(57)【要約】外部から加えられた力を電気に変換する発電ユニット１Ａであって、圧電素子２２、２３と、重合状に配置された複数の圧電素子２２、２３の相互間に設けられ、又は圧電素子２２、２３を押圧する押圧面と当該圧電素子２２、２３との相互間に設けられるもので、圧電素子２２、２３の変形スペースを形成すると共に、圧電素子に対して変形力を伝達する中心スペーサ２４及び周辺スペーサ２５を備える。例えば、圧電素子２２、２３は、可撓性を有する振動板２１の両面の各々に固定され、圧電素子２２、２３に柱状に形成された中心スペーサ２４を配置し、振動板２１に円環状に形成された周辺スペーサ２５を配置する。
2009063610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から加えられた力を電気に変換する発電ユニットであって、
圧電素子と、
重合状に配置された複数の前記圧電素子の相互間に設けられ、又は前記圧電素子を押圧する押圧面と当該圧電素子との相互間に設けられるもので、前記圧電素子の変形スペースを形成すると共に、前記圧電素子に対して変形力を伝達するスペーサと、
を備えることを特徴とする発電ユニット。
【請求項２】
複数の発電モジュールと、これら複数の発電モジュールを支持する支持手段とを備え、
前記発電モジュールは、可撓性を有する振動板と、当該振動板の両面の各々に固定された前記圧電素子と、前記振動板の一方の面に固定された前記圧電素子に対して固定されたものであって当該圧電素子の中央近傍に配置された前記スペーサとしての中心スペーサとを有し、
複数の前記発電モジュールの各々を、当該発電モジュールの前記中心スペーサと、当該発電モジュールに隣接する少なくとも一方の発電モジュールの前記中心スペーサとが、同一軸上で相互に接触するように、当該複数の発電モジュールを積層したこと、
を特徴とする請求項１に記載の発電ユニット。
【請求項３】
前記発電モジュールは、前記振動板の他方の面における前記圧電素子の外周側に固定されたものであって当該圧電素子よりも外側に突出する前記スペーサとしての周辺スペーサを有し、
複数の前記発電モジュールの各々を、当該発電モジュールの前記周辺スペーサと、当該発電モジュールに隣接する少なくとも一方の発電モジュールの前記周辺スペーサとが、相互に接触するように、当該複数の発電モジュールを積層したこと、
を特徴とする請求項２に記載の発電ユニット。
【請求項４】
複数の発電モジュールを備え、
前記発電モジュールは、前記複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の各々の一方の面に固定されたものであって当該圧電素子の中央近傍に配置された前記スペーサとしての中心スペーサと、前記複数の圧電素子の各々の他方の面における外周側に固定された前記スペーサとしての周辺スペーサを有すること、
を特徴とする請求項１に記載の発電ユニット。
【請求項５】
複数の発電モジュールを備え、
前記発電モジュールは、相互に直接的に重合された又は弾性層を介して重合された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の中で一方の最外側に配置された圧電素子の外面における中央近傍に配置された前記スペーサとしての中心スペーサと、前記複数の圧電素子の中で他方の最外側に配置された圧電素子の外面における外周側に固定された前記スペーサとしての周辺スペーサを有すること、
を特徴とする請求項１に記載の発電ユニット。
【請求項６】
前記周辺スペーサは、前記圧電素子の円周方向に沿って形成された環状体であること、
を特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項７】
前記周辺スペーサは、前記圧電素子の円周方向に沿った複数位置に配置された柱状体であること、
を特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項８】
可撓性を有する板状体であって、前記押圧面を形成する振動板を備え、
前記振動板の少なくとも一方の面に、当該振動板に沿って前記圧電素子を複数並設し、これら複数の圧電素子と前記振動板との間に、前記スペーサを配置したこと、
を特徴とする請求項１に記載の発電ユニット。
【請求項９】
前記振動板における前記圧電素子の外周側の側部に、当該振動板の主面方向に対して非平行になる屈曲部を設けたこと、
を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項１０】
自転車ペダル、送信器、又は靴における操作面を介して、前記発電モジュールを押圧可能としたこと、
を特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から加えられた力を電気に変換して取り出すことができる発電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を用いた発電構造としては、例えば、圧電素子に直接外力を加えることで当該圧電素子を変形させて起電力を得るものや（例えば、特許文献１参照）、風力等の力を間接的に圧電素子に加えることで当該圧電素子を変形させて起電力を得るもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。【０００３】
【特許文献１】特開平７−４９３８８号公報
【特許文献２】特開平１１−３０３７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、１枚の圧電素子にて得られる発電量は小さいため、所要の電力を得るためには多数の圧電素子を用いる必要がある。このような場合、例えば多数の圧電素子を単に同一平面上に並設したのでは、圧電素子の各々に外力を分散して加える必要があるため、外力を効率的に各圧電素子に加えることが困難である。【０００５】
