スイッチング素子、スイッチ回路、モータおよび発電装置

【課題】電源を用いることなく、かつ、摩擦により磨耗するなどの接触式のスイッチ構造の不都合を抑制することが可能なスイッチング素子を提供する。
【解決手段】このスイッチング素子１０は、ｐチャネルトランジスタ４と、ｐチャネルトランジスタ４に対して相対的に移動可能なように設けられ、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材９とを備えている。そして、エレクトレット部材９のｐチャネルトランジスタ４に対する相対的な位置により、静電誘導を用いてｐチャネルトランジスタ４のオン状態およびオフ状態を制御する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子、スイッチ回路、モータおよび発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータなどにおいて駆動電流を切り替えるための非接触式のスイッチ回路が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、固定子にホール素子を取り付けるとともに、可動子に永久磁石を取り付け、永久磁石の回転位置をホール素子により検知することによって、巻線に流す電流を切り替える非接触式の電流源トランジスタ（スイッチング素子）を含むスイッチ回路が開示されている。
【０００４】
しかし、この特許文献１によるスイッチ回路では、ホール素子を動作させるための電源が必要であるという不都合がある。
【０００５】
そこで、従来、モータなどにおいて電源を用いることなく巻線への電流を切り替える接触式のスイッチ構造が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
上記特許文献２には、回転子に形成された３つの整流子片と、ハウジング（固定子）に形成され、３つの整流子片のうち２つの整流子片と接触する一対のブラシとにより構成されるスイッチ構造（スイッチング素子）が開示されている。この特許文献１に開示されたスイッチ構造では、回転子が回転することにより、一対のブラシと接触する２つの整流子片が順に切り替わるように構成されており、ブラシが接触する整流子片を切り替えるための電源が不要である。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１２１５１０号公報
【特許文献２】特開平７−１３５７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に開示された従来の接触式のスイッチ構造では、ブラシと整流子片とが接触することに起因して、ブラシと整流子片とが摩擦により磨耗するという問題点がある。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電源を用いることなく、かつ、摩擦により磨耗するなどの接触式のスイッチ構造の不都合を抑制することが可能なスイッチング素子、このスイッチング素子を用いたスイッチ回路、モータおよび発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるスイッチング素子は、トランジスタと、トランジスタに対して相対的に移動可能なように設けられ、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを備え、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御する。
【００１１】
この発明の第１の局面によるスイッチング素子では、上記のように、トランジスタに対して相対的に移動可能なように、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材を設けるとともに、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、トランジスタとエレクトレット部材とを接触させることなく、エレクトレット部材をトランジスタに対して相対的に移動させることにより、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触でトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができるので、トランジスタとエレクトレット部材とが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。また、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００１２】
上記第１の局面によるスイッチング素子において、好ましくは、トランジスタは、第１導電型のチャネル領域を挟むように所定の間隔を隔てて形成された一対のソース／ドレイン領域を含み、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて第１導電型のチャネル領域を第２導電型に反転させるか否かを制御することによって、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御する。このように構成すれば、エレクトレット部材をトランジスタに対して相対的に移動させることにより、静電誘導を用いて、トランジスタのチャネル領域を第１導電型または第２導電型に切り替えることができるので、容易に、非接触かつ電源なしでトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００１３】
この場合において、好ましくは、チャネル領域上には、ゲート電極が形成され、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いてゲート電極を帯電させるか否かを制御することによって、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御する。このように構成すれば、エレクトレット部材をトランジスタに対して相対的に移動させることにより、静電誘導を用いてゲート電極を帯電させるか否かを制御することができるので、容易に、トランジスタのチャネル領域を第１導電型または第２導電型に切り替えることができる。これにより、より容易に、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００１４】
この発明の第２の局面におけるスイッチ回路は、第１トランジスタと、第１トランジスタに対して相対的に移動可能なように設けられ、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを含み、エレクトレット部材の第１トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御するスイッチング素子と、第１トランジスタのオン状態およびオフ状態に応じて、オン状態およびオフ状態が制御される第２トランジスタとを備え、第２トランジスタは、ゲートが第１トランジスタのソース／ドレインの一方に接続されているとともに、ソース／ドレインの一方が第１トランジスタのソース／ドレインの他方に接続されている。
【００１５】
この発明の第２の局面によるスイッチ回路では、上記のように、第１トランジスタに対して相対的に移動可能なように、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材を設けるとともに、エレクトレット部材の第１トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、第１トランジスタとエレクトレット部材とを接触させることなく、エレクトレット部材を第１トランジスタに対して相対的に移動させることにより、静電誘導を用いて第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触で第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができるので、第１トランジスタとエレクトレット部材とが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。また、静電誘導を用いて第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。また、ゲートが第１トランジスタのソース／ドレインの一方に接続されているとともに、ソース／ドレインの一方が第１トランジスタのソース／ドレインの他方に接続されている第２トランジスタを設けることによって、第１トランジスタが弱いオン状態になる時点で、第１トランジスタのソース／ドレインの他方に供給される電圧を第２トランジスタのゲートに供給することができるので、第２トランジスタを強いオン状態またはオフ状態にすることができる。これにより、第１トランジスタが弱いオン状態になる時点で、第２トランジスタにより、スイッチ回路のオン状態およびオフ状態を制御することができる。したがって、エレクトレット部材の電荷による非接触式の静電誘導を用いることにより、スイッチ回路のオン状態およびオフ状態を制御する場合にも、第２トランジスタにより、スイッチ回路のオン状態およびオフ状態の切り替えに必要な時間を短くすることができる。また、第１トランジスタが弱いオン状態になる時点で、第２トランジスタにより、スイッチ回路のオン状態およびオフ状態を制御することができるので、スイッチ回路のオン状態およびオフ状態を切り替える際の、第１トランジスタにおける消費電力を減少させることができる。
【００１６】
