JP2015164153A - power generator - Google Patents

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久史 石井
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彰裕 金澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve power generation efficiency of a power generator using a piezoelectric element.SOLUTION: A power generator 2 using a piezoelectric element includes: a face material 20; a support member 22; a buffer member 24; and a piezoelectric film 26. The support member 22 supports the face material 20 such as a glass panel and a wall surface panel. The buffer member 24 is provided between the face material 20 and the support member 22. The piezoelectric film 26 has a power generation function and is provided on a surface of the buffer member 24.

Description

本発明は、発電装置に関する。   The present invention relates to a power generator.

近年の省エネ化の要請から、光、熱、振動などの再生可能エネルギー(環境エネルギーともいう)が注目されており、それらを有効利用するためのエネルギーハーベスト素子(環境発電素子とも称される)の開発が進められている。こうした環境発電素子のひとつとして、圧電素子が着目されている。   Due to recent demands for energy saving, renewable energy (also called environmental energy) such as light, heat and vibration has been attracting attention, and energy harvesting elements (also called energy harvesting elements) for effectively using them Development is underway. As one of such energy harvesting elements, a piezoelectric element has attracted attention.

本発明者らは、ビルや工場、一般家屋などの建造物において利用可能な、圧電素子を利用した発電装置について検討した。図1は、本発明者らが検討した発電装置1rを示す図である。発電装置1rは、主としてガラス10と、発電機能を有する圧電膜12と、を有する。圧電膜12は、ガラス10の全面を覆うようにして、その表面に設けられている。   The present inventors examined a power generation device using a piezoelectric element that can be used in buildings such as buildings, factories, and general houses. FIG. 1 is a diagram showing a power generator 1r studied by the present inventors. The power generation device 1r mainly includes a glass 10 and a piezoelectric film 12 having a power generation function. The piezoelectric film 12 is provided on the surface so as to cover the entire surface of the glass 10.

建造物において、ガラス10は、風等の影響によって振動し、あるいは変形する。ガラス10が変形すると、その変形に追従して圧電膜12が変形する。その結果、圧電膜12から引き出された電極14から、電力を取り出すことができる。なお、図1の発電装置1rを、公知技術と認定してはならず、本発明者が独自に検討したものである。   In the building, the glass 10 vibrates or deforms due to the influence of wind or the like. When the glass 10 is deformed, the piezoelectric film 12 is deformed following the deformation. As a result, electric power can be taken out from the electrode 14 drawn out from the piezoelectric film 12. Note that the power generation device 1r in FIG. 1 should not be recognized as a publicly known technique, but has been independently studied by the present inventors.

特許第4868475号公報Japanese Patent No. 4868475 特開2013−77646号公報JP 2013-77646 A 特開平10−173474号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-173474

本発明者らは、図1の発電装置1rについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。圧電膜12はその形成手法を問わずに高価である。したがって図1の発電装置1rのように、ガラス10の全面に圧電膜12を形成する場合、発電装置1rが高くなる。発電装置1rのコストを下げるためには、発電効率のさらなる改善が望まれる。   As a result of studying the power generator 1r of FIG. 1, the present inventors have recognized the following problems. The piezoelectric film 12 is expensive regardless of its formation method. Therefore, when the piezoelectric film 12 is formed on the entire surface of the glass 10 as in the power generation device 1r of FIG. 1, the power generation device 1r becomes high. In order to reduce the cost of the power generation device 1r, further improvement in power generation efficiency is desired.

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、発電装置の発電効率の改善にある。   This invention is made | formed in view of this subject, and one of the exemplary objectives of the certain aspect exists in the improvement of the electric power generation efficiency of an electric power generating apparatus.

本発明のある態様は、発電装置に関する。発電装置は、面材と、面材を支持する支持部材と、面材と支持部材の間に設けられる緩衝部材と、緩衝部材の表面に設けられた発電機能を有する圧電膜と、を備える。   One embodiment of the present invention relates to a power generation device. The power generation device includes a face member, a support member that supports the face member, a buffer member provided between the face member and the support member, and a piezoelectric film having a power generation function provided on the surface of the buffer member.

