(57)【要約】【課題】  極めて高効率で発電をすることができる圧電発電装置を提供する。【解決手段】  少なくとも一の圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の垂直部に固定された弾性支持体と、この弾性支持体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える硬質の鋼球と、で圧電発電装置を構成し、上記一方の鋼球に外力を付与する手段は、上記ワイヤーの中途部に巻き付けられて回動すると共に、周囲に複数の羽根を突設した回転加振体で構成され、該回転加振体は、外力が作用したときに軸を支点として回転して、上記羽根が上記一方の鋼球を殴打して該一方の鋼球に外力を付与することで、他方の鋼球が共振作用によって振動を連続して繰り返すことで、センサー部の駆動に必要な電力を自己発電するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一の圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の垂直部に固定された弾性支持体と、この弾性支持体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える硬質の鋼球と、で圧電発電装置を構成し、
上記一方の鋼球に外力を付与する手段は、上記ワイヤーの中途部に巻き付けられて回動すると共に、周囲に複数の羽根を突設した回転加振体で構成され、該回転加振体は、外力が作用したときに軸を支点として回転して、上記羽根が上記一方の鋼球を殴打して該一方の鋼球に外力を付与することで、他方の鋼球が共振作用によって振動を連続して繰り返すことで、センサー部の駆動に必要な電力を自己発電するように構成したことを特徴とする圧電発電装置。
【請求項２】
前記回転加振体の上下方向の複数段に上記羽根を放射状に複数突設すると共に、該回転加振体を中心として放射状に上記圧電発電装置を複数配置し、この複数の圧電発電装置の上記上下方向の複数段の各羽根に対向する位置に上記一方の鋼球をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の圧電発電装置を利用して、自然現象による力により線材を引張し、或は巻き戻すことで、各センサー部の鋼球を殴打させ、この殴打による振動により他方の鋼球を連続的に振動させることで発電を行うように構成することで、自然現象に対する検知センサーとして用いることを特徴とする圧電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電効率を向上することができる圧電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミックスを利用した圧電発電装置としては、例えば、特許文献１に示すものが公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４６７６８号公報
【０００４】
この特許文献１に記載された圧電発電装置は、筒体の両側に圧電セラミックス体を配置し、上記筒体に収納された鋼球を筒内を往復移動させることで、両側の圧電セラミックス体を殴打し、発電するように構成したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の圧電発電装置にあっては、鋼球が筒体内を往復移動する時間が掛かりすぎるため、短時間で一定発電量まで発電することが難しい、という問題を有していた。
【０００６】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、極めて高効率で発電をすることができる圧電発電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、少なくとも一の圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の垂直部に固定された弾性支持体と、この弾性支持体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える硬質の鋼球と、で圧電発電装置を構成し、上記一方の鋼球に外力を付与する手段は、上記ワイヤーの中途部に巻き付けられて回動すると共に、周囲に複数の羽根を突設した回転加振体で構成され、該回転加振体は、外力が作用したときに軸を支点として回転して、上記羽根が上記一方の鋼球を殴打して該一方の鋼球に外力を付与することで、他方の鋼球が共振作用によって振動を連続して繰り返すことで、センサー部の駆動に必要な電力を自己発電するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の圧電発電装置であって、上記回転加振体の上下方向の複数段に上