(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重を受けて荷重方向に対して垂直方向に弾性変形する弾性体と、
前記弾性体に設置され、長方形状に形成された複数の圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムそれぞれは、
長手方向が前記荷重方向を軸に周回する方向へ向くとともに、圧電フィルムの面が前記弾性体の膨張或いは収縮する方向へ向いて配置され、
前記長手方向に互いに離間し、
前記弾性体の膨張或いは収縮によって、引張力又は圧縮力を受け歪み発電する、
ことを特徴とする振動発電デバイス。
【請求項２】
前記圧電フィルムは前記弾性体を取り囲んで設置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動発電デバイス。
【請求項３】
前記圧電フィルムは前記弾性体に取り囲まれて配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動発電デバイス。
【請求項４】
前記弾性体はシート状の弾性シートであり、
前記圧電フィルムが前記弾性シートの表面に設置され、
前記弾性シート及び前記圧電フィルムが渦巻き状に巻回されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動発電デバイス。
【請求項５】
荷重を受けて荷重方向に対して垂直方向に弾性変形する弾性体と、
前記弾性体に設置される圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムは、前記圧電フィルムの面が前記弾性体の膨張或いは収縮する方向を向いて配置され、前記圧電フィルムの荷重方向の幅が前記弾性体の荷重方向の幅よりも短く、前記弾性体の膨張或いは収縮によって、引張力又は圧縮力を受け歪み発電する、
ことを特徴とする振動発電デバイス。
【請求項６】
前記圧電フィルムの荷重方向のそれぞれの端部が、前記弾性体の荷重方向のそれぞれの端部から離間している、
ことを特徴とする請求項５に記載の振動発電デバイス。
【請求項７】
前記弾性体の荷重方向の少なくとも一方の端部に所定重量の固有振動数変更部材が直接的或いは間接的に設置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動発電デバイス。
【請求項８】
荷重を受けて荷重方向に対して垂直方向に弾性変形する弾性体と、
前記弾性体に設置される圧電フィルムと、
前記弾性体の荷重方向の端部の少なくとも一方に直接的或いは間接的に設置され、前記端部の変形を抑制する変形抑制部材と、を備え、
前記圧電フィルムは、前記圧電フィルムの面が前記弾性体の膨張或いは収縮する方向を向いて配置され、前記弾性体の膨張或いは収縮によって、引張力又は圧縮力を受け歪み発電する、
ことを特徴とする振動発電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動発電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や工作機械等が発生させる振動エネルギーを効率よく回収する技術が望まれている。特許文献１には、容器内に板状の圧電素子と球状の衝突部材を格納し、容器に加えられた振動によって衝突部材を圧電素子に衝突させて発電する振動型発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０９９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電素子から多くの電力を得るためには、一度に発電素子の多くの面積を歪ませる必要がある。しかしながら、特許文献１に示す発電装置は、衝突部材を衝突させることによって圧電素子を歪ませているため、歪みが発電素子の一部の面積に集中する。そのため、特許文献１のような発電装置では、発電素子の多くの面積を有効利用できず、効率よく発電できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、発電効率の高い振動発電デバイス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】
本発明の第１の観点に係る振動発電デバイスは、
荷重を受けて荷重方向に対して垂直方向に弾性変形する弾性体と、
前記弾性体に設置され、長方形状に形成された複数の圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムそれぞれは、
