JP2014007798A - 振動発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率がより高い振動発電装置を提供する。
【解決手段】カンチレバー部１ｂとカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に設ける錘部１ｃとカンチレバー部１ｂの揺動により発電する圧電変換部３とを備えた振動発電素子１０と、流体を通すことが可能な貫通孔３０ａの少なくとも一部を構成し貫通孔３０ａの方向にカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向を沿わせてカンチレバー部１ｂを貫通孔３０ａに収納させるハウジング部２０とを有する振動発電装置３０であり、錘部１ｃは、少なくともカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向において、カンチレバー部１ｂから突出する錘部１ｃの先端が曲面１ｃａを構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動発電素子を用いた振動発電装置に関する。

近年、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動発電素子を用いた振動発電装置は、環境発電（エナジー・ハーベスティング）などの分野で注目されている。

この種の振動発電装置として、図２１に示す、振動板１０５に固定され振動エネルギを電気エネルギに変換する圧電素子１０６を備えた発電部１０４を、貫通孔１０２内に設置した圧電水力発電装置１０１が知られている（たとえば、特許文献１）。

特許文献１の圧電水力発電装置１０１は、発電部１０４で発電された電力をダイオード１０９で構成された整流部１０８で整流し、整流された電力を二次電池１１１で構成された蓄電部１１０に蓄電する。なお、振動発電素子たる発電部１０４には、水流１０３を受けた際に振動板１０５に振動を発生させる振動発生手段１０７を備えている。

また、振動発電装置の振動発電素子として、図２２に示す、支持部２２１およびカンチレバー部２２２を有するカンチレバー形成基板２２０と、カンチレバー部２２２に形成された圧電変換部２２４とを備えた発電デバイスが知られている（たとえば、特許文献２）。

特許文献２に示す発電デバイスは、圧電変換部２２４が下部電極２２４ａと圧電層２２４ｂと上部電極２２４ｃとで構成されている。また、発電デバイスは、カンチレバー形成基板２２０におけるカンチレバー部２２２の先端部にカンチレバー部２２２の変位量を大きくするための錘部２２３が設けられている。発電デバイスは、カンチレバー部２２２の揺動に応じて圧電変換部２２４が交流電圧を発生する。

なお、圧電変換部２２４では、下部電極２２４ａが接続配線２２６ａを介して下部電極用パッド２２７ａと電気的に接続している。また、圧電変換部２２４は、上部電極２２４ｃが接続配線２２６ｃを介して上部電極用パッド２２７ｃと電気的に接続している。発電デバイスは、上部電極２２４ｃと下部電極２２４ａとの短絡を防止する絶縁層２２５を備えている。さらに、発電デバイスは、カンチレバー形成基板２２０の一表面側および他表面側それぞれに絶縁膜２２９ａ，２２９ｂを備えている。

発電デバイスは、振動によりカンチレバー部２２２が揺動することで、下部電極用パッド２２７ａおよび上部電極用パッド２２７ｃから圧電変換部２２４が発電した電力を出力することができる。

特開２００１−２７５３７０号公報 特開２０１１−９１３１９号公報

ところで、振動発電装置は、より出力の高いものが求められており、上述の特許文献１の構成だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。振動発電装置では、たとえば、特許文献１の発電部１０４に、特許文献２の発電デバイスのごとく、カンチレバー部２２２の変位量を大きくすることが可能な錘部２２３を備えた振動発電素子を応用することが考えれる。

しかしながら、単に、特許文献１の発電部１０４に、特許文献２の発電デバイスの錘部２２３を備えた振動発電素子を応用した振動発電装置では、流体を利用して、より発電効率を高くすることが難しい。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、発電効率がより高い振動発電装置を提供することにある。

本発明の振動発電装置は、カンチレバー部と該カンチレバー部の自由端側に設ける錘部と上記カンチレバー部の揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部とを備えた振動発電素子と、流体を通すことが可能な貫通孔の少なくとも一部を構成し上記貫通孔の方向に上記カンチレバー部の上記自由端側と固定端側とを結ぶ方向を沿わせて上記振動発電素子における上記カンチレバー部を上記貫通孔に収納させるハウジング部とを有する振動発電装置であって、上記錘部は、少なくとも上記カンチレバー部の上記自由端側と上記固定端側とを結ぶ方向において、上記カンチレバー部から突出する上記錘部の先端が曲面を構成していることを特徴とする。

この振動発電装置において、上記ハウジング部は、上記流体が供給される供給口を有し上記貫通孔における上記カンチレバー部の上記自由端側に連通する供給管を設けた供給部と、上記流体を排出させる排出口を有し上記貫通孔における上記カンチレバー部の上記固定端側に連通する排出管を設けた排出部とを備えていることが好ましい。

この振動発電装置において、上記ハウジング部は、上記錘部を設けた上記カンチレバー部の一表面側と反対の他表面側と比較して、上記一表面側における上記流体の流入量を多くさせる流入量制御部を、上記供給部に備えていることが好ましい。

この振動発電装置において、上記流入量制御部は、上記供給口側から上記排出口側に向かって、上記供給管の開口面積を小さくさせるテーパー形状であることが好ましい。

この振動発電装置において、上記ハウジング部は、上記供給口側から上記排出口側に向かって、上記排出管の開口面積を大きくさせるテーパー形状の流出量制御部を上記排出部に備えていることが好ましい。

この振動発電装置において、上記振動発電素子と上記ハウジング部とは、上記カンチレバー部と上記貫通孔の内壁との間の隙間の大きさが、上記カンチレバー部の上記固定端側と上記自由端側とで異なっていることが好ましい。

この振動発電装置において、上記振動発電素子は、上記カンチレバー部の撓みにより上記隙間の大きさが上記カンチレバー部の上記固定端側と上記自由端側とで異なっていることが好ましい。

