(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動および発熱を生じる機構に取り付けられる発電装置であって、
前記機構の外側表面に熱的および機械的に結合する第１の面、および、前記第１の面に対向する第２の面を有し、前記機構の発熱に起因する前記第１および第２の面の温度差によって発電する熱電発電モジュールと、
前記機構の外側表面に機械的に結合する固定端、および、前記固定端に対向する可動端を有し、前記機構の振動に起因する前記固定端に対する前記可動端の、該機構の外側表面と平行な方向の変位によって発電する圧電発電モジュールと、
を含み、
前記熱電発電モジュールと前記圧電発電モジュールとが、一体的に形成される発電装置。
【請求項２】
前記圧電発電モジュールは、前記熱電発電モジュールの第２の面上に形成され、前記熱電発電モジュールを介して前記機構の外側表面と機械的に結合する請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記圧電発電モジュールは、前記熱電発電モジュールの第２の面と熱的および機械的に結合する結合端、および、前記結合端と対向する開放端を有する複数の放熱フィンを含み、
前記複数の放熱フィン各々は、
前記第２の面に平行な平面と交差する角度で配置される内部導電膜と、
前記内部導電膜を囲む一対の圧電材料板と、
対をなす前記圧電材料板を囲む外部導電膜と、
を含み、
前記複数の放熱フィン各々の結合端が、前記圧電発電モジュールの固定端を構成し、前記複数の放熱フィン各々の開放端が、前記圧電発電モジュールの可動端を構成する請求項２記載の発電装置。
【請求項４】
前記圧電発電モジュールは、圧電材料板、および、前記圧電材料板を挟む外部導電膜を有する複数の圧電素子を含み、
前記複数の圧電素子は、間隙を空けて、前記第２の面の平面方向に沿って配列し、一端が前記熱電発電モジュールの第２の面と機械的に結合して前記圧電発電モジュールの固定端を構成し、他端が前記圧電発電モジュールの可動端を構成し、
前記熱電発電モジュールは、熱電材料層と、圧電材料を含む絶縁層と、が前記機構の外側表面の平面方向に沿って交互に積層する熱電素子を含み、前記熱電素子の一方の面が前記熱電発電モジュールの第１の面を構成し、前記熱電素子の他方の面が前記熱電発電モジュールの第２の面を構成し、
前記熱電素子の絶縁層は、前記第２の面上に配置される前記圧電発電モジュールまで延在し、前記圧電素子の圧電材料板を構成する請求項２記載の発電装置。
【請求項５】
前記熱電素子の熱電材料層は、前記絶縁層を挟んで交互に配列する、ｐ型の導電性を有するｐ型熱電層と、ｎ型の導電性を有するｎ型熱電層と、を含み、
前記圧電素子により画定される前記間隙は、前記ｐ型およびｎ型熱電層の上方に配置される請求項４記載の発電装置。
【請求項６】
前記熱電発電モジュールの第１の面と、前記圧電発電モジュールの固定端とは、一体的に形成され、
前記熱電発電モジュールの第２の面と、前記圧電発電モジュールの可動端とは、一体的に形成される請求項１記載の発電装置。
【請求項７】
前記熱電発電モジュールは、前記機構の外側表面に近い一端面が、前記熱電発電モジュールの第１の面を構成し、前記機構の外側表面から離れた他端面が、前記熱電発電モジュールの第２の面を構成する単一の熱電素子を含み、
前記熱電素子は、
前記機構の外側表面の平面方向に沿って配列する、ｐ型の導電性を有するｐ型熱電層、および、ｎ型の導電性を有するｎ型熱電層を含む一対の熱電材料層と、
前記他端面側において前記ｐ型およびｎ型熱電層を電気的に接続する導電部材と、
を含み、
前記圧電発電モジュールは、前記機構の外側表面に近い一端が、前記圧電発電モジュールの固定端を構成し、前記機構の外側表面から離れた他端が、前記圧電発電モジュールの可動端を構成する単一の圧電素子を含み、
前記圧電素子は、
前記機構の外側表面に平行な平面と交差する角度で配置される内部導電膜と、
前記内部導電膜を囲む一対の圧電材料板と、
対をなす前記圧電材料板を囲む一対の外部導電膜と、
を含み、
前記圧電素子の一対の外部導電膜が、前記熱電素子の一対の熱電材料層を構成する請求項６記載の発電装置。
【請求項８】
前記熱電発電モジュールは、前記機構の外側表面に近い一端面が、前記熱電発電モジュールの第１の面を構成し、前記機構の外側表面から離れた他端面が、前記熱電発電モジュールの第２の面を構成し、間隔を空けて、前記機構の外側表面と平行な平面に沿って配列する複数の熱電素子、および、前記複数の熱電素子を相互に電気的に接続する第１の導電部材を含み、
前記熱電素子各々は、
前記機構の外側表面の平面方向に沿って配列する、ｐ型の導電性を有するｐ型熱電層、および、ｎ型の導電性を有するｎ型熱電層を含む一対の熱電材料層と、
前記他端面側において前記ｐ型およびｎ型熱電層を電気的に接続する第２の導電部材と、
を含み、
相互に隣り合う前記熱電素子は、前記ｐ型およびｎ型熱電層が対向するように配置されており、
前記第１の導電部材は、該対向するｐ型およびｎ型熱電層を前記一端面側において電気的に接続し、
前記圧電発電モジュールは、前記機構の外側表面に近い一端が、前記圧電発電モジュールの固定端を構成し、前記機構の外側表面から離れた他端が、前記圧電発電モジュールの可動端を構成し、間隔を空けて、前記機構の外側表面の平面方向に沿って配列する複数の圧電素子を含み、
前記圧電素子各々は、
前記機構の外側表面に平行な平面と交差する角度で配置される内部導電膜と、
前記内部導電膜を囲む一対の圧電材料板と、
対をなす前記圧電材料板を囲む一対の外部導電膜と、
を含み、
前記圧電素子各々の一対の外部導電膜が、前記熱電素子各々の一対の熱電材料層を構成する請求項６記載の発電装置。
【請求項９】
振動し、かつ発熱する装置に、冷却フィンつきの熱電変換材料を取り付けて熱電発電を行う工程と、
前記装置の振動により、前記冷却フィンの一部を構成する圧電変換材料を変形させて圧電発電を行う工程と、
を有する発電方法。
【請求項１０】
圧電セラミックスの複数のグリーンシートが間隔を隔てて配置され、該グリーンシートの面内方向に関する第１の領域においては、前記グリーンシートの各々の両面に導電層が配置され、相互に隣り合う前記グリーンシートの対向する面に配置された前記導電層の間に有機樹脂層が充填され、前記第１の領域とは異なる第２の領域においては、前記グリーンシートの間に支持層が配置された積層構造を形成する工程と、
前記積層構造内の前記グリーンシートを焼成して圧電材料板を形成するとともに、前記有機樹脂層を消滅させて、前記第１の領域の前記圧電材料板の間に間隙を形成し、前記第２の領域においては前記支持層を残す工程と、
を有する発電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換及び圧電変換を利用した発電装置、発電方法及び発電装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサとデータ処理機能と無線通信機能とを一体化したセンサモジュールをネットワーク上に配置するセンサネットワークの開発が進められている。このようなセンサモジュールにおいては、バッテリレスで自己発電することが望まれる。自己発電する方式として、太陽電池、熱電発電、圧電発電等、その場の環境を利用する発電方式であって、小型化の容易な発電方式が検討されている。広い適用範囲を確保するためにも、発電装置の小型化が望まれる。【０００３】
