專利名稱：靜電感應(yīng)型的能量變換元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電感應(yīng)型的能量變換元件，具體地說，涉及用于利用環(huán)境振動等來進(jìn)行發(fā)電的靜電感應(yīng)型的能量變換元件。
背景技術(shù)：
在搭載有傳感器和致動器的分散型器件和便攜設(shè)備等中，由于難以進(jìn)行基于導(dǎo)線布線(電線)的直接供電，作為電源使用硬幣型一次電池或充電電池。然而，在監(jiān)測車輛的輪胎空氣壓力的TPMS(輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng))、飛機(jī)、大樓、橋梁等的安全監(jiān)測、大規(guī)模的流通管理中，由于電池更換是困難的，或者電池更換費(fèi)功夫，或者需要大量的電池更換，因而將電池用作電源是不方便的。并且，在心臟的起搏器和膠囊內(nèi)窺鏡等的用途中，為了進(jìn)行電池更換而需要患者手術(shù)，身體負(fù)擔(dān)變大，因而電池搭載是不優(yōu)選的。并且，即使在充電電池的情況下，關(guān)于充電作業(yè)也存在與電池更換相同的不便。因此，以這些領(lǐng)域?yàn)槭椎母鞣N領(lǐng)域中，要求電源免維護(hù)(不需要充電和不需要電池更換)的技術(shù)。作為免維護(hù)之一的候選，有這樣的小型能量變換元件可從在移動體(車輛、飛機(jī)等)、建筑物(大樓、橋梁等)中產(chǎn)生的、或者由裝置、人的動作產(chǎn)生的數(shù)Hz 數(shù)十Hz的振動(以下將這樣的振動稱為環(huán)境振動)取出電力。利用環(huán)境振動進(jìn)行發(fā)電的能量變換元件主要有3種電磁感應(yīng)型，壓電型，以及靜電感應(yīng)型。電磁感應(yīng)型的元件由于發(fā)電量與振動數(shù)的平方成正比，因而要實(shí)現(xiàn)低頻率化困難，并且，存在尺寸和重量大型化的問題。壓電型的元件存在可靠性、組裝時(shí)的處理等批量生產(chǎn)性、成本的問題。因此，期待靜電感應(yīng)型的元件。靜電感應(yīng)型的能量變換元件由于發(fā)電量與振動數(shù)成正比，因而適合于利用環(huán)境振動來獲得電力，然而為了獲得大的發(fā)電量，有必要向駐極體電極注入大量電荷。并且，當(dāng)增多駐極體電極的電荷量時(shí)，由放電引起的發(fā)電效率的惡化成為問題。然而，在現(xiàn)有的靜電感應(yīng)型能量變換元件中，這些問題未得到解決，不能向駐極體注入足夠的電荷，并且也未能充分防止由放電引起的發(fā)電效率的惡化。以下，以專利文獻(xiàn)1中公開的能量變換元件為例具體說明這些問題。(專利文獻(xiàn)1中公開的元件)圖1示出專利文獻(xiàn)1中公開的能量變換元件11 (靜電感應(yīng)型變換元件)的結(jié)構(gòu)。 在該能量變換元件11中，在固定基板12的上表面設(shè)有多個(gè)呈長方形形狀的基電極13，在各基電極13上方設(shè)有駐極體14。并且，在與固定基板12對置的對置基板15的下表面，以與基電極13相同的間距設(shè)有對置電極16。駐極體14是在絕緣材料的表面附近注入電荷而形成的。特別是，作為駐極體14的材料，通過由在主鏈內(nèi)具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合體構(gòu)成，提高了表面電荷密度。并且， 在專利文獻(xiàn)1的一個(gè)實(shí)施方式中，在駐極體14的上表面形成由聚對二甲苯或者其衍生物構(gòu)成的防濕膜(聚對二甲基苯膜)，防止由濕度引起的惡化。
