JPH11178375A - エネルギー変換素子 - Google Patents
エネルギー変換素子Info
- Publication number
- JPH11178375A JPH11178375A JP9350167A JP35016797A JPH11178375A JP H11178375 A JPH11178375 A JP H11178375A JP 9350167 A JP9350167 A JP 9350167A JP 35016797 A JP35016797 A JP 35016797A JP H11178375 A JPH11178375 A JP H11178375A
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- JP
- Japan
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- voltage
- displacement
- conversion mechanism
- comb
- energy conversion
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 暗い場所においても電気エネルギーを発生す
ることができる、新しい形式のエネルギー変換素子を提
供する。 【解決手段】 熱−電圧変換機構2においては、熱容量
の異なる２つの物体上にそれぞれ温接点と冷接点を有す
るサーモパイルが構成され、環境温度の変化により電圧
が発生する。この電圧が電圧-変位変換機構１１に印加
されると、その電圧に応じたクーロン力により、可動極
４の櫛歯が固定極３の櫛歯中に引き入れられて、可動極
４が左右方向に移動する。これに伴い、ロッド10が左右
方向に運動する。この水平運動により、薄膜振動体６の
振動を励起させることが可能である。薄膜振動体６の振
動によって、それと一体形成された薄膜コイル７が磁場
Ｂ中で振動するため、薄膜コイル７に電流が発生する。
この電流は電極８、９から取り出される。
ることができる、新しい形式のエネルギー変換素子を提
供する。 【解決手段】 熱−電圧変換機構2においては、熱容量
の異なる２つの物体上にそれぞれ温接点と冷接点を有す
るサーモパイルが構成され、環境温度の変化により電圧
が発生する。この電圧が電圧-変位変換機構１１に印加
されると、その電圧に応じたクーロン力により、可動極
４の櫛歯が固定極３の櫛歯中に引き入れられて、可動極
４が左右方向に移動する。これに伴い、ロッド10が左右
方向に運動する。この水平運動により、薄膜振動体６の
振動を励起させることが可能である。薄膜振動体６の振
動によって、それと一体形成された薄膜コイル７が磁場
Ｂ中で振動するため、薄膜コイル７に電流が発生する。
この電流は電極８、９から取り出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエネルギー変換素子
に関するものであり、特に、小型携帯機器のエネルギー
源として好適なエネルギー変換素子に関するものであ
る。
に関するものであり、特に、小型携帯機器のエネルギー
源として好適なエネルギー変換素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】小型携帯機器のエネルギー源として用い
られるエネルギー変換素子には、太陽電池が一般的に使
用されている。
られるエネルギー変換素子には、太陽電池が一般的に使
用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽電
池は、明るい場所でないと作動せず、ポケットベル、携
帯電話等、通常は暗い場所に保管されている機器のエネ
ルギー源としては不適当であるという問題点がある。
池は、明るい場所でないと作動せず、ポケットベル、携
帯電話等、通常は暗い場所に保管されている機器のエネ
ルギー源としては不適当であるという問題点がある。
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、暗い場所においても電気エネルギ
ーを発生することができる、新しい形式のエネルギー変
換素子を提供することを課題とする。
めになされたもので、暗い場所においても電気エネルギ
