JP6420442B1 - 発電素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】３軸発電を効率良く行うことができる発電素子を提供する。
【解決手段】本発明による発電素子は、平面視で枠状に形成された台座と、台座の内側に設けられた振動体と、各々が第１延在軸線に沿って延び、振動体を台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備えている。平面視で振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部の第１延在軸線が、所定の角度をなしている。電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有している。各々の第１橋梁支持部に、少なくとも１つの第１電極層が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電素子に関する。
限られた資源を有効利用するために、様々な形態のエネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す技術が提案されている。振動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す技術もそのひとつであり、例えば、下記の特許文献１には、層状の圧電素子を積層して発電用圧電素子を形成し、この発電用圧電素子を外力によって振動させて発電を行う圧電型の発電素子が開示されている。また、特許文献２には、シリコン基板を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）構造の発電素子が開示されている。
一方、特許文献３には、重錘体を支持するハンマーヘッド型の構造体を用い、ヘッド部分を構成する重錘体を振動させ、柄の部分に配置された発電用圧電素子によって発電を行うタイプの発電素子が開示されている。また、特許文献４には、このハンマーヘッド型の構造体を用いる発電素子とともに、Ｌ字型に屈曲した板状橋梁部によって重錘体を支持する構造体を用いた圧電素子が開示されている。
これらの発電素子の基本原理は、重錘体の振動により圧電素子に周期的な撓みを生じさせ、圧電素子に加わる応力に基づいて生じる電荷を外部に取り出す、というものである。このような発電素子を、例えば、自動車、列車、船舶などに搭載しておけば、輸送中に加わる振動エネルギーを電気エネルギーとして取り出すことが可能になる。また、冷蔵庫やエアコンといった振動源に取り付けて発電を行うことも可能である。
特開平１０−２４３６６７号公報 特開２０１１−１５２０１０号公報 米国特許公開第２０１３／０１５４４３９号公報 ＷＯ２０１５／０３３６２１号公報
上述した特許文献１〜４に記載の発電素子においては、一端が固定された片持ち梁構造を有する橋梁部によって重錘体が支持されている。このような発電素子では、所定の方向の外部振動に対しては、効率的な発電を行うことができる。しかしながら、その方向とは異なる方向の外部振動に対しては、効率的な発電を行うことが困難になっている。発電素子の発電効率を向上させるためには、３次元的にいずれの方向においても効率が良い発電（３軸発電）が可能になることが望まれている。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、３軸発電を効率良く行うことができる発電素子を提供することを目的とする。
本発明は、第１の解決手段として、
平面視で枠状に形成された台座と、
前記台座の内側に設けられた振動体と、
各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置されている、発電素子、
を提供する。
なお、上述した第１の解決手段による発電素子において、
複数の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線は、平面視で前記振動体に対して放射状に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線がなす角度は等しい
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記振動体は、４つの前記第１橋梁支持部によって支持されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記振動体は、３つの前記第１橋梁支持部によって支持されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記振動体は、第１重錘体を有している、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体の上方に、前記台座に連結された天板が設けられ、
前記天板は、前記第１重錘体に対向した天板対向面を含み、
前記天板対向面に、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１重錘体が当接可能な天板側突起部が設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
前記底板は、前記第１重錘体に対向した底板対向面を含み、
前記底板対向面に、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１重錘体が当接可能な底板側突起部が設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体は、第１重錘体中心部と、前記第１重錘体中心部に連結された、前記第１重錘体中心部から前記台座に向かって突出した複数の第１重錘体突出部と、を含んでいる、ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体突出部は、平面視で前記第１重錘体中心部を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第１橋梁支持部の間に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体突出部の前記台座の側の外縁は、前記台座の内縁に沿って形成され、
前記第１重錘体突出部の対向する前記第１橋梁支持部の側の外縁は、当該第１橋梁支持部の側縁に沿って形成されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１橋梁支持部は、前記第１延在軸線に沿って延びる第１方向部分と、前記第１方向部分よりも前記台座の側に設けられた、前記第１延在軸線とは異なる方向に延びる第２方向部分と、を有している、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２方向部分は、前記第１延在軸線に垂直な方向に延びている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１橋梁支持部は、前記第１延在軸線に垂直な方向において互いに異なる位置に配置された振動体側部分、中間部分および台座側部分を有し、
前記振動体側部分の前記台座の側の端部と、前記中間部分の前記振動体の側の端部とが、第１連結部分によって連結され、
前記中間部分の前記台座の側の端部と、前記台座側部分の前記振動体の側の端部とが、第２連結部分によって連結されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１連結部分および前記第２連結部分は、前記第１延在軸線とは異なる方向に延びている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１連結部分および前記第２連結部分は、前記第１延在軸線に垂直な方向に延びている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１追加重錘体は、前記第１重錘体の変位を規制する第１ストッパー部を有している、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記台座は、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第１座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記台座に、前記第１追加重錘体に対向する追加台座が設けられ、
前記追加台座は、前記第１重錘体が前記第１橋梁支持部の各々の前記第１延在軸線を含む平面に沿う方向で変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第２座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記台座に、前記第１追加重錘体に対向する追加台座が設けられ、
前記第１追加重錘体の下方に、前記追加台座を介して前記台座に連結された底板が設けられ、
前記底板は、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１追加重錘体が当接可能な第３座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第３座部は、前記第１追加重錘体に対向した底板対向面と、前記底板対向面に設けられ、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な底板側突起部と、を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
各々の前記第１橋梁支持部において、複数の前記第１電極層が、前記第１延在軸線に沿う方向において互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
各々の前記第１橋梁支持部において、複数の前記第１電極層が、前記第１延在軸線に垂直な方向において互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間している、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体は、平面視で枠状に形成され、前記第１重錘体は、前記第２重錘体の内側に設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体と前記第２橋梁支持部とに基づいて規定される共振系の共振周波数と、前記第２重錘体と前記第１橋梁支持部とに基づいて規定される共振系の共振周波数とが異なっている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１橋梁支持部から、前記第１重錘体を支持する第１重錘体支持部が延び、
前記第２橋梁支持部から、前記第２重錘体を支持する第２重錘体支持部が延び、
前記第１重錘体支持部の上方に、前記台座に連結された天板が設けられ、
前記天板は、前記第１重錘体支持部および前記第２重錘体支持部に対向した天板対向面を含み、
前記天板対向面に、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１重錘体が前記第１重錘体支持部を介して当接可能な第１天板側突起部、および／または前記第２重錘体が上方へ変位した場合に前記第２重錘体が前記第２重錘体支持部を介して当接可能な第２天板側突起部が設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記天板対向面に、前記第１天板側突起部および前記第２天板側突起部が設けられ、
前記振動体がニュートラル位置にあるときに、前記第１重錘体支持部と前記第１天板側突起部との間の距離は、前記第２重錘体支持部と前記第２天板側突起部との間の距離よりも大きい、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
前記底板は、前記第１重錘体および前記第２重錘体に対向した底板対向面を含み、
前記底板対向面に、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１重錘体が当接可能な第１底板側突起部、および／または前記第２重錘体が下方へ変位した場合に前記第２重錘体が当接可能な第２底板側突起部が設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記底板対向面に、前記第１底板側突起部および前記第２底板側突起部が設けられ、
前記振動体がニュートラル位置にあるときに、前記第１重錘体と前記第１底板側突起部との間の距離は、前記第２重錘体と前記第２底板側突起部との間の距離よりも大きい、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体は、第１重錘体中心部と、前記第１重錘体中心部に連結された、前記第１重錘体中心部から前記第２重錘体に向かって突出した第１重錘体突出部と、を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体突出部は、平面視で前記第１重錘体中心部を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第２橋梁支持部の間に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体突出部の前記第２重錘体の側の外縁は、前記第２重錘体の内縁に沿って形成され、
前記第１重錘体突出部の対向する前記第２橋梁支持部の側の外縁は、当該第２橋梁支持部の側縁に沿って形成されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体は、第２重錘体枠体部と、前記第２重錘体枠体部に連結された、前記第２重錘体枠体部から前記台座に向かって突出した第２重錘体突出部と、を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体突出部は、平面視で前記第１重錘体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第１橋梁支持部の間に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体突出部の前記台座の側の外縁は、前記台座の内縁に沿って形成され、
前記第２重錘体突出部の対向する前記第１橋梁支持部の側の外縁は、当該第１橋梁支持部の側縁に沿って形成されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１追加重錘体は、前記第１重錘体の変位を規制する第１ストッパー部を有している、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体は、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第１重錘体用第１座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
前記第２追加重錘体は、前記第１重錘体が前記第１橋梁支持部の各々の前記第１延在軸線を含む平面に沿う方向で変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第１重錘体用第２座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
前記第１追加重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
前記底板は、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１追加重錘体が当接可能な第１重錘体用第３座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体用第３座部は、前記第１追加重錘体に対向した第１底板対向面と、前記第１底板対向面に設けられ、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１追加重錘体が当接可能な第１底板側突起部と、を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
前記第２追加重錘体は、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第１重錘体用第４座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２追加重錘体は、前記第２重錘体の変位を規制する第２ストッパー部を有している、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記台座は、前記第２重錘体が上方へ変位した場合に前記第２ストッパー部が当接可能な第２重錘体用第１座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記台座に、前記第２追加重錘体に対向する追加台座が設けられ、
前記追加台座は、前記第２重錘体が前記第１橋梁支持部の各々の前記第１延在軸線を含む平面に沿う方向で変位した場合に前記第２ストッパー部が当接可能な第２重錘体用第２座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２追加重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
前記底板は、前記第２重錘体が下方へ変位した場合に前記第２追加重錘体が当接可能な第２重錘体用第３座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体用第３座部は、前記第２追加重錘体に対向した第２底板対向面と、前記第２底板対向面に設けられ、前記第２重錘体が下方へ変位した場合に前記第２追加重錘体が当接可能な第２底板側突起部と、を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記台座に、前記第２追加重錘体に対向する追加台座が設けられ、
前記追加台座は、前記第２重錘体が上方へ変位した場合に前記第２ストッパー部が当接可能な第２重錘体用第４座部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられ、
前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
前記第１追加重錘体および前記第２追加重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
前記底板は、前記第１追加重錘体および前記第２追加重錘体に対向した底板対向面を含み、
前記底板対向面に、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１追加重錘体が当接可能な第１底板側突起部、および前記第２重錘体が下方へ変位した場合に前記第２追加重錘体が当接可能な第２底板側突起部が設けられ、
前記振動体がニュートラル位置にあるときに、前記第１追加重錘体と前記第１底板側突起部との間の距離は、前記第２追加重錘体と前記第２底板側突起部との間の距離よりも大きい、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２橋梁支持部の各々は、第２延在軸線に沿って延び、
前記第２橋梁支持部の前記第２延在軸線は、対応する前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線に沿っている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２橋梁支持部の各々は、第２延在軸線に沿って延び、
前記第２橋梁支持部の前記第２延在軸線は、平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線の間に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２橋梁支持部の前記第２延在軸線と、平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において隣り合う一方の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線とがなす角度と、当該第２延在軸線と他方の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線とがなす角度は、等しい、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体は、平面視で、前記第１橋梁支持部の前記第２重錘体の側の端部を引き込む第１引込凹部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
前記第２重錘体は、平面視で、前記第２橋梁支持部の前記第２重錘体の側の端部を引き込む第２引込凹部を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
各々の前記第２橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
各々の前記第２橋梁支持部において、複数の前記第１電極層が、対応する前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線に沿う方向において互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段による発電素子において、
各々の前記第１橋梁支持部において、複数の前記第１電極層が、前記第１延在軸線に垂直な方向において互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
また、本発明は、第２の解決手段として、
平面視で枠状に形成された振動体と、
前記振動体の内側に設けられた台座と、
各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置されている、発電素子、
を提供する。
なお、上述した第２の解決手段による発電素子において、
前記振動体は、第１重錘体を有している、
ようにしてもよい。
また、上述した第２の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体は、第１重錘体枠体部と、前記第１重錘体枠体部に連結された、前記第１重錘体枠体部から前記台座に向かって突出した第１重錘体内側部と、を含んでいる、
ようにしてもよい。
また、上述した第２の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体内側部は、平面視で前記台座を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第１橋梁支持部の間に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第２の解決手段による発電素子において、
前記第１重錘体内側部の前記台座の側の内縁は、前記台座の外縁に沿って形成され、
前記第１重錘体内側部の対向する前記第１橋梁支持部の側の内縁は、当該第１橋梁支持部の側縁に沿って形成されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段および第２の解決手段による発電素子において、
前記電荷発生素子が、前記第１橋梁支持部と前記第１電極層との間に設けられた第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に設けられた電荷発生材料層と、を更に有している、
ようにしてもよい。
また、本発明は、第３の解決手段として、
台座と、
前記台座に対して振動可能に設けられた振動体と、
前記振動体を前記台座に支持させるダイアフラム支持部と、
前記ダイアフラム支持部に設けられ、前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
前記台座および前記振動体のうちの一方は、平面視で枠状に形成されて、当該一方の内側に他方が配置されている、発電素子、
を提供する。
なお、上述した第３の解決手段による発電素子において、
前記振動体は、第１重錘体を有している、
ようにしてもよい。
また、上述した第３の解決手段による発電素子において、
前記台座は、平面視で枠状に形成され、
前記振動体は、前記台座の内側に配置され、
前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
第１軸線に沿う方向において、前記振動体の両側に前記第１電極層がそれぞれ配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第３の解決手段による発電素子において、
前記第１軸線に沿う方向において、前記振動体に対して一方の側に、複数の前記第１電極層が互いに異なる位置に配置され、前記振動体に対して他方の側に、複数の前記第１電極層が互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第３の解決手段による発電素子において、
前記第１軸線に直交する第２軸線に沿う方向において、前記振動体の両側に前記第１電極層がそれぞれ配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第３の解決手段による発電素子において、
前記第２軸線に沿う方向において、前記振動体に対して一方の側に、複数の前記第１電極層が互いに異なる位置に配置され、前記振動体に対して他方の側に、複数の前記第１電極層が互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第３の解決手段による発電素子において、
前記台座は、平面視で円形状に形成された台座開口部を有し、
前記振動体は、平面視で円形状に形成され、
前記台座開口部は、前記振動体と同心状に形成されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第３の解決手段による発電素子において、
前記第１電極層は、平面視で前記振動体を中心としたときの周方向に延び、前記振動体と同心状に形成されている、
ようにしてもよい。
また、上述した第１の解決手段、第２の解決手段および第３の解決手段による発電素子において、
前記電荷発生素子により発生した電荷に基づく電流を整流して電力を取り出す発電回路を更に備えた、
ようにしてもよい。
また、本発明は、第４の解決手段として、
台座と、
前記台座に対して振動可能に設けられた振動体と、
前記振動体を前記台座に支持させる支持部と、
前記支持部に設けられ、前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
前記振動体は、第１重錘体を有し、
前記第１重錘体の上方に、前記台座に連結された天板が設けられ、
前記天板は、前記第１重錘体に対向した天板対向面を含み、
前記天板対向面に、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１重錘体が当接可能な天板側突起部が設けられている、発電素子、
を提供する。
さらに、本発明は、第５の解決手段として、
台座と、
前記台座に対して振動可能に設けられた振動体と、
前記振動体を前記台座に支持させる支持部と、
前記支持部に設けられ、前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
前記振動体は、第１重錘体を有し、
前記第１重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
前記底板は、前記第１重錘体に対向した底板対向面を含み、
前記底板対向面に、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１重錘体が当接可能な底板側突起部が設けられている、発電素子、
を提供する。
本発明によれば、３軸発電を効率良く行うことができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態における発電素子を示す斜視図である。 図２は、図１の発電素子を示す平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、図１に示す発電素子の製造方法において、発電素子を製造するために用いられるＳＯＩ基板を示す断面図である。 図５は、図１に示す発電素子の製造方法において、図４に示すＳＯＩ基板をエッチングして得られた発電素子の断面図である。 図６は、図１の発電素子の発電回路の構成を示す図である。 図７は、筐体を備えた図１の発電素子を示す断面図である。 図８は、外装パッケージを備えた図７の発電素子を示す断面図である。 図９は、図１に示す発電素子においてＺ軸正側への振動加速度が加えられた場合の第１重錘体の変位を示す図である。 図１０は、図１に示す発電素子においてＸ軸正側への振動加速度が加えられた場合の第１重錘体の変位を示す図である。 図１１は、図１に示す発電素子において、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側、Ｚ軸正側への振動加速度が加えられた場合における各上部電極層に発生する電荷の極性を示す表である。 図１２は、図２に示す圧電素子の上部電極層の変形例を示す平面図である。 図１３は、図２に示す圧電素子の上部電極層の変形例を示す平面図である。 図１４は、図２に示す圧電素子の上部電極層の変形例を示す平面図である。 図１５は、図８に示す外装パッケージを備えた発電素子の変形例を示す断面図である。 図１６は、本発明の第２の実施の形態における発電素子を示す平面図である。 図１７は、図１６のＢ−Ｂ線断面図である。 図１８は、図１６に示す発電素子の変形例を示す平面図である。 図１９は、図１６に示す発電素子の他の変形例を示す平面図である。 図２０は、図１６に示す発電素子の他の変形例を示す平面図である。 図２１は、本発明の第３の実施の形態における発電素子を示す平面図である。 図２２は、図２１のＣ−Ｃ線断面図である。 図２３は、本発明の第４の実施の形態における発電素子を示す平面図である。 図２４は、図２３に示す発電素子のＥ−Ｅ線断面図である。 図２５は、筐体を備えた図２４に示す発電素子を示す断面図である。 図２６は、本発明の第５の実施の形態における発電素子を示す平面図である。 図２７は、本発明の第６の実施の形態における発電素子を示す平面図である。 図２８は、図２７に示す発電素子のＦ−Ｆ線断面図である。 図２９は、本発明の第７の実施の形態における発電素子示す平面図である。 図３０は、図２９に示す発電素子において、台座、第１重錘体および第２重錘体を示す平面図である。 図３１は、図２９に示す発電素子のＨ−Ｈ線断面図である。 図３２は、図２９に示す発電素子のＩ−Ｉ線断面図である。 図３３は、図２９に示す発電素子のＪ−Ｊ線断面図である。 図３４は、図２９に示す発電素子のＨ−Ｈ線断面の変形例を示す図である。 図３５は、図２９に示す発電素子のＩ−Ｉ線断面の変形例を示す図である。 図３６は、図２９に示す発電素子のＪ−Ｊ線断面の変形例を示す図である。 図３７は、本発明の第８の実施の形態における発電素子を示す平面図である。 図３８は、図３７に示す発電素子のＬ−Ｌ線断面図である。 図３９は、本発明の第９の実施の形態における発電素子を示す平面図である。 図４０は、図３９に示す発電素子のＭ−Ｍ線断面図である。 図４１は、図３９に示す発電素子において、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側、Ｚ軸正側への振動加速度が加えられた場合における各上部電極層に発生する電荷の極性を示す表である。 図４２は、図３９に示す圧電素子の上部電極層の変形例を示す平面図である。 図４３は、図３９に示す圧電素子の上部電極層の変形例を示す平面図である。 図４４は、図３９に示す圧電素子の上部電極層の変形例を示す平面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件および物理的特性並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「垂直」、「等しい」、「均等」等の用語や寸法、物理的特性の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
（第１の実施の形態）
図１〜図１５を用いて、本発明の第１の実施の形態における発電素子について説明する。本実施の形態における発電素子は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う素子である。
