JPH11275876A - Piezoelectric generator and portable device equipped with the piezoelectric generator - Google Patents
- ️Fri Oct 08 1999
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、圧電体の圧電効
果を利用して発電を行う圧電発電装置及びこの圧電発電
装置を備えた携帯型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 piezoelectric generator for generating electric power by utilizing the piezoelectric effect of a piezoelectric body, and a portable device having the piezoelectric generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ページャ又は腕時計等の携帯型の機器は
２次電池を有し、この２次電池を発電装置により充電す
るものがある。従来の発電装置には、圧電体に変位を与
えることで圧電体の圧電効果によって発生した電力を利
用して発電するものがある（以下、圧電発電装置と呼
ぶ）。この圧電発電装置は、例えば特開平０６−０７６
８９４号公報のように圧電体、この圧電体に振動あるい
は変形を加えるための加振部及びこの加振部により振動
させる際に圧電体の一部を固定するための固定手段を有
する。2. Description of the Related Art Some portable devices such as a pager or a wristwatch have a secondary battery, and this secondary battery is charged by a power generator. 2. Description of the Related Art There is a conventional power generation device that generates electric power by applying electric power generated by a piezoelectric effect of a piezoelectric body by applying a displacement to a piezoelectric body (hereinafter, referred to as a piezoelectric power generation device). This piezoelectric generator is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-076.
As disclosed in Japanese Patent No. 894, there is provided a piezoelectric body, a vibrating section for applying vibration or deformation to the piezoelectric body, and fixing means for fixing a part of the piezoelectric body when vibrating by the vibrating section.
【０００３】使用者が、この腕時計を使用することで使
用者の操作に連動して振動する加振部が圧電体に対して
変位を与える。この圧電発電装置においては、梁あるい
は円盤型等の圧電体を使用する場合には、加振部により
圧電体に対して振動を起こすことで、エネルギーを取得
して発電する。加振部が固定手段により振動可能なよう
に一部を固定された圧電体に対して衝突する時には、加
振部及び圧電体の質量がほぼ１：１であると、加振部が
圧電部に効率よくエネルギーを伝えることができる（衝
突効率がよい）。[0003] When a user uses this wristwatch, a vibrating portion that vibrates in conjunction with the operation of the user gives a displacement to the piezoelectric body. In the case of using a piezoelectric body such as a beam or a disk in this piezoelectric power generation device, the vibrating unit causes the piezoelectric body to vibrate, thereby obtaining energy and generating power. When the vibrating section collides with a piezoelectric body partially fixed so that the vibrating section can vibrate by the fixing means, if the mass of the vibrating section and the piezoelectric body is approximately 1: 1, the vibrating section becomes Energy can be transmitted efficiently (high collision efficiency).
【０００４】また、圧電体が円筒型である場合には、加
振部は、円筒の側面以外の上面等に加振する。圧電体
は、加振部により加えられた振動であって、円筒の側面
以外の面の配列方向の振動（以下、縦振動と呼ぶ）を利
用して、圧電効果により振動による機械的エネルギーを
電気的エネルギーに変換して発電を行う。When the piezoelectric body has a cylindrical shape, the vibrating portion vibrates on an upper surface other than the side surface of the cylinder. Piezoelectric material is a vibration applied by a vibrating part, and utilizes mechanical vibrations due to the piezoelectric effect by using vibrations in the arrangement direction of surfaces other than the side surfaces of the cylinder (hereinafter referred to as longitudinal vibrations). It generates electricity by converting it into static energy.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構成の圧電発電装置では、以下のような欠点がある。However, the piezoelectric generator having such a configuration has the following disadvantages.
【０００６】加振手段による圧電体への加振した時の
衝突を利用して発電を行うため、圧電体の衝突効率が高
くなければならない。[0006] Since power is generated by using a collision when a vibration is applied to the piezoelectric body by the vibration means, the collision efficiency of the piezoelectric body must be high.
【０００７】圧電体において、加振手段による機械エ
ネルギーとしての振動を電気エネルギーに変換する効率
である電気機械結合係数が高いが、固有周波数が高すぎ
る。In a piezoelectric body, an electromechanical coupling coefficient, which is an efficiency of converting vibration as mechanical energy by vibrating means into electric energy, is high, but the natural frequency is too high.
【０００８】縦振動を利用した圧電体による発電で
は、縦振動は固定手段に振動が逃げやすく、圧電素子に
有効に振動が伝えられない。In the power generation by the piezoelectric body utilizing the longitudinal vibration, the longitudinal vibration is easily released to the fixing means, and the vibration is not effectively transmitted to the piezoelectric element.
【０００９】等のような欠点がある。There are disadvantages such as:
【００１０】この発明の目的は、上記課題を解消して、
加振手段により圧電体を加振した際に生ずる圧電体の局
部的な歪みを利用して効率よく発電を行う圧電発電装置
を提供することである。[0010] An object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a piezoelectric power generation device that efficiently generates electric power by utilizing local distortion of a piezoelectric body generated when a piezoelectric body is vibrated by a vibration unit.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、圧電
効果を利用して発電するための圧電体と、前記圧電体に
振動を与えるための加振手段と、振動可能なように前記
圧電体の一部を固定するための固定手段とを有し、前記
加振手段により前記圧電体に対して加振した際の接触部
における発電時の局部的な歪みを発電に利用することを
特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric body for generating electric power by utilizing a piezoelectric effect, a vibration means for applying vibration to the piezoelectric body, and a vibrating means for vibrating the piezoelectric body. Fixing means for fixing a part of the piezoelectric body, and using local distortion at the time of power generation at a contact portion when the piezoelectric body is vibrated by the vibration means for power generation. Features.
【００１２】この請求項１の構成によれば、振動可能な
ように固定手段により一部を固定された圧電体に対し
て、加振手段により振動を加えた際に接触部に生ずる局
部的な歪みエネルギーを圧電体の圧電効果により発電に
利用する。加振手段からのエネルギーを効率よく圧電体
に加えることができる。圧電発電装置は、圧電体の局部
的な歪みを利用して発電するので、圧電体は小型のもの
でよい。従って、圧電体が局部的にしか歪まないので、
固定手段によるエネルギー損失は考慮する必要がない。According to the first aspect of the present invention, a local portion generated at the contact portion when the vibrating means applies vibration to the piezoelectric body partially fixed by the fixing means so as to be able to vibrate. The strain energy is used for power generation by the piezoelectric effect of the piezoelectric body. Energy from the vibration means can be efficiently applied to the piezoelectric body. Since the piezoelectric power generation device generates electric power using local distortion of the piezoelectric body, the piezoelectric body may be small. Therefore, since the piezoelectric body is distorted only locally,
There is no need to consider the energy loss due to the fixing means.
【００１３】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、前記圧電体は、前記圧電体に設けられた前記電極の
出力電圧が予め設定された電圧となるように積層されて
いる。According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the piezoelectric bodies are stacked such that an output voltage of the electrode provided on the piezoelectric body becomes a preset voltage.
【００１４】この請求項２の構成によれば、圧電体に設
けられた電極から出力される電圧は、充電手段が使用さ
れた際に出力する電圧の２倍であることにより、効率の
良い充電を行うことができる。According to the configuration of the second aspect, the voltage output from the electrode provided on the piezoelectric body is twice the voltage output when the charging means is used, so that efficient charging is achieved. It can be performed.
【００１５】請求項３の発明は、請求項１又は２のいず
れかの構成において、前記接触部には、前記加振手段に
より前記圧電体を加振した際に前記圧電体に均一な力が
加えられるようにするための均一化部材が設けられてい
る。According to a third aspect of the present invention, in the configuration of any one of the first and second aspects, a uniform force is applied to the piezoelectric body when the piezoelectric body is vibrated by the vibrating means. A homogenizing member is provided for being added.
【００１６】この請求項３の構成によれば、前記接触部
には、前記加振手段により前記圧電体を加振した際に前
記圧電体に均一な力が加えられるようにするための均一
化部材が設けられているので、加振手段によりエネルギ
ーを効率よく圧電体に対して伝えることができる。According to the third aspect of the present invention, the contact portion is made uniform so that a uniform force is applied to the piezoelectric body when the piezoelectric body is vibrated by the vibrating means. Since the member is provided, energy can be efficiently transmitted to the piezoelectric body by the vibration means.