記羽根を放射状に複数突設すると共に、該回転加振体を中心として放射状に上記圧電発電装置を複数配置し、この複数の圧電発電装置の上記上下方向の複数段の各羽根に対向する位置に上記一方の鋼球をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の圧電発電装置を利用して、自然現象による力により線材を引張し、或は巻き戻すことで、各センサー部の鋼球を殴打させ、この殴打による振動により他方の鋼球を連続的に振動させることで発電を行うように構成することで、自然現象に対する検知センサーとして用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、直線的に作用する外力をそのまま回転加振体の回転力に変換させることにより、該回転加振体の複数の羽根で一方の鋼球を連続的に殴打することができる。即ち、該回転加振体の一回の回転により一方の鋼球に複数の羽根で連続的に外力付与することによって、圧電セラミックス体への殴打を連続的に繰り返すことができる。その結果、従来の鋼球を用いた圧電発電装置で得られる電流出力よりも数十倍以上の発電量を確実に得ることができ、実用レベルの発電量を、よりコンパクトで廉価に確保することが可能となる、という効果を得ることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、圧電発電装置を複数個放射状に配設するように構成したので、回転加振体の１回の回転による発電を高効率で無駄なく行なうことができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、水等の液体流力や風などの気体流力、固体による力、或はこれらの混合物（例えば、土石流や崖崩れ又は地滑り等）の移動による力を、本発明に係る圧電発電装置を内蔵したセンサー部で検知するように構成としたことにより、自然現象の力に伴う危険度の検出精度を高めることができる検知センサーとして使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施形態としの実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、この発明の実施例１に係る無電源方式の圧電発電装置３０に外力Ｆを付与する外力付与装置（外力を付与する手段）１００の構成を示す説明図である。
【００１５】
この外力付与装置１００は、円筒状の本体１０１と共に回転する円柱状の軸１０２に前記ワイヤー２の中途部が巻き付けられた回転加振体１０５で構成されている。この回転加振体１０５は、軸１０２を支点として上記ワイヤー２が引っ張られたり、引き戻されたときに回動して、その本体１０１の周囲に等間隔毎に突設された複数（この実施例１では４枚）の板状の羽根１０３が後述する圧電発電装置３０の一方の鋼球４３を殴打するように構成されている。
【００１６】
尚、上記回転加振体１０５は、軸１０２の中心から鋼球殴打部としての羽根１０３の先端までの長さ寸法Ｌ４が、上記軸１０２の中心から本体１０１の外周までの長さ寸法Ｌ３に対して長い寸法に設定することで、外力Ｆの作用によるロッド１，１，１，…の移動量が２〜３ｍｍ程度であっても、これを大きな外力Ｆに変換して上記一方の鋼球４３を強く殴打することが可能となり、大きな電力を短時間で得ることができ、無電源でも確実にセンサー部９０を作動させることができるようになっている。また、図２中符号７はワイヤー２を引っ張る方向に付勢するスプリングを示している。
【００１７】
圧電発電装置３０は、相対向する一対のフレーム３１，３１と、該各フレーム３１に固定され、圧電セラミックス体１０の固有振動が他の構造体に伝達しにくい柔状態で該圧電セラミックス体１０をクッション材１２を介して保持する板バネ１３と、この板バネ１３に固定された圧電セラミックス体１０と、上記一対のフレーム３１，３１間に掛け渡されたバネ材で形成されてなる基部材４０と、該基部材４０の中央部で前後に延びるように固定された弾性支持体４１，４２と、この弾性支持体４１，４２の両端部にそれぞれ固定されてなる硬質の鋼球である鋼球４３，４４とで構成されており、この一方の鋼球４３に外力Ｆを付与することで、他方の鋼球４４が共振作用によって上下振動を連続して繰り返し、上記圧電セラミックス体１０を殴打して該圧電セラミックス体１０に衝撃を与え発電させるように構成されている。
【００１８】
即ち、棒状ステンレス等の金属体で形成されてなる上記弾性支持体４１，４２は、上記基部材４０の接続点Ｌ０から同じ長さＬ１，Ｌ２を有して溶接固定されている。
【００１９】
ここで、図１に示す鋼球４３，４４を０．６ｇの鋼球で形成し、弾性支持体４１，４２をφ０．６のステンレス棒材（ｓｕｓ３０４−ＷＰＢ）で形成し、かつ、Ｌ１，Ｌ２間長さを７０ｍｍとし、ステンレス材（ｓｕｓ３０１：ｔ＝０．４）で形成された基部材４０のＬ０寸法を１５ｍｍに設定した場合、鋼球４３，４４の上下振幅ストロークは１４〜１５ｍｍであった。この構成からなる圧電発電装置３０による発電量を、前記測定装置で電圧を測定した。その結果を、図２に示す。
