TW201400700A - 發電裝置及發電模組 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種發電裝置1，具備：框狀的支持部11；懸臂部12，以可任意擺動的方式為支持部11所支持；以及發電部14，設置於懸臂部12之一面121側，回應懸臂部12的振動而產生交流電壓。此外，發電裝置1，具備設置於支持部11與懸臂部12之間，使流體可沿著支持部11的厚度方向通過之流路15。此外，發電裝置1，使懸臂部12之前端部12a，較懸臂部12之基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。

Description

發電裝置及發電模組

本發明係關於一種發電裝置及發電模組。

近年，將振動能轉換為電能之發電裝置，在環境發電(Energy Harvesting)等之領域受到注目。

作為此種發電裝置，例如圖9所示之構成的發電元件，在日本特許出願公開號2011-91319被提出。

此一發電元件，具備：懸臂形成基板120，具有框部(支持部)125及以可任意擺動的方式支持框部125之懸臂部126；以及壓電轉換部124，回應懸臂部126的振動而產生交流電壓。壓電轉換部124，於懸臂形成基板120之一表面側中形成在懸臂部126。此外，懸臂形成基板120，於懸臂部126之前端部，一體化地設置錘部123。

框部125、懸臂部126及錘部123，係使用元件形成基板120a而形成。作為元件形成基板120a，記載有單結晶的矽基板、多結晶的矽基板、SOI(Silicon on Insulator)基板及金屬基板等。

壓電轉換部124以如下元件構成：下部電極124a；壓電層124b，形成 在下部電極124a的與懸臂部126側相反之側；以及上部電極124c，形成在壓電層124b的與下部電極124a側相反之側。

此外，於懸臂形成基板120之該一表面側，形成介由連接配線126a、126c分別與下部電極124a及上部電極124c電性連接之下部電極用焊墊127a及上部電極用焊墊127c。

而本案發明人等，考慮以流體使上述發電元件發電。亦即，本案發明人，探討將上述發電元件配置於流體之流路，不以外部振動而利用流體使發電元件發電。

然而，上述發電元件，難以利用流體進行發電。

鑒於上述事由，本發明之目的在於提供一種，可利用流體而進行發電之發電裝置及發電模組。

本發明之發電裝置(1)具備：框狀的支持部(11)；懸臂部(12)，以可任意擺動的方式為該支持部(11)所支持；發電部(14)，設置於該懸臂部(12)之一面(121)側，回應該懸臂部(12)的振動而產生交流電壓；以及流路(15)，設置於該支持部(11)與該懸臂部(12)之間，使流體(F)可沿著該支持部(11)的厚度方向通過；其特徵為：該懸臂部(12)之前端部(12a)，較該懸臂部(12)之基端部(12b)更往遠離該支持部(12a)的方向偏移。

本發明之一實施形態中，該發電部(14)具備：第1電極(14a)，設置於該懸臂部(12)的厚度方向之一面(121)側；第2電極(14c)，設置於該懸臂部(12)之另一表面(122)側；以及壓電薄膜(14b)，設置於該第1電極(14a)與第2電極(14c)之間；藉由該壓電薄膜(14b)之內部 應力，使該懸臂部(12)之該前端部(12a)，較該基端部(12b)更往遠離該支持部(11)的方向偏移為佳。

本發明之一實施形態中，該發電部(14)具備：第1電極(14a)，設置於該懸臂部(12)的厚度方向之一面(121)側；第2電極(14c)，設置於該懸臂部(12)之另一表面(122)側；以及壓電薄膜(14b)，設置於該第1電極(14a)與第2電極(14c)之間；藉由設置於該懸臂部(12)之該一面(121)側的應力控制膜(19)，使該懸臂部之該前端部(12a)，較該基端部(12b)更往遠離該支持部(11)的方向偏移為佳。

本發明之一實施形態中，藉由將該懸臂部(12)對該支持部(11)傾斜地配置，而使該懸臂部之該前端部(12a)，較該基端部(12b)更往遠離該支持部(11)的方向偏移為佳。

本發明之一實施形態中，該支持部(11)，宜形成為該流路(15)之剖面積在該支持部的厚度方向之兩側較該厚度方向之中間加寬的形狀。

本發明之一實施形態之發電裝置(1)，具備發電元件(1a)及收納構件(1b)。該發電元件(1a)，具備該支持部(11)、該懸臂部(12)、該發電部(14)及該流路。該收納構件(1b)，以收納該發電元件(1a)的方式形成。該收納構件(1b)，具備該流體(F)流入之流入口(1ba)、及該流體(F)流出之流出口(1bb)。於該流入口(1ba)與該流出口(1bb)之間配置該發電元件(1a)。該收納構件(1b)，形成為自該流入口(1ba)起隨著接近該發電元件(1a)而開口面積變小，自該發電元件(1a)起隨著接近該流出口(1bb)而開口面積變大之形狀為佳。

本發明之一實施形態中，發電模組(A1)，宜具備：該發電裝置(1)；以及流體控制部(3)，設置於該發電裝置(1)之外部，並可控制流體之流動以增大流通於該流路之流體(F)的流量。

本發明之發電裝置中，使懸臂部之前端部，較該懸臂部之基端部更往遠離支持部的方向偏移，故可利用流體進行發電。

本發明之發電模組中，可利用流體而進行發電。

1‧‧‧發電裝置

1a‧‧‧發電元件

1b‧‧‧收納構件

1ba‧‧‧流入口

1bb‧‧‧流出口

3‧‧‧流體控制部

3a‧‧‧吸入口

3b‧‧‧吹出口

4‧‧‧導管

10‧‧‧基板

10a‧‧‧矽基板

10b‧‧‧嵌入氧化膜

10c‧‧‧矽層

10d‧‧‧狹縫

10f‧‧‧空間

11‧‧‧支持部

11a‧‧‧開口

11b‧‧‧第1端部

11f‧‧‧第2端部

12‧‧‧懸臂部

12a‧‧‧前端部

12b‧‧‧基端部

14‧‧‧發電部

14a‧‧‧第1電極

14b‧‧‧壓電薄膜

14c‧‧‧第2電極

15‧‧‧流路

16a‧‧‧第1焊墊

16c‧‧‧第2焊墊

17a‧‧‧第1配線部

17c‧‧‧第2配線部

18a‧‧‧第1絕緣膜

18aa‧‧‧第1側的面

18b‧‧‧第2絕緣膜

18bb‧‧‧第2側的面

19‧‧‧應力控制膜

20‧‧‧樑構件

21‧‧‧安裝台部

21a‧‧‧傾斜面

101、111、121、141‧‧‧第1面

102、112、122、142‧‧‧第2面

120‧‧‧懸臂形成基板

120a‧‧‧元件形成基板

125‧‧‧框部

126‧‧‧懸臂部

123‧‧‧錘部

124‧‧‧懸臂部

124a‧‧‧下部電極

124b‧‧‧壓電層

124c‧‧‧上部電極

126a、126c‧‧‧連接配線

127a‧‧‧下部電極用焊墊

127c‧‧‧上部電極用焊墊

A1‧‧‧發電模組

F‧‧‧流體

R‧‧‧區域

T‧‧‧端

圖1A 實施形態1之發電裝置的概略俯視圖。

圖1B 圖1A之A-A’概略剖面圖。

圖1C 圖1A之B-B’概略剖面圖。

圖1D 圖1A之發電裝置的要部剖面圖。

圖2A 實施形態2之發電裝置的概略俯視圖。

圖2B 圖2A之A-A’概略剖面圖。

圖2C 圖2A之B-B’概略剖面圖。

圖2D 圖2A之發電裝置的要部剖面圖。

圖3 實施形態3之發電裝置的概略剖面圖。

圖4A 實施形態4之發電裝置的概略俯視圖。

圖4B 圖4A之A-A’概略剖面圖。

圖4C 圖4A之B-B’概略剖面圖。

圖4D 圖4A之發電裝置的要部剖面圖。

圖5A 實施形態5之發電裝置的概略剖面圖。

圖5B 實施形態5之發電裝置的其他概略剖面圖。

圖6A 實施形態6之發電裝置的概略剖面圖。

圖6B 實施形態6之發電裝置的其他概略剖面圖。

圖7 實施形態7之發電模組的使用形態之說明圖。

圖8 實施形態8之發電模組的使用形態之說明圖。

圖9A 習知例之發電元件的概略俯視圖。

圖9B 圖9A之A-A’概略剖面圖。

[實施本發明之最佳形態]

以下，依據圖1A至圖1D對本實施形態之發電裝置加以說明。

發電裝置1具備：框狀的支持部11；懸臂部12，以可任意擺動的方式為支持部11所支持；以及壓電轉換部14，設置於懸臂部12，回應懸臂部12的振動而產生交流電壓。此外，發電裝置1具備流路15，設置於支持部11與懸臂部12之間，使流體可沿著支持部11的厚度方向(圖1B及圖C中的上下方向)通過。此外，發電裝置1，使懸臂部12之前端部12a，較懸臂部12之基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。

亦即，支持部11，於第1方向D1(厚度方向)具有既定的厚度。此外支持部11，往係為與第1方向D1之垂直方向的第2方向D2(例如圖1C的左右方向)延伸，具有開口11a。支持部11在第2方向D2之第1及第2側，分別具有第1端部11b與第2端部11f。圖1A之例子中，支持部11，形成為矩形。此外，支持部11，於第1方向D1之第1及第2側，分別具有一面(第1面)111及另一表面(第2面)112。懸臂部12，於第1方向D1之第1及第2側，分別具有一面(第1面)121及另一表面(第2面)122。此外，懸臂部12，於第1方向D1之第1及第2側分別具有基端部12b(被支持端)與前端部12a(自由端)，圖1A之例子中，被形成為矩形。此外，以使被支持端12b之第1面121與第1端部11b之第1面111連通的方式，於第1端部11b支持被支持端12b。藉此，將懸臂部12與支持部11一體化地形成。此外，懸臂部12之自由端12a，自第2端部11f之第1面111起往第1方向D1之第1側(圖1C中為上側)翹曲。

其次，對發電裝置1之各構成要素詳細地加以說明。

發電元件1，係利用MEMS(micro electro mechanical systems，微機電系統)之製造技術而製造。

發電裝置1，將支持部11與懸臂部12，自基板10形成。發電裝置1中，基板10於第1方向D1具有一面(第1面)101及另一表面(第2面)102。在基板10之第1面101側形成懸臂部12。

