JP5228136B1 - 振動力発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電素子の発電効率を向上させることができる、振動力発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】振動による圧力変動により発電する振動力発電装置１であって、圧電素子１０と、この圧電素子１０に振動を伝える振動板２０とを備え、圧電素子１０を、振動板２０の少なくとも一方の側面に配置し、振動板２０における圧電素子１０が設けられている側面とは反対側の側面に、切欠部２１を形成し、振動板２０に、圧電素子１０の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子１０の変形を調整する変形調整部２３ａ、２３ｂを設けた。
【選択図】図４
【解決手段】振動による圧力変動により発電する振動力発電装置１であって、圧電素子１０と、この圧電素子１０に振動を伝える振動板２０とを備え、圧電素子１０を、振動板２０の少なくとも一方の側面に配置し、振動板２０における圧電素子１０が設けられている側面とは反対側の側面に、切欠部２１を形成し、振動板２０に、圧電素子１０の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子１０の変形を調整する変形調整部２３ａ、２３ｂを設けた。
【選択図】図４
Description
本発明は、振動力発電装置に関する。
従来、圧電素子を用いた発電装置が知られている。発電装置は、圧電素子に何らかの方法で外部から力を加えることにより、圧電素子を変形させて発電する。圧電素子を変形させるためには、例えば、圧電素子に振動や風力等による圧力を加えて変形させること（例えば、特許文献１、特許文献２参照）が考えられている。
しかしながら、上述した従来の発電装置においては、圧電素子の発電効率に関して改善の余地があった。例えば、圧電素子の少なくとも一方の側面をすべて覆うように振動板が接合されている場合であって、振動板の材質が圧電素子の材質よりも硬質である場合、又は、圧電素子の厚みが振動板の厚みよりも厚い場合には、振動板が変形しづらくなり、それに伴って圧電素子の変形量も小さくなることから、圧電素子の発電効率が低下するという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧電素子の発電効率を向上させることができる、振動力発電装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の振動力発電装置は、振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、圧電素子と、前記圧電素子に振動を伝える振動板と、を備え、前記圧電素子を、前記振動板の少なくとも一方の側面に配置し、前記振動板における前記圧電素子が設けられている側面とは反対側の側面に、切欠部を形成し、前記振動板に、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けた。
また、請求項２に記載の振動力発電装置は、請求項１に記載の振動力発電装置において、前記振動板における前記圧電素子が設けられている側面とは反対側の側面のうち当該圧電素子と対応する部分において、前記切欠部を、当該側面における当該圧電素子と対応する部分の領域内に収まるように形成し、当該側面における当該圧電素子と対応する部分以外の部分において、前記切欠部を形成しない。
請求項１に記載の振動力発電装置によれば、圧電素子を、振動板における切欠部が設けられている側面とは反対側の側面のうち切欠部と対応する部分に配置したので、当該切欠部が設けられていない構造に比べて、圧電素子の変形を促進させることができ、圧電素子の発電効率を向上させることができる。
また、振動板に、圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けたので、圧電素子の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子の割れ等を防止することができる。
また、振動板に、圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けたので、圧電素子の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子の割れ等を防止することができる。
以下に添付図面を参照して、この発明に係る振動力発電装置の実施の形態を詳細に説明する。ただし、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
〔実施の形態１〕
最初に、実施の形態１について説明する。この形態は、振動板の少なくとも一方の側面に切断隙間を有する切欠部を形成した形態である。
最初に、実施の形態１について説明する。この形態は、振動板の少なくとも一方の側面に切断隙間を有する切欠部を形成した形態である。
（構成）
実施の形態１に係る振動力発電装置の適用対象は、例えば遮音壁の吸音部、携帯電話機の集音部近傍等が挙げられるが、以下では、振動力発電装置を道路用遮音壁の吸音部に適用した場合を例として説明を行う。
実施の形態１に係る振動力発電装置の適用対象は、例えば遮音壁の吸音部、携帯電話機の集音部近傍等が挙げられるが、以下では、振動力発電装置を道路用遮音壁の吸音部に適用した場合を例として説明を行う。
