特許 6343144 床発電構造

(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】6343144

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月13日

(54)【発明の名称】床発電構造

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/18 20060101AFI20180604BHJP

   H01L 41/047 20060101ALI20180604BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20180604BHJP

   H01L 41/053 20060101ALI20180604BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/18

   H01L41/047

   H01L41/113

   H01L41/053

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-263709(P2013-263709)

(22)【出願日】2013年12月20日

(65)【公開番号】特開2015-122816(P2015-122816A)

(43)【公開日】2015年7月2日

【審査請求日】2016年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】592145268

【氏名又は名称】ＪＲ東日本コンサルタンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100120444

【弁理士】

【氏名又は名称】北川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】小林 三昭

(72)【発明者】

【氏名】加藤 誠

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５３７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２１９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０６４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０７３３４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−２５０５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２２８６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／１８

Ｈ０１Ｌ ４１／０４７

Ｈ０１Ｌ ４１／０５３

Ｈ０１Ｌ ４１／１１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の電極層の間に圧電セラミックス層を積層してなる複数の圧電素子と、各圧電素子をそれぞれ所定の面方向に並べた状態で収納する上部保護材及び下部保護材と、前記各圧電素子の少なくとも一方の電極層に接続された銅箔と、を含む複数の発電ユニットを具備し、
前記各発電ユニットを平面視略多角形状に形成して所定の設置面上に並設した床発電構造であって、
前記銅箔は、平面視で前記圧電セラミックス層の外縁に沿う所定幅を除く領域で前記電極層に貼り付けられ、
前記各発電ユニットのコーナーには面取り部が形成され、当該面取り部と、その近傍に位置する他の発電ユニットの面取り部とに跨って位置決め手段が設けられ、
前記位置決め手段は、前記設置面と前記下部保護材とに挟み込まれるベースと、前記面取り部の近傍位置において前記ベースから起立する支持部材と、前記支持部材の上端側に装着されるキャップとを含み、
前記キャップは、平面視で、隣接する前記面取り部間の空間を覆い、且つ、当該面取り部近傍における前記上部保護材の上面側に位置し、
前記支持部材は、前記ベースの上面から立設された段付軸部と、当該段付軸部の上部に連なって下端が前記段付軸部の上端より太く形成された先端部とを備え、
前記キャップの下面側には、前記段付軸部の上部が挿入される穴と、当該穴の上部に連なって前記先端部を収容可能な収納空間が形成され、当該収納空間の上下幅は、前記先端部の上下幅より大きく形成されていることを特徴とする床発電構造。

【請求項2】

前記キャップは、前記発電ユニットの外周に沿って延在し、当該外周近傍における前記上部保護材の上面側に位置することを特徴とする請求項１記載の床発電構造。

【請求項3】

前記発電ユニットは、有底容器状の受け体と、この受け体に被せられる蓋体とを含む箱体に収納され、
前記蓋体は、前記発電ユニットに載置された状態で前記受け体を閉蓋することを特徴とする請求項１記載の床発電構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人が飛び跳ねたり歩行したりする際の外力によって発電することができる床発電構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人の歩行等の際に生じる圧力のエネルギーを利用して発電することができる発電装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１の発電装置は、圧電セラミック層を有する複数の圧電素子と、水平方向に並設された複数の圧電素子の上下両側にそれぞれ設けられるカバー部材とを備えている。上方のカバー部材の上面側には、床板部材が敷設されている。上方のカバー部材は、その内面側に圧電素子に向かって突出する押圧部材を備え、床板部材を踏んだりする圧力によって、押圧部材が圧電素子を押圧し、この押圧力によって圧電素子が撓んで電力を発生するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１５３７７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の圧電セラミック層は、薄くて脆いため、局所的に強い圧力が加わったり、長期に亘って使用したりすることで多数の小片状にバラバラに割れる場合があり、圧電素子による発電ができなくなる、という問題がある。また、カバー部材の端部に局所的に強い力が加わると、その端部の反対側に位置する端部が浮き上がることがある。すると、浮き上がった端部側が設置面に叩き付けられ、その衝撃によって圧電セラミックがバラバラに割れてしまい、これによっても、発電することができなくなる、という問題を生じる。

