JP3160070B2 - 振動−電気エネルギー変換素子 - Google Patents
振動−電気エネルギー変換素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電体を用いて物体の
変位振動を効率的に電気エネルギーに変換する素子に関
する。
変位振動を効率的に電気エネルギーに変換する素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電体は、マイクロホン、ハイド
ロホン、スピーカーなどの音響機器の他、超音波トラン
スデューサ、血圧計、探傷器やバイモルフファンなどの
広汎な用途への適用が提案され、あるいは実用化されて
いる。
ロホン、スピーカーなどの音響機器の他、超音波トラン
スデューサ、血圧計、探傷器やバイモルフファンなどの
広汎な用途への適用が提案され、あるいは実用化されて
いる。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】しかしながら、振動系のエネ
ルギーを、効率よく電気エネルギーに変換し、さらに有
用な量の電気エネルギーとして取り出し得る素子は知ら
れていない。従って、本発明の目的は、圧電体を用いて
振動系のエネルギーを効率よく電気エネルギーに変換で
きる振動−電気エネルギー変換素子を提供することにあ
る。
ルギーを、効率よく電気エネルギーに変換し、さらに有
用な量の電気エネルギーとして取り出し得る素子は知ら
れていない。従って、本発明の目的は、圧電体を用いて
振動系のエネルギーを効率よく電気エネルギーに変換で
きる振動−電気エネルギー変換素子を提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、相当な
質量の一対の物体間に密接に挾持されて前記一対の物体
間の相対変位により印加される応力に応じた電気エネル
ギーを取り出すように構成した圧電素子であって、多数
枚の圧電体フィルムまたはシートと電極とを交互に且つ
隣接する圧電体フィルムまたはシートの分極方向が互い
に逆向きとなるように積層した積層圧電素子からなり前
記一対の物体間の相対変位に伴い前記多数枚の圧電体フ
ィルムまたはシートの厚さ変動による電気エネルギーを
並列に取り出すように構成した振動−電気エネルギー変
換素子が与えられる。
質量の一対の物体間に密接に挾持されて前記一対の物体
間の相対変位により印加される応力に応じた電気エネル
ギーを取り出すように構成した圧電素子であって、多数
枚の圧電体フィルムまたはシートと電極とを交互に且つ
隣接する圧電体フィルムまたはシートの分極方向が互い
に逆向きとなるように積層した積層圧電素子からなり前
記一対の物体間の相対変位に伴い前記多数枚の圧電体フ
ィルムまたはシートの厚さ変動による電気エネルギーを
並列に取り出すように構成した振動−電気エネルギー変
換素子が与えられる。
【０００５】ここで、一対の物体について「相当な質
量」とは、前記一対の物体間での相対変位（変位は極め
てわずかなものであり得る）により積層圧電素子に有効
な応力変化が与えられるよう積層圧電素子に比べて本質
的に大なる質量、例えば変位運動の周波数にもよるが５
倍以上、好ましくは１００倍以上、に相当する質量を意
味する。一般に、一対の物体の双方の運動による干渉エ
ネルギー損失を避けるため、一方は固定（すなわち質量
無限大に相当）され、他方は可動状態に保持される。ま
た「密接に挾持」とは、前記一対の物体間での相対運動
により積層圧電素子に対し、有効な圧接応力あるいは張
力、好ましくは圧接応力、の変化が与えられるように、
積層圧電素子が一対の物体間に直接または間接的に挾持
された位置関係を意味し、このような応力印加の条件が
満たされる範囲で上記密接挾持関係は、積層圧電素子と
物体との接着、スプリング等による一定押圧力印加状態
での密接保持あるいは物体の（一方による）荷重印加下
での密接保持などの任意の態様で達成し得る。
量」とは、前記一対の物体間での相対変位（変位は極め
てわずかなものであり得る）により積層圧電素子に有効
な応力変化が与えられるよう積層圧電素子に比べて本質
的に大なる質量、例えば変位運動の周波数にもよるが５
倍以上、好ましくは１００倍以上、に相当する質量を意
味する。一般に、一対の物体の双方の運動による干渉エ
ネルギー損失を避けるため、一方は固定（すなわち質量
無限大に相当）され、他方は可動状態に保持される。ま
た「密接に挾持」とは、前記一対の物体間での相対運動
により積層圧電素子に対し、有効な圧接応力あるいは張
力、好ましくは圧接応力、の変化が与えられるように、
積層圧電素子が一対の物体間に直接または間接的に挾持
された位置関係を意味し、このような応力印加の条件が
満たされる範囲で上記密接挾持関係は、積層圧電素子と
物体との接着、スプリング等による一定押圧力印加状態
での密接保持あるいは物体の（一方による）荷重印加下
での密接保持などの任意の態様で達成し得る。
【０００６】
【作用】上記のように分極方向が互いに逆向きとなる圧
電体フィルムまたはシートを電極を介して積層し、且つ
相当な質量の物体間に密接に挾持することにより、物体
間の相対運動による応力が、圧電体の厚さ変形を効果的
に起すように作用し、静水圧ひずみ定数ｄh に関する成
分のうち、最も大きな厚さ方向変形に関連するｄ33が最
大限に利用できて振動エネルギーの電気エネルギーへの
効果的な変換が可能になる。また、多数積層構造で並列
出力取出とすることにより面積ないし容積当りのエネル
ギー取出量が大きくなるだけでなく、素子全体の内部イ
ンピーダンスを低下させ、この面からも出力電気エネル
ギーの利用効率の向上が得られる。
電体フィルムまたはシートを電極を介して積層し、且つ
相当な質量の物体間に密接に挾持することにより、物体
間の相対運動による応力が、圧電体の厚さ変形を効果的
に起すように作用し、静水圧ひずみ定数ｄh に関する成
分のうち、最も大きな厚さ方向変形に関連するｄ33が最
大限に利用できて振動エネルギーの電気エネルギーへの
効果的な変換が可能になる。また、多数積層構造で並列
出力取出とすることにより面積ないし容積当りのエネル
ギー取出量が大きくなるだけでなく、素子全体の内部イ
ンピーダンスを低下させ、この面からも出力電気エネル
ギーの利用効率の向上が得られる。
