CN103238271A - 压电发电装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供压电发电装置及其制造方法，该压电发电装置即使在施加了低频的振动、小的外力的情况下，也能够输出大的电力而不导致大型化，而且容易制造。压电发电装置（1）具备：含有压电板（5）的压电发电板（2），该压电板（5）具有极化方向不同的多个极化区域（P1、P2）；和支承部件（3），其固定并支承压电发电板（2），压电发电板（2）具有：固定部，其被支承部件（3）固定并且支承；压电发电板（2）的自由端（2f1），其被在施加了外力时相对于固定部相对地位移；以及切口部（2a），其位于固定部与自由端（2f1）之间的位置，形成切口部（2a）以便在被施加了外力时，使位于切口部（2a）与固定部侧的端部之间的第一压电发电板部分（2u）、和位于切口部（2a）与自由端（2f1）侧的端部之间的第二压电发电板部分（2f）向不同的方向位移。

Description

压电发电装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及在施加了振动、外力时位移并通过压电效应产生电力的压电发电装置及其制造方法，更详细地说，涉及使用了板状的压电发电体的压电发电装置及其制造方法。

背景技术

以往，提出了各种利用压电效应的压电发电装置。例如，在下述的专利文献1中公开了图13所示的压电发电装置1001。

压电发电装置1001具有被折弯成U字形的金属板1002。在金属板1002上固定有至少一个压电元件1003。金属板1002的一端固定于固定部件1004。折弯成U字形的金属板1002具有第一臂部1002a，该第一臂部1002a被固定于固定部件1004。在第一臂部1002a的、与固定于固定部件1004的端部相反的一侧的端部，金属板1002被折弯。而且，经由被折弯的中间部1002b，与第一臂部1002a相连有第二臂部1002c。第二臂部1002c的前端为自由端。

在压电发电装置1001中使用的是如上述那样折弯成U字形的金属板1002，所以在从外部施加了振动、外力的情况下，自由端位移很大，能够产生比较大的电力。

另外，在下述的专利文献2中公开了使用多次折叠成折扇状的压电发电板的压电发电装置。压电发电板是板状的压电发电元件。这里，使用折叠成折扇状的压电发电板，由此能够增加压电元件的面积，在从外部施加了振动、外力时能够产生大的电力。

专利文献1：日本特表2010－517285号公报

专利文献2：日本特表2005－507627号公报

然而，根据压电发电装置的利用领域，施加于压电发电装置的振动有时是比较低的频率。例如，在安装于汽车的压电发电装置、利用人步行时的振动进行发电的压电发电装置中，需要通过比较低的频率的振动在压电发电装置中产生电力。在压电发电装置中，在欲通过低频的振动产生电力的情况下，需要降低压电发电元件的共振频率。

因此，在使用板状的压电发电元件的情况下，为了降低压电发电元件的共振频率，需要增加板状的压电发电元件的长度，减小其厚度。然而，在使用专利文献1、专利文献2所记载的将压电发电元件折叠成U字形、或多次折叠成折扇状的压电发电元件来增加板状的压电发电元件的长度的情况下，必然导致高度尺寸变大。另外，如果减小板状的压电发电元件的厚度，则折叠部的强度会降低，产生塑性变形、脆性破坏，所以难以减小板状的压电发电元件的厚度。另外，在专利文献1所记载的压电发电装置1001中，在金属板1002上仅对一部分贴附压电元件1003。因此，压电发电元件的压电体的占有比率小，所以无法充分提高发电量。

另外，在专利文献2所记载的压电发电装置中，必须将折扇状的压电发电板加工成三维形状，加工工序非常繁琐。另外，在这样复杂形状的压电发电板中，局部朝不同的方向极化处理的作业也很繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不导致大型化、容易制造且在施加了低频率的振动的情况下也能够输出大的电力的压电发电装置及其制造方法。

本发明的压电发电装置具备：包含压电板的压电发电板，该压电板具有极化方向不同的多个极化区域；和支承部件，其固定并且支承压电发电板。压电发电板具有：固定部，其被支承部件固定并且支承；压电发电板的自由端，其在被施加了外力时相对于固定部相对地位移；以及切口部，其位于固定部与自由端之间的位置，以如下方式形成切口部，即、在被施加了外力时，使位于切口部与固定部侧的端部之间的第一压电发电板部分、和位于切口部与自由端侧的端部之间的第二压电发电板部分朝不同的方向位移。

在本发明的一特定方面中，切口部具有将框状的形状的一部分除去而得到的形状。压电发电板具有：被切口部包围的部分亦即第二压电发电板部分；包含和固定部，除了第二压电发电板部分以外的部分亦即第一压电发电板部分；和连结第一压电发电板部分与第二压电发电板部分的连结部。而且，第二压电发电板部分在与连结部相反的一侧的端部具有在被施加了外力时位移的第一自由端。此时，切口部的内侧的压电发电板部分和切口部的外侧的压电发电板部分容易以不同的方式位移。

