JP6673489B2 - 圧電発電装置、圧電発電モジュールおよび送信機 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を利用して発電する圧電発電装置および当該圧電発電装置を具備してなる圧電発電モジュールならびに当該圧電発電モジュールを具備してなる送信機に関する。

圧電素子は、外力を受けて変形することにより、その変形量に応じた電力を発電する。そのため、従来、圧電素子を利用した各種の圧電発電装置が提案されている。

たとえば、特開２００６−２６２５７５号公報（特許文献１）には、キーを備えた携帯型の電子機器に組み込まれる圧電発電装置が開示されている。当該圧電発電装置は、支持部材によって撓み変形可能に支持されてなる圧電素子を具備しており、圧電発電装置がキーの背後に配置されることにより、キーによって圧電素子が押し下げられて撓み変形するように構成されている。

ここで、上記公報に開示された圧電発電装置においては、ユーザがキーを押し下げた際にそのキータッチの感覚（いわゆるクリック感）をユーザが実感できることとなるように、圧電素子のさらに背後に反転バネが配置されている。これにより、撓み変形した圧電素子によって反転バネが押圧されて反転（いわゆる座屈）することにより、その反転の際に生じる衝撃が指に伝わることでクリック感が得られ、キーの操作性が向上することになる。

特開２００６−２６２５７５号公報

しかしながら、上記公報に開示の圧電発電装置とした場合には、所定の発電量を得るために必要となる押圧荷重が、反転バネを設置しない場合に比べて大幅に増加してしまう問題がある。

すなわち、上記公報に開示の圧電発電装置においては、圧電素子と反転バネとが並列に接続された構造であるため、圧電素子における発電に必要な押圧ストロークを発生させるための押圧荷重として、圧電素子を変形させるための押圧荷重のみならず、これに反転バネを変形させるための押圧荷重を加えたものが必要となる。そのため、反転バネを設置しない場合に比べ、結果として極端に大きな押圧荷重が必要になってしまう。

このことは、換言すれば、反転バネを追加することで同じ押圧荷重でキーを操作した場合にも、得られる発電量に大幅な低下が生じることを意味し、効率的な発電の妨げとなってしまう。

したがって、本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、圧電素子における発電に必要な押圧荷重を低く抑えつつ、高いクリック感を得ることができる圧電発電装置およびこれを備えた圧電発電モジュールならびに送信機を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に基づく圧電発電装置は、少なくとも１つ以上の板状の圧電素子と、支持部材と、可動部と、外力伝達部とを備えている。上記圧電素子は、可撓性を有しており、厚み方向に変形することで発電するものである。上記支持部材は、上記圧電素子を撓み変形可能に支持するものである。上記可動部は、上記圧電素子に対向するように配置されており、外力を受けることにより上記圧電素子の厚み方向に実質的に沿った方向に変位可能なものである。上記外力伝達部は、上記可動部で受けた外力を上記圧電素子に伝達するものである。上記外力伝達部は、反転バネを含んでおり、上記反転バネは、上記圧電素子と上記可動部との間に配置されている。上記本発明の第１の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記可動部が変位することで上記圧電素子が押圧されて変形する過程において、上記圧電素子に印加する力の方向と上記圧電素子の厚み方向とが成す角度のうちの小さい方の角度を押圧角とした場合に、上記圧電素子に最大の変形が生じる時点での押圧角が、上記圧電素子に変形が生じ始める時点での押圧角よりも小さい。
上記本発明の第１の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記押圧角が、上記圧電素子に変形が生じ始める時点から上記圧電素子に最大の変形が生じる時点までの間で徐々に減少することが好ましい。
上記本発明の第１の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記圧電素子に最大の変形が生じる時点において、上記圧電素子に印加する力の方向と上記圧電素子の厚み方向とが一致することにより、上記押圧角が、０［°］となることが好ましい。
上記本発明の第１の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記外力伝達部が、上記反転バネに並列に接続された補助バネをさらに含んでいてもよく、その場合には、上記補助バネが、上記圧電素子と上記可動部との間に配置されていることが好ましい。
本発明の第２の局面に基づく圧電発電装置は、少なくとも１つ以上の板状の圧電素子と、支持部材と、可動部と、外力伝達部とを備えている。上記圧電素子は、可撓性を有しており、厚み方向に変形することで発電するものである。上記支持部材は、上記圧電素子を撓み変形可能に支持するものである。上記可動部は、上記圧電素子に対向するように配置されており、外力を受けることにより上記圧電素子の厚み方向に実質的に沿った方向に変位可能なものである。上記外力伝達部は、上記可動部で受けた外力を上記圧電素子に伝達するものである。上記外力伝達部は、反転バネを含んでおり、上記反転バネは、上記圧電素子と上記可動部との間に配置されている。上記本発明の第２の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記外力伝達部が、上記反転バネに並列に接続された補助バネをさらに含んでおり、上記補助バネが、上記圧電素子と上記可動部との間に配置されている。
上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記補助バネが、単一の金属製の板バネまたはその積層構造物にて構成されていることが好ましい。

上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記反転バネが、上記圧電素子における発電に必要な押圧ストローク以上の所定の押圧ストロークにて反転することが好ましい。

上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記反転バネが、単一のドーム状の金属部材またはその積層構造物にて構成されていることが好ましい。

上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記圧電素子が、金属板と、上記金属板の一方の主面に設けられた板状の圧電体とを含んでいてもよい。

上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電装置は、上記圧電素子を複数備えていてもよく、その場合には、上記複数の圧電素子が、各々の厚み方向に積層されていることが好ましい。

上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記可動部が、上記支持部材によって回動可能に支持されたレバーにて構成されていてもよい。

上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電装置にあっては、上記支持部材が、底板部と、当該底板部の四辺から立設された側壁部とを含む箱状の形状を有していることが好ましい。

本発明の第１の局面に基づく圧電発電モジュールは、上記本発明の第１または第２の局面に基づく圧電発電装置と、上記圧電素子にて発電された電力を負荷に対して供給するための電力供給回路とを備えている。上記電力供給回路は、一対の接点が非導通状態から導通状態に切り替わることで負荷に対する上記電力の供給を開始するスイッチを含んでいる。上記一対の接点のうちの一方は、上記反転バネにて構成されており、上記反転バネが反転した状態において上記一対の接点が導通するように、上記一対の接点のうちの他方が、上記反転バネに対向して配置されている。
本発明の第２の局面に基づく圧電発電モジュールは、圧電発電装置と電力供給回路とを備えている。上記圧電発電装置は、少なくとも１つ以上の板状の圧電素子と、支持部材と、可動部と、外力伝達部とを有している。上記圧電素子は、可撓性を有しており、厚み方向に変形することで発電するものである。上記支持部材は、上記圧電素子を撓み変形可能に支持するものである。上記可動部は、上記圧電素子に対向するように配置されており、外力を受けることにより上記圧電素子の厚み方向に実質的に沿った方向に変位可能なものである。上記外力伝達部は、上記可動部で受けた外力を上記圧電素子に伝達するものである。上記電力供給回路は、上記圧電素子にて発電された電力を負荷に対して供給するためのものである。上記外力伝達部は、反転バネを含んでおり、上記反転バネは、上記圧電素子と上記可動部との間に配置されている。上記電力供給回路は、一対の接点が非導通状態から導通状態に切り替わることで負荷に対する上記電力の供給を開始するスイッチを含んでいる。上記一対の接点のうちの一方は、上記反転バネにて構成されており、上記反転バネが反転した状態において上記一対の接点が導通するように、上記一対の接点のうちの他方が、上記反転バネに対向して配置されている。

上記本発明の第１および第２の局面に基づく圧電発電モジュールにあっては、上記圧電素子に対向する部分の上記可動部の表面に配線基板が配置されていてもよく、その場合には、上記一対の接点のうちの上記他方が上記配線基板に設けられるとともに、上記一対の接点のうちの上記他方を覆うように、上記一対の接点のうちの上記一方である上記反転バネが、上記配線基板に実装されていることが好ましい。

本発明に基づく送信機は、上記本発明の第１または第２の局面に基づく圧電発電モジュールと、上記負荷として、上記圧電発電モジュールから供給された上記電力を用いて無線信号を送信する送信部とを備えてなるものである。

本発明によれば、圧電素子における発電に必要な押圧荷重を低く抑えつつ、高いクリック感を得ることができる圧電発電装置およびこれを備えた圧電発電モジュールならびに送信機とすることができる。

本発明の実施の形態１における送信機の構成を概略的に示す回路ブロック図である。 図１に示す信号出力部の論理回路を示す図である。 図２に示す論理回路に対応したベン図である。 本発明の実施の形態１における圧電発電装置の斜視図である。 図４中に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図４中に示すＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図４に示す圧電発電装置の分解斜視図である。 図７に示す圧電素子の分解斜視図である。 図４に示す圧電発電装置に外力が付与された状態における断面図である。 図１に示す送信機の動作の一例を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に準じた圧電発電装置の概略的な構成ならびにレバーとケース体との接続構造を示す概念図である。 比較例１に係る圧電発電装置の概略的な構成ならびにレバーとケース体との接続構造を示す概念図である。 本発明の実施の形態１における圧電発電装置のレバーとケース体との接続構造を示す概念図である。 反転バネの操作量と操作力との関係を示すグラフである。 第１検証試験の結果を示したグラフである。 本発明の実施の形態２における圧電発電装置の斜視図である。 図１６中に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面図である。 図１６中に示すＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１６に示す圧電発電装置の分解斜視図である。 図１６に示す圧電発電装置に外力が付与された状態における断面図である。 本発明の実施の形態２における圧電発電装置において、操作時において各部に付与される力の方向変化を示す図である。 比較例２に係る圧電発電装置において、操作時において各部に付与される力の方向変化を示す図である。 第２検証試験の結果を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、本発明を送信機、当該送信機に具備された圧電発電モジュール、および、当該圧電発電モジュールに具備された圧電発電装置に適用した場合を例示するものである。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における送信機の構成を概略的に示す回路ブロック図である。また、図２は、図１に示す信号出力部の論理回路を示す図であり、図３は、図２に示す論理回路に対応したベン図である。まず、これら図１ないし図３を参照して、本実施の形態における送信機１の構成ならびに信号出力部１３の構成および動作について説明する。

本実施の形態における送信機１は、いわゆるリモートコントローラとして構成されたものであり、操作ボタンを押し下げる際に操作ボタンに付与されることとなる外力を利用して発電を行ない、発電した電力を用いることで送信部が動作するように構成されたものである。したがって、本実施の形態における送信機１は、乾電池等の電源の交換を必要としない。

図１に示すように、送信機１は、圧電発電モジュール１０と、送信部２０とを備えている。圧電発電モジュール１０は、後述する圧電発電装置１００Ａ（図４ないし図６等参照）を具備しており、発電した電力を送信部２０に供給するものである。送信部２０は、圧電発電モジュール１０から供給された電力によって動作する負荷に該当する。

