JP6671660B2 - Power generation element - Google Patents

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

Description

本発明は、発電素子に関し、特に、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技術に関する。   The present invention relates to a power generating element, and more particularly to a technique for generating power by converting vibration energy into electric energy.

限られた資源を有効利用するために、様々な形態のエネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す技術が提案されている。振動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す技術もそのひとつであり、たとえば、下記の特許文献1には、層状の圧電素子を積層して発電用圧電素子を形成し、この発電用圧電素子を外力によって振動させて発電を行う圧電型の発電素子が開示されている。また、特許文献2には、シリコン基板を用いたMEMS(Micro Electro Mechanical System)構造の発電素子が開示されている。   In order to effectively use limited resources, techniques for converting various forms of energy into electric energy and extracting the same have been proposed. One of the techniques is to convert vibration energy into electric energy and take it out. For example, in Patent Document 1 below, a piezoelectric element for power generation is formed by laminating layered piezoelectric elements, and the piezoelectric element for power generation is subjected to an external force. A piezoelectric power generating element that generates electric power by vibrating the piezoelectric element is disclosed. Patent Document 2 discloses a power generation element having a MEMS (Micro Electro Mechanical System) structure using a silicon substrate.

一方、特許文献3には、一端を固定した片持ち梁によって重錘体を支持するハンマーヘッド型の構造体を用い、ヘッド部分を構成する重錘体を振動させ、柄の部分に配置された発電用圧電素子によって発電を行うタイプの発電素子が開示されている。また、特許文献4には、このハンマーヘッド型の構造体を用いる発電素子とともに、L字型に屈曲した板状橋梁部によって重錘体を支持する構造体を用いた圧電素子が開示されている。   On the other hand, Patent Literature 3 discloses a hammer head type structure in which a weight body is supported by a cantilever beam having one end fixed, and the weight body constituting the head portion is vibrated and arranged on a handle portion. A power generating element of a type in which power is generated by a power generating piezoelectric element is disclosed. Patent Document 4 discloses a piezoelectric element using a power generating element using the hammerhead-type structure and a structure that supports a weight body by an L-shaped plate-like bridge portion. .

これらの発電素子の基本原理は、重錘体の振動により圧電素子に周期的な撓みを生じさせ、圧電素子に加わる応力に基づいて生じる電荷を外部に取り出す、というものである。
このような発電素子を、たとえば、自動車、列車、船舶などに搭載しておけば、輸送中に加わる振動エネルギーを電気エネルギーとして取り出すことが可能になる。また、冷蔵庫やエアコンといった振動源に取り付けて発電を行うことも可能である。
The basic principle of these power generating elements is that vibration of the weight body causes periodic bending of the piezoelectric element, and charges generated based on stress applied to the piezoelectric element are taken out.
If such a power generation element is mounted on, for example, an automobile, a train, a ship, or the like, it becomes possible to extract vibration energy applied during transportation as electric energy. It is also possible to generate electricity by attaching it to a vibration source such as a refrigerator or an air conditioner.

特開平10−243667号公報JP-A-10-243667 特開2011−152010号公報JP 2011-152010 A 米国特許公開第2013/0154439号公報US Patent Publication No. 2013/0154439 WO2015/033621号公報WO2015 / 033621

上述した例のように、外部から与えられる振動エネルギーによって重錘体を振動させ、この重錘体の振動によって生じる機械的変形を電気エネルギーに変換する発電素子の場合、発電効率を高めるためには、重錘体をできるだけ効率よく振動させることが重要である。しかしながら、一般に、機械的な共振系には、その構造に応じて固有の共振周波数が定められており、外部から与えられる振動エネルギーの周波数が当該共振周波数に近いと、重錘体を効率よく振動させることができるが、当該共振周波数から離れていると、重錘体を十分に振動させることができない。   As in the example described above, in the case of a power generating element that vibrates a weight body by vibration energy given from the outside and converts mechanical deformation caused by the vibration of the weight body into electric energy, in order to increase power generation efficiency, It is important to vibrate the weight body as efficiently as possible. However, in general, a mechanical resonance system has a specific resonance frequency determined according to its structure. If the frequency of vibration energy applied from the outside is close to the resonance frequency, the weight body is efficiently vibrated. However, if it is away from the resonance frequency, the weight body cannot be vibrated sufficiently.

上述した各特許文献に記載されているようなMEMS構造の発電素子の場合、機械的構造部分の材料として、シリコンや金属が用いられることが多い。このような材料を用いた共振系の周波数特性は、一般に、共振周波数におけるピーク値(Q値)は高いが、半値幅は狭くなる傾向にある。これは、発電素子を実環境で利用した場合、外部環境から与えられる振動の周波数が、当該発電素子に固有の共振周波数に近い場合には効率的な発電を行うことができるが、共振周波数から外れている場合には十分な発電効率が得られないことを意味する。   In the case of a power generating element having a MEMS structure as described in each of the above-mentioned patent documents, silicon or a metal is often used as a material of the mechanical structure. The frequency characteristic of a resonance system using such a material generally has a high peak value (Q value) at the resonance frequency, but has a tendency that the half width is narrow. This is because when the power generation element is used in a real environment, efficient power generation can be performed when the frequency of vibration given from the external environment is close to the resonance frequency inherent to the power generation element. If it is off, it means that sufficient power generation efficiency cannot be obtained.

通常、発電素子を設計する際には、実利用環境において外部から与えられるであろう振動の周波数を想定し、この想定周波数に共振周波数が一致するような工夫がなされる。しかしながら、実際の利用環境では、様々な周波数をもった振動が混在し、単一の周波数をもった振動が加わるわけではない。このため、特定の振動周波数を想定して発電素子を設計しても、実利用環境下では、想定外の周波数を含んだ振動が加えられるケースも少なくない。また、シリコンや金属からなる構造部分の共振周波数は、外部応力や温度によっても変動するため、設計時の想定どおりの周波数をもった振動が与えられたとしても、必ずしも効率的な発電が行われるとは限らない。   Normally, when designing a power generating element, a frequency of vibration that would be given from the outside in an actual use environment is assumed, and a device is devised so that a resonance frequency matches the assumed frequency. However, in an actual use environment, vibrations having various frequencies are mixed, and vibrations having a single frequency are not added. For this reason, even if the power generating element is designed assuming a specific vibration frequency, there are many cases where vibration including an unexpected frequency is applied in an actual use environment. In addition, since the resonance frequency of the structural portion made of silicon or metal also fluctuates due to external stress and temperature, even if vibration having the frequency expected at the time of design is given, efficient power generation is always performed. Not necessarily.

そこで本発明は、発電可能な周波数帯域を広げ、様々な利用環境において効率的な発電を行うことが可能な発電素子を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a power generation element capable of expanding a frequency band in which power can be generated and efficiently generating power in various use environments.

(1) 本発明の第1の態様は、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において、
可撓性を有する第1属性の板状構造体と、可撓性を有する第2属性の板状構造体と、第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを相互に接続する異属間接続体と、第1属性の板状構造体を支持する台座と、を有する基本構造部と、
基本構造部の変形に基づいて電荷を発生させる電荷発生素子と、
を設け、
XYZ三次元座標系を定義したときに、第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、
第1属性の板状構造体は、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2属性の板状構造体は、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(1) A first aspect of the present invention is a power generating element that generates power by converting vibration energy into electric energy,
The first flexible plate-like structure, the second flexible plate-like structure, and the first plate-like structure and the second plate-like structure are interconnected. A basic structure portion having a heterogeneous connection body connected to the base member and a pedestal supporting the plate-like structure having the first attribute;
A charge generating element that generates a charge based on the deformation of the basic structure,
Is established,
When the XYZ three-dimensional coordinate system is defined, the first attribute plate-like structure and the second attribute plate-like structure are arranged such that their plate surfaces are parallel to the XY plane,
The plate-like structure of the first attribute has a root end directly or indirectly connected to the pedestal, a tip end directly or indirectly connected to the intergeneric connector, and Extending in a direction parallel to the Y axis so that the direction toward the portion is the Y axis positive direction,
The plate-shaped structure of the second attribute has a root end directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and has a Y-axis negative direction so that the direction from the root end to the tip is the Y-axis negative direction. It extends in a direction parallel to the axis.

(2) 本発明の第2の態様は、上述した第1の態様に係る発電素子において、
基本構造部に、更に、可撓性を有する第3属性の板状構造体と、この第3属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを相互に接続する第2の異属間接続体と、を設け、
第2属性の板状構造体の先端部は、第2の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、
第3属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、根端部が第2の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(2) A second aspect of the present invention provides the power generating element according to the first aspect described above,
The basic structure portion further includes a flexible plate-like structure having a third attribute, and a second structure interconnecting the plate-like structure having the third attribute and the plate-like structure having the second attribute. And an intergeneric connector,
The tip of the plate-shaped structure having the second attribute is directly or indirectly connected to the second inter-species connector,
The plate-like structure of the third attribute is arranged such that its plate surface is a plane parallel to the XY plane, and the root end is directly or indirectly connected to the second heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis.

(3) 本発明の第3の態様は、上述した第1の態様に係る発電素子において、
基本構造部に、更に、可撓性を有する第3属性の板状構造体〜第n属性の板状構造体(但し、nは、n≧4を満たす任意の自然数)と、第i属性の板状構造体と第(i−1)属性の板状構造体(但し、iは、3≦i≦nを満たす各自然数)とを接続する第(i−1)の異属間接続体と、を設け、
第i属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、根端部が第(i−1)の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が第iの異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されるか、もしくは、自由端となっており、根端部から先端部へ向かう方向が、iが奇数の場合はY軸正方向、iが偶数の場合はY軸負方向、となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(3) A third aspect of the present invention provides the power generating element according to the first aspect described above,
The basic structure further includes a flexible plate-like structure having a third attribute to a plate-like structure having an n-th attribute (where n is an arbitrary natural number satisfying n ≧ 4), A (i-1) th heterogeneous connector connecting the plate-like structure and the plate-like structure having the (i-1) th attribute (where i is each natural number satisfying 3 ≦ i ≦ n); ,
The plate-like structure having the i-th attribute is arranged such that the plate surface thereof is parallel to the XY plane, and the root end is directly or indirectly connected to the (i-1) th heterogeneous connector. The tip is directly or indirectly connected to the i-th interspecies connector, or is a free end, and the direction from the root end to the tip is an odd number of i The case extends in a direction parallel to the Y axis so that the case is the positive direction of the Y axis, and if i is an even number, the direction is the negative direction of the Y axis.

(4) 本発明の第4の態様は、上述した第1〜第3の態様に係る発電素子において、
同一属性をもち、互いに平行になるように並列配置された複数の板状構造体を設けるようにしたものである。
(4) A fourth aspect of the present invention provides the power generating element according to the first to third aspects described above,
A plurality of plate-like structures having the same attribute and arranged in parallel so as to be parallel to each other are provided.

(5) 本発明の第5の態様は、上述した第1〜第4の態様に係る発電素子において、
同一属性をもち、同属間接続体を介して直列配置された複数の板状構造体を設けるようにしたものである。
(5) A fifth aspect of the present invention provides the power generating element according to the first to fourth aspects described above,
A plurality of plate-like structures having the same attribute and arranged in series via an inter-general connector are provided.

(6) 本発明の第6の態様は、上述した第1〜第5の態様に係る発電素子において、
異属間接続体もしくは同属間接続体またはその双方が、YZ平面に直交する方向に伸びた直交部を有し、Y軸に平行な方向に伸びた板状構造体の根端部もしくは先端部が直交部の側面の所定箇所に接続されているようにしたものである。
(6) A sixth aspect of the present invention provides the power generating element according to the first to fifth aspects described above,
The heterogeneous connector or the homogeneous connector or both have an orthogonal portion extending in a direction orthogonal to the YZ plane, and a root end or a tip portion of a plate-like structure extending in a direction parallel to the Y axis. Is connected to a predetermined portion on the side surface of the orthogonal portion.

(7) 本発明の第7の態様は、上述した第1〜第6の態様に係る発電素子において、
最先端の板状構造体の先端部に最先端部接続体が接続されているようにしたものである。
(7) A seventh aspect of the present invention is the power generating element according to the first to sixth aspects described above,
In this structure, a foremost end connecting member is connected to a tip end of a foremost plate-like structure.

(8) 本発明の第8の態様は、上述した第7の態様に係る発電素子において、
同一属性をもち、互いに平行になるように並列配置された複数の板状構造体の先端部を相互に接続する最先端部接続体が設けられているようにしたものである。
(8) An eighth aspect of the present invention provides the power generating element according to the seventh aspect described above,
A foremost connector is provided which has the same attribute and interconnects the distal ends of a plurality of plate-like structures arranged in parallel so as to be parallel to each other.

(9) 本発明の第9の態様は、上述した第1〜第8の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、XY平面に平行な板面をもった主基板を有し、板状構造体および異属間接続体、ならびに、同属間接続体を有する場合には同属間接続体、最先端部接続体を有する場合には最先端部接続体が、主基板の一部分によって構成されているようにしたものである。
(9) A ninth aspect of the present invention is the power generating element according to the first to eighth aspects described above,
When the basic structure portion has a main substrate having a plate surface parallel to the XY plane, and has a plate-shaped structure and a heterogeneous connector, and a homogenous connector, the homogenous connector, In the case of having a partial connection body, the foremost part connection body is constituted by a part of the main substrate.

(10) 本発明の第10の態様は、上述した第1〜第9の態様に係る発電素子において、 基本構造部が、板状構造体の所定箇所、異属間接続体の所定箇所、同属間接続体の所定箇所、最先端部接続体の所定箇所のうちの少なくとも1カ所に接続された重錘体を有するようにしたものである。   (10) The tenth aspect of the present invention is the power generation element according to the first to ninth aspects, wherein the basic structure portion includes a predetermined portion of the plate-like structure, a predetermined portion of the heterogeneous connector, It has a weight connected to at least one of a predetermined portion of the inter-connector and a predetermined portion of the foremost end connector.

(11) 本発明の第11の態様は、上述した第10の態様に係る発電素子において、
YZ平面に直交する方向に伸びた直交部と、この直交部からY軸に平行な方向に伸びた正側翼状部および負側翼状部と、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなすU字状板状部材によって、異属間接続体、同属間接続体および最先端部接続体の少なくとも一部を構成し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
直交部は、正側空間と負側空間を跨る位置に配置され、正側翼状部は正側空間に配置され、負側翼状部は負側空間に配置されており、直交部の下方、正側翼状部の下方、負側翼状部の下方のすべてに跨るような重錘体が配置されているようにしたものである。
(11) An eleventh aspect of the present invention is the power generating element according to the tenth aspect described above,
It has an orthogonal part extending in a direction orthogonal to the YZ plane, a positive wing part and a negative wing part extending from the orthogonal part in a direction parallel to the Y axis, and the projected image on the XY plane is U-shaped. By a U-shaped plate-shaped member having a shape of a shape, constitutes at least a part of the intergeneric connector, the intergeneric connector, and the foremost connector,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The orthogonal portion is disposed at a position straddling the positive space and the negative space, the positive wing portion is disposed in the positive space, and the negative wing portion is disposed in the negative space. The weight body is arranged so as to extend all over the lower part of the side wing and the lower part of the negative wing.

(12) 本発明の第12の態様は、上述した第1〜第11の態様に係る発電素子において、
第1属性の板状構造体の変形に起因して振動を生じる第1の共振系と、第2属性の板状構造体の変形に起因して振動を生じる第2の共振系と、について、第1の共振系のバネ定数と第2の共振系のバネ定数とが異なるように設定したものである。
(12) A twelfth aspect of the present invention is the power generating element according to the first to eleventh aspects,
Regarding a first resonance system that generates vibration due to the deformation of the plate-like structure having the first attribute, and a second resonance system that generates vibration due to the deformation of the plate-like structure having the second attribute, The spring constant of the first resonance system is set to be different from the spring constant of the second resonance system.

(13) 本発明の第13の態様は、上述した第12の態様に係る発電素子において、
台座を固定した状態において、異属間接続体に対して所定の作用方向に力Fを加えたときに異属間接続体の上記作用方向に生じる変位をd1とし、k1=F/d1なる式で与えられる値k1を第1の共振系のバネ定数として定義し、
異属間接続体を固定した状態において、第2属性の板状構造体の振動端に対して上記作用方向に力Fを加えたときに振動端の上記作用方向に生じる変位をd2とし、k2=F/d2なる式で与えられる値k2を第2の共振系のバネ定数として定義したものである。
(13) A thirteenth aspect of the present invention provides the power generating element according to the twelfth aspect,
In a state where the pedestal is fixed, when a force F is applied in a predetermined action direction to the heterogeneous connector, a displacement generated in the above-described operating direction of the heterogeneous connector is d1, and k1 = F / d1. Is defined as the spring constant of the first resonance system,
When the force F is applied to the vibrating end of the plate-like structure of the second attribute in the above-mentioned working direction in a state where the heterogeneous connector is fixed, the displacement generated in the above-mentioned working direction of the vibrating end is d2, and k2 = F / d2 is defined as a spring constant of the second resonance system.

(14) 本発明の第14の態様は、上述した第12または第13の態様に係る発電素子において、
基本構造部に含まれる複数の板状構造体のうち、少なくとも2組に関して、厚み、幅、長さ、材質の4つのパラメータのうちの1つのパラメータもしくは複数のパラメータを異ならせることにより、第1の共振系のバネ定数と第2の共振系のバネ定数とが異なるように設定したものである。
(14) A fourteenth aspect of the present invention provides the power generating element according to the twelfth or thirteenth aspect,
By changing one or more of the four parameters of the thickness, width, length, and material of at least two sets among the plurality of plate-like structures included in the basic structure portion, Are set so that the spring constant of the resonance system is different from the spring constant of the second resonance system.

(15) 本発明の第15の態様は、上述した第1の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ中央板状構造体と、第2属性をもつ正側板状構造体および負側板状構造体と、中央板状構造体と正側板状構造体および負側板状構造体とを接続する異属間接続体と、中央板状構造体を支持する台座と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
中央板状構造体は、YZ平面上に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、 正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(15) A fifteenth aspect of the present invention is the power generating element according to the first aspect described above,
A central plate-like structure having a first attribute, a positive plate-like structure and a negative plate-like structure having a second attribute, a central plate-like structure, a positive plate-like structure, and a negative plate-like structure; Having a heterogeneous connector connecting the structure and a pedestal supporting the central plate-shaped structure,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The central plate-shaped structure is disposed on the YZ plane, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the tip end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. , Extending in a direction parallel to the Y-axis so that the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction, the positive-side plate-shaped structure is disposed in the positive-side space, Are directly or indirectly connected to the intergeneric connector, and extend in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the Y axis negative direction,
The negative-side plate-like structure is disposed in the negative-side space, and the root end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and the direction from the root end to the tip is the Y-axis negative direction. It extends in a direction parallel to the Y-axis so that

(16) 本発明の第16の態様は、上述した第15の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、更に、異属間接続体に接続された第1の重錘体と、正側板状構造体の先端部に接続された第2の重錘体と、負側板状構造体の先端部に接続された第3の重錘体と、のうちの少なくとも1つを有するようにしたものである。
(16) A sixteenth aspect of the present invention is directed to the power generating element according to the fifteenth aspect,
The basic structure further includes a first weight connected to the intergeneric connector, a second weight connected to the tip of the positive plate, and a negative plate. And at least one of a third weight body connected to the distal end.

(17) 本発明の第17の態様は、上述した第15の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、更に、異属間接続体に接続された第1の重錘体と、正側板状構造体の先端部下面と負側板状構造体の先端部下面とを連結する第2の重錘体と、を有し、
第2の重錘体が、中央板状構造体の下方もしくはこの中央板状構造体の根端部を台座に支持するための支持部材の下方を、中央板状構造体もしくは支持部材に対して所定の距離を維持しつつ跨ぐように、U字状構造を有しているようにしたものである。
(17) A seventeenth aspect of the present invention provides the power generating element according to the fifteenth aspect described above,
The basic structure further connects a first weight connected to the heterogeneous connector to a lower surface of the distal end of the positive plate-shaped structure and a lower surface of the distal end of the negative plate-shaped structure. And a weight body,
The second weight body moves below the central plate-shaped structure or a support member for supporting the root end of the central plate-shaped structure on the pedestal with respect to the central plate-shaped structure or the support member. It has a U-shaped structure so as to straddle while maintaining a predetermined distance.

(18) 本発明の第18の態様は、上述した第1の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ正側板状構造体および負側板状構造体と、第2属性をもつ中央板状構造体と、正側板状構造体および負側板状構造体と中央板状構造体とを接続する異属間接続体と、正側板状構造体および負側板状構造体を支持する台座と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
中央板状構造体は、YZ平面上に配置されており、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(18) An eighteenth aspect of the present invention provides the power generation element according to the first aspect described above,
The basic structure portion includes a positive plate-like structure and a negative plate-like structure having a first attribute, a central plate-like structure having a second attribute, a positive plate-like structure, a negative plate-like structure, and a central plate-like structure. Heterogeneous connector for connecting the structure, and a pedestal supporting the positive plate-shaped structure and the negative plate-shaped structure,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the distal end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. , Extending in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end toward the tip is the positive direction of the Y axis,
The negative-side plate-like structure is disposed in the negative-side space, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the tip is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. , Extending in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end toward the tip is the positive direction of the Y axis,
The central plate-shaped structure is disposed on the YZ plane, and the root end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and the direction from the root end to the tip is the Y-axis negative direction. It extends in a direction parallel to the Y-axis so that

(19) 本発明の第19の態様は、上述した第18の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、更に、異属間接続体に接続された第1の重錘体と、中央板状構造体の先端部に接続された第2の重錘体と、のうちの少なくとも1つを有するようにしたものである。
(19) A nineteenth aspect of the present invention is the power generating element according to the eighteenth aspect,
The basic structure further includes at least one of a first weight connected to the intergeneric connector, and a second weight connected to the tip of the central plate-shaped structure. Is provided.

(20) 本発明の第20の態様は、上述した第1の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と、第2属性をもつ第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体とを接続する異属間接続体と、第1の正側板状構造体および第2の負側板状構造体を支持する台座と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
第1の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第1の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(20) A twentieth aspect of the present invention is the power generating element according to the first aspect,
The basic structure portion includes a first positive side plate structure and a first negative side plate structure having a first attribute, and a second positive side plate structure and a second negative side plate structure having a second attribute. A body, a heterogeneous connector for connecting the first positive-side plate structure, the first negative-side plate-like structure, the second positive-side plate-like structure, and the second negative-side plate-like structure; And a pedestal supporting the first positive plate-shaped structure and the second negative plate-shaped structure.
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The first positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the distal end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The first negative-side plate-like structure is disposed in the negative-side space, and has a root end directly or indirectly connected to the pedestal and a front end directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The second front-side plate-shaped structure is disposed in the front-side space, the root end is directly or indirectly connected to the intergeneric connector, and the direction from the root end to the front end is Y. Extending in a direction parallel to the Y axis so as to be in the negative axis direction,
The second negative-side plate-shaped structure is disposed in the negative-side space, the root end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and the direction from the root end to the distal end is Y. It extends in a direction parallel to the Y axis so as to be in the negative axis direction.

(21) 本発明の第21の態様は、上述した第20の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、更に、異属間接続体に接続された第1の重錘体と、第2の正側板状構造体の先端部に接続された第2の重錘体と、第2の負側板状構造体の先端部に接続された第3の重錘体と、のうちの少なくとも1つを有するようにしたものである。
(21) A twenty-first aspect of the present invention provides the power generating element according to the twentieth aspect described above,
A first weight connected to the heterogeneous connector, a second weight connected to the tip of the second positive-side plate-like structure, And a third weight connected to the distal end of the negative-side plate-like structure.

(22) 本発明の第22の態様は、上述した第20の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第2の正側板状構造体の先端部および第2の負側板状構造体の先端部の双方に接続された最先端部接続体を更に有し、かつ、異属間接続体に接続された第1の重錘体と、最先端部接続体に接続された第2の重錘体と、のうちの少なくとも1つを有するようにしたものである。
(22) A twenty-second aspect of the present invention provides the power generating element according to the twentieth aspect described above,
The basic structure further includes a foremost end connection body connected to both a front end of the second positive side plate-like structure and a front end of the second negative side plate-like structure; At least one of a first weight connected to the body and a second weight connected to the foremost end connection body is provided.

(23) 本発明の第23の態様は、上述した第1の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と、第2属性をもつ第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と、第3属性をもつ中央板状構造体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体とを接続する第1の異属間接続体と、第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と中央板状構造体とを接続する第2の異属間接続体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体を支持する台座と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
第1の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が第1の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第1の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が第1の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が第1の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が第2の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が第1の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が第2の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
中央板状構造体は、YZ平面上に配置されており、根端部が第2の異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(23) A twenty-third aspect of the present invention provides the power generating element according to the first aspect described above,
The basic structure portion includes a first positive side plate structure and a first negative side plate structure having a first attribute, and a second positive side plate structure and a second negative side plate structure having a second attribute. Body, a central plate-like structure having a third attribute, a first positive plate-like structure, a first negative plate-like structure, a second positive plate-like structure, and a second negative plate-like structure A second heterogeneous connector connecting the second positive-side plate-like structure, the second negative-side plate-like structure, and the central plate-like structure; And a pedestal that supports the first positive-side plate-shaped structure and the first negative-side plate-shaped structure.
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The first front-side plate-like structure is disposed in the front-side space, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the tip end is directly or indirectly connected to the first heterogeneous connector. Are connected to each other, and extend in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end toward the tip is the Y axis positive direction,
The first negative plate-shaped structure is disposed in the negative space, and has a root end directly or indirectly connected to the pedestal, and a tip end directly or indirectly connected to the first heterogeneous connector. Are connected to each other, and extend in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end toward the tip is the Y axis positive direction,
The second front-side plate-like structure is disposed in the front-side space, and has a root end directly or indirectly connected to the first interspecies connector, and a tip end connected to the second heterogeneous connection. It is directly or indirectly connected to the interconnector, and extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the Y axis negative direction,
The second negative plate-shaped structure is disposed in the negative space, the root end is directly or indirectly connected to the first heterogeneous connector, and the distal end is connected to the second heterogeneous connection. It is directly or indirectly connected to the interconnector, and extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the Y axis negative direction,
The central plate-shaped structure is disposed on the YZ plane, the root end is directly or indirectly connected to the second heterogeneous connector, and the direction from the root end to the distal end is Y. It extends in a direction parallel to the Y axis so as to be in the positive axis direction.

(24) 本発明の第24の態様は、上述した第23の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、更に、第1の異属間接続体に接続された第1の重錘体と、第2の異属間接続体に接続された第2の重錘体と、中央板状構造体の先端部に接続された第3の重錘体と、のうちの少なくとも1つを有するようにしたものである。
(24) A twenty-fourth aspect of the present invention provides the power generating element according to the twenty-third aspect,
The basic structure further includes a first weight connected to the first inter-connector, a second weight connected to the second inter-connector, and a central plate-shaped member. And a third weight connected to the distal end of the structure.

(25) 本発明の第25の態様は、上述した第1の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ第1の中央板状構造体、正側板状構造体、負側板状構造体と、第2属性をもつ第2の中央板状構造体と、第1の中央板状構造体と正側板状構造体および負側板状構造体とを接続する同属間接続体と、正側板状構造体および負側板状構造体と第2の中央板状構造体とを接続する異属間接続体と、第1の中央板状構造体を支持する台座と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
第1の中央板状構造体は、YZ平面上に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が同属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が同属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が同属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の中央板状構造体は、YZ平面上に配置されており、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(25) A twenty-fifth aspect of the present invention is the power generating element according to the first aspect described above,
A first central plate-like structure having a first attribute, a positive-side plate-like structure, a negative-side plate-like structure having a first attribute, a second central plate-like structure having a second attribute, A connecting member for connecting the central plate-shaped structure to the positive-side plate-shaped structure and the negative-side plate-shaped structure, and connecting the positive-side plate-shaped structure and the negative-side plate-shaped structure to the second central plate-shaped structure And a pedestal supporting the first central plate-shaped structure,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The first central plate-shaped structure is disposed on the YZ plane, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the tip end is directly or indirectly connected to the inter-general connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, and the root end is directly or indirectly connected to the intergeneric connector, and the tip is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The negative plate-like structure is arranged in the negative space, and the root end is directly or indirectly connected to the intergeneric connector, and the tip is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The second central plate-shaped structure is disposed on the YZ plane, the root end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and the direction from the root end to the distal end is Y. It extends in a direction parallel to the Y axis so as to be in the negative axis direction.

(26) 本発明の第26の態様は、上述した第25の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、更に、同属間接続体に接続された第1の重錘体と、異属間接続体に接続された第2の重錘体と、第2の中央板状構造体の先端部に接続された第3の重錘体と、のうちの少なくとも1つを有するようにしたものである。
(26) A twenty-sixth aspect of the present invention is the power generating element according to the twenty-fifth aspect described above,
The basic structure further includes a first weight connected to the intergeneric connector, a second weight connected to the heterogeneous connector, and a tip of the second central plate-shaped structure. And a third weight body connected to the portion.

(27) 本発明の第27の態様は、上述した第26の態様に係る発電素子において、
第1の重錘体と第2の重錘体と第3の重錘体とをすべて有し、
第2の中央板状構造体の先端部に接続された最先端部接続体を更に有し、
同属間接続体が、YZ平面に直交する方向に伸びた直交部と、この直交部からY軸負方向に伸びた正側翼状部および負側翼状部と、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成され、
最先端部接続体が、YZ平面に直交する方向に伸びた直交部と、この直交部からY軸正方向に伸びた正側翼状部および負側翼状部と、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成され、
第1の重錘体が同属間接続体の直交部、正側翼状部、負側翼状部のすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成され、
第3の重錘体が最先端部接続体の直交部、正側翼状部、負側翼状部のすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されているようにしたものである。
(27) A twenty-seventh aspect of the present invention provides the power generating element according to the twenty-sixth aspect,
Having all of a first weight, a second weight, and a third weight,
A tip end connector connected to the tip of the second central plate-shaped structure,
The intergeneric connector has an orthogonal portion extending in a direction orthogonal to the YZ plane, a positive wing portion and a negative wing portion extending from the orthogonal portion in the negative Y-axis direction, and is projected onto the XY plane. The image is constituted by a plate-shaped member having a U-shape,
The foremost end connector has an orthogonal portion extending in a direction orthogonal to the YZ plane, a positive wing portion and a negative wing portion extending in the Y-axis positive direction from the orthogonal portion, and The projection image is constituted by a plate-shaped member having a U-shape,
The first weight is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion, the positive wing portion, and the negative wing portion of the intergeneric connector, and is constituted by a structure whose projected image on the XY plane has a U-shape. And
The third weight body is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion, the positive wing portion, and the negative wing portion of the front end connection body, and the projected image on the XY plane has a U-shaped configuration. It is configured as such.

(28) 本発明の第28の態様は、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において、
可撓性を有する第1属性の板状構造体と、可撓性を有する第2属性の板状構造体と、第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを相互に接続する異属間接続体と、第1属性の板状構造体を支持する台座と、を有する基本構造部と、
基本構造部の変形に基づいて電荷を発生させる電荷発生素子と、
を設け、
XYZ三次元座標系を定義したときに、第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、
第1属性の板状構造体は、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、少なくともその一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるようにY軸に平行な方向に伸びる第1属性のY軸経路部を含んでおり、
第2属性の板状構造体は、根端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、少なくともその一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるようにY軸に平行な方向に伸びる第2属性のY軸経路部を含んでいるようにしたものである。
(28) A twenty-eighth aspect of the present invention relates to a power generating element that generates power by converting vibration energy into electric energy,
The first flexible plate-like structure, the second flexible plate-like structure, and the first plate-like structure and the second plate-like structure are interconnected. A basic structure portion having a heterogeneous connection body connected to the base member and a pedestal supporting the plate-like structure having the first attribute;
A charge generating element that generates a charge based on the deformation of the basic structure,
Is established,
When the XYZ three-dimensional coordinate system is defined, the first attribute plate-like structure and the second attribute plate-like structure are arranged such that their plate surfaces are parallel to the XY plane,
The plate-like structure of the first attribute has a root end directly or indirectly connected to the pedestal, a tip end directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and at least a portion thereof, A first attribute Y-axis path portion extending in a direction parallel to the Y-axis so that the direction from the root end toward the tip is the Y-axis positive direction;
In the plate-like structure of the second attribute, the root end is directly or indirectly connected to the intergeneric connector, and at least a part thereof has a direction from the root end to the front end which is defined as a negative Y-axis direction. In this case, a second attribute Y-axis path portion extending in a direction parallel to the Y-axis is included.

(29) 本発明の第29の態様は、上述した第28の態様に係る発電素子において、
同一属性をもち、互いに並列配置された複数の板状構造体を設けるようにしたものである。
(29) A twenty-ninth aspect of the present invention provides the power generating element according to the twenty-eighth aspect described above,
A plurality of plate-like structures having the same attribute and arranged in parallel with each other are provided.

(30) 本発明の第30の態様は、上述した第28または第29の態様に係る発電素子において、
最先端の板状構造体の先端部に最先端部接続体を接続するようにしたものである。
(30) A thirtieth aspect of the present invention is the power generating element according to the twenty-eighth or twenty-ninth aspect,
In this structure, a foremost end connecting member is connected to the tip of the foremost plate-like structure.

(31) 本発明の第31の態様は、上述した第30の態様に係る発電素子において、
同一属性をもち、互いに並列配置された複数の板状構造体の先端部を相互に接続する最先端部接続体を設けるようにしたものである。
(31) According to a thirty-first aspect of the present invention, in the power generating element according to the thirtieth aspect,
A forefront connector having the same attribute and interconnecting the distal ends of a plurality of plate-like structures arranged in parallel with each other is provided.

(32) 本発明の第32の態様は、上述した第28〜第31の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、XY平面に平行な板面をもった主基板を有し、板状構造体および異属間接続体、ならびに、最先端部接続体を有する場合には最先端部接続体が、主基板の一部分によって構成されているようにしたものである。
(32) A thirty-second aspect of the present invention provides the power generating element according to the twenty-eighth to thirty-first aspects described above,
When the basic structure portion has a main substrate having a plate surface parallel to the XY plane, the plate-like structure and the inter-heterogeneous connector, and when having the foremost connector, the foremost connector is , And a part of the main substrate.

(33) 本発明の第33の態様は、上述した第28〜第32の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、板状構造体の所定箇所、異属間接続体の所定箇所、最先端部接続体の所定箇所のうちの少なくとも1カ所に接続された重錘体を有するようにしたものである。
(33) A thirty-third aspect of the present invention is the power generating element according to the twenty-eighth to thirty-second aspects described above,
The basic structure portion has a weight connected to at least one of a predetermined portion of the plate-shaped structure, a predetermined portion of the connector between heterogeneous members, and a predetermined portion of the front end portion of the connection body. is there.

(34) 本発明の第34の態様は、上述した第28の態様に係る発電素子において、
第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体の一方もしくは双方が、X軸に平行な方向に伸びるX軸経路部と、Y軸に平行な方向に伸びるY軸経路部と、を含み、XY平面への投影像がL字状の形状をなすL字状部分を有しているようにしたものである。
(34) A thirty-fourth aspect of the present invention provides the power generating element according to the twenty-eighth aspect described above,
One or both of the plate-like structure of the first attribute and the plate-like structure of the second attribute include an X-axis path extending in a direction parallel to the X-axis and a Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis. , And the projected image on the XY plane has an L-shaped portion having an L-shaped shape.

(35) 本発明の第35の態様は、上述した第34の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と、第2属性をもつ第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体とを接続する異属間接続体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体を支持する台座と、第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体の先端部を相互に接続する最先端部接続体と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
第1の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第1の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、X軸に平行な方向に伸びる正側X軸経路部とY軸に平行な方向に伸びる正側Y軸経路部とを有し、正側X軸経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、正側X軸経路部の先端部は正側Y軸経路部の根端部に接続されており、正側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の正側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなし、
第2の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、X軸に平行な方向に伸びる負側X軸経路部とY軸に平行な方向に伸びる負側Y軸経路部とを有し、負側X軸経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、負側X軸経路部の先端部は負側Y軸経路部の根端部に接続されており、負側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の負側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなすようにしたものである。
(35) A thirty-fifth aspect of the present invention is the power generating element according to the thirty-fourth aspect,
The basic structure portion includes a first positive side plate structure and a first negative side plate structure having a first attribute, and a second positive side plate structure and a second negative side plate structure having a second attribute. A body, a heterogeneous connector for connecting the first positive-side plate structure, the first negative-side plate-like structure, the second positive-side plate-like structure, and the second negative-side plate-like structure; A pedestal that supports the first positive plate-shaped structure and the first negative plate-shaped structure, and a leading end that interconnects the tips of the second positive plate-shaped structure and the second negative plate-shaped structure. And a connecting body,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The first positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the distal end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The first negative-side plate-like structure is disposed in the negative-side space, and has a root end directly or indirectly connected to the pedestal and a front end directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The second positive-side plate-shaped structure is disposed in the positive-side space and includes a positive-side X-axis path extending in a direction parallel to the X-axis and a positive-side Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis. The root end of the positive-side X-axis path is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and the tip of the positive-side X-axis path is the root of the positive-side Y-axis path. The tip of the positive-side Y-axis path portion is directly or indirectly connected to the foremost end connector, and the second positive-side plate-like structure is a projection image on the XY plane. Has an L-shape,
The second negative plate-shaped structure is disposed in the negative space, and includes a negative X-axis path portion extending in a direction parallel to the X axis and a negative Y axis path portion extending in a direction parallel to the Y axis. The root end of the negative X-axis path is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and the tip of the negative X-axis path is the root of the negative Y-axis path. The distal end of the negative Y-axis path portion is directly or indirectly connected to the foremost end connector, and the second negative plate-shaped structure is a projection image on the XY plane. Are L-shaped.

(36) 本発明の第36の態様は、上述した第34の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と、第2属性をもつ第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体とを接続する異属間接続体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体を支持する台座と、第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体の先端部を相互に接続する最先端部接続体と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
第1の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、Y軸に平行な方向に伸びる第1の正側Y軸経路部とX軸に平行な方向に伸びる第1の正側X軸経路部とを有し、第1の正側Y軸経路部の根端部は、台座に直接もしくは間接的に接続されており、第1の正側Y軸経路部の先端部は、第1の正側X軸経路部の根端部に接続されており、第1の正側X軸経路部の先端部は異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第1の正側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなし、
第1の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、Y軸に平行な方向に伸びる第1の負側Y軸経路部とX軸に平行な方向に伸びる第1の負側X軸経路部とを有し、第1の負側Y軸経路部の根端部は、台座に直接もしくは間接的に接続されており、第1の負側Y軸経路部の先端部は、第1の正側X軸経路部の根端部に接続されており、第1の負側X軸経路部の先端部は異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第1の負側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなし、
第2の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、X軸に平行な方向に伸びる第2の正側X軸経路部とY軸に平行な方向に伸びる第2の正側Y軸経路部とを有し、第2の正側X軸経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の正側X軸経路部の先端部は第2の正側Y軸経路部の根端部に接続されており、第2の正側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の正側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなし、
第2の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、X軸に平行な方向に伸びる第2の負側X軸経路部とY軸に平行な方向に伸びる第2の負側Y軸経路部とを有し、第2の負側X軸経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の負側X軸経路部の先端部は第2の負側Y軸経路部の根端部に接続されており、第2の負側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の負側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなすようにしたものである。
(36) A thirty-sixth aspect of the present invention is the power generating element according to the thirty-fourth aspect,
The basic structure portion includes a first positive side plate structure and a first negative side plate structure having a first attribute, and a second positive side plate structure and a second negative side plate structure having a second attribute. A body, a heterogeneous connector for connecting the first positive-side plate structure, the first negative-side plate-like structure, the second positive-side plate-like structure, and the second negative-side plate-like structure; A pedestal that supports the first positive plate-shaped structure and the first negative plate-shaped structure, and a leading end that interconnects the tips of the second positive plate-shaped structure and the second negative plate-shaped structure. And a connecting body,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The first positive-side plate-shaped structure is disposed in the positive-side space, and has a first positive-side Y-axis path portion extending in a direction parallel to the Y-axis and a first positive side extending in a direction parallel to the X-axis. An X-axis path portion, and a root end of the first positive-side Y-axis path portion is directly or indirectly connected to the pedestal. The first positive X-axis path is connected to the root end of the first positive-side X-axis path, and the distal end of the first positive-side X-axis path is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. The positive side plate-like structure has an L-shaped projected image on the XY plane,
The first negative-side plate-shaped structure is disposed in the negative-side space, and has a first negative-side Y-axis path portion extending in a direction parallel to the Y-axis and a first negative-side portion extending in a direction parallel to the X-axis. An X-axis path section, a root end of the first negative Y-axis path section is directly or indirectly connected to the pedestal, and a tip end of the first negative Y-axis path section is The first positive X-axis path is connected to the root end of the first positive X-axis path, and the distal end of the first negative X-axis path is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. The negative side plate-like structure has an L-shaped projected image on the XY plane,
The second positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, and has a second positive-side X-axis path extending in a direction parallel to the X-axis and a second positive-side path extending in a direction parallel to the Y-axis. A root end of the second positive-side X-axis path portion is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and has a Y-axis path portion. The distal end is connected to the root end of the second positive Y-axis path, and the distal end of the second positive Y-axis path is directly or indirectly connected to the distal end connector. The second front-side plate-like structure has an L-shaped projection image on the XY plane,
The second negative-side plate-like structure is disposed in the negative-side space, and has a second negative-side X-axis path portion extending in a direction parallel to the X-axis and a second negative-side path extending in a direction parallel to the Y-axis. A root end of the second negative X-axis path portion is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector, and has a Y-axis path portion. The distal end is connected to the root end of the second negative Y-axis path, and the distal end of the second negative Y-axis path is directly or indirectly connected to the distal end connector. The second negative-side plate-like structure is such that the projected image on the XY plane forms an L-shape.

(37) 本発明の第37の態様は、上述した第28の態様に係る発電素子において、
第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体の一方もしくは双方が、X軸に平行な方向に伸びるX軸経路部と、Y軸に平行な方向に伸びるY軸経路部と、X軸経路部とY軸経路部とを湾曲した経路をもって接続する湾曲接続部と、を含み、XY平面への投影像がJ字状の形状をなすJ字状部分を有しているようにしたものである。
(37) A thirty-seventh aspect of the present invention is the power generating element according to the twenty-eighth aspect described above,
One or both of the plate-like structure of the first attribute and the plate-like structure of the second attribute include an X-axis path extending in a direction parallel to the X-axis and a Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis. And a curved connecting portion that connects the X-axis route portion and the Y-axis route portion with a curved route, such that the projected image on the XY plane has a J-shaped portion. It was made.

(38) 本発明の第38の態様は、上述した第37の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と、第2属性をもつ第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体とを接続する異属間接続体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体を支持する台座と、第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体の先端部を相互に接続する最先端部接続体と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
第1の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第1の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、X軸に平行な方向に伸びる正側X軸経路部と、Y軸に平行な方向に伸びる正側Y軸経路部と、正側X軸経路部と正側Y軸経路部とを湾曲した経路をもって接続する正側湾曲接続部と、を含み、正側X軸経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、正側X軸経路部の先端部は正側湾曲接続部によって正側Y軸経路部の根端部に接続されており、正側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の正側板状構造体は、XY平面への投影像がJ字状の形状をなし、
第2の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、X軸に平行な方向に伸びる負側X軸経路部と、Y軸に平行な方向に伸びる負側Y軸経路部と、負側X軸経路部と負側Y軸経路部とを湾曲した経路をもって接続する負側湾曲接続部と、を含み、負側X軸経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、負側X軸経路部の先端部は負側湾曲接続部によって負側Y軸経路部の根端部に接続されており、負側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の負側板状構造体は、XY平面への投影像がJ字状の形状をなすようにしたものである。
(38) A thirty-eighth aspect of the present invention provides the power generating element according to the thirty-seventh aspect,
The basic structure portion includes a first positive side plate structure and a first negative side plate structure having a first attribute, and a second positive side plate structure and a second negative side plate structure having a second attribute. A body, a heterogeneous connector for connecting the first positive-side plate structure, the first negative-side plate-like structure, the second positive-side plate-like structure, and the second negative-side plate-like structure; A pedestal that supports the first positive plate-shaped structure and the first negative plate-shaped structure, and a leading end that interconnects the tips of the second positive plate-shaped structure and the second negative plate-shaped structure. And a connecting body,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The first positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the distal end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The first negative-side plate-like structure is disposed in the negative-side space, and has a root end directly or indirectly connected to the pedestal and a front end directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The second positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, and includes a positive-side X-axis path portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a positive-side Y-axis path portion extending in a direction parallel to the Y-axis. A positive-side curved connecting portion that connects the positive-side X-axis path portion and the positive-side Y-axis path portion with a curved path, wherein the root end of the positive-side X-axis path portion is Directly or indirectly, the tip of the positive X-axis path is connected to the root end of the positive Y-axis path by a positive curved connection, and the tip of the positive Y-axis path is connected. The part is directly or indirectly connected to the foremost end connector, and the second front-side plate-like structure has a J-shaped projected image on the XY plane,
The second negative plate-shaped structure is disposed in the negative space, and includes a negative X-axis path portion extending in a direction parallel to the X axis and a negative Y axis path portion extending in a direction parallel to the Y axis. A negative-side curved connecting portion that connects the negative-side X-axis route portion and the negative-side Y-axis route portion with a curved route, wherein the root end of the negative-side X-axis route portion is connected to a heterogeneous connector. Directly or indirectly, the distal end of the negative X-axis path is connected to the root end of the negative Y-axis path by a negative curved connection, and the distal end of the negative Y-axis path is connected. The portion is directly or indirectly connected to the leading end connector, and the second negative-side plate-like structure is such that the projected image on the XY plane has a J-shape.

(39) 本発明の第39の態様は、上述した第28の態様に係る発電素子において、
第2属性の板状構造体が、Y軸に平行な方向に伸びる根端側経路部と、X軸に平行な方向に伸びる中継経路部と、Y軸に平行な方向に伸びる先端側経路部と、を含み、根端部から先端部に向かって、根端側経路部、中継経路部、先端側経路部を順に連結することにより、XY平面への投影像がU字状の形状をなすU字状部分を有しているようにしたものである。
(39) A thirty-ninth aspect of the present invention is the power generating element according to the twenty-eighth aspect described above,
A root-side path extending in a direction parallel to the Y-axis, a relay path extending in a direction parallel to the X-axis, and a distal-side path extending in a direction parallel to the Y-axis. By connecting the root end side path portion, the relay path portion, and the front end side path portion in order from the root end to the tip end, the projected image on the XY plane forms a U-shape. It has a U-shaped portion.

