JP6076250B2 - 磁歪発電薄膜片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁歪材料を用いて振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片の製造方法に関する。

従来、身近な振動から発電を行うための技術の開発が盛んに行われており、その技術の１つとして圧電素子を用いた発電方法が知られている。

圧電素子を利用した発電方法の多くは、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ものである。圧電素子を変形させるには、例えば、圧電素子に振動を加えて変形させる方法、風圧や音圧などの圧力を間接的に与える方法、錘などの物体を圧電素子に衝突させる方法、変形する物体に圧電素子を取り付ける方法などがある。

また、近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）によるセンサの小型化、省電力化が進んでおり、発電素子にもＭＥＭＳ技術による小型化が求められている。

例えば、特許文献１では、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開示されている。

また、例えば、特許文献２では、２極に着磁されたバイアス磁石と、外部からの力を加えることで逆磁歪効果により透磁率が変化して磁束の流れが変化する磁歪材料と、磁歪材料を磁気的な異方性を有する方向に周期的に圧縮する圧縮手段と、この周期的に変化する磁束により電流を誘起するコイル手段とを備えた発電素子が開示されている。

特開２００６−１６６６９４号公報 特開２００８−７２８６２号公報

しかしながら、特許文献１では、圧電材料は、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ができず、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難しいという問題がある。また、圧電素子は、電気的に容量性の負荷であるため、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繋いだときに、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欠点を有している。

また、特許文献２では、上記特許文献１の欠点は解消できるが、当該発電素子は、ＭＥＭＳによるセンサに搭載できるほど小型ではない。また、小型化で微細な部品の組み合わせにより、組立て作業やそれに関する設備が煩雑で緻密になることから、不良率が高くなる問題があるため、当該発電素子を量産することは困難である。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、小型化、量産が可能であり、かつ、曲げや衝撃にも強く、発電量が多い磁歪発電薄膜片の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る磁歪発電薄膜片の製造方法は、振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片の製造方法であって、磁歪薄帯を周回するコイルを構成する配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の上面に対向する配線パターンである上面配線パターンを２つの樹脂層で挟んだ構造を有する上面フレキシブル基板を製作する第１製作工程と、前記コイルを構成する配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の下面に対向する配線パターンである下面配線パターンを２つの樹脂層で挟んだ構造を有する下面フレキシブル基板を製作する第２製作工程と、前記磁歪薄帯を挟んで、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程とを含み、前記貼り合わせ工程では、前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとが、前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板の周縁部に設けられた複数のスルーホールを介して電気的に接続されるように、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる。
また、本発明の他の形態に係る磁歪発電薄膜片の製造方法は、振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片の製造方法であって、上面基板上に、平行に走る複数の配線パターンから構成される上面配線パターンを形成する上面配線パターン形成工程と、下面基板上に、平行に走る複数の配線パターンから構成される下面配線パターンを形成する下面配線パターン形成工程と、前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとが内側になるように、前記上面基板と前記下面基板とで磁歪材料からなる磁歪薄帯の挟み込みを行う挟込工程とを含み、前記挟込工程では、前記上面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、前記下面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれとが、前記磁歪薄帯の側面近傍で接合されるように前記挟み込みを行う。
このような製造方法によって製造される一形態に係る磁歪発電薄膜片は、振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片であって、磁歪材料からなる磁歪薄帯と、前記磁歪薄帯を周回する導電性の配線パターンから構成されるコイルと、前記磁歪薄帯と前記配線パターンとの間に介在する絶縁層とを備え、前記磁歪薄帯、前記コイル及び前記絶縁層を含む厚みが５００μｍ以下のシート構造を有する。

これにより、磁歪発電薄膜片の小型化、量産が可能となる。また、圧電素子の代わりに磁歪薄帯を用いることによって、曲げや衝撃にも強い磁歪発電薄膜片を提供することができる。さらに、磁界中で磁歪薄帯を用いることによって、発電量が多い磁歪発電薄膜片を提供することができる。

ここで、前記コイルと前記絶縁層とは、前記磁歪薄帯を挟んで貼り合わされた上面フレキシブル基板と下面フレキシブル基板とから構成され、前記上面フレキシブル基板は、前記配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の上面に対向する配線パターンである上面配線パターンを、２つの樹脂層で挟んだ構造を有し、前記下面フレキシブル基板は、前記配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の下面に対向する配線パターンである下面配線パターンを、２つの樹脂層で挟んだ構造を有し、前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとで前記コイルが構成されていてもよい。

これにより、磁歪発電薄膜片のコイルがフレキシブル基板で構成されるので、機械的な機構が最小化され、磁歪発電薄膜片の高耐久性（長寿命化）が実現される。また、フレキシブル基板は量産技術が確立された枯れた技術であるため、磁歪発電薄膜片の量産化が可能となる。さらに、フレキシブル基板の柔軟性を活かして、平面だけでなく、曲面に対しても磁歪発電薄膜片を取り付けることができ、設置の容易性と多様な応用性が実現される。

また、前記上面配線パターンは、前記磁歪薄帯の上面を横切る複数の直線状の配線パターンから構成され、前記下面配線パターンは、前記磁歪薄帯の下面を横切る複数の直線状の配線パターンから構成され、前記上面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンと前記下面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンとは、前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板の周縁部に設けられた複数のスルーホールを介して電気的に接続され、前記上面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンのそれぞれは、２つのスルーホールを介して、前記下面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンのうちの対応する一つの配線パターンと電気的に接続されていてもよい。

これにより、スルーホールが二重化され、その結果、振動に対する耐性が強化され、磁歪発電薄膜片の耐久性が向上される。また、上面配線パターンと下面配線パターンとの接触抵抗が下がり、その結果、コイルのインピーダンスが下がるので、発電される電圧として、より大きな電圧が出力される。

また、前記上面配線パターン及び前記下面配線パターンの少なくとも一方には、配線パターンの走行方向を９０度曲げる屈曲箇所が含まれ、前記屈曲箇所では、円弧状に配線パターンの走行方向が９０度曲げられていてもよい。

これにより、コイルを形成する配線パターンにおける９０度曲げ配線では、Ｒが設けられる（円弧形状に配線パターンが形成される）ので、磁歪発電薄膜片が振動を受けたときにコイルの配線が切れてしまうことが抑制される。

また、前記コイルは、ＭＥＭＳデバイスであり、前記配線パターンは、前記磁歪薄帯の上面に対向して設けられた上面配線パターンと、前記磁歪薄帯の下面に対向して設けられた下面配線パターンとが貼り合わされて構成されている。

これにより、ＭＥＭＳ技術によって、薄型の連結された一本のコイル（配線パターン）を構成することができる。

また、前記上面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、前記下面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれとが、半田材料を介して、前記磁歪薄帯の側面近傍で接合されていることが好ましい。

これにより、上面配線パターンと下面配線パターンとの接合の品質を向上させることができ、振動に対する耐久性が確保される。

また、前記磁歪薄帯と、前記上面配線パターン及び前記下面配線パターンのうち少なくとも一方とが、前記絶縁層を介して接着されていることが好ましい。

これにより、構造体からの振動に対する感受性を向上させることできるので、磁歪薄帯の変形能を向上させることができ、発電量を増加させることができる。

さらに、前記磁歪薄帯及び前記コイルを挟むように、上面基板と下面基板とを備える。

これにより、ＳＯＩ基板等の基板を用いたＭＥＭＳ技術によってコイルを形成することができる。そして、構造体に磁歪発電薄膜片を取り付けることができる構造が完成される。

また、前記上面基板及び前記下面基板のうち少なくとも一方には、前記磁歪薄帯に対向する面に凹部が設けられていることが好ましい。

これにより、磁歪薄帯の厚みを吸収することができるので、より小型化することができる。また、上面配線パターンと下面配線パターンとの接合部を大きくすることができるので、接合の品質をより向上させることもできる。

