特開 2023-130548 振動発電ユニット及び、振動発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023130548

(43)【公開日】2023-09-21

(54)【発明の名称】振動発電ユニット及び、振動発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/18 20060101AFI20230913BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20230913BHJP

【ＦＩ】

H02N2/18

H01L41/113

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022034878

(22)【出願日】2022-03-08

(71)【出願人】

【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

(72)【発明者】

【氏名】栗原 一行

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 賢

【テーマコード（参考）】

5H681

【Ｆターム（参考）】

5H681AA12

5H681BB08

5H681BB20

5H681DD23

5H681EE10

5H681EE20

(57)【要約】

【課題】振動発電ユニット及び振動発電装置において、耐久性を高めるとともに、圧電素子に与える圧力の調整を容易にする。
【解決手段】振動発電ユニット１は、振動子４０と、この振動子４０の第１方向Ｄ１への移動をガイドするガイド５０と、第１方向Ｄ１における振動子４０の一端（下端４０ａ）によって押圧される第１圧電素子１１と、第１方向Ｄ１における振動子４０の他端（上端４０ｂ）によって押圧される第２圧電素子２１とを備える。第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１のそれぞれは、振動子４０によって押圧される中央部分において振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動子と、
前記振動子の第１方向への移動をガイドするガイドと、
前記第１方向における前記振動子の一端によって押圧される第１圧電素子と、
前記第１方向における前記振動子の他端によって押圧される第２圧電素子とを備え、
前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子のそれぞれは、前記振動子によって押圧される中央部分において前記振動子側に盛り上がるように湾曲している
ことを特徴とする振動発電ユニット。

【請求項2】

中央部分の前記振動子側に前記第１圧電素子が配置された第１基板と、
中央部分の前記振動子側に前記第２圧電素子が配置された第２基板と、
前記第１基板の周縁部分が前記第１方向に直交するように前記周縁部分を固定する第１固定部と、
前記第２基板の周縁部分が前記第１方向に直交するように前記周縁部分を固定する第２固定部と、
前記第１基板の前記周縁部分と前記第１基板の前記中央部分との間において、前記第１基板の前記中央部分を前記振動子側に盛り上がらせるように前記第１基板を支持する第１支持部と、
前記第２基板の前記周縁部分と前記第２基板の前記中央部分との間において、前記第２基板の前記中央部分を前記振動子側に盛り上がらせるように前記第２基板を支持する第２支持部と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の振動発電ユニット。

【請求項3】

前記第１基板の前記中央部分の前記第１圧電素子とは反対側に配置された第１緩衝材と、
前記第２基板の前記中央部分の前記第２圧電素子とは反対側に配置された第２緩衝材とを更に備え、
前記第１基板の前記中央部分は、前記第１圧電素子が前記振動子によって押圧された押圧状態で前記第１緩衝材に接触し、
前記第２基板の前記中央部分は、前記第２圧電素子が前記振動子によって押圧された押圧状態で前記第２緩衝材に接触し、
前記第１緩衝材は、前記第１支持部と前記第１基板との接触部分と前記第１方向における位置が同一の部分で前記第１基板の前記中央部分に接触し、
前記第２緩衝材は、前記第２支持部と前記第２基板との接触部分と前記第１方向における位置が同一の部分で前記第２基板の前記中央部分に接触する
ことを特徴とする請求項２記載の振動発電ユニット。

【請求項4】

前記第１方向に交差する第２方向における前記振動子の一端によって押圧される第３圧電素子と、
前記第２方向における前記振動子の他端によって押圧される第４圧電素子とを更に備え、
前記ガイドは、前記第２方向への前記振動子の移動を更にガイドする
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の振動発電ユニット。

【請求項5】

前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向における前記振動子の一端によって押圧される第５圧電素子と、
前記第３方向における前記振動子の他端によって押圧される第６圧電素子とを更に備え、
前記ガイドは、前記第３方向への前記振動子の移動を更にガイドする
ことを特徴とする請求項４記載の振動発電ユニット。

