WO2013088645A1 - 微小電気機械発電器およびそれを用いた電気機器 - Google Patents

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movable
electrode
electret
micro electromechanical
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English (en)
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内藤　康幸
Original Assignee
パナソニック株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

Definitions

  • the present invention relates to a micro electromechanical generator and an electric device using the same.
  • the present invention relates to a micro electromechanical generator that is an electrostatic vibration generator that generates electric power using vibrations existing in the environment, and an electric device using the same.
  • Microelectromechanical elements are applied in many fields such as radio, light, acceleration sensor, biotechnology, and power.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • an environmental power generator Energy Harvester
  • This environmental power generator is applied to, for example, a power source of a low-power radio device, and can realize a small electric device such as a wireless sensor network that does not require a power cable or a battery.
  • the environmental power generator can be reduced in size.
  • the vibration type generator includes a piezoelectric type, an electromagnetic type, and an electrostatic type.
  • the electrostatic vibration generator does not require a piezoelectric material and a magnetic material, and has an advantage that it can be manufactured by a simple manufacturing method.
  • the electrostatic vibration generator includes an electret electret and an opposing electrode so that when the weight vibrates due to a force applied from the external environment, the opposing area of the electret and the electrode changes. Composed.
  • the electrostatic vibration generator uses the change in capacitance accompanying the change in the facing area between the electret and the electrode to repeatedly generate the maximum value and the minimum value of the capacitance. It is an environmental power generator that realizes power generation by power supply and discharge. So far, various electrostatic vibration generators have been proposed.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the vibration power generator described in Patent Document 1.
  • an electret film 91 is formed on the surface of a fixed electrode 90 made of silicon.
  • a movable electrode 93 is formed on the surface of the movable substrate 92 disposed so as to face the fixed electrode 90 so as to face the electret film 91.
  • membrane 91 is patterned in the comb-tooth shape.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of another vibration power generator described in Patent Document 1.
  • an electret film 5 made of an organic material such as PTFE or a silicon oxide film is formed on the surface of the fixed electrode 4 made of silicon.
  • a comb-like conductive layer 6 is formed on the upper surface of the electret film 5.
  • Non-Patent Document 1 a vibrating body (conductor) is provided at a position facing an unpatterned electret, and patterning is performed by exciting electric charges on the vibrating body (conductor) having a comb-like pattern. A configuration for generating a generated electric field is described. However, it has been found that there is a problem that the power generation efficiency is lowered because the charge of the vibrator (conductor) is used instead of directly using the charge of the electret.
  • An object of the present invention is to provide an electrostatic vibration generator in which an increase in power generation and an improvement in reliability are realized as a micro electromechanical generator.
  • a microelectromechanical generator has a first substrate on which electret films formed by holding electric charges on a surface and continuously connected are arranged, A second substrate having a collecting electrode disposed on a surface facing the electret film; A conductive movable substrate disposed between the first substrate and the second substrate and supported to be movable in a predetermined direction with respect to the first substrate and the second substrate; With The movable substrate has an opening that penetrates from the first substrate side toward the second substrate side and passes an electric field radiated from the electret film, The movement of the movable substrate causes the presence or absence of an electric field radiated from the opening to the current collecting electrode, and the presence or absence of the electric field excites or discharges the current to the current collecting electrode. To do.
  • the microelectromechanical generator according to the present invention since the movement of electric charges from the electret can be suppressed, a decrease in the potential of the electret over time can be reduced. Therefore, it is possible to achieve both an increase in the amount of power generation and an improvement in reliability. Furthermore, it is possible to realize an electric device using this micro electromechanical generator as a power source.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a micro electromechanical generator according to a first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a micro electromechanical generator according to a first embodiment.
  • 4 is a plan view showing the arrangement of first electrodes in the micro electromechanical generator according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a movable substrate in the micro electromechanical generator according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a micro electromechanical generator according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a micro electromechanical generator according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a micro electromechanical generator according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a transverse sectional view showing the method for manufacturing the micro electromechanical generator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a transverse sectional view showing the method for manufacturing the micro electromechanical generator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a transverse sectional view showing the method for manufacturing the micro electromechanical generator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a transverse sectional view showing the method for manufacturing the micro electromechanical generator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a transverse sectional view showing the method for manufacturing the micro electromechanical generator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a transverse sectional view showing the method for manufacturing the micro electromechanical generator according to the first embodiment.
  • 1 is a circuit diagram showing a configuration of a micro electromechanical generator according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a micro electromechanical generator according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a micro electromechanical generator according to a second embodiment. It is a cross-sectional view which shows the structure of the conventional micro electromechanical generator. It is sectional drawing which shows the structure of the conventional microelectromechanical generator.
  • the micro electromechanical generator includes a first substrate on which an electret film formed by continuously holding charges on a surface and continuously connected is disposed, A second substrate having a collecting electrode disposed on a surface facing the electret film; A conductive movable substrate disposed between the first substrate and the second substrate and supported to be movable in a predetermined direction with respect to the first substrate and the second substrate; With The movable substrate has an opening that penetrates from the first substrate side toward the second substrate side and passes an electric field radiated from the electret film, The movement of the movable substrate causes the presence or absence of an electric field radiated from the opening to the current collecting electrode, and the presence or absence of the electric field excites or discharges the current to the current collecting electrode. To do.
  • the micro electromechanical generator according to the second aspect may be supported so that the movable substrate can vibrate in the predetermined direction in the first aspect.
  • the microelectromechanical generator according to a third aspect is the opening of the movable substrate in the first or second aspect, wherein the movable substrate is in the course of movement of the electret film and the collector electrode.
  • the overlapping area via the part may be movably supported with respect to the first substrate and the second substrate.
  • the opening of the movable substrate may be patterned.
  • the current collecting electrode of the second substrate may be patterned.
  • the micro electromechanical power generator according to a sixth aspect is any one of the first to fifth aspects, wherein the current collecting electrode is patterned with a first period in the predetermined direction, The opening is patterned with a second period in the predetermined direction; The first period and the second period have an integer multiple relationship, and the current collecting electrode and the opening may be patterned with a period that can be synchronized with each other.
  • the micro electromechanical generator according to a seventh aspect is any one of the first to sixth aspects, wherein the current collecting electrode is patterned in a periodic pattern in the predetermined direction, The opening may be patterned with the same period as the periodic pattern in the predetermined direction.
  • the movable substrate may be grounded.
  • a microelectromechanical generator includes, in any one of the first to eighth aspects, a guard electrode disposed between each of the patterned collector electrodes and grounded. May be.
