(57)【要約】  【課題】  高い電力を得ることができるともに、長期間に亘って使用することができる発電部材およびこれを用いた発電装置を提供する。  【解決手段】  板状の圧電セラミックス２ｂの両主面に電極２ａ，２ｃが形成された複数個の圧電素子２と、圧電素子２を一方主面側で保持する保持部材３と、保持部材３を支持する支持部材４とを備えてなり、圧電素子２を他方主面側から押圧することによって発電させる発電部材１であって、保持部材３は板状であり、複数個の圧電素子２は複数行かつ複数列の行列状に配置され、支持部材４は複数個の圧電素子２の行列状の配置の外周に沿って保持部材３を支持している発電部材１である。【選択図】  図１
2011233630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電セラミックスの両主面に電極が形成された複数個の圧電素子と、該圧電素子を一方主面側で保持する保持部材と、該保持部材を支持する支持部材とを備えてなり、前記圧電素子を他方主面側から押圧することによって発電させる発電部材であって、前記保持部材は板状であり、複数個の前記圧電素子は複数行かつ複数列の行列状に配置され、前記支持部材は複数個の前記圧電素子の行列状の配置の外周に沿って前記保持部材を支持していることを特徴とする発電部材。
【請求項２】
前記圧電セラミックスが矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の発電部材。
【請求項３】
前記圧電セラミックスが偶数行かつ偶数列の行列状に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電部材。
【請求項４】
前記圧電素子の他方主面側から押圧する押圧部材をさらに備えてなり、
該押圧部材は前記保持部材よりもヤング率が低い材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発電部材。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４にいずれかに記載の発電部材の前記圧電素子を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであることを特徴とする発電装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発電部材と、該発電部材で発電した電力を取り出す電気回路とを備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の発電装置を備え、前記電気回路に発光ダイオードを接続したことを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項６に記載の発電装置を備えたことを特徴とする携帯型機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波力，潮力，水力，風力，音力，地震および人為的に加える外力等によって生じる振動エネルギーを利用して発電する機能を有する発電部材およびこれを用いた発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出を伴わないクリーンエネルギーとして、波力，潮力，水力，風力，音力，地震および人為的に加える外力等によって生じる振動エネルギーを利用して、圧電セラミックスをひずませることにより発生した電力を取り出して発電する発電システムが注目されている。
【０００３】
この発電システムには、圧電セラミックスに電極を形成した圧電素子を備える発電部材が用いられており、この発電部材で発生した電力を取り出す電気回路等を備えた発電装置として特許文献１に電気信号変位変換装置が提案されている。
【０００４】
図11は、特許文献１で提案された電気信号変位変換装置を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は概略断面図である。
【０００５】
特許文献１で提案されている電気信号変位変換装置70は、横歪を発生する少なくとも１層の起歪層71を少なくとも２層の電極層72ａ，72ｂにより挟んだ構造を有する動作部73と、動作部73を支持するフレーム部74とを備え、動作部73はフレーム部74に固定された部分73ａと、フレーム部74に固定されていない変位可能な部分73ｂとを有し、固定部分73ａは当該固定されていない部分73ｂの周囲の少なくとも一部において当該固定されていない部分73ｂを挟むように配置されている電気信号変位変換装置70である。
【０００６】
フレーム部74には、開口又は凹部74ａが形成されており、帯板状をした動作部73は開口または凹部74aの上に架け渡すように配置されている。また、動作部73は、起歪層71の上
下両面に電極層72ａ，72ｂを形成したものであって、動作部73の両端部はフレーム部74上面に固定された固定部分73ａとなっており、両固定部分73ａ間はフレーム部74に固定されていない変位部分73ｂとなっている。このように、動作部73は、変位部分73ｂが開口又は凹部74ａの上方に架け渡された両持ち梁構造となっている。
【０００７】
また、一方の固定部分73ａにおいては、下側の電極層72ｂが露出しており、上下両電極層72ａ，72ｂに電気信号線75が接続されている。そして、起歪層71は、電圧を印加することにより電界方向と垂直な方向の横歪を発生し、あるいは横歪により縦方向の電界を発生するものである。
【０００８】
また、特許文献２には、音による空気のわずかな圧力変動により発電する圧電素子および発電装置が提案されている。
【０００９】
特許文献２で提案されている圧電素子は、圧力変動により発電するための圧電素子であって、圧電材料の少なくとも一方の面に、複数の溝が形成されているものである。
【００１０】
図12は、特許文献２で提案された圧電素子の断面図である。
【００１１】
図12に示した圧電素子は、振動膜81の上に、圧電素子82ａ，82ｂを接合した構成であり、振動膜81は、筐体に固定されることにより、圧電素子82ａ，82ｂを中空に保持する緩衝
材として働き、小さい圧力でも圧電素子82ａ，82ｂが振動するように働くことにより発電することができるものである。
【００１２】
また、図12（ｃ）に示したように、圧電素子82ａ〜82ｆおよび振動膜81の平面形状は、丸型，楕円形，方形など様々な形にすることができるということが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平８−114408号公報
【特許文献２】特開2006−166694号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１で提案されている電気信号変位変換装置70は、アクチュエータや物理量検出器などの機器に用いられるものであり、起歪層71に電圧を印可することによって起歪層71を変位させるものであるため、外力によって起歪層71を押圧して変位させようとしたときには、起歪層71は厚みが薄いために、クラックや破損が生じてしまう。
【００１５】
