(57)【要約】  高い耐久性を有し、且つ高い発電効率を有する圧電発電装置を提供する。  圧電発電装置１は、応力を受けたときに第１の方向に沿って変形する第１の弾性体１１と、発電素子１２とを備えている。発電素子１２は、第２の弾性体１３と、圧電素子１４とを有する。第２の弾性体１３は、固定部１３ａ１と、当接部１３ｂとを含む。固定部１３ａ１は、第１の弾性体１１に固定されている。当接部１３ｂは、固定部１３ａ１に対して第１の方向Ｒの一方側に位置している。当接部１３ｂは、第１の弾性体１１に当接しているものの、第１の弾性体１１に固定されていない。第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とのうちの少なくとも一方には、第１の弾性体１１が変形したときに、当接部１３ｂが第１の弾性体１１に対してスリップすることを抑制するスリップ抑制機構１８が設けられている。
2010119716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力を受けたときに第１の方向に沿って変形する第１の弾性体と、
前記第１の弾性体に固定されている固定部と、前記固定部よりも前記第１の方向の一方側に位置しており、前記第１の弾性体に当接しているものの、前記第１の弾性体に固定されていない当接部とを含む第２の弾性体と、前記第２の弾性体の前記第１の弾性体とは反対側の表面に取り付けられている圧電素子とを有する発電素子とを備える圧電発電装置であって、
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体とのうちの少なくとも一方には、前記第１の弾性体が変形したときに、前記当接部が前記第１の弾性体に対してスリップすることを抑制するスリップ抑制機構が設けられている、圧電発電装置。
【請求項２】
前記当接部は、前記第１の方向の一方側を向く端面を有しており、前記スリップ抑制機構は、前記当接部の端面の前記第１の方向の一方側に位置するように前記第１の弾性体に固定されており、前記第１の弾性体が変形したときに前記当接部の端面に当接するストッパ部である、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項３】
前記第２の弾性体が取り付けられている前記第１の弾性体の表面が平坦となったときに、前記ストッパ部と前記当接部の端面との間には隙間が形成される、請求項２に記載の圧電発電装置。
【請求項４】
前記当接部の前記第１の弾性体側の表面と、前記第１の弾性体の前記当接部と当接している表面とのうちの少なくとも一方の表面は、粗面に形成されており、前記スリップ抑制機構は、前記粗面により構成されている、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項５】
前記固定部は、前記第１の方向における前記当接部の他方側の端部に接続されており、前記スリップ抑制機構は、前記当接部の前記第１の方向における一方側の端部が前記第１の弾性体に対してスリップすることを抑制するように設けられている、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】
前記第２の弾性体は、一枚の弾性板により構成されており、前記固定部は、前記第１の方向における前記当接部の他方側に位置している第１の固定部と、前記当接部の側方に位置している第２及び第３の固定部と、前記第１の方向における前記当接部の一方側に位置している第４の固定部とを含み、前記弾性板には、前記当接部と、前記第２及び第３の固定部及び第４の固定部とを区画するスリットが形成されており、前記第４の固定部の一部により前記ストッパ部が形成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載の圧電発電装置。
【請求項７】
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体とは、一枚の弾性板により構成されている、請求項１〜６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、ユニモルフ構造の発電素子を備える圧電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のタイヤなどの空気圧を検知するシステムとして、タイヤ空気圧監視システム（Ｔｉｒｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＴＰＭＳ）が知られている。一般的に、ＴＰＭＳは、タイヤの内部に取り付けられ、タイヤの空気圧及び温度を検知するセンサと、車両側に配置されている無線機にデータを無線送信する送信機とを備えている。このため、ＴＰＭＳでは、これらのセンサや送信機などに電力を供給するための電源が必要となる。【０００３】
ＴＰＭＳなどに使用可能な電源として、従来、種々な発電装置が提案されている。なかでも、圧電効果を利用した圧電発電装置は、小型化が容易であるため、特に注目されている。【０００４】