【０００７】
【発明の具体的説明】以下、図面を参照しつつ本発明の
振動−電気エネルギー変換素子の好ましい態様を説明す
る。図面中、異なる態様の説明に用いた同一参照符号は
類似部分を示す。
振動−電気エネルギー変換素子の好ましい態様を説明す
る。図面中、異なる態様の説明に用いた同一参照符号は
類似部分を示す。
【０００８】図５は、本発明の振動−電気エネルギー変
換素子（以下、単に「変換素子」という）の一実施例の
正面図である。図５を参照してこの変換素子５０ａは、
積層圧電素子１０を、固定物体（すなわち前記一対の物
体のうち、振動物体に比べて慣性質量が大きく相対的に
振動変位の小さい物体であり、大地、床面、堅牢な床、
各種振動源を搭載した装置本体等であり得る。図示せ
ず）に取付け孔２４を介して固定された筐体ないし筒体
２２中の接着剤層２６上に収容し、更にその積層圧電素
子１０上に接着剤２６を介して剛体板からなる振動伝達
部材２１および振動物体２０を載置してなる。また振動
伝達部材２１は取付け孔２３を介して振動物体２０に取
付けられており、この振動物体２０は、上記した相当な
質量を有する範囲内での任意の物体であり、また振動源
をなすモーター、エンジン、ピストンなどの回転機器や
往復運動機器およびそれら振動源を搭載した機器であっ
てもよい。筐体２２（その前面は内部が見えるように取
り除いて示してある）内の積層圧電素子１０の周囲の空
間には、ポリウレタンフォーム等の比較的柔軟な絶縁体
からなる充填材２５が充填されている。また接着剤層２
６の代わりにシート状緩衝材を設けてもよい。
換素子（以下、単に「変換素子」という）の一実施例の
正面図である。図５を参照してこの変換素子５０ａは、
積層圧電素子１０を、固定物体（すなわち前記一対の物
体のうち、振動物体に比べて慣性質量が大きく相対的に
振動変位の小さい物体であり、大地、床面、堅牢な床、
各種振動源を搭載した装置本体等であり得る。図示せ
ず）に取付け孔２４を介して固定された筐体ないし筒体
２２中の接着剤層２６上に収容し、更にその積層圧電素
子１０上に接着剤２６を介して剛体板からなる振動伝達
部材２１および振動物体２０を載置してなる。また振動
伝達部材２１は取付け孔２３を介して振動物体２０に取
付けられており、この振動物体２０は、上記した相当な
質量を有する範囲内での任意の物体であり、また振動源
をなすモーター、エンジン、ピストンなどの回転機器や
往復運動機器およびそれら振動源を搭載した機器であっ
てもよい。筐体２２（その前面は内部が見えるように取
り除いて示してある）内の積層圧電素子１０の周囲の空
間には、ポリウレタンフォーム等の比較的柔軟な絶縁体
からなる充填材２５が充填されている。また接着剤層２
６の代わりにシート状緩衝材を設けてもよい。
【０００９】振動伝達部材２１および筐体２２の底板部
分は、一対の剛体板として作用する。このように、一対
の剛体板を介して積層圧電素子を固定物体および振動物
体間に保持すると、振動物体の振動により積層圧電素子
１０に作用する厚さ方向での伸縮変形応力が局所化せ
ず、均質化するので好ましい。更に、これら一対の剛体
板を適切に配置することにより、振動物体−固定物体間
での振動をバイパスさせずに効果的に積層圧電素子に作
用させること、積層圧電素子の厚さ方向への伸縮変形を
妨げずに積層した圧電体各層の延長方向への横ずれを防
止すること、も可能になる。この際、一対の剛体板を固
定物体および振動物体に取付けるに際して強固なボルト
結合などにより過剰な荷重が積層圧電素子に加わらない
ようにすることが好ましい。図５の充填材２５は積層圧
電素子の厚さ方向への伸縮変形を妨げずに、前記横ずれ
を防止する効果を持っている。
分は、一対の剛体板として作用する。このように、一対
の剛体板を介して積層圧電素子を固定物体および振動物
体間に保持すると、振動物体の振動により積層圧電素子
１０に作用する厚さ方向での伸縮変形応力が局所化せ
ず、均質化するので好ましい。更に、これら一対の剛体
板を適切に配置することにより、振動物体−固定物体間
での振動をバイパスさせずに効果的に積層圧電素子に作
用させること、積層圧電素子の厚さ方向への伸縮変形を
妨げずに積層した圧電体各層の延長方向への横ずれを防
止すること、も可能になる。この際、一対の剛体板を固
定物体および振動物体に取付けるに際して強固なボルト
結合などにより過剰な荷重が積層圧電素子に加わらない
ようにすることが好ましい。図５の充填材２５は積層圧
電素子の厚さ方向への伸縮変形を妨げずに、前記横ずれ
を防止する効果を持っている。
【００１０】積層圧電素子１０を構成する圧電体として
は、セラミックス系圧電体を用いてもよいが、耐衝撃性
に優れたポリマー系圧電体、すなわちポリマー圧電体そ
のもの、あるいはセラミックス系圧電体をポリマーバイ
ンダー中に分散させたものが好ましく、なかでもポリマ
ー圧電体そのものが好ましい。以下、ポリマー圧電体フ
ィルムまたはシート（以下、包括性に「フィルム」と称
する）を用い、本発明の積層圧電素子１０として用いる
に適した積層圧電素子の一例の積層構造を図１に、また
その平面図を図２に示す。図１および図２を参照して、
この積層圧電素子１０ａは、ポリマー圧電体フィルム１
と、リード電極６（６ａ、６ｂ）と一体化した金属箔か
らなる圧電電極（すなわち、圧電体フィルムを挾持して
圧電要素（圧電効果を生ぜしめる部位）を形成する一対
の電極の重畳部分の一方または双方）２（２ａ、２ｂ）
とを接着剤層３を介してリード電極６ａと６ｂの方向が
交互になるように積層した１０層の圧電要素の積層構造
を有する。圧電電極２ａ、２ｂからは、連続して一体的
に、それぞれリード電極６ａ、６ｂが延びて素子の外部
まで達しており、そこで短絡線４ａ、４ｂに接続され、
さらに端子５ａ、５ｂを介して後段の電気回路へと導か
れる。かくして、すべての圧電要素が並列回路を形成す
るように配線される。またそれぞれの圧電体フィルム１
の、対向面且つ対向辺の対角近傍には圧電電極２ａ、２
ｂよりも幅の狭いリード電極６ａ、６ｂがそれぞれ形成
（貼付）され、また各面の該リード電極形成部を除く全
周縁部には、電極不在部（マージン）８が形成されてい
る。結果的に、対向する面の該電極不在部８と対向する
所定位置にリード電極６（６ａ、６ｂ）が形成された配
置となる。すなわち、本実施例ではリード電極６ａ、６
