DE112013003943T5

DE112013003943T5 - Piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013003943T5
Application number: DE112013003943.5T
Authority: DE
Inventors: c/o Murata Manufacturing Co. L Sakaguchi Hitoshi; c/o Murata Manufacturing Co. Horiguchi Chikahiro
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2033-07-13
Also published as: US20150145375A1; WO2014024638A1; US9893655B2; CN104521130A; DE112013003943B4; CN104521130B; JPWO2014024638A1; JP5871073B2

Abstract

Eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung beinhaltet einen ersten Schwingungsabschnitt (K1) mit einem fixierten Ende (CE1) und einem freien Ende (FE1), einen ersten Gewichtsabschnitt (M1), der an das freie Ende (FE1) des ersten Schwingungsabschnitts (K1) gebunden ist, einen zweiten Schwingungsabschnitt (K2) mit einem fixierten Ende (CE2), das an den ersten Gewichtsabschnitt (M1) gebunden ist, und einem freien Ende (FE2) und mit einer Schwingungsplatte und einem piezoelektrischen Element, das an der Schwingungsplatte vorgesehen ist, und einen zweiten Gewichtsabschnitt (M2), der an das freie Ende (FE2) des zweiten Gewichtsabschnitts (K2) gebunden ist. In einem Zustand, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung auf einer Schwingungsoberfläche (FS) angeordnet ist und still ist, sind eine Position des freien Endes (FE1) des ersten Schwingungsabschnitts (K1) und eine Position des fixierten Endes (CE2) des zweiten Schwingungsabschnitts (K2) in einer Axialrichtung (CA), die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche (FS) ist, unterschiedlich, während die Schwingungsoberfläche als Referenz (FS) eingestellt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung, die Schwingungsenergie unter Verwendung eines piezoelektrischen Effekts in elektrische Energie umwandelt.
Hintergrundtechnik
Eine bestehende piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung, die unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements elektrische Leistung erzeugt, wurde bereits vorgeschlagen (siehe beispielsweise Absätze 0078 bis 0080 und 12(a) in Patentdokument 1).
10 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels der Konfiguration einer existierenden piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 101 mit Bezugnahme auf die Beschreibung im Patentdokument 1 und ist eine Seitenansicht in einem Zustand, in dem ein Teil der Konfiguration der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 101 ausgenommen ist.
Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 101, wie sie in 10 dargestellt ist, beinhaltet einen Sockel 111, eine Spiralfeder 112, ein Schaukelbauteil 113, ein erstes Gewicht 114, ein piezoelektrisches Element 121 und ein zweites Gewicht 122. Der Sockel 111 ist in einer Plattenform gebildet und ist an einer Bodentafel 131 als Schwingkörper fixiert. Ein Ende der Spiralfeder 112 ist mit dem Sockel 111 gelenkig verbunden und das andere Ende derselben ist mit dem plattenartig geformten Schaukelbauteil 113 gelenkig verbunden. Die Spiralfeder 112 trägt das Schaukelbauteil 113 auf dem Sockel 111 schaukelfähig. Das erste Gewicht 114 ist gelenkig mit einem unteren Abschnitt des Schaukelbauteils 113 verbunden. Das piezoelektrische Element 121 ist durch das erste Gewicht 114 gelenkig mit dem Schaukelbauteil 113 verbunden. Das zweite Gewicht 122 ist durch das piezoelektrische Element 121 gelenkig mit dem ersten Gewicht 114 verbunden. Das zweite Gewicht 122, das piezoelektrische Element 121 und das erste Gewicht 114 sind an der Innenseite einer Wicklung der Spiralfeder 112 angeordnet. Eine Elektrode 121A ist an einer Kontaktoberfläche des piezoelektrischen Elements 121 mit dem ersten Gewicht 114 vorgesehen. Eine Elektrode 121B ist an einer Kontaktoberfläche des piezoelektrischen Elements 121 mit dem zweiten Gewicht 122 vorgesehen.
Wenn eine Schwingung in der Richtung, die senkrecht zu der flachen Oberfläche der Bodentafel 131 ist, an der Bodentafel 131 mit einer Kraft, wie beispielsweise einer externen Schwingung, erzeugt wird, wird die Schwingung durch den Sockel 111 und die Spiralfeder 112 auf das Schaukelbauteil 113 übertragen und das erste Gewicht 114, das gelenkig mit dem Schaukelbauteil 113 verbunden ist, schwingt. Dann wird die Schwingung durch das piezoelektrische Element 121 auf das zweite Gewicht 122 übertragen und das zweite Gewicht 122 schwingt ebenfalls. In diesem Fall wirken von dem ersten Gewicht 114 und dem zweiten Gewicht 122 wiederholt eine Druckbelastung und eine Zugbelastung auf das piezoelektrische Element 121 und elektrische Ladungen werden mit einem piezoelektrischen Effekt auf dem piezoelektrischen Element 121 erzeugt. Die erzeugten elektrischen Ladungen werden durch die Elektroden 121A und 121B, die auf dem piezoelektrischen Element 121 vorgesehen sind, extrahiert.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokumente
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2011-114884
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn eine Schwingung in der Richtung, die senkrecht zu der flachen Oberfläche der Bodentafel 131 ist, auf der Bodentafel 131 mit einer Kraft, wie beispielsweise einer externen Schwingung, erzeugt wird, wird gewünscht, dass nur eine Längsschwingung (hier im Folgenden auch als Hauptschwingung bezeichnet) als Schwingung in der Richtung, die senkrecht zu der flachen Oberfläche der Bodentafel 131 ist, an dem ersten Gewicht 114 und dem zweiten Gewicht 122 der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 101 erzeugt wird. Es wird jedoch nicht nur die Hauptschwingung, sondern auch durch den Einfluss eines Drehmoments und dergleichen, das tatsächlich auf die jeweiligen Komponenten wirkt, eine Nebenschwingung (hier im Folgenden auch als seitliche Schwingung bezeichnet) in der Richtung, die orthogonal zu der Richtung der Hauptschwingung (Längsschwingung) ist, an dem ersten Gewicht 114 und dem zweiten Gewicht 122 erzeugt. Dadurch wird, wenn die Nebenschwingung, die an dem ersten Gewicht 114 und dem zweiten Gewicht 122 erzeugt wird, größer ist, die Hauptschwingung, die an dem ersten Gewicht 114 und dem zweiten Gewicht 122 erzeugt wird, für die Nebenschwingung kleiner. Dies erzeugt ein Risiko, dass ein Leistungserzeugungswirkungsgrad der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 101 gesenkt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung bereit, die in der Lage ist, eine Nebenschwingung, die in der Richtung erzeugt wird, die orthogonal zu der Richtung der Hauptschwingung ist, die zur Leistungserzeugung auf einem piezoelektrischen Element verwendet wird, anzupassen und eine Absenkung der Leistungserzeugungswirkungsgrad, die durch die Erzeugung der Nebenschwingung bewirkt wird, zu verhindern.
Lösung des Problems
Eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet einen ersten Schwingungsabschnitt, einen ersten Gewichtsabschnitt, einen zweiten Schwingungsabschnitt und einen zweiten Gewichtsabschnitt. Der erste Schwingungsabschnitt weist ein fixiertes Ende und ein freies Ende auf. Der erste Gewichtsabschnitt ist mit dem freien Ende des ersten Schwingungsabschnitts verbunden. Der zweite Schwingungsabschnitt weist ein fixiertes Ende, das mit dem ersten Gewichtsabschnitt verbunden ist, und ein freies Ende auf. Der zweite Schwingungsabschnitt beinhaltet eine Schwingungsplatte und ein piezoelektrisches Element, das an der Schwingungsplatte vorgesehen ist. Der zweite Gewichtsabschnitt ist mit dem freien Ende des zweiten Schwingungsabschnitts verbunden. In einem Zustand, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung auf einer Schwingungsoberfläche angeordnet ist und still ist, sind eine Position des freien Endes des ersten Schwingungsabschnitts und eine Position des fixierten Endes des zweiten Schwingungsabschnitts in einer Axialrichtung, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche ist, unterschiedlich, während die Schwingungsoberfläche als Referenz eingestellt ist.