【0005】

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、圧電素子のセラミック層による発電効果が得られなくなることを防止することができる床発電構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の床発電構造は、一対の電極層の間に圧電セラミックス層を積層してなる複数の圧電素子と、各圧電素子をそれぞれ所定の面方向に並べた状態で収納する上部保護材及び下部保護材と、前記各圧電素子の少なくとも一方の電極層に接続された銅箔と、を含む複数の発電ユニットを具備し、前記各発電ユニットを平面視略多角形状に形成して所定の設置面上に並設した床発電構造であって、前記銅箔は、平面視で前記圧電セラミックス層の外縁に沿う所定幅を除く領域で前記電極層に貼り付けられ、前記各発電ユニットのコーナーには面取り部が形成され、当該面取り部と、その近傍に位置する他の発電ユニットの面取り部とに跨って位置決め手段が設けられ、前記位置決め手段は、前記設置面と前記下部保護材とに挟み込まれるベースと、前記面取り部の近傍位置において前記ベースから起立する支持部材と、前記支持部材の上端側に装着されるキャップとを含み、前記キャップは、平面視で、隣接する前記面取り部間の空間を覆い、且つ、当該面取り部近傍における前記上部保護材の上面側に位置し、前記支持部材は、前記ベースの上面から立設された段付軸部と、当該段付軸部の上部に連なって下端が前記段付軸部の上端より太く形成された先端部とを備え、前記キャップの下面側には、前記段付軸部の上部が挿入される穴と、当該穴の上部に連なって前記先端部を収容可能な収納空間が形成され、当該収納空間の上下幅は、前記先端部の上下幅より大きく形成されていることを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、銅箔が圧電セラミックス層を広範囲に覆うように貼り付けられるので、銅箔によって、通電する機能と、圧電セラミックス層を補強する機能とを同時に得ることができる。この補強機能によって、圧電セラミックス層を割れ難くすることができ、良好な発電状態を維持することができる。また、仮に、圧電セラミックス層が割れたとしても、圧電セラミックス層が小片状にバラバラになることを抑制し、圧電セラミックス層を数枚の大きい片状とした状態で発電することが可能となる。しかも、上部保護材における面取り部近傍にキャップが被さって位置するので、発電ユニットの端部に力が加わっても、その反対側の端部が浮き上がることを規制することができる。これにより、発電ユニットが設置面に叩き付けられることを回避でき、圧電セラミック層に割れが生じる一因をなくして発電効果をより良く得ることができる。

【0008】

また、本発明の床発電構造において、前記キャップは、前記発電ユニットの外周に沿って延在し、当該外周近傍における前記上部保護材の上面側に位置するとよい。この構成によれば、発電ユニットの外周側において広範囲にキャップを被せた状態とすることができ、これによっても、発電ユニットの端部の浮き上がりを抑制することが可能となる。

【0009】

また、本発明の床発電構造において、前記発電ユニットは、有底容器状の受け体と、この受け体に被せられる蓋体とを含む箱体に収納され、前記蓋体は、前記発電ユニットに載置された状態で前記受け体を閉蓋するとよい。この構成によれば、歩行等による圧力を蓋体を介して発電ユニットに加えることができ、且つ、箱体によって発電ユニット全体をカバーして保護することができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、圧電素子のセラミック層による発電効果が得られなくなることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る床発電構造を示す平面図である。

【図2】第１の実施の形態に係る床発電構造の一部の構成を模式的に示す分解斜視図である。

【図3】発電ユニットの一部の構成を省略した平面図である。

【図4】図３の一部を拡大した平面図である。

【図5】圧電素子及びその周辺構造の縦断面図である。

【図6】圧電素子及びその周辺構造の概略分解斜視図である。

【図7】上部保護材の構成を説明するための図である。

【図8】下部保護材の構成を説明するための図である。

【図9】位置決め手段の構成を説明するための図である。

【図10】第２の実施の形態に係る床発電構造を示す平面図である。

【図11】図１０のＣ−Ｃ拡大断面図である。

【図12】第３の実施の形態に係る床発電構造を示す平面図である。

【図13】第３の実施の形態の受け体及び発電ユニットの平面図である。

【図14】図１２のＤ−Ｄ拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、特に明示しない限り、「左」、「右」は、図１を基準とし、「前」は、図１中上側について用いる一方、「後」は、図１中下側について用いる。また、「上」、「下」は、図２を基準として用いる。

