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JP2014007798A - Oscillation power generator - Google Patents

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JP2014007798A
JP2014007798A JP2012140199A JP2012140199A JP2014007798A JP 2014007798 A JP2014007798 A JP 2014007798A JP 2012140199 A JP2012140199 A JP 2012140199A JP 2012140199 A JP2012140199 A JP 2012140199A JP 2014007798 A JP2014007798 A JP 2014007798A
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Japan
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vibration power
power generation
cantilever
vibration
generation element
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Application number
JP2012140199A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihiro Yamauchi
規裕 山内
Junya Ogawa
純矢 小川
Koji Goto
浩嗣 後藤
Yu Wakasa
有宇 和家佐
Koichi Aizawa
浩一 相澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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Priority to PCT/JP2013/001274 priority patent/WO2013190744A1/en
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Abstract

【課題】発電効率がより高い振動発電装置を提供する。
【解決手段】カンチレバー部1bとカンチレバー部1bの自由端1ba側に設ける錘部1cとカンチレバー部1bの揺動により発電する圧電変換部3とを備えた振動発電素子10と、流体を通すことが可能な貫通孔30aの少なくとも一部を構成し貫通孔30aの方向にカンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向を沿わせてカンチレバー部1bを貫通孔30aに収納させるハウジング部20とを有する振動発電装置30であり、錘部1cは、少なくともカンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向において、カンチレバー部1bから突出する錘部1cの先端が曲面1caを構成している。
【選択図】図1
A vibration power generator having higher power generation efficiency is provided.
A vibration power generation element including a cantilever portion, a weight portion provided on a free end of the cantilever portion, and a piezoelectric conversion portion that generates electric power when the cantilever portion is swung can pass a fluid. A housing that constitutes at least part of the possible through hole 30a and accommodates the cantilever part 1b in the through hole 30a along the direction connecting the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever part 1b in the direction of the through hole 30a. The weight portion 1c has a curved surface at the tip of the weight portion 1c protruding from the cantilever portion 1b in a direction connecting at least the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b. 1ca is configured.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動発電素子を用いた振動発電装置に関する。   The present invention relates to a vibration power generation apparatus using a vibration power generation element that converts vibration energy into electric energy.

近年、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動発電素子を用いた振動発電装置は、環境発電(エナジー・ハーベスティング)などの分野で注目されている。   In recent years, a vibration power generation apparatus using a vibration power generation element that converts vibration energy into electric energy has attracted attention in fields such as energy harvesting.

この種の振動発電装置として、図21に示す、振動板105に固定され振動エネルギを電気エネルギに変換する圧電素子106を備えた発電部104を、貫通孔102内に設置した圧電水力発電装置101が知られている(たとえば、特許文献1)。   As this type of vibration power generation device, a piezoelectric hydroelectric power generation device 101 in which a power generation unit 104 including a piezoelectric element 106 that is fixed to a vibration plate 105 and converts vibration energy into electric energy, shown in FIG. Is known (for example, Patent Document 1).

特許文献1の圧電水力発電装置101は、発電部104で発電された電力をダイオード109で構成された整流部108で整流し、整流された電力を二次電池111で構成された蓄電部110に蓄電する。なお、振動発電素子たる発電部104には、水流103を受けた際に振動板105に振動を発生させる振動発生手段107を備えている。   The piezoelectric hydroelectric power generation device 101 of Patent Document 1 rectifies the power generated by the power generation unit 104 by a rectification unit 108 configured by a diode 109, and supplies the rectified power to a power storage unit 110 configured by a secondary battery 111. Accumulate electricity. Note that the power generation unit 104 serving as a vibration power generation element includes vibration generation means 107 that generates vibration on the diaphragm 105 when the water flow 103 is received.

また、振動発電装置の振動発電素子として、図22に示す、支持部221およびカンチレバー部222を有するカンチレバー形成基板220と、カンチレバー部222に形成された圧電変換部224とを備えた発電デバイスが知られている(たとえば、特許文献2)。   As a vibration power generation element of the vibration power generation apparatus, a power generation device including a cantilever forming substrate 220 having a support portion 221 and a cantilever portion 222 and a piezoelectric conversion portion 224 formed on the cantilever portion 222 shown in FIG. (For example, Patent Document 2).

特許文献2に示す発電デバイスは、圧電変換部224が下部電極224aと圧電層224bと上部電極224cとで構成されている。また、発電デバイスは、カンチレバー形成基板220におけるカンチレバー部222の先端部にカンチレバー部222の変位量を大きくするための錘部223が設けられている。発電デバイスは、カンチレバー部222の揺動に応じて圧電変換部224が交流電圧を発生する。   In the power generation device shown in Patent Document 2, the piezoelectric conversion unit 224 includes a lower electrode 224a, a piezoelectric layer 224b, and an upper electrode 224c. In addition, the power generation device is provided with a weight portion 223 for increasing the amount of displacement of the cantilever portion 222 at the tip portion of the cantilever portion 222 in the cantilever forming substrate 220. In the power generation device, the piezoelectric conversion unit 224 generates an AC voltage in response to the swing of the cantilever unit 222.

なお、圧電変換部224では、下部電極224aが接続配線226aを介して下部電極用パッド227aと電気的に接続している。また、圧電変換部224は、上部電極224cが接続配線226cを介して上部電極用パッド227cと電気的に接続している。発電デバイスは、上部電極224cと下部電極224aとの短絡を防止する絶縁層225を備えている。さらに、発電デバイスは、カンチレバー形成基板220の一表面側および他表面側それぞれに絶縁膜229a,229bを備えている。   In the piezoelectric converter 224, the lower electrode 224a is electrically connected to the lower electrode pad 227a through the connection wiring 226a. In the piezoelectric conversion unit 224, the upper electrode 224c is electrically connected to the upper electrode pad 227c through the connection wiring 226c. The power generation device includes an insulating layer 225 that prevents a short circuit between the upper electrode 224c and the lower electrode 224a. Furthermore, the power generation device includes insulating films 229a and 229b on one surface side and the other surface side of the cantilever forming substrate 220, respectively.

発電デバイスは、振動によりカンチレバー部222が揺動することで、下部電極用パッド227aおよび上部電極用パッド227cから圧電変換部224が発電した電力を出力することができる。   The power generation device can output the electric power generated by the piezoelectric conversion unit 224 from the lower electrode pad 227a and the upper electrode pad 227c by swinging the cantilever unit 222 by vibration.

特開2001−275370号公報JP 2001-275370 A 特開2011−91319号公報JP 2011-91319 A

ところで、振動発電装置は、より出力の高いものが求められており、上述の特許文献1の構成だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。振動発電装置では、たとえば、特許文献1の発電部104に、特許文献2の発電デバイスのごとく、カンチレバー部222の変位量を大きくすることが可能な錘部223を備えた振動発電素子を応用することが考えれる。   By the way, the vibration power generator is required to have a higher output, and the above-described configuration of Patent Document 1 is not sufficient, and further improvement is required. In the vibration power generation apparatus, for example, a vibration power generation element including a weight portion 223 capable of increasing the displacement amount of the cantilever portion 222 is applied to the power generation portion 104 of Patent Literature 1 as in the power generation device of Patent Literature 2. It can be considered.

しかしながら、単に、特許文献1の発電部104に、特許文献2の発電デバイスの錘部223を備えた振動発電素子を応用した振動発電装置では、流体を利用して、より発電効率を高くすることが難しい。   However, in the vibration power generation apparatus in which the vibration power generation element including the weight portion 223 of the power generation device of Patent Document 2 is simply applied to the power generation section 104 of Patent Document 1, the power generation efficiency is further increased by using a fluid. Is difficult.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、発電効率がより高い振動発電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a vibration power generator having higher power generation efficiency.

本発明の振動発電装置は、カンチレバー部と該カンチレバー部の自由端側に設ける錘部と上記カンチレバー部の揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部とを備えた振動発電素子と、流体を通すことが可能な貫通孔の少なくとも一部を構成し上記貫通孔の方向に上記カンチレバー部の上記自由端側と固定端側とを結ぶ方向を沿わせて上記振動発電素子における上記カンチレバー部を上記貫通孔に収納させるハウジング部とを有する振動発電装置であって、上記錘部は、少なくとも上記カンチレバー部の上記自由端側と上記固定端側とを結ぶ方向において、上記カンチレバー部から突出する上記錘部の先端が曲面を構成していることを特徴とする。   The vibration power generation device of the present invention includes a vibration power generation element including a cantilever portion, a weight portion provided on a free end side of the cantilever portion, and a piezoelectric conversion portion that generates power by receiving stress generated by the swinging of the cantilever portion, and a fluid The cantilever portion of the vibration power generation element is configured to form at least a part of a through-hole through which the free end side and the fixed end side of the cantilever portion are connected in the direction of the through-hole. A vibration power generation apparatus having a housing portion that is housed in the through hole, wherein the weight portion projects from the cantilever portion in a direction connecting at least the free end side and the fixed end side of the cantilever portion. The tip of the weight portion is a curved surface.

この振動発電装置において、上記ハウジング部は、上記流体が供給される供給口を有し上記貫通孔における上記カンチレバー部の上記自由端側に連通する供給管を設けた供給部と、上記流体を排出させる排出口を有し上記貫通孔における上記カンチレバー部の上記固定端側に連通する排出管を設けた排出部とを備えていることが好ましい。   In this vibration power generation device, the housing portion has a supply port to which the fluid is supplied, a supply portion provided with a supply pipe communicating with the free end side of the cantilever portion in the through hole, and the fluid is discharged. And a discharge portion provided with a discharge pipe communicating with the fixed end side of the cantilever portion in the through hole.

この振動発電装置において、上記ハウジング部は、上記錘部を設けた上記カンチレバー部の一表面側と反対の他表面側と比較して、上記一表面側における上記流体の流入量を多くさせる流入量制御部を、上記供給部に備えていることが好ましい。   In this vibration power generation device, the housing portion has an inflow amount that increases the inflow amount of the fluid on the one surface side compared to the other surface side opposite to the one surface side of the cantilever portion provided with the weight portion. It is preferable that the control unit is provided in the supply unit.

この振動発電装置において、上記流入量制御部は、上記供給口側から上記排出口側に向かって、上記供給管の開口面積を小さくさせるテーパー形状であることが好ましい。   In the vibration power generator, the inflow amount control unit preferably has a tapered shape that reduces the opening area of the supply pipe from the supply port side toward the discharge port side.

この振動発電装置において、上記ハウジング部は、上記供給口側から上記排出口側に向かって、上記排出管の開口面積を大きくさせるテーパー形状の流出量制御部を上記排出部に備えていることが好ましい。   In this vibration power generation device, the housing portion may include a tapered outflow amount control unit that increases an opening area of the discharge pipe from the supply port side toward the discharge port side. preferable.

この振動発電装置において、上記振動発電素子と上記ハウジング部とは、上記カンチレバー部と上記貫通孔の内壁との間の隙間の大きさが、上記カンチレバー部の上記固定端側と上記自由端側とで異なっていることが好ましい。   In this vibration power generation device, the vibration power generation element and the housing portion are such that the size of the gap between the cantilever portion and the inner wall of the through hole is such that the fixed end side and the free end side of the cantilever portion are It is preferable that they are different.

この振動発電装置において、上記振動発電素子は、上記カンチレバー部の撓みにより上記隙間の大きさが上記カンチレバー部の上記固定端側と上記自由端側とで異なっていることが好ましい。   In the vibration power generation device, it is preferable that the vibration power generation element has different sizes of the gap between the fixed end side and the free end side of the cantilever part due to the bending of the cantilever part.

この振動発電装置において、上記振動発電素子は、上記カンチレバー部に上記撓みを生じさせる応力を発生する応力発生膜を上記カンチレバー部に備えたことが好ましい。   In this vibration power generation device, it is preferable that the vibration power generation element includes a stress generating film that generates a stress that causes the bending in the cantilever portion.

この振動発電装置において、上記振動発電素子は、上記カンチレバー部における鉛直方向の上方側に上記錘部を設けていることが好ましい。   In this vibration power generation device, it is preferable that the vibration power generation element includes the weight portion on the upper side in the vertical direction of the cantilever portion.

本発明の振動発電装置では、カンチレバー部から突出する錘部の先端が曲面を構成していることにより、発電効率を、より高くすることが可能になるという効果がある。   In the vibration power generation device of the present invention, since the tip of the weight portion protruding from the cantilever portion forms a curved surface, there is an effect that the power generation efficiency can be further increased.

