(57)【要約】【課題】発電効率のよい圧電型発電機を提供すること。【解決手段】梁部１０の重心が剛性支持部４０で支持され、剛性支持部４０は剛性支持枠７０によって支持されている。振動に対して、剛性のある剛性支持部４０および剛性支持枠７０は梁部１０と比較して変形が少なく、梁部１０が主に振動で変形する。したがって、剛性支持部４０および剛性支持枠７０の変形による振動エネルギーの損失を少なくでき、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０が電気エネルギーに変換する振動エネルギーの減衰を抑えることができるので、発電効率のよい圧電型発電機１を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動方向に対して垂直な断面形状が点対称である振動部と、
前記振動部の少なくとも一部に形成され、前記振動部の振動を電気エネルギーに変換する圧電素子と、
前記振動部を前記振動部の重心を含む位置で支持する剛性支持部と、
前記剛性支持部を支える剛性支持枠とを備え、
前記振動部内において前記剛性支持部に対して対称に設けられる第１の振動部と第２の振動部とを有する
ことを特徴とする圧電型発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電型発電機において、
前記圧電素子は、前記振動部の断面形状の対称点に対して対称に複数設けられている
ことを特徴とする圧電型発電機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧電型発電機において、
前記振動部に錘を備えた
ことを特徴とする圧電型発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電型発電機において、
前記錘は、前記重心から離れた前記振動部の端に設けられている
ことを特徴とする圧電型発電機。
【請求項５】
振動方向に対して垂直な断面形状が点対称である振動部を形成する振動部形成工程と、
前記振動部の少なくとも一部に、前記振動部の振動を電気エネルギーに変換する圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
前記振動部を前記振動部の重心を含む位置で支持する剛性支持部を形成する剛性支持部形成工程と、
前記振動部内で前記剛性支持部に対して対称に設けられる第１の振動部と第２の振動部との固有振動数および振幅を一致させるように、液体噴射装置を用いて前記振動部に錘を形成する錘形成工程とを含む
ことを特徴とする圧電型発電機の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電型発電機の製造方法において、
前記錘形成工程で、前記圧電素子の形成されていない前記振動部に前記錘を形成する
ことを特徴とする圧電型発電機の製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の圧電型発電機の製造方法において、
前記錘形成工程で、前記圧電素子に電圧を印加して駆動波形を測定しながら、前記第１の振動部と前記第２の振動部との前記固有振動数および前記振幅を一致させる
ことを特徴とする圧電型発電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動部に設けられた圧電体層の圧電効果を利用して発電を行なう圧電型発電機およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界の振動や人間の活動に由来する振動が存在し、この振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行なう発電機が知られている。その中で、振動部に設けられた圧電薄膜からなる圧電体層の圧電効果を利用して発電を行なう小型の圧電型発電機が知られている。
支持部と振動部である変形部とを有するカンチレバー形状の片持ち梁の圧電薄膜支持部材の変形部に、圧電薄膜と圧電薄膜を挟む第１電極および第２電極とを備えた圧電素子である圧電要素を形成した圧電発電機が知られている。発電は、変形部および圧電要素が振動することにより行なわれる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８４４５号公報（５頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
