JP2002315362A - 発電用圧電素子 - Google Patents
発電用圧電素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電振動子を一種の電源装置と見なすとき、
内部抵抗が非常に大きな電源と同じふるまいになり多く
の応用に対して負荷側のインピーダンスに対して格差が
大きくマッチングが取れずエネルギーを有効に活用でき
ない問題があった。 【解決手段】 内部インピーダンスを低減させる為の手
段として、電極間の静電容量を増大させる目的で圧電板
を複数積層した構造を提案する。但し積層する圧電板の
厚みを積層する場所の発生応力に応じて調整する事で同
一の電圧を発生させるように構成して、それらを並列に
接続する。
内部抵抗が非常に大きな電源と同じふるまいになり多く
の応用に対して負荷側のインピーダンスに対して格差が
大きくマッチングが取れずエネルギーを有効に活用でき
ない問題があった。 【解決手段】 内部インピーダンスを低減させる為の手
段として、電極間の静電容量を増大させる目的で圧電板
を複数積層した構造を提案する。但し積層する圧電板の
厚みを積層する場所の発生応力に応じて調整する事で同
一の電圧を発生させるように構成して、それらを並列に
接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電材料が外力に
よって変形や、振動を生じたときに発生する電気エネル
ギーを活用する発電用圧電素子に関するもので、バッテ
リーなどの電源無しに振動等の機械的入力さえあれば発
電装置として作用し、その電力を直接あるいはコンデン
サなどに備蓄しておき必要に応じて電気エネルギーを取
り出して発光ダイオードの発光等に活用して道路の表示
装置等に応用されるものである。
よって変形や、振動を生じたときに発生する電気エネル
ギーを活用する発電用圧電素子に関するもので、バッテ
リーなどの電源無しに振動等の機械的入力さえあれば発
電装置として作用し、その電力を直接あるいはコンデン
サなどに備蓄しておき必要に応じて電気エネルギーを取
り出して発光ダイオードの発光等に活用して道路の表示
装置等に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料に歪みを発生させたとき生ずる
電気エネルギーを活用しようとする試みが広く行われて
いる。従来この種の圧電素子による発光をする場合には
通常、圧電素子に金属球、セラミック球などの衝撃体を
衝突させたり、圧電素子の一端を固定してこの反対の端
を押圧し変形させたりして、圧電素子の歪みによって発
電する。このとき発電した電力を発光体の発光に利用し
たり、二次電池に充電して取り出し利用したりされてい
る。特開平６−２０９８０７にはこの発電装置を靴底に
装着して、歩いたり走ったりする動きに合わせ、圧電素
子が変形し電気を発生させ発光体を発光させる発明がな
されている。また同種の発明として特開平１１−２５３
０７１にはフイッシング用ルアーに発光ダイオードを内
蔵し、ルアーの往復運動によって組み込まれた衝撃体で
圧電素子を打撃する事による起電力を利用し発光ダイオ
ードを発光させるルアーが開示されている。このような
応用において圧電振動子を一種の電源装置と見なすと
き、内部抵抗が非常に大きな電源と同じふるまいになり
多くの応用において負荷側のインピーダンスに対して格
差が大きく、マッチングが取れずエネルギーを有効に活
用できない問題があった。
電気エネルギーを活用しようとする試みが広く行われて
いる。従来この種の圧電素子による発光をする場合には
通常、圧電素子に金属球、セラミック球などの衝撃体を
衝突させたり、圧電素子の一端を固定してこの反対の端
を押圧し変形させたりして、圧電素子の歪みによって発
電する。このとき発電した電力を発光体の発光に利用し
たり、二次電池に充電して取り出し利用したりされてい
る。特開平６−２０９８０７にはこの発電装置を靴底に
装着して、歩いたり走ったりする動きに合わせ、圧電素
子が変形し電気を発生させ発光体を発光させる発明がな
されている。また同種の発明として特開平１１−２５３
０７１にはフイッシング用ルアーに発光ダイオードを内
蔵し、ルアーの往復運動によって組み込まれた衝撃体で
圧電素子を打撃する事による起電力を利用し発光ダイオ
ードを発光させるルアーが開示されている。このような
応用において圧電振動子を一種の電源装置と見なすと
き、内部抵抗が非常に大きな電源と同じふるまいになり
多くの応用において負荷側のインピーダンスに対して格
差が大きく、マッチングが取れずエネルギーを有効に活
用できない問題があった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、発電用圧電素