図１に、本発明の第１の実施の形態における発電素子を斜視図で示し、図２に、図１の発電素子を平面図で示し、図３に、図２のＡ−Ａ線断面図を示す。図１〜図３に示すように、本実施の形態による発電素子１は、平面視で枠状に形成された台座１０と、台座１０の内側に設けられた振動可能な振動体２０と、振動体２０を台座１０に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄ（支持部）と、を備えている。このうち、本実施の形態では、台座１０は、矩形枠状に形成されており、矩形状の台座開口部１１を有している。また、振動体２０の第１重錘体２１（後述）は、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって台座１０に支持されている。ここで平面視とは、図１〜図３に示すＺ軸方向において見た状態であって、発電素子１を図２のように上方から見た状態を意味する。また、説明を明瞭にするために、図２に示すように、第１重錘体２１の中心Ｏを原点とするＸＹＺ座標系を定義し、Ｚ軸方向が上下方向となるように発電素子１を配置した状態で以下の説明を行う。このため、本実施の形態における発電素子１は、Ｚ軸方向を上下方向とした姿勢で使用されることに限られることはない。
図２に示すように、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、第１延在軸線をそれぞれ有しており、第１重錘体２１から台座１０に向かって（または台座１０から第１重錘体２１に向かって）、対応する第１延在軸線に沿って延びている。図２に示す形態では、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが第１重錘体２１から台座１０に向かって細長状に延びており、第１延在軸線が、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長手方向に延びている。しかしながら、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、幅広に形成されていてもよい。この場合には、第１延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長手方向に垂直な方向に延びるようになる。
図２に示すように、平面視で振動体２０を中心としたときの周方向（中心Ｏに対する周方向）において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線は、所定の角度（図２に示すθ１）をなしている。所定の角度とは、０°ではない角度を意味しており、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが離間可能な程度の角度を少なくとも有していることを意味している。これにより、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線は、互いに異なる方向に延びるようになる。なお、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部がなす角度と、互いに隣り合う他の一対の第１橋梁支持部がなす角度とは、等しいことが好ましいが、等しいことには限られない。
本実施の形態では、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線は、平面視で第１重錘体２１に対して放射状に配置されている。ここで、放射状とは、第１重錘体２１を中心としたときに、第１重錘体２１から四方八方に延びるように第１延在軸線が配置されている状態を意味する用語として使用している。好ましくは、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線は、周方向において実質的に均等に配置されている。そして、本実施の形態では、平面視において、第１重錘体２１を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線がなす角度（θ１）は、等しくなっている。
より具体的には、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂの第１延在軸線はＸ軸方向に延びる中心軸線ＬＸ（後述）であり、平面視で、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂは、第１重錘体２１のＸ軸方向に延びる中心軸線ＬＸ（第１軸線）上に配置されている。第１橋梁支持部３０Ａは、第１重錘体２１に対してＸ軸負側に配置されており、第１橋梁支持部３０Ｂは、第１重錘体２１に対してＸ軸正側に配置されている。このため、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂは、平面視で、第１重錘体２１のＹ軸方向に延びる中心軸線ＬＹ（第２軸線）に関して対称に形成されている。中心軸線ＬＹは、中心軸線ＬＸに直交している。
また、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄの第１延在軸線はＹ軸方向に延びる中心軸線ＬＹであり、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄは、平面視で中心軸線ＬＹ上に配置されている。第１橋梁支持部３０Ｃは、第１重錘体２１に対してＹ軸正側に配置されており、第１橋梁支持部３０Ｄは、第１重錘体２１に対してＹ軸負側に配置されている。このため、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄは、平面視で、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されている。
このようにして、本実施の形態による第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、平面視において、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、中心軸線ＬＹに関して対称に形成されている。これにより、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが、十字状をなすように配置されている。すなわち、平面視において、振動体２０の第１重錘体２１を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線がなす角度（θ１）は、いずれも９０°となっている。このため、本実施の形態による発電素子１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各々において両持ち梁構造を有している。なお、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線がなす角度は、等しいことに限られることはない。例えば、当該角度（θ１）は、９０°ではなく、８０°〜１００°であってもよい。この場合においても、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線は、平面視で第１重錘体２１に対して放射状に配置されているとみなすことができる。
図２に示すように、第１橋梁支持部３０ＡのＸ軸負側の端部３１Ａ（台座１０の側の端部、根端部）は、台座１０に連結され、Ｘ軸正側の端部３２Ａ（第１重錘体２１の側の端部、先端部）は、振動体２０の第１重錘体２１に連結されている。第１橋梁支持部３０ＢのＸ軸正側の端部３１Ｂ（根端部）は、台座１０に連結され、Ｘ軸負側の端部３２Ｂ（先端部）は、第１重錘体２１に連結されている。第１橋梁支持部３０ＣのＹ軸正側の端部３１Ｃ（根端部）は、台座１０に連結され、Ｙ軸負側の端部３２Ｃ（先端部）は、第１重錘体２１に連結されている。第１橋梁支持部３０ＤのＹ軸負側の端部３１Ｄ（根端部）は、台座１０に連結され、Ｙ軸正側の端部３２Ｄ（先端部）は、第１重錘体２１に連結されている。なお、Ｘ軸正側とは、図１に記されたＸ軸を示す矢印の向く方向を意味し、Ｘ軸負側とは、Ｘ軸正側とは反対を向く方向を意味するものとして用いている。後述するＹ軸正側、Ｙ軸負側、Ｚ軸正側、Ｚ軸負側についても同様である。
図１〜図３に示すように、本実施の形態による振動体２０は、第１重錘体２１と、第１重錘体２１の上面（Ｚ軸正側の面）に設けられた第１重錘体支持部２２と、を有している。このうち第１重錘体２１は、平面視で矩形状（または正方形状）に形成されている。すなわち、第１重錘体２１は、台座開口部１１に沿うように形成されており、台座開口部１１と同心状に形成されている。なお、第１重錘体２１の平面形状は矩形状に限られることはなく任意である。
第１重錘体支持部２２は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄから第１重錘体２１の上面に延びており、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに連続して一体に形成されている。第１重錘体支持部２２は、第１重錘体２１の上面の全体に形成されており、第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２の下面（Ｚ軸負側の面）に接合されて、第１重錘体支持部２２に支持されている。このような構成により、第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２を介して、第１橋梁支持部３０ＡのＸ軸正側の端部３２Ａ、第１橋梁支持部３０ＢのＸ軸負側の端部３２Ｂ、第１橋梁支持部３０ＣのＹ軸負側の端部３２Ｃおよび第１橋梁支持部３０ＤのＹ軸正側の端部３２Ｄに連結されている。このようにして、第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２を介して各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに支持されている。
第１重錘体２１の下面は、図３に示すように、台座１０の下面よりも上方に位置付けられている。第１重錘体２１は、後述する筐体７０の底板７４（図７参照）に当接するまで、下方（Ｚ軸負側）に変位可能になっている。
図１〜図３に示すように、台座１０の上面には、台座支持部１２が設けられている。この台座支持部１２は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに連続して一体に形成されており、台座１０の上面の全体に形成されている。台座支持部１２は、台座１０の上面に接合されており、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、台座支持部１２を介して台座１０に支持されている。
図２に示すように、本実施の形態による発電素子１は、振動体２０の変位時に電荷を発生させる圧電素子４０（電荷発生素子）を更に備えている。圧電素子４０は、図２および図３に示すように、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄ上に設けられた下部電極層Ｅ０（第２電極層）と、下部電極層Ｅ０上に設けられた圧電材料層４２（電荷発生材料層）と、圧電材料層４２上に設けられた複数の上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４（第１電極層）と、を含んでいる。すなわち、下部電極層Ｅ０は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄと上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４との間に設けられ、圧電材料層４２が、下部電極層Ｅ０と上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４との間に設けられている。本実施の形態では、下部電極層Ｅ０は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの上面の全体、第１重錘体支持部２２の上面の全体、および台座支持部１２の上面全体に設けられており、一体に形成されている。なお、台座支持部１２の上面には、下部電極層Ｅ０は設けられていなくてもよい。圧電材料層４２は、下部電極層Ｅ０の上面の全体に設けられている。図１では、図面を簡略化するために、圧電素子４０は省略している。
上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４は、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄのうち第１重錘体２１の変位時に応力が発生する領域（第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄ自体が変形する領域）に配置されていることが好適である。本実施の形態では、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに、４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が設けられている。これらの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４は、電気的に互いに独立している。
図２に示す形態では、第１橋梁支持部３０Ａの上方（Ｚ軸正側）に４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ１４が配置されており、Ｘ軸方向（第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線に沿う方向）において互いに異なる位置に配置されているとともに、Ｙ軸方向（当該第１延在軸線に垂直な方向）において互いに異なる位置に配置されている。より具体的には、上部電極層Ｅ１１およびＥ１２がＸ軸負側に配置され、上部電極層Ｅ１３およびＥ１４がＸ軸正側に配置されている。また、上部電極層Ｅ１１およびＥ１４がＹ軸負側に配置され、上部電極層Ｅ１２およびＥ１３がＹ軸正側に配置されている。そして、第１橋梁支持部３０Ａの上方に配置された４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ１４は、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、第１橋梁支持部３０ＡのＸ軸方向の中間点を通って中心軸線ＬＹに沿って延びる線に関して対称に形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｂの上方に４つの上部電極層Ｅ２１〜Ｅ２４が配置されており、Ｘ軸方向（第１橋梁支持部３０Ｂの第１延在軸線に沿う方向）において互いに異なる位置に配置されているとともに、Ｙ軸方向（当該第１延在軸線に垂直な方向）において互いに異なる位置に配置されている。より具体的には、上部電極層Ｅ２１およびＥ２２がＸ軸正側に配置され、上部電極層Ｅ２３およびＥ２４がＸ軸負側に配置されている。また、上部電極層Ｅ２１およびＥ２４がＹ軸正側に配置され、上部電極層Ｅ２２およびＥ２３がＹ軸負側に配置されている。そして、第１橋梁支持部３０Ｂの上方に配置された４つの上部電極層Ｅ２１〜Ｅ２４は、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、第１橋梁支持部３０ＢのＸ軸方向における中間点を通って中心軸線ＬＹに沿って延びる線に関して対称に形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｃの上方に４つの上部電極層Ｅ３１〜Ｅ３４が配置されており、Ｘ軸方向（第１橋梁支持部３０Ｃの第１延在軸線に垂直な方向）において互いに異なる位置に配置されているとともに、Ｙ軸方向（当該第１延在軸線に沿う方向）において互いに異なる位置に配置されている。より具体的には、上部電極層Ｅ３１およびＥ３２がＹ軸正側に配置され、上部電極層Ｅ３３およびＥ３４がＹ軸負側に配置されている。また、上部電極層Ｅ３１およびＥ３４がＸ軸負側に配置され、上部電極層Ｅ３２およびＥ３３がＸ軸正側に配置されている。そして、第１橋梁支持部３０Ｃの上方に配置された４つの上部電極層Ｅ３１〜Ｅ３４は、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、第１橋梁支持部３０ＣのＹ軸方向における中間点を通って中心軸線ＬＹに沿って延びる線に関して対称に形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｄの上方に４つの上部電極層Ｅ４１〜Ｅ４４が配置されており、Ｘ軸方向（第１橋梁支持部３０Ｄの第１延在軸線に垂直な方向）において互いに異なる位置に配置されているとともに、Ｙ軸方向（当該第１延在軸線に沿う方向）において互いに異なる位置に配置されている。より具体的には、上部電極層Ｅ４１およびＥ４２がＹ軸負側に配置され、上部電極層Ｅ４３およびＥ４４がＹ軸正側に配置されている。また、上部電極層Ｅ４１およびＥ４４がＸ軸正側に配置され、上部電極層Ｅ４２およびＥ４３がＸ軸負側に配置されている。そして、第１橋梁支持部３０Ｄの上方に配置された４つの上部電極層Ｅ４１〜Ｅ４４は、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、第１橋梁支持部３０ＤのＹ軸方向における中間点を通って中心軸線ＬＹに沿って延びる線に関して対称に形成されている。
このようにして、本実施の形態による上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４は、全体として、平面視において、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、中心軸線ＬＹに関して対称に形成されている。
図４に、図１に示す発電素子の製造方法において、発電素子を製造するために用いられるＳＯＩ基板の断面図を示す。発電素子１は、例えば、図４に示すＳＯＩ基板５０をエッチング処理することにより製造することができる。ＳＯＩ基板５０は、シリコンベース層５１と、シリコンベース層５１上に設けられた酸化シリコン層５２と、酸化シリコン層５２上に設けられたシリコン活性層５３と、を備えており、３層構造を有する積層基板になっている。このようなＳＯＩ基板５０は、様々な半導体デバイスを製造するための材料として用いられている。各層の厚みは特に限られることはないが、例えば、シリコンベース層５１の厚みは、５２５〜７２５μｍであり、酸化シリコン層５２の厚みは、１μｍであり、シリコン活性層５３の厚みは１０〜１５μｍである。
エッチング処理時には、ＳＯＩ基板５０の上方からのエッチングにより、シリコン活性層５３が、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄ、第１重錘体支持部２２および台座支持部１２を形成する部分が残存するように、不要な部分がエッチングによって除去される。この際、酸化シリコン層５２はエッチングストッパーとして機能する。
また、ＳＯＩ基板５０の下方からのエッチングにより、シリコンベース層５１が、台座１０および第１重錘体２１を形成する部分が残存するように、不要な部分がエッチングによって除去される。この際においても、酸化シリコン層５２はエッチングストッパーとして機能する。また、シリコンベース層５１のうち第１重錘体２１を形成する部分においては、シリコンベース層５１を２回に分けてエッチングすることが好ましい。このことにより、第１重錘体２１の下面を、台座１０の下面よりも上方に位置づけることができる。
次に、シリコン活性層５３およびシリコンベース層５１のエッチングにより酸化シリコン層５２の露出された部分がエッチングで除去される。このようにして、図５に示すような、発電素子１の構造が得られる。図５は、図１に示す発電素子の製造方法において、図４に示すＳＯＩ基板をエッチングして得られた発電素子の断面図を示している。ここでは、台座１０および第１重錘体２１が、シリコンベース層５１および酸化シリコン層５２によってそれぞれ形成されている。第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄ、第１重錘体支持部２２および台座支持部１２は、シリコン活性層５３によって形成されているが、酸化シリコン層５２とシリコン活性層５３とによって形成されるようにしてもよい。
その後、シリコン活性層５３上に、圧電素子４０を構成する下部電極層Ｅ０、圧電材料層４２および上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が、この順番で形成される。このようにして、本実施の形態による発電素子１を製造することができる。なお、発電素子１の製造方法は、上述した方法に限られることはなく、初めに、ＳＯＩ基板５０のシリコンベース層５１上に、下部電極層Ｅ０、圧電材料層４２および上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４を形成し、その後、ＳＯＩ基板５０の下方からのエッチングにより、シリコンベース層５１、酸化シリコン層５２、シリコン活性層５３、下部電極層Ｅ０および圧電材料層４２をエッチングして、発電素子１を製造するようにしてもよい。
図２に示すように、本実施の形態による発電素子１は、発電回路６０を更に備えている。この発電回路６０は、圧電素子４０により発生した電荷に基づく電流を整流して電力を取り出して、負荷ＺＬ（図６参照）に供給するように構成されている。発電回路６０は、整流素子（ダイオード）、平滑用の容量素子（コンデンサ）を用いて構成することができる。
図６に、図２の発電素子１の発電回路の構成を示す。本実施の形態による発電回路６０は、例えば図６に示すような構成を有することができる。図６において、Ｐ１１〜Ｐ４４は、圧電材料層４２のうち上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４の下方に位置する部分に相当する。Ｐ１１〜Ｐ４４の左側に示す縦線は、共通の下部電極層Ｅ０に相当し、Ｐ１１〜Ｐ４４の右側に示す縦線は、対応する上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に相当する。図６においては、図面を簡略化するために、上部電極層Ｅ１４〜Ｅ４３についての図示は省略されているが、これらの上部電極層Ｅ１４〜Ｅ４３についても、以下と同様にして電荷を取り出す回路を構成することができる。
発電回路６０は、整流素子（ダイオード）と、平滑用の容量素子（コンデンサ）と、を有している。このうち整流素子Ｄ１１（＋）〜Ｄ４４（＋）は、それぞれ上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に発生した正電荷を取り出す機能を有している。また、整流素子Ｄ１１（−）〜Ｄ４４（−）は、それぞれ上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に発生した負電荷を取り出す機能を有している。
平滑用の容量素子Ｃｆの正極端子（図６における上側の端子）に、整流素子Ｄ１１（＋）〜Ｄ４４（＋）によって取り出された正電荷が供給され、負極端子（図６における下側の端子）に、整流素子Ｄ１１（−）〜Ｄ４４（−）によって取り出された負電荷が供給される。この容量素子Ｃｆは、発生した電荷の脈流を平滑化する機能を有している。また、容量素子Ｃｆの両端子と下部電極層Ｅ０との間には、整流素子として、互いに逆方向を向いた整流素子Ｄ０（＋）、Ｄ０（−）が接続されている。
容量素子Ｃｆに並列接続されているＺＬは、発電素子１によって発電された電力の供給を受ける機器の負荷を示している。負荷ＺＬには、整流素子Ｄ１１（＋）〜Ｄ４４（＋）で取り出された正電荷と、整流素子Ｄ１１（−）〜Ｄ４４（−）で取り出された負電荷とが供給される。したがって、原理的には、個々の瞬間において、各上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に発生する正電荷の総量と負電荷の総量とが等しくなるようにすれば、発電効率の向上が可能になる。
図７に、筐体７０を備えた図１の発電素子１の断面図を示す。上述した台座１０は、筐体７０の一部を構成する部材になっている。すなわち、筐体７０は、台座１０と、台座１０の上方に設けられた凹状の天板７１と、台座１０の下方に設けられた凹状の底板７４と、を有している。このうち天板７１は、第１重錘体支持部２２の上方（第１重錘体２１の側とは反対側）に設けられて、台座１０に連結されている。底板７４は、第１重錘体２１の下方（第１重錘体支持部２２の側とは反対側）に設けられて、台座１０に連結されている。天板７１および底板７４は、台座１０とは別個に作製されており、天板７１は、上述した台座支持部１２、下部電極層Ｅ０および圧電材料層４２を介して台座１０の上面に接合され、底板７４は、台座１０の下面に接合されている。このような構成の筐体７０に、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第１重錘体２１が収容されている。
筐体７０の天板７１は、台座１０の内側の領域を上方から覆うように形成されている。天板７１は、第１重錘体２１が第１重錘体支持部２２を介して当接可能に構成されており、第１重錘体２１の上方への変位を規制するストッパーとしての機能を有している。
天板７１は、第１重錘体支持部２２に対向した平坦状の天板対向面７２を含んでいる。天板対向面７２に、複数の天板側突起部７３が設けられている。この天板側突起部７３には、第１重錘体２１が上方（天板７１の側）へ変位した場合に、第１重錘体２１が第１重錘体支持部２２を介して当接可能になっている。
第１重錘体２１がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体支持部２２は、天板側突起部７３に所定の距離ｄ１を隔てて離間しており、第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２を介して天板７１に当接するまで上方へ変位可能になっている。ここで、ニュートラル位置とは、第１重錘体２１に重力を含む加速度が加えられていない状態、すなわち、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが撓んでいない場合における第１重錘体２１の位置を意味している。
筐体７０の底板７４は、台座１０の内側の領域を下方から覆うように形成されている。底板７４は、第１重錘体２１が当接可能に構成されており、第１重錘体２１の下方への変位を規制するストッパーとしての機能を有している。
底板７４は、第１重錘体２１に対向した平坦状の底板対向面７５を含んでいる。底板対向面７５に、複数の底板側突起部７６が設けられている。この底板側突起部７６には、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に第１重錘体２１が当接可能になっている。
第１重錘体２１がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体２１は、底板側突起部７６に所定の距離ｄ２を隔てて離間しており、第１重錘体２１は、底板７４に当接するまで下方へ変位可能になっている。
図８に、外装パッケージ８０を備えた図７の発電素子１の断面図を示す。図８に示す発電素子１では、筐体７０が、外装パッケージ８０に収容されている。上述した発電回路６０は、この外装パッケージ８０に設けられていることが好適である。この場合、筐体７０に、圧電素子４０の各電極層Ｅ０、Ｅ１１〜Ｅ４４に電気的に接続された複数のボンディングパッド７７が設けられ、外装パッケージ８０に、発電素子１の外部に電気的に接続される複数のボンディングパッド８１が設けられている。各ボンディングパッド７７と対応するボンディングパッド８１は、ボンディングワイヤ８２で接続される。ここで、筐体７０には、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４の個数と下部電極層Ｅ０の個数を合計した個数のボンディングパッドが設けられている。外装パッケージ８０にも、筐体７０に設けられたボンディングパッド７７の個数と同数のボンディングパッド８１が設けられている。外装パッケージ８０の内部空間は、空洞であってもよく、または樹脂等で充填されていてもよい。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
図１および図２に示す発電素子１にある方向の外部振動が与えられると、第１重錘体２１に当該方向の振動加速度が加わり、第１重錘体２１が第１重錘体支持部２２とともに当該方向に変位し、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが撓んで変形する。
第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが撓んでいる間、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄには応力が発生する。応力が発生すると、圧電材料層４２のうち各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの上方に配置された部分において、発生した応力に相応する電荷が発生する。
発生した電荷は、圧電素子４０の上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４から発電回路６０（図６参照）に供給され、発電回路６０によって平滑化される。平滑化された電力は、負荷ＺＬに供給される。より具体的には、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生した応力によって上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４において電荷が発生する。
以下、図９〜図１１を用いて、特定の方向に振動加速度が加えられた場合にどのようにして電荷が発生するかについてより具体的に説明する。図９に、Ｚ軸正側（上方）への振動加速度が加えられた場合の第１重錘体２１の変位の様子を示し、図１０に、Ｘ軸正側への振動加速度が加えられた場合の第１重錘体２１の変位の様子を示す。図１１に、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側、Ｚ軸正側への振動加速度が加えられた場合における各上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に発生する電荷の極性を示す。
Ｚ軸正側への振動加速度が加えられた場合、図９に示すように、第１重錘体２１はＺ軸正側に変位し、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに撓みが生じる。
第１橋梁支持部３０Ａに設けられた上部電極層Ｅ１１およびＥ１２は、第１橋梁支持部３０Ａのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、図１１に示すように、上部電極層Ｅ１１およびＥ１２には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ１３およびＥ１４は、第１橋梁支持部３０Ａのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ１３およびＥ１４には、正電荷が発生する。このため、１つの上部電極層に重なる圧電材料層４２の部分が圧縮応力と引張応力とを同時に受けることによって電荷がキャンセルされることを回避でき、第１橋梁支持部３０Ａに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。なお、圧電材料層４２の材料の種類に応じて、圧縮応力から正電荷を発生させ、引張応力から負電荷を発生させるようにしてもよい。
第１橋梁支持部３０Ｂに設けられた上部電極層Ｅ２１およびＥ２２は、第１橋梁支持部３０Ｂのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ２１およびＥ２２には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ２３およびＥ２４は、第１橋梁支持部３０Ｂのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ２３およびＥ２４には、正電荷が発生する。このようにして、第１橋梁支持部３０Ｂに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
第１橋梁支持部３０Ｃに設けられた上部電極層Ｅ３１およびＥ３２は、第１橋梁支持部３０Ｃのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ３１およびＥ３２には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ３３およびＥ３４は、第１橋梁支持部３０Ｃのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ３３およびＥ３４には、正電荷が発生する。このようにして、第１橋梁支持部３０Ｃに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
第１橋梁支持部３０Ｄに設けられた上部電極層Ｅ４１およびＥ４２は、第１橋梁支持部３０Ｄのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ４１およびＥ４２には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ４３およびＥ４４は、第１橋梁支持部３０Ｄのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ４３およびＥ４４には、正電荷が発生する。このようにして、第１橋梁支持部３０Ｄに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
