(57)【要約】【課題】低周波数の振動によっても発電可能である小型の圧電発電装置を提供する。【解決手段】圧電発電装置１は、中心側端部が第１の固定部材２０に固定されており、外側端部が第２の固定部材３０に固定されている渦巻き状の圧電素子１０を備えている。圧電素子１０は、渦巻き状の第１及圧電体１１を備えている。第１の圧電体１１は、圧電素子１０の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第１及び第２の固定部材２０，３０は、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して接線方向ｘに変位可能である一方、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する、垂直方向ｙへの変位が規制されるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き状に形成されている圧電素子と、
前記圧電素子の中心側端部が固定されている第１の固定部材と、
前記圧電素子の外側端部が固定されている第２の固定部材とを備え、
前記圧電素子は、
渦巻き状に形成されており、半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている第１の圧電体と、
前記第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている第１の電極と、
前記第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている第２の電極と、
前記第２の電極の半径方向外側の表面上または前記第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている弾性部材とを有し、
前記第１及び第２の固定部材は、前記第２の固定部材が前記第１の固定部材に対して前記圧電素子の外側端部の接線方向に変位可能である一方、前記第２の固定部材の前記第１の固定部材に対する、前記圧電素子の外側端部の接線方向に垂直な方向への変位が規制されるように構成されている、圧電発電装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている第２の圧電体であり、
前記圧電素子は、前記第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項３】
前記第１の固定部材は、一方の表面上に前記圧電素子が位置している板状部材と、前記圧電素子の外側端部の半径方向外側において前記板状部材の一方の表面から突出する突出部とを有し、
前記第２の固定部材は、前記突出部に対して前記圧電素子側に位置しており、前記圧電素子の外側端部の接線方向に沿って延びる当接面を有し、
前記当接面は、前記突出部に当接している、請求項１または２に記載の圧電発電装置。
【請求項４】
前記第２の固定部材は、
前記当接面を有する固定部材本体と、
前記固定部材本体に接続されており、前記突出部に対して前記圧電素子の外側端部の接線方向の一方側に位置している第１のストッパ部と、
前記固定部材本体に接続されており、前記突出部に対して前記圧電素子の外側端部の接線方向の他方側に位置している第２のストッパ部とを含む、請求項３に記載の圧電発電装置。
【請求項５】
渦巻き状に形成されている第１及び第２の圧電素子と、
前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とが一方の表面上に配置されており、前記第１の圧電素子の中心側端部と前記第２の圧電素子の中心側端部とが固定されている板状の第１の固定部材と、
前記第１の固定部材の一方の表面上において、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子との間に位置しており、前記第１の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の中心とを通る直線上において、前記第１の圧電素子の最も前記第２の圧電素子側に位置する部分と、前記第２の圧電素子の最も前記第１の圧電素子側に位置する部分とが固定されており、前記第１の固定部材に対して変位可能な第２の固定部材とを備え、
前記第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、
渦巻き状に形成されており、半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている第１の圧電体と、
前記第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている第１の電極と、
前記第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている第２の電極と、
前記第２の電極の半径方向外側の表面上または前記第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている弾性部材とを有する、圧電発電装置。
【請求項６】
前記弾性部材は、半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている第２の圧電体であり、
前記第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、前記第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する、請求項５に記載の圧電発電装置。
【請求項７】
前記第１の圧電素子の外側端部と前記第２の圧電素子の外側端部とのそれぞれが前記第１の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の中心とを通過する直線の前記第１の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の中心との間に位置する部分上に位置しており、前記第１の圧電素子の外側端部と前記第２の圧電素子の外側端部とが前記第２の固定部材に固定されている、請求項５または６に記載の圧電発電装置。
【請求項８】
渦巻き状に形成されている圧電素子と、
前記圧電素子の中心側端部が固定されている第１の固定部材と、
前記圧電素子の外側端部が固定されている第２の固定部材とを備え、
前記圧電素子は、
渦巻き状に形成されている第１の圧電体と、
前記第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている第１の電極と、
前記第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている第２の電極と、
前記第２の電極の半径方向外側の表面上または前記第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている弾性部材を有し、
前記第１の圧電体のうち、前記圧電素子の中心と前記圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、前記圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている一方、前記第１の圧電体のうち、前記圧電素子の中心と前記圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、前記圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されており、
前記第１及び第２の固定部材は、前記第２の固定部材が前記第１の固定部材に対して前記圧電素子の中心と前記圧電素子の外側端とを通る直線の延びる方向に変位可能である一方、前記第２の固定部材の前記第１の固定部材に対する前記圧電素子の外側端部の接線方向への変位が規制されるように構成されている、圧電発電装置。
【請求項９】
前記弾性部材は、第２の圧電体であり、
前記第２の圧電体のうち、前記圧電素子の中心と前記圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、前記圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている一方、前記第２の圧電体のうち、前記圧電素子の中心と前記圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、前記圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されており、
前記圧電素子は、前記第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する、請求項８に記載の圧電発電装置。
【請求項１０】
前記第１の固定部材は、一方の表面上に前記圧電素子が位置している板状部材と、前記圧電素子の外側端部の半径方向外側において前記板状部材の一方の表面から突出する突出部とを有し、
前記第２の固定部材は、前記圧電素子の中心と前記圧電素子の外側端とを通る直線の延びる方向に沿って延びており、前記突出部に対して、前記圧電素子の外側端部の接線方向の一方側に位置している第１のガイド部と、前記圧電素子の中心と前記圧電素子の外側端とを通る直線の延びる方向に沿って延びており、前記突出部に対して、前記圧電素子の外側端部の接線方向の他方側に位置している第２のガイド部とを有しており、
前記第１及び第２のガイド部のそれぞれは、前記突出部と当接している、請求項８または９に記載の圧電発電装置。
【請求項１１】
渦巻き状に形成されている第１及び第２の圧電素子と、
第１の方向に沿って、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とが一方の表面上に配置されており、前記第１の圧電素子の中心側端部と前記第２の圧電素子の中心側端部とが固定されている板状の第１の固定部材と、
前記第１の固定部材の一方の表面上に前記第１の固定部に対して変位可能に配置されており、前記第１の圧電素子の前記第１の方向と直交する第２の方向の最も一方側に位置する部分と、前記第２の圧電素子の前記第２の方向の最も一方側に位置する部分とを接続している接続部と、前記第１の方向において、前記第１の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の中心との間に位置しており、前記接続部から前記第２の方向に沿って延びる錘部とを有する第２の固定部とを備え、
前記第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、
渦巻き状に形成されている第１の圧電体と、
前記第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている第１の電極と、
前記第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている第２の電極と、
前記第２の電極の半径方向外側の表面上または前記第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている弾性部材を有し、
前記第１の圧電素子の前記第１の圧電体のうち、前記第１の圧電素子の中心と前記第１の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、前記第１の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている一方、前記第１の圧電素子の前記第１の圧電体のうち、前記第１の圧電素子の中心と前記第１の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、前記第１の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されており、