ーを発生することができる、新しい形式のエネルギー変
換素子を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、熱容量を異にする２つの物体の一方に
温接点を有し他方に冷接点を有するサーモパイルと、前
記サーモーパイルの出力電圧を変位に変換する電圧−変
位変換機構と、前記電圧−変位変換機構の変位を電流に
変換する変位−電流変換機構とを有してなるエネルギー
変換素子（請求項１）である。
の第１の手段は、熱容量を異にする２つの物体の一方に
温接点を有し他方に冷接点を有するサーモパイルと、前
記サーモーパイルの出力電圧を変位に変換する電圧−変
位変換機構と、前記電圧−変位変換機構の変位を電流に
変換する変位−電流変換機構とを有してなるエネルギー
変換素子（請求項１）である。
【０００６】本手段においては、室外から室内への移動
等、温度の異なる場所に移動する再に、熱容量の違いに
より２つの物体間に一時的に温度差が発生する。よっ
て、サーモパイルの温接点と冷接点の間に温度差が生
じ、サーモパイルに電圧が発生する。電圧−変位変換機
構は、この電圧を変位に変換する。変位−電流変換機構
は、この変位を電流に変換する。この電流は充電器に充
電される等により、エネルギー源として使用される。
等、温度の異なる場所に移動する再に、熱容量の違いに
より２つの物体間に一時的に温度差が発生する。よっ
て、サーモパイルの温接点と冷接点の間に温度差が生
じ、サーモパイルに電圧が発生する。電圧−変位変換機
構は、この電圧を変位に変換する。変位−電流変換機構
は、この変位を電流に変換する。この電流は充電器に充
電される等により、エネルギー源として使用される。
【０００７】前記課題を解決するための第２手段は、前
記第１の手段であって、熱容量を異にする２つの物体の
うち一方が支持体であり、他方が当該支持体に周囲を拘
束された薄膜メンブレンであることを特徴とするもの
（請求項２）である。
記第１の手段であって、熱容量を異にする２つの物体の
うち一方が支持体であり、他方が当該支持体に周囲を拘
束された薄膜メンブレンであることを特徴とするもの
（請求項２）である。
【０００８】薄膜メンブレンの熱量量は小さく、支持体
の熱容量は大きいので、両者の間には過渡的な温度差が
生じ、サーモパイルにより電圧に変換される。支持体に
周囲を拘束された薄膜メンブレンは、マイクロマシニン
グ工程（リソグラフィ、エッチング、ＣＶＤ、リフトオ
フ法等、半導体製造に使用される技術を使用して微少な
機械部品や電気部品を製造する工程）によって容易に製
造することができ、その表面にパターニングによりサー
モパイルを製造することも容易である。
の熱容量は大きいので、両者の間には過渡的な温度差が
生じ、サーモパイルにより電圧に変換される。支持体に
周囲を拘束された薄膜メンブレンは、マイクロマシニン
グ工程（リソグラフィ、エッチング、ＣＶＤ、リフトオ
フ法等、半導体製造に使用される技術を使用して微少な
機械部品や電気部品を製造する工程）によって容易に製
造することができ、その表面にパターニングによりサー
モパイルを製造することも容易である。
【０００９】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記各手段であって、電圧−変位変換機構が、櫛歯状固
定極と、櫛歯状可動極とを有してなり、櫛歯状固定極と
櫛歯状可動極の櫛歯が互い違いに噛み合わされるように
配置され、櫛歯状固定極と櫛歯状可動極との間に印加さ
れる電圧に応じて、櫛歯状可動極が櫛歯状固定極にクー
ロン力によって引き付けられて動くことを特徴とするも
の（請求項３）である。
前記各手段であって、電圧−変位変換機構が、櫛歯状固
定極と、櫛歯状可動極とを有してなり、櫛歯状固定極と
櫛歯状可動極の櫛歯が互い違いに噛み合わされるように
配置され、櫛歯状固定極と櫛歯状可動極との間に印加さ
れる電圧に応じて、櫛歯状可動極が櫛歯状固定極にクー
ロン力によって引き付けられて動くことを特徴とするも
の（請求項３）である。
【００１０】櫛歯状固定極と櫛歯状可動極の間に電圧を
付加すると、両電極の櫛歯の間にクーロン力が働いて、
櫛歯状可動極が櫛歯状固定極に引き付けられる。櫛歯状
固定極と櫛歯状可動極はコンデンサを構成するが、この
