(57)【要約】【課題】靴の重量を大きくすることなく、電池の交換や充電等のメンテナンスが不要な排熱靴を得る。【解決手段】排熱靴５０は、熱エネルギから電気エネルギを生成する発電部３０と、発電部３０により生成された電気エネルギを外部に排出する電気エネルギ排出部６０と、を備えている。このような発電部３０および電気エネルギ排出部６０を排熱靴５０に配置することで、排熱靴５０の重量が大きくなってしまうのを抑制しつつ、電池の交換や充電等のメンテナンスが不要となるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギから電気エネルギを生成する発電部と、
前記発電部により生成された電気エネルギを外部に排出する電気エネルギ排出部と、
を備えることを特徴とする排熱靴。
【請求項２】
前記発電部は、熱電変換素子を有することを特徴とする請求項１に記載の排熱靴。
【請求項３】
靴内の状態を監視する監視部と、
前記監視部の結果をうけて前記電気エネルギの排出を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排熱靴。
【請求項４】
前記監視部および前記制御部のうち少なくともいずれか一方に、前記発電部により生成された電気エネルギを供給することを特徴とする請求項３に記載の排熱靴。
【請求項５】
環境エネルギから電気エネルギを生成する第２発電部を備え、当該第２発電部は、前記電気エネルギ排出部に電気エネルギを供給することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれ１項に記載の排熱靴。
【請求項６】
前記第２発電部は、前記監視部および前記制御部のうち少なくともいずれか一方に電気エネルギを供給することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の排熱靴。
【請求項７】
前記第２発電部は、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ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の排熱靴。
【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ていることを特徴とする請求項７に記載の排熱靴。
【請求項９】
前記第２発電部は、第１電極と、前記第１電極上に形成された圧電素子と、前記圧電素子の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極と、を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の排熱靴。
【請求項１０】
各構成部の少なくとも１つの接続が無線であることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の排熱靴。
【請求項１１】
前記第２発電部は、半導体をマイクロマシニング技術により加工して形成されることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の排熱靴。
【請求項１２】
前記電気エネルギ排出部が少なくとも中央部に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の排熱靴。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱靴に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、靴の中敷に、接触冷汗性、吸湿性と放湿性が高い材料を封入することで、靴の中をひんやりさせるようにしたものが知られている。しかしながら、中敷等に接触冷汗性、吸湿性と放湿性が高い材料を封入するだけでは、十分な効果を得ることができないおそれや、時間の経過とともに機能が低下するおそれがあるため、中敷等を使い捨てにせざるを得なかった。
【０００３】
そのため、電気エネルギを活用して、十分な効果と持続時間を得られるようにすることが考えられる。そして、このような電気エネルギの活用にあたっては、一般的な電池を利用することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、電池を利用して、十分な機能を得られるようにするために十分な電力を確保できるようにした場合、靴の重量が大きくなってしまい、歩行に困難をきたすおそれがある。
【０００５】
また、電池を使った場合、電池の交換や充電等のメンテナンスが必要で手間がかかるという問題もある。
【０００６】
ところで、電池を使わずに、環境中のエネルギを用いた発電を靴に利用したものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この特許文献１では、靴の中に設置した中敷に、使用者の歩行運動に伴う衝撃に起因する圧力変化および屈伸による応力を受けて変形することで電力を発生するピエゾフィルム、およびピエゾケーブルを内蔵することで、発電部装置が形成された靴が開示されている。さらに、特許文献１では、発生した電力は、接続用ケーブルを通じて、腰部などの電力を出力、活用するのに都合の良い場所に設置する蓄電、および電力出力部装置に送られるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−０９６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術を用いたとしても、発電部装置の小型化を図り難く、靴の重量が大きくなってしまうおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、靴の重量を大きくすることなく、電池の交換や充電等のメンテナンスが不要な排熱靴を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の特徴は、排熱靴であって、熱エネルギから電気エネルギを生成する発電部と、前記発電部により生成された電気エネルギを外部に排出する電気エネルギ排出部と、を備えることを要旨とする。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、前記発電部は、熱電変換素子を有することを要旨とする。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、靴内の状態を監視する監視部と、前記監視部の結果をうけて前記電気エネルギの排出を制御する制御部と、を備えることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第４の特徴は、前記監視部および前記制御部のうち少なくともいずれか一方に、前記発電部により生成された電気エネルギを供給することを要旨とする。
