JP6699744B2 - Piezoelectric generator - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子と支持体とが貼り合わされており、圧電素子及び支持体を押圧により変形させて電力を取り出す、圧電発電装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric power generation device in which a piezoelectric element and a support are bonded together, and the piezoelectric element and the support are deformed by pressing to extract electric power.
従来、圧電素子の変形を利用した圧電発電装置が種々提案されている。 Heretofore, various piezoelectric power generation devices utilizing deformation of piezoelectric elements have been proposed.
下記の特許文献1には、振動板である支持体に圧電素子が貼り合わされてなる圧電発電装置が記載されている。特許文献1において、支持体と圧電素子は、接着剤により貼り合わされている。また、圧電素子は、第1及び第2の外層電極と、内層電極とを有する。上記第1の外層電極は、圧電素子本体の一方の側面から主面に亘り形成されている。上記第2の外層電極は、圧電素子本体の他方の側面から主面に亘り形成されている。上記内層電極は、圧電素子本体の内部に形成されている。また、上記内層電極は、第2の外層電極側の側面に接続されているが、第1の外層電極側の側面には接続されていない。従って、内層電極と第1の外層電極側の側面との間には、空間が設けられている。 The following Patent Document 1 describes a piezoelectric power generation device in which a piezoelectric element is bonded to a support that is a vibration plate. In Patent Document 1, the support and the piezoelectric element are bonded together with an adhesive. The piezoelectric element also has first and second outer layer electrodes and an inner layer electrode. The first outer layer electrode is formed from one side surface to the main surface of the piezoelectric element body. The second outer layer electrode is formed from the other side surface of the piezoelectric element body to the main surface. The inner layer electrode is formed inside the piezoelectric element body. The inner layer electrode is connected to the side surface on the second outer layer electrode side, but is not connected to the side surface on the first outer layer electrode side. Therefore, a space is provided between the inner layer electrode and the side surface on the first outer layer electrode side.
特許文献1に記載の圧電発電装置では、圧電素子及び支持体を押圧により変形させて電力を取り出す駆動時に、支持体から圧電素子が剥がれることがあった。また、駆動時において、圧電素子を構成する圧電素子本体や電極に割れや欠けが生じ、圧電素子が破損することがあった。 In the piezoelectric power generation device described in Patent Document 1, the piezoelectric element may be peeled from the support during driving to deform the piezoelectric element and the support by pressing to extract electric power. In addition, during driving, the piezoelectric element body and electrodes forming the piezoelectric element may be cracked or chipped, and the piezoelectric element may be damaged.
本発明の目的は、駆動時における圧電素子の剥がれや破損が生じ難い、圧電発電装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric power generation device in which peeling or breakage of a piezoelectric element does not easily occur during driving.
本発明に係る圧電発電装置は、支持体と、前記支持体に貼り合わされた圧電素子とを備え、前記圧電素子が、対向し合う第1及び第2の主面と、該第1及び第2の主面を結んでおり、かつ対向し合う第1及び第2の側面を有する圧電体と、前記圧電体の内部に設けられており、前記第1の側面に引き出されている、第1の内層電極と、前記圧電体の内部において前記第1の内層電極と同じ高さ位置に設けられており、前記第2の側面に引き出されており、前記第1の内層電極の外周縁と対向している、第1のダミー電極と、前記圧電体の前記第1の主面上に設けられている、第1の外層電極と、前記圧電体の前記第2の主面上に設けられている、第2の外層電極と、を有する。 A piezoelectric power generation device according to the present invention includes a support and a piezoelectric element bonded to the support, the piezoelectric element having first and second main surfaces facing each other, and the first and second main surfaces. A piezoelectric body that has a first side surface and a second side surface that are opposite to each other and that connect the main surfaces of the piezoelectric body and the first side surface that is provided inside the piezoelectric body and is drawn to the first side surface. The inner layer electrode is provided at the same height as the first inner layer electrode inside the piezoelectric body, is extended to the second side surface, and faces the outer peripheral edge of the first inner layer electrode. A first dummy electrode, a first outer layer electrode provided on the first main surface of the piezoelectric body, and a second main surface of the piezoelectric body. , And a second outer layer electrode.
本発明に係る圧電発電装置のある特定の局面では、前記圧電体が、複数の圧電体層が積層された積層型圧電体である。この場合には、より一層大きな電力を取り出すことができる。 In one specific aspect of the piezoelectric power generation device according to the present invention, the piezoelectric body is a laminated piezoelectric body in which a plurality of piezoelectric body layers are laminated. In this case, much larger electric power can be taken out.
本発明に係る圧電発電装置の別の特定の局面では、前記圧電体が、前記圧電体の内部に設けられており、前記第2の側面に引き出されており、前記圧電体の厚み方向において前記第1の内層電極と対向している、第2の内層電極と、前記圧電体の内部において前記第2の内層電極と同じ高さ位置に設けられており、前記第1の側面に引き出されており、前記第2の内層電極の外周縁と対向している、第2のダミー電極と、をさらに有する。 In another specific aspect of the piezoelectric power generation device according to the present invention, the piezoelectric body is provided inside the piezoelectric body, is drawn out to the second side surface, and is arranged in the thickness direction of the piezoelectric body. The second inner layer electrode facing the first inner layer electrode is provided at the same height position as the second inner layer electrode inside the piezoelectric body, and is drawn to the first side surface. And a second dummy electrode facing the outer peripheral edge of the second inner layer electrode.