まず、実施の形態１に係る振動力発電装置の構成について説明する。図１は吸音部に代えて実施の形態１に係る振動力発電装置が適用された道路用遮音壁の概略の全体斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。なお、以下の説明では、図１のＸ方向を振動力発電装置の縦方向、図１のＹ方向を振動力発電装置の横方向、図１のＺ方向を振動力発電装置の高さ方向とする。また。図１に示すように、道路用遮音壁には圧電素子１０と、振動板２０とによって構成された振動力発電装置１が複数設けられており、これら振動力発電装置１は相互に同一のものとする。このことから、以下では、図２に示す振動力発電装置１の要部（以下、「振動力発電装置１」と称する）について説明を行うものとする。
（構成−圧電素子）
図２に示すように、圧電素子１０は、圧力により変形することで電気を生じる素子であり、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニア等の圧電セラミックス、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の圧電単結晶からなる。また、振動力発電装置１に設けられているすべての圧電素子１０は、同一の薄角板状及び厚さにて形成されている。
なお、図示は省略するが、圧電素子１０は、当該圧電素子１０の一方の面にプラス端子、当該圧電素子１０の他方の面にマイナス端子を有し、プラス端子と結線されたプラスリード線と、マイナス端子と結線されたマイナスリード線が引き出され、これらが図示しない制御回路を介して外部機器と接続されることで、当該外部機器に対して電力が供給される。ただし、圧電素子１０と負荷との相互間に公知のブリッジ回路等の各種電気素子を配置してもよい。あるいは、圧電素子１０として、若しくは圧電素子１０に代えて、外力（歪み、屈曲、若しくは圧縮を生じさせる力を含む）により発電が可能な任意の素材を用いることができ、例えば、イオン導電性高分子の膜（ゲル）の両面に金属（金等）をメッキしたイオン高分子金属複合材料（ＩＰＭＣ：Ｉｏｎｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｍｅｔａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）や、イオン導電性高分子ゲル膜（ＩＣＰＦ：Ｉｏｎｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｇｅｌ Ｆｉｌｍ）、あるいは、これらＩＰＭＣやＩＣＰＦを用いた人工筋肉を使用することができる。この点は、後述する他の実施の形態でも同じである。なお、圧電素子１０の設置の詳細については、後述する。
図２に示すように、圧電素子１０は、圧力により変形することで電気を生じる素子であり、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニア等の圧電セラミックス、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の圧電単結晶からなる。また、振動力発電装置１に設けられているすべての圧電素子１０は、同一の薄角板状及び厚さにて形成されている。
なお、図示は省略するが、圧電素子１０は、当該圧電素子１０の一方の面にプラス端子、当該圧電素子１０の他方の面にマイナス端子を有し、プラス端子と結線されたプラスリード線と、マイナス端子と結線されたマイナスリード線が引き出され、これらが図示しない制御回路を介して外部機器と接続されることで、当該外部機器に対して電力が供給される。ただし、圧電素子１０と負荷との相互間に公知のブリッジ回路等の各種電気素子を配置してもよい。あるいは、圧電素子１０として、若しくは圧電素子１０に代えて、外力（歪み、屈曲、若しくは圧縮を生じさせる力を含む）により発電が可能な任意の素材を用いることができ、例えば、イオン導電性高分子の膜（ゲル）の両面に金属（金等）をメッキしたイオン高分子金属複合材料（ＩＰＭＣ：Ｉｏｎｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｍｅｔａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）や、イオン導電性高分子ゲル膜（ＩＣＰＦ：Ｉｏｎｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｇｅｌ Ｆｉｌｍ）、あるいは、これらＩＰＭＣやＩＣＰＦを用いた人工筋肉を使用することができる。この点は、後述する他の実施の形態でも同じである。なお、圧電素子１０の設置の詳細については、後述する。
（構成−振動板）
振動板２０は、圧電素子１０に応力を加える支持体である。振動板２０は、ステンレス薄板等の可撓性と耐久性を有する鋼材等からなる。これら振動板２０は、同一の角板状及び厚さにて形成されている。
ここで、振動板２０の形状については、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、振動板２０が繰り返し大きな振幅で振動できるように、振動板２０のＹ方向の長さを圧電素子１０のＹ方向の長さよりも長くすると共に、振動板２０のＺ方向の長さを圧電素子１０のＺ方向の長さと略同一にしている。また、振動板２０の厚さについては、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、振動板２０の厚さを圧電素子１０の厚さよりも厚くしている。
振動板２０は、圧電素子１０に応力を加える支持体である。振動板２０は、ステンレス薄板等の可撓性と耐久性を有する鋼材等からなる。これら振動板２０は、同一の角板状及び厚さにて形成されている。