此處，亦可使基板10之第1面101，與支持部11之第1面111及懸臂部12之第1面121對應。

此外，發電裝置1，將發電部14於基板10單片式地形成。亦即，發電部14位於懸臂部12之基端部12b側，形成在懸臂部12之第1面121側。

發電部14，形成於懸臂部12之第1面121側(基板10之該第1面101側)。發電部14，自懸臂部12側起依序具有第1電極(下部電極)14a、壓電體層14b及第2電極(上部電極)14c。第1電極14a，形成於懸臂部12之第1面121側。壓電體層14b，形成於第1電極14a上。第2電極14c，形成於壓電體層14b上。簡而言之，發電部14具備：壓電體層14b、及自厚度方向兩側包夾此一壓電體層14b而互相對向之第1電極14a及第2電極14c。

作為基板10，使用在矽基板10a上之由氧化矽膜構成的嵌入氧化膜10b上形成有矽層10c之SOI基板。雖使基板10之該第1面101為(100)面，但並不限於此，例如亦可為(110)面。

支持部11，由SOI基板中之矽基板10a、嵌入氧化膜10b、及矽層10c形成。與此相對，懸臂部12，由SOI基板中之嵌入氧化膜10b及矽層10c形成，與支持部11相比較薄，具有可撓性。此一懸臂部12，具有彈性。

發電裝置1，藉由形成在基板10之該第1面101側的由氧化矽膜構成之第1絕緣膜18a，將基板10與發電部14電性絕緣。亦即，以使基板10與發電部14電性絕緣的方式，在基板10之第1面101側，形成第1絕緣膜18a。作為此等第1絕緣膜18a，列舉由氧化矽膜構成的絕緣膜等。此外， 發電裝置1中，在基板10之第2面102側，形成第2絕緣膜18b。作為此等第2絕緣膜18b，列舉由氧化矽膜構成的絕緣膜等。上述之第1絕緣膜18a及第2絕緣膜18b，係以熱氧化法形成。第1絕緣膜18a及第2絕緣膜18b之形成方法，不限為熱氧化法，亦可為CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)法等。如同上述地形成第1絕緣膜18a及第2絕緣膜18b的場合，第1絕緣膜18a的第1方向D1之第1側的面18aa對應於支持部11之第1面111，第2絕緣膜18b的第1方向D1之第2側的面18bb對應於支持部11之第2面112。然則，第2絕緣膜18b為選擇性設置，不必非設置不可。如此地，於基板10之第2面102側未設置第2絕緣膜18b的場合，基板10之第2面102對應於支持部11之第2面112。

上述基板10，不限於SOI基板，亦可使用單結晶的矽基板、多結晶的矽基板、氧化鎂(MgO)基板、金屬基板、玻璃基板或聚合物基板等。作為基板10，使用MgO基板、玻璃基板或聚合物基板等絕緣性基板的場合，第1絕緣膜18a及第2絕緣膜18b為選擇設置，不必非設置不可。如此地，未於基板10之第1面101側設置第1絕緣膜18a，且未於基板10之第2面102側設置第2絕緣膜18b的場合，基板10之第1面101及第2面102，各自對應於支持部11之第1面111及第2面112。

支持部11為框狀的形狀，宜採用矩形框狀的形狀。藉此，製造發電裝置1時，採用如下製造方法的場合，可提高切割步驟的操作性：準備成為支持部11及懸臂部12的基礎之晶圓(此處為SOI晶圓)，施行自此一晶圓形成多數發電裝置1之前步驟，並在後步驟中分離為各個發電裝置1。

此外，支持部11，雖宜使外周形狀為矩形，但關於內周形狀並不限於矩形，例如亦可為矩形以外的多角形、圓形、或橢圓形等的形狀。此外，支持部11的外周形狀亦可為矩形以外的形狀。

發電裝置1，俯視時懸臂部12配置於支持部11之內側。發電裝置1，藉由在基板10形成包圍懸臂部12之俯視U字形的狹縫10d，而將懸臂部 12中的與支持部11連結之部位以外的部分，和支持部11空間性的分離。藉此，使懸臂部12，俯視形狀被形成長方形。發電裝置1中，狹縫10d構成流路15。

亦即，懸臂部12被形成為矩形板狀。懸臂部12中，前端部12a呈可在支持部11之第2端部11f任意擺動。此外，將懸臂部12之基端部12b與支持部11之第1端部11b一體化地支持，以使懸臂部12之第1面121與支持部11之第1面111連通。此外，在第2端部11f與前端部12a之間形成間隙(流路15)。因此，該間隙(流出口)的開口量(開口面積)，因應懸臂部12的擺動而變化。

如同上述地使基端部12b之第1面121與第1端部11b之第1面111成為同一面，將懸臂部12與支持部11一體化地形成，則懸臂部12之第1面121，與支持部11之第1面111無段差地連續。

因此，發電裝置1中，發電部14之壓電體層14b藉由懸臂部12的振動而接收應力，於第2電極14c與第1電極14a產生電荷的偏移，發電部14中產生交流電壓。簡而言之，發電裝置1為，發電部14利用壓電材料之壓電效果進行發電的振動型之發電元件。