【００１７】請求項４の発明は、請求項１から３のいず
れかの構成において、前記接触部は、前記加振手段が振
動する方向に対して垂直方向から見た場合に凸型の形状
である。According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to third aspects, the contact portion has a convex shape when viewed from a direction perpendicular to a direction in which the vibrating means vibrates. is there.
【００１８】この請求項４の構成によれば、接触部は、
加振手段が振動する方向に対して垂直方向から見た場合
に凸型の形状である。圧電発電装置は、このような接触
部を有するので、加振手段によるエネルギーを効率よく
圧電体に伝えることができる。According to this configuration, the contact portion is
It has a convex shape when viewed from a direction perpendicular to the direction in which the vibration means vibrates. Since the piezoelectric power generation device has such a contact portion, the energy by the vibration means can be efficiently transmitted to the piezoelectric body.
【００１９】請求項５の発明は、請求項１から４のいず
れかの構成において、前記圧電体は、平面状であって、
その対面に発電した出力を取り出すための複数の電極が
設けられており、前記圧電体における前記電極方向の厚
みが０．２〜１０μｍであり、前記圧電体の平面方向の
面積は、前記圧電体の平面方向における前記接触部の断
面積の０．８〜４倍である。According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the piezoelectric body is planar.
A plurality of electrodes for taking out the generated power are provided on the opposite surface, the thickness of the piezoelectric body in the electrode direction is 0.2 to 10 μm, and the area of the piezoelectric body in the plane direction is the piezoelectric body. Is 0.8 to 4 times the cross-sectional area of the contact portion in the plane direction of.
【００２０】この請求項５の構成によれば、圧電体の構
造を適切なものとすることで、加振手段による圧電体へ
の振動を効率よく圧電体に伝えることができる。According to the structure of the fifth aspect, by making the structure of the piezoelectric body appropriate, the vibration to the piezoelectric body by the vibration means can be efficiently transmitted to the piezoelectric body.
【００２１】請求項６の発明は、請求項１から５のいず
れかの構成において、前記圧電体は、前記加振手段が前
記圧電体に加振した際の前記接触部における局部的な歪
みを利用して発電するための第１圧電体と、前記第１圧
電体に接着されており、さらに前記第１圧電体全体に加
えられる振動を利用して発電するための第２圧電体とを
有する。According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to fifth aspects, the piezoelectric body reduces local distortion in the contact portion when the vibrating means vibrates the piezoelectric body. A first piezoelectric element for generating electric power by utilizing the first piezoelectric element; and a second piezoelectric substance adhered to the first piezoelectric element for generating electric power by utilizing vibration applied to the entire first piezoelectric element. .
【００２２】この請求項６の構成によれば、第１圧電体
は、加振手段により振動を加えられて局部的な歪みを利
用して発電し、さらに第１圧電体全体としての振動をも
第２圧電体により発電に利用するので、加振手段により
エネルギーを効率よく圧電体に対して伝えることができ
る。According to this configuration, the first piezoelectric body is vibrated by the vibrating means to generate electric power using local distortion, and furthermore, the first piezoelectric body also generates vibration. Since the second piezoelectric element is used for power generation, energy can be efficiently transmitted to the piezoelectric element by the vibration means.
【００２３】請求項７の発明は、請求項１から６のいず
れかの構成において、前記圧電体の表面粗さは、１μｍ
以下である。According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the surface roughness of the piezoelectric body is 1 μm.
It is as follows.
【００２４】この請求項７の構成によれば、圧電体の表
面粗さは１μｍ以下であるので、加振手段により加えら
れた振動は、圧電体の表面により効率よく圧電体に対し
て伝えられる。According to this configuration, since the surface roughness of the piezoelectric body is 1 μm or less, the vibration applied by the vibrating means is efficiently transmitted to the piezoelectric body by the surface of the piezoelectric body. .
【００２５】請求項８の発明は、請求項１から７のいず
れかの構成において、前記圧電体は、亜鉛ニオブ酸鉛チ
タン酸鉛を材質とする。According to an eighth aspect of the invention, in any one of the first to seventh aspects, the piezoelectric body is made of lead zinc niobate and lead titanate.
【００２６】請求項９の発明は、請求項１から７のいず
れかの構成において、前記圧電体は、スカンジウムニオ
ブ酸チタン酸鉛を材質とする。According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the piezoelectric body is made of lead scandium niobate titanate.
【００２７】この請求項８又は９の構成によれば、それ
ぞれ加振手段により振動を局部的に与えられる圧電体に
用いる材質を好適なものとすることで、局部的な圧電体
の歪みを効率良く発電に利用することができる。According to the eighth or ninth aspect of the present invention, the material used for the piezoelectric body to which vibration is locally applied by the vibrating means is made suitable, thereby reducing the local distortion of the piezoelectric body. Can be used well for power generation.
【００２８】請求項１０の発明は、請求項１から９のい
ずれかの構成において、前記圧電体は、ゾルゲル法によ
り薄膜形成される。According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the piezoelectric body is formed as a thin film by a sol-gel method.
【００２９】請求項１１の発明は、請求項１から９のい
ずれかの構成において、前記圧電体は、熱プラズマ法に
より薄膜形成される。According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the piezoelectric body is formed as a thin film by a thermal plasma method.
【００３０】請求項１２の発明は、請求項１から９のい
ずれかの構成において、前記圧電体は、スパッタ法によ
り薄膜形成される。According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the piezoelectric body is formed as a thin film by a sputtering method.
【００３１】この請求項１０から１２の構成によれば、
圧電体は、それぞれ従来から利用されている薄膜形成方
法により製造することができるので、圧電発電装置の製
造が容易である。According to the tenth to twelfth structures,
Since the piezoelectric bodies can be manufactured by the conventionally used thin film forming methods, the manufacture of the piezoelectric generator is easy.
【００３２】請求項１３の発明は、請求項１から１２の
いずれかに記載の圧電発電装置を搭載する携帯型電子機
器である。According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a portable electronic device equipped with the piezoelectric power generating device according to any one of the first to twelfth aspects.
【００３３】この請求項１３の構成によれば、携帯型機
器は、使用者が携帯して振動を与えることで効率よく発
電することができる。According to the configuration of the thirteenth aspect, the portable device can efficiently generate electric power when the user carries it and gives vibration.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態を図面に基づいて説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３５】以下の説明で、「節」とは物体が振動した
際に最も振動量が少ない部分をいい、「腹」とは物体が
振動した際に最も振動量が多い部分をいうものとする。In the following description, "node" means a portion having the least vibration when the object vibrates, and "antinode" means a portion having the highest vibration when the object vibrates. .
【００３６】実施形態１ 図１は、この発明の第１の実施形態としての圧電発電装
置を搭載する携帯型機器の内部構成例を示す概要構成図
である。Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the internal configuration of a portable device equipped with a piezoelectric power generating device according to a first embodiment of the present invention.
【００３７】携帯型機器２は、例えば懐中電灯、ラジ
オ、電話装置、卓上電算機又は腕時計等の使用者が携帯
可能な機器である。以下の説明では、携帯型機器の一例
として腕時計２を採用して説明する。腕時計２は、圧電
発電装置１、整流回路１２、充電部１４及び駆動部１６
等を有する。The portable device 2 is a device that can be carried by the user, such as a flashlight, a radio, a telephone device, a desktop computer, or a wristwatch. In the following description, the wristwatch 2 will be described as an example of a portable device. The wristwatch 2 includes a piezoelectric generator 1, a rectifier circuit 12, a charging unit 14, and a driving unit 16.
Etc.
【００３８】この腕時計２は、後述する圧電発電装置１
により発電された異なる位相を有する複数の電流を整流
回路１２により整流する。整流回路１２は、例えば全波
整流回路であっても良いし、半波整流回路等である。整
流回路１２は、整流した電力を２次電池等の充電部１４
に充電する。腕時計２は、充電部１４の電力を電源とし
て、内蔵する電子回路及びモータ等の駆動部１６が駆動
される。The wristwatch 2 has a piezoelectric power generator 1 described later.
