(57)【要約】【課題】単位体積当たりの発電量の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供する。【解決手段】エネルギ変換装置１は、磁石ブロック３とコイルブロック４とが第１方向に直交する第２方向において相対的に変位できる。エネルギ変換装置１は、可動部１２と支持部１４との間に介在する弾性体部１５を備える。弾性体部１５は、第１方向に直交する面内で複数の梁を組み合わせた形状に形成されている。梁は、第２方向に沿ってｙ軸を規定し、ｙ軸に直交し且つ弾性体部１５に生じるモーメントが最大となるようにｚ軸を規定し、梁の軸線に直交する断面を軸断面と規定するとき、可動部１２が第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積よりも、モーメントが相対的に小さい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積が小さい。【選択図】図１
2014204483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を備えた磁石ブロックと、コイルを備えたコイルブロックと、を有し、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが第１方向で対向配置され、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが前記第１方向に直交する第２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運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部と、前記第１方向に直交する面内において前記可動部を囲む支持部と、前記可動部と前記支持部との間に介在する弾性体部と、を備え、前記可動部が前記弾性体部を介して前記支持部に支持され、前記弾性体部は、前記第１方向に直交する面内で複数の梁を組み合わせた形状に形成され、前記梁は、前記第２方向に沿ってｙ軸を規定し、ｙ軸に直交し且つ前記弾性体部に生じるモーメントが最大となるようにｚ軸を規定し、前記梁の軸線に直交する断面を軸断面と規定するとき、前記可動部が前記第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積よりも、モーメントが相対的に小さい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積が小さいことを特徴とするエネルギ変換装置。
【請求項２】
前記軸断面の面積を軸断面積と規定するとき、前記可動部が前記第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所における前記軸断面積よりも、前記モーメントが相対的に小さい箇所における前記軸断面積が小さいことを特徴とする請求項１記載のエネルギ変換装置。
【請求項３】
前記弾性体部は、つづら折れ状の形状、前記第２方向と前記第１方向とに直交する方向に長いループ部を備えた形状、網状の形状、ハニカム状の形状、開口部が千鳥状に並んだ形状、片持ち梁状の形状、両持ち梁状の形状、の群のいずれかの形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ変換装置。
【請求項４】
前記弾性体部は、前記複数の前記梁が、シリコンにより一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギ変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギ変換装置としては、例えば、電磁誘導作用により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有するエネルギ変換装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、エネルギ変換装置であるエネルギ供給ユニットを備えたモノリシック集積回路構造の一例として、図２６（ａ）、図２６（ｂ）に示すモノリシック集積回路構造１００（以下、「回路構造１００」という。）が記載されている。
【０００４】
回路構造１００は、シリコン基板１０１に、機能ユニットである温度センサ（図示せず）と、温度センサ（図示せず）に電気的エネルギを供給するエネルギ供給ユニットとが、モノリシックに設けられている。
【０００５】
回路構造１００は、シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１に組み込まれたインダクタとしての波形コイル１０３と、波形コイル１０３の上方で宙に浮いた状態で設けられた永久磁石としてのニッケル櫛構造１０２と、ニッケル櫛構造１０２とシリコン基板１０１とを連結する第１のバネ素子１０４及び第２のバネ素子１０５と、を備えている。回路構造１００は、ニッケル櫛構造１０２と波形コイル１０３とで、エネルギ供給ユニットを構成している。図２６（ａ）は、ニッケル櫛構造１０２が、零運動位置にある状態を示している。図２６（ｂ）は、ニッケル櫛構造１０２が、図２６（ｂ）の上方に最大限に移動している状態を示している。図２６（ａ）では、矢印１０６により、ニッケル櫛構造１０２が運動可能な運動方向を示してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９７０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回路構造１００では、第１のバネ素子１０４及び第２のバネ素子１０５それぞれが破壊に至らずに第１のバネ素子１０４、第２のバネ素子１０５に蓄積できるエネルギを大きくするのが難しかった。
【０００８】
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、単位体積当たりの発電量の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエネルギ変換装置は、磁石を備えた磁石ブロックと、コイルを備えたコイルブロックと、を有し、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが第１方向で対向配置され、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが前記第１方向に直交する第２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運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部と、前記第１方向に直交する面内において前記可動部を囲む支持部と、前記可動部と前記支持部との間に介在する弾性体部と、を備え、前記可動部が前記弾性体部を介して前記支持部に支持され、前記弾性体部は、前記第１方向に直交する面内で複数の梁を組み合わせた形状に形成され、前記梁は、前記第２方向に沿ってｙ軸を規定し、ｙ軸に直交し且つ前記弾性体部に生じるモーメントが最大となるようにｚ軸を規定し、前記梁の軸線に直交する断面を軸断面と規定するとき、前記可動部が前記第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積よりも、モーメントが相対的に小さい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積が小さいことを特徴とする。
【００１０】
このエネルギ変換装置において、前記軸断面の面積を軸断面積と規定するとき、前記可動部が前記第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所における前記軸断面積よりも、前記モーメントが相対的に小さい箇所における前記軸断面積が小さいことが好ましい。
【００１１】
このエネルギ変換装置において、前記弾性体部は、つづら折れ状の形状、前記第２方向と前記第１方向とに直交する方向に長いループ部を備えた形状、網状の形状、ハニカム状の形状、開口部が千鳥状に並んだ形状、片持ち梁状の形状、両持ち梁状の形状、の群のいずれかの形状に形成されていることが好ましい。
【００１２】
このエネルギ変換装置において、前記弾性体部は、前記複数の前記梁が、シリコンにより一体に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエネルギ変換装置においては、単位体積当たりの発電量の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は、実施形態のエネルギ変換装置の概略断面図である。図１（ｂ）は、実施形態のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。