ここで、振動板２０の形状については、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、振動板２０が繰り返し大きな振幅で振動できるように、振動板２０のＹ方向の長さを圧電素子１０のＹ方向の長さよりも長くすると共に、振動板２０のＺ方向の長さを圧電素子１０のＺ方向の長さと略同一にしている。また、振動板２０の厚さについては、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、振動板２０の厚さを圧電素子１０の厚さよりも厚くしている。
また、図２（ａ）に示すように、振動板２０は、圧電素子１０の底面側の側面と当接するように設けられており、圧電素子１０に対して接着剤や固定具等により接合されている。
また、図２（ａ）に示すように、振動板２０の底面側の側面に、切断隙間を有する切欠部２１が形成されている（なお、この切欠部２１は、振動板２０におけるＺ方向の一方の端部から他方の端部にわたって形成されている）。切欠部２１は、圧電素子１０の変形を増長させるための変形増長手段である。この切欠部２１は、矩形凹状に形成されており（あるいは、これに限られず、例えば三角凹状、円弧凹状等にて形成されてもよい）、振動板２０の底面側の側面におけるＹ方向中央に配置されている。
ここで、この切欠部２１の形状については、圧電素子１０が設計発電量から計算される振幅で安定して振動できる形状が好ましく、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、切欠部２１のＸ方向の長さを振動板２０の厚さの半分程度とし、且つ切欠部２１のＹ方向の長さを圧電素子１０のＹ方向の長さよりも短くして、切欠部２１が形成されている。
ここで、この切欠部２１の形状については、圧電素子１０が設計発電量から計算される振幅で安定して振動できる形状が好ましく、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、切欠部２１のＸ方向の長さを振動板２０の厚さの半分程度とし、且つ切欠部２１のＹ方向の長さを圧電素子１０のＹ方向の長さよりも短くして、切欠部２１が形成されている。
（圧電素子の設置の詳細）
次に、実施の形態１に係る圧電素子１０の設置の詳細について説明する。図２（ａ）に示すように、実施の形態１では、圧電素子１０は、振動板２０における切欠部２１が設けられている側面とは反対側の側面（例えば、図２（ａ）に示すように、振動板２０の平面側の側面）のうち切欠部２１と対応する部分に配置されている。
ここで、「振動板における切欠部が設けられている側面とは反対側の側面のうち切欠部と対応する部分」とは、振動板２０の側面のうち圧電素子１０が変形しやすい部分、すなわち、振動板２０が振動している場合において、当該振動板２０が上方又は下方へ凸状に撓んだ場合に、振動板２０における切欠部２１が設けられている側面とは反対側の側面のうち切欠部２１の側面と重なり合う部分のことを意味する。具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、振動板２０が下方へ凸状に撓んだ場合に、振動板２０の平面側の側面のうち切欠部２１の底面と、当該切欠部２１の左側壁面と、当該切欠部２１の右側壁面と重なり合う部分に、圧電素子１０は配置されている。あるいは、これに限られず、例えば、振動板２０の平面側の側面のうち切欠部２１の底面、当該切欠部２１の左側壁面、又は当該切欠部２１の右側壁面と重なり合う部分に、圧電素子１０は配置されてもよい。
次に、実施の形態１に係る圧電素子１０の設置の詳細について説明する。図２（ａ）に示すように、実施の形態１では、圧電素子１０は、振動板２０における切欠部２１が設けられている側面とは反対側の側面（例えば、図２（ａ）に示すように、振動板２０の平面側の側面）のうち切欠部２１と対応する部分に配置されている。
ここで、「振動板における切欠部が設けられている側面とは反対側の側面のうち切欠部と対応する部分」とは、振動板２０の側面のうち圧電素子１０が変形しやすい部分、すなわち、振動板２０が振動している場合において、当該振動板２０が上方又は下方へ凸状に撓んだ場合に、振動板２０における切欠部２１が設けられている側面とは反対側の側面のうち切欠部２１の側面と重なり合う部分のことを意味する。具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、振動板２０が下方へ凸状に撓んだ場合に、振動板２０の平面側の側面のうち切欠部２１の底面と、当該切欠部２１の左側壁面と、当該切欠部２１の右側壁面と重なり合う部分に、圧電素子１０は配置されている。あるいは、これに限られず、例えば、振動板２０の平面側の側面のうち切欠部２１の底面、当該切欠部２１の左側壁面、又は当該切欠部２１の右側壁面と重なり合う部分に、圧電素子１０は配置されてもよい。
（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置１の機能は以下の通りである。まず、振動力発電装置１を遮音壁の吸音部に適用した場合には、道路を車両が走行すること等によって生じる騒音の音エネルギーによって振動板２０を振動変形させ、この振動板２０の変形により圧電素子１０を変形させて、発電を行うことが可能になる。このように、騒音を吸収することに加えて、発電を行うことができるので、この発電を任意の目的で利用（例えば、道路照明や道路標識の電源として利用）することが可能になる。