Ferner ist es bei der oben erwähnten piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung vorzuziehen, dass in dem Zustand, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung auf der Schwingungsoberfläche angeordnet und still ist, die Position des fixierten Endes des zweiten Schwingungsabschnitts, und nicht die Position des freien Endes des ersten Schwingungsabschnitts näher an einer Position des fixierten Endes des ersten Schwingungsabschnitts in der Axialrichtung ist, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche ist, während die Schwingungsoberfläche als Referenz eingestellt ist.
Bei der oben erwähnten piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung ist es vorzuziehen, dass in dem Zustand, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung auf der Schwingungsoberfläche angeordnet und still ist, wenn eine Entfernung zwischen der Position des fixierten Endes des ersten Schwingungsabschnitts und der Position des freien Endes des ersten Schwingungsabschnitts als T1 angenommen wird und eine Entfernung zwischen der Position des fixierten Endes des ersten Schwingungsabschnitts und der Position des fixierten Endes des zweiten Schwingungsabschnitts als T2 angenommen wird, und zwar in der Axialrichtung, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche ist, während die Schwingungsoberfläche als Referenz eingestellt ist, eine Beziehung von –2,1 < (T2 – T1)/T1 < –0,1 erfüllt ist.
Zusätzlich ist es bei der oben erwähnten piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung vorzuziehen, dass der erste Gewichtsabschnitt durch eine Gewichtsplatte ausgebildet ist, mit der das freie Ende des ersten Schwingungsabschnitts verbunden ist, sowie einen ersten und einen zweiten Fixierungsabschnitt, die auf einer Oberfläche der Gewichtsplatte vorgesehen sind, mit der das freie Ende des ersten Schwingungsabschnitts verbunden ist, ein Paar des zweiten Schwingungsabschnitts und des zweiten Gewichtsabschnitts, die mit dem ersten Fixierungsabschnitt verbunden sind, und ein Paar des zweiten Schwingungsabschnitts und des zweiten Gewichtsabschnitts, die mit dem zweiten Fixierungsabschnitt verbunden sind, vorgesehen sind, ein Teil des zweiten Gewichtsabschnitts in dem Paar, das mit dem ersten Fixierungsabschnitt verbunden ist, an einer unteren Seite des zweiten Fixierungsabschnitts angeordnet ist und ein Teil des zweiten Gewichtsabschnitts in dem Paar, das mit dem zweiten Fixierungsabschnitt verbunden ist, an einer unteren Seite des ersten Fixierungsabschnitts angeordnet ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Größen einer Hauptschwingung und Nebenschwingung, die an dem zweiten Schwingungsabschnitt erzeugt werden, angepasst werden. Deshalb wird die Nebenschwingung, die an dem zweiten Schwingungsabschnitt erzeugt wird, unterdrückt, wodurch eine Absenkung des Leistungserzeugungswirkungsgrads, die durch die Nebenschwingung bewirkt wird, verbessert wird, wobei so der Leistungserzeugungswirkungsgrad verbessert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Draufsicht zur Erläuterung der Konfiguration einer piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung der Detailkonfiguration der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auseinander genommen ist.
4 zeigt eine Seitenansicht und Querschnittsansichten, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
5 zeigt eine Seitenansicht und Querschnittsansichten, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
6 zeigt Graphen zur Erläuterung von Beziehungen zwischen Höhenpositionen eines Endabschnitts einer Spiralfeder und eines Endabschnitts eines Leistungserzeugungselements und elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von Hauptschwingung und Nebenschwingung in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 ist eine perspektivische Teilansicht zur Erläuterung eines Teils der Konfiguration einer piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 ist eine perspektivische Teilansicht zur Erläuterung eines Teils der Konfiguration einer piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung auseinander genommen ist.
10 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels der Konfiguration einer existierenden piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Konfiguration einer piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
1 ist eine schematische Draufsicht, die die Konfiguration der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ausgebildet durch einen ersten Schwingungsabschnitt K1, einen ersten Gewichtsabschnitt M1, einen zweiten Schwingungsabschnitt K2 und einen zweiten Gewichtsabschnitt M2. Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 ist auf einer horizontalen Schwingungsoberfläche FS angeordnet.
Der erste Schwingungsabschnitt K1 dehnt sich aus und zieht sich zusammen entlang einer Achse CA, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche FS ist. Der erste Schwingungsabschnitt K1 weist ein fixiertes Ende CE1, das an der Schwingungsoberfläche FS fixiert ist, und ein freies Ende FE1 an der gegenüberliegenden Seite von dem fixierten Ende CE1 auf. Der erste Gewichtsabschnitt M1 ist mit dem freien Ende FE1 des ersten Schwingungsabschnitts K1 verbunden. Der erste Schwingungsabschnitt K1 und der erste Gewichtsabschnitt M1 bilden einen ersten Resonator aus.
Der erste Resonator allein ist bei einer ersten Resonanzfrequenz an einer relativ niederfrequenten Region, die im Wesentlichen gleich einer Schwingung, mit der Menschen gehen, Schwingungen von Fahrrädern und Autos und dergleichen ist, in Resonanz und schwingt längs entlang der Achse CA. Der erste Resonator ist deshalb mit einer Längsschwingung bei der ersten Resonanzfrequenz bei einer externen Schwingung in Resonanz, die an die Schwingungsoberfläche FS angelegt wird. Entsprechend ist der erste Resonator in Resonanz, sodass die Amplitude des ersten Gewichtsabschnitts M1 größer wird als diejenige in der Konfiguration, bei der eine externe Schwingung direkt auf den ersten Gewichtsabschnitt M1 übertragen wird.
Der zweite Schwingungsabschnitt K2 biegt sich und schwingt entlang der Achse CA, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche FS ist. Der zweite Schwingungsabschnitt K2 weist ein fixiertes Ende CE2, das gelenkig mit dem ersten Gewichtsabschnitt M1 verbunden ist, und ein freies Ende FE2 auf der gegenüberliegenden Seite von dem fixierten Ende CE2 auf. Der zweite Gewichtsabschnitt M2 ist mit dem freien Ende FE2 des zweiten Schwingungsabschnitts K2 verbunden. Der zweite Schwingungsabschnitt K2 und der zweite Gewichtsabschnitt M2 bilden einen zweiten Resonator aus.
Der zweite Resonator allein ist bei einer Frequenz in Resonanz, die gleich der ersten Resonanzfrequenz oder einer zweiten Resonanzfrequenz in der Nähe der ersten Resonanzfrequenz ist, und schwingt längs entlang der Achse CA. Deshalb ist der zweite Resonator mit dem ersten Resonator gekoppelt, sodass Schwingungsenergie zwischen den beiden Resonatoren übertragen wird. Dies bewirkt, dass der zweite Resonator die Schwingungsenergie des ersten Resonators absorbiert und mit einer größeren Amplitude schwingt.