実施形態1の振動発電装置の略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a vibration power generator according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1の振動発電装置における要部の部分底面図である。It is a partial bottom view of the principal part in the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 1. 実施形態1の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the principal part in the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 1. 実施形態1の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the principal part in the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 1. 実施形態1の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the principal part in the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 1. 実施形態1の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the principal part in the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 1. 実施形態2の振動発電装置を示し(a)は略断面図、(b)は部分平面図である。The vibration electric power generating apparatus of Embodiment 2 is shown, (a) is a schematic sectional view, (b) is a partial plan view. 実施形態2の振動発電装置の別の要部を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のXX断面図である。The other principal part of the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 2 is shown, (a) is a top view, (b) is XX sectional drawing of (a). 実施形態2の振動発電装置の他の要部を示し(a)は平面図、(b)は(a)のXX断面図である。The other principal part of the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 2 is shown, (a) is a top view, (b) is XX sectional drawing of (a). 実施形態2の振動発電装置の更に別の要部を示し(a)は平面図、(b)は(a)のXX断面図である。(A) is another top view of the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 2, (b) is XX sectional drawing of (a). 実施形態3の振動発電装置を示し、(a)は略断面図、(b)は部分平面図である。The vibration electric power generating apparatus of Embodiment 3 is shown, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is a partial top view. 実施形態3の別の振動発電装置を示し、(a)は略断面図、(b)は部分平面図である。The another vibration electric power generating apparatus of Embodiment 3 is shown, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is a partial top view. 実施形態3の他の振動発電装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other vibration electric power generating apparatus of Embodiment 3. 実施形態3の更に別の振動発電装置を示す略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing still another vibration power generator of Embodiment 3. 実施形態4の振動発電装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 4. 実施形態4の振動発電装置の要部の底面図である。It is a bottom view of the principal part of the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 4. 実施形態4の振動発電装置の別の要部の略断面図である。It is a schematic sectional drawing of another principal part of the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 4. 実施形態4の振動発電装置の他の要部の略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the other principal part of the vibration electric power generating apparatus of Embodiment 4. 実施形態5の振動発電装置を示し、(a)は略断面図、(b)は部分平面図である。The vibration electric power generating apparatus of Embodiment 5 is shown, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is a partial top view. 実施形態5の別の振動発電装置を示す略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view showing another vibration power generator of Embodiment 5. FIG. 従来の圧電水力発電装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the conventional piezoelectric hydroelectric generator. 従来の発電デバイスを示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A’概略断面図である。A conventional electric power generation device is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is an A-A 'schematic sectional view of (a).

(実施形態1)
以下、本実施形態の振動発電装置30について図1および図6を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 6.

本実施形態の振動発電装置30は、図1に示すように、カンチレバー部1bとカンチレバー部1bの自由端1ba側に設ける錘部1cとカンチレバー部1bの揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部3とを備えた振動発電素子10を有している。振動発電装置30は、流体(図示していない)を通すことが可能な貫通孔30aの少なくとも一部を構成するハウジング部20を有している。振動発電装置30のハウジング部20は、貫通孔30aの方向にカンチレバー部1bの自由端1ba側とカンチレバー部1bを支持部1a側に固定する固定端1bb側とを結ぶ方向を沿わせて振動発電素子10におけるカンチレバー部1bを貫通孔30aに収納させている。振動発電装置30は、振動発電素子10の錘部1cが、少なくともカンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向において、カンチレバー部1bから突出する錘部1cの先端が曲面1caを構成している。   As shown in FIG. 1, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment is a piezoelectric device that generates electric power by receiving stress generated by swinging of the cantilever portion 1b and the weight portion 1c provided on the free end 1ba side of the cantilever portion 1b and the cantilever portion 1b. The vibration power generation element 10 including the conversion unit 3 is included. The vibration power generator 30 has a housing part 20 that constitutes at least a part of a through hole 30a through which a fluid (not shown) can pass. The housing unit 20 of the vibration power generator 30 generates vibration power along the direction connecting the free end 1ba side of the cantilever part 1b and the fixed end 1bb side that fixes the cantilever part 1b to the support part 1a side in the direction of the through hole 30a. The cantilever part 1b in the element 10 is accommodated in the through hole 30a. In the vibration power generation apparatus 30, the tip of the weight portion 1c protruding from the cantilever portion 1b is curved 1ca in the direction in which the weight portion 1c of the vibration power generation element 10 connects at least the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b. Is configured.

これにより本実施形態の振動発電装置30は、錘部1cの先端が曲面1caを構成していない振動発電素子を備えたものと比較して、上記流体の流れによる自励振動を生じ易くさせ、発電効率をより高くすることが可能となる。なお、上記流体は、たとえば、空気、適宜のガスなどの気体や水などの液体が挙げられる。   Thereby, the vibration power generation apparatus 30 of this embodiment makes it easy to generate self-excited vibration due to the flow of the fluid as compared with a vibration power generation element in which the tip of the weight portion 1c does not form the curved surface 1ca. The power generation efficiency can be further increased. Examples of the fluid include air, a gas such as an appropriate gas, and a liquid such as water.

本実施形態の振動発電装置30では、ハウジング部20は、上記流体が供給される供給口21aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの自由端1ba側に連通する供給管21aを設けた供給部21を備えている。また、ハウジング部20は、上記流体を排出させる排出口22aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの固定端1bb側に連通する排出管22aを設けた排出部22を備えている。本実施形態の振動発電装置30では、錘部1cを設けたカンチレバー部1bの自由端1ba側の供給管21aから上記流体が供給させることにより、錘部1cの曲面1ca側に効率よく上記流体を流すことが可能となる。なお、本実施形態の振動発電装置30では、図1の紙面の上側を鉛直の上方向とし、振動発電素子10は、カンチレバー部1bにおける鉛直方向の上方側に錘部1cを設けられるように配置している。   In the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the housing part 20 has a supply port 21aa to which the fluid is supplied and a supply part provided with a supply pipe 21a communicating with the free end 1ba side of the cantilever part 1b in the through hole 30a. 21 is provided. The housing portion 20 includes a discharge portion 22 having a discharge port 22aa for discharging the fluid and provided with a discharge pipe 22a communicating with the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b in the through hole 30a. In the vibration power generator 30 of the present embodiment, the fluid is efficiently supplied to the curved surface 1ca side of the weight portion 1c by supplying the fluid from the supply pipe 21a on the free end 1ba side of the cantilever portion 1b provided with the weight portion 1c. It is possible to flow. In the vibration power generation device 30 of the present embodiment, the upper side of the sheet of FIG. 1 is the vertical upward direction, and the vibration power generation element 10 is arranged so that the weight portion 1c is provided on the upper side in the vertical direction of the cantilever portion 1b. doing.

まず、最初に本実施形態の振動発電装置30に用いられる振動発電素子10について図1および図2を用いて説明する。また、振動発電素子10の製造方法について、図3ないし図6を用いて説明する。本実施形態の振動発電装置30に用いられる振動発電素子10は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の製造技術を利用して製造した薄膜型の圧電素子としている。以下、振動発電素子10の各構成について説明する。   First, the vibration power generation element 10 used in the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. A method for manufacturing the vibration power generation element 10 will be described with reference to FIGS. The vibration power generation element 10 used in the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment is a thin film type piezoelectric element manufactured using a manufacturing technology of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Hereinafter, each configuration of the vibration power generation element 10 will be described.

振動発電素子10は、ベース基板1として、単結晶シリコン基板12bと、単結晶のシリコン層(活性層)12dとの間にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜12cを挟んだ構造のSOI(Silicon on Insulator)基板を利用している。なお、ベース基板1となるSOI基板としては、シリコン層12dの表面が(100)面のものを用いている。   The vibration power generation element 10 is an SOI (Silicon) having a structure in which a buried oxide film 12c made of a silicon oxide film is sandwiched between a single crystal silicon substrate 12b and a single crystal silicon layer (active layer) 12d as a base substrate 1. on Insulator) board. As the SOI substrate to be the base substrate 1, a silicon layer 12d having a (100) surface is used.

また、振動発電素子10は、ベース基板1として、SOI基板を用いているので、後述する製造時において、SOI基板の埋込酸化膜12cをカンチレバー部1bの形成時におけるエッチングストッパ層として利用することができる。これにより、振動発電素子10は、カンチレバー部1bの厚さの高精度化を図れるとともに、信頼性の向上および低コスト化を図ることが可能となる。なお、ベース基板1は、SOI基板に限らず、たとえば、単結晶のシリコン基板や他結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム(MgO)基板、金属基板、ガラス基板やポリマー基板などを用いてもよい。ベース基板1は、錘部1cを設けるカンチレバー部1bの一表面1bcと反対の他表面1bd側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜12eを形成している。   In addition, since the vibration power generation element 10 uses an SOI substrate as the base substrate 1, the buried oxide film 12c of the SOI substrate is used as an etching stopper layer when forming the cantilever portion 1b in the manufacturing process described later. Can do. As a result, the vibration power generation element 10 can improve the thickness of the cantilever portion 1b, improve the reliability, and reduce the cost. The base substrate 1 is not limited to the SOI substrate, and may be a single crystal silicon substrate, another crystal silicon substrate, a magnesium oxide (MgO) substrate, a metal substrate, a glass substrate, a polymer substrate, or the like. In the base substrate 1, an insulating film 12e made of a silicon oxide film is formed on the other surface 1bd side opposite to the one surface 1bc of the cantilever portion 1b provided with the weight portion 1c.

振動発電素子10は、他表面1bd側において、第1電極3a1と第1接続配線7aを介して電気的に接続された第1パッド電極8aを支持部1aに備えている(図2を参照)。また、振動発電素子10は、他表面1bd側において、第2電極3a2と第2接続配線7bを介して電気的に接続された第2パッド電極8bを支持部1aに備えている。   The vibration power generation element 10 includes a first pad electrode 8a electrically connected to the first electrode 3a1 via the first connection wiring 7a on the other surface 1bd side in the support portion 1a (see FIG. 2). . In addition, the vibration power generation element 10 includes a second pad electrode 8b electrically connected to the second electrode 3a2 via the second connection wiring 7b on the other surface 1bd side.

本実施形態の振動発電素子10におけるベース基板1は、平面視において、先端部1abが外部に向かって広がるように傾斜した突出部1aaを備えた支持部1aと、固定端1bbとなる一端が支持部1aに揺動自在に支持されたカンチレバー部1bと、カンチレバー部1bの自由端1ba側の錘部1cとを備えている。支持部1aは、平面視において、一対の突出部1aaを備えC字状となっている。なお、錘部1cは、カンチレバー部1bから突出させ、表面に曲面1caを備えた構造としている。錘部1cは、表面に曲面1caを備えた構造である限り、半球状や半楕円球状など種々の形状に形成することができる。また、錘部1cは、カンチレバー部1bに1個だけ設ける場合に限られず、カンチレバー部1bに複数個の錘部1cを設けてもよい。   The base substrate 1 in the vibration power generation element 10 of the present embodiment is supported by a support portion 1a having a protruding portion 1aa inclined so that the tip end portion 1ab spreads outward and one end serving as a fixed end 1bb in plan view. The cantilever part 1b supported by the part 1a so that rocking is possible, and the weight part 1c by the side of the free end 1ba of the cantilever part 1b are provided. The support portion 1a has a pair of protrusions 1aa and is C-shaped in a plan view. In addition, the weight part 1c is made to protrude from the cantilever part 1b, and has the structure provided with the curved surface 1ca on the surface. The weight portion 1c can be formed in various shapes such as a hemispherical shape and a semi-elliptical spherical shape as long as the surface has a curved surface 1ca. Further, the weight portion 1c is not limited to the case where only one cantilever portion 1b is provided, and a plurality of weight portions 1c may be provided on the cantilever portion 1b.