面材が外力により振動し、あるいは変形すると、緩衝部材は面材に作用した荷重すべてを負担し伝達する。圧電膜を緩衝部材に設けた場合と、圧電膜を面材に広く形成した場合とを比較すると、同一の面材に同一の外力を与えたときに、圧電膜に生じるひずみは圧縮応力度に比例し、前者の方が格段に大きくなる。また、支持部材と緩衝材は縦弾性係数が異なるため、さらにひずみが大きくなる。したがってこの態様によれば、発電効率を高めることができる。これにより、同じ電力を発生させるために必要な圧電膜の面積を小さくでき、発電装置を低コスト化できる。あるいは、同じ面積の圧電膜を用いた場合の発電量を増大できる。   When the face material vibrates or deforms due to an external force, the buffer member bears and transmits all the load applied to the face material. Comparing the case in which the piezoelectric film is provided on the buffer member and the case in which the piezoelectric film is widely formed on the face material, when the same external force is applied to the same face material, the strain generated in the piezoelectric film is in the degree of compressive stress. In proportion, the former is much larger. Further, since the longitudinal elastic modulus is different between the support member and the cushioning material, the strain is further increased. Therefore, according to this aspect, the power generation efficiency can be increased. Thereby, the area of the piezoelectric film necessary for generating the same electric power can be reduced, and the power generation device can be reduced in cost. Alternatively, it is possible to increase the power generation amount when the piezoelectric film having the same area is used.

圧電膜は、緩衝部材の表面であって面材との接触部分に設けられてもよい。
この場合、面材からの力が、緩衝部材に直接伝達することとなるため、発電効率をより高めることができる。
The piezoelectric film may be provided on the surface of the buffer member and in contact with the face material.
In this case, since the force from the face material is directly transmitted to the buffer member, the power generation efficiency can be further increased.

面材は、緩衝部材に対して遊びをもった状態で支持されてもよい。
この場合、面材から圧電膜に対して衝撃力が加えられることとなるため、発電効率をより高めることができる。
The face material may be supported in a state having play with respect to the buffer member.
In this case, since an impact force is applied from the face material to the piezoelectric film, the power generation efficiency can be further increased.

圧電膜は、緩衝部材の表面に塗布により形成されてもよい。
緩衝部材に圧電膜を貼り付ける場合、それらの間には、微少な間隙が生じムラとなりやすく、この間隙が面材から圧電膜への荷重伝達を不均一にし減少させるおそれがある。これに対して、塗布することで、緩衝部材と圧電膜の一体性が高まることで荷重伝達能力が向上され、発電効率を高めることができる。
The piezoelectric film may be formed by coating on the surface of the buffer member.
When a piezoelectric film is affixed to the buffer member, a minute gap is easily formed between them, and this gap is likely to be uneven, and this gap may cause uneven transmission of load from the face material to the piezoelectric film and reduce it. On the other hand, by applying, since the integrity of the buffer member and the piezoelectric film is increased, the load transmission capability is improved, and the power generation efficiency can be increased.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、発電効率を高めることができる。   According to an aspect of the present invention, power generation efficiency can be increased.

本発明者らが検討した発電装置を示す図である。It is a figure which shows the electric power generating apparatus which the present inventors examined. 実施の形態に係る発電装置の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the electric power generating apparatus which concerns on embodiment. 図2の発電装置のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of the electric power generating apparatus of FIG. 発電装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a power generator. 図5(a)〜(c)は、実施の形態に係る発電装置の発電モードを説明する図である。Fig.5 (a)-(c) is a figure explaining the electric power generation mode of the electric power generating apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係る発電装置の発生電圧を示す図である。It is a figure which shows the generated voltage of the electric power generating apparatus which concerns on embodiment. 図7(a)、(b)は、それぞれ、測定に用いた比較技術、実施の形態に係る発電装置を示す平面図である。FIGS. 7A and 7B are plan views showing the comparative technique used for the measurement and the power generation apparatus according to the embodiment, respectively. 図8(a)〜(d)は、変形例に係る発電装置を示す断面図である。FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views showing a power generation device according to a modification. 図9(a)〜(c)は、別の変形例に係る発電装置を示す断面図である。FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing a power generator according to another modification. 図10(a)、(b)は、別の変形例に係る発電装置を示す断面図である。10A and 10B are cross-sectional views showing a power generation device according to another modification. 図11(a)〜(d)は、変形例に係る発電装置を示す図である。Fig.11 (a)-(d) is a figure which shows the electric power generating apparatus which concerns on a modification.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