【００１５】
本発明の第５の特徴は、環境エネルギから電気エネルギを生成する第２発電部を備え、当該第２発電部は、前記電気エネルギ排出部に電気エネルギを供給することを要旨とする。
【００１６】
本発明の第６の特徴は、前記第２発電部は、前記監視部および前記制御部のうち少なくともいずれか一方に電気エネルギを供給することを要旨とする。
【００１７】
本発明の第７の特徴は、前記第２発電部は、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ことを要旨とする。
【００１８】
本発明の第８の特徴は、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ていることを要旨とする。
【００１９】
本発明の第９の特徴は、前記第２発電部は、第１電極と、前記第１電極上に形成された圧電素子と、前記圧電素子の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極と、を備えることを要旨とする。
【００２０】
本発明の第１０の特徴は、各構成部の少なくとも１つの接続が無線であることを要旨とする。
【００２１】
本発明の第１１の特徴は、前記第２発電部は、半導体をマイクロマシニング技術により加工して形成されることを要旨とする。
【００２２】
本発明の第１２の特徴は、前記電気エネルギ排出部が少なくとも中央部に配置されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、靴の重量を大きくすることなく、電池の交換や充電等のメンテナンスが不要な排熱靴を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる排熱靴を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる排熱靴が備える熱電変換素子の一例を説明する模式的な図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる排熱靴を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる排熱靴を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる排熱靴に用いられる圧電型の第２発電部を模式的に示す図であって、（ａ）は第２発電部の平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｃ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ断面図、（ｄ）は図５（ａ）の要部断面図である。
【図６】圧電型の第２発電部の他の例を示す図であって、（ａ）は、図５（ｂ）に対応する位置で切断した断面図、（ｂ）は、図５（ｃ）に対応する位置で切断した断面図である。
【図７】圧電型の第２発電部の取付状態の一例を模式的に示す図であって、（ａ）は、図５（ｂ）に対応する断面図、（ｂ）は、図５（ｃ）に対応する断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる排熱靴に用いられる電磁誘導型の第２発電部を模式的に示す図であって、（ａ）は第２発電部の断面図、（ｂ）は第２発電部の平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる排熱靴に用いられる電磁誘導型の第２発電部の分解斜視図である。
【図１０】電磁誘導型の第２発電部の他の例を示す平面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる排熱靴を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００２６】
（第１実施形態）
本実施形態にかかる排熱靴５０は、足を包む空間部Ｓを構成する底部５１と前面部５２と後面部５３と側面部５４とを備えている。そして、底部５１の下面側には靴底５５が接着されている。また、本実施形態では、空間部Ｓ内の底部５１の上面に中敷５６が配置されている。
【００２７】
この排熱靴５０は、つま先（足の指）に対応する部位であるつま先部５７と、踵に対応する部位である踵部５８と、足の甲や土踏まずに対応する部位である甲部５９とに大別される。
【００２８】
さらに、本実施形態では、排熱靴５０は、発電部３０と、電気エネルギ排出部６０と、監視部７０と、制御部９０と、を有している。
【００２９】
本実施形態では、電気エネルギ排出部６０は、例えば、発電部３０によって生成された電気エネルギによって作動するように構成されている。
【００３０】
具体的には、本実施形態では、熱エネルギから電気エネルギを生成する発電部３０としての熱電変換素子３０ａと、熱電変換素子３０ａが生成した電気エネルギの一部を消費する抵抗Ｒと、熱電変換素子３０ａが生成した電気エネルギを外部に排出する電気エネルギ排出部６０としての導電部６０ａとを備えている。
【００３１】
熱電変換素子３０ａは、例えば、図２に示すように、熱エネルギを電気エネルギに変換可能なペルチェ素子を備えている。ペルチェ素子は、並んで配置されたｐ型熱電半導体３０ｂおよびｎ型熱電半導体３０ｃのそれぞれ一端側が電極３０ｄを介して接合されている。ｐ型熱電半導体３０ｂおよびｎ型熱電半導体３０ｃのそれぞれ他端側は、電極３０ｅおよび電極３０ｆがそれぞれ接合されている。
【００３２】
ｐ型熱電半導体３０ｂおよびｎ型熱電半導体３０ｃのそれぞれ一端側が加熱され、他端側との温度差が生じると、ペルチェ素子は、電極３０ｅから電極３０ｆに電流を流す。熱電変換素子３０ａは、例えば、直列に接続された複数のペルチェ素子から構成される。この熱電変換素子３０ａは、半導体製造技術を発展させた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により微小に製造可能である。
【００３３】
本実施形態では、熱電変換素子３０ａは、図１に示すように、中敷５６の全体に埋め込まれている。
【００３４】
導電部６０ａは、例えば、靴底５５をＡｌ等の導電性を有する材料で形成することで、形成することができる。このように、靴底５５をＡｌ等の導電性を有する材料で形成することで、導電部６０ａを地面等の接地電位に電気的に接続させることができるようになる。熱電変換素子３０ａは、例えば、導電部６０ａの導電性を有する表面に電気的に接続されている。なお、導電性を有する材料として比較的安価なＡｌを用いることで、製造コストを抑制することが可能となる。
【００３５】
