(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-18
(45)【発行日】2024-09-27
(54)【発明の名称】磁歪発電デバイス
(51)【国際特許分類】
H02N 2/18 20060101AFI20240919BHJP
【ＦＩ】
H02N2/18
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020209394
(22)【出願日】2020-12-17
(65)【公開番号】P2021103940
(43)【公開日】2021-07-15
【審査請求日】2023-11-09
(31)【優先権主張番号】P 2019234437
(32)【優先日】2019-12-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006644
【氏名又は名称】日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】坂本 広明
(72)【発明者】
【氏名】田邊 昌男
【審査官】服部 俊樹
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１３／１８６８７６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／１６８００７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１４８７９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７７６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１６３１１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｎ ２／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電磁鋼板で形成された磁歪部、および弾性材料で形成された応力制御部を有する発電用磁歪素子と、前記発電用磁歪素子と連続したフレームと
を備える磁歪発電デバイスであって、
前記フレームの少なくとも一部が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と、前記応力制御部から延びた前記弾性材料とを含む積層体で構成されている、
磁歪発電デバイス。
【請求項2】
前記電磁鋼板が方向性電磁鋼板である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
前記電磁鋼板が無方向性電磁鋼板である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項4】
前記弾性材料が非磁性材料である、請求項１～３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項5】
前記フレームの全体が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と一体構成である、請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項6】
前記フレームの全体が、前記応力制御部から延びた前記弾性材料と一体構成である、請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項7】
前記フレームの全体が、前記発電用磁歪素子と一体構成である、請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項8】
前記フレームが少なくとも１か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記電磁鋼板が前記デバイスの内側に位置し、前記弾性材料が前記デバイスの外側に位置する、請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項9】
前記フレームが少なくとも１か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記弾性材料が前記デバイスの内側に位置し、前記電磁鋼板が前記デバイスの外側に位置する、請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁歪発電デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年発展しているモノのインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ、以下「ＩｏＴ」と略す）の利用においては、モノとインターネットとの接続のために、センサ、電源、および無線通信装置等が一体となった無線センサモジュールを使用する。このような無線センサモジュールの電源として、電池交換や充電作業等の人手による定期的なメンテナンスの必要なしに、設置場所の環境で発生しているエネルギーから電力を発生させることが可能な発電装置の開発が望まれている。
【0003】
このような発電装置の一例が、磁歪の逆効果である逆磁歪を使用した磁歪式振動発電装置である。逆磁歪とは、磁歪材料に振動などによって歪みが加えられたときに、磁歪材料の磁化が変化する現象である。磁歪式振動発電は、振動により磁歪材料に歪みを加えて、逆磁歪効果により発生する磁化の変化を、電磁誘導の法則により、磁歪素子の周囲に巻かれたコイルに起電力を発生させるものである。
【0004】
従来、磁歪材料の発電性能を高めるためには、その磁歪量を増加させる方法が試みられてきた。これは、磁歪量が大きいほど、磁歪材料に引っ張り歪みと圧縮歪みを交互に負荷した場合、逆磁歪を利用した磁束密度の変化（ΔＢ）が大きくなり、発電出力も大きくなるからである。このような観点から、磁歪量の大きな材料として、ＦｅＧａ合金、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＡｌ合金等が開発され、これらの磁歪材料を用いた発電デバイスも開発されている（特許文献１～６）。
【0005】
例えば、特許文献１に記載の発電デバイスにおいては、発電性能を向上させて品質のバラツキを低減するために、磁歪材料と軟磁性材料とを貼り合わせ、磁歪材料の磁化によって軟磁性材料の磁化を変化させる。こうすることで、磁歪材料の磁化の変化による電圧に加えて、軟磁性材料の磁化の変化による電圧も検出用コイルに誘起させる。使用する磁歪材料としては、ＦｅＣｏ、ＦｅＡｌ、Ｎｉ、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｏ等が記載されており、軟磁性材料としては、Ｆｅ、ＦｅＮｉ、ＦｅＳｉ、電磁ステンレスが記載されている。
【0006】
特許文献２に記載の発電デバイスにおいては、起電力の向上、製造コストの低減、量産性の向上のために、磁歪材料と磁性材料とを合わせた平行梁構造を作製し、磁性材料をバイアス磁場によって磁気飽和させた状態で使用する構造を有するアクチュエータが開示されている。当該アクチュエータにおいては、バックヨークをコの字状とし、中立面を磁歪材料の外に設け、振動によるバイアス磁場の変化を磁歪材料の磁化の変化に重畳させて起電力を向上させる。磁歪材料としてＦｅＧａ、ＦｅＣｏ、ＦｅＡｌ、ＦｅＳｉＢ、アモルファス材料等が記載されており、磁性材料としては、ＳＰＣＣ、炭素鋼（ＳＳ４００、ＳＣ、ＳＫ、ＳＫ２）、フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）等が記載されている。
【0007】
特許文献３は、発電効率の向上、一様な応力負荷のために、磁歪材料と補強材としての非磁性材料とを貼り合わせ、磁歪材料と補強材の断面積比を補強材／磁歪材料＞０．８になるように規定した発電素子が開示されている。磁歪材料としてはＦｅＧａ、ＦｅＣｏ、ＦｅＮｉ等が記載されており、補強材としてはフィラー含有樹脂、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ等が記載されている。
【0008】
特許文献４の発電デバイスにおいては、発電出力を向上させるために、コイルの巻数を多くすることのできる構造が採用されている。具体的には、磁歪板と非磁性構造体とを面接合した構造を作製し、磁歪板からコイルが巻かれたＵの字状ヨークに磁界を還流させる。磁歪板としては、ＦｅＧａおよびＦｅＣｏが記載されており、非磁性構造体としてはステンレス（ＳＵＳ３０４、等）が記載されている。
【0009】
特許文献５の発電デバイスにおいては、発電効率の向上および一様な応力負荷のために、磁歪材料と非磁性材料（補強材）とを貼り合わせた構造体を作製し、当該構造体を２本の平行梁として用いている。磁歪材料としては、ＦｅＧａ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ系アモルファス、Ｆｅ系アモルファス、Ｎｉ系アモルファス、メタ磁性形状記憶合金、強磁性形状記憶合金等が記載されており、非磁性材料としては、酸化シリコン、アルミナ、ポリイミド、ポリカーボネード、繊維強化プラスチック、非磁性金属（Ａｌ、Ｃｕ）等が記載されている。
【0010】
特許文献６の発電デバイスにおいては、発電出力の向上のために、磁歪材料と磁性材料とを離した平行梁とした構造を使用する。当該構造によって、磁性材料を磁気飽和させない状態で使用し、磁歪材料の磁束の変化によって磁性材料の磁束を変化させ、磁歪材料による誘起電圧に、磁性材料による誘起電圧を足し合せた電圧を取り出せる設計としている。磁歪材料としては、ＦｅＧａ、ＦｅＣｏ、ＦｅＮｉ、ＦｅＤｙＴｅが記載されており、磁性材料としては、フェライト系ステンレス鋼、ＦｅＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＳｍＣｏ、ＮｄＦｅＢ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】国際公開第２０１８／２３０１５４号
【文献】特開２０１８－１４８７９１号公報
【文献】国際公開第２０１４／０２１１９７号
【文献】国際公開第２０１３／０３８６８２号
【文献】国際公開第２０１３／１８６８７６号
【文献】特開２０１５－７０７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
特許文献１～６の記載から明らかなように、磁歪発電素子および磁歪発電デバイスにおいては、種々の磁歪材料が他の材料と共に使用されている。磁歪材料としては、最も磁歪量の大きな材料として知られるＦｅＧａ合金が特許文献２～６に記載されているが、ＦｅＧａ合金は単結晶引き上げ方法（ＣＺ法）で製造されるため、非常に高価である。特許文献１～６に記載されているＦｅＣｏ合金は圧延法で製造されるが、Ｃｏを含有しているため、やはり高価である。また、特許文献１および２に記載されているＦｅＡｌ合金は、ＦｅＧａ合金やＦｅＣｏ合金と比べて安価ではあるものの、やはり高価である。さらに靭性が低く、通常の圧延法で板形状に製造することが容易ではないといった問題も有している。
【0013】
このような問題を鑑みて、上述したようなコストの高い磁歪材料を使用して磁歪発電デバイスを製造する際には、磁歪材料とそこに貼り合わせる相手材とで構成される発電用磁歪素子を製造し、当該発電用磁歪素子を、より低コストの材料で製造したフレーム等に固定した構造を採用している。このように発電用磁歪素子をフレームに固定した磁歪発電デバイスにおいては、発電用磁歪素子とフレームとの間で十分な接合強度を維持するのが難しく、耐久性が低下し得る。また、発電用磁歪素子とフレームとの接合部に磁気的なギャップが生じ得ることから、ギャップのサイズのバラツキによって磁気抵抗にバラツキが発生し、発電用磁歪素子に印加するバイアス磁場を一定に調整することも難しくなる。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、下記の磁歪発電デバイスである。
［１］ 電磁鋼板で形成された磁歪部、および弾性材料で形成された応力制御部を有する発電用磁歪素子と、前記発電用磁歪素子と連続したフレームとを備える磁歪発電デバイスであって、前記フレームの少なくとも一部が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と、前記応力制御部から延びた前記弾性材料とを含む積層体で構成されている、磁歪発電デバイス。
［２］ 前記電磁鋼板が方向性電磁鋼板である、［１］に記載のデバイス。
［３］ 前記電磁鋼板が無方向性電磁鋼板である、［１］に記載のデバイス。
［４］ 前記弾性材料が非磁性材料である、［１］～［３］のいずれかに記載のデバイス。
［５］ 前記フレームの全体が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と一体構成である、［１］～［４］のいずれかに記載のデバイス。
［６］ 前記フレームの全体が、前記応力制御部から延びた前記弾性材料と一体構成である、［１］～［４］のいずれかに記載のデバイス。
［７］ 前記フレームの全体が、前記発電用磁歪素子と一体構成である、［１］～［４］のいずれかに記載のデバイス。
［８］ 前記フレームが少なくとも１か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記電磁鋼板が前記デバイスの内側に位置し、前記弾性材料が前記デバイスの外側に位置する、［１］～［７］のいずれかに記載のデバイス。
［９］ 前記フレームが少なくとも１か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記弾性材料が前記デバイスの内側に位置し、前記電磁鋼板が前記デバイスの外側に位置する、［１］～［７］のいずれかに記載のデバイス。
［１］ 電磁鋼板で形成された磁歪部、および弾性材料で形成された応力制御部を有する発電用磁歪素子と、前記発電用磁歪素子と連続したフレームとを備える磁歪発電デバイスであって、前記フレームの少なくとも一部が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と、前記応力制御部から延びた前記弾性材料とを含む積層体で構成されている、磁歪発電デバイス。
［２］ 前記電磁鋼板が方向性電磁鋼板である、［１］に記載のデバイス。
［３］ 前記電磁鋼板が無方向性電磁鋼板である、［１］に記載のデバイス。
［４］ 前記弾性材料が非磁性材料である、［１］～［３］のいずれかに記載のデバイス。
［５］ 前記フレームの全体が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と一体構成である、［１］～［４］のいずれかに記載のデバイス。
［６］ 前記フレームの全体が、前記応力制御部から延びた前記弾性材料と一体構成である、［１］～［４］のいずれかに記載のデバイス。
［７］ 前記フレームの全体が、前記発電用磁歪素子と一体構成である、［１］～［４］のいずれかに記載のデバイス。
［８］ 前記フレームが少なくとも１か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記電磁鋼板が前記デバイスの内側に位置し、前記弾性材料が前記デバイスの外側に位置する、［１］～［７］のいずれかに記載のデバイス。