シリコン層等で形成した片持ち梁構成の上面にＰｔ等の下部電極、ＰＺＴ等の圧電体層、Ａｌ等の上部電極を含む圧電体キャパシタを形成したユニモルフ型圧電素子が、知られている。必要に応じて、片持ち梁の可動側先端に錘を接続する。【０００４】
１つの圧電素子の発生する電力は、電源として利用するには小さいため、実用的な電力を得るために複数の圧電素子を並列に接続することが必要な場合が多い。片持ち梁構成のユニモルフ型圧電素子を、多数コンパクトにまとめることは、容易ではない。【０００５】
特許文献１は、共通の支持構造に、金属板上に圧電板を形成した圧電素子を複数枚積層して周辺部で支持し、共通の加重印加手段から圧電素子中央部に加重を印加する構成を開示している。自動車や鉄道などの通行により繰り返し印加される加重を対象とし、機械的強度の高い構造としている。【０００６】
１対の熱電材料を接続した熱電素子の出力電圧は、温度差に依存するが、電圧値としては小さく、実用的な電圧を得るためには、多数対の熱電素子を直列接続することが必要な場合が多い。例えば、一対のｐ型半導体、ｎ型半導体を隣接配置し、一端で電気的に接続したπ型構成を多数対、高温側、低温側の間に配置し、直列接続すること等により出力電圧を大きくすることが行なわれている。熱電素子の場合は、可動部は不要であり、集積化は容易である。但し、隣接する熱電部材は互に絶縁する必要がある。【０００７】
特許文献２は、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層を積層した構成において、ｐｎ接合部以外の積層界面に絶縁層を介在させる構成を提案している。各層をグリーンの状態で積層し、一体として焼結する。【０００８】
特許文献３は、複数個の熱電素子を直列に接続した熱電変換モジュールにおいて、熱電素子間の空間に絶縁樹脂を充填して熱電素子同士を固着した構成を提示している。【０００９】
特許文献４は、熱電発電と圧電アクチュエータを組み合わせた熱変位変換装置を提案している。熱電変換材料で形成された熱電変換素子が温度に比例した電圧を発生し、この電圧により圧電アクチュエータが変位する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２８８２８３号公報、
【特許文献２】特開平８−３２１２８号公報
【特許文献３】特開２００１−１１９０７６号公報
【特許文献４】特開平６−２６４８６２号
【特許文献５】特開平０４−８５９７３号公報
【特許文献６】特開平１１−９７７５０号公報
【特許文献７】特開平０７−４９３８８号公報
【発明の開示】
【００１１】
熱あるいは振動等の廃棄されてしまうエネルギを、電気エネルギとして回収する技術が望まれている。さらに、小型の発電装置が望まれている。
【００１２】
本発明の一観点によると、
振動および発熱を生じる機構に取り付けられる発電装置であって、
前記機構の外側表面に熱的および機械的に結合する第１の面、および、前記第１の面に対向する第２の面を有し、前記機構の発熱に起因する前記第１および第２の面の温度差によって発電する熱電発電モジュールと、
前記機構の外側表面に機械的に結合する固定端、および、前記固定端に対向する可動端を有し、前記機構の振動に起因する前記固定端に対する前記可動端の、該機構の外側表面と平行な方向の変位によって発電する圧電発電モジュールと、
を含み、
前記熱電発電モジュールと前記圧電発電モジュールとが、一体的に形成される発電装置が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によると、
振動し、かつ発熱する装置に、冷却フィンつきの熱電変換材料を取り付けて熱電発電を行う工程と、
前記装置の振動により、前記冷却フィンの一部を構成する圧電変換材料を変形させて圧電発電を行う工程と
を有する発電方法が提供される。
【００１４】
本発明のさらに他の観点によると、
圧電セラミックスの複数のグリーンシートが間隔を隔てて配置され、該グリーンシートの面内方向に関する第１の領域においては、前記グリーンシートの各々の両面に導電層が配置され、相互に隣り合う前記グリーンシートの対向する面に配置された前記導電層の間に有機樹脂層が充填され、前記第１の領域とは異なる第２の領域においては、前記グリーンシートの間に支持層が配置された積層構造を形成する工程と、
前記積層構造内の前記グリーンシートを焼成して圧電材料板を形成するとともに、前記有機樹脂層を消滅させて、前記第１の領域の前記圧電材料板の間に間隙を形成し、前記第２の領域においては前記支持層を残す工程と
を有する発電装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例１による発電装置の断面図である。
【図２】図２は、屈曲状態の分極の様子を示す線図である。
【図３−１】図３Ａ〜図３Ｄは、実施例１による発電装置の製造途中段階におけるフィンの斜視図である。
【図３−２】図３Ｅ及び図３Ｆは、実施例１による発電装置の製造途中段階における圧電発電部の断面図である。
【図３−３】図３Ｇ及び図３Ｈは、実施例１による発電装置の製造途中段階における圧電発電部の断面図である。
【図３−４】図３Ｉ及び図３Ｊは、実施例による発電装置の製造途中段階における熱電発電部の断面図である。
【図４】図４Ａは、熱電発電素子の構成を示す概略断面図、図４Ｂは実施例による圧電−熱電発電装置の構成を示す概略断面図、図４Ｃは実施例による圧電−熱電発電装置の他の構成を示す概略断面図である。
【図５−１】図５Ａ〜図５Ｇは、実施例２によるバイモルフ型圧電−熱電発電素子の製造方法の主要工程を示す断面図である。
【図５−２】図５Ｈ〜図５Ｋは、実施例２によるバイモルフ型圧電−熱電発電素子の製造方法の主要工程を示す断面図である。
【図５−３】図５Ｌ〜図５Ｍは、実施例２によるバイモルフ型圧電−熱電発電素子の製造方法の主要工程を示す断面図及び上面図である。
【図６】図６Ａは、実施例３による発電装置の断面図であり、図６Ｂは、屈曲した状態の発電装置の概略断面図である。
【図７】図７Ａは、実施例３による発電装置の側面図であり、図７Ｂは、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図である。
【図８】図８は、実施例４による発電装置の断面図である。
【図９】図９は、実施例４による発電装置の等価回路図である。
【図１０】図１０は、実施例４による発電装置の屈曲時の概略断面図である。
【図１１】図１１は、実施例４の変形例による発電装置の断面図である。
【図１２】図１２は、実施例４の変形例による発電装置の屈曲時の概略断面図である。