【0013】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る床発電構造を示す平面図であり、図２は、上記床発電構造の一部の構成を模式的に示す分解斜視図である。図１に示す床発電構造１０では、表面板１１が左右及び前後方向に並んで複数設けられている。各表面板１１の下方には発電ユニット１２がそれぞれ設けられ、各発電ユニット１２は、フロア面等の設置面１３に配設される。表面板１１及び発電ユニット１２は、平面視で概略方形状に形成され、それらのコーナーとなる四隅の近傍には位置決め手段１５，１５Ａが設けられている。また、前後に隣り合う表面板１１の間には、照明装置１６が表出するように設けられ、左右に隣り合う表面板１１の間には、ウレタン等からなる目地材１７が充填されている。なお、目地材１７は、位置決め手段１５の後述するキャップ５２と、照明装置１６及び表面板１１の面取り部１１ｃとの間にも充填されている。

【0014】

表面板１１は、発電ユニット１２の上面上に載置される（図２参照）。表面板１１は、石材からなる表板部１１ａと、この表板部１１ａの下面に接着剤によって接着された裏板部１１ｂとを有している。表面板１１の四隅には、面取り部１１ｃが形成されている。裏板部１１ｂは、鉄等の金属製とされ、表板部１１ａを補強するように設けられている。

【0015】

照明装置１６は、左右方向に延びる筐体１６ａと、この筐体１６ａに内蔵されたＬＥＤ等からなる複数の発光体１６ｂとを備えている。筐体１６ａは、透明又は透光性を有する樹脂材によって形成されている。筐体１６ａの左右長さは、発電ユニット１２及び表面板１１の左右幅より若干短く形成されている。

【0016】

次に、発電ユニット１２の構造について説明する。図３は、後述する上部保護材２２を省略した発電ユニット１２の平面図である。図２及び図３に示すように、発電ユニット１２は、左右及び前後方向に６×６列に並んで設けられた複数の圧電素子２０と、各圧電素子２０が載置される下部保護材２１と、下部保護材２１を上方からカバーする上部保護材２２とを備えている。発電ユニット１２は、下部保護材２１及び上部保護材２２のコーナーとなる四隅に面取り部１２ａが形成された形状に設けられる。下部保護材２１及び上部保護材２２は、相互に組み合わされた状態で、各圧電素子２０をそれぞれ水平方向に向けて収納している。下部保護材２１及び上部保護材２２は、絶縁性ゴムによって構成されている。

【0017】

図４は、図３の一部を拡大した平面図であり、図５は、圧電素子及びその周辺構造の縦断面図である。図６は、圧電素子及びその周辺構造の概略分解斜視図である。図４ないし図６に示すように、圧電素子２０は、上下一対となる上電極層２０ａ及び下電極層２０ｂと、上電極層２０ａ及び下電極層２０ｂの間に位置する圧電セラミックス層２０ｃとを積層してなる。圧電セラミックス層２０ｃは、円形で板状の圧電性を示すセラミックスにより形成されている。下電極層２０ｂは、円形の板状電極であり、上面に圧電セラミックス層２０ｃが接着剤を介して接着される。上電極層２０ａは、圧電セラミックス層２０ｃの上面に膜状に形成されている。上電極層２０ａ及び下電極層２０ｂの材料は、電気伝導性の高い金、銀、銅、黄銅、鉄、ステンレスおよびパラジウムのうち、少なくとも１種類から選択され、本実施の形態では、上電極層２０ａが銀、下電極層２０ｂがステンレスとされる。圧電素子２０においては、上電極層２０ａ、圧電セラミックス層２０ｃ、下電極層２０ｂの順に径寸法が大きくなっている。