この振動発電装置において、上記振動発電素子は、上記カンチレバー部に上記撓みを生じさせる応力を発生する応力発生膜を上記カンチレバー部に備えたことが好ましい。

この振動発電装置において、上記振動発電素子は、上記カンチレバー部における鉛直方向の上方側に上記錘部を設けていることが好ましい。

本発明の振動発電装置では、カンチレバー部から突出する錘部の先端が曲面を構成していることにより、発電効率を、より高くすることが可能になるという効果がある。

実施形態１の振動発電装置の略断面図である。 実施形態１の振動発電装置における要部の部分底面図である。 実施形態１の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。 実施形態１の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。 実施形態１の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。 実施形態１の振動発電装置における要部の製造方法を説明する工程図である。 実施形態２の振動発電装置を示し（ａ）は略断面図、（ｂ）は部分平面図である。 実施形態２の振動発電装置の別の要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＸ断面図である。 実施形態２の振動発電装置の他の要部を示し（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＸ断面図である。 実施形態２の振動発電装置の更に別の要部を示し（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＸ断面図である。 実施形態３の振動発電装置を示し、（ａ）は略断面図、（ｂ）は部分平面図である。 実施形態３の別の振動発電装置を示し、（ａ）は略断面図、（ｂ）は部分平面図である。 実施形態３の他の振動発電装置を示す略断面図である。 実施形態３の更に別の振動発電装置を示す略断面図である。 実施形態４の振動発電装置を示す略断面図である。 実施形態４の振動発電装置の要部の底面図である。 実施形態４の振動発電装置の別の要部の略断面図である。 実施形態４の振動発電装置の他の要部の略断面図である。 実施形態５の振動発電装置を示し、（ａ）は略断面図、（ｂ）は部分平面図である。 実施形態５の別の振動発電装置を示す略断面図である。 従来の圧電水力発電装置を示す構成図である。 従来の発電デバイスを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の振動発電装置３０について図１および図６を用いて説明する。

本実施形態の振動発電装置３０は、図１に示すように、カンチレバー部１ｂとカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に設ける錘部１ｃとカンチレバー部１ｂの揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部３とを備えた振動発電素子１０を有している。振動発電装置３０は、流体（図示していない）を通すことが可能な貫通孔３０ａの少なくとも一部を構成するハウジング部２０を有している。振動発電装置３０のハウジング部２０は、貫通孔３０ａの方向にカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側とカンチレバー部１ｂを支持部１ａ側に固定する固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向を沿わせて振動発電素子１０におけるカンチレバー部１ｂを貫通孔３０ａに収納させている。振動発電装置３０は、振動発電素子１０の錘部１ｃが、少なくともカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向において、カンチレバー部１ｂから突出する錘部１ｃの先端が曲面１ｃａを構成している。

これにより本実施形態の振動発電装置３０は、錘部１ｃの先端が曲面１ｃａを構成していない振動発電素子を備えたものと比較して、上記流体の流れによる自励振動を生じ易くさせ、発電効率をより高くすることが可能となる。なお、上記流体は、たとえば、空気、適宜のガスなどの気体や水などの液体が挙げられる。

本実施形態の振動発電装置３０では、ハウジング部２０は、上記流体が供給される供給口２１ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に連通する供給管２１ａを設けた供給部２１を備えている。また、ハウジング部２０は、上記流体を排出させる排出口２２ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側に連通する排出管２２ａを設けた排出部２２を備えている。本実施形態の振動発電装置３０では、錘部１ｃを設けたカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側の供給管２１ａから上記流体が供給させることにより、錘部１ｃの曲面１ｃａ側に効率よく上記流体を流すことが可能となる。なお、本実施形態の振動発電装置３０では、図１の紙面の上側を鉛直の上方向とし、振動発電素子１０は、カンチレバー部１ｂにおける鉛直方向の上方側に錘部１ｃを設けられるように配置している。

まず、最初に本実施形態の振動発電装置３０に用いられる振動発電素子１０について図１および図２を用いて説明する。また、振動発電素子１０の製造方法について、図３ないし図６を用いて説明する。本実施形態の振動発電装置３０に用いられる振動発電素子１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造技術を利用して製造した薄膜型の圧電素子としている。以下、振動発電素子１０の各構成について説明する。

振動発電素子１０は、ベース基板１として、単結晶シリコン基板１２ｂと、単結晶のシリコン層（活性層）１２ｄとの間にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜１２ｃを挟んだ構造のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を利用している。なお、ベース基板１となるＳＯＩ基板としては、シリコン層１２ｄの表面が（１００）面のものを用いている。

また、振動発電素子１０は、ベース基板１として、ＳＯＩ基板を用いているので、後述する製造時において、ＳＯＩ基板の埋込酸化膜１２ｃをカンチレバー部１ｂの形成時におけるエッチングストッパ層として利用することができる。これにより、振動発電素子１０は、カンチレバー部１ｂの厚さの高精度化を図れるとともに、信頼性の向上および低コスト化を図ることが可能となる。なお、ベース基板１は、ＳＯＩ基板に限らず、たとえば、単結晶のシリコン基板や他結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、金属基板、ガラス基板やポリマー基板などを用いてもよい。ベース基板１は、錘部１ｃを設けるカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃと反対の他表面１ｂｄ側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１２ｅを形成している。

振動発電素子１０は、他表面１ｂｄ側において、第１電極３ａ１と第１接続配線７ａを介して電気的に接続された第１パッド電極８ａを支持部１ａに備えている（図２を参照）。また、振動発電素子１０は、他表面１ｂｄ側において、第２電極３ａ２と第２接続配線７ｂを介して電気的に接続された第２パッド電極８ｂを支持部１ａに備えている。

本実施形態の振動発電素子１０におけるベース基板１は、平面視において、先端部１ａｂが外部に向かって広がるように傾斜した突出部１ａａを備えた支持部１ａと、固定端１ｂｂとなる一端が支持部１ａに揺動自在に支持されたカンチレバー部１ｂと、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側の錘部１ｃとを備えている。支持部１ａは、平面視において、一対の突出部１ａａを備えＣ字状となっている。なお、錘部１ｃは、カンチレバー部１ｂから突出させ、表面に曲面１ｃａを備えた構造としている。錘部１ｃは、表面に曲面１ｃａを備えた構造である限り、半球状や半楕円球状など種々の形状に形成することができる。また、錘部１ｃは、カンチレバー部１ｂに１個だけ設ける場合に限られず、カンチレバー部１ｂに複数個の錘部１ｃを設けてもよい。

