JP2014225576A - Piezoelectric type vibration power generating device - Google Patents

Piezoelectric type vibration power generating device Download PDF

Info

Publication number
JP2014225576A
JP2014225576A JP2013104333A JP2013104333A JP2014225576A JP 2014225576 A JP2014225576 A JP 2014225576A JP 2013104333 A JP2013104333 A JP 2013104333A JP 2013104333 A JP2013104333 A JP 2013104333A JP 2014225576 A JP2014225576 A JP 2014225576A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
piece
width
view
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013104333A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6179851B2 (en
Inventor
安達 和彦
Kazuhiko Adachi
和彦 安達
秀雄 藤谷
Hideo Fujitani
秀雄 藤谷
洋一 向井
Yoichi Mukai
洋一 向井
松永 裕樹
Hiroki Matsunaga
裕樹 松永
良典 高橋
Yoshinori Takahashi
良典 高橋
宏和 吉岡
Hirokazu Yoshioka
宏和 吉岡
竜太 井上
Ryuta Inoue
竜太 井上
仁士 松下
Hitoshi Matsushita
仁士 松下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe University NUC
Takenaka Komuten Co Ltd
Original Assignee
Kobe University NUC
Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe University NUC, Takenaka Komuten Co Ltd filed Critical Kobe University NUC
Priority to JP2013104333A priority Critical patent/JP6179851B2/en
Publication of JP2014225576A publication Critical patent/JP2014225576A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6179851B2 publication Critical patent/JP6179851B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric type vibration power generating device capable of adding an exciting force without being restricted by durability with respect to deformation of a piezoelectric substance.SOLUTION: A piezoelectric type vibration power generating device 10 includes a plate piece 12 which is extended in a cantilever state while being fixed to a support part 16 and in which a width W1 on a fixed end 12k side is smaller than a width 2 on a free end 12J side or equal thereto; and a piezoelectric substance 14 which is mounted on the plate piece 12 and generates power by distortion generated by being deformed together with the plate piece 12 when the plate piece 12 receives an exciting force or forcible displacement.

Description

本発明は、圧電型振動発電装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibration power generator.

従来から、圧電素子を利用した、振動エネルギーの発電利用が進められている。振動エネルギーとしては、広く人間の動作、設備機器、道路交通、建設工事、風、地震などの様々な要因により発生する振動が対象とされている。
振動片を片持ち梁構造とした発電装置としては、例えば特許文献1がある。
Conventionally, generation of vibration energy using a piezoelectric element has been promoted. As vibration energy, vibration generated by various factors such as human movement, equipment, road traffic, construction work, wind, earthquake and the like is widely targeted.
For example, Patent Document 1 discloses a power generation device in which a vibrating piece has a cantilever structure.

特許文献1は、固定端側が固定された片持ち梁状の振動片を有し、自由端は駆動系によって加振されている。また、振動片は、ニオブ酸リチウム単結晶基板で構成された圧電体で形成され、圧電体の上面及び下面には、起電圧を取り出す電極が設けられている。圧電体は、接着層を介さず分極され、反転分極層或いは直接接合により接着層のないバイモルフ振動片を形成している。これにより、人間の動きなどに連動して、自由端が加振され、振動エネルギーで発電している。 Patent Document 1 has a cantilever-like vibrating piece with a fixed end fixed, and the free end is vibrated by a drive system. The resonator element is formed of a piezoelectric body composed of a lithium niobate single crystal substrate, and electrodes for extracting an electromotive voltage are provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body. The piezoelectric body is polarized without an adhesive layer, and forms a bimorph vibrating piece without an adhesive layer by an inversion polarization layer or direct bonding. As a result, the free end is vibrated in conjunction with human movement and the like, and power is generated with vibrational energy.

特開平9−182465号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-182465

しかし、特許文献1の発電装置は、圧電体が振動片を構成しており、自由端が受けることができる加振力の大きさ、又は強制変位の大きさは、圧電体の変形に対する耐久性に制約される。
本発明は、上記事実に鑑み、圧電体の変形に対する耐久性に制約されずに、加振力又は強制変位を受ける圧電型振動発電装置を提供することを目的とする。
However, in the power generation apparatus of Patent Document 1, the piezoelectric body constitutes a vibrating piece, and the magnitude of the excitation force that can be received by the free end or the magnitude of the forced displacement is the durability against deformation of the piezoelectric body. Constrained by
In view of the above facts, an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration power generator that receives an excitation force or a forced displacement without being restricted by durability against deformation of a piezoelectric body.

請求項1に記載の発明に係る圧電型振動発電装置は、支持部に固定されて片持状に張出し、固定端側の幅が自由端側の幅より小さい、又は同等の板片と、前記板片に取付けられ、前記板片が加振力を受け又は強制変位されたとき、前記板片と共に変形し歪が生じることで発電する圧電体と、を有することを特徴としている。   The piezoelectric vibration power generating device according to the invention of claim 1 is fixed to a support portion and projects in a cantilevered manner, and a plate piece having a fixed end side width smaller than or equal to a free end side width, And a piezoelectric body that is attached to the plate piece and generates electric power when the plate piece is subjected to an excitation force or is forcibly displaced and is deformed together with the plate piece to generate distortion.

請求項1に記載の発明によれば、振動による加振力又は強制変位は、板片を介して圧電体に加えられる。これにより、圧電体の変形に対する耐久性に制約されず、加振力又は強制変位を受けることができる。また、本発明の板片は、固定端側の幅が自由端側の幅より小さい、又は同等とされている。これにより、平面視が三角形で、固定端側の幅が自由端側の幅より大きい板片より、本請求項の板片は大きく歪み、板片に取付けられた圧電体の発電効率を高くすることができる。
この歪特性は、自由端に錘を固定して支持部を加振又は強制変位させた場合、及び自由端に錘を固定して自由端を加振又は強制変位させた場合のいずれでも得ることができる。更に、自由端側に錘を設けず支持部を加振又は強制変位させた場合、及び自由端側に錘を設けず自由端を加振又は強制変位させた場合のいずれでも得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, the excitation force or forced displacement due to vibration is applied to the piezoelectric body through the plate piece. Thereby, it is not restrict | limited to the durability with respect to a deformation | transformation of a piezoelectric material, but can receive an excitation force or a forced displacement. Further, the plate piece of the present invention has a width on the fixed end side smaller than or equal to a width on the free end side. As a result, the plate piece of the present invention is more distorted than the plate piece having a triangular shape in plan view and a width on the fixed end side larger than the width on the free end side, thereby increasing the power generation efficiency of the piezoelectric body attached to the plate piece. be able to.
This strain characteristic can be obtained both when the weight is fixed to the free end and the support is vibrated or forcedly displaced, and when the weight is fixed to the free end and the free end is vibrated or forcedly displaced. Can do. Furthermore, it is possible to obtain either the case where the support portion is vibrated or forcedly displaced without providing the weight on the free end side, or the case where the free end is vibrated or forcedly displaced without providing the weight on the free end side.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の圧電型振動発電装置において、前記圧電体は、前記板片の前記固定端側に取付けられていることを特徴としている。
片持ち梁とされた板片の歪量は、自由端側より固定端側の方が大きい。即ち、板片の固定端側に圧電体を取付けることで、圧電体の歪量を大きくし、圧電体の発電量を大きくすることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric vibration power generator according to the first aspect, the piezoelectric body is attached to the fixed end side of the plate piece.
The amount of distortion of the cantilever plate is larger on the fixed end side than on the free end side. That is, by attaching the piezoelectric body to the fixed end side of the plate piece, the amount of distortion of the piezoelectric body can be increased and the amount of power generation of the piezoelectric body can be increased.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の圧電型振動発電装置において、前記圧電体は、前記板片の長手方向に所定間隔で前記板片に取付けられた支持片を備え、前記支持片には、前記圧電体が架け渡されていることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the piezoelectric vibration power generator according to the first or second aspect, the piezoelectric body includes support pieces attached to the plate pieces at a predetermined interval in a longitudinal direction of the plate pieces. The piezoelectric material is bridged over the support piece.

請求項3に記載の発明によれば、支持片により、圧電体が板片の表面から所定距離だけ離されて取付けられる。これにより、圧電体の歪量を板片の歪量より大きくすることができる。この結果、必要な発電量を、板片の小さい変形から得ることができる。   According to the third aspect of the invention, the piezoelectric body is attached by being separated from the surface of the plate piece by a predetermined distance by the support piece. Thereby, the strain amount of the piezoelectric body can be made larger than the strain amount of the plate piece. As a result, the necessary power generation amount can be obtained from a small deformation of the plate piece.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電型振動発電装置において、前記圧電体は、棒状の圧電セラミックスを接着してシート状としたセラミックスシートと、前記セラミックスシートの両面に配置され電極が印刷されたポリイミドフィルムと、を備え、前記圧電セラミックスシートと前記ポリイミドフィルムを、エポキシ樹脂で接合した膜型圧電セラミックスであることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric vibration power generator according to any one of the first to third aspects, the piezoelectric body includes a ceramic sheet formed by bonding rod-shaped piezoelectric ceramics into a sheet shape; And a polyimide film having electrodes printed on both surfaces of the ceramic sheet, and the piezoelectric ceramic sheet and the polyimide film are bonded with an epoxy resin.

請求項4に記載の発明によれば、圧電体が膜型圧電セラミックス(Piezocomposite、圧電コンポジット、又はMFC)とされている。即ち、膜型圧電セラミックスは、シート状に形成されているので、板片の表面が平面でなく曲面状に反っていても、曲面に沿って接合することができる。また、厚さ方向の曲げ変形の自由度が大きいので、板片が大きく変形しても、損傷なく板片に追従することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the piezoelectric body is a film-type piezoelectric ceramic (Piezocomposite, piezoelectric composite, or MFC). That is, since the film-type piezoelectric ceramic is formed in a sheet shape, even if the surface of the plate piece is not flat but curved, it can be bonded along the curved surface. Further, since the degree of freedom of bending deformation in the thickness direction is large, even if the plate piece is greatly deformed, it can follow the plate piece without damage.