図示しないが、Ｚ軸負側（下方）への振動加速度が加えられた場合においても同様にして、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４によって効率良く電荷を発生させることができる。
ところで、Ｚ軸方向に加えられた振動加速度が大きい場合には、第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２を介して天板７１に当接したり、底板７４に当接したりする。このうち天板７１に当接する際には、第１重錘体２１は、天板７１の天板対向面７２に設けられた天板側突起部７３に当接する。底板７４に当接する際には、第１重錘体２１は、底板７４の底板対向面７５に設けられた底板側突起部７６に当接する。このようにして、第１重錘体２１の上下方向の変位が規制され、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの塑性変形や破損の防止が図られている。
本実施の形態による発電素子１の第１重錘体２１は、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって台座１０に支持されている。このことにより、片持ち梁構造（第１重錘体２１が１つの第１橋梁支持部によって支持されている構造）を有する発電素子や、両持ち梁構造（第１重錘体２１が２つの第１橋梁支持部によって支持されている構造）を有する発電素子に比べて、振動加速度が加えられた場合の第１重錘体２１の変位を小さくすることができる。このため、第１重錘体２１が筐体７０の天板７１または底板７４に当接することなく変位可能な加速度範囲を拡大することができ、より広い加速度範囲で第１重錘体２１が天板７１または底板７４に当接することを回避できる。このため、第１重錘体２１が受けた力が天板７１または底板７４に逃げることを抑制し、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１に与えられる振動エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換させることができ、圧電素子４０から発生する電荷を増大させることができる。
また、Ｘ軸正側への振動加速度が加えられた場合、図１０に示すように、第１重錘体２１が、ＸＺ平面において回動するようになる。すなわち、第１重錘体２１の下端部がＸ軸正側に振れるように第１重錘体２１は回動する。このことにより、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂには、図１０に示すような撓みが生じ、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂには、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄに発生する曲げ応力よりも大きな曲げ応力が発生する。ここで、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄにも、第１重錘体２１の回動によってＸ軸正側への撓みが生じる。しかしながら、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄの第１延在軸線は、振動加速度の方向に対して垂直になっている。このため、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄに発生する応力は主として捻り応力になり、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂに発生する曲げ応力よりは小さくなる。
第１橋梁支持部３０Ａに設けられた上部電極層Ｅ１１およびＥ１２は、第１橋梁支持部３０Ａのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、図１１に示すように、上部電極層Ｅ１１およびＥ１２には、正電荷が発生する。上部電極層Ｅ１３およびＥ１４は、第１橋梁支持部３０Ａのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ１３およびＥ１４には、負電荷が発生する。このため、１つの上部電極層に重なる圧電材料層４２の部分が圧縮応力と引張応力とを同時に受けることによって電荷がキャンセルされることを回避でき、第１橋梁支持部３０Ａに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
第１橋梁支持部３０Ｂに設けられた上部電極層Ｅ２１およびＥ２２は、第１橋梁支持部３０Ｂのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ２１およびＥ２２には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ２３およびＥ２４は、第１橋梁支持部３０Ｂのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ２３およびＥ２４には、正電荷が発生する。このようにして、第１橋梁支持部３０Ｂに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
第１橋梁支持部３０Ｃに設けられた上部電極層Ｅ３１およびＥ３３は、第１橋梁支持部３０Ｃのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ３１およびＥ３３には、正電荷が発生する。上部電極層Ｅ３２およびＥ３４は、第１橋梁支持部３０Ｃのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ３２およびＥ３４には、負電荷が発生する。このようにして、第１橋梁支持部３０Ｃに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
第１橋梁支持部３０Ｄに設けられた上部電極層Ｅ４１およびＥ４３は、第１橋梁支持部３０Ｄのうち圧縮応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ４１およびＥ４３には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ４２およびＥ４４は、第１橋梁支持部３０Ｄのうち引張応力が発生する領域に配置されているため、上部電極層Ｅ４２およびＥ４４には、正電荷が発生する。このようにして、第１橋梁支持部３０Ｄに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
図示しないが、Ｘ軸負側への振動加速度が加えられた場合においても同様にして、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４によって効率良く電荷を発生させることができる。
また、Ｙ軸正側またはＹ軸負側への振動加速度が加えられる場合には、第１橋梁支持部３０Ａおよび第１橋梁支持部３０Ｂが、Ｘ軸正側またはＸ軸負側への振動加速度が加えられた場合の第１橋梁支持部３０Ｃおよび第１橋梁支持部３０Ｄと同様に変形する。第１橋梁支持部３０Ｃおよび第１橋梁支持部３０Ｄは、Ｘ軸正側またはＸ軸負側への振動加速度が加えられた場合の第１橋梁支持部３０Ａおよび第１橋梁支持部３０Ｂと同様に変形する。このため、Ｙ軸正側またはＹ軸負側への振動加速度が加えられる場合においても、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４によって効率良く電荷を発生させることができる。なお、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄには、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂに発生する曲げ応力よりも大きな曲げ応力が発生する。第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂの第１延在軸線は、振動加速度の方向に対して垂直になっているため、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂに発生する応力は主として捻り応力になり、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄに発生する曲げ応力よりは小さくなる。
また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への振動加速度が加えられた場合においても、第１重錘体２１が４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって台座１０に支持されている。このため、第１重錘体２１の変位を小さくすることができる。
なお、図１１では、各上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で発生した電荷を、正電荷（＋）または負電荷（−）で示している。第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生した応力と、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に発生した電荷は、薄膜状の圧電材料層４２の場合には、一義的に決められる場合が多い。ここで、一般的に、焼結によって形成される圧電セラミックでは、自発分極の向きがランダムになっているため、圧縮応力または引張応力を受けた場合であっても電荷は発生しない。しかしながら、高い電圧を印加して分極処理を行うことにより、圧電セラミックの自発分極の方向を揃えることができる。このような圧電セラミックで圧電材料層４２が形成されている場合には、分極処理で圧縮応力と引張応力とで発生する電荷の正負を意図的に変えることができる。このため、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で発生する電荷の正負ではなく、３次元的にいずれの方向においても、全ての上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に電荷を発生させることができるという点で、本実施の形態は有利である。このため、３軸発電を効率良く行うことが可能になっている。
このように本実施の形態によれば、第１重錘体２１を中心としたときの周方向において、平面視で互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線が所定の角度をなしている。このことにより、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの各第１延在軸線が、互いに異なる方向に延びるように、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄを配置することができる。このため、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄのうちの２つの第１橋梁支持部３０Ａ、３０Ｂの第１延在軸線が一直線上に配置される場合であっても、他の２つの第１橋梁支持部３０Ａ、３０Ｂの第１延在軸線を、第１橋梁支持部３０Ａ、３０Ｂの第１延在軸線とは異なる方向（本実施の形態では９０°異なる方向）に配置することができる。このことにより、ＸＹ平面においていずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線の全てが、当該振動加速度の方向に対して垂直になることを回避できる。このため、３次元的にいずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄのうちの少なくとも１つの第１橋梁支持部に比較的大きな曲げ応力を発生させることができる。従って、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で発生する電荷を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１の変位によって第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生した応力から、各上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電を効率良く行うことができる。
また、本実施の形態によれば、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線が、平面視で振動体２０の第１重錘体２１に対して放射状に配置されている。このことにより、第１重錘体２１を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線がなす角度を均等化させることができる。このため、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で発生する電荷に、ＸＹ平面における振動加速度の方向に関して指向性が生じることを抑制できる。この結果、各上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４でより一層効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電をより一層効率良く行うことができる。とりわけ、本実施の形態によれば、平面視で互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線がなす角度が等しくなっている。このことにより、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で発生する電荷に、振動加速度の平面方向に関連した指向性が生じることをより一層抑制でき、３軸発電をより一層効率良く行うことができる。
また、本実施の形態によれば、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって第１重錘体２１が支持されている。このことにより、２つの第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂの第１延在軸線と、２つの第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄの第１延在軸線とを、互いに垂直にすることができる。このことにより、平面視でいずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で発生する電荷に、振動加速度の平面方向に関連した指向性が生じることをより一層抑制できる。また、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの変形状態に対称性を持たせることができる。例えば、Ｘ軸方向に振動加速度が加えられた場合、中心軸線ＬＹに関して対称に４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄを変形させることができる。またＹ軸方向に振動加速度が加えられた場合に、中心軸線ＬＸに関して対称に４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄを変形させることができる。Ｚ軸方向に振動加速度が加えられた場合、中心軸線ＬＸおよび中心軸線ＬＹに関してそれぞれ対称に４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄを変形させることができる。このため、各上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４に発生する正電荷の総量と負電荷の総量とを等しくすることができ、発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、上述したように４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって第１重錘体２１が支持されているため、振動加速度が加えられた場合の第１重錘体２１の変位量を抑制することができる。このことにより、より広い加速度範囲で、第１重錘体２１が筐体７０の天板７１や底板７４に当接することを回避できる。このため、第１重錘体２１が受けた力が天板７１や底板７４に逃げることを抑制し、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させて、圧電素子４０から発生する電荷を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１の変位を抑制することができるとともに発電量を増大させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１が４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって支持されているため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに反りが発生することを抑制できる。ここで、発電素子が片持ち梁構造を有する場合には、第１橋梁支持部上に下部電極層Ｅ０、圧電材料層４２および上部電極層が積層されているために、各層の線膨張係数の相違によって第１橋梁支持部に反りが発生し得る。片持ち梁構造を有する場合には、第１橋梁支持部の第１重錘体２１の側の端部は自由端になることから、この反りは大きくなる場合がある。この場合には、半導体製造装置に入らなくなり、製造工程上好ましくない。これに対して、本実施の形態による発電素子１は、上述した４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって第１重錘体２１が支持されているため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する反りを低減することができ、製造上有利である。
また、本実施の形態によれば、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄにおいて、４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が、対応する第１延在軸線に沿う方向において互いに異なる位置に配置されている。このことにより、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが変形する場合に、圧縮応力が発生する部分と、引張応力が発生する部分とに、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４をそれぞれ配置させることができる。このため、１つの上部電極層に発生する電荷が、圧縮応力に起因する負電荷と引張応力に起因する正電荷とが同時に発生してキャンセルされることを回避できる。この結果、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電をより一層効率良く行うことができる。
また、本実施の形態によれば、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄにおいて、４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が、対応する第１延在軸線に垂直な方向において互いに異なる位置に配置されている。このことにより、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄが変形する場合に、圧縮応力が発生する部分と、引張応力が発生する部分とに、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４をそれぞれ配置させることができる。このため、１つの上部電極層に発生する電荷が、圧縮応力に起因する負電荷と引張応力に起因する正電荷とが同時に発生してキャンセルされることを回避できる。この結果、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生した応力から効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電をより一層効率良く行うことができる。
また、本実施の形態によれば、天板７１の天板対向面７２に、第１重錘体２１が上方へ変位した場合に当接可能な複数の天板側突起部７３が設けられている。ここで、天板側突起部７３が設けられていない場合には、第１重錘体支持部２２が天板対向面７２に近接すると、第１重錘体支持部２２と天板対向面７２との間の空間に存在する空気の粘性によってダンピング作用が生じて、第１重錘体２１の振動が抑制される場合がある。この場合には、第１重錘体２１の振動エネルギーが失われ、発電効率が低下するおそれがある。これに対して本実施の形態によれば、天板対向面７２に天板側突起部７３が設けられているため、第１重錘体２１が第１重錘体支持部２２を介して天板側突起部７３に当接した場合であっても第１重錘体支持部２２と天板対向面７２との間にギャップを確保することができる。このため、第１重錘体支持部２２と天板対向面７２との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第１重錘体２１の振動が抑制されることを防止できる。この結果、発電素子１の発電効率が低下することを防止できる。
さらに、本実施の形態によれば、底板７４の底板対向面７５に、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に当接可能な複数の底板側突起部７６が設けられている。ここで、底板側突起部７６が設けられていない場合には、第１重錘体２１が底板対向面７５に近接すると、第１重錘体２１と底板対向面７５との間の空間に存在する空気の粘性によってダンピング作用が生じて、第１重錘体２１の振動が抑制される場合がある。この場合には、第１重錘体２１の振動エネルギーが失われ、発電効率が低下するおそれがある。これに対して本実施の形態によれば、底板対向面７５に底板側突起部７６が設けられているため、第１重錘体２１が底板側突起部７６に当接した場合であっても第１重錘体２１と底板対向面７５との間にギャップを確保することができる。このため、第１重錘体２１と底板対向面７５との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第１重錘体２１の振動が抑制されることを防止できる。このため、発電素子１の発電効率が低下することを防止できる。
なお、上述した本実施の形態においては、電荷発生素子として圧電素子４０を用いる例について説明した。しかしながら、振動体２０の変位時に電荷を発生させることができれば、圧電素子４０を用いることに限られることはなく、例えば、エレクトレットなどを用いてもよい。
また、上述した本実施の形態においては、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに、４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４がそれぞれ設けられている例について説明した。しかしながら、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに配置される上部電極層の個数や配置などは、任意であり、例えば、図１２〜図１４に示すような個数や配置にしてもよい。図１２〜図１４はそれぞれ、図２に示す圧電素子４０の上部電極の変形例を示す平面図である。
図１２〜図１４に示すように、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２を設けるようにしてもよい。ここでは代表的に、第１橋梁支持部３０Ａに設けられる上部電極層Ｅ１、Ｅ２を例にとって説明する。
図１２に示す上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、第１延在軸線（中心軸線ＬＸ）に垂直な方向（ここではＹ軸方向）において互いに異なる位置に配置されている。より具体的には、図１２においては、上部電極層Ｅ１は、中心軸線ＬＸに対してＹ軸正側に配置され、上部電極層Ｅ２は、中心軸線ＬＸに対してＹ軸負側に配置されている。２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、第１延在軸線に沿う方向（ここでは、Ｘ軸方向）において長く形成されると、圧縮応力と引張応力とを同時に受けることによって電荷がキャンセルされる可能性がある。このため、上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、圧縮応力と引張応力とを同時に受けないように形成されていることが好ましい。例えば、図２に示すような上部電極層Ｅ１１〜Ｅ１４のように、第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線に沿う方向（ここではＸ軸方向）における中間点を通って第１延在軸線に垂直な方向（ここではＹ軸方向）に延びる軸線ＬＹ’に対して、一方の側（Ｘ軸正側）または他方の側（Ｘ軸負側）に２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２が配置されていることが好ましい。図１２においては、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２がいずれも、軸線ＬＹ’に対してＸ軸正側に配置されている例が示されている。しかしながら、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２はいずれも、軸線ＬＹ’に対してＸ軸負側に配置されていてもよい。また、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２のうちの一方を軸線ＬＹ’に対してＸ軸正側に、他方を軸線ＬＹ’に対してＸ軸負側に形成するようにしてもよい。
図１３に示す上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、第１延在軸線（中心軸線ＬＸ）に沿う方向（ここではＸ軸方向）において互いに異なる位置に配置されている。より具体的には、図１３においては、上部電極層Ｅ１は、軸線ＬＹ’に対してＸ軸負側に配置され、上部電極層Ｅ２は、軸線ＬＹ’に対してＸ軸正側に配置されている。図１３に示す例においても、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、圧縮応力と引張応力とを同時に受けないように配置されていることが好ましい。例えば、図２に示すような上部電極層Ｅ１１〜Ｅ１４のように、第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線に垂直な方向（ここではＹ軸方向）における中間点を通って第１延在軸線に沿って延びる軸線（中心軸線ＬＸ）に対して、一方の側（Ｙ軸正側）または他方の側（Ｙ軸負側）に上部電極層Ｅ１、Ｅ２が配置されていることが好ましい。図１３においては、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２がいずれも、中心軸線ＬＸに対してＹ軸正側に配置されている例が示されている。しかしながら、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２はいずれも、中心軸線ＬＸに対してＹ軸負側に配置されていてもよい。また、図１４に示すように、上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、中心軸線ＬＸに対してＹ軸正側からＹ軸負側にわたって、中心軸線ＬＸを跨ぐように配置されていてもよい。この場合、上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、中心軸線ＬＸ上に配置される。また、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２の一方を中心軸線ＬＸに対してＹ軸正側に、他方を中心軸線ＬＸに対してＹ軸負側に形成するようにしてもよい。
更に言えば、圧縮応力と引張応力とを同時に受けないように配置することができれば、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに設けられる上部電極層は１つでもよい。
また、上述した本実施の形態においては、外装パッケージ８０を備えた発電素子１として、図８に示すように、台座１０と天板７１と底板７４とによって構成される筐体７０が外装パッケージ８０に収容されている例について説明した。しかしながら、外装パッケージ８０への収容形態としては、これに限られることはない。例えば、図１５に示すような収容形態としてもよい。図１５は、図８に示す外装パッケージを備えた発電素子の変形例を示す図である。
図１５に示す変形例においては、外装パッケージ８０が、蓋８３と収容体８４とを有し、蓋８３が天板７１を含み、収容体８４が底板７４を含んでいる。この場合、図７に示すような筐体７０は構成されておらず、台座１０は、収容体８４の底板７４に接合されている。図１５に示す形態においても、第１重錘体２１がニュートラル位置にあるときには、天板７１は第１重錘体支持部２２に所定の距離ｄ１を隔てて離間しており、第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２を介して天板７１に当接するまで上方へ変位可能になっている。同様に、底板７４は第１重錘体２１に所定の距離ｄ２を隔てて離間しており、第１重錘体２１は、底板７４に当接するまで下方へ変位可能になっている。圧電素子４０の側のボンディングパッド７７は、台座１０に設けられ、外部の側のボンディングパッド８１は、収容体８４に設けられ、これらのボンディングパッド７７、８１が、ボンディングワイヤ８２で接続される。
また、上述した本実施の形態においては、振動体２０は、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって台座１０に支持されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１橋梁支持部の個数は３つ（図２０参照）でもよく、５つ以上でもよい。第１橋梁支持部の個数が３つ以上あることにより、ＸＹ平面においていずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、３つまたは５つ以上の第１橋梁支持部の第１延在軸線の全てが、当該振動加速度の方向に対して垂直になることを回避できる。このため、３次元的にいずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、第１重錘体２１の変位によって第１橋梁支持部に発生した応力から、各上部電極層で効率良く電荷を発生させることができる。このため、３軸発電を効率良く行うことができる。
また、上述した本実施の形態においては、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線は、平面視で第１重錘体２１に対して放射状に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、平面視で互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線が所定の角度をなしていれば、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの配置は任意である。この場合においても、平面視で互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線が所定の角度をなしていれば、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄがなす角度が等しくなくても、各第１延在軸線を互いに異なる方向に配置することができる。このことにより、ＸＹ平面においていずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線の全てが、当該振動加速度の方向に対して垂直になることを回避できる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄのうちの少なくとも１つの第１橋梁支持部に比較的大きな曲げ応力を発生させることができ、上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４で発生する電荷を増大させることができる。
また、上述した本実施の形態においては、天板７１の天板対向面７２に、複数の天板側突起部７３が設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１重錘体２１を当接させることができれば、天板対向面７２に設けられる天板側突起部７３の個数は複数に限られることはない。また、上述した本実施の形態においては、底板７４の底板対向面７５に、複数の底板側突起部７６が設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１重錘体２１を当接させることができれば、底板対向面７５に設けられる底板側突起部７６の個数は複数に限られることはない。