【００２０】
図２に示すデータからも明らかなように、上記一方の鋼球４３に外力Ｆを１度与えると、他方の鋼球４４が振り子状に連続して振動を繰り返し、従来のような１回限りの殴打により得られる発電量の数十倍の発電が得られることが判る。即ち、この実施例１では、Ｌ１＝Ｌ２，４３＝４４として、一方の固有振動数と他方の固有振動数とを同一に設定し、左右が共振するように構成されている。このように構成することで、一方の固有周波数（ｎ・ｆｏ）を他方の固有周波数（ｆｏ）の整数倍にすることができ、その結果、一方の蓄積エネルギーを大きく（完成モーメントを大きく）することで、固有周波数は下がり、他方の鋼球４４の振動継続時間を長くすることができる。
【００２１】
また、この圧電発電装置３０によれば、部品点数を大幅に削減することができ、コストダウンと共に、装置を非常に小さくすることができる。
【００２２】
尚、上記実施例１では、上記弾性支持体４１，４２と基部材４０との連結を、溶接で行う場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、ねじ止めやかしめ止め、或は強力な接着剤を用い或はハンダ付け等の公知の手段で一体的に連結することもできる。
【００２３】
ところで、上記圧電セラミックス体１０は、この実施例１では、同一材質、同一形状、同一厚さの２枚の板状の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、各圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの分極の極性を同一方向にし、かつ、該圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ間に、りん青銅や真鍮等の導電性金属で１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成された極薄の金属電極１１を配置し、これら圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１を接合して構成されている。
【００２４】
圧電セラミックス素子は、チタンジルコン酸亜鉛系の素材が用いられ、また、クッション材１２としては、合成樹脂材、ゴム材或はこれらをスポンジ状に形成した軟質材料を用いることができ、具体的には発泡ポリエチレンが好適である。また、板バネ１３は金属製に限らず、合成樹脂製の板材でも良く、さらに、この実施例１では、鋼球４３，４４を、圧電セラミックス体１０が破壊されていない程度に重量が重く発電効率が良好なタングステンや鉄などを用いることができ、また、圧電セラミックス体１０の鋼球衝突面部をプロテクトするプロテクタ１４は、加工性に優れたリン青銅やステンレス等の硬い金属或は合成樹脂などを用いることができる。
【００２５】
そして、この実施例１では上記金属電極１１を上記極薄の厚さとすることで、該金属電極１１による機械的な抵抗をごく僅かに抑えることができ、２つの圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が発生したとしても、該たわみ振動の金属電極１１による減衰を可及的に小さく抑えることができる。尚、この実施例１の構成では、一方の側の圧電セラミックス素子１０ａが伸長すれば他方の側の圧電セラミックス素子１０ｂは収縮し、かつ出力電圧の電極は逆方向となり、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂは並列に接続された発電構成となる。
【００２６】
また、この実施例１では、上記たわみ振動が行われると、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）で伸長と伸縮との両方の作用が行われて、分極が打ち消されるということがなく効率的に発電が行われる。発電された電気エネルギーとしての電流は、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ及び金属電極１１に導電接続されたリード線１５を用いて取り出される。
【００２７】