圧電変換部3は、発電部として機能する。圧電変換部3は、圧電体層3a3の平面サイズが、第1電極3a1よりも小さくなるように設計している。また、圧電変換部3は、圧電体層3a3と接触する第2電極3a2の平面サイズが圧電体層3a3よりも小さくなるように設計している。圧電変換部3は、平面視において、第1電極3a1における外周縁の内側に圧電体層3a3が位置し、圧電体層3a3における外周縁の内側に圧電体層3a3と接する第2電極3a2を配置している。また、圧電変換部3は、第1電極3a1側と第2電極3a2側との短絡を防止する絶縁層3a4が第1電極3a1および圧電体層3a3それぞれの周部を覆う形で形成されている。絶縁層3a4は、平面視において、圧電体層3a3と第2電極3a2との接するエリアをそれぞれ規定している。すなわち、絶縁層3a4の平面視形状は、圧電体層3a3の周部に沿った枠状としている。これにより、絶縁層3a4は、第2電極3a2と電気的に接続された第2接続配線7bと第1電極3a1との短絡を防止することができる。   The piezoelectric conversion unit 3 functions as a power generation unit. The piezoelectric conversion unit 3 is designed so that the planar size of the piezoelectric layer 3a3 is smaller than that of the first electrode 3a1. In addition, the piezoelectric conversion unit 3 is designed such that the planar size of the second electrode 3a2 in contact with the piezoelectric layer 3a3 is smaller than that of the piezoelectric layer 3a3. The piezoelectric conversion unit 3 has the piezoelectric layer 3a3 positioned inside the outer peripheral edge of the first electrode 3a1 and the second electrode 3a2 contacting the piezoelectric layer 3a3 inside the outer peripheral edge of the piezoelectric layer 3a3 in plan view. doing. In addition, in the piezoelectric conversion portion 3, an insulating layer 3a4 that prevents a short circuit between the first electrode 3a1 side and the second electrode 3a2 side is formed so as to cover the respective peripheral portions of the first electrode 3a1 and the piezoelectric layer 3a3. . The insulating layer 3a4 defines an area where the piezoelectric layer 3a3 and the second electrode 3a2 are in contact with each other in plan view. That is, the planar view shape of the insulating layer 3a4 is a frame shape along the peripheral portion of the piezoelectric layer 3a3. Thereby, the insulating layer 3a4 can prevent a short circuit between the second connection wiring 7b electrically connected to the second electrode 3a2 and the first electrode 3a1.

なお、絶縁層3a4は、シリコン酸化膜により構成しているが、シリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜により構成してもよいし、単層膜だけでなく多層膜の構造としてもよい。また、絶縁層3a4は、電気絶縁性の樹脂により形成させてもよい。また、ベース基板1は、圧電変換部3とベース基板1とが絶縁膜12eにより電気的に絶縁されている。   The insulating layer 3a4 is formed of a silicon oxide film. However, the insulating layer 3a4 is not limited to a silicon oxide film, and may be formed of a silicon nitride film, or may have a multilayer film structure as well as a single layer film. The insulating layer 3a4 may be formed of an electrically insulating resin. In the base substrate 1, the piezoelectric conversion unit 3 and the base substrate 1 are electrically insulated by an insulating film 12e.

圧電変換部3は、カンチレバー部1bの揺動により生ずる応力を受けて発電する。圧電変換部3では、応力に起因する電荷の偏りが圧電体層3a3に発生する。そのため、圧電変換部3は、カンチレバー部1bの歪が大きいほど発電出力が大きくなる傾向にある。   The piezoelectric conversion unit 3 generates power by receiving stress generated by the swinging of the cantilever unit 1b. In the piezoelectric conversion unit 3, an electric charge bias due to stress occurs in the piezoelectric layer 3 a 3. Therefore, the piezoelectric conversion unit 3 tends to increase the power generation output as the strain of the cantilever unit 1b increases.

本実施形態の振動発電装置30において、圧電変換部3は、PZT(Pb(Zr,Ti)O)を圧電体層3a3の材料に用いている。なお、圧電体層3a3は、圧電材料としてPZTに限らず、たとえば、PZT−PMN(:Pb(Mn,Nb)O)、PLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O)やSBT(SrBiTa)などを用いてもよい。また、圧電材料は、AlN、ZnO、KNN(K0.5Na0.5NbO)、KN(KNbO)、NN(NaNbO)などを用いてもよい。 In the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the piezoelectric conversion unit 3 uses PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) as the material of the piezoelectric layer 3a3. The piezoelectric layer 3a3 is not limited to PZT as a piezoelectric material. For example, PZT-PMN (: Pb (Mn, Nb) O 3 ), PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) or SBT is used. (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) or the like may be used. The piezoelectric material may be AlN, ZnO, KNN (K 0.5 Na 0.5 NbO 3 ), KN (KNbO 3 ), NN (NaNbO 3 ), or the like.

ここでは、振動発電素子10は、第1電極3a1をPt膜により構成している。また、第2電極3a2は、Ti膜とAu膜との積層膜により構成している。振動発電素子10の第1電極3a1および第2電極3a2は、これらの材料や層構造を特に限定するものではなく、第1電極3a1および第2電極3a2それぞれを単層構造としてもよいし多層構造としてもよい。第1電極3a1の電極材料としては、たとえば、Au,Al,IrやInなどを採用してもよく、第2電極3a2の材料としては、たとえば、Mo,AlやPtなどを採用してもよい。   Here, in the vibration power generation element 10, the first electrode 3a1 is formed of a Pt film. The second electrode 3a2 is composed of a laminated film of a Ti film and an Au film. The first electrode 3a1 and the second electrode 3a2 of the vibration power generation element 10 are not particularly limited to these materials and layer structures, and each of the first electrode 3a1 and the second electrode 3a2 may have a single layer structure or a multilayer structure. It is good. As the electrode material of the first electrode 3a1, for example, Au, Al, Ir, In, or the like may be adopted. As the material of the second electrode 3a2, for example, Mo, Al, Pt, or the like may be adopted. .

振動発電素子10は、平面視において、第1電極3a1の外周縁の内側に圧電体層3a3が位置している。そのため、振動発電素子10は、第1電極3a1と圧電体層3a3とが略同じ平面サイズである場合に比べて、第2接続配線7bの下地となる部分の段差を低減できる。これにより、振動発電素子10は、カンチレバー部1bの揺動に伴い圧電変換部3の第2接続配線7bに断線が生ずる恐れを低減させて、信頼性を高めることも可能となる。   In the vibration power generation element 10, the piezoelectric layer 3 a 3 is located inside the outer peripheral edge of the first electrode 3 a 1 in plan view. Therefore, the vibration power generation element 10 can reduce the level difference of the portion serving as the base of the second connection wiring 7b as compared with the case where the first electrode 3a1 and the piezoelectric layer 3a3 have substantially the same planar size. As a result, the vibration power generation element 10 can also increase the reliability by reducing the possibility that the second connection wiring 7b of the piezoelectric conversion unit 3 is broken as the cantilever portion 1b swings.

また、振動発電素子10は、第1電極3a1と、第2電極3a2との短絡を防止する絶縁層3a4が、支持部1a上まで延設されていてもよい。振動発電素子10は、第2電極3a2と第2電極3a2に電気的に接続される第2パッド電極8bとの間の第2接続配線7bの全ての部位を絶縁層3a4上に形成し、第2パッド電極8bを絶縁層3a4の平坦な部位上に形成してもよい(図示していない)。これにより、振動発電素子10は、第2接続配線7bの下地となる部分の段差を低減でき、圧電体層3a3の膜厚を大きくしながらも第2電極3a2と第2パッド電極8bとを電気的に接続する第2接続配線7bの断線の可能性をより低減することができる。   Further, in the vibration power generation element 10, an insulating layer 3a4 that prevents a short circuit between the first electrode 3a1 and the second electrode 3a2 may be extended to the support portion 1a. The vibration power generation element 10 forms all the portions of the second connection wiring 7b between the second electrode 3a2 and the second pad electrode 8b electrically connected to the second electrode 3a2 on the insulating layer 3a4. The two-pad electrode 8b may be formed on a flat portion of the insulating layer 3a4 (not shown). As a result, the vibration power generation element 10 can reduce the level difference of the portion serving as the base of the second connection wiring 7b, and the second electrode 3a2 and the second pad electrode 8b can be electrically connected while increasing the thickness of the piezoelectric layer 3a3. The possibility of disconnection of the second connection wiring 7b to be connected can be further reduced.

本実施形態の振動発電装置30は、圧電変換部3で発電した電力を第1パッド電極8aと第2パッド電極8bとを介して外部に出力させることができる。   The vibration power generator 30 of this embodiment can output the electric power generated by the piezoelectric conversion unit 3 to the outside via the first pad electrode 8a and the second pad electrode 8b.

以下、本実施形態の振動発電装置30に用いられる振動発電素子10の製造方法について図3ないし図6を参照しながら説明する。図3ないし図6の各紙面は、左側に振動発電素子10の底面図を図示し、右側に振動発電素子10の要部の略断面図を図示している。   Hereinafter, a method for manufacturing the vibration power generation element 10 used in the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 6. 3 to 6, a bottom view of the vibration power generation element 10 is illustrated on the left side, and a schematic cross-sectional view of a main part of the vibration power generation element 10 is illustrated on the right side.

まず、振動発電素子10の製造方法は、ベース基板1となる上述のSOI基板からなる素子形成基板11の一面側および他面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜12e,12aを熱酸化法などにより形成する(図3(a)を参照)。なお、SOI基板からなる素子形成基板11は、単結晶シリコン基板12bと、単結晶のシリコン層12dとの間にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜12cを挟んだ構造としている。   First, the method of manufacturing the vibration power generation element 10 is such that the insulating films 12e and 12a made of silicon oxide films are formed on the one surface side and the other surface side of the element forming substrate 11 made of the above-described SOI substrate, which becomes the base substrate 1, respectively. (See FIG. 3A). The element formation substrate 11 made of an SOI substrate has a structure in which a buried oxide film 12c made of a silicon oxide film is sandwiched between a single crystal silicon substrate 12b and a single crystal silicon layer 12d.

その後、振動発電素子10の製造方法では、素子形成基板11の一面側の全面に第1電極3a1、第1接続配線7aおよび第1パッド電極8aの基礎となるPt層からなる第1の金属膜24を、たとえば、スパッタ法やCVD法などにより形成する。第1の金属膜24は、Pt膜に限らず、たとえば、Al膜やAl−Si膜でもよい。また、第1の金属膜24は、Au膜に加え、このAu膜と絶縁膜12eとの間に密着性改善用の密着膜としてTi膜を介在させた構成としてもよい。ここで、図示していない密着膜の材料は、Tiに限らず、たとえば、Cr、Nb、Zr、TiNやTaNなどを用いてもよい。振動発電素子10の製造方法は、第1の金属膜24の形成後、素子形成基板11の一面側の全面に圧電体層3a3の基礎となる圧電膜(たとえば、PZT膜など)25を、たとえば、スパッタ法、CVD法、ゾルゲル法や転写法などにより形成する(図3(b)を参照)。   Thereafter, in the method for manufacturing the vibration power generation element 10, the first metal film composed of the Pt layer that is the basis of the first electrode 3a1, the first connection wiring 7a, and the first pad electrode 8a is formed on the entire surface of the element forming substrate 11. 24 is formed by, for example, sputtering or CVD. The first metal film 24 is not limited to the Pt film, and may be an Al film or an Al—Si film, for example. In addition to the Au film, the first metal film 24 may have a structure in which a Ti film is interposed as an adhesion film for improving adhesion between the Au film and the insulating film 12e. Here, the material of the adhesion film (not shown) is not limited to Ti, and for example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, or the like may be used. In the method for manufacturing the vibration power generation element 10, after the first metal film 24 is formed, a piezoelectric film (for example, a PZT film) 25 serving as a basis of the piezoelectric layer 3a3 is formed on the entire surface on one surface side of the element forming substrate 11, for example, , Sputtering method, CVD method, sol-gel method, transfer method or the like (see FIG. 3B).

次に、振動発電素子10の製造方法では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電膜25を所定の形状にパターニングすることで圧電膜25の一部からなる圧電体層3a3を形成する(図3(c)を参照)。なお、振動発電素子10は、第1電極3a1上に圧電体層3a3を形成しているが、圧電体層3a3と第1電極3a1との間に、圧電体層3a3の成膜時の下地となるシード層を介在させることで圧電体層3a3の結晶性を向上させてもよい。シード層の材料としては、たとえば、導電性酸化物材料の一種であるPLT((Pb,La)TiO)、PTO(PbTiO)やSRO(SrRuO)などが挙げられる。 Next, in the manufacturing method of the vibration power generation element 10, the piezoelectric film 3a3 formed of a part of the piezoelectric film 25 is formed by patterning the piezoelectric film 25 into a predetermined shape using a photolithography technique and an etching technique ( (Refer FIG.3 (c)). In the vibration power generation element 10, the piezoelectric layer 3a3 is formed on the first electrode 3a1. However, the piezoelectric layer 3a3 is formed between the piezoelectric layer 3a3 and the first electrode 3a1, and the base layer when the piezoelectric layer 3a3 is formed. The crystallinity of the piezoelectric layer 3a3 may be improved by interposing a seed layer. Examples of the material for the seed layer include PLT ((Pb, La) TiO 3 ), PTO (PbTiO 3 ), SRO (SrRuO 3 ), and the like, which are one type of conductive oxide materials.