在這種結(jié)構(gòu)的能量變換元件11中，在2個(gè)電極13、16之間連接負(fù)荷17，當(dāng)使對置基板15朝圖1的箭頭所示的方向運(yùn)動時(shí)，與對置電極16為相反極的電荷被注入到駐極體 14的電荷靜電感應(yīng)，電流流入負(fù)荷17，能用于發(fā)電。(第1問題…注入電荷量的減少)作為向駐極體14注入電荷的方法，一般是基于電暈放電的方法。在專利文獻(xiàn)1中， 如圖2所示，使用電暈放電用的探針18，使用直流高壓電源19來向探針18和基電極13之間施加高電壓，以預(yù)定電壓放電預(yù)定時(shí)間，向駐極體14注入電荷使其帶電。然而，由于駐極體14形成在基電極13的上表面，因而基電極13的側(cè)壁從駐極體 14露出。因此，如朝著圖2左側(cè)的駐極體14那樣，從探針18放出的電荷(電子)有很多被感應(yīng)到基電極13而回到高壓電源19(圖2中的帶箭頭的線表示放電時(shí)的電荷流動)，注入到駐極體14的電荷量相應(yīng)地減少。并且，駐極體14和基電極13通過半導(dǎo)體工藝(光刻工序)形成，然而即使駐極體 14和基電極13被設(shè)計(jì)成以相同面積形成，也由于制造工序中的對準(zhǔn)偏差、或者駐極體14的過度蝕刻等的工藝誤差而容易使橫向?qū)挾犬a(chǎn)生偏差。因此，如朝著圖2右側(cè)的駐極體14那樣，容易發(fā)生基電極13的邊緣從駐極體14露出的情況。在這種情況下，感應(yīng)到基電極13 的電荷量進(jìn)一步增加，注入到駐極體14內(nèi)的電荷量更加減少。(第2問題…由放電引起的惡化)為了利用環(huán)境振動(IOHz左右)來獲得0. Imff以上的發(fā)電量，有必要使上下電極 16、13之間的間隙為50μπι左右(參照非專利文獻(xiàn)1)。然而，當(dāng)使上下電極16、13之間的間隙為50 μ m左右時(shí)，即使使用由0. 3 μ m厚的聚對二甲基苯膜構(gòu)成的防濕膜覆蓋駐極體14 的表面，也在空氣和0.3μπι厚的防濕膜中，由于電荷電壓超過基板間的絕緣耐壓而在上下電極間產(chǎn)生放電，存在由駐極體14保持的電荷消失的問題(參照非專利文獻(xiàn)2)。為了提高絕緣耐壓，可以增大防濕膜的膜厚，然而當(dāng)使防濕膜的膜厚變厚時(shí)，成本增高而變得不利。并且，由于聚對二甲基苯的比介電常數(shù)高，因而在增大了防濕膜的膜厚的情況下，能量變換元件11的發(fā)電量降低的可能性增高。因此，根據(jù)非專利文獻(xiàn)1的記載，有必要使用SF6對能量變換元件進(jìn)行密封。因此，以往，有必要使用陶瓷封裝等對能量變換元件進(jìn)行密封，能量變換元件的封裝價(jià)格增高。并且，由于絕緣耐壓是由上下電極間的距離決定的，因而作為放電對策，要求制作與電極間距離沒有關(guān)系且不超過絕緣耐壓的元件。特別是，優(yōu)選的是，與上下電極間的距離沒有關(guān)系，從表面電位是1000V的駐極體不產(chǎn)生放電?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平2006-180450號公報(bào)非專利文獻(xiàn)# # ^lJ i K 1 :Y. Arakawa, Y. Suzuki, N. Kasagi> ‘‘ Micro Seismic Power Generatorusing Electret Polymer Film" 、 The Fourth International Workshop on Micro andNanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications Power MEMS2004、November 28-30，2004，Kyoto，Japan、p. 187-190非專利文獻(xiàn)2:·」> > i ii”、[online]、日本"'J ^ >株式會社、[平成20 年 6 月 16 日検索]、4 > 夕一本 7 卜、<URL :http://www. parylene. co. jp/about % 20parylene-2. htm>

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)課題而作成的，本發(fā)明的目的是提供一種可向駐極體內(nèi)注入大量電荷的靜電感應(yīng)型的能量變換元件。并且，本發(fā)明的另一目的是提供一種由放電引起的惡化少、可靠性高的靜電感應(yīng)型的能量變換元件。解決問題的手段本發(fā)明的能量變換元件，其特征在于，該能量變換元件具有隔開預(yù)定間隔對置、且能彼此相對移動的第1基板和第2基板，在所述第1基板和所述第2基板的彼此對置的面上分別形成有至少一個(gè)導(dǎo)電性部件，所述導(dǎo)電性部件均具有多個(gè)電極和電極焊盤，在所述導(dǎo)電性部件中的至少一個(gè)導(dǎo)電性部件上，對應(yīng)于各電極形成有駐極體，所述駐極體覆蓋各電極的表面中的固定在任一基板上的面的相反面，并以5μπι以上的覆蓋厚度覆蓋各電極的外周面。