一方で、多数の圧電素子を単に重合状に配置した場合には、最外側の圧電素子はある程度変形可能であるが、それ以外の内側の圧電素子の変形は他の圧電素子が障害になって変形が阻害されてしまい、発電効率が低下する可能性がある。そこで、このように多数の圧電素子を重合状に配置する場合において、各圧電素子を自由に変形させるためには、各圧電素子を個別的に支持するような支持手段を設けることも考えられるが、この場合には圧電素子の数の増加に伴って支持手段の構造が煩雑になり、支持手段の重量が増加したり製造コストが増大するために好ましくない。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外力を分散させることなく各圧電素子に高効率で伝達可能として発電効率を高めることができ、あるいは多数の圧電素子を簡易に支持することができる、発電ユニット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】
【０００７】
このような課題を解決するため、請求項１に記載の発電ユニットは、外部から加えられた力を電気に変換する発電ユニットであって、圧電素子と、重合状に配置された複数の前記圧電素子の相互間に設けられ、又は前記圧電素子を押圧する押圧面と当該圧電素子との相互間に設けられるもので、前記圧電素子の変形スペースを形成すると共に、前記圧電素子に対して変形力を伝達するスペーサとを備えることを特徴とする。【０００８】
また、請求項２に記載の発電ユニットは、請求項１に記載の発電ユニットにおいて、複数の発電モジュールと、これら複数の発電モジュールを支持する支持手段とを備え、前記発電モジュールは、可撓性を有する振動板と、当該振動板の両面の各々に固定された前記圧電素子と、前記振動板の一方の面に固定された前記圧電素子に対して固定されたものであって当該圧電素子の中央近傍に配置された前記スペーサとしての中心スペーサとを有し、複数の前記発電モジュールの各々を、当該発電モジュールの前記中心スペーサと、当該発電モジュールに隣接する少なくとも一方の発電モジュールの前記中心スペーサとが、同一軸上で相互に接触するように、当該複数の発電モジュールを積層したことを特徴とする。【０００９】
また、請求項３に記載の発電ユニットは、請求項２に記載の発電ユニットにおいて、前記発電モジュールは、前記振動板の他方の面における前記圧電素子の外周側に固定されたものであって当該圧電素子よりも外側に突出する前記スペーサとしての周辺スペーサを有し、複数の前記発電モジュールの各々を、当該発電モジュールの前記周辺スペーサと、当該発電モジュールに隣接する少なくとも一方の発電モジュールの前記周辺スペーサとが、相互に接触するように、当該複数の発電モジュールを積層したことを特徴とする。【００１０】
また、請求項４に記載の発電ユニットは、請求項１に記載の発電ユニットにおいて、複数の発電モジュールを備え、前記発電モジュールは、前記複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の各々の一方の面に固定されたものであって当該圧電素子の中央近傍に配置された前記スペーサとしての中心スペーサと、前記複数の圧電素子の各々の他方の面における外周側に固定された前記スペーサとしての周辺スペーサを有することを特徴とする。【００１１】
また、請求項５に記載の発電ユニットは、請求項１に記載の発電ユニットにおいて、複数の発電モジュールを備え、前記発電モジュールは、相互に直接的に重合された又は弾性層を介して重合された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の中で一方の最外側に配置された圧電素子の外面における中央近傍に配置された前記スペーサとしての中心スペーサと、前記複数の圧電素子の中で他方の最外側に配置された圧電素子の外面における外周側に固定された前記スペーサとしての周辺スペーサを有することを特徴とする。【００１２】
また、請求項６に記載の発電ユニットは、請求項３から５のいずれか一項に記載の発電ユニットにおいて、前記周辺スペーサは、前記圧電素子の円周方向に沿って形成された環状体であることを特徴とする。【００１３】
また、請求項７に記載の発電ユニットは、請求項３から５のいずれか一項に記載の発電ユニットにおいて、前記周辺スペーサは、前記圧電素子の円周方向に沿った複数位置に配置された柱状体であることを特徴とする。【００１４】
また、請求項８に記載の発電ユニットは、請求項１に記載の発電ユニットにおいて、可撓性を有する板状体であって、前記押圧面を形成する振動板を備え、前記振動板の少なくとも一方の面に、当該振動板に沿って前記圧電素子を複数並設し、これら複数の圧電素子と前記振動板との間に、前記スペーサを配置したことを特徴とする。【００１５】
請求項９に記載の発電ユニットは、請求項１から８のいずれか一項に記載の発電ユニットにおいて、前記振動板における前記圧電素子の外周側の側部に、当該振動板の主面方向に対して非平行になる屈曲部を設けたことを特徴とする。【００１６】
請求項１０に記載の発電ユニットは、請求項２から５のいずれか一項に記載の発電ユニットにおいて、自転車ペダル、送信器、又は靴における操作面を介して、前記発電モジュールを押圧可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の本発明によれば、スペーサを介して圧電素子を変形させることができるので、発電モジュールの積層方向に加圧力を作用させると、当該加圧力はモジュール支持体に分散することなく、中心スペーサを介して全ての振動板に直列に伝わり、当該加圧力を各振動板の湾曲に有効に作用させることができる。【００１８】
