(57)【要約】      （修正有）【課題】電荷の発生率、軽量化、小型化及び耐久性を高めた、圧電型振動発電装置を提供する。【解決手段】熱可塑性または熱硬化性樹脂を素材とする、１００〜１０，０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する柔軟且つ高弾性率な振動板１の表面に有機系圧電性膜２を形成した部材の一方端を振動源１１に固定した固定端６とし、他方端を振幅自由な自由端とするカンチレバー（片持ち梁）構造とし、振動源１１の振動により振動部材の自由振動が励振され、圧電性膜２の圧電効果によって、上部電極３と下部電極４から電荷を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片持ちで固定された圧電性膜形成用の振動板において、この振動板を熱可塑性又は熱硬化性樹脂にて形成すると共に、その弾性率を１００〜１０，０００ＭＰａの範囲内に設定してなる圧電型振動発電装置。
【請求項２】
前記圧電性膜は、有機系材料にて成形されていること、を特徴とする請求項１に記載の圧電型振動発電装置。
【請求項３】
前記圧電性膜は、前記振動板の片面又は両面に形成されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の圧電型振動発電装置。
【請求項４】
前記圧電性膜の電極は、圧電性膜に面で接触し、形成されていること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電型振動発電装置。
【請求項５】
前記振動板の自由端側に、励振用の錘が取り付けられていること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電型振動発電装置。
【請求項６】
前記圧電性膜を形成した振動板は、２以上併設されていること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電型振動発電装置。
【請求項７】
前記２以上併設された振動板の圧電性膜での出力側には、それぞれ独立した整流回路が接続されていること、を特徴とする請求項６に記載の圧電型振動発電装置。
【請求項８】
前記２以上の振動板の弾性率は、前記１００〜１０，０００ＭＰａの範囲内においてそれぞれ異なる値に設定されていること、特徴とする請求項６又は７に記載の圧電型振動発電装置。
【請求項９】
前記圧電型振動発電装置は、密閉形ケース内に収納されていること、を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の圧電型振動発電装置。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷の発生率を高めることができると共に軽量化と小型化及び耐久性を高めることができる圧電型振動発電装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
近年、周りの環境から微小なエネルギーを収穫（ハーベスト）して、電力に変換する環境発電技術が注目されている。別名エネルギーハーベスティング技術ともいわれ、光・熱（温度差）・振動・電波など様々な形態で環境中に存在するエネルギーを電力に変換でき、充電・電池交換・燃料補給なしで長期間エネルギー供給が可能な電源として、ネットワークにつながるユビキタスネット社会の実現に必須の技術となっている。
【０００３】
その中でも振動エネルギーから電力に変換する技術は、様々な産業機器類の温度，湿度，加速度等をセンシングし、振動により発電した電力でセンシングした情報を無線通信により伝達するデバイスの研究が多く行われている。例えば振動発電デバイスおよびその製造方法（特許文献１，特開２０１１−２３４５６９号公報）、あるいは圧電体発電装置及びこれを備えた携帯型電力供給装置、携帯型電子機器（特許文献２, 特開平９−２０５７８１号公報）あるいは振動発電素子（特許文献３, 特開２０１３−２４３８２１公報）がある。
これらの方法は、振動部材にセラミック型の圧電素子（ＰＺＴ）用いて貼り付ける方法が取られているが、セラミックは脆い為、長期間繰り返しの振動や大きな振幅による歪みに対して、耐久性が乏しいなどの問題がある。