【0018】

上電極層２０ａの上面には、上銅箔テープ２４が貼り付けられ、下電極層２０ｂの下面には、下銅箔テープ２５が貼り付けられている。各銅箔テープ２４，２５は、面方向に高い導電性を発揮する銅箔に対し、導電性を有する粘着剤を積層してなり、粘着剤層が電極層２０ａ，２０ｂに接着されることで、当該電極層２０ａ，２０ｂと電気的に接続される。

【0019】

各銅箔テープ２４，２５は、前後方向に延びる基板２７に接続されている。図３に示すように、基板２７は、左右方向に６列並ぶ圧電素子２０の左から１列目と２列目との間、３列目と４列目との間、５列目と６列目との間にそれぞれ配設されている。そして、基板２７は、左右両側から挟むように位置する圧電素子２０に対し、各銅箔テープ２４，２５によって接続されている。左右方向中央に位置する基板２７は、同方向両側の各基板２７に連結用の銅箔テープ２８によって電気的に接続されるとともに、照明装置１６や所定の外部装置（不図示）に接続するための配線コード２９が接続されている。

【0020】

図４ないし図６に戻り、上銅箔テープ２４は、略正方形状に形成された主部２４ａと、この主部２４ａの一端に連なって左右方向に延び、基板２７の上面に接着している延出部２４ｂとを備えた形状に設けられている。上銅箔テープ２４と圧電素子２０との間には、絶縁シート３１が配設されている。絶縁シート３１の面内には、上電極層２０ａより一回り小さい円形の穴３１ａが形成され、この穴３１ａの内側全領域で上電極層２０ａと上銅箔テープ２４の主部２４ａとが接着されている。従って、上銅箔テープ２４の主部２４ａは、平面視で圧電セラミックス層２０ｃの外縁に沿う所定幅を除く領域で上電極層２０ａに接着される。この接着状態において、穴３１ａの外側となる上電極層２０ａの外縁に沿う所定幅領域、圧電セラミックス層２０ｃ、及び下電極層２０ｂの各上面が絶縁シート３１で覆われ、それら覆われた領域が上銅箔テープ２４に対して絶縁される。

【0021】

下銅箔テープ２５は、左右方向に延びる帯状に形成され、一端部が下電極層２０ｂの下面に貼り付けられ、他端部が基板２７の下面に貼り付けられている。

【0022】

図７は、下部保護材２１の構成を説明するための図である。図７Ａは、下部保護材２１の平面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ端面図であり、図７Ｃは、下部保護材２１の正面図である。図７に示すように、下部保護材２１は、底部３３と、この底部３３から上方に膨出する本体部３４とを備えている。底部３３の外周側は、本体部３４の外周より所定幅はみ出る形状に設けられている。また、底部３３の四隅における下面側には、後述するベース５０を受容する受容部３３ａが形成されている。受容部３３ａは、底部３３の下面を部分的に凹ませることによって形成されている。

【0023】

本体部３４の上面には、各圧電素子２０の設置位置それぞれに受容部３５が形成されている。受容部３５は、本体部３４の上面を圧電素子２０と概略同一の平面形状に凹ませることによって形成され、受容した圧電素子２０の水平方向の移動を規制している（図５参照）。また、受容部３５の内部における外周側には、平面視円環状をなす載置部３５ａが形成されている。載置部３５ａは、本体部３４の上面より若干低い位置であって、受容部３５の底部より高い位置で水平方向に形成され、圧電素子２０の周辺部を下方から支持している。

【0024】

また、本体部３４には、基板２７が配置される３本の基板用溝３７が形成されている。３本の基板用溝３７のうち、中央の基板用溝３７の前後（図７Ａ中上下）両側には、左右方向に延びる第１配線用溝３８が形成され、これら第１配線用溝３８には、基板用溝３７より太い幅に形成されて前後方向に延びる第２配線用溝３９が形成されている。第１及び第２配線用溝３８，３９には、配線コード２９（図３参照）が収容される。また、本体部３４の面内中央部における二箇所位置には凹部４０が形成されている。