子の内部インピーダンスを低減させる為の手段として、
電極間の静電容量を増大させる目的で圧電板を複数積層
した構造を提案する。但し、複数の圧電板が積層された
素子が屈曲する場合、積層されている圧電板の位置によ
って屈曲に伴う歪みの量が異なるため圧電板の両面に発
生する電界強度が異なるため、同一の厚みの板を用いる
と発生電圧が板毎に異なるため並列に接続する場合、有
効に電力を取り出すことは出来ない。そこで積層する圧
電板の厚みを積層する場所の発生応力に応じて調整する
事で同一の電圧を発生させるように構成して、それらを
並列に接続することにより内部抵抗が低くエネルギーを
有効に取り出すことができることを最も主要な特徴とす
る。
子の内部インピーダンスを低減させる為の手段として、
電極間の静電容量を増大させる目的で圧電板を複数積層
した構造を提案する。但し、複数の圧電板が積層された
素子が屈曲する場合、積層されている圧電板の位置によ
って屈曲に伴う歪みの量が異なるため圧電板の両面に発
生する電界強度が異なるため、同一の厚みの板を用いる
と発生電圧が板毎に異なるため並列に接続する場合、有
効に電力を取り出すことは出来ない。そこで積層する圧
電板の厚みを積層する場所の発生応力に応じて調整する
事で同一の電圧を発生させるように構成して、それらを
並列に接続することにより内部抵抗が低くエネルギーを
有効に取り出すことができることを最も主要な特徴とす
る。
【０００４】以下に本発明の基本原理について図面と数
式を用いて説明する。図１は、矩形状の弾性体の一端を
固定し、他端に垂直に外力を加えて撓み変形を起こさせ
たときの任意の断面における応力、または歪みの分布を
示す。中央部の中立線は伸び縮みの無い層であり、この
層からの距離に正比例して引っ張り、または圧縮の応力
が増大して上下面に達して最大になる。図２は複数の圧
電板を積層した矩形状の積層体の一端を固定して同様に
撓み変形を起こさせた状態を示す。中立線から数えてｎ
番目の圧電板の厚みをｔｎとすると、中立線からｎ番目
の板の中心までの距離ｙｎはｙｎ＝ｔ１＋ｔ２＋・・・
ｔｎ−１＋１／２＊ｔｎ・・・・で与えられる。一定
の撓み状態におけるｎ番目の板に発生する平均応力σｎ
はσｎ＝Ｍ／Ｉｚ＊ｙｎ・・・・ここで、Ｍは発生し
ている曲げモーメント、Ｉｚは積層全体の断面係数であ
る。ｎ番目の板に発生する電圧ＶｎはＶｎ＝ｇ３１＊σ
ｎ＊ｔｎ＝ｇ３１＊Ｍ／Ｉｚ＊ｙｎ＊ｔｎ・・・・こ
こで、ｇ３１は圧電材料特有の圧電定数である。いま、
ｇ３１＊ｙｎ＊ｔｎの積が一定の値になるように積層構
造を構成すると、一定の曲げモーメントＭに対して各圧
電板に発生する電圧Ｖｎは全て等しくなることが示され
た。また中立線の位置を変えないように異材質の非圧電
材料板が挿入されている場合にも式は成り立つのでこ
の場合もｇ３１＊ｙｎ＊ｔｎの積を一定に保つように構
成することで各圧電板に発生する電圧を一定にする事が
できる。
式を用いて説明する。図１は、矩形状の弾性体の一端を
固定し、他端に垂直に外力を加えて撓み変形を起こさせ
たときの任意の断面における応力、または歪みの分布を
示す。中央部の中立線は伸び縮みの無い層であり、この
層からの距離に正比例して引っ張り、または圧縮の応力
が増大して上下面に達して最大になる。図２は複数の圧
電板を積層した矩形状の積層体の一端を固定して同様に
撓み変形を起こさせた状態を示す。中立線から数えてｎ
番目の圧電板の厚みをｔｎとすると、中立線からｎ番目
の板の中心までの距離ｙｎはｙｎ＝ｔ１＋ｔ２＋・・・
ｔｎ−１＋１／２＊ｔｎ・・・・で与えられる。一定
の撓み状態におけるｎ番目の板に発生する平均応力σｎ
はσｎ＝Ｍ／Ｉｚ＊ｙｎ・・・・ここで、Ｍは発生し
ている曲げモーメント、Ｉｚは積層全体の断面係数であ
る。ｎ番目の板に発生する電圧ＶｎはＶｎ＝ｇ３１＊σ
ｎ＊ｔｎ＝ｇ３１＊Ｍ／Ｉｚ＊ｙｎ＊ｔｎ・・・・こ
こで、ｇ３１は圧電材料特有の圧電定数である。いま、
ｇ３１＊ｙｎ＊ｔｎの積が一定の値になるように積層構
造を構成すると、一定の曲げモーメントＭに対して各圧
電板に発生する電圧Ｖｎは全て等しくなることが示され
た。また中立線の位置を変えないように異材質の非圧電
材料板が挿入されている場合にも式は成り立つのでこ
の場合もｇ３１＊ｙｎ＊ｔｎの積を一定に保つように構
成することで各圧電板に発生する電圧を一定にする事が
できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】内部インピーダンスが低く負荷と
のマッチングの良い圧電発電用素子を簡便な構成実現し
た。以下に実施例を図面を用いて詳細に説明する。
のマッチングの良い圧電発電用素子を簡便な構成実現し
た。以下に実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【０００６】図３は本発明装置の実施例１の斜視図であ
