(57)【要約】【課題】構造ヘルスモニタリングシステムを提供する。【解決手段】構造ヘルスモニタリングシステムは、構造物Ｐに設置され、物理量を示すデータを計測するセンサ部５１と、センサ部５１が計測したデータを無線送信する通信部５２と、周囲の流体の流れにより発電する発電素子１を有し、発電素子１の発電により、センサ部５１及び通信部５２に電力を供給する電源供給部５３と、センサ部５１が計測したデータを解析することにより、構造物Ｐの状態を示す構造物情報を算出するデータ解析部７１と、データ解析部７１が算出した構造物情報を蓄積する蓄積部６３とを備え、データ解析部７１が算出した構造物情報を、ネットワークを介して提供可能である。【選択図】図１
2014174715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に設置され、物理量を示すデータを計測するセンサ部と、
前記センサ部が計測したデータを無線送信する通信部と、
周囲の流体の流れにより発電する発電素子を有し、前記発電素子の発電により、前記センサ部及び通信部に電力を供給する電源供給部と、
前記センサ部が計測したデータを解析することにより、前記構造物の状態を示す構造物情報を算出するデータ解析部と、
前記データ解析部が算出した前記構造物情報を蓄積する蓄積部と
を備え、
前記データ解析部が算出した前記構造物情報を、ネットワークを介して提供可能であることを特徴とする構造ヘルスモニタリングシステム。
【請求項２】
前記発電素子は、前記流体の流れにより振動し、振動に応じた電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
【請求項３】
前記センサ部、前記通信部及び前記電源供給部を備えるモニタリング装置が、前記構造物に複数設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
【請求項４】
前記モニタリング装置は、トンネルに設置されることを特徴とする請求項３に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
【請求項５】
前記データ解析部が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する監視部と、
前記監視部により異常であると判定された前記構造物について、前記構造物の管理者に異常が生じていることを報知する報知処理部と
を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
【請求項６】
前記発電素子は、
枠状の支持部と、
前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、
前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部と
を備え、
前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成される圧電型発電素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
【請求項７】
前記発電素子は、
磁石を有する磁石ブロックと、
前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、
前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、
前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、
前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部と
を備える電磁誘導型発電素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
【請求項８】
前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられることを特徴とする請求項７に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境発電（エナジーハーベスティング）を利用した構造ヘルスモニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、周囲環境におけるエネルギを電気エネルギに変換する発電素子が、環境発電等の分野で注目されている。このような発電素子は、例えば、周囲環境の振動等により運動エネルギにより電気エネルギを生成する（特許文献１）。
一方、橋梁等の構造物の異常を検知する構造ヘルスモニタリングシステムが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３６５９８号公報
【特許文献２】特開２００１−４４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発電素子は、周囲環境の振動を利用するので、多くの振動が見込めない箇所に設置される場合、発電量が低減する。また、特許文献２に記載のシステムは、センサ部の通電が必要であるため、センサ部の設置個所が限定される恐れがある。
本発明は、上記問題点を鑑み、周囲環境による高効率な発電を利用可能な構造ヘルスモニタリングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、構造物に設置され、物理量を示すデータを計測するセンサ部と、前記センサ部が計測したデータを無線送信する通信部と、周囲の流体の流れにより発電する発電素子を有し、前記発電素子の発電により、前記センサ部及び通信部に電力を供給する電源供給部と、前記センサ部が計測したデータを解析することにより、前記構造物の状態を示す構造物情報を算出するデータ解析部と、前記データ解析部が算出した前記構造物情報を蓄積する蓄積部とを備える構造ヘルスモニタリングシステムであることを要旨とし、前記解析部が算出した前記構造物情報を、ネットワークを介して提供可能であることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の第１の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記発電素子は、前記流体の流れにより振動し、振動に応じた電力を出力することができる。
【０００７】
また、本発明の第１の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記センサ部、前記通信部及び前記電源供給部を備えるモニタリング装置が、前記構造物に複数設置されることができる。
【０００８】
また、本発明の第１の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記モニタリング装置は、トンネルに設置されることができる。
【０００９】
また、本発明の第１の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記データ解析部が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する監視部と、前記監視部により異常であると判定された前記構造物について、前記構造物の管理者に異常が生じていることを報知する報知処理部とを更に備えることができる。
【００１０】