監視部７０は、靴の中の状態（例えば、排熱靴５０の内部空間Ｓの状態、中敷５６や前面部５２等の状態など）をセンシングするセンサであり、公知の温度計や湿度計を用いることができる。なお、図１では、１つの監視部７０を排熱靴５０に配置したものを例示したが、監視部７０を排熱靴５０の複数個所に設け、各部位ごとに状態をセンシングするようにしてもよい。
【００３６】
制御部９０は、監視部７０の結果を受けて、靴の中の状態が所定の状態になるように発電部３０による熱から電気エネルギへの生成量を調整するものである。この際、監視部７０の結果と発電部３０による電気エネルギの生成量とを対応付けたデータベースに基づき制御部９０の制御を行うようにするのが好適である。こうすれば、より効率的に排熱靴５０内部の排熱を行うことができるようになる。
【００３７】
なお、監視部７０の結果を受けて、制御部９０が電気エネルギ排出部６０の動きを制御するようにしてもよい。ここでいう電気エネルギ排出部６０の動きとは、電気エネルギの排出量等のことである。この際、監視部７０の結果と電気エネルギ排出部６０の動きとを対応付けたデータベースに基づき制御部９０の制御を行うようにするのが好適である。こうすれば、より効率的に排熱靴５０内部の排熱を行うことができるようになる。
【００３８】
また、発電部３０で生成された電気エネルギを監視部７０や制御部９０に供給できるようにすることも可能である。
【００３９】
また、図１では、１つの発電部３０を排熱靴５０に配置したものを例示したが、電気エネルギ排出部６０へのエネルギを供給する発電部、監視部７０へ供給する発電部等、供給先ごとに別個の発電部を設けるようにしてもよい。
【００４０】
ところで、発電部３０と電気エネルギ排出部６０とは図示せぬ配線で接続されるようにすることが可能であるが、例えば、電気エネルギ排出部６０をつま先部５７に配置し、発電部３０を踵部５８に設けた場合など、電気エネルギ排出部６０と発電部３０との距離が離れていたり、配線による接続が難しかったりする場合には、無線で接続する構成を採用することもできる。また、監視部７０や制御部９０との接続も無線にすることも可能である。すなわち、各構成部（発電部３０、電気エネルギ排出部６０、監視部７０および制御部９０）の少なくとも１つの接続が無線となるように構成することが可能である。
【００４１】
そして、本実施形態では、発電部３０によって、排熱靴５０内の熱を電気エネルギに変換するようにしている。
【００４２】
この発電部３０は、最も発熱しやすい場所に配置するのが好ましい。本実施形態では、最も発熱しやすい場所である排熱靴５０の中央部５０ｃに少なくとも存在するように発電部３０を配置している。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態にかかる排熱靴５０は、熱エネルギから電気エネルギを生成する発電部３０と、発電部３０により生成された電気エネルギを外部に排出する電気エネルギ排出部６０と、を備えている。
【００４４】
このように、排熱靴５０内の熱を発電部３０によって電気エネルギに変換し、当該電気エネルギを電気エネルギ排出部６０から外部に排出させるようにすることで、排熱靴５０内に熱がこもってしまうのを抑制することができ、靴の中をひんやりさせるようにすることができる。
【００４５】
このとき、電気エネルギ排出部６０を、発電部３０によって生成された電気エネルギによって作動させるようにすることで、排熱効果の長寿命化を図ることができる。
【００４６】
また、電池を使わずに電気エネルギ排出部６０を作動させるようにすることで、電池の交換や充電等のメンテナンスが不要な排熱靴５０を得ることができるようになる。
【００４７】
また、本実施形態では、発電部３０が熱電変換素子３０ａを有している。そのため、半導体をマイクロマシニング技術により加工することで熱電変換素子３０ａを形成することができ、発電部３０の小型軽量化を図ることができ、排熱靴５０の重量が大きくなってしまうのをより抑制することができるようになる。
【００４８】
また、本実施形態では、靴内の状態を監視する監視部７０と、監視部７０の結果をうけて電気エネルギの排出を制御する制御部９０と、を備えている。そのため、より効率よく排熱を行うことができるようになる。また、排熱靴５０内の温度を適度な状態に保つことができるようになる。
【００４９】
また、発電部３０が、監視部７０および制御部９０のうち少なくともいずれか一方に電気エネルギを供給するようにすれば、監視部７０や制御部９０に外部から電気エネルギを供給するための部材を配置する必要がなくなり、構成の簡素化を図ることができる。
【００５０】
また、発電部３０と電気エネルギ排出部６０とを無線で接続するようにすれば、配線を用いる必要がなくなり、構成のさらなる簡素化を図ることができる上、発電部３０や電気エネルギ排出部６０の配置自由度を向上させることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
本実施形態にかかる排熱靴５０Ａは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしている。
【００５２】
すなわち、排熱靴５０Ａは、足を包む空間部Ｓを構成する底部５１と前面部５２と後面部５３と側面部５４とを備えている。そして、底部５１の下面側には靴底５５が接着されている。なお、本実施形態では、空間部Ｓ内の底部５１の上面に中敷が配置されていないものを例示している。
【００５３】
また、排熱靴５０Ａは、つま先（足の指）に対応する部位であるつま先部５７と、踵に対応する部位である踵部５８と、足の甲や土踏まずに対応する部位である甲部５９とに大別される。
【００５４】
さらに、本実施形態においても、排熱靴５０Ａは、発電部３０と、電気エネルギ排出部６０と、監視部７０と、制御部９０と、を有している。
【００５５】
また、本実施形態においても、電気エネルギ排出部６０は、発電部３０によって生成された電気エネルギによって作動するように構成されている。なお、本実施形態においても、ペルチェ素子を用いて発電部３０を構成している。
【００５６】
ここで、本実施形態の排熱靴５０Ａが上記第１実施形態の排熱靴５０と主に異なる点は、電気エネルギ排出部６０を、靴底５５の全体ではなく、中央部５０ｃのみに配置した点にある。
【００５７】
すなわち、本実施形態では、熱のこもりやすい中央部５０ｃ付近に電気エネルギ排出部６０を配置している。
【００５８】
具体的には、靴底５５の中央部５０ｃをＡｌ等の導電性を有する材料で形成することで導電部６０ａを形成し、導電部６０ａを地面等の接地電位に電気的に接続させることができるようにしている。なお、靴底５５のその他の部分は、導電性を有さない材料で形成することが可能である。
【００５９】
また、発電部３０は、電気エネルギ排出部６０に電気的に接続されていればよく、電気エネルギ排出部６０の上部のみに設けられている必要はない。
【００６０】
