JP3489618B2 - Piezoelectric generator - Google Patents

Piezoelectric generator

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JP3489618B2
JP3489618B2 JP32228099A JP32228099A JP3489618B2 JP 3489618 B2 JP3489618 B2 JP 3489618B2 JP 32228099 A JP32228099 A JP 32228099A JP 32228099 A JP32228099 A JP 32228099A JP 3489618 B2 JP3489618 B2 JP 3489618B2
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piezoelectric
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミックス
素子を用いた圧電発電装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric power generation device using a piezoelectric ceramic element.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電材料は機械的エネルギーと電気的エ
ネルギーとの間の変換素子用として多彩な応用面をもっ
ている。圧電効果を示す物質は無機・有機ともに多くの
材料が知られているが、現在実用レベルにある材料とし
てセラミックスのPZT系(piezoelectri
c ceramics)等の材料がある。
BACKGROUND OF THE INVENTION Piezoelectric materials have a variety of applications as conversion elements between mechanical energy and electrical energy. Many materials, both inorganic and organic, are known to have a piezoelectric effect, but PZT-based (piezoelectric) ceramics are currently in practical use.
C ceramics).

【0003】圧電セラミックス素子は、多結晶体に、直
流高電圧を印加し、残留分極を発生させて圧電性をもた
せた素子であり、組成によりかなり自由に基本圧電定数
を変化させることができるので、その用途は広い。特
に、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックス素子
は、組成比や添加物の選択幅が広く適用範囲は多彩であ
る。
A piezoelectric ceramics element is an element in which a high voltage of direct current is applied to a polycrystal to generate remanent polarization so as to have piezoelectricity, and the basic piezoelectric constant can be changed quite freely depending on the composition. , Its versatile. In particular, lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic elements have a wide composition range and wide selection range of additives, and a wide range of applications.

【0004】図6は、従来例に係る圧電発電装置の説明
図である。この圧電発電装置は、アクリル材等の基板3
2に圧電セラミックス素子板31を接合し、基板32の
両端部を金属等の硬質材からなるホルダ33で固定した
ものである。そして、セラミックス素子板31の上から
鋼製の球35を落下させて、圧電素子板31に衝突によ
る機械的衝撃エネルギを印加し、基板32を含めた圧電
素子板31にたわみ振動を励起して電気エネルギを取出
すものである。
FIG. 6 is an explanatory view of a piezoelectric power generating device according to a conventional example. This piezoelectric power generator has a substrate 3 such as an acrylic material.
The piezoelectric ceramic element plate 31 is bonded to the substrate 2, and both ends of the substrate 32 are fixed by holders 33 made of a hard material such as metal. Then, a steel ball 35 is dropped from above the ceramic element plate 31 to apply mechanical impact energy due to a collision to the piezoelectric element plate 31 to excite flexural vibration in the piezoelectric element plate 31 including the substrate 32. It extracts electrical energy.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記PZT系の圧電セ
ラミックス素子は、実用性が期待されているものの、発
電量が少ないため、圧電発電装置としては実用性に欠け
るという問題があった。また、圧電セラミックス素子を
用いた圧電発電装置にあっては、圧電セラミックス素子
板31の固有振動をできる限り長く継続させる必要が不
可欠であり、このためには、圧電セラミックス素子板3
1の固有振動が機械的な抵抗を伴わない支持構造を実現
させなければならない、という課題も有していた。
Although the PZT-based piezoelectric ceramic element is expected to have practicality, it has a problem that it is not practical as a piezoelectric power generation device because of a small amount of power generation. Further, in the piezoelectric power generation device using the piezoelectric ceramics element, it is indispensable to continue the natural vibration of the piezoelectric ceramics element plate 31 as long as possible. For this purpose, the piezoelectric ceramics element plate 3
There was also a problem that the natural vibration of No. 1 had to realize a support structure without mechanical resistance.

【0006】さらに、上記従来の技術では、基板32と
圧電セラミックス素子板31とは材質が異なる等から、
振動の中心(伸縮しない部位)を基板32と圧電セラミ
ックス素子板31との接合面にもってくることが困難で
あり、この中心が圧電セラミックス素子板31に現れる
場合には、分極における打ち消しが発生して発電効率が
低下する、という問題をも有していた。
Further, in the above-mentioned conventional technique, since the substrate 32 and the piezoelectric ceramics element plate 31 are made of different materials,
It is difficult to bring the center of vibration (the part that does not expand or contract) to the joint surface between the substrate 32 and the piezoelectric ceramics element plate 31, and when this center appears on the piezoelectric ceramics element plate 31, cancellation in polarization occurs. It also had a problem that the power generation efficiency was lowered.

