WO2023176869A1 - 磁歪材料、エネルギー変換部材およびその製造方法ならびに振動発電装置 - Google Patents

磁歪材料、エネルギー変換部材およびその製造方法ならびに振動発電装置 Download PDF

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大樹 栗田
史生 成田
将仁 渡辺
潔 浦川
武信 佐藤
達郎 佐々
大喜 千葉
真澄 廣谷
尚幸 尾張
厳 田山
貴司 江幡
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国立大学法人東北大学
東北特殊鋼株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/80—Constructional details
    • H10N35/85—Magnetostrictive active materials

Definitions

  • the present invention relates to a magnetostrictive material, an energy conversion member, a method for manufacturing the same, and a vibration power generation device.
  • Patent Document 1 an energy conversion member made by joining a solid soft magnetic material and a solid magnetostrictive material is known (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 The energy conversion member described in Patent Document 1 can be used in vibration power generation devices, force sensor devices, actuators, etc., but there is a need for one with better energy efficiency and lower manufacturing costs.
  • the present invention has been made with attention to such problems, and an object of the present invention is to provide a magnetostrictive material, an energy conversion member, a method for manufacturing the same, and a vibration power generation device that have good energy efficiency and can reduce manufacturing costs. With the goal.
  • the magnetostrictive material according to the present invention is characterized by having voids. Since the magnetostrictive material according to the present invention has voids, the amount of deformation due to vibration can be increased and energy efficiency can be improved.
  • the void may be formed entirely or partially.
  • the plate-shaped magnetostrictive material according to the present invention is characterized by having through holes in the thickness direction. Since the plate-shaped magnetostrictive material according to the present invention has through holes in the thickness direction, the amount of deformation due to vibration can be increased and energy efficiency can be improved.
  • the energy conversion member according to the present invention is characterized in that a plate-shaped magnetostrictive material having through holes in the thickness direction and a plate material are respectively stacked and bonded in the thickness direction. Since the energy conversion member according to the present invention includes a plate-shaped magnetostrictive material having through holes in the thickness direction, the amount of deformation due to vibration can be increased and energy efficiency can be improved. Furthermore, since the plate magnetostrictive material and the plate material are stacked and bonded together in the thickness direction, the strength can be increased.
  • the plate-shaped magnetostrictive material has a honeycomb structure in which cells constitute the through holes.
  • the compressive strength in the thickness direction can be increased by the honeycomb structure.
  • the cells preferably have a polygonal cross-sectional shape.
  • the plate material is made of magnetostrictive material, soft magnetic material or non-magnetic material.
  • the magnetization of the soft magnetic material can also be changed due to a change in magnetization due to the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive material, and compared to the case where only the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive material is used, the magnetization is changed due to the inverse magnetostrictive effect. Energy efficiency can be increased.
  • the plate-shaped magnetostrictive material and/or the plate material may be composed of a plurality of pieces, each of which may be stacked and bonded in the thickness direction.
  • energy conversion members of various shapes can be manufactured by stacking plate-shaped magnetostrictive materials and/or the plate materials of various shapes in the thickness direction.
  • the through hole of the plate-shaped magnetostrictive material may be closed at one end or both ends by the plate material or another plate-shaped magnetostrictive material. In this case, it is possible to maintain a dense appearance and strength while being lightweight, increasing the amount of deformation due to vibration, and improving energy efficiency.
  • the plate-shaped magnetostrictive material may be composed of a plurality of pieces, each of which has a different axis of easy magnetization. In this case, internal stress can be increased.
  • the plate-shaped magnetostrictive material and the plate material may be joined by diffusion bonding, welding, or adhesive.
  • the energy converting member according to the present invention has a magnetostrictive layer formed by melting raw material powder of magnetostrictive material by a directional energy deposition method and layered manufacturing, and a magnetostrictive layer formed by melting raw material powder of a soft magnetic material by a directional energy deposition method and layered manufacturing. Although it may be manufactured by laminating and bonding one soft magnetic material layer to the other, production efficiency can be increased by bonding the plate-shaped magnetostrictive material and the plate material by diffusion bonding, welding bonding, or adhesive. .
  • the energy conversion member according to the present invention may have an elongated plate shape, and the plate thickness may become thinner from one end to the other end.
  • the energy conversion member according to the present invention may have an elongated plate shape, and the width may become narrower from one end to the other end.
  • the energy conversion member according to the present invention may have an elongated plate shape, and the plate thickness may become thinner and the width may become narrower from one end to the other end.
  • the method for manufacturing an energy conversion member according to the present invention is characterized in that a plate-shaped magnetostrictive material having through holes in the thickness direction and a plate material are respectively stacked and bonded in the thickness direction.
  • the vibration power generation device has a vibrating part formed by supporting the one end of the energy conversion member in a cantilever shape, and generates electricity by the inverse magnetostrictive effect of the plate-shaped magnetostrictive material caused by the vibration of the vibrating part. It is characterized by being configured as follows. If the energy conversion member according to the present invention has an elongated plate shape and has a shape in which the plate thickness becomes thinner and/or the width becomes narrower from one end to the other, stress is applied in a distributed manner over the entire body. When the vibrating section is supported in a cantilevered manner and power is generated by the inverse magnetostrictive effect of the plate-shaped magnetostrictive material due to the vibration of the vibrating section, power generation efficiency can be improved.
  • the vibration power generation device has the above-mentioned energy conversion member, and the energy conversion member has an elongated plate shape and is supported at one end.
  • the magnetostrictive material may be configured to generate electricity using the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive material.
  • the energy conversion member according to the present invention has an elongated plate shape, and in the honeycomb structure, the cross-sectional shape of the cells is a regular hexagon, and the perpendicular to any side of the cells is inclined at 30 degrees with respect to the overall longitudinal direction. You can leave it there.
  • a vibrating section is constructed with one end supported in a cantilever shape, and when power is generated by the inverse magnetostrictive effect of the plate magnetostrictive material due to vibration of the vibrating section, the amount of deformation due to the vibration is increased and the amount of power generation is increased. can be done. Furthermore, the resonance frequency can be lowered.
  • the energy conversion member according to the present invention has an elongated plate shape, and in the honeycomb structure, the cross-sectional shape of the cells is hexagonal, and the hexagonal shape has two opposing sides having the same length and the other four sides having the same length. may have the same length and be longer than each length of the two sides, and the perpendicular lines of the two sides may be along the overall longitudinal direction. In this case, the area where the inverse magnetostrictive effect is expressed can be increased, and energy efficiency can be improved.
