CN110050409B - 振动发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供从外部施加的振动能从低加速度至高加速度能够效率良好地整流以及蓄电的静电方式的振动发电装置。具备：可动侧部，其通过振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿振动方向的第一面；以及固定侧部，其构成为具有以使可动侧部能够在振动方向上振动的方式与可动侧部的第一面隔着预定的间隔而对置的第二面。在可动侧部的第一面以及固定侧部的第二面各自的表面，在振动方向上交替地形成有多个凹部和凸部。在固定侧部和可动侧部的至少一方形成有驻极体膜。构成为具有与可动侧部的第一面侧和固定侧部的第二面侧的间隔相应的值的力系数(机电转换系数)在可动侧部的振动振幅小时变小，在可动侧部的振动振幅大时变大。

Description

振动发电装置

技术领域

本发明涉及通过使用了驻极体的静电感应作用将机械的振动能转换成电力的静电方式的振动发电装置。

背景技术

近年来，推进了面向能够将步行产生的振动、汽车行驶产生的振动、桥梁振动、风力发电时的低频振动等的环境振动的振动能转换成电力的振动发电装置的实用化的研究开发。

作为这种振动发电装置，公知有电磁方式、压电方式、静电方式等，但与电磁方式相比，由于微小小型化容易，压电方式所需要的PZT(Lead Zirconate Titanate Oxide,PbZrTi)等不含铅等有毒物质等的理由，静电方式的振动发电装置备受关注。作为这种静电方式的振动发电装置，例如公知有在专利文献1(WO2011/086830号公报)、专利文献2(日本特开2011－36089号公报)等中提出的方案。

在专利文献1所记载的静电感应型发电装置中，第一基板与第二基板隔着预定的间隔相互对置，并且构成为在保持其对置的状态的状态下能够相对移动。并且，在第一基板，以在上述相对的移动方向上排列的方式形成有多个长方状的驻极体，在第二基板，以与第一基板的驻极体对置的方式，形成有第一电极和第二电极，并且构成为驻极体与第一电极之间的电容以及驻极体与第二电极之间的电容通过上述相对的移动而变化，从而输出电力。

另外，在专利文献2中，公开了如下MEMS(Microelectromechanical Systems；微小电气机械系统)装置，其构成为，具备：具有形成于基板上的驻极体膜的第一电极；以及与该第一电极隔着空隙而对置并具有多个开口部的第二电极，通过使第二电极振动移动，第一电极的驻极体膜和第二电极的电容发生变化，从而输出电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－186803号公报

专利文献2：日本特开2002－244806号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在从外部施加于振动发电装置的振动能为环境振动等的情况下，一般地，激励加速度的大小并非恒定，在时间上发生变化。作为施加于振动发电装置的振动能的力f在将激励加速度设为α、将振动发电装置的振动部分的质量设为m时，则f＝mα。并且，振动发电装置的发电输出电力P与力f成比例，另外，发电输出的电流值i以及电压值V也均与力f成比例。

该情况下，振动发电装置通过对发电输出电流进行整流，并向蓄电用电容器等的蓄电元件蓄电，从而取出所产生的发电输出。因此，作为从环境振动进行发电的振动发电装置，不论是在激励加速度小的状态下、还是大的状态下，都希望能够效率良好地向蓄电元件蓄电。

然而，用于通过振动发电装置的发电输出来进行蓄电的整流电路所使用的二极管需要阈值电压例如在薄膜二极管的情况下为0.3V左右、在硅系PN接合的二极管的情况下为0.7V，作为振动发电装置的发电输出，需要为其以上的电压。

然而，在以往的振动发电装置中，通常做成输出阻抗成为固定值的结构。因此，即使是低激励加速度的较小的输出电流值，若为了使整流用二极管导通而提高振动发电装置的输出阻抗，则高激励加速度时，尽管是较大的输出电流值，也无法有效地利用该大电流，导致损失变大。反之，若减小振动发电装置的输出阻抗，则高激励加速度时的大电流虽然能够效率良好地利用于蓄电用，但在低激励加速度的较小的输出电流值时，无法得到整流用二极管的阈值电压以上的电压，导致低激励加速度的振动能无法利用于振动发电装置中的振动发电。

鉴于以上方面，本发明的目的在于提供一种静电方式的振动发电装置，从外部施加的振动能即使在激励加速度的大小在时间上变化的环境振动等的情况下，也能够从低加速度至高加速度而效率良好地整流以及蓄电。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题，方案1的发明提供振动发电装置，其特征在于，具备：可动侧部，其构成为通过从外部施加的振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿上述振动方向的第一面；以及固定侧部，其构成为具有以使上述可动侧部能够在上述振动方向上振动的方式与上述可动侧部的上述第一面隔着预定的间隔而对置的第二面，并相对于上述振动能也固定位置，在上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面各自的表面，在上述振动方向上交替地形成有多个凹部和凸部，并且，在上述固定侧部和上述可动侧部至少一方形成有驻极体膜，构成为，具有与上述可动侧部的上述第一面侧和上述固定侧部的第二面侧的间隔相应的值的力系数在上述可动侧部的上述振动振幅小时变小，在上述可动侧部的上述振动振幅大时变大，其中上述力系数是机电转换系数。

具备上述那样的可动侧部和固定侧部的方案1的发明的振动发电装置的输出在理想的条件的情况下，若将机械阻力(缓冲阻力)设为r、将机电转换系数(力系数)设为A、将来自外部的力(外力)设为f，则输出阻抗Zm为Zm＝r/A²，输出电流i为i＝Af/Zm，另外，输出电压e能够表示为e＝f/A。

因此，在可动侧部的振动振幅较小时(低加速度时)，力系数(机电转换系数)A较小，因此输出阻抗Zm变大，即使输出电流i变小，输出电压e也变大。因此，在低加速度时，也能够使整流用二极管导通，从而能够效率良好地对较小的值的输出电流i进行整流并进行充电。

另一方面，在可动侧部的振动振幅较大时(高加速度时)，力系数(机电转换系数)A较大，因此输出阻抗Zm变小，输出电流i变大。此时，虽然输出电压e变小，但外力f也较大，因此成为能够使整流用二极管导通的值。因此，在可动侧部的振动振幅较大时，能够效率良好地对根据其外力f的大小的较大的电流i进行整流并进行充电。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够从低加速度至高加速度而效率良好地整流以及蓄电的静电方式的振动发电装置。因此，本发明的振动发电装置适合于使用激励加速度的大小在时间上变化的环境振动等来使从外部施加的振动能进行振动发电的情况。

附图说明

图1是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的构成例的整体立体图。

图2是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的构成例的主要部分的图。

图3是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的构成例的主要部分的图。

图4是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的构成例的主要部分的图。

图5是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的半导体制造工序的图。

图6是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的半导体制造工序的图。

图7是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的半导体制造工序的图。

图8是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的半导体制造工序的图。

图9是表示使用了本发明的振动发电装置的第一实施方式的充电电路的一例的图。

图10是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式的变形例的主要部分的图。

图11是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式其它变形例的主要部分的图。

图12是用于说明本发明的振动发电装置的第一实施方式另外变形例的主要部分的图。

图13是用于说明本发明的振动发电装置的第二实施方式的构成例的图。

图14是用于说明本发明的振动发电装置的第二实施方式的构成例的主要部分的图。

图15是用于说明本发明的振动发电装置的第三实施方式的构成例的主要部分的图。

图16是用于说明本发明的振动发电装置的第四实施方式的构成例的主要部分的图。

图17是用于说明本发明的振动发电装置的其它实施方式的构成例的主要部分的图。

图18是用于说明本发明的振动发电装置的另外实施方式的构成例的主要部分的图。

图19是表示为了说明本发明的振动发电装置的实施方式而使用的数学式的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的振动发电装置的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

首先，示出本发明的振动发电装置的原理的构成例来作为第一实施方式。以下所示的实施方式的振动发电装置是通过半导体制造工序来制造的作为MEMS装置而构成的情况的例子。

图1表示用于说明该第一实施方式的振动发电装置10的整体的构成例的立体图。该第一实施方式的振动发电装置10包括：通过相对于半导体基板1执行后文所述那样的半导体制造工序而形成的可动侧部2；固定侧部3A、3B；以及支撑可动侧部2的支撑梁部4L、4R。