  • the electric device may include the micro electromechanical generator according to any one of the first to ninth aspects as a power source.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating the configuration of the microelectromechanical generator 100 according to the present embodiment.
  • 1 and FIG. 2 includes a lower substrate 111 as a first substrate, an upper substrate 109 as a second substrate, a movable substrate 110, a spring 201 as an elastic structure, and a fixed structure 108. It comprises.
  • the upper surface of the lower substrate 111 and the lower surface of the upper substrate 109 face each other. Therefore, in this power generator 100, the upper surface of the lower substrate 111 and the lower surface of the upper substrate 109 correspond to the first substrate surface and the second substrate surface, respectively.
  • FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the first electrodes 102.
  • a plurality of first electrodes 102 patterned as shown in FIG. 3 are provided on the first substrate surface (upper surface) of the lower substrate 111.
  • a pad 105 is formed on the surface of the first substrate for wiring from the first electrode 102 to the outside.
  • an electret 104 that is an electret that generates an electric field and faces the movable substrate 110 is formed on the second substrate surface (lower surface) of the upper substrate 109.
  • the electret 104 is charged so as to hold a charge semipermanently.
  • the fixed structure 108, the movable substrate 110, and the spring 201 are usually formed by processing one substrate. Therefore, by combining these members, “the intermediate substrate 108 to which the movable substrate (or movable portion or weight) 110 is connected by the elastic structure 201” or “the intermediate substrate having the weight 110 movable by the elastic structure 201”. 108 ".
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the movable substrate 110.
  • the movable substrate 110 follows at least one axial direction (direction indicated by a double-headed arrow in the drawing) parallel to the surfaces facing the upper substrate 109 and the lower substrate 111 (therefore, the first substrate surface and the second substrate surface) following external vibration. ) Vibrates (that is, reciprocates).
  • the movable substrate 110 needs to have a certain weight. Therefore, the thickness of the movable substrate 110 is desirably in the range of 100 ⁇ m to 1 mm.
  • a plurality of substrate through-holes 101 are formed in the movable substrate 110 facing the first substrate surface by penetrating the movable substrate 110 in a pattern similar to that of the plurality of first electrodes 102. ”) Is formed.
  • the width of the slit 101 can be set to 100 ⁇ m, for example, but is not limited thereto, and may be 10 ⁇ m to 1 mm.
  • each of the plurality of first electrodes 102 is parallel to each other and provided at equal intervals.
  • each of the first electrodes 102 is arranged in a direction parallel to the moving direction of the movable substrate 110. That is, the first electrode 102 is disposed as shown in FIG. 3 when viewed from a direction perpendicular to the first substrate surface.
  • the interval between the plurality of first electrodes 102 is a distance between center lines passing through the center in the width direction of the first electrode 102 (direction parallel to the moving direction of the movable substrate 110). It corresponds to the distance P.
  • the slits 101 are also arranged in the same pattern as the first electrode 102.
  • the lower substrate 111 and the fixed structure 108 are bonded by the lower bonding portion 106 so that a predetermined gap is formed between the first electrode 102 and the movable substrate 110.
  • the upper substrate 109 and the fixed structure 108 are bonded by the upper bonding portion 107 so that a predetermined gap is formed between the electret 104 and the movable substrate 110.
  • the electret 104 itself is not patterned, and the first electrode 102 facing the electret 104 is patterned. Further, a slit 101 is provided between the electret 104 and the patterned first electrode 102, and a movable substrate 110 is provided so as to be capable of vibrating between the electret 104 and the first electrode 102. According to such a configuration, in the case of the position of the movable substrate 110 shown in FIG. 1, the electric field generated from the electret 104 can be shielded by being drawn into the movable substrate 110 according to the position of the slit 101. Alternatively, when the movable substrate 110 is moved as shown in FIG.
  • an electric field generated from the electret 104 is allowed to pass through the slit 101 to the first electrode 102 according to the position of the slit 101. Can do. That is, the electric field corresponding to the pattern of the slit 101 can be generated by the movement of the movable substrate 110.
  • the microelectromechanical generator 100 according to the first embodiment since it is not necessary to finely pattern the electret 104, the electret 104 having high reliability while maintaining a high charge retention capability is provided, and high power generation efficiency is achieved. It becomes possible to realize the microelectromechanical generator 100 having the same. Since the electric field generated from the electret 104 is drawn into the movable substrate 110, the movable substrate 110 can be a conductor such as silicon. Further, a conductor such as aluminum formed on the movable substrate 110 can be formed.
  • the movable substrate 110 may have a configuration in which the potential is determined by a method such as connecting to the ground.
  • the first electrode 102 and the slit 101 are arranged so as to be completely displaced as viewed from the direction perpendicular to the first substrate surface. That is, the first electrode 102 and the slit 101 are not located on the same line perpendicular to the surface of the first substrate in the illustrated embodiment.
  • the electric field generated from the electret 104 in the direction of the first electrode 102 is shielded by the movable substrate 110.
  • the overlapping area of the electret 104 and the first electrode 102 through the slit 101 is minimum (in the above example, the overlapping area is zero).
  • the movable substrate 110 moves, and the first electrode 102 and the slit 101 are arranged so as to coincide with each other when viewed from the direction perpendicular to the first substrate surface. That is, in the embodiment shown in FIG. 2, the first electrode 102 and the slit 101 are located on the same line perpendicular to the first substrate surface and overlap each other. In this case, the overlapping area of the electret 104 and the first electrode 102 through the slit 101 is maximized, and the electric field generated from the electret 104 in the direction of the first electrode 102 passes through the slit 101 and is first. The electrode 102 is reached.
  • the overlapping area of the electret 104 and the first electrode 102 through the slit 101 can be changed by moving the movable substrate 110. Accordingly, the electric field generated from the electret 104 is shielded by the movable substrate 110 (FIG. 1), or the electric field generated from the electret 104 passes through the slit 101 and reaches the first electrode 102 (FIG. 2). Can be controlled.
  • the width of the first electrode 102 and the width of the slit 101 are the same.
  • the width of the first electrode 102 and the width of the slit 101 are different, they match when viewed from the direction perpendicular to the first substrate surface.
  • the center lines passing through the centers in the width direction match. It means to do.
  • the escape of electric charge from the electret 104 can be reduced.
  • the conductive layer is not directly formed on the electret 104 and there is a gap between the electret 104 and the movable substrate 110, the movement of charges from the electret 104 can be further reduced.
