JPH03251261A - 発電機構付電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発電機構付電子機器に関し、特に、生体内の
振動を利用して電子回路を駆動するように構成された発
電機構付電子機器に関する。

〔従来の技術〕

近年、ペースメーカー等のように、生体内に埋込まれて
駆動される医療用電子機器が種々開発されてきている。

これらの電子機器は、通常、超小型の電池を組み込んだ
形態で生体内に埋込まれる。

従って、電池が消耗した場合、新たな電池と交換する必
要があった。

埋込まれる医療用電子機器の消費電力は極力小さくなる
ように努力されているが低電力化にも限度があり、現時
点では、ある程度の期間経過後に電池を交換する必要が
あった。

生体内に埋込まれている電池を交換するには、当然のこ
とながら、外科的な手術が必要となる。

従って、電池交換のためだけに手術を施す必要があるた
め、患者に対して大きな負担を与えていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

よって、本発明の目的は、電池に代えて、生体内で電力
を発生し得る機構が備えられた新規な発電機構付電子機
器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかる発電機構付電子機器は、圧電部材を有し
、生体内に埋込まれた状態で生体内の振動により電荷を
発生するように構成された圧電式発電機構と、この圧電
式発電機構により発生された電荷を蓄積するコンデンサ
と、コンデンサに蓄えた電荷で駆動されるように該コン
デンサに接続された電子回路とを備える。

また、本発明における圧電式発電機構では、少なくとも
生体内の振動を受ける圧電部材が生体内に埋込まれてい
ることが必要であるが、好ましくは、圧電式発電機構、
コンデンサ及び電子回路のすべてが生体内に埋込まれる
。このように構成することにより、自己発電式の埋込型
医療用電子機器とすることができる。

また、好ましくは、圧電式発電機構、コンデンサ及び電
子回路のすべてが、個別に、あるいは−体化されて生体
適合性セラミックスで被覆される。

生体適合性セラミックスとしては、例えばアパタイトが
好適に用いられる。この種の生体適合性セラミックスを
用いて圧電式発電機構、コンデンサ及び電子回路を被覆
することにより、生体内に長期間埋込んだとしても、本
発明の発電機構付電子機器は生体に対して、悪影響を及
ぼさない。

〔作用及び発明の効果］ 本発明の発電機構付電子機器では、生体内の振動を利用
することにより、圧電式発電機構において電荷が発生さ
れる。そして、発生された電荷がコンデンサに蓄積され
、該コンデンサに接続された電子回路に該電荷に基づく
電力が供給される。

すなわち、生体内の振動を利用して電力が得られるよう
に構成されている。

従って、埋込型の医療用電子機器において電池を省略す
ることができるため、電池交換のだめの外科的な手術の
必要性を無くすことができる。また、電池と併用した場
合においても、電池の消耗度を低減し得るため、電池の
寿命が延び、その結果、やはり外科的な手術の回数を大
幅に低減することができる。

〔実施例の説明〕

第１図は、本発明の一実施例の発電機構付電子機器の概
略を説明するための回路図である０本実施例では、圧電
式発電機構として圧電バイモルフ１が備えられている。

圧電バイモルフ１は、円板状の金属Ｆｉ２の一方主面に
金属板２より小さな径の円板状の圧電素子３を貼り付け
た構成を有する。

この圧電バイモルフ１は、生体内の振動を受けて電荷を
発生させるために設けられているものである。従って、
該圧電バイモルフ１は、心拍あるいは肺の呼吸等に基づ
く振動が伝えられる位置に埋込まれる。

圧電バイモルフ１を構成する圧電材料としては、電気−
機械変換効率の高い、圧電定数ｄの大きな材料、例えば
チタン酸ジルコン酸鉛が好適に用いられる。

圧電バイモルフｌの圧電素子３の一方の電極がらリード
線４が引出されている。他方の電極は金属板２に電気的
に接続されており、該金属板２から他方のリードｗＡ５
が引出されている。リード４５は、それぞれ、整流回路
６に接続されている。

整流回路６は、ダイオード６８〜６ｄを接続することに
より構成されている。圧電バイモルフ１で発生した電荷
は、その極性が様々であるため、整流回路６を通すこと
により整流される。

整流回路６の後段には、コンデンサ７が接続されている
。コンデンサ７に、整流口８Ｇで整流された電荷が蓄え
られる。コンデンサ７をも生体内に埋込む場合には小型
であることが好ましい。従って、０．ＩＦ程度の容量の
電気二重層コンデンサが好適に用いられる。

コンデンサ７の後段には、定電圧回路８が接続されてお
り、該定電圧回路８の出力が電子回路９に与えられるよ
うに構成されている。定電圧回路８がコンデンサ７と電
子回路９との間に接続されているのは、コンデンサ７に
蓄積される電荷量により放電電圧が変化するため、定電
圧回路８を通すことにより一定電圧の電流を電子回路９
に与えるためである。電子回路９としては、例えばペー
スメーカー等の埋込型医療用機器の回路が挙げられる。

