(57)【要約】【課題】エネルギ変換効率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、発電装置１０１と、整流平滑回路１０２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と、整流平滑回路１０２の出力端間の電圧を入力電圧として監視しながらＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の起動、停止を指示する監視回路１０４とを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、制御端子ＣＮを備え、制御端子ＣＮとＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドライン１０３ｂとの間の制御電圧が所定の起動電圧を超えたときに起動する。監視回路１０４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を起動させるときの入力電圧である第１電圧とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を停止させるときの入力電圧である第２電圧とが異なるヒステリシス特性を有し、第１電圧と第２電圧との差を、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３とで構成されるヒステリシス回路１４１により設定する。【選択図】図１
2014207767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動エネルギを電気エネルギに変換して交流電圧を発生する発電装置と、前記発電装置の出力端間に接続された整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力端間の電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記整流平滑回路の前記出力端間の電圧を入力電圧として監視しながら前記ＤＣ−ＤＣコンバータの起動、停止を指示する監視回路と、を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、制御端子を備え、前記制御端子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータのグランドラインとの間の制御電圧が所定の起動電圧を超えたときに起動するように構成され、前記監視回路は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを起動させるときの前記入力電圧である第１電圧と前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させるときの前記入力電圧である第２電圧とが異なるヒステリシス特性を有し、前記第１電圧と前記第２電圧との差を、抵抗と半導体スイッチング素子とで構成されるヒステリシス回路により設定してあることを特徴とするエネルギ変換装置。
【請求項２】
前記監視回路は、前記入力電圧を監視する電圧検出端子とは別に電源端子を有し前記入力電圧を監視するコンパレータもしくはボルテージディテクタと、前記ヒステリシス回路とで構成される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】
前記発電装置は、圧電型の振動発電装置であ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】
前記振動発電装置は、支持部と、前記支持部に対向する対向部と、前記支持部と前記対向部との間にあり前記支持部に一端が固定され他端が前記対向部から離れている振動ブロックと、を備え、前記振動ブロックは、前記支持部よりも薄く前記支持部に揺動自在に支持された梁部と、前記梁部の先端に設けられ前記梁部よりも厚い錘部と、前記錘部における前記梁部側とは反対側に突出し前記錘部及び前記対向部よりも薄い突出部と、前記梁部の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部と、を備え、前記突出部の先端面の法線が前記対向部に交差しないように反っていることを特徴とする請求項３記載のエネルギ変換装置。
【請求項５】
前記発電装置は、電磁誘導型の振動発電装置であ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６】
前記振動発電装置は、磁石ブロックと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前記交流電圧を発生するように構成され、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を外部から作動させ前記可動部を減衰振動させることができるように構成されており、前記可動部と、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、前記支持部が前記弾性体部を介して前記可動部を支持しており、前記弾性体部は、前記第２方向における剛性が前記第２方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記第２方向における前記可動部の両側それぞれには、複数の前記弾性体部が並んで設けられていることを特徴とする請求項５記載のエネルギ変換装置。
【請求項７】
前記弾性体部は、ばねであることを特徴とする請求項６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、図１９に示すように、発電部２００と、整流部２１０と、充電部２２０と、動作開始制御部２３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０と、を備えた構成のものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
発電部２００は、圧電素子によって構成されている。充電部２２０は、コンデンサによって構成されている。
【０００４】
動作開始制御部２３０は、接地線２０１と電圧線２０２との間に設けられた２つの分圧抵抗２３１、２３２と、コンパレータ２３３と、遅延制御部２３５と、出力制御部２３８と、を備えている。
【０００５】
コンパレータ２３３は、分圧抵抗２３１、２３２で分圧された電圧が基準電圧Vrefを超えたところで出力がＨレベルとなる。
【０００６】
遅延制御部２３５は、遅延時間設定コンデンサ２３６と、遅延回路２３７と、を備えている。
【０００７】
エネルギ変換装置は、コンパレータ２３３の出力がＨレベルになると、遅延制御部２３５のコンデンサ２３６に蓄電されていく。
【０００８】
エネルギ変換装置は、コンデンサ２３６に所定電圧が蓄電されて所定閾値を超えたところで遅延回路２３７から出力制御部２３８に信号が与えられる。すると、エネルギ変換装置では、出力制御部２３８からＤＣ−ＤＣコンバータ２４０にＨレベルのイネーブル信号が出力される。
【０００９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０は、動作開始制御部２３０からのイネーブル信号を受けて動作を開始する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０は、イネーブル信号がＬレベルのときは電源供給を停止した状態を維持し、イネーブル信号がＨレベルになると、充電部２２０に蓄積された電力を所定電圧に変換して電源供給を開始する。
【００１０】
また、特許文献１には、タッチセンサ式の入力装置である入力部（図示せず）と、発電部２００と、整流部２１０と、充電部２２０と、動作開始制御部２３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０と、制御部と、発信部と、を備えた遠隔操作装置が記載されている。
【００１１】
制御部は、入力部からのコマンドを検出し、コマンドに応じた制御処理を実行する。例えば、制御部は、コマンドに応じた送信データを生成し、発信部に送る。
【００１２】
発信部は、制御部から与えられた送信データを機器（例えば、テレビやエアコンディショナ）へ送信する。
【００１３】
制御部及び発信部は、発信部からの送信データの送信が完了したところで動作を停止する。
【００１４】
また、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２）。
【００１５】
特許文献２には、エネルギ変換装置の一例として、図２０に示す構成を有する発電装置３００が記載されている。
【００１６】
この発電装置３００は、収納部３１０ａが設けられた支持体３１０と、収納部３１０ａに配置された永久磁石３２０及びコイルバネ３３０と、を備えている。
【００１７】
支持体３１０は、３枚のプリント基板３１１〜３１３により構成されている。この支持体３１０は、２枚のプリント基板３１１、３１３間に配置されたプリント基板３１２の矩形状の開口部３１２ａにより、収納部３１０ａが形成されている。
【００１８】
発電装置３００は、プリント基板３１３の下面に、平面コイル３１４ａ及び３１４ｂが形成されている。平面コイル３１４ａ及び３１４ｂの各々は、渦巻状に形成されている。平面コイル３１４ａ及び３１４ｂは、巻き方向が互いに逆になるように形成されている。
【００１９】
プリント基板３１３には、平面コイル３１４ａ及び３１４ｂの中央部と対応する領域に、開口部３１３ａが形成されている。この開口部３１３ａには、磁心（コア）３１５が埋め込まれている。磁心３１５は、プリント基板３１３の下面から突出するように形成されており、平面コイル３１４ａ及び３１４ｂの中央部に配置されている。
【００２０】
永久磁石３２０は、磁化方向が矢印Ｚ１方向である部分（磁区）３２０ａと、磁化方向が矢印Ｚ２方向である部分３２０ｂとを含んでおり、多極磁石として構成されている。このため、プリント基板３１３近傍では、図２０中に破線で示した磁力線で表される磁界が形成されている。
【００２１】
コイルバネ３３０は、開口部３１２ａの側面３１２ｂと永久磁石３２０の端部３２０ｃとの間に配置されるとともに、開口部３１２ａの側面３１２ｃと永久磁石３２０の端部３２０ｄとの間に配置されている。
【００２２】
発電装置３００は、一対のコイルバネ３３０により、支持体３１０に対して永久磁石３２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）において所定の基準位置に配置されるように付勢されている。
【００２３】
発電装置３００は、プリント基板３１３の上面に、平面コイル３１４ａ及び３１４ｂにおいて発生する誘導起電力を制御するとともに、出力するための回路部３１６が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２０１１−１０３７２９号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
エネルギ変換装置では、エネルギ変換効率の向上が望まれている。しかしながら、図１９に示した回路図の構成では、動作開始制御部２３０の動作等に起因して回路効率が低下し、エネルギ変換効率が低下してしまう懸念がある。
【００２６】
また、特許文献２には、回路部３１６の回路構成について記載されていない。
【００２７】
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、エネルギ変換効率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】
【００２８】
本発明のエネルギ変換装置は、運動エネルギを電気エネルギに変換して交流電圧を発生する発電装置と、前記発電装置の出力端間に接続された整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力端間の電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記整流平滑回路の前記出力端間の電圧を入力電圧として監視しながら前記ＤＣ−ＤＣコンバータの起動、停止を指示する監視回路と、を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、制御端子を備え、前記制御端子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータのグランドラインとの間の制御電圧が所定の起動電圧を超えたときに起動するように構成され、前記監視回路は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを起動させるときの前記入力電圧である第１電圧と前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させるときの前記入力電圧である第２電圧とが異なるヒステリシス特性を有し、前記第１電圧と前記第２電圧との差を、抵抗と半導体スイッチング素子とで構成されるヒステリシス回路により設定してあることを特徴とする。
【００２９】
このエネルギ変換装置において、前記監視回路は、前記入力電圧を監視する電圧検出端子とは別に電源端子を有し前記入力電圧を監視するコンパレータもしくはボルテージディテクタと、前記ヒステリシス回路とで構成されることが好ましい。
【００３０】
このエネルギ変換装置において、前記発電装置は、圧電型の振動発電装置であることが好ましい。
【００３１】
このエネルギ変換装置において、前記振動発電装置は、支持部と、前記支持部に対向する対向部と、前記支持部と前記対向部との間にあり前記支持部に一端が固定され他端が前記対向部から離れている振動ブロックと、を備え、前記振動ブロックは、前記支持部よりも薄く前記支持部に揺動自在に支持された梁部と、前記梁部の先端に設けられ前記梁部よりも厚い錘部と、前記錘部における前記梁部側とは反対側に突出し前記錘部及び前記対向部よりも薄い突出部と、前記梁部の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部と、を備え、前記突出部の先端面の法線が前記対向部に交差しないように反っていることが好ましい。
【００３２】
このエネルギ変換装置において、前記発電装置は、電磁誘導型の振動発電装置であることが好ましい。
【００３３】
