JPH11136963A - 圧電式電源装置 - Google Patents
圧電式電源装置Info
- Publication number
- JPH11136963A JPH11136963A JP9311241A JP31124197A JPH11136963A JP H11136963 A JPH11136963 A JP H11136963A JP 9311241 A JP9311241 A JP 9311241A JP 31124197 A JP31124197 A JP 31124197A JP H11136963 A JPH11136963 A JP H11136963A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- layer
- thickness
- power supply
- unit elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電素子を有する振動子を振動せしめて電力
を得る圧電式電源装置において、構成簡単に低い電圧で
十分な電力を得ることである。 【解決手段】 振動子の梁部３の、加撓性の基板６に密
着した圧電素子７ａ，７ｂを、導電層７０２と圧電層７
０１とを交互に積層せしめるとともに導電層７０２を１
つおきに導通せしめて、各圧電層７０１とその両面の導
電層７０２とで形成される単位素子７１ａ〜７３ｂが並
列接続する構成とし、かつ内層側の圧電層７０１の厚さ
を外層側の圧電層７０１よりも厚くして単位素子７１ａ
〜７３ｂの応力分布を相殺することで、単位素子７１ａ
〜７３ｂの発生電圧のばらつきを抑え、エネルギー損失
を生じることなく低い電圧が取り出されるようにする。
を得る圧電式電源装置において、構成簡単に低い電圧で
十分な電力を得ることである。 【解決手段】 振動子の梁部３の、加撓性の基板６に密
着した圧電素子７ａ，７ｂを、導電層７０２と圧電層７
０１とを交互に積層せしめるとともに導電層７０２を１
つおきに導通せしめて、各圧電層７０１とその両面の導
電層７０２とで形成される単位素子７１ａ〜７３ｂが並
列接続する構成とし、かつ内層側の圧電層７０１の厚さ
を外層側の圧電層７０１よりも厚くして単位素子７１ａ
〜７３ｂの応力分布を相殺することで、単位素子７１ａ
〜７３ｂの発生電圧のばらつきを抑え、エネルギー損失
を生じることなく低い電圧が取り出されるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を利用し
た圧電式電源装置に関する。
た圧電式電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車等に装備した各種機器への
給電は、通常、バッテリ等からの給電線により行ってい
る。しかし給電線による方法では、給電の場所によって
組付け時に給電線の取りまわしが面倒であったり、給電
の場所が可動部の場合、給電線の接触不良や耐久性が問
題となる。したがってこのような場所に設置される機器
は該機器と一体の電源を備えているのが望ましいが、電
池では寿命が問題となる。そこで半永久的寿命をもつ圧
電式電源装置が期待されている。圧電式電源装置は圧電
素子を利用して機械的振動エネルギーを電気エネルギー
に変換するもので、特開昭５９−１９４６７７号公報に
は、タイヤ空気圧の検出信号を送信する無線回路の電源
として車輪に取り付けられたものが開示されており、車
輪の振動から数ｍＷの電力を発生する。
給電は、通常、バッテリ等からの給電線により行ってい
る。しかし給電線による方法では、給電の場所によって
組付け時に給電線の取りまわしが面倒であったり、給電
の場所が可動部の場合、給電線の接触不良や耐久性が問
題となる。したがってこのような場所に設置される機器
は該機器と一体の電源を備えているのが望ましいが、電
池では寿命が問題となる。そこで半永久的寿命をもつ圧
電式電源装置が期待されている。圧電式電源装置は圧電
素子を利用して機械的振動エネルギーを電気エネルギー
に変換するもので、特開昭５９−１９４６７７号公報に
は、タイヤ空気圧の検出信号を送信する無線回路の電源
として車輪に取り付けられたものが開示されており、車
輪の振動から数ｍＷの電力を発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら圧電式電
