JP2004146768A

JP2004146768A - Piezoelectric generator and piezoelectric ceramics used therein

Info

Publication number: JP2004146768A
Application number: JP2003048904A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sakai; 坂井　康弘
Original assignee: USC Corp
Current assignee: USC Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-05-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric generator with high power generation efficiency which can increase its current output approximately twice, by aligning the polarizations of piezoelectric ceramic elements with a same direction and by constituting the piezoelectric ceramics with an ultrathin metal electrode joined between the elements, and to provide piezoelectric ceramics used therein. <P>SOLUTION: In the piezoelectric generator which generates power by providing deformation of strain to the piezoelectric ceramics, the piezoelectric ceramics are formed with the directions of the two plate shaped piezoelectric ceramic elements aligned with a same direction, and with an ultrathin metal electrode joined between the piezoelectric ceramic elements; and the central part or the both ends of one surface of the piezoelectric ceramics are supported with cushioning material to provide soft supporting structure, so that the characteristic vibration of the piezoelectric ceramics does not propagate easily to other structures. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来の圧電セラミックス素子を用いた圧電発電装置よりも略２倍の出力電流を得ることができる圧電発電装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
圧電材料は機械的エネルギーと電気的エネルギーとの間の変換素子用として多彩な応用面をもっている。圧電効果を示す物質は無機・有機ともに多くの材料が知られているが、現在実用レベルにある材料としてセラミックスのＰＺＴ系（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の材料がある。
【０００３】
圧電セラミックス素子は、多結晶体に、直流高電圧を印加し、残留分極を発生させて圧電性をもたせた素子であり、組成によりかなり自由に基本圧電定数を変化させることができるので、その用途は広い。特に、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックス素子は、組成比や添加物の選択幅が広く適用範囲は多彩である。
【０００４】
図７は、従来例に係る圧電発電装置の説明図である。この圧電発電装置は、アクリル材等の基板３２に圧電セラミックス素子板３１を接合し、基板３２の両端部を金属等の硬質材からなるホルダ３３で固定したものである。そして、セラミックス素子板３１の上から鋼製の球３５を落下させて、圧電素子板３１に衝突による機械的衝撃エネルギーを印加し、基板３２を含めた圧電素子板３１にたわみ振動を励起して電気エネルギーを取り出すものである。
【０００５】
上記従来のＰＺＴ系の圧電セラミックス素子は、実用性が期待されているものの、発電量が少ないため、圧電発電装置としては実用性に欠けるという問題があった。また、圧電セラミックス素子を用いた圧電発電装置にあっては、圧電セラミックス素子板３１の固有振動をできる限り長く継続させる必要が不可欠であり、このためには、圧電セラミックス素子板３１の固有振動が機械的な抵抗を伴わない支持構造を実現させなければならない、という課題も有していた。さらに、上記従来の技術では、基板３２と圧電セラミックス素子３１とは、材質が異なる等から、振動の中心（伸縮しない部位）を基板３２と圧電セラミックス素子３１との接合面にもってくることが困難であり、この中心が圧電セラミックス素子板３１に現れる場合には、分極における打ち消しが発生して発電効率が低下する、という問題をも有していた。
【０００６】
上記従来の圧電発電装置の問題を解決するため、本出願人は、先に、図８に示す圧電発電装置（特許文献１）を提案している。この圧電発電装置は、板状の２枚の圧電セラミックス素子１ａ，１ｂを、分極を逆向きにして接合した層状の圧電セラミックス体１（ＰＺＴ１），１（ＰＺＴ２）に形成し、この圧電セラミックス体１，１の一方側の面を殴打して発電するように構成することで、発電効率がよく小電力発電に有効な発電装置が得られるようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１４５３７５
【０００８】
この発明は、本出願人が先に提案した上記構成からなる圧電発電装置で得られる電流出力を、分極を、先の出願とは異なり、同一方向となし、かつ、間に極薄の金属電極を接合して構成することで、略２倍程度まで向上させることが可能となった発電効率に優れた圧電発電装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る圧電発電装置は、請求項１に記載したように、板状に形成された圧電セラミックス体１０に歪み変形を供与することで発電する圧電発電装置において、上記圧電セラミックス体１０を、分極が同一方向に設定された２枚の板状に形成された圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂで形成すると共に、該圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの間に極薄の金属電極１１を介在させて接合して層状に形成し、該圧電セラミックス体１０の一方側の面の中央部或は両端部をクッション材３で支持し、該圧電セラミックス体１０の固有振動が他の構造体に伝達しにくい柔支持構造としたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る圧電発電装置は、上記目的を達成するため、請求項２に記載したように、クッション材３，３で支持された圧電セラミックス体１０を向い合せに配置し、両圧電セラミックス体１０，１０間に、両者間を往復移動して各圧電セラミックス体１０を殴打する硬質の殴打体４を配設したことを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明にあっては、クッション材３，３で支持された圧電セラミックス体１０，１０の一方又は両方の側に、圧電セラミックス体１０との間を往復移動して圧電セラミックス体を殴打する硬質の殴打体４を配設したことを特徴とするものである。