実施の形態に係る発電装置は、ビル、工場、一般家庭などの建造物、建築物に好適に利用され、風や人間の歩行などによってもたらされる環境エネルギーを利用して発電を行うものである。より具体的は、(1)ガラス窓、外壁パネル、屋根などの、風などによる圧力を受ける箇所、(2)床などの、人間の歩行による圧力を受ける箇所などに利用される。本実施の形態では、窓ガラスに利用した場合を例に説明する。   The power generation apparatus according to the embodiment is suitably used for buildings and buildings such as buildings, factories, and general households, and generates power using environmental energy brought about by wind or human walking. More specifically, it is used for (1) locations that receive pressure from wind, such as glass windows, outer wall panels, and roofs, and (2) locations that receive pressure from human walking, such as floors. In this embodiment, a case where it is used for a window glass will be described as an example.

図2は、実施の形態に係る発電装置2の外観斜視図である。
発電装置2は、面材20、支持部材22、緩衝部材24、28、圧電膜26を備える。図2には、面材20および支持部材22のみが現れている。面材20はガラス窓である。支持部材22は、面材20をその4辺において支持するフレームであり、たとえばサッシに相当する。支持部材22は、建造物の壁面50に設けられた開口部52に取り付けられる。
FIG. 2 is an external perspective view of the power generation device 2 according to the embodiment.
The power generation device 2 includes a face member 20, a support member 22, buffer members 24 and 28, and a piezoelectric film 26. In FIG. 2, only the face material 20 and the support member 22 appear. The face material 20 is a glass window. The support member 22 is a frame that supports the face material 20 on its four sides, and corresponds to, for example, a sash. The support member 22 is attached to an opening 52 provided on the wall surface 50 of the building.

図3は、図2の発電装置2のA−A線断面図である。緩衝部材24、28は、面材20と支持部材22の間に設けられる。緩衝部材24および28はゴムなどの弾性体であり、その機能に応じて、ガスケット、グレイジングチャネル、グレイジングビード、シーリング材あるいはパッキンでありえる。   3 is a cross-sectional view taken along line AA of the power generation device 2 of FIG. The buffer members 24 and 28 are provided between the face material 20 and the support member 22. The buffer members 24 and 28 are elastic bodies such as rubber, and can be gaskets, glazing channels, glazing beads, sealing materials, or packing, depending on their functions.

支持部材22は、第1部分22a、第2部分22bおよびそれらを連結するねじや嵌合などの連結手段22cを含む。支持部材22は一体に構成されてもよい。   The support member 22 includes a first portion 22a, a second portion 22b, and a connecting means 22c such as a screw or a fitting for connecting them. The support member 22 may be integrally formed.

圧電膜26は、発電機能を有しており、緩衝部材24の表面に設けられる。より具体的には圧電膜26は、面材20の4辺の外周に沿って、緩衝部材24と面材20の接触部分に設けられる。圧電膜26の構造や種類は特に限定されるものではない。構造に関して、ユニモルフ、バイモルフ、積層型そのた公知の構造のいずれであってもよい。またその材料も、有機系材料を用いたもの、セラミックスを用いたもの等が利用可能である。   The piezoelectric film 26 has a power generation function and is provided on the surface of the buffer member 24. More specifically, the piezoelectric film 26 is provided at the contact portion between the buffer member 24 and the face material 20 along the outer periphery of the four sides of the face material 20. The structure and type of the piezoelectric film 26 are not particularly limited. Regarding the structure, any of unimorph, bimorph, laminated type and other known structures may be used. In addition, materials using organic materials and materials using ceramics can also be used.

図4は、発電装置2の分解斜視図である。図4には、面材20、支持部材22、緩衝部材24、圧電膜26が示される。圧電膜26は、緩衝部材24の表面に、塗布により形成される。   FIG. 4 is an exploded perspective view of the power generation device 2. FIG. 4 shows a face material 20, a support member 22, a buffer member 24, and a piezoelectric film 26. The piezoelectric film 26 is formed on the surface of the buffer member 24 by coating.

