振动发电元件

摘要

振动发电元件具备：第1电极；第2电极，其能够相对于第1电极在预定的振动方向上移位，第1电极与第2电极的相对面的至少一个带电，由于第2电极的移位，第1电极与第2电极之间的静电容量变化，由此发电，在第2电极的至少包括振动中心的部分设置有即使第2电极移位，静电容量也不变化的区域。

权利要求

1.一种振动发电元件，其特征在于，该振动发电元件具备：

第1电极；以及

第2电极，其能够相对于所述第1电极在预定的振动方向上移位，使所述第1电极与所述第2电极的相对面的至少一个带电，由于所述第2电极的移位，所述第1电极与所述第2电极之间的静电容量变化，由此进行发电，在所述第2电极的至少包括振动中心的部分设置有即使所述第2电极移位，所述静电容量也不变化的区域，所述第1电极以及所述第2电极是梳齿电极，所述振动方向是与所述梳齿电极的各梳齿的延伸方向以及排列方向垂直的方向。

2.根据权利要求1所述的振动发电元件，其中，所述第1电极是固定电极。

3.根据权利要求1所述的振动发电元件，其中，所述第1电极是可动电极。

4.根据权利要求1所述的振动发电元件，其中，通过在所述梳齿电极的至少一部分在所述振动方向上设置台阶部分，来设置有所述静电容量不变化的区域。

说明书

振动发电元件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种振动发电元件。

背景技术

[0002] 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(振动发电器件)从环境振动进行发电的方法受到了关注。在这样的用途的振动发电元件中，为了以小型获得较高的发电效率，提出了利用基于驻极体的静电力的振动发电元件。在例如专利文献1中公开有一种利用软X射线在梳齿电极的垂直面上形成有驻极体的静电感应型转换元件，该梳齿电极分别形成于可动部和固定部。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本国特许第5551914号说明书

发明内容

[0006] 发明要解决的课题

[0007] 专利文献1所记载的静电感应型转换元件，由于环境振动而使可动部在预定方向上激振，由此进行发电。此时，相对的梳齿电极的驻极体面的重合面积变化，从而由于作用于梳齿电极间的静电力，力学的功被转换成静电能量，能够产生电动势。不过，为了使静止状态的可动部激振来使驻极体面的重合面积变化，由于激振而在可动部产生的惯性力需要超过与驻极体的静电力相应的预定的静电力间隙。因此，在振动的加速度小的情况下，无法使可动部运动，无法进行发电。

[0008] 用于解决课题的手段

[0009] 根据本发明的第1方式，振动发电元件具备：第1电极；第2电极，其能够相对于所述第1电极在预定的振动方向上移位。使所述第1电极与所述第2电极的相对面的至少一个带电，由于所述第2电极的移位，所述第1电极与所述第2电极之间的静电容量变化，由此进行发电，在所述第2电极的至少包括振动中心的部分设置有即使所述第2电极移位，所述静电容量也不变化的区域。

[0010] 根据本发明的第2方式，在第1方式的振动发电元件中，优选所述第1电极是固定电极。

[0011] 根据本发明的第3方式，在第1方式的振动发电元件中，优选第1电极是可动电极。

[0012] 根据本发明的第4方式，在第1～第3中任一方式的振动发电元件中，优选所述第1电极以及所述第2电极是梳齿电极。

[0013] 根据本发明的第5方式，在第4方式的振动发电元件中，优选所述振动方向是与所述梳齿电极的各梳齿的延伸方向以及排列方向垂直的方向。

[0014] 根据本发明的第6方式，在第5方式的振动发电元件中，优选通过在所述梳齿电极的至少一部分在沿着所述振动方向上设置台阶部分，来设置有所述静电容量不变化的区域。

[0015] 根据本发明的第7方式，在第1方式的振动发电元件中，优选在所述第1电极和所述第2电极上，沿着所述振动方向分别每隔预定间隔相对地设置有第1凸部以及第2凸部，通过使所述振动方向上的所述第1电极的所述第1凸部的宽度和所述第2电极的所述第2凸部的宽度互不相同，来设置有所述静电容量不变化的区域。

