(57)【要約】【課題】圧電縦効果を利用した新規な発電素子を提供する。【解決手段】本発明の発電素子１００は、基材１０２上に順に積層された電極１１１、第１の圧電体層１１３および電極１１２を含む第１の圧電素子１１０と、基材１０２上に順に積層された電極１２１、第２の圧電体層１２３および電極１１２を含む第２の圧電素子１２０と、振動部材１０１とを含む。振動部材１０１の一端１０１ａは、電極１１２に固定されている。振動部材１０１の他端１０１ｂは、第１の圧電体層１１３と第２の圧電体層１２３とを結ぶ方向１０５と平行な方向に振動可能である。第１の圧電体層１１３は、電極１１１と電極１１２とを結ぶ方向と平行な分極方向１１３に分極されている。第２の圧電体層１２３は、電極１２１と電極１１２とを結ぶ方向と平行な分極方向１２４に分極されている。【選択図】図２
2009165212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に順に積層された第１の電極、第１の圧電体層および第２の電極を含む第１の圧電素子と、
前記基材上に順に積層された第３の電極、第２の圧電体層および第４の電極を含む第２の圧電素子と、
振動部材とを含み、
前記振動部材の一端は、前記第２および第４の電極に固定されており、
前記振動部材の前記一端に対して反対側の他端は、前記第１の圧電体層と前記第２の圧電体層とを結ぶ方向と平行な方向に振動可能であり、
前記第１の圧電体層は、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されており、
前記第２の圧電体層は、前記第３の電極と前記第４の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている、発電素子。
【請求項２】
前記第１の圧電体層と前記第２の圧電体層とが同じ方向に分極されており、
前記第１の電極および前記第３の電極からなる１組の電極、ならびに前記第２の電極および前記第４の電極からなる１組の電極のうち、いずれか１組の電極が接続されている請求項１に記載の発電素子。
【請求項３】
前記第１の圧電体層と前記第２の圧電体層とが同じ方向に分極されており、
前記第１の電極と前記第４の電極とが接続されており、前記第２の電極と前記第３の電極とが接続されている請求項１に記載の発電素子。
【請求項４】
前記第１の圧電体層の分極方向と前記第２の圧電体層の分極方向とが逆向きであり、
前記第１の電極と前記第３の電極とが接続され、
前記第２の電極と前記第４の電極とが接続されている請求項１に記載の発電素子。
【請求項５】
前記第１および第３の電極は、前記基材上に直接固定されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電素子。
【請求項６】
前記基材と前記第１の電極との間、および前記基材と前記第３の電極との間に、前記振動部材の振動に伴って変形可能な緩衝部材が配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電素子。
【請求項７】
前記緩衝部材の途中に、圧電体を用いた他の圧電素子が形成されている請求項６に記載の発電素子。
【請求項８】
前記基材と前記第１の圧電素子との間に、他の前記第１の圧電素子が１つ以上積層されており、
前記基材と前記第２の圧電素子との間に、他の前記第２の圧電素子が１つ以上積層されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電素子。
【請求項９】
前記他端に、前記振動部材よりも比重が大きい材料からなる重りが固定されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の発電素子。
【請求項１０】
前記第１の圧電体層と前記第２の圧電体層とが一体となって１つの圧電体層を構成している請求項１〜９のいずれか１項に記載の発電素子。
【請求項１１】
基材上に形成された複数の発電素子を含む発電装置であって、
前記複数の発電素子のそれぞれは、前記基材上に順に積層された第１の電極、第１の圧電体層および第２の電極を含む第１の圧電素子と、前記基材上に順に積層された第３の電極、第２の圧電体層および第４の電極を含む第２の圧電素子と、振動部材とを含み、
前記振動部材の一端は、前記第２および第４の電極に固定されており、
前記振動部材の前記一端に対して反対側の他端は、前記第１の圧電体層と前記第２の圧電体層とを結ぶ方向と平行な方向に振動可能であり、
前記第１の圧電体層は、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されており、
前記第２の圧電体層は、前記第３の電極と前記第４の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている、発電装置。
【請求項１２】
前記複数の発電素子は、それぞれの前記第１の電極と前記第３の電極とを結ぶ方向が互いに平行になるように配置されている請求項１１に記載の発電装置。
【請求項１３】
隣接する２つの前記発電素子が直列に接続されている請求項１１または１２に記載の発電装置。
【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素子、およびそれを用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンや家電製品のコンプレッサやモータなどにおいて発生する機械振動は、熱エネルギーや音（空気の振動エネルギー）に変わり、散逸している。これらの振動エネルギーを電気エネルギーに変換して利用することができれば、エネルギーの利用効率を改善できる。また、風や波などの自然現象や移動体の通過などによって、建造物は振動する。また、人の活動によってもさまざまな振動が発生している。これらの振動エネルギーをデバイスの電力として利用することができれば、デバイスの電池の交換周期を伸ばすことができる。また、消費電力が少ないセンサなどのデバイスであれば、電池交換を不要にすることが可能である。
【０００３】
振動エネルギーを電気エネルギーに変換する素子として、圧電体を用いた発電素子がある。この圧電型発電素子は、圧電体に歪みを加えた時に電気エネルギーが生じる現象を利用して、振動の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【０００４】
