JP5578235B2 - 圧電発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電発電装置に関する。特に、本発明は、圧電発電素子を備える圧電発電装置に関する。

従来、自動車のタイヤなどの空気圧を検知するシステムとして、タイヤ空気圧監視システム（Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＴＰＭＳ）が知られている。一般的に、ＴＰＭＳは、タイヤの内部に取り付けられ、タイヤの空気圧及び温度を検知するセンサと、車両側に配置されている無線機にデータを無線送信する送信機とを備えている。このため、ＴＰＭＳでは、これらのセンサや送信機などに電力を供給するための電源が必要となる。

ＴＰＭＳなどに使用可能な電源として、従来、様々な発電装置が提案されている。なかでも、圧電効果を利用した圧電発電装置は、小型化が容易であるため、特に注目されている。

例えば、下記の特許文献１には、図１８に示す圧電発電装置が記載されている。図１８に示すように、圧電発電装置１００は、一方側の端部が固定されており、他方側の端部に錘１０１が取り付けられている弾性体１０２を備えている。弾性体１０２の両主面１０２ａ，１０２ｂには、接触子１０３，１０４が設けられている。また、両主面１０２ａ，１０２ｂの上方には、圧電素子１０５，１０６が固定されている。

圧電発電装置１００では、錘１０１に応力が加わり弾性体１０２が上方向に変位すると、接触子１０３が圧電素子１０５を加圧する。これにより、圧電素子１０５が変形し、圧電素子１０５において電力が生じる。また、錘１０１に応力が加わり弾性体１０２が下方向に変位すると、接触子１０４が圧電素子１０６を加圧する。これにより、圧電素子１０６が変形し、圧電素子１０６において電力が生じる。

特開２００５−３１２２６９号公報

図１８に示す圧電発電装置１００では、圧電素子１０５，１０６が接触子１０３，１０４により加圧されて変形する際に、圧電素子１０５，１０６の圧電体１０５ａ，１０６ａに引張応力が加わる。ここで、圧電体１０５ａ，１０６ａは、引張応力に対して弱く、引張応力が加わった際に破壊されやすい。従って、圧電発電装置１００では、高い耐久性を実現することが困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性に優れた圧電発電装置を提供することにある。

本発明に係る圧電発電装置は、第１の弾性体と、圧電発電素子とを備えている。第１の弾性体は、応力を受けたときに第１の方向に沿って変形する。圧電発電素子は、第２の弾性体と、圧電素子とを有する。第２の弾性体は、第１の弾性体の第１の方向に垂直な第２の方向の一方側に配置されている。圧電素子は、第２の弾性体の第２の方向の一方側の表面の上に固定されている。本発明に係る圧電発電装置は、第１の弾性体が第２の方向の一方側に向かって凹状に屈曲したときに、第２の弾性体が、第１の弾性体から応力を受け、第２の方向の一方側に向かって凹状に屈曲する一方、第１の弾性体が第２の方向の一方側に向かって凸状に屈曲したときには、第２の弾性体が、第１の弾性体から応力を受けないように構成されている。本発明に係る圧電発電装置は、振動抑制部材をさらに備えている。振動抑制部材は、第１の弾性体と第２の弾性体との間の少なくとも一部に配置されている。振動抑制部材は、第２の弾性体の屈曲モードの振動を抑制する。第１の弾性体は、弾性体本体と、第１の当接部と、第２の当接部とを有する。弾性体本体は、第２の弾性体の第２の方向の他方側に位置している。第１の当接部は、弾性体本体に固定されている。第１の当接部は、第２の弾性体の第１の方向の一方側に位置している。第２の当接部は、弾性体本体に固定されている。第２の当接部は、第２の弾性体の第１の方向の他方側に位置している。第１及び第２の当接部材は、弾性体本体が第２の方向の一方側に向かって凹状となったときに第２の弾性体に当接するように設けられている。

なお、本発明において、弾性体とは、応力が加わった際に弾性変形する部材をいい、具体的には、例えば、ゴム、金属、プラスチックなどにより形成されている部材をいう。

本発明に係る圧電発電装置のある特定の局面では、振動抑制部材は、第１の弾性体に固定されており、第２の弾性体の第２の方向における第１の弾性体とは反対側の部分に当接するストッパーを含む。

本発明に係る圧電発電装置の他の特定の局面では、振動抑制部材のヤング率は、第１及び第２の弾性体のヤング率よりも小さく、かつ、振動抑制部材の損失係数は、第１及び第２の弾性体の損失係数よりも大きい。

