JP5549164B2 - Piezoelectric generator - Google Patents

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、圧電材料により発電する圧電発電機に関する。   The present invention relates to a piezoelectric generator that generates electricity using a piezoelectric material.

近年、地球環境の維持改善のため、環境負荷の少ない発電装置の研究開発が活発に行われている。その中で、自然の力あるいは人為的な力や振動による機械エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、通常無意識かつ無駄に消費されているエネルギーを電気エネルギーに変換して電源として利用する発電装置が提供されている。   In recent years, in order to maintain and improve the global environment, research and development of power generation devices with a low environmental load has been actively conducted. Among them, there is a power generator that converts mechanical energy generated by natural forces or artificial forces or vibrations into electrical energy to convert energy that is normally unconsciously and wasted into electrical energy and uses it as a power source. Is provided.

機械エネルギーを電気エネルギーに変換する装置としては、圧電体を用いる方法が提案されている。
この種の技術に関し、特許文献1には、板状の圧電体を表面に接合した板バネ状の片持梁の一端を筺体に固定し、自由端である他端に錘を設けた圧電発電機が記載されている。
また、特許文献2には、自由端に錘が設けられた板バネ状の片持梁を表裏より一対の圧電体で挟持して、振動の半周期ごとに発生させた電力を連続的に取り出す圧電発電機が記載されている。
As a device for converting mechanical energy into electrical energy, a method using a piezoelectric body has been proposed.
With regard to this type of technology, Patent Document 1 discloses a piezoelectric power generation in which one end of a plate spring-like cantilever having a plate-like piezoelectric body joined to the surface is fixed to a housing and a weight is provided at the other end which is a free end. The machine is listed.
Further, in Patent Document 2, a plate spring-like cantilever beam having a weight at the free end is sandwiched between a pair of piezoelectric bodies from the front and back, and electric power generated every half cycle of vibration is continuously taken out. A piezoelectric generator is described.

特開2005−45988号公報JP-A-2005-45588 特開2005−312269号公報JP 2005-31269 A

しかしながら、圧電体を構成する圧電材料は一般にきわめて高い剛性を有していることから、圧電体が接合された振動体の揺動変形は抑制される。このため、人間や動物の歩行時等の振動や、自動車や自転車等の走行振動を駆動源とし、特に携帯性を考慮して装置の小型化を図った場合、特許文献1、2に記載の圧電発電機では十分な発電効率を得ることが困難であった。   However, since the piezoelectric material constituting the piezoelectric body generally has extremely high rigidity, the swing deformation of the vibrating body to which the piezoelectric body is bonded is suppressed. For this reason, when the size of the device is reduced in consideration of portability, using vibrations during walking of humans and animals, and driving vibrations of automobiles, bicycles, etc. as described in Patent Documents 1 and 2. It was difficult to obtain sufficient power generation efficiency with a piezoelectric generator.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、歩行時や走行時の振動を駆動源としつつ、携帯性と発電効率とを両立して高めることのできる圧電発電機を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a piezoelectric generator capable of improving both portability and power generation efficiency while using vibration during walking or running as a drive source. .

本発明の圧電発電機は、筐体と、前記筐体に固定され前記筐体に対する往復揺動によって生じる応力により発電する圧電式の発電ユニットと、を備えるとともに、前記発電ユニットの共振周波数が10Hz以下であり、湾曲形状の帯状の平板である複数の振動素片を有する振動体を備え、前記発電ユニットが、前記筐体に対して基端部が固定された複数の前記振動素片と、複数の前記振動素片の其々において少なくとも一方の主面に接合されて複数の前記振動素片とともに揺動する圧電体と、を含み、かつ、複数の前記振動素片は、前記主面の面直方向に往復揺動する共通の錘が装着されているとともに、前記主面の平面方向に湾曲する前記湾曲形状をなして同一平面上で互いに隣接して嵌め合わされていることを特徴としている。 A piezoelectric generator according to the present invention includes a housing and a piezoelectric power generation unit that is fixed to the housing and generates power by stress generated by reciprocal swinging with respect to the housing, and the resonance frequency of the power generation unit is 10 Hz. A vibration body having a plurality of vibration elements that are curved strip-shaped flat plates, and the power generation unit includes a plurality of the vibration elements whose base ends are fixed to the housing; A piezoelectric body that is joined to at least one main surface of each of the plurality of vibrating element pieces and swings together with the plurality of vibrating element pieces, and the plurality of vibrating element pieces are formed on the main surface. A common weight that reciprocally swings in the direction perpendicular to the surface is mounted, and the curved shape that curves in the plane direction of the main surface is formed and fitted adjacent to each other on the same plane . .

また本発明の圧電発電機においては、より具体的な実施の態様として、複数の前記振動素片を前記主面の面直方向にみた平面視形状が、前記基端部の近傍を除き略全体において曲線状に形成されており、複数の前記振動素片の少なくとも一方の主面には、前記圧電体が接合されており、複数の前記振動素片は、それぞれの基端が前記筐体に対して固定されるとともに、先端に共通の前記錘が装着されてもよい。 Further, in the piezoelectric generator of the present invention, as a more specific embodiment, the planar view shape of the plurality of vibrating element pieces viewed in the direction perpendicular to the main surface is substantially the whole except for the vicinity of the base end portion. The piezoelectric body is bonded to at least one main surface of the plurality of vibrating element pieces, and each of the plurality of vibrating element pieces has respective base ends attached to the casing. The weight may be fixed to the tip and the common weight may be attached to the tip.

また本発明の圧電発電機においては、より具体的な実施の態様として、複数の前記振動素片が、前記同一平面上で互いに隣接する渦巻形状であり、前記錘が、前記渦巻形状の中心に配置され、複数の前記振動素片の先端が前記錘の周囲においてずれた位置に固定されるとともに、複数の前記振動素片が、前記錘を中心にして共通の螺旋方向に延在してもよい。 A piezoelectric generator of the present invention is also a more specific embodiments of implementation, a plurality of said vibration piece is a spiral-shaped adjacent to each other on said same plane, the weight is, the center of the spiral shape Disposed, the tips of the plurality of vibrating elements are fixed at positions displaced around the weight, and the plurality of vibrating elements extend in a common spiral direction around the weight. Good.

なお、本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。特に、振動体と圧電体とは別部材で構成してもよく、または共通部材としてもよい。すなわち、いわゆるユニモルフ型やバイモルフ型の圧電素子で発電する場合、金属等の振動体に対して、これと別部材の圧電体を接合して用いるとよい。一方、いわゆるモノポーラ型の圧電素子で発電する場合、振動体と圧電体とを共通の部材で構成してよい。   Note that the various components of the present invention do not have to be individually independent, that a plurality of components are formed as one member, and one component is formed of a plurality of members. It may be that a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps a part of another component, and the like. In particular, the vibrating body and the piezoelectric body may be configured as separate members, or may be a common member. That is, when generating electricity with a so-called unimorph-type or bimorph-type piezoelectric element, it is preferable to use a piezoelectric body, which is a separate member, and a vibrating body such as metal. On the other hand, when power is generated by a so-called monopolar piezoelectric element, the vibrating body and the piezoelectric body may be formed of a common member.

本発明の圧電発電機によれば、振動体の共振周波数が10Hz以下であるため、人間や動物の歩行時等の振動や、自動車や自転車等の走行振動を駆動源とした場合にも振動体が良好に共振するため、携帯性と高い発電効率とを得ることができる。   According to the piezoelectric generator of the present invention, since the resonance frequency of the vibrating body is 10 Hz or less, the vibrating body can be used even when the driving source is vibration during walking of a human or animal, or traveling vibration of an automobile or bicycle. Therefore, portability and high power generation efficiency can be obtained.

第一実施形態の圧電発電機の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the piezoelectric generator of 1st embodiment. (a)は第一実施形態の圧電発電機の平面図であり、(b)はそのB−B断面図である。(A) is a top view of the piezoelectric generator of 1st embodiment, (b) is the BB sectional drawing. (a)はユニモルフ型の圧電素子の縦断面図であり、(b)および(c)はバイモルフ型の圧電素子の縦断面図である。(A) is a longitudinal sectional view of a unimorph type piezoelectric element, and (b) and (c) are longitudinal sectional views of a bimorph type piezoelectric element. (a)〜(c)は圧電素子が揺動変形する様子を示す立面模式図である。(A)-(c) is an elevation model which shows a mode that a piezoelectric element carries out rocking deformation. 第二実施形態の圧電発電機の平面図である。It is a top view of the piezoelectric generator of a second embodiment. 第三実施形態の圧電発電機の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the piezoelectric generator of 3rd embodiment. (a)は第三実施形態の圧電発電機の平面図であり、(b)は(a)のB−B断面図であり、(c)は(b)のC−C断面図である。(A) is a top view of the piezoelectric generator of 3rd embodiment, (b) is BB sectional drawing of (a), (c) is CC sectional drawing of (b). 圧電体の近傍に関する図7(a)の拡大図である。It is an enlarged view of Fig.7 (a) regarding the vicinity of a piezoelectric material. (a)は圧電体をその高さ方向に切った断面図であり、(b)は圧電体を高さ方向に押圧した場合の変形図である。(A) is sectional drawing which cut the piezoelectric material in the height direction, (b) is a deformation | transformation figure at the time of pressing a piezoelectric material in the height direction. (a)は第四実施形態の圧電発電機の平面図であり、(b)はそのB−B断面図である。(A) is a top view of the piezoelectric generator of 4th embodiment, (b) is the BB sectional drawing. (a)は第五実施形態の圧電発電機の平面図であり、(b)はそのB−B断面図であり、(c)は(b)のC−C断面図である。(A) is a top view of the piezoelectric generator of 5th embodiment, (b) is the BB sectional drawing, (c) is CC sectional drawing of (b). 比較例1にかかる圧電発電機の平面図である。6 is a plan view of a piezoelectric generator according to Comparative Example 1. FIG. (a)は比較例2にかかる圧電発電機の平面図であり、(b)はそのB−B断面図である。(A) is a top view of the piezoelectric generator concerning the comparative example 2, (b) is the BB sectional drawing.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

<第一実施形態>
図1は、本実施形態の圧電発電機10の一例を示す斜視図である。
また、図2(a)は筐体蓋60を取り外した状態の圧電発電機10の平面図であり、同図(b)は同図(a)のB−B断面図である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the piezoelectric generator 10 of the present embodiment.
2A is a plan view of the piezoelectric generator 10 with the housing lid 60 removed, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

はじめに、本実施形態の圧電発電機10の概要について説明する。
圧電発電機10は、筐体30と、圧電式の発電ユニット40とを備える。
発電ユニット40は、筐体30に固定され、筐体30に対する往復揺動によって生じる応力により発電する装置である。
そして、本実施形態の圧電発電機10は、発電ユニット40の共振周波数が10Hzである。
First, the outline | summary of the piezoelectric generator 10 of this embodiment is demonstrated.
The piezoelectric generator 10 includes a housing 30 and a piezoelectric power generation unit 40.
The power generation unit 40 is a device that is fixed to the housing 30 and generates power by stress generated by reciprocal swinging with respect to the housing 30.
In the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the resonance frequency of the power generation unit 40 is 10 Hz.

以下、本実施形態の圧電発電機10について詳細に説明する。便宜上、図2(a)の上下方向を圧電発電機10および振動体20の長手方向といい、同図の左右方向を幅方向という。そして、長手方向と幅方向とをあわせて圧電発電機10の平面方向という場合がある。
また、図2(b)の上下方向を厚み方向または平面視方向という。本実施形態において、振動体20の揺動方向は圧電発電機10の厚み方向である。
なお、振動体20をはじめとする圧電発電機10の各構成要素に関し、断り無く「形状」と表現した場合は平面視形状をいうものとする。
Hereinafter, the piezoelectric generator 10 of this embodiment will be described in detail. For convenience, the vertical direction in FIG. 2A is referred to as the longitudinal direction of the piezoelectric generator 10 and the vibrating body 20, and the horizontal direction in FIG. The longitudinal direction and the width direction may be collectively referred to as the plane direction of the piezoelectric generator 10.
Moreover, the up-down direction of FIG.2 (b) is called thickness direction or planar view direction. In the present embodiment, the swinging direction of the vibrating body 20 is the thickness direction of the piezoelectric generator 10.
In addition, regarding each component of the piezoelectric generator 10 including the vibrating body 20, when expressed as “shape” without any notice, it means a shape in plan view.

ここで、平面方向や厚み方向とは、圧電発電機10の構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定したものであり、圧電発電機10の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
すなわち、本実施形態の圧電発電機10は、筐体30に加速度荷重を印加することで発電ユニット40を厚み方向に揺動させるものであるが、筐体30の厚み方向は必ずしも重力方向に一致させる必要はない。筐体30に印加された外力のうち、筐体30の厚み方向成分によって発電ユニット40を揺動させることができる。
Here, the plane direction and the thickness direction are defined for convenience in order to briefly explain the relative relationship of the constituent elements of the piezoelectric generator 10, and the directions at the time of manufacture and use of the piezoelectric generator 10 are defined. It is not limited.
That is, the piezoelectric generator 10 of the present embodiment swings the power generation unit 40 in the thickness direction by applying an acceleration load to the housing 30, but the thickness direction of the housing 30 does not necessarily match the gravity direction. There is no need to let them. Of the external force applied to the housing 30, the power generation unit 40 can be swung by the thickness direction component of the housing 30.

本実施形態では、発電ユニット40として、圧電材料からなる圧電体42および導電性の電極膜44が金属製の振動体20の主面に接合された、ユニモルフ型またはバイモルフ型の圧電素子を例示する。
すなわち、本実施形態の発電ユニット40は、筐体30に対して基端部24が固定された振動体20と、振動体20の少なくとも一方の主面に接合されて振動体20とともに揺動する圧電体42と、を含む。そして、振動体20が面直方向に往復揺動することで、振動体20の表裏面には交互に引張状態と圧縮状態が生じる。かかる引張応力と圧縮応力は、振動体20の主面に接合された圧電体42に伝達されて圧電体42に歪みを与え、圧電発電効果により圧電体42に起電力を生じる。
なお、本実施形態において、振動体20の基端部24とは、振動体20が筐体30に対して直接的に、または他の部材を介在して間接的に支持されている所定の長さ領域をいい、必ずしも振動体20の端点を含むものではない。
In the present embodiment, the power generation unit 40 is exemplified by a unimorph type or bimorph type piezoelectric element in which a piezoelectric body 42 made of a piezoelectric material and a conductive electrode film 44 are joined to the main surface of the metallic vibrating body 20. .
That is, the power generation unit 40 of this embodiment is joined to at least one main surface of the vibrating body 20 with the base end 24 fixed to the housing 30 and swings together with the vibrating body 20. And a piezoelectric body 42. Then, when the vibrating body 20 reciprocally swings in the direction perpendicular to the surface, a tensile state and a compressed state are alternately generated on the front and back surfaces of the vibrating body 20. The tensile stress and the compressive stress are transmitted to the piezoelectric body 42 bonded to the main surface of the vibrating body 20 to distort the piezoelectric body 42, and an electromotive force is generated in the piezoelectric body 42 by the piezoelectric power generation effect.
In the present embodiment, the base end portion 24 of the vibrating body 20 is a predetermined length in which the vibrating body 20 is supported directly on the housing 30 or indirectly through other members. The end region of the vibrating body 20 is not necessarily included.