さらに、前記磁歪薄帯に磁界を印加する磁界発生部を備える。

これにより、磁歪薄帯に磁界を印加することができ、磁歪発電薄膜片から、より大きな電力が発電され得る。

また、前記磁歪材料は、長方形の平板構造を有し、前記平板構造の長手方向に平行な磁化容易軸を有することが好ましい。

また、前記磁界発生部は、前記平板構造の長手方向に磁界を印加するように設置されたＮ極磁石とＳ極磁石とを備えることが好ましい。

上記により、磁歪材料の磁化容易軸に磁界を印加することにより、発電量を増加させることができる。

また、前記コイルは、アミンダ状のコイルシートで形成されており、前記磁歪薄帯は、前記コイルシートに、編み込まれるように挿入されていてもよい。

これにより、磁歪薄帯を周回するコイルが、１枚のコイルシートで構成されるため、２枚のコイル層を貼り合わせることで生じるコンタクト部の不具合が生じにくい。また、ＭＥＭＳ技術及びフレキシブル基板で作成する銅線は、流動性をあげるために不純物が混じっているために抵抗値が高いが、このような磁歪発電薄膜片では、コイルシートに純銅を用いることができるので、コイルの抵抗値を下げることができる。

また、前記絶縁層は、前記磁歪薄帯をコーティングしており、前記コイルは、前記絶縁層でコーティングされた前記磁歪薄帯の上面及び下面に、直配線方式で形成された配線パターンであってもよい。

これにより、配線パターンは絶縁膜上に強固に形成される。

なお、本発明は、フレキシブル基板を用いた磁歪発電薄膜片の製造方法として実現したり、ＭＥＭＳ技術を用いた磁歪発電薄膜片の製造方法として実現したりすることもできる。また、本発明は、上述のような磁歪発電薄膜片と、その磁歪発電薄膜片が備えるコイルで発生した交流電圧から所定の直流電圧を生成する電源回路とを備える磁歪発電モジュールとして実現することもできる。

本発明によって、小型化、量産が可能であり、かつ、曲げや衝撃にも強く、発電量が多い磁歪発電薄膜片を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片を含む発電システムの概略図（断面図）である。 図２は、図１のＡ部分を拡大した図（断面図）である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片を用いた発電システムの発電原理を示した図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る磁歪材料の磁化容易軸を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片の概略図（上面図）である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片の概略図（図５におけるＡ−Ａ’断面図）である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片の概略図（図５におけるＢ−Ｂ’断面図）である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片の概略図（図５における矢視Ｃ−Ｃ’から見た側面図）である。 図９は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片のコイルの配線パターンを示す概略図（上面図）である。 図１０は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片の製造工程を示す図である。 図１１Ａは、磁歪薄帯を通過する磁力線の向きが図３のケースと異なるケースを示す図である。 図１１Ｂは、バイアス磁界の加え方に関する他のケースを示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る磁歪発電薄膜片の基本構成を示す摸式図である。 図１３は、図１２に示された磁歪発電薄膜片のＡ−Ａ'線における断面図である。 図１４は、フレキシブル基板に形成された配線パターンの特徴を示す図である。 図１５は、磁歪発電薄膜片をモーターの筐体（曲面）に貼り付けて使用する例を示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態２における磁歪発電薄膜片の製造方法を示すフローチャートである。 図１７は、磁歪発電薄膜片を用いた磁歪発電モジュールの基本構成を示す図である。 図１８は、図１７に示された磁歪発電モジュールの実装例を示す図である。 図１９は、図１７に示された磁歪発電モジュールの設置例を示す図である。 図２０は、図１７に示された磁歪発電モジュールを応用したシステム例を示す図である。 図２１は、図１７に示された磁歪発電モジュールを応用した別のシステム例を示す図である。 図２２は、磁界発生部（磁石層）の別の配置例を示す図である。 図２３は、コイルシートを用いた磁歪発電薄膜片を説明する図である。 図２４は、直配線方式によるコイルの形成方法を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片を含む発電システムについて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片を含む発電システムの概略図（断面図）である。この発電システムは、磁歪発電薄膜片１と、構造体２と、電極３と、磁石層（本発明の磁界発生部にも相当する）２０とを備えている。

磁歪発電薄膜片１は、図２に示されるように、厚みが５００μｍ以下のシート構造を有し、磁歪材料からなる膜状の磁歪素子である磁歪薄帯１０と、基板３０と、絶縁層４０と、コイル（本発明の配線パターンにも相当する）５０とを備えている。また、基板３０は、上面基板３０Ａと下面基板３０Ｂとを備えている。さらに、コイル５０は、上面配線パターン５０Ａと下面配線パターン５０Ｂとを備えている。ここで、本実施の形態では、磁歪発電薄膜片の厚さ（磁歪薄帯１０、コイル５０及び絶縁層４０を含む厚さ、つまり、図２における、上面基板３０Ａの上面から下面基板３０Ｂの下面までの長さ）は、５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下（本実施の形態では、２５０μｍ）である。このような薄膜化によって、小型で柔軟な磁歪発電薄膜片が実現され、平面だけでなく、曲面を含む様々な振動源に貼り付けて使用することが可能となる。なお、本発明は、磁歪発電薄膜片１の構造に特徴を有しており、後で図４〜図９を用いて詳細に説明する。

構造体２は、例えば、橋や自動車などの振動する構造物（振動体）であり、磁歪発電薄膜片１は、構造体２に設置される。このとき、磁歪発電薄膜片１は、磁歪発電薄膜片１中の下面基板３０Ｂと構造体２とが接着されるように設置される。

電極３は、磁歪発電薄膜片１中のコイル５０と接続されており、磁歪発電薄膜片１によって発電された電力を取り出すための電極である。

磁石層２０は、ネオジム磁石シート等であり、磁歪発電薄膜片１を挟んで、構造体２とは反対側に設置される。磁石層２０は、例えば、片側着磁であるＮ極磁石とＳ極磁石とが図２に示すように磁歪発電薄膜片１の長手方向に、交互に設置されることにより、磁歪発電薄膜片１の長手方向に磁界を印加している。なお、磁歪発電薄膜片１の長手方向に磁界が印加されていればよく、磁歪発電薄膜片１に磁界を印加する上記方法は、上記のものに限られない。

図３は、本実施の形態に係る磁歪発電薄膜片１を用いた発電システムの発電原理を示した図である。

磁歪発電薄膜片１の発電の原理は、磁歪材料の逆磁歪効果を利用している。ここで、逆磁歪効果とは、磁化している磁歪材料に応力を加えると、磁化が変化する効果である。この磁化の変化により、コイル５０に誘導電圧（または誘導電流）が発生し、発電される。

具体的には、以下の手順により、発電される。
１．磁歪発電薄膜片１に磁石層２０によって磁界が印加されている。
２．構造体２の振動により、磁歪発電薄膜片１に圧縮応力が生じる。
３．逆磁歪効果により、磁歪材料の透磁率が減少する。
４．磁歪材料の磁束が減少する。
５．コイル５０の鎖交磁束が変化することにより、誘導電圧が発生し、発電される。

次に、本実施の形態に係る磁歪発電薄膜片１の構造について、図４〜図９を用いて説明する。

磁歪薄帯１０は、図４に示すように、長方形の平板構造を有しており、平板構造の長手方向に磁化容易軸を有する磁歪材料からなる。磁歪薄帯１０は、発電量を増加させるため、磁化容易軸と磁石層２０からの磁界とが平行になり、かつ、磁界が磁歪薄帯１０の中を通過するように設置される。また、磁歪薄帯１０は、断面が１０ｍｍ×４０ｍｍで、厚さ２０μｍの直方体（薄膜または薄帯）状の形状を有している。磁歪材料は、例えば、アモルファス系の磁歪薄帯（成分例：（Ｆｅ_１−ｘＣｏ_ｘ）_７８Ｂ_１４）である。なお、磁歪材料は、Ｍｅｔｇｌａｓｓ（商品名）や金属ガラス、Ｆｅ−Ｇａ合金やＦｅ−Ｃｏ合金の薄帯、あるいは、Ｆｅ−Ｇａ合金やＦｅ−Ａｌ合金の薄膜、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金の薄帯でもよい。