ｂを除いて圧電体１の端面９部位には電極は設けられて
いない。このように電極不在部（マージン）を設けるこ
とは、ポリマー圧電体において問題となり得る圧電体端
面９を通してのもれ電流や放電によるエネルギー変換損
失が小さくなり、また積層圧電素子１０の側面における
電気絶縁性を良好に保つ意味でも好ましい。
は、セラミックス系圧電体を用いてもよいが、耐衝撃性
に優れたポリマー系圧電体、すなわちポリマー圧電体そ
のもの、あるいはセラミックス系圧電体をポリマーバイ
ンダー中に分散させたものが好ましく、なかでもポリマ
ー圧電体そのものが好ましい。以下、ポリマー圧電体フ
ィルムまたはシート（以下、包括性に「フィルム」と称
する）を用い、本発明の積層圧電素子１０として用いる
に適した積層圧電素子の一例の積層構造を図１に、また
その平面図を図２に示す。図１および図２を参照して、
この積層圧電素子１０ａは、ポリマー圧電体フィルム１
と、リード電極６（６ａ、６ｂ）と一体化した金属箔か
らなる圧電電極（すなわち、圧電体フィルムを挾持して
圧電要素（圧電効果を生ぜしめる部位）を形成する一対
の電極の重畳部分の一方または双方）２（２ａ、２ｂ）
とを接着剤層３を介してリード電極６ａと６ｂの方向が
交互になるように積層した１０層の圧電要素の積層構造
を有する。圧電電極２ａ、２ｂからは、連続して一体的
に、それぞれリード電極６ａ、６ｂが延びて素子の外部
まで達しており、そこで短絡線４ａ、４ｂに接続され、
さらに端子５ａ、５ｂを介して後段の電気回路へと導か
れる。かくして、すべての圧電要素が並列回路を形成す
るように配線される。またそれぞれの圧電体フィルム１
の、対向面且つ対向辺の対角近傍には圧電電極２ａ、２
ｂよりも幅の狭いリード電極６ａ、６ｂがそれぞれ形成
（貼付）され、また各面の該リード電極形成部を除く全
周縁部には、電極不在部（マージン）８が形成されてい
る。結果的に、対向する面の該電極不在部８と対向する
所定位置にリード電極６（６ａ、６ｂ）が形成された配
置となる。すなわち、本実施例ではリード電極６ａ、６
ｂを除いて圧電体１の端面９部位には電極は設けられて
いない。このように電極不在部（マージン）を設けるこ
とは、ポリマー圧電体において問題となり得る圧電体端
面９を通してのもれ電流や放電によるエネルギー変換損
失が小さくなり、また積層圧電素子１０の側面における
電気絶縁性を良好に保つ意味でも好ましい。
【００１１】上述したように図１の積層圧電素子１０ａ
は、圧電体１０層構成からなる。一般に、圧電体の積層
数が増えると、取り出される電気エネルギーが多くなり
好ましいが、積層数は現実的には５〜１０００層、好ま
しくは１０〜５００層程度である。積層数は、振動源の
条件（質量、加速度、横ずれ変位の程度など）、圧電体
の厚さを面積、所望の出力インピーダンス、取り出され
る出力エネルギーなどによって適宜決定されるが、その
上限を規定する一つの要素は、積層圧電体の全体の厚さ
であり、振動源の横ずれ変位に耐え得る厚さで用いられ
る必要がある。
は、圧電体１０層構成からなる。一般に、圧電体の積層
数が増えると、取り出される電気エネルギーが多くなり
好ましいが、積層数は現実的には５〜１０００層、好ま
しくは１０〜５００層程度である。積層数は、振動源の
条件（質量、加速度、横ずれ変位の程度など）、圧電体
の厚さを面積、所望の出力インピーダンス、取り出され
る出力エネルギーなどによって適宜決定されるが、その
上限を規定する一つの要素は、積層圧電体の全体の厚さ
であり、振動源の横ずれ変位に耐え得る厚さで用いられ
る必要がある。
【００１２】また圧電体１０の面積は、振動源の慣性質
量、加速度を勘案した単位面積当たりの最大荷重が圧電
体に塑性変形を引き起こす降伏点以下となるような値と
される。この降伏点は、弗化ビニリデン系樹脂のポリマ
ー圧電体にあっては７×１０7 Ｐａ（パスカル）を多少
超えた値であり、圧電体の面積は最大荷重がこの値を超
えない範囲で決定されるのがよい。また、上記最大荷重
値以下の範囲は、発生電荷の荷重依存性が線形に保たれ
る領域であり、この意味からも好ましい。
量、加速度を勘案した単位面積当たりの最大荷重が圧電
体に塑性変形を引き起こす降伏点以下となるような値と
される。この降伏点は、弗化ビニリデン系樹脂のポリマ
ー圧電体にあっては７×１０7 Ｐａ（パスカル）を多少
超えた値であり、圧電体の面積は最大荷重がこの値を超
えない範囲で決定されるのがよい。また、上記最大荷重
値以下の範囲は、発生電荷の荷重依存性が線形に保たれ
る領域であり、この意味からも好ましい。
【００１３】ポリマー圧電体フィルム１を構成するポリ
マー圧電体としては、比較的高い耐熱性を有するシアン
化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体が好適に用いられる
ほか、優れた圧電特性のフッ化ビニリデン系樹脂圧電体
が好ましく、なかでも圧電性発現に適したβ型結晶化の
ために一軸延伸の必要なフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）単
独重合体に比べて、通常の結晶条件化でβ型結晶化の可
能なＶＤＦ系共重合体（例えば優位量のＶＤＦと劣位量
のフッ化ビニル（ＶＦ）、トリフルオロエチレン（Ｔｒ
ＦＥ）あるいはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）との
共重合体）が好ましく、更には優位量（特に７０〜８０
モル％）のＶＤＦと劣位量（特に３０〜２０モル％）の
ＴｒＦＥとの共重合体がもっとも好ましく用いられる。
マー圧電体としては、比較的高い耐熱性を有するシアン
化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体が好適に用いられる
ほか、優れた圧電特性のフッ化ビニリデン系樹脂圧電体
が好ましく、なかでも圧電性発現に適したβ型結晶化の
ために一軸延伸の必要なフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）単
独重合体に比べて、通常の結晶条件化でβ型結晶化の可
能なＶＤＦ系共重合体（例えば優位量のＶＤＦと劣位量
のフッ化ビニル（ＶＦ）、トリフルオロエチレン（Ｔｒ
