(57)【要約】【課題】柔らかなゴム状弾性体に圧電粒子を配合した圧電層を有する柔軟な圧電デバイスについて発電効率を改善すること。【解決手段】高分子マトリクスに圧電粒子が分散した圧電層２０と、前記圧電層２０の表面２０ａと裏面２０ｂに設けた電極３０ａ，３０ｂと、を備える圧電デバイス１ａについて、前記表面と裏面の電極３０ａ，３０ｂ間を圧縮変形させたときに、前記圧電層２０に高圧縮部２１と低圧縮部２２を形成させる加圧部材５０を備えることとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子マトリクスに圧電粒子が分散した圧電層と、
前記圧電層の表面と裏面に設けた電極と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、前記圧電層に高圧縮部と低圧縮部を形成させる加圧部材を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記高分子マトリクスがゴムまたはエラストマであり、前記圧電層が圧縮変形可能な柔軟性を有する請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記加圧部材が、前記少なくとも一方の電極に当接する複数の硬質な突起を備え、当該突起が当接する電極が可撓性を有する請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記加圧部材が、前記圧電層に固着する表面に複数の突起を有する前記少なくとも一方の電極である請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記加圧部材が、前記圧電層よりも硬質であり、前記圧電層内に設けたブロック体である請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記加圧部材が、前記圧電層よりも硬質なブロック体を内部に含んだゴムまたはエラストマからなる柔軟部材である請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押圧を受けて起電力を生じる圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電素子としては、圧電セラミックスを利用したもの、圧電樹脂フィルムを利用したもの、圧電セラミックス粉末を高分子に充填した圧電樹脂を用いたものが知られている。これらのうち圧電セラミックスを利用した圧電素子は、インクジェットの液体吐出ヘッドや、振動子、超音波モーター、各種センサなどに利用され、発電効率や耐熱性が高いという利点を有するが、硬質で衝撃に弱く、柔軟性に乏しいという欠点がある。また、フッ素系圧電樹脂フィルムを利用した圧電素子は、圧電セラミックスを利用したものに比べ、加工性が良く、大面積化が可能であって、ある程度の柔軟性を有するが、焦電性があり圧力センサや超音波振動子などに用途が限られるという欠点がある。
【０００３】
そうした一方で圧電セラミックス粉末を高分子に充填した圧電樹脂を用いた圧電素子は、柔軟性があることから圧電セラミックスを用いることができなかった種々の用途に対する利用が期待されており、ウェアラブル機器の開発が盛んになった近年においても多く研究されている。こうした柔らかな圧電材料に対する技術は、例えば、特開２００８−１０８７６２号公報（特許文献１）や、特開２００９−２２７９８５号公報（特許文献２）、国際公開第２０１７／０１０１３５号（特許文献３）、特開昭６２−１８８６００号公報（特許文献４）などに記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０８７６２号公報
【特許文献２】特開２００９−２２７９８５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１７／０１０１３５号
【特許文献４】特開昭６２−１８８６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、柔らかな圧電材料は、圧電効率が悪くセンサとしての感度向上や電力源としての出力向上が望まれている。そこで本発明はこの課題を解決するためになされたものであり、柔らかなゴム状弾性体に圧電粒子を配合した圧電層を有する柔軟な圧電デバイスについて、発電効率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の圧電デバイスは以下のとおり構成される。即ち、本発明は、高分子マトリクスに圧電粒子が分散した圧電層と、前記圧電層の表面と裏面に設けた電極と、を備える圧電デバイスについて、前記表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、前記圧電層に高圧縮部と低圧縮部を形成させる加圧部材を備える。