在本發(fā)明的能量變換元件中，在設(shè)有電極和駐極體的基板中，各駐極體覆蓋各電極的表面中的固定在任一基板上的面的相反面，并以5μπι以上的覆蓋厚度覆蓋各電極的外周面，因而在向駐極體注入電荷來使其帶電時(shí)，電荷難以由電極感應(yīng)，可防止注入到駐極體的電荷量的下降。因此，可通過駐極體保持大量電荷，可提高駐極體的表面電位，可增大發(fā)電量。在本發(fā)明涉及的能量變換元件的一個(gè)實(shí)施方式中，形成有所述駐極體的電極的外周面被駐極體以10 μ m以上的覆蓋厚度覆蓋。根據(jù)該實(shí)施方式，可進(jìn)一步提高駐極體的表面電位，并可減小表面電位的偏差。在本發(fā)明涉及的能量變換元件的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第1基板和所述第2基板中的至少一個(gè)基板具有相互平行地凹進(jìn)設(shè)置的多個(gè)槽，在該槽內(nèi)配設(shè)所述電極，在該槽內(nèi)埋設(shè)所述駐極體并由駐極體覆蓋所述槽內(nèi)的電極。根據(jù)該實(shí)施方式，由于由埋設(shè)在槽內(nèi)的駐極體覆蓋配設(shè)在槽內(nèi)的電極，因而能可靠地由駐極體覆蓋電極，元件的可靠性提高。并且，通過將電極埋入槽內(nèi)，能更可靠地防止在電荷注入時(shí)電荷流入電極，可進(jìn)一步提高駐極體的表面電位，可增大發(fā)電量。作為所述槽的形狀，垂直于其長度方向的截面可以是內(nèi)角部彎曲的矩形形狀，可以是開口部的寬度比底面的寬度寬的梯形形狀，可以是在開口側(cè)變寬的三角形狀。根據(jù)這些形狀的槽，氣泡難以進(jìn)入埋入在槽內(nèi)的駐極體內(nèi)。并且，容易向槽內(nèi)注入駐極體。在基板是玻璃基板、半導(dǎo)體基板或者樹脂基板的情況下，所述槽可通過對該基板進(jìn)行干式蝕刻來形成。并且，在具有槽的基板或者該基板的一部分由樹脂材料形成的情況下，也可以在使樹脂材料成形時(shí)使用轉(zhuǎn)印技術(shù)來使槽成形。并且，在具有槽的基板是Si基板的情況下，可以使用各向異性蝕刻來在基板上形成槽，并在該槽的表面形成由Si02、SiN 或者SiON構(gòu)成的絕緣膜。根據(jù)這些方法，可精度良好地制作細(xì)微的槽。在本發(fā)明涉及的能量變換元件的又一個(gè)實(shí)施方式中，在所述第1基板和所述第2 基板中的至少一個(gè)基板的對置面上，所述導(dǎo)電性部件的除了形成有所述電極焊盤的區(qū)域以外的區(qū)域全體由絕緣覆膜覆蓋。當(dāng)向駐極體注入的電荷量增加時(shí)，在第1和第2基板的電極間、或者在駐極體和電極間容易產(chǎn)生放電。然而，在該實(shí)施方式中，由于除了形成有電極焊盤的區(qū)域以外的區(qū)域全體由絕緣覆膜覆蓋，因而可提高電極間的絕緣耐壓，可抑制駐極體的表面電位的下降，并可提高能量變換元件的可靠性。并且，為了防止第1和第2基板的導(dǎo)電性部件之間的放電，優(yōu)選的是，如上述實(shí)施方式那樣，由絕緣覆膜覆蓋第1和第2基板的對置面的大致全體。然而，即使絕緣覆膜僅覆蓋未由駐極體覆蓋的電極，也能提高絕緣耐壓。并且，可以在相鄰的駐極體之間設(shè)置保護(hù)電極，在所述第1基板和所述第2基板中的至少一個(gè)基板中，絕緣覆膜可以僅覆蓋未由駐極體覆蓋的電極和保護(hù)電極。作為上述絕緣覆膜，可以使用BCB(benzocyclobutene，苯并環(huán)丁烯)樹脂或SiLK 樹脂(夕·々· > S力 > 公司制造)那樣的絕緣性高分子材料，也可以使用Si02、SiN、SrTi03、 SiON^TiO2等絕緣性無機(jī)材料。只要使用由這些材質(zhì)構(gòu)成的絕緣覆膜，就能進(jìn)一步提高導(dǎo)電性部件間的絕緣耐壓。另外，本發(fā)明中的用于解決上述課題的手段具有將以上說明的構(gòu)成要素適當(dāng)組合后的特征，本發(fā)明能進(jìn)行基于該構(gòu)成要素組合的許多變形。