尚、本実施例１では、２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、金属電極１１を介装して積層した場合を例にとり説明したが、各圧電セラミックス素子１０ａ（１０ｂ）自体を、それぞれ積層構造とすることができる。この積層構造では、複数枚の圧電セラミックス素子を接合（この場合は分極の極性も同一方向に）して、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）を形成する。このように、圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）自体を積層構造とし、これを例えば弾性特性を有する接着材により接合した場合には、この弾性効果により、材質的に強度に欠ける圧電セラミックス体１０の曲がりが容易になって曲げ強度を維持することができる。尚、この発明において、圧電セラミックス体１０の外形形状は特に限られるものではなく、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等、利用実施に対応させて適宜の形状のものを用いることができる。
【００２８】
また、この実施例１に用いられる板バネ１３は、その中央部のみ或いは両端部を接着材で圧電セラミックス体１０をクッション材１２を介して固着することで、圧電セラミックス体１０の振動を減衰させないように構成されている。圧電セラミックス体１０が振動する場合、この圧電セラミックス体１０を支持する部材は圧電セラミックス体１０の振動を減衰させる要因になり、この減衰要因を取り除くために、クッション材１２及び板バネ１３を用いて極力圧電セラミックス体１０を自由な状態におく。圧電セラミックス体１０の歪みは、圧電セラミックス自体が持つ固有振動となって暫くの間、継続する。この固有振動を長く継続させるためには、この固有振動を圧電セラミックス体１０以外の他の構成体に伝えないことが重要である。圧電セラミックス体１０の固有振動は、電気エネルギーとして変換されるが、その他の構造体の振動は全て機械的な抵抗となって固有振動エネルギーを吸収してしまい、電気エネルギーとして取り出すことができない。このため、この実施例１では、圧電セラミックス体１０と他の構造体との間で上記固有振動が伝達しないような柔らかな接触を実現するための手段としてクッション材１２及び板バネ１３を用いることで、圧電セラミックス体１０の固有振動を長く継続させることができ、発電効率が良くなる。勿論、このクッション材１２及び板バネ１３は圧電セラミックス体１０に加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。
【００２９】
尚、上記実施例１では、上記圧電セラミックス体１０を所謂並列構造とした場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、本出願人が先に提案した所謂直列構造ものを用い、或いは、従来の公知構造からなる圧電セラミックス体を用いることができることは勿論であるが、最も発電効率が高いのは本実施例１に係る圧電セラミックス体１０の構造である。
【００３０】
図３は、上記圧電発電装置３０の発電部５０で発電された電流を整流させる回路部３０を示しており、該回路部６０の充電部６１には、整流手段６２と充電手段６３と判定手段６４と放電スイッチ手段６５とが備えられている。整流手段６２は、発電部５０で出力された交流電力を整流して脈流にする手段である。充電手段６３は、整流手段６２により得られた脈流を直流として充電する手段である。判定手段６４は、充電手段６３の充電量を圧電素子１０の発電のタイミングに応じて間欠的に監視し判定する手段である。この手段では、充電量は監視の際にごく少量消費されるが、間欠的に監視しているので監視による電力の消費を抑え、充電量への影響を低減させている。放電スイッチ手段６５は、判定手段６４により充電手段６３の充電量が発信可能なレベルに達したことが判定されたときに、充電手段６３の放電を開始させ、後段の発信部７０に電力を供給する手段である。
【００３１】
発信部７０には、通信制御手段７１と信号スイッチ手段７２と信号スイッチ手段７３と放電停止手段７４とが備えられている。通信制御手段７１は、通信に必要な動作を行う手段であり、この手段は充電部６１から電力が供給されることで開始される。この手段では、動作の開始により信号スイッチ手段７２をＯＮさせるように働くとともに、発信のためのデータを信号発生手段７３に渡す。信号スイッチ手段７２は、通信制御手段７１によりＯＮされて、信号スイッチ手段７３に電力を供給する手段である。
【００３２】
信号スイッチ手段７３は、通信制御手段７１より受け取った発信のためのデータを信号に変換して発信する。放電停止手段７４は、充電部６１からの電力の供給を停止させるように放電スイッチ手段６５を動作させる手段である。この手段は、通信制御手段７１が発信のために必要なデータを全て信号スイッチ手段７３に渡し終わったら、通信制御手段７１により動作させられる。
【００３３】
図４は回路図であり、Ｓ点、＋点、−点により接続される。整流手段６２はダイオードＤ１〜Ｄ６により全波整流の回路が形成されており、発電部５０から出力された交流電力をここで整流し脈流として後段に出力する。発電部５０から取り出された４本のリード線のうち３本のリード線が結線され、３本のリード線が６個のダイオードＤ１〜Ｄ６に接続されている。
