JP5996078B1 - 発電素子 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の長手方向軸に沿って伸び、可撓性を有する板状橋梁部と、
板状橋梁部の根端部を支持固定する台座と、
板状橋梁部の先端部に直接もしくは間接的に接続された重錘体と、
板状橋梁部の表面の伸縮変形が生じる所定位置に固定された圧電素子と、
圧電素子に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出す発電回路と、
を設け、
重錘体が、板状橋梁部の長手方向軸に関して左脇に位置する左翼重錘部と、板状橋梁部の長手方向軸に関して右脇に位置する右翼重錘部と、を有しているようにしたものである。
板状橋梁部の先端部に重錘体支持部を接続し、重錘体支持部の下面に重錘体を接続し、重錘体の重心が板状橋梁部の下方に位置するようにしたものである。
重錘体支持部が、第1の長手方向軸に直交する第2の長手方向軸に沿って伸びる中央板状部を有し、板状橋梁部の先端部が中央板状部の中央近傍に接続されており、板状橋梁部および中央板状部によりT字状構造体が形成され、
左翼重錘部が中央板状部の左側の下面に接続されており、右翼重錘部が中央板状部の右側の下面に接続されているようにしたものである。
重錘体支持部が、第1の長手方向軸に直交する第2の長手方向軸に沿って伸び、中央近傍が板状橋梁部の先端部に接続された中央板状部と、中央板状部の左側から板状橋梁部の左脇に伸びる左翼板状部と、中央板状部の右側から板状橋梁部の右脇に伸びる右翼板状部と、を有し、
左翼重錘部が左翼板状部の下面に接続されており、右翼重錘部が右翼板状部の下面に接続されているようにしたものである。
重錘体が、左翼重錘部と右翼重錘部とを連結する中央重錘部を有し、中央重錘部が中央板状部の下面に接続されているようにしたものである。
板状橋梁部の根端部に第1の長手方向軸に直交する第3の長手方向軸に沿って伸びる台座接続部を接続し、この台座接続部を台座に固定するようにしたものである。
台座を、板状橋梁部および重錘体の周囲を取り囲む環状構造体によって構成し、発電素子に対して所定の大きさを超える加速度が作用した場合に、重錘体の一部がこの環状構造体の一部に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたものである。
圧電素子が、板状橋梁部の先端部近傍の左側に配置された先端部左側圧電素子と、板状橋梁部の先端部近傍の右側に配置された先端部右側圧電素子と、板状橋梁部の根端部近傍の左側に配置された根端部左側圧電素子と、板状橋梁部の根端部近傍の右側に配置された根端部右側圧電素子と、を有するようにしたものである。
圧電素子を、板状橋梁部の表面に層状に形成された下層電極と、下層電極の表面に層状に形成された圧電材料層と、圧電材料層の表面に局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群と、によって構成し、圧電材料層として、層方向に伸縮する応力の作用により、厚み方向に分極を生じる性質を有する材料を用いるようにしたものである。
発電素子の台座を装置筐体に固定し、装置筐体を振動させる外力が作用したときに、発電素子の重錘体が板状橋梁部の撓みによって装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力するようにしたものである。
発電素子の重錘体を装置筐体に固定し、装置筐体を振動させる外力が作用したときに、発電素子の台座が板状橋梁部の撓みによって装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力するようにしたものである。
XY平面を水平面にとり、Z軸正方向を上方向、Z軸負方向を下方向にとった場合に、上から順に主発電第1層、主発電第2層、主発電第3層を積層した主発電構造体と、
主発電構造体の所定箇所を支持固定する台座と、
主発電構造体が発生させた電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出す発電回路と、
を設け、
主発電第2層は、XY平面に平行な面に沿って配置された平板状の層であり、Y軸上に配置され可撓性を有する板状橋梁部と、主発電第3層を支持するための重錘体支持部と、を有し、
重錘体支持部は、Y軸と交差しX軸に平行な軸であるX′軸上に配置された中央板状部を有し、
板状橋梁部は根端部から先端部へとY軸に沿って伸び、中央板状部はY軸と交差するようにX′軸に沿って伸び、中央板状部のY軸と交差する部分近傍に板状橋梁部の先端部が接続されており、板状橋梁部と中央板状部とのXY平面投影像はT字状をなし、