なお、本発明においては、後述する第三から第七実施形態のように、発電ユニット40は、振動体20の基端部24と筐体30との間に圧電体42を挟持したものでもよい。   In the present invention, as in third to seventh embodiments to be described later, the power generation unit 40 may have a piezoelectric body 42 sandwiched between the base end portion 24 of the vibrating body 20 and the housing 30. .

圧電発電機10の幅方向と長手方向の寸法およびその大小は特に限られないが、本実施形態の筐体30は平面視矩形状、より具体的には略正方形状をなしており、幅寸法と長手方向寸法とは互いに略等しく、数ミリメートルから数センチメートル程度である。   The dimensions and the size of the piezoelectric generator 10 in the width direction and the longitudinal direction are not particularly limited, but the casing 30 of the present embodiment has a rectangular shape in plan view, more specifically, a substantially square shape, and the width dimension. And the longitudinal dimension are substantially equal to each other and are about several millimeters to several centimeters.

図1、2に示すように、圧電発電機10の外部構造は、筐体30と、筐体30の開口部を覆う筐体蓋60と、筐体30の外部に露出して設けられた外部電極70と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the external structure of the piezoelectric generator 10 includes a housing 30, a housing lid 60 that covers the opening of the housing 30, and an external device that is exposed outside the housing 30. Electrode 70.

筐体30は、発電ユニット40を内部で往復揺動可能に収容する容器である。筐体30は上面が開口した箱形をなし、その中空内部の対向する二つのコーナー部には、一対のブロック状のベース32が立設されている。   The housing | casing 30 is a container which accommodates the electric power generation unit 40 so that a reciprocating rocking | fluctuation is possible inside. The housing 30 has a box shape with an open upper surface, and a pair of block-shaped bases 32 are provided upright at two opposing corners inside the hollow.

ベース32は、発電ユニット40の両端を支持する基台である。発電ユニット40は、一対のベース32に対して両端がそれぞれ固定支持された状態で架設されている。
ベース32の上面と、本実施形態の板状の発電ユニット40の板厚中心は、筐体30の中空内部の略中間深さにある。
The base 32 is a base that supports both ends of the power generation unit 40. The power generation unit 40 is installed in a state where both ends are fixedly supported with respect to the pair of bases 32.
The upper surface of the base 32 and the thickness center of the plate-shaped power generation unit 40 of the present embodiment are at a substantially intermediate depth inside the hollow of the housing 30.

本実施形態の振動体20は、その主面の一方または両方に圧電体42が接合されて発電ユニット40を構成する金属製の基板である。また、振動体20は、圧電体42で発電された交流電流を外部電極70に送るための金属電極としても機能する。
振動体20を構成する金属材料は特に限定されるものではなく、ステンレス鋼やリン青銅を例示することができる。尚、金属材料のほか、振動体20には、片面又は両面にメッキされた樹脂板もしくは導電性樹脂板も使用できる。更に、導電性樹脂を用いることもできる。
振動体20は面直方向に所定の可撓性と曲げ剛性とを有している。このため、筐体30に加速度荷重を加えて、錘50の慣性力によって筐体30と錘50との間に相対速度を発生させると、以後、錘50を支持する振動体20は筐体30に対して相対的に往復揺動する。
The vibrating body 20 of the present embodiment is a metal substrate that constitutes the power generation unit 40 with a piezoelectric body 42 bonded to one or both of its main surfaces. The vibrating body 20 also functions as a metal electrode for sending the alternating current generated by the piezoelectric body 42 to the external electrode 70.
The metal material which comprises the vibrating body 20 is not specifically limited, Stainless steel and phosphor bronze can be illustrated. In addition to the metal material, the vibrating body 20 may be a resin plate or a conductive resin plate plated on one or both sides. Furthermore, a conductive resin can also be used.
The vibrating body 20 has predetermined flexibility and bending rigidity in the perpendicular direction. For this reason, when an acceleration load is applied to the housing 30 and a relative speed is generated between the housing 30 and the weight 50 due to the inertial force of the weight 50, the vibrating body 20 that supports the weight 50 will thereafter be the housing 30. Reciprocally oscillates relative to.

図2(a)に示すように、本実施形態の振動体20は湾曲形状の板状をなしている。
より具体的には、振動体20(発電ユニット40)は、平面視螺旋形状の板状をなしている。
振動体20(発電ユニット40)の螺旋形状は、二巻きの等間隔螺旋(アルキメデス螺旋)である。なお、振動体20(発電ユニット40)の湾曲形状としては、螺旋形状のほか、波形や鍵型、鋸歯形などを採用してもよい。
As shown in FIG. 2A, the vibrating body 20 of the present embodiment has a curved plate shape.
More specifically, the vibrating body 20 (power generation unit 40) has a plate shape that is a spiral shape in plan view.
The spiral shape of the vibrating body 20 (power generation unit 40) is a two-turn equidistant spiral (Archimedes spiral). The curved shape of the vibrating body 20 (power generation unit 40) may be a spiral shape, a waveform, a key shape, a sawtooth shape, or the like.

振動体20は、それぞれ平面視螺旋形状の板状をなす複数の振動素片21、22を有している。
振動素片21、22の少なくとも一方の主面には、ほぼその全面に、圧電体42および電極膜44(図3を参照)が接合されている。
振動素片21、22は、それぞれ一方の基端部24が筐体30に対して固定され、先端部25に共通の錘50が装着されている。
The vibrating body 20 includes a plurality of vibrating element pieces 21 and 22 each having a spiral plate shape in plan view.
A piezoelectric body 42 and an electrode film 44 (see FIG. 3) are joined to substantially the entire surface of at least one main surface of the vibrating element pieces 21 and 22.
Each of the vibrating element pieces 21 and 22 has one base end portion 24 fixed to the housing 30, and a common weight 50 is attached to the tip end portion 25.

振動素片21、22は、同一平面上で互いに隣接する渦巻形状をなしており、それぞれの先端が錘50に固定されている。振動素片21、22は、それぞれ等間隔螺旋である。
本実施形態の振動素片21、22は、一連の渦巻状の帯状部材として作製されて、錘50を中心に放射状に形成されている。すなわち、振動素片21、22は、互いに別部材で作製されることを必須とするものではない。
The vibrating element pieces 21 and 22 have spiral shapes adjacent to each other on the same plane, and the respective tips are fixed to the weight 50. The vibrating elements 21 and 22 are respectively equally spaced spirals.
The vibration element pieces 21 and 22 of the present embodiment are manufactured as a series of spiral belt-like members, and are formed radially around the weight 50. That is, it is not essential that the vibrating elements 21 and 22 are made of different members.

振動素片21、22は、錘50を中心として共通の螺旋方向にカーブしている。また、振動素片21、22は錘50を挟んで長手方向で180度回転対称位置に設けられている。
振動素片21、22の各基端部24a、24bは、平面視矩形状の筐体30の辺に沿って直線状に形成されている。基端部24a、24bは、一対のベース32にそれぞれ固定されている。基端部24a、24bとベース32とは互いに固着されている。
The vibrating elements 21 and 22 are curved in a common spiral direction around the weight 50. Further, the vibrating elements 21 and 22 are provided at rotationally symmetrical positions by 180 degrees in the longitudinal direction with the weight 50 interposed therebetween.
The base end portions 24a and 24b of the vibrating element pieces 21 and 22 are formed linearly along the side of the casing 30 that is rectangular in plan view. The base end portions 24 a and 24 b are fixed to the pair of bases 32, respectively. The base end portions 24a and 24b and the base 32 are fixed to each other.

本実施形態の発電ユニット40は、振動素片21、22の主面の少なくとも一方に圧電体42および電極膜44を積層したものである。したがって、発電ユニット40は、両端が筐体30に固定支持されて中央に錘50の集中荷重を受ける、両端支持梁である。   The power generation unit 40 of the present embodiment is obtained by laminating a piezoelectric body 42 and an electrode film 44 on at least one of the main surfaces of the vibrating element pieces 21 and 22. Therefore, the power generation unit 40 is a both-end support beam that is fixedly supported by the housing 30 at both ends and receives the concentrated load of the weight 50 at the center.

錘50は、振動素片21、22の渦巻きの中心部の表裏両面に接合されている。錘50の重さ、形状、寸法などは、ベース32に両端支持された発電ユニット40の共振周波数が10Hz以下となるよう調整されている。   The weight 50 is bonded to both the front and back surfaces of the central part of the spiral of the vibrating element pieces 21 and 22. The weight, shape, dimensions, and the like of the weight 50 are adjusted so that the resonance frequency of the power generation unit 40 supported at both ends by the base 32 is 10 Hz or less.

図3(a)〜(c)は、発電ユニット40の縦断面図である。同図(a)は、金属製の板状体である振動体20の一方の主面(同図では上面)に圧電体42が接合されたユニモルフ型の発電ユニット40の縦断面図である。同図(b)および(c)は、振動体20の両方の主面に板状の圧電体42が接合されたバイモルフ型の発電ユニット40の縦断面図である。
発電ユニット40の圧電体42の表面には、導電性の薄膜である電極膜44が積層されている。
3A to 3C are longitudinal sectional views of the power generation unit 40. FIG. FIG. 6A is a longitudinal sectional view of a unimorph type power generation unit 40 in which a piezoelectric body 42 is bonded to one main surface (upper surface in the drawing) of a vibrating body 20 that is a metal plate-like body. FIGS. 7B and 7C are longitudinal sectional views of a bimorph type power generation unit 40 in which plate-like piezoelectric bodies 42 are joined to both main surfaces of the vibrating body 20.
An electrode film 44 that is a conductive thin film is laminated on the surface of the piezoelectric body 42 of the power generation unit 40.

圧電体42を構成する圧電材料には、例えばペロブスカイト型結晶構造をなす強誘電体を用いることができる。一例として、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(ZR,Ti)O)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛((Pb,La)(Zr,Ti)O)を挙げることができる。 As the piezoelectric material constituting the piezoelectric body 42, for example, a ferroelectric having a perovskite crystal structure can be used. As an example, barium titanate (BaTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (ZR, Ti) O 3 ), lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ).

圧電体42と振動体20とは、極薄く塗布されたエポキシ接着剤などの熱硬化性接着剤により接着接合されている。また、圧電体42は、図3各図に矢印で示すように厚み方向に分極されている。   The piezoelectric body 42 and the vibrating body 20 are adhesively bonded by a thermosetting adhesive such as an epoxy adhesive applied extremely thinly. Further, the piezoelectric body 42 is polarized in the thickness direction as indicated by arrows in each drawing of FIG.

そして、上述のように発電ユニット40の一端または両端を固定した状態で振動体20を面直方向に往復揺動させると、圧電体42は引張応力または圧縮応力を交互に受けて、面内方向に伸縮する。これにより、圧電体42には分極方向の両端面にあたる表裏面の間に交流の起電力が生じる。
電極膜44と振動体20とは、それぞれ外部電極70aまたは外部電極70bに個別に接続されている。図3(a)〜(c)に、交流電流の取り出し方法を示す。具体的には、図3(a)のユニモルフ型の発電ユニット40の場合、圧電体42の分極方向の正方向にあたる電極膜44と、負方向にあたる振動体20から、互いに逆位相の交流電流が出力されて外部電極70a、70bにそれぞれ接続される。
図3(b)のバイモルフ型の発電ユニット40は、振動体20を挟む一対の圧電体42の分極方向が互いに反対である。具体的には、振動体20の上面側の圧電体42tは上面側から下面側に向かって分極し、振動体20の下面側の圧電体42bの分極方向はその逆である。ここで、往復振動する振動体20の上面と下面には引張と圧縮が反対に生じることから、振動体20の上面側の圧電体42tと下面側の圧電体42bとは、往復振動の腹において、一方が面内方向に圧縮されて厚み方向(分極方向)に増大変形し、他方が引っ張られて厚み方向(分極方向)に減少変形する。すなわち、分極方向が互いに反対の圧電体42tと圧電体42bとは、振動体20の振動にあわせて生じる厚み方向(分極方向)の変位も正負反対である。したがって、圧電体42tと圧電体42bの上面側同士、および下面側同士は同極の電位が生じる。そして、直列に接続された圧電体42tおよび圧電体42bの両外面にあたる電極膜44tと電極膜44bとの間には、加算された電位差が生じる。このため、同図の発電ユニット40では、電極膜44tと電極膜44bに外部電極70a、70bをそれぞれ接続して交流電流を出力する。
図3(c)のバイモルフ型の発電ユニット40は、振動体20を挟む一対の圧電体42の分極方向が共通である。このため、図3(b)とは反対に、振動体20の往復振動によって、電極膜44tと電極膜44bには互いに同極(同位相)の電位が生じ、振動体20にはその逆位相の電位が生じる。このため、図3(c)の発電ユニット40では、電極膜44tおよび電極膜44bを一方の外部電極(外部電極70a)に共に接続し、振動体20を他方の外部電極(外部電極70b)に接続して交流電流を出力する。
When the vibrating body 20 is reciprocally swung in the perpendicular direction with one or both ends of the power generation unit 40 fixed as described above, the piezoelectric body 42 alternately receives tensile stress or compressive stress, and in-plane direction. Extends and contracts. Thereby, an alternating electromotive force is generated in the piezoelectric body 42 between the front and back surfaces corresponding to both end faces in the polarization direction.
The electrode film 44 and the vibrating body 20 are individually connected to the external electrode 70a or the external electrode 70b, respectively. FIGS. 3A to 3C show a method for extracting an alternating current. Specifically, in the case of the unimorph type power generation unit 40 in FIG. 3A, alternating currents having opposite phases are generated from the electrode film 44 corresponding to the positive direction of the polarization direction of the piezoelectric body 42 and the vibrating body 20 corresponding to the negative direction. The output is connected to the external electrodes 70a and 70b.
In the bimorph type power generation unit 40 in FIG. 3B, the polarization directions of the pair of piezoelectric bodies 42 sandwiching the vibrating body 20 are opposite to each other. Specifically, the piezoelectric body 42t on the upper surface side of the vibrating body 20 is polarized from the upper surface side toward the lower surface side, and the polarization direction of the piezoelectric body 42b on the lower surface side of the vibrating body 20 is reversed. Here, since tension and compression occur oppositely on the upper surface and the lower surface of the vibrating body 20 that reciprocally vibrate, the piezoelectric body 42t on the upper surface side and the piezoelectric body 42b on the lower surface side of the vibrating body 20 are at the antinode of reciprocal vibration. One is compressed in the in-plane direction and increased in the thickness direction (polarization direction), and the other is pulled and decreased in the thickness direction (polarization direction). That is, the piezoelectric body 42t and the piezoelectric body 42b whose polarization directions are opposite to each other are positive and negative in displacement in the thickness direction (polarization direction) generated in accordance with the vibration of the vibrating body 20. Accordingly, the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 42t and the piezoelectric body 42b have the same potential. An added potential difference is generated between the electrode film 44t and the electrode film 44b corresponding to both outer surfaces of the piezoelectric body 42t and the piezoelectric body 42b connected in series. For this reason, in the power generation unit 40 of the figure, the external electrodes 70a and 70b are connected to the electrode film 44t and the electrode film 44b, respectively, and an alternating current is output.
In the bimorph type power generation unit 40 of FIG. 3C, the polarization directions of the pair of piezoelectric bodies 42 sandwiching the vibrating body 20 are common. For this reason, contrary to FIG. 3B, the reciprocating vibration of the vibrating body 20 generates potentials having the same polarity (in the same phase) in the electrode film 44t and the electrode film 44b, and the vibrating body 20 has the opposite phase. Is generated. For this reason, in the power generation unit 40 in FIG. 3C, the electrode film 44t and the electrode film 44b are connected together to one external electrode (external electrode 70a), and the vibrating body 20 is connected to the other external electrode (external electrode 70b). Connect and output alternating current.