[0016] 发明效果

[0017] 根据本发明，能够实现即使在激振的加速度小的情况下也可发电的振动发电元件。

附图说明

[0018] 图1是表示本发明的第1实施方式的振动发电元件的概略结构的平面图。

[0019] 图2是本发明的第1实施方式的振动发电元件中的固定电极和可动电极的局部放大图。

[0020] 图3是表示本发明的第1实施方式的振动发电元件中的可动电极的位移量与作用于可动电极的力之间的关系的图。

[0021] 图4是表示比较例的振动发电元件的概略结构的平面图。

[0022] 图5是比较例的振动发电元件中的固定电极和可动电极的局部放大图。

[0023] 图6是表示比较例的振动发电元件中的可动电极的位移量与作用于可动电极的力之间的关系的图。

[0024] 图7是在使用了比较例的振动发电元件的情况以及使用了第1实施方式的振动发电元件的情况下表示可动电极的振幅与输出功率之间的关系的图。

[0025] 图8是在使用了比较例的振动发电元件的情况以及使用了第1实施方式的振动发电元件的情况下表示可动电极的振幅与输出功率之间的关系的图。

[0026] 图9是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0027] 图10是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0028] 图11是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0029] 图12是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0030] 图13是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0031] 图14是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0032] 图15是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0033] 图16是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0034] 图17是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0035] 图18是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件的加工工艺的一个例子进行说明的图。

[0036] 图19是表示本发明的第2实施方式的振动发电元件中的电极构造的图。

[0037] 图20是表示本发明的第2实施方式的振动发电元件中的可动电极的位移量与作用于可动电极的力之间的关系的图。

具体实施方式

[0038] 以下，参照图来对用于实施本发明的方式进行说明。

[0039] 第1实施方式

[0040] 图1是表示本发明的第1实施方式的振动发电元件1的概略结构的平面图。振动发电元件1具备基座2、固定电极3a以及3b、可动电极4a以及4b、可动部5、弹性支承部6、连接焊盘部7。振动发电元件1连接有负载9。

[0041] 如图1所示，固定电极3a、3b和可动电极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以梳齿30a和梳齿40a相互啮合的方式配置。同样地，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以梳齿30b和梳齿40b相互啮合的方式配置。

[0042] 如此，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。梳齿电极是如图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的。此外，本发明中的梳齿的根数并不限定于图1所示的根数。在梳齿的根数最小的情况的梳齿电极的情况下，在固定梳齿电极和可动梳齿电极中的一个电极上形成有两个梳齿，以插入该两个梳齿之间的方式在另一个电极上形成有1个梳齿。只要是具有这样的基本结构的梳齿电极，不管梳齿的根数，都能够构成具有以下所记载那样的功能的振动发电元件。

[0043] 图2是本发明的第1实施方式的振动发电元件1中的固定电极3b和可动电极4b的局部放大图，将图1的对象部分100放大来表示。图2的(a)表示对象部分100的俯视图，图2的(b)表示对象部分100的主视图，图2的(c)表示对象部分100的立体图。如图1和图2所示，在可动电极4b的梳齿40b中，在包括与固定电极3b的梳齿30b的啮合部分的范围(图中的影线部分)内，沿着图2的(b)的上下方向(Z方向)设置有台阶。此外，图2仅图示了对象部分100所包含的梳齿40b的台阶构造，但可动电极4b的其他梳齿40b、可动电极4a的梳齿40a也具有同样的台阶构造。

[0044] 通过弹性支承部6在基座2上弹性支承的可动部5能够与可动电极4a、4b一体地沿着Z方向滑动移动。在图1和图2中虽然省略了图示，但在啮合的固定电极3a的梳齿30a与可动电极4a的梳齿40a中的至少一者、以及固定电极3b的梳齿30b和可动电极4b的梳齿40b中的至少一者，在各自的相对面的表面附近形成有驻极体。由此，固定电极3a和可动电极4a的至少一者的相对面以及固定电极3b和可动电极4b的至少一者的相对面分别带电。因此，若可动电极4a、4b与固定电极3a、3b分别啮合，即成为梳齿40a、40b分别插入到梳齿30a、30b之间的状态，则由于静电力而将可动电极4a、4b分别向固定电极3a、3b侧牵引。