Are rectified by the rectifier circuit 12. The rectifier circuit 12 may be, for example, a full-wave rectifier circuit or a half-wave rectifier circuit. The rectifier circuit 12 supplies the rectified power to a charging unit 14 such as a secondary battery.
To charge. In the wristwatch 2, a driving unit 16 such as a built-in electronic circuit and a motor is driven using the power of the charging unit 14 as a power supply.
【００３９】図２は、図１の圧電発電装置を搭載する携
帯型機器の外観の一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the appearance of a portable device equipped with the piezoelectric power generating device of FIG.
【００４０】腕時計２は、圧電発電装置１が搭載されて
いるので、使用者が意図して発電を行うことができる。
腕時計２は、例えばアナログ表示式の針時計である。腕
時計２は、側胴であるケース１５、ケース１５に内蔵さ
れており、時刻が刻み込まれている文字板６、文字板６
に刻み込まれた所定の時刻を示す位置を指し示すことで
時間を表示する針５、ケース１５の一表面に設けられて
おり、透過して針６の位置を視認することのできる上ガ
ラス３、ケース１５に収納されており、針５を運針する
駆動系を有するムーブメント８、ムーブメント８の一部
であって、腕時計２の２次電池を充電するための圧電発
電装置１、及び腕時計２を使用者の腕等に取り付けるこ
とができるようにするためのベルト３０等を有する。Since the wristwatch 2 is equipped with the piezoelectric generator 1, the user can generate power intentionally.
The wristwatch 2 is, for example, an analog display type hand clock. The wristwatch 2 includes a case 15 serving as a side body, a dial 6 having a time stamped therein, and a dial 6 embedded in the case 15.
A hand 5 for indicating a time by pointing to a position indicating a predetermined time engraved in the upper glass 3, which is provided on one surface of the case 15, and through which the position of the hand 6 can be visually recognized. 15, a movement 8 having a drive system for moving the hands 5, a part of the movement 8, and a piezoelectric generator 1 for charging a secondary battery of the wristwatch 2; And a belt 30 and the like for enabling attachment to an arm or the like.
【００４１】図３は、図２の腕時計２のＡ−Ａ’断面図
である。図４は、図３の腕時計２をＩ方向から見た場合
の平面図である。図５は、図４の腕時計２を示す斜視図
である。FIG. 3 is a sectional view of the wristwatch 2 shown in FIG. FIG. 4 is a plan view when the wristwatch 2 of FIG. 3 is viewed from the I direction. FIG. 5 is a perspective view showing the wristwatch 2 of FIG.
【００４２】腕時計２のムーブメント８の一部としての
圧電発電装置１は、りゅうず７、歯車１９、増速歯車２
１、カム２３、加振レバー１３（加振手段）、固定部１
１（固定手段）、圧電体９等を有する。The piezoelectric generator 1 as a part of the movement 8 of the wristwatch 2 includes a crown 7, a gear 19, and a speed increasing gear 2.
1, cam 23, vibration lever 13 (vibration means), fixed part 1
1 (fixing means), a piezoelectric body 9 and the like.
【００４３】りゅうず７は、ケース１５の内部から外部
に跨って設けられている軸７ａにおけるケース１５の外
側の一端に設けられており、他端には歯車１７が設けら
れている。りゅうず７は、発電する場合に使用者が摘ん
で回転させることにより、りゅうず７が一方に形成され
た軸７ａを回転させることで、ケース１５の内部の歯車
１７を回転させる。歯車１７は、ケース１５の内部の歯
車１９とかみ合っている。歯車１７及び１９は、それぞ
れかさば歯車である。The crown 7 is provided at one end outside the case 15 on a shaft 7a extending from the inside of the case 15 to the outside, and a gear 17 is provided at the other end. When power is generated, the crown 7 is pinched and rotated by a user to rotate the shaft 7 a formed on one side of the crown 7, thereby rotating the gear 17 inside the case 15. The gear 17 meshes with a gear 19 inside the case 15. The gears 17 and 19 are respectively bulky gears.
【００４４】歯車１９は、ケース１５に固定された軸１
９ｂと同心状に歯車１９ａを有する。歯車１９は、りゅ
うず７が軸７ａを介して反対側に設けられている歯車１
７とかみ合わされている。使用者がりゅうず７を回転さ
せることにより歯車１７が回転して、歯車１９は軸１９
ｂを中心として回転する。歯車１９ａは、歯車１９に固
定されており、歯車１９が回転することにより回転す
る。歯車１９ａには、増速歯車２１がかみ合わされてい
る。The gear 19 is a shaft 1 fixed to the case 15.
A gear 19a is provided concentrically with 9b. The gear 19 is a gear 1 in which the crown 7 is provided on the opposite side via the shaft 7a.
It is meshed with 7. When the user rotates the crown 7, the gear 17 rotates.
Rotate around b. The gear 19a is fixed to the gear 19, and rotates when the gear 19 rotates. The speed increasing gear 21 is meshed with the gear 19a.
【００４５】増速歯車２１は、ケース１５に固定された
軸２１ｂを中心として、歯車１９に連動した歯車１９ａ
が回転することにより回転する。増速歯車２１は、歯車
２３ａ及び歯車１９ａとかみ合わされている。つまり、
増速歯車２１は、歯車１９の回転力を歯車２３ａに伝達
するための歯車である、カム２３は、図４のように外周
に凸部２３ｄ及び凹部２３ｃが交互に成形されている円
盤状の部材である。カム２３は、ケース１５に回転可能
に固定された回転軸２３ｂに固定されており、同じく回
転軸２３ｂに固定されている歯車２３ａに連動して回転
する。凸部２３ｄは、図７（Ａ）のようにカム２３がＸ
２方向に回転することで加振レバー１３のテーパ部１３
ｅと接触して、加振レバー１３をＲ１方向に持ち上げ
る。凹部２３ｃは、カム２３がＸ２方向に回転すること
で、凸部２３ｄに接触していたテーパ部１３ｅが落ちて
はまりこむ。加振レバー１３は、図７（Ｂ）のようにＲ
２方向に回動して圧電体９に接触し、圧電体９にかろう
じて振れない程度離れた位置まで戻る。The speed-increasing gear 21 includes a gear 19a interlocked with the gear 19 around a shaft 21b fixed to the case 15.
Is rotated by the rotation of. The speed increasing gear 21 is meshed with the gear 23a and the gear 19a. That is,
The speed-increasing gear 21 is a gear for transmitting the rotational force of the gear 19 to the gear 23a. The cam 23 has a disk-like shape in which convex portions 23d and concave portions 23c are alternately formed on the outer periphery as shown in FIG. It is a member. The cam 23 is fixed to a rotation shaft 23b rotatably fixed to the case 15, and rotates in conjunction with a gear 23a similarly fixed to the rotation shaft 23b. As shown in FIG. 7A, the convex portion 23d
By rotating in two directions, the tapered portion 13 of the vibration lever 13
e, and raises the vibration lever 13 in the R1 direction. When the cam 23 rotates in the X2 direction, the tapered portion 13e that has been in contact with the convex portion 23d falls into the concave portion 23c and fits therein. As shown in FIG. 7B, the vibration lever 13
It pivots in two directions and comes into contact with the piezoelectric body 9 and returns to a position where the piezoelectric body 9 is barely shaken.
【００４６】加振レバー１３は、圧電体９に対して振動
を与えるための部材である。加振レバー１３は、ケース
１５に固定された軸固定部４に設けられた軸４ａが貫通
する軸穴１３ａを軸として図５のＲ方向に回動する。加
振レバー１３には、圧電体９から離れた位置に配置する
ように予め設定された力（例えばバネ等により）を加え
られている。The vibration lever 13 is a member for giving vibration to the piezoelectric body 9. The vibration lever 13 rotates in the direction R in FIG. 5 around a shaft hole 13a through which a shaft 4a provided in the shaft fixing portion 4 fixed to the case 15 passes. A preset force (for example, by a spring or the like) is applied to the vibration lever 13 so as to be arranged at a position distant from the piezoelectric body 9.