例えば、下記の特許文献１には、図２４に示す圧電発電装置が記載されている。図２４に示すように、圧電発電装置１００は、一方側の端部が固定されており、他方側の端部に錘１０１が取り付けられている弾性体１０２を備えている。弾性体１０２の両主面１０２ａ、１０２ｂには、接触子１０３，１０４が設けられている。また、両主面１０２ａ、１０２ｂの上方には、圧電素子１０５，１０６が固定されている。【０００５】
圧電発電装置１００では、錘１０１に応力が加わり弾性体１０２が上方向に変位すると、接触子１０３が圧電素子１０５を加圧する。これにより、圧電素子１０５が変形し、圧電素子１０５において電力が生じる。また、錘１０１に応力が加わり弾性体１０２が下方向に変位すると、接触子１０４が圧電素子１０６を加圧する。これにより、圧電素子１０６が変形し、圧電素子１０６において電力が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１２２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２４に示す圧電発電装置１００では、圧電素子１０５，１０６が接触子１０３，１０４により加圧されて変形する際に、圧電素子１０５，１０６の圧電体１０５ａ、１０６ａに引張応力が加わる。ここで、圧電体１０５ａ、１０６ａは、引張応力に対して弱く、引張応力が加わった際に破壊されやすい。従って、圧電発電装置１００では、高い耐久性を実現することが困難であった。【０００８】
また、圧電発電装置１００では、十分に高い発電効率を得ることが困難であるという問題もあった。【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い耐久性を有し、且つ高い発電効率を有する圧電発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る圧電発電装置は、第１の弾性体と、発電素子とを備えている。第１の弾性体は、応力を受けたときに第１の方向に沿って変形する。発電素子は、第２の弾性体と、圧電素子とを有する。第２の弾性体は、固定部と、当接部とを含む。固定部は、第１の弾性体に固定されている。当接部は、固定部よりも第１の方向の一方側に位置している。当接部は、第１の弾性体に当接しているものの、第１の弾性体に固定されていない。圧電素子は、第２の弾性体の第１の弾性体とは反対側の表面に取り付けられている。第１の弾性体と第２の弾性体とのうちの少なくとも一方には、第１の弾性体が変形したときに、当接部が第１の弾性体に対してスリップすることを抑制するスリップ抑制機構が設けられている。【００１１】
本発明に係る圧電発電装置のある特定の局面では、当接部は、第１の方向の一方側を向く端面を有しており、スリップ抑制機構は、当接部の端面の第１の方向の一方側に位置するように第１の弾性体に固定されており、第１の弾性体が変形したときに当接部の端面に当接するストッパ部である。この構成によれば、当接部の第１の弾性体に対するスリップをより確実に抑制することができる。このため、第２の弾性体と、第２の弾性体に取り付けられている圧電素子をより大きく変位させることができる。従って、発電効率をさらに高めることができる。【００１２】
本発明に係る圧電発電装置の他の特定の局面では、第２の弾性体が取り付けられている第１の弾性体の表面が平坦となったときに、ストッパ部と当接部の端面との間には隙間が形成される。この構成では、例えば、第１の弾性体が第２の弾性体側に向かって凸状に変形する際に、第２の弾性体がストッパ部に引っかかって凸状に変形することが抑制される。従って、第２の弾性体の第１の弾性体とは反対側に取り付けられている圧電素子に引張応力が加わることをより確実に抑制することができる。その結果、より高い耐久性を実現することができる。【００１３】
本発明に係る圧電発電装置の別の特定の局面では、当接部の第１の弾性体側の表面と、第１の弾性体の当接部と当接している表面とのうちの少なくとも一方の表面は、粗面に形成されており、スリップ抑制機構は、粗面により構成されている。この構成では、別途にストッパ部などを設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。【００１４】
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、固定部は、第１の方向における当接部の他方側の端部に接続されており、スリップ抑制機構は、当接部の第１の方向における一方側の端部が第１の弾性体に対してスリップすることを抑制するように設けられている。この構成によれば、第２の弾性体と、第２の弾性体に取り付けられている圧電素子をより大きく変形させることができる。従って、より高い発電効率を実現することができる。【００１５】