［９］ 前記フレームが少なくとも１か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記弾性材料が前記デバイスの内側に位置し、前記電磁鋼板が前記デバイスの外側に位置する、［１］～［７］のいずれかに記載のデバイス。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、電磁鋼板で形成された磁歪部および弾性材料で形成された応力制御部を有する磁歪素子と、前記磁歪素子と連続したフレームとを備える磁歪発電デバイスにおいて、フレームの少なくとも一部を、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成することによって、低コスト且つ耐久性に優れ、従来の磁歪発電デバイスと同等またはそれらを超える発電量を達成しうる、性能の安定な磁歪発電デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示す模式図である。
【図2】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示す別の模式図である。
【図3】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図4】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図5】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図6】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図7】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図8】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図9】比較例の磁歪発電デバイスの構造を示す模式図である。
【図10】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図11】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図12】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図13】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図14】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図15】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図16】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図17】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図18】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【図19】本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
上述したように、従来技術において発電用の磁歪材料として記載されているのは、主に、飽和磁歪が約２００ｐｐｍレベルのＦｅＧａ合金、あるいは、飽和磁歪が８０ｐｐｍレベルのＦｅＣｏ合金やＦｅＡｌ合金といった、飽和磁歪の大きな材料である。これは飽和磁歪が大きい程、磁歪材料に歪みを与えた場合に発生する磁気弾性エネルギーも大きく、このエネルギーを下げるために磁歪材料内の磁化の向きが変化し易くなるためである。そして、磁化の向きが変化し易い程、検出用コイルに誘起される電圧は大きくなる。言い換えれば、飽和磁歪が８ｐｐｍレベルの電磁鋼板（即ち、ＦｅＳｉ合金）を発電用磁歪材料として用いることは、従来想定されていなかった。
【0018】
このような状況において本発明者らは、発電用磁歪素子の磁歪部を電磁鋼板で形成し、そこに積層する応力制御部を弾性材料で形成し、さらに磁歪発電デバイスの磁歪素子と連続するフレームの少なくとも一部を、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成した。このような磁歪発電デバイスにおいては、発電用磁歪素子とフレームとの接合部が磁歪素子中もしくは磁歪素子の近傍に存在しないことから、発電のために磁歪素子に連続的な歪みが加えられた際に、接合部に応力集中が起こりにくく、デバイスの耐久性が向上した。さらに磁気回路を構成する部材内の連続性が高まるために磁気的なギャップの発生が低減されて、磁石によるバイアス磁場の調整が容易となり、電圧を安定させることができた。また、電磁鋼板は従来の磁歪材料であるＦｅＧａ合金、ＦｅＣｏ合金等よりも低コストであるため、従来の磁歪発電デバイスと同等またはそれらを超える発電量を達成しながらも、磁歪発電デバイスのコストを下げることが可能となり、本発明を完成するに至った。
【0019】
以下に、例示的な実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【0020】
本発明は磁歪発電デバイスに関する。本発明の磁歪発電デバイスは、発電用磁歪素子と支持部とを備える磁歪発電デバイスである。
本発明において「発電用磁歪素子」（以下、しばしば、「磁歪素子」と略す場合もある）とは、電磁鋼板から形成される磁歪部と、弾性材料から形成される応力制御部とを含み、磁歪部の逆磁歪（即ち、磁歪部の形状変化（歪み）に伴う磁場の発生）に基づく発電が可能な素子を意味する。構造的には、磁歪部と応力制御部とを含む積層体の周りに検出用コイルの巻かれた、発電に寄与する領域である。実際の発電デバイスにおいては、コイルの巻かれた領域の外側の隣接部分も発電に寄与するが、本願明細書においては、コイルの巻かれる領域を磁歪発電素子と定義する。
本発明において「発電用磁歪素子」（以下、しばしば、「磁歪素子」と略す場合もある）とは、電磁鋼板から形成される磁歪部と、弾性材料から形成される応力制御部とを含み、磁歪部の逆磁歪（即ち、磁歪部の形状変化（歪み）に伴う磁場の発生）に基づく発電が可能な素子を意味する。構造的には、磁歪部と応力制御部とを含む積層体の周りに検出用コイルの巻かれた、発電に寄与する領域である。実際の発電デバイスにおいては、コイルの巻かれた領域の外側の隣接部分も発電に寄与するが、本願明細書においては、コイルの巻かれる領域を磁歪発電素子と定義する。
【0021】
本発明の発電用磁歪素子における磁歪部は、電磁鋼板から形成される。本発明において「電磁鋼板」とは、鉄（Ｆｅ）にケイ素（Ｓｉ）を添加して鉄の磁気特性を向上させた、「ケイ素鋼板」と呼ばれることもある機能材料である。本発明における電磁鋼板は、ケイ素の含有量が０．５％以上４％以下の電磁鋼板である。ケイ素の含有量が０．５％以上４％以下の電磁鋼板はケイ素添加による電気抵抗の増加によって、交流振動における磁区変化を妨げる渦電流の発生を抑制できるため、磁歪部に用いるのに適している。
【0022】
さらに電磁鋼板には、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板とがあり、本発明においては、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板のどちらも磁歪部に使用可能である。方向性電磁鋼板とは、鋼板の圧延方向に金属結晶の結晶方位を揃えたものである。具体的には、その圧延方向に＜１００＞方向を揃え、圧延面を（１１０）方位とした｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織を有する電磁鋼板である。一方、無方向性電磁鋼板とは、金属結晶の結晶方位が一定の方向に揃えられていない、比較的ランダムな結晶方位を有するものである。方向性電磁鋼板も、無方向性電磁鋼板も、飽和磁歪がＦｅＧａ合金やＦｅＣｏ合金よりも低い材料であるが、従来の磁歪材料と同等またはそれらを超える発電が可能である。その理由は明確ではないが、次のように推定される。
【0023】
上述したように、方向性電磁鋼板は、その圧延方向に＜１００＞方向を揃え、圧延面を（１１０）方位とした｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織を有する。本発明者らは、方向性電磁鋼板の［１００］方向にバイアス磁場を印加した状態で、圧縮歪みを負荷した場合、方向性電磁鋼板の磁束密度が大きく変化することを新たに見出した。これは、方向性電磁鋼板の［１００］方向に所定の磁場を印加すると、［１００］方向に平行な１８０°磁区と９０°磁区との割合が、両者が上手く相互作用する割合となり、方向性電磁鋼板に歪みを負荷した際に、１８０°磁区から９０°磁区への変換、あるいは、９０°磁区から１８０°磁区への変換が生じやすくなるためと考えられる。具体的には、１８０°磁区の磁化の方向に平行（すなわち、［１００］方向）に圧縮歪みを負荷すると、１８０°磁区が減少して９０°磁区が増加し、［１００］方向に引っ張り歪みを負荷すると、９０°磁区が減少して１８０°磁区が増加する。また、１８０°磁区の磁化の方向に垂直（すなわち、［１１０］方向）に圧縮歪みを負荷すると、９０°磁区が減少して１８０°磁区が増加し、［１１０］方向に引っ張り歪みを負荷すると１８０°磁区が減少して９０°磁区が増加する。これらの磁区の変化によって、方向性電磁鋼板の磁化が変化し、磁歪素子の磁歪部として機能する。磁歪発電デバイスにおいては、上記磁化の変化によって、磁歪素子に巻かれた検出用コイルに電圧が誘起される。
【0024】
また、無方向性電磁鋼板には方向性電磁鋼板のような結晶配向は存在しないが、バイアス磁場を印加した状態で歪みを負荷した場合に磁束密度が大きく変化することを見出した。無方向性電磁鋼板では、結晶方位が比較的ランダムであるために、方向性電磁鋼板に比べて磁区が小さい。そのために、歪みを負荷した場合、多数ある磁区の中でより動きやすい磁区から動くことが可能になるため、磁歪素子の磁歪部として使用した際に、大きな磁束密度の変化が得られると考えられる。
【0025】
本発明においては、方向性電磁鋼板の方が無方向性電磁鋼板よりも大きな磁化の変化を誘起しやすいことから、方向性電磁鋼板の方が磁歪部として好ましい。
【0026】
方向性電磁鋼板の具体例としては、例えば、日本製鉄のオリエントコア、オリエントコアハイビー（例えば、２７ＺＨ１００）、オリエントコアハイビー・レーザー、オリエントコアハイビー・パーマネント、等が挙げられる。
【0027】
無方向性電磁鋼板の具体例としては、例えば、日本製鉄のハイライトコア（例えば、３５Ｈ２１０）、ホームコア、等が挙げられる。
【0028】
さらに発電用磁歪素子は、弾性材料から形成される応力制御部を有する。磁歪素子における「応力制御部」とは、磁歪素子に曲げ歪み、等を加えた際に磁歪部全体に対して圧縮、または、引っ張りのどちらか一方の応力負荷を達成するために、応力を制御するための部分である。応力制御部を形成する材料は、上記目的を達成し得る弾性材料である限り特に限定はなく、非磁性材料および磁性材料のいずれも使用可能である。
【0029】
応力制御部を形成する弾性材料を非磁性材料とすると、磁歪素子部（磁歪素子に相当する部分）の磁歪部のみに磁場が優先的に流れるため磁歪部のバイアス磁場の調整が容易であるため好ましい。さらに、磁歪部が方向性電磁鋼板で形成され、応力制御部が非磁性材料で形成された磁歪素子に曲げ歪みを負荷した場合に、他の組み合わせと比べてより大きな磁束密度の変化が生じることを、本発明者らは見出した。これは、弾性材料に磁性材料を用いた場合には弾性材料と電磁鋼板の間に磁気的相互作用が生じ、９０°磁区と１８０°磁区の変換が妨げられる場合が生じるが、弾性材料が非磁性材料の場合には、このような磁気的相互作用が生じないために、電磁鋼板の９０°磁区と１８０°磁区の変換が生じ易くなるからであると考えられる。
【0030】
応力制御部を形成する非磁性材料である弾性材料としては、繊維強化プラスチック（例：ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ）、オーステナイト系ステンレス鋼（例：ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、など）、銅合金（例：黄銅、りん青銅）、アルミ合金（例：ジュラルミン）、チタン合金（例：Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でも、ヤング率が比較的高く、曲げ歪みを負荷した場合の中立面を磁歪部の外に位置させることが容易である点で、繊維強化プラスチック、オーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。
【0031】
応力制御部を弾性材料である磁性材料で形成すると、コスト低減に効果がある。磁歪素子の磁歪部が方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板であり、応力制御部を形成する弾性材料が磁性材料である鋼板の場合、バイアス磁場を印加したときに、磁歪部と応力制御部の両方にバイアス磁場が流れる。しかし、磁歪部を形成する方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板はそもそも高透磁率材料であるため、磁歪部により多くのバイアス磁場が流れるため、発電に十分な磁区変化が生じると考えられる。しかし、応力制御部が非磁性材料の場合と比較すると、磁性材料で形成された応力制御部に流れる磁束分だけ磁歪部に印加される磁力が少なくなる。この磁力の減少を補うためには、磁歪発電デバイスの備える磁石の強度を高めれば良い。
【0032】
応力制御部を形成する、磁性材料である弾性材料としては、一般構造用圧延鋼材（例：ＳＳ４００）、一般構造用炭素鋼（例：Ｓ４５Ｃ）、高張力鋼（例：ＨＴ８０）、フェライト系ステンレス鋼（例：ＳＵＳ４３０）、マルテンサイト系ステンレス鋼（例：ＳＵＳ４１０）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0033】
磁歪素子においては、応力制御部と磁歪部とは貼り合わされて、積層体を形成している。応力制御部と磁歪部とを貼り合わせる方法に特に限定はないが、通常、接着剤や接着シートを間に介した貼り合わせ、ろう材接合、液相拡散接合等が挙げられる。
【0034】
本発明の磁歪発電デバイスはさらに磁歪素子と連続したフレームを備える。本発明において磁歪発電デバイスの「フレーム」とは、磁歪素子、錘、磁石のそれぞれと接合されて、磁歪発電デバイスの本体を構成する部分である。さらに本発明においてフレームは、磁歪素子と連続しており、且つフレームの少なくとも一部が、磁歪素子の磁歪部から延びた電磁鋼板と、磁歪素子の応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている。これは、少なくとも磁歪素子に隣接するフレームの部分（コイル近傍の、コイルの巻かれていない部分）が磁歪素子と一体構成であることを意味し、フレーム全体が磁歪素子と一体構成である必要はない。
【0035】
磁歪発電デバイスのフレームにおいて、磁歪素子の両端のそれぞれから（コイルからはみ出すように）、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている領域が存在する。この領域の長さは、コイルの長さに相当する長さの５０％以上、好ましくは、コイルの長さに相当する長さ以上である。このような磁歪発電デバイスにおいては、発電用磁歪素子とフレームとの接合部が磁歪素子中もしくは磁歪素子の近傍に存在しないことから、発電のために磁歪素子に連続的な曲げ歪みが加えられた際に、接合部に応力集中が起こりにくく、デバイスの耐久性が向上する。また、磁歪素子から延びた電磁鋼板および弾性材料を含む積層体は、磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘の接合位置まで延びていることが、錘の振動によって生じる曲げ歪が効率的に磁歪素子部に伝達されるために好ましい。
【0036】
