JP2013123291A - 振動力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板の材質が圧電素子の材質よりも硬質である場合であっても、圧電素子の発電効率を維持することができる、振動力発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】振動力発電装置１は、振動による圧力変動により発電する振動力発電装置１であって、相互に間隔５０を隔てて設けられた振動板２０ａ、２０ｂと、振動板２０ａ、２０ｂ同士を接合する圧電素子１０と、を備え、振動板２０ａ、２０ｂの各々を直方体にて形成し、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向が同じ方向となるように、振動板２０ａ、２０ｂを同一直線上に沿って並設し、間隔５０を隔てて対向する振動板２０ａ、２０ｂの端面を相互に接合する圧電素子１０を、当該振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間に配置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動力発電装置に関する。

従来、圧電素子を用いた発電装置が知られている。発電装置は、圧電素子に何らかの方法で外部から力を加えることにより、圧電素子を変形させて発電する。圧電素子を変形させるためには、例えば、圧電素子に振動や風力等による圧力を加えて変形させること（例えば、特許文献１、特許文献２参照）が考えられている。

特開平７−４９３８８号公報 特開平１１−３０３７２６号公報

しかしながら、上述した従来の発電装置においては、圧電素子の発電効率に関して改善の余地があった。例えば、圧電素子の少なくとも一方の側面をすべて覆うように振動板が接合されている場合であって、この振動板の材質が圧電素子の材質よりも硬質である場合には、振動板が圧電素子よりも変形しづらくなり、それに伴って圧電素子の変形量も小さくなることから、圧電素子の発電効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動板の材質が圧電素子の材質よりも硬質である場合であっても、圧電素子の発電効率を維持することができる、振動力発電装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の振動力発電装置は、振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、相互に間隔を隔てて設けられた一対の振動板と、前記一対の振動板同士を接合する圧電素子と、を備える。

また、請求項２に記載の振動力発電装置は、請求項１に記載の振動力発電装置において、前記一対の振動板の各々を直方体にて形成し、各振動板の長手方向が同じ方向となるように、前記一対の振動板を同一直線上に沿って並設し、前記間隔を隔てて対向する前記一対の振動板の端面を相互に接合する前記圧電素子を、当該一対の振動板の端面の相互間に配置している。

また、請求項３に記載の振動力発電装置は、請求項１に記載の振動力発電装置において、前記一対の振動板の各々を直方体にて形成し、各振動板の長手方向が同じ方向となるように、前記一対の振動板を同一直線上に沿って並設し、前記一対の振動板の側面を相互に接合する前記圧電素子を、前記間隔をまたぐように配置している。

また、請求項４に記載の振動力発電装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の振動力発電装置において、前記圧電素子を、保護板を介して前記一対の振動板と接合している。

また、請求項５に記載の振動力発電装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の振動力発電装置において、前記振動板の一部を、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段にて形成している。

また、請求項６に記載の振動力発電装置は、請求項５に記載の振動力発電装置において、前記変形調整手段は、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を抑制する変形抑制手段である。

また、請求項７に記載の振動力発電装置は、請求項５に記載の振動力発電装置において、前記変形調整手段は、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子を押圧することにより当該圧電素子の変形を増長させる変形増長手段である。

請求項１に記載の振動力発電装置によれば、一対の振動板同士を接合する圧電素子を備えたので、振動板の変形が大きくなるところで圧電素子を変形させることができ、圧電素子の一方の側面をすべて覆うように振動板が接合された構造に比べて、圧電素子の変形を一層促進させることができる。これにより、振動板の材質が圧電素子の材質よりも硬質である場合でも、圧電素子の発電効率を維持することができる。

また、請求項２に記載の振動力発電装置によれば、間隔を隔てて対向する一対の振動板の端面を相互に接合する圧電素子を、当該一対の振動板の端面の相互間に配置しているので、通常時において圧電素子が振動板の外側面よりも外側に突出しないことから、振動力発電装置の外観を維持することができる。また、振動力発電装置における振動板の並設方向に略直交する方向の長さをコンパクトにすることができ、振動力発電装置の小型化を図ることができる。

また、請求項３に記載の振動力発電装置によれば、一対の振動板の側面を相互に接合する圧電素子を、間隔をまたぐように配置したので、製造時において圧電素子を容易に取り付けることができると共に、設置後においても圧電素子を容易に取り付けたり、又は取り外すことができ、振動力発電装置の製造性やメンテナンス性を向上させることができる。

また、請求項４に記載の振動力発電装置によれば、圧電素子を、保護板を介して一対の振動板と接合しているので、保護板がないものと比べて圧電素子を大きく引張変形させることができ、圧電素子の発電効率を向上させることができる。また、振動板に作用した外力を圧電素子に均等に伝えることができるので、振動板が受けた外力を直接圧電素子に伝達する場合に比べて、圧電素子に局部的な応力集中による割れ等が生じることを防止できる。

また、請求項５に記載の振動力発電装置によれば、振動板の一部を変形調整手段にて形成したので、使用用途に合わせて圧電素子の変形を抑制又は増長させることができ、設計の自由度を格段に高めることができる。