さらに、上述した本実施の形態においては、天板７１が天板側突起部７３を含み、底板７４が底板側突起部７６を含んでいる場合には、空気のダンピング作用によって振動体２０の振動が抑制されることを防止できる旨、説明している。このような作用効果は、第１橋梁支持部の形状や配置等に関わることなく、得ることができる。すなわち、空気のダンピング作用によって振動体２０の振動が抑制されることを防止するために天板側突起部７３および／または底板側突起部７６を設ける場合には、振動体２０が台座１０に支持される態様（例えば、第１橋梁支持部や後述する第２橋梁支持部の配置および形状）や、台座１０および振動体２０の形状等は任意である。
（第２の実施の形態）
次に、図１６〜図２０を用いて、本発明の第２の実施の形態における発電素子について説明する。
図１６〜図２０に示す第２の実施の形態においては、振動体の第１重錘体が、第１重錘体中心部と、第１重錘体中心部に連結された第１重錘体突出部と、を含んでいる点が主に異なり、他の構成は、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１６〜図２０において、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図１６に、本発明の第２の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図１７に、図１６のＢ−Ｂ線断面を示す。図１６においては、図面を明瞭にするために、圧電素子４０の上部電極層の図示を省略している。図１６においても、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄには、図２に示すように４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が設けられるようにしてもよく、または図１２〜図１４に示すように２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２が設けられるようにしてもよい。更に言えば、上部電極層は１つでもよい。後述する図１８〜図２０に示す変形例においても同様である。
本実施の形態においては、図１６に示すように、振動体２０の第１重錘体２１は、第１重錘体中心部９０と、第１重錘体中心部９０に連結された複数の第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄと、を含んでいる。このうち第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、第１重錘体中心部９０から台座１０に向かって突出している。本実施の形態では、第１重錘体中心部９０は、平面視で矩形状（または正方形状）に形成されており、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、第１重錘体中心部９０の角部から膨出するように形成されている。第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄも、平面視で矩形状（または正方形状）に形成されている。このことにより、第１重錘体２１の平面形状は、全体として、クローバー形状になっている。第１重錘体中心部９０と第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、連続して一体に形成されている。第１重錘体支持部２２は、第１重錘体中心部９０の上面の全体および各第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの上面の全体に、一体に形成されて接合されている。
第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、平面視で第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向（中心Ｏに対する周方向）において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間に配置されている。言い換えると、周方向に隣り合う第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの間に、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１重錘体中心部９０の側の端部３２Ａ〜３２Ｄ（図２参照）を引き込む引込凹部９４Ａ〜９４Ｄが設けられている。この引込凹部９４Ａ〜９４Ｄは、第１重錘体２１の外縁から内周側に凹むように形成されている。そして、引込凹部９４Ａ〜９４Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線に沿うように細長状に延びるように形成されている。図１６に示す例では、引込凹部９４Ａ〜９４Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの端部３２Ａ〜３２Ｄを含む多くの部分を引き込んでいる。その結果、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、周方向に隣り合う第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの間に配置されている。
第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの台座１０の側の外縁９２Ａ〜９２Ｄは、台座１０の内縁１３（台座開口部１１を画定する内縁１３）に沿って（または平行に）形成され、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側の外縁９３Ａ〜９３Ｄは、当該第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側縁３３Ａ〜３３Ｄに沿って（または平行に）形成されている。
より具体的には、第１橋梁支持部３０Ａと第１橋梁支持部３０Ｄとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ａが配置されている。第１重錘体突出部９１Ａは、２つの第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｄと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体突出部９１Ａの台座１０の側の外縁９２Ａは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ａの対向する第１橋梁支持部３０Ａの側の外縁９３Ａは、第１橋梁支持部３０Ａの側縁３３Ａに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｄの側の外縁９３Ａは、第１橋梁支持部３０Ｄの側縁３３Ｄに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｄと第１橋梁支持部３０Ｂとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ｂが配置されている。第１重錘体突出部９１Ｂは、２つの第１橋梁支持部３０Ｂおよび３０Ｄと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体突出部９１Ｂの台座１０の側の外縁９２Ｂは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ｂの対向する第１橋梁支持部３０Ｄの側の外縁９３Ｂは、第１橋梁支持部３０Ｄの側縁３３Ｄに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｂの側の外縁９３Ｂは、第１橋梁支持部３０Ｂの側縁３３Ｂに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｂと第１橋梁支持部３０Ｃとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ｃが配置されている。第１重錘体突出部９１Ｃは、２つの第１橋梁支持部３０Ｂおよび３０Ｃと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体突出部９１Ｃの台座１０の側の外縁９２Ｃは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ｃの対向する第１橋梁支持部３０Ｂの側の外縁９３Ｃは、第１橋梁支持部３０Ｂの側縁３３Ｂに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｃの側の外縁９３Ｃは、第１橋梁支持部３０Ｃの側縁３３Ｃに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｃと第１橋梁支持部３０Ａとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ｄが配置されている。第１重錘体突出部９１Ｄは、２つの第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｃと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体突出部９１Ｄの台座１０の側の外縁９２Ｄは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ｃの側の外縁９３Ｄは、第１橋梁支持部３０Ｃの側縁３３Ｃに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ａの側の外縁９３Ｄは、第１橋梁支持部３０Ａの側縁３３Ａに沿って形成されている。
図１７に示すように、第１重錘体中心部９０の下面は、台座１０の下面よりも上方に位置付けられている。第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの下面は、第１重錘体中心部９０の下面と面一になっている。このようにして、第１重錘体２１は、上述した底板７４（図７など参照）に当接するまで下方に変位可能になっている。
このように本実施の形態によれば、振動体２０の第１重錘体２１は、第１重錘体中心部９０と、第１重錘体中心部９０に連結された複数の第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄと、を含んでいる。このことにより、第１重錘体２１の平面面積を増大させて、第１重錘体２１の質量を増加させることができ、振動加速度が加えられた場合における第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。このため、圧電素子４０の上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４から発生させる電荷を増大させることができ、３軸発電の発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、平面視で第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間に配置されている。このことにより、第１重錘体２１の平面面積を増大させながらも、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１重錘体中心部９０の側の端部３２Ａ〜３２Ｄを、台座１０の側の端部３１Ａ〜３１Ｄから遠ざけることができる。このため、第１重錘体２１の質量を増加させつつ、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの台座１０の側の外縁９２Ａ〜９２Ｄは、台座１０の内縁１３に沿って形成され、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側の外縁９３Ａ〜９３Ｄは、当該第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側縁３３Ａ〜３３Ｄに沿って形成されている。このことにより、第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間の空間における第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの占有率を大きくすることができる。このため、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの質量を効果的に増加させることができ、第１重錘体２１の質量をより一層増加させることができる。
なお、上述した本実施の形態においては、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂの第１延在軸線が、中心軸線ＬＸになっているとともに、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄの第１延在軸線が、中心軸線ＬＹになっている例について説明した。しかしながら、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの平面形状は、これに限られることはなく、例えば、図１８に示すような平面形状にしてもよい。図１８は、図１６に示す発電素子１の変形例を示す平面図である。
図１８に示す変形例においては、第１橋梁支持部３０Ａが、Ｘ軸方向（第１延在軸線に沿う方向）に延びる第１方向部分３０Ａ１と、第１方向部分３０Ａ１よりも台座１０の側に設けられた第２方向部分３０Ａ２と、を有している。このうち第２方向部分３０Ａ２は、第１延在軸線とは異なる方向に延びている。図１８に示す変形例においては、第２方向部分３０Ａ２が延びる方向は、第１延在軸線に垂直であるＹ軸方向となっており、第１橋梁支持部３０Ａの平面形状が、Ｌ字状になっている。同様に、第１橋梁支持部３０Ｂも、第１方向部分３０Ｂ１と第２方向部分３０Ｂ２とを有しており、第１橋梁支持部３０Ｂの平面形状もＬ字状になっている。図１８に示す変形例によれば、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、図１８に示す変形例においては、第１橋梁支持部３０Ｃが、Ｙ軸方向（第１延在軸線に沿う方向）に延びる第１方向部分３０Ｃ１と、第１延在軸線とは異なる方向に延びる第２方向部分３０Ｃ２と、を有している。このうち第２方向部分３０Ｃ２が延びる方向は、第１延在軸線に垂直であるＸ軸方向となっており、第１橋梁支持部３０Ｃの平面形状が、Ｔ字状になっている。このため、第２方向部分３０Ｃ２の両端部が、第１橋梁支持部３０Ｃの台座１０の側の端部３１Ｃ（図２参照）となって台座１０に連結されている。第１方向部分３０Ｃ１は、第２方向部分３０Ｃ２の中間位置またはその近傍に連結されている。同様に、第１橋梁支持部３０Ｄも、第１方向部分３０Ｄ１と第２方向部分３０Ｄ２とを有しており、第１橋梁支持部３０Ｄの平面形状もＴ字状になっている。図１８に示す変形例によれば、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの平面形状は、例えば、図１９に示すような平面形状にしてもよい。図１９は、図１６に示す発電素子１の他の変形例を示す平面図である。
図１９に示す変形例においては、第１橋梁支持部３０Ａが、第１延在軸線に垂直な方向において互いに異なる位置に配置された振動体側部分３５、中間部分３６および台座側部分３７を有している。振動体側部分３５は、振動体２０の第１重錘体２１に連結された部分であって、図２に示すＸ軸正側の端部３２Ａを含む部分である。台座側部分３７は、台座１０に連結された部分であって、図２に示すＸ軸負側の端部３１Ａを含む部分である。中間部分３６は、振動体側部分３５と台座側部分３７との間に配置されている。振動体側部分３５、中間部分３６および台座側部分３７は、第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線に沿って（Ｘ軸方向）に延びており、この順番でＹ軸正側に向かって配置されて、互いに平行になっている。
振動体側部分３５の台座１０の側の端部３５ａ（図１９における左側端部）と、中間部分３６の前記第１重錘体２１の側の端部３６ａ（図１９における左側端部）とが、第１連結部分３８によって連結されている。中間部分３６の台座１０の側の端部３６ｂ（図１９における右側端部）と、台座側部分３７の振動体２０の側の端部３７ａ（図１９における右側端部）とが、第２連結部分３９によって連結されている。なお、第１重錘体２１の側という用語、および台座１０の側という用語は、平面形状として見た場合の方向を意味しているのではなく、連結されている方向を意味するものとして用いている。
第１連結部分３８および第２連結部分３９は、第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線とは異なる方向に延びている。図１９に示す変形例においては、第１連結部分３８および第２連結部分３９は、第１延在軸線に垂直な方向（Ｙ軸方向）に延びている。
第１橋梁支持部３０Ｂ〜３０Ｄも、第１橋梁支持部３０Ａと同様に形成されているため、ここでは詳細な説明は省略する。
図１９に示す変形例によれば、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、上述した本実施の形態においては、振動体２０の第１重錘体２１が、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって台座１０に支持されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、例えば、図２０に示すように、第１重錘体２１は、３つの第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇによって台座１０に支持されるようにしてもよい。図２０は、図１６に示す発電素子１の他の変形例を示す平面図である。
図２０に示す変形例においても、平面視で互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇの第１延在軸線は、所定の角度（図２０に示すθ２）をなしている。このようにして、各第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇの第１延在軸線は、互いに異なる方向に延びている。また、３つの第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇの第１延在軸線は、平面視で第１重錘体２１に対して放射状に配置されており、第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇは、第１重錘体２１を中心としたときの周方向において均等に配置されている。図２０においては、第１橋梁支持部３０Ｅの第１延在軸線が、ＬＥで示されており、第１橋梁支持部３０Ｆの第１延在軸線が、ＬＦで示されている。第１橋梁支持部３０Ｇの第１延在軸線は、中心軸線ＬＹになっている。
より詳細には、図２０に示す変形例では、平面視において、第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇの第１延在軸線がなす角度（θ２）は、等しくなっており、いずれも１２０°となっている。なお、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇの第１延在軸線がなす角度は、等しいことに限られることはない。例えば、当該角度は、１２０°ではなく、１１０°〜１３０°であってもよい。この場合においても、３つの第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇの第１延在軸線は、平面視で第１重錘体２１に対して放射状に配置されているとみなすことができる。
また、第１重錘体中心部９０の平面形状は、略三角形状になっている。この第１重錘体中心部９０には３つの第１重錘体突出部９１Ｅ〜９１Ｇが連結されている。
図２０に示す変形例においても、ＸＹ平面においていずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、３つの第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇの第１延在軸線の全てが、当該振動加速度の方向に対して垂直になることを回避できる。このため、第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇのうちの少なくとも１つの第１橋梁支持部に比較的大きな曲げ応力を発生させることができる。従って、上部電極層で発生する電荷を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１の変位によって第１橋梁支持部３０Ｅ〜３０Ｇに発生した応力から、各上部電極層で効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電を効率良く行うことができる。
さらに、図１８〜図２０に示す変形例においては、第１重錘体２１が、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄ、９１Ｅ〜９１Ｇを含んでいる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１重錘体２１は、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄ、９１Ｅ〜９１Ｇを含んでいなくてもよい。すなわち、図１８〜図２０に示す第１橋梁支持部の形状を、第１の実施の形態における図２に示す発電素子１に適用してもよい。
（第３の実施の形態）
次に、図２１および図２２を用いて、本発明の第３の実施の形態における発電素子について説明する。
図２１および図２２に示す第３の実施の形態においては、第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図２１および図２２において、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図２１に、本発明の第３の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図２２に、図２１のＣ−Ｃ線断面を示す。なお、図２１は、図２２のＤ−Ｄ線から見た平面図に相当する。図２１においては、図面を明瞭にするために、圧電素子４０の上部電極層の図示を省略している。図２１においても、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄには、図２に示すように４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が設けられるようにしてもよく、または図１２〜図１４に示すように２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２が設けられるようにしてもよい。更に言えば上部電極層は１つでもよい。
本実施の形態においては、図２１および図２２に示すように、第１重錘体２１の下面（第１重錘体支持部２２の側とは反対側）に、第１追加重錘体１００が設けられている。これにより、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの先端部に、第１重錘体２１と第１追加重錘体１００とが連結されることになり、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに連結された振動体２０の質量が増加している。また、第１追加重錘体１００が設けられていない場合（図１〜図３参照）の第１重錘体２１の重心位置よりも、第１重錘体２１および第１追加重錘体１００の合成重心位置（第１重錘体２１と第１追加重錘体１００とで構成される振動体２０の重心位置）が下がっている。
図２２に示すように、第１追加重錘体１００は、第１重錘体２１の変位を規制する第１ストッパー部１０１を有している。この第１ストッパー部１０１は、第１重錘体２１が上方（第１重錘体支持部２２の側、Ｚ軸正側）へ変位した場合に、台座１０の第１座部１１１（後述）に当接可能になっている。第１追加重錘体１００は、平面視で、第１重錘体２１よりも台座１０に向かって外側に延びるように形成されており、第１ストッパー部１０１は、第１追加重錘体１００の外周側部に形成されている。より具体的には、第１追加重錘体１００は、第１重錘体２１に接合された第１本体部１０２と、第１本体部１０２よりも外周側に配置された第１ストッパー部１０１と、を有している。
台座１０の下面には、追加台座１１０が設けられている。追加台座１１０は、平面視で矩形枠状に形成されており、その内側に第１追加重錘体１００が配置されるように形成されている。これにより、追加台座１１０は、第１追加重錘体１００の第１ストッパー部１０１に対向している。第１追加重錘体１００の下面は、追加台座１１０の下面よりも上方に位置付けられている。
台座１０の下面には、第１ストッパー部１０１が当接する第１座部１１１が設けられている。この第１座部１１１は、平面視で、台座１０の内周側部に形成されている。追加台座１１０の内面は、第１座部１１１を下方に露出させるように、台座１０の内面よりも外側に後退している。
追加台座１１０の内面には、第１ストッパー部１０１が当接可能な第２座部１１２が設けられている。この第２座部１１２には、第１重錘体２１がＸＹ平面（各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線を含む平面）に沿う方向で変位した場合に第１ストッパー部１０１が当接する。
上述した底板７４は、追加台座１１０を介して台座１０に連結されている。これにより、第１重錘体２１および第１追加重錘体１００は、底板７４に当接するまで、下方に変位可能になっている。底板７４は、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に第１ストッパー部１０１が当接可能な第３座部１１３を含んでいる。この第３座部１１３は、図７に示す底板対向面７５と複数の底板側突起部７６とによって構成されている。本実施の形態では、底板対向面７５は、第１追加重錘体１００に対向している。底板側突起部７６には、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に第１追加重錘体１００が当接可能になっている。
一方、図２２に示すように、本実施の形態においては、図７と同様な天板７１が設けられていてもよい。この天板７１は、第１重錘体支持部２２に対向した天板対向面７２と複数の天板側突起部７３とを含んでいる。第１重錘体２１がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体支持部２２は、天板側突起部７３に所定の距離ｄ１を隔てて離間している。なお、上述したように、第１追加重錘体１００が、第１重錘体２１の変位を規制する第１ストッパー部１０１を有している場合には、図２２に示す天板７１は設けられていなくてもよい。
第１ストッパー部１０１の上面１０１Ｕは、第１本体部１０２の上面１０２Ｕよりも下方に位置付けられている。例えば、第１追加重錘体１００を製造する際に、エッチングや機械加工などによって、第１追加重錘体１００の上面を部分的に除去することにより、このような第１ストッパー部１０１の上面１０１Ｕを形成することができる。このようにして、第１ストッパー部１０１は、第１重錘体２１がニュートラル位置にあるときに、台座１０の第１座部１１１に所定の距離ｄ３を隔てて離間している。このことにより、第１重錘体２１は、第１ストッパー部１０１が第１座部１１１に当接するまで上方へ変位可能になっている。この距離ｄ３は、距離ｄ１と等しくてもよく、または距離ｄ１よりも小さくてもよい。このことにより、第１ストッパー部１０１が、第１重錘体２１の上方への変位のストッパーとして機能することができる。なお、第１重錘体２１の下面は、台座１０の下面と面一になっている。
第１追加重錘体１００は、第１重錘体２１と同一の材料（シリコン）により第１重錘体２１とは別個に作製されていてもよい。この場合、第１追加重錘体１００は、第１重錘体２１の下面に、直接接合技術を用いて接合してもよい。あるいは、第１追加重錘体１００がガラスや金属で作製されていてもよい。この場合、シリコンで作製された第１重錘体２１の下面に、陽極接合技術を用いて接合してもよい。追加台座１１０についても同様にして、台座１０の下面に接合することができる。第１追加重錘体１００の厚みは、例えば１ｍｍ〜２ｍｍである。
このように本実施の形態によれば、第１重錘体２１の下面に第１追加重錘体１００が設けられている。このことにより、第１追加重錘体１００が設けられていない場合の第１重錘体２１の重心位置よりも、第１重錘体２１および第１追加重錘体１００の合成重心位置を下げることができる。このため、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への振動加速度がそれぞれ加えられた場合における各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。また、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに連結された重錘体（第１重錘体２１と第１追加重錘体１００）の質量を増加させることができ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向への振動加速度がそれぞれ加えられた場合における各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。この結果、圧電素子４０から発生させる電荷を増大させることができ、３軸発電の発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１追加重錘体１００が、台座１０の第１座部１１１に当接可能に設けられた第１ストッパー部１０１を有している。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第１重錘体２１の上方への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１がＸＹ平面に沿う方向で変位した場合に、第１ストッパー部１０１が、追加台座１１０に設けられた第２座部１１２に当接する。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第１重錘体２１のＸＹ平面に沿う方向への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に、第１追加重錘体１００が、底板７４に設けられた第３座部１１３に当接する。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第１重錘体２１の下方への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。とりわけ、本実施の形態によれば、第３座部１１３が底板側突起部７６を含んでいるため、第１追加重錘体１００が底板側突起部７６に当接した場合であっても第１追加重錘体１００と底板対向面７５との間にギャップを確保することができる。このため、第１追加重錘体１００と底板対向面７５との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第１追加重錘体１００の振動が抑制されることを防止できる。このため、発電素子１の発電効率が低下することを防止できる。
（第４の実施の形態）
次に、図２３〜図２５を用いて、本発明の第４の実施の形態における発電素子について説明する。
図２３〜図２５に示す第４の実施の形態においては、振動体が、第１重錘体と、第２重錘体と、第１重錘体と第２重錘体とを連結した第２橋梁支持部と、を有している点が主に異なり、他の構成は、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図２３〜図２５において、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図２３に、本発明の第４の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図２４に、図２３のＥ−Ｅ線断面を示す。
本実施の形態においては、図２３に示すように、振動体２０は、第１重錘体２１と、第２重錘体１２１と、第１重錘体２１と第２重錘体１２１とを連結した第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄと、を有している。このうち、第２重錘体１２１は、平面視において矩形枠状に形成されており、第２重錘体１２１の内側に第１重錘体２１が配置されている。第１重錘体２１と第２重錘体１２１とは、互いに離間している。第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、第２重錘体１２１と台座１０とを連結している。
