JP2017098304A - Piezoelectric device, sensor apparatus, and power generation apparatus - Google Patents

Piezoelectric device, sensor apparatus, and power generation apparatus Download PDF

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徳一 山地
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric device capable of further enhancing an electric charge generation rate, and a sensor apparatus and a power generation apparatus that use the piezoelectric device.SOLUTION: A piezoelectric device 10 comprises: a first substrate 1 that includes a fixed part 1a at the substrate's one end and is capable of being curved in a first direction Z by external force; and a second substrate 2 that includes a piezoelectric body 2b, includes the second substrate's one end connected to the first substrate 1's part apart from the fixed part 1a, and is capable of being curved in the first direction Z by external force. This structure in which each of the first substrate 1 and the second substrate 2 is capable of being curved by external force makes it possible to make a displacement amount of curvature of the second substrate 2 be greater, making it possible to enhance the amount of electric charge generated by a piezoelectric effect of the piezoelectric body 2b included in the second substrate 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧電効果を利用した圧電デバイスおよびそれを用いたセンサ装置ならびに発電装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric device using a piezoelectric effect, a sensor device using the piezoelectric device, and a power generation device.

近年、圧電体に加わる外力によって電荷を生じさせる圧電効果を利用した圧電デバイスが注目されている。このような圧電デバイスを発電用途に用いたものや、センサ用途に用いたもの（特許文献１および特許文献２参照）が提案されている。圧電デバイスは小型化に適しており、種々の電子機器への搭載が検討されている。   2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to piezoelectric devices using a piezoelectric effect that generates electric charges by an external force applied to a piezoelectric body. Proposals have been made to use such piezoelectric devices for power generation or for sensors (see Patent Document 1 and Patent Document 2). Piezoelectric devices are suitable for miniaturization, and mounting on various electronic devices is being studied.

圧電デバイスは、圧電体を有するとともに弾性変形可能な板状の基板を具備している。このような構成によって、基板に外力が加わった際、圧電体が変形し、圧電効果によって電荷を生じさせることができる。   The piezoelectric device includes a plate-like substrate having a piezoelectric body and capable of elastic deformation. With such a configuration, when an external force is applied to the substrate, the piezoelectric body is deformed, and an electric charge can be generated by the piezoelectric effect.

基板は、弾性変形を容易にするため、一端が固定され、他端が開放された、いわゆる片持ち状態で保持されている。   In order to facilitate elastic deformation, the substrate is held in a so-called cantilever state in which one end is fixed and the other end is opened.

特開２０１５−１４１９７８号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-141978 特開平７−２９８３９４号公報JP 7-298394 A

電子機器は、ますます小型化、高機能化が進んでいる。それにともない、使用される圧電デバイスも、電荷の発生率のさらなる向上が求められている。   Electronic devices are becoming smaller and more functional. Accordingly, the piezoelectric device used is also required to further improve the charge generation rate.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電荷の発生率をさらに高めることが可能な圧電デバイス、およびそれを用いたセンサ装置ならびに発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric device capable of further increasing the charge generation rate, and a sensor device and a power generation device using the piezoelectric device.

本発明の一態様に係る圧電デバイスは、一端に固定部を有しており、外力によって第１方向に湾曲可能な第１基板と、圧電体を有し、一端が前記第１基板の前記固定部から離れた部位に接続されており、外力によって前記第１方向に湾曲可能な第２基板とを具備する。   A piezoelectric device according to an aspect of the present invention has a fixing portion at one end, a first substrate that can be bent in a first direction by an external force, and a piezoelectric body, and one end of the fixing of the first substrate. And a second substrate that is connected to a portion away from the portion and can be bent in the first direction by an external force.

本発明の他の態様に係るセンサ装置は、上記圧電デバイスと、前記圧電体から生じた電荷が入力される信号処理装置とを具備する。   A sensor device according to another aspect of the present invention includes the piezoelectric device and a signal processing device to which electric charges generated from the piezoelectric body are input.

本発明の他の態様に係る発電装置は、上記圧電デバイスと、前記圧電体から生じた電荷を出力する出力部とを具備する。   A power generation apparatus according to another aspect of the present invention includes the piezoelectric device and an output unit that outputs electric charges generated from the piezoelectric body.

