(57)【要約】【課題】圧電体を用いた発電部材において振動を加えたときの出力電圧の向上を図る。【解決手段】圧電体を用いた発電部材１０であって、圧電体層３００の両面それぞれに電極を有する圧電素子が基板１００上に複数設けられ、複数の圧電素子５０１〜５０６は電気的に直列接続されている。複数の圧電素子は、基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように形成してもよい。また、基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように基板上に形成された複数の第１電極２０１〜２０４と、複数の第１電極にまたがるように複数の第１電極上に形成された圧電体層３００と、複数の第１電極の間隙に圧電体層を介して対向し且つ基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように圧電体層上に形成された複数の第２電極４０１〜４０３とを備え、複数の圧電素子は、圧電体層を介して第１電極と第２電極とが互いに対向している複数の領域に形成されていてもよい。【選択図】図２
2015171185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を用いた発電部材であって、
圧電体層の両面それぞれに電極を有する圧電素子が基板上に複数設けられ、該複数の圧電素子は電気的に直列接続されていること特徴とする発電部材。
【請求項２】
請求項１の発電部材において、
前記複数の圧電素子は、前記基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように形成されていることを特徴とする発電部材。
【請求項３】
請求項２の発電部材において、
前記基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように該基板上に形成された複数の第１電極と、
前記複数の第１電極にまたがるように該複数の第１電極上に形成された圧電体層と、
前記複数の第１電極の間隙に前記圧電体層を介して対向し且つ前記基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように該圧電体層上に形成された複数の第２電極と、を備え、
前記複数の圧電素子は、前記圧電体層を介して前記第１電極と前記第２電極とが互いに対向している複数の領域に形成されていることを特徴とする発電部材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの発電部材において、
前記圧電体層の材料は、マンガンが添加された主成分がチタン酸バリウムの材料であることを特徴とする発電部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの発電部材において、
前記基板は、主成分がアルミナ又はジルコニアのセラミックスからなる基板であることを特徴とする発電部材。
【請求項６】
圧電体を用いた発電部材の製造方法であって、
基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように該基板上に複数の第１電極を形成する工程と、
前記複数の第１電極にまたがるように該複数の第１電極上に圧電体層を形成する工程と、
前記複数の第１電極の間隙に前記圧電体層を介して対向し且つ該複数の第１電極の並び方向と同じ方向に所定の間隙で並ぶように該圧電体層上に複数の第２電極を形成する工程と、
前記複数の第１電極の並び方向における両端部の第１電極の間に直流電圧を印加することにより、前記圧電体層を介して前記第１電極と前記第２電極とが互いに対向している複数の領域それぞれに対して分極処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする発電部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体を用いた発電部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体の層（以下「圧電体層」という。）を２枚の電極で挟んだ構造の圧電素子を、振動によって変形可能に保持された振動板の表面に接合した発電部材が知られている。この発電部材では、振動板とともに圧電素子が振動して変形することにより圧電素子に発生した電荷を電力として電極から出力することができる。例えば、特許文献１〜３には、振動板の表面に単一の圧電素子を接合した発電部材が開示されている。また、特許文献４には、複数の圧電素子を積層し、各圧電素子を電気的に並列接続した発電部材が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の発電部材では振動を加えたときの出力電圧が低く、圧電体を用いた発電部材の実用化に向けて出力電圧をより高めたいという要請がある。