請求項２に記載の本発明によれば、中心スペーサを作用点として圧電素子を変形させることができるので、発電モジュールの積層方向に加圧力を作用させると、当該加圧力はモジュール支持体に分散することなく、中心スペーサを介して全ての振動板に直列に伝わり、当該加圧力を各振動板の湾曲に有効に作用させることができる。また、圧電素子には、当圧電素子の中心において中心スペーサから力が加えられると共に、振動板との固着面の全面において当該振動板の湾曲による応力が加えられるので、大きな発電量を得ることができる。また、モジュール支持体は、積層された複数の発電モジュールを保持する必要はなく、発電モジュールが積層方向に確実に動作できるように、各発電モジュールをガイドすることができればよい。従って、モジュール支持体の構造を簡易にすることができるので、製造コストを低減することができ、且つ、重量を軽減することができる。【００１９】
また、請求項３に記載の本発明によれば、発電モジュールの相互間において、周辺スペーサを作用点として圧電素子を変形させることができるので、発電モジュールの積層方向に加圧力を作用させると、当該加圧力はモジュール支持体に分散することなく、中心スペーサを介して全ての振動板に直列に伝わり、当該加圧力を各振動板の湾曲に有効に作用させることができる。【００２０】
また、請求項４に記載の本発明によれば、振動板を省略でき、さらに各圧電素子の相互間隔をスペーサの一つ分の厚みに抑えることができるので、さらに簡易な積層構造で、圧電素子の積層効率を一層高めることができる。【００２１】
また、請求項５に記載の本発明によれば、振動板を省略でき、さらに各圧電素子の相互間隔もほぼなくすことができるので、さらに簡易な積層構造で、圧電素子の積層効率を一層高めることができる。【００２２】
また、請求項６に記載の本発明によれば、周辺スペーサを環状体として形成したので、発電モジュールに対して積層方向に沿って外力が加えられた場合に、周辺スペーサを作用点として振動板の全体を均等に湾曲させることができる。これにより、当該振動板に固着されている圧電素子の全体に効果的に力を加えることができるので、大きな発電量を得ることができる。【００２３】
また、請求項７に記載の本発明によれば、周辺スペーサを柱状体として形成したので、発電モジュールに対して積層方向に沿って外力が加えられた場合に、周辺スペーサを作用点として振動板の全体を均等に湾曲させることができる。これにより、当該振動板に固着されている圧電素子の全体に効果的に力を加えることができるので、大きな発電量を得ることができる。【００２４】
また、請求項８に記載の本発明によれば、振動源から離れた広い範囲に振動を伝達でき、発電効率を一層高めることができる。【００２５】
また、請求項９に記載の本発明によれば、振動板に屈曲部を設けたので、振動板の剛性を低下させることで、振動板が比較的容易に変形し、圧電素子の変形を許容するので、圧電素子が変形し易くなり、発電効率が向上する。【００２６】
また、請求項１０に記載の本発明によれば、自転車ペダル、送信器、又は靴の操作面を通常の使用形態で押圧することで、発電モジュールによる発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態１に係る発電ユニットの概略の全体縦断面図である。
【図２】図１における１個のペアモジュールを示す縦断面図である。
【図３】変形状態における１個のペアモジュールを示す縦断面図である。
【図４】１個の発電モジュールを上方から見た斜視図である。
【図５】１個の発電モジュールを下方から見た斜視図である。
【図６】変形例に係る１個の発電モジュールを上方から見た斜視図である。
【図７】変形例に係る１個の発電モジュールを下方から見た斜視図である。
【図８】実施の形態２に係る１個の発電モジュールの縦断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｐ）は、変形例に係る振動板２１の縦断面形状を簡略化して示す図である。
【図１０】実施の形態３に係る発電ユニットの概略の斜視図である。
【図１１】実施の形態４に係る発電ユニットの概略の縦断面図である。
【図１２】実施の形態５に係る発電ユニットの縦断面図である。
【図１３】実施の形態６に係る発電ユニットの要部縦断面図である。
【図１４】変形状態における図１３の発電ユニットの要部縦断面図である。
【図１５】実施の形態７に係る発電ユニットの要部縦断面図である。
【図１６】変形状態における図１５の発電ユニットの要部縦断面図である。
【図１７】実施の形態８に係る発電ユニットの要部縦断面図である。
【図１８】発電ユニットの要部斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１Ａ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ  発電ユニット
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｈ  発電モジュール
３Ａ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ  モジュール支持体
４  ペアモジュール
２１、２７  振動板
２２、２３  圧電素子
２４  中心スペーサ
２５  周辺スペーサ
２６  屈曲部
２８、２９  床板
３１  ケース本体
３２  加圧ブロック
３３  ペダル軸
３４、３６、３７  ＬＥＤ
３５  押しボタン
３６  緒