本実施例では、圧電バイモルフ１において生体内の振動
に基づいて電荷が発生され、該電荷が整流回路６により
整流されてコンデンサ７に蓄えられる。そして、コンデ
ンサ７に蓄積された電荷が、定電圧回路８を通して一定
電圧の電流として電子回路９に与えられる。よって、電
子回路９には、電池を必要とせずに、生体内の振動に基
づいた駆動電力が与えられる。従って、電池交換を必要
としないため、電池交換に際しての外科的な手術を省略
することができる。

もっとも、上記実施例では、電子回路９は、圧電バイモ
ルフｌによって発生された電荷で駆動されるように構成
されているが、電子回路９の入力端１０．１１に、電池
（図示せず）からも電力が与えられ得るように構成して
もよい。すなわち、本実施例の発電機構を電池と切り換
えて用い得るように構成してもよい。その場合には、電
池の消耗度を低減することができるため、やはり従来法
に比べて電池交換の回数を大幅に低減することができ、
外科的手術の回数を低減することができる。

上述した圧電バイモルフ１、整流回路６、コンデンサ７
、低電圧回路８及び電子回路９は、例えば第２図に示す
ように金属製のケース１２内に収納されて、生体内に埋
込まれる。第２図において、１３は回路基板を示し、該
回路基板１３上に、整流回路６、コンデンサ７、定電圧
回路８及び電子回路９が構成されている。

もっとも、電子回路９がペースメーカーである場合には
、生体に電気的な刺激を与える部分１４はケース１２か
ら突出されるように配置される。

また、圧電バイモルフ１についても、生体内の振動を受
けるために、ケース１２から露出するように配置されて
いる。そして、電子回路のケース】２から露出される部
分】４を除いた他のケース外周面は、すべて、生体適合
性セラミックス１５により被覆されている。生体適合性
セラミックス１５としては、リン酸カルシウム、特にア
パタイトが好適に用いられる。アパタイトは、生体適合
性に優れ、長期間生体内に埋込んだとしたも生体に悪影
響を与えない、よって、電池交換を省略することができ
るため長期間埋込まれる本実施例の電子機器において、
この生体適合性セラミックスの特性が効果的に発揮され
ることになる。

なお、ケース１２の周囲を生体適合性セラミックス１５
により被覆したが、ケース１２自体をアパタイト等の生
体適合性セラミックスにより構成してもよい。

また、第２図では、圧電バイモルフ１、整流回路６、コ
ンデンサ７、低電圧回路８及び電子回路９のすべてが生
体内に埋込まれるように構成されていたが、必ずしもす
べての部材を生体内に埋込む必要はない、すなわち、生
体内の振動により電荷を発生させる圧電バイモルフ１と
、生体内に埋込まれる電子回路９を除いた他の回路構成
は生体外に配置されてもよい。

なお、上記実施例では、圧電式発電機構は、円板状の圧
電バイモルフ１で構成されていたが、用い得る圧電バイ
モルフとしては、金属板の両面に圧電素子を貼り合わせ
たものであってもよい、また、複数枚の圧電素子を貼り
合わせてなる圧電バイモルフを用いることも可能である
。さらに、圧電バイモルフの形状については、円板状の
ものに限らず、矩形板状等任意の形状とすることもでき
る。

また、圧電式光ｔｉ構を構成する部材としては、図示の
ような圧電バイモルフに限らず、厚み方向振動を利用し
た積層型の圧電バイモルフを用いることも可能である。

さらに、円柱状、円筒状等の圧電素子を用いてもよい。

圧電バイモルフ１を生体内に埋込むにあたっては、生体
の振動を効率よく受けるには、圧電バイモルフ１の外周
部分を適宜のケース部分等で支持し、生体内の振動が圧
電バイモルフ１の中央に効率よく与えられるように埋込
むことが好ましい。

さらに、生体内に埋込む場合にはフレキシブル性も要求
されるため、フレキシブルな高分子圧電体からなる圧電
式発電機構も効果的である。同様に、圧電セラミックス
に高分子圧電体を複合させた複合圧電体を用いることも
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の発電機構付電子機器を示す
略図的回路図、第２図は第１図実施例の発電機構付電子
機器をケースに組み込んだ状態を説明するための略図的
断面図である。 図において、１は圧電式発電機構を構成するための圧電
バイモルフ、３は圧電素子、７はコンデンサ、８は定電
圧回路、９は電子回路を示す。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）圧電部材を有し、生体内に埋込まれて生体内の振
   動により電荷を発生するように構成された圧電式発電機
   構と、 前記発電機構において発生した電荷を蓄積するためのコ
   ンデンサと、 前記コンデンサに蓄えられた電荷で駆動されるように、
   該コンデンサに接続された電子回路とを備えることを特
   徴とする発電機構付電子機器。（２）前記圧電式発電機
   構、コンデンサ及び電子回路が、すべて生体内に埋込ま
   れている請求項１に記載の発電機構付電子回路。 （３）前記圧電式発電機構、コンデンサ及び電子回路が
   、生体適合性セラミックスで被覆されている請求項２に
   記載の発電機構付電子機器。 （４）前記生体適合性セラミックスがアパタイトである
   請求項３に記載の発電機構付電子機器。