また、特許文献２で提案されている圧電素子82は、圧電材料の少なくとも一方の面に複数の溝が形成されているため、音による空気のわずかな圧力変動により発電させる圧電素子82であって、図12（ｃ）に示すように、振動膜81上の外周に沿うように圧電素子82が配置されており、振動膜81上には多くの隙間を有していることから、圧電素子82に大きな外力を加えても得られる電力は低かった。さらに、高い電力を発生させるための重要な因子である振動膜81の保持手段については、緩衝材を用いることが記載されているのみであり、保持の際の圧電素子82，振動膜81および緩衝材の位置関係が明確に記載されていなかった。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、高い電力を得ることができるともに、長期間にわたって使用することができる発電部材およびこれを用いた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】
【００１７】
本発明の発電部材は、板状の圧電セラミックスの両主面に電極が形成された複数個の圧電素子と、該圧電素子を一方主面側で保持する保持部材と、該保持部材を支持する支持部材とを備えてなり、前記圧電素子を他方主面側から押圧することによって発電させる発電部材であって、前記保持部材は板状であり、複数個の前記圧電素子は複数行かつ複数列の行列状に配置され、前記支持部材は複数個の前記圧電素子の行列状の配置の外周に沿って前記保持部材を支持していることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の発電部材は、上記構成において、前記圧電セラミックスが矩形状であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の発電部材は、上記いずれかの構成において、前記圧電セラミックスが偶数行かつ偶数列の行列状に配置されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の発電部材は、上記いずれかの構成において、前記圧電素子の他方主面側から押圧する押圧部材をさらに備えてなり、該押圧部材は前記保持部材よりもヤング率が低い材料からなることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の発電装置は、上記いずれかの構成の本発明の発電部材の前記圧電素子を押圧す
る外力が、波力，水力または風力によるものであることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の発電装置は、上記いずれかの構成の本発明の発電部材と、該発電部材で発電した電力を取り出す電気回路とを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の発光装置は、上記構成の本発明の発電装置を備え、前記電気回路に発光ダイオードを接続したことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の携帯型機器は、上記構成の本発明の発電装置を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の発電部材によれば、板状の圧電セラミックスの両主面に電極が形成された複数個の圧電素子と、圧電素子を一方主面側で保持する保持部材と、保持部材を支持する支持部材とを備えてなり、圧電素子を他方主面側から押圧することによって発電させる発電部材であって、保持部材は板状であり、複数個の圧電素子は複数行かつ複数列の行列状に配置され、支持部材は複数個の前記圧電素子の行列状の配置の外周に沿って保持部材を支持していることから、複数個の圧電素子の主面の合計面積と同じである単数の圧電素子を保持部材上に配置したときと比較して、それぞれの圧電素子同士の間に隙間を有しているので、圧電セラミックスにクラックを生じにくくすることができる。また、複数個の圧電素子を保持部材の中心に寄せて密に並べて配置して、複数個の圧電素子の行列状の配置の外周に沿って保持部材を支持部材で支持していることにより、押圧されたときに圧電セラミックスは圧縮応力によって十分な変位が生じるので、高い電力を長期間にわたって得ることができる。
【００２６】
また、本発明の発電部材によれば、圧電セラミックスが矩形状であるときには、圧電セラミックスが円形状である場合よりも保持部材上に隙間を少なくして配置することができるので、さらに高い電力を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の発電部材によれば、圧電セラミックスが偶数行かつ偶数列の行列状に配置されているときには、圧電素子の主面の合計面積が同じとなる圧電素子を奇数行かつ奇数列の行列状に保持部材上に密に配置したときと比較して、保持部材の中心には圧電素子が存在せず、圧電素子同士の隙間となり、押圧によってひずみやすくなるため、圧電セラミックスには大きな変位が生じるので、さらに高い電力を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の発電部材によれば、圧電素子の他方主面側から押圧する押圧部材をさらに備えてなり、押圧部材は保持部材よりもヤング率が低い材料からなるときには、外力を受けて保持部材により保持された圧電素子を押圧するときに、押圧部材はこの外力のエネルギーを吸収して緩和し、保持部材は圧電素子の過度の変形を抑制して保持することができるので、圧電素子を構成する圧電セラミックスにはクラックを生じにくくすることができる。さらに、押圧部材の押圧面が、圧電セラミックスの主面に倣うようにして変形するので、高い電力を得ることができる。
【００２９】
また、本発明の発電装置によれば、本発明の発電部材の圧電素子を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであることから、自然力の中でも比較的高く、継続してエネルギーを得ることができるので、より高い電力を継続して得ることができる。
【００３０】
また、本発明の発電装置によれば、本発明の発電部材と、発電部材で発生した電力を取り出す電気回路とを備えていることから、圧電セラミックスにクラックを生じにくくすることができるとともに、押圧されたときに圧電セラミックスは圧縮応力によって十分な変
位が生じて、高い電力を長期間にわたって得ることができるので、発電力に優れた装置とすることができる。
【００３１】
また、本発明の発光装置によれば、本発明の発電装置を備え、電気回路に発光ダイオードを接続したことから、発光ダイオードは、消費電力が少なく寿命が長いので、本発明の発電部材と併せ、交換頻度を削減することができるともに、発光ダイオードは光度が高いので、発光装置の視認性を高くすることができる。
【００３２】
また、本発明の携帯型機器によれば、本発明の発電装置を備えたことから、寿命の長い本発明の発電部材により長期間にわたって電力を得ることができるので、携帯型機器の寿命も長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の発電部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。また、（ｃ）は圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【図２】本発明の発電部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。また、（ｃ）は圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【図３】本発明の発電部材を構成する圧電素子の配置の一例を示す、それぞれ（ａ）が正方形状，（ｂ）が菱形状，（ｃ）が三角形状，（ｄ）が円状の圧電素子の配置を示す模式図である。