Eine Oberfläche des ersten Gewichtsabschnitts M1, mit dem der erste Schwingungsabschnitt K1 und der zweite Schwingungsabschnitt K2 verbunden sind, ist konkav-konvex geformt. Eine Höhenposition T2 des fixierten Endes CE2 des zweiten Schwingungsabschnitts K2, das mit dem ersten Gewichtsabschnitt M1 verbunden ist, und eine Höhenposition T1 des freien Endes FE1 des ersten Schwingungsabschnitts K1, das mit dem ersten Gewichtsabschnitt M1 verbunden ist, sind unterschiedlich, während die Schwingungsoberfläche FS als Referenz eingestellt ist. Insbesondere ist in einem Zustand, in dem der erste Resonator und der zweite Resonator still sind, die Position des fixierten Endes CE2 des zweiten Schwingungsabschnitts K2 auf der Achse CA, und nicht die Position des freien Endes FE1 des ersten Schwingungsabschnitts K1 auf der Achse CA näher an der Position des fixierten Endes CE1 des ersten Schwingungsabschnitts K1 auf der Achse CA, während die Schwingungsoberfläche FS als Referenz eingestellt ist. Obwohl Details später beschrieben werden, können der zweite Schwingungsabschnitt K2 und der zweite Gewichtsabschnitt M2 eine Konfiguration aufweisen, bei der die Längsschwingung (Hauptschwingung), die entlang der Achse CA erzeugt wird, tendenziell groß ist und die seitliche Schwingung (Nebenschwingung), die entlang der Richtung erzeugt wird, die orthogonal zu der Achse CA ist, tendenziell klein ist. Deshalb kann die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 durch Bereitstellen eines piezoelektrischen Elements zum Erzeugen elektrischer Leistung mit der Hauptschwingung an dem zweiten Schwingungsabschnitt K2 einen hohen Leistungserzeugungswirkungsgrad erzielen.
Im Folgenden wird die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch Verwenden einer piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung, die auf der horizontalen Schwingungsoberfläche FS angeordnet ist, als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen, auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, ist ein kartesisches Koordinatensystem angegeben, das durch eine X-Achse, eine Y-Achse, die orthogonal zu der X-Achse ist, und eine Z-Achse, die orthogonal zu der X-Achse und der Y-Achse ist, gebildet ist. Eine Ebene, die parallel zu der horizontalen Schwingungsoberfläche FS ist, wird als eine X-Y-Ebene angesehen und eine Achse, die orthogonal zu der horizontalen Schwingungsoberfläche FS ist, wird als die Z-Achse betrachtet. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. 3 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auseinander genommen ist. 4(A) ist eine Seitenansicht in der X-Z-Ebene, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Betrachtung aus der positiven Y-Achsenrichtung darstellt. 4(B) ist eine Seitenquerschnittsansicht in der X-Z-Ebene, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Betrachtung aus der positiven Y-Achsenrichtung darstellt, und stellt einen Querschnitt in der X-Z-Ebene an einer Position dar, die einen Gewichtsabschnitt 82 unterteilt, was später beschrieben wird. 4(C) ist eine Seitenquerschnittsansicht in der X-Z-Ebene, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Betrachtung aus der positiven Y-Achsenrichtung darstellt, und stellt einen Querschnitt in der X-Z-Ebene an einer Position dar, die einen Gewichtsabschnitt 81 unterteilt, was später beschrieben wird. 5(A) ist eine Seitenansicht in der Y-Z-Ebene, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Betrachtung in Richtung der positiven X-Achsenrichtung darstellt. 5(B) ist eine Seitenquerschnittsansicht in der Y-Z-Ebene, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Betrachtung aus der positiven X-Achsenrichtung darstellt, und stellt einen Querschnitt in der Y-Z-Ebene an einer Position dar, die ein Leistungserzeugungselement 61 unterteilt, was später beschrieben wird. 5(C) ist eine Seitenquerschnittsansicht in der Y-Z-Ebene, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Betrachtung aus der positiven X-Achsenrichtung darstellt, und stellt einen Querschnitt in der Y-Z-Ebene an einer Position dar, die ein Leistungserzeugungselement 63 unterteilt, was später beschrieben wird.
Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 beinhaltet einen Sockelabschnitt 2, Spiralfedern 31, 32, 33, 34, 35 und 36, eine Gewichtsplatte 4, Fixierungsabschnitte 51 und 52, Leistungserzeugungselemente 61, 62, 63 und 64, Gewichtsabschnitte 81 und 82. Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 ist ausgebildet, um eine schematische Hexaeder-Gesamtform zu besitzen, und die Abmessung derselben in der X-Achsenrichtung beträgt etwa 30 mm und die Abmessung derselben in der Y-Achsenrichtung beträgt etwa 30 mm.
Der Sockelabschnitt 2 weist eine Form auf, bei der eine Rille 20, die sich entlang der Y-Achsenrichtung erstreckt, an der oberen Oberfläche der Hexaederform gebildet ist, die durch Oberflächen gebildet ist, die senkrecht zu der X-Achse, Y-Achse bzw. Z-Achse sind. Wie in 3 dargestellt ist, beinhaltet der Sockelabschnitt 2 einen unteren Plattenabschnitt 21, einen Seitenwandabschnitt 22 und einen Seitenwandabschnitt 23. Der untere Plattenabschnitt 21 ist derart vorgesehen, dass die planare Form desselben eine rechteckige flache Plattenform ist und die untere Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) desselben Kontakt zu der horizontalen Schwingungsoberfläche FS herstellt. Dies soll bedeuten, dass der Sockelabschnitt 2 derart vorgesehen ist, dass die untere Oberfläche desselben Kontakt zu der horizontalen Schwingungsoberfläche FS herstellt. Jeder der Seitenwandabschnitte 22 und 23 weist eine rechteckige Parallelepipedform auf und ist so vorgesehen, dass er orthogonal zu der oberen Oberfläche (Oberfläche an der Seite der positiven Z-Achsenrichtung) des unteren Plattenabschnitts 21 ist. Die Seitenwandabschnitte 22 und 23 sind entlang zweier Seiten des unteren Plattenabschnitts 21 vorgesehen, die parallel zu der Y-Achse sind. Ein Abschnitt, der durch die Seitenwandabschnitte 22 und 23 und den unteren Plattenabschnitt 21 umgeben ist, bildet einen Innenabschnitt der Rille 20 aus. Der Sockelabschnitt 2 kann Teil eines Gehäuses einer elektronischen Vorrichtung sein, an der die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 befestigt ist, wobei die Form des Sockelabschnitts 2 willkürlich ist, solange dieser ein Bauteil ist, das eine externe Schwingung aufnimmt.
Die Spiralfedern 31, 32 und 33 sind zwischen der oberen Oberfläche (Oberfläche an der Seite der positiven Z-Achsenrichtung) des Seitenwandabschnitts 22 und der unteren Oberfläche (Oberfläche an der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der Gewichtsplatte 4 angeordnet. Die Spiralfedern 31, 32 und 33 sind in dieser Reihenfolge entlang der Y-Achsenrichtung ausgerichtet. Die Ausdehn- und Zusammenziehrichtung der Spiralfedern 31, 32 und 33 ist die Z-Achsenrichtung. Endabschnitte der Spiralfedern 31, 32 und 33 auf einer Seite in der Z-Achsenrichtung sind mit der oberen Oberfläche des Seitenwandabschnitts 22 verbunden und entsprechen den fixierten Enden CE1. Endabschnitte der Spiralfedern 31, 32 und 33 auf der anderen Seite in der Z-Achsenrichtung sind mit der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 verbunden und entsprechen den freien Enden FE1.