また、所定の形状の圧電体層3a3を転写法で形成することで、圧電膜25をパターニングする工程を省略することもできる。圧電体層3a3の転写法では、たとえば、予め、図示しない圧電膜形成用基板の一表面上にスパッタ法、CVD法やゾルゲル法などを用いて強誘電体薄膜からなる圧電膜を成膜させておく。次に、圧電膜形成用基板の圧電膜と、素子形成基板11に上述の第1電極3a1の基礎となる第1の金属膜24とを対向配置させた状態で、透光性の圧電膜形成用基板の他表面側からレーザ光を照射させる。レーザ光は、圧電膜形成用基板と、圧電膜との界面で吸収するように照射させる。これにより、圧電膜形成用基板から圧電膜の一部が剥離される。剥離した圧電膜は、素子形成基板11の第1の金属膜24側に転写されて圧電体層3a3とすることができる。レーザ光の照射する領域を制御することで、圧電膜を平面視において後に第1電極3a1となる第1の金属膜24上に第1電極3a1の外形よりも小さい形状に転写することができる。   In addition, the step of patterning the piezoelectric film 25 can be omitted by forming the piezoelectric layer 3a3 having a predetermined shape by a transfer method. In the transfer method of the piezoelectric layer 3a3, for example, a piezoelectric film made of a ferroelectric thin film is formed in advance on one surface of a piezoelectric film forming substrate (not shown) using a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, or the like. deep. Next, in the state where the piezoelectric film of the piezoelectric film forming substrate and the first metal film 24 serving as the basis of the first electrode 3a1 described above are disposed opposite to the element forming substrate 11, the light transmitting piezoelectric film is formed. Laser light is irradiated from the other surface side of the substrate for use. The laser light is irradiated so as to be absorbed at the interface between the piezoelectric film forming substrate and the piezoelectric film. Thereby, a part of the piezoelectric film is peeled off from the piezoelectric film forming substrate. The peeled piezoelectric film can be transferred to the first metal film 24 side of the element forming substrate 11 to form the piezoelectric layer 3a3. By controlling the region irradiated with the laser beam, the piezoelectric film can be transferred onto the first metal film 24 to be the first electrode 3a1 later in a plan view in a shape smaller than the outer shape of the first electrode 3a1.

なお、圧電膜形成用基板は、素子形成基板11よりも圧電体層3a3の基礎となる圧電膜との格子定数差が小さく、格子整合性のよい基板を用いることが好ましい。たとえば、圧電膜の材料としてPZTを用いた場合、圧電膜形成用基板としては、単結晶MgO基板や単結晶STO(SrTiO)基板などを用いることができる。また、圧電膜形成用基板から圧電膜の一部を転写させるレーザ光は、たとえば、KrFエキシマレーザから照射させることができる。さらに、圧電膜形成用基板と、圧電膜との間に、圧電膜の結晶配向を制御するためのPLT、PTOやSROなどのシード層を設けてもよい。シード層は、圧電膜の一部を剥離するに際し、圧電膜の転写時にレーザ光を吸収させて除去される犠牲層として利用することもできる。圧電膜の転写に伴い圧電膜形成用基板の不要な破片が素子形成基板11側に付着した場合は、エッチング液を用いて適宜に除去することができる。 The substrate for forming the piezoelectric film is preferably a substrate having a smaller lattice constant difference from the piezoelectric film serving as the basis of the piezoelectric layer 3a3 than the element forming substrate 11, and having good lattice matching. For example, when PZT is used as the material of the piezoelectric film, a single crystal MgO substrate, a single crystal STO (SrTiO 3 ) substrate, or the like can be used as the piezoelectric film forming substrate. The laser beam for transferring a part of the piezoelectric film from the piezoelectric film forming substrate can be irradiated from, for example, a KrF excimer laser. Furthermore, a seed layer such as PLT, PTO, or SRO for controlling the crystal orientation of the piezoelectric film may be provided between the piezoelectric film forming substrate and the piezoelectric film. The seed layer can also be used as a sacrificial layer that is removed by absorbing laser light during the transfer of the piezoelectric film when part of the piezoelectric film is peeled off. When unnecessary fragments of the piezoelectric film forming substrate adhere to the element forming substrate 11 side as the piezoelectric film is transferred, it can be appropriately removed using an etching solution.

このような別途に形成させた圧電膜を転写して圧電体層3a3を形成する転写法を用いることにより、振動発電素子10の製造時間を短縮させることが可能となる。すなわち、上述の第1の金属膜24の形成後に圧電体層3a3を成膜して振動発電素子10を製造する方法と比較して、時間のかかる圧電膜の形成工程を第1電極3a1の形成工程と別途に並行して行うことができる。   By using such a transfer method in which the separately formed piezoelectric film is transferred to form the piezoelectric layer 3a3, the manufacturing time of the vibration power generation element 10 can be shortened. That is, compared with the method of manufacturing the vibration power generation element 10 by forming the piezoelectric layer 3a3 after the formation of the first metal film 24 described above, the formation process of the first electrode 3a1 is a time-consuming process for forming the piezoelectric film. It can be performed separately from the process.

振動発電素子10の製造方法は、図3(c)に示した圧電体層3a3を形成後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、第1の金属膜24を所定の形状にパターニングすることで、第1の金属膜24の一部からなる第1電極3a1、第1接続配線7aおよび第1パッド電極8aを形成する(図4(a)を参照)。第1電極3a1、第1接続配線7aおよび第1パッド電極8aは、同時に形成している。ここで、第1電極3a1、第1接続配線7aおよび第1パッド電極8aは、第1の金属膜24をパターニングすることで、全てを同時に形成するものだけでなく、第1電極3a1のみを形成してもよい。   In the method of manufacturing the vibration power generation element 10, after forming the piezoelectric layer 3 a 3 illustrated in FIG. 3C, the first metal film 24 is patterned into a predetermined shape using a photolithography technique and an etching technique. Thus, the first electrode 3a1, the first connection wiring 7a, and the first pad electrode 8a made of a part of the first metal film 24 are formed (see FIG. 4A). The first electrode 3a1, the first connection wiring 7a, and the first pad electrode 8a are formed simultaneously. Here, the first electrode 3a1, the first connection wiring 7a, and the first pad electrode 8a are not only formed simultaneously by patterning the first metal film 24, but only the first electrode 3a1 is formed. May be.

この場合、第1電極3a1を形成後、第1接続配線7aおよび第1パッド電極8aを別途に形成すればよい。また、第1接続配線7aを形成する工程と、第1パッド電極8aを形成する工程とを別々に設けてもよい。なお、第1の金属膜24のエッチングにあたっては、たとえば、反応性イオンエッチング(RIE)法やイオンミリング法などを適宜に採用することができる。   In this case, after forming the first electrode 3a1, the first connection wiring 7a and the first pad electrode 8a may be separately formed. Further, the step of forming the first connection wiring 7a and the step of forming the first pad electrode 8a may be provided separately. In the etching of the first metal film 24, for example, a reactive ion etching (RIE) method or an ion milling method can be appropriately employed.

振動発電素子10の製造方法では、第1電極3a1、第1接続配線7aおよび第1パッド電極8aを形成した後、素子形成基板11の一面側に絶縁層3a4を形成する(図4(b)を参照)。絶縁層3a4を形成する工程では、圧電体層3a3が形成された素子形成基板11の一面側にレジストを塗布した後、レジストをフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。続いて、素子形成基板11では、CVD法などにより、素子形成基板11の一面側の全面に絶縁層3a4の基礎となる絶縁膜を成膜した後、レジストを剥離するリフトオフ法を利用することで絶縁層3a4を形成している。絶縁層3a4を形成する工程では、リフトオフ法を用いて絶縁層3a4を形成する方法だけに限られず、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングにより絶縁層3a4を形成してもよい。素子形成基板11の一面側には、絶縁層3a4の形成により、平面視矩形状の開口部3a4aが形成されることになる。   In the method of manufacturing the vibration power generation element 10, after the first electrode 3a1, the first connection wiring 7a, and the first pad electrode 8a are formed, the insulating layer 3a4 is formed on the one surface side of the element formation substrate 11 (FIG. 4B). See). In the step of forming the insulating layer 3a4, a resist is applied to one surface side of the element formation substrate 11 on which the piezoelectric layer 3a3 is formed, and then the resist is patterned by a photolithography technique. Subsequently, the element forming substrate 11 is formed by using a lift-off method in which an insulating film serving as a base of the insulating layer 3a4 is formed on the entire surface on one surface side of the element forming substrate 11 by a CVD method or the like, and then the resist is peeled off. An insulating layer 3a4 is formed. The step of forming the insulating layer 3a4 is not limited to the method of forming the insulating layer 3a4 using the lift-off method, and the insulating layer 3a4 may be formed by patterning using a photolithography technique and an etching technique. On the one surface side of the element formation substrate 11, an opening 3a4a having a rectangular shape in plan view is formed by forming the insulating layer 3a4.

次に、振動発電素子10の製造方法では、第2電極3a2を形成するため、絶縁層3a4の形成を行った素子形成基板11の一面側にレジストを塗布した後、レジストをフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。続いて、素子形成基板11では、第2電極3a2の基礎となる金属膜を蒸着して、レジストを剥離するリフトオフ法を行うことにより、第2電極3a2を形成させる。本実施形態の振動発電素子10の製造方法では、第2電極3a2と併せて第2接続配線7bおよび第2パッド電極8bを形成させている(図4(c)を参照)。なお、第2電極3a2は、電子ビーム(EB)蒸着法やスパッタ法やCVD法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成することにより、第2接続配線7bおよび第2パッド電極8bと同時に形成させてもよい。また、振動発電素子10の製造方法では、第2電極3a2と併せて第2接続配線7bおよび第2パッド電極8bを形成しているが、これに限らず、第2電極3a2と、第2接続配線7bと第2パッド電極8bとを別々に行うようにしてもよい。また、第2接続配線7bは、第2パッド電極8bと別々に形成してもよい。   Next, in the method for manufacturing the vibration power generation element 10, in order to form the second electrode 3a2, a resist is applied to one surface side of the element formation substrate 11 on which the insulating layer 3a4 is formed, and then the resist is patterned by a photolithography technique. To do. Subsequently, in the element formation substrate 11, a second electrode 3a2 is formed by vapor-depositing a metal film serving as a basis of the second electrode 3a2 and performing a lift-off method for removing the resist. In the method for manufacturing the vibration power generation element 10 of the present embodiment, the second connection wiring 7b and the second pad electrode 8b are formed together with the second electrode 3a2 (see FIG. 4C). The second electrode 3a2 is formed using a thin film formation technique such as an electron beam (EB) vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method, a photolithography technique, and an etching technique, whereby the second connection wiring 7b and the second electrode 3a2. You may form simultaneously with the pad electrode 8b. Further, in the method for manufacturing the vibration power generation element 10, the second connection wiring 7b and the second pad electrode 8b are formed together with the second electrode 3a2, but not limited thereto, the second electrode 3a2 and the second connection are formed. The wiring 7b and the second pad electrode 8b may be performed separately. The second connection wiring 7b may be formed separately from the second pad electrode 8b.

続いて、振動発電素子10の製造方法は、フォトリソグラフィ技術およびバッファードフッ酸(BHF)を用いたエッチング技術を利用し、素子形成基板11の一面側から支持部1a、カンチレバー部1bおよび錘部1cとなる部位以外の絶縁膜12eを除去する。これにより、素子形成基板11のシリコン層12dを露出させる(図5(a)を参照)。   Subsequently, the manufacturing method of the vibration power generation element 10 uses a photolithographic technique and an etching technique using buffered hydrofluoric acid (BHF), and supports the support portion 1a, the cantilever portion 1b, and the weight portion from one side of the element formation substrate 11. The insulating film 12e other than the portion to be 1c is removed. As a result, the silicon layer 12d of the element formation substrate 11 is exposed (see FIG. 5A).

次に、振動発電素子10の製造方法では、素子形成基板11における一面側の絶縁膜12eを除去した部位のシリコン層12dを、RIE法を用いたエッチングにより除去する。これにより、素子形成基板11では、埋込酸化膜12cが露出する(図5(b)を参照)。   Next, in the method for manufacturing the vibration power generation element 10, the silicon layer 12d at a portion where the insulating film 12e on one surface side of the element formation substrate 11 is removed is removed by etching using the RIE method. As a result, the buried oxide film 12c is exposed on the element formation substrate 11 (see FIG. 5B).

続いて、振動発電素子10の製造方法は、フォトリソグラフィ技術およびBHFなどを用いたエッチング技術を利用し、素子形成基板11の他面側から支持部1a、カンチレバー部1bおよび錘部1cとなる部位以外の絶縁膜12aを除去する。これにより、素子形成基板11では、絶縁膜12aの一部を除去して、単結晶シリコン基板12bが露出する(図5(c)を参照)。   Subsequently, the manufacturing method of the vibration power generation element 10 uses the photolithography technique and the etching technique using BHF or the like, and the parts that become the support part 1a, the cantilever part 1b, and the weight part 1c from the other surface side of the element formation substrate 11 The other insulating film 12a is removed. Thereby, in the element formation substrate 11, a part of the insulating film 12a is removed, and the single crystal silicon substrate 12b is exposed (see FIG. 5C).