長手方向が前記荷重方向を軸に周回する方向へ向くとともに、圧電フィルムの面が前記弾性体の膨張或いは収縮する方向へ向いて配置され、
前記長手方向に互いに離間し、
前記弾性体の膨張或いは収縮によって、引張力又は圧縮力を受け歪み発電する、
ことを特徴とする。
【０００７】
前記圧電フィルムは前記弾性体を取り囲んで設置されていてもよい。
【０００８】
前記圧電フィルムは前記弾性体に取り囲まれて配置されていてもよい。
【０００９】
前記弾性体はシート状の弾性シートであり、
前記圧電フィルムが前記弾性シートの表面に設置され、
前記弾性シート及び前記圧電フィルムが渦巻き状に巻回されていてもよい。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る振動発電デバイスは、
荷重を受けて荷重方向に対して垂直方向に弾性変形する弾性体と、
前記弾性体に設置される圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムは、前記圧電フィルムの面が前記弾性体の膨張或いは収縮する方向を向いて配置され、前記圧電フィルムの荷重方向の幅が前記弾性体の荷重方向の幅よりも短く、前記弾性体の膨張或いは収縮によって、引張力又は圧縮力を受け歪み発電する、
ことを特徴とする。
【００１２】
前記圧電フィルムの荷重方向のそれぞれの端部が、前記弾性体の荷重方向のそれぞれの端部から離間していてもよい。
【００１３】
前記弾性体の荷重方向の少なくとも一方の端部に所定重量の固有振動数変更部材が直接的或いは間接的に設置されていてもよい。
【００１４】
本発明の第３の観点に係る振動発電デバイスは、
荷重を受けて荷重方向に対して垂直方向に弾性変形する弾性体と、
前記弾性体に設置される圧電フィルムと、
前記弾性体の荷重方向の端部の少なくとも一方に直接的或いは間接的に設置され、前記端部の変形を抑制する変形抑制部材と、を備え、
前記圧電フィルムは、前記圧電フィルムの面が前記弾性体の膨張或いは収縮する方向を向いて配置され、前記弾性体の膨張或いは収縮によって、引張力又は圧縮力を受け歪み発電する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
発電効率の高い振動発電デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１の振動発電装置の斜視図である。
【図２】振動発電デバイスの設置例を示す図である。
【図３】振動発電デバイスに使用する弾性シートを説明するための図であり、（Ａ）は弾性シートの断面図、（Ｂ）弾性シートの平面図である。
【図４】実施形態１の振動発電デバイスを説明するための図であり、（Ａ）は振動発電デバイスの斜視図、（Ｂ）は振動発電デバイスの側面図である。
【図５】実施形態１の振動発電デバイスが弾性変形する様子を説明するための図であり、（Ａ）は圧縮荷重を負荷したときの振動発電デバイスを示す図、（Ｂ）は荷重を除去したときの振動発電デバイスを示す図、（Ｃ）は引張荷重を負荷したときの振動発電デバイスを示す図である。
【図６】圧電フィルムの分極特性を説明する図であり、（Ａ）は圧電フィルムが伸張したときの分極特性を示す図、（Ｂ）は圧電フィルムが収縮したときの分極特性を示す図である。
【図７】蓄電装置の構成を説明するための図である。
【図８】実施形態１の振動発電デバイスの変形例を説明するための図であり、（Ａ）は弾性シートに圧電フィルムを複数設置した様子を示す図、（Ｂ）は圧電フィルムが弾性シートの伸張を抑制する様子を示す図、（Ｃ）は圧電フィルムを複数設置した振動発電デバイスを示す図である。
【図９】実施形態１の振動発電デバイスに付加物を設置した様子を示す図であり、（Ａ）は振動発電デバイスの一方の底面に付加物として固有振動数調整部材を設置した様子を示す図、（Ｂ）は振動発電デバイスの両方の底面に固有振動数調整部材を設置した様子を示す図、（Ｃ）は付加物として設置した変形抑制部材が振動発電デバイスの底面の変形を抑制する様子を示す図である。
【図１０】振動発電デバイスの側面から荷重を負荷する様子を示す図である。
【図１１】実施形態２の振動発電装置の斜視図である。
【図１２】実施形態２の振動発電デバイスを説明するための図であり、（Ａ）は振動発電デバイスの斜視図、（Ｂ）は振動発電デバイスの側面図である。
【図１３】実施形態２の振動発電デバイスが弾性変形する様子を説明するための図であり、（Ａ）は荷重を負荷したときの振動発電デバイスを示す図、（Ｂ）は荷重を除去したときの振動発電デバイスを示す図である。
【図１４】圧電フィルムを複数設置した振動発電デバイスを示す図である。
