JPH11136964A - 圧電式電源装置 - Google Patents
圧電式電源装置Info
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- JPH11136964A JPH11136964A JP9316146A JP31614697A JPH11136964A JP H11136964 A JPH11136964 A JP H11136964A JP 9316146 A JP9316146 A JP 9316146A JP 31614697 A JP31614697 A JP 31614697A JP H11136964 A JPH11136964 A JP H11136964A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電素子を有する振動子を振動せしめて電力
を得る圧電式電源装置において、発電効率を向上せしめ
ることである。 【解決手段】 固定端部５から延出する振動子２が梁部
３と重り４とよりなり、梁部３の先端部３ａを重り４
に、基端部３ｂを固定端部５に埋設せしめ、梁部３には
圧電素子７１，７２が形成された圧電式電源装置におい
て、埋設された先端部３ａ、基端部３ｂの、加振力によ
る応力が生じない埋設深部に導電層非形成の圧電層のみ
でなる、逆圧電効果が生じない圧電不能部８１ａ，８１
ｂ，８２ａ，８２ｂを設けることで、エネルギー損失を
防止する。また金属板６の両面の圧電素子７１、７２の
厚さの和の梁部３の厚さに対する割合を、高い発電量の
得られる０．５５〜０．８０とする。
を得る圧電式電源装置において、発電効率を向上せしめ
ることである。 【解決手段】 固定端部５から延出する振動子２が梁部
３と重り４とよりなり、梁部３の先端部３ａを重り４
に、基端部３ｂを固定端部５に埋設せしめ、梁部３には
圧電素子７１，７２が形成された圧電式電源装置におい
て、埋設された先端部３ａ、基端部３ｂの、加振力によ
る応力が生じない埋設深部に導電層非形成の圧電層のみ
でなる、逆圧電効果が生じない圧電不能部８１ａ，８１
ｂ，８２ａ，８２ｂを設けることで、エネルギー損失を
防止する。また金属板６の両面の圧電素子７１、７２の
厚さの和の梁部３の厚さに対する割合を、高い発電量の
得られる０．５５〜０．８０とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を利用し
た圧電式電源装置に関する。
た圧電式電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車等に装備した各種機器への
給電は、通常、バッテリ等からの給電線により行ってい
る。しかし給電線による方法では、給電の場所によって
組付け時に給電線の取りまわしが面倒であったり、給電
の場所が可動部の場合、給電線の接触不良や耐久性が問
題となる。したがってこのような場所に設置される機器
は該機器と一体の電源を備えているのが望ましいが、電
池では寿命が問題となる。そこで半永久的寿命をもつ圧
電式電源装置が期待されている。圧電式電源装置として
は、梁部とその一部が埋設された重りとよりなる振動子
を有し、梁部の端部が固定端部に埋設された構成のもの
が広く知られている。上記梁部は、圧電層の両面に導電
層を形成して圧電素子とし、これを可撓性の基板に密着
したものである。振動源より振動が固定端部を介して振
動子に伝達されると、圧電素子において機械的振動エネ
ルギーが電気エネルギーに変換され、電力が電極である
導電層から取り出される。特開昭５９−１９４６７７号
公報には、タイヤ空気圧の検出信号を送信する無線回路
の電源として車輪に取り付けられたものが開示されてお
り、車輪の振動から数ｍＷの電力を発生する。
給電は、通常、バッテリ等からの給電線により行ってい
る。しかし給電線による方法では、給電の場所によって
組付け時に給電線の取りまわしが面倒であったり、給電
の場所が可動部の場合、給電線の接触不良や耐久性が問
題となる。したがってこのような場所に設置される機器
は該機器と一体の電源を備えているのが望ましいが、電
池では寿命が問題となる。そこで半永久的寿命をもつ圧
電式電源装置が期待されている。圧電式電源装置として
は、梁部とその一部が埋設された重りとよりなる振動子
を有し、梁部の端部が固定端部に埋設された構成のもの
が広く知られている。上記梁部は、圧電層の両面に導電