圧電変換部３は、発電部として機能する。圧電変換部３は、圧電体層３ａ３の平面サイズが、第１電極３ａ１よりも小さくなるように設計している。また、圧電変換部３は、圧電体層３ａ３と接触する第２電極３ａ２の平面サイズが圧電体層３ａ３よりも小さくなるように設計している。圧電変換部３は、平面視において、第１電極３ａ１における外周縁の内側に圧電体層３ａ３が位置し、圧電体層３ａ３における外周縁の内側に圧電体層３ａ３と接する第２電極３ａ２を配置している。また、圧電変換部３は、第１電極３ａ１側と第２電極３ａ２側との短絡を防止する絶縁層３ａ４が第１電極３ａ１および圧電体層３ａ３それぞれの周部を覆う形で形成されている。絶縁層３ａ４は、平面視において、圧電体層３ａ３と第２電極３ａ２との接するエリアをそれぞれ規定している。すなわち、絶縁層３ａ４の平面視形状は、圧電体層３ａ３の周部に沿った枠状としている。これにより、絶縁層３ａ４は、第２電極３ａ２と電気的に接続された第２接続配線７ｂと第１電極３ａ１との短絡を防止することができる。

なお、絶縁層３ａ４は、シリコン酸化膜により構成しているが、シリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜により構成してもよいし、単層膜だけでなく多層膜の構造としてもよい。また、絶縁層３ａ４は、電気絶縁性の樹脂により形成させてもよい。また、ベース基板１は、圧電変換部３とベース基板１とが絶縁膜１２ｅにより電気的に絶縁されている。

圧電変換部３は、カンチレバー部１ｂの揺動により生ずる応力を受けて発電する。圧電変換部３では、応力に起因する電荷の偏りが圧電体層３ａ３に発生する。そのため、圧電変換部３は、カンチレバー部１ｂの歪が大きいほど発電出力が大きくなる傾向にある。

本実施形態の振動発電装置３０において、圧電変換部３は、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）を圧電体層３ａ３の材料に用いている。なお、圧電体層３ａ３は、圧電材料としてＰＺＴに限らず、たとえば、ＰＺＴ−ＰＭＮ（：Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ_３）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）やＳＢＴ（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９）などを用いてもよい。また、圧電材料は、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＫＮＮ（Ｋ_０．５Ｎａ_０．５ＮｂＯ_３）、ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ_３）などを用いてもよい。

ここでは、振動発電素子１０は、第１電極３ａ１をＰｔ膜により構成している。また、第２電極３ａ２は、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成している。振動発電素子１０の第１電極３ａ１および第２電極３ａ２は、これらの材料や層構造を特に限定するものではなく、第１電極３ａ１および第２電極３ａ２それぞれを単層構造としてもよいし多層構造としてもよい。第１電極３ａ１の電極材料としては、たとえば、Ａｕ，Ａｌ，ＩｒやＩｎなどを採用してもよく、第２電極３ａ２の材料としては、たとえば、Ｍｏ，ＡｌやＰｔなどを採用してもよい。

振動発電素子１０は、平面視において、第１電極３ａ１の外周縁の内側に圧電体層３ａ３が位置している。そのため、振動発電素子１０は、第１電極３ａ１と圧電体層３ａ３とが略同じ平面サイズである場合に比べて、第２接続配線７ｂの下地となる部分の段差を低減できる。これにより、振動発電素子１０は、カンチレバー部１ｂの揺動に伴い圧電変換部３の第２接続配線７ｂに断線が生ずる恐れを低減させて、信頼性を高めることも可能となる。

また、振動発電素子１０は、第１電極３ａ１と、第２電極３ａ２との短絡を防止する絶縁層３ａ４が、支持部１ａ上まで延設されていてもよい。振動発電素子１０は、第２電極３ａ２と第２電極３ａ２に電気的に接続される第２パッド電極８ｂとの間の第２接続配線７ｂの全ての部位を絶縁層３ａ４上に形成し、第２パッド電極８ｂを絶縁層３ａ４の平坦な部位上に形成してもよい（図示していない）。これにより、振動発電素子１０は、第２接続配線７ｂの下地となる部分の段差を低減でき、圧電体層３ａ３の膜厚を大きくしながらも第２電極３ａ２と第２パッド電極８ｂとを電気的に接続する第２接続配線７ｂの断線の可能性をより低減することができる。

本実施形態の振動発電装置３０は、圧電変換部３で発電した電力を第１パッド電極８ａと第２パッド電極８ｂとを介して外部に出力させることができる。

以下、本実施形態の振動発電装置３０に用いられる振動発電素子１０の製造方法について図３ないし図６を参照しながら説明する。図３ないし図６の各紙面は、左側に振動発電素子１０の底面図を図示し、右側に振動発電素子１０の要部の略断面図を図示している。

まず、振動発電素子１０の製造方法は、ベース基板１となる上述のＳＯＩ基板からなる素子形成基板１１の一面側および他面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜１２ｅ，１２ａを熱酸化法などにより形成する（図３（ａ）を参照）。なお、ＳＯＩ基板からなる素子形成基板１１は、単結晶シリコン基板１２ｂと、単結晶のシリコン層１２ｄとの間にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜１２ｃを挟んだ構造としている。

その後、振動発電素子１０の製造方法では、素子形成基板１１の一面側の全面に第１電極３ａ１、第１接続配線７ａおよび第１パッド電極８ａの基礎となるＰｔ層からなる第１の金属膜２４を、たとえば、スパッタ法やＣＶＤ法などにより形成する。第１の金属膜２４は、Ｐｔ膜に限らず、たとえば、Ａｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜でもよい。また、第１の金属膜２４は、Ａｕ膜に加え、このＡｕ膜と絶縁膜１２ｅとの間に密着性改善用の密着膜としてＴｉ膜を介在させた構成としてもよい。ここで、図示していない密着膜の材料は、Ｔｉに限らず、たとえば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮやＴａＮなどを用いてもよい。振動発電素子１０の製造方法は、第１の金属膜２４の形成後、素子形成基板１１の一面側の全面に圧電体層３ａ３の基礎となる圧電膜（たとえば、ＰＺＴ膜など）２５を、たとえば、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法や転写法などにより形成する（図３（ｂ）を参照）。

次に、振動発電素子１０の製造方法では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電膜２５を所定の形状にパターニングすることで圧電膜２５の一部からなる圧電体層３ａ３を形成する（図３（ｃ）を参照）。なお、振動発電素子１０は、第１電極３ａ１上に圧電体層３ａ３を形成しているが、圧電体層３ａ３と第１電極３ａ１との間に、圧電体層３ａ３の成膜時の下地となるシード層を介在させることで圧電体層３ａ３の結晶性を向上させてもよい。シード層の材料としては、たとえば、導電性酸化物材料の一種であるＰＬＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ_３）、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ_３）やＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ_３）などが挙げられる。