圧電型発電素子の原理を、図１６（ａ）および１６（ｂ）に示す。なお、図１６（ａ）および（ｂ）ではハッチングを省略する。図１６（ａ）および１６（ｂ）の発電素子は、圧電体１と、圧電体１を挟むように配置された２つの電極２とによって構成されている。圧電体１は、分極方向１ａの方向に分極している。図１６（ａ）に示すように、分極方向１ａと平行な方向に外部から圧力３を加えて圧電体１を歪ませると、歪みの方向と平行な方向に電荷が生じる。この現象は、圧電縦効果と呼ばれる。また、図１６（ｂ）に示すように、分極方向１ａに垂直な方向に外部から圧力を加えて圧電体１を歪ませると、歪みの方向と垂直な方向に電荷が生じる。この現象は、圧電横効果と呼ばれる。電極２に抵抗４を接続すると、発生した電荷が移動して電流が流れる。圧電体に加えた仕事が電気エネルギーに変換される効率は、一般的に、圧電縦効果の方が圧電横効果よりも２倍以上高い。
【０００５】
圧電横効果を用いる発電素子として、圧電素子の一方を固定し、他方に錘を取り付けて、錘の振動によって圧電体を曲げる素子が提案されている（特許文献１）。この発電素子では、曲げによって圧電体が面方向に伸縮し、圧電体の厚さ方向に電荷が生じる。この電荷の発生が、電力として取り出される。しかし、圧電横効果の変換効率は低いという課題がある。
【０００６】
また、圧電縦効果を利用する圧電型発電素子も提案されている（特許文献２）。この発電素子では、振動部材の自由端と支持端との間に作用点が設けられ、この作用点によって圧電体に歪みを加える。しかし、特許文献２の発電素子は、構造が複雑であり小型化に限界があった。そのため、発電素子を密に並べて配置することができなかった。
【特許文献１】特開平１０−１７４４６２号公報
【特許文献２】特開平１１−１４６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような状況において、エネルギー変換効率が高く、密に並べて配置することが可能な発電素子が求められている。そのような要求に応えるため、本発明は、圧電縦効果を利用した新規な発電素子を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の発電素子は、基材上に順に積層された第１の電極、第１の圧電体層および第２の電極を含む第１の圧電素子と、前記基材上に順に積層された第３の電極、第２の圧電体層および第４の電極を含む第２の圧電素子と、振動部材とを含む。前記振動部材の一端は、前記第２および第４の電極に固定されている。前記振動部材の前記一端に対して反対側の他端は、前記第１の圧電体層と前記第２の圧電体層とを結ぶ方向と平行な方向に振動可能である。前記第１の圧電体層は、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている。前記第２の圧電体層は、前記第３の電極と前記第４の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている。
【０００９】
また、本発明の発電装置は、基材上に形成された複数の発電素子を含む発電装置であって、前記複数の発電素子のそれぞれは、前記基材上に順に積層された第１の電極、第１の圧電体層および第２の電極を含む第１の圧電素子と、前記基材上に順に積層された第３の電極、第２の圧電体層および第４の電極を含む第２の圧電素子と、振動部材とを含む。前記振動部材の一端は、前記第２および第４の電極に固定されている。前記振動部材の前記一端に対して反対側の他端は、前記第１の圧電体層と前記第２の圧電体層とを結ぶ方向と平行な方向に振動可能である。前記第１の圧電体層は、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている。前記第２の圧電体層は、前記第３の電極と前記第４の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発電素子では、振動部材の振動を、第１および第２の圧電体層の伸長および圧縮という２つの成分に分けて有効に利用する。また、本発明の発電素子では、圧電縦効果を用いて発電する。そのため、本発明によれば、エネルギー変換効率が高い発電素子が得られる。本発明の発電素子では、振動部材の一端が固定され、他端が自由端である。この構成によれば、複数の発電素子を密に並べて配置することが可能である。本発明の発電装置は本発明の発電素子を用いている。そのため、狭い面積で効率的な発電が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について例を挙げて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。
【００１２】
［発電素子］
本発明の発電素子は、第１の圧電素子、第２の圧電素子、および振動部材を含む。第１の圧電素子は、基材上に順に積層された、第１の電極、第１の圧電体層および第２の電極を含む。第２の圧電素子は、基材上に順に積層された、第３の電極、第２の圧電体層および第４の電極を含む。振動部材の一端（固定端）は、第２および第４の電極に固定されている。なお、本発明の効果が得られる限り、圧電素子は、電極および圧電体層以外の層を含んでもよい。たとえば、圧電体層の分極方向を制御するための層を、電極と圧電体層との間に含んでもよい。
【００１３】
振動部材の上記一端（固定端）に対して反対側の他端（自由端）は、第１の圧電体層と第２の圧電体層とを結ぶ方向と平行な方向に振動可能である。第１の圧電体層は、第１の電極と第２の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている。第２の圧電体層は、第３の電極と第４の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極されている。
【００１４】
第１の圧電素子と第２の圧電素子は、異なる材料で形成されてもよい。しかし、通常、両者は同じ工程で形成されるため、一般的には、第１の圧電素子と第２の圧電素子とは同じ材料で構成される。
【００１５】
第１の圧電素子の第１の電極、および第２の圧電素子の第３の電極は、基材側に固定されている。なお、第１および第３の電極は、基材に直接固定されていてもよいし、他の部材を挟んで間接的に基材に固定されていてもよい。基材に特に限定はなく、圧電素子を固定できるものであればよい。なお、基材は、振動を生じる物体（たとえば構造体や移動体）の一部であってもよい。本発明の発電素子は、それらの物体に直接固定することも可能である。そのため、基材は、本発明の発電素子および発電装置の必須の構成要素ではない。
【００１６】