源装置は、発生電圧は高い（１０Ｖ以上）が電流は僅か
である（０．１ｍＡ以下）ので、半導体素子を用いた電
子回路等に用いるには定電圧回路を設けて３Ｖ〜５Ｖ程
度の電圧に変換する必要がある。しかしそのためには電
圧を変換する定電圧回路が必要になる。また圧電素子を
構成する圧電層の厚みを薄くする等の外形の変更により
電圧を調整することも行われたが電流が不足し、多くの
圧電式電源装置を用意する必要があった。このように実
用時には構成が複雑化し、スペース効率やコストの点で
十分満足できるものではなかった。
源装置は、発生電圧は高い（１０Ｖ以上）が電流は僅か
である（０．１ｍＡ以下）ので、半導体素子を用いた電
子回路等に用いるには定電圧回路を設けて３Ｖ〜５Ｖ程
度の電圧に変換する必要がある。しかしそのためには電
圧を変換する定電圧回路が必要になる。また圧電素子を
構成する圧電層の厚みを薄くする等の外形の変更により
電圧を調整することも行われたが電流が不足し、多くの
圧電式電源装置を用意する必要があった。このように実
用時には構成が複雑化し、スペース効率やコストの点で
十分満足できるものではなかった。
【０００４】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
低い電圧で十分な電力を得ることができ、しかも構成の
簡単な圧電式電源装置を提供することを目的とする。
低い電圧で十分な電力を得ることができ、しかも構成の
簡単な圧電式電源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、可撓性の基板に圧電素子を密着せしめた梁状の振動
子が振動することにより機械的振動エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する圧電式電源装置において、上記圧電
素子は、これを上記基板の表面に導電層と圧電層とが交
互に積層する積層構造とするとともに導電層を一つおき
に導通せしめて、各圧電層とその両面に形成された導電
層とで形成される単位素子が並列接続する構成とする。
かつ内層側の圧電層の厚さを外層側の圧電層の厚さより
も厚くする。
は、可撓性の基板に圧電素子を密着せしめた梁状の振動
子が振動することにより機械的振動エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する圧電式電源装置において、上記圧電
素子は、これを上記基板の表面に導電層と圧電層とが交
互に積層する積層構造とするとともに導電層を一つおき
に導通せしめて、各圧電層とその両面に形成された導電
層とで形成される単位素子が並列接続する構成とする。
かつ内層側の圧電層の厚さを外層側の圧電層の厚さより
も厚くする。
【０００６】圧電層は、上記積層構造を有しない従来の
圧電素子に比して相対的に薄くなり単位素子の発生電圧
が低くなる。また単位素子の発生電圧はその圧電層の厚
さおよび応力の値が大きくなるに応じて高いものとな
る。単位素子の圧電層に作用する応力は内層側の圧電層
ほど小さい。一方、本発明の構成では内層側の圧電層ほ
ど厚くしているから、発生電圧の単位素子間ばらつきが
抑えられる。しかして並列接続において発生電圧がばら
つくことによるエネルギー損失を僅少に抑えつつ、電圧
は低くかつ電流は多くすることができる。よって従来の
同一の体格のものと得られる電力が実質的に同じで電圧
を下げることができる。しかも定電圧回路が不要で複数
の圧電式電源装置を結線することが不要であるからスペ
ース効率がよくコストも抑えるとができる。
圧電素子に比して相対的に薄くなり単位素子の発生電圧
が低くなる。また単位素子の発生電圧はその圧電層の厚
さおよび応力の値が大きくなるに応じて高いものとな
る。単位素子の圧電層に作用する応力は内層側の圧電層
ほど小さい。一方、本発明の構成では内層側の圧電層ほ
ど厚くしているから、発生電圧の単位素子間ばらつきが
抑えられる。しかして並列接続において発生電圧がばら
つくことによるエネルギー損失を僅少に抑えつつ、電圧
は低くかつ電流は多くすることができる。よって従来の
同一の体格のものと得られる電力が実質的に同じで電圧
を下げることができる。しかも定電圧回路が不要で複数
の圧電式電源装置を結線することが不要であるからスペ
ース効率がよくコストも抑えるとができる。
【０００７】請求項２記載の発明では、上記圧電素子は
