JP2011097661A - 圧電振動発電機及びこれを用いた発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持体間の可動錘の中央に設けられた両持ち梁あるいは片持ち梁はその剛性のために低周波数領域では屈曲せず、梁に設けられた圧電素子の発電量は極めて僅かであった。
【解決手段】キャビティ（空胴）１０１ａが中央に形成された支持体１０１と、空胴１０１ａの中央部に設けられ、外部振動による機械的振動によって励振される直方体の可動錘１０２と、支持体１０１と可動錘１０２との間に設けられた１対の圧電体層付の弾性梁１０３ａ、１０３ｂとにより構成されている圧電振動発電機１０において、各弾性梁１０３ａ、１０３ｂの一端は支持体１０１の上端に結合され、他端が可動錘１０２の上端に結合され、各弾性梁１０３ａ、１０３ｂは折り返し構造をなしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧電機構を用いた圧電振動発電機及びこれを用いた発電装置に関する。この種の発電装置は、たとえば、小型のエネルギー回収装置として、モバイル機器の発電装置、移動体に設置されたセンサ用発電装置、遠隔地、僻地における環境センサネットワーク用発電装置、体内埋込機器のバッテリバックアップ用発電装置等として用いられる。

自動車、ボイラ等の廃熱、人間の体熱、歩行時の振動、血流振動、自動車、ボイラ、産業機器たとえばモータ、道路等の振動、波に起因する振動、等のエネルギーは、これまで利用されることなく捨てられていたが、これらの環境エネルギーを回収して電力を発生するエネルギー回収技術は自己発電技術であるので、環境対策及び省エネルギーの推進にとって大変有益である。

数Wから数kWの大型のエネルギー回収装置として、バルク焼結体の圧電素子を多数振動板に貼り付けた構造を床、橋脚等に設置した圧電振動発電機、ボイラの廃熱を共鳴管によって音に変換しこの音を圧電素子、磁気誘導素子で電力に変換する熱音響発電機が実用化されつつある。このような圧電振動発電機、熱音響発電機は数10cmサイズから数mサイズの大型装置であるので、固定の廃熱源、振動源の傍に設置される。

他方、数W以下の小型のエネルギー回収装置は発電量が小さくかつその発電力が不安定であるために用途がなかなか見つからなかった。しかし、最近、不安定な発生電力を制御できる半導体装置が開発されると共に、発電によって生じた微小な電力を効率よく蓄電できる電気二重層キャパシタの性能が向上した結果、小型のエネルギー回収装置が実用化しつつある。

たとえば、モバイル機器は２次電池を利用するが、その充電回数を減少させる電力バックアップとして小型のエネルギー回収装置が有効である。

また、移動体に設置されたセンサの多くは間欠的に動作あるいは通信するので、平均の消費電力は小さい。しかし、これまで１次電池を利用しており、センサ数が数千以上と導入規模が大きくなるにつれて電池交換コストが大きくなる。特に、遠隔地、僻地において長期間使用する環境センサネットワークにおいては、そもそも、１次電池の交換は難しい。従って、移動体に設置されたセンサ及び遠隔地、僻地における環境センサネットワークにおいては、センサとの組合せ可能な小型のエネルギー回収装置が有効である。

さらに、人体埋込機器として最も普及している心臓ペースメーカの１次電池の交換は手術を伴うので患者の負担が大きく、半永久的に電力を維持できる技術が切望されている。この場合、２次電池を用い、外部より電磁波で充電する方法が提案されているが、人間の体熱、歩行時の振動、血流振動等を利用した小型のエネルギー回収装置が切望されている。

ところで、環境エネルギーの１つである機械的振動エネルギーは潜在的なエネルギーであり、微小電気機械システム（MEMS）を利用すれば、非常に小型の機械−電気エネルギー変換器つまり小型の振動発電機を構成することができる。このような振動発電機の方式としては、電磁誘導機構、静電誘導機構及び圧電機構を用いた３つの方式に大別される。