(40) 本発明の第40の態様は、上述した第39の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性をもつ第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と、第2属性をもつ第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体とを接続する異属間接続体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体を支持する台座と、第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体の先端部を相互に接続する最先端部接続体と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、
第1の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第1の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、Y軸に平行な方向に伸びる正側根端側経路部と、X軸に平行な方向に伸びる正側中継経路部と、Y軸に平行な方向に伸びる正側先端側経路部と、を含み、正側根端側経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、正側根端側経路部の先端部は、正側中継経路部の根端部に接続されており、正側中継経路部の先端部は、正側先端側経路部の根端部に接続されており、正側先端側経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の正側板状構造体は、XY平面への投影像がU字状の形状をなし、
第2の負側板状構造体は、負側空間に配置されており、Y軸に平行な方向に伸びる負側根端側経路部と、X軸に平行な方向に伸びる負側中継経路部と、Y軸に平行な方向に伸びる負側先端側経路部と、を含み、負側根端側経路部の根端部は、異属間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、負側根端側経路部の先端部は、負側中継経路部の根端部に接続されており、負側中継経路部の先端部は、負側先端側経路部の根端部に接続されており、負側先端側経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の負側板状構造体は、XY平面への投影像がU字状の形状をなすようにしたものである。
(40) A fortieth aspect of the present invention is the power generating element according to the forty-ninth aspect,
The basic structure portion includes a first positive side plate structure and a first negative side plate structure having a first attribute, and a second positive side plate structure and a second negative side plate structure having a second attribute. A body, a heterogeneous connector for connecting the first positive-side plate structure, the first negative-side plate-like structure, the second positive-side plate-like structure, and the second negative-side plate-like structure; A pedestal that supports the first positive plate-shaped structure and the first negative plate-shaped structure, and a leading end that interconnects the tips of the second positive plate-shaped structure and the second negative plate-shaped structure. And a connecting body,
Taking the XY plane as a horizontal plane and defining a space having a positive X coordinate value as a positive space and a space having a negative X coordinate value as a negative space among spaces partitioned by the YZ plane,
The first positive-side plate-like structure is disposed in the positive-side space, the root end is directly or indirectly connected to the pedestal, and the distal end is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The first negative-side plate-like structure is disposed in the negative-side space, and has a root end directly or indirectly connected to the pedestal and a front end directly or indirectly connected to the heterogeneous connector. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The second positive-side plate-shaped structure is disposed in the positive-side space, and includes a positive-side root end-side path extending in a direction parallel to the Y-axis, a positive-side relay path extending in a direction parallel to the X-axis, A root end portion of the positive root end side path portion extending in a direction parallel to the Y axis, wherein the root end portion of the positive root end side path portion is directly or indirectly connected to the intergeneric connector, The tip of the side route portion is connected to the root end of the positive relay route portion, and the tip portion of the positive relay route portion is connected to the root end of the positive tip route portion. The tip of the side tip-side path portion is directly or indirectly connected to the tip end connector, and the second front-side plate-like structure has a U-shaped projection image on the XY plane. ,
The second negative plate-shaped structure is disposed in the negative space, and has a negative root end side path extending in a direction parallel to the Y axis, a negative relay path extending in a direction parallel to the X axis, and A negative-side tip end portion extending in a direction parallel to the Y-axis, wherein the root end of the negative-side root end portion is directly or indirectly connected to the heterogeneous connector; The tip of the side route portion is connected to the root end of the negative relay route portion, and the tip portion of the negative relay route portion is connected to the root end of the negative tip route portion. The distal end of the side distal path portion is directly or indirectly connected to the distal end connector, and the second negative plate-shaped structure has a U-shaped projected image projected on the XY plane. It is like that.

(41) 本発明の第41の態様は、上述した第35、36、38、40の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、更に、異属間接続体に接続された第1の重錘体および最先端部接続体に接続された第2の重錘体のうちの少なくとも1つを有するようにしたものである。
(41) A power generating element according to the forty-fifth, thirty-six, thirty-eighth aspects,
The basic structure further includes at least one of a first weight connected to the intergeneric connector and a second weight connected to the foremost connector. It is.

(42) 本発明の第42の態様は、上述した第1〜第41の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、YZ平面に関して面対称をなす構造体によって構成されているようにしたものである。
(42) A 42nd mode of the present invention is the power generating element according to the above 1st to 41st modes,
The basic structure is constituted by a structure that is plane-symmetric with respect to the YZ plane.

(43) 本発明の第43の態様は、上述した第1〜第42の態様に係る発電素子の構成要素となる基本構造部を単独の部品として提供するようにしたものである。   (43) According to a forty-third aspect of the present invention, the basic structural portion which is a component of the power generating element according to the first to forty-second aspects is provided as a single component.

(44) 本発明の第44の態様は、上述した第10〜14、16、17、19、21、22、24、26、27、39の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1属性の板状構造体の振動端に接続された重錘体と、第2属性の板状構造体の振動端に接続された重錘体と、を有しており、これら2種類の重錘体の共振周波数付近のスペクトルピーク波形が相互に一部重複するように、各重錘体の共振周波数が隣接するように設定したものである。
(44) A forty-fourth aspect of the present invention provides the power generating element according to the tenth to fourteenth, sixteenth, seventeenth, nineteenth, twenty-second, twenty-fourth, twenty-six, twenty-seventh, thirty-ninth aspects,
The basic structure portion includes a weight connected to the vibrating end of the plate-like structure having the first attribute, and a weight connected to the vibrating end of the plate-like structure having the second attribute. The resonance frequencies of the weights are set to be adjacent so that the spectral peak waveforms near the resonance frequencies of these two types of weights partially overlap each other.

(45) 本発明の第45の態様は、上述した第10〜14、16、17、19、21、22、24、26、27、39の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、シリコン活性層と酸化シリコン層とシリコンベース層とをこの順に積層させた3層構造を有するSOI基板を用いて構成されており、
板状構造体および異属間接続体、ならびに、同属間接続体を有する場合には同属間接続体、最先端部接続体を有する場合には最先端部接続体が、シリコン活性層の単層構造体もしくはシリコン活性層と酸化シリコン層との2層構造体によって構成され、
重錘体が、酸化シリコン層とシリコンベース層との2層構造体もしくはシリコンベース層の単層構造体によって構成され、
台座が、シリコン活性層と酸化シリコン層とシリコンベース層との3層構造体によって構成されているようにしたものである。
(45) A forty-fifth aspect of the present invention is the power generating element according to the tenth to fourteenth, sixteenth, seventeenth, nineteenth, twenty-second, twenty-fourth, twenty-six, twenty-seventh, thirty-ninth aspects,
The basic structure is configured using an SOI substrate having a three-layer structure in which a silicon active layer, a silicon oxide layer, and a silicon base layer are stacked in this order,
The plate-shaped structure and the heterogeneous connector, and the homogenous connector when having the intergeneric connector, the frontmost connector when having the foremost connector, a single layer of the silicon active layer A structure or a two-layer structure of a silicon active layer and a silicon oxide layer,
The weight body is constituted by a two-layer structure of a silicon oxide layer and a silicon base layer or a single-layer structure of a silicon base layer;
The pedestal is constituted by a three-layer structure of a silicon active layer, a silicon oxide layer and a silicon base layer.

(46) 本発明の第46の態様は、上述した第10〜14、16、17、19、21、22、24、26、27、39の態様に係る発電素子において、
基本構造部を収容するための装置筐体を更に設け、
台座は装置筐体に固定されるか、もしくは、装置筐体の一部として組み込まれており、 装置筐体の内面と、板状構造体および重錘体の外面との間には、所定の空間が確保されており、
装置筐体に加えられた外部振動の大きさが所定の基準レベル以下である場合には、外部振動に応じて、板状構造体および重錘体が上記空間内で振動し、
外部振動の大きさが所定の基準レベルを超えた場合には、外部振動に応じて、板状構造体および重錘体が装置筐体の内面に接触して、それ以上の変位が制限されるようにしたものである。
(46) A forty-sixth aspect of the present invention is a power generating element according to the tenth to fourteenth, sixteenth, seventeenth, nineteenth, twenty-second, twenty-fourth, twenty-six, twenty-seventh, thirty-ninth aspects,
An apparatus housing for accommodating the basic structure is further provided,
The pedestal is fixed to the device housing or is incorporated as a part of the device housing. A predetermined space is provided between the inner surface of the device housing and the outer surfaces of the plate-shaped structure and the weight body. Space is secured,
When the magnitude of the external vibration applied to the device housing is equal to or less than a predetermined reference level, the plate-like structure and the weight body vibrate in the space according to the external vibration,
When the magnitude of the external vibration exceeds a predetermined reference level, the plate-like structure and the weight contact the inner surface of the device housing according to the external vibration, and further displacement is limited. It is like that.

(47) 本発明の第47の態様は、上述した第1〜第46の態様に係る発電素子において、
電荷発生素子が、板状構造体の変形を生じる部分に形成された圧電素子を有するようにしたものである。
(47) A forty-seventh aspect of the present invention is directed to the power generating element according to the first to forty-sixth aspects,
The charge generation element has a piezoelectric element formed in a portion where the deformation of the plate-like structure occurs.

(48) 本発明の第48の態様は、上述した第47の態様に係る発電素子において、
圧電素子が、板状構造体の上面に形成された下部電極層と、この下部電極層の上面に形成され、応力に基づいて電荷を発生させる圧電材料層と、この圧電材料層の上面に形成された上部電極層と、を有し、下部電極層および上部電極層にそれぞれ所定極性の電荷が供給されるようにしたものである。
(48) A forty-eighth aspect of the present invention is directed to the power generating element according to the forty-seventh aspect,
A piezoelectric element, a lower electrode layer formed on the upper surface of the plate-shaped structure, a piezoelectric material layer formed on the upper surface of the lower electrode layer, and generating a charge based on stress, and a piezoelectric material layer formed on the upper surface of the piezoelectric material layer; And an upper electrode layer provided so that a charge of a predetermined polarity is supplied to each of the lower electrode layer and the upper electrode layer.

(49) 本発明の第49の態様は、上述した第48の態様に係る発電素子において、
板状構造体の上面に共通下部電極層が形成され、この共通下部電極層の上面に共通圧電材料層が形成され、この共通圧電材料層の上面の異なる箇所にそれぞれ電気的に独立した複数の個別上部電極層が形成され、板状構造体が特定の変形を生じた時点において、各個別上部電極層には、それぞれ圧電材料層から同一極性の電荷が供給されるようにしたものである。
(49) A forty-ninth aspect of the present invention provides the power generating element according to the forty-eighth aspect described above,
A common lower electrode layer is formed on the upper surface of the plate-like structure, a common piezoelectric material layer is formed on the upper surface of the common lower electrode layer, and a plurality of electrically independent plural portions are formed at different positions on the upper surface of the common piezoelectric material layer. When the individual upper electrode layers are formed and the plate-shaped structure undergoes a specific deformation, electric charges of the same polarity are supplied to the individual upper electrode layers from the piezoelectric material layers.

(50) 本発明の第50の態様は、上述した第49の態様に係る発電素子において、
板状構造体の上面の中心に、Y軸に平行な方向に伸びる中心軸を定義したときに、根端部側の中心軸の両脇と先端部側の中心軸の両脇とに、それぞれ個別上部電極層が配置されているようにしたものである。
(50) A fiftieth aspect of the present invention provides the power generating element according to the forty-ninth aspect,
When a central axis extending in a direction parallel to the Y axis is defined at the center of the upper surface of the plate-like structure, the central axis on both sides of the central axis on the root end side and the central axis on the tip side are respectively In this case, individual upper electrode layers are arranged.

(51) 本発明の第51の態様は、上述した第49または第50の態様に係る発電素子において、
圧電素子に発生した電荷に基づいて、共通下部電極層と各個別上部電極層との間に生じる電流を整流して電力を取り出す発電回路を更に設けたものである。
(51) A 51st mode of the present invention is the power generating element according to the 49th or 50th mode described above,
A power generation circuit for rectifying a current generated between the common lower electrode layer and each of the individual upper electrode layers based on the electric charge generated in the piezoelectric element and extracting power therefrom is further provided.

(52) 本発明の第52の態様は、上述した第51の態様に係る発電素子において、
発電回路が、容量素子と、各個別上部電極層に発生した正電荷を容量素子の正極側へ導くために各個別上部電極層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、各個別上部電極層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個別上部電極層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。
(52) A 52nd aspect of the present invention is the power generating element according to the above 51st aspect,
The power generation circuit is for a capacitor element and a positive charge having a forward direction from each individual upper electrode layer toward the positive electrode side of the capacitor element for guiding the positive charge generated in each individual upper electrode layer to the positive electrode side of the capacitor element. A rectifying element, a rectifying element for negative charge having a forward direction from the negative electrode side of the capacitive element to each individual upper electrode layer in order to guide the negative charge generated in each individual upper electrode layer to the negative electrode side of the capacitive element, And the electrical energy converted from the vibration energy is smoothed by a capacitive element and supplied.

(53) 本発明の第53の態様は、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において、
可撓性を有する複数の板状構造体と、板状構造体を相互に接続する1つもしくは複数の中間接続体と、板状構造体を支持する台座と、を有する基本構造部と、
基本構造部の変形に基づいて電荷を発生させる電荷発生素子と、
を設け、
個々の板状構造体は直接、もしくは、中間接続体および他の板状構造体を介して間接的に、台座に接続されており、板状構造体および中間接続体の集合体によって台座を根とする樹状構造が形成されており、
台座から樹状構造の末端に至る経路を辿ったときに、当該経路に、途中で複数の経路に分岐する分岐部、もしくは、途中で複数の経路が合流する合流部が含まれているようにしたものである。
(53) A fifty-third aspect of the present invention relates to a power generating element that generates power by converting vibration energy into electric energy,
A basic structure having a plurality of flexible plate-like structures, one or more intermediate connectors for interconnecting the plate-like structures, and a pedestal supporting the plate-like structures;
A charge generating element that generates a charge based on the deformation of the basic structure,
Is established,
The individual plate-like structures are connected to the pedestal either directly or indirectly through intermediate connectors and other plate-like structures, and the pedestal is rooted by an aggregate of the plate-like structures and the intermediate connectors. A dendritic structure is formed,
When a path from the pedestal to the end of the tree-like structure is traced, the path may include a branch portion that branches into a plurality of paths on the way or a junction where the paths merge on the way. It was done.

(54) 本発明の第54の態様は、上述した第53の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と、第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体と第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体とを接続する中間接続体と、第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体を支持する台座と、第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体の先端部を相互に接続する最先端部接続体と、を有し、
XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義したときに、第1の正側板状構造体および第2の正側板状構造体は、正側空間に配置されており、第1の負側板状構造体および第2の負側板状構造体は、負側空間に配置されているようにしたものである。
(54) A fifty-fourth aspect of the present invention is the power generating element according to the fifty-third aspect,
The basic structure includes a first positive plate-like structure and a first negative plate-like structure, a second positive plate-like structure, a second negative plate-like structure, and a first positive plate-like structure. An intermediate connector connecting the body, the first negative plate-like structure, the second positive plate-like structure, and the second negative plate-like structure; a first positive plate-like structure; A pedestal that supports the side plate-like structure, and a foremost end connector that interconnects the distal ends of the second positive side plate-like structure and the second negative side plate-like structure,
When the XY plane is defined as a horizontal plane, and the space having a positive X coordinate value is defined as a positive space and the space having a negative X coordinate value is defined as a negative space in a space partitioned by a YZ plane, a first positive space is defined. The side plate-like structure and the second positive plate-like structure are arranged in the positive space, and the first negative plate-like structure and the second negative plate-like structure are arranged in the negative space. It is as if it were.

(55) 本発明の第55の態様は、上述した第54の態様に係る発電素子において、
第1の正側板状構造体および第1の負側板状構造体は、根端部が台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が中間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、
第2の正側板状構造体および第2の負側板状構造体は、根端部が中間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びているようにしたものである。
(55) A fifty-fifth aspect of the present invention is directed to the power generating element according to the fifty-fourth aspect,
The first positive side plate-like structure and the first negative side plate-like structure have a root end directly or indirectly connected to the pedestal and a front end directly or indirectly connected to the intermediate connector. And extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis,
The second positive-side plate-like structure and the second negative-side plate-like structure have a root end directly or indirectly connected to the intermediate connector, and a distal end directly or indirectly connected to the most distal end connector. And extends in a direction parallel to the Y-axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y-axis.

(56) 本発明の第56の態様は、上述した第54の態様に係る発電素子において、
第1の正側板状構造体は、Y軸に平行な方向に伸びる第1の正側Y軸経路部とX軸に平行な方向に伸びる第1の正側X軸経路部とを有し、第1の正側Y軸経路部の根端部は、台座に直接もしくは間接的に接続されており、第1の正側Y軸経路部の先端部は、第1の正側X軸経路部の根端部に接続されており、第1の正側X軸経路部の先端部は中間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第1の正側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなし、
第1の負側板状構造体は、Y軸に平行な方向に伸びる第1の負側Y軸経路部とX軸に平行な方向に伸びる第1の負側X軸経路部とを有し、第1の負側Y軸経路部の根端部は、台座に直接もしくは間接的に接続されており、第1の負側Y軸経路部の先端部は、第1の負側X軸経路部の根端部に接続されており、第1の負側X軸経路部の先端部は中間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第1の負側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなし、
第2の正側板状構造体は、Y軸に平行な方向に伸びる第2の正側Y軸経路部とX軸に平行な方向に伸びる第2の正側X軸経路部とを有し、第2の正側Y軸経路部の根端部は、中間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の正側Y軸経路部の先端部は、第2の正側X軸経路部の根端部に接続されており、第2の正側X軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の正側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなし、
第2の負側板状構造体は、Y軸に平行な方向に伸びる第2の負側Y軸経路部とX軸に平行な方向に伸びる第2の負側X軸経路部とを有し、第2の負側Y軸経路部の根端部は、中間接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の負側Y軸経路部の先端部は、第2の負側X軸経路部の根端部に接続されており、第2の負側X軸経路部の先端部は、最先端部接続体に直接もしくは間接的に接続されており、第2の負側板状構造体は、XY平面への投影像がL字状の形状をなすようにしたものである。
(56) According to a fifty-sixth aspect of the present invention, in the power generating element according to the fifty-fourth aspect,
The first positive-side plate-like structure has a first positive-side Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis and a first positive-side X-axis path extending in a direction parallel to the X-axis. The root end of the first positive-side Y-axis path is directly or indirectly connected to the pedestal, and the tip of the first positive-side Y-axis path is connected to the first positive-side X-axis path. And the tip of the first positive-side X-axis path portion is directly or indirectly connected to the intermediate connector, and the first positive-side plate-like structure is connected to the XY plane. Has an L-shaped projection image,
The first negative plate-shaped structure has a first negative Y-axis path extending in a direction parallel to the Y axis and a first negative X-axis path extending in a direction parallel to the X axis. The root end of the first negative Y-axis path is directly or indirectly connected to the pedestal, and the tip of the first negative Y-axis path is connected to the first negative X-axis path. And the tip of the first negative X-axis path is connected directly or indirectly to the intermediate connector, and the first negative plate-shaped structure is connected to the XY plane. Has an L-shaped projection image,
The second positive-side plate-shaped structure has a second positive-side Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis and a second positive-side X-axis path extending in a direction parallel to the X-axis. The root end of the second positive Y-axis path is directly or indirectly connected to the intermediate connector, and the tip of the second positive Y-axis path is connected to the second positive X-axis. The tip of the second positive-side X-axis path is connected directly or indirectly to the foremost end connector, and is connected to the root end of the path. Is an L-shaped projection image on the XY plane,
The second negative-side plate-like structure has a second negative-side Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis and a second negative-side X-axis path extending in a direction parallel to the X-axis. The root end of the second negative Y-axis path is directly or indirectly connected to the intermediate connector, and the tip of the second negative Y-axis path is connected to the second negative X-axis. The tip of the second negative X-axis route is connected directly or indirectly to the distal end connector, and is connected to the root end of the route. Is such that the projected image on the XY plane forms an L-shape.

(57) 本発明の第57の態様は、上述した第53〜第56の態様に係る発電素子において、
基本構造部が、所定箇所に接続された重錘体を更に有するようにしたものである。
(57) A fifty-seventh aspect of the present invention provides the power generating element according to the above-described fifty-third to fifty-sixth aspects,
The basic structure further includes a weight connected to a predetermined portion.

(58) 本発明の第58の態様は、上述した第53〜第57の態様に係る発電素子において、
電荷発生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を更に設けるようにしたものである。
(58) A fifty-eighth aspect of the present invention provides the power generating element according to the fifty-third to fifty-seventh aspects,
A power generating circuit for rectifying a current generated based on the electric charge generated in the electric charge generating element and extracting electric power is further provided.

本発明に係る発電素子によれば、Y軸正方向に伸びる第1属性の板状構造体と、Y軸負方向に伸びる第2属性の板状構造体とが、異属間接続体を介して接続された構造になるため、同一軸に沿って共振周波数の異なる複数の共振系が混在する構造を実現することができる。このため、従来例に比べて、発電可能な周波数帯域を広げることができ、様々な利用環境において効率的な発電を行うことができるようになる。   According to the power generating element of the present invention, the plate-like structure of the first attribute extending in the positive direction of the Y-axis and the plate-like structure of the second attribute extending in the negative direction of the Y-axis are connected to each other via the connector between heterogeneous elements. Therefore, a structure in which a plurality of resonance systems having different resonance frequencies are mixed along the same axis can be realized. For this reason, the frequency band in which power can be generated can be expanded as compared with the conventional example, and efficient power generation can be performed in various use environments.

また、別なアプローチとして、本発明では、板状構造体および中間接続体の集合体によって台座を根とする樹状構造が形成された発電素子を構成することもできる。この場合、台座からこの樹状構造の末端に至る経路を辿ったときに、当該経路に、途中で複数の経路に分岐する分岐部、もしくは、途中で複数の経路が合流する合流部が含まれているようにすれば、やはり、発電可能な周波数帯域を広げることができ、様々な利用環境において効率的な発電を行うことができるようになる。   Further, as another approach, in the present invention, a power generating element in which a tree-like structure having a pedestal as a root formed by an aggregate of a plate-like structure and an intermediate connector can be formed. In this case, when the path from the pedestal to the end of the tree-like structure is traced, the path includes a branch portion that branches into a plurality of paths on the way or a junction where the paths merge on the way. By doing so, the frequency band in which power can be generated can be expanded, and power can be efficiently generated in various usage environments.

図1は、従来から提案されている一般的な発電素子の基本構造部を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a basic structure of a general power generation element proposed conventionally. 図2は、図1に示す基本構造部の台座300対して、外部から様々な周波数の振動エネルギーを与えたときの、重錘体200(先端点T)の振幅Aを示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the amplitude A of the weight body 200 (tip point T) when vibration energy of various frequencies is externally applied to the pedestal 300 of the basic structure shown in FIG. 図3は、本発明の第1の実施形態に係る発電素子1000を示す斜視図(一部はブロック図)である。FIG. 3 is a perspective view (partially a block diagram) showing the power generating element 1000 according to the first embodiment of the present invention. 図4(a) は、図3に示す発電素子1000の基本構造部の上面図、図4(b) は、その側面図である。FIG. 4A is a top view of the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 3, and FIG. 4B is a side view thereof. 図5は、図3に示す発電素子1000の基本構造部をYZ平面で切断した側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 3 cut along the YZ plane. 図6は、図4(a) に示す発電素子1000の基本構造部を切断線6−6に沿って切断した側断面図である。FIG. 6 is a sectional side view of the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 4A taken along a cutting line 6-6. 図7は、図3に示す発電素子1000の基本構造部に含まれている2通りの共振系を示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram showing two types of resonance systems included in the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 図8は、一般的な板状構造体の共振モードのいくつかの例を示す模式図であり、水平線を基準位置としたときの板状構造体の変形態様が示されている。FIG. 8 is a schematic view showing some examples of resonance modes of a general plate-like structure, and shows a modification of the plate-like structure when a horizontal line is used as a reference position. 図9は、図1に示すような単一の重錘体200を有する共振系において、重錘体200の共振周波数frを調整するための具体的な方法をまとめた表である。FIG. 9 is a table summarizing a specific method for adjusting the resonance frequency fr of the weight body 200 in the resonance system having the single weight body 200 as shown in FIG. 図10は、図3に示す発電素子1000の基本構造部について、コンピュータシミュレーションを行った結果として得られた各共振系の端点T1,T3の振動の周波数特性を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the frequency characteristics of vibration at the end points T1 and T3 of each resonance system obtained as a result of performing a computer simulation on the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 図11は、図3に示す発電素子1000の全体としての発電量の周波数特性を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the frequency characteristic of the power generation amount of the power generation element 1000 shown in FIG. 3 as a whole. 図12(a) ,図12(b) は、共振周波数fr1,fr2に対して調整を行った状態の周波数特性を示すグラフである。FIGS. 12A and 12B are graphs showing frequency characteristics in a state where the resonance frequencies fr1 and fr2 are adjusted. 図13は、図3に示す発電素子1000の変形例に係る発電素子1001の基本構造部の上面図である(電荷発生素子400および発電回路500の図示は省略)。FIG. 13 is a top view of a basic structure of a power generation element 1001 according to a modified example of the power generation element 1000 shown in FIG. 3 (illustration of the charge generation element 400 and the power generation circuit 500 is omitted). 図14は、図13に示す発電素子1001の基本構造部を切断線14−14に沿って切断した正断面図である。FIG. 14 is a front sectional view of the basic structure of the power generating element 1001 shown in FIG. 13 taken along a cutting line 14-14. 図15(a) は、図3に示す発電素子1000の別な変形例に係る発電素子1002の上面図、図15(b) は、これをYZ平面で切断した側断面図である(発電回路500の図示は省略。なお、上面図のハッチングは、電荷発生素子400を構成する上部電極層E11〜E34の形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。)FIG. 15A is a top view of a power generating element 1002 according to another modified example of the power generating element 1000 shown in FIG. 3, and FIG. 15B is a side sectional view of the power generating element 1000 cut along a YZ plane. (The illustration of 500 is omitted. The hatching in the top view is for clearly showing the shape pattern of the upper electrode layers E11 to E34 constituting the charge generation element 400, and is not for showing a cross section.) 図16(a) および(b) は、図15に示す発電素子1002の各部の寸法を示す図である。FIGS. 16A and 16B are diagrams showing the dimensions of each part of the power generating element 1002 shown in FIG. 図17は、図3に示す発電素子1000の更に別な変形例に係る発電素子1003の上面図である(発電回路500の図示は省略。ハッチングは、電荷発生素子400を構成する個別上部電極層E10,E25〜E36の形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 17 is a top view of a power generating element 1003 according to still another modified example of the power generating element 1000 shown in FIG. 3 (illustration of the power generating circuit 500 is omitted. The hatching is an individual upper electrode layer constituting the charge generating element 400). The purpose is to clearly show the shape patterns of E10 and E25 to E36, and not to show the cross section.) 図18は、一般的な板状構造体20の上面に形成された電荷発生素子を構成する個別上部電極層E1〜E4の好ましい配置を示す上面図である(ハッチングは、個別上部電極層E1〜E4の形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 18 is a top view showing a preferred arrangement of the individual upper electrode layers E1 to E4 constituting the charge generating element formed on the upper surface of the general plate-shaped structure 20 (the hatching indicates the individual upper electrode layers E1 to E4). This is to clearly show the shape pattern of E4, but not to show a cross section.) 図19は、図15に示す発電素子1002に用いる発電回路500の具体的な構成を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram showing a specific configuration of the power generation circuit 500 used for the power generation element 1002 shown in FIG. 図20(a) は、図3に示す発電素子1000を装置筐体310Aに収容した形態を有する装置筐体付きの発電素子1500の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)、図20(b) は、これをYZ平面で切断した側断面図である(電荷発生素子400および発電回路500の図示は省略)。FIG. 20A is a plan cross-sectional view of a power generating element 1500 with a device housing having a configuration in which the power generating element 1000 shown in FIG. 3 is housed in the device housing 310A (parallel to the XY plane and slightly above the XY plane). 20 (b) is a side sectional view taken along the YZ plane (illustration of the charge generation element 400 and the power generation circuit 500 is omitted). 図21は、本発明の第2の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子2000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 21 is a plan cross-sectional view (a cross-sectional view cut along a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 2000 with the device housing according to the second embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図22は、本発明の第3の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子3000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 22 is a plan cross-sectional view (a cross-sectional view cut along a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 3000 with the device housing according to the third embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図23は、本発明の第4の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子4000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 23 is a plan cross-sectional view (a cross-sectional view cut along a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 4000 with the device housing according to the fourth embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図24は、本発明の第5の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子5000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 24 is a plan cross-sectional view (a cross-sectional view cut in a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 5000 with the device housing according to the fifth embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図25は、本発明の第6の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子6000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 25 is a plan cross-sectional view (a cross-sectional view cut in a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 6000 with the device housing according to the sixth embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図26は、本発明の第7の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子7000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 26 is a plan cross-sectional view (a cross-sectional view cut in a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 7000 with the device housing according to the seventh embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図27は、図26に示す第7の実施形態の変形例に係る装置筐体付きの発電素子7000Aの平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 27 is a plan cross-sectional view of a power generating element 7000A with a device housing according to a modification of the seventh embodiment shown in FIG. 26 (a cross section cut along a plane parallel to the XY plane and located slightly above the XY plane). (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and the cross section is shown.) Not shown). 図28は、図26に示す第7の実施形態の別な変形例に係る装置筐体付きの発電素子7000Bの平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 28 is a plan cross-sectional view of a power generating element 7000B with a device housing according to another modification of the seventh embodiment shown in FIG. 26 (cut along a plane parallel to the XY plane and located slightly above the XY plane). (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that some of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generation element and the joining region of the weight body, It does not show a cross section.) 図29は、図26に示す第7の実施形態の第1の負側板状構造体171の上面に形成する上部電極層のバリエーションを示す平面図である(ハッチングは、領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 29 is a plan view showing a variation of the upper electrode layer formed on the upper surface of the first negative-side plate-shaped structure 171 of the seventh embodiment shown in FIG. 26 (hatching indicates a region. And does not show a cross section.) 図30は、図26に示す第7の実施形態の第2の負側板状構造体174の上面に形成する上部電極層のバリエーションを示す平面図である(ハッチングは、領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 30 is a plan view showing a variation of the upper electrode layer formed on the upper surface of the second negative plate-shaped structure 174 of the seventh embodiment shown in FIG. 26 (the hatching indicates a region. And does not show a cross section.) 図31は、本発明の第8の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子8000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 31 is a plan cross-sectional view (a cross-sectional view cut along a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 8000 with the device housing according to the eighth embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図32(a) ,(b) ,(c) は、本発明に係る発電素子の好ましい製造プロセスの一例を示す側断面図である。32 (a), 32 (b) and 32 (c) are side sectional views showing an example of a preferred manufacturing process of the power generating element according to the present invention. 図33は、図32(c) に示す発電素子1500Bを外装パッケージ1700に収容した例を示す側断面図である。FIG. 33 is a side sectional view showing an example in which the power generation element 1500B shown in FIG. 図34は、図32に示すプロセスの変形例を示す側断面図である。FIG. 34 is a side sectional view showing a modification of the process shown in FIG. 図35は、図34に示す変形例に係るプロセスよって、図25に示す発電素子6000を製造する工程を示す上面図である(ハッチングは、各部の領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 35 is a top view showing a step of manufacturing the power generating element 6000 shown in FIG. 25 by the process according to the modification shown in FIG. 34 (hatching indicates a region of each part and shows a cross section). Not something.) 図36は、本発明の第9の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子9000の平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 36 is a plan sectional view (a sectional view cut in a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane) of the power generating element 9000 with the device housing according to the ninth embodiment of the present invention. (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and is not for showing the cross section. .). 図37は、図36に示す第9の実施形態の変形例に係る装置筐体付きの発電素子9000Aの平断面図(XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図)である(発電回路500の図示は省略。なお、一部のハッチングは、電荷発生素子を構成する上部電極層の形状パターンや重錘体の接合領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。FIG. 37 is a plan cross-sectional view of a power generating element 9000A with a device housing according to a modification of the ninth embodiment shown in FIG. 36 (a cross section cut along a plane parallel to the XY plane and located slightly above the XY plane). (The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. Note that a part of the hatching is for showing the shape pattern of the upper electrode layer constituting the charge generating element and the joining region of the weight body, and the cross section is shown.) Not shown).

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on an illustrated embodiment.

<<< §1. 従来提案されている発電素子 >>>
はじめに、説明の便宜上、板状構造体に取り付けた重錘体を振動させて発電を行うタイプの従来の発電素子の基本構造を簡単に説明しておく。図1は、従来から提案されている一般的な発電素子の基本構造部を示す斜視図である。前掲の特許文献4(WO2015/033621号公報)にも、図1に示すような基本構造をもった発電素子が開示されている。
<<<< §1. Previously proposed power generation elements >>>
First, for convenience of explanation, the basic structure of a conventional power generating element of a type that generates power by vibrating a weight attached to a plate-like structure will be briefly described. FIG. 1 is a perspective view showing a basic structure of a general power generation element proposed conventionally. Patent Document 4 (WO2015 / 033621) cited above also discloses a power generating element having a basic structure as shown in FIG.

図示のとおり、この基本構造部は、板状構造体100と、板状構造体100の先端部に取り付けられた重錘体200と、板状構造体100の根端部を固定する台座300とを有している。台座300は、何らかの振動源に取り付けられ、この振動源から供給される振動エネルギーが電気エネルギーに変換されることになる。板状構造体100は、台座300によって固定された根端部から自由端となる先端部へと伸びる長さL、幅w、厚みtの細長い板であり、重錘体200はこの板による片持ち梁構造で支持されている。しかも、板状構造体100は可撓性を有しているため、台座300に振動が加えられると、重錘体200が振動を生じる。その結果、板状構造体100には、周期的に撓みが生じることになる。   As shown in the figure, the basic structure includes a plate-shaped structure 100, a weight body 200 attached to the tip of the plate-shaped structure 100, and a pedestal 300 for fixing a root end of the plate-shaped structure 100. have. The pedestal 300 is attached to some vibration source, and the vibration energy supplied from this vibration source is converted into electric energy. The plate-like structure 100 is an elongated plate having a length L, a width w, and a thickness t extending from a root end fixed by the pedestal 300 to a free end, and the weight body 200 is a piece of this plate. It is supported by a cantilever structure. Moreover, since the plate-like structure 100 has flexibility, when vibration is applied to the pedestal 300, the weight 200 vibrates. As a result, the plate-like structure 100 is periodically bent.

図示は省略するが、板状構造体100の表面には、圧電素子などの電荷発生素子が貼り付けられており、板状構造体100の変形に基づいて電荷が発生する。したがって、この電荷発生素子に発生した電荷に基づいて生じる電流を整流して出力する発電回路を設けておけば、発生した電荷を電力として取り出すことができる。電荷を効率的に取り出すための圧電素子の配置については、前掲の特許文献4等に開示されているため、ここでは説明は省略する。   Although not shown, a charge generation element such as a piezoelectric element is attached to the surface of the plate-shaped structure 100, and charges are generated based on the deformation of the plate-shaped structure 100. Therefore, if a power generation circuit that rectifies and outputs a current generated based on the charge generated in the charge generation element is provided, the generated charge can be extracted as electric power. The arrangement of the piezoelectric element for efficiently taking out the electric charge is disclosed in the above-mentioned Patent Document 4 and the like, and thus the description thereof is omitted here.

なお、本願では、この基本構造部の構成および変形態様を説明する便宜上、図示のようなXYZ三次元直交座標系を定義する。このような座標系上では、板状構造体100は、XY平面に平行な板面(上面および下面)をもち、Y軸に沿って根端部から先端部へと伸びる細長い板ということになる。図示の例では、板状構造体100の上面の中心位置にY軸が位置している。ここでは、このY軸を基準軸と呼び、板状構造体100の原点O側を根端部と呼び、Y軸上の先端点T側を先端部と呼ぶことにする。したがって、板状構造体100は、基準軸Yに沿って根端部から先端部へと伸び、可撓性を有する板状の部材ということになり、重錘体200は、その先端部の下面に接合されていることになる。   In the present application, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system as shown in the figure is defined for the sake of convenience in describing the configuration and modification of the basic structure. On such a coordinate system, the plate-shaped structure 100 has a plate surface (upper surface and lower surface) parallel to the XY plane, and is an elongated plate extending from the root end to the tip along the Y axis. . In the illustrated example, the Y-axis is located at the center of the upper surface of the plate-shaped structure 100. Here, the Y axis is referred to as a reference axis, the origin O side of the plate-shaped structure 100 is referred to as a root end, and the tip point T side on the Y axis is referred to as a tip end. Therefore, the plate-shaped structure 100 extends from the root end to the tip along the reference axis Y, and is a flexible plate-shaped member. The weight 200 is a lower surface of the tip. Will be joined.

通常、外部の振動源から台座300に伝わる振動エネルギーには、X軸方向成分、Y軸方向成分、Z軸方向成分が含まれている。したがって、重錘体200には、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の各方向に変位させる力が加わる。ただ、重錘体200は、図示のような形状を有する板状構造体100によって支持されているため、「変位のしやすさ」は個々の方向ごとに異なる。これは、図の原点Oの位置(根端部)を固定した状態において、先端点T(先端部)に対して各座標軸方向への力Fx,Fy,Fzを作用させた場合、板状構造体100のバネ定数が各座標軸方向によって異なるためであり、一般的には、Z軸方向が最も変位しやすい方向になる。   Usually, the vibration energy transmitted from the external vibration source to the pedestal 300 includes an X-axis direction component, a Y-axis direction component, and a Z-axis direction component. Therefore, a force for displacing in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is applied to the weight body 200. However, since the weight 200 is supported by the plate-like structure 100 having a shape as shown in the figure, the “easiness of displacement” differs for each direction. This is because, in a state where the position of the origin O in the figure (root end) is fixed, when the forces Fx, Fy, Fz in the respective coordinate axis directions are applied to the tip point T (tip), the plate-like structure is formed. This is because the spring constant of the body 100 is different depending on the direction of each coordinate axis. In general, the Z-axis direction is the direction in which displacement is most easily performed.

もちろん、板状構造体100は可撓性を有しているため、Y軸方向に関する伸縮や反りにより重錘体200をY軸方向に変位させることもできるし、X軸方向への変形により重錘体200をX軸方向に変位させることもできる。ただ、ここでは、台座300に対して、Z軸方向への振動エネルギーが加えられ、重錘体200がZ軸方向に振動する場合を代表例として考えてみよう。   Of course, since the plate-shaped structure 100 has flexibility, the weight body 200 can be displaced in the Y-axis direction by expansion and contraction and warpage in the Y-axis direction, and the weight can be displaced in the X-axis direction. The weight 200 can also be displaced in the X-axis direction. However, here, a case where vibration energy in the Z-axis direction is applied to the pedestal 300 and the weight body 200 vibrates in the Z-axis direction will be considered as a representative example.

一般に、共振系は、その系に固有の共振周波数frを有しており、外部から与えられた振動の周波数fが、この共振周波数frに近い程、与えられた振動に共鳴して大きな振幅Aが生じることになる。図2は、図1に示す基本構造部の台座300対して、外部から様々な周波数の振動エネルギーを与えたときの、重錘体200(先端点T)の振幅Aを示すグラフである。横軸に周波数f、縦軸に振幅Aをとると、図示のとおり、所定の共振周波数frの位置にピーク波形Pが現れる(図では、便宜上、このピーク波形P以外の部分をフラットな直線で示すが、実際には、この部分は完全な直線になるわけではない)。   In general, a resonance system has a resonance frequency fr unique to the system, and the closer the frequency f of the vibration given from the outside to the resonance frequency fr, the more the resonance frequency f resonates with the given vibration and the larger the amplitude A Will occur. FIG. 2 is a graph showing the amplitude A of the weight body 200 (tip point T) when vibration energy of various frequencies is externally applied to the pedestal 300 of the basic structure shown in FIG. When the frequency f is plotted on the horizontal axis and the amplitude A is plotted on the vertical axis, a peak waveform P appears at a position of a predetermined resonance frequency fr as shown in the figure (for the sake of convenience, portions other than the peak waveform P are represented by flat straight lines). Although shown, in practice this is not a perfect straight line).

もちろん、板状構造体100のバネ定数は、座標軸方向ごとに異なるため、重錘体200の共振周波数frの値も、座標軸方向ごとに異なる。図2のグラフは、重錘体200が特定の座標軸方向(ここでは、Z軸方向)に振動する場合を示すものであり、共振周波数frは、当該座標軸方向に関する振動についての共振周波数を示している。また、後述するように、板状構造体100には、その節点の数に応じて複数の共振モードが存在し、個々の共振モードごとにそれぞれ共振周波数が異なる。そこで、ここでは、1次共振モードで振動している場合を考えることにする。   Of course, since the spring constant of the plate-shaped structure 100 differs for each coordinate axis direction, the value of the resonance frequency fr of the weight 200 also differs for each coordinate axis direction. The graph of FIG. 2 shows a case where the weight body 200 vibrates in a specific coordinate axis direction (here, the Z axis direction), and the resonance frequency fr indicates a resonance frequency for vibration in the coordinate axis direction. I have. Further, as described later, the plate-shaped structure 100 has a plurality of resonance modes according to the number of nodes, and the resonance frequency differs for each resonance mode. Therefore, here, a case where the vibration is performed in the primary resonance mode will be considered.

結局、図1に示す基本構造部を1つの共振系として把握した場合、重錘体200をZ軸方向に1次共振モードで効率良く振動させるには、台座300を共振周波数frで振動させればよい。別言すれば、この発電素子に効率的な発電をさせるためには、外部から共振周波数frの振動エネルギーを与える必要があり、与える振動エネルギーの周波数が共振周波数frから外れると、発電効率は低下する。   After all, when the basic structure shown in FIG. 1 is grasped as one resonance system, in order to efficiently vibrate the weight body 200 in the primary resonance mode in the Z-axis direction, the base 300 is vibrated at the resonance frequency fr. I just need. In other words, in order for the power generating element to efficiently generate power, it is necessary to externally apply vibration energy having a resonance frequency fr. When the frequency of the applied vibration energy deviates from the resonance frequency fr, the power generation efficiency decreases. I do.

一方、量産に適したMEMS技術を利用した発電素子には、その材料としてシリコンや金属が用いられることが多いが、このような材料を用いた共振系では、図2のグラフにおけるピーク波形Pのピーク値(Q値)は高いが、半値幅hは狭くなる傾向にある。このため、図1に例示するような従来の発電素子の場合、外部環境から与えられる振動の周波数が、共振周波数frに近い場合には効率的な発電を行うことができるが、共振周波数frから外れている場合には、その発電効率は急激に低下することになる。   On the other hand, silicon or metal is often used as a material for a power generation element using MEMS technology suitable for mass production. In a resonance system using such a material, the peak waveform P in the graph of FIG. Although the peak value (Q value) is high, the half width h tends to be narrow. For this reason, in the case of the conventional power generation element illustrated in FIG. 1, when the frequency of the vibration given from the external environment is close to the resonance frequency fr, efficient power generation can be performed. If it is off, the power generation efficiency will drop sharply.

したがって、従来から、実利用環境において外部から与えられるであろう振動の周波数を想定し、この想定周波数に共振周波数を一致させるような設計が行われている。しかしながら、既に問題点として指摘したとおり、実際の利用環境では、様々な周波数をもった振動が混在しており、単一の周波数をもった振動が加わるわけではない。このため、想定外の周波数を含んだ振動が加えられるケースも少なくない。また、シリコンや金属からなる構造部分の共振周波数は、外部応力や温度によっても変動するため、設計時の想定どおりの周波数をもった振動が与えられたとしても、必ずしも効率的な発電が行われるとは限らない。   Therefore, conventionally, a design has been made in which the frequency of vibration that would be given from the outside in an actual use environment is assumed, and the resonance frequency matches the assumed frequency. However, as already pointed out as a problem, in an actual use environment, vibrations having various frequencies are mixed, and vibrations having a single frequency are not added. For this reason, there are many cases where vibration including an unexpected frequency is applied. In addition, since the resonance frequency of the structural portion made of silicon or metal also fluctuates due to external stress and temperature, even if vibration having the frequency expected at the time of design is given, efficient power generation is always performed. Not necessarily.

このように、図1に例示するような従来の発電素子には、発電可能な周波数帯域が狭く、実利用環境によっては、必ずしも十分効率的な発電を行うことができないという問題がある。本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、発電可能な周波数帯域を広げ、様々な利用環境において効率的な発電を行うことが可能な発電素子を提供することを目的とする。   As described above, the conventional power generating element illustrated in FIG. 1 has a problem that the frequency band in which power can be generated is narrow, and power generation cannot always be performed sufficiently efficiently depending on the actual use environment. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power generating element capable of expanding a frequency band in which power can be generated and performing efficient power generation in various use environments. And

<<< §2. 第1の実施形態の構成 >>>
ここでは、本発明の第1の実施形態の構成を説明する。図3は、この第1の実施形態に係る発電素子1000を示す斜視図(一部はブロック図)である。図示のとおり、この発電素子1000は、主基板110、重錘体群210、台座310、電荷発生素子400、発電回路500を備えている。ここでは、主基板110、重錘体群210、台座310によって構成される物理的な構成部分を基本構造部と呼ぶことにする。図3では、この基本構造部が斜視図として示されており、電荷発生素子400および発電回路500はブロック図として示されている。この発電素子1000の特徴は、斜視図として示す基本構造部の固有の構造にある。以下、この固有の構造についての説明を行う。
<<<< §2. Configuration of First Embodiment >>>
Here, the configuration of the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a perspective view (partially a block diagram) showing the power generating element 1000 according to the first embodiment. As shown, the power generation element 1000 includes a main substrate 110, a weight group 210, a pedestal 310, a charge generation element 400, and a power generation circuit 500. Here, the physical components configured by the main substrate 110, the weight body group 210, and the pedestal 310 will be referred to as basic structural portions. In FIG. 3, the basic structure is shown as a perspective view, and the charge generating element 400 and the power generation circuit 500 are shown as a block diagram. The feature of the power generating element 1000 is the unique structure of the basic structure shown as a perspective view. Hereinafter, this unique structure will be described.

ここでも、§1と同様に、図示のようなXYZ三次元直交座標系を定義し、Y軸を基準軸と呼ぶことにする。この発電素子1000においても、図1に示す従来の発電素子と同様に、板状構造体による片持ち梁によって重錘体を支持する構造が採用されており、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が行われる。   Here, as in §1, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system as shown is defined, and the Y axis is referred to as a reference axis. This power generating element 1000 also employs a structure in which the weight body is supported by a cantilever made of a plate-like structure, as in the conventional power generating element shown in FIG. 1, and converts vibration energy into electric energy. Generates power.

主基板110は、平面形状がE字状をした板状の構造体であり、図示のとおり、中央板状構造体111、異属間接続体112、負側板状構造体113、正側板状構造体114の4つの部分によって構成される。異属間接続体112は、後述するように、異なる属性をもつ板状構造体を相互に接続する役割を果たす。負側板状構造体113は、X座標値が負の領域に配置された構成要素であり、正側板状構造体114は、X座標値が正の領域に配置された構成要素である。   The main substrate 110 is a plate-shaped structure having an E-shape in plan view. As shown in the drawing, a central plate-shaped structure 111, a heterogeneous connector 112, a negative-side plate-shaped structure 113, and a positive-side plate-shaped structure It is constituted by four parts of the body 114. The heterogeneous connector 112 serves to connect plate-like structures having different attributes to each other as described later. The negative plate-like structure 113 is a component arranged in a region where the X coordinate value is negative, and the positive plate-like structure 114 is a component arranged in a region where the X coordinate value is positive.

なお、ここでは便宜上、主基板110を上記4つの部分に分けて説明するが、主基板110は、あくまでも一体となった1枚のE字状基板であり、上記4つの部分は、この1枚のE字状基板において、特定の役割を担う部分ということになる。主基板110は可撓性をもった部材を構成できる材質であれば、どのような材料を用いて構成してもかまわないが、実用上は、シリコンや金属によって構成するのが好ましい。   Here, for the sake of convenience, the main substrate 110 will be described by dividing it into the four parts described above. However, the main substrate 110 is a single integrated E-shaped substrate. In the E-shaped substrate described above, the portion plays a specific role. The main substrate 110 may be made of any material as long as it can form a flexible member, but is preferably made of silicon or metal in practical use.

一方、重錘体群210は、図示のとおり、3組の重錘体211,212,213によって構成され、それぞれ主基板110の下面の所定箇所に接続されている。具体的には、重錘体211は、異属間接続体112の下面に接続されており、重錘体212は、負側板状構造体113の先端部(図の左側端部)の下面に接続されており、重錘体213は、正側板状構造体114の先端部(図の左側端部)の下面に接続されている。これら各重錘体211,212,213は、振動を生じさせるのに十分な質量を有する材料であれば、どのような材料を用いて構成してもかまわないが、十分な質量を確保する上では、SUS(鉄),銅,タングステンなどの金属、あるいは、シリコン、セラミックもしくはガラス等を用いるのが好ましい。   On the other hand, the weight group 210 is constituted by three sets of weight bodies 211, 212, and 213 as shown in the figure, and each is connected to a predetermined position on the lower surface of the main substrate 110. Specifically, the weight body 211 is connected to the lower surface of the heterogeneous connecting body 112, and the weight body 212 is connected to the lower surface of the tip (left end in the drawing) of the negative plate-shaped structure 113. The weight body 213 is connected to the lower surface of the front end portion (left end portion in the figure) of the positive side plate-like structure 114. Each of the weight bodies 211, 212, and 213 may be made of any material as long as the material has a sufficient mass to generate vibration. In this case, it is preferable to use a metal such as SUS (iron), copper, or tungsten, or silicon, ceramic, glass, or the like.