【０００４】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、圧電体を用いた発電部材において振動を加えたときの出力電圧の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、圧電体を用いた発電部材であって、圧電体層の両面それぞれに電極を有する圧電素子が基板上に複数設けられ、該複数の圧電素子は電気的に直列接続されていること特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、振動を加えたときの出力電圧の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る発電部材の一構成例を示す部分斜視図。
【図２】図１の矢印Ａ方向から見た発電部材の側面図。
【図３】本実施形態に係る発電部材の製造方法の一例を示す説明図。
【図４】発電部材の製造方法における分極処理の様子を示す説明図。
【図５】比較例の単一の圧電素子からなる発電部材の側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施形態で参照する各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ及び位置関係のみに限定されるものではない。また、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係る圧電体を用いた発電部材（「圧電発電素子」や「発電素子」とも呼ばれる）の一構成例を示す部分斜視図である。また、図２は、図１の矢印Ａ方向から見た発電部材の側面図である。
本実施形態の発電部材１０は、圧電体層３００の両面それぞれに電極を有する圧電素子が基板１００上に複数設けられ、それら複数の圧電素子５０１〜５０６が電気的に直列接続された構造を有している。
【００１０】
なお、本実施形態では６個の圧電素子５０１〜５０６が形成されている例について説明するが、圧電素子の個数Ｎは複数であれば６個以外であってもよい。また、本実施形態では複数の圧電素子が一次元的（列状）に並ぶように形成されている例について説明するが、複数の圧電素子は二次元的に並ぶように形成されてもよい。また、本実施形態では、複数の圧電素子を基板の表面に沿った方向に並ぶように形成されているが、複数の圧電素子は基板の表面に垂直な方向に積層するように形成されてもよい。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の発電部材１０において、複数の第１電極２０１〜２０４が、基板１００の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように基板１００上に形成されている。また、圧電体層３００は、複数の第１電極２０１〜２０４にまたがるように複数の第１電極２０１〜２０４上に形成されている。また、複数の第２電極４０１〜４０３は、複数の第１電極２０１〜２０４の間隙それぞれに圧電体層３００を介して対向し且つ基板１００の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように圧電体層３００上に形成されている。図２中の破線で示すように、複数の圧電素子５０１〜５０６は、圧電体層３００を介して第１電極と第２電極とが互いに対向している複数の領域に形成されている。複数の第１電極の並び方向における両端部の第１電極２０１、２０４の露出している部分が、振動が加えられたときに電圧が出力される出力電極になっている。
【００１２】
次に、上記構成の発電部材１０において、従来の発電部材と同等な形状でほぼ１桁高い電圧を出力することができる発電機能の原理について説明する。本実施形態の発電部材１０は、圧電効果による応力−電荷発生機構の原理に着目したものであり、従来の発電部材の出力電圧（例えば１００［ｍＶ］〜数百［ｍＶ］）よりも１桁高い出力電圧（例えば１［Ｖ］以上の電圧）を達成している。