【0007】この発明は、かかる現状に鑑み創案された
ものであって、その目的とするところは、構成が簡易で
発電効率を大幅に向上させることができる圧電発電装置
を提供しようとするものである。
The present invention was devised in view of the current situation, and its object is to have a simple structure.
Piezoelectric generator capable of significantly improving power generation efficiency
Is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る圧電発電装置は、板状に形成された圧
電セラミックス板に歪み変形を供与することで発電する
圧電発電装置において、上記圧電セラミックス板1を、
2枚の板状に形成された圧電セラミックス素子1a、1
bを分極を逆向にして直接接合して層状に形成し、発電
効率を高めると共に、この圧電セラミックス板1の一方
側の面の中央部或は両端部をクッション材3で支持し、
該圧電セラミックス板1の固有振動が他の構造体に伝達
しにくい柔支持構造としたことを特徴とするものであ
る。
In order to achieve the above object, a piezoelectric power generation device according to the present invention is a piezoelectric power generation device that generates electric power by applying strain deformation to a piezoelectric ceramic plate formed in a plate shape. Piezoelectric ceramic plate 1
Piezoelectric ceramic elements 1a, 1 formed in two plate shapes
b is formed into a layer by directly joining with the polarization reversed , and generating electricity.
While increasing efficiency, the central portion or both end portions of one surface of the piezoelectric ceramic plate 1 is supported by the cushion material 3,
The piezoelectric ceramic plate 1 is characterized by having a flexible support structure in which natural vibration of the piezoelectric ceramic plate 1 is difficult to be transmitted to other structures.

【0009】本発明に係る圧電発電装置は、上記クッシ
ョン材3で支持された圧電セラミックス板1を向い合せ
に配置し、両圧電セラミックス板1,1間に、両者間を
往復移動して各圧電セラミックス板1,1を殴打する硬
質の殴打体4を配設したことを特徴とするものである。
In the piezoelectric power generator according to the present invention, the piezoelectric ceramic plates 1 supported by the cushion member 3 are arranged face to face, and the piezoelectric ceramic plates 1 and 1 are reciprocally moved between the piezoelectric ceramic plates 1 and 2 to move the piezoelectric ceramic plates. A hard striking body 4 for striking the ceramic plates 1, 1 is provided.

【0010】また、本発明に係る圧電発電装置は、上記
クッション材11で支持した圧電セラミックス板1を配
置し、この圧電セラミックス板1の一方又は両方の側
に、圧電セラミックス板1との間を往復移動して圧電セ
ラミックス板1を殴打する硬質の殴打体4を設けたこと
である。
Further, in the piezoelectric power generation device according to the present invention, the piezoelectric ceramic plate 1 supported by the cushion material 11 is arranged, and one or both sides of the piezoelectric ceramic plate 1 are connected to the piezoelectric ceramic plate 1. The hard striking body 4 that reciprocates to strike the piezoelectric ceramic plate 1 is provided.

【0011】これに加えて、上記2枚の圧電セラミック
ス素子1a,1bを同一形態に形成したことである。
In addition to this, the two piezoelectric ceramic elements 1a and 1b are formed in the same form.

【0012】また、上記2枚の圧電セラミックス素子1
a,1bのそれぞれを、複数枚層状に接合したことであ
る。
Also, the above-mentioned two piezoelectric ceramic elements 1
This means that each of a and 1b is joined in a plurality of layers.

【0013】また、上記2枚の圧電セラミックス素子1
a,1bのそれぞれを、複数枚層状に接合したことであ
る。さらに、上記圧電セラミックス素子1a,1bとし
チタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたことである。
Further, the above-mentioned two piezoelectric ceramic elements 1
This means that each of a and 1b is joined in a plurality of layers. Further, a lead zirconate titanate-based material is used for the piezoelectric ceramic elements 1a and 1b.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
例に基づき、この発明を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will now be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings.