なお、本発明においては、発電ユニット40としてモノモルフ型の圧電素子を用いてもよい。すなわち、図3各図の態様に代えて、導電性の薄膜である電極膜が両面に形成された圧電材料からなる所定厚さの板状の圧電体42を筐体30に固定して往復揺動させ、金属製の振動体20を排除してもよい。   In the present invention, a monomorph type piezoelectric element may be used as the power generation unit 40. That is, instead of the embodiment shown in FIG. 3, a plate-like piezoelectric body 42 having a predetermined thickness made of a piezoelectric material having an electrode film as a conductive thin film formed on both sides is fixed to the housing 30 and reciprocally shaken. The metal vibrating body 20 may be excluded by moving.

ここで、発電ユニット40の共振周波数が10Hz以下であるとは、10Hz以下の周期的振動を筐体30に印加することで発電ユニット40に共振が生じて圧電体42に起電力が生じることをいう。すなわち、本実施形態のように振動体20の主面に圧電体42と電極膜44が積層されてユニモルフ型やバイモルフ型の圧電素子からなる発電ユニット40の場合、当該圧電素子の一次固有振動数が10Hz以下であることをいう。
また、発電ユニット40がモノモルフ型の圧電素子からなる場合、発電ユニット40の共振周波数が10Hz以下であるとは、圧電体42の一次固有振動数が10Hz以下であることをいう。
Here, that the resonance frequency of the power generation unit 40 is 10 Hz or less means that application of periodic vibration of 10 Hz or less to the housing 30 causes resonance in the power generation unit 40 and generation of electromotive force in the piezoelectric body 42. Say. That is, in the case of the power generation unit 40 formed of a unimorph type or bimorph type piezoelectric element in which the piezoelectric body 42 and the electrode film 44 are laminated on the main surface of the vibrating body 20 as in the present embodiment, the primary natural frequency of the piezoelectric element. Is 10 Hz or less.
Further, when the power generation unit 40 is composed of a monomorph type piezoelectric element, the resonance frequency of the power generation unit 40 being 10 Hz or less means that the primary natural frequency of the piezoelectric body 42 is 10 Hz or less.

図4(a)〜(c)は、発電ユニット40(圧電素子)が揺動変形する様子を示す立面模式図である。圧電体42と電極膜44(図3を参照)は図示を省略している。
同図(a)は、錘50とともに振動する振動体20の上死点の状態を示している。振動体20は、その自然状態(中立面NP)よりも、矢印のように上方に変位している。同図(b)は、振動体20の振動の腹の状態を示し、振動体20は中立面NPと一致している。同図(c)は、振動体20の下死点の状態を示している。振動体20は、中立面NPよりも、矢印のように下方に変位している。
そして、同図(b)の中立状態から上方または下方に変位するまでの間、振動体20は、基端部24を支持端として全体に曲げ撓みが増大する。一方、同図(a)の上死点または同図(c)の下死点から中立状態に戻る間、振動体20の曲げ撓みは漸減する。
そして、同図(a)に示す上死点では、振動体20の上面側に大きな圧縮が生じ、下面側には引張が生じる。同図(c)に示す下死点では、その逆である。
このように、厚み方向に分極(図3を参照)された発電ユニット40が往復揺動することで、発電ユニット40がユニモルフ型であるかバイモルフ型であるかによらず、電極膜44と振動体20(図3を参照)の間に起電力が生じる。
4A to 4C are schematic elevational views showing a state where the power generation unit 40 (piezoelectric element) is oscillated and deformed. The piezoelectric body 42 and the electrode film 44 (see FIG. 3) are not shown.
FIG. 6A shows the state of the top dead center of the vibrating body 20 that vibrates with the weight 50. The vibrating body 20 is displaced upward as indicated by an arrow from its natural state (neutral plane NP). FIG. 2B shows the antinode state of vibration of the vibrating body 20, and the vibrating body 20 coincides with the neutral plane NP. FIG. 2C shows the bottom dead center state of the vibrating body 20. The vibrating body 20 is displaced downward as indicated by an arrow from the neutral plane NP.
Then, until the vibrator 20 is displaced upward or downward from the neutral state in FIG. 5B, the bending flexure increases as a whole with the base end portion 24 as the support end. On the other hand, the bending deflection of the vibrating body 20 gradually decreases while returning to the neutral state from the top dead center of FIG.
Then, at the top dead center shown in FIG. 5A, large compression occurs on the upper surface side of the vibrating body 20, and tension occurs on the lower surface side. The opposite is true at the bottom dead center shown in FIG.
In this way, the power generation unit 40 polarized in the thickness direction (see FIG. 3) reciprocally swings, so that the electrode film 44 and the vibration are vibrated regardless of whether the power generation unit 40 is a unimorph type or a bimorph type. An electromotive force is generated between the bodies 20 (see FIG. 3).

以下、本実施形態の圧電発電機10では、圧電体42の表面に電極膜44が被着され、裏面に振動体20が金属電極として露出して設けられた、ユニモルフ型を例に説明する。   Hereinafter, in the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, a unimorph type in which the electrode film 44 is attached to the surface of the piezoelectric body 42 and the vibrating body 20 is exposed as a metal electrode on the back surface will be described as an example.

外部電極70(70a、70b)は、筐体30の対向辺の辺央外部にそれぞれ装着されている。
外部電極70はL字状に曲げ形成された金属材料からなり、筐体30の外部側面30aおよび外部側面30bに被着されている(図1を参照)。
The external electrodes 70 (70a, 70b) are respectively attached to the outside of the opposite sides of the housing 30.
The external electrode 70 is made of a metal material bent into an L shape, and is attached to the external side surface 30a and the external side surface 30b of the housing 30 (see FIG. 1).

図2に戻り、外部電極70aには接続線72、73が接続され、外部電極70bには接続線74、75が接続されている。
接続線72と接続線73は、振動素片22の上面および振動素片21の上面にそれぞれ積層された電極膜44に接続されている。
接続線74と接続線75は、振動素片22の下面および振動素片21の下面にそれぞれ接続されている。
接続線72〜75は、それぞれ発電ユニット40の基端部24a、24bの近傍に接続されており、錘50を中心として往復揺動する振動体20との干渉を防止している。
Returning to FIG. 2, connection lines 72 and 73 are connected to the external electrode 70a, and connection lines 74 and 75 are connected to the external electrode 70b.
The connection line 72 and the connection line 73 are connected to the electrode film 44 laminated on the upper surface of the vibration element piece 22 and the upper surface of the vibration element piece 21, respectively.
The connection line 74 and the connection line 75 are respectively connected to the lower surface of the vibration element 22 and the lower surface of the vibration element 21.
The connection lines 72 to 75 are connected to the vicinity of the base ends 24 a and 24 b of the power generation unit 40, respectively, and prevent interference with the vibrating body 20 that reciprocally swings around the weight 50.

筐体30の上面には、接続線72〜75をそれぞれ筐体30の内部から外部電極70に案内する溝部34が設けられている。
溝部34に代えて、外部電極70が接合された筐体30の立壁面33を内外方向に貫通する通孔を設けて、接続線72〜75を筐体30の中空内部から外部電極70に案内してもよい。
On the upper surface of the housing 30, groove portions 34 that guide the connection lines 72 to 75 from the inside of the housing 30 to the external electrode 70 are provided.
Instead of the groove 34, a through-hole penetrating the standing wall surface 33 of the housing 30 to which the external electrode 70 is bonded inward and outward is provided to guide the connection lines 72 to 75 from the hollow interior of the housing 30 to the external electrode 70. May be.

振動素片21、22の上面、より具体的には、基端部24a、24b近傍の上面には、それぞれ接続線72、73が接合されて、外部電極70aは圧電体42の上面(電極膜44)と同電位となっている。
一方、振動素片21、22の下面、より具体的には、基端部24a、24b近傍の下面には、それぞれ接続線74、75が接合されて、外部電極70bは圧電体42の下面(振動体20)と同電位となっている。
そして、外部電極70に対して整流回路やコンバータ(図示せず)を任意で接続することにより、圧電発電機10は、他の機器の電源や、充電器(充電池)への充電電流を供給する発電機として用いることができる。
Connection lines 72 and 73 are joined to the upper surfaces of the vibrating elements 21 and 22, more specifically, the upper surfaces in the vicinity of the base end portions 24a and 24b, respectively, and the external electrode 70a is connected to the upper surface (electrode film) of the piezoelectric body 42. 44).
On the other hand, connection lines 74 and 75 are joined to the lower surface of the vibrating elements 21 and 22, more specifically, the lower surface near the base end portions 24a and 24b, respectively, and the external electrode 70b is connected to the lower surface ( It has the same potential as the vibrating body 20).
Then, by arbitrarily connecting a rectifier circuit or a converter (not shown) to the external electrode 70, the piezoelectric generator 10 supplies a power source for other devices and a charging current to a charger (rechargeable battery). It can be used as a generator.

また、図2(b)に示すように、筐体蓋60の裏面と筐体30の内側底面31には、錘50の上死点と下死点の高さ位置を規制する変位ストッパー62、36が互いに内向きに立設されている。変位ストッパー62、36は、筐体蓋60および筐体30のそれぞれ複数箇所に設けてもよい。
筐体蓋60の裏面の変位ストッパー62は、錘50の上端面と当接して、発電ユニット40の上死点を所定以下の高さに規制する。これにより、発電ユニット40が許容振幅を超えることがなく、圧電体42の保護が図られる。
また、筐体30の内側底面31の変位ストッパー36は、錘50の下端面と当接して、発電ユニット40の下死点を所定以上の高さに規制する。これにより、発電ユニット40が許容振幅を超えることがなく、圧電体42の保護が図られる。
Further, as shown in FIG. 2B, on the back surface of the housing lid 60 and the inner bottom surface 31 of the housing 30, a displacement stopper 62 that regulates the height positions of the top dead center and the bottom dead center of the weight 50, 36 are erected inward from each other. The displacement stoppers 62 and 36 may be provided at a plurality of locations on the housing lid 60 and the housing 30, respectively.
The displacement stopper 62 on the back surface of the housing lid 60 is in contact with the upper end surface of the weight 50 and restricts the top dead center of the power generation unit 40 to a predetermined height or less. Thereby, the power generation unit 40 does not exceed the allowable amplitude, and the piezoelectric body 42 is protected.
Further, the displacement stopper 36 on the inner bottom surface 31 of the housing 30 abuts on the lower end surface of the weight 50 and regulates the bottom dead center of the power generation unit 40 to a predetermined height or more. Thereby, the power generation unit 40 does not exceed the allowable amplitude, and the piezoelectric body 42 is protected.

なお、本発明においては、変位ストッパー62、36を設けることなく、筐体蓋60の下面および筐体30の内側底面31と、発電ユニット40とのクリアランスを所定に調整することによって、発電ユニット40が許容振幅を超えることを抑制してもよい。これにより、圧電体42に負荷される引張または圧縮応力が破壊限界応力以下に抑えられる。   In the present invention, the power generation unit 40 is adjusted by adjusting the clearance between the lower surface of the housing lid 60 and the inner bottom surface 31 of the housing 30 and the power generation unit 40 without providing the displacement stoppers 62 and 36. May be prevented from exceeding the allowable amplitude. Thereby, the tensile or compressive stress applied to the piezoelectric body 42 is suppressed to the fracture limit stress or less.

本実施形態の(発電ユニット40)圧電素子の作製方法の一例を、以下に具体的に示す。
(1)ユニモルフ構造の圧電素子の場合
(第一工程)圧電セラミックスの粉末材料に、樹脂および溶剤と、必要に応じて可塑剤などの添加物とを加え、撹拌分散してペースト状とする。
(第二工程)ドクターブレードや、グラビア印刷、スクリーン印刷等の方法で、100μm以下に成膜し、乾燥する。
(第三工程)必要な大きさに膜体を切断した後、焼成炉で脱バインダおよび焼成処理を行い、シート状の圧電体42の焼成体を得る。
(第四工程)金属電極板(振動体20)に、極薄く接着剤を塗布して、焼成体(圧電体42)を圧着して接着する。
(第五工程)焼成体(圧電体42)の露出面に、導電性の接着剤を薄く塗布し、必要な温度で硬化接着することで電極膜44を得る。また、電極膜44は、金属蒸着法やスパッタ法の方法で成型してもよい。
そして、電極膜44と振動体20との間に、3KV/mm以下の電界を加えて分極処理して、圧電体42が図3各図のように分極される。
(第六工程)圧電体42と電極膜44とが積層され振動体20を、レーザー加工法や打ち抜き法、NC加工法などの方法で加工することにより、図2(a)に示すようなスパイラル形状の圧電素子を得る。
An example of a method for producing the (power generation unit 40) piezoelectric element of this embodiment will be specifically described below.
(1) In the case of a piezoelectric element having a unimorph structure (First step) A resin and a solvent and, if necessary, an additive such as a plasticizer are added to a piezoelectric ceramic powder material, and stirred and dispersed to obtain a paste.
(Second step) A film is formed to a thickness of 100 μm or less by a doctor blade, gravure printing, screen printing or the like, and dried.
(Third step) After the film body is cut to a required size, a binder and a firing treatment are performed in a firing furnace to obtain a fired body of the sheet-like piezoelectric body 42.
(Fourth step) An extremely thin adhesive is applied to the metal electrode plate (vibrating body 20), and the fired body (piezoelectric body 42) is bonded by pressure bonding.
(Fifth Step) A conductive adhesive is thinly applied to the exposed surface of the fired body (piezoelectric body 42) and cured and bonded at a required temperature to obtain the electrode film 44. The electrode film 44 may be formed by a metal vapor deposition method or a sputtering method.
Then, an electric field of 3 KV / mm or less is applied between the electrode film 44 and the vibrating body 20 to perform polarization treatment, and the piezoelectric body 42 is polarized as shown in each drawing of FIG.
(Sixth Step) A spiral as shown in FIG. 2A is obtained by processing the vibrating body 20 by laminating the piezoelectric body 42 and the electrode film 44 by a laser processing method, a punching method, an NC processing method, or the like. A piezoelectric element having a shape is obtained.

なお、上記方法で作成された圧電素子は、筐体30の絶縁性のベース32に固定装着した後、振動体20および電極膜44をそれぞれ外部電極70a、70bに接続線72〜75で接続する。   The piezoelectric element created by the above method is fixedly mounted on the insulating base 32 of the housing 30 and then the vibrating body 20 and the electrode film 44 are connected to the external electrodes 70a and 70b by connection lines 72 to 75, respectively. .

