JPH09211151A - Producing method of generator, portable equipment and piezoelectric body - Google Patents

Producing method of generator, portable equipment and piezoelectric body

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Publication number
JPH09211151A
JPH09211151A JP8013533A JP1353396A JPH09211151A JP H09211151 A JPH09211151 A JP H09211151A JP 8013533 A JP8013533 A JP 8013533A JP 1353396 A JP1353396 A JP 1353396A JP H09211151 A JPH09211151 A JP H09211151A
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JP
Japan
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piezoelectric body
rotary weight
power
piezoelectric
power generator
Prior art date
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Pending
Application number
JP8013533A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsukasa Funasaka
司 舩坂
Osamu Takahashi
理 高橋
Hajime Miyazaki
肇 宮崎
Satoru Miyashita
悟 宮下
Makoto Furuhata
誠 古畑
Taiji Hashimoto
泰治 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09211151A publication Critical patent/JPH09211151A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a generator provided with a piezoelectric body generating power by displacement due to added force, which ensures sufficient power generation by the vibration of cars and by human motion and provide a portable electronic components using this generator. SOLUTION: A piezoelectric body 20 with a slim belt shape is formed in spiral shape and made containable inside a case 1. As the slim piezoelectric body 20 has a small spring constant and generates large displacement with a specific force F, the power generated by the displacement becomes large. Thus, by catching the movement of the wrist of user, a sufficient power is obtained and a power generator and portable components using an actually usable piezoelectric body can be provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機械的な振動を用
いて発電する発電装置に関し、特に、時計などの小型・
携帯型機器に搭載でき、日常生活で発生するエネルギー
を電気エネルギーに効率良く変換して利用できる圧電体
を用いた発電装置および携帯機器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator that generates electric power by using mechanical vibration, and particularly to a small size watch or the like.
The present invention relates to a power generation device and a mobile device using a piezoelectric body that can be mounted on a mobile device and efficiently convert energy generated in daily life into electric energy for use.

【0002】[0002]

【従来の技術】時計などの携帯用電子機器をボタン電池
などに代わって恒久的な電源によって駆動する方法が幾
つか考えられている。例えば、太陽電池を用いた時計が
市販されており、電池の交換の手間を省いて恒久的に時
計を使用できる。また、圧電素子を用いて時計を機能さ
せることが考案されており、例えば、腕時計本体の厚み
方向に振動する膜状の圧電素子を用いて発電を行い、こ
の電力を用いて時計を機能させる技術が実開昭63−7
2593号公報に記載されている。しかしながら、この
圧電素子を用いた腕時計は、時計の装着された手首を時
計の厚み方向に激しく振動させないと十分な発電量が得
られず、実際に一般のユーザーが使用することは困難で
ある。
2. Description of the Related Art Several methods of driving a portable electronic device such as a watch with a permanent power source instead of a button battery have been considered. For example, a timepiece using a solar cell is commercially available, and the timepiece can be permanently used without the need for battery replacement. Further, it has been devised to make a timepiece function using a piezoelectric element. For example, a technology for making a timepiece function by using a film-shaped piezoelectric element that vibrates in the thickness direction of a wristwatch body to generate electricity. Is the actual exploitation Sho 63-7
No. 2593. However, in a wristwatch using this piezoelectric element, a sufficient amount of power cannot be obtained unless the wrist on which the timepiece is mounted is violently vibrated in the thickness direction of the timepiece, and it is difficult for a general user to actually use it.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、情報処理装置や
通信機器の小型化が進み、時計のみならず様々な機能を
搭載した携帯型の電子機器装置が開発されている。これ
らの駆動源は全て電池であり、電池が切れると動作を停
止してしまう。従って、継続して携帯型機器のサービス
を受けるためには、予備の電池を用意したり、電池の切
替え時にメモリーが蒸発しないようにするなどの対処が
必要である。さらに、携帯用の小型の電池が購入できな
い地域や、災害などによって電池の入手が困難になる
と、これらの携帯型機器は使用できない。また、携帯用
の機器が普及されるにつれて廃棄された電池も増加し、
これらを処理する問題も起きる。
In recent years, miniaturization of information processing devices and communication devices has progressed, and portable electronic device devices equipped with not only a clock but also various functions have been developed. All of these driving sources are batteries, and when the batteries run out, the operation stops. Therefore, in order to continuously receive the service of the portable device, it is necessary to prepare a spare battery or prevent the memory from evaporating when the battery is switched. Furthermore, in areas where small portable batteries cannot be purchased, or when it becomes difficult to obtain batteries due to disasters, these portable devices cannot be used. Also, as portable devices have become popular, the number of discarded batteries has increased,
The problem of handling these also arises.

【0004】上記の圧電素子を発電装置として用いた携
帯用の機器は、このような電池の消費に係る問題はな
く、ランニングコストを抑えて何時でも何処でも使用で
きる携帯型機器を提供できる。しかしながら、従来の圧
電素子を用いた携帯型機器は、上述したように、現実的
に携帯型機器を使用できるほど十分な発電量を得ること
は難しい。
The portable device using the above-mentioned piezoelectric element as a power generator does not have such a problem of battery consumption, and it is possible to provide a portable device which can keep running cost and can be used anytime and anywhere. However, as described above, it is difficult for a conventional portable device using a piezoelectric element to obtain a sufficient amount of power generation so that the portable device can actually be used.

【0005】そこで、本発明においては、腕の運動な
ど、ユーザーが日常動作で発生させている運動エネルギ
ー、あるいは、装置が設置されている環境下における運
動エネルギー、例えば、回転や振動といったエネルギー
を効率良く用いて発電可能な圧電体を用いた発電装置を
提供することを目的としている。特に、これらの自然界
の密度の低いエネルギーを有効に活用し、ユーザーが意
識して腕を振ったりすることなく十分な発電量が確保可
能であり、十分に携帯型機器を稼働させられる発電装置
および携帯型機器を提供することを目的としている。そ
して、携帯型機器を何時でも何処でも利用可能とし、電
池の交換に係るランニングコストを削減し、電池の廃棄
などの問題を解決できる発電装置および携帯型機器を提
供することを目的としている。
Therefore, in the present invention, the kinetic energy generated by the user in daily activities such as arm movements or the kinetic energy in the environment where the device is installed, for example, energy such as rotation and vibration is efficiently used. It is an object of the present invention to provide a power generation device that uses a piezoelectric body that can be frequently used to generate power. In particular, it is possible to effectively utilize these low-energy densities in the natural world, to secure a sufficient amount of power generation without the user consciously waving their arms, and to generate a power generator that can operate portable devices sufficiently. The purpose is to provide a portable device. Then, it is an object of the present invention to provide a power generation device and a portable device that enable the portable device to be used anytime and anywhere, reduce the running cost for battery replacement, and solve problems such as battery disposal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】ある力Fでバネ定数kの
バネを変形させると、バネの変位xとエネルギーUは、
以下の式で表される。
When a spring having a spring constant k is deformed by a certain force F, the displacement x of the spring and the energy U are
It is expressed by the following formula.

【0007】 F = k・x ・・・(1) U = 1/2・k・x2 = 1/2・F・x = 1/2・F2 /k ・・・(2) 圧電体に加えられた機械エネルギーUは、電気機械結合
係数(以下、結合係数)の比率で電気エネルギーEに変
換されて出力される。この結合係数は、圧電体における
電気−機械の変換効率を表し、機械エネルギーUと変換
された電気エネルギーEの比の平方根によって表され
る。この結合係数の値は弾性波の伝搬方向と電圧の方向
によってほぼ一定しており、例えば、発電の多くに用い
られる弾性波の伝搬方向と電圧の方向が直交するモー
ド、すなわち、横効果を用いた発電では10%程度であ
る。従って、圧電体に加えられた力Fから効率良く電気
エネルギーを出力するためには、できるだけ大きな機械
エネルギーUを発生させることが重要であり、そのため
には、式(2)から判るように、バネ定数の小さな圧電
体を用いて、力Fによる圧電体の変位xを大きくするこ
と望ましい。
F = k · x (1) U = 1/2 · k · x2 = 1/2 · F · x = 1/2 · F2 / k (2) Applied to the piezoelectric body The mechanical energy U is converted into the electrical energy E at the ratio of the electromechanical coupling coefficient (hereinafter, coupling coefficient) and output. This coupling coefficient represents the electro-mechanical conversion efficiency of the piezoelectric body and is represented by the square root of the ratio of the mechanical energy U and the converted electric energy E. The value of this coupling coefficient is almost constant depending on the propagation direction of the elastic wave and the direction of the voltage.For example, a mode in which the propagation direction of the elastic wave and the direction of the voltage used in many power generations are orthogonal, that is, the lateral effect is used. The generated power is about 10%. Therefore, in order to efficiently output the electric energy from the force F applied to the piezoelectric body, it is important to generate the mechanical energy U as large as possible. For that purpose, as can be seen from the equation (2), the spring It is desirable to increase the displacement x of the piezoelectric body due to the force F by using a piezoelectric body having a small constant.

【0008】そこで、本発明においては、細長い帯状の
圧電体を採用し、この圧電体を変位させることによっ
て、力Fによって発生させられる大きな発電量が得られ
るようにしている。そして、細長い帯状の圧電体を収納
し易く、また、圧電体に所定の力を印加し易くするため
に、圧電体の長手方向に湾曲部を設けて螺旋状、コイル
状あるいは円弧状などの形状に成形している。すなわ
ち、本発明の発電装置は、長手方向に少なくとも1つの
湾曲部が形成された帯状の圧電体と、この圧電帯の表面
の少なくとも1部に接続された導電体と、この導電体に
接続された整流手段とを有することを特徴としている。
従って、圧電体は、螺旋状、コイル状および円弧状など
の形状、あるいは、これらを組み合わせたような形状に
成形される。
Therefore, in the present invention, an elongated strip-shaped piezoelectric body is employed, and by displacing the piezoelectric body, a large amount of power generation generated by the force F can be obtained. Further, in order to easily store the elongated strip-shaped piezoelectric body and to easily apply a predetermined force to the piezoelectric body, a curved portion is provided in the longitudinal direction of the piezoelectric body to form a spiral shape, a coil shape, or an arc shape. It is molded into. That is, the power generation device of the present invention includes a strip-shaped piezoelectric body having at least one curved portion formed in the longitudinal direction, a conductor connected to at least a part of the surface of the piezoelectric strip, and a conductor connected to the conductor. And rectifying means.
Therefore, the piezoelectric body is formed into a spiral shape, a coil shape, an arc shape, or a combination thereof.

【0009】このような形状の圧電体は、圧電素材層の
みで形成することも可能であり、あるいは、長手方向に
少なくとも1つの湾曲部が形成された帯状の支持体を用
いて、その一方あるいは両側面に圧電素子層を設けるこ
とによっても形成できる。また、圧電体に、直にあるい
は導電体を挟んで複数の圧電素子層を積層することによ
って、発電装置の使用環境や消費側の機器に合わせて圧
電体から出力される電力の電流あるいは電圧を設定でき
る。さらに、支持体としてチタンあるいは燐青銅などの
導電性の素材を採用するとによって支持体を導電体とし
て兼用することも可能である。
The piezoelectric body having such a shape can be formed only by the piezoelectric material layer, or by using a belt-shaped support body having at least one curved portion formed in the longitudinal direction, one or both of them can be used. It can also be formed by providing piezoelectric element layers on both sides. In addition, by stacking a plurality of piezoelectric element layers directly on the piezoelectric body or with a conductor sandwiched therebetween, the current or voltage of the electric power output from the piezoelectric body can be adjusted according to the usage environment of the power generator and the equipment on the consumption side. Can be set. Furthermore, by adopting a conductive material such as titanium or phosphor bronze as the support, the support can also be used as the conductor.

【0010】さらに、人体の動きや車の振動などの自然
に発生する動きを効果的に捉えて圧電体に力を発生させ
るためには、圧電体の一方の端部を基盤に支持し、さら
に、他方の端部に重りを付加することが望ましい。ま
た、圧電体の形状や、支持体によって圧電体に弾性が与
えられる場合は、圧電体の伸縮可能な方向を圧電体に印
加される加速度の方向とほぼ一致させることにより、力
Fによる圧電体の変位を大きくできる。加速度の方向や
大きさが変化するような環境においては、発生頻度が高
く大きな加速度の方向に伸縮可能な方向を設定すること
が望ましい。
Further, in order to effectively capture a naturally occurring movement such as a movement of a human body or a vibration of a car to generate a force in the piezoelectric body, one end of the piezoelectric body is supported on a base, , It is desirable to add a weight to the other end. In addition, when the shape of the piezoelectric body or elasticity is imparted to the piezoelectric body by the support, the direction in which the piezoelectric body can expand and contract is made to substantially coincide with the direction of the acceleration applied to the piezoelectric body, so that the piezoelectric body with the force F is applied. The displacement of can be increased. In an environment in which the direction or magnitude of acceleration changes, it is desirable to set a direction in which the frequency of occurrence is high and the direction of large acceleration can expand and contract.