【0015】図1は、両端が閉塞された筒状の容器8の
両端側に圧電セラミックス板1を配置し、これら圧電セ
ラミックス板1を鋼球4の殴打により発電するものであ
る。容器8の一方の側面にクッション板3を接着材6用
いて接着し、このクッション板3の中央部のみに、接着
材5を用いて圧電セラミックス板1を接着する。容器8
の他方の側面にも、同様にして圧電セラミックス板1を
接着し、両者を向かい合せる。これら両圧電セラミック
ス板1の向かい合う面の中央部にプロテクタ板2を固着
する。そして、両圧電セラミックス板1間に、パイプ7
を配置し、このパイプ7内に転動自在な鋼球4を設け
る。
In FIG. 1, piezoelectric ceramic plates 1 are arranged on both ends of a cylindrical container 8 whose both ends are closed, and the piezoelectric ceramic plates 1 are hit with steel balls 4 to generate electricity. The cushion plate 3 is adhered to one side surface of the container 8 with the adhesive material 6, and the piezoelectric ceramics plate 1 is adhered to the central portion of the cushion plate 3 with the adhesive material 5. Container 8
Similarly, the piezoelectric ceramic plate 1 is adhered to the other side surface of the both, and both are opposed to each other. The protector plate 2 is fixed to the central portions of the surfaces of the piezoelectric ceramic plates 1 that face each other. The pipe 7 is placed between the piezoelectric ceramic plates 1.
And the steel ball 4 which can roll freely is provided in the pipe 7.

【0016】上記圧電セラミックス板1は、同一形態
(同一材質、同一形状、同一厚さ)の2枚の板状の圧電
セラミックス素子1a,1bを、各セラミックス素子1
a,1bの分極の極性を逆にして接合したものである。
この同一形態のセラミックス素子1a,1bを接合した
ことにより、2つのセラミックス素子1a,1bは、接
合面を中心(伸縮しない部位)にたわみ振動が行われ
る。この場合、一方の側のセラミックス素子1aが伸長
すれば他方の側のセラミックス素子1bは収縮し、かつ
出力電圧の電極は同一方向となり、両圧電セラミックス
素子1a,1bは直列に接続された発電構成となる。
The piezoelectric ceramic plate 1 comprises two plate-shaped piezoelectric ceramic elements 1a and 1b having the same shape (the same material, the same shape, and the same thickness).
The a and 1b are joined by reversing the polarities of polarization.
By joining the ceramic elements 1a and 1b having the same shape, the two ceramic elements 1a and 1b undergo flexural vibration about the joining surface as a center (a portion that does not expand or contract). In this case, when the ceramic element 1a on one side expands, the ceramic element 1b on the other side contracts, and the electrodes for the output voltage are in the same direction, so that both piezoelectric ceramic elements 1a and 1b are connected in series. Becomes

【0017】上記接合面を中心にたわみ振動が行われる
と、一方の圧電セラミックス素子1a(又は1b)で伸
長と収縮との両方の作用が行われて、分極が打ち消され
るということがなく効率的に発電が行われる。発電され
た電気エネルギとしての電流はリード線9を用いて取り
出す。
When flexural vibration is performed around the joint surface, the piezoelectric ceramic element 1a (or 1b) on one side both expands and contracts, so that the polarization is not canceled and the piezoelectric ceramic element 1a is efficient. Power is generated. The electric current as generated electric energy is taken out using the lead wire 9.

【0018】また、ここでは2枚の圧電セラミックス素
子1a,1bを積層したが、各圧電セラミックス素子1
a(1b)を、それぞれ積層構造とすることができる。
この積層構造では、複数の薄厚圧電セラミックス板を接
合(この場合は分極の極性は同一)して、一方の圧電セ
ラミックス素子1a(又は1b)を形成する。このよう
に、積層構造とすることで、例えば弾性特性を有する接
着材により接合した場合には、この弾性効果により、材
質的に強度に欠けるセラミックス板材の曲がりが容易に
なって曲げ強度が維持でき、また薄厚にすることでセラ
ミックス板は曲げに強くなる。また、圧電セラミックス
板1の外形形状は特に限られるものではないが、円形、
楕円形、三角形、四角形或いは多角形等がある。
Although two piezoelectric ceramic elements 1a and 1b are laminated here, each piezoelectric ceramic element 1
Each of a (1b) can have a laminated structure.
In this laminated structure, a plurality of thin piezoelectric ceramic plates are joined (in this case, the polarities of polarization are the same) to form one piezoelectric ceramic element 1a (or 1b). In this way, by adopting a laminated structure, when bonded with an adhesive having elastic properties, for example, due to this elastic effect, bending of a ceramic plate material lacking in material strength can be facilitated and bending strength can be maintained. Also, by making it thinner, the ceramic plate becomes more resistant to bending. The outer shape of the piezoelectric ceramic plate 1 is not particularly limited, but a circular shape,
There are oval, triangular, quadrangular or polygonal shapes.