続いて、振動発電素子10の製造方法では、絶縁膜12aの一部を除去した後、素子形成基板11の他面側から絶縁膜12aを除去した部位をDeep−RIE法により、埋込酸化膜12cに達する所定深さまで素子形成基板11をエッチングする。これにより、素子形成基板11では、素子形成基板11における他面側の埋込酸化膜12cを露出させる(図6(a)を参照)。   Subsequently, in the method for manufacturing the vibration power generation element 10, after removing a part of the insulating film 12a, the portion where the insulating film 12a is removed from the other surface side of the element forming substrate 11 is subjected to a buried oxide film by Deep-RIE method. The element formation substrate 11 is etched to a predetermined depth reaching 12c. Thereby, in the element formation substrate 11, the buried oxide film 12c on the other surface side of the element formation substrate 11 is exposed (see FIG. 6A).

次に、振動発電素子10の製造方法は、埋込酸化膜12cの不要部分をRIE法によるエッチングにより除去しカンチレバー部1bを支持部1aから揺動可能に構成する(図6(b)を参照)。   Next, in the manufacturing method of the vibration power generation element 10, an unnecessary portion of the buried oxide film 12c is removed by etching by the RIE method, and the cantilever portion 1b is configured to be swingable from the support portion 1a (see FIG. 6B). ).

続いて、振動発電素子10の製造方法では、錘部1cを構成する部位の絶縁膜12aを除去する。振動発電素子10の製造方法は、エッチングする錘部1cを構成する部位の縁部を除いて、予め素子形成基板11における他面側にエッチングマスクを形成させる。振動発電素子10の製造方法では、錘部1cを構成する部位の縁部をエッチングすることで、カンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向において、カンチレバー部1bから突出する錘部1cの先端に曲面1caを形成することが可能となる(図6(c)を参照)。振動発電素子10の製造方法では、錘部1cの先端に曲面1caを形成するため、たとえば、フッ酸と硝酸とを混合させたフッ硝酸を、酢酸で希釈したエッチング液を用いて、錘部1cを構成する部位の縁部をエッチングすればよい。エッチング液は、硝酸の比率を高くすることで、シリコン材料からなる錘部1cを構成する部位に曲面を形成させることが可能となる。振動発電素子10の製造方法では、錘部1cを構成する部位に予め適宜の形状にエッチングマスクを形成させておくことで、錘部1cの形状を調整することもできる。   Subsequently, in the method for manufacturing the vibration power generation element 10, the insulating film 12 a at a portion constituting the weight portion 1 c is removed. In the method for manufacturing the vibration power generation element 10, an etching mask is formed in advance on the other surface side of the element forming substrate 11 except for the edge portion of the portion constituting the weight portion 1 c to be etched. In the method for manufacturing the vibration power generation element 10, the edge portion of the portion constituting the weight portion 1c is etched to protrude from the cantilever portion 1b in the direction connecting the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b. A curved surface 1ca can be formed at the tip of the weight portion 1c (see FIG. 6C). In the method of manufacturing the vibration power generating element 10, the curved surface 1ca is formed at the tip of the weight portion 1c. For example, the weight portion 1c is obtained by using an etching solution obtained by diluting hydrofluoric acid and nitric acid with acetic acid. What is necessary is just to etch the edge part of the site | part which comprises. By increasing the ratio of nitric acid in the etching solution, it becomes possible to form a curved surface at a portion constituting the weight portion 1c made of a silicon material. In the method for manufacturing the vibration power generation element 10, the shape of the weight portion 1c can be adjusted by forming an etching mask in an appropriate shape in advance in a portion constituting the weight portion 1c.

本実施形態の振動発電装置30では、上述の振動発電素子10の製造方法で形成させた振動発電素子10におけるカンチレバー部1bの一表面1bc側において、振動発電素子10の支持部1aに第1のカバー基板20aを固着させている。また、本実施形態の振動発電装置30は、カンチレバー部1bの他表面1bd側において、振動発電素子10の支持部1aに第2のカバー基板20bを固着させている。第1のカバー基板20aは、カンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向と直交する断面において、C字状をしており、全体として半角筒状の形状としている。同様に、第2のカバー基板20bは、カンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向と直交する断面において、C字状をしており、全体として半角筒状の形状としている。本実施形態の振動発電装置30は、第1のカバー基板20aと、振動発電素子10の一部と、第2のカバー基板20bとでハウジング部20を構成している。ハウジング部20は、第1のカバー基板20aと振動発電素子10と第2のカバー基板20bとで、上記流体を通すことが可能な貫通孔30aを構成している。ハウジング部20は、貫通孔30aの方向にカンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向を沿わせてカンチレバー部1bを貫通孔30aに収納させている。なお、第1のカバー基板20aは、振動発電素子10側に、カンチレバー部1bおよび錘部1cが揺動する変位空間をベース基板1との間に形成し、上記流体を通すことが可能な貫通孔30aの一部を構成する溝部を備えたガラス基板やシリコン基板を用いればよい。   In the vibration power generation device 30 of the present embodiment, the first support portion 1a of the vibration power generation element 10 is provided on the one surface 1bc side of the cantilever part 1b in the vibration power generation element 10 formed by the method for manufacturing the vibration power generation element 10 described above. The cover substrate 20a is fixed. In the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the second cover substrate 20b is fixed to the support portion 1a of the vibration power generation element 10 on the other surface 1bd side of the cantilever portion 1b. The first cover substrate 20a has a C shape in a cross section perpendicular to the direction connecting the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b, and has a half-tubular shape as a whole. Similarly, the second cover substrate 20b has a C-shape in a cross section perpendicular to the direction connecting the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b, and has a half-tube shape as a whole. Yes. In the vibration power generation apparatus 30 according to the present embodiment, the first cover substrate 20a, a part of the vibration power generation element 10, and the second cover substrate 20b constitute a housing portion 20. In the housing part 20, the first cover substrate 20a, the vibration power generation element 10, and the second cover substrate 20b constitute a through hole 30a through which the fluid can pass. The housing part 20 accommodates the cantilever part 1b in the through hole 30a along the direction connecting the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever part 1b in the direction of the through hole 30a. Note that the first cover substrate 20a has a displacement space in which the cantilever portion 1b and the weight portion 1c swing on the vibration power generation element 10 side so as to allow the fluid to pass therethrough. A glass substrate or a silicon substrate provided with a groove part of the hole 30a may be used.

第2のカバー基板20bは、振動発電素子10側に、カンチレバー部1bが揺動する変位空間をベース基板1との間に形成し、上記流体を通すことが可能な貫通孔30aの一部を構成する溝部を備えたガラス基板やシリコン基板を用いればよい。また、第2のカバー基板20bは、振動発電素子10の第1パッド電極8aおよび第2パッド電極8bと各別に接合させて外部に出力可能な連絡用電極(図示していない)を適宜に備えさせればよい。ここで、第1のカバー基板20aと、振動発電素子10とは、たとえば、常温接合法、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法や陽極接合法などにより接合することができる。同様に、第2のカバー基板20bと、振動発電素子10とは、たとえば、常温接合法、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法や陽極接合法などにより接合することができる。   The second cover substrate 20b has a displacement space in which the cantilever portion 1b swings on the side of the vibration power generation element 10 between the base substrate 1 and a part of the through hole 30a through which the fluid can pass. A glass substrate or a silicon substrate provided with a groove to be formed may be used. Further, the second cover substrate 20b is appropriately provided with a contact electrode (not shown) that can be connected to the first pad electrode 8a and the second pad electrode 8b of the vibration power generation element 10 and output to the outside. You can do it. Here, the first cover substrate 20a and the vibration power generation element 10 can be bonded by, for example, a room temperature bonding method, a resin bonding method using an epoxy resin, an anodic bonding method, or the like. Similarly, the second cover substrate 20b and the vibration power generation element 10 can be bonded by, for example, a room temperature bonding method, a resin bonding method using an epoxy resin, an anodic bonding method, or the like.

ハウジング部20は、第1のカバー基板20aと振動発電素子10と第2のカバー基板20bとを用いて、貫通孔30aを構成するものだけでなく、第1のカバー基板20aと第2のカバー基板20bとで貫通孔30aを構成するものでもよい。また、ハウジング部20は、角筒状の形状だけに限られるものではなく、円筒状など種々の形状することができる。   The housing portion 20 uses not only the first cover substrate 20a, the vibration power generation element 10 and the second cover substrate 20b to form the through hole 30a, but also the first cover substrate 20a and the second cover. The substrate 20b may constitute the through hole 30a. Moreover, the housing part 20 is not restricted only to a rectangular tube shape, and can be various shapes such as a cylindrical shape.

第1のカバー基板20aおよび第2のカバー基板20bを備えた振動発電装置30を製造するためには、図6(c)で示す素子形成基板11への加工が終了したベース基板1に、第1のカバー基板20aを接合する第1カバー接合工程を行う。同様に、振動発電装置30の製造方法は、素子形成基板11への加工が終了したベース基板1に第2のカバー基板20bを接合する第2カバー接合工程を行う。振動発電装置30の製造方法は、第1カバー接合工程および第2カバー接合工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、個々の振動発電装置30に分割するダイシング工程を行うことで量産性よく振動発電装置30を製造することができる。   In order to manufacture the vibration power generation apparatus 30 including the first cover substrate 20a and the second cover substrate 20b, the base substrate 1 that has been processed into the element formation substrate 11 shown in FIG. A first cover joining step for joining one cover substrate 20a is performed. Similarly, the method for manufacturing the vibration power generation apparatus 30 performs the second cover bonding step of bonding the second cover substrate 20b to the base substrate 1 that has been processed into the element formation substrate 11. The manufacturing method of the vibration power generator 30 is performed at a wafer level until the first cover bonding process and the second cover bonding process are completed, and then a dicing process is performed to divide the vibration power generation apparatus 30 into a mass-productive product. The vibration power generator 30 can be manufactured.

振動発電装置30は、図6(c)で示す素子形成基板11への加工が終了するまでの工程をウェハレベルで行ってから、個々の振動発電素子10に分割するダイシンク工程を行った振動発電素子10をハウジング部20に収容して振動発電装置30を製造してもよい。   The vibration power generation apparatus 30 performs the vibration power generation in which the die-sync process of dividing into individual vibration power generation elements 10 is performed after the process up to the end of the processing to the element formation substrate 11 shown in FIG. The vibration power generation apparatus 30 may be manufactured by housing the element 10 in the housing portion 20.

本実施形態の振動発電装置30は、カンチレバー部1bの自由端1baと固定端1bbとを結ぶ方向において、カンチレバー部1bから突出する錘部1cの先端が曲面1caを構成している。本実施形態の振動発電装置30は、カンチレバー部1bの自由端1ba側が上記流体の上流側、カンチレバー部1bの固定端1bb側が上記流体の下流側となっている。本実施形態の振動発電装置30では、上流から流れる上記流体が貫通孔30aを通る際に、錘部1cの先端に設けられた曲面1caに沿って流れる。振動発電装置30は、曲面1caに沿った上記流体の流れがカンチレバー部1bの他表面1bd側に沿った流れよりも流速が速くなることで、第2のカバー基板20b側と比較して、第1のカバー基板20a側の圧力が相対的に下がる。これにより、振動発電装置30は、カンチレバー部1bの自由端1ba側が第1のカバー基板20a側に近づく向きに変位する。また、振動発電装置30は、カンチレバー部1bが一定の変位量を超えるとカンチレバー部1bの弾性力により、カンチレバー部1bが元の位置側に戻ろうとする。   In the vibration power generation device 30 of the present embodiment, the tip of the weight portion 1c protruding from the cantilever portion 1b forms a curved surface 1ca in the direction connecting the free end 1ba and the fixed end 1bb of the cantilever portion 1b. In the vibration power generator 30 of the present embodiment, the free end 1ba side of the cantilever part 1b is the upstream side of the fluid, and the fixed end 1bb side of the cantilever part 1b is the downstream side of the fluid. In the vibration power generator 30 of the present embodiment, the fluid flowing from the upstream flows along the curved surface 1ca provided at the tip of the weight portion 1c when passing through the through hole 30a. The vibration power generator 30 has a higher flow velocity than the flow along the other surface 1bd side of the cantilever portion 1b, so that the flow of the fluid along the curved surface 1ca is faster than the second cover substrate 20b side. The pressure on the one cover substrate 20a side is relatively lowered. Thereby, the vibration power generator 30 is displaced in a direction in which the free end 1ba side of the cantilever portion 1b approaches the first cover substrate 20a side. In addition, when the cantilever portion 1b exceeds a certain amount of displacement, the vibration power generator 30 tries to return the cantilever portion 1b to the original position due to the elastic force of the cantilever portion 1b.