【0011】また、螺旋状のゼンマイや、コイル状の圧
電体を円周に沿って収納したような一方の端、すなわち
基端が、支持された側の他方の端、すなわち先端に対し
旋回運動する圧電体においては、釣り合いの取れた中立
の位置から旋回運動を行うときに、中立の位置から旋回
運動を開始する方向が加速度の方向とほぼ一致している
ことが望ましい。また、基盤に支持されて所定の旋回面
に沿って旋回運動する回転錘を用いて、圧電体を変位さ
せることも可能である。回転錘を備えた発電装置におい
ては、圧電体の湾曲部を回転錘の旋回面にほぼ沿って平
行な面内で湾曲させることにより、薄い空間に変位する
量の大きな圧電体を納めることが可能となる。そして、
圧電体の一方の端部(基端)を基盤に支持し、他方の端
部(先端)を回転錘の旋回運動に伴い変位させることに
より、効率良く発電できる。先端は、回転錘の先端側に
取り付けても良く、あるいは回転錘の旋回運動を輪列な
どを介して増速して先端を駆動する増速手段を設けても
良い。
Further, one end, that is, the base end, in which a spiral spiral spring or a coil-shaped piezoelectric body is housed along the circumference, is rotated with respect to the other end, that is, the tip end on the supported side. In the piezoelectric body, when the turning motion is performed from the balanced neutral position, the direction in which the turning motion starts from the neutral position is preferably substantially the same as the acceleration direction. Further, it is also possible to displace the piezoelectric body by using a rotary weight that is supported by the base and rotates along a predetermined rotation surface. In a power generator equipped with a oscillating weight, by bending the curved portion of the piezoelectric body in a plane that is substantially parallel to the swivel plane of the oscillating weight, it is possible to accommodate a large amount of piezoelectric material that is displaced in a thin space. Becomes And
By supporting one end (base end) of the piezoelectric body on the base and displacing the other end (tip) with the turning motion of the rotary weight, efficient power generation can be achieved. The tip may be attached to the tip side of the rotary weight, or a speed increasing means may be provided to drive the tip by increasing the rotational movement of the rotary weight via a train wheel or the like.

【0012】回転錘を備えた発電装置においては、回転
錘が中立な状態のときに、回転錘の重心が回転錘の旋回
中心に対し加速度の方向とほぼ直角な方向に位置するこ
とが望ましく、これによって、加速度が加わると回転錘
は加速度の方向とほぼ一致した方向に旋回を始め、加速
度を効率よく活用して発電を行える。重力を加速度とし
た場合は、鉛直面内で旋回運動する回転錘が静止したと
きに、その重心が回転錘の旋回中心に対し水平な方向に
位置することが望ましい。
In the power generator having the rotary weight, when the rotary weight is in a neutral state, it is desirable that the center of gravity of the rotary weight be positioned substantially perpendicular to the direction of acceleration with respect to the center of rotation of the rotary weight. As a result, when acceleration is applied, the rotary weight starts to turn in a direction substantially coincident with the direction of acceleration, and the acceleration can be used efficiently to generate electricity. When gravitational force is used as the acceleration, it is desirable that the center of gravity of the rotary weight, which is rotating in the vertical plane, be stationary in a direction horizontal to the center of rotation of the rotary weight.

【0013】また、発電装置の整流手段から出力された
電流を蓄積する蓄電手段を設けることにより、携帯型の
電力供給装置を実現できる。さらに、この蓄電手段から
供給された電力によって処理を行う処理装置を設けるこ
とにより、携帯型で、何時でも何処でも継続して使用で
きる携帯型機器を実現できる。また、圧電体に、発電装
置に印加される頻度の多い加速度によって、処理装置に
供給される規定電圧の1〜7倍の開放端電圧を初期に発
生する能力を持たせることにより、発電効率を向上でき
る。
Further, by providing a storage means for accumulating the current output from the rectification means of the power generator, a portable power supply device can be realized. Furthermore, by providing a processing device that performs processing with the electric power supplied from the power storage unit, it is possible to realize a portable device that is portable and can be continuously used anytime and anywhere. Further, by giving the piezoelectric body the ability to initially generate an open-ended voltage that is 1 to 7 times the specified voltage supplied to the processing device by the acceleration frequently applied to the power generation device, the power generation efficiency is improved. Can be improved.

【0014】さらに、発電装置を収納して手首に装着さ
れる薄型のケースを備えた手首装着型の携帯型機器にお
いては、回転錘がケース内で旋回するように設けられて
おり、ケースがほぼ水平のときに、回転錘の重心をケー
スの中指の方向から親指に向かって90度から180度
の間に位置に設定することが望ましい。左手首の外側に
はめられる時計などの携帯型機器においては、中指の方
向を3時方向としたときに、回転錘の重心を6時方向か
ら9時方向の間の位置に設定することが望ましい。手首
に装着された機器においてはユーザーが立っているとき
に3時方向が下に向く頻度が大きく、また、ユーザーが
座っているときに12時方向が下に向く頻度が大きい。
従って、回転錘が重力の影響を受けない、たとえば、手
の甲が水平方向を向いた状態において、6時方向から9
時方向にあると3時方向あるいは12時方向が下を向く
と必ず回転錘が回転する。このため、圧電体が手首の動
きに伴って効率良く変形し、ユーザーが意識して手や体
を動かすことなく十分な発電量を得ることができる。
Further, in a wrist-worn portable device having a thin case for accommodating a power generator and mounted on the wrist, a rotary weight is provided so as to rotate in the case, and the case is almost the same. When horizontal, it is desirable to set the center of gravity of the rotary weight at a position between 90 degrees and 180 degrees from the direction of the middle finger of the case toward the thumb. In a portable device such as a watch worn on the outside of the left wrist, when the direction of the middle finger is set to 3 o'clock, it is desirable to set the center of gravity of the rotary weight to a position between 6 o'clock and 9 o'clock. . In the case of a device worn on the wrist, the 3 o'clock direction often goes downward when the user is standing, and the 12 o'clock direction often goes downward when the user is sitting.
Therefore, when the rotary weight is not affected by gravity, for example, when the back of the hand faces the horizontal direction,
When it is in the time direction, the rotating weight always rotates when the 3 o'clock direction or the 12 o'clock direction faces downward. Therefore, the piezoelectric body is efficiently deformed with the movement of the wrist, and a sufficient amount of power generation can be obtained without the user consciously moving the hand or body.

【0015】一方、ケースを中指の方向から小指に向か
って45度の方向(上記の左手首にはめられる機器にお
いては1時30分の方向)を鉛直下向きに設定ときに、
回転錘の重心はケースの中指の方向から親指に向かって
0度から90度(3時方向から6時方向)の間、あるい
はケースの中指の方向から小指に向かって90度から1
80度(9時方向から12時方向)の間のいずれかに位
置することが望ましい。左手首に装着される機器を例に
説明すると、1時30分の方向が下になったときに、3
時方向から6時方向、あるいは9時方向から12時方向
の間に回転錘の重心があると、手の動きや振動などによ
る加速度の方向が回転錘が旋回を始める方向と一致す
る。このため、手首の動きや人体の動きを効率よく捉え
て少ない動きであっても十分な発電量を確保できる。
On the other hand, when the case is set vertically downward in the direction of 45 degrees from the direction of the middle finger toward the little finger (the direction at 1:30 in the above-mentioned device worn on the left wrist),
The center of gravity of the rotary weight is from 0 to 90 degrees from the direction of the middle finger of the case to the thumb (from 3 o'clock to 6 o'clock) or from 90 degrees to 1 from the direction of the middle finger of the case to the little finger.
It is desirable to be located anywhere between 80 degrees (9 o'clock to 12 o'clock). As an example of a device worn on the left wrist, when the direction at 1:30 is down, 3
When the center of gravity of the rotary spindle is between the time direction and the 6 o'clock direction, or between the 9 o'clock direction and the 12 o'clock direction, the direction of acceleration due to hand movement, vibration, etc. coincides with the direction in which the rotary spindle starts turning. Therefore, the movement of the wrist and the movement of the human body can be efficiently captured, and a sufficient amount of power generation can be secured even with a small movement.

【0016】このような発電装置あるいは携帯型機器に
適した湾曲部を備えた圧電体は、圧電性セラミックの粉
末を用いてグリーンシートに製膜する工程と、このグリ
ーンシートを焼失性の膜材を挟んで巻き重ねる工程と、
巻き重ねられたグリーンシートを焼結する工程とを有す
ることを特徴とする製造方法によって容易に量産でき
る。さらに、焼結された圧電体を軸方向に垂直に切断す
ることにより、幅の細い圧電体を得ることができる。ま
た、複数のグリーンシートと焼失性の膜材を交互に挟ん
で巻き重ねることにより、さらに量産化が図れる。
A piezoelectric body having a curved portion suitable for such a power generator or a portable device has a step of forming a film on a green sheet by using a powder of piezoelectric ceramic, and a film material which burns this green sheet. And the process of wrapping with sandwiching,
A mass production can be easily performed by a manufacturing method characterized in that it has a step of sintering the wound green sheets. Further, by cutting the sintered piezoelectric body perpendicularly to the axial direction, a piezoelectric body having a narrow width can be obtained. Further, mass production can be further achieved by alternately sandwiching and winding a plurality of green sheets and a burnable film material.

【0017】また、支持体を備えた圧電体においては、
支持体の少なくとも湾曲部を圧電体の組成を含んだ混合
溶液中で水熱処理することによって、湾曲部に圧電素子
層を容易に形成できる。また、支持体はチタン製とした
り、支持体の表面を選択的にチタンによって形成するこ
とにより、重りの装着する先端などを除いて圧電素子層
を設けるなどの作業が簡単にできる。
Further, in the piezoelectric body provided with the support,
By hydrothermally treating at least the curved portion of the support in a mixed solution containing the composition of the piezoelectric body, the piezoelectric element layer can be easily formed on the curved portion. Further, the support is made of titanium, or the surface of the support is selectively formed of titanium, so that the work such as providing the piezoelectric element layer except the tip end where the weight is mounted can be easily performed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいてさ
らに詳しく説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will now be described in more detail with reference to the drawings.

【0019】〔実施例1〕図1に本発明の実施例1に係
る発電装置を備えた腕時計を有する携帯型機器の概要を
示してある。本例の携帯型機器10は、ケース1の内部
に収納された圧電体20および圧電体20から得られた
交流電流を整流する整流回路2を備えた発電部8を有し
ている。さらに、この発電部8から出力された直流電流
を蓄積する蓄電回路4、蓄電回路4を介して供給された
電力によって計時処理を行う処理装置6を備えている。
処理装置6は、時計部7を駆動したりアラーム処理を行
うなどの計時処理の他にラジオ、ページャあるいパソコ
ンなどの機能を備えているものであってももちろん良
い。また、本例では、蓄電回路4にコンデンサ5を用い
ているが、2次電池などの電力蓄積能力を備えたもので
あれば良い。整流回路2は、本例のようにダイオード3
を用いた全波整流に限定されず、半波整流回路であって
も良く、インバータなどを用いた整流回路であってもも
ちろん良い。図1では本例の腕時計機能を備えた携帯型
機器を概念図を用いて示してあるが、整流回路2、蓄電
回路4および処理装置6などは、後述する回転錘13な
どと平面的に重なる様にケース1の内部に配置されてお
り、装置全体の小型化が図られている。さらに、本例の
携帯型機器10は、ケース1の図面上の上下に腕に嵌め
るためのバンド18が取り付けられており、これらのバ
ンドの間に処理装置6を制御したり、機械的に時刻を修
正するための竜頭19が設けられている。本例の携帯型
機器10においては、左手首の外側に位置するように装
着すると竜頭19が中指の方向を向き、3時の方向を示
す位置に設けられている。従って、この中指の方向に対
し、小指側に90度の箇所が12時方向であり、中指の
方向から親指側に90度の箇所が6時の方向である。ま
た、竜頭19と反対側の方向が9時の方向となってい
る。なお、竜頭19の位置は、本例に限定されるもので
はなく、4時の方向などに設けることももちろん可能で
ある。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows an outline of a portable device having a wristwatch provided with a power generator according to Embodiment 1 of the present invention. The portable device 10 of the present example has a power generation unit 8 including a piezoelectric body 20 housed inside a case 1 and a rectifier circuit 2 that rectifies an alternating current obtained from the piezoelectric body 20. Further, it is provided with a power storage circuit 4 that stores the direct current output from the power generation unit 8 and a processing device 6 that performs a time counting process with the electric power supplied via the power storage circuit 4.
The processing device 6 may of course have a function of a radio, a pager or a personal computer in addition to the time counting process such as driving the clock unit 7 or performing an alarm process. Further, in this example, the capacitor 5 is used for the power storage circuit 4, but any device having a power storage capacity such as a secondary battery may be used. The rectifier circuit 2 has a diode 3 as in this example.
It is not limited to the full-wave rectification using, and may be a half-wave rectification circuit or a rectification circuit using an inverter or the like. In FIG. 1, a portable device having a wristwatch function of this example is shown using a conceptual diagram, but the rectifier circuit 2, the storage circuit 4, the processing device 6 and the like overlap in plan view with a rotary weight 13 and the like which will be described later. As described above, it is arranged inside the case 1, and the overall size of the device is reduced. Further, the portable device 10 of the present example is provided with the bands 18 for fitting on the upper and lower parts of the case 1 in the drawing, and controls the processing device 6 between these bands, or mechanically sets the time. A crown 19 for correcting the is provided. In the portable device 10 of this example, the crown 19 faces the direction of the middle finger when mounted so as to be positioned outside the left wrist, and is provided at a position indicating the 3 o'clock direction. Therefore, with respect to the direction of the middle finger, the position of 90 degrees on the little finger side is the 12 o'clock direction, and the position of 90 degrees on the thumb side from the direction of the middle finger is the 6 o'clock direction. The direction opposite to the crown 19 is the 9 o'clock direction. The position of the crown 19 is not limited to this example, and it is of course possible to provide it in the direction of 4 o'clock or the like.