また、本発明の第１の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記発電素子は、枠状の支持部と、前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部とを備え、前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成される圧電型発電素子とすることができる。
【００１１】
また、本発明の第１の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記発電素子は、磁石を有する磁石ブロックと、前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部とを備える電磁誘導型発電素子とすることができる。
【００１２】
また、本発明の第１の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、周囲環境による高効率な発電を利用可能な構造ヘルスモニタリングシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの適用例を説明する模式的な図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える解析サーバを説明するブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムに用いる表示データを図示した一例である。
【図５】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムに用いる構造物情報を図示した一例である。
【図６】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの動作の一例を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電源供給部５３を説明するブロック図である。
【図８】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える圧電型発電素子を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＹ−Ｙ方向から見た断面図である。（ｄ）は、（ａ）に示される圧電型発電素子のカンチレバー部のうち、圧電変換部が形成される領域の拡大断面図である。
【図９】（ａ）は、図８（ｂ）に対応し、圧電型発電素子の変形例を説明する断面図である。（ｂ）は、図８（ｃ）に対応し、圧電型発電素子の変形例を説明する断面図である。
【図１０】（ａ）は、図８（ｂ）に対応し、圧電型発電素子の変形例として、導入部及び排出部の構成を説明する断面図である。（ｂ）は、図８（ｃ）に対応し、圧電型発電素子の変形例として、導入部及び排出部の構成を説明する断面図である。
【図１１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電磁誘導型発電素子を説明する模式的な断面図である。（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電磁誘導型発電素子を説明する模式的な斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電磁誘導型発電素子の変形例を説明する模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための部材や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１６】
（構造ヘルスモニタリングシステム）
本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムは、図１に示すように、構造物Ｐにそれぞれ設置された複数のモニタリング装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅと、中継装置６５ａ，６５ｂと、クラウド部６とを備える。構造物Ｐは、例えば、ビル等の建築物、橋梁、トンネル、鉄道、道路、擁壁、堤防、ダム等である。
【００１７】
モニタリング装置５ａ〜５ｅ（以下、総称して「モニタリング装置５」という。）は、種々の物理量を示すデータを計測するセンサ部５１と、通信部５２と、電源供給部５３とを備える。センサ部５１は、物理量を示すデータを計測する。モニタリング装置５は、例えば、図２に示すように、トンネルＰ１，Ｐ２の壁面等に複数設置される。モニタリング装置５は、その他、建築物の支柱や壁面、ビルや橋梁のダンパー等に設置可能である。
【００１８】
センサ部５１は、設置された箇所におけるデータを計測する。センサ部５１は、計測したデータを通信部５２に出力する。センサ部５１は、例えば加速度センサ、変位センサ、傾斜センサ、圧力センサ、歪みセンサ、流量センサ、導電率センサ、温度センサ、湿度センサ等から構成される。
【００１９】
通信部５２は、センサ部５１が出力したデータを入力し、通信可能な範囲に存在する中継装置６５ａ，６５ｂ（以下、総称して「中継装置６５」という。）に無線送信する。通信部５２は、データを計測したセンサ部５１を識別する識別子、センサ部５１が計測したデータの取得時間等の付加情報を付加して、センサ部５１が計測したデータを、中継装置６５に送信する。通信部５２の無線通信規格としては、例えば、EnOcean（登録商標）を採用することができる。
【００２０】
電源供給部５３は、周囲の流体の流れにより発電する発電素子１を有し、発電素子１の発電により、センサ部５１及び通信部５２に電力を供給する。発電素子１が発電に用いる流体は、例えば空気等の気体や、液体である。発電素子１は、モニタリング装置５が設置された個所における振動等により発電するようにしてもよい。
【００２１】
中継装置６５は、モニタリング装置５の通信部５２が送信したデータ及び付加情報を受信し、ネットワークを介したクラウド部６に送信する。中継装置６５は、複数のモニタリング装置５から送信されたデータ及び付加情報を受信可能である。中継装置６５は、複数のモニタリング装置５から送信されたデータ及び付加情報を記憶する記憶部（図示省略）を有する。
【００２２】
クラウド部６は、中継装置６５が送信したデータ及び付加情報を収集する収集サーバ６１と、収集サーバ６１が収集したデータ及び付加情報を解析する解析サーバ６２と、解析サーバ６２により解析された情報を蓄積する蓄積サーバ６３とを備える。収集サーバ６１は、収集したデータ及び付加情報を記憶する記憶部を有する。クラウド部６は、ソフトウェア及びハードウェア資源を、ネットワークを介して提供可能な、クラウドコンピューティングを用いたサーバ群である。
【００２３】
解析サーバ６２は、図３に示すように、解析サーバ６２が行う処理に必要な演算を行う処理部７０と、外部と通信する通信部７５とを備える。処理部７０は、データ解析部７１と、監視部７２と、報知処理部７３と、応答処理部７４とを有する。
【００２４】
データ解析部７１は、通信部７５を介して、収集サーバ６１が収集したデータ及び付加情報を取得する。データ解析部７１は、収集サーバ６１が収集したデータ及び付加情報を解析することにより、構造物Ｐの状態を示す構造物情報を算出する。データ解析部７１は、センサ部５１の識別子と、構造物Ｐにおけるモニタリング装置５が設置された位置とを関連付け、モニタリング装置５が設置された位置毎に構造物Ｐの状態を示す構造物情報を算出する。
【００２５】