さらに磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されているフレームの部分は、フレーム全長の２０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがより好ましい。フレーム全長の２０％以上が上記積層体で構成されていることによって、電磁鋼板で形成された磁歪部と、弾性材料で形成された応力制御部との接着面を広げることが可能になる。その結果、磁気回路を構成する部材内の連続性が高まるために、磁気的なギャップの発生が低減されて、磁石によるバイアス磁場の調整が容易となり、電圧を安定させることができる。
【0037】
フレームの一部のみが、磁歪部から延びた電磁鋼板と応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている場合には、フレームの残りの部分の材料に特に限定はなく、他の鋼板や弾性材料などを接合してフレームを完成させることができる。しかしながら、デバイスの耐久性や製造の容易性の観点から、フレーム全体が磁歪部から延びた電磁鋼板および／または応力制御部から延びた弾性材料と一体構成であることが好ましい。具体的には、磁歪部を形成する電磁鋼板が磁歪素子に相当する部分およびフレーム全体に存在し、フレームの一部と磁歪素子に相当する部分には応力制御部を形成する弾性材料が積層されている構造、または応力制御部を形成する弾性材料が磁歪素子に相当する部分およびフレーム全体に存在し、フレームの一部と磁歪素子に相当する部分には磁歪部を形成する電磁鋼板が積層されている構造が好ましい。磁歪素子を構成する電磁鋼板または弾性材料がフレーム全体に延びているこのような構造では、電磁鋼板と弾性材料とを含む積層体を作製することで磁歪素子とフレームの両方を製造することができる。よって、製造工程を簡素化することが可能となる。また、磁歪発電デバイスを震動源等に固定するための固定部にまで磁歪素子を構成する電磁鋼板および弾性材料の少なくとも一部が延びていることによって、震動源等からの振動を効率良く磁歪素子部に伝達することが可能となるため特に好ましい。
【0038】
また、フレーム全体が磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されていてもよい。このような構成においては、電磁鋼板と弾性材料とを含む積層体が、磁歪素子およびフレームの両方を連続的に形成しており、磁歪素子とフレームとの接合部が全く存在しないため、耐久性の観点から好ましい。さらに磁気回路を構成する部材内の連続性が高まるために、磁気的なギャップの発生が低減されて、磁石によるバイアス磁場の調整が容易となり、電圧をさらに安定させることができる。
【0039】
磁歪素子を含むフレームの寸法に特に限定はないが、一般的に磁歪素子を含むフレームの長さは３０ｍｍ以上７００ｍｍ以下、好ましくは６０ｍｍ以上５００ｍｍ以下、より好ましくは１２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。一般的なフレームの幅は、４ｍｍ以上７０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。フレームの寸法は、機器を動作させるために必要な電力の大きさに合わせて設計に反映させれば良い。
【0040】
フレームの形状にも特に限定はなく、板状や、コ字状、Ｕ字状、Ｖ字状といった少なくとも１か所の曲部を有する形状とすることも可能である。尚、本発明においては、靱性の高い電磁鋼板を磁歪部に用いることから、板状のみならず、曲部を有するＵ字状等のフレームを、磁歪部を形成する磁歪材料によって製造することが可能である。
【0041】
フレームが少なくとも１か所の曲部を有する形状（例えば、Ｕ字型）である場合、フレームおよび磁歪素子において、電磁鋼板がデバイスの内側に位置し、弾性材料がデバイスの外側に位置する構成でも、弾性材料がデバイスの内側に位置し、電磁鋼板がデバイスの外側に位置する構成でもよい。例えば、Ｕ字型のフレームにおいて、電磁鋼板がデバイスの内側に位置し、弾性材料がデバイスの外側に位置すると、磁石を電磁鋼板（即ち、磁歪材料）の上に直接配置することが可能となる。その結果、磁気的なギャップが低減し、バイアス磁場の調整が容易になる。
【0042】
また、Ｕ字型のように、少なくとも１か所の曲部を有する形状のフレームを備えるデバイスにおいては、錘が振動する際に、Ｕ字型の曲部に大きな応力が加わる場合があり、その部位では、Ｕ字型の局部の内側に位置する材料に圧縮応力が作用し、内側に位置する材料と外側に位置する材料とを剥がそうとする力が働く。電磁鋼板がデバイスの外側に位置し、弾性材料がデバイスの内側に位置する構成においては、比較的強靭な弾性材料を応力制御部に使用することが可能となるため、内側の応力制御部が圧縮応力を受け止めて、電磁鋼板との剥離を発生し難くすることができる。さらにこのような構成のデバイスにおいては、電磁鋼板に引っ張り歪が作用して磁歪の効果によって磁束密度が増大する場合、電磁鋼板が磁石に近づくことになり、結果として電磁鋼板の磁束密度が増大するように変化をする。磁歪による磁束密度の変化に加えて磁石の磁場による磁束密度変化が足し合わされるため、発電出力が増大する。
【0043】
本発明の磁歪発電デバイスにおける発電用磁歪素子の寸法は、大きければ大きいほど、発電デバイスにおいてコイルの巻き数を多くして、より大きな電圧を得ることができる。よって、磁歪素子の寸法（コイルを巻く領域の長さ）に特に限定はないが、通常、５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、好ましくは１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
【0044】
磁歪素子の磁歪部およびフレームを形成する電磁鋼板の厚みに特に限定はないが、通常、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。磁歪部の厚みが０．２ｍｍ以上であれば、磁束の変化を大きくできるため、発生電圧も大きくできるため有利であり、０．５ｍｍ以下であれば、振動に適した剛性の設計が容易となるため有利である。電磁鋼板の厚みは、磁歪素子中の磁歪部と、フレームを構成する積層体中とで同じでも良いし、異なっていてもよい。
【0045】
磁歪素子の応力制御部およびフレームを形成する弾性材料の厚みに特に限定はないが、通常、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。応力制御部の厚みが０．１ｍｍ以上であれば、磁歪部全体に対して圧縮、または、引っ張りのどちらか一方の応力負荷を達成する上で有利であり、２．０ｍｍ以下であれば、磁歪素子の振動を妨げることが抑制できる。弾性材料の厚みは、磁歪素子中の磁歪部と、フレームを構成する積層体中とで同じでも良いし、異なっていてもよい。
【0046】
上述した特定の磁歪発電素子および特定のフレームを有する限り、本発明の磁歪発電デバイスの他の構成に特に限定はなく、従来の磁歪発電デバイスと同様に構成することができる。具体的には、当該装置において、磁歪素子の周りにはコイルが装填されており、フレームと、フレームに取り付けられた錘と磁石とを含む。このような装置においては、磁石の磁力線は、磁歪素子を通過して、磁歪部に対してバイアス磁場を印加する。そして錘の振動によってフレームが振動し、磁歪素子に引張力および圧縮力を加える。このとき、磁歪部に対して曲げ歪を加える方向と、磁歪部に対してバイアス磁場を印可する方向とが平行関係にあり、逆磁歪効果によって磁歪素子の磁化を変化させ、コイルに誘導電流（または誘導電圧）を発生させることができる。
【0047】
磁歪部が方向性電磁鋼板から形成される場合には、方向性電磁鋼板の［１００］方向にバイアス磁場が印加されるようにデバイスを構成することで、より大きな電圧が得られるため好ましい。
【0048】
磁歪発電デバイスにおける磁石のサイズや数に特に限定はなく、デバイスの構成に応じて選択することができる。バイアス磁場の発生には永久磁石を用いることが好ましい。これは永久磁石は小型化可能であり、バイアス磁場の制御が容易であるためである。また、永久磁石としては、より大きなバイアス磁場を発生させることができるという理由から、ＮｄＦｅＢ磁石が好ましい。
【0049】
次に、図面に示した実施例のデバイスに参照しながら本発明の磁歪発電デバイスの基本的な構成について説明するが、本発明のデバイスはこれらに限定されるものではない。尚、図１～５、７および８は、曲部を有するフレームの内側に電磁鋼板が位置し、外側に弾性材料が位置するデバイスを示し、図１０～１９は、曲部を有するフレームの内側に弾性材料が位置し、外側に電磁鋼板が位置するデバイスである。
【0050】
図１は、Ｕ字型のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス１００の模式図である。磁歪発電デバイス１００においては、磁歪素子１１０は磁歪部１１１と応力制御部１１２とを有し、その周りに検出用コイル１６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１３０を構成する積層体１２０中の電磁鋼板１２１がデバイスの内側、弾性材料１２２が外側（磁歪素子１１０においては、磁歪部１１１が内側、応力制御部１１２が外側）に配置されている。また、電磁鋼板１２１および弾性材料１２２の厚みは、磁歪部１１１と応力制御部１１２とそれぞれ同じである。さらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１５０を有し、固定部１７０で振動源の上に固定することができる。
【0051】
磁歪発電デバイスの固定は、接着剤やボルトを用いて行うことができる。ボルトで固定する場合は、例えば、磁石１５０の右側の領域にボルト用の穴を設けて、ボルトでデバイスを振動源の上に固定することもできる。（以下、他の構成のデバイスも同様である。）
【0052】
図２は、Ｕ字型のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス２００の模式図である。磁歪発電デバイス２００においては、磁歪素子２１０は磁歪部２１１と応力制御部２１２とを有し、その周りに検出用コイル２６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム２３０を構成する積層体２２０中の電磁鋼板２２１がデバイスの内側、弾性材料２２２が外側（磁歪素子２１０においては、磁歪部２１１が内側、応力制御部２１２が外側）に配置されている。また、電磁鋼板２２１と磁歪部２１１との厚みは同じであるが、応力制御部２１２の厚みは積層体２２０中の弾性材料２２２の厚みよりも薄くして、磁歪素子の振動を容易にしている。デバイス２００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘２４０およびバイアス磁場を印加するための磁石２５０を有し、固定部２７０で振動源の上に固定することができる。
【0053】
図３は、Ｕ字型のフレーム全体が、応力制御部から延びた弾性材料と一体構成である磁歪発電デバイス３００の模式図である。磁歪発電デバイス３００においては、磁歪素子３１０は磁歪部３１１と応力制御部３１２とを有し、その周りに検出用コイル３６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム３３０の全体が応力制御部３１２から延びた弾性材料３２２と一体構成であり、フレームの一部（約７０％）が、電磁鋼板３２１および弾性材料３２２を含む積層体３２０で構成されている。積層体３２０で構成されている部分においては、電磁鋼板３２１がデバイスの内側、弾性材料３２２が外側（磁歪素子３１０においては、磁歪部３１１が内側、応力制御部３１２が外側）に配置されている。また、デバイス３００はさらに磁歪部に歪みを与えるための錘３４０およびバイアス磁場を印加するための磁石３５０を有し、固定部３７０で振動源の上に固定することができる。
【0054】
図４は、Ｕ字型のフレーム全体が、応力制御部から延びた弾性材料と一体構成である磁歪発電デバイス４００の模式図である。磁歪発電デバイス４００においては、磁歪素子４１０は磁歪部４１１と応力制御部４１２とを有し、その周りに検出用コイル４６０が装填されている。フレーム４３０の全体が応力制御部４１２から延びた弾性材料４２２と一体構成であり、フレームの一部（約７０％）が、電磁鋼板４２１および弾性材料４２２を含む積層体４２０で構成されている。積層体４２０で構成されている部分においては、電磁鋼板４２１がデバイスの内側、弾性材料４２２が外側（磁歪素子４１０においては、磁歪部４１１が内側、応力制御部４１２が外側）に配置されている。また、デバイス４００はさらに磁歪部に歪みを与えるための錘４４０およびバイアス磁場を印加するための磁石４５０を有し、固定部４７０で振動源の上に固定することができる。このデバイスにおいては、応力制御部４１２を形成する弾性材料４２２は磁性材料であるため、磁歪部４１１の他に磁性材料である応力制御部にも磁場が流れるため、磁石４５０として大きな磁石を使用している。
【0055】
図５は、Ｕ字型のフレーム全体が、応力制御部から延びた弾性材料と一体構成である磁歪発電デバイス５００の模式図である。磁歪発電デバイス５００においては、磁歪素子５１０は磁歪部５１１と応力制御部５１２とを有し、その周りに検出用コイル５６０が装填されている。フレーム５３０の全体が応力制御部５１２から延びた弾性材料５２２と一体構成であり、フレームの一部（約５０％）が、電磁鋼板５２１および弾性材料５２２を含む積層体５２０で構成されている。積層体５２０で構成されている部分においては、電磁鋼板５２１がデバイスの内側、弾性材料５２２が外側（磁歪素子５１０においては、磁歪部５１１が内側、応力制御部５１２が外側）に配置されている。また、デバイス５００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘５４０およびバイアス磁場を印加するための磁石５５０を有し、固定部５７０で振動源の上に固定することができる。このデバイスにおいては、積層体５２０で構成される領域が、図４の同様の領域よりも短く、磁石５５０として小さな磁石を２つ使用している。
【0056】
図６は、板状のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス６００の模式図である。磁歪発電デバイス６００においては、磁歪素子６１０は磁歪部６１１と応力制御部６１２とを有し、その周りに検出用コイル６６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム６３０は、電磁鋼板６２１および弾性材料６２２を含む積層体６２０で構成されている。さらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘６４０およびバイアス磁場を印加するための磁石６５０を有し、固定部６７０で振動源に固定することができる。
【0057】
図７は、Ｕ字型のフレーム全体が、磁歪部から延びた電磁鋼板と一体構成である磁歪発電デバイス７００の模式図である。磁歪発電デバイス７００においては、磁歪素子７１０は磁歪部７１１と応力制御部７１２とを有し、その周りに検出用コイル７６０が装填されている。フレーム７３０の全体が磁歪部７１１から延びた電磁鋼板７２１と一体構成であり、フレームの一部（約２７％）が、電磁鋼板７２１および弾性材料７２２を含む積層体７２０で構成されている。積層体７２０で構成されている部分においては、電磁鋼板７２１がデバイスの内側、弾性材料７２２が外側（磁歪素子７１０においては、磁歪部７１１が内側、応力制御部７１２が外側）に配置されている。また、デバイス７００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘７４０およびバイアス磁場を印加するための磁石７５０を有し、固定部７７０で振動源の上に固定することができる。このデバイスは、検出用コイル内の磁歪素子の振動を生じやすくするために、弾性材料７２２を短くし、Ｕ字部に支柱７８０を入れた構造である。