【0025】

図８は、上部保護材２２の構成を説明するための図である。図８Ａは、上部保護材２２の平面図であり、図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ断面図であり、図８Ｃは、上部保護材２２の正面図である。図８に示すように、上部保護材２２は、頂部４２と、この頂部４２の外周から垂下する周壁部４３とを備えた蓋状に形成されている。周壁部４３は、下部保護材２１及び上部保護材２２を相互に組み合わせた状態で、本体部３４を囲う位置に配設され、これにより、下部保護材２１及び上部保護材２２の前後及び左右方向の相対移動を規制する。頂部４２の下面であって、各圧電素子２０の設置位置に対応する位置には、下方に突出する突出部４４が形成されている。各突出部４４は、平面視円形に形成され、その外径寸法は、上電極層２０ａの外径寸法より小さく設定されている（図５参照）。頂部４２及び周壁部４３における第２配線用溝３９（図７参照）に対応する位置には、スリット４６が形成されている。頂部４２の下面における面内二箇所位置には凸部４７が形成され、これら凸部４７は、凹部４０の内部に挿入されて下部保護材２１及び上部保護材２２の前後及び左右方向の相対移動を規制する。

【0026】

上記発電ユニット１２においては、表面板１１上で人が歩行したり飛び跳ねたりすると、上部保護材２２が押し下げられるように変形し、その際に生じる圧力が突出部４４によって圧電素子２０に加えられる。すると、載置部３５ａによって圧電素子２０の周辺部が支持されるので、圧電素子２０の中央が凹むように変形し、圧電セラミックス層２０ｃが下方に撓んで大きなひずみが得られる。このひずみによって各電極層２０ａ，２０ｂに電圧が発生し、発生した電圧が基板２７にて所定処理されることで電力として用いることができる。基板２７にて得られた電力は、配線コード２９に接続される照明装置１６に供給され、発光体１６ｂが点灯する。また、例えば、配線コード２９に外部装置（不図示）として充電装置等が接続されている場合には、充電装置に電力供給されて充電が行われる。

【0027】

次いで、位置決め手段１５，１５Ａの構造について説明する。ここで、図１に示すように、床発電構造１０の外周側に位置する位置決め手段１５Ａと、床発電構造１０の内側に位置して４体の表面板１１及び発電ユニット１２で囲まれる位置決め手段１５とは、共通する構成があるものの異なる構成となる。ここでは、先ず、後者の位置決め手段１５について、以下に説明する。

【0028】

図９は、位置決め手段１５の構成を説明するための図である。図９Ａは、位置決め手段１５の平面図であり、図９Ｂは、位置決め手段１５の説明用断面図である。図９に示すように、位置決め手段１５は、設置面１３に載置されるベース５０と、ベース５０から起立する４本のピン（支持部材）５１と、これらピン５１の上端側に装着されるキャップ５２とを備えている。位置決め手段１５は、４体の表面板１１及び発電ユニット１２の各面取り部１１ｃ，１２ａが一箇所に集まる位置に設けられる。

【0029】

ベース５０は、金属等からなる平面視方形の板部材によって形成されている。ベース５０は、４体の発電ユニット１２における受容部３３ａにそれぞれ受容され、当該受容部３３ａを形成する下部保護材２１と設置面１３との間に挟み込まれて上下移動が規制される。

【0030】

ピン５１は、４体の発電ユニット１２における面取り部１２ａの近傍位置にそれぞれ配設されている。ピン５１は、ベース５０の上面から立設された段付軸部５４と、この段付軸部５４の上部に連なって外周面がテーパ面とされた先端部５５とを有している。先端部５５は、下端から上端に向かうに従って次第に細くなるように形成されている。先端部５５の下端は、段付軸部５４の上端より太い径寸法に形成されている。

【0031】

キャップ５２は、平面視で、表面板１１の面取り部１１ｃ及び照明装置１６の端部に所定の隙間を隔てて概略六角形状に形成されている。従って、キャップ５２は、４体の発電ユニット１２において隣接する面取り部１２ａ間の空間Ｓを上方から覆う形状に設けられている。キャップ５２の下面側には、４本のピン５１に対応する位置に穴５９が形成され、穴５９の上部に連なって先端部５４を収容可能な収納空間６０が形成されている。穴５９の内径寸法は、先端部５５及び段付軸部５４の各上端より大きく、且つ、先端部５５の下端より小さく形成されている。収納空間６０の上下幅は、先端部５５の上下幅より大きく形成されている。

