特許 6108914 弾性体を備えた発電装置及び弾性体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6108914

(24)【登録日】2017年3月17日

(45)【発行日】2017年4月5日

(54)【発明の名称】弾性体を備えた発電装置及び弾性体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/18 20060101AFI20170327BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20170327BHJP

   H01L 41/314 20130101ALI20170327BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/18

   H01L41/113

   H01L41/314

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-76199(P2013-76199)

(22)【出願日】2013年4月1日

(65)【公開番号】特開2014-204468(P2014-204468A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2015年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】302045705

【氏名又は名称】株式会社ＬＩＸＩＬ

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】特許業務法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石井 久史

(72)【発明者】

【氏名】松田 宏

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０６−０８７８３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−０９９４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３７１５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／１８

Ｈ０１Ｌ ４１／１１３

Ｈ０１Ｌ ４１／３１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外力を受けることによって一側面で圧縮変形と引張変形とが生じる弾性を有する基材と、
この基材の前記一側面側に沿って配置し、前記基材の変形と共に圧縮変形する圧縮領域と引張変形する引張領域で圧電効果が生じる圧電性膜と、
この圧電性膜の前記基材側の第１側面に接触した第１電極と、
前記圧電性膜の前記第１側面とは反対側の第２側面に接触した第２電極とを有する弾性体を備えており、
前記弾性体は、前記第１電極及び前記第２電極が、前記圧縮領域のみに設けられる電極と、前記引張領域のみに設けられる電極と、に夫々分割されており、
前記発電性膜の圧電効果によって前記圧縮領域に発生した電荷と前記引張領域に発生した電荷とが相殺し合うことなく合成した電力を出力することを特徴とする発電装置。

【請求項2】

前記弾性体は、前記圧電性膜が、前記圧縮領域のみに設けられる圧電性膜と、前記引張領域のみに設けられる圧電性膜と、に分割されていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。

【請求項3】

前記弾性体は、前記圧電性膜が前記圧縮領域と前記引張領域とで反対の極性を有していることを特徴とする請求項１記載の発電装置。

【請求項4】

前記弾性体の縁部を支持する支持部を備えており、前記弾性体の中央部分とその外側部分の一方が前記圧縮領域であり、他方が前記引張領域に分割することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の発電装置。

【請求項5】

外部電界を前記圧縮領域と前記引張領域とで反転させつつ、前記第１電極上に圧電性膜生成塗料を塗布し、前記圧縮領域と前記引張領域とで反対の極性を有する前記圧電性膜を前記第１電極上に形成する第１工程と、
前記第２電極を前記圧電性膜上に形成する第２工程とを備えていることを特徴とする請求項３記載の弾性体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は弾性体を備えた発電装置及び弾性体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は従来の発電装置を開示している。この発電装置は、平板状の圧電基板と、圧電基板の一方の側面に形成した共通電極と、他方の側面に形成した２つに分割した分割電極とを備えている。各分割電極は、検出部と、検出部に連続した引き出し部とを有している。検出部は引き出し部に比べて非常に大きい面積を有している。この発電装置を圧力検出器に利用した場合、圧電基板は、検出部が形成されている部分で引っ張り変形し、引き出し部が形成されている部分で圧縮変形する。この際、圧電基板が検出部と引き出し部とで極性が異なった電荷を発生するため、電荷の相殺が生じる。しかし、この発電装置は、検出部が引き出し部に比べて非常に大きい面積を有しているため、電荷の相殺を抑えることができ、電力を出力することができる。このため、この発電装置を利用した圧力検出器は検出感度を高くすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平６−８７８３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の発電装置は検出部と引き出し部とが連続して形成されている。このため、この発電装置は、少なからず検出部で発生した電荷と、引き出し部とで発生した電荷とが相殺し合う。よって、この発電装置は圧電基板が発電し得る電力を有効に出力することができない。