【図４】本発明の発電部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【図５】本発明の発電装置の電気回路の一例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の発電装置を備えた発光装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線での断面図である。
【図７】本発明の発電部材を用いた発電装置の実施の形態の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の発電部材を用いた発電装置の実施の形態の他の例を示す模式図である。
【図９】本発明の発電装置を備えた携帯型機器である腕時計の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ’線での断面図である。
【図１０】図１０に示す腕時計の内部における、（ａ）は押圧部材が発電部材を押圧していないときの状態を示す模式図であり、（ｂ）は押圧部材が発電部材を押圧しているときの状態を示す模式図である。
【図１１】従来の電気信号変位変換装置を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は概略断面図である。
【図１２】従来の圧電素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の発電部材およびこれを用いた発電装置の実施の形態の例について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の発電部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。また、（ｃ）は圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【００３６】
図１に示す例の発電部材１は、板状の圧電セラミックス２ｂの両主面に電極２ａ，２ｃ
が形成された複数個の圧電素子２と、圧電素子２を一方主面側で保持する保持部材３と、保持部材３を支持する支持部材４とを備えてなり、圧電素子２を他方主面側から押圧することによって発電させる発電部材１である。
【００３７】
そして、保持部材３は板状であり、複数個の圧電素子２は複数行かつ複数列の行列状に配置され、支持部材４は複数個の圧電素子２の行列状の配置の外周に沿って保持部材３を支持していることが重要であり、本実施例においては、４個の圧電素子２を２行２列に配置している。このように、圧電素子２を配置していることにより、押圧を繰り返したときに、４個の圧電素子２の主面の合計面積と同じである単数の圧電素子を保持部材３上に配置したときと比較して、それぞれの圧電素子２同士の間に隙間を有しているので、圧電セラミックス２ｂにクラックを生じにくくすることができる。また、４個の圧電素子２を保持部材３の中心に寄せて密に並べて配置して、４個の圧電素子２の行列状の配置の外周に沿って保持部材３を支持部材４で支持していることにより、押圧されたときに圧電セラミックス２ｂは圧縮応力によって十分な変位が生じるので、高い電力を長期間にわたって得ることができる。
【００３８】
ここで、圧電素子２を構成する圧電セラミックス２ｂは、本実施形態において、円形状で板状の圧電性を示すセラミックスであり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ），チタン酸鉛（ＰＴ），亜鉛ニオブ酸鉛チタン酸鉛（ＰＺＮ−ＰＴ），チタン酸バリウム（ＢＴ），ビスマス（Ｂｉ）層状化合物，タングステンブロンズ化合物またはニオブ（Ｎｂ）酸アルカリ化合物等のペロブスカイト構造を示す化合物のいずれかで形成すればよい。
【００３９】
特に、圧電セラミックス２ｂがチタン酸ジルコン酸鉛からなることが好適であり、チタン酸ジルコン酸鉛は、発電量に影響する特性の一つである強誘電性が高いので、より高い電力を得ることができる。
【００４０】
強誘電特性の高いチタン酸ジルコン酸鉛としては、特に、圧電定数ｄ３１が大きい材料、一例として、組成式がＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３ −Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）
Ｏ３で表される成分を主成分とし、ビスマス（Ｂｉ）および鉄（Ｆｅ）をＢｉＦｅＯ３に換算して５質量％以上15質量％以下の範囲で含むセラミックス、他の例として組成式がＰｂ１−ｘ−ｙＳｒｘＢａｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ａ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）ｂＺｒｃＴｉ１−ａ−ｂ−ｃＯ３で表され、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル比が、０≦ｘ≦0.12，０≦ｙ≦0.12，０＜ｘ＋ｙ，0.05≦ａ≦0.12，０≦ｂ≦0.015および0.43≦ｃ≦0.52を満足
する成分100質量部に、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ２Ｏ５を合計で0.2〜1.2質量
部含有してなる主成分に対し、マグネシウム（Ｍｇ）を0.6モル％未満の範囲で含むセラ
ミックス、さらに他の例として組成式が（Ｐｂ（１−ｘ）Ａｘ）ｚ（Ｚｒ（１−ｙ）Ｔｉｙ）Ｏ３で表され、ＡはＢａ、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも１種からなり、ｘ，ｙ，ｚのモル比が0.01≦ｘ≦0.10，0.43≦ｙ≦0.50，0.98≦ｚ≦1.07を満足する成分100質
量部に、ＮｂをＮｂ２Ｏ５として0.05〜２質量部およびＺｎをＺｎＯとして0.01〜0.5質
量部含むセラミックスであることが好適である。
【００４１】
また、圧電定数ｄ３３が大きい材料であってもよく、一例として、組成式がＰｂ１―ｘ−ｙＳｒｘＢａｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ａＺｒｂＴｉ１−ａ−ｂＯ３で表され、ｘ，ｙ，ａ，ｂのモル比が０≦ｘ≦0.14，０≦ｙ≦0.14，0.04≦ｘ＋ｙ，0.01≦ａ≦0.12および0.43≦ｂ≦0.58を満足するセラミックスであることが好適で、ｘ，ｙ，ａ，ｂのモル比がこの範囲にあると、繰り返して押圧しても圧電定数ｄ３３の減衰率を極めて小さくすることができる。
【００４２】
また、圧電セラミックス２ｂが、ニオブ酸カリウム・ナトリウム・リチウムを主成分とし、チタン酸カルシウムおよび鉄酸ビスマスを含む組成であるときには、−40〜＋150℃
の温度範囲における共振周波数，反共振周波数および圧電定数ｇ３３の温度変化率に起因する、低温側の強誘電相から高温側の強誘電相に相変態する第２次相転移といわれる不連続部の発生が少なくなるため、圧電特性を安定させることができる。併せて、鉛を含まない組成とすることができるため、環境に優しい発電部材１とすることができる。
【００４３】
なお、圧電セラミックス２ｂにおける主成分とは、圧電セラミックス２ｂを構成する全成分100質量％のうち、50質量％以上を占める成分である。
【００４４】