請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電型振動発電装置において、前記板片は、平面視において、左右非対称に形成されていることを特徴としている。
これにより、振動時の板片の板厚方向の変形とねじれ変形を、有効に発電に活用することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the piezoelectric vibration power generation device according to any one of the first to fourth aspects, the plate piece is formed asymmetrically in a plan view. .
Thereby, the deformation | transformation and torsional deformation of the plate piece at the time of vibration can be effectively utilized for power generation.

本発明は、上記構成としてあるので、圧電体の変形に対する耐久性に制約されずに、加振力又は強制変位を受ける圧電型振動発電装置を提供することができる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to provide a piezoelectric vibration power generator that receives an excitation force or a forced displacement without being restricted by durability against deformation of the piezoelectric body.

(A)は本発明の第1実施形態に係る圧電型振動発電装置の基本構成を示す平面図であり、(B)はその側面図である。(A) is a top view which shows the basic composition of the piezoelectric vibration electric power generating apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, (B) is the side view. (A)は本発明の圧電型振動発電装置で使用される膜型圧電セラミックスの基本構成を示す分解斜視図であり、(B)はその側面図であり、(C)はその平面図である。(A) is an exploded perspective view showing a basic configuration of a membrane-type piezoelectric ceramic used in the piezoelectric vibration power generator of the present invention, (B) is a side view thereof, and (C) is a plan view thereof. . 本発明の圧電型振動発電装置で使用される膜型圧電セラミックスの電気特性を示す図である。It is a figure which shows the electrical property of the film | membrane type piezoelectric ceramics used with the piezoelectric type vibration electric power generating apparatus of this invention. (A)は本発明の第1実施形態に係る圧電型振動発電装置で使用される板片の歪特性シミュレーションモデルの斜視図であり、(B)の(B1)〜(B6)は板片の斜視図である。(A) is a perspective view of a distortion characteristic simulation model of a plate piece used in the piezoelectric vibration power generator according to the first embodiment of the present invention, and (B1) to (B6) of (B) are plate pieces. It is a perspective view. (A)は、図4の(B1)に示す板材のシミュレーション条件を示す斜視図であり、(B)、(C)はそのシミュレーション結果を示す特性図である。(A) is a perspective view which shows the simulation conditions of the board | plate material shown to (B1) of FIG. 4, (B), (C) is a characteristic view which shows the simulation result. (A)は、図4の(B2)に示す板材のシミュレーション条件を示す斜視図であり、(B)、(C)はそのシミュレーション結果を示す特性図である。(A) is a perspective view which shows the simulation conditions of the board | plate material shown to (B2) of FIG. 4, (B), (C) is a characteristic view which shows the simulation result. (A)は、図4の(B3)に示す板材のシミュレーション条件を示す斜視図であり、(B)、(C)はそのシミュレーション結果を示す特性図である。(A) is a perspective view which shows the simulation conditions of the board | plate material shown to (B3) of FIG. 4, (B), (C) is a characteristic view which shows the simulation result. (A)は、図4の(B5)に示す板材のシミュレーション条件を示す斜視図であり、(B)、(C)はそのシミュレーション結果を示す特性図である。(A) is a perspective view which shows the simulation conditions of the board | plate material shown to (B5) of FIG. 4, (B), (C) is a characteristic view which shows the simulation result. (A)、(B)はいずれも、本発明の第1実施形態に係る圧電型振動発電装置のシミュレーション結果をまとめた特性図である。Both (A) and (B) are characteristic diagrams summarizing the simulation results of the piezoelectric vibration power generator according to the first embodiment of the present invention. (A)は、本発明の第1実施形態に係る圧電型振動発電装置の展開例を示す平面図であり、(B)はその側面図であり、(C)は他の展開例を示す平面図であり、(D)は、他の展開例を示す側面図である。(A) is a top view which shows the expansion example of the piezoelectric vibration electric power generating apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, (B) is the side view, (C) is a plane which shows another expansion example. It is a figure and (D) is a side view which shows the other example of an expansion | deployment. (A)は、本発明の第2実施形態に係る圧電型振動発電装置の板材の外観を示す斜視図であり、(B)、(C)はそのシミュレーション結果を示す特性図である。(A) is a perspective view which shows the external appearance of the board | plate material of the piezoelectric vibration power generator which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (B), (C) is a characteristic view which shows the simulation result. (A)は、本発明の第3実施形態に係る圧電型振動発電装置の基本構成を示す平面図であり、(B)はその側面図である。(A) is a top view which shows the basic composition of the piezoelectric vibration electric power generating apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention, (B) is the side view. (A)は、本発明の第3実施形態に係る圧電型振動発電装置の板材の外観を示す斜視図であり、(B)、(C)はそのシミュレーション結果を示す特性図である。(A) is a perspective view which shows the external appearance of the board | plate material of the piezoelectric type vibration electric power generating apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention, (B), (C) is a characteristic view which shows the simulation result. (A)は、本発明の第4施形態に係る圧電型振動発電装置の板材の外観を示す斜視図であり、(B)はその側面図であり、(C)、(D)は板材を変形させた場合の側面図である。(A) is a perspective view which shows the external appearance of the board | plate material of the piezoelectric vibration electric power generating apparatus which concerns on 4th embodiment of this invention, (B) is the side view, (C), (D) is a board | plate material. It is a side view at the time of making it deform | transform. (A)は、本発明の第4実施形態に係る圧電型振動発電装置の他の展開例を示す斜視図であり、(B)はその側面図であり、(C)、(D)は板材を変形させた場合の側面図である。(A) is a perspective view which shows the other example of expansion | deployment of the piezoelectric vibration electric power generating apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention, (B) is the side view, (C), (D) is a board | plate material It is a side view at the time of deforming. (A)は、本発明の第5実施形態に係る圧電型振動発電装置の基本構成を示す側面図であり、(B)、(C)は板材を変形させた場合の側面図である。(A) is a side view which shows the basic composition of the piezoelectric vibration power generation device which concerns on 5th Embodiment of this invention, (B), (C) is a side view at the time of deform | transforming a board | plate material. (A)は、本発明の第6実施形態に係る圧電型振動発電装置の基本構成を示す平面図であり、(B)はその側面図であり、(C)は展開例を示す平面図であり、(D)は他の展開例を示す平面図である。(A) is a top view which shows the basic composition of the piezoelectric vibration power generator concerning 6th Embodiment of this invention, (B) is the side view, (C) is a top view which shows an example of an expansion | deployment. And (D) is a plan view showing another development example. (A)は、本発明の第6実施形態に係る圧電型振動発電装置の他の展開例を示す側面平面図であり、(B)も他の展開例を示す斜視図である。(A) is a side plan view showing another example of development of a piezoelectric vibration power generator according to the sixth embodiment of the present invention, and (B) is a perspective view showing another example of development.

(第1実施形態)
図1(A)の平面図、図1(B)の側面図に示すように、第1実施形態に係る圧電型振動発電装置10は、固定部16から、片持状に長さLBで張出された振動片12を有している。振動片12は、板厚T1の鋼製平板で形成され、平面視で中心線C1に対して左右対称とされている。振動片12は、固定部16に、図示しない固定手段で固定される。このとき、固定端12Kの幅W1は、自由端12Jの幅W2より小さくされ、振動片12の固定端12Kと自由端12Jの間は、平面形状が直線状に変化している。
(First embodiment)
As shown in the plan view of FIG. 1A and the side view of FIG. 1B, the piezoelectric vibration power generation apparatus 10 according to the first embodiment is stretched from the fixed portion 16 in a cantilever manner with a length LB. It has the vibrating piece 12 that has been put out. The resonator element 12 is formed of a steel flat plate having a plate thickness T1, and is bilaterally symmetric with respect to the center line C1 in plan view. The vibrating piece 12 is fixed to the fixing portion 16 by fixing means (not shown). At this time, the width W1 of the fixed end 12K is made smaller than the width W2 of the free end 12J, and the planar shape changes linearly between the fixed end 12K and the free end 12J of the resonator element 12.

振動片12は、固定部16に、板厚方法(矢印の方向)の加振力Pを受けたとき、又は強制変位を受けたとき、矢印Fの方向へ変形する。また、同様に、自由端12Jに板厚方法の加振力を受けても、矢印Fの方向へ変形する。ここに、固定端12Kの幅W1と、自由端12Jの幅W2の比r(r=W1/W2)は、0.5前後(r≒0.5)を目安とすることができる。振動片12をこのような、逆台形形状とすることで、後述するように、片持ち梁とされた振動片12の、固定端12Kに近い範囲(固定端側)の歪量を、例えば、固定端12Kの幅W1が、自由端12Jの幅W2より大きい振動片の、同じ位置における歪量より大きくすることができる。   The vibration piece 12 is deformed in the direction of the arrow F when the fixed portion 16 receives the excitation force P of the plate thickness method (in the direction of the arrow) or when it is subjected to forced displacement. Similarly, even if the free end 12J receives an excitation force of the plate thickness method, it is deformed in the direction of arrow F. Here, the ratio r (r = W1 / W2) between the width W1 of the fixed end 12K and the width W2 of the free end 12J can be about 0.5 (r≈0.5). By making the resonator element 12 have such an inverted trapezoidal shape, as will be described later, the amount of strain in the range (fixed end side) of the resonator element 12 that is a cantilever beam close to the fixed end 12K is, for example, The width W1 of the fixed end 12K can be larger than the strain amount at the same position of the resonator element that is larger than the width W2 of the free end 12J.

振動片12の表面には、膜型圧電セラミックス(Piezocomposite、圧電コンポジット、又はMFC)14が貼り付けられている(網掛け部分)。膜型圧電セラミックス14は、後述するように、歪が生じることで、歪み量に比例した電圧を発生させる圧電体であり、幅WA、長さLAの長方形に成形され、振動片12の両面の固定端12Kに近い位置(固定端からの距離L1<自由端からの距離L2)に、部分的に張り付けられている。
膜型圧電セラミックス14は、振動片12の中心線C1に対して、平面視で左右対称に形成され、振動片12の表面に張り付けられている。これにより、振動片12と一体となって変形し、振動片12の変形に伴い、歪量に応じた電力を発生させる。発生させた電力は、リード線122で取り出され、図示しない整流回路や蓄電回路を介して、利用することができる。
A film-type piezoelectric ceramic (piezocomposite, piezoelectric composite, or MFC) 14 is attached to the surface of the vibrating piece 12 (shaded portion). As will be described later, the film-type piezoelectric ceramic 14 is a piezoelectric body that generates a voltage proportional to the amount of strain when strain is generated, and is formed into a rectangle having a width WA and a length LA. It is partially pasted at a position close to the fixed end 12K (distance L1 from the fixed end <distance L2 from the free end).
The film-type piezoelectric ceramic 14 is formed symmetrically in plan view with respect to the center line C <b> 1 of the vibrating piece 12 and is attached to the surface of the vibrating piece 12. As a result, it deforms integrally with the resonator element 12, and generates electric power according to the amount of distortion as the resonator element 12 is deformed. The generated electric power is taken out by the lead wire 122 and can be used via a rectifier circuit or a storage circuit (not shown).