【００１３】
一般に、基板（振動板）を介して圧電素子に振動を伝えると圧電効果により圧電素子の両面の電極に電荷が発生する。発生する電荷は圧電定数ｄ（単位：［ｐＣ／Ｎ］）で見積もることができ、加えられた力と圧電定数ｄとの積で何［Ｃ（クーロン）］の電荷が発生するかがわかる。圧電定数ｄは圧電体の材料によって異なり、特にジルコン酸チタン酸鉛（以下「ＰＺＴ」と略す。）のセラミックス材料の圧電定数ｄの値が大きい。ここで、振動による単位力あたりの発生電荷を高くするのであれば、圧電定数ｄの値が大きな材料を使えばよい。
【００１４】
しかしながら、圧電素子で構成された発電部材から大きな電力を得ようとする場合は、単純に圧電定数ｄの値が大きな材料を使えばよいというわけではなく、以下に示すように発電部材の出力端子から見た静電容量を考慮する必要がある。
【００１５】
振動によって電荷が発生した圧電素子に蓄えられる電気エネルギー［Ｊ］は、次式（１）で与えられる。
（１／２）・Ｃ・Ｖ２・・・（１）
ここで、Ｃは圧電素子の静電容量［Ｆ］であり、Ｖは圧電素子の電極間に発生した出力電圧［Ｖ］である。上記式（１）で示すように、圧電素子における電気エネルギーは、静電容量の１次に比例し、電圧の２乗に比例する。従って、圧電素子から取り出すことが可能な電気エネルギーについては、圧電素子の静電容量よりも出力電圧の寄与が大きく、出力電圧が高ければ高いほどよいことがわかる。
【００１６】
一方、圧電効果によって圧電素子に発生する発生電荷Ｑ［クーロン］はＱ＝ＣＶの関係式で示されるよう、発生電荷Ｑを静電容量Ｃで除した値が出力電圧Ｖとなる。圧電素子の静電容量Ｃは、形状が決まれば、次式（２）により求まる。
Ｃ＝εｒ・ε０・（Ｓ／ｄ）  ・・・（２）
ここで、εｒは圧電体の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。また、Ｓ及びｄはそれぞれ電極で挟まれている部分の圧電体層の面積［ｍ２］及び厚さ［ｍ］ある。ＰＺＴの比誘電率が２０００ほどあるが、圧電体層の同じ形状であれば圧電体の比誘電率の小さいものは静電容量Ｃは小さくなる。
【００１７】
本実施形態の発電部材は、基板１００の表面に沿った方向に複数（Ｎ個：図示の例では６個）の圧電素子を配置され、電気的に直列接続されている。ここで、Ｎ個の圧電素子それぞれの静電容量が互いに同じＣ［Ｆ］である場合は、電気的に直列接続されたＮ個の圧電素子全体の静電容量ＣｔｏｔａｌはＣ／Ｎ［Ｆ］になる。これに対し、本実施形態の１個の圧電素子とほぼ同じ形状の単一の圧電素子の場合、その単一の圧電素子の静電容量はＣ［Ｆ］である。従って、本実施形態のＮ個の圧電素子が直列接続された発電部材全体の静電容量Ｃｔｏｔａｌ（＝Ｃ／Ｎ）は、単一の圧電素子の静電容量Ｃの１／Ｎとなる。また、本実施形態の発電部材及び上記単一の圧電素子は、全体として外部から受ける振動の機械的エネルギーは同じになるので、本実施形態の発電部材の出力電圧Ｖｔｏｔａｌは、上記単一の圧電素子の出力電圧ＶのほぼＮ倍になる。図２の発電部材の例では、電気的に直列接続された６個の圧電素子が形成されているので、出力電Ｖｔｏｔａｌは、単一の圧電素子の出力電圧Ｖのほぼ６倍になる。
【００１８】
次に、本実施形態に係る発電部材１０の製造方法について説明する。
図３は、本実施形態に係る発電部材１０の製造方法の一例を示す説明図である。図３の例では、図中の左から順番に各工程が実施されることにより、長方形の基板１００上に発電部材１０を製造している。また、図３では、図示の便宜上、発電部材１０の手前側の一部分について示している。
【００１９】
図３において、まず、基板１００の表面に沿った長手方向に所定の間隙で並ぶように基板１００上に複数の第１電極２０１〜２０４を形成する。
次に、複数の第１電極２０１〜２０４にまたがるように複数の第１電極２０１〜２０４上に圧電体層３００を形成する。
次に、複数の第１電極２０１〜２０４の間隙に圧電体層３００を介して対向し且つ第１電極２０１〜２０４の並び方向と同じ方向に所定の間隙で並ぶように圧電体層３００上に複数の第２電極４０１〜４０３を形成する。
【００２０】
そして、複数の第２電極４０１〜４０３を形成した後、圧電体層３００に対する分極処理を行う。この分極処理では、図４に示すように複数の第１電極２０１〜２０４の並び方向における両端部の第１電極２０１、２０４の間に直流電圧が印加される。この電圧印加により、圧電体層３００を介して第１電極と第２電極とが互いに対向している複数の領域それぞれが、図４中の矢印に示す方向に分極軸が向くように分極処理される。この結果、圧電体層３００における各圧電素子５０１〜５０６に対応する複数の領域は、図中の各領域の並び方向で交互に反転した分極軸を有した状態で圧電性を発現する。