【図２】図２は、実施形態のエネルギ変換装置の概略斜視図である。
【図３】図３は、実施形態のエネルギ変換装置の概略分解斜視図である。
【図４】図４は、実施形態のエネルギ変換装置の要部概略斜視図である。
【図５】図５は、実施形態のエネルギ変換装置の他の要部概略斜視図である。
【図６】図６は、実施形態のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。
【図７】図７は、実施形態のエネルギ変換装置における入力機構の構成例の説明図である。
【図８】図８は、実施形態のエネルギ変換装置における入力機構の他の構成例の説明図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、実施形態のエネルギ変換装置の動作説明図である。
【図１０】図１０（ａ）は、弾性体部の第１基準構造の概略平面図である。図１０（ｂ）は、第１基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、弾性体部の第２基準構造の概略平面図である。図１１（ｂ）は、第２基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、弾性体部の第３基準構造の概略平面図である。図１２（ｂ）は、第３基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、弾性体部の第４基準構造の概略平面図である。図１３（ｂ）は、第４基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、弾性体部の第５基準構造の概略平面図である。図１４（ｂ）は、第５基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１５】図１５（ａ）は、弾性体部の第６基準構造の概略平面図である。図１５（ｂ）は、第６基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、弾性体部の第７基準構造の概略平面図である。図１６（ｂ）は、第７基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１７】図１７（ａ）は、弾性体部の第８基準構造の概略平面図である。図１７（ｂ）は、第８基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、弾性体部の第９基準構造の概略平面図である。図１８（ｂ）は、第９基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図１９】図１９（ａ）は、弾性体部の第１０基準構造の概略平面図である。図１９（ｂ）は、第１０基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図２０】図２０（ａ）は、弾性体部の第１１基準構造の概略平面図である。図２０（ｂ）は、第１１基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図２１】図２１（ａ）は、弾性体部の第１２基準構造の概略平面図である。図２１（ｂ）は、第１２基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図２２】図２２（ａ）は、弾性体部の第１３基準構造の概略平面図である。図２２（ｂ）は、第１３基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図２３】図２３（ａ）は、弾性体部の第１４基準構造の概略平面図である。図２３（ｂ）は、第１４基準構造に基づく弾性体部の概略平面図である。
【図２４】図２４は、実施形態のエネルギ変換装置の第１変形例の要部概略平面図である。
【図２５】図２５は、実施形態のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略平面図である。
【図２６】図２６（ａ）、（ｂ）は、従来例のモノリシック集積回路構造の２つの異なる振動状態における平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１について図１〜図７に基づいて説明する。
【００１６】
エネルギ変換装置１は、電磁誘導型の発電装置ＥＨを備えている。
【００１７】
発電装置ＥＨは、磁石２を備えた磁石ブロック３と、コイル４ａを備えたコイルブロック４と、を有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが第１方向（図１（ａ）の上下方向）で対向配置されている。この発電装置ＥＨは、磁石ブロック３とコイルブロック４とが上記第１方向に直交する第２方向（図１（ａ）の左右方向）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運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。
【００１８】
発電装置ＥＨは、磁石ブロック３を備えた可動部１２と、上記第１方向に直交する面内において可動部１２を囲む支持部１４と、可動部１２と支持部１４との間に介在する弾性体部１５と、を備える。ここで、発電装置ＥＨは、可動部１２が弾性体部１５を介して支持部１４に支持されている。これにより、発電装置ＥＨは、可動部１２が上記第２方向に振動可能となっている。
【００１９】
発電装置ＥＨは、上述の可動部１２と支持部１４と弾性体部１５とを有する振動ブロック１１を備えている。弾性体部１５は、上記第２方向におけるばね定数が上記第２方向に直交する方向のばね定数よりも小さくなるように構成されている。これにより、エネルギ変換装置１は、図１（ａ）でみれば、可動部１２の振動方向が上記第２方向である左右方向に単方向化され、図１（ａ）の上下方向や図１（ａ）の紙面に直交する方向等への振動が抑制される。よって、エネルギ変換装置１は、不要な振動成分の発生を抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００２０】
また、発電装置ＥＨは、振動ブロック１１の厚み方向の一面（第１面）側に配置される第１キャップ２１と、振動ブロック１１の厚み方向の他面（第２面）側に配置される第２キャップ３１と、を備えている。発電装置ＥＨは、第１キャップ２１及び第２キャップ３1の各々に、コイルブロック４が１つずつ保持されている。また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置された第１スペーサ４１と、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置された第２スペーサ４２と、を備えている。
【００２１】
エネルギ変換装置１の各構成要素については、以下に詳細に説明する。
【００２２】
振動ブロック１１は、支持部１４の平面視形状をＣ字状としてある。ここで、振動ブロック１１は、互いに対向する２つの端面１４ｅ、１４ｅを有している。
【００２３】
また、振動ブロック１１は、支持部１４の内側に、可動部１２が配置されている。可動部１２は、支持部１４の内側面から離れて配置されている。可動部１２は、可動部本体１３を備えている。可動部１２は、可動部本体１３の平面視形状を枠状としてあり、可動部本体１３の内側に磁石ブロック３が配置されている。磁石ブロック３は、可動部本体１３に固定されている。
【００２４】
可動部本体１３の内周形状は、矩形状である。磁石ブロック３の外周形状は、可動部本体１３の内周形状よりも若干小さな矩形状としてある。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法としては、例えば、接着剤により固定する方法を採用することができる。この場合には、磁石ブロック３の外周面と可動部本体１３の内側面との間に接着剤からなる接合部が介在することになる。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、これに限らず、例えば、磁石ブロック３と可動部本体１３との間の隙間に別部材を圧入することで固定する方法等を採用することができる。また、磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、可動部本体１３の外側面側から螺子により固定する方法を採用することもできる。
【００２５】
可動部本体１３の外周形状は、矩形状としてあるが、これに限らず、例えば、他の多角形状等としてもよい。また、可動部１２は、可動部本体１３の外側面から上記第２方向に沿って突出する突出部１８を備えている。突出部１８における幅方向の各側面の各々と、各側面の各々に対向する支持部１４の端面１４ｅ、１４ｅとの間には、隙間が形成されている。突出部１８は、可動部本体１３に一体に形成されているが、これに限らず、可動部本体１３に接着剤等により固定してもよい。