この構成とすることにより、振動片12に加えられた加振力P又は強制変位は、振動片12を介して膜型圧電セラミックス14に加えられる。これにより、膜型圧電セラミックス14に、加振力Pが直接加えられることはなく、振動片12の変形に対する耐久性を調節することで、膜型圧電セラミックス14の変形量(歪量)を調整することができる。
また、本発明の振動片12の幅は、固定端12Kの幅W1が自由端12Jの幅W2より小さくされている。これにより、後述するように、例えば、同じ板厚T1、同じ張出し長さLBとして自由端12Jを加振したとき、平面視が三角形で、固定端12Kの幅W1が自由端12Jの幅W2より大きい三角形板片より大きく歪む。これにより、加振力が小さくても、より大きな発電電力を生み出すことが可能となり、膜型圧電セラミックス14での発電に必要な振動を、広い範囲で確保することができる。
この歪特性は、自由端12Jに錘を固定し、支持部16を加振した場合も同様となる。
また、自由端12Jの近傍より、固定端12Kの近傍が大きく歪むので、固定端12Kに近い位置に膜型圧電セラミックス14を取付けることで、膜型圧電セラミックス14の歪量を大きくすることができる。この結果、小さな加振力P又は強制変位でも、発電に必要な歪量を確保することができる。又は、より小さな面積の膜型圧電セラミックス14で、同等の発電電力を得ることができる。
With this configuration, the excitation force P or forced displacement applied to the vibrating piece 12 is applied to the film-type piezoelectric ceramic 14 via the vibrating piece 12. Thus, the vibration force P is not directly applied to the film type piezoelectric ceramic 14, and the deformation amount (strain amount) of the film type piezoelectric ceramic 14 is adjusted by adjusting the durability against the deformation of the vibrating piece 12. can do.
The width of the resonator element 12 of the present invention is such that the width W1 of the fixed end 12K is smaller than the width W2 of the free end 12J. Thus, as will be described later, for example, when the free end 12J is vibrated with the same plate thickness T1 and the same overhang length LB, the plan view is a triangle, and the width W1 of the fixed end 12K is greater than the width W2 of the free end 12J. It is distorted more than a large triangular plate. As a result, even if the excitation force is small, it is possible to generate a larger amount of generated power, and vibrations necessary for power generation by the film-type piezoelectric ceramic 14 can be ensured in a wide range.
This distortion characteristic is the same when the weight is fixed to the free end 12J and the support portion 16 is vibrated.
Further, since the vicinity of the fixed end 12K is distorted more greatly than the vicinity of the free end 12J, the strain amount of the film type piezoelectric ceramic 14 can be increased by attaching the film type piezoelectric ceramic 14 near the fixed end 12K. . As a result, the amount of distortion necessary for power generation can be ensured even with a small excitation force P or forced displacement. Alternatively, an equivalent generated power can be obtained with the film-type piezoelectric ceramic 14 having a smaller area.

次に、膜型圧電セラミックス14について説明する。
図2(A)の斜視図に示すように、膜型圧電セラミックス(Piezocomposite、圧電コンポジット、又はMFC)14は、棒状の圧電セラミックス128を一列に並べ、間に挟んだエポキシ樹脂126で接着してシート状としたセラミックスシート127を有し、セラミックスシート127の両面には、電極125が印刷されたポリイミドフィルム124を配置し、セラミックスシート127とポリイミドフィルム124を、エポキシ樹脂126で接合した構成である。これにより、シート状の圧電体(膜型圧電セラミックス)が形成される。
Next, the film type piezoelectric ceramic 14 will be described.
As shown in the perspective view of FIG. 2A, the film-type piezoelectric ceramic (Piezocomposite, piezoelectric composite, or MFC) 14 is formed by arranging rod-shaped piezoelectric ceramics 128 in a row and bonding them with an epoxy resin 126 sandwiched therebetween. A ceramic sheet 127 having a sheet shape is provided. A polyimide film 124 on which an electrode 125 is printed is disposed on both surfaces of the ceramic sheet 127, and the ceramic sheet 127 and the polyimide film 124 are joined by an epoxy resin 126. . Thereby, a sheet-like piezoelectric body (film-type piezoelectric ceramic) is formed.

図2(B)の側面図、図2(C)の平面図に示すように、膜型圧電セラミックス14は、一方の表面が、振動片12の表面に貼り付けられ、振動片12と一体となって変形可能とされている。また、膜型圧電セラミックス14の電極125には、リード線122が取り付けられ、膜型圧電セラミックス14が発電した電力を出力する。
この構成とすることにより、振動片12が、固定端12K又は自由端12Jに加振力を受けて矢印Qの方向へ変形され、膜型圧電セラミックス14に歪が生じると、膜型圧電セラミックス14は、歪量に比例した電力を発生させる。膜型圧電セラミックス14は、薄膜状とされており、コンパクトな発電装置を提供できる。
また、膜型圧電セラミックスは、シート状に形成されているので、振動片12の表面が平面でなく曲面状に反っていても、曲面に沿って接合することができる。また、厚さ方向の曲げ変形の自由度が大きいので、振動片12が大きく変形されても、損傷なく板片に追従することができる。
As shown in the side view of FIG. 2B and the plan view of FIG. 2C, one surface of the film-type piezoelectric ceramic 14 is attached to the surface of the vibrating piece 12, and is integrated with the vibrating piece 12. It can be deformed. In addition, a lead wire 122 is attached to the electrode 125 of the film type piezoelectric ceramic 14 to output electric power generated by the film type piezoelectric ceramic 14.
With this configuration, when the resonator element 12 is deformed in the direction of the arrow Q by receiving an excitation force at the fixed end 12K or the free end 12J, and the film-type piezoelectric ceramic 14 is distorted, the film-type piezoelectric ceramic 14 Generates power proportional to the amount of distortion. The film-type piezoelectric ceramic 14 has a thin film shape and can provide a compact power generator.
In addition, since the film-type piezoelectric ceramic is formed in a sheet shape, it can be bonded along a curved surface even if the surface of the vibrating piece 12 is not flat but curved. In addition, since the degree of freedom of bending deformation in the thickness direction is large, even if the vibration piece 12 is greatly deformed, it can follow the plate piece without damage.

更に、膜型圧電セラミックス14は、圧電セラミック128の両側面に、リード線122を介して電圧を印加すれば、印加された電圧に従った歪が圧電セラミック128に生じ、膜型圧電セラミックス14を矢印Qの方向へ変形させる。これにより、振動片12の両側面の膜型圧電セラミックス14に、同時に同じ印加電圧を印加することで、振動片12を両側面から矢印Qの方向に伸縮させることができる。即ち、振動片12に固定することで、印加電圧に応じて振動片12を伸縮させるアクチュエータとして機能させることもできる。   Further, when a voltage is applied to the both sides of the piezoelectric ceramic 128 via the lead wires 122, the film-type piezoelectric ceramic 14 is distorted according to the applied voltage in the piezoelectric ceramic 128. Deform in the direction of arrow Q. As a result, by simultaneously applying the same applied voltage to the film-type piezoelectric ceramics 14 on both sides of the vibrating piece 12, the vibrating piece 12 can be expanded and contracted from both sides in the direction of the arrow Q. That is, by fixing to the vibrating piece 12, it is possible to function as an actuator that expands and contracts the vibrating piece 12 according to the applied voltage.

図3は、印加電圧と発生出力の関係の一例を示す特性図である。横軸は印加電圧(V)であり、縦軸は発生出力(N)である。実験に使用した圧電型振動発電装置10は、厚さ0.4mmの振動片(基板)12の両面に、膜型圧電セラミックス14を固着させた構成であり、印加電圧(V)と発生出力(N)の関係を測定した。
実験結果は、特性PVで示すように、印加電圧(V)が正(特に鋼板の引張側)の範囲では、特性PVはほぼ直線となっており、印加電圧(V)に比例した発生出力(N)が得られていることが分かる。この特性は、膜型圧電セラミックス14を歪量に応じて発電する発電装置として機能させる場合も同じ傾向を示すことから、振動片12に加振力を加えて振動させた場合には、発生する歪量に応じて発電させることができる。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the applied voltage and the generated output. The horizontal axis is the applied voltage (V), and the vertical axis is the generated output (N). The piezoelectric vibration power generation apparatus 10 used in the experiment has a configuration in which film-type piezoelectric ceramics 14 are fixed to both surfaces of a vibration piece (substrate) 12 having a thickness of 0.4 mm, and an applied voltage (V) and generated output ( The relationship of N) was measured.
As shown by the characteristic PV, the experimental result shows that the characteristic PV is almost linear in the range where the applied voltage (V) is positive (particularly the tensile side of the steel plate), and the generated output proportional to the applied voltage (V) ( It can be seen that N) is obtained. This characteristic shows the same tendency when the film-type piezoelectric ceramic 14 is functioned as a power generation device that generates electric power according to the amount of strain. Therefore, this characteristic occurs when the vibrating piece 12 is vibrated by applying an excitation force. Electric power can be generated according to the amount of strain.

次に、振動片12の形状と歪量、及び発電量の関係について、シミュレーション結果に基づいて説明する。
図4(A)は、シミュレーションモデルを示している。振動片12の固定端12Kは固定部16に固定され、長さLBで張り出された自由端12Jには、錘20が取り付けられている。シミュレーションに際しては、固定部16に、矢印方向(Z軸方向)の加振力18を加えた。加振力18は、各周波数成分が10Nのパルス波を入力した。
Next, the relationship between the shape of the resonator element 12, the amount of distortion, and the amount of power generation will be described based on simulation results.
FIG. 4A shows a simulation model. The fixed end 12K of the resonator element 12 is fixed to the fixed portion 16, and a weight 20 is attached to the free end 12J protruding with a length LB. In the simulation, an excitation force 18 in the arrow direction (Z-axis direction) was applied to the fixed portion 16. As the excitation force 18, a pulse wave having a frequency component of 10N was input.