主発電第1層は、主発電第2層の板状橋梁部の上面の少なくとも一部分を覆うように形成された圧電素子を有し、
主発電第3層は、主発電第2層の重錘体支持部の下面に接続されており、作用した加速度に基づいて板状橋梁部に撓みを生じさせるのに十分な質量をもった重錘体として機能し、
板状橋梁部の両脇について、X座標値が負となる側を左脇、X座標値が正となる側を右脇と定義したときに、主発電第3層は、板状橋梁部の左脇に位置する左翼重錘部と右脇に位置する右翼重錘部とを有しており、
台座は、板状橋梁部の根端部を支持固定し、
発電回路は、圧電素子に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出す回路であるようにしたものである。
主発電第2層の重錘体支持部が、中央板状部の左側からY軸に平行な方向に沿って板状橋梁部の左脇に伸びる左翼板状部と、中央板状部の右側からY軸に平行な方向に沿って板状橋梁部の右脇に伸びる右翼板状部と、を更に有し、
左翼重錘部が左翼板状部の下面に接続されており、右翼重錘部が右翼板状部の下面に接続されているようにしたものである。
主発電第3層が、左翼重錘部と右翼重錘部とを連結する中央重錘部を有し、中央重錘部が中央板状部の下面に接続されており、左翼重錘部、右翼重錘部および中央重錘部を有する重錘体のXY平面投影像が「コ」の字状をなすようにしたものである。
主発電第3層を構成する構造体の重心が、板状橋梁部の下方に位置するようにしたものである。
主発電構造体が、YZ平面に関して面対称をなし、主発電第3層を構成する構造体の重心が、板状橋梁部の下方のYZ平面上に位置するようにしたものである。
主発電第1層のXY平面投影像と主発電第2層のXY平面投影像とが同一形状であり、主発電第1層の下面の全領域が主発電第2層の上面の全領域に接合されているようにしたものである。
主発電第3層のX軸正方向の端部が重錘体支持部のX軸正方向の端部よりもX軸正方向に突き出しており、主発電第3層のX軸負方向の端部が重錘体支持部のX軸負方向の端部よりもX軸負方向に突き出しており、主発電第3層のY軸正方向の端部が重錘体支持部のY軸正方向の端部よりもY軸正方向に突き出しており、主発電第3層のY軸負方向の端部が重錘体支持部のY軸負方向の端部よりもY軸負方向に突き出しているようにしたものである。
主発電第1層が、板状橋梁部の表面に層状に形成された下層電極と、下層電極の表面に層状に形成された圧電材料層と、圧電材料層の表面に局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群と、を有する圧電素子を構成し、
圧電材料層が、層方向に伸縮する応力の作用により、厚み方向に分極を生じる性質を有し、
発電回路が、上層電極および下層電極に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出すようにしたものである。
上層電極群が、先端部左側上層電極と、先端部右側上層電極と、根端部左側上層電極と、根端部右側上層電極と、を有し、
先端部左側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の先端部近傍のX座標値が負となる側に位置し、
先端部右側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の先端部近傍のX座標値が正となる側に位置し、
根端部左側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の根端部近傍のX座標値が負となる側に位置し、
根端部右側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の根端部近傍のX座標値が正となる側に位置するようにしたものである。
発電回路が、容量素子と、各上層電極に発生した正電荷を容量素子の正極側へ導くために各上層電極から容量素子の正極側へ向かう方向を順方向とする正電荷用整流素子と、各上層電極に発生した負電荷を容量素子の負極側へ導くために容量素子の負極側から各上層電極へ向かう方向を順方向とする負電荷用整流素子と、を有し、振動エネルギーから変換された電気エネルギーを容量素子により平滑化して供給するようにしたものである。
主発電第1層の圧電材料層が圧電薄膜によって構成され、主発電第1層の上層電極および下層電極が金属層によって構成され、主発電第2層がシリコン基板によって構成され、主発電第3層が金属基板、セラミック基板、もしくはガラス基板によって構成されているようにしたものである。