第１重錘体２１と第２重錘体１２１は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄと同数の第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄによって連結されている。すなわち、本実施の形態では、第１重錘体２１と第２重錘体１２１は、４つの第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄによって連結されている。第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄは、第２延在軸線をそれぞれ有しており、第１重錘体２１から第２重錘体１２１に向かって（または第２重錘体１２１から第１重錘体２１に向かって）、対応する第２延在軸線に沿って延びている。本実施の形態では、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに沿って整列されており、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線は、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線に沿っている。すなわち、第２橋梁支持部１３０Ａおよび１３０Ｂの第２延在軸線は、中心軸線ＬＸであり、第２橋梁支持部１３０Ｃおよび１３０Ｄの第２延在軸線は、中心軸線ＬＹになっている。なお、図２３に示す形態では、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄが第１重錘体２１から第２重錘体１２１に向かって細長状に延びており、第２延在軸線が、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの長手方向に延びている。しかしながら、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄは、幅広に形成されていてもよい。この場合には、第２延在軸線は、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに垂直な方向に延びるようになる。
このようにして、４つの第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線は、平面視で第１重錘体２１に対して放射状に配置されている。そして、第１重錘体２１を中心としたときの周方向（中心Ｏに対する周方向）において、互いに隣り合う一対の第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線がなす角度は等しくなっている。
より具体的には、第２橋梁支持部１３０Ａの第２延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線に沿っており、第２橋梁支持部１３０Ｂの第２延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ｂの第１延在軸線に沿っている。このため、第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｂ並びに第２橋梁支持部１３０Ａおよび１３０Ｂは、平面視において、第１重錘体２１のＸ軸方向に延びる中心軸線ＬＸ上に配置されている。第２橋梁支持部１３０Ａは、第１重錘体２１に対してＸ軸負側に配置されており、第２橋梁支持部１３０Ｂは、第１重錘体２１に対してＸ軸正側に配置されている。このため、第２橋梁支持部１３０Ａおよび１３０Ｂは、平面視で中心軸線ＬＹに関して対称に形成されている。
また、第２橋梁支持部１３０Ｃの第２延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ｃの第１延在軸線に沿っており、第２橋梁支持部１３０Ｄの第２延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ｄの第１延在軸線に沿っている。このため、第１橋梁支持部３０Ｃおよび３０Ｄ並びに第２橋梁支持部１３０Ｃおよび１３０Ｄは、平面視において、第１重錘体２１のＹ軸方向に延びる中心軸線ＬＹ上に配置されている。第２橋梁支持部１３０Ｃは、第１重錘体２１に対してＹ軸正側に配置されており、第２橋梁支持部１３０Ｄは、第１重錘体２１に対してＹ軸負側に配置されている。このため、第２橋梁支持部１３０Ｃおよび１３０Ｄは、平面視で中心軸線ＬＸに関して対称に形成されている。
このようにして、本実施の形態による第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄは、平面視において、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、中心軸線ＬＹに関して対称に形成されている。これにより、４つの第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄが、十字状をなすように配置されている。このため、本実施の形態による発電素子１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各々において両持ち梁構造を有している。
本実施の形態では、第２重錘体１２１に、第１橋梁支持部３０ＡのＸ軸正側の端部３２Ａ、第１橋梁支持部３０ＢのＸ軸負側の端部３２Ｂ、第１橋梁支持部３０ＣのＹ軸負側の端部３２Ｃ、および第１橋梁支持部３０ＤのＹ軸正側の端部３２Ｄが、それぞれ連結されている。
本実施の形態による振動体２０は、図２３および図２４に示すように、第２重錘体１２１の上面（Ｚ軸正側の面）に設けられた第２重錘体支持部１２２を更に有している。第２重錘体支持部１２２は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄから第２重錘体１２１の上面に延びており、これらの橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび１３０Ａ〜１３０Ｄに連続して一体に形成されている。第２重錘体支持部１２２は、第２重錘体１２１の上面の全体に形成されており、第２重錘体１２１は、第２重錘体支持部１２２の下面（Ｚ軸負側の面）に接合されて、第２重錘体支持部１２２に支持されている。このような構成により、第２重錘体１２１は、第２重錘体支持部１２２を介して、第１橋梁支持部３０ＡのＸ軸正側の端部３２Ａ、第１橋梁支持部３０ＢのＸ軸負側の端部３２Ｂ、第１橋梁支持部３０ＣのＹ軸負側の端部３２Ｃおよび第１橋梁支持部３０ＤのＹ軸正側の端部３２Ｄに連結されている。このようにして、第２重錘体１２１は、第２重錘体支持部１２２を介して各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに支持されている。
また、第２橋梁支持部１３０ＡのＸ軸負側の端部１３１Ａは、第２重錘体１２１に連結され、Ｘ軸正側の端部１３２Ａは、第１重錘体２１に連結されている。第２橋梁支持部１３０ＢのＸ軸正側の端部１３１Ｂは、第２重錘体１２１に連結され、Ｘ軸負側の端部１３２Ｂは、第１重錘体２１に連結されている。第２橋梁支持部１３０ＣのＹ軸正側の端部１３１Ｃは、第２重錘体１２１に連結され、Ｙ軸負側の端部１３２Ｃは、第１重錘体２１に連結されている。第２橋梁支持部１３０ＤのＹ軸負側の端部１３１Ｄは、第２重錘体１２１に連結され、Ｙ軸正側の端部１３２Ｄは、第１重錘体２１に連結されている。
第１重錘体２１の上面に設けられた第１重錘体支持部２２は、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄから第１重錘体２１の上面に延びており、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに連続して一体に形成されている。第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２を介して、第２橋梁支持部１３０ＡのＸ軸正側の端部１３２Ａ、第２橋梁支持部１３０ＢのＸ軸負側の端部１３２Ｂ、第２橋梁支持部１３０ＣのＹ軸負側の端部１３２Ｃおよび第２橋梁支持部１３０ＤのＹ軸正側の端部１３２Ｄに連結されている。このようにして、第１重錘体２１は、第１重錘体支持部２２、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄおよび第２重錘体支持部１２２を介して、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに支持されている。
図２４に示すように、第１重錘体２１の下面および第２重錘体１２１の下面はそれぞれ、台座１０の下面よりも上方に位置付けられている。第１重錘体２１および第２重錘体１２１は、図２５に示すように、底板７４に当接するまで、Ｚ軸負側（下方）に変位可能になっている。第１重錘体２１の下面と第２重錘体１２１の下面は面一になっている。
図２３においては、圧電素子４０の上部電極層の図示を省略している。図２３においても、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄには、図２に示すように４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が設けられるようにしてもよく、または図１２〜図１４に示すように２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２が設けられるようにしてもよい。更に言えば、上部電極層は１つでもよい。
また、図示しないが、各第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄにも、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄ上に設けられた上部電極層と同様に、４つの上部電極層が設けられるようにしてもよく、または図１２〜図１４に示すように２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２が設けられるようにしてもよい。更に言えば、上部電極層は１つでもよい。第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに設けられる上部電極層は、各第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄのうち第１重錘体２１および第２重錘体１２１の変位時に応力が発生する領域（第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄ自体が変形する領域）に配置されていることが好適である。第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄ上の上部電極層も電気的に互いに独立している。
本実施の形態による発電回路６０は、図６に示す発電回路６０と同様に構成することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。
図２５に、筐体７０を備えた図２３の発電素子１の断面図を示す。天板７１は、第１重錘体支持部２２に対向した平坦状の第１天板対向面１４０と、第２重錘体支持部１２２に対向した平坦状の第２天板対向面１４１と、を含んでいる。第１天板対向面１４０は、第２天板対向面１４１よりも上方に位置づけられている。第１天板対向面１４０には、複数の第１天板側突起部１４２が設けられている。この第１天板側突起部１４２には、第１重錘体２１が上方へ変位した場合に第１重錘体支持部２２を介して当接可能になっている。第２天板対向面１４１には、複数の第２天板側突起部１４３が設けられている。この第２天板側突起部１４３には、第２重錘体１２１が上方へ変位した場合に第２重錘体支持部１２２を介して当接可能になっている。
振動体２０がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体支持部２２は、第１天板側突起部１４２に所定の距離ｄ４を隔てて離間しており、第１重錘体２１は、天板７１に当接するまで上方へ変位可能になっている。また、第２重錘体支持部１２２は、第２天板側突起部１４３に所定の距離ｄ５を隔てて離間しており、第２重錘体１２１は、天板７１に当接するまで上方へ変位可能になっている。振動体２０がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体支持部２２と第１天板側突起部１４２との間の距離ｄ４は、第２重錘体支持部１２２と第２天板側突起部１４３との間の距離ｄ５よりも大きくなっている。図２５に示す形態では、第１天板側突起部１４２の高さと第２天板側突起部１４３の高さとが等しくなっており、第１天板対向面１４０と第１重錘体支持部２２との間の距離が、第２天板対向面１４１と第２重錘体支持部１２２との間の距離よりも大きくなっている。
底板７４は、第１重錘体２１に対向した平坦状の第１底板対向面１４４と、第２重錘体１２１に対向した平坦状の第２底板対向面１４５と、を含んでいる。第１底板対向面１４４は、第２底板対向面１４５よりも下方に位置づけられている。第１底板対向面１４４には、複数の第１底板側突起部１４６が設けられている。この第１底板側突起部１４６には、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に第１重錘体２１が当接可能になっている。第２底板対向面１４５には、複数の第２底板側突起部１４７が設けられている。この第２底板側突起部１４７には、第２重錘体１２１が下方へ変位した場合に第２重錘体１２１が当接可能になっている。
振動体２０がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体２１は、第１底板側突起部１４６に所定の距離ｄ６を隔てて離間しており、第１重錘体２１は、第１底板側突起部１４６に当接するまで下方へ変位可能になっている。また、第２重錘体１２１は、第２底板側突起部１４７に所定の距離ｄ７を隔てて離間しており、第２重錘体１２１は、第２底板側突起部１４７に当接するまで下方へ変位可能になっている。振動体２０がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体２１と第１底板側突起部１４６との間の距離ｄ６は、第２重錘体１２１と第２底板側突起部１４７との間の距離ｄ７よりも大きくなっている。図２５に示す形態では、第１底板側突起部１４６の高さと第２底板側突起部１４７の高さとが等しくなっており、第１底板対向面１４４と第１重錘体２１との間の距離が、第２底板対向面１４５と第２重錘体１２１との間の距離よりも大きくなっている。
ところで、振動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う発電素子においては、その構造に応じて固有の共振周波数が定められており、外部振動の周波数がこの共振周波数である場合、または共振周波数に近い値である場合に、重錘体を効率良く振動させることができる。しかしながら、外部振動の周波数がこの共振周波数から離れた値である場合には、振動体２０を十分に振動させることが困難になるという問題がある。
これに対して、本実施の形態による発電素子１の振動体２０は、第１重錘体２１と第２重錘体１２１とを有しているため、この発電素子１は、共振系Ｉと共振系ＩＩとを含む合成振動系を構成している。このうち共振系Ｉは、主として第１重錘体２１と第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄとに基づいて規定される共振系であり、固有の共振周波数Ｉを有している。共振系ＩＩは、主として第２重錘体１２１と第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄとに基づいて規定される共振系であり、共振周波数Ｉとは異なる固有の共振周波数ＩＩを有している。共振周波数Ｉと共振周波数ＩＩとを異ならせる場合には、例えば、第１重錘体２１の質量と第２重錘体１２１の質量を異ならせてもよく、または第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄのバネ定数と第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄのバネ定数（より詳細には、幅、厚み、弾性率）を異ならせてもよく、質量とバネ定数の両者を異ならせるようにしてもよい。
このような共振系Ｉと共振系ＩＩとを含む合成振動系を構成することにより、発電可能な振動の周波数帯域を広げることができる。この場合、各共振系の固有の共振周波数を調整することにより、発電可能な周波数帯域を広げたり、狭めたりすることが可能になる。
このように本実施の形態によれば、振動体２０は、第１重錘体２１と、第２重錘体１２１と、第１重錘体２１と第２重錘体１２１とを連結した第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄと、を有している。このことにより、第１重錘体２１および第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに基づいて規定される共振系Ｉと、第２重錘体１２１および第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに基づいて規定される共振系ＩＩと、を含む合成振動系の発電素子１を得ることができる。このため、発電可能な振動の周波数帯域を広げることができ、様々な利用環境において効率良い発電を行うことができる。とりわけ、本実施の形態によれば、第１重錘体２１と第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄとに基づいて規定される共振系Ｉの共振周波数と、第２重錘体１２１と第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄとに基づいて規定される共振系ＩＩの共振周波数とが異なっている。このことにより、発電可能な振動の周波数帯域をより一層広げることができる。
また、本実施の形態によれば、天板７１の第１天板対向面１４０に、第１重錘体２１が上方へ変位した場合に当接可能な複数の第１天板側突起部１４２が設けられている。このことにより、第１重錘体支持部２２が第１天板側突起部１４２に当接した場合であっても第１重錘体支持部２２と第１天板対向面１４０との間にギャップを確保することができる。このため、第１重錘体支持部２２と第１天板対向面１４０との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第１重錘体２１の振動が抑制されることを防止できる。また、天板７１の第２天板対向面１４１に、第２重錘体１２１が上方へ変位した場合に当接可能な複数の第２天板側突起部１４３が設けられている。このことにより、第２重錘体支持部１２２が第２天板側突起部１４３に当接した場合であっても第２重錘体支持部１２２と第２天板対向面１４１との間にギャップを確保することができる。このため、第２重錘体支持部１２２と第２天板対向面１４１との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第２重錘体１２１の振動が抑制されることを防止できる。この結果、発電素子１の発電効率が低下することを防止できる。
また、本実施の形態によれば、振動体２０がニュートラル位置にあるときに、第１重錘体支持部２２と第１天板側突起部１４２との間の距離ｄ４が、第２重錘体支持部１２２と第２天板側突起部１４３との間の距離ｄ５よりも大きくなっている。このことにより、第２重錘体１２１よりも変位が大きくなり得る第１重錘体２１の変位が制限されることを防止でき、より広い加速度範囲で第１重錘体２１が天板７１に当接することを回避できる。このため、第１重錘体２１が受けた力が天板７１に逃げることを抑制し、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１に与えられる振動エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換させることができ、圧電素子４０から発生する電荷を増大させることができる。
また、本実施の形態によれば、底板７４の第１底板対向面１４４に、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に当接可能な複数の第１底板側突起部１４６が設けられている。このことにより、第１重錘体２１が第１底板側突起部１４６に当接した場合であっても第１重錘体２１と第１底板対向面１４４との間にギャップを確保することができる。このため、第１重錘体２１と第１底板対向面１４４との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第１重錘体２１の振動が抑制されることを防止できる。また、底板７４の第２底板対向面１４５に、第２重錘体１２１が下方へ変位した場合に当接可能な複数の第２底板側突起部１４７が設けられている。このことにより、第２重錘体１２１が第２底板側突起部１４７に当接した場合であっても第２重錘体１２１と第２底板対向面１４５との間にギャップを確保することができる。このため、第２重錘体１２１と第２底板対向面１４５との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第２重錘体１２１の振動が抑制されることを防止できる。この結果、発電素子１の発電効率が低下することを防止できる。
また、本実施の形態によれば、振動体２０がニュートラル位置にあるときに、第１重錘体２１と第１底板側突起部１４６との間の距離ｄ６が、第２重錘体１２１と第２底板側突起部１４７との間の距離ｄ７よりも大きくなっている。このことにより、第２重錘体１２１よりも変位が大きくなり得る第１重錘体２１の変位が制限されることを防止でき、より広い加速度範囲で第１重錘体２１が底板７４に当接することを回避できる。このため、第１重錘体２１が受けた力が底板７４に逃げることを抑制し、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１に与えられる振動エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換させることができ、圧電素子４０から発生する電荷を増大させることができる。
なお、上述した本実施の形態においては、第１天板対向面１４０に第１天板側突起部１４２が設けられるとともに、第２天板対向面１４１に第２天板側突起部１４３が設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１天板側突起部１４２および第２天板側突起部１４３の一方は、設けられていなくてもよい。
また、上述した本実施の形態においては、第１底板対向面１４４に第１底板側突起部１４６が設けられるとともに、第２底板対向面１４５に第２底板側突起部１４７が設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１底板側突起部１４６および第２底板側突起部１４７の一方は、設けられていなくてもよい。
（第５の実施の形態）
次に、図２６を用いて、本発明の第５の実施の形態における発電素子について説明する。
図２６に示す第５の実施の形態においては、振動体の第１重錘体が、第１重錘体中心部と、第１重錘体中心部に連結された第１重錘体突出部と、を含むとともに、第２重錘体が、第２重錘体枠体部と、第２重錘体枠体部に連結された第２重錘体突出部と、を含んでいる点が主に異なり、他の構成は、図２３〜図２５に示す第４の実施の形態と略同一である。なお、図２６において、図２３〜図２５に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図２６に、本発明の第５の実施の形態における発電素子の平面図を示す。なお、図２６においては、図面を簡略化するために圧電素子４０の図示は省略するが、第４の実施の形態と同様にして圧電素子４０を構成してもよい。
本実施の形態においては、図２６に示すように、第１重錘体２１は、図１６に示す第２の実施の形態と同様に、第１重錘体中心部９０と、第１重錘体中心部９０に連結された複数の第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄと、を含んでいる。このうち第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、第１重錘体中心部９０から第２重錘体１２１に向かって突出している。本実施の形態では、第１重錘体中心部９０は、平面視で矩形状（または正方形状）に形成されており、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、第１重錘体中心部９０の角部から膨出するように形成されている。第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄも、平面視で矩形状（または正方形状）に形成されている。このことにより、第１重錘体２１の平面形状は、全体として、クローバー形状になっている。第１重錘体中心部９０と第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、連続して一体に形成されている。第１重錘体支持部２２は、第１重錘体中心部９０の上面の全体および各第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの上面の全体に、一体に形成されて接合されている。
第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、平面視で第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向（中心Ｏに対する周方向）において、互いに隣り合う第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの間に配置されている。言い換えると、周方向に隣り合う第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの間に、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第１重錘体中心部９０の側の端部１３２Ａ〜１３２Ｄ（図２３参照）を引き込む引込凹部９５Ａ〜９５Ｄが設けられている。この引込凹部９５Ａ〜９５Ｄは、第１重錘体２１の外縁から内周側に凹むように形成されている。そして、引込凹部９５Ａ〜９５Ｄは、対応する第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線に沿うように延びるように形成されている。図２６に示す例では、引込凹部９５Ａ〜９５Ｄは、対応する第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの端部１３２Ａ〜１３２Ｄを含む多くの部分を引き込んでいる。その結果、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄは、周方向に隣り合う第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの間に配置されている。
第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの第２重錘体１２１の側の外縁９２Ａ〜９２Ｄは、第２重錘体１２１の内縁１２３（第２重錘体開口部１２４を画定する内縁１２３）に沿って（または平行に）形成され、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの対向する第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの側の外縁９３Ａ〜９３Ｄは、当該第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの側縁１３３Ａ〜１３３Ｄに沿って（または平行に）形成されている。
より具体的には、第２橋梁支持部１３０Ａと第２橋梁支持部１３０Ｄとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ａが配置されている。第１重錘体突出部９１Ａは、２つの第２橋梁支持部１３０Ａおよび１３０Ｄと第２重錘体１２１とによって囲まれている。第１重錘体突出部９１Ａの第２重錘体１２１の側の外縁９２Ａは、第２重錘体１２１の内縁１２３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ａの対向する第２橋梁支持部１３０Ａの側の外縁９３Ａは、第２橋梁支持部１３０Ａの側縁１３３Ａに沿って形成され、対向する第２橋梁支持部１３０Ｄの側の外縁９３Ａは、第２橋梁支持部１３０Ｄの側縁１３３Ｄに沿って形成されている。
第２橋梁支持部１３０Ｄと第２橋梁支持部１３０Ｂとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ｂが配置されている。第１重錘体突出部９１Ｂは、２つの第２橋梁支持部１３０Ｂおよび１３０Ｄと第２重錘体１２１とによって囲まれている。第１重錘体突出部９１Ｂの第２重錘体１２１の側の外縁９２Ｂは、第２重錘体１２１の内縁１２３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ｂの対向する第２橋梁支持部１３０Ｄの側の外縁９３Ｂは、第２橋梁支持部１３０Ｄの側縁１３３Ｄに沿って形成され、対向する第２橋梁支持部１３０Ｂの側の外縁９３Ｂは、第２橋梁支持部１３０Ｂの側縁１３３Ｂに沿って形成されている。
第２橋梁支持部１３０Ｂと第２橋梁支持部１３０Ｃとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ｃが配置されている。第１重錘体突出部９１Ｃは、２つの第２橋梁支持部１３０Ｂおよび１３０Ｃと第２重錘体１２１とによって囲まれている。当該第１重錘体突出部９１Ｃの第２重錘体１２１の側の外縁９２Ｃは、第２重錘体１２１の内縁１２３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ｃの対向する第２橋梁支持部１３０Ｂの側の外縁９３Ｃは、第２橋梁支持部１３０Ｂの側縁１３３Ｂに沿って形成され、対向する第２橋梁支持部１３０Ｃの側の外縁９３Ｃは、第２橋梁支持部１３０Ｃの側縁１３３Ｃに沿って形成されている。
第２橋梁支持部１３０Ｃと第２橋梁支持部１３０Ａとの間に、１つの第１重錘体突出部９１Ｄが配置されている。第１重錘体突出部９１Ｄは、２つの第２橋梁支持部１３０Ａおよび１３０Ｃと第２重錘体１２１とによって囲まれている。第１重錘体突出部９１Ｄの第２重錘体１２１の側の外縁９２Ｄは、第２重錘体１２１の内縁１２３に沿って形成されている。また、第１重錘体突出部９１Ｄの対向する第２橋梁支持部１３０Ｃの側の外縁９３Ｄは、第２橋梁支持部１３０Ｃの側縁１３３Ｃに沿って形成され、対向する第２橋梁支持部１３０Ａの側の外縁９３Ｄは、第２橋梁支持部１３０Ａの側縁１３３Ａに沿って形成されている。
図示しないが、第１重錘体中心部９０の下面は、台座１０の下面よりも上方に位置付けられている。第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの下面は、第１重錘体中心部９０の下面と面一になっている。このようにして、第１重錘体２１は、上述した底板７４に当接するまで下方に変位可能になっている。
また、図２６に示すように、第２重錘体１２１は、第２重錘体枠体部１５０と、第２重錘体枠体部１５０に連結された複数の第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄと、を含んでいる。第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄは、第２重錘体枠体部１５０から台座１０に向かって突出している。第２重錘体枠体部１５０は、平面視で矩形枠状に形成されており、第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄは、第２重錘体枠体部１５０の角部から膨出するように形成されている。第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄは、平面視で矩形状（または正方形状の一部をなすように）に形成されている。このことにより、第２重錘体１２１の平面形状は、全体として、第１重錘体２１が内側に配置された第２重錘体開口部１２４を有するクローバー形状になっている。第２重錘体開口部１２４は、平面視で矩形状に形成されている。第２重錘体枠体部１５０と第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄは、連続して一体に形成されている。第２重錘体支持部１２２は、第２重錘体枠体部１５０の上面の全体および各第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの上面の全体に、一体に形成されて接合されている。
