(57)【要約】【課題】  量産が容易で製作コストが低く、起電力が大きく、人体の屈曲部たとえば肘、手首、膝、足首などに取り付けて発電できる発電装置を提供する。【解決手段】  ベローズ５０形状にブロー成形したＰＶＤＦチューブの内面側と外面側のそれぞれに銀を含んだ導電性接着剤を厚さ０．１μｍ〜０．５μｍ程度に塗布して電極とし、前記電極の保護被膜としてシリコン樹脂を厚さ０．５μｍ〜数μｍ程度の厚さに重ね塗りし、さらに、ベローズ５０の一端側に略半円の円弧状舌片３０を延設するとともに、舌片３０の表裏面にそれぞれリード線１０、１５を導電性接着剤２０により接続した構成。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電部材からなり,表裏面にそれぞれ電極を配設したベローズの伸縮方向の一端側を保持し鉛直方向に吊り下げたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
圧電部材からなり,表裏面にそれぞれ電極を配設したベローズの伸縮方向の一端側を片持ち梁状に保持したことを特徴とする発電装置。
【請求項３】
圧電部材からなり,表裏面にそれぞれ電極を配設したベローズを２つのシート間に多行多列に複数配設したことを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電部材から成るベローズ（蛇腹チューブ）を用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電式発電装置としては、圧電セラミックスの片持ち梁構造を用いたものや、円形バイモルフなどが用いられている。また、厚さ０．１ｍｍ程度の金属板に圧電皮膜を多層に積層した圧電体シートを加振して発電する手段、圧電ポリマーのポリフッ化ビニリデンフィルム（ＰＶＤＦフィルム）をシート状態で用いた発電装置も提案されている。圧電ポリマーテープを螺旋状に巻回したものとして特許公表２００３−５１８７５２号公報が提案されている。
【特許文献１】特許公表２００３−５１８７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、圧電セラミックスの片持ち梁構造は耐衝撃性が低く、セラミックスの粉体処理、形状の成型、焼成工程等を要し製作コストが高かった。圧電ポリマーフィルムは人体の屈曲を利用して発電するため衣服に縫製する、または面ファスナー等を用いて取り付ける必要があり煩わしかった。圧電ポリマーテープを螺旋状に巻回した発電装置も製作工程が複雑でコストが高く、量産性に優れるものでなかった。
【０００４】
本発明は、量産が容易で製作コストが低く、起電力が大きく、人体の屈曲部に容易に取り付け可能な発電装置を提供することを目的とする。また、移動体たとえば車体の一部に吊り下げる、または片持ち梁状に取り付けて揺動し発電を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる第一の発電装置は、圧電部材からなるベローズ（蛇腹チューブ）の表裏面にそれぞれ電極を配設し、前記ベローズの屈曲または伸縮により発電することを特徴としたもので、量産性に優れ製作コストが低い。起電力が大きい。人体の屈曲部たとえば肘、膝、足首、手首などに容易に取り付けできる。首、胴にも取り付け可能である。
【０００６】
さらに本発明にかかる発電装置は、上記発電装置において圧電部材をポリフッ化ビニリデンとしたことを特徴としたもので、これによりブロー成形などの手段により量産が容易でコストを低減できる。
【０００７】
さらに本発明にかかる発電装置は、上記発電装置において電極の上に樹脂フィルムを積層して保護したことを特徴としたもので、これにより発電装置の信頼性と耐久性が向上する。
【０００８】
さらに本発明にかかる発電装置は、上記発電装置においてベローズの伸縮方向の一端側を保持し、他端側に錘を付属して鉛直方向に吊り下げたことを特徴としたもので、これにより移動体たとえば人体や車体の一部に吊り下げて振動を利用し、ベローズを伸縮させて発電が可能となる。勿論、移動体に代えて風力や波動により揺動発電することも可能となる。
【０００９】