台座が、XY平面に沿って主発電構造体を取り囲む環状構造体をなし、発電素子に対して所定の大きさを超える加速度の水平方向成分が作用した場合に、主発電第3層が環状構造体の内面に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたものである。
台座が、第1壁部、第2壁部、第3壁部、第4壁部なる4組の壁部を有する矩形状の方環状構造体をなし、
第1壁部は、主発電構造体に対してX軸負方向側に隣接配置され、YZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
第2壁部は、主発電構造体に対してX軸正方向側に隣接配置され、YZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
第3壁部は、主発電構造体に対してY軸正方向側に隣接配置され、XZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
第4壁部は、主発電構造体に対してY軸負方向側に隣接配置され、XZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
板状橋梁部の根端部が、第4壁部に支持固定されているようにしたものである。
台座が、上から順に台座第1層、台座第2層、台座第3層を積層した積層構造体によって構成され、台座第1層は板状橋梁部の根端部近傍において主発電第1層に連なり、台座第2層は板状橋梁部の根端部において主発電第2層に連なるようにしたものである。
主発電第2層が、板状橋梁部の根端部に接続された台座接続部を更に有し、
台座接続部は、Y軸と交差しX軸に平行な所定の配置軸上に配置され、配置軸に沿って伸び、
台座の所定箇所の上面には、台座接続部を嵌合するための嵌合溝が形成されており、台座接続部が上記嵌合溝に嵌合した状態で固定されるようにしたものである。
発電素子の台座を装置筐体に固定し、装置筐体を振動させる外力が作用したときに、発電素子の主発電第3層が板状橋梁部の撓みによって装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力するようにしたものである。
装置筐体が、発電素子を下方から支持固定するための土台基板と、発電素子の上方を覆う上蓋基板と、発電素子の周囲を囲うように配置され、土台基板と上蓋基板とを連結する側壁板と、を有し、
発電素子の台座の底面は発電素子の主発電第3層の底面より下方に位置し、台座の底面は土台基板の上面に固定されており、土台基板の上面と主発電第3層の底面との間に下方空隙部が形成され、
上蓋基板は、発電素子の主発電第1層の上面より上方に位置し、上蓋基板の下面と主発電第1層の上面との間に上方空隙部が形成され、
発電素子に対して所定の大きさを超える加速度の垂直方向成分が作用した場合に、主発電構造体の一部が土台基板の上面もしくは上蓋基板の下面に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたものである。
発電素子の主発電第3層を装置筐体に固定し、装置筐体を振動させる外力が作用したときに、発電素子の台座が板状橋梁部の撓みによって装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力するようにしたものである。
装置筐体が、発電素子を下方から支持固定するための土台基板と、発電素子の上方を覆う上蓋基板と、発電素子の周囲を囲うように配置され、土台基板と上蓋基板とを連結する側壁板と、を有し、
発電素子の台座の底面は発電素子の主発電第3層の底面より上方に位置し、主発電第3層の底面は土台基板の上面に固定されており、土台基板の上面と台座の底面との間に下方空隙部が形成され、
上蓋基板は、発電素子の主発電第1層の上面より上方に位置し、上蓋基板の下面と主発電第1層の上面との間に上方空隙部が形成され、
発電素子に対して所定の大きさを超える加速度の垂直方向成分が作用した場合に、台座の一部が土台基板の上面もしくは上蓋基板の下面に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたものである。
図1は、本発明の基本的実施形態に係る発電素子PGE(Power Generating Elementの略)の構成を示す斜視図およびブロック図である。斜視図の部分に示されているように、この発電素子PGEは、第1層100、第2層200、第3層300を積層した3層構造体を有する。図1の斜視図では、説明の便宜上、これら3層をそれぞれ上下に分離した状態を示すが、実際には、第1層100の下面に第2層200の上面が固着され、第2層200の下面に第3層300の上面が固着されており、3層は相互に接合された構造体になる。