電磁誘導機構を用いた振動発電機（以下、電磁誘導振動発電機とする）はコイルと磁石との相対的な運動によってコイルに発生する電流を利用する（参照：特許文献１の図１〜１６）。この電磁誘導振動発電機においては、外部電源を必要とせず、しかも、比較的大きな出力が得られるという長所がある。しかしながら、出力電圧が0.1〜0.2V程度と低い電圧に限定され、かつ他の方式に比較して大型であるという短所がある。

静電誘導機構を用いた振動発電機（以下、静電誘導振動発電機とする）は可動コンデンサを有し、この可動コンデンサの最大容量は出力電圧の最大値によって決定され、半導体への集積化が容易であるという長所がある。しかしながら、単純な静電誘導振動発電機は外部電源を必要とするという短所があり、エレクトレットを用いた静電誘導振動発電機は数kHzの小さい外部振動に対応できると共にエレクトレット中に保持される電荷によって外部電源を不要とするが、その電荷の熱的安定性が低いという短所がある。また、静電誘導振動発電機においては、低電圧破壊がコンデンサ板間に発生し易く、この結果、発電量が制限されるという短所もある。

圧電機構を用いた振動発電機（以下、圧電振動発電機とする）は環境エネルギー源としての外部振動源から比較的容易に電力を発生できるという長所がある。すなわち、圧電振動発電機は機械的な振動、圧力変化等の機械的エネルギーを電気的エネルギーに効率的に変換でき、数V〜数10Vの電圧を発生できる。しかしながら、圧電機構としてバルク焼結圧電材料を用いた場合には、微小電気機械システム（MEMS）のようなマイクロシステムに組込むことは困難であるという短所がある。そこで、近年、焼結圧電材料の1mm以下の薄片をMEMS加工されたシリコン基板へ貼り付けたり、また、厚さたとえば5μmの圧電素子をシリコンウェハ上に直接成膜することにより圧電振動発電機を構成することが行われている。

第１の従来の圧電振動発電機は、空洞部が形成された支持体と、外部振動によって機械的振動が励振される可動錘と、可動錘を中央に支持体間に十字状に交差させた両持ち梁とを備えている（参照：特許文献１の図１７〜２０）。この場合、焼結圧電素子が両持ち梁としてMEMS加工されたシリコン基板へ貼り付けられている。

第２の従来の圧電振動発電機は、空洞部が形成された支持体と、外部振動によって機械的振動が励振される可動錘と、可動錘を中央に支持体間に設けられた少なくとも２つの片持ち梁とを備えている（参照：特許文献２）。この場合、圧電素子がシリコンの片持ち梁上に直接成膜されている。

特開２００６−５４９５６号公報 特開２００８−５３７８４７号公報 特開２００１−２３４３３１号公報 特開２００２−１７７７６５号公報 特開２００３−８１６９４号公報

上述の第１、第２の従来の圧電振動発電機においては、両持ち梁の中央あるいは片持ち梁の先端の可動錘が外部振動によって動作したときに梁の屈曲変位に従って圧電素子が変形して発電する。この場合、懸吊された可動錘の質量を大きくした方が有利である。しかし、大き過ぎると過大な外部振動によって圧電素子が破壊することがあるので、梁の剛性を高めている。この結果、梁の共振周波数は外部振動として多く存在する数Hz〜数100Hzの周波数領域より高い数kHz〜数10kHzの周波数領域に存在することになる。従って、梁は高い周波数領域の共振周波数以外では屈曲せず、かかる共振周波数が存在する環境振動は少なく、自然界のあらゆる外部振動を効率よく利用できない。また、圧電素子の占有面積の比率も小さい。この結果、圧電振動による発電量も極めて僅かとなる。自然界のあらゆる外部振動に対応させるために複数の圧電振動発電機を方向を変化させて１つのモジュールとして構成できるが、この場合、モジュール全体のサイズが大きくなる。このように、高周波共振にもとづくこのような圧電振動発電機の適用範囲が限定されるという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る圧電振動発電機は、空胴部が形成された支持体と、外部振動によって機械的振動が励振される可動錘と、一端が支持体に結合され他端が可動錘に結合された１対の弾性梁と、各弾性梁に設けられた圧電体層とを具備し、各弾性梁が折り返し構造を有するものである。これにより、弾性梁は折り返し構造を有するので、上下並進変位、左右並進変位、角度変位、せん断（ねじれ）変位等のあらゆる外部振動に対応する。