【００２６】
磁石ブロック３は、複数個（例えば、４個）の磁石２を備えており、これら複数個の磁石２が上記第２方向に並んで配置されている。つまり、磁石ブロック３は、複数個の磁石２がアレイ状に配置されている。磁石２は、永久磁石により構成することが好ましい。永久磁石の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライト等を採用することができる。
【００２７】
磁石２は、短冊状に形成されている。また、磁石２は、厚み方向の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。磁石２を構成する永久磁石は、例えば、磁石材料を切削、研磨等で整形加工した後、パルス着磁法等によって着磁することにより、形成することができる。
【００２８】
磁石ブロック３は、複数個の磁石２の各々の幅方向が上記第２方向に一致するように、各磁石２が配置されている。また、磁石ブロック３は、この磁石ブロック３の厚み方向の両面側それぞれで、上記第２方向においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、複数個の磁石２が配置されている。要するに、磁石ブロック３は、上記第２方向において隣り合う磁石２同士の磁化の向きを逆向きとしてある。なお、磁石ブロック３は、複数個の磁石２が１次元のアレイ状に配置されているが、これに限らず、例えば、２次元のアレイ状に配置された構成としてもよい。
【００２９】
振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と弾性体部１５とを、例えば、基板１０から形成することができる。この基板１０としては、磁力線に対して低減衰で且つ電気絶縁性を有する絶縁性基板が好ましく、例えば、高抵抗率のシリコン基板を用いることができる。高抵抗率のシリコン基板は、例えば、抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０００Ωｃｍ以上であることがより好ましい。
【００３０】
基板１０としてシリコン基板を用いた場合、振動ブロック１１は、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び弾性体部１５の材料がシリコンとなる。このような振動ブロック１１は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術を利用して製造することができる。この場合、振動ブロック１１では、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び弾性体部１５を一体に形成することができる。要するに、振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。これにより、振動ブロック１１を形成する際に、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び弾性体部１５のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。
【００３１】
また、弾性体部１５と可動部本体１３及び支持部１４とが接着用の樹脂からなる接続部で接続されている場合には、可動部１２の振動時に振動エネルギが接続部において熱エネルギとなって損なわれる。これに対して、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、弾性体部１５と可動部本体１３、突出部１８及び支持部１４とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、可動部１２の振動時のエネルギ損失を低減することが可能となる。よって、エネルギ変換装置１としては、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。なお、基板１０の材料に関して、磁力線に対して影響を及ぼさないという点では、比透磁率が低いほうが好ましい。
【００３２】
基板１０は、高抵抗率のシリコン基板に限らず、例えば、高抵抗率のＳＯＩ（Siliconon Insulator）基板等を用いることができる。また、振動ブロック１１は、基板１０の材料や抵抗率に応じて、適宜の絶縁膜を設けてもよい。
【００３３】
振動ブロック１１は、上記第２方向における可動部１２の両側の各々に、弾性体部１５が２つずつ設けられている。振動ブロック１１は、上記第２方向における可動部１２の両側それぞれにおける弾性体部１５の数を特に限定するものではなく、１つでも複数でもよい。また、振動ブロック１１は、可動部１２の両側で弾性体部１５の数が異なってもよい。
【００３４】
弾性体部１５は、上述のように、上記第２方向におけるばね定数が上記第２方向に直交する方向のばね定数よりも小さくなるように構成されている。したがって、弾性体部１５は、上記第２方向における剛性が上記第２方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２の振動方向を上記第２方向に単方向化することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００３５】
弾性体部１５のばね定数は、弾性体部１５の形状や材料等を適宜設定することにより、調整することができる。なお、ばね定数の測定に関しては、例えば、支持部１４を冶具で固定した後、微小引張試験機、あるいはフォースゲージとμメータとを組み合わせたものを用いることができる。この場合には、可動部１２に対して上記第１方向、上記第２方向、上記第１方向と上記第２方向とに直交する第３方向それぞれの力を加えたときの変位を測定することで、ばね定数を算出することができる。
【００３６】
弾性体部１５は、上記第２方向と上記第１方向とに直交する方向に長いループ部１５ｄを備えた形状としてある。弾性体部１５は、複数のループ部１５ｄを備え、これら複数のループ部１５ｄが上記第２方向に並んでいる。弾性体部１５は、隣り合うループ１５ｄ同士が、上記第２方向に沿った直線状の部位で繋がれている。
【００３７】
弾性体部１５は、上記第２方向における一端部が支持部１４に連結され、上記第２方向における他端部が可動部１２に連結されている。弾性体部１５は、ばねを構成している。
【００３８】
弾性体部１５の材料は、半導体であるシリコンや金属等を採用することができるが、金属よりもシリコンであることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５の材料が金属である場合に比べて、弾性体部１５での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減することが可能となるから、エネルギ変換効率の向上を図れる。
【００３９】
弾性体部１５の材料としては、シリコンに限らず、例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４等）、鋼、銅、銅合金（真鍮、ベリリウム銅）、チタン合金、アルミニウム合金、炭素、ガラス等を採用することができる。
【００４０】
弾性体部１５の材料は、対数減衰率の低い材料が好ましく、例えば、対数減衰率が０．０４以下の材料が好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５において振動エネルギのうち熱エネルギに変換される量を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。
【００４１】
下記の表１には、各種材料の対数減衰率の値を例示してある。表１中の数値は、参考文献１（“材料の振動減衰能  データブック”、２００７年、日本学術振興会「材料の微細組織と機能性」委員会編）に基づいた値である。ただし、ＳＵＳ３０４の対数減衰率に関しては、組成が近いＦｅ−２２．５％Ｃｒの値を引用してある。また、ベリリウム銅の対数減衰率に関しては、銅及びベリリウムそれぞれの値を引用してある。炭素、ガラスの対数減衰率の値は、それぞれ、０．０８、０．０００６である。これらの数値は、参考文献１に基づいた数値である。
【００４２】
【表１】
2014204483.tif 000003
上述の対数減衰率が０．０４以下の材料とは、表１から分かるように、銅の対数減衰率以下の対数減衰率となる材料を意味している。なお、対数減衰率をδ、振動の１周期当たりの振動エネルギ損失率をΔＷ／Ｗとすれば、対数減衰率δは、下記の（１）式で表わすことができる。
【００４３】
【数１】
2014204483.tif 000004