面材20は、緩衝部材24(すなわち圧電膜26)に対して遊びをもった状態で支持される。面材20と圧電膜26のクリアランス(間隙)28の長さ(以下、ギャップ長と称する)は、数百ミクロン〜数ミリメートル程度が好ましく、後述する発電効率と、窓に要求される密閉性等を考慮して定めればよい。   The face material 20 is supported in a state having play with respect to the buffer member 24 (that is, the piezoelectric film 26). The length (hereinafter referred to as the gap length) of the clearance (gap) 28 between the face material 20 and the piezoelectric film 26 is preferably about several hundred microns to several millimeters. The power generation efficiency described later, the sealing property required for the window, and the like. Should be determined in consideration of

以上が発電装置2の構造である。続いて、発電装置2による発電動作を説明する。   The above is the structure of the power generation device 2. Next, the power generation operation by the power generation device 2 will be described.

面材20に風が当たったり、振動すると、面材20は、その支持端部において圧電膜26に力を及ぼす。この力により圧電膜26が変形すると圧電膜26が発電し、電極30から電力を取り出すことができる。発電装置2はいくつかの異なるモードで発電する。
図5(a)〜(c)は、実施の形態に係る発電装置2の発電モードを説明する図である。図5(a)のモードでは、面材20は、圧電膜26に接触した状態で、圧電膜26の表面に沿って、つまり面内方向(XZ平面)で振動する。図5(b)のモードでは、面材20は、圧電膜26に接触した状態で、圧電膜26と垂直な面外方向(Y方向)に振動するモードである。
When wind strikes or vibrates the face material 20, the face material 20 exerts a force on the piezoelectric film 26 at its supporting end. When the piezoelectric film 26 is deformed by this force, the piezoelectric film 26 generates power, and electric power can be taken out from the electrode 30. The power generation device 2 generates power in several different modes.
Fig.5 (a)-(c) is a figure explaining the electric power generation mode of the electric power generating apparatus 2 which concerns on embodiment. In the mode of FIG. 5A, the face material 20 vibrates along the surface of the piezoelectric film 26, that is, in the in-plane direction (XZ plane) while being in contact with the piezoelectric film 26. In the mode of FIG. 5B, the face material 20 is a mode that vibrates in an out-of-plane direction (Y direction) perpendicular to the piezoelectric film 26 while being in contact with the piezoelectric film 26.

さらに、圧電膜26と面材20の間にクリアランス28を設けているため、図5(c)に示すように、面材20が、圧電膜26に対して衝突するモードも存在する。   Further, since the clearance 28 is provided between the piezoelectric film 26 and the face material 20, there is also a mode in which the face material 20 collides against the piezoelectric film 26 as shown in FIG.

図6は、実施の形態に係る発電装置2の発生電圧を示す図である。図6の中央のBが、実施の形態に係る発電装置2の発生電圧を示す。比較のために、図6の左のAには、図1の比較技術に係る発電装置1rの発生電圧を示す。図6の右のCは変形例に係る発電装置2の発生電圧を示す。変形例については後述する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a generated voltage of the power generation device 2 according to the embodiment. B in the center of FIG. 6 shows the generated voltage of the power generation device 2 according to the embodiment. For comparison, the left A of FIG. 6 shows the generated voltage of the power generation device 1r according to the comparison technique of FIG. C on the right of FIG. 6 shows a generated voltage of the power generation device 2 according to the modification. A modification will be described later.

図7(a)、(b)は、それぞれ、測定に用いた比較技術、実施の形態に係る発電装置1r、2rを示す平面図である。実験は、面材20として50cm×50cmのガラスを用いて行った。比較技術においては、図7(a)に示すように、ガラス全面に圧電膜26を形成した。実施の形態においては、図7(b)に示すように、ガラス全面の4辺の幅1cmの外周部に、圧電膜26を形成した。   FIGS. 7A and 7B are plan views showing the comparison technique used for the measurement and the power generation apparatuses 1r and 2r according to the embodiment, respectively. The experiment was performed using 50 cm × 50 cm glass as the face material 20. In the comparative technique, as shown in FIG. 7A, a piezoelectric film 26 was formed on the entire glass surface. In the embodiment, as shown in FIG. 7B, the piezoelectric film 26 is formed on the outer peripheral portion having a width of 1 cm on the four sides of the entire glass surface.