本発明に係る圧電発電装置の他の特定の局面では、前記圧電体が、複数の前記第1及び第2の内層電極と、複数の前記第1及び第2のダミー電極とを有し、前記第1及び前記第2の内層電極が、前記圧電体の厚み方向において、交互に配置されている。この場合には、より一層大きな電力を取り出すことができる。 In another specific aspect of the piezoelectric power generation device according to the present invention, the piezoelectric body has a plurality of the first and second inner layer electrodes and a plurality of the first and second dummy electrodes, The first and second inner layer electrodes are alternately arranged in the thickness direction of the piezoelectric body. In this case, much larger electric power can be taken out.
本発明に係る圧電発電装置のさらに他の特定の局面では、前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極が対向している対向領域が複数配置されており、前記複数の対向領域のうち少なくとも2以上の対向領域が、平面視において、重なっていない。この場合には、製造時や駆動時における圧電素子の破損がより一層生じ難い。 In still another specific aspect of the piezoelectric power generation device according to the present invention, a plurality of facing regions in which the first inner layer electrode and the first dummy electrode face each other are arranged, and among the plurality of facing regions. At least two or more facing regions do not overlap in a plan view. In this case, the piezoelectric element is less likely to be damaged during manufacturing or driving.
本発明に係る圧電発電装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電体が、前記第1及び前記第2の主面を結んでおり、かつ対向し合う第3及び第4の側面をさらに有し、前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極が、前記第3及び前記第4の側面に至っておらず、前記圧電体が、前記第3及び前記第4の側面のうち少なくとも一方と、前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極との間に設けられている、第3の内層電極をさらに有し、前記第3の内層電極が、前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極と電気的に絶縁されている。この場合には、より一層大きな電力を取り出すことができる。 In still another specific aspect of the piezoelectric power generation device according to the present invention, the piezoelectric body further has third and fourth side surfaces that connect the first and second main surfaces and face each other. However, the first inner layer electrode and the first dummy electrode do not reach the third and fourth side surfaces, and the piezoelectric body is at least one of the third and fourth side surfaces. Further comprising a third inner layer electrode provided between the first inner layer electrode and the first dummy electrode, wherein the third inner layer electrode is the first inner layer electrode and the third inner layer electrode. It is electrically insulated from the first dummy electrode. In this case, much larger electric power can be taken out.
本発明に係る圧電発電装置の別の広い局面では、支持体と、前記支持体に貼り合わされた圧電素子とを備え、前記圧電素子が、対向し合う第1及び第2の主面と、該第1及び第2の主面を結んでいる第1〜第4の側面を有する圧電体と、前記圧電体の内部に設けられており、前記第1〜第4の側面のうち少なくとも1つの側面に引き出されており、一方の電位に接続されている、第1の内層電極と、前記圧電体の内部に設けられており、前記第1〜第4の側面のうち少なくとも1つの側面に引き出されており、他方の電位に接続されている、第2の内層電極と、前記圧電体の内部において前記第1の内層電極と同じ高さ位置に設けられており、前記第1〜第4の側面のうち少なくとも1つの側面に引き出されており、前記第1の内層電極の周囲の領域に設けられている、ダミー電極とを備え、平面視において、前記第2の内層電極と重ならない領域に、前記ダミー電極が配置されている。 In another broad aspect of the piezoelectric power generation device according to the present invention, a support and a piezoelectric element bonded to the support are provided, and the piezoelectric element has first and second main surfaces facing each other, and A piezoelectric body having first to fourth side surfaces connecting the first and second main surfaces, and at least one side surface of the first to fourth side surfaces provided inside the piezoelectric body. And is provided inside the piezoelectric body and the first inner layer electrode that is connected to one of the potentials, and is drawn to at least one of the first to fourth side surfaces. The second inner layer electrode, which is connected to the other potential, is provided at the same height position as the first inner layer electrode inside the piezoelectric body, and the first to fourth side surfaces are provided. A dummy electrode provided on at least one side surface of the first inner layer electrode, the dummy electrode being provided in a region around the first inner layer electrode, and a region that does not overlap with the second inner layer electrode in plan view, The dummy electrode is arranged.
本発明によれば、駆動時における圧電素子の剥がれや破損が生じ難い、圧電発電装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric power generation device in which the piezoelectric element is unlikely to peel or break during driving.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。なお、図面において、圧電発電装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることがある。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings. In the drawings, the size and thickness of the piezoelectric power generation device may be exaggerated for convenience.
