JP2019146284A - 振動発電デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本実施態様における重錘体は、第1錘部および第2錘部、ならびに上記第1錘部および上記第2錘部を連結する第1連結部を少なくとも有する。なお、第1錘部および第2錘部のことを、単に錘部と称して説明する場合がある。
本実施態様における重錘体は、図5(a)、(b)に例示するように、第1錘部1および第2錘部2、ならびに第1錘部1および第2錘部2を連結する第1連結部3を少なくとも有する。第1錘部1および第2錘部2は、第1連結部3の周囲で梁交差部に対向して当接する当接部1A、2Aをそれぞれ有し、当接部1Aおよび2Aは、それぞれ台座部1Bおよび2Bに配置されている。なお、図5(a)、(b)に例示する重錘体10は、後述する第2連結部4を有しているが、第2連結部4を有さなくてもよい。
上記第1連結部は、上記第1錘部および上記第2錘部を連結する部材である。上記第1連結部は、上記梁交差部の上記貫通孔を貫通して、一端が上記第1錘部と連結し、他端が上記第2錘部と連結する。
上記第1錘部および上記第2錘部は、振動発電素子を介して対向して配置される部材である。上記第1錘部および上記第2錘部は、上記第1連結部の周囲で上記梁交差部に対向して当接する当接部をそれぞれ有する。
上記第1錘部および上記第2錘部における当接部は、上記第1連結部の周囲で上記梁交差部に対向して当接する部位である。
上記第1錘部および上記第2錘部における台座部は、上記当接部を支持する部材である。上記台座部の平面視形状は特に限定されないが、例えば、三角形;矩形、台形、ひし形等の四角形;五角以上の多角形;円形や楕円形;等の幾何学形状が挙げられる。
本実施態様における重錘体は、上記第1連結部の他に、上記振動発電素子の上記開口部を貫通して上記第1錘部および上記第2錘部を連結する第2連結部を有することができる。上記重錘体が上記第2連結部を有することで、上記第2連結部が、決められた重錘体の重さの一部を担うことができ、第2連結部の重さ分、重錘体を構成する他の部材の重さを減らすことができるため、上記他の部材の厚みを小さくすることができ、本実施態様の振動発電デバイスの厚みを小さくすることができる。第2連結部は、図5(b)およびに図9において符号4で示す部位である。
上記重錘体において、第1錘部、第2錘部、第1連結部および第2連結部は、同一の金属材料で形成されていてもよく、異なる金属材料で形成されていてもよいが、通常は同一の金属材料で形成される。上記重錘体を構成する金属材料は、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼(例えばSUS303、SUS304)、快削真鍮(C3604)、銅、タングステン、タンタル等が挙げられる。上記重錘体の金属材料は、振動発電素子の金属基板の金属材料と同じであってもよく、異なってもよい。
本実施態様における振動発電素子は、上記第1錘部および上記第2錘部の間に配置される部材である。
本実施態様における振動発電素子は、図4および図10(a)〜(b)に例示するように、枠状の基部11と、基部11の枠内に位置し、基部11に連結された振動部12と、基部11の内周縁11aおよび振動部12により囲まれた複数の開口部13とを有する。振動部12は、貫通孔23を有する梁交差部21と、一端が基部11に連結され、他端が梁交差部12に連結された複数本の梁22と、を有する。貫通孔23は、通常、基部11の枠内の中心に位置する。図中の破線は、基部11の内周縁11aの一部を示し、一点鎖線は、振動部12における梁交差部22の外周縁の一部を示す。なお、図10(a)〜(b)は、本実施態様における振動発電素子の他の例を示す概略平面図である。
上記振動部は、貫通孔を有する梁交差部と、一端が上記基部に連結され、他端が上記梁交差部に連結された複数本の梁と、を有する。
上記梁交差部は、貫通孔を有する。上記基部の枠内における上記貫通孔の位置は、上記基部の枠内における上記梁交差部の配置位置に応じて適宜設定することができるが、中でも上記基部の枠内の中心であることが好ましい。また、重錘体との関係において、上記貫通孔は、通常、上記第1連結部と上記第1錘部および上記第2錘部との連結部分と平面視上重なる位置とすることができる。
上記梁は、一端が上記基部に連結され、他端が上記梁交差部に連結される。
上記基部は、枠状であり、上記振動部を囲む部材である。
上記開口部は、上記基部の内周縁および上記振動部により囲まれた複数の領域である。
上記基部の上記内周縁には、上記開口部側に突出した突出領域が設けられていてもよい。上記第1錘部の上記振動発電素子とは反対側の面に第1の筐体を有し、上記第2錘部の上記振動発電素子とは反対側の面に第2の筐体を有する場合、上記第1の筐体の上記振動発電素子側の面、および上記第2の筐体の上記振動発電素子側の面が、上記振動発電素子の上記基部と対向して接することで、振動発電素子の基部を、第1の筐体および第2の筐体で挟持して固定することができる。このとき、平面視において第1錘部および第2錘部が基部の内周縁に囲まれた領域よりも小さければ、上記基部と共に突出領域も第1の筐体および第2の筐体で挟持可能となる。これにより、振動発電素子を強固に固定することができ、重錘体および振動発電素子の位置ずれを防ぐことができる。図10(b)に例示する振動発電素子20において、基部11の内周縁11aには、開口部13側に突出した突出領域Sが設けられている。
上記振動発電素子は、金属基板、および上記金属基板の少なくとも一方の面に配置される圧電層を有する構成とすることができる。
上記振動発電素子における金属基板は、圧電層を支持する部材である。
上記振動発電素子における圧電層は、上記金属基板の少なくとも一方の面に配置される。
