発電装置
【課題】 小型化、低背化を実現すると共に、製造コストを低減および製造工程の簡略化を図ることができる発電装置を提供する。
【解決手段】 発電装置は、内部に磁石用筒状空間１ａが形成されると共にコンデンサ用収容部が形成された立体状の絶縁性基材１と、絶縁性基材１の磁石用筒状空間１ａに転動または摺動可能に収容された磁石３と、絶縁性基材１のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサ５と、絶縁性基材１の表面上に、磁石用筒状空間１ａの長手方向と略直交するように形成された薄膜コイル２と、絶縁性基材１が実装される回路基板７と、絶縁性基材１の表面に形成され薄膜コイル２とコンデンサ５と回路基板７とを導通させる回路パターン４とを備える。
【解決手段】 発電装置は、内部に磁石用筒状空間１ａが形成されると共にコンデンサ用収容部が形成された立体状の絶縁性基材１と、絶縁性基材１の磁石用筒状空間１ａに転動または摺動可能に収容された磁石３と、絶縁性基材１のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサ５と、絶縁性基材１の表面上に、磁石用筒状空間１ａの長手方向と略直交するように形成された薄膜コイル２と、絶縁性基材１が実装される回路基板７と、絶縁性基材１の表面に形成され薄膜コイル２とコンデンサ５と回路基板７とを導通させる回路パターン４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状に形成されたコイル内にて磁石を移動させて発電を行う発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、小型の発電装置としては、下記の特許文献１などに記載された発電装置が知られている。この発電装置は、振動、人の移動、車の移動などにより発電を可能にし、電子機器に内蔵した電池の消耗を低減する、または電池を不要にすることを目的としている。
【０００３】
具体的には、従来の発電装置は、図２の一部断面図に示すように、コイルボビン１０１内部に磁石１０２を入れ、且つコイルボビン１０１の導線のコイル１０３を巻回して構成されている。コイルこのような発電装置は、振動などによって磁石１０２が移動し、当該移動によって発電を行う。この発電により発生した電流は、コイル１０３と接続された導線１０４を介して、コンデンサ１０５に充電を行う。このとき、発電電流は、コイルボビン１０１と一体化したリード線１０６及びハンダ１０７を介して、実装基板１０８に実装されたコンデンサ１０５に流れる。
【特許文献１】特開平１０−４２５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した発電装置の構成では、部品点数が多いために実装面積が大きくなる問題や、部品点数が多いためにコストが高くなる問題や、部品点数が多いために電気的な接続を実現する製造工程に多くの手間がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、小型化、低背化を実現すると共に、製造コストを低減および製造工程の簡略化を図ることができる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するために、内部に磁石用筒状空間が形成されると共にコンデンサ用収容部が形成された立体状の絶縁性基材と、絶縁性基材の磁石用筒状空間に転動または摺動可能に収容された磁石と、絶縁性基材のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサと、絶縁性基材の表面上に、磁石用の筒状空間の長手方向と略直交するように形成された薄膜コイルと、絶縁性基材が実装される回路基板と、絶縁性基材の表面に形成され薄膜コイルとコンデンサと回路基板とを導通させる回路パターンとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、絶縁性基材とコンデンサと薄膜コイルとを一体化した構成となっているので、小型化、低背化を実現すると共に、製造コストを低減および製造工程の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
本発明は、例えば図１に示すように構成された発電装置に適用される。図１は、発電装置を側面から見た図であり、発電装置の一部を断面として示している。
【００１０】
この発電装置は、例えばセラミック焼結体からなる絶縁性基材１を備えている。この絶縁性基材１は、内部に磁石用筒状空間１ａが形成されている。この絶縁性基材１は、コンデンサ用収容部１ｂが一体化して構成されている。
【００１１】
この磁石用筒状空間１ａには、絶縁性基材１の長手方向に転動または摺動可能に磁石３が収容される。磁石３は、絶縁性基材１に振動が与えられることによって、磁石用筒状空間１ａ内を移動する。磁石用筒状空間１ａに磁石３を収容する製造時においては、磁石用筒状空間１ａの内部が露出した状態で磁石３を磁石用筒状空間１ａに収容し、その後に樹脂等で磁石用筒状空間１ａを塞ぐ。
【００１２】
なお、図１においては、立方体上の磁石３を磁石用筒状空間１ａ内に収容して磁石３が磁石用筒状空間１ａ内で摺動する場合を示しているが、これにかぎらず、Ｓ極とＮ極が対照的な位置関係にある磁石であれば球状の磁石を磁石用筒状空間１ａに収容して磁石用筒状空間１ａ内で球状の磁石が転動するような構成であっても良い。
【００１３】
コンデンサ用収容部１ｂには、発電した電流が供給されることによって充電を行うコンデンサ５が埋め込まれる。このコンデンサ５は、絶縁性基材１のコンデンサ用収容部に埋め込まれた状態において樹脂６で固定される。コンデンサ５の導線は、樹脂６を通じてコンデンサ用収容部１ｂの表面に露出される。本例において、コンデンサ５は絶縁性基材１の長手方向における一端のみに設けられているが、蓄電容量の増大を図り、もう一方の端部にコンデンサ用収容部を絶縁性基材１と一体形成して他のコンデンサを設けても良い。