ＦＥ）あるいはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）との
共重合体）が好ましく、更には優位量（特に７０〜８０
モル％）のＶＤＦと劣位量（特に３０〜２０モル％）の
ＴｒＦＥとの共重合体がもっとも好ましく用いられる。
【００１４】これらポリマー圧電体材料は、溶融押出等
により成膜後、必要に応じて一軸延伸あるいは軟化温度
以下での熱処理、軟化温度以下での電界印加により分極
処理に付される。ポリマー圧電体フィルム１は、１０〜
２０００μｍ程度、特に２０〜１０００μｍの厚さを有
することが好ましい。フィルムの厚さが１０μｍ未満で
は、用途によっては十分な送受波感度が得られない場合
がある。また、逆に２０００μｍを超えると、分極に高
電圧が必要となるため縁面放電が発生し分極処理が極め
て困難となる。
により成膜後、必要に応じて一軸延伸あるいは軟化温度
以下での熱処理、軟化温度以下での電界印加により分極
処理に付される。ポリマー圧電体フィルム１は、１０〜
２０００μｍ程度、特に２０〜１０００μｍの厚さを有
することが好ましい。フィルムの厚さが１０μｍ未満で
は、用途によっては十分な送受波感度が得られない場合
がある。また、逆に２０００μｍを超えると、分極に高
電圧が必要となるため縁面放電が発生し分極処理が極め
て困難となる。
【００１５】圧電電極２およびリード電極６は、この例
では箔電極が用いられ、これにより図１、図２に示すよ
うに、リード電極を素子積層部の外側にまで連続且つ一
体的に突出させて端部を与えることができ、これにより
リード線の結線が容易になる。
では箔電極が用いられ、これにより図１、図２に示すよ
うに、リード電極を素子積層部の外側にまで連続且つ一
体的に突出させて端部を与えることができ、これにより
リード線の結線が容易になる。
【００１６】箔電極としては、例えば銅、アルミニウ
ム、錫、亜鉛、金、銀、白金等の良導電性の金属の厚さ
６〜２０００μｍ、特に２０〜１０００μｍの箔が好ま
しい。この箔電極の厚さは、圧電素子全体の厚みや可撓
性、突出したリード電極部に要求される可撓性などによ
り適宜決定される。また、箔電極を接着剤を介してポリ
マー圧電体フィルム表面に貼合せた構造が特に好ましく
採用される。
ム、錫、亜鉛、金、銀、白金等の良導電性の金属の厚さ
６〜２０００μｍ、特に２０〜１０００μｍの箔が好ま
しい。この箔電極の厚さは、圧電素子全体の厚みや可撓
性、突出したリード電極部に要求される可撓性などによ
り適宜決定される。また、箔電極を接着剤を介してポリ
マー圧電体フィルム表面に貼合せた構造が特に好ましく
採用される。
【００１７】接着剤層３は、導電性粒子を分散させた導
電性の接着剤により形成することもできるが、より接着
強度の優れるエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエ
ステル系樹脂、ブタジエン系樹脂、プロピレン系樹脂、
アクリル系樹脂等の接着剤により５〜４０μｍ程度の厚
さの層として形成することが好ましい。
電性の接着剤により形成することもできるが、より接着
強度の優れるエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエ
ステル系樹脂、ブタジエン系樹脂、プロピレン系樹脂、
アクリル系樹脂等の接着剤により５〜４０μｍ程度の厚
さの層として形成することが好ましい。
【００１８】マージン８は、ポリマー圧電体フィルム１
の各面の周縁部に、例えば０．３〜２０ｍｍ、特に２〜
１０ｍｍの幅で設けられることが好ましい。この幅が
０．３ｍｍよりも短いともれ電流や縁面放電を抑える効
果が少なく、また２０ｍｍよりも長いと特に小寸法の素
子ではポリマー圧電体フィルムの利用効率が極めて低下
する。
の各面の周縁部に、例えば０．３〜２０ｍｍ、特に２〜
１０ｍｍの幅で設けられることが好ましい。この幅が
０．３ｍｍよりも短いともれ電流や縁面放電を抑える効
果が少なく、また２０ｍｍよりも長いと特に小寸法の素
子ではポリマー圧電体フィルムの利用効率が極めて低下
する。
【００１９】ポリマー圧電体フィルム１の各面上でマー
ジン８を設ける方向は、この例のようにリード電極部６
（６ａ、６ｂ）を除く全周囲方向（四方向）であること
が特に好ましいが、上記のマ−ジンの方向は、フィルム
の表裏面で合わせて全周囲方向となるように、それぞれ
少なくとも二方向に設けることが好ましい。
ジン８を設ける方向は、この例のようにリード電極部６
（６ａ、６ｂ）を除く全周囲方向（四方向）であること
が特に好ましいが、上記のマ−ジンの方向は、フィルム
の表裏面で合わせて全周囲方向となるように、それぞれ
少なくとも二方向に設けることが好ましい。
【００２０】リード電極６（６ａ、６ｂ）は、圧電電極
から連続して、それと一体に形成されており、後段の電
気回路と圧電電極との電気的接続を行なうものである。
それは、少なくともポリマー圧電体フィルムの端面９の
周辺部位においては、隣り合う面の電極、即ち、圧電電
極とリード電極と重ならない（圧電素子を構成しない）
ことがもれ電流や縁面放電の観点から必要である。リー
ド電極は、圧電電極と同じ材質であることが好ましい
が、同じ幅である必要はない。
から連続して、それと一体に形成されており、後段の電
気回路と圧電電極との電気的接続を行なうものである。
それは、少なくともポリマー圧電体フィルムの端面９の
周辺部位においては、隣り合う面の電極、即ち、圧電電
極とリード電極と重ならない（圧電素子を構成しない）
ことがもれ電流や縁面放電の観点から必要である。リー
ド電極は、圧電電極と同じ材質であることが好ましい
が、同じ幅である必要はない。
【００２１】この例のように偶数の圧電要素からなる積
層圧電素子では、素子全体としての両表面電極２ａ、６
ａが同極性となり、それを筐体アースに取れば、高電圧
側の電気的絶縁が容易になるので好ましい。
層圧電素子では、素子全体としての両表面電極２ａ、６
ａが同極性となり、それを筐体アースに取れば、高電圧
側の電気的絶縁が容易になるので好ましい。
【００２２】図３（（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面
図）および図４（平面図）は、本発明で用いるに適した
積層圧電素子の別の例を示す。この例の積層圧電素子１
