JP2020123629A - Method of manufacturing vibration power generation device and method of manufacturing magnetostrictive component - Google Patents

Method of manufacturing vibration power generation device and method of manufacturing magnetostrictive component Download PDF

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Abstract

To provide a method for manufacturing a vibration power generation device including a magnetostrictive component which is excellent in orientation and dispersion uniformity of a magnetostrictive material.SOLUTION: When manufacturing a vibration power generation device 1 including magnetic field acting means 4 for applying a magnetic field to at least a part of a vibration target body 2, a magnetostrictive component 5 which is provided in an acting region of magnetic field to be applied by the magnetic field acting means 4 out of the vibration target body 2 and includes a magnetostrictive material, and a coil 6 which is wound around the magnetostrictive component 5, and performs electromagnetic induction depending on the strain of the magnetostrictive material of the magnetostrictive component 5, the magnetostrictive component 5 is formed through a growing step 11 for growing a single crystal or polycrystal 12 made of a magnetostrictive material, a target preparation step 13 for preparing a sputtering target 14 from the single crystal or polycrystal 12 grown in the growing step 11, and a film forming step 15 for performing sputtering by using the sputter target 14 prepared in the target preparation step 13 to form a sputter film 5c on the surface of a base material 5a.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータ、橋梁、人の動きなどの振動源からの振動によって発電する振動発電デバイスに係り、特に、磁歪材料からなる磁歪部品を用いた振動発電デバイスの製造方法及び磁歪部品の製造方法に関する。 The present invention relates to a vibration power generation device that generates power by vibration from a vibration source such as a motor, a bridge, or a person's movement, and particularly to a method for manufacturing a vibration power generation device using a magnetostrictive component made of a magnetostrictive material and a method for manufacturing the magnetostrictive component. Regarding

従来における振動発電技術としては、圧電素子を利用した技術(圧電素子に何らかの方法で外部から力を加えることにより、圧電素子を変形させて発電する技術)や、磁歪素子を利用した技術(磁歪素子に磁石やコイルを用いた逆磁歪効果を利用した発電技術)が既に知られている。
この種の振動発電デバイスとしては例えば特許文献1,2に記載のものがある。
特許文献1には、音による空気の圧力変動を利用して圧電素子により発電する音力発電装置、および、振動による圧力変動を利用して圧電素子により発電する振動力発電装置が記載されている。これは人の声の振動を圧電セラミックを変形させて電力を得る方式であるが、スピーカから音を出すμWレベルの電力は得られるものの、IOT通信に必要なmWレベルの電力は得られない。
また、特許文献2には、磁歪素子を利用した振動発電装置として、磁歪材料を固定した磁歪棒を片持ち梁構造とし、当該磁歪棒に曲げ応力を印加することにより磁歪材料を曲げ変形させ、逆磁歪効果によって、磁歪材料に巻かれているコイルを貫く磁束が変化することで当該コイルに誘導電圧を発生させるものが開示されている。
As a conventional vibration power generation technology, a technology that uses a piezoelectric element (a technology that deforms a piezoelectric element to generate electricity by applying an external force to the piezoelectric element in some way) or a technology that uses a magnetostrictive element (magnetostrictive element) In addition, a power generation technique utilizing the inverse magnetostriction effect using a magnet or a coil is already known.
Examples of this type of vibration power generation device include those described in Patent Documents 1 and 2.
Patent Literature 1 describes a sound power generation device that uses a piezoelectric element to generate power by utilizing pressure fluctuations of air due to sound, and a vibration power generation device that uses pressure variation due to vibration to generate power using a piezoelectric element. .. This is a system in which vibration of a human voice is deformed by a piezoelectric ceramic to obtain electric power. Although μW level electric power for producing sound from a speaker can be obtained, mW level electric power required for IOT communication cannot be obtained.
Further, in Patent Document 2, as a vibration power generator using a magnetostrictive element, a magnetostrictive rod having a fixed magnetostrictive material has a cantilever structure, and bending stress is applied to the magnetostrictive rod to bend and deform the magnetostrictive material. It is disclosed that an inverse magnetostrictive effect changes a magnetic flux passing through a coil wound around a magnetostrictive material to generate an induced voltage in the coil.

特開2006−166694号公報(発明を実施するための最良の形態,図10)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-166694 (best mode for carrying out the invention, FIG. 10) 特許第4905820号公報(発明を実施するための形態,図4A)Japanese Patent No. 4905820 (Mode for carrying out the invention, FIG. 4A)

特許文献1に記載された圧電素子を利用した振動力発電装置は、圧電素子を構成する圧電材料が脆性材料であり、曲げや衝撃に対して弱い材料である。そのため、過度な負荷を加えることはできず、発電量を増加するために大きな曲げや衝撃を加えることが困難になるという問題点がある。また、圧電素子は低周波数でインピーダンスが高く、圧電素子より低いインピーダンスを有する負荷を接続した際に、負荷に発生する電圧が小さくなるため、発電により得られる電力が小さくなり、発電の効率が低いという問題点もある。
一方、特許文献2に記載されている磁歪材料を用いた発電素子は、磁歪材料は延性材料であり、圧電材料に比べて曲げや衝撃に強いため、大きな曲げや衝撃を加えることで発電量を増加することが可能である。また、発電素子のインピーダンスが圧電材料よりも低いことから、インピーダンスの低い負荷の接続による発電効率の低下が少なく、前述した圧電材料の問題点を解決することができる。
しかしながら、特許文献2に記載された振動発電装置は、磁歪棒に対してバイアス磁界を加えるための磁石を備え、振動しながら磁歪棒のバネ変形を発生させて発電するために振動源から大きな加振力を必要とし、その分、振動エネルギの吸収が悪くなってしまう懸念がある。また、磁歪棒を支持するフレーム(連結ヨーク)には鉄系などのフレームを用いているため、錆、金属疲労が生じ易く、またフレームと磁歪棒との接合に接着剤やハンダを用いているため長期信頼性に課題があった。
更に、磁歪材料からなる磁歪棒を作製するには、磁歪材料からなる結晶はインゴット状になっていていることから、これを板状に加工して磁歪棒にする必要がある。このとき、インゴット状の結晶に対してスライス、放電加工、ワィヤソーなどで加工する手法が考えられるが、この種の加工法を採用したとすると、加工切しろが発生し、インゴット状の結晶の多くが廃棄され無駄になる虞れがある。また、結晶が脆く割れやすいため、加工費が非常に高価になる懸念もある。この加工費を含めた結晶代が高いためにこの種の加工法は一般的に採用しづらい状況になっている。
このような状況を踏まえ、磁歪材料からなる磁歪部品を製造するに当たって、品質の良い磁歪部品を製造する上で有効な製造方法が強く要望されている。
In the vibration force power generator using the piezoelectric element described in Patent Document 1, the piezoelectric material forming the piezoelectric element is a brittle material and is a material that is weak against bending and impact. Therefore, there is a problem that an excessive load cannot be applied, and it becomes difficult to apply a large bending or impact to increase the amount of power generation. Further, the piezoelectric element has a high impedance at a low frequency, and when a load having an impedance lower than that of the piezoelectric element is connected, the voltage generated in the load becomes small, so that the power generated by the power generation becomes small and the power generation efficiency is low. There is also a problem.
On the other hand, in the power generation element using the magnetostrictive material described in Patent Document 2, the magnetostrictive material is a ductile material and is more resistant to bending and impact than the piezoelectric material. Therefore, the amount of power generation can be increased by applying large bending or impact. It is possible to increase. Further, since the impedance of the power generation element is lower than that of the piezoelectric material, the power generation efficiency is less likely to decrease due to the connection of the load having low impedance, and the above-mentioned problems of the piezoelectric material can be solved.
However, the vibration power generation device described in Patent Document 2 includes a magnet for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive rod, and generates a large amount of vibration from the vibration source in order to generate spring deformation of the magnetostrictive rod while vibrating. Vibration force is required, and there is a concern that the absorption of vibration energy will be worse. Further, since a frame such as an iron system is used for the frame (coupling yoke) that supports the magnetostrictive rod, rust and metal fatigue easily occur, and an adhesive or solder is used for joining the frame and the magnetostrictive rod. Therefore, there was a problem in long-term reliability.
Further, in order to manufacture a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material, since the crystal made of the magnetostrictive material has an ingot shape, it is necessary to process this into a plate shape to form a magnetostrictive rod. At this time, it is conceivable to use a method such as slicing, electric discharge machining, and wire saw for ingot-shaped crystals, but if this kind of processing method is adopted, a machining cutting margin will occur and most of the ingot-shaped crystals will be produced. May be discarded and wasted. Further, since the crystal is brittle and easily cracked, there is a concern that the processing cost will be very high. This type of processing method is generally difficult to adopt because of the high crystal cost including the processing cost.
Under these circumstances, in manufacturing a magnetostrictive component made of a magnetostrictive material, a manufacturing method effective for manufacturing a high quality magnetostrictive component is strongly desired.

本発明が解決しようとする技術的課題は、磁歪材料の配向性及び分散の均一性に優れた磁歪部品を含む振動発電デバイスの製造方法を提供することにある。 A technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a vibration power generation device including a magnetostrictive component excellent in orientation and dispersion uniformity of a magnetostrictive material.