また、セラミック型の圧電素子による振動発電はセラミックが硬い為に、発電が可能な振動周波数は１００Ｈｚ以上なってしまう。この他、コイルと磁石を用いた電磁誘導、静電誘導（エレクトレット）、磁歪素子発電などの振動発電方式であると１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ帯でしか効果的な発電を実施する事が出来ないという問題がある。  
これらの方式で１００Ｈｚ以下の比較的低い周波数の振動で発電するには振動素子自体を長くして固有振動数を低くする必要があるため、発電装置そのものが大型化してしまうという問題がある。
【０００４】
また、従来技術における振動発電装置として、振動源に直接、フィルム状の圧電素子（圧電フィルム）を取り付けて行う発電システムなども提案されている。例えば発電システム（特許文献４, 特開２０１１−１９３６６５号公報）がある。
しかし、この方法では、圧電フィルム自体に剛性が無いため、振幅制御用に圧電フィルムの自由端に錘を設置したカンチレバー（片持ち梁）構造とすることが出来ず、振動源の下方に圧電フィルムを吊るす構造しか使えない為、振動源への取り付け場所が制限される。さらに、フィルム状の圧電素子単体である事から強度が弱い上に共振帯域をコントロールする事が難しく、振動源に適した振動周波数で共振させ、効率的に発電させる事ができない。
【０００５】
さらに、振動発電装置として有機質の圧電フィルムを振動部材に貼り付け、振動源にカンチレバー（片持ち梁）構造で設置して発電するシステムが提案されている。例えば、圧電振動型発電機（特許文献５, 特開２００９−２４７１２８号公報）がある。
しかしこの方法において、圧電フィルムを貼りつける振動板（ベースフィルム）は、振動を圧電性膜の変形に変換するためのシム板機能としてのみ使用している。シム板とは一般に金属製の薄板を指すが、この特許文献５の場合振動板の材質や寸法、曲げ弾性特性については特に言及されていない。
【０００６】
これまで、本発明者は、鋭意な研究結果から、圧電性膜を形成する振動板の素材は柔軟且つ高弾性率を兼ね備えている事が発電性能を向上させる上で極めて効果的である事が判明した。その理由として、柔軟且つ高弾性率を兼ね備えた振動板ほど振動振幅時に振動板表面層に大きい伸縮変形が生じ、この振動板表面層の伸縮変形動作に伴い、貼り付けられた圧電素子も大きく伸縮変形して歪が発生し、この歪みが大きいほど圧電素子から取り出せる電力を大きくする事ができる、という知見を得た。
【０００７】
また、振動部材の振幅が大きくなるほど、振動板の表面に形成された圧電性膜の圧電効果が大きくなり、効率的に電力が得られる事が知られている。つまり、高性能な圧電型振動発電装置には、より大きい振幅に耐える事ができる柔軟な振動板および圧電性膜が必要である。
【０００８】
さらに、振動源によって異なる振動周波数、振動加速度に適した発電をする為には、共振周波数を振動源と同期させる事が重要である。振動部材の固有振動数はカンチレバーのスパン（振動部分の長さ）と共に、振動板の曲げ弾性率が高いほど、共振周波数が高くなり、曲げ弾性率が低いほど共振低周波数が低くなる。従って振動源に合わせて振動板の長さと共に曲げ弾性率を最適化しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２３４５６９号公報
【特許文献２】特開平９−２０５７８１号公報
【特許文献３】特開２０１３−２４３８２１号公報
【特許文献４】特開２０１１−１９３６６５号公報
【特許文献５】特開２００９−２４７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、かかる問題点を全て解消し、柔軟且つ高弾性率を有する樹脂製の振動板表面に有機系圧電性膜を形成する事により、低コスト且つ効率良く、特に１００Ｈｚ以下の低周波振動で発電可能な振動部材を容易に設計・製造でき、同時に軽量で耐久性のある圧電型振動発電装置を提供する事である。
【問題を解決する為の手段】
【００１１】
前記目的を達成する為、請求項１記載の発明は、片持ちで固定された圧電性膜形成用の振動板において、この振動板を熱可塑性又は熱硬化性樹脂にて形成すると共に、その弾性率を１００〜１０，０００ＭＰａの範囲内に設定してなること、を特徴とするものである。
【００１２】