このエネルギ変換装置において、前記振動発電装置は、磁石ブロックと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前記交流電圧を発生するように構成され、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を外部から作動させ前記可動部を減衰振動させることができるように構成されており、前記可動部と、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、前記支持部が前記弾性体部を介して前記可動部を支持しており、前記弾性体部は、前記第２方向における剛性が前記第２方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記第２方向における前記可動部の両側それぞれには、複数の前記弾性体部が並んで設けられていることが好ましい。
【００３４】
このエネルギ変換装置において、前記弾性体部は、ばねであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のエネルギ変換装置においては、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、実施形態１のエネルギ変換装置の回路図である。
【図２】図２（ａ）は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の概略平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】図４は、実施形態１のエネルギ変換装置の動作説明図である。
【図５】図５は、実施形態１のエネルギ変換装置の動作説明図である。
【図６】図６は、実施形態１のエネルギ変換装置の変形例の回路図である。
【図７】図７は、実施形態２のエネルギ変換装置の回路図である。
【図８】図８（ａ）は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の概略断面図である。図８（ｂ）は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の要部概略平面図である。
【図９】図９は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の要部拡大図である。
【図１０】図１０は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の概略斜視図である。
【図１１】図１１は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の概略分解斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の動作説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の出力電圧の波形図である。
【図１４】図１４（ａ）は、実施形態３のエネルギ変換装置における発電装置の概略断面図である。図１４（ｂ）は、実施形態３のエネルギ変換装置における発電装置の要部概略平面図である。
【図１５】図１５は、実施形態３のエネルギ変換装置における発電装置の概略斜視図である。
【図１６】図１６は、実施形態３のエネルギ変換装置における発電装置の概略分解斜視図である。
【図１７】図１７は、実施形態３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１８】図１８（ａ）〜図１８（ｄ）は、実施形態３のエネルギ変換装置の動作説明図である。
【図１９】図１９は、従来例のエネルギ変換装置の回路図である。
【図２０】図２０は、他の従来例の発電装置の構造を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（実施形態１）
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に基づいて説明する。
【００３８】
エネルギ変換装置１は、発電装置１０１と、整流平滑回路１０２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と、監視回路１０４と、を備える。
【００３９】
発電装置１０１は、運動エネルギを電気エネルギに変換して交流電圧を発生する機能を有する。
【００４０】
整流平滑回路１０２は、発電装置１０１の出力端間に接続されている。整流平滑回路１０２は、発電装置１０１で発生する交流電圧を直流電圧に整流する機能と、この直流電圧の直流成分のみを取り出すためにリップル成分（交流成分）を抑圧する機能と、を有する。要するに、整流平滑回路１０２は、発電装置１０１で発生した交流電圧を整流平滑した直流電圧を出力するように構成されている。
【００４１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、整流平滑回路１０２の出力端間に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、整流平滑回路１０２の出力電圧を所定の直流電圧に変換する機能を有する。
【００４２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、制御端子ＣＮを備え、制御端子ＣＮとＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドラインとの間の制御電圧が所定の起動電圧を超えたときに起動するように構成されている。
【００４３】
監視回路１０４は、整流平滑回路１０２の出力端間の電圧を入力電圧として監視しながらＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の起動、停止を指示する機能を有している。この監視回路１０４は、整流平滑回路１０２とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３との間に設けられている。
【００４４】
監視回路１０４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を起動させるときの入力電圧である第１電圧とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を停止させるときの入力電圧である第２電圧とが異なるヒステリシス特性を有している。監視回路１０４は、第１電圧と第２電圧との差を、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３とで構成されるヒステリシス回路１４１により設定してある。これにより、エネルギ変換装置１は、回路効率の向上を図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。
【００４５】
発電装置１０１としては、圧電型の振動発電装置１０１ａを採用している。圧電型の振動発電装置１０１ａとは、圧電効果を利用して運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置である。
【００４６】
以下では、圧電型の振動発電装置１０１ａについて図２に基づいて説明する。
【００４７】
振動発電装置１０１ａは、支持部１１１ａと、支持部１１１ａに対向する対向部１１１ｂと、支持部１１１ａと対向部１１１ｂとの間にあり支持部１１１ａに一端が固定され他端が対向部１１１ｂから離れている振動ブロック１１２と、を備える。これにより、振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２の他端と対向部１１１ｂとの間に、流体が通過可能な流路１１５が形成されている。振動発電装置１０１ａは、支持部１１１ａと対向部１１１ｂとの相対的な位置関係が変わらないように構成されている。
【００４８】
振動ブロック１１２は、支持部１１１ａに揺動自在に支持された梁部１１２ａと、梁部１１２ａの先端に設けられた錘部１１２ｂと、錘部１１２ｂにおける梁部１１２ａ側とは反対側に突出した突出部１１２ｃと、圧電変換部１１４と、を備える。振動ブロック１１２は、梁部１１２ａにおける支持部１１１ａ側の端が、振動ブロック１１２の一端を構成し、突出部１１２ｃにおける先端が、振動ブロック１１２の他端を構成している。
【００４９】
梁部１１２ａは、支持部１１１ａよりも薄い。錘部１１２ｂは、梁部１１２ａよりも厚い。また、突出部１１２ｃは、錘部１１２ｂ及び対向部１１１ｂよりも薄い。圧電変換部１１４は、振動ブロック１１２の振動に応じて交流電圧を発生する。振動ブロック１１２は、突出部１１２ｃの先端面１１２ｃｃの法線が対向部１１１ｂに交差しないように反っている。これにより、振動発電装置１０１ａは、流体励起振動が可能で且つ流体励起振動時の圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。流体励起振動は、振動発電装置１０１ａを流れ場に配置した状態等において、流れ場を流れる流体が流路１１５を通過することによって発生する振動ブロック１１２の振動である。この流体励起振動は、自励振動である。流体としては、例えば、空気、ガス、空気とガスとの混合気体、液体等が挙がられる。流体が気体の場合、流れ場としては、例えば、空調機の給気ダクトの内部や、空調機の排気ダクトの内部等が挙げられるが、特に限定するものではない。
【００５０】
振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２が錘部１１２ｂを備えていることにより、錘部１１２ｂを備えていない場合に比べて、振動ブロック１１２の振動時の慣性力を大きくでき、振動ブロック１１２の振幅を大きくすることが可能となる。また、振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２が錘部１１２ｂを備えていることにより、振動ブロック１１２の振動時に梁部１１２ａ及び圧電変換部１１４に集中的にひずみを発生させることが可能となり、圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。また、振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２が錘部１１２ｂを備えていることにより、振動ブロック１１２の共振周波数を小さくすることが可能となり、振動ブロック１１２が振動し始める流体の流速の低速化を図ることが可能となる。また、振動発電装置１０１ａは、対向部１１１ｂを備えていることにより、流路１１５を流れる流体の流束から、振動ブロック１１２の振動を誘起しやすくなる。
【００５１】
振動発電装置１０１ａは、突出部１１２ｃの固有振動数が振動ブロック１１２の固有振動数よりも大きいことが好ましい。これにより、振動発電装置１０１ａは、突出部１１２ｃが錘部１１２ｂを基点として単独で振動するのを抑制することが可能となり、突出部１１２ｃ単独の振動に起因した振動エネルギの低下を抑制することが可能となる。
【００５２】
振動発電装置１０１ａの各構成要素については、以下に詳細に説明する。
【００５３】
振動発電装置１０１ａは、ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）の製造技術を利用して製造されている。
【００５４】
振動発電装置１０１ａは、支持部１１１ａ、対向部１１１ｂ、梁部１１２ａ、錘部１１２ｂ及び突出部１１２ｃが、基板１１０から形成されている。振動発電装置１０１ａは、基板１１０の一表面側において梁部１１２ａ及び突出部１１２ｃが形成されている。
【００５５】
振動発電装置１０１ａは、支持部１１１ａと対向部１１１ｂとを有する枠状のフレーム部１１１を備えているのが好ましい。要するに、振動発電装置１０１ａは、フレーム部１１１、梁部１１２ａ、錘部１１２ｂ及び突出部１１２ｃが、基板１１０から形成されているのが好ましい。言い換えれば、支持部１１１ａ及び対向部１１１ｂは、フレーム部１１１の別々の一部により構成されているのが好ましい。これにより、振動発電装置１０１ａは、支持部１１１ａと対向部１１１ｂとの相対的な位置精度を高めることが可能となり、振動ブロック１１２と対向部１１１ｂとの相対的な位置精度を高めることが可能となる。なお、以下では、フレーム部１１１のうち、支持部１１１ａと対向部１１１ｂとを連結している２つの部位を「連結部１１１ｃ、１１１ｃ」という。
【００５６】
基板１１０としては、シリコン基板１１０ａ上のシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜１１０ｂ上にシリコン層１１０ｃが形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いている。基板１１０の上記一表面は、（１００）面としてあるが、これに限らず、例えば、（１１０）面でもよい。
【００５７】
支持部１１１ａ、対向部１１１ｂ及び各連結部１１１ｃは、ＳＯＩ基板のうちシリコン基板１１０ａと埋込酸化膜１１０ｂとシリコン層１１０ｃとから形成されている。
【００５８】
梁部１１２ａは、ＳＯＩ基板のうちシリコン層１１０ｃから形成されている。梁部１１２ａは、支持部１１１ａに比べて厚み寸法が小さく、可撓性を有している。
【００５９】
突出部１１２ｃは、ＳＯＩ基板のうちシリコン層１１０ｃから形成されており、支持部１１１ａ及び対向部１１１ｂに比べて厚み寸法が小さい。振動発電装置１０１ａは、突出部１１２ｃの固有振動数が振動ブロック１１２の固有振動数よりも大きくなるように、突出部１１２ｃの長さを梁部１１２ａの長さよりも短く設定してある。
【００６０】
振動発電装置１０１ａは、基板１１０と圧電変換部１１４とが、基板１１０の上記一表面側に形成された絶縁膜１１８ａによって、電気的に絶縁されている。絶縁膜１１８ａは、例えば、シリコン酸化膜により構成することができる。このシリコン酸化膜は、例えば、熱酸化法により形成してあるが、これに限らず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成することもできる。
【００６１】
振動発電装置１０１ａは、梁部１１２ａが、シリコン層１１０ｃの一部（以下、「第１部位」という。）と、シリコン層１１０ｃの厚み方向の一面側に形成された絶縁膜１１８ａの一部（以下、「第１部位」という。）と、で構成されている。ここで、絶縁膜１１８ａは、圧縮応力を有する。よって、梁部１１２ａは、シリコン層１１０ｃのうち梁部１１２ａを構成する第１部位（以下、「第１シリコン層１１０ｃａ」という。）と、絶縁膜１１８ａのうち第１シリコン層１１０ｃａの厚み方向の一面側に形成された第１部位（以下、「第１絶縁膜１１８ａａ」という。）と、で構成され、第１絶縁膜１１８ａａの圧縮応力によって反っている。