前記第２の圧電素子の前記第１の圧電体のうち、前記第２の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、前記第２の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている一方、前記第２の圧電素子の前記第１の圧電体のうち、前記第２の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、前記第２の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている、圧電発電装置。
【請求項１２】
前記弾性部材は、第２の圧電体であり、
前記第１の圧電素子の前記第２の圧電体のうち、前記第１の圧電素子の中心と前記第１の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、前記第１の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている一方、前記第１の圧電素子の前記第２の圧電体のうち、前記第１の圧電素子の中心と前記第１の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、前記第１の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されており、
前記第２の圧電素子の前記第２の圧電体のうち、前記第２の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、前記第２の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている一方、前記第２の圧電素子の前記第２の圧電体のうち、前記第２の圧電素子の中心と前記第２の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、前記第２の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されており、
前記第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、前記第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する、請求項１１に記載の圧電発電装置。
【請求項１３】
前記第１の圧電素子の外側端部は、前記第１の圧電素子の中心を通り、前記第２の方向に延びる直線の前記第１の圧電素子の中心よりも前記第２の方向の一方側部分上に位置しており、前記第２の圧電素子の外側端部は、前記第２の圧電素子の中心を通り、前記第２の方向に延びる直線の前記第２の圧電素子の中心よりも前記第２の方向の一方側部分上に位置しており、前記接続部は、前記第１の圧電素子の外側端部と前記第２の圧電素子の外側端部とを接続している、請求項１２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、例えば２０Ｈｚ以下の低周波数の振動によっても発電可能な圧電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度や歪みなどが加わることにより振動し、圧電効果により発電する圧電発電装置が知られている。圧電発電装置を電源として用いた場合、バッテリーなどの他の電源を必要としない。従って、振動や歪みが加わる用途に用いられる様々なセンサの電源などとして、上記圧電発電装置は好適に用いられている。
【０００３】
上記圧電発電装置の一例が、下記の特許文献１に開示されている。図１９は、特許文献１に記載の圧電発電装置を示す斜視図である。図１９に示す圧電発電装置１００は、片持ち梁態様のユニモルフ型の圧電発電装置である。具体的には、図１９に示すように、圧電発電装置１００は、圧電素子１０２を備えている。圧電素子１０２には、金属板１０３が接合されている。圧電素子１０２と金属板１０３との一方の端部は、ケース１０１に固定されている。圧電素子１０２と金属板１０３との他方の端部には、錘１０４が取り付けられている。圧電発電装置１００に加速度が加わると、錘１０４が振動する。これにより、圧電素子１０２に引張応力と圧縮応力とが交互に付与される。その結果、圧電素子１０２において電力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１７０９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電発電装置１００では、圧電素子１０２の共振周波数は、圧電素子１０２の長さと、錘１０４の重量とに相関する。具体的には、圧電素子１０２の固定端から自由端までの長さが長くなるほど圧電素子１０２の共振周波数が低くなる。また、錘１０４の重量が重くなるほど圧電素子１０２の共振周波数が低くなる。
【０００６】
このため、低い周波数の振動によって発電が行われるようにするためには、圧電素子１０２の長さを長くし、かつ錘１０４を重くすることによって圧電素子１０２の共振周波数を低くする必要がある。従って、低い周波数の振動によって発電が行われるようにしようとすると、圧電発電装置１００が大型化するという問題があった。特に、歩行などの人体の運動がもつ周波数は、通常２０Ｈｚ以下と非常に低いため、人体の運動により付与される低い周波数の振動によって発電が行われるようにしようとすると、圧電発電装置１００が巨大になってしまうという問題があった。
【０００７】
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、例えば２０Ｈｚ以下といった低周波数の振動によっても発電可能である小型の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】
【０００８】
本発明に係る第１の圧電発電装置は、圧電素子と、第１の固定部材と、第２の固定部材とを備えている。圧電素子は、渦巻き状に形成されている。第１の固定部材には、圧電素子の中心側端部が固定されている。第２の固定部材には、圧電素子の外側端部が固定されている。圧電素子は、第１の圧電体と、第１の電極と、第２の電極と、弾性部材とを有する。第１の圧電体は、渦巻き状に形成されている。第１の圧電体は、圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第１の電極は、第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている。第２の電極は、第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている。弾性部材は、第２の電極の半径方向外側の表面上または第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている。第１及び第２の固定部材は、第２の固定部材が第１の固定部材に対して圧電素子の外側端部の接線方向に変位可能である一方、第２の固定部材の第１の固定部材に対する、圧電素子の外側端部の接線方向に垂直な方向への変位が規制されるように構成されている。
【０００９】
本発明に係る第１の圧電発電装置のある特定の局面では、弾性部材は、半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている第２の圧電体であり、圧電素子は、第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する。この構成によれば、より高い発電効率を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る第１の圧電発電装置の他の特定の局面では、第１の固定部材は、一方の表面上に圧電素子が位置している板状部材と、圧電素子の外側端部の半径方向外側において板状部材の一方の表面から突出する突出部とを有し、第２の固定部材は、突出部に対して圧電素子側に位置しており、圧電素子の外側端部の接線方向に沿って延びる当接面を有し、当接面は、突出部に当接している。この構成によれば、第２の固定部材の第１の固定部材に対する圧電素子の半径方向への変位を効果的に規制することができ、第２の固定部材の第１の固定部材に対する圧電素子の外側端部の接線方向への変位量を大きくすることができる。従って、より高い発電効率を実現することができる。
【００１１】
本発明に係る第１の圧電発電装置の別の特定の局面では、第２の固定部材は、当接面を有する固定部材本体と、固定部材本体に接続されており、突出部に対して圧電素子の外側端部の接線方向の一方側に位置している第１のストッパ部と、固定部材本体に接続されており、突出部に対して圧電素子の外側端部の接線方向の他方側に位置している第２のストッパ部とを含む。この構成によれば、第２の固定部材が第１の固定部材に対して接線方向に過大に変位することを抑制することができる。従って、圧電素子に大きな応力がかかり、圧電素子が損傷することを効果的に抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る第２の圧電発電装置は、第１及び第２の圧電素子と、板状の第１の固定部材と、第２の固定部材とを備えている。第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、渦巻き状に形成されている。第１の固定部材の一方の表面上には、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが配置されている。第１の固定部材には、第１の圧電素子の中心側端部と第２の圧電素子の中心側端部とが固定されている。第２の固定部材は、第１の固定部材の一方の表面上において、第１の圧電素子と第２の圧電素子との間に位置している。第２の固定部材には、第１の圧電素子の中心と第２の圧電素子の中心とを通る直線上において、第１の圧電素子の最も第２の圧電素子側に位置する部分と、第２の圧電素子の最も第１の圧電素子側に位置する部分とが固定されている。第２の固定部材は、第１の固定部材に対して変位可能である。第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、第１の圧電体と、第１の電極と、第２の電極と、弾性部材とを有する。第１の圧電体は、渦巻き状に形成されている。第１の圧電体は、半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第１の電極は、第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている。第２の電極は、第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている。弾性部材は、第２の電極の半径方向外側の表面上または第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている。
【００１３】
本発明に係る第２の圧電発電装置のある特定の局面では、弾性部材は、半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている第２の圧電体であり、第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する。この構成によれば、より高い発電効率を得ることができる。
【００１４】
本発明に係る第２の圧電発電装置の他の特定の局面では、第１の圧電素子の外側端部と第２の圧電素子の外側端部とのそれぞれが第１の圧電素子の中心と第２の圧電素子の中心とを通過する直線の第１の圧電素子の中心と第２の圧電素子の中心との間に位置する部分上に位置しており、第１の圧電素子の外側端部と第２の圧電素子の外側端部とが第２の固定部材に固定されている。この構成によれば、第２の固定部材が第１の固定部材に対して変位することにより第１及び第２の圧電体の全体に応力が付与され、第１及び第２の圧電体の全体が変形する。このため、発電効率をより高くすることができる。
