(57)【要約】【課題】固有振動数が低くかつ発電量の大きな複数の圧電素子をコンパクトに配置でき、全体として小型の圧電発電装置を提案する。【解決手段】圧電発電装置Ａは、ハウジング１の対向する２つの側壁部１１，１２上に固定されたカンチレバー構造の第１の圧電素子２と第２の圧電素子４とを備える。第１の圧電素子２と第２の圧電素子４は交互に対向するように配置され、その自由端にはそれぞれ第１錘３と第２錘５とが結合されている。一方の錘を他方の圧電素子の固定端側の下方に位置させることによって、圧電素子２，４の固定端側の下方にできる無効空間を錘３，５の可動空間として利用する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間をあけて対向する第１と第２の固定部を有する固定部材と、
前記第１の固定部に一端部が固定され、他端部が第２の固定部に向かって延びる第１の圧電素子と、
前記第１の圧電素子の他端部に結合された第１錘と、
前記第２の固定部に一端部が固定され、他端部が第１の固定部に向かって延びる第２の圧電素子と、
前記第２の圧電素子の他端部に結合された第２錘と、を備え、
前記第１の圧電素子と第２の圧電素子とは幅方向に間隔をあけて配置され、
前記第１の圧電素子の他端部に結合された第１錘は、その一部が第２の圧電素子の一端部側の下方に位置しており、
前記第２の圧電素子の他端部に結合された第２錘は、その一部が第１の圧電素子の一端部側の下方に位置していることを特徴とする、圧電発電装置。
【請求項２】
前記第２の圧電素子は一対の素子で構成され、
前記第１の圧電素子を間にして前記一対の第２の圧電素子が幅方向両側に配置され、
前記第１錘は、その両端部が前記一対の第２の圧電素子の一端部側の下方に位置するように、前記第１の圧電素子の他端部から幅方向両側に突出形成され、
前記第２錘は、前記一対の第２の圧電素子の他端部間を連結するように結合され、当該第２錘の中間部が前記第１の圧電素子の一端部側の下方に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項３】
前記第１の圧電素子及び第２の圧電素子は、それぞれ複数の素子で構成されており、
前記第１の圧電素子を構成する複数の素子と、前記第２の圧電素子を構成する複数の素子とが交互にかみ合うように配置されており、
前記第１の圧電素子を構成する複数の素子の他端部間を連結するように１つの第１錘が結合されており、
前記第２の圧電素子を構成する複数の素子の他端部間を連結するように１つの第２錘が結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項４】
前記第１錘が前記第２の圧電素子の一端部側と接触しないように、前記第１の圧電素子の他端部は第２の圧電素子の一端部より低い位置にあり、
前記第２錘が前記第１の圧電素子の一端部側と接触しないように、前記第２の圧電素子の他端部は第１の圧電素子の一端部より低い位置にある、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電発電装置。
【請求項５】
前記第１錘の上面に、前記第１の圧電素子の他端部下面に結合される凸部が形成され、前記凸部を除く第１錘の上面が当該凸部より低く形成され、
前記第２錘の上面に、前記第２の圧電素子の他端部下面に結合される凸部が形成され、前記凸部を除く第２錘の上面が当該凸部より低く形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電発電装置。
【請求項６】
前記第１錘を含む第１の圧電素子の屈曲振動の共振周波数と、前記第２錘を含む第２の圧電素子の屈曲振動の共振周波数とが一致している、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電発電装置。
【請求項７】
