JP3539043B2 - Power generation device and portable electronic device having the same - Google Patents

Power generation device and portable electronic device having the same

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JP3539043B2 JP03524096A JP3524096A JP3539043B2 JP 3539043 B2 JP3539043 B2 JP 3539043B2 JP 03524096 A JP03524096 A JP 03524096A JP 3524096 A JP3524096 A JP 3524096A JP 3539043 B2 JP3539043 B2 JP 3539043B2
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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、圧電体を備えた振
動片を加振して発電を行う発電装置および発電装置を収
納した時計などの携帯型電子機器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator for generating power by vibrating a vibrating reed having a piezoelectric body, and to a portable electronic device such as a timepiece containing the power generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電材料を用いて発電を行う小型の装置
が幾つか提案されており、例えば、特公昭51−173
93には、回転錘の動きによりバネ性レバーが振動さ
れ、この振動によりバネ性レバーに直接固定された圧電
素子に変位が与えられ、起電力が発生する装置が記載さ
れている。
2. Description of the Related Art Several small devices for generating electric power using a piezoelectric material have been proposed, for example, Japanese Patent Publication No. Sho 51-173.
93 describes a device in which a spring lever is vibrated by the movement of a rotary weight, and a displacement is applied to a piezoelectric element directly fixed to the spring lever by this vibration to generate an electromotive force.

【0003】また、実開昭63−72593には、時計
ケースの内部に圧電素子を収納し、重りが上下方向に慣
性的に稼動されて振動され、この振動によって電気エネ
ルギーを発生させる技術が記載されている。
In Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 63-72593, there is described a technique in which a piezoelectric element is housed inside a watch case, and a weight is vibrated by being inertially operated in a vertical direction to generate electric energy by the vibration. Have been.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】これらの圧電体を用い
た発電装置は、ユーザーの腕の動きなどを捉えて圧電体
に歪みを与えて発電を行うことにより時計装置などを動
かす電力を得ることを目的としているが、その発電効率
は低く発電効率の高い発電装置の開発が必要である。
SUMMARY OF THE INVENTION A power generating device using these piezoelectric materials is intended to obtain electric power for operating a timepiece device by generating a power by applying a distortion to the piezoelectric material by capturing a movement of a user's arm or the like. However, it is necessary to develop a power generator with low power generation efficiency and high power generation efficiency.

【0005】このような携帯型で小型の発電装置は、腕
の動きなどから運動エネルギーを得て電気エネルギーに
効率良く変換するために、先ず第1に、腕の動きなどを
効率良く回転錘の回転などの実際に発電に用いられる運
動エネルギーに変換し、第2に、その運動エネルギーを
効率良く圧電体に歪みとして印加し、さらに、第3に、
圧電体に加えられた歪みを効率良く電気エネルギーに変
換することが重要である。
[0005] In order to obtain kinetic energy from the movement of the arm and efficiently convert the electric energy into electric energy, the portable and small power generator first needs to efficiently convert the movement of the arm and the like to the rotating weight. It converts it into kinetic energy that is actually used for power generation, such as rotation, and secondly, efficiently applies the kinetic energy to the piezoelectric body as strain, and thirdly,
It is important to efficiently convert the strain applied to the piezoelectric body into electric energy.

【0006】圧電体に加えられた運動エネルギー(入力
エネルギー)は、圧電体を支持する支持層などの歪みエ
ネルギー、圧電体自体の歪みエネルギー、および圧電体
の発電によりコンデンサなどの蓄電装置に蓄えられる電
気エネルギーの3つに主に分けられる。これらの内、発
電装置として最も重要な電気エネルギーは、圧電体の電
気機械結合係数、圧電素子の充電しない時の出力電圧お
よび静電容量、蓄電装置の電圧等により変動するが、圧
電体の歪みエネルギの数%にしかならない。そこで、バ
ネ性レバーとして自由振動するような圧電体を用いて発
電することが検討されている。圧電体を振動させること
によって繰り返し歪みを発生でき、入力エネルギーによ
って発生した歪みエネルギーを徐々に電気エネルギーに
変換できるからである。このようにして、上記の第3の
要因に当たる入力エネルギーに対し発生される電気エネ
ルギーの効率向上が図られている。また、ユーザーの手
首に装着する腕時計型の発電装置においては、ユーザー
の腕の動きを解析して回転錘が効率良く回転する、上述
した第1の要因に係る検討が進んでいる。
[0006] Kinetic energy (input energy) applied to the piezoelectric body is stored in a storage device such as a capacitor by distortion energy of a support layer or the like that supports the piezoelectric body, distortion energy of the piezoelectric body itself, and power generation of the piezoelectric body. It is mainly divided into three types of electric energy. Of these, the most important electrical energy as a power generator varies depending on the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body, the output voltage and capacitance when the piezoelectric element is not charged, the voltage of the power storage device, and the like. Only a few percent of energy. Therefore, it has been studied to generate power using a piezoelectric body that freely vibrates as a spring lever. This is because strain can be repeatedly generated by vibrating the piezoelectric body, and the strain energy generated by the input energy can be gradually converted into electric energy. Thus, the efficiency of the electric energy generated with respect to the input energy corresponding to the third factor is improved. In the wristwatch-type power generation device worn on the user's wrist, studies on the first factor described above, in which the movement of the user's arm is analyzed and the rotating weight efficiently rotates, are underway.

【0007】そこで、本発明においては、上述した第2
の要因に当たる、回転錘の回転運動などとして得られた
運動エネルギーを効率良く入力エネルギーとして圧電体
に伝達できる装置を提供することを目的としている。そ
して、このような装置を実現することによって、ユーザ
ーの腕の動きなどから実際に携帯用機器を駆動するのに
十分な給電能力を備えた発電装置を提供することを目的
としている。
Therefore, in the present invention, the second
It is an object of the present invention to provide a device capable of efficiently transmitting the kinetic energy obtained as the rotational motion of the rotary weight, which corresponds to the above factor, to the piezoelectric body as input energy. By realizing such a device, an object is to provide a power generation device having a sufficient power supply capability to actually drive a portable device from movement of a user's arm or the like.

【0008】特に、上述したように圧電体を備えた振動
片を振動させることによって入力エネルギーを効率良く
電気エネルギーに変換できるので、本発明においては、
回転錘などの運動エネルギーをできるだけ損失なく振動
片に伝達可能な発電装置を提供することを目的としてい
る。そして、効率良く圧電体に変位を与えることによっ
て発電効率を向上し、発電能力が高く、腕などの動きに
よって十分な発電量を確保できる発電装置を提供するこ
とを本発明の目的としている。
Particularly, as described above, the input energy can be efficiently converted into electric energy by vibrating the vibrating reed having the piezoelectric body as described above.
An object of the present invention is to provide a power generation device capable of transmitting kinetic energy of a rotary weight or the like to a resonator element with as little loss as possible. An object of the present invention is to provide a power generation device that improves the power generation efficiency by efficiently displacing a piezoelectric body, has a high power generation capability, and can secure a sufficient power generation amount by movement of an arm or the like.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願の発明者らは、回転
錘などの運動エネルギーによって振動片を加振する際、
振動片が振動して発電を行っている期間と運動エネルギ
ーを与える期間が必要であることを考慮すると、回転錘
が運動している期間の一部を使用して運動エネルギーが
伝達されていたに過ぎないことを見いだした。すなわ
ち、回転錘などが得た運動エネルギーの非常に少ない部
分、例えば10%程度しか入力エネルギーとして振動片
に与えらず、回転錘の運動エネルギーの大半が機械的な
損失となり、あるいは回転錘に対する他の入力とキャン
セルされ、利用されていない。そこで、本発明の発電装
置は、圧電体層を備えた複数の振動片と、所定の方向に
運動する重りと、この重りに連動して前記振動片に対し
順々に変位を与え、その後に開放して前記振動片に振動
を励起する加振装置と、振動中の前記圧電体層で発生し
た電力を出力する出力手段とを有し、前記出力手段は、
前記振動片から出力された交流を直流に変換する複数の
整流部を備えており、これらの整流部が前記振動片と1
対1に接続され、前記整流部から出力された直流を蓄積
する蓄電部を有し、個々の前記整流部は前記蓄電部に対
し並列に接続され、前記加振装置は複数の突起を有して
おり、前記複数の突起は、前記複数の振動片に異なった
タイミングで順々に変位を与え、同一時刻に個々の振動
片に発生する起電圧が異なることを特徴とする。本発明
の発電装置は、複数の振動片に対し加振装置によって順
々に振動を与えられるので、回転錘などの重りの運動エ
ネルギーを振動片に与える機会を増加してエネルギー伝
達効率を向上できる。その一方では、個々の振動片にお
いて発電のために振動を行う十分な期間を確保できる。
従って、重りの運動エネルギーを連続的に、あるいはそ
れに近い状態でそれぞれの振動片に伝達でき、振動片で
電気エネルギーに十分に変換できるので、重りの運動エ
ネルギーを非常に効率よく利用した発電能力の高い発電
装置を提供できる。さらに、加振装置によって振動片に
一定の変位を与えた後に開放して振動片を振動させるの
で、出力手段が処理装置などの2次側に対し出力する規
定電圧に対し、そのほぼ5倍の開放電圧が各振動片で振
動開始時に高頻度で発生するように振動初期の振幅を設
定できる。従って、コンデンサなどの蓄電部に対し、充
電効率の良い電圧の電力を出力することが可能となる。
Means for Solving the Problems When the present inventors excite a vibrating piece by kinetic energy of a rotary weight or the like,
Considering that it is necessary to have a period during which the vibrating piece vibrates to generate power and a period to give kinetic energy, kinetic energy was transmitted using a part of the period when the rotating weight was moving. I found that it was not. That is, only a very small portion of the kinetic energy obtained by the oscillating weight, for example, about 10% is given to the vibrating piece as input energy, and most of the kinetic energy of the oscillating weight becomes a mechanical loss, or Entered and canceled, not used. Therefore, the power generation device of the present invention provides a plurality of vibrating reeds having a piezoelectric layer, a weight moving in a predetermined direction, and sequentially displacing the vibrating reed in conjunction with the weight, and thereafter, A vibrating device that opens to excite the vibrating piece to vibrate, and an output unit that outputs power generated in the vibrating piezoelectric layer, wherein the output unit includes:
A plurality of converters for converting AC output from the resonator element to DC.
Rectifying units, and these rectifying units are connected to the resonator element and
Connected one-to-one to store DC output from the rectifier
And the individual rectifiers correspond to the power storage units.
Connected in parallel, the vibrating device has a plurality of protrusions
The plurality of protrusions are different from the plurality of vibrating pieces.
Displacement is applied sequentially at the timing, and individual vibrations are
It is characterized in that the electromotive voltages generated on the pieces are different . Since the power generating device of the present invention can sequentially apply vibrations to the plurality of vibrating reeds by the vibrating device, it is possible to increase the chance of applying kinetic energy of a weight such as a rotary weight to the vibrating reed to improve energy transfer efficiency. . On the other hand, it is possible to secure a sufficient period for each of the resonator elements to vibrate for power generation.
Therefore, the kinetic energy of the weight can be transmitted to each vibrating piece continuously or in a state close to it, and the vibrating piece can sufficiently convert it into electric energy. A high power generation device can be provided. Furthermore, since the vibrating piece is released after giving a certain displacement to the vibrating piece by the vibrating device, the vibrating piece is vibrated, so that the output means is approximately five times as large as the specified voltage output to the secondary side such as the processing device. The amplitude of the initial vibration can be set so that the open-circuit voltage is generated frequently at the start of vibration in each vibrating piece. Therefore, it is possible to output electric power of a voltage with good charging efficiency to a power storage unit such as a capacitor.