片持ち梁の支持部では、支持端において振動エネルギーが損失して、振動部である梁の振動が自己減衰しやすい。したがって、振動部に形成された圧電素子の振動も減衰しやすく、発電効率が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
振動方向に対して垂直な断面形状が点対称である振動部と、前記振動部の少なくとも一部に形成され、前記振動部の振動を電気エネルギーに変換する圧電素子と、前記振動部を前記振動部の重心を含む位置で支持する剛性支持部と、前記剛性支持部を支える剛性支持枠とを備え、前記振動部内において前記剛性支持部に対して対称に設けられる第１の振動部と第２の振動部とを有することを特徴とする圧電型発電機。
【０００７】
この適用例によれば、振動部の重心が剛性支持部で支持され、剛性支持部は剛性支持枠によって支持されている。振動に対して、剛性のある剛性支持部および剛性支持枠は振動部と比較して変形が少なく、振動部が主に振動で変形する。したがって、剛性支持部および剛性支持枠の変形による振動エネルギーの損失が少なく、圧電素子が電気エネルギーに変換する振動エネルギーの減衰が抑えられるので、発電効率のよい圧電型発電機が得られる。
また、振動部は、振動部の振動方向に対して垂直な断面形状が点対称であり、剛性支持部によって重心で支持されている。さらに、振動部は、重心を含む位置で支持する剛性支持部に対して対称に設けられる第１の振動部と第２の振動部とを有しているので、重心を中心とした固有振動数および振幅のばらつきが少なく、固有振動数および振幅のばらつきによる振動部の振動の減衰が抑えられる。したがって、振動部の振動が長く続き、発電効率のよい圧電型発電機が得られる。
【０００８】
［適用例２］
上記圧電型発電機であって、前記圧電素子は、前記振動部の断面形状の対称点に対して対称に複数設けられていることを特徴とする圧電型発電機。
この適用例では、複数の圧電素子が振動部の断面形状の対称点に対して対称に設けられているので、圧電素子の存在による振動部の固有振動数および振幅のばらつきが少なく、固有振動数および振幅のばらつきによる振動部の振動の減衰がより抑えられる。したがって、振動部の振動がより長く続き、発電効率のよりよい圧電型発電機が得られる。
【０００９】
［適用例３］
上記圧電型発電機であって、前記振動部に錘を備えたことを特徴とする圧電型発電機。
この適用例では、振動部に設けられた錘の慣性により振動部の振幅がより大きくなることによって、圧電素子の変形もより大きくなり、発電効率のよりよい圧電型発電機が得られる。
【００１０】
［適用例４］
上記圧電型発電機であって、前記錘は、前記重心から離れた前記振動部の端に設けられていることを特徴とする圧電型発電機。
この適用例では、錘が重心から離れた振動部の先端に設けられているので、錘の慣性によって振動部がより変形して振幅が大きくなり、圧電素子の変形もより大きくなり、発電効率のよりよい圧電型発電機が得られる。
また、錘が振動部に形成されているので、錘が圧電素子の変形を阻害することがなく、発電効率のよりよい圧電型発電機が得られる。
【００１１】
［適用例５］
振動方向に対して垂直な断面形状が点対称である振動部を形成する振動部形成工程と、前記振動部の少なくとも一部に、前記振動部の振動を電気エネルギーに変換する圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、前記振動部を前記振動部の重心を含む位置で支持する剛性支持部を形成する剛性支持部形成工程と、前記振動部内で前記剛性支持部に対して対称に設けられる第１の振動部と第２の振動部との固有振動数および振幅を一致させるように、液体噴射装置を用いて前記振動部に錘を形成する錘形成工程とを含むことを特徴とする圧電型発電機の製造方法。
【００１２】
この適用例によれば、振動部内で、第１の振動部と第２の振動部との固有振動数および振幅が一致しているので、固有振動数および振幅が異なることによる振動部の振動の減衰が抑えられ、前述の効果を有する圧電型発電機の製造方法が得られる。
また、錘を液体噴射装置によって形成するので、液体の噴射回数によって錘の重さを、噴射位置によって錘の位置を調節でき、振動部内の固有振動数および振幅を精度よく簡便に一致させる圧電型発電機の製造方法が得られる。
ここで、固有振動数および振幅が一致するとは、完全に一致する場合だけでなく、測定誤差範囲内における一致も一致に含むものである。
【００１３】
［適用例６］
上記圧電型発電機の製造方法であって、前記錘形成工程で、前記圧電素子の形成されていない前記振動部に前記錘を形成することを特徴とする圧電型発電機の製造方法。
