JP5609244B2

JP5609244B2 - 振動発電デバイス

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Publication number: JP5609244B2
Application number: JP2010104227A
Authority: JP
Inventors: 純矢小川; 規裕山内; 松嶋　朝明; 朝明松嶋; 相澤　浩一; 浩一相澤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: EP2566039A4; TWI455472B; JP2011234568A; KR101457462B1; CN102859862A; KR20130003017A; US20130038175A1; EP2566039A1; TW201212515A; CN102859862B; WO2011136315A1

Description

本発明は、MEMS（micro electro mechanical systems、微小電子機器）技術を用い、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動発電デバイスに関するものである。

従来から、車や人の動きなど任意の振動に起因した振動エネルギを電気エネルギに変換するMEMSデバイスの一種である発電デバイスがある。このような発電デバイスに関しては種々の研究がなされている（特許文献１参照）。

上記特許文献１に示された発電デバイスは、図６に示すように、基板１と、基板１に設けられた錘部２と、基板１と錘部２との間をつなぎ錘部２が変位することで撓む燐青銅板３と、燐青銅板３の両面に圧電セラミック板４と電極５を積層され錘部２の揺動に応じて交流電圧を発生する圧電発電部６と、を備えた圧電発電装置が示されている。

特開平７−１０７７５２号公報

しかしながら、アプリケーションに応用するにあたり、圧電発電装置は、アプリケーションの環境振動の周波数に合わせて、共振周波数が調節できていないという課題があった。

本発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたもので、その課題は、アプリケーション固有の共振周波数に合わせて、発電デバイスの共振周波数を簡単に調節できる振動発電デバイスを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の振動発電デバイスは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に設けられた錘部と、前記フレーム部と前記錘部との間をつなぎ前記錘部が振動することで撓む撓み部と、前記撓み部の一方の表面に下層から下部電極と圧電層と上部電極とが順に積層され前記錘部の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部と、を備えた振動発電デバイスであって、前記フレーム部と前記錘部との間には、共振周波数調節手段を備え、前記共振周波数調節手段は、前記撓み部とは別に備えた前記フレーム部と前記錘部とをつなぐ支持梁部で構成され、前記支持梁部の初期形状を変えることで共振周波数を調節することを特徴とする。

また、この振動発電デバイスにおいて、前記共振周波数調節手段は、前記フレーム部と前記撓み部と前記錘部が並ぶ方向と、前記撓み部と前記錘部との厚み方向と、を含む面内において、前記支持梁部を対称的に有することが好ましい。

また、この振動発電デバイスにおいて、前記支持梁部は、前記フレーム部と前記錘部との間で複数回折り返したバネ状構造を有することが好ましい。

また、この振動発電デバイスにおいて、前記バネ状構造は、折り返している部分にＲを有することが好ましい。

また、この振動発電デバイスにおいて、前記共振周波数調節手段は、前記支持梁部の辺の長さを変えることで共振周波数を所定の値に調節することが好ましい。

また、この振動発電デバイスにおいて、前記共振周波数調節手段は、前記支持梁部の辺の幅を変えることで共振周波数を所定の値に調節することが好ましい。

本発明の振動発電デバイスにおいて、前記振動発電デバイスは、前記フレーム部と前記錘部との間には、共振周波数調節手段を備えている。これより、共振周波数を所定の値に調節した振動発電デバイスを形成することができる。

本発明の一実施形態を示す振動発電デバイスの概略分解斜視図である。本発明の一実施形態を示す振動発電デバイスにおける基板の概略平面図である。本発明の一実施形態を示す振動発電デバイスにおける支持梁部の変形例の概略平面図である。本発明の一実施形態を示す振動発電デバイスにおける基板の概略分解断面図である。本発明の一実施形態を示す振動発電デバイスにおける基板の製造方法を説明するための、図１におけるＡ−Ａ´断面の主要工程断面図である。従来例を示す振動発電デバイスの概略断面図である。