このように構成された振動力発電装置１の機能は以下の通りである。まず、振動力発電装置１を遮音壁の吸音部に適用した場合には、道路を車両が走行すること等によって生じる騒音の音エネルギーによって振動板２０を振動変形させ、この振動板２０の変形により圧電素子１０を変形させて、発電を行うことが可能になる。このように、騒音を吸収することに加えて、発電を行うことができるので、この発電を任意の目的で利用（例えば、道路照明や道路標識の電源として利用）することが可能になる。
特に、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧電素子１０は、振動板２０の平面側の側面のうち切欠部２１と対応する部分に配置されているので、当該切欠部２１が設けられていない構造に比べて、圧電素子１０の変形を促進させることができる。
（効果）
このように実施の形態１によれば、圧電素子１０を、振動板２０の平面側の側面のうち切欠部２１と対応する部分に配置しているので、当該切欠部２１が設けられていない構造に比べて、圧電素子１０の変形を促進させることができ、圧電素子１０の発電効率を向上させることができる。
このように実施の形態１によれば、圧電素子１０を、振動板２０の平面側の側面のうち切欠部２１と対応する部分に配置しているので、当該切欠部２１が設けられていない構造に比べて、圧電素子１０の変形を促進させることができ、圧電素子１０の発電効率を向上させることができる。
〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、切欠部の側面の少なくとも一部に、段差部を設けた形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、切欠部の側面の少なくとも一部に、段差部を設けた形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
（構成）
まず、実施の形態２に係る振動力発電装置の構成について説明する。図３は実施の形態２に係る振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。これら各図に示すように、実施の形態２に係る振動力発電装置１０１は、実施の形態１の振動力発電装置１の構成要素に対して、さらに段差部２２を加えて構成されている。
まず、実施の形態２に係る振動力発電装置の構成について説明する。図３は実施の形態２に係る振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。これら各図に示すように、実施の形態２に係る振動力発電装置１０１は、実施の形態１の振動力発電装置１の構成要素に対して、さらに段差部２２を加えて構成されている。
段差部２２は、圧電素子１０の変形を局部的に調整するための局部変形調整手段である。この段差部２２は、振動板２０と同一の材質にて矩形状に形成されている（あるいは、波形状等にて形成されてもよい）。また、図３（ａ）に示すように、この段差部２２は、切欠部２１の底面に設けられている（なお、この段差部２２は、当該底面におけるＺ方向の一方の端部から他方の端部にわたって設けられている）。
ここで、この段差部２２の構成については、振動力発電装置１０１の製造性を向上させることができる構成が好ましく、具体的には、実施の形態２では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、段差部２２は、振動板２０と一体成形されている。あるいは、これに限られず、設置状況に応じて段差部２２の数や配置等を任意に変更できるように、例えば、段差部２２は、振動板２０とは別体に形成されてもよい。この場合には、段差部２２は、振動板２０に対して接着剤や固定具等にて接合される。
また、段差部２２の形状及び個数については、具体的には、実施の形態１では、図３（ａ）に示すように、圧電素子１０や振動板２０における切欠部２１と対応する部分に割れやひび等を生じにくくするために、段差部２２のＹ方向の長さを切欠部２１のＹ方向の長さの１／５程度で、且つ段差部２２のＸ方向の長さを振動板２０の厚さの１／４程度で形成された段差部２２が、２体設けられている。なお、段差部２２の厚さについては、例えば振動板２０の厚さと略同一にしてもよい。
また、段差部２２の段数については、具体的には、実施の形態１では、図３（ａ）に示すように、段差部２２は単数段にて形成されている。あるいは、これに限られず、圧電素子１０の変形を一層調整しやすくするために、複数段にて形成されてもよい。
また、段差部２２の形状及び個数については、具体的には、実施の形態１では、図３（ａ）に示すように、圧電素子１０や振動板２０における切欠部２１と対応する部分に割れやひび等を生じにくくするために、段差部２２のＹ方向の長さを切欠部２１のＹ方向の長さの１／５程度で、且つ段差部２２のＸ方向の長さを振動板２０の厚さの１／４程度で形成された段差部２２が、２体設けられている。なお、段差部２２の厚さについては、例えば振動板２０の厚さと略同一にしてもよい。
また、段差部２２の段数については、具体的には、実施の形態１では、図３（ａ）に示すように、段差部２２は単数段にて形成されている。あるいは、これに限られず、圧電素子１０の変形を一層調整しやすくするために、複数段にて形成されてもよい。
（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置１０１の機能は以下の通りである。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、切欠部２１の底面に段差部２２を複数設けたので、圧電素子１０や振動板２０における段差部２２と対応する部分の剛性を向上させることができ、圧電素子１０や振動板２０における切欠部２１と対応する部分に割れやひび等を生じにくくすることができる。