上記基板の両表面に対称に形成する。上記単位素子の圧
電層の厚さを、対称位置にある１対の単位素子を最外層
とする上記振動子の厚さの自乗と、上記１対の単位素子
と相隣れる他の１対の単位素子を最外層とする上記振動
子の厚さの自乗との差が一定となるように設定する。
上記基板の両表面に対称に形成する。上記単位素子の圧
電層の厚さを、対称位置にある１対の単位素子を最外層
とする上記振動子の厚さの自乗と、上記１対の単位素子
と相隣れる他の１対の単位素子を最外層とする上記振動
子の厚さの自乗との差が一定となるように設定する。
【０００８】単位素子の発生電圧は、対称位置にある１
対の単位素子を最外層とする上記振動子の厚さの自乗
と、上記１対の単位素子と相隣れる他の１対の単位素子
を最外層とする上記振動子の厚さの自乗との差に比例す
る。したがって単位素子の圧電層の厚さを上記設定とす
ることにより、単位素子の発生電圧を一定とすることが
でき、上記エネルギー損失が実質的に生じない。
対の単位素子を最外層とする上記振動子の厚さの自乗
と、上記１対の単位素子と相隣れる他の１対の単位素子
を最外層とする上記振動子の厚さの自乗との差に比例す
る。したがって単位素子の圧電層の厚さを上記設定とす
ることにより、単位素子の発生電圧を一定とすることが
でき、上記エネルギー損失が実質的に生じない。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に本発明の圧電式電源装置を
示す。圧電式電源装置１は振動子２を有し、振動子２は
偏平な梁部３とその先端３ａに設けた重り４とからな
る。梁部３は重り４方向に幅が狭くなる三角形状のもの
で、基部３ｂがブロック状の固定端部５に埋設されて固
定端部５から片持ち梁状に水平に延出し、重り４の慣性
で垂直方向に振動するようになっている。固定端部５
は、圧電式電源装置１が電力を供給する機器のハウジン
グ等に固定され、圧電式電源装置１が上記機器と一体に
結合する。
示す。圧電式電源装置１は振動子２を有し、振動子２は
偏平な梁部３とその先端３ａに設けた重り４とからな
る。梁部３は重り４方向に幅が狭くなる三角形状のもの
で、基部３ｂがブロック状の固定端部５に埋設されて固
定端部５から片持ち梁状に水平に延出し、重り４の慣性
で垂直方向に振動するようになっている。固定端部５
は、圧電式電源装置１が電力を供給する機器のハウジン
グ等に固定され、圧電式電源装置１が上記機器と一体に
結合する。
【００１０】図２に梁部３の断面を示す。梁部３はいわ
ゆるバイモルフ型と呼ばれる構成のもので、コバール等
の０．２ｍｍ程度の厚さの金属平板を、幅１２ｍｍ×長
さ２０ｍｍ程度の三角形状に成形して基板たる金属板６
とし、その両面にそれぞれ導電接着材等により圧電素子
７ａ，７ｂが密着せしめてある。
ゆるバイモルフ型と呼ばれる構成のもので、コバール等
の０．２ｍｍ程度の厚さの金属平板を、幅１２ｍｍ×長
さ２０ｍｍ程度の三角形状に成形して基板たる金属板６
とし、その両面にそれぞれ導電接着材等により圧電素子
７ａ，７ｂが密着せしめてある。
【００１１】圧電素子７ａ，７ｂは、チタン酸ジルコニ
ア（ＰＺＴ）等の圧電材料を金属板６と略同じ長方形と
した圧電層７０１と、銀（Ａｇ）や白金（Ｐｔ）等の導
電材料を金属板６と略同じ平面形状とした導電層たる電
極層７０２とを交互に重ねたもので、電極層７０２の層
数は圧電層７０１の層数よりも１多く、最外層は電極層
７０２としてある。圧電層７０１とその両面の電極層７
０２とで、圧電素子７ａの単位素子７１ａ，７２ａ，７
３ａが形成され、圧電素子７ｂの単位素子７１ｂ，７２
ｂ，７３ｂが形成される。電極層７０２は相隣れる単位
素子７１〜７３ｂに共通の電極層７０２となる。電極層
７０１は数μｍの厚さの薄膜であり、圧電層７０１の厚
さについては後述する。
ア（ＰＺＴ）等の圧電材料を金属板６と略同じ長方形と
した圧電層７０１と、銀（Ａｇ）や白金（Ｐｔ）等の導
電材料を金属板６と略同じ平面形状とした導電層たる電
極層７０２とを交互に重ねたもので、電極層７０２の層
数は圧電層７０１の層数よりも１多く、最外層は電極層
７０２としてある。圧電層７０１とその両面の電極層７
０２とで、圧電素子７ａの単位素子７１ａ，７２ａ，７
３ａが形成され、圧電素子７ｂの単位素子７１ｂ，７２
ｂ，７３ｂが形成される。電極層７０２は相隣れる単位