【0010】本発明においては、複数の振動片に加振装
置から異なったタイミングで振動が励起されるので、同
一時刻に個々の振動片に発生する起電圧は異なる。この
ため、個々の振動片から効率良く電力を取り出すために
は、振動片から出力された交流を直流に変換する複数の
整流部を設け、これらを振動片と1対1に接続しておく
ことによって、効率よく入力エネルギーを電気エネルギ
ーに変換することができる。さらに、振動片を半導体基
板上に装着し、この半導体基板にフォトリソグラフィー
技術などを用いて整流部を形成することにより、複数の
振動片および整流部を備えた発電装置を小型軽量化で
き、腕時計などの小型・携帯型の電子機器に搭載するこ
とができる。
In the present invention, since vibrations are excited at different timings from the vibrating device to the plurality of vibrating pieces, the electromotive voltages generated in the respective vibrating pieces at the same time are different. Therefore, in order to extract power efficiently from the individual vibrating pieces, a plurality of rectifier for converting an AC output from the resonator element to a direct current provided in advance by connecting them to the resonator element and the one-to-one
This effectively converts input energy to electrical energy
Can be converted to Furthermore, by mounting the vibrating reed on a semiconductor substrate and forming a rectifying portion on the semiconductor substrate using photolithography technology or the like, a power generation device including a plurality of vibrating reeds and a rectifying portion can be reduced in size and weight. It can be mounted on small and portable electronic devices such as.

【0011】また、整流部から出力された直流を蓄積す
る蓄電部に対し、整流部を蓄電部に対し並列に接続する
ことによって充電時の電流密度を上げることができる。
さらに、蓄電部に直列に接続された逆流防止部を設け、
整流部を逆流防止部に対し並列に接続することにより、
蓄電部から振動片に対する逆リークによる電力の損失を
防止できる。
Further, by connecting the rectifier in parallel to the power storage unit for storing the DC output from the rectifier, the current density during charging can be increased.
Furthermore, a backflow prevention unit connected in series to the power storage unit is provided,
By connecting the rectifier in parallel with the backflow prevention unit,
Power loss due to reverse leakage from the power storage unit to the resonator element can be prevented.

【0012】このような発電装置においては、加振装置
が重りと共に動く場合は、複数の振動片を重りの運動方
向に沿って配置することが望ましい。例えば、重りが直
線的に運動する場合はその運動する方向の一方、あるい
は両側に振動片を配置することにより、重りの動きに連
動して順々に振動片を加振できる。また、重りが回転あ
るいは旋回運動する場合は、その円あるいは弧の軌跡に
沿って振動片を配置することによって順々に振動を励起
できる。また、加振装置が加振用の少なくとも1つの突
起が形成された回転部材を備えている場合は、同様に複
数の振動片を回転部材の回転中心に対し放射状に配置す
ることにより、これらの振動片に順々に振動を励起でき
る。回転部材によって振動片の先端に変位を与えるに
は、回転部材の内側あるいは外側の少なくともいずれか
一方に沿って櫛歯状に複数の振動片を配置することが望
ましく、もちろん両側に配置しても良い。
In such a power generator, when the vibrating device moves together with the weight, it is desirable to dispose a plurality of vibrating reeds along the moving direction of the weight. For example, when the weight moves linearly, by arranging the vibrating reed on one or both sides of the moving direction, the vibrating reed can be sequentially excited in conjunction with the movement of the weight. Further, when the weight rotates or turns, the vibration can be sequentially excited by arranging the vibrating reed along the locus of the circle or the arc. When the vibrating device includes a rotating member having at least one projection for vibrating, a plurality of vibrating pieces are similarly arranged radially with respect to the center of rotation of the rotating member, whereby Vibration can be sequentially excited in the resonator element. In order to apply displacement to the tip of the vibrating reed by the rotating member, it is desirable to arrange a plurality of vibrating reeds in a comb-like shape along at least one of the inside and the outside of the rotating member, and of course, even if it is arranged on both sides good.

【0013】腕時計型など携帯型電子機器においては、
電力によって動作する処理装置と共にケースの内部に上
記の発電装置を収納することが可能である。この携帯型
電子機器は、電池に代わり本発明の発電装置から供給さ
れた電力によって処理を行うことが可能であり、電池寿
命を延ばしたり、電池の交換が不要となる。例えば、腕
装着型のケースに発電装置を収納したものにおいては、
ケース内を回転運動する回転錘を重りとして用い、回転
錘と連動して動く加振用の複数の突起が形成された回転
部材を備えた加振装置を用いて運動エネルギーを伝達で
きる。ケースの一方の側に面した表示部を備えた計時装
置を備えている場合は、複数の振動片を回転錘に対し、
表示部と反対側のケースの他方の側に面して配置するこ
とができ、発電能力の高い発電装置を備えたコンパクト
で薄型の携帯型電子機器を提供できる。回転部材が回転
錘と共に回転する電子機器においては、複数の振動片を
回転部材の回転中心に対し放射状に配置することが可能
である。
In portable electronic devices such as wristwatches,
It is possible to house the above-described power generation device inside the case together with the processing device operated by electric power. This portable electronic device can perform processing using electric power supplied from the power generation device of the present invention instead of the battery, so that the battery life is extended and the battery does not need to be replaced. For example, in the case where the power generator is stored in an arm-mounted case,
Kinetic energy can be transmitted by using a rotating weight that rotates in the case as a weight and using a vibration device having a rotating member formed with a plurality of vibration projections that move in conjunction with the rotating weight. If a timepiece with a display facing one side of the case is provided, a plurality of vibrating reeds
It is possible to provide a compact and thin portable electronic device including a power generation device having a high power generation capability, which can be disposed facing the other side of the case opposite to the display portion. In an electronic device in which a rotating member rotates together with a rotary weight, a plurality of vibrating pieces can be arranged radially with respect to the rotation center of the rotating member.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施例1〕以下に図面を参照しながら本発明をさらに
詳しく説明する。図1に本発明の実施例に係る発電装置
を備えた腕時計装置の概要を示してある。また、図2
に、本例の腕時計装置10の発電装置の部分の断面を拡
大して示してある。本例の腕時計装置10は、略円形の
腕装着型の薄いケース1を備えており、このケース1
は、ユーザーの手首に接触する側の裏面ケース2と、計
時装置6の文字板(表示部)7、さらに、この表示部7
を覆う透明なカバー(不図示)を備えている。裏面ケー
ス2と表示部7の間の空間には、複数の振動片21を備
えた発電装置20や、これらの振動片21に対しエネル
ギーを供給する回転錘13などの駆動系、さらに、プラ
スおよびマイナス電極37aおよび37bに接続された
発電装置を構成する大型の2次電池あるいはコンデンサ
ー5、さらに、電子時計としての機能である秒針41、
分針42および時針43を動作させる4番車38および
2番車39など様々な装置が配置されている。回転錘1
3は、ケース1のほぼ中心を回転中心13aとして旋回
するようにケース1に設置されており、この回転錘13
に回転錘13と共に回転する回転部材31が取り付けら
れている。さらに、回転部材31の外周部には、外側に
突き出た複数の突起32が形成されている。この回転部
材31の周囲には、放射状に複数の振動片21が配置さ
れており、振動片21のケース1の内側を向いた先端2
3が回転部材31の突起32と接触するようになってい
る。また、これらの放射状に配置された振動片21を取
り囲むようにドーナッツ型で薄い半導体基板15が配置
されており、各々の振動片21の先端23と反対側の基
端24が半導体基板15に取り付けられている。この半
導体基板15には、後述するように各々の振動片21か
ら電力を出力するための整流回路が形成されている。
[Embodiment 1] Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a wristwatch device provided with a power generation device according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 shows an enlarged cross section of a power generation device of the wristwatch device 10 of the present example. The wristwatch device 10 of the present embodiment includes a thin case 1 of a substantially circular arm-mounted type.
Is a back case 2 on the side in contact with the user's wrist, a dial (display unit) 7 of a timing device 6, and a display unit 7.
Is provided with a transparent cover (not shown). In the space between the back case 2 and the display unit 7, a driving system such as a power generator 20 having a plurality of vibrating reeds 21 and a rotary weight 13 for supplying energy to the vibrating reeds 21 are further provided. A large secondary battery or a capacitor 5 constituting a power generation device connected to the minus electrodes 37a and 37b, and a second hand 41 functioning as an electronic timepiece;
Various devices such as a fourth wheel 38 and a second wheel 39 for operating the minute hand 42 and the hour hand 43 are arranged. Rotating weight 1
3 is installed on the case 1 so as to turn around the center of the case 1 as a rotation center 13a.
A rotating member 31 that rotates together with the rotating weight 13 is attached to the rotating member 13. Further, a plurality of protrusions 32 projecting outward are formed on the outer peripheral portion of the rotating member 31. A plurality of vibrating reeds 21 are radially arranged around the rotating member 31, and the tip 2 of the vibrating reed 21 facing the inside of the case 1 is arranged.
3 comes into contact with the projection 32 of the rotating member 31. A donut-shaped thin semiconductor substrate 15 is arranged so as to surround the radially arranged vibrating reeds 21, and a base end 24 of the respective vibrating reeds 21 opposite to the distal end 23 is attached to the semiconductor substrate 15. Has been. A rectifier circuit for outputting electric power from each of the resonator elements 21 is formed on the semiconductor substrate 15 as described later.