第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄは、平面視で第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間に配置されている。言い換えると、周方向に隣り合う第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの間に、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１重錘体中心部９０の側の端部３２Ａ〜３２Ｄ（図２３参照）を引き込む引込凹部１２５Ａ〜１２５Ｄが設けられている。この引込凹部１２５Ａ〜１２５Ｄは、第２重錘体１２１の外縁から内周側に凹むように形成されている。そして、引込凹部１２５Ａ〜１２５Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線に沿うように延びるように形成されている。図２６に示す例では、引込凹部１２５Ａ〜１２５Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの端部３２Ａ〜３２Ｄを含む多くの部分を引き込んでいる。その結果、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、周方向に隣り合う第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの間に配置されている。
第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの台座１０の側の外縁１５２Ａ〜１５２Ｄは、台座１０の内縁１３に沿って（または平行に）形成され、第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側の外縁１５３Ａ〜１５３Ｄは、当該第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側縁３３Ａ〜３３Ｄに沿って（または平行に）形成されている。
より具体的には、第１橋梁支持部３０Ａと第１橋梁支持部３０Ｄとの間に、１つの第２重錘体突出部１５１Ａが配置されている。第２重錘体突出部１５１Ａは、２つの第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｄと台座１０とによって囲まれている。当該第２重錘体突出部１５１Ａの台座１０の側の外縁１５２Ａは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第２重錘体突出部１５１Ａの対向する第１橋梁支持部３０Ａの側の外縁１５３Ａは、第１橋梁支持部３０Ａの側縁３３Ａに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｄの側の外縁１５３Ａは、第１橋梁支持部３０Ｄの側縁３３Ｄに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｄと第１橋梁支持部３０Ｂとの間に、１つの第２重錘体突出部１５１Ｂが配置されている。第２重錘体突出部１５１Ｂは、２つの第１橋梁支持部３０Ｂおよび３０Ｄと台座１０とによって囲まれている。第２重錘体突出部１５１Ｂの台座１０の側の外縁１５２Ｂは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第２重錘体突出部１５１Ｂの対向する第１橋梁支持部３０Ｄの側の外縁１５３Ｂは、第１橋梁支持部３０Ｄの側縁３３Ｄに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｂの側の外縁１５３Ｂは、第１橋梁支持部３０Ｂの側縁３３Ｂに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｂと第１橋梁支持部３０Ｃとの間に、１つの第２重錘体突出部１５１Ｃが配置されている。第２重錘体突出部１５１Ｃは、２つの第１橋梁支持部３０Ｂおよび３０Ｃと台座１０とによって囲まれている。第２重錘体突出部１５１Ｃの台座１０の側の外縁１５２Ｃは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第２重錘体突出部１５１Ｃの対向する第１橋梁支持部３０Ｂの側の外縁１５３Ｃは、第１橋梁支持部３０Ｂの側縁３３Ｂに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｃの側の外縁１５３Ｃは、第１橋梁支持部３０Ｃの側縁３３Ｃに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｃと第１橋梁支持部３０Ａとの間に、１つの第２重錘体突出部１５１Ｄが配置されている。第２重錘体突出部１５１Ｄは、２つの第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｃと台座１０とによって囲まれている。第２重錘体突出部１５１Ｄの台座１０の側の外縁１５２Ｄは、台座１０の内縁１３に沿って形成されている。また、第２重錘体突出部１５１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ｃの側の外縁１５３Ｄは、第１橋梁支持部３０Ｃの側縁３３Ｃに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ａの側の外縁１５３Ｄは、第１橋梁支持部３０Ａの側縁３３Ａに沿って形成されている。
図示しないが、第２重錘体枠体部１５０の下面は、台座１０の下面よりも上方に位置付けられている。第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの下面は、第２重錘体枠体部１５０の下面と面一になっている。このようにして、第２重錘体１２１は、上述した底板７４に当接するまで下方に変位可能になっている。第１重錘体２１の下面と第２重錘体１２１の下面も面一になっていてもよい。
このように本実施の形態によれば、第１重錘体２１が、第１重錘体中心部９０と、第１重錘体中心部９０に連結された複数の第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄと、を含んでいる。このことにより、第１重錘体２１の平面面積を増大させて、第１重錘体２１の質量を増加させることができ、振動加速度が加えられた場合における第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。このため、圧電素子４０の上部電極から発生させる電荷を増大させることができ、３軸発電の発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄは、平面視で第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの間に配置されている。このことにより、第１重錘体２１の平面面積を増大させながらも、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第１重錘体中心部９０の側の端部１３２Ａ〜１３２Ｄを、台座１０の側の端部１３１Ａ〜１３１Ｄから遠ざけることができる。このため、第１重錘体２１の質量を増加させつつ、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの第２重錘体１２１の側の外縁９２Ａ〜９２Ｄは、第２重錘体１２１の内縁１２３に沿って形成され、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの対向する第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの側の外縁９３Ａ〜９３Ｄは、当該第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの側縁１３３Ａ〜１３３Ｄに沿って形成されている。このことにより、第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの間の空間における第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの占有率を大きくすることができる。このため、第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄの質量を効果的に増加させることができ、第１重錘体２１の質量をより一層増加させることができる。
また、本実施の形態によれば、第２重錘体１２１が、第２重錘体枠体部１５０と、第２重錘体枠体部１５０に連結された複数の第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄと、を含んでいる。このことにより、第２重錘体１２１の平面面積を増大させて、第２重錘体１２１の質量を増加させることができ、振動加速度が加えられた場合における第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。このため、圧電素子４０の上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４から発生させる電荷を増大させることができ、３軸発電の発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄは、平面視で第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間に配置されている。このことにより、第２重錘体１２１の平面面積を増大させながらも、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１重錘体中心部９０の側の端部３２Ａ〜３２Ｄを、台座１０の側の端部３１Ａ〜３１Ｄから遠ざけることができる。このため、第２重錘体１２１の質量を増加させつつ、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、本実施の形態によれば、第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの台座１０の側の外縁１５２Ａ〜１５２Ｄは、台座１０の内縁１３に沿って形成され、第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側の外縁１５３Ａ〜１５３Ｄは、当該第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側縁３３Ａ〜３３Ｄに沿って形成されている。このことにより、第１重錘体中心部９０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間の空間における第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの占有率を大きくすることができる。このため、第２重錘体突出部１５１Ａ〜１５１Ｄの質量を効果的に増加させることができ、第２重錘体１２１の質量をより一層増加させることができる。
（第６の実施の形態）
次に、図２７〜図３６を用いて、本発明の第６の実施の形態における発電素子について説明する。
図２７〜図３６に示す第６の実施の形態においては、振動体の第１重錘体に、第１追加重錘体が設けられるとともに、第２重錘体に、第２追加重錘体が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図２３〜図２５に示す第４の実施の形態と略同一である。なお、図２７〜図３６において、図２３〜図２５に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図２７に、本発明の第６の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図２８に図２７のＦ―Ｆ線断面を示す。なお、図２７は、図２８のＧ−Ｇ線から見た平面図に相当する。図２７においては、図面を簡略化するために圧電素子４０の図示は省略するが、第４の実施の形態と同様にして圧電素子４０を構成してもよい。後述する図２９についても同様である。
本実施の形態においては、図２７および図２８に示すように、第１重錘体２１の下面（第１重錘体支持部２２の側とは反対側）に、第１追加重錘体１００が設けられている。これにより、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの先端部に、第１重錘体２１と第１追加重錘体１００とが連結されることにより、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに連結された重錘体の質量が増加している。また、第１追加重錘体１００が設けられていない場合（図２３〜図２５参照）の第１重錘体２１の重心位置よりも、第１重錘体２１および第１追加重錘体１００の合成重心位置（第１重錘体２１と第１追加重錘体１００とで構成される重錘体の重心位置）が下がっている。
図２８に示すように、第１追加重錘体１００は、第１重錘体２１の変位を規制する第１ストッパー部１０１を有している。この第１ストッパー部１０１は、第１重錘体２１が上方（第１重錘体支持部２２の側、Ｚ軸正側）へ変位した場合に、第２重錘体１２１の第１重錘体用第１座部１６３（後述）に当接可能になっている。第１追加重錘体１００は、平面視で、第１重錘体２１よりも台座１０に向かって外側に延びるように形成されており、第１ストッパー部１０１は、第１追加重錘体１００の外周側部に形成されている。より具体的には、第１追加重錘体１００は、第１重錘体２１に接合された第１本体部１０２と、第１本体部１０２よりも外周側に配置された第１ストッパー部１０１と、を有している。
図２８に示すように、第２重錘体１２１の下面（第２重錘体支持部１２２の側とは反対側）に、第２追加重錘体１６０が設けられている。これにより、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの先端部に、第２重錘体１２１と第２追加重錘体１６０とが連結されることにより、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに連結された重錘体の質量が増加している。また、第２追加重錘体１６０が設けられていない場合（図２３〜図２５参照）の第２重錘体１２１の重心位置よりも、第２重錘体１２１および第２追加重錘体１６０の合成重心位置（第２重錘体１２１と第２追加重錘体１６０とで構成される重錘体の重心位置）が下がっている。第２追加重錘体１６０は、平面視で矩形枠状に形成されており、その内側に第１追加重錘体１００が配置されるように形成されている。
図２８に示すように、第２追加重錘体１６０は、第２重錘体１２１の変位を規制する第２ストッパー部１６１を有している。この第２ストッパー部１６１は、第２重錘体１２１が上方（第２重錘体支持部１２２の側、Ｚ軸正側）へ変位した場合に、台座１０の第２重錘体用第１座部１７０（後述）に当接可能になっている。第２追加重錘体１６０は、平面視で、第２重錘体１２１よりも台座１０に向かって外側に延びるように形成されており、第２ストッパー部１６１は、第２追加重錘体１６０の外周側部に形成されている。より具体的には、第２追加重錘体１６０は、第２重錘体１２１に接合された第２本体部１６２と、第２本体部１６２よりも外周側に配置された第２ストッパー部１６１と、を有している。
台座１０の下面には、追加台座１１０が設けられている。追加台座１１０は、平面視で矩形枠状に形成されており、その内側に第２追加重錘体１６０が配置されるように形成されている。これにより、追加台座１１０は、第２追加重錘体１６０の第２ストッパー部１６１に対向している。第１追加重錘体１００の下面および第２追加重錘体１６０の下面は、追加台座１１０の下面よりも上方に位置付けられている。
第２重錘体１２１の下面には、第１ストッパー部１０１が当接する第１重錘体用第１座部１６３が設けられている。この第１重錘体用第１座部１６３は、平面視で、第２重錘体１２１の内周側部に形成されている。第２追加重錘体１６０の内面は、第１重錘体用第１座部１６３を下方に露出させるように、第２重錘体１２１の内面よりも外側に後退している。
第２追加重錘体１６０の内面には、第１ストッパー部１０１が当接可能な第１重錘体用第２座部１６４が設けられている。この第１重錘体用第２座部１６４には、第１重錘体２１がＸＹ平面（各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線を含む平面）に沿う方向で変位した場合に第１ストッパー部１０１が当接する。
台座１０の下面には、第２ストッパー部１６１が当接する第２重錘体用第１座部１７０が設けられている。この第２重錘体用第１座部１７０は、平面視で、台座１０の内周側部に形成されている。追加台座１１０の内面は、第２重錘体用第１座部１７０を下方に露出させるように、台座１０の内面よりも外側に後退している。
追加台座１１０の内面には、第２ストッパー部１６１が当接可能な第２重錘体用第２座部１７１が設けられている。この第２重錘体用第２座部１７１には、第２重錘体１２１がＸＹ平面（各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線を含む平面）に沿う方向で変位した場合に第２ストッパー部１６１が当接する。
上述した底板７４は、追加台座１１０を介して台座１０に連結されている。これにより、第１重錘体２１および第１追加重錘体１００並びに第２重錘体１２１および第２追加重錘体１６０は、底板７４に当接するまで、下方に変位可能になっている。底板７４は、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に第１追加重錘体１００が当接可能な第１重錘体用第３座部１６５と、第２重錘体１２１が下方へ変位した場合に第２追加重錘体１６０が当接可能な第２重錘体用第３座部１７２と、を含んでいる。
第１重錘体用第３座部１６５は、図２５に示す第１底板対向面１４４と複数の第１底板側突起部１４６とによって構成されている。本実施の形態では、第１底板対向面１４４は、第１追加重錘体１００に対向している。第１底板側突起部１４６には、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に第１追加重錘体１００が当接可能になっている。
第２重錘体用第３座部１７２は、図２５に示す第２底板対向面１４５と複数の第２底板側突起部１４７とによって構成されている。本実施の形態では、第２底板対向面１４５は、第２追加重錘体１６０に対向している。第２底板側突起部１４７には、第２重錘体１２１が下方へ変位した場合に第２追加重錘体１６０が当接可能になっている。
振動体２０がニュートラル位置にあるときには、第１追加重錘体１００は、第１底板側突起部１４６に所定の距離ｄ６を隔てて離間しており、第１追加重錘体１００は、第１底板側突起部１４６に当接するまで下方へ変位可能になっている。また、第２追加重錘体１６０は、第２底板側突起部１４７に所定の距離ｄ７を隔てて離間しており、第２追加重錘体１６０は、第２底板側突起部１４７に当接するまで下方へ変位可能になっている。振動体２０がニュートラル位置にあるときには、第１追加重錘体１００と第１底板側突起部１４６との間の距離ｄ６は、第２追加重錘体１６０と第２底板側突起部１４７との間の距離ｄ７よりも大きくなっている。図２８に示す形態では、第１底板側突起部１４６の高さと第２底板側突起部１４７の高さとが等しくなっており、第１底板対向面１４４と第１追加重錘体１００との間の距離が、第２底板対向面１４５と第２追加重錘体１６０との間の距離よりも大きくなっている。
一方、図２８に示すように、本実施の形態においては、図２５と同様な天板７１が設けられていてもよい。この天板７１は、第１重錘体支持部２２に対向した第１天板対向面１４０と、第２重錘体支持部１２２に対向した第２天板対向面１４１と、を含んでいる。このうち第１天板対向面１４０には、複数の第１天板側突起部１４２が設けられており、第２天板対向面１４１には、複数の第２天板側突起部１４３が設けられている。振動体２０がニュートラル位置にあるときには、第１重錘体支持部２２は、第１天板側突起部１４２に所定の距離ｄ４を隔てて離間し、第２重錘体支持部１２２は、第２天板側突起部１４３に所定の距離ｄ５を隔てて離間している。なお、上述したように、第１追加重錘体１００が第１重錘体２１の変位を規制する第１ストッパー部１０１を有している場合であって、第２追加重錘体１６０が第２重錘体１２１の変位を規制する第２ストッパー部１６１を有している場合には、図２８に示す天板７１は設けられていなくてもよい。
第１ストッパー部１０１の上面１０１Ｕは、第１本体部１０２の上面１０２Ｕよりも下方に位置付けられている。例えば、第１追加重錘体１００を製造する際に、エッチングや機械加工などによって、第１追加重錘体１００の上面を部分的に除去することにより、このような第１ストッパー部１０１の上面１０１Ｕを形成することができる。このようにして、第１ストッパー部１０１は、第１重錘体２１がニュートラル位置にあるときに、第２重錘体１２１の第１重錘体用第１座部１６３に所定の距離ｄ８を隔てて離間している。このことにより、第１重錘体２１は、第１ストッパー部１０１が第１重錘体用第１座部１６３に当接するまで上方へ変位可能になっている。この距離ｄ８は、距離ｄ４と等しくてもよく、または距離ｄ４よりも小さくてもよい。このことにより、第１ストッパー部１０１が、第１重錘体２１の上方への変位のストッパーとして機能することができる。なお、第１重錘体２１の下面は、台座１０の下面と面一になっている。
第２ストッパー部１６１の上面１６１Ｕは、第２本体部１６２の上面１６２Ｕよりも下方に位置付けられている。例えば、第２追加重錘体１６０を製造する際に、エッチングや機械加工などによって、第２追加重錘体１６０の上面を部分的に除去することにより、このような第２ストッパー部１６１の上面１６１Ｕを形成することができる。このようにして、第２ストッパー部１６１は、第２重錘体１２１がニュートラル位置にあるときに、台座１０の第２重錘体用第１座部１７０に所定の距離ｄ９を隔てて離間している。このことにより、第２重錘体１２１は、第２ストッパー部１６１が第２重錘体用第１座部１７０に当接するまで上方へ変位可能になっている。この距離ｄ９は、距離ｄ５と等しくてもよく、または距離ｄ５よりも小さくてもよい。このことにより、第２ストッパー部１６１が、第２重錘体１２１の上方への変位のストッパーとして機能することができる。なお、第２重錘体１２１の下面は、台座１０の下面と面一になっている。また、第２重錘体用第１座部１７０は、全周にわたって形成されているため、第２ストッパー部１６１が第２重錘体用第１座部１７０に当接した際に、第２追加重錘体１６０の姿勢を安定させることができる。このため、第２重錘体１２１の上方への変位をより一層確実に規制することができる。
第１追加重錘体１００、第２追加重錘体１６０および追加台座１１０は、第３の実施の形態における第１追加重錘体１００および追加台座１１０と同様にして作製することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。
このように本実施の形態によれば、第１重錘体２１の下面に第１追加重錘体１００が設けられている。このことにより、第１追加重錘体１００が設けられていない場合の第１重錘体２１の重心位置よりも、第１重錘体２１および第１追加重錘体１００の合成重心位置を下げることができる。このため、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への振動加速度がそれぞれ加えられた場合における各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび各第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。また、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび各第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに連結された重錘体（第１重錘体２１と第１追加重錘体１００）の質量を増加させることができ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向への振動加速度がそれぞれ加えられた場合における各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。この結果、圧電素子４０から発生させる電荷を増大させることができ、３軸発電の発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第２重錘体１２１の下面に第２追加重錘体１６０が設けられている。このことにより、第１追加重錘体１００と同様にして、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力をより一層増大させることができる。このため、圧電素子４０から発生させる電荷をより一層増大させることができ、３軸発電の発電効率をより一層向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１追加重錘体１００が、第２重錘体１２１の第１重錘体用第１座部１６３に当接可能に設けられた第１ストッパー部１０１を有している。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第１重錘体２１の上方への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１がＸＹ平面に沿う方向で変位した場合に、第１ストッパー部１０１が、第２追加重錘体１６０に設けられた第１重錘体用第２座部１６４に当接する。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第１重錘体２１のＸＹ平面に沿う方向への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１が下方へ変位した場合に、第１追加重錘体１００が、底板７４に設けられた第１重錘体用第３座部１６５に当接する。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第１重錘体２１の下方への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。とりわけ、本実施の形態によれば、第１重錘体用第３座部１６５が第１底板側突起部１４６を含んでいるため、第１追加重錘体１００が第１底板側突起部１４６に当接した場合であっても第１追加重錘体１００と第１底板対向面１４４との間にギャップを確保することができる。このため、第１追加重錘体１００と第１底板対向面１４４との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第１追加重錘体１００の振動が抑制されることを防止できる。このため、発電素子１の発電効率が低下することを防止できる。
また、本実施の形態によれば、第２追加重錘体１６０が、台座１０の第２重錘体用第１座部１７０に当接可能に設けられた第２ストッパー部１６１を有している。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第２重錘体１２１の上方への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第２重錘体１２１がＸＹ平面に沿う方向で変位した場合に、第２ストッパー部１６１が、追加台座１１０に設けられた第２重錘体用第２座部１７１に当接する。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第２重錘体１２１のＸＹ平面に沿う方向への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第２重錘体１２１が下方へ変位した場合に、第２追加重錘体１６０が、底板７４に設けられた第２重錘体用第３座部１７２に当接する。このことにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のいずれの方向の振動加速度が与えられた場合においても、第２重錘体１２１の下方への変位を規制することができる。このため、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの塑性変形や破損をより一層防止することができ、発電素子１の信頼性を向上させることができる。とりわけ、本実施の形態によれば、第２重錘体用第３座部１７２が第２底板側突起部１４７を含んでいるため、第２追加重錘体１６０が第２底板側突起部１４７に当接した場合であっても第２追加重錘体１６０と第２底板対向面１４５との間にギャップを確保することができる。このため、第２追加重錘体１６０と第２底板対向面１４５との間で空気のダンピング作用が生じることを防止でき、第２追加重錘体１６０の振動が抑制されることを防止できる。このため、発電素子１の発電効率が低下することを防止できる。
また、本実施の形態によれば、振動体２０がニュートラル位置にあるときに、第１追加重錘体１００と第１底板側突起部１４６との間の距離が、第２追加重錘体１６０と第２底板側突起部１４７との間の距離よりも大きくなっている。このことにより、第２重錘体１２１よりも変位が大きくなり得る第１重錘体２１の変位が制限されることを防止でき、より広い加速度範囲で第１追加重錘体１００が底板７４に当接することを回避できる。このため、第１重錘体２１が受けた力が底板７４に逃げることを抑制し、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１に与えられる振動エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換させることができ、圧電素子４０から発生する電荷を増大させることができる。
（第７の実施の形態）
次に、図２９〜図３６を用いて、本発明の第７の実施の形態における発電素子について説明する。
図２９〜図３６に示す第７の実施の形態においては、振動体の第１重錘体に、第１追加重錘体が設けられるとともに、第２重錘体に、第２追加重錘体が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図２７および図２８に示す第６の実施の形態と略同一である。なお、図２９〜図３６において、図２７および図２８に示す第６の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図２９に、本発明の第７の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図３０に、台座、第１重錘体および第２重錘体の平面図を示す。図３１に、図２９のＨ−Ｈ線断面を示し、図３２に、図２９のＩ−Ｉ線断面を示し、図３３に、図２９のＪ−Ｊ線断面を示す。なお、図２９は、図３１のＫ−Ｋ線から見た平面図に相当する。図２９においては、図面を簡略化するために圧電素子４０の図示は省略するが、第４の実施の形態と同様にして圧電素子４０を構成してもよい。後述する図２９についても同様である。
図２７および図２８に示す第６の実施の形態においては、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線が、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線に沿っている例、すなわち、第１橋梁支持部３０Ａ、３０Ｂの第１延在軸線および第２橋梁支持部１３０Ａ、１３０Ｂの第２延在軸線が、中心軸線ＬＸであり、第１橋梁支持部３０Ｃ、３０Ｄの第１延在軸線および第２橋梁支持部１３０Ｃ、１３０Ｄの第２延在軸線が、中心軸線ＬＹである例について説明した。
これに対して、本実施の形態では、図２９に示すように、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線は、平面視で第１重錘体２１を中心としたときの周方向（中心Ｏに対する周方向）において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線の間に配置されている。ここで、図２９は、本発明の第７の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図２９は、台座、第１重錘体および第２重錘体を示す平面図であって、図３１のＫ−Ｋ線から見た平面図に相当する。図３１は、図２９のＨ−Ｈ線断面を示し、図３２は、図２９のＩ−Ｉ線断面を示し、図３３は、図２９のＪ−Ｊ線断面を示す。
本実施の形態においては、平面視で振動体２０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線はそれぞれ、９０°となっている。より具体的には、第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線は、第１重錘体２１の中心ＯからＸＹ座標系の第３象限に延びた線であって、中心軸線ＬＸおよび中心軸線ＬＹに対して４５°で傾斜した線になっている。同様に、第１橋梁支持部３０Ｂの第１延在軸線ＬＢは、第１重錘体２１の中心Ｏから第４象限に延びた線であって、中心軸線ＬＸおよび中心軸線ＬＹに対して４５°で傾斜した線になっている。第１橋梁支持部３０Ｃの第１延在軸線ＬＣは、第１重錘体２１の中心Ｏから第１象限に延びた線であって、中心軸線ＬＸおよび中心軸線ＬＹに対して４５°で傾斜した線になっている。第１橋梁支持部３０Ｄの第１延在軸線ＬＤは、第１重錘体２１の中心Ｏから第３象限に延びた線であって、中心軸線ＬＸおよび中心軸線ＬＹに対して４５°で傾斜した線になっている。