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。 It should be pointed out that each embodiment described in the present specification is an exemplification, and a partial replacement or combination of the configurations is possible between different embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧電発電装置を示す模式的断面図である。圧電発電装置1は、支持体2、接着剤層3及び圧電素子4を備える。なお、図1では、圧電素子4の積層構造を見やすくするために、圧電素子4の厚みが、支持体2の板状部2aの厚みよりもかなり厚く図示されている。特に限定されるわけではないが、実際には、板状部2aと、圧電素子4の厚みは、ほぼ同等とされている。(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric power generation device according to a first embodiment of the present invention. The piezoelectric power generation device 1 includes a
図2(a)に支持体を斜視図で示すように、支持体2は、平面形状が正方形の板状部2aと、板状部2aの下面から下方に突出された複数の脚部2bとを有する。図2(b)に、1つの脚部2bを取り出して模式的に斜視図で示す。本実施形態では、脚部2bは、三角柱の形状を有している。もっとも、脚部の形状は、円柱、四角柱などの他の形状であってもよく、また円錐台や角錐台などの形状であってもよく、特に限定されるものではない。板状部2aの平面形状についても、正方形や長方形のような矩形に限らず、円形や五角形以上の多角形等の任意の形状とすることができる。
As shown in a perspective view of the support member in FIG. 2A, the
後述するように、支持体2の板状部2aが、発電時に、圧電素子4と共に屈曲変形する。従って、支持体2の板状部2aは、金属板などの弾性板からなることが望ましい。このような金属板の材料としては、ステンレス、SUSなどの適宜の金属もしくは合金を挙げることができる。
As will be described later, the plate-shaped
脚部2bは、板状部2aと一体に形成されているが、別部材の脚部2bが板状部2aに接合されていてもよい。
The
図3は、支持体2の模式的平面図である。複数の脚部2bは、破線で示すように、正方形の平面形状を有する板状部2aの各コーナー部に設けられている。従って、複数の脚部2bは、支持体2を平面視した場合、支持体2の外周縁に沿って、等間隔で配置されている。本発明においては、好ましくは、複数の脚部は支持体の外周縁に沿って等間隔で配置されていることが望ましい。それによって、発電時の変形した板状部2aを、複数の脚部により、より確実に支持することができる。
FIG. 3 is a schematic plan view of the
図1に戻り、支持体2の上面2a1に、接着剤層3を介して、圧電素子4が貼り合わされている。接着剤層3の材料としては、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤などの適宜の絶縁性接着剤を用いることができる。また、接着剤層3として導電性接着剤を用い、支持体2を金属で構成することにより、圧電素子4の一方の電位に接続される電極を、支持体2に電気的に接続してもよい。
Returning to FIG. 1, the
本実施形態において、圧電素子4は、圧電体としての積層型圧電体5を有する。積層型圧電体5は、支持体2と同じ平面形状を有している。
In the present embodiment, the
積層型圧電体5は、複数の圧電体層を有する。圧電体層の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm以上、20μm以下とすることができる。圧電体層は、厚み方向において交互に逆方向に分極処理されている。
The laminated
積層型圧電体5は、第1及び第2の主面5a,5b、第1及び第2の側面5c,5d及び第3及び第4の側面を有する略直方体状の形状である。もっとも、積層型圧電体5の形状は、特に限定されず、円盤状などであってもよい。
The laminated
第1及び第2の主面5a,5bは、対向し合っている。第1及び第2の側面5c,5dは、第1及び第2の主面5a,5bを結んでいる。第1及び第2の側面5c,5dは、対向し合っている。また、第3及び第4の側面も、第1及び第2の主面5a,5bを結んでおり、対向し合っている。なお、図1では、第3及び第4の側面を図示していない。
The first and second
本実施形態においては、圧電体としての積層型圧電体5の第2の主面5b側から、圧電素子4が、接着剤層3により支持体2に貼り合わされている。
In the present embodiment, the
本実施形態において、積層型圧電体5は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスを主成分とする材料からなる。もっとも、ニオブ酸カリウムナトリウム系やアルカリニオブ酸系セラミックス等の他の非鉛系圧電セラミックスを主成分とする材料からなっていてもよい。
In the present embodiment, the laminated
積層型圧電体5は、例えば、以下のようにして製造される。まず、複数枚のグリーンシートを用意する。しかる後、複数枚のグリーンシートに電極ペーストを印刷する。印刷後、複数枚のグリーンシートを積層した状態で圧着することにより積層体を作製する。次に、作製した積層体を焼成する。それによって、積層型圧電体5を得ることができる。
The laminated
積層型圧電体5の第1及び第2の主面5a,5bには、それぞれ、第1及び第2の外層電極6,7がそれぞれ設けられている。第2の側面5dには、第1及び第2の外層電極6,7を接続している第1の電極8が設けられている。一方、積層型圧電体5の外表面において、第1の主面5aから第1の側面5cを経て第2の主面5bに至るように、第2の電極9が設けられている。第1及び第2の電極8,9は、それぞれ異なる電位に接続されている。
First and second
図4は、本発明の第1の実施形態で用いられている圧電素子の模式的平面図である。なお、図4においては、上述したように図1で図示されていない、第3及び第4の側面5e,5fについても図示されている。
FIG. 4 is a schematic plan view of a piezoelectric element used in the first embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 4, the third and
図4に示すように、第1の外層電極6は、矩形形状を有している。第1の外層電極6は、第2の側面5dに引き出されており、図1の第1の電極8に電気的に接続されている。第1の外層電極6の外周縁とギャップを隔てて対向するように、第2の電極9が設けられている。なお、図1の第2の外層電極7は、第1の外層電極6と同じ形状を有している。
As shown in FIG. 4, the first
図1に戻り、積層型圧電体5の内部には、第1の内層電極10が設けられている。第1の内層電極10は、第1の側面5cに引き出されており、第2の電極9に電気的に接続されている。
Returning to FIG. 1, a first
また、積層型圧電体5の内部において、第1の内層電極10と同じ高さ位置に、第1のダミー電極11が設けられている。第1のダミー電極11は、第2の側面5dに引き出されている。また、第1のダミー電極11は、第1の内層電極10の外周縁とギャップを隔てて対向するように配置されている。上記ギャップが、対向領域10aである。
