JP2011250520A

JP2011250520A - 多段式発電ユニット

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Publication number: JP2011250520A
Application number: JP2010118744A
Authority: JP
Inventors: Kohei Hayamizu; 浩平速水
Original assignee: Soundpower Corp
Current assignee: Soundpower Corp
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-24
Also published as: JP4892079B2

Abstract

【課題】外力に応じて発電量を多段的に変化させることにより、発電量の変化を従来よりも明確に検知することが可能となる、多段式発電ユニットを提供すること。
【解決手段】外力を電気に変換する発電ユニット１であって、固定板１１、可動板１３、第１発電モジュール２０、及び第２発電モジュール３０を備える。可動板１３が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０は、圧電素子２２、２３が変形することにより発電するが、第２発電モジュール３０は、圧電素子３２、３３が変形せず発電しない。可動板１３が第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０は、圧電素子２２、２３がさらに変形することにより発電し、第２発電モジュール３０は、圧電素子３２、３３が変形することにより発電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外力を圧電素子を介して電気に変換する発電ユニットであって、多段的に変形して発電を行う多段式発電ユニットに関する。

従来、圧電素子を用いた発電構造としては、例えば、圧電素子に直接外力を加えることで当該圧電素子を変形させて起電力を得るものや（例えば、特許文献１参照）、風力等の力を間接的に圧電素子に加えることで当該圧電素子を変形させて起電力を得るもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。

このように圧電素子を用いた発電の効率を高めるためには、圧電素子の変形量を増大させることが望ましい。このような点に鑑みて、本願発明者は、圧電素子の変形量を増大させることができる発電ユニットを提案した（例えば、特許文献３参照）。この発電ユニットは、一対の緩衝材の相互間に、振動板と、この振動板の側面に固定された圧電素子と、一方の緩衝材から圧電素子の中心に至る軸と、他方の緩衝材から振動板の側方に至る軸とを備えて構成されており、緩衝材が外力を受けて変形する場合に、この外力を軸を介して振動板と圧電素子に順次伝達し、振動板と共に圧電素子を反らせるように変形させることでその変形量を増大させることができる。

特開平７−４９３８８号公報特開平１１−３０３７２６号公報特開２００７−９７２７８号公報

ここで、このような発電ユニットに対して検知機能を持たせたい場合がある。例えば、発電ユニットを監視領域の床面に埋め込み、不審者が当該発電ユニット上を歩いた場合に、発電ユニットの圧電素子が押圧され変形するようにしておくことで、発電ユニットによる発電状態に基づいて不審者の存在を検知することが可能になる。

しかしながら、特許文献３の如き発電ユニットでは、緩衝材の変形量に伴って圧電素子の変形量がほぼ線形的に増加し、圧電素子の発電量もほぼ線形的に増加するので、発電ユニットによる発電状態に基づいて検知を行うためには、発電ユニットに加えられる外力の大きさと圧電素子の発電量との関係をある程度正確に把握しておく必要があった。例えば、発電ユニット上を歩いたのが不審者と犬の如き小動物とのいずれであるのかを区別するためには、不審者と小動物のそれぞれの体重に応じた発電量を事前に把握し、これらの発電量の境界値を閾値として設定する必要があるが、発電ユニットの製造誤差等によって圧電素子の発電量にバラツキが生じた場合には、発電量と閾値との相対的な差異も変動するため、不審者と小動物との区別を正確に行うことが困難になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外力に応じて発電量を多段的に変化させることにより、発電量の変化を従来よりも明確に検知することが可能となる、多段式発電ユニットを提供することを目的とする。

このような課題を解決するため、請求項１に記載の多段式発電ユニットは、外力を発電体を介して電気に変換する発電ユニットであって、第１基板と、前記外力によって前記第１基板に近接する方向に移動する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたものであって、前記発電体を有する第１発電モジュールと、前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたものであって、前記発電体を有する第２発電モジュールとを備え、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に第１移動距離だけ移動することにより、前記第１発電モジュールの前記発電体が発電する一方で、前記第２発電モジュールの前記発電体は発電せず、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動することにより、前記第１発電モジュールの前記発電体と前記第２発電モジュールの前記発電体とが発電する。

請求項２に記載の多段式発電ユニットは、請求項１に記載の多段式発電ユニットにおいて、前記発電体は圧電素子であり、前記第１発電モジュールは、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に第１移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第１発電モジュールの前記圧電素子が押圧され変形することにより発電し、かつ、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第１発電モジュールの前記圧電素子が押圧され変形することにより発電し、前記第２発電モジュールは、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に第１移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第２発電モジュールの前記圧電素子が押圧されることなく変形せず、かつ、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第２発電モジュールの前記圧電素子が押圧され変形することにより発電する。

また、請求項３に記載の多段式発電ユニットは、請求項２に記載の多段式発電ユニットにおいて、前記第１発電モジュールは、可撓性を有する第１振動板と、前記第１振動板の少なくとも一方の側面に固定された第１の前記圧電素子と、前記第１振動板と前記第１基板との間に介在するものであって当該第１振動板を支持する第１支持スペーサと、前記第１振動板と前記第２基板との間に介在するものであって当該第２基板の移動に伴って当該第１振動板を押圧する第１押圧スペーサとを有し、前記第２発電モジュールは、可撓性を有する第２振動板と、前記第２振動板の少なくとも一方の側面に固定された第２の前記圧電素子と、前記第２振動板と前記第１基板との間に介在するものであって当該第２振動板を支持する第２支持スペーサと、前記第２振動板と前記第２基板との間に介在するものであって当該第２基板の移動に伴って当該第２振動板を押圧する第２押圧スペーサとを有し、前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に移動していない状態における、当該第２基板と前記第１発電モジュールの前記第１押圧スペーサとの間隔を、当該第２基板と前記第２発電モジュールの前記第２押圧スペーサとの間隔より小さくした。