【００３４】
充電手段６３は、コンデンサＣ１を備えている。このコンデンサＣ１は、充電電池に代替してもよい。整流手段６２で整流された脈流は、コンデンサＣ１に直流として逐次充電され、鋼球４４が圧電セラミックス体１０に衝突して発電を繰り返すたびにコンデンサＣ１の両端の電圧が高くなる。
【００３５】
放電スイッチ手段６５には、自己保持型電流スイッチが用いられている。本実施例では、相補トランジスタを用いており、ＰＮＰトランジスタＴｒ１とＮＰＮトランジスタＴｒ２とを組み合わせている。この放電スイッチ手段６５では、ｂ点に、ｃ点の電圧より約０．６Ｖ（Ｔｒ１により決まる値）低い電圧が印加されると、Ｔｒ１がＯＮとなり、ほぼ同時にＴｒ２がＯＮとなる。このように放電スイッチ手段６５がＯＮ状態となると、ｃ点とｄ点の間はきわめて低いインピーダンスとなる。そして、充電手段６３のコンデンサＣ１に貯めた電力を放電し、きわめて少ないロスで通信制御手段７１に供給する。そして、このＯＮ状態は、自己保持状態となり放電停止するまで継続する。
【００３６】
判定手段６４は、コンデンサＣ２，Ｃ３と抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えている。Ｃ３は誤動作防止用に設けたものである。コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１は、圧電素子１０からの出力である図５中に示すａ点と放電スイッチ手段６５の図５中に示すｂ点との間に設けられている。そして、この時定数で充電量の判定の際にｂ点に電圧を印加する時間を決めている。ａ点には鋼球４４が圧電素子１０に衝突する度に交流電力が発生するが、この電圧は、コンデンサＣ１の両端の電圧にダイオードＤ６の上棟方向の電圧を加えた値である。そして、コンデンサＣ１が充電により電圧上昇するとともにａ点の交流電圧も上昇する。つまり、ａ点ではコンデンサＣ１両端の直流電圧にほぼ比例した交流電圧が、鋼球４４が衝突するたびに、すなわち間欠的に得られる。そしてこのａ点での交流電圧は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２の時定数で決めたごく短時間で印加される。ｂ点の電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２の分配比により決められ、上述したようにｂ点の電圧がｃ点の電圧よりも約０．６Ｖ（Ｔｒ１により決まる値）低い電圧の値を超えると放電スイッチ手段６５がＯＮとなる。
【００３７】
ここでは、ｂ点の電圧は、
ｃ点の電圧×（１−Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））
で示されるため、このｂ点の電圧がｃ点の電圧よりも約０．６Ｖ低い電圧「ｃ点の電圧−約０．６Ｖ」と等しくなったときが判定の閾値となり、これをもって充電量のレベルを判定する。
【００３８】
このため、Ｒ１とＲ２を調整することで放電を開始させる充電量を発信可能なレベルに調整することができる。このレベルは発信する信号に応じて任意に設定される。
【００３９】
通信制御手段７１は、通信制御回路７５とコンデンサＣ７と抵抗Ｒ８とＦＥＴ１を備えている。コンデンサＣ７は動作安定用に設けたものである。抵抗Ｒ８とＦＥＴ１は通信制御回路７５と信号スイッチ手段７２を低消費電力でインターフェースするためのレベル変換に設けたものである。充電部６１からの放電により通信制御回路７５に電力が供給されると、通信制御回路７５の内部で発信に必要な手順が実行される。なお、通信制御回路７５は消費電力の小さいものである。
【００４０】
信号スイッチ手段７２は、ＰＮＰトランジスタＴｒ４と抵抗Ｒ６，Ｒ７とコンデンサＣ６を備えている。信号発生手段７３を構成する信号発生回路７６が比較的大電力を必要とするために、この信号スイッチ手段７２では大電力用トランジスタスイッチＴｒ４を使って、信号発生回路７６に電力を供給するよう構成している。信号スイッチ手段７２では、通信制御回路７５からの発信開始の指令がＦＥＴ１と抵抗Ｒ７を通ってトランジスタＴｒ４をＯＮさせると、信号スイッチ手段７３で発信を開始させるよう動作する。
【００４１】
信号発生手段７３は、上記信号発生回路７６とアンテナ７７を備えており、信号スイッチ手段７２から電力が供給されると、通信制御回路７２から受け取った発信のためのデータを無線信号に変換してアンテナ７７から発信する。
【００４２】
