(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電セラミックスの両主面に電極が形成された圧電素子と、該圧電素子を一方主面側から押圧する押圧部材と、前記圧電素子を他方主面側で保持する保持部材と、該保持部材を支持する支持部材とを備えてなる発電部材であって、前記保持部材は、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなり、前記押圧部材は、押圧面が環状であることを特徴とする発電部材。
【請求項２】
前記ばね用ステンレス鋼帯は、ＪＩＳ  Ｇ  ４３１３−１９９６に規定される記号がＳＵＳ３０１−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ３０１−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ３０１−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯であることを特徴とする請求項１に記載の発電部材。
【請求項３】
前記押圧部材は前記保持部材よりヤング率が低い材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電部材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発電部材と、該発電部材で発電した電力を取り出す電気回路とを備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項５】
前記押圧部材を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
請求項４に記載の発電装置を備え、前記電気回路に発光ダイオードを接続したことを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項４に記載の発電装置を備えたことを特徴とする携帯型機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波力，潮力，水力，風力，音力，地震および人為的に加える外力等によって生じる振動エネルギーを利用して発電する機能を有する発電部材およびこれを用いた発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出を伴わないクリーンエネルギーとして、波力，潮力，水力，風力，音力，地震および人為的に加える外力等によって生じる振動エネルギーを利用して、圧電セラミックスをひずませることにより発生した電力を取り出して発電する発電システムが注目されている。
【０００３】
この発電システムには、圧電セラミックスに電極を形成した圧電素子を備える発電部材が用いられている。そして、この圧電素子は、発電部材以外にもセンサやブザー等に用いられており、圧電素子の例が特許文献１に提案されている。
【０００４】
特許文献１では、湾曲した基板と、湾曲した圧電素子層と、湾曲した電極層とを有する圧電素子が提案され、湾曲した基板は金属材料を主成分とし、アルミニウム，鉄，ニッケル，クロム，銅，チタン，タングステン，シリコン，マグネシウム，亜鉛，スズ，モリブデン，ニオブ，ジルコニア，白金，金，銀，パラジウム，ロジウム，ルテニウム，イリジウム，イットリウム，ステンレス，黄銅または青銅のうち少なくともいずれか１種からなることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006−58180号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の圧電素子を構成する基板の金属材料の主成分として、複数の成分が記載されているものの、具体的にはステンレスが一例として開示されているのみであり、基板として用いるステンレスの種類が、例えば、ニッケルを多く含むときには、加工硬化性が低く、冷間加工を施しても、ばね性を示す指標である耐力および引張強さを十分に高くすることができず、結果、弾性領域が狭く、圧電素子を汎用的に用いることができない。また、ステンレスがＳＵＳ303，ＳＵＳ304またはＳＵＳ316であれば、ばね限界値が低いことから、繰り返して荷重を加えると基板は弾性限界を超えて塑性変形してしまい、長期間使用することができない。
【０００７】
また、ステンレスにクロムが含まれているときには、クロムが空気中の酸素と結合してステンレスの表面に不動態膜を形成してステンレスの腐食を抑制することができるものの、塩化物イオンが多く含まれる環境、例えば海洋，海岸，プール，化学プラント,浄化槽および浄水場等で圧電素子が用いられる場合には、不動態膜が破壊されやすくなる。そして、このステンレスにニッケル，コバルト，パラジウム等の人体にアレルギーを起こしやすい金属（以下、単にアレルギー金属と称す。）を多く含んでいるときには、アレルギー金属はそれぞれイオンとなって流出して、保守点検者が保守点検を行なうたびに、金属アレルギーを発症しやすいという問題があった。さらに、上述のような環境で圧電素子が用いられると、アレルギー金属の流出によって、短絡が生じやすいという問題もあり、これらの問題を解決しなければならないという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、弾性領域が広く、汎用的に用いることができるとともに、繰り返して荷重を加えても保持部材が塑性変形しにくく、長期間使用することができ、しかも塩化物イオンが多く含まれる環境においても金属アレルギーの発症や短絡の発生を十分抑制することができる発電部材およびこれを用いた発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発電部材は、板状の圧電セラミックスの両主面に電極が形成された圧電素子と、該圧電素子を一方主面側から押圧する押圧部材と、前記圧電素子を他方主面側で保持す
る保持部材と、該保持部材を支持する支持部材とを備えてなる発電部材であって、前記保持部材は、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなり、前記押圧部材は、押圧面が環状であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の発電部材は、上記構成において、前記ばね用ステンレス鋼帯は、ＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の発電部材は、上記いずれかの構成において、前記押圧部材は前記保持部材よりヤング率が低い材料からなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の発電装置は、上記いずれかの構成の本発明の発電部材と、該発電部材で発電した電力を取り出す電気回路とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の発電装置は、上記構成において、前記押圧部材を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の発光装置は、上記構成の本発明の発電部材の前記電気回路に発光ダイオードを接続したことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の携帯型機器は、上記構成の本発明の発電部材を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発電部材によれば、板状の圧電セラミックスの両主面に電極が形成された圧電素子と、圧電素子を一方主面側から押圧する押圧部材と、圧電素子を他方主面側で保持する保持部材と、保持部材を支持する支持部材とを備えてなる発電部材であって、保持部材は、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなり、押圧部材は、押圧面が環状であることから、加工硬化性が高くなり、冷間加工を施すことによって、ばね性を示す指標である耐力および引張強さともに高くすることができるので、弾性領域が広くなり、保持部材の寿命を延ばすことができ、さらに、圧電セラミックスが十分に撓み、大きなひずみを得ることができるとともに発生する電荷の相殺を少なくすることができるので、高い電力を効率よく得ることができる。