【0019】上記クッション板3は、合成樹脂材、ゴム
材、あるいはこれらをスポンジ状にした軟質の材料であ
る。このようなクッション板3を用い、しかもこのクッ
ション板3の中央部のみを接着材5を用いて圧電セラミ
ックス板1を固着したのは、圧電セラミックス板1の振
動を減衰させないためである。圧電セラミックス板1が
振動する場合、この圧電セラミックス板1を支持する部
材は圧電セラミックス板1の振動を減衰させる要因にな
り、この減衰要因を取り除くために、クッション板3を
用いて極力圧電セラミックス板1を自由な状態におく。
The cushion plate 3 is made of a synthetic resin material, a rubber material, or a sponge-like soft material. The reason why the piezoelectric ceramic plate 1 is fixed by using the cushion plate 3 and only the central portion of the cushion plate 3 with the adhesive 5 is that the vibration of the piezoelectric ceramic plate 1 is not attenuated. When the piezoelectric ceramic plate 1 vibrates, the member that supports the piezoelectric ceramic plate 1 becomes a factor that damps the vibration of the piezoelectric ceramic plate 1. In order to remove this damping factor, the cushion plate 3 is used as much as possible. Leave 1 free.

【0020】この発明のように、圧電セラミックス板1
の歪みは、圧電セラミックス自体が持つ固有振動となっ
て暫くの間、継続する。この固有振動を長く継続させる
ためには、この固有振動を圧電セラミックス板1以外の
他の構造体に伝えないことが重要である。圧電セラミッ
クス板1の固有振動は、電気エネルギーとして変換され
るが、その他の構造体の振動は全て機械的な抵抗となっ
て固有振動エネルギーを吸収してしまい、電気エネルギ
ーとして取り出すことができない。このため、この発明
では、圧電セラミックス板1と他の構造体との間で上記
固有振動が伝達しないような柔らかな接触を実現するた
めの手段として上記クッション板3を用いることで、圧
電セラミックス板1の固有振動が長く継続させることが
でき、発電効率が良くなる。勿論、このクッション材3
は圧電セラミックス板1に加えられる衝撃を緩和する作
用をも有する。尚、上記プロテクタ板2は、金属製或い
は合成樹脂製等で形成されており、鋼球4の殴打から圧
電セラミックス板1を保護する。
As in the present invention, the piezoelectric ceramic plate 1
The strain becomes a natural vibration of the piezoelectric ceramic itself and continues for a while. In order to continue this natural vibration for a long time, it is important that this natural vibration is not transmitted to any structure other than the piezoelectric ceramic plate 1. The natural vibration of the piezoelectric ceramic plate 1 is converted into electric energy, but the vibrations of the other structures all become mechanical resistance and absorb the natural vibration energy and cannot be extracted as electric energy. Therefore, in the present invention, by using the cushion plate 3 as a means for realizing a soft contact between the piezoelectric ceramic plate 1 and another structure so that the natural vibration is not transmitted, the piezoelectric ceramic plate 1 The natural vibration of No. 1 can be continued for a long time, and the power generation efficiency is improved. Of course, this cushion material 3
Also has a function of alleviating an impact applied to the piezoelectric ceramic plate 1. The protector plate 2 is made of metal, synthetic resin or the like, and protects the piezoelectric ceramic plate 1 from hitting the steel ball 4.

【0021】さて、上記圧電発電装置を、風、波、或い
は人的な作用を利用した所定の運動状態の環境に置け
ば、鋼球4はパイプ7内を転動して左右の圧電セラミッ
クス板1を殴打し、衝突による衝撃エネルギを印加す
る。そして、圧電セラミックス板1は振動が励起され、
伸張及び収縮がくり返されて交流電気を発電する。
When the piezoelectric generator is placed in an environment of a predetermined motion state utilizing wind, waves, or human action, the steel ball 4 rolls in the pipe 7 and left and right piezoelectric ceramics. The plate 1 is hit and the impact energy due to the collision is applied. Then, vibration is excited in the piezoelectric ceramic plate 1,
Expansion and contraction are repeated to generate AC electricity.