素子７１〜７３ｂに共通の電極層７０２となる。電極層
７０１は数μｍの厚さの薄膜であり、圧電層７０１の厚
さについては後述する。
【００１２】かかる圧電素子７ａ，７ｂの積層部は、圧
電層や電極層に用いられるシート状部材の数が若干、多
いだけで従来の装置の振動子を製作するのに用いられる
シート積層法等により製作することができる。
電層や電極層に用いられるシート状部材の数が若干、多
いだけで従来の装置の振動子を製作するのに用いられる
シート積層法等により製作することができる。
【００１３】圧電素子７ａ，７ｂの側面には縦に帯状に
導通部７０３が形成してあり、電極層７０２を１つおき
に導通する。導通部７０３により導通する電極層７０２
に圧電層７０１を介して挟まれた電極層７０２は、導通
部７０３と接触しないように導通部７０３側をやや短く
しておく。導通部７０３により単位素子７１ａ〜７３ａ
および７１ｂ〜７３ｂがそれぞれ並列接続される。導通
部７０３は例えばＡｇペーストを塗布、焼成して形成さ
れる。
導通部７０３が形成してあり、電極層７０２を１つおき
に導通する。導通部７０３により導通する電極層７０２
に圧電層７０１を介して挟まれた電極層７０２は、導通
部７０３と接触しないように導通部７０３側をやや短く
しておく。導通部７０３により単位素子７１ａ〜７３ａ
および７１ｂ〜７３ｂがそれぞれ並列接続される。導通
部７０３は例えばＡｇペーストを塗布、焼成して形成さ
れる。
【００１４】なお導通部７０３は、圧電層７０１の角を
とり、この角とり部にＡｇペースト等を流し込んで形成
するのでもよい。
とり、この角とり部にＡｇペースト等を流し込んで形成
するのでもよい。
【００１５】各圧電素子７ａ，７ｂの出力端は、一方は
金属板６から取り出すが、圧電層７０１の層数を図例の
ごとく奇数とすると、出力の他方を最外層の電極層７０
２から取り出すことができ、取り出し用のリード線と電
極層７０２との接続が容易であり、望ましい。
金属板６から取り出すが、圧電層７０１の層数を図例の
ごとく奇数とすると、出力の他方を最外層の電極層７０
２から取り出すことができ、取り出し用のリード線と電
極層７０２との接続が容易であり、望ましい。
【００１６】図３を用いて各単位素子７１ａ〜７３ｂの
圧電層７０１の厚さについて説明する。圧電素子７ａと
圧電素子７ｂとは同じものが対称に金属板６の両面に形
成されたものであり、対称位置にある１対の単位素子７
１ａおよび７１ｂ、７２ａおよび７２ｂ、７３ａおよび
７３ｂは、両方の厚さが等しい。１対の単位素子７１ａ
および７１ｂ〜７３ａおよび７３ｂの圧電層７０１の厚
さは、その１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７３ａ
および７３ｂを最外層とする梁部３の厚さにより規定さ
れる。すなわち１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７
３ａおよび７３ｂについて金属板６側から順に添え字
１，２，・・，ｎ，・・を付して表すものとし（以下、
同じ）、上記１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７３
ａおよび７３ｂを最外層とする梁部３の厚さｔ1 ，
ｔ2 ，・・，ｔn ・・（図例ではｎ＝１，２，３）が式
（１）を満たすように各圧電層７０２の厚さが設定して
ある。ここでｔ0 は金属板６の厚さである。
圧電層７０１の厚さについて説明する。圧電素子７ａと
圧電素子７ｂとは同じものが対称に金属板６の両面に形
成されたものであり、対称位置にある１対の単位素子７
１ａおよび７１ｂ、７２ａおよび７２ｂ、７３ａおよび
７３ｂは、両方の厚さが等しい。１対の単位素子７１ａ
および７１ｂ〜７３ａおよび７３ｂの圧電層７０１の厚
さは、その１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７３ａ
および７３ｂを最外層とする梁部３の厚さにより規定さ
れる。すなわち１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７
３ａおよび７３ｂについて金属板６側から順に添え字
１，２，・・，ｎ，・・を付して表すものとし（以下、
同じ）、上記１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７３