つまり比較技術における有効発電面積は50cm×50cm=2500cmであり、実施の形態における有効発電面積は、1cm×(50−1)cm×4=196cmである。 That is, the effective power generation area in the comparative technique is 50 cm × 50 cm = 2500 cm 2 , and the effective power generation area in the embodiment is 1 cm × (50−1) cm × 4 = 196 cm 2 .

図6に戻る。図6のBに関して、(i)はギャップ長を1mmとしたとき、(ii)はギャップ長を0mmつまり面材20と圧電膜26を密着させ、遊びを無くしたときの発電電圧を示す。   Returning to FIG. 6B, (i) shows the generated voltage when the gap length is 1 mm, and (ii) shows the generated voltage when the gap length is 0 mm, that is, when the face material 20 and the piezoelectric film 26 are brought into close contact with each other and play is eliminated.

比較技術Aでは、1280mV(p−p:ピークトゥピーク)の発生電圧が得られる。これに対して、実施の形態Bでは、ギャップ長を1mmとした状態(i)において、1080mV(p−p)と、比較技術Aと遜色のない発生電圧が得られることがわかる。実施の形態では比較技術と比べて有効発電面積が8%しかないにもかかわらず、同等の発電電圧が得られることから、発電効率(=発電電圧/有効発電面積)としては、10倍程度高められていることがわかる。   In the comparative technique A, a generated voltage of 1280 mV (pp: peak to peak) is obtained. On the other hand, in the embodiment B, it can be seen that, in the state (i) where the gap length is 1 mm, 1080 mV (pp) and a generated voltage comparable to that of the comparative technique A can be obtained. In the embodiment, an equivalent power generation voltage can be obtained even though the effective power generation area is only 8% as compared with the comparative technique. Therefore, the power generation efficiency (= power generation voltage / effective power generation area) is increased by about 10 times. You can see that

実施の形態Bのギャップ長を0mmとした状態(ii)においては、400mV(p−p)の発電電圧が得られており、この値はギャップ長を1mmとした状態(ii)の38%である。これは、ギャップ長をゼロとすると、図5(c)に示す衝突を利用した発電モードが無効となることに起因するものと理解される。しかしながら、実施の形態Bのギャップ長を0mmとした状態であっても、発電効率としては、比較技術Aの4倍程度と高い値を得ることができる。   In the state (ii) where the gap length of the embodiment B is 0 mm, a generated voltage of 400 mV (pp) is obtained, which is 38% of the state (ii) where the gap length is 1 mm. is there. This is understood to be caused by invalidating the power generation mode using the collision shown in FIG. 5C when the gap length is zero. However, even when the gap length of the embodiment B is 0 mm, the power generation efficiency can be as high as about four times that of the comparative technique A.

以上が発電装置2の動作である。続いて、発電装置2によって奏される効果を説明する。   The above is the operation of the power generation device 2. Then, the effect show | played by the electric power generating apparatus 2 is demonstrated.

実施の形態に係る発電装置2では、圧電膜26を緩衝部材24の表面に設けることとした。これにより、面材20に同じ外力を与えたときに圧電膜26が受ける力は、面材20の全面にわたり圧電膜26を形成したときと比べて格段に大きくなる。したがって、上述のように、比較技術と比べて発電効率を高めることができる。   In the power generation device 2 according to the embodiment, the piezoelectric film 26 is provided on the surface of the buffer member 24. As a result, the force received by the piezoelectric film 26 when the same external force is applied to the face material 20 is significantly greater than when the piezoelectric film 26 is formed over the entire surface of the face material 20. Therefore, as described above, the power generation efficiency can be increased as compared with the comparative technique.

このことは、同じ電力を発生させるために必要な圧電膜の面積を小さくでき、発電装置を低コスト化できることを意味する。あるいは、同じ面積の圧電膜を用いた場合の発電量を増大できる。   This means that the area of the piezoelectric film necessary for generating the same electric power can be reduced, and the cost of the power generation apparatus can be reduced. Alternatively, it is possible to increase the power generation amount when the piezoelectric film having the same area is used.