また、請求項６に記載の振動力発電装置によれば、変形調整手段は、圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を抑制する変形抑制手段であることで、圧電素子の過度な引張変形又は圧縮変形を抑制することができ、そのような引張変形又は圧縮変形による圧電素子の割れ等を防止することができる。

また、請求項７に記載の振動力発電装置によれば、変形調整手段は、圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子を押圧することにより当該圧電素子の変形を増長させる変形増長手段であることで、圧電素子を一層効果的に変形させることができ、振動板の疲労損傷等を防止することができる。

吸音部に代えて実施の形態１に係る振動力発電装置が適用された道路用遮音壁の概略の全体斜視図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 実施の形態２に係る振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 実施の形態３に係るバイモルフ型の振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 実施の形態３に係るユニモルフ型の振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 実施の形態４に係るバイモルフ型の振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 実施の形態４に係るユニモルフ型の振動力発電装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 実施の形態４の変形例に係るバイモルフ型の振動力発電装置の一例を示す図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 実施の形態４の変形例に係るユニモルフ型の振動力発電装置の一例を示す図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。 振動力発電装置の変形例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る振動力発電装置の実施の形態を詳細に説明する。ただし、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔実施の形態１〕
最初に、実施の形態１について説明する。この形態は、間隔を隔てて対向する一対の振動板の端面を相互に接合する圧電素子を、当該一対の振動板の端面の相互間に配置した形態である。

（構成）
実施の形態１に係る振動力発電装置の適用対象は、例えば遮音壁の吸音部、携帯電話機の集音部近傍等が挙げられるが、以下では、振動力発電装置を道路用遮音壁の吸音部に適用した場合を例として説明を行う。

まず、実施の形態１に係る振動力発電装置の構成について説明する。図１は吸音部に代えて実施の形態１に係る振動力発電装置が適用された道路用遮音壁の概略の全体斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。なお、以下の説明では、図１のＸ方向を振動力発電装置の縦方向、図１のＹ方向を振動力発電装置の横方向、図１のＺ方向を振動力発電装置の高さ方向とする。また。図１に示すように、道路用遮音壁には圧電素子１０と、一対の振動板２０とによって構成された振動力発電装置１が複数設けられており、これら振動力発電装置１は相互に同一のものとする。このことから、以下では、図２に示す振動力発電装置１の要部（以下、「振動力発電装置１」と称する）について説明を行うものとする。振動力発電装置１は、圧電素子１０と、振動板２０ａ、２０ｂ（振動板２０ａ、２０ｂは、相互に区別する必要がない場合には「振動板２０」と総称する。後述する実施の形態２〜４の振動板２０ａ、２０ｂも同様とする）とを備えている。

（構成−圧電素子）
図２に示すように、圧電素子１０は、圧力により変形することで電気を生じる素子であり、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニア等の圧電セラミックス、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の圧電単結晶からなる。また、振動力発電装置１に設けられているすべての圧電素子１０は、同一の薄角板状及び厚さにて形成されている。
なお、図示は省略するが、圧電素子１０は、当該圧電素子１０の一方の面にプラス端子、当該圧電素子１０の他方の面にマイナス端子を有し、プラス端子と結線されたプラスリード線と、マイナス端子と結線されたマイナスリード線が引き出され、これらが図示しない制御回路を介して外部機器と接続されることで、当該外部機器に対して電力が供給される。ただし、圧電素子１０と負荷との相互間に公知のブリッジ回路等の各種電気素子を配置してもよい。あるいは、圧電素子１０として、若しくは圧電素子１０に代えて、外力（歪み、屈曲、若しくは圧縮を生じさせる力を含む）により発電が可能な任意の素材を用いることができ、例えば、イオン導電性高分子の膜（ゲル）の両面に金属（金等）をメッキしたイオン高分子金属複合材料（ＩＰＭＣ：Ｉｏｎｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｍｅｔａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）や、イオン導電性高分子ゲル膜（ＩＣＰＦ：Ｉｏｎｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｇｅｌ Ｆｉｌｍ）、あるいは、これらＩＰＭＣやＩＣＰＦを用いた人工筋肉を使用することができる。この点は、後述する他の実施の形態でも同じである。なお、圧電素子１０の設置の詳細については、後述する。

（構成−振動板）
振動板２０ａ、２０ｂは、圧電素子１０に応力を加える支持体である。振動板２０ａ、２０ｂは、ステンレス薄板等の可撓性と耐久性を有する鋼材等からなる。これら振動板２０ａ、２０ｂは、同一の角板状、かつ同一の板面積及び厚さにて形成されている。
ここで、振動板２０ａ、２０ｂの板面積については、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、振動板２０ａ、２０ｂが繰り返し大きな振幅で振動できるように、振動板２０ａ、２０ｂの板面積を圧電素子１０の板面積よりも大きくしている（より具体的には、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向の長さを圧電素子１０の長手方向の長さよりも長くしている）。また、振動板２０ａ、２０ｂの厚さについては、具体的には、実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、振動板２０ａ、２０ｂの厚さを圧電素子１０の厚さよりも厚くしている。