０ｂは、それぞれ上面に溶射圧電電極１２（１２ａまた
は１２ｂ）を設けた複数のポリマー圧電体フィルム１
を、圧電電極１２ａと１２ｂに連続したそれぞれのリー
ド電極１６ａと１６ｂが左右に交互の配置となるように
接着剤層３を介して積層し、且つ右側端面にまで延長し
た溶射電極１２ａの延長部からなるリード電極１６ａを
短絡線７ａで全接続し、左側端面にまで延長した溶射電
極１２ｂの延長部からなるリード電極１６ｂを短絡線７
ｂで全接続した構成を有する。マージン８は、ポリマー
圧電体フィルム１の上下面の三辺に沿う三方向に設けら
れている。短絡線７（７ａ、７ｂ）は、同様に溶射電極
として形成することが可能であるほか、導電性接着剤を
介して貼付した箔電極あるいは導電性ペーストの塗布電
極等であり得る。短絡線７は、積層素子の右側面および
左側面の全面に形成することもできるが、積層圧電素子
１０ｂの厚さ方向の変形を妨げないように、図示のごと
く部分的にかつ少しづつ横にずらして形成するのが好ま
しい。また溶射電極１２（リード電極１６部分を含む）
の代わりに蒸着電極を用いてもよい。
図）および図４（平面図）は、本発明で用いるに適した
積層圧電素子の別の例を示す。この例の積層圧電素子１
０ｂは、それぞれ上面に溶射圧電電極１２（１２ａまた
は１２ｂ）を設けた複数のポリマー圧電体フィルム１
を、圧電電極１２ａと１２ｂに連続したそれぞれのリー
ド電極１６ａと１６ｂが左右に交互の配置となるように
接着剤層３を介して積層し、且つ右側端面にまで延長し
た溶射電極１２ａの延長部からなるリード電極１６ａを
短絡線７ａで全接続し、左側端面にまで延長した溶射電
極１２ｂの延長部からなるリード電極１６ｂを短絡線７
ｂで全接続した構成を有する。マージン８は、ポリマー
圧電体フィルム１の上下面の三辺に沿う三方向に設けら
れている。短絡線７（７ａ、７ｂ）は、同様に溶射電極
として形成することが可能であるほか、導電性接着剤を
介して貼付した箔電極あるいは導電性ペーストの塗布電
極等であり得る。短絡線７は、積層素子の右側面および
左側面の全面に形成することもできるが、積層圧電素子
１０ｂの厚さ方向の変形を妨げないように、図示のごと
く部分的にかつ少しづつ横にずらして形成するのが好ま
しい。また溶射電極１２（リード電極１６部分を含む）
の代わりに蒸着電極を用いてもよい。
【００２３】また、溶射電極１２、１６の材料として
は、銅、アルミニウム、亜鉛等が挙げられるが、なかで
も比較的低温での溶射が可能であり、且つリード線の半
田付性に優れた電極膜を与える亜鉛または亜鉛と銅等と
の合金が好ましく用いられる。溶射電極の厚さは、例え
ば１０〜２００μｍ範囲とされる。本発明で用いること
ことのできる溶射電極のより詳細については特願平３−
３５６６６７号の明細書に開示されている。
は、銅、アルミニウム、亜鉛等が挙げられるが、なかで
も比較的低温での溶射が可能であり、且つリード線の半
田付性に優れた電極膜を与える亜鉛または亜鉛と銅等と
の合金が好ましく用いられる。溶射電極の厚さは、例え
ば１０〜２００μｍ範囲とされる。本発明で用いること
ことのできる溶射電極のより詳細については特願平３−
３５６６６７号の明細書に開示されている。
【００２４】蒸着電極としては、銅、アルミニウム、
銀、亜鉛、錫、ニッケル、金等の良導電性金属の蒸着に
より、例えば厚さが０．０１〜０．２μｍ、特に０．０
２〜０．１μｍの範囲で形成することが好ましい。また
蒸着電極の代わりにメッキ、特に無電解メッキで厚さが
１０〜１００μｍ程度に形成した電極を用いることもで
きる。
銀、亜鉛、錫、ニッケル、金等の良導電性金属の蒸着に
より、例えば厚さが０．０１〜０．２μｍ、特に０．０
２〜０．１μｍの範囲で形成することが好ましい。また
蒸着電極の代わりにメッキ、特に無電解メッキで厚さが
１０〜１００μｍ程度に形成した電極を用いることもで
きる。
【００２５】この図３および図４の積層圧電素子１０ｂ
の場合、接着剤層３の数を、図１および図２に示した先
の積層圧電素子１０ａに比べてほぼ半減することができ
る。
の場合、接着剤層３の数を、図１および図２に示した先
の積層圧電素子１０ａに比べてほぼ半減することができ
る。
【００２６】図６は、本発明の変換素子の第２の実施例
の正面図であり、上下に配置されるべき振動物体および
固定物体の図示は省略してある。この変換素子５０ｂで
は、積層圧電素子１０がフランジ２２ａを有する筐体
（ないし筒体）２２の内側面２２ｂに沿って嵌挿保持さ
れる。フランジ２１ａと下側側面に半円形突起２１ｂを
有する振動伝達部材２１が、積層圧電素子１０上に置か
れ、この振動伝達部材２１と筐体２２とは、それぞれの
フランジ部２１ａ、２２ａで、スプリング３２を介して
ネジ等の結合部材３１により相互に取り付けられ、積層
圧電素子１０は該スプリング３２の与える軽い押圧力の
もとに筐体２２中に保持されている。振動伝達部材２１
を上下に摺動可能に保持するため、さらに筐体２２への
振動のバイパスを抑制するように設けた半円形突起２１
ｂの代わりに、Ｏリングを用いてもよい。
の正面図であり、上下に配置されるべき振動物体および
固定物体の図示は省略してある。この変換素子５０ｂで
は、積層圧電素子１０がフランジ２２ａを有する筐体
（ないし筒体）２２の内側面２２ｂに沿って嵌挿保持さ
れる。フランジ２１ａと下側側面に半円形突起２１ｂを
有する振動伝達部材２１が、積層圧電素子１０上に置か
れ、この振動伝達部材２１と筐体２２とは、それぞれの
フランジ部２１ａ、２２ａで、スプリング３２を介して
ネジ等の結合部材３１により相互に取り付けられ、積層
圧電素子１０は該スプリング３２の与える軽い押圧力の
もとに筐体２２中に保持されている。振動伝達部材２１
を上下に摺動可能に保持するため、さらに筐体２２への
振動のバイパスを抑制するように設けた半円形突起２１
ｂの代わりに、Ｏリングを用いてもよい。
【００２７】この例によれば、積層圧電素子１０は、図
５の例のように充填材２５を用いることなく、筐体２２
中に直接嵌挿保持されるので、有害な積層圧電素子１０
の層間横ずれ変形がより効果的に防止される。この際、
図１〜図４で説明したような積層圧電素子１０における
マージン８が筐体２２内壁との絶縁を良好に維持する上
で好ましく用いられる。
５の例のように充填材２５を用いることなく、筐体２２