このように、電気エネルギ排出部６０を、靴底５５の全体ではなく、熱のこもりやすい中央部５０ｃのみに配置することによっても、より効率的に靴の排熱を行うことができる。
【００６１】
なお、図３では、中敷きが配置されていないものを例示したが、中敷を配置させるようにすることも可能である。
【００６２】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、電気エネルギ排出部６０を熱のこもりやすい中央部５０ｃに配置しているため、より効率よく、靴の排熱を行うことができる。
【００６４】
（第３実施形態）
本実施形態にかかる排熱靴５０Ｂは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしている。
【００６５】
すなわち、排熱靴５０Ｂは、足を包む空間部Ｓを構成する底部５１と前面部５２と後面部５３と側面部５４とを備えている。そして、底部５１の下面側には靴底５５が接着されている。また、本実施形態では、空間部Ｓ内の底部５１の上面に中敷５６が配置されている。
【００６６】
この排熱靴５０Ｂは、つま先（足の指）に対応する部位であるつま先部５７と、踵に対応する部位である踵部５８と、足の甲や土踏まずに対応する部位である甲部５９とに大別される。
【００６７】
さらに、本実施形態においても、排熱靴５０Ｂは、発電部３０と、電気エネルギ排出部６０と、監視部７０と、制御部９０と、を有している。
【００６８】
また、本実施形態においても、電気エネルギ排出部６０は、発電部３０によって生成された電気エネルギによって作動するように構成されている。
【００６９】
具体的には、本実施形態では、熱エネルギから電気エネルギを生成する発電部３０としての熱電変換素子３０ａと、熱電変換素子３０ａが生成した電気エネルギの一部を消費する抵抗Ｒと、熱電変換素子３０ａが生成した電気エネルギを外部に排出する電気エネルギ排出部６０としての導電部６０ａとを備えている。
【００７０】
また、本実施形態では、本実施形態では、熱電変換素子３０ａは、図４に示すように、中敷５６の全体に埋め込まれている。
【００７１】
ここで、本実施形態の排熱靴５０Ｂが上記第１実施形態の排熱靴５０と主に異なる点は、環境エネルギから電気エネルギを生成する第２発電部１を備え、当該第２発電部１が電気エネルギ排出部６０に電気エネルギを供給するようにした点にある。
【００７２】
すなわち、第２発電部１を排熱靴５０Ｂに配置するとともに、電気エネルギ排出部６０を第２発電部１と図示せぬ配線等で電気的に接続し、電気エネルギ排出部６０に供給される電気エネルギが第２発電部１で生成されるようにしている。
【００７３】
なお、監視部７０および制御部９０を、第２発電部１と図示せぬ配線等で電気的に接続し、第２発電部１が、監視部７０や制御部９０へのエネルギ供給も行えるようにすることもできる。なお、監視部７０および制御部９０のうち少なくともいずれか一方のみを第２発電部１と電気的に接続し、一方のみが第２発電部１からのエネルギ供給を行えるように構成してもよい。
【００７４】
また、図４では、１つの第２発電部１を排熱靴５０Ｂに配置したものを例示したが、電気エネルギ排出部６０へのエネルギを供給する第２発電部、監視部７０へ供給する第２発電部等、供給先ごとに別個の第２発電部を設けるようにしてもよい。
【００７５】
また、第２発電部１と電気エネルギ排出部６０との電気的接続は無線接続であってもよい。また、第２発電部１と監視部７０や制御部９０との接続も無線にすることも可能である。
【００７６】
すなわち、各構成部（第２発電部１、発電部３０、電気エネルギ排出部６０、監視部７０および制御部９０）の少なくとも１つの接続が無線となるように構成することが可能である。
【００７７】
そして、本実施形態では、第２発電部１によって、歩行によるエネルギ（環境エネルギ）を電気エネルギに変換するようにしている。したがって、原則として、排熱靴５０を履いて歩行をしているときだけ排熱するようになっており、靴の中敷に、接触冷汗性、吸湿性と放湿性が高い材料を封入した場合と比べて、長期に亘って排熱効果を奏することができるという効果が得られる。
【００７８】
この第２発電部１は、歩行時に最もエネルギを得られる場所に配置するのが好ましい。本実施形態では、最も大きい振動が得られる場所である踵部５８に第２発電部１を配置している。通常、歩行時には踵から着地するので、この踵部１８は着地時にも大きな振動が得られる場所である。また、第２発電部１は、靴底５５に配置されている。すなわち、第２発電部１は靴底５５の踵側に配置されている。
【００７９】
ここで、本実施形態では、ＭＥＭＳタイプの小型高出力デバイスを活用して第２発電部１を構成している。すなわち、半導体をマイクロマシニング技術により加工して形成されるＭＥＭＳタイプの小型高出力デバイスを用いて第２発電部１を構成している。
【００８０】
以下、第２発電部１の構成について、詳細に説明する。
【００８１】
第２発電部１を構成するＭＥＭＳタイプの小型高出力デバイスとしては、圧電型発電素子や電磁誘導型発電素子がある。
【００８２】
以下では、図５〜図１０を参照して圧電型発電素子１Ａ，１Ｂおよび電磁誘導型発電素子１Ｃ，１Ｄについて説明する。
【００８３】
まず、圧電型発電素子について説明する。
【００８４】
圧電型発電素子１Ａは、図５（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。
【００８５】
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５（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、周囲の流体の流れやカンチレバー部１２自身が押圧されること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。
【００８６】
支持部１１およびカンチレバー部１２は、支持部１１およびカンチレバー部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１５が形成されることにより、一体に形成される。スリット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。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スリット１５を流れたり、カンチレバー部１２自身が押圧されたりすることにより、カンチレバー部１２は自励振動する。なお、周囲の流体の流れによりカンチレバー部１２を自励振動させる場合、スリット１５が流体の流路として機能する。
【００８７】
支持部１１およびカンチレバー部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。