って、外形寸法は長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍであり、１
は中間層に用いた厚み２０μｍの真鍮板、２、３は厚み
を調整した圧電セラミックス板で、それぞれ値は中立線
からの距離ｙｎと層の厚みｔｎの積が一定になるように
０．３７ｍｍと０．１５ｍｍになっている。４は電極、
５はリード線を示す。使用した圧電セラミックスは内
側、外側ともにトーキンセラミクス製Ｎ−１０材を用い
た。誘電率は５４４０，圧電定数はｇ３１＝−６×１０
−３（Ｖｍ／Ｎ）である。長手方向の一端１０ｍｍの部
分を固定し、自由端に重さ２ｇの鋼球を５０ｍｍの高さ
より落下させたときの圧電性能について、外形寸法と厚
みを等しくした、従来構成の２枚の圧電セラミックス板
と中間の真鍮板とからなる圧電バイモルフ、及び両側に
それぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚を積層した
４層の圧電素子と比較した。
って、外形寸法は長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍであり、１
は中間層に用いた厚み２０μｍの真鍮板、２、３は厚み
を調整した圧電セラミックス板で、それぞれ値は中立線
からの距離ｙｎと層の厚みｔｎの積が一定になるように
０．３７ｍｍと０．１５ｍｍになっている。４は電極、
５はリード線を示す。使用した圧電セラミックスは内
側、外側ともにトーキンセラミクス製Ｎ−１０材を用い
た。誘電率は５４４０，圧電定数はｇ３１＝−６×１０
−３（Ｖｍ／Ｎ）である。長手方向の一端１０ｍｍの部
分を固定し、自由端に重さ２ｇの鋼球を５０ｍｍの高さ
より落下させたときの圧電性能について、外形寸法と厚
みを等しくした、従来構成の２枚の圧電セラミックス板
と中間の真鍮板とからなる圧電バイモルフ、及び両側に
それぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚を積層した
４層の圧電素子と比較した。
【０００７】三者の共振周波数は、ほぼ等しく３７８Ｈ
ｚ、電極間の静電容量は従来構造が９３ｎＦ、両側にそ
れぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚を積層した４
層の圧電素子では３７２ｎＦに対して本実施例は４５４
ｎＦと増大している。図４は端子間に値の異なる負荷抵
抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０ｍｍの高
さより落下させたときに負荷抵抗に流れる電流Ｉ（ｔ）
と端子間の電圧Ｖ（ｔ）の過渡現象を観測して、抵抗Ｒ
ｓでジュール熱として消費されるエネルギーＷｓを求
め、鋼球の衝突直前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効
率ηとして百分率で示したものである。最大効率ηＭＡ
Ｘの値は従来構造、本実施例では１５％程度であるが，
両側にそれぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚を積
層した４層の圧電素子では７．５％程度であった。これ
は、中立点からの距離と層の厚みの積が一定になるよう
に調整しない場合、それぞれの層からの発生電力か異な
るために、両素子間の電位差が平衡に達するまでの過程
で圧電素子内でエネルギー消費が生じて、負荷抵抗Ｒｓ
でジュール熱として消費されるエネルギーＷｓが減少す
るためである。効率ηが最大値をとる負荷抵抗の値がほ
ぼ圧電素子を電源と見なしたときの内部インピーダンス
である。従来構造の場合は最大値をとる抵抗が４．５Ｋ
Ω、両側にそれぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚
を積層した４層の圧電素子では１１３２Ωであるのに対
して本実施例の場合は９３０Ωまで降下しており、本発
明の有効性を確認できた。本試作では圧電素子を長方形
状にしてあるが、固定部で幅が広く自由端に近づくに従
い幅が狭くなる台形状の素子でも同じ効果が得られる。
ｚ、電極間の静電容量は従来構造が９３ｎＦ、両側にそ
れぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚を積層した４
層の圧電素子では３７２ｎＦに対して本実施例は４５４
ｎＦと増大している。図４は端子間に値の異なる負荷抵
抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０ｍｍの高
さより落下させたときに負荷抵抗に流れる電流Ｉ（ｔ）
と端子間の電圧Ｖ（ｔ）の過渡現象を観測して、抵抗Ｒ