【００２１】
次に、本実施形態に係る発電部材１０のより具体的な実施例１、２について、比較例１、２とともに説明する。
【００２２】
〔実施例１〕
本実施例１の発電部材１０は、次の（１）〜（５）に示すように作製した。
（１）基板としては、主成分がジルコニアのセラミックからなるジルコニアセラミックスシート（日本ファインセラミックス社製、厚さ：１００［μｍ］）を用いた。
（２）第１電極としてはＰｔ（白金）からなる電極を形成した。このＰｔ電極は、田中貴金属社製のＰｔペーストを基板上にスクリーン印刷法にて印刷し、乾燥・脱脂の工程の後、１３００［℃］で焼成することにより、複数の分割電極として作製した。Ｐｔ電極の膜厚は３［μｍ］であった。
（３）圧電体としてはＰＺＴ（５２／４８）を用いた。堺化学工業社製のＰＺＴ粉をスクリーン印刷用のペーストに処方した後、Ｐｔ電極が形成された基板上に印刷し、乾燥・脱脂の工程の後、１２７０［℃］で焼成して圧電体層を作成した。圧電体層の膜厚２０［μｍ］である。
（４）第２電極としてはＡｇ／Ｐｄ（７０／３０）からなる電極を形成した。このＡｇ／Ｐｄ電極は、昭栄化学社製のＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷法にて圧電体層上に印刷し、乾燥・脱脂の工程を経て８５０［℃］の焼成にて形成した。Ａｇ／Ｐｄ電極を複数の分割電極として形成することにより、電気的に直列接続された圧電素子（ＰＺＴキャパシター）の数を１０個とした。
（５）分極処理は、温度：１２０［℃］、圧電体層における直流電界強度：２５［ｋＶ／ｃｍ］、処理時間：２０［分］の条件で行った。この分極処理により、各圧電素子における圧電体層の部分に圧電性を出現させた。
【００２３】
なお、上記第１電極及び第２電極を形成するときの電極形成用スクリーン版のメッシュは＃３００を用いた。また、複数の第１電極の互いに隣り合う電極間の分割幅（間隙）を２０［μｍ］とした。また、複数の第２電極についても、互いに隣り合う電極間の分割幅（間隙）を２０［μｍ］とした。
【００２４】
〔比較例１〕
比較例１として、図５に示すように、上記第１電極及び第２電極を分割しないで基板１００上に第１電極２５０と圧電体層３５０と第２電極３５０とを積層して形成した単一の圧電素子から発電部材１０’を作製した。他の製造工程及び材料については上記実施例１と同様である。
【００２５】
上記実施例１及び比較例１それぞれの発電部材の各部における寸法は次のように設定した。
比較例１の場合、第１電極のパターンは幅２［ｍｍ］及び長さ１４［ｍｍ］とし、圧電体層（ＰＺＴ）のパターンは幅２［ｍｍ］及び長さ１３［ｍｍ］とし、第２電極のパターンは幅１．９［ｍｍ］及び長さ１２［ｍｍ］とした。第１電極及び第２電極で挟まれてなる圧電素子（ＰＺＴキャパシター）の静電容量は、２３．２［ｎＦ］（測定周波数：１０［ｋＨｚ］）であった。この静電容量の測定値と素子寸法の値からＰＺＴの比誘電率は２３００と算出され、典型的な値であることが確認できた。
【００２６】
実施例１では、分割電極（第１電極及び第２電極）にギャップ２０［μｍ］が含まれているが、長さ１２［ｍｍ］に対し無視してもよいほどの電極面積の減少であり、静電容量の測定結果も、比較例１の場合の１０分の１（２．３［ｎＦ］）に減少した。
【００２７】
上記実施例１及び比較例１の発電部材のエネルギーハーベスター（環境発電装置）としての性能は、片持ち梁形状に保持した後、従来公知の方法で行った。具体的には、加振器、振動センサー、素子出力増幅器、記録計（オシロスコープ）にて、片持ち梁の共振周波数の１／２０の周波数の振動を与えて出力電圧を測定した。測定に用いたＦＥＴ（素子出力増幅器）のインピーダンス整合は必要と思われるが、ここでは出力電圧の相対変化に着目し、実施例１の効果（電極分割の効果）を検証した。
【００２８】
比較例１の発電部材の出力電圧は２００［ｍＶ］（振動条件：周波数＝６０［Ｈｚ］，加速度＝０．０８Ｇ）であった。これに対し、実施例１の発電部材の出力電圧は、２．０５［Ｖ］（同じ振動条件：周波数＝６０［Ｈｚ］，加速度＝０．０８Ｇ）となり、比較例１の略１０倍まで高めることができた。
【００２９】