続いて、§1で述べた基本的実施形態に係る発電素子PGEの発電動作を説明する。既に述べたとおり、図1に示す発電素子PGEは、3層構造体からなる主発電構造体MGSに台座400および発電回路500を付加することにより構成され、XYZ三次元座標系における各座標軸方向の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う機能を有している。
図1に示す主発電構造体MGSにおいて、発電効率を高めるためには、板状橋梁部210は、できるだけ薄く、長くするのが好ましい。その第1の理由は、薄くて長い板状橋梁部210を用いれば、可撓性が高まるため、より大きな撓みが生じるようになるためである。板状橋梁部210に大きな撓みが生じれば、圧電材料層105にも大きな撓みが生じ、発電量が増加する。なお、板状橋梁部210の幅を細くすると、大きな撓みを生じさせるメリットは得られるが、圧電材料層105の面積が減少するため、発電量が低下するデメリットが生じてしまう。
続いて、これまで述べてきた基本的実施形態に係る発電素子PGEについて、いくつかの変形例を述べておく。
§1で述べた基本的実施形態に係る発電素子PGEを構成する主発電構造体MGSは、図1に示すように、主発電第1層100,主発電第2層200,主発電第3層300を積層させた3層構造体によって構成されている。これら3層の平面形状は、それぞれ図2〜図4に示されている。
これまで述べてきた基本的実施形態では、図4に示すとおり、重錘体として機能する主発電第3層300を、中央重錘部320,左翼重錘部330,右翼重錘部340の3つの部分によって構成していた(図24に示す第1の変形例Aも同様)。しかしながら、本発明では、重錘体として、板状橋梁部210の長手方向軸(Y軸)に関して、左脇に位置する左翼重錘部330と右脇に位置する右翼重錘部340と、を有する主発電構造体MGSを用いれば、必要な作用効果が得られる。別言すれば、本発明を実施するにあたり、左翼重錘部330と右翼重錘部340とを接続する中央重錘部320は必須のものではない。
図26は、図1に示す主発電構造体MGSの主発電第2層200における板状橋梁部210の両端の接続角度を示す上面図である。図示のとおり、主発電第2層200は、板状橋梁部210、中央板状部220、左翼板状部230、右翼板状部240という4つの部分によって構成されている。
図18に示す発電素子PGEは、主発電構造体MGSの部分と台座400の部分との双方を3層構造体によって構成したため、図21に示すような単一の積層材料ブロック1000を用意して、これに対してエッチングなどの加工処理を施すことにより製造することができるので、量産化に適していることは既に述べたとおりである。
以上、§1〜§3において、本発明の基本的な実施形態を説明し、更に§4において、いくつかの変形例を述べた。もちろん、本発明の変形例は§4で述べた変形例に限定されるものではなく、同様の作用効果を奏することができる範囲で、この他にも様々な変形例を実施することが可能である。
105:圧電材料層
110:橋梁部圧電層
120:中央圧電層
130:左翼圧電層
140:右翼圧電層
200:主発電第2層
210,210a,210b,210c:板状橋梁部
220,220a,220b,220c:中央板状部(重錘体支持部)
230,230a,230b,230c:左翼板状部(重錘体支持部)
240,240a,240b,240c:右翼板状部(重錘体支持部)
300,300d:主発電第3層(重錘体)
310,310d:空洞部
320,320a,320d:中央重錘部(重錘体)
325d:嵌合溝
330,330a,330b,330d:左翼重錘部(重錘体)
340,340a,340b,340d:右翼重錘部(重錘体)
400,400d:台座
401:台座第1層
402:台座第2層
403:台座第3層
410,410d:第1壁部
420,420d:第2壁部
430,430d:第3壁部
440,440d:第4壁部
445d:嵌合溝
500:発電回路
600:装置筐体
610:土台基板
620:上蓋基板
630:側壁板
700d:主発電部品
710d:第1部材
711d:橋梁部圧電層
712d:板状橋梁部
720d:第2部材
721d:中央圧電層
722d:中央板状部
730d:第3部材
731d:接続部圧電層
732d:台座接続部
1000:積層材料ブロック
1001:材料第1層
1002:材料第2層
1003:材料第3層
B:ボンディングパッド
Cf:平滑用容量素子(コンデンサ)
D0(+)〜D4(+):正電荷用整流素子(ダイオード)
D0(−)〜D4(−):負電荷用整流素子(ダイオード)
d1〜d10:各部の実寸法
d11〜d18:空隙寸法
d19:各部の実寸法
E0:下層電極