層を形成して圧電素子とし、これを可撓性の基板に密着
したものである。振動源より振動が固定端部を介して振
動子に伝達されると、圧電素子において機械的振動エネ
ルギーが電気エネルギーに変換され、電力が電極である
導電層から取り出される。特開昭５９−１９４６７７号
公報には、タイヤ空気圧の検出信号を送信する無線回路
の電源として車輪に取り付けられたものが開示されてお
り、車輪の振動から数ｍＷの電力を発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記圧電
式電源装置は、常に十分な振動が得られるとは限らず、
電気エネルギーへの変換効率が悪いと電力不足のおそれ
がある。したがって必要な電力を確保するには体格が大
型化せざるを得ない。
式電源装置は、常に十分な振動が得られるとは限らず、
電気エネルギーへの変換効率が悪いと電力不足のおそれ
がある。したがって必要な電力を確保するには体格が大
型化せざるを得ない。
【０００４】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
効率よく電力を取り出すことができる圧電式電源装置を
提供することを目的とする。
効率よく電力を取り出すことができる圧電式電源装置を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、振動子が圧電層の両面に導電層を形成した圧電素子
を可撓性の基板に密着せしめた梁部と、梁部の一部を埋
設せしめた重りとよりなり、梁部の端部を固定端部に埋
設せしめ、固定端部を介して振動源より振動子に振動を
伝達し、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換
する圧電式電源装置において、上記梁部の上記端部およ
び上記一部の一方または両方の少なくとも埋設深部に、
導電層非形成の圧電層を上記基板に密着してなる圧電不
能部を設ける。
は、振動子が圧電層の両面に導電層を形成した圧電素子
を可撓性の基板に密着せしめた梁部と、梁部の一部を埋
設せしめた重りとよりなり、梁部の端部を固定端部に埋
設せしめ、固定端部を介して振動源より振動子に振動を
伝達し、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換
する圧電式電源装置において、上記梁部の上記端部およ
び上記一部の一方または両方の少なくとも埋設深部に、
導電層非形成の圧電層を上記基板に密着してなる圧電不
能部を設ける。
【０００６】梁部においては、応力が実質的に生じない
埋設深部を除き、圧電効果により電気エネルギーを発生
せしめる曲げ応力や応力集中が生じ、圧電素子の導電層
には電荷が現れる。圧電不能部は導電層がないからここ
に上記電荷が移動してくることがなく移動電荷による逆
圧電効果は生じない。しかして逆圧電効果によるエネル
ギー損失を防止することができる。
埋設深部を除き、圧電効果により電気エネルギーを発生
せしめる曲げ応力や応力集中が生じ、圧電素子の導電層
には電荷が現れる。圧電不能部は導電層がないからここ
に上記電荷が移動してくることがなく移動電荷による逆
圧電効果は生じない。しかして逆圧電効果によるエネル
ギー損失を防止することができる。
【０００７】請求項２記載の発明では、振動子が圧電層
の両面に導電層を形成した圧電素子を可撓性の基板の両
面に密着せしめた梁部と、梁部の一部を埋設せしめた重
りとよりなり、梁部の端部を固定端部に埋設せしめ、固
定端部を介して振動源より振動子に振動を伝達し、機械
的振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電式電
源装置において、上記両圧電素子の厚さの和の上記梁部
の厚さに対する割合を０．５５〜０．８０とする。
の両面に導電層を形成した圧電素子を可撓性の基板の両
面に密着せしめた梁部と、梁部の一部を埋設せしめた重
りとよりなり、梁部の端部を固定端部に埋設せしめ、固
定端部を介して振動源より振動子に振動を伝達し、機械
的振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電式電
源装置において、上記両圧電素子の厚さの和の上記梁部
の厚さに対する割合を０．５５〜０．８０とする。
【０００８】発明者らが圧電式電源装置の発電効率につ
いて実験を行った結果から得た知見によれば、上記梁部
の厚さが一定の場合、発電量は上記両圧電素子の厚さの