前記第１の圧電素子及び第１錘と、前記第２の圧電素子及び第２錘とは、幅方向中心軸を中心として線対称に形成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電効果を利用して発電する圧電発電装置、特にカンチレバー（片持ち梁）構造の発電素子を用いた圧電発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図１７に示すように、発電素子１００の一方端を固定部材１０１に固定し、自由端である他方端に錘１０２を取り付けたカンチレバー構造の圧電発電装置が開示されている。発電素子１００は、金属板１０３の両面に圧電体１０４，１０５を貼り付けたものであり、発電素子１００を上側から見た際に、固定端から自由端に向かって漸次幅狭な二等辺三角形状とされている。この場合には、発電素子１００に加わる曲げ応力を長さ方向に均一化させることができるため、発電素子１００が全長にわたってほぼ均等に電荷を発生でき、長方形状の発電素子を用いた場合に比べて発電効率を改善できる。【０００３】
ところで、人が歩行する際の振動や、自転車，自動車の振動等を利用した発電装置のように、比較的低周波の振動領域で使用される発電装置がある。このような低周波の外部振動に対して発電素子の固有周波数を近づければ、発電素子を共振させることができ、発電量も増大する。発電素子の発電量Ｐは、次式のように圧電体を構成する圧電材料によって決まる定数Ａと、圧電体に加わる応力σと、圧電体の体積Ｖとによって決まる。
Ｐ＝Ａ×σ2 ×Ｖ【０００４】
しかし、特許文献１のように単一の発電素子１００を使用しただけでは、その発電量の大幅な増加を見込むことは難しい。発電素子の長さを長くすれば、応力が増大するので、単一の素子でも発電量を増加させることは可能であるが、小型化と相反する。【０００５】
特許文献２には、共振周波数の異なる複数の発電素子を片持ち梁状に支持した圧電発電装置が開示されている。この圧電発電装置は、図１８に示すように、一方端が基部２００に固定され、他方端を自由端とした複数の発電素子２０１〜２０３と、発電素子２０１〜２０３の自由端に取り付けられた錘２０４〜２０６とを備えたものであり、各発電素子２０１〜２０３の長さがそれぞれ異なっている。この圧電発電装置は、広い周波数範囲で発電を行うため個々の発電素子の共振周波数を異ならせたものであるが、個々の発電素子の共振周波数を一致させれば、所定の周波数域で発電量を増加させることが可能である。しかし、複数の発電素子２０１〜２０３を並列に配置しているため、大きなスペースを占め、発電装置を小型に構成することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３６９６４号公報
【特許文献２】特開平７−２４５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、固有振動数が低くかつ発電量の大きな複数の圧電素子をコンパクトに配置でき、全体として小型の圧電発電装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、空間をあけて対向する第１と第２の固定部を有する固定部材と、前記第１の固定部に一端部が固定され、他端部が第２の固定部に向かって延びる第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子の他端部に結合された第１錘と、前記第２の固定部に一端部が固定され、他端部が第１の固定部に向かって延びる第２の圧電素子と、前記第２の圧電素子の他端部に結合された第２錘と、を備え、前記第１の圧電素子と第２の圧電素子とは幅方向に間隔をあけて配置され、前記第１の圧電素子の他端部に結合された第１錘は、その一部が第２の圧電素子の一端部側の下方に位置しており、前記第２の圧電素子の他端部に結合された第２錘は、その一部が第１の圧電素子の一端部側の下方に位置していることを特徴とする、圧電発電装置を提供する。【０００９】