また、本発明に係る発電装置は、上述の圧電振動発電機と、圧電振動発電機の圧電体層に発生する交流電圧を全波整流する整流器と、整流された電圧を平滑する蓄電器と、圧電振動発電機、整流器及び蓄電器を実装した絶縁基板とを具備する。

さらに、本発明に係る発電装置は、上述の複数の圧電振動発電機と、圧電振動発電機の圧電体層に発生する交流電圧を全波整流する整流器と、整流された電圧を平滑する蓄電器と、圧電振動発電機、整流器及び蓄電器を実装した絶縁基板とを具備し、複数の圧電振動発電機の少なくとも２つが絶縁基板上で配置方向が直交するように並列配置されかつ複数の圧電振動発電機が並列及び／もしくは直列に整流器に接続されたものである。

本発明によれば、弾性梁があらゆる外部振動に対応するので、圧電振動発電機の適用範囲を拡大することができる。

また、本発明に係る圧電振動発電機を備えた発電装置は従来に比べて数倍〜数10倍の発電能力を発揮できる。

本発明に係る圧電振動発電機の第１の実施の形態を示す斜視図である。 図１のII-II線断面図である。 図１、図２の可動錘の上下並進変位及び弾性梁の変形を説明するための図である。 図１、図２の可動錘の左右並進変位及び弾性梁の変形を説明するための図である。 図１、図２の可動錘の角度変位及び弾性梁の変形を説明するための図である。 図１、図２の可動錘のせん断変位及び弾性梁の変形を説明するための図である。 図１、図２の圧電振動発電機の周波数応答特性を示すグラフである。 図１、図２の圧電振動発電機の製造方法を説明するための断面図である。 図１、図２の圧電振動発電機の製造方法を説明するための断面図である。 図１、図２の圧電振動発電機の製造方法を説明するための断面図である。 図１の圧電振動発電機の変更例を示す斜視図である。 図１、図２の圧電振動発電機を用いた発電装置の第１の例を示す斜視図である。 図１２の発電装置の回路図である。 図１３の回路動作を説明するタイミング図である。 図１、図２の圧電振動発電機を用いた発電装置の第２の例を示す斜視図である。 図１、図２の圧電振動発電機を用いた発電装置の第３の例を示す斜視図である。

図１は本発明に係る圧電振動発電機の第１の実施の形態を示す斜視図、図２は図１のII-II線断面図である。

図１に示すように、圧電振動発電機１０は、キャビティ（空胴）１０１ａが中央に形成された支持体１０１と、空胴１０１ａの中央部に設けられ、外部振動による機械的振動によって励振される直方体の可動錘１０２と、支持体１０１と可動錘１０２との間に設けられた１対の弾性梁１０３ａ、１０３ｂとにより構成されている。たとえば、支持体１０１、可動錘１０２及び弾性梁１０３ａ、１０３ｂはシリコンより一体で構成されている。

各弾性梁１０３ａ、１０３ｂの一端は支持体１０１の上端に結合され、他端が可動錘１０２の上端に結合されている。また、各弾性梁１０３ａ、１０３ｂは複数の片持ち梁が折り返し連結された構造をなしている。さらに、各弾性梁１０３ａ、１０３ｂ上には、下部電極１０３１、厚さ数μmのジルコン酸チタン酸鉛（PZT）よりなる圧電体層１０３２及び上部電極１０３３（図２のみに図示）が形成されている。下部電極１０３１は図示しないAuボンディングワイヤ等によって下部電極配線パターン１０４ａ及び下部電極パッド１０５ａ（図１のみに図示）に接続され、他方、上部電極１０３３は図示しないボンディングワイヤ等によって上部電極配線パターン１０４ｂ及び上部電極パッド１０５ｂ（図１のみに図示）に接続されている。尚、下部電極１０３１、下部電極配線パターン１０４ａ、上部電極配線パターン１０４ｂ、下部電極パッド１０５ａ及び上部電極パッド１０５ｂが下のシリコン層（１０１、１０３ａ、１０３ｂ）と電気的に絶縁するために、たとえば酸化シリコン層（図８の酸化シリコン層１０１１）が設けられている。