一方、第２橋梁支持部１３０Ａおよび１３０Ｂの第２延在軸線は、中心軸線ＬＸであり、第２橋梁支持部１３０Ｃおよび１３０Ｄの第２延在軸線は、中心軸線ＬＹになっている。
このようにして、第２橋梁支持部１３０Ａの第２延在軸線は、周方向において第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線ＬＡと第１橋梁支持部３０Ｄの第１延在軸線ＬＤとの間に配置されている。同様に、第２橋梁支持部１３０Ｂの第２延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ｂの第１延在軸線ＬＢと第１橋梁支持部３０Ｃの第１延在軸線ＬＣとの間に配置されている。第２橋梁支持部１３０Ｃの第２延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ｃの第１延在軸線ＬＣと第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線ＬＡとの間に配置されている。第２橋梁支持部１３０Ｄの第２延在軸線は、第１橋梁支持部３０Ｄの第１延在軸線ＬＤと第１橋梁支持部３０Ｂの第１延在軸線ＬＢとの間に配置されている。
更に言えば、各第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線と、周方向において隣り合う一方の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線とがなす角度と、当該第２延在軸線と、他方の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線とがなす角度とは、等しくなっている。例えば、第２橋梁支持部１３０Ａの第２延在軸線と、第１橋梁支持部３０Ａの第１延在軸線ＬＡとがなす角度（図２９に示すθ３）と、第２橋梁支持部１３０Ａの第２延在軸線と、第１橋梁支持部３０Ｄの第１延在軸線ＬＤとがなす角度（図２９に示すθ３）が、等しくなっている。同様に、第２橋梁支持部１３０Ｂ〜１３０Ｄの第２延在軸線と、隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線とがなす角度もそれぞれ、θ３になっている。本実施の形態では、角度θ３は、４５°になっている。なお、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線と、周方向で隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線とがなす角度は、等しいことに限られることはない。例えば、当該角度（θ３）は、４５°ではなく、３５°〜５５°であってもよい。
また、図２９に示す形態においては、第１重錘体２１は、図２６に示す第５の実施の形態と同様にして、第１重錘体中心部９０と、第１重錘体中心部９０に連結された４つの第１重錘体突出部９１Ａ〜９１Ｄと、を含んでいる。図２９に示す第１重錘体２１は、図２６に示す第１重錘体２１と同様に形成されているため、ここでは詳細な説明は省略する。
図２９および図３０に示すように、第２重錘体１２１は、平面視で、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第２重錘体１２１の側の端部３２Ａ〜３２Ｄを引き込む４つの第１引込凹部１２６Ａ〜１２６Ｄを含んでいる。この第１引込凹部１２６Ａ〜１２６Ｄは、第２重錘体１２１の外縁１２７から内周側に凹むように形成されている。そして、第１引込凹部１２６Ａ〜１２６Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線ＬＡ〜ＬＤに沿うように細長状に延びるように形成されている。
より具体的には、第１引込凹部１２６Ａは、外縁１２７から中心Ｏの側（第１重錘体２１の側）に凹むように形成されて、第２重錘体１２１の側の端部３２Ａを引き込んでいる。本実施の形態においては、端部３２Ａを含む第１橋梁支持部３０Ａの多くの部分を引き込んでいる。これにより、第１橋梁支持部３０Ａの端部３２Ａを、台座１０の側の端部３１Ａから遠ざけている。同様に、第１引込凹部１２６Ｂは、外縁１２７から中心Ｏの側に凹むように形成されており、第２重錘体１２１の側の端部３２Ｂを引き込んでいる。これにより、第１橋梁支持部３０Ｂの端部３２Ｂを、台座１０の側の端部３１Ｂから遠ざけている。第１引込凹部１２６Ｃは、外縁１２７から中心Ｏの側に凹むように形成されており、第２重錘体１２１の側の端部３２Ｃを引き込んでいる。これにより、第１橋梁支持部３０Ｃの端部３２Ｃを、台座１０の側の端部３１Ｃから遠ざけている。第１引込凹部１２６Ｄは、外縁１２７から中心Ｏの側に凹むように形成されており、第２重錘体１２１の側の端部３２Ｄを引き込んでいる。これにより、第１橋梁支持部３０Ｄの端部３２Ｄを、台座１０の側の端部３１Ｄから遠ざけている。
また、第２重錘体１２１は、平面視で、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２重錘体１２１の側の端部１３１Ａ〜１３１Ｄ（図２６参照）を引き込む４つの第２引込凹部１２８Ａ〜１２８Ｄを含んでいる。この第２引込凹部１２８Ａ〜１２８Ｄは、第２重錘体１２１の内縁１２３から外周側に凹むように形成されている。そして、第２引込凹部１２８Ａ〜１２８Ｄは、対応する第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線に沿うように細長状に延びるように形成されている。
より具体的には、第２引込凹部１２８Ａは、内縁１２３からＸ軸負側に凹むように形成されて、第２重錘体１２１の側の端部１３１Ａを引き込んでいる。ここでは、端部１３１Ａを含む第２橋梁支持部１３０Ａの多くの部分を引き込んでいる。これにより、第２橋梁支持部１３０Ａの端部１３１Ａを、第１重錘体２１の側の端部１３２Ａ（図２６参照）から遠ざけている。同様に、第２引込凹部１２８Ｂは、内縁１２３からＸ軸正側に凹むように形成されており、第２重錘体１２１の側の端部１３１Ｂを引き込んでいる。これにより、第２橋梁支持部１３０Ｂの端部１３１Ｂを、第１重錘体２１の側の端部１３２Ｂから遠ざけている。第２引込凹部１２８Ｃは、内縁１２３からＹ軸正側に凹むように形成されており、第２重錘体１２１の側の端部１３１Ｃを引き込んでいる。これにより、第２橋梁支持部１３０Ｃの端部１３１Ｃを、第１重錘体２１の側の端部１３２Ｃから遠ざけている。第２引込凹部１２８Ｄは、内縁１２３からＹ軸負側に凹むように形成されており、第２重錘体１２１の側の端部１３１Ｄを引き込んでいる。これにより、第２橋梁支持部１３０Ｄの端部１３１Ｄを、第１重錘体２１の側の端部１３２Ｄから遠ざけている。
また、図２９に示す形態においては、第１追加重錘体１００の第１ストッパー部１０１が当接する第１重錘体用第１座部１６３は、図３２に示す断面で示されている。図３１に示す断面では、第２引込凹部１２８Ａ〜１２８Ｄの存在により、第１重錘体用第１座部１６３は現れていない。また、図３３に示す断面では、第１引込凹部１２６Ａ〜１２６Ｄの存在により、第１重錘体用第１座部１６３は現れていない。すなわち、第１重錘体用第１座部１６３は、第２重錘体１２１の下面のうち、第１引込凹部１２６Ａ〜１２６Ｄが存在しない領域および第２引込凹部１２８Ａ〜１２８Ｄが存在しない領域に設けられている。なお、図３１〜図３３においては、図面を明瞭にするために、図２８に示すような天板７１および底板７４は省略されているが、天板７１および／または底板７４は設けられていてもよい。
このように本実施の形態によれば、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄが、平面視で第１重錘体２１を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線の間に配置されている。このことにより、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄが一直線上に配置されることを回避できる。このため、スペース効率を向上させながら、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長さおよび第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの長さを、それぞれ長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、本実施の形態によれば、各第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２延在軸線と、周方向において隣り合う一方の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線とがなす角度と、当該第２延在軸線と、他方の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線とがなす角度とが等しくなっている。このことにより、スペース効率をより一層向上させて、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、本実施の形態によれば、第２重錘体１２１は、平面視で、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第２重錘体１２１の側の端部３２Ａ〜３２Ｄを引き込む４つの第１引込凹部１２６Ａ〜１２６Ｄを含んでいる。このことにより、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの端部３２Ａ〜３２Ｄを、台座１０の側の端部３１Ａ〜３１Ｄから遠ざけることができる。一方、第１引込凹部１２６Ａ〜１２６Ｄの周囲には、第２重錘体１２１を形成することができるため、第２重錘体１２１の平面面積を増大させることができる。このため、第２重錘体１２１の質量を増加させつつ、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長さを長くすることができる。この結果、主として第２重錘体１２１と第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄとに基づいて規定される共振系ＩＩの共振周波数を低くすることができる。
さらに、本実施の形態によれば、第２重錘体１２１は、平面視で、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの第２重錘体１２１の側の端部１３１Ａ〜１３１Ｄを引き込む４つの第２引込凹部１２８Ａ〜１２８Ｄを含んでいる。このことにより、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの端部１３１Ａ〜１３１Ｄを、第１重錘体２１の側の端部１３２Ａ〜１３２Ｄから遠ざけることができる。一方、第２引込凹部１２８Ａ〜１２８Ｄの周囲には、第２重錘体１２１を形成することができるため、第２重錘体１２１の平面面積を増大させることができる。このため、第２重錘体１２１の質量を増加させつつ、第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄの長さを長くすることができる。このため、主として第１重錘体２１と第２橋梁支持部１３０Ａ〜１３０Ｄとに基づいて規定される共振系Ｉの共振周波数を低くすることができる。
なお、本実施の形態においては、図３４〜図３６に示すように変形することもできる。図３４は、図２９のＨ−Ｈ線断面の変形例を示し、図３５は、図２９のＩ−Ｉ線断面の変形例を示し、図３６は、図２９のＪ−Ｊ線断面の変形例を示す。
図３４〜図３６に示す変形例においては、第２追加重錘体１６０が、第１重錘体２１が上方へ変位した場合に第１追加重錘体１００の第１ストッパー部１０１が当接可能な第１重錘体用第４座部１６６を含んでいる。この第１重錘体用第４座部１６６は、平面視で、第２追加重錘体１６０の内周側部に形成されている。第２追加重錘体１６０の内周側部のうちの上部が、内周側に突出し、第１重錘体用第４座部１６６が形成されている。一方、図３４〜図３６においては、第１ストッパー部１０１は、第１追加重錘体１００の外周側部のうちの下部が、外周側に突出することで形成されている。
図３４〜図３６に示すように、第１ストッパー部１０１は、第１重錘体２１がニュートラル位置にあるときに、第２追加重錘体１６０の第１重錘体用第４座部１６６に所定の距離を隔てて離間している。このことにより、第１重錘体２１は、第１ストッパー部１０１が第１重錘体用第４座部１６６に当接するまで上方へ変位可能になっている。
また、図３４〜図３６に示すように、第１追加重錘体１００は、第１本体部１０２の上面１０２Ｕよりも下方に位置付けられた上面１０２Ｕ’を含んでいる。この上面１０２Ｕ’は、第１ストッパー部１０１の上面１０１Ｕよりも上方に位置付けられている。図３４〜図３６に示すように、この上面１０２Ｕ’の一部は、第２重錘体１２１の下面に対向しているが、ニュートラル位置にあるときの上面１０２Ｕ’と第２重錘体１２１の下面との距離は、第１ストッパー部１０１の上面１０１Ｕと第１重錘体用第４座部１６６との距離よりも大きくなっている。このようにして、第１重錘体２１が上方へ変位した場合には、上面１０２Ｕ’が第２重錘体１２１に当接するのではなく、上面１０１Ｕが、第１重錘体用第４座部１６６に当接して、第１重錘体２１の上方への変位を規制している。とりわけ、図３４〜図３６に示す例では、第１重錘体用第４座部１６６を、全周にわたって形成することができる。このことにより、第１ストッパー部１０１が第１重錘体用第４座部１６６に当接した際に、第１追加重錘体１００の姿勢を安定させることができる。このため、第１重錘体２１の上方への変位をより一層確実に規制することができる。
また、図３４〜図３６に示すように、追加台座１１０が、第２重錘体１２１が上方へ変位した場合に第２追加重錘体１６０の第２ストッパー部１６１が当接可能な第２重錘体用第４座部１７３を含んでいる。この第２重錘体用第４座部１７３は、平面視で、追加台座１１０の内周側部に形成されている。追加台座１１０の内周側部のうちの上部が、内周側に突出し、第２重錘体用第４座部１７３が形成されている。一方、図３４〜図３６においては、第２ストッパー部１６１は、第２追加重錘体１６０の外周側部のうちの下部が、外周側に突出することで形成されている。
図３４〜図３６に示すように、第２ストッパー部１６１は、第２重錘体１２１がニュートラル位置にあるときに、追加台座１１０の第２重錘体用第４座部１７３に所定の距離を隔てて離間している。このことにより、第２重錘体１２１は、第２ストッパー部１６１が第２重錘体用第４座部１７３に当接するまで上方へ変位可能になっている。また、図３４〜図３６に示す例では、第２重錘体１２１が上方へ変位した場合には、上面１６１Ｕが第２重錘体用第４座部１７３に当接して、第２重錘体１２１の上方への変位を規制している。なお、図３４〜図３６に示す例では、第２重錘体用第４座部１７３を、全周にわたって形成することができる。このことにより、第２ストッパー部１６１が第２重錘体用第４座部１７３に当接した際に、第２追加重錘体１６０の姿勢を安定させることができる。このため、第２重錘体１２１の上方への変位をより一層確実に規制することができる。
（第８の実施の形態）
次に、図３７および図３８を用いて、本発明の第８の実施の形態における発電素子について説明する。
図３７および図３８に示す第８の実施の形態においては、平面視で枠状に形成された振動体の内側に台座が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図３７および図３８において、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図３７に、本発明の第８の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図３８に、図３７に示す発電素子のＬ−Ｌ線断面を示す。図３７においては、図面を明瞭にするために、圧電素子４０の上部電極層の図示を省略している。図３７においても、各第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄには、図２に示すように４つの上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４が設けられるようにしてもよく、または図１２〜図１４に示すように２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２が設けられるようにしてもよい。更に言えば、上部電極層は１つでもよい。
本実施の形態においては、図３７に示すように、振動体２０の第１重錘体２１は、平面視で枠状に形成されている。台座１０は、この振動体２０の内側に配置されており、平面視で矩形状（または正方形状）に形成されている。第１重錘体２１は、４つの第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄによって台座１０に支持されている。本実施の形態においても、図２に示す第１の実施の形態と同様にして、平面視において、台座１０を中心としたときの周方向（中心Ｏに対する周方向）において、互いに隣り合う一対の第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線がなす角度は、等しくなっている。そして、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、平面視において、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、中心軸線ＬＹに関して対称に形成されている。
図３７に示すように、第１重錘体２１は、第１重錘体枠体部１８０と、第１重錘体枠体部１８０に連結された複数の第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄと、を含んでいる。このうち第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄは、第１重錘体枠体部１８０から台座１０に向かって突出している。第１重錘体枠体部１８０は、平面視で矩形枠状に形成されており、第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄは、第１重錘体枠体部１８０の角部から内側に突出するように形成されている。第１重錘体枠体部１８０と第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄは、連続して一体に形成されている。第１重錘体支持部２２は、第１重錘体枠体部１８０の上面の全体および各第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの上面の全体に、一体に形成されて接合されている。
第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄは、平面視で台座１０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間に配置されている。言い換えると、周方向に隣り合う第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの間に、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１重錘体枠体部１８０の側の端部３１Ａ〜３１Ｄ（図２参照）を引き込む引込凹部９６Ａ〜９６Ｄが設けられている。この引込凹部９６Ａ〜９６Ｄは、第１重錘体２１の内縁から外周側に凹むように形成されている。そして、引込凹部９６Ａ〜９６Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１延在軸線に沿うように延びるように形成されている。図３７に示す例では、引込凹部９６Ａ〜９６Ｄは、対応する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの端部３１Ａ〜３１Ｄを含む多くの部分を引き込んでいる。その結果、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄは、周方向に隣り合う第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの間に配置されている。
第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの台座１０の側の内縁１８２Ａ〜１８２Ｄは、台座１０の外縁１４に沿って（または平行に）形成され、第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側の内縁１８３Ａ〜１８３Ｄは、当該第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側縁３３Ａ〜３３Ｄに沿って（または平行に）形成されている。
より具体的には、第１橋梁支持部３０Ａと第１橋梁支持部３０Ｄとの間に、１つの第１重錘体内側部１８１Ａが配置されている。第１重錘体内側部１８１Ａは、２つの第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｄと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体内側部１８１Ａの台座１０の側の内縁１８２Ａは、台座１０の外縁１４に沿って形成されている。また、第１重錘体内側部１８１Ａの対向する第１橋梁支持部３０Ａの側の内縁１８３Ａは、第１橋梁支持部３０Ａの側縁３３Ａに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｄの側の内縁１８３Ａは、第１橋梁支持部３０Ｄの側縁３３Ｄに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｄと第１橋梁支持部３０Ｂとの間に、１つの第１重錘体内側部１８１Ｂが配置されている。第１重錘体内側部１８１Ｂは、２つの第１橋梁支持部３０Ｂおよび３０Ｄと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体内側部１８１Ｂの台座１０の側の内縁１８２Ｂは、台座１０の外縁１４に沿って形成されている。また、第１重錘体内側部１８１Ｂの対向する第１橋梁支持部３０Ｄの側の内縁１８３Ｂは、第１橋梁支持部３０Ｄの側縁３３Ｄに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｂの側の内縁１８３Ｂは、第１橋梁支持部３０Ｂの側縁３３Ｂに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｂと第１橋梁支持部３０Ｃとの間に、１つの第１重錘体内側部１８１Ｃが配置されている。第１重錘体内側部１８１Ｃは、２つの第１橋梁支持部３０Ｂおよび３０Ｃと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体内側部１８１Ｃの台座１０の側の内縁１８２Ｃは、台座１０の外縁１４に沿って形成されている。また、第１重錘体内側部１８１Ｃの対向する第１橋梁支持部３０Ｂの側の内縁１８３Ｃは、第１橋梁支持部３０Ｂの側縁３３Ｂに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ｃの側の内縁１８３Ｃは、第１橋梁支持部３０Ｃの側縁３３Ｃに沿って形成されている。
第１橋梁支持部３０Ｃと第１橋梁支持部３０Ａとの間に、１つの第１重錘体内側部１８１Ｄが配置されている。第１重錘体内側部１８１Ｄは、２つの第１橋梁支持部３０Ａおよび３０Ｃと台座１０とによって囲まれている。第１重錘体内側部１８１Ｄの台座１０の側の内縁１８２Ｄは、台座１０の外縁１４に沿って形成されている。また、第１重錘体内側部１８１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ｃの側の内縁１８３Ｄは、第１橋梁支持部３０Ｃの側縁３３Ｃに沿って形成され、対向する第１橋梁支持部３０Ａの側の内縁１８３Ｄは、第１橋梁支持部３０Ａの側縁３３Ａに沿って形成されている。
図３８に示すように、第１重錘体枠体部１８０の下面は、台座１０の下面よりも上方に位置付けられている。第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの下面は、第１重錘体枠体部１８０の下面と面一になっている。このようにして、第１重錘体２１は、後述する底板７４に当接するまで下方に変位可能になっている。
図３８に示すように、筐体１９０は、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄおよび台座支持部１２の上方に設けられた天板１９１と、台座１０の下方に設けられた底板１９２と、を有している。天板１９１と底板１９２とは、第１重錘体２１の外側に配置された側板１９３によって連結されている。なお、図３８には示していないが、天板１９１は、図７に示すような天板対向面７２と天板側突起部７３とを含んでいてもよく、同様に、底板１９２は、底板対向面７５と底板側突起部７６とを含んでいてもよい。
天板１９１は、第１重錘体支持部２２の上方に設けられた天板開口部１９４を有している。台座支持部１２には、圧電素子４０の各電極層に電気的に接続された複数のボンディングパッド１９５が設けられ、天板１９１に、発電素子１の外部に電気的に接続される複数のボンディングパッド１９６が設けられている。各ボンディングパッド１９５と対応するボンディングパッド１９６が、ボンディングワイヤ１９７で接続される。ボンディングワイヤ１９７は、天板１９１の天板開口部１９４を貫通している。
図３８に示すように、筐体１９０は、外装パッケージ１９８に収容されている。図３８に示す外装パッケージ１９８は、蓋１９８ａと基台１９８ｂとを有している。蓋１９８ａは、基台１９８ｂ上の筐体１９０を覆い被さるように形成されている。
このように本実施の形態によれば、平面視で枠状に形成された振動体２０の第１重錘体２１の内側に台座１０が配置されている。このことにより、第１重錘体２１の平面面積を増大させて、第１重錘体２１の質量を増加させることができ、振動加速度が加えられた場合における第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄに発生する応力を増大させることができる。この結果、圧電素子４０の上部電極層Ｅ１１〜Ｅ４４から発生させる電荷を増大させることができ、３軸発電の発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、振動体２０の第１重錘体２１は、第１重錘体枠体部１８０と、第１重錘体枠体部１８０に連結された複数の第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄと、を含んでいる。このことにより、第１重錘体２１の平面面積をより一層増大させて、第１重錘体２１の質量をより一層増加させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄは、平面視で台座１０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間に配置されている。このことにより、第１重錘体２１の平面面積を増大させながらも、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの第１重錘体枠体部１８０の側の端部３１Ａ〜３１Ｄを、台座１０の側の端部３２Ａ〜３２Ｄから遠ざけることができる。このため、第１重錘体２１の質量を増加させつつ、第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの長さを長くすることができ、共振周波数を低くすることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの台座１０の側の内縁１８２Ａ〜１８２Ｄは、台座１０の外縁１４に沿って形成され、第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの対向する第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側の内縁１８３Ａ〜１８３Ｄは、当該第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの側縁３３Ａ〜３３Ｄに沿って形成されている。このことにより、台座１０を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの間の空間における第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの占有率を大きくすることができる。このため、第１重錘体内側部１８１Ａ〜１８１Ｄの質量を効果的に増加させることができ、第１重錘体２１の質量をより一層増加させることができる。
（第９の実施の形態）
次に、図３９〜図４４を用いて、本発明の第９の実施の形態における発電素子について説明する。
図３９〜図４４に示す第９の実施の形態においては、振動体がダイアフラム支持部によって台座に支持されている点が主に異なり、他の構成は、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図３９〜図４４において、図１〜図１５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図３９に、本発明の第９の実施の形態における発電素子の平面図を示す。図４０に、図３９に示す発電素子のＭ−Ｍ線断面を示す。
本実施の形態においては、図３９および図４０に示すように、振動体２０の第１重錘体２１は、上述した第１橋梁支持部３０Ａ〜３０Ｄの代替えの部材であるダイアフラム支持部２００（支持部）によって、台座１０に支持されている。
本実施の形態では、台座１０が平面視で枠状に形成されており、第１重錘体２１が、台座１０の内側に配置されている。台座１０の台座開口部１１（内縁１３によって画定された開口部）は、平面視で円形状に形成されており、第１重錘体２１は、平面視で円形状に形成されている。台座１０の台座開口部１１は、第１重錘体２１と同心状に形成されている。図３９には、第１重錘体２１の外縁を符号２３で示している。
ダイアフラム支持部２００は、台座１０と第１重錘体２１との間に配置されており、平面視でリング状に形成されている。第１重錘体２１の上面に設けられた第１重錘体支持部２２は、ダイアフラム支持部２００に連続して一体に形成されている。また、台座１０の上面に設けられた台座支持部１２も、ダイアフラム支持部２００に連続して一体に形成されている。
本実施の形態による圧電素子４０は、８つの上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２を含んでいる。これらの上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、ダイアフラム支持部２００に設けられている。上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、ダイアフラム支持部２００のうち第１重錘体２１の変位時に応力が発生する領域（ダイアフラム支持部２００自体が変形する領域）に配置されていることが好適である。これらの上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、電気的に互いに独立している。
本実施の形態においては、第１重錘体２１のＸ軸方向に延びる中心軸線ＬＸ（第１軸線）に沿う方向において、第１重錘体２１の両側に上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２がそれぞれ配置されている。より具体的には、第１重錘体２１（または中心Ｏ）に対してＸ軸負側（一方の側）に、２つの上部電極層Ｅ１−１およびＥ１−２が互いに異なる位置に配置され、第１重錘体２１に対してＸ軸正側（他方の側）に、２つの上部電極層Ｅ２−１およびＥ２−２が互いに異なる位置に配置されている。そして、上部電極層Ｅ１−１が、上部電極層Ｅ１−２よりもＸ軸負側に配置され、上部電極層Ｅ２−１が、上部電極層Ｅ２−２よりもＸ軸正側に配置されている。上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２は、中心軸線ＬＸ上に配置されている。
また、第１重錘体２１のＹ軸方向に延びる中心軸線ＬＹ（第２軸線）に沿う方向において、第１重錘体２１の両側に上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２がそれぞれ配置されている。より具体的には、第１重錘体２１に対してＹ軸正側（一方の側）に、２つの上部電極層Ｅ３−１およびＥ３−２が互いに異なる位置に配置され、第１重錘体２１に対してＹ軸負側（他方の側）に、２つの上部電極層Ｅ４−１およびＥ４−２が配置されている。そして、上部電極層Ｅ３−１が、上部電極層Ｅ３−２よりもＹ軸正側に配置され、上部電極層Ｅ４−１が、上部電極層Ｅ４−２よりもＹ軸負側に配置されている。上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２は、中心軸線ＬＹ上に配置されている。