  • microelectromechanical generator 100 As described above, according to the microelectromechanical generator 100 according to the first embodiment, it is possible to realize both an increase in the amount of power generated by the microelectromechanical generator and an improvement in reliability, and this is incorporated as a power source. By this, it becomes possible to provide various electric devices.
  • Modification 1 5 and 6 are cross-sectional views showing the configuration of the microelectromechanical generator 100a according to the first modification of the first embodiment.
  • the micro electromechanical generator 100a according to the first modification has only one first electrode 102 and is not patterned. The difference is that one slit 101 is provided in the movable substrate 110.
  • the micro electromechanical generator 100 a according to Modification 1 can be shielded by drawing the electric field generated from the electret 104 into the movable substrate 110 according to the position of the slit 101. .
  • the movable substrate 110 is moved as shown in FIG.
  • an electric field generated from the electret 104 is allowed to pass through the slit 101 to the first electrode 102 according to the position of the slit 101. Can do. That is, the electric field corresponding to the pattern of the slit 101 can be generated by the movement of the movable substrate 110.
  • Modification 2 7 to 9 are cross-sectional views showing the configuration of the microelectromechanical generator 100b according to the second modification of the first embodiment.
  • the micro electromechanical generator 100b according to the second modification includes the micro electromechanical generator 100 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and the micro electromechanical generator 100 according to the first modification shown in FIGS.
  • the first electrode 102 is patterned into four patterns, the movable substrate 110 is provided with two slits 101, and the movable substrate 110 is vibrated across the two first electrodes 102. It is different about point to be made.
  • the pattern of the first electrode 102 and the pattern of the slit 101 are not the same, but the period of the first electrode 102 and the period of the slit 101 are integral multiples.
  • the first electrode 102 and the slit 101 are patterned with a period that can be synchronized with each other. Therefore, when the movable substrate 110 is vibrated across the two first electrodes 102, the micro electromechanical generator 100 b according to the second modification has a slit 101 between the electret 104 and the first electrode 102 with one vibration. The maximum and minimum changes in the overlapping area via the can be generated twice.
  • FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13 are cross-sectional views showing a method for manufacturing micro electromechanical generator 100 in the first embodiment.
  • one substrate is processed to form movable substrate 110, spring 201, and fixed structure 108 (that is, intermediate substrate 108 to which movable substrate 110 is connected by elastic structure 201). A method will be described.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing a state in which the joint portions 106 and 107 are formed on the substrate.
  • the substrate for example, a silicon substrate can be used. This substrate needs to have a certain weight in order to vibrate as the movable substrate 110 after processing. Therefore, the thickness of the substrate is preferably in the range of 100 ⁇ m to 1 mm. Here, a case where a silicon substrate having a thickness of 700 ⁇ m is used will be described.
  • a seed layer (not shown) for a plating process is formed, a mold is formed by photolithography, and an upper joint portion 107 is formed by a plating process. Thereafter, the resist is removed.
  • the material of the seed layer is titanium, copper, or a laminated film thereof, and copper or the like can be used as the material of the joint portion.
  • the lower joint 106 is formed on the surface opposite to the surface on which the upper joint 107 is formed.
  • a seed layer (not shown) for a plating process is formed, a mold is formed by photolithography, and a lower joint portion 106 is formed by a plating process. Thereafter, the resist is removed.
  • the substrate is made into a movable substrate 110 having a spring 201 and a slit 101 as an opening, and a fixed structure 108.
  • DRIE deep Reactive Ion Etching
  • FIG. 11A is a cross-sectional view showing a state where the electret 104 and the upper joint 107 are formed on the surface of the upper substrate 109.
  • an interlayer insulating film such as a silicon oxide film is formed on the surface of the upper substrate 109
  • the electret 104 is formed.
  • the electret 104 is formed by depositing an electret material and patterning it by a process such as photolithography and etching.
  • the electret material is an inorganic material such as a silicon oxide film, a silicon nitrogen film, or a multilayer film thereof, or an organic material.
  • a seed layer (not shown) for a plating process is deposited, a mold is formed by photolithography, and an upper joint 107 is formed by a plating process. Thereafter, the resist is removed.
  • the material of the seed layer is titanium, copper, or a laminated film thereof, and the material of the joint can be copper, tin, or a laminated film thereof.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view showing a state where the first electrode 102, the pad 105, and the lower bonding portion 106 are formed on the surface of the lower substrate 111.
  • an interlayer insulating film such as a silicon oxide film is formed on the surface of the lower substrate 111
  • the first electrode 102 and the pad 105 are formed.
  • the first electrode 102 is formed by depositing an electrode and a pad material to be the first electrode 102 and the pad 105 on the surface (first surface) of the lower substrate 111 and patterning by a process such as photolithography and etching.
  • the electrode and pad material is a metal material such as aluminum.
  • a seed layer (not shown) for a plating process is deposited, a mold is formed by photolithography, and a lower joint portion 106 is formed by a plating process. Thereafter, the resist is removed.
  • the material of the seed layer is titanium, copper, or a laminated film thereof, and the material of the joint can be copper, tin, or a laminated film thereof.
  • FIG. 12A assembly of the movable substrate 110, the spring 201, the fixed structure 108, the upper substrate 109, and the lower substrate 111 formed by processing one substrate will be described.
  • the lower substrate 111 and the fixed structure 108 are joined by joining the lower joints 106 to each other.
  • the upper substrate 109 and the fixed structure 108 are bonded to each other after the first electret 104 formed on the surface of the upper substrate 109 is charged. This is done by joining the joints 107 together.
  • FIG. 13 shows a process in which the upper substrate 109, the fixed structure 108, and the lower substrate 111 are processed by grinder or deep etching to expose the pad 105 and chip the generator (single piece). With the manufacturing method including the above steps, the microelectromechanical generator 100 according to Embodiment 1 can be realized.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a circuit configured using micro electromechanical generator 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 14 shows a circuit configuration of a conversion circuit 300 for outputting electric power from the first electrode 102 to an external load.
  • the conversion circuit 300 converts an alternating current output by repeatedly supplying and discharging the first electrode 102 to a direct current.
  • the conversion circuit 300 is connected between the first electrode 102 and the upper substrate 109 on which the electret 104 is formed.
  • the conversion circuit 300 can be composed of a bridge rectifier circuit composed of four diodes, a smoothing circuit composed of capacitors, and a load resistor.
  • the external load is connected by wire bonding or the like.
  • FIG. 15 and 16 are cross-sectional views showing the configuration of the microelectromechanical generator 200 according to the second embodiment.