インピーダンスは大きいので、サーモーパイルからほと
んど電流を取り出すことなく、電圧を変位に変換するこ
とができる。
付加すると、両電極の櫛歯の間にクーロン力が働いて、
櫛歯状可動極が櫛歯状固定極に引き付けられる。櫛歯状
固定極と櫛歯状可動極はコンデンサを構成するが、この
インピーダンスは大きいので、サーモーパイルからほと
んど電流を取り出すことなく、電圧を変位に変換するこ
とができる。
【００１１】櫛歯状固定極、櫛歯状可動極は、例えばポ
リシリコンにより構成され、マイクロマシニング工程に
より容易に製造することができる。
リシリコンにより構成され、マイクロマシニング工程に
より容易に製造することができる。
【００１２】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記各手段であって、変位−電圧変換機構が、ロッドの
移動に応じて磁場中を移動する薄膜振動体を有してな
り、当該薄膜振動体にはコイルが一体形成されているこ
とを特徴とするもの（請求項４）である。
前記各手段であって、変位−電圧変換機構が、ロッドの
移動に応じて磁場中を移動する薄膜振動体を有してな
り、当該薄膜振動体にはコイルが一体形成されているこ
とを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１３】ロッドの移動に伴い、薄膜振動体とそれに
一体形成されたコイルが磁場中を移動し、コイルに電流
が発生する。薄膜振動体とそれに一体形成されたコイル
は、マイクロマシニング工程で容易に形成することがで
きる。
一体形成されたコイルが磁場中を移動し、コイルに電流
が発生する。薄膜振動体とそれに一体形成されたコイル
は、マイクロマシニング工程で容易に形成することがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を、図を
用いて説明する。図３は本発明のエネルギー変換素子に
おける熱−電圧変換機構の例を示す平面図である。 こ
の熱−エネルギー変換機構は、支持体２１と、支持体２
１に周囲を拘束された薄膜メンブレン部２２とから構成
される。ここで、異なる金属材料２３と２４が交互に薄
膜メンブレン２２と支持体２１上にパターニングされ、
両金属の接点（重ね合わされた点）はメンブレン２２上
と支持体２１上に交互に配置されて、サーモパイルを構
成している。すなわち、これらの金属パターンは複数の
熱電対を直列に形成された構造を持ち、配線の最終端は
金属パッド２５に接続されている。
用いて説明する。図３は本発明のエネルギー変換素子に
おける熱−電圧変換機構の例を示す平面図である。 こ
の熱−エネルギー変換機構は、支持体２１と、支持体２
１に周囲を拘束された薄膜メンブレン部２２とから構成
される。ここで、異なる金属材料２３と２４が交互に薄
膜メンブレン２２と支持体２１上にパターニングされ、
両金属の接点（重ね合わされた点）はメンブレン２２上
と支持体２１上に交互に配置されて、サーモパイルを構
成している。すなわち、これらの金属パターンは複数の
熱電対を直列に形成された構造を持ち、配線の最終端は
金属パッド２５に接続されている。
【００１５】周知のように、ポケットベル、携帯電話、
電子手帳などの携帯機器は、室内から室外への移動を必
ず伴うため、その環境温度は常に変化する。本発明のエ
ネルギー変換素子はこのような利用環境、すなわち環境
温度の揺らぎに着目してなされた発明である。すなわ
ち、携帯機器内に搭載された、該エネルギー変換素子の
温度は、携帯機器と同様な環境変化を受ける。しかしな
がら、環境温度の変化に対する部材の温度は、その部材
の熱容量の大きさにより応答速度（すなわち、温度変化
速度）はまちまちである。
電子手帳などの携帯機器は、室内から室外への移動を必
ず伴うため、その環境温度は常に変化する。本発明のエ
ネルギー変換素子はこのような利用環境、すなわち環境
温度の揺らぎに着目してなされた発明である。すなわ
ち、携帯機器内に搭載された、該エネルギー変換素子の
温度は、携帯機器と同様な環境変化を受ける。しかしな
がら、環境温度の変化に対する部材の温度は、その部材
の熱容量の大きさにより応答速度（すなわち、温度変化
速度）はまちまちである。
【００１６】本実施の形態におけるエネルギー変換素子