上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、平面視で、第１重錘体２１を中心としたときの周方向（中心Ｏに対する周方向）に延び、第１重錘体２１と同心状に形成されている。すなわち、各上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、第１重錘体２１と同心の円弧をなすような平面形状を有している。各上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２は、中心軸線ＬＸに対して対称に形成されており、各上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２は、中心軸線ＬＹに対して対称に形成されている。
このようにして、本実施の形態による上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、全体として、平面視において、中心軸線ＬＸに関して対称に形成されているとともに、中心軸線ＬＹに関して対称に形成されている。
図４１に、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側、Ｚ軸正側への振動加速度が加えられた場合における各上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２に発生する電荷の極性を示す。
Ｘ軸正側への振動加速度が加えられた場合、上部電極層Ｅ１−１およびＥ２−２が配置された領域では、引張応力が発生し、上部電極層Ｅ１−１およびＥ２−２には、正電荷が発生する。上部電極層Ｅ１−２およびＥ２−１が配置された領域では、圧縮応力が発生し、上部電極層Ｅ１−２およびＥ２−１には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２が配置された領域では、一部で引張応力が発生し他の一部で圧縮応力が発生する。このことにより、上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２には、一部で正電荷が発生し他の一部で負電荷が発生するため、電荷がキャンセルされる。このため、上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２に発生する電荷は、ゼロになっている。なお、図示しないが、Ｘ軸負側への振動加速度が加えられた場合には、上部電極層Ｅ１−１およびＥ２−２で負電荷が発生し、上部電極層Ｅ１−２およびＥ２−１で正電荷が発生する。
Ｙ軸正側への振動加速度が加えられた場合、上部電極層Ｅ３−１およびＥ４−２が配置された領域では、圧縮応力が発生し、上部電極層Ｅ３−１およびＥ４−２には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ３−２およびＥ４−１が配置された領域では、引張応力が発生し、上部電極層Ｅ３−２およびＥ４−１には、正電荷が発生する。上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２が配置された領域では、一部で引張応力が発生し他の一部で圧縮応力が発生する。このことにより、上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２には、一部で正電荷が発生し他の一部で負電荷が発生するため、電荷がキャンセルされる。このため、上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２に発生する電荷はゼロになっている。なお、図示しないが、Ｙ軸負側への振動加速度が加えられた場合には、上部電極層Ｅ３−１およびＥ４−２で正電荷が発生し、上部電極層Ｅ３−２およびＥ４−１で負電荷が発生する。
Ｚ軸正側（上方）への振動加速度が加えられた場合、上部電極層Ｅ１−１、Ｅ２−１、Ｅ３−１およびＥ４−１が配置された領域では、圧縮応力が発生し、上部電極層Ｅ１−１、Ｅ２−１、Ｅ３−１およびＥ４−１には、負電荷が発生する。上部電極層Ｅ１−２、Ｅ２−２、Ｅ３−２およびＥ４−２が配置された領域では、引張応力が発生し、上部電極層Ｅ１−２、Ｅ２−２、Ｅ３−２およびＥ４−２には、正電荷が発生する。なお、図示しないが、Ｚ軸負側（下方）への振動加速度が加えられた場合には、上部電極層Ｅ１−１、Ｅ２−１、Ｅ３−１およびＥ４−１で正電荷が発生し、上部電極層Ｅ１−２、Ｅ２−２、Ｅ３−２およびＥ４−２で負電荷が発生する。
このようにＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向への振動加速度が加えられた場合においても、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２によって電荷を発生させることができ、３軸発電を行うことができる。従って、図３９における上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、３軸発電を効果的に行うことができるように配置されていると言うことができる。
しかしながら、上部電極層の配置は、これに限られることはない。例えば、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の振動加速度で電荷が発生できればよいとする場合には、図４２に示すように、ダイアフラム支持部２００上に、４つの上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ２−２を配置するようにしてもよい。この場合、各上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ２−２は、第１重錘体２１と同心の円弧をなすように周方向に延びて、両端部が中心軸線ＬＹに対向するようになっている。
また、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の振動加速度で電荷が発生できればよいとする場合には、図４３に示すように、ダイアフラム支持部２００上に、４つの上部電極層Ｅ３−１〜Ｅ４−２を配置するようにしてもよい。この場合、各上部電極層Ｅ３−１〜Ｅ４−２は、第１重錘体２１と同心の円弧をなすように周方向に延びて、両端部が中心軸線ＬＸに対向するようになっている。
さらに、Ｚ軸方向の振動加速度で電荷が発生できればよいとする場合には、図４４に示すように、ダイアフラム支持部２００上に、２つの上部電極層Ｅ１、Ｅ２を配置するようにしてもよい。この場合、各上部電極層Ｅ１、Ｅ２は、第１重錘体２１と同心の円弧をなすようにリング状に形成される。
なお、図４１では、各上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２で発生した電荷を、正電荷（＋）または負電荷（−）で示している。ダイアフラム支持部２００に発生した応力と、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２に発生した電荷は、薄膜状の圧電材料層４２の場合には、一義的に決められる場合が多いが、上述したように、圧電セラミックで圧電材料層４２が形成されている場合には、分極処理で圧縮応力と引張応力とで発生する電荷の正負を意図的に変えることができる。このため、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２で発生する電荷の正負ではなく、３次元的にいずれの方向においても、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２の全てまたは一部に電荷を発生させることができるという点で、本実施の形態は有利である。このため、３軸発電を効率良く行うことが可能になっている。
このように本実施の形態によれば、振動体２０の第１重錘体２１が、ダイアフラム支持部２００によって台座１０に支持されている。３次元的にいずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、ダイアフラム支持部２００の一部に比較的大きな曲げ応力を発生させることができる。このため、いずれの方向からの振動加速度によっても、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２で発生する電荷を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１の変位によってダイアフラム支持部２００に発生した応力から、各上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２で効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電を効率良く行うことができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１がダイアフラム支持部２００によって台座１０に支持されているため、３次元的にいずれの方向から振動加速度が加えられた場合においても、ダイアフラム支持部２００の変形状態に対称性を持たせることができる。このため、各上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２に発生する正電荷の総量と負電荷の総量とを等しくすることができ、発電効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、振動体２０の第１重錘体２１が、ダイアフラム支持部２００によって台座１０に支持されている。このことにより、振動加速度が加えられた場合の第１重錘体２１の変位量を抑制することができる。このことにより、より広い加速度範囲で、第１重錘体２１が筐体７０の天板７１や底板７４に当接することを回避できる。このため、第１重錘体２１が受けた力が天板７１や底板７４に逃げることを抑制し、ダイアフラム支持部２００に発生する応力を増大させて、圧電素子４０から発生する電荷を増大させることができる。この結果、第１重錘体２１の変位を抑制することができるとともに発電量を増大させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１がダイアフラム支持部２００によって支持されている。このため、ダイアフラム支持部２００に反りが発生することを抑制でき、製造上有利である。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１のＸ軸方向に延びる中心軸線ＬＸに沿う方向において、第１重錘体２１の両側に上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２がそれぞれ配置されている。このことにより、ダイアフラム支持部２００のうち第１重錘体２１の両側の部分で発生する応力によって、各上部電極層Ｅ１−１、Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２で電荷を発生させることができる。このため、ダイアフラム支持部２００に発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１に対してＸ軸負側に、２つの上部電極層Ｅ１−１およびＥ１−２が互いに異なる位置に配置され、第１重錘体２１に対してＸ軸正側に、２つの上部電極層Ｅ２−１およびＥ２−２が互いに異なる位置に配置されている。このことにより、ダイアフラム支持部２００が変形する場合に、圧縮応力が発生する部分と、引張応力が発生する部分とに、上部電極層Ｅ１−１，Ｅ１−２、Ｅ２−１およびＥ２−２をそれぞれ配置させることができる。このため、１つの上部電極層に発生する電荷が、圧縮応力に起因する負電荷と引張応力に起因する正電荷とが同時に発生してキャンセルされることを回避できる。この結果、ダイアフラム支持部２００に発生した応力から効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電をより一層効率良く行うことができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１のＹ軸方向に延びる中心軸線ＬＹに沿う方向において、第１重錘体２１の両側に上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２がそれぞれ配置されている。このことにより、ダイアフラム支持部２００のうち第１重錘体２１の両側の部分で発生する応力によって、各上部電極層Ｅ３−１、Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２で電荷を発生させることができる。このため、ダイアフラム支持部２００に発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
また、本実施の形態によれば、第１重錘体２１に対してＹ軸正側に、２つの上部電極層Ｅ３−１およびＥ３−２が互いに異なる位置に配置され、第１重錘体２１に対してＹ軸負側に、２つの上部電極層Ｅ４−１およびＥ４−２が互いに異なる位置に配置されている。このことにより、ダイアフラム支持部２００が変形する場合に、圧縮応力が発生する部分と、引張応力が発生する部分とに、上部電極層Ｅ３−１，Ｅ３−２、Ｅ４−１およびＥ４−２をそれぞれ配置させることができる。このため、１つの上部電極層に発生する電荷が、圧縮応力に起因する負電荷と引張応力に起因する正電荷とが同時に発生してキャンセルされることを回避できる。この結果、ダイアフラム支持部２００に発生した応力から効率良く電荷を発生させることができ、３軸発電をより一層効率良く行うことができる。
また、本実施の形態によれば、台座１０の台座開口部１１および第１重錘体２１が、平面視で円形状に形成され、台座開口部１１が第１重錘体２１と同心状に形成されている。このことにより、ダイアフラム支持部２００の変形状態により一層の対称性を持たせることができる。例えば、Ｘ軸方向に振動加速度が加えられた場合、中心軸線ＬＹに関して対称にダイアフラム支持部２００を変形させることができる。またＹ軸方向に振動加速度が加えられた場合に、中心軸線ＬＸに関して対称にダイアフラム支持部２００を変形させることができる。Ｚ軸方向に振動加速度が加えられた場合、中心軸線ＬＸおよび中心軸線ＬＹに関してそれぞれ対称にダイアフラム支持部２００を変形させることができる。このため、各上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２に発生する正電荷の総量と負電荷の総量とをより一層等しくすることができ、発電効率をより一層向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、平面視で第１重錘体２１を中心としたときの周方向に延び、第１重錘体２１と同心状に形成されている。ここで、例えば、Ｚ軸正側に振動加速度が加えられた場合、ダイアフラム支持部２００のうち、台座１０の側の領域（外周側領域）で圧縮応力が発生し、第１重錘体２１の側の領域（内周側領域）で引張応力が発生する。Ｚ軸負側に振動加速度が加えられた場合には、台座１０の側の領域で引張応力が発生し、第１重錘体２１の側の領域で圧縮応力が発生する。このことにより、Ｚ軸方向に加えられる振動加速度によってダイアフラム支持部２００が変形する場合に、ダイアフラム支持部２００のうち圧縮応力が発生する領域および引張応力が発生する領域に沿って、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２を形成することができる。このため、ダイアフラム支持部２００に発生した応力から効率良く電荷を発生させることができる。
なお、上述した本実施の形態においては、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２が、平面視で第１重錘体２１を中心としたときの周方向に延び、第１重錘体２１と同心状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２は、図１３に示す上部電極層Ｅ１、Ｅ２のように平面視で矩形状に形成されていてもよい。この場合、上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ２−２は、中心軸線ＬＸ上に配置され、上部電極層Ｅ３−１〜Ｅ４−２は、中心軸線ＬＹ上に配置されることが好適である。また、ダイアフラム支持部２００上の上部電極層は、図１２に示すように配置してもよく、さらには、図２に示すような配置にしてもよい。
また、上述した本実施の形態においては、平面視で枠状に形成された台座１０の内側に第１重錘体２１が配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１重錘体２１を枠状に形成して、その第１重錘体２１の内側に台座１０を配置するようにしてもよい。この場合には、第１重錘体２１の平面面積を増大させて、第１重錘体２１の質量を増加させることができ、振動加速度が加えられた場合におけるダイアフラム支持部２００に発生する応力を増大させることができる。この結果、圧電素子４０の上部電極層Ｅ１−１〜Ｅ４−２から発生させる電荷を増大させることができ、３軸発電の発電効率を向上させることができる。
本発明は上記実施の形態および変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１：発電素子
１０：台座
１１：台座開口部
１２：台座支持部
１３：内縁
１４：外縁
２０：振動体
２１：第１重錘体
２２：第１重錘体支持部
２３：外縁
３０Ａ〜３０Ｄ：第１橋梁支持部
３０Ｅ〜３０Ｇ：第１橋梁支持部
３１Ａ〜３１Ｄ:端部
３２Ａ〜３２Ｄ：端部
３３Ａ〜３３Ｄ：側縁
３０Ａ１〜３０Ｄ１：第１方向部分
３０Ａ２〜３０Ｄ２：第２方向部分
３５：振動体側部分
３５ａ：端部
３６：中間部分
３６ａ、３６ｂ：端部
３７：台座側部分
３７ａ：端部
３８：第１連結部分
３９：第２連結部分
４０：圧電素子
７１：天板
７２：天板対向面
７３：天板側突起部
７４：底板
７５：底板対向面
７６：底板側突起部
９０：第１重錘体中心部
９１Ａ〜９１Ｄ：第１重錘体突出部
９１Ｅ〜９１Ｇ：第１重錘体突出部
９２Ａ〜９２Ｄ：外縁
９３Ａ〜９３Ｄ：外縁
１００：第１追加重錘体
１０１：第１ストッパー部
１１０：追加台座
１１１：第１座部
１１２：第２座部
１１３：第３座部
１２１：第２重錘体
１２２：第２重錘体支持部
１２３：内縁
１２６Ａ〜１２６Ｄ：第１引込凹部
１２７：外縁
１２８Ａ〜１２８Ｄ：第２引込凹部
１３０Ａ〜１３０Ｄ：第２橋梁支持部
１３１Ａ〜１３１Ｄ：端部
１３２Ａ〜１３２Ｄ：端部
１３３Ａ〜１３３Ｄ：側縁
１４０：第１天板対向面
１４１：第２天板対向面
１４２：第１天板側突起部
１４３：第２天板側突起部
１４４：第１底板対向面
１４５：第２底板対向面
１４６：第１底板側突起部
１４７：第２底板側突起部
１５０：第２重錘体枠体部
１５１Ａ〜１５１Ｄ：第２重錘体突出部
１５２Ａ〜１５２Ｄ：外縁
１５３Ａ〜１５３Ｄ：外縁
１６０：第２追加重錘体
１６１：第２ストッパー部
１６３：第１重錘体用第１座部
１６４：第１重錘体用第２座部
１６５：第１重錘体用第３座部
１６６：第１重錘体用第４座部
１７０：第２重錘体用第１座部
１７１：第２重錘体用第２座部
１７２：第２重錘体用第３座部
１７３：第２重錘体用第４座部
１８０：第１重錘体枠体部
１８１Ａ〜１８１Ｄ：第１重錘体内側部
１８２Ａ〜１８２Ｄ：内縁
２００：ダイアフラム支持部
Ｅ０：下部電極層
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ１１〜Ｅ４４：上部電極層
Ｅ１−１〜Ｅ４−２：上部電極層

Claims (30)

  1. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第２橋梁支持部から、前記第１重錘体を支持する第１重錘体支持部が延び、
    前記第１橋梁支持部から、前記第２重錘体を支持する第２重錘体支持部が延び、
    前記第１重錘体支持部の上方に、前記台座に連結された天板が設けられ、
    前記天板は、前記第１重錘体支持部および前記第２重錘体支持部に対向した天板対向面を含み、
    前記天板対向面に、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１重錘体が前記第１重錘体支持部を介して当接可能な第１天板側突起部、および／または前記第２重錘体が上方へ変位した場合に前記第２重錘体が前記第２重錘体支持部を介して当接可能な第２天板側突起部が設けられ、
    前記天板対向面に、前記第１天板側突起部および前記第２天板側突起部が設けられ、
    前記振動体がニュートラル位置にあるときに、前記第１重錘体支持部と前記第１天板側突起部との間の距離は、前記第２重錘体支持部と前記第２天板側突起部との間の距離よりも大きい、発電素子。
  2. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第１重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
    前記底板は、前記第１重錘体および前記第２重錘体に対向した底板対向面を含み、
    前記底板対向面に、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１重錘体が当接可能な第１底板側突起部、および／または前記第２重錘体が下方へ変位した場合に前記第２重錘体が当接可能な第２底板側突起部が設けられ、
    前記底板対向面に、前記第１底板側突起部および前記第２底板側突起部が設けられ、
    前記振動体がニュートラル位置にあるときに、前記第１重錘体と前記第１底板側突起部との間の距離は、前記第２重錘体と前記第２底板側突起部との間の距離よりも大きい、発電素子。
  3. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第２重錘体は、第２重錘体枠体部と、前記第２重錘体枠体部に連結された、前記第２重錘体枠体部から前記台座に向かって突出した第２重錘体突出部と、を含んでいる、発電素子。
  4. 前記第２重錘体突出部は、平面視で前記第１重錘体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第１橋梁支持部の間に配置されている、請求項３に記載の発電素子。
  5. 前記第２重錘体突出部の前記台座の側の外縁は、前記台座の内縁に沿って形成され、
    前記第２重錘体突出部の対向する前記第１橋梁支持部の側の外縁は、当該第１橋梁支持部の側縁に沿って形成されている、請求項３または４に記載の発電素子。
  6. 前記第１重錘体は、第１重錘体中心部と、前記第１重錘体中心部に連結された、前記第１重錘体中心部から前記第２重錘体に向かって突出した第１重錘体突出部と、を含んでいる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電素子。
  7. 前記第１重錘体突出部は、平面視で前記第１重錘体中心部を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第２橋梁支持部の間に配置されている、請求項６に記載の発電素子。
  8. 前記第１重錘体突出部の前記第２重錘体の側の外縁は、前記第２重錘体の内縁に沿って形成され、
    前記第１重錘体突出部の対向する前記第２橋梁支持部の側の外縁は、当該第２橋梁支持部の側縁に沿って形成されている、請求項６または７に記載の発電素子。
  9. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられ、
    前記第１追加重錘体は、前記第１重錘体の変位を規制する第１ストッパー部を有し、
    前記第２重錘体は、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第１重錘体用第１座部を含んでいる、発電素子。
  10. 前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
    前記第１追加重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
    前記底板は、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１追加重錘体が当接可能な第１重錘体用第３座部を含んでいる、請求項９に記載の発電素子。
  11. 前記第１重錘体用第３座部は、前記第１追加重錘体に対向した第１底板対向面と、前記第１底板対向面に設けられ、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１追加重錘体が当接可能な第１底板側突起部と、を含んでいる、請求項１０に記載の発電素子。
  12. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられ、
    前記第１追加重錘体は、前記第１重錘体の変位を規制する第１ストッパー部を有し、
    前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
    前記第２追加重錘体は、前記第１重錘体が前記第１橋梁支持部の各々の前記第１延在軸線を含む平面に沿う方向で変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第１重錘体用第２座部を含んでいる、発電素子。
  13. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられ、
    前記第１追加重錘体は、前記第１重錘体の変位を規制する第１ストッパー部を有し、
    前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
    前記第２追加重錘体は、前記第１重錘体が上方へ変位した場合に前記第１ストッパー部が当接可能な第１重錘体用第４座部を含んでいる、発電素子。
  14. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第１重錘体の下面に、第１追加重錘体が設けられ、
    前記第２重錘体の下面に、第２追加重錘体が設けられ、
    前記第１追加重錘体および前記第２追加重錘体の下方に、前記台座に連結された底板が設けられ、
    前記底板は、前記第１追加重錘体および前記第２追加重錘体に対向した底板対向面を含み、
    前記底板対向面に、前記第１重錘体が下方へ変位した場合に前記第１追加重錘体が当接可能な第１底板側突起部、および前記第２重錘体が下方へ変位した場合に前記第２追加重錘体が当接可能な第２底板側突起部が設けられ、
    前記振動体がニュートラル位置にあるときに、前記第１追加重錘体と前記第１底板側突起部との間の距離は、前記第２追加重錘体と前記第２底板側突起部との間の距離よりも大きい、発電素子。
  15. 前記第２橋梁支持部の各々は、第２延在軸線に沿って延び、
    前記第２橋梁支持部の前記第２延在軸線は、対応する前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線に沿っている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発電素子。
  16. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第２橋梁支持部の各々は、第２延在軸線に沿って延び、
    前記第２橋梁支持部の前記第２延在軸線は、平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線の間に配置されている、発電素子。
  17. 前記第２橋梁支持部の前記第２延在軸線と、平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において隣り合う一方の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線とがなす角度と、当該第２延在軸線と他方の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線とがなす角度は、等しい、請求項１６に記載の発電素子。
  18. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第２重錘体は、平面視で、前記第１橋梁支持部の前記第２重錘体の側の端部を引き込む第１引込凹部を含んでいる、発電素子。
  19. 平面視で枠状に形成された台座と、
    前記台座の内側に設けられた振動体と、
    各々が第１延在軸線に沿って延び、前記振動体を前記台座に支持させる少なくとも３つの第１橋梁支持部と、
    前記振動体の変位時に電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、
    平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う一対の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線が、所定の角度をなし、
    前記電荷発生素子は、各々が電気的に互いに独立した複数の第１電極層を有し、
    各々の前記第１橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記振動体は、第１重錘体と、第２重錘体と、前記第１重錘体と前記第２重錘体とを連結した少なくとも３つの第２橋梁支持部と、を有し、
    前記第１重錘体と前記第２重錘体とは、互いに離間し、
    前記第２重錘体は、平面視で、前記第２橋梁支持部の前記第２重錘体の側の端部を引き込む第２引込凹部を含んでいる、発電素子。
  20. 各々の前記第２橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置されている、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の発電素子。
  21. 各々の前記第２橋梁支持部に、少なくとも１つの前記第１電極層が配置され、
    前記第２橋梁支持部は、対応する前記第１橋梁支持部に沿って整列されており、
    各々の前記第２橋梁支持部において、複数の前記第１電極層が、対応する前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線に沿う方向において互いに異なる位置に配置されている、請求項１〜１２、１４および１５のいずれか一項に記載の発電素子。
  22. 各々の前記第１橋梁支持部において、複数の前記第１電極層が、前記第１延在軸線に垂直な方向において互いに異なる位置に配置されている、請求項２０または２１に記載の発電素子。
  23. 前記電荷発生素子が、前記第１橋梁支持部と前記第１電極層との間に設けられた第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に設けられた電荷発生材料層と、を更に有している、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の発電素子。
  24. 前記電荷発生素子により発生した電荷に基づく電流を整流して電力を取り出す発電回路を更に備えた、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の発電素子。
  25. 複数の前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線は、平面視で前記振動体に対して放射状に配置されている、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の発電素子。
  26. 平面視で前記振動体を中心としたときの周方向において、互いに隣り合う前記第１橋梁支持部の前記第１延在軸線がなす角度は等しい、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の発電素子。
  27. 前記振動体は、４つの前記第１橋梁支持部によって支持されている、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の発電素子。
  28. 前記振動体は、３つの前記第１橋梁支持部によって支持されている、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の発電素子。
  29. 前記第２重錘体は、平面視で枠状に形成され、前記第１重錘体は、前記第２重錘体の内側に設けられている、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の発電素子。
  30. 前記第１重錘体と前記第２橋梁支持部とに基づいて規定される共振系の共振周波数と、前記第２重錘体と前記第１橋梁支持部とに基づいて規定される共振系の共振周波数とが異なっている、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の発電素子。
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