放電停止手段７４は、ＰＮＰトランジスタＴｒ３と抵抗Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ４，Ｃ５とを備えている。コンデンサＣ４，Ｃ５は、誤動作防止用に設けている。この手段では、通信制御回路７５が発信のために必要なデータを信号発生回路７６に送出し終えたら、通信制御回路７５から抵抗Ｒ４を通してトランジスタＴｒ３をＯＮさせる信号を出力する。トランジスタＴｒ３がＯＮとなると放電スイッチ手段６５の自己保持は解除となり、コンデンサＣ５に貯まっていた電力の放電は停止して、発信動作は終了する。
【００４３】
図３のブロック図に示すように、発電部５０の出力が回路部６０に取り出される。回路部６０には、発電部５０で発生した交流電力を整流して充電する充電部６１と発信部７０とが備えられている。そして、発信部７０から発信された信号は、受信装置（中継装置）８０の受信部８１に受信され、警報部８２が例えば管理センター等に設置されている表示部８４にどの部位に設置された本装置が警報を発したのかを音や光により通知とともに、ネットワーク８３を介してあらかじめ設定した外部にも通知する。
【００４４】
このように、本実施例１では、回路部６０で、圧電セラミックス体１０が発電するたびにその出力から交流電圧を取り出し、これを判定手段６４に用いて充電量を判定している。このような充電量の間欠的な判定は、充電量が増加するタイミングで効率よく判定される。その上、判定のために無駄な電力を消費することが大幅に抑制されるので、発信に必要な電力を素早く充電して発信部７０に供給できる。
【００４５】
発信部７０から発信された信号は受信装置（中継装置）８０の受信部８１に受信され、警報部８２で警報等の処理が実行される。この警報は、音や光、あるいは音声で行なわれると同時に、ネットワーク８３を介して関係施設へと同時に通報される。
【００４６】
以上説明したように、この実施例１に係る圧電発電装置は、ワイヤー２の移動状態（ワイヤー２の引っ張りによる移動状態、及び、引き戻されたときの移動状態）をそのまま直接に回転加振体１０５に伝達して該回転加振体１０５を回転させ、該回転加振体１０５の複数の羽根１０３で一方の鋼球４３を連続的に順次殴打することができる。また、構成も簡易なので、低コストで提供することができると共に、故障も少ないので、この種の装置には好適である。
【００４７】
さらに、上記回転加振体１０５の軸１０２の中心から鋼球殴打部としての羽根１０３の先端までの長さ寸法Ｌ４は、上記軸１０２の中心から本体１０１の外周までの長さ寸法Ｌ３に対して長い寸法に設定されているので、外力Ｆの作用によるロッド１の移動量が２〜３ｍｍ程度であっても、これを大きな外力Ｆに変換して鋼球４３を強く殴打することが可能となり、大きな電力を短時間で得ることができるので、無電源でも確実にセンサー部９０を作動させることができる。
【００４８】
また、回転加振体１０５の一回の回転により一方の鋼球４３に複数の羽根１０３で連続的に外力付与することによって、圧電セラミックス体１０への殴打が連続的に順次繰り返される。その結果、従来の鋼球を用いた圧電発電装置で得られる電流出力よりも数十倍以上の発電量を確実に得ることができ、実用レベルの発電量を、よりコンパクトで廉価に確保することができる。
【００４９】
さらに、ワイヤー２をスプリング７により所定の方向にテンションを加えておくことにより、ワイヤー２の引っ張りによる移動、及び、引き戻されたときの移動の両方向の移動で圧電発電装置３０を発電して発信に必要な電力を素早く充電して発信部７０に供給することができ、警報を確実に発信させることができる。
【実施例２】
【００５０】
図５は、この発明の実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す平面図であり、図６は、この実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す側面図である。
【００５１】
前記実施例１では、圧電発電装置３０を一基配設した場合を例にとり説明したが、この実施例２にあっては、圧電発電装置３０に外力Ｆを付与する外力付与装置（外力を付与する手段）１００の回転加振体１０５を中心として該圧電発電装置３０を複数個（この実施例２の場合は７個）放射状になるようにセンサー部９０に配設してある。
【００５２】
図５及び図６に示すように、回転加振体１０５の円柱状の本体１０１の中央のフランジ部１０１ａの上部と下部に板状の羽根１０３が放射状に複数（この実施例２では上段に偶数個の４枚、上段と同じ位置の下段に偶数個の４枚）突設されている。また、複数の圧電発電装置３０の上下段の各羽根１０３に対向する位置に一方の鋼球４３が上下にそれぞれ設けられている。即ち、一方の鋼球４３は段当たり奇数個の７個ずつ設けられている。さらに、他方の鋼球４４も上下にそれぞれ設けられており、これにより、圧電セラミックス体１０は上下、左右に各一対ずつ設けられている。
【００５３】