和の上記梁部の厚さに対する割合に依存し、該割合を
０．５５〜０．８０としたとき高い発電量が得られ、こ
れを外れると急激に低下することが分かった。したがっ
て上記割合を上記数値とすることで高い発電効率が得ら
れる。最高の発電効率を得るには、請求項３記載の発明
のように上記割合を０．６７とする。
いて実験を行った結果から得た知見によれば、上記梁部
の厚さが一定の場合、発電量は上記両圧電素子の厚さの
和の上記梁部の厚さに対する割合に依存し、該割合を
０．５５〜０．８０としたとき高い発電量が得られ、こ
れを外れると急激に低下することが分かった。したがっ
て上記割合を上記数値とすることで高い発電効率が得ら
れる。最高の発電効率を得るには、請求項３記載の発明
のように上記割合を０．６７とする。
【０００９】
（第１実施形態）図１に本発明の圧電式電源装置を示
す。圧電式電源装置１は振動子２を有し、振動子２は、
偏平な三角形状の梁部３とその一部たる先端部３ａに設
けた重り４とからなる。重り４は鉛等の高比重の材料を
ブロック状に成形したもので、これに梁部３の先端部３
ａが埋設されている。梁部３は端部たる基端部３ｂがブ
ロック状の固定端部５に埋設され、固定端部５から片持
ち梁状に水平に延出している。固定端部５はガラス等の
剛性の高い材料からできており、梁部３を強固に保持す
るようになっている。固定端部５は、圧電式電源装置１
が電力を供給する機器のハウジング等に固定され、圧電
式電源装置１が上記ハウジング等と一体化するようにな
っている。
す。圧電式電源装置１は振動子２を有し、振動子２は、
偏平な三角形状の梁部３とその一部たる先端部３ａに設
けた重り４とからなる。重り４は鉛等の高比重の材料を
ブロック状に成形したもので、これに梁部３の先端部３
ａが埋設されている。梁部３は端部たる基端部３ｂがブ
ロック状の固定端部５に埋設され、固定端部５から片持
ち梁状に水平に延出している。固定端部５はガラス等の
剛性の高い材料からできており、梁部３を強固に保持す
るようになっている。固定端部５は、圧電式電源装置１
が電力を供給する機器のハウジング等に固定され、圧電
式電源装置１が上記ハウジング等と一体化するようにな
っている。
【００１０】梁部３はコバール等の０．２ｍｍ程度の厚
さの金属平板を、幅１２ｍｍ×長さ２０ｍｍ程度の三角
形状に成形して基板たる金属板６とし、その両面にそれ
ぞれ導電接着材等により圧電素子７１，７２とこれと一
体の圧電不能部８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂとが設
けてある。
さの金属平板を、幅１２ｍｍ×長さ２０ｍｍ程度の三角
形状に成形して基板たる金属板６とし、その両面にそれ
ぞれ導電接着材等により圧電素子７１，７２とこれと一
体の圧電不能部８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂとが設
けてある。
【００１１】圧電素子７１，７２および圧電不能部８１
ａ〜８２ｂについて説明する。図２は梁部３の上面を示
し、図３は図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面を
示している。なお図２、図３には、梁部３埋設時の重り
４および固定端部５を仮想線で示している。圧電素子７
１，７２および圧電不能部８１ａ〜８２ｂは、チタン酸
ジルコニア酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料を金属板６と略
同じ三角形状に成形した圧電層７１１，７２１の両面に
対称に圧電層７１１，７２１の両端部を残して銀（Ａg
）や白金（Ｐt ）等の導電材料により数μｍの厚さの
薄膜が形成されて導電層たる電極層７１２，７１３，７
２２，７２３としてあり、圧電層７１１，７２１をその
両面から電極層７１２，７１３，７２２，７２３が挟む
圧電素子７１，７２が形成される（図３）。かかる圧電
素子７１，７２の積層部分はシート積層法等により製作
される。
ａ〜８２ｂについて説明する。図２は梁部３の上面を示
し、図３は図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面を
示している。なお図２、図３には、梁部３埋設時の重り
４および固定端部５を仮想線で示している。圧電素子７
１，７２および圧電不能部８１ａ〜８２ｂは、チタン酸