上記各態様によれば、電荷の発生率を高めることが可能となる。   According to each aspect described above, the charge generation rate can be increased.

第１実施形態の圧電デバイスの平面図である。It is a top view of the piezoelectric device of a 1st embodiment. 図１の圧電デバイスのＩ−Ｉ線における断面図である。It is sectional drawing in the II line of the piezoelectric device of FIG. 図１の圧電デバイスのII−II線における断面図である。It is sectional drawing in the II-II line of the piezoelectric device of FIG. 図１の圧電デバイスの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the piezoelectric device of FIG. 図１の圧電デバイスの固定状態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the fixed state of the piezoelectric device of FIG. 図１の圧電デバイスの固定状態の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the fixed state of the piezoelectric device of FIG. 第２実施形態の圧電デバイスの平面図である。It is a top view of the piezoelectric device of a 2nd embodiment. 図７の圧電デバイスのIII−III線における断面図である。It is sectional drawing in the III-III line of the piezoelectric device of FIG. 第３実施形態の圧電デバイスの平面図である。It is a top view of the piezoelectric device of a 3rd embodiment. 図９の圧電デバイスのIV−IV線における断面図である。It is sectional drawing in the IV-IV line of the piezoelectric device of FIG. 第４実施形態の圧電デバイスの平面図である。It is a top view of the piezoelectric device of a 4th embodiment. 図１１の圧電デバイスのＶ−Ｖ線における断面図である。It is sectional drawing in the VV line of the piezoelectric device of FIG.

圧電デバイス、センサ装置および発電装置の各種実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１〜図１０には、右手系のＸＹＺ座標系が付されている。   Various embodiments of a piezoelectric device, a sensor device, and a power generation device will be described with reference to the drawings. 1 to 10 are provided with a right-handed XYZ coordinate system.

＜第１実施形態の圧電デバイス＞
図１は、第１実施形態の圧電デバイス１０の平面図である。圧電デバイス１０は、第１基板１と、第２基板２とを具備している。 <Piezoelectric Device of First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric device 10 according to the first embodiment. The piezoelectric device 10 includes a first substrate 1 and a second substrate 2.

第１基板１は、その一端に固定部１ａを有しており、この固定部１ａを介して配線基板等の固定対象物に固定される。固定部１ａは図１の例では、第１基板１の幅（Ｘ軸方向の長さ）よりも短い２つの張り出し部から成るが、これに限定されず、第１基板１の延長部であってもよく、１つまたは３つ以上の張り出し部から成るものであってもよい。   The 1st board | substrate 1 has the fixing | fixed part 1a in the end, and is fixed to fixed objects, such as a wiring board, via this fixing | fixed part 1a. In the example of FIG. 1, the fixing portion 1 a includes two projecting portions that are shorter than the width (the length in the X-axis direction) of the first substrate 1, but is not limited thereto, and is an extension portion of the first substrate 1. It may be composed of one or three or more overhangs.

また、第１基板１は、外力が加わったときに第１方向（図１の例ではＺ軸方向）に湾曲可能となっている。湾曲しやすくするという観点からは、第１基板１は板状体であってもよい。つまり、第１基板１は、一端が固定部１ａで固定されていることから、固定部１ａとは反対側の他端部が、固定部１ａが位置する平面（ＸＹ平面）から上側または下側に離れるように湾曲可能となっている。   Further, the first substrate 1 can be bent in the first direction (in the example of FIG. 1, the Z-axis direction) when an external force is applied. From the viewpoint of facilitating bending, the first substrate 1 may be a plate-like body. That is, since one end of the first substrate 1 is fixed by the fixing portion 1a, the other end opposite to the fixing portion 1a is above or below the plane (XY plane) where the fixing portion 1a is located. It is possible to bend away.

なお、第１基板１に加わる外力とは、例えば、振動や移動等で固定対象物が動くことによって第１基板１に加わるエネルギー、または、音等の雰囲気媒体を介して第１基板１に伝達されるエネルギーを含んでいる。   The external force applied to the first substrate 1 is transmitted to the first substrate 1 via an atmospheric medium such as energy applied to the first substrate 1 due to movement of the fixed object by vibration or movement, for example, or sound. Contains energy to be used.