この適用例では、錘が振動部に形成されるので、錘が圧電素子の変形を阻害することがなく、発電効率のよりよい圧電型発電機の製造方法が得られる。
【００１４】
［適用例７］
上記圧電型発電機の製造方法であって、前記錘形成工程で、前記圧電素子に電圧を印加して駆動波形を測定しながら、前記第１の振動部と前記第２の振動部との前記固有振動数および前記振幅を一致させることを特徴とする圧電型発電機の製造方法。
この適用例では、振動部に形成された圧電素子に電圧を印加して実際の駆動波形を測定しながら、第１の振動部と第２の振動部との固有振動数および振幅を一致させるので、他の測定装置を用いることなく、簡便に精度よく固有振動数および振幅を一致させる圧電型発電機の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態における圧電型発電機を示す概略図。（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図２】圧電型発電機の製造方法を表すフローチャート図。
【図３】各工程における図１（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図。
【図４】各工程における図１（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図。
【図５】各工程における図１（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図。
【図６】各工程における図１（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図。
【図７】各工程における図１（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図。
【図８】変形例における梁部の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、実施形態における圧電型発電機１の一例を示す概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図を示している。
図１において、圧電型発電機１は、振動部としての梁部１０と第１の圧電素子２０と第２の圧電素子３０と剛性支持部４０と第１の錘５０と第２の錘６０と剛性支持枠７０とを備えている。
ここで、梁部１０には、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０と第１の錘５０および第２の錘６０とが形成されている。
【００１７】
梁部１０は、剛性支持部４０によって支持されている。また、剛性支持部４０は、剛性支持枠７０によって支持されている。
圧電型発電機１では、梁部１０が振動することによって、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０が変形し、圧電効果を利用して発電を行なう。
図１（ｃ）に、梁部１０の振動方向を両矢印で示した。また、梁部１０の振動方向をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を示した。
【００１８】
梁部１０は、Ｚ軸方向に、長方形の面１１および長方形の面１１に対向する面１２を有している。面１１および面１２は、Ｘ軸方向に長辺を有し、梁部１０はＸ軸方向に長く伸びる直方体形状を有している。梁部１０は、２つの長方形の面１１および面１２の中心を通る点Ｚに対して点対称な形状を有している。
梁部１０は、例えばシリコン等からなり、振動できるように長い薄い板状に形成されている。
梁部１０が均一な厚さの板であれば、梁部１０の重心は、点Ｚ上に存在する。
【００１９】
第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０はほぼ直方体で、梁部１０の面１１上に、点Ｚに対して、第１の圧電素子２０と第２の圧電素子３０とが対称となるように設けられている。ここで、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０と梁部１０との間には、絶縁層８０が設けられている。
また、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０は、点Ｚを挟んで点Ｚに近い位置の梁部１０に形成されている。
さらに、梁部１０の面１１のＸ軸方向の第１の圧電素子２０側の端には、第１の錘５０が、第２の圧電素子３０側の端には、第２の錘６０が形成されている。したがって、第１の錘５０および第２の錘６０は、点Ｚ上の重心から離れた梁部１０の端に設けられている。