カンチレバー構造の圧電素子を横向きに配置した場合、錘を結合した自由端の変位量が大きく、固定端近傍の変位は微少である。そのため、固定端付近の下部に無効空間（デッドスペース）が存在する。特に、低周波化のために大型の錘を圧電素子の自由端に結合した場合、無効空間は錘の大きさに比例して拡大する。そこで、本発明では複数のカンチレバー構造の圧電素子を交互に対向するように配置し、一方の錘を他方の圧電素子の固定端側の下方に位置させることによって、無効空間を有効活用したものである。その結果、固有振動数を低くしかつ発電量を確保しながら、発電装置を小型化することができる。【００１０】
本発明の圧電素子とは、例えば金属板、シリコン基板、樹脂基板などの振動板の一主面又は両主面に、電極を持つ圧電体を貼り付けた構造のものを指す。金属板を使用した場合には、圧電素子の接地側の電極をこの金属板で兼用することができる。【００１１】
固定部材を、例えば箱型のハウジングで構成した場合、ハウジングの対向する２つの壁部を第１と第２の固定部として利用すれば、ハウジングの中に第１の圧電素子（第１錘を含む）と第２の圧電素子（第２錘を含む）とをコンパクトに収納できる。【００１２】
第２の圧電素子を一対の素子で構成し、第１の圧電素子を間にして一対の第２の圧電素子を幅方向両側に配置した場合、第１錘を、その両端部が一対の第２の圧電素子の一端部側の下方に位置するように、第１の圧電素子の他端部から幅方向両側に突出形成し、第２錘を、一対の第２の圧電素子の他端部間を連結するように結合し、第２錘の中間部が第１の圧電素子の一端部側の下方に位置するように構成するのが望ましい。この場合には、第１の圧電素子と第２の圧電素子とを櫛歯状にかみ合わせることができるので、スペース効率がよく、小型に構成できる。【００１３】
第１の圧電素子及び第２の圧電素子を、それぞれ複数の素子で構成し、第１の圧電素子を構成する複数の素子と、第２の圧電素子を構成する複数の素子とが交互にかみ合うように配置し、第１の圧電素子を構成する複数の素子の他端部間を連結するように１つの第１錘を結合し、第２の圧電素子を構成する複数の素子の他端部間を連結するように１つの第２錘を結合してもよい。この場合には、圧電素子の個数を増やすことができるので、さらに発電量が増大する。【００１４】
第１錘が第２の圧電素子の一端部側と接触しないように、第１の圧電素子の他端部は第２の圧電素子の一端部より低い位置にあり、第２錘が第１の圧電素子の一端部側と接触しないように、第２の圧電素子の他端部は第１の圧電素子の一端部より低い位置にある構成としてもよい。外部振動が加わらない状態であっても、錘の重量により第１の圧電素子及び第２の圧電素子の自由端部は共に下方へ撓んでいる。そのため、重力加速度による変位より外部振動による変位が小さい場合には、上面が平坦な錘を用いても、錘が圧電素子と干渉するのを防止できる。【００１５】
第１錘の上面に、第１の圧電素子の他端部下面に結合される凸部が形成され、凸部を除く第１錘の上面が当該凸部より低く形成され、第２錘の上面に、第２の圧電素子の他端部下面に結合される凸部が形成され、凸部を除く第２錘の上面が当該凸部より低く形成されている構成としてもよい。この場合には、錘の上面に凹凸部が形成されているので、外部振動による変位が重力加速度による変位より大きい場合でも、錘が圧電素子と干渉するのを防止できる。【００１６】
第１錘を含む第１の圧電素子の屈曲振動の共振周波数と、第２錘を含む第２の圧電素子の屈曲振動の共振周波数とが一致している構成としてもよい。第１の圧電素子の共振周波数と第２の圧電素子の共振周波数とが異なる場合には、広い周波数範囲で発電を行うことが可能であるが、両共振周波数を一致させると、所定の周波数において発電量を倍加させることができる。さらに、出力端子の共通化や整流回路を１つにまとめることができ、回路を簡素化できる。【００１７】