このような第１基板１の材料としては、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ガラス、セラミックス等の無機物、あるいは、ＰＰＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリパラキシレン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂が用いられ得る。 Examples of the material of the first substrate 1 include inorganic substances such as silicon (Si), silicon oxide (SiO 2 ), glass, and ceramics, or PPS resin, ABS resin, acrylic resin, fluororesin, polyimide resin, and polyparaffin. Resins such as xylene resin and epoxy resin can be used.

第１基板１は、外力によって湾曲可能であれば特に形状は限定されず、例えば、平面視形状が四角形状であり、一辺の長さが０．５ｍｍ〜１００ｍｍとすることができる。また、第１基板１の厚みは、０．５μｍ〜１０ｍｍとすることができる。第１基板１は、エッチング等を用いた公知の微細加工方法によって作製することができる。   The shape of the first substrate 1 is not particularly limited as long as the first substrate 1 can be bent by an external force. For example, the shape in plan view is a quadrangle shape, and the length of one side can be set to 0.5 mm to 100 mm. Moreover, the thickness of the 1st board | substrate 1 can be 0.5 micrometer-10 mm. The first substrate 1 can be produced by a known fine processing method using etching or the like.

第２基板２は、その一端が第１基板１の固定部１ａから離れた部位に接続されている。つまり、第２基板２は、第１基板１における、固定部１ａから離れた湾曲による変位が大きな部位に接続されている。図１〜図３の例では、第１基板１が上記第１方向（Ｚ軸方向）に延びる貫通孔１ｈを有しており、この貫通孔１ｈの内側面に第２基板２が接続されている。   One end of the second substrate 2 is connected to a part of the first substrate 1 away from the fixing portion 1a. That is, the 2nd board | substrate 2 is connected to the site | part with a large displacement by the curvature which left | separated from the fixing | fixed part 1a in the 1st board | substrate 1. In the example of FIGS. 1 to 3, the first substrate 1 has a through hole 1h extending in the first direction (Z-axis direction), and the second substrate 2 is connected to the inner surface of the through hole 1h. Yes.

また、第２基板２は、外力が加わったときに上記第１方向（Ｚ軸方向）に湾曲可能となっている。湾曲しやすくするという観点からは、第２基板２は板状体であってもよい。つまり、第２基板２は、一端が第１基板１に接続され、固定されていることから、この接続部とは反対側の他端部が、接続部が位置する平面（ＸＹ平面）から上側または下側に離れるように湾曲可能となっている。   The second substrate 2 can be bent in the first direction (Z-axis direction) when an external force is applied. From the viewpoint of facilitating bending, the second substrate 2 may be a plate-like body. That is, since the second substrate 2 has one end connected to the first substrate 1 and fixed, the other end opposite to the connection portion is above the plane (XY plane) where the connection portion is located. Or it can be bent so as to be separated downward.

このように第１基板１および第２基板２がそれぞれ外力によって、湾曲可能となっていることから、第２基板２の湾曲の変位量をより大きくすることができる。つまり、圧電デバイス１０に外力が加わった際に、第１基板１および第２基板２が湾曲する。このとき、第１基板１および第２基板２のそれぞれの固定部の位置が異なっているため、図４に示すように、第１基板１の動きと第２基板２の動きとにずれが生じる。そのため、第２基板２の他端が、例えば−Ｚ方向に変位するように湾曲しているときに、第１基板１の他端が、反対側の＋Ｚ方向に変位することによって、第２基板２に対してさらに力を加えることができ、第２基板２をさらに大きく湾曲させることができる。その結果、第２基板２に含まれる圧電体２ｂの圧電効果によって生じる電荷の量を高めることができる。   As described above, since the first substrate 1 and the second substrate 2 can be bent by an external force, the amount of bending displacement of the second substrate 2 can be further increased. That is, when an external force is applied to the piezoelectric device 10, the first substrate 1 and the second substrate 2 are curved. At this time, since the positions of the fixing portions of the first substrate 1 and the second substrate 2 are different from each other, a shift occurs between the movement of the first substrate 1 and the movement of the second substrate 2 as shown in FIG. . Therefore, when the other end of the second substrate 2 is curved so as to be displaced in the −Z direction, for example, the other end of the first substrate 1 is displaced in the + Z direction on the opposite side. Further force can be applied to the second substrate 2, and the second substrate 2 can be further curved. As a result, the amount of charge generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric body 2b included in the second substrate 2 can be increased.