また、請求項４に記載の多段式発電ユニットは、請求項３に記載の多段式発電ユニットにおいて、前記第１発電モジュールにおける前記第１振動板の幅を、前記第２発電モジュールにおける前記第２振動板の幅より大きくし、かつ、前記第１発電モジュールにおける前記第１の圧電素子の幅を、前記第２発電モジュールにおける前記第２の圧電素子の幅より大きくした。

また、請求項５に記載の多段式発電ユニットは、請求項３又は４に記載の多段式発電ユニットにおいて、前記第１基板における同一平面上に、前記第１発電モジュールと前記第２発電モジュールとを並設し、前記第１基板と前記第２発電モジュールの前記第２圧電素子との間には、ストッパを設け、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して押圧され変形した前記第１発電モジュールの前記第１の圧電素子を前記第１基板に接触させることにより、当該第１の圧電素子のそれ以上の変形を規制し、前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して押圧され変形した前記第２発電モジュールの前記第２の圧電素子を前記ストッパに接触させることにより、当該第２の圧電素子のそれ以上の変形を規制する。

また、請求項６に記載の多段式発電ユニットは、請求項１に記載の多段式発電ユニットにおいて、前記第１発電モジュールを、前記第１基板と前記第２基板との相互間に複数重合するように配置した。

請求項１に記載の多段式発電ユニットによれば、外力によって第２基板が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールの発電体が発電し、外力によって第２基板が第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールの発電体と第２発電モジュールの発電体が発電するので、外力の大きさにより、第２発電モジュールの発電量に応じた明確な差異が生じるので、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。従って、この多段式発電ユニットを外力の検知センサとして用いた場合には、外力を大きさを一層明確に判定することが可能となる。

請求項２に記載の多段式発電ユニットによれば、外力によって第２基板が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールの圧電素子が変形して発電し、外力によって第２基板が第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールの圧電素子と第２発電モジュールの圧電素子とが変形して発電するので、外力の大きさにより、第２発電モジュールの発電量に応じた明確な差異が生じるので、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。従って、この多段式発電ユニットを外力の検知センサとして用いた場合には、外力を大きさを一層明確に判定することが可能となる。

また、請求項３に記載の多段式発電ユニットによれば、第２基板が第１基板に近接する方向に移動していない状態における、第２基板と第１発電モジュールの第１押圧スペーサとの間隔を、第２基板と第２発電モジュールの第２押圧スペーサとの間隔より小さくしたので、外力によって第２基板が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールのみが発電し、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。

また、請求項４に記載の多段式発電ユニットによれば、第１発電モジュールにおける第１振動板の幅を、第２発電モジュールにおける第２振動板の幅より大きくし、かつ、第１発電モジュールにおける第１の圧電素子の幅を、第２発電モジュールにおける第２の圧電素子の幅より大きくしたので、第１発電モジュールにおける第１振動板と第１の圧電素子の最大変形量を、第２発電モジュールにおける第２振動板と第２の圧電素子の最大変形量より大きくすることができ、外力によって第２基板が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールの第１振動板と第１の圧電素子とが変形して発電し、外力によって第２基板が第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールの第１振動板と第１の圧電素子とがさらに変形して発電することが可能となる。

また、請求項５に記載の多段式発電ユニットによれば、外力によって第２基板が第１基板に近接する方向に第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して押圧され変形した第１発電モジュールの第１の圧電素子を第１基板に接触させることにより、当該第１の圧電素子のそれ以上の変形を規制し、外力によって第２基板が第１基板に近接する方向に第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して押圧され変形した第２発電モジュールの第２の圧電素子を前記ストッパに接触させることにより、当該第２の圧電素子のそれ以上の変形を規制するので、これら第１振動板、第１の圧電素子、第２振動板、及び第２の圧電素子の過大変形による破損等を防止することが可能となる。

また、請求項６に記載の多段式発電ユニットによれば、第１発電モジュールを、第１基板と第２基板との相互間に複数重合するように配置したので、外力によって第２基板が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュールのみが発電し、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る多段式発電ユニットの非押圧状態における全体縦断面図である。図１の多段式発電ユニットの第１押圧状態における全体縦断面図である。図１の多段式発電ユニットの第２押圧状態における全体縦断面図である。第１発電モジュールの斜視図である。第１発電モジュールの分解斜視図である。変形例に係る第１発電モジュールの分解斜視図である。変形例に係る第１発電モジュールの分解斜視図である。第２発電モジュールの斜視図である。第２発電モジュールの分解斜視図である。第１発電モジュールと第２発電モジュールの相互関係を説明するための説明図である。変形例に係る発電ユニットの要部縦断面図である。本発明の実施の形態２に係る多段式発電ユニットの非押圧状態における全体縦断面図である。図１２の多段式発電ユニットの第１押圧状態における全体縦断面図である。図１２の多段式発電ユニットの第２押圧状態における全体縦断面図である。

以下に、添付図面を参照して、この発明に係る多段式発電ユニットの各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕実施の形態の具体的内容について順次説明し、最後に、〔III〕各実施の形態の変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る多段式発電ユニットは、外力を電気に変換して取り出すことを目的とするものであって、特に多段的に発電量を変化させ得るものである。

各実施の形態に係る多段式発電ユニットの特徴の一つは、概略的には、複数の発電モジュールを、外力の大きさに応じて多段的に発電するように構成した点にある。これら複数の発電モジュールは、一対の基板の相互間に配置され、発電モジュールと基板との相対的な距離や、発電モジュールの形状や構造を、複数の発電モジュールの相互間において変えることで、外力の大きさに応じて多段的に発電するようにしている。

この多段式発電ユニットの具体的な利用形態は任意であり、例えば、監視領域の床面に埋め込み、不審者を検知するためのセンサとして使用することができる。あるいは、本願発明者によって提案されているように利用者によって押圧されて発電することで出力を行うリモコン（国際公開第２００９／０６３６１０号パンフレット）に適用することで、多段的な発電に応じて異なる信号を出力するリモコンを構成してもよく、この場合には、押圧力に応じて異なる制御信号を出力するように構成することができる。