【００４７】加振レバー１３は、図６のように胴部１３
ｇ、ハンマー部１３ｆ及び首部１３ｂ等を有する。加振
レバー１３は、胴部１３ｇ、ハンマー部１３ｆ及び首部
１３ｂが一体となるように一体成形されている。The vibration lever 13 is, as shown in FIG.
g, a hammer portion 13f, a neck portion 13b, and the like. The vibration lever 13 is integrally formed so that the trunk 13g, the hammer 13f, and the neck 13b are integrated.
【００４８】胴部１３ｇの側面には開口部１３ｃが形成
されており、開口部１３ｃの内周面１３ｄにはテーパ部
１３ｅが形成されている。テーパ部１３ｅは、ハンマー
部１３ｆから穴部１３ａ方向にかけて厚みを増すように
形成されており、最も厚みを有する地点で内周面１３ｄ
に対して略垂直となるように切り込まれた形状となって
いる。テーパ部１３ｅがこのような構成であるため、使
用者がりゅうず７を一定方向にのみ回転させるようにす
ることができる。テーパ面１３ｅは、図５のようにカム
２３の凸部２３ｄと接触する。胴部１３ｇには、加振レ
バー１３が振動して回動するための軸４ａを貫通させる
ための穴１３ａが形成されている。An opening 13c is formed on a side surface of the body 13g, and a tapered portion 13e is formed on an inner peripheral surface 13d of the opening 13c. The tapered portion 13e is formed so as to increase in thickness from the hammer portion 13f toward the hole 13a, and the inner peripheral surface 13d is formed at the point where the thickness is the largest.
The shape is cut so as to be substantially perpendicular to. Since the tapered portion 13e has such a configuration, the user can rotate the crown 7 only in a certain direction. The tapered surface 13e comes into contact with the projection 23d of the cam 23 as shown in FIG. A hole 13a is formed in the body 13g so that the shaft 4a through which the vibration lever 13 vibrates and rotates can be penetrated.
【００４９】ハンマー部１３ｆは、加振レバー１３の胴
部１３ｇに設けられている軸穴１３ａを中心にして回動
することで、ハンマー部１３ｆが圧電体９に衝突して圧
電体９に変位を与えるためのものである。The hammer 13f rotates about a shaft hole 13a provided in the body 13g of the vibration lever 13, so that the hammer 13f collides with the piezoelectric body 9 and is displaced by the piezoelectric body 9. Is to give.
【００５０】加振レバー１３は、図７（Ａ）のようにテ
ーパ部１３ｅのテーパ面が、カム２３がＸ２方向に回動
することによりカム２３の凸部２３ｄに接触する。加振
レバー１３は、穴１３ａを貫通する図４の軸４ａを軸と
してＲ１方向に回動することで、ハンマー部１３ｆがＲ
１方向に持ち上げられる。さらに、使用者がさらにりゅ
うず７を所定の方向に回転させることにより、カム２３
がＸ２方向に回動する。加振レバー１３のテーパ部１３
ｅは、カム２３の凸部２３ｄに接触していた状態から、
図７（Ｂ）のように凹部２３ｃに落ち込むことによりハ
ンマー部１３ｆがＲ２方向に回動して、圧電体９に対し
て振動を加える。As shown in FIG. 7A, the tapered surface of the tapered portion 13e of the vibration lever 13 comes into contact with the convex portion 23d of the cam 23 when the cam 23 rotates in the X2 direction. The vibrating lever 13 rotates in the R1 direction about the shaft 4a of FIG.
Lifted in one direction. Further, when the user further rotates the crown 7 in a predetermined direction, the cam 23
Rotates in the X2 direction. Taper portion 13 of vibration lever 13
e is in contact with the convex portion 23d of the cam 23,
As shown in FIG. 7B, the hammer portion 13f rotates in the R2 direction by dropping into the concave portion 23c, and applies vibration to the piezoelectric body 9.
【００５１】圧電体９は、加振レバー１３のハンマー部
１３ｆが接触して振動等が加えられることにより変位し
て、圧電体９の圧電効果により電圧を発生する圧電素子
である。圧電体９は、例えば円盤（略円筒）形状であ
り、固定部１１により一部が固定されている。圧電体９
には、図７（Ａ）の電極２０ｅ、２０ｆ（２０）が設け
られており、例えば圧電体９の変位する方向に１つずつ
電極２０が設けられている。電極２０は、例えば金（下
地はＣｒ、Ｎｉ又はＴｉ等を材質としている）、銀又は
アルミニウム等の金属を材質とする。圧電体９付近につ
いての詳細は、後述する。The piezoelectric body 9 is a piezoelectric element that is displaced by the vibration or the like when the hammer portion 13f of the vibration lever 13 comes into contact and generates a voltage by the piezoelectric effect of the piezoelectric body 9. The piezoelectric body 9 has, for example, a disk (substantially cylindrical) shape, and is partially fixed by the fixing portion 11. Piezoelectric body 9
Are provided with the electrodes 20e and 20f (20) of FIG. 7A, for example, one by one in the direction in which the piezoelectric body 9 is displaced. The electrode 20 is made of a metal such as gold (the base is made of Cr, Ni, Ti, or the like), silver, or aluminum. Details of the vicinity of the piezoelectric body 9 will be described later.
【００５２】固定部１１は、ケース１５の一部分に設け
られており、図３のように圧電体９を固定するための基
板２２を有する。基板２２は、例えば円盤（略円筒）状
である。基板２２は、図３のようにケース１５に密着し
ていない一平面に圧電体９の一平面が密着するように、
例えば接着剤等により接着されている。このような形状
の固定部１１は、加振レバー１３により加振される方向
において、加振レバー１３とは圧電体９を介して逆側で
しっかりと圧電体９を固定することができる。このた
め、加振レバー１３の振動エネルギーを効率よく圧電体
９に与えることができる。（このような加振レバー１３
の加振方向に圧電体９を振動させるた際に圧電体９の分
極方向と圧電体９の振動方向が一致していることを「縦
振動」と表現する。） 圧電発電装置１の構成の概略は以上であり、その動作に
ついて簡単に説明する。The fixing portion 11 is provided on a part of the case 15 and has a substrate 22 for fixing the piezoelectric body 9 as shown in FIG. The substrate 22 has, for example, a disk (substantially cylindrical) shape. The substrate 22 is arranged such that one surface of the piezoelectric body 9 is in close contact with one surface that is not in close contact with the case 15 as shown in FIG.
For example, they are bonded by an adhesive or the like. The fixing portion 11 having such a shape can firmly fix the piezoelectric body 9 on the opposite side to the vibration lever 13 via the piezoelectric body 9 in the direction of vibration by the vibration lever 13. Therefore, the vibration energy of the vibration lever 13 can be efficiently given to the piezoelectric body 9. (Such a vibration lever 13
When the vibration direction of the piezoelectric body 9 coincides with the polarization direction of the piezoelectric body 9 when the piezoelectric body 9 is vibrated in the direction of the vibration, it is expressed as “longitudinal vibration”. The outline of the configuration of the piezoelectric power generating device 1 has been described above, and the operation thereof will be briefly described.
