈夫に構成しつつ振動体の共振周波数を低下させるためには、当該振動体の質量を大きくすることが有効ではあるが、振動体の寸法を大きくすることによって当該振動体の質量を大きくするならば、振動発電素子が大型化し、更に、製造コストが高くなってしまい、問題である。このような問題に対処するために、本件出願人は、特願２０１７−０２２３８８において、振動体に重錘体を接合することによって、当該重錘体を含む振動体の重量を増大させ、その共振周波数を低下させることを、提案している。

しかしながら、振動体に重錘体を接合するに当たり、個々の振動発電素子を個片化した後に重錘体を接合するならば、振動発電素子の大型化は回避できるものの、生産性が低下してしまうため製造コストを低減させることが困難である。

特許第２９２３２８６号公報 特許第２９７１６１０号公報

本発明は、以上のような事情に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、生産性に優れた重錘体の接合方法を実現可能な重錘体素子を、提供することである。

あるいは、本発明の目的は、当該重錘体素子を用いることにより、生産性に優れた重錘体付き発電素子の製造方法を、提供することである。

本発明は、振動体と、弾性体を介して前記振動体を支持する支持体と、を有する振動発電素子に接合され、前記振動体に重錘体を提供する、重錘体素子であって、
前記振動発電素子に接合される第１面と、
前記第１面とは反対側の面である第２面と、
前記振動体に接合される振動体接合部と、
前記振動体接合部から離間して位置し、前記支持体に接合される支持体接合部と、
前記振動体接合部と前記支持体接合部との間に位置し、前記振動体接合部と前記支持体接合部とを連結する連結部と、を備え、
前記連結部は、前記第１面側に、当該第１面よりも前記第２面側に位置する第３面を有し、
前記連結部の前記第３面には、前記振動体接合部の外周を取り囲む所定幅の溝が設けられている
ことを特徴とする重錘体素子である。

本発明によれば、振動発電素子に接合された重錘体素子に、溝に沿って所定の切断工具によって切り込みを形成することにより、振動体接合部と支持体接合部とを容易に分断することができる。したがって、以上のような構成により、生産性に優れた重錘体の接合方法を実現可能な重錘体素子が提供され得る。

前記溝は、前記振動体接合部の外周を１周のみ取り囲んでいて良い。

あるいは、前記溝は、前記振動体接合部の外周を取り囲む第１溝と、この第１溝の外周を取り囲む第２溝と、を含んでいても良い。この場合、第１溝及び第２溝に沿って切り込みを形成することにより、重錘体基板から連結部を除去することができる。

前記第１溝は、前記第３面の前記振動体接合部の側の縁部に沿って、形成されていて良い。この場合、第１溝を介して、振動体接合部と連結部の全部とを、分断することができる。

前記第２溝は、前記第３面の前記支持体接合部の側の縁部に沿って、形成されていて良い。この場合、第１溝と第２溝とに切り込みを入れる工程によって、溝部の全部を重錘体素子から除去することができる。

あるいは、前記溝は、前記第３面の前記支持体接合部の側の縁部に沿って、形成されていて良い。この場合、振動発電素子に提供される重錘体の質量を最大化することができる。

前記振動発電素子及び前記重錘体素子は、接合される面の輪郭線が互いに同じ寸法の矩形の形状を有していて良い。この場合、重錘体素子を振動発電素子に接合する際の位置決めが容易である。

前記振動体接合部は、前記第１面の輪郭線が矩形の形状を有していて良い。この場合、第１溝が直線状に形成されるため、当該第１溝に沿って切り込みを入れる工程が容易である。

前記支持体接合部は、前記振動体接合部の外周を取り囲んでいて良い。この場合、支持体接合部を振動発電素子の支持体の全周にわたって接合することができるため、より強固な接合を実現することができる。

あるいは、本発明は、重錘体付き振動発電素子の製造方法であって、
前述の重錘体素子を、前記振動体接合部が前記振動発電素子の前記振動体に接合され、前記支持体接合部が前記振動発電素子の前記支持体に接合されるように、当該振動発電素子に接合する接合工程と、
前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記溝まで連通する切り込みを形成し、前記連結部のうち前記溝よりも前記支持体接合部側の部分と前記振動体接合部とを前記所定幅の間隔を空けて分断する、分断工程と、を備えている。

本発明によれば、前述した重錘体素子を振動発電素子に接合し、当該重錘体素子の溝に切り込みを入れることによって、重錘体として機能する振動体接合部を、振動体に接合させた状態で容易に切り出すことができる。すなわち、本発明によれば、前述した重錘体素子を用いることにより、生産性に優れた重錘体付き発電素子の製造方法を提供することができる。

あるいは、本発明は、重錘体付き振動発電素子の製造方法であって、
第１溝及び第２溝を有する重錘体素子を、前記振動体接合部が前記振動発電素子の前記振動体に接合され、前記支持体接合部が前記振動発電素子の前記支持体に接合されるように、当該振動発電素子に接合する接合工程と、
前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記第１溝まで連通する第１切り込みを形成し、前記連結部のうち前記第１溝よりも前記支持体接合部側の部分と前記振動体接合部とを分断する、第１分断工程と、
前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記第２溝まで連通する第２切り込みを形成し、前記連結部のうち前記第２溝よりも前記振動体接合部側の部分と前記支持体接合部とを分断する、第２分断工程と、
前記連結部のうち前記第１切り込みと前記第２切り込みとの間に位置する部分を除去する除去工程と、を備えている。

本発明によれば、前述した重錘体素子を振動発電素子に接合し、当該重錘体素子の第１溝及び第２溝に切り込みを入れることによって、重錘体として機能する振動体接合部を、振動体に接合させた状態で容易に切り出すことができる。すなわち、本発明によっても、前述した重錘体素子を用いることにより、生産性に優れた重錘体付き発電素子の製造方法を提供することができる。

前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記第１溝まで連通する第１切り込みを形成し、前記連結部のうち前記第１溝よりも前記支持体接合部側の部分と前記振動体接合部とを分断する、第１分断工程と、
前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記第２溝まで連通する第２切り込みを形成し、前記連結部のうち前記第２溝よりも前記振動体接合部側の部分と前記支持体接合部とを分断する、第２分断工程と、
前記連結部のうち前記第１切り込みと前記第２切り込みとの間に位置する部分を除去する除去工程と、を備えている。

本発明によれば、前述した重錘体素子を振動発電素子に接合し、当該重錘体素子の第１溝及び第２溝に切り込みを入れることによって、重錘体として機能する振動体接合部を、振動体に接合させた状態で容易に切り出すことができる。すなわち、本発明によれば、前述した重錘体素子を用いることにより、生産性に優れた重錘体付き発電素子の製造方法を提供することができる。

以上の製造方法は、前記振動発電素子の、前記重錘体素子が接合されている面とは反対側の面を覆う第１保護体であって、前記振動体を覆う第１保護体本体と、前記第１保護体本体の外周を取り囲み、前記支持体に接合される第１接合部と、を有する第１保護体を準備する工程と、
前記第１保護体本体が前記振動体を覆い、前記第１接合部が前記支持体に接合される、というように、前記第１保護体を前記振動発電素子に接合する、第１保護体接合工程と、
を更に備えていて良い。

この場合、振動体及び重錘体の振動が許容されつつ、重錘体素子の第２面側において、振動体及び重錘体に対する外部からの干渉が禁止されるため、安定した発電を行うことができる。

前記第１保護体の前記第１保護体本体は、前記振動体との干渉を回避するための窪みを有していて良い。この場合、振動体は、第１保護体に接触することが無いため、支持体に対して安定的に振動することができる。

前記第１保護体は、前記振動体側の面に、前記第１保護体本体とは異なる位置に溝部を有し、
前記溝部には、浅溝と、この浅溝の縁部に沿って形成され、深さが当該浅溝よりも深い深溝と、が設けられ、
前記製造方法は、前記第１保護体接合工程の後、前記第１保護体に、前記振動発電素子側の面とは反対側の面から前記深溝まで連通する切り込みを形成することにより、前記溝部を他の部分から分断する工程を、更に備えていて良い。

この場合、振動発電素子の第１保護基板側の面のうち、溝部に対応する領域を外部に露出させることが容易である。すなわち、振動発電素子に設けられた電荷を取り出すための端子等に対応する位置に溝部を設ければ、当該端子を簡易な工程によって外部に露出させることができる。

一例として、前記第１保護体は、前記振動発電素子に接合される面の輪郭線が矩形の形状を有し、
前記溝部は、前記矩形の対向する２つの縁部を含む領域に設けられていて良い。