ジルコニア酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料を金属板６と略
同じ三角形状に成形した圧電層７１１，７２１の両面に
対称に圧電層７１１，７２１の両端部を残して銀（Ａg
）や白金（Ｐt ）等の導電材料により数μｍの厚さの
薄膜が形成されて導電層たる電極層７１２，７１３，７
２２，７２３としてあり、圧電層７１１，７２１をその
両面から電極層７１２，７１３，７２２，７２３が挟む
圧電素子７１，７２が形成される（図３）。かかる圧電
素子７１，７２の積層部分はシート積層法等により製作
される。
【００１２】圧電不能部８１ａ〜８２ｂは、圧電素子７
１，７２の両側の、電極層非形成の圧電層７１１，７２
１のみの部分である。梁部３の先端部３ａ、基端部３ｂ
は、重り４、固定端部５に埋設されたとき、圧電素子７
１，７２の、重り４、固定端部５間の中央部７１ｃ（圧
電素子７１のみ図示、以下同じ）を残し、圧電素子７
１，７２の端部７１ａ，７１ｂ（圧電素子７１のみ図
示、以下同じ）が重り４、固定端部５内に進入する程度
に電極層７１２，７１３，７２２，７２３の長さが設定
され、梁部３の埋設される先端部３ａ、基端部３ｂの埋
設深部に圧電不能部８１ａ〜８２ｂが配せられる。
１，７２の両側の、電極層非形成の圧電層７１１，７２
１のみの部分である。梁部３の先端部３ａ、基端部３ｂ
は、重り４、固定端部５に埋設されたとき、圧電素子７
１，７２の、重り４、固定端部５間の中央部７１ｃ（圧
電素子７１のみ図示、以下同じ）を残し、圧電素子７
１，７２の端部７１ａ，７１ｂ（圧電素子７１のみ図
示、以下同じ）が重り４、固定端部５内に進入する程度
に電極層７１２，７１３，７２２，７２３の長さが設定
され、梁部３の埋設される先端部３ａ、基端部３ｂの埋
設深部に圧電不能部８１ａ〜８２ｂが配せられる。
【００１３】圧電素子７１，７２の端部７１ａ，７１ｂ
の進入量は、次のように設定する。すなわち有限要素法
等により圧電式電源装置１と各部が同じ形状のモデルを
作成して、モデルの振動子２相当部に加振力が作用した
ときの、梁部３相当部における応力分布計算を行う。梁
部３の、重り４と固定端部５間は撓みで曲げ応力が生
じ、埋設された端部３ａ，３ｂ相当部の、重り４、固定
端部５の表面に近い側では応力集中が生じるが、上記応
力分布計算に基づいて応力集中部の深さを求める。圧電
素子７１，７２の端部７１ａ，７１ｂが、梁部３に応力
集中部の深さ分、進入するようにする。
の進入量は、次のように設定する。すなわち有限要素法
等により圧電式電源装置１と各部が同じ形状のモデルを
作成して、モデルの振動子２相当部に加振力が作用した
ときの、梁部３相当部における応力分布計算を行う。梁
部３の、重り４と固定端部５間は撓みで曲げ応力が生
じ、埋設された端部３ａ，３ｂ相当部の、重り４、固定
端部５の表面に近い側では応力集中が生じるが、上記応
力分布計算に基づいて応力集中部の深さを求める。圧電
素子７１，７２の端部７１ａ，７１ｂが、梁部３に応力
集中部の深さ分、進入するようにする。
【００１４】上記圧電式電源装置の作動を説明する。振
動子２には固定端部５から伝達される機械的振動エネル
ギーが伝達されることで重り４の慣性により加振力が作
用する。この加振力により、圧電素子７１，７２におい
てその圧電作用により電気エネルギーが発生する。
動子２には固定端部５から伝達される機械的振動エネル
ギーが伝達されることで重り４の慣性により加振力が作
用する。この加振力により、圧電素子７１，７２におい
てその圧電作用により電気エネルギーが発生する。
【００１５】この変換効率について、上記圧電不能部が
設けられていない、圧電層の全面に電極層が形成された
従来の圧電式電源装置と対比して説明する。
設けられていない、圧電層の全面に電極層が形成された
従来の圧電式電源装置と対比して説明する。
【００１６】上記従来の圧電式電源装置では、梁部が、
重りと固定端部間において撓みによる曲げ応力が発生
し、上記応力集中部において応力集中が生じる。これに
より電気エネルギーが発生する。圧電素子の電極層に圧
電効果による電荷が現れると、その電荷の一部が、応力
集中部から応力が生じない埋設深部へ電極層の表面を移
動する。そして移動した電荷の逆圧電効果により、上記
埋設深部において圧電素子の圧電層が変形しようとする
が、埋設深部は重り、固定端部に強固に保持されている
から変形不可能であり、結局、電気エネルギーは熱とし