【図１５】実施形態２の振動発電デバイスに付加物を設置した様子を示す図であり、（Ａ）は振動発電デバイスの一方の底面に付加物として固有振動数調整部材を設置した様子を示す図、（Ｂ）は振動発電デバイスの両方の底面に固有振動数調整部材を設置した様子を示す図、（Ｃ）は付加物として設置した変形抑制部材が振動発電デバイスの底面の変形を抑制する様子を示す図である。
【図１６】実施形態２の振動発電デバイスの変形例を説明するための図であり、（Ａ）は弾性体の形状を四角柱にした図、（Ｂ）は弾性体の形状を六角柱にした図である。
【図１７】実施形態３の振動発電装置の斜視図である。
【図１８】実施形態３の振動発電デバイスを説明するための図であり、（Ａ）は振動発電デバイスの斜視図、（Ｂ）は振動発電デバイスを底面から見た図である。
【図１９】実施形態３の振動発電デバイスが弾性変形する様子を説明するための図であり、（Ａ）は荷重を負荷したときの振動発電デバイスを側面から見た図、（Ｂ）は荷重を負荷したときの振動発電デバイスを底面から見た図である。
【図２０】実施形態３の振動発電デバイスの変形例を説明するための図であり、（Ａ）は底面の形状を逆円錐状にした振動発電デバイスの断面図、（Ｂ）はその振動発電デバイスに荷重を負荷した様子を示す断面図である。
【図２１】振動発電デバイスの設置例を示す図であり、（Ａ）は防波堤に振動発電デバイスを設置した様子を示す図、（Ｂ）はエンジンまたは工作機械のマウント部に振動発電デバイスを設置した様子を示す図、（Ｃ）はサスペンションの支持部に振動発電デバイスを設置した様子を示す図である。
【図２２】実験で使用した振動発電デバイスの構成を説明するための図であり、（Ａ）はＰＶＤＦを設置した弾性シートの平面図、（Ｂ）はＰＶＤＦを設置した弾性シートの断面図、（Ｃ）は振動発電デバイスの斜視図である。
【図２３】振動試験機に振動発電デバイスをセットした様子を示す図である。
【図２４】振動試験機の振幅特性を示す図である。
【図２５】各振動発電デバイスの出力電力を比較した図である。
【図２６】各振動発電デバイスの単位振幅あたりの出力電力を比較した図である。
【図２７】各振動発電デバイスの単位振幅・単位面積あたりの出力電力を比較した図である。
【図２８】振動試験機に振動発電デバイスをセットした様子を示す図であり、（Ａ）は振動発電デバイスを縦置きにしてセットした様子を示す図、（Ｂ）は各振動発電デバイスの配置を示す図である。
【図２９】各振動発電デバイスの性能を比較した図であり、（Ａ）は各振動発電デバイスの出力電力を比較した図、（Ｂ）は各振動発電デバイスの単位振幅あたりの出力電力を比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態に係る振動発電デバイスについて、以下、蓄電装置と接続した振動発電装置を例に取り、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施形態１）
本発明の実施形態にかかる振動発電装置１００は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換し蓄電する装置である。振動発電装置１００は、図１に示すように、振動発電デバイス１１０と、蓄電装置１２０とから構成される。
【００１９】
振動発電デバイス１１０は、例えば図２に示すように、エアコンの室外機２１０と室外機２１０を支える架台２２０との間に設置され、室外機２１０から供給される振動で発電するデバイスである。
【００２０】
振動発電デバイス１１０は、図３（Ａ）に示すように、弾性シート１１１と、圧電フィルム１１２と、配線１１３ａと、配線１１３ｂとから構成される。振動発電デバイス１１０は、図３（Ｂ）に示すように、表面に圧電フィルム１１２が設置された弾性シート１１１が、図４（Ａ）に示すように、渦巻状に巻回された略円柱形状の構造体である。なお、以下の説明では、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、振動発電デバイス１１０の側面を周回する方向を「巻回し方向」、円柱状の振動発電デバイス１１０の中心軸方向を「軸方向」、中心軸から側面に向かう方向を「半径方向」、軸方向の両方の端部をそれぞれ「底面」と呼ぶ。
【００２１】
弾性シート１１１は、弾性素材から構成される長方形をしたシート状の弾性体である。ここで弾性素材とは、荷重を加えると例えば図５（Ａ）に示すように変形するが、荷重を取り除くと例えば図５（Ｂ）に示すように元の形状に戻る性質の素材、例えば、シリコン、ゴム、スポンジ等のことをいう。なお、「荷重」には図５（Ａ）に示すような圧縮荷重のみならず、図５（Ｃ）に示すような引張荷重も含まれる。弾性シート１１１の片面には、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、圧電フィルム１１２が設置されている。弾性シート１１１は、図４（Ａ）に示すように、圧電フィルム１１２とともに渦巻状に巻回されている。