この場合、第２凹部が設けられた対向する２辺の近傍の領域が、分断及び除去されることになる。

前記第１保護体のうち前記振動発電素子に面する領域、及び、前記振動発電素子の前記振動体のうち前記第１保護体に面する領域、の少なくとも一方に突起が形成されていて良い。この場合、振動発電素子の振動体が振動したときに、第１保護体を当該振動体のストッパとして有効に機能させることができる。

前記製造方法は、前記重錘体素子の前記第２面を覆う第２保護体であって、前記振動体接合部を覆う第２保護体本体と、前記第２保護体本体の外周を取り囲み、前記支持体接合部に接合される第２接合部と、を有する第２保護体を準備する工程と、
前記第２保護体本体が前振動体接合部を覆い、前記第２接合部が前記支持体接合部に接合されるように、前記第２保護体を前記重錘体素子に接合する、第２保護体接合工程と、
を更に備えていて良い。

この場合、振動体及び重錘体の振動が許容されつつ、発電素子の、重錘体素子が接合されている面の側において、振動体及び重錘体に対する外部からの干渉が禁止されるため、安定した発電を行うことができる。

前記第２保護体の前記第２保護体本体は、前記振動体接合部との干渉を回避するための窪みを有していて良い。この場合、重錘体は、第２保護体に接触することが無いため、支持体に対して安定的に振動することができる。

前記第２保護体のうち前記振動体接合部に面する領域、及び、前記振動体接合部のうち前記第２保護体に面する領域、の少なくとも一方に突起が形成されていて良い。この場合板状構造体が振動したときに、第２保護体を当該板状構造体のストッパとして有効に機能させることができる。

以上の発明において、振動発電素子の一例としては、エレクトレット発電素子が挙げられる。

また、以上の製造方法は、複数の前記振動発電素子が形成された振動発電素子基板を準備する工程と、
複数の前記重錘体素子が形成された重錘体素子基板を準備する工程と、
前記振動発電素子基板及び前記重錘体素子基板を接合する工程と、を更に備え、
各重錘体素子及び各振動発電素子は、各基板を接合した際に互いに１対１に対応するように形成されていて良い。

この場合、重錘体付きエレクトレット発電素子を効率的に製造することができる。

更には、以上の製造方法は、前記振動発電素子の、前記重錘体素子が接合されている面とは反対側の面を覆う第１保護体が複数形成された第１保護基板を準備する工程と、
前記重錘体素子の前記第２面を覆う第２保護体が複数形成された第２保護基板を準備する工程と、
前記第１保護基板を前記振動発電素子基板に接合し、前記第２保護基板を前記重錘体素子基板に接合する工程と、を更に備え、
各第１保護体は、前記第１保護基板を前記振動発電素子基板に接合した際に、各振動発電素子と１対１に対応するように形成されており、
各第２保護体は、前記第２保護基板を前記重錘体素子基板に接合した際に、各重錘体素子と１対１に対応するように形成されていて良い。

この場合、第１保護体及び第２保護体が接合された重錘体付きエレクトレット発電素子を、効率的に製造することができる。

本発明によれば、振動発電素子に重錘体素子を接合し、この重錘体素子に対して第１溝及び第２溝に沿って所定の切断工具によって切り込みを形成することにより、振動体接合部と支持体接合部とを容易に分断することができる。すなわち、本発明によれば、生産性に優れた重錘体の接合方法を実現可能な重錘体素子が提供され得る。

あるいは、本発明によれば、前述した重錘体素子を振動発電素子に接合し、当該重錘体素子の溝に切り込みを入れることによって、重錘体として機能する振動体接合部を、振動体に接合させた状態で容易に切り出すことができる。すなわち、本発明によれば、前述した重錘体素子を用いることにより、生産性に優れた重錘体付き発電素子の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態による重錘体素子が接合される振動発電素子の一例を示す概略図である。図１（ａ）は、振動発電素子の概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ軸に沿った概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態による重錘体素子を示す概略平面図である。 図２Ａの重錘体素子の変形例を示す概略平面図である。 図２Ａの［３］−［３］線断面図である。 図２Ａの［４］−［４］線断面図である。 図１のエレクトレット発電素子に図２Ａの重錘体素子を接合する工程を説明するための概略断面図である。 図５において、重錘体素子に切り込みを形成する工程を説明するための概略断面図である。 図６の工程が完了した状態を示す概略断面図である。 図６の工程の後で、溝部が除去された状態を示す概略断面図である。 上部保護体の概略底面図である。 図９の［１０］−［１０］線断面図である。 図９の［１１］−［１１］線断面図である。 下部保護体の概略上面図である。 図１２の［１３］−［１３］線断面図である。 図８の重錘体付きエレクトレット発電素子に下部保護体を接合する工程を説明するための概略断面図である。 図１４の重錘体付きエレクトレット発電素子に上部保護体を接合する工程を説明するための概略断面図である。 図１５の重錘体付きエレクトレット発電素子の概略平面図である。 上部保護体の深溝に向かって切り込みを形成する工程を説明するための概略断面図である。 上部保護体の縁部領域を除去する工程を説明するための概略断面図である。 図１８の重錘体付きエレクトレット発電素子の概略上面図である。 本実施の形態による重錘体付きエレクトレット発電素子の実際的な製造方法を説明するための図である。 本実施の形態による重錘体付きエレクトレット発電素子の実際的な製造方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態による重錘体素子を示す概略平面図である。 図２２の［２３］−［２３］線断面図である。 図２２の［２４］−［２４］線断面図である。 図２２の概略底面図である。 図１のエレクトレット発電素子に図２２の重錘体素子を接合する工程を説明するための概略断面図である。 図２６において、重錘体素子に切り込みを形成する工程を説明するための概略断面図である。 図２７の工程が完了した状態を示す概略断面図である。 パッケージ内に格納された重錘体付きエレクトレット発電素子を示す概略断面図である。 図１８に示す重錘体付きエレクトレット発電素子の変形例を示す概略断面図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。

＜＜＜ §１ 振動発電素子 ＞＞＞
図１は、本発明の一実施の形態による重錘体素子１００（図２Ａ参照）が接合される、振動発電素子の一例を示す概略図である。図１（ａ）は、振動発電素子の概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ軸に沿った概略断面図である。

図１に示す振動発電素子は、特願２０１７−２２３８８に例示されているエレクトレット発電素子１である。図１に示すように、エレクトレット発電素子１は、ＸＹＺ三次元直交座標系に対して固定され、ＸＹ平面上に配置された枠状構造体８０と、枠状構造体８０に対して変位可能であり、ＸＹ平面上に配置された板状構造体７０と、板状構造体７０及び枠状構造体８０を接続する４つの弾性変形体９１〜９４と、を備えている。本明細書では、説明の便宜上、Ｚ軸方向を高さ方向として、Ｚ軸正側を上側と呼び、Ｚ軸負側を下側と呼ぶことにする。

板状構造体７０は、Ｚ軸方向から見て、矩形の形状であり、当該矩形を構成する４辺のうち、Ｙ軸と平行に延在する２辺に対応する各側面に、変位凸部７１、７２が設けられている。図１に示す例では、Ｙ軸と平行に延在する２辺に対応する側面のうち正のＸ軸と交わる側面を第１変位外面７０ａとすると、当該第１変位外面７０ａには、Ｘ軸正方向に突出した３つの第１変位凸部７１が設けられている。また、Ｙ軸と平行に延在する２辺に対応する側面のうち負のＸ軸と交わる側面を第２変位外面７０ｂとすると、当該第２変位外面７０ｂには、Ｘ軸負方向に突出した３つの第２変位凸部７２が設けられている。もちろん、他の実施の形態では、１つ、２つまたは４つ以上の、任意の数の変位凸部が設けられていて良い。更に、板状構造体７０は、ＸＹ平面に平行な上面７０ｅおよび下面７０ｆを有している。

枠状構造体８０は、Ｚ軸方向から見て矩形の枠状の部材であり、板状構造体７０の第１及び第２変位外面７０ａ、７０ｂに対向する内面には、少なくとも１つの固定凸部８１、８２が設けられている。図１に示す例では、枠状構造体８０の内面のうち、正のＸ軸と交わる（板状構造体７０の第１変位外面７０ａに対向する）内面を第１固定内面８０ａとすると、当該第１固定内面８０ａには、Ｘ軸負方向に突出した３つの第１固定凸部８１が設けられている。また、枠状構造体８０の内面のうち、負のＸ軸と交わる（板状構造体７０の第２変位外面７０ｂに対向する）内面を第２固定内面８０ｂとすると、当該第２固定内面８０ｂには、Ｘ軸正方向に突出した３つの第２固定凸部８２が設けられている。但し、第１及び第２固定凸部８１、８２の数は、３つに限定されるものではなく、対応する変位凸部７１、７２の数と同じ数だけ設けられていれば良い。