本発明に係る圧電発電装置の別の特定の局面では、振動抑制部材は、ばねにより構成されている。

本発明に係る圧電発電装置のさらに他の特定の局面では、振動抑制部材は、第２の方向において、第１の弾性体と第２の弾性体との間に配置されている。この構成によれば、第２の弾性体に第１の弾性体の振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。従って、圧電素子の疲労破壊をより効果的に抑制できる。その結果、より優れた耐久性を得ることができる。

本発明に係る圧電発電装置のまたさらに他の特定の局面では、第２の弾性体の第１の方向の一方側端部を除く部分の少なくとも一部が、第１の弾性体に対して固定されている。

本発明に係る圧電発電装置のまたさらに別の特定の局面では、圧電発電装置は、固定部材をさらに備えている。固定部材は、第２の弾性体の第１の方向の一方側端部を除く部分の少なくとも一部と、第１の弾性体とを固定している。固定部材は、振動抑制部材により構成されている。

本発明に係る圧電発電装置のさらにまた他の特定の局面では、第１の接続部材と、第２の接続部材とを備えている。第１の接続部材は、第１の当接部と第２の弾性体とを接続している。第２の接続部材は、第２の当接部と第２の弾性体とを接続している。第１及び第２の接続部材のそれぞれは、振動抑制部材により構成されている。

本発明に係る圧電発電装置のさらにまた別の特定の局面では、第１の弾性体と第２の弾性体とは、振動抑制部材を介して接合されている。

本発明では、第１の弾性体と第２の弾性体との間に配置されており、第２の弾性体の屈曲モードの振動を抑制する振動抑制部材が設けられる。従って、振動が印加されることによる圧電素子の疲労破壊を抑制することができる。よって、優れた耐久性を得ることができる。

図１は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の略図的側面図である。 図２は、圧電素子の略図的断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。 図４は、第１の実施形態において、圧電発電装置に応力が印加され、第１の弾性体が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凹状に変形したときの圧電発電装置の略図的側面図である。 図５は、第１の実施形態において、圧電発電装置に応力が印加され、第１の弾性体が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状に変形したときの圧電発電装置の略図的側面図である。 図６は、比較例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。 図７は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の第１の弾性体に第２の方向ｙに沿った振動が加わったときの圧電発電装置の模式的側面図である。 図８は、第１の変形例に係る圧電発電装置の略図的側面図である。 図９は、第２の変形例に係る圧電発電装置の略図的側面図である。 図１０は、第２の実施形態に係る圧電発電装置の略図的断面図である。 図１１は、第３の変形例に係る圧電発電装置の略図的断面図である。 図１２は、第４の変形例に係る圧電発電装置の略図的断面図である。 図１３は、第３の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。 図１４は、図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶにおける略図的断面図である。 図１５は、第４の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。 図１６は、図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩにおける略図的断面図である。 図１７は、図１５の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける略図的断面図である。 図１８は、特許文献１に記載の圧電発電装置の略図的断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態及び変形例の例について説明する。但し、以下に示す実施形態や変形例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態や変形例に何ら限定されない。

（第１の実施形態）
本実施形態では、圧電発電装置が、タイヤの内部に配置され、ＴＰＭＳに用いられる場合について説明する。但し、本発明の圧電発電装置の用途は、ＴＰＭＳのみに限定されない。本発明の圧電発電装置は、ＴＰＭＳを含むあらゆる用途に適用可能である。本発明の圧電発電装置は、例えば、ＩＤタグやＩＣカードなどの用途にも使用可能である。

図１は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の略図的側面図である。図２は、圧電素子の略図的断面図である。図３は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。

図１に示すように、本実施形態の圧電発電装置１は、ゴム製のタイヤ１０の内壁１０ａに取り付けられている。圧電発電装置１は、第１の弾性体１１を備えている。第１の弾性体１１は、タイヤ１０が回転し、接地することにより変形したときに、タイヤ１０から応力を受け、タイヤ１０の周方向と並行な第１の方向ｘに沿って変形する。

第１の弾性体１１は、弾性変形可能なものである限りにおいて特に限定されない。第１の弾性体１１は、例えば、鉄やアルミニウムなどの金属や、鉄やアルミニウムを含む合金、樹脂などにより形成することができる。