【0015】本例の腕時計装置10においては、図1お
よび図2に示すように、外周方向が重くアンバランスに
なった回転錘13がケース1に収納された計時装置など
の機構を取り囲むように配置されている。このため、腕
時計装置10に加わる加速度がユーザーの腕の運動など
によって変化すると回転錘13が中心13aの回りに回
転し、ユーザーの動きなどを回転錘13の回転エネルギ
ーとして捉えられるようになっている。従って、この回
転錘13が回転運動を行うと、回転錘13の裏面ケース
2の側に取り付けられた回転部材31が回転錘13と共
に回転し、その外周部に設けられた複数の突起32が各
々の振動片21の先端23と接触し変位を与える。回転
部材31がさらに回転すると、振動片21の先端23が
開放され、振動片21が加振される。これより、各々の
振動片21には先端23を自由端として所定の振幅の自
由振動が励起される。本例の振動片21はPZTなどの
圧電体層22で形成されているので、圧電体層22に振
動による変位によって起電力が発生する。それぞれの振
動片21によって発生した電力は半導体基板15に形成
された出力手段である整流部および配線を介して一箇所
の出力電極14aおよび14bに集められ、これらの出
力電極14aおよび14bから蓄電部4を構成するコン
デンサー5を介して計時装置6などへ出力される。ま
た、本例においては、蓄電部4から振動片21の側に流
れる逆リーク電流を抑制するように逆流防止部8を設け
られている。このように、本例の腕時計装置10におい
ては、振動片21、半導体基板15および回転部材31
によって発電装置20が構成され、回転部材31が回転
錘13と連動して動くことにより、振動片21を加振す
る加振装置30としての機能を果たしている。
In the wristwatch device 10 of this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a rotating weight 13 whose outer peripheral direction is heavy and unbalanced surrounds a mechanism such as a timing device housed in a case 1. Are located. For this reason, when the acceleration applied to the wristwatch device 10 changes due to the movement of the user's arm or the like, the rotating weight 13 rotates around the center 13a, and the movement of the user or the like can be captured as the rotational energy of the rotating weight 13. . Accordingly, when the rotating weight 13 performs a rotating motion, the rotating member 31 attached to the back case 2 side of the rotating weight 13 rotates together with the rotating weight 13, and a plurality of projections 32 provided on the outer peripheral portion thereof respectively And contacts the tip 23 of the vibrating reed 21 to give a displacement. When the rotating member 31 further rotates, the tip 23 of the vibrating reed 21 is opened, and the vibrating reed 21 is vibrated. As a result, free vibration having a predetermined amplitude is excited in each vibrating piece 21 with the tip 23 as a free end. Since the resonator element 21 of this example is formed of the piezoelectric layer 22 of PZT or the like, an electromotive force is generated in the piezoelectric layer 22 by displacement due to vibration. The power generated by each of the vibrating bars 21 is collected at one output electrode 14a and 14b via a rectifying unit and wiring, which are output means formed on the semiconductor substrate 15, and is stored in the power storage unit from these output electrodes 14a and 14b. The signal is output to a time-measuring device 6 and the like via a condenser 5 constituting the device 4. Further, in the present example, the backflow prevention unit 8 is provided so as to suppress the reverse leak current flowing from the power storage unit 4 to the side of the resonator element 21. Thus, in the wristwatch device 10 of the present example, the vibrating reed 21, the semiconductor substrate 15, and the rotating member 31
The power generating device 20 is constituted by the rotary member 31, and functions as a vibrating device 30 for vibrating the vibrating reed 21 by moving the rotating member 31 in conjunction with the rotary weight 13.

【0016】図3、図4および図5に、本例の発電装置
20に設けられた複数の振動片の内の1つの振動片21
およびその近傍を拡大して示してある。図3は半導体基
板15に取り付けられた振動片21を下側から見た様子
を示してあり、図4は振動片21を側方から、また、図
5は振動片21の断面を示してある。本例の振動片21
は、図4および図5に示すように図面の上下方向に分極
したPZTからなる薄い圧電体層22によって構成され
ている。本例の振動片21は、半導体基板15に固定さ
れた固定端(基端)24から自由振動を行う先端23に
向かって徐々に幅が狭くなった板状の振動片であり、そ
の上下の面に電極25が積層されている。本例の振動片
21は、その先端23が回転部材31の突起32によっ
て図3の左右の方向Xの振動が励起され、図5に示した
ように、振動片21の左右で圧電体層22の上下の面に
逆方向の起電力が発生する。そこで、本例の振動片21
においては、振動片21の一方の面21aの全面に電極
25aを設けて振動片21の左右を直列に接続し、反対
側の面21bには、面21を左右に分割するように2つ
の電極25bおよび25cを設けてある。従って、電極
25bおよび25cを整流部に接続することによって、
振動片21の左右に発生した起電力を直列に接続した電
圧の電力を取り出すことができる。
FIGS. 3, 4 and 5 show one of the plurality of vibrating pieces 21 provided in the power generator 20 of this embodiment.
And its vicinity are enlarged. FIG. 3 shows a state in which the resonator element 21 attached to the semiconductor substrate 15 is viewed from below, FIG. 4 shows the resonator element 21 from the side, and FIG. 5 shows a cross section of the resonator element 21. . Vibrating piece 21 of this example
Is composed of a thin piezoelectric layer 22 made of PZT that is vertically polarized in the drawing as shown in FIGS. The vibrating reed 21 of the present example is a plate-shaped vibrating reed whose width gradually narrows from a fixed end (base end) 24 fixed to the semiconductor substrate 15 to a distal end 23 that performs free vibration. The electrode 25 is laminated on the surface. In the vibrating reed 21 of this example, the tip 23 has the protrusion 32 of the rotating member 31 to excite the vibration in the left and right direction X of FIG. 3, and as shown in FIG. The electromotive force in the opposite direction is generated on the upper and lower surfaces of. Therefore, the resonator element 21 of the present embodiment
In the above, the electrode 25a is provided on the entire surface of one surface 21a of the vibrating reed 21 to connect the left and right of the vibrating reed 21 in series, and two electrodes are provided on the opposite surface 21b so as to divide the surface 21 left and right. 25b and 25c are provided. Therefore, by connecting the electrodes 25b and 25c to the rectifying unit,
It is possible to extract electric power of a voltage in which electromotive forces generated on the left and right sides of the resonator element 21 are connected in series.

【0017】本例の半導体基板15には、それぞれの振
動片21の基端24の近傍に、フォトリソグラフィー技
術や拡散技術といった公知の集積回路基板を製造する技
術によって形成されたPN接合を用いて整流回路50を
形成してある。整流回路50の入力端子51aおよび5
1bは、振動片21の電極25bおよび25cとそれぞ
れワイヤーボンディング52によって接続されており、
それぞれの振動片21で発生した交流を整流回路50に
よって整流し、直流電流を出力端子53aおよび53b
から供給できるようになっている。このように、本例の
発電装置20においては、半導体基板15に振動片21
と同数の整流回路50が設けられており、それぞれの振
動片21で発生した電力が振動片21に対応する整流回
路50でそれぞれ整流されて出力されるようになってい
る。本例の半導体基板15には、各々の整流回路50に
よって整流された直流電力を回収するために2本の電力
線54aおよび54bが形成されており、これらの電力
線54aおよび54bが整流回路50の出力端子53a
および53bとそれぞれ接続されている。そして、これ
ら2本の電力線54aおよび54bが図1に示した発電
装置20の出力電極14aおよび14bに接続されてお
り、個々の振動片21で発生した電力を蓄電部4に供給
できるようになっている。
The semiconductor substrate 15 of this embodiment uses a PN junction formed near the base end 24 of each resonator element 21 by a known integrated circuit substrate manufacturing technique such as a photolithography technique or a diffusion technique. A rectifier circuit 50 is formed. Input terminals 51a and 5 of rectifier circuit 50
1b is connected to the electrodes 25b and 25c of the resonator element 21 by wire bonding 52, respectively.
The alternating current generated in each of the resonator elements 21 is rectified by the rectifier circuit 50, and the direct current is output to the output terminals 53a and 53b.
It can be supplied from. As described above, in the power generation device 20 of the present example, the resonator element 21 is attached to the semiconductor substrate 15.
The same number of rectifier circuits 50 are provided, and the power generated by each of the vibrating bars 21 is rectified by the rectifying circuits 50 corresponding to the vibrating bars 21 and output. In the semiconductor substrate 15 of the present example, two power lines 54a and 54b are formed in order to recover the DC power rectified by each rectifier circuit 50, and these power lines 54a and 54b Terminal 53a
And 53b. These two power lines 54 a and 54 b are connected to the output electrodes 14 a and 14 b of the power generator 20 shown in FIG. 1, so that the power generated by the individual vibrating reeds 21 can be supplied to the power storage unit 4. ing.