【図１３−１】図１３Ａ〜図１３Ｈは、実施例４による発電装置の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１３−２】図１３Ｉ〜図１３Ｌは、実施例４による発電装置の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１３−３】図１３Ｍ〜図１３Ｎは、実施例４による発電装置の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１３−４】図１３Ｏは、実施例４による発電装置の製造途中段階における装置の断面図であり、図１３Ｐは、図１３Ｏの一点鎖線１３Ｐ−１３Ｐにおける断面図である。
【図１４−１】図１４Ａは、実施例５による発電装置の製造途中段階における装置の断面図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの一点鎖線１４Ｂ−１４Ｂにおける断面図である。
【図１４−２】図１４Ｃ〜図１４Ｄは、実施例５による発電装置の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１４−３】図１４Ｅは、実施例５による発電装置の製造途中段階における装置の断面図であり、図１４Ｆは、図１４Ｅの一点鎖線１４Ｆ−１４Ｆにおける断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施例１］
図１に、実施例１による発電装置の断面図を示す。実施例１による発電装置は、熱電発電部（熱電発電モジュール）１０と圧電発電部（圧電発電モジュール）３０とを含む。【００１７】
以下、熱電発電部１０の構成について説明する。第１の基板１１と第２の基板１５との間に、複数のｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９が挟まれている。ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９の各々は、第１の導電パターン１２を介して第１の基板１１に接合され、第２の導電パターン１６を介して第２の基板１５に接合されている。第１の導電パターン１２及び第２の導電パターン１６によって、複数のｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９が、交互に直列に接続される。この直列回路の両端に、電力取出用の端子２０が接続される。【００１８】
第１の基板１１及び第２の基板１５には、熱伝導性に優れた絶縁材料、例えばアルミナが用いられる。第１の導電パターン１２及び第２の導電パターン１６には、例えば銀が用いられる。ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９には、例えばそれぞれＣａ３Ｃｏ４Ｏ９及びＣａ０．９Ｌａ０．１ＭｎＯ３が用いられる。一例として、ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９の各々の形状は、一辺の長さが２ｍｍの立方体である。【００１９】
この熱電発電部１０の構成は、ｐ型熱電変換部材とｎ型熱電変換部材とが直列接続された所謂π型構造と呼ばれるものである。熱電発電部１０には、その他の構造の熱電変換モジュールを採用してもよい。【００２０】
次に、圧電発電部３０の構成について説明する。熱電発電部１０の第２の基板１５に、台座３１が接合され、第２の基板１５に熱的に結合している。台座３１には、熱伝導性に優れた材料、例えばアルミニウムが用いられる。台座３１の表面に相互に平行に配置された複数の溝３２が形成されている。溝３２の各々に、熱交換用のフィン４０の一方の端部が挿入され、固定されている。複数のフィン４０は、相互に平行に配列する。【００２１】
フィン４０の各々は、内部導電膜４１、２枚の圧電材料板４２、下地導電膜４３、及び外部導電膜４４を含む。２枚の圧電材料板４２の間に、内部導電膜４１が挟み込まれている。台座３１に固定された縁においては、圧電材料板４２同士が直接接触しており、内部導電膜４１がフィン４０の端面に露出していない。すなわち、内部導電膜４１は、台座３１から電気的に絶縁される。外部導電膜４４が、内部導電膜４１及び２枚の圧電材料板４２を含む積層構造体を挟む。圧電材料板４２と外部導電膜４４との間に、下地導電膜４３が配置されている。【００２２】
外部導電膜４４は、圧電材料板４２の表面から、台座３１の表面までを連続して覆う。このため、内部導電膜４１及び２枚の圧電材料板４２を含む積層構造体を挟む一対の外部導電膜４４は、台座３１を介して電気的に短絡されている。さらに、外部導電膜４４は、台座３１を介して第２の基板１５に熱的に結合している。第２の基板１５の熱が、台座３１を経由して外部導電膜４４まで伝達され、さらに周囲の空間に放熱される。【００２３】
内部導電膜４１及び下地導電膜４３には、例えば白金（Ｐｔ）が用いられる。圧電材料板４２には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）等の圧電材料が用いられる。なお、圧電材料として、酸化物圧電材料を用いることが好ましい。圧電材料板４２には、自発分極が厚さ方向を向くように分極処理が施されている。平行に配列した複数のフィン４０の圧電材料板４２は、その残留分極が同一方向を向く姿勢で配置されている。【００２４】
フィン４０の先端（台座３１に固定された縁とは反対側の縁）の端面に、内部導電膜４１が露出している。リード線３４が、端面に露出した内部導電膜４１に接続されている。リード線３４及び外部導電膜４４が、電力取出用の端子３５に接続されている。【００２５】
以下、実施例１による発電装置の動作について説明する。第１の基板１１が、発熱及び振動を発生する装置、例えば内燃機関等に取り付けられる。発熱及び振動を発生する装置からの伝熱により、第１の基板１１の温度が上昇する。第２の基板１５まで伝達した熱は、熱交換用のフィン４０を経由して外部に放熱される。これにより、ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９の各々の両端に温度差が発生する。この温度差によって、端子２０に電圧が発生し、外部に電力として取り出される。【００２６】
発熱及び振動を発生する装置の振動により、フィン４０が振動する。フィン４０は、台座３１に固定された縁を固定端とし、その反対側の縁を自由端として、屈曲振動する。この屈曲振動により、圧電材料板４２に歪が生じし、内部導電膜４１と外部導電膜４４との間に電位差が発生する。この電位差が、端子３５を介して外部に電力として取り出される。【００２７】
図２に、フィンを構成する圧電材料板４２の分極状態及び発生電荷の状態を示す。内部導電膜４１を挟む２枚の圧電材料板４２には、同じ方向の残留分極Ｐ０が残っている。これを湾曲させると、湾曲の外側の圧電材料板４２には面内方向の引張応力が作用し、内側の圧電材料板４２には面内方向の圧縮応力が作用する。この応力によって、圧電材料板４２の各々の表面に電荷が発生する。湾曲した２枚の圧電材料板４２の凸側表面に発生する電荷は、相互に逆極性であり、凹側表面に発生する電荷も、相互に逆極性である。このため、内部導電膜４１側の表面に発生する電荷は同一極性になり、外部導電膜４４側の表面に発生する電荷も同一極性になる。この電荷により、内部導電膜４１と外部導電膜４４との間に起電力が発生する。【００２８】