第１の圧電素子及び第１錘と、第２の圧電素子及び第２錘とは、幅方向中心軸を中心として線対称に形成されているのが望ましい。第１の圧電素子と第１錘、又は第２の圧電素子と第２錘を非対称形状とすることも可能であるが、第１の圧電素子及び第２の圧電素子に捩れ振動を発生させるため、発電量が低下する。これに対し、線対称形状とすれば、圧電素子に捩れが発生しにくく、撓み振動を効率よく発生でき、発電量を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、複数のカンチレバー型圧電素子を交互に対向するように配置し、一方の錘を他方側の圧電素子の固定端側の下方に位置させたので、圧電素子の固定端付近の下部に発生する無効空間を錘の可動空間として有効活用できる。そのため、固有振動数を低くしかつ発電量を確保しながら、発電装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る圧電発電装置の第１実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す圧電発電装置の平面図である。
【図３】図２のIIIa−IIIa線断面図及びIIIb−IIIb線断面図である。
【図４】振動板の一例を下方から見た斜視図である。
【図５】各圧電素子に接続された整流回路・蓄電素子の回路図である。
【図６】第１錘及び第２錘に対して下方へ所定の加速度が作用した時の変位を示す断面図である。
【図７】第１の圧電素子と第２の圧電素子の共振周波数が異なる場合における、外部から加速度が加わったときの各圧電素子の発電量と周波数との関係を示す図である。
【図８】第１の圧電素子と第２の圧電素子の共振周波数が同じ場合における、外部から加速度が加わったときの各圧電素子の発電量と周波数との関係を示す図である。
【図９】本発明に係る圧電発電装置の第２実施例の錘部分の断面図である。
【図１０】本発明に係る圧電発電装置の第３実施例の平面図である。
【図１１】図１０のX1A-XIA線断面図及びX1B-XIB線断面図である。
【図１２】本発明に係る圧電発電装置の第４実施例の平面図である。
【図１３】本発明に係る圧電発電装置の第５実施例の平面図である。
【図１４】本発明に係る圧電発電装置の第６実施例の分解斜視図である。
【図１５】図１４に示す圧電発電装置の第２錘部分で切断した縦断面図である。
【図１６】図１４に示す圧電発電装置を第１錘、第２錘を結ぶ中心線で切断した縦断面図である。
【図１７】特許文献１に示された圧電発電装置の斜視図である。
【図１８】特許文献２に示された圧電発電装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１実施例〕
図１〜図３は、本発明に係る圧電発電装置の第１実施例を示す。本実施例の圧電発電装置Ａは箱型のハウジング１を備えており、このハウジング１は４つの側壁部１１〜１４と１つの底壁部１５とを有し、側壁部１１〜１４と底壁部１５とによって内部空間１６が形成されている。ハウジング１の４つの側壁部１１〜１４のうち、対向する２つの側壁部である第１，第２側壁部１１，１２がそれぞれ第１の固定部と第２の固定部とになっている。なお、ハウジング１の上面には図示しないカバーが装着され、ハウジング１の内部が密閉されている。ハウジング１は本発明における固定部材であり、側壁部１１と側壁部１２とがそれぞれ本発明における第１と第２の固定部である。
【００２１】
第１側壁部１１の上面には第１の圧電素子２の一端部（固定端部）２ａが固定され、第１の圧電素子２の他端部（自由端部）２ｂが第２側壁部１２に向かって延びており、その他端部２ｂに第１錘３が結合されている。第２側壁部１２の上面には一対の第２の圧電素子４，４の一端部（固定端部）４ａが固定され、第２の圧電素子４，４の他端部（自由端部）４ｂが第１側壁部１１に向かって延びており、その他端部４ｂに第２錘５が結合されている。つまり、第１の圧電素子２と第２の圧電素子４とは、互いに平行にかつ交互に対向方向に延びている。図２において、斜線を付した箇所が錘３，５と圧電素子２，４との結合部である。第１錘３と第２錘５は、ハウジング１の内部空間１６の中に上下方向に変位自在に収容されている。第２の圧電素子４，４は第１の圧電素子２の幅方向両側に等間隔をあけて配置されている。第２の圧電素子４，４の長さ及び幅は互いに等しい。第１錘３を含む第１の圧電素子２、及び第２錘５を含む第２の圧電素子４，４は、幅方向中心軸ＣＬを中心として線対称に形成されている。