In addition, the
なお、本実施形態において、第1のダミー電極11の厚みは、第1の内層電極10と同じ厚みである。もっとも、本発明において、第1のダミー電極11の厚みは、第1の内層電極10と同じ厚みでなくともよい。第1の内層電極10に対する第1のダミー電極11の電極厚みの比(第1のダミー電極/第1の内層電極)は、例えば、0.5以上、2.0以下の範囲内とすることができる。また、第1のダミー電極11の長さは、対向領域10aより短い。もっとも、本発明において、第1のダミー電極11の長さは、短絡が生じない限りにおいて対向領域10aより長くてもよい。
In the present embodiment, the thickness of the
図5は、本発明の第1の実施形態で用いられている圧電素子において、第1の内層電極が設けられている平面を示す模式的透視図である。図5に示すように、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11は、矩形形状を有している。第1の内層電極10及び第1のダミー電極11は、それぞれ、第3の側面5eから第4の側面5fに至るように設けられている。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a plane in which the first inner layer electrode is provided in the piezoelectric element used in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the first
次に、圧電発電装置1による発電動作を説明する。発電に際しては、圧電発電装置1において、積層型圧電体5の下方から上方に向けて外力を繰り返し加える。圧電素子4の下方から外力が加わると、支持体2の板状部2aと、圧電素子4とが、これらの中央部が上方に突出するように、支持体2及び圧電素子4が屈曲変形する。この変形に伴って、圧電素子4の各圧電体層に電荷が生じる。そして、生じた電荷による電力が、第1及び第2の電極8,9にそれぞれ接続された端子やリード線から取り出される。なお、発電に際しては、圧電発電装置1において、積層型圧電体5の上方から下方に向けて外力を繰り返し加えることにより、発電動作を行ってもよい。
Next, the power generation operation by the piezoelectric power generation device 1 will be described. At the time of power generation, in the piezoelectric power generation device 1, an external force is repeatedly applied from below the laminated
圧電発電装置1では、第2の側面5dに至るように第1のダミー電極11が設けられているので、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損が生じ難い。このことについては、図1、図6及び図14を参照して説明することができる。
In the piezoelectric power generation device 1, since the
図14は、比較例の圧電発電装置を示す模式的断面図である。図14に示すように、圧電発電装置101においては、第1のダミー電極が設けられていない。従って、上述した積層型圧電体5の製造時において、複数枚のグリーンシートを積層した状態で圧着する際に、第1の内層電極10の厚み分だけ、電極が設けられていない第2の側面5d近傍が変形しやすくなる。そのため、図14に示すように、第2の側面5d近傍に変形による隙間(浮き)が生じ、圧電素子4が駆動するにつれ、圧電素子4が接着剤層3から剥がれやすくなる。それによって、圧電素子4が破損することがある。また、第2の側面5d近傍が変形しやすいので、第2の側面5dに形成されている第1の電極8の破損が生じることがある。従って、比較例の圧電発電装置101では、駆動時において圧電素子4の破損が生じることがあった。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric power generation device of a comparative example. As shown in FIG. 14, the
これに対して、本実施形態の圧電発電装置1では、第2の側面5dに至るように第1のダミー電極11が設けられているので、製造時において複数枚のグリーンシートを積層した状態で圧着する際に、第2の側面5d近傍における余分な変形が生じ難い。もっとも、第1の内層電極10と第1のダミー電極11との対向領域10aにおいては電極が設けられていないので、図1に示すように圧電素子4と接着剤層3との界面において、変形による若干の浮きが生じることがある。このことは、製造時に変形が生じなかった場合の図6に示す模式的断面図との比較から明らかである。しかしながら、この浮き部分は、図1に示すように両持ちで支持されているので、加わる応力は比較例のように片持ちで支持されている場合の1/16となる。なお、このことは以下のように説明することができる。
On the other hand, in the piezoelectric power generation device 1 of the present embodiment, the
比較例のように隙間がある場合の積層型圧電体5の変形量は、片持ち梁における変位δと等しく、第1の内層電極10の厚みを上限とし、梁のたわみの式からδ=(WL3)/(3EI)となる。一方、本実施形態のように、第1のダミー電極11がある場合、積層型圧電体5の変形量は、第1の内層電極10の厚みを上限とし、両端(両持ち)支持における変位δ’と等しく、δ’=(WL3)/(48EI)となる。このように、δ’はδの1/16になることから、本実施形態の変形が十分に抑えられていることがわかる。The amount of deformation of the laminated
従って、圧電発電装置1では、第2の側面5d近傍の変形が抑制されるので、圧電素子4の剥離が生じ難い。また、第2の側面5d近傍における余分な変形が生じ難いので、第2の側面5dに形成されている第1の電極8の破損も生じ難い。よって、圧電発電装置1では、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損が生じ難い。
Therefore, in the piezoelectric power generation device 1, since the deformation in the vicinity of the
(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態で用いられている圧電素子において、第1の内層電極が設けられている平面を示す模式的透視図である。図7に示すように、第2の実施形態では、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11が、それぞれ、第3の側面5eから第4の側面5fに至るように設けられていない。第2の実施形態の圧電発電装置では、第3及び第4の側面5e,5fと、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11との間に第3の内層電極23,24がさらに設けられている。第3の内層電極23,24の厚みは、第1の内層電極10と同じ厚みであることが好ましいが、厚みが異なっていてもよい。(Second embodiment)