基板３０は、図６に示すように、磁歪薄帯１０及びコイル５０を挟むように、上面基板３０Ａと下面基板３０Ｂとを備えている。上面基板３０Ａ及び下面基板３０Ｂは共に、平面寸法が３０ｍｍ×１２ｍｍで、厚さが５０μｍの薄片状の形状を有している。なお、磁歪薄帯１０に効果的に磁石層２０からの磁界を印加するため、上面基板３０Ａは、できるだけ薄いほうがよい。また、図５及び図７に示すように、磁歪発電薄膜片１によって発電された電力を取り出すために、上面基板３０Ａには電極３が取り付けられている。さらに、磁歪薄帯１０の厚みを吸収し、また、後に説明する上面配線パターン５０Ａと下面配線パターン５０Ｂとの接合部を大きくするため、図８に示すように、上面基板３０Ａは、磁歪薄帯１０に対向する面に凹部が設けられている。なお、上面基板３０Ａ及び下面基板３０Ｂの材料に関しては、後で図１０を用いて詳細に説明する。

絶縁層４０は、磁歪薄帯１０とコイル５０とが導通するのを防ぐため、磁歪薄帯１０とコイル５０との間に設けられている。絶縁層４０は、例えば、磁歪薄帯１０の表面に被覆されている。絶縁層４０の厚さは２μｍであり、材料はポリイミドである。

コイル５０は、磁歪薄帯１０の上面に対向して設けられた上面配線パターン５０Ａと、磁歪薄帯１０の下面に対向して設けられた下面配線パターン５０Ｂとが貼り合わされて構成されている。上面配線パターン５０Ａ及び下面配線パターン５０Ｂは、上面から見ると、図９に示すようにジグザグに配置されている。また、図８に示すように、側面から見ると、上面配線パターン５０Ａは、磁歪薄帯１０の厚みを避けるため、上面基板３０Ａに設けられた凹部に沿って配置されており、下面配線パターン５０Ｂは、下面基板３０Ｂに沿って配置されている。さらに、図６に示すように、上面配線パターン５０Ａ及び下面配線パターン５０Ｂは、上面基板３０Ａ及び下面基板３０Ｂ上における、磁歪薄帯１０に対向する面に形成されている。

さらに、コイル５０の材料は、例えば、Ｃｕである。コイル５０の配線パターンは、断面が１５μｍ×３０μｍの直方体状の形状であり、配線パターンの間隔（各配線パターンの中心間の距離）は３０μｍである。

そして、上面配線パターン５０Ａを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、下面配線パターン５０Ｂを構成する複数の配線パターンのそれぞれとは、半田材料、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金を介して、磁歪薄帯１０の側面近傍で接合されている。上面配線パターン５０Ａと下面配線パターン５０Ｂとが直接接合される場合、酸化膜層ができるため、接合の品質が悪くなる。したがって、Ｓｎ−Ａｇ系合金を用いることにより、酸化膜層ができるのを防ぐことができるため、接合の品質を向上させることができる。

さらに、構造体２に接着されている下面基板３０Ｂに形成されている下面配線パターン５０Ｂと磁歪薄帯１０とが、絶縁層４０を介して強固に接着されている。これにより、構造体２からの振動に対する感受性を向上させることできるので、磁歪薄帯１０の変形能を向上させることができ、発電量を増加させることができる。

そして、図５及び図７に示すように、下面配線パターン５０Ｂの始点及び終点は、上面基板３０Ａを貫通させることにより、上面基板３０Ａに取り付けられている電極３に接続されている。

次に、以上のように構成された本実施の形態に係る磁歪発電薄膜片１の製造方法について図１０を用いて説明する。

図１０は、本実施の形態に係る磁歪発電薄膜片１の製造工程を示す図である。本実施の形態に係る磁歪発電薄膜片１は、ＭＥＭＳ技術によって製造されている。

まず、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板２組（３０Ａ’及び３０Ｂ’）及び磁歪薄帯１０（アモルファス系の磁歪薄帯）を用意する。ここで、上面基板３０Ａ’は、Ｓｉ結晶層３０Ａ１とＳｉＯ_２絶縁層３０Ａ２とＳｉ基板層３０Ａ３とを備えている。また、下面基板３０Ｂ’は、Ｓｉ結晶層３０Ｂ１とＳｉＯ_２絶縁層３０Ｂ２とＳｉ基板層３０Ｂ３とを備えている。また、上面基板３０Ａ’及び下面基板３０Ｂ’は、例えばポリイミドのような有機材料でもよい。

次に、図１０には図示していないが、図８に示すように、上面基板３０Ａ’における、磁歪薄帯１０に対向する面に凹部を設ける工程（本発明の基板加工工程に相当する）を行う。これにより、磁歪薄帯１０の厚みを吸収することができるので、より小型化することができる。また、上面配線パターン５０Ａと下面配線パターン５０Ｂとの接合部を大きくすることができるので、接合の品質をより向上させることもできる。

次に、半導体プロセスにおける、フォトリソグラフィー工程によって、上面基板３０Ａ’上に上面配線パターン５０Ａを形成する工程（Ｓ１０：本発明の上面配線パターン形成工程に相当する）を行う。同様に、半導体プロセスにおける、フォトリソグラフィー工程によって、下面基板３０Ｂ’上に下面配線パターン５０Ｂを形成する工程（Ｓ１１：本発明の下面配線パターン工程に相当する）を行う。また、磁歪薄帯１０の表面に、堆積（デポジション）又は塗布によって絶縁層４０が被覆される工程（Ｓ１２）を行う。なお、Ｓ１０、Ｓ１１及びＳ１２は、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２の順に製造される必要はない。また、Ｓ１０、Ｓ１１及びＳ１２の一部又は全てが、同時（並列）に製造されてもよい。

次に、上面配線パターン５０Ａと下面配線パターン５０Ｂとが内側になるように、上面基板３０Ａ’と下面基板３０Ｂ’とで、絶縁層４０が被覆された磁歪薄帯１０を挟み込む工程（Ｓ２０：本発明の挟込工程に相当する）を行う。

具体的には、以下の手順により、Ｓ２０が行われる。
１．下面配線パターン５０Ｂを構成する複数の配線パターンのそれぞれのコンタクト部（上面配線パターン５０Ａと下面配線パターン５０Ｂとが接合される磁歪薄帯１０の側面近傍）に半田材料であるＳｎ−Ａｇ系合金を、例えばメッキ法で形成する。
２．上面配線パターン５０Ａを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、下面配線パターン５０Ｂを構成する複数の配線パターンのそれぞれとのコンタクト部を圧接しながら、高温下でＳｎ−Ａｇ系合金を溶かして接合する。このとき、上面配線パターン５０Ａ及び下面配線パターン５０Ｂは、上面から見ると、図９に示すようにジグザグに配置されるようにする。

最後に、エッチングによりＳｉ基板層３０Ａ３及び３０Ｂ３を溶かし、または研磨により除去する工程（Ｓ３０）を行うことで、上面基板３０Ａ及び下面基板３０Ｂが形成され、磁歪発電薄膜片１が製造される。このように、Ｓｉ基板層３０Ａ３及び３０Ｂ３を除去することにより、磁歪発電薄膜片１を薄くすることができる。また、ＳｉＯ_２絶縁層３０Ａ２及び３０Ｂ２を表面に露出させることによって、構造体２が導電体であっても磁歪発電薄膜片１の取り付けが可能となる。