  • the plate-shaped magnetostrictive material may be composed of a plurality of plates, and each of the plate-shaped magnetostrictive materials may be stacked and bonded in the thickness direction with the through holes shifted in position.
  • the plate magnetostrictive material and the magnetostrictive material are preferably made of a Fe--Co alloy, a Fe--Al alloy, Ni, a Ni--Fe alloy, or a Ni--Co alloy.
  • the soft magnetic material is made of a material having a magnetostriction constant with a sign opposite to that of the plate magnetostrictive material.
  • the non-magnetic material is preferably stainless steel such as SUS304 or SUS316, Ti, or the like.
  • the through-hole of the plate-shaped magnetostrictive material may be formed in a part of the plate-shaped magnetostrictive material, or may be formed in the entire plate-shaped magnetostrictive material.
  • the number of through holes may be one or multiple.
  • the plate-shaped magnetostrictive material and energy conversion member according to the present invention can be used not only in vibration power generation devices but also in force sensors, actuators, and the like.
  • the present invention it is possible to provide a magnetostrictive material, an energy conversion member, a method for manufacturing the same, and a vibration power generation device that have good energy efficiency and can reduce manufacturing costs.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an energy conversion member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a honeycomb structure in which the cross-sectional shape of cells used in the plate magnetostrictive material is a regular hexagon.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a honeycomb structure in which the cross-sectional shape of cells used in the plate magnetostrictive material is square.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a structure in which the magnetic anisotropy of the energy conversion member according to the embodiment of the present invention is adjusted. It is an explanatory view showing an example of a honeycomb structure.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the manufacturing process of the energy conversion member of Example 1.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a honeycomb structure of Example 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing (a) Fe52-Co48 alloy cubes manufactured using various parameters in Example 2 of the present invention; (b) the scanning method used; (a) A schematic diagram of a vibration energy harvesting performance test, and (b) a schematic diagram of an impact energy harvesting performance test.
  • This is an XRD pattern of a Fe52-Co48 alloy cube obtained using each manufacturing parameter.
  • These are a secondary electron image and an EDX map of a Fe52-Co48 alloy cube manufactured using the P2V1 parameters shown in Table 1.
  • 3 is a graph showing the relationship between porosity and energy density of Fe52-Co48 alloy cubes manufactured with various parameters.
  • FIG. 7 is a front view showing the shape of a sample for the impact power generation test of Example 3.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an impact energy harvesting performance test device of Example 3.
  • 12 is a graph showing the instantaneous current value (with volume correction) versus the height of free fall of the weight in the impact power generation test of Example 3.
  • the energy conversion member according to the embodiment of the present invention is formed by combining a plate-shaped magnetostrictive material having through holes in the thickness direction and a plate material, stacking each other in the thickness direction.
  • the plate material is made of magnetostrictive material, soft magnetic material or non-magnetic material.
  • the plate magnetostrictive material and the magnetostrictive material are made of Fe--Co alloy, Fe--Al alloy, Ni, Ni--Fe alloy, or Ni--Co alloy.
  • the soft magnetic material is made of a material having a magnetostriction constant with a sign opposite to that of the plate magnetostrictive material.
  • the non-magnetic material is made of stainless steel such as SUS304 and SUS316, Ti, etc.
  • Plate-shaped magnetostrictive materials and plate materials are shaped by processing thin plates of magnetostrictive materials, soft magnetic materials, and non-magnetic materials by etching, laser processing, press processing, electrolytic processing (wire cutting, electric discharge), etc.
  • a through hole is formed in the plate magnetostrictive material.
  • the plate-shaped magnetostrictive material and the plate material are processed so that, when stacked, they have a honeycomb structure in which cells constitute through holes.
  • the cross-sectional shape of the cells may be a regular hexagon (see FIG. 2) or other polygons such as a quadrangle (see FIG. 3).
  • the honeycomb structure allows the output power density per unit volume of the magnetostrictive material to be increased.
  • the produced plate-shaped magnetostrictive material and plate material are stacked one on top of the other in the thickness direction, and after being fixed with a jig, they are placed in an electric furnace and heated, heated and pressurized to perform diffusion bonding.
  • the conditions for diffusion bonding are preferably a recrystallization temperature of 600 to 1000° C. or higher, a load of 0.1 to 100 kg/cm 2 , and a holding time of 0.5 to 30 hours.
  • the plate magnetostrictive material and the plate material may be joined by welding or adhesive in addition to diffusion joining. In the case of bonding using an adhesive, it is preferable to apply the adhesive to a plate-shaped magnetostrictive material or plate material, fix it with a jig, and fix it by heating and pressing. Production efficiency can be increased by joining the plate magnetostrictive material and the plate material by diffusion bonding, welding bonding, or adhesive.
  • the laminate may consist of any number of layers, from a single layer to multiple layers. For example, a stack of 800 or more layers may be used.
  • a plate material or another plate-shaped magnetostrictive material By stacking a plate material or another plate-shaped magnetostrictive material so as to close one end or both ends of the through hole of the plate-shaped magnetostrictive material, one or both sides can have a hollow structure with a dense structure or a bulk structure.
  • Strength can be increased by forming the dense structure or bulk structure on both sides with stainless steel such as SUS304 or SUS316 or non-magnetic material such as Ti, and forming the hollow structure inside with a pairing of magnetostrictive material and inverse magnetostrictive material. .
  • the energy conversion member includes a plate-shaped magnetostrictive material having through holes in the thickness direction, the amount of deformation due to vibration can be increased and energy efficiency can be improved.
  • the plurality of plate-shaped magnetostrictive materials may have a structure in which the magnetic anisotropy is adjusted by laminating them so that the directions of their easy magnetization axes differ. After joining the plate magnetostrictive material and the plate material, they are cut by shear cutting, wire cutting, laser cutting, etc. to separate the energy conversion member into pieces. It is possible to manufacture plate-shaped magnetostrictive materials with different properties depending on the cutting direction of the plate material.
  • the magnetostrictive material according to the embodiment of the present invention has a structure with voids.
  • the structure having voids may be any structure that is not dense.
  • the voided magnetostrictive material may consist, for example, of a reticulated hollow tube structure, such as carbon nanotubes.
  • Preferable examples of the voids in the magnetostrictive material include a structure having voids in three dimensions, a structure having voids partially or entirely, a structure in which stress is distributed throughout the longitudinal direction, and a structure in which the density changes in the longitudinal direction.
  • the magnetostrictive material according to the embodiment of the present invention has air gaps and thus has flexibility, and can efficiently convert minute mechanical energy such as vibration caused by the environment into mechanical energy for a device.
  • the amount of strain in magnetostrictive materials that convert mechanical energy into electrical energy can be increased. By designing the void structure so that stress is more concentrated, a larger amount of power generation can be obtained.