【0020】本例の携帯型機器10の発電部8には、細
長く帯状に成形されたバイモルフタイプの圧電体20が
用いられており、この圧電体20がケース1の内部にゼ
ンマイと同様に螺旋状に巻かれて収納されている。本例
の圧電体20は、図2に示すように帯状のセラミック、
例えばジルコニアの両側面に金属ペーストを塗布して導
通させたものをシム材25として用いており、この両側
面に2層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧
電素子層26aおよび26bを形成してある。これら圧
電素子層26aおよび26bの表面には、アルミニウム
などによる電極27aおよび27bが形成されており、
それぞれの圧電素子層26aおよび26bは、シム材2
5から電極27aおよび27bの方向に分極されてい
る。このようなゼンマイ状にケース1の内部に組み込ま
れた圧電体20は後述する回転錘13の動きに連動して
伸び縮みし、矢印Aの方向に変位する。従って、圧電素
子層26aおよび26bには矢印Bの方向に逆方向の弾
性波が発生し、これによって圧電素子層26aおよび2
6bの分極方向に起電力が発生する。従って、本例の圧
電体20においては、2つの圧電素子層26aおよび2
6bが直列に接続されている状態となり、電極27aお
よび27bと上述した整流回路2を接続することにより
電流を取り出すことができる。
The power generation section 8 of the portable device 10 of this embodiment uses a bimorph type piezoelectric body 20 formed in an elongated strip shape, and this piezoelectric body 20 is spirally arranged inside the case 1 like a spiral spring. It is rolled and stored. As shown in FIG. 2, the piezoelectric body 20 of this example is a strip-shaped ceramic,
For example, the shim material 25 is formed by applying a metal paste to both sides of zirconia to make them conductive, and two piezoelectric element layers 26a and 26b made of lead zirconate titanate (PZT) are formed on both sides. I am doing it. Electrodes 27a and 27b made of aluminum or the like are formed on the surfaces of the piezoelectric element layers 26a and 26b,
Each of the piezoelectric element layers 26a and 26b has a shim material 2
5 to the electrodes 27a and 27b. The piezoelectric body 20 incorporated in the case 1 in a spiral shape expands and contracts in conjunction with the movement of the rotary weight 13 described later, and is displaced in the direction of arrow A. Therefore, an elastic wave in the opposite direction is generated in the piezoelectric element layers 26a and 26b in the direction of the arrow B, which causes the piezoelectric element layers 26a and 26b.
An electromotive force is generated in the polarization direction of 6b. Therefore, in the piezoelectric body 20 of this example, the two piezoelectric element layers 26a and 26a
6b is connected in series, and current can be taken out by connecting the electrodes 27a and 27b to the rectifier circuit 2 described above.

【0021】本例の圧電体20は、帯状に細長く形成さ
れているので、バネ定数は小さく、印加される力Fによ
って発生する変位xが大きい。従って、上記の式(1)
および(2)にて説明したように、圧電体20に多くの
機械エネルギーを蓄積でき、その結果、圧電体20の発
電能力を大幅に向上できる。また、本例の圧電体20
は、螺旋状に湾曲されているので、ケース1の内部に十
分な長さの圧電体20を収納することができ、小さなバ
ネ定数であっても変位xを大きく設定できる。このた
め、質量の大きな回転錘13によって発生される力Fに
対処して十分な電力を発生させることができる。さら
に、バネ定数が小さいので、回転錘13が振動する際の
周期は長く、圧電体20に十分な変位を印加する時間を
確保でき、効率良く発電を行わせることができる。
Since the piezoelectric body 20 of this example is formed in a strip shape, it has a small spring constant and a large displacement x generated by the applied force F. Therefore, the above equation (1)
As described in (2) and (2), a large amount of mechanical energy can be stored in the piezoelectric body 20, and as a result, the power generation capacity of the piezoelectric body 20 can be significantly improved. In addition, the piezoelectric body 20 of this example
Is spirally curved, the piezoelectric body 20 having a sufficient length can be housed inside the case 1, and the displacement x can be set large even with a small spring constant. Therefore, sufficient power can be generated by coping with the force F generated by the rotating mass 13 having a large mass. Furthermore, since the spring constant is small, the period in which the oscillating weight 13 vibrates is long, the time for applying a sufficient displacement to the piezoelectric body 20 can be secured, and efficient power generation can be achieved.

【0022】さらに、本例の圧電体20は、細長く、両
側面に電極27aおよび27bを形成してあるので大き
な静電容量を確保でき、高い電流出力が得られる。そし
て、2つの圧電素子層26aおよび26bを直列に接続
してあるので、十分高い起電圧も確保できる。
Further, since the piezoelectric body 20 of this example is elongated and has the electrodes 27a and 27b formed on both side surfaces, a large capacitance can be secured and a high current output can be obtained. Since the two piezoelectric element layers 26a and 26b are connected in series, a sufficiently high electromotive voltage can be secured.

【0023】図1に戻って、このような圧電体20を変
位させるために、本例の発電部8には、ケース1の内部
でケース1のほぼ中心を旋回の中心13bとして旋回す
る回転錘13を備えており、この回転錘13は、ゼンマ
イ型になった圧電体20とほぼ平行な面で旋回運動す
る。従って、腕時計として本例の携帯型機器10がユー
ザーの手首に装着されると、この回転錘13がユーザー
の腕や体の動きなどと連動して旋回し、その力を利用し
て圧電体20に変位を与えられるようにしている。
Returning to FIG. 1, in order to displace such a piezoelectric body 20, in the power generation section 8 of the present example, a rotary weight that swivels inside the case 1 with the substantially center of the case 1 as the swivel center 13b. The oscillating weight 13 has a rotary motion in a plane substantially parallel to the main body piezoelectric body 20. Therefore, when the portable device 10 of this example as a wristwatch is mounted on the user's wrist, the rotary weight 13 turns in conjunction with the movement of the user's arm or body, and the piezoelectric force 20 is utilized by utilizing the force. The displacement can be given to.

【0024】図3に示すように、本例の圧電体20は、
回転錘13の動きによって変位するように、圧電体20
の一方の端(先端)21がプラスチック製のリベット1
4によって回転錘13の周辺部13aに取り付けられて
いる。本例においては、まず、プラスチック製のリベッ
ト14を回転錘13に周辺部13aに嵌め込み、このリ
ベット14の頭部14aに設けられた溝14bに圧電体
20の先端21を嵌め込んで圧電体20の先端21を回
転錘13に固定している。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric body 20 of this example is
The piezoelectric body 20 is displaced so as to be displaced by the movement of the rotary weight 13.
One end (tip) 21 is a plastic rivet 1
It is attached to the peripheral portion 13 a of the rotary weight 13 by means of 4. In this example, first, the rivet 14 made of plastic is fitted into the rotary weight 13 in the peripheral portion 13a, and the tip 21 of the piezoelectric body 20 is fitted into the groove 14b provided in the head portion 14a of the rivet 14 so that the piezoelectric body 20 is formed. The front end 21 of the is fixed to the rotary weight 13.

【0025】一方、図4に示すように、圧電体20の他
方の端(基端)22は、ケース1(図1)と一体になっ
た地板1aに取り付けてある。本例においては、地板1
aに2つの電極16aおよび16bの形成された絶縁基
盤15を固定してあり、これらの電極16aおよび16
bに、圧電体20の両側面に形成された電極27aおよ
び27bを半田17によって取り付けてある。従って、
半田17は、圧電体20の他方の端22を絶縁基盤15
を介して地板1aに固定する機能と、電極27aおよび
27bを電極16aおよび16bのそれぞれと接続し、
圧電体20から電力を取り出して整流回路2に供給する
両方の機能を果たしている。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the other end (base end) 22 of the piezoelectric body 20 is attached to the main plate 1a integrated with the case 1 (FIG. 1). In this example, the main plate 1
An insulating substrate 15 having two electrodes 16a and 16b formed thereon is fixed to a.
Electrodes 27a and 27b formed on both side surfaces of the piezoelectric body 20 are attached to b by solder 17. Therefore,
The solder 17 connects the other end 22 of the piezoelectric body 20 to the insulating substrate 15
The function of fixing to the main plate 1a via, and connecting the electrodes 27a and 27b to the electrodes 16a and 16b, respectively,
It fulfills both functions of extracting electric power from the piezoelectric body 20 and supplying it to the rectifier circuit 2.

【0026】図1に戻って、本図はバンド18によって
手首に装着されたケース1が水平に保たれている状態を
示している。この状態においては、回転錘13に重力は
作用せず、ゼンマイ状の圧電体20は自然長、すなわ
ち、加速度の影響を受けない状態になっている。本例の
圧電体20は、この状態において回転錘13の重心13
cがケース1の中指の方向から親指に向かって90度か
ら180度の範囲内となるように設定してある。このた
め、本例の携帯型機器10は、ユーザーが携帯型機器1
0を腕に装着した状態で机の上の作業をしたり、立って
歩くと必ず回転錘13が重力を受けて旋回する。従っ
て、圧電体20はユーザーの動きによって変位し発電装
置8から電力が得られるようになっている。
Returning to FIG. 1, this figure shows a state in which the case 1 attached to the wrist by the band 18 is kept horizontal. In this state, gravity does not act on the rotary weight 13, and the mainspring-shaped piezoelectric body 20 is in a state in which it is not affected by the natural length, that is, acceleration. In this state, the piezoelectric body 20 of the present example has the center of gravity 13 of the oscillating weight 13.
It is set so that c is in the range of 90 to 180 degrees from the direction of the middle finger of the case 1 to the thumb. Therefore, in the portable device 10 of this example, the user can
When working on a desk or standing and walking with 0 attached to the arm, the rotary weight 13 always receives gravity to turn. Therefore, the piezoelectric body 20 is displaced by the movement of the user and electric power can be obtained from the power generation device 8.

【0027】図5に示すように、本例の携帯型機器10
を装着したユーザーが机の上の作業を行うと、中指の方
向から小指に向かって90度回転した方向、すなわち、
上記の左手首に装着される機器では12時方向が鉛直方
向下向きになる頻度が最も高い。また、図6に示すよう
に、ユーザーが立ち上がったり、あるいは普通に歩く
と、ケース1の中指の方向が鉛直方向下向きとなる頻度
が最も高い。一方、本例の携帯型機器10は、ケース1
を水平にした中立状態のときに、回転錘13の重心13
cが6時から9時の方向の間に設定してある。従って、
ユーザーがデスクワークを行うために手首を返したり、
あるいは、移動のために立ち上がって下向きに手を延ば
すと、回転錘の重心13cは水平面で釣り合った位置か
らそれぞれの鉛直下向き方向に旋回する。回転錘の重心
13cが水平面で釣り合った6時から9時の方向は、デ
スクワークを行ったり、歩くときに鉛直方向下向きとな
るケースの方向から最も遠い領域である。従って、ユー
ザーが手を動かすと、回転錘13は殆どどのようなケー
スでも旋回運動を開始し、そのときの回転錘13の旋回
する角度範囲は非常に大きい。この回転錘13の旋回運
動によって、細長い圧電体20は大きく変位し、その結
果、圧電体20から大きな電力が得られる。さらに、回
転錘13に加わる重力とばね力の中立位置を中心に振動
するので、この旋回運動によって圧電体20に変位が繰
り返し印加され、発電が継続して行われる。
As shown in FIG. 5, the portable device 10 of this example.
When the user wearing the is working on the desk, the direction rotated 90 degrees from the direction of the middle finger to the little finger, that is,
In the case of the above-described device worn on the left wrist, the 12 o'clock direction is most often vertically downward. Further, as shown in FIG. 6, when the user stands up or walks normally, the frequency of the middle finger of the case 1 is the most downward in the vertical direction. On the other hand, the portable device 10 of this example has a case 1
The center of gravity 13 of the rotary weight 13
c is set between 6 o'clock and 9 o'clock. Therefore,
The user returns his wrist to do the desk work,
Alternatively, when the user stands up and extends his / her hand downward for the purpose of movement, the center of gravity 13c of the oscillating weight swivels vertically downward from a position balanced on the horizontal plane. The direction from 6 o'clock to 9 o'clock when the center of gravity 13c of the oscillating weight is balanced on the horizontal plane is the farthest region from the direction of the case that is vertically downward when performing deskwork or walking. Therefore, when the user moves his or her hand, the rotary weight 13 starts the turning motion in almost any case, and the turning angular range of the rotary weight 13 at that time is very large. Due to the turning motion of the rotary weight 13, the elongated piezoelectric body 20 is largely displaced, and as a result, a large electric power is obtained from the piezoelectric body 20. Further, since the oscillating weight 13 vibrates around the neutral position of the gravity and the spring force applied to the oscillating weight 13, displacement is repeatedly applied to the piezoelectric body 20 by this turning motion, and power generation is continued.

【0028】また、ユーザーが手首を元の位置に戻して
ケース1が水平状態になると、圧電体20は水平面で釣
り合った位置の自然長に戻る。従って、回転錘13の重
心13cも6時から9時の方向の間の元の位置に戻る。
このため、回転錘13は再び旋回運動を行い、この旋回
運動によって圧電体20に変位が与えられ、再び発電が
行われる。この場合においても、回転錘13は、圧電体
20が自然長となる位置を中心に振動するので、圧電体
20においては継続して発電が行われる。
When the user returns his or her wrist to the original position and the case 1 becomes horizontal, the piezoelectric body 20 returns to the natural length at the position balanced in the horizontal plane. Therefore, the center of gravity 13c of the rotary weight 13 also returns to its original position between the 6 o'clock and 9 o'clock directions.
Therefore, the oscillating weight 13 makes a revolving motion again, the displacement is given to the piezoelectric body 20 by this revolving motion, and power generation is performed again. Even in this case, since the rotary weight 13 vibrates around the position where the piezoelectric body 20 has a natural length, the piezoelectric body 20 continuously generates power.