【0022】なお、ここでは殴打体として、上記鋼球4
をパイプ7内に配置して圧電セラミックス板1を殴打す
る形態としたが、この殴打体の材質、形状は鋼製の球に
限られるものではなく、他の円柱状、卵状等の重量物で
あってもよい。また、パイプ7に限らず、殴打体が自在
に移動できるものであれば、殴打体がレールに沿って移
動するような形態であってもよい。他に、パイプ7の代
わりにバネ材(上方向き或は下方向)を用い、このバ
ネ材の一端を固定しその他端に上記鋼球4を取り付
け、このバネ材の左右揺動により両側の圧電セラミック
ス板1を殴打する形態とすることもできる。
The steel ball 4 is used as a hitting body here.
Was arranged in the pipe 7 to strike the piezoelectric ceramic plate 1. However, the material and shape of the striker are not limited to steel balls, but other heavy objects such as columnar shapes and egg shapes. May be Further, not only the pipe 7, but also the striking body may move along the rail as long as the striking body can freely move. Otherwise, use a spring material in place of the pipe 7 (-out upper direction or lower direction), the spring member one end is fixed in the mounting the steel ball 4 at its other end, on both sides by lateral swinging of the spring member Alternatively, the piezoelectric ceramic plate 1 may be hit.

【0023】図2は、上記圧電発電装置を用い、この発
電装置が発電した電気を充電する充電装置の回路を示し
たものである。この充電装置は、2つの圧電セラミック
ス板1としてPZT1及びPZT2、整流用ダイオード
D1〜D6、電気を蓄電するコンデンサC、スイッチS
W及び発光ダイオードL1〜L3を有する。PZT1で
発電した電気は、ダイオードD1〜D3により全波整流
され、またPZT2で発電した電気は、ダイオードD4
〜D6により全波整流される。これら、全波整流された
電気はコンデンサCに充電される。そして、スイッチS
Wの操作により、コンデンサCは放電して発光ダイオー
ドL1〜L3を点灯する。
FIG. 2 shows a circuit of a charging device for charging the electricity generated by the power generating device using the piezoelectric power generating device. This charging device includes PZT1 and PZT2 as two piezoelectric ceramic plates 1, rectifying diodes D1 to D6, a capacitor C for storing electricity, and a switch S.
W and light emitting diodes L1 to L3. Electricity generated by PZT1 is full-wave rectified by diodes D1 to D3, and electricity generated by PZT2 is diode D4.
Full-wave rectification is performed by D6. The full-wave rectified electricity is charged in the capacitor C. And switch S
By the operation of W, the capacitor C is discharged and the light emitting diodes L1 to L3 are turned on.

【0024】図3は、一個の圧電セラミックス板1を用
いた圧電発電装置の例である。この圧電発電装置は、両
端部が閉塞された筒状の容器12を用い、この容器12
の中央部の上面部及び下面部にクッション部材11を配
置し、これらクッション部材11の凹部に圧電セラミッ
クス板1(1a,1b)を嵌め込んで支持させる。この
圧電セラミックス板1には、両面にプロテクタ板2が取
り付けられている。そして、両圧電セラミックス板1の
両側に、それぞれパイプ7を配置し、これらパイプ7内
に転動自在な鋼球4を設ける。クッション部材11の材
質は上記クッション板3と同様であり、その他の部材に
ついても上述した通りである。
FIG. 3 shows an example of a piezoelectric power generator using one piezoelectric ceramic plate 1. This piezoelectric power generation device uses a cylindrical container 12 whose both ends are closed.
Cushion members 11 are arranged on the upper surface and the lower surface of the central portion of the above, and the piezoelectric ceramic plates 1 (1a, 1b) are fitted and supported in the recesses of these cushion members 11. Protector plates 2 are attached to both surfaces of the piezoelectric ceramic plate 1. Pipes 7 are arranged on both sides of both piezoelectric ceramic plates 1, and rolling steel balls 4 are provided in these pipes 7. The material of the cushion member 11 is the same as that of the cushion plate 3, and the other members are also as described above.

【0025】上記圧電発電装置を、所定の運動状態の環
に置けば、鋼球4はパイプ7内を転動して交互に圧
電セラミックス板1を殴打し、圧電セラミックス板1は
振動が励起され、伸張及び収縮がくり返されて交流電気
を発電する。
[0025] the piezoelectric power generating device, I place the environment of a given motion state, the steel ball 4 are rolling in the pipe 7 to beat the piezoelectric ceramic plate 1 alternately, the piezoelectric ceramic plate 1 is vibration excitation The expansion and contraction are repeated to generate AC electricity.