次に、図３Ａ〜図３Ｊを参照して、実施例１による発電装置の製造方法について説明する。【００２９】
図３Ａに示すように、ＰＺＴ系セラミックグリーンシート４２ａを準備する。グリーンシート４２ａの厚さは、例えば５０〜７０μｍである。グリーンシート４２ａの表面に白金（Ｐｔ）ペーストを印刷することにより、Ｐｔペースト膜４１ａを形成する。グリーンシート４２ａの表面のうち、１つの縁に接する領域（縁からやや内側までの領域）には、Ｐｔペーストが印刷されていない露出部分が確保されている。【００３０】
図３Ｂに示すように、Ｐｔペースト膜４１ａの上に、もう１枚のグリーンシート４２ｂを重ねる。Ｐｔペーストが塗布されていない露出部分においては、グリーンシート４２ａと４２ｂとが、直接接触する。この３層構造を、５００℃で脱脂した後、１２００℃で焼成する。【００３１】
図３Ｃに示すように、焼成により、Ｐｔからなる内部導電膜４１、及びその両側の圧電材料板４２が得られる。圧電材料板４２の外側の表面に、Ｐｔペーストを印刷することにより、Ｐｔペースト膜を形成する。このＰｔペースト膜を１２００℃で焼成することにより、Ｐｔからなる下地導電膜４３が得られる。【００３２】
図３Ｄに示すように、下地導電膜４３の間に直流電圧を印加することにより分極処理を施す。これにより、圧電材料板４２に残留分極が生じる。図３Ｄに示した積層体を所定の大きさに切断する。【００３３】
図３Ｅに示すように、台座３１に形成された溝３２の各々に、図３Ｄに示した積層体の、内部導電膜４１が露出していない縁を挿入する。【００３４】
図３Ｆに示すように、内部導電膜４１が露出している端面を、レジスト等のマスク膜３３で被覆する。【００３５】
図３Ｇに示すように、下地導電膜４３及び台座３１の表面にアルミニウムめっきを施すことにより、外部導電膜４４を形成する。これにより、圧電材料板４２が、その一端において、台座３１に固定される。【００３６】
図３Ｈに示すように、マスク膜３３（図３Ｇ）を除去する。これにより、内部導電膜４１が、先端の端面に露出する。【００３７】
図３Ｉに示すように、第１の基板１１の表面に、第１の導電パターン１２を形成し、第２の基板１５の表面に、第２の導電パターン１６を形成する。第１の導電パターン１２に、Ａｇペースト等の導電性接着剤を用いて、ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９を接合する。ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９の上に、第２の基板１５を重ね、Ａｇペースト等の導電性接着剤を用いて、ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９に第２の導電パターン１６を接合する。【００３８】
図３Ｊに、図３Ｉの一点鎖線３Ｊ−３Ｊにおける平断面図を示す。第１の基板１１の上に、ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９が行列状に配置されている。行方向及び列方向のいずれにも、ｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９が交互に配列する。直列接続されるｐ型熱電変換部材１８及びｎ型熱電変換部材１９に、接続の順番に１から通し番号を振ったとき、第１の導電パターン１２は、２ｉ番目のｎ型熱電変換部材１９と２ｉ＋１番目のｐ型熱電変換部材１８とを接続する。ここで、ｉは正の整数である。なお、第２の導電パターン１６（図３Ｉ）は、２ｉ−１番目のｐ型熱電変換部材１８と２ｉ番目のｎ型熱電変換部材１９とを接続する。【００３９】
図１に示すように、台座３１を、熱伝導性接着剤を用いて第２の基板１５に接着する。フィン４０の端面に露出した内部導電膜４１に、リード線３４を、ワイヤボンディングにより接続する。【００４０】
実施例１による発電装置では、フィン４０の外部導電膜４４を通して、放熱が行われる。このように、圧電発電部３０の一方の電極として作用する外部導電膜４４が、熱電発電部１０の放熱用のフィンを兼ねる。【００４１】
１枚の圧電材料板の両面に電極を形成すると、一方の面の電極と他方の面の電極との間に圧電効果による電位差が発生する。このため、２枚の電極を同電位にすることができない。この構造では、２枚の電極を１つの導電性の台座に接触させることができない。実施例１においては、フィン４０の両面を同電位の外部導電膜４４が覆っているため、外部導電膜４４を導電性の台座に接触させることができる。これにより、熱電発電部１０から外部導電膜４４への熱伝達効率を高めることができる。【００４２】
上記実施例１において、フィン４０の屈曲振動が、取り付け対象の装置の振動に共振するように、フィン４０の形状及び寸法を設定することが好ましい。【００４３】
上記実施例１では、熱電発電と圧電発電とを併用することにより、発電効率を高めることができる。【００４４】
［実施例２］
図４Ａに示すように、ｐ型半導体層（ｐ型熱電材料層）５１、ｎ型半導体層（ｎ型熱電材料層）５２を絶縁層５３を介して交互に積層し、必要な電気的接続５４を形成して熱電発電部（熱電発電モジュール）ＴＧを形成する。例えば図４Ａにおいて、熱電発電部ＴＧの上側を高温、下側を低温とする場合、キャリアは高温の上側から、低温の下側に輸送される。ｐ型半導体層５１、ｎ型半導体層５２を高温部で接続すると、ｐ型半導体層５１の低温部が正に帯電し、ｎ型半導体層５２の低温部が負に帯電する。複数対（図４Ａでは３対）の熱電素子を低温部で直列接続し、出力端子間に接続すると、出力端子間に、各熱電素子の出力電圧を合計した電圧が発生する。なお、ｐ型半導体層５１とｎ型半導体層５２との対を、熱電素子の単位としなくてもよい。例えば、高温部と低温部に出力端子を設ける等の対応を行ってもよい。【００４５】
半導体材料（熱電材料）としては、ＢｉＴｅ−ＰｂＴｅ等の重金属系、ＦｅＳｉ−ＭｇＳｉ等のシリサイド系、ＣａＣｏＯ−ＣａＭｎＯ等の酸化物系等の各種材料を用いることができる。他の材料と一緒に焼成する場合は、ＣａＣｏＯ−ＣａＭｎＯ等の酸化物系材料が適している。ｐ型半導体層５１、ｎ型半導体層５２を、原料粉末をバインダ、可塑剤などと混練した粘土状のグリーンの状態で準備し、焼成することによって熱電材料層とすることができる。絶縁層５３も一緒に焼成できる材料であることが好ましい。【００４６】
図４Ｂに示すように、図４Ａに示した熱電発電部ＴＧの上方に圧電発電部（圧電発電モジュール）ＰＧを形成する。圧電発電部ＰＧは、圧電材料層５３の両面に電極５５、５７を形成した圧電素子を間隔を置いて平行に配置した構成を有する。圧電発電部ＰＧにおいて、圧電材料層の左表面の電極５５同士を配線Ｗ１で接続し、圧電体層の右表面の電極５７同士を配線Ｗ３で接続する。１層の圧電材料層を１対の電極５５、５７で挟んだ構成ではユニモルフ型圧電素子が形成される。後述するように圧電材料層の中央に中央電極（内部導電膜）を配置すれば、バイモルフ型圧電素子が形成される。【００４７】