そして、台座310は、中央板状構造体111の根端部(図の左側端部)を支持固定する構成要素である。後述するように、実際には、この台座310は発電素子1000の装置筐体に固定され、振動源からの振動エネルギーを中央板状構造体111に伝達する役割を果たす。図3には、直方体のブロック状をした台座310が描かれているが、台座310は、中央板状構造体111を支持固定することができるものであれば、どのような形状のものでも、どのような材料を用いて構成したものでもかまわない。   The pedestal 310 is a component that supports and fixes the root end (left end in the drawing) of the central plate-shaped structure 111. As will be described later, actually, the pedestal 310 is fixed to the device housing of the power generation element 1000 and plays a role of transmitting vibration energy from a vibration source to the central plate-shaped structure 111. FIG. 3 illustrates a pedestal 310 having a rectangular parallelepiped block shape. The pedestal 310 may have any shape as long as it can support and fix the central plate-shaped structure 111. Any material may be used.

異属間接続体112およびその下面に接続された重錘体211は、Y軸に沿って伸びる中央板状構造体111によって、台座310に対して片持ち梁構造で支持されている。中央板状構造体111は、可撓性を有しているため、外力が作用すると撓みを生じ、原点Oに対して端点T1は変位する。したがって、台座310に対して振動エネルギーが加えられると、中央板状構造体111は周期的な撓みを生じ、重錘体211は振動する。後述するように、このような振動は、第1の共振系Iの振動になる。   The heterogeneous connecting body 112 and the weight body 211 connected to the lower surface thereof are supported in a cantilever structure with respect to the pedestal 310 by a central plate-like structure 111 extending along the Y axis. Since the central plate-shaped structure 111 has flexibility, it bends when an external force acts, and the end point T1 is displaced with respect to the origin O. Therefore, when vibration energy is applied to the pedestal 310, the central plate-like structure 111 periodically bends, and the weight 211 vibrates. As will be described later, such vibration becomes the vibration of the first resonance system I.

一方、重錘体212は、Y軸に平行な方向に伸びる負側板状構造体113によって、異属間接続体112に対して片持ち梁構造で支持されている。負側板状構造体113のうち、少なくとも重錘体212が接続されていない部分は可撓性を有しているため、外力が作用すると撓みを生じ、端点T2に対して端点T3は変位する(この例の場合、重錘体212が接続されている部分には、有意な撓みは生じない)。したがって、異属間接続体112に対して振動エネルギーが加えられると、負側板状構造体113は周期的な撓みを生じ、重錘体212は振動する。後述するように、このような振動は、第2の共振系IIの振動になる。   On the other hand, the weight body 212 is supported in a cantilever structure with respect to the heterogeneous connecting body 112 by the negative side plate-like structure 113 extending in a direction parallel to the Y axis. Since at least a portion of the negative-side plate-like structure 113 to which the weight body 212 is not connected has flexibility, when an external force acts, the end-point T3 is displaced relative to the end-point T2 ( In the case of this example, no significant bending occurs at the portion where the weight body 212 is connected). Therefore, when vibration energy is applied to the heterogeneous connection body 112, the negative plate-like structure 113 periodically bends, and the weight body 212 vibrates. As will be described later, such vibration becomes the vibration of the second resonance system II.

同様に、重錘体213は、Y軸に平行な方向に伸びる正側板状構造体114によって、異属間接続体112に対して片持ち梁構造で支持されている。正側板状構造体114のうち、少なくとも重錘体213が接続されていない部分は可撓性を有しているため、外力が作用すると撓みを生じ、端点T4に対して端点T5は変位する(この例の場合、重錘体213が接続されている部分には、有意な撓みは生じない)。したがって、異属間接続体112に対して振動エネルギーが加えられると、正側板状構造体114は周期的な撓みを生じ、重錘体213は振動する。この振動は、やはり第2の共振系IIの振動になる。   Similarly, the weight body 213 is supported by the positive-side plate-shaped structure 114 extending in a direction parallel to the Y-axis in a cantilever structure with respect to the heterogeneous connector 112. Since at least a portion of the positive-side plate-shaped structure 114 to which the weight body 213 is not connected has flexibility, when an external force acts, the end-point T5 is displaced with respect to the end-point T4 ( In the case of this example, no significant bending occurs at the portion where the weight body 213 is connected). Therefore, when vibration energy is applied to the heterogeneous connector 112, the positive-side plate-like structure 114 periodically bends, and the weight 213 vibrates. This vibration is also the vibration of the second resonance system II.

このように、第1の共振系Iの基点となる原点Oは台座310に固定されているため、第1の共振系Iの振動端T1は、原点Oを基準にして振動することになる。これに対して、第2の共振系IIの基点となる端点T2,T4は、端点T1の振動に応じて振動することになり、第2の共振系IIの振動端T3,T5は、振動中の端点T2,T4を基準にして振動することになる。別言すれば、この基本構造部は、第1の共振系Iと第2の共振系IIとを入れ子状にした複雑な合成振動系を構成していることになる。後述するように、このような複雑な合成振動系を構成することにより、発電可能な周波数帯域を広げるという本発明の目的が達成されることになる。   Thus, since the origin O, which is the base point of the first resonance system I, is fixed to the pedestal 310, the vibration end T1 of the first resonance system I vibrates based on the origin O. On the other hand, the end points T2 and T4, which are the base points of the second resonance system II, vibrate according to the vibration of the end point T1, and the vibration ends T3 and T5 of the second resonance system II are vibrating. Vibrates with reference to the end points T2 and T4 of. In other words, this basic structure constitutes a complex composite vibration system in which the first resonance system I and the second resonance system II are nested. As will be described later, the object of the present invention to widen the frequency band in which power can be generated is achieved by configuring such a complex synthetic vibration system.

図3にブロック図として描かれている電荷発生素子400は、これら板状構造体111,113,114の変形に基づいて電荷を発生させる構成要素(たとえば、圧電素子)であり、ブロック図として描かれている発電回路500は、電荷発生素子400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構成要素である。この電荷発生素子400および発電回路500の構成や動作については、§5で説明する。   The charge generation element 400 illustrated as a block diagram in FIG. 3 is a component (for example, a piezoelectric element) that generates an electric charge based on the deformation of the plate-like structures 111, 113, and 114, and is illustrated as a block diagram. The power generation circuit 500 is a component that rectifies a current generated based on the charge generated in the charge generation element 400 and extracts power. The configuration and operation of the charge generation element 400 and the power generation circuit 500 will be described in §5.

図4(a) は、図3に示す発電素子1000の基本構造部の上面図、図4(b) は、その側面図である。本願では、図示のとおり、XY平面を水平面にとったXYZ三次元直交座標系を定義し、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義する。上述したように、基本構造部は、主基板110、重錘体群210、台座310によって構成される。ここで、主基板110は、図示のとおり、Y軸上に配置された中央板状構造体111と、負側空間に配置された負側板状構造体113と、正側空間に配置された正側板状構造体114と、異属間接続体112と、を有するE字状の基板である。   FIG. 4A is a top view of the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 3, and FIG. 4B is a side view thereof. In the present application, as shown in the drawing, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system in which an XY plane is taken as a horizontal plane is defined, and a space having a positive X coordinate value is defined as a positive space and a negative X coordinate among spaces partitioned by the YZ plane. A space having a value is defined as a negative space. As described above, the basic structure includes the main substrate 110, the weight body group 210, and the pedestal 310. Here, as shown, the main substrate 110 includes a central plate-shaped structure 111 disposed on the Y axis, a negative-side plate-shaped structure 113 disposed in the negative-side space, and a positive plate-shaped structure 113 disposed in the positive-side space. It is an E-shaped substrate having a side plate-like structure 114 and a heterogeneous connector 112.

異属間接続体112は、X軸方向に伸びた板状の構成要素であり、中央板状構造体111と負側板状構造体113とを接続する機能と、中央板状構造体111と正側板状構造体114とを接続する機能を有している。3組の板状構造体111,113,114は、いずれもY軸方向に伸びた板状の構成要素であり、異属間接続体112に接続されている。
ただ、台座310に接続されているのは、中央板状構造体111の左端部のみである。
The heterogeneous connector 112 is a plate-like component extending in the X-axis direction, and has a function of connecting the central plate-like structure 111 and the negative-side plate-like structure 113 and a function of connecting the central plate-like structure 111 to the positive plate-like structure. It has a function of connecting to the side plate-like structure 114. Each of the three sets of plate-like structures 111, 113, and 114 is a plate-like component extending in the Y-axis direction, and is connected to the heterogeneous connector 112.
However, only the left end of the central plate-shaped structure 111 is connected to the pedestal 310.

本願では、各板状構造体の両端部分のうち、台座310への接続経路上において、台座310に近い方を根端部と呼び、台座310から遠い方を先端部と呼ぶことにする。たとえば、中央板状構造体111の場合、図の左の方が右よりも台座310に近いため、左端側が根端部、右端側が先端部ということになる。これに対して、負側板状構造体113および正側板状構造体114の場合は、空間的な位置関係に着目すると、図の左の方が右よりも台座310に近い。しかしながら、台座310への接続経路を考えると、端点T3は、T3−T2−T1−Oという経路で台座310に接続されており、端点T5は、T5−T4−T1−Oという経路で台座310に接続されている。したがって、当該接続経路上においては、図の右の方が左よりも台座310に近いため、右端側が根端部、左端側が先端部ということになる。   In the present application, of the two end portions of each plate-shaped structure, a portion closer to the pedestal 310 on the connection path to the pedestal 310 is referred to as a root end portion, and a portion farther from the pedestal 310 is referred to as a tip portion. For example, in the case of the central plate-shaped structure 111, the left side of the figure is closer to the pedestal 310 than the right side, so the left end side is the root end and the right end is the tip end. On the other hand, in the case of the negative plate-shaped structure 113 and the positive plate-shaped structure 114, the left side of the figure is closer to the pedestal 310 than the right side, focusing on the spatial positional relationship. However, considering the connection path to the pedestal 310, the end point T3 is connected to the pedestal 310 through a path of T3-T2-T1-O, and the end point T5 is connected to the pedestal 310 through a path of T5-T4-T1-O. It is connected to the. Therefore, on the connection path, the right side of the figure is closer to the pedestal 310 than the left side, so that the right end is the root end and the left end is the tip end.

そして、ここでは、説明の便宜上、各板状構造体に対して、2つの属性のいずれかを与えることにする。第1属性は、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている板状構造体に対して与えられる属性であり、図示の例の場合、中央板状構造体111が第1属性の板状構造体ということになる。これに対して、第2属性は、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている板状構造体に対して与えられる属性であり、図示の例の場合、負側板状構造体113および正側板状構造体114が第2属性の板状構造体ということになる。   Here, for convenience of description, one of two attributes is given to each plate-like structure. The first attribute is an attribute given to a plate-like structure extending in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis. In this case, the central plate-shaped structure 111 is a plate-shaped structure having the first attribute. On the other hand, the second attribute is an attribute given to a plate-like structure extending in a direction parallel to the Y-axis so that the direction from the root end toward the tip is the Y-axis negative direction. In the illustrated example, the negative plate-shaped structure 113 and the positive plate-shaped structure 114 are plate-shaped structures having the second attribute.

要するに、図4(a) に示す実施例の場合、第1属性をもつ中央板状構造体111は、YZ平面上に配置されており、根端部が台座310に接続されており、先端部が異属間接続体112に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている。また、第2属性をもつ負側板状構造体113は、負側空間に配置されており、根端部が異属間接続体112に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びており、同じく第2属性をもつ正側板状構造体114は、正側空間に配置されており、根端部が異属間接続体112に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている。   In short, in the case of the embodiment shown in FIG. 4 (a), the central plate-like structure 111 having the first attribute is arranged on the YZ plane, the root end is connected to the pedestal 310, Are connected to the heterogeneous connector 112 and extend in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis. In addition, the negative-side plate-like structure 113 having the second attribute is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the heterogeneous connector 112, and the direction from the root end to the front end is changed. The positive-side plate-like structure 114, which extends in a direction parallel to the Y-axis so as to be in the Y-axis negative direction and also has the second attribute, is disposed in the positive-side space, and the root end portion is a heterogeneous member. It is connected to the connector 112 and extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the Y axis negative direction.

異属間接続体112は、第1属性をもつ板状構造体と第2属性をもつ板状構造体とを相互に接続する役割を果たし、文字どおり、「異なる属性をもった板状構造体を相互に接続する構成要素」である。第1属性をもつ板状構造体と第2属性をもつ板状構造体とは、根端部から先端部へ向かう方向が逆転した関係になっているため、台座310から伸びる片持ち梁構造の経路(図4(a) の例の場合、O−T1−T2−T3を経る経路や、O−T1−T4−T5を経る経路)は、異属間接続体112において折り返すことになり、異属間接続体112は折り返し点としての役割を果たすことになる。   The heterogeneous connector 112 serves to connect the plate-like structure having the first attribute and the plate-like structure having the second attribute to each other, and literally, "a plate-like structure having different attributes. Components to be interconnected ". Since the plate-like structure having the first attribute and the plate-like structure having the second attribute have a relationship in which the direction from the root end to the tip is reversed, a cantilever structure extending from the pedestal 310 is formed. The route (in the example of FIG. 4A, the route passing through O-T1-T2-T3 or the route passing through O-T1-T4-T5) is turned back at the inter-generic connector 112. The intergeneric connector 112 serves as a turning point.

主基板110の下面には、3組の重錘体211,212,213が接続されている。図4(a) では、これら重錘体の輪郭の一部が破線で描かれている。重錘体211は、異属間接続体112と同一の平面形状を有する直方体状の構造物であり、異属間接続体112の下面に接続されている。一方、重錘体212は、負側板状構造体113の先端部の下面に接続された正方形の平面形状を有する直方体状の構造物であり、重錘体213は、正側板状構造体114の先端部の下面に接続された正方形の平面形状を有する直方体状の構造物である。   Three sets of weight bodies 211, 212, and 213 are connected to the lower surface of the main substrate 110. In FIG. 4 (a), a part of the outline of the weight body is drawn by a broken line. The weight body 211 is a rectangular parallelepiped structure having the same planar shape as the heterogeneous connector 112, and is connected to the lower surface of the heterogeneous connector 112. On the other hand, the weight body 212 is a rectangular parallelepiped structure having a square planar shape connected to the lower surface of the distal end portion of the negative-side plate-like structure 113, and the weight body 213 is formed of the positive-side plate-like structure 114. It is a rectangular parallelepiped structure having a square planar shape connected to the lower surface of the tip.

これら各重錘体の構造は、図4(b) に示す側面図や、図5および図6に示す側断面図に明瞭に現れている。図4(b) は、図4(a) に示す基本構造部を図4(a) の下方側から観察した状態を示す側面図である。また、図5は、図4(a) に示す基本構造部をYZ平面で切断した側断面図であり、図6は、図4(a) に示す基本構造部を切断線6−6に沿って切断した側断面図である。これらの図からわかるように、各重錘体211,212,213の底面の位置は、台座310の底面の位置よりも若干上方に設定されている。これは、台座310の底面を装置筐体に固定したときに、装置筐体と各重錘体211,212,213の底面との間に若干の空間が維持されるようにするための配慮である。各重錘体211,212,213は、この空間を利用して装置筐体内で振動することになる。   The structure of each of these weights is clearly shown in the side view shown in FIG. 4B and the side sectional views shown in FIGS. FIG. 4 (b) is a side view showing a state where the basic structure shown in FIG. 4 (a) is observed from below in FIG. 4 (a). FIG. 5 is a side sectional view of the basic structure shown in FIG. 4A cut along the YZ plane. FIG. 6 is a sectional view of the basic structure shown in FIG. FIG. As can be seen from these figures, the position of the bottom surface of each of the weight bodies 211, 212, and 213 is set slightly above the position of the bottom surface of the pedestal 310. This is because, when the bottom surface of the pedestal 310 is fixed to the device housing, a slight space is maintained between the device housing and the bottom surfaces of the weights 211, 212, and 213. is there. Each of the weight bodies 211, 212, and 213 vibrates in the apparatus housing using this space.

<<< §3. 複数の共振系をもつ基本構造部の特徴 >>>
§2では、発電素子1000の基本構造部に、複数の共振系が含まれており、全体として、複雑な合成振動系が構成されることを簡単に説明した。ここでは、これら複数の共振系の具体的な振動態様の特徴とその共振周波数について、より詳しい説明を行うことにする。
<<<< §3. Features of basic structure with multiple resonance systems >>>
In §2, it has been simply described that the basic structure of the power generation element 1000 includes a plurality of resonance systems, and that a complex synthetic vibration system is configured as a whole. Here, the characteristics of the specific vibration modes of the plurality of resonance systems and the resonance frequencies thereof will be described in more detail.

図4(a) に示す基本構造部において、重錘体211は、中央板状構造体111による片持ち梁構造で台座310に対して支持されており、台座310から重錘体211に至る経路は、原点Oから端点T1に至る経路になる。これに対して、重錘体212は、中央板状構造体111,異属間接続体112,負側板状構造体113による片持ち梁構造で台座310に対して支持されており、台座310から重錘体212に至る経路は、O−T1−T2−T3を辿る経路になる。同様に、重錘体213は、中央板状構造体111,異属間接続体112,正側板状構造体114による片持ち梁構造で台座310に対して支持されており、台座310から重錘体213に至る経路は、O−T1−T4−T5を辿る経路になる。   In the basic structure shown in FIG. 4A, the weight body 211 is supported on the pedestal 310 in a cantilever structure by the central plate-like structure 111, and a path from the pedestal 310 to the weight body 211 is provided. Is a path from the origin O to the end point T1. On the other hand, the weight body 212 is supported on the pedestal 310 by a cantilever structure including the central plate-shaped structure 111, the heterogeneous connecting body 112, and the negative-side plate-shaped structure 113. The path to the weight body 212 is a path that follows O-T1-T2-T3. Similarly, the weight body 213 is supported on the pedestal 310 by a cantilever structure including the central plate-shaped structure 111, the heterogeneous connecting body 112, and the positive side plate-shaped structure 114. The route to the body 213 is a route that follows O-T1-T4-T5.

このように、3組の重錘体211,212,213は、いずれも片持ち梁構造で台座310に対して支持されているが、片持ち梁構造の経路が異なるため、それぞれ別個の共振系が構成されることになる。図7は、この基本構造部に含まれている2通りの共振系を示す概念図である。   As described above, the three sets of weight bodies 211, 212, and 213 are all supported by the pedestal 310 in a cantilever structure. However, since the paths of the cantilever structure are different, separate resonance systems are respectively provided. Is configured. FIG. 7 is a conceptual diagram showing two types of resonance systems included in the basic structure.

図7(a) は、第1属性をもつ中央板状構造体111の変形に起因して振動を生じる第1の共振系Iを示す。この図では、中央板状構造体111の根端部に位置する原点Oを固定した状態において、先端部に位置する端点T1が変位する様子が示されている。ここでは、この共振系を、1本の線からなる可撓性をもった板状構造体111と、端点T1に位置する質点mと、によって構成される単純なモデルとして考える。図の実線は、静止状態の系を示し、破線は振動状態の系を示す。振動状態では、板状構造体111が破線で示すように変形し、端点T1は、静止状態の位置T1(0)から、上方位置T1(+)まで変位したり、下方位置T1(−)まで変位したりする動作を繰り返す。   FIG. 7A shows a first resonance system I that generates vibration due to deformation of the central plate-shaped structure 111 having the first attribute. This figure shows a state in which the end point T1 located at the distal end is displaced while the origin O located at the root end of the central plate-shaped structure 111 is fixed. Here, this resonance system is considered as a simple model constituted by a flexible plate-like structure 111 composed of one line and a mass point m located at an end point T1. The solid line in the figure shows the system in a stationary state, and the broken line shows the system in a vibrating state. In the vibrating state, the plate-like structure 111 is deformed as shown by a broken line, and the end point T1 is displaced from the position T1 (0) in the stationary state to the upper position T1 (+) or from the lower position T1 (-). Repeat the displacement.

図4(a) に示すように、端点T1には、異属間接続体112、負側板状構造体113、正側板状構造体114、重錘体211,212,213の合計荷重が加わることになり、中央板状構造体111は、これらの荷重を支持する役割を果たしている。したがって、図7(a) のモデルにおける質点mは、構成要素211,212,213,112,113,114の全体の質量をもつ点ということになる。   As shown in FIG. 4A, the total load of the heterogeneous connector 112, the negative plate-like structure 113, the positive plate-like structure 114, and the weights 211, 212, and 213 is applied to the end point T1. And the central plate-like structure 111 plays a role of supporting these loads. Therefore, the mass point m in the model of FIG. 7A is a point having the entire mass of the constituent elements 211, 212, 213, 112, 113, 114.

図1に示す従来の発電素子の基本構造部は、図7(a) に示す共振系Iについて、板状構造体111を板状構造体100によって具現化し、質点mを重錘体200によって具現化したものに相当する。このような共振系は、図2のグラフに示すような周波数特性を有しており、その振幅Aは、所定の共振周波数frの位置にピーク波形Pを有している。図7(a) に示す共振系Iの場合、その共振周波数fr1の値は、板状構造体111のバネ定数と質点mの質量(構成要素211,212,213,112,113,114の全体の質量)によって定まるので、これらの値を調整することにより、共振周波数fr1の値を調整することが可能である。   In the basic structure of the conventional power generating element shown in FIG. 1, the plate-like structure 111 is embodied by the plate-like structure 100 and the mass point m is embodied by the weight 200 in the resonance system I shown in FIG. Equivalent to Such a resonance system has frequency characteristics as shown in the graph of FIG. 2, and its amplitude A has a peak waveform P at a position of a predetermined resonance frequency fr. In the case of the resonance system I shown in FIG. 7A, the value of the resonance frequency fr1 is determined by the spring constant of the plate-like structure 111 and the mass of the mass m (the entire components 211, 212, 213, 112, 113, 114). Of the resonance frequency fr1 can be adjusted by adjusting these values.

一方、図7(b) は、第2属性をもつ負側板状構造体113の変形に起因して振動を生じる第2の共振系IIを示す(正側板状構造体114の変形に起因して振動を生じる共振系も同じである)。この図では、負側板状構造体113の根端部に位置する端点T2を固定した状態において、先端部に位置する端点T3が変位する様子が示されている。ここでも、この共振系を、1本の線からなる可撓性をもった板状構造体113と、端点T3に位置する質点mと、によって構成される単純なモデルとして考える。やはり実線は、静止状態の系を示し、破線は振動状態の系を示す。振動状態では、板状構造体113が破線で示すように変形し、端点T3は、静止状態の位置T3(0)から、上方位置T3(+)まで変位したり、下方位置T3(−)まで変位したりする動作を繰り返す。   On the other hand, FIG. 7B shows a second resonance system II which generates vibration due to deformation of the negative side plate-like structure 113 having the second attribute (due to deformation of the positive side plate-like structure 114). The same applies to a resonance system that generates vibration.) This figure shows a state in which the end point T3 located at the distal end is displaced while the end point T2 located at the root end of the negative-side plate-like structure 113 is fixed. Here, too, this resonance system is considered as a simple model composed of the flexible plate-like structure 113 composed of one line and the mass point m located at the end point T3. Again, the solid line shows the system in the stationary state, and the broken line shows the system in the oscillating state. In the vibrating state, the plate-like structure 113 is deformed as shown by a broken line, and the end point T3 is displaced from the position T3 (0) in the stationary state to the upper position T3 (+) or from the lower position T3 (-). Repeat the displacement.

図4(a) に示すように、端点T3には、重錘体212の荷重が加わることになり、負側板状構造体113は、当該荷重を支持する役割を果たす。したがって、図7(b) のモデルにおける質点mは、重錘体212の質量をもつ点ということになる。この図7(b) に示す共振系IIの場合、その共振周波数fr2の値は、板状構造体113のバネ定数と質点mの質量(重錘体212の質量)によって定まるので、これらの値を調整することにより、共振周波数fr2の値を調整することが可能である。   As shown in FIG. 4A, a load of the weight body 212 is applied to the end point T3, and the negative plate-like structure 113 plays a role of supporting the load. Therefore, the mass point m in the model of FIG. 7B is a point having the mass of the weight body 212. In the case of the resonance system II shown in FIG. 7B, the value of the resonance frequency fr2 is determined by the spring constant of the plate-like structure 113 and the mass of the mass point m (the mass of the weight body 212). Can be adjusted to adjust the value of the resonance frequency fr2.

もっとも、図4に示す基本構造部の場合、図7(b) のモデルにおいて固定点として示されている端点T2は、図7(a) のモデルにおいて変位点として示されている端点T1に接続されている。このため、実際には、端点T2は固定点ではなく、端点T1とともに振動する点になり、第2の共振系IIは、それ全体が第1の共振系Iによって振動させられる系になる。したがって、図4に示す基本構造部は、第1の共振系Iと第2の共振系IIとを入れ子状にした複雑な合成振動系を構成している。   However, in the case of the basic structure shown in FIG. 4, the end point T2 shown as the fixed point in the model of FIG. 7B is connected to the end point T1 shown as the displacement point in the model of FIG. 7A. Have been. Therefore, in practice, the end point T2 is not a fixed point but a point that vibrates together with the end point T1, and the second resonance system II is a system that is entirely vibrated by the first resonance system I. Therefore, the basic structure shown in FIG. 4 constitutes a complicated combined vibration system in which the first resonance system I and the second resonance system II are nested.

図7(c) は、このような合成振動系を単純なモデルとして示す図であり、図7(a) に示す第1の共振系Iの端点T1の位置に、図7(b) に示す第2の共振系IIを接ぎ木した形態をとる。実際には、第2の共振系IIとしては、負側板状構造体113についての系と正側板状構造体114についての系との2組が組み込まれることになる。したがって、この合成振動系には、中央板状構造体111についての共振系I、負側板状構造体113について共振系II、正側板状構造体114について共振系IIが含まれている。ここで、2組の共振系IIは、その全体が、端点T1に接続された「共振系Iの重り」として機能するため、共振系Iは、2組の共振系IIをそっくり含んだ系ということになる。   FIG. 7 (c) is a diagram showing such a synthetic vibration system as a simple model. FIG. 7 (b) shows the position of the end point T1 of the first resonance system I shown in FIG. 7 (a). The second resonance system II is grafted. Actually, as the second resonance system II, two sets of a system for the negative plate-shaped structure 113 and a system for the positive plate-shaped structure 114 are incorporated. Therefore, this combined vibration system includes a resonance system I for the central plate-like structure 111, a resonance system II for the negative-side plate-like structure 113, and a resonance system II for the positive-side plate-like structure 114. Here, the two sets of the resonance systems II function as the "weight of the resonance system I" connected to the end point T1, so that the resonance system I includes the two sets of the resonance systems II in their entirety. Will be.

図7(c) は、端点T1が上方位置T1(+)に変位し、端点T3が所定位置T3(b)に変位した状態を示している。ここで、位置T3(b)は、図7(b) に示す端点T3の位置に応じて定まる。上述したとおり、共振系Iの共振周波数fr1は、板状構造体111のバネ定数とその質点mの質量(端点T1に加わる荷重)によって定まり、共振系IIの共振周波数fr2は、板状構造体113もしくは114のバネ定数とその質点mの質量(端点T3もしくはT5に加わる荷重)によって定まる。したがって、これらの値を調整することにより、共振周波数fr1,fr2の値を調整することができる。ただ、共振系IIは、全体が共振系Iの重りとして機能するため、共振系IIに対して施した調整は、共振系Iに対しても影響を与えることになる。   FIG. 7C shows a state where the end point T1 has been displaced to the upper position T1 (+) and the end point T3 has been displaced to the predetermined position T3 (b). Here, the position T3 (b) is determined according to the position of the end point T3 shown in FIG. 7 (b). As described above, the resonance frequency fr1 of the resonance system I is determined by the spring constant of the plate-like structure 111 and the mass of the mass point m (load applied to the end point T1), and the resonance frequency fr2 of the resonance system II is determined by the plate-like structure It is determined by the spring constant of 113 or 114 and the mass of the mass point m (load applied to the end point T3 or T5). Therefore, by adjusting these values, the values of the resonance frequencies fr1 and fr2 can be adjusted. However, since the entire resonance system II functions as a weight of the resonance system I, the adjustment performed on the resonance system II also affects the resonance system I.

なお、図7に実線もしくは破線で示す各板状構造体の変形態様は、各共振系が1次共振モードで共振している状態を示すものであるが、実際には、より高次の共振モードで振動する場合もある。   Note that the modification of each plate-like structure shown by a solid line or a broken line in FIG. 7 shows a state in which each resonance system resonates in a primary resonance mode. It may vibrate in mode.

図8は、一般的な板状構造体の共振モードのいくつかの例を示す模式図であり、水平線を基準位置としたときの板状構造体の変形態様が示されている。図の曲線が板状構造体を示しており、左端(根端部)が固定され、右端(先端部)が自由端となっている。図には、各変形状態において、板状構造体の上面に作用する応力の方向を矢印で示した。具体的には、白い矢印は上面に「長手方向に伸びる応力」が作用することを示し、黒い矢印は上面に「長手方向に縮む応力」が作用することを示している。   FIG. 8 is a schematic view showing some examples of resonance modes of a general plate-like structure, and shows a modification of the plate-like structure when a horizontal line is used as a reference position. The curve in the figure shows the plate-like structure, the left end (root end) is fixed, and the right end (tip) is a free end. In the drawing, the direction of the stress acting on the upper surface of the plate-like structure in each deformation state is indicated by an arrow. Specifically, a white arrow indicates that “stress that extends in the longitudinal direction” acts on the upper surface, and a black arrow indicates that “stress that contracts in the longitudinal direction” acts on the upper surface.

図8(a) は1次共振モードの変形態様を示しており、全体的に上方に凸となるなだらかな曲線が描かれている。このような変形状態では、板状構造体の上面にはその長手方向に伸びる応力が作用する(白い矢印参照)。なお、板状構造体の下面には、逆に、長手方向に縮む応力が作用するが、ここでは、上面の伸縮のみに着目する。   FIG. 8A shows a modified mode of the primary resonance mode, in which a gentle curve which is convex upward as a whole is drawn. In such a deformed state, a stress extending in the longitudinal direction acts on the upper surface of the plate-like structure (see white arrows). Conversely, a stress that contracts in the longitudinal direction acts on the lower surface of the plate-shaped structure, but here, only the expansion and contraction of the upper surface is focused.

一方、図8(b) は2次共振モードの変形態様を示しており、根端部近傍では下方に凸となるなだらかな曲線になるが、その先は、上方に凸となるなだらかな曲線になる。その結果、板状構造体の根端部上面には長手方向に縮む応力が作用し(黒い矢印参照)、その先の上面には長手方向に伸びる応力が作用する(白い矢印参照)。同様に、図8(c) は3次共振モードの変形態様を示しており、曲線はより複雑な形状をなし、部分的に縮む応力(黒い矢印参照)や、伸びる応力(白い矢印参照)が作用する。図示は省略するが、4次以上の共振モードでは、板状構造体の変形態様は更に複雑になる。   On the other hand, FIG. 8B shows a modified mode of the secondary resonance mode. In the vicinity of the root end, the curve becomes a gentle curve that is convex downward, but beyond that, the curve becomes a gentle curve that is convex upward. Become. As a result, a stress that contracts in the longitudinal direction acts on the upper surface of the root end portion of the plate-like structure (see black arrows), and a stress that extends in the longitudinal direction acts on the upper surface ahead (see white arrows). Similarly, FIG. 8 (c) shows a deformation mode of the tertiary resonance mode, in which the curve has a more complicated shape, and a partially shrinking stress (see black arrow) and an elongating stress (see white arrow) are shown. Works. Although illustration is omitted, the deformation mode of the plate-like structure is further complicated in the fourth or higher order resonance mode.

この図8に示す各共振モードは、図1に例示するような単純な共振系における板状構造体100についてのものであり、周波数特性のグラフ上には、共振モードの次数に応じた共振周波数のピークが現れ、一般に、共振モードの次数が高くなるほど、ピーク位置はより周波数の高い方にシフトする。   Each resonance mode shown in FIG. 8 is for the plate-like structure 100 in a simple resonance system as exemplified in FIG. 1, and a graph of frequency characteristics shows a resonance frequency according to the order of the resonance mode. In general, as the order of the resonance mode increases, the peak position shifts to a higher frequency.

もちろん、この単純な共振系における共振モードを、図7(c) に示すような合成振動系にそのまま当てはめることはできないが、いずれにしても、図3に示す各板状構造体111,113,114の変形態様は、外部環境から与えられる振動の周波数に応じて様々に変化し、各部に加わる応力の方向も変化することになる。実際には、図3に示す各板状構造体111,113,114は、いずれも複数の共振モードで振動し、共振周波数のピークが複数箇所に現れることになるが、各板状構造体の表面に生じる応力は、図8(a) に示す1次共振モードによる変形態様において最も大きくなり、この1次共振モードによる振動が発電に最も寄与する。したがって、以下、各板状構造体が1次共振モードにより振動するものとして、本発明の作用効果の説明を行う。   Of course, the resonance mode in this simple resonance system cannot be directly applied to the synthetic vibration system as shown in FIG. 7C, but in any case, each of the plate-like structures 111, 113, and 113 shown in FIG. The deformation mode of 114 changes variously according to the frequency of the vibration given from the external environment, and the direction of the stress applied to each part also changes. Actually, each of the plate-like structures 111, 113, and 114 shown in FIG. 3 vibrates in a plurality of resonance modes, and the peak of the resonance frequency appears at a plurality of positions. The stress generated on the surface is largest in the deformation mode by the primary resonance mode shown in FIG. 8A, and the vibration by the primary resonance mode contributes most to the power generation. Therefore, hereinafter, the operation and effect of the present invention will be described assuming that each plate-like structure vibrates in the primary resonance mode.

<<< §4. 共振周波数の調整 >>>
本発明の目的は、発電可能な周波数帯域を広げ、様々な利用環境において効率的な発電を行うことが可能な発電素子を提供することにある。そのため、本発明では、図3に示す実施例のように、複数の共振系を含む合成振動系として振る舞う基本構造部を採用している。上述したとおり、個々の共振系には、それぞれ固有の共振周波数frが存在し、各共振周波数frは、板状構造体のバネ定数と重りの質量によって定まる。したがって、各板状構造体のバネ定数と重りの質量を調整すれば、個々の共振系の共振周波数frを周波数軸上の所望の方向にシフトさせることができ、発電可能な周波数帯域を広げることができる。これが本発明の基本原理である。
<<<< §4. Adjustment of resonance frequency >>>>>
An object of the present invention is to provide a power generation element capable of expanding a frequency band in which power can be generated and efficiently generating power in various use environments. Therefore, in the present invention, as in the embodiment shown in FIG. 3, a basic structure which behaves as a composite vibration system including a plurality of resonance systems is employed. As described above, each resonance system has its own resonance frequency fr, and each resonance frequency fr is determined by the spring constant of the plate-like structure and the mass of the weight. Therefore, by adjusting the spring constant and the mass of the weight of each plate-like structure, the resonance frequency fr of each resonance system can be shifted in a desired direction on the frequency axis, and the frequency band in which power can be generated is expanded. Can be. This is the basic principle of the present invention.

図9は、図1に示すような単一の重錘体200を有する単純な共振系において、重錘体200の共振周波数frを調整するための具体的な方法をまとめた表である。この表に示されている具体的な調整方法は、板状構造体100の形状や材質を変える方法(板状構造体100のバネ定数を変える方法)と、重錘体200の質量を変える方法とに大別される。   FIG. 9 is a table summarizing specific methods for adjusting the resonance frequency fr of the weight body 200 in a simple resonance system having a single weight body 200 as shown in FIG. Specific adjustment methods shown in this table include a method of changing the shape and material of the plate-shaped structure 100 (a method of changing the spring constant of the plate-shaped structure 100) and a method of changing the mass of the weight 200. They are roughly divided into

前者としては、図1に示す板状構造体100について、厚みt(Z軸方向の寸法)を変える方法、幅w(X軸方向の寸法)を変える方法、長さL(Y軸方向の寸法)を変える方法、材質(ヤング率E)を変える方法が挙げられている。まず、板状構造体100の厚みtを薄くすれば、共振周波数frは低くなり、厚みtを厚くすれば、共振周波数frは高くなる。同様に、板状構造体100の幅wを狭くすれば、共振周波数frは低くなり、幅wを広くすれば、共振周波数frは高くなる。そして、板状構造体100の長さL(共振系の長さ)を長くすれば、共振周波数frは低くなり、長さLを短くすれば、共振周波数frは高くなる。最後に、板状構造体100の材質を柔らかくすれば(ヤング率Eを小さくすれば)共振周波数frは低くなり、材質を硬くすれば(ヤング率Eを大きくすれば)共振周波数frは高くなる。   As the former, for the plate-shaped structure 100 shown in FIG. 1, a method of changing the thickness t (dimension in the Z-axis direction), a method of changing the width w (dimension in the X-axis direction), and a length L (dimension in the Y-axis direction) ) And a method of changing the material (Young's modulus E). First, when the thickness t of the plate-shaped structure 100 is reduced, the resonance frequency fr decreases, and when the thickness t is increased, the resonance frequency fr increases. Similarly, if the width w of the plate-shaped structure 100 is reduced, the resonance frequency fr decreases, and if the width w is increased, the resonance frequency fr increases. The longer the length L (the length of the resonance system) of the plate-like structure 100, the lower the resonance frequency fr. The shorter the length L, the higher the resonance frequency fr. Finally, if the material of the plate-like structure 100 is made softer (the Young's modulus E is made smaller), the resonance frequency fr becomes lower, and if the material is made harder (the Young's modulus E is made larger), the resonance frequency fr becomes higher. .

一方、後者は、重錘体の質量mを変える方法であり、具体的には、サイズを変える方法と材質(比重)を変える方法とがある。いずれの場合も、質量mを大きくすると(重くすると)共振周波数frは低くなり、質量mを小さくすると(軽くすると)共振周波数frは高くなる。   On the other hand, the latter is a method of changing the mass m of the weight body, and specifically includes a method of changing the size and a method of changing the material (specific gravity). In any case, the resonance frequency fr decreases as the mass m increases (heavier), and the resonance frequency fr increases as the mass m decreases (lighter).

この図9の表に示す調整方法は、図1に示すような単一の重錘体200を有する共振系を前提としたものであるが、その基本原理は、複数の重錘体を有する図3に示す基本構造部にも適用することができる。   The adjustment method shown in the table of FIG. 9 is based on the premise that a resonance system having a single weight body 200 as shown in FIG. 1 is used. 3 can be applied to the basic structure.

板状構造体の形状や材質を変える前者の方法では、変更対象として、厚みt、幅w、長さL、材質(ヤング率E)という4つのパラメータが存在するが、もちろん、これら4つのパラメータを組み合わせて変更するようにしてもかまわない。この4つのパラメータを変えることは、共振系のバネ定数を変えることに他ならない。もちろん、共振周波数をシフトさせる方法には、重錘体の質量mを変える方法もあるので、板状構造体の形状や材質を変える前者の方法と、重錘体の質量mを変える後者の方法と、を組み合わせて利用することもできる。   In the former method of changing the shape and material of the plate-like structure, there are four parameters to be changed, namely, a thickness t, a width w, a length L, and a material (Young's modulus E). Of course, these four parameters are used. May be changed in combination. Changing these four parameters is nothing but changing the spring constant of the resonance system. Of course, as a method of shifting the resonance frequency, there is also a method of changing the mass m of the weight body. Therefore, the former method of changing the shape and the material of the plate-like structure and the latter method of changing the mass m of the weight body. And can also be used in combination.

続いて、図3に示す発電素子1000の全体の発電量に関する周波数特性について説明する。図10は、図3に示す発電素子1000の基本構造部について、コンピュータシミュレーションを行った結果として得られた各共振系の振動点となる端点T1,T3の振動の周波数特性を示すグラフである。グラフの横軸は、この発電素子1000に外部から与える振動(この例では、Z軸方向の振動)の周波数fを示し、グラフの縦軸は、当該外部振動に基づいて励振する端点T1もしくは端点T3の振幅Aを示している。   Subsequently, a frequency characteristic of the entire power generation amount of the power generation element 1000 shown in FIG. 3 will be described. FIG. 10 is a graph showing frequency characteristics of vibrations at the end points T1 and T3, which are vibration points of each resonance system, obtained as a result of performing a computer simulation on the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. The horizontal axis of the graph indicates the frequency f of the vibration (vibration in the Z-axis direction in this example) externally applied to the power generating element 1000, and the vertical axis of the graph indicates the end point T1 or the end point excited based on the external vibration. The amplitude A of T3 is shown.

具体的には、図10(a) は、第1の共振系Iの振動点となる端点T1についての振幅Aを示す周波数特性であり、周波数値fr1の位置に大きなピーク波形P11が現れており、周波数値fr2の位置に小さなピーク波形P12が現れている。一方、図10(b) は、第2の共振系IIの振動点となる端点T3についての振幅Aを示す周波数特性であり、周波数値fr2の位置に大きなピーク波形P22が現れており、周波数値fr1の位置に小さなピーク波形P21が現れている。   Specifically, FIG. 10A is a frequency characteristic showing an amplitude A at an end point T1 which is a vibration point of the first resonance system I, and a large peak waveform P11 appears at the position of the frequency value fr1. , A small peak waveform P12 appears at the position of the frequency value fr2. On the other hand, FIG. 10B is a frequency characteristic showing an amplitude A at an end point T3 which is a vibration point of the second resonance system II. A large peak waveform P22 appears at the position of the frequency value fr2. A small peak waveform P21 appears at the position of fr1.

ここで、周波数値fr1は、第1の共振系Iに固有の1次共振モードでの共振周波数であり、周波数値fr2は、第2の共振系IIに固有の1次共振モードでの共振周波数である。図3の基本構造部において、各板状構造体111,113,114は、厚みtは同一であるが、幅wおよび長さLは若干相違する。具体的には、図4(a) に示すとおり、第1の共振系Iを構成する板状構造体111は、第2の共振系IIを構成する板状構造体113,114に比べて、幅wは狭く、長さLは長い。したがって、図9の表を参照すると、第1の共振系Iを構成する板状構造体111の方が、第2の共振系IIを構成する板状構造体113,114よりもバネ定数kが小さくなり、板状構造体のバネ定数の比較に関する限り、第1の共振系Iの共振周波数fr1の方が、第2の共振系IIの共振周波数fr2よりも低くなる。   Here, the frequency value fr1 is a resonance frequency in the primary resonance mode unique to the first resonance system I, and the frequency value fr2 is a resonance frequency in the primary resonance mode unique to the second resonance system II. It is. In the basic structure shown in FIG. 3, the plate-like structures 111, 113, and 114 have the same thickness t, but have slightly different widths w and lengths L. More specifically, as shown in FIG. 4A, the plate-like structure 111 constituting the first resonance system I has a larger size than the plate-like structures 113 and 114 constituting the second resonance system II. The width w is small and the length L is long. Therefore, referring to the table of FIG. 9, the plate-like structure 111 constituting the first resonance system I has a spring constant k that is greater than that of the plate-like structures 113 and 114 constituting the second resonance system II. As a result, the resonance frequency fr1 of the first resonance system I is lower than the resonance frequency fr2 of the second resonance system II as far as the comparison of the spring constants of the plate-like structures is concerned.

一方、第1の共振系Iの重りの質量mは、図7(a) に示すとおり、構成要素211,212,213,112,113,114の全体の質量になる。これに対して、第2の共振系IIの重りの質量mは、図7(b) に示すとおり、重錘体212の質量になる。したがって、第1の共振系Iの重りの方が、第2の共振系IIの重りよりも重くなるので、図9の表を参照すると、重りの重さに関しても、やはり第1の共振系Iの共振周波数fr1の方が、第2の共振系IIの共振周波数fr2よりも低くなる。   On the other hand, the mass m of the weight of the first resonance system I is the total mass of the components 211, 212, 213, 112, 113, and 114 as shown in FIG. On the other hand, the mass m of the weight of the second resonance system II is the mass of the weight body 212 as shown in FIG. Therefore, the weight of the first resonance system I is heavier than the weight of the second resonance system II. Referring to the table of FIG. 9, the weight of the first resonance system I is also higher. Is lower than the resonance frequency fr2 of the second resonance system II.

結局、図3の基本構造部の場合、共振周波数fr1の方が、共振周波数fr2よりも低くなる。図10(a) ,(b) に示すグラフは、このような理論的な解析結果に合致する周波数特性を示している。   As a result, in the case of the basic structure shown in FIG. 3, the resonance frequency fr1 is lower than the resonance frequency fr2. The graphs shown in FIGS. 10A and 10B show frequency characteristics that match such a theoretical analysis result.

したがって、図3に示す台座310に対して外部から振動を与え、この外部振動の周波数fを低い方から徐々に上げてゆくと、次のような現象が見られることになる。まず、与える外部振動の周波数fが共振周波数fr1に達したときに、図10(a) のピーク波形P11に示すとおり、端点T1の振幅Aが急激に増大する。これは、端点T1の振動に関与する第1の共振系Iがその固有の共振周波数fr1に達したためである。このとき、第2の共振系IIについては、まだ固有の共振周波数fr2に達していないため、本来であれば、端点T3の振幅Aは極めて小さくなるはずである。   Therefore, when the vibration is externally applied to the pedestal 310 shown in FIG. 3 and the frequency f of the external vibration is gradually increased from the lower side, the following phenomenon is observed. First, when the frequency f of the applied external vibration reaches the resonance frequency fr1, the amplitude A of the end point T1 sharply increases as shown in the peak waveform P11 of FIG. This is because the first resonance system I involved in the vibration of the end point T1 has reached its unique resonance frequency fr1. At this time, since the second resonance system II has not yet reached the specific resonance frequency fr2, the amplitude A of the end point T3 should be extremely small.

しかしながら、実際には、第1の共振系Iと第2の共振系IIとは、図7(c) に示すような入れ子状をなしており、両者は物理的にも接続されているため、振動に関して相互に影響を及ぼすことになる。すなわち、外部振動の周波数fが共振周波数fr1に達し、端点T1の振幅Aがピーク波形P11に示すように急増すると、その影響を受け、端点T3の振幅Aも増加する。図10(b) に示す小さなピーク波形P21は、このような影響を受けて発生したピーク波形である。要するに、端点T1の共振周波数fr1に相当する周波数をもった外部振動が与えられると、端点T1の振幅が急増するだけでなく、その影響で、端点T3の振幅も増加する現象が生じる。   However, actually, the first resonance system I and the second resonance system II are nested as shown in FIG. 7 (c), and both are physically connected. It will have a mutual effect on the vibration. In other words, when the frequency f of the external vibration reaches the resonance frequency fr1 and the amplitude A of the end point T1 sharply increases as shown in the peak waveform P11, the amplitude A of the end point T3 increases due to the influence. The small peak waveform P21 shown in FIG. 10B is a peak waveform generated under such influence. In short, when an external vibration having a frequency corresponding to the resonance frequency fr1 of the end point T1 is given, not only does the amplitude of the end point T1 suddenly increase, but also the phenomenon that the amplitude of the end point T3 increases due to the influence.

続いて、外部振動の周波数fが共振周波数fr2に達した場合を考えると、図10(b) のピーク波形P22に示すとおり、端点T3の振幅Aが急激に増大する。これは、端点T3の振動に関与する第2の共振系IIがその固有の共振周波数fr2に達したためである。
このとき、その影響を受け、端点T1の振幅Aも増加する。図10(a) に示す小さなピーク波形P12は、このような影響を受けて発生したピーク波形である。要するに、端点T3の共振周波数fr2に相当する周波数をもった外部振動が与えられると、端点T3の振幅が急増するだけでなく、その影響で、端点T1の振幅も増加する現象が生じる。
Subsequently, considering the case where the frequency f of the external vibration reaches the resonance frequency fr2, the amplitude A of the end point T3 sharply increases as shown in the peak waveform P22 of FIG. This is because the second resonance system II involved in the vibration of the end point T3 has reached its unique resonance frequency fr2.
At this time, under the influence, the amplitude A of the end point T1 also increases. The small peak waveform P12 shown in FIG. 10A is a peak waveform generated under such influence. In short, when an external vibration having a frequency corresponding to the resonance frequency fr2 of the end point T3 is given, not only does the amplitude of the end point T3 sharply increase, but also the effect that the amplitude of the end point T1 increases.

なお、図10(b) は、端点T3(負側板状構造体113の先端点)の振動の周波数特性を示すものであるが、端点T5(正側板状構造体114の先端点)の振動の周波数特性も全く同じものになる。   FIG. 10 (b) shows the frequency characteristics of the vibration at the end point T3 (the end point of the negative plate-shaped structure 113). The vibration of the end point T5 (the end point of the positive side plate-shaped structure 114) is shown. The frequency characteristics are also exactly the same.