【0018】図6に、本例の発電装置20の概略の回路
構成を示してある。本例の発電装置20は、回転部材3
1の周囲に放射状に複数の振動片21.1〜21.nを
配置してある。このため、回転錘13の回転に伴って回
転部材31が回転し、この回転部材31の突起32によ
ってそれぞれの振動片21.1〜21.nに順々に変位
が加えられ、振動片21.1〜21.nに振動が励起さ
れる。これによって、それぞれの振動片21.1〜2
1.nから交流が出力され、各々の振動片21.1〜2
1.nに対応して設けられた整流回路50.1〜50.
nによって整流され直流となって電力線54aおよび5
4bに出力される。このような本例の発電装置20にお
いては、回転錘13の運動エネルギーを発電装置20に
対し連続的に入力することができ、回転錘13の運動エ
ネルギーを非常に効率よく発電に利用することができ
る。これに対し、図7に示すように、単一の振動片21
が交流発生源として用意されている発電装置において
は、回転錘13の動きによって断続的に1つの振動片2
1に振動が励起されるだけなので、回転錘13の運動エ
ネルギーの内の微小な部分しか発電に利用できない。
FIG. 6 shows a schematic circuit configuration of the power generator 20 of the present embodiment. The power generation device 20 of the present example includes the rotating member 3
1 and a plurality of vibrating reeds 21.1 to 21. n is arranged. For this reason, the rotating member 31 rotates with the rotation of the rotating weight 13, and the vibrating pieces 21.1 to 21. n are sequentially displaced, and the vibrating bars 21.1 to 21. Vibration is excited at n. Thereby, each vibrating piece 21.1-2
1. n is output from each of the vibrating bars 21.1-2.
1. rectifier circuits 50.1 to 50.
n and rectified by the power lines 54a and 5
4b. In such a power generation device 20 of this example, the kinetic energy of the rotary weight 13 can be continuously input to the power generation device 20, and the kinetic energy of the rotary weight 13 can be used for power generation very efficiently. it can. On the other hand, as shown in FIG.
In a power generating device provided as an AC generator, one vibrating piece 2 is intermittently moved by the movement of the rotary weight 13.
Since only the vibration is excited at 1, only a small part of the kinetic energy of the rotary weight 13 can be used for power generation.

【0019】図8に基づき、本例の発電装置20におい
て回転錘13の運動エネルギーが有効に利用されている
ことを詳細に説明する。まず、図8(a)に、図7に示
した単一の振動片21が回転錘の運動に伴って加振さ
れ、発電が行われるモデルを示してある。回転錘13の
発生する全トルクをA(N・m)とすると、振動片に変
位を与えるために使用されるトルクTとしては全トルク
Aの一部、例えば1/3程度が使用される。振動片を変
位させるために回転錘の発生する全トルクAが必要にな
ると回転錘の動きが止まってしまう。また、変位させる
ために使用されるトルクTが大きすぎると腕の動きなど
によって回転錘が動く機会が少なくなるので、ユーザー
の動きなどから運動エネルギーが効率よく得られなくな
る。従って、本例のように1つの振動片を変位させるた
めに必要なトルクTは全トルクAの1/3程度(T=A
/3)に設定することが望ましい。
Referring to FIG. 8, the fact that the kinetic energy of the rotary weight 13 is effectively used in the power generator 20 of the present embodiment will be described in detail. First, FIG. 8A shows a model in which the single vibrating piece 21 shown in FIG. 7 is vibrated along with the movement of the rotary weight to generate power. Assuming that the total torque generated by the rotary weight 13 is A (N · m), a part of the total torque A, for example, about 1 /, is used as the torque T used to apply displacement to the resonator element. When the total torque A generated by the oscillating weight is required to displace the vibrating reed, the movement of the oscillating weight stops. On the other hand, if the torque T used for the displacement is too large, the opportunity for the rotary weight to move due to the movement of the arm or the like is reduced, so that kinetic energy cannot be efficiently obtained from the movement of the user. Therefore, the torque T required to displace one vibrating piece as in this example is about 1 / of the total torque A (T = A
/ 3) is desirable.

【0020】振動片を振動させて発電を行うためには、
振動片に変位を印加するための時間および自由振動によ
って発電が行われる時間が必要となる。これらの時間
は、回転錘の回転角度に比例するので、図8には、回転
角度θ1 およびθ2 によって上記の時間を示してあ
る。一回の振動による発電量を多くするためには、発電
が行われる角度(時間)θ2 をできるだけ長く設定す
ることが望ましい。しかしながら、自由振動を行う角度
θ2 を大きくると振動片に回転錘から運動エネルギー
が入力される機会が減ってしまうので、回転錘のエネル
ギーを効率良く振動片に入力できない。そこで、振動片
に変位を印加ために必要な角度θ1 と、自由振動によ
って発電が行われる角度θ2 が等しくなるように設定
されている発電装置を仮定する。このような発電装置に
おいては1回の打撃によって回転錘から振動片に入力さ
れるエネルギーeは以下のようになる。
In order to generate power by vibrating the resonator element,
A time for applying displacement to the vibrating piece and a time for generating power by free vibration are required. Since these times are proportional to the rotation angle of the rotary weight, FIG. 8 shows the above-mentioned times by the rotation angles θ1 and θ2. In order to increase the amount of power generated by one vibration, it is desirable to set the angle (time) θ2 at which power is generated as long as possible. However, if the angle θ2 at which free vibration is performed is increased, the chance of kinetic energy being input to the vibrating reed from the rotary weight is reduced, so that the energy of the rotary weight cannot be efficiently input to the vibrating reed. Therefore, it is assumed that the power generation device is set so that the angle θ1 required to apply displacement to the vibrating reed and the angle θ2 at which power is generated by free vibration are equal. In such a power generator, the energy e input to the vibrating reed from the rotary weight by one impact is as follows.

【0021】 e = 1/2 × A/3 × θ1 ・・・(1) また、回転錘が180度(π)回転する間に振動片にエ
ネルギーを入力できる回数は以下のようになる。
E = 1/2 × A / 3 × θ1 (1) Also, the number of times energy can be input to the vibrating reed while the rotary weight rotates 180 degrees (π) is as follows.

【0022】 n = π /(θ1 +θ2 ) = π/(2θ1 )・・・(2) 従って、回転錘がπ回転する間に振動片に入力できるエ
ネルギーE1 は以下のようになる。
N = π / (θ1 + θ2) = π / (2θ1) (2) Accordingly, the energy E1 that can be input to the resonator element while the rotary weight rotates by π is as follows.

【0023】 E1 = e×n = π・A/12 ・・・(3) これに対し、回転錘がπ回転する間に得られる運動エネ
ルギーE2 は以下のようになる。
E1 = e × n = π · A / 12 (3) On the other hand, the kinetic energy E2 obtained during the rotation of the rotary weight by π is as follows.

【0024】 E2 = ∫A・sinθdθ(θ=0〜π)= 2A・・・(4) 従って、回転錘の得た運動エネルギーE2 の内、振動
片に入力できるエネルギーE1 の割合(エネルギー伝
達効率η)は以下のようになる。
E2 = ∫A · sin θdθ (θ = 0 to π) = 2A (4) Accordingly, of the kinetic energy E2 obtained by the rotating weight, the ratio of energy E1 that can be input to the vibrating element (energy transfer efficiency) η) is as follows.

【0025】 η = E1 /E2 = 0.13 ・・・(5) このように、図7に示した単一の振動片を用いたモデル
では、回転錘の得た運動エネルギーの内の13%程度し
か振動片に入力されない。従って、回転錘は残った運動
エネルギーによって回転あるいは旋回を続け、同一の振
動片に運動エネルギーを伝達することになる。このた
め、回転錘の運動エネルギーの全てを振動片に伝達する
ために非常に時間がかかり、その間に回転錘の運動エネ
ルギーの多くは機械的なエネルギー損失となってしま
う。さらに、腕の動きなどのユーザーの連続した動きが
回転錘へのエネルギー入力源であるが、回転錘から振動
片へのエネルギー伝達に時間がかかると回転錘の動きと
相反するような入力がある可能性が高く、これによって
回転錘は動きを止め、回転錘の得た運動エネルギーを発
電に利用できなくなる。従って、回転錘の運動エネルギ
ーを有効に発電に活かすためには、エネルギー伝達を短
時間で行うことが望ましい。
Η = E1 / E2 = 0.13 (5) As described above, in the model using the single vibrating piece shown in FIG. 7, 13% of the kinetic energy obtained by the rotating weight is obtained. Only the degree is input to the resonator element. Therefore, the rotating weight continues rotating or turning by the remaining kinetic energy, and transmits the kinetic energy to the same vibrating piece. For this reason, it takes a very long time to transmit all of the kinetic energy of the oscillating weight to the vibrating piece, and during that time, much of the kinetic energy of the oscillating weight results in mechanical energy loss. In addition, the user's continuous movement, such as arm movement, is the energy input source to the oscillating weight. However, if it takes time to transfer energy from the oscillating weight to the vibrating element, there is an input that contradicts the movement of the oscillating weight. It is very likely that this will cause the oscillating weight to stop moving and the kinetic energy obtained by the oscillating weight to be unavailable for power generation. Therefore, in order to effectively utilize the kinetic energy of the rotating weight for power generation, it is desirable to perform energy transmission in a short time.

【0026】一方、振動片が得た入力エネルギーを電気
エネルギーに有効に変換するには、自由振動を行う期間
をある程度確保することが望ましい。このため、自由振
動を行える角度θ2 は変位を与えるための角度θ1 よ
り大きくなることが多い。従って、単一の振動片を用い
たモデルでは、回転錘から振動片に運動エネルギーを伝
達する時間を短縮する、すなわち、回転錘が振動片に変
位を与える機会を増加すると振動片における変換効率が
減少するので、トータルのエネルギー伝達効率ηはさら
に低くなる傾向になる。
On the other hand, in order to effectively convert the input energy obtained by the resonator element into electric energy, it is desirable to secure a period during which free vibration is performed to some extent. Therefore, the angle θ2 at which free vibration can be performed is often larger than the angle θ1 at which a displacement is given. Therefore, in the model using a single vibrating reed, the time for transmitting kinetic energy from the rotating weight to the vibrating reed is reduced, that is, when the opportunity for the rotating weight to displace the vibrating reed is increased, the conversion efficiency of the vibrating reed is reduced. Therefore, the total energy transfer efficiency η tends to be lower.