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ、Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ、（Ｐｂ−Ｌａ）（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ３）、Ｎｂ添加ＰＺＴ、ＰＮＮ−ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｎｉ−Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）、ＰＭＮ−ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｍｇ−Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸バリウム等のペロブスカイト酸化物、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸リチウム（ＬｉＴｉＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、等を用いることができる。酸化物系熱電変換材料と一体焼成する場合にはペロブスカイト系酸化物が適している。【００４８】
圧電材料は絶縁体である。圧電材料の絶縁特性を利用し、熱電発電部ＴＧの絶縁層５３を圧電材料層５３で構成することができる。単一の層を延在させ、一部ではそのまま絶縁層５３として利用し、他の一部では両表面に電極を設けて圧電素子を構成することができる。圧電素子の下端は、熱電発電部ＴＧに接続され、固定端を構成する。熱電材料層５１、５２は圧電発電部ＰＧでは不要であり、除去されて空間（間隙部）を構成し、圧電素子は間隔を置いて配置される。このように圧電発電部ＰＧの圧電材料層と熱電発電部ＴＧの絶縁層５３とを共通の層とし、熱電発電部ＴＧの熱電材料層５１、５２と圧電発電部ＰＧの間隙部とを対応する配置とすると、熱電素子の絶縁層５３の数と圧電素子の数が対応することになる。図ではπ型熱電素子３対を形成しているので、絶縁層５３の数は５層、圧電素子の数は５である。この素子数は任意に変更可能である。【００４９】
電極、配線の材料は導電体であれば、特に限定されない。電極と配線とに、異なる導電材を用いてもよい。電極及び配線を発電装置と一体焼成する場合は、一体焼成に耐える材料であることが好ましい。例えば、このような材料として、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等が挙げられる。なお、表面電極（外部導電膜）５５、５７はセラミックス焼成後に、メッキ、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等で形成することもできる。その場合は、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等の金属や、窒化チタン（ＴｉＮ）等の窒化物、炭化タングステン（ＷＣ）等の炭化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の酸化物も使用可能である。熱電素子に対する熱伝導性を高くするためには、銅、アルミ等の熱伝導率の高い材料を厚く形成することが好ましい。【００５０】
圧電素子の上端は可動端を構成する。錘５８を柔軟な接着剤５９を介して圧電素子の可動端に結合する。錘５８の材料は、質量があればよく、特に限定されない。例えばステンレス板で形成できる。接着剤５９は、例えばシリコーン弾性樹脂であり、錘５８と圧電材料層５３とを固定せず、結合角度が変化可能な状態で結合する。圧電発電部ＰＧの圧電材料層５３がほぼ均一な曲率で弧状に変形することが可能である。【００５１】
もし、圧電材料層５３の可動端が錘５８に固着され、結合角度が例えば９０度に固定されると、錘５８の移動に伴い圧電材料層５３は上側と下側で逆方向に（Ｓ字形に）屈曲し、上側と下側とで逆極性の電荷を生じ、圧電効果が相殺されてしまう。【００５２】
図４Ｃは、圧電素子をバイモルフ構造とした場合を示す。圧電材料層５３を２層の圧電材料層５３ａと５３ｂに分け、中央電極（内部導電膜）５６を介して貼り合わせた構造とする。中央電極５６同士を配線Ｗ２で接続する。圧電材料層の外側の表面電極５５同士を接続する配線Ｗ１、表面電極５７同士を接続する配線Ｗ３と共に、中央電極５６を接続する配線Ｗ２が、圧電発電部ＰＧの出力を供給する。圧電材料層５３ａと両側の電極５５、５６が左側の圧電素子を構成し、圧電材料層５３ｂとその両側の電極５６、５７が右側の圧電素子を構成し、併せてバイモルフ型圧電素子を構成する。図４Ｂと同様に、圧電発電部の可動端に錘を柔軟な接着剤で結合する。【００５３】
右側の圧電素子と左側の圧電素子とで生じる変形は、例えば伸びと縮みのように逆の特性となる。バイモルフ型圧電素子の場合、圧電材料層５３ａと５３ｂに自発分極を生じさせておくことが好ましい。同一方向に分極させた態様と逆方向に分極させた態様とが可能である。配線Ｗ１とＷ３を共通に接続し、配線Ｗ２との間に電圧を印加すると、圧電材料層５３ａ、５３ｂにおいては厚さ方向に逆方向の電界が発生し、圧電材料層５３ａ、５３ｂは逆向きに分極する。圧電材料は強誘電体でもあり、印加した電圧を除去した後も、分極は残る。錘５８に駆動されて、バイモルフ型圧電素子が振動して湾曲すると、圧電材料層５３ａと５３ｂの一方は伸び、他方は縮む。発生する電圧は圧電横効果（ｄ３１効果）により、錘５８の加速度に応じた値となる。両表面電極５５、５７間に発生する電圧は、圧電材料層５３ａの両面に発生する電圧と、圧電材料層５３ｂの両面に発生する電圧の合計（和）となる。【００５４】
配線Ｗ１とＷ２の間に電圧を印加すると、左側の圧電材料層５３ａに電界が印加され、分極が生じる。つぎに配線Ｗ２とＷ３の間に同様の電圧を印加すると、右側の圧電材料層５３ｂに電界が印加され、圧電材料層５３ａの分極と同じ方向に、分極が生じる。この場合、中央電極５６に対して両表面電極５５、５７に生じる電圧は同極性となる。電極５５と５７（配線Ｗ１とＷ３）を共通に一方の出力端子に接続し、電極５６（配線Ｗ２）を他方の出力端子に接続すると、逆方向型と較べ、電圧は１／２となるが、電流が２倍となり、電力としては特に変わらない。【００５５】
なお、表面電極５５、５７は、圧電発電部の上部から熱電発電部の熱電材料層５１、５２の上端近傍まで延在している。金属などの導電体は、高い電気伝導度と共に高い熱伝導度を有する。表面電極５５、５７を熱伝導度の高い銅、アルミニウム等で形成し、その厚さを、導電体としての機能を主とする中央電極５６より厚くすることにより、導電体としての機能と共に熱伝導体としての機能も持たせ、熱電素子に対する熱伝達特性を向上することができる。【００５６】
以下、図５Ａ〜図５Ｍを参照して、実施例２によるバイモルフ型圧電−熱電発電装置のより具体的な製造方法を説明する。【００５７】