【0032】

次いで、位置決め手段１５の設置作業について説明する。先ず、治具等を利用して、ベース５０及びこれを囲んで位置する４体の発電ユニット１２を設置面１３上の所定位置に配置する。このとき、ベース５０が受容部３３ａ内に受容され、下部保護材２１と設置面１３とにより挟み込まれる。そして、キャップ５２の各穴５９内に４本のピン５１の先端部５５上端側が挿入されるよう、各ピン５１の上部にキャップ５２を載置する。この載置によって、穴５９の形成縁が、先端部５５の外周に形成されたテーパ面に接触した状態となる。この状態から、キャップ本体５９を下方に押し込むと、穴５９の周りが弾性変形し、先端部５５が穴５９を通過して収納空間６０に収納され、各ピン５１に対しキャップ５２が装着される。

【0033】

各ピン５１にキャップ５２が装着されると、段付軸部５４が穴５９に挿入されるので、キャップ５２の左右及び前後方向の移動が規制され、且つ、キャップ５２が上下方向に僅かに変位し得る、いわゆる遊びを有する状態となる。本実施の形態では、図８Ｂに示すように、先端部５５上に収納空間６０の上部形成面が載置され、キャップ５２の下方への移動が規制されている。この状態から、キャップ５２を上方に変位させる外力が作用した場合、キャップ５２が上記の遊び分変位した後、先端部５５の下端に収納空間６０の下部形成面が接触して上方への移動が規制される。

【0034】

この装着状態において、発電ユニット１２の面取り部１２ａ近傍の上面側にキャップ５２の外周側が位置している。具体的には、図９Ｂに示すように、発電ユニット１２の上面に隙間Ｃを隔ててキャップ５２が位置している。従って、発電ユニット１２に浮き上がる外力が加わった場合、隙間Ｃとキャップ５２の上記遊び分、発電ユニット１２の外周側が若干上昇するものの、その後は、キャップ５２によって上昇が規制される。また、常時は、キャップ５２によって、発電ユニット１２が下方に押さえ付けられないので、キャップ５２によって圧電素子２０に圧力が加わらないようにすることができる。これにより、歩行等による圧力によって、当該圧力が加わる前後で圧電セラミックス層２０ｃのひずみの差を大きくでき、発生する電圧も大きくなって発電効率を高めることができる。

【0035】

ここで、図１に示すように、床発電構造１０の外周側に位置する位置決め手段１５Ａについては、上述した位置決め手段１５に対し、周辺に位置する発電ユニット１２の設置数や照明装置１６の設置の有無に応じて、キャップ５２の平面形状を変更している。また、この変更に応じて、ピン５１の設置数や、穴５９の形成数、ベース５０の平面形状等を変更しているが、ピン５１に対するキャップ５２の装着構造は共通し、キャップ５２が発電ユニット１２の上面側に位置して同様の機能を発揮し得るので、ここでは、説明を省略する。

【0036】

以上のように、本実施の形態に係る床発電構造１０によれば、発電ユニット１２の四隅においてキャップ５２が被さるように位置するので、発電ユニット１２が設置面１３から上方に大きく離れることを規制することができる。これにより、例えば、発電ユニット１２の左端側に強い圧力が加わっても、その反対側の右端側が浮き上がることを回避でき、ひいては、浮き上がり後の落下によって発電ユニット１２が設置面１３に叩き付けられることを防止することができる。この結果、発電ユニット１２に衝撃が付与されることを回避でき、圧電セラミックス層２０ｃに割れが発生することを防止して発電効率を良好に保つことができる。

【0037】

また、上電極層２０ａに上銅箔テープ２４が接着されるので、上銅箔テープ２４によって通電可能としつつ、上電極層２０ａ及び圧電セラミックス層２０ｃを補強することができる。特に、上銅箔テープ２４の主部２４ａは、絶縁シート３１の穴３１ａ内となる円形領域で接着されるので、主部２４ａによる補強作用を圧電セラミックス層２０ｃにおいて広い領域で得ることができる。しかも、仮に、圧電セラミックス層２０ｃに強い衝撃が加えられて割れたとしても、主部２４ａの補強作用によって圧電セラミックス層２０ｃが多数の小片状にならず、２，３枚程度の大きい片状とした状態で発電を継続することができる。