【０００７】
本発明は、高分子マトリクスに圧電粒子が分散した圧電層と、前記圧電層の表面と裏面に設けた電極と、を備える圧電デバイスであるため、高分子マトリクスの性質を持つ圧電デバイスとすることができる。また、前記表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、前記圧電層に高圧縮部と低圧縮部を形成させる加圧部材を備えるため、電極間を全体的に平坦に変形させる場合に比べて、加圧部材によって圧電層を局所的に加圧することができる。そのため、起電力が大きくなる。即ち、圧電層の表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、加圧部材によって加圧される圧電層に高圧縮部を形成することができ、一方で前記高圧縮部の近傍に形成される直接加圧されない部位が低圧縮部となる。したがって、高圧縮部により生じる起電力に加えて高圧縮部と低圧縮部の間に圧縮率が大きく変化する領域が生じ、この部位が起電力向上に寄与すると考えられる。
【０００８】
前記高分子マトリクスがゴムまたはエラストマであり、前記圧電層が圧縮変形可能な柔軟性を有するものとして構成することができる。前記高分子マトリクスがゴムまたはエラストマであり、前記圧電層が圧縮変形可能な柔軟性を有するため、圧電デバイスに柔軟性があることから、ウェアラブル機器などの柔軟性が要求される用途に利用することができる。
【０００９】
本発明は、前記加圧部材が、前記少なくとも一方の電極に当接する複数の硬質な突起を備え、当該突起が当接する電極が可撓性を有するものとして構成できる。前記加圧部材が、前記少なくとも一方の電極に当接する複数の硬質な突起を備え、当該突起が当接する電極が可撓性を有するため、圧電層の表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、加圧部材の突起とその突起に当接する電極部分に位置する圧電層が高圧縮されて高圧縮部を形成し、それ以外の部分はそれほど圧縮されない低圧縮部を形成することができる。これにより起電力を大きくすることができる。
【００１０】
また本発明は、前記加圧部材が、前記圧電層に固着する表面に複数の突起を有する前記少なくとも一方の電極であるものとして構成できる。前記加圧部材が、前記圧電層に固着する表面に複数の突起を有する前記少なくとも一方の電極であるものとしたため、圧電層の表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、電極の突起に位置する圧電層が高圧縮されて高圧縮部を形成し、それ以外の部分はそれほど圧縮されない低圧縮部を形成することができ、これにより起電力を大きくすることができる。
【００１１】
さらにまた本発明は、前記加圧部材が、前記圧電層よりも硬質であり、前記圧電層内に設けたブロック体であるものとして構成できる。前記加圧部材が、前記圧電層よりも硬質であり、前記圧電層内に設けたブロック体であるものとしたため、圧電層の表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、ブロック体が圧縮受け部材として機能して圧縮方向に沿ってブロック体が位置する部分の圧電層は高圧縮されて高圧縮部を形成し、それ以外の部分はそれほど圧縮されない低圧縮部を形成することができ、これにより起電力を大きくすることができる。なおここでブロック体とは塊状の固形物をいい、特にその形状を特定するものではない。
【００１２】
そしてまた本発明は、前記加圧部材が、前記圧電層よりも硬質なブロック体を内部に含んだゴムまたはエラストマからなる柔軟部材であるものとして構成できる。前記加圧部材が、前記圧電層よりも硬質なブロック体を内部に含んだゴムまたはエラストマからなる柔軟部材であるものとしたため、圧電層の表面と裏面の電極間を圧縮変形させたときに、ブロック体が圧縮受け部材として機能して圧縮方向に沿ってブロック体が位置する部分の圧電層は高圧縮されて高圧縮部を形成し、それ以外の部分はそれほど圧縮されない低圧縮部を形成することができ、これにより起電力を大きくすることができる。なおここでもブロック体とは塊状の固形物をいい、特にその形状を特定するものではない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧電デバイスによれば、高分子マトリクスに圧電粒子が分散した圧電層を有する圧電デバイスについて起電力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の圧電デバイスであり、分図１（ａ）は分図１（ｂ）のIa−Ia線断面、分図１（ｂ）は分図１（ａ）のIb−Ib線断面図である。