また製造工程においては、緩衝部材24の表面に圧電膜26を形成する方が、面材20全面に圧電膜26を形成するよりも容易であることから、製造コストを下げ、あるいは製造期間を短縮できる。また、メンテナンス性の観点でも、緩衝部材24の表面に圧電膜26を形成する方が優れている。   Further, in the manufacturing process, it is easier to form the piezoelectric film 26 on the surface of the buffer member 24 than to form the piezoelectric film 26 on the entire face material 20, so that the manufacturing cost is reduced or the manufacturing period is shortened. it can. From the viewpoint of maintainability, it is better to form the piezoelectric film 26 on the surface of the buffer member 24.

また、図1の比較技術では、圧電膜が面材全体を覆っており、透明な圧電膜を形成することは困難であることから、圧電膜が外観に影響を及ぼすのに対して、実施の形態では、圧電膜26は、支持部材22や緩衝部材24により隠蔽されるため、外観に及ぼす影響を低減できる。これは、デザイン性が要求される建築業界において極めて重要な利点である。   Further, in the comparative technique of FIG. 1, since the piezoelectric film covers the entire face material and it is difficult to form a transparent piezoelectric film, the piezoelectric film affects the appearance. In the embodiment, since the piezoelectric film 26 is concealed by the support member 22 and the buffer member 24, the influence on the appearance can be reduced. This is a very important advantage in the construction industry where design is required.

また、圧電膜26を、緩衝部材24の表面であって面材20との接触部分に設けることした。これにより、面材20からの力が、緩衝部材24に直接伝達することとなるため、発電効率をより高めることができる。この利点は、変形例で改めて説明する。   Further, the piezoelectric film 26 is provided on the surface of the buffer member 24 and in a contact portion with the face material 20. Thereby, since the force from the face material 20 is directly transmitted to the buffer member 24, the power generation efficiency can be further increased. This advantage will be described again in a modified example.

さらに面材20を、緩衝部材24に対して遊びをもった状態で支持することとした。これにより図5(c)の発電モードによって効率よく発電できるため、発電効率をより高めることができる。クリアランス幅を長くとれば、図5(c)のモードでの発電量は増大するが、図5(a)、(b)のモードでの発電量は減少する可能性がある。したがって、クリアランス幅は、面材20および緩衝部材24それぞれの形状、面積、材質などに応じて、実験あるいはシミュレーションにもとづいて最適化すればよい。実験により得られた知見によれば、0.5mm〜1mm程度のクリアランス幅が好適である。   Further, the face material 20 is supported with play with respect to the buffer member 24. Thereby, since it can generate electric power efficiently by the electric power generation mode of FIG.5 (c), electric power generation efficiency can be raised more. If the clearance width is increased, the power generation amount in the mode of FIG. 5C increases, but the power generation amount in the modes of FIGS. 5A and 5B may decrease. Therefore, the clearance width may be optimized based on experiments or simulations according to the shape, area, material, etc. of the face member 20 and the buffer member 24, respectively. According to knowledge obtained through experiments, a clearance width of about 0.5 mm to 1 mm is suitable.

さらに実施の形態では、圧電膜26を、緩衝部材24の表面に塗布により形成した。緩衝部材24に圧電膜26を貼り付ける場合、それらの間には、微少な間隙が生じ、この間隙が面材20から圧電膜26への荷重の伝達を減少させるおそれがある。これに対して、塗布することで、緩衝部材24と圧電膜26の一体性が高まるため、荷重の伝達効率を高め、発電効率を高めることができる。   In the embodiment, the piezoelectric film 26 is formed on the surface of the buffer member 24 by coating. When the piezoelectric film 26 is affixed to the buffer member 24, a minute gap is generated between them, and this gap may reduce the transmission of load from the face material 20 to the piezoelectric film 26. On the other hand, since the integrity of the buffer member 24 and the piezoelectric film 26 is increased by applying, the load transmission efficiency can be increased and the power generation efficiency can be increased.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。   The present invention has been described based on the embodiments. Those skilled in the art will understand that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. By the way. Hereinafter, such modifications will be described.

実施の形態では、面材20の全周にわたり圧電膜26を設ける場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。圧電膜26は、任意の3辺、任意の2辺、任意の1辺に設けることができる。   In the embodiment, the case where the piezoelectric film 26 is provided over the entire circumference of the face material 20 has been described, but the present invention is not limited to this. The piezoelectric film 26 can be provided on any three sides, any two sides, or any one side.

図8(a)〜(d)は、変形例に係る発電装置2を示す断面図である。
図8(a)の変形例では、圧電膜26が、緩衝部材24の表面であって、面材20とは反対側の面に形成される。図6のCは、図8(a)の変形例による発電電圧を示す。この変形例では、緩衝部材24の面材20に対する接触面に圧電膜26を設けた場合に比べて発電電圧(発電効率)は低下するが、比較技術と比べれば、依然として高い発電効率が実現できることがわかる。
8A to 8D are cross-sectional views showing a power generation device 2 according to a modification.
In the modification of FIG. 8A, the piezoelectric film 26 is formed on the surface of the buffer member 24 on the surface opposite to the face material 20. C of FIG. 6 shows the generated voltage according to the modification of FIG. In this modification, the power generation voltage (power generation efficiency) is reduced as compared with the case where the piezoelectric film 26 is provided on the contact surface of the buffer member 24 with respect to the face material 20, but still higher power generation efficiency can be realized as compared with the comparative technique. I understand.

図8(b)の変形例では、緩衝部材24の表面のうち、面材20と平行な二面に、圧電膜26a、26bが形成される。図8(c)の変形例では、緩衝部材24の側面に圧電膜26が形成される。図8(d)の変形例では、圧電膜26の底面および側面の両方に圧電膜26が形成される。当業者によれば、図8(a)〜(d)に示した以外にも、全周囲に圧電膜26を形成したもの、両側面に圧電膜26を形成したもの、任意の三面に圧電膜26を形成したものなどが存在し、これらも本発明の範囲に含まれる。   In the modification of FIG. 8B, piezoelectric films 26 a and 26 b are formed on two surfaces parallel to the face material 20 in the surface of the buffer member 24. In the modification of FIG. 8C, the piezoelectric film 26 is formed on the side surface of the buffer member 24. In the modification of FIG. 8D, the piezoelectric film 26 is formed on both the bottom surface and the side surface of the piezoelectric film 26. According to those skilled in the art, in addition to those shown in FIGS. 8A to 8D, the piezoelectric film 26 is formed on the entire periphery, the piezoelectric film 26 is formed on both side surfaces, and the piezoelectric film is formed on any three surfaces. And the like formed within the scope of the present invention.

図9(a)〜(c)は、別の変形例に係る発電装置2を示す断面図である。図9(a)の緩衝部材24は、その表面に規則的な、あるいはランダムな突起が設けられ、その上に圧電膜26が形成される。これにより圧電膜26の表面積を増大させることができ、発電効率を高めることができる。   FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing a power generation device 2 according to another modification. The buffer member 24 of FIG. 9A is provided with regular or random protrusions on the surface, and a piezoelectric film 26 is formed thereon. Thereby, the surface area of the piezoelectric film 26 can be increased, and the power generation efficiency can be increased.

図9(b)の緩衝部材24は中空に形成される。図9(c)の緩衝部材24は、断面がコの字形状を有し、変形自在な左右の2辺の一方、あるいは両方に、圧電膜26が形成される。これらの変形例では、緩衝部材24が変形容易となって、圧電膜26に加わる力を増大させることができ、発電効率を高めることができる。   The buffer member 24 in FIG. 9B is formed hollow. The buffer member 24 of FIG. 9C has a U-shaped cross section, and the piezoelectric film 26 is formed on one or both of the left and right sides that can be deformed. In these modifications, the buffer member 24 can be easily deformed, the force applied to the piezoelectric film 26 can be increased, and the power generation efficiency can be increased.