本発明の第1の技術的特徴は、振動源からの振動を受けて伝搬する被振動体と、前記被振動体の少なくとも一部に磁場を作用させる磁場作用手段と、前記被振動体のうち前記磁場作用手段による磁場の作用領域に設けられ、磁歪材料を含む磁歪部品と、前記磁歪部品の周囲に巻かれ、前記磁歪部品の磁歪材料の歪みに依存して電磁誘導するコイルと、を備えた振動発電デバイスを製造するに際し、前記磁歪部品は、磁歪材料からなる単結晶又は多結晶を育成する育成工程と、前記育成工程にて育成された単結晶又は多結晶からスパッタ用ターゲットを作製するターゲット作製工程と、前記ターゲット作製工程にて作製されたスパッタ用ターゲットを用いてスパッタリングを実施し、基材の表面にスパッタ膜を成膜する成膜工程と、を経て作製されることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。 A first technical feature of the present invention is that a vibrated body that receives and propagates vibrations from a vibration source, a magnetic field acting unit that applies a magnetic field to at least a part of the vibrated body, and a vibrated body among the vibrated body. A magnetostrictive component that is provided in the magnetic field acting region of the magnetic field acting unit and includes a magnetostrictive material, and a coil that is wound around the magnetostrictive component and that electromagnetically induces depending on the strain of the magnetostrictive material of the magnetostrictive component, In manufacturing the vibration power generation device, the magnetostrictive component is a growing step of growing a single crystal or a polycrystal composed of a magnetostrictive material, and a sputtering target is made from the single crystal or the polycrystal grown in the growing step. It is produced through a target preparation step and a film formation step of forming a sputtered film on the surface of a base material by performing sputtering using the sputtering target prepared in the target preparation step. And a method for manufacturing a vibration power generation device.

本発明の第2の技術的特徴は、第1の技術的特徴備えた振動発電デバイスの製造方法において、前記育成工程は、チョクラルスキー法、垂直ブリッジマン法又はフローティングゾーン法のいずれかを用いたことを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。
本発明の第3の技術的特徴は、第1又は第2の技術的特徴を備えた振動発電デバイスの製造方法において、前記磁歪材料は、Fe−Ga、Fe−Co、Fe−Dy−Tbのいずれかであることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。
本発明の第4の技術的特徴は、第1乃至第3のいずれかの技術的特徴を備えた振動発電デバイスの製造方法において、前記スパッタ膜は5ないし100μmの厚さに成膜されることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。
本発明の第5の技術的特徴は、第1乃至第4のいずれかの技術的特徴を備えた振動発電デバイスの製造方法において、前記成膜工程は、前記スパッタ膜を成膜する前に、当該スパッタ膜の下地として、前記スパッタ膜の磁歪定数が大きくなる配向特性を持つ補助膜を成膜することを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。
本発明の第6の技術的特徴は、第5の技術的特徴を備えた振動発電デバイスの製造方法において、前記スパッタ膜の配向は方向指数が〔001〕であり、前記補助膜の配向は方向指数が〔100〕であることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。
本発明の第7の技術的特徴は、第1乃至第6のいずれかの技術的特徴を備えた振動発電デバイスの製造方法において、前記磁歪部品の基材は、金属又は樹脂製の弾性を有する板材にて構成されていることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。
本発明の第8の技術的特徴は、第1乃至第7のいずれかの技術的特徴を備えた振動発電デバイスの製造方法において、前記育成工程又は前記成膜工程の少なくともいずれかには予め決められた温度及び時間条件で熱処理するアニール処理を含むことを特徴とする振動発電デバイスの製造方法である。
A second technical feature of the present invention is the method for manufacturing a vibration power generation device having the first technical feature, wherein the growing step uses one of the Czochralski method, the vertical Bridgman method, and the floating zone method. And a method for manufacturing a vibration power generation device.
A third technical feature of the present invention is the method for manufacturing a vibration power generation device having the first or second technical feature, wherein the magnetostrictive material is Fe-Ga, Fe-Co, or Fe-Dy-Tb. It is a method for manufacturing a vibration power generation device, which is any one of the above.
A fourth technical feature of the present invention is the method for manufacturing a vibration power generation device having any one of the first to third technical features, wherein the sputtered film is formed to a thickness of 5 to 100 μm. And a method for manufacturing a vibration power generation device.
A fifth technical feature of the present invention is, in the method for manufacturing a vibration power generation device having any one of the first to fourth technical features, in the film forming step, before forming the sputtered film, The method for manufacturing a vibration power generation device is characterized in that an auxiliary film having an orientation property for increasing the magnetostriction constant of the sputtered film is formed as a base of the sputtered film.
A sixth technical feature of the present invention is the method for manufacturing an oscillating power generation device having the fifth technical feature, wherein the sputtered film has an orientation index of [001] and the auxiliary film has an orientation. An index is [100], which is a method for manufacturing a vibration power generation device.
A seventh technical feature of the present invention is the method for manufacturing a vibration power generation device having any one of the first to sixth technical features, wherein the base material of the magnetostrictive component has elasticity made of metal or resin. A method for manufacturing a vibration power generation device, which is characterized in that the vibration power generation device is configured by a plate material.
An eighth technical feature of the present invention is a method for manufacturing a vibration power generation device having any one of the first to seventh technical features, wherein at least one of the growing step and the film forming step is predetermined. It is a method of manufacturing a vibration power generation device, characterized in that it includes an annealing treatment for performing heat treatment under the prescribed temperature and time conditions.

本発明の第9の技術的特徴は、振動発電デバイスに用いられる磁歪部品を製造するに際し、磁歪材料からなる単結晶又は多結晶を育成する育成工程と、前記育成工程にて育成された単結晶又は多結晶からスパッタ用ターゲットを作製するターゲット作製工程と、前記ターゲット作製工程にて作製されたスパッタ用ターゲットを用いてスパッタリングを実施し、基材の表面にスパッタ膜を成膜する成膜工程と、を経て作製されることを特徴とする磁歪部品の製造方法である。 A ninth technical feature of the present invention is, in manufacturing a magnetostrictive component used in a vibration power generation device, a growing step of growing a single crystal or a polycrystal made of a magnetostrictive material, and a single crystal grown in the growing step. Alternatively, a target production step of producing a sputtering target from a polycrystal, and a film formation step of performing sputtering using the sputtering target produced in the target production step and forming a sputtered film on the surface of the base material. And a magnetostrictive component manufacturing method.

本発明の第1の技術的特徴によれば、磁歪材料の配向性及び分散の均一性に優れた磁歪部品を含む振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第2の技術的特徴によれば、磁歪材料が略均一に分散する単結晶又は多結晶を容易に育成することが可能な磁歪部品を含む振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第3の技術的特徴によれば、磁歪定数の高い磁歪部品を含む振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第4の技術的特徴によれば、スパッタ膜の厚さが最適化された発電効率の良い磁歪部品を含む振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第5の技術的特徴によれば、補助膜を有しない場合に比べて、スパッタ膜の磁歪定数を高めた磁歪部品を含む振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第6の技術的特徴によれば、方向指数が〔001〕であるスパッタ膜の磁歪定数を高めた磁歪部品を含む振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第7の技術的特徴によれば、被振動体からの振動を磁歪部品に伝搬し易くする振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第8の技術的特徴によれば、アニール処理を含まない場合に比べて、磁歪材料の結晶性を向上させた磁歪部品を含む振動発電デバイスを提供することができる。
本発明の第9の技術的特徴によれば、磁歪材料の配向性及び分散の均一性に優れた磁歪部品を提供することができる。
According to the first technical feature of the present invention, it is possible to provide a vibration power generation device including a magnetostrictive component having excellent orientation and dispersion uniformity of a magnetostrictive material.
According to the second technical feature of the present invention, it is possible to provide a vibration power generation device including a magnetostrictive component capable of easily growing a single crystal or a polycrystal in which a magnetostrictive material is substantially uniformly dispersed.
According to the third technical feature of the present invention, it is possible to provide a vibration power generation device including a magnetostrictive component having a high magnetostriction constant.
According to the fourth technical feature of the present invention, it is possible to provide a vibration power generation device including a magnetostrictive component in which the thickness of a sputtered film is optimized and which has good power generation efficiency.
According to the fifth technical feature of the present invention, it is possible to provide the vibration power generation device including the magnetostrictive component in which the magnetostriction constant of the sputtered film is increased as compared with the case where the auxiliary film is not provided.
According to the sixth technical feature of the present invention, it is possible to provide a vibration power generation device including a magnetostrictive component having a magnetostriction constant of a sputtered film having a direction index of [001].
According to the seventh technical feature of the present invention, it is possible to provide a vibration power generation device that facilitates propagation of vibration from a vibrated body to a magnetostrictive component.
According to the eighth technical feature of the present invention, it is possible to provide a vibration power generation device including a magnetostrictive component in which the crystallinity of the magnetostrictive material is improved as compared with the case where no annealing treatment is included.
According to the ninth technical feature of the present invention, it is possible to provide a magnetostrictive component having excellent orientation and dispersion uniformity of the magnetostrictive material.

(a)は本発明が適用された振動発電デバイスの実施の形態の概要を示す説明図、(b)は(a)に示す振動発電デバイスで用いられる磁歪部品の構造例を示す説明図、(c)は本実施の形態で用いられる磁歪部品の製造方法を示す説明図である。(A) is an explanatory view showing an outline of an embodiment of a vibration power generation device to which the present invention is applied, (b) is an explanatory view showing a structural example of a magnetostrictive component used in the vibration power generation device shown in (a), FIG. 3C is an explanatory diagram showing a method for manufacturing a magnetostrictive component used in this embodiment. (a)は実施の形態1に係る振動発電デバイスの構成例を示す説明図、(b)は(a)で用いられる磁歪部品の構成例及び支持フレームへの取付例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the structural example of the vibration power generation device which concerns on Embodiment 1, (b) is explanatory drawing which shows the structural example of the magnetostrictive component used by (a), and the example of attachment to a support frame. (a)〜(c)は実施の形態1で用いられる磁歪部品の製造方法を示し、(a)は単結晶のインゴットを育成する育成工程、(b)はスパッタ用ターゲットの作成工程、(c)は磁歪部品のスパッタ膜を成膜する成膜工程を夫々模式的に示す説明図である。(A)-(c) shows the manufacturing method of the magnetostrictive component used in Embodiment 1, (a) is a growing process which grows a single crystal ingot, (b) is a sputtering target preparation process, (c) 8A to 8C are explanatory views schematically showing film forming steps of forming a sputtered film of a magnetostrictive component. 実施の形態2に係る振動発電デバイスの構成例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration example of a vibration power generation device according to a second embodiment. 実施の形態3に係る振動発電デバイスの構成例を示す説明図、(b)は支持フレームへの磁歪部品の取付例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration example of a vibration power generation device according to a third embodiment, and FIG. 9B is an explanatory diagram showing an example of mounting a magnetostrictive component on a support frame. (a)は実施の形態4に係る振動発電デバイスの構成例を示す説明図、(b)は実施の形態4に係る振動発電デバイスの変形の形態4−1の要部を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the structural example of the vibration power generation device which concerns on Embodiment 4, (b) is explanatory drawing which shows the principal part of the modification 4-1 of the vibration power generation device which concerns on Embodiment 4. FIG. ..