可动侧部2构成为，剖面形成为矩形的细长状，如图1中箭头AR所示，能够以该可动侧部2的长度方向为振动方向进行振动。即，该可动侧部2的作为振动方向的长度方向的两端由通过半导体制造工序从半导体基板1形成的支撑梁部4L以及支撑梁部4R支撑为可动侧部2能够振动。此外，在该例中，该可动侧部2的振动方向在图1中是与半导体基板1的正交于基板面的方向(图1中箭头B所示的方向)正交的方向、也就是沿半导体基板1的基板面的方向。

支撑梁部4L以及支撑梁部4R分别成为由设置在与振动方向正交的方向上的两张薄板状部41、42以及薄板状部43、44构成的支撑梁的结构。支撑梁部4L以及支撑梁部4R分别以包围在半导体基板1上形成于可动侧部2的振动方向的两侧的空间5L以及空间5R的周围的方式，安装在形成于半导体基板1上的支撑梁保持部6L以及支撑梁保持部6R。

可动侧部2的长度方向的两端部2a以及2b在两张薄板状部41、42以及薄板状部43、44的中央部分与支撑梁部4L以及支撑梁部4R结合，并能够在振动方向上移动。

支撑梁部4L以及支撑梁部4R分别也能够由一张薄板状部构成，但通过由多张、在该例中由两张薄板状部41、42以及薄板状部43、44构成，可动侧部2的振动方向难以偏向，并且，不与可动侧部2所对置的固定侧部3A、3B接触，能够稳定地在箭头AR的方向上振动。

在该例中，固定侧部3A、3B在与可动侧部2的振动方向正交的方向上设置在隔着可动侧部2的位置。该情况下，固定侧部3A、3B分别构成为，在图1中沿箭头B所示的与基板面正交的方向的方向上，具有沿可动侧部2的振动方向的方向的面31A以及面31B。并且，固定侧部3A的面31A成为如下状态：在沿可动侧部2的与基板面正交的方向的方向上，与沿可动侧部2的振动方向的方向的面21隔着预定的间隔而对置。另外，固定侧部3B的面31B成为如下状态：在沿可动侧部2的与基板面正交的方向的方向上，与沿可动侧部2的振动方向的方向的面22隔着预定的间隔而对置。此外，面21、面22、面31A、面31B在以下的说明中称为对置面21、对置面22、对置面31A、对置面31B。

并且，在可动侧部2的对置面21以及对置面22，在沿振动方向的方向上以梳齿状排列的方式形成有在与振动方向正交的方向上突出的多个突部23以及突部24，并且在固定侧部3A的对置面31A以及固定侧部3B的对置面31B，也在沿振动方向的方向上以梳齿状排列的方式形成有在与振动方向正交的方向上突出的多个突部32A以及突部32B。该例的情况下，突部23、24、32A以及32B具备相同的机构，在该例中，形成为剖面为矩形的突条在箭头B方向上延伸。该例的情况下，突部23、24、32A以及32B分别构成凸部，并且这些多个突部23、24、32A以及32B之间构成凹部。

图2是在图1的箭头B的方向上从与可动侧部2的振动方向正交的上方观察固定侧部3A与可动侧部2的对置部分的一部分的图，表示可动侧部2静止的状态。如该图2所示，形成于可动侧部2的对置面21的多个突部23与形成于固定侧部3A的对置面31A的多个突部32A在沿可动侧部2的振动方向的方向的宽度均为相同的宽度Wt，并且在沿振动方向的方向上以相同的排列间距L形成。因此，相邻的突部23以及突部32A之间相隔Wb＝L－Wt。

并且，如图2所示，构成为，在可动侧部2静止的状态下，形成于可动侧部2的对置面21的多个突部23与形成于固定侧部3A的对置面31A的多个突部32A相互对置。并且，在可动侧部2的对置面21，在振动方向上排列的多个突部23的与振动方向正交的方向的长度、即突部23的高度Hm并不恒定，高度Hm的变化例如以成为正弦波状的方式不同。同样，在固定侧部3A的对置面31A，在振动方向上排列的多个突部32A的与振动方向正交的方向的长度、即突部32A的高度Hs也不恒定，高度Hs的变化例如以成为正弦波状的方式不同。

此外，在图1以及图2中，为了便于作图，振动发电装置10的可动侧部2的突部23、24的个数与固定侧部3A、3B的突部32A、32B个数为10～12个左右，但其个数实际上更多。并且，突部23、24、32A、32B的高度的正弦波状的变化也不是图1以及图2那样的一个周期程度，而是遍及与突部的个数相应的多个周期。

并且，该例的情况下，如图2所示，构成为，在可动侧部2静止的状态下，相互对置的突部23与突部32A的间隔在多个突部23和多个突部32A中成为相等的间隔gs，突部23的高度Hm和突部32A的高度Hs发生变化。并且，在该情况下，如图2所示，构成为在高度Hm为最大的突部23与高度Hs为最大的突部32A对置的情况下，在两者之间也产生空隙，相当于产生微小的间隔gmin。

因此，如上所述，构成为，即使可动侧部2的突部23的高度Hm在振动方向AR上变化，并且固定侧部3A的突部32A的高度Hs在振动方向AR上变化，也存在最小的间隔g的空隙，因此可动侧部2相对于固定侧部3A保持间隔g的空隙，能够在图1以及图2的箭头AR所示的振动方向上振动移动。

此外，可动侧部2的形成有突部23的对置面21(突部23的根部位置)、与固定侧部3A的形成有突部32A的对置面31A(突部32A的根部位置)之间相隔距离D。

在该例中，Wt＝20μm、Wb＝40μm、L＝60μm、Hm(最大值)＝Hs(最大值)＝42.5μm、g＝5μm、D＝90μm。并且，作为振动发电装置，可动侧部2的振动方向的长度例如为12mm，与振动方向正交的方向的长度例如为8mm。

此外，虽然省略了图示，但形成于固定侧部3B的对置面31B的多个突部32B与形成于可动侧部2的对置面22的多个突部24的关系也构成为与图2相同。该情况下，在该例中，形成于可动侧部2的对置面21的突部23与形成于固定侧部3A的对置面31A的突部32A的位置关系(对置位相关系)在图2所示那样的可动侧部2静止的状态时，形成于可动侧部2的对置面22的突部24与形成于固定侧部3B的对置面31B的突部32B的位置关系(对置位相关系)也成为相同的状态。即，可动侧部2的突部23与固定侧部3A的突部32A的对置位相关系、和可动侧部2的突部24与固定侧部3B的突部32B的对置位相关系同相。

并且，如后文所述，在该实施方式中，在固定侧部3A、3B或者可动侧部2的一方形成有驻极体膜，形成有该驻极体膜的固定侧部3A、3B或者可动侧部2的一方成为预定的驻极体电位E。在该例中，在固定侧部3A、3B形成有驻极体膜，固定侧部3A、3B成为例如－400伏的驻极体电位E。此外，固定侧部3A、3B与可动侧部2如后文所述那样通过半导体基板的绝缘层而相互电绝缘。

并且，如图1所示，在可动侧部2，在其振动方向的两端部形成有电极25以及电极26，并且，在固定侧部3A以及固定侧部3B，在与可动侧部2的振动方向正交的方向的端部形成有电极33A以及电极33B。这些电极25以及电极26、电极33A以及电极33B成为将振动发电装置10与充电电路连接时的连接端子电极。

由于如以上那样构成，因此在固定侧部3A以及固定侧部3B与可动侧部2之间得到与可动侧部2的振动相应地变化的电容。图3(A)、(B)、(C)是用于说明可动侧部2振动时的对置面21的突部23、与固定侧部3A的对置面31A的突部32A的对置位相关系、以及此时的电容的关系的图。此外，可动侧部2振动时的对置面22的突部24、与固定侧部3B的对置面31B的突部32B的对置位相关系、以及此时的电容的关系也相同，因此，这里省略说明。

即，图3(A)是可动侧部2的突部23位于固定侧部3A的相邻的突部32A的中央的情况，突部23与突部32A的前端的端面在与振动方向正交的方向上是完全不对置的状态。在该图3(A)的状态下，可动侧部2的突部23的前端的端面成为相隔距离D的与固定侧部3A的对置面31A对置的状态，从而可动侧部2与固定侧部3A之间的电容成为较小的值C(小)。

另外，图3(C)是可动侧部2的突部23的前端的端面与固定侧部3A的突部32A的前端的端面在与振动方向正交的方向上整体地对置的状态。在该图3(C)的状态下，成为可动侧部2的突部23的前端的端面与固定侧部3A的对置面31A的前端的端面隔着预定的间隔(最小值g)对置的状态，从而可动侧部2与固定侧部3A之间的电容成为较大的值C(大)。

另外，图3(B)是可动侧部2的突部23的前端的端面与固定侧部3A的突部32A的前端的端面在与振动方向正交的方向上部分地对置的状态。该图3(B)的状态是图3(A)的状态与图3(C)的状态的中间的状态，可动侧部2与固定侧部3A之间的电容成为上述较小的值C(小)与上述较大的值C(大)之间的中间值C(中)。

如上所述，在该实施方式的振动发电装置10中，若从外部施加振动能而可动侧部2振动，则产生与可动侧部2与固定侧部3A以及固定侧部3B之间的电容的变化、外力、振动速度等相应的交流输出电力。并且，能够将该实施方式的振动发电装置10所产生的交流输出电力供给至负载、或者向蓄电元件蓄电等。

该情况下，在考虑了该实施方式的振动发电装置10的等效电路的情况下，在将外力设为f、将输出电流设为i、将输出电压设为e、将外力产生的激励速度设为v、将输出阻抗设为Zm、将由振动发电装置10生成的电容设为Co、将寄生电容设为Cs时，其线形方程式能够以图19的(式1)所示的那样的矩阵表示。在该(式1)中，A是力系数(机电转换系数)，能够如图19的(式2)那样表示。

在该(式2)中，n是在可动侧部2和固定侧部3A、3B对置的突部的个数，ε_o是真空的介电常数，b是振动发电装置10的厚度，E是驻极体电位，do是可动侧部2的突部23及24与固定侧部3A、3B的突部32A、32B之间的间隔(空隙)。

在该实施方式的振动发电装置10中，如上所述，可动侧部2的突部23及24与固定侧部3A、3B的突部32A、32B之间的间隔(空隙)do根据可动侧部2的振动方向的振动振幅而变化，因此力系数(机电转换系数)A与该间隔do的变化相应地变化。

即，例如在图2中，在突部23、24以及突部32A、32B的排列间距L内程度的振动振幅较小时，从图2可知，突部23、24以及突部32A、32B之间的间隙的间隔do成为可动侧部2处于静止状态时的较大的间隔gs的附近的大小而比较大。因此，(式2)所示的力系数(机电转换系数)A的值成为比较小的值。

如图19的(式3)所示，振动发电装置10的输出阻抗Zm为Zm＝r/A²，所以此时的输出阻抗Zm变大。在此，r是该实施方式的振动发电装置10的机械阻力(缓冲阻力)。如图19的(式4)所示，此时的振动发电装置10的输出电流i为i＝Af/Zm，因而较小。并且，如图19的(式5)所示，振动发电装置10的输出电压e为e＝f/A，但输出阻抗Zm较大，因此成为足以使用于对振动发电装置10的输出电流进行整流的二极管导通的值。

如上所述，在施加于振动发电装置10的激励加速度为低加速度的状态下，即使在振动振幅较小时，振动发电装置10的输出阻抗Zm也较大，因此振动发电装置10的输出电压e成为足以使整流用二极管导通的值，即使是较小的值的输出电流i，也能够利用该电流使蓄电元件充电。

并且，如图2所示，在激励加速度从静止状态起为低加速度的状态下，由于突部23、24以及突部32A、32B之间的间隙的间隔do比较大，因此可动侧部2与固定侧部3A、3B之间的电容变小，因而静电的约束力变小，振动发电装置10的可动侧部2成为容易振动的状态。因此，根据该实施方式的振动发电装置10，即使在外力产生的激励加速度为低加速度时，也能够效率良好地响应该外力而振动，即使是较小的输出电流，也能够效率良好地发电，并具有能够效率良好地充电之类的效果。

接着，若外力变大而振动发电装置10的振动振幅变大，则如图4所示，突部23、24以及突部32A、32B之间的间隙的间隔do成为比低加速度时更小的值。因此，图19的(式2)所示的力系数(机电转换系数)A变大。于是，图19的(式3)所示的输出阻抗Zm变小，图19的(式4)所示的电流i变大。另一方面，由于力系数(机电转换系数)A变大，因而振动发电装置10的图19的(式5)所示的输出电压e变小，但外力f变大，因此维持足以使用于对振动发电装置10的输出电流进行整流的二极管导通的值。

因此，在上述结构的振动发电装置10中，在激励加速度为高加速度的状态下，在振动振幅较大时，振动发电装置10的输出阻抗Zm变小，振动发电装置10的输出电流i变大，整流用二极管通过此时的振动发电装置10的输出电压e而成为导通状态，因此利用较大的值的输出电流i，能够使蓄电元件充电。

如上所述，该实施方式的振动发电装置10在激励加速度为低加速度时，输出阻抗变大，在高加速度时，输出阻抗变小。因此，根据该实施方式的振动发电装置10，利用对从低加速度的状态至高加速度的状态分布于广阔范围的环境振动能的激励加速度产生了振动响应时的输出电流以及输出电压，能够效率良好地驱动整流电路并进行蓄电。

此外，在图1中，符号7是锤，该锤7并非由半导体基板1作成，而是由其它部件作成，装配于该第一实施方式的振动发电装置10的可动侧部2之上。通过将该锤7载置于可动侧部2之上，能够增大可动侧部2的质量m，并增大振动发电装置10的振动发电产生的输出P(图19的(参照式6))。

在该图19的(式6)中，m是包含锤7的可动侧部2的质量，x是振动振幅，ω是角速度，Q是可动侧部2在共振时的尖锐度(所谓Q值(Quality factor))，是可动侧部2的振动振幅相对于外部激励振动的振幅的比。从该(式6)可知，在该第一实施方式的振动发电装置10中，通过将锤7安装在可动侧部2之上，从而能够增大发电输出电力。

此外，还公知有使可动侧部和固定侧部的梳齿状的突部相互啮合，并且在其啮合的突部的高度方向上使可动侧部振动的振动发电装置(例如参照公知文献(JOURNAL OFMICROELECTROMECHANICAL SYSTEM,VOL.20.NO.6.DECEMBER 2011)等)。

但是，在这种振动发电装置中，可动侧部以相对于固定侧部接近或者远离的方式进行振动，因此容易由静电力产生牵引现象(拉入现象)，有可能无法继续振动。即，在静电力作用于隔着预定的空隙对置的两面间时，若可动侧部相对于固定侧部接近对置的两面间的空隙的长度的1/3以上，则产生牵引现象，振动停止。

针对于此，在该实施方式的振动发电装置10中，如上所述，在形成于可动侧部2的对置面21、22的梳齿状排列的突部23、24、与形成于固定侧部3A的对置面31A的梳齿状排列的突部32A以及形成于固定侧部3B的对置面31B的梳齿状排列的突部32B之间，最小也设置间隔gmin的空隙，可动侧部2是在沿对置面21、22、31A、31B的面的方向上振动移动的结构。因此，该实施方式的振动发电装置10中，可动侧部2在固定侧部3A、3B之间保持间隔gmin的距离作为最低限度，并在与该间隔gmin的方向正交的方向上振动移动，因此不会产生牵引现象。因此，在该实施方式的振动发电装置10中，理论上具有不需要对可动侧部2的振动的振幅设置限制的优点。

另外，在该实施方式的振动发电装置中，如上所述，由于振动开始时的静电约束力较小，因此还具有振动容易通过外部振动能来成长之类的优点。

[第一实施方式的振动发电装置的制法]