  • the energy conversion member can be formed into an elongated plate shape and a honeycomb structure, for example.
  • the cross-sectional shape of the cell may be a regular hexagon, and the perpendicular to any side of the cell may be inclined at 30 degrees with respect to the overall longitudinal direction.
  • the cross-sectional shape of the cell is hexagonal, and the two opposing sides of the hexagon are equal in length, and the other four sides are each the same length. It may also be longer than the length, and the perpendicular lines of the two sides may be along the overall longitudinal direction.
  • the energy conversion member may have an elongated plate shape, and the plate thickness may become thinner from one end to the other end.
  • the energy conversion member may have an elongated plate shape, and the width may become narrower from one end to the other end.
  • the plate thickness may become thinner and the width may become narrower from one end to the other end.
  • the vibration power generation device has a vibrating part formed by supporting one end of an energy converting member in a cantilever shape, and is configured to generate electricity by the inverse magnetostrictive effect of the plate-shaped magnetostrictive material due to the vibration of the vibrating part.
  • a pickup can be provided around the energy conversion member, and an induced current can be generated in the pickup by the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive material caused by vibration (see FIGS. 9(a) and 9(b)).
  • the pickup can be constructed from a coil in which an energy converting member is placed. If the energy conversion member is in the form of a long and thin plate, and the plate thickness becomes thinner and/or the width becomes narrower from one end to the other, the stress will be applied to the entire member in a distributed manner, making it difficult to increase power generation efficiency. can. By having a structure in which stress is applied to the entire energy conversion member, the entire member contributes to power generation, and energy efficiency or power generation efficiency can be improved. If the installation space near the vibrating part is limited, the energy conversion member should be designed with an external shape, stress, and distribution of stress concentration parts that will efficiently generate power output, depending on the shape of the installation space and vibration conditions. You may.
  • An energy conversion member was produced by the steps shown in FIG. First, a Fe-70 mass % Co-based alloy having a positive magnetostriction constant was melted, forged, and rolled to produce a plate-shaped magnetostrictive material with dimensions of 100 mm x 100 mm x 0.1 mm. In addition, a Ni plate material of similar size was created. A plate magnetostrictive material and plate material were processed into a honeycomb structure using wet etching. The string width was 0.1 mm, and the pitch between sides was 1 mm (see FIG. 6). The plate magnetostrictive material and the plate material were designed to have a cutting allowance of 0.5 mm width so that they could be cut into eight pieces.
  • the honeycomb-structured magnetostrictive plate material and the plate material were stacked and loaded into a fixing jig, and fixed with an outer frame.
  • the fixed plate-shaped magnetostrictive material and plate material were loaded into an electric furnace, heated and held at about 750° C. for 10 hours, and then cooled.
  • the diffusion-bonded plate-shaped magnetostrictive material and plate material were taken out from the electric furnace, bent and cut, and cut into pieces having a length of 90 mm, a width of 8.5 mm, and a thickness of 0.2 mm. In this way, an energy conversion member was produced.
  • Fe52-Co48 alloy cubes (10 ⁇ 10 ⁇ 9 mm 3 , see FIG. 8(a)) were manufactured by a laser powder bed fusion (LPBF) process (SLM280HL, SLM Solutions Group AG) under an argon atmosphere.
  • LPBF laser powder bed fusion
  • Fe52-Co48 alloy powder (TIZ Advanced Alloy Technology Co. Ltd.) with a D50 particle size of 39 ⁇ m was used. All specimens were made on S355 steel pedestals.
  • Table 1 shows the experimental condition parameters used to prepare the samples of P1V1, P2V1, P3V1, P1V2, and P1V3.
  • the scanning method consists of two border passes and a filling pass consisting of a back-and-forth scan with a maximum length of 10 mm. For each successive slice, the scanning path was rotated by 67° with respect to the stacking direction to avoid overlapping paths (see FIG. 8(b)).
  • Fe and Co concentrations in the Fe52-Co48 alloy cube were evaluated by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) (EDX, Brucker Corporation). Thereafter, Fe52-Co48 alloy plates of 70 ⁇ 5 ⁇ 1.6 mm 3 were fabricated into fully dense and honeycomb shapes. The wall thickness and cell width of the honeycomb plate were controlled to 250 ⁇ m and 2.5 mm, respectively. The microstructure of the Fe52-Co48 alloy was observed using electron backscatter diffraction (EBSD). The crystal orientation and grain size of the fully densified Fe52-Co48 alloy plate were evaluated using Atex software.
  • EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of the vibration/impact energy harvesting performance test.
  • the vibration generator includes an exciter (ET-132, Labworks Inc., USA), a linear power amplifier (PA-151, Labworks Inc., USA), and a function generator for controlling the waveform and frequency of output vibration ( 33250A, Agilent Technologies Inc., USA). In this embodiment, sine wave vibration was adopted.
  • the coil resistance was 11.42 k ⁇
  • the load resistance was 11.72 k ⁇
  • the coil diameter was 0.05 mm.
  • FIG. 10 is an XRD pattern of a Fe52-Co48 alloy cube obtained using each manufacturing parameter.
  • the alloy profile obtained using each manufacturing parameter contains three strong diffraction peaks corresponding to (110), (200), and (211) crystal planes.
  • This profile consists of three strong diffraction peaks corresponding to the (110), (200), and (211) crystal planes of the body-centered cubic (bcc) phase at each process parameter.
  • the lattice constant is estimated to be 0.2852 nm, which almost matches the 0.2855 nm of arc-melted FeCo.
  • FIG. 11 shows a secondary electron image and an EDX map of a Fe52-Co48 alloy cube manufactured with P2V1 parameters.
  • the microstructure appears to be uniform with no precipitates or chemical segregation.
  • Figure 12 shows the relationship between porosity and energy density of Fe52-Co48 alloy cubes manufactured with each parameter.In the Fe52-Co48 alloy cube manufactured with P2V1 parameters, the porosity was 1.5%. .
  • the relative density of each Fe52-Co48 alloy cube was greater than 99.5% regardless of manufacturing parameters. Cube density tended to increase with volumetric energy density, except for the 300 W power case where a keyhole region is expected.
  • FIG. 13 shows the appearance of a Fe52-Co48 alloy plate manufactured using P2V1.
  • FIG. 14(a) shows the relationship between the output voltage and the frequency of the Fe52-Co48 alloy plate in the vibration energy harvesting test.