【0029】このように、本例の発電装置8は、ユーザ
ーの手首の動きを解析して、発生頻度が高く、さらに、
効率良く発電を行える位置に回転錘13の水平面内の釣
り合いの位置を設定している。このため、ユーザーは発
電しているか否かを意識することなく、本例の発電装置
8は、通常通りの動作でデスクワークを行ったり、立ち
上がって歩くユーザーの日常的な動きによって発電を行
い、携帯型機器を稼働させるのに十分な電力が得られ
る。このように、本例の携帯型機器は、ユーザーの日常
的な動きによって発電が行われ、その電力によって携帯
型機器の処理部を動作させたり、発生した電力を蓄積し
ておくことができる。このため、本例の携帯型機器は電
池なしで動作でき、あるいは、電池の寿命を大幅に延ば
せる。従って、電池の交換が不要となり、ランニングコ
ストを低減でき、電池の廃棄処理といった問題の発生原
因を除去できる。さらに、電池の入手が困難な地域や災
害時などにおいても、携帯型機器を使用することがで
き、何時でも何処でも使用できる携帯型機器を提供でき
る。
As described above, the power generator 8 of the present example analyzes the movement of the user's wrist, the occurrence frequency is high, and
The balance position in the horizontal plane of the rotary weight 13 is set at a position where power can be efficiently generated. Therefore, the power generation device 8 of the present example performs deskwork in a normal operation, or generates power by the daily movement of the user standing up and walking, without being aware of whether or not the user is generating power. Sufficient power is available to operate the mold equipment. As described above, in the portable device of this example, power is generated by the user's daily movements, and the power can be used to operate the processing unit of the portable device or store the generated power. Therefore, the portable device of this example can operate without a battery, or the life of the battery can be significantly extended. Therefore, it is not necessary to replace the battery, the running cost can be reduced, and the cause of problems such as battery disposal can be eliminated. Further, the portable device can be used even in an area where it is difficult to obtain a battery or at the time of a disaster, so that the portable device can be used anytime and anywhere.

【0030】さらに、図7に示すように、本例の携帯型
機器10の発電装置8においては、ケース1の中指の方
向から小指に向かって45度を鉛直方向下向きにしたと
きに、回転錘13が静止し、圧電体20との釣り合いが
取れた状態において、回転錘13の重心13cの中立の
位置が中指の方向から親指に向かって0度から90度、
あるいは中指の方向から小指に向かって90度から18
0度の範囲となるように回転錘13の質量と圧電体20
のバネ定数および取り付け位置を制御してある。左手首
に装着される携帯型機器においては、ケース1の1時3
0分の方向を下向きにして回転錘13の動きが安定した
ときに、回転錘13の重心13cが3時から6時の間、
または、9時から12時の間になるようにしている。
Further, as shown in FIG. 7, in the power generator 8 of the portable device 10 of this example, when the vertical direction is 45 degrees downward from the direction of the middle finger of the case 1 toward the little finger, the rotary weight is rotated. In a state in which 13 is stationary and balanced with the piezoelectric body 20, the neutral position of the center of gravity 13c of the rotary weight 13 is 0 to 90 degrees from the direction of the middle finger toward the thumb,
Or 90 degrees to 18 from the direction of the middle finger to the little finger
The mass of the oscillating weight 13 and the piezoelectric body 20 are adjusted so that the range is 0 degree.
The spring constant and the mounting position of are controlled. For portable devices worn on the left wrist, case 1 at 3
When the movement of the rotary weight 13 is stabilized with the direction of 0 minute facing downward, when the center of gravity 13c of the rotary weight 13 is between 3:00 and 6:00,
Alternatively, it is set between 9:00 and 12:00.

【0031】手首に装着される携帯型機器においては、
上述したように、3時あるいは12時の方向が下になる
頻度が非常に高い。そして、これらの状態で歩行やデス
クワークによって手首が動き、その動きによって加速度
が変化するため回転錘13が旋回する。そして、回転錘
13の旋回運動によって圧電体20に変位が与えられ、
発電が行われる。加速度の変化に対応して重りをレスポ
ンス良く動かすには、加速度の変化する方向と重りが運
動する方向が一致するように重りの質量と圧電体20の
弾性力とを設定しておくことが望ましい。そこで、本例
の発電装置8においては、3時と12時の中間の1時3
0分の位置を鉛直方向下向きにしたときに、回転錘13
の旋回中心13bと重心13cとを結ぶ線が、重力Gの
方向と直交するように重心13cを設定している。この
ため、歩行するときの振動や手の振りなどのユーザーの
日常生活における動作によって鉛直方向の加速度が重力
Gから変化すると、その加速度の変化の方向が回転錘1
3の旋回運動の始動する方向と一致する。従って、回転
錘に加わる力Fの変化によって回転錘13はレスポンス
良く運動を開始し、スムーズに旋回運動を行う。そし
て、圧電体20に加えられる変位は大きいので、十分な
電力が発生する。このように、本例の携帯型機器は、ユ
ーザーの動きに呼応してレスポンス良く回転錘13が大
きく動くようになっている。従って、運動量の少ないユ
ーザーや、動きの遅いユーザーであっても十分な発電量
を確保でき、本例の携帯型機器は老若男女を問わず誰も
が圧電体を用いた発電装置からの電力で携帯型機器のサ
ービスを享受できる。
In a portable device worn on the wrist,
As described above, the frequency of going down at 3 o'clock or 12 o'clock is very high. Then, in these states, the wrist moves due to walking or desk work, and the acceleration changes due to the movement, so that the rotary weight 13 turns. The piezoelectric body 20 is displaced by the turning motion of the rotary weight 13,
Power is generated. In order to move the weight with good response in response to the change in acceleration, it is desirable to set the mass of the weight and the elastic force of the piezoelectric body 20 so that the changing direction of the acceleration and the moving direction of the weight coincide with each other. . Therefore, in the power generation device 8 of the present example, 1:00, which is between 3:00 and 12:00,
When the 0 minute position is set vertically downward, the rotary weight 13
The center of gravity 13c is set so that the line connecting the turning center 13b and the center of gravity 13c is orthogonal to the direction of the gravity G. Therefore, when the vertical acceleration changes from the gravity G due to the user's daily activities such as vibration when walking or hand shaking, the rotation weight 1 changes in the direction of the acceleration.
3 coincides with the starting direction of the turning movement. Therefore, the change in the force F applied to the oscillating weight causes the oscillating weight 13 to start the motion with good response, and smoothly perform the turning motion. Since the displacement applied to the piezoelectric body 20 is large, sufficient electric power is generated. As described above, in the portable device of this example, the rotary weight 13 moves greatly in response to the movement of the user with good response. Therefore, even a user with a small amount of exercise or a user with a slow movement can secure a sufficient amount of power generation, and the portable device of this example can be powered by a power generator using a piezoelectric body for anyone regardless of age or sex. You can enjoy the services of mobile devices.

【0032】図8に、上記のように手首に装着される携
帯型機器であって、回転錘によってバネ状に形成された
圧電体に変位を与える機器において、回転錘のトルクと
バネ状に形成された圧電体のトルクの変化の様子を示し
てある。図8の実線Aはゼンマイ状に形成された圧電体
のバネのトルクの変化を示し、携帯型機器が水平に設置
されたときに7時30分の位置で回転錘の中心13cが
釣り合った場合を例にして反時計方向を正にして示して
ある。また、図8の破線B、一点鎖線C、二点鎖線Dは
回転錘13によって発生されるトルクの変化を示してあ
る。破線Bは12時の方向を鉛直下向きにした場合、す
なわち、携帯型機器を装着した手首を小指を下に水平に
した状態で回転錘13が旋回したときにそれぞれの旋回
角度の位置で発生するトルクの変化を時計方向を正とし
て示してある。また、一点鎖線Cは1時30分の方向を
下向きにしたとき、さらに、二点鎖線Dは3時の方向を
下向きにしたときの回転錘のトルクの変化を示してあ
る。
FIG. 8 shows a portable device that is worn on the wrist as described above, and in a device that displaces a piezoelectric body formed in a spring shape by a rotary weight, the torque of the rotary weight and the spring shape are formed. It shows how the torque of the piezoelectric body is changed. A solid line A in FIG. 8 shows a change in torque of the spring of the piezoelectric body formed in a spiral shape, and when the portable device is installed horizontally, the center 13c of the rotary weight is balanced at the position of 7:30. , The counterclockwise direction is shown as positive. Further, the broken line B, the alternate long and short dash line C, and the alternate long and two short dashes line D in FIG. 8 show changes in the torque generated by the rotary weight 13. The broken line B occurs at the respective turning angle positions when the 12 o'clock direction is vertically downward, that is, when the rotary weight 13 turns with the wrist with the portable device placed horizontally with the little finger down. The change in torque is shown as positive clockwise. The alternate long and short dash line C indicates the change in the torque of the rotary spindle when the direction at 1:30 is downward, and the alternate long and short dash line D indicates the downward direction at 3 o'clock.

【0033】図8から判るように、本例の回転錘13お
よび圧電体20によるバネは、1時30分の方向を下向
きにしたときに水平な方向となる4時30分の位置Pお
よび10時30分の位置Qで釣り合うように設定されて
いる。従って、上述したように、歩行するときの振動や
手の振りなどのユーザーの日常生活における動作によっ
て圧電体20に変位を生じさせ易いようになっている。
また、12時の方向を下にするとほぼ10時の位置Vで
回転錘13が安定し、3時の方向を下にするとほぼ5時
の位置Wで回転錘13が安定する。従って、本例の携帯
用機器においては、手首を動かして携帯用機器の3時の
方向、12時の方向、さらに、3時の方向を下にする
と、回転錘13が7時30分の位置Oを中心に150度
以上の範囲を旋回し、ユーザーの腕の動作から大きなエ
ネルギーを取り出すことができる。このように、水平な
状態での釣り合いの位置を、上述した6時から9時の範
囲で7時30分に設定することによってユーザーの動作
から非常に効率的にエネルギーを抽出し発電できること
が判る。
As can be seen from FIG. 8, the spring composed of the rotary weight 13 and the piezoelectric body 20 of this example has the positions P and 10 at 4:30 which are horizontal when the direction at 1:30 is downward. It is set to balance at position Q at 30 minutes. Therefore, as described above, it is easy to cause the piezoelectric body 20 to be displaced by the user's daily activities such as the vibration when walking or the shaking of the hand.
Further, when the 12 o'clock direction is down, the rotary weight 13 is stable at the position V of approximately 10 o'clock, and when the 3 o'clock direction is downward, the rotary weight 13 is stable at the position W of approximately 5 o'clock. Therefore, in the portable device of this example, when the wrist is moved to move the portable device to the 3 o'clock direction, the 12 o'clock direction, and further the 3 o'clock direction, the rotary weight 13 is at the 7:30 position. A large amount of energy can be taken out from the motion of the user's arm by turning in a range of 150 degrees or more around O. As described above, by setting the balance position in the horizontal state at 7:30 in the range from 6:00 to 9:00, it is understood that energy can be extracted and power can be generated very efficiently from the operation of the user. .

【0034】図9に、図8に示した図の一部を用いて加
速度が変化したとき、例えば、腕を上下に動かして回転
錘13に加速度変化を与えた場合の回転錘13の動きを
示してある。例えば、3時の方向を下にして上下に携帯
型機器を動かすと、回転錘13のトルクは破線のように
変化する。従って、回転錘13は、バネのトルクを示す
実線Aの上を位置WからW’の間を動き、この位置の変
動が変位として圧電体20に加えられ発電が行われる。
FIG. 9 shows the movement of the rotary weight 13 when the acceleration is changed by using a part of the diagram shown in FIG. 8, for example, when the acceleration is changed by moving the arm up and down. It is shown. For example, when the portable device is moved up and down with the direction of 3 o'clock facing downward, the torque of the rotary weight 13 changes as shown by the broken line. Therefore, the oscillating weight 13 moves between the positions W and W'on the solid line A indicating the torque of the spring, and the fluctuation of this position is added as a displacement to the piezoelectric body 20 to generate electric power.

【0035】式(1)および式(2)に基づき説明した
ように、小さな力Fを有効に活用して大きな発電量を得
ようとするためには、圧電体の変位する量を確保する必
要がある。例えば、実開昭63−72593号公報に記
載されているような膜型の圧電体を用いた発電装置にお
いては、大きな変位を確保しようとすると、手首に装着
する携帯型機器の上下方向に変位のためのスペースを確
保する必要が生ずる。従って、携帯型機器の厚みが増
し、小型・軽量化が必要とされる携帯型機器では実現で
きない。これに対し、本例の携帯型機器の発電装置8
は、ゼンマイ状に巻かれた長い圧電体20を用いている
ので、圧電体20を薄く狭い空間に取り付けでき、ま
た、小さな力Fによっても大きな変位を発生させられ
る。従って、上記のようにユーザーの腕の動きによって
大きな変位を発生することができ、小型軽量でありなが
ら、発電量の大きな発電装置を提供できる。
As explained based on the equations (1) and (2), in order to effectively utilize the small force F to obtain a large amount of power generation, it is necessary to secure the amount of displacement of the piezoelectric body. There is. For example, in a power generator using a film-type piezoelectric material as disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-72593, when a large displacement is to be ensured, the portable device mounted on the wrist is displaced in the vertical direction. It becomes necessary to secure a space for Therefore, the thickness of the portable device is increased, and it cannot be realized in the portable device which needs to be small and lightweight. On the other hand, the power generator 8 of the portable device of this example
Uses a long piezoelectric body 20 wound in a spiral shape, the piezoelectric body 20 can be mounted in a thin and narrow space, and a large displacement can be generated by a small force F. Therefore, as described above, a large displacement can be generated by the movement of the user's arm, and it is possible to provide a power generation device that is small in size and lightweight but has a large power generation amount.