第１および第２の圧電体層は、異なる材料で形成されてもよいが、通常、同じ材料で形成される。本発明の効果が得られる限り、第１および第２の圧電体層の材料に限定はない。第１および第２の圧電体層には、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やそれに他の元素を添加した圧電体などを用いることができる。第１〜第４の電極は、金属などの導電性材料で形成される。これらの電極は、圧電体の配向特性を制御する貴金属材料の合金（Ｐｔ、ＩｒなどにＴｉ、Ｃｏなどを添加したもの）で形成してもよい。
【００１７】
本発明の効果が得られる限り、第１および第２の圧電体層の厚さに限定はない。第１および第２の圧電体層は、通常は薄膜であるが、薄膜でなくてもよい。一例では、第１および第２の圧電体層の厚さは、それぞれ、０．５μｍ〜１００μｍの範囲にある。
【００１８】
第１の圧電体層は第１の電極と第２の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極している。そのため、第１の電極と第２の電極とを結ぶ方向に伸長または圧縮される歪みが第１の圧電体層に加えられた場合、圧電縦効果に基づく起電力が生じる。第２の圧電体層は第３の電極と第４の電極とを結ぶ方向と平行な方向に分極している。そのため、第３の電極と第４の電極とを結ぶ方向に伸長または圧縮される歪みが第２の圧電体層に加えられた場合、圧電縦効果に基づく起電力が生じる。第１の圧電体層の分極方向と第２の圧電体層の分極方向とは、同じ向きであってもよいし、逆向きであってもよい。それらの分極方向は、電極の接続方法を考慮して決定される。
【００１９】
振動部材の一端（固定端）は、第２および第４の電極に固定されている。すなわち、振動部材は、第２および第４の電極上に配置されている。振動部材の固定端は、第２および第４の電極に直接固定されていてもよいし、接着層などの他の部材を挟んで間接的に第２および第４の電極に固定されていてもよい。振動部材の他端は、第１の圧電体層と第２の圧電体層とを結ぶ方向と平行な方向に振動可能である。以下、この方向を「有効振動方向」という場合がある。振動部材の他端（自由端）は、有効振動方向以外に振動可能であってもよい。振動部材が有効振動方向に振動可能である限り、振動部材の形状および材料に限定はない。振動部材の形状の一例は、細長い直方体状の形状である。振動部材の材料の例としては、化学増幅系のレジストやメッキで形成されるニッケルなど高いアスペクト比が得られる材料や、エッチングによって成形したシリコンが挙げられる。
【００２０】
振動部材の他端が有効振動方向に振動した場合、第１および第２の圧電体層は、伸長または圧縮される。具体的には、第１の圧電体層がその分極方向と平行な方向に伸長されるときは、第２の圧電体層はその分極方向と平行な方向に圧縮される。また、第１の圧電体層がその分極方向と平行な方向に圧縮されるときは、第２の圧電体層はその分極方向と平行な方向に伸長される。したがって、第１の圧電体層の分極方向と第２の圧電体層の分極方向とが同じ方向である場合、振動部材の振動に伴って、第１の圧電素子の起電力と第２の圧電素子の起電力とは逆向きに発生する。また、第１の圧電体層の分極方向と第２の圧電体層の分極方向とが逆方向である場合、振動部材の振動に伴って、第１の圧電素子の起電力と第２の圧電素子の起電力とが同じ向きに発生する。本発明の発電素子は、第１の圧電体層で発生する起電力と第２の圧電体層で発生する起電力とが互いに打ち消しあわないように構成される。そのため、第１の圧電素子で発生する電力と第２の圧電素子で発生する電力とが、互いに打ち消し合うことなく取り出される。
【００２１】
第１の圧電素子の出力と、第２の圧電素子の出力とは個別に取り出してもよい。また、第１の圧電素子の電極と第２の圧電素子の電極とを接続し、両者を直列または並列につないでもよい。この場合、第１および第２の圧電素子の出力が加算されて取り出される。
【００２２】
以上のように、本発明の発電素子は、基材上に形成された第１および第２の圧電素子と、それらの圧電素子上に固定された振動部材とを含む。そして、振動部材の振動によって生じる第１の圧電素子の圧電体層の伸縮と、振動部材の振動によって生じる第２の圧電素子の圧電体層の伸縮とが、逆になる。
【００２３】
本発明の発電素子では、第１の圧電体層と第２の圧電体層とが同じ方向に分極されていてもよい。そして、第１の電極および第３の電極からなる１組の電極、ならびに第２の電極および第４の電極からなる１組の電極のうち、いずれか１組の電極が接続されていてもよい。この構成では、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが、それぞれの出力が加算されるように直列に接続されている。すなわち、第１の圧電体層が伸長されたときに発生する起電力と第２の圧電体層が圧縮されたときに発生する起電力とが回路上で同じ向きになるように、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが直列に接続されている。もちろん、第１の圧電体層が圧縮されたときに発生する起電力と第２の圧電体層が伸長されたときに発生する起電力とは、回路上で同じ向きに直列に加算される。この構成では、第１の圧電素子の出力電圧と第２の圧電素子の出力電圧とが加算される。
【００２４】
本発明の発電素子では、第１の圧電体層と第２の圧電体層とが同じ方向に分極されていてもよい。そして、第１の電極と第４の電極とが接続されており、第２の電極と第３の電極とが接続されていてもよい。この構成によれば、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが、出力が加算されるように並列に接続される。すなわち、第１の圧電体層が伸長されたときに発生する起電力と第２の圧電体層が圧縮されたときに発生する起電力とが回路上で同じ向きになるように、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが並列に接続される。もちろん、第１の圧電体層が圧縮されたときに発生する起電力と第２の圧電体層が伸長されたときに発生する起電力とは、回路上で同じ向きになる。この構成では、第１の圧電素子の出力電流と第２の圧電素子の出力電流とが加算される。
【００２５】
本発明の発電素子では、第１の圧電体層の分極方向と第２の圧電体層の分極方向とが逆向きであってもよい。そして、第１の電極と第３の電極とが接続され、第２の電極と第４の電極とが接続されていてもよい。この構成によれば、振動部材の振動に伴って、第１の圧電素子の起電力と第２の圧電素子の起電力とが同じ向きに発生する。それらの起電力は、並列に接続される。
【００２６】
本発明の発電素子では、第１および第３の電極は、基材上に直接固定されていてもよい。この構成によれば、振動部材の振動によって発生する歪みが、他の部分に吸収されることなく圧電体に加えられるため、発生する電力を大きくできる。