シミュレーションは、図4(B)の(B1)〜(B6)の斜視図に示す、形状の異なる6種類の振動片56、57、58、30、12、26について行った。
ここに、図4(B1)の振動片56は、幅W1と幅W2が同じで、板厚Txを歪量が一定の2次曲線に沿って、長さ方向に変化させた形状である。図4(B2)の振動片57は、板厚T1が一定で、固定部16が幅W1で、長さ方向に沿って、幅Wxを歪量が一定の三角形状に変化させた形状である。図4(B3)の振動片58は、板厚T1が一定で、三角形状の先端を一部切り離し、固定端側の幅W1が、自由端側の幅W2より広い台形形状である。図4(B5)の振動片12は、本実施形態の振動片12であり、板厚T1が一定で、自由端側の幅W2が、固定端側の幅W1より広い逆台形形状に変化させた。
なお、図4(B4)については第3実施形態で説明し、図4(B6)については、第2実施形態で説明する。
The simulation was performed for six types of vibrating pieces 56, 57, 58, 30, 12, and 26 having different shapes shown in the perspective views of (B1) to (B6) of FIG.
4B1 has a shape in which the width W1 is the same as the width W2, and the plate thickness Tx is changed in the length direction along a quadratic curve having a constant amount of strain. 4B2 has a shape in which the plate thickness T1 is constant, the fixed portion 16 has a width W1, and the width Wx is changed to a triangular shape with a constant strain along the length direction. . 4 (B3) has a trapezoidal shape with a constant plate thickness T1, a part of the triangular tip cut off, and a width W1 on the fixed end side wider than a width W2 on the free end side. The vibrating piece 12 of FIG. 4 (B5) is the vibrating piece 12 of the present embodiment, and is changed to an inverted trapezoidal shape having a constant plate thickness T1 and a wider width W2 on the free end side than the width W1 on the fixed end side. It was.
Note that FIG. 4 (B4) will be described in the third embodiment, and FIG. 4 (B6) will be described in the second embodiment.

シミュレーションにおいては、4種類の振動片56、57、58、12の張出し長さLBは、いずれもLB=50mmとし、体積Vは、いずれもV=1000mmで一定とした。また、減衰定数は2%とし、錘の重さを1kg(12.5×50×100mmの鉄)とした。錘は先端の中心1点に質点荷重としてモデル化した。なお、図4(B1)〜図4(B6)では、錘の記載は省略している。また、質点系の1次固有振動数が20Hzで一律となるよう、振動片56、57、58、12の幅寸法Wを調整した。 In the simulation, the overhang lengths LB of the four types of vibration pieces 56, 57, 58, and 12 are all LB = 50 mm, and the volume V is constant at V = 1000 mm 3 . The attenuation constant was 2%, and the weight of the weight was 1 kg (12.5 × 50 × 100 mm iron). The weight was modeled as a mass load at one center of the tip. Note that the weight is not shown in FIGS. 4B1 to 4B6. Further, the width dimension W of the resonator elements 56, 57, 58, and 12 was adjusted so that the primary natural frequency of the mass system was uniform at 20 Hz.

図5は、図4(B1)の振動片56におけるシミュレーション結果を示している。図5(A)は、振動片56の座標軸と加振位置を示し、図5(B)は、振動片56の長さ方向(X方向)の歪量を示し、図5(C)は、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値を示している。
図5(B)は、振動片56の幅W1、W2を18.9mm、固定端56Kの厚さTKを1.588mmとした場合の結果であり、歪量の特性Uは、長さ方向の検討した範囲(LB=50mm)で、ほぼ一定の値(3×10−3)となっている。また、図5(C)から、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値Vも、長さ方向にほぼ一定の値(1×10−5)であった。
この結果から、振動片56の形状では、膜型圧電セラミックス14を、どこの位置に取付けても、ほぼ同じ発電量を得ることができるといえる。
FIG. 5 shows a simulation result in the resonator element 56 of FIG. 5A shows the coordinate axis and the vibration position of the vibrating piece 56, FIG. 5B shows the amount of distortion in the length direction (X direction) of the vibrating piece 56, and FIG. The calculated value of the square of the amount of distortion contributing to the amount of generated power is shown.
FIG. 5B shows the results when the widths W1 and W2 of the resonator element 56 are 18.9 mm, and the thickness TK of the fixed end 56K is 1.588 mm. The distortion amount characteristic U is obtained in the length direction. In the examined range (LB = 50 mm), the value is almost constant (3 × 10 −3 ). Further, from FIG. 5C, the calculated value V of the square of the distortion amount contributing to the generated power amount was also a substantially constant value (1 × 10 −5 ) in the length direction.
From this result, it can be said that in the shape of the resonator element 56, almost the same power generation amount can be obtained regardless of the position where the membrane-type piezoelectric ceramic 14 is attached.

図6は、図4(B2)の振動片57におけるシミュレーション結果を示している。図6(A)は、振動片57の座標軸と加振位置を示し、図6(B)は、振動片57の長さ方向(X方向)の歪量を示し、図6(C)は、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値を示している。
図6(B)は、振動片57の板厚T1を1.205mm、幅W1を33.2mmとした場合の結果であり、歪量の特性Uは、長さ方向の検討した範囲(LB=50mm)で、ほぼ一定の値(3×10−3)となっている。また、図6(C)から、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値も、長さ方向にほぼ一定の値(1×10−5)であった。
この結果から、振動片57の形状においても、膜型圧電セラミックス14を、どこの位置に取付けても、ほぼ同じ発電量を得ることができるといえる。
FIG. 6 shows a simulation result in the resonator element 57 of FIG. 6A shows the coordinate axis and vibration position of the vibrating piece 57, FIG. 6B shows the amount of distortion in the length direction (X direction) of the vibrating piece 57, and FIG. The calculated value of the square of the amount of distortion contributing to the amount of generated power is shown.
FIG. 6B shows the result when the plate thickness T1 of the resonator element 57 is 1.205 mm and the width W1 is 33.2 mm. The distortion amount characteristic U is a range examined in the length direction (LB = 50 mm), which is a substantially constant value (3 × 10 −3 ). In addition, from FIG. 6C, the calculated value of the square of the distortion amount contributing to the generated power amount is also a substantially constant value (1 × 10 −5 ) in the length direction.
From this result, it can be said that the same power generation amount can be obtained regardless of the position of the membrane-type piezoelectric ceramic 14 in the shape of the resonator element 57.

図7は、図4(B3)の振動片58におけるシミュレーション結果を示している。図7(A)は、振動片58の座標軸と加振位置を示し、図7(B)は、振動片58の長さ方向(X方向)の歪量を示し、図7(C)は、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値を示している。
図7(B)は、振動片58の板厚T1を1.226mm、幅W1を27.2mmとした場合の結果であり、歪量の特性Uは、長さ方向の固定端58Kで大きく(約4×10−3)、自由端58Jで小さく(約0.5×10−3)なっており、図7(C)から、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値Vも、同じ傾向であった。即ち、固定端58Kで大きく(約1.5×10−5)、自由端58Jで小さく(約0.1×10−5)なっている。
この結果から、振動片58の形状においては、膜型圧電セラミックス14を、固定端側に取付ければ、上述した振動片56、57より、発電量を大きくすることができる。
FIG. 7 shows a simulation result in the resonator element 58 of FIG. 4 (B3). 7A shows the coordinate axis and the vibration position of the vibrating piece 58, FIG. 7B shows the amount of distortion in the length direction (X direction) of the vibrating piece 58, and FIG. The calculated value of the square of the amount of distortion contributing to the amount of generated power is shown.
FIG. 7B shows the result when the plate thickness T1 of the resonator element 58 is 1.226 mm and the width W1 is 27.2 mm. The distortion amount characteristic U is large at the fixed end 58K in the length direction ( About 4 × 10 −3 ) and small at the free end 58J (about 0.5 × 10 −3 ). From FIG. 7C, the calculated value V of the square of the distortion amount contributing to the generated power amount is also The same trend. That is, the fixed end 58K is large (about 1.5 × 10 −5 ) and the free end 58J is small (about 0.1 × 10 −5 ).
From this result, in the shape of the vibrating piece 58, if the membrane-type piezoelectric ceramic 14 is attached to the fixed end side, the power generation amount can be larger than that of the vibrating pieces 56 and 57 described above.

図8は、図4(B5)の振動片12(本実施形態の振動片)におけるシミュレーション結果を示している。図8(A)は、振動片12の座標軸と加振位置を示し、図8(B)は、振動片12の長さ方向(X方向)の歪量を示し、図8(C)は、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値を示している。
図8(B)は、振動片12の板厚T1を1.524mm、幅W1を8.75mm、幅W2を17.5mmとした場合の結果であり、歪量の特性Uは、長さ方向の固定端12Kで大きく(約7.5×10−3)、自由端12Jで小さく(約0.0×10−3)なっている。また、図8(C)から、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値Vも、同じ傾向であった。即ち、固定端12Kで大きく(約5.5×10−5)、自由端12Jで小さく(約0.0×10−5)なっている。この結果から、振動片12の形状においては、膜型圧電セラミックス14を、固定端側に取付ければ、上述した振動片56、57、58より、発電量を大きくすることができる。
FIG. 8 shows a simulation result of the resonator element 12 (the resonator element of the present embodiment) of FIG. 4 (B5). 8A shows the coordinate axis and the vibration position of the resonator element 12, FIG. 8B shows the amount of distortion in the length direction (X direction) of the resonator element 12, and FIG. The calculated value of the square of the amount of distortion contributing to the amount of generated power is shown.
FIG. 8B shows the result when the plate thickness T1 of the resonator element 12 is 1.524 mm, the width W1 is 8.75 mm, and the width W2 is 17.5 mm. The distortion amount characteristic U is the length direction. The fixed end 12K is large (about 7.5 × 10 −3 ) and the free end 12J is small (about 0.0 × 10 −3 ). Further, from FIG. 8C, the calculated value V of the square of the distortion amount contributing to the generated power amount has the same tendency. That is, it is large (about 5.5 × 10 −5 ) at the fixed end 12K and small (about 0.0 × 10 −5 ) at the free end 12J. From this result, in the shape of the resonator element 12, if the membrane-type piezoelectric ceramic 14 is attached to the fixed end side, the amount of power generation can be made larger than that of the above-described resonator elements 56, 57, and 58.