圖1是示出專利文獻(xiàn)1公開的能量變換元件的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是示出在上述的能量變換元件中、向駐極體內(nèi)注入電荷的狀況的概略圖。圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的能量變換元件的結(jié)構(gòu)的概略正面圖。圖4是示出實(shí)施方式1的能量變換元件的要部的立體圖。圖5是示出形成在固定基板上的基電極用的導(dǎo)電性部件和保護(hù)電極用的導(dǎo)電性部件的平面圖。圖6是示出在實(shí)施方式1的能量變換元件中、向駐極體內(nèi)注入電荷的狀況的概略圖。圖7是表示實(shí)驗(yàn)求出現(xiàn)有例和實(shí)施方式1中的駐極體的表面電位和駐極體的電極覆蓋寬度的關(guān)系的結(jié)果的圖。圖8是表示示出上下電極間的絕緣耐壓的帕邢(Paschen)曲線的圖。圖9是將圖8的一部分放大表示的圖。圖10是示出使用圖11的樣本基板來測定出其表面電位的結(jié)果的圖。圖11是示出用于獲得圖10的數(shù)據(jù)的樣本基板的概略圖。圖12是示出能量變換元件的殼體的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。圖13是示出實(shí)施方式1的一個(gè)變形例中的可動基板的概略正面圖。圖14是示出實(shí)施方式1的另一變形例中的固定基板的概略正面圖。圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的能量變換元件的結(jié)構(gòu)的概略正面圖。圖16是示出實(shí)施方式2的一個(gè)變形例中的固定基板的概略正面圖。圖17是示出實(shí)施方式2的另一變形例中的固定基板的概略正面圖。圖18是示出實(shí)施方式2的又一變形例中的固定基板的概略正面圖。
圖19是示出實(shí)施方式2的又一變形例中的固定基板的概略正面圖。圖20(a)、(b)是示出在基板上形成槽的方法的一例的概略圖。圖21(a) (c)是示出在基板上形成槽的另一方法的概略圖。圖22(a)、(b)是示出在基板上形成槽的又一方法的概略圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。(第1實(shí)施方式)以下，參照圖3 圖12說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的能量變換元件的結(jié)構(gòu)的概略正面圖，圖4是示出其要部的立體圖。根據(jù)圖3、圖4說明實(shí)施方式1的能量變換元件21(發(fā)電元件)的結(jié)構(gòu)。實(shí)施方式1的能量變換元件21具有固定基板22和可動基板23，兩個(gè)基板22、23 隔開預(yù)定間隔彼此平行對置。固定基板22和可動基板23是玻璃基板或樹脂基板等具有絕緣性的基板。固定基板22和可動基板23被收納在殼體M內(nèi)，固定基板22固定在殼體M 內(nèi)，可動基板23以在保持與固定基板22平行的狀態(tài)下可朝一個(gè)方向平行移動的方式被保持在殼體M內(nèi)。在可動基板23的上表面突設(shè)有彈簧固定部25，在彈簧固定部25和殼體M之間設(shè)有多個(gè)彈簧26 (拉伸彈簧)。彈簧沈在彈簧固定部25的兩側(cè)分別各配置1個(gè)或多個(gè)，與可動基板23的移動方向平行地延伸。可動基板23由于來自外部的振動，例如環(huán)境振動而被強(qiáng)制地平行移動(振動)，而在未從外部施加力時(shí)，可動基板23由于左右的彈簧沈的彈力平衡而靜止或恢復(fù)到預(yù)定的初始位置。并且，彈簧26具有這樣的作用當(dāng)對可動基板23施加了沖擊或大的振動時(shí)，吸收施加給可動基板23的沖擊等來保護(hù)可動基板23。而且，在施加了大的振動的情況下，彈簧26可吸收來自外部的振動能量而將其暫時(shí)保持為彈性能量， 通過釋放該彈性能量，可使可動基板23振動，因而可有效地利用振動能量來發(fā)電。在固定基板22的內(nèi)面(上表面)，在一個(gè)方向上每隔一定間距、且相互平行地設(shè)有長方形形狀的基電極27 (電極)?；姌O27的長度方向與可動基板23的移動方向正交， 基電極27的排列方向與可動基板23的移動方向平行。固定基板22具有信號取出用焊盤 30 (電極焊盤)，基電極27均通過布線圖形與信號取出用焊盤30電連接。并且，在基電極 27之間，與基電極27平行地設(shè)有長方形形狀的保護(hù)電極四。