【0027】これに対し、図6に示した複数の振動片に
順々に振動を印加する本例の発電装置においては、振動
片が電気エネルギーに変換する期間を短縮せずに、回転
錘が振動片にエネルギーを入力できる回数を飛躍的に向
上でき、振動片に対するエネルギー伝達時間を短くでき
る。例えば、図8(b)に示すように複数の振動片に順
々に振動を与えられるモデルにおいては、発電装置に設
けた振動片に入力できるエネルギーが上記の2倍にな
る。このため、エネルギー伝達効率ηは26%程度に向
上する。さらに、個々の振動片においては自由振動によ
って発電を行う時間を長く設定できるので、効率の良く
入力エネルギーを電気エネルギーに変換できる。
On the other hand, in the power generator of the present embodiment shown in FIG. 6 which sequentially applies vibrations to the plurality of vibrating bars, the rotating weight is reduced without shortening the period during which the vibrating bars convert electric energy. The number of times that energy can be input to the resonator element can be dramatically improved, and the energy transmission time to the resonator element can be shortened. For example, in a model in which a plurality of vibrating pieces are sequentially vibrated as shown in FIG. 8B, the energy that can be input to the vibrating piece provided in the power generation device is double the above. Therefore, the energy transfer efficiency η is improved to about 26%. Further, since the time for generating power by free vibration can be set longer for each vibrating piece, input energy can be efficiently converted to electric energy.

【0028】さらに、図1に示したように、回転錘13
と連動して動く回転部材31に複数の突起32を設け、
これらの突起32によって複数の振動片を加振すると、
図8(c)に示すように、殆ど連続して回転錘の運動エ
ネルギーを発電装置として設けた振動片に入力できる。
この場合、発電装置に設けた振動片全体が回転錘がπ回
転する間に得られるエネルギーE1 ’は、以下のよう
になる。
Further, as shown in FIG.
A plurality of projections 32 are provided on a rotating member 31 that moves in conjunction with
When a plurality of vibrating pieces are excited by these projections 32,
As shown in FIG. 8C, the kinetic energy of the rotary weight can be almost continuously input to the vibrating reed provided as the power generation device.
In this case, the energy E1 ′ obtained while the entire vibrating reed provided in the power generating device rotates the rotating weight by π is as follows.

【0029】 E1 ’ = A/3 × π ・・・(6) 従って、エネルギー伝達効率ηは、 η = E1 ’/E2 = 0.52 ・・・(7) となり、回転錘の得た運動エネルギーのほぼ半分を振動
片に入力し、発電に寄与させることができる。
E1 ′ = A / 3 × π (6) Accordingly, the energy transfer efficiency η becomes η = E1 ′ / E2 = 0.52 (7), and the kinetic energy obtained by the rotating weight Is input to the vibrating reed to contribute to power generation.

【0030】振動片を変位する入力トルクTを大きくす
ることによって、エネルギー伝達効率ηをさらに向上で
きる。しかしながら、上述したように入力トルクTを大
きくすると回転錘の動く機会が減少し、ユーザーの動き
などを効率良く捉えることができない。
The energy transmission efficiency η can be further improved by increasing the input torque T for displacing the resonator element. However, as described above, when the input torque T is increased, the opportunity for the rotating weight to move decreases, and the movement of the user or the like cannot be efficiently captured.

【0031】次に、起電圧について説明する。図9に示
してあるように、本願の発明者らによって、圧電体層を
備えた振動片を発電部として用いて蓄電部4に効率良く
充電を行うには、自由振動を開始する初期の開放電圧V
ofが蓄電部4から計時装置6などの処理装置に供給さ
れる出力電圧(規定電圧)Veの5倍程度が望ましいこ
とが確認されている。本例の発電装置においては、回転
錘13に連動して動く回転部材31の突起32によっ
て、各々の振動片21にほぼ一定の変位が加えられ、そ
の後に開放される。振動片の開放電圧Vofは初期変位
にほぼ比例するので、本例の発電装置は、振動片21と
加振装置30、すなわち、回転部材31と突起32の組
み合わせを選択し、開放電圧Vofが規定電圧Veの5
倍程度になるように設定しておけば回転錘の速度に係わ
らず効率良く充電を行うことができる。従って、ユーザ
ーの腕の動きや回転錘の動きを解析する必要はなく、ユ
ーザー自身の特性や、ユーザーの動作に係わらず充電効
率を上げることができる。そして、回転錘の動きに連動
して複数の振動片に対し振動を励起できるようにしてあ
るので、充電効率の良い条件下でエネルギー伝達効率が
最も良くなるように設定することが可能である。このた
め、本例の発電装置は、回転錘の得た運動エネルギーを
効率良く振動片に入力でき、さらに、その入力エネルギ
ーによって得られた電気エネルギーで効率良く蓄電部を
充電できるので、非常に効率が高く、発電能力の高い発
電装置である。
Next, the electromotive voltage will be described. As shown in FIG. 9, in order for the inventors of the present application to efficiently charge the power storage unit 4 using the vibrating reed having the piezoelectric layer as the power generation unit, the initial opening to start the free vibration is performed. Voltage V
It has been confirmed that it is preferable that of is about five times the output voltage (specified voltage) Ve supplied from the power storage unit 4 to the processing device such as the timekeeping device 6. In the power generation device of this example, each of the vibrating pieces 21 is applied with a substantially constant displacement by the projections 32 of the rotating member 31 that moves in conjunction with the rotary weight 13, and is thereafter opened. Since the open-circuit voltage Vof of the vibrating reed is almost proportional to the initial displacement, the power generating apparatus of this embodiment selects the combination of the vibrating reed 21 and the vibrating device 30, that is, the combination of the rotating member 31 and the projection 32, and the open-circuit voltage Vof is defined. 5 of voltage Ve
If it is set to be about twice as high, charging can be performed efficiently regardless of the speed of the rotary weight. Therefore, it is not necessary to analyze the movement of the user's arm and the movement of the rotating weight, and the charging efficiency can be increased irrespective of the user's own characteristics and the user's operation. Since the vibration of the plurality of vibrating pieces can be excited in conjunction with the movement of the rotary weight, it is possible to set the energy transmission efficiency to be the best under the condition of good charging efficiency. For this reason, the power generation device of the present example can efficiently input the kinetic energy obtained by the rotating weight to the vibrating reed and can efficiently charge the power storage unit with the electric energy obtained by the input energy, which is very efficient. Power generation equipment with high power generation capacity.

【0032】また、本例の発電装置においては、複数の
振動片が順々に加振され、発電が行われる。このため、
図6に示すように、本例の発電装置20の振動片21.
1〜21.nは、それぞれ異なったタイミングで振動が
励起されるので、ある時刻においてそれぞれの振動片2
1.1〜21.nから出力される電圧(起電圧)は異な
る。従って、本例の発電装置20においては、個々の振
動片21.1〜21.nに対応して整流回路50.1〜
50.nを設け、起電圧の異なる振動片の間に電流が流
れて実際に得られる電圧が減少するのを防止している。
特に電圧の位相が逆になっている振動片同士からは電力
を得ることができなくので、本例の発電装置20のよう
に、個々の振動片21.1〜21.n毎に整流回路5
0.1〜50.nを設けることにより逆流を防止し個々
の振動片から所定の起電圧の電力を得られるようにする
ことが望ましい。
Further, in the power generating device of the present embodiment, a plurality of vibrating pieces are sequentially vibrated to generate power. For this reason,
As shown in FIG. 6, the vibration piece 21.
1-21. n, vibrations are excited at different timings, so that each vibrating piece 2
1.1 to 21. The voltage (electromotive voltage) output from n differs. Therefore, in the power generation device 20 of the present example, the individual vibrating pieces 21.1 to 21. rectifier circuit 50.1-
50. n is provided to prevent a current from flowing between the vibrating bars having different electromotive voltages to prevent the actually obtained voltage from decreasing.
In particular, since power cannot be obtained from the vibrating bars having opposite voltage phases, the individual vibrating bars 21.1 to 21. Rectifier circuit 5 for every n
0.1-50. By providing n, it is desirable to prevent backflow and to obtain power of a predetermined electromotive voltage from each vibrating piece.

【0033】さらに、本例の発電装置20においては、
整流回路50.1〜50.nを介して、複数の振動片2
1.1〜21.nを電力線54aおよび54bによって
並列に接続し、大きな電流が得られるようにしている。
圧電体を用いた発電装置は、比較的高い電圧は得られる
が、個々の圧電体から得られる電流密度は非常に少な
い。本例のように複数の圧電体を用いた振動片を並列に
接続することによって、大きな電流を得られるので、計
時装置あるいはその他の処理装置を動かすのに十分な供
給電力を確保できる。
Further, in the power generator 20 of this embodiment,
Rectifier circuits 50.1 to 50. n, a plurality of vibrating pieces 2
1.1 to 21. n are connected in parallel by the power lines 54a and 54b so that a large current can be obtained.
A power generator using a piezoelectric body can obtain a relatively high voltage, but the current density obtained from each piezoelectric body is very small. By connecting the vibrating reeds using a plurality of piezoelectric bodies in parallel as in this example, a large current can be obtained, so that a sufficient power supply for operating the clock device or other processing devices can be secured.