【００５３】使用者が、りゅうず７を回転させること
で、軸７ａを介して回転する歯車１７が回転する。歯車
１７は、前述したように歯車１９、歯車１９ａ、増速歯
車２１及び歯車２３ａを介してカム２３を図７（Ａ）の
Ｘ２方向に回転させる。カム２３がＸ２方向に回転する
ことで、カム２３に成形されたテーパ部１３ｅが、カム
２３の凸部２３ｄに当接する。カム２３がさらにＸ２方
向に回転することで、凸部２３ｄは、テーパ部１３ｅを
図７（Ａ）の押し上げることで、加振レバー１３のハン
マー部１３ｆをＲ１方向に押し上げる。使用者がさらに
りゅうず７を回転させることで、カム２３はＸ２方向に
回転し、テーパ部１３ｅは図７（Ｂ）のようにカム２３
の凹部２３ｃに落ちる。ハンマー部１３ｆが図７（Ｂ）
のＲ２方向に回動して、圧電体９の中心部をたたく。こ
のようにして、圧電体９は振動が加えられる。圧電体９
は、圧電効果により振動による機械的エネルギーを電気
的エネルギーに変換する。変換された電気エネルギー
は、圧電体９の表面に設けられた電極２０等によりその
出力が取り出される。その出力は、図１の整流回路１２
にて整流されて、充電部１４に充電される。充電部１４
の電力は、駆動部１６等により消費される。このように
して、加振レバー１３が繰り返し圧電体９に対して加振
することで、圧電発電装置１は発電を行う。When the user rotates the crown 7, the gear 17 rotating via the shaft 7a rotates. The gear 17 rotates the cam 23 in the X2 direction in FIG. 7A via the gear 19, the gear 19a, the speed increasing gear 21, and the gear 23a as described above. When the cam 23 rotates in the X2 direction, the tapered portion 13e formed on the cam 23 comes into contact with the projection 23d of the cam 23. When the cam 23 further rotates in the X2 direction, the protrusion 23d pushes up the taper portion 13e in FIG. 7A, thereby pushing up the hammer portion 13f of the vibration lever 13 in the R1 direction. When the user further rotates the crown 7, the cam 23 rotates in the X2 direction, and the tapered portion 13e becomes the cam 23 as shown in FIG.
In the recess 23c. The hammer 13f is shown in FIG.
, And strikes the center of the piezoelectric body 9. In this way, the piezoelectric body 9 is vibrated. Piezoelectric body 9
Converts mechanical energy due to vibration into electrical energy by the piezoelectric effect. The output of the converted electric energy is taken out by an electrode 20 or the like provided on the surface of the piezoelectric body 9. Its output is the rectifier circuit 12 of FIG.
Is charged in the charging unit 14. Charging unit 14
Is consumed by the drive unit 16 and the like. As described above, the vibration lever 13 repeatedly vibrates the piezoelectric body 9 so that the piezoelectric power generating device 1 generates power.
【００５４】図８（Ａ）は、図３の圧電体付近を示す平
面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の圧電体付近の
断面図である。図８（Ｃ）は、加振レバー１３により圧
電体９に加振した時の図８（Ｂ）の圧電体付近の様子を
示す図である。FIG. 8A is a plan view showing the vicinity of the piezoelectric body of FIG. FIG. 8B is a cross-sectional view of the vicinity of the piezoelectric body in FIG. FIG. 8C is a diagram illustrating a state near the piezoelectric body in FIG. 8B when the piezoelectric body 9 is vibrated by the vibration lever 13.
【００５５】圧電発電装置１の圧電体９は、図８（Ａ）
のようにケース１５に固定された固定部１１（基板２
２、固定手段）上に貼り付けられた基板２２の一部に形
成された電極２０ａを覆うように基板２２上に薄膜成形
されている。圧電体９の上層には、電極２０ｂが設けら
れている。The piezoelectric body 9 of the piezoelectric generator 1 is shown in FIG.
Fixed portion 11 (substrate 2)
2. Fixing means) A thin film is formed on the substrate 22 so as to cover the electrode 20a formed on a part of the substrate 22 attached on the substrate 22. An electrode 20b is provided on the upper layer of the piezoelectric body 9.
【００５６】圧電体９に設けられた電極２０ａ及び電極
２０ｂは、圧電体９が図８（Ｃ）のように加振レバー１
３により変位を与えられることにより発生する出力を出
力するための電極である。電極２０ａ及び電極２０ｂ
は、図８（Ａ）のようにそれぞれ一方の先端が接触部２
５付近でやや広くなるように、例えば円形状に形成され
ており、他方の先端が固定部１１の外周へ互いに反対側
へと延びている。The electrode 20a and the electrode 20b provided on the piezoelectric body 9 are connected to the vibrating lever 1 as shown in FIG.
3 is an electrode for outputting an output generated by being displaced by 3. Electrode 20a and electrode 20b
As shown in FIG. 8A, one end of each
For example, it is formed in a circular shape so as to be slightly wider in the vicinity of 5, and the other end extends to the outer periphery of the fixing portion 11 in opposite directions.
【００５７】これは、圧電体９の両面において対面する
電極２０ａ及び電極２０ｂの面積が大きいと、電極２０
ａと電極２０ｂとの間の静電容量が、発電効率に影響を
与えることを防止するためである。電極２０ａ及び電極
２０ｂは、それぞれ整流回路１２と接続されている。電
極２０ａ及び電極２０ｂに発生した出力は、整流回路１
２を経由して整流され、充電部１４に充電される。This is because if the area of the electrode 20a and the electrode 20b facing each other on both sides of the piezoelectric body 9 is large,
This is to prevent the capacitance between the a and the electrode 20b from affecting the power generation efficiency. The electrode 20a and the electrode 20b are connected to the rectifier circuit 12, respectively. The output generated at the electrodes 20a and 20b is supplied to the rectifier circuit 1
The charge is then rectified via the charging unit 2 and charged in the charging unit 14.
【００５８】圧電体９は、前述したようにその対面に発
電した出力を取り出すための複数の電極２０が設けられ
ている。圧電体９における電極２０同士の方向の厚み
が、好ましくは例えば０．２〜１０μｍであったほうが
よく、圧電体９の平面方向の面積は、圧電体９の平面方
向における接触部２５の断面積の例えば０．８〜４倍で
あった方がよい。これは、圧電体９がこのような構造で
あると、以下に説明する従来の薄膜形成法により形成す
ることができるためである。As described above, the piezoelectric body 9 is provided with a plurality of electrodes 20 for taking out the output generated on the opposite surface. The thickness of the piezoelectric body 9 in the direction between the electrodes 20 is preferably, for example, 0.2 to 10 μm, and the area of the piezoelectric body 9 in the plane direction is the cross-sectional area of the contact portion 25 in the plane direction of the piezoelectric body 9. For example, it is better to be 0.8 to 4 times. This is because the piezoelectric body 9 having such a structure can be formed by a conventional thin film forming method described below.
【００５９】圧電体９を薄膜形成する方法には、例えば
ゾルゲル法、スパッタ法又は熱プラズマ法等がある。Examples of the method for forming the piezoelectric body 9 into a thin film include a sol-gel method, a sputtering method and a thermal plasma method.
【００６０】ゾルゲル法は、溶液を用いて薄膜を形成す
る方法であり、数種類の溶液を合成してアルコキシド溶
液を作り、それをスピンコート等で塗布して高温加熱を
行うことで薄膜形成を行う方法である。The sol-gel method is a method of forming a thin film using a solution. A thin film is formed by synthesizing several kinds of solutions to prepare an alkoxide solution, applying the alkoxide solution by spin coating or the like, and heating at a high temperature. Is the way.
【００６１】スパッタ法は、スパッタリングとも呼ば
れ、ＡｒあるいはＡｒにＯ2 、Ｎ2 等の反応性ガスを加
えた気体を所定の気圧に保ち、グロー放電させることに
より発生した気体の正イオンでターゲットを衝撃して運
動量を与え、ターゲット物質をスパッタ（はねとばす）
する方法である。熱プラズマ法は、高周波で誘導加熱を
行い、プラズマ化し薄膜を形成する方法である。その他
の方法としては、レーザーアブレーション、ＭＢＥ（分
子線エピタキシー法、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ
Ｅｐｉｔａｘｙ）、イオンプレーティング又はＭＯ−Ｃ
ＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）等種々の製法も採用す
ることができる。圧電体９の材質としては、亜鉛ニオブ
酸鉛チタン酸鉛（ＰＺｎＮＯＰＴ）又はスカンジウムニ
オブ酸チタン酸鉛（ＰＳｃＮＰＴ）等を採用することが
できる。これらの材質が圧電体として適しているのは、
図１０のように電気機械結合係数Ｋ2 がピエゾ素子ＰＺ
Ｔと同程度又はそれ以上であるためである。このよう
に、圧電体９は、従来からの薄膜形成法により形成する
ことができるので、圧電発電装置の製造が容易である。The sputtering method is also referred to as sputtering, in which Ar or a gas obtained by adding a reactive gas such as O 2 or N 2 to Ar is maintained at a predetermined pressure, and the target is bombarded with positive ions of the gas generated by glow discharge. To give momentum and sputter target material (splash)
How to The thermal plasma method is a method in which induction heating is performed at a high frequency to generate plasma to form a thin film. Other methods include laser ablation, MBE (Molecular Beam Epitaxy, Molecular Beam)
Epitaxy), ion plating or MO-C
VD (Metal Organic Chemical)
Various manufacturing methods such as Vapor Deposition can also be adopted. As a material of the piezoelectric body 9, lead zinc niobate lead titanate (PSnNOPT), lead scandium niobate titanate (PScNPT), or the like can be used. These materials are suitable as piezoelectric
As shown in FIG. 10, the electromechanical coupling coefficient K2 is
This is because it is equal to or greater than T. As described above, since the piezoelectric body 9 can be formed by a conventional thin film forming method, the manufacture of the piezoelectric power generating device is easy.