  • the resonant frequencies of the Fe52-Co48 alloy plates with fully dense and honeycomb structures were 487 Hz and 293 Hz, respectively. This result shows that the resonant frequency shifts due to structural changes in the Fe52-Co48 alloy plate, and that the resonant frequency of the honeycomb structure is lower than that of a completely dense structure. Since vibration frequencies in daily life tend to be low, it is desirable for vibration energy harvesting devices to have low resonant frequencies.
  • FIG. 14(b) We also investigated the relationship between power density and resistance at these resonant frequencies (see FIG. 14(b)). As shown in FIG. 14(b), in the vibration test, the honeycomb structure exhibited a power density 4.7 times higher than that of the fully dense type. It is known that the maximum output voltage of a notched FeCo/Ni clad plate cantilever is higher than that of an unnotched cantilever. This result is believed to be due to the stress concentration caused by the notch. Therefore, the significant output power density obtained from honeycomb structures is also likely due to high stress levels. In this way, the honeycomb structure plate is considered to be effective for power generation from both the resonance frequency and power density.
  • Figure 15 shows the power density of the Fe52-Co48 alloy plate in the impact energy harvesting test. As shown in FIG. 15, the honeycomb structure exhibited 4.9 times the power density of the fully dense structure in the impact test. During the impact test, the honeycomb structure plate did not break.
  • magnetostrictive materials can be used as particulate matter sensors by utilizing shifts in resonant frequency or output voltage.
  • the sensitivity of magnetostrictive particulate matter sensors is governed by their weight. Therefore, such sensors need to be lightweight in order to obtain high sensitivity.
  • the resonance frequency shifts to a lower value in the honeycomb structure. Furthermore, the honeycomb structure showed high power density in vibration and impact tests.
  • the honeycomb structure promises efficient power generation.
  • the samples include a plate with no through holes in which the longitudinal direction and the rolling direction are the same (BI0), a plate with a honeycomb shape and a small number of through holes in the thickness direction (SA), and a plate with a honeycomb shape and many through holes in the thickness direction.
  • a plate material with holes (TA) and a plate material (TN) in which two plates having a honeycomb shape and having a large number of through holes in the thickness direction are stacked with the through holes shifted by half the hole diameter were used.
  • Figure 16 shows the shape of each sample.
  • FIG. 17 An impact power generation test was conducted on these four types of samples using the impact energy harvesting performance test device shown in FIG. 17.
  • the test device has a coil bobbin of 3 k ⁇ , a load resistance of 3 k ⁇ , and an oscilloscope.
  • the sample was inserted into the coil bobbin and fixed vertically to the mold, and a 19 g brass weight was applied to the sample in free fall from three heights of 10 cm, 20 cm, and 30 cm, and the current value was recorded on a computer.
  • FIG. FIG. 18 shows the instantaneous current value (with volume correction) versus the height of free fall of the weight in the impact power generation test.
  • the instantaneous current values of the samples with a large number of through holes (TA) and (TN) are larger than those of the sample with no through holes (BI0) and the sample with a small number of through holes (SA). I understand.

Abstract

【課題】エネルギー効率が良好でかつ製造コストの低減を図ることができる磁歪材料、エネルギー変換部材およびその製造方法ならびに振動発電装置を提供する。 【解決手段】磁歪材料は空隙を有している。板状磁歪材料は板厚方向に貫通孔を有している。エネルギー変換部材は、板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料と板材とをそれぞれ板厚方向に重ねて結合して成る。板状磁歪材料はセルが貫通孔を構成するハニカム構造から成る。ハニカム構造はセルの横断面形状が多角形である。板材は磁歪材料、軟磁性材料または非磁性材料から成る。板状磁歪材料および／または板材は複数から成り、それぞれ板厚方向に重ねて結合して成る。