【0034】さらに、本例の発電装置20においては、
蓄電部4を構成するコンデンサー5の一方の側にダイオ
ード9などの逆流防止素子を設けて、蓄電部4からのリ
ーク電流も防止するようにしている。すなわち、整流回
路50に用いられているPN接合59には微小ながら逆
リーク電流が存在する。このため、複数の整流回路50
を並列に接続すると、その数に応じて逆リーク電流が大
きくなり、蓄電部4に蓄積された電力の損失の一因にな
ることが考えられる。そこで、本例の腕時計装置10に
おいては、蓄電部4を構成するコンデンサー5の一方の
側にダイオード9などの逆流防止素子を採用した逆電流
防止部8を設け、複数の整流回路50が並列に接続され
た回路系を採用した場合に問題となる逆リーク電流の増
加を未然に防止している。
Further, in the power generator 20 of this embodiment,
A backflow prevention element such as a diode 9 is provided on one side of the capacitor 5 constituting the power storage unit 4 to prevent leakage current from the power storage unit 4. That is, the PN junction 59 used in the rectifier circuit 50 has a small reverse leakage current. Therefore, the plurality of rectifier circuits 50
Are connected in parallel, the reverse leak current increases in accordance with the number thereof, which may cause a loss of the power stored in the power storage unit 4. Therefore, in the wristwatch device 10 of the present example, a reverse current prevention unit 8 employing a backflow prevention element such as a diode 9 is provided on one side of the capacitor 5 constituting the power storage unit 4, and a plurality of rectification circuits 50 are connected in parallel. An increase in reverse leakage current, which is a problem when a connected circuit system is employed, is prevented.

【0035】以上のように、本例の発電装置20は図1
に示したドーナッツ型をした円盤状の半導体基板15の
内側に複数の振動片21を放射状に取り付け、これらの
振動片21に回転錘13の運動エネルギーを順々に加え
ることによってエネルギー伝達効率を高めている。本例
の腕時計装置10のように、回転運動を行う回転錘13
を備えた携帯型の装置においては、回転錘13と共に動
く回転部材31によって振動片21を加振する加振装置
30を形成することによって、複雑な伝達機構やベアリ
ングを省略することができる。また、回転部材31の周
囲に沿って複数の振動片21を配置できるので、ケース
1内における振動片の配置スペースの確保も容易であ
り、例えば、本例のように回転錘13に対し時計の表示
部7の反対側の裏面ケース2に面した非常に薄い空間に
振動片21と回転部材31を収納することが可能であ
る。さらに、回転部材31の周囲に振動片21を配置す
ることによって、回転部材31の外周部に設けた複数の
突起32の各々で複数の振動片21を、複数の場所から
順々に加振し、図8(c)に示したようなより連続して
エネルギーを入力することができる。
As described above, the power generation device 20 of this embodiment is the same as that shown in FIG.
A plurality of vibrating reeds 21 are radially mounted inside a donut-shaped disc-shaped semiconductor substrate 15 shown in (1), and the kinetic energy of the rotary weight 13 is sequentially applied to these vibrating reeds 21 to increase the energy transfer efficiency. ing. A rotating weight 13 that performs a rotating motion as in the wristwatch device 10 of the present example.
In a portable device provided with a vibrating piece 21, a complicated transmission mechanism and bearings can be omitted by forming the vibrating device 30 that vibrates the vibrating piece 21 by the rotating member 31 that moves together with the rotary weight 13. Further, since a plurality of vibrating reeds 21 can be arranged along the periphery of the rotating member 31, it is easy to secure a space for disposing the vibrating reed in the case 1, and for example, a clock The vibrating reed 21 and the rotating member 31 can be stored in a very thin space facing the back case 2 on the opposite side of the display unit 7. Further, by disposing the vibrating reed 21 around the rotating member 31, the plurality of vibrating reeds 21 are sequentially vibrated from a plurality of locations at each of the plurality of projections 32 provided on the outer peripheral portion of the rotating member 31. , Energy can be input more continuously as shown in FIG.

【0036】また、回転部材31の周囲に放射状に振動
片を配置することによって、先端23に比べて基端24
の側の幅が広い本例のような振動片21を配置し易くな
る。基端24の側の幅の広い振動片を採用することよっ
て、振動によって変位する量の大きな部分に多くの発電
体層を設けることができるので、電気機械結合係数が高
く、より発電効率の高い発電装置とすることができる。
Further, by disposing the vibrating reeds radially around the rotating member 31,
This makes it easier to dispose the vibrating reed 21 as in the present example having a wide width on the side of. By employing a wide vibrating reed on the side of the base end 24, a large number of power generating layers can be provided in a portion where the amount of displacement by vibration is large, so that the electromechanical coupling coefficient is high and the power generation efficiency is higher. It can be a power generator.

【0037】また、本例の発電装置20においては、こ
れらの振動片21を、シリコン製などのドーナッツ状の
半導体基板15に取り付け、この半導体基板15に集積
回路装置の製造技術を用いて複数の整流回路50を形成
してある。従って、整流回路50が非常にコンパクトに
製造でき、振動片21や整流回路15と一体となった発
電装置をケース1の内部の薄い空間に設置することがで
きる。このため、ケース1の内部に、計時装置6を構成
する機構や、蓄電部4を構成するコンデンサー5を設置
するために十分なスペースを確保することができ、小型
の腕時計装置10の内部に大型で大容量のコンデンサー
5を配置できる。また、通信機能などを含めた多機能の
計時装置6をケース1の内部に収納することも可能であ
る。
In the power generator 20 of this embodiment, the vibrating reeds 21 are attached to a donut-shaped semiconductor substrate 15 made of silicon or the like, and a plurality of the vibrating pieces 21 are mounted on the semiconductor substrate 15 by using an integrated circuit device manufacturing technique. A rectifier circuit 50 is formed. Therefore, the rectifier circuit 50 can be manufactured very compactly, and the power generation device integrated with the resonator element 21 and the rectifier circuit 15 can be installed in a thin space inside the case 1. For this reason, a sufficient space can be ensured inside the case 1 for installing the mechanism constituting the timekeeping device 6 and the condenser 5 constituting the power storage unit 4, and the large size can be accommodated inside the small wristwatch device 10. Thus, a large-capacity capacitor 5 can be arranged. Further, it is also possible to house a multifunctional timekeeping device 6 including a communication function and the like inside the case 1.

【0038】なお、本例の発電装置20においては、図
3ないし図5に示したようにワイヤーボンディング52
によって振動片21と整流回路50を接続してあるが、
接続方法はこれに限定されず、例えば、振動片21の+
および−の電極25bおよび25cを整流回路50の入
力電極51aおよび51bに直に取り付けるなどの方法
も採用できる。さらに、本例の振動片21は、1層の圧
電体層22によって形成されたユニモルフタイプである
が、2層以上の圧電体を積層したバイモルフタイプであ
ってももちろん良く、さらに、燐青銅などを支持層とし
て挟み込んだ振動片であっても良いことはもちろんであ
る。
In the power generator 20 of this embodiment, as shown in FIGS.
Although the oscillating piece 21 and the rectifier circuit 50 are connected by
The connection method is not limited to this. For example, the +
Alternatively, a method of directly attaching the negative electrodes 25b and 25c to the input electrodes 51a and 51b of the rectifier circuit 50 can be adopted. Further, the vibrating reed 21 of this example is a unimorph type formed by a single piezoelectric layer 22, but may be a bimorph type in which two or more piezoelectric layers are laminated, and furthermore, a phosphor bronze or the like may be used. Needless to say, a vibrating reed may be sandwiched between the vibrating pieces.

【0039】図10には、半導体基板15の内周部を櫛
歯状に内側に延ばして支持層16を形成し、この支持層
16の両側に2層の圧電体層22aおよび22bを積層
して振動片21を形成した例を示してある。このような
半導体基板15と振動片21とを一体化して製造するこ
とはCVDなどの集積回路を製造する公知の技術によっ
て可能である。このような製造方法を採用することによ
り、より薄く、集積化の進んだ発電装置を形成すること
ができ、さらに小型で携帯用機器に適した発電装置を提
供することができる。
In FIG. 10, the support layer 16 is formed by extending the inner peripheral portion of the semiconductor substrate 15 in a comb-like shape, and two piezoelectric layers 22a and 22b are laminated on both sides of the support layer 16. An example in which the vibrating reed 21 is formed is shown. It is possible to integrally manufacture the semiconductor substrate 15 and the resonator element 21 by a known technique for manufacturing an integrated circuit such as CVD. By employing such a manufacturing method, a thinner and more integrated power generation device can be formed, and a small and suitable power generation device for portable equipment can be provided.

【0040】また、図10に示した回転部材31におい
ては、突起32を回転部材31の上方に向かって設けて
ある。
In the rotary member 31 shown in FIG. 10, the projection 32 is provided upward of the rotary member 31.

【0041】さらに、図11には、円盤状の半導体基板
15を採用し、この周囲に外側に向かって櫛歯状に複数
の振動片21を取りつけ、これらの振動片21の外側を
回転部材31が回転し、突起32などによって振動片2
1に変位が与えられる発電装置の例を示してある。図1
1に示した発電装置は、回転部材31の内側に振動片2
1を放射状に配置することによって、比較的高価な半導
体基板を小さく、また、円盤状に成形できるので、より
安価に製造することが可能である。このように、本発明
の発電装置においては、上記の例に限らず回転部材31
にも様々な構造のものを採用することができる。また、
加振装置を構成する回転部材31は回転錘13に直結さ
れたものに限定されることはなく、輪列などを用いて回
転錘13の動きを増速して回転部材31に伝達し振動片
を加振する周期を短縮することも可能である。
Further, in FIG. 11, a disc-shaped semiconductor substrate 15 is employed, a plurality of vibrating reeds 21 are mounted around the periphery of the semiconductor substrate 15 in a comb shape, and the outer side of these vibrating reeds 21 is Is rotated, and the vibrating piece 2 is
1 shows an example of a power generating device in which a displacement is given to 1. FIG.
The power generating device shown in FIG.
By arranging 1 radially, a relatively expensive semiconductor substrate can be made small and disk-shaped, so that it is possible to manufacture at a lower cost. As described above, in the power generation device of the present invention, the rotating member 31 is not limited to the above example.
Various structures can also be adopted. Also,
The rotating member 31 constituting the vibrating device is not limited to the one directly connected to the rotating weight 13, but the speed of the movement of the rotating weight 13 is increased by using a wheel train and transmitted to the rotating member 31 to transmit the vibration piece. Can be shortened.