【００２０】
第１の圧電素子２０は、直方体形状の圧電薄膜からなる圧電体層２１と第１電極２２と第２電極２３とを備えている。また、第２の圧電素子３０は、直方体形状の圧電薄膜からなる圧電体層３１と第１電極３２と第２電極３３とを備えている。
なお、本実施形態では圧電体層２１および３１を直方体形状で模式的に示しているが、実際には製造プロセス上の理由によりテーパーを持つような断面形状となる場合がある。
第１電極２２および第１電極３２は、絶縁層８０上に形成されている。また、第１電極２２上には圧電体層２１が形成され、第１電極３２上には圧電体層３１が形成されている。さらに、圧電体層２１上には第２電極２３が形成され、圧電体層３１上には第２電極３３が形成されている。
【００２１】
第１電極２２と第１電極３２とは、絶縁層８０上に離れて形成されているので絶縁されている。ここで、梁部１０が絶縁体からなる場合、絶縁層８０はなくてもよい。
絶縁層８０としては、酸化シリコン、ジルコニア等を含む層を用いることができる。
また、第１電極２２には配線２５が、第２電極２３には配線２６が、第１電極３２には配線３５が、第２電極３３には配線３６が接続されている。
【００２２】
圧電体層２１および圧電体層３１としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛固溶体等の圧電材料を用いることができる。チタン酸ジルコン酸鉛固溶体としては、例えばニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛等が挙げられる。
圧電体層２１および圧電体層３１の厚みは、０．数μｍから数μｍとすることができる。
【００２３】
剛性支持部４０は直方体形状で、Ｚ軸方向の上面４１の一部と梁部１０とは連続して形成されており、Ｙ軸方向の２つの側面４２，４３は、剛性支持枠７０と連続して形成されている。
ここで、剛性支持部４０の長方形である上面４１および下面４４の点対称の点を、点Ｚを通るＺ軸と平行な軸上になるように形成するのが好ましい。この場合、梁部１０の重心は点Ｚにあり、剛性支持部４０は梁部１０を重心で支持している。したがって、梁部１０は、剛性支持部４０に対して対称に、Ｘ軸方向に第１の振動部１０１と第２の振動部１０２とを有している。
【００２４】
剛性支持枠７０は底のない枡形状で、梁部１０および剛性支持部４０を取り囲むように形成されている。
また、剛性支持部４０および剛性支持枠７０の梁部１０の形成されている側とは反対側には、絶縁層８１が形成されている。
【００２５】
第１電極２２および第１電極３２は、例えば、金、白金等の金属やルテニウム酸ストロンチウム等の金属酸化物を用いることができる。また、第２電極２３および第２電極３３は、金、白金等の金属、チタン層の上に白金を積層したもの等を用いることができる。
【００２６】
梁部１０、剛性支持部４０および剛性支持枠７０は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等を用いて形成することができる。ＳＯＩ基板としては、例えばＳＩＯＸ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）や貼り合せＳＯＩ基板が挙げられる。
ＳＯＩ基板は、基材１００、シリコン活性層２００および基材１００とシリコン活性層２００との間に位置する中間酸化層３００からなる。
ＳＯＩ基板を利用した場合、梁部１０は、シリコン活性層２００を利用して形成される。剛性支持部４０は、基材１００および中間酸化層３００を利用して形成される。剛性支持枠７０は、基材１００、シリコン活性層２００および中間酸化層３００を利用して形成される。
【００２７】
以下に、ＳＯＩ基板を利用した圧電型発電機１の製造方法について詳しく述べる。
図２は、圧電型発電機１の製造方法を表すフローチャート図である。圧電型発電機１の製造方法は、ＳＯＩ基板準備工程であるステップ１（Ｓ１）と、絶縁層用膜形成工程であるステップ２（Ｓ２）と、第１電極膜形成工程であるステップ３（Ｓ３）と、圧電薄膜形成工程であるステップ４（Ｓ４）と、第２電極膜形成工程であるステップ５（Ｓ５）と、第２電極および圧電体層形成工程であるステップ６（Ｓ６）と、第１電極および絶縁層形成工程であるステップ７（Ｓ７）と、振動部形成工程としての梁部形成工程であるステップ８（Ｓ８）と、剛性支持部および剛性支持枠形成工程であるステップ９（Ｓ９）と、配線形成工程であるステップ１０（Ｓ１０）と、錘形成工程であるステップ１１（Ｓ１１）とを含む。ここで、圧電素子形成工程は、第１電極膜形成工程である（Ｓ３）と、圧電薄膜形成工程である（Ｓ４）と、第２電極膜形成工程である（Ｓ５）と、第２電極および圧電体層形成工程である（Ｓ６）と、第１電極および絶縁層形成工程である（Ｓ７）を含む。