[0045] 负载9消耗从振动发电元件1供给的电力来进行预定的动作。负载9的正极侧与固定电极3a、3b电连接，负载9的负极侧经由连接焊盘部7、弹性支承部6以及可动部5与可动电极4a、4b电连接。

[0046] 若由于环境中的振动而使振动发电元件1在包括Z方向分量的方向上摆动，则可动电极4a、4b相对于固定电极3a、3b在Z方向上振动而移位。此时的可动电极4a、4b的振动方向即Z方向是与固定电极3a、3b的梳齿30a、30b和可动电极4a、4b的梳齿40a、40b的延伸方向(X方向)和排列方向(Y方向)垂直的方向。其结果，若在固定电极3a、3b与可动电极4a、4b之间产生Z方向的偏离，则它们之间的相对面积变化，从而固定电极3a、3b与可动电极4a、4b之间的静电容量变化。由于该静电容量变化和驻极体的感应电荷，固定电极3a、3b与可动电极4a、4b之间的电压变化而产生电动势，由此进行振动发电元件1的发电。通过振动发电元件1的发电而获得的电动势经由前述的电连接被施加于负载9，负载9被驱动。

[0047] 图3是表示本发明的第1实施方式的振动发电元件1中的可动电极4a、4b的Z方向的位移量与作用于可动电极4a、4b的力之间的关系的图。在本实施方式中，在可动电极4a、4b以Z＝0的位置为振动中心而在Z方向上分别振动时作用于可动电极4a、4b的Z方向的力fz如图3的曲线51所示那样变化。在图3中，横轴表示Z方向的位移量，纵轴表示力fz的大小。

[0048] 在本实施方式中，如曲线51所示，在包括作为可动电极4a、4b的振动中心的Z＝0的位置的0≤Z≤h1的区域(以下称为非工作区域)中，Z方向的静电力在可动电极4a、4b与固定电极3a、3b之间不起作用，因此，力fz以与弹性支承部6的弹簧常数k相应的恒定的比例变化。在此，如图2的(b)所示，h1是梳齿40b的台阶部分的高度(Z方向的长度)与梳齿30b的高度(Z方向的长度)之间的差值。另一方面，在从该非工作区域向Z＜0的区域或h1＜Z的区域(以下称为工作区域)迁移时，如前述那样，在固定电极3a、3b与可动电极4a、4b之间产生Z方向的偏离，从而Z方向的静电力作用于可动电极4a、4b与固定电极3a、3b之间。因此，如曲线51所示，在非工作区域与工作区域的边界(Z＝0、Z＝h1)上，力fz急剧地变化。此时的力fz的变化量f0被称为静电力间隙。

[0049] 在本实施方式的振动发电元件1中，通过如前述那样在可动电极4a、4b的梳齿40a、40b设置台阶，如上述那样，设置有在可动电极4a、4b与固定电极3a、3b之间Z方向的静电力不起作用的非工作区域、即静电容量不变化的区域。由此，至少在可动电极4a、4b从Z＝0的静止状态向正Z方向开始运动时，无需越过静电力间隙，因此，即使是小的加速度，也能够开始可动电极4a、4b的振动。另外，在开始了可动电极4a、4b的振动之后，由于其动能，能够越过静电力间隙而进入h1＜Z的工作区域。因而，通过使用本实施方式的振动发电元件1，即使在激振的加速度小的情况下也能够发电。