エネルギ変換装置１は、弾性体部１５の材料がシリコンであれば、金属である場合に比べて、弾性体部１５の耐久性を向上させることが可能となる。また、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５の材料が、シリコンであることにより、上述の基板１０としてシリコン基板を採用し、ＭＥＭＳ等の製造技術を利用して各々が基板１０の一部からなる各弾性体部１５を形成することが可能となる。
【００４４】
ＭＥＭＳ等の製造技術を利用する場合には、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して基板１０をバルクマイクロマシニングすることにより、弾性体部１５を寸法精度良く形成することが可能となる。
【００４５】
弾性体部１５は、可動部本体１３及び支持部１４と一体に形成してもよいし、別体に形成してもよい。弾性体部１５が支持部１４と別体である場合には、例えば、図４に示すように、支持部１４の内側面に、弾性体部１５の一端部に設けた第１取付部１５ｂを位置決めする凹部１４ｇ（以下、「第１凹部１４ｇ」という。）を設けておけばよい。弾性体部１５が可動部本体１３と別体である場合には、例えば、図５に示すように、可動部本体１３の外側面に、弾性体部１５の他端部に設けた第２取付部１５ｃを位置決めする凹部１３ｇ（以下、「第２凹部１３ｇ」という。）を設けておけばよい。そして、振動ブロック１１の製造時には、第１凹部１４ｇに第１取付部１５ｂを位置決めしてから接着剤で固定し、また、第２凹部１３ｇに第２取付部１５ｃを位置決めしてから接着剤で固定すればよい。接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂等を採用することができる。第１取付部１５ｂ及び第２取付部１５ｃの形状は、Ｔ字状としてあるが、特に限定するものではない。また、第１取付部１５ｂと第２取付部１５ｃとは、形状が異なっていてもよい。第１凹部１４ｇ及び第２凹部１３ｇの形状は、Ｔ字状としてあるが、特に限定するものではない。また、第１凹部１４ｇと第２凹部１３ｇとは、形状が異なっていてもよい。
【００４６】
可動部本体１３の厚み寸法は、弾性体部１５を構成するばねの幅寸法（図１（ａ）の上下方向の寸法）と同じに設定してあるが、これに限らず、可動部１２の所望の質量等に基づいてばねの幅寸法よりも大きくしてもよい。また、可動部本体１３の厚み寸法は、ばねの幅寸法よりも小さくしてもよく、この場合、ばねの上記第１方向の剛性を高くすることが可能となる。つまり、この場合は、ばねの上記第１方向のばね定数を小さくすることが可能となる。
【００４７】
弾性体部１５のより詳細な構造については、後述する。
【００４８】
発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１の形状と第２スペーサ４２の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２は、平面視形状をＣ字状としてある。また、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
【００４９】
第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂、セラミック、シリコン等を採用することができる。第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々の材料としてシリコンを採用した場合は、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々と振動ブロック１１の支持部１４との接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法等を採用することができる。
【００５０】
第１キャップ２１及び第２キャップ３１の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
【００５１】
発電装置ＥＨは、第１キャップ２１の形状と第２キャップ３１の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
【００５２】
第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂、セラミック、シリコン等を採用することができる。第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々の材料としてシリコンを採用した場合は、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１キャップ２１及び第２キャップ３１と、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２それぞれとの接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法等を採用することができる。また、発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２を設けずに、第１キャップ２１及び第２キャップ３１を振動ブロック１１に固定した構成としてもよい。
【００５３】
発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と第１スペーサ４１と振動ブロック１１と第２スペーサ４２と第２キャップ３１とを、複数個（例えば、４個）のねじ（図示せず）により固定するようにしてもよいし、接着剤により固定するようにしてもよいし、固定部材として、ねじと接着剤とを併用してもよい。また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２及び第２キャップ３１それぞれからなる部材のうち、発電装置ＥＨの厚み方向において隣り合う部材同士に、相互に嵌合可能な構造を設けて嵌合させることで固定するようにしてもよい。
【００５４】
発電装置ＥＨは、図３に示すように、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２及び第２キャップ３１それぞれの四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａ及び３１ａをそれぞれ形成してある。各貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａ及び３１ａの平面視での開口形状は、円形状としてある。
【００５５】
コイルブロック４は、複数個（例えば、５個）のコイル４ａを備えている。これら複数個のコイル４ａは、上記第２方向に並んで配置され接着剤によりブロック化されている。要するに、コイルブロック４は、コイル４ａがアレイ状に配置されたコイルアレイにより構成されている。また、磁石ブロック３は、磁石２がアレイ状に配置された磁石アレイにより構成されている。コイルブロック４のコイル４ａの数は、磁石ブロック３の磁石２の数より１だけ多いほうが好ましい。要するに、磁石ブロック３の磁石２の数をｍ（ｍは自然数）とすれば、コイルブロック４のコイル４ａの数は、ｍ＋１とすることが好ましい。また、コイルブロック４におけるコイル４ａのピッチと、磁石ブロック３における磁石２のピッチとは同じであることが好ましい。また、コイルブロック４は、対向する磁石ブロック３において隣り合う磁石２同士の境界とコイル４ａの中心線（口軸）とが同一平面上に揃うように各コイル４ａが配置されていることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。
【００５６】
コイル４ａは、芯材４ｂに巻回されたコイル線材により構成されている。コイル線材としては、絶縁被覆付きの銅線を採用することができる。コイル線材は、巻線機により芯材４ｂに巻き付けて接着剤等により固定されている。芯材４ｂの材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂や、セラミック等の絶縁性材料を採用することが好ましい。銅線を被覆する絶縁膜の材料としては、例えば、ウレタン、ホルマール、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド等を採用することができる。
【００５７】
芯材４ｂは、短冊状に形成されている。芯材４ｂは、厚み方向が上記第２方向に一致し、幅方向が振動ブロック１１の厚み方向に一致し、長手方向が平面視において上記第２方向に直交する方向に一致するように配置されている。
【００５８】
コイルブロック４は、磁石ブロック３との対向面側が平坦化されるように、各コイル４ａを、各芯材４ｂの各々の幅方向における磁石ブロック３側の一端部に巻回してある。