また、図２（ａ）に示すように、間隔５０を隔て振動板２０ａ、２０ｂが設けられている。この場合において、この間隔５０の長さについては、例えば設計発電量から計算される圧電素子１０の長さ程度であることが好ましく、実施の形態１では、後述するように振動板２０ａ、２０ｂの端部と圧電素子１０とが嵌合構造により接合されるので、間隔５０の長さを設計発電量から計算される長さとし、圧電素子１０の長手方向の長さを間隔５０の長さよりも長くしている。
また、振動板２０ａ、２０ｂの配置については、具体的には、図２（ａ）に示すように、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向が同じ方向となるように、振動板２０ａ、２０ｂが同一直線上に沿って並設されている。あるいは、これに限られず、例えば振動板２０ａ、２０ｂが積層状に重合され、当該振動板２０ａ、２０ｂの相互の重心が並設方向に沿って同一直線上に位置するように、当該振動板２０ａ、２０ｂが並設されてもよい。
また、図２（ａ）に示すように、圧電素子１０が振動板２０ａ、２０ｂの端部との相互間に設けられており、振動板２０ａの端部と圧電素子１０、振動板２０ｂの端部と圧電素子１０がそれぞれ嵌合構造や接着剤等により接合されている。

（圧電素子の設置の詳細）
次に、実施の形態１に係る圧電素子１０の設置の詳細について説明する。図２（ａ）に示すように、実施の形態１では、間隔５０を隔てて対向する振動板２０ａ、２０ｂの端面を相互に接合する圧電素子１０は、当該振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間に配置されている。
この場合において、圧電素子１０の配置については、具体的には、図２（ａ）に示すように、圧電素子１０は振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間におけるＸ方向の中央位置に配置されている。あるいは、これに限られず、圧電素子１０は振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間におけるＸ方向の端位置に配置されてもよい。

（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置１の機能は以下の通りである。まず、振動力発電装置１を吸音壁に適用した場合には、道路を車両が走行すること等によって生じる騒音の音エネルギーによって振動板２０ａ、２０ｂを振動変形させ、この振動板２０ａ、２０ｂの変形により圧電素子１０を変形させて、発電を行うことが可能になる。このように、騒音を吸収することに加えて、発電を行うことができるので、この発電を任意の目的で利用（例えば、道路照明や道路標識の電源として利用）することが可能になる。

特に、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧電素子１０と振動板２０ａ、２０ｂとが直列的に接続された構造にて形成されているので、振動板２０ａ、２０ｂの変形が大きくなるところで圧電素子１０を変形させることができ、圧電素子１０の一方の側面をすべて覆うように振動板２０ａ、２０ｂが接合された構造に比べて、圧電素子１０の変形を促進させることができる。

（効果）
このように実施の形態１によれば、振動板２０ａ、２０ｂを接合する圧電素子１０を備えたので、振動板２０ａ、２０ｂの材質が圧電素子１０の材質よりも硬質である場合でも、振動板２０ａ、２０ｂの変形が大きくなるところで圧電素子１０を変形させることができ、圧電素子１０の一方の側面をすべて覆うように振動板２０が接合された構造に比べて、圧電素子１０の変形を促進させることができる。これにより、圧電素子１０の発電効率を維持することができる。

また、間隔５０を隔てて対向する振動板２０ａ、２０ｂの端面を相互に接合する圧電素子１０を、当該振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間に配置しているので、通常時において圧電素子１０が振動板２０ａ、２０ｂの外側面よりも外側に突出しないことから、振動力発電装置１の外観を維持することができる。また、振動力発電装置１のＸ方向の長さをコンパクトにすることができ、振動力発電装置１の小型化を図ることができる。

〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、一対の振動板の側面を相互に接合する圧電素子を、間隔をまたぐように配置した形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。

（構成）
まず、実施の形態２に係る振動力発電装置１０１の構成について説明する。図３は実施の形態２に係る振動力発電装置１０１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置１０１が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置１０１が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置１０１が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。
図３に示すように、振動力発電装置１０１は、圧電素子１０と、振動板２０ａ、２０ｂとを備えている。また、図３（ａ）に示すように、間隔５０を隔て振動板２０ａ、２０ｂが設けられている。そして、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向が同じ方向となるように、振動板２０ａ、２０ｂが同一直線上に沿って並設されている。さらに、圧電素子１０が振動板２０ａにおける道路側の側面と、振動板２０ｂにおける道路側の側面とにそれぞれ対向するように設けられており、この振動板２０ａの側面と圧電素子１０、この振動板２０ｂの側面と圧電素子１０はそれぞれ接着剤やネジ等の固定具等により接合されている。

（圧電素子の設置の詳細）
次に、実施の形態２に係る圧電素子１０の設置の詳細について説明する。図３（ａ）に示すように、実施の形態２では、振動板２０ａにおける道路側の側面と、振動板２０ｂにおける道路側の側面とを相互に接合する圧電素子１０は、間隔５０をまたぐように配置されている。具体的には、振動板２０ａにおける道路側の側面と圧電素子１０における道路側の側面のうち振動板２０ａと対向する部分とが接合され、振動板２０ｂにおける道路側の側面と圧電素子１０における道路側の側面のうち振動板２０ｂと対向する部分とが接合されており、圧電素子１０が振動板２０ａから振動板２０ｂにわたって配置されている。