送信部２０は、ＲＦ（Radio Frequency）アンテナ２１と、ＲＦ回路２２とを含んでいる。送信部２０は、圧電発電モジュール１０から供給された電力を用いて、送信機１から離れた位置に設けられた受信器（図示せず）へとＲＦ信号を送信する。このＲＦ信号は、受信器への制御指令を示す信号であってもよいし、各種情報を受信器に伝達するための信号等であってもよい。

圧電発電モジュール１０は、圧電発電体１２０と、全波整流回路１１と、コンデンサＣと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、信号出力部１３と、制御回路１４と、放電スイッチ１５と、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂと、第２スイッチ１４２とを主として備えている。

圧電発電体１２０は、出力端子Ｔ１，出力端子Ｔ２を含んでおり、変形することで発電する複数の圧電素子１２０ａ（図４ないし図６等参照）を含んでいる。ここで、出力端子Ｔ２の電位を基準とした出力端子Ｔ１の電位を「出力電圧Ｖ」と定義する。

全波整流回路１１は、圧電発電体１２０とＤＣ／ＤＣコンバータ１２との間においてこれらに電気的に接続されており、圧電発電体１２０の出力電圧Ｖを全波整流するものである。全波整流回路１１としては、たとえばダイオードブリッジ（図示せず）を含む一般的な全波整流回路を用いることができる。

全波整流回路１１は、ノードＮ１，Ｎ２を含んでいる。ノードＮ１は、電力線ＰＬによってＤＣ／ＤＣコンバータ１２に電気的に接続されており、全波整流された電圧（整流電圧）ＶｃをＤＣ／ＤＣコンバータ１２に出力する。ノードＮ２は、基準電位ＧＮＤを有する電力線ＧＬに電気的に接続されている。

コンデンサＣは、電力線ＰＬと電力線ＧＬとの間に電気的に接続されており、整流電圧Ｖｃを平滑化するものである。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、平滑化された整流電圧Ｖｃを所定の電圧に変換するものであり、入力端子Ｖｉｎと、出力端子Ｖｏｕｔと、イネーブル端子ＥＮとを含んでいる。入力端子Ｖｉｎは、全波整流回路１１のノードＮ１に電気的に接続されており、出力端子Ｖｏｕｔは、ＲＦ回路２２に電気的に接続されている。イネーブル端子ＥＮは、信号出力部１３の出力ノードＯＵＴに電気的に接続されている。

第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂは、ユーザの操作を受け付けた際に非導通状態（オフ）から導通状態（オン）に切り替わるものであり、各々が一対の接点を有している。第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂは、後述するように圧電発電装置１００Ａのレバー１３０から見て圧電発電体１２０が位置する側とは反対側に配置されている（図４ないし図７等参照）。

第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂは、各々が独立してユーザによって操作されるように構成されており、片方のスイッチのみの操作や両方のスイッチの同時の操作が可能である。なお、本実施の形態においては、後述するようにこれら第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂがいずれもメンブレンスイッチにて構成されているが、他の種類のスイッチを利用することもできる。

第１スイッチ１４１Ａの一対の接点の一方は、電力線ＰＬに電気的に接続されており、他方は、信号出力部１３の入力ノードＩＮ１Ａに電気的に接続されている。これにより、第１スイッチ１４１Ａは、オン状態において信号Ｓ１Ａを信号出力部１３に出力する。

第１スイッチ１４１Ｂの一対の接点の一方は、電力線ＰＬに電気的に接続されており、他方は、信号出力部１３の入力ノードＩＮ１Ｂに電気的に接続されている。これにより、第１スイッチ１４１Ｂは、オン状態において信号Ｓ１Ｂを信号出力部１３に出力する。

第２スイッチ１４２は、ユーザの操作を受け付けた際に非導通状態（オフ）から導通状態（オン）に切り替わるものであり、一対の接点を有している。第２スイッチ１４２は、後述するように圧電発電装置１００Ａのレバー１３０から見て圧電発電体１２０が位置する側に配置されている（図５ないし図７等参照）。第２スイッチ１４２は、上述した第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂとは、ユーザのボタン操作における異なるタイミングにおいてオン／オフが切り替わるものであるが、その詳細については後述することとする。

後述するように、第２スイッチ１４２の一対の接点のうちの一方は、反転バネ１６０にて構成されており、他方は、当該反転バネ１６０が実装された配線基板（第２フレキシブル配線基板１５０（図５ないし図７等参照））に設けられた導電端子にて構成されている。

第２スイッチ１４２の一対の接点の一方は、電力線ＰＬに電気的に接続されており、他方は、信号出力部１３の入力ノードＩＮ２に電気的に接続されている。これにより、第２スイッチ１４２は、オン状態において信号Ｓ２を信号出力部１３に出力する。

信号出力部１３は、上述した入力ノードＩＮ１Ａ，ＩＮ１Ｂ，ＩＮ２および出力ノードＯＵＴに加え、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、ＮＭＯＳ（n-type Metal Oxide-Semiconductor）トランジスタからなるスイッチング素子Ｑとを含んでいる。

入力ノードＩＮ１Ａは、ダイオードＤ１を介してスイッチング素子Ｑのゲートに電気的に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、抵抗Ｒ１を介して電力線ＧＬに電気的にされている。同様に、入力ノードＩＮ１Ｂは、ダイオードＤ２を介してスイッチング素子Ｑのゲートに電気的に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、抵抗Ｒ２を介して電力線ＧＬに電気的に接続されている。

スイッチング素子Ｑのドレインは、抵抗Ｒ３を介して電力線ＰＬに電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑのソースは、電力線ＧＬに電気的に接続されている。

ダイオードＤ３のアノードは、抵抗Ｒ３とスイッチング素子Ｑのドレインとの接続ノードに電気的に接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、出力ノードＯＵＴに電気的に接続されている。また、ダイオードＤ３のカソードは、抵抗Ｒ４を介して電力線ＧＬに電気的に接続されている。

入力ノードＩＮ２は、ダイオードＤ４のアノードに電気的に接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、ダイオードＤ３のカソードに電気的に接続されている。

ここで、信号出力部１３の出力ノードＯＵＴは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のイネーブル端子ＥＮに電気的に接続されている。これにより、イネーブル端子ＥＮは、出力ノードＯＵＴから出力された切替信号ＳＷをＤＣ／ＤＣコンバータ１２のイネーブル信号として受ける。

以上の回路構成からなる信号出力部１３の論理回路は、図２に示す如くとなる。すなわち、図２に示すように、信号出力部１３は、信号Ｓ１Ａを受ける入力ノードＩＮ１Ａと、信号Ｓ１Ｂを受ける入力ノードＩＮ１Ｂと、信号Ｓ２を受ける入力ノードＩＮ２と、切替信号ＳＷを出力する出力ノードＯＵＴと、ＮＯＲ回路（否定論理和回路）１３ａと、ＯＲ回路（論理和回路）１３ｂとを含んでいる。

ＮＯＲ回路１３ａは、信号Ｓ１Ａと信号Ｓ１Ｂとの否定論理和の演算結果を示す信号をＯＲ回路１３ｂに出力する。ＯＲ回路１３ｂは、ＮＯＲ回路１３ａからの信号と、信号Ｓ２との論理和の演算結果を示す信号を出力ノードＯＵＴに出力する。

図３に示すように、このように構成された信号出力部１３は、領域Ｋ１に示すように、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂおよび第２スイッチ１４２がいずれもオフである場合に、Ｈ（ハイ）レベルの切替信号ＳＷを出力する。

また、領域Ｋ２，Ｋ３に示すように、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂのうちの一方がオンであり、他方がオフであり、かつ、第２スイッチ１４２がオフである場合には、信号出力部１３は、Ｌ（ロー）レベルの切替信号ＳＷを出力する。また、領域Ｋ４に示すように第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂがいずれもオンであり、かつ、第２スイッチ１４２がオフである場合にも、信号出力部１３は、Ｌレベルの切替信号ＳＷを出力する。

一方、領域Ｋ５〜Ｋ８に示すように、第２スイッチ１４２がオンである場合には、信号出力部１３は、Ｈレベルの切替信号ＳＷを出力する。なお、後述する圧電発電装置１００Ａの構成から明らかなように、本実施の形態においては、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂがいずれもオフであるにもかかわらず、第２スイッチ１４２がオンである状態（領域Ｋ８参照）は、実際には生じない。

以上により、信号出力部１３は、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂおよび第２スイッチ１４２のオン状態またはオフ状態の組み合わせに基づき、ＨレベルまたはＬレベルの切替信号ＳＷをＤＣ／ＤＣコンバータ１２のイネーブル端子ＥＮに出力する。

図１に示すように、制御回路１４は、電力線ＰＬと電力線ＧＬとの間に接続されている。制御回路１４は、送信部２０の動作を制御する部位であり、ここではその詳細な説明は省略するが、信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂの入力を別途受けられるように構成されており、入力された信号に応じて送信部２０に動作指令を出力する。また、制御回路１４は、放電スイッチ１５に放電指令を出力する。

放電スイッチ１５は、圧電発電体１２０の出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に接続されており、圧電発電体１２０に蓄えられた電荷を放電するために用いられる。より具体的には、放電スイッチ１５は、制御回路１４からの放電指令に応答して非導通状態（オフ）から導通状態（オン）へと切り替えられる。

これにより、放電スイッチ１５がオンになった場合に、出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２とが短絡することになり、圧電発電体１２０に蓄えられた電荷が放電されることになる。なお、放電スイッチ１５としては、たとえばアナログスイッチなどのＩＣ（Integrated Circuit）またはＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いることができる。

以上において説明した送信機１においては、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂおよび第２スイッチ１４２のオン状態またはオフ状態に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が、イネーブル端子ＥＮに信号出力部１３からＨレベルの切替信号ＳＷの入力を受けた場合に、送信部２０への電力の供給を行ない、イネーブル端子ＥＮに信号出力部１３からＬレベルの切替信号ＳＷの入力を受けた場合に、送信部２０への電力の供給を行なわないことになる。

このように構成することにより、本実施の形態における送信機１においては、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂおよび第２スイッチ１４２のオン状態またはオフ状態の組み合わせに基づき、圧電発電体１２０にて発電された電力を所定のタイミングで送信部２０へと供給することで効率的な発電と必要な送信動作とが実現されることになるが、当該送信機１の動作の詳細については後述することとし、以下においては、上述した圧電発電モジュール１０に具備された圧電発電装置１００Ａについて詳細に説明する。

図４は、本実施の形態における圧電発電装置の斜視図であり、図５および図６は、それぞれ図４中に示すＶ−Ｖ線およびＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。また、図７は、図４に示す圧電発電装置の分解斜視図であり、図８は、図７に示す圧電素子の分解斜視図である。まず、これら図４ないし図８を参照して、本実施の形態における圧電発電装置１００Ａの構成について説明する。