◎実施の形態の概要
図1(a)は本発明が適用された振動発電デバイスの構成例を示す。
同図において、振動発電デバイス1は、振動源3からの振動を受けて伝搬する被振動体2と、被振動体2の少なくとも一部に磁場を作用させる磁場作用手段4と、被振動体2のうち磁場作用手段4による磁場の作用領域に設けられ、磁歪材料を含む磁歪部品5と、磁歪部品5の周囲に巻かれ、磁歪部品5の磁歪材料の歪みに依存して電磁誘導するコイル6と、を備えたものである。
この種の振動発電デバイス1を製造するに際し、磁歪部品5は、図1(b)(c)に示すように、磁歪材料からなる単結晶又は多結晶12を育成する育成工程11と、育成工程11にて育成された単結晶又は多結晶12からスパッタ用ターゲット14を作製するターゲット作製工程13と、ターゲット作製工程13にて作製されたスパッタ用ターゲット14を用いてスパッタリングを実施し、基材5aの表面にスパッタ膜5cを成膜する成膜工程15と、を経て作製されるものである。尚、図1(c)において、符号16はスパッタリングを実施するスパッタ装置である。
◎Outline of Embodiment FIG. 1A shows a configuration example of a vibration power generation device to which the present invention is applied.
In the figure, the vibration power generation device 1 includes a vibrated body 2 that receives and propagates vibrations from a vibration source 3, a magnetic field acting unit 4 that applies a magnetic field to at least a part of the vibrated body 2, and a vibrated body 2. Among them, a magnetostrictive component 5 including a magnetostrictive material is provided in a magnetic field acting area by the magnetic field acting means 4, and a coil 6 wound around the magnetostrictive component 5 and electromagnetically induced depending on the strain of the magnetostrictive material of the magnetostrictive component 5. And,.
When manufacturing the vibration power generation device 1 of this type, the magnetostrictive component 5 includes a growing step 11 for growing a single crystal or a polycrystal 12 made of a magnetostrictive material, and a growing step, as shown in FIGS. The target production step 13 for producing the sputtering target 14 from the single crystal or the polycrystal 12 grown in 11 and the sputtering target 14 produced in the target production step 13 are used to carry out sputtering to obtain the substrate 5a. And a film forming step 15 of forming a sputtered film 5c on the surface of. In addition, in FIG. 1C, reference numeral 16 is a sputtering device for performing sputtering.

このような技術的手段において、被振動体2としては振動を受けて伝搬するものであれば特に材質は問わない。また、磁場作用手段4としては、代表的には永久磁石が挙げられるが、被振動体2に対して磁場を作用させるものを広く含む。更に、磁歪部品5の基本的な構造としては、基材5aの表面に所定のスパッタ膜5cを有する態様であればよい。尚、被振動体2の共振周波数を調整するために錘やバネ材による付勢力を付加するようにすることが好ましい。
また、磁歪部品5の製造工程としては、育成工程11、ターゲット作製工程13及び成膜工程15が必要になる。このとき、スパッタ用ターゲット14としてはスパッタリング可能なものを広く含むが、単結晶又は多結晶12のインゴットから円形状結晶材に加工し、この裏に支持プレート(図示せず)を付す態様か無駄を少なくする点で好ましい。
In such a technical means, the vibrating body 2 may be made of any material as long as it can receive and propagate vibration. As the magnetic field acting means 4, a permanent magnet is typically mentioned, but a wide range of means for applying a magnetic field to the vibrated body 2 is included. Further, the basic structure of the magnetostrictive component 5 may be an aspect having a predetermined sputtered film 5c on the surface of the base material 5a. In addition, it is preferable to add a biasing force by a weight or a spring material in order to adjust the resonance frequency of the vibrated body 2.
Further, as a manufacturing process of the magnetostrictive component 5, a growing process 11, a target manufacturing process 13 and a film forming process 15 are required. At this time, the sputtering target 14 includes a wide range of targets that can be sputtered, but a mode in which a single crystal or polycrystal 12 ingot is processed into a circular crystal material, and a support plate (not shown) is attached to the back of this is wasteful. It is preferable in that the amount is reduced.

次に、本実施の形態に係る振動発電デバイスの製造方法の代表的態様又は好ましい態様について説明する。
先ず、育成工程11の代表的態様としては、チョクラルスキー法(CZ法:Czochralski method,結晶引上げ法)、垂直ブリッジマン法(VB法:Vertical Bridgman method)又はフローティングゾーン法(Floating zone method,浮遊帯法)のいずれかを用いることが挙げられる。
また、磁歪材料の好ましい態様としては、Fe−Ga、Fe−Co、Fe−Dy−Tbのいずれかであることが挙げられる。本例は、高い磁歪定数を持つ磁歪材料を例示した物である。
Next, a representative aspect or a preferable aspect of the method for manufacturing the vibration power generation device according to the present embodiment will be described.
First, as a typical aspect of the growing step 11, a Czochralski method (Czochralski method, crystal pulling method), a vertical Bridgman method (VB method: Vertical Bridgman method), or a floating zone method (Floating zone method) One of the strip method) is used.
Moreover, as a preferable aspect of the magnetostrictive material, any one of Fe-Ga, Fe-Co, and Fe-Dy-Tb can be mentioned. This example illustrates a magnetostrictive material having a high magnetostriction constant.

更に、スパッタ膜5cの好ましい厚さとしては、5ないし100μmの厚さに成膜されることが挙げられる。本例では、スパッタ膜5cの厚さが5μm未満では磁歪定数が小さく発電電圧が発生し難いし、また、100μmを超えると、発電電圧は飽和することによる。
更にまた、スパッタ膜5cの好ましい態様としては、成膜工程は、スパッタ膜5cを成膜する前に、当該スパッタ膜5cの下地として、スパッタ膜5cの磁歪定数が大きくなる配向特性を持つ補助膜5bを成膜する態様か挙げられる。本例は、基材5a上に補助膜5b、スパッタ膜5cの順に成膜する態様である。
ここで、補助膜5bとしては方向指数が〔100〕に配向されたものが好ましいが、この方位が多い多結晶のものでもよい。
特に、スパッタ膜5cの好ましい態様の具体例としては、スパッタ膜5cの配向は方向指数が〔001〕であり、補助膜5bの配向は方向指数が〔100〕である態様が挙げられる。本例は、スパッタ膜の方向指数が〔001〕、補助膜の方向指数が〔100〕であると、配向性の高い補助膜5bに影響を受けてスパッタ膜5cの配向性が向上することを示す。また、補助膜の好ましい態様としては、〔100〕配向を持つSiやMgO膜を成膜することが挙げられる。
Further, as a preferable thickness of the sputtered film 5c, it is possible to cite a film thickness of 5 to 100 μm. In this example, if the thickness of the sputtered film 5c is less than 5 μm, the magnetostriction constant is small and it is difficult to generate the generated voltage, and if it exceeds 100 μm, the generated voltage is saturated.
Furthermore, as a preferable mode of the sputtered film 5c, in the film forming step, before forming the sputtered film 5c, an auxiliary film having an orientation property such that the magnetostriction constant of the sputtered film 5c becomes large as a base of the sputtered film 5c. 5b is a mode of forming a film. In this example, the auxiliary film 5b and the sputtered film 5c are formed in this order on the base material 5a.
Here, the auxiliary film 5b is preferably oriented in a direction index of [100], but it may be a polycrystalline film having many orientations.
In particular, as a specific example of a preferred embodiment of the sputtered film 5c, there is an embodiment in which the orientation of the sputtered film 5c is [001] and the orientation of the auxiliary film 5b is [100]. In this example, if the direction index of the sputtered film is [001] and the direction index of the auxiliary film is [100], the orientation of the sputtered film 5c is improved due to the influence of the auxiliary film 5b having high orientation. Show. Further, as a preferable mode of the auxiliary film, it is possible to form a Si or MgO film having a [100] orientation.

また、磁歪部品5の基材5aの代表的態様としては、金属又は樹脂製の弾性を有する板材にて構成されている態様が挙げられる。本例は、被振動体2に磁歪部品5を設ける際に、被振動体2の振動が磁歪部品5に伝搬し易くする態様である。
更に、磁歪部品5の製造工程のうち、育成工程11又は成膜工程15の好ましい態様としては、少なくともいずれかには予め決められた温度及び時間条件で熱処理するアニール処理を含むことが挙げられる。本例は、育成工程11または成膜工程15で熱処理(アニール処理)を含み、これにより結晶性を向上(結晶内の歪みを取り応力を緩和することで配向性が向上)させる態様である。
Further, as a typical mode of the base material 5a of the magnetostrictive component 5, a mode in which it is made of a metal or resin plate material having elasticity can be mentioned. In this example, when the magnetostrictive component 5 is provided on the vibrated body 2, the vibration of the vibrated body 2 is easily propagated to the magnetostrictive component 5.
Further, as a preferable aspect of the growing step 11 or the film forming step 15 in the manufacturing process of the magnetostrictive component 5, at least one of them includes an annealing treatment for performing heat treatment at a predetermined temperature and time condition. This example is a mode in which a heat treatment (annealing treatment) is included in the growing step 11 or the film forming step 15 to improve the crystallinity (the strain in the crystal is removed and the stress is relaxed to improve the orientation).