図５Ａに示すように、ＰＺＴ系圧電セラミックス粉末とバインダ樹脂と可塑剤とを混練したセラミックスグリーンをドクタブレードを用いて、厚さ５０μｍ、面積１００ｍｍ×１００ｍｍ程度の圧電セラミックスグリーンシート６３に成形する。なお、図示の簡略化のため、２つの圧電熱電発電装置が対向配置される部分を示す。後の工程において左右中央で分割され、２つの発電装置を形成する。【００５８】
図５Ｂに示すように、グリーンシートの所定位置にパンチにより直径５０μｍの配線用ビアホールＶＨ１〜ＶＨ４を打ち抜く。圧電素子用のビアホールＶＨ１、熱電素子用のビアホールＶＨ４を例示する。熱電素子用のビアホールは、熱電材料層５１、５２（図４Ｃ）の上部か下部に存在する。図５Ｂにおいては、熱電材料層の上部に配置されるビアホールＶＨ４を例示するが、熱電材料層の下部に配置されるビアホールをグリーンシート両端に形成する場合もある。バイモルフ型圧電素子は３枚の電極を含むので、他の電極用のビアホールＶＨ２、ＶＨ３も形成する。【００５９】
図５Ｃに示すように、バイモルフ型圧電素子は、中央電極５６の両側（上下）に圧電材料層を介して表面電極５５、５７を有する。接続用配線は、電極の一部を外側に延在させ、延在部にビアホールＶＨ１、ＶＨ２、ＶＨ３を配置することによって形成できる。【００６０】
図５Ｄに示すように、スクリーン印刷により、形成したビアホールＶＨ１〜ＶＨ４（図５Ｂ）にＡｇ−Ｐｄペーストを充填し、ビア導電体ＶＣ１〜ＶＣ４を形成する。なお、ビア導電体ＶＣ２、ＶＣ３は、図５Ｄの断面には現れない。【００６１】
図５Ｅに示すように、グリーンシート６３の表面上に、圧電素子の電極層ＥＬを、Ａｇ−Ｐｄペーストを用いて、スクリーン印刷により形成する。電極層ＥＬは、電極５５、５６、５７のいずれかを構成する。ここでは、例えば、表面電極５５とする。【００６２】
図５Ｆに示すように、表面電極５５を形成したグリーンシート６３上に、スクリーン印刷により、圧電材料（絶縁体）ペースト６３のパターン、ｐ型半導体の熱電材料ペースト６１のパターン、配線部分にＡｇ−Ｐｄペーストのパターン、及び空隙となる部分に樹脂ペーストＲＰのパターンを選択的に形成する。【００６３】
図５Ｇは、ｐ型半導体の熱電材料ペースト６１のパターンの代わりにｎ型半導体の熱電材料ペースト６２が配置され、絶縁層６３中の接続配線ＶＣ４が両端に形成される場合を示す。配線パターンは設計によって変更可能である。【００６４】
図５Ｈは、図５Ｆの構成の下面上に、中央電極５６を形成し、中央電極５６を覆って圧電材料層６３の下面上に圧電材料層のグリーンシート６３を積層し、表面電極５７、配線を形成した状態を示す。バイモルフ型圧電素子の基本構成が準備される。【００６５】
図５Ｉは、図５Ｇの構成の下面上に、中央電極５６を形成し、中央電極５６を覆って圧電材料層６３の下面上に圧電材料層のグリーンシート６３を積層し、表面電極５７、配線を形成した状態を示す。図５Ｈ同様、バイモルフ型圧電素子の基本構成が準備される。なお、バイモルフ構造を予め形成せずに、積層の構成部分を準備することも可能である。積層構造の作製工程は、種々変更可能である。【００６６】
図５Ｊに示すように、発電装置を形成するのに必要な構成を形成した複数のグリーンシートを位置合わせして、積層する。積層構造を熱間プレスにより一体化し、積層体とする。【００６７】
図５Ｋに示すように、積層体を大気中でが脱脂し、焼成して焼結体を得る。この間に、樹脂ペーストＲＰ（図５Ｊ）は、分解、飛散、燃焼して消滅する。樹脂ペーストＲＰの後に空隙ＶＳが残る。空隙は、圧電素子間の間隔を構成する。【００６８】
図５Ｌに示すように、焼結体を切断し、個々の圧電熱電発電装置とする。切断後の発電装置の高さは、例えば５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。【００６９】
図５Ｍは、平面図を示す。図５Ｍにおいて発電装置の高さ（図５Ｌにおいては奥行き）は、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。図５Ｍにおいて横方向（積層方向）の寸法は、圧電セラミックス層、熱電セラミックス層がそれぞれ厚さ５０μｍ程度とすると、１ｍｍ弱程度となる。その後、図４Ｂに示すように、圧電素子上に錘５８を接着剤５９で弾性的に結合する。このようにして、バイモルフ型圧電熱電発電装置が作製される。なお、ユニモルフ型発電装置を製造する際には、不要な工程を省略すればよい。【００７０】
［実施例３］
図６Ａに、実施例３による発電装置の断面図を示す。実施例３による発電装置も、実施例１、２による発電装置と同様に、熱電発電モジュールと圧電発電モジュールとを含む。熱電発電モジュール及び圧電発電モジュールは、相互に、熱的に、かつ機械的に結合する。圧電発電モジュールは、熱電発電モジュールの振動によって変形を生じる圧電部材を含む。【００７１】
一対の圧電材料板７０の間に内部導電膜７１が配置されている。圧電材料板７０の１つの縁（図６Ａにおいて下端）が固定端となり、固定端とは反対側の縁（図６Ａにおいて上端）が可動端となる。固定端側の端面には、内部導電膜７１が露出している。可動端においては、圧電材料板７０同士が連続している。【００７２】
一対の圧電材料板７０の外側の表面に、それぞれ外部導電膜７２、７３が配置されている。実施例３による発電装置と、図２に示した実施例１による圧電素子とを比較すると、実施例３による発電装置の圧電材料板７０、内部導電膜７１、外部導電膜７２、７３が、それぞれ図２の圧電材料板４２、内部導電膜４１、及び外部導電膜４４に対応する。圧電材料板７０、内部導電膜７１、及び外部導電膜７２、７３により、バイモルフ型の圧電素子が構成される。【００７３】
外部導電膜７２、７３の固定端に、それぞれ電極７５、７６が取り付けられている。圧電材料板７０の可動端において、外部導電膜７２と外部導電膜７３とが、導電部材７４により相互に接続されている。圧電材料板７０の可動端に、錘７７が取り付けられている。錘７７は、例えば導電部材７４にロウ付けされる。【００７４】
図６Ｂに示すように、圧電材料板７０の可動端が固定端に対して変位すると、圧電材料板７０に歪が発生する。この歪により、内部導電膜７１と外部導電膜７２、７３との間に電圧が発生する。【００７５】
図６Ａに戻って説明を続ける。内部導電膜７１と外部導電膜７２、７３とが、ダイオードブリッジ８０を介して出力端子８２に接続されている。圧電材料板７０の歪による起電力が出力端子８２を介して外部に取り出される。【００７６】
一方の外部導電膜７２はｐ型熱電材料で形成され、他方の外部導電膜７３はｎ型熱電材料で形成されている。電極７５、外部導電膜７２、導電部材７４、外部導電膜７３、及び電極７６が、π型熱電素子を構成する。固定端と可動端との間に温度差が発生すると、電極７５と電極７６との間に電圧が発生する。熱電変換による起電力が、電極７５及び７６に接続された出力端子８１を介して外部に取り出される。【００７７】
圧電材料、熱電材料として、例えば実施例１及び実施例２の発電装置に用いられている圧電材料及び熱電材料と同じものを用いることができる。【００７８】