【図２】図１の圧電デバイスの斜視図である。
【図３】図１の圧電デバイスを押圧する状態を説明する説明図である。
【図４】変形例１−１の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図５】変形例１−２の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図６】変形例１−３の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図７】第２実施形態の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図８】変形例２−１の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図９】変形例２−２の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１０】第３実施形態の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１１】第４実施形態の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１２】第５実施形態の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１３】第６実施形態の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１４】第７実施形態の圧電デバイスであり、分図１４（ａ）は分図１４（ｂ）のXVIa−XVIa線断面、分図１４（ｂ）は分図１４（ａ）のIXVb−XVIb線断面図である。
【図１５】第８実施形態の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１６】第９実施形態の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１７】変形例９−１の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【図１８】変形例９−２の圧電デバイスの分図１（ａ）相当の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の圧電デバイスについて、種々の実施形態に従って説明するが、最初に各実施形態において共通する構成や、その材質、組成、製法、作用、効果等について説明する。本発明の圧電デバイスでは、圧電層２０と、この圧電層２０の表面２０ａに形成される表面電極３０ａ及び圧電層２０の裏面２０ｂに形成される裏面電極３０ｂと、加圧部材５０と、を備えている。なお、表面２０ａと裏面２０ｂの区別は便宜上のものであり、圧電層２０の何れか一方面を表面２０ａとし、その反対側の面を裏面２０ｂとしている。また、電極３０ａ，３０ｂについては表裏面を特に区別しないで単に電極３０とも言うものとする。
【００１６】
圧電層：  圧電層２０は、機械的応力が加わると電界を発生させる圧電粒子が、ゴム状弾性を有する高分子マトリクスに分散してなる柔軟性のある層である。高分子マトリクスには、天然ゴムや合成ゴム、熱可塑性エラストマ等のゴム状弾性体を挙げることができ、例えば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロプレンゴム、クロロスルホンゴム、ポリエチレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、スチレン系熱可塑性エラストマ、オレフィン系熱可塑性エラストマ、エステル系熱可塑性エラストマ、ウレタン系熱可塑性エラストマ、アミド系熱可塑性エラストマ、塩化ビニル熱可塑性エラストマ、フッ化系樹脂熱可塑性エラストマ、イオン架橋系熱可塑性エラストマなどを挙げることができる。なかでも、電気絶縁性、及び環境特性に優れるシリコーンゴムが好ましい。
【００１７】
圧電粒子には、圧電性のある粉末を利用でき、例えば、チタン酸バリウムや、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸リチウム、メタニオブ酸鉛、ニオブ酸カリウムナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、チタン酸ビスマスバリウム、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、ビスマスフェライト、チタン酸ビスマスランタン（ＢＬＴ）、タンタル酸ビスマスストロンチウム（ＳＢＴ）、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、チオカルボニル基を有する有機化合物、ポリフッ化ビニリデンなどでなる圧電粒子を挙げることができる。これらの中でも、チタン酸バリウムは比較的安価で起電力も大きく入手しやすい点で好ましい。また、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）およびニオブ酸カリウムナトリウムは、圧電定数が大きく極めて大きな起電力が得られることに加えキュリー点が高く、比較的高い耐熱性を有する点で好ましい。