また、本実施の形態では、振動発電デバイス1の製造方法として説明されているが、振動発電デバイス1に用いられる磁歪部品5の製造方法としても捉えることが可能である。
具体的には、振動発電デバイス1に用いられる磁歪部品5を製造するに際し、磁歪材料からなる単結晶又は多結晶12を育成する育成工程11と、育成工程11にて育成された単結晶又は多結晶12からスパッタ用ターゲット14を作製するターゲット作製工程13と、ターゲット作製工程13にて作製されたスパッタ用ターゲット14を用いてスパッタリングを実施し、基材5aの表面にスパッタ膜5cを成膜する成膜工程15と、を経て作製されるようになっていればよい。
本例は、磁歪部品5単体の取引性を考慮し、振動発電デバイスに組み込まれる前段階、つまり、磁歪部品5の製造段階、製造された磁歪部品にも権利の効力を及ぼす上で有効である。
Further, in the present embodiment, the method of manufacturing the vibration power generation device 1 has been described, but it can be understood as a method of manufacturing the magnetostrictive component 5 used in the vibration power generation device 1.
Specifically, in manufacturing the magnetostrictive component 5 used in the vibration power generation device 1, a growing step 11 for growing a single crystal or a polycrystal 12 made of a magnetostrictive material and a single crystal or a poly grown in the growing step 11. Sputtering is carried out using the target preparation step 13 for preparing the sputtering target 14 from the crystal 12 and the sputtering target 14 prepared in the target preparation step 13 to form the sputtered film 5c on the surface of the substrate 5a. It suffices if it is manufactured through the film forming step 15.
This example is effective in consideration of the tradeability of the magnetostrictive component 5 alone, in the stage before being incorporated into the vibration power generation device, that is, in the manufacturing stage of the magnetostrictive component 5, and in exerting the effect of the right on the manufactured magnetostrictive component. ..

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態1
図2(a)は実施の形態1に係る振動発電デバイスの全体構成を示す説明図である。
−振動発電デバイスの全体構成−
同図において、振動発電デバイス1は、振動源3からの振動を受けて伝搬する被振動体としての支持フレーム20と、支持フレーム20の少なくとも一部に磁場を作用させる磁場作用手段としての磁石30と、支持フレーム20のうち磁石30による磁場の作用領域に設けられ、磁歪材料を含む磁歪部品5と、磁歪部品5の周囲に巻かれ、磁歪部品5の磁歪材料の歪みに依存して電磁誘導するコイル6と、を備えたものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings.
◎ Embodiment 1
FIG. 2A is an explanatory diagram showing the overall configuration of the vibration power generation device according to the first embodiment.
− Overall configuration of vibration power generation device −
In the figure, a vibration power generation device 1 includes a support frame 20 as a vibrating body that receives and propagates vibrations from a vibration source 3, and a magnet 30 as a magnetic field acting means that applies a magnetic field to at least a part of the support frame 20. And the magnetostrictive component 5 including the magnetostrictive material, which is provided in the region of the support frame 20 where the magnetic field is applied by the magnet 30, and is wound around the magnetostrictive component 5, and the electromagnetic induction depends on the strain of the magnetostrictive material of the magnetostrictive component 5. And a coil 6 to operate.

<支持フレーム>
本例において、支持フレーム20は、断面略U字状のSUS等の磁性材からなる弾性板材21からなり、弾性板材21のうち一方の腕部22を固定部20Aとして図示外の設置箇所に固定すると共に、一方の腕部22から湾曲部24を介して延びる他方の腕部23を振動可能な可動部20Bとして機能させるようにしたものである。そして、本例では、可動部20Bである他方の腕部23は固定部である一方の腕部22に比べて湾曲部24とは反対側に延長部25を有しており、この延長部25の先端に振動源3からの振動が付与される位置関係になっている。
<Support frame>
In this example, the support frame 20 is composed of an elastic plate member 21 made of a magnetic material such as SUS having a substantially U-shaped cross section, and one arm part 22 of the elastic plate member 21 is fixed as a fixing part 20A to an installation location (not shown). In addition, the other arm portion 23 extending from the one arm portion 22 via the bending portion 24 is made to function as the movable portion 20B capable of vibrating. Further, in this example, the other arm portion 23 that is the movable portion 20B has the extension portion 25 on the side opposite to the bending portion 24 as compared with the one arm portion 22 that is the fixed portion. There is a positional relationship in which the vibration from the vibration source 3 is applied to the tip of the.

<磁石>
また、本例では、支持フレーム20の一方の腕部22上には磁石30が設置されており、当該磁石30は上下に磁極N,Sを有する永久磁石(例えばネオジム磁石)からなり、支持フレーム20の他方の腕部23のうち磁石30の略直上に位置する部分から湾曲部24を介して一方の腕部22には、磁石30による磁場Gの作用領域が形成されるようになっている。
<磁歪部品>
更に、本例では、後述する製造方法にて製造された細長い矩形板状の磁歪部品5が支持フレーム20の他方の腕部23のうち磁石30による磁場G作用領域に設置されている。特に、本例では、図2(a)(b)に示すように、他方の腕部23には磁歪部品5が収容可能な凹部40が形成されており、この凹部40には磁歪部品5の長手方向両端部を支持する段差部41が形成され、この段差部41上に磁歪部品5が固定的に設置されるようになっている。
<コイル>
また、本例では、コイル6は磁歪部品5の周囲に均等に巻かれており、磁歪部品5に巻かれたコイル6の一部が凹部40内に磁歪部品5と共に収容され、コイル6の一部は凹部40外に配置されるようになっている。
<Magnet>
Further, in this example, the magnet 30 is installed on the one arm portion 22 of the support frame 20, and the magnet 30 is a permanent magnet (for example, a neodymium magnet) having upper and lower magnetic poles N and S. An action region of the magnetic field G by the magnet 30 is formed in a portion of the other arm portion 23 of the armature 20 which is located almost directly above the magnet 30 in the one arm portion 22 via the curved portion 24. ..
<magnetostrictive parts>
Further, in this example, the elongated rectangular plate-shaped magnetostrictive component 5 manufactured by the manufacturing method described later is installed in the magnetic field G acting region of the other arm 23 of the support frame 20 by the magnet 30. In particular, in this example, as shown in FIGS. 2A and 2B, the other arm 23 is provided with a recess 40 capable of accommodating the magnetostrictive component 5, and the recess 40 is provided with a recess 40 of the magnetostrictive component 5. A step portion 41 that supports both end portions in the longitudinal direction is formed, and the magnetostrictive component 5 is fixedly installed on the step portion 41.
<coil>
In addition, in this example, the coil 6 is evenly wound around the magnetostrictive component 5, and a part of the coil 6 wound around the magnetostrictive component 5 is accommodated in the recess 40 together with the magnetostrictive component 5, and the coil 6 The part is arranged outside the recess 40.

<錘>
更に、本例では、支持フレーム20の他方の腕部23の延長部25には共振周波数調整用の錘50が設置されている。錘は例えば磁石を使用するようにすれば自身の磁力で固定されるし、別途ねじ等の止め具にて固定するようにすればよい。更に、この錘50のウエイトは適宜調整可能で、また、錘50の設置位置も必要に応じて可変設定するようにしてもよい。
<発電取り出し構造>
また、本例では、支持フレーム20の他方の腕部23のうちコイル6の近傍には電極60が設けられ、コイル6の両端からの配線61が電極60を介し外部に引き出され、磁歪部品5の磁歪材料の歪みに依存して電磁誘導するコイル6からの交流誘導電圧が整流後に予め決められたレベルに昇圧される整流昇圧回路62に接続され、整流昇圧回路62から所定レベルの発電出力Eが得られるようになっている。
<weight>
Further, in this example, a resonance frequency adjusting weight 50 is provided on the extension portion 25 of the other arm portion 23 of the support frame 20. The weight may be fixed by its own magnetic force by using a magnet, for example, or may be fixed by a separate fastener such as a screw. Further, the weight of the weight 50 can be appropriately adjusted, and the installation position of the weight 50 may be variably set as necessary.
<Power generation take-out structure>
Further, in the present example, the electrode 60 is provided in the vicinity of the coil 6 in the other arm portion 23 of the support frame 20, the wiring 61 from both ends of the coil 6 is drawn to the outside via the electrode 60, and the magnetostrictive component 5 is formed. The AC induction voltage from the coil 6 which electromagnetically induces depending on the strain of the magnetostrictive material is connected to a rectification booster circuit 62 which is boosted to a predetermined level after rectification, and the rectification booster circuit 62 outputs a power generation output E of a predetermined level. Is obtained.