この場合、第１番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ａ（他方の鋼球を符号４４Ａ）で、第１番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ａ（他方の鋼球を符号４４ａ）で、第２番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｂ（他方の鋼球を符号４４Ｂ）で、第２番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｂ（他方の鋼球を符号４４ｂ）で、第３番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｃ（他方の鋼球を符号４４Ｃ）で、第３番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｃ（他方の鋼球を符号４４ｃ）で、第４番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｄ（他方の鋼球を符号４４Ｄ）で、第４番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｄ（他方の鋼球を符号４４ｄ）で、第５番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｅ（他方の鋼球を符号４４Ｅ）で、第５番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｅ（他方の鋼球を符号４４ｅ）で、第６番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｆ（他方の鋼球を符号４４Ｆ）で、第６番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｆ（他方の鋼球を符号４４ｆ）で、第７番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｇ（他方の鋼球を符号４４Ｇ）で、第７番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｇ（他方の鋼球を符号４４ｇ）で、それぞれ示す。尚、一方の鋼球を総称して符号４３で、他方の鋼球を総称して符号４４で示す。
【００５４】
そして、図６に示すように、円柱状の本体１０１の下面に固定されて該本体１０１と共に回転する円柱状の軸１０２にワイヤー２の中途部が巻き付けられており、このワイヤー２に外力Ｆが作用して引っ張られたり、引き戻されたときに回転加振体１０５が軸１０２を支点として回動する。これにより、その本体１０１の上下段に等間隔毎に放射状に突設された各羽根１０３が、第１番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ａ、第２番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｂ、第３番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｃ、第４番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｄ、第５番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｅ、第６番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｆ、第７番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｇ、第１番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ａ、第２番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｂ、第３番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｃ、第４番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｄ、第５番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｅ、第６番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｆ、第７番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｇ、第１番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ａと、順次殴打する。
【００５５】
このように、いずれか一つの圧電発電装置３０の発電量によりセンサー部９０が作動するように構成したことで、いずれか一つの圧電発電装置３０が故障しても、他の圧電発電装置３０でこれをカバーすることができる。