【００１５】
本発明に係る第３の圧電発電装置は、圧電素子と、第１の固定部材と、第２の固定部材とを備えている。圧電素子は、渦巻き状に形成されている。第１の固定部材には、圧電素子の中心側端部が固定されている。第２の固定部材には、圧電素子の外側端部が固定されている。圧電素子は、第１の圧電体と、第１の電極と、第２の電極と、弾性部材とを有する。第１の圧電体は、渦巻き状に形成されている。第１の電極は、第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている。第２の電極は、第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている。弾性部材は、第２の電極の半径方向外側の表面上または第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている。第１の圧電体のうち、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第１の圧電体のうち、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている。第１及び第２の固定部材は、第２の固定部材が第１の固定部材に対して圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の延びる方向に変位可能である一方、第２の固定部材の第１の固定部材に対する圧電素子の外側端部の接線方向への変位が規制されるように構成されている。
【００１６】
本発明に係る第３の圧電発電装置のある特定の局面では、弾性部材は、第２の圧電体である。第２の圧電体のうち、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている。第２の圧電体のうち、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。圧電素子は、第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する。
【００１７】
本発明に係る第３の圧電発電装置の他の特定の局面では、第１の固定部材は、一方の表面上に圧電素子が位置している板状部材と、圧電素子の外側端部の半径方向外側において板状部材の一方の表面から突出する突出部とを有し、第２の固定部材は、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の延びる方向に沿って延びており、突出部に対して、圧電素子の外側端部の接線方向の一方側に位置している第１のガイド部と、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の延びる方向に沿って延びており、突出部に対して、圧電素子の外側端部の接線方向の他方側に位置している第２のガイド部とを有しており、第１及び第２のガイド部のそれぞれは、突出部と当接している。この構成によれば、第２の固定部材の第１の固定部材に対する圧電素子の外側端部の接線方向への変位を効果的に規制することができ、第２の固定部材の第１の固定部材に対する圧電素子の半径方向への変位量を大きくすることができる。従って、より高い発電効率を実現することができる。
【００１８】
本発明に係る第４の圧電発電装置は、第１及び第２の圧電素子と、板状の第１の固定部材と、第２の固定部とを備えている。第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、渦巻き状に形成されている。第１の固定部材の一方の表面には、第１の方向に沿って、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが配置されている。第１の固定部材には、第１の圧電素子の中心側端部と第２の圧電素子の中心側端部とが固定されている。第２の固定部は、第１の固定部材の一方の表面上に第１の固定部に対して変位可能に配置されている。第２の固定部は、接続部と、錘部とを有する。接続部は、第１の圧電素子の第１の方向と直交する第２の方向の最も一方側に位置する部分と、第２の圧電素子の第２の方向の最も一方側に位置する部分とを接続している。錘部は、第１の方向において、第１の圧電素子の中心と第２の圧電素子の中心との間に位置しており、接続部から第２の方向に沿って延びている。第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、第１の圧電体と、第１の電極と、第２の電極と、弾性部材とを有する。第１の圧電体は、渦巻き状に形成されている。第１の電極は、第１の圧電体の半径方向内側の表面上に設けられている。第２の電極は、第１の圧電体の半径方向外側の表面上に設けられている。弾性部材は、第２の電極の半径方向外側の表面上または第１の電極の半径方向内側の表面上に設けられている。
【００１９】
第１の圧電素子の第１の圧電体のうち、第１の圧電素子の中心と第１の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、第１の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第１の圧電素子の第１の圧電体のうち、第１の圧電素子の中心と第１の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、第１の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている。
【００２０】
第２の圧電素子の第１の圧電体のうち、第２の圧電素子の中心と第２の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、第２の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第２の圧電素子の第１の圧電体のうち、第２の圧電素子の中心と第２の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、第２の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている。
【００２１】
本発明に係る第４の圧電発電装置のある特定の局面では、弾性部材は、第２の圧電体である。第１の圧電素子の第２の圧電体のうち、第１の圧電素子の中心と第１の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、第１の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている。第１の圧電素子の第２の圧電体のうち、第１の圧電素子の中心と第１の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、第１の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第２の圧電素子の第２の圧電体のうち、第２の圧電素子の中心と第２の圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、第２の圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている。第２の圧電素子の第２の圧電体のうち、第２の圧電素子の中心と第２の圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、第２の圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。第１及び第２の圧電素子のそれぞれは、第２の圧電体の表面上に設けられている第３の電極をさらに有する。この構成によれば、より高い発電効率を得ることができる。
【００２２】
本発明に係る第４の圧電発電装置の他の特定の局面では、第１の圧電素子の外側端部は、第１の圧電素子の中心を通り、第２の方向に延びる直線の第１の圧電素子の中心よりも第２の方向の一方側部分上に位置しており、第２の圧電素子の外側端部は、第２の圧電素子の中心を通り、第２の方向に延びる直線の第２の圧電素子の中心よりも第２の方向の一方側部分上に位置しており、接続部は、第１の圧電素子の外側端部と第２の圧電素子の外側端部とを接続している。この構成によれば、第２の固定部材が第１の固定部材に対して変位することにより第１及び第２の圧電体の全体に応力が付与され、第１及び第２の圧電体の全体が変形する。このため、発電効率をより高くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る第１〜第４の圧電発電装置では、圧電体が渦巻き状に形成されているため、大型化することなく、圧電体の両固定端間の距離を長くできる。換言すれば、圧電素子を渦巻き状にすることによって、長い圧電素子をコンパクトに収納することができる。従って、小型でありながら、低い周波数の振動で駆動可能な圧電発電装置を実現することができる。
【００２４】
また、本発明に係る第１及び第２の圧電発電装置では、第１の圧電体が、圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されており、圧電素子の外側端部が固定されている第２の固定部材が、圧電素子の中心側端部が固定されている第１の固定部材に対して、専ら圧電素子の外側端部の接線方向に変位するため、高い発電効率で発電することができる。
【００２５】
また、本発明に係る第３及び第４の圧電発電装置では、第１の圧電体のうち、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の一方側に位置する部分は、圧電素子の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されており、第１の圧電体のうち、圧電素子の中心と圧電素子の外側端とを通る直線の他方側に位置する部分は、圧電素子の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されており、圧電素子の外側端部が固定されている第２の固定部材が、圧電素子の中心側端部が固定されている第１の固定部材に対して、専ら圧電素子の半径方向に変位するため、高い発電効率で発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１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２】第１の実施形態における圧電素子の略図的斜視図である。
【図３】図２における切り出し線ＩＩＩ−ＩＩＩで切り出された部分の略図的断面図である。
【図４】第１の実施形態における圧電素子における分極方向を説明するための模式的平面図である。但し、図４では、描画の便宜上、第１〜第３の電極の描画を省略している。
【図５】第１の実施形態において、圧電素子に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合の圧電素子の模式的平面図である。図５（ａ）は、図４において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式的平面図である。図５（ｂ）は、図４において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式的平面図である。
【図６】第１の実施形態において、圧電素子に接線方向ｘの往復振動が加わった場合の圧電素子の模式的平面図である。図６（ａ）は、図４において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式的平面図である。図６（ｂ）は、図４において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式的平面図である。