データ解析部７１が算出する構造物情報は、収集サーバ６１が収集したデータ及び付加情報を含む。構造物情報は、例えば、構造物Ｐにおけるひび割れ、剥離、剥落、漏水等の有無、構造物Ｐにかかる荷重、構造物Ｐの振動数、傾斜、変形、変位、物性等である。構造物情報は、その他、風や水の流量、温度、湿度等の物理量を含む。
【００２６】
監視部７２は、データ解析部７１が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する。監視部７２は、データ解析部７１が算出した構造物情報を所定の条件と照合することにより、構造物における安全性、耐久性、使用性を評価する。監視部７２は、データ解析部７１が算出した構造物情報が所定の条件と合致する場合において、所定の条件と合致すると判定された構造物情報が示す構造物Ｐの位置について、異常であると判定する。
【００２７】
報知処理部７３は、監視部７２により異常であると判定された構造物Ｐの位置について、例えば構造物Ｐの管理者の端末装置６６ａに、通信部７５を介して報知信号を送信することにより、管理者に異常が生じていることを報知する。解析サーバ６２は、データ解析部７１が算出した構造物情報や、報知処理部７３による報知等を、ネットワークを介して、端末装置６６ａ，６６ｂ（以下、総称して「端末装置６６」という。）に提供可能である。
【００２８】
応答処理部７４は、端末装置６６の要求に応じて、データ解析部７１が算出した構造物情報を、通信部７５を介して、端末装置６６に送信する。応答処理部７４は、端末装置６６に送信する構造物情報として、端末装置６６において表示される表示データを作成する。表示データは、例えば、図４に示すように、構造物Ｐについて、モニタリング装置５が設置された位置毎の構造物情報である。
【００２９】
蓄積サーバ（蓄積部）６３は、データ解析部７１が算出した構造物情報を蓄積する。蓄積サーバ６３は、その他、図５に示すように、収集サーバ６１が収集したデータ及び付加情報を、センサ部５１の識別子（センサＩＤ）と、センサ部５１が設置された構造物Ｐと、構造物Ｐにおけるセンサ部５１が設置された位置とを関連付けして蓄積する。
【００３０】
−動作例−
以下、図６に示すフローチャートを用いて、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの動作の一例を説明する。
【００３１】
先ず、ステップＳ１において、収集サーバ６１は、モニタリング装置５から送信されたデータを、中継装置６５を介して受信し、解析サーバ６２に送信する。解析サーバ６２のデータ解析部７１は、通信部７５を介して、収集サーバ６１が収集したデータ及び付加情報を取得する。
【００３２】
ステップＳ２において、データ解析部７１は、収集サーバ６１が収集したデータ及び付加情報を解析することにより、構造物Ｐの状態を示す構造物情報を算出する。
【００３３】
ステップＳ３において、監視部７２は、データ解析部７１が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する。監視部７２が構造物情報について異常と判定する場合はステップＳ４に進み、異常と判定しない場合はステップＳ５に進む。
【００３４】
ステップＳ４において、報知処理部７３は、異常であると判定された構造物Ｐの位置について、ネットワークを介して端末装置６６に報知する。端末装置６６は、報知処理部７３の報知に応じて、異常であると判定された構造物Ｐの位置及び構造物情報の内容を、画像、音声、文字、光等により出力する。
【００３５】
ステップＳ５において、応答処理部７４は、端末装置６６の要求に応じた構造物情報を示す表示データを作成する。ステップＳ６において、応答処理部７４は、作成した表示データを、ネットワークを介して、端末装置６６に送信する。
【００３６】
（電源供給部）
モニタリング装置５が備える電源供給部５３は、例えば、図７に示すように、発電素子１が出力する交流電圧を整流して出力する整流部９１と、整流部９１の出力電圧を監視する電力監視部９２とを更に備える。
【００３７】
整流部９１は、例えば、全波整流回路や両波倍電圧整流回路等の整流回路、コンデンサ、整流部９１の出力をオンオフするスイッチング素子等を用いて構成される。整流部９１は、整流された電圧を、センサ部５１及び通信部５２に出力する。
【００３８】
電力監視部９２は、整流部９１の出力電圧を監視し、出力電圧と予め設定された規定値との比較結果に基づいて、整流部９１を、スイッチング素子がオンオフするように制御する。例えば、電力監視部９２は、整流部９１の出力電圧がセンサ部５１または通信部５２の駆動に必要な規定値に到達すると、整流部９１の出力をオンさせ、規定量よりも低下すると、整流部９１の出力をオフさせる。センサ部５１及び通信部５２は、整流部９１から間欠的に電力が供給されることにより、間欠的に駆動される。
【００３９】
（発電素子）
以下、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える発電素子１の一例として、圧電型発電素子１Ａ，１Ｂ及び電磁誘導型発電素子１Ｃ，１Ｄについて、図８〜図１３を参照して説明する。
【００４０】
−圧電型発電素子−
圧電型発電素子１Ａは、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、矩形枠状の支持部１１と、支持部１１の４辺のうち１辺の内周面に、一端側を支持された矩形平板状のカンチレバー部１２と、カンチレバー部１２に設けられた圧電変換部１４とを備える。圧電型発電素子１Ａは、概略として矩形平板状である。
【００４１】
支持部１１は、内周面において、カンチレバー部１２の一端側である基端部１２２と連結されることにより、カンチレバー部１２を振動可能に支持する。カンチレバー部１２は、他端側である先端部１２１が、支持部１１の厚さ方向（図８（ｂ），（ｃ）における上下方向）において、カンチレバー部１２の基端部１２２からずれるように形成される。カンチレバー部１２は、周囲の流体の流れにより自励振動する。流体は、例えば空気等の気体や、液体である。
【００４２】
支持部１１及びカンチレバー部１２は、支持部１１及びカンチレバー部１２の上面側から下面側に貫通する、平面視Ｕ字型のスリットである流路１５が形成されることにより、一体に形成される。流路１５は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いて、誘導結合プラズマ型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等のドライエッチングを行うことにより形成される。カンチレバー部１２は、流体が、支持部１１の厚さ方向に沿って、支持部１１の一面側から他面側に流路１５を流れることにより、自励振動する。  
【００４３】
支持部１１及びカンチレバー部１２は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である同一の基板１０Ａを用いて、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。基板１０Ａは、シリコン（Ｓｉ）基板１０１と、シリコン基板１０１上に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる埋込絶縁膜１０２と、埋込絶縁膜１０２上に形成されたシリコン（Ｓｉ）層１０３とを備える。基板１０Ａの表面は、例えば、（１００）面または（１１０）面である。
【００４４】