図４ないし図７に示すように、圧電発電装置１００Ａは、支持部材としてのケース体１１０と、圧電素子１２０ａが複数積層されてなる圧電発電体１２０と、可動部としてのレバー１３０と、第１フレキシブル配線基板１４０と、第２フレキシブル配線基板１５０と、外力伝達部としての反転バネ１６０および補助バネ１７０と、ビス１８０とを備えている。

圧電発電装置１００Ａは、操作ボタン（不図示）の背後に配置されるものである。具体的には、操作ボタンは、圧電発電装置１００Ａの第１フレキシブル配線基板１４０が位置する側の主面上に設置される。なお、本実施の形態においては、独立して操作可能な２つの操作ボタンが、図４ないし図６中に示す矢印ＡＲ１，ＡＲ２の位置に設置され、当該操作ボタンがユーザによって操作されることにより、圧電発電装置１００Ａに対して当該矢印ＡＲ１，ＡＲ２方向にそれぞれ外力が付与されることになる。

ケース体１１０は、平面視略矩形状の底板部１１１と、当該底板部１１１の四辺から立設された側壁部１１２〜１１５とを含む箱状の形状を有している。ケース体１１０は、圧電発電装置１００Ａを構成する他の部品を支持するベースとなる部材であり、これら圧電発電装置１００Ａを構成する他の部品は、底板部１１１および側壁部１１２〜１１５によって囲まれた空間に主として収容される。

側壁部１１２，１１５は、互いに対向するように底板部１１１の相対する二辺から立設されており、側壁部１１３，１１４は、互いに対向するように底板部１１１の上述した二辺とは異なる他の二辺から立設されている。底板部１１１の四隅には、これら側壁部１１２〜１１５が互いに不連続となるように側壁部が設けられていない部分が形成されている。

底板部１１１の四隅には、それぞれ底板部１１１の内底面から突出するように支持部１１１ａが設けられている。これら支持部１１１ａは、圧電発電体１２０を撓み変形可能に支持するための部位である。

側壁部１１３，１１４の側壁部１１２寄りの所定位置には、互いに対向するように軸支孔１１３ａ，１１４ａが設けられている（図５および図７参照）。軸支孔１１３ａ，１１４ａは、レバー１３０を回動可能に軸支するための部位である。

側壁部１１５は、他の側壁部１１２〜１１４よりも僅かに低く構成されており、レバー１３０の回動を制限するための突き当たり部としての突き当たり面１１５ａをその上面に有している。

上述した構成のケース体１１０は、所定の厚みを有する金属製の板状部材をプレス加工することによって形成されていることが好ましく、このように構成することにより、ケース体１１０に高い剛性を付与することができる。特に、図示するように底板部１１１の四辺から側壁部１１２〜１１５を曲げ加工によって立設させることにより、ケース体１１０の強度を高く保つことができる。具体的には、ケース体１１０は、たとえば厚み０．２５［ｍｍ］のステンレス製の板状部材のプレス成形品にて構成される。

なお、ケース体１１０は、底板部１１１および側壁部１１２〜１１５によって囲まれた空間に圧電発電体１２０を配置することのみによって当該圧電発電体１２０のケース体１１０に対する位置決めが行なわれることとなるように、後述する圧電発電体１２０の大きさよりも僅かに大きい大きさとされることが好ましい。

圧電発電体１２０は、可撓性を有する平面視矩形状の板状の圧電素子１２０ａを複数積層してなるものであり、全体として板状の形状を有している。個々の圧電素子１２０ａは、厚み方向に変形することで発電するものであり、これら複数の圧電素子１２０ａは、互いの厚み方向が合致するように積層されている。圧電素子１２０ａとしては、ユニモルフ型、バイモルフ型およびマルチモルフ型のいずれのタイプのものを使用してもよいが、本実施の形態においては、後述する圧電膜が６層積層された圧電体を備えたマルチモルフ型の圧電素子１２０ａを使用している。

図８に示すように、圧電素子１２０ａは、金属板１２１と、当該金属板１２１の一方の主面に設けられた板状の圧電体１２２とを主として有している。金属板１２１と圧電体１２２とは、たとえばエポキシ接着剤等からなる接着剤層１２４によって貼り合わされている。このように、圧電体１２２の一方の主面に金属板１２１を貼り付けることにより、繰り返しの撓み変形によっても破損が生じ難い耐久性に優れた圧電素子とすることができる。

また、圧電素子１２０ａは、外部接続用の一対の端子１２３を有している。一対の端子１２３は、それぞれ圧電体１２２のおもて面に設けられた一対の外部電極に導電性接着剤１２５を用いて接着されている。一対の端子１２３は、シート状のフレキシブルな金属製の部材からなり、その一部が圧電体１２２の外側の領域に向けて引き出されている。また、一対の端子１２３の各々の先端部の所定位置には、貫通孔１２３ａが設けられている。

圧電体１２２は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる圧電膜を複数積層してなるものであり、そのおもて面に上述した一対の外部電極を有している。圧電体１２２の内部には複数の内部電極が設けられており、これら内部電極の各々は、圧電体１２２のおもて面に設けられた一対の外部電極のいずれか一方に接続されている。なお、圧電体１２２としては、非鉛系圧電体セラミックス（ニオブ酸カリウムナトリウム系セラミックス、アルカリニオブ酸系セラミックス等）を用いてもよい。

圧電体１２２のおもて面には、その全面を覆うように保護膜１２６が設けられている。保護膜１２６は、圧電体１２２および端子１２３等を保護するものである。保護膜１２６としては、たとえば圧電体１２２に貼り付けが可能なポリイミドシート等が利用できる。

ここで、圧電素子１２０ａの大きさは、特に制限されるものではないが、本実施の形態における圧電素子１２０ａは、一対の端子１２３を除く部分の大きさが１４［ｍｍ］×１４［ｍｍ］×０．０８［ｍｍ］のものを用いている。

図４ないし図７に示すように、複数の圧電素子１２０ａは、その各々が有する圧電体１２２のおもて面がケース体１１０の底板部１１１側を向くように（すなわち、圧電体１２２が金属板１２１よりも底板部１１１側に位置するように）積層されてケース体１１０に載置されている。これにより、圧電発電体１２０は、その下面の四隅がケース体１１０の底板部１１１に設けられた支持部１１１ａに当接することになり、その大部分が底板部１１１から距離をもって位置することでケース体１１０によって撓み変形可能に支持されることになる。なお、本実施の形態においては、合計で４個の圧電素子１２０ａを積層している。

ここで、複数の圧電素子１２０ａは、その全体または一部が互いに接触するように積層されていることが好ましく、そのように構成することにより、より底板部１１１側に位置する圧電素子１２０ａにまで外力の付与による変形を発生させることができる。特に、複数の圧電素子１２０ａの一部を互いに接触させる場合には、金属板の露出面側に凹凸等を設けることにより、複数の圧電素子１２０ａの各々の四隅と中央部とを接触させることが好ましい。

レバー１３０は、平面視略矩形状の基部１３１と、互いに対向するように当該基部１３１の相対する二辺から立設された立壁部１３３，１３４とを有している。基部１３１は、圧電発電体１２０に対向するように配置されており、立壁部１３３，１３４は、それぞれケース体１１０の側壁部１１３，１１４に対向するように配置されている。

基部１３１の所定位置には、一対のビス穴１３１ａが設けられている。当該ビス穴１３１ａは、第２フレキシブル配線基板１５０および補助バネ１７０をレバー１３０に固定するための部位であり、当該ビス穴１３１ａの各々には、ビス１８０が取付けられる。

立壁部１３３，１３４の外側面であってケース体１１０の側壁部１１２寄りの所定位置には、外側に向けて突出するように軸部１３３ａ，１３４ａが設けられている（図５および図７参照）。軸部１３３ａ，１３４ａは、それぞれケース体１１０に設けられた軸支孔１１３ａ，１１４ａに挿入されることで当該軸支孔１１３ａ，１１４ａによって軸支されている。これにより、レバー１３０は、軸部１３３ａ，１３４ａを結ぶ軸線を回転軸１０００（図５および図６参照）として、ケース体１１０によって回動可能に支持されている。

レバー１３０がケース体１１０によって回動可能に支持されることにより、レバー１３０の基部１３１に外力が付与された場合には、レバー１３０が、圧電発電体１２０の厚み方向に実質的に沿った方向に変位する。このレバー１３０の変位に伴い、レバー１３０が受けた外力は、後述する外力伝達部としての反転バネ１６０および補助バネ１７０を介して圧電発電体１２０へと伝達され、これにより個々の圧電素子１２０ａに撓み変形が生じることになる。

ここで、レバー１３０のうち、上述した回転軸１０００から最も遠い部分である基部１３１の先端部１３５は、ケース体１１０の側壁部１１５側の位置に配置されており、当該先端部１３５は、レバー１３０を圧電発電体１２０側に回動させた場合に、ケース体１１０の側壁部１１５に設けられた突き当たり面１１５ａに当接するように構成されている（図９参照）。

より詳細には、レバー１３０の回転軸１０００は、圧電発電体１２０の厚み方向に沿って見た場合に圧電発電体１２０の相対する二辺（すなわち、側壁部１１２，１１５が設けられた二辺）に平行なるように配置されており、上述した突き当たり面１１５ａは、当該二辺のうちの回転軸１０００から遠い方の一辺（すなわち、側壁部１１５）に沿って設けられている。

このように構成することにより、レバー１３０の圧電発電体１２０側に向けての回動範囲が制限されることになる。したがって、突き当たり面１１５ａを設ける位置を圧電発電体１２０の設置位置やレバー１３０の配設位置や形状等に応じて適切に設定することにより、圧電発電体１２０に過度に外力が付与されることが防止できることになり、圧電発電体１２０の破損を未然に抑制できることになる。

上述した構成のレバー１３０は、所定の厚みを有する金属製の板状部材をプレス加工することによって形成されていることが好ましく、このように構成することにより、レバー１３０に高い剛性を付与することができる。特に図示するように、基部１３１の相対する二辺から立壁部１３３，１３４を曲げ加工によって立設させるとともに、当該立壁部１３３，１３４が位置しない側の基部１３１の相対する二辺に軽度に曲げ加工を施すことにより、レバー１３０の強度を高く保つことができ、過度の外力が付与された場合の破損を防止することができる。具体的には、レバー１３０は、たとえば厚み０．６［ｍｍ］のステンレス製の板状部材のプレス成形品にて構成される。