【００６２】一方、圧電体９における表面粗さ９ｈは、
図１３のように例えば１．０μｍ以下であった方が、圧
電体９の発電効率が良い。これは、図１４のように表面
粗さ９ｈが１．０μｍ以上となると、加振レバー１３に
より圧電体９に加えられた振動エネルギーの損失が極端
に増加するためである。On the other hand, the surface roughness 9h of the piezoelectric body 9 is as follows:
As shown in FIG. 13, for example, the power generation efficiency of the piezoelectric body 9 is better when it is 1.0 μm or less. This is because when the surface roughness 9h is 1.0 μm or more as shown in FIG. 14, the loss of the vibration energy applied to the piezoelectric body 9 by the vibration lever 13 increases extremely.
【００６３】また、圧電発電装置１における圧電体９
は、図８（Ｂ）のように加振レバー１３の加振方向に対
して垂直方向から見た場合に、接触部２５付近に凸部が
形成されている。これは、レバー１３により加えられた
局部的な振動が、圧電体９に均一に効率よく伝えられる
ようにするためである。The piezoelectric body 9 in the piezoelectric power generating device 1
8A, a projection is formed in the vicinity of the contact portion 25 when viewed from a direction perpendicular to the vibration direction of the vibration lever 13 as shown in FIG. This is to ensure that the local vibration applied by the lever 13 is uniformly and efficiently transmitted to the piezoelectric body 9.
【００６４】圧電発電装置１は以上のような構成であ
り、次に圧電発電装置の動作時の様子について説明す
る。The configuration of the piezoelectric generator 1 is as described above. Next, the operation of the piezoelectric generator will be described.
【００６５】図８（Ｂ）の圧電体９に加振レバー１３が
振動を加える際に当接することにより、圧電体９が、図
８（Ｃ）のように変形する。圧電体９が変位することに
より、圧電体９の両面に設けられた電極２０ａ及び２０
ｂ間には、電力が発生する。この電力は、例えば全波整
流回路や半波整流回路等である整流回路１２により整流
され、２次電池等である充電部１４（充電手段）に充電
する。The piezoelectric body 9 is deformed as shown in FIG. 8C by the vibration lever 13 coming into contact with the piezoelectric body 9 in FIG. 8B when applying vibration. When the piezoelectric body 9 is displaced, the electrodes 20a and 20a provided on both surfaces of the piezoelectric body 9 are formed.
Electric power is generated between b. This power is rectified by a rectifier circuit 12 such as a full-wave rectifier circuit or a half-wave rectifier circuit, and charges a charging unit 14 (charging means) such as a secondary battery.
【００６６】図１５及び図１６は、それぞれ加振レバー
１３により圧電体に対して加振した際の加振レバー１３
及び圧電体９の変位を示している。図１５においては、
圧電体９の局部的な歪みを利用しない場合であり、図１
６においては圧電体９の局部的な歪みを利用した場合の
変位を示している。図１５及び図１６では、それぞれ時
間が０である時に加振レバー１３が圧電体９の表面に当
接し、変位は加振レバー１３が圧電体９に当接していな
い場合の圧電体９の表面を変位０とし、圧電体９の表面
から圧電体９の厚み方向に変位するにつれてマイナスと
なるように表現されている。尚、圧電体９の変位は、局
部的な変位を表しているのではなく、圧電体９全体を平
均した変位を表している。つまり、加振レバー１３が圧
電体９に当接した際には、加振レバー１３と圧電体９の
変位は一致しないが、圧電体９全体としての変位を示し
ている。FIGS. 15 and 16 show the vibrating lever 13 when the vibrating lever 13 vibrates the piezoelectric body, respectively.
And the displacement of the piezoelectric body 9. In FIG.
FIG. 1 shows a case where local distortion of the piezoelectric body 9 is not used.
In FIG. 6, a displacement when local distortion of the piezoelectric body 9 is used is shown. In FIGS. 15 and 16, when the time is 0, the vibration lever 13 contacts the surface of the piezoelectric body 9, and the displacement is the surface of the piezoelectric body 9 when the vibration lever 13 is not in contact with the piezoelectric body 9. Is defined as zero displacement and becomes negative as the piezoelectric body 9 is displaced in the thickness direction of the piezoelectric body 9 from the surface thereof. Note that the displacement of the piezoelectric body 9 does not represent a local displacement, but represents an average displacement of the entire piezoelectric body 9. That is, when the vibration lever 13 contacts the piezoelectric body 9, the displacement between the vibration lever 13 and the piezoelectric body 9 does not match, but shows the displacement of the piezoelectric body 9 as a whole.
【００６７】圧電体９の局部的な歪みを利用しない場合
は、図１５のように加振レバー１３が圧電体９に当接し
た際のエネルギーを圧電体９の変位という形にて出力さ
れている。これに対して、圧電体９の局部的な歪みを利
用している場合には、図１６のように加振レバー１３に
当接した際のエネルギーは、圧電体９の変位という形で
は現れず、電気的なエネルギーとして現れる。つまり、
この圧電発電装置１において、圧電体９の局部的な歪み
を利用して発電を行った場合の方が、発電効率が良いこ
とがわかる。When the local distortion of the piezoelectric body 9 is not used, the energy when the vibrating lever 13 contacts the piezoelectric body 9 is output as the displacement of the piezoelectric body 9 as shown in FIG. I have. On the other hand, when the local distortion of the piezoelectric body 9 is used, the energy when the piezoelectric body 9 comes into contact with the vibration lever 13 does not appear as displacement of the piezoelectric body 9 as shown in FIG. , Appear as electrical energy. That is,
It can be seen that, in this piezoelectric power generation device 1, the power generation efficiency is better when power is generated by using local distortion of the piezoelectric body 9.
【００６８】実施形態２ 図９は、この発明の第２の実施の形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図である。Embodiment 2 FIG. 9 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric generator according to a second embodiment of the present invention.
【００６９】また、図９の圧電発電装置１は、第１の実
施形態と略同様であるが、圧電体９の構成が異なってい
る。第１の実施形態と異なる点は、圧電体９が、固定部
１１上の基板２２に密着するように設けられた電極２０
ａの上層の一部分であって、加振レバー１３と圧電体９
の接触部２５付近にのみ設けられている点である。圧電
体９は、前述した電極２０ａ、及び一部が基板２２に密
着するように積層され、圧電体９の表面の対面側（電極
２０ａとは反対側）に設けられた電極２０ｂが設けられ
ている。電極２０ａと電極２０ｂとは、図９のように圧
電発電装置１において接触しないように所定の間隔を有
するように積層されている。The piezoelectric generator 1 shown in FIG. 9 is substantially the same as that of the first embodiment, except that the configuration of the piezoelectric body 9 is different. The difference from the first embodiment is that an electrode 20 provided so that the piezoelectric body 9 is in close contact with the substrate 22 on the fixing portion 11
a of the vibration lever 13 and the piezoelectric body 9
Is provided only near the contact portion 25. The piezoelectric body 9 is provided with the above-described electrode 20a and an electrode 20b provided on the opposite side (opposite to the electrode 20a) of the surface of the piezoelectric body 9 so that a part thereof is in close contact with the substrate 22. I have. The electrode 20a and the electrode 20b are stacked so as to have a predetermined interval so as not to come into contact with each other in the piezoelectric power generator 1 as shown in FIG.