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、第２の弾性体は、一枚の弾性板により構成されており、固定部は、第１の方向における当接部の他方側に位置している第１の固定部と、当接部の側方に位置している第２及び第３の固定部と、第１の方向における当接部の一方側に位置している第４の固定部とを含み、弾性板には、当接部と、第２及び第３の固定部及び第４の固定部とを区画するスリットが形成されており、第４の固定部の一部によりストッパ部が形成されている。この構成によれば、第２の弾性体とストッパ部とを一枚の弾性板により容易に作製することができる。【００１６】
本発明に係る圧電発電装置のまた他の特定の局面では、第１の弾性体と第２の弾性体とは、一枚の弾性板により構成されている。この構成によれば、第１の弾性体と第２の弾性体との接合部の強度を高くすることができる。よって、第２の弾性体が第１の弾性体の変形に伴って変形した際の、第１の弾性体と第２の弾性体との接合部の破損を抑制することができる。従って、さらに高い耐久性を実現することができる。また、この構成によれば、圧電発電装置の製造が容易となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、第１の弾性体と第２の弾性体とのうちの少なくとも一方には、第１の弾性体が変形したときに、当接部が第１の弾性体に対してスリップすることを抑制するスリップ抑制機構が設けられているため、第１の弾性体の変形に伴って、第２の弾性体と圧電素子とが大きく変形し、よって、高い発電効率を実現することができる。【００１８】
また、当接部が第１の弾性体に対して変位可能であるため、第１の弾性体が第２の弾性体側に向かって凸状に変形した場合にも、第２の弾性体が圧電素子側に凸状となるように変形し難い。よって、圧電素子に引張応力が加わりにくく、圧電素子の耐久性を高めることができる。従って、圧電発電装置の高い耐久性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、第１の実施形態の圧電発電装置が取り付けられたタイヤの模式的部分断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の一部を表す略図的斜視図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の一部を表す略図的分解斜視図である。
【図４】図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図５は、第１の弾性体が凹状に湾曲している状態の圧電発電装置の略図的断面図である。
【図６】図６は、タイヤの回転に対する圧電素子に作用する応力を示すグラフである。
【図７】図７は、ストッパ部を設けない場合を説明するための略図的断面図である。
【図８】図８は、第１の実施形態において、第１の弾性体が凸状に変形した場合を説明するための略図的断面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る圧電発電装置の略図的斜視図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る圧電発電装置の略図的斜視図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態に係る圧電発電装置の略図的分解斜視図である。
【図１２】図１２は、第４の実施形態に係る圧電発電装置の模式的平面図である。
【図１３】図１３は、第４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１４】図１４は、第５の実施形態に係る圧電発電装置の模式的平面図である。
【図１５】図１５は、第５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１６】図１６は、第６の実施形態に係る圧電発電装置の模式的平面図である。
【図１７】図１７は、第６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１８】図１８は、第７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１９】図１９は、実験例において作成した発電素子の平面図である。
【図２０】図２０は、第１の実験例における圧電発電装置の模式図である。
【図２１】図２１は、第２の実験例における圧電発電装置の模式図である。
【図２２】図２２は、第１の実験例において圧電発電装置で発電された電圧を示すグラフである。
【図２３】図２３は、第２の実験例において圧電発電装置で発電された電圧を示すグラフである。
【図２４】図２４は、特許文献１に記載されている圧電発電装置の略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（第１の実施形態）
本実施形態では、圧電発電装置が、タイヤの内部に配置され、ＴＰＭＳに用いられる場合について説明する。但し、本発明の圧電発電装置の用途は、ＴＰＭＳのみに限定されない。本発明の圧電発電装置は、ＴＰＭＳを含むあらゆる用途に適用可能である。本発明の圧電発電装置は、例えば、ＩＤタグやＩＣカードなどの用途にも使用可能である。