保護(hù)電極四可以接地，也可以處于與大地絕緣的狀態(tài)。在各個(gè)基電極27的上表面，使用特氟龍(注冊商標(biāo))、氟樹脂等形成有駐極體觀。 駐極體28的寬度W比基電極27的寬度w寬(也就是說，W > w)，基電極27的上表面和外周面整體被駐極體觀覆蓋。在圖3、圖4中，雖然基電極27的長度方向端面從駐極體觀露出而可見，而基電極27的寬度方向兩側(cè)面和長度方向兩端面也被駐極體28覆蓋。基電極27和保護(hù)電極四實(shí)際上為圖5所示的圖形形狀。在固定基板22上設(shè)有 呈梳狀的基電極用的導(dǎo)電性部件100，和呈梳狀的保護(hù)電極用的導(dǎo)電性部件101。導(dǎo)電性部件100由以下構(gòu)成以一定間距排列的基電極27 ；連接各基電極27的導(dǎo)通路徑102 ；以及信號取出用焊盤30。導(dǎo)電性部件101由以下構(gòu)成以一定間距排列的保護(hù)電極四；連接各保護(hù)電極四的導(dǎo)通路徑103 ；以及電極焊盤104。然后，導(dǎo)電性部件100和101配置成嚙合， 基電極27和保護(hù)電極四交替排列。然后，關(guān)于導(dǎo)電性部件100，從固定基板22露出的面中的除了信號取出用焊盤30以外的區(qū)域整體被駐極體觀覆蓋。特別是，基電極27的寬度方向兩側(cè)面27a、長度方向端面27b、導(dǎo)通路徑102的兩側(cè)面由駐極體觀覆蓋。而且，駐極體觀、保護(hù)電極四以及固定基板22的露出部分(即，設(shè)有信號取出用焊盤30的區(qū)域以外的區(qū)域)由絕緣覆膜31覆蓋。在可動基板23的內(nèi)面(下表面)，相互平行地設(shè)有在一個(gè)方向呈長的長方形形狀的對置電極32 (電極)。對置電極32的長度方向與可動基板23的移動方向正交，對置電極 32的排列方向與可動基板23的移動方向平行。對置電極32具有與基電極27的寬度w或駐極體觀的寬度W相等的寬度、或者兩者的寬度w、W的中間值的寬度，以與基電極27相等的間距排列。可動基板23具有信號取出用焊盤34，對置電極32均通過布線圖形與信號取出用焊盤34(電極焊盤)電連接。而且，對置電極32和可動基板23的露出部分(即，設(shè)有信號取出用焊盤34的區(qū)域以外的區(qū)域)由絕緣覆膜33覆蓋。另外，盡管未圖示，然而對置電極32和信號取出用焊盤34也與基電極27和信號取出用焊盤30 —樣，為呈梳狀的導(dǎo)電性部件的一部分，對置電極32之間通過導(dǎo)通路徑連接。絕緣覆膜31、33可以是將絕緣耐壓高的材料即Si02、SiN、Si0N、SrTi03、Ti&等絕緣性無機(jī)材料通過濺射法、CVD法等成膜在焊盤區(qū)域以外的整面上而得到的絕緣覆膜，也可以是將低介電常數(shù)的聚酰亞胺、BCB樹脂、SiLK樹脂等絕緣性高分子材料涂覆在焊盤區(qū)域以外的整面上而得到的絕緣覆膜。這些絕緣覆膜31、33還具有吸濕效果。并且，為了提高絕緣耐壓，優(yōu)選的是在固定基板22和可動基板23雙方上設(shè)置絕緣覆膜31和33，然而也可以僅在固定基板22和可動基板23中的任一方上設(shè)置絕緣覆膜31或33。信號取出用焊盤30接地，在信號取出用焊盤34和信號取出用焊盤30之間連接有負(fù)荷35。另外，在固定基板22是無絕緣性的基板或者絕緣性不充分的基板的情況下，可以在固定基板22的上表面形成由Si02、SiN、Si0N、SrTi03、Ti&等構(gòu)成的絕緣膜，在該絕緣膜的表面上形成基電極27、駐極體觀、保護(hù)電極四、信號取出用焊盤30。同樣，在固定基板23 是無絕緣性的基板或者絕緣性不充分的基板的情況下，可以在可動基板23的下表面形成由Si02、SiN、Si0N、SrTi03、Ti&等構(gòu)成的絕緣膜，在該絕緣膜的表面上形成對置電極32、信號取出用焊盤；34。并且，優(yōu)選的是，在所述的可動基板23的初始位置，可動基板23的對置電極32和固定基板22的基電極27是正對的。(電荷注入方法)向所述駐極體觀的表面注入電荷并使電荷固定。作為向駐極體觀注入電荷的方法，使用電暈放電的方法等。圖6示出用于電荷注入的裝置的結(jié)構(gòu)，該裝置由以下構(gòu)成探針36 ；配置在探針36的下方的格柵38 ；配置在格柵38的下方的加熱器40 ；用于向探針36 施加負(fù)電壓的高壓電源37 (例如，-SkV的直流電源)；以及用于向格柵38施加負(fù)電壓的格柵電壓電源39 (例如，-600V的直流電源)。