(57)【要約】【課題】圧電素子の破壊が生じ難く、かつ大型化を招くことなく充分な発電量を得ることを可能とする圧電発電装置を提供する。【解決手段】回転体としてのタイヤ２の内周面に固定部材５が固定されており、固定部材５に圧電素子６の長さ方向一端である第１の端部６ａが固定されており、圧電素子６の長さ方向外側に、押圧部材７が配置されており、タイヤ２の内周面が変形した際に、押圧部材７の圧電素子６側とは反対側の端部が回転体の回転中心側に移動され、それに伴って押圧部材７の圧電素子６の第２の端部６ｂが押圧部材７により圧電素子６を長さ方向に圧縮するように押圧する、圧電発電装置１。【選択図】図１
2008054450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に伴って圧電効果により発電する圧電発電装置であって、
回転に伴って、内周面に偏平部分が生じる回転体と、
長さ方向一端が第１の端部、長さ方向他端が第２の端部であり、長さ方向に伸縮することにより、圧電効果によって電力を発生する圧電素子と、
前記回転体の内周面に固定されており、かつ前記圧電体の第１の端部が固定されている固定部材と、
前記圧電素子の第２の端部の外側に配置されており、前記回転体の回転に伴って回転体の内周面が偏平部分から偏平でない部分に変形した際の該変形による応力を受け、該変形による応力に応じて前記圧電素子を長さ方向に圧縮するように前記圧電素子の第２の端部を押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする、圧電発電装置。
【請求項２】
前記押圧部材が、前記圧電素子の第２の端部から圧電体の長さ方向外側に位置されており、前記回転体の内周面の変形による応力が加わったときに、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部よりも回転体の内側方向に移動し、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部が前記圧電体の前記第２の端部を押圧する、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項３】
前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている板状部材と、前記板状部材の前記圧電素子の第１の端部側から回転体の内周面から遠ざかる方向に延ばされており、かつ前記圧電素子の第１の端部が固定されている固定壁と、前記板状部材の前記固定壁とは圧電素子の長さ方向反対側であって、前記圧電素子の前記第２の端部の外側に位置しており、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた係止壁とを有し、
前記押圧部材が、前記係止壁の内面と前記圧電素子の第２の端部との間に挿入されている作用壁を有し、該作用壁の前記圧電素子側の面が、前記圧電素子の第２の端部を押圧する、請求項２に記載の圧電発電装置。
【請求項４】
前記押圧部材が前記固定部材と一体に連ねられており、前記固定部材と前記押圧部材との境界部分において前記押圧部材が前記固定部材に対して変位することを容易とするための薄肉部が設けられている、請求項２に記載の圧電発電装置。
【請求項５】
前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている第１の板状部材と、
前記板状部材の圧電素子の第１の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた固定壁とを有し、該固定壁に前記圧電素子の第１の端部が固定されており、
前記押圧部材が、前記回転体の内周面に沿うように設けられた第２の板状部材と、第２の該板状部材の前記圧電素子の第２の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に設けられた作用壁とを有し、前記回転体の内周面の変形による応力により、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が前記回転体の内側方向に移動し、それによって、前記作用壁により前記圧電素子の第２の端部が押圧されるように構成されている、請求項４に記載の圧電発電装置。
【請求項６】
前記圧電素子の少なくとも片面に積層されており、かつ前記圧電素子を支持する支持部材をさらに備え、該支持部材が、前記固定部材に固定されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電発電装置。
【請求項７】
前記支持部材が、前記圧電素子よりも柔らかい材料により構成されている、請求項６に記載の圧電発電装置。
【請求項８】