本実施形態の振動発電装置30では、錘部1cの荷重がカンチレバー部1bの自由端1ba側に掛かっている。また、振動発電装置30は、錘部1cの先端に設けられた曲面1caに沿って上流から流れる上記流体により、錘部1cを押圧する力が加わる。そのため、振動発電装置30では、元の位置側に戻ってきたカンチレバー部1bを、第2のカバー基板20b側に押圧する向きに変位させる。また、振動発電装置30は、カンチレバー部1bが一定の変位量を超えるとカンチレバー部1bの弾性力により、カンチレバー部1bが元の位置側に戻ろうとする。振動発電装置30は、このような動作が繰り返されることでカンチレバー部1bが自励振動し、先端部が曲面1caの錘部1cを有していない振動発電素子を用いる場合に比べて、圧電変換部3の変位量を大きくさせ発電効率をより高めることが可能になると考えられる。言い換えれば、振動発電装置30は、上記流体によって発生するカンチレバー部1bの一表面1bc側と他表面1bd側との圧力差、カンチレバー部1bの弾性力などによりカンチレバー部1bに自励振動を生じさせることが可能となる。   In the vibration power generator 30 of the present embodiment, the load of the weight portion 1c is applied to the free end 1ba side of the cantilever portion 1b. Moreover, the force which presses the weight part 1c is added to the vibration electric power generating apparatus 30 with the said fluid which flows from upstream along the curved surface 1ca provided in the front-end | tip of the weight part 1c. Therefore, in the vibration power generation device 30, the cantilever portion 1b that has returned to the original position side is displaced in a direction in which it is pressed toward the second cover substrate 20b. In addition, when the cantilever portion 1b exceeds a certain amount of displacement, the vibration power generator 30 tries to return the cantilever portion 1b to the original position due to the elastic force of the cantilever portion 1b. The vibration power generation apparatus 30 is piezoelectrically converted as compared with a case where a vibration power generation element in which the cantilever portion 1b is self-excited and the tip portion does not have the weight portion 1c having the curved surface 1ca by repeating such an operation. It is considered that the amount of displacement of the portion 3 can be increased to further increase the power generation efficiency. In other words, the vibration power generator 30 generates self-excited vibration in the cantilever portion 1b due to a pressure difference between the one surface 1bc side and the other surface 1bd side generated by the fluid, the elastic force of the cantilever portion 1b, and the like. It becomes possible.

本実施形態の振動発電装置30では、圧電変換部3で発生する交流電圧が圧電変換部3の振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。振動発電装置30は、圧電変換部3が貫通孔30aを流れる上記流体によって生ずる自励振動を利用して発電することができる。振動発電装置30は、カンチレバー部1b、錘部1cや圧電変換部3の構造、大きさや材料などを適宜に選択することにより、自励振動の共振周波数を調整することが可能となる。   In the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the AC voltage generated by the piezoelectric conversion unit 3 becomes a sinusoidal AC voltage corresponding to the vibration of the piezoelectric conversion unit 3. The vibration power generation apparatus 30 can generate power using the self-excited vibration generated by the fluid flowing through the through-hole 30a. The vibration power generator 30 can adjust the resonance frequency of self-excited vibration by appropriately selecting the structure, size, material, and the like of the cantilever part 1b, the weight part 1c, and the piezoelectric conversion part 3.

なお、本実施形態の振動発電装置30は、振動発電素子10の第1パッド電極8aおよび第2パッド電極8bから出力される二相交流を整流する二相全波整流回路により構成される整流回路部(図示していない)を備えてもよい。また、振動発電装置30は、整流回路部の出力端の両端間と電気的に接続させる蓄電素子を備えさせることもできる。さらに、振動発電装置30は、蓄電素子と図示しない振動発電装置30に接続される負荷との間にDC/DC変換部を適宜に設け、負荷の容量に応じて、負荷側に供給する電圧を適宜に昇圧または降圧させる構成としてもよい。   Note that the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment includes a rectifier circuit configured by a two-phase full-wave rectifier circuit that rectifies the two-phase alternating current output from the first pad electrode 8a and the second pad electrode 8b of the vibration power generation element 10. A portion (not shown) may be provided. Further, the vibration power generation device 30 can include a power storage element that is electrically connected to both ends of the output end of the rectifier circuit unit. Furthermore, the vibration power generation apparatus 30 appropriately includes a DC / DC conversion unit between a power storage element and a load connected to the vibration power generation apparatus 30 (not shown), and supplies a voltage supplied to the load side according to the capacity of the load. A configuration in which the voltage is increased or decreased as appropriate may be employed.

(実施形態2)
図7に示す本実施形態の振動発電装置30は、図1の実施形態1と比較し、振動発電素子10の構造およびハウジング部20の貫通孔30aに振動発電素子10全体を収納させる点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 2)
The vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment shown in FIG. 7 is mainly different from the first embodiment of FIG. 1 in that the vibration power generation element 10 is accommodated in the structure of the vibration power generation element 10 and the through hole 30a of the housing portion 20. Is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の振動発電装置30は、カンチレバー部1bとカンチレバー部1bの自由端1ba側に設ける錘部1cとカンチレバー部1bの揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部3とを備えた振動発電素子10を有している。振動発電装置30は、流体を通すことが可能な貫通孔30aを備えたハウジング部20を有している。振動発電装置30のハウジング部20は、貫通孔30aの方向にカンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向を沿わせて振動発電素子10におけるカンチレバー部1bを貫通孔30aに収納させている。振動発電装置30は、振動発電素子10の錘部1cが、少なくともカンチレバー部1bの自由端1ba側と固定端1bb側とを結ぶ方向において、カンチレバー部1bから突出する錘部1cの先端が曲面1caを構成している。   The vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment includes a cantilever portion 1b, a weight portion 1c provided on the free end 1ba side of the cantilever portion 1b, and a piezoelectric conversion portion 3 that generates power by receiving stress generated by the swinging of the cantilever portion 1b. The vibration power generation element 10 is included. The vibration power generator 30 has a housing portion 20 having a through hole 30a through which a fluid can pass. The housing part 20 of the vibration power generation apparatus 30 has the cantilever part 1b of the vibration power generation element 10 in the through hole 30a along the direction connecting the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever part 1b in the direction of the through hole 30a. It is stored. In the vibration power generation apparatus 30, the tip of the weight portion 1c protruding from the cantilever portion 1b is curved 1ca in the direction in which the weight portion 1c of the vibration power generation element 10 connects at least the free end 1ba side and the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b. Is configured.

本実施形態の振動発電装置30では、ハウジング部20は、上記流体が供給される供給口21aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの自由端1ba側に連通する供給管21aを設けた供給部21を備えている。また、ハウジング部20は、上記流体を排出させる排出口22aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの固定端1bb側に連通する排出管22aを設けた排出部22を備えている。   In the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the housing part 20 has a supply port 21aa to which the fluid is supplied and a supply part provided with a supply pipe 21a communicating with the free end 1ba side of the cantilever part 1b in the through hole 30a. 21 is provided. The housing portion 20 includes a discharge portion 22 having a discharge port 22aa for discharging the fluid and provided with a discharge pipe 22a communicating with the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b in the through hole 30a.

本実施形態の振動発電装置30は、実施形態1の振動発電装置30と同様に、カンチレバー部1bの揺動に伴い圧電変換部3から発電出力を得ることができる。なお、本実施形態の振動発電装置30では、図7の紙面の上側を鉛直の上方向とし、振動発電素子10は、カンチレバー部1bにおける表面側として鉛直方向の上方側に錘部1cを設けられるように配置している。これにより、本実施形態の振動発電装置30は、錘部1cの自重によりカンチレバー部1cが撓む状態となったとしても、上記流体の流れを堰き止めることを抑制することが可能となる。   Similar to the vibration power generation apparatus 30 of the first embodiment, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment can obtain a power generation output from the piezoelectric conversion unit 3 as the cantilever portion 1b swings. In the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the upper side of the paper surface of FIG. 7 is the vertical upward direction, and the vibration power generation element 10 is provided with the weight portion 1c on the upper side in the vertical direction as the surface side of the cantilever portion 1b. Are arranged as follows. Thereby, even if the cantilever part 1c will be in the state in which the vibration electric power generating apparatus 30 of this embodiment will bend by the dead weight of the weight part 1c, it will become possible to suppress blocking the flow of the said fluid.

本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20に予め設けた支持部1aに、錘部1cが設けられたカンチレバー部1bの自由端1ba側と反対の固定端1bbを接着剤などにより適宜に固定させ、振動発電素子10をハウジング部20に収納させている。本実施形態の振動発電装置30では、振動発電素子10が、第1電極3a1を構成する平板状の金属板と、この金属板上に形成させた圧電体層3a3と、圧電体層3a3上に形成させた第2電極3a2を構成する平板状の金属板とでカンチレバー部1bを構成している。すなわち、本実施形態の振動発電装置30の振動発電素子10は、カンチレバー部1bが圧電変換部3を兼ねている。図7の振動発電装置30の振動発電素子10は、図1の実施形態1における振動発電素子10がMEMSの製造技術を利用して製造した薄膜型の圧電素子であるのに対し、圧電体層3a3としてバルクの圧電体を利用したバルク型の圧電素子を構成している。また、振動発電素子10は、カンチレバー部1bにおける鉛直方向の上方側にカンチレバー部1bから半球状の錘部1cを突出させている。錘部1cは、カンチレバー部1bと別途に形成させた金属材料などからなる錘部1cを、接着剤などを用いて固着させて形成することができる。   In the vibration power generator 30 of the present embodiment, a fixed end 1bb opposite to the free end 1ba side of the cantilever portion 1b provided with the weight portion 1c is appropriately attached to the support portion 1a provided in advance in the housing portion 20 with an adhesive or the like. The vibration power generation element 10 is housed in the housing part 20. In the vibration power generation device 30 of the present embodiment, the vibration power generation element 10 includes a flat metal plate constituting the first electrode 3a1, a piezoelectric layer 3a3 formed on the metal plate, and the piezoelectric layer 3a3. The cantilever part 1b is comprised with the flat metal plate which comprises the formed 2nd electrode 3a2. That is, in the vibration power generation element 10 of the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the cantilever portion 1 b also serves as the piezoelectric conversion portion 3. The vibration power generation element 10 of the vibration power generation apparatus 30 in FIG. 7 is a piezoelectric layer, whereas the vibration power generation element 10 in the first embodiment in FIG. 1 is a thin film type piezoelectric element manufactured using a MEMS manufacturing technique. A bulk type piezoelectric element using a bulk piezoelectric material is configured as 3a3. The vibration power generation element 10 has a hemispherical weight 1c protruding from the cantilever part 1b on the upper side in the vertical direction of the cantilever part 1b. The weight portion 1c can be formed by fixing a weight portion 1c made of a metal material or the like formed separately from the cantilever portion 1b using an adhesive or the like.

本実施形態の振動発電装置30は、実施形態1と同様、上記流体によって発生するカンチレバー部1bの一表面1bc側と他表面1bd側との圧力差と、カンチレバー部1bの弾性力などによりカンチレバー部1bに自励振動を生じさせることが可能となる。なお、本実施形態の振動発電装置30では、図示していないが、適宜に配線を設けて、圧電変換部3で発電し第1電極3a1と第2電極3a2とから出力される電力をハウジング部20の外部に取り出すことが可能なように構成すればよい。振動発電装置30は、振動発電素子10の第1電極3a1と第2電極3a2とが短絡しないように、必要に応じて適宜に絶縁膜を構成すればよい。   As in the first embodiment, the vibration power generator 30 according to the present embodiment has a cantilever portion due to the pressure difference between the one surface 1bc side and the other surface 1bd side generated by the fluid, the elastic force of the cantilever portion 1b, and the like. It becomes possible to generate self-excited vibration in 1b. In the vibration power generation apparatus 30 according to the present embodiment, although not shown, wiring is appropriately provided to generate electric power by the piezoelectric conversion unit 3 and to output electric power output from the first electrode 3a1 and the second electrode 3a2 to the housing unit. What is necessary is just to comprise so that it can take out of 20 outside. The vibration power generation apparatus 30 may be configured with an insulating film as necessary so that the first electrode 3a1 and the second electrode 3a2 of the vibration power generation element 10 are not short-circuited.