以上より、ＭＥＭＳ技術によって、磁歪発電薄膜片の小型化、量産が可能となる。また、圧電素子の代わりに磁歪薄帯を用いることによって、曲げや衝撃にも強い磁歪発電薄膜片を提供することができる。さらに、磁界中で磁歪薄帯を用いることによって、発電量が多い磁歪発電薄膜片を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態１に係る磁歪発電薄膜片及びその製造方法について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態は、磁歪発電薄膜片１は、下面基板３０Ｂと構造体２とが接着されるように設置されるとしていたが、磁歪発電薄膜片１は、上面基板３０Ａと構造体２とが接着されるように設置されてもよい。

また、上面基板３０Ａは、磁歪薄帯１０に対向する面に凹部が設けられていたが、下面基板３０Ｂまたは上面基板３０Ａと下面基板３０Ｂとの両方が、磁歪薄帯１０に対向する面に凹部が設けられていてもよい。

また、上面配線パターン５０Ａまたは上面配線パターン５０Ａと下面配線パターン５０Ｂとの両方と、磁歪薄帯１０とが、絶縁層４０を介して強固に接着されていてもよい。

また、下面配線パターン５０Ｂと下面基板３０Ｂと絶縁層４０とで囲まれた空間にアンダーフィル材を充填してもよい。これにより、下面配線の腐食防止と磁歪薄帯の強固な接着と、安定的な電気的コンタクトの確保が得られる。

また、上面配線パターン５０Ａ及び下面配線パターン５０Ｂにおける、磁歪薄帯１０に対向する面に、絶縁層４０が被覆されていてもよい。この場合には、図１０において、ステップＳ１２は省略され、代わりに、ステップＳ２０の前に、上面配線パターン５０Ａ及び下面配線パターン５０Ｂにおける、磁歪薄帯１０に対向する面に、堆積（デポジション）又は塗布によって絶縁層４０が被覆される工程（本発明の絶縁層被覆工程に相当する）を行う。

また、図１０において、下面基板３０Ｂを土台として、下面配線パターン５０Ｂ、絶縁層４０が被覆された磁歪薄帯１０、上面配線パターン５０Ａ，上面基板３０Ａの順に積層していくことによって、磁歪発電薄膜片１を製造してもよい。

また、ステップＳ１０及びＳ１１における、基板上にコイルを形成する工程は、半導体プロセスにおける、フォトリソグラフィー工程には限定されない。

また、上記記載寸法は、一例であり、これには限られない。

また、上記磁歪発電薄膜片１の構成は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、本発明に係る磁歪発電薄膜片は、上記構成の全てを必ずしも備える必要はない。言い換えると、本発明に係る磁歪発電薄膜片は、本発明の効果を実現できる最小限の構成のみを備えればよい。

同様に、図１０は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記工程の全てを必ずしも含む必要はない。言い換えると、図１０は、本発明の効果を実現できる最小限の工程のみを含めばよい。

また、図３では、磁歪薄帯１０の面内を通る磁力線として、図面に向かって右方向に向かう磁力線と左方向に向かう磁力線とが交互に並んでいたが、磁力線の方向としては、このような方向に限られない。磁石層２０を構成するＮ極磁石及びＳ極磁石のサイズ、相互の位置関係、及び、磁歪薄帯１０との位置関係によっては、図１１Ａに示されるように、磁歪薄帯１０の面内を一方向に磁力線が通る場合もある。この場合には、構造体２の振動により磁歪発電薄膜片１に圧縮応力が生じると、逆磁歪効果により、磁歪薄帯１０の面内を通過する磁束が減少する。これにより、コイル５０の鎖交磁束が変化することにより、コイル５０に誘導電圧が発生し、発電される。

より具体的には、図１１Ａに示される発電システムを作成するために、磁歪発電薄膜片１を磁性体で構成された構造体２に貼り付ける。なお、磁歪発電薄膜片１を貼り付けるモーターや機械のフレームなどは鉄で構成されていることが多い。また、磁歪発電薄膜片１の上面に、磁石層２０として、面方向に着磁されたシート上の永久磁石を被せる。磁石層２０の磁力線はシート（磁石層２０）の一方の端部もしくは側面から出てもう一方の端部もしく側面へ戻るループを形成している。なお、側面から出る磁力線は漏れ磁束で図中には記述していない。これらの磁力線は、磁歪薄帯１０を面内一方向、及び、磁性体の構造体２に分岐して流れる。磁歪薄帯１０に流れる一方向の磁力線は適度なバイアスになる。

ここで、構造体２が振動し、変形すると、たとえば収縮すると、磁歪薄帯１０には面内方向に圧縮応力が付加される。このとき、逆磁歪効果で磁力線が減少する。この磁力線の時間変化によりコイル５０に電圧が発生する。このように、図１１Ａに示される発電システムでは、磁歪薄帯１０と磁性体（構造体２）が閉磁気回路を構成していることで、磁歪薄帯１０の磁力線の変化が発生しやすい。

なお、バイアス磁界の加え方として、図１１Ｂに示される方式であってもよい。図１１Ｂに示される発電システムでは、磁歪発電薄膜片１の上面に適度な厚みの板、もしくは、薄帯状の磁性体７０を被せる。磁性体７０の長さは、磁歪発電薄膜片１の長さと同じか、若干長くする。磁性体７０の両端に、厚み方向に着磁された２個の永久磁石７１ａ及び７１ｂを配置する。２個の永久磁石７１ａ及び７１ｂの着磁方向は互いに逆である。このような構成とすることで、永久磁石７１ａ及び７１ｂの端部から流れ出る磁力線は、磁性体の面内一方向を環流し、他方の端部に戻るループを形成するが、磁性体７０の厚みが薄いため、一部は漏れる。この漏れ磁束は、磁歪薄帯１０の面内方向を一方向に通り、バイアスとなる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る磁歪発電薄膜片について説明する。本実施の形態における磁歪発電薄膜片は、２枚のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ、以下、単に「フレキシブル基板」という。）が貼り合わされて、磁歪薄帯を周回するコイルを形成している点に特徴を有する。

図１２は、本発明の実施の形態２に係る磁歪発電薄膜片１０１の基本構成を示す摸式図である。ここでは、磁歪発電薄膜片１０１を上面から見た透視的な構成、つまり、磁歪薄帯１１０と、その磁歪薄帯１１０を周回するコイル１５０との位置関係を示す摸式的な構造が示されている。なお、磁歪薄帯１１０は、実施の形態１における磁歪薄帯１０と同一物であってもよい。

本図に示されるように、磁歪薄帯１１０を周回するコイル１５０は、上面配線パターン１５０Ａと下面配線パターン１５０Ｂとがスルーホール１５１を介して接続されて構成されている。

下面配線パターン１５０Ｂは、コイル１５０を構成する配線パターンのうち、磁歪薄帯１１０の下面に対向する配線パターンであり、本実施の形態では、磁歪薄帯１１０の下面を横切る（つまり、長方形の平板構造をもつ磁歪薄帯１１０の長手方向に対して直交する方向に走る）、平行に配置された複数の直線状の配線パターンから構成される。

上面配線パターン１５０Ａは、コイル１５０を構成する配線パターンのうち、磁歪薄帯１１０の上面に対向する配線パターンであり、本実施の形態では、磁歪薄帯１１０の上面を横切る（つまり、長方形の平板構造をもつ磁歪薄帯１１０の長手方向に対してほぼ直交する方向に走る）、平行に配置された複数の直線状の配線パターンから構成される。本図に示されるように、上面配線パターン１５０Ａを構成する複数の直線状の配線パターンが走る方向は、下面配線パターン１５０Ｂを構成する複数の直線状の配線パターンが走る方向に対してわずかにずれている（斜めに交差している）。その結果、上面配線パターン１５０Ａを構成する複数の直線状の配線パターンのそれぞれは、下面配線パターン１５０Ｂを構成する複数の直線状の配線パターンのうちの対応する２本の隣接する配線パターンの一方の上端と他方の下端とを電気的に接続している。これにより、上面配線パターン１５０Ａと下面配線パターン１５０Ｂとは、スルーホール１５１を介して接続されることで、磁歪薄帯１１０を周回するコイル１５０を形成している。