支持部１１は、基板１０Ａのうち、シリコン基板１０１と埋込絶縁膜１０２とシリコン層１０３とを用いて形成される。カンチレバー部１２は、基板１０Ａのうち、埋込絶縁膜１０２とシリコン層１０３とを用いて形成されることにより、支持部１１よりも厚さが薄く、可撓性を有する。カンチレバー部１２は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いた、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングにより、基板１０Ａの下面に空隙部１６が形成されることにより、支持部１１よりも薄い厚さに形成される。
【００４５】
支持部１１及びカンチレバー部１２は、基板１０Ａの上面に、シリコン酸化膜からなる第１絶縁膜１８１が形成されている。支持部１１は、基板１０Ａの下面に、シリコン酸化膜からなる第２絶縁膜１８２が形成されている。第１絶縁膜１８１及び第２絶縁膜１８２は、例えば、熱酸化法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等により形成される。
【００４６】
基板１０Ａは、ＳＯＩ基板に限らず、単結晶または多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の金属酸化物基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等であってもよい。基板１０Ａとして、ＭｇＯ基板、ガラス基板、ポリマー基板等の絶縁性基板を用いる場合、第１絶縁膜１８１及び第２絶縁膜１８２は、設けられなくてもよい。また、支持部１１の外周及び内周の平面パターン、カンチレバー部１２の平面パターンは、矩形状に限らず、例えば、多角形状円形状、楕円形状等であってもよい。
【００４７】
圧電変換部１４は、図８（ｄ）に示すように、カンチレバー部１２上に形成された第１電極層（下部電極層）１４１と、第１電極層１４１上に形成された圧電体層１４２と、圧電体層１４２上に形成された第２電極層（上部電極層）１４３とを備える。圧電変換部１４は、カンチレバー部１２の厚さ方向の一面（上面）に形成される。圧電変換部１４は、カンチレバー部１２の自励振動によって交流電圧を出力する。
【００４８】
カンチレバー部１２は、圧電体層１４２の内部応力によって、先端部１２１が、支持部１１の厚さ方向（カンチレバー部１２の厚さ方向）において、基端部１２２から上方にずらされている。これにより、圧電型発電素子１Ａは、構成要素を増加させることなく、流体を利用した発電が可能となる。
【００４９】
また、カンチレバー部１２は、厚さ方向における一面側に応力制御膜によって、先端部１２１が、支持部１１の厚さ方向において、基端部１２２から上方にずらされるように構成されてもよい。応力制御膜は、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等により成膜される。圧電型発電素子１Ａは、応力制御膜によりカンチレバー部１２を変位させる場合、製造工程の条件の自由度が高くなる。
【００５０】
第１電極層１４１は、例えば、厚さが約５００ｎｍである。第１電極層１４１は、例えば、白金（Ｐｔ）からなる。第１電極層１４１の材料は、その他、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等であってもよい。第２電極層１４３は、例えば、Ａｕからなる。第２電極層１４３の材料は、その他、モリブデン（Ｍｏ）、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｃｕ等であってもよい。
【００５１】
圧電体層１４２は、例えば、厚さが約３０００ｎｍである。圧電体層１４２は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ＰＺＴ−ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）、他の不純物を添加したＰＺＴ等、ＰＺＴ系の高い圧電特性を示す圧電セラミックスからなる。圧電体層１４２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、ニオブ酸カリウム（ＫＮ：ＫＮｂＯ3）、ニオブ酸ナトリウム（ＮＮ：ＮａＮｂＯ3）等、ニオブ酸系の圧電セラミックスであってもよい。ニオブ酸系の圧電セラミックスは、その他、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ：Ｋ0.5Ｎａ0.5ＮｂＯ3）が挙げられる。例えばＫＮＮは、リチウム（Ｌｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ），Ｃｕ等の他の不純物が添加されてもよい。その他、圧電体層１４２の材料となる圧電体として、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が上げられる。更に、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ビスマスゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ12ＧｅＯ20）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）等も挙げられる。
【００５２】
圧電変換部１４は、カンチレバー部１２の振動に応じて、圧電体層１４２に応力が生じ、圧電体層１４２の圧電効果により、第２電極層１４３と第１電極層１４１との間に交流電圧が発生する。圧電型発電素子１Ａの共振周波数は、カンチレバー部１２と圧電変換部１４とからなる可動部の構造パラメータ、材料等により決定される。圧電変換部１４に生じる電圧は、振動数に対してピーキーな値をとるため、カンチレバー部１２及び圧電変換部１４の構造パラメータ、材料等を考慮して設計することにより、圧電型発電素子１Ａは、発電効率を向上することができる。
【００５３】
圧電変換部１４は、平面視矩形状であり、カンチレバー部１２の基端部１２２に近い１辺が、基端部１２２と平面視において重なるように配置される。このように、圧電変換部１４は、基端部１２２近傍に配置されることにより、カンチレバー部１２の振動時に応力が高くなる領域の面積を広くすることができ、発電効率を向上させることができる。
【００５４】
圧電型発電素子１Ａは、支持部１１の上面に、第１電極層１４１に第１配線部１７１ａを介して電気的に接続された第１パッド１７２ａと、第２電極層１４３に第２配線部１７１ｂを介して電気的に接続された第２パッド１７２ｂとを備える。
【００５５】
第１配線部１７１ａ、第２配線部１７１ｂ、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂは、例えばＡｕからなる。第１配線部１７１ａ、第２配線部１７１ｂ、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂの材料は、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ等であってもよい。また、第１配線部１７１ａ、第２配線部１７１ｂ、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂは、単層構造に限らず、多層構造であってもよい。
【００５６】
圧電型発電素子１Ａは、第２配線部１７１ｂと第１電極層１４１との短絡を防止する絶縁層（図示省略）を備える。第２配線部１７１ｂと第１電極層１４１との間の絶縁層は、例えば、ＳｉＯ２、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等からなる。