前記支持部材が合成樹脂からなる、請求項７に記載の圧電発電装置。
【請求項９】
前記回転体が自動車のタイヤであって、前記圧電素子、前記固定部材及び前記押圧部材が、該タイヤの内周面に配置されている、請求項１〜８のいずれか１項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、例えば自動車のタイヤなどの回転体と、該回転体に取り付けられており、電力を発生させる発電機構とを有する装置に関し、より詳細には、回転体の内周面に固定されており、回転体の内周面が変形した際の応力により圧電効果によって電力を発生させる圧電素子を備えた圧電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のタイヤには、タイヤの空気圧や温度などを検出するために、様々なセンサーが取り付けられている。このようなセンサーは、センサーを駆動するための電源を必要とする。しかしながら、タイヤ内に電源を組み込んだ場合、構造が複雑化し、かつセンサー及び電源を含む装置の大型化を招くおそれがあった。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１には、センサーに電力を供給するための圧電発電装置がタイヤ内に設けられた構造が開示されている。図９（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１に記載の圧電発電装置を説明するための模式的各正面断面図である。
【０００４】
図９（ａ）に示すように、自動車のタイヤ１０１が、路面１０２に接している。この場合、タイヤ１０１は弾性を有するため、路面１０２に接地している部分においては路面に沿うように偏平化されている。
【０００５】
他方、図９（ｂ）に示すように、タイヤ１０１の内周面には、センサーユニット１０３が固定されている。センサーユニット１０３は、タイヤ１０１内の圧力や温度を検出するセンサーを有する。そして、センサーユニット１０３を駆動するための発電装置１０４が、タイヤ１０１の内周面に固定されている。ここでは、発電装置１０４は、圧電素子により構成されている。上記圧電素子は、ＰＺＴ系セラミックスのような圧電セラミックスを用いて構成されている。このような圧電セラミックスからなる板状の圧電体の両主面に電極を形成することにより、圧電素子が構成されている。この圧電素子の屈曲振動に伴って、電力が取り出される。
【０００６】
図９（ｂ）に示すように、発電装置１０４がタイヤ１０１の内周面に固定されている部分が平坦である場合、すなわち、タイヤ１０１が路面１０２に接している部分に発電装置１０４が位置している場合には、圧電発電装置１０４にはタイヤ１０１側から力は加わらない。
【０００７】
これに対して、図９（ｃ）に示すように、発電装置１０４が設けられている部分がタイヤ１０１の回転に伴って、路面１０２から遠ざかる部分に近づくと、タイヤ１０１が変形する。そのため、タイヤ１０１の内周面の変形に伴って発電装置１０４が屈曲されることとなる。このような屈曲変形が、タイヤ１０１の回転に伴って繰り返され、屈曲振動により、発電装置１０４から電力が取り出される。
【特許文献１】特開２００５−１８６９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発電装置１０４は、上記のように、ＰＺＴ系セラミックスのような圧電セラミックスを用いた圧電素子からなる。一般に、圧電セラミックスは、圧縮応力には強く、引っ張り応力には弱い傾向がある。従って、図９（ｃ）に示すように屈曲し、すなわち圧縮応力が加わった場合には、圧電体は破壊され難い。
【０００９】
しかしながら、図１０に略図的部分切欠正面断面図で示すように、例えば路面１０２上に石１０５が存在していた場合、タイヤ１０１は、石１０５に乗り上げ、図示のように変形する。すなわち、タイヤ１０１の内周面が内側に隆起するように変形する。この場合には、発電装置１０４に、引っ張り応力が加わることになり、圧電セラミックスからなる発電装置１０４が破壊するおそれがあった。
【００１０】
また、上記屈曲振動を利用した圧電素子を用いた場合、大きな発電量を得るには、圧電体の厚みをそれほど厚くすることはできなかった。従って、発電量を大きくするには、面積を大きくする必要があった。よって、圧電発電装置１０４が大型になりがちであり、かつコストが高くつくおそれがあった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来の欠点を解消し、タイヤが石に乗り上げた場合などであっても、破壊が生じ難く、かつ大型化を招くことなく、充分な発電量を得ることができる、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】
【００１２】