【００１８】
こうした圧電層２０の一態様として、硬化前の液状シリコーン（ＬＳＲ）に平均粒径が０．０５〜５００μｍのチタン酸バリウムを２０〜８０体積％分散させたもの、より好ましくは４０〜７０体積％分散させたものを硬化させた複合組成物を成形した圧電層２０が挙げられる。２０体積％よりも少ないと所望の圧電効果が得られないおそれがある。また８０体積％より多いと所望の柔軟性が得られないおそれがある。
【００１９】
電極：  電極３０は、圧電層２０の表裏両面２０ａ，２０ｂに設けられる。電極３０を形成するための電極材料は、特に限定されず、金属、樹脂に導電性フィラーを分散させた導電性樹脂、導電性ゴム、導電性布帛などを用いることができる。金属としては銅箔などの金属箔や金属メッシュが挙げられ、圧電層２０と固着する表面にはプライマーを塗布して圧電層２０との接着性を高めるようにすることができる。また、電極の形成方法としては、両面テープなどの接着剤を使用して形成することもできる。但し、後述する加圧部材５０が接触する圧電層２０の表面２０ａ側に設ける表面電極３０ａには、この表面電極３０ａを介して圧電層２０が押圧されるため、可撓性を有する材料が用いられる。
【００２０】
加圧部材：  加圧部材５０は、圧電層２０を局所的に圧縮し、圧電層２０内に高圧縮部２１と低圧縮部２２とを形成する部材であり、少なくとも圧電層２０を圧縮する程度の硬度を有する硬質材である必要がある。基本的には絶縁性でも導電性でも良い。硬質材の一例としては所定の凹凸を形成した樹脂板や金属板、樹脂ビーズ、セラミックビーズ、ガラスビーズなどが挙げられる。
【００２１】
製造方法：  次に圧電デバイスの製造方法の一例を説明する。硬化して高分子マトリクスとなる液状シリコーンなどの液状高分子にチタン酸バリウム粒子などの圧電粒子を所定量混合して分散させた液状組成物を調製し、金型内に銅箔などの電極をインサートした中に前記液状組成物を注入し、その表面にもう一方の電極を配置して成形し、液状高分子を硬化させることで圧電デバイスを得ることができる。次に、本発明の圧電デバイスを、種々の実施形態に即してさらに詳しく説明する。
【００２２】
＜第１実施形態［図１〜図３］＞：  本実施形態の圧電デバイス１ａを図１と図２に示す。これらの図で明らかなように、圧電デバイス１ａは、シート状に形成された圧電層２０と、この圧電層２０の表面２０ａに設けた表面電極３０ａと裏面２０ｂに設けた裏面電極３０ｂ、そして、これらの電極３０間を圧縮変形させたときに、圧電層２０内に高圧縮部２１と低圧縮部２２を形成する加圧部材５０と、を備えており、加圧部材５０は、板状の基部５０ａから表面電極３０ａ側に突出し、表面電極３０ａに当接する円柱状の複数の突起からなる押し子５０ｂを有している。
【００２３】
表裏両電極３０のうち、少なくとも表面電極３０ａは加圧部材５０によって押圧されたときに、押し子５０ｂに沿って表面がたわむ可撓性を有する必要がある。また、加圧部材５０のうち、押し子５０ｂは圧電層２０を部分的に圧縮できる程度の剛性を備えている必要があるが、基部５０ａは可撓性の材料が用いられていても良い。
【００２４】
圧電デバイス１ａは、一般的には図３（ａ）で示すように、押圧板Ｂ，Ｂの間に挟持されて配置される。押圧板Ｂは、圧電デバイス１ａを支持する電子機器の筐体や電子機器の一部、その部品、あるいは、圧電デバイス１ａを押圧するための部材等が該当する。この圧電デバイス１ａに対して、図３の上図矢印で示す方向に押圧板Ｂが押圧されると、加圧部材５０を通じて圧電デバイス１ａが圧縮力を受ける。このとき、図３の下図で示すように、押し子５０ｂ部分に押圧力が集中し、圧電層２０には、押し子５０ｂで押圧された高圧縮部２１と押し子５０ｂによる押圧を受けない低圧縮部２２が形成されるように変形する。このように、電極３０，３０間を圧縮変形させたときに加圧部材５０を通じて圧電層２０内に高圧縮部２１と低圧縮部２２が形成されるため高い起電力を得ることができる。
【００２５】
＜変形例１−１［図４］＞：  図４で示す圧電デバイス１ｂは、裏面電極３０ｂに対しても当接する加圧部材５０を設けた点で先の実施形態で説明した圧電デバイス１ａと異なる。特に圧電デバイス１ｂでは、平面視で表面電極３０ａに当接する加圧部材５０の押し子５０ｂと、裏面電極３０ｂに当接する加圧部材５０の押し子５０ｂとが同一直線上にあることを特長としている。圧電デバイス１ｂでは、圧電層２０の表裏両面から加圧する押し子５０ｂの位置が重なるため、高圧縮部２１と低圧縮部２２が受ける圧縮力の差異をより際立たせることができる。