なお、本実施の形態では、図１２に示されるように、下面配線パターン１５０Ｂには、コイル１５０で発生した誘導電圧を取り出すための２つの電極１０３が設けられている。

図１３は、図１２に示された磁歪発電薄膜片１０１のＡ−Ａ’線における断面図である。なお、本図では、断面図の右横に、各層ごとの厚みと名称が示されている。

本図に示されるように、磁歪薄帯１１０は、ＳＡＦＧ（ハロゲンフリー半硬化シート接着剤）等の接着剤１０５を介して、磁歪薄帯１１０の上面に積層される上面フレキシブル基板１３０Ａと、磁歪薄帯１１０の下面に積層される下面フレキシブル基板１３０Ｂとが貼り合わされている。磁歪発電薄膜片１０１の厚み（図１３に示される全ての層の厚みの合計）は、５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下（本実施の形態では、２７８μｍ）に設計されている。このような薄膜化によって、小型で柔軟な磁歪発電薄膜片が実現され、平面だけでなく、曲面を含む様々な振動源に貼り付けて使用することが可能となる。

上面フレキシブル基板１３０Ａは、図１２に示される上面配線パターン１５０Ａを樹脂層で挟んだ構造を有し、本実施の形態では、下層から上層に向けて順に、上面ベースポリイミド１４０Ａ、上面配線パターン１５０Ａ、上面カバーレイ接着層１４１Ａ及び上面カバーレイポリイミド１４２Ａから構成される。上面配線パターン１５０Ａは、上面ベースポリイミド１４０Ａの上面に印刷された銅箔とその銅箔の上面を覆う銅めっきとの２層構造からなる。

下面フレキシブル基板１３０Ｂは、図１２に示される下面配線パターン１５０Ｂを樹脂層で挟んだ構造を有し、本実施の形態では、上層から下層に向けて順に、下面ベースポリイミド１４０Ｂ、下面配線パターン１５０Ｂ、下面カバーレイ接着層１４１Ｂ及び下面カバーレイポリイミド１４２Ｂから構成される。下面配線パターン１５０Ｂは、下面ベースポリイミド１４０Ｂの下面に印刷された銅箔とその銅箔の下面を覆う銅めっきとの２層構造からなる。

上面配線パターン１５０Ａを構成する複数の直線状の配線パターンと下面配線パターン１５０Ｂを構成する複数の直線状の配線パターンとは、上面フレキシブル基板１３０Ａ及び下面フレキシブル基板１３０Ｂの周縁部に設けられた複数のスルーホール１５１を介して電気的に接続されている。

このように、本実施の形態では、実施の形態１においてコイル５０と絶縁層４０とで構成されたものが、これらに代えて、磁歪薄帯１１０を挟んで貼り合わされた上面フレキシブル基板１３０Ａと下面フレキシブル基板１３０Ｂとで構成されている。つまり、上面フレキシブル基板１３０Ａに形成された上面配線パターン１５０Ａと下面フレキシブル基板１３０Ｂに形成された下面配線パターン１５０Ｂとがスルーホール１５１を介して電気的に接続されることで、薄型のコイル１５０が形成されている。

図１４は、上面フレキシブル基板１３０Ａ及び下面フレキシブル基板１３０Ｂにおける配線パターンの特徴を示す図である。ここでは、現実に製作された下面配線パターン１５０Ｂ（下面フレキシブル基板１３０Ｂの下面から見た下面配線パターン１５０Ｂ）が示されている。

ここで、特徴の一つは、上面フレキシブル基板１３０Ａ及び下面フレキシブル基板１３０Ｂの周縁部に設けられたスルーホール１５１のそれぞれにおいて、隣接して配置した２つのスルーホール（スルーホールの対）を介して、上面配線パターン１５０Ａと下面配線パターン１５０Ｂとが電気的に接続されている点である（図１４における右下の拡大図参照）。つまり、上面配線パターン１５０Ａを構成する複数の直線状の配線パターンのそれぞれは、２つのスルーホールを介して、下面配線パターン１５０Ｂを構成する複数の直線状の配線パターンのうちの対応する一つの配線パターンと電気的に接続されている。

このようなスルーホールの二重化により、構造体２からの振動を受けて磁歪発電薄膜片１０１が振動し続けた場合に、上面配線パターン１５０Ａと下面配線パターン１５０Ｂとが断線してしまうことが回避され、磁歪発電薄膜片１０１の耐久性を向上（長寿命化）させることができる。また、上面配線パターン１５０Ａと下面配線パターン１５０Ｂとの接触抵抗が下がるので、磁歪発電薄膜片１０１のインピーダンス（発電装置としての出力インピーダンス）が下がるという効果も発揮される。

また、特徴の他の一つは、上面配線パターン１５０Ａ及び下面配線パターン１５０Ｂの少なくとも一方（本実施の形態では、下面配線パターン１５０Ｂ）には、配線パターンの走行方向を９０度曲げる屈曲箇所が含まれ、その屈曲箇所では、円弧状に（つまり、Ｒをつけて）配線パターンの走行方向が９０度曲げられている（図１４における右上の拡大図参照）。

このように、Ｒをつけた９０度の曲げ配線により、振動を受け続けた場合における配線切れの可能性を低減することができ、磁歪発電薄膜片１０１の耐久性を向上（長寿命化）させることができる。

以上のように、本実施の形態では、フレキシブル基板を用いて磁歪発電薄膜片１０１が構成されているので、以下の特徴がある。

（１）高耐久性、長寿命
磁歪材料を用いた発電では、磁歪材料をコア材とするコイルに振動を伝える必要がある。従来のカンチレバー方式等の発電方法では、機械的な構造を必要とするために、耐久性及び長寿命化において問題がある。

それに対し、本実施の形態では、フレキシブル基板の柔軟性を利用してコイルそのものを振動させることで発電するため、機械的な機構を最小にできる。つまり、フレキシブル基板は、小さい力で繰り返し変形させることが可能であり、柔軟で自在に曲げることができ、また、変形した場合にもその電気的特性を維持することができ、さらに、薄くて軽いという特徴がある。

よって、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１によれば、機械的な構造を有する磁歪発電装置に比べ、劣化及び摩耗する箇所が少ないため、長寿命化が期待できる。

（２）量産性
大量に安価に生産するにあたり、従来の磁歪材料を用いた発電方式では、簡素な発電原理であるにも拘らず、振動伝達機構が複雑となり、量産性向上の妨げになっている。

これに対し、本実施の形態では、磁歪薄帯を２枚のフレキシブル基板で挟むという簡素な構造で磁歪発電薄膜片１０１が製作される。フレキシブル基板自体は、考案されてから長い歴史をもつ枯れた技術であり、量産技術が確立している。そして、フレキシブル基板は、機械的な機構をもたない。よって、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１によれば、簡素な発電原理を活かし、単純な構造での量産が可能になる。

（３）設置の容易性と多様な応用性
世の中には多様な振動源が存在するが、それらの振動を実際の発電に応用するのに、機械的な振動伝達機構を用いたのでは、応用可能な振動源が限られてしまう。

