發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】具有：振動(dòng)構(gòu)件，其具有韌性層和層疊在所述韌性層上方且由磁致伸縮材料形成的磁致伸縮層，所述韌性層由抗拉強(qiáng)度比所述磁致伸縮材料高的韌性材料形成；支撐構(gòu)件，其安裝有所述振動(dòng)構(gòu)件，并且所述振動(dòng)構(gòu)件能夠沿厚度方向振動(dòng)；磁場(chǎng)施加構(gòu)件，其對(duì)所述磁致伸縮層施加磁場(chǎng)；線圈，其配置在所述磁致伸縮層的周圍。
【專利說明】發(fā)電裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂磁致伸縮現(xiàn)象，是磁性體因從外部施加的磁場(chǎng)而發(fā)生變形的現(xiàn)象。通過對(duì)示出磁致伸縮現(xiàn)象的磁致伸縮材料，在施加了外部磁場(chǎng)的狀態(tài)下施以變形，磁致伸縮材料內(nèi)部的磁化發(fā)生變化。將該現(xiàn)象稱為逆磁致伸縮現(xiàn)象或維拉里(Villari)效應(yīng)。提出利用了逆磁致伸縮現(xiàn)象的發(fā)電裝置(例如，參照非專利文獻(xiàn)1、2)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]非專利文獻(xiàn)
[0005]非專利文獻(xiàn)1:日本湘南金屬株式會(huì)社、“SMT開發(fā)的逆磁致伸縮式振動(dòng)發(fā)電機(jī)的介紹”、[online]、[日本平成23年11月8日檢索]、因特網(wǎng)〈URL:http://www.shonan-metaltec.com/HPdata/info_gyakujiwai_hatudenk1.pdf>
[0006]非專利文獻(xiàn)2: 上野敏幸、“使用了磁致伸縮材料的微振動(dòng)發(fā)電元件”、[online]、日本平成22年8月6日、金澤大學(xué)新技術(shù)說明會(huì)、[日本平成23年11月8日檢索]、因特網(wǎng)〈URL:http://jstshing1.jp/abst/p/10/1022/kanazawal.pdf>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]本發(fā)明的一目的在于，提供使用了逆磁致伸縮現(xiàn)象、且具有新的結(jié)構(gòu)的發(fā)電裝置。
[0009]用于解決問題的手段
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一觀點(diǎn)，提供一種發(fā)電裝置，其特征在于，具有:振動(dòng)構(gòu)件，其具有韌性層和層疊在所述韌性層上方且由磁致伸縮材料形成的磁致伸縮層，所述韌性層由抗拉強(qiáng)度比所述磁致伸縮材料高的韌性材料形成；支撐構(gòu)件，其安裝有所述振動(dòng)構(gòu)件，并且所述振動(dòng)構(gòu)件能夠沿厚度方向振動(dòng)；磁場(chǎng)施加構(gòu)件，其對(duì)所述磁致伸縮層施加磁場(chǎng)；以及線圈，其配置在所述磁致伸縮層的周圍。
[0011]發(fā)明效果
[0012]根據(jù)公開的發(fā)電裝置，通過在韌性層上方層疊磁致伸縮層，能夠?qū)崿F(xiàn)包含磁致伸縮層的振動(dòng)構(gòu)件的韌性提高。因此，可以對(duì)磁致伸縮層施以大的變形，還能夠使磁致伸縮層整體均勻產(chǎn)生變形，因此能夠提高發(fā)電效率。另外，可將振動(dòng)構(gòu)件形成得薄，因此可以提供能夠應(yīng)對(duì)低振動(dòng)頻率和低振動(dòng)加速度，并且應(yīng)用范圍顯著寬的發(fā)電裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1A、圖1B以及圖1C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0014]圖2A、圖2B以及圖2C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0015]圖3A、圖3B以及圖3C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0016]圖4A、圖4B、以及圖4C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0017]圖5A、圖5B、以及圖5C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0018]圖6A、圖6B、以及圖6C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0019]圖7A、圖7B、以及圖7C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0020]圖8A、圖SB、以及圖SC分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0021]圖9A、圖9B、以及圖9C分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、A-A^方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0022]圖10A、圖10B、以及圖1OC分別是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的 俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0023]圖1lA以及圖1lB分別是第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)的、俯視圖以及W方向剖面圖。
[0024]圖12A、圖12B、以及圖12C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0025]圖13A、圖13B、以及圖13C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0026]圖14A、圖14B、以及圖14C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0027]圖15A、圖15B、以及圖15C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0028]圖16A、圖16B、以及圖16C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0029]圖17A、圖17B、以及圖17C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0030]圖18A、圖18B、以及圖18C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0031]圖19A、圖19B、以及圖19C分別是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0032]圖20A以及圖20B分別是第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)的、俯視圖以及A-A'方向剖面圖，圖20C以及圖20D分別是第2實(shí)施方式的線圈結(jié)構(gòu)的概略性的俯視圖以及A-A'方向剖面圖。