〔実施例２〕
上記実施例１で用いたＰＺＴは鉛を含んでおり、その含有率は６０［質量％］を占めている。インフラ設備の診断などに自立電源として使われる場合、発電部材自体は少量であるが、多数配置される。このように多数配置される発電部材に鉛が含まれていると、その環境面での影響を無視することはできない。そこで、本実施例２では、ＰＺＴの代替材料として鉛を含まない圧電体の材料を使用している。
【００３０】
また、上記実施例１においてはＰＺＴを焼成するため、基板上に形成する第１電極としてＰｔ（白金）電極を採用した。これは酸素を含む雰囲気下で１３００［℃］までの耐熱性を有する材料は白金しかないからである。しかし、白金は高価なこと、加えて価格の変動要因を含んでいることから、製品化を考えた場合、白金を電極に用いるのはあまり好ましくないため、白金以外の安価な卑金属材料の使用が望まれる。
【００３１】
酸素を極端に低減した雰囲気で、セラミックスを焼成することができれば、安価なＮｉ（ニッケル）材料が電極の材料として候補になる。酸化物セラミックスを焼成するのに、酸素がない状態ではセラミックスが還元してしまい、このままでは製造することはできない。従って、セラミックコンデンサー製造で用いられているＮｉ電極にするためには、還元雰囲気下（Ｎｉが酸化しない程度の酸素分圧下）での焼成が有効である。
【００３２】
実施例２では、以上の課題を解決し、さらにエネルギーハーベスター（環境発電装置）としての性能も向上させた。
【００３３】
実施例１ではジルコニアセラミックスシートを用いたが、この材料は酸素分圧の低い状態では還元してしまい、基板として好ましくない。
【００３４】
そこで、実施例２では、低酸素分圧下でも変質しないアルミナセラミックスシートを用いて、次の（１）〜（６）に示すように発電部材を作製した。
（１）基板としては、主成分がアルミナのセラミックからなるアルミナセラミックスシート（日本ファインセラミックス社製、厚さ：１００［μｍ］）を用いた。
（２）第１電極としてはＮｉ（ニッケル）からなる電極を形成した。このＮｉ電極は、大研化学工業社製のＮｉペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、乾燥を行った。Ｎｉ電極の膜厚は３［μｍ］であった。
（３）圧電体としてはチタン酸バリウム（堺化学工業社製のＢＴ０１，ＢＴ０５粉、配分はＢＴ０１：２０部、ＢＴ０５：８０部）を用いた。酸素分圧の低い状態にてチタン酸バリウムが還元することを防ぐため、Ｍｎをチタン酸バリウム重量に対し１［モル％］の比率で添加した。このときのＭｎ試薬として二酸化マンガンを使用した。そして、スクリーン印刷用のペーストに処方した後、印刷、乾燥を行った。印刷・乾燥後の膜厚は、焼成後の膜厚が２０［μｍ］になるように設定した。
（４）第２電極としてはＮｉ電極を用い、第１電極と同じ条件で形成した。
（５）基板上に３つの層（第１電極、圧電体層、第２電極）を積層したあと、脱脂、還元雰囲気で焼成して圧電素子を作製した。これは積層セラミックコンデンサで行われている電極及び誘電材料の同時焼成処理である。還元雰囲気は濃度３［％］のＨ２ガス（窒素バランス）を管状炉に導入、酸素分圧は１×１０−８［Ｐａ］以下とし、焼成温度は１３５０［℃］とした。この焼成処理により、電極として安価なＮｉが採用できた。このＮｉ電極を複数の分割電極として形成することにより、電気的に直列接続された圧電素子（チタン酸バリウムキャパシター）の数を１０個とした。
（６）分極処理は、温度：１２０［℃］、圧電体層における直流電界強度：２５［ｋＶ／ｃｍ］、処理時間：２０［分］の条件で行った。この分極処理により、各圧電素子における圧電体層の部分に圧電性を出現させた。
【００３５】
なお、上記第１電極及び第２電極を形成するときの電極形成用スクリーン版のメッシュは＃３００を用いた。また、複数の第１電極の互いに隣り合う電極間の分割幅（間隙）を２０［μｍ］とした。また、複数の第２電極についても、互いに隣り合う電極間の分割幅（間隙）を２０［μｍ］とした。
【００３６】
〔比較例２〕
比較例２として、図５に示すように、上記第１電極及び第２電極を分割しないで基板１００上に第１電極２５０と圧電体層３５０と第２電極３５０とを積層して形成した単一の圧電素子から発電部材１０’を作製した。他の製造工程及び材料については上記実施例２と同様である。
【００３７】
実施例２及び比較例２それぞれの発電部材の各部における寸法は次のように設定した。