また、第２基板２は圧電体を有している。このような第２基板２は、図１〜図３に示すように、基板本体２ａの表面に圧電体２ｂが設けられたものであってもよく、基板本体２ａの内部に圧電体が設けられたものであってもよい。あるいは、第２基板２が主として圧電体から成るものであってもよい。   The second substrate 2 has a piezoelectric body. As shown in FIGS. 1 to 3, such a second substrate 2 may be one in which a piezoelectric body 2b is provided on the surface of the substrate body 2a, and the piezoelectric body is provided inside the substrate body 2a. It may be. Alternatively, the second substrate 2 may be mainly made of a piezoelectric body.

第２基板２が、基板本体２ａの表面あるいは内部に圧電体２ｂが設けられたものから成る場合、基板本体２ａとしては、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ガラス、セラミックス等の無機物が用いられてもよく、ＰＰＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリパラキシレン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂が用いられてもよい。あるいは、有機物と無機物のハイブリッド材料が用いられてもよい。また、圧電体２ｂは、外力が加わった際に圧電効果によって電荷を生じることが可能な材料である。このような圧電体２ｂとしては、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ポリフッ化ビニリデン等が用いられ得る。圧電体２ｂは、基板本体２ａの湾曲による変形が大きな部位、例えば基板本体２ａと第１基板１との接続部近傍部に位置していてもよく、その場合、電荷の発生効率が高められる。なお、図示していないが、圧電体２ｂで生じた電荷を取り出すために、例えば、膜状の圧電体２ｂの上下主面にそれぞれ電極が配置されている。そして、この電極から、ボンディングワイヤを介して、あるいは第１基板１に設けられた配線導体等を介して、圧電デバイス１０の外部へ電荷が取り出される。なお、第１基板１と第２基板２との接続信頼性を高めるという観点からは、第１基板１および第２基板２は、１つの基板材料を加工して一体的に形成されたもの、つまり、継ぎ目のない一体構造体であってもよい。 When the second substrate 2 is made of a substrate body 2a having a piezoelectric body 2b on or inside the substrate body 2a, the substrate body 2a is made of an inorganic material such as silicon (Si), silicon oxide (SiO 2 ), glass, or ceramics. May be used, and resins such as PPS resin, ABS resin, acrylic resin, fluororesin, polyimide resin, polyparaxylene resin, and epoxy resin may be used. Alternatively, an organic and inorganic hybrid material may be used. The piezoelectric body 2b is a material that can generate an electric charge by a piezoelectric effect when an external force is applied. As such a piezoelectric body 2b, barium titanate, lead zirconate titanate, polyvinylidene fluoride, or the like can be used. The piezoelectric body 2b may be located at a portion where the deformation of the substrate main body 2a due to bending is large, for example, in the vicinity of the connection portion between the substrate main body 2a and the first substrate 1, and in this case, the charge generation efficiency is increased. Although not shown, in order to take out the electric charge generated in the piezoelectric body 2b, for example, electrodes are arranged on the upper and lower main surfaces of the film-like piezoelectric body 2b. Then, electric charges are extracted from the electrodes to the outside of the piezoelectric device 10 via a bonding wire or a wiring conductor provided on the first substrate 1. In addition, from the viewpoint of improving the connection reliability between the first substrate 1 and the second substrate 2, the first substrate 1 and the second substrate 2 are integrally formed by processing one substrate material, That is, a seamless integrated structure may be used.

また、第２基板２が、主として圧電体から成る場合、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ポリフッ化ビニリデン等の圧電効果を有する圧電基板の上下主面に、圧電基板で生じた電荷を取り出すための電極が設けられたものが用いられ得る。   Further, when the second substrate 2 is mainly composed of a piezoelectric body, for example, charges generated on the piezoelectric substrate on the upper and lower main surfaces of the piezoelectric substrate having a piezoelectric effect such as barium titanate, lead zirconate titanate, polyvinylidene fluoride, etc. An electrode provided with an electrode for taking out can be used.