ｓでジュール熱として消費されるエネルギーＷｓを求
め、鋼球の衝突直前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効
率ηとして百分率で示したものである。最大効率ηＭＡ
Ｘの値は従来構造、本実施例では１５％程度であるが，
両側にそれぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚を積
層した４層の圧電素子では７．５％程度であった。これ
は、中立点からの距離と層の厚みの積が一定になるよう
に調整しない場合、それぞれの層からの発生電力か異な
るために、両素子間の電位差が平衡に達するまでの過程
で圧電素子内でエネルギー消費が生じて、負荷抵抗Ｒｓ
でジュール熱として消費されるエネルギーＷｓが減少す
るためである。効率ηが最大値をとる負荷抵抗の値がほ
ぼ圧電素子を電源と見なしたときの内部インピーダンス
である。従来構造の場合は最大値をとる抵抗が４．５Ｋ
Ω、両側にそれぞれ同じ厚みの圧電セラミックス板２枚
を積層した４層の圧電素子では１１３２Ωであるのに対
して本実施例の場合は９３０Ωまで降下しており、本発
明の有効性を確認できた。本試作では圧電素子を長方形
状にしてあるが、固定部で幅が広く自由端に近づくに従
い幅が狭くなる台形状の素子でも同じ効果が得られる。
【０００８】次に、実施例２として積層する圧電材料の
種類を変えた場合について試作した結果を示す。図３の
構成で外側の圧電板にトーキンセラミクス製Ｎ−１０
材、内側の圧電板にトーキン製圧電セラミックＮ−６材
を用いている。Ｎ−６材は、誘電率１４５０、圧電定数
は、ｇ３１＝−１０．６×１０−３（Ｖｍ／Ｎ）であ
る。外形寸法は長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍであり、１は
中間層に用いた厚み２０μｍの真鍮板、２、３は厚みを
調整した圧電セラミックス板で、それぞれ値は中立線か
らの距離ｙｎと層の厚みｔｎ更に圧電ｇ定数の積が一定
になるように０．２３ｍｍと０．１５ｍｍになってい
る。４は電極、５はリード線を示す。長手方向の一端１
０ｍｍの部分を固定し、自由端に重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときの圧電性能について、外
形寸法と厚みを等しくした、従来構成の２枚の圧電セラ
ミックス板と中間の真鍮板とからなる圧電バイモルフと
比較した結果を図５に示した。最大効率ηＭＡＸの値は
比較のものが１５％、試作のものが１８％程度であっ
た。効率ηが最大値をとる負荷抵抗の値が従来構造の場
合は最大値をとる抵抗が４．５ＫΩであるのに対して本
実施例の場合は１．３ＫΩまで降下しており、本発明の
有効性を同様に確認できた。
種類を変えた場合について試作した結果を示す。図３の
構成で外側の圧電板にトーキンセラミクス製Ｎ−１０
材、内側の圧電板にトーキン製圧電セラミックＮ−６材
を用いている。Ｎ−６材は、誘電率１４５０、圧電定数
は、ｇ３１＝−１０．６×１０−３（Ｖｍ／Ｎ）であ
る。外形寸法は長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍであり、１は
中間層に用いた厚み２０μｍの真鍮板、２、３は厚みを
調整した圧電セラミックス板で、それぞれ値は中立線か
らの距離ｙｎと層の厚みｔｎ更に圧電ｇ定数の積が一定
になるように０．２３ｍｍと０．１５ｍｍになってい
る。４は電極、５はリード線を示す。長手方向の一端１
０ｍｍの部分を固定し、自由端に重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときの圧電性能について、外
形寸法と厚みを等しくした、従来構成の２枚の圧電セラ
ミックス板と中間の真鍮板とからなる圧電バイモルフと
比較した結果を図５に示した。最大効率ηＭＡＸの値は
比較のものが１５％、試作のものが１８％程度であっ
た。効率ηが最大値をとる負荷抵抗の値が従来構造の場
合は最大値をとる抵抗が４．５ＫΩであるのに対して本
実施例の場合は１．３ＫΩまで降下しており、本発明の
有効性を同様に確認できた。
【０００９】次に第３の実施例について説明する。図６
は次の工程を経て得られた発電用圧電素子の斜視図を示
す。圧電セラミックス原料粉末（トーキンセラミクス
製Ｎ−６材）に有機物のバインダーと有機溶剤を混入し
て泥漿化する。ドクターブレード法で泥漿をシート化
する。必要なシートには内部電極層として銀とパラジ
ュームを主成分とする電極ペーストを印刷し乾燥する。
シートを重ねて加熱プレスし、必要な形状に切断す
る。５００℃から６００℃まで加熱し数時間でバイン
ダー等の有機物を焼成する。密閉容器中で１０００℃
から１２００℃の範囲で１時間から６時間焼却を行う。