第１の弾性体１１は、板状の弾性体本体１１ａと、第１及び第２の当接部１１ｂ，１１ｃとを備えている。本実施形態では、弾性体本体１１ａと、第１及び第２の当接部１１ｂ，１１ｃとは、折り曲げられた一枚の弾性板により構成されている。

弾性体本体１１ａは、タイヤ１０の内壁１０ａに固定されている。弾性体本体１１ａの固定方法は特に限定されない。弾性体本体１１ａは、例えば、接着剤、粘着剤、ビス、ねじ、篏合、ベルト、などにより固定することができる。このため、弾性体本体１１ａは、タイヤ１０の変形と共に変形する。具体的には、弾性体本体１１ａは、タイヤ１０の変形と共に、第１の方向ｘに垂直な第２の方向ｙ（弾性体本体１１ａの法線方向）のｙ１側に凸状または凹状に湾曲する。

第１の当接部１１ｂは、弾性体本体１１ａに固定されている。第１の当接部１１ｂは、弾性体本体１１ａの第１の方向ｘのｘ１側に位置している。第１の当接部１１ｂは、弾性体本体１１ａから第２の方向ｙのｙ１側に向かって延びるように形成されている。第１の当接部１１ｂは、第１の方向ｘにおいて、後述の第２の弾性体１３と対面している。

第２の当接部１１ｃは、弾性体本体１１ａに固定されている。第２の当接部１１ｃは、弾性体本体１１ａの第１の方向ｘのｘ２側に位置している。第２の当接部１１ｃは、弾性体本体１１ａから第２の方向ｙのｙ１側に向かって延びるように形成されている。第２の当接部１１ｃは、第１の方向ｘにおいて、後述の第２の弾性体１３と対面している。

なお、本実施形態では、第１の弾性体１１がタイヤ１０と別個に設けられている例について説明するが、第１の弾性体１１は、タイヤ１０の一部により構成されていてもよい。

第１の弾性体１１の弾性体本体１１ａの第２の方向ｙにおけるｙ１側には、圧電発電素子１２が配置されている。圧電発電素子１２は、第２の弾性体１３と、圧電素子１４とを有するユニモルフ型構造の圧電発電素子である。

第２の弾性体１３は、第１の弾性体１１の弾性体本体１１ａの第２の方向ｙにおけるｙ１側に配置されている。本実施形態では、第２の弾性体１３は、第１の弾性体１１に直接固定されていない。第２の弾性体１３は、第１の弾性体１１に対して、第２の方向ｙに変位可能である。第２の弾性体１３は、第１の方向ｘにおいて、第１の当接部１１ｂと第２の当接部１１ｃとの間に位置している。

第２の弾性体１３は、板状の弾性体本体１３ａと、第１及び第２の当接部１３ｂ，１３ｃとを有する。本実施形態では、板状の弾性体本体１３ａと、第１及び第２の当接部１３ｂ，１３ｃとは、折り曲げられた一枚の弾性板により構成されている。弾性体本体１３ａは、弾性体本体１１ａと並行に配置されている。

第１の当接部１３ｂは、弾性体本体１３ａの第１の方向ｘにおけるｘ１側端部に固定されている。第１の当接部１３ｂは、弾性体本体１３ａから第２の方向ｙのｙ１側に向かって延びるように形成されている。第１の当接部１３ｂは、第１の当接部１１ｂに対して第１の方向ｘのｘ２側に位置しており、第１の当接部１１ｂと第１の方向ｘにおいて対面している。

第２の当接部１３ｃは、弾性体本体１３ａの第１の方向ｘにおけるｘ２側端部に固定されている。第２の当接部１３ｃは、弾性体本体１３ａから第２の方向ｙのｙ１側に向かって延びるように形成されている。第２の当接部１３ｃは、第２の当接部１１ｃに対して第１の方向ｘのｘ１側に位置しており、第２の当接部１１ｃと第１の方向ｘにおいて対面している。

なお、第２の弾性体１３も、上記第１の弾性体１１と同様に、弾性変形可能なものである限りにおいて特に限定されない。第２の弾性体１３は、例えば、鉄やアルミニウムなどの金属や、鉄やアルミニウムを含む合金、樹脂などにより形成することができる。

図１及び図３に示すように、圧電素子１４は、第２の弾性体１３の弾性体本体１３ａの第２の方向ｙのｙ１側の表面の上に固定されている。圧電素子１４の固定方法は、特に限定されない。圧電素子１４は、弾性体本体１３ａに接着または粘着していてもよいし、半田、ボルト、ねじ等により弾性体本体１３ａに固定されていてもよい。