(2)バイモルフ構造の圧電素子の場合
(第一工程)ユニモルフ構造の製造方法と同様に、圧電セラミックスの粉末材料のペーストを作製し、2枚の圧電セラミックスシートを成膜する。
(第二工程)ユニモルフ構造の製造方法と同様に、脱バインダおよび焼成処理を行う。
(第三工程)金属電極板(振動体20)に、極薄く接着剤を塗布して、上記2枚の圧電セラミックスシートが振動体20を挟むように貼り合わせて圧着する。
(第四工程)ユニモルフ構造の製造方法と同様に、露出した焼成体(圧電体42)の両面に、導電性の接着剤を薄く塗布し、必要な温度で硬化接着することにより、電極膜44を得る。その後、電極膜44と振動体20との間に、3KV/mm以下の電界を加えて分極処理して、圧電体42が図3各図のように分極される。
(2) In the case of a piezoelectric element having a bimorph structure (First step) Similar to the manufacturing method of a unimorph structure, a paste of a piezoelectric ceramic powder material is prepared, and two piezoelectric ceramic sheets are formed.
(2nd process) A binder removal and a baking process are performed similarly to the manufacturing method of a unimorph structure.
(Third Step) An adhesive is applied very thinly to the metal electrode plate (vibrating body 20), and the two piezoelectric ceramic sheets are bonded and bonded together so that the vibrating body 20 is sandwiched therebetween.
(Fourth step) Similarly to the manufacturing method of the unimorph structure, a conductive adhesive is thinly applied to both sides of the exposed fired body (piezoelectric body 42), and cured and bonded at a necessary temperature, whereby the electrode film 44 is obtained. Get. Thereafter, an electric field of 3 KV / mm or less is applied between the electrode film 44 and the vibrating body 20 to perform polarization treatment, and the piezoelectric body 42 is polarized as shown in each drawing of FIG.

以降は、上記のユニモルフ構造の圧電素子の製造方法の第六工程以降と同様である。
なお、上記各工程は、この順に行うことを必ずしも要するものではなく、同時に、または順番を適宜入れ替えて行ってもよい。
また、上記の第三工程に代えて、銀とパラジウムの混合粉末、または、銀−パラジウムの合金粉末などに例示される金属粉末をペースト化した導電性ペーストを作製するペースト作製工程を行った後に、圧電セラミックスシートにこの導電性ペーストを塗布し、更にもう一枚の圧電セラミックスシートを貼り合わせて互いに圧着してもよい。この場合、第二工程として上記した焼成処理は、導電性ペーストによる貼り合わせ工程(第三工程)の後に行ってもよい。
The subsequent steps are the same as those in the sixth and subsequent steps of the method for manufacturing the unimorph piezoelectric element.
Note that the above steps are not necessarily performed in this order, and may be performed at the same time or in an appropriate order.
In place of the above third step, after performing a paste preparation step of preparing a conductive paste obtained by pasting a metal powder exemplified by a mixed powder of silver and palladium or an alloy powder of silver-palladium. Alternatively, the conductive paste may be applied to the piezoelectric ceramic sheet, and another piezoelectric ceramic sheet may be further bonded and pressure-bonded to each other. In this case, the above-described baking treatment as the second step may be performed after the bonding step (third step) with the conductive paste.

上記本実施形態の圧電発電機10の作用および効果について説明する。
本実施形態の発電ユニット40(圧電素子)は平面視湾曲形状、より具体的には平面視螺旋形状の板状をなしている。これにより、螺旋外周の基端部24から、螺旋中央(先端部25)の錘50までの経路長を長くすることができ、筐体30の外形寸法に対して発電ユニット40の共振周波数を低減することができる。
The operation and effect of the piezoelectric generator 10 of the present embodiment will be described.
The power generation unit 40 (piezoelectric element) of the present embodiment has a plate shape that is curved in plan view, more specifically, a spiral shape in plan view. Thereby, the path length from the base end portion 24 of the outer periphery of the spiral to the weight 50 at the center of the spiral (tip portion 25) can be increased, and the resonance frequency of the power generation unit 40 is reduced with respect to the outer dimensions of the housing 30. can do.

このとき、振動体20の平面視形状を円形のスパイラルとして、基端部24の近傍を除く略全体を曲線状に形成したことで、基端部24が固定された振動体20(振動素片21、22)には全体に曲げ変形が生じる。
これに対し、かりに振動体20の螺旋形状を方形のスパイラルとした場合、方形の辺にあたる直線部分には捩り変形が生じて発電効率が低下する。したがって、本実施形態のように円形のスパイラルからなる渦巻き状の振動体20を発電ユニット40に用いた圧電発電機10の場合、小型化とともに高い発電効率を実現することができる。
また、図2(a)に示すように、ともに螺旋帯状をなす振動素片21、22は、互いに隣接して隙間なく嵌め合わされる。このため、小型化した筐体30の内部に、比較的大面積の振動体20を収容することができる。
At this time, the shape of the vibrating body 20 in plan view is a circular spiral, and the entire body excluding the vicinity of the base end portion 24 is formed in a curved shape, so that the vibrating body 20 (vibration unit piece) to which the base end portion 24 is fixed is formed. 21 and 22) undergoes bending deformation throughout.
On the other hand, when the spiral shape of the vibrating body 20 is a square spiral, torsional deformation occurs in the straight portion corresponding to the side of the square, and the power generation efficiency decreases. Therefore, in the case of the piezoelectric generator 10 using the spiral vibrating body 20 formed of a circular spiral as the power generation unit 40 as in the present embodiment, it is possible to realize high power generation efficiency as well as downsizing.
Further, as shown in FIG. 2A, the vibrating element pieces 21 and 22 each having a spiral band shape are fitted to each other with no gap therebetween. For this reason, the vibrating body 20 having a relatively large area can be accommodated in the downsized housing 30.

<第二実施形態>
図5は、本実施形態の圧電発電機10の平面図である。
本実施形態の圧電発電機10は、筐体30が平面視矩形状をなし、振動体20は4本の振動素片21(21a〜21d)を有し、振動素片21の基端部24が筐体30の4つの角部(ベース32)にそれぞれ固定されている。
<Second embodiment>
FIG. 5 is a plan view of the piezoelectric generator 10 of the present embodiment.
In the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the casing 30 has a rectangular shape in plan view, the vibrating body 20 includes four vibrating element pieces 21 (21a to 21d), and the base end portion 24 of the vibrating element piece 21. Are fixed to the four corners (base 32) of the housing 30, respectively.

本実施形態の筐体30は、矩形状の内側底面31の四隅にそれぞれベース32が設けられている。各々のベース32は上端面の高さが均一である。
4本の振動素片21a〜21dは、いずれも渦巻き形状をなし、基端がベース32に固定され、先端が筐体30の中央に寄せ集められている。各振動素片21a〜21dの先端には錘50に固定されている。振動素片21a〜21dの先端は、錘50の周囲に90度ずつずれた位置に固定されている。
振動素片21a〜21dは、互いに隙間なく嵌めあわされて、全体に平面視略円形の振動体20を構成している。
より具体的には、本実施形態の振動素片21a〜21dは、錘50を中心とする4筋の螺旋放射状に一体形成された、それぞれ等間隔の螺旋である。
The housing 30 of this embodiment is provided with bases 32 at the four corners of a rectangular inner bottom surface 31. Each base 32 has a uniform upper end surface.
Each of the four vibrating element pieces 21 a to 21 d has a spiral shape, a base end is fixed to the base 32, and a tip end is gathered at the center of the housing 30. The vibrating element pieces 21a to 21d are fixed to the weights 50 at the tips thereof. The tips of the vibrating element pieces 21 a to 21 d are fixed at positions shifted by 90 degrees around the weight 50.
The vibrating element pieces 21a to 21d are fitted to each other without a gap, and constitute a vibrating body 20 having a substantially circular shape in plan view as a whole.
More specifically, the vibration element pieces 21 a to 21 d of the present embodiment are spirals of equal intervals, which are integrally formed in a spiral shape of four muscles centered on the weight 50.

本実施形態の発電ユニット40(圧電素子)は、振動素片21a〜21dの主面の少なくとも一方に圧電体42と電極膜44(図3を参照)とを積層して構成されている。
以下、簡単のため、本実施形態の発電ユニット40は、振動素片21a〜21dの上面にのみ圧電体42と電極膜44とが積層された、ユニモルフ型を例示する。
The power generation unit 40 (piezoelectric element) of the present embodiment is configured by laminating a piezoelectric body 42 and an electrode film 44 (see FIG. 3) on at least one of the main surfaces of the vibrating element pieces 21a to 21d.
Hereinafter, for the sake of simplicity, the power generation unit 40 of the present embodiment exemplifies a unimorph type in which the piezoelectric body 42 and the electrode film 44 are stacked only on the upper surfaces of the vibrating element pieces 21a to 21d.

外部電極70aには、接続線72a、72b、73a、73bの4本の接続線が接続されており、それぞれ振動素片21a〜21dの基端部24近傍の上面の電極膜44に接続されている。
外部電極70bには、接続線74a、74b、75a、75bの4本の接続線が接続されており、それぞれ振動素片21a〜21dの基端部24近傍の下面に接続されている。振動素片21a〜21dの下面には金属電極(振動体20)が露出している。
すなわち、外部電極70aは電極膜44と同電位であり、外部電極70bは振動体20と同電位である。
これにより、振動体20が往復揺動して電極膜44と振動体20との間に生じた交流電流が、外部電極70a、70bより外部に取り出される。
Four connection lines 72a, 72b, 73a, and 73b are connected to the external electrode 70a, and are connected to the electrode film 44 on the upper surface in the vicinity of the base end portion 24 of each of the vibration element pieces 21a to 21d. Yes.
Four connection lines 74a, 74b, 75a, and 75b are connected to the external electrode 70b, and are connected to the lower surface in the vicinity of the base end portion 24 of the vibration element pieces 21a to 21d, respectively. Metal electrodes (vibrating body 20) are exposed on the lower surfaces of the vibrating element pieces 21a to 21d.
That is, the external electrode 70 a has the same potential as the electrode film 44, and the external electrode 70 b has the same potential as the vibrating body 20.
Accordingly, the alternating current generated between the electrode film 44 and the vibrating body 20 due to the reciprocating swing of the vibrating body 20 is taken out from the external electrodes 70a and 70b.

筐体30の立壁面33は、接続線72a〜75bの一本以上を筐体30の中空内部から外部電極70に案内するための通孔を有している。言い換えると、接続線72a〜75bは、筐体30の立壁面33の内部を通じて発電ユニット40の基端部24の近傍から外部電極70まで這い回されている。   The standing wall surface 33 of the housing 30 has a through hole for guiding one or more of the connection lines 72 a to 75 b from the hollow interior of the housing 30 to the external electrode 70. In other words, the connection lines 72 a to 75 b are wound around from the vicinity of the base end portion 24 of the power generation unit 40 to the external electrode 70 through the inside of the standing wall surface 33 of the housing 30.

本実施形態の圧電発電機10では、振動体20を3つ以上、具体的には4つの細幅の帯状の振動素片21a〜21dで構成し、各振動素片21a〜21dを筐体30の内側底面31の各角部に固定している。これにより、振動素片21a〜21dの面直方向の曲げ剛性を十分に低下させて発電ユニット40の共振周波数を、歩行時や走行時の振動に見られる10Hz以下としつつも、振動体20の平面方向の変位を安定的に抑制している。   In the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, three or more vibrating bodies 20, specifically, four narrow strip-like vibrating element pieces 21 a to 21 d are configured, and each vibrating element piece 21 a to 21 d is formed in a housing 30. The inner bottom surface 31 is fixed to each corner. Accordingly, the bending rigidity of the vibration element pieces 21a to 21d in the perpendicular direction is sufficiently reduced so that the resonance frequency of the power generation unit 40 is 10 Hz or less as seen in vibration during walking or running, while the vibration body 20 The displacement in the plane direction is stably suppressed.

<第三実施形態>
図6は、本実施形態の圧電発電機10の一例を示す斜視図である。
図7(a)は本実施形態の圧電発電機10の平面図であり、同図(b)は同図(a)のB−B断面図、同図(c)は同図(b)のC−C断面図である。なお、同図(b)におけるB−B断面図では、螺旋状の振動体20の紙面手前側半分を仮想線で図示している。
<Third embodiment>
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the piezoelectric generator 10 of the present embodiment.
FIG. 7A is a plan view of the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 7A, and FIG. It is CC sectional drawing. Note that, in the cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4B, the front half of the spiral vibrating body 20 on the paper surface is illustrated by a virtual line.

本実施形態の圧電発電機10は、筐体30および筐体蓋60が細長形状である点と、筐体30の対向する外部側面30aに2対の外部電極70、71が設けられている点で、図1、2に示す第一実施形態の圧電発電機10と相違している。
以下、圧電発電機10に関し、図7(a)の左右方向を長手方向、同図の上下方向を幅方向、図7(b)の上下方向を厚み方向とする。
In the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the casing 30 and the casing lid 60 are elongated, and two pairs of external electrodes 70 and 71 are provided on the outer side surface 30 a facing the casing 30. Thus, it is different from the piezoelectric generator 10 of the first embodiment shown in FIGS.
Hereinafter, regarding the piezoelectric generator 10, the left-right direction in FIG. 7A is the longitudinal direction, the up-down direction in FIG. 7B is the width direction, and the up-down direction in FIG.

本実施形態の発電ユニット40は、筐体30に対して先端部25が往復揺動する振動体20と、振動体20の基端部24と筐体30とに挟持されて振動体20の揺動により生じる応力を受けて発電する圧電体42(42a〜42d)と、を含む。そして、本実施形態の振動体20は、その延在方向(圧電発電機10の長手方向)に対して直交する複数方向(幅方向および厚み方向)に対して共に可撓性を有し、かつ、発電ユニット40の当該複数方向の共振周波数がともに10Hz以下である。   The power generation unit 40 according to the present embodiment is sandwiched between the vibrating body 20 in which the distal end portion 25 swings reciprocally with respect to the housing 30, the base end portion 24 of the vibrating body 20, and the housing 30, and swings the vibrating body 20. And a piezoelectric body 42 (42a to 42d) that generates power by receiving stress generated by the movement. And the vibrating body 20 of this embodiment has both flexibility with respect to multiple directions (width direction and thickness direction) orthogonal to the extending direction (longitudinal direction of the piezoelectric generator 10), and The resonance frequencies of the power generation unit 40 in the plurality of directions are both 10 Hz or less.

本実施形態の振動体20は、振動体20の延在方向(長手方向)にさらに可撓性を有する螺旋バネである。
振動体20の材料は特に限定されず、導電性の有無も任意である。具体的には、金属材料のほか、プラスチックやセラミックス材料を使用してもよい。
The vibrating body 20 of the present embodiment is a spiral spring that has further flexibility in the extending direction (longitudinal direction) of the vibrating body 20.
The material of the vibrating body 20 is not particularly limited, and the presence or absence of conductivity is also arbitrary. Specifically, in addition to a metal material, a plastic or a ceramic material may be used.

すなわち、本実施形態の振動体20は、少なくとも振動体20の延在方向およびこれに直交する方向に可撓性を有している。また、圧電体42は、振動体20の基端部24と筐体30との間に設けられている。
また、振動体20を螺旋バネとしたことで、幅方向および厚み方向の共振周波数を10Hz以下まで容易に低減することができる。
That is, the vibrating body 20 of the present embodiment has flexibility in at least the extending direction of the vibrating body 20 and the direction orthogonal thereto. The piezoelectric body 42 is provided between the base end portion 24 of the vibrating body 20 and the housing 30.
In addition, since the vibrating body 20 is a spiral spring, the resonance frequency in the width direction and the thickness direction can be easily reduced to 10 Hz or less.