次に、本実施形態において、電極２ａ，２ｃは、圧電セラミックス２ｂの両主面に形成された円形の層状電極であり、この電極２ａ，２ｃの材料としては、電気伝導性の高い金，銀，銅，黄銅およびパラジウムから選ばれる少なくとも１種から形成することが好適である。
【００４５】
また、支持部材４は、圧電素子２が壊れないように圧電素子２を保持する保持部材３を支持しなければならないため、可撓性を有する材料、例えば、ＳＵＳ303，ＳＵＳ304，ＳＵＳ316等のオーステナイト系ステンレス、3000系，5000系等のアルミニウム合金、ゴム
、樹脂、カーボンナノチューブおよび炭素繊維系材料から選ばれる少なくとも１種から形成すればよい。
【００４６】
また、保持部材３は圧電素子２を保持するものであって、この保持部材３は、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなることが好適である。保持部材３が、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなれば、加工硬化性が高くなり、冷間加工を施すことによって、ばね性を示す指標である耐力および引張強さともに高くすることができるので、弾性領域が広くなり、保持部材３の寿命を延ばすことができる。さらに、塩化物イオンが多く含まれる環境、例えば海洋，海岸，プール，化学プラント，浄化槽および浄水場等で用いられても、ばね用ステンレス鋼帯は、ニッケルの含有量が少ないため、保守点検者が保守点検を行なった際に、ＳＵＳ303，ＳＵＳ304またはＳＵＳ316を用いた場合よりも金属アレルギーの発症が少なくなるとともに、ニ
ッケルの流出も少なくなるため、短絡も生じることが少なくなる。
【００４７】
さらに、ニッケルは価格変動を受けやすい成分なので、保持部材３がニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯からなることで、価格が安定した発電部材１とすることができる。
【００４８】
なお、ばね用ステンレス鋼帯に含まれるニッケル以外の成分としては、炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムを含んでいてもよく、これらの成分の各含有量は、炭素が0.15質量％以下，珪素が１質量％以下，マンガンが２質量％以下，りんが0.045質量％
以下，硫黄が0.03質量％以下，クロムが16質量％以上18質量％以下であることが好適である。
【００４９】
そして、ばね用ステンレス鋼帯におけるニッケル，炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムの各含有量は、それぞれＪＩＳ  Ｇ  1216−1997に規定されるジメチルグリオキシムニッケル重量法，ＪＩＳ  Ｇ  1211−1995に規定される高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法，ＪＩＳ  Ｇ  1212-1997に規定される二酸化珪素重量法（２），ＪＩＳ  
Ｇ  1213−2001に規定される過マンガン酸吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1214−1998に規定されるモリブドバナドりん酸抽出吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1215−1994に規定されるクロマトグラフ分離硫酸バリウム重量法  ，ＪＩＳ  Ｇ  1217−2005に規定される間接滴定法に準拠して求めればよい。
【００５０】
また、ばね用ステンレス鋼帯は、ＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号がＳＵＳ30
1−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨであること
が好適である。ばね用ステンレス鋼帯が上述したいずれかのばね用ステンレス鋼帯であるときには、ばね限界値が高く、塑性変形しにくいので、発電部材１にかかる大きな外力に耐えることができる。また、繰り返される押圧にも耐えることができるので、長期間にわたって圧電素子２を保持することができる。
【００５１】
さらに、塩化物イオンや酸に対する耐食性を向上させるため、本発明の保持部材３を構成するばね用ステンレス鋼帯にモリブデンを含ませてもよく、このモリブデンの含有量は、例えば３質量％以下の範囲で含まれていることが好適である。このばね用ステンレス鋼帯におけるモリブデンの含有量は、ＪＩＳ  Ｇ  1218−2005に規定されるチオシアン酸吸光光度法に準拠して求めればよい。
【００５２】
図２は、本発明の発電部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。また、（ｃ）は圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【００５３】
図２に示す例の発電部材１は、図１に示す例の発電部材１と同様、板状の圧電セラミックス２ｂの両主面に電極２ａ，２ｃが形成された複数個の圧電素子２と、圧電素子２を一方主面側で保持する保持部材３と、保持部材３を支持する支持部材４とを備えてなり、圧電素子２を他方主面側から押圧することによって発電させる発電部材１である。
【００５４】
そして、保持部材３は板状であり、複数個の圧電素子２は複数行かつ複数列の行列状に配置され、支持部材４は複数個の圧電素子２の行列状の配置の外周に沿って保持部材３を支持している。図１に示す例の発電部材１は、圧電セラミックス２ｂが円形状であるのに対し、図２に示す例の発電部材１は、圧電セラミックス２ｂが矩形状であり、４個の圧電素子２を２行２列に配置している。
【００５５】
図２に示す例の発電部材１のように、圧電セラミックス２ｂが矩形状であるときには、圧電セラミックス２ｂが円形状である場合よりも保持部材３上に隙間を少なくして配置することができるので、さらに高い電力を得ることができる。
【００５６】
また、図１，２に示すように、本発明の発電部材１は、圧電セラミックス２ｂが偶数行かつ偶数列の行列状に配置されていることが好適である。圧電セラミックス２ｂが偶数行かつ偶数列の行列状に配置されていれば、圧電素子２の主面の合計面積が同じとなる圧電素子２を奇数行かつ奇数列の行列状に保持部材３上に密に配置したときと比較して、保持部材３の中心には圧電素子２が存在せず、圧電素子２同士の隙間となり、押圧によってひずみやすくなるため、圧電セラミックス２ｂには大きな変位が生じるので、さらに高い電力を得ることができる。
【００５７】
また、本発明の発電部材１を構成する圧電素子２は、種々の配置形態をとることができる。
【００５８】
例えば、図３は本発明の発電部材を構成する圧電素子の配置の一例を示す、それぞれ（ａ）が正方形状，（ｂ）が菱形状，（ｃ）が三角形状，（ｄ）が円状の圧電素子の配置を示す模式図である。
【００５９】
図３（ａ），（ｂ）および（ｄ）に示す例の発電部材１は、圧電セラミックス２ｂが偶数行かつ偶数列の行列状に配置されていれば、圧電素子２の主面の合計面積が同じとなる圧電素子２を奇数行かつ奇数列の行列状に保持部材３上に密に配置したときと比較して、保持部材３の中心には圧電素子２が存在せず、圧電素子２同士の隙間となり、押圧によっ
てひずみやすくなるため、圧電セラミックス２ｂには大きな変位が生じるので、さらに高い電力を得ることができる。
【００６０】