ａおよび７３ｂを最外層とする梁部３の厚さｔ1 ，
ｔ2 ，・・，ｔn ・・（図例ではｎ＝１，２，３）が式
（１）を満たすように各圧電層７０２の厚さが設定して
ある。ここでｔ0 は金属板６の厚さである。
【００１７】 （ｔn ）2 −（ｔn-1 ）2 ＝（ｔn-1 ）2 −（ｔn-2 ）2 ・・・・（１）
【００１８】式（１）を変形すると式（２）となる。
【００１９】
【数１】
【００２０】ｔn −ｔn-1 ，ｔn-1 −ｔn-2 は相隣れる
単位素子７１ａ〜７３ｂの厚さの２倍である。ｔn ＞ｔ
n-1 ＞ｔn-2 であるから、各単位素子７１ａ〜７３ｂの
厚さは金属板６側へと順次厚くなっている。したがって
圧電層７０１の厚さも金属板６側へと順次厚く、すなわ
ち内層側の圧電層７０１が外層側の圧電層７０１よりも
厚くしている。
単位素子７１ａ〜７３ｂの厚さの２倍である。ｔn ＞ｔ
n-1 ＞ｔn-2 であるから、各単位素子７１ａ〜７３ｂの
厚さは金属板６側へと順次厚くなっている。したがって
圧電層７０１の厚さも金属板６側へと順次厚く、すなわ
ち内層側の圧電層７０１が外層側の圧電層７０１よりも
厚くしている。
【００２１】図において例えば圧電素子７ａと圧電素子
７ｂと金属板６とが、厚さが等しい、すなわちｔ0 ＝ｔ
3 ／３とすると、圧電層７０１の比は、実質的に金属板
６側からｔ1 −ｔ0 ：ｔ2 −ｔ1 ：ｔ3 −ｔ2 ≒０．３
０：０．２０：０．１６となる。
７ｂと金属板６とが、厚さが等しい、すなわちｔ0 ＝ｔ
3 ／３とすると、圧電層７０１の比は、実質的に金属板
６側からｔ1 −ｔ0 ：ｔ2 −ｔ1 ：ｔ3 −ｔ2 ≒０．３
０：０．２０：０．１６となる。
【００２２】上記圧電式電源装置の作動を説明する。
【００２３】振動子２は、その重り４の慣性により固定
端部５から伝達される振動で加振力が作用し、各単位素
子７１ａ〜７３ｂには、その電極層７０２間に、電極７
０２が挟む圧電層７０１が応力に応じて電気分極し電圧
Ｖn が発生する。
端部５から伝達される振動で加振力が作用し、各単位素
子７１ａ〜７３ｂには、その電極層７０２間に、電極７
０２が挟む圧電層７０１が応力に応じて電気分極し電圧
Ｖn が発生する。
【００２４】この発生電圧Ｖn について以下に説明す
る。先ず梁部３と同じ厚さの圧電層の、厚さ方向中心位
置からｔ／２のところに対称に電極層が形成された、圧
電素子を構成する梁部を考えると、この電極層間に発生
する電圧Ｖt は式（３）で表される。ここでσは梁部３
の加振力方向の応力、ｇ31は圧電定数である。
る。先ず梁部３と同じ厚さの圧電層の、厚さ方向中心位
置からｔ／２のところに対称に電極層が形成された、圧
電素子を構成する梁部を考えると、この電極層間に発生
する電圧Ｖt は式（３）で表される。ここでσは梁部３
の加振力方向の応力、ｇ31は圧電定数である。
【００２５】
【数２】
【００２６】上記圧電素子の加振力方向の応力σは式
（４）により表される。ここでＦは加振力の大きさ、Ｔ
は圧電素子の厚さ、Ｗは固定端側の幅、Ｌは固定端と加
振力の作用点間の距離である梁部の長さである。
（４）により表される。ここでＦは加振力の大きさ、Ｔ
は圧電素子の厚さ、Ｗは固定端側の幅、Ｌは固定端と加
振力の作用点間の距離である梁部の長さである。
【００２７】
【数３】
【００２８】式（３），（４）より発生電圧Ｖt は式
（５）となる。
（５）となる。
【００２９】
【数４】
【００３０】さて、圧電層の中心位置に本実施形態のよ
うに厚さｔ0 の金属板があると、この部分には電気分極
は生じないから、かかる場合の発生電圧は、式（５）に
おいてｔ＝ｔ0 とした発生電圧Ｖt の分、低いものとな
る。したがって金属板が挿入された場合の発生電圧Ｖは
式（６）となる（これは圧電素子が積層構造を有しない
従来の振動子の発生電圧である）。
うに厚さｔ0 の金属板があると、この部分には電気分極
は生じないから、かかる場合の発生電圧は、式（５）に
おいてｔ＝ｔ0 とした発生電圧Ｖt の分、低いものとな
る。したがって金属板が挿入された場合の発生電圧Ｖは
式（６）となる（これは圧電素子が積層構造を有しない
従来の振動子の発生電圧である）。
【００３１】
【数５】
【００３２】しかして本発明のように積層構造を有する
圧電素子７ａ，７ｂの単位素子７１ａ〜７３ｂの発生電
圧Ｖn は、式（６）においてｔ＝ｔn とした発生電圧Ｖ