結局、図3に示す発電素子1000の台座310に対して、共振周波数fr1をもつ外部振動が加えられたときには、重錘体211には図10(a) のピーク波形P11に示すような振幅Aをもった振動が生じ、重錘体212,213には図10(b) のピーク波形P21に示すような振幅Aをもった振動が生じることになる。また、共振周波数fr2をもつ外部振動が加えられたときには、重錘体211には図10(a) のピーク波形P12に示すような振幅Aをもった振動が生じ、重錘体212,213には図10(b) のピーク波形P22に示すような振幅Aをもった振動が生じることになる。   As a result, when an external vibration having the resonance frequency fr1 is applied to the pedestal 310 of the power generating element 1000 shown in FIG. 3, the weight A shown in the peak waveform P11 of FIG. Therefore, vibration having an amplitude A as shown by a peak waveform P21 in FIG. 10B is generated in the weight bodies 212 and 213. When an external vibration having the resonance frequency fr2 is applied, the weight 211 has a vibration having an amplitude A as shown by a peak waveform P12 in FIG. Causes vibration having an amplitude A as shown in the peak waveform P22 of FIG. 10 (b).

そこで、中央板状構造体111,負側板状構造体113,正側板状構造体114の変形に基づいて電荷発生素子400が発生させた電荷を発電回路500によって整流して取り出すようにすれば、発電素子1000全体としての発電量の周波数特性は、図11のグラフに示すようになる。すなわち、第1の共振系Iの共振周波数fr1の位置に発電量の第1ピーク波形P1(半値幅h1)が得られ、第2の共振系IIの共振周波数fr2の位置に発電量の第2ピーク波形P2(半値幅h2)が得られる。なお、図11では、便宜上、2つのピーク波形P1,P2の高さや幅を同一に描いているが、実際には、個々のピーク波形P1,P2の高さや幅は、図3に示す基本構造部の各部の寸法や材質などの条件によって定まることになる。   Therefore, if the charge generated by the charge generating element 400 based on the deformation of the central plate-like structure 111, the negative plate-like structure 113, and the positive plate-like structure 114 is rectified by the power generation circuit 500 and taken out, The frequency characteristic of the power generation amount of the entire power generation element 1000 is as shown in the graph of FIG. That is, a first peak waveform P1 (half width h1) of the power generation amount is obtained at the position of the resonance frequency fr1 of the first resonance system I, and the second peak of the power generation amount is obtained at the position of the resonance frequency fr2 of the second resonance system II. A peak waveform P2 (half width h2) is obtained. In FIG. 11, for convenience, the height and width of the two peak waveforms P1 and P2 are the same, but in actuality, the height and width of each of the peak waveforms P1 and P2 correspond to the basic structure shown in FIG. It is determined by conditions such as dimensions and materials of each part of the part.

この図11の縦軸に示す発電量は、あくまでも発電素子1000全体としての総発電量であるから、図11に示す第1ピーク波形P1には、第1の共振系Iを構成する中央板状構造体111の変形に基づく発電量だけでなく、第2の共振系IIを構成する負側板状構造体113および正側板状構造体114の変形に基づく発電量も含まれている。第2ピーク波形P2も同様に、各板状構造体111,113,114の変形に基づく総発電量を示すものである。   Since the power generation amount shown on the vertical axis of FIG. 11 is the total power generation amount of the entire power generation element 1000, the first peak waveform P1 shown in FIG. Not only the amount of power generation based on the deformation of the structure 111 but also the amount of power generation based on the deformation of the negative plate-like structure 113 and the positive plate-like structure 114 constituting the second resonance system II is included. Similarly, the second peak waveform P2 indicates the total power generation amount based on the deformation of each of the plate-like structures 111, 113, and 114.

図1に示す従来の発電素子の場合、図2のグラフに示す共振周波数fr近傍の周波数をもった外部振動が与えられたときにのみ効率的な発電が行われることになり、発電可能な周波数帯域は、その半値幅h程度の狭いものにならざるを得ない。これに対して、図3に示す本発明に係る発電素子1000の場合、図11のグラフに示すとおり、共振周波数fr1,fr2の位置にそれぞれピーク波形P1,P2が得られるため、これら共振周波数fr1,fr2近傍の周波数をもった外部振動が与えられたときに効率的な発電が可能になり、発電可能な周波数帯域を、図示の周波数帯域R1程度にまで広げることが可能になる。   In the case of the conventional power generating element shown in FIG. 1, efficient power generation is performed only when external vibration having a frequency near the resonance frequency fr shown in the graph of FIG. The band must be as narrow as the half width h. On the other hand, in the case of the power generating element 1000 according to the present invention shown in FIG. 3, peak waveforms P1 and P2 are obtained at the positions of the resonance frequencies fr1 and fr2, respectively, as shown in the graph of FIG. , Fr2 can be efficiently generated when an external vibration having a frequency in the vicinity of fr2 is applied, and the frequency band in which power can be generated can be extended to about the illustrated frequency band R1.

もちろん、図示の周波数帯域R1は、周波数fr1〜fr2の範囲をすべてカバーする連続した帯域ではなく、いわば「歯抜け状態」の帯域である。したがって、fr1〜fr2の範囲の周波数をもった外部振動のすべてについて効率的な発電が行われるわけではないが、図2のグラフに示す従来の発電素子の発電特性に比べれば、発電可能な周波数帯域を広げる効果が得られることになる。   Of course, the illustrated frequency band R1 is not a continuous band that covers the entire range of the frequencies fr1 to fr2, but a so-called “missing state” band. Therefore, efficient power generation is not performed for all external vibrations having a frequency in the range of fr1 to fr2. However, compared to the power generation characteristics of the conventional power generation element shown in the graph of FIG. The effect of widening the band is obtained.

前述したとおり、図3に示す発電素子1000の基本構造部では、第1属性をもつ板状構造体111と第2属性をもつ板状構造体113,114とが、異属間接続体112によって接続されており、しかも第1属性をもつ板状構造体と第2属性をもつ板状構造体とは、根端部から先端部へ向かう方向が逆転した関係になっている。このため、すべての板状構造体は、同じ基準軸Yに沿った方向に伸びているが、異属間接続体112において折り返す構造になっているため、基本構造部全体を、比較的コンパクトな空間に収容することができ、発電素子全体として小型化を図ることができる。   As described above, in the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 3, the plate-like structure 111 having the first attribute and the plate-like structures 113 and 114 having the second attribute are connected by the heterogeneous connector 112. The connected plate-like structures having the first attribute and the plate-like structures having the second attribute have a relationship in which the directions from the root end to the tip end are reversed. For this reason, all the plate-like structures extend in the direction along the same reference axis Y, but since they are folded back at the heterogeneous connector 112, the entire basic structure is relatively compact. The power generation element can be housed in a space, and the entire power generation element can be reduced in size.

しかも、上記構造により、同じ基準軸Yに沿った方向に伸びる複数の板状構造体によって、入れ子状になった合成振動系を形成することができるので、図11の周波数特性に示すように、比較的大きな発電量のピークP1,P2を複数箇所に設けることができるようになり、発電可能な周波数帯域を広げる効果が得られることになる。これが、本発明の重要な作用効果である。   Moreover, with the above structure, a nested synthetic vibration system can be formed by a plurality of plate-like structures extending in the direction along the same reference axis Y. As shown in the frequency characteristics of FIG. The peaks P1 and P2 of a relatively large power generation amount can be provided at a plurality of locations, and the effect of expanding the frequency band in which power can be generated can be obtained. This is an important operation and effect of the present invention.

その上、本発明に係る発電素子を設計する際には、複数の共振系についてのバネ定数や重りの質量を変更することにより、発電量のピークP1,P2の位置をシフトさせることが可能である。   In addition, when designing the power generating element according to the present invention, it is possible to shift the positions of the peaks P1 and P2 of the power generation amount by changing the spring constant and the mass of the weight for the plurality of resonance systems. is there.

上述したとおり、図2に示す従来装置のグラフと図11に示す本発明に係る装置のグラフとを比較すると、後者では、ピーク波形が2組に増えたため、発電可能な周波数帯域は、図示の周波数帯域R1程度にまで広がっている。したがって、この発電素子1000の実利用環境において外部から与えられるであろう振動が、図示する周波数帯域R1内の周波数成分を含んだ振動であろうと想定される場合には、図11に示す周波数特性は、非常に好ましいと言える。特に、実利用環境における外部振動の主たる周波数成分が、fr1,fr2であるような場合は、図11に示す周波数特性は、正に理想的な特性になる。   As described above, comparing the graph of the conventional apparatus shown in FIG. 2 with the graph of the apparatus according to the present invention shown in FIG. 11, in the latter, the peak waveform has increased to two sets. It extends to about frequency band R1. Therefore, when it is assumed that the vibration that would be given from the outside in the actual use environment of the power generation element 1000 would be a vibration including a frequency component in the illustrated frequency band R1, the frequency characteristic shown in FIG. Is very favorable. In particular, when the main frequency components of the external vibration in the actual use environment are fr1 and fr2, the frequency characteristics shown in FIG. 11 are exactly ideal.

しかしながら、想定される外部振動の周波数成分が、より広い範囲に分布している場合は、ピーク波形P1の共振周波数fr1(第1の共振系Iの共振周波数)をより低くなるように左側にシフトさせ、ピーク波形P2の共振周波数fr2(第2の共振系IIの共振周波数)をより高くなるように右側にシフトさせる調整を行うのが好ましい。図12(a) は、このような調整を行った結果を示すグラフである。ピーク波形P1の共振周波数fr1はfr1(−)に調整され、ピーク波形P1は左側にシフトしてピーク波形P1′となっている。また、ピーク波形P2の共振周波数fr2はfr2(+)に調整され、ピーク波形P2は右側にシフトしてピーク波形P2′となっている。   However, when the assumed frequency components of the external vibration are distributed in a wider range, the resonance frequency fr1 of the peak waveform P1 (the resonance frequency of the first resonance system I) is shifted to the left so as to be lower. It is preferable that the resonance frequency fr2 of the peak waveform P2 (the resonance frequency of the second resonance system II) is shifted to the right so as to be higher. FIG. 12A is a graph showing the result of such adjustment. The resonance frequency fr1 of the peak waveform P1 is adjusted to fr1 (-), and the peak waveform P1 shifts to the left to become a peak waveform P1 '. Further, the resonance frequency fr2 of the peak waveform P2 is adjusted to fr2 (+), and the peak waveform P2 is shifted rightward to become a peak waveform P2 '.

その結果、図12(a) のグラフの場合、全体の周波数帯域がR2に広がっている。もちろん、この周波数帯域はR2は、周波数fr1(−)〜fr2(+)の範囲をすべてカバーする連続した帯域ではなく、「歯抜け状態」の帯域であるが、周波数fr1(−)〜fr2(+)の範囲の周波数成分を含む外部振動が与えられた場合には、好ましい周波数特性を示すことになる。特に、主たる周波数成分が、fr1(−),fr2(+)であるような場合は、図12(a) に示す周波数特性は理想的な特性になる。   As a result, in the case of the graph of FIG. 12A, the entire frequency band is extended to R2. Of course, in this frequency band, R2 is not a continuous band covering the entire range of frequencies fr1 (-) to fr2 (+), but a band of "missing state", but the frequencies fr1 (-) to fr2 ( When an external vibration including a frequency component in the range of +) is given, preferable frequency characteristics are exhibited. In particular, when the main frequency components are fr1 (-) and fr2 (+), the frequency characteristics shown in FIG. 12A are ideal.

逆に、想定される外部振動の周波数成分が、より狭い範囲に分布している場合は、図11に示す周波数特性において、ピーク波形P1の共振周波数fr1をより高くなるように右側にシフトさせ、ピーク波形P2の共振周波数fr2をより低くなるように左側にシフトさせる調整を行うのが好ましい。図12(b) は、このような調整を行った結果を示すグラフである。ピーク波形P1の共振周波数fr1はfr1(+)に調整され、ピーク波形P1は右側にシフトする。また、ピーク波形P2の共振周波数fr2はfr2(−)に調整され、ピーク波形P2は左側にシフトする。その結果、2つのピーク波形は融合し、半値幅h1,h2よりも広い半値幅hhをもった融合ピーク波形PPが形成されている。   Conversely, when the frequency components of the assumed external vibration are distributed in a narrower range, the resonance frequency fr1 of the peak waveform P1 is shifted to the right so as to be higher in the frequency characteristics shown in FIG. It is preferable to make an adjustment to shift the resonance frequency fr2 of the peak waveform P2 to the left so as to be lower. FIG. 12B is a graph showing the result of such adjustment. The resonance frequency fr1 of the peak waveform P1 is adjusted to fr1 (+), and the peak waveform P1 shifts to the right. Further, the resonance frequency fr2 of the peak waveform P2 is adjusted to fr2 (-), and the peak waveform P2 shifts to the left. As a result, the two peak waveforms are fused to form a fused peak waveform PP having a half width hh wider than the half widths h1 and h2.

この図12(b) のグラフの場合、全体の周波数帯域はR3になり、図11のグラフの周波数帯域R1よりは狭くなっているが、融合ピーク波形PPが形成されているため、周波数帯域R3は、周波数fr1(+)〜fr2(−)の範囲をすべてカバーする連続した帯域になる。したがって、周波数fr1(+)〜fr2(−)の近傍の周波数成分を含む外部振動が与えられた場合には、図12(b) に示す周波数特性は理想的な特性になる。   In the case of the graph of FIG. 12B, the entire frequency band is R3, which is narrower than the frequency band R1 of the graph of FIG. 11, but since the fusion peak waveform PP is formed, the frequency band R3 Is a continuous band covering the entire range of frequencies fr1 (+) to fr2 (-). Therefore, when an external vibration including a frequency component near the frequency fr1 (+) to fr2 (-) is given, the frequency characteristic shown in FIG. 12B becomes an ideal characteristic.

この図12(b) のグラフに示すような周波数特性をもった発電素子の場合、その基本構造部が、第1属性の板状構造体111の振動端に接続された重錘体211と、第2属性の板状構造体113,114の振動端に接続された重錘体212,213と、を有しており、これら2種類の重錘体の共振周波数付近のスペクトルピーク波形が相互に一部重複するように、各重錘体の共振周波数が隣接するように設定されていることになる。このように、複数のスペクトルピーク波形を隣接させるような設計を行うと、より幅の広い融合ピーク波形PPを形成することができるので、広く、かつ、連続した周波数帯域にわたって効率的な発電が可能になる。   In the case of a power generation element having a frequency characteristic as shown in the graph of FIG. 12 (b), the basic structure portion includes a weight 211 connected to the vibrating end of the plate-like structure 111 having the first attribute, Weights 212 and 213 connected to the vibrating ends of the plate-like structures 113 and 114 having the second attribute, respectively. The spectral peak waveforms near the resonance frequency of these two types of weights are mutually reciprocal. The resonance frequencies of the weights are set to be adjacent to each other so as to partially overlap. In this way, when a design is made such that a plurality of spectral peak waveforms are adjacent to each other, a wider fused peak waveform PP can be formed, so that efficient power generation can be performed over a wide and continuous frequency band. become.

実用上は、実利用環境で発生する外部振動の周波数成分を考慮して、適切な周波数特性をもつ発電素子を設計するのが好ましい。そのためには、第1の共振系Iおよび第2の共振系IIの共振周波数fr1,fr2をそれぞれ所望の方向にシフトする調整が必要になる。もちろん、想定される外部振動の周波数成分が全体的に高い場合や、全体的に低い場合は、周波数帯域自体を周波数軸fに沿って左右に移動させるような調整も必要になる。   In practical use, it is preferable to design a power generation element having appropriate frequency characteristics in consideration of the frequency component of external vibration generated in an actual use environment. For that purpose, it is necessary to adjust the resonance frequencies fr1 and fr2 of the first resonance system I and the second resonance system II in desired directions. Of course, when the frequency component of the assumed external vibration is high overall or low overall, it is also necessary to adjust the frequency band itself to move left and right along the frequency axis f.

各共振系の共振周波数frを調整するには、図9の表に示したとおり、板状構造体を調整する方法(バネ定数を調整する方法)と、重錘体の質量を調整する方法がある。バネ定数を調整する方法を採る場合は、第1属性の板状構造体の変形に起因して振動を生じる第1の共振系Iと、第2属性の板状構造体の変形に起因して振動を生じる第2の共振系IIと、について、第1の共振系Iのバネ定数k1と第2の共振系IIのバネ定数k2とが異なるように設定すればよい。このような設定を行えば、少なくとも2組の共振周波数fr1,fr2を異なる値に設定することができ、単一の共振周波数をもつ共振系に比べて、発電可能な周波数帯域を広げる効果が得られる。   In order to adjust the resonance frequency fr of each resonance system, as shown in the table of FIG. 9, a method of adjusting the plate-like structure (a method of adjusting the spring constant) and a method of adjusting the mass of the weight body. is there. When the method of adjusting the spring constant is adopted, the first resonance system I that generates vibration due to the deformation of the plate-like structure of the first attribute, and the deformation due to the deformation of the plate-like structure of the second attribute. The second resonance system II that generates vibration may be set so that the spring constant k1 of the first resonance system I and the spring constant k2 of the second resonance system II are different. By performing such a setting, at least two sets of resonance frequencies fr1 and fr2 can be set to different values, and an effect of expanding a frequency band capable of generating power can be obtained as compared with a resonance system having a single resonance frequency. Can be

ここで、第1の共振系Iのバネ定数k1は、図7(a) に示すように、点O(台座)を固定した状態において、端点T1(異属間接続体112)に対して所定の作用方向(たとえば、図示の例はZ軸方向)に力Fを加えたときに、端点T1の当該作用方向に生じる変位をd1として、k1=F/d1なる式で与えられる値k1として定義することができる。   Here, as shown in FIG. 7A, the spring constant k1 of the first resonance system I is a predetermined value with respect to the end point T1 (the heterogeneous connection body 112) with the point O (pedestal) fixed. When a force F is applied in the direction of action (for example, the Z-axis direction in the illustrated example), the displacement of the end point T1 in the direction of action is defined as d1, and is defined as a value k1 given by the equation k1 = F / d1. can do.

同様に、第2の共振系IIのバネ定数k2は、図7(b) に示すように、端点T2(異属間接続体112)を固定した状態において、端点T3もしくはT5(第2属性の板状構造体113もしくは114の振動端)に対して上記作用方向に力Fを加えたときに、端点T3もしくはT5の当該作用方向に生じる変位をd2として、k2=F/d2なる式で与えられる値k2として定義することができる。   Similarly, the spring constant k2 of the second resonance system II is, as shown in FIG. 7B, the end point T2 or the end point T3 or T5 (the second attribute When a force F is applied to the plate-like structure 113 or 114 in the above-mentioned acting direction to the acting direction, a displacement generated in the acting direction of the end point T3 or T5 in the acting direction is given by d2 by the following equation. Value k2.

実際には、バネ定数は、変位の方向に応じて異なるため、個々の方向ごとに別個のバネ定数が定義される。たとえば、図7(a) ,(b) に示す例のように、力FをZ軸方向に加えたときに生じる変位d1,d2に基づいて算出されるバネ定数は、Z軸方向に関するバネ定数ということになる。したがって、実用上は、実利用環境で発生すると想定される外部振動の代表的な振動方向に関するバネ定数を考慮して設計を行うようにすればよい。   Actually, since the spring constant differs depending on the direction of displacement, a separate spring constant is defined for each direction. For example, as shown in FIGS. 7A and 7B, a spring constant calculated based on displacements d1 and d2 generated when a force F is applied in the Z-axis direction is a spring constant in the Z-axis direction. It turns out that. Therefore, in practical use, the design may be performed in consideration of the spring constant relating to the typical vibration direction of the external vibration which is assumed to occur in the actual use environment.

バネ定数に影響を与えるパラメータは、図9の表に示すように、板状構造体の厚み、幅、長さ、材質という4つのパラメータである。したがって、2組の共振周波数fr1,fr2を異なる値に設定して、発電可能な周波数帯域を広げる効果を得るには、基本構造部に含まれる複数の板状構造体のうち、少なくとも2組に関して、厚み、幅、長さ、材質の4つのパラメータのうちの1つのパラメータもしくは複数のパラメータを異ならせることにより、第1の共振系のバネ定数と第2の共振系のバネ定数とが異なるように設定すればよい。   As shown in the table of FIG. 9, the parameters affecting the spring constant are four parameters of the thickness, width, length, and material of the plate-like structure. Therefore, in order to set the two sets of resonance frequencies fr1 and fr2 to different values and to obtain the effect of expanding the frequency band in which power can be generated, at least two sets of the plurality of plate-like structures included in the basic structure are required. By changing one or more of the four parameters of thickness, width, length, and material, the spring constant of the first resonance system and the spring constant of the second resonance system are different. Should be set to.

もちろん、重錘体の質量を変えることにより、共振周波数を調整することもできる。また、重錘体の位置を変えることにより(これは、板状構造体の長さを変えることと等価である)、共振周波数を調整することもできる。   Of course, the resonance frequency can be adjusted by changing the mass of the weight body. The resonance frequency can also be adjusted by changing the position of the weight body (this is equivalent to changing the length of the plate-like structure).

図13は、図3に示す発電素子1000の変形例に係る発電素子1001の基本構造部の上面図であり、図14は、この図13に示す発電素子1001の基本構造部を切断線14−14に沿って切断した正断面図である。図3に示す発電素子1000と図13に示す発電素子1001との違いは、前者における一対の重錘体212,213が、後者では単一の重錘体215に置き換えられている点と、前者における中央板状構造体111が、後者では根端部側構造体111aと先端部側構造体111bとによって構成されている点である。   FIG. 13 is a top view of a basic structure of a power generating element 1001 according to a modified example of the power generating element 1000 shown in FIG. 3, and FIG. 14 is a sectional view of the basic structure of the power generating element 1001 shown in FIG. FIG. 14 is a front sectional view taken along line 14. The difference between the power generating element 1000 shown in FIG. 3 and the power generating element 1001 shown in FIG. 13 is that the pair of weights 212 and 213 in the former is replaced by a single weight 215 in the latter. Is that the center plate-like structure 111 in the above is constituted by a root end side structure 111a and a tip end side structure 111b in the latter.

すなわち、この発電素子1001の基本構造部は、異属間接続体112の下面に接続された第1の重錘体211と、負側板状構造体113の先端部下面と正側板状構造体114の先端部下面とを連結する第2の重錘体215と、を有している。図13に示す第1の重錘体211は、図3に示す第1の重錘体211と全く同じものである。一方、第2の重錘体215は、図14の断面図に示すとおり、根端部側構造体111aの下方を、根端部側構造体111aに対して所定の距離を維持しつつ跨ぐように、U字状構造を有している。   That is, the basic structure of the power generating element 1001 includes a first weight 211 connected to the lower surface of the heterogeneous connecting body 112, a lower surface of the tip end of the negative-side plate-like structure 113, and a positive-side plate-like structure 114. And a second weight body 215 connecting the lower surface of the distal end of the weight member. The first weight 211 shown in FIG. 13 is exactly the same as the first weight 211 shown in FIG. On the other hand, as shown in the cross-sectional view of FIG. 14, the second weight body 215 straddles below the root-end-side structure 111a while maintaining a predetermined distance with respect to the root-end-side structure 111a. Has a U-shaped structure.

したがって、第2の重錘体215は、所定の許容範囲内であれば、根端部側構造体111aに接触することなしに自由に変位することができ、第2の共振系IIの重りとしての役割を果たすことができる。この重錘体215は、根端部側構造体111aの下方を跨ぐ構造部分を有しているため、その質量は、図3に示す発電素子1000の重錘体212,213の合計質量よりも大きくなり、より効率的な発電が期待できる。もちろん、重錘体215は、負側板状構造体113の先端部上面と正側板状構造体114の先端部上面とを連結する構造とし、根端部側構造体111aの上方を跨ぐようにしてもかまわない。   Therefore, the second weight body 215 can be freely displaced without contacting the root end side structure 111a within a predetermined allowable range, and can be used as a weight of the second resonance system II. Can play a role. Since the weight 215 has a structural portion that straddles below the root-end-side structure 111a, its mass is larger than the total mass of the weights 212 and 213 of the power generating element 1000 shown in FIG. Larger, more efficient power generation can be expected. Of course, the weight body 215 has a structure in which the upper surface of the distal end of the negative-side plate-like structure 113 is connected to the upper surface of the distal end of the positive-side plate-like structure 114, and extends over the root end-side structure 111a. It doesn't matter.

なお、この発電素子1001では、発電素子1000における中央板状構造体111の代わりに、根端部側構造体111aと先端部側構造体111bとを結合した構造体が用いられているが、これは、根端部側構造体111aにストッパーとしての役割を担わせるためである。図14の正断面図に示されているとおり、先端部側構造体111bは、板状構造体113および114と同じ厚みを有する可撓性をもった板状構造体であり、発電素子1000における中央板状構造体111と同等の機能を果たす構成要素である。一方、根端部側構造体111aは、先端部側構造体111bよりも大きな厚みを有しており、より剛性の高い構造体になっている。この根端部側構造体111aは、先端部側構造体111b(中央板状構造体)の根端部を台座310に支持するための支持部材としての機能を果たす。   In the power generating element 1001, instead of the central plate-shaped structure 111 in the power generating element 1000, a structure in which a root end side structure 111a and a tip end side structure 111b are combined is used. This is because the root tip side structure 111a plays a role as a stopper. As shown in the front cross-sectional view of FIG. 14, the distal-end-side structure 111 b is a flexible plate-like structure having the same thickness as the plate-like structures 113 and 114. It is a component that performs the same function as the central plate-shaped structure 111. On the other hand, the root-end-side structure 111a has a larger thickness than the tip-end-side structure 111b, and is a structure having higher rigidity. The root end side structure 111a functions as a support member for supporting the root end of the front end side structure 111b (central plate-shaped structure) on the pedestal 310.

この発電素子1001では、外部から与えられる振動によって、先端部側構造体111bや板状構造体113,114に撓みが生じて、重錘体215が変位を生じた場合でも、根端部側構造体111a(支持部材)は台座310に固定されたまま、ほぼ静止状態を維持することになる。このため、過度の加速度が加わった場合でも、重錘体215が根端部側構造体111aに接触することにより、重錘体215の過度の変位は制限されることになり、厚みの薄い構造体111b,113,114の部分に破損が生じることを防ぐことができる。もちろん、ストッパーとしての機能が不要な場合は、根端部側構造体111aと先端部側構造体111bとを結合した構造体を用いる代わりに、図3に示す中央板状構造体111をそのまま用いればよい。   In the power generating element 1001, even when the weight body 215 is displaced due to deflection of the tip-side structure 111b and the plate-like structures 113 and 114 due to vibration given from the outside, the root-end-side structure is not affected. The body 111a (supporting member) remains almost stationary while being fixed to the pedestal 310. For this reason, even when an excessive acceleration is applied, the weight body 215 comes into contact with the root-end-side structure 111a, so that excessive displacement of the weight body 215 is limited, and a thin structure is obtained. It is possible to prevent the body 111b, 113, 114 from being damaged. Of course, when the function as the stopper is unnecessary, the central plate-shaped structure 111 shown in FIG. 3 is used as it is instead of using the structure in which the root end side structure 111a and the tip end side structure 111b are combined. I just need.

このように、本発明では、図9の表に示す任意のパラメータを変更することにより、所望の周波数特性をもった発電素子を設計することが可能である。ただ、基本構造部に含まれている2組の共振系I,IIは、図7(c) に示すように入れ子状の関係になっているので、一方の共振系のパラメータの変更が、他方の共振系のパラメータに影響を及ぼす可能性がある。たとえば、図3に示す基本構造部において、第2の共振系IIを構成する負側板状構造体113や正側板状構造体114の厚み、幅、長さなどを変えると、これらの質量にも変化が生じることになるので、結果的に、第1の共振系Iの重りの質量が変化することになる。   As described above, in the present invention, it is possible to design a power generating element having a desired frequency characteristic by changing any parameter shown in the table of FIG. However, since the two sets of resonance systems I and II included in the basic structure have a nested relationship as shown in FIG. 7 (c), changing the parameters of one resonance system and the other May affect the parameters of the resonance system. For example, in the basic structure shown in FIG. 3, when the thickness, width, length, and the like of the negative plate-like structure 113 and the positive plate-like structure 114 that constitute the second resonance system II are changed, the mass of these also increases. Since a change occurs, the mass of the weight of the first resonance system I changes as a result.

別言すれば、第2の共振系IIの共振周波数fr2を調整する意図で、負側板状構造体113や正側板状構造体114の厚み、幅、長さなどを変える設計を行うと、第1の共振系Iの共振周波数fr1も変動してしまうことになる。このため、所望の周波数特性をもつ発電素子を設計するには、コンピュータによるシミュレーションを利用して、設計変更後の周波数特性を求め、その結果に基づいて更なる設計変更を行う、という作業を繰り返すようにするのが好ましい。   In other words, if the thickness, width, length, and the like of the negative plate-like structure 113 and the positive plate-like structure 114 are designed to adjust the resonance frequency fr2 of the second resonance system II, The resonance frequency fr1 of the first resonance system I also fluctuates. For this reason, in order to design a power generation element having a desired frequency characteristic, a computer simulation is used to obtain a frequency characteristic after the design change, and a further design change is performed based on the result. It is preferable to do so.

<<< §5. 電荷発生素子および発電回路 >>>
図3に示す発電素子1000では、電荷発生素子400および発電回路500をブロック図として示したが、ここでは、これらについての具体的な実施例を述べる。まず、電荷発生素子400についての説明を行う。前述したとおり、台座310に外部振動が加わると、各板状構造体111,113,114が撓んで変形することにより、各重錘体211,212,213が振動する。電荷発生素子400は、各板状構造体111,113,114の変形に基づいて電荷を発生させる構成要素である。
<<<< §5. Charge generation element and power generation circuit >>>
In the power generation element 1000 shown in FIG. 3, the charge generation element 400 and the power generation circuit 500 are shown as a block diagram. Here, specific examples of these will be described. First, the charge generation element 400 will be described. As described above, when external vibration is applied to the pedestal 310, each of the plate-shaped structures 111, 113, and 114 is bent and deformed, and each of the weights 211, 212, and 213 vibrates. The charge generation element 400 is a component that generates a charge based on deformation of each of the plate-like structures 111, 113, and 114.

電荷発生素子400としては、たとえば、エレクトレットなどを用いることも可能であるが、図3に示す基本構造部については、層状の圧電素子を各板状構造体111,113,114の表面に形成するのが好ましい。以下に述べる実施例は、電荷発生素子400として圧電素子を用いた例であり、下部電極層、圧電材料層、上部電極層の3層構造によって圧電素子を構成している。   As the charge generation element 400, for example, an electret can be used, but for the basic structure shown in FIG. 3, a layered piezoelectric element is formed on the surface of each of the plate-like structures 111, 113, and 114. Is preferred. The embodiment described below is an example in which a piezoelectric element is used as the charge generation element 400, and the piezoelectric element has a three-layer structure including a lower electrode layer, a piezoelectric material layer, and an upper electrode layer.

図15(a) は、図3に示す基本構造部に、電荷発生素子400として圧電素子を形成することにより得られる発電素子1002の上面図であり、図15(b) はこれをYZ平面で切断した側断面図である(発電回路500の図示は省略)。別言すれば、図4(a) ,図4(b) に示す基本構造部に圧電素子400を付加した状態が、図15(a) ,図15(b) に示されている。圧電素子400の3層構造は、図15(b) の側断面図に、中央板状構造体111の上面に形成された層として明瞭に示されている。   FIG. 15A is a top view of a power generation element 1002 obtained by forming a piezoelectric element as the charge generation element 400 in the basic structure shown in FIG. 3, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional side view (a power generation circuit 500 is not shown). In other words, FIGS. 15 (a) and 15 (b) show a state in which the piezoelectric element 400 is added to the basic structure shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The three-layer structure of the piezoelectric element 400 is clearly shown in the side sectional view of FIG. 15B as a layer formed on the upper surface of the central plate-shaped structure 111.

図15(b) に示すとおり、圧電素子400は、各板状構造体111,113,114の上面に形成された下部電極層410と、この下部電極層410の上面に形成され、応力に基づいて電荷を発生させる圧電材料層420と、この圧電材料層420の上面に形成された上部電極層430と、を有し、下部電極層410および上部電極層430にそれぞれ所定極性の電荷を供給する機能を有している。   As shown in FIG. 15B, the piezoelectric element 400 includes a lower electrode layer 410 formed on the upper surface of each of the plate-like structures 111, 113, and 114, and a lower electrode layer 410 formed on the upper surface of the lower electrode layer 410. And an upper electrode layer 430 formed on the upper surface of the piezoelectric material layer 420, and supplies electric charges of a predetermined polarity to the lower electrode layer 410 and the upper electrode layer 430, respectively. Has a function.

なお、圧電素子400による発電は、実際には、各板状構造体111,113,114の変形を生じる部分(重錘体が接合されていない部分)において行われるため、理論的には、この変形が生じる部分にのみ圧電素子400を形成しておけば十分である。ただ、ここに示す実施例の場合、製造プロセスを簡略化するため、下部電極層410および圧電材料層420については、E字状をした主基板110(中央板状構造体111,異属間接続体112,負側板状構造体113,正側板状構造体114)の上面全面に形成し、上部電極層430のみ、それぞれ所定箇所に局在化して配置されるように形成している。   Note that power generation by the piezoelectric element 400 is actually performed at a portion where the plate-like structures 111, 113, and 114 are deformed (a portion where the weight body is not joined). It is sufficient to form the piezoelectric element 400 only in the portion where the deformation occurs. However, in the case of the embodiment shown here, in order to simplify the manufacturing process, the lower electrode layer 410 and the piezoelectric material layer 420 are provided with an E-shaped main substrate 110 (central plate-like structure 111, inter-species connection). The body 112, the negative-side plate-like structure 113, and the positive-side plate-like structure 114) are formed over the entire upper surface, and only the upper electrode layer 430 is formed so as to be localized at predetermined locations.

図15(a) の上面図にハッチングを施して示す矩形図形E11〜E34は、局在化して配置された個々の個別上部電極層を示している(上面図のハッチングは、これら個別上部電極層E11〜E34の形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。)。   Rectangular figures E11 to E34 shown by hatching in the top view of FIG. 15A indicate individual individual upper electrode layers that are localized (the hatching in the top view indicates these individual upper electrode layers). This is for clearly illustrating the shape pattern of E11 to E34, and is not for illustrating a cross section.)

この基本構造部を上方から見ると、図15(a) に示すとおり、E字状をした圧電材料層420の上面に、12枚の個別上部電極層E11〜E34が配置されている状態が観察できる。E字状をした圧電材料層420の下には、同じくE字状をした下部電極層410が配置され、更にその下には、同じくE字状をした主基板110が配置されている。図15(b) は、この基本構造部をYZ平面で切断した側断面図であるため、中央板状構造体111上に形成された個別上部電極層E11,E13が現れており、その奥に、負側板状構造体113上に形成された個別上部電極層E23の一部が現れている。   When the basic structure is viewed from above, as shown in FIG. 15A, it is observed that twelve individual upper electrode layers E11 to E34 are arranged on the upper surface of the E-shaped piezoelectric material layer 420. it can. Under the E-shaped piezoelectric material layer 420, a lower electrode layer 410 also having an E-shape is disposed, and further below the lower electrode layer 410, a main substrate 110 also having an E-shape is disposed. FIG. 15B is a side cross-sectional view of the basic structure section cut along the YZ plane. The individual upper electrode layers E11 and E13 formed on the central plate-like structure 111 appear, and are located at the back. A part of the individual upper electrode layer E23 formed on the negative-side plate-like structure 113 appears.

結局、図15に示す実施例の場合、各板状構造体111,113,114を含むE字状をした主基板110の上面全面に共通下部電極層410が形成され、この共通下部電極層410の上面に共通圧電材料層420が形成され、この共通圧電材料層420の上面の異なる箇所にそれぞれ電気的に独立した複数の個別上部電極層E11〜E34が形成されている。   As a result, in the case of the embodiment shown in FIG. 15, a common lower electrode layer 410 is formed on the entire upper surface of the E-shaped main substrate 110 including the respective plate-like structures 111, 113, and 114. The common piezoelectric material layer 420 is formed on the upper surface of the common piezoelectric material layer 420, and a plurality of electrically independent individual upper electrode layers E11 to E34 are formed at different positions on the upper surface of the common piezoelectric material layer 420.

図16(a) および(b) は、図15に示す発電素子1002の各部の寸法を示すための参考図であり、図16(a) は上面図、図16(b) は側面図である。図16(a) に示す各部の寸法は次のとおりである。d1=0.5mm、d2=0.8mm、d3=0.2mm、d4=0.3mm、d5=0.5mm、d6=1.0mm、d7=0.3mm、d8=0.2mm、d9=0.3mm、d10=1.0mm、d11=0.4mm。一方、図16(b) に示す各部の寸法は次のとおりである。t1=525μm、t2=15μm、t3=0.05μm、t4=2μm、t5=0.05μm。もちろん、これらの各寸法値は、本発明の実施例に係る発電素子1002の実寸を一例として示すものであり、本発明は、これらの寸法値によって何ら限定されるものではない。   16 (a) and 16 (b) are reference diagrams showing the dimensions of each part of the power generating element 1002 shown in FIG. 15, FIG. 16 (a) is a top view, and FIG. 16 (b) is a side view. . The dimensions of each part shown in FIG. 16 (a) are as follows. d1 = 0.5 mm, d2 = 0.8 mm, d3 = 0.2 mm, d4 = 0.3 mm, d5 = 0.5 mm, d6 = 1.0 mm, d7 = 0.3 mm, d8 = 0.2 mm, d9 = 0.3 mm, d10 = 1.0 mm, d11 = 0.4 mm. On the other hand, the dimensions of each part shown in FIG. 16B are as follows. t1 = 525 μm, t2 = 15 μm, t3 = 0.05 μm, t4 = 2 μm, t5 = 0.05 μm. Of course, these respective dimension values show the actual dimensions of the power generating element 1002 according to the embodiment of the present invention as an example, and the present invention is not limited by these dimension values at all.

圧電材料層420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している。具体的には、圧電材料層420は、たとえば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やKNN(ニオブ酸カリウムナトリウム)などの圧電薄膜によって構成することができる。あるいは、バルク型圧電素子を用いるようにしてもかまわない。各電極層410,430は、導電性材料であれば、どのような材料で構成してもかまわないが、実用上は、たとえば、金、白金、アルミニウム、銅などの金属層によって構成すればよい。   The piezoelectric material layer 420 has a property of causing polarization in the thickness direction by the action of stress that expands and contracts in the layer direction. Specifically, the piezoelectric material layer 420 can be configured by a piezoelectric thin film such as PZT (lead zirconate titanate) or KNN (potassium sodium niobate). Alternatively, a bulk type piezoelectric element may be used. Each of the electrode layers 410 and 430 may be made of any material as long as it is a conductive material. However, in practice, it may be made of a metal layer such as gold, platinum, aluminum, or copper. .

なお、電荷発生素子400として上述したような圧電素子を用いる場合は、主基板110としてシリコン基板を用いるのが最適である。これは、一般に、現在の製造プロセスをよって、金属基板の上面に圧電素子を形成した場合と、シリコン基板の上面に圧電素子を形成した場合とを比較すると、前者の圧電定数に比べて後者の圧電定数の方が3倍程度大きな値になり、後者の方の発電効率が圧倒的に高くなるためである。これは、シリコン基板の上面に圧電素子を形成すると、圧電素子の結晶の配向が揃うためと考えられる。   When the above-described piezoelectric element is used as the charge generation element 400, it is optimal to use a silicon substrate as the main substrate 110. Generally, when the piezoelectric element is formed on the upper surface of the metal substrate and the piezoelectric element is formed on the upper surface of the silicon substrate according to the current manufacturing process, the latter is larger than the former piezoelectric constant. This is because the piezoelectric constant is about three times larger, and the power generation efficiency of the latter is overwhelmingly high. This is presumably because, when the piezoelectric element is formed on the upper surface of the silicon substrate, the crystal orientation of the piezoelectric element becomes uniform.

台座310に外部振動が与えられると、主基板110の撓みにより圧電材料層420の各部に応力が加わる。その結果、圧電材料層420の厚み方向に分極が生じ、上部電極層430および下部電極層410に電荷が発生する。別言すれば、圧電素子400は、外部振動に基づいて、下部電極層410および上部電極層430にそれぞれ所定極性の電荷を供給する機能を果たす。図には示されていないが、各電極層と発電回路500との間には配線が施されており、圧電素子400が発生させた電荷は発電回路500によって電力として取り出されることになる。   When external vibration is applied to the pedestal 310, stress is applied to each part of the piezoelectric material layer 420 due to the bending of the main substrate 110. As a result, polarization occurs in the thickness direction of the piezoelectric material layer 420, and charges are generated in the upper electrode layer 430 and the lower electrode layer 410. In other words, the piezoelectric element 400 has a function of supplying charges of a predetermined polarity to the lower electrode layer 410 and the upper electrode layer 430 based on external vibration. Although not shown in the figure, wiring is provided between each electrode layer and the power generation circuit 500, and the electric charge generated by the piezoelectric element 400 is taken out as electric power by the power generation circuit 500.

もちろん、板状構造体111,113,114に形成する個別上部電極層の形状および配置は、必ずしも図15(a) の上面図に示す例に限定されるわけではない。たとえば、図17は、図3に示す発電素子1000の更に別な変形例に係る発電素子1003の上面図である(発電回路500の図示は省略)。この上面図においても、ハッチングは、電荷発生素子400を構成する個別上部電極層の形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。   Of course, the shape and arrangement of the individual upper electrode layers formed on the plate-like structures 111, 113, 114 are not necessarily limited to the example shown in the top view of FIG. For example, FIG. 17 is a top view of a power generating element 1003 according to still another modified example of the power generating element 1000 shown in FIG. 3 (illustration of the power generating circuit 500 is omitted). Also in this top view, the hatching is for clearly showing the shape pattern of the individual upper electrode layer constituting the charge generation element 400, and is not for showing a cross section.

図17に示す例の場合、中央板状構造体111の上面には、ほぼ全領域にわたるように単一の個別上部電極層E10が形成されており、負側板状構造体113の上面には、その中心を通る長手方向軸L1の両脇に、それぞれ個別上部電極層E25,E26が形成されており、正側板状構造体114の上面には、その根端部側に個別上部電極層E35が、その先端部側に個別上部電極層E36が、それぞれ形成されている。   In the case of the example shown in FIG. 17, a single individual upper electrode layer E10 is formed on the upper surface of the central plate-shaped structure 111 so as to cover almost the entire area, and on the upper surface of the negative-side plate-shaped structure 113, The individual upper electrode layers E25 and E26 are formed on both sides of the longitudinal axis L1 passing through the center, respectively. On the upper surface of the positive side plate-like structure 114, the individual upper electrode layers E35 are provided on the root end side. An individual upper electrode layer E36 is formed on the tip side.

もちろん、個別上部電極層の配置として、この図17に示すような電極配置を採用した発電素子1003でも、発電を行うことは可能であるが、発電効率は、図15(a) に示すような電極配置を採用した発電素子1002の方が良好になる。これは、図15(a) に示す個別上部電極層E11〜E34の配置が、各板状構造体111,113,114が特定の変形を生じた時点において、個々の個別上部電極層E11〜E34ごとに、それぞれ圧電材料層420から同一極性の電荷が供給されるように配慮されているためである。   Of course, the power generation element 1003 employing the electrode arrangement as shown in FIG. 17 as the arrangement of the individual upper electrode layers can also generate power, but the power generation efficiency is as shown in FIG. The power generation element 1002 employing the electrode arrangement is better. This is because the arrangement of the individual upper electrode layers E11 to E34 shown in FIG. 15A causes the individual individual upper electrode layers E11 to E34 when the respective plate-like structures 111, 113 and 114 undergo a specific deformation. This is because consideration is given so that electric charges of the same polarity are supplied from the piezoelectric material layer 420 in each case.

図18は、台座10に左端が固定された一般的な板状構造体20についての、個別上部電極層の好ましい配置を示す上面図である。図示のとおり、板状構造体20の右端には重錘体30が接続されており、この重錘体30は、板状構造体20を用いた片持ち梁構造によって台座10に対して支持されていることになる。なお、図示は省略するが、実際には、板状構造体20の上面全面には下部電極層が形成され、その上面全面には圧電材料層が形成され、図示された4枚の個別上部電極層E1〜E4は、この圧電材料層の上面に形成されている。図のハッチングは、個別上部電極層E1〜E4の形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。   FIG. 18 is a top view showing a preferred arrangement of individual upper electrode layers for a general plate-like structure 20 having a left end fixed to the pedestal 10. As shown in the figure, a weight 30 is connected to the right end of the plate-shaped structure 20, and the weight 30 is supported on the pedestal 10 by a cantilever structure using the plate-shaped structure 20. Will be. Although not shown, in practice, a lower electrode layer is formed on the entire upper surface of the plate-like structure 20, and a piezoelectric material layer is formed on the entire upper surface thereof. The layers E1 to E4 are formed on the upper surface of the piezoelectric material layer. The hatching in the figure is to clearly show the shape pattern of the individual upper electrode layers E1 to E4, and does not show a cross section.

この図18に示す配置例の特徴は、板状構造体20の上面の中心に、Y軸に平行な方向に伸びる中心軸を定義したときに、根端部側の中心軸の両脇と先端部側の中心軸の両脇とに、それぞれ個別上部電極層E1〜E4が配置されている点である。具体的には、図示の例の場合、Y軸を中心軸として、根端部側(図の左側)の中心軸の両脇には、個別上部電極層E1,E2が配置されており、先端部側(図の右側)の中心軸の両脇には、個別上部電極層E3,E4が配置されている。   The feature of the arrangement example shown in FIG. 18 is that, when a center axis extending in a direction parallel to the Y axis is defined at the center of the upper surface of the plate-like structure 20, both sides and the tip of the center axis on the root end side are defined. The point is that the individual upper electrode layers E1 to E4 are arranged on both sides of the central axis on the part side. Specifically, in the case of the illustrated example, the individual upper electrode layers E1 and E2 are arranged on both sides of the center axis on the root end side (left side in the figure) with the Y axis as the center axis. The individual upper electrode layers E3 and E4 are arranged on both sides of the central axis on the side of the section (right side in the figure).

一般に、1つの板状構造体20について、このような4組の個別上部電極層E1〜E4を配置すると、板状構造体20が特定の変形を生じた時点において、各個別上部電極層E1〜E4には、それぞれ圧電材料層から同一極性の電荷が供給される。   Generally, when such four sets of individual upper electrode layers E1 to E4 are arranged for one plate-shaped structure 20, when the plate-shaped structure 20 undergoes a specific deformation, each individual upper electrode layer E1 to E4 is formed. E4 is supplied with electric charges of the same polarity from the piezoelectric material layer.

たとえば、台座10を固定した状態において、重錘体30がZ軸方向(図18の紙面に垂直な方向)に1次共振モード(図8(a) 参照)で振動したとすると、ある瞬間において、電極E1,E2が配置されている根端部側の上面の領域には圧縮方向応力か、伸張方向応力かのいずれかが作用し、電極E3,E4が配置されている先端部側の上面の領域にはこれと逆の応力が作用する。一方、重錘体30がY軸方向に1次共振モードで振動したとすると、ある瞬間において、板状構造体20の上面の全領域には、圧縮方向応力か、伸張方向応力かのいずれかが作用する。また、重錘体30がX軸方向に1次共振モードで振動したとすると、ある瞬間において、電極E1,E4が配置されている上面の領域には圧縮方向応力か、伸張方向応力かのいずれかが作用し、電極E2,E3が配置されている上面の領域にはこれと逆の応力が作用する。   For example, if the weight 30 oscillates in the primary resonance mode (see FIG. 8A) in the Z-axis direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 18) with the pedestal 10 fixed, at a certain moment Either the compressive stress or the tensile stress acts on the region of the top surface on the root end side where the electrodes E1 and E2 are arranged, and the top surface on the tip end side where the electrodes E3 and E4 are arranged. The reverse stress acts on the region of. On the other hand, assuming that the weight body 30 vibrates in the primary resonance mode in the Y-axis direction, at any given moment, the entire area of the upper surface of the plate-like structure 20 has either the compressive stress or the tensile stress. Works. If the weight body 30 vibrates in the primary resonance mode in the X-axis direction, at a certain moment, the compressive stress or the tensile stress in the area of the upper surface where the electrodes E1 and E4 are arranged. The stress acts on the region of the upper surface where the electrodes E2 and E3 are arranged.