E1:先端部左側上層電極
E2:先端部右側上層電極
E3:根端部左側上層電極
E4:根端部右側上層電極
Fx:X軸方向の力
Fy:Y軸方向の力
Fz:Z軸方向の力
G,Ga,Gb:重錘体の重心
H,H′:各部分の境界線
L1,L2,L3:長手方向軸
L1′:長手方向軸
MGS:主発電構造体
MGSa:主発電構造体
MGSb:主発電構造体
MGSd:主発電構造体
O:XYZ三次元座標系の原点(根端部)
P1:先端部左側圧電素子
P2:先端部右側圧電素子
P3:根端部左側圧電素子
P4:根端部右側圧電素子
PGE,PGE′,PGEd:発電素子
T,T′:先端点(先端部)
X:XYZ三次元座標系の座標軸
X′:X軸に平行な軸
Y:XYZ三次元座標系の座標軸
Z:XYZ三次元座標系の座標軸
ZL:電力供給を受ける機器の負荷
θ1〜θ4:板状橋梁部の接続角
Claims (29)
- 振動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う発電素子であって、
第1の長手方向軸に沿って伸び、可撓性を有する板状橋梁部と、
前記板状橋梁部の根端部を支持固定する台座と、
前記板状橋梁部の先端部に間接的に接続された重錘体と、
前記板状橋梁部の表面の伸縮変形が生じる所定位置に固定された圧電素子と、
前記圧電素子に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出す発電回路と、
を備え、
前記重錘体は、前記板状橋梁部の前記長手方向軸に関して左脇に位置する左翼重錘部と、前記板状橋梁部の前記長手方向軸に関して右脇に位置する右翼重錘部と、を有し、
前記板状橋梁部の先端部に重錘体支持部が接続されており、前記重錘体支持部の下面に前記重錘体が接続されており、前記重錘体の重心が板状橋梁部の下方に位置しており、
前記重錘体支持部が、前記第1の長手方向軸に直交する第2の長手方向軸に沿って伸びる中央板状部を有し、前記板状橋梁部の先端部が前記中央板状部の中央近傍に接続されており、前記板状橋梁部および前記中央板状部によりT字状構造体が形成され、
前記左翼重錘部が前記中央板状部の左側の下面に接続されており、前記右翼重錘部が前記中央板状部の右側の下面に接続されていることを特徴とする発電素子。 - 振動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う発電素子であって、
第1の長手方向軸に沿って伸び、可撓性を有する板状橋梁部と、
前記板状橋梁部の根端部を支持固定する台座と、
前記板状橋梁部の先端部に間接的に接続された重錘体と、
前記板状橋梁部の表面の伸縮変形が生じる所定位置に固定された圧電素子と、
前記圧電素子に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出す発電回路と、
を備え、
前記重錘体は、前記板状橋梁部の前記長手方向軸に関して左脇に位置する左翼重錘部と、前記板状橋梁部の前記長手方向軸に関して右脇に位置する右翼重錘部と、を有し、
前記板状橋梁部の先端部に重錘体支持部が接続されており、前記重錘体支持部の下面に前記重錘体が接続されており、前記重錘体の重心が板状橋梁部の下方に位置しており、
前記重錘体支持部が、前記第1の長手方向軸に直交する第2の長手方向軸に沿って伸び、中央近傍が前記板状橋梁部の先端部に接続された中央板状部と、前記中央板状部の左側から前記板状橋梁部の左脇に伸びる左翼板状部と、前記中央板状部の右側から前記板状橋梁部の右脇に伸びる右翼板状部と、を有し、
前記左翼重錘部が前記左翼板状部の下面に接続されており、前記右翼重錘部が前記右翼板状部の下面に接続されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項1または2に記載の発電素子において、
重錘体が、左翼重錘部と右翼重錘部とを連結する中央重錘部を有し、前記中央重錘部が中央板状部の下面に接続されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の発電素子において、
板状橋梁部の根端部に第1の長手方向軸に直交する第3の長手方向軸に沿って伸びる台座接続部が接続されており、この台座接続部が台座に固定されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の発電素子において、
台座が、板状橋梁部および重錘体の周囲を取り囲む環状構造体をなし、発電素子に対して所定の大きさを超える加速度が作用した場合に、重錘体の一部が前記環状構造体の一部に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたことを特徴とする発電素子。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の発電素子において、