【００１４】
なお、本例においては、絶縁性基材１にコンデンサ５を埋め込む構成を示したが、これに限らず、絶縁性基材１として積層構造のセラミックを用い、電極を設けることで、当該積層構造の層間に誘電体としての機能を持たせて、コンデンサ５を内蔵させるても良い。このような構成であっても、コンデンサ５を外付けする必要がない。
【００１５】
絶縁性基材１の表面には、磁石用筒状空間１ａの長手方向と略直交するように形成された薄膜コイル２が形成される。この薄膜コイル２には、コンデンサ５の導線と回路基板７上の導体部８とを導通させる回路パターン４が接続される。回路パターン４は、薄膜コイル２と同様に、薄膜として絶縁性基材１の表面上に形成される。
【００１６】
このように構成された発電装置において、薄膜コイル２及び回路パターン４は、薄膜輪郭除去法によって絶縁性基材１上に形成されて、立体回路基板を容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。
【００１７】
まず、薄膜輪郭除去法は、加熱処理プロセスを実行し、内部に磁石用筒状空間１ａを設け且つコンデンサ用収容部１ｂが成形された絶縁性基材１である焼結体を温度１０００℃、保持時間１時間の条件で加熱処理し、表面を清浄化する。
【００１８】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、導電性薄膜形成プロセスを実行する。この導電性薄膜形成プロセスは、真空蒸着装置やＤＣマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を試験体表面に形成するものである。具体的には、試験体をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１０−４Ｐａ程度に減圧した後、温度１５０℃で３分間程度、試験体を予備加熱する。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を１０Ｐａ程度に制御する。そして、電極間に１ｋＷの高周波電圧（ＲＦ：１３．５６ＭＨｚ）を３００秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を１０−４Ｐａ以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が０．６Ｐａ程度になるように導入した後、さらに５００Ｖの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、試験体表面に膜厚が３００ｎｍ程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。
【００１９】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、回路パターン形成プロセスを実行し、大気中でＹＡＧレーザーの第３高調波（ＴＨＧ−ＹＡＧレーザー）を使用して薄膜コイル２及び回路パターン４となる回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、アルミナ基板上に形成された導電性薄膜のうち、薄膜コイル２及び回路パターン４となる回路パターンの輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部を形成する。
【００２０】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、焼結体表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっきを施して厚膜化し、厚さが約１５μｍの銅膜を形成する。その後、非電気回路部に残存している導電性薄膜をエッチングによって除去する。このとき、銅めっきは、導電性薄膜よりも厚く形成されているために、残存する。そして、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっきを施す。このような薄膜輪郭除去法によって発電装置は容易に薄膜コイル２及び回路パターン４を形成することができる。
【００２１】
以上説明したように、本発明を適用した発電装置によれば、絶縁性基材１と薄膜コイル２と回路パターン４とコンデンサ５とを一体化する構成により、小型化、低背化を実現できる。特に、絶縁性基材１にコンデンサ用収容部１ｂを設けてコンデンサ５を三次元的に実装することができるので、回路基板７に対する実装面積を小さくすることができる。したがって、例えば補聴器等のウエアラブル装置に電力供給をする発電装置として最適なものを提供できる。
【００２２】
また、絶縁性基材１と薄膜コイル２と回路パターン４とコンデンサ５とを一体化した状態で、回路パターン４と回路基板７上の導体部８とをハンダにより固定するのみで発電装置を回路基板７上に実装することができるので、磁石３を内蔵した部材とコンデンサとを別個に回路基板上に実装する場合と比較して、実装コストを低減することができる。また、製造工程を簡略化できる。
【００２３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用した発電装置を側面から見た図であり、一部を断面として示す図である。
【図２】従来の発電装置を側面から見た図であり、一部を断面として示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 絶縁性基材
１ａ 磁石用筒状空間
１ｂ コンデンサ用収容部
２ 薄膜コイル
３ 磁石
４ 回路パターン
５ コンデンサ
６ 樹脂
７ 回路基板
８ 導体部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状に形成されたコイル内にて磁石を移動させて発電を行う発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、小型の発電装置としては、下記の特許文献１などに記載された発電装置が知られている。この発電装置は、振動、人の移動、車の移動などにより発電を可能にし、電子機器に内蔵した電池の消耗を低減する、または電池を不要にすることを目的としている。