この発明の第３の局面におけるモータは、固定子と、回転子と、固定子および回転子のいずれか一方に設けられ、磁界を発生させるためのコイルと、固定子および回転子の他方に設けられた磁石と、コイルに電流を供給するための電源と、電源からコイルに供給される電流を制御するためのスイッチとを備え、スイッチは、コイル側に設けられたトランジスタと、磁石側に設けられ、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを有するとともに、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、スイッチを制御するスイッチング素子を含む。
【００１７】
この発明の第３の局面によるモータでは、上記のように、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置に基づいて、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することにより、スイッチを制御するスイッチング素子を含むスイッチを設けることによって、トランジスタとエレクトレット部材とを接触させることなく、エレクトレット部材をトランジスタに対して相対的に移動させることにより、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触でトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができるので、トランジスタとエレクトレット部材とが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。その結果、モータの信頼性の向上を図ることができる。また、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００１８】
この発明の第４の局面における発電装置は、固定部材と、固定部材に対して移動可能な可動部材と、固定部材および可動部材のいずれか一方に設けられた第１電極および第２電極と、固定部材および可動部材の他方に設けられた第３電極および第４電極と、第１電極と第２電極とが接続される第１の状態と、第１電極と第３電極とが接続されるとともに、第２電極と第４電極とが接続される第２の状態とを切り替えるための切替スイッチとを備え、切替スイッチは、トランジスタと、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを有するとともに、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、切替スイッチを制御するスイッチング素子を含む。
【００１９】
この発明の第４の局面による発電装置では、上記のように、エレクトレット部材のトランジスタに対する相対的な位置に基づいて、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することにより、切替スイッチを制御するスイッチング素子を含む切替スイッチを設けることによって、トランジスタとエレクトレット部材とを接触させることなく、エレクトレット部材をトランジスタに対して相対的に移動させることにより、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触でトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができるので、トランジスタとエレクトレット部材とが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。その結果、発電装置の信頼性の向上を図ることができる。また、静電誘導を用いてトランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１および図２は、本発明の第１実施形態によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態によるスイッチング素子１０の構造について説明する。なお、第１実施形態において、ｎ型およびｐ型は、それぞれ、本発明の「第１導電型」および「第２導電型」の一例である。
【００２２】
この第１実施形態によるスイッチング素子１０は、図１および図２に示すように、ｎ型シリコン基板１と、ｎ型シリコン基板１に対して相対的に移動可能なように設けられ、電荷を蓄積することが可能なＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材９とにより構成されている。
【００２３】
ここで、第１実施形態では、スイッチング素子１０のｎ型シリコン基板１の表面には、チャネル領域２を挟むように所定の間隔を隔てて、一対のｐ型のソース／ドレイン領域３が形成されている。このチャネル領域２は、距離Ｄ１（図１参照）のチャネル長を有する。また、チャネル領域２と、ソース／ドレイン領域３とによって、ゲート電極を有しないｐチャネルトランジスタ４が構成されている。なお、ｐチャネルトランジスタ４は、本発明の「トランジスタ」の一例である。
【００２４】
また、第１実施形態では、スイッチング素子１０のエレクトレット部材９は、距離Ｄ１と実質的に同じ長さＬ１（図１参照）を有するとともに、ｎ型シリコン基板１の表面に対して所定の間隔を隔てて配置され、かつ、水平方向（図１の矢印Ａ方向および図２の矢印Ｂ方向）に移動可能に設けられている。具体的には、エレクトレット部材９は、ｐチャネルトランジスタ４のチャネル領域２と対向する領域と、チャネル領域２と対向しない領域との間を移動するように構成されている。このエレクトレット部材９には、負電荷が蓄積されている。
【００２５】
また、第１実施形態では、エレクトレット部材９がｐチャネルトランジスタ４のチャネル領域２と対向しない領域に位置する場合には、図１に示すように、チャネル領域２にｐ型の反転層２１（図２参照）が形成されないので、スイッチング素子１０はオフ状態になるように構成されている。その一方、エレクトレット部材９がｐチャネルトランジスタ４のチャネル領域２と対向する領域に位置する場合には、図２に示すように、静電誘導によりチャネル領域２の正電荷の密度が上昇することによってｐ型の反転層２１が形成されるので、スイッチング素子１０はオン状態になるように構成されている。
【００２６】
次に、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態によるスイッチング素子１０のスイッチ動作について説明する。
【００２７】
まず、オフ状態のスイッチング素子１０をオン状態にする場合には、図１に示すように、ｐチャネルトランジスタ４のチャネル領域２と対向しない領域に位置するエレクトレット部材９を、チャネル領域２と対向する領域まで矢印Ａ方向に移動させる。これにより、図２に示すように、静電誘導によりチャネル領域２の正電荷の密度が上昇するので、ｐ型の反転層２１が形成される。その結果、スイッチング素子１０がオン状態になる。
【００２８】
その一方、オン状態のスイッチング素子１０をオフ状態にする場合には、図２に示すように、ｐチャネルトランジスタ４のチャネル領域２と対向する領域に位置するエレクトレット部材９を、チャネル領域２と対向しない領域まで矢印Ｂ方向に移動させる。これにより、図１に示すように、チャネル領域２の正電荷の密度が低下するので、ｐ型の反転層２１（図２参照）が形成されない。その結果、スイッチング素子１０がオフ状態になる。
【００２９】
第１実施形態では、上記のように、エレクトレット部材９を、ｎ型シリコン基板１の表面に対して所定の間隔を隔てた状態で、ｐチャネルトランジスタ４に対して矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向に移動させることにより、静電誘導を用いてスイッチング素子１０（ｐチャネルトランジスタ４）のオン状態およびオフ状態を制御することによって、ｐチャネルトランジスタ４とエレクトレット部材９とを接触させることなく、スイッチング素子１０（ｐチャネルトランジスタ４）のオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触でｐチャネルトランジスタ４のオン状態およびオフ状態を制御することができるので、ｐチャネルトランジスタ４とエレクトレット部材９とが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。また、静電誘導を用いてｐチャネルトランジスタ４のオン状態およびオフ状態を制御することによって、ｐチャネルトランジスタ４のオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、ｐチャネルトランジスタ４のオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００３０】
図３および図４は、本発明の第１実施形態の第１変形例によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。図３および図４を参照して、この第１実施形態の第１変形例では、上記第１実施形態と異なり、ｎ型シリコン基板１の上面にゲート電極６が形成されたスイッチング素子１０ａの構造について説明する。
【００３１】
この第１実施形態の第１変形例によるスイッチング素子１０ａは、図３および図４に示すように、チャネル領域２上には、ゲート絶縁膜５を介してゲート電極６が形成されている。また、チャネル領域２、ソース／ドレイン領域３、ゲート絶縁膜５およびゲート電極６によって、ｐチャネルトランジスタ４ａが構成されている。なお、ｐチャネルトランジスタ４ａは、本発明の「トランジスタ」の一例である。
【００３２】
また、第１実施形態の第１変形例では、エレクトレット部材９がｐチャネルトランジスタ４ａのゲート電極６と対向しない領域に位置する場合には、図３に示すように、チャネル領域２にｐ型の反転層２１ａ（図４参照）が形成されないので、スイッチング素子１０ａはオフ状態になるように構成されている。その一方、エレクトレット部材９がｐチャネルトランジスタ４ａのゲート電極６と対向する領域に位置する場合には、図４に示すように、静電誘導により、ゲート電極６のエレクトレット部材９側の正電荷の密度が上昇するとともに、ゲート電極６のｎ型シリコン基板１側の負電荷の密度が上昇し、かつ、チャネル領域２の正電荷の密度が上昇することによって、チャネル領域２にｐ型の反転層２１ａが形成されるので、スイッチング素子１０ａはオン状態になるように構成されている。