比較例２の場合、第１電極のパターンは幅２［ｍｍ］及び長さ１４［ｍｍ］とし、圧電体層（チタン酸バリウム）のパターンは幅２［ｍｍ］及び長さ１３［ｍｍ］とし、第２電極のパターンは幅１．９［ｍｍ］及び長さ１２［ｍｍ］とした。第１電極及び第２電極で挟まれてなる圧電素子（チタン酸バリウムキャパシター）の静電容量は、１３．２［ｎＦ］（測定周波数：１０［ｋＨｚ］）であった。この静電容量の測定値と素子寸法の値からチタン酸バリウムの比誘電率は１３００と算出され、典型的な値であることが確認できた。
【００３８】
実施例２では、分割電極（第１電極及び第２電極）にギャップ２０［μｍ］が含まれているが、長さ１２［ｍｍ］に対し無視してもよいほどの電極面積の減少であり、静電容量の測定結果も、比較例２の場合の１０分の１（１．３［ｎＦ］）に減少した。
【００３９】
上記実施例２及び比較例２の発電部材のエネルギーハーベスター（環境発電装置）としての性能は、片持ち梁形状に保持した後、従来公知の方法で行った。すなわち、加振器、振動センサー、素子出力増幅器、記録計（オシロスコープ）にて、片持ち梁の共振周波数の１／２０の周波数の振動を与えて出力電圧を測定した。測定に用いたＦＥＴ（素子出力増幅器）のインピーダンス整合は必要と思われるが、ここでは出力電圧の相対変化に着目し、実施例２の効果（電極分割の効果）を検証した。
【００４０】
比較例２の発電部材の出力電圧は１７０［ｍＶ］（振動条件：周波数＝６０［Ｈｚ］，加速度＝０．０８Ｇ）であった。これに対し、実施例２の発電部材の出力電圧は、１．７５［Ｖ］（同じ振動条件：周波数＝６０［Ｈｚ］，加速度＝０．０８Ｇ）となり、比較例２の略１０倍まで高めることができた。
【００４１】
前述の実施例１及び実施例２での出力電圧の差は、圧電体層の材料として用いたＰＺＴ（実施例１）とチタン酸バリウム（実施例２）との間の圧電定数の差に起因している。比誘電率ではチタン酸バリウムの方が小さいので出力電圧の面で有利であるが、ＰＺＴの圧電定数は３００［ｐｍ／Ｖ］であり、チタン酸バリウムの圧電定数（１５０［ｐｍ／Ｖ］）の２倍である。
【００４２】
但し、実施例２の発電部材は次のような利点を有している。
・出力は実用上達成可能な値である。
・基板上に互いに並べて配置する圧電素子の数（第１電極の数、第２電極の数）の増加により実デバイスへの調整が可能である。
・鉛を含まない。
・価格変動要素を持ち、値段が高価な白金材料を用いないで製造できる。
【００４３】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
圧電体を用いた発電部材１０であって、圧電体層３００の両面それぞれに電極を有する圧電素子が基板１００上に複数（Ｎ個）設けられ、複数の圧電素子５０１〜５０６は電気的に直列接続されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、発電部材を構成する電気的に直列接続された複数（Ｎ個）の圧電素子５０１〜５０６に振動を加えたときの出力電圧は、単一の圧電素子の出力電圧のＮ倍になる。従って、圧電体を用いた発電部材において振動を加えたときの出力電圧の向上を図ることができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、複数（Ｎ個）の圧電素子は、基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように形成されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の圧電素子を基板上に積層して形成したものに比して薄くすることができるので、振動を加えたときの発電部材の変形量の低下を抑制し、振動を加えたときの出力電圧をより高めることができる。また、基板上に複数の圧電素子を繰り返し形成して積層する必要がないので、発電部材の製造工程が簡易になり、製造コストを低減することができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ｂにおいて、基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように基板上に形成された複数の第１電極２０１〜２０４と、複数の第１電極にまたがるように複数の第１電極上に形成された圧電体層３００と、複数の第１電極の間隙に圧電体層を介して対向し且つ基板の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように圧電体層上に形成された複数の第２電極４０１〜４０３と、を備え、複数の圧電素子５０１〜５０６は、圧電体層を介して第１電極と第２電極とが互いに対向している複数の領域に形成されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の第１電極を基板上の同一層に一括形成することができ、また、その上に形成する圧電体層は分割して形成する必要がなく単一の層として形成することができる。