【００１２】
このように構成されてなる圧電発電装置に用いられる圧電セラミックス体１０は、請求項４に記載したように、前記２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを同一形態にして形成し、安定した発電効率を得ることができるように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明にあっては、前記２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂのそれぞれを、請求項５に記載したように、複数枚層状に接合したことを特徴とするものである。
【００１４】
この場合、この圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂは、請求項６に記載したように、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いることで、発電効率を大幅に向上させることができる。
【００１５】
また、前記金属電極１１は、請求項７に記載したように、りん青銅や真鍮等の導電性金属で形成されており、その厚さは、例えば、１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成するのが望ましいが、電極１１の振動を低く抑えられるのであれば０．５〜１ｍｍ以上であっても構わない。
【００１６】
さらに、この発明にあっては、前記２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの一端部側は揃え、他端部側は、一方の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの端部１０ａ１又は１０ｂ１よりも長く形成して段部１０ａ１又は１０ｂ１を形成し、該段部１０ａ１又は１０ｂ１に前記金属電極１１のリード線接続端部１１Ａを延設させて構成したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明にあっては、請求項９に記載したように、前記２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの両端部側は揃え、前記金属電極１１を両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの一端部から外方に突出させ、該突出部１１Ａにリード線９Ｃを結線した後、該突出部１１Ａを接着剤に埋設して圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと一体化することで、金属電極１１の突出部１１Ａが圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂとは異なる振動となるのを防止したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態例に基づき、この発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、両端が閉塞された筒状の容器８の両端側に圧電セラミックス体１０を配置し、これら圧電セラミックス体１０を鋼球４の殴打により発電するものである。
【００２０】
容器８の一方の側面にクッション部材３を接着材６用いて接着し、このクッション部材３の中央部のみに、接着材５を用いて圧電セラミックス体１０を接着する。容器８の他方の側面にも、同様にして圧電セラミックス体１０を接着し、両者を向かい合せる。
【００２１】
これら両圧電セラミックス体１０の向かい合う面の中央部にプロテクタ板２を固着する。そして、両圧電セラミックス体１０間に、パイプ７を配置し、このパイプ７内に転動自在な鋼球４を設ける。
【００２２】
尚、この発明にあっては、圧電セラミックス体１０を、例えば、水平に配置する場合には、その中央部のみだけではなく、その両端部をクッション部材３で保持し、或は、中央部と両端部をクッション材３で保持し、また、その支持部位も圧電セラミックス体１０の上下面に配置して保持するように構成してもよい。
【００２３】
上記圧電セラミックス体１０は、同一形態（同一材質、同一形状、同一厚さ）の２枚の板状の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、各セラミックス素子１０ａ，１０ｂの分極の極性を同一方向にし、かつ、該圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ間に、りん青銅や真鍮等の導電性金属で１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成された極薄の金属電極１１を配置し、これら圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１を接合して構成されている。勿論、この発明にあっては、金属電極１１の厚さは、上記例に限定されず、例えば、０．５ｍｍ以上あっても構わない。
【００２４】
金属電極１１を上記極薄の厚さとすることで、該金属電極１１による機械的な抵抗をごく僅かに抑えることができ、２つのセラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が発生したとしても、該たわみ振動の金属電極１１による減衰を可及的に小さく抑えることができる。尚、この形態例の構成では、一方の側のセラミックス素子１０ａが伸長すれば他方の側のセラミックス素子１０ｂは収縮し、かつ出力電圧の電極は逆方向となり、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂは並列に接続された発電構成となる。
【００２５】
また、この形態例では、上記たわみ振動が行われると、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）で伸長と収縮との両方の作用が行われて、分極が打ち消されるということがなく効率的に発電が行われる。セラミックス素子１０ａで発電された電気エネルギーとしての電流はリード線９Ａから取り出され、また、セラミックス素子１０ｂで発電された電気エネルギーとしての電流はリード線９Ｂから取り出され、これら各セラミックス素子１０ａ，１０ｂで発電された電流は金属電極１１の両端部に導電接続されたリード線９Ｃと接続されて交流電流が得られるように構成されている。
【００２６】
また、ここでは２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを金属電極１１を介装して積層した場合を例にとり説明したが、各圧電セラミックス素子１０ａ（１０ｂ）自体を、それぞれ積層構造とすることができる。この積層構造では、複数枚の圧電セラミックス素子を接合（この場合は分極の極性も同一方向に）して、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）を形成する。
【００２７】
このように、圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）自体を積層構造とし、これを例えば弾性特性を有する接着材により接合した場合には、この弾性効果により、材質的に強度に欠ける圧電セラミックス体１０の曲がりが容易になって曲げ強度が維持することができる。尚、この発明において、圧電セラミックス体１０の外形形状は特に限られるものではなく、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等、利用形態に対応させて適宜の形状のものを用いることができる。
【００２８】
また、この発明に用いられる上記クッション部材３は、合成樹脂材、ゴム材、或はこれらをスポンジ状にした軟質の材料で構成されている。このようなクッション部材３を用い、しかも、このクッション部材３の中央部のみ或いは両端部を、接着材５を用いて圧電セラミックス体１０を固着したのは、圧電セラミックス体１０の振動を減衰させないためである。圧電セラミックス体１０が振動する場合、この圧電セラミックス体１０を支持する部材は圧電セラミックス体１０の振動を減衰させる要因になり、この減衰要因を取り除くために、クッション部材３を用いて極力圧電セラミックス体１０を自由な状態におく。