【図７】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８】第２の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。
【図９】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１０】第４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】第４の実施形態における圧電素子の略図的斜視図である。
【図１２】図１１における切り出し線ＸＩＩ−ＸＩＩで切り出され部分における略図的断面図である。
【図１３】第４の実施形態における圧電素子における分極方向を説明するための模式的平面図である。但し、図１３では、描画の便宜上、第１〜第３の電極の描画を省略している。
【図１４】第４の実施形態において、圧電素子に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合の圧電素子の模式的平面図である。図１４（ａ）は、図１３において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式的平面図である。図１４（ｂ）は、図１３において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式的平面図である。
【図１５】第４の実施形態において、圧電素子に接線方向ｘの往復振動が加わった場合の圧電素子の模式的平面図である。図１５（ａ）は、図１３において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式的平面図である。図１５（ｂ）は、図１３において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式的平面図である。
【図１６】第５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１７】第６の実施形態における圧電素子における分極方向を説明するための模式的平面図である。但し、図１７では、描画の便宜上、電極の描画を省略している。
【図１８】第７の実施形態における圧電素子における分極方向を説明するための模式的平面図である。但し、図１８では、描画の便宜上、電極の描画を省略している。
【図１９】特許文献１に記載の圧電発電装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る圧電発電装置の略図的斜視図である。図１に示すように、圧電発電装置１は、圧電素子１０と、第１及び第２の固定部材２０，３０とを備えている。圧電発電装置１は、圧電素子１０のｄ３１モードの振動を利用して発電を行うものである。
【００２９】
圧電素子１０は、渦巻き状に形成されている。具体的には、圧電素子１０は、中心から、徐々に拡径しつつ、半径方向と直交する接線方向に向かって螺旋状に延びている。圧電素子１０の幅方向寸法Ｗ（図３を参照）は、圧電素子１０の高さ寸法Ｈ（図３を参照）よりも短い。
【００３０】
図２及び図３に示すように、圧電素子１０は、第１及び第２の圧電体１１，１２と第１〜第３の電極１３，１４，１５とを備えている。第１の圧電体１１は、渦巻き状に形成されている。図３に示すように、第１の圧電体１１の半径方向内側の表面１１ａの上には、第１の電極１３が形成されている。一方、第１の圧電体１１の半径方向外側の表面１１ｂの上には、第２の電極１４が形成されている。第２の電極１４の半径方向外側の表面１４ａ上には、第２の圧電体１２が設けられている。第２の圧電体１２の半径方向外側の表面１２ａの上には、第３の電極１５が設けられている。すなわち、圧電素子１０の半径方向の内側から外側に向かって、第１の電極１３、第１の圧電体１１、第２の電極１４、第２の圧電体１２及び第３の電極１５がこの順番で形成されている。このため、第１の圧電体１１は、第１の電極１３と第２の電極１４とによって挟持されている。第１の圧電体１１において発生した電力は、第１の電極１３に接続されている配線１６ａ（図２を参照）と、第２の電極１４に接続されている配線１６ｂ（図２を参照）とによって取り出される。一方、第２の圧電体１２は、第２の電極１４と第３の電極１５とによって挟持されている。第２の圧電体１２において発生した電力は、第２の電極１４に接続されている配線１６ｂ（図２を参照）と、第３の電極１５に接続されている配線１６ｃ（図２を参照）とによって取り出される。
【００３１】
第１〜第３の電極１３〜１５は、適宜の導電材料により形成することができる。第１〜第３の電極１３〜１５は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属、これらの金属の一種以上を含む合金などにより形成することができる。
【００３２】
第１及び第２の圧電体１１，１２は、適宜の圧電材料により形成することができる。第１及び第２の圧電体１１，１２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックなどの圧電セラミック、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ：ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）などの圧電性樹脂又は、圧電セラミックと圧電樹脂とのうちの少なくとも一方と、圧電性を有さない樹脂との複合材料などにより形成することができる。上記複合材料に用いる非圧電性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂及びＰＥ（ポリエチレン）樹脂などが挙げられる。ここで、上記圧電樹脂及び複合材料を用いた場合は、圧電セラミックのみを用いた場合より高温焼成工程を省略可能などの理由で比較的容易に渦巻き形状の圧電体１１，１２を成形できる。さらに、複合材料を用いた場合は、含有される圧電セラミック若しくは圧電樹脂の比率を制御することで圧電発電装置及び圧電体の局所的な圧電量を調整することができる。
【００３３】
図４は、第１及び第２の圧電体１１，１２の分極方向を説明するための模式的平面図である。なお、図４では、第１及び第２の圧電体１１，１２の分極方向を矢印で表している。
【００３４】
図４に示すように、第１の圧電体１１の分極方向１１ｃと、第２の圧電体１２の分極方向１２ｃとは、共に、圧電素子１０の半径方向に沿っており、分極方向１１ｃと分極方向１２ｃとは逆方向となっている。
【００３５】
具体的には、第１の圧電体１１の分極方向１１ｃは、圧電素子１０の半径方向の一方側から他方側に向かう方向である。すなわち、第１の圧電体１１は、圧電素子１０の半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている。具体的には、本実施形態では、第１の圧電体１１の分極方向１１ｃは、圧電素子１０の半径方向の内方である。
【００３６】
一方、第２の圧電体１２の分極方向１２ｃは、圧電素子１０の半径方向の他方側から一方側に向かう方向である。すなわち、第２の圧電体１２は、圧電素子１０の半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている。具体的には、本実施形態では、第２の圧電体１２の分極方向１２ｃは、圧電素子１０の半径方向の外方である。
【００３７】
図１に示すように、圧電素子１０は、板状の第１の固定部材２０の表面２０ａ上に配置されている。圧電素子１０の中心側端部１０ａは、第１の固定部材２０に固定されている。一方、圧電素子１０の外側端部１０ｂは、第１の固定部材２０に固定されておらず、第２の固定部材３０に固定されている。
【００３８】
なお、圧電素子１０と第１及び第２の固定部材２０，３０との固定方法は特に限定されない。例えば、溶接により圧電素子１０と第１及び第２の固定部材２０，３０とを固定してもよいし、接着剤やボルト等を用いて圧電素子１０と第１及び第２の固定部材２０，３０とを固定してもよい。
【００３９】
第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、圧電素子１０の外側端部１０ｂの接線方向ｘに変位可能である。一方、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘに垂直な方向ｙへの変位は規制されている。
【００４０】
具体的には、第１の固定部材２０は、板状部材２１と、突出部２２とを備えている。板状部材２１の一方の表面には、圧電素子１０の中心側端部１０ａが固定されている。突出部２２は、板状部材２１の一方の表面上に形成されている。突出部２２は、圧電素子１０の外側端部１０ｂの半径方向外側において、板状部材２１の一方の表面から、当該表面の法線方向に向かって突出している。
【００４１】
なお、本実施形態では、突出部２２は、円柱状であるが、突出部２２は、円柱状でなくてもよい。突出部２２は、例えば、三角柱状、多角柱状、円錐状、円錐台状などであってもよい。また、突出部２２と板状部材２１とは一体であってもよいし、別体であってもよい。
【００４２】
第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０の上に配置されている。第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、第１の固定部材２０の板状部材２１の板面方向に変位可能である。第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、板状部材２１の法線方向に変位可能であってもよいし、変位不能であってもよい。
【００４３】
第２の固定部材３０は、固定部材本体３１と、固定部材本体３１に接続されている第１及び第２のストッパ部３２，３３とを備えている。圧電素子１０の外側端部１０ｂは、固定部材本体３１に接続されている。固定部材本体３１は、圧電素子１０の外側端部１０ｂと、突出部２２との間に位置している。本実施形態では、固定部材本体３１は、直方体状に形成されており、固定部材本体３１の突出部２２側の端面は、突出部２２に当接している当接面３１ａを構成している。当接面３１ａは、接線方向ｘに沿って延びている。
【００４４】
第１のストッパ部３２は、突出部２２に対して接線方向ｘの一方側ｘ１に位置している。第１のストッパ部３２は、当接面３１ａから方向ｙのｙ１側に、方向ｙに沿って延びている。一方、第２のストッパ部３３は、突出部２２に対して接線方向ｘの他方側ｘ２に位置している。第２のストッパ部３３は、当接面３１ａから方向ｙのｙ１側に、方向ｙに沿って延びている。
【００４５】
このため、本実施形態では、第２の固定部材３０及び第２の固定部材３０に固定されている圧電素子１０の外側端部１０ｂは、第１の固定部材２０及び第１の固定部材２０に固定されている圧電素子１０の中心側端部１０ａに対して、第１のストッパ部３２と第２のストッパ部３３との間の方向ｙに沿った距離分だけ接線方向ｘに変位可能である一方、方向ｙには、変位不能である。
【００４６】
なお、本実施形態では、固定部材本体３１の突出部２２側の端面が突出部２２に当接している例について説明するが、固定部材本体３１の突出部２２側の端面と突出部２２との間には、クリアランスが形成されていてもよい。固定部材本体３１の突出部２２側の端面と突出部２２との間にクリアランスが形成されている場合、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して方向ｙに変位しやすくなるため、固定部材本体３１の突出部２２側の端面と突出部２２との間のクリアランスの寸法は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４７】
本実施形態の圧電発電装置１では、圧電発電装置１に振動が加わると、第１及び第２の圧電体１１，１２に応力が加わり、第１及び第２の圧電体１１，１２が変形する。その結果、第１及び第２の圧電体１１，１２において電力が生じ、第１〜第３の電極１３〜１５から取り出される。