【００２７】
本発明の発電素子では、基材と第１の電極との間、および基材と第３の電極との間に、振動部材の振動に伴って変形可能な緩衝部材が配置されていてもよい。基材と圧電素子との間に緩衝部材を配置することによって、過大な歪みが圧電体に加わることを防止できる。そのため、この構成によれば、振動部材の過大な振動による圧電体の破損を防止できる。緩衝部材の材料に限定はなく、電極との密着性が高い材料を選択することが好ましい。たとえば、振動部材と同じ材料を用いて形成してもよい。
【００２８】
本発明の発電素子では、緩衝部材の途中に、圧電体を用いた他の圧電素子が形成されていてもよい。この構成によれば、圧電体の破損を防止できるとともに、より多くの電力を取り出すことができる。他の圧電素子には、通常、上記第１および第２の圧電素子と同じ構造を有する素子が用いられる。
【００２９】
本発明の発電素子では、基材と第１の圧電素子との間に、他の第１の圧電素子が１つ以上積層されており、基材と第２の圧電素子との間に、他の第２の圧電素子が１つ以上積層されていてもよい。この構成によれば、より多くの電力を取り出すことが可能である。積層された複数の第１の圧電素子の圧電体層の分極方向を同じ方向にしておけば、各第１の圧電素子の出力が打ち消し合うことなく加算される。同様に、積層された複数の第２の圧電素子の圧電体層の分極方向を同じ方向にしておけば、各第２の圧電素子の出力が打ち消し合うことなく加算される。
【００３０】
本発明の発電素子では、振動部材の他端（自由端）に、振動部材よりも比重が大きい材料からなる重りが固定されていてもよい。この構成によれば、振動部材に加えられる慣性力を大きくできるので、発生する電力を大きくできる。発生する電力を大きくできる限り、重りの形状および材料に限定はない。重りは、たとえば、レジストを型としてＮｉやＣｕのメッキを行うことによって形成できる。
【００３１】
本発明の発電素子では、第１の圧電体層と第２の圧電体層とが一体となって１つの圧電体層を構成していてもよい。この構成では、１つの圧電体層の一部および他の一部が、それぞれ、第１の圧電素子の第１の圧電体層、および第２の圧電素子の第２の圧電体層として機能する。
【００３２】
［発電装置］
本発明の発電装置は、基材上に形成された複数の発電素子を含む発電装置である。複数の発電素子は、上記本発明の発電素子である。本発明の発電素子については上述したため、重複する説明を省略する。
【００３３】
本発明の発電装置では、複数の発電素子は、それぞれの第１の電極と第３の電極とを結ぶ方向が互いに平行になるように配置されていてもよい。この構成によれば、１つの有効振動方向に振動したときに、すべての発電素子が同様に発電する。なお、本発明の発電装置では、複数の発電素子は、それぞれの第１の電極と第３の電極とを結ぶ方向が互いに平行になるように配置されていなくてもよい。異なる方向に発電素子を配置することによって、様々な方向に振動したときでも発電が可能になる。
【００３４】
本発明の発電装置では、隣接する２つの発電素子が直列に接続されていてもよい。それぞれの発電素子の出力電圧が加算されるように複数の発電素子を直列に接続することによって、出力電圧を高くできる。また、本発明の発電装置では、それぞれの発電素子の出力電流が加算されるように、隣接する２つの発電素子が並列に接続されていてもよい。
【００３５】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
［実施形態１］
実施形態１の発電素子の上面図を図１に示す。また、図１の線IIａ−IIａにおける断面図を図２（ａ）に示し、線IIｂ−IIｂにおける断面図を図２（ｂ）に示す。なお、図１では、基材の図示を省略している。
【００３７】
図１の発電素子１００は、振動部材１０１を含む。図２を参照して、発電素子１００は、基材１０２と、基材１０２上に形成された第１の圧電素子１１０および第２の圧電素子１２０とを含む。基材１０２上には、電気配線１０３ａおよび１０３ｂが形成されている。
【００３８】
図２を参照して、第１の圧電素子１１０は、電極１１１および１１２（第１および第２の電極）と、それらの間に配置された第１の圧電体層１１３とによって構成されている。電極１１１は、基材１０２上に積層されている。電極１１１は、電気配線１０３ａを介して基材１０２側に固定されている。第１の圧電体層１１３は、分極方向１１４の向きに分極されている。分極方向１１４は、電極１１１と電極１１２とを結ぶ方向と平行である。
【００３９】
第２の圧電素子１２０は、電極１２１および１１２（第３および第４の電極）と、それらの間に配置された第２の圧電体層１２３とによって構成されている。電極１１２は、第１の圧電素子１１０の電極（第２の電極）と第２の圧電素子１２０の電極（第４の電極）とを兼ねている。別の観点では、圧電素子１１０の振動部材１０１側の電極と、圧電素子１２０の振動部材１０１側の電極とは接続されている。電極１２１は、基材１０２上に積層されている。電極１２１は、電気配線１０３ｂを介して基材１０２側に固定されている。第２の圧電体層１２３は、分極方向１２４の向きに分極されている。分極方向１２４は、電極１２１と電極１１２とを結ぶ方向と平行である。発電素子１００では、第１の圧電体層１１３の分極方向１１４と第２の圧電体層１２３の分極方向１２４とが同じ向きであり、共に、振動部材１０１側から基材１０２側に向かう方向である。
【００４０】
振動部材１０１の一端１０１ａは、電極１１２（第２および第４の電極）に固定されている。振動部材１０１は、直方体状の形状を有する。振動部材１０１は、その長手方向が、圧電素子の構成要素の積層方向（基材１０２の表面に垂直な方向）と平行になるように配置されている。振動部材１０１の他端１０１ｂは固定されておらず、第１の圧電体層１１３と第２の圧電体層１２３とを結ぶ方向１０５と平行な方向に振動可能である。
【００４１】
図１および図２（ａ）に示すように、本発明の発電素子は、通常、方向１０５に垂直でかつ振動部材１０１の中心軸を通る面に対して、面対称の構造を有する。
【００４２】
発電素子１００の発電原理について図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して説明する。なお、図３（ａ）および（ｂ）では、圧電体層のハッチングを省略している。また、圧電体層中の矢印は、歪みの方向を示している。
【００４３】
基材１０２が方向１０５に平行な方向に振動すると、慣性の力によって振動部材１０１の他端１０１ｂが振動する。図３（ａ）に示すように、他端１０１ｂが圧電素子１１０側に曲がったときには、第１の圧電体層１１３は圧縮され、第２の圧電体層１２３は伸長される。また、図３（ｂ）に示すように、他端１０１ｂが圧電素子１２０側に曲がったときには、第１の圧電体層１１３は伸長され、第２の圧電体層１２３は圧縮される。