【００６２】
また、振動発電装置１０１ａは、突出部１１２ｃが、シリコン層１１０ｃの一部（以下、「第２部位」という。）と、シリコン層１１０ｃの厚み方向の一面側に形成された絶縁膜１１８ａの一部（以下、「第２部位」という。）と、で構成されている。ここで、絶縁膜１１８ａは、圧縮応力を有する。よって、突出部１１２ｃは、シリコン層１１０ｃのうち突出部１１２ｃを構成する第２部位（以下、「第２シリコン層１１０ｃｃ」という。）と、絶縁膜１１８ａのうち第２シリコン層１１０ｃｃの厚み方向の一面側に形成された第２部位（以下、「第２絶縁膜１１８ａｃ」という。）と、で構成され、第２絶縁膜１１８ａｃの圧縮応力によって反っている。
【００６３】
振動発電装置１０１ａは、基板１１０の上記一表面側に形成した絶縁膜１１８ａが、基板１１０と圧電変換部１１４とを電気的に絶縁する機能だけでなく、梁部１１２ａ及び突出部１１２ｃを反らせる機能を有している。これにより、振動発電装置１０１ａは、絶縁膜１１８ａとは別途に、梁部１１２ａ及び突出部１１２ｃそれぞれに応力制御用の薄膜を形成する場合に比べて、製造プロセスを簡略化することが可能となる。
【００６４】
基板１１０は、ＳＯＩ基板に限らず、単結晶のシリコン基板や多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等を用いることも可能である。
【００６５】
フレーム部１１１は、枠状の形状として、矩形枠状の形状を採用することが好ましい。つまり、フレーム部１１１は、外周形状が矩形状であることが好ましい。これにより、振動発電装置１０１ａは、製造時に、ダイシング工程の作業性を向上させることが可能となる。振動発電装置１０１ａの製造時には、例えば、まず、フレーム部１１１、梁部１１２ａ、錘部１１２ｂ及び突出部１１２ｃの基礎となるウェハ（ここでは、ＳＯＩウェハ）を準備する。振動発電装置１０１ａの製造時には、ウェハに多数の振動発電装置１０１ａを形成する前工程を行い、後工程において、ダイシング工程で個々の振動発電装置１０１ａに分離する。なお、振動発電装置１０１ａの製造方法については、後述する。
【００６６】
フレーム部１１１の内周形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状や円形状、楕円形状等の形状でもよい。なお、フレーム部１１１の外周形状は矩形状以外の形状でもよい。
【００６７】
振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２が、平面視においてフレーム部１１１の内側に配置されている。振動発電装置１０１ａは、基板１１０に、平面視において振動ブロック１１２を囲むＵ字状のスリット１１０ｄを形成することによって、振動ブロック１１２におけるフレーム部１１１との連結部位以外の部分が、フレーム部１１１と空間的に分離されている。これにより、振動ブロック１１２は、平面視形状が長方形状に形成されている。振動発電装置１０１ａは、スリット１１０ｄが、流路１１５を構成している。
【００６８】
圧電変換部１１４は、絶縁膜１１８上に形成されている。圧電変換部１１４は、梁部１１２ａ側から順に、第１電極（下部電極）１１４ａ、圧電体層１１４ｂ及び第２電極（上部電極）１１４ｃを有している。要するに、圧電変換部１１４は、圧電体層１１４ｂと、この圧電体層１１４ｂを厚み方向の両側から挟んで互いに対向する第１電極１１４ａ及び第２電極１１４ｃと、を備えている。
【００６９】
振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２の振動によって圧電変換部１１４の圧電体層１１４ｂが応力を受け、第２電極１１４ｃと第１電極１１４ａとに電荷の偏りが発生し、圧電変換部１１４において交流電圧が発生する。よって、振動発電装置１０１ａは、圧電変換部１１４が圧電材料の圧電効果を利用して交流電圧を発生する。
【００７０】
圧電体層１１４ｂの平面形状は、第１電極１１４ａよりも平面サイズがやや小さく、且つ、第２電極１１４ｃよりもやや大きな、矩形状に形成されている。以下では、振動ブロック１１２の厚み方向において第１電極１１４ａと圧電体層１１４ｂと第２電極１１４ｃとが重なっている領域を、圧電変換領域という。
【００７１】
振動発電装置１０１ａは、平面視で支持部１１１ａと振動ブロック１１２とを結ぶ方向において、圧電変換領域の支持部１１１ａ側の端を、支持部１１１ａと振動ブロック１１２との境界（以下、「第１境界」という。）に揃えてある。これにより、振動発電装置１０１ａは、圧電変換領域の支持部１１１ａ側の端が第１境界よりも振動ブロック１１２側にある場合に比べて、振動ブロック１１２の振動時に応力が高くなる部分に存在する圧電変換領域の面積を大きくでき、圧電変換効率を向上させることが可能となる。
【００７２】
また、振動発電装置１０１ａは、平面視で支持部１１１ａと振動ブロック１１２とを結ぶ方向において、圧電変換領域の錘部１１２ｂ側の端を、梁部１１２ａと錘部１１２ｂとの境界（以下、「第２境界」という。）に揃えてある。これにより、振動発電装置１０１ａは、圧電変換領域の錘部１１２ｂ側の端が第２境界よりも梁部１１２ａ側にある場合に比べて、振動ブロック１１２の振動時に応力が高くなる部分に存在する圧電変換領域の面積を大きくでき、圧電変換効率を向上させることが可能となる。
【００７３】
圧電変換部１１４で発生する交流電圧は、圧電体層１１４ｂの振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。振動発電装置１０１ａの圧電変換部１１４は、流路１１５を流体が流れることによって発生する自励振動を利用して発電することができる。振動発電装置１０１ａの共振周波数は、振動ブロック１１２の構造パラメータ及び材料等により決まる。
【００７４】
振動発電装置１０１ａは、支持部１１１ａに、第１電極１１４ａに第１配線１１６ａを介して電気的に接続された第１パッド１１７ａと、第２電極１１４ｃに第２配線１１６ｃを介して電気的に接続された第２パッド１１７ｃと、が設けられている。第１配線１１６ａ、第２配線１１６ｃ、第１パッド１１７ａ及び第２パッド１１７ｃの材料としては、Ａｕを採用しているが、これに限らず、例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ等でもよい。また、第１配線１１６ａ、第２配線１１６ｃ、第１パッド１１７ａ及び第２パッド１１７ｃの材料は、同じ材料に限らず、別々の材料を採用してもよい。
【００７５】
また、第１配線１１６ａ、第２配線１１６ｃ、第１パッド１１７ａ及び第２パッド１１７ｃは、単層構造の金属層により構成してあるが、単層構造に限らず、２層以上の多層構造でもよい。
【００７６】
また、振動発電装置１０１ａは、第２配線１１６ｃと第１電極１１４ａとの短絡を防止する絶縁層１１９を設けてある。絶縁層１１９は、シリコン酸化膜により構成してあるが、シリコン酸化膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００７７】
圧電体層１１４ｂの圧電材料としては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）を採用しているが、これに限らず、例えば、ＰＺＴ−ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）やその他の不純物を添加したＰＺＴでもよい。また、圧電材料は、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＫＮＮ（Ｋ0.5Ｎａ0.5ＮｂＯ3）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ3）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕ等）を添加したもの等でもよい。振動発電装置１０１ａは、圧電体層１１４ｂが、圧電薄膜により構成されている。
【００７８】
第１電極１１４ａの材料としては、Ｐｔを採用しているが、これに限らず、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｉｒ等でもよい。また、第２電極１１４ｃの材料としては、Ａｕを採用しているが、これに限らず、例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ等でもよい。
【００７９】
振動発電装置１０１ａは、第１電極１１４ａの厚みを５００ｎｍ、圧電体層１１４ｂの厚みを３０００ｎｍ、第２電極１１４ｃの厚みを５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。
【００８０】
振動発電装置１０１ａは、基板１１０と第１電極１１４ａ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１１４ｂの圧電材料に応じて適宜選択すればよく、圧電体層１１４ｂの圧電材料がＰＺＴの場合には、例えば、ＳｒＲｕＯ3、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＭｇＯ、ＬａＮｉＯ3等を採用することが好ましい。また、緩衝層は、例えば、Ｐｔ膜とＳｒＲｕＯ3膜との積層膜により構成してもよい。なお、振動発電装置１０１ａは、緩衝層を設けることにより、圧電体層１１４ｂの結晶性を向上させることが可能となる。
【００８１】
振動発電装置１０１ａの構成は、上述の例に限らず、例えば、圧電変換部１１４における梁部１１２ａの幅方向（図２（ａ）の上下方向）に沿った方向の幅寸法を小さくし、１つの梁部１１２ａの一面側において複数の圧電変換部１１４を上記幅方向に並設してもよい。この場合、振動発電装置１０１ａは、複数の圧電変換部１１４の直列回路の一端、他端を第１パッド１１７ａ、第２パッド１１７ｃそれぞれに電気的に接続するように構成することができる。
【００８２】
振動発電装置１０１ａに製造方法については、図３に基づいて以下に説明する。
【００８３】
振動発電装置１０１ａの製造にあたっては、まず、ＳＯＩ基板からなる基板１１０（図３（ａ）参照）を準備し、その後、第１工程を行う。第１工程では、熱酸化法等を利用して、基板１１０の上記一表面側、他表面側それぞれに、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１８ａ、１１８ｂを形成する（図３（ｂ）参照）。第１工程では、絶縁膜１１８ａ、１１８ｂを形成する方法として熱酸化法を採用しているが、これに限らず、ＣＶＤ法等を採用してもよい。
【００８４】
第１工程の後には、第２工程、第３工程を順次行う。第２工程では、基板１１０の上記一表面側の全面に、第１電極１１４ａ及び第１配線１１６ａの基礎となる第１導電層を形成する。第２工程において第１導電層を形成する方法としては、スパッタ法を採用しているが、これに限らず、例えば、ＣＶＤ法や蒸着法等を採用してもよい。第３工程では、圧電体層１１４ｂの基礎となる圧電材料層を形成する。第３工程において圧電材料層を形成する方法としては、スパッタ法を採用しているが、これに限らず、例えば、ＣＶＤ法やゾルゲル法等を採用してもよい。
【００８５】
第３工程の後には、第４工程、第５工程を順次行う。第４工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、圧電材料層を圧電体層１１４ｂの所定の形状にパターニングする。第５工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、第１導電層を第１電極１１４ａ及び第１配線１１６ａの所定の形状にパターニングする。
【００８６】
第５工程の後には、第６工程、第７工程、第８工程を順次行う。第６工程では、基板１１０の上記一表面側に絶縁層１１９を形成する。第６工程では、リフトオフ法を利用して絶縁層１１９を形成する。第６工程において絶縁層１１９を形成する方法は、リフトオフ法に限らない。第７工程では、第２電極１１４ｃ及び第２配線１１６ｃの基礎となる第２導電層を、基板１１０の上記一表面側の全面に形成する。第７工程において第２導電層を形成する方法としては、スパッタ法を採用しているが、これに限らず、例えば、ＣＶＤ法や蒸着法等を採用してもよい。第８工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、第２導電層を第２電極１１４ｃ及び第２配線１１６ｃの所定の形状にパターニングする（図３（ｃ）参照）。
【００８７】
第８工程の後には、第９工程、第１０工程を順次行う。第９工程では、第１パッド１１７ａ及び第２パッド１１７ｃの基礎となる第３導電層を、基板１１０の上記一表面側の全面に形成する。第９工程において第３導電層を形成する方法としては、スパッタ法を採用しているが、これに限らず、例えば、ＣＶＤ法や蒸着法等を採用してもよい。第１０工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、第３導電層を第１パッド１１７ａ及び第２パッド１１７ｃの所定の形状にパターニングする。振動発電装置１０１ａの製造方法では、第９工程と第１０工程とを順次行う代わりに、リフトオフ法を利用して第１パッド１１７ａ及び第２パッド１１７ｃを形成してもよい。また、振動発電装置１０１ａの製造方法では、第９工程と第１０工程とを順次行う代わりに、メタルマスク等を利用して蒸着法等により第１パッド１１７ａ及び第２パッド１１７ｃを形成してもよい。
【００８８】
第１０工程の後には、第１１工程、第１２工程を順次行う。第１１工程では、基板１１０の上記一表面側から、スリット１１０ｄの形成予定領域を第１所定深さまでエッチングすることで第１溝１１０ｈを形成する（図３（ｄ）参照）。スリット１１０ｄの形成予定領域は、支持部１１１ａ、対向部１１１ｂ、各連結部１１１ｃ、梁部１１２ａ、錘部１１２ｂ及び突出部１１２ｃ以外の部位である。第１１工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して、絶縁膜１１８ａ及びシリコン層１１０ｃをエッチングすることで第１溝１１０ｈを形成する。第１１工程でのエッチングは、垂直深堀が可能な誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用いたドライエッチングが好ましい。第１１工程では、基板１１０の埋込酸化膜１１０ｂをエッチングストッパ層として利用する。第１２工程では、基板１１０の上記他表面側から、支持部１１１ａ、対向部１１１ｂ、各連結部１１１ｃ及び錘部１１２ｂ以外の部位を第２所定深さまでエッチングすることで第２溝１１０ｉを形成する（図３（ｅ）参照）。第１２工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して、絶縁膜１１８ｂ及びシリコン基板１１０ａをエッチングすることで第２溝１１０ｉを形成する。第１２工程でのエッチングは、垂直深堀が可能な誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用いたドライエッチングが好ましい。第１２工程では、基板１１０の埋込酸化膜１１０ｂをエッチングストッパ層として利用する。第１１工程と第１２工程との順番は、逆でもよい。