【００４８】
ところで、圧電発電装置１に加わる直線的な往復振動には、図４に示す接線方向ｘの振動と、接線方向ｘに対して垂直な垂直方向ｙの振動と、接線方向ｘと垂直方向ｙとの両方に傾斜する方向の振動とがある。接線方向ｘと垂直方向ｙとの両方に傾斜する方向の振動は、接線方向ｘの振動と、垂直方向ｙの振動との合成振動とみなすことができるため、圧電発電装置１に加わる直線的な往復振動は、実質的に、接線方向ｘの振動と、垂直方向ｙの振動とに大別することができる。
【００４９】
例えば、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合は、圧電素子１０の中心Ｃと、圧電素子１０の外側端とを通る直線Ｌ１の右側と左側とで第１及び第２の圧電体１１，１２に加わる応力が異なる。図５に、圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位した場合に、図４において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａに加わる応力を模式的に示す。また、図６に、圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位した場合に、図４において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂに加わる応力を模式的に示す。
【００５０】
まず、主として図４及び図５を参照しながら、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合について説明する。図５（ａ）は、図４において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式図である。図５（ｂ）は、図４において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式図である。
【００５１】
圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位すると、右側部分Ａは、曲率が大きくなる方向に変形する。このため、図５（ａ）に示すように、第１の圧電体１１には、引張応力が加わり、第２の圧電体１２には、圧縮応力が加わる。
【００５２】
一方、圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位すると、左側部分Ｂは、曲率が小さくなる方向に変形する。このため、図５（ｂ）に示すように、第１の圧電体１１には、圧縮応力が加わり、第２の圧電体１２には、引張応力が加わる。
【００５３】
このように、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合は、第１の圧電体１１に加わる応力の向きは、直線Ｌ１の右側と左側とで反対となる。ここで、本実施形態では、第１の圧電体１１は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分との両方において、圧電素子１０の半径方向の外側から内側に向かって分極されている。このため、第１の圧電体１１の右側部分Ａと左側部分Ｂとで極性の異なる電圧が発生する。例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の圧電体１１の右側部分Ａでプラスの電圧が生じた場合、第１の圧電体１１の左側部分Ｂでは、マイナスの電圧が生じる。その結果、第１の圧電体１１の右側部分で発生した電圧と、第１の圧電体１１の左側部分で発生した電圧とが打ち消し合う。従って、第１の圧電体１１における発電効率は低くなる。
【００５４】
同様に、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合は、第２の圧電体１２に加わる応力は、直線Ｌ１の右側と左側とで反対となる。ここで、本実施形態では、第２の圧電体１２は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分との両方において、圧電素子１０の半径方向の内側から外側に向かって分極されている。このため、第２の圧電体１２の右側部分と左側部分とで極性の異なる電圧が発生する。例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の圧電体１２の右側部分Ａでプラスの電圧が生じた場合、第２の圧電体１２の左側部分Ｂでは、マイナスの電圧が生じる。その結果、第２の圧電体１２の右側部分で発生した電圧と、第１の圧電体１１の左側部分で発生した電圧とが打ち消し合う。従って、第２の圧電体１２における発電効率は低くなる。
【００５５】
次に、主として図４及び図６を参照しながら、圧電素子１０に接線方向ｘの往復振動が加わった場合について説明する。図６（ａ）は、図４において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式図である。図６（ｂ）は、図４において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式図である。
【００５６】
圧電素子１０の外側端部１０ｂが接線方向ｘのｘ２側に変位すると、右側部分Ａと左側部分Ｂとの両方とも、曲率が小さくなる方向に変形する。このため、図６（ａ），（ｂ）に示すように、右側部分Ａと左側部分Ｂとの両方において、第１の圧電体１１には、圧縮応力が加わり、第２の圧電体１２には、引張応力が加わる。
【００５７】
このように、圧電素子１０に垂直方向ｘの往復振動が加わった場合は、第１の圧電体１１に加わる応力の向きは、直線Ｌ１の右側と左側とで等しくなる。ここで、本実施形態では、第１の圧電体１１は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分との両方において、圧電素子１０の半径方向の外側から内側に向かって分極されている。このため、第１の圧電体１１の右側部分Ａと左側部分Ｂとで等しい極性の電圧が発生する。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の圧電体１１の右側部分Ａでマイナスの電圧が生じた場合、第１の圧電体１１の左側部分Ｂにおいても、マイナスの電圧が生じる。
【００５８】
同様に、第２の圧電体１２は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分との両方において、圧電素子１０の半径方向の外側から内側に向かって分極されている。このため、第２の圧電体１２の右側部分Ａと左側部分Ｂとで等しい極性の電圧が発生する。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の圧電体１２の右側部分Ａでマイナスの電圧が生じた場合、第２の圧電体１２の左側部分Ｂにおいても、マイナスの電圧が生じる。
【００５９】
よって、圧電素子１０の外側端部１０ｂに垂直方向ｙの往復振動が加わった場合とは異なり、右側部分Ａで発生した電圧と、左側部分Ｂで発生した電圧とが打ち消し合わない。従って、高い発電効率を得ることができる。
【００６０】
以上より、本実施形態のように、第１の圧電体１１が半径方向の一方側から他方側に向かって分極されている一方、第２の圧電体１２が半径方向の他方側から一方側に向かって分極されている場合は、圧電素子１０の外側端部１０ｂに接線方向ｘの往復振動を加えることにより、高い発電効率を得ることができる。
【００６１】
ここで、本実施形態では、上述のように、図１に示す第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して接線方向ｘに変位可能である一方、当接面３１ａにより、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する垂直方向ｙへの変位は規制されている。このため、第２の固定部材３０は、専ら、第１の固定部材２０に対して接線方向ｘに平行な方向に往復振動する。従って、本実施形態の圧電発電装置１によれば、高い発電効率を実現することができる。
【００６２】
また、本実施形態では、第１及び第２のストッパ部３２，３３が設けられている。このため、第２の固定部材３０が、第１の固定部材２０に対して、接線方向ｘに過大に大きく変位することが規制されている。従って、圧電素子１０が破損することが効果的に抑制されている。
【００６３】
また、本実施形態では、圧電素子１０が渦巻き状であるため、圧電発電装置１を大型化させることなく、両固定端間の距離を長くすることができる。換言すれば、圧電素子１０を渦巻き状にすることによって、長い圧電素子１０をコンパクトに収納することができる。従って、圧電発電装置１を大型化させることなく、圧電発電装置１の発電量を多くすることができる。また、圧電発電装置１を大型化させることなく、圧電素子１０の共振周波数を低くすることができる。このため、人体の運動などに起因する、例えば２０Ｈｚ以下といった低い周波数の振動によっても発電が可能である小型の圧電発電装置１を実現することができる。
【００６４】
また、圧電素子１０が渦巻き状であるため、圧電素子１０の特定の部分に応力が集中しにくい。従って、圧電素子１０が振動することにより、圧電素子１０が破損しにくい。
【００６５】
また、本実施形態では、第１及び第２の圧電体１１，１２の分極方向が、圧電素子１０の半径方向とされているため、第１〜第３の電極１３〜１５及び配線１６ａ〜１６ｃの構成をシンプルにすることができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、第１の固定部材２０に突出部２２を形成し、第２の固定部材３０に当接面３１ａを形成することにより、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して接線方向ｘに変位可能としつつ、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する垂直方向ｙへの変位を規制す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、複数の圧電素子１０を設けることにより、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して接線方向ｘに変位可能としつつ、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する垂直方向ｙへの変位を規制してもよい。第２の実施形態及び下記の第３の実施形態では、その一例について説明する。なお、第２及び第３の実施形態の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。また、第２〜第５の実施形態において、図２〜図６を共通に参照する。
【００６７】
図７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８は、第２の実施形態に係る圧電発電装置の略図的平面図である。図７及び図８に示すように、本実施形態の圧電発電装置１ａでは、圧電素子１０が２つ設けられている。本実施形態では、これら２つの圧電素子１０のうちのｙ２側の圧電素子を圧電素子１０Ａで参照し、ｙ１側の圧電素子を圧電素子１０Ｂで参照する。
【００６８】
本実施形態では、圧電素子１０Ａと、圧電素子１０Ｂとは、実質的に等しい構造を有している。このため、圧電素子１０Ａの共振周波数と、圧電素子１０Ｂの共振周波数は等しい。
【００６９】
圧電素子１０Ａと、圧電素子１０Ｂとは、垂直方向ｙに沿って配置されている。圧電素子１０Ａと、圧電素子１０Ｂとは、互いの巻回方向が逆向きとなるように、第１の固定部材２０の表面２０ａ上に配置されている。ここで、圧電素子の巻回方向とは、圧電素子の中央側端部から外側端部に向かって延びる方向を意味する。渦巻き状の圧電素子の巻回方向は、右回り方向または左回り方向となる。本実施形態では、第１の固定部材２０の表面２０ａの上方から見た場合、圧電素子１０Ａの巻回方向は、左回り方向（すなわち、反時計回り方向）であり、圧電素子１０Ｂの巻回方向は、右回り方向（すなわち、時計回り方向）である。