本発明によれば、回転体の回転に伴って圧電効果により発電する圧電発電装置であって、回転に伴って、内周面に偏平部分が生じる回転体と、長さ方向一端が第１の端部、長さ方向他端が第２の端部であり、長さ方向に伸縮することにより、圧電効果によって電力を発生する圧電素子と、前記回転体の内周面に固定されており、かつ前記圧電体の第１の端部が固定されている固定部材と、前記圧電素子の第２の端部の外側に配置されており、前記回転体の回転に伴って回転体の内周面が偏平部分から偏平でない部分に変形した際の該変形による応力を受け、該変形による応力に応じて前記圧電素子を長さ方向に圧縮するように前記圧電素子の第２の端部を押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする、圧電発電装置が提供される。
【００１３】
本発明に係る圧電発電装置では、好ましくは、前記押圧部材が、前記圧電素子の第２の端部から圧電体の長さ方向外側に位置されており、前記回転体の内周面の変形による応力が加わったときに、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部よりも前記圧電素子の長さ方向の延長線から回転体の内側方向に移動し、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部が前記圧電体の前記第２の端部を押圧するように構成されている。この場合、押圧部材の上記圧電素子側とは反対側の大きく移動する側の端部が力点となり、押圧部材の固定部材に接触されている部分が支点となり、押圧部材の圧電素子側の端部が作用点となって、大きな力で押圧部材が圧電素子の第２の端部を、圧電素子を長さ方向に圧縮するように押圧することとなる。そのため、圧電素子を長さ方向に大きく変形させることができ、より大きな電力を取り出すことができる。
【００１４】
本発明においては、好ましくは、前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている板状部材と、前記板状部材の前記圧電素子の第１の端部側から回転体の内周面から遠ざかる方向に延ばされており、かつ前記圧電素子の第１の端部が固定されている固定壁と、前記板状部材の前記固定壁とは圧電素子の長さ方向反対側であって、前記圧電素子の前記第２の端部の外側に位置しており、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた係止壁とを有し、前記押圧部材が、前記係止壁の内面と前記圧電素子の第２の端部との間に挿入されている作用壁を有し、該作用壁の前記圧電素子側の面が、前記圧電素子の第２の端部を押圧する。この場合には、上記固定部材が、固定壁と係止壁とを有し、押圧部材の作用壁が、上記係止壁の内面と圧電素子の第２の端部との間に挿入されているため、作用壁が係止壁に接触している部分が支点となって、より大きな力で、作用壁により圧電素子の第２の端部を押圧することができ、より大きな電力を取り出すことができる。
【００１５】
本発明においては、好ましくは、前記押圧部材が前記固定部材と一体に連ねられており、前記固定部材と前記押圧部材との境界部分において前記押圧部材が前記固定部材に対して変位することを容易とするための薄肉部が設けられている。薄肉部が設けられているので、上記押圧部材の圧電素子とは反対側の端部が、回転体の内周面が変形した際に薄肉部を支点として容易に移動され得る。従って、より大きな押圧力を圧電素子に与えることができ、より大きな電力を取り出すことができる。
【００１６】
本発明においては、好ましくは、前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている第１の板状部材と、前記板状部材の圧電素子の第１の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた固定壁とを有し、該固定壁に前記圧電素子の第１の端部が固定されており、前記押圧部材が、前記回転体の内周面に沿うように設けられた第１の板状部材と、第２の該板状部材の前記圧電素子の第２の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に設けられた作用壁とを有し、前記回転体の内周面の変形による応力により、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が前記回転体の内側方向に移動し、それによって、前記作用壁により前記圧電素子の第２の端部が押圧されるように構成されている。この場合には、固定部材が、第１の板状部材と、固定壁とを有し、固定壁に圧電素子の第１の端部が固定されており、圧電素子の第２の端部側においては、押圧部材の作用壁が対向しており、回転体の内周面の変形による応力により、押圧部材の圧電素子とは反対側の端部が圧電素子の長さ方向の延長線よりも回転体の内側方向に移動した際に、上記作用壁により圧電素子の第２の端部が押圧される。従って、圧電素子をより一層効果的に圧縮することができ、それによって、より大きな電力を取り出すことができる。