請求項２記載の発明においては、請求項１に記載の圧電型振動発電装置において、前記圧電性膜は、有機系材料にて成形されていること、を特徴とするものである。
【００１３】
請求項３記載の発明においては、請求項１又は２に記載の圧電型振動発電装置において、前記圧電性膜は、前記振動板の片面又は両面に形成されていること、を特徴とするものである。
【００１４】
請求項４記載の発明においては、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電型振動発電装置において、前記圧電性膜の電極は、圧電性膜に面で接触し、形成されていること、を特徴とするものである。
【００１５】
請求項５記載の発明においては、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電型振動発電装置において、前記振動板の自由端側に、励振用の錘が取り付けられていること、を特徴とするものである。
【００１６】
請求項６記載の発明においては、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電型振動発電装置において、前記圧電性膜を形成した振動板は、２以上併設されていること、を特徴とするものである。
【００１７】
請求項７記載の発明においては、請求項６に記載の電型振動発電装置において、前記２以上併設された振動板の圧電性膜での出力側には、それぞれ独立した整流回路が接続されていること、を特徴とするものである。
【００１８】
請求項８記載の発明においては、請求項６又は７に記載の電型振動発電装置において、前記２以上の振動板の弾性率は、前記１００〜１０，０００ＭＰａの範囲内においてそれぞれ異なる値に設定されていること、を特徴とするものである。
【００１９】
請求項９記載の発明においては、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電型振動発電装置において、前記圧電型振動発電装置は、密閉形ケース内に収納されていること、を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によると、熱可塑性または熱硬化性樹脂を素材とする柔軟且つ高弾性率を有する振動板の表面に有機系圧電性膜を形成する事により、振動振幅時に振動板表面層に大きい伸縮変形が生じ、同時に表面に形成された有機系圧電性膜も大きく伸縮変形により生じる歪みを受けるため高効率に発電が出来る。
【００２１】
また、樹脂製の振動板は金属板に比べて弾性係数が低く、樹脂の材質選定により振動板の硬さ（弾性係数）や形状を自在に設計できる事から、低周波から高周波までの広い振動周波数帯に適用可能である。特に、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの低周波に共振域を設定する場合、金属製の振動板は一定の長さが必要なため小型化が困難であるが、樹脂は弾性係数が低いため金属製より大幅に小型化が可能になる。同時に、柔軟性に優れるため大きな振幅を受けても振動部材が容易に壊れる事がなく、高い耐久性が得られる。更に、樹脂製の振動板は金属板に比べて、比重が１／４〜１／８と低い為、圧電式振動発電装置の軽量化も可能となる。
【００２２】
振動板の材料として、導電性を有するカーボンフィラーやカーボンナノチューブなどを添加した樹脂を使用する事で、振動板の耐久性を向上させると同時に、この振動板を一方の電極とすることにより、一方の電極を不要にする事も可能であり、振動発電装置の製造コストを減少させる事ができる。
【００２３】
更に、振動板の表面に形成する有機系圧電性膜は柔軟性と耐熱性、耐薬品性、耐蝕性、耐候性に優れたフッ素系樹脂材の圧電性物質を用いる事で、圧電性膜が脆く破壊する事無く繰り返しの振動にも強く、ガスやオゾンにも劣化しにくいため、耐久性に優れ広範囲な用途に長期間適用できる。
【００２４】
請求項８の発明によると、複数の振動部材の固有振動数がそれぞれ異なるため、振動源において負荷の変動によりモーターの回転数が上下し、振動数が変化する場合にも効率的に電圧を発生することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の請求項１における圧電型振動発電装置の側面図。
【図２】本発明の請求項３における圧電型振動発電装置の側面図。