[0033]圖21A、圖21B、以及圖21C分別是表示第3實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0034]圖22A、圖22B、以及圖22C分別是表示第3實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0035]圖23A、圖23B、以及圖23C分別是表示第3實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0036]圖24A、圖24B、以及圖24C分別是表示第3實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0037]圖25A、圖25B、以及圖25C分別是表示第4實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0038]圖26A、圖26B、以及圖26C分別是表示第4實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略性的俯視圖、Af方向剖面圖、以及B-B^方向剖面圖。
[0039]圖27是匯總了各種材料的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、楊氏模量、以及彈性極限伸長率的表。
[0040]圖28是表示實(shí)施例1的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略圖。
[0041]圖29是表示實(shí)施例 1的振動(dòng)發(fā)電裝置的一部分的側(cè)視圖。
[0042]圖30是表示比較例I的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略圖。
[0043]圖31是表示比較例2的振動(dòng)發(fā)電裝置的俯視圖以及側(cè)視圖。
[0044]圖32是表示振動(dòng)的加速度和每單位量的輸出之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045][第I實(shí)施方式]
[0046]首先，說明第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置(發(fā)電裝置)的制造方法。圖1A~圖1OA是表示第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略俯視圖。圖1B~圖1OB是沿圖1A等的俯視圖的點(diǎn)劃線A-Ai方向(紙面左右方向)的概略剖面圖。圖1C~圖1OC是沿圖1A等的俯視圖的點(diǎn)劃線B-B'方向(紙面上下方向)的概略剖面圖。
[0047]如后述那樣，圖1A等的俯視圖的、A-A'方向的左方側(cè)以及右方側(cè)，分別為由懸臂梁結(jié)構(gòu)支撐的振動(dòng)構(gòu)件14的根部側(cè)(固定端側(cè))以及頂端側(cè)(可動(dòng)端側(cè))。假設(shè)將A-A'方向的左方側(cè)稱為根部側(cè)，將右方側(cè)稱為頂端側(cè)，將A-A'方向稱為長度方向。另外，假設(shè)將B-Bi方向稱為寬度方向。
[0048]參照?qǐng)D1A、圖1B以及圖1C。說明使用直徑約IOOmm(4英寸)、厚度500 μ m的硅晶片作為支撐基板I，在I枚娃晶片I上同時(shí)形成4個(gè)(4芯片)約40mmX約30mm大小的振動(dòng)發(fā)電裝置的例子。在圖1A的下方部分表示硅晶片I上的4芯片的布局例子。以下，作為代表，圖示了 I個(gè)芯片進(jìn)行制造方法的說明。
[0049]在娃晶片I上，形成覆蓋凹部(沉孔部)2的外側(cè)的抗蝕圖形(resist pattern),實(shí)施利用KOH的濕蝕刻，形成凹部2。凹部2例如是A-Ai方向的長度為25mm、B-Bi方向的寬度為20mm的矩形狀,深度為300 μ m。在形成凹部2后，除去抗蝕圖形。
[0050]再有，在振動(dòng)構(gòu)件的振幅大的情況下，沉孔(counterbore)對(duì)應(yīng)于此加深即可，但是在沉孔深的情況下，可以將硅等基板材料切斷成期望的形狀后的基板材料重疊并接合使用。[0051]參照?qǐng)D2A、圖2B、以及圖2C。在整個(gè)面上通過濺射(sputtering)形成厚度50nm的Ti層，在Ti層上形成厚度200nm的Cu種子層。形成覆蓋凹部2的外側(cè)的抗蝕圖形，通過電鍍堆積Cu，埋入凹部2，形成Cu層3。在形成Cu層3后，除去抗蝕圖形。接著，將在凹部2的外側(cè)且晶片I的上表面殘留的Cu種子層以及Ti層，通過離子銑削(ion milling)除去。再有，為了提高平滑性，更優(yōu)選研磨表面。
[0052]參照?qǐng)D3A、圖3B、以及圖3C。在硅晶片I上，形成覆蓋韌性層4以及絕緣層5的形成區(qū)域外側(cè)的抗蝕圖形。在整個(gè)面上例如通過濺射堆積厚度3 μ m的PdCuSi系金屬玻璃層。接著，在金屬玻璃層上例如通過濺射堆積厚度IOOnm的氧化硅層。通過對(duì)抗蝕圖形和多余部分的金屬玻璃層以及氧化娃層一起除去的剝離(lift-off),形成由金屬玻璃形成的韌性層4以及由氧化硅形成的絕緣層5。
[0053]韌性層4以及絕緣層5，例如是A-A'方向的長度為29mm、B—B^方向的寬度為18mm的矩形狀，并形成為，從凹部2的根部側(cè)邊緣附近的硅晶片I上表面上向凹部2上方、即頂端側(cè)突出。如圖3A所示，在韌性層4以及絕緣層5突出的部分，凹部2的邊緣(Cu層3的邊緣)露出在韌性層4以及絕緣層5的周圍。
[0054]參照?qǐng)D4A、圖4B、以及圖4C。形成覆蓋線圈下層部分6的形成區(qū)域外側(cè)的抗蝕圖形。在整個(gè)面上，例如通過濺射形成厚度Iym的Cu層。通過對(duì)抗蝕圖形和多余部分的Cu層一起除去的剝離，在絕緣層5上形成線圈下層部分6。
[0055]線圈下層部分6構(gòu)成在參照?qǐng)D6A、圖6B、以及圖6C后述的工序中完成的線圈11的一部分。如圖6A所示那樣，線圈11包含線圈兩側(cè)的引出線部分Ila以及11c、和線圈主部分lib。
[0056]線圈下層部分6構(gòu)成線圈兩端側(cè)的引出線Ila以及11c、和線圈主部分Ilb的下層部分。在線圈主部分Ilb,在寬度方向延伸的Cu線6a沿長度方向排列。各Cu線6a的端部，一端向頂端側(cè)彎曲，另一端向根部側(cè)彎曲。在Cu線6a的排列的、寬度方向外側(cè)，向長度方向延伸地配置一端側(cè)的引出線11a、另一端側(cè)的引出線11c。
[0057]參照?qǐng)D5A、圖5B、以及圖5C。以覆蓋線圈下層部分6的Cu線6a的排列的方式，在絕緣層5上形成絕緣層7。例如通過利用剝離對(duì)通過濺射堆積了厚度500nm的氧化硅層進(jìn)行圖案成型，來形成絕緣層7。絕緣層7被配置為，Cu線6a的兩端露出在寬度方向外側(cè)。
[0058]在絕緣層7上形成磁致伸縮層8。作為形成磁致伸縮層8的磁致伸縮材料，例如可以使用組成為Tba27Dya73Fe1^的Tb-Dy-Fe系合金、即Terfenol-D (商品名/以下簡(jiǎn)稱為“Terfenol”)。
[0059]磁致伸縮層8，例如通過利用剝離對(duì)通過濺射堆積了厚度I μ m的Terfenol層進(jìn)行圖案成型而形成。磁致伸縮層8，例如是A-A^方向的長度為27mm、方向的寬度為14mm的矩形狀。
[0060]參照?qǐng)D6A、圖6B、以及圖6C。覆蓋磁致伸縮層8,在絕緣層7上形成絕緣層9。絕緣層9，例如通過利用剝離對(duì)通過濺射堆積了厚度500nm的氧化硅層進(jìn)行圖案成型而形成。絕緣層9被配置為，在根部側(cè)端部，使磁致伸縮層8的上表面(以及側(cè)面)露出，在除此以外的部分，覆蓋磁致伸縮層8的上表面以及側(cè)面。
[0061] 接著，形成覆蓋線圈上層部分10的形成區(qū)域外側(cè)的抗蝕圖形。在整個(gè)面上，例如通過濺射形成厚度I μ m的Cu層。通過對(duì)抗蝕圖形和多余部分的Cu層一起除去的剝離，在絕緣層9上形成線圈上層部分10。在線圈上層部分10中，沿寬度方向延伸的Cu線10a，與線圈下層部分6的Cu線6a交錯(cuò)地沿長度方向排列。各Cu線IOa的兩端部沿深度方向延伸，成為2字形狀(U字形狀)。
