JPWO2012176475A1 - 磁歪発電薄膜片、その製造方法及び磁歪発電モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明の実施の形態1に係る磁歪発電薄膜片を含む発電システムについて説明する。
1.磁歪発電薄膜片1に磁石層20によって磁界が印加されている。
2.構造体2の振動により、磁歪発電薄膜片1に圧縮応力が生じる。
3.逆磁歪効果により、磁歪材料の透磁率が減少する。
4.磁歪材料の磁束が減少する。
5.コイル50の鎖交磁束が変化することにより、誘導電圧が発生し、発電される。
1.下面配線パターン50Bを構成する複数の配線パターンのそれぞれのコンタクト部(上面配線パターン50Aと下面配線パターン50Bとが接合される磁歪薄帯10の側面近傍)に半田材料であるSn−Ag系合金を、例えばメッキ法で形成する。
2.上面配線パターン50Aを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、下面配線パターン50Bを構成する複数の配線パターンのそれぞれとのコンタクト部を圧接しながら、高温下でSn−Ag系合金を溶かして接合する。このとき、上面配線パターン50A及び下面配線パターン50Bは、上面から見ると、図9に示すようにジグザグに配置されるようにする。
次に、本発明の実施の形態2に係る磁歪発電薄膜片について説明する。本実施の形態における磁歪発電薄膜片は、2枚のフレキシブルプリント基板(FPC、以下、単に「フレキシブル基板」という。)が貼り合わされて、磁歪薄帯を周回するコイルを形成している点に特徴を有する。
磁歪材料を用いた発電では、磁歪材料をコア材とするコイルに振動を伝える必要がある。従来のカンチレバー方式等の発電方法では、機械的な構造を必要とするために、耐久性及び長寿命化において問題がある。
大量に安価に生産するにあたり、従来の磁歪材料を用いた発電方式では、簡素な発電原理であるにも拘らず、振動伝達機構が複雑となり、量産性向上の妨げになっている。
世の中には多様な振動源が存在するが、それらの振動を実際の発電に応用するのに、機械的な振動伝達機構を用いたのでは、応用可能な振動源が限られてしまう。
(1)レジストのスプレーコートによる立体パターン形成(メッキ法)
(2)パターン転写技術を用いる
(3)ノズル噴射により、導電性ペーストでスポット的に表裏の配線をつなぐ
2 構造体
3 電極
10 磁歪薄帯
20、20A 磁石層
30 基板
30A、30A’上面基板
30B、30B’下面基板
30A1、30B1 Si結晶層
30A2、30B2 SiO2絶縁層
30A3、30B3 Si基板層
40 絶縁層
50 コイル
50A 上面配線パターン
50B 下面配線パターン
60 モーター
70 磁性体
71a、71b 永久磁石
101 磁歪発電薄膜片
103 電極
105 接着剤
110 磁歪薄帯
130A 上面フレキシブル基板
130B 下面フレキシブル基板
140A 上面ベースポリイミド
140B 下面ベースポリイミド
141A 上面カバーレイ接着層
141B 下面カバーレイ接着層
142A 上面カバーレイポリイミド
142B 下面カバーレイポリイミド
150 コイル
150A 上面配線パターン
150B 下面配線パターン
151 スルーホール
160、160A〜160C 電源回路部
161 昇圧回路
162 AC−DC変換回路
163 蓄電回路
164 レギュレーション回路
170、170A〜170F アプリケーション回路部
171 センサ/無線モジュール
180 コネクタ
181 部品
182 基板
183 弾性材料
184 固定用基材
190 振動体
191 固定体
200、201、201A〜201D、202 磁歪発電モジュール
203、213 PC
205、215 無線通信システム
301、302 コイルシート
301a、301b、302a、302b 端子
310、311、320 磁歪発電薄膜片
Claims (23)
- 振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片であって、
磁歪材料からなる膜状の磁歪素子である磁歪薄帯と、
前記磁歪薄帯を周回する導電性の配線パターンから構成されるコイルと、
前記磁歪薄帯と前記配線パターンとの間に介在する絶縁層とを備え、
前記磁歪薄帯、前記コイル及び前記絶縁層を含む厚みが500μm以下のシート構造を有する
磁歪発電薄膜片。 - 前記コイルと前記絶縁層とは、前記磁歪薄帯を挟んで貼り合わされた上面フレキシブル基板と下面フレキシブル基板とから構成され、
前記上面フレキシブル基板は、前記配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の上面に対向する配線パターンである上面配線パターンを、2つの樹脂層で挟んだ構造を有し、
前記下面フレキシブル基板は、前記配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の下面に対向する配線パターンである下面配線パターンを、2つの樹脂層で挟んだ構造を有し、
前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとで前記コイルが構成されている
請求項1に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記上面配線パターンは、前記磁歪薄帯の上面を横切る複数の直線状の配線パターンから構成され、
前記下面配線パターンは、前記磁歪薄帯の下面を横切る複数の直線状の配線パターンから構成され、
前記上面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンと前記下面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンとは、前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板の周縁部に設けられた複数のスルーホールを介して電気的に接続され、
前記上面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンのそれぞれは、2つのスルーホールを介して、前記下面配線パターンを構成する複数の直線状の配線パターンのうちの対応する一つの配線パターンと電気的に接続されている
請求項2に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記上面配線パターン及び前記下面配線パターンの少なくとも一方には、配線パターンの走行方向を90度曲げる屈曲箇所が含まれ、
前記屈曲箇所では、円弧状に配線パターンの走行方向が90度曲げられている