〔II〕各実施の形態の具体的内容
以下に、本発明に係る各実施の形態の具体的内容について添付図面を参照して説明する。

〔実施の形態１〕
最初に、実施の形態１について説明する。この形態は、複数の発電モジュールの幅を相互に変えることによって多段的な発電を行うようにした形態である。

図１は、実施の形態１に係る多段式発電ユニットの非押圧状態における全体縦断面図、図２は、図１の多段式発電ユニットの第１押圧状態における全体縦断面図、図３は、図１の多段式発電ユニットの第２押圧状態における全体縦断面図である。これら各図に示すように、多段式発電ユニット（以下、発電ユニット）１は、筐体１０の内部に、複数の第１発電モジュール２０と複数の第２発電モジュール３０とを交互に並設して構成されている。なお、以下では、図１における上方を上側、図１における下方を下側として説明する。

最初に、筐体１０について説明する。この筐体１０は、発電ユニット１の構造体であり、全体として中空直方体状に形成されており、固定板（第１基板）１１と、側板１２と、可動板（第２基板）１３とを備えて構成されている。固定板１１は、図示しない設置面に対して固定的に配置された板状体であり、その上面は平坦面とされている。側板１２は、固定板１１の四周の各辺に対して直交するように配置された板状体である。可動板１３は、固定板１１に対して可動可能なように配置された板状体であり、その上面は平坦面とされている。この可動板１３における側板１２に対応する各位置には、下面に開放する凹部１３ａが形成されており、この凹部１３ａに側板１２の上端部１２ａが上下動自在に嵌合されている。この凹部１３ａには、図示しない弾性体が配置されており、外力に対する可動板１３の移動量を調整すると共に、外力を受けていない可動板１３を最上方位置に押し上げる。

このような構造において、可動板１３が外力を受けていない状態（非押圧状態）では、図１に示す状態となり、可動板１３が下向きの第１外力を受けている状態（非押圧状態から、後述する第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５の高さの約半分の高さだけ可動板１３が下方に移動した状態。以下、第１押圧状態）では、可動板１３が固定板１１に近接する方向に第１移動距離だけ移動して図２に示す状態となり、可動板１３が下向きの第２外力（＞第１外力）を受けている状態（第１押圧状態から、後述する第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５の高さの約半分の高さだけ可動板１３がさらに下方に移動した状態。以下、第２押圧状態）では、可動板１３が固定板１１に近接する方向に第２移動距離（＞第１移動距離）だけ移動して図３に示す状態となる。このように構成された筐体１０は、例えば、金属、樹脂、木材を用いて、第２外力の大きさの繰り返し荷重に耐え得る十分な強度を持って形成される。

次に、第１発電モジュール２０について説明する。この第１発電モジュール２０は、発電体としての圧電素子２２、２３を備えて構成されたものであって、第１外力によって可動板１３が固定板１１に近接する方向に第１移動距離だけ移動した状態において、当該可動板１３を介して当該第１発電モジュール２０の圧電素子２２、２３が押圧され変形することにより発電し、かつ、第２外力によって可動板１３が固定板１１に近接する方向に第２移動距離だけ移動した状態において、当該可動板１３を介して当該第１発電モジュール２０の圧電素子２２、２３がさらに押圧され変形することにより発電するものである。

図４は、第１発電モジュール２０の斜視図、図５は、第１発電モジュール２０の分解斜視図である。これら各図に示すように、第１発電モジュール２０は、具体的には、振動板（第１振動板）２１と、一対の圧電素子（第１の圧電素子）２２、２３と、周辺スペーサ（第１支持スペーサ）２４と、中心スペーサ（第１押圧スペーサ）２５とを備えている。

振動板２１は、圧電素子２２、２３に応力を加える支持体であると共に、圧電素子２２、２３の割れ強度を補強する補強材を兼ねるものであり、可撓性と耐久性を有する材質（例えば、ステンレス薄板）より形成される。この振動板２１の平面形状は任意であるが、外力に対して均等に変形することが好ましく、本実施の形態１においては振動板２１の平面形状を円形板状体としている。

一対の圧電素子２２、２３は、圧力により変形することで電気を生じる発電体であり、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニア等の圧電セラミックス、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の圧電単結晶からなる。各圧電素子２２、２３は、振動板２１の両面において、当該振動板２１に対して接着剤等にて固定されている。これら圧電素子２２、２３の平面形状は任意であるが、振動板２１と相似形状とすることが好ましく、本実施の形態１においては圧電素子２２、２３の平面形状を、振動板２１より小径の円形板状体としている。振動板２１に対する圧電素子２２、２３の平面的な配置位置も任意であるが、振動板２１の平面中心位置における変形量が最も大きくなることから、当該平面中心位置に圧電素子２２、２３を配置することが好ましく、本実施の形態１においては振動板２１と同心となる位置に圧電素子２２、２３を配置している。なお、図示は省略するが、圧電素子２２、２３は、一方の面にプラス端子、他方の面にマイナス端子を有し、プラス端子と結線されたプラスリード線と、マイナス端子と結線されたマイナスリード線が引き出され、これらが図示しない負荷に接続されることで、当該負荷に対して電力が供給される。ただし、圧電素子２２、２３と負荷との相互間に公知のブリッジ回路等の各種電気素子を配置してもよい。