【００２２】
図１は、本実施形態の圧電発電装置が取り付けられたタイヤの模式的部分断面図である。図２は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の一部を表す略図的斜視図である。図３は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の一部を表す略図的分解斜視図である。図４は、第１の実施形態に係る圧電発電装置の略図的断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の圧電発電装置１は、タイヤ１０の内部に設けられている。図４に示すように、圧電発電装置１は、ゴム製のタイヤ１０の一部により構成されている第１の弾性体１１を備えている。この第１の弾性体１１は、タイヤ１０が回転し、接地しているタイヤ１０の部分が変化することにより、応力を受け、第１の方向としてのタイヤ１０の回転方向Ｒ（図１も参照）に沿って変形する。
【００２４】
なお、本実施形態では、第１の弾性体１１がタイヤ１０の一部により構成されている場合について説明するが、第１の弾性体は、タイヤとは別個に設けられていてもよい。
【００２５】
また、本発明において、弾性体とは、応力が加わった際に弾性変形する部材をいい、具体的には、例えば、ゴム、金属、プラスチックなどにより形成されている部材をいう。
【００２６】
第１の弾性体１１の上には、発電素子１２が取り付けられている。発電素子１２は、板状の第２の弾性体１３と、圧電素子１４とを備えている。第２の弾性体１３は、例えば、金属、プラスチックまたはゴムなどにより形成することができる。
【００２７】
第２の弾性体１３は、固定部１３ａと、当接部１３ｂとを備えている。第２の弾性体１３は、固定部１３ａにおいて、第１の弾性体１１に固定されている。なお、固定部１３ａの第１の弾性体１１への固定方法は特に限定されない。固定部１３ａは、例えば、接着剤、接着テープ、ボルト等の締結部材、リベット、溶接嵌め込み機構などによって第１の弾性体１１に固定することができる。
【００２８】
図２及び図３に示すように、固定部１３ａは、第１の固定部１３ａ１と、第２の固定部１３ａ２と、第３の固定部１３ａ３と、第４の固定部１３ａ４とを備えている。第１の固定部１３ａ１は、当接部１３ｂに対して、回転方向ＲのＲ１側に位置している。第１の固定部１３ａ１は、当接部１３ｂに接続されている。第２及び第３の固定部１３ａ２，１３ａ３は、当接部１３ｂの両側に位置している。すなわち、第２及び第３の固定部１３ａ２，１３ａ３と、当接部１３ｂとは、回転方向Ｒと直交する方向に配列されている。第２及び第３の固定部１３ａ２，１３ａ３は、第１の固定部１３ａ１に接続されている。第４の固定部１３ａ４は、当接部１３ｂに対して、回転方向ＲのＲ２側に位置している。第４の固定部１３ａ４は、第２及び第３の固定部１３ａ２，１３ａ３に接続されている。
【００２９】
本実施形態では、第１〜第４の固定部１３ａ１〜１３ａ４と、当接部１３ｂとは、一枚の弾性板より形成されており、第２〜第４の固定部１３ａ２〜１３ａ４と当接部１３ｂとは、スリット１３ｃにより区画されている。すなわち、当接部１３ｂは、第２〜第４の固定部１３ａ２〜１３ａ４に対して変位可能となっている。
【００３０】
当接部１３ｂは、第１の固定部１３ａ１の回転方向ＲのＲ１側に位置しており、第１の固定部１３ａ１に接続されている。当接部１３ｂは、第１の固定部１３ａ１から回転方向ＲのＲ２側に向かって延びる矩形状に形成されている。当接部１３ｂは、第１の弾性体１１には固定されていないが、第１の弾性体１１に当接している。
【００３１】
なお、本実施形態では、第２の弾性体１３の固定部１３ａを除く全体が当接部１３ｂを構成している例について説明するが、当接部１３ｂは、第２の弾性体１３から固定部１３ａを除いた部分の一部により構成されていてもよい。
【００３２】
当接部１３ｂの第１の弾性体１１とは反対側の表面には、圧電素子１４が取り付けられている。本実施形態では、圧電素子１４は、当接部１３ｂの周縁部を除く中央部に取り付けられているが、圧電素子１４を当接部１３ｂの全体に取り付けてもよい。
【００３３】
図４に示すように、圧電素子１４は、圧電体１４ａと、圧電体１４ａを挟持する第１及び第２の電極１４ｂ、１４ｃとを備えている。第１及び第２の電極１４ｂ、１４ｃは、端子電極１６に接続されている。圧電素子１４において発電された電力は、この端子電極１６から取り出される。なお、描画の便宜上、詳細には描画していないが、端子電極１６には、第１の電極１４ｂに接続されている導電部と、第２の電極１４ｃに接続されている導電部とがあり、両導電部は互いに絶縁されている。
【００３４】
圧電体１４ａは、通常、厚み方向に分極されている。もっとも、圧電体１４ａの分極方向は、厚み方向でなくてもよく、圧電体１４ａは、例えば、幅方向や長さ方向に分極されていてもよい。また、圧電体１４ａの形成材料も特に限定されず、圧電体１４ａは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、水晶などの適宜の圧電材料により形成することができる。