請求項2または3に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記コイルは、MEMSデバイスであり、
前記配線パターンは、前記磁歪薄帯の上面に対向して設けられた上面配線パターンと、前記磁歪薄帯の下面に対向して設けられた下面配線パターンとが貼り合わされて構成されている
請求項1に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記上面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、前記下面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれとが、半田材料を介して、前記磁歪薄帯の側面近傍で接合されている
請求項5に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記磁歪薄帯と、前記上面配線パターン及び前記下面配線パターンのうち少なくとも一方とが、前記絶縁層を介して接着されている
請求項5または6に記載の磁歪発電薄膜片。 - さらに、
前記磁歪薄帯及び前記コイルを挟むように、上面基板と下面基板とを備える
請求項5〜7のうちいずれか1項に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記上面基板及び前記下面基板のうち少なくとも一方には、前記磁歪薄帯に対向する面に凹部が設けられている
請求項8に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記磁歪薄帯は、長方形の平板構造を有し、前記平板構造の長手方向に平行な磁化容易軸を有する
請求項1〜9のうちいずれか1項に記載の磁歪発電薄膜片。 - さらに、
前記磁歪薄帯の面内方向に磁界を印加する磁界発生部を備える
請求項10に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記磁界発生部は、前記平板構造の長手方向に並べて設置されたN極磁石とS極磁石とを備える
請求項11に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記磁界発生部は、前記磁歪薄帯の上面及び下面と直交する方向に並べて設置されたN極磁石とS極磁石とを備える
請求項11に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記コイルは、アミンダ状のコイルシートで形成されており、
前記磁歪薄帯は、前記コイルシートに、編み込まれるように挿入されている
請求項1に記載の磁歪発電薄膜片。 - 前記絶縁層は、前記磁歪薄帯をコーティングしており、
前記コイルは、前記絶縁層でコーティングされた前記磁歪薄帯の上面及び下面に、直配線方式で形成された配線パターンである
請求項1に記載の磁歪発電薄膜片。 - 振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片の製造方法であって、
磁歪薄帯を周回するコイルを構成する配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の上面に対向する配線パターンである上面配線パターンを2つの樹脂層で挟んだ構造を有する上面フレキシブル基板を製作する第1製作工程と、
前記コイルを構成する配線パターンのうち、前記磁歪薄帯の下面に対向する配線パターンである下面配線パターンを2つの樹脂層で挟んだ構造を有する下面フレキシブル基板を製作する第2製作工程と、
前記磁歪薄帯を挟んで、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程とを含み、
前記貼り合わせ工程では、前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとが、前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板の周縁部に設けられた複数のスルーホールを介して電気的に接続されるように、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる
磁歪発電薄膜片の製造方法。 - 前記貼り合わせ工程は、
前記磁歪薄帯に位置決め用穴を形成する工程と、
前記位置決め用穴を用いて、前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板に対する前記磁歪薄帯の位置決めを行い、前記上面フレキシブル基板と前記下面フレキシブル基板とを貼り合わせる工程とを含む
請求項16に記載の磁歪発電薄膜片の製造方法。 - 振動から電力を生成する磁歪発電薄膜片の製造方法であって、
上面基板上に、平行に走る複数の配線パターンから構成される上面配線パターンを形成する上面配線パターン形成工程と、
下面基板上に、平行に走る複数の配線パターンから構成される下面配線パターンを形成する下面配線パターン形成工程と、
前記上面配線パターンと前記下面配線パターンとが内側になるように、前記上面基板と前記下面基板とで磁歪材料からなる磁歪薄帯の挟み込みを行う挟込工程とを含み、
前記挟込工程では、前記上面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれと、前記下面配線パターンを構成する複数の配線パターンのそれぞれとが、前記磁歪薄帯の側面近傍で接合されるように前記挟み込みを行う
磁歪発電薄膜片の製造方法。 - さらに、
前記挟込工程の前に、前記上面配線パターン及び前記下面配線パターンにおける、前記磁歪薄帯に対向する面に、絶縁層を被覆する絶縁層被覆工程を含む
請求項18に記載の磁歪発電薄膜片の製造方法。 - さらに、
前記上面配線パターン形成工程または前記下面配線パターン形成工程の前に、前記上面基板及び前記下面基板のうち少なくとも一方に、前記磁歪薄帯に対向する面に凹部を設ける基板加工工程を含む
請求項18または19に記載の磁歪発電薄膜片の製造方法。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の磁歪発電薄膜片と、
前記磁歪発電薄膜片が備える前記コイルで発生した交流電圧から所定の直流電圧を生成する電源回路と
を備える磁歪発電モジュール。 - 前記電源回路は、前記磁歪発電薄膜片が備える前記上面フレキシブル基板または前記下面フレキシブル基板の上に形成されている
請求項21に記載の磁歪発電モジュール。 - 前記電源回路は、前記磁歪発電薄膜片が備える前記上面フレキシブル基板及び前記下面フレキシブル基板とコネクタを介して接続された回路基板上に形成されている
請求項21に記載の磁歪発電モジュール。
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