端面に電気端子用及び最外皮部の電極を塗布または印
刷し、５００℃から６００℃で焼き付ける。絶縁オイ
ル中で１００℃程度に加熱し端子間に２〜３ＫＶ／ｍｍ
の直流電界を印加して分極処理する。
は次の工程を経て得られた発電用圧電素子の斜視図を示
す。圧電セラミックス原料粉末（トーキンセラミクス
製Ｎ−６材）に有機物のバインダーと有機溶剤を混入し
て泥漿化する。ドクターブレード法で泥漿をシート化
する。必要なシートには内部電極層として銀とパラジ
ュームを主成分とする電極ペーストを印刷し乾燥する。
シートを重ねて加熱プレスし、必要な形状に切断す
る。５００℃から６００℃まで加熱し数時間でバイン
ダー等の有機物を焼成する。密閉容器中で１０００℃
から１２００℃の範囲で１時間から６時間焼却を行う。
端面に電気端子用及び最外皮部の電極を塗布または印
刷し、５００℃から６００℃で焼き付ける。絶縁オイ
ル中で１００℃程度に加熱し端子間に２〜３ＫＶ／ｍｍ
の直流電界を印加して分極処理する。
【００１０】図７は寸法上の詳細を示す。外形は２０ｍ
ｍ×５ｍｍ×１．５ｍｍである。中心線から対称に構成
された中心層は０．２ｍｍありこの部分は圧電的には不
活性層となっている。電極に挟まれる活性部の厚みは最
外層部からそれぞれ内側から０．０９６ｍｍ，０．０６
２ｍｍ，０．０５ｍｍ，となっている。中心に近い層か
ら第一層、第二層、第三層とするとそれぞれについて、
中立線からの距離ｙｎと厚みｔｎの積は、第一層：
（０．５×０．２＋０．５×０．０９６）×０．０９６
＝０．０１４１，第二層：（０．５×０．２＋０．０９
６＋０．５×０．０６２）×０．０６２＝０．０１４
１，第三層：（０．５×０．２＋０．０９６＋０．０６
２＋０．５×０．０５）×０．０５＝０．０１４１とな
っており請求項の条件を満足するものである。
ｍ×５ｍｍ×１．５ｍｍである。中心線から対称に構成
された中心層は０．２ｍｍありこの部分は圧電的には不
活性層となっている。電極に挟まれる活性部の厚みは最
外層部からそれぞれ内側から０．０９６ｍｍ，０．０６
２ｍｍ，０．０５ｍｍ，となっている。中心に近い層か
ら第一層、第二層、第三層とするとそれぞれについて、
中立線からの距離ｙｎと厚みｔｎの積は、第一層：
（０．５×０．２＋０．５×０．０９６）×０．０９６
＝０．０１４１，第二層：（０．５×０．２＋０．０９
６＋０．５×０．０６２）×０．０６２＝０．０１４
１，第三層：（０．５×０．２＋０．０９６＋０．０６
２＋０．５×０．０５）×０．０５＝０．０１４１とな
っており請求項の条件を満足するものである。
【００１１】長手方向２０ｍｍについて両端より長さの
２２．４％の２ヵ所をエッジ状の剛体で支持し、電気端
子間に負荷抵抗を接続した。図８は端子間に値の異なる
負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０ｍ
ｍの高さより中心部に落下させたときに負荷抵抗に流れ
る電流Ｉ（ｔ）と端子間の電圧Ｖ（ｔ）の過渡現象をオ
シロスコープで観測して、抵抗Ｒｓでジュール熱として
消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直前の運
動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率で示し
たものである。最大効率ηＭＡＸの値は両者とも４０％
程度であった。効率ηが最大値をとる負荷抵抗の値がほ
ぼ圧電素子を電源とみなしたときの内部インピーダンス
である。同一の外形寸法で０．７ｍｍ厚の２枚の圧電セ
ラミックスを張り合わせた構造からなる圧電バイモルフ
は最大値をとる抵抗が、２．２ＫΩであるのに対して本
実施例の場合は７０Ωまで降下しており。本発明の有効
性を確認できた。
２２．４％の２ヵ所をエッジ状の剛体で支持し、電気端
子間に負荷抵抗を接続した。図８は端子間に値の異なる
負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０ｍ
ｍの高さより中心部に落下させたときに負荷抵抗に流れ
る電流Ｉ（ｔ）と端子間の電圧Ｖ（ｔ）の過渡現象をオ
シロスコープで観測して、抵抗Ｒｓでジュール熱として
消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直前の運
動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率で示し
たものである。最大効率ηＭＡＸの値は両者とも４０％
程度であった。効率ηが最大値をとる負荷抵抗の値がほ
ぼ圧電素子を電源とみなしたときの内部インピーダンス
である。同一の外形寸法で０．７ｍｍ厚の２枚の圧電セ
ラミックスを張り合わせた構造からなる圧電バイモルフ
は最大値をとる抵抗が、２．２ＫΩであるのに対して本