中に直接嵌挿保持されるので、有害な積層圧電素子１０
の層間横ずれ変形がより効果的に防止される。この際、
図１〜図４で説明したような積層圧電素子１０における
マージン８が筐体２２内壁との絶縁を良好に維持する上
で好ましく用いられる。
【００２８】図７は、本発明の変換素子の別の実施例を
示すものであり、この変換素子５０ｃにおいては図６の
例とは異なり、磁石３３ａ−３３ｂ間の反発力により軽
い押圧力が振動伝達部材２１から積層圧電素子１０に印
加され、振動伝達部材２１は磁石３３ｃ−３３ｄ間の反
発力により横方向位置を安定化した状態で、上下振動伝
達のための筐体２２の内側面との摺動を可能な状態に保
持されている。
示すものであり、この変換素子５０ｃにおいては図６の
例とは異なり、磁石３３ａ−３３ｂ間の反発力により軽
い押圧力が振動伝達部材２１から積層圧電素子１０に印
加され、振動伝達部材２１は磁石３３ｃ−３３ｄ間の反
発力により横方向位置を安定化した状態で、上下振動伝
達のための筐体２２の内側面との摺動を可能な状態に保
持されている。
【００２９】図８は、本発明の変換素子の更に別の実施
例を示すものであり、この変換素子５０ｄにおいては、
半円形突起２２ｄを設けた筒状凸部２２ｃを中央に形成
した剛体板２２を、固定物体（図示せず）に固定し、前
記筒状凸部２２ｃと嵌挿する形態で、中央孔を設けた積
層圧電素子１０を配置し、その周囲を柔軟な充填材２５
で包囲保護する。更に積層圧電素子１０上には、同様に
中央孔を設けた剛体板からなる振動伝達部材２１を、中
央孔内面２１ａにおいて筒状凸部２１ｃと摺動可能に保
持した構成を有する。
例を示すものであり、この変換素子５０ｄにおいては、
半円形突起２２ｄを設けた筒状凸部２２ｃを中央に形成
した剛体板２２を、固定物体（図示せず）に固定し、前
記筒状凸部２２ｃと嵌挿する形態で、中央孔を設けた積
層圧電素子１０を配置し、その周囲を柔軟な充填材２５
で包囲保護する。更に積層圧電素子１０上には、同様に
中央孔を設けた剛体板からなる振動伝達部材２１を、中
央孔内面２１ａにおいて筒状凸部２１ｃと摺動可能に保
持した構成を有する。
【００３０】図９は、更に別の実施例にかかる変換素子
５０ｅを示す。この例は、図８の例と類似するが、積層
圧電素子１０および固定剛体板２２にそれぞれ設けた中
央孔と摺動可能に嵌合する結合部材３１をスプリング３
２を介して固定剛体板２２に取り付け、その先端部で振
動伝達部材２１に螺着した構成を有する。積層圧電素子
１０と固定剛体板２２の間には緩衝材層２７が挿入され
ている。
５０ｅを示す。この例は、図８の例と類似するが、積層
圧電素子１０および固定剛体板２２にそれぞれ設けた中
央孔と摺動可能に嵌合する結合部材３１をスプリング３
２を介して固定剛体板２２に取り付け、その先端部で振
動伝達部材２１に螺着した構成を有する。積層圧電素子
１０と固定剛体板２２の間には緩衝材層２７が挿入され
ている。
【００３１】図５〜図９の例においては、振動物体２０
の振動エネルギーを一個の変換素子５０で電気エネルギ
ーに変換するものとして説明してきた。しかしながら、
これら、振動物体と変換素子は一対一の対応で用いる必
要はない。たとえば、図１０に示すように一つの振動物
体２０の振動エネルギーを、四個の変換素子５０で変換
するように構成することもできる。また変換素子５０
は、振動物体２０の側面とその側方の堅固な壁との間に
置いて、振動物体２０の横方向振動を変換素子５０の厚
さ方向伸縮変形に伴うエネルギーとして取り出すように
構成することもできる。
の振動エネルギーを一個の変換素子５０で電気エネルギ
ーに変換するものとして説明してきた。しかしながら、
これら、振動物体と変換素子は一対一の対応で用いる必
要はない。たとえば、図１０に示すように一つの振動物
体２０の振動エネルギーを、四個の変換素子５０で変換
するように構成することもできる。また変換素子５０
は、振動物体２０の側面とその側方の堅固な壁との間に
置いて、振動物体２０の横方向振動を変換素子５０の厚
さ方向伸縮変形に伴うエネルギーとして取り出すように
構成することもできる。
【００３２】図１１に、本発明の変換素子５０の等価回
路と負荷Ｚで示されるエネルギー取出し回路とを示す。
この電気エネルギーへの変換に際し、変換素子の出力イ
ンピーダンスと負荷インピーダンスＺとを一致させるこ
とが変換効率の観点から好ましい。ところが、変換素子
の出力インピーダンスは振動の周波数で変化するので、
図１１の回路ではインピーダンス調整回路４１を設けて
いる。インピーダンス調整回路４１は、例えば図示のよ
うに小さなピックアップ抵抗Ｒで回路を流れる電流を検
出し、その周波数を解析し、その値によって負荷インピ
ーダンスＺを変化するように構成されることができる。
また、負荷インピーダンスＺの変更の一例としては、例
えば負荷Ｚの一部にインダクタンスを用い、それにカッ
プリングした鉄心を駆動することによって行なう方法が
挙げられる。
路と負荷Ｚで示されるエネルギー取出し回路とを示す。
この電気エネルギーへの変換に際し、変換素子の出力イ
ンピーダンスと負荷インピーダンスＺとを一致させるこ
とが変換効率の観点から好ましい。ところが、変換素子
の出力インピーダンスは振動の周波数で変化するので、
図１１の回路ではインピーダンス調整回路４１を設けて
いる。インピーダンス調整回路４１は、例えば図示のよ
うに小さなピックアップ抵抗Ｒで回路を流れる電流を検
出し、その周波数を解析し、その値によって負荷インピ
ーダンスＺを変化するように構成されることができる。
また、負荷インピーダンスＺの変更の一例としては、例
えば負荷Ｚの一部にインダクタンスを用い、それにカッ
プリングした鉄心を駆動することによって行なう方法が
挙げられる。
【００３３】
【製造例】以下のようにして、実質的に図１の構造を有
する積層圧電素子を有する図５に示す構造の変換素子を
製造した。
する積層圧電素子を有する図５に示す構造の変換素子を
製造した。
【００３４】ふっ化ビニリデン（ＶＤＦ）／トリフロロ
エチレン（ＴｒＦＥ）のモル比７５／２５の共重合体
を、ダイス温度２６５℃でシート押出し、１２５℃で１
３時間の熱処理後、７５ＭＶ／ｍの電界下１００℃での
保持時間５分、昇降時間を含めて全１時間の分極処理を
行ない、厚さ５００μｍのポリマー圧電体フィルム１を