また、図３（ｃ）に示す例の発電部材１のように、図において圧電素子２が上下対称に配置されたときにも、保持部材３の中心には圧電素子２が存在せず、圧電素子２同士の隙間となり、押圧によってひずみやすくなるため、圧電セラミックス２ｂには大きな変位が生じるので、さらに高い電力を得ることができる。
【００６１】
また、図４は本発明の発電部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。また、（ｃ）は押圧部材によって圧電素子が押圧されている状態の断面図である。
【００６２】
図４に示す例の発電部材１は、圧電素子２の他方主面側から押圧する押圧部材５をさらに備えてなる発電部材１である。図４に示す例の発電部材１では、押圧部材５は圧電素子２が壊れないように圧電素子２を押圧する部材であって、保持部材３よりもヤング率が低い材料からなることが好適である。外力を受けて保持部材３により保持された圧電素子２を押圧するとき、押圧部材５は保持部材３よりもヤング率が低い材料からなれば、押圧部材５がこの外力のエネルギーを吸収して緩和し、保持部材３は圧電素子２の過度の変形を抑制して保持することができるので、圧電素子２を構成する圧電セラミックス２ｂが割れるのを抑制することができる。さらに、押圧部材５の押圧面が、圧電セラミックス２ｂの主面に倣うようにして変形することにより、高い電力を得ることができる。なお、押圧部材５および保持部材３の各ヤング率は、自由共振式固有振動法を用いて測定すればよい。
【００６３】
具体的には、押圧部材５がゴム，樹脂，カーボンナノチューブおよび炭素繊維系材料から選ばれる少なくとも１種からなり、保持部材３がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯からな
る組み合わせが好適である。
【００６４】
次に、本発明の発電装置は、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路とを備えたものである。本発明の発電装置は、上述した通り、圧電セラミックス２ｂにクラックを生じにくくすることができるとともに、押圧されたときに圧電セラミックス２ｂは圧縮応力によって十分な変位が生じて、高い電力を長期間にわたって得ることができるので、発電力に優れた発電装置とすることができる。
【００６５】
図５は、本発明の発電装置の電気回路の一例を示す概略構成図である。
【００６６】
図５に示す電気回路６は、１対の発電部材１，１’で得られた電力を複数のダイオード７をブリッジ状に配置して整流する、所謂ブリッジダイオード回路で構成される整流回路８と、整流回路８で整流された電力の一部を充電するとともに、充電した電力を抵抗負荷，誘導負荷等の電力負荷９に供給することができるコンデンサ10と出力電圧を調整する抵抗器11とからなる充放電部12を備えた充放電回路13とを有しており、整流回路８によって整流された電力のうち、必要な電力を瞬時に電力負荷９に送ることができるように構成したものである。なお、コンデンサ10は２次電池に置き換えてもよく、抵抗器11は必要に応じて用いればよい。さらに、充放電回路13には、過充電・過放電防止回路を接続し、発電装置が発電しないときには、過充電・過放電防止回路を自動的に開くように構成してもよい。
【００６７】
また、本発明の発電装置は、圧電素子２を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであることが好適である。圧電素子２を押圧する外力が、波力，水力または風力によるものであるときには、自然力の中でも比較的高く、継続してエネルギーを得ることが
できるので、より高い電力を継続して得ることができる。
【００６８】
図６は、本発明の発電装置を備えた発光装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線での断面図である。
【００６９】
図６に示す例の発光装置14は、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備え、圧電素子２を押圧する押圧部材５に作用する外力が波力によるものである。
【００７０】
より具体的には、図６に示す例の発光装置14は、海面に浮かせて用いるものであり、例えば夜間であっても船舶に航路を示して、船舶の安全を確保するためのものである。構成としては、防水機能を有する筐体15の内部に、複数個の圧電素子２が複数行かつ複数列の行列状に配置された発電部材１が配置されており、筐体15の上部には発光装置14を浮かせるための浮動体18が接合されており、筐体15の上方には支持軸19を介して発光体20が備えられている。また、発光装置14が予め設置された位置から流されないように、ワイヤーアンカー21が筐体15に接続されている。
【００７１】
そして、海面に浮かぶ発光装置14が波を受けて揺れることによって、筒状の中空部16を左右方向に球状体の押圧部材５が移動して中空部16の左右両側に配置されたそれぞれの圧電素子２を押圧することによって発電し、発電部材１で発電した電力は圧電セラミックスの両主面に形成された電極にそれぞれ接続されたリード線17を通じて電気回路（図示せず）に取り出せるように構成されている。
【００７２】
ここで、図５に示す電気回路６を用いて説明すれば、発電部材１で発電した電力は、電気回路６により整流されて充放電部12に充電され、この充電された電力で発光体20を点灯さることができる。また、昼間に発光体20の点灯を防止する場合には、抵抗器11を光センサを備えた感暗抵抗器にして、夜間のみ自動的に発光体20を点灯させるようにしてもよい。
【００７３】
なお、電気回路６に接続する発光体20が発光ダイオードであることが好適である。発光ダイオードは、消費電力が少なく寿命が長いので、発電部材１と併せ、交換頻度を削減することができるともに、発光ダイオードは光度が高いので、発光装置14の視認性を高くすることができる。
【００７４】
そして、このような発光装置14の構成において、海面に浮かぶ発光装置14が波の揺れによって、押圧部材５による押圧が繰り返されたときに、保持部材３が板状であり、複数個の圧電素子２が複数行かつ複数列の行列状に配置され、支持部材４が複数個の圧電素子の２行列状の配置の外周に沿って保持部材３を支持していることから、複数個の圧電素子２の主面の合計面積と同じである単数の圧電素子を保持部材３上に配置したときと比較して、それぞれの圧電素子２同士の間に隙間を有しているので、圧電セラミックス２ｂにクラックを生じにくくすることができる。また、複数個の圧電素子２を保持部材３の中心に寄せて密に並べて配置して、複数個の圧電素子２の行列状の配置の外周に沿って保持部材３を支持部材４で支持していることにより、押圧されたときに圧電セラミックス２ｂは圧縮応力によって十分な変位が生じるので、発電部材１は高い電力を長期間にわたって得ることができ、発光装置14として好適に用いることができる。
【００７５】
また、押圧部材５は、押圧を繰り返しても圧電セラミックス２ｂにクラックを生じにくくするために、その表面にゴムを被覆してもよい。さらに、押圧部材５は球状体を圧電セラミックス２ｂの主面に平行な２平面で切断した球帯であることが好適で、押圧部材５が球帯であると、ひずみの符号の反転する位置が外周側へとずれて、発生する電荷の相殺を
少なくすることができる。
【００７６】
図７は、本発明の発電部材１を用いた発電装置50の実施の形態の一例を示す模式図である。
【００７７】
図７に示す例の発電装置50は、図１に示す本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備え、圧電素子２を押圧する押圧部材５に作用する外力が水力によるものである。