【００７０】図９の圧電発電装置１に圧電体９をこのよ
うな構成にするのは、加振レバー１３による圧電体９に
対する局部的な歪みが大きい接触部２５付近の振動エネ
ルギーを効率よく電気エネルギーに変換するためであ
る。これにより、図９の圧電発電装置１において効率の
良い発電を行うことができる。The piezoelectric body 9 having such a configuration in the piezoelectric power generating apparatus 1 shown in FIG. 9 is such that the vibration energy in the vicinity of the contact portion 25 where the local deformation of the piezoelectric body 9 by the vibrating lever 13 is large can be efficiently conducted. It is for converting to energy. Thus, efficient power generation can be performed in the piezoelectric power generation device 1 of FIG.
【００７１】実施形態３ 図１１は、この発明の第３の実施形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図である。Third Embodiment FIG. 11 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric power generating device according to a third embodiment of the present invention.
【００７２】図１１の圧電発電装置１は、第２の実施形
態と略同様であるが、圧電体９の形状が図１１のように
複数の圧電体の層としての圧電体９ｃ及び圧電体９ｄの
ように積層されている点が異なる。このように積層され
た圧電体９ｃ及び９ｄにより電極２０ｂと２０ａは同電
位であり、電極２０ｇは電極２０ａ及び電極２０ｂと対
をなす電極である。発電する場合は、少なくとも積層さ
れた圧電体数分の整流回路を必用とする。このように圧
電体９ｃ及び圧電体９ｄを積層した構成とすることで圧
電体の容量が増すため、１回の発電でより多くのエネル
ギーを変換することが可能となる。The piezoelectric generator 1 shown in FIG. 11 is substantially the same as the second embodiment except that the shape of the piezoelectric body 9 is a plurality of piezoelectric bodies 9c and 9d as shown in FIG. The difference is that they are stacked as shown in FIG. The electrodes 20b and 20a have the same potential due to the piezoelectric bodies 9c and 9d stacked in this manner, and the electrode 20g is an electrode paired with the electrode 20a and the electrode 20b. In the case of power generation, rectification circuits for at least the number of stacked piezoelectric bodies are required. Since the piezoelectric body 9c and the piezoelectric body 9d are stacked to increase the capacity of the piezoelectric body, more energy can be converted by one power generation.
【００７３】実施形態４ 図１２は、この発明の第４の実施形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図である。Fourth Embodiment FIG. 12 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric power generating device according to a fourth embodiment of the present invention.
【００７４】図１２の圧電発電装置１は、第２の実施形
態と略同様であるが、圧電体９の形状が図１２のように
圧電体９における接触部２５に硬質の膜２４を設けてい
ることである。この膜２４は、加振レバー１３が圧電体
９に振動を与えようとして当接した際に圧電体９に等し
く変位が与えられるように設けられている。このような
構成を取ることにより、加振レバー１３により圧電体９
に与えられたエネルギーを効率よく伝えることができ
る。The piezoelectric power generating apparatus 1 shown in FIG. 12 is substantially the same as the second embodiment, except that the shape of the piezoelectric body 9 is such that a hard film 24 is provided on a contact portion 25 of the piezoelectric body 9 as shown in FIG. It is that you are. The film 24 is provided so that the piezoelectric body 9 is equally displaced when the vibrating lever 13 comes into contact with the piezoelectric body 9 to apply vibration. With such a configuration, the piezoelectric body 9 is
Energy can be transmitted efficiently.
【００７５】実施形態５ 図１７は、この発明の第５の実施形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図である。Embodiment 5 FIG. 17 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric power generator according to a fifth embodiment of the present invention.
【００７６】図１７の圧電発電装置１は、複数の圧電体
を使用して発電を行う点で第３の実施形態と略同様であ
るが、圧電体を固定するための固定部１１の形状、及び
圧電体の配置が異なる。The piezoelectric power generating apparatus 1 shown in FIG. 17 is substantially the same as the third embodiment in that power is generated using a plurality of piezoelectric bodies, but the shape of the fixing portion 11 for fixing the piezoelectric bodies is similar to that of the third embodiment. And the arrangement of the piezoelectric bodies is different.
【００７７】この圧電発電装置１における固定部１１の
一部に形成された突起状の当接部１１ａは、例えば略円
盤状の圧電体９が振動した際の節を接着材等によって接
着されている。当接部１１ａは、例えば圧電体９の円形
状の節付近に沿って一部又は全周に渡り、圧電体９と当
接して固定する。The projection-shaped contact portion 11a formed on a part of the fixed portion 11 of the piezoelectric power generating device 1 is formed by bonding a node at the time of vibration of the substantially disk-shaped piezoelectric body 9 with an adhesive or the like. I have. The contact portion 11a contacts and is fixed to the piezoelectric body 9 over a part or the entire circumference along the vicinity of a circular node of the piezoelectric body 9, for example.
【００７８】この圧電発電装置１の圧電体は、前述した
ような局部的な圧電体の変位を使用して発電する圧電体
９ｅと、この圧電体９ｅを接触部２５に有し、この圧電
体９ｅ全体が振動することによる変位を利用して発電す
る圧電体９ｄを有する。圧電体９ｅ及び９ｄには、それ
ぞれ複数の電極２０ｃ及び２０ｄ、及び電極２０ａ及び
２０ｂが設けられている。電極２０ｃ及び２０ｄは圧電
体９ｅを、電極２０ａ及び２０ｂは圧電体９ｄをそれぞ
れ加振レバー１３により振動を加えられる方向に挟み込
むように設けられている。電極２０ｃ及び２０ｄ、及び
電極２０ａ及び２０ｂは、それぞれ整流回路１２ａ及び
１２ｂに接続されている。整流回路１２は、充電部１４
と接続されており、充電部１４に充電を行う。このよう
な圧電発電装置１の構成によれば、局部歪みのみでな
く、全体の変形も利用して発電することができるので、
より効率的な発電を行うことができる。The piezoelectric body of the piezoelectric power generating apparatus 1 has a piezoelectric body 9e for generating electric power by using the local displacement of the piezoelectric body as described above, and the piezoelectric body 9e in the contact portion 25. 9e has a piezoelectric body 9d that generates electric power by using displacement caused by vibration of the whole. The piezoelectric bodies 9e and 9d are provided with a plurality of electrodes 20c and 20d, and electrodes 20a and 20b, respectively. The electrodes 20c and 20d are provided so as to sandwich the piezoelectric body 9e, and the electrodes 20a and 20b are provided so as to sandwich the piezoelectric body 9d in a direction in which vibration can be applied by the vibration lever 13. The electrodes 20c and 20d and the electrodes 20a and 20b are connected to rectifier circuits 12a and 12b, respectively. The rectifier circuit 12 includes a charging unit 14
To charge the charging unit 14. According to such a configuration of the piezoelectric power generating device 1, power can be generated using not only local distortion but also overall deformation.
More efficient power generation can be performed.
【００７９】この発明は、上記実施の形態に限定され
ず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行
うことができる。The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims.
【００８０】例えば、これまでに説明した圧電発電装置
１においては、使用者が、りゅうず７を回転させること
により圧電体に加振する加振レバー１３を振動させて圧
電体９に加振していたがこれに限られず、回転錘等によ
って加振レバー１３を振動させるような構造でも良い。For example, in the piezoelectric generator 1 described above, the user rotates the crown 7 to vibrate the vibrating lever 13 that vibrates the piezoelectric body to vibrate the piezoelectric body 9. However, the structure is not limited to this, and a structure in which the vibration lever 13 is vibrated by a rotary weight or the like may be used.