Description

磁歪材料、エネルギー変換部材およびその製造方法ならびに振動発電装置
　本発明は、磁歪材料、エネルギー変換部材およびその製造方法ならびに振動発電装置に関する。
　従来、固体の軟磁性材料と固体の磁歪材料とを接合して成るエネルギー変換部材が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第６６５３８３４号公報
　特許文献１に記載のエネルギー変換部材は振動発電装置、力センサー装置およびアクチュエータなどに利用することができるが、エネルギー効率がより良好でかつ製造コストの低いものが求められている。
　本発明は、このような課題に着目してなされたもので、エネルギー効率が良好でかつ製造コストの低減を図ることができる磁歪材料、エネルギー変換部材およびその製造方法ならびに振動発電装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る磁歪材料は、空隙を有することを特徴とする。
　本発明に係る磁歪材料は、空隙を有するため、振動による変形量を大きくし、エネルギー効率を良好にすることができる。
　空隙は、全体にわたって形成されていても一部に形成されていてもよい。
　本発明に係る板状磁歪材料は、板厚方向に貫通孔を有することを特徴とする。
　本発明に係る板状磁歪材料は、板厚方向に貫通孔を有するため、振動による変形量を大きくし、エネルギー効率を良好にすることができる。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料と板材とをそれぞれ板厚方向に重ねて結合して成ることを特徴とする。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料を有するため、振動による変形量を大きくし、エネルギー効率を良好にすることができる。また、板状磁歪材料と板材とをそれぞれ板厚方向に重ねて結合して成るため、強度を高めることができる。
　前記板状磁歪材料はセルが前記貫通孔を構成するハニカム構造から成ることが好ましい。
　この場合、ハニカム構造により板厚方向の圧縮強度を高めることができる。
　前記ハニカム構造は前記セルの横断面形状が多角形であることが好ましい。
　前記板材は磁歪材料、軟磁性材料または非磁性材料から成ることが好ましい。
　前記板材が軟磁性材料から成る場合、磁歪材料の逆磁歪効果による磁化の変化により、軟磁性材料の磁化も変化させることができ、磁歪材料の逆磁歪効果のみの場合に比べて逆磁歪効果によるエネルギー効率を高めることができる。
　前記板状磁歪材料および／または前記板材は複数から成り、それぞれ板厚方向に重ねて結合して成っていてもよい。
　この場合、種々の形状の板状磁歪材料および／または前記板材を板厚方向に重ねて種々の形状のエネルギー変換部材を製造することができる。
　前記板状磁歪材料の前記貫通孔は前記板材または他の前記板状磁歪材料により一端または両端が塞がれていてもよい。
　この場合、外観は緻密で強度を保ちながら、軽量で振動による変形量を大きくし、エネルギー効率を良好にすることができる。
　前記板状磁歪材料は複数から成り、それぞれ磁化容易軸の方向が異なっていてもよい。
　この場合、内部応力を高めることができる。
　前記板状磁歪材料および前記板材は拡散接合、溶接接合または接着剤により接合されていてもよい。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、磁歪材料の原料粉末を指向性エネルギー堆積法により溶融し積層造形して成る磁歪層、および軟磁性体の原料粉末を指向性エネルギー堆積法により溶融し積層造形して成る軟磁性体層の一方に他方を積層接合する方法により製造されてもよいが、板状磁歪材料および板材を拡散接合、溶接接合または接着剤により接合することにより生産効率を高めることができる。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、細長い板状であって一端から他端にかけて板厚が薄くなっていてもよい。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、細長い板状であって一端から他端にかけて幅が狭くなっていてもよい。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、細長い板状であって一端から他端にかけて板厚が薄くなりかつ幅が狭くなっていてもよい。
　本発明に係るエネルギー変換部材の製造方法は、板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料と板材とをそれぞれ板厚方向に重ねて結合することを特徴とする。
　本発明に係るエネルギー変換部材の製造方法により、製造コストを下げて前述のエネルギー変換部材を製造することができる。
　本発明に係る振動発電装置は、このエネルギー変換部材の前記一端を片持ち梁状に支持して成る振動部を有し、前記振動部の振動による前記板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電するよう構成されていることを、特徴とする。
　本発明に係るエネルギー変換部材は細長い板状であって一端から他端にかけて板厚が薄くなった形状および／または幅が狭くなった形状の場合、全体にわたって応力が分散して加わるため、一端を片持ち梁状に支持して成る振動部を構成し、振動部の振動による板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電したとき、発電効率を高めることができる。
　本発明に係る振動発電装置は、前述のエネルギー変換部材を有し、前記エネルギー変換部材は細長い板状であって一端が支持されており、前記エネルギー変換部材の全体長手方向への衝撃による前記板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電するよう構成されていてもよい。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、細長い板状であって、前記ハニカム構造は前記セルの横断面形状が正六角形であり、全体長手方向に対し前記セルの任意の辺の垂線が３０度傾斜していてもよい。
　この場合、一端を片持ち梁状に支持して成る振動部を構成し、振動部の振動による板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電したとき、振動による変形量を大きくし、発電量を増大させることができる。また、共振周波数を低くすることができる。
　本発明に係るエネルギー変換部材は、細長い板状であって、前記ハニカム構造は前記セルの横断面形状が六角形であり、前記六角形は対向する２辺の長さが等しく、他の４辺はそれぞれ同一の長さで前記２辺の各長さより長く、全体長手方向に対し前記２辺の垂線が沿っていてもよい。
　この場合、逆磁歪効果が発現する部分を多くし、エネルギー効率を高めることができる。
　本発明に係るエネルギー変換部材において、前記板状磁歪材料は複数から成り、前記貫通孔の位置をずらしてそれぞれ板厚方向に重ねて結合して成っていてもよい。
　板状磁歪材料および磁歪材料は、Ｆｅ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ－Ａｌ系合金、Ｎｉ、Ｎｉ－Ｆｅ系合金、またはＮｉ－Ｃｏ系合金から成ることが好ましい。
　軟磁性材料は、板状磁歪材料とは磁歪定数の符号が逆の磁歪定数をもつ材料から成る。
　非磁性材料は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのステンレスやＴｉなどが好ましい。強度の高い非磁性材料の板材を用いることにより、全体の強度を高めることができる。
　板状磁歪材料の貫通孔は、板状磁歪材料の一部に形成されていても、全体に形成されていてもよい。貫通孔は１つであっても複数であってもよい。
　本発明に係る板状磁歪材料およびエネルギー変換部材は、振動発電装置のほか、力センサー、アクチュエータなどに利用することができる。
　本発明によれば、エネルギー効率が良好でかつ製造コストの低減を図ることができる磁歪材料、エネルギー変換部材およびその製造方法ならびに振動発電装置を提供することができる。