【００２２】
圧電フィルム１１２は、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride：ポリフッ化ビニリデン）などの圧電材料によって構成される圧電シートの両面に電極膜を形成したフィルム状の圧電素子から構成される。圧電フィルム１１２は長方形をしており、長手方向を巻回し方向に向けて弾性シート１１１の表面に設置されている。圧電フィルム１１２は、伸張したとき、図６（Ａ）に示すように、一方の面の電位が高くなり（例えば、図中上面が＋極、下面が−極となり）、収縮したとき、図６（Ｂ）に示すように、他方の面の電位が高くなる（例えば、図中上面が−極、下面が＋極となる）分極特性を有している。
【００２３】
圧電フィルム１１２の両面には、図３（Ａ）に示すように、それぞれ外側電極１１２ａと内側電極１１２ｂとが形成されている。外側電極１１２ａと内側電極１１２ｂには、それぞれ配線１１３ａと配線１１３ｂとが接続されている。分極によって発生した電荷は、配線１１３ａおよび配線１１３ｂを通って蓄電装置１２０に出力される。
【００２４】
蓄電装置１２０は、振動発電デバイス１１０が生成した電荷を蓄えるための装置であり、図７に示すように、整流回路１２１と、蓄電媒体１２２とから構成される。蓄電装置１２０は、複数の圧電フィルム１１２からの配線が接続可能になっている。
【００２５】
整流回路１２１は、ダイオードブリッジ回路等の整流回路から構成される。整流回路１２１は、一対の入力端子を有しており、その入力端子は、それぞれ、配線１１３ａと配線１１３ｂに接続されている。また、整流回路１２１は、正極端子、負極端子から構成される１対の出力端子を有しており、正極端子は蓄電媒体１２２の正極端子に、負極端子は蓄電媒体１２２の負極端子に接続されている。
【００２６】
蓄電媒体１２２は、大容量コンデンサや二次電池等から構成され、整流回路１２１により整流された電流を蓄える。
【００２７】
次に、このような構成を有する振動発電装置１００の発電動作について説明する。
【００２８】
振動発電デバイス１１０は、一方の底面が室外機２１０に対向し、他方の底面が架台２２０に対向して、室外機２１０と架台２２０との間に挟み込まれるように設置されている。エアコンが動作を開始すると、室外機２１０はファンの回転で振動し、足元にある振動発電デバイス１１０に対し振動を伝達する。
【００２９】
振動は荷重の負荷と除去の繰り返しと考えられる。すなわち、室外機２１０は、振動発電デバイス１１０に対して、図５（Ａ）に示すような荷重の負荷と、図５（Ｂ）に示すような荷重の除去とを一定周期で繰り返していると考えられる。弾性シート１１１は、室外機２１０から荷重が負荷されると、両方の底面が押圧されて圧縮されるので、図５（Ａ）に示すように、荷重が負荷された方向（以下、「荷重方向」という。）と直角をなす方向に放射状に膨張する。換言すれば、弾性シート１１１は荷重方向に対して垂直方向に放射状に変形する。そうすると、圧電フィルム１１２は面が弾性シート１１１の膨張する方向を向いて設置されているので、圧電フィルム１１２の全面が弾性シート１１１の膨張により引張力を受け伸張される。このため、圧電フィルム１１２は、図６（Ａ）に示すように、長手方向（巻回し方向）に伸張し、両面に大きな電荷を発生させる。
【００３０】
圧電フィルム１１２に発生した電荷は、配線１１３ａおよび配線１１３ｂを通って図７に示す蓄電装置１２０に伝達される。蓄電装置１２０に伝達された電荷は整流回路１２１によって一定方向の電流に変換され、蓄電媒体１２２に蓄積される。
【００３１】
振動発電デバイス１１０は荷重が除去されると元の形状に戻る。そして、再び室外機２１０から荷重が負荷されると、弾性シート１１１とともに圧電フィルム１１２を伸張させて両面に電荷を発生させる。発生した電荷は、配線１１３ａ、配線１１３ｂ、及び整流回路１２１を通って蓄電媒体１２２に蓄積される。
【００３２】
本実施形態によれば、荷重の負荷によって振動発電デバイス１１０が半径方向に膨張して弾性シート１１１が巻回し方向に伸張し、弾性シート１１１に設置された圧電フィルム１１２全体を伸張させることができる。そのため、圧電フィルムの面積を有効に利用できなかった従来の振動発電デバイスと比べ、極めて効率よく発電できる。
【００３３】