【0058】
図８は、Ｕ字型のフレーム全体が、磁歪部から延びた電磁鋼板と一体構成である磁歪発電デバイス８００の模式図である。磁歪発電デバイス８００においては、磁歪素子８１０は磁歪部８１１と応力制御部８１２とを有し、その周りに検出用コイル８６０が装填されている。フレーム８３０の全体が磁歪部８１１から延びた電磁鋼板８２１と一体構成であり、フレームの一部のみが、電磁鋼板８２１および弾性材料８２２を含む積層体８２０で構成されている。積層体８２０で構成されている部分においては、電磁鋼板８２１がデバイスの内側、弾性材料８２２が外側（磁歪素子８１０においては、磁歪部８１１が内側、応力制御部８１２が外側）に配置されている。また、デバイス８００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘８４０およびバイアス磁場を印加するための磁石８５０を有し、固定部８７０で振動源の上に固定することができる。このデバイスは、検出用コイル内の磁歪素子の振動を生じやすくするために、弾性材料８２２を短くし、Ｕ字部に支柱８８０を入れた構造であり、さらに磁石８５０として小さな磁石を２つ使用している。
【0059】
図１０および図１１は、それぞれ、Ｕ字型のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス１０００および１１００の模式図である。磁歪発電デバイス１０００においては、磁歪素子１０１０は磁歪部１０１１と応力制御部１０１２とを有し、その周りに検出用コイル１０６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１０３０を構成する積層体１０２０の電磁鋼板１０２１が外側、弾性材料１０２２が内側（磁歪素子１０１０においては、磁歪部１０１１が外側、応力制御部１０１２が内側）に配置されている。デバイス１０００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１０４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１０５０を有し、固定部１０７０で振動源の上に固定することができる。
【0060】
磁歪発電デバイス１１００は、支柱１１８０が設けられていること以外は、図１０の磁歪発電デバイス１０００と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子１１１０は磁歪部１１１１と応力制御部１１１２とを有し、その周りに検出用コイル１１６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１１３０を構成する積層体１１２０の電磁鋼板１１２１が外側、弾性材料１１２２が内側（磁歪素子１１１０においては、磁歪部１１１１が外側、応力制御部１１１２が内側）に配置されている。デバイス１１００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１１４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１１５０を有する。さらに、デバイスには、検出用コイル１１６０内の磁歪素子１１１０の振動を生じやすくするために、フレーム１１３０のＵ字部に支柱１１８０が設けられている。デバイスは、固定部１１７０で振動源の上に固定することができる。
【0061】
図１２および図１３は、それぞれ、１つのＵ字部と１つのＬ字部とを有する形状のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス１２００および１３００の模式図である。磁歪発電デバイス１２００においては、磁歪素子１２１０は磁歪部１２１１と応力制御部１２１２とを有し、その周りに検出用コイル１２６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１２３０を構成する積層体１２２０の電磁鋼板１２２１が外側、弾性材料１２２２が内側（磁歪素子１２１０においては、磁歪部１２１１が外側、応力制御部１２１２が内側）に配置されている。デバイス１２００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１２４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１２５０を有し、磁石１２５０はＬ字形状に曲げた部分の先の先端部分の内側（弾性材料１２２２側）に固定されている。さらにデバイスは、固定部１２７０で振動源の上に固定することができる。
【0062】
磁歪発電デバイス１３００は、支柱１３８０が設けられていること以外は、図１２の磁歪発電デバイス１２００と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子１３１０は磁歪部１３１１と応力制御部１３１２とを有し、その周りに検出用コイル１３６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１３３０を構成する積層体１３２０の電磁鋼板１３２１が外側、弾性材料１３２２が内側（磁歪素子１３１０においては、磁歪部１３１１が外側、応力制御部１３１２が内側）に配置されている。デバイス１３００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１３４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１３５０を有し、磁石１３５０はＬ字形状に曲げた部分の先の先端部分の内側（弾性材料１３２２側）に固定されている。さらにデバイスには、検出用コイル１３６０内の磁歪素子１３１０の振動を生じやすくするために、フレーム１３３０のＵ字部に支柱１３８０が設けられている。デバイスは、固定部１３７０で振動源の上に固定することができる。
【0063】
図１４および図１５は、それぞれ、１つのＵ字部と１つのＬ字部とを有する形状のフレームが、磁歪素子と一体構成であり、且つ磁石を固定する部分に弾性材料が存在しない磁歪発電デバイス１４００および１５００の模式図である。磁歪発電デバイス１４００においては、磁歪素子１４１０は磁歪部１４１１と応力制御部１４１２とを有し、その周りに検出用コイル１４６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１４３０を構成する積層体１４２０の電磁鋼板１４２１が外側、弾性材料１４２２が内側（磁歪素子１４１０においては、磁歪部１４１１が外側、応力制御部１４１２が内側）に配置されている。デバイス１４００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１４４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１４５０を有し、磁石１４５０はＬ字形状に曲げた部分の先の先端部分の電磁鋼板１４２１の内側に固定されている。デバイス１４００では、磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無く、磁気的なギャップの影響が小さくなるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスは、固定部１４７０で振動源の上に固定することができる。
【0064】
磁歪発電デバイス１５００は、支柱１５８０が設けられていること以外は、図１４の磁歪発電デバイス１４００と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子１５１０は磁歪部１５１１と応力制御部１５１２とを有し、その周りに検出用コイル１５６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１５３０を構成する積層体１５２０の電磁鋼板１５２１が外側、弾性材料１５２２が内側（磁歪素子１５１０においては、磁歪部１５１１が外側、応力制御部１５１２が内側）に配置されている。デバイス１５００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１５４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１５５０を有し、磁石１５５０はＬ字形状に曲げた部分の先の先端部分の電磁鋼板１５２１の内側に固定されている。デバイス１５００では、磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無く、磁気的なギャップの影響が小さくなるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスには、検出用コイル１５６０内の磁歪素子１５１０の振動を生じやすくするために、フレーム１５３０のＵ字部に支柱１５８０が設けられている。デバイスは、固定部１５７０で振動源の上に固定することができる。
【0065】
図１６および図１７は、それぞれ、１つのＵ字部と２つのＬ字部とを有する形状のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス１６００および１７００の模式図である。磁歪発電デバイス１６００においては、磁歪素子１６１０は磁歪部１６１１と応力制御部１６１２とを有し、その周りに検出用コイル１６６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１６３０を構成する積層体１６２０の電磁鋼板１６２１が外側、弾性材料１６２２が内側（磁歪素子１６１０においては、磁歪部１６１１が外側、応力制御部１６１２が内側）に配置されている。デバイス１６００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１６４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１６５０を有し、磁石１６５０は、末端に近いＬ字形状の上側の弾性材料１６２２に固定されている。デバイス１６００では、磁石１６５０と磁歪部１６１１とを近づけて、磁気的なギャップを狭くすることができるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスは、固定部１６７０で振動源の上に固定することができる。
【0066】
磁歪発電デバイス１７００は、支柱１７８０が設けられていること以外は、図１６の磁歪発電デバイス１６００と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子１７１０は磁歪部１７１１と応力制御部１７１２とを有し、その周りに検出用コイル１７６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１７３０を構成する積層体１７２０の電磁鋼板１７２１が外側、弾性材料１７２２が内側（磁歪素子１７１０においては、磁歪部１７１１が外側、応力制御部１７１２が内側）に配置されている。デバイス１７００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１７４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１７５０を有し、磁石１７５０は、末端に近いＬ字形状の上側の弾性材料１７２２に固定されている。デバイス１７００では、磁石１７５０と磁歪部１７１１とを近づけて、磁気的なギャップを狭くすることができるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスには、検出用コイル１７６０内の磁歪素子１７１０の振動を生じやすくするために、フレーム１７３０のＵ字部に支柱１７８０が設けられている。デバイスは、固定部１７７０で振動源の上に固定することができる。
【0067】
図１８および図１９は、それぞれ、１つのＵ字部と２つのＬ字部とを有する形状のフレームが、磁歪素子と一体構成であり、且つ磁石を固定する部分に弾性材料が存在しない磁歪発電デバイス１８００および１９００の模式図である。磁歪発電デバイス１８００においては、磁歪素子１８１０は磁歪部１８１１と応力制御部１８１２とを有し、その周りに検出用コイル１８６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１８３０を構成する積層体１８２０の電磁鋼板１８２１が外側、弾性材料１８２２が内側（磁歪素子１８１０においては、磁歪部１８１１が外側、応力制御部１８１２が内側）に配置されている。デバイス１８００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１８４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１８５０を有し、磁石１８５０は、末端に近いＬ字形状の上側の電磁鋼板１８２１の上に固定されている。デバイス１８００では、磁石１８５０と磁歪部１８１１との距離が近く、さらに磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無いことから、磁気的なギャップの影響がさらに小さくなるため、サイズのより小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスは、固定部１８７０で振動源の上に固定することができる。
【0068】
磁歪発電デバイス１９００は、支柱１９８０が設けられていること以外は、図１８の磁歪発電デバイス１８００と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子１９１０は磁歪部１９１１と応力制御部１９１２とを有し、その周りに検出用コイル１９６０が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム１９３０を構成する積層体１９２０の電磁鋼板１９２１が外側、弾性材料１９２２が内側（磁歪素子１９１０においては、磁歪部１９１１が外側、応力制御部１９１２が内側）に配置されている。デバイス１９００はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘１９４０およびバイアス磁場を印加するための磁石１９５０を有し、磁石１９５０は、末端に近いＬ字形状の上側の電磁鋼板１９２１の上に固定されている。デバイス１９００では、磁石１９５０と磁歪部１９１１との距離が近く、さらに磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無いことから、磁気的なギャップの影響がさらに小さくなるため、サイズのより小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスには、検出用コイル１９６０内の磁歪素子１９１０の振動を生じやすくするために、フレーム１９３０のＵ字部に支柱１９８０が設けられている。デバイスは、固定部１９７０で振動源の上に固定することができる。
【0069】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【0070】
（評価方法）
実施例および比較例においては、作製した磁歪発電デバイスの検出用コイルに誘起される交流電圧をデジタルオシロスコープで取り込み、電圧を測定した。測定した電圧波形のピーク電圧によって、磁歪発電デバイスの性能を評価した。
実施例および比較例においては、作製した磁歪発電デバイスの検出用コイルに誘起される交流電圧をデジタルオシロスコープで取り込み、電圧を測定した。測定した電圧波形のピーク電圧によって、磁歪発電デバイスの性能を評価した。