【０００３】
具体的には、従来の発電装置は、図２の一部断面図に示すように、コイルボビン１０１内部に磁石１０２を入れ、且つコイルボビン１０１の導線のコイル１０３を巻回して構成されている。コイルこのような発電装置は、振動などによって磁石１０２が移動し、当該移動によって発電を行う。この発電により発生した電流は、コイル１０３と接続された導線１０４を介して、コンデンサ１０５に充電を行う。このとき、発電電流は、コイルボビン１０１と一体化したリード線１０６及びハンダ１０７を介して、実装基板１０８に実装されたコンデンサ１０５に流れる。
【特許文献１】特開平１０−４２５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した発電装置の構成では、部品点数が多いために実装面積が大きくなる問題や、部品点数が多いためにコストが高くなる問題や、部品点数が多いために電気的な接続を実現する製造工程に多くの手間がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、小型化、低背化を実現すると共に、製造コストを低減および製造工程の簡略化を図ることができる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するために、内部に磁石用筒状空間が形成されると共にコンデンサ用収容部が形成された立体状の絶縁性基材と、絶縁性基材の磁石用筒状空間に転動または摺動可能に収容された磁石と、絶縁性基材のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサと、絶縁性基材の表面上に、磁石用の筒状空間の長手方向と略直交するように形成された薄膜コイルと、絶縁性基材が実装される回路基板と、絶縁性基材の表面に形成され薄膜コイルとコンデンサと回路基板とを導通させる回路パターンとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、絶縁性基材とコンデンサと薄膜コイルとを一体化した構成となっているので、小型化、低背化を実現すると共に、製造コストを低減および製造工程の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
本発明は、例えば図１に示すように構成された発電装置に適用される。図１は、発電装置を側面から見た図であり、発電装置の一部を断面として示している。
【００１０】
この発電装置は、例えばセラミック焼結体からなる絶縁性基材１を備えている。この絶縁性基材１は、内部に磁石用筒状空間１ａが形成されている。この絶縁性基材１は、コンデンサ用収容部１ｂが一体化して構成されている。
【００１１】
この磁石用筒状空間１ａには、絶縁性基材１の長手方向に転動または摺動可能に磁石３が収容される。磁石３は、絶縁性基材１に振動が与えられることによって、磁石用筒状空間１ａ内を移動する。磁石用筒状空間１ａに磁石３を収容する製造時においては、磁石用筒状空間１ａの内部が露出した状態で磁石３を磁石用筒状空間１ａに収容し、その後に樹脂等で磁石用筒状空間１ａを塞ぐ。
【００１２】
なお、図１においては、立方体上の磁石３を磁石用筒状空間１ａ内に収容して磁石３が磁石用筒状空間１ａ内で摺動する場合を示しているが、これにかぎらず、Ｓ極とＮ極が対照的な位置関係にある磁石であれば球状の磁石を磁石用筒状空間１ａに収容して磁石用筒状空間１ａ内で球状の磁石が転動するような構成であっても良い。
【００１３】
コンデンサ用収容部１ｂには、発電した電流が供給されることによって充電を行うコンデンサ５が埋め込まれる。このコンデンサ５は、絶縁性基材１のコンデンサ用収容部に埋め込まれた状態において樹脂６で固定される。コンデンサ５の導線は、樹脂６を通じてコンデンサ用収容部１ｂの表面に露出される。本例において、コンデンサ５は絶縁性基材１の長手方向における一端のみに設けられているが、蓄電容量の増大を図り、もう一方の端部にコンデンサ用収容部を絶縁性基材１と一体形成して他のコンデンサを設けても良い。
【００１４】
なお、本例においては、絶縁性基材１にコンデンサ５を埋め込む構成を示したが、これに限らず、絶縁性基材１として積層構造のセラミックを用い、電極を設けることで、当該積層構造の層間に誘電体としての機能を持たせて、コンデンサ５を内蔵させるても良い。このような構成であっても、コンデンサ５を外付けする必要がない。
【００１５】
絶縁性基材１の表面には、磁石用筒状空間１ａの長手方向と略直交するように形成された薄膜コイル２が形成される。この薄膜コイル２には、コンデンサ５の導線と回路基板７上の導体部８とを導通させる回路パターン４が接続される。回路パターン４は、薄膜コイル２と同様に、薄膜として絶縁性基材１の表面上に形成される。
【００１６】
このように構成された発電装置において、薄膜コイル２及び回路パターン４は、薄膜輪郭除去法によって絶縁性基材１上に形成されて、立体回路基板を容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。
【００１７】
まず、薄膜輪郭除去法は、加熱処理プロセスを実行し、内部に磁石用筒状空間１ａを設け且つコンデンサ用収容部１ｂが成形された絶縁性基材１である焼結体を温度１０００℃、保持時間１時間の条件で加熱処理し、表面を清浄化する。