（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置１０１の機能は以下の通りである。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧電素子１０と振動板２０ａ、２０ｂとが直列的に接続された構造にて形成されているので、振動板２０ａ、２０ｂの変形が大きくなるところで圧電素子１０（具体的には、圧電素子１０における間隔５０をまたぐ部分）を変形させることができ、圧電素子１０の一方の側面をすべて覆うように振動板２０が接合された構造に比べて、圧電素子１０の変形を促進させることができる。

（効果）
このように実施の形態２によれば、振動板２０ａ、２０ｂの側面を相互に接合する圧電素子１０を、間隔５０をまたぐように配置したので、製造時において圧電素子１０を容易に取り付けることができると共に、設置後においても圧電素子１０を容易に取り付けたり、又は取り外すことができ、振動力発電装置１０１の製造性やメンテナンス性を向上させることができる。

〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。この形態は、圧電素子を、保護板を介して一対の振動板と接合した形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。

（構成）
まず、実施の形態３に係る振動力発電装置２０１、３０１の構成について説明する。図４は実施の形態３に係るバイモルフ型の振動力発電装置２０１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置２０１が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置２０１が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置２０１が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。図５は実施の形態３に係るユニモルフ型の振動力発電装置３０１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置３０１が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置３０１が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置３０１が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。ここで、「バイモルフ型」とは、圧電素子１０を後述する保護板３０の両面に貼り付けたものである。また、「ユニモルフ型」とは、圧電素子１０を後述する保護板３０の片面に貼り付けたものである。
図４及び図５に示すように、振動力発電装置２０１、３０１は、圧電素子１０と、振動板２０ａ、２０ｂと、保護板３０とを備えている。また、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、間隔５０を隔て振動板２０ａ、２０ｂとが設けられている。そして、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向が同じ方向となるように、振動板２０ａ、２０ｂが同一直線上に沿って並設されている。

（構成−保護板）
保護板３０は、圧電素子１０の割れ強度を補強するものであり、例えば圧電素子１０は引張応力に対しては非常に弱い構造であるため、その引張応力に対する補強を行うものである。この保護板３０は、圧電素子１０の全体又は一部を覆うように樹脂（ピエソフィルム等）にて形成された板状体である。この保護板３０は、同一の角板状及び厚さにて形成されている。
ここで、保護板３０の板面積については、具体的には、実施の形態３では、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、圧電素子１０全体を覆うように、保護板３０の板面積を圧電素子１０の板面積よりも大きくしている。また、保護板３０の厚さについては、具体的には、実施の形態３では、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、保護板３０の厚さを圧電素子１０が破断等に至る終局引張ひずみ量に安全率を乗じて得た引張ひずみ量から計算される厚さ程度としている。

また、図４（ａ）に示すように、バイモルフ型の振動力発電装置２０１においては、保護板３０における道路側の側面と圧電素子１０ａとが接着剤等により接合されており、保護板３０における道路側とは反対側の側面と圧電素子１０ｂとが接着剤等により接合されている（圧電素子１０ａ、１０ｂは、相互に区別する必要がない場合には「圧電素子１０」と総称する。後述する実施の形態４の圧電素子１０ａ、１０ｂも同様とする）。
また、図５（ａ）に示すように、ユニモルフ型の振動力発電装置３０１においては、保護板３０の道路側の側面と圧電素子１０とが接着剤等により接合されている。

（圧電素子及び保護板の設置の詳細）
次に、実施の形態３に係る圧電素子１０及び保護板３０の設置の詳細について説明する。図４（ａ）に示すように、実施の形態３では、バイモルフ型の振動力発電装置２０１においては、圧電素子１０ａ、１０ｂ及び保護板３０は、振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間に配置されている。そして、これら圧電素子１０ａ、１０ｂは、保護板３０を介して振動板２０ａ、２０ｂと嵌合構造や接着剤等により接合されている。
また、図５（ａ）に示すように、実施の形態３では、ユニモルフ型の振動力発電装置３０１においては、圧電素子１０及び保護板３０は振動板２０ａ、２０ｂにおける道路側の側面に配置されている。そして、この圧電素子１０は、保護板３０を介して振動板２０ａ、２０ｂと接着剤や取付器具等により接合されている。

（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置２０１、３０１の機能は以下の通りである。図４（ｂ）、（ｃ）及び図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧電素子１０を、保護板３０を介して振動板２０ａ、２０ｂと接合しているので、圧電素子１０の引張応力に対する強度を向上させることができ、保護板３０がないものと比べて圧電素子１０を大きく引張変形させることができる。

（効果）
このように実施の形態３によれば、圧電素子１０を、保護板３０を介して振動板２０ａ、２０ｂと接合しているので、保護板３０がないものと比べて圧電素子１０を大きく引張変形させることができ、圧電素子１０の発電効率を向上させることができる。また、振動板２０ａ、２０ｂに作用した外力を圧電素子１０全体に均等に伝えることができるので、振動板２０ａ、２０ｂが受けた外力を直接圧電素子１０に伝達する場合に比べて、圧電素子１０に局部的な応力集中（例えば圧電素子１０における振動板２０ａ、２０ｂの角部と当接する部分）による割れ等が生じることを防止できる。