【0005】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、大きな発電力を得ることができる弾性体を備えた発電装置、及び弾性体の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の発電装置は、
外力を受けることによって一側面で圧縮変形と引張変形とが生じる弾性を有する基材と、
この基材の前記一側面側に沿って配置し、前記基材の変形と共に圧縮変形する圧縮領域と引張変形する引張領域で圧電効果が生じる圧電性膜と、
この圧電性膜の前記基材側の第１側面に接触した第１電極と、
前記圧電性膜の前記第１側面とは反対側の第２側面に接触した第２電極とを有する弾性体を備えており、
前記弾性体は、前記第１電極及び前記第２電極が、前記圧縮領域のみに設けられる電極と、前記引張領域のみに設けられる電極と、に夫々分割されており、
前記発電性膜の圧電効果によって前記圧縮領域に発生した電荷と前記引張領域に発生した電荷とが相殺し合うことなく合成した電力を出力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この発電装置は、圧電性膜の圧電効果によって圧縮領域に発生した電荷と引張領域に発生した電荷とが相殺し合うことなく合成した電力を出力することができるため、大きな発電力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１の発電装置を示す概略図である。

【図2】実施例１及び２における出力波形の変化を示すグラフである。

【図3】実施例２の発電装置を示す概略図である。

【図4】実施例３の発電装置を示す概略図と出力波形を示すグラフである。

【図5】実施例３の弾性体の第１電極を製造する工程を示す概略図である。

【図6】実施例３の圧電性膜を第１電極上に形成する第１工程を示す概略図である。

【図7】実施例３の第２電極を圧電性膜上に形成する第２工程を示す概略図である。

【図8】実施例４の支持部を備えた弾性体の変形を示す断面図である。

【図9】実施例４の長方形状の平板の弾性体の変形を示す平面図であり、（Ａ）は弾性体の縁部全周に支持部を設けたもの、（Ｂ）は弾性体の長辺の２辺に支持部を設けたもの、（Ｃ）は弾性体の４隅に支持部を設けたものである。

【図10】実施例４の正方形状の平板の弾性体の変形を示す平面図であり、（Ａ）は弾性体の縁部全周に支持部を設けたもの、（Ｂ）は弾性体の平行な位置にある２辺に支持部を設けたもの、（Ｃ）は弾性体の４隅に支持部を設けたものである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明における好ましい実施の形態を説明する。

【0011】

本発明の発電装置において、前記弾性体は、前記圧電性膜が、前記圧縮領域のみに設けられる圧電性膜と、前記引張領域のみに設けられる圧電性膜と、に分割され得る。この場合も、圧電性膜の圧電効果によって圧縮領域で発生する電荷と引張領域で発生する電荷が相殺することなく、夫々の領域から極性の異なる電力を出力させることができる。そして、この発電装置は、圧電性膜の夫々の領域から出力した電力を整流化等して合成することによって、大きな発電力を得ることができる。また、このような構成を有する場合、第１電極、圧電性膜、及び第２電極をこの順に積層した積層体を作成し、この積層体を圧縮領域及び引張領域に合わせた形状にカットして、基材上に貼着するようにして弾性体を形成することができる。また、その積層体を複数積層してもよい。

【0012】

本発明の発電装置において、前記弾性体は、前記圧電性膜が前記圧縮領域と前記引張領域とで反対の極性を有し得る。この場合、圧電性膜の圧電効果によって圧縮領域と引張領域で同じ側面に発生する電荷を同じ極性にすることができる。このため、弾性体自身が、圧縮領域と引張領域とで発生する電荷が相殺し合うことなく、圧縮領域と引張領域とで発生した同じ極性の電荷を合成して出力することができるため、大きな発電力を得ることができる。また、敢えて圧縮領域のみから電荷を出力するようにしてもよい。

【0013】

この弾性体の製造方法は、外部電界を前記圧縮領域と前記引張領域とで反転させつつ、前記第１電極上に圧電性膜生成塗料を塗布し、前記圧縮領域と前記引張領域とで反対の極性を有する前記圧電性膜を前記第１電極上に形成する第１工程と、前記第２電極を前記圧電性膜上に形成する第２工程とを備え得る。この場合、圧縮領域と引張領域とで反対の極性を有する圧電性膜を有する弾性体を容易に製造することができる。