[0062]線圈上層部分10的Cu線IOa將在線圈下層部分6中鄰接的Cu線6a彼此的一端側(cè)端部和另一端側(cè)端部連接，形成環(huán)繞磁致伸縮層8的線圈主部分lib。另外，線圈主部分Ilb和一端側(cè)的引出線Ila通過Cu線IOa連接,并且線圈主部分Ilb和另一端側(cè)的引出線Ilc通過Cu線IOa連接。像這樣，通過線圈下層部分6和線圈上層部分10形成線圈11。
[0063]參照?qǐng)D7A、圖7B、以及圖7C。以覆蓋線圈11的方式形成絕緣層12。絕緣層12，例如通過利用剝離對(duì)通過濺射堆積了厚度500nm的氧化硅層進(jìn)行圖案成型而形成。絕緣層12被配置為，在根部側(cè)端部，使磁致伸縮層8的上表面(以及側(cè)面)、和線圈11的引出線Ila以及Ilc露出。
[0064]絕緣層5、7、9、以及12包圍磁致伸縮層8 (除了根部側(cè)端部)。埋入到絕緣層5、7、
9、以及12而配置線圈11。例如由金屬玻璃形成的韌性層4具有導(dǎo)電性。通過在韌性層4和線圈11之間插入絕緣層5以及7，抑制韌性層4和線圈11之間的電短路。
[0065]接著，形成覆蓋磁致伸縮層8和線圈11的引出線Ila以及Ilc的抗蝕圖形，在整個(gè)面上，通過濺射形成厚度200nm的Ni種子(seed)層。進(jìn)而，形成覆蓋平衡錘13的形成區(qū)域外側(cè)的抗蝕圖形，通過電鍍堆積厚度IOOym的Ni，形成平衡錘13。平衡錘13被配置在絕緣層12的頂端側(cè)端部上。在形成平衡錘13后，除去所有的抗蝕圖形。再有，平衡錘
13,也可以是通過派射或者脈沖激光沉積(PLD,Pulsed laser deposition)等形成強(qiáng)磁性膜(釹膜)而成的。
[0066]再次形成覆蓋磁致伸縮層8和線圈11的引出線Ila以及Ilc的抗蝕圖形，將在平衡錘13的外側(cè)殘留的Ni種子層通過離子銑削除去。之后，除去抗蝕圖形。像這樣，在韌性層4上方，形成層疊至平衡錘13的振動(dòng)構(gòu)件14。
[0067]參照?qǐng)D8A、圖8B、以及圖8C。再次形成覆蓋磁致伸縮層8和線圈11的引出線Ila以及Ilc的抗蝕圖形，將形成至平衡錘13的硅晶片I浸入到Cu蝕刻劑(etchant)中，除去(釋放，release)銅層3。作為Cu的選擇的蝕刻劑，例如可以使用銅氨絡(luò)合物系蝕刻劑。通過除去銅層3，在根部側(cè)被硅晶片I支撐的振動(dòng)構(gòu)件14，呈在頂端側(cè)突出到凹部2上的懸臂梁結(jié)構(gòu)。
[0068]參照?qǐng)D9A、圖9B、以及圖9C。在后面的工序中安裝的蓋(cap) 17的連接部分，通過印刷或分配(dispenser),形成由AuSn形成的厚度10 μ m左右的封(seal)層15。再有,也可以通過派射使由AuSn形成的封層15堆積,在該情況下,形成厚度I μ m~2 μ m左右。
[0069]另外，在根部側(cè)露出的部分的磁致伸縮層8上，通過粘合劑安裝被沿層疊厚度方向磁化了的磁鐵16。磁鐵16例如是490mT的釹磁鐵，振動(dòng)構(gòu)件長度方向W方向)的尺寸為2mm,振動(dòng)構(gòu)件寬度方向(B-B'方向)的尺寸為15mm,層疊厚度方向的尺寸為10mm。
[0070]參照?qǐng)D10A、圖10B、以及圖10C。預(yù)先另行準(zhǔn)備蓋17，該蓋17通過以機(jī)械加工方式對(duì)軟鐵進(jìn)行沉孔加工而成。在真空裝置內(nèi)，將蓋17定位在形成至封層15以及磁鐵16為止的硅晶片I上，在300°C左右下進(jìn)行加熱壓接。像這樣，振動(dòng)構(gòu)件14被真空密封。蓋封裝，優(yōu)選在原樣保持晶片狀態(tài)下將所有芯片的振動(dòng)發(fā)電裝置封裝的晶片級(jí)封裝。
[0071]蓋17為封裝構(gòu)件，同時(shí)與磁鐵16 —起形成對(duì)磁致伸縮層8施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)施加構(gòu)件18。蓋17在根部側(cè)連接在磁鐵16，頂端側(cè)的內(nèi)壁與磁致伸縮層8的頂端對(duì)置，成為在磁致伸縮層8的長度方向(面內(nèi)方向)施加磁場(chǎng)的磁軛(yoke)。
[0072]再有，在當(dāng)對(duì)磁致伸縮構(gòu)件8充分地施加偏置磁場(chǎng)而使磁路閉合時(shí)，導(dǎo)致對(duì)磁致伸縮構(gòu)件8過度強(qiáng)烈地施加拉伸的張力(tension)的情況下,可以用銅或陶瓷(ceramics)等非磁性材料形成蓋17。
[0073]此后，在硅晶片I上同時(shí)形成的4芯片的振動(dòng)發(fā)電裝置分別被切斷。這樣，形成第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置。
[0074]接著，說明第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的動(dòng)作。圖1lA以及圖1lB分別是第I實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)的、俯視圖以及A-A'方向剖面圖。振動(dòng)發(fā)電裝置的支撐基板(硅晶片)I被安裝在機(jī)械等的振動(dòng)源上，進(jìn)行發(fā)電。
[0075]振動(dòng)構(gòu)件14是在根部側(cè)被硅晶片I支撐的懸臂梁結(jié)構(gòu)，頂端側(cè)可以沿上下方向(層疊厚度方向)振動(dòng)。振動(dòng)構(gòu)件14是在韌性層4上方層疊了磁致伸縮層8的結(jié)構(gòu)，磁致伸縮層8例如由Terfenol形成。例如，Terfenol的脆性大,僅由Terfenol形成的振動(dòng)構(gòu)件如果直接使用則容易損壞。
[0076]在本實(shí)施方式中，通過在由金屬玻璃等、韌性大的材料形成的支撐層、即韌性層4上層疊薄膜狀的磁致伸縮層8，即使在磁性層8使用脆性大的磁致伸縮材料的情況下，也能提高振動(dòng)構(gòu)件14的韌性。
[0077]另外，通過薄薄地形成韌性層4，即使是微弱的振動(dòng)，也能夠容易地使振動(dòng)構(gòu)件14振動(dòng)。
[0078]通過采用在韌性層4上方層疊了磁致伸縮層8的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒃谡駝?dòng)構(gòu)件14沿層疊厚度方向彎曲的情況下也不產(chǎn)生變形的變形中性面，配置在韌性層4側(cè)。由此，在振動(dòng)構(gòu)件14向下方變形的情況下，使磁致伸縮層8選擇性地產(chǎn)生拉伸變形，在振動(dòng)構(gòu)件14向上方變形的情況下，可以使磁致伸縮層8選擇性地產(chǎn)生壓縮變形。
[0079]為了將變形中性面配置在韌性層4側(cè)，優(yōu)選韌性層4比磁致伸縮層8形成得厚。再有，在振動(dòng)構(gòu)件僅由磁致伸縮構(gòu)件8形成的情況下，由于變形中性面被配置在磁致伸縮構(gòu)件8中，因此，在磁致伸縮構(gòu)件8的一方側(cè)和其相反側(cè)，同時(shí)產(chǎn)生拉伸變形和壓縮變形。
[0080]通過(圖1OB等所示的)磁場(chǎng)施加構(gòu)件18，沿磁致伸縮層8的長度方向施加磁場(chǎng)。伴隨磁場(chǎng)施加而產(chǎn)生的磁致伸縮，在磁致伸縮層8的長度方向產(chǎn)生磁通密度B8。在例如使用正的磁致伸縮材料(例如Terfenol)時(shí)，通過施加磁場(chǎng)產(chǎn)生沿施加磁場(chǎng)方向伸長的磁致伸縮。施加磁場(chǎng)為磁致伸縮層8的磁通密度B8不飽和的程度的大小。
[0081]在從外部被施加了磁場(chǎng)的狀態(tài)下，對(duì)磁致伸縮材料施以變形，由此磁致伸縮材料中產(chǎn)生的磁通密度發(fā)生變化(逆磁致伸縮現(xiàn)象或維拉里效應(yīng))。將磁致伸縮層8沒有變形的狀態(tài)、或未振動(dòng)的狀態(tài)稱為基準(zhǔn)狀態(tài)。