【００４４】
第１の圧電体層１１３および第２の圧電体層１２３が、圧縮または伸長されると、圧電縦効果による電力が発生する。第１の圧電体層１１３と第２の圧電体層１２３とは、分極の向きが同じであるため、振動部材１０１がどちらの方向に曲がっても、第１の圧電素子１１０で発生する起電力の向きと第２の圧電素子１２０で発生する起電力の向きとは逆である。そのため、電極１１２を共通の電極とすることによって、第１の圧電素子１１０で発生する電力と第２の圧電素子１２０で発生する電力とを、互いに打ち消しあわせることなく取り出すことができる。発電素子１００では、第１の圧電素子１１０で発生する電圧と、第２の圧電素子１２０で発生する電圧とが足し合わされる。
【００４５】
実施形態１の発電素子１００に接続される回路の一例を図４に示す。図４の回路１４０は、整流回路および蓄電回路として機能する。回路１４０は、４つのダイオードからなる全波整流回路１４１と、コンデンサ１４２とを含む。電気配線１０３ａおよび１０３ｂから取り出された出力は、全波整流回路１４１によって整流され、コンデンサ１４２に蓄積される。
【００４６】
図１〜図４では、圧電体層の分極方向１１４および１２４が振動部材１０１側から基材１０２側へ向かう向きである発電素子１００について説明した。しかし、分極方向１１４および１２４は、それぞれ、逆向きであってもよい（他の実施形態においても同様である）。この場合でも、発電素子１００と同様に、第１の圧電素子１１０の出力と第２の圧電素子１２０の出力とが、打ち消し合うことなく取り出される。
【００４７】
また、図１〜図４では、第１の圧電体層１１３と第２の圧電体層１２３とが別個の圧電体である発電素子１００について説明した。しかし、振動部材１０１の振動時に、第１の圧電素子の２つの電極間の圧電体層の歪み（圧縮または伸長）と、第２の圧電素子の２つの電極間の圧電体層の歪み（圧縮または伸長）とが逆になる限り、第１の圧電素子の２つの電極間の圧電体層と、第２の圧電素子の２つの電極間の圧電体層とは、一体となっていてもよい。すなわち、１つの圧電体層の一部および他の一部が、それぞれ、第１の圧電体層１１３および第２の圧電体層１２３であってもよい（以下の実施形態においても同様である）。
【００４８】
また、図１〜図４では、第１の圧電素子１１０の振動部材１０１側の電極と、第２の圧電素子１２０の振動部材１０１側の電極とが接続されて共通の電極１１２となっている発電素子１００について示した。しかし、第１の圧電素子１１０の基材１０２側の電極と、第２の圧電素子１２０の基材１０２側の電極とが接続されて共通の電極となっていてもよい。そのような発電素子１００ａの一例を図５に示す。
【００４９】
図５の発電素子１００ａは、基材１０２上に配置された電極１５１を備える。電極１５１は、第１の圧電素子１１０の基材１０２側の電極、および第２の圧電素子１２０の基材１０２側の電極として機能する。図５では、第１の圧電体層１１３の分極方向１１４および第２の圧電体層１２３の分極方向１２４が、基材１０２側から振動部材１０１側への向きである一例について示している。しかし、これらの分極方向は逆向きであってもよい。
【００５０】
［実施形態２］
実施形態２では、実施形態１の発電素子１００と比べて、電極の接続方法が異なる発電素子について説明する。実施形態２の発電素子１００ｂおよびそれに接続される回路の一例について、構成を図６に模式的に示す。
【００５１】
発電素子１００ａでは、発電素子１００の電極１１２（図２（ａ）参照）が、電極１６１（第２の電極）と電極１６２（第４の電極）とに分けられている。また、電極１１１と電極１６２とが配線で接続され、電極１６１と電極１２１とが配線で接続されている。これらの電極以外の部分は、発電素子１００と同じである。また、回路１４０は、実施形態１で説明した回路１４０と同じである。
【００５２】
発電素子１００ａでは、第１の圧電体層１１３の分極方向１１４と第２の圧電体層１２３の分極方向１２４とが同じでる。そのため、実施形態１で述べたように、振動部材１０１が振動すると、第１の圧電体層１１３および第２の圧電体層１２３では、互いに逆向きに起電力が生じる。発電素子１００ｂでは、それらの起電力が互いに打ち消し合わされないように、第１の圧電素子１１０と第２の圧電素子１２０とが並列に接続されている。その結果、第１の圧電素子１１０の出力電流と、第２の圧電素子１２０の出力電流とが足し合わされる。
【００５３】
［実施形態３］
実施形態３では、実施形態１の発電素子１００と比べて、圧電体層の分極の向き、および電極の接続方法が異なる発電素子について説明する。実施形態３の発電素子１００ｃおよびそれに接続される回路の一例について、構成を図７に模式的に示す。
【００５４】
発電素子１００ｃでは、第１の圧電体層１１３の分極方向１１４と、第２の圧電体層１２３の分極方向１２４とが逆向きである。また、発電素子１００ｃでは、発電素子１００の電極１１１および１２１（図２（ａ）参照）の代わりに、共通の電極１７１が用いられている。別の観点では、電極１７１は、電極１１１と電極１２１とが接続された電極である。発電素子１００ｃは、圧電体層の分極方向および電極の構成以外の部分については、発電素子１００と同じである。また、回路１４０は、実施形態１で説明した回路１４０と同じである。
【００５５】
発電素子１００ｃでは、振動部材１０１の他端１０１ｂが振動したときに、第１の圧電素子１１０で発生する電圧の向きと第２の圧電素子１２０で発生する電圧の向きとが同じになる。発電素子１００ｃでは、２つの圧電素子の基材側の電極が共通であり、２つの圧電素子の振動部材側の電極が共通である。すなわち、発電素子１００ｃでは、第１の圧電素子１１０で発生する電圧と第２の圧電素子１２０で発生する電圧とが互いに打ち消し合わないように、第１の圧電素子１１０と第２の圧電素子１２０とが並列に接続されている。
【００５６】
［実施形態４］
実施形態４では、基材と圧電素子との間に、圧電体に加わる歪みを緩和する緩衝部材が配置されている例について説明する。実施形態４の発電素子１００ｄの断面図を図８（ａ）に示す。
【００５７】
発電素子１００ｄは、基材１０２、電気配線１０３ａおよび１０３ｂ、取り出し配線１８１ａおよび１８１ｂ、緩衝部材１８２および１８３、第１の圧電素子１１０、第２の圧電素子１２０、および振動部材１０１を含む。基材１０２、電気配線１０３ａおよび１０３ｂ、第１の圧電素子１１０、第２の圧電素子１２０、および振動部材１０１は、発電素子１００のそれらと同じである。
【００５８】