【００２６】
＜変形例１−２［図５］＞：  図５で示す圧電デバイス１ｃは、圧電層２０の裏面２０ｂの裏面電極３０ｂに対しても当接する加圧部材５０を設けた点では変形例１−１の圧電デバイス１ｂと同じであるが、本実施形態の圧電デバイス１ｃでは、平面視で表面電極３０ａに当接する加圧部材５０の押し子５０ｂと、表面電極３０ｂに当接する加圧部材５０の押し子５０ｂとが重ならない位置にあることを特長としている。
【００２７】
圧電デバイス１ｃでは、圧電層２０の表裏両面から加圧する押し子５０ｂの位置が重ならないため、圧電層２０の広い部分を表裏両面の少なくとも何れかから押圧するという特長を有している。そのため、高圧縮部２１と低圧縮部２２の境界を多く設けることができる。
【００２８】
＜変形例１−３［図６］＞：  図６で示す変形例１−３の圧電デバイス１ｄは、ビーズ状の押し子５０ｂを基部５０ａの内部に埋め込むとともに一部表面を表出させた加圧部材５０を設けており、本実施形態の圧電デバイス１ｄでは、表面に凹凸を有する加圧部材５０を設けたことを特長とする。圧電デバイス１ｄは、ガラスビーズ等の硬質ビーズを樹脂フィルム上に接着剤で固定して、樹脂フィルムの片面に硬質ビーズによる凹凸を設けることで加圧部材５０を形成することができ、金型で加圧部材５０を形成する必要がない。
【００２９】
圧電デバイス１ｄでも、第１実施形態で示した圧電デバイス１ａと同様に、加圧部材５０を通じて圧電デバイス１ａが押圧を受けるため、押し子５０ｂ部分に押圧力が集中し、押し子５０ｂで押圧された高圧縮部２１と押し子５０ｂによる押圧を受けない低圧縮部２２が形成される。
【００３０】
＜第２実施形態［図７］＞：  図７で示す第２実施形態の圧電デバイス２ａは、表面電極３０ａと加圧部材５０とを一体とした形状に形成した点を特長としている。即ち、圧電層２０の表面２０ａ側の表面電極３０ａが、同時に加圧部材５０となっている。換言すれば、加圧部材５０を導電性の材質で形成し、圧電層２０の表面２０ａに直接接触させて、その接触面を電極３０としている。従って、圧電デバイス２ａの表面電極３０ａは、圧電層２０の表面２０ａ全体に形成されずに、表面２０ａの一部に形成される。
【００３１】
圧電デバイス２ａでも、第１実施形態で示した圧電デバイス１ａと同様に、加圧部材５０を通じて圧電デバイス１ａが押圧を受けるため、押し子５０ｂ部分に押圧力が集中し、押し子５０ｂで押圧された高圧縮部２１と押し子５０ｂによる押圧を受けない低圧縮部２２が形成される。
【００３２】
＜変形例２−１［図８］＞：  図８で示す圧電デバイス２ｂは、圧電層２０の裏面２０ｂに対しても、電極３０と加圧部材５０とが一体となった電極３０（加圧部材５０）を設けた点で先の実施形態で説明した圧電デバイス２ａと異なる。この圧電デバイス２ｂでは、平面視で圧電層２０の表面２０ａ側に設けた加圧部材５０の押し子５０ｂと、圧電層２０の裏面２０ｂ側に設けた加圧部材５０の押し子５０ｂとが同一直線上にあることを特長としている。圧電デバイス２ｂでは、圧電層２０の表裏両面から加圧する押し子５０ｂの位置が重なるため、高圧縮部２１と低圧縮部２２が受ける圧縮力の差異をより際立たせることができる。
【００３３】
＜変形例２−２［図９］＞：  図９で示す圧電デバイス２ｃは、圧電層２０の裏面２０ｂに対しても、電極３０と加圧部材５０とが一体となった電極３０（加圧部材５０）を設けた点では変形例２−１の圧電デバイス２ｂと同じであるが、本実施形態の圧電デバイス２ｃでは、平面視で圧電層２０の表面２０ａ側に設けた加圧部材５０の押し子５０ｂと、圧電層２０の裏面２０ｂ側に設けた加圧部材５０の押し子５０ｂとが重ならない位置にあることを特長としている。圧電デバイス２ｃでは、圧電層２０の表裏両面から加圧する押し子５０ｂの位置が重ならないため、圧電層２０の広い部分を表裏両面の少なくとも何れかから押圧されるという特長を有している。そのため、高圧縮部２１と低圧縮部２２の境界を多く設けることができる。
【００３４】
＜第３実施形態［図１０］＞：  図１０で示す第３実施形態の圧電デバイス３ａは、表面電極３０ａの形状が加圧部材５０の押し子５０ｂの形状と同じにし、その押し子５０ｂの部分に設けた点で第１実施形態の圧電デバイス１ａと異なる。圧電デバイス３ａでも、第２実施形態で示した圧電デバイス２ａと同様に、加圧部材５０を通じて圧電デバイス１ａが押圧を受けるため、押し子５０ｂ部分に押圧力が集中し、押し子５０ｂで押圧された高圧縮部２１と押し子５０ｂによる押圧を受けない低圧縮部２２が形成される。
【００３５】
