DE112022000015T5

DE112022000015T5 - Stromerzeuger und Stromerzeugungssystem

Info

Publication number: DE112022000015T5
Application number: DE112022000015.5T
Authority: DE
Inventors: Junichi Hoshino
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2022-11-24
Also published as: WO2022210356A1; CN115413396A; JPWO2022210356A1; US20240206340A1

Abstract

Es wird ein Stromerzeuger bereitgestellt, der ein piezoelektrisches Element (1020, 2020), das eine piezoelektrische Schicht (1021, 2021) und eine erste Elektrode (1015, 2015) und eine zweite Elektrode (1016, 2016) umfasst, die die piezoelektrische Schicht dazwischen einschließen; einen verformbaren Körper (1010, 2010), der einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer ist als ein synthetischer Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements; ein erstes Befestigungselement (1031, 2031), das das piezoelektrische Element (1020, 2020) und den verformbaren Körper (1010, 2010) direkt fixiert; und ein zweites Befestigungselement (1032, 2032), das getrennt von dem ersten Befestigungselement angeordnet ist und das piezoelektrische Element fixiert. Der verformbare Körper (1010, 2010) wird in Bezug auf eine Belastung von außen in einer Richtung verformt, in der ein Abstand zwischen dem ersten Befestigungselement (1031, 2031) und dem zweiten Befestigungselement (1032, 2032) verlängert wird.

Description

[Technischer Bereich]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromerzeuger und ein Stromerzeugungssystem.
Die Priorität wird für die japanische Patentanmeldung Nr. 2021-060787 und die japanische Patentanmeldung Nr. 2021-060507 beansprucht, die am 31. März 2021 eingereicht wurden und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
[Background Art]
Piezoelektrische Elemente, die eine piezoelektrische Keramik wie Bleizirkonattitanat (PZT) oder Bariumtitanat (BaTiO₃) enthalten, piezoelektrische Elemente, die ein piezoelektrisches Polymer wie Polyvinylidendifluorid (PVDF) enthalten, und piezoelektrische Elemente, die einen piezoelektrischen Verbundstoff enthalten, der durch Mischen einer piezoelektrischen Keramik mit einem Harz erhalten wird, sind bekannt.
Da piezoelektrische Polymere und piezoelektrische Verbundwerkstoffe eine Vergrößerung der Oberfläche ermöglichen und flexibel sind, können sie auch auf einer gekrümmten Oberfläche angebracht werden. Aus diesem Grund ist die Anwendung eines piezoelektrischen Elements, das ein piezoelektrisches Polymer oder einen piezoelektrischen Verbundstoff enthält, zu erwarten. Die Patentliteratur 1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Messung der Herzfrequenz eines Menschen oder eines Tieres durch Aufbringen eines piezoelektrischen Elements, das einen piezoelektrischen Verbundstoff enthält, auf einen Sensor.
Es wird erwartet, dass piezoelektrische Elemente in einem Stromerzeuger eingesetzt werden (z. B. Patentliteratur 2). Wenn ein piezoelektrisches Element in einem Stromerzeuger eingesetzt wird, steigt mit der Zunahme des piezoelektrischen Effekts des piezoelektrischen Elements auch die Menge der erzeugten Energie.
Der piezoelektrische Effekt nimmt zu, wenn der Verformungsgrad eines piezoelektrischen Elements zunimmt. Aus diesem Grund wird ein Verfahren zur Erzielung eines signifikanten piezoelektrischen Effekts und einer hohen Stromerzeugung durch Erhöhung des Verformungsgrads eines piezoelektrischen Elements untersucht.
Bei dem in der Patentliteratur 2 beschriebenen Stromerzeuger wird beispielsweise ein Verfahren offenbart , bei dem ein Ende eines piezoelektrischen Elements in Längsrichtung zwischen Trägerkörpern von oben und unten eingeklemmt und an einem freien Ende davon auf der anderen Seite ein Gewicht angebracht wird. Bei dem in Patentschrift 2 offenbarten Verfahren soll das piezoelektrische Element in vertikaler Richtung verformt werden.
Darüber hinaus offenbart z. B. die Nichtpatentliteratur 1 ein Element zur Stromerzeugung durch Einklemmen einer piezoelektrischen Polymerschicht mit jeweils auf beiden Oberflächen ausgebildeten Elektroden zwischen wellenförmigen elastischen Körpern. Bei dem in der Nichtpatentliteratur 1 offenbarten Verfahren soll die piezoelektrische Polymerschicht mit den auf ihren beiden Oberflächen ausgebildeten Elektroden durch die auf die wellenförmigen elastischen Körper ausgeübte Spannung in einer Richtung in der Ebene verformt werden.
[Zitierliste]
[Patentliteratur]

[Patentliteratur 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2016-521917(A)
[Patentliteratur 2] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2009-247128(A)

[Nicht-patentierte Literatur]
[Nichtpatentierte Literatur 1]
Jingjing Zhao, et al., „A Shoe-Embedded Piezoelectric Energy Harvester for Wearable Sensors“ Sensors 2014, 14(7), 12497-12510
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Bei den in der Patentliteratur 1, der Patentliteratur 2 und der Nicht-Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren kann ein piezoelektrisches Element jedoch nicht wesentlich in einer Richtung innerhalb der Ebene verformt werden. Ein piezoelektrisches Element wird wahrscheinlich bessere piezoelektrische Eigenschaften erzielen, wenn es in der Ebene verformt wird, als wenn es senkrecht zur Ebene verformt wird. Darüber hinaus ist das in der Patentliteratur 2 beschriebene Verfahren ein Verfahren, bei dem die Energieerzeugung bei einer bestimmten Frequenz maximiert wird. Trotz der komplizierten Konstruktion mit einem Gewicht ist die Stromerzeugung in einer allgemeinen Umgebung, in der sich die Frequenz ändert, jedoch gering.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorgenannten Probleme gemacht, und ein Ziel davon ist es, einen Stromerzeuger bereitzustellen, bei dem ein Betrag der Stromerzeugung durch signifikante Verformung eines piezoelektrischen Elements in einer Richtung in der Ebene erhöht werden kann, und ein Stromerzeugungssystem, das dies verwendet.
[Lösung des Problems]
(1) Ein Stromerzeuger gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein piezoelektrisches Element, das einen piezoelektrischen Film und eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, die den piezoelektrischen Film dazwischen einschließen; einen verformbaren Körper, der einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer ist als ein synthetischer Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements; ein erstes Befestigungselement, das das piezoelektrische Element und den verformbaren Körper direkt befestigt; und ein zweites Befestigungselement, das von dem ersten Befestigungselement entfernt angeordnet ist und das piezoelektrische Element befestigt. Der verformbare Körper wird in Bezug auf die Belastung von außen in einer Richtung verformt, in der ein Abstand zwischen dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement verlängert wird.
(2) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorangehenden Aspekt kann das zweite Befestigungselement das piezoelektrische Element und den verformbaren Körper direkt befestigen. Der verformbare Körper kann so angeordnet sein, dass er das piezoelektrische Element mit dem ersten Befestigungselement und dem dazwischen liegenden zweiten Befestigungselement überlappt.
(2A) Der Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann ein piezoelektrisches Element mit einer piezoelektrischen Schicht und einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die die piezoelektrische Schicht zwischen sich einschließen, einen verformbaren Körper, der einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer ist als ein synthetischer Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements, und ein erstes Befestigungselement und ein zweites Befestigungselement, die auf einer Außenfläche des piezoelektrischen Elements angeordnet sind und das piezoelektrische Element und den verformbaren Körper fixieren, umfassen. Der verformbare Körper kann so angeordnet sein, dass er das piezoelektrische Element mit dem ersten Fixierelement und dem zweiten Fixierelement überlappt, das von dem ersten Fixierelement dazwischen beabstandet angeordnet ist, und kann in Bezug auf eine Belastung von außen in einer Richtung verformt werden, in der ein Abstand zwischen dem ersten Fixierelement und dem zweiten Fixierelement verlängert wird.
(3) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt können das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement mit einem Endabschnitt des piezoelektrischen Elements in einer Längsrichtung in Kontakt kommen.
(4) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann der verformbare Körper in einer ersten Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, von dem piezoelektrischen Element entfernt angeordnet sein.
(5) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann der verformbare Körper einen Vorsprung aufweisen, der in einer ersten Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, hervorsteht.
(6) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorangehenden Aspekt kann das piezoelektrische Element eine Schutzschicht aufweisen, die mindestens eine Außenfläche der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode überlappt. Ein Elastizitätsmodul der Schutzschicht kann größer sein als ein Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht und kleiner als ein synthetisches Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers.
(7) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann eine Schutzschicht auf einer Oberfläche der Außenflächen des piezoelektrischen Elements auf einer Seite, die dem verformbaren Körper näher ist, angeordnet sein. Die Schutzschicht kann mit dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement in Kontakt kommen und kann einen Elastizitätsmodul aufweisen, der größer als der Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht und kleiner als der synthetische Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers ist.
(8) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt können das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement Klebstoffe sein, deren Elastizitätsmodul größer als der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements ist.
(9) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorangehenden Aspekt können das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement Klebstoffe mit einer Scher-Haftfestigkeit von 10 MPa oder mehr sein.
(10) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann eine piezoelektrische Konstante der piezoelektrischen Schicht in einer Längsrichtung größer sein als eine piezoelektrische Konstante davon in einer Querrichtung. Das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement können in der Längsrichtung der piezoelektrischen Schicht voneinander getrennt angeordnet sein.
(11) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt können das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement einen ersten Teil aufweisen, der zwischen dem piezoelektrischen Element und dem verformbaren Körper angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der den ersten Teil überlappt und mindestens einen Teil des verformbaren Körpers abdeckt.
(12) Ein Stromerzeugungssystem gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet den Stromerzeuger gemäß dem ersten Aspekt.
(13) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorangehenden ersten Aspekt kann der verformbare Körper auf einer ersten Hauptoberflächenseite angeordnet sein, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt. Der Stromerzeuger kann ferner einen Trägerkörper umfassen, der auf einer zweiten Hauptflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist und das piezoelektrische Element trägt. Das erste Befestigungselement kann an der ersten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet sein. Das zweite Befestigungselement kann auf der zweiten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet sein und kann das piezoelektrische Element und den Trägerkörper direkt befestigen. Der Stromerzeuger kann ferner ein drittes Befestigungselement umfassen, das den verformbaren Körper und den Trägerkörper direkt fixiert.
(13A) Der Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann umfassen: ein piezoelektrisches Element, das eine piezoelektrische Schicht sowie eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die die piezoelektrische Schicht zwischen sich einschließen, enthält; einen verformbaren Körper, der auf einer ersten Hauptoberflächenseite angeordnet ist, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, und einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer ist als ein synthetischer Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements; einen Trägerkörper, der auf einer zweiten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist und das piezoelektrische Element trägt; ein erstes Befestigungselement, das auf der ersten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist und das piezoelektrische Element und den verformbaren Körper fixiert; ein zweites Befestigungselement, das auf der zweiten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist und das piezoelektrische Element und den Trägerkörper fixiert; und ein drittes Befestigungselement, das den verformbaren Körper und den Trägerkörper fixiert. Der verformbare Körper kann in Bezug auf die Belastung von außen in einer Richtung verformt werden, in der ein Abstand zwischen dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement verlängert wird.
(14) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann mindestens eines von dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement mit einem Endabschnitt des piezoelektrischen Elements in einer Längsrichtung in Kontakt kommen.
(15) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann das dritte Befestigungselement an einer Außenseite des Endabschnitts des piezoelektrischen Elements angeordnet sein.
(16) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann der verformbare Körper in einer Dickenrichtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, vom piezoelektrischen Element entfernt angeordnet sein.
(17) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann der verformbare Körper einen Vorsprung aufweisen, der in einer Dickenrichtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, hervorsteht.
(18) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorangehenden Aspekt kann das piezoelektrische Element eine Schutzschicht aufweisen, die mindestens eine Außenfläche der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode überlappt. Ein Elastizitätsmodul der Schutzschicht kann größer sein als ein Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht und kleiner als ein synthetisches Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers.
(19) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorangehenden Aspekt kann die Schutzschicht mit mindestens einem der beiden Befestigungselemente in Kontakt kommen.
(20) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt können das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement einen Klebstoff mit einem Elastizitätsmodul enthalten, der größer ist als der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements.
(21) Bei dem Stromerzeuger gemäß dem vorangehenden Aspekt können das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement einen Klebstoff mit einer Scher-Haftfestigkeit von 10 MPa oder mehr aufweisen.
(22) In dem Stromerzeuger gemäß dem vorhergehenden Aspekt kann eine piezoelektrische Konstante der piezoelektrischen Schicht in einer Längsrichtung größer sein als eine piezoelektrische Konstante davon in einer Querrichtung. Das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement können in der Längsrichtung der piezoelektrischen Schicht voneinander getrennt angeordnet sein.
(23) Ein Stromerzeugungssystem gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet den Stromerzeuger gemäß dem ersten Aspekt. Ein Betrag der Verformung des verformbaren Körpers kann innerhalb eines elastischen Verformungsbereiches des verformbaren Körpers und des piezoelektrischen Elements liegen. [Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung]
In einem Stromerzeuger und einem Stromerzeugungssystem gemäß den vorangegangenen Aspekten ist es möglich, die Stromerzeugung zu erhöhen, indem ein piezoelektrisches Element in einer Richtung in der Ebene erheblich verformt wird.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Modifikationsbeispiel 1.
4 ist eine Draufsicht auf einen Stromerzeuger gemäß einem Änderungsbeispiel 2.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einer zweiten Ausführungsform.
6 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Änderungsbeispiel 3.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Änderungsbeispiel 4.
8 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger gemäß dem Änderungsbeispiel 4.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einer dritten Ausführungsform.
10 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger gemäß der dritten Ausführungsform.
11 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Modifikationsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform.
12 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Modifikationsbeispiel 2 der dritten Ausführungsform.
13 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Modifikationsbeispiel 3 der dritten Ausführungsform.
14 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einer vierten Ausführungsform.
15 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einer fünften Ausführungsform.
16 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger gemäß der fünften Ausführungsform.
17 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Änderungsbeispiel 1 der fünften Ausführungsform.
18 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Änderungsbeispiel 2 der fünften Ausführungsform.
19 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einem Modifikationsbeispiel 3 der fünften Ausführungsform.
20 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers gemäß einer sechsten Ausführungsform. [Beschreibung der Ausführungsformen]