さらにまた、支持体１０１と可動錘１０２との間には１対の弾性梁１０６ａ、１０６ｂが設けられている。各弾性梁１０６ａ、１０６ｂは、弾性梁１０３ａ、１０３ｂと同様に折り返し構造をなしているが、圧電体層、下部電極及び上部電極は弾性梁１０６ａ、１０６ｂに形成されていない。つまり、弾性梁１０６ａ、１０６ｂは機械的なダンパの役目を果たしており、外部振動による過度の可動錘１０２の動きを抑制して圧電振動発電機１０の損壊を防止する。

図１、図２の圧電振動発電機によれば、外部振動によって可動錘１０２が変位したときに、弾性梁１０３ａ、１０３ｂが変形し、この結果、弾性梁１０３ａ、１０３ｂに設けられた圧電体層１０３２の下部電極１０３１、上部電極１０３３間に交流起電力が発生することになる。このとき、上述の弾性梁１０３ａ、１０３ｂはたとえば厚さ数10μmの薄膜シリコンよりなりかつ折り返し構造を有しているので、ばね性を有する。従って、従来の両持ち梁あるいは片持ち梁と異なり、弾性梁１０３ａ、１０３ｂは種々の変形することができる。

たとえば、図３の（Ａ）に示すごとく、外部振動によって可動錘１０２が上下並進変位すると、弾性梁１０３ａ、１０３ｂは図３の（Ｂ）に示すごとく変形する。

また、図４の（Ａ）に示すごとく、外部振動によって可動錘１０２が左右並進変位すると、弾性梁１０３ａ、１０３ｂは図４の（Ｂ）に示すごとく変形する。

さらに、図５の（Ａ）に示すごとく、外部振動によって可動錘１０２が角度変位すると、弾性梁１０３ａ、１０３ｂは図５の（Ｂ）に示すごとく変形する。

さらにまた、図６の（Ａ）に示すごとく、外部振動によって可動錘１０２がせん断（ねじれ）変位すると、弾性梁１０３ａ、１０３ｂは図６の（Ｂ）に示すごとく変形する。

このように、弾性梁１０３ａ、１０３ｂは柔らかい折り返し構造を有するので、外部振動として多く存在する数Hzから数100Hzまでの振動に対して可動錘１０２が変位して弾性梁１０３ａ、１０３ｂが変形する。たとえば、上述の可動錘１０２の４つの変位モード及びこれらモードが重畳した変位モードによって弾性梁１０３ａ、１０３ｂは変形し、圧電体層１０３２の電極１０３１、１０３３間に交流起電力を生じる。

図７は図１、図２の圧電振動発電機の周波数応答特性を示すグラフである。図７に示すように、複数の外部振動モードに対応して数Hz〜数100Hzの低周波数領域にも多数の共振周波数が存在する。この低周波数領域は歩行時の振動、血流振動、自動車、産業機器たとえばモータ、道路等の振動、波に起因する振動、等の環境振動の周波数を含むので、複数の環境振動を非常に効率よく利用できる。また、共振による振幅増大により圧電振動発電機の出力を増幅できる。さらに、振幅増大があっても、簡単な折り返し構造により弾性梁１０３ａ、１０３ｂの損傷のおそれもない。

図１、図２の圧電振動発電機の製造方法を図８、図９、図１０を参照して説明する。

始めに、図８の（Ａ）を参照すると、単結晶のシリコン基板１０１を熱酸化して表面及び裏面に厚さ約0.5μmの酸化シリコン層１０１１、１０１２を形成する。

次に、図８の（Ｂ）を参照すると、酸化シリコン層１０１１上にスパッタリング法により厚さ約50nmのTi及び厚さ約150nmのPtを順次成膜し、これにより、下部電極１０３１を形成する。次いで、下部電極１０３１上に反応性アーク放電イオンプレーティング法により厚さ約5μmのPZTよりなる圧電体層１０３２を成膜する。反応性アーク放電イオンプレーティング法については特許文献３、４、５を参照されたし。次いで、圧電体層１０３２上にスパッタリング法により厚さ約150nmのPtよりなる上部電極１０３３を成膜する。