將壓電體層14b的平面形狀，形成為較第1電極14a的平面形狀略小，且較第2電極14c的平面形狀略大的矩形。此處，發電裝置1，在係連結支持部11與懸臂部12的方向之第2方向D2(例如圖1A中的左右方向)中，使第1電極14a、壓電體層14b與第2電極14c重疊之區域R其支持部11側(基端部12b側)的端T，在支持部11與懸臂部12的邊界對齊。當懸臂部12振動時，對懸臂部12之應力，集中於懸臂部12與支持部11(第1端部11b)之邊界。因此，發電裝置1，與該區域R之支持部11側的端T較該邊界R更接近懸臂部12側的場合相比，可使存在於懸臂部12振動時應力變高的部分之發電部14的面積增大，可提高發電效率。

發電部14產生的交流電壓，為回應壓電體層14b的振動之正弦波狀的交流電壓。此處，假定發電裝置1之發電部14，利用藉由使流體流通於流路15而發生的自激振動而進行發電。發電裝置1之共振頻率，係以由懸臂部12與發電部14構成的可動部之構造參數及材料加以決定。作為流通於流路15的流體，例如有空氣、氣體、空氣與氣體之混合氣體、液體等。

發電裝置1於支持部11設置：第1焊墊16a，介由第1配線部17a與第1電極14a電性連接；以及第2焊墊16c，介由第2配線部17c與第2電極14c電性連接。作為第1配線部17a、第2配線部17c、第1焊墊16a及第2焊墊16c之材料，雖可採用Au，但並不限於此，例如亦可為Mo、Al、Pt、Ir等。此外，第1配線部17a、第2配線部17c、第1焊墊16a及第2焊墊16c之材料，並不限為相同材料，亦可採用不同之材料。此外，第1配線部17a、第2配線部17c、第1焊墊16a及第2焊墊16c，不限為單層構造，亦可為2層以上之多層構造。

此外，發電裝置1，於第2配線部17c與第1電極14a之間，設置防止第2配線部17c與第1電極14a之短路的絕緣層(未圖示)。此一絕緣層，雖以氧化矽膜構成，但並不限於氧化矽膜，例如亦可藉由氮化矽膜構成。此外，發電裝置1，亦可因應基板10之材料，設置適宜的絕緣膜。

作為壓電體層14b之壓電材料，雖採用PZT(Pb(Zr,Ti)O₃)，但並不限於此，例如亦可為PZT-PMN(Pb(Mn,Nb)O₃)或添加有其他雜質的PZT。此外，壓電材料，可為AlN、ZnO、KNN(K_0.5Na_0.5NbO₃)、或於KN(KNbO₃)、NN(NaNbO₃)、KNN添加雜質(例如Li、Nb、Ta、Sb、Cu等)之壓電材料等。另，本實施形態之發電裝置1中，以壓電薄膜構成壓電體層14b。

作為第1電極14a之材料，雖採用Pt，但並不限於此，例如亦可為Au、Al、Ir等。此外，作為第2電極14c之材料，雖可採用Au，但並不限於此，例如亦可為Mo、Al、Pt、Ir等。

發電裝置1，雖將第1電極14a的厚度設定為500nm，將壓電體層14b的厚度設定為3000nm，將第2電極14c的厚度設定為500nm，但此等數值僅為一例，並無特別限定。

發電元件1，亦可為在基板10與第1電極14a之間設置有緩衝層的構造。緩衝層之材料，因應壓電體層14b之壓電材料適宜選擇即可，在壓電體層14b之壓電材料為PZT的場合，宜採用例如SrRuO₃、(Pb,La)TiO₃、PbTiO₃、MgO、LaNiO₃等。此外，緩衝層，例如可由Pt膜與SrRuO₃膜之疊層膜構成。另，藉由設置緩衝層，可提高壓電體層14b的結晶性。

此外，發電裝置1的構成，不限於上述的例子，例如可使發電部14，沿著係懸臂部12之寬度方向的第3方向D3(例如，圖1A的上下方向)之尺寸減小，在1個懸臂部12之該第1面121側中將複數個發電部14沿著該第3方向D3並排設置。此一情況，構成為將此等複數個發電部14之串聯電路的一端(第1連接端)及另一端(第2連接端)，分別與第1焊墊16a、第2焊墊16c電性連接。

其次，對發電裝置1之製造方法的一例簡單地加以說明。

製造發電裝置1時，首先，準備由SOI基板構成的基板10，之後，施行絕緣膜形成步驟。絕緣膜形成步驟，利用熱氧化法等，於基板10之該第1面101側、該第2面102側，分別形成由氧化矽膜構成的第1絕緣膜18a、第2絕緣膜18b。絕緣膜形成步驟中，雖採用熱氧化法作為形成第1絕緣膜18a、第2絕緣膜18b之方法，但並不限於此，亦可採用CVD法等。

上述絕緣膜形成步驟之後，在基板10之該第1面101側的全表面，施行形成成為第1電極14a及第1配線部17a的基礎之第1導電層的第1導電層形成步驟，接著，施行形成成為壓電體層14b的基礎之壓電材料層的壓電材料層形成步驟。作為第1導電層形成步驟中形成第1導電層之方法， 雖採用濺鍍法，但並不限於此，例如亦可採用CVD法或蒸鍍法等。此外，作為壓電材料層形成步驟中形成壓電材料層之方法，雖採用濺鍍法，但並不限於此，例如亦可採用CVD法或溶膠凝膠法等。