て失われる。すなわち、固定端部から伝達された機械的
振動エネルギーが効率よく電気エネルギーとして取り出
されず、電気エネルギーへの変換効率が十分ではない。
重りと固定端部間において撓みによる曲げ応力が発生
し、上記応力集中部において応力集中が生じる。これに
より電気エネルギーが発生する。圧電素子の電極層に圧
電効果による電荷が現れると、その電荷の一部が、応力
集中部から応力が生じない埋設深部へ電極層の表面を移
動する。そして移動した電荷の逆圧電効果により、上記
埋設深部において圧電素子の圧電層が変形しようとする
が、埋設深部は重り、固定端部に強固に保持されている
から変形不可能であり、結局、電気エネルギーは熱とし
て失われる。すなわち、固定端部から伝達された機械的
振動エネルギーが効率よく電気エネルギーとして取り出
されず、電気エネルギーへの変換効率が十分ではない。
【００１７】これに対して本発明の圧電式電源装置で
は、振動子２に対する加振力で、梁部３の重り４と固定
端部５間は撓んで曲げ応力が発生し、梁部３の先端部３
ａ、基端部３ｂの、圧電素子７１，７２の端部７１ａ，
７１ｂ位置では応力集中が生じる。これにより従来装置
と同様に圧電素子７１，７２の中央部７１ｃ、端部７１
ａ，７１ｂにおいて圧電層７１１，７２１が応力に応じ
て電気分極し、電気エネルギーが発生し電極層７１２，
７１３，７２２，７２３には電荷が現れる。
は、振動子２に対する加振力で、梁部３の重り４と固定
端部５間は撓んで曲げ応力が発生し、梁部３の先端部３
ａ、基端部３ｂの、圧電素子７１，７２の端部７１ａ，
７１ｂ位置では応力集中が生じる。これにより従来装置
と同様に圧電素子７１，７２の中央部７１ｃ、端部７１
ａ，７１ｂにおいて圧電層７１１，７２１が応力に応じ
て電気分極し、電気エネルギーが発生し電極層７１２，
７１３，７２２，７２３には電荷が現れる。
【００１８】しかし応力が生じない圧電不能部８１ａ〜
８２ｂは、電極層が形成されていないのでここに電荷が
移動せず逆圧電効果は生じない。したがって従来装置の
ようにエネルギー損失を招くことがない。すなわち従来
装置に比して電気エネルギーへの変換効率が高く、コン
パクトな体格でも十分な発電量が得られる。
８２ｂは、電極層が形成されていないのでここに電荷が
移動せず逆圧電効果は生じない。したがって従来装置の
ようにエネルギー損失を招くことがない。すなわち従来
装置に比して電気エネルギーへの変換効率が高く、コン
パクトな体格でも十分な発電量が得られる。
【００１９】なお圧電素子７１，７２の端部７１ａ，７
１ｂの重り４、固定端部５内への進入量は、応力計算に
基づいて求めた上記応力集中部の深さに厳密に一致して
いる必要はない。要求される発電効率によっては少なく
とも応力が生じない圧電不能部８１ａ〜８２ｂが形成さ
れる進入量であればよい。
１ｂの重り４、固定端部５内への進入量は、応力計算に
基づいて求めた上記応力集中部の深さに厳密に一致して
いる必要はない。要求される発電効率によっては少なく
とも応力が生じない圧電不能部８１ａ〜８２ｂが形成さ
れる進入量であればよい。
【００２０】圧電不能部８１ａ〜８２ｂを梁部３の両端
部３ａ，３ｂに設けているが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、要求される発電効率等によってはいず
れか一方のみでもよい。
部３ａ，３ｂに設けているが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、要求される発電効率等によってはいず
れか一方のみでもよい。
【００２１】（第２実施形態）本実施形態は、基本的な
構成は第１実施形態の装置と同じで、圧電素子７１，７
２の厚さの和の梁部３の厚さに対する割合を０．５５〜
０．８０とする。図４はこの厚さの割合に対する発電量
の特性を示すもので、梁部３の厚さｔは０．６ｍｍであ
る。発電量は上に凸の曲線を描き、０．５５〜０．８０
の範囲で４．４〜５．１ｍＷと高い値を得た。好ましく
は最も高い発電量（５．１ｍＷ）が得られる０．６７
（＝２／３）である。梁部の体格が同じであれば、上記
厚さの割合をかかる値に設定することで、高い発電効率
が得られる。そして上記厚さの割合がこの範囲を外れる
と発電量が急激に低下し、発電効率が悪いものとなっ
た。
構成は第１実施形態の装置と同じで、圧電素子７１，７
２の厚さの和の梁部３の厚さに対する割合を０．５５〜