【００８８】
支持部１１は、基板１０Ａのうち、シリコン基板１０１と絶縁膜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、絶縁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。
【００８９】
支持部１１およびカンチレバー部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および第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。
【００９０】
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および第２絶縁膜１８２は、設けられなくてもよい。また、支持部１１の外周およ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。
【００９１】
圧電変換部１４は、図５（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、下部電極層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。
【００９２】
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、押圧や流体を利用した発電が可能となる。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ：Ｋ0.5Ｎａ0.5ＮｂＯ3）、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。また、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。さらに、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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
第１配線部１７１ａ、第２配線部１７１ｂ、第１パッド１７２ａおよび第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および第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および第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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
圧電型発電素子１Ａは、流体を利用した発電を行う場合には、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。例えば、本実施形態のように排熱靴６０に配置する場合には、歩行時に排熱靴６０の周囲に形成される空気（流体）が流れる方向と支持部１１の厚さ方向とが沿うように圧電型発電素子１Ａを配置することとなる。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および第２パッド１７２ｂから交流電圧を出力する。
【０１０３】
一方、カンチレバー部１２自身の押圧を利用した発電を行う場合には、圧電型発電素子１Ａは、上面側が押圧される側となるように配置される。例えば、本実施形態のように排熱靴６０に配置する場合には、踵部５８等、歩行時に足によってカンチレバー部１２の上面が押圧されるように圧電型発電素子１Ａを配置することとなる。この場合、歩行時における足による押圧および押圧解除により、カンチレバー部１２が上述したように変位し、圧電変換部１４が発電し、第１パッド１７２ａおよび第２パッド１７２ｂから交流電圧を出力する。
【０１０４】
なお、押圧を利用した発電を行う場合、圧電型発電素子１Ａにカンチレバー部１２を設ける必要はなく、歩行時に足によって押圧されるように圧電変換部１４を配置し、圧電変換部１４の押圧および押圧解除により圧電変換部１４を変位させて発電するようにしてもよい。
【０１０５】
また、圧電型発電素子は、支持部１１およびカンチレバー部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６に示すように、支持部１１の内側の側面およびカンチレバー部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。スリット１５および空隙部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の内側の側面およびカンチレバー部１２の側面は、例えば、スリット１５および空隙部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。
【０１０６】
スリット１５および空隙部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、スリット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。
【０１０７】
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５（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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
また、圧電型発電素子１Ａは、流体を利用した発電を行う場合には、図７（ａ），（ｂ）に示すように、圧電型発電素子１Ａのスリット１５に流れる流体を導入する導入部５０ａ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５０ｂとを備えるようにしてもよい。導入部５０ａおよび排出部５０ｂ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５０ａは支持部１１の上面に接するように設置され、排出部５０ｂは、支持部１１の下面に接するように形成される。導入部５０ａ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５０ｂ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５０ａの導入口および排出部５０ｂ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。
【０１１０】