【００７０】
第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０の表面２０ａ上において、圧電素子１０Ａと、圧電素子１０Ｂとの間に配置されている。第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、少なくとも、第１の固定部材２０の板面方向に変位可能である。本実施形態では、第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、第１の固定部材２０の板面方向及び表面２０ａの法線方向に変位可能である。すなわち、本実施形態では、第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０には固定されていない。
【００７１】
第２の固定部材３０は、圧電素子１０Ａと圧電素子１０Ｂとに固定されている。具体的には、圧電素子１０Ａの中心と、圧電素子１０Ｂの中心とを通る直線Ｌ２（図８を参照）上において、圧電素子１０Ａの最も圧電素子１０Ｂ側に位置する部分と、圧電素子１０Ｂの最も圧電素子１０Ａ側に位置する部分とが固定されている。より具体的には、本実施形態では、圧電素子１０Ａのうち、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂが直線Ｌ２上において最も圧電素子１０Ｂ側に位置しており、圧電素子１０Ｂのうち、圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂが直線Ｌ２上において最も圧電素子１０Ａ側に位置しているため、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂと圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂとが第２の固定部材３０に固定されている。
【００７２】
このため、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する垂直方向ｙへの変位は規制される。一方、第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して接線方向ｘには変位可能である。すなわち、本実施形態においては、圧電素子１０Ａに加えてさらに設けられた圧電素子１０Ｂが、第１の実施形態における突出部２２と同様に、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する垂直方向ｙへの変位を規制する規制部材として機能している。よって、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂと、圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂとの両方が、圧電素子１０Ａの中心側端部１０ａ及び圧電素子１０Ｂの中心側端部１０ａが固定されている第１の固定部材２０に対して専ら接線方向ｘに変位する。従って、上記第１の実施形態の場合と同様に、高い発電効率を実現することができる。
【００７３】
特に、本実施形態では、ひとつの圧電発電装置１のなかに、２つの圧電素子１０が設けられているため、圧電発電装置１を大型化させることなく、より高い発電効率を実現することができる。
【００７４】
また、本実施形態のように、第２の固定部材３０に対して圧電素子１０を２つ固定することにより、第２の固定部材３０の固定端が２つとなる。このため、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘの変位を安定化することができる。
【００７５】
特に、本実施形態では、圧電素子１０Ａの共振周波数と、圧電素子１０Ｂの共振周波数とが等しいため、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘの変位をより安定化することができる。従って、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する変位量を大きくすることができる。その結果、より高い発電効率を実現することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂと圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂとが第２の固定部材３０に固定されているため、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して変位することにより、圧電素子１０Ａ，１０Ｂの全体が大きく変形する。従って、より高い発電効率を実現することができる。
【００７７】
また、本実施形態のように、複数の圧電素子１０を設けた場合、ひとつの圧電素子に加わる応力を小さくすることができるため、圧電素子１０の損傷を効果的に抑制することができる。
【００７８】
（第３の実施形態）
上記第２の実施形態では、圧電素子１０が２つ設けられている例について説明した。詳細には、巻回方向が逆向きの２つの圧電素子１０を有する圧電素子対をひとつのみ設け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。
【００７９】
例えば、図９に示すように、巻回方向が逆向きの圧電素子１０Ａと圧電素子１０Ｂとからなる圧電素子対１０Ｃを、接線方向ｘに沿って複数設けてもよい。図９に示す例では、具体的には、圧電素子対１０Ｃが、接線方向ｘに沿って２つ設けられている。この場合であっても上記第２の実施形態と同様に、高い発電効率を実現することができる。
【００８０】
特に、本実施形態では、ひとつの圧電発電装置１のなかに、４つの圧電素子１０が設けられているため、圧電発電装置１を大型化させることなく、より高い発電効率を実現することができる。
【００８１】
（第４の実施形態）
図１０は、本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に示すように、圧電発電装置１ｂは、圧電素子１０と、第１及び第２の固定部材２０，３０とを備えている。圧電発電装置１ｂは、圧電素子１０のｄ３１モードの振動を利用して発電を行うものである。
【００８２】
圧電素子１０は、渦巻き状に形成されている。具体的には、圧電素子１０は、中心から、徐々に拡径しつつ、半径方向と直交する接線方向に向かって螺旋状に延びている。圧電素子１０の幅方向寸法Ｗ（図１２を参照）は、圧電素子１０の高さ寸法Ｈ（図１２を参照）よりも短い。
【００８３】
図１１及び図１２に示すように、圧電素子１０は、第１及び第２の圧電体１１，１２と、第１〜第３の電極１３，１４，１５とを備えている。第１の圧電体１１は、渦巻き状に形成されている。図１２に示すように、第１の圧電体１１の半径方向内側の表面１１ａの上には、第１の電極１３が形成されている。一方、第１の圧電体１１の半径方向外側の表面１１ｂの上には、第２の電極１４が形成されている。第２の電極１４の半径方向外側の表面１４ａ上には、第２の圧電体１２が設けられている。第２の圧電体１２の半径方向外側の表面１２ａの上には、第３の電極１５が設けられている。すなわち、圧電素子１０の半径方向の内側から外側に向かって、第１の電極１３、第１の圧電体１１、第２の電極１４、第２の圧電体１２及び第３の電極１５がこの順番で形成されている。このため、第１の圧電体１１は、第１の電極１３と第２の電極１４とによって挟持されている。第１の圧電体１１において発生した電力は、第１の電極１３に接続されている配線１６ａ（図１１を参照）と、第２の電極１４に接続されている配線１６ｂ（図１１を参照）とによって取り出される。一方、第２の圧電体１２は、第２の電極１４と第３の電極１５とによって挟持されている。第２の圧電体１２において発生した電力は、第２の電極１４に接続されている配線１６ｂ（図１１を参照）と、第３の電極１５に接続されている配線１６ｃ（図１１を参照）とによって取り出される。
【００８４】
第１〜第３の電極１３〜１５は、適宜の導電材料により形成することができる。第１〜第３の電極１３〜１５は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属、これらの金属の一種以上を含む合金などにより形成することができる。
【００８５】
第１及び第２の圧電体１１，１２は、適宜の圧電材料により形成することができる。第１及び第２の圧電体１１，１２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックなどの圧電セラミックなどにより形成することができる。
【００８６】
図１３は、第１及び第２の圧電体１１，１２の分極方向を説明するための模式的平面図である。なお、図１３では、第１及び第２の圧電体１１，１２の分極方向を矢印で表している。
【００８７】
図１３に示すように、第１の圧電体１１の分極方向１１ｃと、第２の圧電体１２の分極方向１２ｃとは、共に、圧電素子１０の半径方向に沿っている。第１の圧電体１１の分極方向１１ｃと、第２の圧電体１２の分極方向１２ｃとは、互いに逆方向となっている。また、本実施形態では、第１の圧電体１１のうち、圧電素子１０の中心と、圧電素子１０の外側端とを通る直線Ｌ１の一方側に位置する部分と、直線Ｌ１の他方側に位置する部分とで、分極方向が逆となっている。第２の圧電体１２のうち、直線Ｌ１の一方側に位置する部分と、直線Ｌ１の他方側に位置する部分とで、分極方向が逆となっている。
【００８８】
具体的には、図１３において、第１の圧電体１１の直線Ｌ１よりも右側に位置する部分における分極方向１１ｃは、圧電素子１０の半径方向の一方側から他方側に向かう方向である。一方、図１３において、第１の圧電体１１の直線Ｌ１よりも左側に位置する部分における分極方向１１ｃは、圧電素子１０の半径方向の他方側から一方側に向かう方向である。より具体的には、本実施形態では、第１の圧電体１１の直線Ｌ１よりも右側に位置する部分における分極方向１１ｃは、半径方向の内方であり、第１の圧電体１１の直線Ｌ１よりも左側に位置する部分における分極方向１１ｃは、半径方向の外方である。
【００８９】
図１３において、第２の圧電体１２の直線Ｌ１よりも右側に位置する部分における分極方向１２ｃは、圧電素子１０の半径方向の他方側から一方側に向かう方向である。一方、図１３において、第２の圧電体１２の直線Ｌ１よりも左側に位置する部分における分極方向１２ｃは、圧電素子１０の半径方向の一方側から他方側に向かう方向である。より具体的には、本実施形態では、第２の圧電体１２の直線Ｌ１よりも右側に位置する部分における分極方向１２ｃは、半径方向の外方であり、第２の圧電体１２の直線Ｌ１よりも左側に位置する部分における分極方向１２ｃは、半径方向の内方である。
【００９０】
なお、本実施形態のように、第１及び第２の圧電体１１，１２を分極する方法は特に限定されないが、例えば、下記の方法により第１及び第２の圧電体１１，１２の分極を行うことができる。まず、第１〜第３の電極１３〜１５のそれぞれを、図１３に示す直線Ｌ１の右側と左側とで分断された状態で形成する。その状態で第１及び第２の圧電体１１，１２の分極を行う。その後、左右に分断された第１〜第３の電極１３〜１５のそれぞれを接続する。
【００９１】
図１０に示すように、圧電素子１０は、板状の第１の固定部材２０の表面２０ａ上に配置されている。圧電素子１０の中心側端部１０ａは、第１の固定部材２０に固定されている。一方、圧電素子１０の外側端部１０ｂは、第１の固定部材２０に固定されておらず、第２の固定部材３０に固定されている。
【００９２】
なお、圧電素子１０と第１及び第２の固定部材２０，３０との固定方法は特に限定されない。例えば、溶接により圧電素子１０と第１及び第２の固定部材２０，３０とを固定してもよいし、接着剤やボルト等を用いて圧電素子１０と第１及び第２の固定部材２０，３０とを固定してもよい。