  • a plurality of second electrodes 1021 are formed between the plurality of first electrodes 102 on the surface of the lower substrate 111 (first substrate surface).
  • the second electrode 1021 and the slit 101 coincide when viewed from a direction perpendicular to the first substrate surface.
  • the movable substrate 110 moves, and the second electrode 1021 and the slit 101 are arranged so as to be shifted from each other when viewed from the direction perpendicular to the first substrate surface.
  • an electric field generated from the electret 104 can be drawn into the second electrode 1021, and an unnecessary electric field can be prevented from reaching the first electrode 102.
  • the charges excited on the electrode 102 can be sufficiently released. Therefore, according to this microelectromechanical generator 200, in addition to the effect described in connection with the first embodiment (improvement of reliability), the effect of further increasing the amount of power generation can be obtained.
  • the lower substrate 111 is described as the first substrate, and the upper substrate 109 is described as the second substrate.
  • the micro electromechanical generators 100 and 200 of the first and second embodiments described above can be used upside down, for example.
  • the pad 105 may be provided on the upper substrate 109.
  • the lower substrate 111 may be the second substrate and the upper substrate 109 may be the first substrate.
  • first and second are used to distinguish two substrates, and are not used to indicate the vertical relationship of the substrates.
  • the movable substrate 110 is supported by the fixed structure 108 by being connected to the fixed structure 108 via the elastic structure 201.
  • the support of the movable substrate 110 to the fixed structure 108 may be based on, for example, magnetic force or electrostatic force as long as the movable substrate 110 can reciprocate in a predetermined direction.
  • the first substrate 111 and the second substrate 109 may also serve as the fixed structure 108.
  • electrets are provided on the surfaces of the first substrate 111 and the movable substrate 110 facing each other and the surfaces of the second substrate 109 and the movable substrate 110 facing each other, and the electrets are charged with the same charge.
  • the movable substrate 110 can be supported by the electrostatic force (repulsive force) between the electrets.
  • the moving direction of the movable substrate 110 is parallel to one side when the first substrate and the second substrate are rectangular or square as shown in FIG. Is shown.
  • the description of these embodiments does not preclude that the moving direction of the movable substrate is another direction in place of or in addition to the direction in the micro electromechanical generator.
  • the micro electromechanical generator according to the present invention can achieve an increase in power generation and an improvement in reliability, and is therefore useful as a power source for various electrical devices.
  • Micro-electromechanical generator 101 Substrate through hole, slit 102 First electrode 1021 Second electrode 104 Electret 105 Pad 106 Lower joint 107 Upper joint 108 Fixed structure, intermediate substrate 109 Upper substrate (first 2 substrates) 110, 1101 Movable substrate 111 Lower substrate (first substrate) 201 Elastic structure (spring) 300 Conversion circuit

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Abstract

　微小電気機械発電器は、表面に電荷を保持し、連続して繋がって形成されたエレクトレット膜が配置された第１の基板と、エレクトレット膜と対向する表面に集電電極が配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置され、第１の基板および第２の基板に対し所定の方向に移動可能に支持された導電性を有する可動基板と、を備え、可動基板は、第１の基板側から第２の基板側に向けて貫通し、エレクトレット膜から放射される電界を通す開口部を有し、可動基板が移動することにより、開口部から集電電極に放射される電界の有無が生じ、電界の有無により、集電電極に電荷が励起したり放電したりすることによって発電する。