周辺スペーサ２４は、振動板２１及び圧電素子２２と固定板１１との相互間隔を形成するためのものであり、このことにより、周辺スペーサ２４は、振動板２１と共に圧電素子２２、２３が変形して発電することを可能にすると共に、振動板２１及び圧電素子２２、２３が所定量以上変形して破損等することを防止するストッパとして機能する。この周辺スペーサ２４は、振動板２１に固定された一対の圧電素子２２、２３の他方（ここでは、下側の圧電素子２２）よりも側方の位置であって、振動板２１の外縁近傍位置に当接するように配置され、振動板２１に接着剤にて固定されている。また、周辺スペーサ２４は、振動板２１と共に圧電素子２２、２３が変形可能となるように、当該圧電素子２２の肉厚よりも高くなるように形成されている。この周辺スペーサ２４の具体的な形状は任意であるが、振動板２１に対して均等に当接して力を分散することが好ましいため、本実施の形態１においては、圧電素子２２を取り巻くように形成されたものであって、振動板２１と同心位置に配置された環状体として形成されている。

あるいは、周辺スペーサ２４は他の形状としてもよい。図６は、変形例に係る第１発電モジュール２０の分解斜視図である。この図６に示すように、周辺スペーサ２４を、圧電素子２２を取り巻く円周上の複数位置に配置された柱状体２６として形成してもよい。特に、このように柱状体２６とする場合には、積層構造の安定性を得るため、柱状体２６を、振動板２１の平面中心位置を図心とする正三角形の各頂点に対応する３箇所に配置することが好ましく、あるいは３箇所以上に配置してもよい。

あるいは、周辺スペーサ２４は他の部品により兼用化されてもよい。図７は、変形例に係る第１発電モジュール２０の分解斜視図である。この図７に示すように、周辺スペーサ２４を、回路基板２７により兼用化してもよい。すなわち、回路基板２７には、圧電素子２２より大きな径であって、振動板２１よりも小さな径の貫通孔２７ａを形成し、この貫通孔２７ａに圧電素子２２を挿通させると共に、振動板２１の外縁が回路基板２７の上面に当接させることで、回路基板２７を周辺スペーサ２４として使用してもよい。この場合には、貫通孔２７ａの下方に、圧電素子２２、２３の変形量に対応する図示しない空間部を形成する。このような構造によれば、圧電素子２２、２３を回路基板２７に電気的に接続することで、圧電素子２２、２３に対する配線経路を短縮することができると共に、周辺スペーサ２４として専用の部品を使用する必要がなくなるので、発電ユニット１の製造コストを低減することが可能となる。

また、図４、５において、中心スペーサ２５は、振動板２１及び圧電素子２３と固定板１１との相互間隔を形成するためのものであると共に、可動板１３の押圧力を振動板２１及び圧電素子２２に伝達するためのものである。この中心スペーサ２５は、振動板２１に固定された一対の圧電素子２２、２３の一方（ここでは、上側の圧電素子２３）に当接するものであって、当該圧電素子２３の中央近傍に配置され、当該圧電素子２３に対して接着剤等にて固定されている。

次に、第２発電モジュール３０について説明する。図８は、第２発電モジュール３０の斜視図、図９は、第２発電モジュール３０の分解斜視図を示す。これら各図に示すように、第２発電モジュール３０は、具体的には、振動板（第２振動板）３１と、発電体としての一対の圧電素子（第２の圧電素子）３２、３３と、周辺スペーサ（第２支持スペーサ）３４と、中心スペーサ（第２押圧スペーサ）３５とを備えている。ただし、これら各部の基本的な機能や構造については、特記する場合を除いて、第１発電モジュール２０における同一名称の各部の機能や構造と同一であるため、その説明を省略する。

また、第２発電モジュール３０は、ストッパ３６を備えて構成されている。このストッパ３６は、振動板３１及び圧電素子３２、３３が所定量以上変形して破損等することを防止するためのものである。このストッパ３６は、柱体状に形成されており、固定板１１の上面において、圧電素子３２の中心位置に対応する位置に配置されており、固定板１１に対して接着剤により固定されている。

次に、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０の相互関係について説明する。図１０は、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０の相互関係を説明するための説明図である。ここでは、第１発電モジュール２０に関して、振動板２１の幅＝W１、圧電素子２２、２３の幅＝Ｗ３、中心スペーサ２５の高さ＝H１、圧電素子２２と固定板１１との間隔＝H２、振動板２１と圧電素子２２、２３の最大変形量（破損しない範囲で変形し得る最大量。振動板２１、圧電素子２２、圧電素子２３の各最大変形量が相互に異なる場合には、これらの中で最も小さい最大変形量）＝Ｔ１とする。また、第２発電モジュール３０に関して、振動板３１の幅＝W２、圧電素子３２、３３の幅＝Ｗ４、中心スペーサ３５の高さ＝H３、非押圧状態における中心スペーサ３５と可動板１３との間隔＝H４、ストッパ３６の高さ＝H５、非押圧状態におけるストッパ３６と圧電素子３２との間隔＝H６、振動板３１と圧電素子３２、３３の最大変形量（破損しない範囲で変形し得る最大量。振動板３１、圧電素子３２、圧電素子３３の各最大変形量が相互に異なる場合には、これらの中で最も小さい最大変形量）＝Ｔ２とする。

ここでは、振動板２１の幅W１は、振動板３１の幅W２の約２倍（Ｗ１≒２×Ｗ２）、圧電素子２２、２３の幅W３は、圧電素子３２、３３の幅W４の約２倍（Ｗ３≒２×Ｗ４）、中心スペーサ２５の高さH３と、非押圧状態における中心スペーサ２５と可動板１３との間隔H４とは、それぞれ中心スペーサ２５の高さH１の約半分（（Ｈ１）／２≒Ｈ３≒Ｈ４）、ストッパ３６の高さH５と、非押圧状態におけるストッパ３６と圧電素子３２との間隔H６とは、それぞれ圧電素子２２と固定板１１との間隔H２の約半分（（Ｈ２）／２≒Ｈ５≒Ｈ６）となっている。また、振動板２１の厚みと振動板３１の厚み、圧電素子２２の厚みと圧電素子３２の厚み、圧電素子２３の厚みと圧電素子３３の厚みは、それぞれほぼ同じである。さらに、第１発電モジュール２０の全高さ（＝中心スペーサ２５の高さH１＋周辺スペーサ２４の高さ＋振動板２１の厚み＋圧電素子２３の厚み）は、非押圧状態における固定板１１と可動板１３との相互間隔にほぼ等しくなっている。さらに、第１発電モジュール２０の振動板２１と圧電素子２２、２３の最大変形量Ｔ１は、第２発電モジュール３０の振動板３１と圧電素子３２、３３の最大変形量Ｔ２の約２倍（Ｔ１≒２×Ｔ２）となっている。すなわち、第１発電モジュール２０の振動板２１と圧電素子２２、２３は、第２発電モジュール３０の振動板３１と圧電素子３２、３３よりも２倍程度幅広に形成されているので、第２発電モジュール３０の振動板３１と圧電素子３２、３３よりも２倍程度大きく変形することが可能となっている。