[0050] 在此，作为相对于本实施方式的振动发电元件1的比较例，对没有设置上述那样的静电容量不变化的区域的情况的例子进行说明。图4是表示比较例的振动发电元件1A的概略结构的平面图。图4的振动发电元件1A与图1所示的第1实施方式的振动发电元件1同样地具备基座2、固定电极3a以及3b、可动电极4a以及4b、可动部5、弹性支承部6、连接焊盘部7。另外，在振动发电元件1A上连接有负载9。

[0051] 图5是比较例的振动发电元件1A中的固定电极3b和可动电极4b的局部放大图，将图4的对象部分200放大来表示。图5的(a)表示对象部分200的俯视图，图5的(b)表示对象部分200的主视图，图5的(c)表示对象部分200的立体图。如图4和图5所示，在振动发电元件1A中，在可动电极4b的梳齿40b中没有设置振动发电元件1那样的台阶。此外，图5仅表示对象部分200所包含的梳齿40b，但在可动电极4b的其他梳齿40b或可动电极4a的梳齿40a中也同样没有设置台阶。

[0052] 图6是表示比较例的振动发电元件1A中的可动电极4a、4b的Z方向的位移量与作用于可动电极4a、4b的力之间的关系的图。在比较例中，在可动电极4a、4b在Z方向上振动时作用于可动电极4a、4b的Z方向的力fz如图6的曲线52所示那样变化。

[0053] 在比较例中，如上述那样，在可动电极4a、4b的梳齿40a、40b中没有设置台阶，因此，在曲线52中并不存在图3的曲线51中说明那样的非工作区域。因此，在可动电极4a、4b从Z＝0的静止状态向正Z方向或负Z方向开始运动时，需要通过满足以下的式(1)来越过静电力间隙。此外，在式(1)中，m表示振动发电元件1A的可动部位(可动电极4a、4b和可动部5)的质量，a表示振动的加速度。另外，如前述那样，f0表示静电力间隙的大小。

[0054] |-m·a|≥f0(1)

[0055] 如以上说明那样，在比较例中，若振动的加速度小，则可动电极4a、4b无法从Z＝0的静止状态开始运动。因而，若使用比较例的振动发电元件1A，则与使用了第1实施方式的振动发电元件1的情况不同，在激振的加速度小的情况下，无法进行发电。

[0056] 接着，参照图7、8对本发明的具体效果进行说明。图7、8是在使用了比较例的振动发电元件1A的情况以及使用了第1实施方式的振动发电元件1的情况下表示可动电极4a、4b的振幅与输出功率之间的关系的图。图7的(a)、(b)分别表示将1600m/s2的加速度以0.1ms的脉冲宽度施加到振动发电元件1A时的可动电极4a、4b的振幅和输出功率的模拟结果。图7的(c)、(d)分别表示将1600m/s2的加速度以0.1ms的脉冲宽度施加到振动发电元件1时的可动电极4a、4b的振幅和输出功率的模拟结果。图8的(a)、(b)分别表示将800m/s2的加速度以0.5ms的脉冲宽度施加到振动发电元件1A时的可动电极4a、4b的振幅和输出功率的模拟结果。图8的(c)、(d)分别表示将800m/s2的加速度以0.5ms的脉冲宽度施加到振动发电元件1时的可动电极4a、4b的振幅和输出功率的模拟结果。

[0057] 在施加了1600m/s2×0.1ms的加速度脉冲的情况下，加速度比较大，因此，即使是使用了比较例的振动发电元件1A的情况下，也如图7的(a)所示，可动电极4a、4b从静止状态越过静电力间隙而振动。其结果，如图7的(b)所示，即使利用振动发电元件1A也能够获得一定程度的输出功率。另一方面，在使用了第1实施方式的振动发电元件1的情况下，在前述的非工作区域中可动电极4a、4b能够开始加速，因此，如图7的(c)所示，与使用了振动发电元件1A的情况相比，可动电极4a、4b的振幅较大。其结果，如图7的(d)所示，能够从振动发电元件1获得比使用了振动发电元件1A的情况的输出功率大的输出功率。