Description

微小電気機械発電器およびそれを用いた電気機器
　本発明は、微小電気機械発電器およびそれを用いた電気機器に関する。特に、環境中に存在する振動を利用して発電する静電型振動発電器である微小電気機械発電器及びそれを用いた電気機器に関する。
　微小電気機械素子（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems：以下、「ＭＥＭＳ」と略すことがある）は、無線、光、加速度センサ、バイオ、およびパワーなど、多くの分野において応用されている。その中で、パワーの分野においてＭＥＭＳを応用したデバイスとして、環境中に存在する、光、熱、および振動といった散逸したエネルギーを集めて活用する環境発電器(Energy Harvester)の開発が進められている。この環境発電器は、例えば、低電力無線機の電源に適用されて、電源ケーブルや電池を必要としない無線センサーネットワークなどの小型電気機器を実現することができる。ＭＥＭＳ技術を環境発電器に適用することにより、環境発電器の小型化が可能である。
　光および熱の発生が弱い環境においては、外部環境から加えられる力によって素子を構成する部材が振動することを利用して発電する振動型発電器が有用である。振動型発電器には、圧電型、電磁型、および静電型などがある。静電型振動発電器は、圧電材料および磁性材料を必要とせず、簡単な製造方法で作製可能であるという利点を有する。
　静電型振動発電器は、着電されたエレクトレットと、対向する電極と、を具備し、外部環境から加えられる力により重りが振動したときに、エレクトレットと電極との対向面積が変化するように構成される。つまり、静電型振動発電器は、エレクトレットと電極との対向面積の変化に伴う静電容量の変化を利用して、静電容量の最大値と最小値とを繰り返し発生させることにより、電極への給電および放電による発電を実現する環境発電器である。これまでに、種々の静電型振動発電器が提案されている。
　図１７は、特許文献１に記載された振動発電器の断面図である。図１７において、シリコンからなる固定電極９０の表面上にエレクトレット膜９１が形成されている。また、固定電極９０と対向するように配置される可動基板９２の表面上に、エレクトレット膜９１と対向するように可動電極９３が形成されている。また、エレクトレット膜９１は櫛歯状にパターン化されている。
　図１８は、特許文献１に記載された別の振動発電器の断面図である。図１８において、シリコンからなる固定電極４の表面上に、ＰＴＦＥなどの有機材料やシリコン酸化膜からなるエレクトレット膜５が形成されている。また、エレクトレット膜５の上面上には、櫛歯状の導電層６が形成されている。
国際公開公報２００８／０２６４０７号公報
G. Altena et al.著「DESIGN, MODELING, FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF AN ELECTRET-BASED MEMS ELECTROSTATIC ENERGY HARVESTER」Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference (TRANSDUCERS), 2011 16th International、2011年6月5日（P739-P742）
　静電型振動発電器の発電量を増大させるためには、最大容量時の給電量を増大させること、あるいは、静電容量の最大値と最小値の容量変化比を増大させることが必要である。これらは、エレクトレットの電位を増大させること、および／または、電極とエレクトレットとの間のギャップを狭くすることによって実現される。
　図１７の構成では、エレクトレットを櫛歯状に微細にパターニングする必要がある。しかし、パターニングされたエレクトレットからは、着電された電荷が逃げ易く、長期的にエレクトレットの電位が低下するという信頼上の課題があることが見出された。
　一方、図１８の構成は、エレクトレットが櫛歯状にパターン化されていないため、エレクトレットからの電荷の移動は低減される。しかし、エレクトレット上に直接に導電層が形成されているため、エレクトレットから導電層への電荷の移動が生じ、やはりエレクトレットの電位が低下するという問題があることが見出された。
　また、非特許文献１には、パターン化されていないエレクトレットと対向する位置に振動体(導体)を設け、櫛歯状のパターンを有する振動体(導体)に電荷を励起することにより、パターン化された電界を発生させる構成が記載されている。しかし、エレクトレットの電荷を直接使用するのではなく、振動体(導体)に励起した電荷を使用するため、発電効率が低下するという問題があることが見出された。
　本発明の目的は、発電量の増大と信頼性の向上が実現された静電型振動発電器を微小電気機械発電器として提供することである。
　本発明に係る微小電気機械発電器は、表面に電荷を保持し、連続して繋がって形成されたエレクトレット膜が配置された第１の基板と、
　前記エレクトレット膜と対向する表面に集電電極が配置された第２の基板と、
　前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の基板および前記第２の基板に対し所定の方向に移動可能に支持された導電性を有する可動基板と、
を備え、
　前記可動基板は、前記第１の基板側から前記第２の基板側に向けて貫通し、前記エレクトレット膜から放射される電界を通す開口部を有し、
　前記可動基板が移動することにより、前記開口部から前記集電電極に放射される電界の有無が生じ、前記電界の有無により、前記集電電極に電荷が励起したり放電したりすることによって発電する。
　本発明に係る微小電気機械発電器によれば、エレクトレットからの電荷の移動を抑制することができるため、経時的なエレクトレットの電位の低下を低減することができる。よって、発電量の増大と、信頼性の向上とをともに達成することができる。さらに、この微小電気機械発電器を電源として用いた電気機器を実現することができる。
実施の形態１に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器における、第１の電極の配置を示す平面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器における、可動基板の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例１に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態１の変形例１に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態１の変形例２に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態１の変形例２に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態１の変形例２に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器の製造方法を示す横断面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器の製造方法を示す横断面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器の製造方法を示す横断面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器の製造方法を示す横断面図である。 実施の形態１に係る微小電気機械発電器の構成を示す回路図である。 実施の形態２に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 実施の形態２に係る微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 従来の微小電気機械発電器の構成を示す横断面図である。 従来の微小電気機械発電器の構成を示す断面図である。
　第１の態様に係る微小電気機械発電器は、表面に電荷を保持し、連続して繋がって形成されたエレクトレット膜が配置された第１の基板と、
　前記エレクトレット膜と対向する表面に集電電極が配置された第２の基板と、
　前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の基板および前記第２の基板に対し所定の方向に移動可能に支持された導電性を有する可動基板と、
を備え、