また、所定の形状の圧電体層３ａ３を転写法で形成することで、圧電膜２５をパターニングする工程を省略することもできる。圧電体層３ａ３の転写法では、たとえば、予め、図示しない圧電膜形成用基板の一表面上にスパッタ法、ＣＶＤ法やゾルゲル法などを用いて強誘電体薄膜からなる圧電膜を成膜させておく。次に、圧電膜形成用基板の圧電膜と、素子形成基板１１に上述の第１電極３ａ１の基礎となる第１の金属膜２４とを対向配置させた状態で、透光性の圧電膜形成用基板の他表面側からレーザ光を照射させる。レーザ光は、圧電膜形成用基板と、圧電膜との界面で吸収するように照射させる。これにより、圧電膜形成用基板から圧電膜の一部が剥離される。剥離した圧電膜は、素子形成基板１１の第１の金属膜２４側に転写されて圧電体層３ａ３とすることができる。レーザ光の照射する領域を制御することで、圧電膜を平面視において後に第１電極３ａ１となる第１の金属膜２４上に第１電極３ａ１の外形よりも小さい形状に転写することができる。

なお、圧電膜形成用基板は、素子形成基板１１よりも圧電体層３ａ３の基礎となる圧電膜との格子定数差が小さく、格子整合性のよい基板を用いることが好ましい。たとえば、圧電膜の材料としてＰＺＴを用いた場合、圧電膜形成用基板としては、単結晶ＭｇＯ基板や単結晶ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３）基板などを用いることができる。また、圧電膜形成用基板から圧電膜の一部を転写させるレーザ光は、たとえば、ＫｒＦエキシマレーザから照射させることができる。さらに、圧電膜形成用基板と、圧電膜との間に、圧電膜の結晶配向を制御するためのＰＬＴ、ＰＴＯやＳＲＯなどのシード層を設けてもよい。シード層は、圧電膜の一部を剥離するに際し、圧電膜の転写時にレーザ光を吸収させて除去される犠牲層として利用することもできる。圧電膜の転写に伴い圧電膜形成用基板の不要な破片が素子形成基板１１側に付着した場合は、エッチング液を用いて適宜に除去することができる。

このような別途に形成させた圧電膜を転写して圧電体層３ａ３を形成する転写法を用いることにより、振動発電素子１０の製造時間を短縮させることが可能となる。すなわち、上述の第１の金属膜２４の形成後に圧電体層３ａ３を成膜して振動発電素子１０を製造する方法と比較して、時間のかかる圧電膜の形成工程を第１電極３ａ１の形成工程と別途に並行して行うことができる。

振動発電素子１０の製造方法は、図３（ｃ）に示した圧電体層３ａ３を形成後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、第１の金属膜２４を所定の形状にパターニングすることで、第１の金属膜２４の一部からなる第１電極３ａ１、第１接続配線７ａおよび第１パッド電極８ａを形成する（図４（ａ）を参照）。第１電極３ａ１、第１接続配線７ａおよび第１パッド電極８ａは、同時に形成している。ここで、第１電極３ａ１、第１接続配線７ａおよび第１パッド電極８ａは、第１の金属膜２４をパターニングすることで、全てを同時に形成するものだけでなく、第１電極３ａ１のみを形成してもよい。

この場合、第１電極３ａ１を形成後、第１接続配線７ａおよび第１パッド電極８ａを別途に形成すればよい。また、第１接続配線７ａを形成する工程と、第１パッド電極８ａを形成する工程とを別々に設けてもよい。なお、第１の金属膜２４のエッチングにあたっては、たとえば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法やイオンミリング法などを適宜に採用することができる。

振動発電素子１０の製造方法では、第１電極３ａ１、第１接続配線７ａおよび第１パッド電極８ａを形成した後、素子形成基板１１の一面側に絶縁層３ａ４を形成する（図４（ｂ）を参照）。絶縁層３ａ４を形成する工程では、圧電体層３ａ３が形成された素子形成基板１１の一面側にレジストを塗布した後、レジストをフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。続いて、素子形成基板１１では、ＣＶＤ法などにより、素子形成基板１１の一面側の全面に絶縁層３ａ４の基礎となる絶縁膜を成膜した後、レジストを剥離するリフトオフ法を利用することで絶縁層３ａ４を形成している。絶縁層３ａ４を形成する工程では、リフトオフ法を用いて絶縁層３ａ４を形成する方法だけに限られず、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングにより絶縁層３ａ４を形成してもよい。素子形成基板１１の一面側には、絶縁層３ａ４の形成により、平面視矩形状の開口部３ａ４ａが形成されることになる。

次に、振動発電素子１０の製造方法では、第２電極３ａ２を形成するため、絶縁層３ａ４の形成を行った素子形成基板１１の一面側にレジストを塗布した後、レジストをフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。続いて、素子形成基板１１では、第２電極３ａ２の基礎となる金属膜を蒸着して、レジストを剥離するリフトオフ法を行うことにより、第２電極３ａ２を形成させる。本実施形態の振動発電素子１０の製造方法では、第２電極３ａ２と併せて第２接続配線７ｂおよび第２パッド電極８ｂを形成させている（図４（ｃ）を参照）。なお、第２電極３ａ２は、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法やスパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成することにより、第２接続配線７ｂおよび第２パッド電極８ｂと同時に形成させてもよい。また、振動発電素子１０の製造方法では、第２電極３ａ２と併せて第２接続配線７ｂおよび第２パッド電極８ｂを形成しているが、これに限らず、第２電極３ａ２と、第２接続配線７ｂと第２パッド電極８ｂとを別々に行うようにしてもよい。また、第２接続配線７ｂは、第２パッド電極８ｂと別々に形成してもよい。

続いて、振動発電素子１０の製造方法は、フォトリソグラフィ技術およびバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたエッチング技術を利用し、素子形成基板１１の一面側から支持部１ａ、カンチレバー部１ｂおよび錘部１ｃとなる部位以外の絶縁膜１２ｅを除去する。これにより、素子形成基板１１のシリコン層１２ｄを露出させる（図５（ａ）を参照）。

次に、振動発電素子１０の製造方法では、素子形成基板１１における一面側の絶縁膜１２ｅを除去した部位のシリコン層１２ｄを、ＲＩＥ法を用いたエッチングにより除去する。これにより、素子形成基板１１では、埋込酸化膜１２ｃが露出する（図５（ｂ）を参照）。