圧電素子が、板状橋梁部の先端部近傍の左側に配置された先端部左側圧電素子と、板状橋梁部の先端部近傍の右側に配置された先端部右側圧電素子と、板状橋梁部の根端部近傍の左側に配置された根端部左側圧電素子と、板状橋梁部の根端部近傍の右側に配置された根端部右側圧電素子と、を有することを特徴とする発電素子。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の発電素子において、
圧電素子が、板状橋梁部の表面に層状に形成された下層電極と、前記下層電極の表面に層状に形成された圧電材料層と、前記圧電材料層の表面に局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群と、を有し、前記圧電材料層は、層方向に伸縮する応力の作用により、厚み方向に分極を生じる性質を有することを特徴とする発電素子。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の発電素子と、この発電素子を収容する装置筐体と、を備える発電装置において、
前記発電素子の台座を前記装置筐体に固定し、前記装置筐体を振動させる外力が作用したときに、前記発電素子の重錘体が板状橋梁部の撓みによって前記装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力することを特徴とする発電装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の発電素子と、この発電素子を収容する装置筐体と、を備える発電装置において、
前記発電素子の重錘体を前記装置筐体に固定し、前記装置筐体を振動させる外力が作用したときに、前記発電素子の台座が板状橋梁部の撓みによって前記装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力することを特徴とする発電装置。 - XYZ三次元座標系における各座標軸方向の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う発電素子であって、
XY平面を水平面にとり、Z軸正方向を上方向、Z軸負方向を下方向にとった場合に、上から順に主発電第1層、主発電第2層、主発電第3層を積層した主発電構造体と、
前記主発電構造体の所定箇所を支持固定する台座と、
前記主発電構造体が発生させた電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出す発電回路と、
を備え、
前記主発電第2層は、XY平面に平行な面に沿って配置された平板状の層であり、Y軸上に配置され可撓性を有する板状橋梁部と、前記主発電第3層を支持するための重錘体支持部と、を有し、
前記重錘体支持部は、Y軸と交差しX軸に平行な軸であるX′軸上に配置された中央板状部を有し、
前記板状橋梁部は根端部から先端部へとY軸に沿って伸び、前記中央板状部はY軸と交差するようにX′軸に沿って伸び、前記中央板状部のY軸と交差する部分近傍に前記板状橋梁部の先端部が接続されており、前記板状橋梁部と前記中央板状部とのXY平面投影像はT字状をなし、
前記主発電第1層は、前記主発電第2層の前記板状橋梁部の上面の少なくとも一部分を覆うように形成された圧電素子を有し、
前記主発電第3層は、前記主発電第2層の前記重錘体支持部の下面に接続されており、作用した加速度に基づいて前記板状橋梁部に撓みを生じさせるのに十分な質量をもった重錘体として機能し、
前記板状橋梁部の両脇について、X座標値が負となる側を左脇、X座標値が正となる側を右脇と定義したときに、前記主発電第3層は、前記板状橋梁部の左脇に位置する左翼重錘部と右脇に位置する右翼重錘部とを有しており、
前記台座は、前記板状橋梁部の前記根端部を支持固定し、
前記発電回路は、前記圧電素子に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出す回路であることを特徴とする発電素子。 - 請求項10に記載の発電素子において、
主発電第2層の重錘体支持部が、中央板状部の左側からY軸に平行な方向に沿って板状橋梁部の左脇に伸びる左翼板状部と、中央板状部の右側からY軸に平行な方向に沿って板状橋梁部の右脇に伸びる右翼板状部と、を更に有し、
左翼重錘部が前記左翼板状部の下面に接続されており、右翼重錘部が前記右翼板状部の下面に接続されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項10または11に記載の発電素子において、