さらに本発明にかかる発電装置は、上記発電装置においてベローズの伸縮方向の一端側を片持ち梁状に保持したことを特徴としたもので、これにより移動体たとえば車体の一部に取り付けて振動を利用し、ベローズを揺動させて発電が可能となる。風力や波動により揺動発電することも可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により本発明の発電装置は量産が可能で低価格に提供できる。また、人体の屈曲部たとえば肘や膝、足首、手首に容易に取り付けできる。人体や車体などの移動体に取り付けて揺動発電できる。風力や波動により揺動発電することも可能となる。夜間のジョギングやウオーキングなどにおいて、揺動発電した電力で発光体たとえばＬＥＤを点滅させたり連続点灯して防犯や交通事故防止に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかる発電装置は上述の通りである。ベローズは、厚さ０．１ｍｍ程度の金属板(ステンレス鋼、チタン、銅など)を蛇腹状に成形した後、厚さ１μｍ〜数μｍの圧電皮膜(チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）など)を配設したものが用いられる。前記圧電皮膜は１０〜２０層の多層膜で形成することができる。圧電皮膜の形成手段はスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、水熱合成法など任意の手段を選べばよい。
【００１２】
本発明にかかるもう一つのベローズとして圧電フィルムを用いてもよい、圧電フィルム(圧電性高分子)の代表的なものとしてはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）がよく知られている。ポリフッ化ビニリデンは優れた柔軟性、加工性、耐衝撃性、耐水性、化学的安定性を兼ね備えており、圧電セラミックスのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と比較した場合、およそ２０倍に及ぶ高耐電圧性と、およそ１０倍の高い電圧出力を得られる。
【００１３】
圧電フィルムの利点は高耐電圧性と高電圧出力の他、その柔軟性と耐衝撃性にある。圧電セラミックスでは不可能な人体の伸縮の動きに追従させて曲げの力が働いても問題無く電圧を発生する。また、圧電セラミックスでは破損してしまう衝撃力を加えても問題無く電圧を発生する。さらに、圧電フィルムは軽く、柔らかで、特定の固有振動数を持ちにくいことから、特別な保護手段無しでも人体が圧電フィルムから受ける装着時の異物感や衝撃の反動といったダメージを少なく抑えられる。
【００１４】
圧電性高分子は容易にフィルム状に薄膜化できる。例えば、フィルム厚さを１０μｍ〜１００μｍなどに成形できる。しかし、圧電効果で発生する電力は静電気に似ており、電極が無ければ発生した電力を取り出すことはできない。従って、圧電フィルムの表面、裏面に各々全面にわたる導電性の皮膜層を設けて電極とし(ベタ電極)、無用な電荷の漏れ防止を図っている。さらに、電極に重ねて全体を絶縁体の保護皮膜で被った構成とするのが好ましい。なお、表面側の電極として、全表面を覆うベタ電極とせず、ベローズの山に跨る部分にのみ環状に電極を等間隔ごとに独立して配設するようにしてもよい。さらに、ベローズの山に跨る環状電極と谷に跨る環状電極とを独立して交互に配設するようにしてもよい(いずれも図示せず)。
【００１５】
前記表裏面に設けた電極と保護被膜は圧電フィルムシートの状態で予め配設しておいてもよいし、ベローズを形成後に配設する様にしてもよい。前記電極は電気めっき、蒸着、スパッタ、印刷、スプレーなど任意の手段から選択すればよい。電極材料は金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル等から選んだ一つまたはその組み合わせを厚さ０．０１μｍ〜1μｍ程度に配設するのが好ましい。
【００１６】
圧電フィルムからなるベローズの形成は、例えば、筒状(チューブ状)に押し出し成形したＰＶＤＦフィルムを蛇腹状にブロー成形する方法、ＰＶＤＦフィルムのシートをジグザグ状(稲妻状)に成形したのち巻回してチューブ状に接合する方法など任意の手段を用いればよい。なお、圧電フィルムの両面に電極や保護皮膜を積層し、４０μｍ〜２００μｍの厚さのシート状起電用圧電フィルムが製造・販売されている。(株式会社東京センサのホームページにピエゾフィルムＬＴＤシリーズなどを記載。)
【００１７】
保護皮膜は樹脂フィルム、例えば、透明性、柔軟性および耐衝撃性のいずれにも優れ、包装材として好適なポリプロピレン系フィルム（ＰＰ）やシリコン樹脂等で構成するのが好ましい。ＰＰフィルムの厚さは０．５μｍ〜数μｍ程度とするのが好ましい。また、次の要件（１）〜(３)を満たすことが望ましい。（１）ＪＩＳ Ｋ６７８１に準じて測定したヤング率が１０〜５００ＭＰａである、（２）０℃で測定した引張衝撃強度が、５０〜１０００ＫＪ／ｍ２である、（３）光線透過率が８５〜９９％であり、かつ１２０℃および３０分間の熱水処理後の光線透過率の減少率が０〜１５％の範囲にあること。保護皮膜の積層に際し接着剤を用いることの他に、熱圧着(熱接着)、スプレー塗布など任意の手段を用いてよいことは自明である。