従って、図１の非押圧状態において、第１発電モジュール２０に関しては、可動板１３の下面に中心スペーサ２５が当接状態となっており、第２発電モジュール３０に関しては、可動板１３の下面に中心スペーサ３５が非当接状態となっている。なお、ここでは、可動板１３の下面に中心スペーサ２５が当接状態となるようにしているが、これらを非当接状態としてもよく、少なくとも、可動板１３と第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５との間隔を、可動板１３と第２発電モジュール３０の中心スペーサ３５との間隔Ｈ４より小さくすればよい。

また、図２の第１押圧状態（非押圧状態から、中心スペーサ２５の高さH３の約半分の高さ（≒間隔Ｈ４）だけ可動板１３が下方に移動した状態）において、第１発電モジュール２０に関しては、可動板１３によって中心スペーサ２５が下方に間隔Ｈ４だけ押圧されて振動板２１が変形量Ｔ２だけ変形し、これに伴って圧電素子２２、２３が変形量Ｔ２だけ変形することで、発電を行う。第２発電モジュール３０に関しては、可動板１３の下面に中心スペーサ３５が当接状態となるが、まだ発電を行わない。この場合、発電ユニット１の全体の発電量（第１発電量）は、複数の第１発電モジュール２０の合計の発電量となる。

さらに、図３の第２押圧状態（第１押圧状態から、中心スペーサ２５の高さH３の約半分の高さ（≒間隔Ｈ４）だけさらに可動板１３が下方に移動した状態）において、第１発電モジュール２０に関しては、可動板１３によって中心スペーサ２５が下方にさらに間隔Ｈ４だけ押圧されて振動板２１の変形量がＴ１となり、これに伴って圧電素子２２、２３が押圧されて変形量がＴ１となることで、さらなる発電を行う。また、第２発電モジュール３０に関しては、可動板１３によって中心スペーサ３５が下方に間隔Ｈ４だけ押圧されて振動板３１が変形量Ｔ２だけ変形し、これに伴って圧電素子３２、３３が変形量Ｔ２だけ変形することで、発電を行う。この場合、発電ユニット１の全体の発電量（第２発電量）は、複数の第１発電モジュール２０の合計の発電量と、複数の第２発電モジュール３０の合計の発電量との和となる。

従って、第１押圧状態では、第１発電量だけ発電を行い、第２押圧状態では、第２発電量だけ発電を行うこととなり、これら第１発電量と第２発電量との相互間では、第２発電モジュール３０の発電量の分だけ明確な差異が生じるので、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。

また、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０は、周辺スペーサ２４、３４によって振動板２１、３１の外縁が支持されているので、外力によって振動板２１、３１が下方に反るように変形し、これに伴って圧電素子２２、２３、３２、３３が下方に反るように変形するので、単に圧電素子２２、２３、３２、３３を全体的に下方に圧縮する場合に比べて、圧電素子２２、２３、３２、３３の変形量を増大させ、発電効率を高めることが可能となる。

また、図３の第２押圧状態においては、第１発電モジュール２０に関しては、下側の圧電素子２２が固定板１１の上面に当接して、変形量Ｔ１以上の振動板２１及び圧電素子２２、２３のそれ以上の変形が規制されるので、これら振動板２１及び圧電素子２２、２３が破損することが防止される。また、第２発電モジュール３０に関しては、下側の圧電素子３２がストッパ３６の上面に当接して、変形量Ｔ２以上の振動板３１及び圧電素子３２、３３のそれ以上の変形が規制されるので、これら振動板３１及び圧電素子３２、３３が破損することが防止される。

ただし、第２発電モジュール３０に関しては、圧電素子３２のみに当接するストッパ３６を設ける代わりに、第２発電モジュール３０の全体の設置面の高さを変えてもよい。図１１は、変形例に係る発電ユニット１の要部縦断面図である。この図１１に示すように、第２発電モジュール３０は、ベース部３７を備えて構成されている。このベース部３７は、振動板３１及び圧電素子３２、３３が所定量以上変形して破損等することを防止するためのものである。このベース部３７は、周辺スペーサ３４よりも大きな径の円板状に形成されており、固定板１１の上面において、周辺スペーサ３４の中心位置に対応する位置に配置されており、固定板１１に対して接着剤により固定されている。このような構造においても、第２押圧状態において、第２発電モジュール３０に関しては、下側の圧電素子３２がベース部３７の上面に当接して、振動板３１及び圧電素子３２、３３のそれ以上の変形が規制されるので、これら振動板３１及び圧電素子３２、３３が破損することが防止される。なお、ここでは、ストッパ３６やベース部３７を、第２発電モジュール３０の一部として説明しているが、固定板１１の一部として形成してもよい。例えば、固定板１１の上面に、ストッパ３６やベース部３７を樹脂等にて一体に形成してもよい。