なお、本実施の形態においては、レバー１３０の回転軸１０００が、圧電発電体１２０の中央部よりもケース体１１０の側壁部１１２側の位置に配置されている。このように構成することにより、レバー１３０としては、平面視細長形状を有する板状の部材にてこれを構成することが可能になり、当該レバー１３０の長辺方向がレバー１３０の回転軸１０００の延在方向と平行になるように、レバー１３０を配置することができる。なお、ここで言う回転軸１０００の延在方向と平行とは、±５［°］程度ずれた略平行である場合も含んでいる。

したがって、当該構成を採用することにより、回転軸１０００から突き当たり面１１５ａが設けられた側壁部１１５までの距離を短くすることができてレバー１３０の先端部１３５の回転半径を小さくできるため、ユーザが操作ボタンを押し下げた場合にレバー１３０に生じる撓み変形が大幅に抑制でき、より確実に圧電発電体１２０の破損を防止できることになる。

第１フレキシブル配線基板１４０は、レバー１３０の基部１３１の一対の主表面のうちの圧電発電体１２０が位置しない側の主表面上に設けられている。第１フレキシブル配線基板１４０は、複層の基材の表面等に各種の導電パターンが形成されてなるものであり、その所定位置に上述した第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂを構成する２つのメンブレンスイッチを有している。

第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂを構成する２つのメンブレンスイッチは、レバー１３０の回転軸１０００の延在方向と平行な方向に沿って並んで位置するように設けられている。これにより、当該２つのメンブレンスイッチは、上述した２つの操作ボタン（不図示）に対向して位置することになる。

第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂを構成する２つのメンブレンスイッチは、２［Ｎ］以下の低荷重でオフ状態からオン状態に切り替わるものであることが好ましく、このように構成することにより、ユーザが操作ボタンを押し下げたことをいち早く検知することができる。なお、この２つのメンブレンスイッチについては、クリック感をユーザに伝えるものである必要はない。

第１フレキシブル配線基板１４０は、その所定位置に接続部１４３を有している。当該接続部１４３は、第２フレキシブル配線基板１５０に電気的に接続される部位である。

なお、第１フレキシブル配線基板１４０は、図示しない両面テープ等によってレバー１３０に固定されていることが好ましく、そのように構成することにより、操作ボタン（不図示）やレバー１３０に対するメンブレンスイッチの位置ずれを防止することができる。

第２フレキシブル配線基板１５０は、レバー１３０の基部１３１の一対の主表面のうちの圧電発電体１２０が位置する側の主表面上に設けられている。第２フレキシブル配線基板１５０は、単層または複層の基材の表面等に各種の導電パターンが形成されてなるものであり、２つの接続部１５３，１５４を有している。

接続部１５３は、第１フレキシブル配線基板１４０に電気的に接続される部位であり、接続部１５４は、圧電発電装置１００Ａを外部のパワーマネジメント回路（すなわち、図１に示した圧電発電モジュール１０の回路ブロックから圧電発電装置１００Ａにて構成される回路部分を除いた電力供給回路がこれに該当する）に電気的に接続するための部位である。

図５ないし図７に示すように、圧電発電体１２０と、レバー１３０の一方の主表面上に配置された第２フレキシブル配線基板１５０との間には、外力伝達部としての反転バネ１６０および補助バネ１７０が配置されている。当該外力伝達部としての反転バネ１６０および補助バネ１７０は、レバー１３０で受けた外力を圧電発電体１２０に伝達するためのものである。

反転バネ１６０は、第２フレキシブル配線基板１５０のうちのレバー１３０の基部１３１の主表面上に位置する部分であってかつ圧電発電体１２０の中央部に対向する部分に実装されている。

反転バネ１６０は、外力が付与されて所定の荷重がかかった場合に、その凹凸形状が反転するように座屈し、外力の付与が解除された場合に座屈が解消して元の形状に復帰するバネであり、たとえばドーム状の形状を有する金属部材またはその積層構造物にて構成される。

反転バネ１６０は、上述した第２スイッチ１４２の一対の接点のうちの一方を構成するものであり、第２フレキシブル配線基板１５０との間に空間が形成されるように下に凸となる姿勢で（すなわち、ドーム状の反転バネ１６０の頂部が圧電発電体１２０側に位置することとなるように）第２フレキシブル配線基板１５０に固定されている。

一方、上述した第２スイッチ１４２の一対の接点のうちの他方は、第２フレキシブル配線基板１５０のうち、上述した反転バネ１６０によって覆われた部分に導電端子として設けられている。

このように構成することにより、反転バネ１６０が反転した状態において第２スイッチ１４２の一対の接点を導通状態（オン）にすることができ、反転バネ１６０が反転していない状態において第２スイッチ１４２の一対の接点を非導通状態（オフ）にすることができる。

この反転バネ１６０を用いることにより、ユーザが操作ボタンを押し下げた場合に、所定の大きさの荷重がかかった時点で上述した座屈現象が生じることになり、反転バネ１６０のバネ定数が瞬間的に下がることになる。これにより、その衝撃が加わることでユーザはクリック感を得ることができ、操作ボタンを操作する際の操作性が確保できることになる。

一方、補助バネ１７０は、側面視略Ｖ字状の細長い板状の形状を有しており、反転バネ１６０を受け入れるように下に凸となる姿勢で（すなわち、側面視略Ｖ字状の補助バネ１７０の頂部が圧電発電体１２０側に位置することとなるように）第２フレキシブル配線基板１５０に取付けられている。補助バネ１７０は、たとえば単一の金属製の板バネまたはその積層構造物にて構成される。

より詳細には、補助バネ１７０の両端には、貫通孔１７０ａ（図５および図７参照）が設けられており、この貫通孔１７０ａに対応する部分の第２フレキシブル配線基板１５０にも貫通孔１５０ａ（図５および図７参照）が設けられている。これら貫通孔１５０ａ，１７０ａは、いずれも上述したレバー１３０の基部１３１に設けられたビス穴１３１ａに合致するように設けられており、当該貫通孔１５０ａ，１７０ａを挿通するようにビス１８０がビス穴１３１ａに螺合されることにより、レバー１３０に対して第２フレキシブル配線基板１５０および補助バネ１７０が固定されることになる。また、これにより、第２フレキシブル配線基板１５０と補助バネ１７０とによって反転バネ１６０が挟み込まれることにより、反転バネ１６０の第２フレキシブル配線基板１５０への固定が補強されることにもなる。

補助バネ１７０は、レバー１３０が受けた外力を圧電発電体１２０に伝達する外力伝達部全体としてのバネ定数を調整するものであり、当該補助バネ１７０を設けることにより、反転バネ１６０によるクリック感の程度（後述するクリック率を参照のこと）の調整や、圧電発電体１２０および反転バネ１６０に加わる力のバランスの補正が行なえることになるが、その詳細については後述することとする。

また、反転バネ１６０の頂部に対応する部分の補助バネ１７０には、当該反転バネ１６０の頂部に当接する突部１７１が設けられている。これにより、ユーザが操作ボタンを操作した場合に、反転バネ１６０の座屈現象が確実に生じることになる。

なお、図示するように、本実施の形態においては、反転バネ１６０をドーム状の形状を有する薄い金属部材を４個積層した積層構造物にて構成し、補助バネ１７０を１個の金属製の板バネにて構成している。これは、上述したクリック感の程度の調整と、圧電発電体１２０および反転バネ１６０に加わる力のバランスの補正とを行なった結果であり、圧電発電装置１００Ａの仕様が異なる場合には、当然にこれらを適宜変更することができる。

図４に示すように、上述した圧電発電装置１００Ａは、図示しない送信機１の筐体等に圧入ピン１９０を用いて固定される。具体的には、圧入ピン１９０は、圧電発電体１２０に含まれる個々の圧電素子１２０ａの端子１２３に設けられた貫通孔１２３ａと、これに重なるように設けられた第２フレキシブル配線基板１５０の貫通孔１５０ｂ（図７参照）とに挿通され、送信機１の筐体等に設けられた圧入用の穴にその先端が圧入されることで固定される。

ここで、圧入ピン１９０によって圧電発電体１２０の端子１２３と第２フレキシブル配線基板１５０とが圧接されることにより、圧電発電体１２０と第２フレキシブル配線基板１５０との電気的な接続が確保されることになる。なお、圧入ピン１９０として金属製のものを用いれば、より圧電発電体１２０と第２フレキシブル配線基板１５０との電気的な接続を確実ならしめることができる。

図９は、図４に示す圧電発電装置に外力が付与された状態における断面図である。次に、この図９を参照して、本実施の形態における圧電発電装置１００Ａに外力が付与された状態について説明する。

図４に示す状態において、たとえばユーザが、第１スイッチ１４１Ａに対応した操作ボタン（不図示）を図中に示す矢印ＡＲ１方向に向けて押し下げた場合には、操作ボタンが移動することで第１フレキシブル配線基板１４０を介してレバー１３０が外力を受ける。これにより、図９に示すように、レバー１３０が回転軸１０００を回転中心として図中矢印ＤＲ方向に回動し、結果としてレバー１３０が圧電発電体１２０側に向けて傾倒するように変位する。

レバー１３０が変位することにより、圧電発電体１２０とレバー１３０との間に配置された外力伝達部としての反転バネ１６０および補助バネ１７０がこれらによって圧縮されることになり、その反力を受けることで圧電発電体１２０に含まれる個々の圧電素子１２０ａにも撓み変形が生じる。

圧電素子１２０ａに撓み変形が生じることにより、その変形過程において圧電体１２２に分極が生じる。分極に伴い、圧電素子１２０ａに設けられた一対の外部電極の一方が負に帯電し、他方が正に帯電する。そのため、圧電発電体１２０において電力が発生することになる。

ここで、反転バネ１６０は、圧電発電体１２０における発電に必要な押圧ストローク以上の所定の押圧ストロークにて反転（すなわち座屈）するように設定されていることが好ましい。このように構成すれば、発生させるべき電力量が圧電発電体１２０において発生した時点またはその後において反転バネ１６０が反転することになるため、ユーザの操作ボタンに対する操作量（すなわち押し込み量）を確保することができ、発電動作を確実に完了させることができる。

なお、第１スイッチ１４１Ａは、ユーザが操作ボタンを押し下げ始めた初期の段階においてオフ状態からオン状態に切り替わる。一方、反転バネ１６０を含んで構成された第２スイッチ１４２は、圧電発電体１２０において電荷が蓄えられ、発生させるべき電力量が発生した時点またはその後にオフ状態からオン状態に切り替わる。そのため、第２スイッチ１４２は、第１スイッチ１４１Ａよりも遅延してオン状態に切り替わることになる。

また、図９を参照して、本実施の形態における圧電発電装置１００Ａにおいては、上述したように、過度の外力が圧電発電体１２０に加えられることがないように、レバー１３０が所定量だけ回動した時点において、レバー１３０の先端部１３５がケース体１１０の突き当たり面１１５ａに当接するように構成されている。