【図３】本発明の請求項５における圧電型振動発電装置の側面図。
【図４】本発明の請求項９における圧電型振動発電装置の側面図。
【図５】実施例１における振動発電評価システムの概略図。
【図６】実施例１および比較例２、３における加速度と電圧Ｖとの相関を示すグラフ。
【図７】実施例２における錘重量と電圧Ｖとの相関を示すグラフ。
【図８】実施例４における振動板を左右に並べた発電装置の説明図
【図９】実施例４における振動板を上下に並べた発電装置の説明図
【発明を実施する為の形態】
【００２６】
本発明の圧電型振動発電装置は、下記の構成を含む。
熱可塑性または熱硬化性樹脂を素材とする振動板の表面に圧電性膜を形成した部材の一方端を振動源に固定した固定端とし、他方端を振幅自由な自由端とするカンチレバー（片持ち梁）構造とし、振動源の振動により振動部材の自由振動が励振され、圧電性膜の圧電効果によって、圧電性膜に発生した電荷を上部電極と下部電極から得る構成
【００２７】
本発明における振動板の材質としては、熱可塑性あるいは熱硬化性樹脂にスチレン系、オレフィン系、塩ビ系、ウレタン系、アミド系などのエラストマー成分を０．１〜９９．９ｗｔ％含有した、１００〜１０，０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する柔軟な熱可塑性あるいは熱硬化性エラストマー樹脂である事が好ましい。ベース材となる熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やＡＢＳ樹脂（ＡＢＳ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などが挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、シリコーン・ウレタン・エポキシ・フッ素等の柔軟性ある有機系高分子樹脂を用いても構わない。また、これらの樹脂をベースとしてガラス繊維やカーボン繊維、ミネラルなどを添加した強化樹脂や、ＦＲＰ、ＣＦＲＰ等のコンポジット材を用いる事も可能である。
【００２８】
圧電性膜を形成する振動板は柔軟且つ高弾性率を兼ね備えている事が発電性能を向上させる上で極めて効果的である。柔軟且つ高弾性率を兼ね備えた樹脂製の振動板は金属に比べて振動板表面層に大きい伸縮が生じ、振動板表面の圧電性膜も大きく伸縮歪みを受け、発生する電力を大きくする事ができる。
【００２９】
本発明における振動板の表面と裏面に圧電性膜を形成するバイモルフ構造としては、各々の上部電極および下部電極を並列または直列に接合するいずれかの方法であっても構わない。
【００３０】
本発明における振動板の厚みは特に限定されないが０.１〜５.０ｍｍの範囲で選択できる。肉厚が薄い方が低加速度、低振動周波数帯域に有効であり、肉厚が厚い方が高加速度、高振動周波数帯域に適するため、振動源に応じて適宜選択する事ができる。
【００３１】
上部および下部電極である導電体膜の加工には公知の方法を利用する事ができる。例えば、ペースト塗布、シルク印刷、スプレーコーティング、パット印刷法、スパッタ法、蒸着法等により導電性の高い銀、銅、カーボン粉末材料をはじめとする導電性高分子溶液または金属ペーストを用いて電極を形成する事が出来る。
【００３２】
本発明における上部および下部電極とリード配線とを固定する方法としては、導電性を有するカーボン・銀・銅などの無機系金属成分とアクリルやウレタン・エポキシなどの有機系高分子樹脂成分が複合された導電性接着剤、半田付や溶接、金属端子を用いての圧着、かしめ、または支持台に設けた端子への接触よる通電などの公知の方法を利用する事が出来る。
【００３３】
本発明における振動部材の自由端に取り付ける励振用の錘としては、振動部材より比重が大きいもので、振動源の振動周波数に応じて振動部材の振幅が増幅されれば、特に限定されない。材質しては、鉄、銅、鉛、アルミニウム等の金属が挙げられるが、磁石やセラミック、振動板と一体の樹脂製であっても構わない。錘の材質は振動部材のサイズおよび振動源の振動周波数に応じて適宜選択する事ができる。
【００３４】