このように構成された振動力発電装置１０１の機能は以下の通りである。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、切欠部２１の底面に段差部２２を複数設けたので、圧電素子１０や振動板２０における段差部２２と対応する部分の剛性を向上させることができ、圧電素子１０や振動板２０における切欠部２１と対応する部分に割れやひび等を生じにくくすることができる。
（効果）
このように実施の形態２によれば、切欠部２１の底面に段差部２２を設けたので、切欠部の側面の少なくとも一部に、段差部を設けたので、圧電素子１０や振動板２０における切欠部２１が設けられている部分に割れやひび等を生じにくくすることができ、圧電素子１０や振動板２０における一定の耐久性を確保しながら、圧電素子１０の発電効率を向上させることができる。
このように実施の形態２によれば、切欠部２１の底面に段差部２２を設けたので、切欠部の側面の少なくとも一部に、段差部を設けたので、圧電素子１０や振動板２０における切欠部２１が設けられている部分に割れやひび等を生じにくくすることができ、圧電素子１０や振動板２０における一定の耐久性を確保しながら、圧電素子１０の発電効率を向上させることができる。
また、段差部２２と、振動板２０とを相互に一体成形したので、段差部２２に振動板２０を取り付ける手間を省くことができ、振動力発電装置１０１の製造性を向上させることができる。
〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。この形態は、振動板に、変形調整手段が設けられた形態である。なお、実施の形態３と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
次に、実施の形態３について説明する。この形態は、振動板に、変形調整手段が設けられた形態である。なお、実施の形態３と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
（構成）
まず、実施の形態３に係る振動力発電装置の構成について説明する。図４は実施の形態３に係る振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。これら各図に示すように、実施の形態３に係る振動力発電装置２０１は、実施の形態１の振動力発電装置１の構成要素に対して、さらに変形調整部２３ａ、２３ｂを加えて構成されている。
まず、実施の形態３に係る振動力発電装置の構成について説明する。図４は実施の形態３に係る振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。これら各図に示すように、実施の形態３に係る振動力発電装置２０１は、実施の形態１の振動力発電装置１の構成要素に対して、さらに変形調整部２３ａ、２３ｂを加えて構成されている。
変形調整部２３ａ、２３ｂは、圧電素子１０の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子１０の変形を調整する変形調整手段である。図４（ａ）に示すように、変形調整部２３ａは切欠部２１の左側壁面に設けられ、変形調整部２３ｂは切欠部２１の右側壁面に設けられている。
ここで、変形調整部２３ａ、２３ｂの構成については、振動力発電装置２０１の製造性を向上させることができる構成が好ましく、具体的には、実施の形態３では、図４（ａ）に示すように、変形調整部２３ａは切欠部２１の左側壁面と一体成形され、変形調整部２３ｂは切欠部２１の右側壁面と一体成形されている。あるいは、これに限られず、変形調整部２３ａ、２３ｂは、振動板２０とは別体にて形成されてもよい。
また、変形調整部２３ａ、２３ｂの配置については、具体的には、実施の形態３では、図４（ａ）に示すように、変形調整部２３ａは切欠部２１の左側壁面の下方に配置されていると共に、変形調整部２３ｂは切欠部２１の右側壁面の下方に配置されている。そして、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合に変形調整部２３ａ、２３ｂが相互に当接するように、変形調整部２３ａ、２３ｂは対向する位置に配置されている。
また、変形調整部２３ａ、２３ｂの配置については、具体的には、実施の形態３では、図４（ａ）に示すように、変形調整部２３ａは切欠部２１の左側壁面の下方に配置されていると共に、変形調整部２３ｂは切欠部２１の右側壁面の下方に配置されている。そして、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合に変形調整部２３ａ、２３ｂが相互に当接するように、変形調整部２３ａ、２３ｂは対向する位置に配置されている。
（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置２０１の機能は以下の通りである。図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、振動力発電装置２０１においては、切欠部２１の左側壁面に変形調整部２３ａが形成され、切欠部２１の右側壁面に変形調整部２３ｂが形成されているので、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合にのみ、変形調整部２３ａ、２３ｂが相互に当接される。これにより、圧電素子１０の圧縮変形を自由に許しながら、圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができる。