【0071】
（実施例１）
実施例１において、方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板をそれぞれ電磁鋼板１２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料１２２として用いて、図１に示した構造を有する磁歪発電デバイス１００を作製した。
実施例１において、方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板をそれぞれ電磁鋼板１２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料１２２として用いて、図１に示した構造を有する磁歪発電デバイス１００を作製した。
【0072】
方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の方向性電磁鋼板２７ＺＨ１００、被膜付き、を使用した。厚みは０．２７ｍｍであり、結晶方位は｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を［１００］方向とし、長さ１４０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図１に示したようなＵ字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部１７０に相当する長さは約８０ｍｍ、上側の検出用コイル１６０、錘１４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪みを除去するために、８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪みを除去するために、８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0073】
無方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の無方向性電磁鋼板３５Ｈ２１０、被膜付き、を使用した。厚みは０．３５ｍｍだった。無方向性電磁鋼板を長さ１４０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図１に示したようにＵ字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部１２０に相当する長さは約８０ｍｍ、上側の検出用コイル１６０、錘１４０をつける部位の長さは約４０ｍｍである。
尚、無方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために７４０℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、無方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために７４０℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0074】
弾性材料１２２としては、非磁性材料であるＣＦＲＰ、厚み０．５ｍｍ、幅６ｍｍを用いた。カーボン繊維の方向を長手方向として、Ｕ字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを１４０ｍｍよりも少し長めに切断し、熱プレスでＵ字形状に整えた。
【0075】
Ｕ字型に曲げた方向性または無方向性の電磁鋼板１２１と、Ｕ字型に曲げたＣＦＲＰ（弾性材料１２２）とをエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体１２０とし、磁歪素子１１０に相当する磁歪素子部とフレーム１３０全体（即ち、１００％）との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に５０００ターンの検出用コイル１６０を装填してた。コイルの長さは１５ｍｍだった。次に、７ｇのタングステンの錘１４０を磁歪素子１１０のとなりに接着固定した。さらにＵ字形状の下側の固定部１７０の電磁鋼板１２１側にＮｄＦｅＢ磁石１５０を貼り付けて、フレーム１３０の全体が磁歪素子１１０と一体構成である磁歪発電デバイス１００を得た。
【0076】
得られた磁歪発電デバイスのＵ字形状の下側の固定部１７０を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をＮｄＦｅＢ磁石１５０によって印加した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）、無方向性電磁鋼板では約３２００Ａ／ｍ（４００ｅ）と推定した。加振機を０．５Ｇで加振させて、共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。
【0077】
磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は２１５Ｈｚ、無方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は２２７Ｈｚであった。ピーク電圧は表１に示した。
【0078】
【表1】
【0079】
表１の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0080】
（実施例２）
実施例２において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板２２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料２２２として用いて、図２に示した構造を有する磁歪発電デバイス２００を作製した。
実施例２において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板２２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料２２２として用いて、図２に示した構造を有する磁歪発電デバイス２００を作製した。
【0081】
磁歪素子２１０に相当する磁歪素子部について、弾性材料であるＣＦＲＰの厚みを０．３ｍｍと薄くし、磁歪素子部以外のＣＦＲＰの厚みを０．５ｍｍとする以外は、実施例１と同様に磁歪発電デバイスを組み立て、フレーム２３０の全体（即ち、１００％）が磁歪素子２１０と一体構成である磁歪発電デバイス２００を得た。本デバイスにおいては、応力制御部２１２の厚みを薄くすることで、磁歪素子部の振動をより生じ易くした。
【0082】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス２００を評価したところ、共振周波数は１５５Ｈｚであった。ピーク電圧は表２に示した。
【0083】
【表2】
【0084】
表２の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。また、実施例１と比べて応力制御部２１２の厚みを薄くした分、共振周波数は低下したが、磁歪素子部の振幅が大きくなって発生電圧のピーク値は向上した。
【0085】
（実施例３）
実施例３において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板３２１（磁歪材料）として用い、磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料３２２として用いて、図３に示した構造を有する磁歪発電デバイス３００を作製した。
実施例３において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板３２１（磁歪材料）として用い、磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料３２２として用いて、図３に示した構造を有する磁歪発電デバイス３００を作製した。
【0086】
電磁鋼板３２１として、日本製鉄（株）の方向性電磁鋼板２７ＺＨ１００、被膜付き、を使用した。厚みは０．２７ｍｍであり、結晶方位は｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を［１００］方向とし、長さ１００ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図３に示したようにＵ字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部３７０に相当する長さは約４０ｍｍ、上側の検出用コイル３６０、錘３４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0087】
弾性材料３２２として、非磁性材料であるＳＵＳ３０４、厚み０．５ｍｍ、幅６ｍｍを用いた。Ｕ字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを１４０ｍｍよりも少し長めに切断し、Ｕ字形状に成型して形状を整えた。
尚、Ｕ字状に成型したＳＵＳ３０４を真空中で１０５０℃、１分間保持後をガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
尚、Ｕ字状に成型したＳＵＳ３０４を真空中で１０５０℃、１分間保持後をガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
【0088】
Ｕ字型に曲げた方向性電磁鋼板３２１と、Ｕ字型に曲げたＳＵＳ３０４（弾性材料３２２）をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体３２０とし、フレームの一部（１００ｍｍ／１４０ｍｍ＝約７１％）が上記積層体で構成され、磁歪素子３１０の応力制御部３１２から延びた弾性材料３２２とフレーム３３０の全体とが一体構成である、一体構成体を得た。得られた一体構成体を使用し、実施例１と同様に磁歪発電デバイス３００を作製した。
【0089】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス３００を評価したところ、共振周波数は９８Ｈｚであった。ピーク電圧は表３に示した。
【0090】
【表3】
【0091】
表３の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した
【0092】
（実施例４）
実施例４において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板４２１（磁歪材料）として用い、磁性材料であるＳＳ４００を弾性材料４２２として用いて、図４に示した構造を有する磁歪発電デバイス４００を作製した。
実施例４において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板４２１（磁歪材料）として用い、磁性材料であるＳＳ４００を弾性材料４２２として用いて、図４に示した構造を有する磁歪発電デバイス４００を作製した。
【0093】
電磁鋼板４２１としては、実施例３と同じ方向性電磁鋼板を使用し、Ｕ字形状に整えた。
【0094】
弾性材料４２２としては、磁性材料であるＳＳ４００、厚み０．５ｍｍ、幅６ｍｍを用いた。Ｕ字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを１４０ｍｍよりも少し長めに切断し、Ｕ字形状に成型して形状を整えた。
尚、Ｕ字状に成型したＳＳ４００を真空中で８００℃、３０分保持後炉冷して、切断歪による影響を取り除いた。
尚、Ｕ字状に成型したＳＳ４００を真空中で８００℃、３０分保持後炉冷して、切断歪による影響を取り除いた。
【0095】
Ｕ字型に曲げた方向性電磁鋼板とＵ字型に曲げたＳＳ４００をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体４２０とし、フレームの一部（１００ｍｍ／１４０ｍｍ＝約７１％）が上記積層体で構成され、磁歪素子４１０の応力制御部４１２から延びた弾性材料４２２とフレーム４３０の全体とが一体構成である、一体構成体を得た。得られた一体構成体を使用し、実施例１と同様に磁歪発電デバイス４００を作製した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは約４０００Ａ／ｍ（５００ｅ）と推定した。
【0096】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス４００を評価したところ、共振周波数は１０４Ｈｚであった。ピーク電圧は表４に示した。
【0097】
【表4】
【0098】
表４の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。ただし、応力制御部４１２を形成する弾性材料が磁性材料（ＳＳ４００）であるこのデバイスでは、バイアス磁場が応力制御部４１２にも流れる。そのため、実施例３よりも大きくて強い磁石を使用したが、応力制御部３１２を形成する弾性材料３２２が非磁性材料である実施例３と比べて、バイアス磁場の調整が容易ではなく、結果的に実施例３と比べてピーク電圧は若干低下した。
【0099】
（実施例５）
実施例５において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板５２１（磁歪材料）として用い、磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料５２２として用いて、図５に示した構造を有する磁歪発電デバイス５００を作製した。
実施例５において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板５２１（磁歪材料）として用い、磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料５２２として用いて、図５に示した構造を有する磁歪発電デバイス５００を作製した。
【0100】
電磁鋼板の長さを７０ｍｍにし、磁石を発電用磁歪素子５１０の両側に配置したこと以外は、実施例３と同様に磁歪発電デバイス５００を作製した。作製したデバイスのフレームの一部（７０ｍｍ／１４０ｍｍ＝５０％）が積層体で構成され、フレームの残りの部分は、磁歪素子５１０の応力制御部５１２から延びた弾性材料５２２と一体構成であった。尚、磁石を２つ使用し、磁歪素子内で磁場が打ち消し合わないように、二つの磁石の極性が反対となるように貼り付けた。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）と推定した。
【0101】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス５００を評価したところ、共振周波数は１０８Ｈｚであった。ピーク電圧は表５に示した。
【0102】
【表5】
【0103】
表５の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0104】
（実施例６）
実施例１において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板６２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料６２２として用いて、図６に示した構造を有する磁歪発電デバイス６００を作製した。
実施例１において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板６２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料６２２として用いて、図６に示した構造を有する磁歪発電デバイス６００を作製した。
【0105】