【００５７】
また、圧電型発電素子１Ａは、基板１０Ａと第１電極層１４１との間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層の材料は、圧電体層１４２の材料に応じて適宜選択できる。例えば、圧電体層１４２の材料がＰＺＴの場合、緩衝層の材料として、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）等が挙げられる。圧電体層１４２の材料がＰＺＴの場合の緩衝層の材料は、その他、ＭｇＯ、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3）等が挙げられる。また、緩衝層は、例えば、Ｐｔ層とＳｒＲｕＯ3層とを含む多層構造であってもよい。圧電型発電素子１Ａは、緩衝層を設けることにより、圧電体層１４２の結晶性を向上させることできる。
【００５８】
圧電型発電素子１Ａは、流体の流れる方向と支持部１１の厚さ方向とが沿うように、上面側が上流側、下面側が下流側となるように配置される。圧電型発電素子１Ａは、流体が支持部１１の厚さ方向に沿って流路１５を流れる際に流体の流速が速くなり、カンチレバー部１２の下方の空隙部１６の圧力が下がり、カンチレバー部１２の先端部１２１が支持部１１に下方に変位する。カンチレバー部１２と支持部１１とが面一になったところで、カンチレバー部１２の両面側における圧力差がなくなり、カンチレバー部１２または圧電変換部１４の弾性力によりカンチレバー部１２の先端部１２１が元の位置に戻る。圧電型発電素子１Ａは、カンチレバー部１２がこれらの動作が繰り返して自励振動することにより、圧電変換部１４が発電し、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂから交流電圧を出力する。
【００５９】
圧電型発電素子１Ａは、支持部１１及びカンチレバー部１２の側面が傾斜するように構成されてもよい。圧電型発電素子１Ａの変形例である圧電型発電素子１Ｂは、図９に示すように、支持部１１の内側の側面及びカンチレバー部１２の側面が、支持部１１の厚さ方向における両面側を向くように傾斜する。圧電型発電素子１Ｂの説明されない他の構成は、圧電型発電素子１Ａの構成と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００６０】
圧電型発電素子１Ｂの流路１５及び空隙部１６は、カンチレバー部１２の下面がなす平面において最も開口面積が小さくなり、支持部１１の厚さ方向における両面側に近づくほど開口面積が大きくなるように形成される。支持部１１の内側の側面及びカンチレバー部１２の側面は、例えば、流路１５及び空隙部１６の形成時において、アルカリ系溶液による異方性エッチングを行うことにより傾斜される。
【００６１】
流路１５及び空隙部１６が、支持部１１の厚さ方向における両面側に近づくほど開口面積が大きくなるように形成されることにより、圧電型発電素子１Ｂは、流路１５を流れる流体の量を増加させることができる。よって、圧電型発電素子１Ｂは、カンチレバー部１２の厚さ方向における両面側の圧力差が増加して、カンチレバー部１２の振幅が大きくなることにより、発電効率を向上させることができる。
【００６２】
圧電型発電素子１Ａ，１Ｂの構成は、上述の例に限らず、例えば、圧電変換部１４は、カンチレバー部１２の表面に複数配置され、互いに直列に接続されるようにしてもよい。複数の圧電変換部１４の直列回路の一端、他端は、それぞれ第１パッド１７２ｂ、第２パッド１７２ａに電気的に接続される。この場合、例えば、圧電変換部１４は、カンチレバー部１２の幅方向（図８（ａ）における上下方向）に沿う方向の寸法を小さくし、カンチレバー部１２の表面に幅方向に複数配列されればよい。
【００６３】
また、圧電型発電素子１Ａ，１Ｂは、カンチレバー部１２が、圧電体を用いて形成され、振動に応じて発電するように構成されてもよい。この場合、カンチレバー部１２は、第１電極層１４１と、圧電体層１４２と、第２電極層１４３とが積層されたバルク状の平板である。圧電体を用いて形成されたカンチレバー部１２は、例えば、矩形枠状の支持部１１の上面に、下面に対して傾斜する上面を有する設置台を介して設置されればよい。
【００６４】
電源供給部５３は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、圧電型発電素子１Ａの流路１５に流れる流体を導入する導入部５８と、圧電型発電素子１Ａの空隙部１６から流れる流体を排出する排出部５９とを備えるようにしてもよい。導入部５８及び排出部５９は、圧電型発電素子１Ａを収容するように構成され、支持部１１の厚さ方向における両面側に形成される。導入部５８は支持部１１の上面に接するように設置され、排出部５９は、支持部１１の下面に接するように形成される。導入部５８は、流体の上流側から下流側に貫通する導入口を有し、排出部５９は、流体の上流側から下流側に貫通する排出口を有する。導入部５８の導入口及び排出部５９の排出口は、圧電型発電素子１Ａから離れるほど開口面積が大きくなるように形成される。
【００６５】
導入部５８及び排出部５９は、圧電型発電素子１Ａの流路１５を流れる流体の量を増加させることができる流量増大部として機能する。よって、圧電型発電素子１Ａは、カンチレバー部１２の厚さ方向における両面側の圧力差が増加して、カンチレバー部１２の振幅が大きくなることにより発電効率を向上させることができる。また、導入部５８及び排出部５９は、圧電型発電素子１Ａを保護できるとともに、圧電型発電素子１Ａの取り扱いを容易にすることができる。
【００６６】
−電磁誘導型発電素子−
電磁誘導型発電素子１Ｃは、図１１（ａ），（ｂ）及び図１２に示すように、複数の磁石２４を有する磁石ブロック２と、複数のコイル４１を有し、磁石ブロック２に対向して配置されたコイルブロック４とを備える。電磁誘導型発電素子１Ｃは、磁石ブロック２及びコイルブロック４が、磁石ブロック２及びコイルブロック４の対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により発電する。磁石ブロック２及びコイルブロック４の対向方向は、図１１（ａ）における上下方向であり、規定方向は、図１１（ｂ）における左右方向である。
【００６７】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、磁石ブロック２を保持する可動部２５と、可動部２５が規定方向に振動可能なように、可動部２５を支持する複数の弾性体部２２と、弾性体部２２を介して可動部２５を支持する支持部２１とを備える。電磁誘導型発電素子１Ｃは、概略として矩形平板状である。可動部２５が規定方向に振動することにより、磁石ブロック２及びコイルブロック４は相対的に変位する。電磁誘導型発電素子１Ｃは、例えば、流体の流れ等による可動部２５の振動に応じて発電する。
【００６８】
弾性体部２２は、規定方向における可動部２５の両端側に、それぞれ複数個ずつ並んで設けられるばねである。弾性体部２２は、例えば、平面視において、規定方向に蛇行するように互い違いに屈曲する。弾性体部２２は、屈曲パターンが丸みを有することにより、弾性体部２２のクラックの発生が低減される。弾性体部２２は、それぞれ、規定方向における剛性が規定方向に直交する方向の動性に比べて小さい。
【００６９】