於壓電材料層形成步驟後，施行將壓電材料層圖案化為壓電體層之既定形狀的壓電材料層圖案化步驟，接著，施行將第1導電層圖案化為第1電極14a及第1配線部17a之既定形狀的第1導電層圖案化步驟。壓電材料層圖案化步驟，利用微影技術及蝕刻技術將壓電材料層圖案化。此外，第1導電層圖案化步驟，利用微影技術及蝕刻技術將第1導電層圖案化。

於上述第1導電層圖案化步驟後，施行在基板10之該第1面101側形成該絕緣層18a的絕緣層形成步驟。之後，施行將成為第2電極14c及第2配線部17c的基礎之第2導電層形成在基板10之該第1面101側的全表面之第2導電層形成步驟後，施行將第2導電層圖案化為第2電極14c及第2配線部17c之既定形狀的第2導電層圖案化步驟。作為上述第2導電層形成步驟中形成第2導電層之方法，雖採用濺鍍法，但並不限於此，例如亦可採用CVD法或蒸鍍法等。此外，第2導電層圖案化步驟，利用微影技術及蝕刻技術將第2導電層圖案化。

於上述之第2導電層圖案化步驟後，施行將成為第1焊墊16a及第2焊墊16c的基礎之第3導電層，形成於基板10之該第1面101側的全表面之第3導電層形成步驟，而後，施行將第3導電層圖案化為第1焊墊16a及第2焊墊16c之既定形狀的第3導電層圖案化步驟。

接著，施行自基板10之該第1面101側起，將支持部11、懸臂部12以外的部位(狹縫10d之形成預定區域)蝕刻與懸臂部12的厚度對應之厚度分藉以形成溝的溝形成步驟。而後，施行自基板10之該第2面102側起藉由蝕刻支持部11以外的部位以與支持部11一併形成懸臂部12之懸臂部形成步驟，藉以獲得發電裝置1。上述溝形成步驟，利用微影技術及蝕刻技術等形成溝。此外，上述之懸臂部形成步驟，利用微影技術及蝕刻技術等， 與支持部11一併形成懸臂部12。溝形成步驟及懸臂部形成步驟之各蝕刻，為使用可垂直深堀的電感耦合電漿型之乾蝕刻裝置的乾蝕刻。另，此一懸臂形成步驟中，形成狹縫10d。

製造發電裝置1時，以晶圓級施行至懸臂部形成步驟結束為止之後，藉由施行切割步驟以分割為各個發電元件1。

而發電裝置1，如同上述地具備設置於支持部11與懸臂部12之間，使流體可沿著支持部11的厚度方向通過之流路15；懸臂部12之前端部12a，較懸臂部12之基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。此處，初期偏位G1(參考圖1B)，宜為200μm以上。另，圖1B中，使懸臂部12之中立面與懸臂部12之前端面的交線其支持部11的厚度方向中之偏位，為初期偏位G1。

懸臂部12，在外部振動與流體等未作用之初期狀態中，如同圖1B、圖1C，使懸臂部12之前端部12a，較懸臂部12之基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。此處，懸臂部12，以該第1面121側成為凹曲面且第2面122側成為凸曲面的方式彎曲。本實施形態之發電裝置1，藉由構成壓電體層14b的壓電薄膜之內部應力，使懸臂部12之前端部12a，較基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。壓電薄膜之內部應力，在例如藉由濺鍍法或CVD法將壓電薄膜成膜的場合，可適宜設定氣體壓力、溫度等之製程條件藉以進行調整。

此處，對本實施形態之發電裝置1的動作加以說明。

本實施形態之發電裝置1，流體之流動方向與支持部11的厚度方向一致，以使基板10之該第1面101側成為流體之上游側，基板10之該第2面102側成為流體之下游側的方式配置使用。此一發電裝置1，因自上游側起朝向發電裝置1流通之流體通過流路15時流速變快，故被懸臂部12之該第2面122側與支持部11之內側面所包圍的空間10f之壓力下降，懸臂 部12之前端部12a往接近支持部11的方向(該空間10f側)偏移。之後，此一發電裝置1，懸臂部12之該第1面121與支持部11之該第1面111成為同一面，而懸臂部12之該第1面121側與該第1面122側的壓力差消失。因而，藉由懸臂部12的彈性力使懸臂部12之前端部12a往回到原本位置的方向偏移。發電裝置1中，懸臂部12藉由重複此等動作而自激振動，故使發電部14發電。

本實施形態之發電裝置1，如同上述地具備流路15，設置於支持部11與懸臂部12之間，使流體可沿著支持部11的厚度方向通過。進一步，本實施形態之發電裝置1，使懸臂部12之前端部12a，較懸臂部12之基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。藉此，發電裝置1，可藉由以通過流路15的流體之流動(氣流)所產生的懸臂部12之該第1面121側與該第2面122側的壓力差、及懸臂部12的彈性，產生自激振動，故可利用流體進行發電。

另，作為通過流路15之流體，亦可為空氣、氣體、空氣與氣體之混合氣體、液體等。

(實施形態2)