【００２９】
この発明のように、圧電セラミックス体１０の歪みは、圧電セラミックス自体が持つ固有振動となって暫くの間、継続する。この固有振動を長く継続させるためには、この固有振動を圧電セラミックス体１０以外の他の構造体に伝えないことが重要である。圧電セラミックス体１０の固有振動は、電気エネルギーとして変換されるが、その他の構造体の振動は全て機械的な抵抗となって固有振動エネルギーを吸収してしまい、電気エネルギーとして取り出すことができない。このため、この形態例では、圧電セラミックス体１０と他の構造体との間で上記固有振動が伝達しないような柔らかな接触を実現するための手段として上記クッション板３を用いることで、圧電セラミックス体１０の固有振動が長く継続させることができ、発電効率が良くなる。勿論、このクッション材３は圧電セラミックス体１０に加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。尚、上記プロテクタ板２は、金属製或いは合成樹脂製等で形成されており、鋼球４の殴打から圧電セラミックス体１０を保護する。
【００３０】
また、上記殴打体として、本形態例では、上記鋼球４をパイプ７内に配置して圧電セラミックス体１０を殴打する形態としたが、この殴打体の材質、形状は鋼製の球に限られるものではなく、他に円柱状、卵状等の重量物であってもよい。また、パイプ７に限らず、殴打体が自在に移動できるものであれば、殴打体がレールに沿って移動するような形態であってもよい。他に、パイプ７の代わりにバネ材（上方向き或いは下方向）を用い、このバネ材の一端を固定しその他端に上記鋼球４を取り付け、このバネ材の左右揺動により両側の圧電セラミックス体１０を殴打する形態とすることもできる。
【００３１】
この形態例のように構成されてなる上記圧電発電装置を、風、波、或いは人的な作用を利用した所定の運動状態の環境下に置けば、鋼球４はパイプ７内を転動して左右の圧電セラミックス体１０を殴打し、衝突による衝撃エネルギーを印加する。そして、圧電セラミックス体１０は振動が励起され、伸長及び収縮がくり返されて交流電気を発電する。この発電量は、本出願人が先に提案した直列型の圧電発電装置と比べ、所謂並列型の本発明にものは、略２倍の出力電流を得ることができる。
【００３２】
図２は、上記圧電発電装置を用い、一の圧電セラミックス体１０が発電した電気を充電する充電装置の回路を示したものである。勿論、この形態例では、圧電セラミックス体１０が向かい合わせで２個対設されて構成されているので、当該充電回路が並列に、或は直列に導電接続されて構成される。また、図示の並列回路は、使用目的に対応させて適宜増加させて構成してもよい。
【００３３】
即ち、この充電回路は、２つの圧電セラミックス体１０として２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ、金属電極１１、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６、電気を蓄電するコンデンサＣ、スイッチＳＷ及び発光ダイオードＬ１〜Ｌ３を有する。圧電セラミックス素子１０ａで発電した電気は、ダイオードＤ１〜Ｄ３により全波整流され、また圧電セラミックス素子１０ｂで発電した電気は、ダイオードＤ４〜Ｄ６により全波整流される。これら、全波整流された電気はコンデンサＣに充電される。このコンデンサＣは、当該並列回路では１個とすることもできる。そして、スイッチＳＷの操作により、コンデンサＣは放電して発光ダイオードＬ１〜Ｌ３を点灯する。
【００３４】
図３は、上記のように構成された圧電発電装置に用いられる圧電セラミックス体１０の一般的な構造例を示しており、この例では、２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの間に介装された金属電極１１の一端部を、圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの他端部よりも外方に突出１１Ａさせて、該突出部１１Ａにリード線９Ｃを導電接続するしか方法がない。しかし、このように金属電極１１の突出部１１Ａを圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの他端部よりも外方に突出させた場合、該突出部１１Ａが圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの歪変形とは別の周波数で振動するため、該突出部１１Ａの振動が圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの発電の妨げとなり、効率的な発電を得ることができない。
【００３５】
このため、上記金属電極１１の突出部１１Ａを、リード線９Ｃを結線した後、接着剤等で固める手段も有効である。
【００３６】
そこで、本発明では、図４と図５に示すように、２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの一端部１０ａ２，１０ｂ２及び金属電極１１Ｂ側は揃え、他端部１０ｂ１側は、この形態例では、圧電セラミックス素子１０ａよりも長く形成して段部１０ｂ１を形成し、該段部１０ｂ１に前記金属電極１１のリード線９Ｃの接続端部１１Ａを接着固定したことを特徴とする（以下、形態Ａという。）。勿論、この段部は、図示の形態例とは逆に、圧電セラミックス素子１０ａの他端部１０ａ１を圧電セラミックス素子１０ｂの他端部１０ｂ１よりも長く形成し、この長く延設された圧電セラミックス素子１０の段部１０ａ１に金属電極１１のリード線９Ｃの接続端部１１Ａを接着固定してもよい（以下、形態Ｂという）。
【００３７】
このように金属電極１１を、剛性が高い圧電セラミックス素子１０ａ又は１０ｂの段部で受けることで、金属電極１１の突出部１１Ａの固有振動を防止することができるため、有効な発電効率を得ることができ、しかも、リード線９Ｃの金属電極への結線作業を簡単に行うことができる。尚、上記形態例では、金属電極１１の接続端部１１Ａを段部に接着固定する場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、蒸着やメッキにより形成してもよい。
【００３８】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、前記形態Ａの変形例を示しており、リード線９Ｃの接続端部１１Ａを、図４と図５に示す例とは異なり、結線に必要な細幅とし、可及的に金属電極１１の接続端部１１Ａによる振動阻害要因を排除するように構成した例を示している。
【００３９】
図６（Ｃ）及び（Ｄ）は、前記形態Ｂの変形例を示しており、リード線９Ｃの接続端部１１Ａを、図４と図５に示す例とは異なり、結線に必要な細幅とし、可及的に金属電極１１の接続端部１１Ａによる振動阻害要因を排除するように構成した例を示している。勿論、この発明にあっては、特に図示はしないが、圧電セラミックス素子１０ａ又は１０ｂの平面及び高さ寸法を同一に形成し、圧電セラミックス素子１０ａ又は１０ｂの一方にリード線９Ｃを接続するための平面略凹状の切り欠きを形成し、該切り欠き部に電極１１を露出させて結線してもよい。
【００４０】
このような充電装置を用いて並列型の圧電発電装置を構成することより発電効率が略２倍に改善され、充電装置或いは発光装置の電源として有効である。上記圧電発電装置は、構造が簡単であり、かつより大きな出力電流を得ることができ経済的でもあるため、より実用的な用途が期待される。たとえば、この圧電発電装置を自転車或いは靴等に実装し、発光ダイオードを点灯させるようにすれば、夜間における存在を認識させる装置として利用できる。また、電池式の腕時計或いは携帯電話等に実装すれば、電池の代わりとして、或いは電池切れの対策として利用可能である。さらには、波の揺れを利用して発電することで、ブイ（浮標）の点灯装置としての利用等も期待できる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明に係る圧電発電装置によれば、請求項１に記載したように、板状の２枚の圧電セラミックス素子を、分極を同一方向にして接合すると共に、該セラミックス素子間に極薄の金属電極を接合して層状の圧電セラミックス体を形成し、この圧電セラミックス体に衝撃荷重を作用させることで発電するように構成したので、本出願人が先に提案した直列型圧電発電装置と比較して、略２倍の出力電流を得ることができ、使用分野を大幅に拡大させることができ、実用性が向上する。