在本发明的压电发电装置的其它特定方面中，将框状的形状的一部分除去而得到的切口部按照使相对外侧的切口部包围相对内侧的切口部的方式被设置有多个，被位于压电发电基板的最内侧的切口部包围的压电发电板部分的端部被设为第二自由端。此时，在沿压电发电板的面方向观察时，在被施加了外力时呈蜿蜒状位移。因此，即使在施加了低频率的振动的情况下，也能够产生更大的电力。

在本发明的压电发电装置的又一特定方面中，切口部按照使第一压电发电板部分与位于该第一压电发电板部分的面方向外侧的第二压电发电板部分在该切口部的一端侧连结的方式被设置。第二压电发电板部分的端部的位于连结该第一压电发电板部分与第二压电发电板部分的连结部的相反侧的端部被设为自由端。此时，第一压电发电板部分和第二压电发电板部分经由连结部以不同的方式位移。因此，即使在被施加了低频的振动、小的外力的情况下，也能够产生更大的电力。

在本发明的压电发电装置的又一其它的特定方面中，在压电发电板的一端侧固定有固定部件，与固定有该固定部件的端部相反的一侧的端部被设为自由端。此时，在压电发电基板的一端侧被固定且相反的一侧的端部被设为自由端，所以利用连结上述一端与相反的一侧的端部的压电发电板的长度方向尺寸整体，能够在施加了外力时产生大的电力。

在本发明的压电发电装置的又一其它的特定方面中，在固定部与自由端之间设置有多个切口部，在将连结固定部与自由端的方向作为第一方向时，多个切口部中相邻的切口部在正交于第一方向的第二方向的两侧的边缘被交替地形成。此时，设置有多个切口部，所以在固定部与自由端之间设置位移方向不同的3处以上的压电发电板部分，因此能够产生更大的电力。

在本发明的压电发电装置的又一其它的特定方面中，固定部位于压电发电板的一端与另一端之间的中央区域。压电发电板的一端以及另一端被分别设为自由端，在固定部与各自由端之间设置有切口部。这样，固定部位于压电发电板的一端与另一端之间的中央区域，所以能够稳定地支承压电发电装置。

在本发明的压电发电装置中，压电发电板可以是具有金属板和层叠于金属板上的压电板的压电单晶片型（unimorph type），也可以是双压电晶片型。

本发明的压电发电装置的制造方法是根据本发明构成的压电发电装置的制造方法，具备：准备压电发电板的工序、在压电发电板上形成切口部的工序、以及在压电发电板上接合固定部件的工序。

在本发明的压电发电装置的制造方法的其它特定方面中，压电发电板是具备金属板和层叠于金属板的压电板的压电单晶片型，在准备压电发电板的工序中，使设置有切口部的压电板与金属板的单面贴合，接着从压电板侧通过喷砂加工在金属板上形成与切口部的形状对应的切口部，由此，得到具有切口部的压电发电板。此时，使设置有切口部的陶瓷板与金属板的单面贴合并进行喷砂加工等平面加工，就能够容易得到具有切口部的压电发电板。

在本发明的压电发电装置中，在被施加了外力时相对于固定部相对地位移的压电发电板的固定部与自由端之间的位置处形成切口部，以如下方式形成切口部，即、在被施加了外力时，位于切口部与固定部侧的端部之间的第一压电发电板部分、和位于切口部的自由端侧的端部之间的第二压电发电板部分朝不同的方向位移，所以能够降低压电发电板的共振频率，并且能够增大位移量。因此，即使在施加了低频的振动时、施加了小的外力时，也能够产生大的电力。

此外，在压电发电板上形成切口部就能够提高所产生的电力，所以不增大压电发电板的沿厚度方向的尺寸就能够得到大的电力。

并且，在本发明的压电发电装置的制造方法中，在压电发电板上形成切口部之后接合固定部件就能够容易地制造本发明的压电发电装置。

附图说明

图1（a）以及图1（b）是用于对本发明的第一实施方式的压电发电装置进行说明的俯视图以及表示沿图1（a）中的B－B线的部分的剖视图。

图2（a）以及图2（b）是用于对本发明的第一实施方式的压电发电装置的位移状态进行说明的示意立体图以及示意主视图。

图3是用于对本发明的第一实施方式的压电发电装置的压电发电板的多个极化区域进行说明的示意俯视图。

图4（a）以及图4（b）是用于对制造本发明的第一实施方式的压电发电装置的方法进行说明的图，图4（a）是表示将在金属板上设置有切口部的压电板贴合而成的层叠体的俯视图，图4（b）是沿图4（a）中的C－C线的主视剖视图。

图5是本发明的第二实施方式的压电发电装置的示意立体图。

图6是本发明的第三实施方式的压电发电装置的示意立体图。

图7是本发明的第四实施方式的压电发电装置的示意立体图。

图8是用于对本发明的第四实施方式的压电发电装置的压电发电板的多个极化区域进行说明的示意俯视图。

图9（a）～图9（d）是用于对比较例以及第一实验例～第三实验例的压电发电装置进行说明的示意俯视图。

图10（a）以及图10（b）是用于对本发明的第五实施方式的压电发电装置进行说明的俯视图以及表示沿图10（a）中的D－D线的部分的剖视图。

图11是本发明的第六实施方式的压电发电装置的俯视图。

图12是本发明的第七实施方式的压电发电装置的俯视图。

图13是用于对现有的压电发电装置的一个例子进行说明的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明具体的实施方式进行说明，由此本发明变得清楚。

图1表示本发明的第一实施方式的压电发电装置1。图1（a）是本发明的第一实施方式的压电发电装置1的俯视图，图1（b）是表示沿图1（a）中的B－B线的部分的剖视图。

压电发电装置1具有压电发电板2和支承部件3。压电发电板2具有矩形板状的形状，该矩形板状具有长度方向，压电发电板2具有在俯视时相互对置的短边2b、2c、以及相互对置的长边2d、2e。支承部件3固定并且支承作为压电发电板2的一端的短边2b侧的部分。压电发电板2被支承部件3固定的部分是固定部。

支承部件3是为了将压电发电装置1固定、支承于外部而设置的。换言之，支承部件3是在安装压电发电装置1的部分固定压电发电板2的部件。这样的支承部件3可以由金属、树脂、陶瓷等适当的材料形成。

压电发电板2具有金属板4和贴合于金属板4的单面的压电板5。即，压电发电板2为压电单晶片型。压电板5在厚度方向极化。在本实施方式中，如图1（b）所示，在压电板5的下表面固定有上述支承部件3，在压电板5的上表面贴合有金属板4。将支承部件3固定于压电板5的下表面，由此使压缩应力总是施加于压电板5。然而，也可以将支承部件3固定于压电发电板2的上表面侧。

金属板4由铁、铝等金属、含有铁、铝的合金、例如不锈钢等适当的金属材料形成。压电板5由含有锆钛酸铅系陶瓷或铌酸钾钠等碱金属铌酸系陶瓷的非铅系压电陶瓷那样的适当的压电体材料形成。

在压电板5的下表面形成有电极6，在上表面形成有电极7。电极6和电极7形成于除了后述的切口部之外的压电板5的上表面以及下表面的整个区域。

电极6以及电极7由适当的导电性材料形成。另外，金属板4具有导电性，所以可以将形成于压电板5的贴合有金属板4的一侧的面的电极7省略。

图3表示本发明的第一实施方式的压电发电装置1的压电发电板2的示意俯视图。此外，在图3中，省略了金属板4。

压电板5在厚度方向进行了极化处理，但如图3所示，带阴影的极化区域P1、和剩余部分的极化区域P2在厚度方向朝相互相反的方向极化。即，压电板5具有极化方向不同的多个极化区域P1、P2。在从外部等施加了振动、外力时使压电发电板2位移的情况下，该多个极化区域P1、P2分成如下的区域，即、在压电板5的表面产生压缩应变或者拉伸应变从而产生压缩应力或者拉伸应力的压电发电板2的第一区域、和应变方向反转而产生与第一区域应力相反的拉伸应力或者压缩应力的压电发电板2的第二区域。因此，使极化区域P1与极化区域P2的极化方向为相反方向，由此即使在压电发电板2形成与极化区域P1、P2相同的电极，在极化区域P1、P2由于压电效应而产生的正负电荷不会抵消，能够高效地输出基于所产生的电荷的电力。

该极化区域P1、P2和压电发电板2的位移以及应变状态之后详细进行说明。

本实施方式的压电发电装置1的特征是在压电发电板2内形成有切口部2a。切口部2a具有将封闭的框状的形状除去一部分而得到的形状。更具体而言，如图1（a）所示，压电发电板2具有矩形板状的形状，该矩形板状具有长度方向，压电发电板2的短边2b侧的部分具有用于固定上述支承部件3的固定部，切口部2a具有一对从短边2c侧朝作为固定部侧的短边2b侧延伸的切口部构成部分2a1、2a2。切口部构成部分2a1、2a2以随着从短边2c侧朝向短边2b侧，切口部构成部分2a1、2a2之间的距离缩短的方式设置。而且，切口部构成部分2a1、2a2的靠短边2b侧的端部与平行于短边2b而延伸的切口部构成部分2a3连接由此形成将切口部构成部分2a1、2a2、2a3连续的切口部。另一方面，切口部构成部分2a1、2a2的靠短边2c侧的端部不成为连续的切口部。因此，如图1（a）所示，由切口部构成部分2a1、2a2、2a3构成的切口部2a是没有下底的梯形形状，换言之，是将封闭的框状部分除去其一部分而得到的形状。该切口部2a形成于压电发电板2的不包含矩形外周的内部区域。

压电发电板2具有第一压电发电板部分2u和第二压电发电板部分2f。第二压电发电板部分2f是被切口部2a包围的部分。第一压电发电板部分2u是不被切口部2a包围的部分，即，是除第二压电发电板部分2f以外的部分。切口部2a具有上述形状，所以在从外部施加了振动、外力时，第二压电发电板部分2f能够朝与第一压电发电板部分2u不同的方向位移。该第二压电发电板部分2f的前端2f1为第一自由端。

图2（a）是用于对本发明的第一实施方式的压电发电装置1的位移状态进行说明的示意立体图，图2（b）是其示意主视图。即，如果从外部对压电发电板2施加振动、外力，例如施加的是具有从压电发电板2的上方朝向下方的成分的外力，则压电发电板2如图2（a）以及图2（b）所示那样位移。在该情况下，相对于被支承部件3支承的固定部，压电发电板2的切口部2a的外侧的部分亦即第一压电发电板部分2u以固定部为支点在弯曲模式下位移，被切口部2a包围的部分亦即第二压电发电板部分2f以与第一压电发电板部分2u连结的连结部为支点在弯曲模式下朝与第一压电发电板部分2u不同的方向位移。因此，第一自由端亦即前端2f1如图2（b）的箭头所示那样位移。

如上述那样设置切口部2a，由此在矩形的压电发电板2上，被切口部2a包围的部分亦即第二压电发电板部分2f、和剩余的部分亦即第一压电发电板部分2u在连续的压电发电板2的平板内以具有在相互不同的位置在弯曲模式下位移的支点的方式朝不同的方向位移。在这样位移的情况下，在压电发电板2上，分开地形成产生压缩应变和拉伸应变的区域。压缩应变和拉伸应变彼此应变方向反转的区域能够通过基于有限要素法等的解析来确定。

这样，图3的极化区域P1、P2分别相当于在设置有切口部2a的压电发电板2位移时，压电发电板2的应变方向为压缩应变的区域和为拉伸应变的区域。因此，如上所述，在极化区域P1、P2，压电板5的极化方向在厚度方向是相互相反的方向。由此，即使是在极化区域P1以及P2形成相同电极的简略平面构造，在极化区域P1以及P2产生的电荷也不会抵消。因此，在从外部施加了低频的振动、小的外力的情况下，即使是简略的构造，不增大垂直于压电发电板2的主面的高度尺寸，也能够可靠地得到大的电力。

特别是同具有与压电板5相同的外形尺寸但不具有切口部的压电发电板相比，在本实施方式中，在上述压电发电板2上形成切口部2a，由此能够输出大的电力。如上所述，这是因为在从外部施加了振动、外力时，被切口部2a包围的部分亦即第二压电发电板部分2f、和剩余的部分亦即第一压电发电板部分2u朝不同的方向位移。即，在从外部施加了低频的振动、小的外力的情况下，压电发电板2整体也能够获得更大的位移量，因此能够使产生的电荷的总量增大。

因此，在本实施方式的压电发电装置1中，能够获得大的发电量而不会使压电发电板2的尺寸变为大型。

此外，如后所述，通过变更切口部2a的形状，能够容易地控制在对压电发电板2施加了振动、外力时的压电发电板2的共振频率。

另外，只要在上述压电发电板2形成切口部2a即可，所以制造工序也变得容易，而且在平板状的压电板5上只要形成极化区域P1、P2即可，所以极化处理也是容易的。

对上述压电发电装置1的制造方法的一个例子进行说明。图4（a）以及图4（b）是用于对制造本发明的第一实施方式的压电发电装置1的方法进行说明的图，图4（a）是表示将在金属板4上设置有切口部2a′的压电板5贴合而成的层叠体8的俯视图，图4（b）是沿图4（a）中的C－C线的主视剖视图。首先，准备具有构成切口部2a的切口部2a′的压电板5。该工序可以在得到矩形的压电陶瓷板之后，通过激光加工、机械加工等形成切口部2a′来进行。或者以具有切口部2a′的方式将未烧制的压电板成型，之后通过烧制能够得到上述压电板5。

接下来，将压电板5极化。首先，在准备好具有切口部2a′的压电板5之后，在该压电板5的上表面的相当于极化区域P1的部分、和相当于极化区域P2的部分以彼此不接触的方式分别形成极化用电极。在压电板5的下表面的整个面形成电极。然后，只要在上表面以及下表面的电极之间外加电压，在极化区域P1和极化区域P2按照使外加的电压的方向彼此为相反方向的方式进行极化处理即可。

上述极化处理之后，在压电板5的上表面，将极化用电极除去后，在整个面形成电极7即可。或者也可以保留极化用电极，并且以覆盖压电板5的上表面的整个面的方式形成导电膜从而形成电极7。在压电板5的下表面，可以将形成于整个面的极化用电极作为电极6。