【００１７】
本発明においては、好ましくは、前記圧電素子の少なくとも片面に積層されており、かつ前記圧電素子を支持する支持部材をさらに備え、該支持部材が、前記固定部材に固定されている。支持部材が圧電素子の少なくとも片面に積層されていることにより、圧電素子を補強することができ、それによって圧電素子の破壊を防止することができる。
【００１８】
支持部材は、好ましくは、圧電素子より柔らかい材料により構成され、それによって、外部からの応力が圧電素子に加わることを抑制することができる。支持部材が合成樹脂からなる場合には、圧電素子がセラミックスや水晶などからなり、比較的硬い材料で構成されていることが多いので、圧電素子を支持部材により補強することができるとともに、外力による圧電素子の破壊を確実に防止することができる。
【００１９】
本発明に係る圧電発電装置は、好ましくは、前記回転体が自動車のタイヤであり、従って、該タイヤの内周面に圧電素子、固定部材及び押圧部材が配置されている圧電発電装置が構成される。この場合、タイヤの内側に配置されたタイヤの空気圧をモニターするためのセンサー等を駆動するための電源として、本発明の圧電発電装置を利用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る圧電発電装置は、回転に伴って内周面に偏平部分が生じる回転体の回転に伴って、圧電効果により発電する圧電発電装置である。そして、回転体の内周面に上記固定部材が固定されており、該固定部材に、長さ方向に伸縮することにより圧電効果によって電力を発生する圧電素子の第１の端部が固定されている。また、押圧部材が、回転体の回転に伴って偏平部分から偏平でない部分に変形した際の該変形による応力を受け、圧電素子の第２の端部を圧電素子を長さ方向に圧縮するように圧電素子の第２の端部を押圧する。従って、回転体が回転するに伴って、内周面が偏平となる部分が周期的に現れ、該偏平部分から偏平でない部分に移行する際の変形による応力を上記押圧部材が受けた場合、圧電素子が押圧部材により長さ方向に圧縮され、この圧縮変形が繰り返し与えられることになるため、圧電効果により電力を取り出すことができる。
【００２１】
従来の圧電発電装置では、圧電素子の屈曲振動を利用して、電力が取り出されていた。従って、例えば自動車のタイヤに発電装置を固定した場合、前述したように、石等にタイヤが乗っかり、タイヤの内周面が径方向内側に湾曲するように変形した場合には、圧電素子に引張り応力が加わり、圧電素子が破壊するおそれがあった。
【００２２】
これに対して、本発明の圧電発電装置では、圧電装置の長さ方向の伸縮を利用して電力が取り出される。加えて、圧電素子は、上記固定部材の回転体の内周面とは反対側の面側に配置され、かつ固定部材に第１の端部が固定されている。従って、例えば回転体の内周面が、内側に湾曲するように変形したとしてもそのような変形による応力が圧電素子に加わり難く、従って圧電素子の破壊も生じ難い。
【００２３】
よって、本発明によれば、圧電素子の破壊が生じ難く、かつ比較的大きな電力を確実に取り出すことが可能な圧電発電装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電発電装置を説明するための図であり、（ａ）は圧電素子と、固定部材と、押圧部材とが連結されている構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、本実施形態の圧電発電装置の模式的部分切欠正面断面図である。
【００２６】
本実施形態の圧電発電装置１は、自動車のタイヤ２を回転体として有する。このタイヤ２の内周面に、図１（ｂ）の円Ａで囲まれている領域において略図的に示すように、図１（ａ）に示した構造体３が固定されている。この円Ａで囲まれた部分を、図２及び図３を参照してより詳細に表すこととする。
【００２７】
なお、図２は、タイヤ２が接地している部分において、構造体３がタイヤ２の内周面に位置している場合を示し、図３は、タイヤ２が回転し、構造体３がタイヤ２の内周面に固定されている部分が、偏平部分から偏平でない部分に至る途中の状態を示す図である。
【００２８】