【００３５】
第１及び第２の電極１４ｂ、１４ｃの形成材料も特に限定されず、第１及び第２の電極１４ｂ、１４ｃは、例えば、鉄、銅、アルミニウムなどの金属、ステンレスやジュラルミンなどの合金により形成することができる。
【００３６】
図２〜４に示すように、本実施形態では、第２の弾性体１３には、スリップ抑制機構として、ストッパ部１５が設けられている。ストッパ部１５は、タイヤ１０が回転することにより第１の弾性体１１に応力が加わり、第１の弾性体１１が回転方向Ｒに沿って変形したときに、当接部１３ｂが第１の弾性体１１に対してスリップすることを抑制するものである。
【００３７】
具体的には、図４に示すように、当接部１３ｂは、回転方向ＲのＲ２側を向く端面１３ｂ１を有しており、ストッパ部１５は、この当接部１３ｂの端面１３ｂ１のＲ２側に位置している第４の固定部１３ａ４の一部により構成されている。詳細には、第４の固定部１３ａ４のＲ１側の端部が当接部１３ｂの法線方向に向けて折り曲げられることによりストッパ部１５が形成されている。このように、本実施形態では、第４の固定部１３ａ４の一部によりストッパ部１５が形成されているため、一枚の弾性板から、ストッパ部１５と、固定部１３ａと、当接部１３ｂとを容易に作製することができる。
【００３８】
なお、図４に示すように、本実施形態では、第２の弾性体１３が取り付けられている第１の弾性体１１の部分の表面が平坦であるときには、ストッパ部１５と当接部１３ｂとの間には、隙間が形成される。しかしながら、図５に示すように、第１の弾性体１１が凹状であるときには、当接部１３ｂのＲ２側の端部はストッパ部１５に当接している。
【００３９】
次に、圧電発電装置１の発電動作について、図６を主として参照しながら説明する。タイヤ１０のうちの第２の弾性体１３が取り付けられている部分である第１の弾性体１１が接地していない状態では、図５に示すように、第１及び第２の弾性体１１，１３は、半径方向外側に向かって凹状となっている。その状態からタイヤ１０が回転し、第１の弾性体１１が接地し始めると、第１の弾性体１１に応力が加わり、第１及び第２の弾性体１１，１３の曲率が小さくなる。これにより、第２の弾性体１３に取り付けられている圧電素子１４の圧電体１４ａが変形する。その結果、電力が発生する。第１の弾性体１１が完全に接地すると、図４に示すように、第１及び第２の弾性体１１，１３の表面が平坦となる。そして、第１の弾性体１１が地面から離れ始めると、第１及び第２の弾性体１１，１３が再び凹状に変形する。これにより、圧電体１４ａが変形し、電力が発生する。この繰り返しにより、発電が行われる。
【００４０】
ここで、例えば、ストッパ部１５が設けられていない場合は、図７に示すように、第１の弾性体１１１が変形しても、第２の弾性体１１３の当接部１１３ｂが第１の弾性体１１１に対してスリップしてしまう。このため、第２の弾性体１１３の形状が第１の弾性体１１１の形状変化に追随して変化しない。従って、第２の弾性体１１３に取り付けられている圧電素子１１４の圧電体１１４ａが大きく変形しない。このため、大きな電力が得られず、発電効率が低くなる。
【００４１】
それに対して本実施形態では、図４に示すように、ストッパ部１５が設けられている。このため、図５に示すように、第１の弾性体１１が変形したときに当接部１３ｂのＲ２側の端面１３ｂ１が、第１の弾性体１１に対して間接的に固定されているストッパ部１５に当接する。よって、当接部１３ｂのＲ２側の端面１３ｂ１が第１の弾性体１１に対してスリップすることが抑制される。従って、第２の弾性体１３及び第２の弾性体１３に取り付けられている圧電素子１４の圧電体１４ａが大きく変形する。その結果、第１の弾性体１１の変形に伴って大きな電力が得られ、高い発電効率を実現することができる。
【００４２】
特に、本実施形態では、当接部１３ｂのＲ１側の端部が第１の固定部１３ａ１に接続されていることにより、第１の弾性体１１に対して固定されており、かつ、ストッパ部１５によって当接部１３ｂのＲ２側端部の第１の弾性体１１に対するスリップが抑制されている。従って、第１の弾性体１１の変形に伴って、第２の弾性体１３及び第２の弾性体１３に取り付けられている圧電素子１４の圧電体１４ａがより大きく変形する。その結果、第１の弾性体１１の変形に伴ってより大きな電力が得られ、より高い発電効率を実現することができる。
【００４３】
ところで、第１の弾性体の変形に伴って第２の弾性体を大きく変形させる別の方法として、当接部を第１の弾性体に貼付することが考えられる。しかしながら、当接部を第１の弾性体に貼付した場合は、例えば、タイヤが石などを踏んでへこむことにより、第１の弾性体が半径方向内側に向かって凸状に変形した場合には、第２の弾性体も半径方向内側に向かって凸状に変形することとなる。そうすると、第２の弾性体の上に取り付けられている圧電素子の圧電体も凸状に変形し、圧電体に引張応力が加わることとなる。ここで、圧電体は、引張応力に対する耐久性が低いため、このように引張応力が加わると破損してしまう場合がある。従って、当接部を第１の弾性体に貼付した場合は、圧電発電装置の耐久性が低くなる。