以下，依據圖2A至圖2D對本實施形態之發電裝置1加以說明。本實施形態之發電裝置1，藉由設置於懸臂部12之該第1面121側的應力控制膜19，使懸臂部12之前端部12a，較基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。亦即，應力控制膜19設置於懸臂部12之第1面121側，藉由此一應力控制膜19，使懸臂部12中的前端部12a自支持部11之第1面111起翹曲。另，對與實施形態1相同的構成要素，附加相同的符號並省略說明。

應力控制膜19，形成於第2電極14c中的與壓電體層14b側相反之側。應力控制膜19，雖藉由SiO₂膜構成，但並不限於此，例如藉由Si₃N₄膜等構成。另，應力控制膜19，可形成於懸臂部12與第1電極14a之間。此外， 應力控制膜19，亦可形成於懸臂部12之該第2面122側。此外，如同圖2C，應力控制膜19，雖以在懸臂部12之第1面121側覆蓋壓電轉換部14之全表面的方式形成，但應力控制膜19，亦可以僅覆蓋壓電轉換部14之一部分的方式形成。

本實施形態之發電裝置1，與實施形態1同樣地，可藉由以通過流路15的流體之流動所產生的懸臂部12之該第1面121側與該第2面122側的壓力差、及懸臂部12的彈性，產生自激振動，故可利用流體進行發電。

另，本實施形態之發電裝置1中，亦可藉由起因於應力控制膜19而作用於懸臂部12的應力、及係壓電薄膜的壓電體層14b之內部應力，使懸臂部12之前端部12a，較基端部12b更往遠離支持部11之第1面111的方向偏移。

(實施形態3)

以下，依據圖3對本實施形態之發電裝置1加以說明。本實施形態之發電裝置1，藉由將懸臂部12對支持部11之第1面111傾斜地配置，而使懸臂部12之前端部12a，較基端部12b更往遠離支持部11的方向偏移。亦即，本實施形態之發電裝置1，懸臂部12對垂直於支持部11其厚度方向的支持部11之第1面111(圖3中的頂面)傾斜。

換而言之，則本實施形態之發電裝置1，具備具有開口11a之框狀的支持部11、以及懸臂部12。懸臂部12，設置既定間隔，自支持部11之第1面111起配置於第1方向D1之第1側。本實施形態中，懸臂部12，以與開口11a(支持部11之第1面111)對向的方式，為支持部11(第1端部11b)所支持。懸臂部12，具有基端部12b與前端部12a。懸臂部12，對支持部11之第1面111傾斜，前端部12a側，較基端部12b側更遠離支持部11之第1面111。進一步，藉由在支持部11之第1面111側支持基端部12b，而構成為可使懸臂部12之前端部12a任意擺動。

另，對與實施形態1相同的構成要素，附加相同的符號並省略說明。

如圖1A至圖1D所示的實施形態1之發電裝置1，為利用MEMS之製造技術製造出的薄膜型之壓電型振動發電裝置，第1電極14a、壓電體層14b及第2電極14c分別由第1金屬薄膜、壓電薄膜及第2金屬薄膜構成。

與此相對，如圖3所示，本實施形態之發電裝置1，為基體型之壓電型振動發電裝置，利用基體作為壓電體層14b，將在壓電體層14b的厚度方向之另一表面(第2面)142側形成有由金屬膜構成的第1電極14a，並在一面(第1面)141側形成有由金屬膜構成的第2電極14c之樑構件20，對支持部11傾斜地配置。換而言之，則發電部14，具備壓電體層14b、第1電極14a、及第2電極14c。壓電體層14b，於第1方向D1之第1及第2側，分別具有第1面141及第2面142。在壓電體層14b之第1面141側形成第2電極14c，在壓電體層14b之第2面142側形成第1電極14a。該第1電極14a及第2電極14c，各自由金屬膜形成。發電部14，形成於樑構件20，對支持部11之第1面111傾斜地配置。

將具有期望之角度的安裝台部21設置於支持部11之第1面111側。此一安裝台部21具有傾斜面21a。傾斜面21a，固定於樑構件20之第2面142側。具體而言，樑構件20，對設置於支持部11之該第1面111上的安裝台部21，以例如黏接劑等固定即可。安裝台部21，具有為了將樑構件20以期望之角度傾斜地配置所用的傾斜面21a。此外，本實施形態之發電裝置1中，壓電體層14b兼作懸臂部12。另，安裝台部21，對支持部11以例如黏接劑等固定即可。

支持部11，例如可為藉由將金屬板機械加工而形成者，亦可藉由樹脂成形品構成，亦可為與實施形態1同樣地藉由將基板10利用MEMS之製造技術等加工而形成者。

本實施形態之發電裝置1，與實施形態1同樣地，可藉由通過流路15 的流體之流動所產生的懸臂部12之該第1面121側與該第2面122側的壓力差、及懸臂部12的彈性，產生自激振動，故可利用流體進行發電。

(實施形態4)

以下，依據圖4A至圖4D對本實施形態之發電裝置1加以說明。本實施形態之發電裝置1，支持部11之內側面的形狀與實施形態1之發電裝置1相異。另，對與實施形態1相同的構成要素，附加相同的符號並省略說明。

本實施形態之發電裝置1的支持部11，形成為流路15之剖面積在支持部11的厚度方向(第1方向D1)之兩側較位於該厚度方向之中間的流路15其剖面積加寬的形狀。

本實施形態之發電裝置1，在實施形態1所說明之製造方法中，藉由使溝形成步驟及懸臂部形成步驟之各蝕刻為鹼系溶液產生的非等向性蝕刻，而可實現上述支持部11及流路15之形狀。