【００２８】
図３（ａ）〜図３（ｄ）、図４（ｅ）〜図４（ｈ）、図５（ｉ）〜図５（ｌ）、図６（ｍ）〜図６（ｐ）、図７（ｑ）〜図７（ｓ）に、各工程における断面図を示した。断面図は、図１（ａ）および（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図に相当する。
図３（ａ）がＳＯＩ基板準備工程（Ｓ１）を、図３（ｂ）が絶縁層用膜形成工程（Ｓ２）を、図３（ｃ）が第１電極膜形成工程（Ｓ３）を、図３（ｄ）が圧電薄膜形成工程（Ｓ４）を、図４（ｅ）が第２電極膜形成工程（Ｓ５）を、図４（ｆ）、（ｇ）および（ｈ）が第２電極および圧電体層形成工程（Ｓ６）を、図５（ｉ）、（ｊ）および（ｋ）が第１電極および絶縁層形成工程（Ｓ７）を、図５（ｌ）および図６（ｍ）が梁部形成工程（Ｓ８）を、図６（ｎ）、（ｏ）、（ｐ）および図７（ｑ）が剛性支持部および剛性支持枠形成工程（Ｓ９）を、図７（ｒ）が配線形成工程（Ｓ１０）を、図７（ｓ）が錘形成工程（Ｓ１１）を表している。
【００２９】
図３（ａ）において、ＳＯＩ基板準備工程（Ｓ１）では、基材１００、シリコン活性層２００および中間酸化層３００を備えたＳＯＩ基板４００を用意する。図１に示した圧電型発電機１は、ＳＯＩ基板４００に複数の圧電型発電機１を形成後、各々の圧電型発電機１に切り離すことによって得られる。
図３〜図７に示した断面図は、一つの圧電型発電機１を形成する部分を抜き出した部分断面図である。
【００３０】
図３（ｂ）において、絶縁層用膜形成工程（Ｓ２）では、酸素あるいは水蒸気を含む酸化性雰囲気中で１０００℃〜１２００℃にＳＯＩ基板４００を加熱し、基材１００およびシリコン活性層２００上に、二酸化ケイ素を含む絶縁層用膜８００を、例えば厚さ１μｍ形成する。絶縁層用膜８００は、熱酸化のほか、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法によって形成してもよい。ここで、絶縁層用膜８００の上にジルコニアを含む膜を形成してもよい。
絶縁層用膜８００を形成する際に、例えば、温度、ガス流量等の各種条件を適宜調整することで、所望の特性、例えば、膜密度、ヤング率等を有する絶縁層用膜８００を比較的容易に形成することができる。
【００３１】
図３（ｃ）において、第１電極膜形成工程（Ｓ３）では、蒸着法、スパッタリング法を用いて第１電極膜５００をシリコン活性層２００側の絶縁層用膜８００上に形成する。
例えば、絶縁層用膜８００上にイリジウム（Ｉｒ）等、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）等の金属酸化物を含む第１電極膜５００を形成する。
【００３２】
具体的には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）等を含む層を形成し、次いで白金（Ｐｔ）等を含む層を形成し、さらにイリジウム（Ｉｒ）等を含む層を形成する。
なお、第１電極膜５００の形成に先立ち、チタンまたはクロムからなる密着層（図示せず）をスパッタ法または真空蒸着法により形成することが好ましい。
【００３３】
図３（ｄ）において、圧電薄膜形成工程（Ｓ４）では、第１電極膜５００上に、圧電薄膜６００を形成する。圧電薄膜６００は溶液法であるゾルゲル法、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によって形成する。
【００３４】
具体的には、例えば、まず有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布方法により第１電極膜５００上に塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の温度で一定時間脱脂し、金属に配位している有機配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば２回繰り返して２層からなる圧電体前駆体膜を積層する。
これらの乾燥と脱脂処理により、溶媒中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。なお、この工程は、ゾルゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてもよい。