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、添付図面を参照して、この発明に係る発電ユニットの各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕実施の形態の具体的内容について順次説明し、最後に、〔III〕各実施の形態の変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。【００３０】
〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る発電ユニットは、外力を電気に変換して取り出すことを目的とするものである。【００３１】
各実施の形態に係る発電ユニットの具体的な利用形態は任意であり、例えば、駅の改札通路やデパートの出入口の床面全体に発電ユニットを埋め込むと、当該発電ユニットを全ての通行者が踏みしめることになり、比較的大きな発電量を得ることができる。この場合には、発電ユニットを、蓄電池やコンデンサ等と併せて回路構成することで、電流の平滑化や蓄放電を行う構成としてもよい。その他の利用形態については各実施の形態で説明する。【００３２】
〔II〕各実施の形態の具体的内容
以下に、本発明に係る各実施の形態の具体的内容について添付図面を参照して説明する。【００３３】
〔実施の形態１〕
最初に、実施の形態１について説明する。この形態は、圧電素子の積層構造を工夫することによって発電効率等を高めた形態である。【００３４】
図１は実施の形態１に係る発電ユニットの概略の全体縦断面図、図２は図１における１個のペアモジュールを示す縦断面図、図３は変形状態における１個のペアモジュールを示す縦断面図、図４は１個の発電モジュールを上方から見た斜視図、図５は１個の発電モジュールを下方から見た斜視図である。図１に示すように、発電ユニット１Ａは、積層された複数の発電モジュール２Ａと、該複数の発電モジュール２Ａを収容するモジュール支持体３Ａとを備えている。【００３５】
（構成−発電モジュール２Ａ）
発電モジュール２Ａは、振動板２１と、一対の圧電素子２２、２３と、中心スペーサ２４と、周辺スペーサ２５とを備えている。【００３６】
振動板２１は、圧電素子２２、２３に応力を加える支持体であると共に、圧電素子の割れ強度を補強する補強材を兼ねるものであり、可撓性と耐久性を有する金属板より形成される。この振動板２１に用いる具体的な材料は任意であるが、例えば、ステンレスの薄板を用いることができる。この振動板２１の平面形状は任意であるが、外力に対して均等に変形することが好ましく、本実施の形態１においては振動板２１の平面形状を円形状としている。【００３７】
一対の圧電素子２２、２３は、圧力により変形することで電気を生じる素子であり、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニア等の圧電セラミックス、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の圧電単結晶からなる。あるいは、圧電素子２２、２３として、若しくは圧電素子２２、２３に代えて、外力（歪み、屈曲、若しくは圧縮を生じさせる力を含む）により発電が可能な任意の素材を用いることができ、例えば、イオン導電性高分子の膜（ゲル）の両面に金属（金等）をメッキしたイオン高分子金属複合材料（ＩＰＭＣ：Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）や、イオン導電性高分子ゲル膜（ＩＣＰＦ：Ｉｏｎｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｇｅｌ  Ｆｉｌｍ）、あるいは、これらＩＰＭＣやＩＣＰＦを用いた人工筋肉を使用することができる。各圧電素子２２、２３は、振動板２１よりも一周り小さい形状の薄板状に形成されており、振動板２１の両面において、当該振動板２１に対して接着剤等にて固定されている。これら圧電素子２２、２３の平面形状は任意であるが、振動板２１と相似形状とすることが好ましく、本実施の形態１においては圧電素子２２、２３の平面形状を、振動板２１より小径の円形状としている。振動板２１に対する圧電素子２２、２３の平面的な配置位置も任意であるが、振動板２１の平面中心位置における変形量が最も大きくなることから、当該平面中心位置に圧電素子２２、２３を配置することが好ましく、本実施の形態１においては振動板２１と同心となる位置に圧電素子２２、２３を配置している。なお、図示は省略するが、圧電素子２２、２３は、一方の面にプラス端子、他方の面にマイナス端子を有し、プラス端子と結線されたプラスリード線と、マイナス端子と結線されたマイナスリード線が引き出され、これらが図示しない負荷に接続されることで、当該負荷に対して電力が供給される。ただし、圧電素子と負荷との相互間に公知のブリッジ回路等の各種電気素子を配置してもよい。【００３８】
中心スペーサ２４は、発電モジュール２Ａにおける圧電素子２２、２３の変形を、当該電モジュール２Ａに隣接する他の発電モジュール２Ａにおける圧電素子２２、２３に伝達するための伝達部材であると共に、これら隣接する圧電素子２２、２３の相互間隔を一定に維持するためのものである。この中心スペーサ２４は、振動板２１に固定された一対の圧電素子２２、２３の一方（ここでは圧電素子２２）に固定されたものであって、当該圧電素子２２の中央近傍に配置され、当該圧電素子２２に対して接着剤等にて固定されている。【００３９】