０．８０とする。図４はこの厚さの割合に対する発電量
の特性を示すもので、梁部３の厚さｔは０．６ｍｍであ
る。発電量は上に凸の曲線を描き、０．５５〜０．８０
の範囲で４．４〜５．１ｍＷと高い値を得た。好ましく
は最も高い発電量（５．１ｍＷ）が得られる０．６７
（＝２／３）である。梁部の体格が同じであれば、上記
厚さの割合をかかる値に設定することで、高い発電効率
が得られる。そして上記厚さの割合がこの範囲を外れる
と発電量が急激に低下し、発電効率が悪いものとなっ
た。
【００２２】この特性について説明する。振動子２のヤ
ング率をＹ、振幅をδ、共振周波数をｆとし、振動子２
の梁部３の形状を、長さをＬ、固定端部５側の幅をｂ、
厚さをｔ、圧電素子７１，７２の厚さをｔp 、金属板６
の厚さをｔm とし、圧電素子７１，７２の圧電層７１
１，７２１の圧電定数をｇ31、誘電率をεとすると、発
電量Ｅ（Ｗ）は、式（１）で表される。なおＣは圧電素
子７１，７２の静電容量で、Ｖは圧電素子７１，７２の
電極層７１２，７１３間および電極層７２２，７２３間
に発生する電圧である。
ング率をＹ、振幅をδ、共振周波数をｆとし、振動子２
の梁部３の形状を、長さをＬ、固定端部５側の幅をｂ、
厚さをｔ、圧電素子７１，７２の厚さをｔp 、金属板６
の厚さをｔm とし、圧電素子７１，７２の圧電層７１
１，７２１の圧電定数をｇ31、誘電率をεとすると、発
電量Ｅ（Ｗ）は、式（１）で表される。なおＣは圧電素
子７１，７２の静電容量で、Ｖは圧電素子７１，７２の
電極層７１２，７１３間および電極層７２２，７２３間
に発生する電圧である。
【００２３】
【数１】
【００２４】ｔm ＝ｔ−２ｔp であるから、式（１）は
式（２）のように変形できる。
式（２）のように変形できる。
【００２５】
【数２】
【００２６】式（２）は圧電素子７１，７２の厚さｔp
の梁部３の厚さｔに対する割合ｔp／ｔの関数ｆ（ｔp
／ｔ）を含んでいる（式（３））。
の梁部３の厚さｔに対する割合ｔp／ｔの関数ｆ（ｔp
／ｔ）を含んでいる（式（３））。
【００２７】
【数３】
【００２８】しかして同じ振動条件のもとで梁部３の外
形が同一であれば、ｆ（ｔp ／ｔ）が最大のとき発電量
Ｅ（Ｗ）は最大となる。ｆ（ｔp ／ｔ）に最大値を与え
るｔp ／ｔを求めると、ｔp ／ｔ＝１／３である。すな
わち梁部３が（ｂ，Ｌ，ｔ）で規定される同じ体格であ
れば、両圧電素子７１，７２の厚さの和（２ｔp ）の梁
部３の厚さ（ｔ）に対する割合（２ｔp ／ｔ）を０．６
７（＝２／３）にすれば、最大発電量が得られ、２ｔp
／ｔが０．６７から離れる程、発電量は徐々に減少し、
２ｔp ／ｔが０．５５〜０．８０の範囲を外れると急激
に減少するものと認められる。
形が同一であれば、ｆ（ｔp ／ｔ）が最大のとき発電量
Ｅ（Ｗ）は最大となる。ｆ（ｔp ／ｔ）に最大値を与え
るｔp ／ｔを求めると、ｔp ／ｔ＝１／３である。すな
わち梁部３が（ｂ，Ｌ，ｔ）で規定される同じ体格であ
れば、両圧電素子７１，７２の厚さの和（２ｔp ）の梁
部３の厚さ（ｔ）に対する割合（２ｔp ／ｔ）を０．６
７（＝２／３）にすれば、最大発電量が得られ、２ｔp
／ｔが０．６７から離れる程、発電量は徐々に減少し、
２ｔp ／ｔが０．５５〜０．８０の範囲を外れると急激
に減少するものと認められる。
【００２９】また本実施形態において、振動子２を圧電
不能部のない構成とした場合には、最大発電量の値が
４．５ｍＷとなった。これより圧電不能部８１ａ〜８２
ｂを設けることにより発電量が高められ、１３％以上、
発電量が増加することが確かめられた。
不能部のない構成とした場合には、最大発電量の値が
４．５ｍＷとなった。これより圧電不能部８１ａ〜８２
ｂを設けることにより発電量が高められ、１３％以上、
発電量が増加することが確かめられた。
【００３０】なお上記両圧電素子の厚さの和の梁部の厚
さに対する割合を上記のごとく設定することで十分高い
発電効率が得られるから、必ずしも圧電不能部を設ける
必要はなく、圧電不能部を設けるかどうかは要求される
発電効率等によって適宜選択すればよい。
さに対する割合を上記のごとく設定することで十分高い
発電効率が得られるから、必ずしも圧電不能部を設ける
必要はなく、圧電不能部を設けるかどうかは要求される
発電効率等によって適宜選択すればよい。
【００３１】装置各部の材質や形状の数値等は上記各実
施形態に記載のものに限定されるものではなく、本発明
の趣旨に反しない限り適宜選択し得る。