次に、図８の（Ｃ）を参照すると、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法を用いて上部電極１０３３及び圧電体層１０３２のパターニングを行う。次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法を用いて下部電極１０３１のパターニングを行う。このとき、下部電極１０３１と同一材料の下部電極配線パターン層１０４ａ及び上部電極配線パターン層１０４ｂを同時に形成する。

次に、図９の（Ａ）を参照すると、プラズマCVD法により層間絶縁層としての酸化シリコン層１０７を成膜する。

次に、図９の（Ｂ）を参照すると、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法により酸化シリコン層１０７にコンタクトホールCONTを開ける。

次に、図９の（Ｃ）を参照すると、スパッタリング法により下部電極１０３１及び上部電極１０３３用の電極パッド１０８ａ、１０８ｂ（１０８ｂのみ図示）及び配線パターン１０４ａ、１０４ｂの電極パッド１０５ａ、１０５ｂのためにアルミニウム層を成膜し、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法によってパターニングする。尚、電極パッド１０８ａ、１０８ｂは後工程のAuボンディングワイヤ等によって電極パッド１０５ａ、１０５ｂに接続される。

次に、図１０の（Ａ）を参照すると、フォトリソグラフィによってレジストパターン（図示せず）を形成し、高周波結合プラズマ反応性イオンエッチング（ICP-RIE）装置を用いて酸化シリコン層１０１１及び所定深さたとえば約30μmのシリコン基板１０１をエッチング除去する。

次に、図１０の（Ｂ）を参照すると、基板表面及び基板裏面の支持体１０１形成領域を厚膜レジスト層で保護し、酸化シリコン層１０１２をバッファードフッ酸（BHF）で除去する。次いで、ICP-RIE装置によってシリコン基板１０１をエッチング除去し、その際、可動錘１０２の厚さ約300μmに相当する厚さだけシリコン基板１０１を残存させる。

次に、図１０の（Ｃ）を参照すると、基板表面及び基板裏面の支持体１０１及び可動錘１０２の形成領域を厚膜レジスト層で保護し、ICP-RIE装置によってシリコン基板１０１をエッチング除去し、弾性梁１０３ａ、１０３ｂの厚さ約30μmに相当する厚さだけシリコン基板１０１を残存させる。これにより、厚さ約0.5mmの支持体１０１、2mm×3mm×厚さ300μmの可動錘１０２及び厚さ約30μmの弾性梁１０３ａ、１０３ｂが形成され、全体として、6mm×4mm×厚さ0.5mmの圧電振動発電機１０が得られる。

上述の製造方法によれば、圧電体層１０３２を高精度加工でき、しかも、圧電体層１０３２をシリコンよりなる弾性梁１０３ａ、１０３ｂに接着層なしで固定できるので、弾性梁１０３ａ、１０３ｂの機械的振動を効率よく圧電体層１０３２に伝達できる。

尚、本発明は図８、図９及び図１０に示した製造方法に限定されるものではなく、たとえば、支持体１０１のシリコン基板と、可動錘１０２及び弾性梁１０３ａ、１０３ｂ、１０６ａ、１０６ｂのシリコン基板とを別個にし、可動錘１０２及び弾性梁１０３ａ、１０３ｂ、１０６ａ、１０６ｂを形成後、支持体１０１を貼り付けてもよい。

図１１は図１の圧電振動発電機の変更例を示す斜視図である。図１１に示すように、支持体１０１及び可動錘１０２にたとえば厚さ30μmの埋込み酸化シリコン層１０９を設けてある。これにより、支持体１０１、可動錘１０２、弾性梁１０３ａ、１０３ｂ、１０６ａ、１０６ｂを形成するシリコン基板としてSOI（silicon on isolator）基板を用いることができる。最後に、バッファードフッ酸（BHF）により支持体１０１、可動錘１０２、弾性梁１０３を分離させる工程がさらに必要となるが、このSOI基板を用いると、図１０の（Ａ）に示すエッチング処理において埋込み酸化シリコン層１０９がエッチングストッパとして作用するので、製造工程の管理が容易となる。