すなわち、タイヤ２は、通常、図２及び図３に示すように、路面４に接地している部分において、その内周面が偏平となっている。接地している部分以外では、タイヤ２の内周面は、略円筒曲面、すなわち偏平でない部分となっている。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、構造体３は、固定部材５と、圧電素子６と、押圧部材７と、支持部材８，９とを有する。固定部材５は、金属などの剛体からなり、タイヤ２の内周面２ａに固定されている。固定部材５は、板状部材５ａと、板状部材５ａの一端に設けられた固定壁５ｂと、固定壁５とは反対側に設けられた係止壁５ｃとを有する。固定壁５ｂ及び係止壁５ｃは、それぞれ、板状部材５ａから、上記回転体としてのタイヤ２の内周面から遠ざかる方向に、延ばされている。本実施形態では、固定壁５ｂ及び係止壁５ｃの内面は、板状部材５ａに垂直方向に延ばされている。
【００３０】
圧電素子６は、矩形板状の圧電体１０と、圧電体１０の上面に積層された第１の電極１１と、圧電体９の下面に形成された第２の電極１２とを有する。圧電体１０は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスからなり、厚み方向に分極されている。電極１１，１２は、適宜の金属もしくは合金により形成され得る。
【００３１】
圧電素子６は、矩形板状の長さ方向を有する圧電体１０を用いて構成されている。従って、圧電素子６は、長さ方向を有し、長さ方向の一端が第１の端部６ａであり、他端が第２の端部６ｂである。圧電素子６は、長さ方向において伸縮した場合に、圧電効果により電力を生じ、生じた電力は電極１１，１２から取り出される。
【００３２】
上記圧電素子６の第１の端部６ａが、固定部材５の固定壁５ｂの内面に固定されている。
【００３３】
また、本実施形態では、圧電素子６に、合成樹脂からなる支持部材８，９が積層されている。支持部材８，９は、圧電素子６を構成している圧電体よりも柔らかい材料からなり、従って、圧電素子６を補強するとともに、圧電素子６を伸縮させるための応力以外の外力が加わった際に、圧電素子６へ外力が伝搬するのを抑制する。すなわち、支持部材８，９により上記外力が緩和されるため、圧電素子６の破壊が生じ難い。
【００３４】
なお、支持部材８，９を構成する材料は、上記のように合成樹脂が好ましく、合成樹脂からなる場合、圧電素子６の上面及び下面に合成樹脂を溶融状態で塗布し、硬化させることにより、容易に支持部材８，９を圧電素子６に積層することができる。
【００３５】
もっとも、支持部材８，９は、圧電素子６を補強する適宜の材料で構成することができる。  また、圧電素子６の片面にのみ支持部材が積層されていてもよい。
【００３６】
本実施形態では、圧電素子６は、支持部材９を介して固定部材５の板状部材５ａ上に配置されている。
【００３７】
なお、圧電素子６の第２の端部６ｂは、自由端状態とされている。
【００３８】
他方、第２の端部６ｂと、係止壁５ｃとの間には、隙間が設けられている。この隙間に、押圧部材７の作用壁７ｂが挿入されている。
【００３９】
押圧部材７は、固定部材５と同様に、金属などの剛体からなり、板状部材７ａと、作用壁７ｂと、タイヤ２の内周面に当接される受動部７ｃとを有する。
【００４０】
すなわち、受動部７ｃは、その下端が、タイヤ２の内周面２ａに当接されている。そして、板状部材７ａは、上記受動部７ｃの上端から圧電素子６側に延びている。板状部材７の圧電素子６側の端部には、前述した係止壁５ｃと圧電素子６の第２の端部６ｂとの間の隙間に延ばされた作用壁７ｂが設けられている。
【００４１】
押圧部材７は、上記のように、圧電素子６の長さ方向において、圧電素子６の長さ方向外側に延ばされている。
【００４２】
なお、作用壁７ｂの外側端面は、圧電素子６の第２の端部６ｂと接触されている。もっとも、作用壁７ｂの外側端面は圧電素子６の第２の端部６ｂと僅かな隙間を隔てて配置されていてもよい。
【００４３】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の圧電発電装置１の動作を説明する。
【００４４】
圧電発電装置１の上記構造体３が、タイヤ２の路面４に接地している部分に相当する部分において、タイヤ２の内周面に位置している場合には、図２に示す状態となる。ここでは、タイヤ２の内周面の偏平化されている部分に構造体３が位置している。そのため、押圧部材７は、圧電素子６の長さ方向延長線方向に位置しており、圧電素子６には、押圧部材７からの押圧力は作用しない。
【００４５】
他方、タイヤ２が回転し、路面４に接触する部分は順次変化していく。この場合、接地している部分以外では、タイヤ２の内周面は、円筒曲状とされている。すなわち、図３に示すように、タイヤ２の内周面が円筒曲面状とされており、偏平でない部分の場合には、押圧部材７の受動部７ｃが、タイヤ２の内周面により、圧電素子６の長さ方向延長線よりもタイヤ２の内側方向に大きく移動されることになる。このタイヤ２の変形により応力が、上記押圧部材７の受動部７ｃに作用し、図３に示すように、押圧部材７の板状部材７ａが、圧電素子６の長さ方向延長部に対して傾斜されることになる。そして、板状部材７の受動部７ｃとは反対側に位置している作用壁７ｂが係止壁５ｃと接触している部分を支点として作用壁７ｂが時計回り方向に回転することとなる。その結果、作用壁７ｂの外側端面が圧電素子６の第２の端部６ｂを押圧し、圧電素子６を長さ方向に圧縮することとなる。