本発明の実施の形態のエネルギー変換部材の構成を示す斜視図である。 板状磁歪材料に用いられるセルの横断面形状が正六角形のハニカム構造を示す斜視図である。 板状磁歪材料に用いられるセルの横断面形状が四角形のハニカム構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態のエネルギー変換部材の磁気異方性を調整した構造を示す説明図である。 ハニカム構造の一例を示す説明図である。 実施例１のエネルギー変換部材の作製工程を示す説明図である。 実施例１のハニカム構造を示す説明図である。 （ａ）本発明の実施例２でさまざまなパラメータを使用して製造されたＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブ、（ｂ）使用した走査方法を示す概略図である。 （ａ）振動エネルギーハーベスティング性能試験の模式図、（ｂ）衝撃エネルギーハーベスティング性能試験の模式図である。 各製造パラメータを用いて得られたＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブのＸＲＤパターンである。 表１に示すＰ２Ｖ１パラメータで製造したＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブの二次電子像とＥＤＸマップである。 各パラメータで製造したＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブの気孔率とエネルギー密度の関係を示すグラフである。 Ｐ２Ｖ１を用いて製造した（ａ）完全緻密構造、（ｂ）ハニカム構造のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の外観写真である。 （ａ）振動エネルギーハーベスティング試験における完全緻密構造とハニカム構造のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の周波数に対する出力電圧の関係を示すグラフ、（ｂ）各合金板の共振周波数における電力密度と抵抗の関係を示すグラフである。 衝撃エネルギーハーベスティング試験における完全緻密構造とハニカム構造のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の電力密度を示すグラフである。 実施例３の衝撃発電試験の試料の形状を示す正面図である。 実施例３の衝撃エネルギーハーベスティング性能試験装置の模式図である。 実施例３の衝撃発電試験による錘の自由落下の高さに対する瞬間電流値（体積補正あり）を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
　図１に示すように、本発明の実施の形態のエネルギー変換部材は、板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料と板材とをそれぞれ板厚方向に重ねて結合して成る。
　板材は、磁歪材料、軟磁性材料または非磁性材料から成る。板状磁歪材料および磁歪材料は、Ｆｅ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ－Ａｌ系合金、Ｎｉ、Ｎｉ－Ｆｅ系合金、またはＮｉ－Ｃｏ系合金から成る。軟磁性材料は、板状磁歪材料とは磁歪定数の符号が逆の磁歪定数をもつ材料から成る。非磁性材料は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのステンレスやＴｉなどから成る。
　板状磁歪材料および板材は、磁歪材料、軟磁性材料、非磁性材料の薄板にエッチング加工、レーザー加工、プレス加工、電解加工（ワイア切断、放電）、等で加工して形付けられる。板状磁歪材料には、貫通孔が形成される。板状磁歪材料は、板厚方向に貫通孔を有することにより、振動による変形量を大きくし、エネルギー効率を良好にすることができる。
　板状磁歪材料および板材は、例えば、積層したときセルが貫通孔を構成するハニカム構造となるよう加工される。ハニカム構造は、セルの横断面形状が正六角形（図２参照）のほか、四角形（図３参照）など他の多角形であってもよい。ハニカム構造により、磁歪材料の単位体積当たりの出力電力密度を高めることができる。
　作製した板状磁歪材料および板材をそれぞれ板厚方向に重ねて積層し、治具で固定した後、電気炉に入れて加温、加熱加圧して拡散接合させる。拡散接合の条件は、６００～１０００℃の再結晶化温度以上、荷重０．１～１００ｋｇ／ｃｍ２、保持時間０．５～３０時間が好ましい。
　板状磁歪材料および板材は、拡散接合のほか、溶接接合または接着剤により接合されてもよい。接着剤による接合の場合、板状磁歪材料または板材に接着剤を塗布し、治具で固定して加温加圧して固着させることが好ましい。板状磁歪材料および板材を拡散接合、溶接接合または接着剤により接合することにより生産効率を高めることができる。
　積層は、単層からいかなる数の複数層から成ってもよい。例えば、８００層以上の積層であってもよい。板状磁歪材料の貫通孔の一端または両端を板材または他の板状磁歪材料により塞ぐよう積層することにより、片側または両側が緻密構造またはバルク構造の中空構造とすることができる。
　両側の緻密構造またはバルク構造をＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのステンレスやＴｉなどの非磁性材料で形成し、内部の中空構造を磁歪材および逆磁歪材のペアリングで形成することにより強度を高めることができる。
　また、エネルギー変換部材は、板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料を有するため、振動による変形量を大きくし、エネルギー効率を良好にすることができる。
　複数の板状磁歪材料は、図４に示すように、それぞれ磁化容易軸の方向が異なるように積層された磁気異方性を調整した構造を有していてもよい。
　板状磁歪材料および板材を接合後、シャー切断、ワイヤーカット、レーザーカット等で切断し、エネルギー変換部材を個片化する。板状磁歪材料および板材の切断方向によって性質の異なるものを製造することができる。
　本発明の実施の形態の磁歪材料は、空隙を有する構造を有する。空隙を有する構造は、緻密でないいかなる構造であってもよい。空隙を有する磁歪材料は、例えば、カーボンナノチューブのような網状の中空チューブ構造から成っていてもよい。
　磁歪材料の空隙としては、３次元に渡って空隙を有する構造、部分または全体に空隙を有する構造、長手方向全体に応力が分布する構造、密度が長手方向に変化する構造などが好ましい。
　本発明の実施の形態の磁歪材料は、空隙を有することにより、柔軟性があり、環境に起因する振動などの微少な機械エネルギーをデバイスの機械エネルギーに効率よく変換することができる。機械エネルギーを電気エネルギーに変換する磁歪材料の歪量を増大させることができる。空隙構造をより応力が集中するように設計することによって、より大きな発電量を得ることができる。
　エネルギー変換部材は、例えば、細長い板状でハニカム構造に形成することができる。この場合、セルの横断面形状が正六角形で、全体長手方向に対しセルの任意の辺の垂線が３０度傾斜しているものとしてもよい。また、図５に示すように、セルの横断面形状が六角形で、その六角形は対向する２辺の長さが等しく、他の４辺はそれぞれ同一の長さで前記２辺の各長さより長く、全体長手方向に対し前記２辺の垂線が沿っているものとしてもよい。
　また、エネルギー変換部材は、細長い板状であって一端から他端にかけて板厚が薄くなっていてもよい。エネルギー変換部材は、細長い板状であって一端から他端にかけて幅が狭くなっていてもよい。一端から他端にかけて板厚が薄くなりかつ幅が狭くなっていてもよい。
　振動発電装置は、エネルギー変換部材の一端を片持ち梁状に支持して成る振動部を有し、振動部の振動による板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電するよう構成されている。例えば、エネルギー変換部材の周囲にピックアップを設けて、振動による磁歪材料の逆磁歪効果でピックアップに誘導電流を発生させることができる（図９（ａ）、（ｂ）参照）。ピックアップは、エネルギー変換部材を内部に配置したコイルにより構成することができる。
　エネルギー変換部材は細長い板状であって一端から他端にかけて板厚が薄くなった形状および／または幅が狭くなった形状の場合、全体にわたって応力が分散して加わるため、発電効率を高めることができる。
　エネルギー変換部材は、全体に応力がかかる構造とすることにより全体が発電に寄与し、エネルギー効率ないし発電効率を高めることができる。
　なお、振動部付近の設置スペースに制限がある場合には、設置スペースの形状及び振動条件に合わせて、エネルギー変換部材を効率的に発電出力が得られる外形、応力および応力集中部の分布に設計してもよい。