−磁歪部品の製造方法−
本例において、磁歪部品5は以下の製造方法によって製造される。
<育成工程>。
本例では、所謂チョコラルスキー法を用いて磁歪材料からなる単結晶Zを育成する。
具体的には、図3(a)に示すように、例えばFe−Ga、Fe−Co、Fe−Dy−Tbのいずれかである磁歪材料からなる原料Mをルツボ70に投入した後に、高周波コイル71にてルツボ70を高周波誘導加熱してルツボ70内の原料を熔解状態に保ち、その後、ルツボ70の上方側に設置された昇降可能な引上げ軸72の先端に種結晶(図示せず)を取付け、引き上げ軸72を効果させてルツボ70内の熔解した原料に種結晶を接触させ、ルツボ70内の原料温度を調整しつつ、種結晶を回転させながら引上げ軸72を徐々に上昇させる操作を行うことでインゴット状の単結晶Zを育成するようにすればよい。
ここで、磁歪材料としては、いずれも磁歪定数が大きく、微弱な振動でも発電する点で好ましいが、Fe−Dy−Tbは磁歪定数は一番高いものの、非常に堅くかのうが難しいのに対し、Fe−Ga、Fe−CoはFeが70〜80%含んでおり、硬度がFeに近いため加工性はFe−Dy−Tbに比べて容易である。
尚、本例では、チョコラルスキー法を用いて単結晶Zを育成するようにしているが、垂直ブリッジマン法やフローティングゾーン法を採用してもよいことは勿論である。また、単結晶Zの方が磁歪定数は大きいが、多結晶を育成するようにしてもよい。
-Manufacturing method of magnetostrictive component-
In this example, the magnetostrictive component 5 is manufactured by the following manufacturing method.
<Growing process>.
In this example, a so-called Czochralski method is used to grow a single crystal Z made of a magnetostrictive material.
Specifically, as shown in FIG. 3A, after a raw material M made of a magnetostrictive material such as Fe-Ga, Fe-Co, or Fe-Dy-Tb is put into the crucible 70, the high-frequency coil is inserted. At 71, the crucible 70 is subjected to high-frequency induction heating to keep the raw material in the crucible 70 in a molten state, and then a seed crystal (not shown) is attached to the tip of a liftable pulling shaft 72 installed above the crucible 70. The operation of mounting and raising the pulling shaft 72 while rotating the seed crystal while adjusting the temperature of the raw material in the crucible 70 by bringing the seed crystal into contact with the melted raw material in the crucible 70 by making the pulling shaft 72 effective By doing so, the ingot-shaped single crystal Z may be grown.
Here, as the magnetostrictive material, all have a large magnetostriction constant and are preferable in terms of generating power even with weak vibration, but Fe-Dy-Tb has the highest magnetostriction constant, but is very hard and difficult to meet, Fe-Ga and Fe-Co contain 70 to 80% of Fe, and have a hardness close to that of Fe, so that workability is easier than that of Fe-Dy-Tb.
In this example, the Czochralski method is used to grow the single crystal Z, but it goes without saying that the vertical Bridgman method or the floating zone method may be adopted. Although the single crystal Z has a larger magnetostriction constant, a polycrystal may be grown.

<ターゲット作製工程>
次いで、図3(b)に示すように、インゴット状の単結晶Zからスパッタ用ターゲット14を作製する。
本例では、インゴット状の単結晶Zの円柱部分Zaから円板状のターゲット材81を切り出し加工し、当該ターゲット材81の裏面に背面プレート82を付けてスパッタリングが可能なスパッタ用ターゲット14として製作する。
このため、従前の方式(インゴット状の単結晶から短冊状の磁歪結晶を切り出す方式)では、切り出し時に切りくずが発生したり、インゴット状の単結晶の円柱部分の多くが無駄になったり、更には、磁歪結晶は脆いために機械加工が難しく放電加工が用いられ、その分、磁歪結晶の加工費が嵩む原因になっていたが、これらの不具合を改善することが可能である。
<Target manufacturing process>
Next, as shown in FIG. 3B, the sputtering target 14 is manufactured from the ingot-shaped single crystal Z.
In this example, a disk-shaped target material 81 is cut out from a cylindrical portion Za of an ingot-shaped single crystal Z, and a back plate 82 is attached to the back surface of the target material 81 to produce a sputtering target 14 capable of sputtering. To do.
Therefore, in the conventional method (method in which a strip-shaped magnetostrictive crystal is cut out from an ingot-shaped single crystal), chips are generated at the time of cutting, and most of the cylindrical portion of the ingot-shaped single crystal is wasted. However, since the magnetostrictive crystal is fragile, it is difficult to machine it and the electric discharge machining is used, which causes the increase in the processing cost of the magnetostrictive crystal. However, these problems can be improved.

<成膜工程>
次いで、図3(c)に示すように、スパッタ装置16にスパッタ用ターゲット14を設置した後、磁歪部品5の基材5aとなる基材プレートに対してスパッタリングを実施し、基材5aの表面に所定厚のスパッタ膜5cを成膜する。
ここで、基材5aとしては、金属又は樹脂製の弾性を有する板材が用いられる。
本例において、スパッタ装置16としては、マグネトロンスパッタ装置やイオンピームスパッタ装置など適宜選定して差し支えなく、磁歪材料がFe−Ga又はFe−Coであるのであれば、スパッタ用ターゲット14はFeが70〜80%含むために導電性があり、電源としてはDC電源あるいはRF電源のいずれを持つものでも差し支えない。また、スパッタ膜5cの成膜時にはアルゴンガス雰囲気で行うようにすればよい。
また、本例では、スパッタ膜5cの厚さt1は5μm以上100μm以下になるように選定されていればよい。仮に、5μm未満では磁歪定数が小さく発電電圧が発生しない懸念があり、また、厚くなるに従って発生電圧は上昇する傾向にあるが、100μmを超えると飽和する傾向が見られる。
<Film forming process>
Next, as shown in FIG. 3C, after the sputtering target 14 is installed in the sputtering device 16, sputtering is performed on the base plate that will be the base 5 a of the magnetostrictive component 5, and the surface of the base 5 a Then, a sputtered film 5c having a predetermined thickness is formed.
Here, as the base material 5a, a plate material having elasticity made of metal or resin is used.
In the present example, the sputtering device 16 may be appropriately selected such as a magnetron sputtering device or an ion beam sputtering device. If the magnetostrictive material is Fe—Ga or Fe—Co, the sputtering target 14 contains 70% Fe. Since it contains -80%, it is electrically conductive, and either DC power supply or RF power supply may be used as the power supply. Further, the sputtering film 5c may be formed in an argon gas atmosphere.
Further, in this example, the thickness t1 of the sputtered film 5c may be selected to be 5 μm or more and 100 μm or less. If the thickness is less than 5 μm, the magnetostriction constant is small and there is a concern that the power generation voltage will not be generated. Further, the generated voltage tends to increase as the thickness increases, but if it exceeds 100 μm, it tends to be saturated.

更に、本例では、図2(b)に示すように、スパッタ膜5cの下地として、磁歪材料とは異なる補助膜5bが例えばスパッタ装置によるスパッタリングを実施することで成膜されている。
ここで、スパッタ膜5cの配向は方向指数〔001〕であり、補助膜5bの配向は方向指数〔100〕であるものが好ましく、例えばSiやMgO膜が採用されている。このような補助膜5bをスパッタ膜5cの下地とする態様では、補助膜5bを用いない場合に比べて、磁歪材料からなるスパッタ膜5cの配向性がより向上する傾向があることが確認されている。尚、補助膜5bの厚さt2は適宜選定して差し支えないが、その上に形成するスパッタ膜5cの配向を誘導するために形成するという理由からすれば、厚くする必要はなく5〜100nm程度が好ましい。
更に、本例では、磁歪部品5のスパッタ膜5cの結晶性を向上させるには熱処理であるアニール処理が有効である。このアニール処理は、育成工程又は成膜工程で合わせて実施するようにすればよく、例えば100〜300℃の温度で1〜4時間程度熱処理することで、単結晶内あるいはスパッタ膜5c内の歪みがとれ、その分、結晶内の応力が緩和されて配向性が向上するものと推測される。
Further, in this example, as shown in FIG. 2B, an auxiliary film 5b different from a magnetostrictive material is formed as a base of the sputtered film 5c by performing sputtering by a sputtering device, for example.
Here, the orientation of the sputtered film 5c is preferably the directional index [001], and the orientation of the auxiliary film 5b is preferably the directional index [100]. For example, a Si or MgO film is adopted. It has been confirmed that the orientation of the sputtered film 5c made of a magnetostrictive material tends to be more improved in such a mode in which the auxiliary film 5b is used as the base of the sputtered film 5c, as compared with the case where the auxiliary film 5b is not used. There is. The thickness t2 of the auxiliary film 5b may be appropriately selected, but it is not necessary to increase the thickness because it is formed in order to induce the orientation of the sputtered film 5c formed thereon, and the thickness t5 is about 5 to 100 nm. Is preferred.
Further, in this example, the annealing treatment, which is a heat treatment, is effective for improving the crystallinity of the sputtered film 5c of the magnetostrictive component 5. This annealing treatment may be performed together with the growing process or the film forming process. For example, by performing heat treatment at a temperature of 100 to 300° C. for about 1 to 4 hours, the strain in the single crystal or in the sputtered film 5c is reduced. It is presumed that the stress in the crystal is relaxed and the orientation is improved accordingly.

このような成膜工程では、磁歪部品5のスパッタ膜5cはスパッタ用ターゲット14を用いて成膜されているため、磁歪部品5のスパッタ膜5cは均等な特性になり、磁歪材料の配向性や分散の均一性に優れたものが量産可能である。
このため、従前の方式のように、加工費が不必要に嵩むこともなく、品質の良い磁歪部品5が大量に製造可能になる。
尚、スパッタ膜5cは基材5aの形状に合わせて成膜されるので、両面成膜や表、裏の膜厚を変化させて振動源に合わせた圧縮、引っ張りが両立する膜設計を行うことも可能である。また、支持フレーム20に対して磁歪部品5の設置面積を多く確保するようにすれば、その分、磁歪部品5からの発電量を増すことも可能である。
In such a film forming process, since the sputtered film 5c of the magnetostrictive component 5 is formed by using the sputtering target 14, the sputtered film 5c of the magnetostrictive component 5 has uniform characteristics, and the orientation of the magnetostrictive material and Those with excellent dispersion uniformity can be mass-produced.
Therefore, unlike the conventional method, the processing cost is not unnecessarily increased, and a large quantity of good quality magnetostrictive components 5 can be manufactured.
Since the sputtered film 5c is formed in conformity with the shape of the base material 5a, film formation on both sides and film thickness on the front and back sides should be changed to achieve compression and tension compatible with the vibration source. Is also possible. If a large installation area of the magnetostrictive component 5 is secured with respect to the support frame 20, it is possible to increase the amount of power generation from the magnetostrictive component 5 by that amount.