図１ないし４は、本発明の一実施形態である振動発電デバイスを示している。この振動発電デバイスは、フレーム部１１と、フレーム部１１の内側に設けられた錘部１２と、フレーム部１１と錘部１２との間をつなぎ錘部１２が変位することで撓む撓み部１３と、撓み部１３の一方の表面に下層から下部電極１５と圧電層１６と上部電極１７とが順に積層され錘部１２の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部１８と、を備えている。また、フレーム部１１と錘部１２との間には、共振周波数調節手段を備える。そして、この共振周波数調節手段は、撓み部１３とは別に備えたフレーム部１１と錘部１２とをつなぐ支持梁部２０で構成され、支持梁部２０の形状を変えることで共振周波数を調節する。また、共振周波数調節手段は、フレーム部１１と撓み部１３と錘部１２が並ぶ方向と、前記撓み部と前記錘部との厚み方向と、を含む面内において、支持梁部２０を対称的に有している。また、支持梁部２０は、フレーム部１１と錘部１２との間で複数回折り返したバネ状構造を有する。また、バネ状構造は、折り返している部分にＲを有している。そして、共振周波数調節手段は、支持梁部２０の辺の長さを変えることで共振周波数を所定の値に調節する。さらに、共振周波数調節手段は、支持梁部２０の辺の幅（図２におけるＬ）を変えることで共振周波数を所定の値に調節する。

この振動発電デバイスの基板２５は、ＳＯＩ基板を用いていて、ＳＯＩ基板は、下から順に支持層２６と、絶縁層２７と、活性層２８と、を有している。ここで、フレーム部１１および錘部１２は、支持層２６と絶縁層２７と活性層２８とを主体として、撓み部１３および支持梁部２０は、絶縁層２７と活性層２８とを主体として構成している。

また、振動発電デバイスは、図１に示すように、基板２５の活性層２８側の表面に発電部１８を備えていて、活性層２８側の表面を一表面とすると、前記一表面にフレーム部１１と固着した第一のカバー基板２９を有する。そして、振動発電デバイスは、基板２５の支持層２６側の表面を他表面とすると、前記他表面にフレーム部１１と固着した第二のカバー基板３０を有する。これら第一のカバー基板２９および第二のカバー基板３０は、シリコンやガラス等を用いて形成している。このように、振動発電デバイスは、基板２５と、第一のカバー基板２９と、第二のカバー基板３０と、を用いて構成されている。

以下、本実施形態における振動発電デバイスについて具体的詳細に説明する。

図２に示すように、フレーム部１１の平面視における外形形状は、矩形形状である。また、フレーム部１１の内側に有する錘部１２および撓み部１３の平面視における外形形状も、フレーム部１１の外形形状と同様に矩形形状である。また、撓み部１３の上記一表面側に形成された発電部１８の平面視における外形形状は、撓み部１３の外形形状に沿って、矩形形状である。また、支持梁部２０の平面視における外形形状は、フレーム部１１と錘部１２とをつなぎ、折り返し構造を含み、錘部１２の揺動を制御できれば、特に形状の限定はない。また、支持梁部２０は、所定の共振周波数の値に応じて、支持梁部２０の長さまたは幅Ｌの初期形状を決定している。なお、ここで言う初期形状とは、振動発電デバイスに加速度等の外部からの力が加わっていない状態における形状を指す。また、支持梁部２０は、初期形状において、錘部１２の大きい振動動作側寄りである錘部１２の先端寄りに接続していることが好ましいが、求める共振周波数の値に応じて発電部１８寄りに形成していても構わない。

そして、この振動発電デバイスは、撓み部１３の上記一表面に発電部１８を備えている。発電部１８は、撓み部１３の上記一表面側から順に下部電極１５、圧電層１６、上部電極１７が積層されている。また、撓み部１３の上記一表面側には、下部電極１５および上部電極１７それぞれにつながって、金属配線からなる接続配線３１ａ、３１ｃが形成されている。また、撓み部１３の上記一表面側には、接続配線３１ａ、３１ｃを介して電気的に接続された下部電極用パッド３２ａと、上部電極用パッド３２ｃと、が形成されている。

発電部１８においては、下部電極１５の平面サイズが最も大きく、二番目に圧電層１６の平面サイズが大きく、上部電極１７の平面サイズが最も小さくなるように設計してある。本実施形態では、平面視において、下部電極１５の外周線の内側に圧電層１６が位置し、圧電層１６の外周線の内側に上部電極１７が位置している。