弾性体部２２は、例えば、Ｓｉ、ＳＵＳ３０４等のステンレス、鋼、Ｃｕ、真鍮やベリリウム銅（ＢｅＣｕ）等のＣｕ合金、チタン（Ｔｉ）合金、Ａｌ合金等からなる。電磁誘導型発電素子１Ｃは、弾性体部２２がＳｉから形成される場合、金属から形成される場合に比べて弾性体部２２での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減でき、発電効率を向上できる。
【００７０】
弾性体部２２は、例えば、約１０〜３００ｎｍの幅及び約４０〜１２００ｎｍの周期（ピッチ）をそれぞれ有して形成される。弾性体部２２の幅及びピッチを小さくすることにより、弾性体部２２の周囲のデッドスペースを小さくすることができ、弾性体部２２は、歪みエネルギとして蓄えられるエネルギ量が増加する。これにより、電磁誘導型発電素子１Ｃは、小型化が可能となる。
【００７１】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、弾性体部２２により、可動部２５の振動方向を規定方向に単方向化し、規定方向と直交する方向への振動を低減できる。よって、電磁誘導型発電素子１Ｃは、不要な振動成分の発生を低減でき、発電効率を向上することができる。また、電磁誘導型発電素子１Ｃは、個々の弾性体部２２に生じる応力を低減でき、耐久性を向上できる。なお、図１１及び図１２に示す例では、弾性体部２２は、可動部２５の両端側にそれぞれ５個ずつ、計１０個設けられる構成を説明したが、弾性体部２２の数は特に５個ずつに限定するものではない。
【００７２】
支持部２１は、概略として矩形枠状であり、内側の側面に囲まれた領域に可動部２５及び弾性体部２２が配置される。支持部２１は、内側の側面のうち、可動部２５の規定方向における両端側において、弾性体部２２のそれぞれ一端側を連結する。弾性体部２２の他端側は、可動部２５の規定方向における両端側にそれぞれ連結する。
【００７３】
可動部２５は、概略として、平面視、外周が八角形、内周が矩形の枠状である。磁石ブロック２は、可動部２５の内側の側面に囲まれた空隙である保持部２３に保持される。可動部２５は、振動しない定常状態において支持部２１から離れるように配置される。可動部２５の外周形状は、八角形に限らず、矩形、円形、多角形等であってもよい。
【００７４】
可動部２５は、平面視において規定方向に直交する方向の両端側に、それぞれ外側に突出する２つの突出部２６が設けられる。突出部２６は、それぞれ平面視矩形状に形成されている。また、支持部２１は、内側の側面のうち、平面視において規定方向に直交する方向の両端側に、それぞれ、突出部２６が規定方向に変位可能なように形成された切欠部２０１を有する。
【００７５】
支持部２１は、可動部２５の規定方向への変位量を所定の範囲に制限するテーパ状のストッパ部２０２を有する。ストッパ部２０２は、支持部２１の内側の側面のうち、平面視において規定方向に対して傾斜する面である。可動部２５は、変位時にストッパ部２０２に接触することにより、可動部２５の規定方向への変位量を所定の範囲に制限するテーパ状の傾斜面２７を有する。傾斜面２７は、可動部２５の外側の側面のうち、平面視において規定方向に対して傾斜し、ストッパ部２０２と略平行な面である。
【００７６】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、ストッパ部２０２及び傾斜面２７により、可動部２５の規定方向と異なる方向への変位を所定の範囲に制限することができる。よって、電磁誘導型発電素子１Ｃは、出力電力のばらつきを低減でき、また、弾性体部２２に規定方向と異なる方向の力が作用することを低減できるため、信頼性を向上できる。
【００７７】
磁石ブロック２は、それぞれ平面視、規定方向と直交する方向を長手方向とする長方形平板状である複数の磁石２４が、幅方向と規定方向とが一致するように、規定方向に配列されることにより構成される。磁石ブロック２は、矩形平板状であり、図示を省略した接合部により保持部２３に固定される。接合部は、例えば、接着剤、ねじ等の他、磁石ブロック２と保持部２３との間隙に圧入可能な弾性材料等を採用可能である。
【００７８】
磁石２４は、例えば、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、フェライト等の永久磁石からなる。磁石２４は、例えば、磁性材料を切削、研磨などで整形加工した後、パルス着磁法などによって着磁することにより、形成される。磁石２４は、厚さ方向の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。
【００７９】
磁石ブロック２は、磁石ブロック２の厚さ方向の両面側それぞれで、規定方向においてＮ極とＳ極とが交互となるように、複数の磁石２４が配列されることにより構成される。すなわち、磁石ブロック２は、規定方向において隣り合う２つの磁石２４について、磁化の向きが逆向きとなっている。磁石ブロック２は、複数の磁石２４が１次元のアレイ状に配置される構成に限らず、例えば、２次元のアレイ状に配置された構成であってもよい。
【００８０】
支持部２１、弾性体部２２及び可動部２５は、例えば、同一の基板２０を用いて、ＭＥＭＳ技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。支持部２１、弾性体部２２及び可動部２５は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いて、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングを行うことにより形成される。  弾性体部２２及び可動部２５の厚さは、支持部２１の厚さと同じであるが、この構成に限らず、所望の可動部２５の質量、弾性体部２２の弾性等に基づいて、適宜変更されてよい。
【００８１】
基板２０は、例えば、磁力線に対して低減衰あり、高抵抗率で電気絶縁性を有するＳｉ基板等の絶縁性基板からなる。基板２０は、その他、ＳＯＩ基板等であってもよい。また、支持部２１、弾性体部２２及び可動部２５は、基板２０の材料や抵抗率に応じて、適宜、絶縁膜を設けてもよい。
【００８２】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、支持部２１の厚さ方向の一面側に配置される第１キャップ３１と、支持部２１の厚さ方向の他面側に配置される第２キャップ３２とを備える。第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、それぞれ、コイルブロック４を保持する。その他、電磁誘導型発電素子１Ｃは、第１キャップ３１と支持部２１との間に配置された枠状の第１スペーサ３５と、第２キャップ３２と支持部２１との間に配置された枠状の第２スペーサ３６とを備えている。
【００８３】
平面視、第１キャップ３１及び第２キャップ３２の外周形状は、支持部２１の外周形状と一致する。第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、支持部２１の切欠部２０１それぞれの投影領域に、矩形状の貫通孔３１１，３２１がそれぞれ形成される。
【００８４】