上記振動発電素子は、上記振動部の上記梁部において、上記圧電層の上記金属基板側の面とは反対側の面に、集電層を有することができる。集電層は、上記圧電層の表面に現れた電荷を収集する機能を有する。上記集電層は、圧電層の表面にパターン状に設けることができる。上記集電層の材料は、一般的な振動発電素子における電極に用いられる材料を適用することができる。上記集電層の形状、厚み、梁部1本あたりの配置数等の設計については、適宜調整することができる。
上記振動発電素子は、上記基板上に配線および端子を有することができる。上記配線は、一端が振動部の梁部に配置された集電層と接続するように設けられ、端子は上記配線の他端と接続するように設けられる。配線および端子の材料は、所望の導電性を有する材料であれば特に限定されず、従来公知のプリント配線板に用いられる配線および端子の材料と同様とすることができる。
上記振動発電素子には、絶縁層が配置されていてもよい。ショートの発生を抑制することができるからである。絶縁層の材料としては、絶縁性を示す樹脂を用いることができ、中でも絶縁性感光性樹脂を好適に用いることができる。絶縁性感光性樹脂としては、一般的なものを用いることができ、ポジ型であってもよくネガ型であってもよい。ポジ型の絶縁性感光性樹脂としては、例えばフェノールエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、シクロオレフィン等を挙げることができる。また、ネガ型の絶縁性感光性樹脂としては、例えば、感光性ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂、感光性フェノール樹脂、感光性エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、メラミン樹脂等を挙げることができる。上記絶縁層は、上記の樹脂の種類に応じて架橋剤等の任意の組成を含んでいてもよい。
上記振動発電素子は、公知の方法を用いて形成することができる。振動発電素子の形成方法としては、例えば、金属基板の片面または両面に圧電層を成膜し、上記圧電層をパターニング(エッチング)して、その後で金属基板をエッチングして、基部、振動部、および開口部を形成する方法が挙げられる。圧電層の成膜方法としては、特に限定されず、化学気相成長法(CVD)、有機金属分解法(MOD)、ゾルゲル法といった化学的堆積法や、スパッタリング、分子線エピタキシー、パルスドレーザーデポジション(PLD)といった物理的堆積法を用いることができる。中でも、窒化アルミニウム(AlN)または異元素含有窒化アルミニウムを含む圧電層を製膜する場合は、スパッタリングによる方法を好適に用いることができる。
本実施態様の振動発電デバイスは、上記第1錘部の上記振動発電素子とは反対側の面に第1の筐体を有し、上記第2錘部の上記振動発電素子とは反対側の面に第2の筐体を有することができる。これにより、振動発電デバイスの厚み方向において、振動発電素子を上記第1の筐体および上記第2の筐体の一対の筐体で挟持固定することが可能となり、重錘体および振動発電素子の位置ずれを防ぐことができる。なお、第1の筐体および第2の筐体のことを、単に筐体と称する場合がある。
本実施態様の振動発電デバイスは、上述した構造を有することで、耐久性を備え、且つ小型化および軽量化を図ることができるため、例えば、配線給電や電池駆動が難しい車載応用システムやインフラ健全性診断システムといったIoT(Internet of Things)向けセンサネットワークモジュール等への電力供給源として用いることができる。
2 … 第2錘部
3 … 第1連結部
4 … 第2連結部
10 … 重錘体
11 … 基部
11a … 基部の内周縁
12 … 振動部
13 … 開口部
20 … 振動発電素子
21 … 梁交差部
22 … 梁
23 … 貫通孔
100 … 振動発電デバイス
Claims (6)
- 第1錘部および第2錘部、ならびに前記第1錘部および前記第2錘部を連結する第1連結部を少なくとも有する重錘体と、
前記第1錘部および前記第2錘部の間に配置される振動発電素子と、
を有し、
前記振動発電素子は、枠状の基部と、前記基部の枠内に位置し、前記基部に連結された振動部と、前記基部の内周縁および前記振動部により囲まれた複数の開口部とを有し、
前記振動部は、貫通孔を有する梁交差部と、一端が前記基部に連結され、他端が前記梁交差部に連結された複数本の梁と、を有し、
前記重錘体の前記第1連結部は、前記梁交差部の前記貫通孔を貫通して、一端が前記第1錘部と連結し、他端が前記第2錘部と連結しており、
前記第1錘部および前記第2錘部は、前記第1連結部の周囲で前記梁交差部に対向して当接する当接部をそれぞれ有する、振動発電デバイス。 - 前記第1連結部および前記貫通孔の平面視形状が非真円形状である、請求項1に記載の振動発電デバイス。
- 前記振動部が、前記梁交差部と4本の前記梁とを有する十字形状である、請求項1または請求項2に記載の振動発電デバイス。
- 前記重錘体は、前記振動発電素子の前記開口部を貫通して前記第1錘部および前記第2錘部を連結する第2連結部を有し、前記第2連結部は、前記基部および前記振動部から隔離されている、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の振動発電デバイス。
- 前記基部の前記内周縁には、前記開口部側に突出した突出領域が設けられている、請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の振動発電デバイス。
- 前記第1錘部の前記振動発電素子とは反対側の面に第1の筐体を有し、
前記第2錘部の前記振動発電素子とは反対側の面に第2の筐体を有し、
前記第1の筐体の前記振動発電素子側の面、および前記第2の筐体の前記振動発電素子側の面が、前記振動発電素子の前記基部および前記突出領域と対向して接している、請求項5に記載の振動発電デバイス。
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