【００３３】
なお、第１実施形態の第１変形例のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００３４】
また、第１実施形態の第１変形例の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００３５】
図５および図６は、本発明の第１実施形態の第２変形例によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。図５および図６を参照して、この第１実施形態の第２変形例では、上記第１実施形態の第１変形例と異なり、ゲート電極６に接続される電極８が設けられるとともに、チャネル長の距離Ｄ１よりも大きい長さＬ２を有するエレクトレット部材９ａが設けられたスイッチング素子１０ｂの構造について説明する。
【００３６】
この第１実施形態の第２変形例によるスイッチング素子１０ｂは、図５および図６に示すように、ｐチャネルトランジスタ４ｂのゲート電極６には、配線７を介してチャネル長の距離Ｄ１よりも大きい長さＬ３を有する導電性材料からなる電極８が接続されている。なお、ｐチャネルトランジスタ４ｂは、本発明の「トランジスタ」の一例である。
【００３７】
また、第１実施形態の第２変形例では、スイッチング素子１０ｂのＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材９ａは、電極８の長さＬ３と実質的に同じ長さＬ２を有するとともに、電極８の上面に対して所定の間隔を隔てて配置され、かつ、水平方向（矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向）に移動可能に設けられている。具体的には、エレクトレット部材９ａは、電極８と対向する領域と、電極８と対向しない領域との間を移動するように構成されている。このエレクトレット部材９ａには、負電荷が蓄積されている。
【００３８】
また、第１実施形態の第２変形例では、エレクトレット部材９ａが電極８と対向しない領域に位置する場合には、図５に示すように、チャネル領域２にｐ型の反転層２１ｂ（図６参照）が形成されないので、スイッチング素子１０ｂはオフ状態になるように構成されている。その一方、エレクトレット部材９ａが電極８と対向する領域に位置する場合には、図６に示すように、静電誘導により、電極８のエレクトレット部材９ａ側の正電荷の密度が上昇するとともに、ゲート電極６のｎ型シリコン基板１側の負電荷の密度が上昇し、かつ、チャネル領域２の正電荷の密度が上昇することによって、チャネル領域２にｐ型の反転層２１ｂが形成されるので、スイッチング素子１０ｂはオン状態になるように構成されている。
【００３９】
なお、第１実施形態の第２変形例のその他の構造は、上記第１実施形態の第１変形例と同様である。
【００４０】
第１実施形態の第２変形例では、上記のように、チャネル長の距離Ｄ１よりも大きい長さＬ３を有する電極８を設けるとともに、長さＬ３と実質的に同じ長さＬ２を有するエレクトレット部材９ａを設けることによって、第１変形例のエレクトレット部材９と第２変形例のエレクトレット部材９ａとの電荷密度が同じ場合にも、スイッチング素子１０ｂをオン状態にする際に、チャネル領域２の正電荷の密度をより高くすることができるので、第２変形例のｐチャネルトランジスタ４ｂを第１変形例のｐチャネルトランジスタ４ａに比べて強いオン状態にすることができる。その結果、ｐチャネルトランジスタ４ｂがオン状態のときの抵抗が増大するのを抑制することができる。
【００４１】
なお、第１実施形態の第２変形例のその他の効果は、上記第１実施形態の第１変形例と同様である。
【００４２】
（第２実施形態）
図７および図８は、本発明の第２実施形態によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。図７および図８を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、負電荷が蓄積されたエレクトレット部材９ｂおよび正電荷が蓄積されたエレクトレット部材９ｃが設けられたスイッチング素子１０ｃの構造について説明する。なお、第２実施形態において、ｎ型およびｐ型は、それぞれ、本発明の「第１導電型」および「第２導電型」の一例である。
【００４３】
この第２実施形態によるスイッチング素子１０ｃは、図７および図８に示すように、ｎ型シリコン基板１と、ｎ型シリコン基板１に対して相対的に移動可能なように設けられ、電荷を蓄積することが可能なＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材９ｂおよび９ｃとにより構成されている。
【００４４】
ここで、第２実施形態では、スイッチング素子１０ｃのｎ型シリコン基板１の表面には、チャネル領域２ａを挟むように所定の間隔を隔てて、一対のｐ型のソース／ドレイン領域３が形成されている。このチャネル領域２ａは、第１実施形態の距離Ｄ１（図１参照）よりも小さい距離Ｄ２（図７参照）のチャネル長を有する。また、チャネル領域２ａと、ソース／ドレイン領域３とによって、ゲート電極を有しないｐチャネルトランジスタ４ｃが構成されている。なお、ｐチャネルトランジスタ４ｃは、本発明の「第１トランジスタ」の一例である。
【００４５】
また、第２実施形態では、スイッチング素子１０ｃのエレクトレット部材９ｂおよび９ｃは、距離Ｄ２と実質的に同じ長さＬ４（図７参照）を有するとともに、ｎ型シリコン基板１の表面に対して所定の間隔を隔てて配置され、かつ、水平方向（図７の矢印Ａ方向および図８の矢印Ｂ方向）に移動可能に一体的に設けられている。具体的には、エレクトレット部材９ｂおよび９ｃは、エレクトレット部材９ｂがｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａと対向する領域と、エレクトレット部材９ｃがｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａと対向する領域との間を移動するように構成されている。このエレクトレット部材９ｂおよび９ｃには、それぞれ、負電荷および正電荷が蓄積されている。
【００４６】
また、第２実施形態では、エレクトレット部材９ｃがｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａと対向する領域に位置する場合には、図７に示すように、静電誘導によりチャネル領域２ａの負電荷の密度が上昇することによってチャネル領域２ａにｐ型の反転層２１ｃ（図８参照）が形成されないので、スイッチング素子１０ｃはオフ状態になるように構成されている。その一方、エレクトレット部材９ｂがｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａと対向する領域に位置する場合には、図８に示すように、静電誘導によりチャネル領域２ａの正電荷の密度が上昇することによってｐ型の反転層２１ｃが形成されるので、スイッチング素子１０ｃはオン状態になるように構成されている。
【００４７】
次に、図７および図８を参照して、本発明の第２実施形態によるスイッチング素子１０ｃのスイッチ動作について説明する。
【００４８】
まず、オフ状態のスイッチング素子１０ｃをオン状態にする場合には、図７に示すように、ｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａと対向しない領域に位置するエレクトレット部材９ｂを、チャネル領域２ａと対向する領域まで矢印Ａ方向に移動させる。これにより、図８に示すように、静電誘導によりチャネル領域２ａの正電荷の密度が上昇するので、ｐ型の反転層２１ｃが形成される。その結果、スイッチング素子１０ｃがオン状態になる。
【００４９】
その一方、オン状態のスイッチング素子１０ｃをオフ状態にする場合には、図８に示すように、ｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａと対向しない領域に位置するエレクトレット部材９ｃを、チャネル領域２ａと対向する領域まで矢印Ｂ方向に移動させる。これにより、図７に示すように、静電誘導によりチャネル領域２ａの負電荷の密度が上昇するので、ｐ型の反転層２１が形成されない。その結果、スイッチング素子１０ｃがオフ状態になる。
【００５０】
第２実施形態では、上記のように、スイッチング素子１０ｃがオフ状態の場合に、ｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａと対向する領域に位置するとともに、正電荷を蓄積するエレクトレット部材９ｃを設けることによって、スイッチング素子１０ｃがオフ状態の場合に、ｐチャネルトランジスタ４ｃのチャネル領域２ａの負電荷の密度を上昇させることができるので、スイッチング素子１０ｃがオフ状態の場合に、チャネル領域２ａにｐ型の反転層２１ｃが形成されるのを抑制することができる。これにより、チャネル長の距離Ｄ２を短くすることができるので、ｐチャネルトランジスタ４ｃがオン状態のときの抵抗を低下させることができる。
【００５１】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５２】
（第３実施形態）
図９および図１０は、本発明の第３実施形態によるスイッチ回路の構成を示した概略図である。図９および図１０を参照して、本発明の第３実施形態によるスイッチ回路３０の構成について説明する。
【００５３】