本実施の形態では、第１変位凸部７１の頂面（Ｘ軸正側の面）及び第１固定凸部８１の頂面（Ｘ軸負側の面）は、共にＹＺ平面と平行である。これらの頂面のうち、一方の頂面には、エレクトレット電極層（不図示）を介して第１エレクトレット材料層７５が形成されており、他方の頂面には、第１対向電極層８５が形成されている。本実施形態では、図１に示すように、第１変位凸部７１の頂面に第１エレクトレット材料層７５が形成され、第１固定凸部８１の頂面を含む第１固定内面８０ａの表面に第１対向電極層８５が形成されている。第１対向電極層８５は、枠状構造体８０上に形成された配線を介して、電極端子である第１パッドＰ１に電気的に接続されている。

同様に、第２変位凸部７２の頂面（Ｘ軸負側の面）及び第２固定凸部８２の頂面（Ｘ軸正側の面）は、共にＹＺ平面と平行である。これらの頂面のうち、一方の頂面には、エレクトレット電極層（不図示）を介して第２エレクトレット材料層７６が形成されており、他方の頂面には、第２対向電極層８６が形成されている。本実施形態では、図１に示すように、第２変位凸部７２の頂面に第２エレクトレット材料層７６が形成され、第２固定凸部８２の頂面を含む第２固定内面８０ｂの表面に第２対向電極層８６が形成されている。第２対向電極層８６は、枠状構造体８０上に形成された配線を介して、電極端子である第２パッドＰ２に電気的に接続されている。もちろん、エレクトレット材料層７５は、第１及び第２変位外面７０ａ、７０ｂの全面にわたって形成されてもよい。

図１に示す例では、第１エレクトレット材料層７５をＹＺ平面に投影した正射影投影像と、第１対向電極層８５のうち第１固定凸部８１の頂面に形成された部分をＹＺ平面に投影した正射影投影像とは、ぴったりと一致している。更に、第２エレクトレット材料層７６をＹＺ平面に投影した正射影投影像と、第２対向電極層８６のうち第２固定凸部８２の頂面に形成された部分をＹＺ平面に投影した正射影投影像とは、ぴったりと一致している。

第１及び第２エレクトレット材料層７５、７６と第１及び第２変位外面７０ａ、７０ｂとの間に配置されたエレクトレット電極層（不図示）は、後述される弾性変形体９１〜９４上に形成された配線を介して、適宜の発電回路に接続されるようになっている。

図１に示すエレクトレット発電素子１では、板状構造体７０がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の全ての方向に変位可能となるように、板状構造体７０と枠状構造体８０とが４本の弾性変形体９１〜９４によって次のように接続されている。すなわち、弾性変形体９１〜９４は、それぞれの一端が枠状構造体８０の内側角部に規定された固定支持点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４に固定され、それぞれの他端が板状構造体７０の角部に規定された変位支持点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４に固定されている。換言すれば、板状構造体７０の４つの角部に各１つずつ設けられた合計４つの変位支持点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４と枠状構造体８０の４つの内側角部に各１つずつ設けられた合計４つの固定支持点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４とは、１対１に対応しており、対応する変位支持点と固定支持点とがそれぞれ個別の弾性変形体９１，９２，９３，９４によって接続されている。各弾性変形体９１〜９４は、図１（ｂ）に示すように、板状構造体７０の厚みおよび枠状構造体８０の厚みよりも小さな厚みを有する細長い線状の構造体によって構成されている。

図１に示すエレクトレット発電素子１は、単一の質量としての板状構造体７０が弾性変形体９１〜９４を介して枠状構造体８０に支持された構成であることから、板状構造体７０の振動は、単一の共振周波数ｆｒを有している。この共振周波数ｆｒは、板状構造体７０の質量と、弾性変形体９１〜９４のバネ定数とによって決定される。もちろん、板状構造体７０は、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向へ移動することから、バネ定数は、着目する振動方向に応じて、弾性変形体９１〜９４の合成バネ定数として定義されることになる。

本実施の形態では、弾性変形体９１〜９４を丈夫に（バネ定数を大きく）構成しつつ、エレクトレット発電素子１の共振周波数と、当該エレクトレット発電素子１が使用される環境において頻繁に発生する周波数とが乖離することを回避するべく、次に示すような重錘体素子１００を用いて、エレクトレット発電素子１の板状構造体７０に、質量が付加されることになる。

＜＜＜ §２ 本発明の第１の実施の形態による重錘体素子 ＞＞＞
図２Ａは、本発明の第１の実施の形態による重錘体素子１００を示す概略平面図である。また、図３は、図２Ａの［３］−［３］線断面図であり、図４は、図２Ａの［４］−［４］線断面図である。

図２Ａ乃至図４に示すように、本実施の形態による重錘体素子１００は、§１で説明したエレクトレット発電素子１に接合され、板状構造体７０に重錘体を提供するものである。この重錘体素子１００は、エレクトレット発電素子１に接合される一方の面１０１（図２Ａにおける手前側の面、図３及び図４における上方の面）と、一方の面１０１とは反対側の面である他方の面１０２と、振動体としての板状構造体７０に接合される振動体接合部１０と、振動体接合部１０から離間して位置し、板状構造体７０を支持する枠状構造体８０に接合される支持体接合部２０と、振動体接合部１０と支持体接合部２０との間に位置し、振動体接合部１０と支持体接合部２０とを連結する連結部３０と、を備えている。換言すれば、重錘体素子１００は、連結部３０によって、振動体接合部１０と、その外周を取り囲む支持体接合部２０と、に区画されている。

ここでは、説明の便宜上、図２Ａ乃至図４に示すように、重錘体素子１００の中心を原点ＯとするＸＹＺ三次元座標系を定義する。この座標系は、図１における座標系とは別個のものであるが、重錘体素子１００がエレクトレット発電素子１に接合された際に、図１に示す座標系のＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向と図２Ａ乃至図４におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向とが、それぞれ平行となるように、特には、Ｚ軸が一致するように、規定してある。

図２Ａに示すように、振動体接合部１０は、Ｚ軸方向から見て、矩形の形状を有している。図示されていないが、振動体接合部１０は、ＸＹ平面に投影した正射影投影像が、エレクトレット発電素子１の板状構造体７０をＸＹ平面に投影した正射影投影像の輪郭線と略一致するように構成されている。

また、図２Ａに示すように、支持体接合部２０は、Ｚ軸方向から見て、内縁部及び外縁部が共に矩形の輪郭線を有する枠状の形状となっており、振動体接合部１０の外周を取り囲んでいる。本実施の形態の支持体接合部２０は、ＸＹ平面に投影した正射影投影像が、エレクトレット発電素子１の枠状構造体８０をＸＹ平面に投影した正射影投影像と略一致するように構成されている。但し、支持体接合部２０をＸＹ平面に投影した正射影投影像の外縁部の輪郭線と、エレクトレット発電素子１をＸＹ平面に投影した正射影投影像の外縁部の輪郭線とは、ぴったりと一致するように構成されている。

連結部３０は、振動体接合部１０と支持体接合部２０との間隙の全部に設けられ、振動体接合部１０を取り囲む、矩形の枠状の領域となっている。連結部３０は、ＸＹ平面に投影した正射影投影像が、エレクトレット発電素子１の板状構造体７０と枠状構造体８０との間隙部分をＸＹ平面に投影した正射影投影像に略一致するように構成されている。

図２Ａ乃至図４に示すように、連結部３０は、上側に、一方の面１０１よりも下側に位置する、所定の幅の平坦面３１を有している。平坦面３１には、振動体接合部１０の側の縁部に沿って形成された第１溝３２と、支持体接合部２０の側の縁部に沿って形成された第２溝３３と、が形成されている。換言すれば、本実施の形態の連結部３０には、その内周縁及び外周縁にそれぞれ形成された第１溝３２及び第２溝３３と、これら第１溝３２及び第２溝３３によって挟まれた領域に形成された平坦面３１と、が設けられている。

本実施の形態の平坦面３１は、一定の深さで形成されている。更に、第１溝３２及び第２溝３３も、一定の深さで形成されている。但し、このような形態には限られず、他の実施の形態では、溝の延在方向に沿って当該溝の深さが変化していても良い。

なお、図２Ａに示す重錘体素子１００に代えて、図２Ｂに示す重錘体素子１００ａを採用することも可能である。図２Ｂは、図２Ａの重錘体素子１００の変形例を示す概略平面図である。本変形例による重錘体素子１００ａは、第１溝３２及び第２溝３３が図２Ａに示す重錘体素子１００とは異なり、矩形の重錘体素子１００ａの縦方向及び横方向に横断する各４本、合計８本の溝３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂから、構成されている。重錘体素子１００ａにおいては、縦方向に延びる４本の溝３２ｂ、３３ｂのうち内側に位置する２本の溝３２ｂと、横方向に延びる４本の溝３２ａ、３３ａのうち内側に位置する２本の溝３２ａと、の合計４本の溝によって取り囲まれる矩形の領域が、振動体接合部１０である。また、重錘体素子１００ａのうち、残りの４本の溝３３ａ、３３ｂによって取り囲まれる矩形の領域の外側の領域が、支持体接合部２０である。このような、重錘体素子１００ａを横断する溝３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂは、図２Ａに示す矩形の溝３２、３３を形成するよりも、形成プロセスが容易である。