这样，在压电板5的上表面以及下表面形成电极6、7。之后，使压电板5与不具有切口部的金属板4贴合，从而能够得到如图4（a）以及图4（b）所示的层叠体8。在得到层叠体8后，从压电板5的切口部2a′侧进行喷砂加工。由此，在压电板5的切口部2a′的下方，在金属板4形成切口部。这样，能够得到图1所示的压电发电板2。将支承部件3固定于压电发电板2，由此能够得到压电发电装置1。

此外，在金属板4上形成切口部的加工不限定于喷砂法，也可以采用其它的研磨方法、使用了激光的加工方法等。

根据上述制造方法，在得到了层叠体8后进行喷砂加工这样的通过二维加工轨迹完成的加工，能够容易得到压电发电板2的形状。

此外，在使压电板5与金属板4贴合时，可以使用导电性粘合剂、绝缘性粘合剂等适当的接合剂。即使在省略了电极6的情况下，也能够利用导电性粘合剂、绝缘性粘合剂使压电板5与金属板4贴合。在使用了绝缘性粘合剂的情况下，对于绝缘性粘合剂的厚度非常薄的情况，使表面具有微小凹凸的压电板5与金属板4局部接触从而能够实现导通。或者是压电板5、金属板4以及绝缘性粘合剂具有电容功能，所以能够实现交流电力的传送。

图5是表示本发明的第二实施方式的压电发电装置21的示意立体图。在第二实施方式的压电发电装置21中，压电发电板2除了切口部的形状之外，其它结构与第一实施方式相同。因此，对相同的部分标注相同部分的参照编号，从而引用第一实施方式的说明。在第一实施方式中，切口部2a以切口部构成部分2a1、2a2随着从短边2c侧朝向短边2b侧，两者之间的距离变短的方式设置，但在图5所示的压电发电装置21中，切口部构成部分2a1、2a2以平行于长边2d、2e而延伸的方式设置。因此，被切口部2a包围的部分亦即第二压电发电板部分2f具有矩形的形状。这样，被切口部2a包围的第二压电发电板部分2f的形状能够适当地变形。使被切口部2a包围的部分亦即第二压电发电板部分2f的俯视形状变更，由此能够容易调整在从外部施加了振动、外力时的压电发电板2的共振频率。此外，在图5中，省略了支承部件3、电极6、7。

图6是表示本发明的第三实施方式的压电发电装置31的示意立体图。在第三实施方式的压电发电装置31中，压电发电板2除了切口部的形状之外，其它结构与第一实施方式相同。因此，对相同的部分标注相同部分的参照编号，由此引用第一实施方式的说明。在压电发电装置31中，除了形成有图5所示的切口部2a之外，还形成有切口部2g。切口部2g在被切口部2a包围的部分内，具有将切口部2a反转而成的形状。即，以相对位于外侧的切口部2a包围相对位于内侧的切口部2g的方式，设置有多个切口部2a、2g。切口部2g具有一对平行于长边2d，2e且从短边2b侧朝短边2c侧延伸的切口部构成部分2g1、2g2，切口部构成部分2g1、2g2的靠短边2c侧的端部通过平行于短边2c而延伸的切口部构成部分2g3相连。此外，在图6中，省略了支承部件3、电极6、7。

除了形成切口部2a之外还形成有切口部2g，所以被切口部2g包围的部分亦即第三压电发电板部分2h的前端2h1为第二自由端。

由于形成了切口部2a、2g，所以在从外部施加了振动、外力的情况下，在压电发电装置31中，相对于被切口部2a包围的部分亦即第二压电发电板部分2f，进一步使被切口部2g包围的部分亦即第三压电发电板部分2h朝不同的方向位移。在该情况下，从俯视观察压电发电板2时，即从长边2e侧观察时，压电发电板2相对于包含固定部的周围的部分，以使第二压电发电板部分2f成为不同的角度的方式位移，而且使第三压电发电板部分2h相对于第二压电发电板部分2f进一步朝不同的方向位移。即位移成近似蜿蜒状的形状。这样，第二压电发电板部分2f和第三压电发电板部分2h朝与包含固定部、第一压电发电板部分2u的部分不同的方向位移，所以能够输出更大的电力。

在本实施方式中，在被上述切口部2a包围的部分亦即第二压电发电板部分2f内，设置有被上述切口部2g包围的部分亦即第三压电发电板部分2h。连结该第二压电发电板部分2f与第三压电发电板部分2h的部分相当于上述第一自由端，但使第三压电发电板部分2h从第一自由端进一步延伸，第三压电发电板部分2h的前端相当于本发明的第二自由端。