したがって、少なくとも1次共振モードでの振動を想定した場合、重錘体30がどの方向に振動しようとも、各個別上部電極層E1〜E4には、ある時点において、それぞれ同一極性の電荷が供給される。たとえば、ある時点において、個別上部電極層E1に供給される電荷の極性は、正もしくは負のいずれか一方のみであり、同一時点で個別上部電極層E1内のある部分には正電荷、別なある部分には負電荷が供給されるようなことはない。
個別上部電極層E2〜E4についても同様である。
Therefore, when at least vibration in the primary resonance mode is assumed, charges of the same polarity are supplied to the individual upper electrode layers E1 to E4 at a certain point in time regardless of the direction in which the weight body 30 vibrates. You. For example, at a certain point in time, the polarity of the charge supplied to the individual upper electrode layer E1 is either positive or negative, and at a certain point, a certain portion in the individual upper electrode layer E1 has a positive charge and another No negative charge is supplied to any part.
The same applies to the individual upper electrode layers E2 to E4.

このように、ある1つの個別上部電極層について、ある時点では必ず同一極性の電荷が供給されることは、発電効率を向上させる上で重要である。たとえば、図17に示す実施例の場合、中央板状構造体111の上面には、単一の上部電極層E10のみが形成されているが、このような構成では、X軸方向もしくはZ軸方向に振動させた場合、同一時点において、同一の上部電極層E10に正負両極性の電荷が同時に供給されることになる。すなわち、同一の導電体上に逆極性の電荷が発生して、互いに打ち消しあって消滅してしまい、発電ロスを生じることになる。図17に示す上部電極層E25,E26の構成や、上部電極層E35,E36の構成も同様である。   As described above, it is important that the electric charge of the same polarity is always supplied to a certain individual upper electrode layer at a certain time in order to improve the power generation efficiency. For example, in the case of the embodiment shown in FIG. 17, only a single upper electrode layer E10 is formed on the upper surface of the central plate-shaped structure 111, but in such a configuration, in the X-axis direction or the Z-axis direction. In this case, charges of both positive and negative polarities are simultaneously supplied to the same upper electrode layer E10 at the same time. That is, charges of opposite polarities are generated on the same conductor, cancel each other out and disappear, resulting in power generation loss. The same applies to the configuration of the upper electrode layers E25 and E26 and the configuration of the upper electrode layers E35 and E36 shown in FIG.

このような理由から、実用上は、図18に示す例のように、1つの板状構造体20に電気的に独立した4組の個別上部電極層E1〜E4を形成するのが好ましい。図15(a) に示す個別上部電極層の配置は、各板状構造体111,113,114のすべてについて、図18に示す4組の電極配置を採用したものである。すなわち、中央板状構造体111の上面には、Y軸を中心軸として、根端部側の中心軸の両脇に電極層E11,E12が配置され、先端部側の中心軸の両脇に電極層E13,E14が配置されている。また、負側板状構造体113の上面には、Y軸に平行な長手方向軸L1を中心軸として、根端部側の中心軸の両脇に電極層E21,E22が配置され、先端部側の中心軸の両脇に電極層E23,E24が配置されている。同様に、正側板状構造体114の上面には、Y軸に平行な長手方向軸L2を中心軸として、根端部側の中心軸の両脇に電極層E31,E32が配置され、先端部側の中心軸の両脇に電極層E33,E34が配置されている。   For such a reason, in practice, it is preferable to form four sets of electrically independent individual upper electrode layers E1 to E4 on one plate-like structure 20, as in the example shown in FIG. The arrangement of the individual upper electrode layers shown in FIG. 15A employs the four electrode arrangements shown in FIG. 18 for each of the plate-like structures 111, 113, and 114. That is, on the upper surface of the central plate-like structure 111, the electrode layers E11 and E12 are arranged on both sides of the center axis on the root end side with the Y axis as the center axis, and on both sides of the center axis on the tip side. Electrode layers E13 and E14 are arranged. On the upper surface of the negative plate-shaped structure 113, electrode layers E21 and E22 are disposed on both sides of the central axis on the root end side with the longitudinal axis L1 parallel to the Y axis as the central axis. The electrode layers E23 and E24 are arranged on both sides of the central axis of the above. Similarly, electrode layers E31 and E32 are arranged on the upper surface of the positive-side plate-shaped structure 114 on both sides of the central axis on the longitudinal end axis L2 parallel to the Y-axis, and on the tip end side. The electrode layers E33 and E34 are arranged on both sides of the central axis on the side.

なお、図18に示す例において、板状構造体20に発生する応力は、台座10や重錘体30との接続箇所の直前部分に最も集中する傾向があるので、上部電極層E1,E2の左端は台座10との境界位置まで伸ばすのが好ましく、上部電極層E3,E4の右端は重錘体30との境界位置まで伸ばすのが好ましい。図15(a) に示す各個別上部電極層も、このような境界位置まで端部を伸ばす構成を採用している。   In the example shown in FIG. 18, the stress generated in the plate-shaped structure 20 tends to concentrate most on the portion immediately before the connection with the pedestal 10 and the weight 30, so that the stress of the upper electrode layers E1 and E2 is reduced. The left end preferably extends to the boundary position with the pedestal 10, and the right ends of the upper electrode layers E3, E4 preferably extend to the boundary position with the weight body 30. Each individual upper electrode layer shown in FIG. 15A also has a configuration in which the end is extended to such a boundary position.

図18に示す4組の上部電極層E1〜E4には、いずれも、ある時点では必ず同一極性の電荷が供給されることになるが、各上部電極層から取り出される電荷の極性は、時々刻々と変化する。これは、板状構造体20が振動すると、圧電材料層の各部に加わる応力の向き(圧縮方向応力か、伸張方向応力か)が変化し、それに応じて、発生電荷の極性が変化するためである。したがって、図15(a) に示す発電素子1002において、12組の各個別上部電極層E11〜E34に発生した電荷を取り出して電力として利用するためには、発電回路500によって、発生した電荷に基づいて生じる電流を整流する必要がある。   All four sets of upper electrode layers E1 to E4 shown in FIG. 18 are always supplied with charges of the same polarity at a certain point in time. However, the polarity of the charges taken out from each upper electrode layer changes every moment. And change. This is because when the plate-like structure 20 vibrates, the direction of the stress (compression direction stress or extension direction stress) applied to each part of the piezoelectric material layer changes, and the polarity of the generated charge changes accordingly. is there. Therefore, in the power generation element 1002 shown in FIG. 15A, in order to take out the electric charges generated in each of the twelve sets of individual upper electrode layers E11 to E34 and use them as electric power, the electric power generation circuit 500 generates It is necessary to rectify the resulting current.

図19は、このような整流機能を有する発電回路500の具体的な構成を示す回路図である。図19において、左側に示されているP11〜P34は、それぞれ図15(a) に示す個別上部電極層E11〜E34の下方に位置する圧電材料層420の一部分である。そして、P11〜P34の左側に描かれた線は、共通の下部電極層410に相当し、P11〜P34の右側に描かれた線は、それぞれ個別上部電極層E11〜E34に相当する。   FIG. 19 is a circuit diagram showing a specific configuration of the power generation circuit 500 having such a rectification function. In FIG. 19, P11 to P34 shown on the left are portions of the piezoelectric material layer 420 located below the individual upper electrode layers E11 to E34 shown in FIG. The lines drawn on the left side of P11 to P34 correspond to the common lower electrode layer 410, and the lines drawn on the right side of P11 to P34 correspond to the individual upper electrode layers E11 to E34, respectively.

この回路図において、D11(+)〜D34(+)は整流素子(ダイオード)であり、それぞれ個別上部電極層E11〜E34に発生した正電荷を取り出す役割を果たす。また、D11(−)〜D34(−)も整流素子(ダイオード)であり、それぞれ個別上部電極層E11〜E34に発生した負電荷を取り出す役割を果たす。   In this circuit diagram, D11 (+) to D34 (+) are rectifying elements (diodes), each of which plays a role in extracting positive charges generated in the individual upper electrode layers E11 to E34. D11 (−) to D34 (−) are also rectifying elements (diodes) and play a role of extracting negative charges generated in the individual upper electrode layers E11 to E34, respectively.

一方、Cfは平滑用の容量素子(コンデンサ)であり、その正極端子(図の上方端子)には取り出された正電荷が供給され、負極端子(図の下方端子)には取り出された負電荷が供給される。この容量素子Cfは、発生電荷に基づく脈流を平滑化する役割を果たし、重錘体の振動が安定した定常時には、容量素子Cfのインピーダンスはほとんど無視しうる。容量素子Cfに並列接続されているZLは、この発電素子1002によって発電された電力の供給を受ける機器の負荷を示している。また、容量素子Cfの両端子と下部電極層410との間には、整流素子(ダイオード)として、互いに逆方向を向いたD41,D42が接続されている。   On the other hand, Cf is a smoothing capacitive element (capacitor) whose positive terminal (upper terminal in the figure) is supplied with the extracted positive charges, and whose negative terminal (lower terminal in the figures) is the extracted negative charges. Is supplied. The capacitive element Cf plays a role of smoothing the pulsating flow based on the generated charge, and the impedance of the capacitive element Cf can be almost neglected in a steady state in which the vibration of the weight body is stable. ZL connected in parallel with the capacitance element Cf indicates a load of a device that receives supply of power generated by the power generation element 1002. Further, D41 and D42 facing in opposite directions are connected as rectifying elements (diodes) between both terminals of the capacitive element Cf and the lower electrode layer 410.

結局、発電回路500は、容量素子Cfと、各個別上部電極層E11〜E34に発生した正電荷を容量素子Cfの正極側へ導くために各個別上部電極層E11〜E34から容量素子Cf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D11(+)〜D34(+)と、各個別上部電極層E11〜E34に発生した負電荷を容量素子Cfの負極側へ導くために容量素子Cfの負極側から各個別上部電極層E11〜E34へ向かう方向を順方向とする負電荷用整流素子D11(−)〜D34(−)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Cfにより平滑化して負荷ZLに供給する機能を果たすことになる。   As a result, the power generation circuit 500 includes the capacitive element Cf and the positive electrode of the capacitive element Cf from each of the individual upper electrode layers E11 to E34 for guiding the positive charges generated in the individual upper electrode layers E11 to E34 to the positive electrode side of the capacitive element Cf. Rectifying elements D11 (+) to D34 (+) whose forward direction is toward the side, and a capacitor for guiding negative charges generated in the individual upper electrode layers E11 to E34 to the negative electrode side of the capacitive element Cf. A rectifying element for negative charge D11 (−) to D34 (−) having a forward direction from the negative electrode side of the element Cf toward each of the individual upper electrode layers E11 to E34, and the electric energy converted from the vibration energy. Is smoothed by the capacitive element Cf and supplied to the load ZL.

この回路図において、負荷ZLには、正電荷用整流素子D11(+)〜D34(+)で取り出された正電荷と、負電荷用整流素子D11(−)〜D34(−)で取り出された負電荷とが供給されることになる。したがって、原理的には、個々の瞬間において、各個別上部電極層E11〜E34に発生する正電荷の総量と負電荷の総量とが等しくなるようにすれば、最も効率的な発電が可能になる。   In this circuit diagram, the positive charge extracted by the positive charge rectifying elements D11 (+) to D34 (+) and the negative charge rectified elements D11 (-) to D34 (-) are extracted to the load ZL. Negative charges will be supplied. Therefore, in principle, the most efficient power generation becomes possible if the total amount of the positive charges and the total amount of the negative charges generated in the individual upper electrode layers E11 to E34 at the individual moments are equal. .

したがって、実用上、発電素子1002の基本構造部は、図4(a) に示すとおり、YZ平面に関して面対称となる対称構造にするのが好ましい。また、中央板状構造体111の上面に形成する電極層E11〜E14は、YZ平面に関して面対称となる対称構造にするのが好ましく、負側板状構造体113の上面に形成する電極層E21〜E24は、長手方向軸L1を含みZ軸に平行な平面に関して面対称となる対称構造にするのが好ましく、正側板状構造体114の上面に形成する電極層E31〜E34は、長手方向軸L2を含みZ軸に平行な平面に関して面対称となる対称構造にするのが好ましい。   Therefore, in practice, it is preferable that the basic structure of the power generation element 1002 has a symmetrical structure that is plane-symmetric with respect to the YZ plane as shown in FIG. Further, it is preferable that the electrode layers E11 to E14 formed on the upper surface of the central plate-shaped structure 111 have a symmetrical structure that is plane-symmetric with respect to the YZ plane, and the electrode layers E21 to E14 formed on the upper surface of the negative-side plate-shaped structure 113. E24 preferably has a symmetrical structure that is plane-symmetric with respect to a plane parallel to the Z-axis including the longitudinal axis L1. The electrode layers E31 to E34 formed on the upper surface of the positive-side plate-like structure 114 are formed of the longitudinal axis L2. And a symmetric structure that is plane-symmetric with respect to a plane parallel to the Z axis is preferable.

<<< §6. 基本構造部を装置筐体に収容した実施例 >>>
ここでは、発電素子を装置筐体に収容した実施例を説明する。図20(a) は、図3に示す発電素子1000を装置筐体310Aに収容した形態を有する装置筐体付きの発電素子1500の平断面図、図20(b) は側断面図である。
<<<< §6. Example in which the basic structure is accommodated in the device housing >>>>>
Here, an embodiment in which the power generating element is housed in the device housing will be described. FIG. 20A is a plan sectional view of a power generating element 1500 with a device housing having a configuration in which the power generating element 1000 shown in FIG. 3 is housed in a device housing 310A, and FIG. 20B is a side cross sectional view.

図示された装置筐体310Aは、図3に示す発電素子1000の基本構造部を収容するのに適した直方体をなす構造体であり、図20(a) の平断面図に示されている側板311〜314と、図20(b) の側断面図に示されている天板315および底板316を有する。図20(a) は、この発電素子1500を、XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した断面図であり、図20(b) は、この発電素子1500を、YZ平面で切断した断面図である。なお、実際には、主基板110の上面には、圧電素子などの電荷発生素子400が設けられており、更に、いずれかの場所に、発生した電荷を電力として取り出すための発電回路500も設けられているが、図20では、これら電荷発生素子400および発電回路500についての図示は省略する。   The illustrated device housing 310A is a rectangular parallelepiped structure suitable for accommodating the basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 3, and is a side plate shown in a plan sectional view of FIG. 311 and a top plate 315 and a bottom plate 316 shown in the side sectional view of FIG. FIG. 20A is a cross-sectional view of the power generating element 1500 cut along a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane, and FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the plane. Actually, a charge generation element 400 such as a piezoelectric element is provided on the upper surface of the main substrate 110, and a power generation circuit 500 for taking out the generated charge as electric power is provided in any place. However, FIG. 20 does not show the charge generation element 400 and the power generation circuit 500.

この実施例の場合、図3に示す台座310は、装置筐体310Aの一部として組み込まれており、図示の側板311が図3に示す台座310としての機能を果たす。もちろん、台座310を装置筐体310Aとは別個に残しておき、図3に示す基本構造部をそっくり装置筐体310Aの中に収容し、台座310を装置筐体310Aの中に固定するようにしてもよい(たとえば、台座310の底面を底板316の上面に接合すればよい)。   In the case of this embodiment, the pedestal 310 shown in FIG. 3 is incorporated as a part of the device housing 310A, and the illustrated side plate 311 functions as the pedestal 310 shown in FIG. Of course, the pedestal 310 is left separately from the device housing 310A, and the basic structure shown in FIG. 3 is entirely stored in the device housing 310A, and the pedestal 310 is fixed in the device housing 310A. (For example, the bottom surface of the pedestal 310 may be joined to the top surface of the bottom plate 316).

図示のとおり、装置筐体310Aの内面と、各板状構造体111,113,114および各重錘体211,212,213の外面との間には、所定の空間が確保されており、装置筐体310Aに加えられた外部振動の大きさが所定の基準レベル以下である場合には、加えられた外部振動に応じて、各板状構造体111,113,114および各重錘体211,212,213が、確保されている空間内で振動し、発電が行われる。ところが、装置筐体310Aに加えられた外部振動の大きさが、上記基準レベルを超えた場合には、加えられた外部振動に応じて、各板状構造体111,113,114および各重錘体211,212,213のいずれかの箇所(場合によっては、主基板110の上面に形成された電荷発生素子400)が装置筐体310Aの内面に接触して、それ以上の変位が制限される。   As shown in the figure, a predetermined space is secured between the inner surface of the device housing 310A and the outer surfaces of the plate-like structures 111, 113, 114 and the weights 211, 212, 213. When the magnitude of the external vibration applied to the housing 310A is equal to or less than a predetermined reference level, each of the plate-like structures 111, 113, 114 and each of the weights 211, The 212 and 213 vibrate in the secured space to generate power. However, when the magnitude of the external vibration applied to the device housing 310A exceeds the reference level, each of the plate-like structures 111, 113, 114, and each of the weights according to the applied external vibration. Any one of the bodies 211, 212, and 213 (in some cases, the charge generation element 400 formed on the upper surface of the main substrate 110) contacts the inner surface of the device housing 310A, and further displacement is limited. .

もちろん、発電効率を高める、という観点からは、各板状構造体111,113,114や各重錘体211,212,213の変位は制御するべきではない。一般的には、大きな変位が生じれば、板状構造体は大きく撓み、圧電素子などの電荷発生素子400は、より大きな電荷を発生することができる。しかしながら、板状構造体に対して、その弾性限界を超えるような過度の変位が生じると、板状構造体が破損する可能性があり、発電素子として機能しなくなるおそれがある。そこで、実用上は、板状構造体が破損するような過度の変位が生じないように、装置筐体310Aの内面と、板状構造体および重錘体の外面との間の空隙寸法を所定の基準値に設定し、基準レベルを超えた外部振動が加えれらた場合には、板状構造体および重錘体が装置筐体310Aの内面に接触し、それ以上の変位が生じないようにしておくのが好ましい。   Of course, from the viewpoint of increasing the power generation efficiency, the displacement of each of the plate-like structures 111, 113, 114 and each of the weights 211, 212, 213 should not be controlled. Generally, when a large displacement occurs, the plate-shaped structure is largely bent, and the charge generation element 400 such as a piezoelectric element can generate a larger charge. However, if the plate-like structure is excessively displaced beyond its elastic limit, the plate-like structure may be damaged, and may not function as a power generating element. Therefore, in practice, the gap size between the inner surface of the device housing 310A and the outer surfaces of the plate-like structure and the weight body is set to a predetermined value so as not to cause excessive displacement such that the plate-like structure is damaged. When an external vibration exceeding the reference level is applied, the plate-like structure and the weight contact the inner surface of the device housing 310A so that no further displacement occurs. It is preferable to keep it.

<<< §7. 第2〜第8の実施形態 >>>
<7−1. 第1の実施形態との相違>
続いて、これまで述べてきた第1の実施形態の変形例として、第2〜第8の実施形態を個別に説明する。これらの実施形態は、第1の実施形態に係る発電素子1000における基本構造部の形態、特に、板状構造体の数や相互の接続関係を変えたものであり、いずれも、§6で述べたように、装置筐体に収容した実施例として示すことにする。
<<<< §7. Second to eighth embodiments >>>>>
<7-1. Difference from First Embodiment>
Subsequently, as modified examples of the first embodiment described above, the second to eighth embodiments will be individually described. In these embodiments, the form of the basic structure in the power generating element 1000 according to the first embodiment, in particular, the number of plate-like structures and the mutual connection relationship are changed, all of which are described in §6. As described above, this embodiment is shown as an embodiment housed in an apparatus housing.

なお、これら第2〜第8の実施形態に係る発電素子の基本動作は、これまで述べてきた第1の実施形態に係る発電素子の動作とほぼ同じであるため、個別の実施形態についての詳しい動作説明は省略する。   Note that the basic operation of the power generating elements according to the second to eighth embodiments is almost the same as the operation of the power generating element according to the first embodiment described above, and thus detailed descriptions of individual embodiments are given. The description of the operation is omitted.

以下の説明で用いる図21〜図28および図31は、第2〜第8の実施形態に係る発電素子を、XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した平断面図であり、発電回路500の図示は省略する。また、個々の板状構造体について、図18に示す4組の電極配置を採用した圧電素子を電荷発生素子400として用いた例を示す(一部に例外あり)。なお、これらの図において、装置筐体の部分(台座として機能する部分も含む)に施された粗い斜線ハッチングは、当該部分が断面部分であることを示している。一方、主基板の部分(板状構造体および各接続体)については、細かな斜線ハッチングは、個々の個別上部電極層の形成領域を示すものであり、ドットハッチングは、主基板の下面に重錘体が接合されている領域を示すものであり、いずれも断面を示すものではない。   FIGS. 21 to 28 and 31 used in the following description are plan sectional views in which the power generating elements according to the second to eighth embodiments are cut along a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane. The illustration of the power generation circuit 500 is omitted. In addition, for each plate-like structure, an example is shown in which a piezoelectric element employing the four sets of electrode arrangements shown in FIG. 18 is used as the charge generation element 400 (with some exceptions). In these drawings, rough hatching on a portion of the apparatus housing (including a portion functioning as a pedestal) indicates that the portion is a cross-sectional portion. On the other hand, with respect to the portion of the main substrate (the plate-like structure and each connection body), the fine hatched hatching indicates the region where each individual upper electrode layer is formed, and the dot hatching indicates the area on the lower surface of the main substrate. It shows a region where the weights are joined, and neither shows a cross section.

また、以下の説明においても、XY平面を水平面にとり、YZ平面で仕切られる空間のうち、正のX座標値を有する空間を正側空間、負のX座標値を有する空間を負側空間と定義することにし、YZ平面上に配置された板状構造体を中央板状構造体と呼び、正側空間に配置された板状構造体を正側板状構造体と呼び、負側空間に配置された板状構造体を負側板状構造体と呼ぶことにする。   Also, in the following description, a space having a positive X coordinate value is defined as a positive space, and a space having a negative X coordinate value is defined as a negative space, of the space partitioned by the YZ plane and the YZ plane. The plate-like structure arranged on the YZ plane is called a center plate-like structure, the plate-like structure placed in the positive space is called a positive-side plate structure, and the plate-like structure is placed in the negative space. The resulting plate-like structure is referred to as a negative-side plate-like structure.

<7−2. 第2の実施形態>
図21は、本発明の第2の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子2000の平断面図である。この例の場合、平面がE字状をした主基板120は、第1属性をもつ負側板状構造体121および正側板状構造体122と、異属間接続体123と、第2属性をもつ中央板状構造体124と、によって構成されている。異属間接続体123は、第1属性をもつ負側板状構造体121および正側板状構造体122と、第2属性をもつ中央板状構造体124とを接続する役割を果たす。基本構造部は、この主基板120と、装置筐体320に側板の一部として組み込まれた台座321と、2組の重錘体221,222と、によって構成されている。そして、台座321は、根端点Q1およびQ2において、負側板状構造体121および正側板状構造体122を支持する役割を果たす。
<7-2. Second Embodiment>
FIG. 21 is a plan cross-sectional view of a power generating element 2000 with a device housing according to the second embodiment of the present invention. In this example, the main substrate 120 having an E-shaped plane has a negative-side plate-like structure 121 and a positive-side plate-like structure 122 having a first attribute, a heterogeneous connector 123, and a second attribute. A central plate-like structure 124. The heterogeneous connector 123 plays a role of connecting the negative plate-like structure 121 and the positive plate-like structure 122 having the first attribute to the central plate-like structure 124 having the second attribute. The basic structure portion includes the main substrate 120, a pedestal 321 incorporated in the apparatus housing 320 as a part of a side plate, and two sets of weight bodies 221 and 222. The pedestal 321 plays a role of supporting the negative-side plate-like structure 121 and the positive-side plate-like structure 122 at the root end points Q1 and Q2.

ここで、負側板状構造体121は、負側空間に配置されており、根端部が台座321の根端点Q1に接続されており、先端部が異属間接続体123に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。また、正側板状構造体122は、正側空間に配置されており、根端部が台座の根端点Q2に接続されており、先端部が異属間接続体123に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。   Here, the negative-side plate-shaped structure 121 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the root end point Q1 of the pedestal 321, and the front end is connected to the heterogeneous connector 123. A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L1) such that the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction. Further, the positive-side plate-like structure 122 is disposed in the positive-side space, the root end is connected to the root end point Q2 of the pedestal, and the front end is connected to the heterogeneous connector 123. A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L2) such that a direction from the end to the tip is the Y-axis positive direction.

一方、中央板状構造体124は、YZ平面上に配置されており、根端部が異属間接続体123に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている第2属性をもつ板状構造体である。そして、第1の重錘体221は、異属間接続体123の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体であり、第2の重錘体222は、中央板状構造体124の先端部下面の領域(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体である。   On the other hand, the central plate-shaped structure 124 is disposed on the YZ plane, the root end is connected to the heterogeneous connector 123, and the direction from the root end to the tip is the Y-axis negative direction. Thus, the plate-like structure having the second attribute extends in a direction parallel to the Y axis. The first weight 221 is a weight connected to the lower surface of the heterogeneous connector 123 (the area shown by dot hatching in the figure), and the second weight 222 is located at the center. It is a weight connected to a region on the lower surface of the distal end portion of the plate-like structure 124 (region shown by dot hatching in the figure).

図3に示す第1の実施形態では、第1属性をもつ板状構造体として、中央板状構造体111が1本だけ設けられ、第2属性をもつ板状構造体として、負側板状構造体113および正側板状構造体114の2本が設けられていたが、図21に示す第2の実施形態では、逆に、第1属性をもつ板状構造体として、負側板状構造体121および正側板状構造体122の2本が設けられ、第2属性をもつ板状構造体として、中央板状構造体124が1本だけ設けられている。   In the first embodiment shown in FIG. 3, only one central plate-like structure 111 is provided as a plate-like structure having a first attribute, and a negative plate-like structure is provided as a plate-like structure having a second attribute. The body 113 and the positive-side plate-like structure 114 are provided. However, in the second embodiment shown in FIG. 21, the negative-side plate-like structure 121 has a first attribute. And a positive-side plate-like structure 122 is provided, and only one central plate-like structure 124 is provided as a plate-like structure having the second attribute.

両実施形態ともに、合計3本の板状構造体を有し、合計12組の個別上部電極層を用いて電力が取り出される点に変わりはないが、図21に示す第2の実施形態の場合、主基板120と台座321との間の接続が、根端点Q1,Q2の2箇所において行われているため、装置筐体320に設けられた発電回路500(図示省略)と各個別上部電極層との間の配線を、根端点Q1の近傍と根端点Q2の近傍との2箇所において行うことが可能になり、配線の取り回しが容易になるという利点が得られる。   Both embodiments have a total of three plate-like structures, and the power is extracted using a total of 12 sets of individual upper electrode layers. However, in the case of the second embodiment shown in FIG. Since the connection between the main substrate 120 and the pedestal 321 is made at the two root points Q1 and Q2, the power generation circuit 500 (not shown) provided in the device housing 320 and each individual upper electrode layer Can be performed at two locations, that is, near the root end point Q1 and near the root end point Q2, and an advantage that wiring can be easily obtained is obtained.

<7−3. 第3の実施形態>
図22は、本発明の第3の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子3000の平断面図である。この例の場合、主基板130は、第1属性をもつ第1の負側板状構造体131および第1の正側板状構造体132と、異属間接続体133と、第2属性をもつ第2の負側板状構造体134および第2の正側板状構造体135と、最先端部接続体136と、によって構成されている。異属間接続体133は、第1属性をもつ第1の負側板状構造体131および第1の正側板状構造体132と、第2属性をもつ第2の負側板状構造体134および第2の正側板状構造体135とを接続する役割を果たす。また、最先端部接続体136は、第2の負側板状構造体134の先端部および第2の正側板状構造体135の先端部の双方に接続された部材である。
<7-3. Third Embodiment>
FIG. 22 is a plan cross-sectional view of a power generating element 3000 with a device housing according to the third embodiment of the present invention. In this example, the main substrate 130 includes a first negative side plate-like structure 131 and a first positive side plate-like structure 132 having a first attribute, a heterogeneous connector 133, and a second attribute having a second attribute. It is constituted by two negative-side plate-like structures 134 and a second positive-side plate-like structure 135, and a foremost end connector 136. The heterogeneous connector 133 includes a first negative plate-like structure 131 and a first positive plate-like structure 132 having a first attribute, and a second negative plate-like structure 134 and a second negative plate-like structure 134 having a second attribute. It serves to connect the second positive-side plate-shaped structure 135 to the second side. The foremost end connector 136 is a member connected to both the tip of the second negative plate-shaped structure 134 and the tip of the second positive plate-shaped structure 135.

基本構造部は、この主基板130と、装置筐体330に側板の一部として組み込まれた台座331と、2組の重錘体231,232と、によって構成されている。そして、台座331は、根端点Q1およびQ2において、第1の負側板状構造体131および第1の正側板状構造体132を支持する役割を果たす。   The basic structure portion includes the main substrate 130, a pedestal 331 incorporated in the device housing 330 as a part of a side plate, and two sets of weights 231 and 232. The pedestal 331 plays a role of supporting the first negative plate-shaped structure 131 and the first positive plate-shaped structure 132 at the root end points Q1 and Q2.

ここで、第1の負側板状構造体131は、負側空間に配置されており、根端部が台座331の根端点Q1に接続されており、先端部が異属間接続体133に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。また、第1の正側板状構造体132は、正側空間に配置されており、根端部が台座の根端点Q2に接続されており、先端部が異属間接続体133に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。   Here, the first negative-side plate-like structure 131 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the root end point Q1 of the pedestal 331, and the front end is connected to the heterogeneous connector 133. And a plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L1) such that the direction from the root end toward the tip is the Y-axis positive direction. It is. Further, the first positive-side plate-like structure 132 is disposed in the positive-side space, the root end is connected to the root end point Q2 of the pedestal, and the distal end is connected to the heterogeneous connector 133. It is a plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L2) such that the direction from the root end toward the tip is the Y-axis positive direction. .

一方、第2の負側板状構造体134は、負側空間に配置されており、根端部が異属間接続体133に接続されており、先端部が最先端部接続体136に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L3の方向)に伸びている第2属性をもつ板状構造体である。また、第2の正側板状構造体135は、正側空間に配置されており、根端部が異属間接続体133に接続されており、先端部が最先端部接続体136に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L4の方向)に伸びている第2属性をもつ板状構造体である。   On the other hand, the second negative-side plate-like structure 134 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the heterogeneous connector 133, and the tip is connected to the foremost end connector 136. A plate-like structure having a second attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L3) such that the direction from the root end toward the tip is the Y-axis negative direction. is there. In addition, the second front-side plate-like structure 135 is disposed in the front-side space, the root end is connected to the heterogeneous connector 133, and the tip is connected to the foremost end connector 136. A plate-like structure having a second attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L4) such that the direction from the root end toward the tip is the Y-axis negative direction. is there.

そして、第1の重錘体231は、異属間接続体133の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体であり、第2の重錘体232は、最先端部接続体136の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体である。   The first weight 231 is a weight connected to the lower surface of the heterogeneous connector 133 (the area indicated by dot hatching in the figure), and the second weight 232 is It is a weight connected to the lower surface of the distal end connector 136 (the area indicated by dot hatching in the figure).

図21に示す第2の実施形態では、第2属性をもつ板状構造体として、中央板状構造体124が1本だけ設けられていたが、図22に示す第3の実施形態では、第2属性をもつ板状構造体として、第2の負側板状構造体134および第2の正側板状構造体135の2本が設けられている。このため、板状構造体の数は4本に増え、合計16組の個別上部電極層を用いて電力が取り出される。このため、X軸方向の幅が若干広がることになるが、より大きな電力を生成することができる。もちろん、この第3の実施形態の場合も、主基板130と台座331との間の接続が、根端点Q1,Q2の2箇所において行われているため、図示しない発電回路500への配線の取り回しが容易になるという利点が得られる。   In the second embodiment shown in FIG. 21, only one central plate-like structure 124 is provided as a plate-like structure having the second attribute. However, in the third embodiment shown in FIG. As a plate-like structure having two attributes, two of a second negative-side plate-like structure 134 and a second positive-side plate-like structure 135 are provided. For this reason, the number of plate-like structures is increased to four, and power is extracted using a total of 16 individual upper electrode layers. For this reason, although the width in the X-axis direction slightly increases, larger power can be generated. Of course, also in the case of the third embodiment, the connection between the main board 130 and the pedestal 331 is made at two points, the root end points Q1 and Q2. Is obtained.

なお、最先端部接続体136を設けない構成にすることも可能である。この場合、第2の負側板状構造体134の先端部下面に第2の重錘体を接続し、第2の正側板状構造体135の先端部下面に第3の重錘体を接続するようにし、異属間接続体133の下面に接続された第1の重錘体231と合わせて、合計3組の重錘体をばらばらに設けるようにすればよい。   It is also possible to adopt a configuration in which the foremost end connection body 136 is not provided. In this case, the second weight is connected to the lower surface of the distal end of the second negative plate-shaped structure 134, and the third weight is connected to the lower surface of the distal end of the second positive plate-shaped structure 135. In this way, a total of three sets of weights may be separately provided in combination with the first weights 231 connected to the lower surface of the heterogeneous connector 133.

<7−4. 第4の実施形態>
図23は、本発明の第4の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子4000の平断面図である。図22に示す発電素子3000と図23に示す発電素子4000との本質的な違いは、後者では、中央板状構造体147および最先端部接続体148が追加されている点である。この中央板状構造体147は、これまでの各実施形態には見られなかった第3属性の板状構造体である。この第4の実施形態の重要な特徴は、第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体に加えて、更に、第3属性の板状構造体が設けられている点である。
<7-4. Fourth embodiment>
FIG. 23 is a plan sectional view of a power generating element 4000 with a device housing according to the fourth embodiment of the present invention. The essential difference between the power generating element 3000 shown in FIG. 22 and the power generating element 4000 shown in FIG. 23 is that, in the latter, a central plate-shaped structure 147 and a front end connection body 148 are added. The central plate-shaped structure 147 is a plate-shaped structure having the third attribute, which has not been found in the above embodiments. An important feature of the fourth embodiment is that, in addition to the plate structure of the first attribute and the plate structure of the second attribute, a plate structure of the third attribute is further provided. is there.

この例の場合、主基板140は、第1属性をもつ第1の負側板状構造体141および第1の正側板状構造体142と、第1の異属間接続体143と、第2属性をもつ第2の負側板状構造体144および第2の正側板状構造体145と、第2の異属間接続体146と、第3属性をもつ中央板状構造体147と、最先端部接続体148と、によって構成されている。最先端部接続体148は、中央板状構造体147の先端部に接続された部材である。ここで、第1の異属間接続体143は、第1属性をもつ第1の負側板状構造体141および第1の正側板状構造体142と、第2属性をもつ第2の負側板状構造体144および第2の正側板状構造体145と、を接続する役割を果たす。また、第2の異属間接続体146は、第2属性をもつ第2の負側板状構造体144および第2の正側板状構造体145と、第3属性をもつ中央板状構造体147と、を接続する役割を果たす。   In the case of this example, the main substrate 140 includes a first negative side plate-like structure 141 and a first positive side plate-like structure 142 having a first attribute, a first heterogeneous connector 143, and a second attribute. A second negative side plate-like structure 144 and a second positive side plate-like structure 145, a second heterogeneous connector 146, a central plate-like structure 147 having a third attribute, And a connector 148. The foremost end connector 148 is a member connected to the front end of the central plate-shaped structure 147. Here, the first heterogeneous connector 143 includes a first negative plate-like structure 141 and a first positive plate-like structure 142 having a first attribute, and a second negative plate-like structure 142 having a second attribute. And serves to connect the first structural plate 144 and the second front plate-like structure 145. In addition, the second heterogeneous connector 146 includes a second negative plate-like structure 144 and a second positive plate-like structure 145 having a second attribute, and a central plate-like structure 147 having a third attribute. And serve to connect.

別言すれば、第1の異属間接続体143は、第1属性をもつ板状構造体と第2属性をもつ板状構造体とを相互に接続し、板状構造体の第1の折り返し点としての役割を果たす。
同様に、第2の異属間接続体146は、第2属性をもつ板状構造体と第3属性をもつ板状構造体とを相互に接続し、板状構造体の第2の折り返し点としての役割を果たす。このように、この第4の実施形態では、板状構造体が第1の折り返し点で折り返され、更に、第2の折り返し点でも折り返されることになる。
In other words, the first heterogeneous connector 143 connects the plate-like structure having the first attribute and the plate-like structure having the second attribute to each other, and forms the first of the plate-like structures. Serves as a turning point.
Similarly, the second heterogeneous connector 146 connects the plate-like structure having the second attribute and the plate-like structure having the third attribute to each other, and forms a second turning point of the plate-like structure. Play a role. As described above, in the fourth embodiment, the plate-like structure is folded at the first turning point, and is also folded at the second turning point.

基本構造部は、この主基板140と、装置筐体340に側板の一部として組み込まれた台座341と、3組の重錘体241,242,243と、によって構成されている。そして、台座341は、根端点Q1およびQ2において、第1の負側板状構造体141および第1の正側板状構造体142を支持する役割を果たす。   The basic structure portion includes the main substrate 140, a pedestal 341 incorporated as a part of a side plate in the device housing 340, and three sets of weights 241, 242, and 243. The pedestal 341 serves to support the first negative plate-like structure 141 and the first positive plate-like structure 142 at the root end points Q1 and Q2.

ここで、第1の負側板状構造体141は、負側空間に配置されており、根端部が台座341の根端点Q1に接続されており、先端部が第1の異属間接続体143に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。また、第1の正側板状構造体142は、正側空間に配置されており、根端部が台座の根端点Q2に接続されており、先端部が第1の異属間接続体143に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。   Here, the first negative-side plate-like structure 141 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the root end point Q1 of the pedestal 341, and the front end is connected to the first heterogeneous connector. 143, a plate having a first attribute extending in a direction parallel to the Y axis (direction of the longitudinal axis L1) such that the direction from the root end toward the tip is the Y axis positive direction. -Like structure. Further, the first front-side plate-like structure 142 is disposed in the front-side space, the root end is connected to the root end point Q2 of the pedestal, and the front end is connected to the first heterogeneous connecting body 143. A plate-like structure having a first attribute that is connected and extends in a direction parallel to the Y-axis (the direction of the longitudinal axis L2) such that the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction. Body.

一方、第2の負側板状構造体144は、負側空間に配置されており、根端部が第1の異属間接続体143に接続されており、先端部が第2の異属間接続体146に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L3の方向)に伸びている第2属性をもつ板状構造体である。また、第2の正側板状構造体145は、正側空間に配置されており、根端部が第1の異属間接続体143に接続されており、先端部が第2の異属間接続体146に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L4の方向)に伸びている第2属性をもつ板状構造体である。   On the other hand, the second negative-side plate-like structure 144 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the first heterogeneous connecting body 143, and the tip is connected to the second heterogeneous connecting body. The second attribute connected to the connector 146 and extending in the direction parallel to the Y axis (the direction of the longitudinal axis L3) so that the direction from the root end toward the tip is the Y axis negative direction. It is a plate-like structure having. Further, the second front-side plate-like structure 145 is disposed in the front-side space, the root end is connected to the first interspecies connection member 143, and the tip end is connected to the second interspecies connection. The second attribute connected to the connector 146 and extending in the direction parallel to the Y axis (the direction of the longitudinal axis L4) so that the direction from the root to the tip is the negative direction of the Y axis. It is a plate-like structure having.

そして、中央板状構造体147は、YZ平面上に配置されており、根端部が第2の異属間接続体146に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている第3属性をもつ板状構造体であり、最先端部接続体148は、この中央板状構造体147の先端部に接続された部材である。   The central plate-shaped structure 147 is arranged on the YZ plane, the root end is connected to the second heterogeneous connector 146, and the direction from the root end to the distal end is the Y-axis. It is a plate-like structure having a third attribute extending in a direction parallel to the Y axis so as to be in the positive direction, and the foremost end connector 148 is connected to the front end of the central plate-like structure 147. It is a member.

また、第1の重錘体241は、第1の異属間接続体143の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体であり、第2の重錘体242は、第2の異属間接続体146の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体であり、第3の重錘体243は、最先端部接続体148の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体である。   The first weight 241 is a weight connected to the lower surface of the first heterogeneous connecting body 143 (the area shown by dot hatching in the figure), and the second weight 242. Is a weight connected to the lower surface (the area shown by dot hatching in the figure) of the second heterogeneous connector 146, and the third weight 243 is It is a weight connected to the lower surface (the area shown by dot hatching in the figure).

この第4の実施形態では、前述の第3の実施形態と同様に合計16組の個別上部電極層を用いて電力が取り出される。また、主基板140と台座341との間の接続が、根端点Q1,Q2の2箇所において行われているため、図示しない発電回路500への配線の取り回しが容易になるという利点が得られる。更に、この第4の実施形態の基本構造部では、第1属性をもつ板状構造体の振動に基づく第1の共振系と、第2属性をもつ板状構造体の振動に基づく第2の共振系と、第3属性をもつ板状構造体の振動に基づく第3の共振系と、を含んだ、より複雑な合成振動系が構成されることになる。   In the fourth embodiment, power is extracted using a total of 16 sets of individual upper electrode layers as in the third embodiment. Further, since the connection between the main board 140 and the pedestal 341 is made at two locations of the root end points Q1 and Q2, there is an advantage that the wiring to the power generation circuit 500 (not shown) can be easily arranged. Further, in the basic structure of the fourth embodiment, the first resonance system based on the vibration of the plate-like structure having the first attribute and the second resonance system based on the vibration of the plate-like structure having the second attribute A more complex combined vibration system including the resonance system and the third resonance system based on the vibration of the plate-like structure having the third attribute is configured.

なお、最先端部接続体148を設けない構成にすることも可能である。この場合、中央板状構造体147の先端部下面に第3の重錘体を接続するようにすればよい。ただ、図示のように、中央板状構造体147よりも幅の広い最先端部接続体148を設け、その下面に第3の重錘体243を接続するようにすれば、第3の重錘体243として、より質量の大きな重錘体を形成することが可能になり、より大きな振動を生じさせることが可能になる。また、図示の例では、中央板状構造体147の上面には個別上部電極層(圧電素子)を設けていないが、発電効率を更に高めるには、中央板状構造体147の上面にも個別上部電極層(圧電素子)を設け、電力を取り出すようにすればよい。   Note that it is also possible to adopt a configuration in which the foremost end connection body 148 is not provided. In this case, the third weight may be connected to the lower surface of the distal end portion of the central plate-shaped structure 147. However, as shown in the figure, if the foremost end connecting member 148 having a width wider than the central plate-like structure 147 is provided, and the third weight 243 is connected to the lower surface thereof, the third weight can be obtained. As the body 243, a weight body having a larger mass can be formed, and larger vibration can be generated. In the illustrated example, the individual upper electrode layer (piezoelectric element) is not provided on the upper surface of the central plate-shaped structure 147. An upper electrode layer (piezoelectric element) may be provided to extract electric power.

<7−5. 第5の実施形態>
図24は、本発明の第5の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子5000の平断面図である。この第5の実施形態の重要な特徴は、同一属性の板状構造体が直列配置されている点である。これまで述べてきた実施形態では、いずれも、同一属性の板状構造体は並列配置されており、直列配置されているものはない。ここでは、まず、この点について確認してみよう。
<7-5. Fifth Embodiment>
FIG. 24 is a plan cross-sectional view of a power generating element 5000 with a device housing according to the fifth embodiment of the present invention. An important feature of the fifth embodiment is that plate-like structures having the same attribute are arranged in series. In the embodiments described so far, the plate-like structures having the same attribute are arranged in parallel, and none of them is arranged in series. Here, let's confirm this point first.

まず、図3に示す第1の実施形態に係る発電素子1000の場合、第2属性の板状構造体として、負側板状構造体113と正側板状構造体114とが設けられているが、これらはいずれも根端部が異属間接続体112に接続されており、並列に配置されている。また、図21に示す第2の実施形態に係る発電素子2000の場合、第1属性の板状構造体として、負側板状構造体121と正側板状構造体122とが設けられているが、これらはいずれも根端部が台座321に接続されており、並列に配置されている。   First, in the case of the power generating element 1000 according to the first embodiment illustrated in FIG. 3, the negative-side plate-like structure 113 and the positive-side plate-like structure 114 are provided as the plate-like structures of the second attribute. All of these are connected at the root end to the heterogeneous connector 112 and are arranged in parallel. In the case of the power generating element 2000 according to the second embodiment shown in FIG. 21, the negative-side plate-like structure 121 and the positive-side plate-like structure 122 are provided as the plate-like structures of the first attribute. Each of these has a root end connected to the pedestal 321 and is arranged in parallel.

一方、図22に示す第3の実施形態に係る発電素子3000の場合、第1属性の板状構造体として、負側板状構造体131と正側板状構造体132とが設けられているが、これらはいずれも根端部が台座331に接続されており、並列に配置されている。また、第2属性の板状構造体として、負側板状構造体134と正側板状構造体135とが設けられているが、これらはいずれも根端部が異属間接続体133に接続されており、並列に配置されている。図23に示す第4の実施形態に係る発電素子4000も同様である。   On the other hand, in the case of the power generating element 3000 according to the third embodiment shown in FIG. 22, the negative-side plate-like structure 131 and the positive-side plate-like structure 132 are provided as the first attribute plate-like structure. Each of these has a root end connected to the pedestal 331 and is arranged in parallel. Further, a negative-side plate-like structure 134 and a positive-side plate-like structure 135 are provided as the plate-like structures of the second attribute, all of which have their root ends connected to the heterogeneous connector 133. And are arranged in parallel. The same applies to the power generating element 4000 according to the fourth embodiment shown in FIG.

ところが、図24に示す第5の実施形態に係る発電素子5000の場合、合計4本の板状構造体が設けられており、そのうち、3本の板状構造体151,153,154は、いずれも根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となる第1属性の板状構造体であり、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となる第2属性の板状構造体は、板状構造体156のみである。ここで、板状構造体153と154とは並列配置の関係になっているが、板状構造体151と153は直列配置された関係になっており、板状構造体151と154も直列配置された関係になっている。その結果、部材152は、同じ第1属性の板状構造体を接続する役割を果たすことになる。そこで、ここでは、この部材152を同属間接続体と呼ぶことにする。   However, in the case of the power generating element 5000 according to the fifth embodiment shown in FIG. 24, a total of four plate-like structures are provided, and among them, three plate-like structures 151, 153, 154 The first attribute is a plate-shaped structure having a first attribute in which the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction, and the second attribute is a plate-shaped structure in which the direction from the root tip to the tip is the Y-axis negative direction. The structure is only the plate-like structure 156. Here, the plate-like structures 153 and 154 are in a parallel arrangement relationship, but the plate-like structures 151 and 153 are in a relationship arranged in series, and the plate-like structures 151 and 154 are also arranged in series. It has been a relationship. As a result, the member 152 plays a role of connecting the plate-like structures having the same first attribute. Therefore, here, this member 152 will be referred to as an inter-generic connector.

したがって、この例の場合、主基板150は、第1属性をもつ第1の中央板状構造体151と、同属間接続体152と、同じく第1属性をもつ負側板状構造体153および正側板状構造体154と、異属間接続体155と、第2属性をもつ第2の中央板状構造体156と、最先端部接続体157と、によって構成されている。最先端部接続体157は、第2の中央板状構造体156の先端部に接続された部材である。   Therefore, in the case of this example, the main substrate 150 includes a first central plate-shaped structure 151 having a first attribute, a homogenous connector 152, a negative plate-shaped structure 153 and a positive side plate also having the first attribute. 154, a heterogeneous connector 155, a second central plate-like structure 156 having a second attribute, and a forefront connector 157. The foremost end connector 157 is a member connected to the tip of the second central plate-like structure 156.