【００４４】
それに対して、本実施形態では、圧電素子１４が取り付けられている当接部１３ｂは、第１の弾性体１１に貼付されておらず、第１の固定部１３ａ１を介して第１の弾性体１１に固定されている。このため、図８に示すように、タイヤ１０が石などを踏んだことにより、第１の弾性体１１が半径方向内側に向かって凸状に変形したときでも、第２の弾性体１３は、第１の弾性体１１に拘束されていないため、第２の弾性体１３が凸状に変形することが効果的に抑制される。従って、第２の弾性体１３に取り付けられている圧電素子１４の圧電体１４ａが凸状に変形することも効果的に抑制され、圧電体１４ａに引張応力が加わることが効果的に抑制される。従って、高い耐久性が実現されている。
【００４５】
特に本実施形態では、図４に示すように、第１の弾性体１１の表面が平坦となったときに、ストッパ部１５と当接部１３ｂの端面１３ｂ１との間に隙間が形成されるように、ストッパ部１５が設けられている。このため、第１の弾性体１１が半径方向内側に向かって凸状となるように変形するときに、当接部１３ｂの先端部がストッパ部１５に引っかからない。従って、当接部１３ｂが半径方向内側に向かって凸状となるように変形することがより効果的に抑制される。その結果、より高い耐久性が実現されている。
【００４６】
また、より高い耐久性を実現する観点からは、本実施形態のように、固定部１３ａの上に圧電素子１４を取り付けず、当接部１３ｂの上に圧電素子１４を取り付けることが好ましい。
【００４７】
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。なお、下記の説明において、上記第１の実施形態と実質に共通の機能を有する部材に共通の符号を附し、説明を省略する。
【００４８】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、第１の弾性体１１がタイヤ１０の一部により構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。第１の弾性体１１は、タイヤ１０とは別個の部材により構成されていてもよい。本実施形態では、図９を参照しつつ、第１の弾性体１１がタイヤ１０とは別個の部材により構成されている例について説明する。
【００４９】
図９に示すように、第２の実施形態に係る圧電発電装置１ａにおいて、第１の弾性体１１は、タイヤ１０とは別個の弾性板により構成されている。具体的には、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とは、金属板などの一枚の弾性板により構成されている。本実施形態の圧電発電装置１ａは、第１の弾性体１１がタイヤ１０の内部に貼付されて使用される。
【００５０】
本実施形態では、第２の弾性体１３は、圧電素子１４が取り付けられている平板状の当接部１３ｂと、当接部１３ｂと第１の弾性体１１とを接続しており、上方に向かって凸状の湾曲部１３ｄとを備えている。この湾曲部１３ｄの先端部が、第１の弾性体１１に対して固定されている固定部１３ａを構成している。
【００５１】
このように、本実施形態では、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とが一枚の弾性板により構成されているため、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との間の接続部の強度を高めることができる。従って、さらに高い耐久性を実現することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、当接部１３ｂと第１の弾性体１１との間に湾曲部１３ｄが設けられている。このため、圧電発電装置１ａに応力が加わって第１及び第２の弾性体１１，１３が変形した際に、第１の弾性体１１と当接部１３ｂとの間の接続部に加わる応力が湾曲部１３ｄの変形により緩和される。従って、第１の弾性体１１と当接部１３ｂとの間の接続部が破損することを効果的に抑制することができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
上記第２の実施形態では、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とが一体に形成さ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１０及び図１１に示すように、第１の弾性体１１と、第２の弾性体１３とを別個の弾性板により構成してもよい。その場合は、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とを、例えば、図１１に示す接着テープ１７により接合することができる。
【００５４】