図７Ａに、図６Ａに示した発電装置の側面図を示す。外部導電膜７３の固定端に電極７６が接続され、可動端に導電部材７４が接続されている。圧電材料板の可動端に、導電部材７４を介して錘７７が取り付けられている。錘７７には、熱交換用の複数のフィン７７Ａが設けられている。固定端が高温の熱源に接続される場合、フィン７７Ａから放熱されることにより、固定端と可動端との間に温度差が生じる。また、錘７７は、圧電材料板７０の固定端の振動による可動端の変位を増幅させる。【００７９】
図７Ｂに、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図を示す。一対の圧電材料板７０の間に内部導電膜７１が挟まれている。一方の圧電材料板７０の外側の表面に外部導電膜７２が形成され、他方の圧電材料板７０の外側の表面に外部導電膜７３が形成されている。圧電材料板７０の両側の端面に内部導電膜７１が露出している。なお、必ずしも内部導電膜７１を露出させる必要はない。【００８０】
実施例３による発電装置では、圧電素子の外部導電膜７２、７３が、熱電素子の熱電材料層を兼ねている。このため、発電装置の小型化を図ることが可能になる。【００８１】
［実施例４］
図８に、実施例４による発電装置の断面図を示す。この実施例４の発電装置の圧電発電モジュールは、図６Ａに示した実施例３の圧電素子を３個並列に接続した構成と等価であり、熱電変換モジュールは、図６Ａに示した実施例３の熱電素子を３個直列に接続した構成と等価である。【００８２】
絶縁性のベース８５に、複数の圧電熱電素子８６が連結されている。圧電熱電素子８６の各々の構成は、図６Ａに示した発電装置の構成と同一である。図８の圧電熱電素子の構成部分に、図６Ａの発電装置の対応する構成部分に付した参照符号と同一の参照符号が付されている。ベース８５は、圧電材料板７０と同一の材料で形成される。圧電材料板７０とベース８５との連結部分が、圧電熱電素素８６の固定端として作用する。【００８３】
相互に隣り合う圧電熱電素子８６の一方の素子の電極７６と、他方の素子の電極７５とが、共通の導電部材で形成されている。これにより、圧電熱電素子８６の熱電素子として機能する部分が直列に接続される。一方の端の圧電熱電素子８６の電極７５及び他方の端の圧電熱電素子８６の電極７６が、出力端子８１に接続される。【００８４】
ベース８５内に導電部材８８が埋め込まれている。導電部材８８は、圧電熱電素子８６の内部導電膜７１を相互に接続すると共に、ベース８５の表面まで導出されている。圧電熱電素子８６の外部導電膜７２及び７３は、可動端側の導電部材７４及び固定端側の電極７５及び７６を構成する導電部材により、相互に接続されている。これにより、圧電熱電素子８６の圧電素子として機能する部分が並列に接続される。【００８５】
外部導電膜７２及び７３に電気的に接続されている電極７５、及びベース８５に埋め込まれている導電部材８８が、ダイオードブリッジ８０を介して出力端子８２に接続される。【００８６】
圧電熱電素子８６の各々の可動端に錘７７が取り付けられている。相互に隣り合う錘７７の間にスペーサ７８が配置されている。スペーサ７８には、柔軟な樹脂が用いられる。スペーサ７８は、錘７７の中心間の距離が変動しないように、両者の中心点の相対位置を拘束する。ただし、スペーサ７８は、一方の錘７７に対する他方の錘７７の姿勢の変化を許容する柔軟性を有する。【００８７】
例えば、ベース８５が高温側の熱源に結合され、固定端と可動端との間に温度差が発生する。これにより熱電発電が行われる。熱源の振動によって圧電材料板７０が変形し、圧電発電が行われる。【００８８】
図９に、図８に示した発電装置の等価回路図を示す。圧電熱電素子８６の各々が、熱電発電機能に対応する直流電源Ｖｔと内部抵抗Ｒｔ、及び圧電発電機能に対応する交流電源ＶｐとキャパシタＣｐとを含む四端子回路で表される。この四端子回路がカスケード接続される。直流電源Ｖｔが、内部抵抗Ｒｔを介して直列に接続され、この直列回路の両端が、熱電発電機能の出力端子８１に接続される。１段目の四端子回路の１つの端子対が、ダイオードブリッジ８０を介して、圧電発電機能の出力端子８２に接続される。【００８９】
図１０に、圧電熱電素子８６が変形した状態の概略図を示す。錘７７をスペーサ７８が連結しているため、錘７７の中心間距離Ｌｃは変動しない。このため、錘７７同士の接触を防止することができる。また、すべての圧電熱電素子８６において、圧電材料板７０に同等の変形が生じる。図９に示した交流電源Ｖｐが同位相の交流電圧を発生するため、圧電効果によって発生した電力を効率的に外部に取り出すことができる。【００９０】
また、スペーサ７８は、相互に隣り合う錘７７の相対的な姿勢の変化を許容する。このため、固定端から可動端までの全域において、圧電材料板７０が単一の向きに湾曲する。湾曲の向きが反転しないため、圧電効果による分極が打ち消されることを防止できる。【００９１】
図１１に、実施例４の変形例による発電装置の断面図を示す。以下の説明では、図９及び図１０に示した実施例４による発電装置との相違点に着目し、同一の構成については説明を省略する。【００９２】
実施例４では、圧電熱電素子８６ごとに錘７７が取り付けられていた。変形例では、複数の圧電熱電素子８６の可動端に、共通の錘７７が柔軟な接着剤層９０により取り付けられている。具体的には、接着剤層９０は、錘７７と導電部材７４とを接着する。【００９３】
図１２に、圧電熱電素子８６が変形した状態の断面図を示す。接着剤層９０は、錘７７に対する圧電熱電素子８６の可動端の姿勢の変化を許容する柔軟性を有している。このため、実施例４の場合と同様に、圧電熱電素子８６が、固定端から可動端までの全域において、単一の向きに湾曲する。【００９４】
次に、図１３Ａ〜図１３Ｐを参照して、図８に示した実施例４の発電装置の製造方法について説明する。【００９５】
図１３Ａに示すように、圧電セラミックス粉末を含むグリーンシート１００を形成する。グリーンシート１００の形成には、図５Ａに示したグリーンシート６３の形成方法と同じ方法が適用される。グリーンシート１００の厚さは、例えば５０μｍであり、平面寸法は、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形である。グリーンシート１００は、図８の発電装置の１枚の圧電材料板７０に対応する。図１３Ａには、可動端を向かい合わせて配置した２つの発電装置（図８）に対応する部分を示す。実際には、図１３Ａの横方向に、３個以上の発電装置に対応する部分が延在している。【００９６】
図１３Ｂに示すように、グリーンシート１００に、パンチによる直径５０μｍの複数のビアホール１０１を形成する。ビアホール１０１は、図８に示したベース８５内の導電部材８８を配置する位置に形成される。【００９７】
図１３Ｃに示すように、ビアホール１０１内に、Ａｇ−Ｐｄ導電ペースト１０２を充填する。【００９８】
図１３Ｄに示すように、グリーンシート１００の一方の表面に、Ａｇ−Ｐｄ導電ペースとをスクリーン印刷することにより、内部導電パターン１０３を形成する。内部導電パターン１０３は、内部導電膜７１（図８）に相当する。【００９９】