【0014】

本発明の発電装置は、前記弾性体の縁部を支持する支持部を備えており、前記弾性体の中央部分とその外側部分の一方が前記圧縮領域であり、他方が前記引張領域に分割し得る。この場合、発電装置が弾性体の縁部を支持する支持部を備えた建築材等に応用されると、圧縮領域と引張領域とが基材の中央部分とその外側部分とに分かれて生じる。このように領域を分割して、第１電極、第２電極、又は圧電性膜を形成すると、圧縮領域に発生した電荷と引張領域に発生した電荷とを有効に出力することができ、大きな発電力を得ることができる。

【0015】

次に、本発明の発電装置を具体化した実施例１〜４について、図面を参照しつつ説明する。

【0016】

＜実施例１＞
実施例１の発電装置は、図１に示すように、基材２０、第１電極３０、圧電性膜４０、及び第２電極５０を有する弾性体１０を備えている。基材２０は、ガラス、樹脂、金属製等であり、建築材として使用されるものを適用することができる。この基材２０は、弾性を有し、外力を受けることによって、一側面（図１において、基材２０の上側面）で、変形方向が凹となる圧縮変形と、変形方向が凸となる引張変形とが生じる。図１は弾性体１０を模式的に示したものである。このため、基材２０に圧縮変形と引張変形とが一箇所ずつ生じる状態を示しているが、圧縮変形及び引張変形は複数か所に生じる場合も同様に考えられる。

【0017】

第１電極３０は、基材２０の圧縮変形する部分と引張変形する部分との境界部で分割されている。つまり、圧電性膜４０が基材２０の変形とともに圧縮変形する圧縮領域Ａと引張変形する引張領域Ｂとの境界で分割されている。第１電極３０は、基材２０上で圧縮領域Ａに拡がった圧縮領域用第１電極３１と、基材２０上で引張領域Ｂに拡がった引張領域用第１電極３２とを有している。これら第１電極３０は、圧電性膜４０の縁部より外側に位置し、後述する整流回路６１、６２に連結した導線７１、７２を接続した銅製等の導電性を有する取出し部３１Ａ、３２Ａと、圧電性膜４０の基材２０側の第１側面（図１において、圧電性膜４０の下側面。以下同じ。）に接触した導電性樹脂等から形成した導電性を有する接触部３１Ｂ、３２Ｂを有している。基材２０が外力を受けて圧縮変形すると、それに伴って、圧縮領域用第１電極３１も圧縮変形する。また、同様に、基材２０が外力を受けて引張変形すると、それに伴って、引張領域用第１電極３２も引張変形する。

【0018】

圧電性膜４０は、圧縮領域用第１電極３１の上側面、及び引張領域用第１電極３２の上側面上に形成されている。つまり、圧電性膜４０は、第１電極３０を挟んで基材２０の一側面側に沿って配置され、第１電極３０は圧電性膜４０の第１側面に接触している。圧電性膜４０は、基材２０の圧縮変形と共に圧縮変形する圧縮領域Ａと、基材２０の引張変形と共に引張変形する引張領域Ｂとを有している。圧電性膜４０は、圧縮領域Ａで圧縮変形して圧電効果が生じると、第１側面側に正電荷、第２側面（図１において、圧電性膜４０の上側面。以下同じ。）側に負電荷が集まる。一方、圧電性膜４０は、引張領域Ｂで引張変形して圧電効果が生じると、第１側面側に負電荷、第２側面側に正電荷が集まる。この圧電性膜４０は、絶縁体であるため、圧電性膜４０内において、圧縮領域Ａと引張領域Ｂとの間で電荷が移動せず、圧電効果によって発生する電荷が相殺し合うことはない。

【0019】

第２電極５０は、圧電性膜４０の圧縮領域Ａと引張領域Ｂとの境界で分割され、圧電性膜４０上で圧縮領域Ａに拡がった圧縮領域用第２電極５１と、圧電性膜４０上で引張領域に拡がった引張領域用第２電極５２とを有している。これら第２電極５０は、圧電性膜４０の縁部より外側に位置し、後述する整流回路６１、６２に連結した導線７３、７４を接続した銅製等の導電性を有する取出し部５１Ａ、５２Ａと、圧電性膜４０の第１側面とは反対側の第２側面に接触した導電性樹脂等から形成した導電性を有する接触部５１Ｂ、５２Ｂとを有している。