（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、外力によって可動板１３が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０が発電し、外力によって可動板１３が第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０が発電するので、外力の大きさにより、第２発電モジュール３０の発電量に応じた明確な差異が生じるので、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。従って、この多段式発電ユニット１を外力の検知センサとして用いた場合には、外力を大きさを一層明確に判定することが可能となる。例えば、人体検知を行う場合において、人間の平均的な体重に相当する外力が加わった場合にのみ可動板１３が第２移動距離だけ移動し、それ以下の小動物の体重に相当する外力が加わった場合には可動板１３が第１移動距離又はそれ以下の距離だけ移動するように、発電ユニット１を設計することで、人体と小動物を明確に区別することが可能となる。このような外力に対応した移動距離の設定は、第１発電モジュール２０や複数の第２発電モジュール３０の各部の剛性により調整する他、凹部１３ａに設けた図示しない弾性体の弾性力にて調整することができる。

また、可動板１３が固定板１１に近接する方向に移動していない状態における、可動板１３と第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５との間隔を、可動板１３と第２発電モジュール３０の中心スペーサ３５との間隔より小さくしたので、外力によって可動板１３が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０のみが発電し、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。

また、第１発電モジュール２０における振動板２１の幅Ｗ１を、第２発電モジュール３０における振動板３１の幅Ｗ２より大きくし、かつ、第１発電モジュール２０における圧電素子２２、２３の幅Ｗ３を、第２発電モジュール３０における圧電素子の幅Ｗ４より大きくしたので、第１発電モジュール２０における振動板２１と圧電素子２２、２３の最大変形量Ｔ１を、第２発電モジュール３０における振動板３１と圧電素子３２、３３の最大変形量Ｔ２より大きくすることができ、外力によって可動板１３が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０の振動板２１と圧電素子２２、２３とが変形して発電し、外力によって可動板１３が第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０の振動板２１と圧電素子２２、２３とがさらに変形して発電することが可能となる。

また、外力によって可動板１３が固定板１１に近接する方向に第２移動距離だけ移動した状態において、当該可動板１３を介して押圧され変形した第１発電モジュール２０の圧電素子２２を固定板１１に接触させることにより、振動板２１及び圧電素子２２、２３のそれ以上の変形を規制し、同時に、可動板１３を介して押圧され変形した第２発電モジュール３０の圧電素子３２をストッパ３６に接触させることにより、振動板３１及び圧電素子３２、３３のそれ以上の変形を規制するので、これら振動板２１、３１及び圧電素子２２、２３、３２、３３の過大変形による破損等を防止することが可能となる。

特に、この実施の形態１の発電ユニット１は、後述する実施の形態２の発電ユニット２に比べて、構造が簡易であり、発電ユニット１の製造コストを低減することができる。

〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、複数の発電モジュールの積層数を相互に変えることによって多段的な発電を行うようにした形態である。なお、実施の形態２の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図１２は、実施の形態２に係る多段式発電ユニットの非押圧状態における全体縦断面図、図１３は、図１２の多段式発電ユニットの第１押圧状態における全体縦断面図、図１４は、図１２の多段式発電ユニットの第２押圧状態における全体縦断面図である。これら各図に示すように、多段式発電ユニット（以下、発電ユニット）２は、筐体１０の内部に、複数の第１発電モジュール２０と複数の第２発電モジュール３０とを交互に並設して構成されている。なお、以下では、図１２における上方を上方、図１２における下方を下側として説明する。

第１発電モジュール２０は、固定板１１と可動板１３との相互間に複数（ここでは２つ）重合するように配置されている。すなわち、各第１発電モジュール２０の平面的な配置位置において、２つの第１発電モジュール２０が相互に重合するように配置されている。各第１発電モジュール２０は、実施の形態１の第１発電モジュール２０と同様に構成されているが、上方の第１発電モジュール２０は、実施の形態１の第１発電モジュール２０を上下逆向きに反転させた向きで配置されており、上方の第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５は、下方の第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５に当接し、上方の第１発電モジュール２０の周辺スペーサ２４は可動板１３の下面に当接する。なお、ここでは、下方の第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５と、上方の第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５とを別々に示しているが、これらを相互に一つの中心スペーサ２５として一体的に形成してもよい。

第２発電モジュール３０は、実施の形態１の第２発電モジュール３０と同様に構成されているが、ストッパ３６に代えてベース部３８が設けられている。このベース部３８は、振動板３１及び圧電素子３２、３３が所定量以上変形して破損等することを防止するためのものである。このベース部３８は、周辺スペーサ３４よりも大きな径の円板状に形成されており、固定板１１の上面において、周辺スペーサ３４の中心位置に対応する位置に配置されており、固定板１１に対して接着剤により固定されている。

次に、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０の相互関係について説明する。ここでは、第１発電モジュール２０の振動板２１の幅W１は、第２発電モジュール３０の振動板３１の幅W２とほぼ同じに形成されており、圧電素子２２、２３の幅W３は、圧電素子３２、３３の幅W４とほぼ同じに形成されており、第１発電モジュール２０の振動板２１及び圧電素子２２、２３の最大変形量Ｔ１は、第２発電モジュール３０の振動板３１及び圧電素子３２、３３の最大変形量Ｔ２とほぼ同じとなっている。また、非押圧状態における第２発電モジュール３０の中心スペーサ３５と可動板１３との間隔H４は、最大変形量Ｔ１の約半分となっている。また、ベース部３８の高さは、第１発電モジュール２０の振動板２１及び圧電素子２２、２３の最大変形量Ｔ１のほぼ半分に対応する高さとなっている。

従って、図１２の非押圧状態において、第１発電モジュール２０に関しては、可動板１３の下面に、上方の第１発電モジュール２０の周辺スペーサ２４が当接状態となっており、第２発電モジュール３０に関しては、可動板１３の下面に中心スペーサ３５が非当接状態となっている。なお、ここでは、可動板１３の下面に、上方の第１発電モジュール２０の周辺スペーサ２４が当接状態となるようにしているが、これらを非当接状態としてもよく、少なくとも、上方の第１発電モジュール２０の周辺スペーサ２４と可動板１３との間隔を、可動板１３と第２発電モジュール３０の中心スペーサ３５との間隔Ｈ４より小さくすればよい。