次に、圧電体前駆体膜の形成後、焼成して圧電体前駆体膜を結晶化させる。この焼成により、圧電体前駆体膜は、アモルファス状態から結晶構造をとるようになり、圧電効果を示す圧電薄膜６００へと変化する。
【００３５】
図４（ｅ）において、第２電極膜形成工程（Ｓ５）では、蒸着法、スパッタリング法を用いて第２電極膜７００を圧電薄膜６００上に形成する。第２電極膜７００には、例えば、金、白金等を用いることができる。
【００３６】
図４（ｆ）〜（ｈ）において、第２電極および圧電体層形成工程（Ｓ６）では、レジスト塗布・露光・現像工程、ドライエッチング工程、レジストアッシング工程を行ない、圧電薄膜６００および第２電極膜７００から、図１に示した第２電極２３，３３および圧電体層２１，３１を形成する。
【００３７】
図４（ｆ）において、レジスト塗布・露光・現像工程では、第２電極膜７００上にレジスト９００をスピンコートし、レジスト９００を、図１に示した第２電極２３，３３および圧電体層２１，３１をＺ軸から見た平面視形状にパターニングする。
【００３８】
図４（ｇ）において、ドライエッチング工程では、圧電薄膜６００および第２電極膜７００をエッチングして、第２電極２３，３３および圧電体層２１，３１を形成する。エッチングは、よく知られたドライエッチングやウェットエッチングによる方法を用いることができる。
【００３９】
図４（ｈ）において、レジストアッシング工程では、ドライプロセスまたはウェットプロセスでレジスト９００を剥離する。例えば、ドライプロセスでは、オゾン、酸素などのガスを導入し、紫外線などの光をガスまたはレジスト９００に照射し、ガスとレジスト９００の化学反応によりレジスト９００を剥離する方法や、酸素ガスを高周波などによりプラズマ化させ、そのプラズマを利用してレジスト９００を剥離する方法を用いることができる。
【００４０】
図５（ｉ）〜（ｋ）において、第１電極および絶縁層形成工程（Ｓ７）では、レジスト塗布・露光・現像工程、ドライエッチング工程、レジストアッシング工程を行ない、第１電極膜５００および絶縁層用膜８００から、図１に示した第１電極２２，３２および絶縁層８０を形成する。
【００４１】
図５（ｉ）において、レジスト塗布・露光・現像工程では、第２電極２３，３３、圧電体層２１，３１および第１電極膜５００上にレジスト９００をスピンコートし、レジスト９００を、図１に示した第１電極２２，３２および絶縁層８０をＺ軸から見た平面視形状にパターニングする。
【００４２】
図５（ｊ）において、ドライエッチング工程では、第１電極膜５００および絶縁層用膜８００をエッチングして、第１電極２２，３２および絶縁層８０を形成する。エッチングは、第２電極および圧電体層形成工程（Ｓ６）のドライエッチング工程と同じ方法を用いることができる。ここで、図１に示した第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０が形成される。
【００４３】
図５（ｋ）において、レジストアッシング工程では、第２電極および圧電体層形成工程（Ｓ６）のレジストアッシング工程と同じ方法でレジストアッシングを行なうことができる。
【００４４】
図５（ｌ）および図６（ｍ）において、梁部形成工程（Ｓ８）では、レジスト塗布・露光・現像工程およびドライエッチング工程を行ない、シリコン活性層２００から、図１に示した梁部１０を形成する。
【００４５】
図５（ｌ）において、レジスト塗布・露光・現像工程では、第１の圧電素子２０、第２の圧電素子３０およびシリコン活性層２００上にレジスト９００をスピンコートし、レジスト９００を、図１に示した梁部１０をＺ軸から見た平面視形状にパターニングする。
【００４６】
図６（ｍ）において、ドライエッチング工程では、シリコン活性層２００をエッチングして、梁部１０を形成する。エッチングは、第２電極および圧電体層形成工程（Ｓ６）のドライエッチング工程と同じ方法を用いることができる。
【００４７】
図６（ｎ）〜図７（ｑ）において、剛性支持部および剛性支持枠形成工程（Ｓ９）では、両面レジスト塗布・露光・現像工程、エッチング工程、レジストアッシング工程を行ない、基材１００、中間酸化層３００および基材１００上側に形成した絶縁層用膜８００から、図１に示した剛性支持部４０および剛性支持枠７０を形成する。
【００４８】
図６（ｎ）において、両面レジスト塗布・裏面露光・裏面現像工程では、図５（ｌ）で形成したレジスト９００上と裏面にさらにレジスト９００をスピンコートし、裏面のレジスト９００を、図１に示した剛性支持部４０および剛性支持枠７０をＺ軸から見た平面視形状にパターニングする。
【００４９】