　前記可動基板は、前記第１の基板側から前記第２の基板側に向けて貫通し、前記エレクトレット膜から放射される電界を通す開口部を有し、
　前記可動基板が移動することにより、前記開口部から前記集電電極に放射される電界の有無が生じ、前記電界の有無により、前記集電電極に電荷が励起したり放電したりすることによって発電する。
　第２の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１の態様において、前記可動基板は、前記所定の方向に振動可能に支持してもよい。
　第３の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１又は第２の態様において、前記可動基板は、その移動の過程において、前記エレクトレット膜と前記集電電極との前記可動基板の前記開口部を介した重なり面積を変化させるように、前記第１の基板および前記第２の基板に対して移動可能に支持してもよい。
　第４の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記可動基板の前記開口部は、パターン化されていてもよい。
　第５の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記第２の基板の前記集電電極は、パターン化されていてもよい。
　第６の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記集電電極は、前記所定の方向について第１の周期でパターン化されており、
　前記開口部は、前記所定の方向について第２の周期でパターン化されており、
　前記第１の周期と前記第２の周期とは整数倍の関係にあり、前記集電電極と前記開口部とは、互いに同期しうる周期でパターン化されていてもよい。
　第７の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記集電電極は、前記所定の方向について周期的パターンにパターン化されており、
　前記開口部は、前記所定の方向について、前記周期的パターンと同じ周期でパターン化されていてもよい。
　第８の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１から第７のいずれかの態様において、前記可動基板は接地されていてもよい。
　第９の態様に係る微小電気機械発電器は、上記第１から第８のいずれかの態様において、パターン化された前記集電電極の各々の間に配置され、接地されたガード電極を有してもよい。
　第１０の態様に係る電気機器は、上記第１から第９のいずれかの態様の前記微小電気機械発電器を電源として含んで構成してもよい。
　実施の形態に係る微小電気機械発電器について、以下に添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
＜微小電気機械発電器の構成＞
　図１および図２は、本実施の形態における微小電気機械発電器１００の構成を示す横断図である。図１および図２に示す微小電気機械発電器１００は、第１基板としての下部基板１１１、第２基板としての上部基板１０９、可動基板１１０、弾性構造体としてのバネ２０１、および固定構造体１０８を具備する。図１において、下部基板１１１の上部表面と、上部基板１０９の下部表面とが互いに対向している。したがって、この発電器１００において、下部基板１１１の上部表面と上部基板１０９の下部表面とが、それぞれ第１基板表面と第２基板表面とに相当する。
　図３は、第１の電極１０２の配置を示す平面図である。下部基板１１１の第１基板表面（上部表面）には、図３に示すようにパターン化された複数の第１の電極１０２が設けられている。また、第１基板表面には第１の電極１０２から外部への配線を取るためのパッド１０５が形成されている。上部基板１０９の第２基板表面（下部表面）には、電界を発生するエレクトレットであって、可動基板１１０と対向したエレクトレット１０４が形成されている。このエレクトレット１０４には、半永久的に電荷を保持するように着電されている。なお、固定構造体１０８、可動基板１１０、およびバネ２０１は、通常、１枚の基板を加工して形成される。よって、これらの部材を合わせて、「可動基板（または可動部もしくは重り）１１０が弾性構造体２０１によって接続されている中間基板１０８」または「弾性構造体２０１によって可動可能な重り１１０を有する中間基板１０８」と称することもある。
　図４は、可動基板１１０の構成を示す平面図である。可動基板１１０は、外部振動に追随して、上部基板１０９および下部基板１１１と対向する表面（したがって、第１基板表面および第２基板表面）と平行な少なくとも一軸方向（図面において両矢印で示す方向）において、振動（即ち、往復運動）する。このように外部振動に追随して可動基板１１０を振動させるためには、可動基板１１０は、一定の重さを有することが必要とされる。そのため、可動基板１１０の厚さは、１００μｍ～１ｍｍの範囲にあることが望ましい。第１基板表面と対向する可動基板１１０には、複数の第１の電極１０２と同程度のパターンで可動基板１１０を貫通することにより形成された、複数の基板貫通孔１０１（以下、「スリット１０１」と呼ぶ。）が形成されている。スリット１０１の幅は、例えば１００μｍとすることができるが、これに限られず１０μｍ～１ｍｍであってもよい。
　図示した形態において、複数の第１の電極１０２の各々は、互いに平行であり、かつ等間隔で設けられている。また、第１の電極１０２の各々は、可動基板１１０の移動方向と平行な方向に並んでいる。即ち、第１の電極１０２は、第１基板表面に対して垂直な方向から見たときに、図３に示すように配置されている。ここで、複数の第１の電極１０２の間隔とは、第１の電極１０２の幅方向（可動基板１１０の移動方向と平行な方向）の中心を通る中心線間の距離であり、図３において距離Ｐに相当する。また、スリット１０１も、第１の電極１０２と同様のパターンで配置されている。
　第１の電極１０２と可動基板１１０との間に所定のギャップが形成されるように、下部基板１１１と固定構造体１０８は、下部接合部１０６により接合される。同様に、エレクトレット１０４と可動基板１１０との間に所定のギャップが形成されるよう、上部基板１０９と固定構造体１０８は、上部接合部１０７により接合される。
　この構成の微小電気機械発電器１００においては、エレクトレット１０４自体はパターン化せず、エレクトレット１０４と対向する第１の電極１０２をパターン化している。また、エレクトレット１０４とパターン化された第１の電極１０２との間にスリット１０１を有し、エレクトレット１０４と第１の電極１０２との間で振動可能に支持された可動基板１１０を設けている。かかる構成によれば、図１に示す可動基板１１０の位置の場合、スリット１０１の位置に応じて、エレクトレット１０４から発生した電界を可動基板１１０に引き込むことにより遮蔽できる。あるいは、図２に示すように可動基板１１０を移動させた場合、スリット１０１の位置に応じて、エレクトレット１０４から発生した電界を、スリット１０１を通して一部の電界を第１の電極１０２に通過させることができる。つまり、可動基板１１０の移動によって、スリット１０１のパターンに対応した電界を発生させることができる。実施の形態１に係る微小電気機械発電器１００によれば、エレクトレット１０４を微細にパターニングする必要がないため、高い電荷保持力を保った高信頼性を有するエレクトレット１０４を有し、高い発電効率を有する微小電気機械発電器１００を実現することが可能となる。
　なお、エレクトレット１０４から発生した電界を可動基板１１０に引き込むため、可動基板１１０をシリコンなどの導体とすることができる。また、可動基板１１０上に形成したアルミニウムなどの導体を形成することができる。
　なお、可動基板１１０は、接地に接続するなどの方法により、電位を定める構成としてもよい。
　図１に示す微小電気機械発電器１００において、第１の電極１０２と、スリット１０１とは、第１基板表面に対して垂直な方向から見て、全くずれるように配置されている。即ち、第１の電極１０２およびスリット１０１は、図示した形態において、第１基板表面に対して垂直な同一線上に位置していない。この場合、エレクトレット１０４から発生する、第１の電極１０２の方向への電界は、可動基板１１０に遮蔽される。なお、上記の場合にはエレクトレット１０４と第１の電極１０２とのスリット１０１を介した重なり面積が最小（上記の例では重なり面積はゼロ）となる。