【００８１】[0081]
【発明の効果】この請求項１の発明によれば、圧電発電
装置は、発電を行う構造が簡単であって、小型化するこ
とができ、圧電体の縦振動を使用することができる。こ
の圧電発電装置においては、加振手段により加えられた
振動が、圧電体から固定手段に逃げることを考慮するこ
とを必要としない。従って、圧電発電装置は、加振手段
により圧電体を加振した際に生ずる圧電体の局部的な歪
みを利用して効率よく発電を行うことができる。According to the first aspect of the present invention, the piezoelectric power generation device has a simple structure for generating power, can be reduced in size, and can use longitudinal vibration of the piezoelectric body. In this piezoelectric power generation device, it is not necessary to consider that the vibration applied by the vibration means escapes from the piezoelectric body to the fixing means. Therefore, the piezoelectric power generation device can efficiently generate electric power by utilizing local distortion of the piezoelectric body generated when the piezoelectric body is vibrated by the vibration means.
【００８２】この請求項２の発明によれば、積層された
圧電体の局部的な歪みを利用して発電するので、より大
きな出力を得ることができる。従って、この圧電発電装
置によれば、加振手段により圧電体を加振した際に生ず
る圧電体の局部的な歪みを利用して効率よく発電を行う
ことができる。According to the second aspect of the present invention, since power is generated by using local distortion of the stacked piezoelectric bodies, a larger output can be obtained. Therefore, according to this piezoelectric power generation device, it is possible to efficiently generate electric power by utilizing local distortion of the piezoelectric body generated when the piezoelectric body is vibrated by the vibrating means.
【００８３】この請求項３の発明によれば、圧電体を均
一に変形させることができる。従って、この圧電発電装
置によれば、加振手段により圧電体を加振した際に生ず
る圧電体の局部的な歪みを利用して効率よく発電を行う
ことができる。According to the third aspect of the present invention, the piezoelectric body can be uniformly deformed. Therefore, according to this piezoelectric power generation device, it is possible to efficiently generate electric power by utilizing local distortion of the piezoelectric body generated when the piezoelectric body is vibrated by the vibrating means.
【００８４】この請求項４の発明によれば、圧電体を効
果的に変形させることができる。従って、この圧電発電
装置によれば、加振手段により圧電体を加振した際に生
ずる圧電体の局部的な歪みが均等に加わることにより、
効率よく発電を行うことができる。According to the fourth aspect of the present invention, the piezoelectric body can be effectively deformed. Therefore, according to this piezoelectric power generating device, the local distortion of the piezoelectric body caused when the piezoelectric body is vibrated by the vibrating means is evenly applied,
Power generation can be performed efficiently.
【００８５】この請求項５の発明によれば、圧電体の形
状を好適な構造としている。従って、この圧電発電装置
によれば、加振手段により圧電体を加振した際に生ずる
圧電体の局部的な歪みを利用して効率よく発電を行うこ
とができる。According to the fifth aspect of the present invention, the shape of the piezoelectric body has a preferable structure. Therefore, according to this piezoelectric power generation device, it is possible to efficiently generate electric power by utilizing local distortion of the piezoelectric body generated when the piezoelectric body is vibrated by the vibrating means.
【００８６】この請求項６の発明によれば、局部歪みを
利用して発電を行う第１圧電体のみならず、第２圧電体
が、この第１圧電体全体の振動を使用して発電を行うこ
とができる。よって、発電効率を向上させることができ
る。According to the sixth aspect of the invention, not only the first piezoelectric element that generates power using local distortion but also the second piezoelectric element generates power using the vibration of the entire first piezoelectric element. It can be carried out. Therefore, power generation efficiency can be improved.
【００８７】この請求項７の発明によれば、圧電体の表
面形状を工夫している。従って、この圧電発電装置によ
れば、加振手段により圧電体を加振した際に生ずる圧電
体の局部的な歪みを利用して効率よく発電を行うことが
できる。According to the invention of claim 7, the surface shape of the piezoelectric body is devised. Therefore, according to this piezoelectric power generation device, it is possible to efficiently generate electric power by utilizing local distortion of the piezoelectric body generated when the piezoelectric body is vibrated by the vibrating means.
【００８８】この請求項８又は９の発明によれば、それ
ぞれ加振手段により振動を局部的に与えられる圧電体に
用いる材質を好適なものとすることで局部的な圧電体の
歪みを効率良く発電に利用することはできる。According to the eighth or ninth aspect of the present invention, the material used for the piezoelectric body to which the vibration is locally applied by the vibrating means is made suitable, so that the local distortion of the piezoelectric body can be efficiently reduced. It can be used for power generation.
【００８９】この請求項１０から１２の発明によれば、
それぞれ圧電体を特別な製造方法によらなくても従来の
薄膜成形法により形成することができるので、効率の良
い圧電発電装置を容易に生産することができる。According to the tenth to twelfth aspects of the invention,
Since each piezoelectric body can be formed by a conventional thin film forming method without using a special manufacturing method, an efficient piezoelectric generator can be easily produced.
【００９０】この請求項１３の発明によれば、圧電発電
装置は小型のものであるため、携帯型機器の発電装置と
して最適である。According to the thirteenth aspect of the present invention, since the piezoelectric power generating device is small, it is most suitable as a power generating device for portable equipment.
【図１】この発明の第１の実施形態としての圧電発電装
置を搭載する携帯型機器の内部構成例を示す概要構成
図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the internal configuration of a portable device equipped with a piezoelectric power generating device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の圧電発電装置を搭載する携帯型機器の外
観の一例を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing an example of the appearance of a portable device equipped with the piezoelectric power generating device of FIG.
【図３】図２の腕時計のＡ−Ａ’断面図。3 is a sectional view of the wristwatch shown in FIG. 2 taken along line A-A '.
【図４】図３の腕時計をＩ方向から見た場合の平面図。FIG. 4 is a plan view of the wristwatch of FIG. 3 when viewed from an I direction.
【図５】図５は、図４の腕時計の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of the wristwatch of FIG. 4;
【図６】図１の加振レバーの拡大平面図。FIG. 6 is an enlarged plan view of the vibration lever of FIG. 1;
【図７】図１の加振レバーの動作例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an operation example of the vibration lever of FIG. 1;
【図８】図３の圧電体付近を示す平面図。FIG. 8 is a plan view showing the vicinity of the piezoelectric body in FIG. 3;
【図９】この発明の第２の実施の形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図。FIG. 9 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric power generating device according to a second embodiment of the present invention.
【図１０】図８の圧電体の材質による発電効率の違いを
示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a difference in power generation efficiency depending on the material of the piezoelectric body in FIG. 8;
【図１１】この発明の第３の実施形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図。FIG. 11 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric power generating device according to a third embodiment of the present invention.
【図１２】この発明の第４の実施形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図。FIG. 12 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric power generating device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１３】図８の圧電体の表面粗さを示す断面図。FIG. 13 is a sectional view showing the surface roughness of the piezoelectric body shown in FIG. 8;
【図１４】図１３の圧電体の表面粗さに対する損失特性
を示す図。FIG. 14 is a view showing a loss characteristic with respect to the surface roughness of the piezoelectric body of FIG. 13;
【図１５】図８の加振レバーにより圧電体に対して加振
した際の加振レバー及び圧電体の変位を示す図。FIG. 15 is a diagram showing displacements of the vibration lever and the piezoelectric body when the piezoelectric body is vibrated by the vibration lever of FIG. 8;
【図１６】図８の加振レバーにより圧電体に対して加振
した際の加振レバー及び圧電体の変位を示す図。FIG. 16 is a diagram showing displacements of the vibration lever and the piezoelectric body when the piezoelectric body is vibrated by the vibration lever of FIG. 8;
【図１７】この発明の第５の実施形態としての圧電発電
装置の一部としての圧電体付近を示す平面図。FIG. 17 is a plan view showing the vicinity of a piezoelectric body as a part of a piezoelectric power generating device according to a fifth embodiment of the present invention.
１ 圧電発電装置 ２ 腕時計（携帯型機器） ９ 圧電体 ９ｄ 圧電体（第２圧電体） ９ｅ 圧電体（第１圧電体） １１ 固定部（基板、固定手段） １３ 加振レバー（加振手段） ２４ 膜（均一化部材） ２５ 接触部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric generator 2 Wristwatch (portable device) 9 Piezoelectric body 9d Piezoelectric body (second piezoelectric body) 9e Piezoelectric body (first piezoelectric body) 11 Fixed part (substrate, fixing means) 13 Vibration lever (vibration means) 24 Film (uniform member) 25 Contact part