Nachfolgend wird die vorliegende Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, können charakteristische Teile der Einfachheit halber vergrößert dargestellt sein, und die Größenverhältnisse oder ähnliches der einzelnen Bestandteile können von den tatsächlichen Werten abweichen. Die in der folgenden Beschreibung aufgeführten Materialien, Abmessungen, Richtungen und dergleichen sind Beispiele. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann in geeigneter Weise geändert und innerhalb eines Bereichs durchgeführt werden, der die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zunächst werden die Richtungen definiert. Wenn ein Stromerzeuger auf einer ebenen Aufstellfläche steht, wird eine Ebene, in der sich ein piezoelektrisches Element 1020 (siehe 1) oder 2020 (siehe 9 und 15), das im Folgenden beschrieben wird, erstreckt, als xy-Ebene bezeichnet. In der Ebene wird die Längsrichtung einer piezoelektrischen Schicht als x-Richtung und die Querrichtung der piezoelektrischen Schicht als y-Richtung bezeichnet. Eine z-Richtung ist eine Richtung, die orthogonal zur x-Richtung und zur y-Richtung verläuft. Die z-Richtung ist ein Beispiel für eine Schichtungsrichtung (Dickenrichtung). Nachfolgend kann eine positive z-Richtung als „nach oben“ und eine negative z-Richtung als „nach unten“ bezeichnet werden. Die positive z-Richtung ist eine Richtung weg vom piezoelektrischen Element 1020 oder 2020. Die Aufwärts- und die Abwärtsrichtung müssen nicht notwendigerweise mit einer Richtung übereinstimmen, in der die Schwerkraft wirkt (vertikale Richtung).
Darüber hinaus bedeutet „in x-Richtung verlaufend“ in dieser Spezifikation, dass eine Länge in x-Richtung länger ist als Längen in anderen Richtungen.
„Erste Verkörperung“
1 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 1100 gemäß einer ersten Ausführungsform, und 2 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger 1100 gemäß der ersten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 1100 hat einen verformbaren Körper 1010, das piezoelektrische Element 1020 und ein Befestigungselement 1030. Das Befestigungselement 1030 hat ein erstes Befestigungselement 1031 und ein zweites Befestigungselement 1032.
[Piezoelektrisches Element]
Das piezoelektrische Element 1020 hat zum Beispiel eine piezoelektrische Schicht 1021, eine erste Elektrode 1022, eine zweite Elektrode 1023 und Schutzschichten 1024 und 1025. Zwischen der ersten Elektrode 1022 und der zweiten Elektrode 1023 befindet sich eine piezoelektrische Schicht in Laminierrichtung.
Das piezoelektrische Element 1020 ist ein flexibles piezoelektrisches Element. Beispielsweise erstreckt sich das piezoelektrische Element 1020 in der xy-Ebene, wenn es auf einer ebenen Aufstellfläche platziert wird.
Der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements 1020 ist kleiner als der Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers 1010, der weiter unten beschrieben wird. Der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements 1020 wird beispielsweise unter den folgenden Bedingungen mit einem Spannungsprüfgerät („Autograph AG-I“, hergestellt von der Shimadzu Corporation) in Übereinstimmung mit JIS K 7113 gemessen.

- Prüfkörper (Hantel Nr. 2) Dicke: 1 mm
- Kreuzkopfgeschwindigkeit: 100 mm/min
- Wägezelle: 100 N
- Messtemperatur: 23°C

Der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements 1020 der vorliegenden Ausführungsform beträgt z. B. etwa 1 GPa bis 15 GPa.
Das piezoelektrische Element 1020 kann so beschaffen sein, dass die piezoelektrische Schicht 1021, die erste Elektrode 1022 und die zweite Elektrode 1023 abwechselnd in z-Richtung geschichtet sind.
(Piezoelektrische Schicht)
Die piezoelektrische Schicht 1021 wird aus einem flexiblen piezoelektrischen Material hergestellt. Die piezoelektrische Schicht 1021 besteht zum Beispiel aus einem piezoelektrischen Polymer oder einem piezoelektrischen Verbundstoff. Beispiele für ein piezoelektrisches Polymer sind Polyvinylidendifluorid (PVDF), ein Copolymer auf Polyvinylidendifluorid-Basis, Polyvinylidencyanid, ein Vinylidencyanid-Copolymer, Nylon wie Nylon 9, Nylon 11 oder Aramid, Polymilchsäure oder Polyhydroxycarbonsäuren wie Polyhydroxybutyrat, ein Cellulosederivat oder Polyharnstoff.
Ein piezoelektrischer Verbundwerkstoff kann ein Verbundwerkstoff sein, der durch Dispergieren eines Pulvers aus piezoelektrischer Keramik mit Teilchengrößen von einigen Mikrometern oder weniger in einem organischen Polymerharz erhalten wird. Das Material und die Art der piezoelektrischen Keramik sind nicht besonders begrenzt, solange eine von außen zugeführte Verschiebung in Elektrizität umgewandelt werden kann oder umgekehrt zugeführte Elektrizität in eine Verschiebung umgewandelt werden kann. Beispiele für Elemente mit diesen Eigenschaften sind Keramik auf Bariumtitanatbasis, Keramik auf Bleititanatbasis, Keramik auf Bleizirkonattitanatbasis (PZT), Keramik auf Bleiniobatbasis, Einkristall aus Lithiumniobat, Einkristall aus Bleizirkonatniobattitanatsäure (PZNT), Einkristall aus Bleimagnesiumniobattitanatsäure (PMNT), Keramik auf Bismuttitanatbasis und Keramik auf Bleimetaniobatbasis.
Beispiele für ein organisches Polymerharz sind Allzweckkunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polytetrafluorethylen (PTFE), ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz (ABS-Harz) und ein Acrylharz; technische Kunststoffe wie Polyamid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat (PET) und thermoplastisches Polyimid; synthetische Kautschuke wie Acrylkautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Isopren-Kautschuk, Urethan-Kautschuk, Butadien-Kautschuk und Silikon-Kautschuk; ein piezoelektrisches Polymer wie Polyvinylidendifluorid (PVDF) und ein Copolymer davon; und ein wärmehärtbares Harz wie ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein Melaminharz und Polyimid.
Zum Beispiel erstreckt sich die piezoelektrische Schicht 1021 in der xy-Ebene, wenn sie auf einer ebenen Ablagefläche platziert wird, hat die Längsrichtung in x-Richtung und die Querrichtung in y-Richtung. Vorzugsweise sind die piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Schicht 1021 in x-Richtung den piezoelektrischen Eigenschaften in y-Richtung und den piezoelektrischen Eigenschaften in z-Richtung überlegen. Das heißt, dass eine piezoelektrische Konstante der piezoelektrischen Schicht 1021 in x-Richtung vorzugsweise größer ist als eine piezoelektrische Konstante in y-Richtung und eine piezoelektrische Konstante in z-Richtung.
Der Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht 1021 ist kleiner als der Elastizitätsmodul der Schutzschicht, der weiter unten beschrieben wird. Der Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht 1021 wird beispielsweise unter den folgenden Bedingungen mit einem Spannungsprüfgerät („Autograph AG-I“, hergestellt von der Shimadzu Corporation) gemäß JIS K 7113 gemessen.

Der Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht 1021 der vorliegenden Ausführungsform beträgt z. B. etwa 1 GPa bis 10 GPa.
(Elektrode)
Die erste Elektrode 1022 und die zweite Elektrode 1023 sind jeweils auf einer der Hauptflächen der piezoelektrischen Schicht 1021 angeordnet und schichten die piezoelektrische Schicht 1021 dazwischen. Als Elektrodenmaterial für die erste Elektrode 1022 oder die zweite Elektrode 1023 kann ein Metall wie Aluminium, Platin, Gold, Silber oder Kupfer oder ein Material verwendet werden, das durch Dispergieren dieser Metalle in einem Harz erhalten wird. Darüber hinaus kann zur Bildung der ersten Elektrode 1022 oder der zweiten Elektrode 1023 ein Verfahren zur physikalischen Abscheidung aus der Dampfphase, ein Druckverfahren oder ähnliches verwendet werden. Bei der Stromerzeugung des Stromerzeugers 1100 wird zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode Strom induziert.
(Schutzschicht)
Jede der Schutzschichten 1024 und 1025 überlappt mindestens eine Außenfläche einer Oberfläche der Hauptoberflächen der ersten Elektrode 1022 und eine Oberfläche der Hauptoberflächen der zweiten Elektrode 1023 und kann auf beiden Oberflächen derselben angeordnet sein. Das heißt, eine der Schutzschichten 1024 und 1025 kann weggelassen werden. Die Oberflächen der Hauptoberflächen der ersten Elektrode 1022 und der zweiten Elektrode 1023, auf denen die Schutzschichten 1024 und 1025 angeordnet werden können, sind Oberflächen auf den von der piezoelektrischen Schicht 1021 entfernten Seiten.
Außerdem können die Schutzschichten 1024 und 1025 Seitenoberflächen der piezoelektrischen Schicht 1021, der ersten Elektrode 1022 und der zweiten Elektrode 1023 bedecken.
Die Elastizitätsmodule der Schutzschichten 1024 und 1025 sind kleiner als der Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers 1010 (der weiter unten beschrieben wird) und größer als der Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht 1021. Die Schutzschichten 1024 und 1025 können beispielsweise durch Laminieren mit einer thermoplastischen Harzschicht wie einer PET-Folie, durch Beschichten mit einem lösungsmittellöslichen Harz oder einem wärmehärtenden Harz durch Streichen oder Tauchen, durch physikalisches Aufdampfen oder chemisches Aufdampfen eines Metalls, Oxids oder Nitrids oder durch Anbringen eines Klebebandes hergestellt werden.
Beispielsweise werden die Elastizitätsmodule der Schutzschichten 1024 und 1025 unter den folgenden Bedingungen mit einem Spannungsprüfgerät („Autograph AG-I“ der Shimadzu Corporation) gemäß JIS K 7113 gemessen.