【００５６】
また、ワイヤー２の引っ張りや引き戻しの移動速度が速い場合でも、いずれか一つの圧電発電装置３０の発電量によりセンサー部９０を確実に作動させることができる。即ち、ワイヤー２の引っ張りや引き戻しの移動速度が速い場合に、複数の羽根１０３を用いて一方の鋼球４３を殴打（加振）すると、始めの羽根１０３で一方の鋼球４３を加振した後、まだ該鋼球４３が振動している間に次の羽根１０３が該鋼球４３の振動を妨害するおそれがあったが（ワイヤー２の速度が遅い場合には問題は発生しないが）、回転加振体１０５に上下２段の複数の羽根１０３を設ける構成とすることにより、速いワイヤー２の動きが発生してもどれか１つ以上の圧電発電装置３０の鋼球４３は振動を妨げられることなく発電を続けることができる。
【００５７】
図１０は、この発明に係る圧電発電装置を利用した土石流検知装置の配置状態を示す説明図である。この土石流検知装置は、土石流Ｗの上流から下流にかけて該土石流Ｗを跨ぐように複数本のロッド１をそれぞれ立設し、該複数のロッド１，１，‥間にワイヤー２を上記土石流Ｗを跨ぐように該土石流Ｗの上流から下流にかけて並列（この実施例では土石流Ｗの流れに対して交差するように４本のワイヤー２を並列に配置）になるように複数張設し、該複数のワイヤー２の各一端部を各実施例の圧電発電装置３０を内蔵した各センサー部９０（上流より下流にかけて９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄとする。）にそれぞれ繋げてある。
【００５８】
上記土石流Ｗは、川の上流から下流に流れるため、一旦土石流Ｗが発生すると、上流のセンサー部９０Ａから下流のセンサー部９０Ｄまで反応する。この際に、上流のセンサー部９０Ａから下流のセンサー部９０Ｄまでの信号発生時刻を、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４とし、ａ１＝ｔ２−ｔ１、ａ２＝ｔ３−ｔ２、ａ３＝ｔ４−ｔ３とすると、ａ１＋ａ２＋ａ３＞０ならば危険度Ａ、ａ１＋ａ２＞０又はａ２＋ａ３＞０ならば危険度Ｂ、ａ１＞０又はａ２＞０又はａ３＞０ならば危険度Ｃ、いずれも満たさない場合は、誤動作とする。
【００５９】
このように、土石流Ｗを横切る４本のワイヤー２の各一端部に前記各実施例の圧電発電装置３０を内蔵したセンサー部９０をそれぞれ繋げた構成としたことにより、土石流Ｗの危険度の検出の精度を上記のように高めることができる。これにより、圧電発電装置を崖崩落検知装置Ｋとして使用することができる。勿論、この発明にあっては、本圧電発電装置を土石流検知センサーとして用いるだけではなく、水等の液体流力や風などの気体流力、固体による力、或はこれらの混合物（例えば、崖崩れ又は地滑り等）の移動による力を検知するセンサーとしても使用できる。
【００６０】
尚、前記実施例２によれば、上下２段に羽根と鋼球を設けたが、上中下３段に設けても良い。また、羽根は各段に４枚、鋼球は各段に７個設けたが、これらの数に限らす、羽根を各段に偶数枚、鋼球を各段に奇数個設けるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の実施例１に係る圧電発電装置の構成を示す説明図である。
【図２】測定回路により測定された同実施例１に係る異常予兆状態監視装置の圧電発電装置の発電量を示すグラフである。
【図３】同圧電発電装置の回路図である。
【図４】同圧電発電装置のより詳細な構成を示す回路図である。
【図５】この発明の実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す平面図である。
【図６】同実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す側面図である。
【図７】この発明に係る圧電発電装置を用いた土石流検知装置の概略説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
Ｋ  土石流検知装置
１，１，１，‥  ロッド
２  ワイヤー
４  クラック
１０  圧電セラミックス体
３０  圧電発電装置
４０  基部材
４１，４２  弾性支持体
４３，４４  鋼球
４３  一方の鋼球
４４  他方の鋼球
４３Ａ〜４３Ｇ  鋼球
４３ａ〜４３ｇ  鋼球
４４Ａ〜４４Ｇ  鋼球
４４ａ〜４４ｇ  鋼球
９０  センサー部
９０Ａ〜９０Ｄ  センサー部
１００  外力付与装置
１０２  支点
１０３  羽根
１０５  回転加振体
【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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