ここで、同属間接続体152は、第1属性をもつ第1の中央板状構造体151と、同じく第1属性をもつ負側板状構造体153および正側板状構造体154と、を接続する役割を果たす。これに対して、異属間接続体155は、第1属性をもつ負側板状構造体153および正側板状構造体154と、第2属性をもつ第2の中央板状構造体156と、を接続する役割を果たす。このように、異属間接続体155が、第1属性をもつ板状構造体と第2属性をもつ板状構造体とを相互に接続し、板状構造体の折り返し点として機能するのに対して、同属間接続体152は、同じ第1属性をもつ板状構造体を直列接続する中継地点として機能することになる。   Here, the intergeneric connector 152 connects the first central plate-shaped structure 151 having the first attribute to the negative plate-shaped structure 153 and the positive plate-shaped structure 154 also having the first attribute. Play a role. On the other hand, the heterogeneous connector 155 includes a negative plate-like structure 153 and a positive plate-like structure 154 having a first attribute, and a second central plate-like structure 156 having a second attribute. Play the role of connecting. As described above, the heterogeneous connector 155 connects the plate-like structure having the first attribute and the plate-like structure having the second attribute to each other, and functions as a turning point of the plate-like structure. On the other hand, the inter-general connection body 152 functions as a relay point for connecting the plate-shaped structures having the same first attribute in series.

基本構造部は、この主基板150と、装置筐体350に側板の一部として組み込まれた台座351と、3組の重錘体251,252,253と、によって構成されている。台座351は、原点Oにおいて、第1の中央板状構造体151を支持する役割を果たす。   The basic structure portion includes the main substrate 150, a pedestal 351 incorporated in the device housing 350 as a part of a side plate, and three sets of weights 251, 252, and 253. The pedestal 351 plays the role of supporting the first central plate-shaped structure 151 at the origin O.

ここで、第1の中央板状構造体151は、YZ平面上に配置されており、根端部が台座351に接続されており、先端部が同属間接続体152に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。また、負側板状構造体153は、負側空間に配置されており、根端部が同属間接続体152に接続されており、先端部が異属間接続体155に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。同様に、正側板状構造体154は、負側空間に配置されており、根端部が同属間接続体152に接続されており、先端部が異属間接続体155に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。   Here, the first central plate-shaped structure 151 is disposed on the YZ plane, the root end is connected to the pedestal 351, and the front end is connected to the congener connection member 152. A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis such that a direction from the end to the tip is the Y-axis positive direction. Further, the negative-side plate-like structure 153 is disposed in the negative-side space, and has a root end connected to the same-genus connector 152 and a distal end connected to the heterogeneous connector 155. A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L1) such that a direction from the end to the tip is the Y-axis positive direction. Similarly, the positive-side plate-shaped structure 154 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the intergeneric connector 152, and the tip is connected to the heterogeneous connector 155, A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L2) such that a direction from the root end toward the tip becomes the Y-axis positive direction.

一方、第2の中央板状構造体156は、YZ平面上に配置されており、根端部が異属間接続体155に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている第2属性をもつ板状構造体であり、最先端部接続体157は、この第2の中央板状構造体156の先端部に接続された部材である。   On the other hand, the second central plate-shaped structure 156 is disposed on the YZ plane, the root end is connected to the heterogeneous connector 155, and the direction from the root end to the tip is the Y-axis. It is a plate-like structure having a second attribute extending in a direction parallel to the Y-axis so as to be in the negative direction, and the foremost end connector 157 is a distal end of the second central plate-like structure 156. Is connected to the member.

また、第1の重錘体251は、同属間接続体152の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体であり、第2の重錘体252は、異属間接続体155の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体であり、第3の重錘体253は、最先端部接続体157の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された重錘体である。   The first weight 251 is a weight connected to the lower surface of the intergeneric connecting body 152 (the area shown by dot hatching in the figure), and the second weight 252 is The third weight 253 is a weight connected to the lower surface of the inter-connector 155 (the area indicated by dot hatching in the figure), and the third weight 253 is the lower surface of the tip connector 157 (dot hatched in the figure). Weighted region connected to the area shown in FIG.

この第5の実施形態には、次の3通りの共振系が含まれている。第1の共振系は、第1の中央板状構造体151の撓みに基づいて振動を生じさせる系であり、図において同属間接続体152およびその右側に接続された構成要素すべてが、この第1の共振系の重りとして機能することになる。第2の共振系は、負側板状構造体153および正側板状構造体154の撓みに基づいて振動を生じさせる系であり、図において異属間接続体155およびその左側中央部分に接続された構成要素すべてが、この第2の共振系の重りとして機能することになる。そして、第3の共振系は、第2の中央板状構造体156の撓みに基づいて振動を生じさせる系であり、その先端部に接続された構成要素が、この第3の共振系の重りとして機能することになる。   The fifth embodiment includes the following three types of resonance systems. The first resonance system is a system that generates vibration based on the bending of the first central plate-shaped structure 151. In the drawing, the inter-general connection body 152 and all the components connected to the right side thereof are connected to the first It will function as the weight of the first resonance system. The second resonance system is a system that generates vibration based on the bending of the negative-side plate-like structure 153 and the positive-side plate-like structure 154, and is connected to the heterogeneous connector 155 and the left central portion thereof in the figure. All the components will function as the weight of this second resonance system. The third resonance system is a system that generates vibration based on the bending of the second central plate-like structure 156, and the component connected to the tip of the third resonance system is a weight of the third resonance system. Will function as

なお、最先端部接続体157を設けない構成にすることも可能である。この場合、第2の中央板状構造体156の先端部下面に第3の重錘体を接続するようにすればよい。ただ、図示のように、第2の中央板状構造体156よりも幅の広い最先端部接続体157を設け、その下面に第3の重錘体253を接続するようにすれば、第3の重錘体253として、より質量の大きな重錘体を形成することが可能になり、より大きな振動を生じさせることが可能になる。   Note that it is also possible to adopt a configuration in which the foremost end connection body 157 is not provided. In this case, the third weight may be connected to the lower surface of the distal end portion of the second central plate-like structure 156. However, as shown in the figure, if a foremost end connection member 157 wider than the second central plate-like structure 156 is provided and the third weight 253 is connected to the lower surface thereof, the third weight 253 can be obtained. It is possible to form a weight body having a larger mass as the weight body 253, and it is possible to generate a larger vibration.

図示の例では、第2の中央板状構造体156の上面には個別上部電極層(圧電素子)を設けていないため、この第5の実施形態では、合計12組の個別上部電極層を用いて電力が取り出される。もちろん、発電効率を更に高めるには、第2の中央板状構造体156の上面にも個別上部電極層(圧電素子)を設け、電力を取り出すようにすればよい。   In the illustrated example, since no individual upper electrode layer (piezoelectric element) is provided on the upper surface of the second central plate-shaped structure 156, a total of 12 sets of individual upper electrode layers are used in the fifth embodiment. Power is taken out. Of course, in order to further increase the power generation efficiency, an individual upper electrode layer (piezoelectric element) may be provided also on the upper surface of the second central plate-shaped structure 156 so as to extract power.

<7−6. 第6の実施形態>
図25は、本発明の第6の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子6000の平断面図である。この第6の実施形態は、上述した第5の実施形態における重錘体の形状を若干変更した変形例というべきものであり、各板状構造体の接続関係は、第5の実施形態と全く同じである。ただ、第1の重錘体と第3の重錘体の質量を大きくする変更を行っているため、同属間接続体と最先端部接続体の平面形状がU字状に変更されている。
<7-6. Sixth embodiment>
FIG. 25 is a plan sectional view of a power generating element 6000 with a device housing according to the sixth embodiment of the present invention. The sixth embodiment is a modification in which the shape of the weight body in the above-described fifth embodiment is slightly changed, and the connection relationship between the plate-like structures is completely different from that of the fifth embodiment. Is the same. However, since the weights of the first weight body and the third weight body are changed to be large, the planar shapes of the intergeneric connecting body and the foremost end connecting body are changed to U-shape.

具体的には、この例の場合、主基板160は、第1属性をもつ第1の中央板状構造体161と、同属間接続体162と、同じく第1属性をもつ負側板状構造体163および正側板状構造体164と、異属間接続体165と、第2属性をもつ第2の中央板状構造体166と、最先端部接続体167と、によって構成されている。最先端部接続体167は、第2の中央板状構造体166の先端部に接続された部材である。   Specifically, in the case of this example, the main substrate 160 includes a first central plate-shaped structure 161 having a first attribute, an inter-connector 162, and a negative side plate-shaped structure 163 having the same first attribute. And a front-side plate-like structure 164, a heterogeneous connector 165, a second central plate-like structure 166 having a second attribute, and a foremost connector 167. The foremost end connecting body 167 is a member connected to the front end of the second central plate-shaped structure 166.

ここで、同属間接続体162は、第1属性をもつ第1の中央板状構造体161と、同じく第1属性をもつ負側板状構造体163および正側板状構造体164と、を接続する役割を果たす。これに対して、異属間接続体165は、第1属性をもつ負側板状構造体163および正側板状構造体164と、第2属性をもつ第2の中央板状構造体166と、を接続する役割を果たす。   Here, the inter-general connection body 162 connects the first central plate-shaped structure 161 having the first attribute, and the negative side plate-shaped structure 163 and the positive side plate-shaped structure 164 also having the first attribute. Play a role. On the other hand, the heterogeneous connector 165 includes a negative plate-like structure 163 and a positive plate-like structure 164 having a first attribute, and a second central plate-like structure 166 having a second attribute. Play the role of connecting.

基本構造部は、この主基板160と、装置筐体360に側板の一部として組み込まれた台座361と、3組の重錘体261,262,263と、によって構成されている。台座361は、原点Oにおいて、第1の中央板状構造体161を支持する役割を果たす。   The basic structure includes the main substrate 160, a pedestal 361 incorporated as a part of a side plate in the device housing 360, and three sets of weights 261, 262, and 263. The pedestal 361 plays a role of supporting the first central plate-shaped structure 161 at the origin O.

ここで、第1の中央板状構造体161は、YZ平面上に配置されており、根端部が台座361に接続されており、先端部が同属間接続体162に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。また、負側板状構造体163は、負側空間に配置されており、根端部が同属間接続体162に接続されており、先端部が異属間接続体165に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。同様に、正側板状構造体164は、負側空間に配置されており、根端部が同属間接続体162に接続されており、先端部が異属間接続体165に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。   Here, the first central plate-shaped structure 161 is arranged on the YZ plane, the root end is connected to the pedestal 361, and the front end is connected to the inter-general connection body 162. A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis such that a direction from the end to the tip is the Y-axis positive direction. Further, the negative-side plate-like structure 163 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the same-genus connector 162, and the distal end is connected to the heterogeneous connector 165. A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L1) such that a direction from the end to the tip is the Y-axis positive direction. Similarly, the positive-side plate-shaped structure 164 is disposed in the negative-side space, the root end is connected to the same-genus connector 162, and the tip is connected to the different-genus connector 165. A plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L2) such that a direction from the root end toward the tip becomes the Y-axis positive direction.

一方、第2の中央板状構造体166は、YZ平面上に配置されており、根端部が異属間接続体165に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている第2属性をもつ板状構造体であり、最先端部接続体167は、この第2の中央板状構造体166の先端部に接続された部材である。   On the other hand, the second central plate-shaped structure 166 is arranged on the YZ plane, the root end is connected to the heterogeneous connector 165, and the direction from the root end to the tip is the Y-axis. It is a plate-like structure having a second attribute extending in a direction parallel to the Y-axis so as to be in the negative direction, and the foremost end connector 167 is a tip end of the second central plate-like structure 166. Is connected to the member.

この第6の実施形態の特徴は、同属間接続体162および最先端部接続体167の平面形状がU字状をなし、これらの下面に接続される第1の重錘体261および第3の重錘体263の平面形状もU字状をなす点である。   The feature of the sixth embodiment is that the planar shape of the intergeneric connecting body 162 and the foremost end connecting body 167 is U-shaped, and the first weight body 261 and the third weight body 261 connected to the lower surfaces thereof are connected to each other. The plane shape of the weight body 263 is also a U-shaped point.

具体的には、同属間接続体162は、図示のとおり、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部162Rと、この直交部162RからY軸負方向に伸びた負側翼状部162Nおよび正側翼状部162Pと、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第1の重錘体261は、同属間接続体162の直交部162R、負側翼状部162N、正側翼状部162P、のすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、同属間接続体162の平面形状と第1の重錘体261の平面形状とは同一であり、第1の重錘体261は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   Specifically, as shown in the figure, the inter-general connection body 162 extends in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis), and extends in the Y axis negative direction from the orthogonal portion 162R. It has a negative-side wing portion 162N and a positive-side wing portion 162P, and is formed of a plate-shaped member whose projected image on the XY plane has a U-shape. The first weight 261 is connected to all the lower surfaces of the orthogonal part 162R, the negative wing part 162N, and the positive wing part 162P of the inter-general connection body 162, and the projected image on the XY plane is U-shaped. It is constituted by a structure having a shape like a letter. In the case of the illustrated embodiment, the planar shape of the intergeneric connecting body 162 is the same as the planar shape of the first weight body 261, and the first weight body 261 is a region indicated by dot hatching in the drawing. Structure.

一方、最先端部接続体167は、図示のとおり、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部167Rと、この直交部167RからY軸正方向に伸びた負側翼状部167Nおよび正側翼状部167Pと、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第3の重錘体263は、最先端部接続体167の直交部167R、負側翼状部167N、正側翼状部167P、のすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。
図示の実施例の場合、最先端部接続体167の平面形状と第3の重錘体263の平面形状とは同一であり、第3の重錘体263は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。なお、第2の重錘体262は、異属間接続体165の下面(図にドットハッチングを施して示す領域)に接続された、平面が矩形状の重錘体である。
On the other hand, as shown in the figure, the foremost end connector 167 has an orthogonal portion 167R extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis) and a negative side extending from the orthogonal portion 167R in the positive Y axis direction. It has a wing-shaped part 167N and a positive wing-shaped part 167P, and is constituted by a plate-shaped member whose projected image on the XY plane has a U-shape. The third weight body 263 is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion 167R, the negative wing portion 167N, and the positive wing portion 167P of the foremost end connector 167, and the projected image on the XY plane is U-shaped. It is constituted by a structure having a character shape.
In the case of the illustrated example, the planar shape of the distal end connecting body 167 is the same as the planar shape of the third weight body 263, and the third weight body 263 is indicated by dot hatching in the figure. The structure occupies the area. The second weight body 262 is a weight body having a rectangular plane and connected to the lower surface of the heterogeneous connecting body 165 (the area indicated by dot hatching in the figure).

この第6の実施形態における各部材の接続関係は、上述した第5の実施形態と全く同じであり、動作原理も全く同じになる。ただ、第1の重錘体261と第3の重錘体263の平面形状がU字状になっているため、第5の実施形態に比べて、これら重錘体の質量を大きくすることができ、発電効率をより向上させる利点が得られる。もちろん、第2の中央板状構造体166の上面にも個別上部電極層(圧電素子)を設け、電力を取り出すようにしてもよい。   The connection relationship of each member in the sixth embodiment is exactly the same as in the above-described fifth embodiment, and the operation principle is also exactly the same. However, since the plane shapes of the first weight body 261 and the third weight body 263 are U-shaped, it is possible to increase the mass of these weight bodies as compared with the fifth embodiment. And the advantage of further improving the power generation efficiency can be obtained. Of course, an individual upper electrode layer (piezoelectric element) may be provided also on the upper surface of the second central plate-shaped structure 166 to extract power.

ここで、第1の重錘体261と第3の重錘体263の平面形状をU字状とし、第2の重錘体262の平面形状を矩形状にしているのは、装置筐体360内の空間をできるだけ有効利用して、装置全体の小型化を図るためである。すなわち、第1の重錘体261については、第1の中央板状構造体161の両脇に生じる空間を利用して負側翼状部162Nおよび正側翼状部162Pを配置することができるため、空間の有効利用を図りつつ、質量を増加することができる。同様に、第3の重錘体263については、第2の中央板状構造体166の両脇に生じる空間を利用して負側翼状部167Nおよび正側翼状部167Pを配置することができるため、やはり空間の有効利用を図りつつ、質量を増加することができる。   Here, the plane shape of the first weight body 261 and the third weight body 263 is U-shaped, and the plane shape of the second weight body 262 is rectangular. The purpose of this is to reduce the size of the entire device by effectively utilizing the internal space as much as possible. That is, for the first weight 261, the negative wing portion 162 </ b> N and the positive wing portion 162 </ b> P can be arranged using the space generated on both sides of the first central plate-shaped structure 161, The mass can be increased while effectively utilizing the space. Similarly, for the third weight body 263, the negative wing portion 167N and the positive wing portion 167P can be arranged by utilizing the space generated on both sides of the second central plate-like structure 166. Also, the mass can be increased while effectively utilizing the space.

このように、第6の実施形態に係る発電素子6000は、第1の重錘体261と第3の重錘体263の質量を十分に大きくすることが可能なため、特に、3軸発電に適した性能を発揮することができる。一般に、冷蔵庫やエアコンなど、モータを含む振動源の場合、特定の座標軸方向の振動成分が主になるため、1軸発電に適した構造(特定の座標軸方向にのみ振動しやすい構造)をもつ発電素子でも有用であるが、自動車、列車、船舶などの乗り物では、様々な方向の振動成分を含んだ振動エネルギーが加えられるため、3軸発電に適した構造(座標軸XYZのいずれの方向にも振動しやすい構造)をもつ発電素子を用いるのが好ましい。   As described above, the power generating element 6000 according to the sixth embodiment can sufficiently increase the masses of the first weight body 261 and the third weight body 263. Suitable performance can be exhibited. In general, in the case of a vibration source including a motor such as a refrigerator or an air conditioner, a vibration component in a specific coordinate axis direction is mainly used, so that a power generation having a structure suitable for uniaxial power generation (a structure that easily vibrates only in a specific coordinate axis direction) Although elements are useful, in vehicles such as automobiles, trains, and ships, vibration energy containing vibration components in various directions is applied, so a structure suitable for three-axis power generation (vibration in any direction of the coordinate axes XYZ). It is preferable to use a power generating element having a structure that is easy to perform.

図25に示す発電素子6000は、第1の重錘体261および第3の重錘体263の質量が大きいため、X軸成分、Y軸成分、Z軸成分のいずれを含んだ振動エネルギーが外部から加えられた場合にも、各重錘体を十分な振幅で振動させることができ、3軸発電に適した性能を発揮することができる。   In the power generating element 6000 illustrated in FIG. 25, since the masses of the first weight body 261 and the third weight body 263 are large, vibration energy including any of the X-axis component, the Y-axis component, and the Z-axis component is externally generated. , Each weight body can be vibrated with a sufficient amplitude, and performance suitable for triaxial power generation can be exhibited.

<7−7. 第7の実施形態>
図26は、本発明の第7の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子7000の平断面図である。この第7の実施形態は、一見したところ、上述した第6の実施形態に類似した外形を有している。すなわち、図25における第1属性をもつ第1の中央板状構造体161を一対の板状構造体171,172に置き換え、図25における第2属性をもつ第2の中央板状構造体166を一対の板状構造体174,175に置き換えた形態をとる。ただ、構造上の特徴という観点では、図26に示す発電素子7000は、図22に示す発電素子3000と同類である。
<7-7. Seventh embodiment>
FIG. 26 is a plan sectional view of a power generating element 7000 with a device housing according to the seventh embodiment of the present invention. At first glance, the seventh embodiment has an outer shape similar to that of the above-described sixth embodiment. That is, the first central plate-like structure 161 having the first attribute in FIG. 25 is replaced with a pair of plate-like structures 171 and 172, and the second central plate-like structure 166 having the second attribute in FIG. A configuration in which a pair of plate-like structures 174 and 175 is used is adopted. However, in terms of structural features, the power generating element 7000 shown in FIG. 26 is similar to the power generating element 3000 shown in FIG.

具体的には、この例の場合、主基板170は、第1属性をもつ第1の負側板状構造体171および第1の正側板状構造体172と、異属間接続体173と、第2属性をもつ第2の負側板状構造体174および第2の正側板状構造体175と、最先端部接続体176と、によって構成されている。最先端部接続体176は、第2の負側板状構造体174および第2の正側板状構造体175の先端部に接続された部材である。   Specifically, in the case of this example, the main substrate 170 includes a first negative side plate-like structure 171 and a first positive side plate-like structure 172 having a first attribute, a heterogeneous connector 173, It is composed of a second negative-side plate-like structure 174 and a second positive-side plate-like structure 175 having two attributes, and a foremost end connector 176. The foremost end connector 176 is a member connected to the distal ends of the second negative plate-like structure 174 and the second positive plate-like structure 175.

基本構造部は、この主基板170と、装置筐体370に側板の一部として組み込まれた台座371と、2組の重錘体271,272と、によって構成されている。台座371は、原点O付近において、第1の負側板状構造体171および第1の正側板状構造体172を支持する役割を果たす。   The basic structure portion includes the main substrate 170, a pedestal 371 incorporated as a part of a side plate in the device housing 370, and two sets of weights 271 and 272. The pedestal 371 plays a role of supporting the first negative-side plate-like structure 171 and the first positive-side plate-like structure 172 near the origin O.

第1の負側板状構造体171は、負側空間に配置された板状構造体であり、根端部が台座371に接続されており、先端部が異属間接続体173に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。同様に、第1の正側板状構造体172は、正側空間に配置された板状構造体であり、根端部が台座371に接続されており、先端部が異属間接続体173に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。   The first negative-side plate-shaped structure 171 is a plate-shaped structure arranged in the negative-side space, and has a root end connected to the pedestal 371 and a front end connected to the heterogeneous connector 173. It is a plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y axis (direction of the longitudinal axis L1) such that the direction from the root end toward the tip is the Y axis positive direction. . Similarly, the first positive-side plate-like structure 172 is a plate-like structure arranged in the positive-side space, and has a root end connected to the pedestal 371 and a tip end connected to the heterogeneous connector 173. A plate-like structure having a first attribute that is connected and extends in a direction parallel to the Y-axis (the direction of the longitudinal axis L2) such that the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction. Body.

一方、異属間接続体173は、これまでの実施例とは若干異なる形状を有している。すなわち、この図26に示す実施例の場合、異属間接続体173は、ドットハッチングが施された連続領域を占める平面形状を有しており、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部173Rと、直交部173RからY軸負方向に伸びた負側翼状部173Nおよび正側翼状部173Pと、直交部173RからY軸正方向に伸びた負側腕状部173NNおよび正側腕状部173PPと、を有し、XY平面への投影像がH字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第1の重錘体271は、異属間接続体173の直交部173R、負側翼状部173N、正側翼状部173P、負側腕状部173NN、正側腕状部173PPのすべての下面に接続され、XY平面への投影像がH字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、異属間接続体173の平面形状と第1の重錘体271の平面形状とは同一であり、第1の重錘体271は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   On the other hand, the heterogeneous connector 173 has a shape slightly different from that of the previous embodiments. That is, in the case of the embodiment shown in FIG. 26, the heterogeneous connector 173 has a planar shape that occupies a continuous area with dot hatching, and is perpendicular to the YZ plane (parallel to the X axis). Direction), a negative wing portion 173N and a positive wing portion 173P extending in the negative Y-axis direction from the orthogonal portion 173R, and a negative arm portion extending in the Y-axis positive direction from the orthogonal portion 173R. 173NN and a positive side arm-shaped portion 173PP, and is formed of a plate-shaped member whose projected image on the XY plane has an H shape. The first weight 271 includes all of the orthogonal portion 173R, the negative wing portion 173N, the positive wing portion 173P, the negative arm portion 173NN, and the positive arm portion 173PP of the heterogeneous connector 173. It is connected to the lower surface and is constituted by a structure whose projected image on the XY plane has an H-shape. In the case of the illustrated embodiment, the planar shape of the heterogeneous connector 173 is the same as the planar shape of the first weight 271, and the first weight 271 is shown by dot hatching in the figure. The structure occupies the area.

このように、図26に示す第7の実施形態に係る発電素子7000の場合、負側腕状部173NNおよび正側腕状部173PPは、可撓性を有しておらず、板状構造体として機能するわけではなく、異属間接続体173の一部として機能することになる。そして、負側腕状部173NNの先端部には、第2属性をもつ第2の負側板状構造体174の根端部が接続され、正側腕状部173PPの先端部には、第2属性をもつ第2の正側板状構造体175の根端部が接続されている。したがって、異属間接続体173は、第1の負側板状構造体171および第1の正側板状構造体172と、第2の負側板状構造体174および第2の正側板状構造体175と、を接続する役割を果たす。   Thus, in the case of the power generating element 7000 according to the seventh embodiment shown in FIG. 26, the negative arm portion 173NN and the positive arm portion 173PP do not have flexibility, and the plate-shaped structure Does not function as a part, but will function as a part of the heterogeneous connector 173. The tip of the negative arm 173NN is connected to the root of the second negative plate-like structure 174 having the second attribute, and the tip of the positive arm 173PP is connected to the second end. The root end of the second positive-side plate-like structure 175 having the attribute is connected. Therefore, the heterogeneous connector 173 includes the first negative plate-like structure 171 and the first positive plate-like structure 172, and the second negative plate-like structure 174 and the second positive plate-like structure 175. And serve to connect.

一方、最先端部接続体176は、第2の負側板状構造体174の先端部と第2の正側板状構造体175の先端部とを相互に接続する役割を果たす。図示のとおり、最先端部接続体176は、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部176Rと、この直交部176RからY軸正方向に伸びた負側翼状部176Nおよび正側翼状部176Pと、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第2の重錘体272は、最先端部接続体176の直交部176R、負側翼状部176N、正側翼状部176P、のすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、最先端部接続体176の平面形状と第2の重錘体272の平面形状とは同一であり、第2の重錘体272は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   On the other hand, the foremost end connector 176 plays a role of interconnecting the tip of the second negative plate-like structure 174 and the tip of the second positive plate-like structure 175. As shown in the figure, the foremost end connector 176 includes an orthogonal portion 176R extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis) and a negative wing portion extending from the orthogonal portion 176R in the positive Y axis direction. 176N and a positive-side wing-shaped portion 176P, and are formed by a plate-shaped member whose projected image on the XY plane has a U-shape. The second weight body 272 is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion 176R, the negative wing portion 176N, and the positive wing portion 176P of the foremost end connector 176, and the projected image on the XY plane is U It is constituted by a structure having a character shape. In the illustrated embodiment, the plane shape of the foremost end connecting body 176 is the same as the plane shape of the second weight body 272, and the second weight body 272 is shown by dot hatching in the figure. The structure occupies the area.

この発電素子7000の重要な特徴は、第2の負側板状構造体174および第2の正側板状構造体175が、X軸に平行な方向に伸びるX軸経路部と、Y軸に平行な方向に伸びるY軸経路部と、を含み、XY平面への投影像がL字状の形状をなす点である。   An important feature of the power generating element 7000 is that the second negative-side plate-like structure 174 and the second positive-side plate-like structure 175 include an X-axis path portion extending in a direction parallel to the X-axis and a Y-axis parallel portion. And a Y-axis path portion extending in the direction, and the projected image on the XY plane has an L-shaped shape.

たとえば、負側空間に配置された第2の負側板状構造体174は、X軸に平行な方向(長手方向軸L3′の方向)に伸びる負側X軸経路部174XとY軸に平行な方向(長手方向軸L3の方向)に伸びる負側Y軸経路部174Yとを有しており、負側X軸経路部174Xの根端部は、異属間接続体173に接続されており、負側X軸経路部174Xの先端部は負側Y軸経路部174Yの根端部に接続されており、負側Y軸経路部174Yの先端部は、最先端部接続体176に接続されている。したがって、第2の負側板状構造体174は、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。   For example, the second negative plate-shaped structure 174 arranged in the negative space has a negative X-axis path portion 174X extending in a direction parallel to the X axis (the direction of the longitudinal axis L3 ′) and a parallel with the Y axis. A negative Y-axis path portion 174Y extending in the direction (the direction of the longitudinal axis L3), and a root end of the negative X-axis path portion 174X is connected to the heterogeneous connector 173; The distal end of the negative-side X-axis path 174X is connected to the root end of the negative-side Y-axis path 174Y, and the distal end of the negative-side Y-axis path 174Y is connected to the foremost end connector 176. I have. Therefore, the second negative-side plate-shaped structure 174 has an L-shaped projection image on the XY plane.

同様に、正側空間に配置された第2の正側板状構造体175は、X軸に平行な方向(長手方向軸L4′の方向)に伸びる正側X軸経路部175XとY軸に平行な方向(長手方向軸L4の方向)に伸びる正側Y軸経路部175Yとを有しており、正側X軸経路部175Xの根端部は、異属間接続体173に接続されており、正側X軸経路部175Xの先端部は正側Y軸経路部175Yの根端部に接続されており、正側Y軸経路部175Yの先端部は、最先端部接続体176に接続されている。したがって、第2の正側板状構造体175は、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。   Similarly, the second positive-side plate-like structure 175 arranged in the positive-side space has a positive-side X-axis path portion 175X extending in a direction parallel to the X-axis (the direction of the longitudinal axis L4 ') and a parallel with the Y-axis. And the positive-side Y-axis path portion 175Y extending in an appropriate direction (the direction of the longitudinal axis L4), and the root end of the positive-side X-axis path portion 175X is connected to the heterogeneous connector 173. The tip of the positive-side X-axis path 175X is connected to the root end of the positive-side Y-axis path 175Y, and the tip of the positive-side Y-axis path 175Y is connected to the foremost end connector 176. ing. Therefore, the second front side plate-shaped structure 175 has an L-shaped projected image on the XY plane.

上述したとおり、図26に示す発電素子7000の構造上の特徴は、図22に示す発電素子3000と同じであり、いずれも、台座からの位相幾何学的な接続関係は、第1属性をもつ一対の板状構造体、異属間接続体、第2属性をもつ一対の板状構造体、最先端部接続体という順になる。ただ、発電素子7000の場合、第2属性をもつ一対の板状構造体174,175の平面形状をL字状にしたため、各部分の配置の自由度をより向上させることができ、装置筐体370内の空間をできるだけ有効利用して、装置全体の小型化を図ることが可能になる。   As described above, the structural features of the power generating element 7000 shown in FIG. 26 are the same as those of the power generating element 3000 shown in FIG. 22, and in any case, the topological connection from the pedestal has the first attribute. The order is a pair of plate-like structures, a connector between different genus, a pair of plate-like structures having the second attribute, and a leading-edge connector. However, in the case of the power generating element 7000, the planar shape of the pair of plate-like structures 174 and 175 having the second attribute is L-shaped, so that the degree of freedom of arrangement of each part can be further improved, and the device housing It is possible to use the space in 370 as effectively as possible and to reduce the size of the entire device.

この発電素子7000の場合、第1属性をもつ一対の板状構造体171,172は、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるようにY軸に平行な方向(長手方向軸L1,L2の方向)に伸びる直線状の板状構造体になっているのに対して、第2属性をもつ一対の板状構造体174,175は、L字状の構造体であるため、これまで述べてきた実施形態における、第2属性をもつ板状構造体とは若干異なる特徴をもつ構成要素になっている。ただ、その一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるようにY軸に平行な方向(長手方向軸L3,L4の方向)に伸びるY軸経路部174Y,175Yを含んでいる。そのため、この発電素子7000も、これまで述べてきた種々の実施形態と同様に、特定方向の振動に関する共振周波数の調整を行うことができ、発電可能な周波数帯域を広げ、様々な利用環境において効率的な発電を行うことが可能な発電素子を提供するという本発明に特有の作用効果を奏することができる。   In the case of this power generation element 7000, the pair of plate-like structures 171 and 172 having the first attribute are arranged in a direction parallel to the Y axis (longitudinal direction) so that the direction from the root end to the tip is the Y axis positive direction. The pair of plate-like structures 174 and 175 having the second attribute are L-shaped structures, while the plate-like structures extend in the direction of the axes L1 and L2). This is a component having slightly different features from the plate-like structure having the second attribute in the embodiments described above. However, a part of the Y-axis path portions 174Y and 175Y extending in a direction parallel to the Y-axis (the direction of the longitudinal axes L3 and L4) so that the direction from the root end to the tip becomes the Y-axis negative direction. Contains. Therefore, this power generation element 7000 can also adjust the resonance frequency related to vibration in a specific direction, expand the frequency band in which power can be generated, and improve efficiency in various use environments, similarly to the various embodiments described above. It is possible to provide a function and effect unique to the present invention, that is, to provide a power generating element capable of performing effective power generation.

図27は、図26に示す発電素子7000の第1の変形例に係る発電素子7000Aの平断面図である。図26に示す発電素子7000と図27に示す発電素子7000Aとの相違点は、前者における第1属性をもつ一対の板状構造体171,172が、後者では第1属性をもつ一対の板状構造体171A,172Aに置き換えられている点だけである。
すなわち、図27に示す発電素子7000Aの場合、第1属性をもつ一対の板状構造体171A,172Aは、平面がL字状をした板状構造体になっている。
FIG. 27 is a plan sectional view of a power generating element 7000A according to a first modification of the power generating element 7000 shown in FIG. The difference between the power generating element 7000 shown in FIG. 26 and the power generating element 7000A shown in FIG. 27 is that the pair of plate-like structures 171 and 172 having the first attribute in the former is a pair of plate-like structures having the first attribute in the latter. The only difference is that the structures are replaced by the structures 171A and 172A.
That is, in the case of the power generation element 7000A shown in FIG. 27, the pair of plate-like structures 171A and 172A having the first attribute are plate-like structures having an L-shaped plane.

図示のとおり、第1の負側板状構造体171Aは、負側空間に配置されており、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びる第1の負側Y軸経路部171YとX軸に平行な方向(長手方向軸L1′の方向)に伸びる第1の負側X軸経路部171Xとを有し、第1の負側Y軸経路部171Yの根端部は、台座371に接続されており、第1の負側Y軸経路部171Yの先端部は、第1の正側X軸経路部171Xの根端部に接続されており、第1の負側X軸経路部171Xの先端部は異属間接続体173に接続されている。その結果、第1の負側板状構造体171Aは、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。   As illustrated, the first negative-side plate-like structure 171A is disposed in a negative-side space, and extends in a direction parallel to the Y-axis (the direction of the longitudinal axis L1). And a first negative-side X-axis path portion 171X extending in a direction parallel to the X-axis (the direction of the longitudinal axis L1 '), and the root end of the first negative-side Y-axis path portion 171Y is a pedestal. 371, the tip of the first negative Y-axis path 171Y is connected to the root end of the first positive X-axis path 171X, and the first negative X-axis path 171X. The tip of the portion 171X is connected to the heterogeneous connector 173. As a result, the first negative-side plate-shaped structure 171A has an L-shaped projected image on the XY plane.

同様に、第1の正側板状構造体172Aは、正側空間に配置されており、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びる第1の正側Y軸経路部172YとX軸に平行な方向(長手方向軸L2′の方向)に伸びる第1の正側X軸経路部172Xとを有し、第1の正側Y軸経路部172Yの根端部は、台座371に接続されており、第1の正側Y軸経路部172Yの先端部は、第1の正側X軸経路部172Xの根端部に接続されており、第1の正側X軸経路部172Xの先端部は異属間接続体173に接続されている。その結果、第1の正側板状構造体172Aは、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。   Similarly, the first positive-side plate-like structure 172A is disposed in the positive-side space, and has a first positive-side Y-axis path portion 172Y extending in a direction parallel to the Y-axis (the direction of the longitudinal axis L2). A first positive-side X-axis path portion 172X extending in a direction parallel to the X-axis (the direction of the longitudinal axis L2 '), and a root end of the first positive-side Y-axis path portion 172Y has a base 371; And the tip of the first positive-side Y-axis path 172Y is connected to the root end of the first positive-side X-axis path 172X to form the first positive-side X-axis path The tip of the 172X is connected to the heterogeneous connector 173. As a result, the first front-side plate-shaped structure 172A has an L-shaped projected image on the XY plane.

結局、この発電素子7000Aの場合、4本の板状構造体171A,172A,174,175は、いずれもXY平面への投影像がL字状の形状をなしているが、その一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向もしくは負方向となるようにY軸に平行な方向(長手方向軸L1〜L4の方向)に伸びるY軸経路部を含んでいる。このため、この発電素子7000Aも、特定方向の振動に関する共振周波数の調整を行うことができる。   As a result, in the case of the power generation element 7000A, the four plate-like structures 171A, 172A, 174, and 175 all have an L-shaped projection image on the XY plane. It includes a Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axes L1 to L4) such that the direction from the end to the tip is the Y-axis positive direction or the negative direction. Therefore, the power generation element 7000A can also adjust the resonance frequency for vibration in a specific direction.

図28は、図26に示す発電素子7000の第2の変形例に係る発電素子7000Bの平断面図である。図26に示す発電素子7000と図28に示す発電素子7000Bとの相違点は、前者における第2属性をもつ一対のL字状板状構造体174,175が、後者では第2属性をもつ一対のJ字状板状構造体174C,175Cに置き換えられている点だけである。   FIG. 28 is a plan sectional view of a power generation element 7000B according to a second modification of the power generation element 7000 shown in FIG. The difference between the power generating element 7000 shown in FIG. 26 and the power generating element 7000B shown in FIG. 28 is that the pair of L-shaped plate-like structures 174 and 175 having the second attribute in the former is different from the pair having the second attribute in the latter. Only in that it is replaced by the J-shaped plate-like structures 174C and 175C.

図示のとおり、第2の負側板状構造体174Cは、負側空間に配置されており、X軸に平行な方向(長手方向軸L3′の方向)に伸びる負側X軸経路部と、Y軸に平行な方向(長手方向軸L3の方向)に伸びる負側Y軸経路部と、負側X軸経路部と負側Y軸経路部とを湾曲した経路をもって接続する負側湾曲接続部と、を含んでおり、XY平面への投影像がJ字状の形状をなす板状構造体である。ここで、負側X軸経路部の根端部は、異属間接続体173に接続されており、負側X軸経路部の先端部は負側湾曲接続部によって負側Y軸経路部の根端部に接続されており、負側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体176に接続されている。   As shown, the second negative plate-like structure 174C is disposed in the negative space, and extends in the direction parallel to the X axis (the direction of the longitudinal axis L3 '), and the Y-axis path portion Y, A negative-side Y-axis path portion extending in a direction parallel to the axis (the direction of the longitudinal axis L3); a negative-side curved connection portion connecting the negative-side X-axis path portion and the negative-side Y-axis path portion with a curved path; , And a plate-like structure whose projected image on the XY plane forms a J-shape. Here, the root end of the negative-side X-axis path portion is connected to the heterogeneous connector 173, and the distal end of the negative-side X-axis path portion is connected to the negative-side Y-axis path portion by a negative-side curved connection portion. The distal end of the negative Y-axis path portion is connected to the root end portion, and is connected to the foremost end connector 176.

同様に、第2の正側板状構造体175Cは、正側空間に配置されており、X軸に平行な方向(長手方向軸L4′の方向)に伸びる正側X軸経路部と、Y軸に平行な方向(長手方向軸L4の方向)に伸びる正側Y軸経路部と、正側X軸経路部と正側Y軸経路部とを湾曲した経路をもって接続する正側湾曲接続部と、を含んでおり、XY平面への投影像がJ字状の形状をなす板状構造体である。ここで、正側X軸経路部の根端部は、異属間接続体173に接続されており、正側X軸経路部の先端部は正側湾曲接続部によって正側Y軸経路部の根端部に接続されており、正側Y軸経路部の先端部は、最先端部接続体176に接続されている。   Similarly, the second positive-side plate-like structure 175C is disposed in the positive-side space, and has a positive-side X-axis path portion extending in a direction parallel to the X-axis (the direction of the longitudinal axis L4 ′); A positive-side Y-axis path portion extending in a direction parallel to (a direction of the longitudinal axis L4), a positive-side curved connection portion that connects the positive-side X-axis path portion and the positive-side Y-axis path portion with a curved path, Is a plate-like structure whose projected image on the XY plane has a J-shape. Here, the root end of the positive-side X-axis path portion is connected to the heterogeneous connector 173, and the distal end of the positive-side X-axis path portion is connected to the positive-side Y-axis path portion by a positive-side curved connection portion. The distal end of the positive-side Y-axis path is connected to the distal end connector 176.

このように、第2の負側板状構造体174Cおよび第2の正側板状構造体175Cは、いずれもXY平面への投影像がJ字状の形状をなしているが、その一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるようにY軸に平行な方向(長手方向軸L3,L4の方向)に伸びるY軸経路部を含んでいる。このため、この発電素子7000Bも、特定方向の振動に関する共振周波数の調整を行うことができる。   As described above, each of the second negative-side plate-like structure 174C and the second positive-side plate-like structure 175C has a J-shape projected image on the XY plane. It includes a Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axes L3 and L4) such that the direction from the end to the tip is the Y-axis negative direction. Therefore, the power generation element 7000B can also adjust the resonance frequency for vibration in a specific direction.

なお、図28に示す実施例の場合、第1の負側板状構造体171、第1の正側板状構造体172、第2の負側板状構造体174Cの上面には、それぞれ4組の個別上部電極層が設けられているが、第2の正側板状構造体175Cの上面には、1組のJ字状をした上部電極層のみが設けられている。これは、各板状構造体の上面に配置する上部電極層のバリエーションの一例を示すための配慮である。図17に示す発電素子1003にも、上部電極層の配置に関するバリエーションをいくつか示したが、図26〜図28に示す第7の実施形態に係る発電素子7000,7000A,7000Bについても、このようなバリエーションを適用することが可能である。   In the case of the embodiment shown in FIG. 28, the upper surfaces of the first negative-side plate-like structure 171, the first positive-side plate-like structure 172, and the second negative-side plate-like structure 174C are each provided with four sets of individual members. Although the upper electrode layer is provided, only one set of J-shaped upper electrode layers is provided on the upper surface of the second positive-side plate-like structure 175C. This is a consideration for showing an example of a variation of the upper electrode layer arranged on the upper surface of each plate-like structure. Although some variations regarding the arrangement of the upper electrode layer are also shown in the power generation element 1003 shown in FIG. 17, the power generation elements 7000, 7000A, and 7000B according to the seventh embodiment shown in FIGS. It is possible to apply various variations.

たとえば、第1の負側板状構造体171の上面に形成する上部電極層として、これまでの例では、図29(a) に示すように、4組の個別上部電極層E1〜E4を配置した例を述べてきたが、図29(b) に示すように、単一の上部電極層E10を配置するようにしてもかまわない。L字状もしくはJ字状をなす板状構造体の上面に配置する上部電極層についても同様である。たとえば、図27に示すL字状の板状構造体174については、図30(a) に示すような4組の個別上部電極層E1〜E4を配置した例が示されているが、図30(b) に示すように単一の上部電極層E10を配置してもよいし、図30(c) に示すように合計8組の個別上部電極層E1〜E8を配置してもよい。   For example, as an upper electrode layer formed on the upper surface of the first negative-side plate-shaped structure 171, four sets of individual upper electrode layers E1 to E4 are arranged as shown in FIG. Although an example has been described, a single upper electrode layer E10 may be arranged as shown in FIG. 29 (b). The same applies to the upper electrode layer disposed on the upper surface of the L-shaped or J-shaped plate-shaped structure. For example, as for the L-shaped plate-like structure 174 shown in FIG. 27, an example is shown in which four sets of individual upper electrode layers E1 to E4 are arranged as shown in FIG. A single upper electrode layer E10 may be arranged as shown in (b), or a total of eight sets of individual upper electrode layers E1 to E8 may be arranged as shown in FIG.

既に述べたとおり、同一時点において、同一の上部電極層に正負両極性の電荷が同時に供給されると、互いに打ち消しあって消滅してしまい、発電ロスを生じることになる。したがって、発電効率を向上させる上では、ある1つの個別上部電極層について、ある時点では必ず同一極性の電荷が供給されるようにすることが重要である。ただ、上部電極層の数を増やせば増やすほど、製造工程におけるパターニングや配線の手間がかかることになり、製造コストが高騰する。   As described above, if charges of both positive and negative polarities are simultaneously supplied to the same upper electrode layer at the same time, they cancel each other out and disappear, resulting in power generation loss. Therefore, in order to improve the power generation efficiency, it is important to always supply charges of the same polarity to a certain individual upper electrode layer at a certain time. However, the more the number of upper electrode layers is increased, the more time is required for patterning and wiring in the manufacturing process, and the manufacturing cost rises.

したがって、実際には、個々の製品となる発電素子の実利用環境を想定して、個々の製品ごとに、上部電極層の適切な配置を決定するのが好ましい。たとえば、L字状の板状構造体174の上面全体に伸長応力もしくは圧縮応力が作用するような実利用環境を想定している場合は、図30(b) に示す例のように、単一の上部電極層E10を配置する構成を採用し、コスト低減を図るのが好ましい。   Therefore, in practice, it is preferable to determine an appropriate arrangement of the upper electrode layer for each product, assuming the actual use environment of the power generation element to be an individual product. For example, when an actual use environment in which an elongation stress or a compression stress acts on the entire upper surface of the L-shaped plate-like structure 174 is assumed, as shown in FIG. It is preferable to adopt a configuration in which the upper electrode layer E10 is arranged to reduce the cost.

<7−8. 第8の実施形態>
図31は、本発明の第8の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子8000の平断面図である。この第8の実施形態は、一見したところ、上述した第7の実施形態に類似した外形を有しているが、第2属性をもつ板状構造体として、L字状の板状構造体ではなく、U字状の板状構造体を採用した点に特徴がある。やはり、台座からの位相幾何学的な接続関係は、第1属性をもつ一対の板状構造体181,182、異属間接続体183、第2属性をもつ一対の板状構造体184,185、最先端部接続体186という順になる。
<7-8. Eighth embodiment>
FIG. 31 is a plan cross-sectional view of a power generating element 8000 with a device housing according to the eighth embodiment of the present invention. At first glance, the eighth embodiment has an outer shape similar to that of the above-described seventh embodiment, but as a plate-like structure having the second attribute, an L-shaped plate-like structure is used. Instead, a characteristic is that a U-shaped plate-like structure is employed. Similarly, the topological connection from the pedestal includes a pair of plate-like structures 181 and 182 having a first attribute, a connection between heterogeneous members 183, and a pair of plate-like structures 184 and 185 having a second attribute. , And the leading edge connector 186.

具体的には、この図31に示す第8の実施形態の場合、主基板180は、第1属性をもつ第1の負側板状構造体181および第1の正側板状構造体182と、第2属性をもつ第2の負側板状構造体184および第2の正側板状構造体185と、第1の負側板状構造体181および第1の正側板状構造体182と第2の負側板状構造体184および第2の正側板状構造体185とを接続する異属間接続体183と、第2の負側板状構造体184の先端部および第2の正側板状構造体185の先端部を相互に接続する最先端部接続体186と、によって構成されている。   Specifically, in the case of the eighth embodiment shown in FIG. 31, the main substrate 180 includes a first negative plate-like structure 181 and a first positive plate-like structure 181 having a first attribute, A second negative plate-like structure 184 and a second positive plate-like structure 185 having two attributes, a first negative plate-like structure 181 and a first positive plate-like structure 182, and a second negative plate Connecting member 183 for connecting the plate-shaped structure 184 and the second positive-side plate-shaped structure 185, the tip of the second negative-side plate-shaped structure 184, and the tip of the second positive-side plate-shaped structure 185. And a leading edge connector 186 that connects the components to each other.

基本構造部は、この主基板180と、装置筐体380に側板の一部として組み込まれた台座381と、2組の重錘体281,282と、によって構成されている。台座381は、原点O付近において、第1の負側板状構造体181および第1の正側板状構造体182を支持する役割を果たす。   The basic structure portion includes the main substrate 180, a pedestal 381 incorporated as a part of a side plate in the device housing 380, and two sets of weights 281 and 282. The base 381 serves to support the first negative plate-shaped structure 181 and the first positive plate-shaped structure 182 near the origin O.

第1の負側板状構造体181は、負側空間に配置された板状構造体であり、根端部が台座381に接続されており、先端部が異属間接続体183に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。同様に、第1の正側板状構造体182は、正側空間に配置された板状構造体であり、根端部が台座381に接続されており、先端部が異属間接続体183に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びている第1属性をもつ板状構造体である。   The first negative-side plate-like structure 181 is a plate-like structure arranged in the negative-side space, and has a root end connected to the pedestal 381 and a front end connected to the heterogeneous connector 183. It is a plate-like structure having a first attribute extending in a direction parallel to the Y axis (direction of the longitudinal axis L1) such that the direction from the root end toward the tip is the Y axis positive direction. . Similarly, the first positive-side plate-shaped structure 182 is a plate-shaped structure disposed in the positive-side space, and has a root end connected to the pedestal 381 and a front end connected to the heterogeneous connector 183. A plate-like structure having a first attribute that is connected and extends in a direction parallel to the Y-axis (the direction of the longitudinal axis L2) such that the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction. Body.