実施例１と同じ方向性電磁鋼板およびＣＦＲＰをそれぞれ長さ８０ｍｍに切断し、Ｕ字型には曲げずに板状のまま、エポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体６２０とし、磁歪素子６１０に相当する磁歪素子部とフレーム６３０の全体（即ち、１００％）との一体構成体を得た。得られた一体構成体を使用し、実施例１と同様に磁歪発電デバイス６００を作製した。
【0106】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス６００を評価したところ、共振周波数は２４８Ｈｚであった。ピーク電圧は表６に示した。
【0107】
【表6】
【0108】
表６の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0109】
（実施例７）
実施例７において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板７２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料７２２として用いて、図７に示した構造を有する磁歪発電デバイス７００を作製した。
実施例７において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板７２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料７２２として用いて、図７に示した構造を有する磁歪発電デバイス７００を作製した。
【0110】
方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の方向性電磁鋼板２７ＺＨ１００、被膜付き、を使用した。厚みは０．２７ｍｍであり、結晶方位は｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を［１００］方向とし、長さ１４０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図７に示したようなＵ字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部７７０に相当する長さは約８０ｍｍ、上側の検出用コイル７６０、錘７４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪みを除去するために、８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪みを除去するために、８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0111】
弾性材料７２２としては、非磁性材料であるＣＦＲＰ、厚み０．３ｍｍ、幅６ｍｍを用いた。カーボン繊維の方向を長手方向として、長さ４０ｍｍに切断した。
【0112】
図７に示すように、切断したＣＦＲＰをＵ字型に曲げた方向性電磁鋼板にエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り付けて積層体７２０とし、フレーム７３０の一部（４０ｍｍ／１４０ｍｍ＝約２９％）が上記積層体で構成され、磁歪素子７１０の磁歪部７１１から延びた電磁鋼板とフレーム７３０の全体とが一体構成である、一体構成体を得た。さらにＳＵＳ３０４のブロックを支柱７８０として方向性電磁鋼板にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。得られた構造体を使用し、実施例１と同様に磁歪発電デバイス７００を作製した。
【0113】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス７００を評価したところ、共振周波数は１６５Ｈｚであった。ピーク電圧は表７に示した。
【0114】
【表7】
【0115】
表７の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。さらに振動が生じやすいため、類似した構成である実施例１のデバイスよりもピーク電圧が向上した。
【0116】
（実施例８）
磁石を２つの磁石８５０に変更する以外は実施例７と同様に、磁歪発電デバイス８００を作製した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）と推定した。
磁石を２つの磁石８５０に変更する以外は実施例７と同様に、磁歪発電デバイス８００を作製した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）と推定した。
【0117】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス８００を評価したところ、共振周波数は１５７Ｈｚであった。ピーク電圧は表８に示した。
【0118】
【表8】
【0119】
表８の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0120】
（比較例１）
比較例１において、方向性電磁鋼板を磁歪部９１１として用い、磁性材料であるＳＳ４００を弾性材料９２２として用いて、図９に示した構造を有する磁歪発電デバイス９００を作製した。
比較例１において、方向性電磁鋼板を磁歪部９１１として用い、磁性材料であるＳＳ４００を弾性材料９２２として用いて、図９に示した構造を有する磁歪発電デバイス９００を作製した。
【0121】
方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の方向性電磁鋼板２７ＺＨ１００、被膜付き、を使用した。厚みは０．２７ｍｍであり、結晶方位は｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織である。方向性電磁鋼板を長さ２０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断し、さらに、歪を除去するために８００℃、２時間、真空中で焼鈍して、磁歪部９１１とした。
【0122】
弾性材料９２２として、幅６ｍｍ、長さ１４０ｍｍのＳＳ４００を用いた。厚みは、上記磁歪部９１１を貼り付ける部分（応力制御部９１２に相当する部分）を０．５ｍｍとし、それ以外の部位を０．８ｍｍとした。それを図９に示したようなＵ字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部９７０に相当する長さは約８０ｍｍ、上側の検出用コイル９６０、錘９４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、Ｕ字状に成型したＳＳ４００を真空中で８００℃、３０分保持後炉冷して、切断歪による影響を取り除いた。
尚、Ｕ字状に成型したＳＳ４００を真空中で８００℃、３０分保持後炉冷して、切断歪による影響を取り除いた。
【0123】
Ｕ字型に曲げた弾性材料の応力制御部９１２に相当する部分に、磁歪部９１１をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて磁歪素子９１０に相当する部分を形成し、磁歪素子９１０の応力制御部９１２から延びた弾性材料９２２とフレーム９３０の全体とが一体構成である一体構成体を得た。この一体構成体においてフレームは、磁歪部から延びた電磁鋼板と応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成された部分を有していない。得られた一体構成体を使用し、実施例１と同様に磁歪発電デバイス９００を作製した。磁歪発電デバイス９００は、さらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘９４０およびバイアス磁場を印加するための磁石９５０を有し、固定部９７０で加振機の上に固定することができた。
【0124】
実施例１と同様に磁歪発電デバイス９００を評価したところ、共振周波数は１１８Ｈｚであった。ピーク電圧は表９に示した。
【0125】
【表9】
【0126】
表９の結果から明らかなように、比較例のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示したものの、バイアス磁場が弾性材料であるＳＳ４００にも流れた。また、フレームに磁歪部から延びた前記電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成された部分が存在しないため、磁歪部の両端を応力制御部に密着させることが容易ではなかった。そのため、磁気的なギャップが生じてしまい、磁石によるバイアス磁場の調整が容易ではなく、類似した構成である実施例４のデバイスよりもピーク電圧が低かった。
【0127】
（実施例１０および比較例２）
実施例１～８および比較例１で作成したデバイスのそれぞれに対して、加振機を用いて連続的に振動を与えた。
実施例１～８および比較例１で作成したデバイスのそれぞれに対して、加振機を用いて連続的に振動を与えた。
【0128】
その結果、フレームの少なくとも一部が、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている実施例１～８のデバイスは、いずれも、２４時間経過した後でも問題なく動作していた。一方、接合部が磁歪素子中に存在する比較例１デバイスは、振動開始から約３時間後には磁歪部と弾性材料の剥離が生じた。これは、振動によって連続的な歪が磁歪素子に加えられ、接合部に応力集中が起こり、剥離が生じたと考えられる。
【0129】
（実施例１１）
実施例１１において、方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板を電磁鋼板１０２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料１０２２として用いて、図１０に示した構造を有する磁歪発電デバイス１０００を作製した。
実施例１１において、方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板を電磁鋼板１０２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料１０２２として用いて、図１０に示した構造を有する磁歪発電デバイス１０００を作製した。
【0130】
方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の方向性電磁鋼板２７ＺＨ１００、被膜付き、を使用した。厚みは０．２７ｍｍであり、結晶方位は｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を［１００］方向とし、長さ１４０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図１０に示したようにＵ字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部１０７０に相当する長さは約８０ｍｍ、上側の検出コイル１０６０、錘１０４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために、８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために、８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0131】
無方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の無方向性電磁鋼板３５Ｈ２１０、被膜付き、を使用した。厚みは０．３５ｍｍである。無方向性電磁鋼板を長さ１４０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図１０に示したようにＵ字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部１０７０に相当する長さは約８０ｍｍ、上側の検出コイル１０６０、錘１０４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、無方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために、７４０℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、無方向性電磁鋼板をＵ字型に曲げた後、歪を除去するために、７４０℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0132】
弾性材料１０２２としては、非磁性材料であるＣＦＲＰ、厚み０．５ｍｍ、幅６ｍｍを用いた。カーボン繊維の方向を長手方向として、Ｕ字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを１４０ｍｍよりも少し短めに切断し、熱プレスでＵ字形状に整えた。
【0133】
Ｕ字型に曲げた方向性または無方向性の電磁鋼板１０２１と、Ｕ字型に曲げたＣＦＲＰ（弾性材料１０２２）とをエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体１０２０とし、磁歪素子１０１０に相当する磁歪素子部とフレーム１０３０全体（即ち、１００％）との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に５０００ターンの検出用コイル１０６０を装填した。コイルの長さは１５ｍｍだった。次に７ｇのタングステンの錘１０４０を磁歪素子１０１０のとなりに接着固定した。さらにＵ字形状の下側固定部１０７０の弾性材料１０２２側にＮｄＦｅＢ磁石１０５０を貼り付けて、フレーム１０３０の全体が磁歪素子１０１０と一体構成である磁歪発電デバイス１０００を得た。
【0134】
得られた磁歪発電デバイスのＵ字形状の下側の固定部１０７０を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をＮｄＦｅＢ磁石１０５０によって印加した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）、無方向性電磁鋼板では３２００Ａ／ｍ（４００ｅ）と推定した。加振機を０．５Ｇで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。
【0135】
磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は２２６Ｈｚ、無方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は２３９Ｈｚであった。ピーク電圧は表１０に示した。
【0136】
【表10】
【0137】
表１０の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0138】
（実施例１２）
実施例１２において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１１２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料１１２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１１８０として設けた、図１１に示した構造を有する磁歪発電デバイス１１００を作製した。
実施例１２において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１１２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＣＦＲＰを弾性材料１１２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１１８０として設けた、図１１に示した構造を有する磁歪発電デバイス１１００を作製した。