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a plane on which the first inner layer electrode is provided in the piezoelectric element used in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, in the second embodiment, the first
第3の内層電極23は、第2及び第3の側面5d,5eに引き出されている。第3の内層電極24は、第2及び第4の側面5d,5fに引き出されている。また、第3の内層電極23,24は、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11と同じ高さ位置に設けられており、電気的に絶縁されている。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
The third
第2の実施形態においても、第2の側面5dに至るように第1のダミー電極11が設けられているので、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損が生じ難い。
Also in the second embodiment, since the
また、第2の実施形態の圧電発電装置では、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11が、それぞれ、第3及び第4の側面5e,5fにまでは引き出されておらず、電極の面積が小さいので、より一層大きな電力を取り出すことができる。
In addition, in the piezoelectric power generation device of the second embodiment, the first
さらに、第3及び第4の側面5e,5fと、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11との間に、第3の内層電極23,24が設けられているので、第1の内層電極10と異なる電位に接続されている第1及び第2の外層電極6,7との意図しない導通をより一層確実に防止することができる。この点については、以下のようにして説明することができる。
Further, since the third
第1及び第2の外層電極6,7は、通常、スパッタリングなどにより製造される。そのため、第1及び第2の主面5a,5bに形成した第1及び第2の外層電極6,7が、第3の側面5e及び第4の側面5fまで周り込むことがある。しかしながら、本実施形態では、第3及び第4の側面5e,5fと、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11との間に、電気的に絶縁されている第3の内層電極23,24が設けられている。そのため、第3及び第4の側面5e,5fまで第1及び第2の外層電極6,7が周り込んだとしても、第3の内層電極23,24と導通するにすぎず、第1の内層電極10との導通が生じ難い。従って、第2の実施形態の圧電発電装置では、第1の内層電極10と第1及び第2の外層電極6,7が電気的に導通して同電位になることで発電電荷がリークすることを、より一層確実に抑制することができる。
The first and second
(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態で用いられている圧電素子において、第1の内層電極が設けられている平面を示す模式的透視図である。図8に示すように、第3の実施形態の圧電発電装置では、第3及び第4の側面5e,5fと、第1の内層電極10及び第1のダミー電極11との間に第3のダミー電極25,26がさらに設けられている。第3のダミー電極25,26の厚みは、第3の内層電極23,24と同じ厚みであることが好ましいが、厚みが異なっていてもよい。(Third Embodiment)
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a plane in which the first inner layer electrode is provided in the piezoelectric element used in the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, in the piezoelectric power generation device of the third embodiment, the third and
第3のダミー電極25は、第1及び第3の側面5c,5eに引き出されている。第3のダミー電極25は、第3の内層電極23と同じ高さ位置に設けられており、第3の内層電極23の外周縁と対向している。また、第3のダミー電極26は、第1及び第4の側面5c,5fに引き出されている。第3のダミー電極26は、第3の内層電極24と同じ高さ位置に設けられており、第3の内層電極24の外周縁と対向している。その他の点は、第2の実施形態と同様である。
The
第3の実施形態においても、第2の側面5dに至るように第1のダミー電極11が設けられているので、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損が生じ難い。
Also in the third embodiment, since the
また、第3の実施形態においては、第3の内層電極23,24と同じ高さ位置において、第3の内層電極23,24の外周縁と対向するように第3のダミー電極25,26が設けられているので、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損がより一層生じ難い。
In addition, in the third embodiment, the
(第4の実施形態)
図9は、本発明の第4の実施形態に係る圧電発電装置を示す模式的断面図である。図9に示すように、圧電発電装置21においては、積層型圧電体5の内部に、複数の第1の内層電極12〜14と、複数の第2の内層電極15,16とが設けられている。第1の内層電極12〜14及び第2の内層電極15,16は、積層型圧電体5の厚み方向、すなわち圧電体層の積層方向において対向しており、交互に配置されている。第1の内層電極12〜14は、第1の側面5cに引き出されており、第2の電極9に電気的に接続されている。第2の内層電極15,16は、第2の側面5dに引き出されており、第1の電極8に電気的に接続されている。(Fourth Embodiment)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric power generation device according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, in the piezoelectric
また、積層型圧電体5の内部において、複数の第1の内層電極12〜14と同じ高さ位置に、それぞれ、複数の第1のダミー電極17〜19が設けられている。第1のダミー電極17〜19は、第2の側面5dに引き出されている。第1のダミー電極17〜19の外周縁は、それぞれ、ギャップを隔てて、第1の内層電極12〜14と対向している。
Further, inside the multilayer
なお、本実施形態において、第1のダミー電極17〜19の厚みは、第1の内層電極12〜14と同じ厚みである。もっとも、本発明において、第1のダミー電極17〜19の厚みは、第1の内層電極12〜14と同じ厚みでなくともよい。第1の内層電極12〜14に対する第1のダミー電極17〜19の電極厚みの比(第1のダミー電極/第1の内層電極)は、例えば、0.5以上、2.0以下の範囲内とすることができる。
In this embodiment, the
また、複数の第2の内層電極15,16と同じ高さ位置に、それぞれ、複数の第2のダミー電極20,22が設けられている。第2のダミー電極20,22は、第1の側面5cに引き出されている。第2のダミー電極20,22の外周縁は、それぞれ、ギャップを隔てて、第2の内層電極15,16と対向している。なお、第1のダミー電極17〜19及び第2のダミー電極20,22は、積層型圧電体5の厚み方向、すなわち圧電体層の積層方向において交互に配置されている。
Further, the plurality of
本実施形態において、第2のダミー電極20,22の厚みは、第2の内層電極15,16と同じ厚みである。もっとも、本発明において、第2のダミー電極20,22の厚みは、第2の内層電極15,16と同じ厚みでなくともよい。第2の内層電極15,16に対する第2のダミー電極20,22の電極厚みの比(第2のダミー電極/第2の内層電極)は、例えば、0.5以上、2.0以下の範囲内とすることができる。
In the present embodiment, the
また、第1及び第2の内層電極12〜16は、圧電発電装置1の第1の内層電極10と同じ平面形状を有している。すなわち、第1及び第2の内層電極12〜16の平面形状は矩形であり、図5に示す第3の側面5eから第4の側面5fに至るように設けられている。
In addition, the first and second
同様に、第1のダミー電極17〜19及び第2のダミー電極20,22は、圧電発電装置1の第1のダミー電極11と同じ平面形状を有している。すなわち、第1のダミー電極17〜19及び第2のダミー電極20,22の平面形状は矩形であり、図5に示す第3の側面5eから第4の側面5fに至るように設けられている。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
Similarly, the
圧電発電装置21においても、第1及び第2の側面5c,5dに至るように第1のダミー電極17〜19及び第2のダミー電極20,22が設けられているので、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損が生じ難い。
Also in the piezoelectric
(第5の実施形態)
第4の実施形態では、第1の内層電極12〜14及び第1のダミー電極17〜19のギャップ、すなわち対向領域が平面視において重なるように設けられていた。また、第2の内層電極15,16及び第2のダミー電極20,22の対向領域が平面視において重なるように設けられていた。(Fifth Embodiment)
In the fourth embodiment, the gaps between the first
これに対して、第5の実施形態では、図10に示す圧電発電装置31のように、第1の内層電極12〜14及び第1のダミー電極17〜19の対向領域が、いずれも平面視において重なっていない。また、第2の内層電極15,16及び第2のダミー電極20,22の対向領域が平面視において重なっていない。その他の点は、第4の実施形態と同様である。
On the other hand, in the fifth embodiment, as in the piezoelectric
圧電発電装置31においても、第1及び第2の側面5c,5dに引き出されるように第1のダミー電極17〜19及び第2のダミー電極20,22が設けられているので、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損が生じ難い。さらに、圧電発電装置31では、複数の対向領域がいずれも平面視において重なっておらず、厚みの薄い部分が少なくなっているので、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損がより一層生じ難い。
Also in the piezoelectric
このように本発明においては、複数の対向領域のうち少なくとも2以上の対向領域が、平面視において、重なっていなくてもよい。その場合、駆動時における圧電素子4の剥がれや破損がより一層生じ難い。
As described above, in the present invention, at least two or more facing regions of the plurality of facing regions may not overlap in a plan view. In that case, peeling or damage of the
(第6の実施形態)
図11は、本発明の第6の実施形態に係る圧電発電装置を示す模式的断面図である。図11に示すように、圧電発電装置41は、圧電発電装置1と同様の支持体2及び接着剤層3と、圧電素子42とを備える。また、圧電素子42は、圧電発電装置1と同様の積層型圧電体5を有する。(Sixth Embodiment)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric power generation device according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the piezoelectric
圧電素子42では、積層型圧電体5の第1及び第2の主面5a,5bに第1及び第2の外層電極43,44がそれぞれ設けられている。また、積層型圧電体5の内部には、複数の第1の内層電極45〜47と、複数の第2の内層電極48,49とが設けられている。第1の内層電極45〜47及び第2の内層電極48,49は、積層型圧電体5の厚み方向、すなわち圧電体層の積層方向において対向しており、交互に配置されている。
In the
図12は、本発明の第6の実施形態で用いられている圧電素子において、第1の内層電極が設けられている平面を示す模式的透視図である。図12に示すように、第1の内層電極45は略矩形形状を有している。第1の内層電極45は、第2及び第3の側面5d,5eに至るように設けられている。また、第1の内層電極45は、第1の側面5cの一部に至るように設けられている。なお、第1の内層電極45は、第4の側面5fには至っていない。
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a plane in which the first inner layer electrode is provided in the piezoelectric element used in the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the first
そして、第1の側面5cに第1の内層電極45と電気的に接続される接続電極50が設けられている。この接続電極50は、第1の側面5cにおいて、図11の第1の主面5aから第2の主面5bに至るように上下方向に延ばされている。
The
また、第1の内層電極45が設けられていない領域に、第1のダミー電極52が設けられている。第1のダミー電極52は、第1の側面5cに至るように設けられている。第1のダミー電極52は、平面視において、第2の内層電極48,49と重ならない位置に配置されている。なお、第1のダミー電極52は、第1の内層電極45と同じ高さ位置に設けられている。また、本実施形態において、第1のダミー電極52の厚みは、第1の内層電極45と同じ厚みである。もっとも、本発明において、第1のダミー電極52の厚みは、第1の内層電極45と同じ厚みでなくともよい。
Further, the
第1の内層電極46,47は、第1の内層電極45と同じ平面形状を有している。第1の内層電極46,47と同一の平面上においても、第1のダミー電極52と同じ形状のダミー電極が同じ位置に設けられている。
The first
図13は、本発明の第6の実施形態で用いられている圧電素子において、第2の内層電極が設けられている平面を示す模式的透視図である。図13に示すように、第2の内層電極48は略矩形形状を有している。第2の内層電極48は、第2及び第4の側面5d,5fに至るように設けられている。また、第2の内層電極48は、第1の側面5cの一部に至るように設けられている。なお、第2の内層電極48は、第3の側面5eには至っていない。
FIG. 13 is a schematic perspective view showing a plane in which the second inner layer electrode is provided in the piezoelectric element used in the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, the second
