振动发电元件制造技术

振动发电元件具备：第一电极；第二电极，其相对于第一电极沿预定的方向移动；第三电极；第四电极，其相对于第三电极沿预定的方向移动；以及支撑部，其以能够沿预定的方向移动的方式支撑第二电极和第四电极，第一电极和第三电极沿预定的方向配置，第一电极与第二电极的对置面的至少一方、和第三电极与第四电极的对置面的至少一方带电，支撑部以第一电极与第二电极的静电力、和第三电极与第四电极的静电力沿预定的方向平衡的状态支撑第二电极和第四电极。

Vibration Generating Element

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】振动发电元件
本专利技术涉及振动发电元件。
技术介绍
近年来，作为从环境中获取能量的能量收集技术之一，使用振动发电元件(振动发电装置)而从环境振动进行发电的方法备受瞩目。在这种用途的振动发电元件中，为了得到小型且高的发电效率，提出了利用驻极体产生的静电力的方案。在例如专利文献1中公开了一种静电感应型转换元件，其利用软X射线，在分别形成于可动部和固定部的梳齿电极的垂直面形成驻极体。现有技术文献专利文献专利文献1：日本国专利第5551914号说明书
技术实现思路
专利技术所要解决的课题专利文献1所记载的静电感应转换元件通过利用环境振动而使可动部在预定方向上激振来进行发电。此时，对置的梳齿电极的驻极体面的重叠面积变化，由此，通过作用于梳齿电极间的静电力将力学上的能量转换为静电能量，能够产生电动势。但是，要想得到更大的电动势，在可动部的振动方向上需要充足的空间，存在导致静电感应转换元件大型化之类的问题。用于解决课题的方案根据本专利技术的第一方案，振动发电元件具备：第一电极；第二电极，其相对于上述第一电极沿预定的方向移动；第三电极；第四电极，其相对于上述第三电极沿上述预定的方向移动；以及支撑部，其以能够沿上述预定的方向移动的方式支撑上述第二电极和上述第四电极，上述第一电极和上述第三电极沿上述预定的方向配置，上述第一电极与上述第二电极的对置面的至少一方、和上述第三电极与上述第四电极的对置面的至少一方带电，上述支撑部以上述第一电极与上述第二电极的静电力、和上述第三电极与上述第四电极的静电力沿上述预定的方向平衡的状态支撑上述第二电极和上述第四电极。根据本专利技术的第二方案，在第一方案的振动发电元件中，优选支撑上述第二电极和上述第四电极的上述支撑部所具有的支撑刚性中、沿上述预定的方向的支撑刚性比沿与上述预定的方向不同的方向的支撑刚性小。根据本专利技术的第三方案，在第一或者第二方案的振动发电元件中，优选还具备与上述第一电极和上述第三电极连接的负载，上述负载通过电力来驱动，该电力从根据上述第一电极与上述第二电极的相对的位移而变化的电容产生的发电、和根据上述第三电极与上述第四电极的相对的位移而变化的电容产生的发电得到。根据本专利技术的第四方案，在第三方案的振动发电元件中，优选、上述负载具有上述第二电极或者第四电极的电容C0、和上述第二电极或者第四电极的共振角振动数ω0满足以下的式(a)的值R，R＝2/(C0ω0)…(a)。专利技术的效果根据本专利技术，无需使振动发电元件大型化便能够使发电电动势增加。附图说明图1是表示本专利技术的一个实施方式的振动发电元件的概略结构的俯视图。图2是示意性地表示实施方式的振动发电元件的弹性支撑部的构造的图。图3是表示图1所示的本实施方式的振动发电元件的等效电路的图。图4是表示模拟的结果的图。图5是表示变形例中的振动发电元件的结构的俯视图。图6是示意性地表示变形例中的振动发电元件的弹性支撑部的构造的图。具体实施方式参照附图，对用于实施本专利技术的方式进行说明。图1是表示本专利技术的一个实施方式的振动发电元件1的概略结构的俯视图。振动发电元件1例如使用SOI(SiliconOnInsulator)基板并利用一般的MEMS加工技术而形成。SOI基板例如重叠形成有控制层的下部Si层、形成有BOX层的SiO2层、以及形成有装置层的上部Si层而构成。振动发电元件1具备基体2、固定电极3a以及3b、可动电极4a以及4b、可动部5、以及弹性支撑部6。在振动发电元件1连接有负载9。此外，在以下的说明中，使用如图1所示那样设定的由X轴、Y轴、Z轴构成的直角坐标系。可动部5由后文所述的弹性支撑部6支撑为能够移动。可动部5在X方向－侧的端部具有可动电极4a，在X方向+侧的端部具有可动电极4b。固定电极3a、3b以及可动电极4a、4b分别具有梳齿构造。在固定电极3a形成有多个梳齿30a，在可动电极4a形成有多个梳齿40a。固定电极3a和可动电极4a配置为，梳齿30a与梳齿40a在振动发电元件1的X方向－侧相互啮合。同样，在固定电极3b形成有多个梳齿30b，在可动电极4b形成有多个梳齿40b。固定电极3b和可动电极4b配置为，梳齿30b与梳齿40b在振动发电元件1的X方向+侧相互啮合。如上所述，固定电极3a、3b构成固定梳齿电极，可动电极4a、4b构成可动梳齿电极。梳齿电极如图1的固定电极3a、3b、可动电极4a、4b那样并列配置多个梳齿而成。此外，本专利技术中的梳齿的根数并不限定于图1所示的根数。梳齿的根数为最小的情况的梳齿电极在固定梳齿电极以及可动梳齿电极的一方电极形成有两个梳齿，以插入于该两个梳齿之间的方式在另一方的电极形成有一个梳齿。如果是具有这样的基本结构的梳齿电极，则与梳齿的根数无关，能够构成具有以下所记载的那样的功能的振动发电元件。由弹性支撑部6弹性支撑于基体2的可动部5能够与可动电极4a、4b一体地在X方向上滑动移动。为了使可动部5在X方向上滑动移动，弹性支撑部6在X方向的弹簧常数k小，在Y方向以及Z方向的弹簧常数大。图2是示意性地表示图1中由虚线包围地示出的区域100中包含的构造的图。在图2所示的例子中，弹性支撑部6具有沿Y方向延伸的平板形状。弹性支撑部6在平板形状的Y方向的一方的端部侧与基体2连接，在另一方的端部侧与可动部5连接。在平板形状的弹性支撑部6，X方向的厚度(长度)比Z方向的厚度(长度)短。弹性支撑部6的Y方向的长度比X方向的厚度(长度)长。即，在弹性支撑部6，X方向的刚性与Y方向以及Z方向的刚性相比较小。因此，在弹性支撑部6，相对于可动部5的沿X方向的支撑刚性比沿Y方向以及Z方向的支撑刚性小，因此可动部5在X方向上滑动移动。此外，如图2所示，弹性支撑部6并不限于由一个平板形状的部件形成，也可以由多个平板形状的部件形成。作为弹性支撑部6，例如也能够应用专利5551914号说明书中记载的构造。另外，弹性支撑部6并不限定于平板形状即在ZX平面的剖面为矩形，也可以是椭圆形状、多边形状。该情况下，通过形成为弹性支撑部6的剖面的X方向的最大的长度比Z方向的长度小，从而能够使X方向的支撑刚性比其它方向的支撑刚性小。在啮合的固定电极3a的梳齿30a和可动电极4a的梳齿40a的至少一方、以及固定电极3b的梳齿30b和可动电极4b的梳齿40b的至少一方，分别在对置面的表面附近形成有驻极体。由此，固定电极3a以及可动电极4a的对置面的至少一方、和固定电极3b以及可动电极4b的对置面的至少一方分别带电。在本实施方式中，在固定电极3a以及可动电极4a的对置面的至少一方、和固定电极3b以及可动电极4b的对置面的至少一方，实际上以相同的带电电压形成驻极体。由此，作用于可动部5的X方向－侧端部的驻极体的静电力与作用于X方向+侧端部的驻极体的静电力成为平衡的状态并由弹性支撑部6支撑。即，当可动部5在X方向上振动时，其振动中心位置位于弹性支撑部6的稳定点位置。此外，振动中心位置也可以以弹性支撑部6的稳定点位置为基准位于根据试验等的结果而设定的预定的允许范围内。此外，带电电压不限定于严格地相同，如上所述，只要是能够实现作用于可动部5的静电力为平衡的状态、即振动中心位置位于弹性支撑部6的稳定点位置的带电电力即可。另外，作为形成驻极体的方法的一个例子，例如公知的日本特开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振动发电元件，其特征在于，具备：第一电极；第二电极，其相对于上述第一电极沿预定的方向移动；第三电极；第四电极，其相对于上述第三电极沿上述预定的方向移动；以及支撑部，其以能够沿上述预定的方向移动的方式支撑上述第二电极和上述第四电极，上述第一电极和上述第三电极沿上述预定的方向配置，上述第一电极与上述第二电极的对置面的至少一方、和上述第三电极与上述第四电极的对置面的至少一方带电，上述支撑部以上述第一电极与上述第二电极的静电力、和上述第三电极与上述第四电极的静电力沿上述预定的方向平衡的状态支撑上述第二电极和上述第四电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.29 JP 2016-2318791.一种振动发电元件，其特征在于，具备：第一电极；第二电极，其相对于上述第一电极沿预定的方向移动；第三电极；第四电极，其相对于上述第三电极沿上述预定的方向移动；以及支撑部，其以能够沿上述预定的方向移动的方式支撑上述第二电极和上述第四电极，上述第一电极和上述第三电极沿上述预定的方向配置，上述第一电极与上述第二电极的对置面的至少一方、和上述第三电极与上述第四电极的对置面的至少一方带电，上述支撑部以上述第一电极与上述第二电极的静电力、和上述第三电极与上述第四电极的静电力沿上述预定的方向平衡的状态支撑上述第二电极和上述第四电极。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：年吉洋，藤田博之，芦泽久幸，三屋裕幸，石桥和德，
申请(专利权)人：国立大学法人东京大学，株式会社鹭宫制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP