JP2008125164A - Power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒状に形成されたコイル内にて磁石を移動させて発電を行う発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation apparatus that generates power by moving a magnet in a cylindrical coil.
従来より、小型の発電装置としては、下記の特許文献1などに記載された発電装置が知られている。この発電装置は、振動、人の移動、車の移動などにより発電を可能にし、電子機器に内蔵した電池の消耗を低減する、または電池を不要にすることを目的としている。 Conventionally, as a small power generator, a power generator described in Patent Document 1 below is known. This power generation device is intended to enable power generation by vibration, movement of a person, movement of a vehicle, etc., and to reduce the consumption of a battery built in an electronic device or to eliminate the need for a battery.
具体的には、従来の発電装置は、図2の一部断面図に示すように、コイルボビン101内部に磁石102を入れ、且つコイルボビン101の導線のコイル103を巻回して構成されている。コイルこのような発電装置は、振動などによって磁石102が移動し、当該移動によって発電を行う。この発電により発生した電流は、コイル103と接続された導線104を介して、コンデンサ105に充電を行う。このとき、発電電流は、コイルボビン101と一体化したリード線106及びハンダ107を介して、実装基板108に実装されたコンデンサ105に流れる。
しかしながら、上述した発電装置の構成では、部品点数が多いために実装面積が大きくなる問題や、部品点数が多いためにコストが高くなる問題や、部品点数が多いために電気的な接続を実現する製造工程に多くの手間がかかるという問題がある。 However, in the configuration of the power generation device described above, the problem is that the mounting area is large due to the large number of parts, the problem is that the cost is high due to the large number of parts, and the electrical connection is realized due to the large number of parts. There is a problem that a lot of labor is required for the manufacturing process.
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、小型化、低背化を実現すると共に、製造コストを低減および製造工程の簡略化を図ることができる発電装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and provides a power generator capable of realizing a reduction in size and a height, a reduction in manufacturing cost, and a simplification of a manufacturing process. For the purpose.
本発明は、上述の課題を解決するために、内部に磁石用筒状空間が形成されると共にコンデンサ用収容部が形成された立体状の絶縁性基材と、絶縁性基材の磁石用筒状空間に転動または摺動可能に収容された磁石と、絶縁性基材のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサと、絶縁性基材の表面上に、磁石用の筒状空間の長手方向と略直交するように形成された薄膜コイルと、絶縁性基材が実装される回路基板と、絶縁性基材の表面に形成され薄膜コイルとコンデンサと回路基板とを導通させる回路パターンとを備える。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a three-dimensional insulating base material in which a cylindrical space for a magnet is formed and a housing portion for a capacitor is formed, and a magnetic cylinder for an insulating base material In the cylindrical space for the magnet on the surface of the insulating base material, the magnet embedded in the capacitor housing portion of the insulating base material, and the magnet accommodated in the cylindrical space so as to be slidable or slidable And a circuit board on which the insulating base material is mounted, and a circuit pattern formed on the surface of the insulating base material for conducting the thin film coil, the capacitor, and the circuit board. .
本発明によれば、絶縁性基材とコンデンサと薄膜コイルとを一体化した構成となっているので、小型化、低背化を実現すると共に、製造コストを低減および製造工程の簡略化を図ることができる。 According to the present invention, since the insulating base material, the capacitor, and the thin film coil are integrated, it is possible to reduce the size and height, reduce the manufacturing cost, and simplify the manufacturing process. be able to.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明は、例えば図1に示すように構成された発電装置に適用される。図1は、発電装置を側面から見た図であり、発電装置の一部を断面として示している。 The present invention is applied to a power generator configured as shown in FIG. 1, for example. FIG. 1 is a side view of the power generation device, and shows a part of the power generation device as a cross section.
この発電装置は、例えばセラミック焼結体からなる絶縁性基材1を備えている。この絶縁性基材1は、内部に磁石用筒状空間1aが形成されている。この絶縁性基材1は、コンデンサ用収容部1bが一体化して構成されている。
This power generation device includes an insulating substrate 1 made of, for example, a ceramic sintered body. This insulating base material 1 has a cylindrical space 1a for magnets formed therein. The insulating substrate 1 is configured by integrating a
この磁石用筒状空間1aには、絶縁性基材1の長手方向に転動または摺動可能に磁石3が収容される。磁石3は、絶縁性基材1に振動が与えられることによって、磁石用筒状空間1a内を移動する。磁石用筒状空間1aに磁石3を収容する製造時においては、磁石用筒状空間1aの内部が露出した状態で磁石3を磁石用筒状空間1aに収容し、その後に樹脂等で磁石用筒状空間1aを塞ぐ。
In the magnet cylindrical space 1a, the
なお、図1においては、立方体上の磁石3を磁石用筒状空間1a内に収容して磁石3が磁石用筒状空間1a内で摺動する場合を示しているが、これにかぎらず、S極とN極が対照的な位置関係にある磁石であれば球状の磁石を磁石用筒状空間1aに収容して磁石用筒状空間1a内で球状の磁石が転動するような構成であっても良い。
FIG. 1 shows a case where the
コンデンサ用収容部1bには、発電した電流が供給されることによって充電を行うコンデンサ5が埋め込まれる。このコンデンサ5は、絶縁性基材1のコンデンサ用収容部に埋め込まれた状態において樹脂6で固定される。コンデンサ5の導線は、樹脂6を通じてコンデンサ用収容部1bの表面に露出される。本例において、コンデンサ5は絶縁性基材1の長手方向における一端のみに設けられているが、蓄電容量の増大を図り、もう一方の端部にコンデンサ用収容部を絶縁性基材1と一体形成して他のコンデンサを設けても良い。
A
なお、本例においては、絶縁性基材1にコンデンサ5を埋め込む構成を示したが、これに限らず、絶縁性基材1として積層構造のセラミックを用い、電極を設けることで、当該積層構造の層間に誘電体としての機能を持たせて、コンデンサ5を内蔵させるても良い。このような構成であっても、コンデンサ5を外付けする必要がない。
In addition, in this example, although the structure which embedded the capacitor |
絶縁性基材1の表面には、磁石用筒状空間1aの長手方向と略直交するように形成された薄膜コイル2が形成される。この薄膜コイル2には、コンデンサ5の導線と回路基板7上の導体部8とを導通させる回路パターン4が接続される。回路パターン4は、薄膜コイル2と同様に、薄膜として絶縁性基材1の表面上に形成される。
A thin film coil 2 formed so as to be substantially orthogonal to the longitudinal direction of the magnet cylindrical space 1 a is formed on the surface of the insulating substrate 1. The thin film coil 2 is connected to a
このように構成された発電装置において、薄膜コイル2及び回路パターン4は、薄膜輪郭除去法によって絶縁性基材1上に形成されて、立体回路基板を容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。
In the power generation device configured as described above, the thin film coil 2 and the
まず、薄膜輪郭除去法は、加熱処理プロセスを実行し、内部に磁石用筒状空間1aを設け且つコンデンサ用収容部1bが成形された絶縁性基材1である焼結体を温度1000℃、保持時間1時間の条件で加熱処理し、表面を清浄化する。
First, in the thin film outline removing method, a heat treatment process is performed, and a sintered body which is an insulating base material 1 in which a cylindrical space for magnet 1a is provided and a
続いて、薄膜輪郭除去法においては、導電性薄膜形成プロセスを実行する。この導電性薄膜形成プロセスは、真空蒸着装置やDCマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を試験体表面に形成するものである。具体的には、試験体をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を10−4Pa程度に減圧した後、温度150℃で3分間程度、試験体を予備加熱する。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を10Pa程度に制御する。そして、電極間に1kWの高周波電圧(RF:13.56MHz)を300秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を10−4Pa以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が0.6Pa程度になるように導入した後、さらに500Vの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、試験体表面に膜厚が300nm程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。 Subsequently, in the thin film outline removing method, a conductive thin film forming process is executed. In this conductive thin film formation process, a conductive thin film is formed on the surface of a specimen by a physical vapor deposition method using a vacuum vapor deposition apparatus, a DC magnetron sputtering apparatus, or a wet method such as electroless plating. Specifically, the test specimen is set in the chamber of the plasma processing apparatus, the pressure in the chamber is reduced to about 10 −4 Pa, and then the specimen is preheated at a temperature of 150 ° C. for about 3 minutes. Thereafter, oxygen gas is circulated in the chamber, and the gas pressure in the chamber is controlled to about 10 Pa. Then, plasma treatment is performed by applying a high-frequency voltage of 1 kW (RF: 13.56 MHz) between the electrodes for 300 seconds. Subsequently, the pressure in the chamber is controlled to 10 −4 Pa or less, and in this state, argon gas is introduced into the chamber so that the gas pressure is about 0.6 Pa, and then a DC voltage of 500 V is applied. Thus, the metal target is bombarded to form a conductive thin film having a thickness of about 300 nm on the surface of the test body. Note that copper, nickel, chromium, titanium, or the like is used as the conductive material.
続いて、薄膜輪郭除去法においては、回路パターン形成プロセスを実行し、大気中でYAGレーザーの第3高調波(THG−YAGレーザー)を使用して薄膜コイル2及び回路パターン4となる回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、アルミナ基板上に形成された導電性薄膜のうち、薄膜コイル2及び回路パターン4となる回路パターンの輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部を形成する。
Subsequently, in the thin film contour removal method, a circuit pattern forming process is performed, and the circuit pattern to be the thin film coil 2 and the
続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、焼結体表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっきを施して厚膜化し、厚さが約15μmの銅膜を形成する。その後、非電気回路部に残存している導電性薄膜をエッチングによって除去する。このとき、銅めっきは、導電性薄膜よりも厚く形成されているために、残存する。そして、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっきを施す。このような薄膜輪郭除去法によって発電装置は容易に薄膜コイル2及び回路パターン4を形成することができる。
Subsequently, in the thin film contour removal method, a plating process is executed, and only the electric circuit portion on the surface of the sintered body is subjected to copper plating by electrolytic plating to form a thick film, thereby forming a copper film having a thickness of about 15 μm. Thereafter, the conductive thin film remaining in the non-electric circuit portion is removed by etching. At this time, since the copper plating is formed thicker than the conductive thin film, it remains. Then, nickel plating or gold plating is applied to the electric circuit portion by electroplating. By such a thin film outline removing method, the power generation device can easily form the thin film coil 2 and the
以上説明したように、本発明を適用した発電装置によれば、絶縁性基材1と薄膜コイル2と回路パターン4とコンデンサ5とを一体化する構成により、小型化、低背化を実現できる。特に、絶縁性基材1にコンデンサ用収容部1bを設けてコンデンサ5を三次元的に実装することができるので、回路基板7に対する実装面積を小さくすることができる。したがって、例えば補聴器等のウエアラブル装置に電力供給をする発電装置として最適なものを提供できる。
As described above, according to the power generation device to which the present invention is applied, the insulating base 1, the thin film coil 2, the
また、絶縁性基材1と薄膜コイル2と回路パターン4とコンデンサ5とを一体化した状態で、回路パターン4と回路基板7上の導体部8とをハンダにより固定するのみで発電装置を回路基板7上に実装することができるので、磁石3を内蔵した部材とコンデンサとを別個に回路基板上に実装する場合と比較して、実装コストを低減することができる。また、製造工程を簡略化できる。
Further, in the state in which the insulating base material 1, the thin film coil 2, the
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
1 絶縁性基材
1a 磁石用筒状空間
1b コンデンサ用収容部
2 薄膜コイル
3 磁石
4 回路パターン
5 コンデンサ
6 樹脂
7 回路基板
8 導体部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating base material 1a Cylindrical space for
Claims (1)
前記絶縁性基材の磁石用筒状空間に転動または摺動可能に収容された磁石と、
前記絶縁性基材のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサと、
前記絶縁性基材の表面上に、前記磁石用の筒状空間の長手方向と略直交するように形成された薄膜コイルと、
前記絶縁性基材が実装される回路基板と、
前記絶縁性基材の表面に形成され前記薄膜コイルと前記コンデンサと前記回路基板とを導通させる回路パターンと
を備えることを特徴とする発電装置。 A three-dimensional insulating base material in which a cylindrical space for a magnet is formed and a housing portion for a capacitor is formed;
A magnet housed in a cylindrical space for a magnet of the insulating base material so as to roll or slide;
A capacitor embedded in the capacitor housing portion of the insulating substrate;
A thin film coil formed on the surface of the insulating substrate so as to be substantially orthogonal to the longitudinal direction of the cylindrical space for the magnet;
A circuit board on which the insulating substrate is mounted;
A power generation device comprising: a circuit pattern formed on a surface of the insulating base material and electrically connecting the thin film coil, the capacitor, and the circuit board.
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Cited By (1)
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| WO2012002109A1 (en) * | 2010-06-28 | 2012-01-05 | ブラザー工業株式会社 | Oscillating power generator |
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2006
- 2006-11-08 JP JP2006303082A patent/JP2008125164A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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