−振動発電デバイスの製造方法及びその動作例−
上述した製造方法によって磁歪部品5を製造した後、支持フレーム20に磁石30,錘50を設置すると共に、磁歪部品5には所定巻数のコイル6を巻き付け、コイル6付きの磁歪部品5を支持フレーム20の凹部40に設置するようにすればよい。
このように、振動発電デバイス1に磁歪定数の大きい磁歪部品5を搭載するようにすれば、振動源3からの振動を支持フレーム20に伝搬することで、支持フレーム20に搭載された磁歪部品5のスパッタ膜5cの磁歪材料が規則的な配向をもって歪むと、これに依存してコイル6に電磁誘導により大きな誘導電圧が発生する。このため、整流昇圧回路62からの発電出力として高いものが得られる。
-Method of manufacturing vibration power generation device and operation example-
After the magnetostrictive component 5 is manufactured by the manufacturing method described above, the magnet 30 and the weight 50 are installed on the support frame 20, the coil 6 having a predetermined number of turns is wound around the magnetostrictive component 5, and the magnetostrictive component 5 with the coil 6 is supported on the support frame. It may be installed in the recess 40 of 20.
As described above, if the magnetostrictive component 5 having a large magnetostriction constant is mounted on the vibration power generation device 1, the vibration from the vibration source 3 is propagated to the support frame 20, and thus the magnetostrictive component 5 mounted on the support frame 20. When the magnetostrictive material of the sputtered film 5c is distorted with a regular orientation, a large induction voltage is generated in the coil 6 due to electromagnetic induction depending on the distortion. Therefore, a high power generation output from the rectification booster circuit 62 can be obtained.

◎実施の形態2
図4は実施の形態2に係る振動発電デバイスの要部を示す。
同図において、振動発電デバイス1は、実施の形態1と略同様に、支持フレーム20、磁石30、磁歪部品5(実施の形態1の製造方法にて製造)及びコイル6を備えているが、実施の形態1と異なり、支持フレーム20の一方の腕部22の先端付近に可撓性のロッド101にスライドスイッチ100を設け、他方の腕部23の先端位置を一方の腕部22の先端位置よりも湾曲部24寄りに配置し、前述したスライドスイッチ100によって支持フレーム20の他方の腕部23の先端を上から押さえ込み、また、支持フレーム20の一方の腕部22上には他方の腕部23を上方に向けて付勢する付勢バネ102を設けるようにしたものである。尚、実施の形態1と同様な構成要素については実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態によれば、スライドスイッチ100を他方の腕部23から離れる方向に移動させると、これに伴って、スライドスイッチ100による他方の腕部23の先端の押さえ込みが解除される。すると、支持フレーム20の他方の腕部23は付勢バネ102によって上方に付勢されることから、支持フレーム20の可動部20B(他方の腕部23+湾曲部24)が大きく振動する。この結果、支持フレーム20に搭載された磁歪部品5には大きな振動が伝搬されることになり、その分、磁歪部品5の磁歪材料の歪みが大きくなり、コイル6からの電磁誘導による誘導電圧が大きくなり、振動発電デバイス1から大きな発電出力が得られる。
尚、本例では、振動源として、可撓性ロッド101支持のスライドスイッチ100及び付勢バネ102を用いるようにしているが、可撓性ロッド101支持のスライドスイッチ100に代えて、コイルバネで支持された押しボタンにて支持フレーム20の他方の腕部23の先端を押さえ込み、押しボタンを押し下げて離すことで支持フレーム20の可動部20Bに大きな振動を付与することも可能である。
◎ Embodiment 2
FIG. 4 shows a main part of the vibration power generation device according to the second embodiment.
In the figure, the vibration power generation device 1 includes a support frame 20, a magnet 30, a magnetostrictive component 5 (manufactured by the manufacturing method of the first embodiment), and a coil 6, as in the first embodiment. Unlike the first embodiment, the slide switch 100 is provided on the flexible rod 101 near the tip of one arm 22 of the support frame 20, and the tip position of the other arm 23 is set to the tip position of the one arm 22. It is arranged closer to the curved portion 24 than the curved portion 24, and the tip of the other arm portion 23 of the support frame 20 is pressed from above by the slide switch 100 described above, and the other arm portion is provided on one arm portion 22 of the support frame 20. A biasing spring 102 that biases 23 upward is provided. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted here.
According to the present embodiment, when slide switch 100 is moved away from the other arm portion 23, the pressing of the tip of the other arm portion 23 by slide switch 100 is released accordingly. Then, the other arm portion 23 of the support frame 20 is biased upward by the biasing spring 102, so that the movable portion 20B (the other arm portion 23+the bending portion 24) of the support frame 20 vibrates greatly. As a result, a large vibration is propagated to the magnetostrictive component 5 mounted on the support frame 20, and the strain of the magnetostrictive material of the magnetostrictive component 5 increases correspondingly, and the induced voltage from the coil 6 due to electromagnetic induction is increased. The vibration power generation device 1 can obtain a large power generation output.
In this example, the slide switch 100 supporting the flexible rod 101 and the biasing spring 102 are used as the vibration source. However, instead of the slide switch 100 supporting the flexible rod 101, the slide switch 100 supporting the flexible rod 101 is supported by a coil spring. It is also possible to apply a large vibration to the movable portion 20B of the support frame 20 by pressing the tip of the other arm portion 23 of the support frame 20 with the pushed push button and pushing down the push button to release it.

◎実施の形態3
図5(a)は実施の形態3に係る振動発電デバイスの要部を示す。
同図において,振動発電デバイス1の基本的構成は、実施の形態1と略同様に、支持フレーム20,磁歪部品5及びコイル6を備えているが、実施の形態1と異なり、支持フレーム20及び磁場作用手段の構成が実施の形態1と異なる。尚、実施の形態1と同様な構成要素については実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本例において、支持フレーム20は、樹脂製の略U字状の弾性変形可能なフレーム本体121を有している。ここで、樹脂材料122としては、耐食性、耐熱性や機械的強度と柔軟性に富んだポリエチレン、ポレプロピレン等のオレフィン系樹脂またはナイロン12、ナイロン6等の樹脂製ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファルド(PPS)樹脂が用いられる。
そして、更に、フレーム本体121には磁性粉123が分散されている。この磁性粉123としては、フェライト系、ネオジム系、サマリウムコバルト系、サマリウム鉄窒素系で粒子が1〜10μm程度のものが用いられる。この磁性粉123は支持フレーム20を射出成形する前に樹脂材料122と共に均一に混合された後、射出成形にて樹脂内に均一に分散するようになっている。
更に、本例では、磁場作用手段として、支持フレーム20内に磁性粉123が分散していることから、支持フレーム20の対構成の腕部22,23のうち他方の腕部23のうち、磁歪部品5の設置箇所を挟んだ部位にN極、S極の着磁部124,125が形成されており、着磁部124,125間の磁歪部品5の設置箇所に磁場Gが形成されるようになっている。
更にまた、本例では、図5(b)に示すように、支持フレーム20の他方の腕部23には磁歪部品5が収容される凹部40が設けられており、この凹部40内に磁歪部品5が収容されるようになっている。そして、本例では、コイル6は、実施の形態1と異なり、支持フレーム20の他方の腕部23及び磁歪部品5の周囲に所定数巻き付けられ、磁歪部品5の磁歪材料の歪みに依存してコイル6に電磁誘導させるようにしたものである。
このように、本実施の形態では、支持フレーム20は磁性粉123が分散した樹脂製のフレーム本体121を有し、しかも、磁場作用手段として外付けの磁石(実施の形態1,2の磁石30に相当)を用いることなく、着磁部124,125を採用したことから、振動発電デバイス1として軽量化を図ることができると共に、磁石の設置スペースなどが不要になることから、小型化を図ることが可能である。
Embodiment 3
FIG. 5A shows a main part of the vibration power generation device according to the third embodiment.
In the figure, the basic configuration of the vibration power generation device 1 includes a support frame 20, a magnetostrictive component 5 and a coil 6 as in the first embodiment, but unlike the first embodiment, the support frame 20 and the The configuration of the magnetic field acting means is different from that of the first embodiment. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the detailed description thereof is omitted here.
In this example, the support frame 20 has a substantially U-shaped elastically deformable frame body 121 made of resin. Here, as the resin material 122, polyethylene, which is rich in corrosion resistance, heat resistance, mechanical strength and flexibility, olefin resin such as polypropylene, polyamide resin made of nylon 12, nylon 6 or the like, polyphenylene sulfide (PPS). ) Resin is used.
Further, magnetic powder 123 is dispersed in the frame body 121. As the magnetic powder 123, ferrite-based, neodymium-based, samarium-cobalt-based, samarium-iron-nitrogen-based particles having a particle size of about 1 to 10 μm are used. The magnetic powder 123 is uniformly mixed with the resin material 122 before injection-molding the support frame 20, and then uniformly dispersed in the resin by injection molding.
Further, in this example, since the magnetic powder 123 is dispersed in the support frame 20 as the magnetic field acting means, the magnetostriction in the other arm portion 23 of the pair of arm portions 22 and 23 of the support frame 20. N-pole and S-pole magnetized portions 124 and 125 are formed in a region sandwiching the installation location of the component 5, and a magnetic field G is formed at the installation location of the magnetostrictive component 5 between the magnetization portions 124 and 125. It has become.
Furthermore, in this example, as shown in FIG. 5B, the other arm portion 23 of the support frame 20 is provided with a recess 40 in which the magnetostrictive component 5 is accommodated. 5 are accommodated. Then, in the present example, unlike the first embodiment, the coil 6 is wound around the other arm portion 23 of the support frame 20 and the magnetostrictive component 5 by a predetermined number, and depends on the strain of the magnetostrictive material of the magnetostrictive component 5. The coil 6 is electromagnetically induced.
As described above, in the present embodiment, the support frame 20 has the resin frame main body 121 in which the magnetic powder 123 is dispersed, and further, the external magnet (the magnet 30 of the first and second embodiments) is used as the magnetic field acting means. By adopting the magnetizing portions 124 and 125 without using a magnetizing portion), it is possible to reduce the weight of the vibration power generation device 1 and to reduce the size because a magnet installation space is not required. It is possible.