周辺スペーサ２５は、相互に隣接する発電モジュール２Ａの相互間隔を一定に維持するためのものである。この周辺スペーサ２５は、振動板２１に固定された一対の圧電素子２２、２３の他方（ここでは圧電素子２３）の外周側に固定されたものであって、当該圧電素子２３よりも外側に突出するように、当該圧電素子２３より肉厚状に形成されている。この周辺スペーサ２５の具体的な形状は任意であるが、圧電素子２３を取り巻くように形成されたものであって、振動板２１と同心位置に配置された環状体として形成することができる。【００４０】
あるいは、周辺スペーサ２５は他の形状としてもよい。図６は変形例に係る１個の発電モジュールを上方から見た斜視図、図７は変形例に係る１個の発電モジュールを下方から見た斜視図である。これら図６、７に示すように、周辺スペーサ２５を、圧電素子２３を取り巻く円周方向に沿って配置された柱状体として形成してもよい。このように柱状体とする場合には、積層構造の安定性を得るため、周辺スペーサ２５を、振動板２１の平面中心位置を図心とする正三角形の各頂点に対応する３箇所に配置することが好ましく、あるいは３箇所以上に配置してもよい。【００４１】
（構成−発電モジュール２Ａの積層構造）
このように構成された発電モジュール２Ａの積層構造は以下の通りである。すなわち、図２の縦断面図に示すように、一方の発電モジュール２Ａの中心スペーサ２４と、当該発電モジュール２Ａに隣接する他方の発電モジュール２Ａの中心スペーサ２４とが、同一軸上で相互に接触するように、当該複数の発電モジュール２Ａが重合されている。このように積層された一対の発電モジュール２Ａを図２に示すようにペアモジュール４と称する。各ペアモジュール４においては、中心スペーサ２４を介して圧電素子２２、２３が連結されているため、一方の圧電素子２２が変形することで、他方の圧電素子２３が中心スペーサ２４を介して押圧されて変形する。換言すると、一方の圧電素子２２に外力を加えることで、他方の圧電素子２３にも当該外力とほぼ同等の外力を加えることができる。また、１つのペアモジュール４の内側に位置する２枚の圧電素子２２、２２の相互間隔が、中心スペーサ２４を介して一定に維持されるので、これら２枚の圧電素子２２、２２が相互に接触することを防止できる。【００４２】
また図１に示すように、各ペアモジュール４を複数積層することで発電ユニットが構成されている。具体的には、各ペアモジュール４の周辺スペーサ２５が、当該ペアモジュール４に隣接する他の周辺スペーサ２５に対して接触するように、各ペアモジュール４が積層されている。この構造では、各ペアモジュール４の圧電素子２２、２３が変形し、当該圧電素子２２、２３が固定されている振動板２１も変形するので、この振動板２１に固定されている周辺スペーサ２５が図示上下方向に移動する。この移動により、当該ペアモジュール４に隣接する他のペアモジュール４の周辺スペーサ２５が押圧されることになり、この周辺スペーサ２５が固定されている振動板２１が変形するので、当該振動板２１に固定されている圧電素子２２、２３が変形する。従って、ペアモジュール４の変形を他のペアモジュール４に伝達することができる。また、１つのペアモジュール４の外側に位置する圧電素子２３と、当該ペアモジュール４に隣接するペアモジュール４の外側に位置する圧電素子２３との相互間隔が、周辺スペーサ２５を介して一定に維持されるので、これら２枚の圧電素子２３、２３が相互に接触することを防止できる。なお、相互に対向する中心スペーサ２４や、相互に対向する周辺スペーサ２５は、相互の位置ずれが生じないように、相互に接着等してもよい。【００４３】
（発電ユニットの構成−モジュール支持体３Ａ）
図１に示すように、モジュール支持体３Ａは、発電モジュール２Ａを支持するもので、特許請求の範囲における支持手段に対応する。このモジュール支持体３Ａは、ケース本体３１と、ケース本体３１の開口を閉じる蓋を兼ねる加圧ブロック３２とを有する。ケース本体３１は中空状に形成されており、この中空部に、積層された複数の発電モジュール２Ａが配置されている。この状態において、複数の発電モジュール２Ａは、ケース本体３１と加圧ブロック３２とによって挟持されることによって安定的に支持されている。なお、支持の安定性を一層増加させる場合には、最外側に配置される発電モジュール２Ａの周辺スペーサ２５を、ケース本体３１や加圧ブロック３２の内面に接着等にて固定してもよい。なお、図示は省略するが、ケース本体３１には、プラスリード線やマイナスリード線を当該ケース本体３１の外部に引き出すために引き出し孔が形成されている。このように構成された発電ユニット１Ａにおいては、複数の発電モジュール２Ａが中心スペーサ２４及び周辺スペーサ２５を介して相互に連結されていることから、これら発電モジュール２Ａを個別的にモジュール支持体３Ａにて支持する必要がないため、モジュール支持体３Ａを簡易かつ軽量に構成できる。【００４４】
（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、ペアモジュール４の内部では中心スペーサ２４を作用点として圧電素子２２、２３を変形させることができ、ペアモジュール４の相互間では周辺スペーサ２５を作用点として圧電素子２２、２３を変形させることができるので、積層されたペアモジュール４の全てにおいて圧電素子２２、２３を変形させることができ、発電効率を高めて大きな発電量を得ることができる。また、振動板２１との固着面の全面において圧電素子２２、２３を湾曲させることで、圧電素子２２、２３の全体に力を加えることができ、発電効率を高めて大きな発電量を得ることができる。【００４５】
また、モジュール支持体３Ａは、積層された複数の発電モジュール２Ａを個別的に保持する必要はなく、発電モジュール２Ａが積層方向に確実に動作できるように、各発電モジュール２Ａをガイドすることができればよい。従って、モジュール支持体３Ａの構造を簡易にすることができるので、製造が容易になることで製造コストを低減することができ、且つ、発電ユニット１Ａの重量を軽減することができる。【００４６】
〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、振動板の形状を工夫することによって発電効率等を高めた形態である。なお、実施の形態２の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。【００４７】
図８は実施の形態２に係る１個の発電モジュールの縦断面図である。この発電モジュール２Ｂの振動板２１における圧電素子２２、２３の外周側の側部には、屈曲部２６が設けられている。この屈曲部２６は、振動板２１をプレス等にて屈曲することで形成されたもので、振動板２１を、当該振動板２１の主面方向（振動板から屈曲部を除外した部分の面方向）に対して非平行になるように（具体的には断面略Ｓ字状になるように）形成されている。【００４８】
このように屈曲部２６を設けることにより振動板２１の剛性が低下するので、圧電素子２２、２３に外力が加えられた際において、この外力が圧電素子２２、２３を介して振動板２１に伝達された場合に、振動板２１が比較的容易に変形し、圧電素子２２、２３の変形を許容するので、圧電素子２２、２３が変形し易くなり、発電効率が向上する。この屈曲部２６は、振動板２１の側部の少なくとも一部分に設けられればよいが、振動板２１の側部の全周に同一形状の屈曲部２６を連続的に形成することで、振動板２１の剛性を均一に低下させることができる点で好ましい。【００４９】
なお、屈曲部２６の形状としては、図８に示した形状以外にも種々の形状を採用することができる。図９の（ａ）〜（ｐ）には、変形例に係る振動板２１の縦断面形状を簡略化して示す。【００５０】
（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、屈曲部２６を設けることで振動板２１の剛性を低下させることで、振動板２１が比較的容易に変形し、圧電素子２２、２３の変形を許容するので、圧電素子２２、２３が変形し易くなり、発電効率が向上する。【００５１】
〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。この形態は、発電ユニットの具体的な使用形態であり、発電ユニットを自転車のペダルに組み込んだ形態である。なお、実施の形態３の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。【００５２】
図１０は実施の形態３に係る発電ユニットの概略の斜視図である。発電ユニット１Ｃは、発電モジュール２Ａと同様に形成された複数の発電モジュール２Ｃ（図１０には積層状態の発電モジュール２Ｃの外形を円筒形状にて示す）を、自転車のペダルとして構成されたモジュール支持体３Ｃに内蔵して構成されている。モジュール支持体３Ｃは、図１の如きケース本体と加圧ブロックとの分割構造ではなく、一体的な中空箱状体として構成されている。このモジュール支持体３Ｃにはペダル軸３３が設けられており、このペダル軸３３を介して、モジュール支持体３Ｃが図示しない自転車に連結されている。そして、自転車の搭乗者は、当該モジュール支持体３Ｃを足裏で踏み付けた状態で、自転車を漕ぐことができる。【００５３】
このようにモジュール支持体３Ｃの足踏み面（加圧板であり、特許請求の範囲における操作面に対応する）の直近位置には、発電モジュール２Ｃが配置されており、足踏み面の変形によって発電モジュール２Ｃが加圧される。【００５４】
このモジュール支持体３Ｃの足踏み面と略直交しているペダル側面には複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）３４が取り付けられており、これら複数のＬＥＤ３４は図示しない制御回路を介して発電ユニット１Ｃと電気的に接続されている。そして、自転車の搭乗者がモジュール支持体３Ｃを踏み付けつつ自転車を漕ぐことで、モジュール支持体３Ｃの足踏み面が変形して発電ユニット１Ｃに外力が加わり、発電モジュール２Ｃの起電力によってＬＥＤ３４が夜間灯として点灯又は点滅する。なお、図示しない光センサをモジュール支持体３Ｃに設けた上で、光センサが検出した光強度が所定値以上の場合には発電ユニット１Ｃによって発電された電力を図示しないバッテリーに蓄電し、光強度が所定値未満の場合にはＬＥＤ３４を点灯させるように回路を構成してもよい。【００５５】
（実施の形態３の効果）
このように実施の形態３によれば、ペダルとして構成されたモジュール支持体３Ｃの内部に発電モジュール２Ｃを設けたので、モジュール支持体３Ｃの足踏み面に力が加えられる度に、発電モジュール２Ｃが加圧されることで発電し、その電流でＬＥＤ３４を点滅発光させることができる。【００５６】
〔実施の形態４〕
次に、実施の形態４について説明する。この形態は、発電ユニットの具体的な使用形態であり、発電ユニットを、テレビやクーラーに付属して用いられるリモートコントローラの電源に適用した形態である。なお、実施の形態４の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。【００５７】
図１１は実施の形態４に係る発電ユニットの縦断面図である。発電ユニット１Ｄは、発電モジュール２Ａと同様に形成された複数の発電モジュール２Ｄを、リモートコントローラ（特許請求の範囲における送信器）の本体として構成されたモジュール支持体３Ｄに内蔵して構成されている。このモジュール支持体３Ｄには、発電モジュール２Ｄの他に、リモートコントローラ用の押しボタン３５、図示しない制御回路、あるいは信号送信用のＬＥＤ３６が設けられており、制御回路及びＬＥＤ３６が発電ユニット１Ｄと電気的に接続されている。【００５８】