本実施形態の振動体20は、先端側が螺旋巻回されて先端部25に錘50が設けられ、基端部24には直線棒状の軸部が形成されている。
螺旋バネの巻軸方向は圧電発電機10の長手方向である。基端部24の軸部は、螺旋バネの基端より巻軸上に一体に延在している。
振動体20の基端部24は、4式の圧電体42a〜42dによって、箱形の筐体30の内壁面に固定されている。
圧電体42a〜42dは、固定端(下端)の幅に比べて上端は細幅に形成され、かかる上端によって、互いに干渉することなく振動体20の基端部24を支持している。
In the vibrating body 20 of the present embodiment, the distal end side is spirally wound, a weight 50 is provided at the distal end portion 25, and a linear rod-shaped shaft portion is formed at the proximal end portion 24.
The winding axis direction of the spiral spring is the longitudinal direction of the piezoelectric generator 10. The shaft portion of the base end portion 24 extends integrally on the winding shaft from the base end of the spiral spring.
The base end portion 24 of the vibrating body 20 is fixed to the inner wall surface of the box-shaped housing 30 by four types of piezoelectric bodies 42a to 42d.
The piezoelectric bodies 42a to 42d have an upper end that is narrower than the width of the fixed end (lower end), and the upper end supports the base end portion 24 of the vibrating body 20 without interfering with each other.

図9を用いて後述するように、本実施形態の圧電体42は、一層または二層以上の金属製の内層電極441、442と、圧電材料からなる複数層の圧電層421とを交互に積層した積層構造をなしている。なお、圧電体42には、図3各図に示したように、分極した圧電材料の正極側と負極側とにそれぞれ電極膜(本実施形態では図示せず)を被着したバルク構造の圧電発電体を用いてもよい。   As will be described later with reference to FIG. 9, the piezoelectric body 42 of the present embodiment is configured by alternately stacking one or more metal inner layer electrodes 441 and 442 and a plurality of piezoelectric layers 421 made of a piezoelectric material. It has a laminated structure. In addition, as shown in each drawing of FIG. 3, the piezoelectric body 42 has a bulk structure piezoelectric material in which electrode films (not shown in the present embodiment) are attached to the positive electrode side and the negative electrode side of the polarized piezoelectric material, respectively. A power generator may be used.

振動体20の基端部24と筐体30との間には、振動体20の延在方向に並ぶ複数の圧電体42a〜42dが挟持されている。また、圧電発電機10は、筐体30の外部に露出して設けられ、複数の圧電体42a〜42dと電気的に接続された外部電極70a、70b、71a、71bをさらに備えている。
そして、本実施形態においては、振動体20の揺動により圧電体42a〜42dで発電された起電力が互いに加算される向きに、圧電体42a〜42dと外部電極70a、70b、71a、71bとは接続されている。
A plurality of piezoelectric bodies 42 a to 42 d arranged in the extending direction of the vibrating body 20 are sandwiched between the base end portion 24 of the vibrating body 20 and the housing 30. The piezoelectric generator 10 further includes external electrodes 70a, 70b, 71a, and 71b that are exposed outside the housing 30 and are electrically connected to the plurality of piezoelectric bodies 42a to 42d.
In the present embodiment, the piezoelectric bodies 42a to 42d and the external electrodes 70a, 70b, 71a, 71b are arranged in such a direction that the electromotive forces generated by the piezoelectric bodies 42a to 42d are added to each other by the swinging of the vibrating body 20. Are connected.

具体的には、図7(a)、(c)に示すように、圧電体42aと圧電体42bは、互いに対向して長手方向に延びる立壁面33a、33b上に、長手方向に互いにずれた位置に立設されている。すなわち、本実施形態において、複数の圧電体42が振動体20の延在方向に並んで配置されているとは、複数の圧電体42が当該延在方向に関して異なる位置に設けられていることをいう。したがって、複数の圧電体42が当該延在方向に一直線状に並んでいる場合のほか、圧電体42aと42bのように、圧電発電機10の幅方向または厚み方向に互いにずれた位置で延在方向に並んでいる場合を含む。
圧電体42aと圧電体42bは、互いに先端部を内向きに対向させて、かつ互いに長手方向にずれた位置に配置されている。そして、圧電体42aと圧電体42bの両先端部により、振動体20の基端部24は幅方向への並進移動、および並進方向への回転(厚み方向軸まわりの回転)移動が規制されている。
Specifically, as shown in FIGS. 7A and 7C, the piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b are shifted from each other in the longitudinal direction on the standing wall surfaces 33a and 33b that face each other and extend in the longitudinal direction. Standing at the position. That is, in the present embodiment, the plurality of piezoelectric bodies 42 being arranged in the extending direction of the vibrating body 20 means that the plurality of piezoelectric bodies 42 are provided at different positions with respect to the extending direction. Say. Therefore, in addition to the case where the plurality of piezoelectric bodies 42 are aligned in the extending direction, the piezoelectric bodies 42 extend at positions shifted from each other in the width direction or the thickness direction of the piezoelectric generator 10 as in the piezoelectric bodies 42a and 42b. Including the case where they are lined up in the direction.
The piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b are disposed at positions shifted from each other in the longitudinal direction with their tip portions facing each other inward. The proximal end portion 24 of the vibrating body 20 is restricted from translational movement in the width direction and rotational movement in the translational direction (rotation around the thickness direction axis) by both distal ends of the piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b. Yes.

一方、同図(a)、(b)に示すように、圧電体42cと圧電体42dは、ともに内側底面31上に、長手方向に互いにずれた位置に立設されている。
圧電体42cと圧電体42dは、共に先端部を上向きにして内側底面31に固定されている。そして、圧電体42cと圧電体42dの両先端部により、振動体20の基端部24は厚み方向への並進移動、および厚み方向への回転(幅方向軸まわりの回転)移動が規制されている。
以下、圧電体42a〜42dの設置面からの立設方向を、当該圧電体の高さ方向という。
また、振動体20の基端部24は、圧電体42a〜42dによって、長手方向への並進移動が規制されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 4A and 4B, the piezoelectric body 42c and the piezoelectric body 42d are both erected on the inner bottom surface 31 at positions shifted from each other in the longitudinal direction.
The piezoelectric body 42c and the piezoelectric body 42d are both fixed to the inner bottom surface 31 with the tip portion facing upward. Then, the translational movement in the thickness direction and the rotation in the thickness direction (rotation around the width direction) are restricted by the distal ends of the piezoelectric body 42c and the piezoelectric body 42d. Yes.
Hereinafter, the standing direction from the installation surface of the piezoelectric bodies 42a to 42d is referred to as the height direction of the piezoelectric body.
Further, the translational movement in the longitudinal direction of the base end portion 24 of the vibrating body 20 is restricted by the piezoelectric bodies 42a to 42d.

以上より、振動体20は圧電体42を固定端とする片持ち状態にある。
すなわち、本実施形態の発電ユニット40は、圧電体42を固定端とし、圧電体42に片持ち支持された振動体20と、その先端に設けられた錘50とからなる。
As described above, the vibrating body 20 is in a cantilever state with the piezoelectric body 42 as a fixed end.
That is, the power generation unit 40 of the present embodiment includes the vibrating body 20 having the piezoelectric body 42 as a fixed end and cantilevered by the piezoelectric body 42, and the weight 50 provided at the tip thereof.

本実施形態の圧電発電機10は、高硬度ゆえ共振周波数の高い圧電体42と、振動体20における柔軟な揺動部分とを分離して、10Hz以下の低い共振周波数で振動体20を固有振動させるものである。また、本実施形態の圧電発電機10では、振動体20の保持点である基端部24に生じる荷重を、圧電体42に周期的に印加する。すなわち、本実施形態の圧電発電機10は、圧電体42自体を共振させるのではなく、他の部材を低周波で共振させて得られる荷重を圧電体42に印加して、圧電効果によって交番電流を得るものである。   The piezoelectric generator 10 of the present embodiment separates the piezoelectric body 42 having a high resonance frequency due to high hardness and the flexible rocking portion of the vibrating body 20, and causes the vibrating body 20 to vibrate at a low resonance frequency of 10 Hz or less. It is something to be made. In the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, a load generated at the base end portion 24 that is a holding point of the vibrating body 20 is periodically applied to the piezoelectric body 42. That is, the piezoelectric generator 10 of the present embodiment does not resonate the piezoelectric body 42 itself, but applies a load obtained by resonating another member at a low frequency to the piezoelectric body 42, and the alternating current is generated by the piezoelectric effect. Is what you get.

筐体30に任意の方向の加速度荷重が印加されると、錘50の慣性力によって錘50は筐体30に対して相対振動する。
ここで、本実施形態の圧電発電機10は、圧電体42が振動体20の基端部24よりも筐体30側に配置されていることから、材料硬度の高い圧電体42の影響を受けることなく、振動体20と錘50の物理特性によって共振周波数を調整することができる。
そして、振動体20の曲げ剛性および錘50の重さは、振動体20の共振周波数が長手方向、幅方向および厚み方向ともに10Hz以下となるよう調整されている。これにより、圧電発電機10は、振動体20の共振周波数と略一致する歩行時や走行時の10Hz以下の周期的な振動を筐体30に印加することで、錘50および振動体20は固有振動し、圧電体42にはその拘束点反力が負荷されて歪みが生じる。
When an acceleration load in an arbitrary direction is applied to the casing 30, the weight 50 vibrates relative to the casing 30 by the inertial force of the weight 50.
Here, the piezoelectric generator 10 of the present embodiment is influenced by the piezoelectric body 42 having a high material hardness because the piezoelectric body 42 is disposed on the housing 30 side of the base end portion 24 of the vibrating body 20. The resonance frequency can be adjusted by the physical characteristics of the vibrating body 20 and the weight 50 without any problems.
The bending rigidity of the vibrating body 20 and the weight of the weight 50 are adjusted so that the resonance frequency of the vibrating body 20 is 10 Hz or less in all of the longitudinal direction, the width direction, and the thickness direction. Thereby, the piezoelectric generator 10 applies the periodic vibration of 10 Hz or less during walking or running, which substantially matches the resonance frequency of the vibrating body 20, to the housing 30, so that the weight 50 and the vibrating body 20 are unique. The piezoelectric body 42 is vibrated, and the restraint point reaction force is applied to the piezoelectric body 42 to cause distortion.

より具体的には、錘50が幅方向に往復揺動すると、圧電体42aと圧電体42bは、共に圧縮された状態、または共に引っ張られた状態を繰り返す。すなわち、図7(a)の上方に錘50が移動した場合、圧電体42a、42bは、共に圧縮応力を受ける。また、同図の下方に錘50が移動した場合、圧電体42a、42bは、共に引張応力を受ける。
また、錘50が厚み方向に往復揺動すると、圧電体42cと圧電体42dは、圧縮状態または引張状態を互いに逆転させて繰り返す。すなわち、図7(b)の上方に錘50が移動した場合、圧電体42cは圧縮応力を受け、一方、圧電体42bは引張応力を受ける。また、同図の下方に錘50が移動した場合、圧電体42aは引張応力を受け、圧電体42bは圧縮応力を受ける。
More specifically, when the weight 50 is reciprocally swung in the width direction, the piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b are repeatedly compressed or pulled together. That is, when the weight 50 moves upward in FIG. 7A, the piezoelectric bodies 42a and 42b are both subjected to compressive stress. When the weight 50 moves downward in the figure, the piezoelectric bodies 42a and 42b are both subjected to tensile stress.
Further, when the weight 50 reciprocally swings in the thickness direction, the piezoelectric body 42c and the piezoelectric body 42d repeat the compression state or the tension state by reversing each other. That is, when the weight 50 moves upward in FIG. 7B, the piezoelectric body 42c receives compressive stress, while the piezoelectric body 42b receives tensile stress. Further, when the weight 50 moves downward in the figure, the piezoelectric body 42a receives tensile stress and the piezoelectric body 42b receives compressive stress.

図8は、圧電体42の近傍に関する図7(a)の拡大図である。ただし、説明のため、振動体20の図示は省略している。
圧電体42aと圧電体42bは、対向する立壁面33からそれぞれ幅方向(図8の上下方向)の内向きに立設されており、圧電体42cと圧電体42dは、内側底面31から共に厚み方向(図8の紙面上方)に立設されている。
FIG. 8 is an enlarged view of FIG. 7A regarding the vicinity of the piezoelectric body 42. However, illustration of the vibrating body 20 is omitted for explanation.
The piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b are respectively provided inward in the width direction (vertical direction in FIG. 8) from the opposing standing wall 33, and the piezoelectric body 42c and the piezoelectric body 42d are both thick from the inner bottom surface 31. It is erected in the direction (above the plane of FIG. 8).

図9(a)は、圧電体42をその立設方向(高さ方向)に切った断面図である。圧電体42は、圧電材料からなる複数層の圧電層421と、内層電極441、442とを交互に積層した積層構造をなしている。また、最上層の圧電層421aの上面と、最下層の圧電層421bの下面には、電極膜44が被着されている。
本実施形態の圧電層421は、それぞれ厚み方向に分極している。分極のプラス側からマイナス側に向かう矢印を同図に示す。
そして、積層された複数の圧電層421のうち、分極方向の正方向にあたる表面同士が電極45によって互いに電気的に接続されている。同様に、圧電層421のうち、分極方向の負方向にあたる表面同士が電極46によって互いに電気的に接続されている。
より具体的には、積層された圧電層421は交互に分極方向が反転しており、奇数番目の圧電層421の上面と偶数番目の圧電層421の下面とが電極45で接続されている。また、奇数番目の圧電層421の下面と偶数番目の圧電層421の上面とが電極46で接続されている。
電極45と電極46とは圧電体42の両側に対向して設けられており、互いに電気的に絶縁されている。
FIG. 9A is a cross-sectional view of the piezoelectric body 42 cut in the standing direction (height direction). The piezoelectric body 42 has a laminated structure in which a plurality of piezoelectric layers 421 made of a piezoelectric material and inner layer electrodes 441 and 442 are alternately laminated. An electrode film 44 is deposited on the upper surface of the uppermost piezoelectric layer 421a and the lower surface of the lowermost piezoelectric layer 421b.
The piezoelectric layers 421 of this embodiment are each polarized in the thickness direction. The arrow from the plus side to the minus side of the polarization is shown in the figure.
Of the plurality of stacked piezoelectric layers 421, the surfaces corresponding to the positive direction of the polarization direction are electrically connected to each other by the electrode 45. Similarly, surfaces of the piezoelectric layer 421 corresponding to the negative direction of the polarization direction are electrically connected to each other by the electrode 46.
More specifically, the polarization directions of the stacked piezoelectric layers 421 are alternately reversed, and the upper surfaces of the odd-numbered piezoelectric layers 421 and the lower surfaces of the even-numbered piezoelectric layers 421 are connected by the electrodes 45. The lower surface of the odd-numbered piezoelectric layer 421 and the upper surface of the even-numbered piezoelectric layer 421 are connected by the electrode 46.
The electrode 45 and the electrode 46 are provided on opposite sides of the piezoelectric body 42 and are electrically insulated from each other.