【００４２】
また、請求項２及び請求項３のいずれかに記載の発明によれば、圧電セラミックス体をクッション材で保持する構成を採用したので、圧電セラミックス体の振動が長続きさせることができ、発電効率が改善されるという効果が得られる。
【００４３】
また、請求項４に記載の発明にあっては、同一形態の圧電セラミックス素子を用いて層状の圧電セラミックス体を形成したので、圧電セラミックス素子の伸縮が適切に行われ、さらに発電効率が向上するという効果がある。また、圧電セラミックス素子のそれぞれを、請求項５に記載したように、複数枚層状に接合したので、圧電セラミックス素子の強度維持が図れるという効果がある
【００４４】
さらに、この発明にあっては、請求項６に記載したように、圧電セラミックス素子としてチタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたことから、発電装置への適用範囲が広く実用化に効果的である。
【００４５】
さらに、この発明では、請求項７に記載したように、金属電極を、りん青銅や真鍮等の導電性金属で１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成したので、圧電セラミックス素子がたわみ振動して発電しても、該金属電極の機械的な抵抗がほとんどないため、発電効率が減ぜられにくい、という効果が得られる。
【００４６】
またさらに、請求項８に記載された発明にあっては、２枚の圧電セラミックス素子の一端部側は揃え、他端部側は、一方の圧電セラミックス素子よりも長く形成して段部を形成し、該段部に前記金属電極のリード線接続端部を延設し固着して構成したので、金属電極を、剛性が高い圧電セラミックス素子の段部で受けることができるため、金属電極の突出部の固有振動を防止することができ、より有効な発電効率を得ることができると共に、リード線の金属電極への結線作業を簡単に行うことができる。
【００４７】
また、請求項９に記載された発明にあっては、前記２枚の圧電セラミックス素子の両端部側は揃え、前記金属電極を両圧電セラミックス素子の一端部から外方に突出させ、該突出部にリード線を結線した後、該突出部を接着剤に埋設して圧電セラミックス素子と一体化することで、金属電極の突出部の固有振動を防止することができ、より有効な発電効率を得ることができると共に、リード線の金属電極への結線作業を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態例に係る圧電発電装置を示す説明図である。
【図２】同充電装置の回路図である。
【図３】この発明に用いられる圧電セラミックス体の原型モデルを示す側面説明図である。
【図４】同圧電セラミックス体の実施の一形態例を示す斜視図である。
【図５】同圧電セラミックス体の側面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、圧電セラミックス体の形態Ａの変形例を夫々示す平面説明図を、（Ｃ）及び（Ｄ）は、圧電セラミックス体の形態Ｂの変形例を夫々示す平面説明図である。
【図７】従来例に係る圧電発電装置の説明図である。
【図８】本出願人が先に提案した圧電発電装置を示す説明図である。
【符号の説明】
３　クッション材（クッション部材）
４　殴打体（鋼球）
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ　リード線
１０　圧電セラミックス体
１０ａ，１０ｂ　圧電セラミックス素子
１０ｂ１　段部
１１　極薄の金属電極
１１Ａ　電極の接続端部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric power generating device capable of obtaining an output current approximately twice that of a conventional piezoelectric power generating device using a piezoelectric ceramic element.
[0002]
[Prior art and its problems]
Piezoelectric materials have a variety of applications for converting elements between mechanical energy and electrical energy. Many inorganic and organic materials exhibiting the piezoelectric effect are known, and as materials which are at a practical level at present, there are PZT (piezoelectric ceramics) ceramic materials and the like.
[0003]
Piezoelectric ceramic elements are elements in which a high direct-current voltage is applied to a polycrystalline body to generate remanent polarization, thereby imparting piezoelectricity. Since the basic piezoelectric constant can be freely changed depending on the composition, its use is Is wide. In particular, lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic elements have a wide selection range of composition ratios and additives, and have a wide range of application.
[0004]
FIG. 7 is an explanatory diagram of a piezoelectric generator according to a conventional example. In this piezoelectric power generation device, a piezoelectric ceramic element plate 31 is joined to a substrate 32 made of an acrylic material or the like, and both ends of the substrate 32 are fixed by holders 33 made of a hard material such as a metal. Then, a steel ball 35 is dropped from above the ceramic element plate 31 to apply mechanical shock energy due to collision to the piezoelectric element plate 31 to excite flexural vibration on the piezoelectric element plate 31 including the substrate 32. It extracts electric energy.