では、メンブレン部２２は薄膜で構成されているため非
常に熱容量が小さく、環境温度変化に敏感に変化する。
一方、周囲の支持体部２１は、メンブレン部２２に比較
して大きな体積を有するため、環境温度の変化に対して
鈍感である。ここで、環境温度変化が生じた直後のメン
ブレン部２２の温度と支持体部２１の温度にギャップを
生じせしめることが可能となる。
では、メンブレン部２２は薄膜で構成されているため非
常に熱容量が小さく、環境温度変化に敏感に変化する。
一方、周囲の支持体部２１は、メンブレン部２２に比較
して大きな体積を有するため、環境温度の変化に対して
鈍感である。ここで、環境温度変化が生じた直後のメン
ブレン部２２の温度と支持体部２１の温度にギャップを
生じせしめることが可能となる。
【００１７】従って、メンブレン上に形成された熱電対
の接点部と、支持体上に形成された接点部との間に温度
差が生じ、個々の熱電対においてゼーベック効果による
熱起電力が発生する。本発明のエネルギー変換素子は、
直列に熱電対を形成したため、前述の熱起電力が足し合
わされ大きな起電力が発生するという作用を有してい
る。
の接点部と、支持体上に形成された接点部との間に温度
差が生じ、個々の熱電対においてゼーベック効果による
熱起電力が発生する。本発明のエネルギー変換素子は、
直列に熱電対を形成したため、前述の熱起電力が足し合
わされ大きな起電力が発生するという作用を有してい
る。
【００１８】支持体部２１は例えばシリコン基板から構
成し、メンブレン部２２は例えば窒化珪素膜から構成す
る。金属材料２３としては例えばニクロム薄膜を使用
し、金属材料２４としては、例えばチタン薄膜を使用す
る。このような熱−電圧変換機構は、マイクロマシニン
グ工程により容易に製造することができる。
成し、メンブレン部２２は例えば窒化珪素膜から構成す
る。金属材料２３としては例えばニクロム薄膜を使用
し、金属材料２４としては、例えばチタン薄膜を使用す
る。このような熱−電圧変換機構は、マイクロマシニン
グ工程により容易に製造することができる。
【００１９】このような熱-電圧変換機構は、内部イン
ピーダンスが大きいため、ある程度の電圧は得られるも
のの、電流を取り出すことができない。よって、この電
圧を電流に変換して取り出す電流発生機構が一体化され
ている。
ピーダンスが大きいため、ある程度の電圧は得られるも
のの、電流を取り出すことができない。よって、この電
圧を電流に変換して取り出す電流発生機構が一体化され
ている。
【００２０】図1は、本発明のエネルギー変換素子の実
施の形態の一例の構成を示す斜視図である。本エネルギ
ー変換素子は、基板１上に形成された熱-電圧変換機構2
と電圧-変位変換機構１１と変位-電流変換機構１２とか
ら構成される。熱-電圧変換機構2により発生した電圧
は、静電気力で動作する電圧-変位変換機構１１に印加
される。この電圧-変位変換機構１１は、櫛場状の固定
極３と櫛場状の可動極４とで構成され、可動極４は、基
板1から浮いた構造を持ち、両端をポスト５により支え
られている。また、可動極４には複数のロッド１０が一
体形成されている。変位-電流変換機構１２は、薄膜コ
イル７が一体形成された複数の薄膜振動体６を有してい
る。また、薄膜コイル７は磁場Ｂ中に設置されている。
施の形態の一例の構成を示す斜視図である。本エネルギ
ー変換素子は、基板１上に形成された熱-電圧変換機構2
と電圧-変位変換機構１１と変位-電流変換機構１２とか
ら構成される。熱-電圧変換機構2により発生した電圧
は、静電気力で動作する電圧-変位変換機構１１に印加
される。この電圧-変位変換機構１１は、櫛場状の固定
極３と櫛場状の可動極４とで構成され、可動極４は、基
板1から浮いた構造を持ち、両端をポスト５により支え
られている。また、可動極４には複数のロッド１０が一
体形成されている。変位-電流変換機構１２は、薄膜コ
イル７が一体形成された複数の薄膜振動体６を有してい
る。また、薄膜コイル７は磁場Ｂ中に設置されている。
【００２１】固定極３と可動極４は、例えばポリシリコ
ンから構成され、マイクロマシニング工程により基板１
と一体に形成される。
ンから構成され、マイクロマシニング工程により基板１
と一体に形成される。
【００２２】熱−電圧変換機構２により発生した電圧が