Die Dicken und die Werte der Elastizitätsmodule der Schutzschichten 1024 und 1025 der vorliegenden Ausführungsform können in geeigneter Weise so gewählt werden, dass ein erforderlicher synthetischer Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements 1020 erhalten wird. Durch die Anordnung solcher Schutzschichten 1024 und 1025 können Spannungen in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Schicht 1021 reduziert und Spannungen in Richtung der Ebene der piezoelektrischen Schicht 1021 wahrscheinlich gemacht werden.
„Fixierendes Mitglied“
Das Befestigungselement 1030 hat das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 und wird beispielsweise aus dem ersten Befestigungselement 1031 und dem zweiten Befestigungselement 1032 gebildet. In dieser Beschreibung können das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 allgemein als das Befestigungselement 1030 bezeichnet werden. Das Befestigungselement 1030 ist ein Material zur Befestigung des verformbaren Körpers 1010 (der weiter unten beschrieben wird) an dem piezoelektrischen Element 1020.
Das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 sind auf einer Oberfläche der Hauptflächen des piezoelektrischen Elements 1020 angeordnet. Das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 sind so angeordnet, dass sie in einer Draufsicht in Laminierrichtung in das piezoelektrische Element 1020 passen. Beispielsweise sind das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 in x-Richtung voneinander entfernt angeordnet. Beispielsweise sind das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 vorzugsweise an Positionen vorgesehen, die in Längsrichtung näher an Endabschnitten des piezoelektrischen Elements 1020 liegen und vorzugsweise mit den Endabschnitten des piezoelektrischen Elements 1020 in Längsrichtung in Kontakt kommen. Auf diese Weise ist es bevorzugt, dass das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 deutlich voneinander entfernt angeordnet sind.
In dem ersten Befestigungselement 1031 und dem zweiten Befestigungselement 1032 werden Endabschnitte auf Seiten, die näher an den Endabschnitten des piezoelektrischen Elements 1020 in Längsrichtung liegen, allgemein als erste Endabschnitte 1035 und 1037 bezeichnet, und ein Endabschnitt des ersten Befestigungselements 1031 auf einer Seite, die näher an dem zweiten Befestigungselement liegt, und ein Endabschnitt des zweiten Befestigungselements 1032 auf einer Seite, die näher an dem ersten Befestigungselement 1031 liegt, werden allgemein als zweite Endabschnitte 1036 bzw. 1038 bezeichnet.
Das Befestigungselement 1030 ist beispielsweise ein Klebstoff aus einem Epoxidharz, einem Acrylharz, einem Urethanharz, α-Cyanoacrylaten oder Ähnlichem. Vorzugsweise ist der Elastizitätsmodul des Befestigungselements 1030 größer als der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements. Darüber hinaus sollte die Scher-Haftfestigkeit des Befestigungselements 1030 10 MPa oder mehr betragen. Da es unwahrscheinlich ist, dass das Befestigungselement 1030 aus einem solchen Material verformt wird und bricht, werden Spannungen von außen wahrscheinlich auf das piezoelektrische Element übertragen. Die Scher-Haftfestigkeit des Befestigungselements 1030 wird z. B. gemäß JIS K 6850 gemessen. Aluminiumplatten (A5052P) mit einer Höhe von 100 mm, einer Breite von 25 mm und einer Dicke von 1 mm werden gleichmäßig mit einer Klebstoffzusammensetzung beschichtet, und es werden Klebstoffprüfkörper gemäß JIS K 6850:1999 hergestellt. Die Prüfkörper werden so geklebt, dass ein überlappender Bereich eines Basismaterials eine Größe von Höhe 12,5 mm x Breite 25 mm hat, und die Dicke einer Klebstoffschicht wird unter Verwendung einer Glasperle als Abstandshalter auf 0,25 mm eingestellt, wodurch die Prüfkörper hergestellt werden. In den hergestellten Klebeproben wird mit einem Zugprüfgerät (Markenname: TENSILON UTA-500, hergestellt von ORIENTEC CO., LTD.) die Scherzugfestigkeit eines Klebeabschnitts gemessen. Die Messung erfolgt in Übereinstimmung mit dem Prüfverfahren für die Scher-Haftfestigkeit von klebend-starr haftendem Zielmaterial in JIS K 6850:1999. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen den Spannfuttern auf 115 mm und die Prüfgeschwindigkeit auf 10 mm/min festgelegt.
„Verformbarer Körper“
Der verformbare Körper 1010 ist an dem piezoelektrischen Element 1020 mit zwei dazwischen liegenden Befestigungselementen 1030 befestigt. In einer Draufsicht in Laminierrichtung überlappt der verformbare Körper 1010 beispielsweise das piezoelektrische Element 1020 und überlappt zumindest einen Teil des ersten Befestigungselements 1031 und des zweiten Befestigungselements 1032.
Wenn der verformbare Körper 1010 und das erste Befestigungselement 1031 einander teilweise überlappen, ist es vorteilhaft, dass der überlappende Teil ein Teil des ersten Befestigungselements 1031 auf einer Seite ist, die näher am zweiten Befestigungselement 1032 liegt. Wenn der verformbare Körper 1010 und das zweite Befestigungselement 1032 einander teilweise überlappen, ist es vorteilhaft, dass der überlappende Teil ein Teil des zweiten Befestigungselements 1032 auf einer Seite ist, die näher am ersten Befestigungselement 1031 liegt. Der verformbare Körper 1010 überdeckt beispielsweise das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 und füllt beispielsweise einen Raum zwischen den zweiten Endabschnitten 1036 und 1038 des ersten Befestigungselements 1031 und des zweiten Befestigungselements 1032 aus. Der verformbare Körper 1010 kommt beispielsweise mit einem Teil der Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 1020 in Kontakt, der das Befestigungselement 1030 nicht überlappt.
Der verformbare Körper 1010 erstreckt sich zum Beispiel in der xy-Ebene. Beispielsweise hat der verformbare Körper 1010 in der Draufsicht in z-Richtung eine rechteckige Form, und die Länge in x-Richtung ist länger als die Länge in y-Richtung. Ein Endabschnitt des verformbaren Körpers 1010 in der positiven x-Richtung wird allgemein als ein erster Endabschnitt 1015 bezeichnet, und ein Endabschnitt davon in der negativen x-Richtung wird allgemein als ein zweiter Endabschnitt 1016 bezeichnet. Zum Beispiel ist der verformbare Körper 1010 so angeordnet, dass er in einer Draufsicht in z-Richtung in das piezoelektrische Element 1020 passt.
Die Größe des verformbaren Körpers 1010 in y-Richtung kann größer sein als die Größe des piezoelektrischen Elements 1020 in y-Richtung.
Für den verformbaren Körper 1010 kann ein Material verwendet werden, dessen Elastizitätsmodul größer ist als der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements 1020. Der verformbare Körper 1010 besteht beispielsweise aus einer Eisenlegierung wie Kohlenstoffstahl oder Edelstahl, einer Kupferlegierung wie Messing, Phosphorbronze, Neusilber oder Berylliumkupfer, einem Metall wie einer Titanlegierung oder einer Nickellegierung wie Inconel; ein Harz wie Kautschuk, Polyacetal, Polycarbonat, Polyamid oder Polyharnstoff; oder ein Harz wie faserverstärkter Kunststoff (FRP), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFRP) oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFRP), der durch Verstärkung eines Harzes mit Glasfasern, Kohlenstofffasern oder ähnlichem erhalten wird.
Zum Beispiel wird der Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers 1010 unter den folgenden Bedingungen mit einem Zugprüfgerät („Autograph AG-I“ der Shimadzu Corporation) gemäß JIS K 7113 gemessen.