【００７８】
より具体的には、図７に示す例の発電装置50は、管路22内に防水機能を有する筐体15が設置され、筐体15の内部に４個の圧電素子２が２行かつ２列の行列状に配置された発電部材１が配置されている。そして、発電部材１を構成する押圧部材５は球状体であり、流入側に設けられた水流調節手段23を周期的に開閉し、管路22内に水を流して筐体15の上側および下側に流入する各水量によって、筺体15を傾け筐体15の内部に設けられた筒状の中空部16を左右方向に押圧部材５を移動させることにより、圧電素子２を押圧する。
【００７９】
例えば、管路22内の下側に設けられた水流調整手段23ｂを閉じて上側に設けられた水流調整手段23ａを開くと、筐体15の上側に流入する水量が増えて、定常状態になるまで筐体15は流入側が流出側より下がるように傾くため、押圧部材５は流入側に移動する。そして、水流調整手段23ａを閉じて水流調整手段23ｂを開くと、筐体15の下側に流入する水量が増えて、定常状態になるまで筐体15は流出側が流入側より下がるように傾くため、押圧部材５は流出側に移動して、圧電素子２を押圧する。この動作を繰り返すことにより、発電部材１で発生した電力は、圧電セラミックスの両主面に形成された電極にそれぞれ接続されたリード線17を通じて電気回路（図示せず）に取り出せるように構成されている。
【００８０】
また、押圧部材５は、押圧を繰り返しても圧電セラミックス２ｂにクラックを生じにくくするために、その表面にゴムを被覆してもよい。さらに、押圧部材５は球状体を圧電セラミックス２ｂの主面に平行な２平面で切断した球帯または球状体の圧電セラミックス２ｂと対向する側を圧電セラミックス２ｂの主面に平行な平面で切断した球冠であることが好適で、押圧部材５がこのような球帯または球冠であると、ひずみの符号の反転する位置が外周側へとずれて、発生する電荷の相殺を少なくすることができる。
【００８１】
図８は、本発明の発電部材１を用いた発電装置60の実施の形態の他の例を示す模式図である。
【００８２】
図８に示す例の発電装置60は、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備え、押圧部材５を押圧する外力が風力によるものである。
【００８３】
より具体的には、図８に示す例の発電装置60は、外力となる風を周期的に遮断することによって、押圧部材５を変位させるための風力調整機構24を備えている。この風力調整機構24は、風力調節機構24を回転駆動させる回転軸25に取り付けられた複数のプロペラ状の回転保持部材26と、回転保持部材26の両端に配置された風遮断用部材27とからなる。そして、回転軸25は固定軸29に取り付けられ、固定軸29には複数のプロペラ状の押圧部材保持用部材30が取り付けられており、押圧部材保持用部材30により押圧部材５が保持されている。また、固定軸29には、押圧部材５を除く発電部材１の構成である、圧電素子２を保持する保持部材３を支持する支持部材４が円板状の支持部材固定用部材31に固定されている。さらに、固定軸29は、風の吹く向きに応じて回転可能な回転可動部を有する支柱28によって支えられている。
【００８４】
そして、風を受けて風遮断用部材27が回転し、押圧部材保持用部材30が風を受けたり、風を遮断したりすることにより、押圧部材保持用部材30に取り付けられた押圧部材５は固定軸29に沿って周期的に移動して、押圧部材保持用部材30が風を受けたときに押圧部材５が複数の圧電素子２を押圧する。押圧された複数の圧電素子２がひずむことによって電力が発生し、発生した電力は、電極２ａ，２ｃにそれぞれ接続されたリード線17を通じて電気回路（図示せず）に取り出せるように構成されている。
【００８５】
また、湿気を含めて、水が存在する環境下で用いられる図６〜８に示す例の本発明の発光装置14や発電装置50，60は、漏電および感電を防ぐために押圧部材５，圧電素子２，保持部材３および支持部材４はシリコーン樹脂等の樹脂で被覆されていることが好適である。
【００８６】
また、本発明の携帯型機器は、本発明の発電装置を備えてなるものであり、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路は、例えば図５に示す電気回路を用いればよい。
【００８７】
図９は、本発明の発電装置を備えた携帯型機器である腕時計の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ’線での断面図である。
【００８８】
図９（ａ）に示す腕時計32は、外装の本体部品である胴（ケース）33と、胴33に内蔵され時刻が刻み込まれている文字板34と、文字板34に刻み込まれた所定の時刻を示す位置を指し示す針35と、胴33に外装され回転させることによって時刻を操作することができるりゅうず36と、文字板34および針35を覆うガラス37と、胴33に収納され針35を駆動するためのムーブメント38と、腕時計２を使用者の腕等に取り付けることができるようにするためのバンド39とを備えてなるものである。そして、このアナログ表示式の腕時計32に、本発明の発電部材１と、発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路（図示せず）とを備えている。
【００８９】
図10は、図９に示す腕時計の内部における、（ａ）は押圧部材が発電部材を押圧していないときの状態を示す模式図であり、（ｂ）は押圧部材が発電部材を押圧しているときの状態を示す模式図である。
【００９０】
図10に示すように、凹部43ｃおよび凸部43ｄが外周に交互に形成されている円板状の部材がＸ方向に回転すると、加振レバー44のテーパ部44ｅが凸部43ｄに接触して、加振レバー44はＲ１方向に持ち上げられる。そして、さらにＸ方向に回転すると、凸部43ｄに接触していたテーパ部44ｅが凹部43ｃに落ちてはまり込む。このとき、加振レバー44の先端部の押圧部材５がＲ２方向に稼働して複数の圧電素子２を押圧する。この動作を繰り返すことにより、発電部材１で発生した電力は、電極２ａ，２ｃにそれぞれ接続されたリード線（図示せず）を通じて電気回路（図示せず）に取り出される。電気回路に取り出された電力は、内蔵する電子回路およびモータ等の駆動部を駆動するように構成されている。
【００９１】
本発明の携帯型機器は、上述の通り、図９および図10に示す例の腕時計を用いて説明したが、本発明の携帯型機器は、腕時計以外、例えば懐中電灯，ラジオ，携帯電話または電卓等でもよく、使用者が携帯することができる機器であり、本発明の発電装置を備え何らかの外力によって発電することができるものであれば、上述した携帯型機器に限定されるものではない。
【００９２】
次に、本発明の発電部材の製造方法の一例を説明する。
【００９３】
まず、圧電セラミックス２ｂがチタン酸ジルコン酸鉛からなる場合の例について説明する。出発原料として酸化鉛（Ｐｂ３Ｏ４），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２），酸化チタン