【0036】さらに、圧電体を用いた発電装置において
は、充電しない場合の圧電体の変位によって発生する電
気エネルギーは電気機械結合係数のみできまる。すなわ
ち、どのような圧電体でも電気機械結合係数が同じなら
ば、同じ入力エネルギーに対して同じ電気エネルギーを
発生する。しかしながら、充電によってコンデンサなど
の蓄電回路に蓄えられる電気エネルギーは、電気機械結
合係数に加え、圧電素子の起電圧、静電容量およびコン
デンサなどの蓄電回路の電圧の関数になる。例えば、静
電容量が大きく起電圧が蓄電回路の電圧より低い発電装
置を使用しても充電は不可能である。一方、静電容量が
限りなく0に近く、起電圧が無限大に近い発電装置を使
用すると、電荷が殆ど発生しないため充電量は僅かであ
り、現実的には充電できない。従って、これらの条件の
間で充電に最も適した起電圧および静電容量を見いだす
ことが重要となる。
Further, in the power generator using the piezoelectric body, the electric energy generated by the displacement of the piezoelectric body when not charged is only the electromechanical coupling coefficient. That is, if any piezoelectric body has the same electromechanical coupling coefficient, the same electric energy is generated for the same input energy. However, the electric energy stored in a storage circuit such as a capacitor by charging becomes a function of the electromechanical coupling coefficient, the electromotive voltage of the piezoelectric element, the electrostatic capacity, and the voltage of the storage circuit such as the capacitor. For example, charging is not possible even if a power generator having a large capacitance and an electromotive voltage lower than the voltage of the power storage circuit is used. On the other hand, when using a power generator having an electrostatic capacity that is extremely close to 0 and an electromotive voltage that is nearly infinite, the amount of charge is small because almost no electric charge is generated, and it cannot be charged in reality. Therefore, it is important to find the most suitable electromotive voltage and electrostatic capacity for charging between these conditions.

【0037】本願発明者らの実験および検討によると圧
電体に変位を与えた場合、発電装置の起電圧(開放電
圧)が蓄電回路の供給電圧(規定電圧)の2倍のときに
最も充電量が大きくなることが判明している。そして、
開放電圧と規定電圧の比に対する充電効率ηの変化は図
10に示すようになる。本図から判るように、初期の起
電圧(開放電圧)が規定電圧の約1倍から7倍において
充電効率は最大時の半分あるいはそれ以上にできる。こ
のため、本例の手首に装着される携帯型機器10の発電
装置8においては、手首の動きに起因した回転錘13の
旋回運動の大きさおよび頻度に鑑み、この回転錘13の
動きによって初期に発電装置8の発生する起電圧が蓄電
回路4の規定電圧の1倍から7倍となる頻度が最も高く
なるように圧電体20を構成してある。さらに、起電圧
が規定電圧の2倍となる頻度が高くなるように回転錘1
3および圧電体20を設定することが望ましい。このた
め、本例においては、2つの圧電素子層26aおよび2
6bをシム材25を介して直列に接続して十分な起電圧
を確保している。携帯型機器に電力を供給する上におい
て、本例より低い起電圧の発電装置が望ましい場合は、
圧電体20の圧電素子層26aおよび26bの分極方向
を対峙させ、これら2つの電圧層26aおよび26bを
並列に接続することが可能である。
According to the experiments and studies by the inventors of the present application, when the piezoelectric body is displaced, the maximum charge amount is obtained when the electromotive voltage (open circuit voltage) of the power generator is twice the supply voltage (specified voltage) of the storage circuit. Has been found to grow. And
The change in charging efficiency η with respect to the ratio of the open circuit voltage and the specified voltage is as shown in FIG. As can be seen from this figure, when the initial electromotive voltage (open circuit voltage) is about 1 to 7 times the specified voltage, the charging efficiency can be half or more of the maximum value. Therefore, in the power generator 8 of the portable device 10 worn on the wrist of the present example, in consideration of the magnitude and frequency of the turning motion of the rotary weight 13 caused by the movement of the wrist, the movement of the rotary weight 13 causes an initial stage. In addition, the piezoelectric body 20 is configured so that the electromotive voltage generated by the power generation device 8 becomes 1 to 7 times the specified voltage of the storage circuit 4 most frequently. Further, the rotary weight 1 is adjusted so that the frequency of the electromotive voltage becomes twice the specified voltage.
It is desirable to set 3 and the piezoelectric body 20. Therefore, in this example, the two piezoelectric element layers 26a and 2a are
6b are connected in series via the shim member 25 to secure a sufficient electromotive voltage. When a generator with a lower electromotive voltage than this example is desirable in supplying power to portable equipment,
It is possible to make the polarization directions of the piezoelectric element layers 26a and 26b of the piezoelectric body 20 face each other and connect these two voltage layers 26a and 26b in parallel.

【0038】図11に、本例の発電装置8に採用されて
いる螺旋状の圧電体20を製造する方法の1つを示して
ある。図11には、積層型のセラミックコンデンサの製
造プロセスとして開発されたグリーンシート法を利用し
て、螺旋状などの圧電体を製造する方法を示してある。
まず、図11(a)に示すように、ジルコニアなどのセ
ラミックの仮焼粉末を有機バインダーおよび分散媒と共
にスラリー化して製膜したシム材を形成するためのグリ
ーンシート31を用意し、その両面に金属ペーストなど
を塗布して導通させる。さらに、圧電性セラミックとし
てPZTの仮焼粉末を準備し、これも有機バインダーお
よび分散媒と共にスラリー化して製膜した圧電素子層と
なる複数のグリーンシート32を用意する。圧電素子層
となるグリーンシート32をシム材となるグリーンシー
ト31の両表面に積層する。そして、図11(b)に示
すように、一体化した圧電体用のグリーンシート33を
プラスチック製のスペーサ用のシート34と重ね巻きし
プレスする。次に、図11(c)に示すように、グリー
ンシート33およびスペーサ34を重ね巻きしたものを
脱バインダー後に900〜1400°Cで焼結する。そ
の結果、プラスチック製のスペーサ34は焼失し、ジル
コニアの両側にPZTの圧電素子層26aおよび26b
を備えた螺旋状の圧電体を焼成できる。さらに、図11
(d)に示すように、焼結体35を適当な寸法に切断し
てゼンマイ型となった螺旋状圧電体20が製造される。
この切断工程に前後して溶融アルミニウムなどを用いて
圧電素子層の外側の面に電極27aおよび27bを製膜
する。そして、この電極27aおよび27bを用いて分
極処理を行い、螺旋状の圧電体20となる。
FIG. 11 shows one of the methods for manufacturing the spiral piezoelectric body 20 employed in the power generator 8 of this example. FIG. 11 shows a method of manufacturing a piezoelectric body having a spiral shape or the like using the green sheet method developed as a manufacturing process of a laminated ceramic capacitor.
First, as shown in FIG. 11 (a), a green sheet 31 for preparing a film-formed shim material by slurrying a calcined powder of a ceramic such as zirconia together with an organic binder and a dispersion medium is prepared on both surfaces thereof. Apply metal paste or the like to make it conductive. Further, a calcinated powder of PZT is prepared as a piezoelectric ceramic, and a plurality of green sheets 32 to be a piezoelectric element layer which is also formed into a slurry with an organic binder and a dispersion medium are prepared. The green sheet 32 that serves as the piezoelectric element layer is laminated on both surfaces of the green sheet 31 that serves as the shim material. Then, as shown in FIG. 11B, the integrated green sheet 33 for the piezoelectric body is overlapped with the plastic spacer sheet 34 and pressed. Next, as shown in FIG. 11 (c), the green sheet 33 and the spacer 34 that have been wound in an overlapping manner are debindered and then sintered at 900 to 1400 ° C. As a result, the plastic spacer 34 burns down, and PZT piezoelectric element layers 26a and 26b are formed on both sides of the zirconia.
It is possible to fire a spiral piezoelectric body having. Further, FIG.
As shown in (d), the spiral piezoelectric body 20 having a spiral shape is manufactured by cutting the sintered body 35 into an appropriate size.
Before and after this cutting step, electrodes 27a and 27b are formed on the outer surface of the piezoelectric element layer using molten aluminum or the like. Then, a polarization process is performed using the electrodes 27a and 27b to form the spiral piezoelectric body 20.

【0039】従来のグリーンシート法は、複数のセラミ
ックシートを積層する技術であるが、本例においては、
このグリーンシート法の技術を用いて簡単に螺旋状の圧
電素子を成形することが可能になる。さらに、このグリ
ーンシート法によって、螺旋状の圧電素子が簡単に量産
でき、小型の携帯型機器に好適な発電装置を安価に提供
することが可能となる。もちろん、図11に示したグリ
ーンシート法を用いた製造方法によって、発電用の圧電
体に限らず、圧電素子を用いた螺旋状のアクチュエータ
も量産可能となり、大きな変位を制御できるアクチュエ
ータを安価に提供できる。
The conventional green sheet method is a technique for laminating a plurality of ceramic sheets, but in this example,
It is possible to easily form a spiral piezoelectric element by using the technique of the green sheet method. Furthermore, this green sheet method makes it possible to easily mass-produce spiral piezoelectric elements and provide a power generation device suitable for small-sized portable equipment at low cost. Of course, by the manufacturing method using the green sheet method shown in FIG. 11, not only the piezoelectric body for power generation but also a spiral actuator using a piezoelectric element can be mass-produced, and an actuator capable of controlling a large displacement can be provided at low cost. it can.

【0040】さらに、図12に示すように、2枚の圧電
体用のグリーンシート33aおよび33bと2枚のプラ
スチック製のスペーサ34aおよび34bを交互に巻き
重ねることにより、2つの焼結体を一回の工程で製造で
きる。従って、螺旋状の圧電体素子をさらに効率良く量
産することが可能となる。もちろん、3枚以上の圧電体
用のグリーンシートを巻き重ねることも可能であり、量
産性をさらに高めることができる。
Further, as shown in FIG. 12, two green sheets 33a and 33b for the piezoelectric body and two spacers 34a and 34b made of plastic are alternately wound on each other to form two sintered bodies. It can be manufactured in a single process. Therefore, it becomes possible to mass-produce the spiral piezoelectric element more efficiently. Of course, it is also possible to wind three or more green sheets for the piezoelectric body, which can further improve mass productivity.

【0041】〔実施例2〕図13に、螺旋状の圧電体2
0を収納した携帯型機器10の異なる例を示してある。
また、図14に、本例の携帯型機器10の内部の概略配
置を示す断面図を示してある。本例の携帯型機器10
は、ディスク状のケース1と、このケース1をユーザー
の手首に装着するためのバンド18と、さらに、上記の
実施例と同様にケース1の内部で旋回運動する回転錘1
3を備えている。また、ゼンマイ型に巻かれた圧電体2
0もケース1の内部に収納されており、その外周側の一
端22(基端)は地板1aにネジによって取り付けられ
ている。圧電体20の他の内周側の一端(先端)21
は、増速用の歯車36bに連結されており、この増速用
の歯車36bが回転錘13と連動して動く伝達用の歯車
36aと噛み合っている。本例の携帯型機器10におい
ては、回転錘13の旋回運動が歯車36aおよび36b
の輪列を介して圧電体20に伝達され、圧電体20に変
位を与えられるようになっている。従って、本例の携帯
型機器10においても、上記の携帯型機器と同様にユー
ザーの手首などの動きによって圧電体20が変位し、携
帯型機器を動作させるのに十分な電力を発生できる。
[Embodiment 2] FIG. 13 shows a spiral piezoelectric body 2.
A different example of the portable device 10 storing 0 is shown.
Further, FIG. 14 is a sectional view showing a schematic arrangement inside the portable device 10 of the present example. Portable device 10 of this example
Is a disk-shaped case 1, a band 18 for mounting the case 1 on the user's wrist, and a rotary weight 1 that makes a swivel motion inside the case 1 as in the above embodiment.
3 is provided. In addition, the piezoelectric body 2 wound in a spiral shape
0 is also housed inside the case 1, and one end 22 (base end) on the outer peripheral side thereof is attached to the main plate 1a with a screw. Another inner peripheral end (tip) 21 of the piezoelectric body 20
Is connected to a speed increasing gear 36b, and this speed increasing gear 36b meshes with a transmission gear 36a which moves in conjunction with the rotary weight 13. In the portable device 10 of this example, the turning motion of the rotary weight 13 is caused by the gears 36a and 36b.
It is transmitted to the piezoelectric body 20 through the train of wheels, and the piezoelectric body 20 can be displaced. Therefore, also in the portable device 10 of the present example, the piezoelectric body 20 is displaced by the movement of the user's wrist or the like as in the portable device described above, and sufficient electric power can be generated to operate the portable device.

【0042】さらに、本例においては、輪列を介して回
転錘13の動きが増速して圧電体20に伝達されるよう
になっているので、ゼンマイ型に成形された発電用の圧
電体20をケース1の一方の側に纏めて設置することが
でき、さらに、ゼンマイに巻かれた圧電体の間隔を短く
してコンパクトに纏めることができる。従って、図14
に示すように、ケース1の内部に大型のコンデンサー3
7、あるいは2次電池などの大容量の蓄電装置を設置す
るスペースを確保できる。図14に示すように、本例の
携帯型機器10は電子時計としての機能を主に備えてお
り、ケース1の表面側1bに秒針41、分針42および
時針43が配置され、これらが運針軸44に回転運動さ
れることによって時刻を表示できるようになっている。
回転錘13は、表面側1bと反対のケース1の裏面側1
cに配置されており、ケース1と運針機構との間のケー
ス1に沿った空間を回転錘13の旋回スペースとして利
用できるようにしてある。さらに、ゼンマイ型の圧電体
20は運針軸44の一方の側のスペースにコンパクトに
納めれており、回転錘13の旋回運動が輪列36aおよ
び36bを介して圧電体20に伝達されるようになって
いる。そして、運針軸44に対して圧電体20とほぼ対
象な位置に大型のコンデンサー37が設置されている。
Further, in the present example, the movement of the rotary weight 13 is accelerated through the train wheel and transmitted to the piezoelectric body 20, so that the power generation piezoelectric body is formed in the spring type. 20 can be collectively installed on one side of the case 1, and the piezoelectric body wound on the mainspring can be shortened to be compact. Therefore, FIG.
As shown in, the large condenser 3 inside the case 1
7 or a space for installing a large-capacity power storage device such as a secondary battery can be secured. As shown in FIG. 14, the portable device 10 of this example mainly has a function as an electronic timepiece, and a second hand 41, a minute hand 42, and an hour hand 43 are arranged on the front surface side 1b of the case 1, and these are the hand movement axis. The time can be displayed by the rotational movement of 44.
The rotary weight 13 is provided on the back side 1 of the case 1 opposite to the front side 1b.
The space along the case 1 between the case 1 and the hand movement mechanism can be used as a turning space for the rotary weight 13. Furthermore, the mainspring type piezoelectric body 20 is compactly housed in the space on one side of the hand movement shaft 44 so that the turning motion of the rotary weight 13 is transmitted to the piezoelectric body 20 via the train wheel 36a and 36b. Has become. A large condenser 37 is installed at a position substantially symmetrical to the piezoelectric body 20 with respect to the hand movement shaft 44.