[0082]在磁致伸縮層8向下方變形而產(chǎn)生拉伸變形的情況下、即磁致伸縮層8伸長的情況下，磁致伸縮層8的磁通密度B8與基準(zhǔn)狀態(tài)的磁通密度相比變大。另一方面，在磁致伸縮層8向上方變形而產(chǎn)生壓縮變形的情況下、即磁致伸縮層8收縮的情況下，磁致伸縮層8的磁通密度B8與基準(zhǔn)狀態(tài)的磁通密度相比變小。
[0083]因此，伴隨振動(dòng)，磁致伸縮層8的磁通密度B8周期性地增減。纏繞在磁致伸縮層8上的線圈11中，產(chǎn)生妨礙由磁致伸縮層8的振動(dòng)引起的磁通密度變化這樣的感應(yīng)電流。像這樣，可進(jìn)行發(fā)電。整流蓄電電路19連接在線圈11的兩端的引出線Ila以及Ilc之間，進(jìn)行發(fā)電的電流的整流或蓄電。
[0084]本實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置，形成為振動(dòng)構(gòu)件14容易地振動(dòng)，因此，也可以用于振動(dòng)加速度弱的系統(tǒng)下的發(fā)電。再有，還可以用作振動(dòng)傳感器。
[0085]如參照?qǐng)D10A、圖10B、以及圖1OC說明那樣，振動(dòng)構(gòu)件14被真空密封。由此，與處于空氣中相比，抑制振動(dòng)構(gòu)件14的振動(dòng)衰減，因此可提高發(fā)電效率。再有，即使不是真空密封而為減壓S封，也能夠抑制振動(dòng)裳減。
[0086]如上述那樣，在本實(shí)施方式中，通過在由韌性大的材料形成的韌性層4上，層疊薄膜狀的磁致伸縮層8，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)構(gòu)件14的韌性提高。另外，通過薄薄地形成韌性層4，使振動(dòng)構(gòu)件14的振動(dòng)變?nèi)菀住?br> [0087]說明韌性層4的適合的材料的特性和適合的厚度。關(guān)于形成韌性層4的材料，第1，要為薄膜或薄板狀且有彈性，在對(duì)于反復(fù)振動(dòng)難以引起疲勞破壞的觀點(diǎn)下，優(yōu)選富有韌性。
[0088]具體而言，相對(duì)于楊氏模量，優(yōu)選疲勞強(qiáng)度(或抗拉強(qiáng)度)高、且彈性極限伸長率大的材料。一般而言，抗拉強(qiáng)度(拉伸而被破壞時(shí)的應(yīng)力)的約1/3左右是疲勞強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度越大，疲勞強(qiáng)度越大。疲勞強(qiáng)度是，只要是其應(yīng)力以下的應(yīng)力，即使反復(fù)施加應(yīng)力也不引起金屬疲勞的值，作為振動(dòng)構(gòu)件14的材料，優(yōu)選疲勞強(qiáng)度高。
[0089]由于作為磁致伸縮層8的支撐層，因此形成韌性層4的韌性材料，與形成磁致伸縮層8的磁致伸縮材料相 比，優(yōu)選抗拉強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度高。
[0090]形成韌性層4的材料，第2，從根據(jù)振動(dòng)源小的振動(dòng)(小的振動(dòng)加速度)也容易振動(dòng)這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選楊氏模量小的材料。
[0091]圖27是匯總了一般的金屬(鐵、銅等)、金屬玻璃、超彈性合金、以及單晶硅的抗拉強(qiáng)度(單位MPa)、疲勞強(qiáng)度(單位MPa)、楊氏模量(單位GPa)、以及彈性極限伸長率(單位％ )的表。
[0092]金屬玻璃或超彈性合金與一般的金屬相比，抗拉強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度高I位左右，楊氏模量小，彈性極限伸長率大。單晶硅與一般的金屬相比，楊氏模量大致相同，但是抗拉強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度高2位左右。
[0093]從上述的觀點(diǎn)出發(fā)，例如與一般的金屬相比，抗拉強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度高、楊氏模量小、彈性極限伸長率大的金屬玻璃以及超彈性合金(也有被稱為橡膠金屬(gum metal)(注冊(cè))的材料)可以說是特別適合韌性層4的材料。
[0094]橡膠金屬(注冊(cè)商標(biāo))是包含銀(Niob)、鉭(Tantal)、f凡(Vanadium)、錯(cuò)、鉿、氧，且具有體心立方結(jié)構(gòu)的β型鈦合金。橡膠金屬(注冊(cè)商標(biāo))的組成，基本上由Ti3 (Nb, Ta,V) + (Zr，Hf)+0表示。橡膠金屬(注冊(cè)商標(biāo))在可撓性和耐久性方面優(yōu)良，因此能夠適合用作韌性層4的材料。橡膠金屬(注冊(cè)商標(biāo))例如由豐通原料株式會(huì)社(豊通7 r.； T力株式會(huì)社)提供。
[0095]另外，與一般的金屬相比，抗拉強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度高、楊氏模量大致相同的單晶硅也可以說是適合于韌性層4的材料。
[0096]如果以一般的金屬為基準(zhǔn)，則高的抗拉強(qiáng)度的大致標(biāo)準(zhǔn)可以說是例如1000MPa級(jí)(order)，低的楊氏模量的大致標(biāo)準(zhǔn)可以說為例如150GPa左右以下，高的彈性極限伸長率可以說為0.5%以上。形成韌性層4的材料更優(yōu)選抗拉強(qiáng)度為1000MPa以上、楊氏模量為150GPa以下、彈性極限伸長率為0.5%以上。
[0097]在上述實(shí)施方式中，作為一例，由PdCuSi系金屬玻璃形成了韌性層4，但是作為金屬玻璃，除此以外例如還可以使用ZrCuTi系金屬玻璃。作為超彈性合金，可使用例如TiNi系超彈性合金。
[0098]再有，作為金屬玻璃、超彈性合金、單晶硅以外的材料，還可以使用陶瓷(電子零件中經(jīng)常使用的LTCC:低溫共燒陶瓷等)這樣脆但硬、對(duì)振動(dòng)敏感、不產(chǎn)生疲勞的材料。另外，在尺寸精度多少可以犧牲的情況下，也可利用抗拉強(qiáng)度的高的PET膜、聚乙烯碳化物(polyethylene carbide)、聚丙烯(polypropylene)、聚酰亞胺(polyimide)、聚碳酸酯(polycarbonate)等各種高分子材料等。
[0099]關(guān)于韌性層4的合適的厚度，例如在金屬玻璃的情況下，通過形成薄膜而為I μ m~5 μ m左右,在使用帶狀(ribbon)物的情況下,為50 μ m~1000 μ m左右。另外,例如在超彈性合金的情況下，通過形成薄膜而為I μ m~5 μ m左右，在使用帶狀物的情況下為50μπι~1000 μ m左右。另外，例如在單晶硅的情況下為15 μ m~50 μ m左右，在陶瓷的情況下為20μπι~1000 μ m左右，在高分子材料的情況下為100 μ m~1000ym左右。對(duì)于各種材料總的而言，可以說韌性層4的優(yōu)選的厚度范圍大概為I μ m~1000 μ m左右。
[0100]說明磁致伸縮層8的合適的厚度。磁致伸縮層8通過進(jìn)行薄膜化，可以使表觀的韌性變大。一般地，即使是脆的材料如果也進(jìn)行薄膜化，則彎曲時(shí)的曲率半徑相對(duì)于膜厚相對(duì)地變大，因此表觀的韌性變大。
[0101]例如，在Terfenol這樣的脆的磁致伸縮材料的情況下的磁致伸縮層8的合適的膜厚，例如為Iym~50 μπι左右。另外，例如在使用Fe-Ga合金(Galfenol)那樣的、具有一定程度韌性的某磁致伸縮材料的情況下，優(yōu)選為Iym~1000 μπι左右、且厚得能夠拾起要利用的振動(dòng)。