第２基板２は、外力によって湾曲可能であれば特に形状は限定されず、例えば、平面視形状が四角形状であり、一辺の長さが０．５ｍｍ〜１００ｍｍとすることができる。また、第２基板２の厚みは、０．５μｍ〜１０ｍｍとすることができる。第２基板２は、エッチング等を用いた公知の微細加工方法によって作製することができる。   The shape of the second substrate 2 is not particularly limited as long as the second substrate 2 can be bent by an external force. For example, the shape in plan view is a square shape, and the length of one side can be set to 0.5 mm to 100 mm. Moreover, the thickness of the 2nd board | substrate 2 can be 0.5 micrometer-10 mm. The second substrate 2 can be produced by a known fine processing method using etching or the like.

第２基板２をさらに大きく湾曲させるという観点からは、第１基板１の質量は第２基板
２の質量よりも大きくてもよい。この場合、第１基板１の平面視形状における面積が第２基板２の平面視形状における面積よりも大きくてもよい。あるいは、第１基板１の厚みが第２基板２の厚みよりも大きくてもよい。 From the viewpoint of further bending the second substrate 2, the mass of the first substrate 1 may be larger than the mass of the second substrate 2. In this case, the area of the first substrate 1 in the plan view shape may be larger than the area of the second substrate 2 in the plan view shape. Alternatively, the thickness of the first substrate 1 may be larger than the thickness of the second substrate 2.

以上のような圧電デバイス１０は、例えば、図５または図６のように、固定対象物４に固定部１ａが固定されて使用される。固定対象物４は、特に限定されず、例えば、配線基板や各種測定装置等の電子機器類、壁や床等の構造物、人や動物等の生物等が用いられ得る。圧電デバイス１０の固定対象物４への固定方法としては、図５のように第１基板１および第２基板２が固定対象物４の表面に対して、平行に近い状態で固定されてもよく、図６のように第１基板１および第２基板２が固定対象物４の表面に対して、垂直に近い状態で固定されてもよい。あるいは、第１基板１および第２基板２が固定対象物４の表面に対して、斜めに傾いた状態で固定されてもよい。また、圧電デバイス１０と固定対象物４との接続方法は、接着、接合、溶接、ネジ止め等でもよく、あるいは固定対象物４に圧電デバイス１０を突き刺してもよい。   For example, as shown in FIG. 5 or FIG. 6, the piezoelectric device 10 as described above is used with the fixing portion 1 a fixed to the fixed object 4. The fixed object 4 is not particularly limited, and for example, electronic devices such as a wiring board and various measuring devices, structures such as walls and floors, organisms such as humans and animals, and the like can be used. As a method of fixing the piezoelectric device 10 to the fixed object 4, the first substrate 1 and the second substrate 2 may be fixed in a state almost parallel to the surface of the fixed object 4 as shown in FIG. 5. As shown in FIG. 6, the first substrate 1 and the second substrate 2 may be fixed to the surface of the fixed object 4 in a state close to perpendicular. Alternatively, the first substrate 1 and the second substrate 2 may be fixed in an inclined state with respect to the surface of the fixed object 4. Further, the connection method between the piezoelectric device 10 and the fixed object 4 may be adhesion, bonding, welding, screwing, or the like, or the fixed device 4 may be pierced with the piezoelectric device 10.

＜第２実施形態の圧電デバイス＞
上記のような第１実施形態の圧電デバイス１０では、第１基板１が上記第１方向（Ｚ軸方向）に延びる貫通孔１ｈを有しており、この貫通孔１ｈの固定部１ａに近い内側面に第２基板２が接続されていることから、第１基板１に働く慣性力を大きくすることができ、第１基板１が第２基板２に対してより大きな力を加えて、第２基板２をさらに大きく湾曲させることができる。なお、圧電デバイスは上記の構成に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図７および図８に第２実施形態の圧電デバイス２０を示す。圧電デバイス２０は、固定部２１ａを有する第１基板２１に、第１方向（Ｚ軸方向）に延びる貫通孔２１ｈを有しており、第２基板２２がこの貫通孔２１ｈの内側面に接続されている点は、第１実施形態の圧電デバイス１０と類似している。しかし、圧電デバイス２０は、第２基板２２が上記貫通孔２１ｈの固定部２１ａとは反対側の部位に接続されている点で圧電デバイス１０と異なっている。このような構成であっても、圧電デバイス１０と同様に、電荷の発生率を高めることが可能となる。 <Piezoelectric Device of Second Embodiment>
In the piezoelectric device 10 according to the first embodiment as described above, the first substrate 1 has the through hole 1h extending in the first direction (Z-axis direction), and the inner portion of the through hole 1h close to the fixing portion 1a. Since the second substrate 2 is connected to the side surface, the inertial force acting on the first substrate 1 can be increased, and the first substrate 1 applies a larger force to the second substrate 2 and the second substrate 2 The substrate 2 can be further curved. The piezoelectric device is not limited to the above configuration, and various modifications can be made. For example, FIGS. 7 and 8 show a piezoelectric device 20 according to the second embodiment. The piezoelectric device 20 has a through hole 21h extending in the first direction (Z-axis direction) in the first substrate 21 having the fixing portion 21a, and the second substrate 22 is connected to the inner surface of the through hole 21h. This is similar to the piezoelectric device 10 of the first embodiment. However, the piezoelectric device 20 is different from the piezoelectric device 10 in that the second substrate 22 is connected to a portion of the through hole 21h opposite to the fixing portion 21a. Even with such a configuration, as with the piezoelectric device 10, the charge generation rate can be increased.