【0043】このように、本例の携帯型機器10は、回
転錘13と、ゼンマイ型の圧電体20と、大型のコンデ
ンサー37がケース1の中でコンパクトに纏められた小
型で携帯用に適した装置である。さらに、圧電体20を
用いてユーザーの動きによって発電が行われるようにな
っているので、何時でも何処でも携帯型機器の機能を継
続して活用することができる。また、本例の携帯型機器
10においても、回転錘13は、その重心13cが圧電
体20によってユーザーの動きを効率良く活用して大き
な電力が得られるようになっている。例えば、図13に
示してあるように、1時30分の方向を下にしたとき
は、回転錘13の重心13cが旋回中心13bに対して
水平な方向に位置するように回転錘13の質量および圧
電体20の弾性力などを設定してある。
As described above, the portable device 10 of the present embodiment is small in size, in which the oscillating weight 13, the mainspring type piezoelectric body 20, and the large capacitor 37 are compactly assembled in the case 1, and is suitable for portable use. It is a device. Further, since the piezoelectric body 20 is used to generate power according to the movement of the user, the function of the portable device can be continuously utilized anytime and anywhere. Further, also in the portable device 10 of this example, the center of gravity 13c of the oscillating weight 13 uses the piezoelectric body 20 to efficiently utilize the movement of the user to obtain a large amount of electric power. For example, as shown in FIG. 13, when the direction at 1:30 is set downward, the mass of the rotary weight 13 is adjusted so that the center of gravity 13c of the rotary weight 13 is located in a horizontal direction with respect to the center of rotation 13b. The elastic force of the piezoelectric body 20 and the like are set.

【0044】さらに、本例の携帯型機器10の内部に
は、大容量のコンデンサー37が設置されているので、
圧電体20によって発電された電力を蓄積でき、安定し
て確実に携帯型機器の機能を活用できる。本例の携帯型
機器10においては、収納可能なコンデンサー37の大
きさは、回転錘13と運針44の駆動系の4番車38お
よび2番車39の間に確保できるスペースによって決ま
る。そして、安定した性能を確保する点では、電気2重
層コンデンサーなどの小型で大容量のコンデンサーを採
用することが望ましい。
Further, since the large capacity condenser 37 is installed inside the portable device 10 of this example,
The electric power generated by the piezoelectric body 20 can be stored, and the functions of the portable device can be stably and reliably utilized. In the portable device 10 of this example, the size of the condenser 37 that can be stored is determined by the space that can be secured between the fourth wheel 38 and the second wheel 39 of the drive system for the handwheel 44 and the rotary weight 13. From the viewpoint of ensuring stable performance, it is desirable to employ a small-sized and large-capacity capacitor such as an electric double layer capacitor.

【0045】〔実施例3〕図15に螺旋状の圧電体20
を備えた携帯型機器10の異なった例を示してある。本
例の携帯型機器10もディスク状のケース1を備えてお
り、このケース1をバンド18によって手首に装着でき
る腕時計型の携帯型機器である。従って、上記の実施例
と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略
する。
[Third Embodiment] FIG. 15 shows a spiral piezoelectric body 20.
A different example of the portable device 10 equipped with is shown. The portable device 10 of this example is also provided with the disk-shaped case 1, and is a wristwatch-type portable device in which the case 1 can be worn on the wrist by the band 18. Therefore, the same parts as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0046】本例の携帯型機器10に搭載された発電装
置8は、螺旋状のバイモルフ型の圧電体20を備えてい
る。本例の圧電体20は、図16に一部を拡大して示す
ように、2つの圧電素子層26aおよび26bが直に積
層されており、これらの外側の面に電極27aおよび2
7bが形成されている。そして、この圧電体20の一方
の端部(基端)22が地板1aに基盤15によって固定
されており、この基盤15を介して圧電体20で発電さ
れた電流が整流回路2に供給される。一方、圧電体20
の他方の端部(先端)21には重り28が装着されてお
り、ケース1に加えられた加速度によってケース1に沿
ったスペース内であればどのような方向にも動くように
なっている。従って、本例の携帯型機器10はユーザー
の体あるいは手首などの動きに連動して重り28が動
き、これによる変位が圧電体20に印加され発電が行わ
れる。
The power generator 8 mounted on the portable device 10 of this example includes a spiral bimorph type piezoelectric body 20. As shown in a partially enlarged view of FIG. 16, the piezoelectric body 20 of this example has two piezoelectric element layers 26a and 26b directly laminated, and electrodes 27a and 2 are provided on the outer surfaces thereof.
7b is formed. Then, one end (base end) 22 of the piezoelectric body 20 is fixed to the base plate 1 a by a board 15, and the electric current generated by the piezoelectric body 20 is supplied to the rectifier circuit 2 via the board 15. . On the other hand, the piezoelectric body 20
A weight 28 is attached to the other end (front end) 21 of the case 1 so that it can move in any direction within the space along the case 1 due to the acceleration applied to the case 1. Therefore, in the portable device 10 of this example, the weight 28 moves in association with the movement of the user's body or wrist, and the displacement caused by this movement is applied to the piezoelectric body 20 to generate electricity.

【0047】ユーザーの手首の動きは、上述したように
左手首の外側に嵌められる装置を例にすると、3時方向
および12時方向が鉛直方向下向きになる頻度が高い。
従って、本例においては、ケース1が水平な方向に置か
れたときに、3時および12時方向の中間の1時30分
の方向と反対側の7時30分の方向に重り28が位置す
るように圧電体20を設定してある。このため、ユーザ
ーが手を動かしたり、あるいは立ち上がると、重り28
に作用する重力の方向が変わり、重り28がケース1の
内部をほぼ最も長い距離だけ移動する。本例の圧電体2
0は細長く柔らかいので、この重り28の動きに追従し
て変位し、その変位量に見合った電力を出力する。従っ
て、本例の携帯型機器10においても、発電装置8は、
ユーザーの動きなどを効率良く捉えて発電することがで
きるようになっており、大きな発電量を確保でき、実際
に利用可能な圧電体を用いた発電装置を実現できる。
As for the movement of the user's wrist, when the device fitted on the outer side of the left wrist is taken as an example as described above, the 3 o'clock direction and the 12 o'clock direction frequently fall vertically downward.
Therefore, in this example, when the case 1 is placed in the horizontal direction, the weight 28 is positioned in the direction of 7:30 which is opposite to the direction of 1:30 in the middle of the 3 o'clock and 12 o'clock directions. The piezoelectric body 20 is set to do so. Therefore, if the user moves or stands up, the weight 28
The direction of gravity acting on the case changes, and the weight 28 moves inside the case 1 by almost the longest distance. Piezoelectric body 2 of this example
Since 0 is long and slender, it is displaced following the movement of the weight 28 and outputs electric power commensurate with the amount of displacement. Therefore, also in the portable device 10 of this example, the power generation device 8 is
The user's movements can be efficiently captured to generate power, a large amount of power generation can be secured, and a power generation device using a piezoelectric body that can be actually used can be realized.

【0048】なお、本例の螺旋状の圧電体20は、上記
の実施例と同様のグリーンシート法を用いて量産が可能
であり、安価に提供できる。もちろん、圧電体膜を張り
合わせたり、あるいはスパッタリングなどの製造方法を
用いても成形できる。これらに対し、上述したグリーン
シート法を用いた製造方法は、安価で簡単に高品質の螺
旋状の圧電体が提供できるので、今後、携帯型機器など
の電源として採用する圧電体の製造方法として適してい
る。
The spiral piezoelectric body 20 of this example can be mass-produced by using the green sheet method similar to that of the above-mentioned embodiment, and can be provided at a low cost. Of course, the piezoelectric film can be formed by pasting it together or by using a manufacturing method such as sputtering. On the other hand, the above-described manufacturing method using the green sheet method can inexpensively and easily provide a high-quality spiral piezoelectric body. Therefore, as a manufacturing method of a piezoelectric body to be adopted as a power source for portable devices in the future, etc. Are suitable.

【0049】〔実施例4〕図17に、本発明に係る湾曲
をした圧電体を用いた発電装置の異なる例を示してあ
る。本例の発電装置8は、車内などの上下方向に加速度
が変化する箇所に設置して、上下振動を利用して発電を
行える装置である。このため、圧電体20は、コイル状
に延びており、さらに、左右の方向に対する安定性を確
保するために上方が尖った円錐状に成形されている。そ
して、圧電体20の上方の先端21には重り28が装着
されており、上下方向の加速度の変化によってこの重り
28が振動し、圧電体20に変位が印加されるようにな
っている。圧電体20はこの変位によって起電力が生
じ、車内のダッシュボードなどに取り付けられた圧電体
20の下側の基端22から電力が取り出され、整流回路
2を通ってコンデンサーなどの蓄電装置に供給される。
[Embodiment 4] FIG. 17 shows a different example of a power generator using a curved piezoelectric material according to the present invention. The power generation device 8 of this example is a device that is installed in a place where the acceleration changes in the vertical direction, such as in a vehicle, and that can generate power by using vertical vibration. For this reason, the piezoelectric body 20 extends in a coil shape, and is further formed in a conical shape with a sharp upper end in order to ensure stability in the left and right directions. A weight 28 is attached to the upper end 21 of the piezoelectric body 20, and the weight 28 vibrates due to a change in vertical acceleration, and a displacement is applied to the piezoelectric body 20. Electromotive force is generated in the piezoelectric body 20 by this displacement, and power is taken out from the lower base end 22 of the piezoelectric body 20 attached to a dashboard or the like in the vehicle and supplied to a power storage device such as a capacitor through the rectifier circuit 2. To be done.

【0050】本例の発電装置8は、圧電体20が重り2
8に加わる加速度の方向、すなわち、上下に振動する車
内においては鉛直方向に伸縮するようになっており、圧
電体20に支持された重り28も上下方向に動く。従っ
て、最も発生頻度の高い上下の加速度と同じ方向に重り
28が動くので、上下方向の振動にレスポンス良く重り
28が追従でき、圧電体20を用いて安定した発電が行
われる。また、圧電体20は、細長くコイル状に成形さ
れているので、重り28の運動によって与えられる変位
が大きく、十分な発電量を確保できる。
In the power generator 8 of this example, the piezoelectric body 20 has a weight 2
In the direction of the acceleration applied to 8, that is, in the interior of the vehicle that vibrates up and down, it expands and contracts vertically, and the weight 28 supported by the piezoelectric body 20 also moves vertically. Therefore, since the weight 28 moves in the same direction as the vertical acceleration that is most frequently generated, the weight 28 can follow the vibration in the vertical direction with good response, and stable power generation is performed using the piezoelectric body 20. In addition, since the piezoelectric body 20 is formed in an elongated coil shape, the displacement given by the movement of the weight 28 is large, and a sufficient amount of power generation can be secured.

【0051】本例の発電装置8は、例えば、車内に設置
されるアクセサリーや電子機器の電源として好適であ
る。発電装置8から発生した電力を2次電池を介して電
子温度計などに供給すれば、電子温度計をシガライター
などの車内の電源に接続しなくとも利用できる。さら
に、重り28に電子温度計などの機能を設ければ、電子
温度計を車内に置いておくだけでその機能を利用でき
る。また、大容量のコンデンサーや2次電池と併用する
ことによって、継続的な動作が要求される電子機器であ
っても本発明の圧電体を用いた発電装置を電源として用
いることができる。さらに、RAMなどのバックアップ
電源としてのみ電池を用いて、その他の機能については
圧電体を用いた発電装置を電源とするシステムも構築で
きる。
The power generator 8 of this example is suitable as a power source for accessories and electronic equipment installed in a vehicle, for example. If the electric power generated from the power generation device 8 is supplied to the electronic thermometer or the like through the secondary battery, the electronic thermometer can be used without being connected to a power source in the vehicle such as a cigarette lighter. Further, if the weight 28 is provided with a function such as an electronic thermometer, the function can be utilized only by placing the electronic thermometer in the vehicle. Further, by using it together with a large-capacity capacitor or a secondary battery, the power generator using the piezoelectric body of the present invention can be used as a power source even in an electronic device that requires continuous operation. Further, it is possible to construct a system in which a battery is used only as a backup power source for RAM or the like and a power generator using a piezoelectric body is used as a power source for other functions.

【0052】図18に、本例のコイル状の圧電体20を
水熱法を用いて製造する方法を示してある。本例の圧電
体20は、先ず、帯状の燐青銅製のシム材25をコイル
状に加工し、このシム材25の幅方向に広がる両側面2
5aおよび25bにチタンコーディング29を施す。シ
ム材25の厚さ方向の側面およびシム材25の先端21
を除いて選択的にチタンコーディング29を施すことに
より、先端21および厚さ方向の側面を除いて、シム材
25の両側面25aおよび25bにのみに圧電素子層2
6aおよび26bを形成できる。シム材25の先端21
は重り28を装着させるために露出させておくことが望
ましく、また、シム材25の両側面25aおよび25b
に圧電素子層を積層させることにより、バイモルフ型の
圧電体を製造できる。
FIG. 18 shows a method of manufacturing the coil-shaped piezoelectric body 20 of this example by using the hydrothermal method. In the piezoelectric body 20 of the present example, first, a band-shaped phosphor bronze shim material 25 is processed into a coil shape, and both side surfaces 2 of the shim material 25 are spread in the width direction.
Titanium coating 29 is applied to 5a and 25b. The side surface of the shim member 25 in the thickness direction and the tip 21 of the shim member 25
By selectively applying the titanium coating 29 except for the tip 21 and the side surface in the thickness direction, the piezoelectric element layer 2 is formed only on both side surfaces 25a and 25b of the shim member 25.
6a and 26b can be formed. Tip 21 of shim material 25
It is desirable to expose the weight 28 so that the weight 28 can be mounted, and both side surfaces 25a and 25b of the shim member 25 can be exposed.
A bimorph type piezoelectric body can be manufactured by laminating the piezoelectric element layer on the.