導入部５０ａおよび排出部５０ｂは、圧電型発電素子１Ａのスリット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５０ａおよび排出部５０ｂ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。なお、圧電型発電素子１Ｂを用いた場合であっても、導入部５０ａおよび排出部５０ｂを備えるようにすることは可能である。
【０１１１】
次に、電磁誘導型発電素子について説明する。
【０１１２】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、図８（ａ），（ｂ）および図９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およびコイルブロック４が、磁石ブロック２およびコイルブロック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およびコイルブロック４の対向方向は、図８（ａ）における上下方向であり、規定方向は、図８（ｂ）における左右方向である。
【０１１３】
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およびコイルブロック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。
【０１１４】
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剛性に比べて小さい。
【０１１５】
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、発電効率の向上を図ることができる。
【０１１６】
弾性体部２２は、例えば、約１０〜３００ｎｍの幅および約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の幅およ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。
【０１１７】
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８および図９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。
【０１１８】
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および弾性体部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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、ストッパ部２０２および傾斜面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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
支持部２１、弾性体部２２および可動部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および可動部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。
【０１２７】
弾性体部２２および可動部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。
【０１２８】
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および可動部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。
【０１２９】
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２１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および第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２１と支持部２１との間に配置された枠状の第１スペーサ４１と、第２キャップ３１と支持部２１との間に配置された枠状の第２スペーサ４２とを備えている。
【０１３０】
平面視、第１キャップ３１および第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および第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。
【０１３１】
第１キャップ３１および第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および第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４１および第２スペーサ４２にそれぞれ接合される。第１キャップ３１および第２キャップ３２は、それぞれ、可動部２５および弾性体部２２等の構造に応じて、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２を介さず、直接支持部２１に固定されてもよい。
【０１３２】
第１スペーサ４１および第２スペーサ４２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４１および第２スペーサ４２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４１および第２スペーサ４２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。
【０１３３】
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４１および第２スペーサ４２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。
【０１３４】
図８および図９に示す例では、第１キャップ３１、第１スペーサ４１、支持部２１、第２スペーサ４２および第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、４１ａ、１１ａ、４２ａおよび３１ａがそれぞれ形成される。
【０１３５】
第１キャップ３１、第１スペーサ４１、支持部２１、第２スペーサ４２および第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、ねじおよ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２１、第１スペーサ４１、支持部２１、第２スペーサ４２および第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。