図9に、以上のシミュレーション結果のまとめを示す。
図9(A)は、膜型圧電セラミックス14の取付け範囲を、固定端から張出し長さLBの2/3とした場合の、振動片56、57、58、12の発電効率を、振動片B1、B2、B3、B5の棒グラフで示している。ここに、発電効率は、歪量の2乗の算出値Vを、各振動片の平面積で除して求めた。更に、三角形状の振動片56の発電効率値を100とした場合の、発電効率の割合で示している。
結果から、本実施形態の振動片12は、三角形状の振動片56の約1.7倍となり、比較した振動片56、57、58よりも、発電効率が大きいことがわかる。
FIG. 9 shows a summary of the above simulation results.
FIG. 9A shows the power generation efficiency of the vibrating pieces 56, 57, 58, and 12 when the attachment range of the film-type piezoelectric ceramic 14 is set to 2/3 of the extension length LB from the fixed end. , B2, B3, B5. Here, the power generation efficiency was obtained by dividing the calculated value V of the square of the amount of distortion by the plane area of each resonator element. Furthermore, the ratio of the power generation efficiency when the power generation efficiency value of the triangular vibrating piece 56 is 100 is shown.
From the results, it can be seen that the resonator element 12 of the present embodiment is about 1.7 times the triangular resonator element 56 and has higher power generation efficiency than the compared resonator elements 56, 57, and 58.

図9(B)は、膜型圧電セラミックス14の平面寸法を8mm×16mmとし、発電電力量が最大となる位置に設置した場合の、振動片56、57、58、12の発電効率を示している。ここに発電効率は、歪量の2乗の算出値Vを、各振動片の平面積で除して求めた。更に、三角形状の振動片56における値を100とした場合の比較で示している。
結果から、本実施形態の振動片12は、三角形状の振動片56の約2.7倍となり、比較した中では発電効率が大きいことがわかる。
以上説明したように、本実施形態の振動片12は、振動片56、57、58よりも、効率良く発電可能な形状といえる。即ち、限られた膜型圧電セラミックス14の面積の中で、発電効率が最大化できる。この結果、圧電材料等の部材の使用量の削減に寄与し、圧電型振動発電装置10のコストダウンにつながる。
FIG. 9B shows the power generation efficiency of the resonator elements 56, 57, 58, and 12 when the planar size of the membrane-type piezoelectric ceramic 14 is 8 mm × 16 mm and it is installed at a position where the amount of generated power is maximized. Yes. Here, the power generation efficiency was obtained by dividing the calculated value V of the square of the distortion amount by the plane area of each vibration piece. Furthermore, a comparison is made when the value of the triangular vibrating piece 56 is 100.
From the results, it can be seen that the resonator element 12 of the present embodiment is about 2.7 times the triangular resonator element 56, and the power generation efficiency is large in comparison.
As described above, it can be said that the resonator element 12 of the present embodiment has a shape that can generate power more efficiently than the resonator elements 56, 57, and 58. That is, the power generation efficiency can be maximized within the limited area of the film-type piezoelectric ceramic 14. As a result, it contributes to a reduction in the usage amount of a member such as a piezoelectric material, leading to cost reduction of the piezoelectric vibration power generation apparatus 10.

なお、本実施形態では、膜型圧電セラミックス14を、振動片12の一部に取付ける例で説明したが、これに限定されることはなく、図10(A)の平面図、図10(B)の側面図に示すように、振動片12の全面積を覆う大きさで取付けてもよい。膜型圧電セラミックス14の面積を増やすことにより、圧電型振動発電装置10の発電量を、更に増やすことができる。
また、本実施形態では、振動片12の材質を鋼製平板で説明した。しかし、これに限定されることはなく、例えば樹脂やゴム等の、他の材質で形成してもよい。
また、図示は省略するが、本実施形態では、膜型圧電セラミックス14を振動片12の両面に取付ける例で説明した。しかし、これに限定されることはなく、振動片12の片面のみに取付けてもよい。これにより、圧電型振動発電装置10の発電量は減少するが、圧電型振動発電装置10の製造コストを低減することができる。
In the present embodiment, the example in which the film-type piezoelectric ceramic 14 is attached to a part of the resonator element 12 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the plan view of FIG. 10A and FIG. As shown in the side view of (), it may be attached in a size that covers the entire area of the resonator element 12. By increasing the area of the film-type piezoelectric ceramic 14, the power generation amount of the piezoelectric vibration power generator 10 can be further increased.
In the present embodiment, the material of the resonator element 12 has been described using a steel flat plate. However, the present invention is not limited to this, and may be formed of other materials such as resin and rubber.
Although not shown in the drawings, in the present embodiment, the film-type piezoelectric ceramic 14 has been described as being attached to both surfaces of the resonator element 12. However, the present invention is not limited to this, and the vibration piece 12 may be attached only to one side. Thereby, although the electric power generation amount of the piezoelectric vibration power generator 10 decreases, the manufacturing cost of the piezoelectric vibration power generator 10 can be reduced.

また、本実施形態では、圧電体として、膜型圧電セラミックス14を例にとり説明した。しかし、これに限定されることはなく、例えば、膜型でない圧電セラミックスを用いてもよい。但し、この場合には、振動片12の変形による破損を防止するため、膜型でない圧電セラミックスの変形に対する耐久性に注意を払う必要がある。
また、本実施形態では、固定端12Kと自由端12Jの間を直線でつなぎ、振動片12の平面形状を逆台形とした。しかし、これに限定されることはなく、図10(C)の平面図に示す形状としても良い。即ち、固定端13Kと自由端13Jの間を曲線でつなぐ形状としても良い。曲線の形状を調整することにより、振動片12の、長手方向の変形位置、変異量を、より詳細に設計することが可能となる。
In the present embodiment, the film-type piezoelectric ceramic 14 has been described as an example of the piezoelectric body. However, it is not limited to this, For example, you may use the piezoelectric ceramics which are not a film type. However, in this case, in order to prevent damage due to deformation of the resonator element 12, it is necessary to pay attention to durability against deformation of the piezoelectric ceramic that is not a film type.
In the present embodiment, the fixed end 12K and the free end 12J are connected by a straight line, and the planar shape of the resonator element 12 is an inverted trapezoid. However, the shape is not limited to this, and the shape shown in the plan view of FIG. That is, it is good also as a shape which connects between the fixed end 13K and the free end 13J with a curve. By adjusting the shape of the curve, it is possible to design the deformation position and the amount of variation in the longitudinal direction of the resonator element 12 in more detail.

また、本実施形態では、振動片12の自由端12Jに錘20を取付け、固定部16を加振させた場合について説明した。しかし、これに限定されることはなく、固定部16を強制変位させた場合でも同様の効果を得ることができる。また、自由端12Jに錘20を固定して、自由端12Jを加振又は強制変位させた場合でも、同様の効果を得ることができる。
更に、自由端12Jに錘20を設けず固定部16を加振又は強制変位させた場合、及び自由端12Jに錘20を設けず、自由端12Jを加振力Pで加振又は強制変位させた場合のいずれでも同様の効果を得ることができる(図10(D)参照)。
以上説明したように、本実施形態によれば、膜型圧電セラミックス14の変形に対する耐久性に制約されずに、加振力P又は強制変位を受けることができる圧電型振動発電装置10を提供することができる。
In the present embodiment, the case where the weight 20 is attached to the free end 12 </ b> J of the resonator element 12 and the fixed portion 16 is vibrated has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the fixing portion 16 is forcibly displaced. The same effect can be obtained even when the weight 20 is fixed to the free end 12J and the free end 12J is vibrated or forcedly displaced.
Further, when the fixed portion 16 is vibrated or forcibly displaced without providing the weight 20 at the free end 12J, and the free end 12J is vibrated or forcibly displaced with the excitation force P without providing the weight 20 at the free end 12J. In any case, the same effect can be obtained (see FIG. 10D).
As described above, according to the present embodiment, the piezoelectric vibration power generator 10 capable of receiving the excitation force P or the forced displacement without being restricted by the durability against deformation of the membrane piezoelectric ceramic 14 is provided. be able to.

(第2実施形態)
図11(A)の斜視図に示すように、第2実施形態に係る圧電型振動発電装置24は、振動片26の平面形状が階段状に変化する点において、第1実施形態で説明した振動片12と相違する。第1実施形態との相違点を中心に説明する。
振動片26は、固定端26Kの幅W1が、自由端26Jの幅W2より狭く、幅の変化が2段階の階段状となっている。即ち、固定端26Kは、長手方向に長さLB1の範囲で幅W1で形成され、自由端26Jは、長手方向に長さLB3の範囲で幅W2で形成され、中間部は、長手方向に長さLB2の範囲で、幅W1と幅W2の中間の幅W3で形成されている。ここに、長さLB1、長さLB2、及び長さLB3は、それぞれ張り出し長さLBの約1/3とされている。
(Second Embodiment)
As shown in the perspective view of FIG. 11 (A), the piezoelectric vibration power generator 24 according to the second embodiment has the vibration described in the first embodiment in that the planar shape of the resonator element 26 changes stepwise. It differs from the piece 12. The difference from the first embodiment will be mainly described.
The vibration piece 26 has a stepped shape in which the width W1 of the fixed end 26K is narrower than the width W2 of the free end 26J, and the change in the width is two steps. That is, the fixed end 26K is formed with a width W1 in the range of the length LB1 in the longitudinal direction, the free end 26J is formed with a width W2 in the range of the length LB3 in the longitudinal direction, and the intermediate portion is long in the longitudinal direction. The width W3 is an intermediate width W3 between the width W1 and the width W2. Here, the length LB1, the length LB2, and the length LB3 are each about 1/3 of the overhang length LB.