また、振動発電デバイス１１０は弾性素材から構成される弾性シート１１１を備えているため、防振機能も有する。したがって、振動発電デバイス１１０は防振デバイスとしても利用可能である。例えば、自動車のエンジンやモータのマウント部等に設置することによって、エンジンやモータ等の振動によって発電するとともに、振動が自動車のフレーム等へ伝達することを抑制できる。
【００３４】
また、振動発電デバイス１１０は、長尺な弾性シート１１１が渦巻状に巻回された形態であるため、圧電フィルム１１２の設置面となる弾性シート１１１の表面積は極めて大きくなっている。そのため、１個の振動発電デバイス１１０に、より大きな面積の圧電フィルム１１２を設置することが可能となる。その結果、振動発電デバイス１１０は１個のデバイスでより多くの電力を発電することができる。
【００３５】
また、弾性シート１１１と圧電フィルム１１２とが滑ることがないよう、圧電フィルム１１２は弾性シート１１１に接着材等で接着されていることが好ましい。弾性シート１１１の引張力が効率的に圧電フィルム１１２に伝わり、圧電フィルム１１２が歪みやすくなる。
【００３６】
なお、圧電フィルム１１２の設置箇所は弾性シート１１１の片面に限られない。圧電フィルム１１２は弾性シート１１１の両面に設置されていてもよい。振動発電デバイス１１０一個あたりの圧電フィルム１１２の面積がさらに大きくなるため、１個の振動発電デバイス１１０でさらに多くの電力を発電することができる。
【００３７】
また、圧電フィルム１１２は、図８（Ａ）に示すように、巻回し方向に沿って離間して複数設置されていてもよい。１枚の長い圧電フィルム１１２が弾性シート１１１に設置されている場合、荷重の負荷による弾性シート１１１の半径方向への広がりは、例えば図８（Ｂ）に示すように、圧電フィルム１１２によって抑制され得る。しかしながら、複数の圧電フィルム１１２が離間して設置されていると、弾性シート１１１の半径方向への広がりが、図８（Ｃ）に示すように抑制されにくくなる。その結果、弾性シート１１１は荷重の負荷で大きく変形できるので、それぞれの圧電フィルム１１２の歪みも大きくなり、より効率のよい発電が可能になる。
【００３８】
また、振動発電デバイス１１０は、その一方または両方の底面に、例えば図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、平板状またはシート状をした、所定重量の固有振動数調整部材１１４を備えていてもよい。振動発電デバイス１１０が設置される振動発生源の振動数に応じて、重量が調整された固有振動数調整部材１１４が設置されることで、振動発電デバイス１１０の固有振動数と振動発生源の振動数とが近づき、振動発電デバイス１１０は振動により敏感に反応するようになる。その結果、振動発電デバイス１１０は小さな振動でも大きく変形するようになって、より効率のよい発電が可能になる。
【００３９】
また、圧電フィルム１１２の軸方向の幅ｗ２は弾性シート１１１の軸方向の幅ｗ１よりも短く、そして、圧電フィルム１１２の軸方向の両端部は弾性シート１１１の軸方向の両端部よりも離間していることが好ましい。この場合、一方の圧電フィルム１１２の端部と弾性シート１１１の端部との距離ｄ１と、他方の圧電フィルム１１２の端部と弾性シート１１１の端部との距離ｄ２が実質的に等しいことが好ましい。弾性シート１１１は巻回されて略円柱形状であり、一般に、円柱状の弾性体の両底面から押圧力が加わった際、図９（Ｃ）に示すように、両底面の中心付近の変形が最大となる。上記の如く圧電フィルム１１２が配置されていれば、弾性シート１１１の最も変形量の大きい箇所に圧電フィルム１１２が位置するので、圧電フィルム１１２の歪みが大きく、より効率的な発電が可能になる。
【００４０】
また、振動発電デバイス１１０は、一方の底面或いは両方の底面に、底面の変形を抑制する変形抑制部材１１５を備えていてもよい。振動発電デバイス１１０底面の変形が抑制されると、弾性シート１１１は両底面の中心付近が変形しやすい。変形抑制部材１１５は、それ自体が変形しないよう、また、振動供給源から弾性シート１１１への振動伝達を損なわないよう金属や硬質プラスチック等、硬質の素材から構成されていることが好ましい。また、変形抑制部材１１５は弾性シート１１１の底面に接着材等、種々の接着手段で接着されていることが好ましい。なお、変形抑制部材１１５は、上述の固有振動数調整部材１１４と同一部材であり、振動数調整及び変形抑制の二つの機能を一つの部材が果たす形態であってもよい。
【００４１】
また、振動発電デバイス１１０への荷重が加えられる方向は軸方向に限られない。例えば、図１０に示すように、振動発電デバイス１１０の側面から荷重が負荷されてもよい。このように用いても、弾性シート１１１の変形で圧電フィルム１１２が歪み、発電が可能である。
【００４２】