◎実施の形態4
図6(a)は実施の形態4に係る振動発電デバイスの要部を示す。
同図において、振動発電デバイス1の基本的構成は、実施の形態3と略同様に、磁性粉123が分散した樹脂製のフレーム本体121を有する支持フレーム20、磁歪部品5及びコイル6を備えているが、実施の形態3と異なり、磁場作用手段として、着磁部124,125に代えて、フレーム本体121内にN極、S極の小磁石131,132を埋設し、これにより、磁歪部品5の設置箇所に磁場Gを作用させるようにしたものである。
従って、本実施の形態にあっても、実施の形態3と同様に、支持フレーム20は磁性粉123が分散した樹脂製のフレーム本体121を有し、しかも、磁場作用手段として外付けの磁石(実施の形態1,2の磁石30に相当)を用いることなく、埋め込み式の小磁石131,132を採用したことから、振動発電デバイス1として軽量化を図ることができると共に、磁石の設置スペースなどが不要になることから、小型化を図ることが可能である。
尚、本実施の形態では、支持フレーム20は磁性粉123が分散した樹脂製のフレーム本体121を有しているが、これに限られるものではなく、例えば図6(b)に示すように、支持フレーム20として磁性粉123を含まない樹脂製のフレーム本体121’を採用し、当該フレーム本体121’内に小磁石131,132を埋設し、これにより、磁歪部品5の設置箇所に磁場Gを作用させるようにすることも可能である。
◎ Embodiment 4
FIG. 6A shows a main part of the vibration power generation device according to the fourth embodiment.
In the figure, the basic configuration of the vibration power generation device 1 includes a support frame 20 having a resin frame body 121 in which magnetic powder 123 is dispersed, a magnetostrictive component 5, and a coil 6, as in the third embodiment. However, unlike the third embodiment, as magnetic field acting means, instead of the magnetizing portions 124 and 125, small magnets 131 and 132 having N and S poles are embedded in the frame body 121. The magnetic field G is made to act on the installation location of 5.
Therefore, also in the present embodiment, similarly to the third embodiment, the support frame 20 has the resin frame main body 121 in which the magnetic powder 123 is dispersed, and moreover, the external magnet ( Since the embedded small magnets 131 and 132 are adopted without using (corresponding to the magnet 30 of the first and second embodiments), the vibration power generation device 1 can be reduced in weight, and the installation space of the magnet, etc. Since it is unnecessary, the size can be reduced.
In the present embodiment, the support frame 20 has the resin frame body 121 in which the magnetic powder 123 is dispersed, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. A resin frame body 121 ′ containing no magnetic powder 123 is adopted as the support frame 20, and the small magnets 131 and 132 are embedded in the frame body 121 ′, whereby the magnetic field G is placed at the installation location of the magnetostrictive component 5. It is also possible to make it act.

◎実施例1
育成工程としては、VB法(垂直ブリッジマン法)で2インチ径、長さ25mmのFe−Ga単結晶を育成した。
ワイヤーソーで厚さ10mmに切断し、表面を表面粗さRa1μmに研磨した。それを2インチ径の銅のバッキングプレートにインジウムを用い溶かして接合した。
次にMgOとFe−Ga単結晶ターゲットをDCマグネトロンスパッタ装置(芝浦製作所製、型式CFS−4ES)にセットした。3インチ径のMgOターゲットと2インチ径のFe−Gaターゲットを装着し、また成膜するアルミ板(2×10×0.5mm)6枚を取り付けた。スパッタリングターゲットとAl板の距離は100mmとした。最初に基板温度を150℃に加熱しながら、反応性ガスとしてアルゴンガス−酸素の混合ガスを供給(アルゴンガスの流量は15sccm、酸素の流量は10sccm)しながらMgO膜を20nm厚さまで成膜した。続いてFe−Gaをアルゴンガスのみでスパッタして、膜厚1.3μm成膜した。
スパッタ時の到達真空度はそれぞれ6.5×10−3Paで、ガス導入後の真空度は3×10−1Pa、スパッタ出力は200Wで、MgOの成膜時間は5分、Fe−Gaの成膜時間は35分であった。
得られたFe−Ga膜の結晶性をX線回折(XRD)により半値幅を測定したところ、14.4°で、(001)配向が認められた。
この材料を用いて図に示すSUSのフレームに固定し、その上から径0.3mmの銅線を2000回転巻いた。磁場は小型のネオジム磁石を置いた。
先端に錘1g乗せて最大の電圧が得られる(共振周波数)の位置になるように調整した。
このデバイスを用いて振動数100Hz、加速度0.1Gの振動を与えた結果、ピーク電圧0.25Vを発生した。
◎Example 1
As the growing step, a Fe—Ga single crystal having a diameter of 2 inches and a length of 25 mm was grown by the VB method (vertical Bridgman method).
It was cut to a thickness of 10 mm with a wire saw, and the surface was polished to a surface roughness Ra of 1 μm. It was melted and bonded to a 2-inch diameter copper backing plate using indium.
Next, the MgO and Fe-Ga single crystal targets were set in a DC magnetron sputtering device (manufactured by Shibaura Seisakusho, model CFS-4ES). A 3-inch diameter MgO target and a 2-inch diameter Fe—Ga target were mounted, and six aluminum plates (2×10×0.5 mm) for film formation were mounted. The distance between the sputtering target and the Al plate was 100 mm. First, while heating the substrate temperature to 150° C., a mixed gas of argon gas and oxygen was supplied as a reactive gas (flow rate of argon gas was 15 sccm, flow rate of oxygen was 10 sccm), and a MgO film was formed to a thickness of 20 nm. .. Subsequently, Fe-Ga was sputtered with only argon gas to form a film having a thickness of 1.3 μm.
The ultimate vacuum at the time of sputtering was 6.5×10 −3 Pa, the degree of vacuum after gas introduction was 3×10 −1 Pa, the sputtering output was 200 W, the MgO film formation time was 5 minutes, and the composition of Fe—Ga was formed. The membrane time was 35 minutes.
When the half width of the obtained Fe—Ga film was measured by X-ray diffraction (XRD), the (001) orientation was observed at 14.4°.
This material was used to fix to a SUS frame shown in the figure, and a copper wire having a diameter of 0.3 mm was wound around it 2000 times. The magnetic field was a small neodymium magnet.
The weight was adjusted so that the maximum voltage was obtained (resonance frequency) by placing 1 g of weight on the tip.
When a vibration having a frequency of 100 Hz and an acceleration of 0.1 G was applied using this device, a peak voltage of 0.25 V was generated.

◎実施例2
実施例1と同じ基板とスパッタ装置を用いて、ターゲットにMgOの代わりにSi、Fe−Gaの代わりにFe−Coを用いスパッタリング条件の基板加熱温度を200℃とした以外は実施例1と同じ条件で圧電体複合基板を作製した。
得られたFe−Co薄膜の結晶性をX線回折(XRD)により半値幅を測定したところ、18.4°で、(001)配向が認められた。
この材料を用いてSUSのフレームに固定しその上から径0.3mmの銅線を2000回転巻いた。
バイアス磁場は小型のネオジム磁石を置いて発生させた。
先端に錘1g乗せて最大の電圧が得られる(共振周波数)の位置になるように調整した。このデバイスを用いて振動数100Hz、加速度0.1Gの振動を与えた結果、ピーク電圧0.2Vを発生した。
◎Example 2
Same as Example 1 except that the same substrate and sputtering apparatus as in Example 1 were used, Si was used instead of MgO as the target, and Fe—Co was used instead of Fe—Ga, and the substrate heating temperature under the sputtering conditions was 200° C. A piezoelectric composite substrate was produced under the conditions.
The crystallinity of the obtained Fe-Co thin film was measured by X-ray diffraction (XRD) to find a half-value width. At 18.4°, a (001) orientation was observed.
This material was used for fixing to a SUS frame, and a copper wire having a diameter of 0.3 mm was wound 2000 times on the frame.
The bias magnetic field was generated by placing a small neodymium magnet.
The weight was adjusted so that the maximum voltage was obtained (resonance frequency) by placing 1 g of weight on the tip. When a vibration having a frequency of 100 Hz and an acceleration of 0.1 G was applied using this device, a peak voltage of 0.2 V was generated.