これに対し、本実施の形態の磁歪発電薄膜片１０１は、磁歪薄帯が２枚のフレキシブル基板で挟まれた構造を有するので、フレキシブル基板の柔軟性を活かして、平面だけでなく、曲面に対しても密着した設置が可能であり、その結果、微小の振動を取得することができる。たとえば、図１５に示されるように、本実施の形態の磁歪発電薄膜片１０１を、モーター６０の筐体（曲面）に貼りつけて使用することができる。よって、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１は、設置が容易であり、多様な応用性をもっている。

次に、以上のように構成された本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１の製造方法について説明する。図１６は、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１の製造方法を示すフローチャートである。

まず、上面フレキシブル基板１３０Ａを製作する（第１製作工程；Ｓ１００）。具体的には、コイル１５０を構成する配線パターンのうち、磁歪薄帯１１０の上面に対向する配線パターンである上面配線パターン１５０Ａを２つの樹脂層（上面ベースポリイミド１４０Ａ、上面カバーレイポリイミド１４２Ａ）等で挟んだ構造を有する上面フレキシブル基板１３０Ａを製作する。

次に、下面フレキシブル基板１３０Ｂを製作する（第２製作工程；Ｓ１０２）。具体的には、コイル１５０を構成する配線パターンのうち、磁歪薄帯１１０の下面に対向する配線パターンである下面配線パターン１５０Ｂを２つの樹脂層（下面ベースポリイミド１４０Ｂ、下面カバーレイポリイミド１４２Ｂ）等で挟んだ構造を有する下面フレキシブル基板１３０Ｂを製作する。なお、ステップＳ１００とステップＳ１０２とは、逆の順序でもよいし、同時（並行）であってもよい。

最後に、磁歪薄帯１１０を挟んで、上面フレキシブル基板１３０Ａと下面フレキシブル基板１３０Ｂとを貼り合わせる（Ｓ１０４）。具体的には、上面配線パターン１５０Ａと下面配線パターン１５０Ｂとが、上面フレキシブル基板１３０Ａ及び下面フレキシブル基板１３０Ｂの周縁部に設けられた複数のスルーホール１５１を介して電気的に接続されるように、上面フレキシブル基板１３０Ａと下面フレキシブル基板１３０Ｂとを貼り合わせる。

より詳しくは、この貼り合わせ工程（Ｓ１０４）は、磁歪薄帯１１０に位置決め用穴を形成する工程（Ｓ１０５）と、形成した位置決め用穴を用いて上面フレキシブル基板１３０Ａ及び下面フレキシブル基板１３０Ｂに対する磁歪薄帯１１０の位置決めを行い、上面フレキシブル基板１３０Ａと下面フレキシブル基板１３０Ｂとを圧着して貼り合わせる工程（Ｓ１０６）とを含む。

以上の製造方法により、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１が完成される。

なお、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１は、そのまま、構造体２に貼り付けて使用してもよいし、実施の形態１と同様に、その上面に界磁用の磁石層２０を設けたうえで構造体２に貼り付けて使用してもよい。一般に、磁石層２０を設けることで磁歪発電薄膜片１０１からより大きな電圧を取り出せるが、磁石層２０は、発電のために必ずしも必要な構成要素というわけではない。磁歪発電薄膜片１０１が受ける振動の大きさ、あるいは、磁歪薄帯１１０及びコイル１５０の仕様等によっては、磁石層２０を設けることなく、磁歪発電薄膜片１０１だけで発電し得る。

次に、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１を用いたモジュール（磁歪発電モジュール）について、説明する。

磁歪発電薄膜片１０１は、電源回路や応用のための回路（センサ、無線回路等）と組み合わせて使用することが必須となる。本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１であれば、フレキシブル基板で構成されているので、既存の技術を用いて、各種回路と一体化（モジュール化）することが容易である。たとえば、接続用コネクタとして、市販品を使用したり、フレキシブル基板上に部品を実装することで回路を構成することもできる。

図１７は、本実施の形態における磁歪発電薄膜片１０１を用いた磁歪発電モジュール２００の基本構成を示す図である。

この磁歪発電モジュール２００は、磁歪発電薄膜片１０１と、電源回路部１６０と、必要に応じて設けられるアプリケーション回路部１７０とを備える。

電源回路部１６０は、磁歪発電薄膜片１０１が備えるコイル１５０で発生した交流電圧から所定の直流電圧を生成する電源回路であり、例えば、昇圧回路１６１、ＡＣ−ＤＣ変換回路１６２、蓄電回路１６３、及び、レギュレーション回路１６４の少なくとも一つの回路を含む。

昇圧回路１６１は、磁歪発電薄膜片１０１のコイル１５０から出力される交流電圧を昇圧するトランス等である。ＡＣ−ＤＣ変換回路１６２は、磁歪発電薄膜片１０１のコイル１５０から出力される交流電圧、または、昇圧回路１６１で昇圧された交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑化回路等である。蓄電回路１６３は、ＡＣ−ＤＣ変換回路１６２で生成された直流電圧を蓄電する蓄電池等である。レギュレーション回路１６４は、ＡＣ−ＤＣ変換回路１６２で変換された直流電圧、または、蓄電回路１６３で蓄電されている直流電圧を入力とし、アプリケーション回路部１７０で必要とされる直流の定電圧を生成する定電圧電源である。

アプリケーション回路部１７０は、本実施の形態における磁歪発電モジュールを用いて動作する応用回路であり、例えば、センサ／無線モジュール１７１である。センサ／無線モジュール１７１は、例えば、温度等の各種物理量を検知するセンサと、センサで得られた情報を無線で送信する通信回路とを有する。

図１８は、図１７に示された磁歪発電モジュール２００の実装例を示す図である。図１８の（ａ）に示される磁歪発電モジュール２０１では、電源回路部１６０は、磁歪発電薄膜片１０１が備える上面フレキシブル基板１３０Ａまたは下面フレキシブル基板１３０Ｂの上に形成されている。図１８の（ｂ）に示される磁歪発電モジュール２０２では、電源回路部１６０は、磁歪発電薄膜片１０１が備える上面フレキシブル基板１３０Ａ及び下面フレキシブル基板１３０Ｂ（つまり、コイル１５０）とコネクタ１８０を介して接続された回路基板上に形成されている。なお、本図では、磁歪発電薄膜片１０１に、電源回路部１６０だけが付随しているが、図１７に示したように、さらに、アプリケーション回路部１７０が付随してもよい。

図１９は、図１７に示された磁歪発電モジュール２００の設置例を示す図である。

図１９の（ａ）に示される磁歪発電モジュール２０１では、振動体１９０に貼り付けられた磁歪発電薄膜片１０１とコネクタ１８０を介して接続された基板１８２が固定体１９１に取り付けられている。基板１８２には、電源回路部１６０（必要に応じて、さらに、アプリケーション回路部１７０）を構成する部品１８１が実装されている。

図１９の（ｂ）に示される磁歪発電モジュール２０１では、磁歪発電薄膜片１０１と基板１８２との接続は図１９の（ａ）と同じであるが、ここでは、磁歪発電薄膜片１０１だけでなく、基板１８２も、振動体１９０に取り付けられている。ただし、この例では、基板１８２の振動を抑えるために、振動体１９０と基板１８２との間に弾性材料１８３が挿入されている。

図１９の（ｃ）に示される磁歪発電モジュール２０２では、部品１８１は、磁歪発電薄膜片１０１に用いられているフレキシブル基板（上面フレキシブル基板１３０Ａまたは下面フレキシブル基板１３０Ｂ、あるいは、その両方）の上に実装されている。この例では、部品１８１の実装を確実にするために、部品１８１を実装するフレキシブル基板の下には固定用基材１８４が設けられ、その固定用基材１８４の下には、振動を抑制するための弾性材料１８３が設けられている。

図２０は、図１７に示された磁歪発電モジュール２００を応用したシステム例を示す図である。ここでは、４箇所の振動源のそれぞれに設けられた磁歪発電モジュール２００Ａ〜２００ＤとＰＣ（パーソナルコンピュータ）２０３とから構成される無線通信システム２０５が示されている。