【００２２】
第１の圧電素子２及び第２の圧電素子４，４は、振動板の一主面に圧電体（図示せず）を貼り付けたユニモルフ素子であってもよいし、振動板の両主面に圧電体を貼り付けたバイモルフ素子であってもよい。圧電体の両面には電極が形成され、厚み方向に分極されている。なお、振動板としては、金属板のほか、シリコン基板、ガラスエポキシ基板などの弾性板を使用してもよい。
【００２３】
第１の圧電素子２の自由端２ｂに結合された第１錘３は、その幅方向両端部３ａ，３ｂが一対の第２の圧電素子４，４の固定端４ａ側の下方に位置するように、第１の圧電素子２の自由端２ｂより幅広に形成されている。ここでは、第２錘５は、第２の圧電素子４，４の自由端４ｂ同士を連結するように結合され、この第２錘５の中間部５ａが第１の圧電素子２の固定端２ａ側の下方に位置している。第１の圧電素子２の自由端２ｂ及び第２の圧電素子４，４の自由端４ｂは、外部振動が加わらない自然状態において、図３（ａ），（ｂ）に示すように第１錘３及び第２錘５の重量によって下方へ撓んでいる。そのため、第１錘３の両端部３ａ，３ｂと第２の圧電素子４，４の固定端４ａとの間に上下方向の隙間δ１が存在し、第２錘５の中間部５ａと第１の圧電素子２の固定端２ａとの間に上下方向の隙間δ２が存在している。
【００２４】
この実施例では、第１の圧電素子２及び第２の圧電素子４，４を構成する振動板６が一枚の金属板で形成されている。すなわち、ハウジング１の４つの側壁部１１〜１４の上面には、図１に示すように１枚の金属板からプレス、エッチング等によって加工された振動板６の枠部６１が接着されている。振動板６には、枠部６１から対向方向に延びる長方形状の第１梁部６２と第２梁部６３，６３とが一体に形成されている。第１梁部６２の一主面又は両主面に圧電体を貼り付けることにより第１の圧電素子２が構成され、第２梁部６３，６３の一主面又は両主面に圧電体を貼り付けることにより第２の圧電素子４，４が構成される。
【００２５】
圧電体は、第１梁部６２、第２梁部６３の錘が結合される部分を除く領域に個別に貼り付けてもよいし、梁部６２、６３を加工する前の振動板６の全面に圧電体を形成し、錘が結合される部分や第３，第４側壁部１３，１４に相当する箇所に電極が形成されないように電極をパターニングした後、振動板６と圧電体とを同時に加工してもよい。図４は、下面全面に圧電体２０を貼りつけた振動板６の一例を下方から見た斜視図であり、ハッチングで示した箇所が圧電体２０の下面にパターニングされた出力側電極６６，６７である。第２の圧電素子４，４の出力側電極６７は相互に接続されている。なお、振動板６は接地側電極として利用される。第１、第２の圧電素子２，４の自由端側の下面には出力側電極６６，６７が形成されておらず、この非電極形成部２１，２２に第１錘３及び第２錘５がそれぞれ固着される。
【００２６】
第１及び第２の圧電素子２，４（錘を含む）の共振周波数が異なる場合には、図５の（ａ）に示すように、第１の圧電素子２で発生した電荷、及び第２の圧電素子４，４で発生した電荷は個別の整流回路７１，７２で整流され、蓄電素子７３に蓄電される。第１及び第２の圧電素子２，４（錘を含む）の共振周波数が同一である場合には、図５の（ｂ）に示すように、第１の圧電素子２で発生した電荷、及び第２の圧電素子４，４で発生した電荷は単一の整流回路７４で整流され、蓄電素子７３に蓄電される。整流回路及び蓄電素子についてはそれぞれ公知であるため、詳細な説明を省略する。
【００２７】