＜第３実施形態の圧電デバイス＞
圧電デバイスの変形例として、第３実施形態の圧電デバイス３０を図９および図１０に示す。圧電デバイス３０は、第２基板３２が第１基板３１の固定部３１ａとは反対側の第１外側面に接続されている点で圧電デバイス１０と異なっている。このような構成であっても、圧電デバイス１０と同様に、電荷の発生率を高めることが可能となる。また、第３実施形態の圧電デバイス３０では、第１基板３１および第２基板３２の加工が容易となり、加工ばらつきを小さくすることができる。 <Piezoelectric Device of Third Embodiment>
As a modification of the piezoelectric device, a piezoelectric device 30 according to a third embodiment is shown in FIGS. The piezoelectric device 30 is different from the piezoelectric device 10 in that the second substrate 32 is connected to the first outer surface on the side opposite to the fixing portion 31a of the first substrate 31. Even with such a configuration, as with the piezoelectric device 10, the charge generation rate can be increased. In the piezoelectric device 30 according to the third embodiment, the first substrate 31 and the second substrate 32 can be easily processed, and the processing variation can be reduced.

＜第４実施形態の圧電デバイス＞
圧電デバイスの変形例として、第４実施形態の圧電デバイス４０を図１１および図１２に示す。圧電デバイス４０は、第２基板４２が第１基板４１の固定部４１ａとは反対側の第１外側面に接続されており、さらに、第１基板４１は上記第１外側面に第２基板４２と間隔をあけて張り出した張り出し部４１ｂを有している。このような構成であれば、第３実施形態の圧電デバイス３０の第１基板３１に働く慣性力をより大きくすることができ、それによって、第２基板４２をさらに湾曲させやすくすることができ、電荷の発生率をより高めることができる。 <Piezoelectric Device of Fourth Embodiment>
As a modification of the piezoelectric device, a piezoelectric device 40 of the fourth embodiment is shown in FIGS. In the piezoelectric device 40, the second substrate 42 is connected to the first outer surface opposite to the fixing portion 41 a of the first substrate 41, and the first substrate 41 is further connected to the second outer surface 42 on the first outer surface. And an overhanging portion 41b overhanging at intervals. With such a configuration, the inertial force acting on the first substrate 31 of the piezoelectric device 30 of the third embodiment can be further increased, thereby making the second substrate 42 easier to bend, The charge generation rate can be further increased.

＜センサ装置＞
上記の圧電デバイスを用いて、センサ装置とすることができる。センサ装置の一実施形態としては、上記圧電デバイス１０〜４０のいずれかと、この圧電デバイス１０〜４０の圧電体２ｂ〜４２ｂから圧電効果によって生じた電荷が入力される信号処理装置とを具備
している。信号処理装置は、圧電デバイス１０で検出した電気信号を演算処理するものである。以下では圧電デバイス１０を用いた例について示すが、これに限定されない。 <Sensor device>
A sensor device can be formed using the piezoelectric device. An embodiment of the sensor device includes any one of the piezoelectric devices 10 to 40 described above and a signal processing device to which electric charges generated by the piezoelectric effect are input from the piezoelectric bodies 2 b to 42 b of the piezoelectric devices 10 to 40. Yes. The signal processing apparatus performs arithmetic processing on the electrical signal detected by the piezoelectric device 10. Hereinafter, an example using the piezoelectric device 10 will be described, but the present invention is not limited to this.