[0005]
Although the above-mentioned conventional PZT-based piezoelectric ceramic element is expected to be practical, it has a problem in that it is not practical as a piezoelectric power generating device due to a small amount of power generation. Further, in a piezoelectric power generating device using a piezoelectric ceramic element, it is essential that the natural vibration of the piezoelectric ceramic element plate 31 be continued as long as possible. There is also a problem that a support structure without mechanical resistance must be realized. Further, in the above-described conventional technique, since the substrate 32 and the piezoelectric ceramic element 31 are made of different materials, it is difficult to bring the center of vibration (a part that does not expand or contract) to the joint surface between the substrate 32 and the piezoelectric ceramic element 31. When this center appears on the piezoelectric ceramic element plate 31, there is also a problem that the polarization cancels out and the power generation efficiency is reduced.
[0006]
In order to solve the above problem of the conventional piezoelectric power generating device, the present applicant has previously proposed a piezoelectric power generating device (Patent Document 1) shown in FIG. In this piezoelectric power generating device, two plate-shaped piezoelectric ceramic elements 1a and 1b are formed into layered piezoelectric ceramic bodies 1 (PZT1) and 1 (PZT2) in which the polarization is bonded in the opposite direction. The power generation apparatus is characterized in that it is configured to generate power by hitting one of the surfaces of the power generation device 1 and 1 so that a power generation device with high power generation efficiency and effective for small power generation can be obtained.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-145375
[0008]
According to the present invention, the current output obtained by the piezoelectric generator having the above-mentioned configuration proposed by the present applicant is polarized, unlike the previous application, in the same direction, and an extremely thin metal electrode is interposed therebetween. The present invention is intended to provide a piezoelectric power generation device having excellent power generation efficiency, which can be improved to approximately twice by combining the piezoelectric power generation devices.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a piezoelectric power generating device according to the present invention, as described in claim 1, is a piezoelectric power generating device that generates electric power by applying a strain deformation to a piezoelectric ceramic body 10 formed in a plate shape, The piezoelectric ceramic body 10 is formed by two plate-shaped piezoelectric ceramic elements 10a and 10b whose polarization is set in the same direction, and a very thin metal electrode is provided between the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b. The piezoelectric ceramic body 10 is formed in a layered form by being interposed therebetween, and the center or both ends of one surface of the piezoelectric ceramic body 10 is supported by the cushion material 3, and the natural vibration of the piezoelectric ceramic body 10 has another structure. It has a soft support structure that is difficult to transmit to the body.
[0010]
Further, in order to achieve the above object, the piezoelectric power generating device according to the present invention has the piezoelectric ceramic bodies 10 supported by the cushion members 3 and 3 arranged to face each other. A hard beating body 4 for reciprocating between the two bodies 10 and beating each piezoelectric ceramic body 10 is provided between the two bodies.
[0011]
Further, according to the third aspect of the present invention, the piezoelectric ceramic body is reciprocated between the piezoelectric ceramic body and one or both sides of the piezoelectric ceramic body supported by the cushion members. A hard beating body 4 for beating a ceramic body is provided.
[0012]
As described in claim 4, the piezoelectric ceramic body 10 used in the piezoelectric power generating device configured as described above is formed by forming the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b in the same form, and provides stable power generation efficiency. Is obtained.
[0013]
Further, according to the present invention, the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b are each joined in a plurality of layers as described in claim 5.
[0014]
In this case, as described in claim 6, the power generation efficiency of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b can be significantly improved by using a lead zirconate titanate-based material.
[0015]
Further, the metal electrode 11 is formed of a conductive metal such as phosphor bronze or brass, and the thickness thereof is, for example, 10 μm to 50 μm. Desirably, the thickness may be 0.5 to 1 mm or more as long as the vibration of the electrode 11 can be suppressed low.
[0016]
Further, in the present invention, one end of the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b is aligned, and the other end is formed to be longer than the end 10a1 or 10b1 of one of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b. Then, a step 10a1 or 10b1 is formed, and the lead wire connection end 11A of the metal electrode 11 is extended to the step 10a1 or 10b1.
[0017]
According to the present invention, both ends of the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b are aligned, and the metal electrode 11 is connected to one end of both piezoelectric ceramic elements 10a and 10b. From the metal electrode 11 by connecting the lead wire 9C to the protruding portion 11A and embedding the protruding portion 11A in an adhesive to be integrated with the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b. 11A is characterized in that vibrations different from those of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b are prevented.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
[0019]
In FIG. 1, piezoelectric ceramic bodies 10 are arranged on both ends of a cylindrical container 8 having both ends closed, and the piezoelectric ceramic bodies 10 generate power by hitting steel balls 4.
[0020]
The cushion member 3 is adhered to one side surface of the container 8 using an adhesive 6, and the piezoelectric ceramic body 10 is adhered to only the central portion of the cushion member 3 using the adhesive 5. Similarly, the piezoelectric ceramic body 10 is bonded to the other side surface of the container 8 so that both sides face each other.
[0021]
The protector plate 2 is fixed to the center of the facing surfaces of the two piezoelectric ceramic bodies 10. Then, a pipe 7 is arranged between the two piezoelectric ceramic bodies 10, and a rollable steel ball 4 is provided in the pipe 7.
[0022]
According to the present invention, when the piezoelectric ceramic body 10 is arranged, for example, horizontally, not only the center portion thereof but also both end portions thereof are held by the cushion members 3, or Both ends may be held by the cushion material 3, and the supporting portions may be arranged and held on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic body 10.
[0023]
The piezoelectric ceramic body 10 has two plate-shaped piezoelectric ceramic elements 10a and 10b of the same form (the same material, the same shape, and the same thickness), and the polarities of the respective ceramic elements 10a and 10b are set to the same direction. An ultra-thin metal electrode 11 made of a conductive metal such as phosphor bronze or brass and having a thickness of 10 μm to 50 μm is arranged between the piezoelectric ceramic elements 10 a and 10 b. It is configured by joining metal electrodes 11. Of course, in the present invention, the thickness of the metal electrode 11 is not limited to the above example, and may be, for example, 0.5 mm or more.