図9(b)は、圧電体42を高さ方向に押圧した場合の変形図である。
同図に矢印で示すように圧電体42を高さ方向に押圧して圧電層421をそれぞれ厚み方向に圧縮変形させると、圧電層421は分極方向の両端面(上下面)の間に起電力が生じる。具体的には、圧電層421は、プラスに分極された側の表面が正の電位となり、マイナスに分極された側の表面が負の電位となる。ここで、本実施形態の圧電体42は、複数層の圧電層421の分極方向が共通の表面同士が電極45、46によって互いに接続されており、この場合は電極45に負の電位(−出力)、電極46に正の電位(+出力)が発生する。
一方、図9(b)とは逆に、圧電体42が図9(a)の自然状態から高さ方向に伸張された場合(図示せず)には、各圧電層421が厚み方向に厚くなるように変形し、電極45に正の電位(+出力)、電極46に負の電位(−出力)が発生する。
そして、各圧電層421に対して圧縮または引張応力が周期的に付与されることで、電極45、46には互いに逆位相の交流電流が連続的に出力される。
FIG. 9B is a modified view when the piezoelectric body 42 is pressed in the height direction.
When the piezoelectric body 42 is pressed in the height direction and the piezoelectric layer 421 is compressed and deformed in the thickness direction as indicated by an arrow in the figure, the piezoelectric layer 421 has an electromotive force between both end surfaces (upper and lower surfaces) in the polarization direction. Occurs. Specifically, the positively polarized surface of the piezoelectric layer 421 has a positive potential, and the negatively polarized surface has a negative potential. Here, in the piezoelectric body 42 of the present embodiment, surfaces having a common polarization direction of a plurality of piezoelectric layers 421 are connected to each other by electrodes 45 and 46, and in this case, a negative potential (−output) is applied to the electrode 45. ), A positive potential (+ output) is generated at the electrode 46.
On the other hand, contrary to FIG. 9B, when the piezoelectric body 42 is extended in the height direction from the natural state of FIG. 9A (not shown), each piezoelectric layer 421 is thick in the thickness direction. Thus, a positive potential (+ output) is generated at the electrode 45 and a negative potential (−output) is generated at the electrode 46.
Then, by applying a compressive or tensile stress to each piezoelectric layer 421 periodically, alternating currents having opposite phases to each other are continuously output to the electrodes 45 and 46.

図8に戻り、本実施形態の圧電発電機10において、圧電体42aと圧電体42bは、それぞれに圧縮力が付与された場合に+出力となる電極同士が同電位となるよう、電気的に接続されている。そして、圧電体42aと圧電体42bは、それぞれに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極同士が同電位となるよう、電気的に接続されている。
これに対し、圧電体42cと圧電体42dは、圧電体42cに圧縮力が付与された場合に+出力となる電極と、圧電体42dに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極とが電気的に接続されている。そして、圧電体42cに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極と、圧電体42dに圧縮力が付与された場合に+出力となる電極とが電気的に接続されている。
Returning to FIG. 8, in the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the piezoelectric body 42 a and the piezoelectric body 42 b are electrically connected so that the electrodes that become + outputs when the compression force is applied to each other have the same potential. It is connected. The piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b are electrically connected so that the electrodes that are -output when the compressive force is applied to each other have the same potential.
On the other hand, the piezoelectric body 42c and the piezoelectric body 42d are an electrode which becomes + output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42c, and an electrode which becomes -output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42d. Are electrically connected. Then, an electrode that outputs − when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42c and an electrode that outputs + when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42d are electrically connected.

具体的には、圧電体42aと圧電体42bは、それぞれに圧縮力が付与された場合に+出力となる電極45a、46aが、接続線72aおよび72bを介して外部電極70aと同電位に接続されている。同様に、圧電体42aと圧電体42bは、それぞれに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極46a、46bが、接続線73aおよび73bを介して外部電極71aと同電位に接続されている。
一方、圧電体42cに圧縮力が付与された場合に+出力となる電極45cと、圧電体42dに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極45dが、接続線72cおよび72dを介して外部電極70bと同電位に接続されている。そして、圧電体42cに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極46cと、圧電体42dに圧縮力が付与された場合に+出力となる電極46dが、接続線73cおよび73dを介して外部電極71bと同電位に接続されている。
Specifically, in the piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b, the electrodes 45a and 46a, which become + outputs when a compressive force is applied to each, are connected to the same potential as the external electrode 70a via the connection lines 72a and 72b. Has been. Similarly, in the piezoelectric body 42a and the piezoelectric body 42b, the electrodes 46a and 46b, which are -outputs when a compressive force is applied thereto, are connected to the same potential as the external electrode 71a via the connection lines 73a and 73b. Yes.
On the other hand, an electrode 45c that becomes + output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42c and an electrode 45d that becomes -output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42d are connected via connection lines 72c and 72d. It is connected to the same potential as the external electrode 70b. Then, an electrode 46c that becomes -output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42c and an electrode 46d that becomes + output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42d are connected via connection lines 73c and 73d. The external electrode 71b is connected to the same potential.

錘50が幅方向に揺動した場合、圧電体42aと42bは高さ方向に同時に圧縮され、または引っ張られて圧電効果が生じる。したがって、生じた電流が加算されて外部電極70aと外部電極71aには交番電流が取り出される。   When the weight 50 swings in the width direction, the piezoelectric bodies 42a and 42b are simultaneously compressed or pulled in the height direction to produce a piezoelectric effect. Therefore, the generated currents are added and an alternating current is extracted from the external electrode 70a and the external electrode 71a.

また、錘50が厚み方向に揺動した場合、圧電体42cと42dは高さ方向に反対に圧縮され、または引っ張られて圧電効果が生じる。したがって、生じた電流が加算されて外部電極70bと外部電極71bには交番電流が取り出される。   Further, when the weight 50 swings in the thickness direction, the piezoelectric bodies 42c and 42d are compressed or pulled in the opposite direction in the height direction, and a piezoelectric effect is generated. Therefore, the generated currents are added and an alternating current is extracted from the external electrode 70b and the external electrode 71b.

なお、幅方向の加速度に基づいて外部電極70aと71aとの間に出力された交番電流と、厚み方向の加速度に基づいて外部電極70bと71bとの間に出力された交番電流とは、互いに位相が一致していない可能性がある。このため、各出力電流は、それぞれダイオード(図示せず)で整流したうえで互いに合流するとよい。   The alternating current output between the external electrodes 70a and 71a based on the acceleration in the width direction and the alternating current output between the external electrodes 70b and 71b based on the acceleration in the thickness direction are mutually The phases may not match. For this reason, the output currents are preferably rectified by diodes (not shown) and then joined together.

本実施形態の振動体20は螺旋バネであり、圧電発電機10の幅方向と厚み方向のみならず、長手方向軸まわりに360度のあらゆる方向に略等しい共振周波数を有している。
また、上述のように、圧電体42aと42b、および圧電体42cと42dは、それぞれで生じた交番電流が接続線72a〜73dで加算されて外部電極70a、70b、71a、71bに接続されている。
したがって、振動体20の振動方向、すなわち筐体30への加速度負荷方向が、長手方向軸まわりに360度のいずれの方向であっても、本実施形態の圧電発電機10によれば外部電極70a、70b、71a、71bにて交番電流を取り出すことができる。
The vibrating body 20 of the present embodiment is a spiral spring and has a resonance frequency that is substantially equal not only in the width direction and thickness direction of the piezoelectric generator 10 but also in all directions of 360 degrees around the longitudinal axis.
Further, as described above, the piezoelectric bodies 42a and 42b and the piezoelectric bodies 42c and 42d are connected to the external electrodes 70a, 70b, 71a, 71b by adding the alternating currents generated in the piezoelectric bodies 42a-73d through the connection lines 72a-73d. Yes.
Therefore, according to the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the external electrode 70a can be used regardless of the direction of vibration of the vibrating body 20, that is, the direction of the acceleration load applied to the housing 30 is 360 degrees around the longitudinal axis. , 70b, 71a, 71b, an alternating current can be taken out.

<第四実施形態>
図10(a)は本実施形態の圧電発電機10の平面図であり、同図(b)はそのB−B断面図である。同図(a)では、筐体蓋60の図示を省略している。
<Fourth embodiment>
FIG. 10A is a plan view of the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line BB. In FIG. 5A, the housing lid 60 is not shown.

本実施形態の圧電発電機10は、振動体20の基端部24と筐体30との間に、振動体20の延在方向に並ぶ複数の圧電体42a、42bが挟持されている点と、振動体20の揺動により圧電体42a、42bで発電された起電力が互いに加算される向きに圧電体42a、42bと外部電極70a、70bとが電気的に接続されている点で、第三実施形態と共通している。   The piezoelectric generator 10 of this embodiment includes a plurality of piezoelectric bodies 42 a and 42 b arranged in the extending direction of the vibrating body 20 between the base end portion 24 of the vibrating body 20 and the housing 30. The piezoelectric bodies 42a, 42b and the external electrodes 70a, 70b are electrically connected in such a direction that the electromotive forces generated by the piezoelectric bodies 42a, 42b are added to each other by the oscillation of the vibrating body 20. Common to the three embodiments.

本実施形態の振動体20は、平面視が細長矩形状(帯状)の平板であり、先端部25に錘50が装着されている。
振動体20の基端部24は、筐体30の内側底面31との間に圧電体42a、42bが挟持されている。
圧電体42a、42bは、それぞれブロック状をなし、下端面が内側底面31に、そして上端面が振動体20に、それぞれ固着されている。
圧電体42a、42bは、互いに長手方向に並んでいる。
The vibrating body 20 of the present embodiment is a flat rectangular plate (strip shape) in plan view, and a weight 50 is attached to the distal end portion 25.
Piezoelectric bodies 42 a and 42 b are sandwiched between the base end portion 24 of the vibrating body 20 and the inner bottom surface 31 of the housing 30.
Each of the piezoelectric bodies 42a and 42b has a block shape, and a lower end surface is fixed to the inner bottom surface 31, and an upper end surface is fixed to the vibrating body 20.
The piezoelectric bodies 42a and 42b are arranged in the longitudinal direction.

本実施形態の圧電発電機10においては、筐体30に固定された圧電体42a、42bと、基端部24が圧電体42a、42bに支持された振動体20と、振動体20の先端部25に設けられた錘50とで発電ユニット40が構成されている。   In the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the piezoelectric bodies 42a and 42b fixed to the housing 30, the vibrating body 20 in which the base end portion 24 is supported by the piezoelectric bodies 42a and 42b, and the distal end portion of the vibrating body 20 The power generation unit 40 is composed of the weight 50 provided in the shaft 25.

接続線72aは、圧電体42aの負極側と圧電体42bの正極側とを電気的に接続している。また、接続線72bは、圧電体42aの正極側と圧電体42bの負極側とを電気的に接続している。
また、接続線73aは、圧電体42bの正極側と外部電極70aとを電気的に接続している。したがって、圧電体42aの負極側、圧電体42bの正極側、および外部電極70aは互いに同電位である。
一方、接続線73bは、圧電体42bの負極側と外部電極70bとを電気的に接続している。したがって、圧電体42aの正極側、圧電体42bの負極側、および外部電極70bは互いに同電位である。
The connection line 72a electrically connects the negative electrode side of the piezoelectric body 42a and the positive electrode side of the piezoelectric body 42b. The connection line 72b electrically connects the positive electrode side of the piezoelectric body 42a and the negative electrode side of the piezoelectric body 42b.
The connection line 73a electrically connects the positive electrode side of the piezoelectric body 42b and the external electrode 70a. Therefore, the negative electrode side of the piezoelectric body 42a, the positive electrode side of the piezoelectric body 42b, and the external electrode 70a are at the same potential.
On the other hand, the connection line 73b electrically connects the negative electrode side of the piezoelectric body 42b and the external electrode 70b. Therefore, the positive electrode side of the piezoelectric body 42a, the negative electrode side of the piezoelectric body 42b, and the external electrode 70b are at the same potential.

そして、発電ユニット40の一次固有振動では、錘50が厚み方向に揺動する。かかる一次固有振動数が10Hzとなるよう、振動体20の曲げ剛性と錘50の質量とが調整されている。
筐体30に厚み方向に周期的な加速度荷重が印加されて錘50が筐体30に対して相対振動すると、圧電体42a、42bには、錘50の往復振動に応じて、圧縮応力と引張応力が逆向きに、かつ交互に反転して生じる。
本実施形態の圧電体42aと42bは、図9に示した積層構造をなしている。そして、上記のように、圧電体42aに圧縮力が付与された場合に+出力となる電極45aと、圧電体42bに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極46bとが接続線72bによって電気的に接続されている。そして、圧電体42aと42bは、圧電体42aに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極46aと、圧電体42bに圧縮力が付与された場合に−出力となる電極46bとが接続線72aによって電気的に接続されている。
よって、錘50が厚み方向に揺動して圧電体42a、42bで交番電流が発生すると、かかる電流は接続線72a、72b、73a、73bで互いに加算されて外部電極70a、70bに出力される。
In the primary natural vibration of the power generation unit 40, the weight 50 swings in the thickness direction. The bending rigidity of the vibrating body 20 and the mass of the weight 50 are adjusted so that the primary natural frequency is 10 Hz.
When a periodic acceleration load is applied to the housing 30 in the thickness direction and the weight 50 vibrates relative to the housing 30, the piezoelectric bodies 42 a and 42 b are subjected to compressive stress and tension according to the reciprocating vibration of the weight 50. Stress is generated in the opposite direction and alternately reversed.
The piezoelectric bodies 42a and 42b of the present embodiment have a laminated structure shown in FIG. Then, as described above, the connection line 72b is connected to the electrode 45a that becomes + output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42a and the electrode 46b that becomes -output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42b. Are electrically connected. The piezoelectric bodies 42a and 42b are connected to an electrode 46a that is output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42a and an electrode 46b that is output when a compressive force is applied to the piezoelectric body 42b. They are electrically connected by a line 72a.
Therefore, when the weight 50 swings in the thickness direction and an alternating current is generated in the piezoelectric bodies 42a and 42b, the currents are added to each other through the connection lines 72a, 72b, 73a, and 73b and output to the external electrodes 70a and 70b. .

なお、本実施形態の圧電発電機10に代えて、圧電体42aと42bの正極または負極からの交番電流を、それぞれ独立して4式の外部電極に出力してもよい。この場合、4式の外部電極に出力された交番電流は、互いに加算方向に合成して出力してもよく、またはそれぞれダイオード(図示せず)で整流されたのちに合成して出力してもよい。   Instead of the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, alternating currents from the positive or negative electrodes of the piezoelectric bodies 42a and 42b may be independently output to the four external electrodes. In this case, the alternating currents output to the four external electrodes may be combined and output in the addition direction, or may be combined after being rectified by a diode (not shown) and output. Good.

<第五実施形態>
図11(a)は第五実施形態の圧電発電機10の平面図であり、同図(b)はそのB−B断面図であり、同図(c)は同図(b)のC−C断面図である。
<Fifth embodiment>
FIG. 11A is a plan view of the piezoelectric generator 10 of the fifth embodiment, FIG. 11B is a sectional view taken along the line BB, and FIG. 11C is a cross-sectional view taken along the line C- of FIG. It is C sectional drawing.