【００８９】
第１１工程、第１２工程の後、第１３工程を行う。第１３工程では、埋込酸化膜１１０ｂのうち、スリット１１０ｄの形成予定領域、梁部１１２ａの形成予定領域及び突出部１１２ｃの形成予定領域それぞれに存在している部分をエッチングすることで、スリット１１０ｄ、梁部１１２ａ及び突出部１１２ｃを形成する（図３（ｆ）参照）。また、第１３工程では、埋込酸化膜１１０ｂ及び絶縁膜１１８ｂをエッチングする。振動発電装置１０１ａの製造方法では、第１工程から第１３工程までの工程を行うことによって、振動発電装置１０１ａを得る。
【００９０】
振動発電装置１０１ａの製造にあたっては、第１３工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の振動発電装置１０１ａに分割するようにしている。
【００９１】
振動発電装置１０１ａの製造方法では、第１３工程で埋込酸化膜１１０ｂをエッチングすることで振動ブロック１１２を形成したときに、絶縁膜１１８ａの内部応力である圧縮応力によって、振動ブロック１１２を反らせることができる。振動発電装置１０１ａの製造方法では、絶縁膜１１８ａの形成時に絶縁膜１１８ａのプロセス条件を適宜設定することによって、絶縁膜１１８ａの内部応力を制御することが可能である。絶縁膜１１８ａの内部応力は、例えば、絶縁膜１１８ａを熱酸化法により形成する場合、酸化温度等のプロセス条件を適宜設定することによって制御することができる。また、絶縁膜１１８ａの内部応力は、例えば、絶縁膜１１８ａをスパッタ法やＣＶＤ法により成膜する場合、ガス圧や、温度等のプロセス条件を適宜設定することによって制御することができる。
【００９２】
振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２に外部振動や流体等が作用していない初期状態において、振動ブロック１１２が、突出部１１２ｃの先端面１１２ｃｃの法線が対向部１１１ｂに交差しないように反っている。ここで、振動ブロック１１２は、厚み方向の一面側が凹曲面状となり且つ他面側が凸曲面状となるように、反っている。
【００９３】
振動発電装置１０１ａは、振動ブロック１１２を流体励起振動させたい場合、基板１１０の上記一表面側が流体の上流側、基板１１０の上記他表面側が流体の下流側となるように配置して使用する。要するに、振動発電装置１０１ａは、対向部１１１ｂの厚み方向の一面（図２（ｂ）の上面）側が流体の上流側、対向部１１１ｂの厚み方向の他面（図２（ｂ）の下面）側が流体の下流側となるように配置して使用する。振動発電装置１０１ａでは、上流側から振動発電装置１０１ａに向って流れる流体が流路１１５を通る際に流速が速くなるので、錘部１１２ｂと突出部１１２ｃと対向部１１１ｂとで囲まれた空間１１０ｆの圧力が下がり、突出部１１２ｃが対向部１１１ｂに近づく向き（上記空間１１０ｆ側）へ変位する。そして、振動発電装置１０１ａでは、突出部１１２ｃの厚み方向の両側の圧力差がなくなると、振動ブロック１１２の弾性力によって振動ブロック１１２が元の位置に戻ろうとする力が作用するものと推考される。振動発電装置１０１ａは、このような動作が繰り返されることで振動ブロック１１２が自励振動し、圧電変換部１１４で交流電圧が発生することになると推考される。
【００９４】
以下では、エネルギ変換装置１の具体的な回路構成例について図１の回路図に基づいて説明する。
【００９５】
図１では、振動発電装置１０１ａを等価回路で記載してある。この等価回路では、振動発電装置１０１ａを、交流電流源Ｉ0と、圧電変換部１１４の容量成分により構成されるコンデンサＣ0と、圧電変換部１１４の抵抗成分により構成される抵抗Ｒ0との並列回路で表してある。交流電流源Ｉ0の周波数は、外部振動の周波数が振動発電装置１０１ａの共振周波数と一致するときには、振動発電装置１０１ａの共振周波数と同じになる。
【００９６】
整流平滑回路１０２は、４個の整流用ダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ接続された全波整流回路１２１と、全波整流回路１２１の出力端間に接続された蓄電素子Ｃ２とで構成してある。蓄電素子Ｃ２としては、セラミックコンデンサ、電気二重層キャパシタ等を挙げることができるが、特に限定するものではない。整流平滑回路１０２は、例えば、整流用のダイオードと、このダイオードに直列接続された蓄電素子とで構成してもよい。また、整流平滑回路１０２は、両波倍電圧整流回路により構成してもよく、この場合、両波倍電圧整流回路における２個のコンデンサの直列回路により蓄電素子を構成することになる。
【００９７】
エネルギ変換装置１は、発電装置１０１の一方の出力端が、２個のダイオードＤ２、Ｄ４の直列回路における両ダイオードＤ２、Ｄ４の接続点に接続されている。また、エネルギ変換装置１は、発電装置１０１の他方の出力端が、２個のダイオードＤ１、Ｄ３の直列回路における両ダイオードＤ１、Ｄ３の接続点に接続されている。
【００９８】
整流平滑回路１０２は、２個のダイオードＤ１、Ｄ２のカソード同士の接続点に蓄電素子Ｃ２の一端が接続され、２個のダイオードＤ３、Ｄ４のアノード同士の接続点に蓄電素子Ｃ２の他端が接続されている。
【００９９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ用のＩＣ（IntegratedCircuit）素子１３１に加えて、コンデンサＣ４、Ｃ５を備えた構成を採用することができる。コンデンサＣ４、Ｃ５は、ＩＣ素子１３１に外付けした電子部品である。
【０１００】
図１では、ＩＣ素子１３１として、LINEAR TECHNOROGY社製のＬＴ（登録商標）３００９を用いる場合を例示してある。ＬＴ（登録商標）３００９は、ＬＤＯ（low drop out）レギュレータ用のＩＣ素子の一種である。コンデンサＣ４は、ＩＣ素子１３１の電圧入力端子ＶＩＮとＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドライン１０３ｂとの間に接続されている。コンデンサＣ５は、ＩＣ素子１３１の電圧出力端子ＶＯＵＴとＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドライン１０３ｂとの間に接続されている。ＩＣ素子１３１のグランド端子ＧＮＤは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドライン１０３ｂと接続されている。ＬＴ（登録商標）３００９では、ＩＮ端子、ＯＵＴ端子、ＧＮＤ端子及びＳＨＤＮ端子、電圧入力端子ＶＩＮ、電圧出力端子、グランド端子ＧＮＤ及び制御端子ＣＮそれぞれを構成する。
【０１０１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、制御端子ＣＮとグランドライン１０３ｂとの間の制御電圧が所定の起動電圧を超えるまでＩＣ素子１３１が起動しないので、低消費電力化を図ることが可能となる。
【０１０２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドライン１０３ｂは、例えば、ＩＣ素子１３１、コンデンサＣ４、Ｃ５を実装する回路基板においてグランド用にパターン化された導体層（配線）により構成することができる。この回路基板には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の回路部品以外に、発電装置１０１、整流平滑回路１０２の回路部品等を実装することが好ましい。回路基板としては、例えば、プリント配線基板等を採用することができる。
【０１０３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１として、ＬＤＯレギュレータ用のＩＣ素子に限らず、例えば、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ用のＩＣ素子や、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ用のＩＣ素子や、チャージポンプ型のＤＣ−ＤＣコンバータ用のＩＣ素子等を用いてもよい。ＩＣ素子１３１は、製品によって端子（ピン）の機能や配置、端子の割り当て（ピンアサイン）が異なる場合がある。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、採用するＩＣ素子１３１の種類等に基づいて、適宜、外付けの電子部品を接続すればよい。昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ用のＩＣ素子としては、例えば、Microchip Technology社のＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／Ｄ、MaximIntegrated社製のＭＡＸ１７２４、LINEAR TECHNOROGY社製のＬＴＣ（登録商標）３５２６、TEXAS INSTRUMENT社のＴＰＳ６１２２０、トレックス・セミコンダクター株式会社のＸＣ９１３５等を用いることもできる。チャージポンプ型のＤＣ−ＤＣコンバータ用のＩＣ素子としては、例えば、Maxim Integrated社製のＭＡＸ１５９５等を用いることができる。
【０１０４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１として、ＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／Ｄを用いる場合、ＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／ＤのＥＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１としてＭＡＸ１７２４を用いる場合、ＭＡＸ１７２４のＳＨＤＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
【０１０５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１としてＬＴＣ（登録商標）３５２６を用いる場合、ＬＴＣ（登録商標）３５２６のＳＨＤＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
【０１０６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１としてＴＰＳ６１２２０を用いる場合、例えば、ＴＰＳ６１２２０のＥＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
【０１０７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１としてＸＣ９１３５を用いる場合、ＸＣ９１３５のＥＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
【０１０８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１としてＭＡＸ１５９５を用いる場合、ＭＡＸ１５９５のＳＨＤＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
【０１０９】
ＩＣ素子１３１は、停止されているときに入力側から出力側へ電流が流れないように入力側と出力側とを電気的に絶縁する機能（「負荷切断機能」とも呼ばれる。）を備えているのが好ましい。
【０１１０】
エネルギ変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の出力端間に、負荷（図示せず）を接続すれば、負荷の電源として機能することとなる。負荷としては、例えば、無線回路、センサ、固体発光素子等を採用することが可能である。無線回路は、無線通信規格として、例えば、EnOcean（登録商標）、Zigbee（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、特定小電力無線、微弱無線、Wi-Fi（登録商標）、UWB（Ultra Wide Band）等を採用することができるが、特に限定するものではない。センサとしては、例えば、温度センサ、湿度センサ、ガスセンサ（例えば、ＣＯ２センサ、ＣＯセンサ等）、浮遊粒子センサ（例えば、ほこりセンサ、花粉センサ等）、加速度センサ、圧力センサ等を採用することができる。固体発光素子としては、例えば、発光ダイオード、半導体レーザ等を採用することができる。
【０１１１】
監視回路１０４は、上述のように、第１電圧と第２電圧との差を、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３とで構成されるヒステリシス回路１４１により設定してある。なお、以下では、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６を、それぞれ、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４、第５抵抗Ｒ５及び第６抵抗Ｒ６とも称する。また、以下では、半導体スイッチング素子Ｍ１、半導体スイッチング素子Ｍ２及び半導体スイッチング素子Ｍ３を、それぞれ、第１半導体スイッチング素子Ｍ１、第２半導体スイッチング素子Ｍ２及び第３半導体スイッチング素子Ｍ３とも称する。
【０１１２】
監視回路１０４は、入力電圧を監視する電圧検出端子とは別に電源端子を有し入力電圧を監視するコンパレータ１４２と、ヒステリシス回路１４１とで構成されている。
【０１１３】
コンパレータ１４２としては、例えば、LINER TECHNOLOGY社製のＬＴＣ（登録商標）１５４０等を採用することができる。コンパレータ１４２は、ＬＴＣ（登録商標）１５４０を採用する場合、ＬＴＣ（登録商標）１５４０のＶ＋端子、ＩＮ＋端子が、電源端子、電圧検出端子それぞれを構成する。また、コンパレータ１４２は、ＬＴＣ（登録商標）１５４０を採用する場合、ＬＴＣ（登録商標）１５４０に内蔵されたツェナダイオードが、リファレンス電圧源Ｖref１を構成する。