また、図では示さないが、本実施形態の圧電デバイス３ａの変形例として、変形例１−１の圧電デバイス１ｂや、変形例１−２の圧電デバイス１ｃと同様に、圧電層２０の裏面２０ｂにも、加圧部材５０を設けることができ、裏面電極３０ｂは加圧部材５０の押し子５０ｂに相当する部分に設けるものとすることができる。
【００３６】
＜第４実施形態［図１１］＞：  図１１で示す第４実施形態の圧電デバイス４ａは、表面電極３０ａを加圧部材５０の表面形状に沿って形成した点で第１実施形態の圧電デバイス１ａと異なる。即ち、本実施形態の圧電デバイス４ａでは、加圧部材５０の表面形状に沿った表面電極３０ａとしたため、表面電極３０ａのうち、加圧部材５０に設けた押し子５０ｂの部分が圧電層２０に接触する。圧電デバイス４ａでも、第２実施形態で示した圧電デバイス２ａと同様に、加圧部材５０を通じて圧電デバイス１ａが押圧を受けるため、押し子５０ｂ部分に押圧力が集中し、押し子５０ｂで押圧された高圧縮部２１と押し子５０ｂによる押圧を受けない低圧縮部２２が形成される。
【００３７】
また、図では示さないが、本実施形態の圧電デバイス４ａの変形例として、変形例１−１の圧電デバイス１ａや、変形例１−２の圧電デバイス１ｂと同様に、圧電層２０の裏面２０ｂにも、加圧部材５０を設けることができ、裏面電極３０ｂは加圧部材５０の表面形状に沿った形状に形成することができる。
【００３８】
＜第５実施形態［図１２］＞：  図１２で示す第５実施形態の圧電デバイス５ａは、加圧部材５０の形状が、第１実施形態の圧電デバイス１ａにおける加圧部材５０のように基部５０ａを有しておらず、ブロック状に散在させたブロック体で形成した点で異なる。圧電デバイス５ａでも、少なくとも表面電極３０ａは可撓性を有していることが必要である。また、加圧部材５０は、非圧縮性であり、導電体でも絶縁体でも良い。圧電デバイス５ａでは、別部材である押圧板（図示せず）が加圧部材５０を押圧することが必要である。
【００３９】
＜第６実施形態［図１３］＞：  図１３で示す第６実施形態の圧電デバイス６ａでは、加圧部材５０の表面に突起を有していない点でこれまでの実施形態と異なる。本実施形態の圧電デバイス６ａでは、加圧部材５０の基部５０ａを柔らかなシリコーンゲルのような高分子マトリクスで形成し、その中に押し子５０ｂとなるガラスビーズ等の硬質ビーズからなるブロック体を分散させたものである。高分子マトリクスからなる基部５０ａが粘着性を有していれば表面電極３０ａに対して固定し易いという利点がある。
【００４０】
圧電デバイス６ａでは、無加圧状態では加圧部材５０の表面電極３０ａとの接触面が平坦な外形を有しているが、加圧したときは基部５０ａが変形し、内部に備わる硬質ビーズが押し子５０ｂとなり圧力を表面電極３０ａに伝えることになる。また、圧電デバイス６ａでは、圧電層２０と加圧部材５０とが密着して構成されていることから、ゴミ等の異物が両者の間に混入し難く、こうした異物が混入することによる圧電性能の変化を回避することができる。また、加圧部材５０の表面がフラットで表面電極３０ａとの一体化が容易である。さらに加圧部材５０は表面電極３０ａに密着するので、表面電極３０ａに負荷がかかり難い。こうした圧電デバイス６ａでは、押圧を受けると押圧方向に対してブロック体である押し子５０ｂの存在する部分が高圧縮部２１となり、押し子５０ｂが存在しない部分が低圧縮部２２となる。
【００４１】
＜第７実施形態［図１４］＞：  図１４で示す第７実施形態の圧電デバイス７ａは、加圧部材５０を設けた位置がこれまでの実施形態とは異なる。本実施形態の圧電デバイス７ａでは、加圧部材５０をブロック状に形成したブロック体とし、圧電層２０中に設けている。電極３０は、第１実施形態の圧電デバイス１ａと同じである。圧電デバイス７ａでは、表面電極３０ａを通じて圧電デバイス１ａが押圧を受けると、圧電層２０の全体に均一に荷重がかかるが、その押圧方向に対して加圧部材５０であるブロック体の存在する部分と存在しない部分とができるため、圧縮方向に沿って加圧部材５０であるブロック体が存在する部分はブロック体が圧縮受け部材として機能して高圧縮部２１となり、圧縮方向に沿ってブロック体が存在しない部分は低圧縮部２２となる。
【００４２】
＜第８実施形態［図１５］＞：  図１５で示す第８実施形態の圧電デバイス８ａは、ブロック体として形成した加圧部材５０を圧電層２０中に散在させて設けている点で、第７実施形態で示した圧電デバイス７ａと同じであるが、加圧部材５０を粒状のブロック体とし、電極３０から離して設けた点で異なる。この加圧部材５０は、非圧縮性、即ち、加圧時に加圧方向の圧電粒子を圧縮する程度の硬さを備えた変形しない定形性形状を有している。また、加圧部材５０は、加圧時に電極３０間が短絡しなければ導電体でも良いが、絶縁体であることが好ましい。加圧部材５０を圧電層２０の中央部分に配置するには、未硬化または半硬化の圧電層用シートを準備し、その表面に加圧部材５０を配置して、別の未硬化または半硬化の圧電層用シートで挟んで成形する方法を採用することができる。