圧電型振動発電装置を取り付ける振動源としては、原動機、モーター、コンプレッサー、ポンプ、変速機、およびそれらに接続された配管、ダクトなどの周辺機器、自動車や鉄道などの車両、車両の走行時に振動が生じる路面、路盤、レール、枕木、架線、橋梁、道路や線路の付帯設備である標識、照明装置、水上のブイ、風力など、振動が発生する場所であれば可能である。
【００３５】
振動源の振動により振動部材の自由振動を励振させる方法として、振動部材を振動源に設置する方法以外にも、人が振動部材の一方端を手にして、他方端を自由端として手の振った力（振動）によって発電させても構わない。
【００３６】
振動板の形状は、平板状であり、振動しやすければ特に限定されない。
【００３７】
振動部材より発生した電荷を上部・下部電極よりリード配線から整流・昇圧回路が実装された電源回路を通じて、蓄電池およびキャパシターに一定量まで蓄電し、出力する方式をとっても構わない。例えば、振動部材表面上に圧電性製膜処理した面とは反対面に同様なもう一つの圧電性製膜処理をし、一方の圧電性膜では振動源の振動情報を読み取り、もう一方の圧電性膜では発生した電圧を蓄電池およびキャパシターで一定量まで蓄電し、蓄電池で蓄えた電気で無線発信機を駆動し、振動源の振動情報を振動部材より離れた場所へ送信する事も可能である。
【００３８】
本発明における圧電性膜の主成圧電性物質として有機系のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）と３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）の共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））が好ましく、且つこのフッ素系圧電性物質に対して、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ，ＰＥＴＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエステル、ＡＢＳ樹脂（ＡＢＳ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）など相溶する物質同士をブレンドしたものを用いても構わない。
【００３９】
また、圧電性物質として、前記有機系の圧電性物質に無機系のチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の粒子を複合して用いても構わない。
【００４０】
以下に、本発明の実施例と比較例を説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではなく、これら実施例の組み合わせでもよい。
【００４１】
本発明の請求項１から３および７における圧電型振動発電装置の側面図を図１から図３および図４に示す。
【００４２】
図１は、請求項１記載の圧電型振動発電装置の側面図で、振動板１の表面上に下部電極４が形成され、その上に圧電性膜２が形成され、更に圧電性膜２の表面上に上部電極３が形成された振動板１を振動源１３上に据え付けられた固定台６上にボルト７により固定し、振動源１３の振動により振動板１の自由振動が励振され、振動板１の振動に伴い、圧電性膜２に歪みが生じ、圧電性膜２の圧電効果によって上部電極３と下部電極４の各々から導電接着部５により固定されたリード配線８介して電荷が得られる構成となっている。
【００４３】
図２は、請求項３記載の圧電型振動発電装置の側面図で、振動板１の裏表の表面上に下部電極４がそれぞれ形成され、その両方の表面上に圧電性膜２が形成され、更に各々の圧電性膜２の表面上に上部電極３がそれぞれ形成された振動板１を振動源１３上に据え付けられた固定台６上にボルト７により固定し、振動源１３の振動により振動板１の自由振動が励振され、振動板１の振動に伴い、圧電性膜２に歪みが生じ、圧電性膜２の圧電効果によって、それぞれの上部電極３と下部電極４の各々から導電接着部５により固定されたリード配線８介して電荷が得られる構成となっている。
【００４４】
図３は、請求項５記載の圧電型振動発電装置の側面図で、振動板１の自由端に励振用の錘１２を備えた振動板１を振動源１３上に据え付けられた固定台６上にボルト７により固定される構成となっている。錘１２は振動板の上側または下側の片面にだけ取り付けても構わない。
【００４５】
図４は、請求項９に記載の圧電型振動発電装置で、請求項１から６のいずれか１つに記載の圧電型振動発電装置を密閉型のケースに収納したものである。