この第３実施形態によるスイッチ回路３０は、図９および図１０に示すように、一方端が負荷４０の一方端に接続されているとともに、他方端が接地されている。また、負荷４０の他方端には、電源４１の正極側が接続されているとともに、電源４１の負極側は、接地されている。
【００５４】
ここで、第３実施形態によるスイッチ回路３０は、ｐチャネルトランジスタ３１と、ｎチャネルトランジスタ３２および３３と、ｐチャネルトランジスタ３１のゲートに接続された電極３４ａと、ｎチャネルトランジスタ３２のゲートに接続された電極３４ｂと、電荷を蓄積することが可能なＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材３５とにより構成されている。また、ｐチャネルトランジスタ３１とエレクトレット部材３５とによりスイッチング素子３６が構成されているとともに、ｎチャネルトランジスタ３２とエレクトレット部材３５とによりスイッチング素子３７が構成されている。なお、ｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２は、本発明の「第１トランジスタ」の一例であり、ｎチャネルトランジスタ３３は、本発明の「第２トランジスタ」の一例である。
【００５５】
また、第３実施形態では、スイッチ回路３０のｐチャネルトランジスタ３１は、ソースが負荷４０の一方端に接続されているとともに、ドレインがノードＮ１に接続されている。ｎチャネルトランジスタ３２は、ドレインがノードＮ１に接続されているとともに、ソースが接地されている。ｎチャネルトランジスタ３３は、ドレインが負荷４０の一方端に接続されているとともに、ソースが接地されている。また、ｎチャネルトランジスタ３３のゲートは、ノードＮ１に接続されている。
【００５６】
また、第３実施形態では、エレクトレット部材３５は、電極３４ａおよび３４ｂに対して所定の間隔を隔てて配置され、かつ、水平方向（図９の矢印Ｃ方向および図１０の矢印Ｄ方向）に移動可能に設けられている。具体的には、エレクトレット部材３５は、電極３４ａおよび３４ｂと対向する領域と、電極３４ａおよび３４ｂと対向しない領域との間を移動するように構成されている。このエレクトレット部材３５には、負電荷が蓄積されている。
【００５７】
また、第３実施形態では、エレクトレット部材３５が電極３４ａおよび３４ｂと対向しない領域に位置する場合には、図９に示すように、静電誘導により電極３４ａおよび３４ｂの正電荷の密度が上昇しないことによって、ｐチャネルトランジスタ３１がオフ状態になるとともに、ｎチャネルトランジスタ３２がオン状態になるので、ノードＮ１（ｎチャネルトランジスタ３３のゲート）に接地電位が供給されるように構成されている。これにより、エレクトレット部材３５が電極３４ａおよび３４ｂと対向しない領域に位置することにより、ｎチャネルトランジスタ３２が弱いオン状態の場合にも、ｎチャネルトランジスタ３３がオフ状態になるように構成されている。その一方、エレクトレット部材３５が電極３４ａおよび３４ｂと対向する領域に位置する場合には、図１０に示すように、静電誘導により電極３４ａおよび３４ｂの正電荷の密度が上昇することに起因して、ｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２のゲートの電位が低下することによって、ｐチャネルトランジスタ３１がオン状態になるとともに、ｎチャネルトランジスタ３２がオフ状態になるので、ノードＮ１（ｎチャネルトランジスタ３３のゲート）に電源４１から電源電位が供給されるように構成されている。これにより、エレクトレット部材３５が電極３４ａおよび３４ｂと対向する領域に位置することにより、ｐチャネルトランジスタ３１が弱いオン状態の場合にも、ｎチャネルトランジスタ３３が強いオン状態になるように構成されている。
【００５８】
次に、図９および図１０を参照して、本発明の第３実施形態によるスイッチ回路３０のスイッチ動作について説明する。
【００５９】
まず、オフ状態のスイッチ回路３０をオン状態にして負荷４０に電流を供給する場合には、図９に示すように、電極３４ａおよび３４ｂと対向しない領域に位置するエレクトレット部材３５を、電極３４ａおよび３４ｂと対向する領域まで矢印Ｃ方向に移動させる。これにより、図１０に示すように、静電誘導により、電極３４ａおよび３４ｂの正電荷の密度が上昇するので、ｐチャネルトランジスタ３１がオン状態になるとともに、ｎチャネルトランジスタ３２がオフ状態になる。このとき、ノードＮ１（ｎチャネルトランジスタ３３のゲート）に電源４１から電源電位が供給されるので、ｐチャネルトランジスタ３１が弱いオン状態になった時点で、ｎチャネルトランジスタ３３が強いオン状態になる。したがって、電源４１から供給された電流は、負荷４０およびスイッチ回路３０のｎチャネルトランジスタ３３を介して流れる。
【００６０】
その一方、オン状態のスイッチ回路３０をオフ状態にして負荷４０に電流を供給するのを止める場合には、図１０に示すように、電極ａおよび３４ｂと対向する領域に位置するエレクトレット部材３５を、電極３４ａおよび３４ｂと対向しない領域まで矢印Ｄ方向に移動させる。これにより、図９に示すように、ｐチャネルトランジスタ３１がオフ状態になるとともに、ｎチャネルトランジスタ３２がオン状態になる。このとき、ノードＮ１（ｎチャネルトランジスタ３３のゲート）に接地電位が供給されるので、ｎチャネルトランジスタ３２が弱いオン状態になった時点で、ｎチャネルトランジスタ３３がオフ状態になる。したがって、電源４１から供給された電流は、負荷４０およびスイッチ回路３０を介して流れない。
【００６１】
第３実施形態では、上記のように、エレクトレット部材３５を、電極３４ａおよび３４ｂに対して所定の間隔を隔てた状態で、電極３４ａおよび３４ｂに対して矢印Ｃ方向または矢印Ｄ方向に移動させることにより、静電誘導を用いてｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２のオン状態およびオフ状態を制御することによって、ｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２とエレクトレット部材３５とを接触させることなく、ｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２のオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触でｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２のオン状態およびオフ状態を制御することができるので、ｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２とエレクトレット部材３５とが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。また、静電誘導を用いてｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２のオン状態およびオフ状態を制御することによって、ｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２のオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、ｐチャネルトランジスタ３１およびｎチャネルトランジスタ３２のオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００６２】
また、第３実施形態では、ゲートがｐチャネルトランジスタ３１のドレインおよびｎチャネルトランジスタ３２のドレインに接続されているｎチャネルトランジスタ３３を設けることによって、スイッチ回路３０をオン状態にする際に、ｐチャネルトランジスタ３１が弱いオン状態になる時点で、ｐチャネルトランジスタ３１に供給される電源電位をｎチャネルトランジスタ３３のゲートに供給することができるので、ｎチャネルトランジスタ３３を強いオン状態にすることができる。また、スイッチ回路３０をオフ状態にする際に、ｎチャネルトランジスタ３２が弱いオン状態になる時点で、ｎチャネルトランジスタ３２に供給される接地電位をｎチャネルトランジスタ３３のゲートに供給することができるので、ｎチャネルトランジスタ３３をオフ状態にすることができる。したがって、エレクトレット部材３５の負電荷による非接触式の静電誘導を用いることにより、スイッチ回路３０のオン状態およびオフ状態を制御する場合にも、ｎチャネルトランジスタ３３により、スイッチ回路３０のオン状態およびオフ状態の切り替えに必要な時間を短くすることができる。また、ｐチャネルトランジスタ３１が弱いオン状態になる時点で、ｎチャネルトランジスタ３３により、スイッチ回路３０をオン状態にすることができるので、スイッチ回路３０をオン状態にする際の、ｐチャネルトランジスタ３１における消費電力を減少させることができるとともに、ｎチャネルトランジスタ３２が弱いオン状態になる時点で、ｎチャネルトランジスタ３３により、スイッチ回路３０をオフ状態にすることができるので、スイッチ回路３０をオフ状態にする際の、ｎチャネルトランジスタ３２における消費電力を減少させることができる。
【００６３】
（第４実施形態）
図１１〜図１６は、本発明の第４実施形態によるモータの構造を説明するための概略図である。図１１〜図１６を参照して、本発明の第４実施形態によるモータ５０の構造について説明する。
【００６４】
この第４実施形態によるモータ５０は、図１１および図１４に示すように、固定子６０と、固定子６０に対して回転可能に設けられた回転子７０とを備えている。
【００６５】
ここで、第４実施形態では、固定子６０は、磁界を発生させるためのコイル６１および６２と、コイル６１および６２に電流を供給するための電源６３と、電源６３からコイル６１に供給される電流を制御するためのスイッチ８０を構成する回路部６４と、電源６３からコイル６２に供給される電流を制御するためのスイッチ８１を構成する回路部６５とを含んでいる。このコイル６１および６２の内部には、それぞれ、鉄心６１ａおよび６２ａが配置されている。また、コイル６１および６２は、回転子７０を挟むように設けられている。
【００６６】
また、第４実施形態では、回転子７０は、永久磁石７１と、電極７２および７３と、電極７２の外周に沿ってに設けられたエレクトレット部材７４ａおよび７４ｂと、電極７３の外周に沿ってに設けられたエレクトレット部材７５ａおよび７５ｂとを含んでいる。このエレクトレット部材７４ａ、７４ｂ、７５ａおよび７５ｂは、ＳｉＯ_２からなる。また、電極７２は、永久磁石７１のＮ極側に設けられているとともに、電極７３は、永久磁石７１のＳ極側に設けられている。また、電極７２および７３は、平面的に見て円弧形状を有するとともに、図１１および図１４において紙面と垂直方向（矢印Ｅ方向および矢印Ｆ方向）に延びるように形成されている。また、Ｎ極側の電極７２には、図１２に示すように、矢印Ｅ方向側に負電荷が蓄積されているエレクトレット部材７４ａが設けられているとともに、矢印Ｆ方向側に正電荷が蓄積されているエレクトレット部材７４ｂが設けられている。また、Ｓ極側の電極７３には、図１３に示すように、矢印Ｅ方向側に正電荷が蓄積されているエレクトレット部材７５ａが設けられているとともに、矢印Ｆ方向側に負電荷が蓄積されているエレクトレット部材７５ｂが設けられている。また、エレクトレット部材７４ａ、７４ｂ、７５ａおよび７５ｂと回路部６４とによりスイッチ８０が構成されているとともに、エレクトレット部材７４ａ、７４ｂ、７５ａおよび７５ｂと回路部６５とによりスイッチ８１が構成されている。
【００６７】
ここで、第４実施形態では、固定子６０の回路部６４は、図１２および図１５に示すように、接地されている電源６３に接続されているとともに、コイル６１に接続されている。この回路部６４は、４つのｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄと、ｐチャネルトランジスタ６４ａおよび６４ｂのゲートに接続された電極６４ｅと、ｐチャネルトランジスタ６４ｃおよび６４ｄのゲートに接続された電極６４ｆとを含んでいる。また、電極６４ｅは、回転するエレクトレット部材７４ａおよび７５ａと対向するように配置されているとともに、電極６４ｆは、回転するエレクトレット部材７４ｂおよび７５ｂと対向するように配置されている。また、エレクトレット部材７４ａおよび７５ａとｐチャネルトランジスタ６４ａとによりスイッチング素子８２が構成されているとともに、エレクトレット部材７４ａおよび７５ａとｐチャネルトランジスタ６４ｂとによりスイッチング素子８３が構成されている。また、エレクトレット部材７４ｂおよび７５ｂとｐチャネルトランジスタ６４ｃとによりスイッチング素子８４が構成されているとともに、エレクトレット部材７４ｂおよび７５ｂとｐチャネルトランジスタ６４ｄとによりスイッチング素子８５が構成されている。なお、ｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄは、本発明の「トランジスタ」の一例である。
【００６８】
また、第４実施形態では、回路部６４のｐチャネルトランジスタ６４ａは、ソースが電源６３に接続されているとともに、ドレインがノードＮ２に接続されている。また、ｐチャネルトランジスタ６４ｂは、ソースがノードＮ３に接続されているとともに、ドレインが接地されている。また、ｐチャネルトランジスタ６４ｃは、ソースが電源６３に接続されているとともに、ドレインがノードＮ３に接続されている。また、ｐチャネルトランジスタ６４ｄは、ソースがノードＮ２に接続されているとともに、ドレインが接地されている。また、コイル６１は、一方端６１ｂがノードＮ２に接続されているとともに、他方端６１ｃがノードＮ３に接続されている。なお、電極７２および７３は、接地されている。
【００６９】
また、第４実施形態では、図１１および図１２に示すように、Ｎ極側の電極７２が回路部６４と対向する領域に位置する場合には、Ｎ極側の電極７２に設けられたエレクトレット部材７４ａが電極６４ｅと対向する領域に位置するとともに、Ｎ極側の電極７２に設けられたエレクトレット部材７４ｂが電極６４ｆと対向する領域に位置するように構成されている。これにより、Ｎ極側の電極７２が回路部６４と対向する領域に位置する場合には、静電誘導により、電極６４ｅの正電荷の濃度が上昇するとともに、電極６４ｆの負電荷の濃度が上昇するので、ｐチャネルトランジスタ６４ａおよび６４ｂがオン状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６４ｃおよび６４ｄがオフ状態になるように構成されている。したがって、Ｎ極側の電極７２が回路部６４と対向する領域に位置する場合には、コイル６１の一方端６１ｂから他方端６１ｃに電流が流れるので、コイル６１には矢印Ｇ方向（図１１参照）の磁界が発生するように構成されている。
【００７０】
また、第４実施形態では、図１４および図１５に示すように、Ｓ極側の電極７３が回路部６４と対向する領域に位置する場合には、Ｓ極側の電極７３に設けられたエレクトレット部材７５ａが電極６４ｅと対向する領域に位置するとともに、Ｓ極側の電極７３に設けられたエレクトレット部材７５ｂが電極６４ｆと対向する領域に位置するように構成されている。これにより、Ｓ極側の電極７３が回路部６４と対向する領域に位置する場合には、静電誘導により、電極６４ｅの負電荷の濃度が上昇するとともに、電極６４ｆの正電荷の濃度が上昇するので、ｐチャネルトランジスタ６４ａおよび６４ｂがオフ状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６４ｃおよび６４ｄがオン状態になるように構成されている。したがって、Ｓ極側の電極７３が回路部６４と対向する領域に位置する場合には、コイル６１の他方端６１ｃから一方端６１ｂに電流が流れるので、コイル６１には矢印Ｈ方向（図１４参照）の磁界が発生するように構成されている。
【００７１】
また、第４実施形態では、固定子６０の回路部６５は、図１３および図１６に示すように、接地されている電源６３に接続されているとともに、コイル６２に接続されている。この回路部６５は、４つのｐチャネルトランジスタ６５ａ〜６５ｄと、ｐチャネルトランジスタ６５ａおよび６５ｂのゲートに接続された電極６５ｅと、ｐチャネルトランジスタ６５ｃおよび６５ｄのゲートに接続された電極６５ｆとを含んでいる。また、電極６５ｅは、回転するエレクトレット部材７５ａおよび７４ａと対向するように配置されているとともに、電極６５ｆは、回転するエレクトレット部材７５ｂおよび７４ｂと対向するように配置されている。また、エレクトレット部材７５ａおよび７４ａとｐチャネルトランジスタ６５ａとによりスイッチング素子８６が構成されているとともに、エレクトレット部材７５ａおよび７４ａとｐチャネルトランジスタ６５ｂとによりスイッチング素子８７が構成されている。また、エレクトレット部材７５ｂおよび７４ｂとｐチャネルトランジスタ６５ｃとによりスイッチング素子８８が構成されているとともに、エレクトレット部材７５ｂおよび７４ｂとｐチャネルトランジスタ６５ｄとによりスイッチング素子８９が構成されている。なお、ｐチャネルトランジスタ６５ａ〜６５ｄは、本発明の「トランジスタ」の一例である。
【００７２】
また、第４実施形態では、回路部６５のｐチャネルトランジスタ６５ａは、ソースが電源６３に接続されているとともに、ドレインがノードＮ４に接続されている。また、ｐチャネルトランジスタ６５ｂは、ソースがノードＮ５に接続されているとともに、ドレインが接地されている。また、ｐチャネルトランジスタ６５ｃは、ソースが電源６３に接続されているとともに、ドレインがノードＮ５に接続されている。また、ｐチャネルトランジスタ６５ｄは、ソースがノードＮ４に接続されているとともに、ドレインが接地されている。また、コイル６２は、一方端６２ｂがノードＮ５に接続されているとともに、他方端６２ｃがノードＮ４に接続されている。
【００７３】
また、第４実施形態では、図１１および図１３に示すように、Ｓ極側の電極７３が回路部６５と対向する領域に位置する場合には、Ｓ極側の電極７３に設けられたエレクトレット部材７５ａが電極６５ｅと対向する領域に位置するとともに、Ｓ極側の電極７３に設けられたエレクトレット部材７５ｂが電極６５ｆと対向する領域に位置するように構成されている。これにより、Ｓ極側の電極７３が回路部６５と対向する領域に位置する場合には、静電誘導により、電極６５ｅの負電荷の濃度が上昇するとともに、電極６５ｆの正電荷の濃度が上昇するので、ｐチャネルトランジスタ６５ａおよび６５ｂがオフ状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６５ｃおよび６５ｄがオン状態になるように構成されている。したがって、Ｓ極側の電極７３が回路部６５と対向する領域に位置する場合には、コイル６２の一方端６２ｂから他方端６２ｃに電流が流れるので、コイル６２には矢印Ｇ方向（図１１参照）の磁界が発生するように構成されている。
【００７４】
また、第４実施形態では、図１４および図１６に示すように、Ｎ極側の電極７２が回路部６５と対向する領域に位置する場合には、Ｎ極側の電極７２に設けられたエレクトレット部材７４ａが電極６５ｅと対向する領域に位置するとともに、Ｎ極側の電極７２に設けられたエレクトレット部材７４ｂが電極６５ｆと対向する領域に位置するように構成されている。これにより、Ｎ極側の電極７２が回路部６５と対向する領域に位置する場合には、静電誘導により、電極６５ｅの正電荷の濃度が上昇するとともに、電極６５ｆの負電荷の濃度が上昇するので、ｐチャネルトランジスタ６５ａおよび６５ｂがオン状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６５ｃおよび６５ｄがオフ状態になるように構成されている。したがって、Ｎ極側の電極７２が回路部６５と対向する領域に位置する場合には、コイル６２の他方端６２ｃから一方端６２ｂに電流が流れるので、コイル６２には矢印Ｈ方向（図１４参照）の磁界が発生するように構成されている。
【００７５】
次に、図１１〜図１６を参照して、本発明の第４実施形態によるモータ５０の駆動動作について説明する。
【００７６】
まず、図１１に示すように、永久磁石７１のＮ極側の電極７２が回路部６４と対向する領域に位置するとともに、永久磁石７１のＳ極側の電極７３が回路部６５と対向する領域に位置するときには、回路部６４では、図１２に示すように、ｐチャネルトランジスタ６４ａおよび６４ｂがオン状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６４ｃおよび６４ｄがオフ状態になる。これにより、コイル６１の一方端６１ｂから他方端６１ｃに電流が流れるので、コイル６１には矢印Ｇ方向（図１１参照）の磁界が発生する。その一方、回路部６５では、図１３に示すように、ｐチャネルトランジスタ６５ａおよび６５ｂがオフ状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６５ｃおよび６５ｄがオン状態になる。これにより、コイル６２の一方端６２ｂから他方端６２ｃに電流が流れるので、コイル６２には矢印Ｇ方向（図１１参照）の磁界が発生する。したがって、コイル６１により、永久磁石７１のＮ極がＫ方向（図１１参照）に回転する力を受けるとともに、コイル６２により、永久磁石７１のＳ極がＫ方向に回転する力を受けるので、永久磁石７１が設けられた回転子７０がＫ方向に回転する。これにより、永久磁石７１のＳ極側の電極７３が回路部６４と対向する領域まで移動するとともに、永久磁石７１のＮ極側の電極７２が回路部６５と対向する領域まで移動する。
【００７７】
次に、図１４に示すように、永久磁石７１のＳ極側の電極７３が回路部６４と対向する領域に位置するとともに、永久磁石７１のＮ極側の電極７２が回路部６５と対向する領域に位置するときには、回路部６４では、図１５に示すように、ｐチャネルトランジスタ６４ａおよび６４ｂがオフ状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６４ｃおよび６４ｄがオン状態になる。これにより、コイル６１の他方端６１ｃから一方端６１ｂに電流が流れるので、コイル６１には矢印Ｈ方向（図１４参照）の磁界が発生する。その一方、回路部６５では、図１６に示すように、ｐチャネルトランジスタ６５ａおよび６５ｂがオン状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ６５ｃおよび６５ｄがオフ状態になる。これにより、コイル６２の他方端６２ｃから一方端６２ｂに電流が流れるので、コイル６２には矢印Ｈ方向（図１４参照）の磁界が発生する。したがって、コイル６１により、永久磁石７１のＳ極がＫ方向（図１４参照）に回転する力を受けるとともに、コイル６２により、永久磁石７１のＮ極がＫ方向に回転する力を受けるので、永久磁石７１が設けられた回転子７０がＫ方向に回転する。
【００７８】
その後、上記動作が繰り返し行われることにより、回転子７０がＫ方向に回転する。
【００７９】
第４実施形態では、上記のように、エレクトレット部材７４ａ、７４ｂ、７５ａおよび７５ｂを、回路部６４の電極６４ｅおよび６４ｆと、回路部６５の電極６５ｅおよび６５ｆとに対して所定の間隔を隔てた状態で、固定子６０に対してＫ方向に回転させることにより、静電誘導を用いてスイッチング素子８２〜８９のオン状態およびオフ状態を制御することによって、ｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄおよび６５ａ〜６５ｄとエレクトレット部材７４ａ、７４ｂ、７５ａおよび７５ｂとを接触させることなく、スイッチング素子８２〜８９のオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触でｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄおよび６５ａ〜６５ｄのオン状態およびオフ状態を制御することができるので、ｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄおよび６５ａ〜６５ｄとエレクトレット部材７４ａ、７４ｂ、７５ａおよび７５ｂとが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。その結果、モータ５０の信頼性の向上を図ることができる。また、静電誘導を用いてｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄおよび６５ａ〜６５ｄのオン状態およびオフ状態を制御することによって、ｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄおよび６５ａ〜６５ｄのオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、ｐチャネルトランジスタ６４ａ〜６４ｄおよび６５ａ〜６５ｄのオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００８０】
（第５実施形態）
図１７〜図２１は、本発明の第５実施形態による発電装置の構造を説明するための図である。図１７〜図２１を参照して、本発明の第５実施形態による発電装置１００の構造について説明する。
【００８１】
この第５実施形態による発電装置１００は、図１７および図１９に示すように、固定部材１１０と、固定部材１１０に対して水平方向に平行移動可能な可動部材１２０とを備えている。
【００８２】
ここで、第５実施形態では、固定部材１１０は、所定の領域に回路部１１１と電極Ａとが設けられた基体１１２と、基体１１２と所定の間隔を隔てて設けられるとともに、所定の領域に電極Ｂが設けられた基体１１３とを含んでいる。なお、電極ＡおよびＢは、それぞれ、本発明の「第３電極」および「第４電極」の一例である。
【００８３】
また、第５実施形態では、可動部材１２０は、固定部材１１０の基体１１２および１１３の間に配置されるとともに、矢印Ｉ方向および矢印Ｊ方向に移動可能に設けられている。また、可動部材１２０は、所定の領域に電極Ｃが設けられた基体１２１と、所定の領域に電極Ｄが設けられた基体１２２とを含んでいる。なお、電極ＣおよびＤは、それぞれ、本発明の「第１電極」および「第２電極」の一例である。また、可動部材１２０の基体１２１には、図２１に示すように、回路部１１１側の領域に電極１２２〜１２４が設けられている。また、基体１２１の回路部１１１側の電極１２２上には、正電荷が蓄積されているエレクトレット部材１２５ａと、負電荷が蓄積されているエレクトレット部材１２５ｂとが設けられている。また、基体１２１の回路部１１１側の電極１２３上には、負電荷が蓄積されているエレクトレット部材１２６ａと、正電荷が蓄積されているエレクトレット部材１２６ｂとが設けられている。また、基体１２１の回路部１１１側の電極１２４上には、負電荷が蓄積されているエレクトレット部材１２７ａと、正電荷が蓄積されているエレクトレット部材１２７ｂとが設けられている。これらのエレクトレット部材１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂは、ＳｉＯ_２からなる。また、回路部１１１と、エレクトレット部材１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂとにより切替スイッチ１３０が構成されている。
【００８４】
また、第５実施形態では、図１８および図２０に示すように、回路部１１１は、配線１４０〜１４３を介してそれぞれ電極Ａ〜Ｄに接続されている。また、回路部１１１は、３つのｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃと、ｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃのゲートがそれぞれ接続される電極１１１ｄ〜１１１ｆとを含んでいる。なお、ｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃは、本発明の「トランジスタ」の一例である。また、電極１１１ｄは、エレクトレット部材１２５ａまたは１２５ｂと対向するように配置されている。また、電極１１１ｅは、エレクトレット部材１２６ａまたは１２６ｂと対向するように配置されている。また、電極１１１ｆは、エレクトレット部材１２７ａまたは１２７ｂと対向するように配置されている。また、エレクトレット部材１２５ａおよび１２５ｂと、ｐチャネルトランジスタ１１１ａとによりスイッチング素子１３１が構成されている。また、エレクトレット部材１２６ａおよび１２６ｂと、ｐチャネルトランジスタ１１１ｂとによりスイッチング素子１３２が構成されている。また、エレクトレット部材１２７ａおよび１２７ｂと、ｐチャネルトランジスタ１１１ｃとによりスイッチング素子１３３が構成されている。
【００８５】
また、第５実施形態では、回路部１１１のｐチャネルトランジスタ１１１ａは、ソースが配線１４２を介して電極Ｃに接続されているとともに、ドレインがノードＮ６に接続されている。また、ｐチャネルトランジスタ１１１ｂは、ソースがノードＮ７に接続されているとともに、ドレインが配線１４２を介して電極Ｃに接続されている。また、ｐチャネルトランジスタ１１１ｃは、ソースがノードＮ６に接続されているとともに、ドレインが配線１４０を介して電極Ａに接続されている。また、ノードＮ６には、配線１４３を介して電極Ｄが接続されている。また、ノードＮ７には、配線１４１を介して電極Ｂが接続されているとともに、接地電位が供給されている。また、ｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃのソースには、それぞれ、電極１２２〜１２４が接続されている。