【０１１４】
ヒステリシス回路１４１は、整流平滑回路１０２の出力端間に、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とを直列接続した第１直列回路からなる第１抵抗分圧回路が接続されている。また、ヒステリシス回路１４１は、第１抵抗Ｒ１の両端間に、第２半導体スイッチング素子Ｍ２と第３抵抗Ｒ３とを直列接続した第２直列回路が並列接続されている。ヒステリシス回路１４１は、第２半導体スイッチング素子Ｍ２として、エンハンスメント型（ノーマリオフ型）のｐチャネルＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を採用している。監視回路１０４は、第３抵抗Ｒ３と第２抵抗Ｒ２とを直列接続した第３直列回路が第２抵抗分圧回路を構成している。また、ヒステリシス回路１４１は、第２抵抗Ｒ２にコンデンサＣ３が並列接続されている。
【０１１５】
コンパレータ１４２は、第２抵抗Ｒ２の両端電圧とリファレンス電圧源Ｖref１の電圧（以下、「リファレンス電圧」という。）とを比較し、第２抵抗Ｒ２の両端電圧がリファレンス電圧を超えたときに出力電圧がＬレベルからＨレベルに変化するように構成されている。
【０１１６】
また、ヒステリシス回路１４１は、第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５と第１半導体スイッチング素子Ｍ１とを直列接続した第４直列回路が、第１抵抗分圧回路に並列接続されている。ヒステリシス回路１４１は、第１半導体スイッチング素子Ｍ１として、エンハンスメント型（ノーマリオフ型）のｎチャネルＭＯＳＦＥＴを採用している。第１半導体スイッチング素子Ｍ１を構成するｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、ゲートが、コンパレータ１４２の出力端子に接続されている。また、ヒステリシス回路１４１は、第５抵抗Ｒ５と第１半導体スイッチング素子Ｍ１との接続点が、第２半導体スイッチング素子Ｍ２を構成するｐチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されている。
【０１１７】
また、ヒステリシス回路１４１は、第３半導体スイッチング素子Ｍ３と第６抵抗Ｒ６とを直列接続した第５直列回路が、第４直列回路に並列接続されている。ヒステリシス回路１４１は、第３半導体スイッチング素子Ｍ３として、エンハンスメント型（ノーマリオフ型）のｐチャネルＭＯＳＦＥＴを採用している。第３半導体スイッチング素子Ｍ３を構成するｐチャネルＭＯＳＦＥＴは、ゲートが、第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５との接続点に接続されている。
【０１１８】
監視回路１０４は、第３半導体スイッチング素子Ｍ３と第６抵抗Ｒ６との接続点が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の制御端子ＣＮに接続されている。また、監視回路１０４は、第５直列回路の両端間に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のコンデンサＣ４が接続されている。
【０１１９】
エネルギ変換装置１は、第２半導体スイッチング素子Ｍ２がオン状態のときに、コンパレータ１４２の入力電圧と蓄電素子Ｃ２の両端電圧とを略同じとみなせるように、第３抵抗Ｒ３の抵抗値を、第１抵抗Ｒ１の抵抗値及び第２抵抗Ｒ２の抵抗値よりも十分小さな値に設定してある。具体例としては、第３抵抗Ｒ３の抵抗値を１ｋΩ、第１抵抗Ｒ１の抵抗値を１０ＭΩ、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を４０ＭΩに設定してあるが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。なお、抵抗Ｒ３は、上述のように抵抗Ｒ２とともに第２抵抗分圧回路を構成しているが、半導体スイッチング素子Ｍ２がオフからオンになったときにコンデンサＣ３に流れる電流を制限する限流用の抵抗として設けてある。
【０１２０】
エネルギ変換装置１は、第６抵抗Ｒ６の両端電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の制御端子ＣＮとグランドライン１０３ｂとの間の制御電圧となるように構成されており、制御電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の所定の起動電圧以上の電圧になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動される。要するに、エネルギ変換装置１は、発電装置１０１の発電開始からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動されるまでの遅延時間を、監視回路１０４により決めることが可能となる。よって、エネルギ変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。
【０１２１】
図４は、エネルギ変換装置１の動作説明図である。図４では、Ａが、蓄電素子Ｃ２の電圧波形、Ｂが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の出力電圧波形、Ｃが、コンパレータ１４２の入力電圧波形、Ｄが、コンパレータ１４２の出力電圧波形、Ｅが、制御電圧の波形それぞれを示している。また、図５は、図４において一点鎖線で囲んだ部分の横軸を拡大した動作説明図である。以下、図１、図４及び図５を参照しながら、エネルギ変換装置１の動作例について説明する。
【０１２２】
エネルギ変換装置１は、発電装置１０１の出力電圧が発生し始めると、整流平滑回路１０２の蓄電素子Ｃ２への蓄電が開始され、蓄電素子Ｃ２の両端電圧が徐々に増加する（図４のＡ及び図５のＡを参照）。その後、エネルギ変換装置１は、コンパレータ１４２の入力電圧（図４のＣ及び図５のＣを参照）がリファレンス電圧Ｖref１よりも高くなると、コンパレータ１４２の出力電圧がＬレベルからＨレベルに変化する（図４のＤ及び図５のＤを参照）。すると、エネルギ変換装置１は、第１半導体スイッチング素子Ｍ１がオフ状態からオン状態に変化する。これにより、エネルギ変換装置１は、第２半導体スイッチング素子Ｍ２のゲート電圧がグランド電位に低下し、第２半導体スイッチング素子Ｍ２がオフ状態からオン状態に変化し、コンパレータ１４２の入力電圧と蓄電素子Ｃ２の両端電圧とが略同じとなる（図５のＡとＣとを参照）。続いて、エネルギ変換装置１は、第３スイッチング素子Ｍ３のゲート電圧がグランド電位付近まで低下するので、第３スイッチング素子Ｍ３がオフ状態からオン状態に変化する。エネルギ変換装置１は、第３スイッチング素子Ｍ３がオン状態になると、制御電圧が蓄電素子Ｃ２の両端電圧と略同じになり（図５のＡとＥとを参照）、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動される。エネルギ変換装置１は、コンパレータ１４２の入力電圧がリファレンス電圧Ｖref１以下になると、コンパレータ１４２の出力電圧がＨレベルからＬレベルに変化し（図４のＤ及び図５のＤを参照）、その後、制御電圧がＬレベルになり（図４のＥ及び図５のＥ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の動作が停止する（図４のＢ及び図５のＢ）。
【０１２３】
エネルギ変換装置１は、蓄電素子Ｃ２の放電開始電圧を第１電圧Ｖ１とすることができ、蓄電素子Ｃ２の放電停止電圧を第２電圧Ｖ２とすることができる。したがって、エネルギ変換装置１では、整流平滑回路１０２の蓄電素子Ｃ２からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３へ引き渡せるエネルギをＥｎ、蓄電素子Ｃ２の容量をＣとすると、エネルギＥｎを下記の（１）式で表すことができる。
【０１２４】
【数１】
2014207767.tif 000003
エネルギ変換装置１は、（１）式より、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差が大きいほうが、より大きなエネルギをＤＣ−ＤＣコンバータ１０３に伝えることが可能となることが分かる。
【０１２５】
ところで、整流平滑回路１０２とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３との間に監視回路１０４を備えていない比較例のエネルギ変換装置では、整流平滑回路１０２の蓄電素子Ｃ２の両端電圧をＶ、蓄電素子Ｃ２の蓄積エネルギをＥ１とすると、蓄積エネルギＥ１は、下記の（２）式で表すことができる。
【０１２６】
【数２】
2014207767.tif 000004
比較例のエネルギ変換装置は、より消費電流の大きな負荷を駆動する用途で用いる場合、蓄電素子Ｃ２の容量を大きくする必要がある。しかしながら、比較例のエネルギ変換装置は、例えば、蓄電素子Ｃ２として、より容量の大きな電気二重層キャパシタ等を用いた場合、リーク電流が大きくなることや、大電流を出力することが難しいこと等から、回路効率が低下してしまう。これに対して、本実施形態のエネルギ変換装置１では、（１）式から分かるように第１電圧Ｖ１と第２電圧との差を利用して必要なエネルギを確保するので、蓄電素子Ｃ２の容量を大きくすることなく、より消費電流の大きな負荷を駆動する用途で用いることが可能となる。本実施形態のエネルギ変換装置１では、整流平滑回路１０２とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３との間に、監視回路１０４を備えているので、蓄電素子Ｃ２に低損失で蓄電し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。よって、本実施形態のエネルギ変換装置１では、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態のエネルギ変換装置１では、監視回路１０４が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を起動させるときの入力電圧である第１電圧とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を停止させるときの入力電圧である第２電圧とが異なるヒステリシス特性を有している。監視回路１０４は、第１電圧と第２電圧との差を、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３とで構成されるヒステリシス回路１４１により設定してある。これにより、エネルギ変換装置１は、回路効率の向上を図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。
【０１２７】
図６は、実施形態１のエネルギ変換装置１の変形例の回路図である。この変形例では、実施形態１のエネルギ変換装置１におけるコンパレータ１４２の代わりに、入力電圧を監視する電圧検出端子ＶＩＮとは別に電源端子ＶＤＤを有し入力電圧を監視するボルテージディテクタ１４３を用いている点が相違する。すなわち、変形例では、監視回路１０４が、ヒステリシス回路１４１と、ボルテージディテクタ１４３と、で構成されている。
【０１２８】
ボルテージディテクタ１４３は、設定された電圧を検出するとリセット信号を出力するＩＣ素子である。ボルテージディテクタとしては、電源端子が電圧検出端子を兼ねたものもあるが、電源端子への入力電圧が最低動作電圧を下回ると、抵抗Ｒ１、Ｒ２によって電源端子に流れる電流が制限されてしまうため、ボルテージディテクタの動作が不安定になってしまう。これに対して、変形例では、電圧検出端子ＶＩＮとは別に電源端子ＶＤＤを有するボルテージディテクタ１４３を用いていることにより、監視回路１０４の動作を安定させることができる。電圧検出端子ＶＩＮとは別に電源端子ＶＤＤを有するボルテージディテクタ１４３としては、株式会社リコー製のＲ３１１１ｘ、Ｒ３１１８ｘ、Ｒ３１３２ｘ等を採用することができ、ＳＥＮＳＥ端子が電圧検出端子ＶＩＮに相当する。
【０１２９】
変形例では、ボルテージディテクタ１４３の電源端子ＶＤＤを蓄電素子Ｃ２の一端に接続し、ボルテージディテクタ１４３のグランド端子ＧＮＤを蓄電素子Ｃ２の他端に接続してある。また、変形例では、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点をボルテージディテクタ１４３の電圧検出端子ＶＩＮに接続してある。また、変形例では、ボルテージディテクタ１４３の出力端子ＶＯＵＴを第１スイッチング素子Ｍ１のゲートに接続してある。
【０１３０】
変形例のエネルギ変換装置１は、発電装置１０１の発電開始からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動されるまでの遅延時間を、監視回路１０４により決めることが可能となる。よって、変形例のエネルギ変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。また、変形例のエネルギ変換装置１では、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様、ヒステリシス回路１４１を備えていることにより、回路効率の向上を図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。
【０１３１】
ヒステリシス回路１４１の回路構成は、特に限定するものではなく、抵抗分圧回路と半導体スイッチング素子とを備えた構成してあればよい。また、ヒステリシス回路１４１に用いる半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えば、ＨＥＭＴ（high electron mobility transistor）、ＭＥＳＦＥＴ（metalsemiconductor field effect transistor）、ＩＧＢＴ（insulatedgate bipolar transistor）、バイポーラトランジスタ等を採用することができる。
【０１３２】