続いて、振動発電素子１０の製造方法は、フォトリソグラフィ技術およびＢＨＦなどを用いたエッチング技術を利用し、素子形成基板１１の他面側から支持部１ａ、カンチレバー部１ｂおよび錘部１ｃとなる部位以外の絶縁膜１２ａを除去する。これにより、素子形成基板１１では、絶縁膜１２ａの一部を除去して、単結晶シリコン基板１２ｂが露出する（図５（ｃ）を参照）。

続いて、振動発電素子１０の製造方法では、絶縁膜１２ａの一部を除去した後、素子形成基板１１の他面側から絶縁膜１２ａを除去した部位をＤｅｅｐ−ＲＩＥ法により、埋込酸化膜１２ｃに達する所定深さまで素子形成基板１１をエッチングする。これにより、素子形成基板１１では、素子形成基板１１における他面側の埋込酸化膜１２ｃを露出させる（図６（ａ）を参照）。

次に、振動発電素子１０の製造方法は、埋込酸化膜１２ｃの不要部分をＲＩＥ法によるエッチングにより除去しカンチレバー部１ｂを支持部１ａから揺動可能に構成する（図６（ｂ）を参照）。

続いて、振動発電素子１０の製造方法では、錘部１ｃを構成する部位の絶縁膜１２ａを除去する。振動発電素子１０の製造方法は、エッチングする錘部１ｃを構成する部位の縁部を除いて、予め素子形成基板１１における他面側にエッチングマスクを形成させる。振動発電素子１０の製造方法では、錘部１ｃを構成する部位の縁部をエッチングすることで、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向において、カンチレバー部１ｂから突出する錘部１ｃの先端に曲面１ｃａを形成することが可能となる（図６（ｃ）を参照）。振動発電素子１０の製造方法では、錘部１ｃの先端に曲面１ｃａを形成するため、たとえば、フッ酸と硝酸とを混合させたフッ硝酸を、酢酸で希釈したエッチング液を用いて、錘部１ｃを構成する部位の縁部をエッチングすればよい。エッチング液は、硝酸の比率を高くすることで、シリコン材料からなる錘部１ｃを構成する部位に曲面を形成させることが可能となる。振動発電素子１０の製造方法では、錘部１ｃを構成する部位に予め適宜の形状にエッチングマスクを形成させておくことで、錘部１ｃの形状を調整することもできる。

本実施形態の振動発電装置３０では、上述の振動発電素子１０の製造方法で形成させた振動発電素子１０におけるカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側において、振動発電素子１０の支持部１ａに第１のカバー基板２０ａを固着させている。また、本実施形態の振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂの他表面１ｂｄ側において、振動発電素子１０の支持部１ａに第２のカバー基板２０ｂを固着させている。第１のカバー基板２０ａは、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向と直交する断面において、Ｃ字状をしており、全体として半角筒状の形状としている。同様に、第２のカバー基板２０ｂは、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向と直交する断面において、Ｃ字状をしており、全体として半角筒状の形状としている。本実施形態の振動発電装置３０は、第１のカバー基板２０ａと、振動発電素子１０の一部と、第２のカバー基板２０ｂとでハウジング部２０を構成している。ハウジング部２０は、第１のカバー基板２０ａと振動発電素子１０と第２のカバー基板２０ｂとで、上記流体を通すことが可能な貫通孔３０ａを構成している。ハウジング部２０は、貫通孔３０ａの方向にカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向を沿わせてカンチレバー部１ｂを貫通孔３０ａに収納させている。なお、第１のカバー基板２０ａは、振動発電素子１０側に、カンチレバー部１ｂおよび錘部１ｃが揺動する変位空間をベース基板１との間に形成し、上記流体を通すことが可能な貫通孔３０ａの一部を構成する溝部を備えたガラス基板やシリコン基板を用いればよい。

第２のカバー基板２０ｂは、振動発電素子１０側に、カンチレバー部１ｂが揺動する変位空間をベース基板１との間に形成し、上記流体を通すことが可能な貫通孔３０ａの一部を構成する溝部を備えたガラス基板やシリコン基板を用いればよい。また、第２のカバー基板２０ｂは、振動発電素子１０の第１パッド電極８ａおよび第２パッド電極８ｂと各別に接合させて外部に出力可能な連絡用電極（図示していない）を適宜に備えさせればよい。ここで、第１のカバー基板２０ａと、振動発電素子１０とは、たとえば、常温接合法、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法や陽極接合法などにより接合することができる。同様に、第２のカバー基板２０ｂと、振動発電素子１０とは、たとえば、常温接合法、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法や陽極接合法などにより接合することができる。

ハウジング部２０は、第１のカバー基板２０ａと振動発電素子１０と第２のカバー基板２０ｂとを用いて、貫通孔３０ａを構成するものだけでなく、第１のカバー基板２０ａと第２のカバー基板２０ｂとで貫通孔３０ａを構成するものでもよい。また、ハウジング部２０は、角筒状の形状だけに限られるものではなく、円筒状など種々の形状することができる。

第１のカバー基板２０ａおよび第２のカバー基板２０ｂを備えた振動発電装置３０を製造するためには、図６（ｃ）で示す素子形成基板１１への加工が終了したベース基板１に、第１のカバー基板２０ａを接合する第１カバー接合工程を行う。同様に、振動発電装置３０の製造方法は、素子形成基板１１への加工が終了したベース基板１に第２のカバー基板２０ｂを接合する第２カバー接合工程を行う。振動発電装置３０の製造方法は、第１カバー接合工程および第２カバー接合工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、個々の振動発電装置３０に分割するダイシング工程を行うことで量産性よく振動発電装置３０を製造することができる。

振動発電装置３０は、図６（ｃ）で示す素子形成基板１１への加工が終了するまでの工程をウェハレベルで行ってから、個々の振動発電素子１０に分割するダイシンク工程を行った振動発電素子１０をハウジング部２０に収容して振動発電装置３０を製造してもよい。

本実施形態の振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａと固定端１ｂｂとを結ぶ方向において、カンチレバー部１ｂから突出する錘部１ｃの先端が曲面１ｃａを構成している。本実施形態の振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側が上記流体の上流側、カンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側が上記流体の下流側となっている。本実施形態の振動発電装置３０では、上流から流れる上記流体が貫通孔３０ａを通る際に、錘部１ｃの先端に設けられた曲面１ｃａに沿って流れる。振動発電装置３０は、曲面１ｃａに沿った上記流体の流れがカンチレバー部１ｂの他表面１ｂｄ側に沿った流れよりも流速が速くなることで、第２のカバー基板２０ｂ側と比較して、第１のカバー基板２０ａ側の圧力が相対的に下がる。これにより、振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側が第１のカバー基板２０ａ側に近づく向きに変位する。また、振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂが一定の変位量を超えるとカンチレバー部１ｂの弾性力により、カンチレバー部１ｂが元の位置側に戻ろうとする。