緩衝部材１８２は、第１の圧電素子１１０の電極１１１と基材１０２（電気配線１０３ａ）との間に配置されている。緩衝部材１８３は、第２の圧電素子１２０の電極１２１と基材１０２（電気配線１０３ｂ）との間に配置されている。緩衝部材１８２および１８３は、振動部材１０１が有効振動方向に振動したときにそれに伴って変形し、有効振動方向と平行な方向に振動する。緩衝部材１８２および１８３によって、過剰な振動による圧電体の破損を抑制できる。圧電体の破損を防止でき、電極材料と充分な密着力が得られる限り、緩衝部材１８２および１８３の材料に限定はない。たとえば、緩衝部材１８２および１８３を、振動部材１０１と同じ材料で形成してもよい。
【００５９】
電極１１１と電気配線１０３ａとは、取り出し配線１８１ａによって接続されている。電極１２１と電気配線１０３ｂとは、取り出し配線１８１ｂによって接続されている。取り出し配線は、緩衝部材１８２と緩衝部材１８３とが対向する面に形成することが好ましい。発電素子の中心軸から離れた部分は、振動部材１０１の振動に伴う変形が大きい。そのため、発電素子の中心軸から離れた部分に取り出し配線を形成すると、配線が断線しやすくなる。
【００６０】
なお、緩衝部材の途中に他の圧電素子を配置してもよい。そのような発電素子１００ｅの断面図を図８（ｂ）に示す。
【００６１】
発電素子１００ｅでは、緩衝部材１８２の途中に、第１の圧電素子１１０ａが形成されている。また、緩衝部材１８３の途中に第２の圧電素子１２０ａが形成されている。緩衝部材１８２の途中に形成される圧電素子の数は２つ以上であってもよい。同様に、緩衝部材１８３の途中に形成される圧電素子の数は２つ以上であってもよい。通常、緩衝部材１８２の途中に形成される圧電素子の数と、緩衝部材１８３の途中に形成される圧電素子の数とは同じである。
【００６２】
圧電素子１１０ａおよび１２０ａと、圧電素子１１０および１２０とは、電極１１２が電極１８４および１８５に分けられている点のみが異なる。第１の圧電素子１１０の圧電体層の分極方向１１４と、第１の圧電素子１１０ａの圧電体層の分極方向とは同じである。また、第２の圧電素子１２０の圧電体層の分極方向１２４と、第２の圧電素子１２０ａの圧電体層の分極方向とは同じである。
【００６３】
第１の圧電素子１１０の電極１１１と第１の圧電素子１１０ａの電極１８４とは、取り出し配線１８１ａによって接続されている。第２の圧電素子１２０の電極１２１と第２の圧電素子１２０ａの電極１８５とは、取り出し配線１８１ｂによって接続されている。圧電素子１１０ａの電極１１１と電気配線１０３ａとは、取り出し配線１８１ａによって接続されている。圧電素子１２０ａの電極１２１と電気配線１０３ｂとは、取り出し配線１８１ｂによって接続されている。
【００６４】
振動部材１０１が図８（ｂ）の上方に向かって曲がるときには、第１の圧電素子１１０および１１０ａの圧電体層は共に分極方向と平行な方向に圧縮され、第２の圧電素子１２０および１２０ａの圧電体層は共に分極方向と平行な方向に伸長される。また、振動部材１０１が図８（ｂ）の下方に向かって曲がるときには、第１の圧電素子１１０および１１０ａの圧電体層は共に分極方向と平行な方向に伸長され、第２の圧電素子１２０および１２０ａの圧電体層は共に分極方向と平行な方向に圧縮される。したがって、第１の圧電素子１１０と第１の圧電素子１１０ａとは同じ方向に電圧を生じ、それらの電圧は足し合わされる。同様に、第２の圧電素子１２０で発生する電圧と第２の圧電素子１２０ａで発生する電圧とは足し合わされる。また、第１の圧電素子１１０および１１０ａの電圧の向きと、第２の圧電素子１２０および１２０ａの電圧の向きとは逆である。ここで、電極１１２は共通の電極であるため、４つの圧電素子の電圧は、互いに打ち消し合うことなく直列に足し合わされる。
【００６５】
［実施形態５］
実施形態５では、複数の圧電素子が積層されている発電素子の一例について説明する。実施形態５の発電素子１００ｆの断面図を図９に示す。
【００６６】
発電素子１００ｆでは、電気配線１０３ａ上に、第１の圧電素子１１０ａおよび１１０が積層されている。また、電気配線１０３ｂ上に、第２の圧電素子１２０ａおよび１２０が積層されている。４つの発電素子に含まれる圧電体層の分極の向きは、同じである。なお、積層される発電素子の数は３つ以上であってもよい。通常、積層される第１の圧電素子の数と、積層される第２の圧電素子の数とは同じである。
【００６７】
第１の圧電素子１１０ａの振動部材１０１側の電極と、第１の圧電素子１１０の基材１０２側の電極１１１とは共通である。第２の圧電素子１２０ａの振動部材１０１側の電極と、第２の圧電素子１２０の基材１０２側の電極１２１とは共通である。また、第１の圧電素子１１０の振動部材１０１側の電極と第２の圧電素子１２０の振動部材１０１側の電極とは接続されている。そのため、４つの圧電素子は直列に接続されている。図８（ｂ）の発電素子１００ｅと同様に、発電素子１００ｆでも、４つの圧電素子の電圧は、互いに打ち消し合うことなく直列に足し合わされる。
【００６８】
［実施形態６］
実施形態６では、振動部材の自由端に重りが固定されている発電素子の一例について説明する。実施形態６の発電素子１００ｇの断面図を図１０に示す。
【００６９】
発電素子１００ｇは、振動部材１０１の他端１０１ｂに固定された重り２００を含む。重り２００は、振動部材１０１よりも比重が大きい材料からなる。その他の構成要素については、発電素子１００と同じである。
【００７０】
発電素子１００ｇでは、重り２００が存在するため、加速度によって発生する慣性の力が大きくなり、得られる電力が大きくなる。また、重り２００の質量を調節することによって、外部振動の振動数と振動部材１０１の固有振動数とを一致させることができる。このとき、振動部材１０１の振幅が大きくなり、得られる電力をさらに大きくすることが可能である。
【００７１】
［実施形態７］
実施形態７では、複数の発電素子１００を備える発電装置、およびその製造方法の一例について説明する。特に説明がない限り、以下の工程は、半導体素子製造プロセスで用いられる方法、たとえば、気相成膜法、フォトリソグラフィー法、エッチング法、およびリフトオフ法などによって行うことができる。
【００７２】
まず、図１１（ａ）に示すように、スパッタリング法によって、基板２１１上に、金属層２１２、圧電体層２１３、および金属層２１４を形成する。これらの層は、スパッタリング法以外の成膜法で形成してもよい。基板２１１は、後の工程によって振動部材１０１となる基板である。
【００７３】