【００１８】
発電した電気を取り出してコンデンサなどに蓄積する場合、前記ベローズの表裏面に配設した電極にそれぞれリード線を電気的に接続しておくのが好ましい。リード線の接続は半田付け、または一般的な導電性接着剤で接続するのが好ましい。以下、本発明の実施例における発電装置を図面とともに説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は本発明の一実施例における発電装置の一部を断面にした正面図、図２は図１の側面図を示す。図1、図２に示す発電装置１００は、厚さ１００μｍ程度のＰＶＤＦチューブをベローズ状にブロー成形してなる。ベローズ５０の内径寸法を約８ｃｍ、外径を約９．５ｃｍ〜１０ｃｍ、蛇腹の山のピッチを約1ｃｍ、蛇腹の伸縮方向の全長を約１０ｃｍとした。内径は手を挿通可能な寸法とした。
【００２０】
ベローズ５０の内面側と外面側のそれぞれに銀を含んだ導電性接着剤を厚さ０．１μｍ〜０．５μｍ程度にスプレー塗布し屈曲可能な電極とした。さらに、前記電極の保護被膜としてシリコン樹脂を厚さ０．５μｍ〜数μｍ程度の厚さにスプレー塗布してなる。(電極と保護被膜は図示せず。)
【００２１】
さらに、発電装置１００はベローズ５０の一端側に略半円〜１／４の円弧状の舌片３０を延設するとともに、前記舌片３０の表裏面にそれぞれ銀を含んだ導電性接着剤２０を用いリード線１０、１５を接続固定してなる。
【００２２】
上記構成により本発明の発電装置１００は、手首や肘の部分に装着した場合に、手首や肘の屈曲により発電できる。ウォーキングなどの歩行過程で自然に肘が曲がり意識せずに屈曲発電できる。その結果、起電力を利用して発光ダイオードなどを点滅させる、またはコンデンサを併用して連続発光させられる。夜間や暗い場所で発光した場合、光の視認により防犯や交通事故防止に役立つ。
【００２３】
なお、本発明にかかる発電装置は、上記実施例の他に、ベローズの伸縮方向の一端側を保持し、他端側に錘を付属して鉛直方向に吊り下げても発電できる。移動体たとえば人体や車体の一部に吊り下げて振動を利用し、ベローズを伸縮させて発電できる。勿論、移動体に代えて風力や波動によってもベローズが伸縮して発電できる。さらに、本発明にかかる発電装置は、ベローズの伸縮方向の一端側を片持ち梁状に保持することによっても揺動発電できる。移動体たとえば車体の一部に取り付けて振動を利用し、ベローズを揺動発電できる。
【００２４】
さらに、図３、図４に示すように上側シート６０と下側シート７０の間にベローズ発電装置を多行多列に配設した発電マット１０００を構成し、自動車通行路上に敷設して発電する、駅の自動改札機間に敷設して人の歩行で発電する等に利用できる。上側シート６０と下側シート７０はゴム部材、軟質樹脂、スポンジ状樹脂などを所定形成に射出成形するなど任意に構成すればよい。勿論、織物部材でシートを構成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明装置は手で持ち運びする過程、人体に取り付けて移動する過程、または運動する過程でベローズを伸縮させて発電できる。さらに、車や自転車、鞄類などに取り付け、移動過程でベローズを伸縮させて発電できる。風力や波動によっても伸縮発電または揺動発電できる。さらに、発電マットを構成し自動車通行路上や駅の自動改札機間に敷設して発電できる。前記発電マットは座布団、背もたれ等として利用してもよい。さらに、センサーとしても利用できる。さらに発電することに代え、ベローズに電力を供給することによりベローズポンプとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例における発電装置の一部を断面にした正面図
【図２】図１の側面図
【図３】本発明装置を用いた応用製品の一例を示す発電マットの平面図
【図４】図３を切断線Ｓ−Ｓで切断した断面図
【符号の説明】
【００２７】
１０、１５  リード線
２０  導電性接着剤
３０  舌片
５０  ベローズ(蛇腹チューブ)
６０  上シート
７０  下シート
１００  発電装置
１０００  発電マット
【図１】
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【図２】
2010075038.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010075038.tif 000006