（実施形態２）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１について図７に基づいて説明する。なお、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【０１３３】
本実施形態のエネルギ変換装置１は、発電装置１０１として、電磁誘導型の振動発電装置１０１ｂを用いている点が相違する。電磁誘導型の振動発電装置１０１ｂとは、電磁誘導を利用して運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置である。
【０１３４】
本実施形態のエネルギ変換装置１は、発電装置１０１が電磁誘導型の振動発電装置１０１ｂにより構成されているので、発電装置１０１を圧電型の振動発電装置１０１ａや静電容量型の振動発電装置により構成する場合に比べて、整流平滑回路１０２の蓄電素子Ｃ２サの容量を大きく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。静電誘導型の振動発電装置とは、静電誘導を利用して運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置である。
【０１３５】
以下では、電磁誘導型の振動発電装置１０１ｂについて図８〜１３に基づいて説明する。
【０１３６】
振動発電装置１０１ｂ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８（ａ）の上下方向）で対向配置されている。振動発電装置１０１ｂ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８（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。
【０１３７】
振動発電装置１０１ｂは、磁石ブロック３を備えた可動部１２を外部から作動させ可動部１２を減衰振動させることが可能なものである。振動発電装置１０１ｂは、可動部１２と、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、を備えている。振動発電装置１０１ｂは、支持部１４が弾性体部１５を介して可動部１２を支持しており、可動部１２が上記第２方向に振動可能となっている。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、振動発電装置１０１ｂ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る。
【０１３８】
振動発電装置１０１ｂは、可動部１２と支持部１４と各弾性体部１５とを有する振動ブロック１１を備えている。振動ブロック１１の可動部１２の振動方向については、例えば、可動部１２の重心を原点とする直交座標を仮定して説明することができる。この直交座標では、例えば、上記第２方向に沿ってｘ軸の正方向を決め、上記第１方向及び上記第２方向それぞれに直交する方向に沿ってｙ軸の正方向を決め、上記第１方向に沿って上記第２方向に直交するｚ軸の正方向を決めることができる。この場合、振動ブロック１１は、可動部１２の振動方向をｘ軸の正負方向に単方向化することが可能となり、ｙ軸の正負方向やｚ軸の正負方向への振動成分を抑制することが可能となる。
【０１３９】
したがって、振動発電装置１０１ｂは、図８（ｂ）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８（ｂ）の上下方向や可動部１２の厚み方向（図８（ｂ）の紙面に直交する方向）等への振動が抑制される。よって、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１４０】
また、振動発電装置１０１ｂ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。振動発電装置１０１ｂは、第１キャップ２１及び第２キャップ３1の各々に、上述のコイルブロック４が保持されている。また、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１４１】
振動発電装置１０１ｂの各構成要素については、以下に詳細に説明する。
【０１４２】
振動ブロック１１は、支持部１４の平面視形状を枠状としてある。また、振動ブロック１１は、支持部１４の内側に、可動部本体１３が配置されている。可動部本体１３は、支持部１４の内側面から離れて配置されている。また、振動ブロック１１は、上記第２方向において可動部本体１３の両側に弾性体部１５が配置されている。また、振動ブロック１１は、可動部本体１３の平面視形状を枠状としてある。振動ブロック１１は、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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
可動部本体１３と磁石ブロック３とで構成される可動部１２の平面視形状は、八角形状としてある。可動部１２の平面視形状は、八角形状に限らず、例えば、矩形状の形状としてもよい。振動ブロック１１では、可動部本体１３の外周形状及び内周形状それぞれが大きさの異なる矩形状となっていてもよい。また、可動部１２の平面視形状は、例えば、円形状や正多角形状としてもよい。
【０１４５】
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１次元の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（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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
磁石ブロック３は、上述の複数個の磁石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。
【０１４８】
振動ブロック１１は、可動部本体１３と支持部１４と各弾性体部１５とを、例えば、基板１０から形成することができる。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。
【０１４９】
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、支持部１４及び各弾性体部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、支持部１４及び各弾性体部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と支持部１４と各弾性体部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、振動発電装置１０１ｂの製造時には、振動ブロック１１を形成する際に、可動部本体１３、支持部１４及び各弾性体部１５のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。
【０１５０】
また、各弾性体部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、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と支持部１４と各弾性体部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、各弾性体部１５と可動部本体１３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、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
弾性体部１５は、ばねであることが好ましい。これにより、振動発電装置１０１ｂは、弾性体部１５の１個当たりの蓄積エネルギを大きくすることが可能となり、振動発電装置１０１ｂの小型化を図ることが可能となる。
【０１５３】
弾性体部１５は、上記第２方向における可動部１２の両側の各々に、複数個（例えば、５個）ずつ並んで設けられていることが好ましい。これにより、振動発電装置１０１ｂは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、振動発電装置１０１ｂは、個々の弾性体部１５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。可動部１２の両側の弾性体部１５の数は、特に５個に限定するものではない。
【０１５４】
弾性体部１５を構成するばねの材料は、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、振動発電装置１０１ｂは、弾性体部１５を構成するばね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。
【０１５５】
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）、Ｔｉ合金、Ａｌ合金等を採用することができる。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。
【０１５６】
また、振動発電装置１０１ｂは、弾性体部１５を構成するばね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、振動発電装置１０１ｂは、弾性体部１５を構成するばねの材料が、シリコンであることにより、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。これにより、振動発電装置１０１ｂは、ばねの形状の弾性体部１５において厚み寸法Ｗ１（図９参照）に対する幅寸法Ｈ１（図８（ａ）参照）の比で表されるアスペクト比を大きくすることが可能となる。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、ばね形状の弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を高精度に制御することが可能となる。しかも、この場合には、ばね形状の弾性体部１５の幅寸法Ｈ１を基板１０の厚みと同じ値とすることが可能となるから、アスペクト比の大きなばね形状の弾性体部１５を寸法精度良く形成することが可能となる。なお、図８（ａ）に示した振動発電装置１０１ｂでは、弾性体部１５の形状として、つづら折れ状のばね形状を採用しており、ばね形状の弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を０．４ｍｍ、幅寸法Ｈ１を１ｍｍとしてある。この場合のアスペクト比は、２．５である。また、この一例の場合には、ｘ軸方向の剛性が約２７５４Ｎ／ｍ、ｙ軸方向の剛性が約３２６７Ｎ／ｍ、ｚ軸方向の剛性が約３１４６Ｎ／ｍである。つまり、この一例の場合には、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。ただし、これらの数値例は、図９に示すように、つづら折れ状のばね形状の弾性体部１５自身において、折り返し箇所を２箇所だけ増やし、また、隣り合う部位同士の間隔Ｗ３を０．１２ｍｍ、ｘ軸方向における弾性体部１５全体の長さＸ１１を７ｍｍ、ｙ軸方向における弾性体部１５全体の長さＹ１１を７ｍｍとした場合の値である。剛性の測定に関しては、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ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸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。
【０１５７】
振動発電装置１０１ｂは、弾性体部１５が上記第２方向における可動部１２の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられている場合、各複数個ずつの弾性体部１５の全ての材料をシリコンとすることができる。振動ブロック１１は、各複数個ずつの弾性体部１５のうち少なくとも１個ずつの材料がシリコンであればよく、他の弾性体部１５の材料を金属としてもよい。
【０１５８】
弾性体部１５を構成するばねの形状は、例えば、つづら折れ状であることが好ましい。この場合、弾性体部１５は、平面視形状において折り返し部分に角のないＵ字状に形成された形状のほうが、平面視形状において折り返し部分に角のあるＵ字状に形成された形状よりも好ましい。振動発電装置１０１ｂは、弾性体部１５の折り返し部分に角のない形状を採用することにより、弾性体部１５の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。
【０１５９】
また、つづら折れ状の弾性体部１５としては、平面視において折り返し部分の厚み寸法を他の部位の厚み寸法よりも大きくした形状としてもよく、弾性体部１５の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。
【０１６０】
また、つづら折れ状の弾性体部１５としては、平面視において折り返し部分間の距離が徐々に短くなる形状としてもよい。
【０１６１】
また、弾性体部１５は、平面視において蛇行した形状であれば、つづら折れ状の形状に限らず、例えば、波形状（平面視で正弦波状）の形状でもよい。
【０１６２】
また、弾性体部１５を構成するばねの形状は、つづら折れ状や波形状等の蛇行した形状に限らず、他の形状でもよい。
【０１６３】
可動部本体１３の厚み寸法は、各弾性体部１５の厚み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各弾性体部１５の厚み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、各弾性体部１５の厚み寸法よりも小さくしてもよい。この場合は、弾性体部１５の上記第１方向の剛性を高くすることが可能となる。
【０１６４】
第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２は、枠状に形成されている。振動発電装置１０１ｂ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、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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には、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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