また、図１３の第１押圧状態（非押圧状態から、最大変形量Ｔ１の半分だけ変形するように可動板１３が下方に移動した状態）において、上方の第１発電モジュール２０に関しては、可動板１３によって周辺スペーサ２４が下方に押圧されて振動板２１が最大変形量Ｔ１の半分だけ変形し、これに伴って圧電素子２２、２３が最大変形量Ｔ１の半分だけ変形することで、発電を行う。また、下方の第１発電モジュール２０に関しては、上方の第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５を介して、中心スペーサ２５が下方に押圧されて振動板２１が最大変形量Ｔ１の半分だけ変形し、これに伴って圧電素子２２、２３が最大変形量Ｔ１の半分だけ変形することで、発電を行う。第２発電モジュール３０に関しては、可動板１３の下面に中心スペーサ３５が当接状態となるが、まだ発電を行わない。この場合、発電ユニット２の全体の発電量（第３発電量）は、複数の上方の第１発電モジュール２０の発電量と、複数の下方の第１発電モジュール２０の発電量との合計の発電量となる。

さらに、図１４の第２押圧状態（第１押圧状態から、最大変形量Ｔ１の半分だけさらに変形するように可動板１３が下方に移動した状態）において、上方の第１発電モジュール２０に関しては、可動板１３によって周辺スペーサ２４がさらに下方に押圧されて振動板２１の変形量が最大変形量Ｔ１となり、これに伴って圧電素子２２、２３の変形量が最大変形量Ｔ１になることで、発電を行う。また、下方の第１発電モジュール２０に関しては、上方の第１発電モジュール２０の中心スペーサ２５を介して、中心スペーサ２５がさらに下方に押圧されて振動板２１の変形量が最大変形量Ｔ１となり、これに伴って圧電素子２２、２３の変形量が最大変形量Ｔ１になることで、発電を行う。また、第２発電モジュール３０に関しては、可動板１３によって中心スペーサ３５が下方に押圧されて振動板３１の変形量が最大変形量Ｔ２となり、これに伴って圧電素子３２、３３の変形量が最大変形量Ｔ２になることで、発電を行う。この場合、発電ユニット２の全体の発電量（第４発電量）は、複数の上方の第１発電モジュール２０の発電量と、複数の下方の第１発電モジュール２０の発電量と、複数の第２発電モジュール３０の発電量の合計の発電量となる。

従って、第１押圧状態では、第３発電量だけ発電を行い、第２押圧状態では、第４発電量だけ発電を行い、これら第３発電量と第４発電量との相互間では第２発電モジュール３０の発電量に応じた明確な差異が生じるので、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。

また、図１４の第２押圧状態においては、上方の第１発電モジュール２０に関しては、上側の圧電素子２２が可動板１３の下面に当接し、下方の第１発電モジュール２０に関しては、下側の圧電素子２２が固定板１１の上面に当接することで、最大変形量Ｔ１以上の振動板２１及び圧電素子２２、２３の変形が規制されるので、これら振動板２１及び圧電素子２２、２３が破損することが防止される。また、第２発電モジュール３０に関しては、下側の圧電素子３２が固定板１１の上面に当接して、最大変形量Ｔ２以上の振動板３１及び圧電素子３２、３３の変形が規制されるので、これら振動板３１及び圧電素子３２、３３が破損することが防止される。

（実施の形態２の効果)
このように実施の形態２によれば、第１発電モジュール２０を、固定板１１と可動板１３との相互間に複数重合するように配置したので、外力によって可動板１３が第１移動距離だけ移動した状態において、第１発電モジュール２０のみが発電し、外力に応じた多段的な発電を行うことが可能となる。

特に、この実施の形態２の発電ユニット２は、上述した実施の形態１の発電ユニット１に比べて、第１発電モジュール２０を重合しているために、発電量を増やすことができる。

〔III〕各実施の形態の変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

（発電ユニットの全体構造について）
筐体１０における第１発電モジュール２０や第２発電モジュール３０の具体的な配置位置や配置数については、各実施の形態に示したものに限定されない。例えば、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０を交互に配置して構成された列状モジュールを、複数列並設してもよい。また、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０は、必ずしも交互に配置される必要はなく、第２発電モジュール３０より多くの第１発電モジュール２０を連続的に配置したり、第１発電モジュール２０より多くの第２発電モジュール３０を連続的に配置してもよい。

（筐体の全体構造について）
筐体１０は、外力を受けて第１発電モジュール２０や第２発電モジュール３０の変形を行わせるものができる限りにおいて、異なる構造としてもよく、例えば、固定板１１の方が外力を受けて可動板１３に近接する方向に移動するようにしたり、固定板１１と可動板１３のいずれか一方が他方に向けて近接する方向に移動するようにしてもよい（この場合には、固定板１１の名称を可動板１３に変更する）。

（多段数について）
各実施の形態では、第１押圧状態と第２押圧状態との２段階で発電を行うようにしているが、３段階以上としてもよい。例えば、実施の形態１の変形例としては、幅が異なる３種類の第１発電モジュール２０、第２発電モジュール３０、及び図示しない第３発電モジュールを並設し、第１押圧状態では、第１発電モジュール２０のみが発電し、第２押圧状態では、第１発電モジュール２０と第２発電モジュール３０のみが発電し、第２押圧状態よりさらに可動板１３が押圧された第３押圧状態では、第１発電モジュール２０、第２発電モジュール３０、及び第３発電モジュールが発電するようにしてもよい。また、実施の形態２の変形例としては、幅が同じ３種類の第１発電モジュール２０、第２発電モジュール３０、及び図示しない第３発電モジュールを並設し、第１発電モジュール２０は３つ積層し、第２発電モジュール３０は２つ積層し、第３発電モジュールは一つのみを配置して、第１押圧状態では、各第１発電モジュール２０が最大変形量の１／３の変形量で発電し、第２押圧状態では、第１発電モジュール２０が最大変形量の２／３の変形量で発電すると共に、第２発電モジュール３０が最大変形量の１／２の変形量で発電し、第２押圧状態よりさらに可動板１３が押圧された第３押圧状態では、第１発電モジュール２０、第２発電モジュール３０、及び第３発電モジュールがそれぞれ最大変形量で発電するようにしてもよい。