図２に示すように、圧電素子１４は、圧電基板１４ａと、第１及び第２の電極１４ｂ，１４ｃとを備えている。第１及び第２の電極１４ｂ，１４ｃは、圧電基板１４ａを挟持している。圧電基板１４ａにおいて生じた電力は、この第１及び第２の電極１４ｂ，１４ｃから取り出される。

圧電基板１４ａは、適宜の圧電体からなる。圧電体の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、水晶、有機圧電体などが挙げられる。なお、圧電基板１４ａの分極方向は特に限定されない。圧電基板１４ａは、例えば、第２の方向ｙに沿って分極されていてもよいし、第１または第３の方向ｘ，ｚに沿って分極されていてもよい。

第１及び第２の電極１４ｂ，１４ｃは、適宜の導電材料により形成することができる。第１及び第２の電極１４ｂ，１４ｃは、例えば、鉄、銅、アルミニウム、銀、金、クロムなどの金属、ステンレスやジュラルミン、ニクロム、モネル、キュプロ、ＩＴＯなどの合金により形成することができる。

但し、本発明において、圧電素子は、本実施形態の圧電素子１４に限定されない。本発明において、圧電素子は、例えば、圧電基板を複数有するものであってもよい。また、第１及び第２の電極は、単一の導電膜により構成されていてもよいし、複数の導電膜の積層体により構成されていてもよい。

本実施形態では、図１に示すように、第１の弾性体１１の弾性体本体１１ａと、第２の弾性体１３の弾性体本体１３ａとは、第２の方向ｙに沿って、相互に間隔をおいて配列されている。そして、第２の方向ｙにおいて、弾性体本体１１ａと弾性体本体１３ａとの間には、振動抑制部材１５が配置されている。弾性体本体１１ａと弾性体本体１３ａとは、この振動抑制部材１５を介して接合されている。もっとも、弾性体本体１１ａ，１３ａと、振動抑制部材１５とは、接合されておらず、第２の方向ｙに相互に変位可能であってもよい。

振動抑制部材１５は、第２の弾性体１３が屈曲モード振動することを抑制する部材である。詳細には、第１の弾性体１１の振動が第２の弾性体１３に伝搬するのを抑制することにより第２の弾性体１３が屈曲モード振動することを抑制する機能や、衝撃や加速度変化等の外力の伝搬によって発生する第２の弾性体１３の屈曲振動を抑制する機能を有する。このため、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とだけが直接固定（一部又は複数部）している場合よりも、第１及び第２の弾性体１１，１３の間に振動抑制部材１５が介在しているときの方が第１の弾性体１１の振動が第２の弾性体１３に伝搬されにくくなる。

振動抑制部材１５は、上記のような振動伝搬阻害機能を有するものである限りにおいて特に限定されない。振動抑制部材１５は、粘性を有する粘性体や、粘性と弾性とを兼ね備えた粘弾性体により構成することができる。具体的には、振動抑制部材１５は、ヤング率が第１及び第２の弾性体１１，１３より小さく、且つ損失係数が第１及び第２の弾性体１１，１３よりも大きい弾性体などにより形成することができる。また、振動抑制部材１５は、例えば、板バネやコイルばねなどにより構成されていてもよい。すなわち、振動抑制部材１５は、振動の伝搬を抑制する振動伝搬阻害機能を有する材料からなるものであってもよいし、振動伝搬阻害機能を発揮する構造を有するものであってもよい。換言すれば、振動抑制部材１５は、材料的に振動伝搬阻害機能を実現しているものであってもよいし、構造的に振動伝搬阻害機能を実現しているものであってもよい。

図４は、第１の実施形態において、圧電発電装置に応力が印加され、第１の弾性体が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凹状に変形したときの圧電発電装置の略図的側面図である。

次に、主として図１及び図４を参照しながら、本実施形態の圧電発電装置１における発電態様について説明する。

図１に示すように、圧電発電装置１は、タイヤ１０の内壁１０ａのうち、圧電発電装置１が取り付けられている部分が接地し、平面状となり、第１及び第２の弾性体１１，１３の弾性体本体１１ａ，１３ａが平板状であるときにおいて、第１の当接部１１ｂ，１３ｂ間及び第２の当接部１１ｃ，１３ｃ間に応力が生じないように構成されている。