第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、例えば、エンジニアリングプラスチック（例えばポリカーボネート）等の樹脂、セラミックス、Ｓｉ等から形成される。第１キャップ３１及び第２キャップ３２がＳｉからなる場合、表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等により、第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６にそれぞれ接合される。第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、それぞれ、可動部２５及び弾性体部２２等の構造に応じて、第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６を介さず、直接支持部２１に固定されてもよい。
【００８５】
第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６の平面パターンは、支持部２１の平面パターンと一致する。第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６は、例えば、エンジニアリングプラスチック（例えばポリカーボネート）等の樹脂、セラミックス、Ｓｉ等から形成される。第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６がＳｉからなる場合、表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等により、支持部２１の厚さ方向の両面側にそれぞれ接合される。
【００８６】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、第１キャップ３１と支持部２１との間に配置された枠状の第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６を備えることにより、コイルブロック４と磁石ブロック２との間のギャップ長を容易に決定することができる。よって、電磁誘導型発電素子１Ｃは、コイルブロック４と磁石ブロック２との間のギャップを狭くしつつ、コイルブロック４と磁石ブロック２との接触を低減することができる。電磁誘導型発電素子１Ｃは、コイルブロック４と磁石ブロック２との間のギャップを狭くすることにより、磁束の利用効率を向上でき、発電効率を向上できる。
【００８７】
図１１及び図１２に示す例では、第１キャップ３１、第１スペーサ３５、支持部２１、第２スペーサ３６及び第２キャップ３２は、それぞれ四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔２１ａ、３５ａ、１１ａ、４６ａ及び３１ａがそれぞれ形成される。
【００８８】
第１キャップ３１、第１スペーサ３５、支持部２１、第２スペーサ３６及び第２キャップ３２とは、複数個のねじにより互いに固定されてもよく、接着剤により互いに固定されてもよく、或いは、ねじ及び接着剤により互いに固定されてもよい。また、第１キャップ３１、第１スペーサ３５、支持部２１、第２スペーサ３６及び第２キャップ３２は、相互に嵌合可能な構造が嵌合することにより、互いに固定されるようにしてもよい。
【００８９】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、適宜の冶具を貫通孔３１１，３２１に通して、突出部２６に外力を与えることにより、可動部２５を規定方向へ変位させることが可能となっている。突出部２６を変位させた後に冶具を引き抜けば、可動部２５は規定方向に振動することができる。この場合、電磁誘導型発電素子１Ｃは、カンチレバー部１２の減衰振動に応じた交流電圧を発生する。
【００９０】
コイルブロック４は、隣り合うコイル４１同士が、導電性接合材により接合されて電気的に接続されている。導電性接合材は、例えば、半田や銀ペースト等からなる。隣り合うコイル４１同士は、それぞれ互いに逆巻き方向となるように直列接続されている。また、第１キャップ３１及び第２キャップ３２には、コイルブロック４の両端のコイル４１それぞれにおいて、隣り合うコイル４１に接続されていない側の線端部が電気的に接続される電極（図示省略）が設けられている。コイル４１に接続された電極間には、可動部２５の振動時において、誘導電流がコイル４１を流れることにより、電力が出力される。
【００９１】
コイルブロック４のコイル４１は、コイル４１の芯となる芯材４２をそれぞれ備える。コイル４１は、芯材４２を備えない空芯コイルであってもよい。或いは、コイル４１は、第１キャップ３１及び第２キャップ３２それぞれに設けられた複数のリブを芯として、各リブに位置決めされるようにしてもよい。
【００９２】
また、コイル４１は、例えば、第１キャップ３１及び第２キャップ３２それぞれに形成された平面コイルであってもよい。平面コイルは、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等から形成可能である。また、平面コイルは、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライト等から形成されてもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により形成可能である。
【００９３】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、第１キャップ３１及び第２キャップ３２に、コイルブロック４が保持されることにより、第１キャップ３１及び第２キャップ３２の一方のみにコイルブロック４が保持される場合に比べて、発電効率を向上できる。また、電磁誘導型発電素子１Ｃは、第１キャップ３１に保持されたコイルブロック４のコイル４１の直列回路と、第２キャップ３２に保持されたコイルブロック４のコイル４１の直列回路とを直列接続することにより、出力電力を高めることができる。
【００９４】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、可動部２５の規定方向への振動時、コイルブロック４が、磁石ブロック２に対して相対的に変位し、交流の誘導起電力を発生する。電磁誘導型発電素子１Ｃの開放電圧は、カンチレバー部１２の振動に応じた交流電圧である。
【００９５】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、電磁誘導型発電素子１Ｃの共振周波数が、構造物の固有振動数に一致するように設計されることにより、流体の流れによる振動の他、構造物の振動を利用して発電させることもできる。電磁誘導型発電素子１Ｃが利用可能な振動は、その他、稼動中の機器で発生する振動、車両の走行によって発生する振動、人の歩行によって発生する振動等であってもよい。
【００９６】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、可動部２５が磁石ブロック２を保持し、第１キャップ３１および第２キャップ３２がコイルブロック４を保持するが、逆の構成であってもよい。すなわち、電磁誘導型発電素子１Ｃは、可動部２５がコイルブロック４を保持し、第１キャップ３１及び第２キャップ３２の少なくとも一方が磁石ブロック２を保持する構成であってもよい。また、弾性体部２２は、ゴムや樹脂などにより形成してもよい。
【００９７】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、可動部２５の変位方向を規定方向に制限する機構を備えるようにしてもよい。電磁誘導型発電素子１Ｃの変形例である電磁誘導型発電素子１Ｄは、図１３に示すように、可動部２５を規定方向に沿って変位させるための入力機構８を備える。電磁誘導型発電素子１Ｄの説明されない他の構成は、電磁誘導型発電素子１Ｃの構成と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００９８】