如上所述，该第一实施方式的振动发电装置10是通过对半导体基板1实施的半导体工序而形成的MEMS装置。作为半导体基板的例子，能够使用单晶硅基板、多晶硅基板、SOI(Silicon on Insulator)基板、陶瓷基板、金属基板、玻璃基板、聚合物基板等。在对以下说明的该实施方式的振动发电装置10的半导体制造工序的例子中，使用SOI基板作为半导体基板。

图5～图9是表示对该实施方式的振动发电装置10的半导体制造工序的例子的图。

在执行半导体工序之前，准备由SOI基板构成的半导体基板1。最终通过蚀刻从半导体基板1分离振动发电装置10。在以下的说明中，为了方便，对其分离后的一个振动发电装置10说明工序。图5(A)表示对一个振动发电装置10的半导体基板1，横方向的长度X例如是12mm，纵方向的长度Y例如是8mm。图5(B)表示将该半导体基板1沿与其基板面1a正交的方向剖切了时的剖视图。该图5(B)是图5(A)的A－A线剖视图。

如图5(B)所示，半导体基板1在与基板面1a正交的方向上层叠有多个层，在该例中，由形成基板面1a的SOI层101、埋入氧化膜层102、以及控制层103构成。SOI层101在该例中由厚度为300μm、比电阻例如为0.1Ωcm的P型硅层构成。埋入氧化膜层102是由厚度为2μm的氧化膜构成的绝缘层。另外，控制层103由厚度为500μm、比电阻例如为0.1Ωcm的P型硅层构成。

针对该半导体基板1，首先，如图5(C)的剖视图(与图5(B)的剖视图相同的位置的剖视图)所示，利用LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法，在SOI层101的表面(基板面1a)上成膜氮化硅(Si₃N₄)膜104。该氮化硅膜104用于确保之后形成图1所示的电极25、26、33A、33B的位置。

对氮化硅膜104进行图案成形处理，如图5(D)以及图5(E)所示，以仅保留形成电极25、26、33A、33B的位置部分104a、104b、104c、104d的进行去除。此外，图5(E)与图5(A)相同，是从半导体基板1的基板面1a侧观察半导体基板1的图，图5(D)是图5(E)中的B－B线剖视图。

接着，如图6(A)中标注影线所示，在半导体基板1的基板面1a上涂敷保护膜105，而且，对该涂敷的保护膜105保留与形成可动侧部2、固定侧部3A以及固定侧部3B、和支撑梁部4L以及支撑梁部4R的部分对应的部分，并以遮掩上述部分的方式进行图案成形处理。此外，图6(A)与图5(A)相同，是从半导体基板1的基板面1a侧观察半导体基板1的图，图6(B)是图6(A)中的C－C线剖视图。

此外，在图6～图8的半导体制造工序的图中，为了便于作图，振动发电装置10的可动侧部2的突部23、24的个数和固定侧部3A、3B的突部32A、32B的个数成5～6个，但如上所述，其个数实际上更多。另外，在图6～图8的半导体制造工序的图中，为了便于作图，振动发电装置10的可动侧部2的突部23、24和固定侧部3A、3B的突部32A、32B全部表示为具有相同的高度，但实际上，如图2所示，不言而言，高度在振动方向上不同。

接着，如图6(C)的剖视图(与图6(B)的剖视图相同的位置的剖视图)如所示，实施利用了ICP(Inductively Coupled Plasma；感应耦合等离子体)－RIE(Reactive IonEtching；反应性离子蚀刻)的深挖蚀刻处理，蚀刻除去SOI层101内的、未被保护膜105遮掩的部分，直至埋入氧化膜层102的部位。

接着，进行除去保护膜105的处理，如图6(D)以及(E)所示，使SOI层101露出。此外，图6(E)是半导体基板1的从其基板面1a侧观察的图，图6(D)是图6(E)中的B－B线剖视图。

接着，在半导体基板1的与基板面1a相反侧的背面1b(控制层103的露出面)上，如图7(A)中标注影线所示，形成以遮掩可动侧部2和支撑梁部4L以及支撑梁部4R以外的部分的方式进行图案成形的保护膜106。即，相对于半导体基板1进行背面保护图案成形处理。此外，图7(A)是从半导体基板1的背面1b侧观察的半导体基板1图，图7(B)是图7(A)中的E－E线剖视图。

接着，如图7(C)的剖视图(与图7(B)的剖视图相同的位置的剖视图)所示，实施利用了ICP－RIE的深挖蚀刻处理，蚀刻除去控制层103内的未被保护膜106遮掩的部分直至埋入氧化膜层102的部位。

接着，进行除去保护膜106的处理，如图7(D)以及(E)所示，使控制层103向背面1b侧露出。此外，图7(E)是从半导体基板1的背面1b侧观察半导体基板1的图，图7(D)是图7(E)中的F－F线剖视图。

接着，利用缓冲氢氟酸溶液实施对埋入氧化膜层102的露出的部分进行蚀刻除去的处理，如图8(A)的剖视图(与图7(D)的剖视图相同的位置的剖视图)所示，可动侧部2和支撑梁部4L以及支撑梁部4R的部分能够动作。

接着，进行利用了KOH(氢氧化钾)溶液的起泡氧化处理，如图8(B)的剖视图(与图8(A)的剖视图相同的位置的剖视图)所示，形成含钾氧化膜107。含钾氧化膜107用于生成后述的驻极体膜的驻极体化的处理，例如厚度为1μm。此外，对于利用了该KOH(氢氧化钾)溶液的起泡氧化处理，例如能够使用日本特开2016－82836号公报的图2、图3以及其说明部分所记载的技术。在此省略其详细。

接着，进行如图8(C)的剖视图所示那样蚀刻除去氮化硅膜104a、104b、104c、104d的处理，并将该蚀刻除去后的部分形成为上述的电极25、26、33A、33B。

如上所述，能够如图8(D)所示那样从半导体基板1作成该实施方式的振动发电装置的构成部分。并且，进行在该图8(D)所示的振动发电装置的可动侧部2或者固定侧部3A以及3B的任一方生成驻极体膜的驻极体化处理。在该例中，在固定侧部3A以及3B生成带负电的驻极体膜。该驻极体化的处理例如能够使用日本特开2013－13256号公报所记载的Bias－Temperature法来进行。在此省略其详细的说明。

图9是表示使用了该实施方式的振动发电装置10的充电电路的电路构成例的图。如图9所示，该实施方式的振动发电装置10在该例中并列连接生成于可动侧部2的电极25与固定侧部3A的电极33A之间的电容C1、和生成于可动侧部2的电极26与固定侧部3B的电极33B之间的电容C2而成。因此，在该例中，由振动发电装置10生成的电容C成为C＝C1+C2。

并且，在图9的例子中，在该振动发电装置10的电容C所得到的发电输出在该例中通过由二极管D1以及二极管D2构成的整流电路8整流，并通过该整流输出来对蓄电用电容器9充电并蓄电。

[上述的第一实施方式的变形例]

在上述的实施方式的振动发电装置10中，可动侧部2的突部23、24的振动方向的宽度与固定侧部3A、3B的突部32A、32B的振动方向的宽度完全相同，但也可以使突部23、24以及突部32A、32B的宽度变化，以便能够更加效率良好地利用可动侧部2的振动容易和高加速度时的大电流。

图10是表示使突部23、24以及突部32A、32B的宽度变化的振动发电装置10A中的可动侧部2与固定侧部3A的对置部分的图。此外，虽然省略了图示，但不言而喻，可动侧部2与固定侧部3B的对置部分也相同地构成。

如该图10所示，可动侧部2的多个突部23以及固定侧部3A的多个突部32A是图2所示的高度Hm以及高度Hs较高的情况下振动方向的宽度变宽、随着高度Hm以及Hs变低而振动方向的宽度逐渐变窄的结构。

在图10的例子中，可动侧部2的中央的高度Hm较大的四个突部23的振动方向的宽度选定为宽度Wt1，高度Hm比它们低，它们两侧的各两个突部23的振动方向的宽度为比宽度Wt1窄的宽度Wt2。并且，与这些相比，高度Hm较低的左右各两个突部23的振动方向的宽度为比宽度Wt2窄的宽度Wt3。