【００５９】
第１キャップ２１に保持されるコイルブロック４（以下、「第１コイルブロック４Ａ」ともいう。）は、各芯材４ｂの幅方向における他端部を、第１キャップ２１に形成された複数の位置決め用の貫通孔２１ｃの各々に挿入し固定してある。第１キャップ２１に第１コイルブロック４Ａを組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第１キャップ２１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、第１コイルブロック４Ａは、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり、磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。
【００６０】
また、第２キャップ３１に保持されるコイルブロック４（以下、「第２コイルブロック４Ｂ」ともいう。）は、各芯材４ｂの各々の幅方向における他端部を、第２キャップ３１に形成された複数の位置決め用の貫通孔３１ｃの各々に挿入し固定してある。第２キャップ３１に第２コイルブロック４Ｂを組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第２キャップ３１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、第２コイルブロック４Ｂは、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり、磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。
【００６１】
コイルブロック４において隣り合うコイル４ａ同士は、第１の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第１の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペースト等を採用することができる。隣り合うコイル４ａ同士は、それぞれ逆巻き方向となるように直列接続されている。
【００６２】
第１コイルブロック４Ａの両端のコイル４ａそれぞれにおいて隣り合うコイル４ａに接続されていない側の線端部は、第１キャップ２１に設けられた電極（図示せず）に電気的に接続されている。第２コイルブロック４Ｂの両端のコイル４ａそれぞれにおいて隣り合うコイル４ａに接続されていない側の線端部は、第２キャップ３１に設けられた電極（図示せず）に電気的に接続されている。線端部と電極とは、第２の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第２の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペースト等を採用することができる。第２の導電性接合材としては、金属製のねじ等を用いてもよい。
【００６３】
発電装置ＥＨは、各コイル４ａの各々が芯材４ｂを備えている（つまり、各コイル４ａの各々は、いわゆる有芯コイルである）が、芯材４ｂを備えていないもの（いわゆる空芯コイル）でもよい。芯材４ｂを備えない構成とする場合には、例えば、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々に、各コイル４ａを各別に位置決めする複数のリブ（突起）を設ければよい。この場合には、例えばリブにコイル４ａが巻装された状態で、リブとコイル４ａとを接着剤等で接着すればよい。
【００６４】
また、各コイル４ａの各々は、例えば、平面コイルにより構成してもよい。この場合には、例えば、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々に、平面コイルを形成すればよい。
【００６５】
平面コイルの材料としては、例えば、銅、金、銀等を採用することができる。また、平面コイルの材料としては、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライト等を採用してもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して形成することができる。
【００６６】
発電装置ＥＨは、可動部１２の上記第２方向への振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。発電装置ＥＨの開放電圧は、可動部１２の振動に応じた交流電圧となる。
【００６７】
エネルギ変換装置１は、上述のように、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置された第１スペーサ４１を備えている。これにより、エネルギ変換装置１は、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップ長を第１スペーサ４１の厚みで規定することが可能となる。したがって、エネルギ変換装置１は、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。エネルギ変換装置１は、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１に第１スペーサ４１が一体に形成された構成でもよい。要するに、エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１が、第１コイルブロック４Ａと可動部１２との間に所定の隙間を確保するスペーサの機能を備えていてもよい。
【００６８】
また、エネルギ変換装置１は、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置された第２スペーサ４２を備えている。これにより、エネルギ変換装置１は、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップ長を第２スペーサ４２の厚みで規定することが可能となる。したがって、エネルギ変換装置１は、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。エネルギ変換装置１は、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。エネルギ変換装置１は、第２キャップ３１に第２スペーサ４２が一体に形成された構成でもよい。要するに、エネルギ変換装置１は、第２キャップ３１が、第２コイルブロック４Ｂと可動部１２との間に所定の隙間を確保するスペーサの機能を備えていてもよい。
【００６９】
また、エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１及び第２キャップ３1の各々に、コイルブロック４が保持されている。これにより、エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１と第２キャップ３１との一方のみにコイルブロック４が保持されている場合に比べて、エネルギ変換効率の向上を図れる。
【００７０】
また、エネルギ変換装置１は、第１コイルブロック４Ａにおける複数個のコイル４ａの直列回路と、第２コイルブロック４Ｂにおける複数個のコイル４ａの直列回路とを直列接続することで、出力を高めることも可能となる。
【００７１】
エネルギ変換装置１は、発電装置ＥＨのみで構成してもよいが、これに限らず、例えば、図６に示すように、可動部１２を上記第２方向に沿って変位させるための入力機構５ａを備えた構成とすることができる。また、エネルギ変換装置１は、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５ａに接続された第２磁性材料部６と、を備え、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により可動部１２を変位可能とするように構成することができる。
【００７２】
第１磁性材料部７は、第１磁石もしくは第１磁性体のいずれかにより構成することができる。また、第２磁性材料部６は、第２磁性体もしくは第２磁石のいずれかにより構成することができる。第１磁性体及び第２磁性体の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等を採用することができる。また、第１磁石及び第２磁石の材料としては、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）、フェライト等を採用することができる。
【００７３】
図６では、エネルギ変換装置１において、第１磁性材料部７を第１磁性体により構成し、第２磁性材料部６を第２磁石により構成した場合を例示してある。この場合、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向である