[0102]這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，由于在韌性層4的上方層疊了磁致伸縮層8，因此能夠提高包含磁致伸縮層8的振動(dòng)構(gòu)件14的韌性。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠?qū)Υ胖律炜s層8施以大的變形，并且，能夠使磁致伸縮層8的整體均勻產(chǎn)生變形，能夠提高發(fā)電效率。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠?qū)⒄駝?dòng)構(gòu)件14形成得較薄，因此還能夠應(yīng)對(duì)低的振動(dòng)頻率和低的振動(dòng)加速度，能夠提供應(yīng)用范圍明顯寬的發(fā)電裝置。
[0103][第2實(shí)施方式]
[0104]接著說明第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的制造方法。第2實(shí)施方式的線圈的結(jié)構(gòu)與第I實(shí)施方式的線圈的結(jié)構(gòu)不同。圖12Α~圖19Α是表示第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略俯視圖。圖12Β~圖19Β是沿著圖12Α等的俯視圖的點(diǎn)劃線A-A'方向(長度方向)的概略剖面圖，圖12C~圖19C是沿著圖12Α等的俯視圖的點(diǎn)劃線B-B'方向(寬度方向)的概略剖面圖。
[0105]參照?qǐng)D12Α、圖12Β以及圖12C。首先，與到第I實(shí)施方式的參照?qǐng)D1A~圖1C以及圖2Α~圖2C說明的工序?yàn)橹雇瑯拥兀诠杈?支撐基板)21上形成凹部22，對(duì)凹部22填充銅層23。并且，與第I實(shí)施方式的參照?qǐng)D3Α~圖3C說明的工序同樣，形成韌性層24以及絕緣層25。
[0106] 參照?qǐng)D13Α、圖13Β以及圖13C。在絕緣層25上，形成覆蓋下側(cè)平面梯子形(ladder)線圈26的形成區(qū)域外側(cè)的抗蝕圖形。在整個(gè)面上，例如通過派射形成厚度Iym的Cu層。通過對(duì)抗蝕圖形和多余部分的Cu層一起除去的剝離，在絕緣層25上形成下側(cè)平面梯子形線圈26。
[0107]下側(cè)平面梯子形線圈26具有，在沿長度方向延伸的2根Cu線26a以及26c之間，沿寬度方向延伸且將Cu線26a和Cu線26c連接的多個(gè)Cu線26b被平行地配置的梯子狀結(jié)構(gòu)。Cu線26a以及26c還兼作引出線。
[0108]參照?qǐng)D14A、圖14B以及圖14C。以覆蓋下側(cè)平面梯子形線圈26的方式，在絕緣層25上形成絕緣層27。絕緣層27通過利用剝離對(duì)例如通過濺射堆積了厚度500nm的氧化硅層進(jìn)行圖案成型而形成。絕緣層27被配置為，在根部側(cè)端部，使下側(cè)平面梯子形線圈26的引出線26a以及26c露出。
[0109]在絕緣層27上形成磁致伸縮層28。作為形成磁致伸縮層28的磁致伸縮材料，例如可以使用Terfenol。磁致伸縮層28通過利用剝離對(duì)例如通過派射堆積了厚度I μ m的Terfenol層進(jìn)行圖案成型而形成。
[0110]參照?qǐng)D15A、圖15B以及圖15C。覆蓋磁致伸縮層28而形成絕緣層29。絕緣層29例如通過利用剝離對(duì)通過濺射堆積了厚度500nm的氧化硅層進(jìn)行圖案成型而形成。絕緣層29被配置為，在根部側(cè)端部，使磁致伸縮層28的上表面(以及側(cè)面)露出，在除此以外的部分，覆蓋磁致伸縮層28的上表面以及側(cè)面。
[0111]接著，形成覆蓋上側(cè)平面梯子形線圈30的形成區(qū)域外側(cè)的抗蝕圖形。在整個(gè)面上，例如通過濺射形成厚度I μ m的Cu層。通過對(duì)抗蝕圖形和多余部分的Cu層一起除去的剝離，在絕緣層29上形成上側(cè)平面梯子形線圈30。
[0112]與下側(cè)平面梯子形線圈26同樣地，上側(cè)平面梯子形線圈30具有，在沿長度方向延伸的2根Cu線30a以及30c之間，沿寬度方向延伸并將Cu線30a和Cu線30c連接的多個(gè)Cu線30b平行地配置的梯子狀結(jié)構(gòu)。Cu線30a以及30c還兼作引出線。在磁致伸縮層28的上下配置的一對(duì)平面梯子形線圈26以及30形成第2實(shí)施方式的線圈結(jié)構(gòu)(線圈)31。
[0113]參照?qǐng)D16A、圖16B以及圖16C。覆蓋上側(cè)平面梯子形線圈30而形成絕緣層32。絕緣層32例如通過利用剝離對(duì)通過濺射堆積了厚度500nm的氧化硅層進(jìn)行圖案成型而形成。絕緣層32被配置為，在根部側(cè)端部，使磁致伸縮層28的上表面(以及側(cè)面)、和線圈結(jié)構(gòu)31的引出線26a、26c、30a以及30c露出。
[0114]接著，形成覆蓋磁致伸縮層28和線圈結(jié)構(gòu)31的引出線26a、26c、30a以及30c的抗蝕圖形，在整個(gè)面上，通過濺射形成厚度200nm的Ni種子層。進(jìn)而，形成覆蓋平衡錘33的形成區(qū)域外側(cè)的抗蝕圖形，通過電鍍堆積厚度IOOym的Ni，形成平衡錘33。平衡錘33被配置在絕緣層32的頂端側(cè)端部上。在形成平衡錘33后，除去所有的抗蝕圖形。再有，平衡錘33也可以是通過濺射或脈沖激光沉積(PLD)等形成強(qiáng)磁性膜(釹膜)而成的。
[0115]再次形成覆蓋磁致伸縮層28和線圈結(jié)構(gòu)31的引出線26a、26c、30a以及30c的抗蝕圖形，將在平衡錘33的外側(cè)殘留的Ni種子層通過離子銑削除去。此后除去抗蝕圖形。像這樣，在韌性層24上方形成層疊至平衡錘33為止的振動(dòng)構(gòu)件34。
[0116]參照?qǐng)D17A、圖17B以及圖17C。再次形成覆蓋磁致伸縮層28和線圈結(jié)構(gòu)31的引出線26a、26c、30a以及30c的抗蝕圖形，將形成至平衡錘33的硅晶片21浸入Cu蝕刻劑除去(釋放)銅層23。通過除去銅層23，在根部側(cè)被硅晶片21支撐的振動(dòng)構(gòu)件34，呈在頂端側(cè)突出到凹部22上的懸臂梁結(jié)構(gòu)。
[0117]參照?qǐng)D18A、圖18B以及圖18C。與第I實(shí)施方式的參照?qǐng)D9A?圖9C說明的工序一樣，形成封層35,在根部側(cè)露出的部分的磁致伸縮層28上安裝磁鐵36。
[0118]參照?qǐng)D19A、圖19B以及圖19C。與第I實(shí)施方式的參照?qǐng)D1OA?圖1OC說明的工序一樣，在想要將磁通大致完全閉合的情況下，安裝兼作磁軛的蓋37，將振動(dòng)構(gòu)件34真空密封，并且形成磁場(chǎng)施加構(gòu)件38。
[0119]再有，在偏置磁場(chǎng)充分地施加到磁致伸縮構(gòu)件28的情況下，蓋37可以不一定是具有磁軛的功能的強(qiáng)磁性體，也可以由塑料、鋁、銅等非磁性材料形成。
[0120]之后，在硅晶片21上同時(shí)形成的振動(dòng)發(fā)電裝置分別被切斷。像這樣，形成第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置。
[0121]接著，說明第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的動(dòng)作。圖20A以及圖20B分別是第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)的、俯視圖以及A-Ai方向剖面圖。圖20C以及圖20D分別是第2實(shí)施方式的線圈結(jié)構(gòu)31的概略性的俯視圖以及A-A'方向剖面圖。