[0024]
By making the metal electrode 11 extremely thin, the mechanical resistance due to the metal electrode 11 can be very slightly suppressed, and the joint surface between the two ceramic elements 10a and 10b and the metal electrode 11 can be centered (stretched and contracted). Even when flexural vibrations occur in the portion where no flexural vibrations occur, attenuation of the flexural vibrations by the metal electrode 11 can be suppressed as small as possible. In the configuration of this embodiment, if the ceramic element 10a on one side expands, the ceramic element 10b on the other side contracts, and the electrode of the output voltage is in the opposite direction, so that the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b are connected in parallel. Power generation configuration.
[0025]
Further, in this embodiment, when the above-described flexural vibration is performed, one of the piezoelectric ceramic elements 10a (or 10b) performs both expansion and contraction, and the polarization is not canceled out efficiently. Power generation is performed. The electric current as electric energy generated by the ceramic element 10a is extracted from the lead wire 9A, and the electric current as electric energy generated by the ceramic element 10b is extracted from the lead wire 9B. The generated current is connected to lead wires 9C conductively connected to both ends of the metal electrode 11, so that an alternating current is obtained.
[0026]
Also, here, the case where the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b are stacked with the metal electrode 11 interposed therebetween has been described as an example, but each piezoelectric ceramic element 10a (10b) itself may have a multilayer structure. it can. In this laminated structure, a plurality of piezoelectric ceramic elements are joined (in this case, the polarization direction is also in the same direction) to form one piezoelectric ceramic element 10a (or 10b).
[0027]
As described above, when the piezoelectric ceramic element 10a (or 10b) itself has a laminated structure and is bonded with, for example, an adhesive having elastic characteristics, the piezoelectric effect of the piezoelectric ceramic body 10 lacking in material due to the elasticity effect. Bending becomes easy and bending strength can be maintained. In the present invention, the outer shape of the piezoelectric ceramic body 10 is not particularly limited, and any shape such as a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, or a polygon can be used in accordance with a use form. .
[0028]
Further, the cushion member 3 used in the present invention is made of a synthetic resin material, a rubber material, or a soft material obtained by forming them into a sponge shape. The reason why such a cushion member 3 is used and that the piezoelectric ceramic body 10 is fixed to only the center portion or both end portions of the cushion member 3 using the adhesive 5 is that the vibration of the piezoelectric ceramic body 10 is not attenuated. It is. When the piezoelectric ceramics body 10 vibrates, the member supporting the piezoelectric ceramics body 10 becomes a factor for attenuating the vibration of the piezoelectric ceramics body 10. In order to eliminate the damping factor, the cushioning member 3 is used to minimize the piezoelectric ceramics body. Leave 10 free.
[0029]
As in the present invention, the distortion of the piezoelectric ceramic body 10 becomes the natural vibration of the piezoelectric ceramic itself and continues for a while. In order to keep the natural vibration for a long time, it is important that the natural vibration is not transmitted to other structures other than the piezoelectric ceramic body 10. The natural vibration of the piezoelectric ceramic body 10 is converted as electric energy, but all vibrations of the other structures become mechanical resistance and absorb the natural vibration energy, and cannot be extracted as electric energy. For this reason, in this embodiment, the cushion plate 3 is used as means for realizing a soft contact between the piezoelectric ceramic body 10 and another structure so that the natural vibration is not transmitted. The natural vibration of the body 10 can be continued for a long time, and the power generation efficiency is improved. Of course, the cushion member 3 also has a function of reducing the impact applied to the piezoelectric ceramic body 10. The protector plate 2 is made of metal or synthetic resin, and protects the piezoelectric ceramic body 10 from hitting the steel ball 4.
[0030]
In the present embodiment, the steel ball 4 is arranged in the pipe 7 to beat the piezoelectric ceramic body 10 as the hit body, but the material and shape of the hit body are limited to steel balls. However, other heavy objects such as columnar and egg-shaped may also be used. In addition, not only the pipe 7, but also a form in which the hit body can move along the rail as long as the hit body can move freely. In addition, a spring material (upward or downward) is used in place of the pipe 7, one end of the spring material is fixed, and the steel ball 4 is attached to the other end. The body 10 may be beaten.
[0031]
If the piezoelectric power generating device configured as in this embodiment is placed in an environment of a predetermined motion state using wind, waves, or human action, the steel ball 4 rolls in the pipe 7. The right and left piezoelectric ceramic bodies 10 are hit to apply impact energy due to collision. The vibration of the piezoelectric ceramic body 10 is excited, and the piezoelectric ceramic body 10 is repeatedly expanded and contracted to generate AC electricity. With respect to the amount of power generation, the so-called parallel type of the present invention can obtain approximately twice the output current as compared with the serial type piezoelectric power generation device previously proposed by the present applicant.
[0032]
FIG. 2 shows a circuit of a charging device that uses the above-described piezoelectric power generating device to charge the electricity generated by one piezoelectric ceramic body 10. Of course, in this embodiment, the two piezoelectric ceramic bodies 10 are configured to face each other, so that the charging circuits are electrically connected in parallel or in series. Further, the illustrated parallel circuit may be configured to be appropriately increased according to the purpose of use.
[0033]
That is, this charging circuit includes two piezoelectric ceramic bodies 10, two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b, a metal electrode 11, rectifying diodes D1 to D6, a capacitor C for storing electricity, a switch SW, and light emitting diodes L1 to L3. Having. The electricity generated by the piezoelectric ceramic element 10a is full-wave rectified by the diodes D1 to D3, and the electricity generated by the piezoelectric ceramic element 10b is full-wave rectified by the diodes D4 to D6. The full-wave rectified electricity is charged in the capacitor C. The number of the capacitors C may be one in the parallel circuit. Then, the operation of the switch SW discharges the capacitor C to light the light emitting diodes L1 to L3.