【0020】

発電装置は、第１整流回路６１、第２整流回路６２、及び同期回路６３を備えている。第１整流回路６１は、入力部が圧縮領域Ａに設けた圧縮領域用第１電極３１の取出し部３１Ａと、圧縮領域用第２電極５１の取出し部５１Ａの夫々に導線７１、７３によって接続している。第２整流回路６２は、入力部が引張領域に設Ｂけた引張領域用第１電極３２の取出し部３２Ａと、引張領域用第２電極５２の取出し部５２Ａの夫々に導線７２、７４によって接続している。同期回路６３は入力部が第１整流回路６１と第２整流回路６２の夫々の出力部に導線７５、７６によって接続している。

【0021】

このような構成を有する発電装置は、基材２０が外力を受けることによって、一側面で圧縮変形と引張変形が生じると、その変形と共に圧電性膜４０も変形して圧電効果を生じる。すると、図２に示すように、圧縮領域用第１電極３１及び圧縮領域用第２電極５１からは出力１−１の出力波形が得られる。また、引張領域用第１電極３２及び引張領域用第２電極５２からは出力２−１の出力波形が得られる。出力１−１の出力波形と出力２−１の出力波形とは、時間遅れΔＴを有し、略逆位相の関係である。

【0022】

出力１−１を第１整流回路６１で整流し、出力２−１を第２整流回路６２で整流すると、第１整流回路６１及び第２整流回路６２の夫々からは、出力１−２及び出力２−２の出力波形が得られる。出力１−２の出力波形と出力２−２の出力波形とは、時間遅れΔＴを有し、負の半波を正の半波に変換している。

【0023】

第１整流回路６１から出力された出力１−２と第２整流回路６２から出力された出力２−２とを同期回路６３で同期して加算する。すると、この発電装置は出力値が大きい出力３を得ることができる。このように、この発電装置は、第１電極３０及び第２電極５０が圧縮領域Ａと引張領域Ｂとの境界で分割されているため、圧電性膜４０の圧電効果によって圧縮領域Ａで発生する電荷と引張領域Ｂで発生する電荷が相殺することなく、夫々の領域から極性の異なる電力を出力させ、整流化等して合成することによって、大きな発電力を得ることができる。

【0024】

＜実施例２＞
実施例２の発電装置は、図３に示すように、弾性体１１０の圧電性膜１４０の形態が実施例１と相違する。他の構成は実施例１と同様であり、同一の構成は同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0025】

この発電装置において、弾性体１１０の圧電性膜１４０は、第１電極３０及び第２電極５０と同様に圧縮領域Ａと引張領域Ｂとの境界で分割されている。このため、この弾性体１１０は、第１電極３０、圧電性膜１４０、及び第２電極５０をこの順に積層した積層体を作成し、この積層体を基材２０の圧縮変形する部分と引張変形する部分の形状に合わせてカットし、基材２０上に貼着して形成することができる。

【0026】

このような構成を有する発電装置も、実施例１の発電装置と同様、図２に示すように、出力１−１、出力２−１、出力１−２、出力２−２、出力３を得ることができる。このように、この発電装置は、第１電極３０、圧電性膜１４０、及び第２電極５０が圧縮領域Ａと引張領域Ｂとの境界で分割されているため、圧電性膜１４０の圧電効果によって圧縮領域Ａで発生する電荷と引張領域Ｂで発生する電荷が相殺することなく、夫々の領域から極性の異なる電力を出力させ、整流化等して合成することによって、大きな発電力を得ることができる。

【0027】

＜実施例３＞
実施例３の発電装置は、図４に示すように、基材２０、第１電極２３０、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂ、及び第２電極２５０を有する弾性体２１０と、整流回路２６０とを備えている。基材２０は、ガラス、樹脂、金属製等であり、建築材として使用されるものを適用することができる。この基材２０は、弾性を有し、外力を受けることによって、一側面（図４において、基材２０の上側面）で、変形方向が凹となる圧縮変形と、変形方向が凸となる引張変形とが生じる。図４は、弾性体２１０を模式的に示したものである。このため、基材２０に引張変形の両側に圧縮変形が生じる状態を示しているが、圧縮変形及び引張変形は複数か所に生じる場合も同様に考えられる。

【0028】

第１電極２３０は、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの縁部より外側に位置し、後述する整流回路２６０に連結した導線２７１を接続した銅製等の導電性を有する取出し部２３１と、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの基材２０側の第１側面（図４において、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの下側面。以下同じ。）の全面に接触した導電性樹脂等から形成した導電性を有する接触部２３２を有している。基材２０が外力を受けて圧縮変形及び引張変形をすると、それに伴って、第１電極２３０も圧縮変形及び引張変形する。

【0029】

圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂは第１電極２３０の上側面上に形成されている。つまり、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂは、基材２０の一側面側に沿って配置され、第１電極２３０は圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの第１側面側に接触している。圧電性膜４０は、基材２０の圧縮変形と共に圧縮変形する圧縮領域Ａと、基材２０の引張変形と共に引張変形する引張領域Ｂとを有している、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂは圧縮領域Ａと引張領域Ｂとで反対の極性を有している。つまり、圧縮領域Ａでは、圧縮変形すると、圧電性膜２４０Ａの第２側面（図４において、圧電性膜２４０Ａの上側面。以下同じ。）側に正電荷、第１側面側に負電荷が集まるような極性を有した圧電性膜２４０Ａが配置されている。一方、引張領域Ｂでは、引張変形すると、圧電性膜２４０Ｂの第２側面（図４において、圧電性膜２４０Ｂの上側面。以下同じ。）側に正電荷、第１側面側に負電荷が集まるような極性を有した圧電性膜２４０Ｂが配置されている。このため、基材２０が外力を受けることによって、一側面で圧縮変形と引張変形が生じると、その変形と共に圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂも変形して圧電効果を生じ、発電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの全領域において第２側面側に正電荷が集まり、第１側面側に負電荷が集まる。つまり、この圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂは、圧縮領域Ａと引張領域Ｂとの間で電荷が相殺し合うことはない。

【0030】

第２電極２５０は、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの縁部より外側に位置し、後述する整流回路２６０に連結した導線２７２を接続した銅製等の導電性を有する取出し部２５１と、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの基材２０側の第２側面の全面に接触した導電性樹脂等から形成した導電性を有する接触部２５２とを有している。

【0031】

整流回路２６０は、入力部が第１電極２３０の取出し部２３１と、第２電極２５０の取出し部２５１の夫々に導線２７１、２７２によって接続している。整流回路２６０は、第１電極２３０の取出し部２３１と第２電極２５０の取出し部２５１から取り出した出力波形を整流し、出力部から出力３を出力する。つまり、整流回路２６０は負の半波を正の半波に変換している。

【0032】

このような構成を有する発電装置は、基材２０が外力を受けることによって、一側面で圧縮変形と引張変形が生じると、その変形と共に圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂも変形して圧電効果を生じる。この際、この発電装置は圧縮領域Ａと引張領域Ｂで同じ側面に発生する電荷を同じ極性にすることができる。このため、この発電装置は、圧縮領域Ａと引張領域Ｂとで発生する電荷が相殺し合うことなく、合成した電力を出力することができるため、大きな発電力を得ることができる。

【0033】

次に、この弾性体１０の製造方法を説明する。

【0034】

先ず、図５に示すように、第１電極２３０を基材２０上に形成する工程を実行する。この工程は、横方向に長い直方体形状の第１電極２３０の取出し部２３１を基材２０上に接着する。そして、この取出し部２３１が延びている方向に沿って、ノズルＮを移動し、導電性樹脂Ｒを基材２０上に塗布する。これによって、基材２０上に取出し部２３１の厚さと略等しい厚さであり、取出し部２３１の横方向の長さと略等しい長さを有し、基材２０上に拡がった平板状の第１電極２３０の接触部２３２を形成する。

【0035】

次に、図６に示すように、外部電界を圧縮領域Ａと引張領域Ｂとで反転させつつ、第１電極２３０上に圧電性膜生成塗料Ｐを塗布し、圧縮領域Ａと引張領域Ｂとで反対の極性を有する圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂを第１電極２３０上に形成する第１工程を実行する。第１工程を実行する際、第１電極２３０はアースされているが、アースしていなくてもよい。