得、更にその両面を粗面化した。
エチレン（ＴｒＦＥ）のモル比７５／２５の共重合体
を、ダイス温度２６５℃でシート押出し、１２５℃で１
３時間の熱処理後、７５ＭＶ／ｍの電界下１００℃での
保持時間５分、昇降時間を含めて全１時間の分極処理を
行ない、厚さ５００μｍのポリマー圧電体フィルム１を
得、更にその両面を粗面化した。
【００３５】両面を粗面化した厚さ７０μｍの銅箔６
に、ポリエステル系接着剤（東洋紡（株）製＜バイロン
３０ＳＳ＞と日本ウレタン（株）製＜コロネートＬ＞と
の９９：１（重量比）混合物をフローコーターを用いて
厚さ１０μｍで両面塗布後、上記で得られたフィルムも
同様に両面に接着剤混合物を塗布した。
に、ポリエステル系接着剤（東洋紡（株）製＜バイロン
３０ＳＳ＞と日本ウレタン（株）製＜コロネートＬ＞と
の９９：１（重量比）混合物をフローコーターを用いて
厚さ１０μｍで両面塗布後、上記で得られたフィルムも
同様に両面に接着剤混合物を塗布した。
【００３６】その圧電体フィルム及び銅箔を７０℃で２
時間以上の真空乾燥をし、溶剤を除去し、ウレタン反応
を促進した。
時間以上の真空乾燥をし、溶剤を除去し、ウレタン反応
を促進した。
【００３７】次いで、上記で得た接着剤塗布圧電体フィ
ルム１を８×８ｃｍに、また接着剤塗布銅箔を７×８ｃ
ｍに切り出し、これらを交互に且つ、隣接する圧電体フ
ィルムの分極方向が逆となるように、さらにマージン８
が圧電体フィルム１の三方向に幅５ｍｍとなるように積
層して圧電体として１０層の貼り付けを行ない、９０
℃、４０ｋｇ／ｃｍ2 の条件で脱気させて積層体とし
た。この積層体には幅５ｍｍのリード電極６ａ、６ｂが
突出して設けられており、圧電電極２ａ、２ｂの寸法は
７０×７０ｍｍである。さらに、積層体の左右に突出さ
せた５ｍｍのリード電極６ａ、６ｂをそれぞれ半田で接
合し、更にリード端子５（５ａ、５ｂ）を接合して、ほ
ぼ図１に示す構造の積層圧電素子１０ａを得た。この積
層圧電素子１０ａでは、リード電極６の幅は圧電電極２
の幅と同じとした。
ルム１を８×８ｃｍに、また接着剤塗布銅箔を７×８ｃ
ｍに切り出し、これらを交互に且つ、隣接する圧電体フ
ィルムの分極方向が逆となるように、さらにマージン８
が圧電体フィルム１の三方向に幅５ｍｍとなるように積
層して圧電体として１０層の貼り付けを行ない、９０
℃、４０ｋｇ／ｃｍ2 の条件で脱気させて積層体とし
た。この積層体には幅５ｍｍのリード電極６ａ、６ｂが
突出して設けられており、圧電電極２ａ、２ｂの寸法は
７０×７０ｍｍである。さらに、積層体の左右に突出さ
せた５ｍｍのリード電極６ａ、６ｂをそれぞれ半田で接
合し、更にリード端子５（５ａ、５ｂ）を接合して、ほ
ぼ図１に示す構造の積層圧電素子１０ａを得た。この積
層圧電素子１０ａでは、リード電極６の幅は圧電電極２
の幅と同じとした。
【００３８】この積層体の上下にベークライト板（１０
×１０ｃｍ、厚さ１２ｍｍ）を接着し、３辺テーピング
を行ないモールド枠とした。
×１０ｃｍ、厚さ１２ｍｍ）を接着し、３辺テーピング
を行ないモールド枠とした。
【００３９】そのモールド枠の中に、十分に脱気したポ
リウレタン樹脂（日本ゼオン（株）製＜クインネート７
６１８Ｂ／２０２３＝１００／４８（重量比）＞）を流
し込み硬化後、モールド枠を取り外した。
リウレタン樹脂（日本ゼオン（株）製＜クインネート７
６１８Ｂ／２０２３＝１００／４８（重量比）＞）を流
し込み硬化後、モールド枠を取り外した。
【００４０】このようにして得られた変換素子につい
て、その厚み方向の圧電定数（静水圧圧電ひずみ定数ｄ
h のｄ33成分に対応する圧電定数である。単位はＣ（ク
ーロン）／Ｎ（ニュートン））と、静電容量とを測定
し、それぞれ３７０ｐＣ／Ｎ、６２００ｐＦの値を得
た。ここで、圧電定数は、ハンドプレス機（（株）モリ
タ東京製作所製）で、上記変換素子を挟んで厚さ方向に
押圧し、その間の素子の電荷の変化と油圧ゲージの読み
とをＸ−Ｙレコーダー上に記録してその傾きから求め
た。
て、その厚み方向の圧電定数（静水圧圧電ひずみ定数ｄ
h のｄ33成分に対応する圧電定数である。単位はＣ（ク
ーロン）／Ｎ（ニュートン））と、静電容量とを測定
し、それぞれ３７０ｐＣ／Ｎ、６２００ｐＦの値を得
た。ここで、圧電定数は、ハンドプレス機（（株）モリ
タ東京製作所製）で、上記変換素子を挟んで厚さ方向に
押圧し、その間の素子の電荷の変化と油圧ゲージの読み
とをＸ−Ｙレコーダー上に記録してその傾きから求め
た。
【００４１】続いて、ベークライト板の一方に２．２４
ｋｇの錘を固定し、他方を加振機（伊藤精機（株）製、
ＩＳ振動試験機ＩＢ−２００Ａ型）に取り付けて加振し
た。そして、振動の振幅と周波数とをレーザー変位計
（オムロン（株）製）、３Ｚ４Ｍ−Ｊ１０）とその出力
に結合した周波数カウンターで求め、それらの値から加
速度を計算した。その結果は、加速度１．１Ｇ（１０．
８ｍ／ｓ2 ）、周波数３０．１Ｈｚであった。レーザー
変位計の出力波形は正弦波形を示した。
ｋｇの錘を固定し、他方を加振機（伊藤精機（株）製、
ＩＳ振動試験機ＩＢ−２００Ａ型）に取り付けて加振し
た。そして、振動の振幅と周波数とをレーザー変位計
（オムロン（株）製）、３Ｚ４Ｍ−Ｊ１０）とその出力
に結合した周波数カウンターで求め、それらの値から加
速度を計算した。その結果は、加速度１．１Ｇ（１０．
８ｍ／ｓ2 ）、周波数３０．１Ｈｚであった。レーザー
変位計の出力波形は正弦波形を示した。
【００４２】さらに、測定された上記の静電容量と周波
数から変換素子の出力インピーダンスを計算で求め、負
荷インピーダンスＺがそれとほぼ同じとなる負荷抵抗８
４０ｋΩを選んで素子の端子５ａ、５ｂに接続し、この
負荷抵抗を流れる電流とその両端の電圧を測定し、それ
ぞれ０．８７μＡ、０．７７Ｖを得た。電力はそれらの
積として０．６７μＷであった。この電力値は、圧電定
数、錘の質量、加速度、周波数、静電容量などから計算
される理論値の約５５％であった。この振動実験で取り
出された電力は、単層圧電素子によるハイドロホンでの
最高に近い強度の音波の受信の際などに経験されるｎＷ
オーダー信号出力に比べて極めて大きい値である。
数から変換素子の出力インピーダンスを計算で求め、負
荷インピーダンスＺがそれとほぼ同じとなる負荷抵抗８