【００４３】
圧電デバイス８ａでは、表面電極３０ａを通じて圧電デバイス１ａが押圧を受けると、圧電層２０の全体に均一に荷重がかかるが、その押圧方向に対して加圧部材５０であるブロック体の存在する部分と存在しない部分とができ、ブロック体が存在する部分ではそのブロック体が圧縮受け部材として機能するため、加圧部材５０が存在する上下の部分は高圧縮部２１となり、加圧部材５０が存在しない部分は低圧縮部２２となる。
【００４４】
＜第９実施形態［図１６］＞：  図１６で示す第９実施形態の圧電デバイス９ａは、第２実施形態の圧電デバイス２ａと同様に、突起を備える加圧部材５０と表面電極３０ａとを一体とした形状に形成した点で同じであるが、この表面電極３０ａ（加圧部材５０）の突起３０ｃを圧電層２０に埋め込んだ形状をした点で異なる。したがって、圧電層２０の表面２０ａは、電極３０に設けた突起３０ｃが埋め込まれる形のため、平坦ではない。また、表面電極３０ａには突起３０ｃが形成されているため、突起３０ｃとそれ以外の部分が圧電層２０に固着している。
【００４５】
本実施形態の圧電デバイス９ａでは、その表面電極３０ａの突起３０ｃ部分が圧電層２０を圧縮できる剛性を備えていることが必要であるが、突起３０ｃ以外の部分は可撓性があっても良い。突起３０ｃを有する表面電極３０ａの全面が圧電層２０と固着しているため、第１実施形態の圧電デバイス１ａや、第２実施形態の圧電デバイス２ａと比べて、圧縮するときの荷重が大きくなる、あるいは、同一荷重で比較すると圧縮量が小さくなると考えられる。
【００４６】
＜変形例９−１［図１７］＞：  図１７で示す圧電デバイス９ｂは、圧電層２０の裏面２０ｂに対しても、突起３０ｃを有する電極３０を設け、圧電層２０に埋め込んで形成したことを特長としている。換言すれば、第６実施形態の圧電デバイス６ａの表面に設けた突起３０ｃ付き電極３０を、圧電層２０の裏面にも設けたものである。また、この圧電デバイス９ｂでは、平面視で圧電層２０の表面２０ａ側に設けた表面電極３０ａの突起３０ｃと、圧電層２０の裏面２０ｂ側に設けた裏面電極３０ｂの突起３０ｃとが同一直線上にあることを特長としている。圧電デバイス９ｂでは、圧電層２０の表面２０ａに突出する突起３０ｃと裏面２０ｂに突出する突起３０ｃの位置が重なるため、高圧縮部２１と低圧縮部２２が受ける圧縮力の差異をより際立たせることができる。
【００４７】
＜変形例９−２［図１８］＞：  図１８で示す圧電デバイス９ｃは、圧電層２０の裏面２０ｂに対しても、突起３０ｃを有する電極３０を設けた点では変形例９−１の圧電デバイス９ｂと同じであるが、本実施形態の圧電デバイス９ｃでは、平面視で圧電層２０の表面２０ａ側に設けた表面電極３０ａの突起３０ｃと、圧電層２０の裏面２０ｂ側に設けた裏面電極３０ｂの突起３０ｃとが重ならない位置にあることを特長としている。圧電デバイス９ｃでは、圧電層２０の表面２０ａに突出する突起３０ｃと裏面２０ｂに突出する突起３０ｃの位置が重ならないため、圧電層２０の広い部分を表裏両面の少なくとも何れかから押圧されるという特長を有している。そのため、高圧縮部２１と低圧縮部２２の境界を多く設けることができる。
【実施例】
【００４８】
＜押圧試験＞：  以下に詳しく説明する各試料の圧電デバイスに対して、所定の大きさ、形状の錘を落下させて衝突させ、このときの各試料の電圧の変化を測定する押圧試験を行った。より具体的な試験方法は次のとおりである。コンクリート製の地面に厚み１ｃｍの鉄板を置き、さらに鉄板の表面を厚み１００μｍのテフロン（登録商標）テープで覆い、その上に試料の裏面を下にして配置した。また、試料の電極はオシロスコープに接続した。一方、直径５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、重さ３００ｇの円柱形状の錘を準備した。そして、試料の上方６０ｃｍの位置からこの錘を自由落下させ、試料に対して、錘の円柱の側面が平行に当たるように衝突させた。そして衝突の際の試料の電圧の変化を測定し、電圧変化の最大値（Ｖｍａｘ値）を記録した。
【００４９】
＜各試料の作製＞：
【００５０】
電極付き圧電層の作製：  液状シリコーンに平均粒径８μｍのチタン酸バリウム粉末を５０体積％となるように混合して液状混合物を調製した。続いて、金型内に一方側電極となる銅箔を配置し、液状混合物を注入し、その上面に他方側電極となる銅箔を配置した。そして、注入した液状混合物を硬化させることで、圧電層の硬さがＡ５５であり、厚みが２ｍｍで、外形が４０ｍｍ×４０ｍｍの矩形となる電極付き圧電層を作製した。なお、この電極付き圧電層の作製において、銅箔の厚みが９μｍ、３５μｍ、１０５μｍの３種類を準備し、表裏電極の厚みは同じ厚みとなるようにして、３種類の電極付き圧電層を作製した。