[0058] 在施加了800m/s2×0.5ms的加速度脉冲的情况下，加速度比较小，因此，若使用比较例的振动发电元件1A，则如图8的(a)所示，可动电极4a、4b无法从静止状态越过静电力间隙而振动。其结果，如图8的(b)所示，在振动发电元件1A中输出功率就为0。另一方面，在使用了第1实施方式的振动发电元件1的情况下，如图8的(c)所示，即使是小的加速度，可动电极4a、4b也振动。其结果，如图8的(d)所示，能够从振动发电元件1获得在振动发电元件1A中无法获得的输出功率。

[0059] 接着，参照图9～18对振动发电元件1的形成方法进行说明。图9～18是对形成本发明的第1实施方式的振动发电元件1的加工工艺的一个例子进行说明的图。此外，图9～18表示形成图1所示的振动发电元件1的基座2、固定电极3b以及可动电极4b的一部分的情形。

[0060] 图9的(a)是振动发电元件1的形成所使用的SOI(绝缘硅，Silicon On Insulator)基板的平面图，图9的(b)是图9的(a)的A-A剖视图。振动发电元件1是使用例如图9的(a)那样的SOI基板通过一般的MEMS加工技术形成的。SOI基板是将用于形成处理层的下部Si层31、用于形成隐埋氧化物(BOX)层的SiO2层32、用于形成器件层的上部Si层33重叠而构成的。此外，为了在Si基板中提高金属对成为连接焊盘部的部分的密合性、改善导电性，存在使用适当进行了掺杂后的Si基板的情况。该掺杂不论是P型、N型的哪一特性，在本发明中都没有问题。

[0061] 图10的(a)是第1步骤中的SOI基板的平面图，图10的(b)是图10的(a)的B-B剖视图。在第1步骤中，在将抗蚀剂涂敷到上部Si层33之上后，如图10所示，通过使用了光掩模的光刻法加工形成抗蚀剂图案35a、35b。之后进行硬烘，使抗蚀剂图案35a、35b硬化。

[0062] 图11的(a)是第2步骤中的SOI基板的平面图，图11的(b)是图11的(a)的C-C剖视图。在第2步骤中，在将铝蒸镀于在第1步骤中形成有抗蚀剂图案35a、35b的上部Si层33之上后，如图11所示，通过使用了光掩模的光刻法加工形成铝图案36a、36b。

[0063] 图12的(a)是第3步骤中的SOI基板的平面图，图12的(b)是图12的(a)的D-D剖视图。在第3步骤中，通过对经由了第1步骤和第2步骤的上部Si层33进行DRIE(深反应离子蚀刻，Deep Reactive Ion Etching)加工，如图12所示，形成固定电极3b和可动电极4b。

[0064] 图13的(a)是第4步骤中的SOI基板的平面图，图13的(b)是图13的(a)的E-E剖视图。在第4步骤中，通过进行铝蚀刻，将位于在第3步骤中形成的固定电极3b和可动电极4b上的铝图案36a、36b去除。

[0065] 图14的(a)是第5步骤中的SOI基板的平面图，图14的(b)是图14的(a)的F-F剖视图。在第5步骤中，通过对在第3步骤中形成的可动电极4b稍微进行DRIE加工，如图14所示，形成具有台阶构造的梳齿40b。

[0066] 图15的(a)是第6步骤中的SOI基板的平面图，图15的(b)是图15的(a)的G-G剖视图。在第6步骤中，通过进行抗蚀剂蚀刻，将位于在第3步骤中形成的固定电极3b和可动电极4b上的抗蚀剂图案35a、35b去除。若该第6步骤结束，则SOI基板的表面即器件层的加工完成。

[0067] 图16的(a)是第7步骤中的SOI基板的平面图，图16的(b)是图16的(a)的H-H剖视图。在第7步骤中，通过对下部Si层31进行光刻法加工和DRIE加工来形成基座2。

[0068] 图17的(a)是第8步骤中的SOI基板的平面图，图17的(b)是图17的(a)的I-I剖视图。在第8步骤中，对SiO2层32进行蚀刻，去除不需要的部分。若该第8步骤结束，则SOI基板的加工完成。