形成有基電極27和駐極體28的固定基板22 設(shè)置在加熱器40和格柵38之間，由加熱器40預(yù)熱到120°C左右。然后，接上直流高壓電源37以使探針36側(cè)為負(fù)電壓，向探針36和基電極27之間施加高壓，使探針36的前端周邊產(chǎn)生空中放電，從而向駐極體觀內(nèi)注入電荷。此時(shí)，在本實(shí)施方式的能量變換元件21中，由于基電極27的上表面和寬度方向兩側(cè)面全體由駐極體觀覆蓋，因而如圖6的帶箭頭線所示，從探針36放出的電荷(電子)不會進(jìn)入基電極27的兩側(cè)面而產(chǎn)生損失，可增大注入到駐極體觀的電荷量，可提高駐極體觀的表面電位，可提高發(fā)電效率。另外，由格柵電壓電源39向格柵38施加比高壓電源37弱的負(fù)電壓，通過整體擴(kuò)展從探針36放出的電荷并調(diào)整格柵電壓，能控制施加給駐極體觀的電場。(駐極體的表面電位)圖7表示在現(xiàn)有例和本實(shí)施方式中，實(shí)驗(yàn)求出在施加相同電壓并注入了電荷時(shí)的駐極體的表面電位和駐極體的電極覆蓋寬度的關(guān)系的結(jié)果。圖7的橫軸表示電極覆蓋寬度 [μ m]，縱軸表示駐極體14或觀的表面電位[V]。電極覆蓋寬度在本實(shí)施方式中表示從駐極體觀的寬度W減去基電極27的寬度w后的值，在現(xiàn)有例中表示從駐極體14的寬度減去基電極13的寬度后的值。另外，在獲得圖7的數(shù)據(jù)時(shí)，使駐極體14、觀的寬度恒定(300 μ m)， 并使基電極13或基電極27的寬度變化。關(guān)于圖7中的區(qū)域A內(nèi)的測定點(diǎn)，如朝著圖2右側(cè)的現(xiàn)有例所示，表示基電極13 的兩側(cè)端從駐極體14突出的情況。關(guān)于圖7中的區(qū)域B內(nèi)的測定點(diǎn)，如朝著圖2左側(cè)的現(xiàn)有例所示，表示基電極13的兩側(cè)面和駐極體14的兩側(cè)面對齊的情況。并且，關(guān)于圖7中的區(qū)域A、B內(nèi)的測定點(diǎn)以外的測定點(diǎn)，如本實(shí)施方式那樣表示基電極27的兩側(cè)面由駐極體觀覆蓋的情況，特別是區(qū)域C表示本實(shí)施方式的優(yōu)選情況。根據(jù)圖7可知，通過用駐極體28覆蓋基電極27的兩側(cè)面，可增大駐極體28的表面電位。而且，其電極覆蓋寬度越大，駐極體觀的表面電位就越大。另一方面，當(dāng)電極覆蓋寬度增大到某種程度時(shí)，駐極體觀的表面電位的上升率鈍化，已經(jīng)不能期待增大電極覆蓋寬度的優(yōu)點(diǎn)。相反，具有這樣的缺點(diǎn)隨著電極覆蓋寬度增大，基板面積增大，或者可形成在相同基板面積上的基電極27的個(gè)數(shù)減少。因此，作為本實(shí)施方式中的電極覆蓋寬度，優(yōu)選的是10 μ m以上且30 μ m以下，特別優(yōu)選的是20 μ m以上且30 μ m以下(區(qū)域C)。如果用基電極27的寬度方向兩側(cè)面或長度方向端面等的駐極體觀的(單側(cè))覆蓋厚度來重新表達(dá)的話，則是指，優(yōu)選的是5 μ m以上且15 μ m以下的覆蓋厚度，特別優(yōu)選的是10 μ m以上且 15 μ m以下。并且，圖7示出可獲得這樣的效果在電極覆蓋寬度是20 μ m以上(覆蓋厚度是 IOym)的情況下，可進(jìn)一步減小駐極體觀的表面電位的偏差。即，圖7表示在電極覆蓋寬度是4 μ m、10 μ m、20 μ m的情況下的各表面電位的標(biāo)準(zhǔn)偏差M Dev (Standard Deviation)。 在圖7中，對于這些電極覆蓋寬度，測定值僅用代表性的3點(diǎn)表示，而標(biāo)準(zhǔn)偏差是還加上除此以外的測定值來計(jì)算得到的值。這樣在求出標(biāo)準(zhǔn)偏差M Dev時(shí)，獲得以下的結(jié)果電極覆蓋寬度=4μπι時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差St Dev = 99[V]電極覆蓋寬度=10 μ m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差M Dev = 93 [V]電極覆蓋寬度=20 μ m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差M Dev = 65 [V]根據(jù)該實(shí)驗(yàn)可知，通過使電極覆蓋寬度為20 μ m以上(或者駐極體的覆蓋厚度為 10 μ m以上)，可減小駐極體28的表面電位的偏差。