另外，在图10的例子中，固定侧部3A的两端的高度Hs较大的各三个突部32A的振动方向的宽度选定为宽度Wt1，高度Hs比它们低，这些相邻的各两个突部32A的振动方向的宽度为比宽度Wt1窄的宽度Wt2。并且，与这些相比，高度Hs较低的中央的两个的突部32A的振动方向的宽度为比宽度Wt2窄的宽度Wt3。

因此，在振动发电装置10A中，在可动侧部2静止的状态下，可动侧部2的中央的较大的宽度Wt1的四个突部23成为与固定侧部3A的中央的宽度Wt3的两个突部32A以及其两临的宽度Wt2的两个突部32A对置的状态。另一方面，固定侧部3A的较大的宽度Wt1的突部32A成为与可动侧部2的宽度Wt2(＜Wt1)以及宽度Wt3(＜Wt1)的突部23对置的状态。即，在该图10的例子的振动发电装置10A中，在可动侧部2静止的状态下，可动侧部2的多个突部23与固定侧部3A的多个突部32A成为振动方向的宽度相互不同的彼此对置的状态。

因此，在该图10的例子的振动发电装置10A中，在可动侧部2静止的状态下，可动侧部2的多个突部23与固定侧部3A的多个突部32A不仅相隔较大的间隔gs空出空隙地对置，而且振动方向的宽度相互不同的彼此对置，从而形成电容的有效的对置面积变小。因此，与振动方向的力对抗的静电力与图2的情况相比变小，因此该图10的例子的振动发电装置10A与图2的例子的振动发电装置10相比，提高从可动侧部2静止的状态的振动的容易度。

并且，在成为高加速度时，如图10所示，可动侧部2的多个突部23与固定侧部3A的多个突部32A成为较大的宽度Wt1彼此相互以窄小的间隔gmin对置的状态，与上述的振动发电装置10相同，成为输出阻抗较小的状态。因此，在该图10的例子的振动发电装置10A中，在激励加速度为高加速度时，也能够成为大电流，并使蓄电元件效率良好地蓄电。

在上述的图10的例子中，可动侧部2以及固定侧部3A、3B的多个突部23、24以及32A、32B中振动方向的宽度窄小的突部被认为几乎无助于电容的形成。因此，能够省略该振动方向的宽度窄小的突部。图11是以此为基础的图10的例子的变形例。

即，在图11的例子中，未设置在图10的例子中作为振动方向的宽度最窄小的宽度Wt3的突部23以及32A。在可动侧部2的与固定侧部3B的对置面22的突部24以及固定侧部3B的对置面31B的突部32B也相同。因此，在图11的例子的振动发电装置中，可动侧部2的对置面21及22的突部23及24在可动侧部2的振动方向上以不同的密度形成(即，在振动方向上进行密度调制)，并且在固定侧部3A、3B的对置面31A以及31B的突部32A以及32B中，也在可动侧部2的振动方向上以不同的密度形成(即，在振动方向上进行密度调制)。并且，如图11所示，可动侧部2的突部23、24为高密度的部分(存在突部23、24的部分)与固定侧部3A、3B的突部32A、32B为低密度的部分(不存在突部32A、32B的部分)构成为，可动侧部2静止的状态下相互对置。

在该图11的例子的振动发电装置中，不言而喻，也能得到与图10的例子的振动发电装置10A相同的作用效果。

此外，在图11的例子中，将在可动侧部2的振动方向上对可动侧部2的突部23、24以及固定侧部3A、3B的突部32A、32B进行密度调制的结构应用于图10的例子的情况。但是，通过在可动侧部2的振动方向上对可动侧部2的突部23、24以及固定侧部3A、3B的突部32A、32B进行密度调制，能够变更图19的(式2)所示的力系数(机电转换系数)A中的、对置的突部的个数n，能够在小振幅时(低加速度时)和大振幅时(高加速度时)变更该力系数(机电转换系数)A。因此，可动侧部2的突部23、24以及固定侧部3A、3B的突部32A、32B的高度Hm以及Hs全部相同，突部23、24与突部32A、32B的间隔(可动侧部2的对置面21侧、对置面22侧、与固定侧部3A、3B的对置面31A、31B侧的间隔)也可以恒定。另外，突部23、24与突部32A、32B的的振动方向的宽度也可以恒定。

在使用上述的图1～图8说明的第一实施方式的振动发电装置10中，构成凸部的多个突部23、24、32A以及32B各自之间的凹部为空间，但也可以在该凹部填充预定的介电常数的电介体。

图12的例子是表示在多个突部23以及32A各自之间的凹部分别填充了预定的介电常数的电介体81以及82的振动发电装置的可动侧部2与固定侧部3A的对置部分的图。可动侧部2与固定侧部3B的对置部分中的多个突部24以及32B各自之间的凹部也相同地构成。此外，在该例中，与图2所示的结构相同，构成为多个突部23、24、32A以及32B的高度Hm以及Hs沿振动方向以正弦波状变化。

在该图12的例子的振动发电装置中，由于在多个突部23、24、32A以及32B各自之间的凹部填充有电介体81、82，因此多个突部23、24、32A以及32B以及它们之间的凹部不构成本发明的凸部以及凹部。代替地，在可动侧部2中，由于多个突部23以及24的高度Hm沿振动方向以正弦波状变化，因此在该正弦波状的变化中，如图12所示，在可动侧部2形成有凸部27和凹部28。另外，在固定侧部3A，由于多个突部32A以及32B的高度Hs沿振动方向以正弦波状变化，因此在该正弦波状的变化中，如图12所示，在固定侧部3A、3B形成有凸部34和凹部35。

在该图12的例子的振动发电装置中，也能够得到与上述的实施方式的振动发电装置相同的作用效果。

[上述的第一实施方式的其它变形例]

此外，在上述的第一实施方式的振动发电装置10中，做成如下结构：在可动侧部2的与振动方向正交的方向的两侧的沿振动方向的方向的面21、22分别以梳齿状配设突部23、24，并且设置具有与面21、22对置的面31A、31B的两个固定侧部3A、3B，在面31A、31B分别以梳齿状配设突部32A、32B。但是也可以做成如下结构：不利用可动侧部2的与振动方向正交的方向的两侧，而是组合单侧的可动侧部2和固定侧部3A、或者组合可动侧部2和固定侧部3B。

另外，在上述的第一实施方式的振动发电装置10中，在固定侧部3A以及3B生成驻极体膜，但也可以在可动侧部2生成驻极体膜。

另外，在上述的第一实施方式的振动发电装置10中，遍及固定侧部3A以及3B的整体生成驻极体膜，但驻极体膜不需要生成于整体，至少在固定侧部3A以及3B的对置面31A以及31B生成驻极体膜即可。

此外，在振动发电装置的可动侧部2或者固定侧部3A以及3B的任一方进行生成驻极体膜的驻极体化处理，也可以以对一方给与负的驻极体电位、对另一方给与正的驻极体电位的方式，在可动侧部2以及固定侧部3A以及3B这两方生成驻极体膜。

此外，对上述的图5～图8所示的第一实施方式的振动发电装置10的半导体制造工序是一个例子，不言而喻，半导体制造工序并不限于上述的例子。

[第二实施方式]

上述的实施方式的振动发电装置10中，在可动侧部和固定侧部以梳齿状排列的突部对置的组合为一对，但通过设置多对，能够提供更高输出的振动发电装置。以下说明的第二实施方式的振动发电装置是这样构成的情况的一个例子。

图13是在与半导体基板1M的基板面正交的方向上从该基板面侧观察该第二实施方式的振动发电装置10M的图。该第二实施方式的振动发电装置10M也通过对半导体基板1M实施与第一实施方式的振动发电装置10相同的半导体制造工序来进行制造。即，仅形成可动侧部和固定侧部时的利用了保护膜的蚀刻的掩模图形不同，其它大致相同。此外，就该例的振动发电装置10M的大小而言，振动方向的长度例如为24mm，与振动方向正交的方向的长度例如为15mm。厚度方向的大小与第一实施方式相同。