　他方、図２に示す状態では、可動基板１１０が移動し、第１の電極１０２と、スリット１０１は、第１基板表面に対して垂直な方向から見て、一致するように配置されている。即ち、第１の電極１０２およびスリット１０１は、図２に示した形態において、第１基板表面に対して垂直な同一線上に位置し、互いに重なっている。この場合、エレクトレット１０４と第１の電極１０２とのスリット１０１を介した重なり面積が最大となり、エレクトレット１０４から発生する、第１の電極１０２の方向への電界は、スリット１０１を通過して第１の電極１０２に到達する。
　すなわち、微小電気機械発電器１００によれば、可動基板１１０を移動させることによって、エレクトレット１０４と第１の電極１０２とのスリット１０１を介した重なり面積を変化させることができる。これによって、エレクトレット１０４から発生する電界を可動基板１１０で遮蔽し（図１）、あるいは、エレクトレット１０４から発生する電界を、スリット１０１を通過させて第１の電極１０２に到達させる（図２）ことを制御できる。
　なお、図示した形態においては、第１の電極１０２の幅とスリット１０１の幅（可動基板１１０の移動方向と平行な寸法）が同じである。例えば、第１の電極１０２の幅とスリット１０１の幅とが異なる場合、これらが第１基板表面に対して垂直な方向から見て一致するとは、これらの幅方向の中心を通る中心線が一致することを意味する。
　かかる構成によれば、可動基板１１０が振動している間、エレクトレット１０４から発生し、第１の電極１０２に到達する電界の有無を切り替えることができる。より具体的には、エレクトレット１０４と第１の電極１０２とのスリット１０１を介した重なり面積が最大になるときに、第１の電極１０２に印加される電界を最大とし、第１の電極１０２に電荷を励起することができる。他方、エレクトレット１０４と第１の電極１０２とのスリット１０１を介した重なり面積が最小になるときに、第１の電極１０２に印加される電界を最小とし、第１の電極１０２に励起された電荷を解放することができる。これにより、可動基板１１０の振動に伴い、第１の電極１０２への給電、放電を繰り返すことにより、パッド１０５に交流電流を発生させることが可能となる。
　本実施の形態１に係る微小電気機械発電器によれば、エレクトレット１０４を微細なパターンにパターン化する必要がないため、エレクトレット１０４からの電荷の逃げを低減できる。また、エレクトレット１０４上には導電層が直接形成されておらず、可動基板１１０との間には空隙が存在するため、エレクトレット１０４からの電荷の移動をさらに低減することが可能となる。
　このように、実施の形態１に係る微小電気機械発電器１００によれば、微小電気機械発電器の発電量の増大および信頼性の向上を共に実現することが可能となり、これを電源として組み込むことによって、種々の電気機器を提供することが可能となる。
（変形例１）
　図５及び６は、実施の形態１の変形例１に係る微小電気機械発電器１００ａの構成を示す横断面図である。この変形例１に係る微小電気機械発電器１００ａは、図１及び２の実施の形態１に係る微小電気機械発電器１００と対比すると、第１の電極１０２を一つだけとしパターン化していない点、可動基板１１０に一つのスリット１０１を設けた点、について異なる。
　この変形例１に係る微小電気機械発電器１００ａは、図５に示す可動基板１１０の位置の場合、スリット１０１の位置に応じて、エレクトレット１０４から発生した電界を可動基板１１０に引き込むことにより遮蔽できる。あるいは、図６に示すように可動基板１１０を移動させた場合、スリット１０１の位置に応じて、エレクトレット１０４から発生した電界を、スリット１０１を通して一部の電界を第１の電極１０２に通過させることができる。つまり、可動基板１１０の移動によって、スリット１０１のパターンに対応した電界を発生させることができる。
（変形例２）
　図７乃至９は、実施の形態１の変形例２に係る微小電気機械発電器１００ｂの構成を示す横断面図である。この変形例２に係る微小電気機械発電器１００ｂは、図１及び２の実施の形態１に係る微小電気機械発電器１００、及び、図５及び６の実施の形態１の変形例１に係る微小電気機械発電器１００ａと対比すると、第１の電極１０２を四つにパターン化している点、可動基板１１０に二つのスリット１０１を設けた点、二つの第１の電極１０２にわたって可動基板１１０を振動させる点、について異なる。
　この変形例２に係る微小電気機械発電器１００ｂでは、第１の電極１０２のパターンとスリット１０１のパターンとは同一ではないが、第１の電極１０２の周期とスリット１０１の周期とは整数倍の関係にあり、第１の電極１０２とスリット１０１とは、互いに同期しうる周期でパターン化されている。
　そこで、変形例２に係る微小電気機械発電器１００ｂは、二つの第１の電極１０２にわたって可動基板１１０を振動させた場合、１回の振動で、エレクトレット１０４と第１の電極１０２とのスリット１０１を介した重なり面積の最大と最小との変化を２回生じさせることができる。
＜微小電気機械発電器の製造方法＞
　次に、図１に示す形態の微小電気機械発電器１００の製造方法を説明する。
　図１０、図１１、図１２、図１３は、実施の形態１における微小電気機械発電器１００の製造方法を示す横断面図である。図１０を参照して、１枚の基板を加工して、可動基板１１０、バネ２０１および固定構造体１０８（即ち、可動基板１１０が弾性構造体２０１によって接続されている中間基板１０８）を形成する方法を説明する。
　図１０（ａ）は、基板上に接合部１０６および１０７が形成された状態を示す断面図である。基板としては、例えばシリコン基板を用いることができる。なお、この基板は、加工後に可動基板１１０として振動させるために、一定の重さを有することが必要とされる。このため、基板の厚さは、１００μｍ～１ｍｍの範囲にあることが望ましい。ここでは、７００μｍの厚さのシリコン基板を用いる場合について説明する。
　次いで、メッキプロセス用のシード層（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィーにより型を形成し、メッキプロセスにより上部接合部１０７を形成する。その後、レジストを除去する。シード層の材料は、チタン、銅、またはそれらの積層膜などであり、接合部の材料としては銅などを用いることができる。
　続いて、上部接合部１０７を形成した表面とは反対の表面に、下部接合部１０６を形成する。メッキプロセス用のシード層（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィーにより型を形成し、メッキプロセスにより下部接合部１０６を形成する。その後、レジストを除去する。
　次に、マスク形成および深堀エッチング（DRIE: Deep Reactive Ion Etching）により、図１０（ｂ）に示すように、基板を、バネ２０１、開口部であるスリット１０１を有する可動基板１１０および固定構造体１０８を有する部材に加工する。
　図１１（ａ）を参照して、上部基板１０９の加工を説明する。図１１（ａ）は、上部基板１０９の表面にエレクトレット１０４および上部接合部１０７が形成された状態を示す断面図である。上部基板１０９の表面にシリコン酸化膜などの層間絶縁膜を形成した後、エレクトレット１０４の形成を行う。エレクトレット１０４は、エレクトレット材料を堆積し、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどのプロセスにより、パターニングすることにより形成される。エレクトレット材料は、シリコン酸化膜、シリコン窒素膜、もしくはその多層膜などの無機材料、または有機材料などである。
　次に、メッキプロセス用のシード層（図示せず）を堆積し、フォトリソグラフィーにより型を形成し、メッキプロセスにより上部接合部１０７を形成する。その後、レジストを除去する。シード層の材料は、チタン、銅、またはそれらの積層膜などであり、接合部の材料としては銅、錫、またはそれらの積層膜などを用いることができる。
　図１１（ｂ）を参照して、下部基板１１１の加工を説明する。図１１（ｂ）は、下部基板１１１の表面に第１の電極１０２、パッド１０５および下部接合部１０６が形成された状態を示す断面図である。下部基板１１１の表面にシリコン酸化膜などの層間絶縁膜を形成した後、第１の電極１０２、パッド１０５の形成を行う。第１の電極１０２は、下部基板１１１の表面（第１表面）上に、第１の電極１０２およびパッド１０５となる電極およびパッド材料を堆積し、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどのプロセスによりパターニングする。電極およびパッド材料は、アルミニウムなどの金属材料などである。
　次に、メッキプロセス用のシード層（図示せず）を堆積し、フォトリソグラフィーにより型を形成し、メッキプロセスにより下部接合部１０６を形成する。その後、レジストを除去する。シード層の材料は、チタン、銅、またはそれらの積層膜などであり、接合部の材料としては銅、錫、またはそれらの積層膜などを用いることができる。