并且，通過用駐極體觀覆蓋基電極27，可減小由基電極27的寬度偏差引起的駐極體觀的表面電位偏差，因而能量變換元件21的制造工藝也變得容易。而且，由于基電極 27由駐極體觀覆蓋，因而可防止在使用時(shí)的基電極27和對置電極32之間的放電，能量變換元件21的可靠性提高。(使用方法)該能量變換元件21設(shè)置在產(chǎn)生振動的場所和對象物上。例如當(dāng)能量變換元件21 安裝在車輛等上時(shí)，感知其振動(環(huán)境振動)。當(dāng)能量變換元件21感知出來自外部的振動時(shí)，由于該振動而使可動基板23以與固定基板22平行的方式進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。由可動基板 23的對置電極32感應(yīng)的電荷量在對置電極32與駐極體28正對而使得與駐極體28的重合面積最大時(shí)成為最大，隨著可動基板23偏移、對置電極32和駐極體28的重合面積減少， 由對置電極32感應(yīng)的電荷量減少。反之，隨著可動基板23沿原來方向返回且對置電極32 和駐極體觀的重合面積增大，由對置電極32感應(yīng)的電荷量增加。其結(jié)果，在連接在基電極 27和對置電極32之間的負(fù)荷35中流過交流電流。也就是說，由于施加給能量變換元件21 的振動，在基電極27和對置電極32之間產(chǎn)生交流電動勢e?？芍?dāng)選擇了最佳負(fù)荷電阻時(shí)，可動基板23以頻率f進(jìn)行正弦波振動的能量變換元件21的最大輸出Pmax由以下的算式1表示(參照專利文獻(xiàn)2)。[算式1]
Pmax- a2nS*27rfmax~ ε參SfiZS^g , ···(算式 1)
α α式中使用的記號如下。Pmax 最大輸出(功率的最大值)σ 駐極體的表面電荷密度η:對置電極32的個(gè)數(shù)d:駐極體的厚度S 基電極27和對置電極32的重合最大面積f:振動頻率g 對置電極32和駐極體28的間隙(電極間的間隙)ε 駐極體觀的比介電常數(shù)ε Q:空氣的介電常數(shù)在本實(shí)施方式的能量變換元件21中，如上所述，由于可增大在電荷注入時(shí)注入到駐極體觀的電荷量(表面電荷密度σ)，因而從上述算式1可知，可增大能量變換元件21 的輸出，可提高發(fā)電效率。(絕緣覆膜的作用)在本實(shí)施方式的能量變換元件21中，如上所述，可增大駐極體觀的電荷量，然而當(dāng)駐極體觀的電荷量增加時(shí)，相應(yīng)地在對置電極32和基電極27之間容易產(chǎn)生放電。當(dāng)產(chǎn)生放電時(shí)，駐極體觀的電荷溜出，電荷量減少。為了防止放電，可以增大電極間的間隙g，然而當(dāng)電極間的間隙g增大時(shí)，發(fā)電效率下降。因此，在現(xiàn)有例中，使用由聚對二甲基苯構(gòu)成的防濕膜來防止放電。
與此相對，在本實(shí)施方式中，由于在固定基板22和可動基板23中的至少一方上形成由S^2等絕緣性無機(jī)材料、或聚酰亞胺、BCB樹脂、SiLK樹脂等絕緣性高分子材料構(gòu)成的絕緣覆膜31、33，因而可比聚對二甲基苯膜提高絕緣耐壓，可提高能量變換元件21的可靠性。下表1示出Si02、BCB樹脂、SiLK樹脂、聚酰亞胺、C型的聚對二甲基苯、N型的聚對二甲基苯、空氣和SF6的每單位厚度的絕緣耐壓。[表1]
權(quán)利要求