【００５１】
加圧部材又はその代替部材の作製：  剥離シート上に、直径４ｍｍのガラスビーズを面状に細密配置して、ガラスビーズの最上部と一致する位置まで液状シリコーンを注入した後、この液状シリコーンを硬化させてシリコーンゴムからなる基部を形成した。その後、剥離シートを剥離することにより、硬さがＡ５０のシリコーンゴムからなる基部でガラスビーズをつなぎ止めた厚みが４ｍｍで外形が４０ｍｍ×４０ｍｍの矩形となる加圧部材Ａを作製した。
【００５２】
また、厚さ５０μｍの剥離シート上に、液状シリコーンを１ｍｍの厚みで塗布し、その上に直径４ｍｍのガラスビーズを面状に細密配置して、液状シリコーンを硬化した。その後、剥離シートを剥離することで、厚みが４ｍｍで外形が４０ｍｍ×４０ｍｍの矩形となる加圧部材Ｂを作製した。
【００５３】
さらに加圧部材の代替部材として、厚みが４ｍｍで外形が４０ｍｍ×４０ｍｍの矩形となる硬さがＡ５０のシリコーンゴム成形体と、これと同じ大きさのポリカーボネート板を準備した。
【００５４】
試料１ａ〜試料３ｂの作製：  上記電極付き圧電層の表裏両面に、前記加圧部材Ａまたは加圧部材Ｂを接合して表１に示す試料１ａ〜試料３ｂの圧電デバイスを作製した。また、これらの試料のＶｍａｘ値の基準となる基準試料として、それぞれの厚みの銅箔から形成された電極付き圧電層の表裏両面に前記シリコーンゴム成形体を接合した試料を作製した。
【００５５】
試料４ａ〜試料６ｂの作製：  上記電極付き圧電層の表面に、前記加圧部材Ａまたは加圧部材Ｂを接合するとともに裏面には前記ポリカーボネート板（ＰＣ）を接合して表２に示す試料４ａ〜試料６ｂの圧電デバイスを作製した。また、これらの試料のＶｍａｘ値の基準となる基準試料として、それぞれの厚みの銅箔から形成された電極付き圧電層の表面には前記シリコーンゴム成形体を接合し裏面には前記ポリカーボネート板を接合した試料を作製した。
【００５６】
＜試験結果と考察＞：  各試料の電圧変化の最大値（Ｖｍａｘ値）について、各試料の基準となる基準試料のＶｍａｘ値に対する割合（Ｖｍａｘ値の変化割合）を百分率（％）で示した。即ち、Ｖｍａｘ値の変化割合（％）＝（試料のＶｍａｘ値／基準試料のＶｍａｘ値）×１００とした。そして、このＶｍａｘ値の変化割合も表１及び表２に記載した。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
【表２】
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【００５９】
試料１ａ〜３ｂと試料４ａ〜６ｂの比較から、電極付き圧電層の表裏両面に加圧部材を設けた方が、電極付き圧電層の表面のみに加圧部材を設けた場合よりもＶｍａｘ値の変化割合の改善効果（Ｖｍａｘ値の上昇）が大きかった。このことから、電極付き圧電層の表片面に加圧部材を設けるよりも両面に加圧部材を設けた方が効率良く発電できることがわかった。
【００６０】
加圧部材Ａと加圧部材Ｂとの比較では、Ｖｍａｘ値の変化割合に大きな差はなかった。一方、銅箔が厚い方がＶｍａｘ値の変化割合が大きく、その理由は明らかではないが、銅箔の厚みが１０５μｍまでならば厚くしても起電力に悪影響がなく、厚めの銅箔を用いることで、発電効率を高めつつ、耐久性をも改善することができることがわかった。
【００６１】
上記実施形態は本発明の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施形態の変更または公知技術の付加や、組合せ等を行い得るものであり、それらの技術もまた本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ〜１ｄ  圧電デバイス（第１実施形態）
２ａ〜２ｃ  圧電デバイス（第２実施形態）
３ａ  圧電デバイス（第３実施形態）
４ａ  圧電デバイス（第４実施形態）
５ａ  圧電デバイス（第５実施形態）
６ａ  圧電デバイス（第６実施形態）
７ａ  圧電デバイス（第７実施形態）
８ａ  圧電デバイス（第８実施形態）
９ａ〜９ｃ  圧電デバイス（第９実施形態）
２０  圧電層
２０ａ  表面
２０ｂ  裏面
２１  高圧縮部
２２  低圧縮部
３０  電極
３０ａ  表面電極
３０ｂ  裏面電極
３０ｃ  突起
５０  加圧部材
５０ａ  基部
５０ｂ  押し子（突起）
Ｂ  押圧板
【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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