また、塩化物イオンが多く含まれる環境、例えば海洋，海岸，プール，化学プラント，浄化槽および浄水場等で用いられても、ばね用ステンレス鋼帯は、ニッケルの含有量が少ないため、保守点検者が保守点検を行なった後に、ＳＵＳ303，ＳＵＳ304またはＳＵＳ316を用いた場合よりも金属アレルギーを
発症しにくくなるとともに、ニッケルの流出も少なくなるため、短絡も生じにくくなる。
【００１７】
また、本発明の発電部材によれば、ばね用ステンレス鋼帯は、ＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯であるときには、ばね限界値が高く、塑性変形しにくいので、発電部材にかかる大きな外力に耐えることができる。また、繰り返される押圧にも耐えることができるので、長期間にわたって圧電素子を保持することができる。
【００１８】
また、本発明の発電部材によれば、押圧部材は保持部材よりヤング率が低い材料からなるときには、外力を受けて保持部材により保持された圧電素子を押圧するときに、押圧部材はこの外力のエネルギーを吸収して緩和し、保持部材は圧電素子の過度の変形を抑制して保持することができるので、圧電素子を構成する圧電セラミックスが割れるのを抑制することができる。さらに、押圧部材の押圧面が、圧電セラミックスの主面に倣うようにして変形することにより、高い電力を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の発電装置によれば、本発明の発電部材と、発電部材で発生した電力を取り出す電気回路とを備えていることから、発電部材を構成する保持部材の弾性領域が広く、寿命が長いため、発電部材の寿命も長くなり、長期間にわたって発電することができるとともに、発電部材の交換頻度を少なくすることができる。
【００２０】
また、本発明の発電装置によれば、押圧部材を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであるときには、自然力の中でも比較的高く、継続してエネルギーを得ることができるので、より高い電力を継続して得ることができる。
【００２１】
また、本発明の発光装置によれば、本発明の発電装置を備え、電気回路に発光ダイオードを接続したときには、発光ダイオードは、消費電力が少なく寿命が長いので、本発明の発電部材と併せ、交換頻度を削減することができるともに、発光ダイオードは光度が高いので、発光装置の視認性を高くすることができる。
【００２２】
また、本発明の携帯型機器によれば、本発明の発電装置を備えたことから、寿命の長い本発明の発電部材により長期間にわたって電力を得ることができるので、携帯型機器の寿命も長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の発電部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【図２】本発明の発電部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【図３】本発明の発電部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【図４】本発明の発電部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線での断面図である。また、（ｃ）は環状の押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【図５】本発明の発電部材の配置の一例を示す、（ａ）は三角形状の組み合わせ，（ｂ）は四角形状の組み合わせ，（ｃ）は六角形状と三角形状との組み合わせ，（ｄ）は八角形状と四角形状との組み合わせの模式図である。
【図６】本発明の発電装置の電気回路の一例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の発電装置を備えた発光装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は発光装置を構成する筐体の断面図である。
【図８】本発明の発電部材を用いた発電装置の実施の形態の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の発電部材を用いた発電装置の実施の形態の他の例を示す模式図である。
【図１０】本発明の発電装置を備えた携帯型機器である腕時計の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ’線での断面図である。
【図１１】図１０に示す腕時計の内部における、（ａ）は押圧部材が発電部材を押圧していないときの状態を示す模式図であり、（ｂ）は押圧部材が発電部材を押圧しているときの状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の発電部材およびこれを用いた発電装置の実施の形態の例について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の発電部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【００２６】
図１に示す例の発電部材１は、板状の圧電セラミックス２ｂの両主面に層状の電極２ａ，２ｃが形成された圧電素子２と、圧電素子２を一方主面側から押圧する押圧部材３と、圧電素子２を他方主面側で保持する保持部材４と、保持部材４を支持する支持部材５とを備えてなる発電部材１である。
【００２７】
この圧電素子２を構成する圧電セラミックス２ｂは、円形で板状の圧電性を示すセラミックスであり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ），チタン酸鉛（ＰＴ），亜鉛ニオブ酸鉛チタン酸鉛（ＰＺＮ−ＰＴ），チタン酸バリウム（ＢＴ），ビスマス（Ｂｉ）層状化合物，タングステンブロンズ化合物またはニオブ（Ｎｂ）酸アルカリ化合物等のペロブスカイト構造を示す化合物のいずれかで形成すればよい。
【００２８】
特に、圧電セラミックス２ｂがチタン酸ジルコン酸鉛からなることが好適であり、チタン酸ジルコン酸鉛は、発電量に影響する特性の一つである強誘電性が高いので、より高い電力を得ることができる。
【００２９】