【実施例１】
【００４６】
請求項１に記載した発明の実施例を説明する。
【００４７】
振動板１は、Ｗ＝７０ｍｍ  Ｌ＝１５０ｍｍ（固定部を含まず）ｔ＝１．０ｍｍの曲げ弾性率２,０００ＭＰａを有した平板状ウレタンエラストマ製で、固有振動数１５Ｈｚである振動板１の表面上に銀ペーストを塗布して下部電極４を形成し、その表面に、パウダー状のＰＶＤＦ（クレハ化学製＃８５０）にＤＭＦ（山一化学製）を溶媒として４：９６の配合比で作製した圧電性溶液をスプレーコートした後、１００℃で熱風乾燥し、膜厚を２０μｍとした。次に膜の表面より１０ｍｍ離間したコロナ電極から高電圧−３０,０００Ｖを３分間印加して分極し、圧電性膜２を形成した。
【００４８】
発電量の測定には、圧電性膜２の上面に銀ペーストを塗布して上部電極３を形成し、その上部電極３および下部電極４に導電接着剤５を用いてリード線８を接合した。圧電性膜２は固定端よりＷ＝６０ｍｍ  Ｌ＝１２０ｍｍで、自由端側にはＬ＝３０ｍｍの圧電性膜２未形成部分を設けてある。図５に本実施例における圧電型振動発電装置の評価システムを示す。加振機（自社製）１６上に接続された振動板１の一方端をワッシャー１５とＭ４のボルト７で固定し、加振機（自社製）１６を振動させ、その際上部電極３と下部電極４の間で発生する発生電圧Ｖ（最大値）をオシロスコープ（キーエンス製ＮＲ-３５０）１５で確認した。
【００４９】
振動板１に与える振動条件設定には、実際に工場で使用中のコンプレッサー（日立製作所製ＰＯＤ-７．５ＶＢ）の周辺を調査し、一番振動の大きかった空調ダクトの振動を測定した。その結果に基づき振動周波数を１５Ｈｚ、加速度を１Ｇ、２Ｇ、３Ｇとして、各加速度におけるそれぞれの発生電圧Ｖ（交流電圧波形のＶｐ−ｐ値）の比較を行った。得られた電圧Ｖは、加速度１Ｇにおいて約３Ｖ、２Ｇにおいて約９Ｖ、３Ｇにおいて約２７Ｖであった。なお、この時の振動板１の自由端における振幅は加速度１Ｇ時で約１０ｍｍ、２Ｇ時で約１５ｍｍ、３Ｇ時で約２０ｍｍであった。この結果から、加速度及び振幅（変形量・歪み量）の増加に比例して発電量が高くなる関係にある事を確認できた。結果を表１に示す。また、加速度と発生電圧Ｖの関係を図６に示す。
【表１】
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【比較例１】
【００５０】
前記実施例１における、振動板１の材質が樹脂と、ＳＵＳ３０４の場合とを比較するため、実施例１と同じ固有振動数１５Ｈｚとなるよう、Ｗ＝７０ｍｍ  Ｌ＝１５０ｍｍで肉厚をｔ＝０．２ｍｍとしたＳＵＳ３０４製の振動板上に、Ｗ＝６０ｍｍ  Ｌ＝１２０ｍｍ  膜厚２０μｍの圧電性膜２を形成し、比較例１のサンプルを作成した。比較例１サンプルの試験方法および電圧の測定方法は実施例１に記載の内容と同様である。
【００５１】
前記ＳＵＳ３０４製の振動板は、１５Ｈｚの振動により共振して大きな振幅が生じたが、それに伴い振動板の固定端付近で折れ曲りが発生した。この為、振動板が振動出来る状態に復元する事ができず、測定が不可能となった。結果を表１に示す。
【比較例２】
【００５２】
前記実施例１における、振動板１の材質が樹脂と、ＳＵＳ３０４の場合とを比較するため、実施例１と同じ寸法、同じ方法でＳＵＳ３０４製  Ｗ＝７０ｍｍ  Ｌ＝１５０ｍｍ  ｔ＝１．０ｍｍの振動板上にＷ＝６０ｍｍ  Ｌ＝１２０ｍｍ  膜厚２０μｍの圧電性膜２を形成し、比較例２のサンプルを作成した。比較例２サンプルの試験方法および電圧の測定方法は実施例１に記載の内容と同様である。なお、このＳＵＳ３０４振動板とウレタンエラストマ樹脂振動板の重量比は、約６倍であった。
【００５３】
これにより、比較例１から得られた電圧Ｖは１〜９Ｖであり、実施例１の約１／３であった。これは、ＳＵＳ３０４の弾性率はウレタンエラストマ樹脂の約１００倍以上高く硬い為、振動板の振幅が小さく、圧電性膜２の伸縮も小さくなり生じる歪みが小さかった事が要因と考えられる。結果を表１に示す。なお、ＳＵＳ３０４にて樹脂と同じｔ＝１．０ｍｍで実施例１と同じ固有振動数とするためにはＬが３００ｍｍとなり、装置が非常に大型化してしまい、振幅による空気抵抗が過大となるため実用性には乏しい。
【比較例３】
【００５４】