図１２は図１、図２の圧電振動発電機を用いた発電装置の第１の例を示す斜視図である。尚、圧電振動発電機としては図１１の圧電振動発電機を用いてもよい。

図１２の発電装置においては、図１、図２の圧電振動発電機１０、整流器２０及び蓄電器３０が絶縁基板４０上に実装されている。

圧電振動発電機１０は絶縁性ダイアタッチ剤によって絶縁基板４０に固定され、また、下部電極パッド１０５ａ及び上部電極パッド１０５ｂが図示しないAuボンディングワイヤによって絶縁基板４０上の導電性の部品着用ランド４１ａ、４１ｂに接続され、さらに、各部品着用ランド４１ａ、４１ｂは絶縁基板４０上の配線用導体パターン４２ａ、４２ｂに接続されている。

整流器２０は絶縁基板４０上の図示しない部品着用ランドに半田付けによって固定され、これらの部品着用ランドは配線用導体パターン４２ａ、４２ｂ及び配線用導体パターン４３ａ、４３ｂに接続されている。

蓄電器３０も絶縁基板４０上の図示しない部品着用ランドに半田付けによって固定され、これらの部品着用ランドは配線用導体パターン４３ａ、４３ｂに接続されている。

各配線用導体パターン４３ａ、４３ｂは端子電極４４ａ、４４ｂに接続されている。

図１３は図１２の発電装置の回路図である。

図１３に示すように、整流器２０は４つのダイオード２０１、２０２、２０３、２０４よりなる全波整流回路である。配線用導体パターン４２ａはダイオード２０１のアノード及びダイオード２０２のカソードに接続され、配線用導体パターン４２ｂはダイオード２０３のカソード及びダイオード２０４のアノードに接続され、配線用導体パターン４３ａはダイオード２０２のアノード及びダイオード２０３のカソードに接続され、配線用導体パターン４３ｂはダイオード２０１のカソード及びダイオード２０４のアノードに接続されている。

蓄電器３０は電気二重層コンデンサ等の大容量コンデンサよりなり、負極端子は配線用導体パターン４３ａに接続され、正極端子は配線用導体パターン４３ｂに接続されている。

図１３においては、圧電振動発電機１０に発生した交流電圧V1は整流器２０によって全波整流された電圧V2に変換され、次いで、蓄電器３０に蓄電されることにより平滑され、端子電圧４４ａ、４４ｂに直流電圧V3として出力されることになる。

図１４のタイミング図を参照して図１３の回路動作を説明する。すなわち、外部振動によって周波数の異なる交流電圧V1₁，V1₂，…が圧電振動発電機１０に同時に発生すると、これらの交流電圧V1₁，V1₂，…の合成電圧が交流電圧V1となる。次いで、この交流電圧V1は整流器２０によって半波整流されて電圧V2となる。次いで、この電圧V2は蓄電器３０によって平滑されて直流電圧V3となる。

このように、複数の周波数の交流起電力が重畳された合成電圧により発電するので、従来に比較して数倍〜数10倍の発電能力を発揮できる。発明者の実験によれば、6mm×4mm×厚さ0.5mmの圧電振動発電機１０を用いた発電装置において、外部振動により2Ｈｚの交流電圧V1を発生させたとき、約600mVの直流電圧V3が得られた。また、図１２の電源装置により加速度センサを駆動し、そのデータを無線で100ｍ離れた場所へ送信することができた。