振動発電装置１０１ｂ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、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１６９】
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には、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、第２キャップ３１と、第１スペーサ４１、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、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１７０】
振動発電装置１０１ｂ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、振動発電装置１０１ｂ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、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１７１】
振動発電装置１０１ｂは、図１１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。これらの開口形状は、円形状以外の形状でもよい。
【０１７２】
また、振動ブロック１１は、可動部本体１３から平面視において上記第２方向に直交する方向に突出する２つの突部１３ｂを一体に設けてある。各突部１３ｂの各々は、平面視矩形状に形成されている。また、振動ブロック１１は、枠状の支持部１４の内側面に、各突部１３ｂの各々を上記第２方向に変位可能とする２つの第１凹部（第１切欠部）１４ｂが形成されている。そして、第１キャップ２１及び第２キャップ３１には、各第１凹部１４ｂの各々の投影領域に、矩形状の貫通孔２１ｂ、３１ｂがそれぞれ形成されている。また、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の内側面には、各第１凹部１４ｂの各々の投影領域に、第２凹部（第２切欠部）４１ｂ、４２ｂがそれぞれ形成されている。したがって、振動発電装置１０１ｂでは、外部から貫通孔２１ｂ、３１ｂ及び第２凹部４１ｂ、４２ｂを通して、両突部１３ｂに対して適宜の冶具により外力を与えて可動部１２を上記第２方向へ変位させることが可能となっている。これにより、振動発電装置１０１ｂでは、両突部１３ｂを変位させた後に冶具を引き抜けば、可動部１２が上記第２方向に振動することとなる。要するに、振動発電装置１０１ｂは、可動部１２を変位させて作動させることが可能である。この場合の可動部１２の振動は、減衰振動である。これにより、振動発電装置１０１ｂの出力電圧（振動発電装置１０１ｂで発生する交流電圧）の波形は、例えば、図１３に示すように時間の経過とともに減衰する波形となる。なお、冶具としては、例えば、二股のフォーク状の形状のものを採用することができる。
【０１７３】
振動ブロック１１は、図８（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、支持部１４に、上記第２方向への可動部１２の変位量を制限するテーパ状のストッパ部１４ｃを設けてある。一方、可動部１２の外周面（可動部本体１３の外側面）には、ストッパ部１４ｃと略平行な傾斜面１２ｃを設けてある。支持部１４に設けられたストッパ部１４ｃは、支持部１４の内側面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜している。可動部１２に設けられた傾斜面１２ｃは、可動部１２の外周面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜している。
【０１７４】
振動発電装置１０１ｂでは、両突部１３ｂに対して適宜の冶具により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、傾斜面１２ｃがストッパ部１４ｃに接触することで可動部１２の変位が制限される。これにより、振動発電装置１０１ｂは、可動部１２を作動させる際に可動部１２の変位量（可動部１２の初期変位）を略一定値とすることが可能となる。また、振動発電装置１０１ｂでは、上記第２方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。これらにより、振動発電装置１０１ｂ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。なお、図１２（ａ）中の矢印は、可動部１２を変位させる向きの一例を示している。振動発電装置１０１ｂは、図１２（ａ）中の矢印とは逆向きへ変位させることも可能である。
【０１７５】
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１次元の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１次元の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、振動発電装置１０１ｂは、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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の幅方向において磁石ブロック３側の一端部に巻回してある。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の幅方向の他端部を、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では、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。
【０１７９】
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の幅方向の他端部を、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では、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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
振動発電装置１０１ｂ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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
ところで、図２０に示した構成の発電装置３００では、コイルバネ３３０の中間部が矢印Ｚ１方向へ変位可能であると推考される。このため、発電装置３００では、永久磁石３２０の厚み方向の振動に起因して上述の間隔が変動し、発電特性が不安定となったり、発電効率が低下する懸念がある。つまり、発電装置３００のようなエネルギ変換装置では、エネルギ変換特性が不安定となったり、エネルギ変換効率が低下する懸念がある。また、発電装置３００は、上述の間隔を狭くすると、永久磁石３２０が平面コイル３１４ａ及び３１４ｂに接触してしまう懸念がある。
【０１８６】
また、上述の発電装置３００は、プリント基板３１２の開口部３１２ａにおける矢印Ｘ１方向及び矢印Ｘ２方向に沿った側面と永久磁石３２０とが接することで、矢印Ｘ１方向と矢印Ｚ１方向とに直交する方向に対する永久磁石３２０の移動が規制されているものと推考される。しかしながら、このような場合には、永久磁石３２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）に振動する際に摺動抵抗が生じて、発電効率が低下してしまうものと考えられる。
【０１８７】
これに対し、振動発電装置１０１ｂにおける弾性体部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。よって、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１８８】
また、振動発電装置１０１ｂは、上記第２方向における可動部１２の両側それぞれに複数の弾性体部１５が設けられている。これにより、振動発電装置１０１ｂは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。
【０１８９】
また、振動発電装置１０１ｂは、第１キャップ２１、第２キャップ３1に、第１コイルブロック４Ａ、第２コイルブロック４Ｂそれぞれが保持されている。これにより、振動発電装置１０１ｂ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。
【０１９０】
また、振動発電装置１０１ｂ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、出力電圧を高めることも可能となる。
【０１９１】
また、振動発電装置１０１ｂ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枠状の第１スペーサ４１を備えている。これにより、振動発電装置１０１ｂ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、振動発電装置１０１ｂ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。振動発電装置１０１ｂ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。
【０１９２】
また、振動発電装置１０１ｂ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枠状の第２スペーサ４２を備えている。これにより、振動発電装置１０１ｂ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、振動発電装置１０１ｂ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。振動発電装置１０１ｂ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。
【０１９３】
振動発電装置１０１ｂ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。この場合、振動発電装置１０１ｂの開放電圧は、可動部１２の振動に応じた交流電圧となる。振動発電装置１０１ｂは、両突部１３ｂに冶具等により外力を与え後に冶具を引き抜けば、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。
【０１９４】
よって、振動発電装置１０１ｂは、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、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【０１９５】
なお、振動発電装置１０１ｂは、この振動発電装置１０１ｂの共振周波数と一致する環境振動（外部振動）を利用して発電させることもできる。環境振動としては、例えば、稼動中のＦＡ（factory automation）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、種々の環境振動がある。振動発電装置１０１ｂで発生する交流電圧の周波数は、環境振動の周波数が振動発電装置１０１ｂの共振周波数と一致する場合、振動発電装置１０１ｂの共振周波数と同じになる。
【０１９６】
図７では、振動発電装置１０１ｂを等価回路で記載してある。この等価回路では、振動発電装置１０１ｂを、交流電圧源Ｖｓと、振動発電装置１０１ｂの抵抗成分により構成される抵抗Ｒｓと、振動発電装置１０１ｂのインダクタンス成分により構成されるインダクタＬｓとの直列回路で表わしてある。振動発電装置１０１ｂの抵抗成分とは、コイルブロック４の各コイル４ａの抵抗成分の合成抵抗に相当する抵抗成分である。振動発電装置１０１ｂのインダクタンス成分とは、コイルブロック４の各コイル４ａのインダクタンス成分の合成インダクタンスに相当するインダクタンス成分である。
【０１９７】
本実施形態のエネルギ変換装置１は、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様、発電装置１０１の発電開始からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動されるまでの遅延時間を、監視回路１０４により決めることが可能となる。よって、本実施形態のエネルギ変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。また、本実施形態のエネルギ変換装置１では、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様、ヒステリシス回路１４１を備えていることにより、回路効率の向上を図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。なお、本実施形態のエネルギ変換装置１では、監視回路１０４のコンパレータ１４２に代えて、実施形態１のエネルギ変換装置１の変形例で説明したボルテージディテクタ１４３（図６参照）を用いてもよい。
【０１９８】
（実施形態３）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置について図１４〜図１８に基づいて説明する。
【０１９９】
本実施形態のエネルギ変換装置は、実施形態２のエネルギ変換装置１と比べて、振動発電装置１０１ｂの構成が相違し、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５を備えている点等が相違する。なお、本実施形態のエネルギ変換装置は、実施形態２のエネルギ変換装置１と同様、図７に示した、整流平滑回路１０２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３及び監視回路１０４を備えている。
【０２００】