また、前述したように、第１溝３２及び第２溝３３と平坦面３１とは、Ｚ軸方向において異なる深さを有している。このような深さの異なる溝３２、３３及び平坦面を化学的にエッチングによって形成することは、困難である。そこで、第１溝３２及び第２溝３３をダイシングソーで形成し、平坦面３１を化学的にエッチングすることによって形成すればよい。このことは、図２Ｂに示す変形例においても同様である。

＜＜＜ §３ 重錘体付き振動発電素子の製造方法 ＞＞＞
＜ ３−１． 重錘体素子と振動発電素子との接合 ＞
次に、図５乃至図８を参照して、重錘体付き振動発電素子の製造方法について説明する。

図５は、図１のエレクトレット発電素子１に図２Ａの重錘体素子１００を接合する工程を説明するための概略断面図であり、図６は、図５において、重錘体素子１００に切り込みを形成する工程を説明するための概略断面図であり、図７は、図６の工程が完了した状態を示す概略断面図であり、図８は、図６の工程の後で、連結部３０が除去された状態を示す概略断面図である。ここで説明する重錘体付き振動発電素子とは、前述のエレクトレット発電素子１の板状構造体７０に、重錘体素子１００により重錘体が接合された発電素子である。

また、説明の便宜上、図５乃至図８に示すように、エレクトレット発電素子１と重錘体素子１００との接合領域の中心を原点とするＸＹＺ三次元座標系を定義する。この座標系は、図１乃至図４における座標系とは別個のものであるが、それらの座標系のＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向と図５乃至図８におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向とが、それぞれ平行となるように、特には、Ｚ軸が一致するように、規定してある。

まず、図５に示すように、エレクトレット発電素子１の下面（図１におけるＺ軸負側の面）に、重錘体素子１００が接合される。ここでは、エレクトレット発電素子１の下面とは、エレクトレット発電素子１のうち、弾性変形体９１〜９４が形成されている側とは反対側の面を意味する。図５に示すように、この接合工程において、重錘体素子１００は、溝３２、３３が形成された一方の面１０１がエレクトレット発電素子１に面するような向きで、振動体接合部１０が板状構造体７０に接合され、且つ、支持体接合部２０が枠状構造体８０に接合されるように、当該エレクトレット発電素子１に接合される。換言すれば、重錘体素子１００は、連結部３０がエレクトレット発電素子１の板状構造体７０と枠状構造体８０との間隙（弾性変形体９１〜９４が形成された領域）に対応するように、エレクトレット発電素子１に接合される。

重錘体素子１００は、適宜の接着剤によってエレクトレット発電素子１に接合されるが、図５においては、接着剤の層は図示を省略してある。また、重錘体素子１００をエレクトレット発電素子１に対してしっかりと接合することができるならば、接着によらず、その他の接合方法（例えば、重錘体素子１００がガラス基板ならば陽極接合、シリコン基板ならば直接接合）を採用することも可能である。接着剤を使用する場合は、有機系の接着剤や共晶合金による接着が考えられる。

次に、図６に示すように、重錘体素子１００の他方の面１０２（図６における下面）から第１溝３２まで連通する切り込みが、所定の工具Ｔ（例えば、ダイシングソー）によって形成される。同様に、重錘体素子１００の他方の面１０２から第２溝３３まで連通する切り込みが、所定の工具Ｔによって形成される。図６には、第２溝３３に連通する切り込みが形成されている様子が示されている。本実施の形態の各切り込みは、第１溝３２及び第２溝３３の全周にわたって形成される。なお、図６に示す例では、切り込みがＺ軸と平行に形成されているが、他の実施の形態では、Ｚ軸に対して角度をもって形成されても良い。

このような切り込みが第１溝３２の全部にわたって形成されると、振動体接合部１０と連結部３０とが分断される。更に、切り込みが第２溝３３の全部にわたって形成されると、連結部３０と支持体接合部２０とが分断される。

ところで、連結部３０は、平坦面３１の存在によってエレクトレット発電素子１には全く接合されていない。このため、図７に示すように、２つの切り込みが形成されることによって、連結部３０は、重錘体素子１００及びエレクトレット発電素子１から完全に切り離されることになる。

したがって、図８に示すように、この連結部３０を除去することによって、重錘体素子１００から振動体接合部１０及び支持体接合部２０が切り出されるのである。そして、振動体接合部１０は、エレクトレット発電素子１の板状構造体７０に付加される質量として機能する。一方、支持体接合部２０は、後述される下部保護体５０を取り付けるための台座として機能することになる。

すなわち、図８に示す状態の重錘体付きエレクトレット発電素子１は、それ自体で適宜に発電を行うことが可能ではあるが、板状構造体７０及び振動体接合部１０が外部に露出した状態となっている。このため、より安定的に発電を行うためには、板状構造体７０及び振動体接合部１０を外部からの不所望な接触や衝撃などによる過負荷から保護することが好ましい。このようなことから、以下に説明するように、図８に示す重錘体付きエレクトレット発電素子１に対して、その上部を保護する上部保護体４０、及び、その下部を保護する下部保護体５０が、追加的に取り付けられる。なお、以下の説明では、「重錘体付きエレクトレット発電素子１」という語により、重錘体のみが接合されたエレクトレット発電素子１を意味する場合と、追加的に上部保護体４０及び／または下部保護体５０が接合されたエレクトレット発電素子１を意味する場合と、を適宜に使い分けるものとする。

＜ ３−２． 上部保護体 ＞
まず、図９乃至図１１を参照して、上述した重錘体付きのエレクトレット発電素子１の上部（図８における上部）を保護するための上部保護体４０について説明する。

図９は、上部保護体４０の概略底面図である。また、図１０は、図９の［１０］−［１０］線断面図であり、図１１は、図９の［１１］−［１１］線断面図である。

ここでは、説明の便宜上、図９乃至図１１に示すように、上部保護体４０の中心を原点ＯとするＸＹＺ三次元座標系を定義する。この座標系は、図１乃至図８における座標系とは別個のものであるが、上部保護体４０が重錘体付きエレクトレット発電素子１に接合された際に、図１乃至図８に示す座標系のＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向と図９乃至図１１におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向とが、それぞれ平行となるように、特には、Ｚ軸が一致するように、規定してある。但し、図９は、上部保護体４０の底面図であるため、図９において、Ｚ軸は紙面の手前側から奥側に向かって延びている。

図９乃至図１１に示すように、上部保護体４０は、全体として平板状の形状を有し、重錘体付きエレクトレット発電素子１に接合された際に板状構造体７０をＺ軸正側から覆う上部保護体本体４１と、上部保護体本体４１の外周を取り囲み、エレクトレット発電素子１の枠状構造体８０に接合される接合部４２と、を有している。上部保護体本体４１には、底面側（Ｚ軸負側）に矩形の凹部が形成されている。この矩形の凹部は、ＸＹ平面に投影した正射影投影像が、重錘体付きエレクトレット発電素子１の枠状構造体８０によって取り囲まれた領域をＸＹ平面に投影した正射影投影像を包含する大きさを有している。換言すれば、上部保護体４０の矩形の凹部をＸＹ平面に投影した正射影投影像は、第１変位凸部７１及び第２変位凸部７２（図１及び図２Ａ参照）を含む板状構造体７０をＸＹ平面に投影した正射影投影像を包含する大きさを有している。上部保護体４０をエレクトレット発電素子１に接合することによって、板状構造体７０に過負荷が作用しても、板状構造体７０の変位が制限されるため、エレクトレット発電素子１が破損することがない。

また、図９乃至図１１に示すように、矩形の凹部には、突起４１ａが形成されている。この突起４１ａは、エレクトレット材料層７５、７６が上部保護体４０に接触しないようにするためのものである。エレクトレット材料層７５、７６が上部保護体４０に接触すると、電荷がリークしてしまう。突起４１ａは、これを回避するために設けられている。もちろん、突起４１ａに代えて、エレクトレット材料層７５、７６の電荷のリークを防止するための保護膜が設けられても良い。