図11(B)、図11(C)は、振動片26におけるシミュレーション結果を示している。シミュレーション条件は、第1実施形態と同じである。なお、本実施形態は、図4(B)の(B6)に対応している。図11(A)は、振動片26の座標軸と加振位置を示し、図11(B)は、振動片26の長さ方向(X方向)の歪量を示し、図11(C)は、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値を示している。
図11(B)は、振動片12の板厚T1を1.61mm、幅W1を8.26mm、幅W2を16.52mmとした場合の結果であり、歪量を示す特性Uは、固定端26Kで大きく(約7.0×10−3)、自由端26Jの先端で小さく(約0.0×10−3)なっている。また、図11(C)から、歪量の2乗の算出値Vも、特性Uと同じ傾向、即ち、固定端26Kで最も大きく(約5.0×10−5)、自由端26Jの先端で、最も小さく(約0.0×10−5)なっている。また、特性Uは、階段状に平面形状が変化している部分で、大きく変化(低下)している。
この結果を、第1実施形態と比較すると、本実施形態の振動片26は、図9(A)の振動片B6の棒グラフ、及び図9(B)の振動片B6の棒グラフにそれぞれ対応する。図9(A)、図9(B)のシミュレーション結果から、本実施形態の振動片26は、膜型圧電セラミックス14を、固定端側に取付ければ、第1実施形態で説明した振動片56、57、58、12のいずれよりも発電効率を大きくすることができる。
更に、振動片26は、直線状の加工で形成できるため、加工が容易となる。他の構成は、第1実施形態に係る圧電型振動発電装置10と同一であり、説明は省略する。
FIG. 11B and FIG. 11C show simulation results for the resonator element 26. The simulation conditions are the same as in the first embodiment. Note that this embodiment corresponds to (B6) in FIG. 11A shows the coordinate axis and the vibration position of the vibrating piece 26, FIG. 11B shows the amount of distortion in the length direction (X direction) of the vibrating piece 26, and FIG. The calculated value of the square of the amount of distortion contributing to the amount of generated power is shown.
FIG. 11B shows the results when the plate thickness T1 of the resonator element 12 is 1.61 mm, the width W1 is 8.26 mm, and the width W2 is 16.52 mm. The characteristic U indicating the amount of distortion is a fixed end. It is larger at 26K (about 7.0 × 10 −3 ) and smaller at the tip of the free end 26J (about 0.0 × 10 −3 ). Further, from FIG. 11C, the calculated value V of the square of the distortion amount also has the same tendency as the characteristic U, that is, the largest at the fixed end 26K (about 5.0 × 10 −5 ), and the tip of the free end 26J. And the smallest (about 0.0 × 10 −5 ). Further, the characteristic U is greatly changed (decreased) in a portion where the planar shape changes stepwise.
When this result is compared with the first embodiment, the vibrating piece 26 of the present embodiment corresponds to the bar graph of the vibrating piece B6 in FIG. 9A and the bar graph of the vibrating piece B6 in FIG. 9B, respectively. From the simulation results of FIGS. 9A and 9B, the vibrating piece 26 of the present embodiment is the vibrating piece 56 described in the first embodiment if the membrane-type piezoelectric ceramic 14 is attached to the fixed end side. , 57, 58, and 12, the power generation efficiency can be increased.
Furthermore, since the vibration piece 26 can be formed by linear processing, processing becomes easy. Other configurations are the same as those of the piezoelectric vibration power generation apparatus 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

(第3実施形態)
図12(A)の平面図、図12(B)の側面図に示すように、第3実施形態に係る圧電型振動発電装置28は、振動片30が平面視において、長方形とされている点において、第1実施形態で説明した振動片12と相違する。第1実施形態との相違点を中心に説明する。
振動片30は、張り出し長さLBの全範囲において、厚さTで、固定端30Kと自由端30Jが、同じ幅W3とされている。この構成とすることにより、第1実施形態で説明したように、固定端側で、自由端側より大きな変位(歪量)を得ることができる。
(Third embodiment)
As shown in the plan view of FIG. 12A and the side view of FIG. 12B, the piezoelectric vibration power generation device 28 according to the third embodiment is such that the resonator element 30 is rectangular in plan view. However, it differs from the resonator element 12 described in the first embodiment. The difference from the first embodiment will be mainly described.
The vibration piece 30 has a thickness T in the entire range of the overhang length LB, and the fixed end 30K and the free end 30J have the same width W3. With this configuration, as described in the first embodiment, a larger displacement (amount of strain) can be obtained on the fixed end side than on the free end side.

図13は、振動片30におけるシミュレーション結果を示している。シミュレーション条件は、第1実施形態と同じである。なお、本実施形態は、図4(B)の(B4)に対応している。図13(A)は、振動片30の座標軸と加振位置を示し、図13(B)は、振動片30の長さ方向(X方向)の歪量を示し、図13(C)は、発電電力量に寄与する歪量の2乗の算出値を示している。
図13(B)は、振動片30の板厚T1を1.375mm、幅W1、W3を14.5mmとした場合の結果であり、歪量を示す特性Uは、長さ方向の固定端30Kで大きく(約5.5×10−3)、自由端30Jで小さく(約0.0×10−3)なっている。また、図13(C)から、歪量の2乗の算出値Vも、特性Uと同じ傾向、即ち、固定端30Kで大きく(約3.2×10−5)、自由端30Jで小さく(約0.0×10−5)なっている。
FIG. 13 shows a simulation result in the resonator element 30. The simulation conditions are the same as in the first embodiment. Note that this embodiment corresponds to (B4) in FIG. 13A shows the coordinate axis and the vibration position of the vibrating piece 30, FIG. 13B shows the amount of distortion in the length direction (X direction) of the vibrating piece 30, and FIG. The calculated value of the square of the amount of distortion contributing to the amount of generated power is shown.
FIG. 13B shows the result when the plate thickness T1 of the resonator element 30 is 1.375 mm and the widths W1 and W3 are 14.5 mm. The characteristic U indicating the amount of distortion is the fixed end 30K in the length direction. (About 5.5 × 10 −3 ) and small at the free end 30J (about 0.0 × 10 −3 ). Further, from FIG. 13C, the calculated value V of the square of the distortion amount also has the same tendency as the characteristic U, that is, large at the fixed end 30K (about 3.2 × 10 −5 ) and small at the free end 30J ( About 0.0 × 10 −5 ).

この結果を、第1実施形態と比較すると、本実施形態の振動片30は、図9(A)の振動片B4の棒グラフ、及び図9(B)の振動片B4の棒グラフにそれぞれ対応する。図9(A)、図9(B)のシミュレーション結果から、本実施形態の振動片30は、膜型圧電セラミックス14を、固定端側に取付ければ、第1実施形態で説明した振動片12、第2実施形態で説明した振動片26よりは小さいものの、第1実施形態で説明した振動片56、57、58よりも発電効率を大きくすることができる。他の構成は、第1実施形態に係る圧電型振動発電装置10と同一であり、説明は省略する。   Comparing this result with the first embodiment, the resonator element 30 of this embodiment corresponds to the bar graph of the resonator element B4 in FIG. 9A and the bar graph of the resonator element B4 in FIG. 9B, respectively. From the simulation results of FIG. 9A and FIG. 9B, the resonator element 30 of the present embodiment is the resonator element 12 described in the first embodiment if the membrane-type piezoelectric ceramic 14 is attached to the fixed end side. Although it is smaller than the vibrating piece 26 described in the second embodiment, the power generation efficiency can be made larger than that of the vibrating pieces 56, 57, 58 described in the first embodiment. Other configurations are the same as those of the piezoelectric vibration power generation apparatus 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

(第4実施形態)
図14に示すように、第4実施形態に係る圧電型振動発電装置32は、振動片34の表面から離して、膜型圧電セラミックス14を取付けた点において、第1実施形態で説明した圧電型振動発電装置10と相違する。第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図14(A)の斜視図、図14(B)の側面図に示すように、振動片34には、平面視で左右方向の中心線C1と直交する方向へ向けて、膜型圧電セラミックス14の幅で、振動片34の長手方向に、所定距離を開けて支持部材36A、36Bが取付けられている。支持部材36A、36Bは、いずれも、振動片34の表面からの高さHで形成され、支持部材36A、36Bの上面には、膜型圧電セラミックス14が、振動片34の表面と平行に架け渡されている。これにより、支持部材36A、36Bの高さHだけ、膜型圧電セラミックス14が、振動片34の表面から離されて取付けられる。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 14, the piezoelectric vibration power generation apparatus 32 according to the fourth embodiment is the piezoelectric type described in the first embodiment in that the film-type piezoelectric ceramic 14 is attached away from the surface of the vibrating piece 34. It differs from the vibration power generator 10. The difference from the first embodiment will be mainly described.
As shown in the perspective view of FIG. 14A and the side view of FIG. 14B, the vibrating element 34 has a membrane-type piezoelectric ceramic 14 in a direction orthogonal to the center line C1 in the left-right direction in plan view. The support members 36 </ b> A and 36 </ b> B are attached with a predetermined distance in the longitudinal direction of the vibrating piece 34. Each of the support members 36A and 36B is formed at a height H from the surface of the vibrating piece 34, and the film-type piezoelectric ceramic 14 is placed on the upper surfaces of the supporting members 36A and 36B in parallel with the surface of the vibrating piece 34. Has been passed. As a result, the film-type piezoelectric ceramic 14 is attached away from the surface of the vibrating piece 34 by the height H of the support members 36A and 36B.