〔実施の形態４〕
次に、実施の形態４について説明する。この形態は、振動板の一部を、変形調整手段にて形成した形態である。なお、実施の形態３と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態３で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。

（構成）
まず、実施の形態４に係る振動力発電装置４０１、５０１の構成について説明する。図６は実施の形態４に係るバイモルフ型の振動力発電装置４０１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置４０１が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置４０１が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置４０１が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。図７は実施の形態４に係るユニモルフ型の振動力発電装置５０１のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ａ）は振動力発電装置５０１が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置５０１が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置５０１が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。
図６及び図７に示すように、振動力発電装置４０１、５０１は、圧電素子１０と、振動板２０ａ、２０ｂと、保護板３０とを備えている。また、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、間隔５０を隔て振動板２０ａ、２０ｂが設けられている。そして、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向が同じ方向となるように、振動板２０ａ、２０ｂが同一直線上に沿って並設されている。

ここで、図６（ａ）に示すように、バイモルフ型の振動力発電装置４０１においては、保護板３０の道路側の側面と圧電素子１０ａとが接着剤等により接合されており、保護板３０の道路側とは反対側の側面と圧電素子１０ｂとが接着剤等により接合されている。また、図７（ａ）に示すように、ユニモルフ型の振動力発電装置５０１においては、保護板３０の道路側の側面と圧電素子１０とが接着剤等により接合されている。
また、図６（ａ）に示すように、バイモルフ型の振動力発電装置４０１においては、圧電素子１０ａ、１０ｂ及び保護板３０は、振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間に配置されている。そして、これら圧電素子１０ａ、１０ｂは、保護板３０を介して振動板２０ａ、２０ｂと嵌合構造や接着剤等により接合されている。また、図７（ａ）に示すように、ユニモルフ型の振動力発電装置５０１においては、圧電素子１０及び保護板３０は振動板２０ａ、２０ｂにおける道路側の側面に配置されている。そして、この圧電素子１０は、保護板３０を介して振動板２０ａ、２０ｂと接着剤や取付器具等により接合されている。

（構成−振動板）
振動板２０ａ、２０ｂは、変形抑制部２１を備えている。変形抑制部２１は、圧電素子１０の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子１０の変形を抑制する変形抑制手段である。
この変形抑制部２１の構成については、例えば、振動力発電装置４０１、５０１の部品の一部にて形成されてもよい。具体的には、実施の形態４では、図６（ａ）に示すように、振動板２０ａの端部にて変形抑制部２１ａ_１、２１ａ_２が形成され、振動板２０ｂの端部にて変形抑制部２１ｂ_１、２１ｂ_２が形成されている。また、図７（ａ）に示すように、振動板２０ａの端部にて変形抑制部２１ａが形成され、振動板２０ｂの端部にて変形抑制部２１ｂが形成されている（変形抑制部２１ａ、２１ａ_１、２１ａ_２、２１ｂ、２１ｂ_１、２１ｂ_２は、相互に区別する必要がない場合には「変形抑制部２１」と総称する）。あるいは、これに限られず、変形抑制部２１は、振動力発電装置４０１、５０１の部品以外の部品にて形成されてもよい。具体的には、バイモルフ型の振動力発電装置４０１の場合に、振動板２０ａの端部に変形抑制部２１ａ_１、２１ａ_２が別体に形成され、振動板２０ｂの端部にて変形抑制部２１ｂ_１、２１ｂ_２が別体に形成されてもよい。

（圧電素子及び変形抑制部の設置の詳細）
次に、実施の形態４に係る圧電素子１０及び変形抑制部２１の設置の詳細について説明する。図６（ａ）に示すように、実施の形態４では、バイモルフ型の振動力発電装置４０１においては、変形抑制部２１ａ_１、２１ａ_２、２１ｂ_１、２１ｂ_２が圧電素子１０ａ、１０ｂ及び保護板３０を囲むように、保護板３０と接合された圧電素子１０ａ、１０ｂと変形抑制部２１ａ_１、２１ａ_２、２１ｂ_１、２１ｂ_２とは振動板２０ａ、２０ｂの端面との相互間に配置されている。
この場合において、変形抑制部２１の配置については、具体的には、図６（ａ）に示すように、変形抑制部２１ａ_１、２１ｂ_１は振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間における道路側の端位置に配置されている。そして、図６（ｂ）に示すように、圧電素子１０ｂの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａ_１、２１ｂ_１が相互に当接するように、変形抑制部２１ａ_１、２１ｂ_１は対向する位置に配置されている。
また、図６（ａ）に示すように、変形抑制部２１ａ_２、２１ｂ_２は振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間における道路側とは反対側の端位置に配置されている。そして、図６（ｃ）に示すように、圧電素子１０ａの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａ_２、２１ｂ_２が相互に当接するように、変形抑制部２１ａ_２、２１ｂ_２は対向する位置に配置されている。

また、図７（ａ）に示すように、実施の形態４では、ユニモルフ型の振動力発電装置５０１においては、圧電素子１０及び変形抑制部２１ａ、２１ｂが間隔５０を囲むように、圧電素子１０は保護板３０を介して振動板２０ａ、２０ｂにおける道路側の側面と接合するように配置され、変形抑制部２１ａ、２１ｂは振動板２０ａ、２０ｂの端面との相互間に配置されている。
この場合において、変形抑制部２１ａ、２１ｂの配置については、具体的には、図７（ａ）に示すように、変形抑制部２１ａ及び変形抑制部２１ｂは振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間における道路側とは反対側の端位置に配置されている。そして、図７（ｃ）に示すように、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａ、２１ｂが相互に当接するように、変形抑制部２１ａ、２１ｂが対向する位置に配置されている。

このように、振動力発電装置４０１、５０１においては、変形抑制部２１を振動板２０ａ、２０ｂの端面との相互間に配置しているので、通常時において変形抑制部２１が振動板２０ａ、２０ｂの外側面よりも外側に突出しないことから、振動力発電装置４０１、５０１の外観を維持することができると共に、振動力発電装置４０１、５０１のＸ方向の長さをコンパクトにすることができる。

（振動力発電装置の機能）
このように構成された振動力発電装置４０１、５０１の機能は以下の通りである。図６（ｂ）、（ｃ）及び図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、振動力発電装置４０１、５０１においては、振動板２０ａ、２０ｂの端部を変形抑制部２１にて形成したので、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合に対向する変形抑制部２１が当接することにより圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができる。特に、バイモルフ型の振動力発電装置４０１においては、圧電素子１０ｂの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａ_１、２１ｂ_１が相互に当接し（変形抑制部２１ａ_２、２１ｂ_２は相互に当接しない）、圧電素子１０ａの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａ_２、２１ｂ_２が相互に当接するので（変形抑制部２１ａ_１、２１ｂ_１は相互に当接しない）、圧電素子１０ａ、１０ｂの過度な引張変形を抑制することができる。また、ユニモルフ型の振動力発電装置５０１においては、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合にのみ変形抑制部２１ａ、２１ｂが相互に当接するので、圧電素子１０の圧縮変形を自由に許しながら、圧電素子１０の過度な引張変形を抑制することができる。

この他にも、振動力発電装置は、任意の構造にて構成可能である。図８は実施の形態４の変形例に係るバイモルフ型の振動力発電装置６０１の一例を示す図であり、（ａ）は振動力発電装置６０１が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置６０１が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置６０１が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。
図８（ａ）に示すように、この変形例では、バイモルフ型の振動力発電装置６０１においては、保護板３０と接合した圧電素子１０ａ、１０ｂは振動板２０ａ、２０ｂの端面との相互間に配置されており、変形抑制部２１ａ、２１ｂは振動板２０ａ、２０ｂにおける道路側の側面と接合するように配置されている。
この場合において、変形抑制部２１の形状については、具体的には、図８（ａ）に示すように、変形抑制部２１ａは凸状にて形成され、変形抑制部２１ｂは凹状にて形成されている。
また、変形抑制部２１ａ、２１ｂの配置については、具体的には、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧電素子１０ｂの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａと変形抑制部２１ｂの凹状面からなる内側面のうち道路側の側面とが当接し、かつ圧電素子１０ａの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａと変形抑制部２１ｂにおける凹状面からなる内側面のうち道路側とは反対側の側面とが当接するように、変形抑制部２１ａ、２１ｂは対向する位置に配置されている。

このように、バイモルフ型の振動力発電装置６０１においては、変形抑制部２１ａ、２１ｂを嵌合構造とすることにより、圧電素子１０ａ、１０ｂの圧縮変形を抑制する機能を一つに集約することができ、変形抑制部２１の取り付けの手間を省くことができる。

このように構成されたバイモルフ型の振動力発電装置６０１の機能は以下の通りである。図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、バイモルフ型の振動力発電装置６０１においては、圧電素子１０ｂの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａと変形抑制部２１ｂの凹状面からなる内側面のうち道路側の側面とが当接し、圧電素子１０ａの引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１ａと変形抑制部２１ｂにおける凹状面からなる内側面のうち道路側とは反対側の側面とが当接するので、圧電素子１０ａ、１０ｂの過度な引張変形を抑制することができる。