また、矩形の凹部の深さが浅いと、エアーダンピングの影響により、板状構造体７０に生じる振幅が不十分なものとなり、エレクトレット発電素子１の発電効率が低下してしまう。逆に、矩形の凹部の深さを深くすると、上部保護体４０は、板状構造体７０のストッパの機能を果たすことができない。これに対し、上部保護体４０に突起４１ａが存在することにより、矩形の凹部の深さを深くしても、上部保護体４０をストッパとして有効に機能させることができる。

一方、接合部４２は、ＸＹ平面に投影した正射影投影像が、重錘体付きエレクトレット発電素子１の枠状構造体８０をＸＹ平面に投影した正射影投影像に略一致するように構成されている。図９乃至図１１に示すように、接合部４２には、Ｚ軸負側から見て、Ｙ軸と平行に延び、互いに対向する２つの縁部領域４２ａ、４２ｂに、それぞれ２種類の溝が設けられている。ここで、縁部領域４２ａ、４２ｂとは、Ｙ軸に平行に延在する２つの縁部４０ａ、４０ｂを含み、Ｘ軸方向に一定の幅をもった領域を意味している。但し、図９乃至図１１に示すように、各縁部領域４２ａ、４２ｂは、上部保護体本体４１とは明確に区画されている。

図９乃至図１１に示すように、各縁部領域４２ａ、４２ｂに設けられている溝には、各縁部４０ａ、４０ｂを含み所定の幅を有する浅溝４３、４５と、当該浅溝４３、４５の幅方向（Ｘ軸方向）における原点側の縁部に形成された深溝４４、４６と、が含まれている。図１０及び図１１に示すように、深溝４４、４６は、Ｚ軸方向の深さが浅溝４３、４５よりも深い溝である。浅溝４３、４５及び深溝４４、４６は、いずれも、縁部領域４２ａ、４２ｂのＹ軸方向における両端部まで、延在している。

浅溝４３、４５及び深溝４４、４６が設けられた縁部領域４２ａ、４２ｂは、後述されるように、重錘体付きエレクトレット発電素子１に設けられたパッドＰ（電荷を取り出すための電極端子）を露出させるために、上部保護体４０から分断及び除去されることになる。

なお、本実施の形態では、浅溝４３、４５及び深溝４４、４６が接合部４２の縁部領域４２ａ、４２ｂに設けられているが、これは、上部保護体４０が接合される重錘体付きエレクトレット発電素子１のパッドＰが当該発電素子１の縁部領域に設けられているためである。したがって、重錘体付きエレクトレット発電素子１のパッドＰが他の領域に設けられている場合には、浅溝４３、４５及び深溝４４、４６も当該他の領域に対応する領域に設けられることになる。この場合、深溝は、浅溝の縁部全体（外周全体）に沿って連続的に形成されていればよい。

＜ ３−３． 下部保護体 ＞
次に、図１２及び図１３を参照して、重錘体付きのエレクトレット発電素子１の下部（図８における下部）を保護するための下部保護体５０について、説明する。

図１２は、下部保護体５０の概略平面図であり、図１３は、図１２の［１３］−［１３］線断面図である。

ここでは、説明の便宜上、図１２乃至図１３に示すように、下部保護体５０の中心を原点ＯとするＸＹＺ三次元座標系を定義する。この座標系は、図１乃至図１１における座標系とは別個のものであるが、下部保護体５０が重錘体付きエレクトレット発電素子１に接合された際に、図１乃至図１１に示す座標系のＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向と図１２乃至図１３におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向とが、それぞれ平行となるように、特には、Ｚ軸が一致するように、規定してある。但し、図１２は、下部保護体５０の底面図であるため、図１２において、Ｚ軸は紙面の奥側から手前側に向かって延びている。

図１２及び図１３に示すように、本実施の形態の下部保護体５０は、全体として平板状の形状を有しており、重錘体付きエレクトレット発電素子１に接合された際に、振動体接合部１０（重錘体）を他方の面１０２の側（下側）から覆う下部保護体本体５１と、下部保護体本体５１の外周を取り囲み、支持体接合部２０を介して枠状構造体８０に接合される第２接合部５２と、を有している。下部保護体本体５１には、上面側に矩形の凹部が形成されている。この矩形の凹部は、ＸＹ平面に投影した正射影投影像が、上部保護体４０に形成された凹部をＸＹ平面に投影した正射影投影像に略一致するように構成されている。すなわち、下部保護体本体５１の矩形の凹部をＸＹ平面に投影した正射影投影像は、第１変位凸部７１及び第２変位凸部７２（図１及び図２Ａ参照）を含む板状構造体７０をＸＹ平面に投影した正射影投影像を包含する大きさを有している。下部保護体５０を支持体接合部２０に接合することによって、板状構造体７０に過負荷が作用しても板状構造体７０の変位が制限されるため、エレクトレット発電素子１が破損することがない。

ところで、前述した上部保護体４０と同様に、矩形の凹部の深さが浅いと、エアーダンピングの影響により、板状構造体７０に生じる振幅が不十分なものとなり、エレクトレット発電素子１の発電効率が低下してしまう。逆に、矩形の凹部の深さを深くすると、下部保護体５０は、板状構造体７０のストッパの機能を果たすことができない。このような事情に基づいて、図１２及び図１３に示すように、矩形の凹部には、突起５１ａが形成されている。この突起５１ａの存在によって、矩形の凹部の深さを深くしても、下部保護体５０をストッパとして有効に機能させることができる。

一方、第２接合部５２は、ＸＹ平面に投影した正射影投影像が、上部保護体４０の接合部４２をＸＹ平面に投影した正射影投影像に略一致するように構成されている。すなわち、第２接合部５２は、重錘体付きエレクトレット発電素子１の枠状構造体８０をＸＹ平面に投影した正射影投影像に略一致するように構成されている。

＜ ３−４． 重錘体付きエレクトレット発電素子への上部保護体及び下部保護体の取り付け ＞
次に、重錘体付きエレクトレット発電素子１に対する、上部保護体４０及び下部保護体５０の取り付け方法について、図１４乃至図１９を参照して説明する。

図１４は、図８の重錘体付きエレクトレット発電素子１に下部保護体５０を接合する工程を説明するための概略断面図であり、図１５は、図１４の重錘体付きエレクトレット発電素子１に上部保護体４０を接合する工程を説明するための概略断面図である。また、図１６は、図１５の重錘体付きエレクトレット発電素子１の概略平面図であり、図１７は、上部保護体４０の深溝４４、４６に向かって切り込みを形成する工程を説明するための概略断面図であり、図１８は、上部保護体４０の縁部領域４２ａ、４２ｂを除去する工程を説明するための概略断面図であり、図１９は、図１８の重錘体付きエレクトレット発電素子１の概略上面図である。説明の便宜上、図１４乃至図１９には、ＸＹＺ三次元座標系が規定されているが、この座標系は、図５乃至図８において規定された座標系と同じである。

まず、図１４に示すように、重錘体付きエレクトレット発電素子１の下面に、下部保護体５０が接合される。下部保護体５０は、第２接合部５２が重錘体素子１００の支持体接合部２０の他方の面（下面）に、例えば接着剤によって接合される。もちろん、下部保護体５０を支持体接合部２０に対してしっかりと接合することができるならば、接着によらず、その他の接合方法（例えば、重錘体素子１００がガラス基板ならば陽極接合、シリコン基板ならば直接接合）を採用しても良い。接着剤を使用する場合は、有機系の接着剤や共晶合金による接着が考えられる。

下部保護体５０は、前述したように振動体接合部１０に面する下部保護体本体５１の上面に凹部を有しているため、重錘体付きエレクトレット発電素子１に接合された状態で、振動体接合部１０との間に所定の間隙Ｓ１が形成される。この間隙Ｓ１は、エレクトレット発電素子１の発電時に、板状構造体７０及び振動体接合部１０が最大の振幅で振動しても、当該振動体接合部１０と下部保護体５０とが干渉しないために十分な寸法を有する。この下部保護体５０の存在によって、過負荷に対する振動体接合部１０の過剰な変位が、禁止される。

次に、図１５に示すように、重錘体付きエレクトレット発電素子１の上面に、上部保護体４０が接合される。上部保護体４０は、接合部４２がエレクトレット発電素子１の枠状構造体８０の上面（図１５におけるＺ軸正側の面）に、例えば接着剤によって接合される。上部保護体４０は、前述したように板状構造体７０に面する上部保護体本体４１の下面に凹部を有しているため、重錘体付きエレクトレット発電素子１に接合された状態で、板状構造体７０との間に所定の間隙Ｓ２が形成される。この間隙Ｓ２は、エレクトレット発電素子１の発電時に、板状構造体７０及び振動体接合部１０が最大の振幅で振動しても、当該板状構造体７０と上部保護体４０とが干渉しないために十分な寸法を有する。この上部保護体４０の存在によって、過負荷に対する板状構造体７０の過剰な変位が、禁止される。