本実施形態の振動発電装置３０では、錘部１ｃの荷重がカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に掛かっている。また、振動発電装置３０は、錘部１ｃの先端に設けられた曲面１ｃａに沿って上流から流れる上記流体により、錘部１ｃを押圧する力が加わる。そのため、振動発電装置３０では、元の位置側に戻ってきたカンチレバー部１ｂを、第２のカバー基板２０ｂ側に押圧する向きに変位させる。また、振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂが一定の変位量を超えるとカンチレバー部１ｂの弾性力により、カンチレバー部１ｂが元の位置側に戻ろうとする。振動発電装置３０は、このような動作が繰り返されることでカンチレバー部１ｂが自励振動し、先端部が曲面１ｃａの錘部１ｃを有していない振動発電素子を用いる場合に比べて、圧電変換部３の変位量を大きくさせ発電効率をより高めることが可能になると考えられる。言い換えれば、振動発電装置３０は、上記流体によって発生するカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と他表面１ｂｄ側との圧力差、カンチレバー部１ｂの弾性力などによりカンチレバー部１ｂに自励振動を生じさせることが可能となる。

本実施形態の振動発電装置３０では、圧電変換部３で発生する交流電圧が圧電変換部３の振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。振動発電装置３０は、圧電変換部３が貫通孔３０ａを流れる上記流体によって生ずる自励振動を利用して発電することができる。振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂ、錘部１ｃや圧電変換部３の構造、大きさや材料などを適宜に選択することにより、自励振動の共振周波数を調整することが可能となる。

なお、本実施形態の振動発電装置３０は、振動発電素子１０の第１パッド電極８ａおよび第２パッド電極８ｂから出力される二相交流を整流する二相全波整流回路により構成される整流回路部（図示していない）を備えてもよい。また、振動発電装置３０は、整流回路部の出力端の両端間と電気的に接続させる蓄電素子を備えさせることもできる。さらに、振動発電装置３０は、蓄電素子と図示しない振動発電装置３０に接続される負荷との間にＤＣ／ＤＣ変換部を適宜に設け、負荷の容量に応じて、負荷側に供給する電圧を適宜に昇圧または降圧させる構成としてもよい。

（実施形態２）
図７に示す本実施形態の振動発電装置３０は、図１の実施形態１と比較し、振動発電素子１０の構造およびハウジング部２０の貫通孔３０ａに振動発電素子１０全体を収納させる点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態の振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂとカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に設ける錘部１ｃとカンチレバー部１ｂの揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部３とを備えた振動発電素子１０を有している。振動発電装置３０は、流体を通すことが可能な貫通孔３０ａを備えたハウジング部２０を有している。振動発電装置３０のハウジング部２０は、貫通孔３０ａの方向にカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向を沿わせて振動発電素子１０におけるカンチレバー部１ｂを貫通孔３０ａに収納させている。振動発電装置３０は、振動発電素子１０の錘部１ｃが、少なくともカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と固定端１ｂｂ側とを結ぶ方向において、カンチレバー部１ｂから突出する錘部１ｃの先端が曲面１ｃａを構成している。

本実施形態の振動発電装置３０では、ハウジング部２０は、上記流体が供給される供給口２１ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に連通する供給管２１ａを設けた供給部２１を備えている。また、ハウジング部２０は、上記流体を排出させる排出口２２ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側に連通する排出管２２ａを設けた排出部２２を備えている。

本実施形態の振動発電装置３０は、実施形態１の振動発電装置３０と同様に、カンチレバー部１ｂの揺動に伴い圧電変換部３から発電出力を得ることができる。なお、本実施形態の振動発電装置３０では、図７の紙面の上側を鉛直の上方向とし、振動発電素子１０は、カンチレバー部１ｂにおける表面側として鉛直方向の上方側に錘部１ｃを設けられるように配置している。これにより、本実施形態の振動発電装置３０は、錘部１ｃの自重によりカンチレバー部１ｃが撓む状態となったとしても、上記流体の流れを堰き止めることを抑制することが可能となる。

本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０に予め設けた支持部１ａに、錘部１ｃが設けられたカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側と反対の固定端１ｂｂを接着剤などにより適宜に固定させ、振動発電素子１０をハウジング部２０に収納させている。本実施形態の振動発電装置３０では、振動発電素子１０が、第１電極３ａ１を構成する平板状の金属板と、この金属板上に形成させた圧電体層３ａ３と、圧電体層３ａ３上に形成させた第２電極３ａ２を構成する平板状の金属板とでカンチレバー部１ｂを構成している。すなわち、本実施形態の振動発電装置３０の振動発電素子１０は、カンチレバー部１ｂが圧電変換部３を兼ねている。図７の振動発電装置３０の振動発電素子１０は、図１の実施形態１における振動発電素子１０がＭＥＭＳの製造技術を利用して製造した薄膜型の圧電素子であるのに対し、圧電体層３ａ３としてバルクの圧電体を利用したバルク型の圧電素子を構成している。また、振動発電素子１０は、カンチレバー部１ｂにおける鉛直方向の上方側にカンチレバー部１ｂから半球状の錘部１ｃを突出させている。錘部１ｃは、カンチレバー部１ｂと別途に形成させた金属材料などからなる錘部１ｃを、接着剤などを用いて固着させて形成することができる。

本実施形態の振動発電装置３０は、実施形態１と同様、上記流体によって発生するカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と他表面１ｂｄ側との圧力差と、カンチレバー部１ｂの弾性力などによりカンチレバー部１ｂに自励振動を生じさせることが可能となる。なお、本実施形態の振動発電装置３０では、図示していないが、適宜に配線を設けて、圧電変換部３で発電し第１電極３ａ１と第２電極３ａ２とから出力される電力をハウジング部２０の外部に取り出すことが可能なように構成すればよい。振動発電装置３０は、振動発電素子１０の第１電極３ａ１と第２電極３ａ２とが短絡しないように、必要に応じて適宜に絶縁膜を構成すればよい。