更に、複数の第２電極は圧電体層上の同一層に一括形成することができる。従って、発電部材の製造工程が簡易になり、製造コストを低減することができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、圧電体層３００の材料は、マンガンが添加された主成分がチタン酸バリウムの材料である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、基板と圧電体層との間に形成する電極の材料として高価な白金を用いる必要がないため、更に製造コストを低減することができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｄのいずれかにおいて、基板１００は、主成分がアルミナ又はジルコニアのセラミックスからなる基板である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、主成分がアルミナ又はジルコニアのセラミックスからなる基板は、圧電体膜形成プロセスに対して優れた耐性を有しているので、圧電素子の圧電特性の安定性及び再現性に優れ、信頼性の高い発電部材を提供できる。特に、主成分がアルミナのセラミックスからなる基板の場合は、安価なＮｉ等の電極材料が酸化しにくい還元雰囲気下（低酸素分圧下）で圧電体層の焼成を行う場合にも基板が変質しない。従って、基板の変質を防止するとともに、製造コストを低減することができる。
（態様Ｆ）
圧電体層３００の両面それぞれに電極を有する圧電素子が基板１００上に設けられ、圧電素子が振動することで電圧を出力可能な発電部材の製造方法であって、基板１００の表面に沿った方向に所定の間隙で並ぶように基板１００上に複数の第１電極２０１〜２０４を形成する工程と、複数の第１電極２０１〜２０４にまたがるように複数の第１電極２０１〜２０４上に圧電体層３００を形成する工程と、複数の第１電極２０１〜２０４の間隙に圧電体層３００を介して対向し且つ第１電極２０１〜２０４の並び方向と同じ方向に所定の間隙で並ぶように圧電体層３００上に複数の第２電極４０１〜４０３を形成する工程と、複数の第１電極２０１〜２０４の並び方向における両端部の第１電極２０１、２０４の間に直流電圧を印加することにより、圧電体層３００を介して第１電極と第２電極とが互いに対向している複数の領域それぞれに対して分極処理を行う工程と、を含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の第１電極を基板上の同一層に一括形成することができ、また、その上に形成する圧電体層は分割して形成する必要がなく単一の層として形成することができる。更に、複数の第２電極は圧電体層上の同一層に一括形成することができる。また、圧電体層３００を介して第１電極と第２電極とが互いに対向している複数の領域それぞれに対する分極処理についても一括して行うことができる。従って、発電部材の製造工程が簡易になり、製造コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  発電部材
１００  基板
２０１〜２０４  第１電極
３００  圧電体層
４０１〜４０３  第２電極
５０１〜５０６  圧電素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開２０１３−１４６１８０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８７９２８号公報
【特許文献３】特開２０１３−１１０９２０号公報
【特許文献４】特開２０１２−０２３３４５号公報
【図１】
2015171185.tif 000003
【図３】
2015171185.tif 000004
【図２】
2015171185.tif 000005
【図４】
2015171185.tif 000006
【図５】
2015171185.tif 000007