【００１８】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、導電性薄膜形成プロセスを実行する。この導電性薄膜形成プロセスは、真空蒸着装置やＤＣマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を試験体表面に形成するものである。具体的には、試験体をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１０−４Ｐａ程度に減圧した後、温度１５０℃で３分間程度、試験体を予備加熱する。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を１０Ｐａ程度に制御する。そして、電極間に１ｋＷの高周波電圧（ＲＦ：１３．５６ＭＨｚ）を３００秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を１０−４Ｐａ以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が０．６Ｐａ程度になるように導入した後、さらに５００Ｖの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、試験体表面に膜厚が３００ｎｍ程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。
【００１９】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、回路パターン形成プロセスを実行し、大気中でＹＡＧレーザーの第３高調波（ＴＨＧ−ＹＡＧレーザー）を使用して薄膜コイル２及び回路パターン４となる回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、アルミナ基板上に形成された導電性薄膜のうち、薄膜コイル２及び回路パターン４となる回路パターンの輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部を形成する。
【００２０】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、焼結体表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっきを施して厚膜化し、厚さが約１５μｍの銅膜を形成する。その後、非電気回路部に残存している導電性薄膜をエッチングによって除去する。このとき、銅めっきは、導電性薄膜よりも厚く形成されているために、残存する。そして、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっきを施す。このような薄膜輪郭除去法によって発電装置は容易に薄膜コイル２及び回路パターン４を形成することができる。
【００２１】
以上説明したように、本発明を適用した発電装置によれば、絶縁性基材１と薄膜コイル２と回路パターン４とコンデンサ５とを一体化する構成により、小型化、低背化を実現できる。特に、絶縁性基材１にコンデンサ用収容部１ｂを設けてコンデンサ５を三次元的に実装することができるので、回路基板７に対する実装面積を小さくすることができる。したがって、例えば補聴器等のウエアラブル装置に電力供給をする発電装置として最適なものを提供できる。
【００２２】
また、絶縁性基材１と薄膜コイル２と回路パターン４とコンデンサ５とを一体化した状態で、回路パターン４と回路基板７上の導体部８とをハンダにより固定するのみで発電装置を回路基板７上に実装することができるので、磁石３を内蔵した部材とコンデンサとを別個に回路基板上に実装する場合と比較して、実装コストを低減することができる。また、製造工程を簡略化できる。
【００２３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用した発電装置を側面から見た図であり、一部を断面として示す図である。
【図２】従来の発電装置を側面から見た図であり、一部を断面として示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 絶縁性基材
１ａ 磁石用筒状空間
１ｂ コンデンサ用収容部
２ 薄膜コイル
３ 磁石
４ 回路パターン
５ コンデンサ
６ 樹脂
７ 回路基板
８ 導体部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に磁石用筒状空間が形成されると共にコンデンサ用収容部が形成された立体状の絶縁性基材と、
前記絶縁性基材の磁石用筒状空間に転動または摺動可能に収容された磁石と、
前記絶縁性基材のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサと、
前記絶縁性基材の表面上に、前記磁石用の筒状空間の長手方向と略直交するように形成された薄膜コイルと、
前記絶縁性基材が実装される回路基板と、
前記絶縁性基材の表面に形成され前記薄膜コイルと前記コンデンサと前記回路基板とを導通させる回路パターンと
を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項１】
内部に磁石用筒状空間が形成されると共にコンデンサ用収容部が形成された立体状の絶縁性基材と、
前記絶縁性基材の磁石用筒状空間に転動または摺動可能に収容された磁石と、
前記絶縁性基材のコンデンサ用収容部に埋め込まれたコンデンサと、
前記絶縁性基材の表面上に、前記磁石用の筒状空間の長手方向と略直交するように形成された薄膜コイルと、
前記絶縁性基材が実装される回路基板と、
前記絶縁性基材の表面に形成され前記薄膜コイルと前記コンデンサと前記回路基板とを導通させる回路パターンと
を備えることを特徴とする発電装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１２５１６４（Ｐ２００８−１２５１６４Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０３０８２（Ｐ２００６−３０３０８２）
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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