本実施形態の振動発電装置３０は、図８に示すように、カンチレバー部１ｂにおける鉛直方向の下方側にカンチレバー部１ｂから半球状の錘部１ｃを突出させた振動発電素子１０を用いて構成してもよい。また、本実施形態の振動発電装置３０は、図９に示すように、カンチレバー部１ｂにおける鉛直方向の下方側にカンチレバー部１ｂから半球状の錘部１ｃを突出させたＭＥＭＳの製造技術を利用して製造した振動発電素子１０を用いて構成してもよい。さらに、本実施形態の振動発電装置３０は、図１０に示すように、カンチレバー部１ｂにおける鉛直方向の上方側にカンチレバー部１ｂから半球状の錘部１ｃを突出させ、支持部１ａによりカンチレバー部１ｂを鉛直方向と水平な方向に対して傾斜させた振動発電素子１０を用いて構成することもできる。図１０に示す振動発電素子１０を用いた振動発電装置３０では、振動発電素子１０とハウジング部２０とが、カンチレバー部１ｂと貫通孔３０ａの内壁２０ａａとの間の隙間の大きさを、カンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側と自由端１ｂａ側とで異ならせることができる。図１０に示す振動発電素子１０を用いた振動発電装置３０では、図７の振動発電装置３０と比較して、上記流体によって発生するカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と他表面１ｂｄ側との圧力差を、より安定的に発生させることが可能となる。

（実施形態３）
図１１に示す本実施形態の振動発電装置３０は、実施形態２の振動発電装置３０と比較して、ハウジング部２０の供給部２１に流体の流入量を制御する流入量制御部２３を備えた点が主として相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０に流体が供給される供給口２１ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に連通する供給管２１ａを設けた供給部２１を備えている。また、振動発電装置３０は、ハウジング部２０に、上記流体を排出させる排出口２２ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側に連通する排出管２２ａを設けた排出部２２を備えている。本実施形態の振動発電装置３０は、振動発電素子１０として、図１０に示す実施形態２の振動発電素子１０と同様の構成のものを用いている。そのため、振動発電装置３０の振動発電素子１０とハウジング部２０とは、カンチレバー部１ｂと貫通孔３０ａの内壁２０ａａとの間の隙間の大きさが、カンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側と自由端１ｂａ側とで異なっている。本実施形態の振動発電装置３０では、カンチレバー部１ｂの厚み方向において、カンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側をカンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側よりも支持部１ａ側にずらしてある。

また、本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０が、錘部１ｃを設けたカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と反対の他表面１ｂｄ側と比較して、一表面１ｂｃ側における上記流体の流入量を多くさせる流入量制御部２３を供給部２１に備えている。ここで、本実施形態の振動発電装置３０は、流入量制御部２３を備えた供給部２１をハウジング部２０と一体に形成させている。流入量制御部２３は、供給口２１ａａ側から排出口２２ａａ側に向かって、供給管２１ａの開口面積を小さくさせている。これにより、本実施形態の振動発電装置３０は、実施形態２の振動発電装置３０と比較して、より多くの上記流体を錘部１ｃの曲面１ｃａ側に沿わすことができる。そのため、本実施形態の振動発電装置３０は、実施形態２の振動発電装置３０と比較して、上記流体によって発生するカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と他表面１ｂｄ側との圧力差をより大きくすることが可能となる。

流入量制御部２３は、ハウジング部２０と一体に形成させるだけに限られず、図１２に示すように、ハウジング部２０と別体に形成させた三角柱状の流入量制御部２３をハウジング部２０に接着剤などを用いて固着させるものでもよい。また、流入量制御部２３は、図１２に示す傾斜した平面を備えた構造だけに限られず、図１３に示すような供給口２１ａａ側の表面だけが曲面を備えた円柱状の一部からなる構造としてもよい。図１３に示す振動発電装置３０は、供給口２１ａａ側の表面だけが曲面を備えた円柱状の一部からなる構造の流入量制御部２３の表面に沿って、流体（図１３の一点鎖線の矢印を参照）が流れ、より多くの上記流体を錘部１ｃの曲面１ｃａ側に沿わすことができる。同様に、流入量制御部２３は、図１４に示すように、半円柱状の流入量制御部２３を供給部２１に備えた構造としてもよい。図１４に示す振動発電装置３０は、流体（図１４の一点鎖線の矢印を参照）が半円柱状の流入量制御部２３の表面に沿って流れ、さらに多くの上記流体を錘部１ｃの曲面１ｃａ側に沿わすことができる。

（実施形態４）
図１５に示す本実施形態の振動発電装置３０は、図１４に示す実施形態３の振動発電装置３０と比較して、流入制御部２３を備えた供給部２１の構造が主として相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０に流体（図１５の一点鎖線の矢印を参照）が供給される供給口２１ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に連通する供給管２１ａを設けた供給部２１を備えている。また、振動発電装置３０は、ハウジング部２０に、上記流体を排出させる排出口２２ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側に連通する排出管２２ａを設けた排出部２２を備えている。

本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０が、錘部１ｃを設けたカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と反対の他表面１ｂｄ側と比較して、一表面１ｂｃ側における上記流体の流入量を多くさせるように流入量制御部２３を供給部２１に備えている。特に、本実施形態の振動発電装置３０では、供給口２１ａａ側から排出口２２ａａ側に向かって、供給管２１ａの開口面積を小さくさせるテーパー形状の供給部２１を備えている。

本実施形態の振動発電装置３０は、振動発電素子１０が、カンチレバー部１ｂにおける鉛直方向の上方側に錘部１ｃを設けている。なお、振動発電素子１０は、図１６に振動発電素子１０の底面図を示している。振動発電装置３０は、錘部１ｃの自重でカンチレバー部１ｂを撓ませて、流入量制御部２３と合わせて、錘部１ｃを設けたカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と反対の他表面１ｂｄ側と比較して、一表面１ｂｃ側における上記流体の流入量をより多くさせてもよい。