図１３Ｅに示すように、グリーンシート１００の、内部導電パターン１０３が形成された面とは反対側の表面に、ｐ型熱電材料のペーストをスクリーン印刷することにより、ｐ型熱電パターン１０４を形成する。ｐ型熱電パターン１０４は、ｐ型熱電材料からなる外部導電膜７２（図８）に相当する。【０１００】
図１３Ｆに示すように、ｐ型熱電パターン１０４の縁よりも外側の領域のグリーンシート１００の表面に、圧電セラミックスを含むペーストをスクリーン印刷することにより、絶縁パターン１０５を形成する。絶縁パターン１０５には、ビアホール１０１に整合する開口が設けられている。絶縁パターン１０５は、ベース８５（図８）の一部に相当する。【０１０１】
図１３Ｇに示すように、絶縁パターン１０５の開口内に、スクリーン印刷によりＡｇ−Ｐｄ導電ペースト１０６を埋め込む。Ａｇ−Ｐｄ導電ペースト１０６は、ベース８５内の導電部材８８（図８）の一部に相当する。【０１０２】
図１３Ｈに示すように、ｐ型熱電パターン１０４の上に、樹脂ペーストをスクリーン印刷することにより、樹脂パターン１０７を形成する。樹脂パターン１０７は、図８に示した圧電熱電素子８６の間の間隙の部分に対応する。【０１０３】
図１３Ｉに示すように、絶縁パターン１０５の上に、圧電セラミックスを含むペーストをスクリーン印刷することにより、絶縁パターン１０８を形成する。絶縁パターン１０８は、ベース８５（図８）の一部に相当する。絶縁パターン１０８と樹脂パターン１０７とは、間隙を隔てて配置される。また、絶縁パターン１０８には、その下の絶縁パターン１０５の開口に整合する開口が設けられている。【０１０４】
図１３Ｊに示すように、樹脂パターン１０７と絶縁パターン１０８との間、及び絶縁パターン１０８に設けられている開口に、Ａｇ−Ｐｄ導電ペーストを、スクリーン印刷により埋め込むことにより、導電パターン１０９を形成する。導電パターン１０９は、電極７５または７６（図８）及び導電部材８８の一部に相当する。【０１０５】
ここまでの工程で、第１の積層体１２０が作製される。第１の積層体１２０は、図８の内部導電膜７１、圧電材料板７０、外部導電膜７２、及び外部導電膜７２より外側の空洞の部分に相当する。【０１０６】
図１３Ｋに示すように、第２の積層体１３０を、第１の積層体１２０と同様の方法で作製する。第２の積層体１３０は、図８の圧電材料板７０、外部導電膜７３、及び外部導電膜７３より外側の空洞の部分に相当する。空洞部分には、樹脂パターンが配置されている。【０１０７】
図１３Ｌに示すように、第１の積層体１２０と第２の積層体１３０とを交互に積み重ねる。このとき、第２の積層体１３０の、圧電材料板７０に相当するグリーンシートを、第１の積層体１２０の内部導電パターン１０３に密着させる。さらに第１の積層体１２０の樹脂パターン１０７と第２の積層体１３０の樹脂パターンとを密着させる。【０１０８】
少なくとも１つの導電パターン１０３は、グリーンシートの端面まで延在している。また、最も外側に配置される第１の積層体１２０の絶縁パターン１０８には、図１３Ｃに示したビアホール１０１に対応するビアホールが形成されていない。同様に、最も外側に配置された第２の積層体１３０の対応する絶縁パターンにもビアホールが形成されていない。積層体１２０、１３０を積み重ねた状態で、熱間プレスを行う。【０１０９】
図１３Ｍに示すように、大気中で脱脂し、その後、焼成を行う。この間に、樹脂パターンは分解、飛散、または燃焼して消滅する。樹脂パターンが配置されていた部分に、空隙１３５が形成される。Ａｇ−Ｐｄ導電パターン１０２、１０３、１０９等が焼成されて、内部導電膜７１、電極７５、７６、及び導電部材８８が形成される。グリーンシート１００等が焼成されて圧電材料板７０が形成される。さらに、絶縁パターン１０５、１０８等が焼成されて、ベース８５が形成される。【０１１０】
図１３Ｎに示すように、焼結体をダイシングソー等で切断し、個々の発電装置に分割する。１つの発電装置の高さＨは、約１ｍｍであり、積み重ね方向の寸法（厚さ）Ｔは約１０ｍｍであり、図１３Ｎの紙面に垂直な方向の寸法（幅）は約１０ｍｍである。積層方向の繰り返し周期Ｐは約２００μｍである。【０１１１】
図１３Ｏに示すように、圧電材料板７０、外部導電膜７２、７３の先端に、導電部材７４を形成することにより、外部導電膜７２と７３とを電気的に接続する。導電部材７４は、例えばＡｇ−Ｐｄ導電ペーストをスクリーン印刷した後、焼成することにより形成することができる。【０１１２】
図１３Ｐに、図１３Ｏの一点鎖線１３Ｐ−１３Ｐにおける断面図を示す。ベース８５内に導電部材８８が埋め込まれている。導電部材８８は、図１３Ｂに示したビアホール１０１に対応する位置に配置される。最後に、図８に示した錘７７を取り付ける。【０１１３】
［実施例５］
図１４Ａ〜図１４Ｆを参照して、実施例５による発電装置の製造方法について説明する。以下の説明では、図１３Ａ〜図１３Ｐに示した製造方法との相違点に着目し、同一の構成については説明を省略する。【０１１４】
図１４Ａに示すように、グリーンシート１００に複数のビアホール１０１及び複数の１４０を形成する。図１４Ｂに、図１４Ａの一点鎖線１４Ｂ−１４Ｂにおける断面図を示す。グリーンシート１００は、図１３Ａに示したグリーンシート１００と同じものである。実施例５では、ビアホール１０１以外に、ビアホール１４０を形成する。ビアホール１４０は、図８に示した圧電熱電素子８６の先端に対応する位置に、離散的に配置される。【０１１５】
図１４Ｃに、図１３Ｌに示した段階と同じ段階における発電装置の断面図を示す。ビアホール１４０内に、導電ペースト１４１が充填されている。【０１１６】
図１４Ｄに、図１３Ｍに示した段階と同じ段階における発電装置の断面図を示す。導電ペースト１４１（図１４Ｃ）が焼成されて導電部材７４が形成されている。【０１１７】
図１４Ｅに示すように、焼結体をダイシングソー等で切断する。この時点で、外部導電膜７２と７３とを接続する導電部材７４が既に形成されている。このため、図１３Ｏに示したスクリーン印刷工程は不要である。【０１１８】
図１４Ｆに、図１４Ｅの一点鎖線１４Ｆ−１４Ｆにおける断面図を示す。図１３Ｏに示した例では、導電部材７４が圧電熱電素子８６の可動端（先端）の端面の全域を覆うが、実施例５では、導電部材７４が幅方向に離散的に分布する。【０１１９】
実施例５では、圧電熱電素子８６の先端の導電部材７４が、固定端側の電極７５、７６、内部導電膜７１、及びベース８５内の導電部材８８と同時に形成される。このため、図１３Ａ〜図１３Ｐに示した製造方法に比べて、製造工程数を削減することができる。【０１２０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１３−３】
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【図１３−４】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【図１４−３】
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