Die Spiralfedern 34, 35 und 36 sind zwischen der oberen Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung) des Seitenwandabschnitts 23 und der unteren Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der Gewichtsplatte 4 angeordnet. Die Spiralfedern 34, 35 und 36 sind in dieser Reihenfolge entlang der Y-Achsenrichtung ausgerichtet. Die Ausdehn- und Zusammenziehrichtung der Spiralfedern 34, 35 und 36 ist die Z-Achsenrichtung. Endabschnitte der Spiralfedern 34, 35 und 36 auf einer Seite in der Z-Achsenrichtung sind mit der oberen Oberfläche des Seitenwandabschnitts 23 verbunden und entsprechen den fixierten Enden CE1. Endabschnitte der Spiralfedern 34, 35 und 36 auf der anderen Seite in der Z-Achsenrichtung sind mit der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 verbunden und entsprechen den freien Enden FE1.
Die Spiralfedern 31 bis 36 bilden den oben erwähnten ersten Schwingungsabschnitt K1 aus. Die Spiralfedern 31 bis 36 sind zwischen dem Sockelabschnitt 2 und der Gewichtsplatte 4 angeordnet. Jede der Spiralfedern 31 bis 36 weist eine Federkonstante von beispielsweise 0,075 N/mm auf. Obwohl die sechs Spiralfedern 31 bis 36 bei dem Ausführungsbeispiel verwendet werden, ist die Gesamtzahl von Spiralfedern nicht auf sechs eingeschränkt. Ferner kann der erste Schwingungsabschnitt K1 durch ein anderes elastisches Bauteil, wie zum Beispiel eine Plattenfeder oder ein Gummibauteil, anstelle der Spiralfedern 31 bis 36 ausgebildet sein.
Die Dickenrichtung der Gewichtsplatte 4 ist die Z-Achsenrichtung und die Gewichtsplatte 4 ist bei Betrachtung von oben eine rechteckige flache Platte. Die äußere Form der Gewichtsplatte 4 ist bei Betrachtung von oben identisch zu der äußeren Form des Sockelabschnitts 2. Die Gewichtsplatte 4 ist durch die Spiralfedern 31 bis 36 mit dem Sockelabschnitt 2 verbunden. Deshalb ist die Gewichtsplatte 4 über dem Sockelabschnitt 2 angeordnet und wird mit den Spiralfedern 31 bis 36 elastisch auf dem Sockelabschnitt 2 getragen. Die Gewichtsplatte 4 ist aus einem Metall mit hoher Steifigkeit und hoher Dichte oder dergleichen hergestellt und bildet den oben erwähnten ersten Gewichtsabschnitt M1 zusammen mit den Fixierungsabschnitten 51 und 52 aus.
Die Fixierungsabschnitte 51 und 52 bilden den ersten Gewichtsabschnitt M1 zusammen mit der Gewichtsplatte 4 aus und sind an der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 so vorgesehen, dass sie die untere Oberfläche des ersten Gewichtsabschnitts M1 in einer konkav-konvexen Form bilden. Die jeweiligen Fixierungsabschnitte 51 und 52 weisen rechteckige Parallelepiped-Formen auf, wobei die X-Achsenrichtung auf die Längenrichtung derselben eingestellt ist, und sind entlang zweier Seiten der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 vorgesehen, die parallel zu der X-Achse sind. Die Fixierungsabschnitte 51 und 52 können durch Bauteile gebildet sein, die sich von denjenigen der Gewichtsplatte 4 unterscheiden, die mit der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 verbunden werden sollen, oder können als Bauteile ausgebildet sein, die in die Gewichtsplatte 4 integriert sind.
Die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 und ein äußerer Rahmenabschnitt 60 bilden einen Leistungserzeugungsabschnitt 6 aus. Die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 sind in einer Reihe entlang der X-Achsenrichtung ausgerichtet. Die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 sind an den äußeren Rahmenabschnitt 60 mit einer Öffnung gebunden. Die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 bilden den oben erwähnten zweiten Schwingungsabschnitt K2 aus. Wie in 4 und 5 dargestellt ist, beinhaltet jedes der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 eine Schwingungsplatte 71 und ein piezoelektrisches Element 72, das an der unteren Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist. Obwohl dies in der Fig. nicht dargestellt ist, kann das Leistungserzeugungselement 64 eine unimorphe Struktur aufweisen, bei der das piezoelektrische Element 72 an der oberen Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung) der Schwingungsplatte 71 vorgesehen ist. Ferner kann jedes der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 eine bimorphe Struktur aufweisen, bei der die piezoelektrischen Elemente 72 an der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Schwingungsplatte 71 vorgesehen sind.
Die Schwingungsplatte 71 weist bei Betrachtung von oben einen im Wesentlichen gleichschenkligen dreieckigen Abschnitt, dessen Breite von dem fixierten Ende zu dem freien Ende allmählich schmaler wird, und einen rechteckigen Abschnitt auf. Das piezoelektrische Element 72 ist auf dem im Wesentlichen gleichschenkligen dreieckigen Abschnitt der Schwingungsplatte 71 vorgesehen. Der Abschnitt der Schwingungsplatte 71, an dem das piezoelektrische Element vorgesehen ist, kann anstelle der im Wesentlichen gleichschenkligen dreieckigen Form eine andere Form aufweisen, wie beispielsweise eine längliche Form und eine im Wesentlichen mäanderförmige Form. Die Schwingungsplatte 71 ist aus einem Metall hergestellt und ist einstückig mit dem äußeren Rahmenabschnitt 60 vorgesehen. Die Schwingungsplatte 71 kann aus Silizium, Glasepoxid oder dergleichen hergestellt sein. Die Dicke der Schwingungsplatte 71 beträgt 75 μm.
Das piezoelektrische Element 72 beinhaltet einen flachen plattenartigen piezoelektrischen Körper und Elektroden (nicht dargestellt), die auf den Oberflächen des piezoelektrischen Körpers vorgesehen sind, die einander gegenüberliegen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der piezoelektrische Körper, der das piezoelektrische Element 72 ausgebildet, aus piezoelektrischen Keramiken auf PZT-Basis hergestellt und die Elektroden, die das piezoelektrische Element 72 ausbilden, sind aus einer NiCr-Legierung, NiCu-Legierung, Gold, Silber oder dergleichen hergestellt. In jedem der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 ist das piezoelektrische Element 72 an der unteren Oberfläche der Schwingungsplatte 71 vorgesehen, sodass aufgrund des Einflusses der Schwerkraft, die auf die Gewichtsabschnitte 81 und 82 wirkt, immer eine Druckbelastung auf das piezoelektrische Element 72 wirkt. Die piezoelektrischen Keramiken weisen im Allgemeinen eine hervorragende mechanische Festigkeit gegenüber der Druckbelastung, und nicht der Zugbelastung auf. Deshalb ist das piezoelektrische Element 72 in der Richtung vorgesehen, in der die Druckbelastung wirkt, sodass eine Haltbarkeit des piezoelektrischen Elements 72, das aus den piezoelektrischen Keramiken hergestellt ist, verbessert werden kann. Der piezoelektrische Körper, der das piezoelektrische Element 72 ausbildet, kann anstelle der piezoelektrischen Keramiken aus einem Material hergestellt sein, das in der Lage ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, beispielsweise aus einem organischen piezoelektrischen Material oder einem dielektrischen Polymer. Die Dicke des piezoelektrischen Elements 72 beträgt 75 μm.