[0034]
FIG. 3 shows an example of a general structure of the piezoelectric ceramic body 10 used in the piezoelectric power generating device configured as described above. In this example, the piezoelectric ceramic body 10 is interposed between two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b. One method is to make one end of the formed metal electrode 11 protrude 11A outward from the other ends of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b, and connect the lead wire 9C to the protrusion 11A in a conductive manner. However, when the protrusion 11A of the metal electrode 11 is made to protrude outward from the other ends of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b, the protrusion 11A is different from the strain deformation of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b. Therefore, the vibration of the protrusion 11A hinders the power generation of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b, and efficient power generation cannot be obtained.
[0035]
For this reason, it is also effective to use means for connecting the protruding portion 11A of the metal electrode 11 to the lead wire 9C and then hardening the protruding portion 11A with an adhesive or the like.
[0036]
Therefore, in the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, one end portions 10a2 and 10b2 of the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b and the metal electrode 11B side are aligned, and the other end portion 10b1 side is in this embodiment. The step 10b1 is formed to be longer than the piezoelectric ceramic element 10a, and the connection end 11A of the lead wire 9C of the metal electrode 11 is bonded and fixed to the step 10b1. .) Of course, in this step, contrary to the illustrated embodiment, the other end 10a1 of the piezoelectric ceramic element 10a is formed longer than the other end 10b1 of the piezoelectric ceramic element 10b. The connection end 11A of the lead wire 9C of the metal electrode 11 may be bonded and fixed to the ten steps 10a1 (hereinafter referred to as form B).
[0037]
By receiving the metal electrode 11 at the step of the piezoelectric ceramic element 10a or 10b having high rigidity, it is possible to prevent the natural vibration of the protruding portion 11A of the metal electrode 11, thereby obtaining an effective power generation efficiency. In addition, the work of connecting the lead wire 9C to the metal electrode can be easily performed. In the above embodiment, the case where the connection end 11A of the metal electrode 11 is adhered and fixed to the step is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and is formed by vapor deposition or plating. May be.
[0038]
FIGS. 6A and 6B show a modification of the embodiment A. Unlike the examples shown in FIGS. 4 and 5, the connection end 11A of the lead wire 9C is different from the examples shown in FIGS. In this case, an example is shown in which the vibration inhibition factor due to the connection end 11A of the metal electrode 11 is eliminated as much as possible.
[0039]
FIGS. 6 (C) and 6 (D) show a modification of the embodiment B. The connection end 11A of the lead wire 9C is different from the examples shown in FIGS. 4 and 5 in the narrow width required for connection. In this case, an example is shown in which the vibration inhibition factor due to the connection end 11A of the metal electrode 11 is eliminated as much as possible. Of course, in the present invention, although not particularly shown, the piezoelectric ceramic element 10a or 10b is formed to have the same plane and the same height, and is used to connect the lead wire 9C to one of the piezoelectric ceramic elements 10a or 10b. A notch having a substantially concave shape in a plane may be formed, and the electrode 11 may be exposed and connected to the notch.
[0040]
By constructing a parallel type piezoelectric power generating device using such a charging device, the power generation efficiency is improved to approximately twice and it is effective as a power source for the charging device or the light emitting device. Since the piezoelectric power generating device has a simple structure, can obtain a larger output current, and is economical, a more practical application is expected. For example, if this piezoelectric power generation device is mounted on a bicycle or shoes, and the light emitting diode is turned on, it can be used as a device for recognizing the presence at night. Further, if the battery is mounted on a battery-type wristwatch or a mobile phone, it can be used as a substitute for a battery or as a measure against running out of a battery. Furthermore, by generating electricity using the sway of the waves, use as a lighting device for a buoy (buoy) can be expected.
[0041]
【The invention's effect】
According to the piezoelectric power generating device of the present invention, as described in claim 1, two plate-shaped piezoelectric ceramic elements are joined in the same direction of polarization, and an extremely thin metal is placed between the ceramic elements. Since the electrodes were joined to form a layered piezoelectric ceramic body, and an electric power was generated by applying an impact load to the piezoelectric ceramic body, it was compared with the serial piezoelectric power generation device proposed earlier by the present applicant. As a result, an output current approximately twice as high can be obtained, the field of use can be greatly expanded, and practicality is improved.
[0042]
According to the invention described in any one of the second and third aspects, the configuration in which the piezoelectric ceramic body is held by the cushion material is employed, so that the vibration of the piezoelectric ceramic body can be continued for a long time, and the power generation efficiency can be reduced. The effect of being improved is obtained.
[0043]
In the invention according to claim 4, since the layered piezoelectric ceramic body is formed using the same type of piezoelectric ceramic element, the expansion and contraction of the piezoelectric ceramic element is appropriately performed, and the power generation efficiency is further improved. This has the effect. Further, since each of the piezoelectric ceramic elements is joined in a plurality of layers as described in claim 5, there is an effect that the strength of the piezoelectric ceramic element can be maintained.
Further, according to the present invention, since the piezoelectric ceramic element is made of a lead zirconate titanate-based material as described in claim 6, the piezoelectric ceramic element has a wide range of application to a power generation device and is effective for practical use. is there.
[0045]
Furthermore, in the present invention, as described in claim 7, since the metal electrode is formed of a conductive metal such as phosphor bronze or brass to a thickness of 10 μm to 50 μm, the piezoelectric ceramic element bends and vibrates to generate power. However, since the metal electrode has almost no mechanical resistance, the effect that the power generation efficiency is hardly reduced is obtained.