[0122]通過在由韌性的大的材料形成的韌性層24上層疊薄膜狀的磁致伸縮層28，提高振動(dòng)構(gòu)件34的韌性，以及將變形中性面配置在韌性層24側(cè)使磁致伸縮層28選擇性地產(chǎn)生拉伸變形或壓縮變形，這都與第I實(shí)施方式相同。另外，伴隨振動(dòng)構(gòu)件34的振動(dòng)，在磁致伸縮層28的長度方向產(chǎn)生的磁通密度B28周期性地增減與第I實(shí)施方式相同。
[0123]圖20C是將下側(cè)平面梯子形線圈26和上側(cè)平面梯子形線圈30排列表示的概略俯視圖，表示在磁致伸縮層28的磁通密度B28增加的情況下(磁致伸縮層28向下方彎曲的情況下)，在各平面梯子形線圈中產(chǎn)生的電流方向。
[0124]圖20D是下側(cè)平面梯子形線圈26和上側(cè)平面梯子形線圈30的A-A'方向剖面圖，表示在磁致伸縮層28的磁通密度B28增加的情況下(磁致伸縮層28向下方彎曲的情況下)，各平面梯子形線圈中產(chǎn)生的電流方向、和由電流產(chǎn)生的磁通的方向。磁致伸縮層28的磁通密度B28的方向例如從根部側(cè)朝向頂端側(cè)。
[0125]如圖20D所示，在磁致伸縮層28的磁通密度B28增加時(shí)，為了產(chǎn)生妨礙該增加的磁通，而在下側(cè)平面梯子形線圈26以及上側(cè)平面梯子形線圈30的各自中產(chǎn)生電流。
[0126]在下側(cè)平面梯子形線圈26中，為了在上方側(cè)(磁致伸縮層28側(cè))產(chǎn)生從頂端側(cè)朝向根部側(cè)的磁通B26，在Cu線26b中產(chǎn)生從紙面里側(cè)向表側(cè)的電流。
[0127]另一方面，在上側(cè)平面梯子形線圈30中，為了在下方側(cè)(磁致伸縮層28側(cè))產(chǎn)生從頂端側(cè)向根部側(cè)的磁通B30，在Cu線30b中產(chǎn)生從紙面表側(cè)向里側(cè)的電流。
[0128]如圖20C所示，在下側(cè)平面梯子形線圈26的Cu線26b中流過的電流的方向、和在上側(cè)平面梯子形線圈30的Cu線30b中流過的電流的方向?yàn)橄喾捶较?，因此，下?cè)側(cè)平面梯子形線圈26的一端側(cè)的引出線26a、和上側(cè)平面梯子形線圈30的另一端側(cè)的引出線30c為相同極性，下側(cè)側(cè)平面梯子形線圈26的另一端側(cè)的引出線26c、和上側(cè)平面梯子形線圈30的一端側(cè)的引出線30a為相同極性。
[0129]因此，如圖20A所示，以一個(gè)極性的引出線26a和30c連接、另一個(gè)極性的引出線26c和30a連接的方式，形成交叉布線結(jié)構(gòu)。整流蓄電電路39連接在線圈結(jié)構(gòu)31的引出線26a以及30c、和引出線26c以及30a之間，進(jìn)行發(fā)電的電流的整流和蓄電。
[0130]第I實(shí)施方式的線圈11，將線圈下層部分6和線圈上層部分10在層疊工序中連接，成為一體的線圈。第2實(shí)施方式的線圈結(jié)構(gòu)31，下側(cè)平面梯子形線圈26和上側(cè)平面梯子形線圈30作為獨(dú)立的線圈起作用，因此即使不將下側(cè)平面梯子形線圈26和上側(cè)平面梯子形線圈30連接也可以，制造工序更容易。
[0131]另外，在第2實(shí)施方式中，在磁致伸縮層28的上下分別形成上側(cè)平面梯子形線圈30和下側(cè)平面梯子形線圈26，但是只要形成至少一個(gè)平面梯子形線圈就能進(jìn)行發(fā)電。通過在磁致伸縮層28的上下兩方形成平面梯子形線圈，能夠提高發(fā)電效率。
[0132]再有，上述的第I實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的制造工序是例示，可以追加密封性提高層、金屬擴(kuò)散防止層、使磁致伸縮層的取向一致的取向膜，追加熱處理工序。
[0133]另外，如以下作為第3實(shí)施方式說明那樣，也可以為如下工序:作為韌性層使用韌性基板，在同時(shí)形成了多個(gè)在韌性基板上方形成磁致伸縮層并在磁致伸縮層的周圍形成線圈的振動(dòng)構(gòu)件后，分別切斷，組裝一個(gè)一個(gè)的振動(dòng)發(fā)電裝置。作為韌性基板，例如可以使用金屬玻璃薄板、橡膠金屬(注冊(cè)商標(biāo))薄板、單晶硅薄板、陶瓷薄板、高分子材料薄板等。
[0134][第3實(shí)施方式]
[0135]圖21A~圖24A是表示第3實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略俯視圖。圖21B~圖24B是沿著圖21A等的俯視圖的點(diǎn)劃線A-Ai方向(長度方向)的概略剖面圖，圖21C~圖24C是沿著圖21A等的俯視圖的點(diǎn)劃線B-Bi方向(寬度方向)的概略剖面圖。
[0136]參照?qǐng)D21A、圖21B、以及圖21C。作為韌性基板(韌性層)41，例如使用厚度500 μ m的聚酰亞胺薄板。與第I實(shí) 施方式的線圈下層部分6的形成工序(圖4A~圖4C參照)同樣，在韌性基板41上通過Cu形成線圈下層部分42。
[0137]參照?qǐng)D22A、圖22B、以及圖22C。與第I實(shí)施方式的絕緣層7的形成工序(圖5A~圖5C參照)同樣，覆蓋線圈下層部分42的一部分而在韌性基板41上形成絕緣層43。
[0138]進(jìn)而，在絕緣層43上形成磁致伸縮層44。例如，將通過液體急冷凝固法得到的Fe-Ga磁致伸縮帶狀材料(例如厚度300 μ m)，粘結(jié)在絕緣層43上，能夠形成磁致伸縮層44。另外，磁致伸縮層44還可以例如與第I實(shí)施方式同樣，通過濺射形成。
[0139]參照?qǐng)D23A、圖23B、以及圖23C。在形成磁致伸縮層44后，與第I實(shí)施方式的形成絕緣層9、線圈上層部分10(線圈11)、絕緣層12、平衡錘13而形成振動(dòng)構(gòu)件14的工序同樣，形成絕緣層45、線圈上層部分46(線圈47)、絕緣層48、平衡錘49，而形成振動(dòng)構(gòu)件50。再有，平衡錘49也可以是磁鐵。此時(shí)的形成方法，無論是將永久磁鐵通過粘合劑固定的方法，還是形成薄膜磁鐵的方法都可以。在作為平衡錘49使用磁鐵的情況下，作為后述的蓋55的材料，優(yōu)選非磁性材料。
[0140]在韌性基板41上同時(shí)形成多個(gè)振動(dòng)構(gòu)件50后，切斷韌性基板41，將振動(dòng)構(gòu)件50各自分離。
[0141]參照?qǐng)D24A、圖24B、以及圖24C。之后，在振動(dòng)構(gòu)件50上安裝磁鐵54，將振動(dòng)構(gòu)件50粘結(jié)在形成有凹部52的支撐基板(沉孔基板)51上，使用密封材料53安裝蓋55。像這樣，在沉孔基板51和蓋55之間夾入安裝振動(dòng)構(gòu)件50，形成第3實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置。
[0142]再有，在上述的第I實(shí)施方式~第3實(shí)施方式中，在包含韌性層和磁致伸縮層的振動(dòng)構(gòu)件中，一體地形成了線圈，但是線圈未必需要加工在振動(dòng)構(gòu)件中。例如，也可以為環(huán)繞磁致伸縮層的線圈，與包含韌性層和磁致伸縮層的振動(dòng)構(gòu)件分開配置的結(jié)構(gòu)。以下，作為第4實(shí)施方式，說明在封裝的周圍纏繞線圈的結(jié)構(gòu)。
[0143][第4實(shí)施方式]
[0144]圖25A以及圖26A是表示第4實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置的主要的制造工序的概略俯視圖。圖25B以及圖26B是沿著圖25A等的俯視圖的點(diǎn)劃線A-Ai方向(長度方向)的概略剖面圖，圖25C以及圖26C是沿著圖25A等的俯視圖的點(diǎn)劃線B-Bi方向(寬度方向)的概略剖面圖。
[0145]參照?qǐng)D25A、圖25B、以及圖25C。在韌性層61上形成磁致伸縮層62，并形成平衡錘63，而形成振動(dòng)構(gòu)件64。再有，平衡錘63也可以是磁鐵。此時(shí)的形成方法無論是將永久磁鐵通過粘合劑固定的方法，還是形成薄膜磁鐵的方法都可以。