【0139】
図１１のデバイスは、実施例１１と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム１１３０を形成した後に、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１１８０として、弾性材料１１２２（ＣＦＲＰ）にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。
【0140】
実施例１１と同様に磁歪発電デバイス１１００を評価したところ、共振周波数は３８４Ｈｚであった。ピーク電圧は表１１に示した。
【0141】
【表11】
【0142】
表１１の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。本実施例においては、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱としてＣＦＲＰにエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図１０のデバイスの２２６Ｈｚから３８４Ｈｚに大きくすることができた。さらに共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表１０の方向性電磁鋼板の８２９ｍＶに比べて７４６ｍＶと小さくなったが、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0143】
また、デバイス１１００では、支柱の右側の積層体が振動するため、この支柱を貼り付ける位置によって振動させる積層体の長さの調整が可能であり、共振周波数を調整することも可能である。
【0144】
（実施例１３）
実施例１３において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１２２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１２２２として用いて、図１２に示した構造を有する磁歪発電デバイス１２００を作製した。
実施例１３において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１２２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１２２２として用いて、図１２に示した構造を有する磁歪発電デバイス１２００を作製した。
【0145】
方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の方向性電磁鋼板２７ＺＨ１００、被膜付き、を使用した。厚みは０．２７ｍｍであり、結晶方位は｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を［１００］方向とし、長さ１３０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図１２に示したようにＵ字部とＬ部を有する型に曲げて形状を整えた。下側の固定部１２７０に相当する長さは約４０ｍｍ、上側の検出コイル１２６０、錘１２４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、Ｕ字部とＬ部を有する形状に曲げた後、歪を除去するために８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、Ｕ字部とＬ部を有する形状に曲げた後、歪を除去するために８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0146】
弾性材料１２２２としては、非磁性材料であるＳＵＳ３０４、厚み０．５ｍｍ、幅６ｍｍを用いた。Ｕ字部とＬ部を有する電磁鋼板と一体化できるように長さを１３０ｍｍよりも少し短めに切断し、Ｕ字部とＬ部を有する形状に成型して形状を整えた。
Ｕ字部とＬ部を有する形状に成型したＳＵＳ３０４を真空中で１０５０℃、１分間保持後、ガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
Ｕ字部とＬ部を有する形状に成型したＳＵＳ３０４を真空中で１０５０℃、１分間保持後、ガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
【0147】
成形した方向性電磁鋼板とＳＵＳ３０４をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体１２２０とし、磁歪素子１２１０に相当する磁歪素子部とフレーム１２３０全体（即ち、１００％）との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に５０００ターンの検出コイルを装填した。コイル長さは１５ｍｍだった。次に７ｇのタングステンの錘１２４０を磁歪素子１２１０のとなりに接着固定した。さらに得られた磁歪発電デバイスのＬ字形状に曲げた部分の先の先端部分の内側（弾性材料１２２２側）にＮｄＦｅＢ磁石１２５０を貼り付けて、フレーム１２３０全体が磁歪素子１２１０と一体構成である磁歪発電デバイス１２００を得た。
【0148】
得られた磁歪発電デバイスのＵ字形状の下側の固定部１２７０を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をＮｄＦｅＢ磁石１２５０によって印加した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）と推定した。加振機を０．５Ｇで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。
【0149】
磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は１０４Ｈｚであった。ピーク電圧は表１２に示した。
【0150】
【表12】
【0151】
表１２の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0152】
（実施例１４）
実施例１４において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１３２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１３２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１３８０として設けた、図１３に示した構造を有する磁歪発電デバイス１３００を作製した。
実施例１４において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１３２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１３２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１３８０として設けた、図１３に示した構造を有する磁歪発電デバイス１３００を作製した。
【0153】
図１３のデバイスは、実施例１３と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム１３３０を形成した後に、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１３８０として弾性材料１３２２（ＳＵＳ３０４）にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。
【0154】
実施例１３と同様に磁歪発電デバイス１３００を評価したところ、共振周波数は１７７Ｈｚであった。ピーク電圧は表１３に示した。
【0155】
【表13】
【0156】
表１３の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。本実施例においては、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱として弾性材料（ＳＵＳ３０４）にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図１２のデバイスの１０４Ｈｚから１７７Ｈｚに大きくすることができた。共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表１２の９８７ｍＶに比べて８８６ｍＶと小さくなったが、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0157】
また、デバイス１３００では、支柱の右側の積層体が振動するため、この支柱を貼り付ける位置によって振動させる積層体の長さの調整が可能であり、共振周波数を調整することも可能である。
【0158】
（実施例１５）
実施例１５において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１４２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１４２２として用いて、図１４に示した構造を有する磁歪発電デバイス１４００を作製した。
実施例１５において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１４２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１４２２として用いて、図１４に示した構造を有する磁歪発電デバイス１４００を作製した。
【0159】
図１４のデバイスは、実施例１２と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム１４３０を形成する際に、ＮｄＦｅＢ磁石１４５０を設置する部位に弾性材料１４２２がない状態とするために、方向性電磁鋼板と張り合わせるＳＵＳ３０４の長さを短くした。さらにＮｄＦｅＢ磁石１４５０を方向性電磁鋼板１４２１に直接貼り付けた。
【0160】
得られた磁歪発電デバイスのＵ字形状の下側の固定部１４７０を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をＮｄＦｅＢ磁石１４５０によって印加した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）と推定した。加振機を０．５Ｇで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。
【0161】
磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は１０１Ｈｚであった。ピーク電圧は表１４に示した。
【0162】
【表14】
【0163】
表１４の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0164】
また、デバイス１４００は、実施例１３のデバイス１２００に比べて、磁石と方向性電磁鋼板との間に弾性材料（非磁性材料であるＳＵＳ３０４）が無いため、磁気的なギャップの影響が小さくなる。そのため、デバイス１２００で使用したＮｄＦｅＢ磁石に比べてサイズの小さな磁石を使用することができた。
【0165】
（実施例１６）
実施例１６において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１５２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１５２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１５８０として設けた、図１５に示した構造を有する磁歪発電デバイス１５００を作製した。
実施例１６において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１５２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１５２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１５８０として設けた、図１５に示した構造を有する磁歪発電デバイス１５００を作製した。
【0166】
図１５のデバイスは、実施例１５と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム１５３０を形成した後に、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１５８０として弾性材料１５２２（ＳＵＳ３０４）にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。
【0167】
実施例１５と同様に磁歪発電デバイス１５００を評価したところ、共振周波数は１７２Ｈｚであった。ピーク電圧は表１５に示した。
【0168】
【表15】
【0169】
表１５の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。本実施例においては、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱として弾性材料（ＳＵＳ３０４）にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図１４のデバイス１４００の１０１Ｈｚから１７２Ｈｚに大きくすることができた。共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表１４の９８９ｍＶに比べて８９０ｍＶと小さくなったが、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0170】
また、デバイス１５００では、支柱の右側の積層体が振動するため、この支柱を貼り付ける位置によって振動させる積層体の長さの調整が可能であり、共振周波数を調整することも可能である。
【0171】
（実施例１７）
実施例１７において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１６２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１６２２として用いて、図１６に示した構造を有する磁歪発電デバイス１６００を作製した。
実施例１７において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１６２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１６２２として用いて、図１６に示した構造を有する磁歪発電デバイス１６００を作製した。
【0172】
方向性電磁鋼板として、日本製鉄（株）の方向性電磁鋼板２７ＺＨ１００、被膜付き、を使用した。厚みは０．２７ｍｍであり、結晶方位は｛１１０｝［１００］ＧＯＳＳ集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を［１００］方向としで、長さ１１０ｍｍ、幅６ｍｍにシャーリング切断した。それを図１６に示したようにＵ字部と二つのＬ部を有する型に曲げて形状を整えた。下側の固定部１６７０に相当する長さは約３５ｍｍ、上側の検出コイル１６６０、錘１６４０をつける部位の長さは約４０ｍｍとした。
尚、Ｕ字部と二つのＬ部を有する形状に曲げた後、歪を除去するために８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
尚、Ｕ字部と二つのＬ部を有する形状に曲げた後、歪を除去するために８００℃、２時間、真空中で焼鈍した。