本実施形態の振動発電装置30は、図8に示すように、カンチレバー部1bにおける鉛直方向の下方側にカンチレバー部1bから半球状の錘部1cを突出させた振動発電素子10を用いて構成してもよい。また、本実施形態の振動発電装置30は、図9に示すように、カンチレバー部1bにおける鉛直方向の下方側にカンチレバー部1bから半球状の錘部1cを突出させたMEMSの製造技術を利用して製造した振動発電素子10を用いて構成してもよい。さらに、本実施形態の振動発電装置30は、図10に示すように、カンチレバー部1bにおける鉛直方向の上方側にカンチレバー部1bから半球状の錘部1cを突出させ、支持部1aによりカンチレバー部1bを鉛直方向と水平な方向に対して傾斜させた振動発電素子10を用いて構成することもできる。図10に示す振動発電素子10を用いた振動発電装置30では、振動発電素子10とハウジング部20とが、カンチレバー部1bと貫通孔30aの内壁20aaとの間の隙間の大きさを、カンチレバー部1bの固定端1bb側と自由端1ba側とで異ならせることができる。図10に示す振動発電素子10を用いた振動発電装置30では、図7の振動発電装置30と比較して、上記流体によって発生するカンチレバー部1bの一表面1bc側と他表面1bd側との圧力差を、より安定的に発生させることが可能となる。   As shown in FIG. 8, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment is configured using a vibration power generation element 10 in which a hemispherical weight portion 1 c protrudes from the cantilever portion 1 b on the lower side in the vertical direction of the cantilever portion 1 b. May be. Further, as shown in FIG. 9, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment uses a MEMS manufacturing technique in which a hemispherical weight portion 1 c is protruded from the cantilever portion 1 b on the lower side in the vertical direction of the cantilever portion 1 b. You may comprise using the vibration electric power generation element 10 manufactured in this way. Furthermore, as shown in FIG. 10, the vibration power generator 30 of the present embodiment projects a hemispherical weight 1c from the cantilever 1b on the upper side in the vertical direction of the cantilever 1b, and the cantilever 1b is supported by the support 1a. Can be configured using the vibration power generation element 10 inclined with respect to the vertical direction and the horizontal direction. In the vibration power generation device 30 using the vibration power generation element 10 shown in FIG. 10, the vibration power generation element 10 and the housing portion 20 are configured so that the size of the gap between the cantilever portion 1 b and the inner wall 20 aa of the through hole 30 a is the cantilever portion. It can be made different between the fixed end 1bb side of 1b and the free end 1ba side. In the vibration power generation device 30 using the vibration power generation element 10 shown in FIG. 10, compared with the vibration power generation device 30 in FIG. 7, the pressure between the one surface 1bc side and the other surface 1bd side generated by the fluid is the cantilever portion 1 b side. The difference can be generated more stably.

(実施形態3)
図11に示す本実施形態の振動発電装置30は、実施形態2の振動発電装置30と比較して、ハウジング部20の供給部21に流体の流入量を制御する流入量制御部23を備えた点が主として相違する。なお、実施形態2と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 3)
The vibration power generation apparatus 30 according to the present embodiment illustrated in FIG. 11 includes an inflow amount control unit 23 that controls the inflow amount of the fluid in the supply unit 21 of the housing unit 20 as compared with the vibration power generation apparatus 30 according to the second embodiment. The point is mainly different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 2, and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20に流体が供給される供給口21aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの自由端1ba側に連通する供給管21aを設けた供給部21を備えている。また、振動発電装置30は、ハウジング部20に、上記流体を排出させる排出口22aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの固定端1bb側に連通する排出管22aを設けた排出部22を備えている。本実施形態の振動発電装置30は、振動発電素子10として、図10に示す実施形態2の振動発電素子10と同様の構成のものを用いている。そのため、振動発電装置30の振動発電素子10とハウジング部20とは、カンチレバー部1bと貫通孔30aの内壁20aaとの間の隙間の大きさが、カンチレバー部1bの固定端1bb側と自由端1ba側とで異なっている。本実施形態の振動発電装置30では、カンチレバー部1bの厚み方向において、カンチレバー部1bの自由端1ba側をカンチレバー部1bの固定端1bb側よりも支持部1a側にずらしてある。   The vibration power generator 30 of the present embodiment includes a supply unit 21 having a supply port 21aa through which fluid is supplied to the housing unit 20 and provided with a supply pipe 21a communicating with the free end 1ba side of the cantilever unit 1b in the through hole 30a. I have. Further, the vibration power generator 30 includes a discharge portion 22 provided in the housing portion 20 with a discharge port 22aa for discharging the fluid and a discharge pipe 22a communicating with the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b in the through hole 30a. ing. In the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the vibration power generation element 10 having the same configuration as that of the vibration power generation element 10 of the second embodiment shown in FIG. 10 is used. Therefore, the size of the gap between the cantilever portion 1b and the inner wall 20aa of the through hole 30a between the vibration power generation element 10 and the housing portion 20 of the vibration power generation device 30 is such that the fixed end 1bb side and the free end 1ba of the cantilever portion 1b. It is different on the side. In the vibration power generator 30 of the present embodiment, the free end 1ba side of the cantilever part 1b is shifted to the support part 1a side from the fixed end 1bb side of the cantilever part 1b in the thickness direction of the cantilever part 1b.

また、本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20が、錘部1cを設けたカンチレバー部1bの一表面1bc側と反対の他表面1bd側と比較して、一表面1bc側における上記流体の流入量を多くさせる流入量制御部23を供給部21に備えている。ここで、本実施形態の振動発電装置30は、流入量制御部23を備えた供給部21をハウジング部20と一体に形成させている。流入量制御部23は、供給口21aa側から排出口22aa側に向かって、供給管21aの開口面積を小さくさせている。これにより、本実施形態の振動発電装置30は、実施形態2の振動発電装置30と比較して、より多くの上記流体を錘部1cの曲面1ca側に沿わすことができる。そのため、本実施形態の振動発電装置30は、実施形態2の振動発電装置30と比較して、上記流体によって発生するカンチレバー部1bの一表面1bc側と他表面1bd側との圧力差をより大きくすることが可能となる。   Further, in the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the housing 20 has the above fluid on the one surface 1bc side compared to the other surface 1bd side opposite to the one surface 1bc side on the cantilever portion 1b provided with the weight portion 1c. The supply unit 21 is provided with an inflow amount control unit 23 for increasing the inflow amount. Here, in the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the supply unit 21 including the inflow amount control unit 23 is formed integrally with the housing unit 20. The inflow amount control unit 23 reduces the opening area of the supply pipe 21a from the supply port 21aa side toward the discharge port 22aa side. As a result, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment can cause more fluid to flow along the curved surface 1ca side of the weight portion 1c as compared with the vibration power generation apparatus 30 of the second embodiment. Therefore, the vibration power generator 30 of this embodiment has a larger pressure difference between the one surface 1bc side and the other surface 1bd side generated by the fluid than the vibration power generator 30 of the second embodiment. It becomes possible to do.

流入量制御部23は、ハウジング部20と一体に形成させるだけに限られず、図12に示すように、ハウジング部20と別体に形成させた三角柱状の流入量制御部23をハウジング部20に接着剤などを用いて固着させるものでもよい。また、流入量制御部23は、図12に示す傾斜した平面を備えた構造だけに限られず、図13に示すような供給口21aa側の表面だけが曲面を備えた円柱状の一部からなる構造としてもよい。図13に示す振動発電装置30は、供給口21aa側の表面だけが曲面を備えた円柱状の一部からなる構造の流入量制御部23の表面に沿って、流体(図13の一点鎖線の矢印を参照)が流れ、より多くの上記流体を錘部1cの曲面1ca側に沿わすことができる。同様に、流入量制御部23は、図14に示すように、半円柱状の流入量制御部23を供給部21に備えた構造としてもよい。図14に示す振動発電装置30は、流体(図14の一点鎖線の矢印を参照)が半円柱状の流入量制御部23の表面に沿って流れ、さらに多くの上記流体を錘部1cの曲面1ca側に沿わすことができる。   The inflow amount control unit 23 is not limited to being formed integrally with the housing unit 20, and as shown in FIG. 12, the inflow amount control unit 23 having a triangular prism shape formed separately from the housing unit 20 is provided in the housing unit 20. It may be fixed using an adhesive or the like. Further, the inflow rate control unit 23 is not limited to the structure having the inclined plane shown in FIG. 12, and only the surface on the supply port 21aa side as shown in FIG. It is good also as a structure. The vibration power generator 30 shown in FIG. 13 has a fluid (indicated by a one-dot chain line in FIG. 13) along the surface of the inflow control unit 23 having a structure in which only the surface on the supply port 21aa side has a curved surface. Flow), and more fluid can flow along the curved surface 1ca side of the weight portion 1c. Similarly, as shown in FIG. 14, the inflow rate control unit 23 may have a structure in which a semi-cylindrical inflow rate control unit 23 is provided in the supply unit 21. In the vibration power generator 30 shown in FIG. 14, a fluid (see an arrow of a one-dot chain line in FIG. 14) flows along the surface of the semi-cylindrical inflow control unit 23, and a larger amount of the fluid flows on the curved surface of the weight portion 1 c. It can be along the 1ca side.

(実施形態4)
図15に示す本実施形態の振動発電装置30は、図14に示す実施形態3の振動発電装置30と比較して、流入制御部23を備えた供給部21の構造が主として相違する。なお、実施形態3と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 4)
The vibration power generation apparatus 30 according to the present embodiment illustrated in FIG. 15 is mainly different from the vibration power generation apparatus 30 according to the third embodiment illustrated in FIG. 14 in the structure of the supply unit 21 including the inflow control unit 23. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 3, and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20に流体(図15の一点鎖線の矢印を参照)が供給される供給口21aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの自由端1ba側に連通する供給管21aを設けた供給部21を備えている。また、振動発電装置30は、ハウジング部20に、上記流体を排出させる排出口22aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの固定端1bb側に連通する排出管22aを設けた排出部22を備えている。   The vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment has a supply port 21aa through which fluid (see an arrow of a one-dot chain line in FIG. 15) is supplied to the housing part 20, and communicates with the free end 1ba side of the cantilever part 1b in the through hole 30a. A supply unit 21 provided with a supply pipe 21a is provided. Further, the vibration power generator 30 includes a discharge portion 22 provided in the housing portion 20 with a discharge port 22aa for discharging the fluid and a discharge pipe 22a communicating with the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b in the through hole 30a. ing.

本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20が、錘部1cを設けたカンチレバー部1bの一表面1bc側と反対の他表面1bd側と比較して、一表面1bc側における上記流体の流入量を多くさせるように流入量制御部23を供給部21に備えている。特に、本実施形態の振動発電装置30では、供給口21aa側から排出口22aa側に向かって、供給管21aの開口面積を小さくさせるテーパー形状の供給部21を備えている。   In the vibration power generator 30 according to the present embodiment, the housing portion 20 has the fluid inflow on the one surface 1bc side as compared to the other surface 1bd side opposite to the one surface 1bc side on the cantilever portion 1b provided with the weight portion 1c. The inflow amount control unit 23 is provided in the supply unit 21 so as to increase the amount. In particular, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment includes the tapered supply unit 21 that reduces the opening area of the supply pipe 21a from the supply port 21aa side to the discharge port 22aa side.

本実施形態の振動発電装置30は、振動発電素子10が、カンチレバー部1bにおける鉛直方向の上方側に錘部1cを設けている。なお、振動発電素子10は、図16に振動発電素子10の底面図を示している。振動発電装置30は、錘部1cの自重でカンチレバー部1bを撓ませて、流入量制御部23と合わせて、錘部1cを設けたカンチレバー部1bの一表面1bc側と反対の他表面1bd側と比較して、一表面1bc側における上記流体の流入量をより多くさせてもよい。   In the vibration power generation device 30 of the present embodiment, the vibration power generation element 10 includes a weight portion 1c on the upper side in the vertical direction of the cantilever portion 1b. The vibration power generation element 10 is a bottom view of the vibration power generation element 10 in FIG. The vibration power generation apparatus 30 bends the cantilever part 1b with its own weight of the weight part 1c and, together with the inflow control part 23, the other surface 1bd side opposite to the one surface 1bc side of the cantilever part 1b provided with the weight part 1c. As compared with the above, the inflow amount of the fluid on the one surface 1bc side may be increased.