主発電第3層が、左翼重錘部と右翼重錘部とを連結する中央重錘部を有し、前記中央重錘部が中央板状部の下面に接続されており、前記左翼重錘部、前記右翼重錘部および前記中央重錘部を有する重錘体のXY平面投影像が「コ」の字状をなすことを特徴とする発電素子。 - 請求項10〜12のいずれかに記載の発電素子において、
主発電第3層を構成する構造体の重心が、板状橋梁部の下方に位置していることを特徴とする発電素子。 - 請求項10〜13のいずれかに記載の発電素子において、
主発電構造体が、YZ平面に関して面対称をなし、主発電第3層を構成する構造体の重心が、板状橋梁部の下方のYZ平面上に位置していることを特徴とする発電素子。 - 請求項10〜14のいずれかに記載の発電素子において、
主発電第1層のXY平面投影像と主発電第2層のXY平面投影像とが同一形状であり、主発電第1層の下面の全領域が主発電第2層の上面の全領域に接合されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項10〜15のいずれかに記載の発電素子において、
主発電第3層のX軸正方向の端部が重錘体支持部のX軸正方向の端部よりもX軸正方向に突き出しており、主発電第3層のX軸負方向の端部が重錘体支持部のX軸負方向の端部よりもX軸負方向に突き出しており、主発電第3層のY軸正方向の端部が重錘体支持部のY軸正方向の端部よりもY軸正方向に突き出しており、主発電第3層のY軸負方向の端部が重錘体支持部のY軸負方向の端部よりもY軸負方向に突き出していることを特徴とする発電素子。 - 請求項10〜16のいずれかに記載の発電素子において、
主発電第1層が、板状橋梁部の表面に層状に形成された下層電極と、前記下層電極の表面に層状に形成された圧電材料層と、前記圧電材料層の表面に局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群と、を有する圧電素子を構成し、
前記圧電材料層が、層方向に伸縮する応力の作用により、厚み方向に分極を生じる性質を有し、
発電回路が、前記上層電極および前記下層電極に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して電力を取り出すことを特徴とする発電素子。 - 請求項17に記載の発電素子において、
上層電極群が、先端部左側上層電極と、先端部右側上層電極と、根端部左側上層電極と、根端部右側上層電極と、を有し、
前記先端部左側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の先端部近傍のX座標値が負となる側に位置し、
前記先端部右側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の先端部近傍のX座標値が正となる側に位置し、
前記根端部左側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の根端部近傍のX座標値が負となる側に位置し、
前記根端部右側上層電極の主発電第2層上面への投影像は、Y軸に平行な方向に伸び、板状橋梁部の根端部近傍のX座標値が正となる側に位置することを特徴とする発電素子。 - 請求項17または18に記載の発電素子において、
発電回路が、容量素子と、各上層電極に発生した正電荷を前記容量素子の正極側へ導くために各上層電極から前記容量素子の正極側へ向かう方向を順方向とする正電荷用整流素子と、各上層電極に発生した負電荷を前記容量素子の負極側へ導くために前記容量素子の負極側から各上層電極へ向かう方向を順方向とする負電荷用整流素子と、を有し、振動エネルギーから変換された電気エネルギーを前記容量素子により平滑化して供給することを特徴とする発電素子。 - 請求項17〜19のいずれかに記載の発電素子において、
主発電第1層の圧電材料層が圧電薄膜によって構成され、主発電第1層の上層電極および下層電極が金属層によって構成され、主発電第2層がシリコン基板によって構成され、主発電第3層が金属基板、セラミック基板、もしくはガラス基板によって構成されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項10〜20のいずれかに記載の発電素子において、
台座が、XY平面に沿って主発電構造体を取り囲む環状構造体をなし、発電素子に対して所定の大きさを超える加速度の水平方向成分が作用した場合に、主発電第3層が前記環状構造体の内面に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたことを特徴とする発電素子。 - 請求項21に記載の発電素子において、