[0069] 图18是加工完成后的SOI基板的立体图。通过对加工成图18所示那样的形状的SOI基板进行热氧化处理、氮化膜蚀刻、BT处理(带电处理)等，在固定电极3b与可动电极4b中的至少一个电极上形成驻极体。之后经由封装而振动发电元件1完成。

[0070] 根据以上说明的本发明的第1实施方式，起到以下的作用效果。

[0071] (1)振动发电元件1具备：固定电极3a、3b；可动电极4a、4b，其能够相对于固定电极3a和3b在预定的振动方向上分别移位。固定电极3a、3b与可动电极4a、4b的相对面中的至少一个分别带电，由于可动电极4a、4b的移位，固定电极3a、3b与可动电极4a、4b之间的静电容量变化，从而进行发电。在振动发电元件1中，在可动电极4a、4b的至少包括振动中心的部分设置有即使可动电极4a、4b移位，静电容量也不变化的非工作区域。由于如此设置，即使是激振的加速度小的情况，也能够实现可发电的振动发电元件1。

[0072] (2)固定电极3a、3b和可动电极4a、4b是分别具有梳齿30a、30b和梳齿40a、40b的梳齿电极。因此，能够实现小型且具有较高发电能力的振动发电元件1。

[0073] (3)可动电极4a、4b的振动方向是相对于梳齿电极的各梳齿30a、30b和40a、40b的延伸方向(X方向)和排列方向(Y方向)垂直的Z方向。由于如此设置，所以能够增大针对X方向和Y方向的弹性支承部6的弹簧常数来增大可动电极4a、4b的牵引强度。因此，能够将驻极体的电荷量设定得大，进一步提高振动发电元件1的发电能力。

[0074] (4)在振动发电元件1中，通过在作为梳齿电极的可动电极4a、4b的各梳齿40a、40b的至少一部分沿着振动方向即Z方向设置台阶部分，来设置静电容量不变化的非工作区域。由于如此设置，所以能够利用容易加工的构造在振动发电元件1设置非工作区域。

[0075] 第2实施方式

[0076] 接着，对本发明的第2实施方式进行说明。图19是表示本发明的第2实施方式的振动发电元件中的电极构造的图。在本实施方式的振动发电元件中，如图19所示，固定电极21与可动电极22相对地设置。此外，在图19中，对于除了固定电极21和可动电极22以外的振动发电元件的结构，省略了图示。

[0077] 可动电极22通过未图示的弹性支承部，以能够相对于固定电极21沿着图的左右方向(X方向)滑动移动的方式支承。在固定电极21和可动电极22上，沿着X方向分别每隔预定间隔相对地设置有第1凸部21a、第2凸部22a。如图19所示，X方向上的可动电极22的第2各凸部22a的宽度设定得比固定电极21的第1各凸部21a的宽度小。

[0078] 在固定电极21的第1各凸部21a和可动电极22的第2各凸部22a中的至少一者上，在各自的相对面的表面附近形成有驻极体。由此，固定电极21与可动电极22的相对面中的至少一个带电。

[0079] 若由于环境中的振动，本实施方式的振动发电元件在包括X方向分量的方向上摆动，则可动电极22相对于固定电极21在X方向上振动而移位。其结果，若在固定电极21的第1凸部21a与可动电极22的第2凸部22a之间产生X方向的偏离，则它们之间的相对面积变化，固定电极21与可动电极22之间的静电容量变化。由于该静电容量变化和驻极体的感应电荷，固定电极21与可动电极22之间的电压变化而产生电动势，由此进行本实施方式的振动发电元件的发电。

[0080] 图20是表示本发明的第2实施方式的振动发电元件中的可动电极22的X方向的位移量与作用于可动电极22的力之间的关系的图。在本实施方式中，在可动电极22以X＝0的位置为振动中心沿着X方向分别振动时作用于可动电极22的X方向的力fx如图20的曲线53所示那样变化。在图20中，横轴表示X方向的位移量，纵轴表示力fx的大小。