本實施形態之發電裝置1，藉由使支持部11為，流路15之剖面積在支持部11的厚度方向之兩側較該厚度方向之中間加寬的形狀，而可增大通過流路15之流體的流量。因而，發電裝置1，可增大因流體通過流路15而產生的懸臂部12之該第1面121側與該第2面122側的壓力差，可效率更良好地發電。

另，在其他實施形態中亦可採用本實施形態的支持部11及流路15之形狀。

(實施形態5)

以下，依據圖5A及圖5B對本實施形態之發電裝置1加以說明。本實施形態之發電裝置1，具備：發電元件1a，具有支持部11、懸臂部12、發電部14及流路15；以及收納構件1b，收納發電元件1a。另，對與實施形態1相同的構成要素，附加相同的符號並省略說明。

本實施形態之發電元件1a的構成為與實施形態1之發電裝置1相同的構成，故對與實施形態1相同的構成要素，附加相同的符號並省略說明。發電元件1a，不限於實施形態1之發電裝置1，可為與實施形態2~4之任一發電裝置1相同的構成。

本實施形態之發電裝置1具備：發電元件1a，具有支持部11、懸臂部12、發電部14及流路15；以及收納構件1b，收納發電元件1a。收納構件1b，設置有流體F流入之流入口1ba、及流體流出之流出口1bb。在流入口1ba與流出口1bb之間配置發電元件1a。收納構件1b，形成為自流入口1ba起隨著接近發電元件1a而開口面積變小，自發電元件1a起隨著接近流出口1bb而開口面積變大之形狀。

收納構件1b，設置有流體F流入之流入口1ba、及流體F流出之流出口1bb，在流入口1ba與流出口1bb之間配置發電元件1a。另，圖5A及圖5B中之箭頭，示意流體F之流動方向。

收納構件1b，形成為自流入口1ba起隨著接近發電元件1a而開口面積變小，自發電元件1a起隨著接近流出口1bb而開口面積變大之形狀。

收納構件1b，保持發電元件1a的支持部11之周部。收納構件1b，使外周形狀為矩形，開口形狀為矩形。此等收納構件1b，例如若藉由將2個半方筒狀的構件接合而形成，則可簡單地收納並保持發電元件1。

收納構件1b，亦可利用立體電路形成基板等形成。此外，於收納構件1b，設置例如蓄電部、及將發電元件1a產生的交流電壓整流並將蓄電部充電之充電電路等。

本實施形態之發電裝置1，如同上述地，具備收納發電元件1a之收納構件1b，收納構件1b，可形成為自流入口1ba起隨著接近發電元件1a而開 口面積變小，自發電元件1a起隨著接近流出口1bb而開口面積變大之形狀。藉此，發電裝置1，可增大通過流路15之流體F的流量。因而，發電裝置1，可增大因流體F通過流路15而產生的懸臂部12之該一面側與該另一面側的壓力差，可效率更良好地發電。此外，本實施形態之發電裝置1，因具備收納構件1b，可藉由收納構件1b保護發電元件1a，並具有容易處理等優點。

(實施形態6)

以下，依據圖6A及圖6B對本實施形態之發電裝置1加以說明。本實施形態之發電裝置1，收納構件1b的形狀與實施形態5之發電裝置1相異。 另，對與實施形態5相同的構成要素，附加相同的符號並省略說明。

本實施形態之發電裝置1，收納構件1b形成為鼓狀的形狀。藉此，本實施形態之發電裝置1，與實施形態5相比，可不改變發電元件1a的平面尺寸地，增大收納構件1b的流入口1ba及流出口1bb各自的開口面積。藉此，發電裝置1，可將通過流路15之流體F的流量更增大。因而，發電裝置1，可更增大因流體F通過流路15而產生的懸臂部12之該第1面121側與該第2面122側的壓力差，可進一步效率良好地發電。

(實施形態7)

以下，依據圖7對本實施形態之發電模組A1加以說明。本實施形態之發電模組A1，具備：發電裝置1；以及流體控制部3，設置於發電裝置1外部，可控制流體F的流動以增大通過流路15之流體F的流量。另，圖7中之箭頭，示意流體F之流動方向。

發電裝置1的構成，雖為與實施形態5之發電裝置1相同的構成，但並不限於此，亦可為與其他實施形態1~4、6中任一發電裝置1相同的構成。此外，發電模組A1，可對1個流體控制部3，具備複數個發電裝置1。

流體控制部3與發電裝置1，於導管4內沿著流體F之流動方向並排配 置。發電模組A1中，於導管4內將流體控制部3配置於流通的流體F之上游側，在較此流體控制部3更為下游側配置發電裝置1。另，導管4，設置於各種機器的內部或外部即可，作為機器，例如可為空調機等。此外，導管4不限於開口面積一樣之筒狀體，例如亦可為伸縮囊狀的形狀。