Beispielsweise beträgt der Abstand d1 vom ersten Endabschnitt 1015 des verformbaren Körpers 1010 zum zweiten Endabschnitt 1036 des ersten Befestigungselements 1031 das 0,01- bis 0,3-fache der Größe des piezoelektrischen Elements 1020 in x-Richtung und vorzugsweise das 0,02- bis 0,15-fache. Beispielsweise kann ein Abstand d2 von dem zweiten Endabschnitt 1016 des verformbaren Körpers 1010 zu dem zweiten Endabschnitt 1038 des zweiten Befestigungselements 1032 die gleiche Länge wie der Abstand d1 von dem ersten Endabschnitt 1015 des verformbaren Körpers 1010 zu dem zweiten Endabschnitt 1036 des ersten Befestigungselements 1031 annehmen.
Wenn die Spannung von außen aufgebracht wird, wird der verformbare Körper 1010 in einer Richtung verformt, in der sich der Abstand zwischen dem ersten Befestigungselement 1031 und dem zweiten Befestigungselement 1032 verlängert. Zu diesem Zeitpunkt übertragen das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 die vom verformbaren Körper 1010 ausgehende Spannung auf das piezoelektrische Element 1020. Die Richtung der Spannung, die von dem verformbaren Körper 1010 über das erste Befestigungselement 1031 in x-Richtung auf das piezoelektrische Element 1020 übertragen wird, und die Richtung der Spannung, die von dem verformbaren Körper 1010 über das zweite Befestigungselement 1032 in x-Richtung auf das piezoelektrische Element 1020 übertragen wird, sind beispielsweise entgegengesetzt zueinander.
In dem Stromerzeuger 1100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die von außen auf den verformbaren Körper 1010 einwirkende Spannung über das erste Befestigungselement 1031 und das zweite Befestigungselement 1032 auf das piezoelektrische Element 1020 übertragen, so dass das piezoelektrische Element 1020 in der Richtung der Ebene erheblich verformt werden kann. Daher kann in dem Stromerzeuger 1100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein großes Maß an Stromerzeugung erzielt werden.
Der Stromerzeuger 1100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch als Stresssensor verwendet werden, der die Menge der erzielten Stromerzeugung als Ausgang verwendet.
„Änderungsbeispiel 1“
3 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 1100A gemäß einem Modifikationsbeispiel 1. In dem Stromerzeuger 1100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 unterscheiden sich die Form und die Anordnung eines verformbaren Körpers 1010A von denen des Stromerzeugers 1100 gemäß der ersten Ausführungsform. Im Modifikationsbeispiel 1 werden dieselben Bezugszeichen auf dieselben Bestandteile wie bei der ersten Ausführungsform angewandt, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen.
Der verformbare Körper 1010A ist in z-Richtung von dem piezoelektrischen Element 1020 entfernt angeordnet. Der Abstand zwischen dem verformbaren Körper 1010A und dem piezoelektrischen Element 1020 in z-Richtung entspricht z. B. der Dicke des Befestigungselements 1030.
Es ist auch möglich, dass der Stromerzeuger 1100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 ähnliche Effekte erzielt wie der Stromerzeuger 1100 gemäß der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus wird bei dem Stromerzeuger 1100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1, da der verformbare Körper 1010A und das piezoelektrische Element 1020 voneinander beabstandet sind, keine Reibungswärme zwischen dem verformbaren Körper 1010A und dem piezoelektrischen Element 1020 erzeugt. Aus diesem Grund kann die Umwandlung der auf das piezoelektrische Element 1020 übertragenen Spannung in Reibungswärme gedämpft werden. Im Stromerzeuger 1100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 wird das piezoelektrische Element 1020 daher wahrscheinlich stärker verformt.
„Änderungsbeispiel 2“
4 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger 1100B gemäß einem Modifikationsbeispiel 2. Der Stromerzeuger 1100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger gemäß der ersten Ausführungsform durch die Form eines Befestigungselements 1030B. Im Modifikationsbeispiel 2 werden die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Bestandteile wie bei der ersten Ausführungsform angewandt, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen.
Die Form des Befestigungselements 1030B in einer Draufsicht in der Laminierungsrichtung kann eine andere als eine rechteckige Form sein. Die Form des Befestigungselements 1030B in einer Draufsicht in der Laminierungsrichtung kann beispielsweise eine elliptische Form oder eine trapezförmige Form sein. Es ist auch möglich, dass der Stromerzeuger 1100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 ähnliche Effekte wie der Stromerzeuger 1100 gemäß der ersten Ausführungsform erzielt.
„Verfahren zur Herstellung eines Stromerzeugers“
Als nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Stromerzeugers beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung eines Stromerzeugers gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Schritt der Vorbereitung eines piezoelektrischen Elements, einen Schritt des Anbringens eines Befestigungselements an einer Außenfläche eines piezoelektrischen Elements und einen Schritt des Anbringens eines verformbaren Körpers.
Bei der Herstellung eines piezoelektrischen Elements werden ein piezoelektrisches Material, eine Elektrode und eine Schutzschicht in einer vorgegebenen Schichtreihenfolge gebildet.
Eine Schicht aus piezoelektrischem Material wird einer Polung oder Ähnlichem unterzogen, so dass sich die gewünschten piezoelektrischen Eigenschaften einstellen. Es kann eine Schicht aus piezoelektrischem Material verwendet werden, die zu einer Schicht geformt wird, oder ein Grundmaterial, in dem eine Elektrode auf einer Schutzschicht gebildet wird, kann mit einem piezoelektrischen Material beschichtet werden, das sich in einer Lösung aufgelöst hat. Eine Elektrode wird durch die Bildung von Aluminium, Platin, Gold, Silber oder ähnlichem durch ein physikalisches Dampfabscheidungsverfahren oder durch Trocknen oder Sintern nach dem Beschichten einer Paste gebildet, die durch Dispergieren von Silber- oder Kupferpulver in einem Harz und einer Lösung erhalten wurde.
Die Schutzschicht kann z. B. durch Laminieren mit einer thermoplastischen Harzfolie, wie einer PET-Folie, von beiden Oberflächen einer Schicht aus piezoelektrischem Material, in der jeweils auf beiden Oberflächen Elektroden ausgebildet sind, oder durch Beschichten mit einem Harz, das sich in einer Lösung aufgelöst hat, durch Auftragen, Eintauchen oder Ähnliches gebildet werden. Die Schutzschicht kann aus einer Mehrzahl von Schichten bestehen.
Darüber hinaus kann in jeder dieser Schichten eine Mehrzahl von Lagen laminiert werden, so dass eine Schicht aus piezoelektrischem Material elektrisch in Reihe oder parallel mit ihr verbunden ist.
Das Befestigungselement wird beispielsweise durch Aufkleben eines vorbestimmten Klebstoffs an zwei Stellen auf die Hauptoberfläche eines piezoelektrischen Elements gebildet. Es kann ein Befestigungswerkzeug wie eine Schraube oder eine Klemme, ein Klebeband oder Ähnliches verwendet werden.
Wenn ein Metall als verformbarer Körper verwendet wird, wird das Metall im Schritt des Anordnens eines verformbaren Körpers zunächst durch Stanzen, Prägen oder Ähnliches in eine vorbestimmte Form gebracht. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Stelle, die das Befestigungselement überlappt, wenn ein piezoelektrisches Element zur Überlappung gebracht wird, ausgespart werden. Als nächstes werden beide Enden eines Metalls mit einer vorbestimmten Form dazu gebracht, das Befestigungselement zu überlappen, und ein Teil, der das Befestigungselement überlappt, wird gepresst. Wenn ein Harz als verformbarer Körper verwendet wird, kann ein verformbarer Körper unter Verwendung eines gehärteten Harzes durch ein ähnliches Verfahren wie bei der Verwendung eines Metalls als verformbarer Körper gebildet werden, oder ein verformbarer Körper kann durch Beschichtung unter Verwendung eines Druckers, eines Schleuderbeschichters oder dergleichen gebildet werden.
Bei der Herstellung des Stromerzeugers 1100A, bei dem ein verformbarer Körper und ein piezoelektrisches Element voneinander getrennt sind, kann eine Platte, z. B. eine Metallplatte oder eine Kunststoffplatte, zwischen dem ersten Befestigungselement 1031 und dem zweiten Befestigungselement 1032 angeordnet werden, und die Platte kann nach dem Formen des verformbaren Körpers herausgenommen werden.
„Zweite Ausführungsform“
5 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 1100C gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 1100C gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 1100 gemäß der ersten Ausführungsform durch die Form eines verformbaren Körpers 1010C. In dem Stromerzeuger 1100C werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Bestandteile wie in dem Stromerzeuger 1100 verwendet, und eine Beschreibung derselben entfällt.
Der Stromerzeuger 1100C besteht aus dem verformbaren Körper 1010C, dem piezoelektrischen Element 1020 und dem Befestigungselement 1030. Der verformbare Körper 1010C hat zum Beispiel einen Vorsprung 1011, einen ersten Bodenabschnitt 1012 und einen zweiten Bodenabschnitt 1013. Der erste Bodenabschnitt 1012 und der zweite Bodenabschnitt 1013 sind Teile, die das erste Befestigungselement 1031 bzw. das zweite Befestigungselement 1032 in einer Draufsicht in der Laminierungsrichtung überlappen. Vorzugsweise ist die Form des verformbaren Körpers 1010C in x-Richtung symmetrisch.
Der Vorsprung 1011 befindet sich beispielsweise zwischen dem ersten Bodenteil 1012 und dem zweiten Bodenteil 1013. Der Vorsprung 1011 ragt in eine Richtung senkrecht zu einer Oberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element 1020 erstreckt. Der Vorsprung 1011 ist in z-Richtung vom piezoelektrischen Element 1020 entfernt, verglichen mit dem ersten Bodenabschnitt 1012 und dem zweiten Bodenabschnitt 1013. Die Form des Vorsprungs 1011 kann beliebig festgelegt werden, aber eine Querschnittsform davon ist eine gekrümmte Form, wie zum Beispiel eine Bogenform. Vorzugsweise hat der Vorsprung 1011 eine Form, die den ersten Bodenabschnitt 1012 und den zweiten Bodenabschnitt 1013 in einer Draufsicht in z-Richtung nicht überlappt.
Der Abstand h zwischen dem Vorsprung 1011 und dem piezoelektrischen Element 1020 ist größer als der Abstand zwischen den Außenflächen des ersten Bodenteils 1012 und des zweiten Bodenteils 1013, die in der positiven z-Richtung freiliegen, und dem piezoelektrischen Element 1020. Beispielsweise muss der Abstand h zwischen dem Vorsprung 1011 und dem piezoelektrischen Element 1020 nur das 2- bis 200-fache des Abstands zwischen den Außenflächen des ersten Bodenabschnitts 1012 und des zweiten Bodenabschnitts 1013, die in der positiven z-Richtung freiliegen, und dem piezoelektrischen Element 1020 betragen. Der Abstand h zwischen dem Vorsprung 1011 und dem piezoelektrischen Element 1020 kann 2,5 mm bis 100 mm oder 5 mm bis 50 mm betragen.
Der Abstand h zwischen dem Vorsprung 1011 und dem piezoelektrischen Element 1020 kann in Abhängigkeit von der Länge des piezoelektrischen Elements 1020, des verformbaren Körpers 1010C, des ersten Bodenteils 1012 oder des zweiten Bodenteils 1013 in x-Richtung, der Größe der darauf ausgeübten Spannung, dem Material des verformbaren Körpers oder dem Ausmaß der erforderlichen Verformung in geeigneter Weise verändert werden.
Für den verformbaren Körper 1010C kann beispielsweise eine Legierung auf Eisenbasis wie Kohlenstoffstahl oder Edelstahl, eine Legierung auf Kupferbasis wie Messing, Phosphorbronze, Neusilber oder Berylliumkupfer, ein Metall wie eine Titanlegierung oder eine Nickellegierung wie Inconel verwendet werden; ein Harz wie Kautschuk, Polyacetal, Polycarbonat, Polyamid oder Polyharnstoff; oder ein Harz wie faserverstärkter Kunststoff (FRP), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFRP) oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFRP), der durch Verstärkung eines Harzes mit Glasfasern, Kohlenstofffasern oder ähnlichem erhalten wird.
Die Dicke des verformbaren Körpers 1010C beträgt zum Beispiel 0,05 mm bis 10 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 4,0 mm und besonders bevorzugt 0,25 mm bis 2 mm.
Es ist auch möglich, dass der Stromerzeuger 1100C gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Effekte wie der Stromerzeuger 1100 gemäß der ersten Ausführungsform erzielt. Darüber hinaus hat der verformbare Körper 1010C im Stromerzeuger 1100C den Vorsprung 1011 und einen Teil mit einer Form, die in Richtung des Befestigungselements 1030 von dem vorstehenden Teil geneigt ist. Aus diesem Grund wird, wenn Spannung auf den Vorsprung 1011 ausgeübt wird, die Spannung in der positiven x-Richtung wahrscheinlich über das erste Befestigungselement 1031 auf das piezoelektrische Element 1020 übertragen, und die Spannung in der negativen x-Richtung wird wahrscheinlich auf das zweite Befestigungselement 1032 übertragen.
„Änderungsbeispiel 3“
6 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 1100D gemäß einem Modifikationsbeispiel 3. Der Stromerzeuger 1100D gemäß dem Modifikationsbeispiel 3 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 1100C gemäß der zweiten Ausführungsform durch die Form eines verformbaren Körpers 1010D. In dem Stromerzeuger 1100D werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Bestandteile wie in dem Stromerzeuger 1100C verwendet, und eine Beschreibung derselben entfällt.
Der verformbare Körper 1010D hat zum Beispiel einen Vorsprung 1011D, den ersten Bodenabschnitt 1012 und den zweiten Bodenabschnitt 1013. Der Vorsprung 1011D hat zum Beispiel eine gebogene Querschnittsform. Er hat zum Beispiel eine polygonale Form. Beispielsweise umfasst der Vorsprung 1011D eine Mehrzahl von Scheitelpunkten A1011 und A1012, die in positiver z-Richtung freiliegen. Darüber hinaus hat der Vorsprung 1011D einen oberen Sehnenabschnitt 1111 und geneigte Abschnitte 1112 und 1113. Der obere Sehnenabschnitt 1111 ist beispielsweise ein Teil, der sich parallel zum piezoelektrischen Element 1020 und in x-Richtung erstreckt. Der geneigte Abschnitt 1112 ist beispielsweise ein Element, das den oberen Sehnenabschnitt 1111 und den ersten Bodenabschnitt 1012 miteinander verbindet und sich vom Scheitelpunkt A1011 in Richtung des ersten Befestigungselements 1031 erstreckt. Der geneigte Abschnitt 1113 ist zum Beispiel ein Element, das den oberen Gurtabschnitt 1111 und den zweiten unteren Abschnitt 1013 miteinander verbindet und sich vom Scheitelpunkt A1012 in Richtung des zweiten Befestigungselements 1032 erstreckt.
6 hat ein Beispiel gezeigt, bei dem sich die geneigten Abschnitte linear erstrecken, aber der Stromerzeuger 1100D ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann in dem Stromerzeuger 1100D jeder der geneigten Abschnitte 1112 und 1113 eine Struktur aufweisen, in der eine Mehrzahl von sich linear erstreckenden Elementen kombiniert ist. Das heißt, die Scheitelpunkte können in den geneigten Abschnitten 1112 und 1113 enthalten sein.
Es ist auch möglich, dass der Stromerzeuger 1100D gemäß dem Modifikationsbeispiel 3 ähnliche Effekte erzielt wie der Stromerzeuger 1100C gemäß der zweiten Ausführungsform.
„Änderungsbeispiel 4“
7 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 1100E gemäß einem Änderungsbeispiel 4, und 8 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger 1100E gemäß dem Änderungsbeispiel 4. Der Stromerzeuger 1100E gemäß dem Modifikationsbeispiel 4 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 1100C gemäß der zweiten Ausführungsform durch die Form eines ersten Befestigungselements 1031E und eines zweiten Befestigungselements 1032E. In dem Stromerzeuger 1100E werden die gleichen Bezugszeichen für ähnliche Konstruktionen wie in dem Stromerzeuger 1100C verwendet, und eine Beschreibung derselben entfällt.
Der Stromerzeuger 1100E hat einen verformbaren Körper 1010E, das piezoelektrische Element 1020 und ein Befestigungselement 1030E.
Der verformbare Körper 1010E hat in der Draufsicht in z-Richtung z. B. eine ovale Form. Das vorliegende Änderungsbeispiel wird anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem eine Form in einer Draufsicht in z-Richtung eine ovale Form ist, wie in 7 dargestellt, aber es kann auch eine rechteckige Form oder ähnliches sein. Zum Beispiel sind in dem verformbaren Körper 1010E die Endabschnitte eines ersten Bodenabschnitts 1012E und eines zweiten Bodenabschnitts 1013E in x-Richtung abgerundet. Auf diese Weise können der erste Bodenabschnitt 1012E und der zweite Bodenabschnitt 1013E eine Bogenform aufweisen. In dem verformbaren Körper 1010E können sowohl der erste Bodenabschnitt 1012E als auch der zweite Bodenabschnitt 1013E mindestens eines der Durchgangslöcher H1 und H2 aufweisen, und sowohl der erste Bodenabschnitt 1012E als auch der zweite Bodenabschnitt 1013E können zwei oder mehr Durchgangslöcher aufweisen. Die Durchgangslöcher H1 und H2 durchdringen den ersten Bodenabschnitt 1012E bzw. den zweiten Bodenabschnitt 1013E in der z-Richtung.
In jedem des ersten Bodenabschnitts 1012E und des zweiten Bodenabschnitts 1013E ist eine belegte Fläche des Durchgangslochs in einer Draufsicht in z-Richtung zum Beispiel halb so groß oder kleiner als die Fläche jedes des ersten Bodenabschnitts 1012E und des zweiten Bodenabschnitts 1013E. Aufgrund der Beschaffenheit, bei der die Fläche des Durchgangslochs nicht übermäßig groß ist, ist es möglich, eine Verschlechterung der Verbindungskraft und der Festigkeit oder das Auftreten einer unerwarteten Spannungskonzentration zu verhindern. Außerdem kann ein Teil, der das Durchgangsloch des verformbaren Körpers 1010E im Befestigungselement 1030E überlappt, ein Durchgangsloch aufweisen. Da der verformbare Körper 1010E eine Durchgangsbohrung aufweist, ist es möglich, eine Elektrode (Verdrahtung) aus dem piezoelektrischen Element einfach durch diese Bohrung herauszuziehen.