【0053】選択的にチタンコーディングを施したシム
材25を圧電体を構成する組成を含んだ水溶液50に入
れ、これに外側から熱51を与えて加熱する。圧電素子
層としてPZTを形成する場合は、Pb(NO3 )2
、ZrOCl2 、TiCl4 およびKOHの混合水
溶液中にシム材25を投入し、100〜130°Cに加
熱した後、24〜96時間、水熱による処理を行う。こ
れによって、チタンコーディングを施したシム材25の
両側面にPZTの結晶が成長し、圧電素子層が形成され
る。また、これに先立って、シム材25をPb(NO3
)2 、ZrOCl2 およびKOHの混合水溶液中に
投入し、140〜160°Cで4〜25時間、水熱によ
る表面処理を行い結晶核を生成させることが望ましい。
このような水熱処理によって、シム材25の両側面にP
ZTからなる圧電素子層26aおよび26bが形成され
る。さらに、この圧電素子層26aおよび26bの表面
に電極を形成する。
The shim material 25 selectively coated with titanium is placed in an aqueous solution 50 containing the composition of the piezoelectric body, and heat 51 is applied to the aqueous solution 50 from the outside to heat it. When PZT is formed as the piezoelectric element layer, Pb (NO3) 2
, ShirOCl2, TiCl4, and KOH are charged with the shim material 25, heated to 100 to 130 ° C, and then subjected to hydrothermal treatment for 24 to 96 hours. As a result, PZT crystals grow on both side surfaces of the titanium-coated shim material 25, and a piezoelectric element layer is formed. Further, prior to this, the shim material 25 is changed to Pb (NO3
) 2, ZrOCl 2 and KOH are preferably added to a mixed aqueous solution and subjected to hydrothermal surface treatment at 140 to 160 ° C. for 4 to 25 hours to generate crystal nuclei.
By such hydrothermal treatment, P is applied to both sides of the shim material 25.
Piezoelectric element layers 26a and 26b made of ZT are formed. Further, electrodes are formed on the surfaces of the piezoelectric element layers 26a and 26b.

【0054】このように、水熱法によって圧電体20を
製造すれば、湾曲した形状の圧電体であっても簡単に製
造できる。また、チタンコーディングを選択的に施すこ
とにより、重りを装着する場所を除いて圧電素子層を形
成するなどの処理が自由に行える。このため、圧電体を
複雑な形状に貼りつけたり、スパッタリングによって圧
電体を製造する場合と異なり、容易に3次元形状を作成
でき、簡単に湾曲した圧電体を製造できる。また、重り
を付加するために圧電素子層を削るといった手間をかけ
ることなく、安価に所望の形状の圧電体を製造できる。
また、図11に示したグリーンシート法と同様に予め幅
広く製造し、切断することも可能である。
As described above, when the piezoelectric body 20 is manufactured by the hydrothermal method, even a piezoelectric body having a curved shape can be easily manufactured. Further, by selectively applying the titanium coating, it is possible to freely perform the processing such as forming the piezoelectric element layer except the place where the weight is attached. Therefore, unlike a case where a piezoelectric body is attached to a complicated shape or a piezoelectric body is manufactured by sputtering, a three-dimensional shape can be easily created and a curved piezoelectric body can be easily manufactured. In addition, a piezoelectric body having a desired shape can be manufactured at low cost without the trouble of cutting the piezoelectric element layer to add a weight.
Further, similarly to the green sheet method shown in FIG. 11, it is also possible to widely manufacture and cut in advance.

【0055】なお、シム材は、燐青銅製に限らず、チタ
ンであっても良く、さらに、ポリイミドフィルムなどの
耐熱性の樹脂を用いることによってフレキシブルな圧電
体を製造することも可能である。
The shim material is not limited to phosphor bronze, but may be titanium, and a flexible piezoelectric body can be manufactured by using a heat resistant resin such as a polyimide film.

【0056】以上の実施例に示したように、細長い圧電
体を用いることによって、力Fに対する変位を大きくで
き、発電量の大きな発電装置を実現することができる。
このような圧電体は長手方向に湾曲した部分を設けるこ
とにより、狭いスペースに長い圧電体を収納でき、携帯
用の小型の機器にも装着することができる。圧電体の形
状は、上記の実施例の螺旋状あるいはコイル状に限定さ
れることはなく、例えば、図19に示すように円弧状に
延びた圧電体20であっても良い。この圧電体20は、
一方の端22がベース55に取り付けられ、他方の端2
1に重り28が付加されているので、上下の振動に対し
敏感に反応し、圧電体に大きな変位が発生する。従っ
て、このような形状の圧電体を用いても十分な電力が得
られる。
As shown in the above embodiments, by using the elongated piezoelectric body, the displacement with respect to the force F can be increased and a power generation device with a large amount of power generation can be realized.
By providing such a piezoelectric body with a curved portion in the longitudinal direction, a long piezoelectric body can be housed in a narrow space and can be mounted on a small portable device. The shape of the piezoelectric body is not limited to the spiral shape or the coil shape of the above embodiment, and may be, for example, the piezoelectric body 20 extending in an arc shape as shown in FIG. This piezoelectric body 20
One end 22 is attached to the base 55 and the other end 2
Since the weight 28 is added to 1, the piezoelectric body reacts sensitively to the vertical vibration, and a large displacement occurs in the piezoelectric body. Therefore, sufficient electric power can be obtained even if the piezoelectric body having such a shape is used.

【0057】さらに、図20に示したようなコイル状の
ベース56の周囲に螺旋状に巻いた圧電体20を用いて
発電することも可能である。このような圧電体20は、
ポリイミドなどの耐熱性の樹脂フィルムをシム材25と
して、その一方の面、あるいは両側面にPZTなどの薄
い圧電素子層26が形成されたものであり、このフィル
ム状の圧電体20をコイルベース56に巻きつけること
により、非常に長い圧電体を用いて発電することができ
る。この圧電体20には、コイルベースの上下方向の動
きによって変位が発生し、発電が行われる。そして、金
属製のコイルベースを電力回収用の導電体として用いる
ことも可能である。
Further, it is also possible to generate electric power by using the piezoelectric body 20 spirally wound around the coiled base 56 as shown in FIG. Such a piezoelectric body 20 is
A heat-resistant resin film such as polyimide is used as the shim material 25, and a thin piezoelectric element layer 26 such as PZT is formed on one side or both sides of the shim material 25. The film-shaped piezoelectric body 20 is used as the coil base 56. By wrapping around, it is possible to generate power using a very long piezoelectric body. The piezoelectric body 20 is displaced by the vertical movement of the coil base to generate electricity. Further, it is also possible to use the coil base made of metal as a conductor for collecting power.

【0058】また、圧電体を構成する素材はPZTに限
定されず、チタン酸バリウム系やチタン酸鉛系などのセ
ラミック素材、水晶などの単結晶圧電体、さらに、PV
DFなどの高分子素材を用いることも可能である。
The material constituting the piezoelectric body is not limited to PZT, but ceramic materials such as barium titanate and lead titanate, single crystal piezoelectric such as quartz, and PV.
It is also possible to use a polymer material such as DF.

【0059】さらに、本発明は上記の実施例で説明した
手首に装着する時計装置に限定されるものではない。時
計以外の携帯型電子機器としては、例えばページャー、
電話機、無線機、補聴器、万歩計、電卓、電子手帳など
の情報端末、ICカード、ラジオ受信機などに本発明の
発電装置を適用することが可能である。そして、これら
の携帯型機器が小型化され、ポケットに収納されたり、
バンドなどにより手首やその他の身体に装着可能になる
と、本例の発電装置を用いることにより、身体の動きに
より継続的に発電を行い、その電力でそれぞれの機能を
使用できる。このため、装置内の電池の消費を抑制した
り、あるいは電池その物を不要にすることも可能であ
る。従って、ユーザーは電池切れを心配せずに、これら
の携帯型機器を使用することができ、電池切れによって
メモリーに記憶した内容が失われるなどのトラブルも未
然に防止できる。さらに、電池や充電装置が容易に入手
できない地域や場所、あるいは災害などによって電池の
補充が困難な事態であっても携帯用電子機器の機能を発
揮させることが可能となる。
Furthermore, the present invention is not limited to the wrist watch device described in the above embodiments. Examples of portable electronic devices other than watches include pagers,
The power generation device of the present invention can be applied to a telephone, a wireless device, a hearing aid, a pedometer, a calculator, an information terminal such as an electronic notebook, an IC card, a radio receiver, and the like. And these portable devices are downsized and stored in pockets,
When the wristband or other body can be worn by a band or the like, the power generator of this example is used to continuously generate power by the movement of the body, and each function can be used with the power. Therefore, it is possible to suppress the consumption of the battery in the device, or to eliminate the battery itself. Therefore, the user can use these portable devices without worrying about running out of battery, and it is possible to prevent troubles such as loss of contents stored in the memory due to running out of battery. Further, even if it is difficult to replenish the battery due to an area or place where the battery or the charging device is not easily available, or a disaster or the like, the function of the portable electronic device can be exerted.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の発電装
置は、細長い帯状の圧電体を用いて発電装置を構成し、
この細長い圧電体を変位させることによって、所定の力
Fによって大きな発電量を得られるようにしている。そ
して、細長い帯状の圧電体の長手方向に湾曲部を設けて
螺旋状、コイル状あるいは円弧状などの形状に成形し携
帯用の小型化された機器の内部にも収納できるようにし
ている。従って、本発明の細長い圧電体を発電用に備え
た発電装置は、人体の動きや車の振動などの自然に発生
する動きを効果的に捕らえて発電することが可能であ
る。さらに、本発明においては、人体の動きや車の振動
などのユーザーの生活環境によって発生する力を効率良
く捉えられるために、重りの運動方向と加速度の方向を
合わせたり、回転錘の中立位置を所定の範囲内に設定す
るなど様々な技術を用いている。そして、本発明のこれ
らの技術により、ユーザーの手首の動きなどによって継
続して十分な発電量を確保できる効率の良い発電装置を
提供できる。従って、本発明の発電装置を用いて何時で
も何処でも安心して確実に使用できる多種多用な機能を
備えた携帯用電子機器を実現できる。
As described above, in the power generator of the present invention, the power generator is constituted by using the elongated strip piezoelectric body.
By displacing this elongated piezoelectric body, a large amount of power generation can be obtained by a predetermined force F. A long and thin strip-shaped piezoelectric body is provided with a curved portion in the longitudinal direction, and the piezoelectric body is formed into a spiral shape, a coil shape, or an arc shape so that the piezoelectric body can be housed in a portable and miniaturized device. Therefore, the power generation device equipped with the elongated piezoelectric body of the present invention for power generation can effectively capture naturally occurring movements such as movements of a human body and vibrations of a vehicle to generate electricity. Further, in the present invention, in order to efficiently capture the force generated by the living environment of the user such as the movement of the human body and the vibration of the car, the weight movement direction and the acceleration direction are aligned, and the neutral position of the rotary weight is set. Various techniques are used such as setting within a predetermined range. Then, by these techniques of the present invention, it is possible to provide an efficient power generation device capable of continuously securing a sufficient amount of power generation by the movement of the user's wrist or the like. Therefore, by using the power generation device of the present invention, it is possible to realize a portable electronic device having a variety of functions that can be reliably used anytime and anywhere.

【0061】さらに、本発明においては、グリーンシー
ト法や水熱法を用いて螺旋状あるいはコイル状といった
複雑な形状の圧電体を安価に量産できる簡易な製造方法
を提供している。従って、本発明により、人体の動きな
どを利用して十分な電力を供給できる発電装置を安価に
提供でき、現実的に使用可能な圧電体を用いた発電装置
および携帯型機器を提供できる。
Further, the present invention provides a simple manufacturing method for inexpensively mass-producing a piezoelectric body having a complicated shape such as a spiral shape or a coil shape by using the green sheet method or the hydrothermal method. Therefore, according to the present invention, it is possible to inexpensively provide a power generation device that can supply sufficient electric power by utilizing the movement of the human body, and it is possible to provide a power generation device and a portable device that use a piezoelectric body that can be practically used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1に係る圧電体を用いた発電装
置および携帯型機器の概略構成を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a power generator and a portable device using a piezoelectric body according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す圧電体の構成を示すために圧電体の
一部を拡大した図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the piezoelectric body to show the configuration of the piezoelectric body shown in FIG.

【図3】図1に示す発電装置の構成を示す携帯型機器の
一部の断面図である。
3 is a cross-sectional view of a part of a portable device showing the configuration of the power generation device shown in FIG.

【図4】図1に示す圧電体を携帯型機器の地板に取り付
けた状態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state where the piezoelectric body shown in FIG. 1 is attached to a main plate of a portable device.

【図5】図1に示す携帯型機器を手首に装着し、デスク
ワークを行う状態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a state in which the portable device shown in FIG. 1 is mounted on a wrist and desk work is performed.

【図6】図1に示す携帯型機器を手首に装着し、立ち上
がった状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a state in which the portable device shown in FIG.

【図7】図1に示す携帯型機器を手首に装着し、回転錘
が中立な位置にある状態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which the portable device shown in FIG. 1 is mounted on a wrist and the rotary weight is in a neutral position.

【図8】図1に示す携帯型機器を手首に装着したときの
圧電体によるトルクと回転錘によるトルクの変化を示す
グラフである。
8 is a graph showing changes in torque due to the piezoelectric body and torque due to the rotary weight when the portable device shown in FIG. 1 is worn on the wrist.