強誘電特性の高いチタン酸ジルコン酸鉛としては、特に、圧電定数ｄ３１が大きい材料、一例として、組成式がＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３ −Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３で表される成分を主成分とし、ビスマス（Ｂｉ）および鉄（Ｆｅ）をＢｉＦｅＯ３に換算して５質量％以上15質量％以下の範囲で含むセラミックス、他の例として組成式がＰｂ１−ｘ−ｙＳｒｘＢａｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ａ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）ｂＺｒｃＴｉ１−ａ−ｂ−ｃＯ３で表され、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル比が、０≦ｘ≦0.12，０≦ｙ≦0.12，０＜ｘ＋ｙ，0.05≦ａ≦0.12，０≦ｂ≦0.015および0.43≦ｃ≦0.52を満足する成分100質量部に、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ２Ｏ５を合計で0.2〜1.2質量部含有してなる主成分に対し、マグネシウム（Ｍｇ）を0.6モル％未満の範囲で含むセラミックス、さらに他の例として組成式が（Ｐｂ（１−ｘ）Ａｘ）ｚ（Ｚｒ（１−ｙ）Ｔｉｙ）Ｏ３で表され、ＡはＢａ、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも１種からなり、ｘ，ｙ，ｚのモル比が0.01≦ｘ≦0.10，0.43≦ｙ≦0.50，0.98≦ｚ≦1.07を満足する成分100質量部に、ＮｂをＮｂ２Ｏ５として0.05〜２質量部およびＺｎをＺｎＯとして0.01〜0.5質量部含むセラミックスであることが好適である。
【００３０】
また、圧電定数ｄ３３が大きい材料であってもよく、一例として、組成式がＰｂ１―ｘ−ｙＳｒｘＢａｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ａＺｒｂＴｉ１−ａ−ｂＯ３で表され、ｘ，ｙ，ａ，ｂのモル比が０≦ｘ≦0.14，０≦ｙ≦0.14，0.04≦ｘ＋ｙ，0.01≦ａ≦0.12および0.43≦ｂ≦0.58を満足するセラミックスであることが好適で、ｘ，ｙ，ａ，ｂのモル比がこの範囲にあると、繰り返して押圧しても圧電定数ｄ３３の減衰率を極めて小さくすることができる。
【００３１】
また、圧電セラミックス２ｂが、ニオブ酸カリウム・ナトリウム・リチウムを主成分とし、チタン酸カルシウムおよび鉄酸ビスマスを含む組成であるときには、−40〜＋150℃の温度範囲における共振周波数，反共振周波数および圧電定数ｇ３３の温度変化率に起因する、低温側の強誘電相から高温側の強誘電相に相変態する第２次相転移といわれる不連続部が発生しにくくなるため、圧電特性を安定させることができる。併せて、鉛を含まない組成とすることができるため、環境に優しい発電部材１とすることができる。
【００３２】
なお、圧電セラミックス２ｂにおける主成分とは、圧電セラミックス２ｂを構成する全成分100質量％のうち、50質量％以上を占める成分である。
【００３３】
次に、電極２ａ，２ｃは、圧電セラミックス２ｂの両主面に形成された円形の層状電極であり、この電極２ａ，２ｃの材料としては、電気伝導性の高い金，銀，銅，黄銅およびパラジウムから選ばれる少なくとも１種から形成することが好適である。
【００３４】
また、押圧部材３は、圧電素子２が壊れないように圧電素子２を押圧し、支持部材５は、圧電素子２が壊れないように圧電素子２を保持する保持部材４を支持しなければならないため、可撓性を有する材料、例えば、ＳＵＳ303，ＳＵＳ304，ＳＵＳ316等のオーステナイト系ステンレス、3000系，5000系等のアルミニウム合金、ゴム、樹脂、カーボンナノチューブおよび炭素繊維系材料から選ばれる少なくとも１種から形成すればよい。
【００３５】
なお、押圧部材３の押圧面の形状は、平面状であることが好適である。押圧部材３の押圧面の形状が半球状や曲面状であれば、押圧された圧電セラミックス２ｂの中心では負のひずみが生じ、中心から外周へと向かう径方向に進むにつれて、ひずみの符号が反転し、圧電セラミックス２ｂの外周では正のひずみが生じることとなり、正負のひずみの存在によって発生する電荷の相殺が生じて、取り出せる電力が小さくなる。これに対し、押圧部材３の押圧面の形状が平面状であれば、ひずみの符号の反転する位置が外周側へとずれて、発生する電荷の相殺を少なくすることができる。
【００３６】
そして、保持部材４は圧電素子２を保持するものであって、この保持部材４は、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなることが重要である。保持部材４が、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなれば、加工硬化性が高くなり、冷間加工を施すことによって、ばね性を示す指標である耐力および引張強さをともに高くすることができるので、弾性領域が広くなり、保持部材４の寿命を延ばすことができる。さらに、塩化物イオンが多く含まれる環境、例えば海洋，海岸，プール，化学プラント，浄化槽および浄水場等で用いられても、ばね用ステンレス鋼帯は、ニッケルの含有量が少ないため、保守点検者が保守点検を行なった後に、ＳＵＳ303，ＳＵＳ304またはＳＵＳ316を用いた場合よりも金属アレルギーを発症しにくくなるとともに、ニッケルの流出も少なくなるため、短絡も生じにくくなる。
【００３７】
さらに、ニッケルは価格変動を受けやすい成分なので、保持部材４がニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなることで、価格が安定した発電部材１とすることができる。
【００３８】
なお、ばね用ステンレス鋼帯に含まれるニッケル以外の成分としては、炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムを含んでいてもよく、これらの成分の各含有量は、炭素が0.15質量％以下，珪素が１質量％以下，マンガンが２質量％以下，りんが0.045質量％以下，硫黄が0.03質量％以下，クロムが16質量％以上18質量％以下であることが好適である。
【００３９】
そして、ばね用ステンレス鋼帯におけるニッケル，炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムの各含有量は、それぞれＪＩＳ  Ｇ  1216−1997に規定されるジメチルグリオキシムニッケル重量法，ＪＩＳ  Ｇ  1211−1995に規定される高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法，ＪＩＳ  Ｇ  1212-1997に規定される二酸化珪素重量法（２），ＪＩＳ  Ｇ  1213−2001に規定される過マンガン酸吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1214−1998に規定されるモリブドバナドりん酸抽出吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1215−1994に規定されるクロマトグラフ分離硫酸バリウム重量法  ，ＪＩＳ  Ｇ  1217−2005に規定される間接滴定法に準拠して求めればよい。
【００４０】