Die Leistungserzeugungselemente 61 und 62 sind so vorgesehen, dass sie sich entlang der positiven Y-Achsenrichtung erstrecken. Wie in 3 dargestellt ist, sind Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 61 und 62 auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung an den äußeren Rahmenabschnitt 60 gebunden und Abschnitte des äußeren Rahmenabschnitts 60, die an die Leistungserzeugungselemente 61 und 62 gebunden sind, sind an die untere Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des Fixierungsabschnitts 51 gebunden. Deshalb sind die Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 61 und 62 auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung durch den äußeren Rahmenabschnitt 60 an die untere Oberfläche des Fixierungsabschnitts 51 gebunden. Die Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 61 und 62 auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung entsprechen fixierten Enden und Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 61 und 62 auf der Seite der positiven Y-Achsenrichtung entsprechen freien Enden. Hiermit sind die Leistungserzeugungselemente 61 und 62 so ausgebildet, dass sie sich entlang der Z-Achsenrichtung mit einer Auslegerform biegen und schwingen.
Die Leistungserzeugungselemente 63 und 64 sind so vorgesehen, dass sie sich entlang der negativen Y-Achsenrichtung erstrecken. Wie in 3 dargestellt ist, sind Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 63 und 64 auf der Seite der positiven Y-Achsenrichtung an den äußeren Rahmenabschnitt 60 gebunden und Abschnitte des äußeren Rahmenabschnitts 60, die gelenkig mit den Leistungserzeugungselementen 63 und 64 verbunden sind, sind an die untere Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des Fixierungsabschnitts 52 gebunden. Deshalb sind die Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 63 und 64 auf der Seite der positiven Y-Achsenrichtung durch den äußeren Rahmenabschnitt 60 an die untere Oberfläche des Fixierungsabschnitts 52 gebunden. Die Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 63 und 64 auf der Seite der positiven Y-Achsenrichtung entsprechen fixierten Enden und Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 63 und 64 auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung entsprechen freien Enden. Hiermit sind die Leistungserzeugungselemente 63 und 64 so ausgebildet, dass sie sich entlang der Z-Achsenrichtung mit einer Auslegerform biegen und schwingen.
Jeder der Gewichtsabschnitte 81 und 82 bildet den oben erwähnten zweiten Gewichtsabschnitt M2 aus. Die Gewichtsabschnitte 81 und 82 sind über dem Sockelabschnitt 2 angeordnet und werden durch die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 elastisch getragen. Die Gewichtsabschnitte 81 und 82 weisen rechteckige Parallelepiped-Formen auf. Die Gewichtsabschnitte 81 und 82 sind aus einem Metall mit hoher Steifigkeit und hoher Dichte oder dergleichen in der gleichen Weise wie die Gewichtsplatte 4 hergestellt und die Masse jedes der Gewichtsabschnitte 81 und 82 beträgt 60,0 g.
Der Gewichtsabschnitt 81 ist an die unteren Oberflächen (Oberflächen auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 61 und 62 auf der Seite der positiven Y-Achsenrichtung gebunden. Insbesondere ist der Gewichtsabschnitt 81 an die unteren Oberflächen (Oberflächen auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der rechteckigen Abschnitte der Schwingungsplatten 71 gebunden, die die Leistungserzeugungselemente 61 und 62 ausbilden. Der Gewichtsabschnitt 82 ist an die untere Oberfläche (Oberflächen auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 63 und 64 auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung gebunden. Insbesondere ist der Gewichtsabschnitt 82 an die unteren Oberflächen (Oberflächen auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der rechteckigen Abschnitte der Schwingungsplatten 71 gebunden, die die Leistungserzeugungselemente 63 und 64 ausbilden. Wie in 4 und 5 dargestellt ist, sind die Gewichtsabschnitte 81 und 82 an die Umgebungen der freien Enden der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 gebunden und die Schwerkraft wirkt auf die Gewichtsabschnitte 81 und 82. Deshalb biegen sich, wenn die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 nicht schwingen, die freien Enden der Leistungserzeugungselements 61 bis 64 in der negativen Z-Achsenrichtung.
Eine Grundresonanzfrequenz (erste Resonanzfrequenz) des ersten Resonators, der durch den ersten Schwingungsabschnitt K1 und den ersten Gewichtsabschnitt M1 ausgebildet ist, mit anderen Worten des ersten Resonators, der durch die Spiralfedern 31 bis 36, die Gewichtsplatte 4 und die Fixierungsabschnitte 51 und 52 ausgebildet ist, ist vorzugsweise gleich oder nahe bei einer Grundresonanzfrequenz (zweiten Resonanzfrequenz) des zweiten Resonators, der durch den zweiten Schwingungsabschnitt K2 und den zweiten Gewichtsabschnitt M2 ausgebildet ist, mit anderen Worten des zweiten Resonators, der durch die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 und die Gewichtsabschnitte 81 und 82 ausgebildet ist. In der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 mit dieser Konfiguration sind, wenn eine Schwingung in der Richtung, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche FS ist, mit einer Kraft, wie beispielsweise einer externen Schwingung, erzeugt wird, der erste Resonator und der zweite Resonator mit der gleichen Frequenz oder nahe gelegenen Frequenzen gekoppelt und Schwingungsenergie wird zwischen dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator übertragen. Dies bewirkt, dass der zweite Resonator die Schwingungsenergie von dem ersten Resonator absorbiert und mit einer größeren Amplitude schwingt. Ferner bilden die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 den zweiten Resonator aus. Deshalb kann eine größere elektrische Leistung als diejenige in dem Fall des Leistungserzeugungselements allein erhalten werden.
Die Grundresonanzfrequenz des ersten Resonators und die Grundresonanzfrequenz des zweiten Resonators sind unter Berücksichtigung einer Kraft, wie beispielsweise einer externen Schwingung, auf beliebige Frequenzen in einem Bereich von mehreren Hz bis 100 Hz geeignet eingestellt. Wenn die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 an einer elektronischen Vorrichtung, die durch einen Benutzer verwendet wird, oder einer elektronischen Vorrichtung angebracht ist, die an einem Fahrrad, Autos oder dergleichen angebracht ist, sind die Grundresonanzfrequenz des ersten Resonators und die Grundresonanzfrequenz des zweiten Resonators beispielsweise auf etwa 15 Hz eingestellt.
In der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 sind der zweite Resonator, der durch die Leistungserzeugungselemente 61 und 62 und den Gewichtsabschnitt 81 ausgebildet ist, und der zweite Resonator, der durch die Leistungserzeugungselemente 63 und 64 und den Gewichtsabschnitt 82 ausgebildet ist, derart angeordnet, dass die Richtungen derselben entlang der Y-Achse abwechselnd eingestellt sind. Mit anderen Worten, ein Teil des Gewichtsabschnitts 81 befindet sich an der Seite des fixierten Endes und der Seite der negativen Z-Achsenrichtung der Leistungserzeugungselemente 63 und 64 und ein Teil des Gewichtsabschnitts 82 befindet sich an der Seite des fixierten Endes und der Seite der negativen Z-Achsenrichtung der Leistungserzeugungselemente 61 und 62. Deshalb sind die beiden zweiten Resonatoren in einem schmalen Raum angeordnet. Die Grundresonanzfrequenzen dieser zweiten Resonatoren sind im Wesentlichen gleich zueinander gemacht und elektrische Leistungen, die aus den jeweiligen Leistungserzeugungselementen ausgegeben werden, werden durch eine Anpassungsschaltung zusammenpassend gemacht. Dies ermöglicht es, dass die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 einen hohen Leistungserzeugungswirkungsgrad erzielen kann.