ところで、前述したように、エレクトレット発電素子１には、発電によって生じた電荷を取り出すためのパッドＰが設けられている。このパッドＰは、枠状構造体８０の上面に設けられているため、図１６に示すように、上部保護体４０を当該枠状構造体８０に接合した状態では、外部からパッドＰにアクセスすることができない（図１６において、パッドＰは、隠れ線で示されている）。このため、次なる工程として、上部保護体４０のうち、パッドＰの上方に位置する、対向する一対の縁部領域４２ａ、４２ｂが除去される。

具体的な除去の方法は、３−１．にて説明した、重錘体素子１００における連結部３０を除去するための方法と実質的に同様である。すなわち、図１７に示すように、上部保護体４０の上面から、深溝４４、４６まで連通する切り込みが、所定の工具Ｔによって形成される。これらの切り込みは、深溝４６の長さ全部にわたって形成される。図１７に示すように、切り込みは、Ｚ軸と平行な方向に向かって形成されて良い。

以上の切り込みによって、上部保護体４０の対向する縁部領域４２ａ、４２ｂが、当該上部保護体４０から分断される。その後、図１８に示すように、各縁部領域４２ａ、４２ｂは、除去される。

以上のような本実施の形態によれば、エレクトレット発電素子１に重錘体素子１００を接合した後で、当該重錘体素子１００に対して第１溝３２及び第２溝３３に沿って所定の切断工具Ｔによって切り込みを形成することにより、振動体接合部１０と支持体接合部２０とを容易に分断することができる。したがって、以上のような構成により、生産性に優れた重錘体の接合方法を実現可能な重錘体素子１００が提供され得る。

また、エレクトレット発電素子１及び重錘体素子１００は、接合される面の輪郭線が互いに同じ寸法の矩形の形状を有している。このため、重錘体素子１００をエレクトレット発電素子１に接合する際の位置決めが、容易である。

また、振動体接合部１０は、一方の面１０１の輪郭線が矩形の形状を有していることにより、第１溝３２が直線状に形成されている。このため、当該第１溝３２に沿って切り込みを入れる工程が容易である。

また、重錘体素子１００の支持体接合部２０は、振動体接合部１０の外周を取り囲んでいる。このため、支持体接合部２０をエレクトレット発電素子１の枠状構造体８０の全周にわたって接合することができるため、より強固な接合が実現される。

本実施の形態の第１溝３２は、平坦面３１の振動体接合部１０の側の縁部に沿って、形成されている。このため、第１溝３２を介して、振動体接合部１０と連結部３０の全部とを、分断することができる。

更に、本実施の形態の第２溝３３は、平坦面３１の支持体接合部２０の縁部に沿って形成されている。このため、第１溝３２と第２溝３３とに切り込みを入れる工程によって、連結部３０の全部を重錘体素子１００から除去することができる。

また、３−１．にて説明した、重錘体素子１００をエレクトレット発電素子１に接合し、重錘体素子１００の第１溝３２及び第２溝３３に切り込みを入れる、という製造方法によれば、重錘体として機能する振動体接合部１０を、重錘体素子１００から容易に切り出すことができる。すなわち、本発明によれば、前述した重錘体素子１００を用いることにより、生産性に優れた重錘体付きエレクトレット発電素子１の製造方法を提供することができる。

以上の製造方法は、平板状の基板の下面に凹部を有し、重錘体付きエレクトレット発電素子１の上面を覆う、上部保護体４０を準備する工程と、上部保護体４０を重錘体付きエレクトレット発電素子１の枠状構造体８０に接合する上部保護体接合工程と、を更に備えている。このことにより、板状構造体７０及び振動体接合部１０の振動が許容されつつ、板状構造体７０の上面側において、当該板状構造体７０に対する過負荷が制限されるため、破損しにくく、安定した発電を行うことができる。

この上部保護体４０は、Ｙ軸と平行に延在する２つの縁部領域４２ａ、４２ｂに連続的に形成された浅溝４３、４５及び深溝４４、４６を有している。そして、前述した製造方法は、上部保護体接合工程の後、上部保護体４０に、上面から深溝４４、４６まで連通する切り込みを当該深溝４４、４６の全部にわたって形成することにより、縁部領域４２ａ、４２ｂを他の部分から分断する工程を、更に備えている。このことにより、エレクトレット発電素子１の上面のうち、縁部領域４２ａ、４２ｂに対応する領域を外部に露出させることができる。すなわち、エレクトレット発電素子１に設けられたパッドＰを簡易な工程によって外部に露出させることができる。

更に、以上の製造方法は、平板状の基板の上面に凹部を有し、重錘体素子１００の下面を覆う、下部保護体５０を準備する工程と、下部保護体５０を支持体接合部２０の下面に接合する下部保護体接合工程と、を備えている。このことにより、板状構造体７０に対する過負荷が制限されるため、破損しにくく、一層安定した発電が行われる。

なお、本実施の形態では、突起４１ａが上部保護体４０に設けられ、突起５１ａが下部保護体５０に設けられていたが、このような配置には限定されない。図３０は、図１８に示す重錘体付きエレクトレット発電素子１の概略断面図である。図３０に示すように、突起４１ａ、５１ａに代えて、板状構造体７０の上面に突起７７を設け、支持体接合部１０の下面に突起１１を設けても良い。この場合も、上部保護体４０及び下部保護体５０にそれぞれ設けられた矩形の凹部の深さを深くしても、当該上部保護体４０及び下部保護体５０をストッパとしてそれぞれ有効に機能させることができる。なお、図示されていないが、突起７７、１１は、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸及びＹ軸に関してそれぞれ対象であるように、４つずつ配置されていて良い。

＜ ３−５． 実際的な各基板の接合方法 ＞
次に、図２０及び図２１は、本実施の形態による重錘体付きエレクトレット発電素子１の実際的な製造方法を説明するための図である。

以上の３−１．〜３−４．で説明した、エレクトレット発電素子１に対する各基板の取り付け（接合）は、実際の製造においては、図２０に示すように、複数のエレクトレット発電素子１が配置されたエレクトレット発電素子基板１ｗ及び複数の重錘体素子１００が配置された重錘体素子基板１００ｗを用いて行われる。図２０において、エレクトレット発電素子基板１ｗ内に示されている矩形領域の１つ１つが、エレクトレット発電素子１を示しており、重錘体素子基板１００ｗ内に示されている矩形領域の１つ１つが、重錘体素子１００を示している。重錘体素子基板１００ｗには、両基板１ｗ、１００ｗを接合させた際に、エレクトレット発電素子基板１ｗの各エレクトレット発電素子１と１対１に対応するように、複数の重錘体素子１００が形成されている。

したがって、エレクトレット発電素子基板１ｗと重錘体素子基板１００ｗとが、前述したように接着剤等によって接合されると、対応するエレクトレット発電素子１と重重錘体素子１００とが、図５に示すように接合される。その後、図６乃至図８を参照して説明したように、連結部３０が除去される。

次に、図２１に示すように、複数の上部保護体４０が配置された上部保護基板４０ｗと、複数の下部保護体５０が配置された下部保護基板５０ｗと、が準備される。図２１において、上部保護基板４０ｗ内に示されている矩形領域の１つ１つが、上部保護体４０を示しており、下部保護基板５０ｗ内に示されている矩形領域の１つ１つが、下部保護体５０を示している。

上部保護基板４０ｗには、エレクトレット発電素子基板１ｗの各エレクトレット発電素子１と１対１に対応するように、複数の上部保護体４０が形成されている。同様に、下部保護基板５０ｗには、重錘体素子基板１００ｗの各重錘体素子１００と１対１に対応するように、複数の下部保護体５０が形成されている。

したがって、下部保護基板５０ｗと重錘体素子基板１００ｗとが接合されると、対応する下部保護体５０と重錘体素子１００とが、図１４に示すように接合される。更に、上部保護基板４０ｗとエレクトレット発電素子基板１ｗとが前述したように接着剤等によって接合されると、対応する上部保護体４０とエレクトレット発電素子１とが、図１５に示すように接合される。その後、図１７及び図１８を参照して説明したように、縁部領域４２ａ、４２ｂが除去される。

その後、接合された４枚の基板１ｗ、１００ｗ、４０ｗ、５０ｗが、各基板の矩形領域ごとに切り出されて、重錘体付きエレクトレット発電素子１が個片化される。このことによって、重錘体付きエレクトレット発電素子１が効率的に製造され得る。

＜＜＜ §４ 重錘体付き振動発電素子の変形例 ＞＞＞
次に、本発明による重錘体素子の変形例について説明する。

図２２は、本発明の第２の実施の形態による重錘体素子２００を示す概略平面図である。また、図２３は、図２２の［２３］−［２３］線断面図であり、図２４は、図２２の［２４］−［２４］線断面図であり、図２５は、図２２の概略底面図である。