（実施形態２）
弾性体の形状は渦巻状に限られず、例えば図１１に示すような柱体であってもよい。以下、弾性体に柱体を使用した振動発電装置１００について説明する。
【００４３】
振動発電装置１００は、振動発電デバイス１１０と、蓄電装置１２０とから構成される。振動発電デバイス１１０は、図１２に示すように、圧電フィルム１１２と、配線１１３ａと、配線１１３ｂと、柱体１１６とから構成される。
【００４４】
柱体１１６は、弾性素材から構成される弾性体である。柱体１１６は軸方向に端部となる２つの底面を有している。柱体１１６の側面には、柱体１１６を取り囲むように、周方向に沿って圧電フィルム１１２が設置されている。なお、圧電フィルム１１２の軸方向の幅は柱体１１６の軸方向の幅よりも短く、そして、圧電フィルム１１２の軸方向の両端部は柱体１１６の軸方向の両端部よりも離間していることが好ましい。この場合、一方の圧電フィルム１１２の端部と柱体１１６の端部との距離と、他方の圧電フィルム１１２の端部と弾性シート１１１の端部との距離の差が実質的に等しいことが好ましい。
【００４５】
なお、圧電フィルム１１２、配線１１３ａ、配線１１３ｂ、及び蓄電装置１２０の構成については実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４６】
次に、このような構成を有する振動発電装置１００の発電動作について説明する。
振動発電デバイス１１０は、実施形態１と同様に、エアコンの室外機２１０と架台２２０との間に設置されている。エアコンが動作を開始すると、室外機２１０はファンを回転させて柱体１１６に荷重を負荷する。柱体１１６は荷重が負荷されると、図１３（Ａ）に示すように、半径方向に広がる。そうすると、圧電フィルム１１２は引張力を受けて伸張し両面に大きな電荷を発生させる。圧電フィルム１１２に発生した電荷は、配線１１３ａおよび配線１１３ｂを通って蓄電装置１２０に伝達される。蓄電装置１２０に伝達された電荷は整流回路１２１によって一定方向の電流に変換され、蓄電媒体１２２に蓄積される。
【００４７】
本実施形態によれば、振動発電デバイス１１０の全面を歪ませることができるため、従来の振動発電デバイスと比べ、効率よく発電できる。
【００４８】
なお、圧電フィルム１１２は、図１４に示すように、周方向に沿って離間して複数設置されていてもよい。振動発電デバイス１１０は、その一方または両方の底面に、例えば図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、振動発電デバイス１１０の固有振動数を調整する固有振動数調整部材１１４を備えていてもよい。また、振動発電デバイス１１０は、一方の底面或いは両方の底面に、例えば図１５（Ｃ）に示すように、底面の変形を抑制する変形抑制部材１１５を備えていてもよい。なお、変形抑制部材１１５は、固有振動数調整部材１１４と同一部材であり、振動数調整及び変形抑制の二つの機能を一つの部材が果たす形態であってもよい。
【００４９】
また、柱体１１６の形状は円柱に限られず、例えば、角柱（例えば、図１６（Ａ）や（Ｂ）に示すような四角柱や六角柱）であってもよいし、底面が楕円の楕円柱であってもよい。
【００５０】
（実施形態３）
実施形態１や２では、弾性体の膨張による表面の伸張を利用して圧電フィルム１１２を歪ませたが、弾性体の膨張による表面の収縮を利用して圧電フィルム１１２を歪ませることも可能である。以下、弾性体表面の収縮を利用して圧電フィルム１１２を歪ませる振動発電装置１００について説明する。
【００５１】
振動発電装置１００は、図１７に示すように、振動発電デバイス１１０と、蓄電装置１２０とから構成される。振動発電デバイス１１０は、筒状体１１７と、２枚の圧電フィルム１１２と、配線１１３ａと、配線１１３ｂとから構成される。
【００５２】
筒状体１１７は、弾性素材から構成される弾性体である。筒状体１１７は、図１８（Ａ）に示すように、軸方向に端部となる２つの底面を有し、筒内部に内面を有する円筒体である。筒状体１１７の外側面には、図１８（Ｂ）に示すように、円周方向に沿って圧電フィルム１１２が設置されている。また、筒状体１１７の内面には、圧電フィルム１１２が筒状体１１７に取り囲まれるように、円周方向に沿って圧電フィルム１１２が設置されている。なお、圧電フィルム１１２の軸方向の幅は筒状体１１７の軸方向の幅よりも短く、そして、圧電フィルム１１２の軸方向の両端部が、筒状体１１７の軸方向の両端部よりも離間していることが好ましい。この場合、一方の圧電フィルム１１２の端部と筒状体１１７の端部との距離と、他方の圧電フィルム１１２の端部と弾性シート１１１の端部との距離の差が実質的に等しいことが好ましい。