【００４６】
この場合、タイヤ２の内周面の変形による応力が押圧部材７の受動部７ｃに加えられ、該受動部７ｃが力点となり、上記押圧部材７の作用壁７ｂと固定部材５の係止壁５ｃとが接している部分が支点となって、作用壁７ｂの外側端面が作用点となる。そして、上記力点と支点との距離に比べて、支点と作用点の間の距離が短いため、梃子の作用により、大きな力が作用壁７ｂの端面から圧電素子６に加えられることになる。
【００４７】
よって、圧電素子６が、長さ方向において、大きな力で圧縮される。そして、タイヤ２が回転する間、圧電素子６に上記圧縮応力が加わった状態と、接地している部分において圧縮応力が開放された状態とが周期的に繰り返されることになるため、圧電素子６は長さ方向に周期的に伸縮することとなる。従って、圧電効果によって、圧電素子６から電力を取り出すことができる。
【００４８】
本実施形態の圧電発電装置１では、上記のように、圧電素子６の長さ方向の伸縮を利用して電力が取り出される。前述したように、従来の屈曲振動を利用して圧電素子から電力を取り出す構造では、タイヤが石に乗り上げた際に、タイヤの内周面が径方向内側に湾曲し、圧電素子に引張応力が加わり、圧電素子が破壊するおそれがあった。
【００４９】
これに対して、本実施形態の圧電発電装置１では、圧電素子６の長さ方向の伸縮を利用するものであり、圧電素子６を屈曲変形させない。従って、本質的に圧電素子６の破壊が生じ難い。加えて、圧電素子６は、上記タイヤ２の内周面に直接固定されておらず、上記固定部材５に固定されている。従って、タイヤ２が例えば、石に乗り上げタイヤ２の内周面が内側に湾曲したとしても、圧電素子６は、タイヤ２の内周面の湾曲による応力を直接受けないため、圧電素子６の破壊が生じ難い。
【００５０】
また、石に乗り上げることによりタイヤ２が内側に湾曲した部分が、例えば図１（ａ）の構造体において、固定部材５よりも左側の押圧部材７側に位置したとしても、その場合には、押圧部材７が、前述した支点を中心として時計回りに回転することになる。従って、図３に示した場合と同様に、圧電素子６を抑圧する力が作用するだけであり、圧電素子６の破壊を防止しつつ、圧電素子６を確実に伸縮させることができる。さらに、タイヤ２が石に乗り上げ、固定部材５と押圧部材７とが連結されている部分においてタイヤ２の内周面２ａが内側に湾曲した場合には、図３に示されている場合とは異なり、支点が係止壁５ｃの上方に移動するが、その場合であっても、押圧部材７の作用壁７ｂの下方部分により圧電素子６が長さ方向に圧縮される。従って、圧電素子６の破壊を防止しつつ、確実に圧電素子６を伸縮させることができる。
【００５１】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電発電装置を説明するための略図的斜視図である。第２の実施形態の圧電発電装置では、回転体の内周面に、図４に示す構造体２１が固定される。
【００５２】
構造体２１は、固定部材２２と、圧電素子２３と、支持部材２４，２５と、押圧部材２６とを有する。もっとも、本実施形態では、固定部材２２と押圧部材２６とは同じ材料により一体的に構成されている。
【００５３】
本実施形態では、固定部材２２は、第１の板状部材２２ａを有する。第１の板状部材２２ａの一端側に、固定壁２２ｂが設けられている。圧電素子２３は長さ方向一端側の第１の端部２３ａが、固定壁２２ｂの内面に固定されている。圧電素子２３は、第１の実施形態の圧電素子６と同様に構成されている。
【００５４】
圧電素子２３の長さ方向他端である第２の端部２３ｂは、自由端とされている。
【００５５】
圧電素子２３の両面には、支持部材２４，２５が積層されている。支持部材２４，２５は、第１の実施形態の支持部材７，８と同様に構成されている。
【００５６】
他方、固定部材２２は、押圧部材２６と金属などの剛体により一体に構成されており、両者の境界部分に薄肉部２７が設けられている。薄肉部２７の一方側に固定部材２２が、他方側に押圧部材２６が連ねられている。押圧部材２６は、第２の板状部材２６ａと、作用壁２６ｂとを有する。ここでは、作用壁２６ｂは、第２の板状部材２６ａから回転体の内側に延ばされており、作用壁２６ｂの一方端面が圧電素子２３の第２の端部２３ｂと接触されている。もっとも、作用壁２６ｂの一方端面は、圧電素子２３の第２の端部２３ｂと隙間を隔てて配置されていてもよい。
【００５７】