圧電デバイス１０は、図５または図６のように、固定対象物４に固定部１ａが固定されて使用される。固定対象物４は、特に限定されず、例えば、配線基板や各種測定装置等の電子機器類、壁や床等の構造物、人や動物等の生物等が用いられ得る。   As shown in FIG. 5 or 6, the piezoelectric device 10 is used with the fixing portion 1 a fixed to the fixed object 4. The fixed object 4 is not particularly limited, and for example, electronic devices such as a wiring board and various measuring devices, structures such as walls and floors, organisms such as humans and animals, and the like can be used.

圧電体２ｂのいずれかから生じた電荷を信号処理装置へ入力させる方法としては、例えば、有線通信または無線通信によって、圧電デバイス１０と信号処理装置とを接続すればよい。固定対象物４として配線基板や各種測定装置等の電子機器類を用いる場合、信号処理装置に対して有線通信または無線通信するための出力部（出力端子またはアンテナ等）を固定対象物４に設けてもよい。その場合、圧電デバイス１０と出力部とは、圧電デバイス１０や固定対象物４に設けた配線導体を介して、あるいはボンディングワイヤ等で電気的に接続すればよい。   As a method for inputting the charge generated from any one of the piezoelectric bodies 2b to the signal processing device, for example, the piezoelectric device 10 and the signal processing device may be connected by wired communication or wireless communication. When an electronic device such as a wiring board or various measuring devices is used as the fixed object 4, an output unit (an output terminal or an antenna or the like) for performing wired communication or wireless communication with the signal processing device is provided on the fixed object 4. May be. In this case, the piezoelectric device 10 and the output unit may be electrically connected via a wiring conductor provided on the piezoelectric device 10 or the fixed object 4 or with a bonding wire or the like.

このようなセンサ装置は、振動や移動等による固定対象物４の動きを検出するための振動センサや加速度センサ等として用いられ得る。あるいは、センサ装置は、音等の雰囲気媒体を介して圧電デバイス１０に伝達されるエネルギーを検出する、音響センサや集音器等として用いられ得る。   Such a sensor device can be used as a vibration sensor, an acceleration sensor, or the like for detecting the movement of the fixed object 4 due to vibration or movement. Alternatively, the sensor device can be used as an acoustic sensor, a sound collector, or the like that detects energy transmitted to the piezoelectric device 10 via an atmospheric medium such as sound.

＜発電装置＞
上記の圧電デバイスを用いて、発電装置とすることができる。発電装置の一実施形態としては、上記圧電デバイス１０〜４０のいずれかと、この圧電デバイス１０〜４０の圧電体２ｂ〜４２ｂから圧電効果によって生じた電荷を出力する出力部とを具備している。以下では圧電デバイス１０を用いた例について示すが、これに限定されない。 <Power generation device>
A power generation device can be obtained by using the above piezoelectric device. One embodiment of the power generation apparatus includes any one of the piezoelectric devices 10 to 40 and an output unit that outputs charges generated by the piezoelectric effect from the piezoelectric bodies 2 b to 42 b of the piezoelectric devices 10 to 40. Hereinafter, an example using the piezoelectric device 10 will be described, but the present invention is not limited to this.

圧電デバイス１０は、図５または図６のように、固定対象物４に固定部１ａが固定されて使用される。固定対象物４は、特に限定されず、例えば、配線基板や各種測定装置等の電子機器類、壁や床等の構造物、人や動物等の生物等が用いられ得る。   As shown in FIG. 5 or 6, the piezoelectric device 10 is used with the fixing portion 1 a fixed to the fixed object 4. The fixed object 4 is not particularly limited, and for example, electronic devices such as a wiring board and various measuring devices, structures such as walls and floors, organisms such as humans and animals, and the like can be used.

発電装置は、圧電デバイス１０の振動によって圧電体２ｂから生じる電荷を利用して電力を得るためのものである。出力部は圧電デバイス１０に設けた出力端子であってもよい。その場合、出力端子と外部の電気回路とを導電性接合材やボンディングワイヤ等で電気的に接続すればよい。あるいは、固定対象物４として配線基板や各種測定装置等の電子機器類を用いる場合、出力部は固定対象物４に設けられてもよい。その場合、圧電デバイス１０と出力部とは、圧電デバイス１０や固定対象物４に設けた配線導体を介して、あるいはボンディングワイヤ等で電気的に接続すればよい。   The power generation apparatus is for obtaining electric power by using electric charges generated from the piezoelectric body 2 b due to vibration of the piezoelectric device 10. The output unit may be an output terminal provided in the piezoelectric device 10. In that case, the output terminal and an external electric circuit may be electrically connected with a conductive bonding material, a bonding wire, or the like. Alternatively, when an electronic device such as a wiring board or various measuring devices is used as the fixed object 4, the output unit may be provided on the fixed object 4. In this case, the piezoelectric device 10 and the output unit may be electrically connected via a wiring conductor provided on the piezoelectric device 10 or the fixed object 4 or with a bonding wire or the like.

本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。例えば、第1基板、第２基板の表面に対し
て凹凸形状を形成してもよく、第１基板、第２基板に貫通孔が形成されてもよい。これらの形状は、素子が設置される周囲環境、例えば、空気中、真空中、液体中、圧力雰囲気等において第２基板をさらに湾曲できるように適宜設定可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, an uneven shape may be formed on the surfaces of the first substrate and the second substrate, and through holes may be formed in the first substrate and the second substrate. These shapes can be appropriately set so that the second substrate can be further curved in the ambient environment where the element is installed, for example, in air, vacuum, liquid, pressure atmosphere, or the like.

１、２１、３１、４１：第１基板
１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ：固定部
２、２２、３２、４２：第２基板
２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ：基板本体
２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ：圧電体
１０、２０、３０、４０：圧電デバイス 1, 21, 31, 41: first substrates 1a, 21a, 31a, 41a: fixing portions 2, 22, 32, 42: second substrates 2a, 22a, 32a, 42a: substrate bodies 2b, 22b, 32b, 42b: Piezoelectric body 10, 20, 30, 40: Piezoelectric device

Claims (8)

一端に固定部を有しており、外力によって第１方向に湾曲可能な第１基板と、
圧電体を有し、一端が前記第１基板の前記固定部から離れた部位に接続されており、外力によって前記第１方向に湾曲可能な第２基板と
を具備する圧電デバイス。 A first substrate having a fixed portion at one end and capable of being bent in a first direction by an external force;
A piezoelectric device comprising: a second substrate having a piezoelectric body, one end of which is connected to a portion of the first substrate that is away from the fixed portion, and that can be bent in the first direction by an external force. 前記第１基板の質量は前記第２基板の質量よりも大きい、請求項１に記載の圧電デバイス。   The piezoelectric device according to claim 1, wherein a mass of the first substrate is larger than a mass of the second substrate. 前記第１基板は前記第１方向に延びる貫通孔を有しており、前記第２基板は前記貫通孔の内側面に接続されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。   The piezoelectric device according to claim 1, wherein the first substrate has a through hole extending in the first direction, and the second substrate is connected to an inner surface of the through hole. 前記第２基板は前記貫通孔の前記固定部に近い部位に接続されている、請求項３に記載の圧電デバイス。   The piezoelectric device according to claim 3, wherein the second substrate is connected to a portion of the through hole close to the fixing portion. 前記第２基板は前記第１基板の前記固定部とは反対側の第１外側面に接続されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。   3. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the second substrate is connected to a first outer surface opposite to the fixing portion of the first substrate. 前記第１基板は前記第１外側面に前記第２基板と間隔をあけて張り出した張り出し部を有している、請求項５に記載の圧電デバイス。   6. The piezoelectric device according to claim 5, wherein the first substrate has a projecting portion that projects from the second outer surface at a distance from the second substrate. 請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電デバイスと、
前記圧電体から生じた電荷が入力される信号処理装置と
を具備するセンサ装置。 A piezoelectric device according to any one of claims 1 to 6,
And a signal processing device to which electric charges generated from the piezoelectric body are input. 請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電デバイスと、
前記圧電体から生じた電荷を出力する出力部と
を具備する発電装置。 A piezoelectric device according to any one of claims 1 to 6,
A power generation device comprising: an output unit that outputs electric charges generated from the piezoelectric body.
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