本実施形態の圧電発電機10は、振動体20が棒状体であって、その延在方向にそれぞれ直交する複数方向(幅方向および厚み方向)に等しい共振周波数を有している点で第四実施形態と相違する。   In the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the vibrating body 20 is a rod-shaped body, and is fourth in that it has resonance frequencies equal to a plurality of directions (width direction and thickness direction) orthogonal to the extending direction. It is different from the embodiment.

また、本実施形態では、筐体30の幅方向に対向する立壁面の一方(立壁面33a)に圧電体42aが固定され、筐体30の内側底面31に圧電体42bが固定されている。
圧電体42aは振動体20の基端部24を立壁面33aより幅方向に支持し、圧電体42bは振動体20の基端部24を内側底面31より厚み方向に支持する。
In the present embodiment, the piezoelectric body 42 a is fixed to one of the standing wall surfaces (standing wall surface 33 a) facing the width direction of the housing 30, and the piezoelectric body 42 b is fixed to the inner bottom surface 31 of the housing 30.
The piezoelectric body 42a supports the base end portion 24 of the vibrating body 20 in the width direction from the standing wall 33a, and the piezoelectric body 42b supports the base end portion 24 of the vibrating body 20 in the thickness direction from the inner bottom surface 31.

筐体30の基端側(図11(a)、(b)における左方)の立壁面33cには、振動体20の基端部24の最基端26を嵌め込むための凹部35が設けられている。
振動体20は、基端部24の最基端26を凹部35に嵌合固定し、圧電体42aと42bに支持されて片持ち状態にある。
振動体20の先端部25には錘50が装着されている。
A recess 35 for fitting the most proximal end 26 of the proximal end 24 of the vibrating body 20 is provided on the vertical wall 33c on the proximal end of the housing 30 (left side in FIGS. 11A and 11B). It has been.
The vibrating body 20 is in a cantilever state in which the most proximal end 26 of the proximal end portion 24 is fitted and fixed to the recess 35 and supported by the piezoelectric bodies 42a and 42b.
A weight 50 is attached to the distal end portion 25 of the vibrating body 20.

本実施形態の振動体20は、延在方向(圧電発電機10の長手方向)に対する直交断面(以下、横断面)が正方形である。また、振動体20の横断面の四辺は、圧電発電機10の幅方向および厚み方向とそれぞれ一致している。
また、振動体20は横断面内に等方性の材料からなる。具体的には、金属製の角棒や、押出成形されたプラスチック材料を例示することができる。
また、本実施形態の錘50は、横断面が正方形であり、幅方向と厚み方向の慣性モーメントが互いに等しい。
The vibrating body 20 of the present embodiment has a square cross section (hereinafter referred to as a cross section) with respect to the extending direction (longitudinal direction of the piezoelectric generator 10). In addition, the four sides of the cross section of the vibrating body 20 coincide with the width direction and the thickness direction of the piezoelectric generator 10, respectively.
Further, the vibrating body 20 is made of an isotropic material in the cross section. Specifically, a metal square bar or an extruded plastic material can be exemplified.
Further, the weight 50 of the present embodiment has a square cross section, and the inertia moments in the width direction and the thickness direction are equal to each other.

これにより、本実施形態の振動体20は、その延在方向(圧電発電機10の長手方向)に対して直交する複数方向(幅方向および厚み方向)に対して共に可撓性を有し、かつ、発電ユニット40の当該複数方向の共振周波数がともに10Hz以下である。   Thereby, the vibrating body 20 of the present embodiment has both flexibility in a plurality of directions (width direction and thickness direction) orthogonal to the extending direction (longitudinal direction of the piezoelectric generator 10). In addition, the resonance frequencies in the plurality of directions of the power generation unit 40 are both 10 Hz or less.

最基端26が立壁面33cに固定された振動体20は、錘50が圧電発電機10の幅方向に振動すると、基端部24から圧電体42aに対して厚み方向の圧縮または引張応力を周期的に付与する。
本実施形態の圧電体42aと42bは、図9に示した積層構造をなしている。そして、圧電体42aの長手方向の両側にそれぞれ設けられた電極45a、46aの間には、圧電体42aが振動体20の基端部24から幅方向に周期的な応力を受けることで交番電流が生じる。
When the weight 50 vibrates in the width direction of the piezoelectric generator 10, the vibrating body 20 having the most proximal end 26 fixed to the standing wall surface 33c exerts a compressive or tensile stress in the thickness direction from the proximal end portion 24 to the piezoelectric body 42a. Give periodically.
The piezoelectric bodies 42a and 42b of the present embodiment have a laminated structure shown in FIG. Between the electrodes 45a and 46a provided on both sides in the longitudinal direction of the piezoelectric body 42a, the piezoelectric body 42a receives a periodic stress in the width direction from the base end portion 24 of the vibrating body 20, thereby alternating current. Occurs.

電極46aと外部電極71aとは接続線73aで電気的に接続されている。また、電極45aと外部電極70aとは接続線72aで電気的に接続されている。
これにより、錘50が筐体30に対して幅方向に往復揺動すると、外部電極70a、71aには電位が反転した交番電流が出力される。
なお、図11(c)は、接続線の図示を省略する。
The electrode 46a and the external electrode 71a are electrically connected by a connection line 73a. The electrode 45a and the external electrode 70a are electrically connected by a connection line 72a.
As a result, when the weight 50 reciprocally swings in the width direction with respect to the housing 30, an alternating current having an inverted potential is output to the external electrodes 70a and 71a.
In FIG. 11C, connection lines are not shown.

一方、錘50が圧電発電機10の厚み方向に振動すると、基端部24から圧電体42bに対して厚み方向の圧縮または引張応力が周期的に付与される。
圧電体42bの長手方向の両側にそれぞれ設けられた電極45b、46bの間には、圧電体42bが振動体20の基端部24から厚み方向に周期的な応力を受けることで交番電流が生じる。
電極46bと外部電極71bとは接続線73bで電気的に接続されている。また、電極45bと外部電極70bとは接続線72bで電気的に接続されている。
これにより、錘50が筐体30に対して厚み方向に往復揺動すると、外部電極70b、71bには電位が反転した交番電流が出力される。
On the other hand, when the weight 50 vibrates in the thickness direction of the piezoelectric generator 10, compressive or tensile stress in the thickness direction is periodically applied from the base end portion 24 to the piezoelectric body 42b.
Between the electrodes 45b and 46b provided on both sides in the longitudinal direction of the piezoelectric body 42b, an alternating current is generated when the piezoelectric body 42b receives periodic stress in the thickness direction from the base end portion 24 of the vibrating body 20. .
The electrode 46b and the external electrode 71b are electrically connected by a connection line 73b. The electrode 45b and the external electrode 70b are electrically connected by a connection line 72b.
As a result, when the weight 50 reciprocally swings in the thickness direction with respect to the housing 30, an alternating current having an inverted potential is output to the external electrodes 70b and 71b.

幅方向の加速度に基づいて外部電極70aと71aとの間に出力された交番電流と、厚み方向の加速度に基づいて外部電極70bと71bとの間に出力された交番電流とは、互いに位相が一致していない可能性がある。このため、各出力電流は、それぞれダイオード(図示せず)で整流してから互いに合流するとよい。   The alternating current output between the external electrodes 70a and 71a based on the acceleration in the width direction and the alternating current output between the external electrodes 70b and 71b based on the acceleration in the thickness direction are mutually in phase. It may not match. For this reason, the output currents may be joined together after being rectified by a diode (not shown).

本実施形態の圧電発電機10においては、振動体20の横断面を円形としてもよい。
また、錘50も円柱形状または球体状など、横断面が円形であるとよい。
これにより、振動体20は長手方向軸まわりに360度のあらゆる方向に略等しい共振周波数を有することとなる。
そして、振動体20の振動方向、すなわち筐体30への加速度負荷方向が、長手方向軸まわりに360度のいずれの方向であっても、本実施形態の圧電発電機10によれば外部電極70a、70b、71a、71bにて交番電流を取り出すことができる。
In the piezoelectric generator 10 of this embodiment, the cross section of the vibrating body 20 may be circular.
Further, the weight 50 is also preferably circular in cross section, such as cylindrical or spherical.
As a result, the vibrating body 20 has a resonance frequency substantially equal in all directions of 360 degrees around the longitudinal axis.
In addition, according to the piezoelectric generator 10 of the present embodiment, the external electrode 70a regardless of the direction of vibration of the vibrating body 20, that is, the direction of acceleration load applied to the housing 30, is 360 degrees around the longitudinal axis. , 70b, 71a, 71b, an alternating current can be taken out.

以下、本発明の圧電発電機について、実施例を用いてより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the piezoelectric generator of the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

(実施例1、2)
図2および5に記載の第一および第二実施形態にかかる圧電発電機を、それぞれ実施例1および2として作製した。以下、本実施例における要素名の符号は、上記実施形態または図面に記載のものに対応している。
実施例1および2の筐体30は、外形の辺長が20mmの平面視正方形状とした。
(Examples 1 and 2)
The piezoelectric generators according to the first and second embodiments described in FIGS. 2 and 5 were produced as Examples 1 and 2, respectively. Hereinafter, the symbol of the element name in a present Example respond | corresponds to the thing as described in the said embodiment or drawing.
The casing 30 of Examples 1 and 2 was in a square shape in plan view with an outer side length of 20 mm.

実施例1の2条の渦巻き状の振動体20(振動素片21、22)は、幅寸法を1mm、基端部24から先端部25までの螺旋状の経路長を64mmとした。
実施例2の4条の渦巻き状の振動体20(振動素片21a〜21d)は、幅寸法を0.5mm、基端部24から先端部25までの螺旋状の経路長を35mmとした。
In the two spiral vibrators 20 (vibrating element pieces 21 and 22) of Example 1, the width dimension was 1 mm, and the spiral path length from the base end portion 24 to the tip end portion 25 was 64 mm.
The four spiral vibrators 20 (vibrating element pieces 21a to 21d) of Example 2 had a width dimension of 0.5 mm and a spiral path length from the base end part 24 to the tip part 25 of 35 mm.

振動体20と圧電体42と電極膜44とを積層した帯状の圧電素子の積層厚さ寸法は、実施例1、2とも0.1mmで共通とした。   The laminated thickness dimension of the band-shaped piezoelectric element in which the vibrating body 20, the piezoelectric body 42, and the electrode film 44 are laminated is 0.1 mm in both Examples 1 and 2.

実施例1の圧電発電機10は、振動素片21、22の先端部25に、鉄製の0.07gの錘50を装着した。
実施例2の圧電発電機10は、振動素片21a〜21dの先端部25に、鉄製の0.125gの錘50を装着した。
In the piezoelectric generator 10 of Example 1, a 0.07 g weight 50 made of iron was attached to the distal end portion 25 of the vibrating element pieces 21 and 22.
In the piezoelectric generator 10 of Example 2, a 0.125 g weight 50 made of iron was attached to the distal end portion 25 of the vibration element pieces 21a to 21d.

(比較例1)
図12は、比較例1の圧電発電機100の平面図である。ただし、外部電極や接続線は、図示を省略している。
比較例1の圧電発電機100は、非絶縁材料からなるベース32に片持ち状態に支持された振動体20が、平面視直線板状である。振動体20の寸法は、実施例1および2と共通の筐体30に収容可能なサイズとして、幅寸法を3mm、長さ寸法を15mmとした。厚み寸法は実施例1、2と共通の0.1mmとした。
また、比較例1の振動体20の材料、およびその上面の圧電体42および電極膜44の材料および寸法は、実施例1および2と共通とした。
また、比較例1の振動体20の先端に装着した錘50の質量は、実施例2と同様に0.125gとした。
(Comparative Example 1)
FIG. 12 is a plan view of the piezoelectric generator 100 of the first comparative example. However, the external electrodes and connection lines are not shown.
In the piezoelectric generator 100 of Comparative Example 1, the vibrating body 20 supported in a cantilevered manner on the base 32 made of a non-insulating material has a linear plate shape in plan view. The dimensions of the vibrating body 20 were set to be a size that can be accommodated in the case 30 that is the same as in the first and second embodiments, the width dimension was 3 mm, and the length dimension was 15 mm. The thickness dimension was set to 0.1 mm, which is the same as in Examples 1 and 2.
In addition, the material of the vibrating body 20 of Comparative Example 1 and the materials and dimensions of the piezoelectric body 42 and the electrode film 44 on the upper surface thereof were the same as those in Examples 1 and 2.
Further, the mass of the weight 50 attached to the tip of the vibrating body 20 of Comparative Example 1 was set to 0.125 g as in Example 2.

かかる実施例1、2および比較例1について、振動体20、圧電体42および電極膜44の弾性率を適宜設定して振動体20の共振周波数(一次固有振動数)を数値シミュレーションで求めた。
結果として、実施例1の共振周波数は5.4Hz、実施例2の共振周波数は7.2Hzと、ともに10Hz以下とすることができたのに対し、比較例1の共振周波数は62Hzとなり、10Hzを大幅に上回った。
これにより、実施例1、2のように、振動体20を渦巻き状の複数条の振動素片とすることで、20mm四方という小型の圧電発電機10において、発電ユニット40の共振周波数を歩行時や走行時に見られる10Hz以下にできることが分かった。これに対し、従来の発電機のように矩形板状の振動体を用いた場合には、同等の寸法の筐体30に収容される発電ユニット40において10Hz以下の共振周波数を実現するのは極めて困難であることが分かった。
In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the elastic modulus of the vibrating body 20, the piezoelectric body 42, and the electrode film 44 was appropriately set, and the resonance frequency (primary natural frequency) of the vibrating body 20 was obtained by numerical simulation.
As a result, the resonance frequency of Example 1 was 5.4 Hz and the resonance frequency of Example 2 was 7.2 Hz, both being 10 Hz or less, whereas the resonance frequency of Comparative Example 1 was 62 Hz. Greatly exceeded.
Thus, as in the first and second embodiments, the vibrating body 20 is formed into a plurality of spiral vibrating element pieces, so that the resonance frequency of the power generation unit 40 is reduced when walking in the small piezoelectric generator 10 of 20 mm square. It was found that the frequency can be reduced to 10 Hz or less as seen during traveling. On the other hand, when a rectangular plate-like vibrating body is used as in a conventional generator, it is extremely difficult to realize a resonance frequency of 10 Hz or less in the power generation unit 40 accommodated in the casing 30 having an equivalent size. It turned out to be difficult.

(実施例3〜5)
図7、10および11に記載の第三、第四および第五実施形態にかかる圧電発電機10を、それぞれ実施例3〜5として作製した。
振動体20には、曲げ弾性率が0.23GPaのポリカーボネート(PC)樹脂を用いた。
(Examples 3 to 5)
Piezoelectric generators 10 according to the third, fourth and fifth embodiments shown in FIGS. 7, 10 and 11 were produced as Examples 3 to 5, respectively.
For the vibrating body 20, a polycarbonate (PC) resin having a flexural modulus of 0.23 GPa was used.