ここで、レバー１３０の先端部１３５がケース体１１０の突き当たり面１１５ａに当接するレバー１３０の回動量を、圧電発電体１２０に過度の外力が付与されない範囲で反転バネ１６０が反転するレバー１３０の回動量よりも大きく設定することにより、圧電発電体１２０による効率的な発電とその破損防止との両立が図られることになる。

一方で、図９に示す状態からユーザが第１スイッチ１４１Ａに対応した操作ボタン（不図示）の操作を解除することにより、圧電発電装置１００Ａに付与されていた外力は、これが取り除かれることになる。これに伴い、圧電発電体１２０、反転バネ１６０および補助バネ１７０の有する弾性力に基づいてこれらが元の状態に復元することになり、レバー１３０も再度変位して（すなわち、図９中に示す矢印ＤＲ方向とは反対方向に向けて変位して）元の位置に復帰する。これにより、圧電発電装置１００Ａは、図４に示す状態に戻ることになる。なお、その際、反転バネ１６０に生じていた座屈も解消することになる。

撓み変形が生じていた圧電素子１２０ａが元の形状に復帰する過程においても、圧電体１２２に分極が生じる。分極に伴い、圧電素子１２０ａに設けられた一対の外部電極の一方が正に帯電し、他方が負に帯電する。そのため、圧電発電体１２０において上述した変形過程とは逆極性の電力が発生することになる。本実施の形態においては、この逆極性の電力についても利用することとしているが、その詳細については後述することとする。

ここで、反転バネ１６０を含んで構成された第２スイッチ１４２は、ユーザが操作ボタンの押し下げを解除し始めた初期の段階においてオン状態からオフ状態に切り替わる。一方、第１スイッチ１４１Ａは、圧電発電体１２０において電荷が蓄えられ、発生させるべき電力量が発生した時点またはその後にオン状態からオフ状態に切り替わる。そのため、第１スイッチ１４１Ａは、第２スイッチ１４２よりも遅延してオフ状態に切り替わることになる。

なお、ここではその説明は省略するが、ユーザが第１スイッチ１４１Ｂに対応した操作ボタン（不図示）を操作した場合、および、ユーザが第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂに対応した操作ボタンを同時に操作した場合についても、上記説明に準じた状態となる。

図１０は、図１に示す送信機の動作の一例を説明するためのタイムチャートである。次に、この図１０を参照して、上述した送信機１の動作の一例として、ユーザが第１スイッチ１４１Ａに対応した操作ボタンを押し下げる操作を行なった場合について説明する。なお、図１０においては、横軸が経過時間を示しており、縦軸が上から順に、荷重のオン／オフ、圧電発電体の出力電圧、第１スイッチ１４１Ａのオン／オフ、第１スイッチ１４１Ｂのオン／オフ、第２スイッチ１４２のオン／オフ、圧電発電体のリセット動作のオン／オフを示している。

図１０に示すように、時刻ｔ１までにおいては、第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂおよび第２スイッチ１４２がいずれもオフであるため、信号出力部１３の切替信号ＳＷは、Ｈレベルである。しかしながら、未だ圧電発電体１２０において発電が行なわれていないため、圧電発電モジュール１０から送信部２０への電力供給は行なわれていない。

時刻ｔ１において外力の付与が開始されると、圧電発電装置１００Ａに加えられる荷重が上昇し始める。

その後、時刻ｔ２において第１スイッチ１４１Ａがオンになると、信号出力部１３の切替信号ＳＷは、Ｌレベルになる。これに伴い、圧電発電モジュール１０から送信部２０への電力供給も行なわれなくなる。

当該時刻ｔ２とほぼ同時に、圧電発電装置１００Ａに加えられる荷重が増加することによって圧電発電体１２０に撓み変形が生じ始める。この変形に伴って圧電発電体１２０にて発電が行なわれ、発電された電力は、送信部２０へと供給されることなく圧電発電体１２０に蓄えられる。

時刻ｔ３において反転バネ１６０が反転を始め、時刻ｔ４において反転バネ１６０の反転が完了すると、当該時刻ｔ４において第２スイッチ１４２がオンになる。これにより、信号出力部１３の切替信号ＳＷは、Ｈレベルになる。これに伴い、圧電発電体１２０において蓄えられていた電力が、圧電発電モジュール１０から送信部２０へと供給され、送信部２０において送信動作が開始される。

ここで、時刻ｔ３から時刻ｔ４においては、クリック動作が生じることになり、ユーザはクリック感を実感する。また、時刻ｔ４以降においては、圧電発電モジュール１０から送信部２０へと電力供給が行なわれることで圧電発電体１２０の出力電圧は低下する。

送信動作が完了すると、時刻ｔ５において圧電発電体１２０のリセット動作が開始されることにより、圧電発電体１２０の電極間が短絡させられ、これにより圧電発電体１２０の出力電圧が０［Ｖ］にリセットされる。その後、時刻ｔ６において圧電発電体１２０のリセット動作が停止される。

時刻ｔ７において外力の付与が解除され始めると、反転バネ１６０が再び反転（元の形状に復帰するための反転）を始め、当該時刻ｔ７において第２スイッチ１４２がオフになる。これにより、信号出力部１３の切替信号ＳＷは、Ｌレベルになる。これに伴い、圧電発電モジュール１０から送信部２０への電力供給は行なわれなくなる。

当該時刻ｔ７とほぼ同時に、圧電発電装置１００Ａに加えられる荷重が減少することによって圧電発電体１２０の撓み変形が解消し始める。この変形に伴って圧電発電体１２０にて発電が行なわれ、発電された電力は、送信部２０へと供給されることなく圧電発電体１２０に蓄えられる。

なお、時刻ｔ７から、時刻ｔ８において反転バネ１６０の反転が完了するまでにおいては、クリック動作が生じることになり、ユーザはクリック感を実感する。

時刻ｔ９において第１スイッチ１４１Ａがオフになると、信号出力部１３の切替信号ＳＷは、Ｈレベルになる。これに伴い、圧電発電体１２０において蓄えられていた電力が、圧電発電モジュール１０から送信部２０へと供給され、送信部２０において送信動作が開始される。

その後、時刻ｔ１０において外力の付与が終了する。また、時刻ｔ９以降においては、圧電発電モジュール１０から送信部２０へと電力供給が行なわれることで圧電発電体１２０の出力電圧は低下する。

送信動作が完了すると、時刻ｔ１１において圧電発電体１２０のリセット動作が開始されることにより、圧電発電体１２０の電極間が短絡させられ、これにより圧電発電体１２０の出力電圧が０［Ｖ］にリセットされる。その後、時刻ｔ１２において圧電発電体１２０のリセット動作が停止される。

以上において説明したように、本実施の形態における送信機１は、上述した構成の圧電発電装置１００Ａを具備した圧電発電モジュール１０を備えているため、ユーザの一度の操作ボタンの操作の間に、二度にわたって送信動作を行なうことができる。したがって、受信機側において二度の受信の時間的な間隔を検知することにより、操作ボタンが操作された時間を判別することもできる。

なお、ここではその説明は省略するが、ユーザが第１スイッチ１４１Ｂに対応した操作ボタン（不図示）を操作した場合、および、ユーザが第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂに対応した操作ボタンを同時に操作した場合についても、上記説明に準じた送信動作が実施されることになる。

図１１および図１２は、それぞれ本実施の形態に準じた圧電発電装置および比較例１に係る圧電発電装置の概略的な構成ならびにレバーとケース体との接続構造を示す概念図である。以下、これら図１１および図１２を参照して、レバー１３０と圧電発電体１２０との間に反転バネ１６０を配置することによって得られる効果について詳説する。

図１１（Ａ）に示すように、本実施の形態に準じた圧電発電装置１００Ａ’は、上述した本実施の形態における圧電発電装置１００Ａと比較した場合に、補助バネ１７０が設けられておらず、反転バネ１６０と圧電発電体１２０とが直接接触している点においてのみ、その構成が相違している。

このように構成された圧電発電装置１００Ａ’においては、圧電発電体１２０が、図中に示す点Ｐ０を支点としてケース体１１０によって支持されることとなり、レバー１３０は、図中に示す点Ｐ１を支点としてケース体１１０によって回動自在に支持されることになる。

また、この圧電発電装置１００Ａ’においては、図中に示す点Ｐ２を力点としてレバー１３０に対して外力が付与されることになる一方、レバー１３０が回動することにより、図中に示す点Ｐ３を作用点として反転バネ１６０に力が加えられることになる。

上述したように、圧電発電装置１００Ａ’においては、反転バネ１６０と圧電発電体１２０とが直接接触しているため、当該圧電発電装置１００Ａ’におけるレバー１３０とケース体１１０との接続構造を概念的に示すと図１１（Ｂ）の如くとなる。

すなわち、図１１（Ｂ）に示すように、圧電発電装置１００Ａ’においては、レバー１３０とケース体１１０とが、これらの間に直列に接続された反転バネ１６０と圧電発電体１２０とによって接続されることになる。

一方、図１２（Ａ）に示すように、比較例１に係る圧電発電装置１００Ｘは、上述した本実施の形態における圧電発電装置１００Ａと比較した場合に、補助バネ１７０が設けられていない点と、反転バネ１６０が圧電発電体１２０とケース体１１０との間に配置されている点とにおいて、その構成が相違している。

このように構成された圧電発電装置１００Ｘにおいては、上述した本実施の形態に準じた圧電発電装置１００Ａ’と同様に、圧電発電体１２０が、図中に示す点Ｐ０を支点としてケース体１１０によって支持されることとなり、レバー１３０は、図中に示す点Ｐ１を支点としてケース体１１０によって回動自在に支持されることになる。

その反面、この圧電発電装置１００Ｘにおいては、図中に示す点Ｐ２を力点としてレバー１３０に対して外力が付与されることになる一方、レバー１３０が回動することにより、図中に示す点Ｐ３を作用点として圧電発電体１２０に力が加えられることになる。

上述したように、圧電発電装置１００Ｘにおいては、反転バネ１６０が圧電発電体１２０とケース体１１０との間に配置されているため、当該圧電発電装置１００Ｘにおけるレバー１３０とケース体１１０との接続構造を概念的に示すと図１２（Ｂ）の如くとなる。

すなわち、図１２（Ｂ）に示すように、圧電発電装置１００Ｘにおいては、レバー１３０とケース体１１０とが、これらの間に並列に接続された反転バネ１６０と圧電発電体１２０とによって接続されることになる。

ここで、図１２（Ｂ）に示す接続構造においてレバー１３０に外力を作用させた場合には、圧電発電体１２０における発電に必要な押圧ストロークを発生させるための押圧荷重として、圧電発電体１２０を変形させるための押圧荷重のみならず、これに反転バネ１６０を変形させるための押圧荷重を加えたものが必要となる。そのため、反転バネ１６０を設けることによって得られるクリック感は、圧電発電体１２０のバネ定数に応じて極端に低下してしまうことになり、また、圧電発電体１２０における発電に必要な押圧ストロークを発生させるための押圧荷重も大幅に増大してしまうことになる。