（ＴｉＯ２），炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３），炭酸バリウム（ＢａＣＯ３），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３），酸化ニッケル（ＮｉＯ）および酸化テルル（ＴｅＯ２）の各粉末を秤量混合して調合原料とし、この調合原料を溶媒である水とともにボールミルに入れて、混合粉砕を20時間以上30時間以下行なってスラリーを得る。なお、ボールミルの混合粉砕では、ジルコニアを主成分とするボールを用いればよい。また、出発原料には、必要に応じて上記出発原料に加え、酸化鉛（ＰｂＯ）および酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ５）を秤量混合して用いてもよい。
【００９４】
そして、得られたスラリーを脱水し乾燥させた後に、大気雰囲気中で温度を850℃以上900℃以下とし、保持時間を１時間以上３時間以下として仮焼することにより仮焼粉体を得る。次に、得られた仮焼粉体に対してマグネシウム（Ｍｇ）の含有量が0.6モル％以下と
なるように、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）の粉末を所定量加えて粉砕混合して混合粉体を得る。この混合粉体からスラリーを作製してテープ成形法または押出成形法にて円板状，三角形状，四角形状，六角形状または八角形状などの所定形状の成形体を得るか、または混合粉体から作製したスラリーを噴霧乾燥法により顆粒を作製し、乾式加圧成形法にて所定形状の成形体を形成すればよい。この成形体を大気雰囲気中または酸素雰囲気中にて1100℃以上1300℃以下で焼成することによって、焼結体である圧電セラミックス２ｂを得ることができる。
【００９５】
そして、得られたスラリーを脱水し乾燥させた後に、大気雰囲気中で温度を850℃以上900℃以下とし、保持時間を１時間以上３時間以下として仮焼することにより、組成式がＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３ −Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３で表される成分を主成
分とする仮焼粉体を得る。次に、得られた仮焼粉体に酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）および酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の各粉末を所定量加えて混合して混合粉体とし、この混合粉体からスラリーを作製してテープ成形法もしくは押出成形法にて所定形状の成形体を得るか、または混合粉体から作製したスラリーを噴霧乾燥法により顆粒を作製し、乾式加圧成形法にて所定形状の成形体を形成すればよい。この成形体を大気雰囲気中または酸素雰囲気中にて1000℃以上1100℃以下で焼成することによって、圧電セラミックス２ｂを得ることができる。
【００９６】
さらに、圧電セラミックス２ｂがニオブ酸カリウム・ナトリウム・リチウムを主成分とし、チタン酸カルシウムおよび鉄酸ビスマスを含む場合について説明する。出発原料として、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３），炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３），炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３），炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３），酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５），酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の各粉末を秤量混合して調合原料とする。ここで、圧電セラミックス２ｂは、例えば、組成式が（１−ａ−ｂ）（ＫｘＮａｙＬｉ１−ｘ−ｙ）ＮｂＯ３＋ａＣａＴｉＯ３＋ｂＢｉＦｅＯ３であって、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル比が、０＜ａ≦0.16，０＜ｂ≦0.1，０≦ｘ≦0.19，および0.79＜ｙ＜１を満足するよう
に秤量すればよい。
【００９７】
次に、この調合原料を溶媒である２−プロパノール（イソプロパノール）とともにボールミルに入れて、混合粉砕を15時間以上25時間以下行なってスラリーを得る。なお、ボールミルの混合粉砕では、ジルコニアを主成分とするボールを用いればよい。
【００９８】
そして、得られたスラリーを脱水し乾燥させた後に、大気雰囲気中にて900℃以上1000
℃以下で３時間仮焼し、仮焼粉体とする。その後、この仮焼粉体を再度ボールミルで粉砕し、この仮焼粉体にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のバインダを添加してスラリーとし、噴霧乾燥法により乾燥させて顆粒とする。
【００９９】
次に、得られた顆粒を乾式加圧成形法により200ＭＰａの圧力で、所定形状の成形体を
作製し、得られた成形体を必要に応じて脱脂した後、大気雰囲気中にて例えば1000℃以上1250℃以下で焼成することによって、圧電セラミックス２ｂを得ることができる。
【０１００】
そして、上述のいずれかの製造方法で得られた圧電セラミックス２ｂの両主面に電気伝導性の高い、例えば金，銀，銅，黄銅およびパラジウムから選ばれる少なくとも１種からなるペーストをスクリーン印刷法，ディッピング法などの周知の方法により塗布し、加熱処理を施して電極２ａ，２ｃを形成して圧電素子２を得た後、室温で３ｋＶ／ｍｍ以上７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電界を圧電素子２に10分以上30分以下で印加して分極処理を施す。
【０１０１】
分極処理を施した後、ニッケルの含有量が８質量％以下であるばね用ステンレス鋼帯、例えばＪＩＳ  Ｇ  4313−1996に規定される記号がＳＵＳ301−ＣＳＰ  Ｈ，ＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＥＨまたはＳＵＳ301−ＣＳＰ  ＳＥＨで表されるばね用ステンレス鋼帯からな
る保持部材３上に、圧電素子２を複数行かつ複数列の行列状に配置し、各電極２ｃを光硬化性樹脂系接着剤で接着することで、圧電素子２を保持する保持部材３を得ることができる。
【０１０２】
なお、ばね用ステンレス鋼帯に含まれるニッケル以外の成分としては、炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムを含んでいてもよく、これらの成分の各含有量は、炭素が0.15質量％以下，珪素が１質量％以下，マンガンが２質量％以下，りんが0.045質量％
以下，硫黄が0.03質量％以下，クロムが16質量％以上18質量％以下であることが好適である。さらに、モリブデンを含んでいてもよく、その含有量は３質量％以下であることが好適である。
【０１０３】
そして、上述のいずれかの方法で得られた圧電素子２および保持部材３と、保持部材３を支持する支持部材４とを所定の位置に配置することで、図１，図２または図３に示す例の本発明の発電部材１を得ることができる。
【０１０４】
あるいは、上述のいずれかの方法で得られた圧電素子２および保持部材３と、圧電素子２を一方主面側から押圧する押圧部材５と、保持部材３を支持する支持部材４とを所定の位置に配置することで、図４に示す例の本発明の発電部材１を得ることができる。また、本発明の発電部材１と、例えば図５に示す発電部材１で発電した電力を取り出す電気回路６とを備えることによって、本発明の発電装置とすることができる。