この構成とすることにより、図14(C)、図14(D)の側面図に示すように、固定部16に加振力Pを受けて、振動片34が矢印Fの方向へ変形したとき、振動片34の凸状に変形した側の膜型圧電セラミックス14の直線状の長さLB2を、振動片34の表面長さLB1より大きくすることができる。即ち、膜型圧電セラミックス14の歪量を、振動片34の歪量より大きくすることができる。
この結果、固定部16へ加える加振力Pが、小さくても発電に必要な歪量を確保することができ、広い振動範囲で発電させることができる。この結果、発電量を増すことができる。なお、振動片34の平面形状は、第1実施形態〜第3実施形態で説明した振動片12、26、30のいずれでもよい。 他の構成は、第1実施形態に係る圧電型振動発電装置10と同一であり、説明は省略する。
With this configuration, as shown in the side views of FIGS. 14C and 14D, when the vibration piece 34 is deformed in the direction of the arrow F due to the excitation force P received by the fixing portion 16. The linear length LB2 of the membrane-type piezoelectric ceramic 14 on the side of the vibrating piece 34 that has been deformed into a convex shape can be made larger than the surface length LB1 of the vibrating piece 34. That is, the strain amount of the film-type piezoelectric ceramic 14 can be made larger than the strain amount of the vibrating piece 34.
As a result, even if the excitation force P applied to the fixed portion 16 is small, the amount of distortion necessary for power generation can be secured, and power can be generated in a wide vibration range. As a result, the amount of power generation can be increased. The planar shape of the resonator element 34 may be any of the resonator elements 12, 26, and 30 described in the first to third embodiments. Other configurations are the same as those of the piezoelectric vibration power generation apparatus 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

本実施形態の展開例として、図15(A)の斜視図、図15(B)の側面図に示すように、支持部材36の数量を増し、振動片34の長手方向に追加する構成としてもよい。
図15では、一例として、支持部材36C、36Dの2固を、支持部材36A、36Bの間に、支持部材36A、36Bと平行に配置している。
この構成とすることにより、図15(C)、図15(D)の側面図に示すように、固定部16を加振力Pで加振し、振動片34を矢印Fの方向へ変形させたとき、膜型圧電セラミックス14を振動片34の変形形状により忠実に沿わせ、長さLB2に変形させることができる。これにより、振動片34の表面長さLB1より、膜型圧電セラミックス14の長さLB2が大きくなる。この結果、膜型圧電セラミックス14の歪量を、振動片34の歪量より大きくすることができる。
As an example of development of this embodiment, as shown in the perspective view of FIG. 15A and the side view of FIG. 15B, the number of support members 36 may be increased and added in the longitudinal direction of the vibrating piece 34. Good.
In FIG. 15, as an example, two support members 36C and 36D are disposed between the support members 36A and 36B in parallel with the support members 36A and 36B.
With this configuration, as shown in the side views of FIGS. 15C and 15D, the fixed portion 16 is vibrated with the exciting force P, and the vibrating piece 34 is deformed in the direction of the arrow F. In this case, the film-type piezoelectric ceramic 14 can be made to follow the deformed shape of the vibrating piece 34 faithfully and be deformed to the length LB2. Thereby, the length LB2 of the film-type piezoelectric ceramic 14 becomes larger than the surface length LB1 of the vibrating piece 34. As a result, the strain amount of the film-type piezoelectric ceramic 14 can be made larger than the strain amount of the vibrating piece 34.

(第5実施形態)
図16(A)の側面図に示すように、第5実施形態に係る圧電型振動発電装置40は、振動片42の板厚T2が、第1実施形態で説明した振動片12の板厚T1より厚い点において、第1実施形態と相違する。第1実施形態との相違点を中心に説明する。
振動片42は、第1実施形態で説明した振動片12の変形に対する耐久性に比して変形に対する耐久性が低く、板厚T2が、振動片12の板厚T1より大きい部材で形成されている。なお、振動片34の平面形状は、第1実施形態〜第3実施形態で説明した振動片12、26、30のいずれでもよい。
(Fifth embodiment)
As shown in the side view of FIG. 16A, in the piezoelectric vibration power generation apparatus 40 according to the fifth embodiment, the plate thickness T2 of the vibrating piece 42 is equal to the plate thickness T1 of the vibrating piece 12 described in the first embodiment. It differs from the first embodiment in a thicker point. The difference from the first embodiment will be mainly described.
The vibration piece 42 has lower durability against deformation than the vibration piece 12 described in the first embodiment, and the plate thickness T2 is formed of a member larger than the plate thickness T1 of the vibration piece 12. Yes. The planar shape of the resonator element 34 may be any of the resonator elements 12, 26, and 30 described in the first to third embodiments.

この構成とすることにより、図16(B)、図16(C)の側面図で示すように、振動片42が、固定部16において矢印Fの方向の加振力を受けたとき、振動片42を変形させると共に、膜型圧電セラミックス14を振動片42の表面に沿って変形させることができる。
このとき、膜型圧電セラミックス14の位置が、振動片42の厚さ方法の中心線C2から大きく離れているため、膜型圧電セラミックス14の歪量を、第1実施形態で説明した振動片12に貼り付けた場合の歪量と比較して、大きくすることができる。これにより、小さな加振力Pで発電を開始することができ、発電性能を向上させることができる。
他の構成は、第1実施形態に係る圧電型振動発電装置10と同一であり、説明は省略する。
With this configuration, as shown in the side views of FIGS. 16B and 16C, when the vibrating piece 42 receives an excitation force in the direction of arrow F at the fixing portion 16, the vibrating piece 42 and the membrane-type piezoelectric ceramic 14 can be deformed along the surface of the vibrating piece 42.
At this time, since the position of the film type piezoelectric ceramic 14 is far away from the center line C2 of the thickness method of the vibrating piece 42, the amount of strain of the film type piezoelectric ceramic 14 is determined as the vibrating piece 12 described in the first embodiment. Compared to the amount of distortion when affixed to, it can be increased. Thereby, power generation can be started with a small excitation force P, and power generation performance can be improved.
Other configurations are the same as those of the piezoelectric vibration power generation apparatus 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

(第6実施形態)
図17に示すように、第6実施形態に係る圧電型振動発電装置46は、振動片48が平面視において、左右非対称とされている点において、第1実施形態で説明した振動片12と相違する。第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図17(A)の平面図、図17(B)の側面図に示すように、振動片48は、平面視において、振動片48の長手方向であり、膜型圧電セラミックス14の中心を通る中心線C3に対して左右(中心線C3と直交する方向)非対称に形成されている。
即ち、膜型圧電セラミックス14は、平面視において中心線C3に対して左右対称とされている。一方、振動片48は、固定端48Kの幅W1が自由端48Jの幅W2より小さくされ、固定端48Kと自由端48Jの間が直線で連続しているものの、膜型圧電セラミックス14の中心を通る中心線C3に対して、左右が非対称に形成されている。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 17, the piezoelectric vibration power generator 46 according to the sixth embodiment is different from the resonator element 12 described in the first embodiment in that the resonator element 48 is asymmetrical in plan view. To do. The difference from the first embodiment will be mainly described.
As shown in the plan view of FIG. 17A and the side view of FIG. 17B, the resonator element 48 is the longitudinal direction of the resonator element 48 in plan view and passes through the center of the membrane piezoelectric ceramic 14. It is formed to be asymmetric with respect to the line C3 on the left and right (in the direction orthogonal to the center line C3).
That is, the film-type piezoelectric ceramic 14 is symmetric with respect to the center line C3 in plan view. On the other hand, the vibrating piece 48 has the width W1 of the fixed end 48K smaller than the width W2 of the free end 48J, and the center between the fixed end 48K and the free end 48J is continuous in a straight line. The left and right sides are formed asymmetrically with respect to the passing center line C3.

この結果、振動片48は、例えば、固定端48Kに加振力を受けたとき、ねじれ変形しながら矢印Fの方向へ変形する。この場合においても、膜型圧電セラミックス14を、固定端48Kに寄せて貼り付けることにより、必要な歪を得ることができ、振動時の板片の板厚方向の変形とねじれ変形を、有効に発電に活用することができる。
この特性は、自由端48Jに加振力を加える場合でも同様であり、振動時の振動片48の板厚方向の変形とねじれ変形を、有効に発電に活用することができる。
As a result, for example, when the vibrating piece 48 receives an excitation force at the fixed end 48K, it deforms in the direction of the arrow F while being twisted. Even in this case, the film-type piezoelectric ceramic 14 can be attached to the fixed end 48K so that necessary strain can be obtained, and deformation of the plate piece in the plate thickness direction and torsional deformation during vibration can be effectively performed. It can be used for power generation.
This characteristic is the same even when an excitation force is applied to the free end 48J, and deformation in the thickness direction and torsional deformation of the vibration piece 48 during vibration can be effectively utilized for power generation.

図17(C)に示すように、本実施形態の変形例として、例えば、振動片50の平面形状を、固定端50Kの幅W1と、自由端50Jの幅W2の間を、平面視で階段状(ステップ状)に変化させる形状とし、膜型圧電セラミックス14の中心を通る中心線C3に対して、振動片50を、左右非対称に形成しても良い。
即ち、膜型圧電セラミックス14は、平面視において中心線C3に対して左右対称とされ、固定端50Kの幅W1が自由端50Jの幅W2より小さくされているものの、振動片50は、中心線C3に対して、固定端50Kと自由端50Jの間で非対称とされていても良い。
As shown in FIG. 17C, as a modification of the present embodiment, for example, the planar shape of the resonator element 50 is a staircase in plan view between the width W1 of the fixed end 50K and the width W2 of the free end 50J. The vibration piece 50 may be formed asymmetrically with respect to the center line C3 passing through the center of the film-type piezoelectric ceramic 14.
That is, the film-type piezoelectric ceramic 14 is bilaterally symmetric with respect to the center line C3 in a plan view, and the width W1 of the fixed end 50K is smaller than the width W2 of the free end 50J. It may be asymmetric between the fixed end 50K and the free end 50J with respect to C3.

更に、図17(D)に示すように、本実施形態の他の変形例として、振動片54の平面形状を、例えば、固定端54Kの幅W1と、自由端54Jの幅W2の間を、平面視で曲線状に変化させる形状とし、膜型圧電セラミックス14の中心を通る中心線C3に対して、振動片54を、左右非対称に形成しても良い。
即ち、膜型圧電セラミックス14は、平面視において中心線C3に対して左右対称とされ、固定端54Kの幅W1が自由端54Jの幅W2より小さくされているものの、振動片54は、中心線C3に対して、固定端54Kと自由端54の間で非対称とされていても良い。
Furthermore, as shown in FIG. 17D, as another modification of the present embodiment, the planar shape of the vibrating piece 54 is, for example, between the width W1 of the fixed end 54K and the width W2 of the free end 54J. The vibration piece 54 may be formed asymmetrically with respect to the center line C3 passing through the center of the film-type piezoelectric ceramic 14 so as to have a curved shape in plan view.
That is, the film-type piezoelectric ceramic 14 is bilaterally symmetric with respect to the center line C3 in a plan view, and the width W1 of the fixed end 54K is smaller than the width W2 of the free end 54J. It may be asymmetric between the fixed end 54K and the free end 54 with respect to C3.