【００５３】
なお、圧電フィルム１１２、配線１１３ａ、配線１１３ｂ、及び蓄電装置１２０の構成については実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
次に、このような構成を有する振動発電装置１００の発電動作について説明する。
振動発電デバイス１１０は、実施形態１と同様に、エアコンの室外機２１０と架台２２０との間に設置されている。エアコンが動作すると、室外機２１０はファンを回転させて筒状体１１７に荷重を負荷する。筒状体１１７は荷重が負荷されると、図１９（Ａ）に示すように、荷重方向と垂直をなす半径方向に広がる。そうすると、筒状体１１７の外表面は伸張し、それによって圧電フィルム１１２は引張力を受けて伸張し、両面に大きな電荷を発生させる。一方、筒状体１１７は荷重が負荷されると、図１９（Ｂ）に示すように、半径方向に中心軸に向かって膨張する。そうすると、筒状体１１７の内面は収縮し、それによって圧電フィルム１１２は圧縮力を受けて長手方向（巻回し方向）に収縮し、両面に大きな電荷を発生させる。圧電フィルム１１２に発生した電荷は、配線１１３ａおよび配線１１３ｂを通って蓄電装置１２０に伝達される。蓄電装置１２０に伝達された電荷は整流回路１２１によって一定方向の電流に変換され、蓄電媒体１２２に蓄積される。
【００５５】
本実施形態によれば、筒状体１１７の外側面の伸張のみならず、内面の変形をも利用して発電することができる。そのため、従来の振動発電デバイスと比べ、効率よく発電できる。
【００５６】
なお、筒状体１１７は、例えば図２０（Ａ）に示すように、内面の軸方向の幅が外側面の軸方向の幅より短くなるように、底面の一方または両方が中心軸に向かって傾斜した逆円錐状をしていてもよい。先端が三角錐の硬質素材の加圧体２３０を使って、例えば図２０（Ｂ）に示すように、筒状体１１７に軸方向に荷重を負荷する。このとき、加圧体２３０の表面と底面との摩擦係数が低くなるように、例えば、底面に潤滑油等を塗っておいてもよい。これにより、底面が三角錐の表面に沿って半径方向に滑り、その結果、内面が半径方向に移動して伸張する。その結果、外側面に設置した圧電フィルム１１２のみならず内面に設置した圧電フィルム１１２をも伸張させることができる。
【００５７】
また、圧電フィルム１１２は、実施形態１や２と同様に、周方向に沿って離間して複数設置されていてもよい。振動発電デバイス１１０は、その一方または両方の底面に振動発電デバイス１１０の固有振動数を調整する所定重量の固有振動数調整部材１１４を備えていてもよい。また、振動発電デバイス１１０は、一方の底面或いは両方の底面に底面の変形を抑制する変形抑制部材１１５を備えていてもよい。変形抑制部材１１５は、固有振動数調整部材１１４と同一部材であり、振動数調整及び変形抑制の二つの機能を一つの部材が果たす形態であってもよい。また、筒状体１１７の形状は円筒に限られず、例えば、角筒（例えば、四角筒や六角筒等）や楕円筒であってもよい。
【００５８】
なお、各実施形態の振動発電デバイス１１０の設置場所はエアコン室外機の足元に限られない。例えば、図２１（Ａ）に示すように、防波堤の側面に設置し、波による振動を電気エネルギーに変換してもよい。また、各実施形態の振動発電デバイス１１０は防振機能も有しているため、例えば図２１（Ｂ）に示すように、エンジンや工作機械のマウント部等に設置して防振するとともに、エンジンや工作機械の振動を電気エネルギーに変換してもよい。また、図２１（Ｃ）に示すように、サスペンションの支持部に設置し、サスペンションの振動を電気エネルギーに変換してもよい。
【００５９】
また、各実施形態の軸方向の端部の形状は平面に限られない。設置箇所の形状、例えば、エンジン、工作機械、サスペンション等の設置箇所の形状に合わせ、例えば実施形態３の図２０に示すように、種々の形状に変形することが可能である。
【００６０】
また、圧電フィルム１１２を構成する圧電材料はＰＶＤＦに限られず、例えば、非常に薄いＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛等の薄膜化された圧電材料であってもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態では、弾性体に圧縮荷重を加えて弾性体を荷重方向に対して垂直方向に膨張させることによって、弾性体の表面を伸縮し、圧電フィルム１１２を歪ませたが、弾性体に引張荷重を加えて弾性体を荷重方向に対して収縮させることによって弾性体の表面を伸縮し、圧電フィルム１１２を歪ませてもよい。また、弾性体の内部に密閉空間を備え、その密閉空間に空気や水を送り込むことによって弾性体を膨張させて圧電フィルム１１２を歪ませてもよい。