また、本実施形態の共振周波数調節手段において、支持梁部２０は、初期形状において、錘部１２の前記先端寄りに二つの支持梁部２０を対称的に備える。また、図３の（ａ）に示すように、この支持梁部２０は、複数回折り返すことでバネ状構造を有し、所定の共振周波数の値によって、その折り返している部分の回数を増減させて形成している。また、そのバネ状構造は、支持梁部２０の辺の長さ、または、支持梁部２０の辺の幅を変えて形成することで、求める共振周波数の値に設定する。また、図３の（ｂ）に示すように、その折り返し構造は、錘部１２の振動時に応力が集中する折り返し部分の内縁にＲを有するように形成する。なお、折り返し部分の外縁も、内縁と同様にＲを有するように形成してもよい。

また、図４に示すように、発電部１８は、撓み部１３の上記一表面側に形成された下部電極１５と、下部電極１５における撓み部１３側とは反対に形成された圧電層１６と、圧電層１６における下部電極１５側とは反対に形成された上部電極１７とを有する。さらに、少なくともフレーム部１１と撓み部１３との境界から錘部１２と撓み部１３との境界にまで、発電部１８は形成されている。なお、発電部１８がフレーム部１１と撓み部１３との境界に揃っているほうが、発電部１８に振動しても発電に寄与しない部分が存在せず、発電量の向上を図れるため好ましい。基板２５の上記一表面側には、上部電極１７に電気的に接続される接続配線３１ｃと下部電極１５との短絡防止用の絶縁部３５が、下部電極１５および圧電層１６それぞれにおけるフレーム部１１側の端部を覆う形で形成されている。

なお、絶縁部３５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。また、基板２５と下部電極１５との間にＭｇＯ層からなるシード層（図示せず）が形成されている。また、シリコン基板２５の上記一表面側および上記他表面側には、シリコン酸化膜３６、３７が形成されている。

また、第一のカバー基板２９は、基板２５側の一表面側に、錘部１２および撓み部１３からなる可動部の変位空間を形成し、その変位空間を第一凹所３８としている。

第一のカバー基板２９は、第一のカバー基板２９の他表面側に、発電部１８で発生した交流電圧を外部へ供給するための出力用電極４０，４０を形成している。各出力用電極４０，４０は、第一のカバー基板２９の一表面側に形成された連絡用電極４１，４１と、第一のカバー基板２９の厚み方向に貫設された貫通孔配線４２，４２を介して電気的に接続されている。ここで、第一のカバー基板２９は、各連絡用電極４１，４１が基板２５の下部電極用パッド３２ａ，上部電極用パッド３２ｃと接合され、電気的に接続されている。なお、各出力用電極４０，４０および各連絡用電極４１，４１をＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成しているが、これらの材料や層構造は特に限定するものではない。また、各貫通孔配線４２，４２の材料としてはＣｕを採用しているが、これに限らず、例えばＮｉ、Ａｌなどを採用してもよい。

本実施形態では、第一のカバー基板２９としてシリコンを用いた基板を使用する場合、第一のカバー基板２９は、二つの出力用電極４０，４０同士の短絡を防止するためのシリコン酸化膜からなる絶縁膜４３が、第一のカバー基板２９の上記一表面側および上記他表面側と貫通孔配線４２，４２が内側に形成された貫通孔４４，４４の内周面とに跨って形成されている。なお、第一のカバー基板２９としてガラスを用いた基板のような絶縁性基板を用いる場合は、このような絶縁膜４３は設ける必要はない。

また、第二のカバー基板３０は、基板２５側の一表面側に、錘部１２および撓み部１３からなる可動部の変位空間を形成し、その変位空間を第二凹所３９としている。なお、第二のカバー基板３０は、ガラス基板のような絶縁性基板を用いてもよい。

また、上述の基板２５の上記一表面側には、第一のカバー基板２９と接合するための第一の接合用金属層４６が形成されており、第一のカバー基板２９には、第一の接合用金属層４６に接合される第二の接合用金属層（図示せず）が形成されている。ここで、第一の接合用金属層４６の材料としては、下部電極用パッド３２ａ、上部電極用パッド３２ｃと同じ材料を採用しており、第一の接合用金属層４６は、基板２５の一表面上で下部電極用パッド３２ａ、上部電極用パッド３２ｃと同じ厚さに形成されている。