一方、図４に示すように、タイヤ１０の内壁１０ａのうち、圧電発電装置１が取り付けられている部分が接地しておらず、曲面状であるときは、第１の弾性体１１が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凹状となり、第１及び第２の当接部１１ｂ，１１ｃ間の第１の方向ｘにおける距離が短くなる。このため、第１及び第２の当接部１１ｂ，１１ｃが第２の弾性体１３の第１及び第２の当接部１３ｂ，１３ｃに当接し、第２の弾性体１３の第１及び第２の当接部１３ｂ，１３ｃが押圧される。それに伴い、弾性体本体１３ａも第２の方向ｙのｙ１側に向かって凹状に変形する。その結果、弾性体本体１３ａの第２の方向ｙのｙ１側の表面の上に固定されている圧電素子１４の圧電基板１４ａ（図２を参照）に圧縮応力が付与される。

従って、タイヤ１０が回転すると、圧電発電装置１は、図１に示す態様と、図４に示す態様とを交互にとることとなる。これにより、圧電基板１４ａに圧縮応力が断続的に付与される。その結果、圧電基板１４ａにおいて電力が生じ、発電が行われる。

図５は、第１の実施形態において、圧電発電装置に応力が印加され、第１の弾性体が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状に変形したときの圧電発電装置の略図的側面図である。

タイヤ１０が平坦な地面上を回転している場合は、圧電発電装置１は、上述のように図１に示す態様と図４に示す態様とを交互にとる。このため、圧電基板１４ａには、圧縮応力は付与されるものの、圧電基板１４ａが破壊されやすい引張応力が付与されない。

例えば、地面に石が存在している場合のように、地面の凸部の上をタイヤ１０が通過した場合は、図５に示すように、第１の弾性体１１が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状となり得る。この場合において、第２の弾性体１３も第１の弾性体１１と共に第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状となると圧電基板１４ａに引張応力が付与され、圧電基板１４ａが疲労破壊しやすくなる。

それに対して本実施形態では、第２の弾性体１３は、第１の弾性体１１に対して直接接合されておらず、弾性変形可能な振動抑制部材１５を介して接合されている。このため、第１の弾性体１１が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状となったときに、第２の弾性体１３は、第１の弾性体１１から実質的に応力を受けない。従って、図５に示すように、第１の弾性体１１が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状となった場合においても、第２の弾性体１３は、第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状となりにくい。よって、圧電基板１４ａに引張応力が付与されにくい。従って、圧電基板１４ａが疲労破壊されにくい。その結果、優れた耐久性を実現することができる。圧電基板１４ａに引張応力が付与されることをより効果的に抑制する観点からは、振動抑制部材１５は、第１及び第２の弾性体１１，１３よりも弾性変形しやすいものであることが好ましい。

図６は、比較例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。図６に示すように、圧電発電装置２００は、第１の弾性体２０１と、第２の弾性体２０２と、接続部２０４とを備えている。第１の弾性体２０１と、第２の弾性体２０２と、接続部２０４とは、折り曲げられた一枚の弾性板により構成されている。第２の弾性体２０２の第１の方向ｘのｘ１側端部は、接続部２０４により第１の弾性体２０１に接続されている。一方、第２の弾性体２０２の第１の方向ｘのｘ２側端部は、第１の弾性体２０１に対して変位可能となっている。第２の弾性体２０２の第１の弾性体２０１とは反対側の表面の上には、圧電素子２０３が固定されている。

このような圧電発電装置２００においても、発電時には、圧電素子２０３に圧縮応力が付与され、引張応力は付与されない。また、第１の弾性体２０１が第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状となったときにおいても、第２の弾性体２０２は、第２の方向ｙのｙ１側に向かって凸状とならない。このため、圧電素子２０３に引張応力は付与されない。

しかしながら、圧電発電装置２００では、第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０２とが接続部２０４により接続されており、かつ、第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０２との間の空間が中空となっている。このため、第１の弾性体２０１の振動が接続部２０４を介して第２の弾性体２０２に伝わると、第２の弾性体２０２は、振動し、第２の方向ｙのｙ２側にも変位する。その結果、第２の弾性体２０２の上に固定されている圧電素子２０３の圧電基板に引張応力が加わる。従って、圧電基板が疲労破壊されやすい。

それに対して、本実施形態では、図１に示すように、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との間に振動抑制部材１５が配置されている。このため、第１の弾性体１１の振動は、第２の弾性体１３に伝搬されにくい。従って、第２の弾性体１３が振動し、圧電素子１４の圧電基板１４ａに引張応力が付与されにくい。よって、圧電基板１４ａが疲労破壊されにくい。