図２２乃至図２４に示すように、本実施の形態による重錘体素子２００は、連結部２３０の第３面２３１に、振動体接合部２１０の外周を取り囲む所定幅の溝２３３が１本のみ設けられている点で、第１の実施の形態による重錘体素子１００とは異なっている。この所定幅の溝２３３は、当該重錘体素子１００の連結部３０に設けられた第２溝３３と同じ位置に設けられている。

更に、図２３乃至図２５に示すように、本実施の形態による重錘体素子２００は、他方の面２０２に凹部２３４を有している。本実施の形態の凹部２３４は、その輪郭線がＺ軸方向から見て連結部２３０の外周の輪郭線と略一致するように形成されている。このような構成によって、他方の面２０２は、Ｚ軸方向において異なる位置に配置された、凹部２３４の底面２３４ｂと、支持体接合部２２０の底面２２０ｂと、を有している。

その他の点は、第１の実施の形態による重錘体素子１００と同様の構成を有している。このため、図２２乃至図２５において、重錘体素子１００に対応する構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に、図２６乃至図２８を参照して、本実施の形態による重錘体素子２００を用いた重錘体付き振動発電素子の製造方法について説明する。

図２６は、図１のエレクトレット発電素子１に図２２の重錘体素子２００を接合する工程を説明するための概略断面図であり、図２７は、図２６において、重錘体素子２００に切り込みを形成する工程を説明するための概略断面図であり、図２８は、図２７の工程が完了した状態を示す概略断面図である。

説明の便宜上、図２６乃至図２８に示すように、エレクトレット発電素子１と重錘体素子１００との接合領域の中心を原点とするＸＹＺ三次元座標系を定義する。この座標系は、図５乃至図８と同様の座標系である。

まず、図２６に示すように、エレクトレット発電素子１の下面（図１におけるＺ軸負側の面）に、重錘体素子２００が接合される。エレクトレット発電素子１の下面とは、エレクトレット発電素子１のうち、弾性変形体９１〜９４が形成されている側とは反対側の面を意味する。図２６に示すように、この接合工程において、重錘体素子２００は、溝２３３が形成された一方の面２０１がエレクトレット発電素子１に面するような向きで、振動体接合部２１０が板状構造体７０に接合され、且つ、支持体接合部２２０が枠状構造体８０に接合されるように、当該エレクトレット発電素子１に接合される。換言すれば、重錘体素子２００は、連結部２３０がエレクトレット発電素子１の板状構造体７０と枠状構造体８０との間隙（弾性変形体９１〜９４が形成された領域）に対応するように、エレクトレット発電素子１に接合される。

重錘体素子２００は、適宜の接着剤によってエレクトレット発電素子１に接合されるが、図２６乃至図２８においては、接着剤の層は図示を省略してある。また、重錘体素子２００をエレクトレット発電素子１に対してしっかりと接合することができるならば、接着によらず、その他の接合方法（例えば、重錘体素子２００がガラス基板ならば陽極接合、シリコン基板ならば直接接合）を採用することも可能である。接着剤を使用する場合は、有機系の接着剤や共晶合金による接着が考えられる。

次に、図２７に示すように、重錘体素子２００の他方の面２０２（図２７における下面）から溝２３３まで連通する切り込みが、所定の工具Ｔ（例えば、ダイシングソー）によって形成される。ここでは、工具Ｔとして、溝２３３と略同じ幅を有するものが採用される。このため、工具Ｔによって形成される切り込みは、溝２３３と略同じ幅を有する。本実施の形態の切り込みは、溝２３３の全周にわたって形成される。なお、図２７に示す例では、切り込みがＺ軸と平行に形成されているが、他の実施の形態では、Ｚ軸に対して角度をもって形成されても良い。

このような切り込みが溝２３３の全部にわたって形成されると、連結部２３０と支持体接合部２２０とが、工具Ｔの幅に相当する間隔を空けて、分断される。したがって、図２８に示すように、溝２３３に切り込みを形成することによって、重錘体素子２００から、連結部２３０及び振動体接合部２１０と、支持体接合部２２０と、が切り離されるのである。そして、連結部２３０及び振動体接合部２１０は、エレクトレット発電素子１の板状構造体７０に付加される質量として機能する。なお、工具Ｔによって分断された支持体接合部２２０と連結部２３０との離間距離（ここでは工具Ｔの幅）は、板状構造体７０が振動した際に、連結部２３０と支持体接合部２２０とが接触しない程度の大きさを有している。

図８と図２８とを比較すれば、本実施の形態によって切り出される重錘体（連結部２３０及び振動体接合部２１０）の質量は、第１の実施の形態によって切り出される重錘体（振動体接合部２１０）の質量よりも、大きい。すなわち、本実施の形態による重錘体素子２００を用いることにより、重錘体付きエレクトレット発電素子１の固有振動数を、第１の実施の形態よりも一層小さくすることができる。

なお、溝２３３を形成する位置を変更することによって、エレクトレット発電素子１の板状構造体７０に提供される重錘体の質量を、所望に調節することができる。すなわち、溝２３３を振動体接合部２１０の近位に形成すれば、連結部２３０のうち重錘体として機能する部分（溝２３３の内側の部分）が減少するため、切り出される重錘体の質量が減少し、その一方、溝２３３を支持体接合部２２０の近位に形成すれば、連結部２３０のうち重錘体として機能する部分が増大するため、切り出される重錘体の質量が増大する。

本実施の形態による重錘体素子２００を使用して製造された重錘体付きエレクトレット発電素子１には、第１の実施の形態と同様に、上部保護体４０（図９乃至図１１参照）及び下部保護体５０（図１２及び図１３参照）を接合することが可能である。各保護基板４０、５０の接合方法は、前記３−２．及び３−３．に記載した通りであるため、ここではその詳細な説明は省略する。

更に、本実施の形態においても、３−５．に記載したように、エレクトレット発電素子基板１ｗ、複数の重錘体素子２００が形成された重錘体素子基板、上部保護基板４０ｗ及び下部保護基板５０ｗを接合することによって、重錘体付きエレクトレット発電素子１が効率的に製造され得る。

本実施の形態による重錘体素子２００は、前述したように、他方の面２０２に凹部２３４ｂを有している。この凹部の存在によって、振動体接合部２１０及びこれに一体的に接続されている連結部２３０の底面２３４ｂは、Ｚ軸方向において、支持体接合部２２０の底面よりも上方に位置している。このため、支持体接合部２２０の底面２２０ｂに下部保護体５０が接合された際に、当該下部保護体５０と底面２３４ｂとの間には、所定の隙間が形成されるようになっている。このことによって、板状構造体７０が振動した際に、振動体接合部２１０及びこれに一体的に接続されている連結部２３０と、下部保護体５０と、の接触が回避される。

あるいは、重錘体付きエレクトレット発電素子１に上部保護体４０及び下部保護体５０を接合することに代えて、当該重錘体付きエレクトレット発電素子１をパッケージＰａ内に格納することも可能である。

図２９は、パッケージＰａ内に格納された重錘体付きエレクトレット発電素子１を示す概略断面図である。

パッケージＰａは、一例として、図２９に示すように、角柱状の内部空間を画定し、上部が開放した箱形のパッケージ本体５と、パッケージ本体５の上部を覆い、前記内部空間を閉鎖する蓋体６と、を有している。図２９に示すように、パッケージ本体５は、底壁５ｂと底壁５ｂから上方に立ち上がる側壁５ｓとを有している。重錘体付きエレクトレット発電素子１は、支持体接合部２２０の下面２２０ｂがパッケージ本体５の底壁５ｂに接合されている。側壁５ｓは、重錘体付きエレクトレット発電素子１の高さ（厚さ）よりも大きな高さを有している。側壁５ｓの上端部には、蓋体６が接合されており、エレクトレット発電素子１に対する外部からの不所望な干渉が禁止されている。

図２９に示すパッケージ化された重錘体付きエレクトレット発電素子１は、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての軸方向の過負荷に対して、重錘体（振動体接合部２１０）の移動が制限されていることを特徴としている。具体的には、図２９に示すように、Ｘ軸方向においては、振動体接合部２１０は、支持体接合部２２０の存在によって、当該支持体接合部２２０との間に形成された領域Ａの範囲内のみに移動が制限されている。図示されていないが、Ｙ軸方向においても、同様である。Ｚ軸正方向については、振動体接合部２１０は、枠状構造体８０の存在によって、当該枠状構造体との間に形成された領域Ｂの範囲内のみに移動が制限されている。更に、Ｚ軸負方向においては、振動体接合部２１０は、パッケージ本体５の底壁５ｂの存在によって、当該底壁５ｂとの間に形成された領域Ｃの範囲内にのみに移動が制限されている。