電磁誘導型発電素子１Ｄは、可動部２５に接続された第１磁性材料部２９と、入力機構８に接続された第２磁性材料部８５とを備え、第１磁性材料部２９と第２磁性材料部８５との間に発生する磁力により可動部２５を変位可能である。
【００９９】
第１磁性材料部２９は、第１磁性体により構成される。第１磁性体は、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等である。第１磁性材料部２９は、第１磁石により構成されてもよい。第１磁石は、例えば、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、フェライト等である。
【０１００】
第２磁性材料部８５は第２磁石より構成される。第２磁石は、例えば、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ、フェライト等である。第２磁性材料部８５は、第２磁性体より構成されてもよい。第２磁性体は、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等である。
【０１０１】
第１磁性材料部２９と第２磁性材料部８５との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向であるが、これに限らず、反発する方向でもよい。例えば、第１磁性材料部２９が第１磁石、第２磁性材料部８５が第２磁石により構成される場合、同極同士が対向するように第１磁石及び第２磁石を配置すれば、第１磁性材料部２９と第２磁性材料部８５との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。
【０１０２】
電磁誘導型発電素子１Ｄの可動部２５は、可動部２５の外側の側面から規定方向に沿って突出する突出部２８を備えている。突出部２８の先端面には、第１磁性材料部２９が接着剤等により接続される。突出部２８は、平面視、規定方向を長手方向とする長方形状である。第１磁性材料部２９は、平面視矩形状である。
【０１０３】
電磁誘導型発電素子１Ｄは、支持部２１が、平面視、突出部２８の領域を開放したＣ字型形状である。可動部２５は、可動部２５は、支持部２１の内側に支持部２１の内側の側面から離れて配置される。弾性体部２２は、規定方向における可動部２５の両側に配置される。
【０１０４】
電磁誘導型発電素子１Ｄの可動部２５、突出部２８、支持部２１及び各弾性体部２２は、例えば、同一の基板２０を用いて、ＭＥＭＳ技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。
【０１０５】
電磁誘導型発電素子１Ｄは、実装基板８０に実装される。実装基板８０としては、例えば、プリント配線板などの回路基板を採用することができる。入力機構８は、実装基板８０に固定される。これにより、実装基板８０は、電磁誘導型発電素子１Ｄと入力機構８との相対的な位置関係を規定する。
【０１０６】
入力機構８は、実装基板８０に固定される円柱状の回動軸８１と、回動軸８１に回動自在に保持された回動部８２と、回動部８２から突出する操作部８３と、回動部８２から操作部８３とは反対側に突出する突出部８４とを備えている。操作部８３は、例えば、ユーザが指等で操作可能な大きさに形成される。操作部８３、回動部８２及び突出部８４は、例えば、樹脂により形成することができる。突出部８４は、先端面に、平面視矩形状の第２磁性材料部８５が接着剤等により接続される。
【０１０７】
入力機構８は、操作部８３と突出部８４と第２磁性材料部８５とが一直線上に配置されており、操作部８３と突出部８４と第２磁性材料部８５とを結ぶ直線が規定方向と略直交するように配置されている。入力機構８は、回動部８２が初期位置から回転した場合において、回動部８２が初期位置に戻る方向に、回動部８２に力を作用させる復帰ばね（図示省略）を備える。
【０１０８】
電磁誘導型発電素子１Ｄは、操作部８３を初期位置から第１所定角（例えば、５°）回転させた時、可動部２５の傾斜面２７がストッパ部２０２に接触するように、弾性体部２２のばね力を設計してある。電磁誘導型発電素子１Ｄは、操作部８３を初期位置から第２所定角（例えば、１０°）だけ回動させた時、弾性体部２２のばね力が第１磁性材料部２９と第２磁性材料部８５との間の磁力よりも大きくなるように、弾性体部２２のばね力を設計してある。
【０１０９】
電磁誘導型発電素子１Ｄは、入力機構８へ外力を適宜与えることで可動部２５を変位させて作動させることができる。また、電磁誘導型発電素子１Ｄは、規定方向とは異なる方向の力が可動部２５に作用することを低減することができ、発電効率及び信頼性を向上できる。
【０１１０】
本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムによれば、発電素子１が周囲の流体の流れにより発電するので、周囲の振動により発電する場合と比べて発電効率を向上できる。また、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムによれば、センサ部５１及び通信部５２が、発電素子１から電源を供給されるので、モニタリング装置５の設置個所に対する自由度を向上できる。
【０１１１】
また、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムによれば、モニタリング装置５が、設置個所に対する自由度が高いので、施工が容易である。更に、風や渦が励起される構造物Ｐの位置にモニタリング装置５を設置すれば、発電素子１の発電効率を更に向上できる。また、発電素子１の共振周波数と、発電素子１が設置される構造物Ｐの位置における固有振動数とが一致するように発電素子１を設計することにより、更に、発電素子１の発電効率を向上できる。
【０１１２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【０１１３】
例えば、既に述べた実施の形態の説明において、センサ部５１、通信部５２及び電源供給部５３は、モニタリング装置５として一体に構成される必要はなく、別個に構造物Ｐに設置され、互いに接続されるようにしてもよい。
また、既に述べた実施の形態の説明において、構造ヘルスモニタリングシステムは、構造物Ｐとして、地面、岩盤、河川等の状態を検出するようにしてもよい。
【０１１４】
上記の他、上述の実施の形態及び変形例を応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【０１１５】
１  発電素子
１Ａ，１Ｂ  圧電型発電素子
１Ｃ，１Ｄ  電磁誘導型発電素子
２  磁石ブロック
４  コイルブロック
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ  モニタリング装置
１１  支持部
１２  カンチレバー部
１４  圧電変換部
２１  支持部
２４  磁石
２５  可動部
４１  コイル
５１  センサ部
５２  通信部
５３  電源供給部
６３  蓄積サーバ（蓄積部）
７１  データ解析部
７２  監視部
７３  報知処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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】
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