【００９３】
第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、直線Ｌ１の延びる方向である、圧電素子１０の外側端部１０ｂの垂直方向ｙに変位可能である。一方、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘへの変位は規制されている。
【００９４】
具体的には、第１の固定部材２０は、板状部材２１と、突出部２２とを備えている。板状部材２１の一方の表面には、圧電素子１０の中心側端部１０ａが固定されている。突出部２２は、板状部材２１の一方の表面上に形成されている。突出部２２は、圧電素子１０の外側端部１０ｂの半径方向外側において、板状部材２１の一方の表面から、当該表面の法線方向に向かって突出している。
【００９５】
なお、本実施形態では、突出部２２は、円柱状であるが、突出部２２は、円柱状でなくてもよい。突出部２２は、例えば、三角柱状、多角柱状、円錐状、円錐台状などであってもよい。また、突出部２２と板状部材２１とは一体であってもよいし、別体であってもよい。
【００９６】
第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０の上に配置されている。第２の固定部材３０は、固定部材本体３１と、第１及び第２のガイド部３５，３６とを備えている。圧電素子１０の外側端部１０ｂは、固定部材本体３１に接続されている。固定部材本体３１は、圧電素子１０の外側端部１０ｂと、突出部２２との間に位置している。
【００９７】
第１及び第２のガイド部３５，３６のそれぞれは、固定部材本体３１から、垂直方向ｙのｙ１側に向かって、垂直方向ｙに対して平行に延びている。第１のガイド部３５は、突出部２２に対して、接線方向ｘのｘ１側に位置している。一方、第２のガイド部３６は、突出部２２に対して、接線方向ｘのｘ２側に位置している。本実施形態では、第１及び第２のガイド部３５，３６のそれぞれは、突出部２２と当接している。
【００９８】
このため、本実施形態では、第２の固定部材３０及び第２の固定部材３０に固定されている圧電素子１０の外側端部１０ｂは、第１の固定部材２０及び第１の固定部材２０に固定されている圧電素子１０の中心側端部１０ａに対して、垂直方向ｙに変位可能である一方、接線方向ｘには、変位不能である。
【００９９】
なお、本実施形態では、第１及び第２のガイド部３５，３６のそれぞれが突出部２２と当接している例について説明するが、第１及び第２のガイド部３５，３６と突出部２２との間には、クリアランスが形成されていてもよい。第１及び第２のガイド部３５，３６と突出部２２との間にクリアランスが形成されている場合、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して接線方向ｘに変位しやすくなるため、第１及び第２のガイド部３５，３６と突出部２２との間のクリアランスの寸法は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１００】
本実施形態の圧電発電装置１ｂでは、圧電発電装置１ｂに振動が加わると、第１及び第２の圧電体１１，１２に応力が加わり、第１及び第２の圧電体１１，１２が変形する。その結果、第１及び第２の圧電体１１，１２において電力が生じ、第１〜第３の電極１３〜１５から取り出される。
【０１０１】
ところで、圧電発電装置１ｂに加わる直線的な往復振動には、図１３に示す接線方向ｘの振動と、接線方向ｘに対して垂直な垂直方向ｙの振動と、接線方向ｘと垂直方向ｙとの両方に傾斜する方向の振動とがある。接線方向ｘと垂直方向ｙとの両方に傾斜する方向の振動は、接線方向ｘの振動と、垂直方向ｙの振動との合成振動とみなすことができるため、圧電発電装置１ｂに加わる直線的な往復振動は、実質的に、接線方向ｘの振動と、垂直方向ｙの振動とに大別することができる。
【０１０２】
例えば、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合は、圧電素子１０の中心Ｃと、圧電素子１０の外側端とを通る直線Ｌ１の右側と左側とで第１及び第２の圧電体１１，１２に加わる応力が異なる。図１４に、圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位した場合に、図１３において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａに加わる応力を模式的に示す。また、図１５に、圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位した場合に、図１３において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂに加わる応力を模式的に示す。
【０１０３】
まず、主として図１３及び図１４を参照しながら、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合について説明する。図１４（ａ）は、図１３において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式図である。図１４（ｂ）は、図１３において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式図である。
【０１０４】
圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位すると、右側部分Ａは、曲率が大きくなる方向に変形する。このため、図１４（ａ）に示すように、第１の圧電体１１には、引張応力が加わり、第２の圧電体１２には、圧縮応力が加わる。
【０１０５】
一方、圧電素子１０の外側端部１０ｂが垂直方向ｙのｙ１側に変位すると、左側部分Ｂは、曲率が小さくなる方向に変形する。このため、図１４（ｂ）に示すように、第１の圧電体１１には、圧縮応力が加わり、第２の圧電体１２には、引張応力が加わる。
【０１０６】
このように、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合は、第１の圧電体１１に加わる応力の向きは、直線Ｌ１の右側と左側とで反対となる。ここで、本実施形態では、第１の圧電体１１は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分とで、分極方向１１ｃが逆となる。このため、第１の圧電体１１の右側部分Ａと左側部分Ｂとで極性が等しい電圧が発生する。例えば、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の圧電体１１の右側部分Ａでプラスの電圧が生じた場合、第１の圧電体１１の左側部分Ｂにおいてもプラスの電圧が生じる。従って、右側部分Ａで発生した電圧と、左側部分Ｂで発生した電圧とが打ち消し合わず、高い発電効率を得ることができる。
【０１０７】
同様に、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合は、第２の圧電体１２に加わる応力は、直線Ｌ１の右側と左側とで反対となる。ここで、本実施形態では、第２の圧電体１２は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分とで分極方向１２ｃが逆となる。このため、第２の圧電体１２の右側部分Ａと左側部分Ｂとで極性が等しい電圧が発生する。例えば、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の圧電体１２の右側部分Ａでプラスの電圧が生じた場合、第２の圧電体１２の左側部分Ｂにおいてもプラスの電圧が生じる。従って、右側部分Ａで発生した電圧と、左側部分Ｂで発生した電圧とが打ち消し合わず、高い発電効率を得ることができる。
【０１０８】
次に、主として図１３及び図１５を参照しながら、圧電素子１０に接線方向ｘの往復振動が加わった場合について説明する。図１５（ａ）は、図１３において直線Ｌ１の右側に位置する部分Ａの分極方向と、右側部分Ａに加わる応力とを示す模式図である。図１５（ｂ）は、図１３において直線Ｌ１の左側に位置する部分Ｂの分極方向と、右側部分Ｂに加わる応力とを示す模式図である。
【０１０９】
圧電素子１０の外側端部１０ｂが接線方向ｘのｘ２側に変位すると、右側部分Ａと左側部分Ｂとの両方とも、曲率が小さくなる方向に変形する。このため、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、右側部分Ａと左側部分Ｂとの両方において、第１の圧電体１１には、圧縮応力が加わり、第２の圧電体１２には、引張応力が加わる。
【０１１０】
このように、圧電素子１０に垂直方向ｙの往復振動が加わった場合は、第１の圧電体１１に加わる応力の向きは、直線Ｌ１の右側と左側とで等しくなる。ここで、本実施形態では、第１の圧電体１１は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分とで、分極方向１１ｃが逆となる。このため、第１の圧電体１１の右側部分Ａと左側部分Ｂとで極性が異なる電圧が発生する。例えば、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の圧電体１１の右側部分Ａでマイナスの電圧が生じた場合、第１の圧電体１１の左側部分Ｂでは、プラスの電圧が生じる。
【０１１１】
同様に、第２の圧電体１２は、直線Ｌ１の右側部分と直線Ｌ１の左側部分とで、分極方向１１ｃが逆となる。このため、第１の圧電体１１の右側部分Ａと左側部分Ｂとで極性が異なる電圧が発生する。例えば、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の圧電体１２の右側部分Ａでマイナスの電圧が生じた場合、第２の圧電体１２の左側部分Ｂでは、プラスの電圧が生じる。
【０１１２】
従って、右側部分Ａで発生した電圧と、左側部分Ｂで発生した電圧とが打ち消し合うため、高い発電効率が得られない。
【０１１３】
以上より、本実施形態の場合は、圧電素子１０の外側端部１０ｂに垂直方向ｙの往復振動を加えることにより、高い発電効率を得ることができる。
【０１１４】
ここで、本実施形態では、上述のように、図１０に示す第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して垂直方向ｙに変位可能である一方、当接面３１ａにより、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘへの変位は規制されている。このため、第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して垂直方向ｙに平行な方向に往復振動する。従って、本実施形態の圧電発電装置１ｂによれば、高い発電効率を実現することができる。
【０１１５】
また、本実施形態では、固定部材本体３１が設けられているため、第２の固定部材３０が、第１の固定部材２０に対して垂直方向ｙのｙ１側に過大に変位することが規制されている。このため、圧電素子１０に対して大きな振動が加わった場合でも、圧電素子１０が過大に変形しない。従って、圧電素子１０が破損することが効果的に抑制されている。
【０１１６】
また、本実施形態では、圧電素子１０が渦巻き状であるため、圧電発電装置１を大型化させることなく、両固定端間の距離を長くすることができる。換言すれば、圧電素子１０を渦巻き状にすることによって、長い圧電素子１０をコンパクトに収納することができる。従って、圧電発電装置１を大型化させることなく、圧電発電装置１の発電量を多くすることができる。また、圧電発電装置１を大型化させることなく、圧電素子１０の共振周波数を低くすることができる。このため、人体の運動などに起因する、例えば２０Ｈｚ以下といった低い周波数の振動によっても発電が可能である小型の圧電発電装置１を実現することができる。