[0081] 在本实施方式中，如曲线53所示，包括作为可动电极22的振动中心的X＝0的位置的-h2≤X≤h2的区域相当于在第1实施方式中进行了说明的非工作区域。在该非工作区域中，X方向的静电力在可动电极22与固定电极21之间不起作用，因此，力fx以与弹性支承部的弹簧常数相应的恒定的比例变化。在此，如图19所示，h2是从可动电极22的第2凸部22a的左右端到固定电极21的第1凸部21a的左右端的长度。另一方面，在从该非工作区域向X＜-h2的工作区域或h2＜X的工作区域迁移时，如前述那样在固定电极21与可动电极22之间产生X方向的偏离，从而X方向的静电力作用于可动电极22与固定电极21之间。因此，如曲线53所示，在非工作区域与工作区域的边界(X＝-h2、X＝h2)产生静电力间隙f0，力fx急剧地变化。

[0082] 在本实施方式的振动发电元件中，如前述那样，通过将X方向上的可动电极22的第2各凸部22a的宽度设定得比固定电极21的第1各凸部21a的宽度小，如上述那样，设置有在可动电极22与固定电极21之间X方向的静电力不起作用的非工作区域、即静电容量不变化的区域。由此，与在第1实施方式中说明的振动发电元件1同样地，即使是较小的加速度，也能够开始可动电极22的振动。另外，在开始可动电极22的振动之后，由于其动能，能够越过静电力间隙而进入工作区域。因而，在本实施方式的振动发电元件中，也与第1实施方式同样地，即使是激振的加速度小的情况也能够发电。

[0083] 根据以上说明的本发明的第2实施方式，在固定电极21和可动电极22上，沿着作为振动方向的X方向分别每隔预定间隔相对地设置有第1凸部21a、第2凸部22a，通过使X方向上的固定电极21的第1凸部21a的宽度与可动电极22的第2凸部22a的宽度互不相同，设置有静电容量不变化的区域。由于如此设置，所以与第1实施方式同样地，能够以简单的构造在振动发电元件上设置非工作区域。

[0084] 此外，在以上说明的本发明的第2实施方式中，也可以与图19相反地将X方向上的可动电极22的第2各凸部22a的宽度设定得比固定电极21的第1各凸部21a的宽度大。即便如此，也能够获得上述的作用效果。

[0085] 另外，本发明的振动发电元件的构造并不限定于在第1、第2各实施方式中进行了说明的构造。也可以将本发明应用于例如可动电极和固定电极相对地配置并且可动电极能够沿着该相对面在面方向上振动的构造的振动发电元件、可动电极相对于固定电极能够向旋转方向振动的构造的振动发电元件中。另外，也可以将相对的两个电极设为可动电极。在至少一个可动的一对电极相对地配置，该一对电极的相对面的至少一个带电的振动发电元件中，在一个电极的至少包括振动中心的部分设置即使该电极移位，一对电极间的静电容量也不变化的区域，由此，即使是任意构造的振动发电元件，也能够应用本发明。

[0086] 上述的各实施方式和变形例可以分别单独应用，或者也可以组合使用。另外，上述的各实施方式只不过是一个例子，因此，只要不有损于本发明的特征，本发明并不被上述的各实施方式有任何限定。

[0087] 如下的优先权基础申请的公开内容作为引用文被并入本申请。

[0088] 日本国专利申请2015年第196736号(2015年10月2日申请)

[0089] 符号说明

[0090] 1：振动发电元件；

[0091] 2：基座；

[0092] 3a、3b：固定电极；

[0093] 30a、30b：梳齿；

[0094] 4a、4b：可动电极；

[0095] 40a、40b：梳齿；

[0096] 5：可动部；

[0097] 6：弹性支承部；

[0098] 7：连接焊盘部；

[0099] 9：负载；

[0100] 21：固定电极；

[0101] 21a：第1凸部；

[0102] 22：可动电极；

[0103] 22a：第2凸部。