図7に示す実施例3の振動体20は、φ0.3mm、長さ45mmの円柱状のPC樹脂棒を、巻径4mm、ピッチ2mmにて6巻きに螺旋巻回して螺旋バネ部を作製し、これに続けて長さ5mmの基端部24を直線状に延在したものである。振動体20の先端部25には、鉄製の0.585gの錘50を装着した。
また、実施例3の筐体30は、長さ20mm、幅8mm、厚さ8mmの直方体とした。
In the vibrating body 20 of Example 3 shown in FIG. 7, a cylindrical PC resin rod having a diameter of 0.3 mm and a length of 45 mm is spirally wound into 6 turns with a winding diameter of 4 mm and a pitch of 2 mm to produce a spiral spring portion. Subsequently, the base end portion 24 having a length of 5 mm is linearly extended. An iron 0.585 g weight 50 was attached to the tip portion 25 of the vibrating body 20.
The housing 30 of Example 3 was a rectangular parallelepiped having a length of 20 mm, a width of 8 mm, and a thickness of 8 mm.

図10に示す実施例4の振動体20は、幅寸法1mm、厚さ0.1mm、長さ寸法13mmの帯状とした。振動体20の先端部25には、鉄製の0.07gの錘50を装着した。
また、実施例4の筐体30は、長さ20mm、幅5mm、厚さ3mmの直方体とした。
The vibrating body 20 of Example 4 shown in FIG. 10 was formed into a strip shape having a width dimension of 1 mm, a thickness of 0.1 mm, and a length dimension of 13 mm. An iron 0.07 g weight 50 was attached to the tip 25 of the vibrating body 20.
The casing 30 of Example 4 was a rectangular parallelepiped having a length of 20 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 3 mm.

図11に示す実施例5の振動体20は、幅寸法と厚み寸法が0.3mm、長さ寸法14mmの横断面正方形の角棒とした。振動体20の先端部25には、鉄製の0.585gの錘50を装着した。
また、実施例5の筐体30は、長さ20mm、幅8mm、厚さ8mmの直方体とした。
The vibrating body 20 of Example 5 shown in FIG. 11 was a square bar with a square cross section having a width dimension and a thickness dimension of 0.3 mm and a length dimension of 14 mm. An iron 0.585 g weight 50 was attached to the tip portion 25 of the vibrating body 20.
The casing 30 of Example 5 was a rectangular parallelepiped having a length of 20 mm, a width of 8 mm, and a thickness of 8 mm.

(比較例2)
図13(a)は比較例2の圧電発電機100の平面図、同図(b)はそのB−B断面図である。
比較例2の圧電発電機100は、実施例4の圧電発電機10に対して、振動体20の主面に板状の圧電体42が被着されたものである。圧電体42の表面に設けられる電極膜は、図示を省略している。かかる態様は、特許文献1に記載の従来の発電機に対応するものである。
比較例2の圧電素子(振動体20および圧電体42)の弾性率は90GPa、幅寸法は1mm、厚み寸法は0.2mm、長さ寸法は14mmとした。
また、比較例2の振動体20の先端部25には、鉄製の0.07gの錘50を装着した。
また、比較例2の圧電素子は、基端部24を筐体30に嵌合し、かつ、振動体20の下面にベース32を固着した。
なお、比較例2の筐体30は、長さ20mm、幅5mm、厚さ5mmの直方体とした。
(Comparative Example 2)
FIG. 13A is a plan view of the piezoelectric generator 100 of Comparative Example 2, and FIG. 13B is a sectional view taken along the line BB.
The piezoelectric generator 100 of Comparative Example 2 is obtained by attaching a plate-like piezoelectric body 42 to the main surface of the vibrating body 20 with respect to the piezoelectric generator 10 of Example 4. The electrode film provided on the surface of the piezoelectric body 42 is not shown. This aspect corresponds to the conventional generator described in Patent Document 1.
The elastic modulus of the piezoelectric element (vibrating body 20 and piezoelectric body 42) of Comparative Example 2 was 90 GPa, the width dimension was 1 mm, the thickness dimension was 0.2 mm, and the length dimension was 14 mm.
Further, an iron 0.07 g weight 50 was attached to the tip 25 of the vibrating body 20 of Comparative Example 2.
Further, in the piezoelectric element of Comparative Example 2, the base end portion 24 was fitted into the housing 30, and the base 32 was fixed to the lower surface of the vibrating body 20.
The casing 30 of Comparative Example 2 was a rectangular parallelepiped having a length of 20 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 5 mm.

かかる実施例3から5および比較例2について、振動体20の共振周波数(一次固有振動数)を数値シミュレーションで求めた。
結果として、実施例3の共振周波数は8.51Hz、実施例2の共振周波数は9.7Hz、実施例3の共振周波数は8.57Hzと、ともに10Hz以下とすることができたのに対し、比較例2の共振周波数は156Hzとなり、10Hzを大幅に上回った。
これにより、実施例3から5のように、振動体20の揺動部分を圧電体42と分離して、振動体20の基端部24と筐体30との間に圧電体42を設けたことにより、圧電体42の材料硬度の影響を受けることなく発電ユニット40の共振周波数を容易に10Hz以下に低減できることが分かった。
For Examples 3 to 5 and Comparative Example 2, the resonance frequency (primary natural frequency) of the vibrating body 20 was obtained by numerical simulation.
As a result, the resonance frequency of Example 3 was 8.51 Hz, the resonance frequency of Example 2 was 9.7 Hz, and the resonance frequency of Example 3 was 8.57 Hz, both being 10 Hz or less, The resonance frequency of Comparative Example 2 was 156 Hz, significantly exceeding 10 Hz.
Thus, as in the third to fifth embodiments, the swinging portion of the vibrating body 20 is separated from the piezoelectric body 42, and the piezoelectric body 42 is provided between the base end portion 24 of the vibrating body 20 and the housing 30. Thus, it has been found that the resonance frequency of the power generation unit 40 can be easily reduced to 10 Hz or less without being affected by the material hardness of the piezoelectric body 42.

なお、本発明の圧電発電機においては、振動体を揺動させて圧電体に歪みを生じさせるものであるかぎり、外力の発生源は特に限られない。上記各実施形態では、人間や動物の歩行時等の振動や、自動車や自転車等の走行振動を例示したが、これに限定されるものではない。   In the piezoelectric generator of the present invention, the source of the external force is not particularly limited as long as the vibrating body is swung to cause distortion in the piezoelectric body. In each of the above embodiments, vibrations during walking of humans and animals and traveling vibrations of automobiles, bicycles and the like are exemplified, but the present invention is not limited to this.

上記実施形態および実施例は、以下の技術思想を包含するものである。
(1)筐体と、前記筐体に固定され前記筐体に対する往復揺動によって生じる応力により発電する圧電式の発電ユニットと、を備えるとともに、
前記発電ユニットの共振周波数が10Hz以下であることを特徴とする圧電発電機;
(2)前記発電ユニットが、前記筐体に対して基端部が固定された振動体と、前記振動体の少なくとも一方の主面に接合されて前記振動体とともに揺動する圧電体と、を含み、かつ、
前記振動体が、湾曲形状の板状をなすことを特徴とする上記(1)に記載の圧電発電機;
(3)前記発電ユニットが、前記筐体に対して先端部が往復揺動する振動体と、前記振動体の基端部と前記筐体とに挟持されて前記振動体の揺動により生じる応力を受けて発電する圧電体と、を含み、
前記振動体が、該振動体の延在方向に対して直交する複数方向に対して共に可撓性を有し、かつ、前記発電ユニットの前記複数方向の共振周波数がともに10Hz以下であることを特徴とする上記(1)に記載の圧電発電機;
(4)前記振動体が螺旋形状の板状をなしている上記(2)に記載の圧電発電機;
(5)前記振動体が、それぞれ螺旋形状の板状をなす複数の振動素片と、前記振動素片の少なくとも一方の主面にそれぞれ接合された前記圧電体と、を含み、かつ、
複数の前記振動素片は、それぞれ基端が前記筐体に対して固定され、先端に共通の錘が装着されていることを特徴とする上記(2)に記載の圧電発電機;
(6)前記筐体が矩形状をなし、
前記振動体が4本の前記振動素片を有し、前記振動素片の前記基端が前記筐体の4つの角部にそれぞれ固定されている上記(5)に記載の圧電発電機;
(7)前記圧電体が、前記振動体の前記基端部と前記筐体との間に設けられている上記(1)に記載の圧電発電機;
(8)前記振動体が、該振動体の延在方向にさらに可撓性を有する螺旋バネである上記(3)に記載の圧電発電機;
(9)前記振動体が棒状体であって、該振動体の延在方向にそれぞれ直交する複数方向に等しい共振周波数を有する上記(3)に記載の圧電発電機;
(10)前記振動体の前記基端部と前記筐体との間に、前記延在方向に並ぶ複数の前記圧電体が挟持され、
前記筐体の外部に露出して設けられ、前記複数の圧電体と電気的に接続された外部電極をさらに備え、かつ、
前記振動体の揺動により前記複数の圧電体で発電された起電力が互いに加算される向きに前記複数の圧電体と前記外部電極とが接続されていることを特徴とする上記(3)、(8)または(9)に記載の圧電発電機。
The above embodiments and examples include the following technical ideas.
(1) A housing and a piezoelectric power generation unit that is fixed to the housing and generates power by stress generated by reciprocal swinging with respect to the housing, and
A piezoelectric generator having a resonance frequency of 10 Hz or less;
(2) The power generation unit includes a vibrating body having a base end fixed to the housing, and a piezoelectric body that is joined to at least one main surface of the vibrating body and swings together with the vibrating body. Including and
The piezoelectric generator according to (1), wherein the vibrating body has a curved plate shape;
(3) The stress generated by the vibration of the power generation unit is sandwiched between the vibrating body whose front end reciprocally swings with respect to the casing, and the base end of the vibrating body and the casing. And a piezoelectric body that generates electric power upon receiving,
The vibrating body is flexible in a plurality of directions perpendicular to the extending direction of the vibrating body, and resonance frequencies in the plurality of directions of the power generation unit are both 10 Hz or less. The piezoelectric generator according to (1) above, characterized in that;
(4) The piezoelectric generator according to (2), wherein the vibrating body has a spiral plate shape;
(5) The vibrating body includes a plurality of vibrating element pieces each having a spiral plate shape, and the piezoelectric body bonded to at least one main surface of the vibrating element pieces, and
The piezoelectric generator according to (2) above, wherein the plurality of vibrating elements each have a base end fixed to the housing and a common weight attached to the tip.
(6) The casing is rectangular,
The piezoelectric generator according to (5), wherein the vibrating body includes the four vibrating elements, and the base ends of the vibrating elements are fixed to four corners of the casing, respectively.
(7) The piezoelectric generator according to (1), wherein the piezoelectric body is provided between the base end portion of the vibrating body and the housing;
(8) The piezoelectric generator according to (3), wherein the vibrating body is a helical spring that is further flexible in the extending direction of the vibrating body;
(9) The piezoelectric generator according to (3), wherein the vibrating body is a rod-like body and has resonance frequencies equal to a plurality of directions orthogonal to the extending direction of the vibrating body;
(10) A plurality of the piezoelectric bodies arranged in the extending direction are sandwiched between the base end portion of the vibrating body and the housing,
An external electrode provided exposed outside the housing and electrically connected to the plurality of piezoelectric bodies; and
(3), wherein the plurality of piezoelectric bodies and the external electrode are connected in a direction in which electromotive forces generated by the plurality of piezoelectric bodies are added to each other by swinging the vibrating body. The piezoelectric generator according to (8) or (9).

10 圧電発電機
20 振動体
21、22 振動素片
24 基端部
25 先端部
26 最基端
30 筐体
30a、30b 外部側面
31 内側底面
32 ベース
33 立壁面
34 溝部
35 凹部
36、62 変位ストッパー
40 発電ユニット
42 圧電体
421 圧電層
44 電極膜
441、442 内層電極
45、46 電極
50 錘
60 筐体蓋
70、71 外部電極
72〜75 接続線
100 圧電発電機
NP 中立面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric generator 20 Vibrating body 21 and 22 Vibrating element piece 24 Base end part 25 Front end part 26 The most proximal end 30 Housing | casing 30a, 30b Outer side surface 31 Inner bottom face 32 Base 33 Standing wall surface 34 Groove part 35 Recessed part 36, 62 Displacement stopper 40 Power generation unit 42 Piezoelectric body 421 Piezoelectric layer 44 Electrode films 441 and 442 Inner layer electrodes 45 and 46 Electrode 50 Weight 60 Housing lid 70 and 71 External electrodes 72 to 75 Connection line 100 Piezoelectric generator NP Neutral surface

Claims (3)

筐体と、前記筐体に固定され前記筐体に対する往復揺動によって生じる応力により発電
する圧電式の発電ユニットと、を備えるとともに、
前記発電ユニットの共振周波数が10Hz以下であり、
湾曲形状の帯状の平板である複数の振動素片を有する振動体を備え、
前記発電ユニットが、前記筐体に対して基端部が固定された複数の前記振動素片と、複数の前記振動素片の其々において少なくとも一方の主面に接合されて複数の前記振動素片とともに揺動する圧電体と、を含み、かつ、
複数の前記振動素片は、前記主面の面直方向に往復揺動する共通の錘が装着されているとともに、前記主面の平面方向に湾曲する前記湾曲形状をなして同一平面上で互いに隣接して嵌め合わされていることを特徴とする圧電発電機。
A housing and a piezoelectric power generation unit that is fixed to the housing and generates power by stress generated by reciprocal swinging with respect to the housing;
The power generation unit has a resonance frequency of 10 Hz or less,
A vibrating body having a plurality of vibrating elements that are curved strip-shaped flat plates ,
The power generation unit is joined to at least one main surface of each of the plurality of vibrating element pieces whose base end portions are fixed to the housing, and the plurality of vibrating element pieces. A piezoelectric body that swings with the piece, and
The plurality of vibrating elements are mounted with a common weight that reciprocally swings in a direction perpendicular to the main surface, and has a curved shape that curves in the plane direction of the main surface and is mutually on the same plane. A piezoelectric generator characterized by being fitted adjacently.
複数の前記振動素片を前記主面の面直方向にみた平面視形状が、前記基端部の近傍を除き略全体において曲線状に形成されており、
複数の前記振動素片の少なくとも一方の主面には、前記圧電体が接合されており、
複数の前記振動素片は、それぞれの基端が前記筐体に対して固定されるとともに、先端に共通の前記錘が装着されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電発電機。
The planar view shape of the plurality of vibrating elements viewed in the direction perpendicular to the main surface is formed in a curved shape in substantially the whole except the vicinity of the base end portion,
The piezoelectric body is bonded to at least one main surface of the plurality of vibrating element pieces,
2. The piezoelectric generator according to claim 1, wherein each of the plurality of vibrating element pieces has a base end fixed to the housing and a common weight attached to the tip end.
複数の前記振動素片が、前記同一平面上で互いに隣接する渦巻形状であり、
前記錘が、前記渦巻形状の中心に配置され、
複数の前記振動素片の先端が前記錘の周囲においてずれた位置に固定されるとともに、複数の前記振動素片が、錘を中心にして共通の螺旋方向に延在している請求項1または2に記載の圧電発電機。
A plurality of said vibration piece is a spiral-shaped adjacent to each other on said same plane,
The weight is disposed at the center of the spiral shape;
The front ends of the plurality of vibrating element pieces are fixed at positions shifted around the weight, and the plurality of vibrating element pieces extend in a common spiral direction around the weight. 2. The piezoelectric generator according to 2.
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