実施の形態では、圧電膜26が、面材20の平面と接触する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。図10(a)、(b)は、別の変形例に係る発電装置2を示す断面図である。図10(a)の変形例では、圧電膜26が、緩衝部材24の表面であって、面材20の側面S1と接触する面に形成される。図10(b)の変形例では、圧電膜26は、面材20の平面S2と側面S1の両方と接触する箇所に形成される。これらの変形例によっても、実施の形態と同様の高い発電効率を得ることができる。   In the embodiment, the case where the piezoelectric film 26 is in contact with the plane of the face material 20 has been described, but the present invention is not limited thereto. 10A and 10B are cross-sectional views showing a power generation device 2 according to another modification. In the modification of FIG. 10A, the piezoelectric film 26 is formed on the surface of the buffer member 24 and in contact with the side surface S <b> 1 of the face material 20. In the modification of FIG. 10B, the piezoelectric film 26 is formed at a location in contact with both the flat surface S2 and the side surface S1 of the face material 20. Also by these modified examples, high power generation efficiency similar to that of the embodiment can be obtained.

最後に、発電装置2の用途に関する変形例を説明する。実施の形態では、発電装置2を窓に取り付ける場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。
図11(a)〜(d)は、変形例に係る発電装置2を示す図である。図11(a)の変形例では、発電装置2は建物の屋根のパネルに利用される。図11(b)の変形例では、発電装置2は建物の外壁パネルに利用される。図11(c)の変形例では、発電装置2は人間が歩行する床に利用される。図11(d)の変形例では、発電装置2は、自動車のパネルに利用される。自動車のパネルとは、ボンネットパネル、フェンダーパネル、ドアパネルなどが例示される。自動車以外にも、飛行機、船舶、鉄道、風力発電のプロペラの羽根、机やいす、トレイの便座など、パネルの組み合わせで構成される移動手段にも適用可能である。
Finally, a modified example regarding the application of the power generation device 2 will be described. In the embodiment, the case where the power generation device 2 is attached to the window has been described, but the present invention is not limited thereto.
FIGS. 11A to 11D are diagrams showing a power generation device 2 according to a modification. In the modification of Fig.11 (a), the electric power generating apparatus 2 is utilized for the panel of the roof of a building. In the modification of FIG.11 (b), the electric power generating apparatus 2 is utilized for the outer wall panel of a building. In the modification of FIG. 11C, the power generation device 2 is used for a floor on which a human walks. In the modification of FIG. 11D, the power generator 2 is used for a panel of an automobile. Examples of the automobile panel include a bonnet panel, a fender panel, and a door panel. In addition to automobiles, the present invention can also be applied to moving means composed of a combination of panels such as airplanes, ships, railways, wind turbine propeller blades, desks and chairs, and toilet seats on trays.

また発電装置2の用途に関し、発電に加えてあるいはそれに代えて、振動の検知に利用してもよい。   Moreover, regarding the use of the power generation device 2, it may be used for vibration detection in addition to or instead of power generation.

上述の実施の形態および任意の変形例は組み合わせ可能であり、それらの組み合わせも本発明の範囲に含まれる。   The above-described embodiments and arbitrary modifications can be combined, and combinations thereof are also included in the scope of the present invention.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.

2…発電装置、20…面材、22…支持部材、24…緩衝部材、26…圧電膜、28…緩衝部材、30…電極、50…壁面、52…開口部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Electric power generation apparatus, 20 ... Face material, 22 ... Support member, 24 ... Buffer member, 26 ... Piezoelectric film, 28 ... Buffer member, 30 ... Electrode, 50 ... Wall surface, 52 ... Opening part.

Claims (4)

面材と、
前記面材を支持する支持部材と、
前記面材と前記支持部材の間に設けられる緩衝部材と、
前記緩衝部材の表面に設けられた発電機能を有する圧電膜と、
を備えることを特徴とする発電装置。
Face material,
A support member for supporting the face material;
A buffer member provided between the face material and the support member;
A piezoelectric film having a power generation function provided on the surface of the buffer member;
A power generation device comprising:
前記圧電膜は、前記緩衝部材の表面であって前記面材との接触部分に設けられることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 1, wherein the piezoelectric film is provided on a surface of the buffer member and in a contact portion with the face material. 前記面材は、前記緩衝部材に対して遊びをもった状態で支持されることを特徴とする請求項1または2に記載の発電装置。   The power generator according to claim 1, wherein the face material is supported in a state having play with respect to the buffer member. 前記圧電膜は、前記緩衝部材の表面に塗布により形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の発電装置。   The power generation apparatus according to claim 1, wherein the piezoelectric film is formed on the surface of the buffer member by coating.
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