【０１３６】
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、振動部１２の減衰振動に応じた交流電圧を発生する。
【０１３７】
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および第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。
【０１３８】
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および第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。
【０１３９】
また、コイル４１は、例えば、第１キャップ３１および第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およびエッチング技術等により形成可能である。
【０１４０】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、第１キャップ３１および第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２１および第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。
【０１４１】
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、振動部１２の振動に応じた交流電圧である。
【０１４２】
電磁誘導型発電素子１Ｃは、可動部２３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を備えているが、可動部２５がコイルブロック４を保持し、第１キャップ３１および第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１５は、ゴムや樹脂などにより形成してもよい。
【０１４３】
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１０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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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磁石および第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６との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
電磁誘導型発電素子１Ｄの可動部２５、突出部２８、支持部２１および各弾性体部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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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および突出部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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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、発電効率および信頼性を向上できる。
【０１５６】
以上説明したように、本実施形態にかかる排熱靴５０Ｂは、歩行によるエネルギ（環境エネルギ）から電気エネルギを生成する第２発電部１を備え、当該第２発電部１が電気エネルギ排出部６０に電気エネルギを供給するようにしている。
【０１５７】
このように、電気エネルギが供給された時に電気エネルギ排出部６０を作動させるようにすることで、原則として、排熱靴５０を履いて歩行をしているときだけ排熱するようにでき、排熱効果の長寿命化を図ることができる。
【０１５８】
また、電池を使わずに、環境中のエネルギを用いた発電を用いて電気エネルギ排出部６０を作動させるようにすることで、電池の交換や充電等のメンテナンスが不要な排熱靴５０を得ることができるようになる。
【０１５９】
さらに、半導体をマイクロマシニング技術により加工することで第２発電部１を形成することで、電気エネルギ排出部６０に供給される電気エネルギを生成する第２発電部１の小型軽量化を図ることができ、排熱靴５０の重量が大きくなってしまうのをより抑制することができるようになる。
【０１６０】
また、本実施形態では、環境エネルギとして振動または押圧を用いるようにしているため、排熱靴５０を履いて歩行をしているときに発電を行うことができるようになる。すなわち、発電を行うための特別な動作を必要とせず、靴本来の働きを阻害することなく第２発電部１による発電を行えるようになる。
【０１６１】
また、第２発電部１が、監視部７０および制御部９０のうち少なくともいずれか一方に電気エネルギを供給するようにすれば、監視部７０や制御部９０に外部から電気エネルギを供給するための部材を配置する必要がなくなり、構成の簡素化を図ることができる。
【０１６２】
また、第２発電部１として、磁石２４を備えた磁石ブロック２と、コイル４１を備えたコイルブロック４とを有し、磁石ブロック２とコイルブロック４とが対向配置され、磁石ブロック２とコイルブロック４とが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位できるようにした電磁誘導型発電素子１Ｃ，１Ｄを用いれば、電磁誘導によって運動エネルギを電気エネルギに変換することができる。
【０１６３】
そして、電磁誘導型発電素子１Ｃ，１Ｄを、磁石ブロック２とコイルブロック４との一方を備えた可動部２５と、支持部２１と、可動部２５と支持部２１とを接続している弾性体部２２とを備える構成とすれば、容易に磁石ブロック２をコイルブロック４に対して振動させることができる。
【０１６４】
また、電磁誘導型発電素子１Ｃ，１Ｄでは、弾性体部２２を、規定方向における剛性が規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、規定方向における可動部２５の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けるようにしている。そのため、可動部２５の振動方向を規定方向に単方向化して規定方向と直交する方向への振動を低減することができる。すなわち、不要な振動成分の発生を低減することができるようになるため、発電効率を向上させることができる。また、個々の弾性体部２２に生じる応力を低減することができるようになるため、耐久性を向上させることができるようになるという利点もある。