[0146]將振動(dòng)構(gòu)件64粘結(jié)在具有凹部66的支撐基板(沉孔基板)65上。第4實(shí)施方式的沉孔基板65優(yōu)選例如由銅、鋁、陶瓷、塑料等非磁性材料形成。安裝磁鐵68，形成密封件67。
[0147]參照?qǐng)D26A、圖26B、以及圖26C。在沉孔基板65和蓋69之間夾入安裝振動(dòng)構(gòu)件64。第4實(shí)施方式的蓋69優(yōu)選例如由銅、鋁、陶瓷、塑料等非磁性材料形成。
[0148]在安裝了蓋69后，對(duì)整個(gè)封裝機(jī)械性地纏繞感應(yīng)線圈(線圈)70。像這樣，形成第4實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置。
[0149](評(píng)價(jià)結(jié)果)
[0150]接著使用圖28乃至圖32說明評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0151]圖28是表示實(shí)施例1的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略圖。圖28A是俯視圖，圖28B是側(cè)視圖。圖29是表示實(shí)施例1的振動(dòng)發(fā)電裝置的一部分的側(cè)視圖。圖30是表示比較例I的振動(dòng)發(fā)電裝置的概略圖。圖30A是俯視圖，圖30B是側(cè)視圖。圖31是表示比較例2的振動(dòng)發(fā)電裝置的俯視圖以及側(cè)視圖。圖3IA是俯視圖，圖3IB是側(cè)視圖。
[0152]實(shí)施例1與上述的第I至第4實(shí)施方式的振動(dòng)發(fā)電裝置對(duì)應(yīng)。在實(shí)施例1中，作為韌性層104，使用了厚度500 μ m的聚碳酸酯板。韌性層104與上述實(shí)施方式的韌性層4、24、41、61對(duì)應(yīng)。作為磁致伸縮層108，使用了厚度200μπι的Fe-Ga的帶狀材料。磁致伸縮層108與上述實(shí)施方式的磁致伸縮層8、28、44、62對(duì)應(yīng)。磁致伸縮層108的體積為0.044cm3。在包含韌性層104和磁致伸縮層108的振動(dòng)構(gòu)件114的根部側(cè)，安裝了磁鐵116。振動(dòng)構(gòu)件114與上述實(shí)施方式的振動(dòng)構(gòu)件14、34、50、64對(duì)應(yīng)。在振動(dòng)構(gòu)件114的頂端側(cè)安裝了兼作平衡錘的磁鐵113。平衡錘113與上述實(shí)施方式的平衡錘13、33、49、63對(duì)應(yīng)。根部側(cè)的磁鐵116和頂端側(cè)的磁鐵113之間的距離為55mm。兼作平衡錘的磁鐵113的質(zhì)量為3g。并且，將振動(dòng)構(gòu)件114的根部側(cè)固定在外殼(casing) 117上。外殼117與上述實(shí)施方式的支撐基板1、21、51、65以及蓋17、37、55、69對(duì)應(yīng)。外殼117的大小為55mmX 70mmX 20mm。外殼117的容積為77cm3。在外殼117的周圍纏繞了線圈(未圖示)。該線圈與上述實(shí)施方式的線圈11、31、47、70對(duì)應(yīng)。
[0153]在比較例I中，并行地配置了 2根磁致伸縮材料208a、208b。作為磁致伸縮材料208a、208b，分別使用了 Fe-Ga磁致伸縮板。在磁致伸縮板208a、208b上，分別卷繞了線圈211a、211b。磁致伸縮板208a、208b的體積分別為1.2cm3。將并行地配置的2個(gè)磁致伸縮板208a、208b，通過設(shè)置在根部側(cè)和頂端側(cè)的連結(jié)磁軛220a、220b連結(jié)。在包含磁致伸縮板208a、208b的振動(dòng)構(gòu)件214的頂端側(cè)，安裝了平衡錘213。平衡錘213的質(zhì)量為354g。進(jìn)而，在振動(dòng)構(gòu)件214的根部側(cè)和頂端側(cè)分別安裝了磁鐵216a、216b。并且，以磁鐵216a和磁鐵216b磁性稱合的方式,安裝了背面磁軛(Back yoke) 217。并且,將振動(dòng)構(gòu)件214的根部側(cè)固定在了支撐體201上。
[0154]在比較例2中，并行地配置了 2根磁致伸縮材料308a、308b。作為磁致伸縮材料308a、308b，分別使用了 Fe-Ga磁致伸縮板。在磁致伸縮板308a、308b上分別卷繞了線圈311a、311b。磁致伸縮板308a、308b的體積分別為1.2cm3。將并行配置的2個(gè)磁致伸縮板308a、308b，通過設(shè)置在根部側(cè)的連結(jié)磁軛320a和設(shè)置在頂端側(cè)的連結(jié)磁軛320b連結(jié)。設(shè)置在包含磁致伸縮板308a、308b的振動(dòng)構(gòu)件314的頂端側(cè)的連結(jié)磁軛320b兼作平衡錘。平衡錘320b的質(zhì)量為35g。進(jìn)而，在振動(dòng)構(gòu)件314的根部側(cè)和頂端側(cè)分別安裝了磁鐵316a、316b。并且，以磁鐵316a和磁鐵316b磁稱合的方式,安裝了背面磁軛317。并且,將振動(dòng)構(gòu)件314的根部側(cè)固定在支撐體301。
[0155]圖32是表示振動(dòng)的加速度和每單位量的輸出之間的關(guān)系曲線圖。圖32中的橫軸表示加速度。圖32中的縱軸表示每單位量的輸出。每單位量的輸出通過將實(shí)際得到的輸出的值，除以磁致伸縮材料的體積和平衡錘的質(zhì)量之積而求出。
[0156]圖32中的?標(biāo)記的曲線(plot)表示實(shí)施例1的情況。圖32中的?標(biāo)記的曲線表示比較例I的情況。圖32中的▲標(biāo)記的曲線表示比較例2的情況。 [0157]從圖32可知，在實(shí)施例1中與比較例1、2比較，得到了顯著高的每單位量的輸出。
[0158]由此可知，根據(jù)實(shí)施例1、即上述實(shí)施方式，能夠提高發(fā)電效率的良好的振動(dòng)發(fā)電
>J-U ρ?α裝直。
[0159]另外，從圖32可知，在實(shí)施例1中，盡管振動(dòng)的加速度低，但是與比較例1，2相比較，得到了顯著高的每單位量的輸出。
[0160]由此，根據(jù)實(shí)施例1、即上述實(shí)施方式，即使是振動(dòng)的加速度低的情況下，也能夠良好地發(fā)電。
[0161]另外，在實(shí)施例1中，振動(dòng)構(gòu)件114的振動(dòng)的頻率約為15Hz。
[0162]另一方面，在比較例I中，振動(dòng)構(gòu)件214的振動(dòng)的頻率約為43Hz。另外，在比較例2中，振動(dòng)構(gòu)件314的振動(dòng)的頻率約為79Hz。
[0163]由此可知，根據(jù)實(shí)施例1、即上述實(shí)施方式，即使是振動(dòng)的低頻低的情況下也能夠良好地發(fā)電。
[0164][變形實(shí)施方式]
[0165]沿著以上實(shí)施方式說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不受這些限制。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，可進(jìn)行各種變更、改良、組合等。
[0166]例如，作為平衡錘13、33，也可以使用磁鐵。在作為平衡錘13，33，使用磁鐵的情況下，作為蓋17，37的材料，優(yōu)選使用非磁性材料。
[0167]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0168]本發(fā)明的發(fā)電裝置對(duì)于實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的提高等是有用的。