異属間接続体183は、図示のとおり、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部と、この直交部からY軸負方向に伸びた負側翼状部および正側翼状部と、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第1の重錘体281は、異属間接続体183の全領域の下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、異属間接続体183の平面形状と第1の重錘体281の平面形状とは同一であり、第1の重錘体281は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   As shown, the heterogeneous connector 183 includes an orthogonal portion extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis), a negative wing portion extending from the orthogonal portion in the Y axis negative direction, and a positive portion. And a side wing portion, and is formed of a plate-shaped member whose projected image on the XY plane has a U-shape. The first weight body 281 is connected to the lower surface of the entire region of the heterogeneous connector 183, and is formed of a structure whose projected image on the XY plane has a U-shape. In the case of the illustrated embodiment, the planar shape of the heterogeneous connector 183 is the same as the planar shape of the first weight 281, and the first weight 281 is provided with dot hatching in the figure. The structure occupies the area.

一方、第2の負側板状構造体184は、負側空間に配置されており、Y軸に平行な方向(長手方向軸L3の方向)に伸びる負側根端側経路部184Aと、X軸に平行な方向(長手方向軸L5の方向)に伸びる負側中継経路部184Bと、Y軸に平行な方向(長手方向軸L7の方向)に伸びる負側先端側経路部184Cと、を含んでおり、XY平面への投影像がU字状の形状をなす。ここで、負側根端側経路部184Aの根端部は、異属間接続体183に接続されており、負側根端側経路部184Aの先端部は、負側中継経路部184Bの根端部に接続されており、負側中継経路部184Bの先端部は、負側先端側経路部184Cの根端部に接続されており、負側先端側経路部184Cの先端部は、最先端部接続体186に接続されている。   On the other hand, the second negative-side plate-shaped structure 184 is disposed in the negative-side space, and extends in a direction parallel to the Y-axis (the direction of the longitudinal axis L3), and on the X-axis. It includes a negative relay path portion 184B extending in a direction parallel to the longitudinal axis L5 (direction of the longitudinal axis L5) and a negative distal end path portion 184C extending in a direction parallel to the Y axis (the direction of the longitudinal axis L7). , XY plane form a U-shape. Here, the root end of the negative root end side route portion 184A is connected to the heterogeneous connector 183, and the distal end portion of the negative root end side route portion 184A is connected to the root end of the negative relay route portion 184B. The distal end of the negative relay path 184B is connected to the root end of the negative distal path 184C, and the distal end of the negative distal path 184C is connected to the distal end. It is connected to body 186.

また、第2の正側板状構造体185は、正側空間に配置されており、Y軸に平行な方向(長手方向軸L4の方向)に伸びる正側根端側経路部185Aと、X軸に平行な方向(長手方向軸L6の方向)に伸びる正側中継経路部185Bと、Y軸に平行な方向(長手方向軸L8の方向)に伸びる正側先端側経路部185Cと、を含んでおり、XY平面への投影像がU字状の形状をなす。ここで、正側根端側経路部185Aの根端部は、異属間接続体183に接続されており、正側根端側経路部185Aの先端部は、正側中継経路部185Bの根端部に接続されており、正側中継経路部185Bの先端部は、正側先端側経路部185Cの根端部に接続されており、正側先端側経路部185Cの先端部は、最先端部接続体186に接続されている。   The second positive-side plate-shaped structure 185 is disposed in the positive-side space, and has a positive-side root-end-side path portion 185A extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L4) and a X-axis. It includes a positive relay path portion 185B extending in a parallel direction (direction of the longitudinal axis L6) and a positive distal path portion 185C extending in a direction parallel to the Y axis (direction of the longitudinal axis L8). , XY plane form a U-shape. Here, the root end of the positive root end side path portion 185A is connected to the heterogeneous connector 183, and the tip end of the positive root end side path portion 185A is connected to the root end of the positive relay path portion 185B. The tip of the positive relay path 185B is connected to the root end of the positive distal path 185C, and the distal end of the positive relay path 185C is connected to the most distal end. It is connected to body 186.

最先端部接続体186は、第2の負側板状構造体184の先端部と第2の正側板状構造体185の先端部とを相互に接続する役割を果たす。図示のとおり、最先端部接続体186は、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部と、この直交部からY軸正方向に伸びた負側翼状部および正側翼状部と、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第2の重錘体282は、最先端部接続体186の全領域の下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、最先端部接続体186の平面形状と第2の重錘体282の平面形状とは同一であり、第2の重錘体282は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   The foremost end connector 186 plays a role of interconnecting the tip of the second negative plate-shaped structure 184 and the tip of the second positive plate-shaped structure 185. As illustrated, the foremost end connector 186 includes an orthogonal portion extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis), a negative wing portion extending from the orthogonal portion in the positive Y axis direction, and a positive wing portion. And a side wing portion, and is formed of a plate-shaped member whose projected image on the XY plane has a U-shape. The second weight body 282 is connected to the lower surface of the entire region of the foremost end connector 186, and is formed of a structure whose projected image on the XY plane has a U-shape. In the illustrated embodiment, the plane shape of the foremost end connection body 186 is the same as the plane shape of the second weight body 282, and the second weight body 282 is shown by dot hatching in the figure. The structure occupies the area.

この発電素子8000の場合、第1属性をもつ一対の板状構造体181,182は、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるようにY軸に平行な方向(長手方向軸L1,L2の方向)に伸びる直線状の板状構造体になっているのに対して、第2属性をもつ一対の板状構造体184,185は、U字状の構造体であるため、これまで述べてきた実施形態における、第2属性をもつ板状構造体とは若干異なる特徴をもつ構成要素になっている。ただ、その一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるようにY軸に平行な方向(長手方向軸L7,L8の方向)に伸びるY軸経路部184C,185Cを含んでいる。そのため、この発電素子8000も、これまで述べてきた種々の実施形態と同様に、特定方向の振動に関する共振周波数の調整を行うことができ、発電可能な周波数帯域を広げ、様々な利用環境において効率的な発電を行うことが可能な発電素子を提供するという本発明に特有の作用効果を奏することができる。   In the case of this power generation element 8000, the pair of plate-like structures 181 and 182 having the first attribute are arranged in a direction parallel to the Y-axis (longitudinal direction) so that the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction. In contrast to the linear plate-like structure extending in the directions of the axes L1 and L2), the pair of plate-like structures 184 and 185 having the second attribute are U-shaped structures. This is a component having slightly different features from the plate-like structure having the second attribute in the embodiments described above. However, the Y-axis path portions 184C and 185C extending in a direction parallel to the Y-axis (directions of the longitudinal axes L7 and L8) so that the direction from the root end toward the tip is the Y-axis negative direction is partially provided. Contains. Therefore, similarly to the various embodiments described above, the power generation element 8000 can also adjust the resonance frequency related to vibration in a specific direction, expand a frequency band in which power can be generated, and improve efficiency in various use environments. It is possible to provide a function and effect unique to the present invention, that is, to provide a power generating element capable of performing effective power generation.

<<< §8. 本発明の基本的な特徴 >>>
これまで、本発明に係る発電素子をいくつかの実施形態に基づいて説明してきたが、ここでは、これらの実施形態の総括として、本発明の基本的な特徴を述べておく。
<<<< §8. Basic features of the present invention >>>>>
So far, the power generating element according to the present invention has been described based on several embodiments. Here, the basic features of the present invention will be described as a summary of these embodiments.

本発明は、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の発明であって、発電可能な周波数帯域を広げるという作用効果を奏するものである。本発明に係る発電素子の基本構成要素は、物理的な振動系を構成する基本構造部、この基本構造部の変形に基づいて電荷を発生させる電荷発生素子である。なお、発電自体は、電荷発生素子が備わっていれば可能であるが、電力を効率的に取り出すために、実用上は、更に、電荷発生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を付加するのが好ましい。   The present invention is an invention of a power generating element that generates electric power by converting vibration energy into electric energy, and has an effect of expanding a frequency band in which electric power can be generated. The basic components of the power generating element according to the present invention are a basic structural part that forms a physical vibration system, and a charge generating element that generates electric charges based on the deformation of the basic structural part. Although the power generation itself is possible if a charge generation element is provided, in order to efficiently extract electric power, in practice, the current generated based on the charge generated in the charge generation element is further rectified. It is preferable to add a power generation circuit for extracting electric power.

基本構造部は、可撓性を有する複数の板状構造体と、異属間接続体と、台座と、重錘体と、を備えており、板状構造体としては、少なくとも第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体との2種類が含まれている。異属間接続体は、第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを相互に接続する役割を果たす。また、台座は、第1属性の板状構造体を支持する役割を果たす。ここで、XYZ三次元座標系を定義したときに、第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置されている。   The basic structure portion includes a plurality of flexible plate-like structures, a connector between different species, a pedestal, and a weight, and the plate-like structure has at least a first attribute. Two types, a plate-like structure and a plate-like structure of the second attribute, are included. The heterogeneous connector serves to connect the plate-like structure having the first attribute and the plate-like structure having the second attribute to each other. Further, the pedestal plays a role of supporting the plate-like structure having the first attribute. Here, when the XYZ three-dimensional coordinate system is defined, the plate-like structure of the first attribute and the plate-like structure of the second attribute are arranged such that their plate surfaces are parallel to the XY plane. I have.

第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体との相違は、根端部から先端部へ向かう方向にある。前述したとおり、本願では、複数の板状構造体が接続された構造において、台座への接続経路を考えた場合に、当該接続経路上において、台座に近い方を根端部と呼び、台座から遠い方を先端部と呼んでいる。そうすると、第1属性の板状構造体は、根端部が台座に接続されており、先端部が異属間接続体に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びた板状の部材ということができる。同様に、第2属性の板状構造体は、根端部が異属間接続体に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びた板状の部材ということができる。   The difference between the plate-like structure of the first attribute and the plate-like structure of the second attribute lies in the direction from the root end to the tip end. As described above, in the present application, in a structure in which a plurality of plate-like structures are connected, when considering a connection path to the pedestal, on the connection path, a side closer to the pedestal is referred to as a root end, and from the pedestal. The far side is called the tip. Then, in the plate-like structure having the first attribute, the root end is connected to the pedestal, the front end is connected to the heterogeneous connector, and the direction from the root end to the front end is positive on the Y-axis. A plate-shaped member extending in a direction parallel to the Y-axis can be said to be the direction. Similarly, the plate-shaped structure of the second attribute has a root end connected to the heterogeneous connector, and has a Y-axis negative direction so that the direction from the root end to the tip is the Y-axis negative direction. It can be called a plate-like member extending in a parallel direction.

また、異属間接続体は、伸びる向きが逆の板状構造体を相互に接続する役割を果たすため、板状構造体の折り返し点として機能する。このように、本発明では、第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とが、異属間接続体を経て折り返す構造を採用しているため、各板状構造体がいずれもY軸に平行な方向に伸びる板状の部材によって構成されているにもかかわらず、装置全体のY軸方向の寸法を抑制することができ、全体的に小型化を図ることができる。   In addition, the heterogeneous connector functions to connect the plate-like structures extending in the opposite directions to each other, and thus functions as a turning point of the plate-like structure. As described above, in the present invention, since the plate-like structure of the first attribute and the plate-like structure of the second attribute adopt a structure in which the plate-like structure is folded back through the inter-generic connector, each plate-like structure is Despite being constituted by a plate-like member extending in a direction parallel to the Y axis, the size of the entire apparatus in the Y axis direction can be suppressed, and the overall size can be reduced.

基本構造部に含まれている重錘体は、板状構造体の撓みによって振動するが、図7(c) に示すモデルのように、この基本構造部は、第1属性の板状構造体の撓みに基づく第1の共振系Iと第2属性の板状構造体の撓みに基づく第2の共振系IIとを含む合成振動系を構成することになる。このため、各共振系の共振周波数fr1,fr2を調整することにより、発電可能な周波数帯域を広げる設計が可能になる。   The weight body included in the basic structure vibrates due to the bending of the plate-like structure. However, as shown in the model shown in FIG. 7C, the basic structure includes the plate-like structure having the first attribute. Thus, a composite vibration system including the first resonance system I based on the bending of the second resonance system II and the second resonance system II based on the bending of the plate-like structure having the second attribute is configured. For this reason, by adjusting the resonance frequencies fr1 and fr2 of each resonance system, it is possible to design to expand the frequency band in which power can be generated.

このように、これまで述べてきた実施形態に係る発電素子には、第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とが必須構成要素として設けられているが、更に、第3属性の板状構造体を付加することもできる。具体的には、§7−4で述べた第4の実施形態に係る発電素子4000(図23参照)には、第3属性の板状構造体が付加されている。   As described above, the power generating element according to the embodiment described so far includes the plate-shaped structure having the first attribute and the plate-shaped structure having the second attribute as essential components. A plate-like structure having three attributes can be added. Specifically, a plate-shaped structure having a third attribute is added to the power generating element 4000 (see FIG. 23) according to the fourth embodiment described in §7-4.

すなわち、この発電素子4000の場合、基本構造部が、更に、可撓性を有する第3属性の板状構造体(中央板状構造体147)と、この第3属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを相互に接続する第2の異属間接続体146と、を備えている。そして、第2属性の板状構造体(第2の負側板状構造体144と第2の正側板状構造体145)の先端部は、第2の異属間接続体146に接続されている。第3属性の板状構造体(中央板状構造体147)は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、根端部が第2の異属間接続体146に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている。   That is, in the case of the power generation element 4000, the basic structure further includes a flexible third-attribute plate-like structure (central plate-like structure 147), a third-attribute plate-like structure, And a second heterogeneous connector 146 for interconnecting the two-attribute plate-like structures. The distal ends of the plate-like structures having the second attribute (the second negative-side plate-like structure 144 and the second positive-side plate-like structure 145) are connected to the second inter-species connector 146. . The plate-shaped structure having the third attribute (central plate-shaped structure 147) is arranged such that its plate surface is parallel to the XY plane, and the root end is connected to the second heterogeneous connector 146. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the positive direction of the Y axis.

このように、第3属性の板状構造体を付加する場合、第3属性の板状構造体の伸びる方向は、第2属性の板状構造体の伸びる方向と逆方向(別言すれば、第1属性の板状構造体の伸びる方向と同方向)になるようにする。そうすれば、各板状構造体について、台座から最先端部(片持ち梁を構成する樹構造の末端)への接続経路を考えた場合、第1属性の板状構造体から第2属性の板状構造体へと移行する際に、折り返しによる向き反転が生じ、更に、第2属性の板状構造体から第3属性の板状構造体へと移行する際に、折り返しによる向き反転が生じることになる。   As described above, in the case of adding the third attribute plate-like structure, the direction in which the third attribute plate-like structure extends is opposite to the direction in which the second attribute plate-like structure extends (in other words, (The same direction as the extension direction of the plate-like structure of the first attribute). Then, for each plate-like structure, when considering the connection path from the pedestal to the foremost portion (the end of the tree structure forming the cantilever), the plate-like structure having the first attribute is changed to the second attribute. At the time of transition to the plate-like structure, direction reversal due to folding occurs. Further, at the time of transition from the second attribute plate-like structure to the third attribute plate-like structure, direction reversal due to folding occurs. Will be.

このような折り返し構造は、第4属性以降の板状構造体を付加する場合も同様である。
すなわち、第4属性以降の板状構造体を付加した実施形態の構成を一般論として説明すれば、基本構造部が、更に、可撓性を有する第3属性の板状構造体〜第n属性の板状構造体(但し、nは、n≧4を満たす任意の自然数)と、第i属性の板状構造体と第(i−1)属性の板状構造体(但し、iは、3≦i≦nを満たす各自然数)とを接続する第(i−1)の異属間接続体と、を備えていることになる。ここで、第i属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、根端部が第(i−1)の異属間接続体に接続されており、先端部が第iの異属間接続体に接続されるか、もしくは、自由端となっており、根端部から先端部へ向かう方向が、iが奇数の場合はY軸正方向、iが偶数の場合はY軸負方向、となるように、Y軸に平行な方向に伸びている
たとえば、n=4に設定した場合、基本構造部が、更に、可撓性を有する第3属性の板状構造体と第4属性の板状構造体と、第3属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを接続する第2の異属間接続体と、第4属性の板状構造体と第3属性の板状構造体とを接続する第3の異属間接続体と、を備えていることになる。
Such a folded structure is the same when a plate-like structure having a fourth attribute or later is added.
That is, if the configuration of the embodiment to which the plate-like structures of the fourth and subsequent attributes are added is described in general terms, the basic structure part further includes a flexible plate-like structure of the third attribute to the n-th attribute. (Where n is an arbitrary natural number that satisfies n ≧ 4), a plate-like structure having an i-th attribute and a plate-like structure having an (i-1) th attribute (where i is 3 (I.e., each natural number that satisfies ≤i≤n). Here, the plate-like structure having the i-th attribute is arranged so that its plate surface is parallel to the XY plane, and the root end is connected to the (i-1) th inter-species connector. The tip is connected to the i-th interspecies connector or is a free end; the direction from the root end to the tip is the Y-axis positive direction when i is an odd number; If i is an even number, it extends in the direction parallel to the Y axis so that it becomes the Y axis negative direction. For example, when n = 4, the basic structure further includes a third flexible member. A fourth inter-connector connecting the plate-shaped structure having the attribute, the plate-shaped structure having the fourth attribute, the plate-shaped structure having the third attribute, and the plate-shaped structure having the second attribute; A third inter-connector connecting the plate-shaped structure having the attribute and the plate-shaped structure having the third attribute is provided.

ここで、第3属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、根端部が第2の異属間接続体に接続されており、先端部が第3の異属間接続体に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている。また、第4属性の板状構造体は、その板面がXY平面に平行な面になるように配置され、根端部が第3の異属間接続体に接続されており、先端部が自由端となっており、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている。   Here, the plate-shaped structure of the third attribute is arranged so that its plate surface is parallel to the XY plane, and the root end is connected to the second heterogeneous connector, and the tip end is Are connected to the third heterogeneous connector, and extend in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip is the Y axis positive direction. Further, the plate-shaped structure having the fourth attribute is arranged so that its plate surface is parallel to the XY plane, the root end is connected to the third heterogeneous connector, and the tip is It is a free end and extends in a direction parallel to the Y-axis so that the direction from the root end to the tip is the Y-axis negative direction.

なお、同一属性をもつ板状構造体は、必要に応じて複数本設けることが可能である。この場合、同一属性をもつ複数本の板状構造体は、互いに平行になるように並列配置することもできるし、同属間接続体を介して直列配置することもできる。たとえば、§7−5で述べた第5の実施形態に係る発電素子5000(図24参照)には、第1属性の板状構造体として、3本の板状構造体151,153,154が設けられているが、板状構造体153,154は相互に配列配置され、これらと板状構造体151とは同属間接続体152を介して直列配置されている。   Note that a plurality of plate-like structures having the same attribute can be provided as necessary. In this case, a plurality of plate-like structures having the same attribute can be arranged in parallel so as to be parallel to each other, or can be arranged in series via a connector belonging to the same genus. For example, the power generating element 5000 (see FIG. 24) according to the fifth embodiment described in §7-5 includes three plate-like structures 151, 153, and 154 as the plate-like structures having the first attribute. Although provided, the plate-like structures 153 and 154 are arranged and arranged with respect to each other, and these and the plate-like structure 151 are arranged in series via the inter-general connector 152.

一般に、複数の板状構造体を設け、各板状構造体にそれぞれ電荷発生素子を設けるようにすれば、それだけ発電効率を向上させることができるが、板状構造体を配置するための占有面積が大きくなるため、装置全体は大型化する。この場合、複数の板状構造体を並列配置すると、装置のX軸方向の寸法が大きくなり、複数の板状構造体を直列配置すると、装置のY軸方向の寸法が大きくなる。したがって、実用上は、装置全体のサイズや形状を考慮して、複数の板状構造体をどのように配置するか決定すればよい。   Generally, if a plurality of plate-like structures are provided and each plate-like structure is provided with a charge generating element, the power generation efficiency can be improved accordingly, but the occupied area for arranging the plate-like structures is increased. Therefore, the size of the entire apparatus increases. In this case, when a plurality of plate-like structures are arranged in parallel, the size of the device in the X-axis direction increases, and when a plurality of plate-like structures are arranged in series, the size of the device in the Y-axis direction increases. Therefore, in practice, it is only necessary to determine how to arrange the plurality of plate-like structures in consideration of the size and shape of the entire apparatus.

異属間接続体や同属間接続体としては、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部を有する板状部材を用いるのが好ましい。そうすれば、Y軸に平行な方向に伸びた板状構造体の根端部もしくは先端部を、この直交部の側面の所定箇所に接続することができ、同一属性をもつ板状構造体を複数本設ける場合にも柔軟に対応することができる。   It is preferable to use a plate-like member having an orthogonal portion extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis) as the heterogeneous connector or the homogeneous connector. Then, the root end or the tip of the plate-like structure extending in the direction parallel to the Y-axis can be connected to a predetermined position on the side surface of the orthogonal portion, and the plate-like structure having the same attribute can be connected. It is also possible to flexibly cope with a case where a plurality of wires are provided.

発電素子の発電効率を向上させるには、重錘体の質量を増やすことも有効である。そのための一手法として、最先端の板状構造体の先端部に最先端部接続体を接続し、その下面に重錘体を接続する方法を採用することができる。たとえば、図22に示す最先端部接続体136、図23に示す最先端部接続体148、図24に示す最先端部接続体157、図25に示す最先端部接続体167は、その下面に接続される重錘体の質量を増やす役割を果たしている。特に、図22に示す最先端部接続体136は、同一属性をもち、互いに平行になるように並列配置された複数の板状構造体134,135の先端部を相互に接続する部材であり、その下面に接続された重錘体232の質量を大幅に増す効果を生み出している。   In order to improve the power generation efficiency of the power generating element, it is also effective to increase the mass of the weight body. As one method for that purpose, a method of connecting a foremost end connecting body to the tip end of the foremost plate-like structure and connecting a weight body to the lower surface thereof can be adopted. For example, the distal end connector 136 shown in FIG. 22, the distal connector 148 shown in FIG. 23, the distal connector 157 shown in FIG. 24, and the distal connector 167 shown in FIG. It plays the role of increasing the mass of the connected weight body. In particular, the forefront connector 136 shown in FIG. 22 is a member that has the same attribute and connects the distal ends of a plurality of plate-like structures 134 and 135 arranged in parallel so as to be parallel to each other. This produces an effect of significantly increasing the mass of the weight body 232 connected to the lower surface.

また、図25に示す発電素子6000では、同属間接続体162と最先端部接続体167の平面形状をU字状とし、その下面に接続される重錘体261,263の質量を増加させている。本発明を実施するにあたり、異属間接続体、同属間接続体および最先端部接続体の少なくとも一部の部材を、YZ平面に直交する方向に伸びた直交部と、この直交部からY軸に平行な方向に伸びた正側翼状部および負側翼状部と、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなすU字状板状部材によって構成するようにすれば、その下面に接続される重錘体の質量を増加させる効果が得られる。すなわち、このU字状板状部材の直交部は、正側空間と負側空間を跨る位置に配置され、正側翼状部は正側空間に配置され、負側翼状部は負側空間に配置されているため、直交部の下方、正側翼状部の下方、負側翼状部の下方のすべてに跨るような大きな質量をもった重錘体を配置することができる。   Further, in the power generating element 6000 shown in FIG. 25, the planar shape of the inter-general connection member 162 and the foremost portion connection member 167 is U-shaped, and the weights of the weights 261 and 263 connected to the lower surface thereof are increased. I have. In practicing the present invention, at least some members of the intergeneric connector, the intergeneric connector, and the foremost connector are provided with an orthogonal portion extending in a direction orthogonal to the YZ plane, and a Y axis extending from the orthogonal portion. With a positive-side wing portion and a negative-side wing portion extending in a direction parallel to, a projected image on the XY plane is constituted by a U-shaped plate-shaped member having a U-shaped shape, The effect of increasing the mass of the weight connected to the lower surface is obtained. That is, the orthogonal portion of the U-shaped plate-shaped member is disposed at a position straddling the positive space and the negative space, the positive wing is disposed in the positive space, and the negative wing is disposed in the negative space. Therefore, a weight having a large mass can be disposed so as to extend over all of the lower part of the orthogonal part, the lower part of the positive wing part, and the lower part of the negative wing part.

なお、§7−7で述べた第7の実施形態の例や§7−8で述べた第8の実施形態の例に示されているとおり、本発明に係る発電素子の構成要素となる板状構造体は、必ずしもY軸に平行な方向に伸びた直線状のビームである必要はなく、L字状、J字状、U字状のビームであってもかまわない。   In addition, as shown in the example of the seventh embodiment described in §7-7 and the example of the eighth embodiment described in §7-8, a plate serving as a component of the power generating element according to the present invention is provided. The shape-like structure does not necessarily need to be a linear beam extending in a direction parallel to the Y-axis, and may be an L-shaped, J-shaped, or U-shaped beam.

要するに、本発明に用いる第1属性の板状構造体は、根端部が台座に接続されており、先端部が異属間接続体に接続されており、少なくともその一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるようにY軸に平行な方向に伸びる第1属性のY軸経路部を含んでいればよい。同様に、本発明に用いる第2属性の板状構造体は、根端部が異属間接続体に接続されており、少なくともその一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸負方向となるようにY軸に平行な方向に伸びる第2属性のY軸経路部を含んでいればよい。   In short, the plate-like structure of the first attribute used in the present invention has a root end connected to the pedestal, a front end connected to the heterogeneous connector, and at least a part of the plate-shaped structure from the root end. It suffices to include a Y-axis path portion of the first attribute that extends in a direction parallel to the Y-axis so that the direction toward the tip is the Y-axis positive direction. Similarly, the plate-shaped structure of the second attribute used in the present invention has a root end connected to the heterogeneous connector, and at least a part thereof has a Y-axis negative direction from the root end to the front end. It suffices to include a second attribute Y-axis path portion extending in a direction parallel to the Y-axis so as to become a direction.

図26に示す発電素子7000は、第2属性の板状構造体174,175を、X軸に平行な方向に伸びるX軸経路部174X,175Xと、Y軸に平行な方向に伸びるY軸経路部174Y,175Yと、を含むL字状のビームによって構成した例である。もちろん、第1属性の板状構造体171,172を、L字状のビームによって構成することも可能であり、図27に示す発電素子7000Aは、4組の板状構造体すべてをL字状のビームによって構成した例である。   The power generating element 7000 shown in FIG. 26 includes plate-like structures 174 and 175 having the second attribute, X-axis path portions 174X and 175X extending in a direction parallel to the X-axis, and a Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis. This is an example in which an L-shaped beam including portions 174Y and 175Y is used. Of course, the plate-like structures 171 and 172 having the first attribute can be configured by L-shaped beams. In the power generation element 7000A shown in FIG. 27, all of the four sets of plate-like structures are L-shaped. This is an example in which the beam is constituted by the following beams.

要するに、本発明を実施するにあたっては、第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体の一方もしくは双方を、X軸に平行な方向に伸びるX軸経路部と、Y軸に平行な方向に伸びるY軸経路部と、を含み、XY平面への投影像がL字状の形状をなすL字状部分を有するビームによって構成することができる。   In short, in practicing the present invention, one or both of the first attribute plate-shaped structure and the second attribute plate-shaped structure are connected to the X-axis path portion extending in the direction parallel to the X-axis and the Y-axis. And a Y-axis path portion extending in a parallel direction, and a beam having an L-shaped portion whose projected image on the XY plane has an L-shaped shape can be formed.

また、図28に示す発電素子7000Bのように、第1属性の板状構造体および第2属性の板状構造体の一方もしくは双方を、X軸に平行な方向に伸びるX軸経路部と、Y軸に平行な方向に伸びるY軸経路部と、X軸経路部とY軸経路部とを湾曲した経路をもって接続する湾曲接続部と、を含み、XY平面への投影像がJ字状の形状をなすJ字状部分を有するビームによって構成することもできる。   Further, as in a power generating element 7000B shown in FIG. 28, one or both of the first attribute plate-like structure and the second attribute plate-like structure extend in the direction parallel to the X-axis, Including a Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis and a curved connection connecting the X-axis path and the Y-axis path with a curved path, the image projected onto the XY plane has a J-shape. It can also be constituted by a beam having a J-shaped part in shape.

更に、図31に示す発電素子8000のように、第2属性の板状構造体184,185を、Y軸に平行な方向に伸びる根端側経路部と、X軸に平行な方向に伸びる中継経路部と、Y軸に平行な方向に伸びる先端側経路部と、を含み、根端部から先端部に向かって、根端側経路部、中継経路部、先端側経路部を順に連結することにより、XY平面への投影像がU字状の形状をなすU字状部分を有するビームによって構成することもできる。   Further, like the power generating element 8000 shown in FIG. 31, the plate-like structures 184 and 185 having the second attribute are formed by connecting a root end side path portion extending in a direction parallel to the Y axis and a relay extending in a direction parallel to the X axis. A path portion and a distal-side path portion extending in a direction parallel to the Y axis, and sequentially connecting the root-side path portion, the relay path portion, and the distal-side path portion from the root end portion to the distal end portion. Accordingly, the projection image on the XY plane can also be constituted by a beam having a U-shaped portion having a U-shaped shape.

なお、本発明に係る発電素子に用いる基本構造部は、XY平面に平行な板面をもった1枚の主基板を利用して構成するのが好ましい。図3に示す発電素子1000の基本構造部は、主基板110に重錘体群210と台座310とを接合することによって構成されており、各板状構造体111,113,114および異属間接続体112は、この主基板110の一部分によって構成されている。もちろん、同属間接続体を有する場合には同属間接続体、最先端部接続体を有する場合には最先端部接続体も、この主基板の一部分によって構成することができる。   It is preferable that the basic structure used for the power generating element according to the present invention is configured using one main substrate having a plate surface parallel to the XY plane. The basic structure of the power generating element 1000 shown in FIG. 3 is configured by joining the weight body group 210 and the pedestal 310 to the main substrate 110, and the respective plate-like structures 111, 113, 114, and The connection body 112 is constituted by a part of the main board 110. Of course, a part of the main substrate can also be used as a part of the main board, if the part has the intergeneric connection, and if the part has the most advanced part.

また、本発明に係る発電素子に用いる基本構造部は、YZ平面に関して面対称をなす構造体によって構成するのが好ましい。これまで述べてきた第1〜第8の実施形態の基本構造部は、いずれもYZ平面に関して面対称な構造を有している。基本構造部がYZ平面に関して面対称であれば、これに付加する圧電素子などの電荷発生素子もYZ平面に関して面対称となるように配置することができ、個々の瞬間において、各電荷発生素子に発生する正電荷の総量と負電荷の総量とをできるだけ等しくすることができ、ロスのない効率的な発電が可能になる。   In addition, it is preferable that the basic structure used in the power generation element according to the present invention is formed of a structure that is plane-symmetric with respect to the YZ plane. Each of the basic structures of the first to eighth embodiments described above has a structure that is plane-symmetric with respect to the YZ plane. If the basic structure is plane-symmetric with respect to the YZ plane, the charge generating elements such as piezoelectric elements added thereto can be arranged so as to be plane-symmetric with respect to the YZ plane. The total amount of the generated positive charges and the total amount of the negative charges can be made as equal as possible, and efficient power generation without loss is possible.

<<< §9. 本発明のその他の変形例 >>>
ここでは、これまで述べてきた種々の実施形態について、更にいくつかの変形例を述べる。
<<<< §9. Other Modifications of the Present Invention >>
Here, some modified examples of the various embodiments described so far will be described.

まず、複数の板状構造体の相互の接続関係は、これまで述べた第1〜第8の実施形態に示す例に限定されるものではなく、この他にも種々の接続関係を採用することができる。
もちろん、同一属性の板状構造体の数には制限がなく、任意の数の板状構造体を並列配置し、また、任意の数の板状構造体を直列配置してもかまわない。
First, the mutual connection relationship between the plurality of plate-like structures is not limited to the examples shown in the first to eighth embodiments described above, and various other connection relationships may be employed. Can be.
Of course, the number of plate-like structures having the same attribute is not limited, and an arbitrary number of plate-like structures may be arranged in parallel, or an arbitrary number of plate-like structures may be arranged in series.

また、これまで述べた第1〜第8の実施形態に示す例において、直接接続されている2組の部材の間に、更に別な部材を介挿することにより、上記2組の部材が間接的に接続されるようにしてもかまわない。たとえば、図3に示す第1の実施形態では、中央板状構造体111の根端部が台座310に直接接続されているが、両者の間に何らかの別な部材(複数の部材でもよい)を介挿し、中央板状構造体111の根端部と台座310とが間接的に接続されるようにしてもかまわない。   In the examples shown in the first to eighth embodiments described above, another member is interposed between the two directly connected members, so that the two members are indirectly connected. It may be made to be connected in some way. For example, in the first embodiment shown in FIG. 3, the root end of the central plate-shaped structure 111 is directly connected to the pedestal 310, but some other member (or a plurality of members) may be provided therebetween. The base end portion of the central plate-shaped structure 111 may be indirectly connected to the pedestal 310 by interposing.

第1〜第8の実施形態では、板状構造体の撓みが生じる主要部分に圧電素子を配置しているが、どの部分に圧電素子を配置するかは、個々の発電素子を設計する際に適宜決定可能な事項であり、必ずしも図示した実施形態どおりの配置を採用する必要はない。もちろん、発電効率を向上させる上では、板状構造体の撓みが生じるすべての部分に圧電素子を配置するのが好ましい。たとえば、図23の板状構造体147、図24の板状構造体156、図25の板状構造体166にも圧電素子を配置すれば、発電効率を更に向上させることができる。また、板状構造体の下面側に圧電素子を配置すれば、発電効率を更に向上させることができる。ただ、圧電素子の数を増やすと、それだけ配線も増やす必要があり、製造コストの高騰は避けられない。   In the first to eighth embodiments, the piezoelectric element is arranged in the main portion where the bending of the plate-like structure occurs. However, in which part the piezoelectric element is arranged depends on the design of each power generating element. It is a matter that can be determined as appropriate, and it is not always necessary to adopt the arrangement as in the illustrated embodiment. Of course, in order to improve the power generation efficiency, it is preferable to dispose the piezoelectric elements in all portions where the plate-like structure is bent. For example, if a piezoelectric element is also arranged in the plate-like structure 147 of FIG. 23, the plate-like structure 156 of FIG. 24, and the plate-like structure 166 of FIG. 25, the power generation efficiency can be further improved. Further, when the piezoelectric element is arranged on the lower surface side of the plate-like structure, the power generation efficiency can be further improved. However, if the number of piezoelectric elements is increased, it is necessary to increase the number of wirings, and a rise in manufacturing cost is inevitable.

もちろん、重錘体の数や大きさも発電効率を左右する重要なパラメータになる。一般的には、板状構造体の所定箇所、異属間接続体の所定箇所、同属間接続体の所定箇所、最先端部接続体の所定箇所のいずれかに重錘体を接続する構成にすればよい。これまで述べた実施形態では、2箇所もしくは3箇所に重錘体を設けているが、4箇所以上に設けるようにしてもよいし、1箇所のみに設けるようにしてもよい。また、これまで述べた実施形態では、主基板の下面に重錘体を接合する構成をとっているが、主基板の上面や側面に重錘体を接合してもかまわない。重錘体の形状や大きさも任意である。   Of course, the number and size of the weights are also important parameters that affect the power generation efficiency. In general, the weight is connected to any one of a predetermined portion of the plate-like structure, a predetermined portion of the heterogeneous connector, a predetermined portion of the homogenous connector, and a predetermined portion of the foremost connector. do it. In the embodiments described so far, the weight bodies are provided at two or three places. However, the weight bodies may be provided at four or more places, or may be provided at only one place. Further, in the embodiments described so far, the weight is joined to the lower surface of the main substrate, but the weight may be joined to the upper surface or the side surface of the main substrate. The shape and size of the weight body are also arbitrary.

一般的には、重錘体の数や大きさを増やすほど、板状構造体に、より大きな撓みを生じさせることができるので、発電効率を向上させることができる。ただ、板状構造体に重錘体を接合すると、板状構造体の接合部分は可撓性が失われることになるので、できるだけ各接続体に重錘体を接合する構造を採用するのが好ましい。   Generally, as the number and size of the weights are increased, the plate-shaped structure can be more flexed, so that the power generation efficiency can be improved. However, if a weight is joined to a plate-like structure, the joints of the plate-like structure lose flexibility, so it is advisable to adopt a structure in which the weight is joined to each connection as much as possible. preferable.

なお、本発明を実施するにあたり、重錘体は必ずしも設ける必要はない。たとえば、図3に示す発電素子1000には、3組の重錘体211,212,213が設けられているが、これらの重錘体群210を取り去ったとしても、発電は可能である。これは、板状構造体111,113,114や異属間接続体112が、それぞれ自分自身の質量を有しており、重りとして機能するためである。したがって、図3に示す発電素子1000から重錘体群210を取り去ったとしても、E字状の主基板110のみで合成振動系としての機能を果たすことができ、本発明の作用効果を得ることができる。第2〜第8の実施形態についても同様に、すべての重錘体を取り去ることが可能である。   In practicing the present invention, it is not always necessary to provide a weight body. For example, although the power generating element 1000 shown in FIG. 3 is provided with three sets of weight bodies 211, 212, and 213, even if these weight body groups 210 are removed, power can be generated. This is because each of the plate-like structures 111, 113, 114 and the connecting member between different species 112 has its own mass and functions as a weight. Therefore, even if weight group 210 is removed from power generating element 1000 shown in FIG. 3, the function as a synthetic vibration system can be achieved only by E-shaped main substrate 110, and the effects of the present invention can be obtained. Can be. Similarly, in the second to eighth embodiments, it is possible to remove all the weight bodies.

一般に、1枚の板状構造体を振動させる系の場合、板状構造体のみからなる構造よりも、重錘体を付加した構造の方が振幅を大きくとることができる。したがって、1枚の板状構造体のみを備える発電素子の場合、できるだけ質量の大きな重錘体を付加する方が発電効率を向上させることができる。しかしながら、材質を変えずに重錘体の質量を大きくするには、重錘体のサイズを大きくする必要があり、当該重錘体が振動するスペースを確保する必要が生じ、装置全体は大型化することになる。   In general, in the case of a system in which one plate-like structure is vibrated, the amplitude to which the weight body is added can be larger than that of the structure including only the plate-like structure. Therefore, in the case of a power generating element including only one plate-like structure, the power generating efficiency can be improved by adding a weight having a mass as large as possible. However, in order to increase the mass of the weight body without changing the material, it is necessary to increase the size of the weight body, and it is necessary to secure a space for the weight body to vibrate. Will do.

これに対して、重錘体を設けない構造を採用した場合、板状構造体の振動は、その自重に相当する質量に起因して生じることになるので、重錘体を設けた場合に比べて振幅は低下せざるを得ない。しかしながら、板状構造体の振動スペースのみを確保しておけばよいので、装置全体の省スペース化を図ることができる。より大きな発電量が必要な場合は、多数の板状構造体を密集して配置した構造を採用することができる。重錘体を設ける必要がないため、極めて高い密度で多数の板状構造体を縦横に並べて配置することが可能になる。   On the other hand, when the structure without the weight is adopted, the vibration of the plate-like structure is caused by the mass corresponding to its own weight. Therefore, the amplitude must be reduced. However, since only the vibration space of the plate-like structure needs to be secured, the space of the entire apparatus can be saved. When a larger amount of power generation is required, a structure in which a large number of plate-like structures are densely arranged can be adopted. Since there is no need to provide a weight, a large number of plate-like structures can be arranged vertically and horizontally at an extremely high density.

たとえば、図3に示すE字状の主基板110のみであれば、相互にわずかな隙間を維持させながら多数を積層させることにより、小さな空間に充填することができる。もちろん、板状構造体の形状を変えることにより、各共振系の共振周波数を調整することができるので、発電可能な周波数帯域を広げるという本発明の作用効果も得られる。したがって、重錘体を全く設けない発電素子も、工業製品として十分に利用価値のあるものである。   For example, if only the E-shaped main substrate 110 shown in FIG. 3 is used, a small space can be filled by stacking a large number while maintaining a slight gap therebetween. Of course, by changing the shape of the plate-like structure, the resonance frequency of each resonance system can be adjusted, so that the effect of the present invention that the frequency band in which power can be generated is widened is also obtained. Therefore, a power generating element having no weight body at all is sufficiently useful as an industrial product.

<<< §10. 発電素子の製造プロセス >>>
ここでは、本発明の発電素子を量産する上で好ましい製造プロセスの一例を述べる。もちろん、本発明の発電素子は、その各部分が、これまで述べてきた固有の役割を果たすことができれば、どのようなプロセスで製造してもかまわないが、ここでは、基本構造部を量産するのに適した製造プロセスを説明する。ここで述べる製造プロセスの特徴は、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いて基本構造部を形成する点にある。
<<<< §10. Manufacturing process of power generating element >>>
Here, an example of a preferable manufacturing process for mass-producing the power generating element of the present invention will be described. Of course, the power generating element of the present invention may be manufactured by any process as long as each part can fulfill the unique role described above, but here, the basic structure is mass-produced. A manufacturing process suitable for the above will be described. The feature of the manufacturing process described here is that a basic structure is formed using an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

まず、図32(a) に示すようなSOI基板1800を用意する。このSOI基板1800は、シリコン活性層1801と酸化シリコン層1802とシリコンベース層1803とをこの順に積層させた3層構造を有する基板であり、様々な半導体デバイスを製造するための材料として市販されている。図示の例の場合、シリコン活性層1801の厚みはt11=15μm、酸化シリコン層1802の厚みはt12=1μm、シリコンベース層1803の厚みはt13=625μmである。   First, an SOI substrate 1800 as shown in FIG. This SOI substrate 1800 is a substrate having a three-layer structure in which a silicon active layer 1801, a silicon oxide layer 1802, and a silicon base layer 1803 are laminated in this order, and is commercially available as a material for manufacturing various semiconductor devices. I have. In the illustrated example, the thickness of the silicon active layer 1801 is t11 = 15 μm, the thickness of the silicon oxide layer 1802 is t12 = 1 μm, and the thickness of the silicon base layer 1803 is t13 = 625 μm.

もちろん、各部の厚みは任意の寸法でかまわないが、シリコン活性層1801は板状構造体を構成する層になるので、厚みt11は、板状構造体として用いた場合に必要な可撓性が得られる厚みになるようにする。これに対して、シリコンベース層1803は、重錘体および台座を構成する層になるので、厚みt13は、重錘体として十分な質量が確保でき、台座として十分な剛性が確保できる厚みになるようにする。   Of course, the thickness of each part may be an arbitrary dimension, but since the silicon active layer 1801 is a layer constituting a plate-like structure, the thickness t11 has the necessary flexibility when used as a plate-like structure. The thickness is to be obtained. On the other hand, since the silicon base layer 1803 is a layer constituting the weight body and the pedestal, the thickness t13 is a thickness that can secure a sufficient mass as the weight body and a sufficient rigidity as the pedestal. To do.

図32(b) は、図32(a) に示すSOI基板1800を用いて、図20に示す装置筐体付きの発電素子1500に準じた構造を有する発電素子1500Aを製造した例を示す側断面図であり、発電素子1500AをYZ平面で切断した断面を示している(電荷発生素子400および発電回路500の図示は省略)。したがって、図32(b) に示す基本構成は、図20(b) に示す基本構成に準じたものになる。   FIG. 32B is a cross-sectional side view showing an example in which a power generation element 1500A having a structure similar to the power generation element 1500 with the device housing shown in FIG. 20 is manufactured using the SOI substrate 1800 shown in FIG. It is a figure, and shows the section which cut power generation element 1500A by the YZ plane (illustration of charge generation element 400 and power generation circuit 500 is omitted). Therefore, the basic configuration shown in FIG. 32 (b) conforms to the basic configuration shown in FIG. 20 (b).

具体的には、図32(b) には、中央板状構造体111に異属間接続体112が連なり、異属間接続体112の下面に重錘体211が接合された状態が示されている。また、奥には、重錘体212が位置する状態も示されている。左右両端には、装置筐体の側壁311,313が位置し、奥には装置筐体の側壁312が位置している。装置筐体の側壁314は手前に位置するため、図には現れていない。装置筐体の側壁311は台座としての役割を果たし、原点Oにおいて、中央板状構造体111の根端部を支持している。もちろん、中央板状構造体111の奥には、負側板状構造体113が位置し、中央板状構造体111の手前には、正側板状構造体114が位置する。   Specifically, FIG. 32 (b) shows a state in which the interspecies connecting body 112 is connected to the central plate-shaped structure 111, and the weight body 211 is joined to the lower surface of the interspecies connecting body 112. ing. Also, a state in which the weight body 212 is located at the back is shown. The side walls 311 and 313 of the device housing are located at the left and right ends, and the side wall 312 of the device housing is located at the back. Since the side wall 314 of the device housing is located on the near side, it is not shown in the drawing. The side wall 311 of the device housing serves as a pedestal, and supports the root end of the central plate-shaped structure 111 at the origin O. Of course, the negative-side plate-shaped structure 113 is located behind the central plate-shaped structure 111, and the positive-side plate-shaped structure 114 is located in front of the central plate-shaped structure 111.

結局、この発電素子1500Aの場合、各板状構造体111,113,114および異属間接続体112が、図32(a) に示すシリコン活性層1801の単層構造体によって構成され、各重錘体211,212,213が、図32(a) に示す酸化シリコン層1802とシリコンベース層1803との2層構造体によって構成され、台座311(装置筐体の側板311〜314)が、図32(a) に示すシリコン活性層1801と酸化シリコン層1802とシリコンベース層1803との3層構造体によって構成されている。なお、各重錘体211,212,213については、下方に変位するための空間を確保するため、その底面が、台座311(装置筐体の側板311〜314)の底面よりも上方に位置するように加工が施されている。   After all, in the case of this power generation element 1500A, each of the plate-like structures 111, 113, 114 and the heterogeneous connector 112 is constituted by a single-layer structure of the silicon active layer 1801 shown in FIG. The weights 211, 212, and 213 are formed of a two-layer structure of a silicon oxide layer 1802 and a silicon base layer 1803 shown in FIG. 32 (a), and a pedestal 311 (side plates 311 to 314 of the device housing) is shown in FIG. 32 (a) is constituted by a three-layer structure of a silicon active layer 1801, a silicon oxide layer 1802 and a silicon base layer 1803. In addition, the bottom surface of each of the weight bodies 211, 212, and 213 is positioned higher than the bottom surface of the pedestal 311 (side plates 311 to 314 of the device housing) in order to secure a space for downward displacement. It is processed as follows.

この図32(b) に示す構造を有する発電素子1500Aの基本構造部は、図32(a) に示すSOI基板1800をエッチング処理することにより製造することが可能である。たとえば、SOI基板1800の上面側からのエッチングにより、シリコン活性層1801をE字状に加工すれば、図3に示す主基板110に相当するE字状部材を形成することができる。このとき、酸化シリコン層1802をエッチングストッパとして利用することができる。また、SOI基板1800の下面側からのエッチングにより、台座311(装置筐体の側板311〜314)や各重錘体211,212,213を残す加工を行うことができる。このときも、酸化シリコン層1802をエッチングストッパとして利用することができる。最後に、酸化シリコン層1802の不要部分を別なエッチング方法で除去すれば、図32(b) に示す構造が得られる。   The basic structure of the power generating element 1500A having the structure shown in FIG. 32B can be manufactured by etching the SOI substrate 1800 shown in FIG. For example, if the silicon active layer 1801 is processed into an E-shape by etching from the upper surface side of the SOI substrate 1800, an E-shaped member corresponding to the main substrate 110 shown in FIG. 3 can be formed. At this time, the silicon oxide layer 1802 can be used as an etching stopper. Further, by etching from the lower surface side of the SOI substrate 1800, a process of leaving the pedestal 311 (side plates 311 to 314 of the device housing) and the weights 211, 212, and 213 can be performed. At this time, the silicon oxide layer 1802 can be used as an etching stopper. Finally, the unnecessary portion of the silicon oxide layer 1802 is removed by another etching method to obtain the structure shown in FIG.