（各実施の形態の相互の関係について）
各実施の形態の構成を相互に混在させてもよい。例えば、実施の形態２に示したように、発電モジュールを重合させる場合において、実施の形態１に示したように、並設された発電モジュールの振動板や圧電素子の幅を変えてもよい。

（発電体について）
発電体としては、圧電素子に代えて、外力（歪み、屈曲、若しくは圧縮を生じさせる力を含む）により発電が可能な任意の素材を用いることができる。例えば、イオン導電性高分子の膜（ゲル）の両面に金属（金等）をメッキしたイオン高分子金属複合材料（ＩＰＭＣ：ＩｏｎｉｃＰｏｌｙｍｅｒ−ＭｅｔａｌＣｏｍｐｏｓｉｔｅ）や、イオン導電性高分子ゲル膜（ＩＣＰＦ：ＩｏｎｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｇｅｌＦｉｌｍ）、あるいは、これらＩＰＭＣやＩＣＰＦを用いた人工筋肉を使用することができる。また、コイルと、このコイルの内部に挿入される鉄芯とから発電体を構成し、可動板１３の移動によってコイル又は鉄芯を移動させることで、電磁誘導により発電を行ってもよい。また、この鉄芯に代えて超磁歪材料を用いて、可動板１３の移動によって超磁歪材料を加圧することで、逆磁歪発電を行ってもよい。また、エレクトレット基板と金属基板とを対向状態に配置して発電体を構成し、可動板１３の移動によってエレクトレット基板又は金属基板を移動させることで、静電誘導により発電を行ってもよい。

１多段式発電ユニット（発電ユニット）
１０筐体
１１固定板
１２側板
１２ａ上端部
１３可動板
１３ａ凹部
２０第１発電モジュール
２１、３１振動板
２２、２３、３２、３３圧電素子
２４、３４周辺スペーサ
２５、３５中心スペーサ
２６柱状体
２７回路基板
２７ａ貫通孔
３０第２発電モジュール
３６ストッパ
３７、３８ベース部

Claims

外力を発電体を介して電気に変換する発電ユニットであって、
第１基板と、
前記外力によって前記第１基板に近接する方向に移動する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたものであって、前記発電体を有する第１発電モジュールと、
前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたものであって、前記発電体を有する第２発電モジュールとを備え、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に第１移動距離だけ移動することにより、前記第１発電モジュールの前記発電体が発電する一方で、前記第２発電モジュールの前記発電体は発電せず、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動することにより、前記第１発電モジュールの前記発電体と前記第２発電モジュールの前記発電体とが発電する、
多段式発電ユニット。
前記発電体は圧電素子であり、
前記第１発電モジュールは、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に第１移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第１発電モジュールの前記圧電素子が押圧され変形することにより発電し、かつ、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第１発電モジュールの前記圧電素子が押圧され変形することにより発電し、
前記第２発電モジュールは、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に第１移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第２発電モジュールの前記圧電素子が押圧されることなく変形せず、かつ、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第１移動距離より大きい第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して当該第２発電モジュールの前記圧電素子が押圧され変形することにより発電する、
請求項１に記載の多段式発電ユニット。
前記第１発電モジュールは、可撓性を有する第１振動板と、前記第１振動板の少なくとも一方の側面に固定された第１の前記圧電素子と、前記第１振動板と前記第１基板との間に介在するものであって当該第１振動板を支持する第１支持スペーサと、前記第１振動板と前記第２基板との間に介在するものであって当該第２基板の移動に伴って当該第１振動板を押圧する第１押圧スペーサとを有し、
前記第２発電モジュールは、可撓性を有する第２振動板と、前記第２振動板の少なくとも一方の側面に固定された第２の前記圧電素子と、前記第２振動板と前記第１基板との間に介在するものであって当該第２振動板を支持する第２支持スペーサと、前記第２振動板と前記第２基板との間に介在するものであって当該第２基板の移動に伴って当該第２振動板を押圧する第２押圧スペーサとを有し、
前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に移動していない状態における、当該第２基板と前記第１発電モジュールの前記第１押圧スペーサとの間隔を、当該第２基板と前記第２発電モジュールの前記第２押圧スペーサとの間隔より小さくした、
請求項２に記載の多段式発電ユニット。
前記第１発電モジュールにおける前記第１振動板の幅を、前記第２発電モジュールにおける前記第２振動板の幅より大きくし、かつ、
前記第１発電モジュールにおける前記第１の圧電素子の幅を、前記第２発電モジュールにおける前記第２の圧電素子の幅より大きくした、
請求項３に記載の多段式発電ユニット。
前記第１基板における同一平面上に、前記第１発電モジュールと前記第２発電モジュールとを並設し、
前記第１基板と前記第２発電モジュールの前記第２圧電素子との間には、ストッパを設け、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して押圧され変形した前記第１発電モジュールの前記第１の圧電素子を前記第１基板に接触させることにより、当該第１の圧電素子のそれ以上の変形を規制し、
前記外力によって前記第２基板が前記第１基板に近接する方向に前記第２移動距離だけ移動した状態において、当該第２基板を介して押圧され変形した前記第２発電モジュールの前記第２の圧電素子を前記ストッパに接触させることにより、当該第２の圧電素子のそれ以上の変形を規制する、
請求項３又は４に記載の多段式発電ユニット。
前記第１発電モジュールを、前記第１基板と前記第２基板との相互間に複数重合するように配置した、
請求項１に記載の多段式発電ユニット。