特に、押しボタン３５は、モジュール支持体３Ｄの上面（特許請求の範囲における操作面に対応する）に設けられており、この押しボタン３５のいずれかを押圧すると、押圧板全体が押下されて変形し、この上面の直近位置に設けられている発電モジュール２Ｄに力が加えられる。これにより発電モジュール２Ｄが発電し、発生した電力が制御回路に供給され、ＬＥＤ３６を発光させて制御信号光を出力することができる。【００５９】
（実施の形態４の効果）
このように実施の形態４によれば、モートコントローラの本体として構成されたモジュール支持体３Ｄの内部に発電モジュール２Ｄを設けたので、モジュール支持体３Ｄの上面の押圧板を押圧することで、発電モジュール２Ｄに発電させ、リモートコントローラの操作に必要な電力を発生させることができる。【００６０】
〔実施の形態５〕
次に、実施の形態５について説明する。この形態は、発電ユニットを靴（ここでは下駄）に組み込んだ形態である。なお、実施の形態５の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。【００６１】
図１２は実施の形態５に係る発電ユニットの縦断面図である。発電ユニット１Ｅは、発電モジュール２Ａと同様に形成された複数の発電モジュール２Ｅを、下駄として構成されたモジュール支持体３Ｅに内蔵して構成されている。モジュール支持体３Ｅの上面は平滑な踏み面（特許請求の範囲における操作面に対応する）とされており、この踏み面には緒３６が設けられており、使用者がこの緒３６に足を掛止し、モジュール支持体３Ｅを踏み付けつつ歩くことができる。【００６２】
ここで、モジュール支持体３Ｅの踏み面の直近位置に発電モジュール２Ｅが配置されており、踏み面を踏んで変形させることで、発電モジュール２Ｅが加圧される。【００６３】
また、モジュール支持体３Ｅの踏み面と略直交している当該モジュール支持体３Ｅの側面には、複数のＬＥＤ３７が取り付けられており、これら複数のＬＥＤ３７は図示しない制御回路を介しての発電モジュール２Ｅと電気的に接続されている。そして、使用者がモジュール支持体３Ｅを踏み付けつつ歩くことで、発電モジュール２Ｅの起電力によってＬＥＤ３７が夜間灯として点灯又は点滅する。【００６４】
（実施の形態５の効果）
このように実施の形態５によれば、下駄として構成されたモジュール支持体３Ｅの内部に発電モジュール２Ｅを設けたので、踏み面に力が加えられる度に、発電モジュール２Ｅが加圧されることで発電し、その電流でＬＥＤ３７を点滅発光させることができる。これにより、夜間に歩くと、踏み面の撓みにより発電モジュール２Ｅが加圧されて発電し、発電電流によってＬＥＤ３７が点灯されるので、前方及び後方を明るくして足元の安全確保と車両に対する注意喚起ができるようになっている。【００６５】
〔実施の形態６〕
次に、実施の形態６について説明する。この形態は、実施の形態１とは異なる構造で圧電素子を積層した形態である。なお、実施の形態６の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。【００６６】
図１３は実施の形態６に係る発電ユニットの要部縦断面図、図１４は変形状態における図１３の発電ユニットの要部縦断面図である。なお、図１３、１４においては、発電ユニットの内部を一部省略して示す（後述する図１５から１７も同じ）。発電ユニット１Ｆは、ケース本体３１及び加圧ブロック３２の内部に、複数の発電モジュール２Ｆを重合して構成されている。発電モジュール２Ｆは、圧電素子２２と、この圧電素子２２の一方の面に配置された中心スペーサ２４と、この圧電素子２２の他方の面に配置された周辺スペーサ２５を備えて構成されている。ここでは、実施の形態１とは異なり、振動板が省略されており、中心スペーサ２４及び周辺スペーサ２５は圧電素子２２に対して、接着を含む公知の固定手段にて直接的に固定されている。【００６７】
この構造では、外力にて加圧ブロック３２が加圧されると、周辺スペーサ２５にて各圧電素子２２の外周部が押圧される一方、中心スペーサ２４によって各圧電素子２２の中心部の位置が固定されるので、この中心部を中心として、各圧電素子２２の外周部が図１４のように同一方向に変形する。特に、図１４の例では、圧電素子２２の１枚分の厚みに対応する振幅（以下、振幅Ｘ）だけ加圧ブロック３２が押された状態を示しており、この状態では、各圧電素子２２の変形量も振幅Ｘとなる。この構造では、実施の形態１の積層構造に比べて、振動板を省略しており、さらに各圧電素子２２の相互間隔が中心スペーサ２４又は周辺スペーサ２５の一つ分の厚みに抑えられているため、圧電素子２２の積層効率を一層高めることが可能となっている。【００６８】
（実施の形態６の効果）
このように実施の形態６によれば、実施の形態１に比べて、さらに簡易な積層構造で、圧電素子２２の積層効率を一層高めることができる。【００６９】
〔実施の形態７〕
次に、実施の形態７について説明する。この形態は、実施の形態１とは異なる構造で圧電素子を積層した形態である。なお、実施の形態７の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。【００７０】