　図７に示す工程によりエネルギー変換部材を作製した。まず、正の磁歪定数を有するＦｅ－７０質量％Ｃｏ系合金を溶解、鍛造、圧延し、寸法１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．１ｍｍの板状磁歪材料を作製した。また、同様の大きさのＮｉの板材を作成した。湿式エッチングを用いて板状磁歪材料および板材をハニカム構造に加工した。ストリング幅は０．１ｍｍ、辺間ピッチは１ｍｍとした（図６参照）。板状磁歪材料および板材には、０．５ｍｍ幅の切り代を設け、８個に個片化できるよう設計した。ハニカム構造の板状磁歪材料および板材を重ねて固定治具に装填し、外枠で固定した。固定した板状磁歪材料および板材を電気炉に装填し、約７５０℃で１０時間加温保持後、冷却した。拡散接合した板状磁歪材料および板材を電気炉から取り出し、折り曲げ切断し、長さ９０ｍｍ、幅８．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍに個片化した。こうして、エネルギー変換部材を作製した。
　Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブ(１０×１０×９ｍｍ３、図８（ａ）参照)を、アルゴン雰囲気下でレーザーパウダーベッドフュージョン（ＬＰＢＦ）プロセス（ＳＬＭ２８０ＨＬ，ＳＬＭ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　Ｇｒｏｕｐ　ＡＧ）により製造した。使用したのは、Ｄ５０粒子径３９μｍのＦｅ５２－Ｃｏ４８合金粉末（ＴＩＺ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ａｌｌｏｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．　Ｌｔｄ．）である。すべての試験片は、Ｓ３５５鋼の台座の上に作られた。
　溶射したＦｅ（１００－ｘ）－Ｃｏｘ二元系全体の磁歪に関し、磁歪はＣｏ含有量の増加に伴い増加し、Ｃｏ組成が４０～６０ａｔ．％のときに約１１０ｐｐｍに達することが知られている。Ｆｅ５２－Ｃｏ４８は妥当な比率の一つであり、この比率のＦｅ－Ｃｏ合金粉末が商業的に製造されている。金属積層造形（ＡＭ）技術による新材料の加工には、プロセスパラメータの開発が必要な場合が多く、一般的には、レーザー出力（Ｐ）、走査速度（ｖ）、ハッチング距離（ｈ）、層厚（ｔ）という４つの主要パラメータが含まれる。異なるパラメータの比較には、以下の式（１）で定義される体積エネルギー密度（Ｅ）が頻繁に使用される。
　Ｅ＝Ｐ／ｖｈｔ　・・・（１）
　本実施例では、レーザーの出力と走査速度を変えて５枚の試料を作成し、適切なエネルギー密度を決定した。表１に、Ｐ１Ｖ１、Ｐ２Ｖ１、Ｐ３Ｖ１、Ｐ１Ｖ２、およびＰ１Ｖ３の試料作製に用いた実験条件パラメータを示す。走査方法は、２つのボーダーパスと、最大１０ｍｍの長さの往復走査からなるフィリングパスから構成される。連続する各スライスについて、パスの重なりを避けるために、積層方向に対して走査パスを６７°回転させた（図８（ｂ）参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　各試験片の２箇所を積層方向に沿って切断した。試料はＳｉＣ研磨紙で６００から４０００の粒度で研磨した後、Ａｌ２Ｏ３研磨で最終粒径を０．１μｍにし、最後にエタノールで洗浄した。光学顕微鏡（Ｚｅｉｓｓ　Ａｘｉｏ　Ｉｍａｇｅｒ，　Ｃａｒｌ　Ｚｅｉｓｓ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、Ｆｅ５２－Ｃｏ４８　合金キューブの気孔率を積層方向に沿った２つの断面で観察した。走査型電子顕微鏡（Ｚｅｉｓｓ　Ｓｕｐｒａ　４０，Ｃａｒｌｅ　Ｚｅｉｓｓ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）およびＣｏＫα線を用いたＸ線回折（ＸＲＤ）測定（Ｄ８　Ｂｒｕｃｋｅｒ，Ｂｒｕｃｋｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により各Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブの微細組織を評価した。加速電圧は４０ｋＶ、電流は１３ｍＡであった。
　さらに、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）によりＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブ中のＦｅおよびＣｏ濃度を評価した（ＥＤＸ，　Ｂｒｕｃｋｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。その後、７０×５×１．６ｍｍ３のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板を完全緻密型とハニカム型に作製した。ハニカム板の壁厚とセル幅は、それぞれ２５０μｍと２．５ｍｍに制御した。電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）を用いて、Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金の微細構造を観察した。Ａｔｅｘソフトウェアを用いて、完全緻密化したＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の結晶方位と結晶粒径を評価した。
　Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金板の振動および衝撃エネルギーハーベスティング性能を調べるため、出力パワーを合金の体積で割った電力密度を測定した。図９に振動・衝撃エネルギーハーベスティング性能試験の模式図を示す。振動発生装置は、加振器（ＥＴ－１３２、Ｌａｂｗｏｒｋｓ　Ｉｎｃ．、米国）、リニアパワーアンプ（ＰＡ－１５１、Ｌａｂｗｏｒｋｓ　Ｉｎｃ．、米国）、出力振動の波形と周波数を制御するための関数発生器（３３２５０Ａ、Ａｇｉｌｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ、米国）により構成されている。本実施例では正弦波振動を採用した。
　Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金板の端から２５ｍｍ（有効長４５ｍｍ）を加振器に固定し、データロガーと接続して２００～６００Ｈｚの振動中の出力電圧を取得した。衝撃エネルギーハーベスティング試験には、完全緻密型およびハニカム型のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の端から２５ｍｍ（有効長４５ｍｍ）を金型に垂直に固定したものを使用した。各構造について３枚の試験片を作製した。
　次に、完全緻密型およびハニカム型のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板とインパルスハンマー（ＧＫ－３１００、小野測器株式会社、日本）とを、データロガー（ＮＲ－５００、ＫＥＹＥＮＣＥ　Ｃｏ、日本）の抵抗値１ＭΩで接続した。したがって、インパルスハンマーで発生した衝撃応力と試験片の出力電圧をコンピュータで記録することができる。通常、大きな出力電圧と電力を得るためには、Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金板の磁区をコイル内でできるだけ回転させる必要がある。そこで、細長い板状の構造物に大きな圧縮応力がかかるように実験を行った。コイル抵抗は１１．４２ｋΩ、負荷抵抗は１１．７２ｋΩ、コイルは２８，０００ターン、コイル径は０．０５ｍｍであった。振動・衝撃エネルギーハーベスティング性能試験の前に、まず、高密度でハニカム構造のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板から最大出力を得るために必要な共振周波数と最適な抵抗値を決定した。
　図１０は、各製造パラメータを用いて得られたＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブのＸＲＤパターンである。各製造パラメータを用いて得られた合金のプロファイルには、（１１０）、（２００）、（２１１）結晶面に対応する３つの強い回折ピークが含まれている。このプロファイルは、各プロセスパラメータにおいて体心立方（ｂｃｃ）相の（１１０）、（２００）、（２１１）結晶面に対応する３つの強い回折ピークから構成されている。格子定数は０．２８５２ｎｍと推定され、アーク溶解したＦｅＣｏの０．２８５５ｎｍとほぼ一致する。
　図１１は、Ｐ２Ｖ１パラメータで製造したＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブの二次電子像とＥＤＸマップである。微細構造は均一で、析出物や化学的偏析はないように見える。図１２は、各パラメータで製造したＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブの気孔率とエネルギー密度の関係を示したもので、Ｐ２Ｖ１パラメータで製造したＦｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブでは、気孔率は１．５％であった。各Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金キューブの相対密度は、製造パラメータによらず９９．５％を超えていた。キューブの密度は、キーホール領域が予想される３００Ｗのパワーの場合を除き、体積エネルギー密度と共に増加する傾向があった。