[0046]
Further, in the invention described in claim 8, one end side of the two piezoelectric ceramic elements is aligned, and the other end side is formed longer than one of the piezoelectric ceramic elements to form a step. Since the lead wire connection end of the metal electrode is extended and fixed to the step, the metal electrode can be received by the step of the piezoelectric ceramic element having high rigidity. It is possible to prevent the natural vibration of the portion, to obtain more effective power generation efficiency, and to easily connect the lead wires to the metal electrodes.
[0047]
Further, in the invention according to claim 9, both ends of the two piezoelectric ceramic elements are aligned, and the metal electrode is projected outward from one end of both piezoelectric ceramic elements. After connecting the lead wire to the piezoelectric ceramic element by embedding the protruding portion in an adhesive, the natural vibration of the protruding portion of the metal electrode can be prevented, and more effective power generation efficiency is obtained. In addition to this, the work of connecting the lead wires to the metal electrodes can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a piezoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of the charging device.
FIG. 3 is an explanatory side view showing a prototype model of a piezoelectric ceramic body used in the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing one embodiment of the piezoelectric ceramic body.
FIG. 5 is a side view of the piezoelectric ceramic body.
FIGS. 6A and 6B are plan explanatory views each showing a modification of the embodiment A of the piezoelectric ceramic body, and FIGS. 6C and 6D are each a modification of the embodiment B of the piezoelectric ceramic body. FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a piezoelectric generator according to a conventional example.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a piezoelectric power generating device proposed by the present applicant previously.
[Explanation of symbols]
3 cushion material (cushion material)
4 Hit body (steel ball)
9A, 9B, 9C Lead wire 10 Piezoelectric ceramic body 10a, 10b Piezoelectric ceramic element 10b1 Step 11 Ultra-thin metal electrode 11A Electrode connection end

Claims

板状に形成された圧電セラミックス体に歪み変形を供与することで発電する圧電発電装置において、上記圧電セラミックス体を、分極が同一方向に設定された２枚の板状に形成された圧電セラミックス素子で形成すると共に、該圧電セラミックス素子の間に極薄の金属電極を介在させて接合して層状に形成し、該圧電セラミックス体の一方側の面の中央部或は両端部をクッション材で支持し、該圧電セラミックス体の固有振動が他の構造体に伝達しにくい柔支持構造としたことを特徴とする圧電発電装置。In a piezoelectric power generating apparatus for generating electric power by applying strain deformation to a plate-shaped piezoelectric ceramic body, the piezoelectric ceramic body is formed into two plate-shaped piezoelectric ceramic elements whose polarization is set in the same direction. In addition, an ultra-thin metal electrode is interposed between the piezoelectric ceramic elements and joined to form a layer, and the center or both ends of one surface of the piezoelectric ceramic body is supported by a cushion material. And a flexible support structure in which the natural vibration of the piezoelectric ceramic body is not easily transmitted to other structures.

前記クッション材で支持された圧電セラミックス体を向い合せに配置し、両圧電セラミックス体間に、両者間を往復移動して各圧電セラミックス体を殴打する硬質の殴打体を配設したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発電装置。The piezoelectric ceramic bodies supported by the cushioning material are arranged facing each other, and between both piezoelectric ceramic bodies, a hard beating body that strikes each piezoelectric ceramic body by reciprocating between them is provided. The piezoelectric generator according to claim 1.

前記クッション材で支持された圧電セラミックス体の一方又は両方の側に、圧電セラミックス体との間を往復移動して圧電セラミックス体を殴打する硬質の殴打体を配設したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発電装置。A hard beating body for reciprocating between the piezoelectric ceramic body and hitting the piezoelectric ceramic body is disposed on one or both sides of the piezoelectric ceramic body supported by the cushion material. 2. The piezoelectric power generator according to 1.

請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電セラミックス体を、前記２枚の圧電セラミックス素子を同一形態にして形成したことを特徴とする圧電セラミックス体。4. A piezoelectric ceramic body according to claim 1, wherein the two piezoelectric ceramic elements are formed in the same form.

前記２枚の圧電セラミックス素子のそれぞれを、複数枚層状に接合したことを特徴とする請求項４に記載の圧電セラミックス体。The piezoelectric ceramic body according to claim 4, wherein each of the two piezoelectric ceramic elements is joined in a plurality of layers.

前記圧電セラミックス素子としてチタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかに記載の圧電セラミックス体。6. The piezoelectric ceramic body according to claim 4, wherein a lead zirconate titanate-based material is used as the piezoelectric ceramic element.

前記金属電極は、りん青銅や真鍮等の導電性金属で形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかの記載の圧電セラミックス体。The piezoelectric ceramic body according to any one of claims 4 to 6, wherein the metal electrode is formed of a conductive metal such as phosphor bronze or brass.

前記２枚の圧電セラミックス素子の一端部側は揃え、他端部側は、一方の圧電セラミックス素子よりも長く形成して段部を形成し、該段部に前記金属電極のリード線接続端部が延設されていることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の圧電セラミックス体。One end of the two piezoelectric ceramic elements is aligned, and the other end is longer than one of the piezoelectric ceramic elements to form a step. The piezoelectric ceramic body according to any one of claims 4 to 7, wherein is extended.

前記２枚の圧電セラミックス素子の両端部側は揃え、前記金属電極を両圧電セラミックス素子の一端部から外方に突出させ、該突出部にリード線を結線した後、該突出部を接着剤に埋設して圧電セラミックス素子と一体化したことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の圧電セラミックス体。Both ends of the two piezoelectric ceramic elements are aligned, the metal electrodes are projected outward from one end of both piezoelectric ceramic elements, and a lead wire is connected to the projected parts. The piezoelectric ceramic body according to any one of claims 4 to 7, wherein the piezoelectric ceramic body is embedded and integrated with the piezoelectric ceramic element.