【0036】

第１工程において、圧縮領域Ａに圧電性膜生成塗料Ｐを塗布する際は、ノズルＮが負の電荷を有するようにノズルＮに連結した電圧制御装置Ｃを制御する。これによって、圧縮領域Ａに圧電性膜生成塗料Ｐを塗布する際は、ノズルＮから第１電極２３０方向への電界が生成される。この雰囲気下で圧電性膜生成塗料Ｐを塗布して形成された圧電性膜２４０Ａは、圧縮変形すると、圧電性膜２４０Ａの第２側面側に正電荷、第１側面側に負電荷が集まるような極性を有するものになる。

【0037】

一方、引張領域Ｂに圧電性膜生成塗料Ｒを塗布する際は、ノズルＮが正の電荷を有するようにノズルＮに連結した電圧制御装置Ｃを制御する。これによって、引張領域Ｂに圧電性膜生成塗料Ｒを塗布する際は、第１電極２３０方向からノズルＮ方向への電界が生成される。この雰囲気下で圧電性膜生成塗料Ｐを塗布して形成された圧電性膜２４０Ｂは、引張変形すると、圧電性膜２４０Ｂの第２側面側に正電荷、第１側面側に負電荷が集まるような極性を有するものとなる。

【0038】

次に、図７に示すように、第２電極２５０を圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂ上に形成する第２工程を実行する。第２工程は、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂ上に沿って、ノズルＮを移動し、導電性樹脂Ｒを圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂ上に塗布する。これによって、圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂ上の全域に第２電極２５０の接触部２５２を形成する。そして、第２電極２５０の接触部２５２の端部に横方向に長い直方体形状の第２電極２５０の取り出し部２Ｂ５１を圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂの縁部より外側に形成する。このようにして、圧縮領域Ａと引張領域Ｂとで反対の極性を有する圧電性膜２４０Ａ、２４０Ｂを有する弾性体２１０を製造することができる。

【0039】

＜実施例４＞
実施例４の発電装置は、図８〜図１０に示すように、弾性体８０の縁部を支持する支持部８１を備えている。図８では、支持部８１が、フレーム８１Ａと、フレーム８１Ａと弾性体８０との間に介在する弾性部材８１Ｂとを有している。弾性体８０は、両端縁部に弾性体８１Ｂを介してフレーム８１Ａに支持されており、一側面（図８において、弾性体１０の上面）側に上方から下方に向けた圧力Ｐ（例えば、風等による外力を想定）がかかると、弾性体８０の上面（載荷面）では、中央部分が圧縮変形する圧縮領域Ａになり、その両端部（外側部分）が引張変形する引張領域Ｂになる。また、弾性体８０の下面では、中央部分が引張変形する引張領域Ｂになり、その両端部（外側部分）が圧縮変形する圧縮領域Ａになる。このように、弾性体８０の両端縁部に支持部８１を備えると、圧縮領域Ａと引張領域Ｂとが弾性体８０の中央部分とその外側部分とに分かれて生じる。

【0040】

また、図９は、弾性体９０が長方形状の平板であり、一側面から図８に示すように外力を与えた際の弾性体９０の変形を示している。これらは、解析によって求められており、解析を簡略化するために弾性体９０を面外方向拘束によるピン支持としている。このため、支持条件によって、圧縮領域と引張領域の形状は多少変化する。

【0041】

弾性体９０の縁部全周に支持部９１を設けた場合、正の圧力が生じた載荷面側は、図９（Ａ）に示すように、弾性体９０の中央部にひし形の上下及び左右をカットした形状の領域Ｘ１と、その周囲の各コーナー部に三角形の領域Ｙ１とに分割され、領域Ｘ１が圧縮変形する圧縮領域であり、領域Ｙ１が引張変形する引張領域である。弾性体９０の長辺の２辺に支持部９２を設けた場合、正の圧力が生じた載荷面側は、図９（Ｂ）に示すように、弾性体９０の中央部に縦長の楕円形の上下をカットした形状の領域Ｘ２とその周囲の外側部分の領域Ｙ２とに分割され、領域Ｘ２が圧縮変形する圧縮領域であり、領域Ｙ２が引張変形する引張領域である。弾性体９０の４隅に支持部９３を設けた場合、正の圧力が生じた載荷面側は、図９（Ｃ）に示すように、中央部に縦長の楕円形の上下及び左右をカットした形状の領域Ｘ３と、その左右の外側部分の領域Ｙ３に分割され、領域Ｘ３が圧縮変形する圧縮領域であり、領域Ｙ３が引張変形する引張領域である。