　図１３は、Ｐ２Ｖ１を用いて製造したＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の外観を示したものである。ＬＰＢＦにより完全緻密構造とハニカム構造の両方を有する板材を製造することができた。
　図１４（ａ）は、振動エネルギーハーベスティング試験におけるＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の周波数に対する出力電圧の関係である。完全緻密型およびハニカム型構造のＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の共振周波数は、それぞれ４８７Ｈｚおよび２９３Ｈｚであった。この結果は、Ｆｅ５２－Ｃｏ４８合金板の構造変化によって共振周波数がシフトし、ハニカム構造の方が完全緻密なものよりも共振周波数が低くなることを示している。日常生活における振動周波数は低い傾向にあるため、振動エネルギーハーベスティングデバイスは低共振周波数であることが望ましい。
　また、これらの共振周波数における電力密度と抵抗の関係を調べた(図１４（ｂ）参照)。図１４（ｂ）に示すとおり、振動試験において、ハニカム構造体は完全緻密型と比較して４．７倍の電力密度を示した。ノッチ付きＦｅＣｏ／Ｎｉクラッド板カンチレバーの最大出力電圧は、ノッチのないカンチレバーの最大出力電圧よりも高いことが知られている。この結果は、ノッチによって生じた応力集中に起因するものと考えられている。したがって、ハニカム構造から得られる顕著な出力電力密度も、高い応力レベルが原因である可能性が高いと考えられる。
　このように、ハニカム構造板は、共振周波数と電力密度の両面から、発電に有効であると考えられる。
　図１５は、衝撃エネルギーハーベスティング試験におけるＦｅ５２－Ｃｏ４８合金板の電力密度を示している。図１５に示すとおり、ハニカム構造体は、衝撃試験において、完全緻密な構造体の４．９倍の電力密度を示した。衝撃試験中、ハニカム構造板は破損しなかった。
　磁歪材料は、共振周波数または出力電圧のシフトを利用して、粒子状物質センサーとして使用できることがよく知られている。磁歪式粒子状物質センサーの感度は、その重量に支配される。したがって、このようなセンサーは、高感度を得るために軽量であることが必要である。ハニカムをはじめとする設計された構造体を用いることで、粒子状物質センサとして高いエネルギー捕集性能と高感度を両立可能である。
　以上のとおり、ハニカム構造を持つ板材の振動・衝撃エネルギーハーベスティング性能を評価した結果、ハニカム構造では、共振周波数が低い値にシフトすることがわかった。さらに、ハニカム構造体は、振動試験および衝撃試験で高い電力密度を示した。ハニカム構造体により、効率的な発電が期待できる。
　実施例１の方法に準じて、正の磁歪定数を有するＦｅ－７０質量％Ｃｏ系合金により４種類の試料を準備した。試料には、貫通孔のない板材で長手方向と圧延方向が同じ板材（ＢＩ０）、ハニカム形状で板厚方向に少数の貫通孔を有する板材（ＳＡ）、ハニカム形状で板厚方向に多数の貫通孔を有する板材（ＴＡ）、ハニカム形状で板厚方向に多数の貫通孔を有する２枚の板材の貫通孔を孔径の２分の１ずらして各板材を重ねた板材（ＴＮ）を用いた。図１６に各試料の形状を示す。
　これら４種類の試料について、図１７に示す衝撃エネルギーハーベスティング性能試験装置を用いて衝撃発電試験を行った。図１７に示すように、試験装置は、コイルボビン３ｋΩと負荷抵抗３ｋΩとオシロスコープとを有する。試料をコイルボビンの内部に挿入して金型に垂直に固定し、１９ｇの真鍮錘を１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍの３水準の高さから自由落下で試料に印加し、電流値をコンピュータに記録した。
　その結果を図１８に示す。図１８は、衝撃発電試験による錘の自由落下の高さに対する瞬間電流値（体積補正あり）を示す。
　図１８に示すように、貫通孔のない試料（ＢＩ０）、少数の貫通孔を有する試料（ＳＡ）に比べて多数の貫通孔を有する試料（ＴＡ）、（ＴＮ）の瞬間電流値が大きいことがわかる。

Claims (19)

  1. 　空隙を有することを特徴とする磁歪材料。
  2. 　板厚方向に貫通孔を有することを特徴とする板状磁歪材料。
  3. 　板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料と板材とをそれぞれ板厚方向に重ねて結合して成ることを特徴とするエネルギー変換部材。
  4. 　前記板状磁歪材料はセルが前記貫通孔を構成するハニカム構造から成ることを特徴とする請求項３記載のエネルギー変換部材。
  5. 　前記ハニカム構造は前記セルの横断面形状が多角形であることを特徴とする請求項４記載のエネルギー変換部材。
  6. 　前記板材は磁歪材料、軟磁性材料または非磁性材料から成ることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材。
  7. 　前記板状磁歪材料および／または前記板材は複数から成り、それぞれ板厚方向に重ねて結合して成ることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材。
  8. 　前記板状磁歪材料の前記貫通孔は前記板材または他の前記板状磁歪材料により一端または両端が塞がれていることを特徴とする請求項７記載のエネルギー変換部材。
  9. 　前記板状磁歪材料は複数から成り、それぞれ磁化容易軸の方向が異なることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材。
  10. 　前記板状磁歪材料および前記板材は拡散接合、溶接接合または接着剤により接合されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材。
  11. 　細長い板状であって一端から他端にかけて板厚が薄くなっていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材。
  12. 　細長い板状であって一端から他端にかけて幅が狭くなっていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材。
  13. 　細長い板状であって、前記ハニカム構造は前記セルの横断面形状が正六角形であり、全体長手方向に対し前記セルの任意の辺の垂線が３０度傾斜していることを特徴とする請求項５記載のエネルギー変換部材。
  14. 　細長い板状であって、前記ハニカム構造は前記セルの横断面形状が六角形であり、前記六角形は対向する２辺の長さが等しく、他の４辺はそれぞれ同一の長さで前記２辺の各長さより長く、全体長手方向に対し前記２辺の垂線が沿っていることを特徴とする請求項５記載のエネルギー変換部材。
  15. 　前記板状磁歪材料は複数から成り、前記貫通孔の位置をずらしてそれぞれ板厚方向に重ねて結合して成ることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材。
  16. 　板厚方向に貫通孔を有する板状磁歪材料と板材とをそれぞれ板厚方向に重ねて結合することを特徴とするエネルギー変換部材の製造方法。
  17. 　請求項１１記載のエネルギー変換部材の前記一端を片持ち梁状に支持して成る振動部を有し、
    　前記振動部の振動による前記板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電するよう構成されていることを、特徴とする振動発電装置。
  18. 　請求項１２記載のエネルギー変換部材の前記一端を片持ち梁状に支持して成る振動部を有し、
    　前記振動部の振動による前記板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電するよう構成されていることを、特徴とする振動発電装置。
  19. 　請求項３乃至１５のいずれか１項に記載のエネルギー変換部材を有し、前記エネルギー変換部材は細長い板状であって一端が支持されており、
    　前記エネルギー変換部材の全体長手方向への衝撃による前記板状磁歪材料の逆磁歪効果で発電するよう構成されていることを、特徴とする振動発電装置。
     
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