このように構成された振動力発電装置２０１の機能は以下の通りである。図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、振動力発電装置２０１においては、切欠部２１の左側壁面に変形調整部２３ａが形成され、切欠部２１の右側壁面に変形調整部２３ｂが形成されているので、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合にのみ、変形調整部２３ａ、２３ｂが相互に当接される。これにより、圧電素子１０の圧縮変形を自由に許しながら、圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができる。
（効果）
このように実施の形態３によれば、切欠部２１の左側壁面に変形調整部２３ａを設け、切欠部２１の右側壁面に変形調整部２３ｂを設けたので、圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子１０の割れ等を防止することができる。
このように実施の形態３によれば、切欠部２１の左側壁面に変形調整部２３ａを設け、切欠部２１の右側壁面に変形調整部２３ｂを設けたので、圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子１０の割れ等を防止することができる。
〔実施の形態４〕
次に、実施の形態４について説明する。この形態は、振動板２０の少なくとも一方の側面に略切断隙間のない切欠部を形成した形態である。なお、実施の形態４と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
次に、実施の形態４について説明する。この形態は、振動板２０の少なくとも一方の側面に略切断隙間のない切欠部を形成した形態である。なお、実施の形態４と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
（構成）
まず、実施の形態４に係る振動力発電装置の構成について説明する。図５は実施の形態４に係る振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。これら各図に示すように、実施の形態４に係る振動力発電装置３０１は、実施の形態１の振動力発電装置１の構成要素と同一の構成要素にて構成されている。
まず、実施の形態４に係る振動力発電装置の構成について説明する。図５は実施の形態４に係る振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。これら各図に示すように、実施の形態４に係る振動力発電装置３０１は、実施の形態１の振動力発電装置１の構成要素と同一の構成要素にて構成されている。
ここで、図５（ａ）に示すように、振動板２０の底面側の側面に、略切断隙間のない切欠部２１が形成されている（なお、この切欠部２１は、振動板２０におけるＺ方向の一方の端部から他方の端部にわたって形成されている）。この切欠部２１は、振動板２０の底面側の側面に直交するように略直線状にて形成されており、振動板２０の底面側の側面におけるＹ方向中央に配置されている。
（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置３０１の機能は以下の通りである。図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、振動力発電装置３０１においては、振動板２０の底面側の側面に、略切断隙間のない切欠部２１が設けられているので、圧電素子１０が上方へ凸状に撓もうとすると、切欠部２１の左側壁面と右側壁面とが相互に当接される。これにより、圧電素子１０の圧縮変形を自由に許しながら、圧電素子１０の過剰な引張変形を抑制することができる。
このように構成された振動力発電装置３０１の機能は以下の通りである。図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、振動力発電装置３０１においては、振動板２０の底面側の側面に、略切断隙間のない切欠部２１が設けられているので、圧電素子１０が上方へ凸状に撓もうとすると、切欠部２１の左側壁面と右側壁面とが相互に当接される。これにより、圧電素子１０の圧縮変形を自由に許しながら、圧電素子１０の過剰な引張変形を抑制することができる。
（効果）
このように実施の形態４によれば、振動板２０の底面側の側面に、略切断隙間のない切欠部２１が設けられているので、圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子１０の割れ等を防止することができる。
このように実施の形態４によれば、振動板２０の底面側の側面に、略切断隙間のない切欠部２１が設けられているので、圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子１０の割れ等を防止することができる。
〔実施の形態に対する変形例〕
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
（各実施の形態の組み合わせ）
各実施の形態に示した構成は、相互に組み合わせることができる。例えば、道路用遮音壁の吸音部に、実施の形態１における振動力発電装置１、実施の形態２における振動力発電装置１０１、実施の形態３における振動力発電装置２０１、又は実施の形態４における振動力発電装置３０１を組み合わせたものを適用してもよい。