一方、図１１（Ｂ）に示す接続構造においてレバー１３０に外力を作用させた場合には、作用反作用の法則に従い、反転バネ１６０のバネ定数と圧電発電体１２０のバネ定数との比に応じて押圧荷重がそれぞれ反転バネ１６０および圧電発電体１２０に加わることになるため、圧電発電体１２０における発電に必要な荷重以上の押圧荷重は必要なくなる。そのため、反転バネ１６０を設けることによって得られるクリック感は、圧電発電体１２０のバネ定数に依らずそのまま維持され、また、圧電発電体１２０における発電に必要な押圧ストロークを発生させるための押圧荷重の増大も抑制できることになる。

したがって、上述した本実施の形態における圧電発電装置１００Ａまたはこれに準じた圧電発電装置１００Ａ’のように、反転バネ１６０をレバー１３０と圧電発電体１２０との間に配置することにより、圧電発電体１２０における発電に必要な押圧荷重を低く抑えつつ、高いクリック感を得ることが可能になる。

図１３は、上述した本実施の形態における圧電発電装置のレバーとケース体との接続構造を示す概念図である。次に、この図１３を参照して、レバー１３０と圧電発電体１２０との間に反転バネ１６０に加えて補助バネ１７０を配置することによって得られる効果について詳説する。

上述した本実施の形態における圧電発電装置１００Ａのレバー１３０とケース体１１０との接続構造を概念的に示すと図１３の如くとなる。すなわち、図１３に示すように、圧電発電装置１００Ａにおいては、レバー１３０とケース体１１０とが、互いに並列に接続された反転バネ１６０および補助バネ１７０と、これら反転バネ１６０および補助バネ１７０に直列に接続された圧電発電体１２０とによって接続されることになる。

このように反転バネ１６０にのみ並列に接続されるように補助バネ１７０を設けることにより、上述したように反転バネ１６０によるクリック感の程度の調整や、圧電発電体１２０および反転バネ１６０に加わる力のバランスの補正が行なえることになる。

具体的には、反転バネ１６０が圧電発電体１２０における発電に必要な押圧荷重よりも小さい押圧荷重にて反転してしまった場合には、必要な電力が得られる前に電力がパワーマネジメント回路に供給されてしまうことになり、動作不良を誘発してしまう。そのため、反転バネ１６０に並列に補助バネ１７０を接続することにより、反転バネ１６０が反転現象を起こす荷重（以下、これを反転荷重と称する）と、補助バネを設けることによって加算される押圧荷重の和が、おおよそ圧電発電体１２０における発電に必要な押圧荷重に等しくなるように設定することにより、ユーザの操作ボタンに対する操作量（すなわち押し込み量）を確保することができ、発電動作をより確実に完了させることが可能になる。

ここで、上述した本実施の形態における圧電発電装置１００Ａにおいては、図５および図６等に示すように、ドーム状の形状を有する薄い金属部材を４個積層した積層構造物にて反転バネ１６０を構成するとともに、１個の板バネにて補助バネ１７０を構成することにより、適度なクリック感が得られるように構成している。

すなわち、本実施の形態における圧電発電装置１００Ａにおいては、圧電発電体１２０を用いて発電すべき発電量が、おおよそ１５［Ｎ］に設定されている。そのため、押圧荷重が概ね１５［Ｎ］程度（より好ましくは１５［Ｎ］以上）でクリック感が得られることが好ましい。しかしながら、ドーム状の薄い金属部材の１個当たりの反転荷重は、通常２［Ｎ］〜３［Ｎ］程度であり、これを１個利用しただけでは、適切な押圧荷重においてクリック感を得ることができない。

そこで、上述のようにドーム状の形状を有する薄い金属部材を４個積層した積層構造物にて反転バネ１６０を構成するとともに、１個の板バネにて補助バネ１７０を構成しつつ、当該補助バネ１７０のバネ定数を最適化することにより、概ね１５［Ｎ］程度でクリック感が得られるように構成している。

なお、より強いクリック感が必要になる場合には、補助バネ１７０の配置を廃止することで上述した本実施の形態に準じた圧電発電装置１００Ａ’の如くの構成とすればよい。

以下においては、所定の補助バネを使用しつつ、反転バネの構成を変更した場合におけるクリック率および反転荷重の変化を確認した第１検証試験について説明する。図１４は、反転バネの操作量と操作力との関係を示すグラフであり、図１５は、第１検証試験の結果を示したグラフである。

図１４に示すように、反転バネは、操作力（荷重）の増加に伴い、所定の操作量（変位量）に達した時点で操作力が瞬間的に低下し、その後、再度操作力が増加することで操作量が引き続き増加する。

ここで、上述したクリック感の程度は、一般にクリック率として定義され、図１４に示す操作力Ｆａ，Ｆｂ（ここで、Ｆａは、瞬間的に操作力が低下を開始する時点の操作力であり、Ｆｂは、その後、操作力が回復し始める時点の操作力である）を用いて、１００×（Ｆａ−Ｆｂ）／Ｆａ［％］で表わされる。

第１検証試験においては、ドーム状の形状を有する薄い金属部材を５個積層した積層構造物にて反転バネを構成し、これに互いに異なる構成を有する補助バネを並列に接続した複数のサンプルを試作し、それぞれのサンプルにおけるクリック率と反転荷重とを実測した。ここで、補助バネについては、同一形状でかつ同一のバネ定数を有する板バネを複数準備し、サンプルごとにその接続個数を変更することでその構成を変更することとした。

図１４から理解されるように、第１検証試験の結果、補助バネを接続していないサンプルにおいてクリック率が実測値で５１［％］であったものが、補助バネを１個並列に接続したサンプルにおいて実測値で３８［％］にまで低下し、さらに補助バネの接続個数を増やすことで、順に実測値で２５［％］、１５［％］、７［％］に低下していくことが確認された。

一方で、反転荷重については、補助バネを接続していないサンプルにおいて実測値で１１．０［Ｎ］であったものが、補助バネを１個並列に接続したサンプルにおいて実測値で約１２．５［Ｎ］に上昇し、さらに補助バネの接続個数を増やすことで、順に実測値で１３．５［Ｎ］、１４．５［Ｎ］、１６．０［Ｎ］に上昇していくことが確認された。

なお、図１４においては、クリック率の実測値に加え、前述の図１３において示したモデルに基づいて算出した計算値についてもあわせて表記している。これらクリック率の実測値と計算値とで概ね整合が図れているため、当該モデルに基づいてクリック率を設計することが可能であることも確認された。

以上の第１検証試験の結果から明らかなように、上述した本実施の形態における圧電発電装置１００Ａまたはこれに準じた圧電発電装置１００Ａ’とすることにより、圧電発電体１２０における発電に必要な押圧荷重を低く抑えつつ高いクリック感を得ることができることが、実験的にも確認されたと言える。

（実施の形態２）
図１６は、本発明の実施の形態２における圧電発電装置の斜視図であり、図１７および図１８は、それぞれ図１６中に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線およびＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った断面図である。また、図１９は、図１６に示す圧電発電装置の分解斜視図であり、図２０は、図１６に示す圧電発電装置に外力が付与された状態における断面図である。まず、これら図１６ないし図２０を参照して、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂの構成について説明する。なお、圧電発電装置１００Ｂは、上述した実施の形態１における圧電発電装置１００Ａに代えて、上述した実施の形態１における送信機１およびこれに具備される圧電発電モジュール１０に具備されるものである。

図１６ないし図２０に示すように、圧電発電装置１００Ｂは、上述した実施の形態１における圧電発電装置１００Ａと近似の構成を有しており、当該圧電発電装置１００Ａと比較した場合に、可動部としてのレバー１３０の組付け姿勢が異なる点において主としてその構成が相違しており、これに伴って当該レバー１３０の形状が異なる点や補助バネ１７０の形状が異なる点等において、細部の構成が若干相違している。上記のとおり可動部としてのレバー１３０の組付け姿勢が異なることにより、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂは、上述した実施の形態１における圧電発電装置１００Ａよりも発電効率の向上が図られている。

図１７ないし図２０に示すように、補助バネ１７０は、平面視略Ｔ字状であって側面視した場合に略Ｃ字状に屈曲した形状を有しており、その一部が反転バネ１６０の下方に配置される（すなわち、反転バネ１６０と圧電発電体１２０との間に位置する）とともに残る部分が反転バネ１６０の下方の位置から外側に引き出された姿勢で第２フレキシブル配線基板１５０に取付けられている。補助バネ１７０は、たとえば単一の金属製の板バネまたはその積層構造物にて構成される。

反転バネ１６０の下方の位置から外側に引き出された部分の補助バネ１７０の両端には、貫通孔１７０ａ（図１９参照）が設けられており、この貫通孔１７０ａに対応する部分の第２フレキシブル配線基板１５０にも貫通孔１５０ａ（図１９参照）が設けられている。これら貫通孔１５０ａ，１７０ａは、いずれもレバー１３０の基部１３１に設けられたビス穴１３１ａに合致するように設けられており、当該貫通孔１５０ａ，１７０ａを挿通するようにビス１８０がビス穴１３１ａに螺合されることにより、レバー１３０に対して第２フレキシブル配線基板１５０および補助バネ１７０が固定されることになる。

また、補助バネ１７０の反転バネ１６０の下方に位置する部分（すなわち、反転バネ１６０の頂部に対応する部分）には、当該反転バネ１６０の頂部に当接する突部１７１が設けられている。これにより、ユーザが操作ボタンを操作した場合に、反転バネ１６０の座屈現象が確実に生じることになる。

一方、レバー１３０は、上述した実施の形態１と同様に、平面視略矩形状の板状の基部１３１と、互いに対向するように当該基部１３１の相対する二辺から立設された立壁部１３３，１３４とを有している。一対の立壁部１３３，１３４には、ケース体１１０に設けられた軸支孔１１３ａ，１１４ａに挿入されることで当該軸支孔１１３ａ，１１４ａによって軸支される軸部１３３ａ，１３４が設けられており、これによりレバー１３０は、ケース体１１０に回動可能に組付けられている。

また、レバー１３０のうち、その回転軸１０００から最も遠い部分である基部１３１の先端部１３５は、ケース体１１０の側壁部１１５側の位置に配置されており、当該先端部１３５は、レバー１３０を圧電発電体１２０側に回動させた場合に、ケース体１１０の側壁部１１５に設けられた突き当たり面１１５ａに当接するように構成されている（図２０参照）。なお、レバー１３０は、上述した基部１３１における先端部１３５の折り曲げ方向において、上述した実施の形態１とその形状が相違している。