実施例の場合は７０Ωまで降下しており。本発明の有効
性を確認できた。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の発電用圧電
素子は種々の負荷抵抗の値に内部インピーダンスを適合
できるという利点があり、従来圧電素子の内部インピー
ダンスが負荷に対して高すぎるため有効なエネルギー活
用ができなかった用途にも有効に活用する事ができる。
素子は種々の負荷抵抗の値に内部インピーダンスを適合
できるという利点があり、従来圧電素子の内部インピー
ダンスが負荷に対して高すぎるため有効なエネルギー活
用ができなかった用途にも有効に活用する事ができる。
【図１】長方形状の弾性体が曲げの変形を生じた時の断
面の応力（歪み）分布を示した説明図である。
面の応力（歪み）分布を示した説明図である。
【図２】図１の弾性体が厚みの異なる複数の板の積層体
である場合の各板に発生する応力及び電圧の大きさを示
した説明図である。
である場合の各板に発生する応力及び電圧の大きさを示
した説明図である。
【図３】実施例１の構成の斜視図である。
【図４】実施例１の圧電素子について端子間に値の異な
る負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときに抵抗Ｒｓでジュール熱
として消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直
前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率
で示したものである。
る負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときに抵抗Ｒｓでジュール熱
として消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直
前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率
で示したものである。
【図５】実施例２の圧電素子について端子間に値の異な
る負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときに抵抗Ｒｓでジュール熱
として消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直
前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率
で示したものである。
る負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときに抵抗Ｒｓでジュール熱
として消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直
前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率
で示したものである。
【図６】実施例３の構成の斜視図である。
【図７】実施例３の構成の寸法詳細を示す図である。
【図８】実施例３の圧電素子について端子間に値の異な
る負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときに抵抗Ｒｓでジュール熱
として消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直
前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率
で示したものである。
る負荷抵抗Ｒｓを接続しておき、重さ２ｇの鋼球を５０
ｍｍの高さより落下させたときに抵抗Ｒｓでジュール熱
として消費されるエネルギーＷｓを求め、鋼球の衝突直
前の運動エネルギーＷｉｎとの比を効率ηとして百分率
で示したものである。
１ 厚み２０μｍの真鍮板 ２ 圧電セラミックス板厚み０．３７ｍｍ ３ 圧電セラミックス板厚み０．１５ｍｍ ４ 電極 ５ リード線 ６ 外部電極及び外部端子 ７ 内部電極層 ８ 中間部不活性層 ９ リード線
Claims (6)
- 【請求項１】 両面に電極を形成された複数の圧電材料
板を積層してなる発電用の圧電素子であり、各圧電材料
板の厚みは屈曲時の中立線から各圧電材料板の厚みの中
間層までの距離とその板の厚みおよび圧電ｇ定数との積
が一定になるように構成されたことを特徴とする発電用
圧電素子。 - 【請求項２】 屈曲時の中立線の通る部分に非圧電性の
弾性体板を積層したことを特徴とする請求項１の発電用
圧電素子。 - 【請求項３】 両面に電極を形成された同一材料からな
る複数の圧電材料板を積層してなる発電用の圧電素子で
あり、各圧電材料板の両電極は同一の極性同士が並列に