エネルギ変換装置１は、入力機構５ａに外力を与えることで可動部１２を上記第２方向に沿って変位させた後で、第２磁性材料部６が第１磁性材料部７から離れれば、可動部１２が減衰振動するので、この減衰振動に応じた交流電圧を発生する。エネルギ変換装置１は、入力機構５ａに外力を与えることで可動部１２を上記第２方向に沿って変位させることにより、弾性体部１５に、この弾性体部１５の変形に応じたエネルギを蓄積させることが可能となる。
【００７４】
第１磁性材料部７は、可動部１２の突出部１８の先端面に、接着剤により接続されている。第１磁性材料部７の平面視形状は、矩形状としてある。
【００７５】
エネルギ変換装置１は、発電装置ＥＨが実装される実装基板８を備えており、入力機構５ａが、実装基板８に固定されている。これにより、エネルギ変換装置１は、発電装置ＥＨと入力機構５ａとの相対的な位置関係を規定することができる。
【００７６】
実装基板８としては、例えば、プリント配線板等の回路基板を採用することができる。
【００７７】
入力機構５ａは、実装基板８に固定される円柱状の回動軸５１と、この回動軸５１に回動自在に保持された回動部本体５２と、回動部本体５２から突出された操作部５３と、回動部本体５２から操作部５３とは反対側に突出された突出部５４と、を備えている。操作部５３は、例えば、エネルギ変換装置１の使用者等が指等で操作可能な大きさに形成されている。操作部５３と回動部本体５２と突出部５４とは、例えば、樹脂により形成することができる。第２磁性材料部６は、突出部５４の先端面に接続されている。突出部５４と第２磁性材料部６とは、接着剤により接続されている。第２磁性材料部６の平面視形状は、矩形状としてある。
【００７８】
入力機構５ａは、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とが一直線上に配置されている。ここで、入力機構５ａは、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とを結ぶ直線が上記第２方向と略直交するように配置されている。
【００７９】
入力機構５ａは、例えば、図７に示すように、ねじりコイルばねからなる復帰ばね５５を備えている。復帰ばね５５は、回動部本体５２内で回動軸５１を囲むように配置されており、一端部５５ａが実装基板８に固定され、他端部５５ｂが操作部５３に固定されている。
【００８０】
図７に示した入力機構５ａは、初期位置にある操作部５３に対して復帰ばね５５のばね力に抗して外力を与えることにより、上記第２方向に沿って突出部５４が突出部１８（図１（ｂ）参照）から離れる向きへ変位する。そして、入力機構５ａは、操作部５３へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね５５のばね力によって、操作部５３が初期位置に戻るようになっている。
【００８１】
入力機構５ａは、図７の構成に限らず、例えば、図８に示す構成を採用することもできる。図８に示した入力機構５ａは、コイルスプリングからなる復帰ばね５６を備えている。復帰ばね５６は、操作部５３と操作部５３に対向する固定部５７との間に保持されている。固定部５７は、実装基板８に固定されている。
【００８２】
図８に示した入力機構５ａは、初期位置にある操作部５３に対して復帰ばね５６のばね力に抗して外力を与えることにより、上記第２方向に沿って突出部５４が突出部１８から離れる向きへ変位する。そして、入力機構５ａは、操作部５３へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね５６のばね力によって、操作部５３が初期位置に戻るようになっている。
【００８３】
振動ブロック１１は、支持部１４に、上記第２方向への可動部１２の変位量を規定値に制限するストッパ部（図示せず）を設けてもよい。これにより、エネルギ変換装置１では、入力機構５ａに外力を与えて可動部１２を上記第２方向へ変位させる際に、可動部１２の変位量を規定値に制限することが可能となるから、弾性体部１５の蓄積エネルギを略一定値とすることが可能となる。これにより、エネルギ変換装置１では、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となる。
【００８４】
エネルギ変換装置１の動作の一例について図９に基づいて説明するが、図９は、上述のように、第２磁性材料部６が第２磁石により構成され、第１磁性材料部７が第１磁性体により構成されている場合の動作例を説明するためのものである。
【００８５】
図９（ａ）に示すように操作部５３が初期位置にある状態では、第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に発生している磁力により第２磁性材料部６に第１磁性材料部７が吸着されている。エネルギ変換装置１は、初期位置にある操作部５３に対して、操作部５３が発電装置ＥＨに近づく向き（図９（ａ）中の矢印の向き）の外力が与えられると、図９（ｂ）の矢印で示すように、操作部５３及び突出部５４が反時計回りに回動する。この際、エネルギ変換装置１は、可動部１２が弾性体部１５のばね力に抗して移動し、第１磁性材料部７が第２磁性材料部６に吸着された状態が維持される。なお、図９（ｂ）において入力機構５ａに付した矢印は、入力機構５ａの回動方向を示している。
【００８６】
そして、エネルギ変換装置１は、操作部５３が更に回動され、弾性体部１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなると、図９（ｃ）に示すように第１磁性材料部７が第２磁性材料部６から離れ、可動部１２が上記第２方向に沿って振動する。この振動は、減衰振動である。なお、図９（ｃ）において、可動部１２に付した矢印は、可動部１２の振動方向を示している。また、図９（ｃ）において、入力機構５ａに付した矢印は、入力機構５ａの回動方向を示している。
【００８７】
その後、入力機構５ａへ外力を与えるのを止めると、入力機構５ａは、復帰ばね５５のばね力によって初期位置に戻る。なお、図９（ｄ）において入力機構５ａに付した矢印は、入力機構５ａの回動方向を示している。
【００８８】
エネルギ変換装置１は、操作部５３を初期位置から第１所定角（例えば、５°）だけ回動させたときに可動部１２が上記規定値だけ変位し、操作部５３を初期位置から第２所定角（例えば、１０°）だけ回動させたときに弾性体部１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなるように、弾性体部１５のばね力を設計してある。第１所定角及び第２所定角は、特に限定するものでないが、第２磁性材料部６が上記第２方向に沿った一直線上で変位するように設計することが好ましい。
【００８９】
エネルギ変換装置１は、入力機構５ａと、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５ａに接続された第２磁性材料部６と、を備えることにより、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により可動部１２を変位可能である。これにより、エネルギ変換装置１は、入力機構５ａへ外力を適宜与えることで可動部１２を変位させて作動させることが可能であり、且つ、可動部１２へ上記第２方向とは異なる方向の力が作用するのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率及び信頼性の向上を図ることが可能となる。エネルギ変換装置１は、入力機構５ａと第２磁性材料部６と第１磁性材料部７とで、可動部１２を変位させるアクチュエータを構成している。
【００９０】
エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７が、第１磁性体もしくは第１磁石のいずれかからなり、第２磁性材料部６が、第２磁性体もしくは第２磁石のいずれかからなるので、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力を適宜設定することが可能となる。
【００９１】
エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向が、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、エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７を第１磁石により構成し、第２磁性材料部６を第２磁石により構成し、第１磁石と第２磁石との同極同士が対向するように第１磁石と第２磁石とを配置すれば、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向が、反発する方向となる。