次に、レジストパターンの形成およびドライエッチングによって、金属層２１２、圧電体層２１３、および金属層２１４をパターニングする。これによって、図１１（ｂ）に示すように、４つの圧電素子１１０と４つの圧電素子１２０とが形成される。すべての圧電素子の圧電体層の分極方向は同じ向きである。圧電素子の圧電体層の分極方向は、圧電体層２１３の成膜時に制御してもよい。また、圧電素子の圧電体層の分極方向は、金属層２１２および２１４、または電極（パターニング後の金属層）を用いたポーリング処理によって行ってもよい。また、成膜時に配向方向を制御し、さらにポーリング処理を行ってもよい。
【００７４】
次に、電気配線２１５を形成した基材１０２を用意する。電気配線２１５は、図２（ａ）の電気配線１０３ａと電気配線１０３ｂとを兼ねる。そして、圧電素子１１０の電極１１１と圧電素子１２０の電極１２１を電気配線２１５上に接着する。これらの接着は、圧電素子の固定と電気的な接続とを行うために、導電性の接着剤を用いて行われる。なお、これらの接着は、圧電素子の固定と電気的な接続とが達成される方法で行われればよい。たとえば、これらの接着は、異方性導電性シートを用いて行われてもよい。また、これらの接着は、超音波や加熱によって金属同士を接続させる方法で行われてもよい。
【００７５】
次に、基板２１１の不要な部分を除去することによって、発電素子１００ごとに振動部材１０１を形成する。このようにして、実施形態７の発電装置２１０が得られる。図１１に示したように、薄膜形成、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングによって、多数の発電素子が密に並べられた発電装置を簡単に形成できる。この製造方法では、圧電体層２１３の大部分を圧電素子の圧電体層として利用することが可能である。
【００７６】
なお、発電素子単独の形成も、発電装置と同様の方法によって実施できる。このように、本発明の発電素子および発電装置は、半導体製造プロセスに用いられている公知の技術などを用いて製造できる。
【００７７】
電気配線の一例を図１２に示す。図１２において、振動部材１０１が配置されているそれぞれの箇所に発電素子１００が存在する。図１２の例では、２０個の発電素子１００が、４行×５列にマトリクス状に配置される。１つの発電素子１００の電気配線１０３ａと、隣接する発電素子１００の電気配線１０３ｂとは、配線２２１で接続されている。また、１つの行の端に存在する発電素子１００の電気配線１０３ａと、隣接する行の端に存在する発電素子１００の電気配線１０３ｂとは、配線２２１で接続されている。その結果、すべての発電素子１００が直列に接続される。
【００７８】
図１２の例では、電気配線１０３ａ上の電極（図２（ａ）の電極１１１）と電気配線１０３ｂ上の電極（図２（ａ）の電極１２１）とを結ぶ方向２２２が互いに平行になるように、それぞれの発電素子１００が配置される。すなわち、すべての発電素子１００が同じ向きに配置されている。そのため、外部振動が加えられると、すべての発電素子１００の振動部材が同じ方向に変形する。その結果、すべての発電素子１００は同じように発電し、それらの出力は直列に加算される。直列に接続する発電素子の数を調整することによって、出力電圧を調整することが可能である。
【００７９】
［実施形態８］
実施形態８では、複数の発電素子１００ａ（図５参照）を備える発電装置、およびその製造方法の一例について説明する。特に説明がない限り、以下の工程は、半導体素子製造プロセスで用いられる方法、たとえば、気相成膜法、フォトリソグラフィー法、エッチング法、およびリフトオフ法などによって行うことができる。
【００８０】
まず、図１３（ａ）に示すように、スパッタリング法によって、基材１０２上に、金属層２３１および圧電体層２３２を形成する。これらの層は、スパッタリング法以外の成膜法で形成してもよい。
【００８１】
次に、図１３（ｂ）に示すように、レジストパターンの形成とドライエッチングとによって、金属層２３１および圧電体層２３２をパターニングする。このパターニングによって、電極１５１、圧電体層１１３および１２３が形成される。すべての圧電体層の分極方向は、同じ向きである。
【００８２】
次に、図１３（ｃ）に示すように、絶縁体層２３４および電極２３５を形成する。具体的には、まず、発電素子間に絶縁体層２３４を形成する。次に、圧電体層１１３および１２３ならびに絶縁体層２３４上に、電極２３５を形成する。電極２３５によって、隣接する発電素子が直列に接続される。
【００８３】
次に、図１３（ｄ）に示すように、振動部材１０１を形成する。このようにして、複数の発電素子を備える発電装置２３０が得られる。振動部材１０１は、電極２３５上に基板を貼り付けた後、その基板をエッチングすることによって形成してもよい。また、振動部材１０１はメッキ法によって形成することもできる。たとえば、高いアスペクト比でパターニングした厚膜レジストを型として用い、ＮｉやＣｕなどのメッキを行った後、厚膜レジストを除去して、形成してもよい。
【００８４】
以上、本発明の発電素子および発電装置について例を挙げて説明した。なお、本発明の発電素子および発電装置に関して、振動部材の振動は、基材の振動による振動に限定されない。たとえば、振動部材の周囲に流体を配置し、その流体の往復運動によって振動部材を振動させてもよい。そのような一例を図１４に示す。発電装置２１０は、管路２４１の内部に固定されている。管路２４１の内部には、液体２４２が配置されている。液体２４２は、外部の振動などによって往復運動する。その結果、発電装置２１０の振動部材が振動し、発電が行われる。
【００８５】
［分極方向の制御］
本発明の発電素子および発電装置では、圧電体層の分極方向を制御する必要がある。圧電体層の分極方向を制御する方法に限定はなく、公知の方法で行ってもよい。
【００８６】
分極方向を制御する方法の一例は、形成した圧電体層に電界を加えることによって分極の方向を制御する方法である（ポーリング処理）。この方法によれば、図７の発電素子１００ｃのように、圧電体層１１３の分極方向１１４と、圧電体層１２３の分極方向１２４とを逆にすることが可能である。具体的には、圧電体層をパターニングして圧電体層１１３と圧電体層１２３とを形成したのち、それぞれに異なる電極を接触させて逆向きに電界を印加すればよい。
【実施例】
【００８７】
以下、発電素子によって得られる電力についてシミュレーションを行った結果を説明する。
【００８８】
［実施例１］
実施例１では、実施形態１の発電素子１００によって得られる電力について、有限要素法によってシミュレーションを行った。
【００８９】