振動板１の裏表双方の表面に圧電性膜２を形成したバイモルフの性能を確認する為、実施例１と同じ振動板１を用いて、振動板１の裏表の表面上に下部電極４を形成し、各々Ｗ＝６０ｍｍ  Ｌ＝１２０ｍｍ  膜厚２０μｍの圧電性膜２を形成した。次に各々の圧電性膜２の上面に上部電極３を形成して各々の上部電極３にリード線８を取り付け、各々の下部電極４はジャンパーで接続し、２つの圧電性膜２を直列接続として比較例３のサンプルを作製した。比較例３サンプルの試験方法および電圧の測定方法は実施例１に記載の内容と同様である。
【００５５】
これにより、得られた電圧Ｖは加速度１Ｇで６Ｖ、２Ｇで１８Ｖ、３Ｇで５４Ｖであり、実施例１の約２倍であった。これは、振動板１の裏表に圧電性膜２を形成した事により、裏表双方の出力が合算された事によるもので、出力電圧を上げるために効果的な方法である事が分かった。結果を表１及び図６に示す。
【実施例２】
【００５６】
請求項５に記載した発明の実施例を説明する。
【００５７】
前記実施例１における、振動板１の自由端に、励振用の錘を備える事の効果を確認する為、振動板１のＬを半分にし、Ｗ＝７０ｍｍ  Ｌ＝７５ｍｍ  ｔ＝１．０ｍｍの自由端に、１ｇ、５ｇ、１０ｇの錘（鉄製）を取り付け、３つのサンプルを得た。なお、振動板１の材質とリード線加工、および圧電性膜２の膜厚については全て実施例１と同様である。圧電性膜２の寸法は、Ｗ＝６０ｍｍ  Ｌ＝５０ｍｍ  膜厚２０μｍである。また、振動板１に与える振動条件は振動周波数１５Ｈｚ、加速度を３Ｇに固定して行った。なお、電圧の測定方法は実施例１に記載の内容と同様である。
【００５８】
それぞれの固有振動数は錘重量１ｇで２８．５Ｈｚ、５ｇで１９．２Ｈｚ、１０ｇで１４．７Ｈｚである。
【００５９】
これにより、得られた電圧Ｖは錘重量１ｇで１０Ｖ、５ｇで２０Ｖ、１０ｇで３０Ｖであった。実施例１の結果と比べると、Ｌが短くなったにも関わらず、錘重量１０ｇで実施例１と同等の電圧Ｖを得る事が出来た。これは、錘重量の増加に応じて振動板１の固有振動数が低下し、１０ｇでは振動源の１５Ｈｚに近づき、共振が発生して大きく振動振幅した為と考えられる。この結果から、振動発電において振動板に錘を用いて共振させる事は振動発電装置の小型化に繋がる事が確認できた。結果を表１及び図７に示す。
【実施例３】
【００６０】
請求項９に記載した発明の実施例を説明する。
【００６１】
実施例１記載の圧電型振動発電装置において、振動板を紫外線や雨風、結露による水分から保護するめに密閉ケースでハウジングしたものと、開放状態のもので耐久性を比較した。雨ざらしの室外に加振機（自社製）１６に実施例１記載の振動板１をそのままと、アルミ製密閉ケース（市販品）に入れたものを並べて設置し、５月から８月にかけて連続９０日間振動を与えた。その結果、開放状態の振動板１は紫外線により保護膜１１が黄色く変色し、且つリード線を固定する導電接着部５の接着強度低下および初期性能に対して約３０％の電圧低下が認められたが、密閉ケースに入れたものには変色が無く電圧の低下も発生しなかった。以上のことから密閉ケースによるハウジングは耐久性を向上させる事が確認できた。
【実施例４】
【００６２】
本実施例は、圧電性膜を形成した振動板１を左右に並べたり（図８）、上下二枚に形成したり（図９）の事例であって、このような形態で振動板を組み合わせることにより、環境やスペースに対応し、かつ求められる発電量に対応した発電装置の設計が可能である。
なお、本発明において、振動板１の弾性率を１００Ｍｐａ以下に設定すると、発生する電力値が安定しないと共に振動板の耐久性に問題がある、１０，０００Ｍｐａ以上に設定すると微小な電力しか得ることができないため、実用的には１０，０００Ｍｐａ以下の範囲が好ましい。
【符号の説明】
【００６３】
１    振動板  
２    圧電性膜
３    上部電極
４    下部電極
５    導電接着部
６    固定台
７    ボルト
８    リード配線
９    金属版
１０  錘
１１  振動源
１２  密閉型ケース
１３  オシロスコープ
１４  加振機
１５  ワッシャー
【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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