そして、第1の側面5cに第2の内層電極48と電気的に接続される接続電極51が設けられている。この接続電極51は、第1の側面5cにおいて、図11の第1の主面5aから第2の主面5bに至るように上下方向に延ばされている。
A
図13に戻り、また、第2の内層電極48が設けられていない領域に、第2のダミー電極53が設けられている。第2のダミー電極53は、第1の側面5cに至るように設けられている。第2のダミー電極53は、平面視において、第1の内層電極45〜47と重ならない位置に配置されている。なお、第2のダミー電極53は、第2の内層電極48と同じ高さ位置に設けられている。また、本実施形態において、第2のダミー電極53の厚みは、第2の内層電極48と同じ厚みである。もっとも、本発明において、第2のダミー電極53の厚みは、第2の内層電極48と同じ厚みでなくともよい。
Returning to FIG. 13, the
また、第1及び第2の外層電極43,44及び第2の内層電極49は、第2の内層電極48と同じ平面形状を有している。第2の内層電極49と同一の平面上においても、第2のダミー電極53と同じ形状のダミー電極が同じ位置に設けられている。
The first and second
また、図12及び図13に示すように、接続電極50は、接続電極51と、第1の側面5cにおいて、横方向に隔てられて設けられている。なお、接続電極50と接続電極51は、異なる電位に接続されている。
Further, as shown in FIGS. 12 and 13, the
圧電発電装置41においては、平面視において、第1及び第2の内層電極45〜49と重ならない領域に第1及び第2のダミー電極52,53などの第1及び第2のダミー電極が設けられている。そのため、厚みが薄くなっている部分が少なく、製造時において、余分な変形が生じ難い。よって、上述した浮きが生じ難い。従って、圧電発電装置41においても、圧電素子42の剥離が生じ難い。また、余分な変形が生じる箇所が少ないので、圧電素子42の破損も生じ難い。よって、圧電発電装置41のように、第1及び第2のダミー電極を配置した場合においても、本発明の効果を得ることができる。
In the piezoelectric
1,21,31,41…圧電発電装置
2…支持体
2a…板状部
2a1…上面
2b…脚部
3…接着剤層
4,42…圧電素子
5…積層型圧電体
5a,5b…第1,第2の主面
5c〜5f…第1〜第4の側面
6,43…第1の外層電極
7,44…第2の外層電極
8,9…第1,第2の電極
10,12〜14,45〜47…第1の内層電極
10a…対向領域
11…第1のダミー電極
15,16,48,49…第2の内層電極
17〜19,52…第1のダミー電極
20,22,53…第2のダミー電極
23,24…第3の内層電極
25,26…第3のダミー電極
50,51…接続電極1, 2, 31, 31, 41...
Claims (6)
前記支持体に貼り合わされた圧電素子とを備え、
前記圧電素子が、
対向し合う第1及び第2の主面と、該第1及び第2の主面を結んでおり、かつ対向し合う第1及び第2の側面を有する圧電体と、
前記圧電体の内部に設けられており、前記第1の側面に引き出されている、第1の内層電極と、
前記圧電体の内部において前記第1の内層電極と同じ高さ位置に設けられており、前記第2の側面に引き出されており、前記第1の内層電極の外周縁と対向している、第1のダミー電極と、
前記圧電体の前記第1の主面上に設けられている、第1の外層電極と、
前記圧電体の前記第2の主面上に設けられている、第2の外層電極と、
を有し、
前記圧電体が、前記圧電体の内部に設けられており、前記第2の側面に引き出されており、前記圧電体の厚み方向において前記第1の内層電極と対向している、第2の内層電極
をさらに有し、
前記圧電体が、複数の前記第1及び第2の内層電極と、複数の前記第1のダミー電極とを有し、
前記第1及び第2の内層電極が、前記圧電体の厚み方向において、交互に配置されており、
前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極が対向している対向領域が複数配置されており、前記複数の対向領域のうち少なくとも2以上の対向領域が、平面視において、重なっていない、圧電発電装置。 A support,
A piezoelectric element bonded to the support,
The piezoelectric element is
A first and a second main surface facing each other, and a piezoelectric body connecting the first and the second main surface and having first and second side surfaces facing each other,
A first inner layer electrode provided inside the piezoelectric body and extended to the first side surface;
The piezoelectric element is provided inside the piezoelectric body at the same height as the first inner layer electrode, is extended to the second side surface, and is opposed to the outer peripheral edge of the first inner layer electrode. 1 dummy electrode,
A first outer layer electrode provided on the first main surface of the piezoelectric body;
A second outer layer electrode provided on the second main surface of the piezoelectric body;
Have a,
A second inner layer, wherein the piezoelectric body is provided inside the piezoelectric body, is drawn out to the second side surface, and is opposed to the first inner layer electrode in the thickness direction of the piezoelectric body. electrode
Further has
The piezoelectric body has a plurality of the first and second inner layer electrodes and a plurality of the first dummy electrodes,
The first and second inner layer electrodes are alternately arranged in the thickness direction of the piezoelectric body,
A plurality of facing regions where the first inner layer electrode and the first dummy electrode face each other are arranged, and at least two or more facing regions of the plurality of facing regions do not overlap in plan view , Piezoelectric generator.