基板２５と第一のカバー基板２９と第二のカバー基板３０とは、常温接合法により接合してあるが、常温接合法に限らず、例えば、陽極接合法や、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法などにより接合してもよい。なお、本実施形態の振動発電デバイスは、ＭＥＭＳデバイスの製造技術などを利用して形成されている。

以上、説明した本実施形態の振動発電デバイスでは、発電部１８が下部電極１５と、圧電層１６と、上部電極１７と、で構成されているから、撓み部１３の振動によって圧電層１６が応力を受け、下部電極１５と上部電極１７とに電荷の偏りが発生し、発電部１８において交流電圧が発生する。また、このとき、支持梁部２０は、錘部１２が振動しすぎることを制御する働きをする。

ここで、振動発電デバイスの圧電層１６に用いられる圧電材料の比誘電率をε、発電指数をＰとすると、Ｐ∝ｅ３１２／εの関係が成り立ち、発電指数Ｐが大きいほど発電効率が大きくなる。振動発電デバイスに用いられる代表的な圧電材料であるＰＺＴおよびＡｌＮそれぞれの圧電定数ｅ３１、比誘電率εの一般的な値からみて、発電指数Ｐに二乗できく圧電定数ｅ３１が大きいＰＺＴを採用した方が発電指数Ｐを大きくできる。本実施形態における振動発電デバイスは、圧電層１６の圧電材料として、鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴを採用しているが、鉛系圧電材料は、ＰＺＴに限らず、例えばＰＺＴ−ＰＭＮ（：Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ３）やその他の不純物を添加したＰＺＴを採用してもよい。ただし、圧電層１６の圧電材料は、鉛系圧電材料に限らず、他の圧電材料を採用してもよい。

以下、本実施形態の振動発電デバイスの製造方法について、図５を参照しながら説明するが、図５（ａ）ないし（ｇ）は、図１のＡ−Ａ´断面に対応する部位を示している。

まず、シリコンを用いて形成されるシリコン基板２５の上記一表面側と上記他表面側にシリコン酸化膜３６、３７を熱酸化法などにより形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図５（ａ）に示す構造を得る。

その後、基板２５の上記一表面の全面に下部電極１５、接続配線３１ａ及び下部電極用パッド３２ａの基礎となるＰｔ層からなる金属層５０をスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成する金属層形成工程を行う。続いて、基板２５の上記一表面の全面に圧電材料（例えば、ＰＺＴなど）からなる圧電層１６の基礎となる圧電膜５１（例えば、ＰＺＴ膜など）をスパッタ法やＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成する圧電膜形成工程を行うことによって図５（ｂ）に示す構造を得る。なお、金属層５０は、Ｐｔ層に限らず、例えばＡｌ層やＡｌ−Ｓｉ層でもよいし、Ｐｔ層とそのＰｔ層とシード層との間に介在する密着性改善用のＴｉ層とで構成してもよい。ここで密着層の材料はＴｉに限らず、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。

上述の圧電膜形成工程の後、圧電膜５１を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し、圧電膜５１の一部からなる圧電層１６を形成する圧電膜パターニング工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。

その後、上述の金属層５０を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し、それぞれ金属層５０の一部からなる下部電極１５、接続配線３１ａ、下部電極用パッド３２ａを形成する金属層パターニング工程を行うことによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態の金属層パターニング工程では金属層５０をパターニングすることによって、下部電極１５と併せて接続配線３１ａおよび下部電極用パッド３２ａを形成しているが、これに限らず、金属層パターニング工程で金属層５０をパターニングすることで下部電極１５のみを形成するようにし、その後、接続配線３１ａおよび下部電極用パッド３２ａを形成する配線形成工程を別途に設けてもよい。また、接続配線３１ａを形成する接続配線形成工程と下部電極用パッド３２ａを形成する下部電極用パッド形成工程とを別々に設けてもよい。また、金属層５０のエッチングにあたっては、例えば、ＲＩＥ法やイオンミリング法などを採用すればよい。

上述の金属層パターニング工程により下部電極１５、接続配線３１ａ、および下部電極用パッド３２ａを形成した後、基板２５の上記一表面側に絶縁部３５を形成する絶縁部形成工程を行うことによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。絶縁部形成工程では、基板２５の上記一表面側の全面に絶縁層をＣＶＤ法などにより成膜してから、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しているが、リフトオフ法を利用して絶縁部３５を形成するようにしてもよい。