【0038】

次に、本発明の第１の実施の形態以外の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については必要に応じて同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。

【0039】

（第２の実施の形態）
図１０は、第２の実施の形態に係る床発電構造を示す平面図であり、図１１は、図１０のＣ−Ｃ拡大断面図である。本実施の形態の床発電構造１０Ａは、表面板１１Ａが左右方向に複数（本実施の形態では４体）並んで設けられている。各表面板１１Ａは、第１の実施の形態の表面板１１に対し、面取り部１１ｃを形成しない点を除き同様の構造とされ、平面視で正方形状に形成されている。表面板１１Ａの下方には、第１の実施の形態の発電ユニット１２と同構造の発電ユニット１２がそれぞれ設けられ、発電ユニット１２の上面に表面板１１Ａが載置される。発電ユニット１２は、設置面１３に両面テープ（不図示）を介して接着された板体７０の上面に設置されている。また、床発電構造１０Ａでは、各発電ユニット１２を囲う位置に、位置決め手段７１が設けられている。

【0040】

位置決め手段７１は、各発電ユニット１２の外縁に沿う位置において、板体７０の上面上に配置された下枠部材７３と、下枠部材７３に嵌合可能に設けられたキャップ７４とを備えている。下枠部材７３及びキャップ７４は、各発電ユニット１２の外周に沿う方向に延在しており、本実施の形態では、アルミニウムによって構成されている。位置決め手段７１の右側には、当該位置決め手段７１による高さ方向の段差を埋めるようにスロープ部材７５が設けられる。

【0041】

下枠部材７３は、板体７０に載置されるベース７６と、ベース７６から起立する支持部材７７とを備えている。支持部材７７の上部には、キャップ７４の後述する挿入部材８１が挿入される受容部７８が形成されている。受容部７８は断面視凹状に形成され、その内部に傾斜面と水平面とが交互に形成される凹凸面を備えている。

【0042】

キャップ７４は、細長い板状部材によって形成されたキャップ本体８０を備えている。キャップ本体８０は、表面板１１Ａにおける外周寄りの上面側に位置している。従って、キャップ本体８０は、表面板１１Ａの下方に位置する発電ユニット１２の外周近傍であって上部保護材２２の上面側に位置することとなる。キャップ本体８０の下面には、挿入部材８１が下方に向かって突出しており、挿入部材８１は、受容部７８の内側に挿入可能に形成されている。挿入部材８１は、図１１中左右両面に、受容部７８の凹凸面に対応して傾斜面と水平面とが交互に形成される凹凸面を備えている。受容部７８に挿入部材８１を挿入したときに、挿入部材８１の凹凸面は、受容部７８の凹凸面と嵌合し、この嵌合によってキャップ７４が下枠部材７３に対し、意図的な外力を加えない限り移動不能に装着される。また、受容部７８と挿入部材８１との各凹凸面の嵌合位置は、傾斜面と水平面とが交互に形成されることから、上下方向に位置調整可能となり、ひいては、キャップ本体８０の高さを調整できるようになっている。

【0043】

以上のように、本実施の形態に係る床発電構造１０Ａによれば、発電ユニット１２上の表面板１１Ａに被さるように細長いキャップ本体８０が位置するので、発電ユニット１２の外周全範囲において大きく浮き上がることを規制することができる。従って、本実施の形態に係る床発電構造１０Ａによっても、発電ユニット１２に衝撃が加わって圧電セラミックス層２０ｃに割れが発生することを防止することが可能となる。