【0042】図12に、複数の振動片21が並列に配置
された本発明の実施例を示してある。本発明の発電装置
においては、複数の振動片21が円周方向に配置される
代わりに直線的に加振装置35の動く方向に沿って配置
されており、上下に加振装置35が動くと振動片が順々
に加振されるようになっている。このような発電装置
は、例えば、車などに搭載されて、車の振動などによっ
て不図示の重りが上下に振動する装置に搭載される発電
装置として適している。重りに連動して加振装置を動作
させて、上下に配置された振動片21に順々に振動を与
えることによってエネルギー伝達効率が高く、発電能力
の高い発電装置を提供することができる。もちろん、振
動片21の配置は本例のように2列に限定されず、1
列、あるいは3列以上であっても良い。同様に、振動片
が円形に配置される場合も、振動片を2層あるいは3層
以上に配置し、エネルギー伝達効率を高めることも可能
である。
FIG. 12 shows an embodiment of the present invention in which a plurality of vibrating pieces 21 are arranged in parallel. In the power generating device of the present invention, the plurality of vibrating pieces 21 are linearly arranged along the moving direction of the vibration device 35 instead of being arranged in the circumferential direction. The vibrating bars are vibrated sequentially. Such a power generation device is suitable, for example, as a power generation device mounted on a vehicle or the like and mounted on a device in which a weight (not shown) vibrates up and down due to vibration of the vehicle. By operating the vibrating device in conjunction with the weight to sequentially vibrate the vibrating reeds 21 arranged vertically, a power generating device having high energy transmission efficiency and high power generating capability can be provided. Of course, the arrangement of the resonator element 21 is not limited to two rows as in this example,
The number of rows may be three or more. Similarly, when the vibrating reeds are arranged in a circular shape, the vibrating reeds may be arranged in two or three or more layers to increase the energy transfer efficiency.

【0043】なお、上記の実施例においては、圧電体層
を構成する素材としてPZT(商標)を用いているが、
チタン酸バリウム系やチタン酸鉛系などのセラミック素
材、さらに、水晶やニオブ酸リチウムなどの単結晶、さ
らに、PVDFなどの高分子素材であってももちろん良
い。
In the above embodiment, PZT (trademark) is used as a material constituting the piezoelectric layer.
Of course, it may be a ceramic material such as barium titanate or lead titanate, a single crystal such as quartz or lithium niobate, or a polymer material such as PVDF.

【0044】また、本発明は上記の実施例で説明した時
計装置に限定するものではない。時計以外の処理装置を
収納した携帯型電子機器としては、例えばページャー、
電話機、無線機、補聴器、万歩計、電卓、電子手帳など
の情報端末、ICカード、ラジオ受信機などがあり、こ
れらの携帯型電子機器に本発明の発電装置を適用し、こ
れらの処理装置に対し十分な電力を供給することが可能
である。そして、これらの携帯型の電子機器に本発明の
発電装置を採用することにより、人間の動きなどを捉え
て効率良く発電を行い、電池の消費を抑制したり、ある
いは電池その物を不要にすることも可能である。従っ
て、ユーザーは電池切れを心配せずに、これらの携帯型
電子機器を使用することができ、電池切れによってメモ
リーに記憶した内容が失われるなどのトラブルも未然に
防止できる。さらに、電池や充電装置が容易に入手でき
ない地域や場所、あるいは災害などによって電池の補充
が困難な事態であっても携帯型電子機器の機能を発揮さ
せることが可能となる。
The present invention is not limited to the timepiece described in the above embodiment. As a portable electronic device containing a processing device other than a clock, for example, a pager,
There are information terminals such as telephones, wireless devices, hearing aids, pedometers, calculators, electronic organizers, IC cards, radio receivers, etc., and the power generating device of the present invention is applied to these portable electronic devices, and these processing devices Can be supplied with sufficient power. By adopting the power generation device of the present invention in these portable electronic devices, power generation can be efficiently performed by capturing human movements, etc., and battery consumption can be suppressed or the battery itself can be made unnecessary. It is also possible. Therefore, the user can use these portable electronic devices without worrying about running out of battery, and it is possible to prevent troubles such as loss of contents stored in the memory due to running out of battery. Furthermore, the function of the portable electronic device can be exhibited even in a region or place where a battery or a charging device is not easily available, or in a situation where it is difficult to replenish the battery due to a disaster or the like.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、圧電
体層を備えた振動片を振動させて発電を行う発電装置に
おいて、複数の振動片を設け、回転錘などの重りと連動
して動く加振装置によってこれら複数の振動片に対し順
々に変位を与えた後に開放し、振動を励起することによ
って発電をおこなっている。従って、重りの運動エネル
ギーによって振動片に変位が与えられる頻度が大幅に増
えるので、重りの運動エネルギーを振動片に伝達する機
会が増加し、回転錘などの重りの得た運動エネルギーを
効率良く振動片に伝達することが可能となる。このた
め、本発明により、重りの得たエネルギーの機械的な損
失や、重りの得たエネルギー同士がキャンセルしてしま
う事態を防止し、重りの運動エネルギーから振動片に伝
達される入力エネルギーを増加させることができる。従
って、本発明に係る発電装置は、回転錘などで発生した
運動エネルギーを効率良く振動片の入力エネルギーとし
て利用でき、圧電体を用いて発電を行える。さらに、ほ
ぼ一定の変位を振動片に与えて発電を行わせることがで
きるので、充電効率の最も良い開放電圧、あるいはその
近傍に発電装置をチューニングすることが可能であり、
発電能力が高く発電効率の良い発電装置を実現できる。
このため、圧電体を用いた小型で軽量の腕装着型機器な
どの携帯用電子機器および携帯用電子機器に適した発電
装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, in a power generator for generating electric power by vibrating a vibrating piece having a piezoelectric layer, a plurality of vibrating pieces are provided, and the vibrating piece is interlocked with a weight such as a rotary weight. A plurality of vibrating pieces are sequentially displaced by a vibrating device which moves and then released, and the vibrating pieces are opened to generate power by exciting vibration. Therefore, the frequency at which the vibrating reed is displaced by the kinetic energy of the weight is greatly increased, so that the opportunity to transmit the kinetic energy of the weight to the vibrating reed is increased, and the kinetic energy obtained by the weight such as the rotating weight is efficiently vibrated. It is possible to transmit to one piece. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the mechanical loss of the gained energy and the situation where the weighted energy cancels each other, and increase the input energy transmitted from the kinetic energy of the weight to the resonator element. Can be done. Therefore, the power generation device according to the present invention can efficiently use the kinetic energy generated by the rotating weight or the like as the input energy of the vibrating reed, and can generate power using the piezoelectric body. Furthermore, since it is possible to generate an electric power by giving a substantially constant displacement to the resonator element, it is possible to tune the power generation device to an open voltage having the best charging efficiency or at the vicinity thereof.
A power generation device with high power generation efficiency and high power generation efficiency can be realized.
Therefore, it is possible to provide a portable electronic device such as a small and lightweight wrist-mounted device using a piezoelectric body and a power generation device suitable for the portable electronic device.

【0046】さらに、本発明においては、回転錘と共に
動く回転部材を加振装置として採用し、この回転部材の
外側あるいは内側に沿って、整流回路の形成された半導
体基板に複数の振動片を放射状に取り付けて薄く小型の
発電装置を実現している。また、本発明の発電装置は、
各々の振動片から効率良く電力を取り出せるように個々
の振動片に対応した整流部を設け、逆リーク電流を防止
するなど複数の振動片を採用した発電装置に適した構成
を採用して圧電体を用いた小型で発電能力の高い発電装
置を実現している。このように、本発明の発電装置によ
って、ユーザーの腕の動きなどを捉えて得た運動エネル
ギーを効率良く振動片に伝達することが可能となるの
で、小型・携帯用機器に十分な電力を供給できる発電装
置を提供することが可能となる。
Further, in the present invention, a rotary member which moves together with the rotary weight is employed as a vibrator, and a plurality of vibrating reeds are radially formed on the semiconductor substrate on which the rectifying circuit is formed along the outside or inside of the rotary member. To realize a thin and compact power generator. Further, the power generation device of the present invention,
A rectifying unit corresponding to each vibrating piece is provided so that power can be efficiently extracted from each vibrating piece, and a piezoelectric body that adopts a configuration suitable for a power generation device that uses multiple vibrating pieces, such as preventing reverse leakage current. A small power generation device with high power generation capacity is realized. As described above, the power generation device of the present invention enables the kinetic energy obtained by capturing the movement of the user's arm and the like to be efficiently transmitted to the vibrating reed, so that sufficient power is supplied to the small and portable device. It is possible to provide a power generation device that can.

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

【図1】本発明の実施例に係る圧電体層を備えた複数の
振動片を有する発電装置および腕時計型装置の概略構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power generator and a wristwatch-type device having a plurality of vibrating reeds provided with a piezoelectric layer according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す発電装置および腕時計型装置の概略
構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a power generation device and a wristwatch-type device illustrated in FIG.

【図3】図1に示す発電装置を拡大して下方から見た様
子を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an enlarged view of the power generator shown in FIG. 1 as viewed from below.

【図4】図1に示す発電装置を拡大して側方から見た様
子を示す側面図である。
FIG. 4 is a side view showing an enlarged view of the power generation device shown in FIG. 1 from a side.

【図5】図1に示す発電装置を先端方向から拡大して、
一部の断面を含めて示す図である。
FIG. 5 is an enlarged view of the power generator shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram including a partial cross section.

【図6】図1に示す発電装置の電力系統を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a power system of the power generator shown in FIG.

【図7】単一の振動片を採用した発電装置の電力系統を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a power system of a power generation device employing a single vibrating piece.