上述の絶縁部形成工程の後、上部電極１７を例えば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上部電極形成工程と同時に、接続配線３１ｃおよび上部電極用パッド３２ｃを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配線形成工程を行うことによって、図５（ｆ）に示す構造を得る。言い換えれば、本実施形態では、上部電極形成工程において、上部電極１７と併せて接続配線３１ｃおよび上部電極用パッド３２ｃを形成しているが、これに限らず、上部電極形成工程と配線形成工程とを別々に行うようにしてもよい。また、配線形成工程についても、接続配線３１ｃを形成する接続配線形成工程と上部電極用パッド３２ｃを形成する上部電極用パッド形成工程とを別々に設けてもよい。なお、上部電極１７のエッチングは、ＲＩＥ法などのドライエッチングが好ましいが、ウェットエッチングでもよく、例えば、Ａｕ膜をヨウ化カリウム水溶液、Ｔｉ膜を過酸化水素水によりウェットエッチングすればよい。なお、上部電極１７は、ＰｔやＡｌやＡｌ−Ｓｉ等を用いて構成されている。

上述のようにして上部電極１７、接続配線３１ｃ、上部電極用パッド３２ｃを形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してフレーム部１１と、錘部１２と、撓み部１３と、支持梁部２０と、を形成する基板加工工程を行うことで、図５（ｇ）に示す構造を得る。ここにおいて、基板加工工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して、基板２５の上記一表面側から絶縁層２７に達するまで、基板２５のうちフレーム部１１と、錘部１２と、撓み部１３と、支持梁部２０と、以外の部位をエッチングすることで表面溝を形成する表面溝形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して基板２５を上記他表面側から絶縁層２７に達するまで、フレーム部１１および錘部１２以外の部位をエッチングすることで、裏面溝を形成する裏面溝形成工程を行う。続いて、絶縁層２７をエッチングすることで、表面溝と裏面溝とを連通させ、また、フレーム部１１と、錘部１２と、撓み部１３と、支持梁部２０と、を形成する。このエッチング工程を行うことによって、図５（ｇ）に示す構造の発電デバイスを得る。

ところで、本実施形態では、基板加工工程の表面溝形成工程および裏面溝形成工程において、垂直深堀が可能な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置を用いて基板２５をエッチングしているので、撓み部１３の裏面とフレーム部１１の内側面とのなす角度を略９０度とすることができる。なお、基板加工工程の表面溝形成工程および裏面溝形成工程は、ＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いたドライエッチングに限らず、異方性の高いエッチングが可能であればよく、他のドライエッチング装置を用いてもよい。また、基板２５の上記一表面が（１１０）面の場合には、ＴＭＡＨ水溶液やＫＯＨ水溶液などのアルカリ系溶液を用いたウェットエッチング（結晶異方性エッチング）でもよい。

なお、本実施形態の発電デバイスは、基板加工工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の振動発電デバイスに分割するようにしている。

本実施形態では、第一のカバー基板２９と、第二のカバー基板３０と、を備えているので、上述の撓み部１３を形成するエッチング工程の後、各カバー基板２９、３０を接合するカバー接合工程を行う。この場合、カバー接合工程が終了するまでウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の発電デバイスに分割すればよい。ここにおいて、各カバー基板２９、３０は、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、薄膜形成工程、めっき工程などの周知の工程を適宜適用して形成すればよい。

ところで、発電部１８では、下部電極１５上に圧電層１６を形成しているが、下部電極１５と圧電層１６との間に、圧電層１６の成膜時の下地となるバッファ層（図示せず）を介在させることで、圧電層１６の結晶性を更に向上させてもよい。バッファ層の材料としては、導電性酸化物材料の一種であるＳｒＲｕＯ₃、（Ｐｂ，Ｒａ）ＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃などを採用すればよい。

したがって、本実施形態の振動発電デバイスにおいては、フレーム部１１と錘部１２との間には、共振周波数調節手段を備える。これより、振動発電デバイスは、初期形状において、共振周波数を所定の値に調節して形成することができる。