Zum Beispiel ist das erste Befestigungselement 1031E ein integriertes Befestigungselement. Zum Beispiel hat das erste Befestigungselement 1031E einen ersten Teil 1031Ea, der in der negativen z-Richtung des ersten Bodenabschnitts 1012E des verformbaren Körpers positioniert ist, einen zweiten Teil 1031Eb, der in der positiven z-Richtung des ersten Bodenabschnitts 1012E des verformbaren Körpers positioniert ist, und einen Teil, der sich in der gleichen Ebene wie der erste Bodenabschnitt 1012E des verformbaren Körpers erstreckt. Zum Beispiel ist das zweite Befestigungselement 1032E ein integriertes Befestigungselement. Beispielsweise hat das zweite Befestigungselement 1032E einen ersten Teil 1032Ea, der in der negativen z-Richtung des zweiten Bodenabschnitts 1013E des verformbaren Körpers positioniert ist, einen zweiten Teil 1032Eb, der in der positiven z-Richtung des zweiten Bodenabschnitts 1013E des verformbaren Körpers positioniert ist, und einen Teil, der sich in der gleichen Ebene wie der zweite Bodenabschnitt 1013E des verformbaren Körpers erstreckt. Zum Beispiel können sich in einer Draufsicht in z-Richtung das erste Befestigungselement 1031E und das zweite Befestigungselement 1032E in positiver x-Richtung und negativer x-Richtung über den ersten Endabschnitt 1015 bzw. den zweiten Endabschnitt 1016 hinaus erstrecken. Beispielsweise sind die ersten Teile 1031Ea und 1032Ea zwischen dem piezoelektrischen Element 1020 und dem verformbaren Körper 1010E angeordnet. Die zweiten Teile 1031Eb und 1032Eb bedecken zumindest einen Teil des verformbaren Körpers 1010E. In einer Draufsicht in z-Richtung sind die zweiten Teile 1031Eb und 1032Eb beispielsweise so angeordnet, dass sie den ersten Bodenabschnitt 1012E und den zweiten Bodenabschnitt 1013E des verformbaren Körpers 1010E überlappen. Das Befestigungselement 1030E kann ferner dritte Teile aufweisen, die in den Durchgangslöchern H1 und H2 untergebracht sind. In 7 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem das erste Befestigungselement 1031E und das zweite Befestigungselement 1032E einen Teil aufweisen, der sich in derselben Ebene wie der erste Bodenabschnitt 1012E und der zweite Bodenabschnitt 1013E erstreckt, aber sie können auch ohne diesen Teil sein.
Das Befestigungselement 1030E kann in y-Richtung größer sein als der verformbare Körper. Darüber hinaus ist das Befestigungselement 1030E so angeordnet, dass es in y-Richtung in das piezoelektrische Element 1020 passt.
Es ist auch möglich, dass der Stromerzeuger 1100E gemäß dem Modifikationsbeispiel 4 ähnliche Effekte wie der Stromerzeuger 1100C gemäß der zweiten Ausführungsform erzielt. Da der verformbare Körper 1010E durch das Befestigungselement 1030E in der Laminierungsrichtung eingeschlossen ist und das Befestigungselement 1030E einen Teil aufweist, der den verformbaren Körper 1010E in einer Draufsicht in z-Richtung nicht überlappt, kann außerdem das Ablösen des Befestigungselements 1030E eingedämmt werden.
Der verformbare Körper 1010C, 1010D oder 1010E, der in dem Stromerzeuger gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird, kann z. B. durch Bearbeitung einer Metallplatte in eine vorbestimmte Form mit Hilfe einer Biegemaschine hergestellt werden.
In der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen wurde beispielhaft die Anordnung eines Stromerzeugers auf einer ebenen Aufstellfläche dargestellt, er kann aber auch auf einer nicht ebenen Aufstellfläche angeordnet werden. Beispielsweise können die Stromerzeuger gemäß den vorstehenden Ausführungsformen auch auf einer gekrümmten Aufstellfläche oder dergleichen aufgestellt werden. Wenn die Stromerzeuger gemäß den vorstehenden Ausführungsformen auf einer gekrümmten Oberfläche platziert werden, kann mindestens einer von dem ersten Bodenabschnitt 1012, dem zweiten Bodenabschnitt 1013 und dem piezoelektrischen Element 1020 des verformbaren Körpers 1010 eine Form entlang einer gekrümmten Oberfläche haben, oder alle können eine Form entlang einer gekrümmten Oberfläche haben. Das heißt, der erste Bodenabschnitt 1012, der zweite Bodenabschnitt 1013 und das piezoelektrische Element 1020 des verformbaren Körpers 1010 können eine Form haben, die der Form der Platzierungsfläche entspricht. Darüber hinaus kann auch das Befestigungselement 1030 eine Form haben, die der Form der Aufstellfläche entspricht.
[Stromerzeugungssystem]
Die Stromerzeugung kann unter Verwendung der Stromerzeuger gemäß den vorangehenden Ausführungen erfolgen. Beispielsweise umfasst ein Stromerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Stromerzeuger gemäß den vorangehenden Ausführungsformen und einen Mechanismus zum Aufbringen von Spannung, der Spannung auf einen verformbaren Körper des Stromerzeugers ausübt. Das Stromerzeugungssystem kann eine Mehrzahl von Stromerzeugern umfassen, die elektrisch miteinander verbunden sind, und Belastungsmechanismen, die so viele sind wie die Anzahl der Stromerzeuger.
Beispielsweise führt das Stromerzeugungssystem die Stromerzeugung durch, indem es den verformbaren Körper, der in dem Stromerzeuger enthalten ist, unter Verwendung des Mechanismus zum Aufbringen von Spannung belastet. Beispielsweise werden bei einer von außen auf den verformbaren Körper ausgeübten Spannung die Verformungsbeträge des verformbaren Körpers und des piezoelektrischen Elements innerhalb eines elastischen Bereichs gesteuert. Das heißt, die von außen auf den verformbaren Körper aufgebrachte Spannung ist kleiner als die Streckgrenze des verformbaren Körpers und des piezoelektrischen Elements.
In dem Stromerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Elastizität des verformbaren Körpers 1010 beibehalten werden, da die Stärke der Spannung kontrolliert wird, und eine effiziente Stromerzeugung kann wiederholt durchgeführt werden.
„Dritte Ausführungsform“
9 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 2100 gemäß einer dritten Ausführungsform, und 10 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger 2100 gemäß der dritten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 2100 hat einen verformbaren Körper 2010, das piezoelektrische Element 2020, ein Befestigungselement 2030 und einen Trägerkörper 2040. Das Befestigungselement 2030 hat ein erstes Befestigungselement 2031, ein zweites Befestigungselement 2032 und ein drittes Befestigungselement 2033.
(Piezoelektrisches Element)
Das piezoelektrische Element 2020 hat zum Beispiel eine piezoelektrische Schicht 2021, eine erste Elektrode 2022, eine zweite Elektrode 2023 und Schutzschichten 2024 und 2025. Die erste Elektrode 2022 und die zweite Elektrode 2023 schieben die piezoelektrische Schicht in Dickenrichtung dazwischen.
Das piezoelektrische Element 2020 ist ein flexibles piezoelektrisches Element. Beispielsweise ist das piezoelektrische Element 2020 so geformt, dass es sich in der xy-Ebene erstreckt, wenn es auf einer ebenen Ablagefläche platziert wird. Ein Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 2020 in der negativen x-Richtung wird allgemein als innerer Endabschnitt 2020e bezeichnet. Beispielsweise kann der Abstand d2 vom inneren Endabschnitt 2020e des piezoelektrischen Elements 2020 zu einem zweiten Endabschnitt 2038 des zweiten Befestigungselements 2032 das 0,01- bis 0,3-fache der Größe des piezoelektrischen Elements in der x-Richtung betragen, vorzugsweise das 0,02- bis 0,15-fache.
Der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements 2020 kann nach der gleichen Methode gemessen werden, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
(Piezoelektrische Schicht)
Die in der ersten Ausführungsform verwendete piezoelektrische Schicht 1021 kann als piezoelektrische Schicht 2021 der dritten Ausführungsform verwendet werden.
Der Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht 2021 kann nach der gleichen Methode gemessen werden, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
(Elektrode)
Die erste Elektrode 2022 und die zweite Elektrode 2023 sind auf der einen bzw. der anderen Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 2021 angeordnet, und die piezoelektrische Schicht 2021 ist zwischen der ersten Elektrode 2022 und der zweiten Elektrode 2023 eingeschlossen. Die anderen Bestandteile sind ähnlich wie die der ersten Elektrode 1022, der zweiten Elektrode 1023 und des Stromerzeugers 1100 in der ersten Ausführungsform.
(Schutzschicht)
Die Schutzschichten 2024 und 2025 können so ausgebildet sein, dass sie mindestens eine Außenfläche der Hauptoberfläche der ersten Elektrode 2022 und der Hauptoberfläche der zweiten Elektrode 2023 überlappen, oder sie können auf beiden Oberflächen angeordnet sein. Andere Zusammensetzungen, ein Verfahren zur Messung eines Elastizitätsmoduls und ähnliches sind ähnlich wie bei den Schutzschichten 1024 und 1025 in der ersten Ausführungsform.
(Feststellendes Mitglied)
Das Befestigungselement 2030 besteht aus dem ersten Befestigungselement 2031, dem zweiten Befestigungselement 2032 und dem dritten Befestigungselement 2033. In dieser Beschreibung können das erste Befestigungselement 2031, das zweite Befestigungselement 2032 und das dritte Befestigungselement 2033 allgemein als das Befestigungselement 2030 bezeichnet werden. Das Befestigungselement 2030 ist ein Material zur Befestigung des verformbaren Körpers 2010 (der weiter unten beschrieben wird), des piezoelektrischen Elements 2020 und des Trägers 2040 aneinander.
Das erste Befestigungselement 2031 ist auf einer ersten Hauptfläche 20a des piezoelektrischen Elements 2020 angeordnet. Das zweite Befestigungselement 2032 ist auf einer zweiten Hauptoberfläche 2020b des piezoelektrischen Elements 2020 angeordnet. Das dritte Befestigungselement 2033 ist zwischen dem verformbaren Körper 2010 (der weiter unten beschrieben wird) und dem Trägerkörper 2040 auf einer ersten Hauptoberfläche 2040a des Trägerkörpers 2040 mit einem vorgegebenen Abstand zum inneren Endabschnitt 2020e des piezoelektrischen Elements 2020 angeordnet.
Das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032 sind so angeordnet, dass sie in einen Formationsbereich des piezoelektrischen Elements 2020 in einer Draufsicht in Dickenrichtung passen. Darüber hinaus ist das dritte Befestigungselement 2033 an einer Außenseite des Endabschnitts des piezoelektrischen Elements 2020 angeordnet.
Zum Beispiel sind das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032 in x-Richtung voneinander entfernt angeordnet. Beispielsweise sind das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032 vorzugsweise an Positionen in der Nähe der Endabschnitte des piezoelektrischen Elements 2020 in der Längsrichtung vorgesehen und kommen vorzugsweise in Kontakt mit den Endabschnitten des piezoelektrischen Elements 2020 in der Längsrichtung. Auf diese Weise kann das piezoelektrische Element 2020 erheblich verformt werden, wenn das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032 weit voneinander entfernt angeordnet sind.
In der folgenden Beschreibung werden Endabschnitte des ersten Befestigungselements 2031 und des zweiten Befestigungselements 2032 auf Seiten, die in Längsrichtung näher an den Endabschnitten des piezoelektrischen Elements 2020 liegen, allgemein als erste Endabschnitte 2035 und 2037 bezeichnet, und ein Endabschnitt des ersten Befestigungselements 2031 auf einer Seite, die näher am zweiten Befestigungselement liegt, und ein Endabschnitt des zweiten Befestigungselements 2032 auf einer Seite, die näher am ersten Befestigungselement 2031 liegt, werden allgemein als zweite Endabschnitte 2036 bzw. 2038 bezeichnet.
Das Material, das Verfahren zur Prüfung der Scher-Haftfestigkeit und dergleichen des Befestigungselements 2030 entsprechen denen des Befestigungselements 1030 der ersten Ausführungsform.
(Verformbarer Körper)
In dem verformbaren Körper 2010 ist ein Ende an dem piezoelektrischen Element 2020 mit dem ersten Befestigungselement 2031 dazwischen befestigt, und das andere Ende ist an dem Trägerkörper 2040 mit dem dritten Befestigungselement 2033 dazwischen befestigt. In einer Draufsicht in Dickenrichtung überlappt der verformbare Körper 2010 beispielsweise den Trägerkörper 2040 und überlappt zumindest einen Teil des dritten Befestigungselements 2033, das piezoelektrische Element 2020 sowie das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032, die darin ausgebildet sind.
Wenn der verformbare Körper 2010 und das erste Befestigungselement 2031 einander teilweise überlappen, ist es vorteilhaft, dass der überlappende Teil ein Teil des ersten Befestigungselements 2031 auf einer Seite ist, die näher am zweiten Befestigungselement 2032 liegt. Ähnlich ist es, wenn der verformbare Körper 2010 und das dritte Befestigungselement 2033 einander teilweise überlappen, bevorzugt, dass der überlappende Teil ein Teil des dritten Befestigungselements 2033 auf einer Seite näher am zweiten Befestigungselement 2032 ist.
Der verformbare Körper 2010 der vorliegenden Ausführungsform überdeckt das erste Befestigungselement 2031 und das dritte Befestigungselement 2033 und füllt beispielsweise einen Raum zwischen den zweiten Endabschnitten 2036 und 2038 des ersten Befestigungselements 2031 und des zweiten Befestigungselements 2032 aus. Beispielsweise kommt der verformbare Körper 2010 mit einem Teil der ersten Hauptoberfläche 20a des piezoelektrischen Elements 2020 in Kontakt, der das erste Befestigungselement 2031 nicht überlappt. Außerdem kommt der verformbare Körper 2010 beispielsweise mit einem Teil der ersten Hauptoberfläche 2040a des Trägerkörpers 2040, der das piezoelektrische Element 2020 nicht überlappt, und dem dritten Befestigungselement 2033 in Berührung.
Zum Beispiel ist der verformbare Körper 2010 so geformt, dass er sich entlang der xy-Ebene erstreckt. Zum Beispiel hat der verformbare Körper 2010 in der Draufsicht in z-Richtung eine rechteckige Form, und die Länge in x-Richtung ist länger als die Länge in y-Richtung. Ein Endabschnitt des verformbaren Körpers 2010 in der positiven x-Richtung wird allgemein als ein erster Endabschnitt 2015 bezeichnet, und der andere Endabschnitt davon wird allgemein als ein zweiter Endabschnitt 2016 bezeichnet. Zum Beispiel ist der verformbare Körper 2010 so angeordnet, dass er in einer Draufsicht in z-Richtung in das piezoelektrische Element 2020 passt.
Das Material, das Verfahren zur Messung des Elastizitätsmoduls und dergleichen des verformbaren Körpers 2010 sind mit denen des verformbaren Körpers 1010 der ersten Ausführungsform vergleichbar.
Beispielsweise kann der Abstand d1 vom ersten Endabschnitt 2015 des verformbaren Körpers 2010 zum zweiten Endabschnitt 2036 des ersten Befestigungselements 2031 das 0,01- bis 0,3-fache der Größe des piezoelektrischen Elements in x-Richtung betragen, vorzugsweise das 0,02- bis 0,15-fache.
Dieser Abstand d1 und der Abstand d2 zwischen dem piezoelektrischen Element 2020 und dem zweiten Befestigungselement 2032 können gleich sein oder voneinander abweichen.
Wenn die Spannung von außen aufgebracht wird, wird der verformbare Körper 2010 in eine Richtung verformt, in der der Abstand zwischen dem ersten Befestigungselement 2031 und dem zweiten Befestigungselement 2032 verlängert wird, so dass das erste Befestigungselement 2031 nach außen gezogen wird. Zu diesem Zeitpunkt übertragen das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032 die vom verformbaren Körper 2010 aufgebrachte Spannung auf das piezoelektrische Element 2020. Die Richtung der Spannung, die von dem verformbaren Körper 2010 über das erste Befestigungselement 2031 in x-Richtung auf das piezoelektrische Element 2020 übertragen wird, und die Richtung der Spannung, die von dem verformbaren Körper 2010 über das zweite Befestigungselement 2032 in x-Richtung auf das piezoelektrische Element 2020 übertragen wird, sind beispielsweise entgegengesetzt zueinander.
In dem Stromerzeuger 2100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die von außen auf den verformbaren Körper 2010 einwirkende Spannung über das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032 auf das piezoelektrische Element 2020 übertragen, so dass das piezoelektrische Element 2020 in der Richtung der Ebene erheblich verformt werden kann. Daher kann in dem Stromerzeuger 2100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein großes Maß an Stromerzeugung erzielt werden.
Der Stromerzeuger 2100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch als Stresssensor verwendet werden, der die Menge der erzielten Stromerzeugung als Ausgang verwendet.
(Trägerorganisation)
Der Trägerkörper 2040 ist ein Element, das mit der zweiten Hauptoberfläche 2020b des piezoelektrischen Elements 2020 auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 2040a in Kontakt kommt und das piezoelektrische Element 2020 trägt. Das dritte Befestigungselement 2033 ist in der Nähe eines Endes des Trägerkörpers 2040 ausgebildet, und der Endabschnitt des verformbaren Körpers 2010 ist über dieses dritte Befestigungselement 2033 an dem Trägerkörper 2040 befestigt. In einer Draufsicht in Dickenrichtung muss der Trägerkörper 2040 beispielsweise nur den verformbaren Körper 2010 und das piezoelektrische Element 2020 überlappen oder größer sein als diese.
Der Trägerkörper 2040 der vorliegenden Ausführungsform kann das zweite Befestigungselement 2032 abdecken, und das zweite Befestigungselement 2032 kann sich auf einer oberen Fläche des Trägerkörpers 2040 befinden. Beispielsweise kann der Trägerkörper 2040 mit einem Klebstoff beschichtet werden, und der Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 2020 kann daran befestigt werden.
Darüber hinaus kann der Trägerkörper 2040 beispielsweise mit einem Teil des verformbaren Körpers 2010 in Kontakt kommen, der das piezoelektrische Element 2020 nicht überlappt.
Der Elastizitätsmodul des Trägers 2040 ist größer als der oben beschriebene synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements 2020. Der Elastizitätsmodul des Trägers 2040 kann zum Beispiel unter den folgenden Bedingungen mit einem Spannungsprüfgerät („Autograph AG-I“ der Shimadzu Corporation) gemäß JIS K 7113 gemessen werden.