振動部材１０１は結晶シリコンからなるものであると仮定した。振動部材１０１は、長さが８２５μｍで断面が５０μｍ角とし、ヤング率は１５３ＧＰａとした。圧電体層１１３および１２３は、それぞれ、ＰＺＴからなる層であると仮定した。各圧電体層は、平面形状が２０μｍ×５０μｍの長方形で厚さが３μｍとし、ヤング率は９３ＧＰａとした。また、各圧電体層は、圧電定数ｄ31が１３０ｐｍ／Ｖとし、圧電定数ｄ33が４３０ｐｍ／Ｖとし、比誘電率が８００とした。導電性の接着層には、厚さが１０μｍでヤング率が１ＧＰａの異方性導電接着フィルムを用いると仮定した。
【００９０】
上記構造の発電素子に、振幅が２ｍ／ｓ2で、構造の共振周波数と異なる周波数で増減する加速度を加えた場合、各圧電素子において１６μＶの電圧が発生し、１つの発電素子では３２μＶの電圧が発生する。２つの圧電素子は直列に接続されており、発電素子の静電容量は１．１８×１０-12Ｆである。そのため、１つの発電素子当り、１．２１×１０-21Ｗの電力が得られる。
【００９１】
［比較例１］
本発明の効果を確認するために、圧電横効果を用いる従来の発電素子について、シミュレーションを行った。シミュレーションは、図１５に示す構造を有する発電素子５について行った。発電素子５は、基材８上に配置された振動部材６と、基材８上であって振動部材６の両端に配置された圧電体７ａおよび７ｂとによって構成される。振動部材６は、実施例１と同じく、長さ８２５μｍで断面が５０μｍ角の結晶シリコンであると仮定した。振動部材６は、厚さ１０μｍの接着剤で基材８に固定されているとした。圧電体７ａおよび７ｂは、実施例１の圧電体層と同じ形状（平面形状が２０μｍ×５０μｍの長方形で厚さが３μｍ）とした。そして、圧電体７ａおよび７ｂは、分極方向９の向きに分極していると仮定した。各構成部材の物性値には、実施例１のシミュレーションで用いた値と同じ値を用いた。
【００９２】
比較例１の発電素子に振幅が２ｍ／ｓ2で、構造の共振周波数と異なる周波数で増減する加速度を加えた場合、それぞれの圧電体において、１．１μＶの電圧が発生する。圧電体７ａおよび７ｂを並列に接続すると、静電容量は４．７２×１０-12Ｆとなる。その結果、１つの発電素子当り、５．７１×１０-24Ｗの電力が得られる。
【００９３】
このように、シミュレーションの結果によれば、実施例１の発電素子によって、比較例１の発電素子の約２１０倍の電力が得られる。得られる電力は、多数の素子を接続し、構造の共振周波数と回収する対象の振動の周波数を一致させることによって、増やすことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、圧電体を用いた発電素子および発電装置に利用できる。本発明の発電素子および発電装置の利用分野に限定はない。本発明の発電素子および発電装置は小型であるため、携帯電話や音楽再生機などのモバイル機器の、充電用発電装置または補助電源として利用できる。その場合、人が移動する際に機器を携帯するだけで発電するため、充電の不要化または充電間隔を長くすることが可能になる。
【００９５】
また、家屋や建物、橋などの各種構造物や自動車の車体やタイヤなど振動する物体に本発明の発電素子または発電装置を取り付けることによって、電力を得ることが可能である。従って、本発明の発電素子または発電装置をセンサの電源として用いることによって、電力供給が不要なセンサを様々な場所に設置できる。たとえば、複数のセンサをネットワーク状に接続し、センサシステムとして稼働させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の発電素子の一例を示す上面図である。
【図２】図１に示した発電素子の、（ａ）断面図および（ｂ）他の断面図である。
【図３】図１に示した発電素子の動作状態を示す図である。
【図４】図１に示した発電素子に接続される回路の一例を示す図である。
【図５】本発明の発電素子の他の一例を示す断面図である。
【図６】図５に示した発電素子について、電極の接続方法、および発電素子に接続される回路の一例を示す図である。
【図７】本発明の発電素子のその他の一例、およびそれに接続される回路の一例を示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の発電素子のその他の例を示す断面図である。
【図９】本発明の発電素子のその他の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の発電素子のその他の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の発電装置の製造方法について、一例を示す工程図である。
【図１２】本発明の発電装置の電気配線の一例を示す図である。
【図１３】本発明の発電装置の製造方法について、他の一例を示す工程図である。
【図１４】流体の運動によって発電を行う場合の一例を示す図である。
【図１５】シミュレーションで仮定した比較例の発電素子の構造を示す断面図である。
【図１６】一般的な圧電素子の機能を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００、１００ａ〜１００ｇ  発電素子
１０１  振動部材
１０１ａ  一端（固定端）
１０１ｂ  他端（自由端）
１０２  基材
１０３ａ、１０３ｂ  電気配線
１０５  方向（第１の圧電体層と第２の圧電体層とを結ぶ方向）
１１０、１１０ａ  第１の圧電素子
１１１  電極（第１の電極）
１１２  電極（第２の電極、第４の電極）
１１３  第１の圧電体層
１１４、１２４  分極方向
１２０、１２０ａ  第２の圧電素子
１２１  電極（第３の電極）
１２３  第２の圧電体層
１４０  回路
１４１  全波整流回路
１４２  コンデンサ
１８２、１８３  緩衝部材
２００  重り
２１０、２３０  発電装置
２２１  配線
２２２  方向（第１の電極と第３の電極とを結ぶ方向）
【図１】
2009165212.tif 000003
【図２】
2009165212.tif 000004
【図３】
2009165212.tif 000005
【図４】
2009165212.tif 000006
【図５】
2009165212.tif 000007
【図６】
2009165212.tif 000008
【図７】
2009165212.tif 000009
【図８】
2009165212.tif 000010
【図９】
2009165212.tif 000011
【図１０】
2009165212.tif 000012
【図１１】
2009165212.tif 000013
【図１２】
2009165212.tif 000014
【図１３】
2009165212.tif 000015
【図１４】
2009165212.tif 000016
【図１５】
2009165212.tif 000017
【図１６】
2009165212.tif 000018