また、本実施形態の振動発電デバイスにおいて、共振周波数調節手段は、撓み部１３とは別に備えたフレーム部１１と錘部１２とをつなぐ支持梁部２０で構成され、支持梁部２０の形状を変えることで共振周波数を調節する。これより、振動発電デバイスは、初期形状において、共振周波数を所定の値に調節して形成することができる。さらに、過大な加速度が振動発電デバイスに加わったとき、錘部１２の変位が急拡大して、振動発電デバイスが破損するのを抑制することができる。

そして、本実施形態の振動発電デバイスにおいて、共振周波数調節手段は、フレーム部１１と撓み部１３と錘部１２が並ぶ方向と、前記撓み部と前記錘部との厚み方向と、を含む面内において、支持梁部２０を対称的に形成している。これは、初期形状において、支持梁部２０を対称的な支持状態にすることで、振動発電デバイスの振動特性に影響を及ぼしにくく、振動状態の安定性を向上させる。

また、本実施形態の振動発電デバイスにおいて、支持梁部２０は、フレーム部１１と錘部１２との間で複数回折り返したバネ状構造を有する。これは、振動発電デバイスにかかる加速度によって振動する錘部１２の振幅を制限し、振動発電デバイスの破損を抑制することができる。また、折り返し部分の回数によって、初期形状において、共振周波数を所定の値に調節して振動発電デバイスを形成することができる。

さらに、本実施形態の振動発電デバイスにおいて、バネ状構造は、折り返している部分にＲを有する。これより、支持梁部２０は、応力集中を緩和し、耐加速度性を向上させる。

さらに、本実施形態の振動発電デバイスにおいて、共振周波数調節手段は、支持梁部２０の辺の長さを変えることで共振周波数を所定の値に調節して振動発電デバイスを形成する。これより、支持梁部２０の長さの初期形状を変えて形成するだけで、共振周波数を簡単に変えることができる振動発電デバイスを作製することができる。

また、本実施形態の振動発電デバイスにおいて、共振周波数調節手段は、支持梁部２０の辺の幅を変えることで共振周波数を所定の値に調節して、振動発電デバイスを形成する。これより、支持梁部２０の幅の初期形状を変えて形成するだけで、共振周波数を簡単に変えることができる振動発電デバイスを作製することができる。

そして、この振動発電デバイスは、支持梁部２０を備えることで、ウェットエッチングやレジスト除去時のディップの工程等で、脆弱な撓み部１３に荷重がかかって破損することを抑制し、撓み部１３の破損を抑制する。また、薄く加工した撓み部１３が、発電部１８の圧電層１６の残留応力や錘部１２の重力の影響のみで歪むことを抑制する。

１１フレーム部
１２錘部
１３撓み部
１５下部電極
１６圧電層
１７上部電極
１８発電部
２０支持梁部
２５基板
２９第一のカバー基板
３０第二のカバー基板
３１ａ、３１ｃ接続配線
３２ａ下部電極用パッド
３２ｃ上部電極揺パッド
４０出力用電極
４６第一の接合用金属

Claims

フレーム部と、前記フレーム部の内側に設けられた錘部と、前記フレーム部と前記錘部との間をつなぎ前記錘部が振動することで撓む撓み部と、前記撓み部の一方の表面に下層から下部電極と圧電層と上部電極とが順に積層され前記錘部の揺動に応じて交流電圧を発生する発電部と、を備えた振動発電デバイスであって、
前記フレーム部と前記錘部との間には、共振周波数調節手段を備え、
前記共振周波数調節手段は、前記撓み部とは別に備えた前記フレーム部と前記錘部とをつなぐ支持梁部で構成され、前記支持梁部の初期形状を変えることで共振周波数を調節することを特徴とする振動発電デバイス。
前記共振周波数調節手段は、前記フレーム部と前記撓み部と前記錘部が並ぶ方向と、前記撓み部と前記錘部との厚み方向と、を含む面内において、前記支持梁部を対称的に有することを特徴とする請求項１に記載の振動発電デバイス。
前記支持梁部は、前記フレーム部と前記錘部との間で複数回折り返したバネ状構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電デバイス。
前記バネ状構造は、折り返している部分にＲを有することを特徴とする請求項３に記載の振動発電デバイス。
前記共振周波数調節手段は、前記支持梁部の辺の長さを変えることで共振周波数を所定の値に調節することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動発電デバイス。
前記共振周波数調節手段は、前記支持梁部の辺の幅を変えることで共振周波数を所定の値に調節することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動発電デバイス。