磁歪発電モジュール２００Ａ〜２００Ｄのそれぞれは、例えば、図１８に示される磁歪発電モジュール２０１（２０１Ａ〜２０１Ｄ）とアプリケーション回路部１７０（１７０Ａ〜１７０Ｄ）とを備え、内蔵のセンサで検知した温度の情報を無線でＰＣ２０３に送信する。

ＰＣ２０３は、アプリケーション回路部１７０（１７０Ｅ）を備え、４つの磁歪発電モジュール２００Ａ〜２００Ｄから送信されてくる温度の情報をアプリケーション回路部１７０Ｅで受信し、受信した情報を記録して表示する。

このような無線通信システム２０５により、商用電源やバッテリーがない箇所であっても、磁歪発電モジュールで生成された電源によってアプリケーション回路部（センサと無線モジュール）を動作させることができる。

図２１は、図１７に示された磁歪発電モジュール２００を応用した別のシステム例を示す図である。ここでは、３箇所の振動源のそれぞれに設けられた磁歪発電モジュール２０１Ａ〜２０１Ｃと、一つのアプリケーション回路部１７０（１７０Ｆ）と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２１３とから構成される無線通信システム２１５が示されている。

３つの磁歪発電モジュール２０１Ａ〜２０１Ｃのそれぞれは、例えば、図１８に示される磁歪発電モジュール２０１であり、磁歪発電薄膜片１０１（１０１Ａ〜１０１Ｃ）と電源回路部１６０（１６０Ａ〜１６０Ｃ）とを備え、発電した電力をアプリケーション回路部１７０Ｆに供給する。

アプリケーション回路部１７０Ｆは、３つの磁歪発電モジュール２０１Ａ〜２０１Ｃから供給される電力の下で動作し、例えば、内蔵のセンサで検知した温度の情報を無線でＰＣ２１３に送信する。

ＰＣ２１３は、アプリケーション回路部１７０（１７０Ｇ）を備え、アプリケーション回路部１７０Ｆから送信されてくる温度の情報をアプリケーション回路部１７０Ｇで受信し、受信した情報を記録して表示する。

このような無線通信システム２１５により、商用電源やバッテリーがない箇所であっても、磁歪発電モジュールで生成された電源によってアプリケーション回路部（センサと無線モジュール）を動作させることができる。

以上、本発明に係る磁歪発電薄膜片、その製造方法及び磁歪発電モジュールについて、実施の形態１及び２に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

たとえば、上記実施の形態では、磁界発生部（磁石層２０）は、磁歪薄帯１０の長手方向に並べて設置されたＮ極磁石とＳ極磁石とから構成されたが、磁界発生部の構成としては、これに限られない。図２２の（ａ）に示すように、磁界発生部（磁石層２０Ａ）が、磁歪薄帯１１０の上面及び下面と直交する方向（磁歪薄帯１１０の面直方向）に並べて設置されたＮ極磁石とＳ極磁石とから構成されてもよい。図２２の（ａ）に示される磁石層２０Ａでは、磁歪薄帯１１０の面直方向に、下層がＮ極で上層がＳ極の磁石と、それとは逆に、下層がＳ極で上層がＮ極の磁石とが、磁歪薄帯１１０の長手方向に、交互に並べて配置されている。このケースでは、磁歪薄帯１１０に界磁される磁束の向きは、図２２の（ａ）に示されるように、磁石層２０Ａを構成する一対の磁石の単位で、磁束の向きが反転する。

つまり、このような磁石層２０Ａによれば、磁歪薄帯１１０の厚み方向に磁極が着磁されており、面方向（長手方向）に数ミリ間隔（磁極ピッチ間隔）でその向きが替わる。このように、磁石層２０Ａを磁歪薄帯１１０の上に配置することで、例えばＮ極磁石から出た磁力線は、コイル１５０（磁気的に空隙と見なせる）と磁歪薄帯１１０の高い透磁率の差から、屈曲して磁歪薄帯１１０入り、磁歪薄帯１１０の面内方向を通って漏洩し、隣り合うＳ極磁石に入る。これにより、磁石層２０Ａの断面積に対して磁歪薄帯１１０の厚さが非常に薄いので、磁歪薄帯１１０には十分なバイアス磁束が通る。

図２２の（ｂ）は、このような磁歪発電薄膜片に用いられるコイル１５０の巻き線方向を示す図である。コイル１５０は、界磁の向きの反転に伴って、等間隔（磁極ピッチ間隔）で結線の仕方を変え、コイル１５０の巻き線方向を切り替えている。これによって、界磁の向きの反転に伴ってコイル１５０の巻き線方向が反転され、コイル１５０には、同一方向の誘導電圧（あるいは、誘導電流）が発生する。つまり、磁極ピッチ間隔でコイル１５０の巻き線の向きを逆転しておくことで、同方向の電圧として加算し、磁歪発電薄膜片１０１全体のコイル１５０で電力を取り出すことができる。

また、実施の形態２における磁歪発電薄膜片１０１では、界磁用の磁石層が設けられていなかったが、実施の形態１と同様に、磁歪薄帯１１０の長手方向にＮ極とＳ極とが並ぶ磁石層２０、あるいは、図２２に示されたように、磁歪薄帯１１０の面直方向にＮ極とＳ極とが並ぶ磁石層２０Ａを設けてもよい。

また、２枚の分離したコイル層（配線パターン）間でのコンタクトをより確実にした磁歪発電薄膜片として、図２３の（ｃ）又は（ｅ）に示される構造であってもよい。

図２３の（ｃ）に示される磁歪発電薄膜片３１０は、磁歪薄帯１０（図２３の（ａ））と、ミアンダ状（あるいは、ジグザグ状）の一枚のコイルシート３０１（図２３の（ｂ））とから構成される（ただし、ここでは、バイアス磁界の発生部を省略している）。このような磁歪発電薄膜片３１０を製造するには、図２３の（ｃ）に示されるように、コイルシート３０１に、磁歪薄帯１０を編み込む。コイルシート３０１は、図２３の（ｂ）に示されるように、銅の薄帯、もしくは、薄い板で、互いに逆方向に切れ込みが入っている（ミアンダ状になっている）。また、磁歪薄帯１０もしくはコイルシート３０１の一方もしくは両方は、絶縁体でコーティングされている。なお、ここでの絶縁体によるコーティングは、絶縁性を有する接着剤でもよい。磁歪薄帯１０をコイルシート３０１の切れ込みに垂直方向に編み込むように（コイルシート３０１と磁歪薄帯１０とが、各切れ込みごとに、隣どうしで上下関係が互い違いになるように）挿入し、それらを接合（例えば、接着剤を融解し固化）する。その結果、磁歪薄帯１０を巻くようにコイルが形成され、磁歪発電薄膜片３１０が完成される。

このような構造をもつ磁歪発電薄膜片３１０の長所として、磁歪薄帯１０を周回するコイルが、１枚のコイルシートで構成されているため、２枚のコイル層を貼り合わせることで生じるコンタクト部の不具合が生じにくい。また、ＭＥＭＳ技術及びフレキシブル基板で作成する銅線は、流動性をあげるために不純物が混じっているため、抵抗値が高いが、この磁歪発電薄膜片３１０では、コイルシート３０１に純銅を用いることができるので、コイルの抵抗値を下げることができる。

なお、このような磁歪発電薄膜片３１０では、磁歪薄帯１０の半分の領域において、コイルが巻かれていない部分が生じる。しかしながら、この磁歪発電薄膜片３１０を、図２２３の（ｄ）に示される別のコイルシート３０２の中に編み込むことで、図２３の（ｅ）に示されるように、磁歪薄帯１０の全面にコイルが形成された磁歪発電薄膜片３１１が完成する。