【実施例１】
【００６２】
振動発電デバイスを振動試験機で振動させて発電量を検証した。
【００６３】
圧電フィルムのサイズが異なる６つの振動発電デバイス（サンプル１〜６）を作成した。各サンプルの圧電フィルムのサイズは表１の通りである。なお、弾性シートは弾性素材として天然スポンジゴムを使用した。サイズは図２２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、長さ１０００ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ５ｍｍである。また、弾性シートを巻回したときの振動発電デバイスの直径は図２２（Ｃ）に示すように８０ｍｍである。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
まず、振動試験機の振動特性を調べるため、これら６つの振動発電デバイスを、図２３に示すように振動試験機にセットし、振動試験機の台座を上下に振動させた。そして、レーザー変位計で台座の振幅を測定した。図２４は、台座の振幅と振動の周波数との関係を示すグラフである。振動の周波数が上昇するにつれて、台座の振幅が小さくなっていることが分かる。
【００６６】
次に、６つの振動発電デバイスの発電量を計測した。図２５は、６つの振動発電デバイスの発電量をグラフにしたものである。また、図２６は、台座の移動距離１ｍｍ（以下、「単位振幅」という。）あたりの振動発電デバイスの発電量をグラフにしたものである。また、図２７は、単位振幅（１ｍｍ）・単位ＰＶＤＦ面積（１ｍ２）あたりの振動発電デバイスの発電量をグラフにしたものである。
【００６７】
いずれのグラフもサンプル５の振動発電デバイスが最も高い発電量を示すことが分かった。このことから、条件に応じて適切な圧電フィルムのサイズがあることが分かった。
【実施例２】
【００６８】
振動発電デバイスを、図２８（Ａ）に示すように、縦置きにし、振動試験機にセットした。そして振動試験機の台座を振動させて発電量を比較した。使用した振動発電デバイスは実施例１に示すサンプル２〜５の４つである。なお、実験に際して、図２９（Ｂ）に示すように、４つのサンプルを一度に振動試験機にセットした。
【００６９】
図２９（Ａ）は、これら４つの振動発電デバイスの発電量をグラフにしたものである。また、図２９（Ｂ）は、単位振幅あたりの発電量をグラフにしたものである。
【００７０】
振動発電デバイスを縦置きにしても発電できることが分かった。また、縦置きにした場合、実施例１のように横置きにした場合よりも高い発電量を示すことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
振動発電デバイスは弾性素材から構成されているため、エンジン、工作機械、モータ等、振動を発生させるさまざまな構造物の防振材として利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１００              振動発電装置
１１０              振動発電デバイス
１１１              弾性シート
１１２              圧電フィルム
１１２ａ            外側電極
１１２ｂ            内側電極
１１３ａ、１１３ｂ  配線
１１４              固有振動数調整部材
１１５              変形抑制部材
１１６              柱体
１１７              筒状体
１２０              蓄電装置
１２１              整流回路
１２２              蓄電媒体
２１０              室外機
２２０              架台
２３０              加圧体
【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２２】
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【図２３】
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【図２８】
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【図２１】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２９】
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