前記圧電体の内部において前記第2の内層電極と同じ高さ位置に設けられており、前記第1の側面に引き出されており、前記第2の内層電極の外周縁と対向している、第2のダミー電極をさらに有する、請求項1又は2に記載の圧電発電装置。 The piezoelectric body,
Provided inside of the front Symbol piezoelectric at the same height position as the second inner layer electrodes, the first is led to the side surface, and an outer peripheral edge and opposite the second inner electrode, further comprising a second dummy electrodes, the piezoelectric power generator according to claim 1 or 2.
前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極が、前記第3及び前記第4の側面に至っておらず、
前記圧電体が、前記第3及び前記第4の側面のうち少なくとも一方と、前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極との間に設けられている、第3の内層電極をさらに有し、
前記第3の内層電極が、前記第1の内層電極及び前記第1のダミー電極と電気的に絶縁されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電発電装置。 The piezoelectric body further has third and fourth side surfaces that connect the first and second main surfaces and face each other,
The first inner layer electrode and the first dummy electrode do not reach the third and fourth side surfaces,
The piezoelectric body further has a third inner layer electrode provided between at least one of the third and fourth side surfaces and the first inner layer electrode and the first dummy electrode. Then
Wherein the third inner electrode, said first inner electrode and the first dummy electrode and electrically insulated, the piezoelectric power generator according to any one of claims 1-4.
前記支持体に貼り合わされた圧電素子とを備え、
前記圧電素子が、
対向し合う第1及び第2の主面と、該第1及び第2の主面を結んでいる第1〜第4の側面を有する圧電体と、
前記圧電体の内部に設けられており、前記第1〜第4の側面のうち少なくとも1つの側面に引き出されており、一方の電位に接続されている、第1の内層電極と、
前記圧電体の内部に設けられており、前記第1〜第4の側面のうち少なくとも1つの側面に引き出されており、他方の電位に接続されている、第2の内層電極と、
前記圧電体の内部において前記第1の内層電極と同じ高さ位置に設けられており、前記第1〜第4の側面のうち少なくとも1つの側面に引き出されており、前記第1の内層電極の周囲の領域に設けられており、前記第1の内層電極の外周縁と対向している、ダミー電極とを備え、
平面視において、前記第2の内層電極と重ならない領域に、前記ダミー電極が配置されており、
前記圧電体の厚み方向において前記第1の内層電極と第2の内層電極とが対向しており、
前記圧電体が、複数の前記第1及び第2の内層電極と、複数の前記ダミー電極とを有し、
前記第1及び第2の内層電極が、前記圧電体の厚み方向において、交互に配置されており、
前記第1の内層電極及び前記ダミー電極が対向している対向領域が複数配置されており、前記複数の対向領域のうち少なくとも2以上の対向領域が、平面視において、重なっていない、圧電発電装置。 A support,
A piezoelectric element bonded to the support,
The piezoelectric element is
A piezoelectric body having first and second main surfaces facing each other and first to fourth side surfaces connecting the first and second main surfaces;
A first inner layer electrode, which is provided inside the piezoelectric body, is drawn to at least one side surface of the first to fourth side surfaces, and is connected to one potential,
A second inner layer electrode that is provided inside the piezoelectric body, is drawn to at least one side surface of the first to fourth side surfaces, and is connected to the other potential,
It is provided at the same height position as the first inner layer electrode inside the piezoelectric body, and is drawn out to at least one side face of the first to fourth side faces, and A dummy electrode that is provided in a peripheral region and faces the outer peripheral edge of the first inner layer electrode ,
In a plan view, the dummy electrode is arranged in a region that does not overlap with the second inner layer electrode ,
The first inner layer electrode and the second inner layer electrode face each other in the thickness direction of the piezoelectric body,
The piezoelectric body has a plurality of the first and second inner layer electrodes and a plurality of the dummy electrodes,
The first and second inner layer electrodes are alternately arranged in the thickness direction of the piezoelectric body,
A plurality of facing regions in which the first inner layer electrode and the dummy electrode face each other are arranged, and at least two or more facing regions of the plurality of facing regions do not overlap in a plan view. ..
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