[0169]附圖標(biāo)記的說明:
[0170]1、21…硅晶片
[0171]2、22 …凹部[0172]3、23 …銅層
[0173]4、24…韌性層
[0174]5、25…絕緣層
[0175]6…線圈下層部分
[0176]26…下側(cè)平面梯子形線圈
[0177]7、27…絕緣層
[0178]8、28…磁致伸縮層
[0179]9、29…絕緣層
[0180]10…線圈上層部分
[0181]30…上側(cè)平面梯子形線圈
[0182]11…(第I實(shí)施方式的)線圈
[0183]31…(第2實(shí)施方式的)線圈結(jié)構(gòu)
[0184]12、32…絕 緣層
[0185]13、33…平衡錘
[0186]14、34…振動(dòng)構(gòu)件
[0187]15、35 …封層
[0188]16、36 …磁鐵
[0189]17、37 …蓋
[0190]18、38…磁場(chǎng)施加構(gòu)件
[0191]6a、10a...Cu 線
[0192]IlaUlc…引出線
[0193]Ilb…線圈主部分
[0194]26b、30b …Cu 線
[0195]26a、26c、30a、30c...引出線
[0196]39…整流蓄電電路
[0197]41…韌性層
[0198]42…線圈下層部分
[0199]43…絕緣層
[0200]44…磁致伸縮層
[0201]45…絕緣層
[0202]46…線圈上層部分
[0203]47…線圈
[0204]48…絕緣層
[0205]49…平衡錘
[0206]50…振動(dòng)構(gòu)件
[0207]51…支撐基板
[0208]52…凹部
[0209]53...密封件
[0210]54…磁鐵[0211]55 …蓋
[0212]61…韌性層
[0213]62…磁致伸縮層
[0214]63…平衡 錘
[0215]64…振動(dòng)構(gòu)件
[0216]65…支撐基板
[0217]66…凹部
[0218]67…密封件
[0219]68…磁鐵
[0220]69…支撐基板
[0221]70…線圈
[0222]104…韌性層
[0223]108…磁致伸縮層
[0224]113…平衡錘、磁鐵
[0225]114…振動(dòng)構(gòu)件
[0226]116…磁鐵
[0227]201…支撐體
[0228]208a、208b…磁致伸縮板
[0229]211a、211b …線圈
[0230]213…平衡錘
[0231]214…振動(dòng)構(gòu)件
[0232]216a、216b …磁鐵
[0233]217…背面磁軛
[0234]220a、220b…連結(jié)磁軛
[0235]301…支撐體
[0236]308a、308b…磁致伸縮板
[0237]311a、311b …線圈
[0238]314…振動(dòng)構(gòu)件
[0239]316a、316b …磁鐵
[0240]317…背面磁軛
[0241]320a、320b…連結(jié)磁軛
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電裝置，其特征在于，具有: 振動(dòng)構(gòu)件，其具有韌性層和層疊在所述韌性層上方且由磁致伸縮材料形成的磁致伸縮層，所述韌性層由抗拉強(qiáng)度比所述磁致伸縮材料高的韌性材料形成； 支撐構(gòu)件，其安裝有所述振動(dòng)構(gòu)件，并且所述振動(dòng)構(gòu)件能夠沿厚度方向振動(dòng)； 磁場(chǎng)施加構(gòu)件，其對(duì)所述磁致伸縮層施加磁場(chǎng)；以及 線圈，其配置在所述磁致伸縮層的周圍。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性層比所述磁致伸縮層形成得厚。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述磁致伸縮層的厚度為1000 μ m以下。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性層的厚度為1000 μ m以下。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料的抗拉強(qiáng)度為1000MPa以上。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料的楊氏模量為150GPa以下。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料的彈性極限伸長率為0.5%以上。
8.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料為金屬玻璃或橡膠金屬。
9.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料為超彈性合金。
10.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料為硅。
11.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料為陶瓷。
12.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述韌性材料為高分子材料。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述線圈與所述振動(dòng)構(gòu)件一體地形成。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述線圈環(huán)繞所述磁致伸縮層，所述線圈的下側(cè)部分被配置在所述韌性層和所述磁致伸縮層之間。
15.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述線圈包括被配置在所述磁致伸縮層的上方以及下方中的至少一方的平面梯子形線圈。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)電裝置，其特征在于， 所述平面梯子形線圈被配置在所述磁致伸縮層的下方，且被配置在所述韌性層和所述磁致伸縮層之間。
17.如權(quán)利要求1至16任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述振動(dòng)構(gòu)件還具有包圍所述磁致伸縮層的絕緣層，所述線圈埋入到所述絕緣層。
18.如權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)施加構(gòu)件兼作容納所述振動(dòng)構(gòu)件的容器。
19.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于，該發(fā)電裝置還具有容納所述振動(dòng)構(gòu)件的容器，所述線圈纏繞在所述容器的周圍。
20.如權(quán)利要求18或19所述的發(fā)電裝置，所述容器的內(nèi)部處于真空或減壓狀態(tài)。
21.如權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其特征在于，在所述振動(dòng)構(gòu)件安裝平衡錘。
22.如權(quán)利要求21所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述平衡錘為磁鐵。
23.如權(quán)利要求21或22所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述平衡錘被形成在所述振動(dòng)構(gòu)件的頂端側(cè)。
【文檔編號(hào)】H02N2/00GK104025446SQ201280065896
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月12日
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