【００９２】
エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７が第１磁性体であり且つ第２磁性材料部６が第２磁性体である場合、入力機構５ａが、第２磁性材料部６を磁化可能な磁石（以下、磁化用磁石と称する）を備えるように構成すればよい。入力機構５ａは、磁化用磁石を第２磁性材料部６に接触させて第２磁性材料部６を磁化することにより第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に磁力を発生させ、第２磁性材料部６から磁化用磁石を離すことにより第２磁性材料部６の磁気を消失させ第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間の磁力を消失させるようにすればよい。
【００９３】
ところで、弾性体部１５は、上記第１方向に直交する面内で複数の梁を組み合わせた形状に形成されている。図１０（ｂ）では、図１（ｂ）の弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。なお、以下では、上記第１方向と上記第２方向とに直交する方向を第３方向（図１（ｂ）の上下方向）として説明する。
【００９４】
図１０（ｂ）に示した弾性体部１５は、梁として、軸線が直線である梁（以下、「真直梁」ともいう。）と、軸線が曲線である梁（以下、「曲り梁」ともいう。）と、がある。軸線とは、梁の各断面の中心（断面図における図心）を梁の軸方向に繋いだ線である。なお、真直梁の軸線は、当該真直梁の中立面上にある。
【００９５】
図１０（ｂ）に示した弾性体部１５は、ループ部１５ｄが、上記第３方向に沿って配置された真直梁（以下、「第１真直梁」ともいう。）と、上記第２方向において隣り合う２つの第１真直梁の端部同士を繋ぐＣ字状の曲り梁と、を組み合わせた形状に形成されている。また、図１０（ｂ）に示した弾性体部１５は、上記第２方向に沿って配置された真直梁（以下、「第２真直梁」ともいう。）を備え、上記第２方向において隣り合うループ部１５ｄ同士が第２真直梁で繋がれた形状となっている。第２真直梁の軸線の長さは、第１真直梁の軸線の長さよりも短くなっている。要するに、弾性体部１５は、真直梁として、軸線の長さが互いに異なる第１の真直梁及び第２の真直梁がある。
【００９６】
梁については、上記第２方向に沿ってｙ軸を規定し、ｙ軸に直交し且つ弾性体部１５に生じるモーメントが最大となるようにｚ軸を規定し、当該梁の軸線に直交する断面を軸断面と規定する。梁は、可動部１２が上記第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積よりも、モーメントが相対的に小さい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積が小さくなるように形成されている。なお、以下では、弾性体部１５の梁の軸断面の面積を軸断面積と規定する。
【００９７】
梁の軸断面は、矩形状としてある。真直梁については、軸断面が矩形の場合、ｚ軸方向に沿った辺の長さをａ、ｚ軸方向に直交する辺の長さをｂ、ｚ軸に沿った方向を曲げ方向、軸断面におけるｚ軸に関する断面係数をＺとすると、断面係数Ｚを下記の（２）式で表わすことができる。
【００９８】
【数２】
2014204483.tif 000005
曲り梁の断面係数については、曲り梁の断面形状と軸線の曲率で決まる。
【００９９】
構造物の任意の箇所に発生する応力の値は、当該箇所に作用するモーメントを、当該箇所での断面係数で除した値となる。
【０１００】
例えば、任意の箇所に曲げモーメントが作用する場合、曲げモーメントをＭ、当該箇所に発生する曲げ応力をσとすると、曲げ応力σは、断面係数Ｚを用いて下記の（３）式で表すことができる。
【０１０１】
【数３】
2014204483.tif 000006
また、任意の箇所に捩りモーメントＴが作用する場合、捩りモーメントをＴ、当該箇所に発生する捩りによる剪断応力をτとすると、剪断応力τは、断面係数Ｚpを用いて下記の（４）式で表すことができる。
【０１０２】
【数４】
2014204483.tif 000007
許容応力とは、構造物に作用する応力がこの値を超えなければ、破壊や破損等が生じず構造物がその機能を発揮できる最大の応力を意味する。言い換えれば、許容応力とは、設計上、許容される応力の限界を意味する。許容応力は、材料、応力の種類等で異なり、通常、基本許容応力の倍数で示される。したがって、構造物である梁は、各断面における応力が、材料の許容応力以下であれば、破壊や破損に至らない。なお、曲げ応力についての許容応力は、許容される引張強さ又は圧縮強さの限界を意味する。また、捩り応力についての許容応力は、許容される剪断強さの限界を意味する。
【０１０３】
曲げ応力σにより構造物が破壊や破損に至らない条件は、曲げ応力についての許容応力をσ0とすれば、下記の（５）式で表すことができる。
【０１０４】
【数５】
2014204483.tif 000008
捩り応力τにより構造物が破壊や破損に至らない条件は、捩り応力についての許容応力をτ0とすれば、下記の（６）式で表すことができる。なお、捩り応力
【０１０５】
【数６】
2014204483.tif 000009
本願発明者らは、断面係数と許容応力との積に着目した。（５）式は、変形すると、下記の（７）式で表すことができる。
【０１０６】
【数７】
2014204483.tif 000010
（６）式は、変形すると、下記の（８）式で表すことができる。
【０１０７】
【数８】
2014204483.tif 000011
（７）式、（８）式それぞれから、構造物の任意の箇所における材料の許容応力と断面係数との積が大きければ、その箇所に作用させることができるモーメントも大きくなることが分かる。したがって、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５において、可動部１２が振動するときに作用するモーメントが大きくなる箇所の材料の許容応力と断面係数との積を大きくすることで、信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０８】
図１（ｂ）及び図１０（ｂ）に示した弾性体部１５では、可動部１２が上記第２方向に沿って振動するときに、各第１真直梁の各々に、曲げモーメントが作用する。
【０１０９】
エネルギ変換装置１は、上述の断面係数と材料の許容応力との積に関する条件を満たすために、可動部１２が上記第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所における軸断面積よりも、モーメントが相対的に小さい箇所における軸断面積が小さくなるように弾性体部１５の形状を設定してある。具体的に、弾性体部１５は、上記第１方向の寸法を一定として、弾性体部１５における梁の平面視形状を変化させることで軸断面積を変化させてある。具体的に、弾性体部１５における梁は、平面視において軸線に直交する方向の寸法を変化させることで軸断面積を変化させてある。図１０（ａ）は、図１０（ｂ）の弾性体部１５の設計基準とする第１基準構造の概略平面図であり、梁の軸断面積が一様となるように設計した場合を示している。エネルギ変換装置１は、弾性体部１５の上記第１方向における厚みを適宜変化させることで軸断面積を変化させてもよいが、ＭＥＭＳ等の製造技術を利用して弾性体部１５を形成する場合、平面視において軸線に直交する方向の寸法を変化させることで、軸断面積を精度良く制御することが可能となる。
【０１１０】
以上説明したエネルギ変換装置１では、磁石ブロック３と、コイルブロック４と、を有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが第１方向で対向配置されている。また、エネルギ変換装置１は、可動部１２と支持部１４との間に介在する弾性体部１５と、を備え、可動部１２が弾性体部１５を介して支持部１４に支持されている。そして、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５の梁に関して、可動部１２が第２方向に変位したときに生じるモーメントが相対的に大きい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積よりも、モーメントが相対的に小さい箇所での軸断面におけるｚ軸に関する断面係数と材料の許容応力との積が小さくなるように形成されている。これにより、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５が図１０（ａ）のように平面視において軸線に直交する方向の幅が一様な梁の組み合わせより形成されている場合に比べて、弾性体部１５の占有体積を増加させることなく、弾性体部１５が破壊に至らずに蓄積できるエネルギ量を向上させることが可能となる。よって、エネルギ変換装置１は、単位体積当たりの発電量の向上を図ることが可能となる。