1.一種能量變換元件，其特征在于，該能量變換元件具有隔開預(yù)定間隔對置、且能彼此相對移動的第1基板和第2基板， 在所述第1基板和所述第2基板的彼此對置的面上分別形成有至少一個(gè)導(dǎo)電性部件， 所述導(dǎo)電性部件均具有多個(gè)電極和電極焊盤，在所述導(dǎo)電性部件中的至少一個(gè)導(dǎo)電性部件上，對應(yīng)于各電極形成有駐極體， 所述駐極體覆蓋各電極的表面中的固定在任一基板上的面的相反面，并以5μπι以上的覆蓋厚度覆蓋各電極的外周面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量變換元件，其特征在于，形成有所述駐極體的電極的外周面被駐極體以10 μ m以上的覆蓋厚度覆蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量變換元件，其特征在于，所述第1基板和所述第2基板中的至少一個(gè)基板具有相互平行地凹進(jìn)設(shè)置的多個(gè)槽，在該槽內(nèi)配設(shè)所述電極，在該槽內(nèi)埋設(shè)所述駐極體并由駐極體覆蓋所述槽內(nèi)的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量變換元件，其特征在于，所述槽的垂直于其長度方向的截面是內(nèi)角部彎曲的矩形形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量變換元件，其特征在于，所述槽的垂直于其長度方向的截面是開口部的寬度比底面的寬度寬的梯形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量變換元件，其特征在于，所述槽的垂直于其長度方向的截面是在開口側(cè)變寬的三角形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量變換元件，其特征在于，具有所述槽的基板由玻璃基板、半導(dǎo)體基板或者樹脂基板構(gòu)成， 所述槽是在該基板上通過干式蝕刻來凹進(jìn)設(shè)置的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量變換元件，其特征在于， 具有所述槽的基板或者該基板的一部分由樹脂材料形成，所述槽是在使所述樹脂材料成形時(shí)使用轉(zhuǎn)印技術(shù)來凹進(jìn)設(shè)置的。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量變換元件，其特征在于， 具有所述槽的基板由Si基板構(gòu)成，所述槽是在該基板上使用各向異性蝕刻來凹進(jìn)設(shè)置的， 在所述槽的表面形成有由Si02、SiN或者SiON構(gòu)成的絕緣膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量變換元件，其特征在于，在所述第1基板和所述第2基板中的至少一個(gè)基板的對置面上，所述導(dǎo)電性部件的除了形成有所述電極焊盤的區(qū)域以外的區(qū)域全體被絕緣覆膜覆蓋。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量變換元件，其特征在于，僅未被所述駐極體覆蓋的電極被絕緣覆膜覆蓋。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量變換元件，其特征在于， 在相鄰的所述駐極體間設(shè)有保護(hù)電極，在所述第1基板和所述第2基板中的至少一個(gè)基板中，僅未被所述駐極體覆蓋的電極和所述保護(hù)電極被絕緣覆膜覆蓋。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項(xiàng)所述的能量變換元件，其特征在于，所述絕緣覆膜由絕緣性高分子材料構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項(xiàng)所述的能量變換元件，其特征在于，所述絕緣覆膜由Si02、SiN、SrTiO3> SiON、TiO2等絕緣性無機(jī)材料構(gòu)成。
全文摘要
在固定基板(22)的上表面平行排列有呈長方形形狀的多個(gè)基電極(27)，在各基電極(27)上方分別形成有駐極體(28)。駐極體(28)的寬度比基電極(27)的寬度寬，駐極體(28)覆蓋基電極(27)的露出面。與固定基板(22)的設(shè)有駐極體(28)等的面對置地平行配置有可動基板(23)，可動基板(23)能相對于固定基板(22)移動。在可動基板(23)的對置面上，與基電極(27)對置地分別形成長方形形狀的對置電極(32)。
文檔編號H01G7/02GK102246407SQ20098014918
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者櫻井顯治, 正木達(dá)章, 鈴木雄二 申請人:歐姆龍株式會社