電圧-変位変換機構１１に印加されると、その電圧に応
じたクーロン力により、可動極４の櫛歯が固定極３の櫛
歯中に引き入れられて、可動極４が図１における左右方
向に移動する。これに伴い、ロッド10が左右方向に運動
する。この水平運動により、薄膜振動体６の振動を励起
させることが可能である。薄膜振動体６の振動によっ
て、それと一体形成された薄膜コイル７が磁場Ｂ中で振
動するため、薄膜コイル７に電流が発生する。この電流
は電極８、９から取り出される。
電圧-変位変換機構１１に印加されると、その電圧に応
じたクーロン力により、可動極４の櫛歯が固定極３の櫛
歯中に引き入れられて、可動極４が図１における左右方
向に移動する。これに伴い、ロッド10が左右方向に運動
する。この水平運動により、薄膜振動体６の振動を励起
させることが可能である。薄膜振動体６の振動によっ
て、それと一体形成された薄膜コイル７が磁場Ｂ中で振
動するため、薄膜コイル７に電流が発生する。この電流
は電極８、９から取り出される。
【００２３】図２は、ロッド１０と支持台１５の上に形
成された薄膜振動体６の構成例を示す図である。ロッド
１０には、上部に突起１３が形成されており、薄膜振動
体６には、横方向に複数の突起１４が設けられている。
横方向にロッド１０が水平移動すると、突起１３により
薄膜振動体６の突起１４が押し上げられて薄膜振動体６
が上部に押し曲げられる。ロッド１０が更に移動して、
突起１３が突起１４の間に入り込むと薄膜振動体６自体
の弾性力により、薄膜振動体６は水平位置に復帰する。
ロッド１０が更に移動すると、突起１３により薄膜振動
体６の突起１４が押し上げられて薄膜振動体６が上部に
押し曲げられる。これが繰り返されて、薄膜振動体６に
振動が励起される。前述のように、薄膜振動体６にはコ
イル７が一体化されており、磁場Ｂ中でのコイルの振動
により、誘導電流を発生することが可能となる。
成された薄膜振動体６の構成例を示す図である。ロッド
１０には、上部に突起１３が形成されており、薄膜振動
体６には、横方向に複数の突起１４が設けられている。
横方向にロッド１０が水平移動すると、突起１３により
薄膜振動体６の突起１４が押し上げられて薄膜振動体６
が上部に押し曲げられる。ロッド１０が更に移動して、
突起１３が突起１４の間に入り込むと薄膜振動体６自体
の弾性力により、薄膜振動体６は水平位置に復帰する。
ロッド１０が更に移動すると、突起１３により薄膜振動
体６の突起１４が押し上げられて薄膜振動体６が上部に
押し曲げられる。これが繰り返されて、薄膜振動体６に
振動が励起される。前述のように、薄膜振動体６にはコ
イル７が一体化されており、磁場Ｂ中でのコイルの振動
により、誘導電流を発生することが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、熱容量
を異にする２つの物体の一方に温接点を有し他方に冷接
点を有するサーモパイルと、前記サーモーパイルの出力
電圧を変位に変換する電圧−変位変換機構と、前記電圧
−変位変換機構の変位を電流に変換する変位−電流変換
機構とを有してなるものであるので、環境温度の揺らぎ
を電流に変換することができる。このエネルギー変換素
子は、従来になかったものであり、ポケットベルや携帯
電話等の携帯機器用の電源として好適である。
を異にする２つの物体の一方に温接点を有し他方に冷接
点を有するサーモパイルと、前記サーモーパイルの出力
電圧を変位に変換する電圧−変位変換機構と、前記電圧
−変位変換機構の変位を電流に変換する変位−電流変換
機構とを有してなるものであるので、環境温度の揺らぎ
を電流に変換することができる。このエネルギー変換素
子は、従来になかったものであり、ポケットベルや携帯
電話等の携帯機器用の電源として好適である。
【図１】本発明の実施の形態の一例であるエネルギー変
換素子の概略構成を示す斜視図である。
換素子の概略構成を示す斜視図である。
【図２】ロッドの水平運動により薄膜振動体の自由振動
を励起する手段を示す斜視図である。
を励起する手段を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例に係る熱-電圧変換
機構の構成を示す概略図である。
機構の構成を示す概略図である。