Was das Material des Trägers 2040 anbelangt, so ist es vorteilhaft, ein Material zu wählen, das einen niedrigen Gleitreibungskoeffizienten in Bezug auf die Schutzschicht 2025 aufweist. Dementsprechend kann das piezoelektrische Element 2020 eher verformt werden, und eine Verschlechterung aufgrund von Reibung zwischen der Schutzschicht 2025 und dem Trägerkörper 2040 kann eingedämmt werden.
„Modifikationsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform“
11 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 2100A gemäß einem Modifikationsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 2100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 2100 gemäß der dritten Ausführungsform durch die Anordnung eines ersten Befestigungselements 2031A und eines zweiten Befestigungselements 2032A in Bezug auf das piezoelektrische Element 2020. Im Modifikationsbeispiel 1 werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Bestandteile wie bei der dritten Ausführungsform verwendet, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen.
In dem ersten Befestigungselement 2031A des Stromerzeugers 2100A ist der erste Endabschnitt 2035 so geformt, dass er mit dem Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 2020 auf der Außenseite zusammenfällt. Darüber hinaus ist im zweiten Befestigungselement 2032A des Stromerzeugers 2100A der erste Endabschnitt 2037 so ausgebildet, dass er mit dem inneren Endabschnitt 2020e des piezoelektrischen Elements 2020 zusammenfällt.
Es ist auch möglich, dass ein solcher Stromerzeuger 2100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 ähnliche Effekte wie der Stromerzeuger 2100 gemäß der dritten Ausführungsform erzielt. Darüber hinaus kann in dem Stromerzeuger 2100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1, da das erste Befestigungselement 2031A und das zweite Befestigungselement 2032A jeweils an Positionen ausgebildet sind, die jeweils mit einem Ende und dem anderen Ende des piezoelektrischen Elements 2020 übereinstimmen, das piezoelektrische Element 2020 deutlicher verformt werden und der Betrag der Energieerzeugung kann erhöht werden.
„Modifikationsbeispiel 2 der dritten Ausführungsform“
12 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 2100B gemäß einem Modifikationsbeispiel 2 der dritten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 2100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 entspricht dem Modifikationsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung eines ersten Befestigungselements 2031B und eines zweiten Befestigungselements 2032B in Bezug auf das piezoelektrische Element 2020. Außerdem unterscheidet es sich vom Stromerzeuger 2100 durch die Anordnung des dritten Befestigungselements 2033. Im Änderungsbeispiel 2 werden dieselben Bezugszeichen auf dieselben Bestandteile wie bei der dritten Ausführungsform angewandt, so dass auf eine Beschreibung derselben verzichtet wird.
In dem ersten Befestigungselement 2031B des Stromerzeugers 2100B ist der erste Endabschnitt 2035 so geformt, dass er mit dem Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 2020 an der Außenseite zusammenfällt. Darüber hinaus ist im zweiten Befestigungselement 2032B des Stromerzeugers 2100B der erste Endabschnitt 2037 so ausgebildet, dass er mit dem inneren Endabschnitt 2020e des piezoelektrischen Elements 2020 zusammenfällt.
Außerdem ist in einem dritten Befestigungselement 2033B des Stromerzeugers 2100B ein erster Endabschnitt 2039 so ausgebildet, dass er mit dem zweiten Endabschnitt 2016 eines verformbaren Körpers 2010B zusammenfällt.
Es ist auch möglich, dass ein solcher Stromerzeuger 2100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 ähnliche Effekte erzielt wie die Stromerzeuger 2100 und 2100A gemäß der dritten Ausführungsform und dem Modifikationsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform. Darüber hinaus kann bei dem Stromerzeuger 2100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2, da der erste Endabschnitt 2039 des dritten Befestigungselements 2033B so ausgebildet ist, dass er mit dem zweiten Endabschnitt 2016 des verformbaren Körpers 2010B zusammenfällt, das Ausmaß der Verformung des verformbaren Körpers 2010B erhöht werden, das piezoelektrische Element 2020 kann deutlicher verformt werden, und das Ausmaß der Stromerzeugung kann erhöht werden.
„Änderungsbeispiel 3 der dritten Ausführungsform“
13 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 2100C gemäß einem Modifikationsbeispiel 3 der dritten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 2100C gemäß dem Änderungsbeispiel 3 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 2100B gemäß dem Änderungsbeispiel 2 der dritten Ausführungsform durch die Form eines verformbaren Körpers 2010C. Im Modifikationsbeispiel 2 werden die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Bestandteile wie bei der dritten Ausführungsform angewandt, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen.
Der verformbare Körper 2010C ist in z-Richtung von dem piezoelektrischen Element 2020 entfernt angeordnet. Beispielsweise ist der Abstand zwischen dem verformbaren Körper 2010C und dem piezoelektrischen Element 2020 in z-Richtung gleich der Dicke eines ersten Befestigungselements 2031C. Darüber hinaus ist die Dicke eines dritten Befestigungselements 2033C die Summe aus der Dicke des dritten Befestigungselements 2033 in der dritten Ausführungsform und einer Dicke, die dem oben beschriebenen Abstand zwischen dem verformbaren Körper 2010C und dem piezoelektrischen Element 2020 entspricht.
Es ist auch möglich, dass der Stromerzeuger 2100C gemäß dem Modifikationsbeispiel 3 ähnliche Effekte erzielt wie der Stromerzeuger 2100 gemäß der dritten Ausführungsform. Darüber hinaus wird bei dem Stromerzeuger 2100C gemäß dem Ausführungsbeispiel 3, da der verformbare Körper 2010C und das piezoelektrische Element 2020 voneinander beabstandet sind, keine Reibungswärme zwischen dem verformbaren Körper 2010C und dem piezoelektrischen Element 2020 erzeugt. Aus diesem Grund kann die Umwandlung der auf das piezoelektrische Element 2020 übertragenen Spannung in Reibungswärme gedämpft werden. Daher kann in dem Stromerzeuger 2100C gemäß dem Modifikationsbeispiel 3 das piezoelektrische Element 2020 stärker verformt werden, und die Stromerzeugung kann erhöht werden.
Der Stromerzeuger der dritten Ausführungsform kann auch in anderen Formen als den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen gestaltet werden.
Beispielsweise können das Befestigungselement 2032 und das Befestigungselement 2033 auch aus einem durchgehenden, integrierten Element bestehen. Entsprechend kann der Stromerzeuger vereinfacht aufgebaut und kostengünstiger hergestellt werden.
Darüber hinaus kann das Befestigungselement 2031 beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass es mit dem inneren Endabschnitt 2020e des piezoelektrischen Elements 2020 und der zweiten Hauptfläche 2020b verbunden ist und eine Seite des piezoelektrischen Elements 2020 abdeckt.
Darüber hinaus kann das Befestigungselement 2032 beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass es mit dem inneren Endabschnitt 2020e des piezoelektrischen Elements 2020 und der ersten Hauptfläche 20a verbunden ist und die andere Seite des piezoelektrischen Elements 2020 abdeckt.
„Verfahren zur Herstellung eines Stromerzeugers“
Als nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Stromerzeugers beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung eines Stromerzeugers gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Schritt der Vorbereitung eines piezoelektrischen Elements, einen Schritt der Vorbereitung eines Trägerkörpers, einen Schritt der Anordnung einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche eines piezoelektrischen Elements und von Befestigungselementen (ein erstes Befestigungselement, ein zweites Befestigungselement und ein drittes Befestigungselement) für einen Trägerkörper und einen Schritt der Anordnung eines verformbaren Körpers.
Bei der Herstellung eines piezoelektrischen Elements werden die erste Elektrode 2022, die zweite Elektrode 2023, die piezoelektrische Schicht 2021 und die Schutzschichten 2024 und 2025 in einer vorbestimmten Laminierungsreihenfolge gebildet. Die piezoelektrische Schicht 2021 wird einer Polung oder Ähnlichem unterzogen, so dass sich die gewünschten piezoelektrischen Eigenschaften einstellen. Es kann die piezoelektrische Schicht 2021 verwendet werden, die zu einer Folie geformt ist, oder ein Basismaterial, in dem die erste Elektrode 2022 und die zweite Elektrode 2023 auf den Schutzschichten 2024 und 2025 ausgebildet sind, kann mit einem piezoelektrischen Material beschichtet werden, das sich in einer Lösung gelöst hat. Die erste Elektrode 2022 und die zweite Elektrode 2023 werden durch Bilden von Aluminium, Platin, Gold, Silber oder ähnlichem durch ein physikalisches Dampfabscheidungsverfahren oder durch Trocknen oder Sintern nach dem Auftragen einer Paste gebildet, die durch Dispergieren von Silber- oder Kupferpulver in einem Harz und einer Lösung erhalten wurde.
Die Schutzschichten 2024 und 2025 können beispielsweise durch Laminieren mit einer thermoplastischen Harzschicht, wie einer PET-Folie, von beiden Oberflächen der piezoelektrischen Schicht 2021, in der jeweils Elektroden auf beiden Oberflächen ausgebildet sind, oder durch Beschichten mit einem Harz, das sich in einer Lösung gelöst hat, durch Beschichten, Eintauchen oder Ähnliches gebildet werden. Die Schutzschichten 2024 und 2025 können aus einer Mehrzahl von Schichten bestehen.
Darüber hinaus kann in jede dieser Schichten eine Mehrzahl von Schichten laminiert werden, so dass die piezoelektrische Schicht 2021 mit diesen elektrisch in Reihe oder parallel verbunden ist.
Das Befestigungselement 2030 kann z. B. durch Aufkleben eines vorbestimmten Klebstoffs an zwei Stellen auf der Hauptfläche des piezoelektrischen Elements 2020 gebildet werden. Beispielsweise kann auch ein Befestigungswerkzeug wie eine Schraube oder eine Klemme, ein Klebeband oder Ähnliches verwendet werden.
Bei der Herstellung eines piezoelektrischen Elements werden eine piezoelektrische Schicht, eine Elektrode und eine Schutzschicht in einer vorgegebenen Schichtreihenfolge gebildet.
Das Befestigungselement wird beispielsweise durch Aufkleben eines vorbestimmten Klebstoffs an drei Stellen gebildet, darunter ein Endabschnitt des piezoelektrischen Elements auf der ersten Hauptoberflächenseite, der Endabschnitt auf der zweiten Hauptoberflächenseite und ein Endabschnitt des Trägerelements.
Wenn ein Metall als verformbarer Körper verwendet wird, wird das Metall im Schritt des Anordnens eines verformbaren Körpers zunächst durch Stanzen, Prägen oder Ähnliches in eine vorbestimmte Form gebracht. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Stelle, die das Befestigungselement überlappt, wenn ein piezoelektrisches Element zur Überlappung gebracht wird, ausgespart werden. Als nächstes werden beide Enden eines Metalls mit einer vorbestimmten Form dazu gebracht, das erste Befestigungselement und das dritte Befestigungselement zu überlappen, und die Teile, die diese Befestigungselemente überlappen, werden gepresst. Wenn ein Harz als verformbarer Körper verwendet wird, kann ein verformbarer Körper unter Verwendung eines gehärteten Harzes durch ein ähnliches Verfahren wie im Falle der Verwendung eines Metalls als verformbarer Körper gebildet werden, oder ein verformbarer Körper kann durch Beschichtung unter Verwendung eines Druckers, eines Schleuderbeschichters oder dergleichen gebildet werden.
Bei der Herstellung des Stromerzeugers 2100C, bei dem ein verformbarer Körper und ein piezoelektrisches Element voneinander getrennt sind, kann eine Platte, z. B. eine Metallplatte oder eine Harzplatte, zwischen dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement angeordnet werden, und die Metallplatte kann nach der Formung des verformbaren Körpers herausgenommen werden.
„Vierte Ausführungsform“
14 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 2100D gemäß einer vierten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 2100D gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 2100C gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der dritten Ausführungsform durch die Form eines verformbaren Körpers 2010D. In dem Stromerzeuger 2100D werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Bestandteile wie in dem Stromerzeuger 2100C des Modifikationsbeispiels 3 der dritten Ausführungsform verwendet, und seine Beschreibung wird weggelassen.
Der Stromerzeuger 2100D besteht aus dem verformbaren Körper 2010C, dem piezoelektrischen Element 2020, dem Befestigungselement 2030 und dem Trägerkörper 2040. Der verformbare Körper 2010D hat zum Beispiel eine gebogene Querschnittsform. Zum Beispiel hat er eine polygonale Form.
Zum Beispiel hat der verformbare Körper 2010D einen Vorsprung 2011, einen ersten Bodenabschnitt 2012 und einen zweiten Bodenabschnitt 2013. Der erste Bodenabschnitt 2012 und der zweite Bodenabschnitt 2013 sind Teile, die das erste Befestigungselement 2031C bzw. ein drittes Befestigungselement 2032C in einer Draufsicht in Richtung der Dicke überlappen. Vorzugsweise ist die Form des verformbaren Körpers 2010C in der x-Richtung symmetrisch.
Der Vorsprung 2011 befindet sich beispielsweise zwischen dem ersten Bodenteil 2012 und dem zweiten Bodenteil 2013. Der Vorsprung 2011 ragt in eine Richtung senkrecht zu einer Oberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element 2020 erstreckt. Der Vorsprung 2011 ist in z-Richtung vom piezoelektrischen Element 2020 entfernt, verglichen mit dem ersten Bodenabschnitt 2012 und dem zweiten Bodenabschnitt 2013. Vorzugsweise hat der Vorsprung 2011 eine Form, die den ersten Bodenabschnitt 2012 und den zweiten Bodenabschnitt 2013 in einer Draufsicht in z-Richtung nicht überlappt.
Beispielsweise umfasst der Vorsprung 2011 eine Mehrzahl von Scheitelpunkten A2011 und A2012, die in positiver z-Richtung freiliegen. Darüber hinaus hat der Vorsprung 2011 einen oberen Sehnenabschnitt 2111 und geneigte Abschnitte 2112 und 2113. Der obere Sehnenabschnitt 2111 ist beispielsweise ein Teil, der sich parallel zum piezoelektrischen Element 2020 und in x-Richtung erstreckt. Der geneigte Abschnitt 2112 ist beispielsweise ein Element, das den oberen Sehnenabschnitt 2111 und den ersten Bodenabschnitt 2012 miteinander verbindet und sich vom Scheitelpunkt A2011 in Richtung des ersten Befestigungselements 2031C erstreckt. Der geneigte Abschnitt 2113 ist zum Beispiel ein Element, das den oberen Gurtabschnitt 2111 und den zweiten unteren Abschnitt 2013 miteinander verbindet und sich vom Scheitelpunkt A2012 aus in Richtung des dritten Befestigungselements 2033C erstreckt.
Der Abstand h zwischen dem Vorsprung 2011 und dem piezoelektrischen Element 2020 ist größer als der Abstand zwischen den Außenflächen des ersten Bodenteils 2012 und des zweiten Bodenteils 2013, die in der positiven z-Richtung freiliegen, und dem piezoelektrischen Element 2020. Beispielsweise muss der Abstand h zwischen dem Vorsprung 2011 und dem piezoelektrischen Element 2020 nur das 2- bis 200-fache des Abstands zwischen den in positiver z-Richtung freiliegenden Außenflächen des ersten Bodenabschnitts 2012 und des zweiten Bodenabschnitts 2013 und dem piezoelektrischen Element 2020 betragen.
Für den verformbaren Körper 2010D kann beispielsweise eine Eisenlegierung wie Kohlenstoffstahl oder Edelstahl, eine Kupferlegierung wie Messing, Phosphorbronze, Neusilber oder Berylliumkupfer, ein Metall wie eine Titanlegierung oder eine Nickellegierung wie Inconel verwendet werden; ein Harz wie Kautschuk, Polyacetal, Polycarbonat, Polyamid oder Polyharnstoff; oder ein Harz wie faserverstärkter Kunststoff (FRP), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFRP) oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFRP), der durch Verstärkung eines Harzes mit Glasfasern, Kohlenstofffasern oder ähnlichem erhalten wird.
Die Dicke des verformbaren Körpers 2010D beträgt zum Beispiel 0,05 mm bis 10 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 4,0 mm und besonders bevorzugt 0,25 mm bis 2 mm.
Es ist auch möglich, dass der Stromerzeuger 2100D gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Effekte wie der Stromerzeuger 2100 gemäß der dritten Ausführungsform erzielt. Darüber hinaus weist der verformbare Körper 2010D im Stromerzeuger 2100D den Vorsprung 2011 und einen Teil auf, der eine Form hat, die vom vorstehenden Teil aus in Richtung des Befestigungselements 2030 geneigt ist. Aus diesem Grund wird, wenn eine Spannung auf den Vorsprung 2011 ausgeübt wird, die Spannung in der positiven x-Richtung wahrscheinlich über das erste Befestigungselement 2031C auf das piezoelektrische Element 2020 übertragen.
Diese vierte Ausführungsform hat ein Beispiel illustriert, bei dem sich die geneigten Abschnitte 2112 und 2113 des Vorsprungs 2011 linear erstrecken, aber der Stromerzeuger 2100D ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann in dem Stromerzeuger 2100D jeder der geneigten Abschnitte 2112 und 2113 eine Struktur aufweisen, in der eine Mehrzahl von sich linear erstreckenden Elementen kombiniert ist. Das heißt, die Scheitelpunkte können in den geneigten Abschnitten 2112 und 2113 enthalten sein.
In der dritten Ausführungsform, der vierten Ausführungsform und den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen wurde beispielhaft die Anordnung eines Stromerzeugers auf einer ebenen Aufstellfläche dargestellt, er kann aber auch auf einer nicht ebenen Aufstellfläche angeordnet werden. Beispielsweise können die Stromerzeuger gemäß den vorstehenden Ausführungsformen auch auf einer gekrümmten Aufstellfläche oder dergleichen aufgestellt werden. Wenn die Stromerzeuger gemäß den vorangehenden Ausführungsformen auf einer gekrümmten Oberfläche platziert werden, kann mindestens einer von dem ersten Bodenabschnitt 2012, dem zweiten Bodenabschnitt 2013 und dem piezoelektrischen Element 2020 des verformbaren Körpers 2010 eine Form entlang einer gekrümmten Oberfläche haben, oder alle von ihnen können eine Form entlang einer gekrümmten Oberfläche haben. Das heißt, der erste Bodenabschnitt 2012, der zweite Bodenabschnitt 2013 und das piezoelektrische Element 2020 des verformbaren Körpers 2010 können eine Form haben, die der Form der Platzierungsfläche entspricht. Darüber hinaus kann auch das Befestigungselement 2030 eine Form haben, die der Form der Aufstellfläche entspricht.
[Stromerzeugungssystem]
Die Stromerzeugung kann mit dem Stromerzeuger gemäß jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen und deren Modifikationsbeispielen durchgeführt werden. Beispielsweise umfasst das Stromerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Stromerzeuger gemäß den vorangehenden Ausführungsformen und einen Mechanismus zum Ausüben von Spannung, der Spannung auf einen verformbaren Körper des Stromerzeugers ausübt. Das Stromerzeugungssystem kann eine Mehrzahl von Stromerzeugern umfassen, die elektrisch miteinander verbunden sind, und Belastungsmechanismen, die so viele sind wie die Anzahl der Stromerzeuger.
Beispielsweise führt das Stromerzeugungssystem die Stromerzeugung durch, indem es den verformbaren Körper, der in dem Stromerzeuger enthalten ist, unter Verwendung des Mechanismus zum Aufbringen von Spannung belastet. Beispielsweise werden bei einer von außen auf den verformbaren Körper ausgeübten Spannung die Verformungsbeträge des verformbaren Körpers und des piezoelektrischen Elements innerhalb eines elastischen Bereichs gesteuert. Das heißt, die von außen auf den verformbaren Körper aufgebrachte Spannung ist kleiner als die Streckgrenze des verformbaren Körpers und des piezoelektrischen Elements.
In dem Stromerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Elastizität des verformbaren Körpers 2010 beibehalten werden , da die Stärke der Spannung kontrolliert wird, und eine effiziente Stromerzeugung kann wiederholt durchgeführt werden.
„Fünfte Ausführungsform“
15 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 3100 gemäß einer fünften Ausführungsform, und 16 ist eine Draufsicht auf den Stromerzeuger 3100 gemäß der fünften Ausführungsform.
Der Unterschied zwischen dem Stromerzeuger 3100 gemäß der fünften Ausführungsform und dem Stromerzeuger 2100 gemäß der dritten Ausführungsform besteht darin, dass der Trägerkörper 2040 und das dritte Befestigungselement 2033, die im letzteren Stromerzeuger vorgesehen sind, im ersteren Stromerzeuger nicht vorgesehen sind.
Abgesehen von den vorgenannten Unterschieden sind die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 3100 gemäß der fünften Ausführungsform und die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 2100 gemäß der dritten Ausführungsform identisch. Aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung der gemeinsamen Teile der fünften Ausführungsform und der dritten Ausführungsform verzichtet. Für die Bestandteile, die diesen Ausführungsformen entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In dem Stromerzeuger 3100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als ein Element, das mit der zweiten Hauptoberfläche 2020b des piezoelektrischen Elements 2020 auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 2040a in Kontakt kommt und das piezoelektrische Element 2020 trägt, ein externer Trägerkörper, der nicht in dem Stromerzeuger 3100 enthalten ist, beispielsweise ein Boden, eine Wand oder das Innere eines elektronischen Bauteils, verwendet werden, indem er daran befestigt wird.
Bei dem Stromerzeuger 3100 gemäß der fünften Ausführungsform können die gleichen Effekte wie bei der dritten Ausführungsform durch Verwendung eines externen Trägers, der nicht in dem Stromerzeuger 3100 enthalten ist, erzielt werden, selbst wenn ein Element, das dem Trägerkörper der dritten Ausführungsform entspricht, nicht separat vorgesehen ist.
Bei dem Stromerzeuger 3100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Teil des verformbaren Körpers 2010 (2010A, 2010B, 2010C oder 2010D) indirekt an dem piezoelektrischen Element 2020 mittels des zweiten Befestigungselements 2032 (2032A, 2032B, 2032C oder 2032D) zur Befestigung des piezoelektrischen Elements 2020 befestigt werden.
Der Ausdruck „indirekt befestigt“ bedeutet hier, dass das zweite Befestigungselement 2032 (2032A, 2032B, 2032C oder 2032D) nicht direkt an dem verformbaren Körper 2010 befestigt ist, sondern mit einem anderen Element dazwischen befestigt ist.
Beispiele für ein anderes Element sind ein externer Träger , der nicht im Stromerzeuger 3100 enthalten ist, z. B. ein Boden, eine Wand oder das Innere eines elektronischen Bauteils.
Ein externer Träger und das piezoelektrische Element 2020 können direkt mit dem dazwischen liegenden zweiten Befestigungselement 2032 (2032A, 2032B, 2032C oder 2032D) befestigt werden.
Darüber hinaus können ein externer Träger und der verformbare Körper 2010 direkt mit einem externen Befestigungselement dazwischen befestigt werden.
In dem Stromerzeuger 3100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die von außen auf den verformbaren Körper 2010 einwirkende Spannung über das erste Befestigungselement 2031 und das zweite Befestigungselement 2032 auf das piezoelektrische Element 2020 übertragen, so dass das piezoelektrische Element 2020 in der Richtung der Ebene erheblich verformt werden kann. Daher kann in dem Stromerzeuger 3100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein großes Maß an Stromerzeugung erzielt werden.
Der Stromerzeuger 3100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch als Stresssensor verwendet werden, der die Menge der erzielten Stromerzeugung als Ausgang verwendet.
„Modifikationsbeispiel 1 der fünften Ausführungsform“
17 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 3100A gemäß einem Modifikationsbeispiel 1 der fünften Ausführungsform. Der Stromerzeuger 3100A gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 3100 gemäß der fünften Ausführungsform durch die Anordnung des ersten Befestigungselements 2031A und des zweiten Befestigungselements 2032A in Bezug auf das piezoelektrische Element 2020. Im Änderungsbeispiel 1 werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Bestandteile wie bei der fünften Ausführungsform verwendet, und eine Beschreibung derselben entfällt.
Der Unterschied zwischen dem Stromerzeuger 3100A gemäß dem Änderungsbeispiel 1 der fünften Ausführungsform und dem Stromerzeuger 2100A gemäß dem Änderungsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform besteht darin, dass der Trägerkörper 2040 und das dritte Befestigungselement 2033, die im letztgenannten Stromerzeuger vorgesehen sind, im erstgenannten Stromerzeuger nicht vorgesehen sind.
Abgesehen von den vorgenannten Unterschieden sind die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 3100A gemäß dem Änderungsbeispiel 1 der fünften Ausführungsform und die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 2100A gemäß dem Änderungsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform identisch. Aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung der Gemeinsamkeiten zwischen diesen Ausführungsbeispielen verzichtet. Für die Bestandteile, die diesen Ausführungsformen entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
„Modifikationsbeispiel 2 der fünften Ausführungsform“
18 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 3100B gemäß einem Modifikationsbeispiel 2 der fünften Ausführungsform. Der Stromerzeuger 3100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 3100 gemäß der fünften Ausführungsform durch die Anordnung des ersten Befestigungselements 2031A und des zweiten Befestigungselements 2032A in Bezug auf das piezoelektrische Element 2020. Im Modifikationsbeispiel 2 werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Bestandteile wie bei der fünften Ausführungsform verwendet, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen.
Der Unterschied zwischen dem Stromerzeuger 3100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 der fünften Ausführungsform und dem Stromerzeuger 2100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 der dritten Ausführungsform besteht darin, dass der Trägerkörper 2040 und das dritte Befestigungselement 2033, die im letzteren Stromerzeuger vorgesehen sind, im ersteren Stromerzeuger nicht vorgesehen sind.
Abgesehen von den vorgenannten Unterschieden sind die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 3100B gemäß dem Änderungsbeispiel 2 der fünften Ausführungsform und die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 2100A gemäß dem Änderungsbeispiel 2 der dritten Ausführungsform identisch. Aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung der Gemeinsamkeiten zwischen diesen Ausführungsbeispielen verzichtet. Für die Bestandteile, die diesen Ausführungsformen entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
„Modifikationsbeispiel 3 der fünften Ausführungsform“
19 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 3100C gemäß einem Modifikationsbeispiel 3 der fünften Ausführungsform. Der Stromerzeuger 3100C gemäß dem Modifikationsbeispiel 3 unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 3100B gemäß dem Modifikationsbeispiel 2 der fünften Ausführungsform durch die Form des verformbaren Körpers 2010C. Im Änderungsbeispiel 3 werden dieselben Bezugszeichen auf dieselben Bestandteile wie bei der fünften Ausführungsform angewandt, und eine Beschreibung derselben entfällt.
Der Unterschied zwischen dem Stromerzeuger 3100C gemäß dem Änderungsbeispiel 3 der fünften Ausführungsform und dem Stromerzeuger 2100C gemäß dem Änderungsbeispiel 3 der dritten Ausführungsform besteht darin, dass der Trägerkörper 2040 und das dritte Befestigungselement 2033, die im letztgenannten Stromerzeuger vorgesehen sind, im erstgenannten Stromerzeuger nicht vorgesehen sind.
Abgesehen von den vorgenannten Unterschieden sind die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 3100C gemäß dem Änderungsbeispiel 3 der fünften Ausführungsform und die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 2100C gemäß dem Änderungsbeispiel 3 der dritten Ausführungsform identisch. Aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung der Gemeinsamkeiten zwischen diesen Ausführungsbeispielen verzichtet. Für die Bestandteile, die diesen Ausführungsformen entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
„Sechste Ausführungsform“
20 ist eine Querschnittsansicht eines Stromerzeugers 3100D gemäß einer sechsten Ausführungsform. Der Stromerzeuger 3100D gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Stromerzeuger 3100C gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der fünften Ausführungsform durch die Form des verformbaren Körpers 2010D. In dem Stromerzeuger 3100D werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Bestandteile wie in dem Stromerzeuger 3100C des Modifikationsbeispiels 3 der fünften Ausführungsform verwendet, und die Beschreibung dieser Bestandteile wird weggelassen.
Der Unterschied zwischen dem Stromerzeuger 3100D gemäß der sechsten Ausführungsform und dem Stromerzeuger 2100D gemäß der vierten Ausführungsform besteht darin, dass ein Trägerkörper 2040a und ein drittes Befestigungselement 2033D, die im letzteren Stromerzeuger vorgesehen sind, im ersteren Stromerzeuger nicht vorgesehen sind.
Abgesehen von den vorgenannten Unterschieden sind die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 3100D gemäß der sechsten Ausführungsform und die Bestandteile und Wirkungen des Stromerzeugers 2100D gemäß der vierten Ausführungsform identisch zueinander. Aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung der Gemeinsamkeiten zwischen diesen Ausführungsbeispielen verzichtet. Für die Bestandteile, die diesen Ausführungsformen entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Ein Verformungsabschnitt 2010D des Stromerzeugers 3100D gemäß der sechsten Ausführungsform kann einen gebogenen Abschnitt umfassen, der aus dem Vorsprung 2011, dem ersten Bodenabschnitt 2012 und dem zweiten Bodenabschnitt 2013 besteht, wie in 20 dargestellt.
Darüber hinaus kann der Verformungsabschnitt 2010D des Stromerzeugers 3100D gemäß der sechsten Ausführungsform einen gekrümmten Abschnitt aufweisen, der nach oben gekrümmt ist wie der verformbare Körper 1010E des Stromerzeugers 1100E gemäß dem in 7 dargestellten Modifikationsbeispiel 4 der ersten Ausführungsform.
Vorstehend sind mehrere Ausführungsformen beschrieben worden. Diese Ausführungsformen sind als Beispiele dargestellt worden und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Diese Ausführungsformen können in verschiedenen anderen Formen durchgeführt werden, und verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen können innerhalb eines Bereichs durchgeführt werden, der nicht vom Kern der Erfindung abweicht. Diese Ausführungsformen und Abwandlungen davon sind in der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung und dem dazu äquivalenten Umfang enthalten, da sie im Umfang und Kern der Erfindung enthalten sind.
Da beispielsweise bei den Stromerzeugern der vorliegenden Erfindung ein elektromotorischer Spannungswert und eine Spannungskurve in Abhängigkeit von der Belastung variieren, können sie bei Bedarf auch als Sensoren zur Erkennung von Belastungen eingesetzt werden.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Die Stromerzeugung eines piezoelektrischen Elements kann erhöht werden.
Bezugszeichenliste