如图13所示，在该第二实施方式中也与第一实施方式的振动发电装置10相同，是相对于可动侧部2M在与该可动侧部2M的振动方向正交的方向的两侧配设有固定侧部3AM和固定侧部3BM的结构。

并且，可动侧部2M构成为与第一实施方式的振动发电装置10的可动侧部2相同，由支撑梁部4LM以及4RM支撑振动方向的两端，并在图13中箭头AR所示的方向上振动。

该第二实施方式的振动发电装置10M的可动侧部2M具备：细长形状的可动主轴部201；从该可动主轴部201的长度方向的大致中央位置的两侧向与振动方向正交的方向延伸的臂部202U和臂部202D；以及从这些臂部202U以及臂部202D各自的左侧和右侧的两侧向箭头AR所示的振动方向延伸的多个可动支部203UL以及203UR和可动支部203DL以及203DR。

该例的情况下，臂部202U构成为从可动侧部2M的可动主轴部201向固定侧部3AM的方向伸出。另外，臂部202D构成为从可动侧部2M的可动主轴部201向固定侧部3BM侧的方向伸出。

并且，可动支部203UL以及可动支部203UR在图13的例子中形成为各三根在可动侧部2M的振动方向上从臂部202U的左侧和右侧的两侧在与振动方向正交的方向上相互空出预定的间隔地延伸。另外，可动支部203DL以及可动支部203DR在图13的例子中形成为各三根在可动侧部2M的振动方向上从臂部202D的左侧和右侧的两侧延伸。

另一方面，在该第二实施方式中，固定侧部3AM具备：与可动侧部2M的可动主轴部201平行地设置的固定主轴部301A；以及从其长度方向的两端向可动主轴部201的方向延伸的臂部302AL以及臂部302AR。并且，这些臂部302AL以及臂部302AR具备从与可动侧部2M的臂部202U对置的面沿由箭头AR所示的振动方向延伸的多个固定支部303AL以及固定支部303AR。

该例的情况下，固定支部303AL以及固定支部303AR为与可动支部203UL以及可动支部203UR的根数一致的各三根，如图13所示，构成为可动支部203UL以及可动支部203UR与固定支部303AL以及固定支部303AR交替地啮合。

另外，在该第二实施方式中，固定侧部3BM具备：与可动侧部2M的可动主轴部201平行地设置的固定主轴部301B；以及从其长度方向的两端向可动主轴部201的方向延伸的臂部302BL以及302BR。并且，这些臂部302BL以及臂部302BR具备从与可动侧部2M的臂部202D对置的面沿箭头AR所示的振动方向延伸的多个固定支部303BL以及固定支部303BR。

在该例的情况下，固定支部303BL以及固定支部303BR与可动支部203DL以及可动支部203DR的根数一致，各为三根，如图13所示，构成为可动支部203DL以及203DR与固定支部303BL以及303BR交替地啮合。

此外，可动支部以及固定支部的数量并不限于各三根，不言而喻，既可以是一根或者两根、也可以是比三根更多的多根。

图14(A)表示用于说明形成于固定侧部3AM的左侧的臂部302AL的固定支部303AL、与形成于可动侧部2M的臂部202U的左侧的可动支部203UL的啮合状态的局部放大图。另外，图14(B)表示用于说明形成于固定侧部3AM的右侧的臂部302AR的固定支部303AR、与形成于可动侧部2M的臂部202U的右侧的可动支部203UR的啮合状态的局部放大图。

此外，形成于固定侧部3BM的左侧的臂部302BL的固定支部303BL、与形成于可动侧部2M的臂部202D的左侧的可动支部203DL的啮合状态、另外形成于固定侧部3BM的右侧的臂部302BR的固定支部303BR、与形成于可动侧部2M的臂部202D的右侧的可动支部203DR的啮合状态与图14(A)以及图14(B)相同。因此，这里仅进行可动支部203UL以及可动支部203UR、与固定支部303AL以及固定支部303AR的关系的说明，省略可动支部203DL以及可动支部203DR、与固定支部303BL以及固定支部303BR的关系的说明。

如图14(A)所示，与第一实施方式的可动侧部2的突部23以及突部24相同地，在可动支部203UL的与固定支部303AL对置且沿振动方向的方向的面分别形成有突部204UL以及突部205UL。另一方面，在固定支部303AL的与可动支部203UL对置的面，形成有与第一实施方式的固定侧部3A的突部32A对应的突部304AL以及突部305AL。

并且，在该例中，形成于可动侧部2M的可动支部203UL的突部204UL以及突部205UL、与形成于固定支部303AL的突部304AL以及突部305AL以与第一实施方式中使用图2说明的相同的尺寸关系构成。即，突部204UL以及突部205UL、突部304AL以及突部305AL的宽度Wt为20μm，排列间距L为60μm，高度H为42.5μm，突部204UL以及突部205UL的前端面与突部304AL以及突部305AL的前端面之间的间隔的最小值gmin为5μm。

另外，如图14(B)所示，在可动支部203UR的与固定支部303AR对置且沿振动方向的方向的面分别相同地形成有突部204UR以及突部205UR，并且在固定支部303AR的与可动支部203UR对置的面形成有突部304AR以及突部305AR。并且，形成于可动侧部2M的可动支部203UR的突部204UR以及205UR、和形成于固定支部303AR的突部304AR以及305AR构成为与形成于可动侧部2M的可动支部203UL的突部204UL以及205UL、和形成于固定支部303AL的突部304AL以及305AL的关系相同。

此外，该情况下，在固定侧部3AM的固定主轴部301，也形成有与固定支部303AL的突部304AL以及突部305AL、另外固定支部303AR的突部304AR以及突部305AR相同的突部305AM。另外，在可动侧部2M的可动主轴部201也形成有与可动支部203UL以及可动支部203UR的突部204UL、205UL以及204UR、205UR相同的突部。

此外，在图13以及图14中，为了便于作图，可动侧部2的突部23、24的个数和固定侧部3A、3B的突部32A、32B的个数为少数，但如上所述，其个数实际上更多。另外，在图13以及图14中，为了便于作图，表示可动侧部2的突部23、24和固定侧部3A、3B的突部32A、32B全部具有相同的高度，但实际上，如图2所示，不言而喻，高度在振动方向上不同。另外，也可以如上述的第一实施方式的变形例那样构成。

然而，一般地，这种静电型的振动发电装置的情况下，若支撑梁部4LM以及4RM的复原力、与可动侧部2M和固定侧部3AM以及3BM之间的静电力作用于同一方向，则可动构造被静电力制动而难以移动。

鉴于上述情形，在该第二实施方式中，图14(A)所示的臂部202U的左侧的可动支部203UL和固定侧部3AM的左侧的固定支部303AL的左侧组中的突部204UL以及205UL和突部304AL以及305AL的对置位相、与图14(B)所示的臂部202U的右侧的可动支部203UR和固定侧部3AM的右侧的固定支部303AR的右侧组中的突部204UR以及205UR和突部304AR以及305AR的对置位相成为不同的结构，以使静电力产生的影响通过左侧组和右侧组而相互抵消。

在该图13的例子中，在使排列间距L为一个周期(360度)时，构成为左侧组和右侧组位相相差90度。即，如图14(A)所示，左侧组的可动支部203UL的突部204UL以及205UL、与固定支部303AL的突部304AL以及305AL为相互正对的状态时，如图14(B)所示构成为，右侧组的可动支部203UR的突部204UR以及205UR、与固定支部303AR的突部304AR以及305AR不正对，而是成为错开90度的状态。

此外，虽然省略了图示，但与上述相同，臂部202D的左侧的可动支部203DL和固定侧部3BM的左侧的固定支部303BL的左侧组中的突部204DL以及205DL和突部304BL以及305BL的对置位相、与臂部202D的右侧的可动支部203DR和固定侧部3BM的右侧的固定支部303BR的右侧组中的突部204DR以及205DR和突部304BR以及305BR的对置位相也同样地成为不同的结构，以使静电力产生的影响通过左侧组和右侧组而相互抵消。