さらに本実施形態では、圧電発電装置２００とは異なり、第２の弾性体１３は、第１の弾性体１１に直接固定されていない。このため、第２の弾性体１３に振動が伝搬したとしても、図７に示すように、第２の弾性体１３が一体的に第２の方向ｙに沿って振動し、第２の弾性体１３が変形しにくい。従って、圧電基板１４ａに引張応力がより付与されにくい。

また、第２の方向ｙにおいて第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との間に振動抑制部材１５が配置されており、第２の方向ｙにおける第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との間の空間が中実となっている。従って、第２の弾性体１３の一部が他の部分よりも第２の方向ｙのｙ２側に変位することがより効果的に抑制されている。従って、圧電基板１４ａに引張応力がさらに付与されにくい。

このように、本実施形態の圧電発電装置１においては、発電時、第１の弾性体１１が第２の方向のｙ１側に向かって凸状となったとき、第１の弾性体１１に振動が発生したときのいずれにおいても、圧電基板１４ａに引張応力が付与されにくい。従って、圧電発電装置１の優れた耐久性が実現されている。

以下、本発明の実施形態の他の例や変形例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第１及び第２の変形例）
図８は、第１の変形例に係る圧電発電装置の略図的側面図である。図９は、第２の変形例に係る圧電発電装置の略図的側面図である。

第１及び第２の変形例は、上記第１の実施形態の変形例である。上記第１の実施形態では、第２の方向ｙにおいて第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とが対向している部分の全体に振動抑制部材１５が設けられている場合について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。

例えば、図８や図９に示すように、第２の方向ｙにおいて第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とが対向している部分の一部に振動抑制部材１５を配置してもよい。具体的には、図８に示す例では、第２の方向ｙにおいて第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とが対向している部分の一部に複数の振動抑制部材１５（第１〜第３の振動抑制部材１５ａ〜１５ｃ）が等間隔に配置されている。

図９に示す例では、第２の方向ｙにおいて第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とが対向している部分の第１の方向ｘの中央部分に一つの振動抑制部材１５が配置されている。このような場合であっても、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る圧電発電装置の略図的断面図である。

本実施形態の圧電発電装置２では、第１及び第２の弾性体１１，１３のそれぞれは板状に形成されている。第１の弾性体１１の第１の方向ｘのｘ１側の端部１１ｄと、第２の弾性体１３の第１の方向ｘのｘ１側の端部１３ｄとは、接続部１７により接続されている。第１の弾性体１１の第１の方向ｘのｘ２側の端部１１ｅと、第２の弾性体１３の第１の方向ｘのｘ２側の端部１３ｅとは、直接接合されていない。第１の弾性体１１の第１の方向ｘのｘ２側の端部１１ｅには、当接部１６が接続されている。第２の弾性体１３の端部１３ｅは、この当接部１６に当接している。このため、本実施形態の圧電発電装置２も、上記第１の実施形態の圧電発電装置１と同様に、第１の弾性体１１が第２の方向ｙのｙ１側に凹状となったときには第２の弾性体１３も第２の方向ｙのｙ１側に凹状となる一方、第１の弾性体１１が第２の方向ｙのｙ１側に凸状となったときには第２の弾性体１３には応力が実質的に付与されず、第２の弾性体１３は、第２の方向ｙのｙ１側に凸状とならない。従って、本実施形態の圧電発電装置２においても、発電時に圧電基板１４ａに引張応力が係ることが効果的に抑制されている。

また、第１の実施形態の圧電発電装置１と同様に、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との間に振動抑制部材１５が配置されているため、第１の弾性体１１の振動が第２の弾性体１３に伝搬しにくい。従って、第１の弾性体１１が振動した場合であっても、圧電基板１４ａに引張応力が係ることが効果的に抑制されている。

但し、本実施形態の場合は、第２の弾性体１３が第１の弾性体１１と接続部１７を介して接続されている。このため、第１の実施形態の圧電発電装置１と較べると、第１の弾性体１１の振動は、第２の弾性体１３に伝搬されやすい。しかしながら、第２の弾性体１３に振動が伝搬したとしても、第２の弾性体１３の振動は、振動抑制部材１５により効果的に減衰される。このため、圧電基板１４ａに引張応力が繰り返し付与されることが抑制される。