流體控制部3，藉由噴嘴構成，以接近發電裝置1側成為吹出口3b，遠離發電裝置1側成為吸入口3a的方式配置。吹出口3b的開口面積，較吸入口3a的開口面積更小。

發電模組A1，藉由具備發電裝置1、以及設置於發電裝置1外部並可控制流體F的流動以增大通過流路15之流體F的流量之流體控制部3，而可更增大通過發電裝置1的流路15之流體F的流量。因而，發電模組，可更增大因流體F通過發電裝置1之流路15而產生的懸臂部12之該第1面121側與該第2面122側的壓力差，可進一步效率良好地發電。

(實施形態8)

以下，依據圖8對本實施形態之發電模組A1加以說明。本實施形態之發電模組A1，流體控制部3之構成與實施形態7之發電模組相異。另，對與實施形態7相同的構成要素，附加相同的符號並省略說明。

雖使流體控制部3為圓柱狀的形狀，但並不限於此，例如亦可使其為三角柱狀的形狀、或球狀的形狀。

本實施形態之發電模組，與實施形態7相同，具備發電裝置1、以及設置於發電裝置1之外部且可控制流體F之流動以增大通過流路15之流體F的流量之流體控制部3。因此，發電模組，可更增大通過發電裝置1的流路15之流體F的流量。因而，發電模組，可進一步增大因流體F通過發電裝置1之流路15而產生的懸臂部12之該第1面121側與該第2面122側的壓力差，可進一步效率良好地發電。

1‧‧‧發電裝置

10‧‧‧基板

10a‧‧‧矽基板

10b‧‧‧嵌入氧化膜

10c‧‧‧矽層

10d‧‧‧狹縫

10f‧‧‧空間

11‧‧‧支持部

11a‧‧‧開口

11b‧‧‧第1端部

11f‧‧‧第2端部

12‧‧‧懸臂部

12a‧‧‧前端部

12b‧‧‧基端部

14‧‧‧發電部

15‧‧‧流路

18a‧‧‧第1絕緣膜

18aa‧‧‧第1側的面

18b‧‧‧第2絕緣膜

18bb‧‧‧第2側的面

101、111、121‧‧‧第1面

102、112、122‧‧‧第2面

Claims (11)

1. 一種發電裝置，具備：框狀的支持部；懸臂部，以可任意擺動的方式為該支持部所支持；發電部，設置於該懸臂部之一面側，回應該懸臂部的振動而產生交流電壓；以及流路，設置於該支持部與該懸臂部之間，使流體可沿著該支持部的厚度方向通過；其特徵為：該懸臂部之前端部，較該懸臂部之基端部更往遠離該支持部的方向偏移。
2. 如申請專利範圍第1項之發電裝置，其中，該發電部，具備：第1電極，設置於該懸臂部的厚度方向之一面側；第2電極，設置於該懸臂部之另一表面側；以及壓電薄膜，設置於該第1電極與第2電極之間；藉由該壓電薄膜之內部應力，使該懸臂部之該前端部，較該基端部更往遠離該支持部的方向偏移。
3. 如申請專利範圍第1項之發電裝置，其中，該發電部具備：第1電極，設置於該懸臂部的厚度方向之一面側；第2電極，設置於該懸臂部之另一表面側；以及壓電薄膜，設置於該第1電極與第2電極之間；藉由設置在該懸臂部之該一面側的應力控制膜，使該懸臂部之該前端部，較該基端部更往遠離該支持部的方向偏移。
4. 如申請專利範圍第1項之發電裝置，其中，藉由將該懸臂部對該支持部傾斜地配置，而使該懸臂部之該前端部，較該基端部更往遠離該支持部的方向偏移。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發電裝置，其中，該支持部，形成為該流路之剖面積在該支持部的厚度方向之兩側較該厚度方向之中間加寬的形狀。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發電裝置，其中，具備發電元件及收納構件；該發電元件，具備該支持部、該懸臂部、該發電部及該流路；該收納構件，以收納該發電元件的方式形成；該收納構件，具備該流體流入之流入口、以及該流體流出之流出口； 在該流入口與該流出口之間配置該發電元件；該收納構件，形成為自該流入口起越接近該發電元件開口面積越變小，自該發電元件起越接近該流出口而開口面積越變大之形狀。
7. 如申請專利範圍第5項之發電裝置，其中，具備發電元件及收納構件；該發電元件，具備該支持部、該懸臂部、該發電部及該流路；該收納構件，以收納該發電元件的方式形成；該收納構件，具備該流體流入之流入口、以及該流體流出之流出口；於該流入口與該流出口之間配置該發電元件；該收納構件，形成為自該流入口起越接近該發電元件而開口面積越變小，自該發電元件起越接近該流出口而開口面積越變大之形狀。
8. 一種發電模組，其特徵為具備：如申請專利範圍第1至4項中任一項之發電裝置；以及流體控制部，設置於該發電裝置之外部，並可控制流體之流動以使通過該流路之流體的流量增大。
9. 一種發電模組，其特徵為具備：如申請專利範圍第5項之發電裝置；以及流體控制部，設置於該發電裝置之外部，並可控制流體之流動以使通過該流路之流體的流量增大。
10. 一種發電模組，其特徵為具備：如申請專利範圍第6項之發電裝置；以及流體控制部，設置於該發電裝置之外部，並可控制流體之流動以使通過該流路之流體的流量增大。
11. 一種發電模組，其特徵為具備：如申請專利範圍第7項之發電裝置；以及流體控制部，設置於該發電裝置之外部，並可控制流體之流動以使通過該流路之流體的流量增大。