また、図９は実施の形態４の変形例に係るユニモルフ型の振動力発電装置７０１の一例を示す図であり、（ａ）は振動力発電装置７０１が外力を受ける前の状態、（ｂ）は振動力発電装置７０１が道路の内側から外側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態、（ｃ）は振動力発電装置７０１が道路の外側から内側へ向かう方向に沿って外力を受けた状態を示す図である。
図９（ａ）に示すように、この変形例では、ユニモルフ型の振動力発電装置７０１においては、保護板３０と接合した圧電素子１０と、変形増長部２３ａ、２３ｂとは、振動板２０ａ、２０ｂの端面との相互間に配置されている（変形増長部２３ａ、２３ｂは、相互に区別する必要がない場合には「変形増長部２３」と総称する）。
この場合において、変形増長部２３の配置については、具体的には、図９（ａ）に示すように、変形増長部２３ａ、２３ｂは、振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間における道路側の端位置に配置されている。このとき、図９（ａ）に示すように、振動板２０ａ、２０ｂは圧電素子１０と離れて配置してもよく、あるいは振動板２０ａ、２０ｂは圧電素子１０と接触していてもよい。そして、図９（ｂ）に示すように、圧電素子１０の圧縮変形が所定量に達した場合に変形増長部２３ａ、２３ｂが圧電素子１０の圧縮変形する方向に沿って圧電素子１０を押圧可能なように、変形増長部２３ａ、２３ｂの各々は圧電素子１０と対向する位置に配置されている。より具体的には、振動板２０ａ、２０ｂの曲がりが大きくなるにつれて、変形増長部２３ａ、２３ｂの各々と圧電素子１０との離間距離が縮まっていき、圧電素子１０の圧縮変形が所定量に達すると、変形増長部２３ａ、２３ｂの各々と圧電素子１０とが接触し、変形増長部２３ａ、２３ｂの各々が圧電素子１０のＹ方向の中央部付近を押圧可能なように、変形増長部２３ａ、２３ｂの各々は圧電素子１０と対向する位置に配置されている。この場合において、圧電素子１０の圧縮変形が所定量に達する前に、変形増長部２３ａ、２３ｂの各々が当接しないように、変形増長部２３ａ、２３ｂとの相互間に所定の間隔を設けることが好ましい。

このように、ユニモルフ型の振動力発電装置７０１においては、変形増長部２３を振動板２０ａ、２０ｂの端面との相互間に配置しているので、通常時において変形増長部２３が振動板２０ａ、２０ｂの外側面よりも外側に突出しないことから、振動力発電装置７０１の外観を維持することができると共に、振動力発電装置７０１のＸ方向の長さをコンパクトにすることができる。

このように構成された振動力発電装置７０１の機能は以下の通りである。図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、ユニモルフ型の振動力発電装置７０１においては、振動板２０ａ、２０ｂの圧縮変形を大きく変形させなくても、変形増長部２３ａ、２３ｂにより圧電素子１０の圧縮変形を増長させることができ、圧電素子１０を一層効果的に圧縮変形させることができる。

（効果）
このように実施の形態４によれば、振動板２０ａ、２０ｂの端部を変形調整手段にて形成したので、使用用途に合わせて圧電素子１０の変形を抑制又は増長させることができ、設計の自由度を格段に高めることができる。

また、変形調整手段は、圧電素子１０の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子１０の変形を抑制する変形抑制部２１であることで、圧電素子１０の過度な変形を抑制することができ、そのような変形による圧電素子１０の割れ等を防止することができる。

また、変形調整手段は、圧電素子１０の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子１０を押圧することにより当該圧電素子１０の変形を増長させる変形増長部２３であることで、圧電素子１０を一層効果的に変形させることができ、振動板２０ａ、２０ｂの疲労損傷等を防止することができる。

〔実施の形態に対する変形例〕
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

（各実施の形態の組み合わせ）
各実施の形態に示した構成及び制御は、相互に組み合わせることができる。例えば、実施の形態１における振動力発電装置１と実施の形態２における振動力発電装置１０１とを組み合わせてもよい。あるいは、道路用遮音壁に設けられた複数の圧電素子１０の一部の引張変形を抑制したい場合には、実施の形態１における振動力発電装置１又は実施の形態２における振動力発電装置１０１と、実施の形態３における振動力発電装置２０１、３０１又は実施の形態４における振動力発電装置４０１、５０１、６０１、７０１とを組み合わせてもよい。

（圧電素子について）
各実施の形態では、振動力発電装置１に設けられているすべての圧電素子１０は、同一の薄角板状及び厚さにて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一形状及び厚さを有する方形状（例えば三角形、五角形等）、扇状、円形状等にて形成されてもよい。あるいは、異なる形状及び厚さを有する方形状等にて形成されてもよい。

また、各実施の形態における振動力発電装置においては、圧電素子１０の枚数は任意に定めてもよい。図１０は、振動力発電装置の変形例を示す図である。例えば、実施の形態１では、圧電素子１０を一枚として説明したが、図１０に示すように、複数の圧電素子１０が、間隔を隔てて振動板２０ａ、２０ｂの端面の相互間に配置されてもよい。

（振動板について）
各実施の形態では、振動板２０ａ、２０ｂは、同一の角板状、かつ同一の板面積及び厚さにて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一形状及び厚さを有する方形状（例えば三角形、五角形等）、扇状、円形状等にて形成されてもよい。あるいは、異なる形状及び厚さを有する方形状等にて形成されてもよい。

また、各実施の形態では、振動板２０ａ、２０ｂの板面積を、圧電素子１０の板面積よりも大きくしていると説明したが、例えば、振動板２０ａ、２０ｂの板面積を、圧電素子１０の板面積と同一又はそれよりも小さくてもよい（より具体的には、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向の長さが圧電素子１０の長手方向の長さと同一又はそれよりも小さくてもよい）。また、振動板２０ａ、２０ｂの厚さを、圧電素子１０の厚さよりも厚くしていると説明したが、例えば、振動板２０ａ、２０ｂの厚さを、圧電素子１０の厚さと同一又はそれより薄くてもよい。

各実施の形態では、振動板２０ａ、２０ｂの長手方向が同じ方向となるように、振動板２０ａ、２０ｂが同一直線上に沿って並設されていると説明したが、これに限られず、例えば、振動板２０ａ、２０ｂが波形状に沿って並設されてもよい。

（保護板について）
実施の形態４では、バイモルフ型の振動力発電装置４０１においては、保護板３０の両側面と圧電素子１０とが接合されており、ユニモルフ型の振動力発電装置５０１においては、保護板３０の一方の側面と圧電素子１０とが接合されていると説明したが、例えば、これら振動力発電装置４０１、５０１の保護板３０を省略してもよい。

（変形調整手段について）
実施の形態４では、振動力発電装置４０１、５０１の変形抑制部２１の配置については、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合に対向する変形抑制部２１が当接するように、これら変形抑制部２１が対向する位置に配置されていると説明したが、これに限られない。例えば、圧電素子１０の引張変形が所定量に達した場合に変形抑制部２１と圧電素子１０とが当接するように、変形抑制部２１が圧電素子１０と対向する位置に配置されてもよい。
具体的には、バイモルフ型の振動力発電装置４０１においては、圧電素子１０ａの引張変形が所定量に達した場合に、変形抑制部２１ａ_１、２１ｂ_１が圧電素子１０ａの変形方向とは逆方向に沿って圧電素子１０ａを押圧可能なように、変形抑制部２１ａ_１、２１ｂ_１が圧電素子１０ａと対向する位置に配置されてもよい。同様に、圧電素子１０ｂの引張変形が所定量に達した場合に、変形抑制部２１ａ_２、２１ｂ_２が圧電素子１０ｂの引張変形する方向とは逆方向に沿って圧電素子１０ｂを押圧可能なように、変形抑制部２１ａ_２、２１ｂ_２が圧電素子１０ｂと対向する位置に配置されてもよい。

また、実施の形態４の変形例における振動力発電装置７０１においては、圧電素子１０の圧縮変形を増長させるために、振動板２０ａ、２０ｂの端部を変形増長部２３にて形成していると説明したが、これに限られない。例えば、実施の形態４における振動力発電装置５０１の振動板２０ａ、２０ｂに重りを取り付けてもよい。これにより、圧電素子１０の圧縮変形を増長させると共に、変形抑制部２１によって圧電素子１０の引張変形を抑制することができる。

（道路用遮音壁について）
各実施の形態では、道路用遮音壁の種類については、図１に示すように、上下左右の最端部に位置する各圧電素子１０や各振動板２０ａ、２０ｂを道路用遮音壁で固定した構造について説明したが、これに限られない。例えば、図１０の破断部分に示すように、道路用遮音壁を略凹字状にて形成し、この凹字部分の内部に、上下左右の最端部に位置する各振動板２０ａ、２０ｂを挿入するようにしてもよい。この場合において、各振動板２０ａ、２０ｂを完全に固定してもよいが、各振動板２０ａ、２０ｂと道路用遮音壁の凹字部分との相互間に隙間を設けて、各振動板２０ａ、２０ｂが振動するようにしてもよい。また、この凹字部分に、振動板２０ａ、２０ｂではなく、上下左右の最端部に位置する圧電素子１０を挿入するようにしてもよい。

１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１ 振動力発電装置
１０、１０ａ、１０ｂ 圧電素子
２０、２０ａ、２０ｂ 振動板
３０ 保護板
２１、２１ａ、２１ａ_１、２１ａ_２、２１ｂ、２１ｂ_１、２１ｂ_２ 変形抑制部
２３、２３ａ、２３ｂ 変形増長部
５０ 間隔

Claims (7)

1. 振動による圧力変動により発電する振動力発電装置であって、
   相互に間隔を隔てて設けられた一対の振動板と、
   前記一対の振動板同士を接合する圧電素子と、
   を備える振動力発電装置。
2. 前記一対の振動板の各々を直方体にて形成し、
   各振動板の長手方向が同じ方向となるように、前記一対の振動板を同一直線上に沿って並設し、
   前記間隔を隔てて対向する前記一対の振動板の端面を相互に接合する前記圧電素子を、当該一対の振動板の端面の相互間に配置した、
   請求項１に記載の振動力発電装置。
3. 前記一対の振動板の各々を直方体にて形成し、
   各振動板の長手方向が同じ方向となるように、前記一対の振動板を同一直線上に沿って並設し、
   前記一対の振動板の側面を相互に接合する前記圧電素子を、前記間隔をまたぐように配置した、
   請求項１に記載の振動力発電装置。
4. 前記圧電素子を、保護板を介して前記一対の振動板と接合した、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の振動力発電装置。
5. 前記振動板の一部を、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を調整する変形調整手段にて形成した、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の振動力発電装置。
6. 前記変形調整手段は、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子の変形を抑制する変形抑制手段である、
   請求項５に記載の振動力発電装置。
7. 前記変形調整手段は、前記圧電素子の変形が所定量に達した場合に当該圧電素子を押圧することにより当該圧電素子の変形を増長させる変形増長手段である、
   請求項５に記載の振動力発電装置。

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