这样，在该第二实施方式的振动发电装置10M中，将可动侧部2M的突部在振动方向上分成两个组，通过使固定侧部3AM以及固定侧部3BM的突部之间的对置位相在这两个组相互不同，从而能够使作用于可动侧部2M与固定侧部3AM以及固定侧部3BM之间的静电力在这两个组中作用于相反方向，能够减轻可动侧部2M被静电力制动而成为难以振动的状态、或者避免成为无法继续振动的状态。

此外，在上述的说明中，将可动侧部2M的突部在振动方向上分成两个组，不言而喻，也可以将固定侧部3AM以及固定侧部3BM的突部在振动方向上分成两个组。

虽然省略了图示，但在该第二实施方式的振动发电装置10M中，在可动侧部2M的可动主轴部201之上载置有锤的结构与第一实施方式的振动发电装置10的情况相同。

该第二实施方式的振动发电装置10M也与第一实施方式的振动发电装置10相同，在可动侧部2M的两端侧形成有电极25M以及26M，并且在固定侧部3AM形成有电极33AM，在固定侧部3BM形成有电极33BM。并且，该第二实施方式的振动发电装置10M的情况下，也能够通过图9所示的充电电路来在蓄电用电容器9蓄电。

该情况下，在该第二实施方式中，在与图9所示的电极25对应的电极25M和与电极33A对应的电极33AM之间，并列连接有多个电容，该多个电容分别生成于多个可动支部203UL以及可动支部203UR(包含可动主轴部201)与多个固定支部303AL以及固定支部303AR(包含固定主轴部301A)的对之间。同样，在与图9所示的电极26对应的电极26M和与电极33B对应的电极33BM之间，并列连接有多个电容，该多个电容分别生成于多个可动支部203DL以及可动支部203DR(包含可动主轴部201)与多个固定支部303BL以及固定支部303BR(包含固定主轴部301B)的对之间。

因此，根据该第二实施方式的振动发电装置10M，不仅具有与第一实施方式相同的作用效果，而且还能够实现可增大振动发电的发电量的宽带的振动发电装置。

并且，根据该第二实施方式的振动发电装置10M，构成为可动侧部的突部与固定侧部的突部的对置位相分成相互不同的两个组，使作用于可动侧部与固定侧部之间的静电力在这两个组间相互抵消，因此能够减轻可动侧部因静电力而成为难以振动的状态、或者避免成为无法继续振动的状态。

[第二实施方式的变形例]

在上述的第二实施方式的例中，也可以省略固定侧部3BM侧，做成使可动侧部2M和固定侧部3AM组合而成的结构。

另外，还在振动方向不同的位置设置多个从可动侧部2M的可动主轴部201向与振动方向正交的方向延伸的臂部，对这些臂部采用与上述相同的结构，并且固定侧部3AM以及3BM也通过使与这些臂部对应的部分与上述相同地构成，从而也能够成为由更多的可动支部和固定支部的对构成的结构。

另外，在上述的第二实施方式中，为了使可动侧部与固定侧部之间的静电力抵消，而在可动侧部的振动方向上配置突部的对置位相不同的组。但是，也可以在与振动方向正交的方向上配置突部对置位相不同的组。即，也可以由可动侧部2M与固定侧部3AM的组、和可动侧部2M与固定侧部3BM的组构成突部的对置位相不同的组。该情况下，不言而喻，在第一实施方式中也能够应用。

并且，突部的对置位相的不同不限于上述的例子的90度，只要是有助于使可动侧部与固定侧部之间的静电力抵消的位相的不同即可。

[第三实施方式]

在上述的实施方式中，在可动侧部2的对置面21、22以及固定侧部3A、3B的对置面31A、31B分别形成与振动方向正交的方向的高度Hm以及Hs不同的多个梳齿状的突部23、24以及32A、32B。但是，也可以构成为不形成这种梳齿状的突部，并且使可动侧部2的对置面21、22以及固定侧部3A、3B的对置面31A、31B的形状不为平面，而是根据可动侧部2的振动方向的振幅的大小，来使可动侧部2的对置面21、22与固定侧部3A、3B的对置面31A、31B的间隔发生变化。

第三实施方式是该情况的构成例。图15是用于说明该第三实施方式的振动发电装置的主要部分的图，是表示上述的实施方式的可动侧部2的对置面和固定侧部3A的对置面的形状的例子的图。

即，在图15的例子中，可动侧部2的与固定侧部3A的对置面21W、和固定侧部3A的与可动侧部2的对置面31AW不是平面，而是如图15所示，在箭头AR所示的可动侧部2的振动方向上，形成为同一重复周期的正弦波状的波形形状。

因此，在可动侧部2的对置面21W，在波形形状中，向固定侧部3A的对置面31AW侧突出的部分成为凸部91，并且相邻的两个凸部91之间成为凹部92。另外，在固定侧部3A的对置面31AW，在波形形状中，向可动侧部2的对置面21W侧突出的部分成为凸部93，并且相邻的两个凸部93之间成为凹部94。

并且，如图15所示，在可动侧部2静止的状态下，构成为，可动侧部2的对置面21W的凸部91与固定侧部3A的对置面31AW的凹部94对置，并且可动侧部2的凹部92与固定侧部3A的凸部93对置。并且，在该可动侧部2为静止状态时的、可动侧部2的对置面21W与固定侧部3A的对置面31AW的间隔与上述的第一实施方式的情况相同地构成为成为比较大的间隔gs。并且，可动侧部2振动而可动侧部2的对置面21W的凸部91与固定侧部3A的对置面31AW的凹部94成为对置时的、可动侧部2的对置面21W与固定侧部3A的对置面31AW的间隔与上述的第一实施方式的情况相同地构成为成为微小的间隔gmin(＜gs)。

在该第三实施方式的振动发电装置中，当然，可动侧部2与固定侧部3B之间也相同地构成。

由此，在该图15的例子的振动发电装置中，在振动振幅较小时，成为图19的(式2)的do＝gs，力系数(机电转换系数)A变小，输出阻抗变大。另外，在振动振幅较大时，成为图19的(式2)的do＝gmin，力系数(机电转换系数)A变大，输出阻抗变小。因此，在该第三实施方式的振动发电装置中，也与第一实施方式的振动发电装置10相同，从低加速度的状态至高加速度的状态，能够效率良好地对输出电流进行整流并蓄电。

此外，不言而喻，也能够将该第三实施方式应用于上述的第二实施方式。

[第四实施方式]

在以上的实施方式中，由图19的(式2)表示的力系数(机电转换系数)A根据可动侧部2与固定侧部3A、3B之间的间隔do而变化，鉴于此，根据可动侧部2的振动振幅，在振动振幅较小时时增大该间隔do，在振动振幅较大时减小该间隔do。但是，从图19的(式2)可知，使力系数(机电转换系数)A变化的因素并不限于间隔do，也可以是驻极体电位E。

在第四实施方式中，构成为，在固定侧部3A、3B或者可动侧部2的任一方生成驻极体膜时，通过使该驻极体膜的驻极体电位E在可动侧部2的振动方向上变化，从而使力系数(机电转换系数)A变化。

图16是用于说明该第四实施方式的振动发电装置的主要部分的图，是表示上述的实施方式的可动侧部2的对置面和固定侧部3A的对置面的部分的情况的例子的图。在该第四实施方式中，如图16的例子所示构成为，可动侧部2的振动方向的长度比固定侧部3A的振动方向的长度短。并且，在该例中，在固定侧部3A形成驻极体膜，但使驻极体电位E在可动侧部2的振动方向上如图16中点划线所示那样变化。

即，在可动侧部2静止的状态下，预先使固定侧部3A的与可动侧部2对置的中央部分的驻极体电位E较低。另外，在可动侧部2较大地振动时成为对置的固定侧部3A的部分，预先使驻极体电位E较高。

此外，在图16的例子中，在可动侧部2的对置面21和固定侧部3A的对置面31A未形成突部23和突部32A，另外，可动侧部2的对置面21与固定侧部3A的对置面31a之间的间隔为恒定的间隔、例如为间隔gmin。

另外，可动侧部2与固定侧部3B的之间的关系构成为与上述的可动侧部2与固定侧部3A的关系相同。

在这样构成的第四实施方式的振动发电装置中，在可动侧部2的振动振幅较小时，对置的固定侧部3A、3B中的驻极体电位E较低，因此力系数(机电转换系数)A从(式2)变小，输出阻抗变大。另一方面，若可动侧部2的振动振幅变大，则对置的固定侧部3A、3B中的驻极体电位E变高，因此力系数(机电转换系数)A从(式2)变大，输出阻抗变小。