また、第２の板状部材２６ａは、第１の板状部材２２ａと同一平面上に配置されており、上記薄肉部２７を介して連結されている。薄肉部２７は、このような板状部材の両面から圧電素子２３の長さ方向と直交する方向に延びる溝を形成することにより設けられている。この溝は、板状部材の一方面にのみ形成されていてもよい。
【００５８】
本実施形態においても、押圧部材２６は、圧電素子２３の長さ方向外側に位置している。そして、図５に示すように、回転体としてのタイヤ２の内周面に、上記固定部材２２の板状部材２２ａが固定されている。なお、第２の板状部材２６ａはタイヤ２の内周面に接触されているが、固定されていない。。
【００５９】
本実施形態においても、上記構造体２１がタイヤ２の路面４に接地しており、内周面が偏平となっている部分に位置している場合には、圧電素子２３には、圧縮応力は加わらない。
【００６０】
他方、タイヤ２の内周面の偏平でない部分に構造体２１が位置している場合には、図５に示すように、押圧部材２６の第２の板状部材２６ａの圧電素子２３とは反対側の端部が、タイヤ２の内側方向に移動することとなる。そのため、タイヤ２の変形に伴う力が、押圧部材２６の第２の板状部材２６ａの圧電素子２３とは反対側の端部に加えられると、上記薄肉部２７が支点となって押圧部材２６が薄肉部を中心として図５において時計回りに回転する。この回転変位に伴って、作用壁２６ｂもまた上記薄肉部２７を支点として時計回りに回転し、作用壁２６ｂの一方面が上記圧電素子２３を長さ方向に圧縮するように押圧する。
【００６１】
すなわち、上記薄肉部２７が支点となり、第２の板状部材２６ａの圧電素子２３とは反対側の端部が力点となり、作用点が上記作用壁２６ｂの圧電素子２３の第２の端部２３ｂに接触する部分となって、押圧力が圧電素子２３に作用する。この場合、力点と支点との間の距離が、支点と作用点との間の距離よりも大きくされている。
【００６２】
よって、本実施形態においても、梃子の作用により、大きな圧縮応力が圧電素子２３に加わることとなる。
【００６３】
第１の実施形態の場合と同様に、タイヤ２が回転するに際し、タイヤ２の内周面の偏平部分と偏平でない部分は周期的に現れる。従って、本実施形態においても、圧電素子２３が長さ方向に圧縮された状態と、圧縮応力が開放された状態とが繰り返され、圧電効果によって、電力が取り出される。本実施形態においても、上記圧電素子２３は、屈曲変形を利用するものでないため、変形による破壊が生じ難い。のみならず、タイヤが石に乗り上げ、タイヤ２の内周面が内側に突出するように変形したとしても、固定部材２２を介して圧電素子２３が固定されているので、圧電素子６が変形し難い。従って、圧電素子２３の破損が生じ難い。なお、第２の実施形態では、薄肉部２７を設けることにより、薄肉部２７を支点として押圧部材２６が、固定部材２２に対して移動し易くされていた。このような薄肉部２７に代えて、回転可能に連結する適宜の機構、例えば蝶番やヒンジ等により押圧部材２６を固定部材２２に連結してもよい。
【００６４】
図６は、第１の実施形態の圧電発電装置３の変形例を示す正面図である。第１の実施形態の圧電発電装置３では、固定部材５に圧電素子６が固定されており、固定部材５に押圧部材７が連結されていた。これに対して、図６に示す変形例の圧電発電装置４１では、押圧部材４２にも、圧電素子６Ａが固定されている。すなわち、押圧部材４２及び圧電素子６Ａは、固定部材５及び圧電素子６と同様の構造を有する。押圧部材４２は、押圧部材７と同様に、金属などの剛体からなり、板状部材４２ａと、作用壁４２ｂと、タイヤ２の内周面に搭接される受動部４２ｃとを有する。そして、上記作用壁４２ｂと、受動部４２ｃとの間に圧電素子６Ａが固定されている。
【００６５】
このように、押圧部材４２側にも、圧電素子６Ａを設けてもよく、従って、本変形例の圧電発電装置４１では、タイヤが回転すると、圧電素子６に繰り返し伸縮応力が加わるだけでなく、圧電素子６Ａにも繰り返し伸縮応力が加わる。すなわち、固定部材５の係止壁５ｃが、圧電素子６Ａを長さ方向に伸縮する作用壁としても作用することとなる。よって、圧電素子６だけでなく、圧電素子６Ａからも伸縮に伴う電力を圧電効果によって取り出すことができ、より大きな電力を取り出すことができる。
【００６６】
図７は、第１の実施形態の圧電発電装置３の他の変形例の圧電発電装置を示す正面図である。圧電発電装置５１は、第１の実施形態と同様に、圧電素子６が固定されている固定部材５と、押圧部材７とを有する。従って、基本的な構造は、第１の実施形態の圧電発電装置３と同様である。
【００６７】
もっとも、圧電発電装置５１では、押圧部材７の板状部材７ａがタイヤの内周面に接するように、第１の実施形態の圧電発電装置３とは上下逆転して配置される。この場合、押圧部材７の板状部材７ａがタイヤの内周面に固定されるが、タイヤの内周面に周期的に偏平部分が現れると、第１の実施形態の場合と同様に、押圧部材７の作用壁７ｂの外側面により、圧電素子６が長さ方向に圧縮されるように力が繰り返し働くことになり、それによって圧電素子６から圧電効果により電力を取り出すことができる。