また、例えば、実施の形態２における振動力発電装置１０１と実施の形態３における振動力発電装置２０１の変形調整部２３ａ、２３ｂとを組み合わせてもよい。あるいは、実施の形態４における振動力発電装置３０１と実施の形態２における振動力発電装置１０１の段差部２２とを組み合わせてもよい。この場合には、例えば、振動力発電装置３０１の切欠部２１は、振動板２０の底面側の側面に直交するように略鋸歯状にて形成されてもよい。
各実施の形態に示した構成は、相互に組み合わせることができる。例えば、道路用遮音壁の吸音部に、実施の形態１における振動力発電装置１、実施の形態２における振動力発電装置１０１、実施の形態３における振動力発電装置２０１、又は実施の形態４における振動力発電装置３０１を組み合わせたものを適用してもよい。
また、例えば、実施の形態２における振動力発電装置１０１と実施の形態３における振動力発電装置２０１の変形調整部２３ａ、２３ｂとを組み合わせてもよい。あるいは、実施の形態４における振動力発電装置３０１と実施の形態２における振動力発電装置１０１の段差部２２とを組み合わせてもよい。この場合には、例えば、振動力発電装置３０１の切欠部２１は、振動板２０の底面側の側面に直交するように略鋸歯状にて形成されてもよい。
（圧電素子について）
各実施の形態では、振動力発電装置１に設けられている圧電素子１０は、同一の薄角板状及び厚さにて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一形状及び厚さを有する方形状（例えば三角形、五角形等）、扇状、円形状等にて形成されてもよい。あるいは、異なる形状及び厚さを有する方形状等にて形成されてもよい。
各実施の形態では、振動力発電装置１に設けられている圧電素子１０は、同一の薄角板状及び厚さにて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一形状及び厚さを有する方形状（例えば三角形、五角形等）、扇状、円形状等にて形成されてもよい。あるいは、異なる形状及び厚さを有する方形状等にて形成されてもよい。
また、各実施の形態では、１枚の振動板２０に対して１枚の圧電素子１０が設けられていると説明したが、例えば、１枚の振動板２０に対して複数枚の圧電素子１０が設けられてもよい。この場合には、例えば、各圧電素子２０に対応する切欠部２１が、振動板２０の側面に複数形成されてもよい。
（振動板について）
各実施の形態では、振動板２０は、同一の角板状、かつ同一の板面積及び厚さにて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一形状及び厚さを有する方形状（例えば三角形、五角形等）、扇状、円形状等にて形成されてもよい。あるいは、異なる形状及び厚さを有する方形状等にて形成されてもよい。
各実施の形態では、振動板２０は、同一の角板状、かつ同一の板面積及び厚さにて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一形状及び厚さを有する方形状（例えば三角形、五角形等）、扇状、円形状等にて形成されてもよい。あるいは、異なる形状及び厚さを有する方形状等にて形成されてもよい。
また、各実施の形態では、振動板２０の形状を、圧電素子１０の形状よりも大きくしていると説明したが、例えば、振動板２０の形状を、圧電素子１０の形状と同一又はそれよりも小さくてもよい（より具体的には、振動板２０のＹ方向の長さが圧電素子１０のＹ方向の長さと同一又はそれよりも小さくてもよい）。また、振動板２０の厚さを、圧電素子１０の厚さよりも厚くしていると説明したが、例えば、振動板２０の厚さを、圧電素子１０の厚さと同一又はそれより薄くてもよい。
また、各実施の形態では、振動板２０の枚数を一枚として説明したが、例えば複数枚の振動板２０を組み合わせたものであってもよい。
（段差部について）
実施の形態２では、段差部２２は、切欠部２１の底面に設けられていると説明したが、これに限られない。例えば、段差部２２は、切欠部２１の右側壁面、又は左側壁面に設けられてもよい。あるいは、段差部２２は、切欠部２１の底面と、切欠部２１の右側壁面と、左側壁面とに設けられてもよい。
実施の形態２では、段差部２２は、切欠部２１の底面に設けられていると説明したが、これに限られない。例えば、段差部２２は、切欠部２１の右側壁面、又は左側壁面に設けられてもよい。あるいは、段差部２２は、切欠部２１の底面と、切欠部２１の右側壁面と、左側壁面とに設けられてもよい。
また、実施の形態２では、切欠部２１の底面に２体の段差部２２が設けられていると説明したが、例えば、１体の段差部２２が設けられてもよく、又は、２体以上の段差部が設けられてもよい。
また、実施の形態３では、切欠部２１の左側壁面に変形調整部２３ａを設け、切欠部２１の右側壁面に変形調整部２３ｂを設けることで、圧電素子１０の変形を調整すると説明したが、これに限られず、例えば、実施の形態２の段差部２２の相互間の間隔を調整することにより、圧電素子１０の変形を調整してもよい。
（付記Ａ）
付記Ａ１に記載の振動力発電装置は、振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、圧電素子と、前記圧電素子に振動を伝える振動板と、を備え、前記振動板の少なくとも一方の側面に切欠部を形成し、前記圧電素子を、前記振動板における前記切欠部が設けられている側面とは反対側の側面のうち前記切欠部と対応する部分に配置している。
付記Ａ１に記載の振動力発電装置は、振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、圧電素子と、前記圧電素子に振動を伝える振動板と、を備え、前記振動板の少なくとも一方の側面に切欠部を形成し、前記圧電素子を、前記振動板における前記切欠部が設けられている側面とは反対側の側面のうち前記切欠部と対応する部分に配置している。