【０１０５】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１０６】
まず、厚さが0.2ｍｍであるチタン酸ジルコン酸鉛からなり、表１に示す形状で一辺ま
たは直径の長さの主面を有する圧電セラミックス２ｂを、それぞれ表１に示す配置に必要数用意した。そして、圧電セラミックス２ｂの両主面に、主成分が銀からなる層状の電極２ａ，２ｃを形成して圧電素子２を得た後、室温で５ｋＶ／ｍｍの直流電界を圧電素子２に30分間印加して分極処理を施した。次に、厚さが0.2ｍｍであるばね用ステンレス鋼帯
からなり、表１に示す形状で一辺または直径がそれぞれ62ｍｍの主面を有する保持部材３を用意した。そして、圧電素子２が表１に示す配置となるように、それぞれの保持部材３と圧電素子２に形成した電極とを光硬化性樹脂系接着剤で接着した。次に、インピーダンスアナライザ（ヒューレット・パッカード社製、4194Ａ）を用いて周波数を120Ｈｚとし
て圧電素子２の静電容量Ｃ０を測定した。
【０１０７】
また、保持部材３として用いるばね用ステンレス鋼帯に含まれるニッケル，炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムの各含有量は、いずれの試料も６質量％，0.1質量
％，0.5質量％，1.5質量％，0.025質量％，0.015質量％，17質量％であった。
【０１０８】
なお、ニッケル，炭素，珪素，マンガン，りん，硫黄およびクロムの各含有量は、それぞれＪＩＳ  Ｇ  1216−1997に規定されるジメチルグリオキシムニッケル重量法，ＪＩＳ
Ｇ  1211−1995に規定される高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法，ＪＩＳ  Ｇ  1212-1997に規定される二酸化珪素重量法（２），ＪＩＳ  Ｇ  1213−2001に規定される過マ
ンガン酸吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1214−1998に規定されるモリブドバナドりん酸抽出吸光光度法，ＪＩＳ  Ｇ  1215−1994に規定されるクロマトグラフ分離硫酸バリウム重量法
，ＪＩＳ  Ｇ  1217−2005に規定される間接滴定法に準拠して求めた。
【０１０９】
次に、保持部材３を支持する支持部材４として、図１，２に示すように、中央が開口しており、表１に示す形状で一辺または直径がそれぞれ62ｍｍであり、圧電素子２の配置の外周に沿って保持部材３を支持する、ゴムからなる支持部材４を用意した。
【０１１０】
次に、圧電素子２の一方主面側を押圧する押圧部材５として、一辺が45ｍｍの正方形状の押圧面を有する押圧部材５を用意した。そして、板状の圧電セラミックス２ｂの両主面に電極２ａ，２ｃが形成された圧電素子２と、板状であり、圧電素子２を一方主面側で保持する保持部材３と、中央が開口しており、圧電素子２の配置の外周に沿って保持部材３を支持する支持部材と、圧電素子２を押圧する押圧部材５とを用いて、各部材の配置等の主な構成が図４に示す構成となる試料Ｎｏ．１〜６の発電部材を得た。
【０１１１】
次に、試料Ｎｏ．１〜６の発電部材で発生した電圧を測定するために、発電部材と、発電部材で発生した電圧を測定するためのデジタルエレクトロメータ（アドバンテスト製  、Ｒ8252）とを直列に繋いで回路を形成した。
【０１１２】
そして、押圧部材５を精密万能試験機（島津製作所製、オートグラフ（登録商標）ＡＧ−Ｘ）のクロスヘッドに取り付け、30ｍｍ／分の速度で圧電素子２を押圧し、圧電素子２を押圧する荷重が40Ｎになったときのデジタルエレクトロメータ（アドバンテスト製  Ｒ8252）にて検出された圧電素子２の電圧Ｖ０と、予め測定した圧電素子２の静電容量Ｃ０とから、試料Ｎｏ．１〜６の発電部材が発電できた電力量Ｐ０（＝１／２Ｃ０Ｖ０２）を計算した。電圧Ｖ０，静電容量Ｃ０および電力量Ｐ０を表１に示した。
【０１１３】
次に、押圧部材５を電気油圧疲労試験機（島津製作所製、サーボパルサ（登録商標）、ＥＦＨ−ＦＧ10ＫＮ−10ＬＡ）のクロスヘッドに取り付け、周波数を３Ｈｚとし、圧電素子２に30Ｎから60Ｎまで増加する荷重を与えるというサイクルを１サイクルとして、このサイクルを繰り返し、圧電セラミックス２ｂにクラックが目視で始めて観察されたサイクル数を表１に示した。
【０１１４】
【表１】
2011233630.tif 000003
【０１１５】
表１に示す結果からわかるように、単数の圧電素子２を保持部材３上に配置し、単数の圧電素子２の外周に沿って保持部材を支持している支持部材４からなる試料Ｎｏ．１，２に対し、試料Ｎｏ．３〜６は、保持部材３が板状であり、複数個の圧電素子２が複数行かつ複数列の行列状に配置され、支持部材４は複数個の圧電素子２の行列状の配置の外周に沿って保持部材３を支持していることから、高い電力を長期間にわたって得ることができることがわかった。
【実施例２】
【０１１６】
まず、実施例１と同様の方法で、試料Ｎｏ．３と同様の圧電素子２を作製して分極処理を施した。次に、一辺が62ｍｍの正方形状の主面を有し、厚さが0.2ｍｍであって、材質
およびヤング率が表２に示される保持部材３と圧電素子２に形成した電極とを光硬化性樹脂系接着剤で接着した。そして、保持部材３を支持する支持部材４として、図１，２に示すように、中央が開口しており、表１に示す形状で一辺または直径がそれぞれ62ｍｍであり、圧電素子２の配置の外周に沿って保持部材３を支持する、ゴムからなる支持部材４を用意し、圧電素子２，保持部材３および支持部材４を図４に示すように配置した。
【０１１７】
次に、圧電素子２の一方主面側を押圧する押圧部材５として、一辺が45ｍｍの正方形状の押圧面を有し、材質およびヤング率が表２に示される押圧部材５を用意した。なお、保持部材３および押圧部材５の各ヤング率は、自由共振式固有振動法を用いて予め測定し、その測定値を表２に示した。
【０１１８】
そして、押圧部材５を電気油圧疲労試験機（島津製作所製、サーボパルサ（登録商標）、ＥＦＨ−ＦＧ10ＫＮ−10ＬＡ）のクロスヘッドに取り付け、周波数を３Ｈｚとし、圧電素子２に30Ｎから60Ｎまで増加する荷重を与えるというサイクルを１サイクルとして、このサイクルを繰り返し、圧電セラミックス２ｂにクラックが目視で始めて観察されたサイクル数を表２に示した。
【０１１９】
【表２】
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【０１２０】
表２に示す結果からわかるように、試料Ｎｏ．７は、押圧部材５のヤング率が保持部材３のヤング率より低いことから、押圧部材５がこの外力のエネルギーを吸収して緩和し、保持部材３は圧電素子２の過度の変形を抑制して保持することができるので、押圧部材５のヤング率が保持部材３のヤング率と同等以上である試料Ｎｏ．８，９より圧電素子２を構成する圧電セラミックス２ｂにはクラックが生じにくくなることがわかった。
【符号の説明】
【０１２１】
１：発電部材
２：圧電素子
２ａ：電極
２ｂ：圧電セラミックス
２ｃ：電極
３：保持部材
４：支持部材
５：押圧部材
６：電気回路
14：発光装置
32：腕時計
50，60：発電装置
【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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