Wie in 4(A) dargestellt ist, sind in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 die Fixierungsabschnitte 51 und 52 an der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 vorgesehen und die fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 sind durch den äußeren Rahmenabschnitt 60 an die unteren Oberflächen der Fixierungsabschnitte 51 und 52 gebunden. Andererseits sind die freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 mit der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 verbunden. Entsprechend sind die Höhenposition (Position in der Z-Achsenrichtung) T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 und die Höhenposition (Position in der Z-Achsenrichtung) T1 der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 unterschiedlich, während die Schwingungsoberfläche FS, mit der die untere Oberfläche des Sockelabschnitts 2 einen Kontakt herstellt, als Referenz eingestellt ist. Insbesondere sind in einem Zustand, in dem der erste Resonator und der zweite Resonator still sind, die Positionen der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 in der Z-Achsenrichtung, und nicht die Positionen der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 in der Z-Achsenrichtung näher an den Positionen der fixierten Enden (CE1) der Spiralfedern 31 bis 36, während die Schwingungsoberfläche FS, mit der die untere Oberfläche des Sockelabschnitts 2 einen Kontakt herstellt, als Referenz eingestellt ist. Die Höhenposition T1 der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 und die Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 beeinflussen eine Größe einer Amplitude einer Längsschwingung (Hauptschwingung), die an den Leistungserzeugungselementen 61 bis 64 entlang der Z-Achse erzeugt wird, und eine Größe einer Amplitude einer Nebenschwingung (seitlichen Schwingung), die an denselben entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erzeugt wird. Deshalb befinden sich die fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung relativ zu den freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36, wodurch die Nebenschwingung (seitliche Schwingung), die an den Leistungserzeugungselementen 61 bis 64 entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erzeugt wird, weitgehend unterdrückt wird.
Dann wird eine Simulation beschrieben, die zum Überprüfen des Einflusses, der auf die Längsschwingung (Hauptschwingung), die an den Leistungserzeugungselementen 61 bis 64 entlang der Z-Achse erzeugt wird, und die Nebenschwingung (seitliche Schwingung) erfolgt, die an denselben entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erzeugt wird, und zwar durch die Höhenposition der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 und die Höhenposition (Position in der Z-Achsenrichtung) der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 durchgeführt wird. Bei der Simulation wird eine Beziehung zwischen der Höhenposition der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Hauptschwingung berechnet, während die Konfiguration eingesetzt wird, die die gleiche ist wie die oben beschriebene Konfiguration. Zusätzlich wird eine Beziehung zwischen der Höhenposition der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Nebenschwingung berechnet, während eine Vergleichskonfiguration eingesetzt wird, bei der eine Schwingungsenergie, die nicht die Hauptschwingung sondern die Nebenschwingung ist, in elektrische Energie umgewandelt wird.
In dem Zustand, in dem der erste Resonator und der zweite Resonator still sind, befinden sich, wenn die Differenz (T2 – T1) zwischen der Höhenposition T1 der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 und der Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 während eines Einstellens der Höhenposition (Position in der Z-Achsenrichtung) der fixierten Enden (CE1) der Spiralfedern 31 bis 36 als Referenz negativ ist, die fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung relativ zu den freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36. Dies soll bedeuten, dass, wie bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, die fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 an die unteren Oberflächen der Fixierungsabschnitte 51 und 52, die von der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 vorstehen, gebunden sind. Andererseits befinden sich, wenn die Differenz (T2 – T1) positiv ist, die fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung relativ zu den freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36. In diesem Fall muss durch Vorsehen von Ausnehmungsabschnitten an der unteren Oberfläche der Gewichtsplatte 4 oder Anordnen von Abstandshaltern zwischen der Gewichtsplatte 4 und den Spiralfedern 31 bis 36 die Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 angehoben werden oder die Höhenposition T1 der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 muss gesenkt werden.
6(A) ist ein Graph, der Beziehungen zwischen der Differenz (T2 – T1) und den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Hauptschwingung und der Nebenschwingung darstellt. Die Differenz (T2 – T1) verändert sich in einem Bereich von –18 mm bis +15 mm. Wie in 6(A) dargestellt ist, ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Hauptschwingung groß, wenn die Differenz (T2 – T1) in einem Bereich von –15 mm bis +5 mm liegt. Andererseits ist, wenn die Differenz (T2 – T1) in einem Bereich von weniger als –15 mm liegt, das heißt wenn die Höhenabmessung (Abmessung in der Z-Achsenrichtung) der Fixierungsabschnitte 51 und 52 in einem Bereich von größer als 15 mm liegt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Hauptschwingung klein. Ferner ist, wenn die Differenz (T2 – T1) in einem Bereich von größer als +5 mm liegt, das heißt wenn Ausnehmungsabschnitte, an die die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 gebunden sind, an einem unteren Abschnitt der Gewichtsplatte 4 vorgesehen sind, anstatt der Fixierungsabschnitte 51 und 52, und die Tiefe der Ausnehmungsabschnitte in einem Bereich von größer als +5 mm liegt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Hauptschwingung ebenfalls klein.
Wie in 6(A) dargestellt ist, ist, wenn die Differenz (T2 – T1) in einem Bereich von –10 mm bis –5 mm liegt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Nebenschwingung klein. Andererseits ist, wenn die Differenz (T2 – T1) in einem Bereich von kleiner als –10 mm liegt, das heißt wenn die Höhe (Abmessung in der Z-Achsenrichtung) der Fixierungsabschnitte 51 und 52 in einem Bereich von größer als 10 mm liegt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Nebenschwingung groß. Ferner ist, wenn die Differenz (T2 – T1) in einem Bereich von größer als –5 mm liegt, das heißt wenn die Höhenabmessung (Abmessung in der Z-Achsenrichtung) der Fixierungsabschnitte 51 und 52 kleiner als 5 mm ist oder wenn die Ausnehmungsabschnitte, an die die Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 gebunden sind, an dem unteren Abschnitt der Gewichtsplatte 4 vorgesehen sind, anstelle der Fixierungsabschnitte 51 und 52, der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Nebenschwingung ebenso groß.
Aus den oben erwähnten Ergebnissen hat sich herausgestellt, dass die Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 die Größe der Amplitude der Längsschwingung (Hauptschwingung), die an den Leistungserzeugungselementen 61 bis 64 entlang der Z-Achse erzeugt wird, und die Größe der Amplitude der Nebenschwingung (seitliche Schwingung), die an denselben entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erzeugt wird, beeinflusst. Anders ausgedrückt hat sich herausgestellt, dass die Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 die Größe der Amplitude der Längsschwingung (Hauptschwingung), die an den Leistungserzeugungselementen 61 bis 64 entlang der Z-Achse erzeugt wird, und die Größe der Amplitude der Nebenschwingung (seitliche Schwingung), die an denselben entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erzeugt wird, beeinflusst. Zusätzlich hat man herausgefunden, dass der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Hauptschwingung und der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Nebenschwingung umgekehrt zu der Veränderung an der Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 verändert werden. Ferner zeigt ein Anstieg des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Hauptschwingung einen Anstieg des Leistungserzeugungswirkungsgrads der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 an. Deshalb kann in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein hoher Leistungserzeugungswirkungsgrad durch derartiges Einstellen der Höhenposition T1 der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 und der Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64, dass die Differenz (T2 – T1) in dem Bereich von –15 mm bis +5 mm liegt, erzielt werden. Ferner kann die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch Senken des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Nebenschwingung eine unnötige Nebenschwingung reduzieren und eine Zuverlässigkeit verbessern.