とｔ＝ｔn-1 とした発生電圧Ｖとの差として得られ、式
（７）と表される。
圧電素子７ａ，７ｂの単位素子７１ａ〜７３ｂの発生電
圧Ｖn は、式（６）においてｔ＝ｔn とした発生電圧Ｖ
とｔ＝ｔn-1 とした発生電圧Ｖとの差として得られ、式
（７）と表される。
【００３３】
【数６】
【００３４】よって式（１）が成り立つように、すなわ
ち対称位置にある１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜
７３ａおよび７３ｂを最外層とする梁部３の厚さの自乗
と、上記１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７３ａお
よび７３ｂと相隣れる他の１対の単位素子７１ａおよび
７１ｂ〜７３ａおよび７３ｂを最外層とする梁部３の厚
さの自乗との差が一定となるように圧電層７０１の厚さ
を設定することで、発生電圧Ｖn は一定値をとる。
ち対称位置にある１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜
７３ａおよび７３ｂを最外層とする梁部３の厚さの自乗
と、上記１対の単位素子７１ａおよび７１ｂ〜７３ａお
よび７３ｂと相隣れる他の１対の単位素子７１ａおよび
７１ｂ〜７３ａおよび７３ｂを最外層とする梁部３の厚
さの自乗との差が一定となるように圧電層７０１の厚さ
を設定することで、発生電圧Ｖn は一定値をとる。
【００３５】発生電圧Ｖn は、ｔn ＞ｔ0 であるから式
（６），（７）より従来の積層構造を有しない圧電素子
の発生電圧よりも小さくすることができる。また単位素
子７１ａ〜７３ａと７１ｂ〜７３ｂはそれぞれ並列接続
されているから大きな電流値が得られる。しかも単位素
子７１ａ〜７３ｂは発生電圧Ｖn が揃えられるから、エ
ネルギー損失を生じない。すなわち発生電圧Ｖn の低い
単位素子７１ａ〜７３ｂが、これに発生電圧Ｖn の高い
単位素子７１ａ〜７３ｂから流れ込む電流でアクチュエ
ータとして作動することが防止される。
（６），（７）より従来の積層構造を有しない圧電素子
の発生電圧よりも小さくすることができる。また単位素
子７１ａ〜７３ａと７１ｂ〜７３ｂはそれぞれ並列接続
されているから大きな電流値が得られる。しかも単位素
子７１ａ〜７３ｂは発生電圧Ｖn が揃えられるから、エ
ネルギー損失を生じない。すなわち発生電圧Ｖn の低い
単位素子７１ａ〜７３ｂが、これに発生電圧Ｖn の高い
単位素子７１ａ〜７３ｂから流れ込む電流でアクチュエ
ータとして作動することが防止される。
【００３６】しかしてエネルギー損失を伴うことなく、
同一の体格の従来の圧電式電源装置よりも低電圧で大電
流が得られる。定電圧回路が不要なので低コストでしか
も省スペースである。
同一の体格の従来の圧電式電源装置よりも低電圧で大電
流が得られる。定電圧回路が不要なので低コストでしか
も省スペースである。
【００３７】なお圧電素子７ａと圧電素子７ｂとは同じ
ものであり、同電圧同電流である。両圧電素子７ａ，７
ｂを必要な電圧、電流に応じて直列接続してもよいし、
並列接続してもよい。
ものであり、同電圧同電流である。両圧電素子７ａ，７
ｂを必要な電圧、電流に応じて直列接続してもよいし、
並列接続してもよい。
【００３８】本実施形態では各圧電素子を３つの単位素
子で構成しているが、これよりも多い単位素子で構成し
てさらに電圧を下げることもできる。
子で構成しているが、これよりも多い単位素子で構成し
てさらに電圧を下げることもできる。
【００３９】装置各部の材質や形状の数値等は本実施形
態に記載のものに限定されるものではなく、本発明の趣
旨に反しない限り適宜選択し得る。また圧電層の厚さは
必ずしも厳密に式（１）を満たしている必要はなく、圧
電層の厚さを内層側の圧電層ほど厚くすることで、応力
の小さい内層側の単位素子の発生電圧が小さくなる傾向
を緩和し、発生電圧の単位素子間ばらつきを低減でき
る。望ましくは実質的に式（１）により規定される値と
みなせる厚さがよい。
態に記載のものに限定されるものではなく、本発明の趣
旨に反しない限り適宜選択し得る。また圧電層の厚さは
必ずしも厳密に式（１）を満たしている必要はなく、圧
電層の厚さを内層側の圧電層ほど厚くすることで、応力
の小さい内層側の単位素子の発生電圧が小さくなる傾向
