(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、指に掛けて持ち歩いたり、衣服や乗り物に取り付けて揺動発電する。  【解決手段】  発電装置１００は、表裏面にそれぞれ電極を備えると共に、ジグザグ状に成形したＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン)フィルム１０の一端側を包装袋７０で挟持し、包装袋７０の一端側に長円の貫通孔５０を設けて指掛けを可能にしてなる。また、ジグザグ状ＰＶＤＦフィルム１０の他端側に錘８０を配設し励振可能にしてなる。さらに、ＬＥＤなどの発光体を前記包装袋内にＰＶＤＦシート１０と区分して収納してなる。【選択図】  図１
2010028906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏面にそれぞれ電極を配設した圧電体シートをジグザグ状に成形し、前記ジグザグ状圧電体シートの一端側を包装袋内に挟持し、前記ジグザグ状圧電体シートの他端側に錘を配設したことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
包装袋の一端側に貫通孔を設けて指掛けを可能にしたことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
発光体を包装袋内に圧電体シートと区分して収納したことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４】
圧電体シートをポリフッ化ビニリデンとしたことを特徴とする請求項１１〜３のいずれか１項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表裏面にそれぞれ電極を配設した圧電体シートをジグザグ状に成形して成り、前記ジグザグ状圧電体シートの屈曲または伸縮等により発電する発電装置に関する。
【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構成や、圧電ポリマーのポリフッ化ビニリデン（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、成型、焼成工程などを要し製作コストが高かった。圧電ポリマーシートは人体の屈曲を利用して発電するには衣服に縫製する、または面ファスナー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、製作コストが低く、起電力が大きく、手にぶら下げて持ち歩く過程で揺動発電を可能にする発電装置を提供することを目的とする。また、移動体たとえば自転車や自動車などの一部に吊り下げて揺動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、稲妻状または連続した正弦曲線などのジグザグ状に成形した圧電体シートの表裏面にそれぞれ電極を配設して成り、前記ジグザグ状圧電体シート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、量産が容易で製作コストが低い。起電力が大きい。指や腰にぶら下げて歩く過程で揺動発電できる。移動体たとえば自転車や自動車の一部に吊り下げて揺動発電できる。
【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体シート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いる。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。
【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ジグザグ状圧電体シートの一端側を包装袋で挟持（保持）し、前記包装袋の一端側に貫通孔を設けて指掛けを可能にすると共に、前記ジグザグ状圧電体シートの他端側に錘を配設したことを特徴としたもので、これにより圧電体シートの固有振動数を自由に設定でき、小さな振動で大きな起電力を得られる。指を掛けて持ち歩き揺動発電できる。衣服、鞄、自転車などの移動体に取り付けて揺動発電できる。
【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包装袋内に仕切りを設け発光体と圧電体シートとを区分して収納保持したことを特徴としたもので、これにより人体や車体などの移動体に取り付けて揺動発電しＬＥＤなどの発光体を点滅または短時間連続して点灯できる。そして、暗い場所や夜間のジョギング、ウオーキング、移動などに際して防犯や交通事故防止に役立つ。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により本発明の発電装置は量産が容易で低価格で提供できる。また、人体や車体などの移動体に取り付けて揺動発電できる。起電力によってＬＥＤなどを点滅または短時間連続して発光でき、暗い場所や夜間のジョギング、ウオーキング、移動などで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】
【００１０】
本発明にかかる発電装置は上述の通りである。発電装置を構成するジグザグ状圧電部材は、厚さ０．１ｍｍ程度の金属板(ステンレス鋼、チタン、銅など)に厚さ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のが好ましい。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。
【００１１】
本発明にかかるもう一つの圧電体シートとして、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いる。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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２０μｍ〜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(ベタ電極)とし、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、前記電極をベタ電極とせず、格子状電極とすることによりジグザグ状の圧電体シートを揺動させた際、電極の剥離を低減できる。
【００１４】