もっとも、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３との接合方法は、これに限定されない。例えば、接着剤、ビスやボルト、ねじなどの締結部材、リベットを用いて第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とを接合してもよい。また、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とのそれぞれが金属板である場合は、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とを溶接により接合してもよい。
【００５５】
（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態に係る圧電発電装置の模式的平面図であり、図１３は、模式的側面図である。
【００５６】
図１２及び図１３に示すように、第１の弾性体１１と第２の弾性体１３とストッパ部１５とが、一枚の矩形状の弾性板が折り曲げられることにより一体に形成されている。このため、本実施形態に係る圧電発電装置は、製造が容易であり、かつ、高い耐久性を有している。
【００５７】
なお、図１２及び図１３では、第２の弾性体１３が平板状であるときに第２の弾性体１３とストッパ部１５とが接しているが、上記第１の実施形態と同様に、第２の弾性体１３が平板状であるときに第２の弾性体１３とストッパ部１５との間に隙間が形成されるようにしてもよい。
【００５８】
（第５の実施形態）
上記第１の実施形態では、ストッパ部１５が固定部１３ａを介して第１の弾性体１１に固定されている例について説明した。しかしながら、ストッパ部１５は、第１の弾性体１１に直接取り付けられていてもよい。また、図１４及び図１５に示すように、第１の弾性体１１に一体に形成されていてもよい。図１４及び図１５に示す例では、具体的には、第１の弾性体１１がタイヤ１０の一部により構成されていると共に、ストッパ部１５は、タイヤ１０の内側に形成された突起部により構成されている。
【００５９】
（第６の実施形態）
上記第５の実施形態では、ストッパ部１５が突起部により構成されている場合について説明した。但し、ストッパ部１５は、突起部でなくてもよい。例えば、図１６及び図１７に示すように、タイヤ１０に凹部１０ａが形成されることにより、ストッパ部１５が設けられていていてもよい。
【００６０】
なお、上記第１〜第６の実施形態では、ストッパ部１５が第２の弾性体１３の先端部のＲ２側に設けられている例について説明した。但し、ストッパ部１５の位置は、第１の弾性体１１が変形したときに当接部１３ｂが第１の弾性体１１に対してスリップすることを抑制できる位置である限りにおいて特に限定されない。
【００６１】
（第７の実施形態）
上記第１〜第６の実施形態では、スリップ抑制機構がストッパ部により構成されている例について説明した。但し、本発明において、スリップ抑制機構は、ストッパ部に限定されない。本実施形態では、スリップ抑制機構が、粗面により構成されている例について説明する。
【００６２】
図１８に示すように、本実施形態では、タイヤ１０の第１の弾性体１１を構成する部分に突起部１１ｂが形成されている。そして、第２の弾性体１３と当接している突起部１１ｂの頂部の表面１１ｂ１が粗面に形成されている。また、突起部１１ｂの頂部と当接する第２の弾性体１３の表面部分１３ｆも粗面に形成されている。これらの粗面に形成されている表面１１ｂ１と表面部分１３ｆによってスリップ抑制機構１８が構成されている。そして、このスリップ抑制機構１８によって第１の弾性体１１が変形したときに第２の弾性体１３の当接部１３ｂが第１の弾性体１１に対してスリップすることが抑制される。従って、本実施形態においても、高い発電効率が実現される。また、第１の弾性体１１が凸状に変形した場合であっても第２の弾性体１３及びそれに取り付けられている圧電素子１４が凸状に変形しないため、高い耐久性が実現される。なお、表面１１ｂ１の粗さは、第１の弾性体１１の変形によって、第２の弾性体１３に与えられる力の第一の方向成分（第１弾性体１１と第２弾性体１３の接触面平行な成分/接触面をずれさせる力）よりも、第１弾性体１１と第２弾性体１３の接触面に発生する最大静摩擦力が大きくなる粗さであることが好ましい。
【００６３】
ここで、「粗面」とは、第１の弾性体１１が変形したときに当接部１３ｂが第１の弾性体１１に対してスリップすることを抑制できる程度に、それ以外の部分よりも表面粗さが粗くされている面をいう。粗面の表面粗さは、一例としてＪＩＳ  Ｒ  ６０１０  及び  Ｒ  ６２５２で規定される粒度で１０００番以下に相当する表面粗さであることが好ましく、さらに、１８０番以下に相当する表面粗さであることが好ましい。また、ここでは、スリップを第１の弾性体と第２の弾性体との間に作用する当接面に平行な力が、第１の弾性体と第２の弾性体と間に作用する最大静摩擦力を超えた状態とする。
【００６４】