ここで、本実施形態の振動発電装置３０では、図１７に示す構造の振動発電素子１０を用いて構成することもできる。また、本実施形態の振動発電装置３０は、図１８に示す振動発電素子１０を用いて構成することもできる。図１８に示す振動発電素子１０は、カンチレバー部１ｂに撓みを生じさせる応力を発生する応力発生膜４をカンチレバー部１ｂに備えている。図１８に示す振動発電素子１０では、応力発生膜４は、カンチレバー部１ｂの圧電変換部３に設けている。応力発生膜４は、たとえば、圧電変換部３上に形成させたＳｉＯ_２膜やＳｉ_３Ｎ_４膜などにより形成することができる。応力発生膜４は、応力発生膜４の材料や応力発生膜４の膜厚などを調整することで、カンチレバー部１ｂに撓みを生じさせる応力を制御することが可能となる。図１８に示す振動発電素子１０では、カンチレバー部１ｂの撓みにより、カンチレバー部１ｂと貫通孔３０ａの内壁２０ａａとの間の隙間の大きさがカンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側と自由端１ｂａ側とで異なることなる。そのため、振動発電装置３０では、振動発電素子１０とハウジング部２０とが、上記隙間の大きさを、カンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側と自由端１ｂａ側とで異ならせることにより、錘部１ｃの曲面１ｃａに当接させる上記流体をより多くさせることも可能となる。なお、応力発生膜４は、カンチレバー部１ｂに備えていればよく、カンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側に設けてもよいし、カンチレバー部１ｂの他表面１ｂｄ側に設けてもよい。また、応力発生膜４は、カンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側および他表面１ｂｄ側の両方に設けてもよい。振動発電装置３０は、カンチレバー部１ｂに撓みを生じさせる応力発生膜４を別途に形成させているが、振動発電素子１０を構成する材料や膜厚を適宜に選択することで、カンチレバー部１ｂ自体に撓みを生じさせる初期撓みを備えさせることも可能である。

（実施形態５）
図１９に示す本実施形態の振動発電装置３０は、図１１の実施形態３と比較して、ハウジング部２０の排出部２２の構造が主として相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０に上記流体が供給される供給口２１ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの自由端１ｂａ側に連通する供給管２１ａを設けた供給部２１を備えている。また、振動発電装置３０は、ハウジング部２０に上記流体を排出させる排出口２２ａａを有し貫通孔３０ａにおけるカンチレバー部１ｂの固定端１ｂｂ側に連通する排出管２２ａを設けた排出部２２を備えている。

本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０が、錘部１ｃを設けたカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と反対の他表面１ｂｄ側と比較して、一表面１ｂｃ側における上記流体の流入量を多くさせる流入量制御部２３を供給部２１に備えている。また、本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０が、錘部１ｃを設けたカンチレバー部１ｂの一表面１ｂｃ側と反対の他表面１ｂｄ側と比較して、一表面１ｂｃ側における上記流体の流出量を多くさせる流出量制御部２６を備えている。

すなわち、本実施形態の振動発電装置３０は、ハウジング部２０が、供給口２１ａａ側から排出口２２ａａ側に向かって、排出管２２ａの開口面積を大きくさせる流出量制御部２６を排出部２２に備えている。なお、流出量制御部２６は、流入量制御部２３と同様にして形成することができる。

排出部２２は、図１９に示す傾斜した平面を有する流出量制御部２６を備えたものだけに限られず、図２０に示す、供給口２１ａａ側から排出口２２ａａ側に向かって、排出管２２ａの開口面積を大きくさせるテーパー形状の流出量制御部２６を備えたものでもよい。図２０に示す振動発電装置３０は、図１９に示す振動発電装置３０と比較して、上記流体をより効率よく外部に排出させることが可能となる。そのため、図２０に示す振動発電装置３０は、図１９に示す振動発電装置３０と比較して、より発電効率を大きくすることが可能となる。

１ｂ カンチレバー部
１ｂａ 自由端
１ｂｂ 固定端
１ｃ 錘部
１ｃａ 曲面
３ 圧電変換部
４ 応力発生膜
１０ 振動発電素子
２０ ハウジング部
２０ａａ 内壁
２１ 供給部
２１ａ 供給管
２１ａａ 供給口
２２ 排出部
２２ａ 排出管
２２ａａ 排出口
２３ 流入量制御部
２６ 流出量制御部
３０ 振動発電装置
３０ａ 貫通孔

Claims (9)

1. カンチレバー部と該カンチレバー部の自由端側に設ける錘部と前記カンチレバー部の揺動により生ずる応力を受けて発電する圧電変換部とを備えた振動発電素子と、流体を通すことが可能な貫通孔の少なくとも一部を構成し前記貫通孔の方向に前記カンチレバー部の前記自由端側と固定端側とを結ぶ方向を沿わせて前記振動発電素子における前記カンチレバー部を前記貫通孔に収納させるハウジング部とを有する振動発電装置であって、
   前記錘部は、少なくとも前記カンチレバー部の前記自由端側と前記固定端側とを結ぶ方向において、前記カンチレバー部から突出する前記錘部の先端が曲面を構成していることを特徴とする振動発電装置。
2. 前記ハウジング部は、前記流体が供給される供給口を有し前記貫通孔における前記カンチレバー部の前記自由端側に連通する供給管を設けた供給部と、前記流体を排出させる排出口を有し前記貫通孔における前記カンチレバー部の前記固定端側に連通する排出管を設けた排出部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
3. 前記ハウジング部は、前記錘部を設けた前記カンチレバー部の一表面側と反対の他表面側と比較して、前記一表面側における前記流体の流入量を多くさせる流入量制御部を、前記供給部に備えていることを特徴とする請求項２に記載の振動発電装置。
4. 前記流入量制御部は、前記供給口側から前記排出口側に向かって、前記供給管の開口面積を小さくさせるテーパー形状であることを特徴とする請求項３に記載の振動発電装置。
5. 前記ハウジング部は、前記供給口側から前記排出口側に向かって、前記排出管の開口面積を大きくさせるテーパー形状の流出量制御部を前記排出部に備えていることを特徴とする請求項４に記載の振動発電装置。
6. 前記振動発電素子と前記ハウジング部とは、前記カンチレバー部と前記貫通孔の内壁との間の隙間の大きさが、前記カンチレバー部の前記固定端側と前記自由端側とで異なっていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の振動発電装置。
7. 前記振動発電素子は、前記カンチレバー部の撓みにより前記隙間の大きさが前記カンチレバー部の前記固定端側と前記自由端側とで異なっていることを特徴とする請求項６に記載の振動発電装置。
8. 前記振動発電素子は、前記カンチレバー部に前記撓みを生じさせる応力を発生する応力発生膜を前記カンチレバー部に備えたことを特徴とする請求項７に記載の振動発電装置。
9. 前記振動発電素子は、前記カンチレバー部における鉛直方向の上方側に前記錘部を設けていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の振動発電装置。

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