因此，在该第三实施方式的振动发电装置中，也与第一实施方式的振动发电装置10相同，从低加速度的状态至高加速度的状态，能够效率良好地对输出电流进行整流并蓄电。

此外，在图16的例子中，在可动侧部2的对置面21与固定侧部3A的对置面31A未形成突部23和突部32A，另外，可动侧部2的对置面21与固定侧部3A的对置面31a之间的间隔为恒定的间隔，但在可动侧部2的对置面21与固定侧部3A的对置面31A，也可以如第一实施方式、第一实施方式的变形例、以及第三实施方式那样构成。另外，不言而喻，也能够将该第四实施方式应用于第二实施方式。

[其它实施方式或者变形例]

上述的实施方式的振动发电装置是利用半导体制造工序制造的MEMS装置的情况，但本发明的振动发电装置并不限于MEMS装置。

另外，在上述的第一实施方式中，就形成于可动侧部以及固定侧部的突部(凸部)而言，剖面为矩形形状，但突部(凸部)的形状并不限于此。

另外，在上述的实施方式中，在从重力方向观察振动发电装置时，在可动侧部的左右方向配置固定侧部，但也可以如图17所示，在上下方向上空出预定的间隔g(有根据可动侧部的振动而变化的情况)地配置可动侧部和固定侧部。在图17的例子的情况下，上侧成为可动侧部2C，下侧成为固定侧部3C，但可动侧部2C的相对于固定侧部3C的对置面21C、和固定侧部3C的相对于可动侧部2C的对置面31C与上述的第一实施方式、其变形例、或者第三实施方式、第四实施方式的任一个相同地形成。

另外，可动侧部的振动方向也可以不是直线方向而是旋转方向。图18使这样构成的振动发电装置的可动侧部2D和固定侧部3D的一个例子。即，如图18所示，可动侧部2D和固定侧部3D构成为圆板状，空出预定的间隔g(有根据可动侧部的振动而变化的情况)地配置。并且，如图18中箭头所示，可动侧部2D构成为，在保持与固定侧部3D的间隔的状态下，以与该圆板正交的方向为旋转中心轴Oz(圆板的中心位置)进行旋转。

在该图18的例子中，可动侧部2D的相对于固定侧部3D的对置面21D、和固定侧部3D的相对于可动侧部2D的对置面31D与上述的第一实施方式、其变形例、或者第三实施方式、第四实施方式的任一个相同地形成。但是，由于振动方向成为旋转方向，因此突部的高度的变化方向、驻极体电位E的变化方向等成为旋转方向，这一点与上述的实施方式不同。

符号的说明

1、1M—半导体基板，2、2M—可动侧部，3A、3B、3AM、3BM—固定侧部，4L、4R、4LM、4RM—支撑梁部，7—锤，21、22—可动侧部2的对置面，23、24—可动侧部2的突部，31A、31B—固定侧部3A、3B的对置面，32A、32B—固定侧部3A、3B的突部。

Claims (16)

1.一种振动发电装置，其特征在于，具备：

可动侧部，其构成为通过从外部施加的振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿上述振动方向的第一面；以及

固定侧部，其构成为具有以使上述可动侧部能够在上述振动方向上振动的方式与上述可动侧部的上述第一面隔着预定的间隔而对置的第二面，并相对于上述振动能也固定位置，

在上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面各自的表面，在上述振动方向上交替地形成有多个凹部和凸部，并且，

在上述固定侧部和上述可动侧部至少一方形成有驻极体膜，

具有与上述可动侧部的上述第一面侧和上述固定侧部的第二面侧的间隔相应的值的力系数在上述可动侧部的振动振幅小时变小，在上述可动侧部的上述振动振幅大时变大，其中上述力系数是机电转换系数，

上述可动侧部的上述第一面的上述多个凹部和凸部以及上述固定侧部的上述第二面的上述多个凹部和凸部形成为，在上述可动侧部的上述振动振幅小时，成为上述可动侧部的上述第一面的上述凸部的沿上述振动方向延伸的端面与上述固定侧部的上述第二面的上述凸部的沿上述振动方向延伸的端面的间隔的最小值大的状态，而且，在上述可动侧部的上述振动振幅大时，成为上述可动侧部的上述第一面的上述凸部的沿上述振动方向延伸的端面与上述固定侧部的上述第二面的上述凸部的沿上述振动方向延伸的端面的间隔的最小值小的状态。

2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部的上述第一面的多个上述凸部和上述固定侧部的上述第二面的多个上述凸部形成为，上述振动方向的排列间距相同，并且在上述振动方向上排列的多个上述凸部的与上述振动方向正交的方向的高度重复沿振动方向逐渐变大之后逐渐变小的变化。

3.根据权利要求2所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部的上述第一面的多个上述凸部和上述固定侧部的上述第二面的多个上述凸部形成为，与上述振动方向正交的方向的高度越低、则上述振动方向的宽度越窄。

4.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部的上述第一面的多个上述凸部和上述固定侧部的上述第二面的多个上述凸部形成为，上述振动方向的存在密度在上述振动方向上已被改变。

5.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，

就上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面各自的表面的上述凸部而言，在上述振动方向上以梳齿状排列有在与上述振动方向正交的方向上突出的多个突部。

6.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面各自的表面的上述凸部由在上述振动方向上排列的多个楔形状构成。

7.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面各自的表面由上述凹部和上述凸部形成为波形形状。

8.一种振动发电装置，其特征在于，具备：

可动侧部，其构成为通过从外部施加的振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿上述振动方向的第一面；以及

固定侧部，其构成为具有以使上述可动侧部能够在上述振动方向上振动的方式与上述可动侧部的上述第一面隔着预定的间隔而对置的第二面，并相对于上述振动能也固定位置，

在上述固定侧部和上述可动侧部的至少一方形成有驻极体膜，

通过使形成于上述固定侧部和上述可动侧部的至少一方的上述驻极体膜的驻极体电位在上述振动方向上变化，从而使具有与上述驻极体膜的电位相应的值的力系数在上述可动侧部的振动振幅小时变小，在上述可动侧部的上述振动振幅大时变大，其中上述力系数是机电转换系数。

9.根据权利要求1或8所述的振动发电装置，其特征在于，

上述固定侧部和上述可动侧部是由半导体基板形成的MEMS装置。

10.根据权利要求9所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部的上述第一面和上述固定侧部的上述第二面分别是与上述半导体基板的基板面正交的方向的面，上述可动侧部的上述振动方向的两端利用由上述半导体基板形成的支撑梁进行支撑，从而能够使上述可动侧部振动移动。

11.根据权利要求1或8所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部以及上述固定侧部分别是平板状部件。

12.根据权利要求1或8所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部以与上述第一面正交的方向为旋转轴方向进行旋转振动。

13.根据权利要求1或8所述的振动发电装置，其特征在于，

上述可动侧部的沿上述振动方向的上述第一面为多个，

上述固定侧部具有与上述可动侧部的多个上述第一面分别对置的多个上述第二面。

14.根据权利要求1或8所述的振动发电装置，其特征在于，

在上述可动侧部，以在与上述振动方向交差的方向上增加重量的方式配置有锤。

15.根据权利要求1或8所述的振动发电装置，其特征在于，

在与上述振动方向正交的方向上具备多个上述可动侧部，并且，上述固定侧部具有与多个上述可动侧部的上述第一面分别对置的多个上述第二面。

16.根据权利要求1或8所述的振动发电装置，其特征在于，

形成于上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面的上述多个凹部和凸部分成上述振动方向的排列间距的位相不同的第一组和第二组，

在上述第一组中，在上述可动侧部的多个上述凸部与上述固定侧部的多个上述凸部对置并处于在与上述振动方向正交的方向上重叠的状态时，上述第二组的上述可动侧部的多个上述凸部与上述固定侧部的多个上述凸部成为在与上述振动方向正交的方向上不重叠的状态。

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