【０１６５】
また、第２発電部１として、第１電極層（第１電極）１４１と、第１電極層（第１電極）１４１上に形成された圧電体層（圧電素子）１４２と、圧電体層（圧電素子）１４２の第１電極層（第１電極）１４１とは反対側に形成された第２電極層（第２電極）１４３と、を備える圧電型発電素子１Ａ，１Ｂを用いれば、流体や押圧を利用した発電を行うことができる。
【０１６６】
また、第２発電部１と電気エネルギ排出部６０とを無線で接続するようにすれば、配線を用いる必要がなくなり、構成のさらなる簡素化を図ることができる上、第２発電部１や電気エネルギ排出部６０の配置自由度を向上させることができる。
【０１６７】
また、本実施形態では、第２発電部１を踵部５８に配置しているため、歩行時により多くのエネルギを得ることができ、第２発電部１による発電効率をより向上させることができる。
【０１６８】
（第４実施形態）
本実施形態にかかる排熱靴５０Ｃは、基本的に上記第３実施形態と同様の構成をしている。
【０１６９】
すなわち、排熱靴５０Ｃは、足を包む空間部Ｓを構成する底部５１と前面部５２と後面部５３と側面部５４とを備えている。そして、底部５１の下面側には靴底５５が接着されている。なお、本実施形態では、空間部Ｓ内の底部５１の上面に中敷が配置されていないものを例示している。
【０１７０】
また、排熱靴５０Ｃは、つま先（足の指）に対応する部位であるつま先部５７と、踵に対応する部位である踵部５８と、足の甲や土踏まずに対応する部位である甲部５９とに大別される。
【０１７１】
さらに、本実施形態においても、排熱靴５０Ｃは、第２発電部１と、発電部３０と、電気エネルギ排出部６０と、監視部７０と、制御部９０と、を有している。
【０１７２】
また、本実施形態においても、電気エネルギ排出部６０は、発電部３０によって生成された電気エネルギによって作動するように構成されている。なお、本実施形態においても、ペルチェ素子を用いて発電部３０を構成している。
【０１７３】
また、電気エネルギ排出部６０は、第２発電部１と電気的に接続されており、電気エネルギ排出部６０に供給される電気エネルギが第２発電部１で生成されるようになっている。
【０１７４】
また、最も大きい振動が得られる場所である踵部５８に第２発電部１を配置している。
【０１７５】
そして、本実施形態においても、ＭＥＭＳタイプの小型高出力デバイスを活用して第２発電部１を構成している。すなわち、半導体をマイクロマシニング技術により加工して形成されるＭＥＭＳタイプの小型高出力デバイスを用いて第２発電部１を構成している。
【０１７６】
第２発電部１を構成するＭＥＭＳタイプの小型高出力デバイスとしては、圧電型発電素子１Ａ，１Ｂや電磁誘導型発電素子１Ｃ，１Ｄを用いることが可能である。
【０１７７】
ここで、本実施形態の排熱靴５０Ｃが上記第３実施形態の排熱靴５０Ｂと主に異なる点は、電気エネルギ排出部６０を、靴底５５の全体ではなく、中央部５０ｃのみに配置した点にある。
【０１７８】
すなわち、本実施形態では、熱のこもりやすい中央部５０ｃ付近に電気エネルギ排出部６０を配置している。
【０１７９】
具体的には、靴底５５の中央部５０ｃをＡｌ等の導電性を有する材料で形成することで導電部６０ａを形成し、導電部６０ａを地面等の接地電位に電気的に接続させることができるようにしている。なお、靴底５５のその他の部分は、導電性を有さない材料で形成することが可能である。
【０１８０】
また、発電部３０は、電気エネルギ排出部６０に電気的に接続されていればよく、電気エネルギ排出部６０の上部のみに設けられている必要はない。
【０１８１】
このように、電気エネルギ排出部６０を、靴底５５の全体ではなく、熱のこもりやすい中央部５０ｃのみに配置することによっても、より効率的に靴の排熱を行うことができる。
【０１８２】
なお、図１１では、中敷きが配置されていないものを例示したが、中敷を配置させるようにすることも可能である。
【０１８３】
以上の本実施形態によっても、上記第３実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【０１８４】
また、本実施形態によれば、電気エネルギ排出部６０を熱のこもりやすい中央部５０ｃに配置しているため、より効率よく、靴の排熱を行うことができる。
【０１８５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【０１８６】
例えば、第２発電部１で生成した電気エネルギを蓄電する蓄電部を排熱靴に設けるようにしてもよい。蓄電部は、例えば、第２発電部１で発生する交流電圧を整流するダイオードブリッジからなる全波整流回路と、この全波整流回路の出力端間に接続されたコンデンサとで構成することができる。また、蓄電部を、例えば、両波倍電圧整流回路により構成することもできる。すなわち、２個のダイオードと２個のコンデンサとをブリッジ接続させるようにしてもよい。
【０１８７】
このように、蓄電部を設けることで、第２発電部１で生成した電気エネルギを蓄電することができるため、使用していない状態の排熱靴の排熱を行うこともできるし、履いているが歩行していない状態における排熱靴の排熱を行うこともできるようになる。
【０１８８】
また、第２発電部１、発電部３０、電気エネルギ排出部６０、監視部７０および制御部９０の配置位置は、上記実施形態で示した場所に限定されるものではなく、排熱靴の任意の場所に配置することが可能である。また、これらの部材は、排熱靴の内部に埋め込まれていてもよいし、表面に露出していてもよい。
【０１８９】
また、靴底や空間部、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【０１９０】
１  第２発電部
２  磁石ブロック
４  コイルブロック
２１  支持部
２２  弾性体部
２４  磁石
２５  可動部
３０  発電部
４１  コイル
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ  排熱靴
５０ｃ  中央部
６０  電気エネルギ排出部
７０  監視部
９０  制御部
１４１  第１電極層（第１電極）
１４２  圧電体層（圧電素子）
１４３  第２電極層（第２電極）
【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】
2014171838.tif 000010
【図９】
2014171838.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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