因此，在本实施方式中，在位于固定部侧的第一压电发电板部分2u、固定部、作为本发明的第二自由端的前端2h1之间的位置存在切口部2a、2g，按照使第一压电发电板部分2u、第二压电发电板部分2f、以及第三压电发电板部分2h朝不同的方向位移的方式形成有切口部2a、2g。

在图6中，设置有第一切口部2a和第二切口部2g，但也可以设置有更多的切口部。

图7是本发明的第四实施方式的压电发电装置41的示意立体图。在第四实施方式的压电发电装置41中，压电发电板2除了切口部的形状之外，其它结构与第一实施方式相同。因此，对相同的部分标注相同部分的参照编号，由此引用第一实施方式的说明。

在压电发电装置41中，在压电发电板2上形成有切口部2i、2j。切口部2i、2j分别具有切口部构成部分2i1、2i2、2j1、2j2。切口部构成部分2i1从压电发电板2的长边2d朝向长边2e侧延伸，其前端部分与切口部构成部分2i2相连。切口部构成部分2i2从压电发电板2的短边2b侧朝向短边2c侧延伸。切口部构成部分2j1从压电发电板2的长边2e朝向长边2d侧延伸，其前端部分与切口部构成部分2j2相连。切口部构成部分2j2从压电发电板2的短边2b侧朝向短边2c侧延伸。

切口部构成部分2i2、2j2以从与切口部构成部分2i1、2j1相连的端部朝短边2c侧延伸，并随着朝向短边2c侧，两者之间的距离变短的方式设置。而且，切口部构成部分2i2、2j2以不延至短边2c的方式设置。在压电发电板2的靠短边2c侧且在靠长边2e侧的区域和靠长边2d侧的区域接合有共用的锭子10。

在本实施方式的压电发电装置41中，如上述那样形成有切口部2i、2j，所以在从外部施加了振动、外力时，相对于被切口部2i、2j包围的部分且固定支承部件3的固定部，切口部2i、2j的外侧的压电发电板部分2k1、2k2朝不同的方向位移。这里，自由端是压电发电板部分2k1、2k2的前端。即，压电发电板部分2k1、2k2的靠近切口部构成部分2i1、2j1的部分为自由端。

因此，在本实施方式中，在固定部与自由端之间形成切口部2i、2j。

另外，在本实施方式中，形成有上述切口部2i、2j，所以在固定端与自由端之间，切口部2i、2j的靠固定部侧的压电发电板部分、和靠自由端侧的压电发电板部分朝不同的方向位移，所以能够降低压电发电装置41的共振频率，并且能够得到大的位移量。因此，在从外部施加了振动、外力时能够得到大的发电量。

而且，在作为切口部2i、2j的外侧的压电发电板部分2k1、2k2的前端的自由端的双方共同接合有锭子10，由此在从外部施加了振动、外力时，能够抑制自由端间的弯曲变形的相位差以及扭转变形，能够抑制压电发电装置41的发电量降低。

此外，在上述压电发电装置41中，在从外部施加了振动、外力时存在应力反转的部分，所以只要对剩余的部分和应力反转的部分在厚度方向朝相反方向进行极化处理即可。图8表示压电发电装置41的压电发电板2的示意俯视图。带阴影极化区域P1是在从外部施加了振动、外力时产生与在剩余的部分亦即极化区域P2所产生的应变相反方向的应变的部分。因此，与第一实施方式相同，对压电板5在厚度方向进行极化处理，只要对极化区域P1和剩余的极化区域P2在厚度方向朝相反方向进行极化处理即可。

如上所述，在本发明中对上述切口部的形状进行研究，由此在压电发电板2能够容易变更位移不同的多个部分的形状。由此，能够控制压电发电板2的共振频率。参照图9（a）～图9（d）对此进行说明。准备多个具有将厚度0.1mm的金属板与压电体的板接合而成的压电发电板的压电发电装置。图9（a）是具有压电发电板111的比较例的压电发电装置的示意俯视图。压电发电板111是在长（L1）30mm×宽20mm×厚0.1mm的矩形的金属板接合相同的外形尺寸且相同的厚度的压电体的板而成的矩形的压电发电板。如图9（a）所示，在压电发电板111的被虚线包围的区域，具体而言在从长度方向一端侧到离开5.0mm的部分的区域的固定部9固定压电发电板111，在以通过悬臂梁振动的方式从外部施加了振动、外力的情况下，比较例的压电发电装置的压电发电板111的共振频率为220.1Hz。这里，将从压电发电板的长度方向一端侧到固定部9的端部的长度设为L2，则在比较例中，L2＝5.0mm。