【0044】

その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。

【0045】

（第３の実施の形態）
図１２は、第３の実施の形態に係る床発電構造を示す平面図であり、図１３は、第３の実施の形態の受け体及び発電ユニットの平面図である。図１４は、図１２のＤ−Ｄ拡大断面図である。本実施の形態の床発電構造１０Ｂは、表面板１１Ｂが左右方向に複数（本実施の形態では２体）並んで設けられている。各表面板１１Ｂは、第１の実施の形態の表面板１１に対し、面取り部１１ｃを形成しない点を除き同様の構造とされ、平面視で正方形状に形成されている。表面板１１Ｂは、箱体９０の上面側に配置されている。箱体９０の内部には、第１の実施の形態の発電ユニット１２と同構造の発電ユニット１２が複数（本実施の形態では２体）収納された状態で設置される。

【0046】

箱体９０は、２体の発電ユニット１２が敷設される受け体９１と、この受け体９１の上方に被せられる蓋体９２とを備えている。受け体９１及び蓋体９２は、本実施の形態では、ステンレスによって構成されている。

【0047】

受け体９１は、２体並んだ発電ユニット１２に応じた平面形状をなす底壁９３と、この底壁９３の外周側から起立する側壁９４とを備えて有底容器状に形成されている。側壁９４の上下高さは、発電ユニット１２の上下高さより低く形成されている。従って、受け体９１に収納された発電ユニット１２の上部領域は、側壁９４の上端から上方にはみ出た状態となる。

【0048】

蓋体９２は、側壁９４の外面に沿って位置する第１周壁９６と、この第１周壁９６の上端に連なる頂壁９７とを備えている。第１周壁９６の上下高さは、発電ユニット１２の上下高さより小さく形成されている。従って、受け体９１を蓋体９２によって閉蓋したときに、蓋体９２の頂壁９７が発電ユニット１２の上面に接し、当該発電ユニット１２に蓋体９２が載置された状態となる。第１周壁９６の外面には、第２周壁９８が設けられている。第２周壁９８の上端位置は、頂壁９７より高く形成され、上部を開放して２枚の表面板１１Ｂを収納する収納空間を形成している。第２周壁９８の内面と表面板１１Ｂとの間、及び、２枚の表面板１１Ｂの間には、ウレタン等からなる目地材９９が充填されている。

【0049】

なお、本実施の形態における床発電構造１０Ｂの設置にあっては、図示を省略したが、箱体９０の外周に沿って箱体９０の高さ分の段差を埋めるためのスロープ部材を設けたり、箱体９０に対応する平面サイズ及び深さの凹部を設置面に形成して箱体９０を嵌め込んでもよい。

【0050】

以上のように、本実施の形態に係る床発電構造１０Ｂによれば、表面板１１Ｂに外力が加わったときに、表面板１１Ｂ及び蓋体９２を介して発電ユニット１２の圧電素子２０に圧力を加えることができる。また、各発電ユニット１２に蓋体９２を載せ、この蓋体９２に更に２枚の表面板１１Ｂが設置されるので、発電ユニット１２が大きく浮き上がって衝撃を受けることを回避することができる。従って、本実施の形態に係る床発電構造１０Ｂによっても、圧電セラミックス層２０ｃに割れが発生することを防止することが可能となる。しかも、箱体９０によって２体の発電ユニット１２を全体的にカバーして保護することができる。

【0051】

その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。

【0052】

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

【0053】

例えば、発電ユニット１２の平面形状は、四角形以外の多角形状に変更して並設してもよい。

【0054】

また、圧電素子２０や各銅箔テープ２４，２５等の平面形状は、上記実施の形態と同様に機能し得る限りにおいて、他の形状に変えてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、圧力が加えられると発電する圧電素子を利用した床発電構造に関し、例えば、人の歩行やジャンプ等によって圧力が加わる床構造に有用である。

【符号の説明】

【0056】

１０，１０Ａ，１０Ｂ 床発電構造
１１，１１Ａ，１１Ｂ 表面板
１２ 発電ユニット
１２ａ 面取り部
１３ 設置面
１５，１５Ａ 位置決め手段
２０ 圧電素子
２０ａ 上電極層
２０ｂ 下電極層
２０ｃ 圧電セラミック層
２１ 下部保護材
２２ 上部保護材
２４ 上銅箔テープ
５０ ベース
５１ ピン（支持部材）
５２，７４ キャップ
９０ 箱体
９１ 受け体
９２ 蓋体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】