図１５は実施の形態７に係る発電ユニットの要部縦断面図、図１６は変形状態における図１５の発電ユニットの要部縦断面図である。発電ユニット１Ｇは、ケース本体３１及び加圧ブロック３２の内部に、複数の圧電素子２２と、これら複数の圧電素子２２の中で一方の最外側（図１５、１６の下方側）の外側の面に配置された中心スペーサ２４と、これら複数の圧電素子２２の中で他方の最外側（図１５、１６の上方側）の外側の面に配置された周辺スペーサ２５とを備えて構成されている。複数の圧電素子２２は、相互に密接されることによる摩擦力によってその重合状態が維持されており、あるいは、弾性を有する接着剤によって少なくとも相互の対向面の一部が接着されることでその重合状態が維持されている。ここでは、実施の形態１とは異なり、振動板が省略されており、中心スペーサ２４及び周辺スペーサ２５は圧電素子２２に対して、接着を含む公知の固定手段にて直接的に固定されている。【００７１】
この構造では、外力にて加圧ブロック３２が加圧されると、周辺スペーサ２５を介して各圧電素子２２の外周部が押圧される一方、中心スペーサ２４によって各圧電素子２２の中心部の位置が固定されるので、この中心部を中心として、各圧電素子２２の外周部が図１６のように同一方向に変形する。特に、図１６の例では、圧電素子２２の１枚分の厚みに対応する振幅（以下、振幅Ｘ）だけ加圧ブロック３２が押された状態を示しており、この状態では、各圧電素子２２の変形量も振幅Ｘとなる。この構造では、実施の形態１の積層構造に比べて、振動板を省略しており、さらに各圧電素子２２の相互間隔もほぼなくなるため、圧電素子２２の積層効率を一層高めることが可能となっている。【００７２】
（実施の形態７の効果）
このように実施の形態７によれば、実施の形態１に比べて、さらに簡易な積層構造で、圧電素子２２の積層効率を一層高めることができる。【００７３】
〔実施の形態８〕
次に、実施の形態８について説明する。この形態は、実施の形態１とは異なる構造で圧電素子を積層した形態である。なお、実施の形態８の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。【００７４】
図１７は実施の形態８に係る発電ユニットの要部縦断面図、図１８は発電ユニットの要部斜視図である。発電ユニット１Ｈは、１枚の幅広で可撓性がある振動板２７の一方の面（図１７、１８では下面）に、当該振動板２７に沿って、複数の発電モジュール２Ｈを並設して構成されている。各発電モジュール２Ｈは、１枚の圧電素子２２と、この圧電素子２２の一方の面（図１７、１８では下面）に配置された中心スペーサ２４と、この圧電素子２２の他方の面（図１７、１８では上面）に配置された周辺スペーサ２５とを備えて構成されている。ただし、発電モジュール２Ｈに代えて、上述した発電モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆを配置してもよい。【００７５】
ここでは、発電ユニット１Ｈを挟んで一対の床板２８、２９が敷設されている。床板２８は振動板２７に直接的に接触しており、床板２９には中心スペーサ２４が当接している。なお、床板２９を振動板２７にて構成してもよい。【００７６】
このような構造において、床板２８を人が歩くこと等によって当該床板２８が振動すると、この振動が振動板２７に伝達される。振動板２７は可撓性があるため、この振動板２７の一部に振動が生じると、図１８に鎖線で模式的に示すように、この振動が、当該振動板２７を伝搬する。従って、振動源の近傍の圧電素子２２だけでなく、振動源から離れた圧電素子２２に対しても振動を伝達して変形させることが可能となる。【００７７】
（実施の形態８の効果）
このように実施の形態８によれば、振動源から離れた広い範囲に振動を伝達でき、発電効率を一層高めることができる。【００７８】
〔III〕各実施の形態の変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。【００７９】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。【００８０】
（発電モジュール２Ａ〜２Ｈの具体的適用について）
上記各実施の形態は、いずれの場合も、積層された複数の発電モジュール２Ａ〜２Ｈのセットを複数セット有する場合を示したが、本発明は、使用目的に応じ、１つ又は複数の積層された発電モジュール２Ａ〜２Ｈを用いたいかなる形態をも含む。例えば、積層された発電モジュール２Ａ〜２Ｈを、１列若しくは複数列、又は正列若しくは斜列に敷き詰めた状態としたいずれの形態も含む。【００８１】
（発電モジュール２Ａ〜２Ｈの具体的配置について）
実施の形態１では、積層された複数の発電モジュール２Ａ〜２Ｈのセットを平面上に配列させているが、曲面上に配列させてもよい。例えば、円筒体の周面に配列させることもできる。この場合、発電モジュール２Ａ〜２Ｈを配列させた円筒体の周面に所定方法（例えば、円筒体の周面に設けた突起を押圧する方法）で外力を加えることにより、当該発電モジュール２Ａ〜２Ｈを加圧し、発電させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
この発明に係る発電ユニットは、外部から加えられた力を電気に変換して取り出すことができる発電ユニットに適用でき、特に、加圧力を分散することなく各振動板に伝達可能とすることにより、加圧力を各振動板の湾曲に有効に作用させて大きな発電量が得ることができ、モジュール支持体を簡易な構造とすることにより製造コストを低減し、モジュール支持体の重量を軽減した発電ユニットに有用である。
【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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【国際調査報告】
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2009063610.tif 000022
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