【図9】図8において、手首を上下に振動させたときに
トルクが変動し、回転錘の動く様子を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing how the rotary weight moves when torque fluctuates when the wrist is vibrated up and down in FIG.

【図10】圧電体における電圧比によって充電効率が変
化する様子を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing how the charging efficiency changes depending on the voltage ratio in the piezoelectric body.

【図11】図1に示す圧電体をグリーンシート法により
製造する工程を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a process of manufacturing the piezoelectric body shown in FIG. 1 by a green sheet method.

【図12】図11に示す製造方法と異なるグリーンシー
ト法による製造方法を示す図である。
12 is a diagram showing a manufacturing method by a green sheet method different from the manufacturing method shown in FIG.

【図13】本発明の実施例2に係る腕時計タイプの携帯
型機器の概略構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a wristwatch type portable device according to a second embodiment of the invention.

【図14】図13に示す携帯型機器の概略構成を示す断
面図である。
14 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the portable device shown in FIG.

【図15】本発明の実施例3に係る携帯型機器の概略構
成を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a portable device according to a third embodiment of the invention.

【図16】図15に示す圧電体の構成を示すために一部
を拡大して示す図である。
16 is a partially enlarged view showing the structure of the piezoelectric body shown in FIG.

【図17】本発明の実施例4に係る発電装置の圧電体の
概略構成を示す斜視図である。
FIG. 17 is a perspective view showing a schematic configuration of a piezoelectric body of a power generation device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図18】図17に示す圧電体を水熱法により製造する
様子を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the manner of manufacturing the piezoelectric body shown in FIG. 17 by a hydrothermal method.

【図19】本発明に係る発電装置に用いられる圧電体の
異なった例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing another example of the piezoelectric body used in the power generator according to the present invention.

【図20】本発明に係る発電装置に用いられる圧電体の
異なった例を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a different example of the piezoelectric body used in the power generator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2・・整流回路 4・・蓄電回路 6・・処理部 8・・発電装置 10・・携帯用電子機器 13・・回転錘 14・・固定用リベット 15・・基盤 16・・基盤上の電極 18・・バンド 19・・竜頭 20・・圧電体 21・・圧電体の先端 22・・圧電体の基端 25・・シム材 26・・圧電素子層 27・・電極 28・・重り 29・・チタンコーディング 31・・シム材のグリーンシート 32・・圧電素子層のグリーンシート 33・・圧電体用のグリーンシート 34・・スペーサー 35・・焼結体 36・・歯車 37・・コンデンサー 50・・水熱処理用の水溶液 55・・基盤 56・・コイル 2 ・ ・ Rectifier circuit 4 ・ ・ Storage circuit 6 ・ ・ Processing unit 8 ・ ・ Power generator 10 ・ ・ Portable electronic device 13 ・ ・ Rotating weight 14 ・ ・ Fixing rivet 15 ・ ・ Base 16 ・ ・ Base electrode 18・ ・ Band 19 ・ ・ Crown 20 ・ ・ Piezoelectric body 21 ・ ・ Piezoelectric tip 22 ・ ・ Piezoelectric base 25 ・ ・ Shim material 26 ・ ・ Piezoelectric element layer 27 ・ ・ Electrode 28 ・ ・ Weight 29 ・ ・ Titanium Coding 31..Green sheet of shim material 32..Green sheet of piezoelectric element layer 33..Green sheet for piezoelectric body 34..Spacer 35..Sintered body 36..Gear 37..Capacitor 50..Hydrothermal treatment Aqueous solution for water 55 ・ ・ Base 56 ・ ・ Coil

フロントページの続き (72)発明者 宮下 悟 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 古畑 誠 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 橋本 泰治 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内Front page continuation (72) Inventor Satoru Miyashita 3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Seiko Epson Corporation (72) Inventor Makoto Furuhata 3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture Seiko Epson Corporation (72) Inventor Taiji Hashimoto 3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Seiko Epson Corporation

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 長手方向に少なくとも1つの湾曲部が形
成された帯状の圧電体と、この圧電体の表面の少なくと
も1部に形成された導電体と、この導電体に接続された
整流手段とを有することを特徴とする発電装置。
1. A strip-shaped piezoelectric body having at least one curved portion formed in the longitudinal direction, a conductor formed on at least a part of the surface of the piezoelectric body, and a rectifying means connected to the conductor. A power generation device comprising:
【請求項2】 請求項1において、前記圧電体は、螺旋
状、コイル状および円弧状の少なくともいずれかの形状
に成形されていることを特徴とする発電装置。
2. The power generator according to claim 1, wherein the piezoelectric body is formed in at least one of a spiral shape, a coil shape, and an arc shape.
【請求項3】 請求項1において、圧電体は、長手方向
に少なくとも1つの湾曲部が形成された帯状の支持体
と、この支持体の少なくとも一方の側面の前記湾曲部に
形成された圧電素子層とを備えていることを特徴とする
発電装置。
3. The piezoelectric body according to claim 1, wherein the piezoelectric body is a strip-shaped support body having at least one curved portion formed in a longitudinal direction, and the piezoelectric element formed on the curved portion on at least one side surface of the support body. A power generation device comprising: a layer.
【請求項4】 請求項3において、前記支持体は導電性
であることを特徴とする発電装置。
4. The power generator according to claim 3, wherein the support is conductive.
【請求項5】 請求項1において、前記圧電体は、直に
あるいは導電体を挟んで積層された複数の圧電素子層を
備えていることを特徴とする発電装置。
5. The power generation device according to claim 1, wherein the piezoelectric body includes a plurality of piezoelectric element layers that are stacked directly or with a conductor interposed therebetween.
【請求項6】 請求項1において、前記圧電体の一方の
端部が基盤に支持されており、他方の端部に重りが付加
されていることを特徴とする発電装置。
6. The power generator according to claim 1, wherein one end of the piezoelectric body is supported by a base and a weight is added to the other end.
【請求項7】 請求項1において、前記圧電体は弾性を
有し、前記圧電体の伸縮可能な方向が該圧電体に印加さ
れる加速度の方向とほぼ一致していることを特徴とする
発電装置。
7. The power generation system according to claim 1, wherein the piezoelectric body has elasticity, and the direction in which the piezoelectric body can expand and contract is substantially coincident with the direction of acceleration applied to the piezoelectric body. apparatus.
【請求項8】 請求項1において、前記圧電体は弾性を
有し、前記圧電体は、その一方の端が他方の端に対して
旋回運動を行うように支持されており、釣り合いの取れ
た中立の位置から前記一方の端が前記旋回運動を開始す
る方向が該圧電体に印加される加速度の方向とほぼ一致
していることを特徴とする発電装置。
8. The piezoelectric body according to claim 1, wherein the piezoelectric body has elasticity, and one end of the piezoelectric body is supported so as to perform a swiveling motion with respect to the other end, and the piezoelectric body is balanced. A power generator in which the direction in which the one end starts the turning motion from a neutral position is substantially the same as the direction of acceleration applied to the piezoelectric body.
【請求項9】 請求項1において、基盤と、この基盤に
支持されて所定の旋回面に沿って旋回運動する回転錘と
を有し、 前記圧電体の前記湾曲部が前記旋回面とほぼ平行に配置
されており、前記圧電体の一方の端部が前記基盤に支持
されており、他方の端部が前記回転錘の旋回運動に伴い
変位することを特徴とする発電装置。
9. The piezoelectric body according to claim 1, further comprising: a base and a rotary weight that is supported by the base and pivotally moves along a predetermined revolving surface, wherein the curved portion of the piezoelectric body is substantially parallel to the revolving surface. The one end portion of the piezoelectric body is supported by the base, and the other end portion of the piezoelectric body is displaced by the turning motion of the rotary weight.
【請求項10】 請求項9において、前記他方の端部
は、前記回転錘の先端側に取り付けられていることを特
徴とする発電装置。
10. The power generator according to claim 9, wherein the other end is attached to a tip side of the rotary weight.
【請求項11】 請求項9において、前記回転錘の旋回
運動を増速して前記他方の端部を駆動する増速手段を備
えていることを特徴とする発電装置。
11. The power generator according to claim 9, further comprising a speed increasing unit that speeds up the turning motion of the rotary weight to drive the other end.
【請求項12】 請求項9において、前記回転錘の旋回
運動が輪列を介して前記他方の端部に伝達されることを
特徴とする発電装置。
12. The power generator according to claim 9, wherein the turning motion of the rotary weight is transmitted to the other end through a train wheel.
【請求項13】 請求項9において、前記回転錘が中立
状態のときに、前記回転錘の重心が該回転錘の旋回中心
に対し加速度の方向とほぼ直角な方向に位置することを
特徴とする発電装置。
13. The method according to claim 9, wherein the center of gravity of the rotary weight is positioned in a direction substantially orthogonal to the direction of acceleration with respect to the center of rotation of the rotary weight when the rotary weight is in a neutral state. Power generator.
【請求項14】 請求項9において、鉛直方向に旋回可
能な前記回転錘が静止状態のときに、その重心が該回転
錘の旋回中心に対し水平な方向に位置することを特徴と
する発電装置。
14. The power generator according to claim 9, wherein when the rotary weight that can swivel in the vertical direction is in a stationary state, its center of gravity is located in a horizontal direction with respect to the swivel center of the rotary spindle. .
【請求項15】 請求項1に記載の発電装置と、前記整
流手段から出力された電流を蓄積する蓄電手段とを有す
ることを特徴とする携帯型機器。
15. A portable device comprising: the power generation device according to claim 1; and a power storage unit that stores the current output from the rectification unit.
【請求項16】 請求項1に記載の発電装置と、前記整
流手段から出力された電流を蓄積する蓄電手段と、この
蓄電手段から供給された電力によって処理を行う処理装
置とを有することを特徴とする携帯型機器。
16. A power generation device according to claim 1, a power storage device that stores the current output from the rectification device, and a processing device that performs processing by the power supplied from the power storage device. And portable equipment.
【請求項17】 請求項16において、前記圧電体は、
前記発電装置に印加される頻度の多い加速度変化によっ
て、前記処理装置に供給される規定電圧の1〜7倍の開
放端電圧を初期に発生する能力を備えていることを特徴
とする携帯型機器。
17. The piezoelectric body according to claim 16,
A portable device characterized by having an ability to initially generate an open circuit voltage that is 1 to 7 times the specified voltage supplied to the processing device due to frequent changes in acceleration applied to the power generation device. .
【請求項18】 請求項9に記載の発電装置と、この発
電装置を収納して手首に装着される薄型のケースとを有
し、 前記回転錘が前記ケース内で旋回し、前記ケースがほぼ
水平のときに、前記回転錘の重心が前記ケースの中指の
方向から親指に向かって90度から180度の間に位置
することを特徴とする携帯型機器。
18. The power generator according to claim 9, and a thin case for accommodating the power generator and attached to a wrist, wherein the rotary weight swivels in the case, and the case is substantially the same. The portable device, wherein the center of gravity of the rotary weight is positioned between 90 degrees and 180 degrees from the direction of the middle finger of the case toward the thumb when horizontal.
【請求項19】 請求項9に記載の発電装置と、この発
電装置を収納して手首に装着される薄型のケースとを有
し、 前記回転錘が前記ケース内で旋回し、前記ケースの中指
の方向から小指に向かって45度の方向を鉛直下向きに
設定すると、前記回転錘の重心が前記ケースの中指の方
向から親指に向かって0度から90度の間、および前記
ケースの中指の方向から小指に向かって90度から18
0度の間のいずれかに位置することを特徴とする携帯型
機器。
19. The power generator according to claim 9, and a thin case that houses the power generator and is attached to a wrist, wherein the rotary weight swivels in the case, and a middle finger of the case. When the direction of 45 degrees toward the little finger is set vertically downward, the center of gravity of the rotary weight is from 0 to 90 degrees from the direction of the middle finger of the case to the thumb, and the direction of the middle finger of the case. 90 degrees to 18 towards the little finger
A portable device characterized by being located anywhere between 0 degrees.
【請求項20】 圧電性セラミックの粉末を用いてグリ
ーンシートに製膜する工程と、このグリーンシートを焼
失性の膜材を挟んで巻き重ねる工程と、巻き重ねられた
グリーンシートを焼結する工程とを有することを特徴と
する圧電体の製造方法。
20. A step of forming a film on a green sheet using piezoelectric ceramic powder, a step of winding the green sheet with a burnable film material sandwiched between them, and a step of sintering the rolled green sheet. A method for manufacturing a piezoelectric body, comprising:
【請求項21】 圧電性セラミックの粉末を用いてグリ
ーンシートに製膜する工程と、複数の前記グリーンシー
トと焼失性の膜材とを交互に挟んで巻き重ねる工程と、
巻き重ねられたグリーンシートを焼結する工程とを有す
ることを特徴とする圧電体の製造方法。
21. A step of forming a film on a green sheet by using piezoelectric ceramic powder, and a step of alternately winding a plurality of the green sheets and a burnable film material and winding them.
And a step of sintering the wound green sheets.
【請求項22】 請求項5に記載の圧電体の製造方法で
あって、前記支持体の少なくとも前記湾曲部を前記圧電
体の組成を含んだ混合溶液中で水熱処理する工程を有す
ることを特徴とする圧電体の製造方法。
22. The method for manufacturing a piezoelectric body according to claim 5, further comprising a step of subjecting at least the curved portion of the support to a hydrothermal treatment in a mixed solution containing the composition of the piezoelectric body. And a method for manufacturing a piezoelectric body.
【請求項23】 請求項22において、前記支持体はチ
タン製であることを特徴とする圧電体の製造方法。
23. The method for manufacturing a piezoelectric body according to claim 22, wherein the support is made of titanium.
【請求項24】 請求項22において、前記支持体の表
面が選択的にチタンによって形成されていることを特徴
とする圧電体の製造方法。
24. The method of manufacturing a piezoelectric body according to claim 22, wherein the surface of the support is selectively formed of titanium.
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