従って、本実施形態の圧電発電装置２においても、上記第１の実施形態の圧電発電装置１と同様に、優れた耐久性が実現されている。

なお、本実施形態において、振動抑制部材１５は、第２の弾性体１３に接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。

（第３の変形例）
図１１は、第３の変形例に係る圧電発電装置の略図的断面図である。

この第３の変形例は、上記第２の実施形態の変形例である。上記第２の実施形態では、接続部１７が第１及び第２の弾性体１１，１３と同一材料により一体に形成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。

例えば、図１１に示すように、接続部１７は、第１及び第２の弾性体１１，１３と異なる材料により別体に設けられていてもよい。その場合において、接続部１７は、振動抑制部材１５と同様に、第１の弾性体１１の振動が第２の弾性体１３に伝搬するのを抑制する振動抑制部材により構成されていることが好ましい。その場合は、第１の弾性体１１の振動が接続部１７を経由して第２の弾性体１３に伝搬しにくくなる。従って、圧電基板１４ａに引張応力がより付与されにくくなる。その結果、より優れた耐久性を実現することができる。

なお、本実施形態では、接続部１７は振動抑制部材１５と別体に形成されているが、接続部１７と振動抑制部材１５とを一体に形成してもよい。

また、当接部１６を設けないようにしてもよい。すなわち、例えば、平板状の第１の弾性体と、第１の弾性体とは反対側の表面に圧電素子が固定されている平板状の第２の弾性体と、第１及び第２の弾性体の間に配置されており、第１及び第２の弾性体のそれぞれに接合されている振動抑制部材とにより圧電発電装置を構成してもよい。

（第４の変形例）
図１２は、第４の変形例に係る圧電発電装置の略図的断面図である。

この第４の変形例は、上記第３の変形例のさらなる変形例である。図１２に示すように、本変形例では、当接部１６が設けられていない代わりに、第２の弾性体１３の端部１３ｅの第１の弾性体１１に接触している端面１３ｅ１が粗面に形成されている。この場合であっても、第１の弾性体１１が第２の方向ｙのｙ１側に凹状となったときには、端面１３ｅ１と第１の弾性体１１の表面との間に生じる摩擦力により第２の弾性体１３も第２の方向ｙのｙ１側に凹状となる。従って、好適に発電が行われる。

また、第３の変形例の場合と同様に、圧電基板１４ａに引張応力が加わり難いため、優れた耐久性を実現することができる。

（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。図１４は、図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶにおける略図的断面図である。

上記第１及び第２の実施形態では、振動抑制部材１５が第２の方向ｙにおける第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との間に配置されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。

図１３及び図１４に示すように、本実施形態の圧電発電装置３では、第２の方向ｙにおいて第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との間の空間は、中空とされている。そして、第２の弾性体１３は、端部１３ｄ，１３ｅにおいて、第１及び第２の接続部材としての第１及び第２の振動抑制部材１５ａ，１５ｂを介して第１の弾性体１１の端部１１ｄ，１１ｅに接続されている。この場合であっても、第１及び第２の振動抑制部材１５ａ，１５ｂによって第１の弾性体１１の振動が第２の弾性体１３に伝搬することが抑制される。従って上記第１及び第２の実施形態と同様に、優れた耐久性を実現することができる。

なお、本実施形態では、第２の弾性体１３は、第１及び第２の振動抑制部材１５ａ，１５ｂを介して第１の弾性体１１の端部１１ｄ，１１ｅに当接しており、第１の弾性体１１の端部１１ｄ，１１ｅに直接は当接していない。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、第２の弾性体１３と第１の弾性体１１とを第１及び第２の振動抑制部材１５ａ，１５ｂを介して接続すると共に、第２の弾性体１３の一部を第１の弾性体１１の一部と当接するようにしてもよい。

（第４の実施形態）
図１５は、第４の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。図１６は、図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩにおける略図的断面図である。図１７は、図１５の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける略図的断面図である。

本実施形態の特徴は、第１の弾性体１１に固定されており、第２の弾性体１３の第２の方向ｙのｙ１側の部分に当接するストッパー１５ｄ，１５ｅにより振動抑制部材が構成されている点にある。振動抑制部材としてのストッパー１５ｄ，１５ｅは、圧電発電素子１２のｘ方向の両端部のｙ１側に位置している。圧電発電素子１２は、第１の弾性体１１、振動抑制部材及び、当接部に固定されていない。このため、屈曲振動が圧電発電素子１２に伝搬しにくい。また、第２の弾性体１３が大きく屈曲振動しようとしたときに、その屈曲振動がストッパー１５ｄ，１５ｅにより阻害される。このため、本実施形態においても、第２の弾性体１３の屈曲モードの振動が効果的に減衰する。