　図１２、図１３を参照して、１枚の基板を加工して形成された可動基板１１０、バネ２０１をおよび固定構造体１０８、上部基板１０９、ならびに下部基板１１１の組み立て加工を説明する。図１２（ａ）に示すように、下部基板１１１と固定構造体１０８との接合は、下部接合部１０６同士を接合することにより行う。次に、図１２（ｂ）に示すように、上部基板１０９と固定構造体１０８との接合は、上部基板１０９の表面に形成された第１のエレクトレット１０４の着電工程を行った後、上部接合部１０７同士を接合することにより行う。
　図１３は、グラインダまたは深堀エッチングにより、上部基板１０９、固定構造体１０８および下部基板１１１を加工し、パッド１０５の露出、および発電器のチップ化（個片化）を行う工程を示す。
　以上の各工程を含む製造方法によって、実施の形態１に係る微小電気機械発電器１００を実現することが可能となる。
＜微小電気機械発電器の回路構成＞
　図１４は、本実施の形態１における微小電気機械発電器１００を用いて構成した回路を示す回路図である。
　図１４は、第１の電極１０２より電力を外部負荷に出力するための変換回路３００の回路構成である。変換回路３００によって、第１の電極１０２において給放電を繰り返すことにより出力される交流電流を、直流電流に変換する。第１の電極１０２とエレクトレット１０４が形成された上部基板１０９の間に変換回路３００を接続する。例えば、変換回路３００は、４つのダイオードで構成されたブリッジ整流回路と、キャパシタで構成された平滑回路と、負荷抵抗とで構成できる。なお、外部負荷とは、ワイヤ・ボンディング等で接続される。
（実施の形態２）
＜微小電気機械発電器の構成＞
　図１５、図１６は、実施の形態２における微小電気機械発電器２００の構成を示す横断面図である。
　実施の形態２の微小電気機械発電器２００においては、複数の第２の電極１０２１が、下部基板１１１の表面（第１基板表面）において、複数の第１の電極１０２のそれぞれの間に形成されている点で、実施の形態１の微小電気機械発電器１００と異なる。よって、図１５に示す形態においては、第２の電極１０２１とスリット１０１が、第１基板表面に対して垂直な方向から見たときに一致している。他方、図１６に示す状態では、可動基板１１０が移動し、第２の電極１０２１と、スリット１０１は、第１基板表面に対して垂直な方向から見て、ずれるように配置されている。
　かかる構成によれば、図１５に示す形態においては、第２の電極１０２１にエレクトレット１０４から発生する電界を引き込み、不要な電界が第１の電極１０２に到達することを防ぐことができ、第１の電極１０２に励起された電荷を、十分に解放することができる。
　よって、この微小電気機械発電器２００によれば、実施の形態１に関連して説明した効果（信頼性の向上）とともに、さらに発電量を増大するという効果を得ることができる。
　上記の実施の形態１及び２は、いずれも、下部基板１１１を第１基板とし、上部基板１０９を第２基板として説明している。なお、説明した実施の形態１及び２の微小電気機械発電器１００、２００は、例えば、上下を逆にして使用することも勿論可能である。また、パッド１０５は、上部基板１０９に設けられてよい。あるいは、別の実施の形態において、下部基板１１１を第２基板とし、上部基板１０９を第１基板としてよい。「第１」および「第２」という用語は、２つの基板を区別するために用いられ、基板の上下関係を示すために用いられるものではない。
　上記の実施の形態１及び２においては、可動基板１１０は、弾性構造体２０１を介して固定構造体１０８に接続されることによって、固定構造体１０８により支持されている。可動基板１１０の固定構造体１０８への支持は、可動基板１１０が所定の方向において往復運動し得る限りにおいて、例えば、磁気力または静電力によるものであってもよい。また、例えば、静電力によって可動基板１１０を支持する場合、第１基板１１１および第２基板１０９が固定構造体１０８を兼ねてよい。その場合、例えば、第１基板１１１と可動基板１１０の互いに対向するそれぞれの面、第２基板１０９と可動基板１１０の互いに対向するそれぞれの面にエレクトレットを設け、それぞれのエレクトレットを同電荷に着電することによって、エレクトレット間の静電力（反発力）によって、可動基板１１０を支持することができる。
　また、上記の実施の形態１及び２においては、可動基板１１０の移動方向を図４に示すように、第１基板および第２基板を矩形または正方形としたときの一辺と平行な方向であるものを示している。しかし、これらの実施の形態の説明は、微小電気機械発電器において、可動基板の移動方向が当該方向に代えて、または当該方向に加えて、他の方向であることを妨げるものではない。
　本発明に係る微小電気機械発電器は、発電量の増大および信頼性の向上を達成することができるものであるから、各種電気機器の電源として有用である。
　１００、２００、１０００　微小電気機械発電器
　１０１　基板貫通孔、スリット
　１０２　第１の電極
　１０２１　第２の電極
　１０４　エレクトレット
　１０５　パッド
　１０６　下部接合部
　１０７　上部接合部
　１０８　固定構造体、中間基板
　１０９　上部基板（第２基板）
　１１０、１１０１　可動基板
　１１１　下部基板（第１基板）
　２０１　弾性構造体（バネ）
　３００　変換回路

Claims (10)

  1. 　表面に電荷を保持し、連続して繋がって形成されたエレクトレット膜が配置された第１の基板と、
    　前記エレクトレット膜と対向する表面に集電電極が配置された第２の基板と、
    　前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の基板および前記第２の基板に対し所定の方向に移動可能に支持された導電性を有する可動基板と、
    を備え、
    　前記可動基板は、前記第１の基板側から前記第２の基板側に向けて貫通し、前記エレクトレット膜から放射される電界を通す開口部を有し、
    　前記可動基板が移動することにより、前記開口部から前記集電電極に放射される電界の有無が生じ、前記電界の有無により、前記集電電極に電荷が励起したり放電したりすることによって発電する、微小電気機械発電器。
  2. 　前記可動基板は、前記所定の方向に振動可能に支持される、請求項１に記載の微小電気機械発電器。
  3. 　前記可動基板は、その移動の過程において、前記エレクトレット膜と前記集電電極との前記可動基板の前記開口部を介した重なり面積を変化させるように、前記第１の基板および前記第２の基板に対して移動可能に支持される、請求項１又は２に記載の微小電気機械発電器。
  4. 　前記可動基板の前記開口部は、パターン化されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の微小電気機械発電器。
  5. 　前記第２の基板の前記集電電極は、パターン化されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の微小電気機械発電器。
  6. 　前記集電電極は、前記所定の方向について第１の周期でパターン化されており、
    　前記開口部は、前記所定の方向について第２の周期でパターン化されており、
    　前記第１の周期と前記第２の周期とは整数倍の関係にあり、前記集電電極と前記開口部とは、互いに同期しうる周期でパターン化されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の微小電気機械発電器。
  7. 　前記集電電極は、前記所定の方向について周期的パターンにパターン化されており、
    　前記開口部は、前記所定の方向について、前記周期的パターンと同じ周期でパターン化されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の微小電気機械発電器。
  8. 　前記可動基板は接地されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の微小電気機械発電器。
  9. 　パターン化された前記集電電極の各々の間に配置され、接地されたガード電極を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の微小電気機械発電器。
  10. 　請求項１から９のいずれか一項に記載の前記微小電気機械発電器を電源として含む、電気機器。
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