施形態に記載のものに限定されるものではなく、本発明
の趣旨に反しない限り適宜選択し得る。
【００３２】また本発明は片持ち梁型だけではなく両持
ち梁型の振動子を有する圧電式電源装置にも適用でき
る。
ち梁型の振動子を有する圧電式電源装置にも適用でき
る。
【図１】本発明の圧電式電源装置の全体斜視図である。
【図２】本発明の圧電式電源装置の振動子の梁部の上面
図である。
図である。
【図３】本発明の圧電式電源装置の振動子の梁部の、図
２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う一部断面図である。
２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う一部断面図である。
【図４】本発明の圧電式電源装置の作動を説明するグラ
フである。
フである。
１ 圧電式電源装置 ２ 振動子 ３ 梁部 ３ａ 先端部（一部） ３ｂ 基端部（端部） ４ 重り ５ 固定端部 ６ 金属板（基板） ７１，７２ 圧電素子 ７１ａ，７１ｂ 端部 ７１１，７２１ 圧電層 ７１２，７１３，７２２，７２３ 電極層（導電層） ８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ 圧電不能部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石切山 守 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電層の両面に導電層を形成した圧電素
子を可撓性の基板に密着せしめた梁部と、梁部の一部を
埋設せしめた重りとよりなる振動子を有し、梁部の端部
を、振動源より振動が伝達する固定端部に埋設せしめ、
機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電
式電源装置において、梁部の上記端部および上記一部の
一方または両方の少なくとも埋設深部に、導電層非形成
の圧電層を上記基板に密着してなる圧電不能部を設けた
ことを特徴とする圧電式電源装置。 - 【請求項２】 圧電層の両面に導電層を形成した圧電素
子を可撓性の基板の両面に密着せしめた梁部と、梁部の
一部を埋設せしめた重りとよりなる振動子を有し、梁部
の端部を、振動源より振動が伝達する固定端部に埋設せ
しめ、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換す
る圧電式電源装置において、上記両圧電素子の厚さの和
の上記梁部の厚さに対する割合を０．５５〜０．８０と
したことを特徴とする圧電式電源装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の圧電式電源装置におい
て、上記両圧電素子の厚さの和の上記梁部の厚さに対す
る割合を約０．６７とした圧電式電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9316146A JPH11136964A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 圧電式電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9316146A JPH11136964A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 圧電式電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11136964A true JPH11136964A (ja) | 1999-05-21 |
Family
ID=18073790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9316146A Pending JPH11136964A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 圧電式電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11136964A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009504983A (ja) * | 2005-08-15 | 2009-02-05 | パーペトゥーム、リミテッド | 機械的振動エネルギを電気エネルギに変換するための電気機械的発電機 |