6(B) ist ein Graph, der Beziehungen zwischen einer genormten Differenz (T2 – T1)/T1, die durch Normieren der Differenz (T2 – T1) durch T1 erhalten wird, und genormten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, die durch Normieren der elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Hauptschwingung und der Nebenschwingung basierend auf der Zeit, zu der die genormte Differenz (T2 – T1)/T1 0 ist, erhalten werden, darstellt. Wie in 6(B) dargestellt ist, ist, wenn die genormte Differenz (T2 – T1)/T1 eine Beziehung –2,1 < (T2 – T1)/T1 < –0,1 erfüllt, der genormte elektromechanische Kopplungskoeffizient der Hauptschwingung größer als der genormte elektromechanische Kopplungskoeffizient der Nebenschwingung. Entsprechend sind in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Höhenposition T1 der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 und die Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 derart eingestellt, dass die genormte Differenz (T2 – T1)/T1 die Beziehung –2,1 < (T2 – T1)/T1 < –0,1 erfüllt. Dieses Einstellen kann bewirken, dass ein hoher Leistungserzeugungswirkungsgrad erzielt wird, eine unnötige Nebenschwingung reduziert wird und eine Zuverlässigkeit verbessert wird.
Oben sind bei dem Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, die Höhenposition T1 der freien Enden (FE1) der Spiralfedern 31 bis 36 und die Höhenposition T2 der fixierten Enden (CE2) der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 unterschiedlich. Hiermit werden die Längsschwingung (Hauptschwingung), die an den Leistungserzeugungselementen 61 bis 64 entlang der Z-Achse erzeugt wird, und die Nebenschwingung (seitliche Schwingung), die an denselben entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erzeugt wird, angepasst. Dies kann bewirken, dass ein hoher Leistungserzeugungswirkungsgrad erzielt wird, eine unnötige Nebenschwingung reduziert wird und eine Zuverlässigkeit verbessert wird.
Spezifische Konfigurationen der jeweiligen Komponenten können im Entwurf geeignet verändert werden. Handlungen und Wirkungen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben sind, sind lediglich Beispiele für die am meisten bevorzugten Handlungen und Wirkungen, die aus der Erfindung hergeleitet werden, und die Handlungen und Wirkungen gemäß der Erfindung sind nicht auf diejenigen eingeschränkt, die bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
Als Nächstes wird eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Leistungserzeugungsabschnitt 6A und einen Gewichtsabschnitt 81A, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausbilden, darstellt. Obwohl in 7 nicht dargestellt, sind andere Konfigurationen als der Leistungserzeugungsabschnitt 6A und der Gewichtsabschnitt 81A in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel die gleichen wie diejenigen in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Leistungserzeugungsabschnitt 6A ist durch einen äußeren Rahmenabschnitt 60A und ein Leistungserzeugungselement 61A ausgebildet. Der äußere Rahmenabschnitt 60A weist bei Betrachtung von oben eine rechteckige Öffnung auf. Das Leistungserzeugungselement 61A ist an den äußeren Rahmenabschnitt 60A in der Öffnung gebunden. Das Leistungserzeugungselement 61A bildet den zweiten Schwingungsabschnitt K2 aus und beinhaltet eine Schwingungsplatte und ein piezoelektrisches Element (nicht dargestellt), das an der unteren Oberfläche (Oberfläche an der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der Schwingungsplatte vorgesehen ist. Der Gewichtsabschnitt 81A bildet den zweiten Gewichtsabschnitt M2 aus.
Insbesondere beinhaltet das Leistungserzeugungselement 61A Balkenabschnitte an der Seite des fixierten Endes 62A und 63A und einen Balkenabschnitt an der Seite des freien Endes 64A. Der Balkenabschnitt an der Seite des freien Endes 64A ist so vorgesehen, dass er sich in der negativen Y-Achsenrichtung von einem Endabschnitt als einem freien Ende erstreckt, das an die obere Oberfläche (Oberfläche an der Seite der positiven Z-Achsenrichtung) des Gewichtsabschnitts 81A gebunden ist. Der Balkenabschnitt 62A an der Seite des fixierten Endes ist an der Seite der negativen X-Achsenrichtung relativ zu dem Balkenabschnitt an der Seite des freien Endes 64A angeordnet. Der Balkenabschnitt an der Seite des fixierten Endes 62A ist derart vorgesehen, dass ein Ende desselben mit einem Endabschnitt des Balkenabschnitts auf der Seite des freien Endes 64A auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung verbunden ist, von dort auf die Seite der positiven Y-Achsenrichtung gezogen wird, zu der Seite der negativen Y-Achsenrichtung gefaltet ist und sich zu einem Abschnitt des äußeren Rahmenabschnitts 60A erstreckt, der an die untere Oberfläche (Oberfläche an der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des Fixierungsabschnitts (nicht dargestellt) gebunden ist. Der Balkenabschnitt an der Seite des fixierten Endes 63A ist an der Seite der positiven X-Achsenrichtung relativ zu dem Balkenabschnitt an der Seite des freien Endes 64A angeordnet. Der Balkenabschnitt 63A an der Seite des fixierten Endes ist derart vorgesehen, dass ein Ende desselben mit einem Endabschnitt des Balkenabschnitts an der Seite des freien Endes 64A auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung verbunden ist, von dort auf die Seite der positiven Y-Achsenrichtung gezogen wird, zu der Seite der negativen Y-Achsenrichtung gefaltet wird und sich zu einem Abschnitt des äußeren Rahmenabschnitts 60A erstreckt, der an die untere Oberfläche (Oberfläche an der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des Fixierungsabschnitts (nicht dargestellt) gebunden ist.
Das Leistungserzeugungselement 61A ist durch die Balkenabschnitte 62A und 63A an der Seite des fixierten Endes und den Balkenabschnitt 64A an der Seite des freien Endes ausgebildet und in eine im Wesentlichen mäanderförmige Linienform gebildet. Deshalb ist die wesentliche Abmessung des Leistungserzeugungselements 61A in der Längsrichtung länger als diejenige der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Entsprechend können Federelastizität und Resonanzfrequenz des Leistungserzeugungselements 61A in einem breiteren Bereich eingestellt werden.
Als Nächstes wird eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
8 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Leistungserzeugungsabschnitt 6B und Gewichtsabschnitte 81B und 82B, die die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausbilden, darstellt. Obwohl in 8 nicht dargestellt, sind andere Konfigurationen als der Leistungserzeugungsabschnitt 6B und die Gewichtsabschnitte 81B und 82B bei der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel die gleichen wie diejenigen bei der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Leistungserzeugungsabschnitt 6B ist durch einen äußeren Rahmenabschnitt 60B und Leistungserzeugungselemente 61B, 62B und 63B ausgebildet. Der äußere Rahmenabschnitt 60B weist bei Betrachtung von oben eine rechteckige Öffnung auf. Die Leistungserzeugungselemente 61B, 62B und 63B sind 60A in der Öffnung an den äußeren Rahmenabschnitt gebunden. Die Leistungserzeugungselemente 61B bis 63B bilden den zweiten Schwingungsabschnitt K2 aus und beinhalten eine Schwingungsplatte und ein piezoelektrisches Element (nicht dargestellt), das an der unteren Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) der Schwingungsplatte vorgesehen ist. Jeder der Gewichtsabschnitte 81B und 82B bildet den zweiten Gewichtsabschnitt M2 aus.