台座が、第1壁部、第2壁部、第3壁部、第4壁部なる4組の壁部を有する矩形状の方環状構造体をなし、
前記第1壁部は、主発電構造体に対してX軸負方向側に隣接配置され、YZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
前記第2壁部は、主発電構造体に対してX軸正方向側に隣接配置され、YZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
前記第3壁部は、主発電構造体に対してY軸正方向側に隣接配置され、XZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
前記第4壁部は、主発電構造体に対してY軸負方向側に隣接配置され、XZ平面に平行な平面に沿った壁面を構成し、
板状橋梁部の根端部が、前記第4壁部に支持固定されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項21または22に記載の発電素子において、
台座が、上から順に台座第1層、台座第2層、台座第3層を積層した積層構造体によって構成され、前記台座第1層は板状橋梁部の根端部近傍において主発電第1層に連なり、前記台座第2層は板状橋梁部の根端部において主発電第2層に連なることを特徴とする発電素子。 - 請求項21または22に記載の発電素子において、
主発電第2層が、板状橋梁部の根端部に接続された台座接続部を更に有し、
前記台座接続部は、Y軸と交差しX軸に平行な所定の配置軸上に配置され、前記配置軸に沿って伸び、
台座の所定箇所の上面には、前記台座接続部を嵌合するための嵌合溝が形成されており、前記台座接続部が前記嵌合溝に嵌合した状態で固定されていることを特徴とする発電素子。 - 請求項10〜24のいずれかに記載の発電素子と、この発電素子を収容する装置筐体と、を備える発電装置において、
前記発電素子の台座を前記装置筐体に固定し、前記装置筐体を振動させる外力が作用したときに、前記発電素子の主発電第3層が板状橋梁部の撓みによって前記装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力することを特徴とする発電装置。 - 請求項25に記載の発電装置において、
装置筐体が、発電素子を下方から支持固定するための土台基板と、発電素子の上方を覆う上蓋基板と、発電素子の周囲を囲うように配置され、前記土台基板と前記上蓋基板とを連結する側壁板と、を有し、
発電素子の台座の底面は発電素子の主発電第3層の底面より下方に位置し、前記台座の底面は前記土台基板の上面に固定されており、前記土台基板の上面と前記主発電第3層の底面との間に下方空隙部が形成され、
前記上蓋基板は、発電素子の主発電第1層の上面より上方に位置し、前記上蓋基板の下面と前記主発電第1層の上面との間に上方空隙部が形成され、
発電素子に対して所定の大きさを超える加速度の垂直方向成分が作用した場合に、主発電構造体の一部が前記土台基板の上面もしくは前記上蓋基板の下面に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたことを特徴とする発電装置。 - 請求項10〜24のいずれかに記載の発電素子と、この発電素子を収容する装置筐体と、を備える発電装置において、
前記発電素子の主発電第3層を前記装置筐体に固定し、前記装置筐体を振動させる外力が作用したときに、前記発電素子の台座が板状橋梁部の撓みによって前記装置筐体内で振動するようにし、当該振動に応じて発電回路から取り出される電力を出力することを特徴とする発電装置。 - 請求項27に記載の発電装置において、
装置筐体が、発電素子を下方から支持固定するための土台基板と、発電素子の上方を覆う上蓋基板と、発電素子の周囲を囲うように配置され、前記土台基板と前記上蓋基板とを連結する側壁板と、を有し、
発電素子の台座の底面は発電素子の主発電第3層の底面より上方に位置し、前記主発電第3層の底面は前記土台基板の上面に固定されており、前記土台基板の上面と前記台座の底面との間に下方空隙部が形成され、
前記上蓋基板は、発電素子の主発電第1層の上面より上方に位置し、前記上蓋基板の下面と前記主発電第1層の上面との間に上方空隙部が形成され、
発電素子に対して所定の大きさを超える加速度の垂直方向成分が作用した場合に、台座の一部が前記土台基板の上面もしくは前記上蓋基板の下面に接触し、それ以上の変位が制限されるようにしたことを特徴とする発電装置。 - 請求項1〜7,10〜24のいずれかに記載の発電素子から、発電回路を除いた発電素子用構造体。
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