また、本実施形態のエネルギ変換装置は、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５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を変位可能である。
【０２０１】
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磁石もしくは第２磁性体のいずれかにより構成することができる。
【０２０２】
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、支持部１４は、互いに対向する２つの端面１４ｅ、１４ｅを有している。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１つの突出部１８を備えている。突出部１８の先端面には、上述の第１磁性材料部７が接続されている。突出部１８と第１磁性材料部７とは、接着剤により接続されている。突出部１８の平面視形状は、上記第２方向を長手方向とする長方形状としてある。突出部１８の短手方向の寸法は、支持部１４の両端面１４ｅ、１４ｅ間の寸法よりもやや小さな寸法に設定してある。第１磁性材料部７の平面視形状は、矩形状としてある。
【０２０３】
第１磁性材料部７は、第１磁性体により構成してあるが、これに限らず、第１磁石により構成してもよい。第１磁性材料部７を第１磁性体により構成する場合の材料としては、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磁性材料部７を第１磁石により構成する場合の材料としては、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。
【０２０４】
振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部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及び各弾性体部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と各弾性体部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、振動発電装置１０１ｂの製造時には、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及び各弾性体部１５のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部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、各弾性体部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、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。
【０２０５】
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、複数の弾性体部１５が並んで設けられていることが好ましい。これにより、振動発電装置１０１ｂは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、振動発電装置１０１ｂは、個々の弾性体部１５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。可動部１２の両側それぞれの弾性体部１５の数は、特に限定するものではない。
【０２０６】
第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２は、平面視形状がＣ字状の形状である。振動発電装置１０１ｂ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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
また、振動発電装置１０１ｂ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。
【０２０９】
エネルギ変換装置は、上述の入力機構５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。要するに、振動発電装置１０１ｂは、可動部１２を変位させて作動させることが可能である。
【０２１０】
入力機構５は、実装基板８に固定されている。実装基板８としては、例えば、実施形態１のエネルギ変換装置１で説明した回路基板を採用することができる。これにより、本実施形態のエネルギ変換装置は、振動発電装置１０１ｂと入力機構５との相対的な位置関係を規定することができる。
【０２１１】
入力機構５は、実装基板８に固定される円柱状の回動軸５１と、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。
【０２１２】
第２磁性材料部６は、第２磁石により構成されているが、これに限らず、第２磁性体により構成してもよい。第２磁性材料部６を第２磁石により構成する場合の材料としては、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。また、第２磁性材料部６を第２磁性体により構成する場合の材料としては、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。
【０２１３】
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は、反発する方向となる。
【０２１４】
入力機構５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おり、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。
【０２１５】
入力機構５は、例えば、図１７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。
【０２１６】
図１７に示した入力機構５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から離れる向きへ変位する。そして、入力機構５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。なお、入力機構５は、図１７の構成に限定するものではなく、他の構成でもよい。
【０２１７】
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磁性体である場合には、入力機構５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）を備えるようにすればよい。入力機構５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。
【０２１８】
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１４ｃ（図１４（ｂ）参照）を設けてある。ストッパ部１４ｃは、支持部１４の内側面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜したテーパ状である。これに対し、可動部１２の外周面（可動部本体１３の外側面）には、ストッパ部１４ｃと略平行な傾斜面１２ｃ（図１４（ｂ）参照）を設けてある。可動部１２に設けられた傾斜面１２ｃは、可動部１２の外周面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜している。エネルギ変換装置では、上述の入力機構５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、傾斜面１２ｃがストッパ部１４ｃに接触することで可動部１２の変位量が規定値に制限されるから、可動部１２の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、振動発電装置１０１ｂでは、上記第２方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。これらにより、振動発電装置１０１ｂ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り、また、外力を与える際に弾性体部１５に上記第２方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【０２１９】
エネルギ変換装置における振動発電装置１０１ｂ及び入力機構５の動作の一例について図１８に基づいて説明するが、図１８は、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。
【０２２０】
エネルギ変換装置は、図１８（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１８（ａ）中の矢印の向き）の外力が与えられると、図１８（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、エネルギ変換装置は、可動部１２が図１８（ｂ）の右側の弾性体部１５の弾性力に抗して移動し、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１８（ｂ）において入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
【０２２１】
そして、エネルギ変換装置は、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１８（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１８（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、入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
【０２２２】
その後、入力機構５へ外力を与えるのを止めると、入力機構５は、復帰ばね５５のばね力によって初期位置に戻る。なお、図１８（ｄ）において入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
【０２２３】
エネルギ変換装置は、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。
【０２２４】
本実施形態のエネルギ変換装置は、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５と、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５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を変位可能である。これにより、エネルギ変換装置は、入力機構５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。エネルギ変換装置は、入力機構５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。
【０２２５】
エネルギ変換装置は、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２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。
【０２２６】
また、エネルギ変換装置は、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、吸引する方向なので、磁力の方向が反発する方向である場合に比べて、可動部１２を上記第２方向に沿って安定して変位させることが可能となる。
【０２２７】
本実施形態のエネルギ変換装置は、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様、発電装置１０１の発電開始からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動されるまでの遅延時間を、監視回路１０４により決めることが可能となる。よって、本実施形態のエネルギ変換装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。また、本実施形態のエネルギ変換装置では、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様、ヒステリシス回路１４１を備えていることにより、回路効率の向上を図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。なお、本実施形態のエネルギ変換装置では、監視回路１０４のコンパレータ１４２に代えて、実施形態１のエネルギ変換装置１の変形例で説明したボルテージディテクタ１４３（図６参照）を用いてもよい。
【０２２８】
ところで、上述の実施形態２、３では、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、これらに限らず、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。また、弾性体部１５は、ゴムや樹脂等により形成してもよい。
【符号の説明】
【０２２９】
１  エネルギ変換装置
３  磁石ブロック
４  コイルブロック
１２  可動部
１４  支持部
１５  弾性体部
１０１  発電装置
１０１ａ  振動発電装置
１０１ｂ  振動発電装置
１０２  整流平滑回路
１０３  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０３ｂ  グランドライン
１０４  監視回路
１１１ａ  支持部
１１１ｂ  対向部
１１２  振動ブロック
１１２ａ  梁部
１１２ｂ  錘部
１１２ｃ  突出部
１１２ｃｃ  先端面
１１４  圧電変換部
１４１  ヒステリシス回路
ＣＮ  制御端子
Ｍ１〜Ｍ３  半導体スイッチング素子
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
【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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