【０１１７】
また、圧電素子１０が渦巻き状であるため、圧電素子１０の特定の部分に応力が集中しにくい。従って、圧電素子１０が振動することにより、圧電素子１０が破損しにくい。
【０１１８】
（第５の実施形態）
上記第４の実施形態では、第１の固定部材２０に突出部２２を形成し、第２の固定部材３０に第１及び第２のガイド部３５，３６を形成することにより、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して垂直方向ｙに変位可能としつつ、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘへの変位を規制す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、複数の圧電素子１０を設けることにより、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して垂直方向ｙに変位可能としつつ、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘへの変位を規制してもよい。本実施形態では、その一例について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第４の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。また、図１１〜図１５を共通に参照する。
【０１１９】
図１６は、第５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１６に示すように、本実施形態の圧電発電装置１ｃでは、圧電素子１０が２つ設けられている。本実施形態では、これら２つの圧電素子１０のうちのｘ２側の圧電素子を圧電素子１０Ａで参照し、ｘ１側の圧電素子を圧電素子１０Ｂで参照する。
【０１２０】
本実施形態では、圧電素子１０Ａと、圧電素子１０Ｂとは、実質的に等しい構造を有している。このため、圧電素子１０Ａの共振周波数と、圧電素子１０Ｂの共振周波数は等しい。
【０１２１】
圧電素子１０Ａと、圧電素子１０Ｂとは、垂直方向ｘに沿って配置されている。圧電素子１０Ａと、圧電素子１０Ｂとは、互いの巻回方向が逆向きとなるように、第１の固定部材２０の表面２０ａ上に配置されている。ここで、圧電素子の巻回方向とは、圧電素子の中央側端部から外側端部に向かって延びる方向を意味する。渦巻き状の圧電素子の巻回方向は、右回り方向または左回り方向となる。本実施形態では、第１の固定部材２０の表面２０ａの上方から見た場合、圧電素子１０Ａの巻回方向は、左回り方向（すなわち、反時計回り方向）であり、圧電素子１０Ｂの巻回方向は、右回り方向（すなわち、時計回り方向）である。
【０１２２】
本実施形態では、圧電素子１０Ａの第１の圧電体１１のうち、直線Ｌ１のｘ１側に位置する部分の分極方向と、圧電素子１０Ｂの第１の圧電体１１のうち、直線Ｌ１のｘ２側に位置する部分の分極方向とが等しい。また、圧電素子１０Ａの第１の圧電体１１のうち、直線Ｌ１のｘ２側に位置する部分の分極方向と、圧電素子１０Ｂの第１の圧電体１１のうち、直線Ｌ１のｘ１側に位置する部分の分極方向とが等しい。圧電素子１０Ａの第２の圧電体１２のうち、直線Ｌ１のｘ１側に位置する部分の分極方向と、圧電素子１０Ｂの第２の圧電体１２のうち、直線Ｌ１のｘ２側に位置する部分の分極方向とが等しい。また、圧電素子１０Ａの第２の圧電体１２のうち、直線Ｌ１のｘ２側に位置する部分の分極方向と、圧電素子１０Ｂの第２の圧電体１２のうち、直線Ｌ１のｘ１側に位置する部分の分極方向とが等しい。
【０１２３】
第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０の表面２０ａ上に配置されている。第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、少なくとも、第１の固定部材２０の板面方向に変位可能である。本実施形態では、第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して、第１の固定部材２０の板面方向及び表面２０ａの法線方向に変位可能である。すなわち、本実施形態では、第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０には固定されていない。
【０１２４】
第２の固定部材３０は、圧電素子１０Ａと圧電素子１０Ｂとに固定されている。具体的には、圧電素子１０Ａの垂直方向ｙの最もｙ１側に位置する部分と、圧電素子１０Ｂの垂直方向ｙの最もｙ１側に位置する部分とに固定されている。
【０１２５】
第２の固定部材３０は、接続部３７と、錘部３８とを備えている。接続部３７は、圧電素子１０Ａの垂直方向ｙの最もｙ１側に位置する部分と、圧電素子１０Ｂの垂直方向ｙの最もｙ１側に位置する部分とを接続している。本実施形態では、圧電素子１０Ａのうち、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂが垂直方向ｙの最もｙ１側に位置しており、圧電素子１０Ｂのうち、圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂが垂直方向ｙの最もｙ１側に位置しており、接続部３７は、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂと、圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂとを接続している。
【０１２６】
錘部３８は、接線方向ｘにおいて、圧電素子１０Ａの中心と、圧電素子１０Ｂの中心との間に位置している。錘部３８は、接続部３７から垂直方向ｙに沿って、ｙ２側に延びている。
【０１２７】
このため、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘへの変位は規制される。一方、第２の固定部材３０は、第１の固定部材２０に対して垂直方向ｙには変位可能である。すなわち、本実施形態においては、圧電素子１０Ａに加えてさらに設けられた圧電素子１０Ｂが、第４の実施形態における突出部２２と同様に、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘへの変位を規制する規制部材として機能している。よって、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂと、圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂとの両方が、圧電素子１０Ａの中心側端部１０ａ及び圧電素子１０Ｂの中心側端部１０ａが固定されている第１の固定部材２０に対して専ら垂直方向ｙに変位する。従って、上記第４の実施形態の場合と同様に、高い発電効率を実現することができる。
【０１２８】
特に、本実施形態では、ひとつの圧電発電装置１のなかに、２つの圧電素子１０が設けられているため、圧電発電装置１を大型化させることなく、より高い発電効率を実現することができる。
【０１２９】
また、本実施形態のように、第２の固定部材３０に対して圧電素子１０を２つ固定することにより、第２の固定部材３０の固定端が２つとなる。このため、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘの変位を安定化することができる。
【０１３０】
特に、本実施形態では、圧電素子１０Ａの共振周波数と、圧電素子１０Ｂの共振周波数とが等しいため、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する接線方向ｘの変位をより安定化することができる。従って、第２の固定部材３０の第１の固定部材２０に対する変位量を大きくすることができる。その結果、より高い発電効率を実現することができる。
【０１３１】
また、本実施形態のように、複数の圧電素子１０を設けた場合、ひとつの圧電素子に加わる応力を小さくすることができるため、圧電素子１０の損傷を効果的に抑制することができる。
【０１３２】
また、本実施形態では、接続部３７は、圧電素子１０Ａの外側端部１０ｂと、圧電素子１０Ｂの外側端部１０ｂとを接続しているため、第２の固定部材３０が第１の固定部材２０に対して変位することにより、圧電素子１０Ａ，１０Ｂの全体が大きく変形する。従って、より高い発電効率を実現することができる。
【０１３３】
（第６の実施形態）
上記第１の実施形態では、図４に示すように、第１及び第２の圧電体１１，１２が設けら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、第１及び第２の圧電体１１，１２のうちの一方が圧電体以外の非圧電性弾性体により構成されていてもよい。具体的には、例えば、図１７に示すように、第２の圧電体１２に替えて、渦巻き状の非圧電性弾性部材１７を設けてもよい。その場合であっても、第１の圧電体１１に加わる応力は、第１の実施形態の場合と同様であるため、第１の実施形態と同様に高い発電効率を得ることができる。
【０１３４】
また、同様に、第２の実施形態の第１及び第２の圧電素子１０Ａ、１０Ｂの少なくとも一方の第１及び第２の圧電体１１，１２のうちの一方が圧電体以外の非圧電性弾性体により構成されていてもよい。
【０１３５】
なお、弾性体１７の形成材料は、圧電体以外の弾性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、金属、樹脂、セラミック等により弾性体１７を形成することができる。
【０１３６】
また、本実施形態において、第１の圧電体１１を複数層設けてもよい。
【０１３７】
（第７の実施形態）
上記第４の実施形態では、第１及び第２の圧電体１１，１２が設けら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、第１及び第２の圧電体１１，１２のうちの一方が圧電体以外の非圧電性弾性体により構成されていてもよい。具体的には、例えば、図１８に示すように、第２の圧電体１２に替えて、渦巻き状の非圧電性弾性部材１７を設けてもよい。その場合であっても、第１の圧電体１１に加わる応力は、第４の実施形態の場合と同様であるため、第４の実施形態と同様に高い発電効率を得ることができる。
【０１３８】
また、同様に、第５の実施形態の第１及び第２の圧電素子１０Ａ、１０Ｂの少なくとも一方の第１及び第２の圧電体１１，１２のうちの一方が圧電体以外の非圧電性弾性体により構成されていてもよい。
【０１３９】
上記実施形態では、第１，第２の圧電体１１が一層のみ設けられている場合について説明したが、第１，第２の圧電体１１は、複数積層されて設けられていてもよい。
【符号の説明】
【０１４０】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…圧電発電装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ…圧電素子
１０ａ…外側端部
１０ａ…圧電素子の中心側端部
１０Ｃ…圧電素子対
１１…第１の圧電体
１１ｃ…分極方向
１２…第２の圧電体
１２ｃ…分極方向
１３…第１の電極
１４…第２の電極
１５…第３の電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…配線
１７…弾性部材
２０…第１の固定部材
２０ａ…第１の固定部材の表面
２１…板状部材
２２…突出部
３０…第２の固定部材
３１…固定部材本体
３１ａ…当接面
３２…第１のストッパ部
３３…第２のストッパ部
３５…第１のガイド部
３６…第２のガイド部
３７…接続部
３８…錘部
【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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