【0042】

また、図１０は、弾性体１００が正方形状の平板であり、一側面から図８に示すように外力を与えた際の弾性体１００の変形を示している。これらは、解析によって求められており、解析を簡略化するために弾性体１００を面外方向拘束によるピン支持としている。このため、支持条件によって、圧縮領域と引張領域の形状は多少変化する。

【0043】

弾性体１００の全周縁部に支持部１０１を設けた場合、正の圧力が生じた載荷面側は、図１０（Ａ）に示すように、弾性体１００の中央部にひし形の上下及び左右をカットした形状の領域Ｘ１と、その周囲の各コーナー部に三角形の領域Ｙ１とに分割され、領域Ｘ１が圧縮変形する圧縮領域であり、領域Ｙ１が引張変形する引張領域である。弾性体１００の平行な位置にある２辺に支持部１０２を設けた場合、正の圧力が生じた載荷面側は、図１０（Ｂ）に示すように、弾性体１００の中央部に角部が丸くなった長方形（角丸長方形）の上下をカットした形状の領域Ｘ２とその周囲の外側部分の領域Ｙ２とに分割され、領域Ｘ２が圧縮変形する圧縮領域であり、領域Ｙ２が引張変形する引張領域である。弾性体１００の４隅に支持部１０３を設けた場合、正の圧力が生じた載荷面側は、図９（Ｃ）に示すように、中央部に円形の上下及び左右をカットした形状の領域Ｘ３と、その周囲の外側部分の領域Ｙ３に分割され、領域Ｘ３が圧縮変形する圧縮領域であり、領域Ｙ３が引張変形する引張領域である。

【0044】

このように、弾性体８０、９０、１００の中央部分とその外側部分に分割した領域の夫々に、上述したような第１電極、第２電極、又は圧電性膜を形成すると、圧縮領域に発生した電荷と引張領域に発生した電荷とを有効に出力することができ、大きな発電力を得ることができる。

【0045】

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１〜３では、基材上に第１電極を設けたが、基材がアルミ等の金属製で導電体である場合は第１電極を設けず、基材に導線を接続して電力を得てもよい。つまり、基材が絶縁体の場合は第１電極を設け、基材が導電体の場合は基材を第１電極として利用することができる。また、基材が導電体の場合でも、基材と絶縁した第１電極を設けてもよい。
（２）実施例１〜３では、基材の一側面に圧電性膜等を設けたが、基材の両面に圧電性膜などを設けてもよい。
（３）圧電性膜は、実施例３で示したように、圧電性膜生成塗料を塗布して形成してもよいし、フィルム状のものを張り付けてもよい。圧電性膜生成塗料を塗布して圧電性膜を形成する場合は、圧電性膜の形状の自由度が拡大する。
（４）実施例４では、圧縮領域と引張領域を２〜５に分割したが、より細かく分割してもよい。
（５）実施例１〜３では、第１電極及び第２電極の取出し部を圧電性膜の縁部より外側に位置させたが、弾性体の形状等によっては取出し部を中心部に位置させることもあり得るため、取出し部は縁部より外側に位置させなくてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、サッシ等の建築外皮に応用して、補助電力や防犯センサーとして利用可能である。

【符号の説明】

【0047】

１０、８０、９０、１００、１１０、２１０…弾性体
２０…基材
３０、２３０…第１電極
４０、１４０、２４０Ａ、２４０Ｂ…圧電性膜
５０、２５０…第２電極
８１、９１、９２、９３、１０１、１０２、１０３…支持部
Ａ…圧縮領域
Ｂ…引張領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】