【００６８】
なお、本変形例では、圧電素子６の上下に積層されている支持部材のうち、固定部材５側に積層されている支持部材９ａは、圧電素子６及び支持部材８と同じ長さ方向寸法を有し、従って支持具材９Ａの一方端と押圧部材７との間に隙間Ｘが形成されている。このように、支持部材９Ａと、固定部材５の係止壁５ｃとの間に隙間Ｘが形成されてもよい。このような構造は、予め、圧電素子６の上下に支持部材８，９Ａを積層した積層体を形成した後、該積層体を固定部材５の板状部材５ａに貼り合わせることにより形成することができる。
【００６９】
もっとも、本変形例においても、第１の実施形態の場合と同様に、支持部材９Ａに代えて、上記隙間Ｘが存在しない支持部材９を用いてもよい。その場合には、固定部材５に支持部材９を構成する接着剤を塗布した後、圧電素子６を積層し、貼り合わせる方法等により製造することができる。
【００７０】
図８は、第１の実施形態の圧電発電装置３のさらに他の変形例を説明するための正面図である。
【００７１】
第１の実施形態の圧電発電装置３では、固定部材５の一方側にのみ押圧部材７が設けられていたが、図８に示す圧電発電装置６１のように、固定部材５の他方側にも、押圧部材７が設けられていてもよい。その場合には、両側の押圧部材７の固定部材５に対する相対的な移動により、圧電素子６が伸縮され、より一層大きな電力を取り出すことができる。
【００７２】
なお、第１，第２の実施形態では、回転体としてタイヤ２を示したが、本発明の圧電発電装置は、タイヤ２に限らず、回転に伴って、内周面に偏平となる部分が周期的に生じる様々な回転体を用いて圧電発電装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る圧電発電装置の要部を示す斜視図であり、（ｂ）は第１の実施形態の圧電発電装置を説明するための略図的部分切欠正面断面図。
【図２】第１の実施形態の圧電発電装置において、圧電素子が長さ方向に圧縮する応力を受けていない状態を示す部分切欠正面断面図。
【図３】第１の実施形態の圧電発電装置において、タイヤの内周面が変形した際の応力を受けて、圧電素子が長さ方向に圧縮されている状態を説明するための部分切欠正面断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る圧電発電装置の要部を示す斜視図。
【図５】第２の実施形態の圧電発電装置において、タイヤの内周面が変形した場合に圧電素子が長さ方向に圧縮される状態を示す部分切欠正面断面図。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例に係る圧電発電装置を示す正面図。
【図７】第１の実施形態の圧電発電装置のさらに他の変形例を示す正面図。
【図８】本発明の第１の実施形態のさらに他の変形例に係る圧電発電装置を示す正面図。
【図９】（ａ）は、従来の圧電発電装置の一例を説明するための模式的正面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、従来の圧電発電装置において圧電素子が応力を受けていない状態及び応力を受けて屈曲変形をしている状態を示す各模式的部分切欠正面断面図。
【図１０】従来の圧電発電装置において、タイヤの内周面が内側に湾曲するように変形した場合の問題点を説明するための部分切欠正面断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１…圧電発電装置
２…タイヤ
３…構造体
４…路面
５…固定部材
５ａ…板状部材
５ｂ…固定壁
５ｃ…係止壁
６…圧電素子
７…押圧部材
７ａ…第２の板状部材
７ｂ…作用壁
７ｃ…受動部
８，９…支持部材
１０…圧電体
１１，１２…電極
２１…構造体
２２…固定部材
２２ａ…第１の板状部材
２２ｂ…固定壁
２３…圧電素子
２４，２５…支持部材
２６…押圧部材
２６ａ…第２の板状部材
２６ｂ…作用壁
２７…薄肉部
４１…圧電発電装置
４２…押圧部材
６Ａ…圧電素子
４２ａ…板状部材
４２ｂ…作用壁
４２ｃ…受動部
５１…圧電発電素子
９Ａ…支持部材
６１…圧電発電装置
【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】
2008054450.tif 000009
【図８】
2008054450.tif 000010
【図９】
2008054450.tif 000011
【図１０】
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