◎実施例3
実施例1と同じ基板とスパッタ装置を用いて、ターゲットにMgOの代わりにSi、Fe−Gaの代わりにFe−Dy−Tbを用いスパッタリング条件の基板加熱温度を200℃とした以外は実施例1と同じ条件で圧電体複合基板を作製した。
得られたFe−Dy−Tb薄膜の結晶性をX線回折(XRD)により半値幅を測定したところ、16.4°で、(001)配向が認められた。
この材料を用いてSUSのフレームに固定しその上から径0.3mmの銅線を2000回転巻いた。
バイアス磁場は小型のネオジム磁石を置いて発生させた。
先端に錘1g乗せて最大の電圧が得られる(共振周波数)の位置になるように調整した。このデバイスを用いて振動数100Hz、加速度0.1Gの振動を与えた結果、ピーク電圧0.6Vを発生した。
◎Example 3
Example 1 except that the same substrate and sputtering apparatus as in Example 1 were used, Si was used as the target instead of MgO, and Fe-Dy-Tb was used instead of Fe-Ga, and the substrate heating temperature under the sputtering conditions was 200°C. A piezoelectric composite substrate was produced under the same conditions as above.
The crystallinity of the obtained Fe-Dy-Tb thin film was measured for half width by X-ray diffraction (XRD). As a result, a (001) orientation was observed at 16.4°.
This material was used for fixing to a SUS frame, and a copper wire having a diameter of 0.3 mm was wound 2000 times on the frame.
The bias magnetic field was generated by placing a small neodymium magnet.
The weight was adjusted so that the maximum voltage was obtained (resonance frequency) by placing 1 g of weight on the tip. When a vibration having a frequency of 100 Hz and an acceleration of 0.1 G was applied using this device, a peak voltage of 0.6 V was generated.

◎比較例1
Fe−Gaの結晶を長さ10×幅2×厚さ0.5mmのサイズに放電加工した加工費が¥2,000であった。
◎Comparative example 1
The machining cost of the electric discharge machining of the Fe-Ga crystal into a size of length 10 x width 2 x thickness 0.5 mm was 2,000 yen.

本発明に係る振動発電デバイスは、磁歪材料の配向性及び分散の均一性に優れた量産性の高い磁歪部品を搭載するものであるため、磁歪部品の価格を低減することができ、その分、振動発電デバイスの価格を低減することができる。よって、低価格が求められるIoT向けの通信モジュールのセンサや通信用電源等に対して有効に利用することができる。 Since the vibration power generation device according to the present invention is equipped with a highly mass-producible magnetostrictive component excellent in the orientation and dispersion uniformity of the magnetostrictive material, it is possible to reduce the price of the magnetostrictive component. The price of the vibration power generation device can be reduced. Therefore, it can be effectively used for a sensor of a communication module for IoT and a power supply for communication which are required to be low in price.

1 振動発電デバイス
2 被振動体
3 振動源
4 磁場作用手段
5 磁歪部品
5a 基材
5b 補助膜
5c スパッタ膜
6 コイル
11 育成工程
12 単結晶又は多結晶
13 ターゲット作成工程
14 スパッタ用ターゲット
15 成膜工程
16 スパッタ装置
E 発電出力
G 磁場
20 支持フレーム
20A 固定部
20B 可動部
21 弾性板材
22 一方の腕部
23 他方の腕部
24 湾曲部
25 延長部
30 磁石
40 凹部
41 段差部
50 錘
60 電極
61 配線
62 整流昇圧回路
70 ルツボ
71 高周波コイル
72 引上げ軸
81 ターゲット材
82 背面プレート
Z インゴット状の単結晶
Za 円柱部分
100 スライドスイッチ
101 ロッド
102 付勢バネ
121 フレーム本体
122 樹脂材料
123 磁性粉
124 着磁部
125 着磁部
131 小磁石
132 小磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration power generation device 2 Vibrated body 3 Vibration source 4 Magnetic field acting means 5 Magnetostrictive component 5a Base material 5b Auxiliary film 5c Sputtered film 6 Coil 11 Growth process 12 Single crystal or polycrystal 13 Target creation process 14 Sputtering target 15 Film formation process 16 Sputtering device E Power generation output G Magnetic field 20 Support frame 20A Fixed part 20B Movable part 21 Elastic plate material 22 One arm part 23 One arm part 23 The other arm part 24 Bent part 25 Extension part 30 Magnet 40 Recessed part 41 Step part 50 Weight 60 Electrode 61 Wiring 62 Rectifying and boosting circuit 70 Crucible 71 High frequency coil 72 Pulling shaft 81 Target material 82 Back plate Z Ingot-shaped single crystal Za Cylindrical part 100 Slide switch 101 Rod 102 Energizing spring 121 Frame body 122 Resin material 123 Magnetic powder 124 Magnetizing part 125 Magnetic part 131 Small magnet 132 Small magnet

Claims (9)

振動源からの振動を受けて伝搬する被振動体と、
前記被振動体の少なくとも一部に磁場を作用させる磁場作用手段と、
前記被振動体のうち前記磁場作用手段による磁場の作用領域に設けられ、磁歪材料を含む磁歪部品と、
前記磁歪部品の周囲に巻かれ、前記磁歪部品の磁歪材料の歪みに依存して電磁誘導するコイルと、を備えた振動発電デバイスを製造するに際し、
前記磁歪部品は、
磁歪材料からなる単結晶又は多結晶を育成する育成工程と、
前記育成工程にて育成された単結晶又は多結晶からスパッタ用ターゲットを作製するターゲット作製工程と、
前記ターゲット作製工程にて作製されたスパッタ用ターゲットを用いてスパッタリングを実施し、基材の表面にスパッタ膜を成膜する成膜工程と、を経て作製されることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
A vibrating body that receives and propagates vibrations from a vibration source,
Magnetic field acting means for acting a magnetic field on at least a part of the vibrated body,
A magnetostrictive component including a magnetostrictive material, which is provided in a magnetic field acting area of the vibrating body by the magnetic field acting means,
A coil wound around the magnetostrictive component, and a coil for electromagnetic induction depending on the strain of the magnetostrictive material of the magnetostrictive component, and in producing a vibration power generation device,
The magnetostrictive component is
A growing step of growing a single crystal or a polycrystal made of a magnetostrictive material,
A target production step of producing a sputtering target from the single crystal or polycrystal grown in the growth step,
A vibration power generation device characterized by being formed through a film forming step of forming a sputtered film on a surface of a base material by performing sputtering using the sputtering target prepared in the target preparing step. Production method.
請求項1に記載の振動発電デバイスの製造方法において、
前記育成工程は、チョクラルスキー法、垂直ブリッジマン法又はフローティングゾーン法のいずれかを用いたことを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
The method for manufacturing the vibration power generation device according to claim 1,
The method of manufacturing a vibration power generation device, wherein the growing step uses any one of the Czochralski method, the vertical Bridgman method, and the floating zone method.
請求項1又は2に記載の振動発電デバイスの製造方法において、
前記磁歪材料は、Fe−Ga、Fe−Co、Fe−Dy−Tbのいずれかであることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
The method for manufacturing a vibration power generation device according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a vibration power generation device, wherein the magnetostrictive material is any one of Fe-Ga, Fe-Co, and Fe-Dy-Tb.
請求項1乃至3のいずれかに記載の振動発電デバイスの製造方法において、
前記スパッタ膜は5ないし100μmの厚さに成膜されることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
The method for manufacturing a vibration power generation device according to claim 1,
The method of manufacturing a vibration power generation device, wherein the sputtered film is formed to a thickness of 5 to 100 μm.
請求項1乃至4に記載の振動発電デバイスの製造方法において、
前記成膜工程は、前記スパッタ膜を成膜する前に、当該スパッタ膜の下地として、前記スパッタ膜の磁歪定数が大きくなる配向特性を持つ補助膜を成膜することを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
The method for manufacturing a vibration power generation device according to claim 1,
In the film forming step, before forming the sputtered film, an auxiliary film having an orientation property that increases a magnetostriction constant of the sputtered film is formed as a base of the sputtered film, which is a vibration power generation device. Manufacturing method.
請求項5に記載の振動発電デバイスの製造方法において、
前記スパッタ膜の配向は方向指数が〔001〕であり、前記補助膜の配向は方向指数が〔100〕であることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
The method for manufacturing a vibration power generation device according to claim 5,
The method for manufacturing a vibration power generation device, wherein the orientation of the sputtered film has a directional index of [001], and the orientation of the auxiliary film has a directional index of [100].
請求項1乃至6のいずれかに記載の振動発電デバイスの製造方法において、
前記磁歪部品の基材は、金属又は樹脂製の弾性を有する板材にて構成されていることを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
The method for manufacturing a vibration power generation device according to any one of claims 1 to 6,
The method for manufacturing a vibration power generation device, wherein the base material of the magnetostrictive component is made of a metal or resin plate material having elasticity.
請求項1乃至7のいずれかに記載の振動発電デバイスの製造方法において、
前記育成工程又は前記成膜工程の少なくともいずれかには予め決められた温度及び時間条件で熱処理するアニール処理を含むことを特徴とする振動発電デバイスの製造方法。
The method for manufacturing a vibration power generation device according to claim 1,
A method for manufacturing a vibration power generation device, characterized in that at least one of the growing step and the film forming step includes an annealing treatment for performing a heat treatment at a predetermined temperature and time condition.
振動発電デバイスに用いられる磁歪部品を製造するに際し、
磁歪材料からなる単結晶又は多結晶を育成する育成工程と、
前記育成工程にて育成された単結晶又は多結晶からスパッタ用ターゲットを作製するターゲット作製工程と、
前記ターゲット作製工程にて作製されたスパッタ用ターゲットを用いてスパッタリングを実施し、基材の表面にスパッタ膜を成膜する成膜工程と、を経て作製されることを特徴とする磁歪部品の製造方法。
When manufacturing magnetostrictive components used in vibration power generation devices,
A growing step of growing a single crystal or a polycrystal made of a magnetostrictive material,
A target production step of producing a sputtering target from the single crystal or polycrystal grown in the growth step,
Manufacture of a magnetostrictive component characterized by being manufactured through a film forming step of forming a sputtered film on the surface of a base material by performing sputtering using the sputtering target prepared in the target preparing step. Method.
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