图9（b）是具有压电发电板112的第一实验例的压电发电装置的示意俯视图。图9（c）是具有压电发电板113的第二实验例的压电发电装置的示意俯视图。压电发电板112、113是在俯视近似梯形且厚度为0.1mm的金属板接合相同的外形尺寸且相同的厚度的压电体的板而成的压电发电板。压电发电板112与压电发电板111相同，也是L1＝30mm，L2＝5.0mm。压电发电板113与压电发电板111、112相同，也是L2＝5.0mm，但具有从压电发电板112的端部延伸了长度为L3＝6.0mm的部分。即，压电发电板113的长度为L1＋L3＝36.0mm。压电发电板112、113的与压电发电板的长度方向一端侧对置的长度方向另一端侧的长度（W）为40mm。如图9（b）、图9（c）所示，在压电发电板112、113的被虚线包围的区域的固定部9固定压电发电板112、113，在以通过悬臂梁振动的方式从外部施加了振动、外力的情况下，第一实验例的压电发电装置的压电发电板112的共振频率为312.1Hz，第二实验例的压电发电装置的压电发电板113的共振频率为224.7Hz。

图9（d）是具有压电发电板42的第三实验例的压电发电装置的示意俯视图。压电发电板42与上述第四实施方式的压电发电装置41形状相同，也是L1＝30mm，L2＝5.0mm以及W＝4.0mm。如图9（d）所示，在压电发电板42的被虚线包围的区域的固定部9固定压电发电板42，在以通过悬臂梁振动的方式从外部施加了振动、外力的情况下，第三实验例的压电发电装置的压电发电板112的共振频率为184.1Hz。即，在上述实施方式的压电发电装置41中，与图9（a）所示的相同的外形尺寸的矩形的压电发电板111比较可知，能够大幅降低压电发电板42的共振频率。另外，通过图9（a）～图9（d）的对比可知，通过变更切口部、被切口部包围的部分的形状，能够抑制压电发电板面积的减少，能够容易地将压电发电板的共振频率调整为低频。因此，根据用途，即根据从外部施加的振动的频率变更被切口部包围的部分的形状、切口部的形状，由此能够形成压电发电装置以便得到更大的发电量。

图10表示本发明的第五实施方式的压电发电装置51。图10（a）是本发明的第五实施方式的压电发电装置51的俯视图，图10（b）是表示沿图10（a）中的D－D线的部分的剖视图。

在第五实施方式的压电发电装置51中，在矩形的压电发电板2上，在短边2b侧端部即一端侧固定有支承部件3。即短边2b侧作为固定部。而且，利用支承部件3将压电发电板2以与悬臂梁对应地支承。因此，自由端是短边2c侧，即与固定部相反的一侧的端部为自由端。

在本实施方式的压电发电装置51中，在上述固定部与自由端之间形成有多个切口部2m、2n。切口部2m从一方的长边2d侧朝另一方的长边2e侧延伸。切口部2n从长边2e朝另一方的长边2d侧延伸。即，多个切口部2m、2n在与连结固定部和自由端的方向正交的方向延伸，并且在连结固定部和自由端的方向交替地设置于相反方向的压电发电板端边缘侧。

在本实施方式中，在从外部施加了振动、外力时，切口部2n与固定部之间的第一压电发电板部分、被切口部2m，2n夹着的第二压电发电板部分、以及切口部2m与自由端之间的第三压电发电板部分朝不同的方向位移。因此，根据在上述朝不同方向位移的情况下应力反转的区域，与第一实施方式相同，只要按照使极化方向在厚度方向不同的方式对压电板5进行极化处理即可。由此，利用压电板5位移时所产生的电荷能够输出电力。

在本实施方式中，由于形成有切口部2m、2n，所以能够降低压电发电板的共振频率，即使在从外部施加了低频的振动、小的外力的情况下也能够产生很多电荷，能够输出大的电力。这样，本发明的切口部设置于固定部与自由端之间，能够形成切口部以使从切口部靠固定部侧的压电发电板部分、和从切口部靠自由端侧的压电发电板部分是不同地位移的适当的形状。

图11是本发明的第六的实施方式的压电发电装置61的俯视图。本实施方式的压电发电装置61相当于将两个第二实施方式的压电发电装置21一体化而成的结构。即，在压电发电板2上形成有切口部2o。切口部2o具有将第二实施方式的切口部2a以使切口部构成部分2a3彼此相通的方式一体化的结构。因此，在压电发电装置61中，设置有被切口部2o包围的一对压电发电板部分2p1、2p2，这些压电发电板部分2p1、2p2的前端分别为自由端。在这种情况下，被切口部2o包围的压电发电板部分2p1、2p2、以及剩余的压电发电板部分在从外部施加了振动、外力时朝不同的方向位移。因此，能够输出与第二实施方式相同大小的电力。

另外，在本实施方式中，在上述压电发电板2的长边2d、2e的长度方向中间部固定有支承部件3、3。即，固定部位于压电发电板2的长度方向中央。这样，本发明的压电发电装置的固定部不限定于压电发电板的一端侧。