なお、ここでは、第２の実施の形態による重錘体素子２００を用いた重錘体付きエレクトレット発電素子１をパッケージ化する事項について説明したが、同様にして、第１の実施の形態による重錘体素子１００を用いた重錘体付きエレクトレット発電素子１をパッケージ化することも可能である。

１ エレクトレット発電素子
１ｗ エレクトレット発電素子基板
５ パッケージ本体
５ｂ 底壁
５ｓ 側壁
６ 蓋体
１０ 振動体接合部
２０ 支持体接合部
３０ 溝部
３１ 平坦面
３２ 第１溝
３３ 第２溝
４０ 上部保護体
４０ｗ 上部保護基板
４０ａ、４０ｂ 縁部
４１ 上部保護体本体
４２ 接合部
４２ａ、４２ｂ 縁部領域
４３、４５ 浅溝
４４、４６ 深溝
５０ 下部保護体
５０ｗ 下部保護基板
５１ 下部保護体本体
５２ 第２接合部
７０ 板状構造体
７０ａ 第１変位外面
７０ｂ 第２変位外面
７０ｅ 上面
７０ｆ 下面
７１ 第１変位凸部
７２ 第２変位凸部
７５ 第１エレクトレット材料層
７６ 第２エレクトレット材料層
８０ 枠状構造体
８０ａ 第１固定内面
８０ｂ 第２固定内面
８１ 第１固定凸部
８２ 第２固定凸部
８５ 第１対向電極層
８６ 第２対向電極層
９１〜９４ 弾性変形体
１００ 重錘体素子
１００ｗ 重錘体素子基板
１０１ 一方の面
１０２ 他方の面
２００ 重錘体素子
２０１ 一方の面
２０２ 他方の面
２１０ 振動体接合部
２２０ 支持体接合部
２３０ 連結部
Ｐａ パッケージ
Ｔ 工具
Ｓ１、Ｓ２ 間隙

Claims (21)

1. 振動体と、弾性体を介して前記振動体を支持する支持体と、を有する振動発電素子に接合され、前記振動体に重錘体を提供する、重錘体素子であって、
   前記振動発電素子に接合される第１面と、
   前記第１面とは反対側の面である第２面と、
   前記振動体に接合される振動体接合部と、
   前記振動体接合部から離間して位置し、前記支持体に接合される支持体接合部と、
   前記振動体接合部と前記支持体接合部との間に位置し、前記振動体接合部と前記支持体接合部とを連結する連結部と、を備え、
   前記連結部は、前記第１面側に、当該第１面よりも前記第２面側に位置する第３面を有し、
   前記連結部の前記第３面には、前記振動体接合部の外周を取り囲む所定幅の溝が設けられており、
   前記溝は、前記振動体接合部の外周を取り囲む第１溝と、この第１溝の外周を取り囲む第２溝と、を含んでいる
   ことを特徴とする重錘体素子。
2. 前記第１溝は、前記第３面の前記振動体接合部の側の縁部に沿って、形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の重錘体素子。
3. 前記第２溝は、前記第３面の前記支持体接合部の側の縁部に沿って、形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の重錘体素子。
4. 前記溝は、前記第３面の前記支持体接合部の側の縁部に沿って、形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の重錘体素子。
5. 前記振動発電素子及び前記重錘体素子は、接合される面の輪郭線が互いに同じ寸法の矩形の形状を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の重錘体素子。
6. 前記振動体接合部は、前記第１面の輪郭線が矩形の形状を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の重錘体素子。
7. 前記支持体接合部は、前記振動体接合部の外周を取り囲んでいる
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の重錘体素子。
8. 前記振動発電素子は、エレクトレット発電素子である
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の重錘体素子。
9. 重錘体付き振動発電素子の製造方法であって、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の重錘体素子を、前記振動体接合部が前記振動発電素子の前記振動体に接合され、前記支持体接合部が前記振動発電素子の前記支持体に接合されるように、当該振動発電素子に接合する接合工程と、
   前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記溝まで連通する切り込みを形成し、前記連結部のうち前記溝よりも前記支持体接合部側の部分と前記振動体接合部とを前記所定幅の間隔を空けて分断する、分断工程と、を備えた
   ことを特徴とする製造方法。
10. 重錘体付き振動発電素子の製造方法であって、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の重錘体素子を、前記振動体接合部が前記振動発電素子の前記振動体に接合され、前記支持体接合部が前記振動発電素子の前記支持体に接合されるように、当該振動発電素子に接合する接合工程と、
    前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記第１溝まで連通する第１切り込みを形成し、前記連結部のうち前記第１溝よりも前記支持体接合部側の部分と前記振動体接合部とを分断する、第１分断工程と、
    前記接合工程の後、前記重錘体素子に、前記第２面から前記第２溝まで連通する第２切り込みを形成し、前記連結部のうち前記第２溝よりも前記振動体接合部側の部分と前記支持体接合部とを分断する、第２分断工程と、
    前記連結部のうち前記第１切り込みと前記第２切り込みとの間に位置する部分を除去する除去工程と、を備えた
    ことを特徴とする製造方法。
11. 前記振動発電素子の、前記重錘体素子が接合されている面とは反対側の面を覆う第１保護体であって、前記振動体を覆う第１保護体本体と、前記第１保護体本体の外周を取り囲み、前記支持体に接合される第１接合部と、を有する第１保護体を準備する工程と、
    前記第１保護体本体が前記振動体を覆い、前記第１接合部が前記支持体に接合される、というように、前記第１保護体を前記振動発電素子に接合する、第１保護体接合工程と、
    を更に備えた
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の製造方法。
12. 前記第１保護体の前記第１保護体本体は、前記振動体との干渉を回避するための窪みを有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記第１保護体は、前記振動体側の面に、前記第１保護体本体とは異なる位置に溝部を有し、
    前記溝部には、浅溝と、この浅溝の縁部に沿って形成され、深さが当該浅溝よりも深い深溝と、が設けられ、
    前記製造方法は、前記第１保護体接合工程の後、前記第１保護体に、前記振動発電素子側の面とは反対側の面から前記深溝まで連通する切り込みを形成することにより、前記溝部を他の部分から分断する工程を、更に備えた
    ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の製造方法。
14. 前記第１保護体は、前記振動発電素子に接合される面の輪郭線が矩形の形状を有し、
    前記溝部は、前記矩形の対向する２つの縁部を含む領域に設けられている
    ことを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
15. 前記第１保護体のうち前記振動発電素子に面する領域、及び、前記振動発電素子の前記振動体のうち前記第１保護体に面する領域、の少なくとも一方に突起が形成されている
    ことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の製造方法。
16. 前記重錘体素子の前記第２面を覆う第２保護体であって、前記振動体接合部を覆う第２保護体本体と、前記第２保護体本体の外周を取り囲み、前記支持体接合部に接合される第２接合部と、を有する第２保護体を準備する工程と、
    前記第２保護体本体が前振動体接合部を覆い、前記第２接合部が前記支持体接合部に接合されるように、前記第２保護体を前記重錘体素子に接合する、第２保護体接合工程と、
    を更に備えた
    ことを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の製造方法。
17. 前記第２保護体の前記第２保護体本体は、前記振動体接合部との干渉を回避するための窪みを有する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。
18. 前記第２保護体のうち前記振動体接合部に面する領域、及び、前記振動体接合部のうち前記第２保護体に面する領域、の少なくとも一方に突起が形成されている
    ことを特徴とする請求項１６または１７に記載の製造方法。
19. 前記振動発電素子は、エレクトレット発電素子である
    ことを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一項に記載の製造方法。
20. 複数の前記振動発電素子が形成された振動発電素子基板を準備する工程と、
    複数の前記重錘体素子が形成された重錘体素子基板を準備する工程と、
    前記振動発電素子基板及び前記重錘体素子基板を接合する工程と、を更に備え、
    各重錘体素子及び各振動発電素子は、各基板を接合した際に互いに１対１に対応するように形成されている
    ことを特徴とする請求項９乃至１９のいずれか一項に記載の製造方法。
21. 前記振動発電素子の、前記重錘体素子が接合されている面とは反対側の面を覆う第１保護体が複数形成された第１保護基板を準備する工程と、
    前記重錘体素子の前記第２面を覆う第２保護体が複数形成された第２保護基板を準備する工程と、
    前記第１保護基板を前記振動発電素子基板に接合し、前記第２保護基板を前記重錘体素子基板に接合する工程と、を更に備え、
    各第１保護体は、前記第１保護基板を前記振動発電素子基板に接合した際に、各振動発電素子と１対１に対応するように形成されており、
    各第２保護体は、前記第２保護基板を前記重錘体素子基板に接合した際に、各重錘体素子と１対１に対応するように形成されている
    ことを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。

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