１・・・基板 ２・・・熱−電圧変換機構 ３・・・固定極 ４・・・可動極 ５・・・ポスト ６・・・薄膜振動体 ７・・・薄膜コイル ８・・・電極パッド ９・・・電極パッド 10・・・ロッド 11・・・電圧−変位変換機構 12・・・変位−電流変換機構 13・・・ロッドの突起 14・・・薄膜振動体の突起 15・・・薄膜振動体の支持部 21・・・基板部 22・・・メンブレン部 23・・・金属膜 24・・・金属膜 25・・・電極パッド
Claims (4)
- 【請求項１】 熱容量を異にする２つの物体の一方に温
接点を有し他方に冷接点を有するサーモパイルと、前記
サーモーパイルの出力電圧を変位に変換する電圧−変位
変換機構と、前記電圧−変位変換機構の変位を電流に変
換する変位−電流変換機構とを有してなるエネルギー変
換素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載のエネルギー変換素子で
あって、前記熱容量を異にする２つの物体のうち一方が
支持体であり、他方が当該支持体に周囲を拘束された薄
膜メンブレンであることを特徴とするエネルギー変換素
子。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のエネルギ
ー変換素子であって、前記電圧−変位変換機構が、櫛歯
状固定極と、櫛歯状可動極とを有してなり、櫛歯状固定
極と櫛歯状可動極の櫛歯が互い違いに噛み合わされるよ
うに配置され、櫛歯状固定極と櫛歯状可動極との間に印
加される電圧に応じて、櫛歯状可動極が櫛歯状固定極に
クーロン力によって引き付けられて動くことを特徴とす
るエネルギー変換素子。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちいずれか１
項に記載のエネルギー変換素子であって、前記変位−電
圧変換機構が、ロッドの移動に応じて磁場中を移動する
薄膜振動体を有してなり、当該薄膜振動体にはコイルが
一体形成されていることを特徴とするエネルギー変換素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9350167A JPH11178375A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | エネルギー変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9350167A JPH11178375A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | エネルギー変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11178375A true JPH11178375A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18408683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9350167A Pending JPH11178375A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | エネルギー変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11178375A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012074662A (ja) * | 2009-12-09 | 2012-04-12 | Sony Corp | 熱電発電装置、熱電発電方法、電気信号検出装置及び電気信号検出方法 |
-
1997
- 1997-12-05 JP JP9350167A patent/JPH11178375A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012074662A (ja) * | 2009-12-09 | 2012-04-12 | Sony Corp | 熱電発電装置、熱電発電方法、電気信号検出装置及び電気信号検出方法 |
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