また、ばね用ステンレス鋼帯は、ＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨであることが好適である。ばね用ステンレス鋼帯が上述したいずれかのばね用ステンレス鋼帯であるときには、ばね限界値が高く、塑性変形しにくいので、発電部材１にかかる大きな外力に耐えることができる。また、繰り返される押圧にも耐えることができるので、長期間にわたって圧電素子２を保持することができる。
【００４１】
さらに、塩化物イオンや酸に対する耐食性を向上させるため、本発明の保持部材４を構成するばね用ステンレス鋼帯にモリブデンを含ませてもよく、このモリブデンの含有量は、例えば３質量％以下の範囲で含まれていることが好適である。このばね用ステンレス鋼帯におけるモリブデンの含有量は、ＪＩＳ  Ｇ  1218−2005に規定されるチオシアン酸吸光光度法に準拠して求めればよい。
【００４２】
また、押圧部材３は保持部材４よりヤング率が低い材料からなることが好適である。外力を受けて保持部材４により保持された圧電素子２を押圧するとき、押圧部材３は保持部材４よりヤング率が低い材料からなるときには、押圧部材３がこの外力のエネルギーを吸収して緩和し、保持部材４は圧電素子２の過度の変形を抑制して保持することができるので、圧電素子２を構成する圧電セラミックス２ｂが割れるのを抑制することができる。さらに、押圧部材３の押圧面が、圧電セラミックス２ｂの主面に倣うようにして変形することにより、高い電力を得ることができる。なお、押圧部材３および保持部材４の各ヤング率は、自由共振式固有振動法を用いて測定すればよい。
【００４３】
具体的には、押圧部材３がゴム，樹脂，カーボンナノチューブおよび炭素繊維系材料から選ばれる少なくとも１種からなり、保持部材４がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯からなる組み合わせが好適である。
【００４４】
また、支持部材５は、保持部材４を介して圧電素子２の周辺部を支持していることが好適であり、支持部材５が保持部材４を介して圧電素子２の周辺部を支持することにより、圧電セラミックス２ｂを十分に撓ませることができるので、大きなひずみを得ることができる。このように、支持部材５は保持部材４を介して圧電素子２の周辺部を支持し、押圧部材３は圧電素子２を保持部材５の内側で平面状の押圧面により押圧する発電部材１であることにより、かかる外力を受けて、図１（ｃ）に示すように、圧電セラミックス２ｂが十分に撓み、大きなひずみを得ることができるとともに発生する電荷の相殺を少なくすることができるので、高い電力を効率よく得ることができる。
【００４５】
図２は、本発明の発電部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。また、（ｃ）は環状の押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【００４６】
図２に示す例の発電部材１は、板状の圧電セラミックス２ｂの両主面に層状の電極２ａ，２ｃが形成された圧電素子２と、圧電素子２を一方主面側から押圧する環状の押圧部材３と、圧電素子２を他方主面側で保持する保持部材４と、保持部材４を支持する支持部材５とを備えている。このような構成にして、電力を取り出して発電させることも可能である。
【００４７】
図２に示す例の発電部材１は、押圧部材３の押圧面が環状であり、ひいては押圧部材３自体が環状であること以外の発電部材１の構成等については図１を用いて説明した内容と同じであるため、重複する説明は省略する。図２（ａ）および（ｂ）に示す例のように、支持部材５は保持部材４を介して圧電素子２の周辺部を支持し、押圧部材３が圧電素子２を支持部材５の内側で環状の押圧面により押圧する発電部材１であることにより、かかる外力を受けて、図２（ｃ）に示すように、圧電セラミックス２ｂが十分に撓み、大きなひずみを得ることができるとともに発生する電荷の相殺を少なくすることができるので、高い電力を効率よく得ることができる。
【００４８】
また、発電部材１を構成する押圧部材３の押圧面が環状であれば押圧面が平面状のものに比べて重量を低減でき、ひいては押圧部材３が環状であることにより、１個の発電部材１の重量を低減できる。特に、発電部材１を複数個面状に並べて配置したときに、発電部材１の重量の低減による軽量化の効果は大きく、運搬作業の負担を軽減することができる。
【００４９】
なお、本発明の実施の形態の例である図１，２において、押圧部材３，圧電素子２，保持部材４および支持部材５を平面視したときの外形が円形状のものを示したが、以下の形状の組み合わせであってもよい。
【００５０】
図３は、本発明の発電部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【００５１】
図３に示す例の発電部材１は、押圧部材３の形状が平面視して円形状であり、圧電素子２，保持部材４および支持部材５の形状が平面視してそれぞれ四角形状である。
【００５２】
なお、圧電素子２の平面視した形状を四角形状などの多角形状としたときには、特に圧電素子２を構成する圧電セラミックス２ｂの図３（ａ）中に破線の円で示した各角部の形状が平面視して円弧状となっている、すなわち角部が丸められていることが好ましい。これにより、かかる外力を受けて押圧したときの応力の集中を緩和させて、圧電セラミックス２ｂの破損を抑制することができる。
【００５３】
図４は、本発明の発電部材の実施の形態のさらに他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【００５４】
図４に示す例の発電部材１は、押圧部材３，圧電素子２，保持部材４および支持部材５の形状が平面視して四角形状のものを組み合わせた例である。
【００５５】
このように、押圧部材３，圧電素子２，保持部材４および支持部材５を平面視したときの形状が同じであれば、それぞれの部材の位置合わせが容易となり、製造コストの低減を図ることができる。なお、この他にも、これらの部材の形状が、三角形状，六角形状および八角形状であったり、これらの組み合わせであったりしてもよいことはいうまでもない。
【００５６】
図５は、本発明の発電部材の配置の一例を示す、（ａ）は三角形状の組み合わせ，（ｂ）は四角形状の組み合わせ，（ｃ）は六角形状と三角形状との組み合わせ，（ｄ）は八角形状と四角形状との組み合わせの模式図である。
【００５７】
なお、図５においては、（ａ）〜（ｄ）の各模式図の左上の発電部材１にのみ、保持部材４，圧電素子２および押圧部材３を示し、他については、記載を省略している。そして、図５（ａ）〜（ｄ）の模式図に示すように、本発明の発電部材１の形状は平面視して三角形状，四角形状，六角形状または八角形状であることが好ましい。
【００５８】
ここで、本発明における発電部材１の平面視したときの形状とは、図５において平面視したときの外形が最も大きい部位となる保持部材４の形状が該当する。
【００５９】
そして、図５（ａ）や（ｂ）の模式図に示すように、発電部材１の形状が平面視して三角形状の組み合わせや四角形状の組み合わせであったり、図５（ｃ）や（ｄ）の模式図に示すように、発電部材１の形状が平面視して六角形状と三角形状との組み合わせや八角形状と四角形状との組み合わせであったりすれば、無駄な空間がほとんどない状態で発電部材１を複数個面状に密に並べて配置することができるので、高い電力を効率よく得ることができる。
【００６０】
次に、本発明の発電装置は、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路とを備えたものである。本発明の発電装置は、上述した通り、弾性領域の広い保持部材４を備えた発電部材１を用いているので、高い電力が得られることに加え、発電部材１を長期間交換しなくても済むので、交換頻度を削減することができる。
【００６１】
図６は、本発明の発電装置の電気回路の一例を示す概略構成図である。
【００６２】
図６に示す電気回路６は、１対の発電部材１，１’で得られた電力を複数のダイオード７をブリッジ状に配置して整流する、所謂ブリッジダイオード回路で構成される整流回路８と、整流回路８で整流された電力の一部を充電するとともに、充電した電力を抵抗負荷，誘導負荷等の電力負荷９に供給することができるコンデンサ10と出力電圧を調整する抵抗器11とからなる充放電部12を備えた充放電回路13とを有しており、整流回路８によって整流された電力のうち、必要な電力を瞬時に電力負荷９に送ることができるように構成したものである。なお、コンデンサ10は２次電池に置き換えてもよく、抵抗器11は必要に応じて用いればよい。さらに、充放電回路13には、過充電・過放電防止回路を接続し、発電装置が発電しないときには、過充電・過放電防止回路を自動的に開くように構成してもよい。
【００６３】
また、本発明の発電装置は、押圧部材３を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであることが好適である。押圧部材３を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであるときには、自然力の中でも比較的高く、継続してエネルギーを得ることができるので、より高い電力を継続して得ることができる。
【００６４】
図７は、本発明の発電装置を備えた発光装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は発光装置を構成する筐体の断面図である。
【００６５】
図７に示す例の発光装置14は、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備え、押圧部材３を押圧する外力が波力によるものである。
【００６６】
より具体的には、図７に示す例の発光装置14は、海面に浮かせて用いるものであり、例えば夜間であっても船舶に航路を示して、船舶の安全を確保するためのものである。構成としては、発電部材１が防水機能を有する筐体15の内部に配置されており、筐体15の上部には発光装置14を浮かせるための浮動体18が接合されており、筐体15の上方には支持軸19を介して発光体20が備えられている。また、発光装置14が予め設置された位置から流されないように、ワイヤーアンカー21が筐体15に接続されている。
【００６７】
そして、海面に浮かぶ発光装置14が波を受けて揺れることによって、筒状の中空部16を左右方向に球状体の押圧部材３が移動して中空部16の左右両側に配置されたそれぞれの圧電素子２を押圧することによって発電し、発電部材１で発電した電力は電極２ａ，２ｃにそれぞれ接続されたリード線17を通じて電気回路（図示せず）に取り出せるように構成されている。
【００６８】
ここで、図６に示す電気回路６を用いて説明すれば、発電部材１で発電した電力は、電気回路６により整流されて充放電部12に充電され、この充電された電力で発光体20を点灯さることができる。また、昼間に発光体20の点灯を防止する場合には、抵抗器11を光センサを備えた感暗抵抗器にして、夜間のみ自動的に発光体20を点灯させるようにしてもよい。
【００６９】
なお、電気回路６に接続する発光体20が発光ダイオードであることが好適である。発光ダイオードは、消費電力が少なく寿命が長いので、発電部材１と併せ、交換頻度を削減することができるともに、発光ダイオードは光度が高いので、発光装置14の視認性を高くすることができる。
【００７０】
また、押圧部材３は、押圧を繰り返しても圧電セラミックス２ｂにクラックを生じにくくさせるために、その表面にゴムを被覆してもよい。さらに、押圧部材３は球状体を圧電セラミックス２ｂの主面に平行な２平面で切断した球帯であることが好適で、押圧部材３が球帯であると、ひずみの符号の反転する位置が外周側へとずれて、発生する電荷の相殺を少なくすることができる。
【００７１】
図８は、本発明の発電部材１を用いた発電装置50の実施の形態の一例を示す模式図である。
【００７２】
図８に示す例の発電装置50は、図１に示す本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備え、押圧部材３を押圧する外力が水力によるものである。
【００７３】
より具体的には、図８に示す例の発電装置50は、管路22内に防水機能を有する筐体15が設置され、筐体15の内部に発電部材１が配置されている。そして、発電部材１を構成する押圧部材３は球状体であり、流入側に設けられた水流調節手段23を周期的に開閉し、管路22内に水を流して筐体15の上側および下側に流入する各水量によって、筺体15を傾け筐体15の内部に設けられた筒状の中空部16を左右方向に押圧部材３を移動させることにより、圧電素子２を押圧する。
【００７４】
例えば、管路22内の下側に設けられた水流調整手段23ｂを閉じて上側に設けられた水流調整手段23ａを開くと、筐体15の上側に流入する水量が増えて、定常状態になるまで筐体15は流入側が流出側より下がるように傾くため、押圧部材３は流入側に移動する。そして、水流調整手段23ａを閉じて水流調整手段23ｂを開くと、筐体15の下側に流入する水量が増えて、定常状態になるまで筐体15は流出側が流入側より下がるように傾くため、押圧部材３は流出側に移動して、圧電素子２を押圧する。この動作を繰り返すことにより、発電部材１で発生した電力は、電極２ａ，２ｃにそれぞれ接続されたリード線17を通じて電気回路（図示せず）に取り出せるように構成されている。
【００７５】
また、押圧部材３は、押圧を繰り返しても圧電セラミックス２ｂにクラックを生じにくくさせるために、その表面にゴムを被覆してもよい。さらに、押圧部材３は球状体を圧電セラミックス２ｂの主面に平行な２平面で切断した球帯または球状体の圧電セラミックス２ｂと対向する側を圧電セラミックス２ｂの主面に平行な平面で切断した球冠であることが好適で、押圧部材３がこのような球帯または球冠であると、ひずみの符号の反転する位置が外周側へとずれて、発生する電荷の相殺を少なくすることができる。
【００７６】
図９は、本発明の発電部材１を用いた発電装置60の実施の形態の他の例を示す模式図である。
【００７７】
図９に示す例の発電装置60は、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備え、押圧部材３を押圧する外力が風力によるものである。
【００７８】
より具体的には、図９に示す例の発電装置60は、外力となる風を周期的に遮断することによって、押圧部材３を変位させるための風力調整機構24を備えている。この風力調整機構24は、風力調節機構24を回転駆動させる回転軸25に取り付けられた複数のプロペラ状の回転保持部材26と、回転保持部材26の両端に配置された風遮断用部材27とからなる。そして、回転軸25は固定軸29に取り付けられ、固定軸29には複数のプロペラ状の押圧部材保持用部材30が取り付けられており、押圧部材保持用部材30により押圧部材３が保持されている。また、固定軸29には、押圧部材３を除く発電部材１の構成である、圧電素子２を保持する保持部材４を支持する支持部材５が円板状の支持部材固定用部材31に固定されている。さらに、固定軸29は、風の吹く向きに応じて回転可能な回転可動部を有する支柱28によって支えられている。
【００７９】
そして、風を受けて風遮断用部材27が回転し、押圧部材保持用部材30が風を受けたり、風遮断用部材27で風が遮断されて押圧部材保持用部材30が風を受けなかったりすることにより、押圧部材保持用部材30に取り付けられた押圧部材３は固定軸29に沿って周期的に移動して、押圧部材保持用部材30が風を受けたときに押圧部材３が圧電素子２を押圧する。押圧された圧電素子２がひずむことによって電力が発生し、発生した電力は、電極２ａ，２ｃにそれぞれ接続されたリード線17を通じて電気回路（図示せず）に取り出せるように構成されている。
【００８０】
また、湿気を含めて、水が存在する環境下で用いられる図７〜９に示す例の本発明の発光装置14や発電装置50，60は、漏電および感電を防ぐために押圧部材３，圧電素子２，保持部材４および支持部材５はシリコーン樹脂等の樹脂で被覆されていることが好適である。
【００８１】
また、本発明の携帯型機器は、本発明の発電装置を備えてなるものであり、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路は、例えば図６に示す電気回路を用いればよい。
【００８２】
図10は、本発明の発電装置を備えた携帯型機器である腕時計の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ’線での断面図である。
【００８３】
図10（ａ）に示す腕時計32は、外装の本体部品である胴（ケース）33と、胴33に内蔵され時刻が刻み込まれている文字板34と、文字板34に刻み込まれた所定の時刻を示す位置を指し示す針35と、胴33に外装され回転させることによって時刻を操作することができるりゅうず36と、文字板34および針35を覆うガラス37と、胴33に収納され針35を駆動するためのムーブメント38と、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バンド39とを備えてなるものである。そして、このアナログ表示式の腕時計32に、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備えている。
【００８４】
図11は、図10に示す腕時計の内部における、（ａ）は押圧部材が発電部材を押圧していないときの状態を示す模式図であり、（ｂ）は押圧部材が発電部材を押圧しているときの状態を示す模式図である。
【００８５】
図11に示すように、凹部43ｃおよび凸部43ｄが外周に交互に形成されている円板状の部材がＸ方向に回転すると、加振レバー44のテーパ部44ｅが凸部43ｄに接触して、加振レバー44はＲ１方向に持ち上げられる。そして、さらにＸ方向に回転すると、凸部43ｄに接触していたテーパ部44ｅが凹部43ｃに落ちてはまり込む。このとき、加振レバー44の先端部の押圧部材３がＲ２方向に稼働して圧電素子２を押圧する。この動作を繰り返すことにより、発電部材１で発生した電力は、電極２ａ，２ｃにそれぞれ接続されたリード線（図示せず）を通じて電気回路（図示せず）に取り出される。電気回路に取り出された電力は、内蔵する電子回路およびモータ等の駆動部を駆動するように構成されている。
【００８６】
本発明の携帯型機器は、上述の通り、図10に示す例の腕時計を用いて説明したが、本発明の携帯型機器は、腕時計以外、例えば懐中電灯，ラジオ，携帯電話または電卓等でもよく、使用者が携帯することができる機器であり、本発明の発電装置を備え何らかの外力によって発電することができるものであれば、上述した携帯型機器に限定されるものではない。
【００８７】
次に、本発明の発電部材の製造方法の一例を説明する。
【００８８】
まず、圧電セラミックス２ｂがチタン酸ジルコン酸鉛からなる場合の例について説明する。出発原料として酸化鉛（Ｐｂ３Ｏ４），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２），酸化チタン（ＴｉＯ２），炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３），炭酸バリウム（ＢａＣＯ３），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３），酸化ニッケル（ＮｉＯ）および酸化テルル（ＴｅＯ２）の各粉末を秤量混合して調合原料とし、この調合原料を溶媒である水とともにボールミルに入れて、混合粉砕を20時間以上30時間以下行なってスラリーを得る。なお、ボールミルの混合粉砕では、ジルコニアを主成分とするボールを用いればよい。また、出発原料には、必要に応じて上記出発原料に加え、酸化鉛（ＰｂＯ）および酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ５）を秤量混合して用いてもよい。
【００８９】
そして、得られたスラリーを脱水し乾燥させた後に、大気雰囲気中で温度を850℃以上900℃以下とし、保持時間を１時間以上３時間以下として仮焼することにより仮焼粉体を得る。次に、得られた仮焼粉体に対してマグネシウム（Ｍｇ）の含有量が0.6モル％以下となるように、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）の粉末を所定量加えて粉砕混合して混合粉体を得る。この混合粉体からスラリーを作製してテープ成形法または押出成形法にて円板状，三角形状，四角形状，六角形状または八角形状などの所定形状の成形体を得るか、または混合粉体から作製したスラリーを噴霧乾燥法により顆粒を作製し、乾式加圧成形法にて所定形状の成形体を形成すればよい。この成形体を大気雰囲気中または酸素雰囲気中にて1100℃以上1300℃以下で焼成することによって、焼結体である圧電セラミックス２ｂを得ることができる。
【００９０】
そして、得られたスラリーを脱水し乾燥させた後に、大気雰囲気中で温度を850℃以上900℃以下とし、保持時間を１時間以上３時間以下として仮焼することにより、組成式がＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３ −Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３で表される成分を主成分とする仮焼粉体を得る。次に、得られた仮焼粉体に酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）および酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の各粉末を所定量加えて混合して混合粉体とし、この混合粉体からスラリーを作製してテープ成形法もしくは押出成形法にて所定形状の成形体を得るか、または混合粉体から作製したスラリーを噴霧乾燥法により顆粒を作製し、乾式加圧成形法にて所定形状の成形体を形成すればよい。この成形体を大気雰囲気中または酸素雰囲気中にて1000℃以上1100℃以下で焼成することによって、圧電セラミックス２ｂを得ることができる。
【００９１】
さらに、圧電セラミックス２ｂがニオブ酸カリウム・ナトリウム・リチウムを主成分とし、チタン酸カルシウムおよび鉄酸ビスマスを含む場合について説明する。出発原料として、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３），炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３），炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３），炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３），酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５），酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の各粉末を秤量混合して調合原料とする。ここで、圧電セラミックス２ｂは、例えば、組成式が（１−ａ−ｂ）（ＫｘＮａｙＬｉ１−ｘ−ｙ）ＮｂＯ３＋ａＣａＴｉＯ３＋ｂＢｉＦｅＯ３であって、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル比が、０＜ａ≦0.16，０＜ｂ≦0.1，０≦ｘ≦0.19，および0.79＜ｙ＜１を満足するように秤量すればよい。
【００９２】
次に、この調合原料を溶媒である２−プロパノール（イソプロパノール）とともにボールミルに入れて、混合粉砕を15時間以上25時間以下行なってスラリーを得る。なお、ボールミルの混合粉砕では、ジルコニアを主成分とするボールを用いればよい。
【００９３】
そして、得られたスラリーを脱水し乾燥させた後に、大気雰囲気中にて900℃以上1000℃以下で３時間仮焼し、仮焼粉体とする。その後、この仮焼粉体を再度ボールミルで粉砕し、この仮焼粉体にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のバインダを添加してスラリーとし、噴霧乾燥法により乾燥させて顆粒とする。
【００９４】
次に、得られた顆粒を乾式加圧成形法により200ＭＰａの圧力で、所定形状の成形体を作製し、得られた成形体を必要に応じて脱脂した後、大気雰囲気中にて例えば1000℃以上1250℃以下で焼成することによって、圧電セラミックス２ｂを得ることができる。
【００９５】
そして、上述のいずれかの製造方法で得られた圧電セラミックス２ｂの両主面に電気伝導性の高い、例えば金，銀，銅，黄銅およびパラジウムから選ばれる少なくとも１種からなるペーストをスクリーン印刷法，ディッピング法などの周知の方法により塗布し、加熱処理を施して電極２ａ，２ｃを形成して圧電素子２を得た後、室温で３ｋＶ／ｍｍ以上７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電界を圧電素子２に10分以上30分以下で印加して分極処理を施す。
【００９６】
分極処理を施した後、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯、例えばＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯からなる保持部材４を電極２ｃに光硬化性樹脂系接着剤で接着することで、圧電素子２を保持する保持部材４を得ることができる。
【００９７】
なお、ばね用ステンレス鋼帯に含まれるニッケル以外の成分としては、炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムを含んでいてもよく、これらの成分の各含有量は、炭素が0.15質量％以下，珪素が１質量％以下，マンガンが２質量％以下，りんが0.045質量％以下，硫黄が0.03質量％以下，クロムが16質量％以上18質量％以下であることが好適である。さらに、モリブデンを含んでいてもよく、その含有量は３質量％以下であることが好適である。
【００９８】
そして、上述のいずれかの方法で得られた圧電素子２および保持部材４と、圧電素子２を一方主面側から押圧する押圧部材３と、保持部材４を支持する支持部材５とを所定の位置に配置することで、図１，図２，図３または図４に示す例の本発明の発電部材１を得ることができる。また、本発明の発電部材１と、例えば図６に示す発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路とを備えることによって、本発明の発電装置とすることができる。
【００９９】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１００】
まず、一辺が19ｍｍの正方形状の主面を有し、厚さが0.2ｍｍであるチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電セラミックス２ｂの両主面に、主成分が銀からなる層状の電極２ａ，２ｃを形成して圧電素子２を得た後、室温で５ｋＶ／ｍｍの直流電界を圧電素子２に30分間印加して分極処理を施した。次に、一辺が26ｍｍの正方形状の主面を有し、厚さが0.2ｍｍであって、ニッケルの含有量が表１に示されるばね用ステンレス鋼帯からなる保持部材４を電極２ｃに光硬化性樹脂系接着剤で接着して、インピーダンスアナライザー（ヒューレット・パッカード社製、4194Ａ）を用いて周波数を120Ｈｚとして圧電素子２の静電容量Ｃ０を測定した。
【０１０１】
なお、保持部材４として用いるばね用ステンレス鋼帯に含まれるニッケルの含有量は、ＪＩＳ  Ｇ  1216−1997に規定されるジメチルグリオキシムニッケル重量法に準拠して求めた。
【０１０２】
また、保持部材４として用いるばね用ステンレス鋼帯に含まれる炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムの各含有量は、いずれの試料も0.1質量％，0.5質量％，1.5質量％，0.025質量％，0.015質量％，17質量％であった。
【０１０３】
なお、炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムの各含有量は、それぞれＪＩＳ  Ｇ  1211−1995に規定される高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法，ＪＩＳ  Ｇ  1212-1997に規定される二酸化珪素重量法（２），ＪＩＳ  Ｇ  1213−2001に規定される過マンガン酸吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1214−1998に規定されるモリブドバナドりん酸抽出吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1215−1994に規定されるクロマトグラフ分離硫酸バリウム重量法  ，ＪＩＳ  Ｇ  1217−2005に規定される間接滴定法に準拠して求めた。
【０１０４】
また、ばね用ステンレス鋼帯の耐力および引張強さは、いずれもＪＩＳ  Ｚ  2241-1998に準拠して求め、耐力については、オフセット法を用いて、永久伸びを0.2％として算出して、耐力および引張強さの各値を表１に示した。
【０１０５】
次に、保持部材４を支持する支持部材５として、図４に示すように、中央が開口しており、圧電素子２の周辺部を支持する、一辺が26ｍｍの正方形状のゴムからなる支持部材５を用意した。
【０１０６】
次に、圧電素子２の一方主面側を押圧する押圧部材３として、一辺が16ｍｍの正方形状の押圧面を有する押圧部材３を用意し、押圧部材３，支持部材５および圧電素子２を保持する保持部材４とを用いて、図４に示す構成の発電部材１を作製した。
【０１０７】
また、作製した図４に示す発電部材１で発生した電圧を測定するために、発電部材１と、発電部材１で発生した電圧を測定するためのデジタルエレクトロメータ（アドバンテスト製  、Ｒ8252）とを直列に繋いで回路を形成した。
【０１０８】
そして、押圧部材３を精密万能試験機（島津製作所製、オートグラフ（登録商標）ＡＧ−Ｘ）のクロスヘッドに取り付け、30ｍｍ／分の速度で圧電素子２を押圧した。圧電素子２を押圧する荷重が40Ｎになったときに、デジタルエレクトロメータ（アドバンテスト製  Ｒ8252）にて検出された圧電素子２の電圧Ｖ０と、予め測定した圧電素子２の静電容量Ｃ０と、から発電部材１が発電できた電力量Ｐ０（＝１／２Ｃ０Ｖ０２）を計算して、荷重を取り除いた。
【０１０９】
次に、押圧部材３を電気油圧疲労試験機（島津製作所製、サーボパルサ（登録商標）、ＥＦＨ−ＦＧ10ＫＮ−10ＬＡ）のクロスヘッドに取り付け、周波数が３Ｈｚであり、30Ｎから60Ｎまで増加する荷重を圧電素子２に与えるというサイクルを１サイクルとして、このサイクルを100万サイクル繰り返した。
【０１１０】
そして、再度、精密万能試験機（島津製作所製、オートグラフ（登録商標）、ＡＧ−Ｘ）を用いて、30ｍｍ／分の速度で圧電素子２を押圧した。圧電素子２を押圧する荷重が40Ｎになったときに、デジタルエレクトロメータ（アドバンテスト製、Ｒ8252）にて検出された圧電素子２の電圧Ｖ１を測定した後、荷重を取り除いた後の圧電素子２の静電容量Ｃ１をインピーダンスアナライザー（ヒューレット・パッカード社製、4194Ａ）を用いて周波数を120Ｈｚとして測定し、発電部材１が発電できた電力量Ｐ１（＝１／２Ｃ１Ｖ１２）を計算した。
【０１１１】
そして、電力量の減少率ΔＰを以下の式（１）を用いて、計算し、これら計算値を表１に示した。
ΔＰ＝（Ｐ０―Ｐ１）／Ｐ０×100（％）・・・（１）
電力量の減少率ΔＰの値が小さければ、押圧を繰り返しても電力量が減少しにくいので、発電部材の寿命が長いことを意味し、電力量の減少率ΔＰの値が大きければ、押圧を繰り返したときに電力量が減少しやすいので、発電部材の寿命が短いことを意味する。
【０１１２】
【表１】
0005479027.tif 000002
【０１１３】
表１に示す結果からわかるように、ニッケルの含有量が８質量％を超えているばね用ステンレス鋼帯からなる保持部材を用いた試料Ｎｏ．６は耐力および引張強さともに低く、電力量の減少率ΔＰが大きいことから、発電部材の寿命が短いといえる。一方、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなる保持部材を用いた、本発明の実施例である試料Ｎｏ．１〜５は耐力および引張強さともに高く、電力量の減少率ΔＰが小さいことから、発電部材の寿命が長いことがわかった。
【実施例２】
【０１１４】
まず、実施例１と同様の方法で、圧電素子２を作製して分極処理を施した。次に、一辺が26ｍｍの正方形状の主面を有し、厚さが0.2ｍｍであって、表２に示すＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号で表わされるばね用ステンレス鋼帯からなる保持部材４を電極２ｃに光硬化性樹脂系接着剤で接着して、インピーダンスアナライザー（ヒューレット・パッカード社製、4194Ａ）を用いて周波数を120Ｈｚとして圧電素子２の静電容量Ｃ０を測定した。
【０１１５】
また、ばね用ステンレス鋼帯のばね限界値は、ＪＩＳ  Ｈ  3130-2006に規定する切り返し式たわみ試験に準拠して求め、永久たわみ量が0.075ｍｍとなる表面最大値をばね限界値として表２に示した。
【０１１６】
次に、実施例１と同様の方法で図４に示す構成の発電部材１を作製した。そして、作製した図４に示す発電部材１で発生した電圧を測定するために、発電部材１と、発電部材１で発生した電圧を測定するためのデジタルエレクトロメータ（アドバンテスト製、Ｒ8252）とを直列に繋いで回路を形成した。
【０１１７】
以下、電気油圧疲労試験機（島津製作所製、サーボパルサ（登録商標）、ＥＦＨ−ＦＧ10ＫＮ−10ＬＡ）によるサイクル数を100万サイクルを120万サイクルに変更した以外は、実施例１と同様の方法で、圧電素子２の静電容量Ｃ０，Ｃ１および電圧Ｖ０，Ｖ１を測定した後、電力量Ｐ０，Ｐ１および電力量の減少率ΔＰを計算し、これらの値を表２に示した。
【０１１８】
【表２】
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【０１１９】
表２に示す結果からわかるように、試料Ｎｏ．９〜11は、ＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯である保持部材４を用いていることから、これら以外の記号で示されるばね用ステンレス鋼帯である保持部材４を用いている試料Ｎｏ．７，８より、保持部材４のばね限界値が高いために、繰り返して押圧しても保持部材４が塑性変形しにくいので、電力量の減少率ΔＰが小さく、発電部材の寿命が長いことがわかった。
【実施例３】
【０１２０】
まず、実施例１と同様の方法で、圧電素子２を作製して分極処理を施した。次に、一辺が26ｍｍの正方形状の主面を有し、厚さが0.2ｍｍであって、材質およびヤング率が表３に示される保持部材４を電極２ｃに光硬化性樹脂系接着剤で接着した後、保持部材４を支持する支持部材として、圧電素子２の周辺部を支持する、ゴムからなる支持部材５を図４に示すように配置した。
【０１２１】
ここで、支持部材５の主面は、中央が開口した、一辺が26ｍｍの正方形状とした。
【０１２２】
次に、圧電素子２の一方主面側を押圧する押圧部材として、一辺が16ｍｍの正方形状の押圧面を有し、材質およびヤング率が表３に示される押圧部材３を用意した。なお、保持部材４および押圧部材３の各ヤング率は、自由共振式固有振動法を用いて予め測定し、その測定値を表３に示した。
【０１２３】
そして、押圧部材３を電気油圧疲労試験機（島津製作所製、サーボパルサ（登録商標）、ＥＦＨ−ＦＧ10ＫＮ−10ＬＡ）のクロスヘッドに取り付け、周波数が３Ｈｚであり、30Ｎから60Ｎまで増加する荷重を圧電素子２に与えるというサイクルを１サイクルとして、クラックが始めて観察されたサイクル数を表３に示した。なお、クラックは目視で観察した。
【０１２４】
【表３】
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【０１２５】
表３に示す結果からわかるように、試料Ｎｏ．12は、押圧部材３のヤング率が保持部材４のヤング率より低いことから、押圧部材３がこの外力のエネルギーを吸収して緩和し、保持部材４は圧電素子２の過度の変形を抑制して保持することができるので、押圧部材３のヤング率が保持部材４のヤング率と同等以上である試料Ｎｏ．13,14より圧電素子２を構成する圧電セラミックス２ｂが押圧を繰り返しても割れにくいことがわかった。
【符号の説明】
【０１２６】
１：発電部材
２：圧電素子
２ａ：電極
２ｂ：圧電セラミックス
２ｃ：電極
３：押圧部材
４：保持部材
５：支持部材
６：電気回路
14：発光装置
32：腕時計
50，60：発電装置
【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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