図１８に示すように、圧電発電装置１００Ｂにおいては、当該圧電発電装置１００Ｂに外力が付与されていない状態（すなわち圧電発電体１２０に変形が生じていない状態）において、レバー１３０の基部１３１のうちの先端部１３５を除く部分が、圧電発電体１２０の厚み方向と直交する方向（すなわち圧電発電体１２０の主面と平行な方向）に交差するように傾斜して配置されている。より詳細には、レバー１３０の当該部分のうちの回転軸１０００に近い側の端部が、レバー１３０の当該部分のうちの先端部１３５に近い側の端部よりも圧電発電体１２０により近い位置に配置されるように、レバー１３０が構成されている。

図１８に示す状態において、たとえばユーザが、第１スイッチ１４１Ａに対応した操作ボタン（不図示）を図中に示す矢印ＡＲ１方向に向けて押し下げた場合は、操作ボタンが移動することで第１フレキシブル配線基板１４０を介してレバー１３０が外力を受ける。これにより、図２０に示すように、レバー１３０が回転軸１０００を回転中心として図中矢印ＤＲ方向に回動し、結果としてレバー１３０が圧電発電体１２０側に向けて変位する。

レバー１３０が変位することにより、圧電発電体１２０とレバー１３０との間に配置された外力伝達部としての反転バネ１６０および補助バネ１７０がこれらによって圧縮されることになり、その反力を受けることで圧電発電体１２０に含まれる個々の圧電素子１２０ａにも撓み変形が生じる。

図２０に示すように、レバー１３０の先端部１３５がケース体１１０の突き当たり面１１５ａに当接した状態（すなわち、レバー１３０をそれ以上押し下げることができなくなった状態）においては、レバー１３０の基部１３１のうちの先端部１３５を除く部分が、圧電発電体１２０の厚み方向と直交する方向（すなわち、変形前の圧電発電体１２０の主面と平行な方向）に配置される。より詳細には、レバー１３０の当該部分のうちの回転軸１０００に近い側の端部と、レバー１３０の当該部分のうちの先端部１３５に近い側の端部とが、圧電発電体１２０の厚み方向に沿って同じ高さに配置されるように、レバー１３０が構成されている。

したがって、圧電発電装置１００Ｂに外力が付与されて圧電発電体１２０に最大の変形が生じた状態においては、レバー１３０の基部１３１のうちの先端部１３５を除く部分が、圧電発電体１２０の厚み方向と直交する方向に配置されることになる。

ここで、レバー１３０の先端部１３５がケース体１１０の突き当たり面１１５ａに当接するレバー１３０の回動量を、圧電発電体１２０における発電に必要な押圧ストロークを生じさせるレバー１３０の回動量と等しく設定すれば、必要以上のレバー１３０の押し下げ操作が不要になり、圧電発電体１２０に無駄な外力が付与されることを防止することができる。

一方で、図２０に示す状態からユーザが第１スイッチ１４１Ａに対応した操作ボタン（不図示）の操作を解除することにより、圧電発電装置１００Ｂに付与されていた外力は、これが取り除かれることになる。これに伴い、圧電発電体１２０、反転バネ１６０および補助バネ１７０の有する弾性力に基づいてこれらが元の状態に復元することになり、レバー１３０も再度変位して（すなわち、図２０中に示す矢印ＤＲ方向とは反対方向に向けて変位して）元の位置に復帰する。これにより、圧電発電装置１００Ｂは、図１８に示す状態に戻ることになる。なお、その際、反転バネ１６０に生じていた座屈も解消することになる。

なお、ここではその説明は省略するが、ユーザが第１スイッチ１４１Ｂに対応した操作ボタン（不図示）を操作した場合、および、ユーザが第１スイッチ１４１Ａ，１４１Ｂに対応した操作ボタンを同時に操作した場合についても、上記説明に準じた状態となる。

図２１は、本実施の形態における圧電発電装置において、操作時において各部に付与される力の方向変化を示す図であり、図２２は、比較例２に係る圧電発電装置において、操作時において各部に付与される力の方向変化を示す図である。ここで、図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）は、圧電発電体に変形が生じ始める時点を示しており、図２１（Ｂ）および図２２（Ｂ）は、圧電発電体に最大の変形が生じる時点を示している。また、図２１（Ｃ）および図２２（Ｃ）は、レバーが変位することで圧電発電体が押圧されて変形する過程における後述する押圧角の変化を示した概念図である。以下、これら図２１および図２２を参照して、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂとすることにより、高い発電効率が実現できる仕組みについて詳説する。なお、図２１および図２２においては、理解を容易とするために、要部のみを抜き出して図示している。

図２１を参照して、上述したように、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂにおいては、外力が付与されておらず圧電発電体１２０に変形が生じていない状態において、レバー１３０の基部１３１のうちの先端部１３５を除く部分が、圧電発電体１２０の厚み方向と直交する方向に交差するように傾斜して配置されるとともに、外力が付与されて圧電発電体１２０に最大の変形が生じた状態において、レバー１３０の当該部分が、圧電発電体１２０の厚み方向と直交する方向に配置されるように構成されている。

そのため、図２１（Ａ）に示すように、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点においては、図示しない操作ボタンがレバー１３０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になる一方、レバー１３０が押される方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と交差する方向になる。また、これに伴い、レバー１３０が圧電発電体１２０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と交差する方向になる一方、圧電発電体１２０が押される方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になる。

一方、図２１（Ｂ）に示すように、圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点においては、図示しない操作ボタンがレバー１３０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向のままである一方、レバー１３０が押される方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になる。また、これに伴い、レバー１３０が圧電発電体１２０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になり、圧電発電体１２０が押される方向も、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になる。

すなわち、図２１（Ｃ）に示すように、圧電発電体１２０に印加する力の方向と圧電発電体１２０の厚み方向とが成す角度のうちの小さい方の角度（図中に示す角度θ）を押圧角と定義すると、レバー１３０が変位することで圧電発電体１２０が押圧されて変形する過程において、圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点での押圧角が、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点での押圧角よりも小さくなる。ここで、本実施の形態においては、上述したように圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点において、圧電発電体１２０を押す方向が圧電発電体１２０の厚み方向と一致する（すなわち、圧電発電体１２０を押す方向と圧電発電体１２０の厚み方向とが平行になる）こととなるため、その際の押圧角は、０［°］である。

また、本実施の形態においては、レバー１３０が回転軸１０００を回転中心として回動するように構成されているため、レバー１３０が変位することで圧電発電体１２０が押圧されて変形する過程において、上記押圧角は、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点から圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点までの間で徐々に減少することになる（図２１（Ｃ）に示した矢印参照）。

一方で、図２２に示すように、比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’においては、外力が付与されておらず圧電発電体１２０に変形が生じていない状態において、レバー１３０の基部１３１のうちの先端部１３５を除く部分が、圧電発電体１２０の厚み方向と直交する方向に配置されるとともに、外力が付与されて圧電発電体１２０に最大の変形が生じた状態において、レバー１３０の当該部分が、圧電発電体１２０の厚み方向と直交する方向に交差するように傾斜して配置されるように構成されている。なお、比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’のその他の構成は、いずれも本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂと同様である。

そのため、図２２（Ａ）に示すように、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点においては、図示しない操作ボタンがレバー１３０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になるとともに、レバー１３０が押される方向も、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になる。また、これに伴い、レバー１３０が圧電発電体１２０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になるとともに、圧電発電体１２０が押される方向も、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になる。

一方、図２２（Ｂ）に示すように、圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点においては、図示しない操作ボタンがレバー１３０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向のままである一方、レバー１３０が押される方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と交差する方向になる。また、これに伴い、レバー１３０が圧電発電体１２０を押す方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と交差する方向になる一方、圧電発電体１２０が押される方向は、圧電発電体１２０の厚み方向と平行な方向になる。

すなわち、図２２（Ｃ）に示すように、レバー１３０が変位することで圧電発電体１２０が押圧されて変形する過程において、圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点での押圧角が、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点での押圧角よりも大きくなる。ここで、当該比較例２においては、上述したように圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点において、圧電発電体１２０を押す方向が圧電発電体１２０の厚み方向と一致する（すなわち、圧電発電体１２０を押す方向と圧電発電体１２０の厚み方向とが平行になる）こととなるため、その際の押圧角は、０［°］である。

また、当該比較例２においては、レバー１３０が回転軸１０００を回転中心として回動するように構成されているため、レバー１３０が変位することで圧電発電体１２０が押圧されて変形する過程において、上記押圧角は、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点から圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点までの間で徐々に増加することになる（図２２（Ｃ）に示した矢印参照）。

このように、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂにおいては、レバー１３０が変位することで圧電発電体１２０が押圧されて変形する過程において、圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点での押圧角が、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点での押圧角よりも小さくなる反面、上記比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’においては、レバー１３０が変位することで圧電発電体１２０が押圧されて変形する過程において、圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点での押圧角が、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点での押圧角よりも大きくなる。

この違いに基づき、発電効率の観点からは大きな相違が生じる。以下、その相違をシミュレーションにより検証した第２検証試験について説明する。図２３は、当該第２検証試験の結果を示したグラフである。なお、当該第２検証試験においては、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂおよび比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’のいずれにおいても、圧電発電体１２０のバネ定数を１０［Ｎ／ｍｍ］に設定するとともに、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点から圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点までに要するレバー１３０の回転角度を２０［°］に設定している。

図２３に示すように、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂおよび比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’のいずれにおいても、レバー１３０の回転角度が大きくなるにつれてレバー１３０を押すために必要となる力は増加することになる。ここで、レバー１３０の回転角度が０°からおおよそ１０°までの範囲においては、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂおよび比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’のいずれにおいても同等の力が必要であることが分かる。

これに対し、レバー１３０の回転角度がおおよそ１０°から２０°までの範囲においては、レバー１３０を押すために必要となる力に大きな相違が生じ、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂとすることにより、比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’とした場合よりも小さい力でレバー１３０を押圧することができることが分かる。ここで、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂにおいては、レバー１３０の回転角度が２０°である場合にレバー１３０を押すために必要となる力は、５．９９［Ｎ］であるのに対し、比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’においては、レバー１３０の回転角度が２０°である場合にレバー１３０を押すために必要となる力は、６．７８［Ｎ］である。

これは、レバー１３０が変位するにつれて圧電発電体１２０の変形量が増加することと、上述した押圧角の変化の仕方の違いとに起因している。

すなわち、ユーザが操作ボタンを押し下げ始めた段階（すなわち、レバー１３０の回転角度が０°からおおよそ１０°までの範囲）においては、レバー１３０の変位に伴って変形する圧電発電体１２０の変形量が未だ大きくなく、圧電発電体１２０が変形することによってレバー１３０が受ける反力が十分に小さい状態にある。