また、付記Ａ２に記載の振動力発電装置は、付記Ａ１に記載の振動力発電装置において、前記切欠部の側面の少なくとも一部に、段差部を設けている。
また、付記Ａ３に記載の振動力発電装置は、付記Ａ２に記載の振動力発電装置において、前記段差部と、前記振動板とを相互に一体成形している。
また、付記Ａ４に記載の振動力発電装置は、付記Ａ１からＡ３のいずれか一つに記載の振動力発電装置において、前記振動板に、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けている。
付記Ａに係る振動力発電装置は、圧電素子を、振動板における切欠部が設けられている側面とは反対側の側面のうち切欠部と対応する部分に配置したので、当該切欠部が設けられていない構造に比べて、圧電素子の変形を促進させることができ、圧電素子の発電効率を向上させることができる。
付記Ａに係る振動力発電装置は、切欠部の側面の少なくとも一部に、段差部を設けたので、圧電素子や振動板における切欠部と対応する部分に割れやひび等を生じにくくすることができ、圧電素子や振動板における一定の耐久性を確保しながら、圧電素子の発電効率を向上させることができる。
付記Ａに係る振動力発電装置は、段差部と、振動板とを相互に一体成形したので、段差部に振動板を取り付ける手間を省くことができ、振動力発電装置の製造性を向上させることができる。
付記Ａに係る振動力発電装置は、振動板に、圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けたので、圧電素子の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子の割れ等を防止することができる。
（付記Ｂ）
付記Ｂ１に記載の振動力発電装置は、振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、圧電素子と、前記圧電素子に振動を伝える振動板と、を備え、前記圧電素子を、前記振動板の少なくとも一方の側面に配置し、前記振動板における前記圧電素子が設けられている側面とは反対側の側面のうち当該圧電素子と対応する部分において、切欠部を、当該側面における当該圧電素子と対応する部分の領域内に収まるように形成し、当該側面における当該圧電素子と対応する部分以外の部分において、前記切欠部を形成しない。
付記Ｂ１に記載の振動力発電装置は、振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、圧電素子と、前記圧電素子に振動を伝える振動板と、を備え、前記圧電素子を、前記振動板の少なくとも一方の側面に配置し、前記振動板における前記圧電素子が設けられている側面とは反対側の側面のうち当該圧電素子と対応する部分において、切欠部を、当該側面における当該圧電素子と対応する部分の領域内に収まるように形成し、当該側面における当該圧電素子と対応する部分以外の部分において、前記切欠部を形成しない。
また、付記Ｂ２に記載の振動力発電装置は、付記Ｂ１に記載の振動力発電装置において、前記切欠部を、当該切欠部の中心位置が前記圧電素子の中心位置と略一致するように配置している。
また、付記Ｂ３に記載の振動力発電装置は、付記Ｂ１又はＢ２に記載の振動力発電装置において、前記切欠部の断面形状を、略三角凹状、又は略円弧凹状としている。
また、付記Ｂ４に記載の振動力発電装置は、付記Ｂ１からＢ３のいずれか一項に記載の振動力発電装置において、前記振動板に、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けている。
付記Ｂ１に記載の振動力発電装置によれば、圧電素子を、振動板における切欠部が設けられている側面とは反対側の側面のうち切欠部と対応する部分に配置したので、当該切欠部が設けられていない構造に比べて、圧電素子の変形を促進させることができ、圧電素子の発電効率を向上させることができる。
また、付記Ｂ４に記載の振動力発電装置によれば、振動板に、圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けたので、圧電素子の過度な引張変形を抑制することができ、当該引張変形による圧電素子の割れ等を防止することができる。
１、１０１、２０１、３０１ 振動力発電装置
１０ 圧電素子
２０ 振動板
２１ 切欠部
２２ 段差部
２３ａ、２３ｂ 変形調整部
１０ 圧電素子
２０ 振動板
２１ 切欠部
２２ 段差部
２３ａ、２３ｂ 変形調整部
Claims (2)
- 振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、
圧電素子と、
前記圧電素子に振動を伝える振動板と、を備え、
前記圧電素子を、前記振動板の少なくとも一方の側面に配置し、
前記振動板における前記圧電素子が設けられている側面とは反対側の側面に、切欠部を形成し、
前記振動板に、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段を設けた、
振動力発電装置。 - 前記振動板における前記圧電素子が設けられている側面とは反対側の側面のうち当該圧電素子と対応する部分において、前記切欠部を、当該側面における当該圧電素子と対応する部分の領域内に収まるように形成し、当該側面における当該圧電素子と対応する部分以外の部分において、前記切欠部を形成しない、
請求項１に記載の振動力発電装置。
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