【０１１１】
上記第３方向に長いループ部１５ｄを備えた弾性体部１５の形状は、図１（ｂ）及び図１０（ｂ）に示した平面形状に限らず、例えば、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）等のいずれかに示すような平面形状としてもよい。なお、図１１〜図１６では、図１０と同様に、弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。
【０１１２】
図１１（ｂ）の弾性体部１５は、各ループ部１５ｄの各々の形状を矩形枠状とした図１１（ａ）の第２基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１１３】
図１２（ｂ）の弾性体部１５は、ループ部１５ｄの数を１つとした図１２（ａ）の第３基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１１４】
図１３（ｂ）の弾性体部１５は、各ループ部１５ｄの各々の形状を楕円枠状とした図１３（ａ）の第４基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１１５】
図１４（ｂ）の弾性体部１５は、各ループ部１５ｄの各々の形状を菱形の枠状とした図１４（ａ）の第５基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１１６】
図１５（ｂ）の弾性体部１５は、各ループ部１５ｄの各々の形状を矩形枠状とし隣り合うループ部１５同士を２つの第２真直梁により繋いだ図１５（ａ）の第６基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１１７】
図１６（ｂ）の弾性体部１５は、各ループ部１５ｄの各々の形状を六角形の枠状とした図１６（ａ）の第７基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１１８】
また、弾性体部１５の形状は、例えば、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）、図１９（ｂ）及び図２０（ｂ）等のいずれかに示すような平面形状としてもよい。なお、図１７〜図２０では、図１０と同様に、弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。
【０１１９】
図１７（ｂ）の弾性体部１５は、蛇行した形状である図１７（ａ）の第８基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。図１７（ａ）、（ｂ）は、つづら折れ状の形状である。
【０１２０】
図１８（ｂ）の弾性体部１５は、図１７（ａ）とは異なる蛇行した形状である図１８（ａ）の第９基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１２１】
図１９（ｂ）の弾性体部１５は、図１８（ａ）とは異なる蛇行した形状である図１９（ａ）の第１０基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１２２】
図２０（ｂ）の弾性体部１５は、図１９（ａ）とは異なる蛇行した形状である図２０（ａ）の第１１基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１２３】
また、弾性体部１５の形状は、例えば、図２１（ｂ）に示すような平面形状としてもよい。なお、図２１では、図１０と同様に、弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。
【０１２４】
図２１（ｂ）の弾性体部１５は、網状の形状である図２１（ａ）の第１２基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１２５】
また、弾性体部１５の形状は、例えば、図２２（ｂ）に示すような平面形状としてもよい。なお、図２２では、図１０と同様に、弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。
【０１２６】
図２２（ｂ）の弾性体部１５は、ハニカム状の形状である図２２（ａ）の第１３基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１２７】
また、弾性体部１５の形状は、例えば、図２３（ｂ）に示すような平面形状としてもよい。なお、図２３では、図１０と同様に、弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。
【０１２８】
図２３（ｂ）の弾性体部１５は、長方形状の開口部１５ｅが千鳥状に並んだ形状である図２３（ａ）の第１４基準構造に基づいて軸断面積を変化させてある。
【０１２９】
また、弾性体部１５の形状は、例えば、図２４に示すような片持ち梁状の形状としてもよい。なお、図２４では、図１０と同様に、弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。
【０１３０】
図２４における弾性体部１５は、図１０（ｂ）と同様に軸断面積を変化させてある。
【０１３１】
また、弾性体部１５の形状は、例えば、図２５に示すような両持ち梁状の形状としてもよい。なお、図２５では、図１０と同様に、弾性体部１５における各梁それぞれの軸線を破線で示してある。
【０１３２】
図２５における弾性体部１５は、図１０（ｂ）と同様に軸断面積を変化させてある。
【０１３３】
エネルギ変換装置１は、弾性体部１５の形状を、つづら折れ状の形状（図１７（ｂ）〜図１９（ｂ））、ループ部１５ｄを備えた形状（図１０（ｂ）〜図１６（ｂ））、網状の形状、ハニカム状の形状（図２２（ｂ））、開口部１５ｅが千鳥状に並んだ形状（図２３（ｂ））、片持ち梁状の形状（図２４）、両持ち梁状の形状（図２５）、の群のいずれかの形状に形成することが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５が、上記第２方向に振動しやすくなる。また、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５の設計が容易になる。
【０１３４】
また、弾性体部１５は、複数の梁が、シリコンにより一体に形成されているのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、ＭＥＭＳ等の製造技術で採用されているリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用して弾性体部１５を形状精度良く形成することが可能となる。
【０１３５】
実施形態のエネルギ変換装置１は、可動部１２が磁石ブロック３を備え、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々がコイルブロック４を備えているが、これらに限らない。エネルギ変換装置１は、可動部１２がコイルブロック４を備え、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の少なくとも一方が磁石ブロック３を備えた構成としてもよい。
【０１３６】
また、実施形態のエネルギ変換装置１は、支持部１４において弾性体部１５を保持している部分の上記第２方向における剛性が、弾性体部１５の上記第２方向における剛性よりも大きいのが好ましい。言い換えれば、実施形態のエネルギ変換装置１は、支持部１４において弾性体部１５を保持している部分の上記第２方向のばね定数が、弾性体部１５の上記第２方向のばね定数よりも大きいのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５にエネルギを蓄積するときに支持部１４が撓むのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。支持部１４において弾性体部１５を保持している部分の上記第２方向のばね定数は、弾性体部１５の上記第２方向のばね定数の１０倍以上であるのが、より好ましい。
【符号の説明】
【０１３７】
１  エネルギ変換装置
２  磁石
３  磁石ブロック
４  コイルブロック
４ａ  コイル
１２  可動部
１４  支持部
１５  弾性体部
１５ｄ  ループ部
１５ｅ  開口部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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