図６は第１錘３及び第２錘５に対して下方への加速度が作用した時の変位を示す。第１錘３によって第１の圧電素子２は上に凸の形状となるように撓み、その曲げ応力に応じた電力が圧電素子２に発生する。一方、第２の圧電素子４も第２錘５によって上に凸の形状となるように撓み、その曲げ応力に応じた電力が圧電素子４に発生する。第１錘３は第２の圧電素子４，４の固定端４ａ側の下部に位置しており、第２錘５も第１の圧電素子２の固定端２ａ側の下部に位置しているので、両圧電素子２，４の固定端２ａ，４ａ側の下部にできる無効空間を第１錘３及び第２錘５の可動空間として有効活用でき、全体として小型の圧電発電装置Ａを実現できる。外部振動による変位が重力加速度による変位より小さい場合には、上面が平坦な第１錘３及び第２錘５を使用しても、第１錘３が第２の圧電素子４，４と干渉することなく変位でき、第２錘５も第１の圧電素子２と干渉することなく変位できる。なお、図６では、第１の圧電素子２と第２の圧電素子４，４とが共に下方へ変位している状態を示したが、両圧電素子２、４（錘を含む）の共振周波数が異なる場合には、第１の圧電素子２と第２の圧電素子４，４とは個別に変位する。
【００２８】
図７は、外部から０．１Ｇの加速度が加わったときの第１の圧電素子２及び第２の圧電素子４，４の発電量と周波数との関係を示す。ここでは、第１の圧電素子２の幅Ｗ１と第２の圧電素子４，４の幅Ｗ２、Ｗ３とを、Ｗ２＋Ｗ３＝１．５×Ｗ１の関係とした（但し、Ｗ２＝Ｗ３）。圧電素子２，４の長さは互いに等しく、第１錘３と第２錘５の重さは同じである。この場合には、第１の圧電素子２（第１錘３を含む）の共振周波数が、第２の圧電素子４，４（第２錘５を含む）の共振周波数よりやや低いので、両方の圧電素子２，４の発電量のピークが異なる周波数に現れる。そのため、図５の（ａ）のように個別の整流回路７１，７２を用いて整流するのがよい。
【００２９】
図８は、Ｗ１＝Ｗ２＋Ｗ３とした場合の圧電素子２、４，４の発電量と周波数との関係を示した図である。他の条件は図７と同じである。この場合には、第１の圧電素子２の共振周波数と第２の圧電素子４，４の共振周波数とが一致するため、両方の圧電素子２，４の発電量のピークを一致させることができる。つまり、所定の周波数において全体の発電量を約２倍に向上させることができる。この場合には、各圧電素子２，４は同じ特性となるので、電極を共通化でき、図５の（ｂ）のように各圧電素子２，４から発生した電荷を同じ整流回路７４を用いて整流できる。
【００３０】
〔第２実施例〕
図９は本発明に係る圧電発電装置の第２実施例を示す。本実施例の圧電発電装置Ｂにおいて、第１実施例と共通する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図９の（ａ）は図３（ａ）と対応する部分の断面図であり、図９の（ｂ）は図３（ｂ）と対応する部分の断面図である。この実施例では、第１錘３の中央部上面に凸部３ｃが形成され、凸部３ｃの両側に一段低い段差部３ｄ，３ｅが形成されている。第１錘３の凸部３ｃが第１の圧電素子２の自由端２ｂの下面に固定されると共に、段差部３ｄ，３ｅが第２の圧電素子４の固定端４ａ側の下方に配置されている。一方、第２錘５の両端部上面には凸部５ｂ，５ｃが形成され、これら凸部５ｂ，５ｃの中間に一段低い凹部５ｄが形成されている。第２錘５の凸部５ｂ，５ｃが第２の圧電素子４，４の自由端４ｂの下面に固定されると共に、凹部５ｄが第１の圧電素子２の固定端２ａ側の下方に配置されている。
【００３１】
この実施例の圧電発電装置Ｂでは、第１実施例に比べて、段差部３ｄ，３ｅと第２の圧電素子４，４の固定端４ａとの上下方向の隙間δ１、及び凹部５ｄと第１の圧電素子２の固定端２ａとの上下方向の隙間δ２を拡大できるので、破線で示すように第１の圧電素子２及び第２の圧電素子４，４が上方へ大きく変位しても、段差部３ｄ，３ｅによって第１錘３が第２の圧電素子４，４と接触せず、凹部５ｄによって第２錘５が第１の圧電素子２と接触しない。そのため、外部振動による変位が重力加速度による変位より大きい場合でも、錘と圧電素子との干渉を防止できる。この実施例では、第１の圧電素子２と第２の圧電素子４，４とをより大きく撓ませることができるので、発電量の増大を図ることができる。
【００３２】
〔第３実施例〕