そのため、上記操作ボタンを押し下げ始めた段階においては、上述した押圧角の違いによる影響は小さく、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂと比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’との間でレバー１３０を押すために必要となる力に大きな差は生じない。

その反面、ユーザが操作ボタンを押し下げ続けた段階（すなわち、レバー１３０の回転角度がおおよそ１０°から２０°までの範囲）においては、レバー１３０の変位に伴って変形する圧電発電体１２０の変形量が大きくなり、圧電発電体１２０が変形することによってレバー１３０が受ける反力が、上記操作ボタンを押し下げ始めた段階よりも、圧電発電体１２０のバネ定数に起因して大幅に大きい状態となる。

その際、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂにおいては、押圧角がより小さくなることに伴い、圧電発電体１２０を当該圧電発電体１２０の厚み方向に沿って押圧する力が効率的に圧電発電体１２０に作用するのに対し、比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’においては、押圧角がより大きくなることに伴い、圧電発電体１２０を当該圧電発電体１２０の厚み方向に沿って押圧する力が非効率的に圧電発電体１２０に作用することとなってしまう。

そのため、上記操作ボタンを押し下げ続けた段階においては、上述した押圧角の違いによる影響が大きくなり、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂと比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’との間でレバー１３０を押すために必要となる力に大きな差が生じる。その結果、上述したとおり、レバー１３０を押すために必要となる力が、比較例２に係る圧電発電装置１００Ｘ’に比べて、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂにおいてより小さくて済むことになる。

したがって、本実施の形態における圧電発電装置１００Ｂのように、レバー１３０が変位することで圧電発電体１２０が押圧されて変形する過程において、圧電発電体１２０に最大の変形が生じる時点での押圧角が、圧電発電体１２０に変形が生じ始める時点での押圧角よりも小さくなるように構成することにより、高い発電効率を実現することが可能になる。

なお、上述したように、圧電発電体１２０に無駄な外力が付与されることを防止するためには、レバー１３０の回動範囲内において最大限レバー１３０が押し下げられた状態において、圧電発電体１２０において必要な発電が完了するように設定されていることが好ましいが、必ずしもそのように設定する必要はなく、レバー１３０の回動範囲内のいずれかの位置において、圧電発電体１２０において必要な発電が完了するように設定すれば、所期の目的は達成されることになる。

上述した本発明の実施の形態１，２においては、反転バネをスイッチとして利用した場合を例示して説明を行なったが、反転バネを利用してスイッチを構成する必要性は必ずしもなく、別途これに代わるスイッチを設けてもよいし、そもそも可動部と圧電素子との間にスイッチが必要でない場合には、これらの間に反転バネのみを設けることとしてもよい。

また、上述した本発明の実施の形態１，２においては、可動部としてレバーを採用した場合を例示して説明を行なったが、外力を受けることで圧電素子の厚み方向に実質的に沿った方向に変位可能な可動部であれば、どのようなものを利用することとしてもよい。

また、上述した本発明の実施の形態１，２において示した圧電発電モジュールのパワーマネジメント回路の構成はあくまでも一例に過ぎず、異なる回路構成を採用することも当然に可能である。

さらには、上述した本発明の実施の形態１，２においては、送信機およびこれに具備される圧電発電モジュールに本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、他の電子機器およびこれに具備される圧電発電モジュールに本発明を適用することも当然に可能である。

このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 送信機、１０ 圧電発電モジュール、１１ 全波整流回路、１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３ 信号出力部、１３ａ ＮＯＲ回路、１３ｂ ＯＲ回路、１４ 制御回路、１５ 放電スイッチ、２０ 送信部、２１ ＲＦアンテナ、２２ ＲＦ回路、１００Ａ，１００Ａ’，１００Ｂ 圧電発電装置、１１０ ケース体、１１１ 底板部、１１１ａ 支持部、１１２〜１１５ 側壁部、１１３ａ，１１４ａ 軸支孔、１１５ａ 突き当たり面、１２０ 圧電発電体、１２０ａ 圧電素子、１２１ 金属板、１２２ 圧電体、１２３ 端子、１２３ａ 貫通孔、１２４ 接着剤層、１２５ 導電性接着剤、１２６ 保護膜、１３０ レバー、１３１ 基部、１３１ａ ビス穴、１３３，１３４ 立壁部、１３３ａ，１３４ａ 軸部、１３５ 先端部、１４０ 第１フレキシブル配線基板、１４１Ａ，１４１Ｂ 第１スイッチ、１４２ 第２スイッチ、１４３ 接続部、１５０ 第２フレキシブル配線基板、１５０ａ，１５０ｂ 貫通孔、１５３，１５４ 接続部、１６０ 反転バネ、１７０ 補助バネ、１７０ａ 貫通孔、１７１ 突部、１８０ ビス、１９０ 圧入ピン、１０００ 回転軸、Ｃ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード、ＥＮ イネーブル端子、ＧＬ 電力線、ＩＮ１Ａ，ＩＮ１Ｂ，ＩＮ２ 入力ノード、Ｎ１，Ｎ２ ノード、ＯＵＴ 出力ノード、ＰＬ 電力線、Ｑ スイッチング素子、Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗、Ｔ１，Ｔ２ 出力端子、Ｖｉｎ 入力端子、Ｖｏｕｔ 出力端子。

Claims (16)

1. 可撓性を有し、厚み方向に変形することで発電する少なくとも１つ以上の板状の圧電素子と、
   前記圧電素子を撓み変形可能に支持する支持部材と、
   前記圧電素子に対向するように配置され、外力を受けることにより前記圧電素子の厚み方向に実質的に沿った方向に変位可能な可動部と、
   前記可動部で受けた外力を前記圧電素子に伝達する外力伝達部とを備え、
   前記外力伝達部が、反転バネを含み、
   前記反転バネが、前記圧電素子と前記可動部との間に配置され、
   前記可動部が変位することで前記圧電素子が押圧されて変形する過程において、前記圧電素子に印加する力の方向と前記圧電素子の厚み方向とが成す角度のうちの小さい方の角度を押圧角とした場合に、前記圧電素子に最大の変形が生じる時点での押圧角が、前記圧電素子に変形が生じ始める時点での押圧角よりも小さい、圧電発電装置。
2. 前記押圧角が、前記圧電素子に変形が生じ始める時点から前記圧電素子に最大の変形が生じる時点までの間で徐々に減少する、請求項１に記載の圧電発電装置。
3. 前記圧電素子に最大の変形が生じる時点において、前記圧電素子に印加する力の方向と前記圧電素子の厚み方向とが一致することにより、前記押圧角が、０［°］となる、請求項１または２に記載の圧電発電装置。
4. 前記外力伝達部が、前記反転バネに並列に接続された補助バネをさらに含み、
   前記補助バネが、前記圧電素子と前記可動部との間に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の圧電発電装置。
5. 可撓性を有し、厚み方向に変形することで発電する少なくとも１つ以上の板状の圧電素子と、
   前記圧電素子を撓み変形可能に支持する支持部材と、
   前記圧電素子に対向するように配置され、外力を受けることにより前記圧電素子の厚み方向に実質的に沿った方向に変位可能な可動部と、
   前記可動部で受けた外力を前記圧電素子に伝達する外力伝達部とを備え、
   前記外力伝達部が、反転バネを含み、
   前記反転バネが、前記圧電素子と前記可動部との間に配置され、
   前記外力伝達部が、前記反転バネに並列に接続された補助バネをさらに含み、
   前記補助バネが、前記圧電素子と前記可動部との間に配置されている、圧電発電装置。
6. 前記補助バネが、単一の金属製の板バネまたはその積層構造物にて構成されている、請求項４または５に記載の圧電発電装置。
7. 前記反転バネが、前記圧電素子における発電に必要な押圧ストローク以上の所定の押圧ストロークにて反転する、請求項１から６のいずれかに記載の圧電発電装置。
8. 前記反転バネが、単一のドーム状の金属部材またはその積層構造物にて構成されている、請求項１から７のいずれかに記載の圧電発電装置。
9. 前記圧電素子が、金属板と、前記金属板の一方の主面に設けられた板状の圧電体とを含んでいる、請求項１から８のいずれかに記載の圧電発電装置。
10. 前記圧電素子を複数備え、
    前記複数の圧電素子が、各々の厚み方向に積層されている、請求項１から９のいずれかに記載の圧電発電装置。
11. 前記可動部が、前記支持部材によって回動可能に支持されたレバーからなる、請求項１から１０のいずれかに記載の圧電発電装置。
12. 前記支持部材が、底板部と、当該底板部の四辺から立設された側壁部とを含む箱状の形状を有している、請求項１から１１のいずれかに記載の圧電発電装置。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の圧電発電装置と、
    前記圧電素子にて発電された電力を負荷に対して供給するための電力供給回路とを備え、
    前記電力供給回路は、一対の接点が非導通状態から導通状態に切り替わることで負荷に対する前記電力の供給を開始するスイッチを含み、
    前記一対の接点のうちの一方が、前記反転バネにて構成され、
    前記反転バネが反転した状態において前記一対の接点が導通するように、前記一対の接点のうちの他方が、前記反転バネに対向して配置されている、圧電発電モジュール。
14. 圧電発電装置と電力供給回路とを備えた圧電発電モジュールであって、
    前記圧電発電装置は、
    可撓性を有し、厚み方向に変形することで発電する少なくとも１つ以上の板状の圧電素子と、
    前記圧電素子を撓み変形可能に支持する支持部材と、
    前記圧電素子に対向するように配置され、外力を受けることにより前記圧電素子の厚み方向に実質的に沿った方向に変位可能な可動部と、
    前記可動部で受けた外力を前記圧電素子に伝達する外力伝達部と、
    を有し、
    前記電力供給回路は、前記圧電素子にて発電された電力を負荷に対して供給するためのものであり、
    前記外力伝達部が、反転バネを含み、
    前記反転バネが、前記圧電素子と前記可動部との間に配置され、
    前記電力供給回路は、一対の接点が非導通状態から導通状態に切り替わることで負荷に対する前記電力の供給を開始するスイッチを含み、
    前記一対の接点のうちの一方が、前記反転バネにて構成され、
    前記反転バネが反転した状態において前記一対の接点が導通するように、前記一対の接点のうちの他方が、前記反転バネに対向して配置されている、圧電発電モジュール。
15. 前記圧電素子に対向する部分の前記可動部の表面に配線基板が配置され、
    前記一対の接点のうちの前記他方が前記配線基板に設けられるとともに、前記一対の接点のうちの前記他方を覆うように、前記一対の接点のうちの前記一方である前記反転バネが、前記配線基板に実装されている、請求項１３または１４に記載の圧電発電モジュール。
16. 請求項１３から１５のいずれかに記載の圧電発電モジュールと、
    前記負荷として、前記圧電発電モジュールから供給された前記電力を用いて無線信号を送信する送信部とを備えてなる、送信機。

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