【００８６】
また、第５実施形態では、図１７および図１８に示すように、電極Ｃが電極Ａと対向するとともに、電極Ｄが電極Ｂと対向するように可動部材１２０が固定部材１１０に対して配置されている場合には、エレクトレット部材１２５ｂ〜１２７ｂがそれぞれ電極１１１ｄ〜１１１ｆと対向する領域に配置されるように構成されている。これにより、電極Ｃが電極Ａと対向するとともに、電極Ｄが電極Ｂと対向するように可動部材１２０が固定部材１１０に対して配置されている場合には、静電誘導により、電極１１１ｄの正電荷の濃度が上昇するとともに、電極１１１ｅおよび１１１ｆの負電荷の濃度が上昇するので、ｐチャネルトランジスタ１１１ｄがオン状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ１１１ｅおよび１１１ｆがオフ状態になるように構成されている。したがって、電極Ｃが電極Ａと対向するとともに、電極Ｄが電極Ｂと対向するように可動部材１２０が固定部材１１０に対して配置されている場合には、電極Ｃと電極Ｄとが電気的に接続されるように構成されている。
【００８７】
また、第５実施形態では、図１９および図２０に示すように、電極Ａと電極Ｂとの間に電極ＣおよびＤが配置されないように、可動部材１２０が固定部材１１０に対して配置されている場合には、エレクトレット部材１２５ａ〜１２７ａがそれぞれ電極１１１ｄ〜１１１ｆと対向する領域に配置されるように構成されている。これにより、電極Ａと電極Ｂとの間に電極ＣおよびＤが配置されないように、可動部材１２０が固定部材１１０に対して配置されている場合には、静電誘導により、電極１１１ｄの負電荷の濃度が上昇するとともに、電極１１１ｅおよび１１１ｆの正電荷の濃度が上昇するので、ｐチャネルトランジスタ１１１ｄがオフ状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ１１１ｅおよび１１１ｆがオン状態になるように構成されている。したがって、電極Ａと電極Ｂとの間に電極ＣおよびＤが配置されないように、可動部材１２０が固定部材１１０に対して配置されている場合には、電極Ａと電極Ｄとが電気的に接続されるとともに、電極Ｂと電極Ｃとが電気的に接続されるように構成されている。
【００８８】
次に、図１７〜図２０を参照して、本発明の第５実施形態による発電装置１００の発電動作について説明する。
【００８９】
まず、図１７に示すように、電極Ｃが電極Ａと対向するとともに、電極Ｄが電極Ｂと対向するように可動部材１２０が固定部材１１０に対して配置されている状態で、ゆらぎにより電極Ａの正電荷が電極Ｂの正電荷よりも多い場合を考える。このとき、図１８に示すように、エレクトレット部材１２５ｂ〜１２７ｂがそれぞれ電極１１１ｄ〜１１１ｆと対向する領域に配置されているので、静電誘導により、電極１１１ｄの正電荷の密度が上昇するとともに、電極１１１ｅおよび１１１ｆの負電荷の密度が上昇する。これにより、ｐチャネルトランジスタ１１１ａがオン状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ１１１ｂおよび１１１ｃがオフ状態になる。したがって、電極Ｃと電極Ｄとが電気的に接続されるので、静電誘導により、電極Ｃの負電荷の密度が上昇するとともに、電極Ｄの正電荷の密度が上昇する。なお、このとき、静電誘導により、電極Ｂの負電荷の密度が上昇する。
【００９０】
次に、図１９に示すように、振動などにより、可動部材１２０を固定部材１１０に対して矢印Ｊ方向に移動させる。これにより、図２０に示すように、エレクトレット部材１２５ａ〜１２７ａがそれぞれ電極１１１ｄ〜１１１ｆと対向する領域に配置されるので、電極１１１ｄの負電荷の密度が上昇するとともに、電極１１１ｅおよび１１１ｆの正電荷の密度が上昇する。したがって、ｐチャネルトランジスタ１１１ａがオフ状態になるとともに、ｐチャネルトランジスタ１１１ｂおよび１１１ｃがオン状態になるので、電極Ａと電極Ｄとが電気的に接続されるとともに、電極Ｂと電極Ｃとが電気的に接続される。そして、電極Ｄの正電荷が配線１４３、ノードＮ６、ｐチャネルトランジスタ１１１ｃおよび配線１４０を介して電極Ａに移動するとともに、電極Ｃの負電荷が配線１４２、ｐチャネルトランジスタ１１１ｂ、ノードＮ７および配線１４１を介して電極Ｂに移動する。
【００９１】
次に、図１７に示すように、振動などにより、可動部材１２０を固定部材１１０に対して矢印Ｉ方向に移動させる。このとき、電極Ｃと電極Ｄとが電気的に接続されるので、静電誘導により、電極Ｃの負電荷の密度が上昇するとともに、電極Ｄの正電荷の密度が上昇する。その後、上記動作を繰り返し行うことにより、発電装置１００による発電動作が行われる。
【００９２】
第５実施形態では、上記のように、エレクトレット部材１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂを、回路部１１１の電極１１１ｄ〜１１１ｆに対して所定の間隔を隔てた状態で、固定部材１１０に対して矢印Ｉ方向または矢印Ｊ方向に移動させることにより、静電誘導を用いてスイッチング素子１３１、１３２および１３３のオン状態およびオフ状態を制御することによって、エレクトレット部材１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂと、ｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃとを接触させることなく、スイッチング素子１３１、１３２および１３３のオン状態およびオフ状態を制御することができる。これにより、非接触でｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃのオン状態およびオフ状態を制御することができるので、エレクトレット部材１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂと、ｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃとが摩擦により磨耗するのを抑制することができる。その結果、発電装置１００の信頼性の向上を図ることができる。また、静電誘導を用いてｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃのオン状態およびオフ状態を制御することによって、ｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃのオン状態およびオフ状態を制御するための電源を別個に設けることなく、ｐチャネルトランジスタ１１１ａ〜１１１ｃのオン状態およびオフ状態を制御することができる。
【００９３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９４】
たとえば、上記第１実施形態では、ｎ型シリコン基板の表面にｐチャネルトランジスタを形成するとともに、負電荷を蓄積するエレクトレット部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、ｐ型シリコン基板の表面にｎチャネルトランジスタを形成するとともに、正電荷を蓄積するエレクトレット部材を設けるようにしてもよい。
【００９５】
また、上記第１および第２実施形態では、ｎ型シリコン基板を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型であればシリコン基板以外の基板を用いてもよい。
【００９６】
また、上記第１〜第５実施形態では、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、テフロン（登録商標）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などからなるエレクトレット部材を用いるようにしてもよい。
【００９７】
また、上記第１実施形態では、ゲート長の距離Ｄ１と実質的に同じ長さＬ１を有するエレクトレット部材９を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、ゲート長の距離よりも大きい長さを有するエレクトレット部材を設けるようにしてもよい。
【００９８】
また、上記第１実施形態では、エレクトレット部材をｎ型シリコン基板に対して水平方向に移動可能に設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、エレクトレット部材をｎ型シリコン基板に対して垂直方向に移動可能に設けるようにしてもよい。この場合、チャネル領域上に設けられたエレクトレット部材からチャネル領域までの距離により、チャネル領域に反転層を形成するか否かを制御することにより、スイッチング素子のオン状態およびオフ状態を制御する。
【００９９】
また、上記第１および第２実施形態では、ｎ型シリコン基板の表面にｐチャネルトランジスタを形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、シリコン基板の表面にｎ型ウェル領域を形成するとともに、そのｎ型ウェル領域の表面にｐチャネルトランジスタを形成するようにしてもよい。
【０１００】
また、上記第３実施形態では、ｐチャネルトランジスタ３１のゲートが接続される電極３４ａと、ｎチャネルトランジスタ３２のゲートが接続される電極３４ｂとを設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、ｐチャネルトランジスタおよびｎチャネルトランジスタのゲートが接続される共通の電極を設けるようにしてもよい。この場合、電極と対向する領域には、正電荷が蓄積されたエレクトレット部材および負電荷が蓄積されたエレクトレット部材のいずれか一方が常に配置されていることが好ましい。
【０１０１】