【図8】本発明の発電装置において回転錘の運動エネル
ギーが伝達される様子を模式的に示す図であり、図8
(a)は単一の振動片に運動エネルギーを与えるモデル
を示し、図8(b)は複数の振動片に運動エネルギーを
与えるモデルを示し、図8(c)は複数の振動片に連続
して運動エネルギーを与えるモデルを示す。
FIG. 8 is a diagram schematically showing how the kinetic energy of the rotating weight is transmitted in the power generation device of the present invention.
8A shows a model that gives kinetic energy to a single vibrating piece, FIG. 8B shows a model that gives kinetic energy to a plurality of vibrating pieces, and FIG. 2 shows a model that gives kinetic energy.

【図9】振動片を用いた発電装置において、充電効率が
振動初期の開放電圧と蓄電部の規定電圧の比によって変
化する様子を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing how the charging efficiency changes depending on the ratio between the open-circuit voltage at the beginning of vibration and the specified voltage of the power storage unit in the power generating device using the resonator element.

【図10】本発明に係る異なる実施例の発電装置を示す
図であり、図10(a)は側面図であり、図10(b)
は下方から見た平面図である。
FIG. 10 is a diagram showing a power generating device according to another embodiment of the present invention, FIG. 10 (a) is a side view, and FIG. 10 (b).
Is a plan view seen from below.

【図11】本発明に係る、振動片を回転部材の内側に設
置した異なる実施例の発電装置を示す図である。
FIG. 11 is a view showing a power generating device according to another embodiment of the present invention in which a resonator element is installed inside a rotating member.

【図12】本発明に係る、振動片を直線的に配置した異
なる実施例の発電装置を示す図である。
FIG. 12 is a view showing a power generating device according to another embodiment of the present invention in which vibrating pieces are linearly arranged.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・ケース 2・・裏面ケース 4・・蓄電回路 5・・コンデンサー 6・・処理装置(計時装置) 7・・表示部(文字板) 8・・逆流防止回路 9・・ダイオード 10・・腕時計装置 13・・回転錘 14・・出力電極 15・・半導体基板 16・・半導体基板から内側に突出した支持層 20・・発電装置 21・・振動片 22・・圧電体層 23・・振動片の自由端(先端) 24・・振動片の固定端(基端) 25・・振動片に積層された電極 30、35・・加振装置 31・・回転部材 32・・突起 50・・整流回路 1. Case 2. Back case 4 ·· Storage circuit 5. Condenser 6. Processing unit (timer) 7 ··· Display part (character board) 8. Backflow prevention circuit 9. Diode 10. Wristwatch device 13. Rotating weight 14. Output electrode 15. Semiconductor substrate 16..Support layer protruding inward from semiconductor substrate 20 .. Power generator 21 ・ ・ Vibrating bar 22..Piezoelectric layer 23 Free end of tip (tip) 24. ・ Fixed end of resonator element (base end) 25 ·· Electrode laminated on resonator element 30, 35 ・ ・ Vibration device 31 Rotating members 32 ... Projection 50 rectifier circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古畑 誠 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 宮崎 肇 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−245970(JP,A) 特開 平5−39661(JP,A) 特開 昭55−102283(JP,A) 特開 平8−140369(JP,A) 実開 昭63−58001(JP,U) 実開 平6−76894(JP,U) 実開 平7−30558(JP,U) 実開 昭63−72593(JP,U) 特公 昭60−32830(JP,B2) 特公 平7−69440(JP,B2) 特公 昭51−17393(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00 H01L 41/113 G04C 10/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Makoto Furuhata 3-3-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Seiko Epson Corporation (72) Inventor Hajime Miyazaki 3-5-35, Yamato, Suwa-shi, Nagano Say (56) References JP-A-7-245970 (JP, A) JP-A-5-39661 (JP, A) JP-A-55-102283 (JP, A) JP-A-8-140369 ( JP, A) JP-A 63-58001 (JP, U) JP-A 6-76894 (JP, U) JP-A 7-30558 (JP, U) JP-A 63-72593 (JP, U) 60-60328 (JP, B2) JP 7-69440 (JP, B2) JP 51-17393 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02N 2 / 00 H01L 41/113 G04C 10/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧電体層を備えた複数の振動片と、 所定の方向に運動する重りと、 この重りに連動して前記振動片に対し順々に変位を与
え、その後に開放して前記振動片に振動を励起する加振
装置と、 振動中の前記圧電体層で発生した電力を出力する出力手
段とを有し、前記出力手段は、前記振動片から出力された交流を直流
に変換する複数の整流部を備えており、これらの整流部
が前記振動片と1対1に接続され、前記整流部から出力
された直流を蓄積する蓄電部を有し、個々の前記整流部
は前記蓄電部に対し並列に接続され、 前記加振装置は複数の突起を有しており、 前記複数の突起は、前記複数の振動片に異なったタイミ
ングで順々に変位を与え、同一時刻に個々の振動片に発
生する起電圧が異なる ことを特徴とする発電装置。
1. A plurality of vibrating reeds provided with a piezoelectric layer, a weight moving in a predetermined direction, and a displacement sequentially applied to the vibrating reed in conjunction with the weight, and thereafter released to release the vibrating reed. A vibrating element for exciting vibration to the vibrating reed; and output means for outputting electric power generated in the vibrating piezoelectric layer, wherein the output means converts an alternating current output from the vibrating reed into a direct current.
Rectifiers that convert the
Is connected to the vibrating reed one-to-one, and output from the rectifying unit.
Having a power storage unit for storing the rectified DC,
Is connected in parallel to the power storage unit, the vibrating device has a plurality of protrusions, and the plurality of protrusions
To sequentially apply vibrations to the individual vibrating bars at the same time.
A power generator characterized by different generated electromotive voltages .
【請求項2】 請求項1において、前記振動片は半導体
基板上に装着されており、この半導体基板に前記整流部
が形成されていることを特徴とする発電装置。
2. The resonator element according to claim 1, wherein the vibrating reed is a semiconductor.
The rectifier is mounted on a substrate, and
A power generating device, characterized by forming:
【請求項3】 請求項2において、前記蓄電部に直列に
接続された逆流防止部を有し、前記整流部は前記逆流防
止部に対し並列に接続されていることを特徴とする発電
装置
3. The power storage unit according to claim 2, wherein
A backflow prevention unit connected thereto, wherein the rectification unit includes the backflow prevention unit.
Power generation characterized by being connected in parallel to the stop
Equipment .
【請求項4】 請求項1において、前記出力手段が2次
側に出力する規定電圧に対し、前記規定電圧のほぼ5倍
の開放電圧が前記複数の振動片の各々の振動開始時に前
記振動片において高頻度で発生することを特徴とする発
電装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said output means is a secondary
Voltage is approximately 5 times the specified voltage
The open circuit voltage of the plurality of vibrating pieces is
Oscillation characterized by high frequency occurrence in the vibrating reed
Electrical equipment.
【請求項5】 請求項1において、前記加振装置は前記
重りと共に動き、前記複数の振動片が前記重りの運動方
向に沿って配置されていることを特徴とする発電装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein the vibrating device is
Move with the weight, and the plurality of vibrating pieces move
A power generator characterized by being arranged along a direction.
【請求項6】 請求項1において、前記加振装置は加振
用の少なくとも1つの突起が形成された回転部材を備え
ており、前記複数の振動片は前記回転部材の回転中心に
対し放射状に配置されていることを特徴とする発電装
置。
6. The vibrating apparatus according to claim 1, wherein
A rotating member having at least one projection formed therein.
And the plurality of vibrating bars are at the center of rotation of the rotating member.
A power generation device characterized by being radially arranged
Place.
【請求項7】 請求項6において、前記回転部材の内側
あるいは外側の少なくともいずれか一方に沿って櫛歯状
に複数の前記振動片が配置されていることを特徴とする
発電装置。
7. The inside of the rotating member according to claim 6,
Or comb teeth along at least one of the outer
Characterized in that a plurality of the resonator elements are arranged in
Power generator.
【請求項8】 請求項1に記載の発電装置と、この発電
装置から出力された前記電力によって処理を行える処理
装置とを有することを特徴とする携帯型電子機器。
8. The power generating device according to claim 1, and the power generating device
Processing that can perform processing using the power output from the device
A portable electronic device having a device.
【請求項9】 請求項1に記載の発電装置と、この発電
装置を収納する腕装着型のケースとを有し、前記重りは
前記ケース内を回転運動する回転錘であり、前記加振装
置は加振用の前記複数の突起が形成された回転部材を備
えていることを特徴とする携帯型電子機器。
9. A power generation apparatus according to claim 1,
An arm-mounted case for housing the device, wherein the weight is
A rotary weight that rotates in the case;
The device includes a rotating member having the plurality of projections for excitation.
A portable electronic device characterized by the following:
【請求項10】 請求項9において、前記ケースの一方
の側に面する表示部を備えた計時装置を有しており、前
記複数の振動片は前記回転錘に対し、前記表示部と反対
側の前記ケースの他方の側に面して配置されていること
を特徴とする携帯型電子機器。
10. The case according to claim 9, wherein one of the cases is provided.
Has a timing device with a display facing the side of
The plurality of vibrating bars are opposite to the display unit with respect to the rotating weight.
Being located facing the other side of the case on the side
A portable electronic device characterized by the following.
【請求項11】 請求項10において、前記回転部材は
前記回転錘と共に回転し、前記振動片は前記回転部材の
回転中心に対し放射状に配置されていることを特徴とす
る携帯型電子機器。
11. The rotating member according to claim 10, wherein
The vibrating piece rotates together with the rotating weight, and the vibrating piece
It is characterized by being radially arranged with respect to the center of rotation.
Portable electronic devices.
【請求項12】 請求項11において、前記回転部材の
内側あるいは外側の少なくともいずれか一方に沿って櫛
歯状に複数の前記振動片が配置されていることを特徴と
する携帯型電子機器。
12. The rotating member according to claim 11, wherein
Comb along the inside and / or outside
A plurality of the resonator elements are arranged in a tooth shape;
Portable electronic devices.
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