【0173】
弾性材料１６２２としては、非磁性材料であるＳＵＳ３０４、厚み０．５ｍｍ、幅６ｍｍを用いた。Ｕ字部と二つのＬ部を有する電磁鋼板と一体化できるように長さを１１０ｍｍよりも少し短めに切断し、Ｕ字部と二つのＬ部を有する形状に成型して形状を整えた。
Ｕ字部と二つのＬ部を有する形状に成型したＳＵＳ３０４を真空中で１０５０℃、１分間保持後、ガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
Ｕ字部と二つのＬ部を有する形状に成型したＳＵＳ３０４を真空中で１０５０℃、１分間保持後、ガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
【0174】
成形した方向性電磁鋼板とＳＵＳ３０４をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体１６２０とし、磁歪素子１６１０に相当する磁歪素子部とフレーム１６３０全体（即ち、１００％）との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に５０００ターンの検出コイルを装填した。コイル長さは１５ｍｍだった。次に７ｇのタングステンの錘１６４０を磁歪素子１６１０のとなりに接着固定した。さらに末端に近いＬ字形状の上側の弾性材料１６２２側にＮｄＦｅＢ磁石１６５０を貼り付けて、フレーム１６３０全体が磁歪素子１６１０と一体構成である磁歪発電デバイス１６００を得た。
【0175】
得られた磁歪発電デバイスのＵ字形状の下側の固定部１６７０を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をＮｄＦｅＢ磁石１２５０によって印加した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）と推定した。加振機を０．５Ｇで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。
【0176】
磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は１０５Ｈｚあった。ピーク電圧は表１６に示した。
【0177】
【表16】
【0178】
表１６の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
また、デバイス１６００は、実施例１１のデバイス１０００に比べて、磁石と磁歪素子部とを近づけることができるため、磁気的なギャップが狭くなり、デバイス１０００で使用したＮｄＦｅＢ磁石に比べてサイズの小さな磁石を使用することができた。
また、デバイス１６００は、実施例１１のデバイス１０００に比べて、磁石と磁歪素子部とを近づけることができるため、磁気的なギャップが狭くなり、デバイス１０００で使用したＮｄＦｅＢ磁石に比べてサイズの小さな磁石を使用することができた。
【0179】
（実施例１８）
実施例１８において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１７２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１７２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１７８０として設けた、図１７に示した構造を有する磁歪発電デバイス１７００を作製した。
実施例１８において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１７２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１７２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１７８０として設けた、図１７に示した構造を有する磁歪発電デバイス１７００を作製した。
【0180】
図１７のデバイスは、実施例１７と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム１７３０を形成した後に、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１７８０として、弾性材料１７２２（ＳＵＳ３０４）にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。
【0181】
実施例１７と同様に磁歪発電デバイス１７００を評価したところ、共振周波数は１７３Ｈｚであった。ピーク電圧は表１７に示した。
【0182】
【表17】
【0183】
表１７の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。本実施例においては、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱としてＳＵＳ３０４にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図１６のデバイス１６００の１０５Ｈｚから１７３Ｈｚに大きくすることができた。さらに共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表１６の９８５ｍＶに比べて８９２ｍＶと小さくなったが、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0184】
（実施例１９）
実施例１９において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１８２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１８２２として用いて、図１８に示した構造を有する磁歪発電デバイス１８００を作製した。
実施例１９において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１８２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１８２２として用いて、図１８に示した構造を有する磁歪発電デバイス１８００を作製した。
【0185】
図１８のデバイスは、実施例１６と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム１８３０を形成する際に、ＮｄＦｅＢ磁石１８５０を設置する部位に弾性材料１８２２がない状態とするために、方向性電磁鋼板と張り合わせるＳＵＳ３０４の長さを短くした。さらにＮｄＦｅＢ磁石１８５０を方向性電磁鋼板１８２１に直接貼り付けた。
【0186】
得られた磁歪発電デバイスのＵ字形状の下側の固定部１８７０を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をＮｄＦｅＢ磁石１８５０によって印加した。尚、磁石の強さ（大きさ）を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約２８００Ａ／ｍ（３５０ｅ）と推定した。加振機を０．５Ｇで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。
【0187】
磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は１０３Ｈｚであった。ピーク電圧は表１８に示した。
【0188】
【表18】
【0189】
表１８の結果から明らかなように、本発明の磁歪素子を用いたデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0190】
また、デバイス１８００は、実施例１７のデバイス１６００に比べて、磁石と方向性電磁鋼板との間に弾性材料（非磁性材料であるＳＵＳ３０４）が無いため、磁気的なギャップの影響が小さくなる。そのため、デバイス１６００で使用したＮｄＦｅＢ磁石に比べてサイズの小さな磁石を使用することができた。
【0191】
（実施例２０）
実施例２０において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１９２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１９２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１９８０として設けた、図１９に示した構造を有する磁歪発電デバイス１９００を作製した。
実施例２０において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板１９２１（磁歪材料）として用い、非磁性材料であるＳＵＳ３０４を弾性材料１９２２として用い、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１９８０として設けた、図１９に示した構造を有する磁歪発電デバイス１９００を作製した。
【0192】
図１９のデバイスは、実施例１９と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム１９３０を形成した後に、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱１９８０として弾性材料１９２２（ＳＵＳ３０４）にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。
【0193】
実施例１９と同様に磁歪発電デバイス１９００を評価したところ、共振周波数は１６９Ｈｚであった。ピーク電圧は表１９に示した。
【0194】
【表19】
【0195】
表１９の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、５００ｍＶ以上の発電性能を示した。本実施例においては、ＳＵＳ３０４のブロックを支柱としてＳＵＳ３０４にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図１８のデバイス１８００の１０３Ｈｚから１６９Ｈｚに大きくすることができた。共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため発生電圧のピーク値は表１８の９９２ｍＶに比べて８９７ｍＶと小さくなったが５００ｍＶ以上の発電性能を示した。
【0196】
（実施例２１）
実施例１１～実施例２０で作製したデバイスのそれぞれに対して、加振機を用いて連続的に振動を与えた。
実施例１１～実施例２０で作製したデバイスのそれぞれに対して、加振機を用いて連続的に振動を与えた。
【0197】
その結果、フレームの少なくとも一部が、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている実施例１１～２０のデバイスは、いずれも、２４時間経過した後でも問題なく動作していた。
【産業上の利用可能性】
【0198】
本発明によって、低コスト且つ耐久性に優れ、従来の磁歪発電デバイスと同等またはそれらを超える発電量を達成しうる、性能の安定な磁歪発電デバイスが提供される。本発明の発電用磁歪素子は、従来の磁歪素子よりも低コストでありながら、従来と同等またはそれらを超える発電量の達成を可能にすることから、ＩｏＴ等における無線センサモジュールのみならず、様々な機器の電源として有用である。
【符号の説明】
【0199】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００，１７００、１８００、１９００ 磁歪発電デバイス
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０、１２１０、１３１０、１４１０、１５１０、１６１０、１７１０、１８１０、１９１０、 発電用磁歪素子
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１、９１１、１０１１、１１１１、１２１１、１３１１、１４１１、１５１１、１６１１、１７１１、１８１１、１９１１ 磁歪部（電磁鋼板）
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、９１２、１０１２、１１１２、１２１２、１３１２、１４１２、１５１２、１６１２、１７１２、１８１２、１９１２ 応力制御部（弾性材料）
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０、１０２０、１１２０、１２２０、１３２０、１４２０、１５２０、１６２０、１７２０、１８２０、１９２０ 積層体
１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１、７２１、８２１、１０２１、１１２１、１２２１、１３２１、１４２１、１５２１、１６２１、１７２１、１８２１、１９２１ 電磁鋼板
１２２、２２２、３２２、４２２、５２２、６２２、７２２、８２２、９２２、１０２２、１１２２、１２２２、１３２２、１４２２、１５２２、１６２２、１７２２、１８２２、１９２２ 弾性材料
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０、９３０、１０３０、１１３０、１２３０、１３３０、１４３０、１５３０、１６３０、１７３０、１８３０、１９３０ フレーム
１４０、２４０、３４０、４４０、５５０、６４０、７４０、８４０、９４０、１０４０、１１４０、１２４０、１３４０、１４４０、１５４０、１６４０、１７４０、１８４０、１９４０ 錘
１５０、２５０、３５０、４５０、５５０、６５０、７５０、８５０、９５０、１０５０、１１５０、１２５０、１３５０、１４５０、１５５０、１６５０、１７５０、１８５０、１９５０
磁石
１６０、２６０、３６０、４６０、５６０、６６０、７６０、８６０、９６０、１０６０、１１６０、１２６０、１３６０、１４６０、１５６０、１６６０、１７６０、１８６０、１９６０検出用コイル
１７０、２７０、３７０、４７０、５７０、６７０、７７０、８７０、９７０、１０７０、１１７０、１２７０、１３７０、１４７０、１５７０、１６７０、１７７０、１８７０、１９７０ 固定部
７８０、８８０、１１８０、１３８０、１５８０、１７８０、１９８０ 支柱
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０、１２１０、１３１０、１４１０、１５１０、１６１０、１７１０、１８１０、１９１０、 発電用磁歪素子
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１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、９１２、１０１２、１１１２、１２１２、１３１２、１４１２、１５１２、１６１２、１７１２、１８１２、１９１２ 応力制御部（弾性材料）
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０、１０２０、１１２０、１２２０、１３２０、１４２０、１５２０、１６２０、１７２０、１８２０、１９２０ 積層体
１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１、７２１、８２１、１０２１、１１２１、１２２１、１３２１、１４２１、１５２１、１６２１、１７２１、１８２１、１９２１ 電磁鋼板
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磁石
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７８０、８８０、１１８０、１３８０、１５８０、１７８０、１９８０ 支柱
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】