接続されて出力電力を取り出せるように結線されている
ことを特徴とする請求項１，２の発電用圧電素子。 - 【請求項４】 外形が長方形または台形状であり、一端
を固定し他端に外力をさせて撓ませるか、その変形で自
由端が減衰振動する事で発電することを特徴とする請求
項１，２の発電用圧電素子。 - 【請求項５】 周辺を固定せず、撓み振動のノード点を
支持するか、全体を柔らかい弾性体の上に載せて、鋼球
の落下等の衝撃によって発生する撓み振動で発電するこ
とを特徴とする請求項１，２の発電用圧電素子。 - 【請求項６】 圧電材料板を複数積層する構造の形成
は、原料粉末をシート成形したのち、電極が印刷され積
層工程後に、一体焼成することを特徴とする請求項１〜
５の発電用圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118493A JP2002315362A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 発電用圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118493A JP2002315362A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 発電用圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002315362A true JP2002315362A (ja) | 2002-10-25 |
Family
ID=18968875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118493A Withdrawn JP2002315362A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 発電用圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002315362A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100899026B1 (ko) * | 2007-04-24 | 2009-05-26 | 주식회사 삼전 | 점도센서 |
| JP2012065533A (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Korea Electronics Telecommun | エネルギーハーべスティング電子装置 |
| WO2016027614A1 (ja) * | 2014-08-18 | 2016-02-25 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子及び曲げ検出センサ |
-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001118493A patent/JP2002315362A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100899026B1 (ko) * | 2007-04-24 | 2009-05-26 | 주식회사 삼전 | 점도센서 |
| JP2012065533A (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Korea Electronics Telecommun | エネルギーハーべスティング電子装置 |
| WO2016027614A1 (ja) * | 2014-08-18 | 2016-02-25 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子及び曲げ検出センサ |
| JPWO2016027614A1 (ja) * | 2014-08-18 | 2017-05-25 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子及び曲げ検出センサ |
| US10512421B2 (en) | 2014-08-18 | 2019-12-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric element and bend detecting sensor |
| CN106575698B (zh) * | 2014-08-18 | 2020-05-01 | 株式会社村田制作所 | 压电传感器以及弯曲检测传感器 |
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