前記電極と,電極の保護被膜は圧電フィルムをジグザグ状に成形する前に配設しておくのが好ましい。しかし、別段、ジグザグ状に成形した後に電極と保護被膜を順次、配設する様にしてもよい。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を用い配設すればよい。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。
【００１５】
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厚さのシート状の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シリーズなどが掲載されている。)
【００１６】
本発明にかかる発電装置は、ジグザグ状圧電体シートの一端側と発光体とを一つの包装袋内に仕切りで区分して挟持（収納）したことを特徴としている。前記包装袋は光をよく透過する樹脂フィルム、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単層および多層のポリプロピレン系フィルム（ＰＰ）で構成するのが好ましい。
【００１７】
ＰＰフィルムの厚さは１０μｍ〜２００μｍ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。
【００１８】
圧電体シートの一端側と発光体とを一つの包装袋内に区分して収納するには、包装袋の周囲３辺と仕切り部とを接着剤や両面粘着テープにより接着(封止)する手段の他に、熱圧着(熱接着)の手段を用いるのが好ましい。
【００１９】
発電した電気を取り出してコンデンサなどに蓄積し、ＬＥＤなどを点滅または短時間連続して発光させる場合、前記圧電体シートの表裏面に配設した電極とコンデンサと発光体とをそれぞれリード線等により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を用いて接続するのが好ましい。
【００２０】
包装袋に指を掛けて手で持ち歩く、または衣服、鞄、自転車、自動車などへ包装袋を取り付ける手段は、包装袋に設けた丸孔または長円などの貫通孔、包装袋の一方の面に取り付けたバンド(帯状部材)、包装袋の一方の面に取り付けた磁石、包装袋の一方の面に取り付けたクリップ(例えば、大本商事（株）のホームページに記載されているスナッピン、シルバークリップ、バンドクリップ、ディープクリップなど)、包装袋に取り付けた面ファスナーなどの内、いずれか一つの手段とするのが好ましい。以下、本考案の一実施例における発光装置を図面とともに説明する。
【実施例】
【００２１】
図１は本発明の一実施例における発電装置の正面図、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、表裏面にそれぞれ電極を備えると共に、ジグザグ状に成形したＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン)フィルム１０の一端側を包装袋７０で挟持（保持）し、包装袋７０の一端側に長円の貫通孔５０を設けて指掛けを可能にしてなる。また、ジグザグ状に成形したＰＶＤＦフィルム１０の他端側に錘８０を配設して励振可能にしてなる。さらに、ＬＥＤなどの発光体３０を前記包装袋内にＰＶＤＦフィルム１０と区分して収納してなる。区分は仕切り６１用いている。
【００２２】
ジグザグ状に成形してなるＰＶＤＦフィルム１０は、厚さ１００μｍ程度、ＰＶＤＦフィルムの幅を約３ｃｍ、包装袋７０から出ているジグザグ状部分のＰＶＤＦフィルム全長を約１１ｃｍ〜１２ｃｍ、ジグザグの山のピッチを約1ｃｍ、山の成す角度及び谷の成す角度をそれぞれ約６０度、錘の重さを約２０ｇｒ程度とした。ジグザグ状ＰＶＤＦフィルム１０の表裏面のそれぞれに銅めっき電極を厚さ０．１μｍ〜０．５μｍ程度に配設し、さらに電極の保護被膜としてシリコン樹脂を厚さ数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。) なお、ジグザグの折り返し部は鋭角でなく例えば２ｍｍ〜５ｍｍ程度の曲率半径を持たせるのが望ましい。
【００２３】
ＰＶＤＦフィルム１０の一端側とコンデンサ２０と赤色ＬＥＤ３０とを電気的に結線した状態で包装袋７０内に収納し、周囲を熱接着して封止した。ＰＶＤＦフィルム１０とコンデンサ２０及び赤色ＬＥＤ３０との間も熱接着して仕切った。斜線を引いた部分は熱接着部を示す。包装袋７０は厚さ約１００μｍのＰＰシートを折り返し、周辺３方を所定に熱接着した。包装袋７０の外形寸法は、横幅寸法を約５ｃｍ,長さを約６ｃｍ、熱接着したシート部の厚さを約３００μｍ程度とした。
【００２４】
包装袋７０はさらに、上辺側に長円形（１ｃｍ×３ｃｍ程度）の貫通孔５０をプレス加工、またはレーザー加工によって備え、指掛けまたは紐通し、バンドクリップ通しなどを可能とした。なお、符号４０は導通用リード線、６０はシール部（熱接着部）、６１は仕切り（熱接着）を示す。
【００２５】
上記構成により本発明の発電装置１００は、貫通孔に指を掛けて持ち歩ける。貫通孔を用いて衣服、鞄、自転車、自動車などに取り付けできる。人の移動や乗り物の振動または揺動などで発電装置１００は発電できる。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。
【００２６】
なお、本発明にかかる発電装置は、人や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。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明装置は手で持ち運びする過程、衣服に取り付けて移動または運動する過程で揺動発電できる。さらに、車や自転車、鞄類などに取り付け、移動過程で揺動発電できる。風力や波動によっても揺動発電できる。さらに、センサーとしても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例における発電装置の正面図
【図２】図１の側面図
【符号の説明】
【００２９】
１    表側包装材
２    裏側包装材
１０  圧電体シート(圧電フィルム／ＰＶＤＦフィルム）
２０  コンデンサ
３０  発光体（ＬＥＤ）
４０  リード線
５０  貫通孔
６０  シール部（熱接着部）
６１  仕切り（熱接着部）
７０  包装袋
８０  錘
１００  発電装置
【図１】
2010028906.tif 000003
【図２】
2010028906.tif 000004