【請求項6】

請求項１から３のいずれか１項記載の振動発電ユニットを複数備え、
前記複数の振動発電ユニットは、前記第１方向が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている
ことを特徴とする振動発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動発電ユニット、及び、この振動発電ユニットを備える振動発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧電素子の圧電効果を利用して振動や圧力に基づき発電を行う手法が知られている。

【0003】

例えば、金属板の両面に形成された圧電素子を有する振動板を備え、この振動板の両側から衝撃物を用いて衝撃を加えることによって発電を行う自転車用の発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３３６０６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の発電装置では、振動板に両側から衝撃が加わるため、振動板に設けられた圧電素子が凹状及び凸状の両方の状態に変形する。そのため、圧電素子が劣化しやすい。また、上述の発電装置のように振動板の両側に衝撃物が配置された構成では、圧電素子に与える圧力の調整が困難である。

【0006】

本発明の目的は、耐久性を高めることができるとともに、圧電素子に与える圧力の調整を容易にすることができる振動発電ユニット及び振動発電装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

１つの態様では、振動発電ユニットは、振動子と、前記振動子の第１方向への移動をガイドするガイドと、前記第１方向における前記振動子の一端によって押圧される第１圧電素子と、前記第１方向における前記振動子の他端によって押圧される第２圧電素子とを備え、前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子のそれぞれは、前記振動子によって押圧される中央部分において前記振動子側に盛り上がるように湾曲している。

【0008】

他の１つの態様では、振動発電装置は、前記振動発電ユニットを複数備え、前記複数の振動発電ユニットは、前記第１方向が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている。

【発明の効果】

【0009】

前記態様によれば、耐久性を高めることができるとともに、圧電素子に与える圧力の調整を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施の形態に係る振動発電ユニットの内部構造を示す断面図である。

【図2】一実施の形態に係る振動発電ユニットの内部構造を示す斜視図である。

【図3】一実施の形態における第１圧電素子モジュールを示す断面図である。

【図4】一実施の形態における第１圧電素子モジュールを示す平面図である。

【図5】一実施の形態における押圧状態の第１圧電素子モジュールを示す断面図である。

【図6】一実施の形態に係る振動発電装置を示す概略構成図である。

【図7】一実施の形態に係る振動発電装置を示す制御構成図である。

【図8】一実施の形態の第１変形例に係る振動発電ユニットの内部構造を示す断面図である。

【図9】一実施の形態の第２変形例に係る振動発電ユニットの内部構造を示す断面図である。

【図10】一実施の形態の第３変形例に係る振動発電ユニットの内部構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施の形態に係る振動発電ユニット及び振動発電装置について、図面を参照しながら説明する。

【0012】

図１及び図２は、振動発電ユニット１の内部構造を示す断面図及び斜視図である。

【0013】

図３及び図４は、振動発電ユニット１の第１圧電素子モジュール１０を示す断面図及び平面図である。

【0014】

なお、図１～図４、並びに後述する図５、図６及び図８～図１０に示す上下、前後、及び左右の各方向は、振動子４０の移動方向である第１方向Ｄ１を上下方向とした場合の一例である。

【0015】

図１及び図２に示す振動発電ユニット１は、第１圧電素子モジュール１０と、第２圧電素子モジュール２０と、筐体３０と、振動子４０と、ガイド５０と、２つの第１固定部６０と、２つの第２固定部７０と、２つの第１支持部８１と、２つの第２支持部８２と、第１緩衝材９１と、第２緩衝材９２とを備える。

【0016】

図４に示すように、第１圧電素子モジュール１０は、第１圧電素子１１と、第１基板１２と、衝突板１３とを有する。

【0017】

第１圧電素子１１は、第１基板１２の上面中央部分に配置されており、上下方向である第１方向Ｄ１における振動子４０の下端４０ａ（一端の一例）によって押圧される。後述するが、第１圧電素子１１は、振動子４０によって押圧される中央部分において、第１基板１２とともに、振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。第１圧電素子１１は、圧電体と、この圧電体を挟み込んで位置する１対の電極層とを有する。第１圧電素子１１としては、任意の構成を採用可能であるが、例えば、圧電体がセラミック層の圧電素子である。

【0018】

第１基板１２は、例えばガラスエポキシ基板であり、前後方向よりも左右方向に長い矩形板状を呈する。第１基板１２は、後述する２つの第１支持部８１の支持によって、左右方向の中央部分が振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。

【0019】

衝突板１３は、第１圧電素子１１のうち後述する振動子４０によって押圧される中央部分上に設けられ、振動子４０に直接接触する。

【0020】

図１に示す第２圧電素子モジュール２０は、第１圧電素子モジュール１０に上下方向に対向するように配置され、第２圧電素子２１と、第２基板２２と、衝突板２３とを有する。第２圧電素子モジュール２０については、第１圧電素子モジュール１０と上下対称の同一モジュールとすることができるため詳細な説明は省略するが、第２圧電素子２１は、第２基板２２の下面中央部分に配置されており、第１方向Ｄ１における振動子４０の上端４０ｂ（他端の一例）によって押圧される。また、第２圧電素子２１は、振動子４０によって押圧される中央部分において、第２基板２２とともに、振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。

【0021】

図１及び図２に示すように、筐体３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３とを有する。これらの第１部分３１、第２部分３２、及び第３部分３３は、前後方向の幅が互いに同一であり、第１部分３１の上に第３部分３３が位置し、第３部分３３の上に第２部分３２が位置するように、図示しないネジによって固定されている。なお、第１部分３１、第２部分３２、及び第３部分３３は、一体に設けられていてもよい。また、筐体３０の形状は任意の形状を採用可能である。

【0022】

第１部分３１は、第１圧電素子モジュール１０の下部に配置され、厚さ方向が上下方向に一致する矩形板状を呈する。第１部分３１の左端及び右端には、上方に突出する凸部３１ａ，３１ｂが設けられている。右側の凸部３１ｂには、第１基板１２に接続された図示しない配線を通すための配線孔３１ｃが左右方向に延びるように設けられている。この配線は、図示しない制御回路（例えば、後述する図６及び図７に示す制御ユニット１１０）に接続されている。

【0023】

第２部分３２は、第１部分３１と上下対称の形状にすることができる。第２部分３２は、第２圧電素子モジュール２０の上部に配置され、厚さ方向が上下方向に一致する矩形板状を呈する。第２部分３２の左端及び右端には、下方に突出する凸部３２ａ，３２ｂが設けられている。右側の凸部３２ｂには、第２基板２２に接続された図示しない配線を通すための配線孔３２ｃが左右方向に延びるように設けられている。

【0024】

第３部分３３は、直方体形状を呈し、正面視においてＨ字形状をなすように、下部に凹部３３ａが設けられ、上部に凹部３３ｂが設けられている。また、第３部分３３の中央には、上下方向に延びる貫通孔３３ｃが設けられている。この貫通孔３３ｃは、上部が大径部３３ｃ－１であり、下部が小径部３３ｃ－２である。

【0025】

振動子４０は、第１方向Ｄ１（上下方向）に延びる円柱形状を呈する。振動子４０は、例えば鉄などの金属材料からなる。振動子４０の例えば外周面には、筐体３０の第３部分３３や後述するガイド５０などに干渉しない領域に重りが取り付けられるとよい。これにより、第１圧電素子１１や第２圧電素子へ与える圧力を調整可能となる。

【0026】

ガイド５０は、例えばリニアブッシュであり、振動発電ユニット１の上下方向の振動に伴う振動子４０の上下方向（第１方向Ｄ１）への移動をガイドする。ガイド５０は、大部分が大径部３３ｃ－１に配置され、大径部３３ｃ－１から一部が上方に突出する。なお、ガイド５０は、下端のフランジ部分において、大径部３３ｃ－１と小径部３３ｃ－２との段差部分に載置され、固定されている。

【0027】

２つの第１固定部６０は、第１基板１２の左端及び右端に配置され、第１基板１２の周縁部分（左端及び右端）が左右方向に延びるように（第１方向Ｄ１に直交するように）、第１基板１２を筐体３０の第１部分３１に対して上方から固定する。２つの第１固定部６０のそれぞれは、２つの固定ネジ６１（図２参照）と、第１基板１２に接触するブロック６２とを有する。固定ネジ６１は、ブロック６２及び第１基板１２を貫通し、第１部分３１の図示しない雌ネジ穴に螺合している。なお、第１基板１２には、図３に示す振動子４０側に盛り上がった非押圧状態と、図５に示す振動子４０によって押圧された平面状の押圧状態とで、固定ネジ６１の貫通部分の位置が左右方向に変化するのを許容するために、固定ネジ６１の貫通部分が左右方向に長い長孔が設けられているとよい。

【0028】

図１の左側の第１固定部６０は、第１圧電素子モジュール１０の左端の位置を先端において規制する押さえネジ６３を有する。この押さえネジ６３は、第１部分３１の左側の凸部３１ａに左側から挿入されている。

【0029】

２つの第２固定部７０は、第２基板２２の左端及び右端に配置され、第２基板２２の周縁部分（左端及び右端）が左右方向に延びるように（第１方向Ｄ１に直交するように）、第２基板２２を筐体３０の第２部分３２に対して下方から固定する。２つの第２固定部７０のそれぞれは、２つの第１固定部６０と上下対称に設けることができ、第１固定部６０と同様に、固定ネジ７１と、第２基板２２に接触するブロック７２とを有する。

【0030】

図１の左側の第２固定部７０は、第２圧電素子モジュール２０の左端の位置を先端において規制する押さえネジ７３を有する。この押さえネジ７３は、第２部分３２の左側の凸部３２ａに左側から挿入されている。

【0031】

２つの第１支持部８１は、例えば金属製或いは樹脂製の円柱部材であり、軸方向（長手方向）が前後方向となるように、筐体３０の第１部分３１上において、第１圧電素子１１と左側の第１固定部６０（第１圧電素子１１の左側の周縁部分）との間、及び、第１圧電素子１１と右側の第１固定部６０（第１圧電素子１１の右側の周縁部分）との間に配置されている。第１支持部８１は、第１部分３１上の溝に接着剤により固定されて配置されているとよい。なお、第１支持部８１の左右方向の位置（例えば、第１固定部６０のブロック６２から第１支持部８１までの距離と、第１支持部８１から第１圧電素子１１及び第１基板１２の中央部分までの距離との比率）を調整することによって、第１基板１２及び第１圧電素子１１の湾曲度合い、ひいては、第１圧電素子１１に与える圧力を調整することができる。

【0032】

２つの第２支持部８２は、例えば金属製或いは樹脂製の円柱部材であり、軸方向（長手方向）が前後方向となるように、筐体３０の第２部分３２の底面において、第２圧電素子２１と左側の第２固定部７０（第２圧電素子２１の左側の周縁部分）との間、及び、第２圧電素子２１と右側の第２固定部７０（第２圧電素子２１の右側の周縁部分）との間に配置されている。第２支持部８２は、第２部分３２の底面の溝に接着剤により固定されて配置されているとよい。なお、第２支持部８２の左右方向の位置（例えば、第２固定部７０のブロック７２から第２支持部８２までの距離と、第２支持部８２から第２圧電素子２１及び第２基板２２の中央部分までの距離との比率）を調整することによって、第２基板２２及び第２圧電素子２１の湾曲度合い、ひいては、第２圧電素子２１に与える圧力を調整することができる。

【0033】

第１緩衝材９１は、第１基板１２の中央部分の第１圧電素子１１とは反対側（下側）において、筐体３０の第１部分３１上に配置されている。第１緩衝材９１は、例えばゴム板である。図５に示すように、第１緩衝材９１は、第１圧電素子１１が振動子４０によって押圧された押圧状態で、第１基板１２の中央部分に接触する。一方、図３に示すように、第１圧電素子１１が振動子４０によって押圧されていない非押圧状態で、第１緩衝材９１は、第１基板１２の中央部分との間に隙間を隔てて位置する。第１緩衝材９１は、第１支持部８１と第１基板１２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一（図３に点線で仮想線を図示）の部分で第１基板１２の中央部分に接触する。

【0034】

第２緩衝材９２は、第２基板２２の中央部分の第２圧電素子２１とは反対側（上側）において、筐体３０の第２部分３２の底面に配置されている。図示はしないが、第２緩衝材９２は、第２圧電素子２１が振動子４０によって押圧された押圧状態で、第２基板２２の中央部分に接触する。一方、図１に示すように、第２圧電素子２１が振動子４０によって押圧されていない非押圧状態で、第２緩衝材９２は、第２基板２２の中央部分との間に隙間を隔てて位置する。第２緩衝材９２は、第２支持部８２と第２基板２２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一の部分で第２基板２２の中央部分に接触する。

【0035】

図６及び図７は、本実施の形態に係る振動発電装置１００を示す概略構成図及び制御構成図である。

【0036】

図６に示すように、振動発電装置１００は、複数の振動発電ユニットの一例である３つの振動発電ユニット１，２，３と、制御ユニット１１０とを備える。これらの振動発電ユニット１，２，３は、互いに同一のものを、上述の振動子４０の移動方向である第１方向Ｄ１が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている。なお、振動発電装置１００は、２つ以下の振動発電ユニット又は４つ以上の振動発電ユニットを備えていてもよい。また、振動発電ユニット２，３の各構成は、上述の振動発電ユニット１と同一のものではなく、一部変更されたものであってもよい。

【0037】

例えば、振動発電ユニット２は、上述の振動子４０の移動方向である第１方向Ｄ１が左右方向（第２方向Ｄ２）となるように配置されている。また、振動発電ユニット３は、第１方向Ｄ１が前後方向（第３方向Ｄ３）となるように配置されている。

【0038】

図７に示すように、制御ユニット１１０は、電圧検知部１１１と、蓄電部１１２と、無線通信部１１３とを備える。その他、制御ユニット１１０は、例えば、振動発電装置１００の各部の動作を制御する演算処理装置として機能するプロセッサ（例えばＣＰＵ：Central Processing Unit）やメモリを備えるとよい。このメモリは、例えば、所定の制御プログラムが予め記録されている読み出し専用半導体メモリであるＲＯＭ（Read Only Memory）、プロセッサが各種の制御プログラムを実行する際に必要に応じて作業用記憶領域として使用される随時書き込み読み出し可能な半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）などである。

【0039】

電圧検知部１１１は、例えば、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれの第１基板１２及び第２基板２２に設けられた整流素子によって交流電流から変換された直流電流に基づいて、振動子４０による第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の押圧によって生じた電圧値を検知する検知器である。電圧検知部１１１は、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれにおける電圧値を検知するとよい。この検知された電圧値は、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれの振動量に対応する値をとる。電圧検知部１１１によって検知された電圧値は、継続的に無線通信部１１３によって所定の外部機器に送信されるとよい。或いは、電圧検知部１１１が検知する電圧値が規定値を超えたことや異常振動に対応する所定の電圧変化が生じていることのみが、無線通信部１１３によって所定の外部機器に送信されてもよい。なお、電圧検知部１１１は、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれの第１基板１２上及び第２基板２２上に配置されていてもよい。

【0040】

蓄電部１１２は、例えばバッテリであり、振動子４０による第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の押圧によって発電した電力を蓄電する。この電力は、後述する無線通信部１１３の無線通信に用いられるが、その他にも、例えば、加速度センサ、振動発電装置１００が配置される移動体等の表示ランプなどに用いられてもよい。なお、特に加速度センサが配置される場合には、加速度センサを用いて振動発電ユニット１，２，３の振動量を検出することができるため、電圧検知部１１１を省略してもよい。

【0041】

無線通信部１１３は、外部機器との間で各種情報の授受を行う。無線通信部１１３は、線通信時に、蓄電部１１２に蓄電された電力を用いるとよい。なお、蓄電部１１２が省略された場合であっても、無線通信部１１３は、制御ユニット１１０の回路上のコンデンサなどから得られた電力を用いて無線通信を行うとよい。

【0042】

以上説明した本実施の形態では、振動発電ユニット１は、振動子４０と、この振動子４０の第１方向Ｄ１への移動をガイドするガイド５０と、第１方向Ｄ１における振動子４０の下端４０ａ（一端の一例）によって押圧される第１圧電素子１１と、第１方向Ｄ１における振動子４０の上端４０ｂ（他端の一例）によって押圧される第２圧電素子２１とを備える。第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１のそれぞれは、振動子４０によって押圧される中央部分において振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。

【0043】

このように、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１が、振動子４０側に盛り上がるように湾曲している中央部分において振動子４０によって片側からのみ押圧されるため、例えば上下両側から押圧される態様と比較して、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の反転動作に伴う劣化を抑制することができる。また、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の盛り上がりの度合いを変更することで、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１に与える圧力の調整を容易にすることができる。よって、本実施の形態によれば、耐久性を高めることができるとともに、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１に与える圧力の調整を容易にすることができる。

【0044】

また、本実施の形態では、振動発電ユニット１は、中央部分の振動子４０側（上側）に第１圧電素子１１が配置された第１基板１２と、中央部分の振動子４０側（下側）に第２圧電素子２１が配置された第２基板２２と、第１基板１２の周縁部分が第１方向Ｄ１に直交するように第１基板１２の周縁部分を固定する例えば２つの第１固定部６０と、第２基板２２の周縁部分が第１方向Ｄ１に直交するように第２基板２２の周縁部分を固定する例えば２つの第２固定部７０と、第１基板１２の周縁部分と第１基板１２の中央部分との間において、第１基板１２の中央部分を振動子４０側に盛り上がらせるように第１基板１２を支持する例えば２つの第１支持部８１と、第２基板２２の周縁部分と第２基板２２の中央部分との間において、第２基板２２の中央部分を振動子４０側に盛り上がらせるように第２基板２２を支持する例えば２つの第２支持部８２とを更に備える。

【0045】

これにより、例えば、第１支持部８１及び第２支持部８２の位置や第１固定部６０及び第２固定部７０の第１基板１２又は第２基板２２の固定領域範囲などを変更するという容易な作業で、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の盛り上がりの度合いを変更することができる。したがって、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１に与える圧力の調整をより一層容易にすることができる。

【0046】

また、本実施の形態では、振動発電ユニット１は、第１基板１２の中央部分の第１圧電素子１１とは反対側に配置された第１緩衝材９１と、第１基板１２の中央部分の第２圧電素子２１とは反対側に配置された第２緩衝材９２とを更に備える。第１基板１２の中央部分は、第１圧電素子１１が振動子によって押圧された押圧状態で第１緩衝材９１に接触し、第２基板２２の中央部分は、第２圧電素子２１が振動子４０によって押圧された押圧状態で第２緩衝材９２に接触する。第１緩衝材９１は、第１支持部８１と第１基板１２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一の部分で第１基板１２の中央部分に接触し、第２緩衝材９２は、第２支持部８２と第２基板２２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一の部分で第２基板２２の中央部分に接触する。

【0047】

これにより、第１基板１２（第１圧電素子１１）及び第２基板２２（第２圧電素子２１）が振動子４０によって押圧されて最も押し込まれた状態では、第１基板１２及び第２基板２２が平面状をなし、第１基板１２及び第２基板２２を第１緩衝材９１又は第２緩衝材９２に面接触させて衝撃を緩和することができる。また、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１が振動子４０側に盛り上がった状態から逆側に盛り上がるようには反転しないため、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の劣化を更に抑制することができる。

【0048】

また、本実施の形態では、振動発電装置１００は、複数の振動発電ユニット１，２，３を備え、これらの振動発電ユニット１，２，３は、第１方向Ｄ１が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている。

【0049】

これにより、特に、複数方向に振動が生じる移動体などに振動発電装置１００が配置される場合に、複数方向の振動に基づいて発電を行うことができる。また、電圧検知部１１１などを用いて第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１が出力する電圧値を検知する場合には、検知される電圧値に基づいて複数方向の振動量を判別することができる。

【0050】

次に、本実施の形態の第１～第３変形例に係る振動発電ユニット２０１，３０１，４０１について、図８～図１０を参照しながら説明する。

【0051】

上述の説明では、単一の振動子４０が第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の計２つの圧電素子を押圧する例を用いて説明を行ったが、第１～第３変形例では、単一の振動子２４０，３３０，４３０が６つ（又は４つ）の圧電素子を押圧する例について説明する。

【0052】

まず、図８に示す第１変形例に係る振動発電ユニット２０１の各圧電素子２１１～２１６は、振動子２４０に対して、下部に第１圧電素子２１１、上部に第２圧電素子２１２、左部に第３圧電素子２１３、右部に第４圧電素子２１４、前部に第５圧電素子２１５（図８に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）、後部に第６圧電素子２１６（図８に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）が配置されている。なお、振動発電ユニット２０１の圧電素子の数は、第１圧電素子２１１及び第２圧電素子２１２と、第３圧電素子２１３及び第４圧電素子２１４と、第５圧電素子２１５及び第６圧電素子２１６とのうちいずれかを省略した４つであってもよい。

【0053】

各圧電素子２１１～２１６を保持する構成は、図３に示す第１圧電素子モジュール１０や筐体３０の第１部分３１や第１固定部６０と同一のものを、向きを変えて配置したものとすることができる。そのため、説明を省略する。

【0054】

ガイド２２０は、中空の立方体形状を呈し、振動子２４０を収容することによって、第１方向Ｄ１（上下方向）、第２方向Ｄ２（左右方向）、及び第３方向Ｄ３（前後方向）への振動子２４０の移動をガイドする。また、ガイド２２０は、前部側の上下左右の角において４つのガイド支持部材によって支持され、後部側の上下左右の角において４つのガイド支持部材２３１～２３４（後部側の４つのみ図示）によって移動不能に支持されている。

【0055】

振動子２４０は、ガイド２２０の内部では立方体形状を呈し、上下左右前後の各方向にガイド２２０の外部に延出する例えば円柱形状の延出部２４１～２４６（延出部２４５，２４６は図８に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）を有する。これらの延出部２４１～２４６は、振動子２４０の移動（振動）に伴って第１～第６圧電素子２１１～２１６を押圧する。

【0056】

以上説明した第１変形例では、振動発電ユニット２０１は、第１方向Ｄ１における振動子２４０の一端（延出部２４１，２４２の先端）によって押圧される第１圧電素子２１１及び第２圧電素子２１２に加えて、第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２における振動子２４０の一端（延出部２４３の先端）によって押圧される第３圧電素子２１３と、第２方向Ｄ２における振動子２４０の他端（延出部２４４の先端）によって押圧される第４圧電素子２１４とを備える。ガイド２２０は、振動子２４０の第１方向Ｄ１への移動に加えて、振動子２４０の第２方向Ｄ２への移動もガイドする。

【0057】

これにより、単一の振動子２４０が第１方向Ｄ１のみならず第２方向Ｄ２へも移動するため、上述の実施の形態の振動発電ユニット１を用いる効果、すなわち、耐久性を高めることができるとともに、圧電素子に与える圧力の調整を容易にすることができるという効果に加えて、さらに、簡素な構成で複数方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。

【0058】

また、振動発電ユニット２０１は、第１方向Ｄ及び第２方向Ｄ２に交差する第３方向Ｄ３における振動子２４０の一端（延出部２４５の先端）によって押圧される第５圧電素子２１５と、第３方向Ｄ３における振動子２４０の他端（延出部２４６の先端）によって押圧される第６圧電素子２１６とを更に備える。ガイド２２０は、第３方向Ｄ３への振動子２４０の移動もガイドする。

【0059】

これにより、単一の振動子２４０が第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のみならず第３方向Ｄ３へも移動するため、簡素な構成で３以上の方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。

【0060】

図９に示す第２変形例に係る振動発電ユニット３０１の各圧電素子３１１～３１６は、図８に示す振動発電ユニット２０１と同様に、振動子３３０に対して、下部に第１圧電素子３１１、上部に第２圧電素子３１２、左部に第３圧電素子３１３、右部に第４圧電素子３１４、前部に第５圧電素子３１５（図９に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）、後部に第６圧電素子３１６（図９に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）が配置されている。

【0061】

各圧電素子３１１～３１６を保持する構成は、図３に示す第１圧電素子モジュール１０や筐体３０の第１部分３１や第１固定部６０と同一のものを、向きを変えて配置したものとすることができる。そのため、説明を省略する。

【0062】

振動子３３０は、振動空間の前部側の上下左右の角に配置された４つのガイドと、振動空間の後部側の上下左右の角に配置された４つのガイド３２１～３２４（後部側の４つのみ図示）によって、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３への移動をガイドされている。これらのガイド３２１～３２４は、振動空間の角を挟んで位置する３つのガイド面を有する。

【0063】

振動子３３０は、立方体形状を呈し、上下左右前後の各方向に半球状に突出する突出部３３１～３３６（突出部３３５，３３６は図９に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）を有する。振動子３３０は、振動空間を自由に移動し、突出部３３１～３３６において第１～第６圧電素子３１１～３１６を押圧する。

【0064】

本第２変形例によっても、上述の第１変形例と同様に、簡素な構成で複数方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。

【0065】

図１０に示す第３変形例に係る振動発電ユニット４０１の各圧電素子４１１～４１６は、図８及び図９に示す振動発電ユニット２０１，３０１と同様に、振動子４３０に対して、下部に第１圧電素子４１１、上部に第２圧電素子４１２、左部に第３圧電素子４１３、右部に第４圧電素子４１４、前部に第５圧電素子４１５（図１０に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）、後部に第６圧電素子４１６（図１０に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）が配置されている。

【0066】

各圧電素子４１１～４１６を保持する構成は、図３に示す第１圧電素子モジュール１０や筐体３０の第１部分３１や第１固定部６０と同一のものを、向きを変えて配置したものとすることができる。そのため、説明を省略する。

【0067】

振動子４３０は、振動空間の前部側の上下左右の角に配置された４つのガイドと、振動空間の後部側の上下左右の角に配置された４つのガイド４２１～４２４（後部側の４つのみ図示）によって、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３への移動をガイドされている。これらのガイド４２１～４２４は、振動空間の角を挟んで位置する３つのガイド面を有する。

【0068】

振動子４３０は、球状を呈し、上下左右前後の各端部において第１～第６圧電素子４１１～４１６を押圧する。

【0069】

本第３変形例によっても、上述の第１及び第２変形例と同様に、簡素な構成で複数方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。

【0070】

なお、本発明は、上述の実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、上述の実施の形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0071】

１～３ 振動発電ユニット
１０ 第１圧電素子モジュール
１１ 第１圧電素子
１２ 第１基板
１３ 衝突板
２０ 第２圧電素子モジュール
２１ 第２圧電素子
２２ 第２基板
２３ 衝突板
３０ 筐体
３１ 第１部分
３１ａ，３１ｂ 凸部
３１ｃ 配線孔
３２ 第２部分
３２ａ，３２ｂ 凸部
３２ｃ 配線孔
３３ 第３部分
３３ａ，３３ｂ 凹部
３３ｃ 貫通孔
３３ｃ－１ 大径部
３３ｃ－２ 小径部
４０ 振動子
４０ａ 下端
４０ｂ 上端
５０ ガイド
６０ 第１固定部
６１ 固定ネジ
６２ ブロック
６３ 押さえネジ
７０ 第２固定部
７１ 固定ネジ
７２ ブロック
７３ 押さえネジ
８１ 第１支持部
８２ 第２支持部
９１ 第１緩衝材
９２ 第２緩衝材
１００ 振動発電装置
１１０ 制御ユニット
１１１ 電圧検知部
１１２ 蓄電部
１１３ 無線通信部
２０１ 振動発電ユニット
２１１ 第１圧電素子
２１２ 第２圧電素子
２１３ 第３圧電素子
２１４ 第４圧電素子
２１５ 第５圧電素子
２１６ 第６圧電素子
２２０ ガイド
２３１～２３４ ガイド支持部材
２４０ 振動子
２４１～２４６ 延出部
３０１ 振動発電ユニット
３１１ 第１圧電素子
３１２ 第２圧電素子
３１３ 第３圧電素子
３１４ 第４圧電素子
３１５ 第５圧電素子
３１６ 第６圧電素子
３２１～３２４ ガイド
３３０ 振動子
３３１～３３６ 突出部
４０１ 振動発電ユニット
４１１ 第１圧電素子
４１２ 第２圧電素子
４１３ 第３圧電素子
４１４ 第４圧電素子
４１５ 第５圧電素子
４１６ 第６圧電素子
４２１～４２４ ガイド
４３０ 振動子
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｄ３ 第３方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】