ここで、本実施形態の振動発電装置30では、図17に示す構造の振動発電素子10を用いて構成することもできる。また、本実施形態の振動発電装置30は、図18に示す振動発電素子10を用いて構成することもできる。図18に示す振動発電素子10は、カンチレバー部1bに撓みを生じさせる応力を発生する応力発生膜4をカンチレバー部1bに備えている。図18に示す振動発電素子10では、応力発生膜4は、カンチレバー部1bの圧電変換部3に設けている。応力発生膜4は、たとえば、圧電変換部3上に形成させたSiO膜やSi膜などにより形成することができる。応力発生膜4は、応力発生膜4の材料や応力発生膜4の膜厚などを調整することで、カンチレバー部1bに撓みを生じさせる応力を制御することが可能となる。図18に示す振動発電素子10では、カンチレバー部1bの撓みにより、カンチレバー部1bと貫通孔30aの内壁20aaとの間の隙間の大きさがカンチレバー部1bの固定端1bb側と自由端1ba側とで異なることなる。そのため、振動発電装置30では、振動発電素子10とハウジング部20とが、上記隙間の大きさを、カンチレバー部1bの固定端1bb側と自由端1ba側とで異ならせることにより、錘部1cの曲面1caに当接させる上記流体をより多くさせることも可能となる。なお、応力発生膜4は、カンチレバー部1bに備えていればよく、カンチレバー部1bの一表面1bc側に設けてもよいし、カンチレバー部1bの他表面1bd側に設けてもよい。また、応力発生膜4は、カンチレバー部1bの一表面1bc側および他表面1bd側の両方に設けてもよい。振動発電装置30は、カンチレバー部1bに撓みを生じさせる応力発生膜4を別途に形成させているが、振動発電素子10を構成する材料や膜厚を適宜に選択することで、カンチレバー部1b自体に撓みを生じさせる初期撓みを備えさせることも可能である。 Here, the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment can also be configured using the vibration power generation element 10 having the structure shown in FIG. Moreover, the vibration power generation apparatus 30 of this embodiment can also be comprised using the vibration power generation element 10 shown in FIG. The vibration power generation element 10 shown in FIG. 18 includes a stress generating film 4 that generates stress that causes the cantilever portion 1b to bend in the cantilever portion 1b. In the vibration power generation element 10 shown in FIG. 18, the stress generating film 4 is provided on the piezoelectric conversion portion 3 of the cantilever portion 1b. The stress generating film 4 can be formed by, for example, a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film formed on the piezoelectric conversion unit 3. The stress generating film 4 can control the stress that causes the cantilever portion 1b to bend by adjusting the material of the stress generating film 4, the thickness of the stress generating film 4, and the like. In the vibration power generation element 10 shown in FIG. 18, due to the bending of the cantilever portion 1b, the size of the gap between the cantilever portion 1b and the inner wall 20aa of the through hole 30a is such that the fixed end 1bb side and the free end 1ba side of the cantilever portion 1b It will be different. Therefore, in the vibration power generation device 30, the vibration power generation element 10 and the housing part 20 make the gaps different in size between the fixed end 1bb side and the free end 1ba side of the cantilever part 1b. It is also possible to increase the amount of the fluid that comes into contact with the curved surface 1ca. The stress generating film 4 may be provided on the cantilever portion 1b, and may be provided on the one surface 1bc side of the cantilever portion 1b, or may be provided on the other surface 1bd side of the cantilever portion 1b. The stress generating film 4 may be provided on both the one surface 1bc side and the other surface 1bd side of the cantilever portion 1b. The vibration power generation apparatus 30 separately forms the stress generating film 4 that causes the cantilever portion 1b to bend. However, the cantilever portion 1b itself can be selected by appropriately selecting the material and the film thickness constituting the vibration power generation element 10. It is also possible to provide an initial deflection that causes deflection.

(実施形態5)
図19に示す本実施形態の振動発電装置30は、図11の実施形態3と比較して、ハウジング部20の排出部22の構造が主として相違する。なお、実施形態3と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 5)
The vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment shown in FIG. 19 is mainly different from the third embodiment of FIG. 11 in the structure of the discharge part 22 of the housing part 20. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 3, and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20に上記流体が供給される供給口21aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの自由端1ba側に連通する供給管21aを設けた供給部21を備えている。また、振動発電装置30は、ハウジング部20に上記流体を排出させる排出口22aaを有し貫通孔30aにおけるカンチレバー部1bの固定端1bb側に連通する排出管22aを設けた排出部22を備えている。   The vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment has a supply port 21a having a supply port 21aa through which the fluid is supplied to the housing unit 20 and having a supply pipe 21a communicating with the free end 1ba side of the cantilever portion 1b in the through hole 30a. It has. The vibration power generator 30 includes a discharge portion 22 having a discharge port 22aa for discharging the fluid in the housing portion 20 and a discharge pipe 22a communicating with the fixed end 1bb side of the cantilever portion 1b in the through hole 30a. Yes.

本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20が、錘部1cを設けたカンチレバー部1bの一表面1bc側と反対の他表面1bd側と比較して、一表面1bc側における上記流体の流入量を多くさせる流入量制御部23を供給部21に備えている。また、本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20が、錘部1cを設けたカンチレバー部1bの一表面1bc側と反対の他表面1bd側と比較して、一表面1bc側における上記流体の流出量を多くさせる流出量制御部26を備えている。   In the vibration power generator 30 according to the present embodiment, the housing portion 20 has the fluid inflow on the one surface 1bc side as compared to the other surface 1bd side opposite to the one surface 1bc side on the cantilever portion 1b provided with the weight portion 1c. The supply unit 21 is provided with an inflow amount control unit 23 for increasing the amount. Further, in the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the housing 20 has the above fluid on the one surface 1bc side compared to the other surface 1bd side opposite to the one surface 1bc side on the cantilever portion 1b provided with the weight portion 1c. The outflow amount control unit 26 is provided to increase the outflow amount.

すなわち、本実施形態の振動発電装置30は、ハウジング部20が、供給口21aa側から排出口22aa側に向かって、排出管22aの開口面積を大きくさせる流出量制御部26を排出部22に備えている。なお、流出量制御部26は、流入量制御部23と同様にして形成することができる。   That is, in the vibration power generation apparatus 30 of the present embodiment, the discharge unit 22 includes the outflow amount control unit 26 in which the housing unit 20 increases the opening area of the discharge pipe 22a from the supply port 21aa toward the discharge port 22aa. ing. The outflow amount control unit 26 can be formed in the same manner as the inflow amount control unit 23.

排出部22は、図19に示す傾斜した平面を有する流出量制御部26を備えたものだけに限られず、図20に示す、供給口21aa側から排出口22aa側に向かって、排出管22aの開口面積を大きくさせるテーパー形状の流出量制御部26を備えたものでもよい。図20に示す振動発電装置30は、図19に示す振動発電装置30と比較して、上記流体をより効率よく外部に排出させることが可能となる。そのため、図20に示す振動発電装置30は、図19に示す振動発電装置30と比較して、より発電効率を大きくすることが可能となる。   The discharge part 22 is not limited to the one provided with the outflow amount control part 26 having the inclined plane shown in FIG. 19, and the discharge pipe 22a of the discharge pipe 22a from the supply port 21aa side to the discharge port 22aa side shown in FIG. A taper-shaped outflow control unit 26 that increases the opening area may be provided. The vibration power generation apparatus 30 shown in FIG. 20 can discharge the fluid to the outside more efficiently than the vibration power generation apparatus 30 shown in FIG. Therefore, the vibration power generation apparatus 30 shown in FIG. 20 can increase the power generation efficiency more than the vibration power generation apparatus 30 shown in FIG.

1b カンチレバー部
1ba 自由端
1bb 固定端
1c 錘部
1ca 曲面
3 圧電変換部
4 応力発生膜
10 振動発電素子
20 ハウジング部
20aa 内壁
21 供給部
21a 供給管
21aa 供給口
22 排出部
22a 排出管
22aa 排出口
23 流入量制御部
26 流出量制御部
30 振動発電装置
30a 貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1b Cantilever part 1ba Free end 1bb Fixed end 1c Weight part 1ca Curved surface 3 Piezoelectric conversion part 4 Stress generating film 10 Vibration power generation element 20 Housing part 20aa Inner wall 21 Supply part 21a Supply pipe 21aa Supply port 22 Discharge part 22a Discharge pipe 22aa Inflow control unit 26 Outflow control unit 30 Vibration power generator 30a Through hole

Claims (9)

カンチレバー部と該カンチレバー部の自由端側に設ける錘部と前記カンチレバー部の揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部とを備えた振動発電素子と、流体を通すことが可能な貫通孔の少なくとも一部を構成し前記貫通孔の方向に前記カンチレバー部の前記自由端側と固定端側とを結ぶ方向を沿わせて前記振動発電素子における前記カンチレバー部を前記貫通孔に収納させるハウジング部とを有する振動発電装置であって、
前記錘部は、少なくとも前記カンチレバー部の前記自由端側と前記固定端側とを結ぶ方向において、前記カンチレバー部から突出する前記錘部の先端が曲面を構成していることを特徴とする振動発電装置。
A vibration power generating element including a cantilever portion, a weight portion provided on the free end side of the cantilever portion, and a piezoelectric conversion portion that generates power in response to stress generated by the swinging of the cantilever portion, and a through-hole through which fluid can pass A housing part that accommodates the cantilever part in the vibration power generation element in the through-hole along a direction connecting the free end side and the fixed end side of the cantilever part in the direction of the through-hole. A vibration power generator having
The weight generator is characterized in that the tip of the weight protruding from the cantilever part forms a curved surface at least in a direction connecting the free end side and the fixed end side of the cantilever part. apparatus.
前記ハウジング部は、前記流体が供給される供給口を有し前記貫通孔における前記カンチレバー部の前記自由端側に連通する供給管を設けた供給部と、前記流体を排出させる排出口を有し前記貫通孔における前記カンチレバー部の前記固定端側に連通する排出管を設けた排出部とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の振動発電装置。   The housing portion has a supply port to which the fluid is supplied, a supply portion provided with a supply pipe communicating with the free end side of the cantilever portion in the through hole, and a discharge port for discharging the fluid. The vibration power generator according to claim 1, further comprising a discharge portion provided with a discharge pipe communicating with the fixed end side of the cantilever portion in the through hole. 前記ハウジング部は、前記錘部を設けた前記カンチレバー部の一表面側と反対の他表面側と比較して、前記一表面側における前記流体の流入量を多くさせる流入量制御部を、前記供給部に備えていることを特徴とする請求項2に記載の振動発電装置。   The housing portion is provided with an inflow amount control unit for increasing the inflow amount of the fluid on the one surface side as compared with the other surface side opposite to the one surface side of the cantilever portion provided with the weight portion. The vibration power generation apparatus according to claim 2, wherein the vibration power generation apparatus is provided in a portion. 前記流入量制御部は、前記供給口側から前記排出口側に向かって、前記供給管の開口面積を小さくさせるテーパー形状であることを特徴とする請求項3に記載の振動発電装置。   4. The vibration power generation apparatus according to claim 3, wherein the inflow amount control unit has a tapered shape that decreases an opening area of the supply pipe from the supply port side toward the discharge port side. 前記ハウジング部は、前記供給口側から前記排出口側に向かって、前記排出管の開口面積を大きくさせるテーパー形状の流出量制御部を前記排出部に備えていることを特徴とする請求項4に記載の振動発電装置。   The said housing part is equipped with the taper-shaped outflow amount control part which makes the opening area of the said discharge pipe large from the said supply port side toward the said discharge port side, The said discharge part is characterized by the above-mentioned. The vibration power generator described in 1. 前記振動発電素子と前記ハウジング部とは、前記カンチレバー部と前記貫通孔の内壁との間の隙間の大きさが、前記カンチレバー部の前記固定端側と前記自由端側とで異なっていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の振動発電装置。   The vibration power generation element and the housing portion are different in that the size of the gap between the cantilever portion and the inner wall of the through hole is different between the fixed end side and the free end side of the cantilever portion. The vibration power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the vibration power generator is characterized in that: 前記振動発電素子は、前記カンチレバー部の撓みにより前記隙間の大きさが前記カンチレバー部の前記固定端側と前記自由端側とで異なっていることを特徴とする請求項6に記載の振動発電装置。   The vibration power generation device according to claim 6, wherein the vibration power generation element has a size of the gap that is different between the fixed end side and the free end side of the cantilever part due to the bending of the cantilever part. . 前記振動発電素子は、前記カンチレバー部に前記撓みを生じさせる応力を発生する応力発生膜を前記カンチレバー部に備えたことを特徴とする請求項7に記載の振動発電装置。   The vibration power generation device according to claim 7, wherein the vibration power generation element includes a stress generation film that generates stress that causes the bending in the cantilever portion. 前記振動発電素子は、前記カンチレバー部における鉛直方向の上方側に前記錘部を設けていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の振動発電装置。   The vibration power generation device according to any one of claims 1 to 8, wherein the vibration power generation element includes the weight portion on an upper side in a vertical direction of the cantilever portion.
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