【0026】図4は、風鈴形態の圧電発電装置の例であ
る。この圧電発電装置は、釣鐘状の容器14の内周面の
2か所(3か所以上も可能)に、向かい合う状態に圧電
セラミックス板1を取り付ける。取付に際しては、内周
面にクッション板3を接着6し、このクッション板3の
中央部のみに接着材5を用いて圧電セラミックス板1を
接着する。これと向かい合う面にも、同様にして圧電セ
ラミックス板1を配置し、両圧電セラミックス板1の向
かい合う面の中央部に、プロテクタ板2をはりつける。
FIG. 4 shows an example of a wind-bell-shaped piezoelectric generator. In this piezoelectric power generation device, piezoelectric ceramic plates 1 are attached to two positions (three or more positions are possible) on the inner peripheral surface of a bell-shaped container 14 so as to face each other. At the time of attachment, the cushion plate 3 is adhered 6 to the inner peripheral surface, and the piezoelectric ceramic plate 1 is adhered only to the central portion of the cushion plate 3 using the adhesive material 5. Similarly, the piezoelectric ceramic plates 1 are arranged on the surfaces facing each other, and the protector plate 2 is attached to the central portion of the facing surfaces of both piezoelectric ceramic plates 1.

【0027】そして、容器14内に吊り糸15で鋼球4
を吊り、この鋼球4から平面材16等をつり下げる。各
部材の材質等は、上述した通りである。上記圧電発電装
置を、風のある環境に置けば、鋼球4は揺動して圧電
セラミックス板1を殴打し、圧電セラミックス板1は交
流電気を発電する。
Then, the steel ball 4 is suspended in the container 14 with the hanging thread 15.
And the flat member 16 and the like are hung from the steel ball 4. The material and the like of each member are as described above. The piezoelectric power generating device, if you put in an environment with air, the steel ball 4 beat piezoelectric ceramic plate 1 swings, the piezoelectric ceramic plate 1 is generating an alternating electric.

【0028】図5は、バネ材を用いた圧電発電装置の例
である。この圧電発電装置は、バネ材18を用いて鋼球
4を吊りさげ、この下方にクッション板3を配置し、こ
のクッション板3の中央部のみに接着剤5を用いて圧電
セラミックス板1を固着し、この圧電セラミックス板1
の中央部にプロテクタ板2を固着したものである。各部
材の材質等は、上述した通りである。この圧電発電装置
を、所定の運動状態の環境に置けば、バネ材18の伸
縮運動によって鋼球4は圧電セラミックス板1を連打
し、圧電セラミックス板1は振動が励起され発電する。
FIG. 5 shows an example of a piezoelectric power generation device using a spring material. In this piezoelectric power generation device, a steel ball 4 is suspended by using a spring material 18, a cushion plate 3 is arranged below the steel ball 4, and the piezoelectric ceramic plate 1 is fixed to the cushion plate 3 only by using an adhesive 5 at a central portion thereof. Then, this piezoelectric ceramic plate 1
The protector plate 2 is fixed to the central portion of the. The material and the like of each member are as described above. The piezoelectric power generating device, place the environment of a given motion state, the steel ball 4 by stretching movement of the spring member 18 is pummeled piezoelectric ceramic plate 1, the piezoelectric ceramic plate 1 vibration is excited to generate electricity.

【0029】さらに、例えば風車形態の圧電発電装置と
することもできる。この風車形態の圧電発電装置は、放
射状に形成された各面の表面に、上述したのと同様にク
ッション板3、接着材5を用いて圧電セラミックス板1
を固着し、そして、風力等を利用して風車を回し、回転
移動する圧電セラミックス板1が、次々とバネ材等の一
端に移動自在に取り付けられた鋼球4を殴打し発電す
る。上記以外にも種々の圧電発電装置が考えられる。
Further, for example, a wind turbine type piezoelectric power generating device may be used. In this wind turbine type piezoelectric power generating device, the piezoelectric ceramic plate 1 is formed by using the cushion plate 3 and the adhesive material 5 on the surfaces of the radially formed surfaces in the same manner as described above.
Then, the wind turbine is rotated by using the wind force, and the piezoceramic plate 1 that rotates and moves continuously hits the steel balls 4 movably attached to one end of the spring material or the like to generate electricity. In addition to the above, various piezoelectric power generation devices can be considered.