更に、図18(A)に示すように、本実施形態の他の変形例として、振動片62を、側面視において上下方向に非対称(固定端62Kから水平方向に引いた中心線C4に対して上下方向に非対称)としても良い。即ち、実線で示すように、振動片62を予め上方へ曲げておき(下に凸)、自由端62Jへ加振力Pを下方へ加え、振動片62を、破線で示すように上に凸の形状に変形させても良い。これにより、膜型圧電セラミックス14を振動片62の表面に沿って変形させることができ、発電に必要な歪を得ることができる。
なお、振動片62の曲げ方向は、振動片62を予め下方へ曲げておき(上に凸)、自由端62Jへ加振力Pを上方へ加え、振動片62を、下に凸の形状に変形させる構成でも良い。
Furthermore, as shown in FIG. 18A, as another modification of the present embodiment, the vibrating piece 62 is asymmetric in the vertical direction in a side view (with respect to the center line C4 drawn horizontally from the fixed end 62K). Asymmetrical in the vertical direction). That is, as shown by the solid line, the vibrating piece 62 is bent upward (convex downward), the excitation force P is applied downward to the free end 62J, and the vibrating piece 62 protrudes upward as shown by the broken line. You may deform | transform into the shape of. Thereby, the film-type piezoelectric ceramic 14 can be deformed along the surface of the vibrating piece 62, and the strain necessary for power generation can be obtained.
The bending direction of the vibrating piece 62 is such that the vibrating piece 62 is bent downward (convex upward), the excitation force P is applied upward to the free end 62J, and the vibrating piece 62 has a convex downward shape. It may be configured to deform.

更に、図18(B)に示すように、本実施形態の他の変形例として、振動片64を、固定端64Kを固定して、自由端64Jを振動片64の中心線C5の周りに回転させた形状としてもよい。これにより、平面視で左右方向に中心線C5に対して非対称、及び側面視において中心線C5に対して上下方向に非対称となる。この構成とすることにより、自由端64Jへ加振力Pを加え、膜型圧電セラミックス14を振動片64の表面に沿って変形させることができ、発電に必要な歪を得ることができる。
他の構成は、第1実施形態に係る圧電型振動発電装置10と同一であり、説明は省略する。
Further, as shown in FIG. 18B, as another modification of the present embodiment, the vibrating piece 64 is fixed to the fixed end 64K, and the free end 64J is rotated around the center line C5 of the vibrating piece 64. It is good also as the shape made to do. Thereby, it becomes asymmetric with respect to the center line C5 in the left-right direction in plan view, and asymmetric with respect to the center line C5 in the up-down direction in side view. With this configuration, it is possible to apply the excitation force P to the free end 64J and to deform the film type piezoelectric ceramic 14 along the surface of the vibrating piece 64, thereby obtaining the strain necessary for power generation.
Other configurations are the same as those of the piezoelectric vibration power generation apparatus 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

10、24、28、32、40、46 圧電型振動発電装置
12、26、30、34、42、48、50、52、54 振動片(板片)
14、15 膜型圧電セラミックス(圧電体)
16 固定部材(支持部)
36 支持部材(支持片)
124 ポリイミドフィルム(膜型圧電セラミックス、圧電体)
125 電極(膜型圧電セラミックス、圧電体))
126 エポキシ樹脂(膜型圧電セラミックス、圧電体)
127 セラミックスシート(膜型圧電セラミックス、圧電体)
128 圧電セラミックス(膜型圧電セラミックス、圧電体)
10, 24, 28, 32, 40, 46 Piezoelectric vibration power generator 12, 26, 30, 34, 42, 48, 50, 52, 54 Vibrating piece (plate piece)
14, 15 Film type piezoelectric ceramics (piezoelectric material)
16 Fixing member (supporting part)
36 Support member (support piece)
124 Polyimide film (membrane type piezoelectric ceramics, piezoelectric body)
125 electrodes (film piezoelectric ceramics, piezoelectric bodies)
126 Epoxy resin (film type piezoelectric ceramics, piezoelectric body)
127 Ceramic sheet (film-type piezoelectric ceramic, piezoelectric body)
128 Piezoelectric ceramics (film piezoelectric ceramics, piezoelectric bodies)

Claims (5)

支持部に固定されて片持状に張出し、固定端側の幅が自由端側の幅より小さい、又は同等の板片と、
前記板片に取付けられ、前記板片が加振力又は強制変位を受けたとき、前記板片と共に変形し歪が生じることで発電する圧電体と、
を有する圧電型振動発電装置。
A plate that is fixed to the support and is cantilevered, the width of the fixed end is smaller than or equal to the width of the free end, and
A piezoelectric body that is attached to the plate piece, and generates electric power by deformation and distortion with the plate piece when the plate piece is subjected to an excitation force or a forced displacement;
A piezoelectric vibration power generator having
前記圧電体は、前記板片の前記固定端側に取付けられている請求項1に記載の圧電型振動発電装置。   The piezoelectric vibration power generator according to claim 1, wherein the piezoelectric body is attached to the fixed end side of the plate piece. 前記圧電体は、前記板片の長手方向に所定間隔で前記板片に取付けられた支持片を備え、前記支持片には、前記圧電体が架け渡されている請求項1又は2に記載の圧電型振動発電装置。   The piezoelectric body includes a support piece attached to the plate piece at a predetermined interval in the longitudinal direction of the plate piece, and the piezoelectric body is bridged over the support piece. Piezoelectric vibration power generator. 前記圧電体は、棒状の圧電セラミックスを接着してシート状としたセラミックスシートと、前記セラミックスシートの両面に配置され電極が印刷されたポリイミドフィルムと、を備え、前記圧電セラミックスシートと前記ポリイミドフィルムを、エポキシ樹脂で接合した膜型圧電セラミックスである請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電型振動発電装置。   The piezoelectric body includes a ceramic sheet formed by bonding rod-shaped piezoelectric ceramics and a polyimide film disposed on both surfaces of the ceramic sheet and having electrodes printed thereon, and the piezoelectric ceramic sheet and the polyimide film are The piezoelectric vibration power generator according to any one of claims 1 to 3, which is a film-type piezoelectric ceramic bonded with an epoxy resin. 前記板片は、平面視において、左右非対称に形成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電型振動発電装置。   5. The piezoelectric vibration power generator according to claim 1, wherein the plate piece is formed to be asymmetrical in a plan view.
JP2013104333A 2013-05-16 2013-05-16 Piezoelectric vibration generator Active JP6179851B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013104333A JP6179851B2 (en) 2013-05-16 2013-05-16 Piezoelectric vibration generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013104333A JP6179851B2 (en) 2013-05-16 2013-05-16 Piezoelectric vibration generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014225576A true JP2014225576A (en) 2014-12-04
JP6179851B2 JP6179851B2 (en) 2017-08-16

Family

ID=52124043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013104333A Active JP6179851B2 (en) 2013-05-16 2013-05-16 Piezoelectric vibration generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6179851B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10174462A (en) * 1996-12-12 1998-06-26 Nippon Soken Inc Piezoelectric conversion type power supply and piezoelectric conversion oscillator
JP2008211925A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Taiheiyo Cement Corp Piezoelectric power generation device
JP2010136542A (en) * 2008-12-05 2010-06-17 Seiko Epson Corp Piezoelectric power generator and manufacturing method therefor
JP2010164108A (en) * 2009-01-14 2010-07-29 Takenaka Komuten Co Ltd Diaphragm type actuator, multiple layer diaphragm type actuator, and air spring structure
WO2012107327A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Optimized device for converting mechanical energy into electrical energy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10174462A (en) * 1996-12-12 1998-06-26 Nippon Soken Inc Piezoelectric conversion type power supply and piezoelectric conversion oscillator
JP2008211925A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Taiheiyo Cement Corp Piezoelectric power generation device
JP2010136542A (en) * 2008-12-05 2010-06-17 Seiko Epson Corp Piezoelectric power generator and manufacturing method therefor
JP2010164108A (en) * 2009-01-14 2010-07-29 Takenaka Komuten Co Ltd Diaphragm type actuator, multiple layer diaphragm type actuator, and air spring structure
WO2012107327A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Optimized device for converting mechanical energy into electrical energy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISAKU KANNO ET AL.: "Power-generation performance of lead-free (K,Na)NbO3 piezoelectric thin-film energy harvesters", SENSORS AND ACTUATORS A, vol. 179, JPN6017002118, 6 March 2012 (2012-03-06), pages 132 - 136, XP028420938, ISSN: 0003579108, DOI: 10.1016/j.sna.2012.03.003 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6179851B2 (en) 2017-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Toyabur et al. Design and experiment of piezoelectric multimodal energy harvester for low frequency vibration
EP2670043B1 (en) Piezoelectric power generating apparatus
JP5720703B2 (en) Piezoelectric generator
JP5558577B2 (en) Piezoelectric vibration device and portable terminal using the same
EP2662971B1 (en) Piezoelectric power generator
JP5409925B2 (en) Piezoelectric vibration device and portable terminal using the same
JP4767369B1 (en) Piezoelectric power generation element and power generation method using piezoelectric power generation element
JP2011091719A (en) Flexural oscillating actuator
US9893655B2 (en) Piezoelectric power generation apparatus
US8022600B2 (en) Piezoelectric power generating mechanism with spring material
JP5655861B2 (en) Piezoelectric generator and manufacturing method thereof
JP2015503218A (en) Piezoelectric energy recovery device or actuator
JP2005354787A5 (en)
JP6179851B2 (en) Piezoelectric vibration generator
JP6964102B2 (en) MEMS beam structure and MEMS vibration power generation element
US8054522B2 (en) Oscillating mirror having a plurality of eigenmodes
WO2020170938A1 (en) Vibration device
Vat Composite modeling of flexible structures with bonded piezoelectric film actuators and sensors
JPWO2013121837A1 (en) Piezoelectric fan
JP6671660B2 (en) Power generation element
Jandak et al. Piezoelectric line moment actuator for active radiation control from light-weight structures
Tondreau et al. Point load actuation on plate structures based on triangular piezoelectric patches
Bath Low-Frequency Piezoelectric Energy Harvester with Novel 3D Folded Zigzag Design and High Power Density
JP5136175B2 (en) Frequency converter and frequency conversion method
CN113162463A (en) Ultrasonic motor vibrator with plate-cantilever beam combined structure and excitation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160303

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160303

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170131

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170331

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170620

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170707

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6179851

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250