図１０、図１１は本発明に係る圧電発電装置の第３実施例を示す。本実施例の圧電発電装置Ｃにおいて、第１実施例と共通する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施例では、第１の圧電素子を一対の素子２，２で構成した点が第１実施例と異なる。これら第１の圧電素子２，２は一対の第２の圧電素子４，４の間に位置している。第１錘３は、第１の圧電素子２，２の自由端同士を連結するように固定され、第１錘３の幅方向両端部３ａ，３ｂが第２の圧電素子４，４の固定端側の下方に非接触で位置している。第２錘５は、第２の圧電素子４，４の自由端同士を連結するように固定され、その中間部５ａが第１の圧電素子２，２の固定端側の下方に非接触で位置している。なお、第２実施例（図９）と同様に、第１錘３及び第２錘５の上面に凸部や凹部を設けてもよい。
【００３３】
第１の圧電素子２，２の各幅Ｗ１，Ｗ２（但し、Ｗ１＝Ｗ２）と、第２の圧電素子４，４の各幅Ｗ３，Ｗ４（但し、Ｗ３＝Ｗ４）とが相違（Ｗ１，Ｗ２≠Ｗ３，Ｗ４）していてもよいし、同一（Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４）であってもよい。Ｗ１，Ｗ２≠Ｗ３，Ｗ４の場合には、図７のように異なる周波数で発電量のピークが発生する。Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４の場合には、第１の圧電素子２，２（錘を含む）の共振周波数と、第２の圧電素子４，４（錘を含む）の共振周波数とが一致し、図８のように所定の周波数において発電量を倍加させることができる。
【００３４】
この実施例では、第１の圧電素子２，２と第２の圧電素子４，４が共に一対の素子で構成されているので、第１錘３、第２錘５が上下に振動したとき、第１の圧電素子２，２及び第２の圧電素子４，４の捩れを抑制でき、撓み振動を効率よく発生させることができる。
【００３５】
〔第４実施例〕
図１２は本発明に係る圧電発電装置の第４実施例を示す。本実施例の圧電発電装置Ｄでは、上側から見た際に、第１の圧電素子２を一端部（固定端）から他端部（自由端）に向かって漸次幅狭となる２等辺三角形状とし、第２の圧電素子４，４を第１の圧電素子２の斜辺と平行な斜辺を持つ直角三角形状としたものである。なお、いずれの圧電素子２，４も頂部が鋭角状に尖った三角形状としたが、頂部に所定の幅を持つ台形状としてもよい。図１２において、斜線部が錘３，５と圧電素子２，４との結合部である。
【００３６】
この実施例では、第１側壁部１１から距離Ｌ１だけ離れた位置での第１の圧電素子２の幅をＷ１、第２側壁部１２から同一距離Ｌ１だけ離れた位置での第２の圧電素子４，４の幅をＷ２，Ｗ３とした場合、次のように設定するのが望ましい。
Ｗ１＝Ｗ２＋Ｗ３
【００３７】
特に、Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３＝２：１：１とするのが望ましい。このように設定することで、第１の圧電素子２（第１錘３を含む）の共振周波数と、第２の圧電素子４，４（第２錘５を含む）の共振周波数とがほぼ等しくなり、所定の周波数において発電量を倍加させることができる。
【００３８】
〔第５実施例〕
図１３は本発明に係る圧電発電装置の第５実施例を示す。本実施例の圧電発電装置Ｅでは、第１の圧電素子を二等辺三角形状の一対の素子２，２で構成し、第２の圧電素子も第１の圧電素子２，２と合同な二等辺三角形状の一対の素子４，４で構成した点を特徴としている。
【００３９】
この実施例では、第１側壁部１１から距離Ｌ１だけ離れた位置での第１の圧電素子２，２の幅をＷ１，Ｗ２、第２側壁部１２から同一距離Ｌ１だけ離れた位置での第２の圧電素子４，４の幅をＷ３，Ｗ４とした場合、
Ｗ１＋Ｗ２＝Ｗ３＋Ｗ４
とするのがよく、特に、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４とすることで、第１の圧電素子２，２（第１錘３を含む）の共振周波数と、第２の圧電素子４，４（第２錘５を含む）の共振周波数とをほぼ等しくできる。第１の圧電素子２，２を一対の素子で構成することにより、第１の圧電素子２，２に捩れが発生し難くなり、発電効率が向上する。