【0030】従って上記実施の形態に係る圧電発電装置
によれば、板状のセラミックス素子を積層して圧電セラ
ミックス板1を形成したことにより、発電効率が改善さ
れ、充電装置或いは発光装置の電源として有効である。
上記圧電発電装置は、構造が簡単でありかつ経済的でも
あるため、実用的な用途が期待される。たとえば、この
圧電発電装置を自転車或いは靴等に実装し、発光ダイオ
ードを点灯させるようにすれば、夜間における存在を認
識させる装置として利用できる。また、電池式の腕時計
或いは携帯電話等に実装すれば、電池の代わりとして、
或いは電池切れの対策として利用可能である。さらに
は、波の揺れを利用して発電することで、ブイ(浮標)
の点灯装置としての利用等も期待できる。
Therefore, according to the piezoelectric power generation device of the above-described embodiment, the piezoelectric ceramic plate 1 is formed by laminating the plate-shaped ceramic elements, so that the power generation efficiency is improved, and the piezoelectric power generation device is used as the power source of the charging device or the light emitting device. It is valid.
The piezoelectric power generation device has a simple structure and is economical, so that it is expected to be used practically. For example, if this piezoelectric power generation device is mounted on a bicycle or shoes and the light emitting diode is turned on, it can be used as a device for recognizing the presence at night. Also, if mounted on a battery-powered wristwatch or mobile phone, etc., instead of a battery,
Alternatively, it can be used as a measure against battery exhaustion. Furthermore, buoys (buoys) are generated by using the shaking of the waves to generate electricity.
Can be expected to be used as a lighting device.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る圧
電発電装置によれば、板状の2枚の圧電セラミックス素
子同士を接着して層状の圧電セラミックス板として構成
し、板状の2枚の圧電セラミックス素子間には、金属板
等を介在させない構造としたので、圧電セラミックス素
子の固有振動が金属板等の介在品によって減衰されるこ
とがないので、圧電セラミックス板の振動を長く継続さ
せることができ、発電効率が大幅に改善されるという効
果が得られる。
As described above, according to the piezoelectric power generator of the present invention, two plate-shaped piezoelectric ceramic elements are bonded to each other to form a layered piezoelectric ceramic plate. Since the structure in which a metal plate or the like is not interposed between the piezoelectric ceramic elements of No. 1, the natural vibration of the piezoelectric ceramic element is not attenuated by the intervening product such as the metal plate, so that the vibration of the piezoelectric ceramic plate is continued for a long time. It is possible to obtain the effect that the power generation efficiency is significantly improved.

【0032】また、層状の圧電セラミックス板をクッシ
ョン材で支持する構成を採用したから、圧電セラミック
ス板の振動が長続きするので、発電効率が改善されると
いう効果が得られる。
Further, since the structure in which the layered piezoelectric ceramic plate is supported by the cushion material is adopted, since the vibration of the piezoelectric ceramic plate lasts for a long time, the effect of improving the power generation efficiency can be obtained.

【0033】また、この発明に係る圧電発電装置によれ
ば、上記層状の圧電セラミックス板の中央部或は両端部
をクッション材で支持する構成を採用し、圧電セラミッ
クス板と他の構造体との間で上記固有振動が伝達しない
ような柔らかな支持としてので、圧電セラミックス板の
振動が長く継続し、発電効率が大幅に改善されるという
効果が得られる。
Further, according to the piezoelectric power generator of the present invention, the structure in which the central portion or both end portions of the layered piezoelectric ceramic plate is supported by the cushion material is adopted, and the piezoelectric ceramic plate and other structures are connected. Since the support is soft so that the natural vibration is not transmitted between the piezoelectric ceramic plates, the vibration of the piezoelectric ceramic plate continues for a long time and the power generation efficiency is significantly improved.

【0034】さらに、この発明に係る圧電発電装置にあ
っては、圧電セラミックス板の殴打する部位にプロテク
タ板をはり付けたので、殴打に対して圧電セラミックス
素子が有効に保護されるという効果がある。また、圧電
セラミックス素子のそれぞれを、複数枚層状に接合した
ので、圧電セラミックス素子の強度維持が図れるという
効果がある。また、圧電セラミックス素子としてチタン
酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたことから、発電装置と
しての適用範囲が広く実用化に効果的である。
Further, in the piezoelectric power generating device according to the present invention, since the protector plate is attached to the hitting portion of the piezoelectric ceramics plate, the piezoelectric ceramics element is effectively protected against the hitting. . In addition, since each of the piezoelectric ceramic elements is bonded in a plurality of layers, there is an effect that the strength of the piezoelectric ceramic element can be maintained. In addition, titanium is used as a piezoelectric ceramic element.
Since a lead zirconate acid-based material is used, it has a wide application range as a power generation device and is effective for practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施の一形態例に係る圧電発電装置
を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a piezoelectric power generation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同充電装置の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the charging device.

【図3】本実施の他の形態例に係る一個の圧電セラミッ
クス板を用いた圧電発電装置を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a piezoelectric power generation device using one piezoelectric ceramic plate according to another embodiment of the present invention.