図６（ｏ）において、エッチング工程では、基材１００および絶縁層用膜８００を、異方性エッチングまたは平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチングを用いて裏面からエッチングして、図１に示した剛性支持部４０および剛性支持枠７０の一部を形成する。基材１００上側に形成した絶縁層用膜８００から絶縁層８１が形成される。
【００５０】
図６（ｐ）において、エッチング工程では、中間酸化層３００をウェットエッチングでエッチングして、剛性支持部４０および剛性支持枠７０を形成する。
【００５１】
図７（ｑ）において、レジストアッシング工程では、第２電極および圧電体層形成工程（Ｓ６）のレジストアッシング工程と同じ方法でレジストアッシングを行なうことができる。
この時点で、梁部１０は、剛性支持部４０に対して対称に、第１の振動部１０１と第２の振動部１０２とが形成される。
【００５２】
図７（ｒ）において、配線形成工程（Ｓ１０）では、ワイヤーボンディング等により、第１電極２２および第２電極２３に配線２５，２６を、第１電極３２および第２電極３３に配線３５，３６を、金線等を用いて取り付ける。
【００５３】
図７（ｓ）において、錘形成工程（Ｓ１１）では、配線２５，２６および配線３５，３６を用いて、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０に電圧を印加して、梁部１０の第１の振動部１０１と第２の振動部１０２との固有振動数および振幅をモニターしながら、梁部１０の面１１のＸ軸方向の第１の圧電素子２０側の端に図１に示した第１の錘５０を、第２の圧電素子３０側の端に図１に示した第２の錘６０を形成する。
第１の錘５０および第２の錘６０の形成は、例えば、図示しないがよく知られた液体噴射装置であるインクジェット噴射装置を用いて行なうことができる。噴射する液体としては、銀ペースト、光硬化性樹脂、接着剤等を用いることができる。
【００５４】
第１の錘５０および第２の錘６０の形成によって、梁部１０の厚さが結果的に増すと、振動数が大きくなる。一方、第１の錘５０および第２の錘６０は、梁部１０の端に形成されるほど梁部１０の振動の振幅は大きくなる。
以上の工程を含む工程によって、圧電型発電機１が得られる。
【００５５】
圧電型発電機１では、自然界の振動や人間の活動に由来する振動によって剛性支持部４０および剛性支持枠７０が振動し、錘５０，６０の慣性によって梁部１０が、剛性支持部４０を挟んだ両側で固有振動する。梁部１０の振動により、梁部１０に設けられた第１の圧電素子２０の圧電体層２１および第２の圧電素子３０の圧電体層３１が変形し、圧電効果によって第１電極２２，３２および第２電極２３，３３に電荷が生じ、固有振動の振動数に応じた交流が配線２５，２６および配線３５，３６から取り出せる。圧電型発電機１で得られる交流電力は、そのまま利用したり、直流に整流して蓄電して利用したりできる。
【００５６】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）梁部１０の重心が剛性支持部４０で支持され、剛性支持部４０は剛性支持枠７０によって支持されている。振動に対して、剛性のある剛性支持部４０および剛性支持枠７０は梁部１０と比較して変形が少なく、梁部１０が主に振動で変形する。したがって、剛性支持部４０および剛性支持枠７０の変形による振動エネルギーの損失を少なくでき、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０が電気エネルギーに変換する振動エネルギーの減衰を抑えることができるので、発電効率のよい圧電型発電機１を得ることができる。
また、梁部１０の振動方向に対して垂直な断面形状が点対称であり、剛性支持部４０によって重心で支持されている。さらに、梁部１０は、重心を含む位置で支持する剛性支持部４０に対して対称に設けられる第１の振動部１０１と第２の振動部１０２とを有しているので、重心を中心とした固有振動数および振幅のばらつきを少なくでき、固有振動数および振幅のばらつきによる振動部の振動の減衰を抑えることができる。したがって、梁部１０の振動が長く続き、発電効率のよい圧電型発電機１を得ることができる。
【００５７】
（２）第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０が、梁部１０の断面形状の対称点Ｚに対して対称に設けられているので、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０の存在による梁部１０の固有振動数および振幅のばらつきを少なくでき、固有振動数および振幅のばらつきによる梁部１０の振動の減衰をより抑えることができる。したがって、梁部１０の振動がより長く続き、発電効率のよりよい圧電型発電機１を得ることができる。