なお、酸化シリコン層1802の厚みが小さい場合には、酸化シリコン層1802を除去せずにそのまま残しておいてもかまわない。すなわち、図32(a) に示す厚みt11+t12が、板状構造体として用いた場合に必要な可撓性が得られる厚みになっていれば、酸化シリコン層1802を板状橋梁部の一部として残しておいても問題はない。この場合、各板状構造体111,113,114および異属間接続体112は、図32(a) に示すシリコン活性層1801と酸化シリコン層1802との2層構造体によって構成され、各重錘体211,212,213は、図32(a) に示すシリコンベース層1803の単層構造体によって構成されることになる。   Note that in the case where the thickness of the silicon oxide layer 1802 is small, the silicon oxide layer 1802 may be left without being removed. That is, if the thickness t11 + t12 shown in FIG. 32 (a) is a thickness that can provide the necessary flexibility when used as a plate-like structure, the silicon oxide layer 1802 can be used as a part of the plate-like bridge. There is no problem if you leave it. In this case, each of the plate-like structures 111, 113, 114 and the heterogeneous connecting body 112 is constituted by a two-layer structure of a silicon active layer 1801 and a silicon oxide layer 1802 shown in FIG. The weights 211, 212, and 213 are constituted by a single-layer structure of the silicon base layer 1803 shown in FIG.

以上、図32(a) に示すSOI基板1800を用いて、図20に示す装置筐体付きの発電素子1500に準じた構造を有する発電素子1500Aを製造する例を示したが、他の実施形態に係る発電素子も同様のプロセスで製造可能である。たとえば、図24に示すように、同属間接続体152や最先端部接続体157を有する実施形態の場合には、板状構造体、異属間接続体、同属間接続体、最先端部接続体をシリコン活性層1801の単層構造体もしくはシリコン活性層1801と酸化シリコン層1802との2層構造体によって構成すればよい。   As described above, the example in which the power generation element 1500A having a structure similar to the power generation element 1500 with the device housing illustrated in FIG. 20 is manufactured using the SOI substrate 1800 illustrated in FIG. Can be manufactured by the same process. For example, as shown in FIG. 24, in the case of the embodiment having the intergeneric connector 152 and the distal end connector 157, the plate-like structure, the intergeneric connector, the intergeneric connector, and the distalmost connector The body may be constituted by a single-layer structure of the silicon active layer 1801 or a two-layer structure of the silicon active layer 1801 and the silicon oxide layer 1802.

なお、図32(b) に示す発電素子1500Aには、図20に示す発電素子1500における装置筐体の天板315や底板316が設けられていないが、必要に応じて、装置筐体の天板や底板となる部材を付加するようにすればよい。図32(c) に示す構造を有する発電素子1500Bは、装置筐体の天板や底板となる部材を付加することを前提としたものであり、各重錘体211A,212A,213A(図には現れていない)の底面は、台座311(装置筐体の側板311〜314)の底面と同じ位置にある。これは、装置筐体の底板に溝を形成して、各重錘体の下方への変位空間を確保することを想定しているためである。   Although the power generating element 1500A shown in FIG. 32 (b) is not provided with the top plate 315 or the bottom plate 316 of the device housing of the power generating element 1500 shown in FIG. A member serving as a plate or a bottom plate may be added. The power generating element 1500B having the structure shown in FIG. 32 (c) is based on the premise that members serving as a top plate and a bottom plate of the device housing are added, and each of the weight bodies 211A, 212A, 213A (see FIG. Are not located at the same position as the bottom surface of the pedestal 311 (the side plates 311 to 314 of the device housing). This is because it is assumed that a groove is formed in the bottom plate of the apparatus housing to secure a displacement space below each weight body.

図33は、図32(c) に示す発電素子1500Bを外装パッケージ1700に収容した例を示す側断面図である。発電素子1500Bの上面には、装置筐体の天板1601が接合され、発電素子1500Bの下面には、装置筐体の底板1602が接合されている。ここで、装置筐体の天板1601の下面には、図に破線で示すように、上部溝1603が形成されており、板状構造体111,113,114や異属間接続体112が上方に変位するための上方空間が確保されている。また、装置筐体の底板1602の上面には、図に破線で示すように、下部溝1604が形成されており、各重錘体211A,212A,213Aが下方に変位するための下方空間が確保されている。装置筐体の天板1601や底板1602は、たとえば、ガラスやシリコン基板によって構成すればよい。   FIG. 33 is a side sectional view showing an example in which the power generation element 1500B shown in FIG. The top plate 1601 of the device housing is joined to the upper surface of the power generating element 1500B, and the bottom plate 1602 of the device housing is joined to the lower surface of the power generating device 1500B. Here, an upper groove 1603 is formed on the lower surface of the top plate 1601 of the device housing, as shown by a broken line in the figure, and the plate-like structures 111, 113, 114 and the heterogeneous connector 112 are located upward. An upper space for displacement is secured. Further, a lower groove 1604 is formed on the upper surface of the bottom plate 1602 of the apparatus housing, as shown by a broken line in the figure, to secure a lower space for each of the weight bodies 211A, 212A, 213A to be displaced downward. Have been. The top plate 1601 and the bottom plate 1602 of the device housing may be made of, for example, a glass or silicon substrate.

この例の場合、発電素子1500B,天板1601,底板1602からなる装置全体が、外装パッケージ1700内に収容されている。図示されていないが、発電回路500は、この外装パッケージ1700側に設けられている。そのため、発電素子1500B側に設けられたボンディングパッドB1と外装パッケージ1700側に設けられたボンディングパッドB2との間に、ボンディングワイヤWが接続され、相互の配線が施されている(実際は、配線に必要な数だけ、ボンディングワイヤWが接続される)。外装パッケージ1700の内部空間は空洞にしておいてもよいが、樹脂などを充填してもよい。   In the case of this example, the entire device including the power generation element 1500B, the top plate 1601, and the bottom plate 1602 is housed in the exterior package 1700. Although not shown, the power generation circuit 500 is provided on the outer package 1700 side. Therefore, the bonding wire W is connected between the bonding pad B1 provided on the power generation element 1500B side and the bonding pad B2 provided on the exterior package 1700 side, and mutual wiring is provided (actually, the wiring is connected to the wiring). The required number of bonding wires W are connected). The interior space of the exterior package 1700 may be hollow, but may be filled with resin or the like.

図34は、図32に示すプロセスの変形例を示す側断面図であり、図32(b) に示す構造体から各重錘体211,212,213を除去した構造を示す。別言すれば、SOI基板1800に対する下面側からのエッチングを行う際に、台座311(装置筐体の側板311〜314)のみを残すようにしたものである。この変形例では、各重錘体は、SOI基板1800の一部ではなく、全く別の材料で構成される。すなわち、下面側からのエッチング後に(図では、酸化シリコン層1802を除去しているが、酸化シリコン層1802は残しておいてもよい)、図に破線で示す位置に各重錘体211B,212B,213B(図には現れていない)を接合すればよい。各重錘体211B,212B,213Bの材質は、どのようなものでもかまわないが、実用上は、できるだけ質量を大きくするため、鉄系やタングステンなどの金属を用いるのが好ましい。   FIG. 34 is a side sectional view showing a modification of the process shown in FIG. 32, and shows a structure in which the weights 211, 212, and 213 are removed from the structure shown in FIG. In other words, when etching the SOI substrate 1800 from the lower surface side, only the pedestal 311 (side plates 311 to 314 of the device housing) is left. In this modification, each weight body is not a part of the SOI substrate 1800 but is made of a completely different material. That is, after etching from the lower surface side (in the figure, the silicon oxide layer 1802 is removed, the silicon oxide layer 1802 may be left), and the weight bodies 211B, 212B are positioned at the positions shown by the broken lines in the figure. , 213B (not shown in the figure). The weights 211B, 212B, and 213B may be made of any material, but in practice, it is preferable to use a metal such as iron or tungsten in order to increase the mass as much as possible.

図35は、図34に示す変形例に係るプロセスよって、図25に示す発電素子6000を製造する工程を示す上面図である(ハッチングは、各部の領域を示すためのものであり、断面を示すものではない。)。すなわち、この図35は、図25に示す発電素子6000の同属間接続体162の近傍を示す拡大上面図であり、ドットハッチングを施した領域は、U字状の同属間接続体162を示す。この例の場合、同属間接続体162の下面に、U字状の重錘体261が接合されている。   FIG. 35 is a top view showing a step of manufacturing the power generating element 6000 shown in FIG. 25 by the process according to the modification shown in FIG. 34 (hatching indicates a region of each part and shows a cross section). Not something.) That is, FIG. 35 is an enlarged top view showing the vicinity of the inter-general connection body 162 of the power generating element 6000 shown in FIG. 25, and the area with dot hatching indicates the U-shaped homo-general connection body 162. In the case of this example, a U-shaped weight body 261 is joined to the lower surface of the intergeneric connection body 162.

ただ、U字状の重錘体261は、U字状の同属間接続体162よりも、若干サイズが大きくなるように設計されており、同属間接続体162の下面に接合した状態において、外側部分の一部が同属間接続体162の輪郭から食み出すことになる。U字状の重錘体261のうち、図に斜線ハッチングを施した部分は、この食み出し部分である。上述したとおり、このU字状の重錘体261は、鉄系やタングステンなどの金属を用いて形成した別部材であり、接着剤などを用いて同属間接続体162の下面に接合すればよい。   However, the U-shaped weight body 261 is designed to be slightly larger in size than the U-shaped inter-general connection body 162, and is attached to the lower surface of the inter-general connection body 162, and A part of the portion protrudes from the contour of the intergeneric connector 162. The portion of the U-shaped weight body 261 that is hatched in the figure is the protruding portion. As described above, the U-shaped weight body 261 is a separate member formed using a metal such as iron or tungsten, and may be joined to the lower surface of the inter-general connection body 162 using an adhesive or the like. .

このような食み出し部分を設けるようにすると、次の2つの利点が得られる。第1の利点は、外部から過度の振動エネルギーが加えられた場合、この食み出し部分が装置筐体の内面に接触して、それ以上の変位を抑えることができるので、脆弱性をもったシリコン活性層から構成される板状構造体161や同属間接続体162などに損傷が生じることを防止することができる点である。重錘体261を金属によって構成しておけば、重錘体261自体が破損することはほとんどない。第2の利点は、重錘体261を同属間接続体162の下面に接合する作業を行う際に、上方から重錘体261の輪郭を目視確認できるようになる点である。図35に示されているとおり、重錘体261は、その一部が同属間接続体162から食み出しているため、両者の位置関係を目視確認でき、正確な接合作業を行うことができる。他の重錘体262,263についても、同様である。   Providing such a protruding portion has the following two advantages. The first advantage is that when excessive vibration energy is applied from the outside, the protruding portion comes into contact with the inner surface of the device housing and further displacement can be suppressed, so that the device has a fragility. The point is that damage to the plate-like structure 161 and the inter-connector 162 formed from the silicon active layer can be prevented. If the weight body 261 is made of metal, the weight body 261 itself is hardly damaged. The second advantage is that, when performing the operation of joining the weight body 261 to the lower surface of the inter-general connection body 162, the outline of the weight body 261 can be visually confirmed from above. As shown in FIG. 35, since a part of the weight body 261 protrudes from the intergeneric connecting body 162, the positional relationship between the both can be visually confirmed, and an accurate joining operation can be performed. . The same applies to the other weight bodies 262 and 263.

<<< §11. 本発明の別な特徴 >>>
§8で説明したとおり、第1〜第8の実施形態に共通した特徴は、第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを異属間接続体によって接続した折り返し構造を採用している点にあり、このような特徴により、装置全体の寸法を抑制しつつ、発電可能な周波数帯域を広げるという作用効果が得られることになる。
<<<< §11. Another feature of the present invention >>>>>
As described in §8, a feature common to the first to eighth embodiments is a folded structure in which a plate-shaped structure having a first attribute and a plate-shaped structure having a second attribute are connected to each other by a connector between different species. With such a feature, it is possible to obtain the operation and effect of expanding the frequency band in which power can be generated while suppressing the size of the entire device.

ここでは、第1〜第8の実施形態に共通した別な特徴について考え、この別な特徴をもつ発電素子として本発明を把握してみよう。この別な特徴の根本概念は、板状構造体からなる経路が途中で分岐したり合流したりする構造にある。以下、この根本概念を具体的に説明する。   Here, another characteristic common to the first to eighth embodiments will be considered, and the present invention will be grasped as a power generating element having such another characteristic. The fundamental concept of this other feature lies in the structure in which the path formed by the plate-like structure branches or joins in the middle. Hereinafter, the basic concept will be specifically described.

ここで述べる発明は、これまで説明してきた発明と同様に、合成振動系を構成する基本構造部と、この基本構造部の変形に基づいて電荷を発生させる電荷発生素子と、を備え、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に係るものである。実用上は、更に、電荷発生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を設けるのが好ましい。   The invention described here comprises, similarly to the above-described inventions, a basic structural part constituting a synthetic vibration system, and a charge generating element for generating electric charges based on deformation of the basic structural part, and includes a vibration energy To a power generating element that generates electric power by converting the electric power into electric energy. Practically, it is preferable to further provide a power generation circuit that rectifies a current generated based on the charge generated in the charge generation element and extracts power.

ここで、基本構造部は、可撓性を有する複数の板状構造体と、板状構造体を相互に接続する1つもしくは複数の中間接続体と、板状構造体を支持する台座と、を有している。また、必要に応じて、所定箇所に接続された重錘体を付加することもできる。   Here, the basic structure portion includes a plurality of flexible plate-like structures, one or a plurality of intermediate connectors for interconnecting the plate-like structures, and a pedestal for supporting the plate-like structures. have. If necessary, a weight connected to a predetermined location can be added.

そして、重要な特徴は、個々の板状構造体が、直接、もしくは、中間接続体および他の板状構造体を介して間接的に、台座に接続されており、板状構造体および中間接続体の集合体によって、台座を根とする樹状構造(枝葉末節にゆくに従って枝の分岐が生じる構造だけでなく、枝が合流する構造も含む)が形成されており、台座からこの樹状構造の末端に至る経路を辿ったときに、当該経路に、途中で複数の経路に分岐する分岐部、もしくは、途中で複数の経路が合流する合流部が含まれている点である。   An important feature is that the individual plate-like structures are directly or indirectly connected to the pedestal via the intermediate connector and other plate-like structures. The body aggregate forms a tree-like structure with the pedestal as the root (including not only a structure in which branches branch off as the terminal leaves reach, but also a structure in which the branches merge). Is that when a path leading to the end of the path is traced, the path includes a branch portion that branches into a plurality of paths on the way, or a junction where a plurality of paths joins on the way.

たとえば、図3に示す第1の実施形態に係る発電素子1000の場合、台座側の原点Oから樹状構造の末端となる端点T3および端点T5に至る経路を辿ると、異属間接続体112において分岐する分岐部が含まれている。また、図21に示す第2の実施形態に係る発電素子2000の場合、台座側の根端点Q1,Q2から樹状構造の末端となる中央板状構造体124の先端部に至る経路を辿ると、異属間接続体123において合流する合流部が含まれている。そして、図22に示す第3の実施形態に係る発電素子3000の場合、台座側の根端点Q1,Q2から樹状構造の末端となる最先端部接続体136に至る経路を辿ると、異属間接続体133において合流および分岐する合流分岐部が含まれている。   For example, in the case of the power generation element 1000 according to the first embodiment shown in FIG. 3, when the path from the origin O on the pedestal side to the end points T3 and T5 which are the ends of the tree structure is traced, the heterogeneous connector 112 is obtained. And a branching portion that branches off at. In the case of the power generating element 2000 according to the second embodiment shown in FIG. 21, when the path from the root end points Q1 and Q2 on the pedestal side to the tip of the central plate-shaped structure 124 at the end of the tree-like structure is traced. , The junction between the heterogeneous connectors 123 is included. Then, in the case of the power generating element 3000 according to the third embodiment shown in FIG. 22, when the path from the root end points Q1 and Q2 on the pedestal side to the foremost end connecting body 136 at the end of the tree-like structure is traced, The junction 133 includes a merging / branching portion that merges and branches.

同様に、図23に示す第4の実施形態に係る発電素子4000の場合、台座側の根端点Q1,Q2から樹状構造の末端となる最先端部接続体148に至る経路を辿ると、異属間接続体143において合流および分岐する合流分岐部と、異属間接続体146において合流する合流部と、が含まれている。また、図24に示す第5の実施形態に係る発電素子5000の場合、台座側の原点Oから樹状構造の末端となる最先端部接続体157に至る経路を辿ると、同属間接続体152において分岐する分岐部と、異属間接続体155において合流する合流部と、が含まれている。そして、図25に示す第6の実施形態に係る発電素子6000の場合、台座側の原点Oから樹状構造の末端となる最先端部接続体167に至る経路を辿ると、同属間接続体162において分岐する分岐部と、異属間接続体165において合流する合流部と、が含まれている。図26〜図28に示す第7の実施形態や、図31に示す第8の実施形態の場合も同様である。   Similarly, in the case of the power generating element 4000 according to the fourth embodiment shown in FIG. 23, when the path from the base end points Q1 and Q2 to the foremost end connector 148 at the end of the tree-like structure is different, A merging / branching portion that merges and branches at the intergeneric connector 143 and a merging portion that merges at the intergeneric connector 146 are included. Further, in the case of the power generating element 5000 according to the fifth embodiment shown in FIG. 24, when the path from the origin O on the pedestal side to the distal end connector 157 at the end of the tree-like structure is traced, the intergeneric connector 152 is obtained. , And a merging portion merging in the heterogeneous connector 155. Then, in the case of the power generating element 6000 according to the sixth embodiment shown in FIG. 25, when the path from the origin O on the pedestal side to the leading end connector 167 at the end of the tree-like structure is traced, the intergeneric connector 162 And a merging portion merging in the inter-generic connector 165. The same applies to the seventh embodiment shown in FIGS. 26 to 28 and the eighth embodiment shown in FIG.

このように、板状構造体および中間接続体の集合体によって樹状構造を形成すると、台座から樹状構造の末端に至る経路により片持ち梁構造が形成され、全体として振動系が構成される。しかも、台座から樹状構造の末端に至る経路に分岐部や合流部を設けるようにすると、個々の板状構造体に基づいて形成される共振系が複雑に絡み合った合成振動系が構成されることになり、各共振系の共振周波数を調整することにより、発電可能な周波数帯域を広げるという本発明の作用効果を得ることができる。そこで最後に、「板状構造体からなる経路が途中で分岐したり合流したりする構造」という広い根本概念で本発明を把握した場合の別な実施形態を示しておく。   As described above, when a tree-like structure is formed by an aggregate of the plate-like structure and the intermediate connector, a cantilever structure is formed by a path from the pedestal to the end of the tree-like structure, and a vibration system is configured as a whole. . Moreover, if a branch or a junction is provided in the path from the pedestal to the end of the tree-like structure, a combined vibration system in which the resonance systems formed based on the individual plate-like structures are intertwined in a complicated manner is configured. That is, by adjusting the resonance frequency of each resonance system, it is possible to obtain the operation and effect of the present invention in that the frequency band in which power can be generated is widened. Therefore, finally, another embodiment in which the present invention is grasped with a broad fundamental concept of "a structure in which a path made of a plate-like structure branches or merges on the way" will be described.

なお、以下の説明で用いる図36,図37は、第9の実施形態に係る発電素子を、XY平面に平行な、XY平面よりわずか上方に位置する平面で切断した平断面図であり、発電回路500の図示は省略する。また、個々の板状構造体について、図18もしくは図30(a) に示す4組の電極配置を採用した圧電素子を電荷発生素子400として用いた例を示す。これらの図において、装置筐体の部分(台座として機能する部分も含む)に施された粗い斜線ハッチングは、当該部分が断面部分であることを示している。一方、主基板の部分(板状構造体および各接続体)については、細かな斜線ハッチングは、個々の個別上部電極層の形成領域を示すものであり、ドットハッチングは、主基板の下面に重錘体が接合されている領域を示すものであり、いずれも断面を示すものではない。   FIGS. 36 and 37 used in the following description are plan cross-sectional views of the power generation element according to the ninth embodiment cut along a plane parallel to the XY plane and slightly above the XY plane. Illustration of the circuit 500 is omitted. Also, an example is shown in which a piezoelectric element employing the four electrode arrangements shown in FIG. 18 or FIG. In these figures, rough hatching on a portion of the apparatus housing (including a portion functioning as a pedestal) indicates that the portion is a cross-sectional portion. On the other hand, with respect to the portion of the main substrate (the plate-like structure and each connection body), the fine hatched hatching indicates the region where each individual upper electrode layer is formed, and the dot hatching indicates the area on the lower surface of the main substrate. It shows a region where the weights are joined, and neither shows a cross section.

図36は、本発明の第9の実施形態に係る装置筐体付きの発電素子9000の平断面図である。この例の場合、主基板190は、負側空間に配置された第1の負側板状構造体191と、正側空間に配置された第1の正側板状構造体192と、中間接続体193と、負側空間に配置された第2の負側板状構造体194と、正側空間に配置された第2の正側板状構造体195と、最先端部接続体196と、によって構成されている。そして、基本構造部は、この主基板190と、装置筐体390に側板の一部として組み込まれた台座391と、2組の重錘体291,292と、によって構成されている。   FIG. 36 is a plan sectional view of a power generation element 9000 with a device housing according to the ninth embodiment of the present invention. In this example, the main substrate 190 includes a first negative plate-shaped structure 191 arranged in the negative space, a first positive plate-shaped structure 192 arranged in the positive space, and an intermediate connector 193. A second negative-side plate-like structure 194 disposed in the negative-side space, a second positive-side plate-like structure 195 disposed in the positive-side space, and a foremost end connector 196. I have. The basic structure includes the main board 190, a pedestal 391 incorporated as a part of a side plate in the device housing 390, and two sets of weight bodies 291 and 292.

台座391は、原点O付近において、第1の負側板状構造体191および第1の正側板状構造体192を支持する役割を果たす。また、中間接続体193は、第1の負側板状構造体191および第1の正側板状構造体192と、第2の負側板状構造体194および第2の正側板状構造体195と、を接続する役割を果たし、最先端部接続体196は、第2の負側板状構造体194の先端部および第2の正側板状構造体195の先端部を相互に接続する役割を果たす。   The pedestal 391 serves to support the first negative plate-shaped structure 191 and the first positive plate-shaped structure 192 near the origin O. The intermediate connector 193 includes a first negative plate-shaped structure 191 and a first positive plate-shaped structure 192, a second negative plate-shaped structure 194 and a second positive plate-shaped structure 195, And the leading end connector 196 serves to connect the distal end of the second negative plate-shaped structure 194 and the distal end of the second positive plate-shaped structure 195 to each other.

より具体的には、第1の負側板状構造体191および第1の正側板状構造体192は、いずれも根端部が台座391に接続されており、先端部が中間接続体193に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向(長手方向軸L1,L2の方向)がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている。また、第2の負側板状構造体194および第2の正側板状構造体195は、いずれも根端部が中間接続体193に接続されており、先端部が最先端部接続体196に接続されており、根端部から先端部へ向かう方向(長手方向軸L1,L2の方向)がY軸正方向となるように、Y軸に平行な方向に伸びている。   More specifically, each of the first negative-side plate-like structure 191 and the first positive-side plate-like structure 192 has a root end connected to the pedestal 391 and a front end connected to the intermediate connector 193. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip (the direction of the longitudinal axes L1 and L2) is the positive direction of the Y axis. The second negative plate-like structure 194 and the second positive plate-like structure 195 each have a root end connected to the intermediate connector 193 and a tip connected to the foremost end connector 196. It extends in a direction parallel to the Y axis so that the direction from the root end to the tip (the direction of the longitudinal axes L1 and L2) is the positive direction of the Y axis.

中間接続体193は、ドットハッチングが施された連続領域を占める平面形状を有しており、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部193Rと、直交部193RからY軸負方向に伸びた負側翼状部193Nおよび正側翼状部193Pと、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第1の重錘体291は、中間接続体193の直交部193R、負側翼状部193N、正側翼状部193Pのすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、中間接続体193の平面形状と第1の重錘体291の平面形状とは同一であり、第1の重錘体291は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   The intermediate connector 193 has a planar shape that occupies a continuous area with dot hatching, and includes an orthogonal portion 193R extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis) and an orthogonal portion 193R. It has a negative-side wing portion 193N and a positive-side wing portion 193P extending in the Y-axis negative direction, and is constituted by a plate-shaped member whose projected image on the XY plane has a U-shape. The first weight 291 is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion 193R, the negative wing portion 193N, and the positive wing portion 193P of the intermediate connector 193, and the projected image on the XY plane is U-shaped. It is constituted by a structure having a shape. In the illustrated embodiment, the planar shape of the intermediate connector 193 is the same as the planar shape of the first weight 291, and the first weight 291 corresponds to a region hatched in the figure by dot hatching. Occupy structure.

同様に、最先端部接続体196は、ドットハッチングが施された連続領域を占める平面形状を有しており、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部196Rと、直交部196RからY軸負方向に伸びた負側翼状部196Nおよび正側翼状部196Pと、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第2の重錘体292は、最先端部接続体196の直交部196R、負側翼状部196N、正側翼状部196Pのすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、最先端部接続体196の平面形状と第2の重錘体292の平面形状とは同一であり、第2の重錘体292は、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   Similarly, the foremost end connector 196 has a planar shape occupying a continuous area with dot hatching, and has an orthogonal portion 196R extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis). , A negative wing portion 196N and a positive wing portion 196P extending in the Y-axis negative direction from the orthogonal portion 196R, and a projection image on the XY plane is formed of a U-shaped plate-like member. I have. The second weight body 292 is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion 196R, the negative wing portion 196N, and the positive wing portion 196P of the foremost end connecting body 196, and the projected image on the XY plane is U-shaped. It is constituted by a structure having a shape like a letter. In the illustrated embodiment, the planar shape of the foremost end connecting body 196 is the same as the planar shape of the second weight body 292, and the second weight body 292 is indicated by dot hatching in the figure. The structure occupies the area.

この図36に示す発電素子9000の場合、4組の板状構造体191,192,194,195は、いずれも根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるように配置された板状構造体であり、これまで述べてきた第1属性の板状構造体に相当する。別言すれば、発電素子9000の場合、4組の板状構造体191,192,194,195は、いずれも同一属性の板状構造体ということになる。   In the case of the power generating element 9000 shown in FIG. 36, the four sets of plate-like structures 191, 192, 194, and 195 are arranged such that the direction from the root end to the tip is the positive Y-axis direction. It is a plate-like structure and corresponds to the plate-like structure of the first attribute described above. In other words, in the case of the power generation element 9000, the four sets of plate-like structures 191, 192, 194, and 195 are all plate-like structures having the same attribute.

これまで第1〜第8の実施形態として述べた発電素子の場合、「第1属性の板状構造体と第2属性の板状構造体とを異属間接続体によって接続した折り返し構造」を採用しているが、図36に示す第9の実施形態に係る発電素子9000では、そのような「折り返し構造」は採用されていない。しかしながら、この発電素子9000でも、「板状構造体からなる経路が途中で分岐したり合流したりする構造」という広い根本概念は採用されている。   In the case of the power generating element described above as the first to eighth embodiments, “the folded structure in which the first attribute plate-like structure and the second attribute plate-like structure are connected by the heterogeneous connector”. However, in the power generating element 9000 according to the ninth embodiment shown in FIG. 36, such a “folded structure” is not used. However, this power generation element 9000 also adopts the broad basic concept of “a structure in which a path made of a plate-like structure branches or merges in the middle”.

すなわち、台座391上の原点Oから樹状構造の末端である先端点Tに至る経路に着目すると、当該経路上には、分岐部や合流部が設けられ、個々の板状構造体に基づいて形成される共振系が複雑に絡み合った合成振動系が構成されている。すなわち、原点Oから先端点Tに至る上記経路を辿ると、まず板状構造体191,192に沿った2組の経路に分岐し、これらが中間接続体193において一旦合流し、再び板状構造体194,195に沿った2組の経路に分岐し、これらが最先端部接続体196において再度合流するという樹状構造が形成されている。しかも、4組の板状構造体191,192,194,195は、いずれもY軸に平行な方向に沿って伸びているため、各共振系の共振周波数を調整することにより、発電可能な周波数帯域を広げるという本発明の作用効果を得ることができる。   That is, when focusing on the path from the origin O on the base 391 to the tip point T which is the end of the tree-like structure, a branch portion or a junction is provided on the path, and based on each plate-like structure, A combined vibration system in which the formed resonance systems are intertwined in a complicated manner is configured. That is, when following the above-mentioned path from the origin O to the tip point T, the path first branches into two sets of paths along the plate-like structures 191 and 192, and these merge once at the intermediate connector 193, and are again formed into the plate-like structure. A tree-like structure is formed that branches into two sets of paths along the bodies 194 and 195 and joins again at the tip connector 196. Moreover, since the four sets of plate-like structures 191, 192, 194, and 195 all extend along the direction parallel to the Y axis, the frequency at which power can be generated by adjusting the resonance frequency of each resonance system. The operation and effect of the present invention of widening the band can be obtained.

図37は、図36に示す発電素子9000の変形例に係る発電素子9000Aの平断面図である。図36に示す発電素子9000と図37に示す発電素子9000Aとの相違点は、後者では、前者における4組の板状構造体191,192,194,195の代わりに、L字状をなす4組の板状構造体191A,192A,194A,195Aが用いられている点である。§7−7では、第7の実施形態として、L字状のビームからなる板状構造体を用いた例を示したが、図37に示す発電素子9000Aの場合、4組の板状構造体191A,192A,194A,195Aは、いずれもL字状のビームによって構成されている。   FIG. 37 is a plan sectional view of a power generation element 9000A according to a modification of the power generation element 9000 shown in FIG. The difference between the power generating element 9000 shown in FIG. 36 and the power generating element 9000A shown in FIG. 37 is that, in the latter, instead of the four sets of plate-like structures 191, 192, 194, 195 in the former, an L-shaped 4 The point is that a set of plate-like structures 191A, 192A, 194A, 195A is used. In §7-7, as the seventh embodiment, an example in which a plate-like structure made of an L-shaped beam is used is shown. In the case of the power generation element 9000A shown in FIG. 37, four sets of plate-like structures are used. Each of 191A, 192A, 194A, and 195A is constituted by an L-shaped beam.

そのため、図37の装置筐体390Aは、図36の装置筐体390よりも、X軸方向の幅が若干広くなっている。また、図37の中間接続体193Aおよび最先端部接続体196Aは、図36の中間接続体193および最先端部接続体196よりも、X軸方向の幅が若干広くなっている。   Therefore, the width of the device housing 390A of FIG. 37 in the X-axis direction is slightly wider than that of the device housing 390 of FIG. The width of the intermediate connector 193A and the distal end connector 196A of FIG. 37 is slightly wider in the X-axis direction than the intermediate connector 193 and the distal end connector 196 of FIG.

図36に示す例と同様に、中間接続体193Aは、ドットハッチングが施された連続領域を占める平面形状を有しており、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部193ARと、直交部193ARからY軸負方向に伸びた負側翼状部193ANおよび正側翼状部193APと、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第1の重錘体291Aは、中間接続体193Aの直交部193AR、負側翼状部193AN、正側翼状部193APのすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、中間接続体193Aの平面形状と第1の重錘体291Aの平面形状とは同一であり、第1の重錘体291Aは、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   As in the example shown in FIG. 36, the intermediate connector 193A has a planar shape occupying a continuous area with dot hatching, and extends in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis). A plate-shaped member having an orthogonal portion 193AR, a negative-side wing portion 193AN and a positive-side wing portion 193AP extending from the orthogonal portion 193AR in the negative Y-axis direction, and having a U-shaped projection image projected on the XY plane. It is constituted by. The first weight body 291A is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion 193AR, the negative wing portion 193AN, and the positive wing portion 193AP of the intermediate connector 193A, and the projected image on the XY plane is U-shaped. It is constituted by a structure having a shape. In the illustrated embodiment, the planar shape of the intermediate connector 193A is the same as the planar shape of the first weight 291A, and the first weight 291A corresponds to the area indicated by dot hatching in the figure. Occupy structure.

同様に、最先端部接続体196Aは、ドットハッチングが施された連続領域を占める平面形状を有しており、YZ平面に直交する方向(X軸に平行な方向)に伸びた直交部196ARと、直交部196ARからY軸負方向に伸びた負側翼状部196ANおよび正側翼状部196APと、を有し、XY平面への投影像がU字状の形状をなす板状部材によって構成されている。そして、第2の重錘体292Aは、最先端部接続体196Aの直交部196AR、負側翼状部196AN、正側翼状部196APのすべての下面に接続され、XY平面への投影像がU字状の形状をなす構造体によって構成されている。図示の実施例の場合、最先端部接続体196Aの平面形状と第2の重錘体292Aの平面形状とは同一であり、第2の重錘体292Aは、図にドットハッチングが施された領域を占める構造体になる。   Similarly, the foremost end connector 196A has a planar shape that occupies a continuous area with dot hatching, and includes an orthogonal portion 196AR extending in a direction orthogonal to the YZ plane (a direction parallel to the X axis). , A negative wing portion 196AN and a positive wing portion 196AP extending in the Y-axis negative direction from the orthogonal portion 196AR, and a projection image on the XY plane is formed of a U-shaped plate-shaped member. I have. The second weight body 292A is connected to all the lower surfaces of the orthogonal portion 196AR, the negative wing portion 196AN, and the positive wing portion 196AP of the foremost end connection body 196A, and the projected image on the XY plane is U-shaped. It is constituted by a structure having a shape like a letter. In the illustrated embodiment, the plane shape of the foremost end connecting body 196A is the same as the plane shape of the second weight body 292A, and the second weight body 292A is dot-hatched in the drawing. The structure occupies the area.

一方、第1の負側板状構造体191Aは、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びる第1の負側Y軸経路部191AYとX軸に平行な方向(長手方向軸L3の方向)に伸びる第1の負側X軸経路部191AXとを有し、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。ここで、第1の負側Y軸経路部191AYの根端部は、台座391Aに接続されており、第1の負側Y軸経路部191AYの先端部は、第1の負側X軸経路部191AXの根端部に接続されており、第1の負側X軸経路部191AXの先端部は中間接続体193Aの負側翼状部193ANに接続されている。   On the other hand, the first negative-side plate-shaped structure 191A includes a first negative-side Y-axis path portion 191AY extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L1) and a direction parallel to the X-axis (longitudinal axis). L1) extending in the direction of L3), and the projected image on the XY plane has an L-shape. Here, the root end of the first negative Y-axis path portion 191AY is connected to the pedestal 391A, and the distal end of the first negative Y-axis path portion 191AY is connected to the first negative X-axis path. The distal end of the first negative X-axis path portion 191AX is connected to the negative wing portion 193AN of the intermediate connector 193A.

また、第1の正側板状構造体192Aは、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びる第1の正側Y軸経路部192AYとX軸に平行な方向(長手方向軸L4の方向)に伸びる第1の正側X軸経路部192AXとを有し、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。ここで、第1の正側Y軸経路部192AYの根端部は、台座391Aに接続されており、第1の正側Y軸経路部192AYの先端部は、第1の正側X軸経路部192AXの根端部に接続されており、第1の正側X軸経路部192AXの先端部は中間接続体193Aの正側翼状部193APに接続されている。   The first positive-side plate-shaped structure 192A extends in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L2) and in a direction parallel to the X-axis (longitudinal axis). (In the direction of L4), the first positive-side X-axis path portion 192AX, and the projected image on the XY plane has an L-shape. Here, the root end of the first positive-side Y-axis path portion 192AY is connected to the pedestal 391A, and the tip end of the first positive-side Y-axis path portion 192AY is connected to the first positive-side X-axis path. The front end of the first positive X-axis path portion 192AX is connected to the positive wing portion 193AP of the intermediate connector 193A.

そして、第2の負側板状構造体194Aは、Y軸に平行な方向(長手方向軸L1の方向)に伸びる第2の負側Y軸経路部194AYとX軸に平行な方向(長手方向軸L5の方向)に伸びる第2の負側X軸経路部194AXとを有し、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。ここで、第2の負側Y軸経路部194AYの根端部は、中間接続体193Aの直交部193ARに接続されており、第2の負側Y軸経路部194AYの先端部は、第2の負側X軸経路部194AXの根端部に接続されており、第2の負側X軸経路部194AXの先端部は、最先端部接続体196Aの負側翼状部196ANに接続されている。   The second negative-side plate-shaped structure 194A extends in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axis L1) and in a direction parallel to the X-axis (longitudinal axis L1). (In the direction of L5), the second negative X-axis path portion 194AX, and the projected image on the XY plane has an L-shape. Here, the root end of the second negative Y-axis path portion 194AY is connected to the orthogonal portion 193AR of the intermediate connector 193A, and the tip of the second negative Y-axis path portion 194AY is the second end. Is connected to the root end of the negative-side X-axis path portion 194AX, and the distal end of the second negative-side X-axis path portion 194AX is connected to the negative-side wing portion 196AN of the foremost end connector 196A. .

最後に、第2の正側板状構造体195Aは、Y軸に平行な方向(長手方向軸L2の方向)に伸びる第2の正側Y軸経路部195AYとX軸に平行な方向(長手方向軸L6の方向)に伸びる第2の正側X軸経路部195AXとを有し、XY平面への投影像がL字状の形状をなす。ここで、第2の正側Y軸経路部195AYの根端部は、中間接続体193Aの直交部193ARに接続されており、第2の正側Y軸経路部195AYの先端部は、第2の正側X軸経路部195AXの根端部に接続されており、第2の正側X軸経路部195AXの先端部は、最先端部接続体196Aの正側翼状部196APに接続されている。   Finally, the second positive side plate-like structure 195A extends in a direction parallel to the Y axis (direction of the longitudinal axis L2) and in a direction parallel to the X axis (longitudinal direction). (In the direction of the axis L6), the second positive-side X-axis path portion 195AX, and the projected image on the XY plane has an L-shape. Here, the root end of the second positive-side Y-axis path 195AY is connected to the orthogonal part 193AR of the intermediate connector 193A, and the tip of the second positive-side Y-axis path 195AY is the second end. Is connected to the root end of the positive-side X-axis path portion 195AX, and the distal end of the second positive-side X-axis path portion 195AX is connected to the positive-side wing portion 196AP of the foremost end connector 196A. .

この発電素子9000Aの場合、4本の板状構造体191A,192A,194A,195Aは、いずれもXY平面への投影像がL字状の形状をなしているが、その一部分に、根端部から先端部へ向かう方向がY軸正方向となるようにY軸に平行な方向(長手方向軸L1,L2の方向)に伸びるY軸経路部を含んでいる。このため、この発電素子9000Aも、特定方向の振動に関する共振周波数の調整を行うことができる。   In the case of this power generation element 9000A, the four plate-like structures 191A, 192A, 194A, and 195A all have an L-shaped projected image on the XY plane, but a part thereof has a root tip. , And includes a Y-axis path extending in a direction parallel to the Y-axis (direction of the longitudinal axes L1 and L2) such that the direction from the to the front end is the Y-axis positive direction. Therefore, the power generation element 9000A can also adjust the resonance frequency for vibration in a specific direction.

なお、§9で述べた種々の変形例は、この§11で述べた第9の実施形態にも同様に適用可能である。   The various modifications described in §9 can be similarly applied to the ninth embodiment described in §11.

本発明に係る発電素子は、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技術に広く利用することができる。その基本原理は、重錘体の振動により板状構造体に撓みを生じさせ、当該撓みに応じて電荷発生素子に生じる電荷を外部に取り出す、というものであるので、自動車、列車、船舶などの乗り物や、冷蔵庫、エアコンといった振動源に取り付けることにより、通常は無駄に消費してしまう振動エネルギーを、電気エネルギーとして有効利用することが可能になる。また、属性が異なる板状構造体を設けることにより、共振周波数の異なる複数の共振系を混在させ、発電可能な周波数帯域を広げることができるので、実利用環境の振動周波数に適した効率的な発電が可能な発電素子を設計することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The power generating element according to the present invention can be widely used for a technique of generating power by converting vibration energy into electric energy. The basic principle is that the vibration of the weight causes the plate-like structure to bend, and the electric charge generated in the charge generating element is taken out to the outside in response to the bending, so that the electric motor is used for automobiles, trains, ships, and the like. Attachment to a vibration source such as a vehicle, a refrigerator, or an air conditioner enables effective use of vibration energy that is normally wasted as electric energy. In addition, by providing a plate-shaped structure having different attributes, a plurality of resonance systems having different resonance frequencies can be mixed, and the frequency band in which power can be generated can be broadened. A power generating element capable of generating power can be designed.

Claims (10)

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、 可撓性を有する第1の板状構造体と、可撓性を有する第2の板状構造体と、可撓性を有する第3の板状構造体と、前記第1の板状構造体と前記第2の板状構造体とを相互に接続する第1の接続体と、前記第2の板状構造体と前記第3の板状構造体とを相互に接続する第2の接続体と、前記第1の板状構造体を支持する台座と、を有する基本構造部と、
前記基本構造部の変形に基づいて電荷を発生させる電荷発生素子と、
を備え、
前記第1の板状構造体は、根端部が前記台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が前記第1の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部は根端部よりも第1の方向における一側に配置されており、
前記第2の板状構造体は、根端部が前記第1の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が前記第2の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部は根端部よりも前記第1の方向における他側に配置されており、
前記第3の板状構造体は、根端部が前記第2の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部は根端部よりも前記第1の方向における一側に配置され
前記基本構造部が、更に、前記第1の接続体に接続された第1の重錘体と、前記第2の接続体に接続された第2の重錘体と、前記第3の板状構造体の先端部に接続された第3の重錘体と、のうちの少なくとも2つを有することを特徴とする発電素子。
A power generating element for generating electric power by converting vibration energy into electrical energy, a first plate-like structures that have a flexibility, and a second plate-like structures that have a flexible a third plate-like structure that having a flexible, and a first connection body for connecting the first plate structure and the second plate-like structure to each other, the first a basic structure having a second connecting body for connecting the two plate-like structures third plate-like structure to each other, a pedestal for supporting the first plate-like structure, and
A charge generating element that generates a charge based on the deformation of the basic structure,
With
Said first plate-like structure, the root end portion is directly or indirectly connected to the pedestal, are directly or indirectly connected to the tip portion first connecting body, the tip portion Is located on one side in the first direction from the root tip,
It said second plate-like structure is connected directly or indirectly to the roots ends first connecting body, is directly or indirectly connected tip to the second connection body The tip is located on the other side in the first direction than the root tip,
It said third plate-like structure, the root end portion is directly or indirectly connected to the second connecting body, disposed on one side in the first direction than tip apical It is,
The basic structure portion further includes a first weight connected to the first connection, a second weight connected to the second connection, and a third plate-shaped member. And a third weight connected to the tip of the structure .
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、 可撓性を有する第1の板状構造体と、可撓性を有する第2の板状構造体と、可撓性を有する第3の板状構造体と、前記第1の板状構造体と前記第2の板状構造体とを相互に接続する第1の接続体と、前記第2の板状構造体と前記第3の板状構造体とを相互に接続する第2の接続体と、前記第1の板状構造体を支持する台座と、を有する基本構造部と、A power generating element that generates electric power by converting vibration energy into electric energy, comprising: a first flexible plate-shaped structure; a second flexible plate-shaped structure; A third plate-shaped structure having: a first connection body interconnecting the first plate-shaped structure and the second plate-shaped structure; and a second plate-shaped structure comprising: A basic structure portion having a second connection body for mutually connecting the third plate-like structure, and a pedestal supporting the first plate-like structure;
前記基本構造部の変形に基づいて電荷を発生させる電荷発生素子と、A charge generating element that generates a charge based on the deformation of the basic structure,
を備え、With
前記第1の板状構造体は、根端部が前記台座に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が前記第1の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部は根端部よりも第1の方向における一側に配置されており、The first plate-shaped structure has a root end directly or indirectly connected to the pedestal, a front end directly or indirectly connected to the first connection body, and a front end, It is arranged on one side in the first direction from the root end,
前記第2の板状構造体は、根端部が前記第1の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部が前記第2の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部は根端部よりも前記第1の方向における他側に配置されており、The second plate-like structure has a root end directly or indirectly connected to the first connection body, and a tip end directly or indirectly connected to the second connection body. The tip is located on the other side in the first direction than the root end,
前記第3の板状構造体は、根端部が前記第2の接続体に直接もしくは間接的に接続されており、先端部は根端部よりも前記第1の方向における一側に配置され、The third plate-shaped structure has a root end directly or indirectly connected to the second connector, and a tip end is disposed on one side in the first direction with respect to the root end. ,
前記基本構造部が、前記第3の板状構造体の先端部に接続された最先端部接続体を更に有し、かつ、前記第1の接続体に接続された第1の重錘体と、前記第2の接続体に接続された第2の重錘体と、前記最先端部接続体に接続された第3の重錘体と、のうちの少なくとも2つを有することを特徴とする発電素子。A first weight connected to the first connection, wherein the basic structure further includes a foremost end connection connected to a distal end of the third plate-like structure; And at least two of a second weight connected to the second connector and a third weight connected to the foremost connector. Power generation element.
請求項1または2に記載の発電素子において、
前記第1の板状構造体の上面、前記第2の板状構造体の上面および前記第3の板状構造体の上面が、同一平面内に配置されていることを特徴とする発電素子。
The power generating element according to claim 1 or 2 ,
A power generating element, wherein an upper surface of the first plate-shaped structure, an upper surface of the second plate-shaped structure, and an upper surface of the third plate-shaped structure are arranged in the same plane.
請求項1〜のいずれかに記載の発電素子において、
前記第1の板状構造体、前記第2の板状構造体および前記第3の板状構造体のうち少なくとも2つが、互いに平行に伸びていることを特徴とする発電素子。
The power generating element according to any one of claims 1 to 3 ,
A power generating element, wherein at least two of the first plate-shaped structure, the second plate-shaped structure, and the third plate-shaped structure extend in parallel with each other.
請求項1〜のいずれかに記載の発電素子において、
前記第1の板状構造体、前記第2の板状構造体および前記第3の板状構造体がそれぞれ、互いに平行に伸びていることを特徴とする発電素子。
The power generating element according to any one of claims 1 to 3 ,
The power generating element, wherein the first plate-shaped structure, the second plate-shaped structure, and the third plate-shaped structure extend in parallel with each other.
請求項1〜のいずれかに記載の発電素子において、
電荷発生素子が、板状構造体の変形を生じる部分に形成された圧電素子を有することを特徴とする発電素子。
The power generating element according to any one of claims 1 to 5 ,
A power generation element, wherein the charge generation element has a piezoelectric element formed in a portion where the plate-shaped structure is deformed.
請求項に記載の発電素子において、
圧電素子が、板状構造体の上面に形成された下部電極層と、この下部電極層の上面に形成され、応力に基づいて電荷を発生させる圧電材料層と、この圧電材料層の上面に形成された上部電極層と、を有し、前記下部電極層および前記上部電極層にそれぞれ所定極性の電荷を供給することを特徴とする発電素子。
The power generating element according to claim 6 ,
A piezoelectric element formed on the upper surface of the plate-like structure, a lower electrode layer formed on the upper surface of the lower electrode layer, a piezoelectric material layer for generating electric charges based on stress, and a lower electrode layer formed on the upper surface of the piezoelectric material layer; And a power supply element having a predetermined polarity, respectively, supplied to the lower electrode layer and the upper electrode layer.
請求項に記載の発電素子において、
板状構造体の上面に共通下部電極層が形成され、この共通下部電極層の上面に共通圧電材料層が形成され、この共通圧電材料層の上面の異なる箇所にそれぞれ電気的に独立した複数の個別上部電極層が形成され、前記板状構造体が特定の変形を生じた時点において、各個別上部電極層には、それぞれ圧電材料層から同一極性の電荷が供給されることを特徴とする発電素子。
The power generating element according to claim 6 ,
A common lower electrode layer is formed on the upper surface of the plate-like structure, a common piezoelectric material layer is formed on the upper surface of the common lower electrode layer, and a plurality of electrically independent plural An individual upper electrode layer is formed, and when the plate-shaped structure undergoes a specific deformation, each individual upper electrode layer is supplied with a charge of the same polarity from the piezoelectric material layer. element.
請求項に記載の発電素子において、
板状構造体に、それぞれ個別上部電極層が配置されていることを特徴とする発電素子。
The power generating element according to claim 8 ,
A power generating element, wherein an individual upper electrode layer is disposed on each of the plate-like structures.
請求項またはに記載の発電素子において、
圧電素子に発生した電荷に基づいて、共通下部電極層と各個別上部電極層との間に生じる電流を整流して電力を取り出す発電回路を更に備えることを特徴とする発電素子。
The power generation device according to claim 8 or 9,
A power generation element further comprising a power generation circuit that rectifies a current generated between the common lower electrode layer and each of the individual upper electrode layers based on electric charges generated in the piezoelectric element and takes out power.
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