を緩和し、発生電圧の単位素子間ばらつきを低減でき
る。望ましくは実質的に式（１）により規定される値と
みなせる厚さがよい。
【００４０】振動子の梁部を三角形状としているが、単
純な矩形のものでもよい。
純な矩形のものでもよい。
【００４１】また本発明は片持ち梁型だけではなく両持
ち梁型の振動子を有する圧電式電源装置にも適用でき
る。
ち梁型の振動子を有する圧電式電源装置にも適用でき
る。
【図１】本発明の圧電式電源装置の全体斜視図である。
【図２】本発明の圧電式電源装置の振動子の要部断面図
である。
である。
【図３】本発明の圧電式電源装置の振動子の別の要部断
面図である。
面図である。
【符号の説明】 １ 圧電式電源装置 ２ 振動子 ３ 梁部 ４ 重り ５ 固定端部 ６ 金属板（基板） ７ａ，７ｂ 圧電素子 ７１ａ，７２ａ，７３ａ，７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ 単
位素子 ７０１ 圧電層 ７０２ 電極層（導電層）
位素子 ７０１ 圧電層 ７０２ 電極層（導電層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石切山 守 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 可撓性の基板に圧電素子を密着せしめた
梁状の振動子を有し、機械的振動エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する圧電式電源装置において、上記圧電素
子は、これを上記基板の表面に導電層と圧電層とを交互
に積層せしめるとともに導電層を一つおきに導通せしめ
て各圧電層とその両面に形成された導電層とで形成され
る単位素子が並列接続する構成とし、かつ内層側の圧電
層の厚さを外層側の圧電層よりも厚くしたことを特徴と
する圧電式電源装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電式電源装置におい
て、上記圧電素子は上記基板の両表面に対称に形成し、
上記単位素子の圧電層の厚さを、対称位置にある１対の
単位素子を最外層とする上記振動子の厚さの自乗と、上
記１対の単位素子と相隣れる他の１対の単位素子を最外
層とする上記振動子の厚さの自乗との差が一定となるよ
うに設定した圧電式電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31124197A JP3353237B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 圧電式電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31124197A JP3353237B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 圧電式電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11136963A true JPH11136963A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3353237B2 JP3353237B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=18014798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31124197A Expired - Fee Related JP3353237B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 圧電式電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3353237B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10155125A1 (de) * | 2001-11-09 | 2003-06-05 | Enocean Gmbh | Vorrichtung zum Wandeln mechanischer Energie in elektrische Energie |
-
1997