【００５８】
（３）梁部１０に設けられた第１の錘５０および第２の錘６０の慣性により梁部１０の振幅がより大きくなることによって、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０の変形もより大きくでき、発電効率のよりよい圧電型発電機１を得ることができる。
【００５９】
（４）第１の錘５０および第２の錘６０が重心から離れた梁部１０の端に設けられているので、第１の錘５０および第２の錘６０の慣性によって梁部１０がより変形して振幅が大きくなり、第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０の変形もより大きくでき、発電効率のよりよい圧電型発電機１を得ることができる。
また、第１の錘５０および第２の錘６０が梁部１０に形成されているので、第１の錘５０および第２の錘６０が第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０の変形を阻害することがなく、発電効率のよりよい圧電型発電機１を得ることができる。
【００６０】
（５）梁部１０内で、第１の振動部１０１と第２の振動部１０２との固有振動数および振幅が一致しているので、固有振動数および振幅が異なることによる梁部１０の振動の減衰を抑えることができ、前述の効果を有する圧電型発電機１の製造方法を得ることができる。
また、第１の錘５０および第２の錘６０を液体噴射装置によって形成するので、液体の噴射回数によって第１の錘５０および第２の錘６０の重さを、噴射位置によって錘の位置を調節でき、梁部１０内の固有振動数および振幅を精度よく簡便に一致させる圧電型発電機１の製造方法を得ることができる。
【００６１】
（６）第１の錘５０および第２の錘６０が梁部１０に形成されるので、第１の錘５０および第２の錘６０が第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０の変形を阻害することがなく、発電効率のよりよい圧電型発電機１の製造方法を得ることができる。
【００６２】
（７）梁部１０に形成された第１の圧電素子２０および第２の圧電素子３０に電圧を印加して実際の駆動波形を測定しながら、第１の振動部１０１と第２の振動部１０２との固有振動数および振幅を一致させるので、他の測定装置を用いることなく、簡便に精度よく固有振動数および振幅を一致させる圧電型発電機１の製造方法を得ることができる。
【００６３】
（変形例）
図８（ａ）〜（ｃ）に変形例における梁部１０の概略平面図を示した。対称点をＺで示した。
図８（ａ）において、梁部１０は平面視において菱形である。
図８（ｂ）において、梁部１０は平面視において円形である。
図８（ｃ）において、梁部１０は平面視においてＺ形である。
変形例に示すように、梁部１０の平面形状は、点Ｚを有していれば、どのような形状であってもよい。ここで、点Ｚ上に重心があるのが好ましい。
【００６４】
以上、実施形態および変形例を説明したが、上述した実施形態および変形例に限定されるものではない。
例えば、３以上の圧電素子が配置されていてもよい。圧電素子が３以上配置される場合でも、重心に対して対称に配置されるのが好ましい。また、錘は、第１の錘５０および第２の錘６０に限らず３以上の錘を形成してもよい。
【００６５】
また、実施形態では、剛性支持部４０が矩形状で、梁部１０を支える面も矩形状であったが、その他の形状であってもよい。例えば、円形状であってもよい。梁部１０を支える面の形状も回転対称な面が好ましく、剛性支持部４０の剛性が維持できれば、面積が小さいほうが、梁部１０が振動しやすくてよい。
さらに、梁部１０の固有振動数および振幅のモニターには、レーザーを梁部１０に照射してその反射光を観測して振動数および振幅測定する方法を用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…圧電型発電機、１０…振動部としての梁部、２０…第１の圧電素子、３０…第２の圧電素子、４０…剛性支持部、５０…第１の錘、６０…第２の錘、７０…剛性支持枠、１０１…第１の振動部、１０２…第２の振動部、Ｚ…点。
【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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