1010, 1010A bis E, 2010, 2010A bis D, 3010, 3010A bis D: Verformbarer Körper
1011, 1011D, 2011: Vorsprung
1012, 1012E: Erster unterer Teil
1013, 1013E: Zweiter unterer Teil
1015, 2015: Erster Endabschnitt
1016, 2016: Zweiter Endabschnitt
1020, 2020: Piezoelektrisches Element
1021, 2021: Piezoelektrische Schicht
1022, 2022: Erste Elektrode
1023, 2023: Zweite Elektrode
1024, 1025, 2024, 2025: Schutzschicht
1030, 2030: Befestigungselement
1031, 1031A, 1031E, 2031, 2031A bis D: Erstfestsetzungsmitglied
1032, 1032A, 1032E, 2032, 2032A bis D: Zweites Befestigungselement
2033, 2033B bis D: Drittes Befestigungselement
1031Ea, 1032Ea: Erster Teil
1031Eb, 1032Eb: Zweiter Teil
1035, 1037, 2035, 2037: Erster Endabschnitt
1036, 1038, 2036, 2038: Zweiter Endabschnitt
2040: Träger-Mitglied
2040a: Erste Hauptfläche
2040b: Zweite Hauptfläche
1100, 1100A bis F, 2100, 2100A bis D, 3100, 3100A bis D: Stromerzeuger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021060787 [0002]
JP 2021060507 [0002]