- 1997-10-27 JP JP31124197A patent/JP3353237B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10155125A1 (de) * | 2001-11-09 | 2003-06-05 | Enocean Gmbh | Vorrichtung zum Wandeln mechanischer Energie in elektrische Energie |
| WO2003041181A3 (de) * | 2001-11-09 | 2004-01-15 | Enocean Gmbh | Vorrichtung zum wandeln mechanischer energie in elektrische energie |
| DE10155125B4 (de) * | 2001-11-09 | 2004-07-15 | Enocean Gmbh | Vorrichtung zum Wandeln mechanischer Energie in elektrische Energie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3353237B2 (ja) | 2002-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6646364B1 (en) | MEMS actuator with lower power consumption and lower cost simplified fabrication | |
| JP5605433B2 (ja) | 圧電振動装置 | |
| JP4767369B1 (ja) | 圧電発電素子および圧電発電素子を用いた発電方法 | |
| JP5237705B2 (ja) | 発電デバイス | |
| JP5474564B2 (ja) | 圧電素子 | |
| US20130293069A1 (en) | Piezoelectric power generating apparatus | |
| WO2012153593A1 (ja) | 圧電発電装置 | |
| TWI455472B (zh) | 振動發電裝置 | |
| WO2012073741A1 (ja) | 圧電発電装置 | |
| TW201223116A (en) | Vibration power generation element and device using the same | |
| JP3671382B2 (ja) | 圧電トランスおよび圧電トランス電源 | |
| WO2013031715A1 (ja) | 積層圧電体 | |
| JP3353237B2 (ja) | 圧電式電源装置 | |
| JPH11136964A (ja) | 圧電式電源装置 | |
| US8008840B2 (en) | Drive unit | |
| JP2009247128A (ja) | 圧電振動型発電機 | |
| JP3326735B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP2004087662A (ja) | 圧電素子 | |
| JP4102504B2 (ja) | 圧電トランスおよびその使用方法 | |
| JP3343798B2 (ja) | 圧電トランス | |
| JP4775165B2 (ja) | アクチュエータ | |
| JPH09186373A (ja) | 圧電トランス | |
| JP4246015B2 (ja) | 撓み振動型エキサイタ | |
| JP3008255B2 (ja) | 圧電トランス | |
| JPH08186303A (ja) | 圧電トランス及びその支持方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020903 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080927 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110927 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |