(57)【要約】  機械的な信頼性が高い圧電発電装置を提供する。  圧電発電装置１０ａは、運動エネルギーと電気エネルギーとを変換する圧電発電装置である。圧電発電装置１０ａは、梁２１と、圧電素子２２と、可撓体５０とを備えている。圧電素子２２は、梁２１の一方側の表面上に接合されている。可撓体５０は、梁２１の圧電素子２２が設けられている側とは反対側に配置されている。可撓体５０には、梁２１の一部が接続されている。梁２１は、可撓体５０が梁２１側に向かって凹状に変形したときに梁２１に応力が加わる一方、可撓体５０が梁２１側に向かって凸状に変形したときには梁２１に応力が加わらないように設けられている。
2010067620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動エネルギーと電気エネルギーとを変換する圧電発電装置であって、
梁と、
前記梁の一方側の表面上に接合されている圧電素子と、
前記梁の前記圧電素子が設けられている側とは反対側に配置されており、前記梁の一部が接続されている可撓体とを備え、
前記梁は、前記可撓体が前記梁側に向かって凹状に変形したときに前記梁に応力が加わる一方、前記可撓体が前記梁側に向かって凸状に変形したときには前記梁に応力が加わらないように設けられている、圧電発電装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記梁の中立面を基準として、前記可撓体の反対側に設けられている、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項３】
前記圧電素子は、圧電体からなる圧電基板を有する、請求項１または２に記載の圧電発電装置。
【請求項４】
前記圧電基板は、圧電セラミックからなる、請求項３に記載の圧電発電装置。
【請求項５】
前記可撓体と前記梁とを接続する接続部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
【請求項６】
前記接続部は、弾性を有する、請求項５に記載の圧電発電装置。
【請求項７】
前記梁または前記可撓体に設けられており、前記可撓体が前記梁側に向かって凹状に変形したときに前記梁に応力を付与する応力付与部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
【請求項８】
前記応力付与部は、前記梁から前記可撓体側に向かって突出するように設けられている、請求項７に記載の圧電発電装置。
【請求項９】
前記応力付与部は、前記可撓体から前記梁側に向かって突出するように設けられている、請求項７に記載の圧電発電装置。
【請求項１０】
前記応力付与部は、弾性を有する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
【請求項１１】
前記可撓体は、前記梁と平行な可撓板である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
【請求項１２】
前記梁は、矩形の板状体である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
【請求項１３】
前記圧電素子を複数備える、請求項１〜１２のいずれか一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、圧電発電装置に関し、詳細には、運動エネルギーを電気エネルギーへ変換することによって電力を発生する圧電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を用いた様々な圧電発電装置が提案されている。例えば下記の特許文献１には、図２１に示す圧電発電装置１０１が開示されている。圧電発電装置１０１は、圧電発電素子１０２を備えている。圧電発電素子１０２は、一方側端が支持部材１０４に固定されている固定端であり、他方側端が自由端である片持ち梁である。圧電発電素子１０２は、一体に接合されており、自由振動する２つの圧電素子１０３ａ、１０３ｂと、圧電素子１０３ａ、１０３ｂの自由端側の部分に接合された錘１００とを備えている。
圧電発電装置１０１では、圧電発電素子１０２が振動することにより、圧電素子１０３ａ、１０３ｂに応力が加わる。その結果、電力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１７０９６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電発電装置１０１では、錘１００に加わった加速度によって、引張応力と圧縮応力とを含む両振り応力が圧電素子１０３ａ、１０３ｂに交互に作用する。このため、引張応力に対して脆弱な圧電素子１０３ａ、１０３ｂにクラックが発生しやすい。従って、圧電発電装置１０１の機械的な信頼性が低かった。【０００５】
本発明は、このような先行技術の問題点に対して、機械的な信頼性が高い圧電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】
【０００６】
本発明に係る圧電発電装置は、運動エネルギーと電気エネルギーとを変換する圧電発電装置である。本発明に係る圧電発電装置は、梁と、圧電素子と、可撓体とを備えている。圧電素子は、梁の一方側の表面上に接合されている。可撓体は、梁の圧電素子が設けられている側とは反対側に配置されている。可撓体には、梁の一部が接続されている。梁は、可撓体が梁側に向かって凹状に変形したときに梁に応力が加わる一方、可撓体が梁側に向かって凸状に変形したときには梁に応力が加わらないように設けられている。【０００７】
本発明に係る圧電発電装置のある特定の局面では、圧電素子は、梁の中立面を基準として、可撓体の反対側に設けられている。【０００８】
本発明に係る圧電発電装置の他の特定の局面では、圧電素子は、圧電体からなる圧電基板を有する。【０００９】
本発明に係る圧電発電装置の別の特定の局面では、圧電基板は、圧電セラミックからなる。【００１０】
本発明に係る圧電発電装置のさらに他の特定の局面では、圧電発電装置は、可撓体と梁とを接続する接続部をさらに備えている。【００１１】
本発明に係る圧電発電装置のさらに別の特定の局面では、接続部は、弾性を有する。【００１２】
本発明に係る圧電発電装置のまた他の特定の局面では、圧電発電装置は、梁または可撓体に設けられており、可撓体が梁側に向かって凹状に変形したときに梁に応力を付与する応力付与部をさらに備えている。【００１３】
本発明に係る圧電発電装置のまた別の特定の局面では、応力付与部は、梁から可撓体側に向かって突出するように設けられている。【００１４】
本発明に係る圧電発電装置のさらにまた他の特定の局面では、応力付与部は、可撓体から梁側に向かって突出するように設けられている。【００１５】
本発明に係る圧電発電装置のさらにまた別の特定の局面では、応力付与部は、弾性を有する。【００１６】
本発明に係る圧電発電装置のまたさらに他の特定の局面では、可撓体は、梁と平行な可撓板である。【００１７】
本発明に係る圧電発電装置のまたさらに別の特定の局面では、梁は、矩形の板状体である。【００１８】
本発明に係る圧電発電装置のある異なる特定の局面では、可撓体がタイヤの一部により構成されている。【００１９】
本発明に係る圧電発電装置のさらに異なる特定の局面では、圧電発電装置は、圧電素子を複数備えている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、梁は、可撓体が梁側に向かって凹状に変形したときに梁に応力が加わる一方、可撓体が梁側に向かって凸状に変形したときには梁に応力が加わらないように設けられている。このため、圧電素子に引張応力が加わることを抑制することができる。よって、圧電素子が損傷しにくい。従って、高い機械的な信頼性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、第１の実施形態の圧電発電装置の模式的側面図である。
【図２】図２は、圧電素子の略図的断面図である。
【図３】図３は、可撓体が梁側に凹状に変形したときの圧電発電装置を表す模式的側面図である。
【図４】図４は、可撓体が梁側に凸状に変形したときの圧電発電装置を表す模式的側面図である。
【図５】図５は、第１の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図６】図６は、第２の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図７】図７は、第３の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図８】図８は、第４の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図９】図９は、第５の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図１１】図１１は、第６の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図１２】図１２は、第７の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図１３】図１３は、第８の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図１４】図１４は、第９の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図１５】図１５は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の使用態様を表す略図的側面図である。
【図１６】図１６は、梁に単純曲げが作用したときに、梁及び圧電素子の一部分における応力分布と中立面とを示す模式図である。
【図１７】図１７は、タイヤの回転角度と圧電素子に作用する応力との関係を表すグラフである。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は、走行状態のタイヤを表す模式図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｃ）は、障害物がある道路上を走行した場合のタイヤを表す模式図である。
【図２０】図２０は、第１０の変形例に係る圧電発電装置の模式的側面図である。
【図２１】図２１は、特許文献１に記載の圧電発電装置の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の圧電発電装置１０ａの模式的側面図である。図１に示す圧電発電装置１０ａは、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置である。圧電発電装置１０ａは、例えば、自動車のタイヤの内側に配置され、タイヤの空気圧測定センサなどの電源として好適に用いられる。但し、本発明に係る圧電発電装置の使用用途は、これに限定されない。本発明に係る圧電発電装置は、タイヤの空気圧測定センサ以外にも、例えば、変形を伴うような装置等に取り付けられ、種々の装置の電源として使用され得る。
【００２３】
図１に示すように、圧電発電装置１０ａは、梁２１を備えている。本実施形態においては、梁２１は、矩形の板状体である。但し、本発明において、梁の形状は特に限定されない。梁は、例えば、多角柱状、円柱状、多角錐状、Ｕ字状などであってもよい。
【００２４】
梁２１は、弾性を有する弾性体である。具体的には、梁２１は、例えば、鉄、動、アルミニウムなどの金属や、ステンレス、ジュラルミンなどの合金、プラスチックなどにより形成することができる。
【００２５】
梁２１の一方側の表面２１ａの上には、圧電素子２２が接合されている。圧電素子２２を梁２１に接合する方法は特に限定されない、例えば、接着剤等を用いて圧電素子２２を梁２１に接合することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、圧電素子２２は、梁２１の中立面を基準として、可撓体５０の反対側に設けられている。ここで、「中立面（ｎｅｕｔｒａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ）」とは、純曲げ（ｐｕｒｅ  ｂｅｎｄｉｎｇ）状態において、長さが変化しない面をいう。「純曲げ状態」とは、剪断力が０であり、曲げモーメントのみが作用している状態をいう。
【００２７】
なお、梁２１の中立面は、圧電発電装置１０ａに外力が加わっていない状態において平面である必要は必ずしもない。
【００２８】
図２は、圧電素子２２の略図的断面図である。図２に示すように、圧電素子２２は、圧電基板２２ａと、第１及び第２の電極２２ｂ、２２ｃとを有する。
【００２９】
圧電基板２２ａは、圧電体からなる。圧電体の具体例としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックなどが挙げられる。なお、圧電基板２２ａは、例えば、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、水晶などにより形成されていてもよいが、電気機械結合定数の高いＰＺＴにより圧電基板２２ａを形成することがより好ましい。
【００３０】
圧電基板２２ａの一方側の表面２２ａ１の上には、第１の電極２２ｂが設けられている。圧電基板２２ａの他方側の表面２２ａ２の上には、第２の電極２２ｃが設けられている。第１及び第２の電極２２ｂ、２２ｃは、圧電基板２２ａにより発生した電圧を取り出すための電極である。
【００３１】
第１及び第２の電極２２ｂ、２２ｃの形成材料は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。第１及び第２の電極２２ｂ、２２ｃのそれぞれは、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ等の金属や、Ａｇ−Ｐｄ合金や、Ｎｉ−Ｃｒ合金などの、上記金属のうちの少なくともひとつを含む合金などにより形成することができる。
【００３２】
図１に示すように、可撓体５０は、梁２１の圧電素子２２が設けられている側とは反対側に配置されている。可撓体５０は、梁２１と平行な可撓板である。可撓体５０は、応力が加わったときに弾性変形する弾性体からなる。具体的には、可撓体５０は、例えば、金属や合金、プラスチックなどにより形成することができる。
【００３３】
可撓体５０と、梁２１の一部とは、互いに接続されている。具体的には、本実施形態では、梁２１及び可撓体５０の表面の法線方向ｚと等しい可撓体５０の変形方向に対して垂直な方向ｘにおいて、可撓体５０の一方側端部と、梁２１の一方側端部とが接続されている。さらに具体的には、本実施形態では、可撓体５０の一方側端部と、梁２１の一方側端部とは、接続部３０により接続されている。
【００３４】
接続部３０は、弾性を有するものであることが好ましい。具体的には、接続部３０は、例えば、金属や合金、プラスチックなどにより形成することができる。
【００３５】
また、圧電発電装置１０ａには、応力付与部４０が設けられている。本実施形態では、応力付与部４０は、梁２１に設けられている。すなわち、応力付与部４０は、梁２１に接続されている。具体的には、応力付与部４０は、梁２１のｘ方向における接続部３０側とは反対側の端部に接続されている。応力付与部４０は、梁２１からｚ方向に向かって延びている。すなわち、応力付与部４０は、梁２１から可撓体５０側に向かって突出するように設けられている。この応力付与部４０は、後に詳述するように、可撓体５０が梁２１側に向かって凹状に変形したときに梁２１に応力を付与する一方、可撓体５０が梁２１側に向かって凸状に変形したときには梁２１に応力を付与しないものである。
【００３６】
応力付与部４０は、弾性を有するものであることが好ましい。具体的には、応力付与部４０は、例えば、金属や合金、プラスチック、ゴムなどにより形成することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、梁２１、可撓体５０、接続部３０及び応力付与部４０が一枚の弾性板から形成されている。但し、本発明において、梁、可撓体、接続部及び応力付与部が一体に形成されている必要は必ずしもない。例えば、梁、可撓体、接続部及び応力付与部が複数の部材により形成されていてもよい。
【００３８】
次に、図３及び図４を参照しながら、本実施形態に係る圧電発電装置１０ａの発電態様について詳細に説明する。
【００３９】
図３に示すように、可撓体５０に対して外力が加わり、可撓体５０が梁２１側に向かって凹状に変形した場合、応力付与部４０により梁２１にも応力が加えられる。これにより、梁２１も、可撓体５０と同様に、凹状に変形する。それに伴い、圧電素子２２の圧電基板２２ａに圧縮応力が加わる。その結果、圧電基板２２ａにおいて電力が発生する。そして、その電力が第１及び第２の電極２２ｂ、２２ｃから取り出される。
【００４０】
一方、図４に示すように、可撓体５０に対して外力が加わり、可撓体５０が梁２１に向かって凸状に変形した場合は、応力付与部４０が可撓体５０には固定されていないため、応力付与部４０と可撓体５０とが離れる。このため、梁２１及び梁２１に接合されている圧電素子２２には、応力が実質的に付与されない。このため、可撓体５０に対して外力が加わり、可撓体５０が梁２１に向かって凸状に変形した場合にも圧電素子２２の圧電基板２２ａに引張応力が付与され難い。
【００４１】
このように、本実施形態の圧電発電装置１０ａでは、圧電素子２２に圧縮応力が加わることにより発電が行われ、圧電素子２２に引張応力が加わることが抑制されている。従って、引張応力により破損しやすい圧電素子２２が破損することを効果的に抑制することができる。その結果、高い機械的信頼性を有する圧電発電装置１０ａを実現することができる。
【００４２】
以下、本発明を実施した他の好ましい形態や、変形例について説明する。但し、下記の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００４３】
（第１の変形例）
図５は、上記第１の実施形態の第１の変形例に係る圧電発電装置１０ｂの模式的側面図である。
【００４４】
上記第１の実施形態では、梁２１と可撓体５０とが接続部３０を介して接続されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図５に示すように、接着剤３１により、梁２１と可撓体５０とが直接接続されていてもよい。図５に示す場合は、非駆動時に圧電素子２２に圧縮応力が付与された状態となり、圧電素子２２に引張応力が付与されることをより効果的に抑制することができる。
【００４５】
なお、梁２１と可撓体５０とを直接接合する場合において、梁２１と可撓体５０との接合方法は、特に限定されない。例えば、上述のように、接着剤を用いて梁２１と可撓体５０とを接合してもよいし、溶接等により梁２１と可撓体５０とを接合してもよい。
【００４６】
また、上記第１の実施形態では、梁２１、可撓体５０、接続部３０及び応力付与部４０が一枚の弾性板から形成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図５に示すように、梁２１及び応力付与部４０と、可撓体５０とは別体に形成されていてもよい。
【００４７】
また、上記第１の実施形態では、可撓体５０が平板状である例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。例えば、可撓体５０は、図５に示すように湾曲していてもよい。
【００４８】
（第２の変形例）
図６は、上記第１の実施形態の第２の変形例に係る圧電発電装置１０ｃの模式的側面図である。
【００４９】
上記第１の実施形態及び上記第１の変形例では、応力付与部４０が梁２１に設けられている場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図６に示すように、応力付与部４０は、可撓体５０と一体に形成されていてもよい。図６に示す圧電発電装置１０ｃでは、応力付与部４０は、可撓体５０から梁２１側に向かって突出するように設けられている。この場合、梁２１の材質の選択自由度が高くなる。
【００５０】
（第３の変形例）
図７は、上記第１の実施形態の第３の変形例に係る圧電発電装置１０ｄの模式的側面図である。
【００５１】
上記第１の実施形態並びに第１及び第２の変形例では、可撓体５０及び梁２１とは別に応力付与部４０が設けられている例について説明した。但し、本発明において、応力付与部は、必須の構成ではない。例えば、図７に示すように、応力付与部４０を設けなくてもよい。図７に示す圧電発電装置１０ｄでは、可撓体５０が梁２１側に向かって凹状に変形したときに可撓体５０が直接梁２１に応力を付与する。これにより、梁２１が変形する。すなわち、本変形例においては、可撓体５０が応力付与部としての機能を兼ね備えている。
【００５２】
（第４及び第５の変形例）
図８は、上記第１の実施形態の第４の変形例に係る圧電発電装置１０ｅの模式的側面図である。図９は、上記第１の実施形態の第５の変形例に係る圧電発電装置１０ｆの模式的側面図である。
【００５３】
上記第１の実施形態並びに第１及び第２の変形例では、応力付与部４０が金属等からなる直方体である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図８及び図９に示すように、応力付与部４０は、ばねにより構成されていてもよい。具体的には、図８に示す圧電発電装置１０ｅにおいては、応力付与部４０はコイルばねにより構成されている。図９に示す圧電発電装置１０ｆにおいては、応力付与部４０は、板バネにより構成されている。これらの場合、梁２１及び圧電素子２２に衝撃荷重が加わることを効果的に抑制することができる。従って、機械的耐久性がより高い圧電発電装置１０ｅを実現することができる。
【００５４】
また、上記第１の実施形態では、圧電素子２２がひとつのみ設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図９に示すように、複数の圧電素子２２Ａ、２２Ｂを梁２１上に設けてもよい。このように、複数の圧電素子２２Ａ、２２Ｂを設けた場合、複数の圧電素子２２Ａ、２２Ｂ間の電気的結合を変更することにより、圧電発電装置１０ｆの電力特性を変更することができる。
【００５５】
なお、本変形例では、複数の圧電素子２２Ａ、２２Ｂを梁２１上に並列に配列した例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、複数の圧電基板を梁上に積層してもよい。
【００５６】
（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る圧電発電装置１０ｇの模式的側面図である。
上記第１の実施形態では、接続部３０が、梁２１のｘ方向における一方側端部と、可撓体５０のｘ方向における一方側端部とを接続しており、応力付与部４０が梁２１のｘ方向における他方側端部に設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
【００５７】
図１０に示すように、本実施形態に係る圧電発電装置１０ｇでは、接続部３０は、梁２１のｘ方向における中央部と、可撓体５０とを接続している。そして、梁２１のｘ方向における両端部に応力付与部４０ａ、４０ｂが設けられている。
【００５８】
本実施形態の圧電発電装置１０ｇにおいても、上記第１の実施形態の圧電発電装置１０ａと同様に、圧電素子２２に引張応力がかかり難い。従って、高い機械的信頼性を実現することができる。
【００５９】
（第６〜９の変形例）
図１１は、上記第２の実施形態の変形例である第６の変形例に係る圧電発電装置１０ｈの模式的側面図である。
【００６０】
上記第２の実施形態では、梁２１と可撓体５０とが接続部３０を介して接続されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図１１に示すように、梁２１と可撓体５０とを、接着剤３１により直接接続してもよい。
【００６１】
図１２は、上記第２の実施形態の変形例である第７の変形例に係る圧電発電装置１０ｉの模式的側面図である。図１２に示すように、応力付与部４０ａ、４０ｂは、可撓体５０から梁２１側に向かって突出するように設けられていてもよい。
【００６２】
図１３は、上記第２の実施形態の変形例である第８の変形例に係る圧電発電装置１０ｊの模式的側面図である。図１３に示すように、応力付与部は、設けられていなくてもよい。
【００６３】
図１４は、上記第２の実施形態の変形例である第９の変形例に係る圧電発電装置１０ｋの模式的側面図である。図１４に示すように、応力付与部４０ａ、４０ｂは、例えば、ばねにより構成されていてもよい。また、複数の圧電素子２２Ａ、２２Ｂが設けられていてもよい。
【００６４】
（圧電発電装置の使用態様）
図１５は、上記第１の実施形態に係る圧電発電装置の使用態様を表す略図的側面図である。
【００６５】
ここでは、本発明を実施した圧電発電装置の使用態様について、上記第１の実施形態に係る圧電発電装置の使用態様を例に挙げて説明する。
【００６６】
図１５に示すように、圧電発電装置１０ａは、例えば、タイヤ６０の内壁に対して取り付けられた態様で使用される。図１５に示す例では、圧電発電装置１０ａは、梁２１の中立軸の延びる方向とタイヤ６０の回転方向Ｒとが一致するようにタイヤ６０に取り付けられている。なお、圧電発電装置１０ａのタイヤ６０への取り付け方法は特に限定されない。例えば、接着剤を用いて圧電発電装置１０ａをタイヤ６０に取り付けることができる。また、圧電発電装置１０ａをタイヤ６０にモールドしたり、圧電発電装置１０ａをタイヤ６０の金属線に溶接したりすることにより圧電発電装置１０ａをタイヤ６０に取り付けることができる。
【００６７】
図１６は、梁２１に単純曲げが作用したときに、梁２１及び圧電素子２２の一部分における応力分布と中立面を示す模式図である。図１７は、タイヤ６０の回転角度と圧電素子２２に作用する応力との関係を表すグラフである。図１８（ａ）〜（ｃ）は、走行状態のタイヤを表す模式図である。図１９（ａ）〜（ｃ）は、障害物がある道路上を走行した場合のタイヤを表す模式図である。
【００６８】
次に、図１６〜１９を参照しながら、本使用態様における圧電発電装置１０ａの発電動作について説明する。
【００６９】
図１８（ａ）に示す、タイヤ６０の圧電発電装置１０ａが設けられている部分が地面７０に接地していない状態においては、回転方向に沿って湾曲しているタイヤ６０の内周面に接合されている可撓体５０は、タイヤ６０の内周面に沿って湾曲している。このため、梁２１及び圧電素子２２は、地面７０側に凸状に湾曲した状態となっている。よって、図１６及び図１７に示すように、圧電素子２２には、圧縮応力が付与された状態となる。
【００７０】
次に、図１８（ｂ）に示すように、タイヤ６０の圧電発電装置１０ａが設けられている部分が地面７０に接地した状態では、可撓体５０が略平板状となる。このため、図１７に示すように、圧電素子２２には、小さな圧縮応力がかかるか、または応力がかからない状態となる。
【００７１】
次に、図１８（ｃ）に示すように、タイヤ６０の圧電発電装置１０ａが設けられている部分が地面７０に接地していない状態に再びなると、図１７に示すように、圧電素子２２に圧縮応力が付与された状態となる。
【００７２】
このように、タイヤ６０が回転することにより、圧電素子２２に加わる圧縮応力の大きさが変化する。これにより発電が行われる。この発電動作に際し、圧電発電装置１０ａにおいては、上述のように、圧電素子２２に圧縮応力のみが加わり、引張応力が加わり難い。特に、図１７に示すように、梁２１及び圧電素子２２を湾曲させることにより圧電素子２２に予め圧縮応力を与えておいた場合には、圧電素子２２に引張応力がより加わり難い。また、図１９（ｂ）に示すように、地面７０の障害物９０の上にタイヤ６０が乗り上げ、可撓体５０が梁２１側に凸状に変形した場合にも、梁２１及び圧電素子２２は、実質的に変形しない。このため、圧電素子２２に引張応力がかかり難い。従って、引張応力に脆弱な圧電素子２２が破損することが効果的に抑制されている。
【００７３】
なお、圧電素子２２に予め圧縮応力を付与する方法としては、可撓体５０側に凸状となるように撓んだ梁２１に圧電素子２２を接合する方法も挙げられる。
【００７４】
なお、ここでは、変形するタイヤ６０とは別体に可撓体５０が設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図２０に示すように、タイヤ６０により可撓体が構成されていてもよい。すなわち、タイヤ６０の内周面に、梁２１が接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１０ｋ…圧電発電装置
２１…梁
２１ａ…梁の表面
２２、２２Ａ、２２Ｂ…圧電素子
２２ａ…圧電基板
２２ａ１，２２ａ２…圧電基板の表面
２２ｂ…第１の電極
２２ｃ…第２の電極
３０…接続部
３１…接着剤
４０、４０ａ、４０ｂ…応力付与部
５０…可撓体
６０…タイヤ
７０…地面
９０…障害物
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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