【図4】本実施のさらに他の形態例に係る風鈴形態の圧
電発電装置を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a wind-bell-shaped piezoelectric power generation device according to still another example of the present embodiment.

【図5】本実施のさらに他の形態例に係るバネ材を用い
た圧電発電装置を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a piezoelectric power generating device using a spring material according to still another embodiment of the present invention.

【図6】従来例に係る圧電発電装置の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a piezoelectric power generation device according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電セラミックス板 1a,1b 圧電セラミックス素子 2 プロテクタ板 3,11 クッション材(クッション板) 4 殴打体(鋼球) 1 Piezoelectric ceramic plate 1a, 1b Piezoelectric ceramic element 2 protector plates 3,11 Cushion material (cushion plate) 4 Strike body (steel ball)

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−136964(JP,A) 特開 平5−64418(JP,A) 特開 昭55−20459(JP,A) 特開 昭52−9388(JP,A) 特開 平11−146663(JP,A) 特開2000−287464(JP,A) 特開 平3−106084(JP,A) 実開 昭56−132457(JP,U) 実公 昭49−40285(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00 H01L 41/113 Continuation of front page (56) Reference JP-A-11-136964 (JP, A) JP-A-5-64418 (JP, A) JP-A-55-20459 (JP, A) JP-A-52-9388 (JP , A) JP 11-146663 (JP, A) JP 2000-287464 (JP, A) JP 3-106084 (JP, A) Actual development Sho 56-132457 (JP, U) Actual public Sho 49 −40285 (JP, Y1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H02N 2/00 H01L 41/113

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 板状に形成された圧電セラミックス板に
歪み変形を供与することで発電する圧電発電装置におい
て、上記圧電セラミックス板を、2枚の板状に形成され
た圧電セラミックス素子を分極を逆向にして直接接合し
て層状に形成すると共に、この圧電セラミックス板の一
方側の面の中央部或は両端部をクッション材で支持し、
該圧電セラミックス板の固有振動が他の構造体に伝達し
にくい柔支持構造としたことを特徴とする圧電発電装
置。
1. A piezoelectric power generation device for generating electric power by applying strain deformation to a piezoelectric ceramic plate formed in a plate shape, wherein the piezoelectric ceramic plate is polarized by a piezoelectric ceramic element formed in two plate shapes. In the opposite direction, they are directly joined to form a layered structure, and the central portion or both end portions of one surface of this piezoelectric ceramic plate are supported by a cushion material,
A piezoelectric power generating device having a flexible support structure in which natural vibration of the piezoelectric ceramic plate is difficult to be transmitted to other structures.
【請求項2】 前記クッション材で支持された圧電セラ
ミックス板を向い合せに配置し、両圧電セラミックス板
間に、両者間を往復移動して各圧電セラミックス板を殴
打する硬質の殴打体を配設したことを特徴とする請求項
1に記載の圧電発電装置。
2. The piezoelectric ceramic plates supported by the cushion material are arranged face to face, and a hard striking body for striking each piezoelectric ceramic plate by reciprocating between the piezoelectric ceramic plates is disposed between the piezoelectric ceramic plates. The piezoelectric power generation device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記クッション材で支持された圧電セラ
ミックス板の一方又は両方の側に、圧電セラミックス板
との間を往復移動して圧電セラミックス板を殴打する硬
質の殴打体を配設したことを特徴とする請求項1に記載
の圧電発電装置。
3. A hard striking body for striking the piezoelectric ceramic plate by reciprocating between the piezoelectric ceramic plate and one or both sides of the piezoelectric ceramic plate supported by the cushion material. The piezoelectric power generation device according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項4】 前記2枚の圧電セラミックス素子を同一
形態に形成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3
のいずれかに記載の圧電発電装置。
4. The piezoelectric ceramic elements of the two sheets are formed in the same shape, as claimed in any one of claims 1 to 3.
The piezoelectric power generation device according to any one of 1.
【請求項5】 前記2枚の圧電セラミックス素子のそ
れぞれを、複数枚層状に接合したことを特徴とする請求
項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧電発電装置。
5. The piezoelectric power generation device according to claim 1, wherein each of the two piezoelectric ceramic elements is bonded in a plurality of layers.
【請求項6】 上記圧電セラミックス素子としてチタ
ン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたことを特徴とする請
求項1乃至請求項5のいずれかに記載の圧電発電装置。
Wherein titanium as a piezoelectric ceramic element
The piezoelectric power generator according to any one of claims 1 to 5 characterized by using a phosphate zirconate-lead-based material.
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