Claims

Ein Stromerzeuger, der Folgendes umfasst: ein piezoelektrisches Element, das eine piezoelektrische Schicht enthält, und eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die die piezoelektrische Schicht dazwischen einschließen; ein verformbarer Körper, dessen Elastizitätsmodul größer ist als der synthetische Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements; ein erstes Befestigungselement, das das piezoelektrische Element und den verformbaren Körper direkt fixiert; und ein zweites Befestigungselement, das von dem ersten Befestigungselement entfernt angeordnet ist und das piezoelektrische Element befestigt, wobei der verformbare Körper in Bezug auf die Beanspruchung von außen in einer Richtung verformt wird, in der ein Abstand zwischen dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement vergrößert wird.
Der Stromerzeuger nach Anspruch 1, wobei das zweite Befestigungselement das piezoelektrische Element und den verformbaren Körper direkt fixiert, und wobei der verformbare Körper so angeordnet ist, dass er das piezoelektrische Element mit dem ersten Befestigungselement und dem dazwischen liegenden zweiten Befestigungselement überlappt.
Der Stromerzeuger nach Anspruch 2, wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement mit einem Endabschnitt des piezoelektrischen Elements in einer Längsrichtung in Kontakt kommen.
Der Stromerzeuger nach Anspruch 2 oder 3, wobei der verformbare Körper von dem piezoelektrischen Element in einer ersten Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, entfernt ist.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der verformbare Körper einen Vorsprung aufweist, der in einer ersten Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche vorsteht, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das piezoelektrische Element eine Schutzschicht aufweist, die mindestens eine Außenfläche der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode überlappt, und wobei ein Elastizitätsmodul der Schutzschicht größer als ein Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht und kleiner als ein synthetisches Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers ist.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei eine Schutzschicht auf einer Oberfläche von Außenflächen des piezoelektrischen Elements auf einer dem verformbaren Körper näheren Seite angeordnet ist, und wobei die Schutzschicht mit dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement in Kontakt kommt und einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer ist als ein Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht und kleiner als ein synthetischer Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement Klebstoffe sind, die einen Elastizitätsmodul aufweisen, der größer ist als ein synthetischer Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement Klebstoffe mit einer Scher-Haftfestigkeit von 10 MPa oder mehr sind.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei eine piezoelektrische Konstante der piezoelektrischen Schicht in einer Längsrichtung größer ist als eine piezoelektrische Konstante davon in einer Querrichtung, und wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement in Längsrichtung der piezoelektrischen Schicht voneinander getrennt angeordnet sind.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement einen ersten Teil aufweisen, der zwischen dem piezoelektrischen Element und dem verformbaren Körper angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der den ersten Teil überlappt und mindestens einen Teil des verformbaren Körpers abdeckt.
Stromerzeugungssystem unter Verwendung des Stromerzeugers nach einem der Ansprüche 2 bis 11.
Der Stromerzeuger nach Anspruch 1, wobei der verformbare Körper auf einer ersten Hauptoberflächenseite angeordnet ist, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, wobei der Stromerzeuger ferner einen Trägerkörper umfasst, der auf einer zweiten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist und das piezoelektrische Element trägt, wobei das erste Befestigungselement auf der ersten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, wobei das zweite Befestigungselement auf der zweiten Hauptoberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist und das piezoelektrische Element und den Trägerkörper direkt fixiert, und wobei der Stromerzeuger außerdem ein drittes Befestigungselement umfasst, das den verformbaren Körper und den Trägerkörper direkt fixiert.
Der Stromerzeuger nach Anspruch 1 oder 13, wobei mindestens eines von dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement mit einem Endabschnitt des piezoelektrischen Elements in einer Längsrichtung in Kontakt kommt.
Der Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1, 13 und 14, wobei das dritte Befestigungselement an einer Außenseite des Endabschnitts des piezoelektrischen Elements angeordnet ist.
Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 und 13 bis 15, wobei der verformbare Körper von dem piezoelektrischen Element in einer Dickenrichtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt, entfernt angeordnet ist.
Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 und 13 bis 16, wobei der verformbare Körper einen Vorsprung aufweist, der in einer Dickenrichtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche vorsteht, auf der sich das piezoelektrische Element erstreckt.
Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 und 13 bis 17, wobei das piezoelektrische Element eine Schutzschicht aufweist, die mindestens eine Außenfläche der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode überlappt, und wobei ein Elastizitätsmodul der Schutzschicht größer als ein Elastizitätsmodul der piezoelektrischen Schicht und kleiner als ein synthetisches Elastizitätsmodul des verformbaren Körpers ist.
Stromerzeuger nach Anspruch 18, wobei die Schutzschicht mit mindestens einem von dem ersten und dem zweiten Befestigungselement in Kontakt kommt.
Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 und 13 bis 19, wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement einen Klebstoff mit einem Elastizitätsmodul enthalten, der größer ist als ein synthetischer Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Elements.
Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 und 13 bis 20, wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement einen Klebstoff mit einer Scher-Haftfestigkeit von 10 MPa oder mehr enthalten.
Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 und 13 bis 21, wobei eine piezoelektrische Konstante der piezoelektrischen Schicht in einer Längsrichtung größer ist als eine piezoelektrische Konstante davon in einer Querrichtung, und wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement in Längsrichtung der piezoelektrischen Schicht voneinander getrennt angeordnet sind.
Stromerzeugungssystem unter Verwendung des Stromerzeugers nach einem der Ansprüche 1 und 13 bis 22, wobei ein Verformungsbetrag des verformbaren Körpers innerhalb eines elastischen Verformungsbereichs des verformbaren Körpers und des piezoelektrischen Elements liegt.