ここで、コイルシート３０２の切れ込みの方向は、コイルシート３０１と逆にしておく。また、コイルシート３０１が巻かれていない磁歪薄帯１０の箇所にコイルシート３０２を配置することで、厚みの増加を抑えることができる。さらに、コイルシート３０１の端子３０１ａ及び３０１ｂから取り出す電圧と、コイルシート３０２の端子３０２ａ及び３０２ｂから取り出す電圧の向きとは、逆になるが、これらの２枚のコイルシート３０１及び３０２で形成される２つのコイルを直列に、かつ、逆に結線することで、２倍の電圧を取り出すことができる。

また、コイルの形成方法としては、上記実施の形態に限られず、いわゆる直配線方式で形成、つまり、絶縁膜（絶縁層４０）でコーティングされた磁歪薄帯１０の上面及び下面に、直接、配線パターン（５０Ａ、５０Ｂ）を形成してもよい。これにより、配線パターンは絶縁膜上に強固に形成される。そして、配線パターンと磁歪薄帯１０との間に介在する絶縁膜が薄いため、振動源の振動をより直接的に磁歪薄帯１０に伝達することができ、発電効率が向上される。つまり、配線下及び配線上の絶縁膜は、絶縁が確保できる範囲で、可能な限り薄く形成する（例えば、パリレン、エポキシ樹脂等で、５μｍの厚みをもつ絶縁膜を形成する）。これにより、振動源の振動が忠実に磁歪薄帯１０に伝わる。

なお、このような直配線においては、磁歪薄帯１０に位置合せマークを予め加工しておくことが、位置合せ精度を上げる上で重要である。ただし、コストを優先する場合は、位置合せ形成のための磁歪薄帯１０への加工を避けてもよい。その場合、図２４に示すように、位置合せマーク７２０を絶縁膜に形成する。そのために、絶縁膜の幅は磁歪薄帯１０の幅より広くしておく。

また、配線の形成方法については、手法を問わない。電界メッキ、無電界メッキ、スクリーン印刷、インクジェット印刷、メタルマスクなどのいずれの手法であってもよい。いずれの方法にするかは、このようにして完成される磁歪発電薄膜片３２０の用途やサイズに応じて選択すればよい。

また、エッジにおける配線パターンのコンタクトとして、以下の方法が考えられる。
（１）レジストのスプレーコートによる立体パターン形成（メッキ法）
（２）パターン転写技術を用いる
（３）ノズル噴射により、導電性ペーストでスポット的に表裏の配線をつなぐ

なお、図２４に示される寸法は、一例であり、これに限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、磁歪薄帯を周回するコイルは、１層であったが、ターン数を上げるために、多層で構成してもよい。たとえば、１層目のコイル上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜に、１層目のコイルと２層目のコイルとを接続するためにコンタクト窓を形成する。そして、その絶縁膜上及びコンタクト窓に２層目のコイル（配線パターン）を形成することで、１層目のコイルと２層目のコイルとが直列に接続された多層コイルを形成することができる。さらに、このような工程を繰り返すことで、３層以上の多層コイルを形成することができる。これにより、同じ振動を受けた場合であっても、より大きな発電量（電圧／電流）を発生する磁歪発電薄膜片が実現される。

本発明は、例えば、橋や自動車などの構造体に、センサと一体化して取り付けることにより、振動から電力を生成し、センサ用電源として使用することができる磁歪発電薄膜片及び磁歪発電モジュールとして利用することができる。

１ 磁歪発電薄膜片
２ 構造体
３ 電極
１０ 磁歪薄帯
２０、２０Ａ 磁石層
３０ 基板
３０Ａ、３０Ａ’上面基板
３０Ｂ、３０Ｂ’下面基板
３０Ａ１、３０Ｂ１ Ｓｉ結晶層
３０Ａ２、３０Ｂ２ ＳｉＯ_２絶縁層
３０Ａ３、３０Ｂ３ Ｓｉ基板層
４０ 絶縁層
５０ コイル
５０Ａ 上面配線パターン
５０Ｂ 下面配線パターン
６０ モーター
７０ 磁性体
７１ａ、７１ｂ 永久磁石
１０１ 磁歪発電薄膜片
１０３ 電極
１０５ 接着剤
１１０ 磁歪薄帯
１３０Ａ 上面フレキシブル基板
１３０Ｂ 下面フレキシブル基板
１４０Ａ 上面ベースポリイミド
１４０Ｂ 下面ベースポリイミド
１４１Ａ 上面カバーレイ接着層
１４１Ｂ 下面カバーレイ接着層
１４２Ａ 上面カバーレイポリイミド
１４２Ｂ 下面カバーレイポリイミド
１５０ コイル
１５０Ａ 上面配線パターン
１５０Ｂ 下面配線パターン
１５１ スルーホール
１６０、１６０Ａ〜１６０Ｃ 電源回路部
１６１ 昇圧回路
１６２ ＡＣ−ＤＣ変換回路
１６３ 蓄電回路
１６４ レギュレーション回路
１７０、１７０Ａ〜１７０Ｆ アプリケーション回路部
１７１ センサ／無線モジュール
１８０ コネクタ
１８１ 部品
１８２ 基板
１８３ 弾性材料
１８４ 固定用基材
１９０ 振動体
１９１ 固定体
２００、２０１、２０１Ａ〜２０１Ｄ、２０２ 磁歪発電モジュール
２０３、２１３ ＰＣ
２０５、２１５ 無線通信システム
３０１、３０２ コイルシート
３０１ａ、３０１ｂ、３０２ａ、３０２ｂ 端子
３１０、３１１、３２０ 磁歪発電薄膜片

Claims (5)

1. 振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片の製造方法であって、
   磁歪薄帯を周回するコイルを構成する配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の上面に対向する配線パターンである上面配線パターンを２つの樹脂層で挟んだ構造を有する上面フレキシブル基板を製作する第１製作工程と、
   前記コイルを構成する配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の下面に対向する配線パターンである下面配線パターンを２つの樹脂層で挟んだ構造を有する下面フレキシブル基板を製作する第２製作工程と、
   前記磁歪薄帯を挟んで、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程とを含み、
   前記貼り合わせ工程では、前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとが、前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板の周縁部に設けられた複数のスルーホールを介して電気的に接続されるように、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる
   磁歪発電薄膜片の製造方法。
2. 前記貼り合わせ工程は、
   前記磁歪薄帯に位置決め用穴を形成する工程と、
   前記位置決め用穴を用いて、前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板に対する前記磁歪薄帯の位置決めを行い、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる工程とを含む
   請求項１に記載の磁歪発電薄膜片の製造方法。
3. 振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片の製造方法であって、
   上面基板上に、平行に走る複数の配線パターンから構成される上面配線パターンを形成する上面配線パターン形成工程と、
   下面基板上に、平行に走る複数の配線パターンから構成される下面配線パターンを形成する下面配線パターン形成工程と、
   前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとが内側になるように、前記上面基板と前記下面基板とで磁歪材料からなる磁歪薄帯の挟み込みを行う挟込工程とを含み、
   前記挟込工程では、前記上面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、前記下面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれとが、前記磁歪薄帯の側面近傍で接合されるように前記挟み込みを行う
   磁歪発電薄膜片の製造方法。
4. さらに、
   前記挟込工程の前に、前記上面配線パターン及び前記下面配線パターンにおける、前記磁歪薄帯に対向する面に、絶縁層を被覆する絶縁層被覆工程を含む
   請求項３に記載の磁歪発電薄膜片の製造方法。
5. さらに、
   前記上面配線パターン形成工程または前記下面配線パターン形成工程の前に、前記上面基板及び前記下面基板のうち少なくとも一方に、前記磁歪薄帯に対向する面に凹部を設ける基板加工工程を含む
   請求項３または４に記載の磁歪発電薄膜片の製造方法。

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