Insbesondere ist sowohl das Leistungserzeugungselement 61B als auch das Leistungserzeugungselement 62B so vorgesehen, dass es sich entlang der positiven Y-Achsenrichtung erstreckt. Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 61B und 62B auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung sind an den äußeren Rahmenabschnitt 60B gebunden und Abschnitte des äußeren Rahmenabschnitts 60B, die an die Leistungserzeugungselemente 61B und 62B gebunden sind, sind an die untere Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des Fixierungsabschnitts (nicht dargestellt) gebunden. Endabschnitte der Leistungserzeugungselemente 61B und 62B auf der Seite der positiven Y-Achsenrichtung sind an die obere Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung) des Gewichtsabschnitts 81B gebunden. Das Leistungserzeugungselement 63B ist so vorgesehen, dass es sich entlang der negativen Y-Achsenrichtung erstreckt. Ein Endabschnitt des Leistungserzeugungselements 63B auf der Seite der positiven Y-Achsenrichtung ist an den äußeren Rahmenabschnitt 60B gebunden und ein Abschnitt des äußeren Rahmenabschnitts 60B, der an das Leistungserzeugungselement 63B gebunden ist, ist an die untere Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des Fixierungsabschnitts (nicht dargestellt) gebunden. Ein Endabschnitt des Leistungserzeugungselements 63B auf der Seite der negativen Y-Achsenrichtung ist an die obere Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung) des Gewichtsabschnitts 82B gebunden.
Der Gewichtsabschnitt 81B wird durch die Leistungserzeugungselemente 61B und 62B elastisch getragen und der Gewichtsabschnitt 82B wird durch das Leistungserzeugungselement 63B elastisch getragen. Die Federelastizität und die Resonanzfrequenz der Leistungserzeugungselemente 61B und 62B und die Federelastizität und die Resonanzfrequenz des Leistungserzeugungselements 63B können durch Erhöhen der Breitenabmessung (Abmessung in der X-Achsenrichtung) des Leistungserzeugungselements 63B im Wesentlichen gleich zueinander gemacht werden.
Als Nächstes wird eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1C gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1C gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung auseinander genommen ist.
Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1C bei dem Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Gewichtsplatte 4C. Die Form der Gewichtsplatte 4C unterscheidet sich von derjenigen in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Andere Konfigurationen als die Gewichtsplatte 4C in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1C sind die gleichen wie diejenigen in der piezoelektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Gewichtsplatte 4C beinhaltet einen oberen Brettabschnitt 41C und Seitenwandabschnitte 42C und 43C. Die Dickenrichtung des oberen Brettabschnitts 41C ist die Z-Achsenrichtung und der obere Brettabschnitt 41C ist bei Betrachtung von oben eine rechteckige flache Platte. Die äußere Form des oberen Brettabschnitts 41C ist bei Betrachtung von oben identisch zu der äußeren Form des Sockelabschnitts 2. Jeder der Seitenwandabschnitte 42C und 43C weist eine rechteckige Parallelepiped-Form auf und ist so vorgesehen, dass er orthogonal zu der unteren Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des oberen Brettabschnitts 41C ist. Die Seitenwandabschnitte 42C und 43C sind an der Seite der unteren Oberfläche (Oberfläche auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung) des oberen Brettabschnitts 41 entlang zweier Seiten des oberen Brettabschnitts 41C vorgesehen, die parallel zu der Y-Achse sind, wenn der obere Brettabschnitt 41C von oben betrachtet wird.
Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung 1C bei dem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Gewichtsplatte 4C mit der oben beschriebenen Konfiguration. Deshalb kann sich die Höhenposition der freien Enden der Spiralfedern 31 bis 36 auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung relativ zu der Höhenposition der fixierten Enden der Leistungserzeugungselemente 61 bis 64 befinden. Entsprechend kann die Differenz (T2 – T1), wie oben unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde, auf einen positiven Wert eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

K1: erster Schwingungsabschnitt
K2: zweiter Schwingungsabschnitt
M1: erster Gewichtsabschnitt
M2: zweiter Gewichtsabschnitt
FS: Schwingungsoberfläche
CA: Achse
FE1, FE2: freies Ende
CE1, CE2: fixiertes Ende
1, 1C: piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung
2: Sockelabschnitt
20: Rille
21: unterer Plattenabschnitt
22, 23: Seitenwandabschnitt
4, 4C: Gewichtsplatte
41C: oberer Brettabschnitt
42C, 43C: Seitenwandabschnitt
51, 52: Fixierungsabschnitt
6, 6A, 6B: Leistungserzeugungsabschnitt
60, 60A, 60B: äußerer Rahmenabschnitt
61, 62, 63, 64, 61A, 61B, 62B, 63B: Leistungserzeugungselement
62A, 63A: Balkenabschnitt auf der Seite des fixierten Endes
64A: Balkenabschnitt auf der Seite des freien Endes
71: Schwingungsplatte
72: piezoelektrisches Element
81, 82, 81A, 81B, 82B: Gewichtsabschnitt

Claims

Eine piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen ersten Schwingungsabschnitt mit einem fixierten Ende und einem freien Ende; einen ersten Gewichtsabschnitt, der mit dem freien Ende des ersten Schwingungsabschnitts verbunden ist; einen zweiten Schwingungsabschnitt mit einem fixierten Ende, das mit dem ersten Gewichtsabschnitt verbunden ist, und einem freien Ende und mit einer Schwingungsplatte und einem piezoelektrischen Element, das an der Schwingungsplatte vorgesehen ist; und einen zweiten Gewichtsabschnitt, der mit dem freien Ende des zweiten Schwingungsabschnitts verbunden ist, wobei in einem Zustand, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung auf einer Schwingungsoberfläche angeordnet ist und still ist, eine Position des freien Endes des ersten Schwingungsabschnitts und eine Position des fixierten Endes des zweiten Schwingungsabschnitts in einer Axialrichtung, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche ist, unterschiedlich sind, während die Schwingungsoberfläche als Referenz eingestellt ist.
Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der in dem Zustand, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung auf der Schwingungsoberfläche angeordnet ist und still ist, die Position des fixierten Endes des zweiten Schwingungsabschnitts, und nicht die Position des freien Endes des ersten Schwingungsabschnitts, näher an einer Position des fixierten Endes des ersten Schwingungsabschnitts in der Axialrichtung ist, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche ist, während die Schwingungsoberfläche als Referenz eingestellt ist.
Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der in dem Zustand, in dem die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung auf der Schwingungsoberfläche angeordnet ist und still ist, wenn eine Entfernung zwischen der Position des fixierten Endes des ersten Schwingungsabschnitts und der Position des freien Endes des ersten Schwingungsabschnitts als T1 angenommen wird und eine Entfernung zwischen der Position des fixierten Endes des ersten Schwingungsabschnitts und der Position des fixierten Endes des zweiten Schwingungsabschnitts als T2 angenommen wird, in der Axialrichtung, die senkrecht zu der Schwingungsoberfläche ist, während die Schwingungsoberfläche als Referenz eingestellt ist, eine Beziehung –2,1 < (T2 – T1)/T1 < –0,1 erfüllt ist.
Die piezoelektrische Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste Gewichtsabschnitt durch eine Gewichtsplatte, mit der das freie Ende des ersten Schwingungsabschnitts verbunden ist, und einen ersten und einen zweiten Fixierungsabschnitt ausgebildet ist, die auf einer Oberfläche der Gewichtsplatte vorgesehen sind, mit der das freie Ende des ersten Schwingungsabschnitts verbunden ist, ein Paar des zweiten Schwingungsabschnitts und des zweiten Gewichtsabschnitts, die mit dem ersten Fixierungsabschnitt verbunden sind, und ein Paar des zweiten Schwingungsabschnitts und des zweiten Gewichtsabschnitts, die mit dem zweiten Fixierungsabschnitt verbunden sind, vorgesehen sind, ein Teil des zweiten Gewichtsabschnitts in dem Paar, das mit dem ersten Fixierungsabschnitt verbunden ist, an einer unteren Seite des zweiten Fixierungsabschnitts angeordnet ist, und ein Teil des zweiten Gewichtsabschnitts in dem Paar, das mit dem zweiten Fixierungsabschnitt verbunden ist, an einer unteren Seite des ersten Fixierungsabschnitts angeordnet ist.