【００４０】
〔第６実施例〕
図１４、図１５、図１６は本発明に係る圧電発電装置の第６実施例を示す。この圧電発電装置Ｆでは、箱型のハウジング１の対向する２つの側壁部１１，１２の上面に出力端子（ホット側端子）８１，８２がそれぞれ固定され、その上に圧電素子を構成する振動板６が配置されている。出力端子８１，８２上には、振動板６の下面に形成された出力側電極（図４に符号６６，６７で示す）がそれぞれ接合され、電気的に接続されている。振動板６には、櫛歯状の複数の圧電素子２，４が形成されている。この実施例では、第１の圧電素子が２本の素子２，２で構成され、第２の圧電素子が３本の素子４，４，４で構成され、これら素子が交互にかみ合っている。素子の本数を増やすことで、さらなる発電量の増大を図ることができる。振動板６の枠部６１の幅方向両側には、ハウジング１の側壁にそって下方へ延びる出力端子（接地側端子）６４，６５が一体に形成されている。そのため、ハウジング１の４つの側壁にそれぞれ出力端子８１，８２及び６４，６５が設けられている。
【００４１】
図１５に示すように、第２錘５の上面には、第２の圧電素子４，４，４の自由端の下面に接合される複数の凸部５ｅが形成され、凸部５ｅ以外の上面には２つの凹部５ｆが形成されている。この凹部５ｆの上方に第１の圧電素子２，２の固定端側が位置するので、第２錘５が上下に変位しても第１の圧電素子２，２と干渉することがない。なお、第１錘３についても第２錘５と同様に凸部３ｆと凹部３ｇとが形成され、凸部３ｆが第１の圧電素子２の自由端の下面に接合されている。なお、図１５、図１６では圧電素子２，４が撓んでいない状態を示しているが、外部振動が作用していない通常状態において、圧電素子２，４が第１錘３及び第２錘５に作用する重力によって下方に撓んでいても良い。
【００４２】
ハウジング１の上面にはキャップ９が接着され、ハウジング１の内部が密封されている。そのため、この圧電発電装置Ｆを封止構造の１個の電子部品として取り扱うことができ、他の電子部品と同様にプリント配線基板上に実装できる。
【００４３】
本発明に係る圧電発電装置は上述の実施例に限られるものではなく、種々変更可能であることは勿論である。第１錘及び第２錘の形状は任意である。例えば、第１錘及び第２錘の一端部を第１の圧電素子及び第２圧電素子との結合部から対向方向に延長し、両錘の間にできる空間を縮小するようにしてもよい。この場合は、２つの錘が接近するので、さらに無駄な空間を小さくできる。第１錘及び第２錘の形状を、幅方向の中心軸ＣＬに対して線対称としたが、線対称である必要はない。但し、圧電素子に捩れモードが発生する可能性があるので、錘の重心を圧電素子の幅方向中心線上に配置するのがよい。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ〜Ｆ        圧電発電装置
１            ハウジング（固定部材）
１１，１２    側壁部（第１，第２の固定部）
２            第１の圧電素子
２ａ          一端部（固定端）
２ｂ          他端部（自由端）
３            第１錘
３ａ，３ｂ    端部
４            第２の圧電素子
４ａ          一端部（固定端）
４ｂ          他端部（自由端）
５            第２錘
５ａ          中間部
６            振動板
６１          枠部
６２          第１梁部
６３          第２梁部
６６，６７    電極
７１，７２，７４  整流回路
７３          蓄電素子
８１，８２    出力端子
９            カバー（キャップ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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