図１５は図１、図２の圧電振動発電機を用いた発電装置の第２の例を示す斜視図である。尚、圧電振動発電機としては図１１の圧電振動発電機を用いてもよい。図１５においては、図１、図２の圧電振動発電機圧電振動発電機１０と同一の構成で配置方向が直交する２つの圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂを並列に接続してある。この場合、圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂがボンディングワイヤ等で接続された部品着用ランド４１ａ−１、４１ａ−２は配線用導体パターン４２ａに接続され、他方、圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂがボンディングワイヤ等で接続された部品着用ランド４１ｂ−１、４１ｂ−２は配線用導体パターン４２ｂに接続されている。これにより、図１２の発電装置の単体の圧電振動発電機１０に比較して２つの圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂはさらに多くの外部振動に対応できる。発明者の実験によると、図１２の発電装置に比較して約√２倍の電力を発生した。

図１６は図１、図２の圧電振動発電機を用いた発電装置の第３の例を示す斜視図である。尚、圧電振動発電機としては図１１の圧電振動発電機を用いてもよい。図１６においては、図１５の直交する圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂの対を複数個接続してある。この場合、圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂの複数対の接続は直列でも並列でもよい。これにより、図１５の発電装置の１対の圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂに比較して複数対の圧電振動発電機１０Ａ、１０Ｂはさらに多くの外部振動に対応できる。発明者の実験によると、図１５の発電装置に比較して大きな電力を発生した。

尚、図１５、図１６において、チップレベルの圧電振動発電機を絶縁基板４０に実装することは、発電装置をそれ程大型化することにならない。

また、図１２、図１５、図１６において、整流器２０として倍電圧電流回路を用いてもよい。さらに、蓄電器３０を平滑用コンデンサ及び２次電池で構成してもよい。

１０：圧電振動発電機
２０：整流器
３０：蓄電器
４１ａ，４１ｂ：部品着用ランド
４２ａ，４２ｂ：配線用導体パターン
４３ａ，４３ｂ：配線用導体パターン
４４ａ，４４ｂ：端子電極
１０１：支持体
１０１ａ：空胴
１０２：可動錘
１０３ａ，１０３ｂ：弾性梁
１０３１：下部電極
１０３２：圧電体層
１０３３：上部電極
１０４ａ：下部電極配線パターン
１０４ｂ：上部電極配線パターン
１０５ａ：下部電極パッド
１０５ｂ：上部電極パッド
１０６ａ，１０６ｂ：弾性梁
１０７：酸化シリコン層
１０８ａ，１０８ｂ：電極パッド
１０９：埋込み酸化シリコン層
２０１，２０２，２０３，２０４：ダイオード
１０１１，１０１２：酸化シリコン層

Claims (6)

1. 空胴部が形成された支持体と、
   外部振動によって機械的振動が励振される可動錘と、
   一端が前記支持体に結合され他端が前記可動錘に結合された１対の弾性梁と、
   前記各弾性梁に設けられた圧電体層と
   を具備し、
   前記各弾性梁が折り返し構造を有する圧電振動発電機。
2. 前記支持体、前記可動錘及び前記弾性梁が同一材料からなる請求項１に記載の圧電振動発電機。
3. 前記材料がシリコンオンインシュレータ（SOI）から加工された請求項２に記載の圧電振動発電機。
4. さらに、
   前記弾性梁と直交する方向に一端が前記支持体に結合され他端が前記可動錘に結合された１対のダンパ弾性梁を具備し、
   前記各ダンパ弾性梁が折り返し構造を有する請求項１に記載の圧電振動発電機。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の圧電振動発電機と、
   前記圧電振動発電機の圧電体層に発生する交流電圧を全波整流する整流器と、
   該整流された電圧を平滑する蓄電器と、
   前記圧電振動発電機、前記整流器及び前記蓄電器を実装した絶縁基板と
   を具備する発電装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の複数の圧電振動発電機と、
   前記圧電振動発電機の圧電体層に発生する交流電圧を全波整流する整流器と、
   該整流された電圧を平滑する蓄電器と、
   前記圧電振動発電機、前記整流器及び前記蓄電器を実装した絶縁基板と
   を具備し、
   前記複数の圧電振動発電機の少なくとも２つが前記絶縁基板上で配置方向が直交するように並列配置され前記複数の圧電振動発電機が並列及び／もしくは直列に前記整流器に接続された発電装置。
   

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