また、ストッパー１５ｄ，１５ｅが設けられているため、圧電発電素子１２の脱落も効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、圧電発電素子１２のｚ方向の両側にガイド１８ａ，１８ｂが設けられているため、圧電発電素子１２が第１の弾性体１１に対して傾斜したりすることが抑制されている。

１〜３…圧電発電装置
１０…タイヤ
１０ａ…タイヤの内壁
１１…第１の弾性体
１１ａ…弾性体本体
１１ｂ…第１の当接部
１１ｃ…第２の当接部
１１ｄ，１１ｅ…端部
１２…圧電発電素子
１３…第２の弾性体
１３ａ…弾性体本体
１３ｂ…第１の当接部
１３ｃ…第２の当接部
１３ｄ，１３ｅ…端部
１３ｅ１…端面
１４…圧電素子
１４ａ…圧電基板
１４ｂ…第１の電極
１４ｃ…第２の電極
１５，１５ａ〜１５ｃ…振動抑制部材
１５ｄ，１５ｅ…ストッパー
１６…当接部
１７…接続部
１８ａ，１８ｂ…ガイド

Claims (9)

1. 応力を受けたときに第１の方向に沿って変形する第１の弾性体と、
   前記第１の弾性体の前記第１の方向に垂直な第２の方向の一方側に配置されている第２の弾性体と、前記第２の弾性体の前記第２の方向の一方側の表面の上に固定されている圧電素子とを有する圧電発電素子とを備え、
   前記第１の弾性体が前記第２の方向の一方側に向かって凹状に屈曲したときに、前記第２の弾性体が、前記第１の弾性体から応力を受け、前記第２の方向の一方側に向かって凹状に屈曲する一方、前記第１の弾性体が前記第２の方向の一方側に向かって凸状に屈曲したときには、前記第２の弾性体が、前記第１の弾性体から応力を受けないように構成されており、
   前記第１の弾性体と前記第２の弾性体との間の少なくとも一部に配置されており、前記第２の弾性体の屈曲モードの振動を抑制する振動抑制部材をさらに備え、
   前記第１の弾性体は、前記第２の弾性体の前記第２の方向の他方側に位置している弾性体本体と、前記弾性体本体に固定されており、前記第２の弾性体の前記第１の方向の一方側に位置している第１の当接部と、前記弾性体本体に固定されており、前記第２の弾性体の前記第１の方向の他方側に位置している第２の当接部とを有し、
   前記第１及び第２の当接部材は、前記弾性体本体が前記第２の方向の一方側に向かって凹状となったときに前記第２の弾性体に当接するように設けられている、圧電発電装置。
2. 前記振動抑制部材は、前記第１の弾性体に固定されており、前記第２の弾性体の前記第２の方向における前記第１の弾性体とは反対側の部分に当接するストッパーを含む、請求項１に記載の圧電発電装置。
3. 前記振動抑制部材のヤング率は、前記第１及び第２の弾性体のヤング率よりも小さく、かつ、前記振動抑制部材の損失係数は、前記第１及び第２の弾性体の損失係数よりも大きい、請求項１または２に記載の圧電発電装置。
4. 前記振動抑制部材は、ばねにより構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
5. 前記振動抑制部材は、前記第２の方向において、前記第１の弾性体と前記第２の弾性体との間に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載に記載の圧電発電装置。
6. 前記第２の弾性体の前記第１の方向の一方側端部を除く部分の少なくとも一部が、前記第１の弾性体に対して固定されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
7. 前記第２の弾性体の前記第１の方向の一方側端部を除く部分の少なくとも一部と、前記第１の弾性体とを固定している固定部材をさらに備え、
   前記固定部材は、前記振動抑制部材により構成されている、請求項６に記載の圧電発電装置。
8. 前記第１の当接部と前記第２の弾性体とを接続している第１の接続部材と、
   前記第２の当接部と前記第２の弾性体とを接続している第２の接続部材とをさらに備え、
   前記第１及び第２の接続部材のそれぞれが、前記振動抑制部材により構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
9. 前記第１の弾性体と前記第２の弾性体とは、前記振動抑制部材を介して接合されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電発電装置。

Images