图12是本发明的第七实施方式的压电发电装置71的俯视图。在本实施方式的压电发电装置71中，在压电发电板2上与第五实施方式同样地形成有多个切口部2q、2r、2s、2t。这里，在矩形的压电发电板2的长度方向中央固定有支承部件3。因此，支承部件3与压电发电板2的一侧的端部之间的压电发电板部分、以及支承部件3与压电发电板2的另一侧的端部之间的压电发电板部分分别以固定部为支点位移。该一侧的压电发电板部分以及另一侧的压电发电板部分分别与第五实施方式的压电发电装置51同样地发挥功能。因此，在使固定部位于压电发电板2的长度方向中央来支承压电发电装置71的情况下，也能够输出与第五实施方式的情况相同大小的电力。

另外，如第六以及第七实施方式所述，在压电发电板的中央设置固定部，这样，固定部的位置不限定于压电发电板的端部一侧。因此，在外部固定支承部件的部分的设计的自由度也能够提高。

附图标记的说明

1…压电发电装置；2、42…压电发电板；2a、2g、2i、2j、2m、2n、2o、2q、2r、2s、2t…切口部；2a1、2a2、2a3、2g1、2g2、2g3、2i1、2i2、2j1、2j2…切口部构成部分；2b、2c…短边；2d、2e…长边；2f…第二压电发电板部分；2h…第三压电发电板部分；2f1、2h1…自由端；2k1、2k2…压电发电板部分；2p1、2p2…压电发电板部分；2u…第一压电发电板部分；3…支承部件；4…金属板；5…压电板；6、7…电极；8…层叠体；9…固定部；10…锭子；21、31、41、51、61、71…压电发电装置。

Claims (11)

1.一种压电发电装置，其特征在于，具备：

包含压电板的压电发电板，该压电板具有极化方向不同的多个极化区域；和

支承部件，其固定并支承所述压电发电板，

所述压电发电板具有：被所述支承部件固定并支承的固定部；在被施加了外力时相对于所述固定部相对地位移的所述压电发电板的自由端；以及位于所述固定部与所述自由端之间的位置的切口部，

形成所述切口部以便在被施加了所述外力时，使位于所述切口部与固定部侧的端部之间的第一压电发电板部分、和位于所述切口部与自由端侧的端部之间的第二压电发电板部分向不同的方向位移。

2.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于，

所述切口部具有将框状的形状一部分除去而得到的形状，

所述压电发电板具有：被所述切口部包围的部分亦即第二压电发电板部分；包含所述固定部，除了所述第二压电发电板部分以外的部分亦即第一压电发电板部分；和连结所述第一压电发电板部分与所述第二压电发电板部分的连结部，

所述第二压电发电板部分在与所述连结部相反的一侧的端部具有在被施加了所述外力时位移的第一自由端。

3.根据权利要求2所述的压电发电装置，其特征在于，

将所述框状的形状的一部分除去而得到的切口部按照使相对外侧的切口部包围相对内侧的切口部的方式被设置有多个，被位于所述压电发电基板的最内侧的切口部包围的压电发电板部分的端部被设为第二自由端。

4.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于，

所述切口部按照使所述第一压电发电板部分与位于该第一压电发电板部分的面方向外侧的第二压电发电板部分在该切口部的一端侧连结的方式被设置，所述第二压电发电板部分的端部的位于连结该第一压电发电板部分与第二压电发电板部分的连结部的相反侧的端部被设为自由端。

5.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于，

在所述压电发电板的一端侧固定有所述固定部件，与固定有该固定部件的端部相反的一侧的端部被设为自由端。

6.根据权利要求5所述的压电发电装置，其特征在于，

在所述固定部与所述自由端之间设置有多个所述切口部，在将连结所述固定部与所述自由端的方向作为第一方向时，多个切口部中相邻的切口部在正交于第一方向的第二方向的两侧的边缘被交替地形成。

7.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于，

所述固定部位于所述压电发电板的一端与另一端之间的中央区域，所述压电发电板的一端以及另一端被分别设为自由端，在所述固定部与各自由端之间设置有所述切口部。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的压电发电装置，其特征在于，

所述压电发电板是具有金属板和层叠于金属板上的压电板的压电单晶片型。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的压电发电装置，其特征在于，

所述压电发电板为双压电晶片型。

10.一种压电发电装置的制造方法，是权利要求1～9中任一项所述的压电发电装置的制造方法，其特征在于，具备：

准备所述压电发电板的工序；

在所述压电发电板上形成所述切口部的工序；以及

在所述压电发电板上接合所述固定部件的工序。

11.根据权利要求10所述的压电发电装置的制造方法，其特征在于，

所述压电发电板是具备金属板和层叠于所述金属板的压电板的压电单晶片型，

在准备所述压电发电板的工序中，使设置有所述切口部的所述压电板与所述金属板的单面贴合，接着从所述压电板侧通过喷砂加工在所述金属板上形成与所述切口部的形状对应的切口部，由此，得到具有所述切口部的压电发电板。

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