| JP2009247128A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Taiyo Yuden Co Ltd | 圧電振動型発電機 |
| JP2010252509A (ja) * | 2009-04-15 | 2010-11-04 | Seiko Epson Corp | 圧電型発電機 |
| JP2011004598A (ja) * | 2010-09-03 | 2011-01-06 | Seiko Epson Corp | 圧電型発電機および圧電型発電機を用いた電子機器 |
| WO2011065235A1 (ja) * | 2009-11-25 | 2011-06-03 | 株式会社村田製作所 | 電気機械変換素子及びアクチュエータ |
| WO2012153593A1 (ja) * | 2011-05-09 | 2012-11-15 | 株式会社村田製作所 | 圧電発電装置 |
| WO2013150731A1 (ja) * | 2012-04-03 | 2013-10-10 | 日本電気株式会社 | 圧電振動センサ |
| EP3989299B1 (en) * | 2020-10-26 | 2025-08-06 | Université de Franche-Comté | Piezoelectric device comprising flexible single crystalline piezoelectric linbo3 and/or litao3 films integrated on flexible substrate and methods for producing the same |
-
1997
- 1997-10-30 JP JP9316146A patent/JPH11136964A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009504983A (ja) * | 2005-08-15 | 2009-02-05 | パーペトゥーム、リミテッド | 機械的振動エネルギを電気エネルギに変換するための電気機械的発電機 |
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| US8729778B2 (en) | 2009-11-25 | 2014-05-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Electromechanical transducer and actuator |
| JP2011004598A (ja) * | 2010-09-03 | 2011-01-06 | Seiko Epson Corp | 圧電型発電機および圧電型発電機を用いた電子機器 |
| WO2012153593A1 (ja) * | 2011-05-09 | 2012-11-15 | 株式会社村田製作所 | 圧電発電装置 |
| JP5610069B2 (ja) * | 2011-05-09 | 2014-10-22 | 株式会社村田製作所 | 圧電発電装置 |
| US9337751B2 (en) | 2011-05-09 | 2016-05-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric power generator |
| WO2013150731A1 (ja) * | 2012-04-03 | 2013-10-10 | 日本電気株式会社 | 圧電振動センサ |
| EP3989299B1 (en) * | 2020-10-26 | 2025-08-06 | Université de Franche-Comté | Piezoelectric device comprising flexible single crystalline piezoelectric linbo3 and/or litao3 films integrated on flexible substrate and methods for producing the same |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020625 |