また、上記第４実施形態では、ｐチャネルトランジスタ６４ａのゲートおよびｐチャネルトランジスタ６４ｂのゲートが接続される電極６４ｅと、ｐチャネルトランジスタ６４ｃのゲートおよびｐチャネルトランジスタ６４ｄのゲートが接続される電極６４ｆとを含む回路部６４を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、各ｐチャネルトランジスタのゲートが接続される電極をそれぞれ別個に設けるようにしてもよい。なお、ｐチャネルトランジスタ６５ａのゲートおよびｐチャネルトランジスタ６５ｂのゲートが接続される電極６５ｅと、ｐチャネルトランジスタ６５ｃのゲートおよびｐチャネルトランジスタ６５ｄのゲートが接続される電極６５ｆとを含む回路部６５においても同様である。
【０１０２】
また、上記第４実施形態では、固定子に２つのコイルを設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、固定子に３つ以上のコイルを設けてもよい。
【０１０３】
また、上記第４実施形態では、固定子にコイルと回路部とを設けるとともに、回転子に永久磁石とエレクトレット部材とを設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、回転子にコイルと回路部とを設けるとともに、固定子に永久磁石とエレクトレット部材とを設けるようにしてもよい。
【０１０４】
また、上記第４実施形態では、電磁誘導型のモータ５０にスイッチング素子８２〜８９を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、静電誘導型のモータにスイッチング素子を設けるようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記第５実施形態では、固定部材に回路部を設けるとともに、可動部材にエレクトレット部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、可動部材に回路部を設けるとともに、固定部材にエレクトレット部材を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１実施形態によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の第１変形例によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第２変形例によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第２変形例によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるスイッチング素子の構造を示した断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるスイッチ回路の構成を示した概略図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるスイッチ回路の構成を示した概略図である。
【図１１】本発明の第４実施形態によるモータの構造を説明するための概略図である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるモータの構造を説明するための概略図である。
【図１３】本発明の第４実施形態によるモータの構造を説明するための概略図である。
【図１４】本発明の第４実施形態によるモータの構造を説明するための概略図である。
【図１５】本発明の第４実施形態によるモータの構造を説明するための概略図である。
【図１６】本発明の第４実施形態によるモータの構造を説明するための概略図である。
【図１７】本発明の第５実施形態による発電装置の構造を説明するための概略図である。
【図１８】本発明の第５実施形態による発電装置の構造を説明するための概略図である。
【図１９】本発明の第５実施形態による発電装置の構造を説明するための概略図である。
【図２０】本発明の第５実施形態による発電装置の構造を説明するための概略図である。
【図２１】本発明の第５実施形態による発電装置の可動部材の構造を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、３６、３７、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、１３１、１３２、１３３スイッチング素子
２、２ａチャネル領域
３ソース／ドレイン領域
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃｐチャネルトランジスタ（トランジスタ）
６ゲート電極
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、３５、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ、１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａ、１２７ｂエレクトレット部材
３０スイッチ回路
３１ｐチャネルトランジスタ（第１トランジスタ）
３２ｎチャネルトランジスタ（第１トランジスタ）
３３ｎチャネルトランジスタ（第２トランジスタ）
５０モータ
６０固定子
６１、６２コイル
６３電源
７０回転子
７１永久磁石
８０、８１スイッチ
１００発電装置
１１０固定部材
１２０可動部材
１３０切替スイッチ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタと、
前記トランジスタに対して相対的に移動可能なように設けられ、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを備え、
前記エレクトレット部材の前記トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて前記トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御する、スイッチング素子。
【請求項２】
前記トランジスタは、第１導電型のチャネル領域を挟むように所定の間隔を隔てて形成された一対のソース／ドレイン領域を含み、
前記エレクトレット部材の前記トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて前記第１導電型のチャネル領域を第２導電型に反転させるか否かを制御することによって、前記トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御する、請求項１に記載のスイッチング素子。
【請求項３】
前記チャネル領域上には、ゲート電極が形成され、
前記エレクトレット部材の前記トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて前記ゲート電極を帯電させるか否かを制御することによって、前記トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御する、請求項２に記載のスイッチング素子。
【請求項４】
第１トランジスタと、前記第１トランジスタに対して相対的に移動可能なように設けられ、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを含み、前記エレクトレット部材の前記第１トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて前記第１トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御するスイッチング素子と、
前記第１トランジスタのオン状態およびオフ状態に応じて、オン状態およびオフ状態が制御される第２トランジスタとを備え、
前記第２トランジスタは、ゲートが前記第１トランジスタのソース／ドレインの一方に接続されているとともに、ソース／ドレインの一方が前記第１トランジスタのソース／ドレインの他方に接続されている、スイッチ回路。
【請求項５】
固定子と、
回転子と、
前記固定子および前記回転子のいずれか一方に設けられ、磁界を発生させるためのコイルと、
前記固定子および前記回転子の他方に設けられた磁石と、
前記コイルに電流を供給するための電源と、
前記電源から前記コイルに供給される電流を制御するためのスイッチとを備え、
前記スイッチは、前記コイル側に設けられたトランジスタと、前記磁石側に設けられ、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを有するとともに、前記エレクトレット部材の前記トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて前記トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、前記スイッチを制御するスイッチング素子を含む、モータ。
【請求項６】
固定部材と、
前記固定部材に対して移動可能な可動部材と、
前記固定部材および前記可動部材のいずれか一方に設けられた第１電極および第２電極と、
前記固定部材および前記可動部材の他方に設けられた第３電極および第４電極と、
前記第１電極と前記第２電極とが接続される第１の状態と、前記第１電極と前記第３電極とが接続されるとともに、前記第２電極と前記第４電極とが接続される第２の状態とを切り替えるための切替スイッチとを備え、
前記切替スイッチは、トランジスタと、電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材とを有するとともに、前記エレクトレット部材の前記トランジスタに対する相対的な位置により、静電誘導を用いて前記トランジスタのオン状態およびオフ状態を制御することによって、前記切替スイッチを制御するスイッチング素子を含む、発電装置。

【図１】