なお、第７の実施形態では、当接部１３ｂの第１の弾性体１１側の表面と、第１の弾性体１１の当接部１３ｂと当接している表面との両方が粗面に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、当接部１３ｂの第１の弾性体１１側の表面と、第１の弾性体１１の当接部１３ｂと当接している表面とのうちの一方のみが粗面に形成されており、その粗面によりスリップ抑制機構１８が構成されていてもよい。さらにはスリップ抑制機構のさらに別の実施形態として、図示しないが、第１の弾性体と第２の弾性体との少なくとの１つの当接面にゴム膜、樹脂膜を設けることも好ましい。このとき、ゴム膜、樹脂膜の表面に波状模様の溝を形成することも好ましい。また、第１の方向は回転方向だけでなく、例えば第１の弾性体がＩＣカード等の長方形形状であれば長方形の面内の直線方向、好ましくは長方形形状の長辺と平行な直線方向を含む。
【００６５】
（実験例）
以下に示す、スリップ抑制機構を設けることの効果を確認する実験を行った。
【００６６】
まず、図１９に示す発電素子１２（容量：７．３ｎＦ）を作成した。具体的には、まず、ＰＺＴからなる厚み０．２ｍｍの圧電体がＮｉＣｒ／ＮｉＣｕ／Ａｇからなる厚み０．１５／０．１５／０．３０μｍの一対の電極で挟持された圧電素子１４を作成した。圧電素子１４の寸法は、長さ２０ｍｍ、幅５ｍｍとした。そして、この圧電素子１４を、４２Ｎｉからなる厚み０．２ｍｍ、長さ２４ｍｍ、幅６ｍｍの第２の弾性体１３に貼付することにより発電素子１２を完成させた。
【００６７】
第１の実験例では、発電素子１２の一方側の端部を、４２Ｎｉからなるストッパ部１５が取り付けられたタイヤ１０に、第２の弾性体１３の先端部がストッパ部１５に当接するように取り付けた。なお、ストッパ部１５の寸法は、厚み０．５ｍｍ、長さ１ｍｍ、幅６ｍｍとした。タイヤ１０の直径は、３２０ｍｍとした。
【００６８】
そして、自動車の走行速度を１５ｋｍ／時間としたときに発電素子において発生され電圧を測定した。結果を図２２に示す。
【００６９】
第２の実験例では、ストッパ部１５を設けなかったこと以外は第１の実施例と同様にし、自動車の走行速度を１５ｋｍ／時間としたときに発電素子において発生された電圧を測定した。結果を図２３に示す。
【００７０】
図２３に示すように、ストッパ部１５を設けなかった第２の実験例では、約２４Ｖの起電力（５．３μジュールのエネルギー）が得られたのに対して、図２４に示すように、ストッパ部１５を設けた第１の実験例では、約４５Ｖ（１８．３μジュールのエネルギー）の起電力が得られた。具体的には、ストッパ部１５を設けないときの約２倍の起電力が得られ、約３倍のエネルギーが発生した。この結果から、ストッパ部などのスリップ抑制機構を設けることにより、発電効率を向上できることが分かる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１ａ…圧電発電装置
１０…タイヤ
１０ａ…凹部
１１…第１の弾性体
１１ｂ…突起部
１１ｂ１…突起部１１ｂの頂部の表面
１２…発電素子
１３…第２の弾性体
１３ａ…第２の弾性体の固定部
１３ａ１…第１の固定部
１３ａ２…第２の固定部
１３ａ３…第３の固定部
１３ａ４…第４の固定部
１３ｂ…当接部
１３ｂ１…当接部１３ｂのＲ２側の端面
１３ｃ…スリット
１３ｄ…湾曲部
１３ｆ…突起部１１ｂの頂部と当接する第２の弾性体１３の表面部分
１４…圧電素子
１４ａ…圧電体
１４ｂ…第１の電極
１４ｃ…第２の電極
１５…ストッパ部
１６…端子電極
１７…接着テープ
１８…スリップ抑制機構
Ｒ…回転方向（第１の方向）
【図１】
2010119716.tif 000003
【図２】
2010119716.tif 000004
【図３】
2010119716.tif 000005
【図４】
2010119716.tif 000006
【図５】
2010119716.tif 000007
【図６】
2010119716.tif 000008
【図７】
2010119716.tif 000009
【図８】
2010119716.tif 000010
【図９】
2010119716.tif 000011
【図１０】
2010119716.tif 000012
【図１１】
2010119716.tif 000013
【図１２】
2010119716.tif 000014
【図１３】
2010119716.tif 000015
【図１４】
2010119716.tif 000016
【図１５】
2010119716.tif 000017
【図１６】
2010119716.tif 000018
【図１７】
2010119716.tif 000019
【図１８】
2010119716.tif 000020
【図１９】
2010119716.tif 000021
【図２０】
2010119716.tif 000022
【図２１】
2010119716.tif 000023
【図２２】
2010119716.tif 000024
【図２３】
2010119716.tif 000025
【図２４】
2010119716.tif 000026
【国際調査報告】
2010119716.tif 000027
2010119716.tif 000028