４０ｋΩを選んで素子の端子５ａ、５ｂに接続し、この
負荷抵抗を流れる電流とその両端の電圧を測定し、それ
ぞれ０．８７μＡ、０．７７Ｖを得た。電力はそれらの
積として０．６７μＷであった。この電力値は、圧電定
数、錘の質量、加速度、周波数、静電容量などから計算
される理論値の約５５％であった。この振動実験で取り
出された電力は、単層圧電素子によるハイドロホンでの
最高に近い強度の音波の受信の際などに経験されるｎＷ
オーダー信号出力に比べて極めて大きい値である。
【００４３】
【効果】上述したように、本発明によれば、圧電体を用
いた振動エネルギーの電気エネルギーへの変換に適する
変換素子が与えられる。特にこの変換素子においては、
分極方向が互いに逆向きとなる圧電体フィルムまたはシ
ートを電極を介して積層し、且つ相当な質量の物体間に
密接に挾持することにより、物体間の相対運動による応
力が、圧電体の厚さ変形を効果的に起すように作用し、
静水圧ひずみ定数ｄh に関する成分のうち、最も大きな
厚さ方向変形に関連するｄ33が最大限に利用できて振動
エネルギーの電気エネルギーへの効果的な変換が可能に
なる。また、多数積層構造で並列出力取出とすることに
より容積当りのエネルギー取出量が大きくなるだけでな
く、素子全体の内部インピーダンスを低下させ、この面
からも出力電気エネルギーの利用効率の向上が図れる。
いた振動エネルギーの電気エネルギーへの変換に適する
変換素子が与えられる。特にこの変換素子においては、
分極方向が互いに逆向きとなる圧電体フィルムまたはシ
ートを電極を介して積層し、且つ相当な質量の物体間に
密接に挾持することにより、物体間の相対運動による応
力が、圧電体の厚さ変形を効果的に起すように作用し、
静水圧ひずみ定数ｄh に関する成分のうち、最も大きな
厚さ方向変形に関連するｄ33が最大限に利用できて振動
エネルギーの電気エネルギーへの効果的な変換が可能に
なる。また、多数積層構造で並列出力取出とすることに
より容積当りのエネルギー取出量が大きくなるだけでな
く、素子全体の内部インピーダンスを低下させ、この面
からも出力電気エネルギーの利用効率の向上が図れる。
【図１】本発明で用いるに適した圧電素子の積層構造の
一例を示す正面図。
一例を示す正面図。
【図２】図１の積層圧電素子の対応する平面図。
【図３】（ａ）は本発明で用いるに適した積層圧電素子
の積層構造を示す正面図であり、（ｂ）は対応する右側
面である。
の積層構造を示す正面図であり、（ｂ）は対応する右側
面である。
【図４】図３の圧電素子の平面図。
【図５】本発明の変換素子の一実施例の正面図。
【図６】本発明の変換素子の別の実施例の正面図。
【図７】本発明の変換素子の更に別の実施例の正面図。
【図８】本発明の変換素子の更に別の実施例の正面図。
【図９】本発明の変換素子の更に別の実施例の正面図。
【図１０】本発明の変換素子の配置例を示す斜視図。
【図１１】本発明の変換素子および負荷を含む系の等価
回路図。
回路図。
１：ポリマー圧電体フィルム ２（２ａ、２ｂ）：箔圧電電極 ３：接着剤層 ４（４ａ、４ｂ）：短絡線 ５（５ａ、５ｂ）：端子（線） ６（６ａ、６ｂ）：箔リード電極 ７（７ａ、７ｂ）：短絡線 ８、８ａ、８ｂ：電極不存在部（マージン） ９：ポリマー圧電体フィルム端面 １０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）：積層圧電素子 １２（１２ａ、１２ｂ）：溶射圧電電極 １６（１６ａ、１６ｂ）：溶射リード電極 ２０：振動物体 ２１：振動伝達部材 ２２：固定部材（筐体または筒体） ２３、２４：取付け孔 ２５：充填部材（絶縁体） ２６：接着剤 ２７：緩衝部材 ３１：結合部材 ３２：スプリング ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ：磁石（反発） ５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ）：変
換素子
換素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−230069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−87087（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−4658（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 17/00 B32B 7/02 102 H01L 41/08
Claims (6)
- 【請求項１】 相当な質量の一対の物体間に密接に挾持
されて前記一対の物体間の相対変位により印加される応
力に応じた電気エネルギーを取り出すように構成した圧
電素子であって、多数枚の圧電体フィルムまたはシート
と電極とを交互に且つ隣接する圧電体フィルムまたはシ
ートの分極方向が互いに逆向きとなるように積層した積
層圧電素子からなり、前記一対の物体間の相対変位に伴
い前記多数枚の圧電体フィルムまたはシートの厚さ変動
による電気エネルギーを並列に取り出すように構成した
振動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換素子。 - 【請求項２】 前記多数枚の圧電体フィルムまたはシー
トがポリマー系圧電体からなる請求項１に記載の変換素
子。 - 【請求項３】 前記積層圧電素子が一対の剛体板に挾持
された後、更に前記一対の物体間に挾持される請求項１
または２に記載の変換素子。 - 【請求項４】 積層圧電素子が周囲を柔軟な絶縁体で包
囲された形態で筐体中に収容される請求項１〜３のいず
れかに記載の変換素子。 - 【請求項５】 前記積層圧電素子の全体を、積層厚さ方
向での変位は抑制しないが、これと直交する方向での層
間ずれ変位を抑制するような筒体中に嵌挿保持してなる
請求項１〜４のいずれかに記載の変換素子。 - 【請求項６】 前記圧電体フィルムまたはシートと電極
とを積層するに際して、該圧電体フィルムまたはシート
の各面の周縁部に電極の不在部が形成されている請求項
１〜５のいずれかに記載の変換素子。
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