JPH11266588A - Piezoelectric generator, electronic equipment with the piezoelectric generator and portable equipment with the piezoelectric generator - Google Patents
Piezoelectric generator, electronic equipment with the piezoelectric generator and portable equipment with the piezoelectric generatorInfo
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- JPH11266588A JPH11266588A JP10067450A JP6745098A JPH11266588A JP H11266588 A JPH11266588 A JP H11266588A JP 10067450 A JP10067450 A JP 10067450A JP 6745098 A JP6745098 A JP 6745098A JP H11266588 A JPH11266588 A JP H11266588A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電効果を生じさ
せる圧電体を用いた圧電発電機及びこの圧電発電機を有
する電子機器及び携帯機器等に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric generator using a piezoelectric material that produces a piezoelectric effect, and to an electronic device and a portable device having the piezoelectric generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１３は、従来の圧電発電機１０及び電
力系統２０を示すものである。2. Description of the Related Art FIG. 13 shows a conventional piezoelectric generator 10 and a power system 20.
【０００３】図１３において、圧電発電機１０は、圧電
体２及び電力回収手段８を備えている。圧電体２は、バ
イモルフ型圧電体であって、第１の圧電層２ａ及び第２
の圧電層２ｂにより構成されている。これら第１の圧電
層２ａ及び第２の圧電層２ｂは、圧電効果を生じる圧電
セラミック等により構成されている。In FIG. 13, a piezoelectric generator 10 includes a piezoelectric body 2 and power recovery means 8. The piezoelectric body 2 is a bimorph type piezoelectric body, and includes a first piezoelectric layer 2a and a second piezoelectric layer 2a.
Of the piezoelectric layer 2b. The first piezoelectric layer 2a and the second piezoelectric layer 2b are made of a piezoelectric ceramic or the like that produces a piezoelectric effect.
【０００４】また、この圧電体２は、図示しないハンマ
ー等の加振手段によって、図１３のＡ及びＢ方向に振動
することになる。そして、このように圧電体２が振動す
ると、圧電効果により電力が発生することになる。The piezoelectric body 2 vibrates in the directions A and B in FIG. 13 by vibrating means such as a hammer (not shown). When the piezoelectric body 2 vibrates in this manner, electric power is generated by the piezoelectric effect.
【０００５】具体的には、圧電体２が加振手段により振
動させられ、例えば図１３に示すＡの方向に振れた場
合、圧電層２ａは圧縮させられ、これとは逆に圧電層２
ｂは、引っ張られることになる。このとき、各圧電層２
ａ，２ｂ内の圧電性結晶に外部応力が負荷され、その応
力に対応して電界が生じ、その分極方向に応じた電圧が
生じることとなる。More specifically, when the piezoelectric body 2 is vibrated by vibrating means and oscillates, for example, in the direction A shown in FIG. 13, the piezoelectric layer 2a is compressed, and conversely, the piezoelectric layer 2a is compressed.
b will be pulled. At this time, each piezoelectric layer 2
External stress is applied to the piezoelectric crystals in a and 2b, an electric field is generated corresponding to the stress, and a voltage is generated according to the polarization direction.
【０００６】一方、例えば図１３に示すように、圧電体
２がＢ方向に振れた場合、圧電層２ａは引っ張られ、こ
れとは逆に圧電層２ｂは、圧縮されることになる。この
ときも各圧電層２ａ，２ｂには、その分極方向に応じた
電圧が生じる。On the other hand, for example, as shown in FIG. 13, when the piezoelectric body 2 swings in the B direction, the piezoelectric layer 2a is pulled, and conversely, the piezoelectric layer 2b is compressed. At this time, a voltage corresponding to the polarization direction is generated in each of the piezoelectric layers 2a and 2b.
【０００７】このように生じた電圧を電極等から電力と
して回収する手段が、電力回収手段８である。The means for recovering the voltage thus generated as power from the electrodes and the like is the power recovery means 8.
【０００８】電力回収手段８は、圧電層２ａ，２ｂと接
続されており、圧電層２ａ，２ｂに発生した電力を外部
に供給するようになっている。すなわち、圧電発電機１
０は、出力端を開閉するスイッチ２１を介して電力系統
２０に接続されている。[0008] The power recovery means 8 is connected to the piezoelectric layers 2a and 2b, and supplies electric power generated in the piezoelectric layers 2a and 2b to the outside. That is, the piezoelectric generator 1
0 is connected to the power system 20 via a switch 21 that opens and closes the output terminal.
【０００９】電力系統２０は、例えばダイオード２２を
用いた整流回路２３やコンデンサ２４等を用いて整流さ
れた電力を蓄える蓄電装置２５を有している。なお、圧
電発電機１０を直に電子機器、時計等の携帯機器等の電
力を消費する処理装置と接続することも可能である。The power system 20 has a power storage device 25 for storing power rectified using, for example, a rectifier circuit 23 using a diode 22 and a capacitor 24. The piezoelectric generator 10 can be directly connected to a power-consuming processing device such as an electronic device or a portable device such as a clock.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】このようにして、圧電
発電機１０は、圧電体２を用いて発電するが、圧電体２
の振動によって機械エネルギーを電気エネルギーに変換
する、圧電体２の電気機械結合係数は、極めて低く、与
えられた機械エネルギーのうち、一回の圧電体２の変位
で電気エネルギーに変換される割合は、極めて小さいも
のとなる。As described above, the piezoelectric generator 10 generates electric power by using the piezoelectric body 2.
The electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body 2, which converts mechanical energy into electric energy by the vibration of the piezoelectric material 2, is extremely low. Among the given mechanical energies, the ratio of the mechanical energy converted into electric energy by one displacement of the piezoelectric body 2 , Becomes extremely small.
【００１１】このような、圧電発電機１０を使用して十
分な電力を電子機器等に供給するには、圧電体２の変位
回数を増加させるため加振ハンマーを大型化したり、１
変位での発電量を増すために圧電体２そのものを大型化
する等が必要となる。また、圧電体２の振動減衰の大き
な要因である、圧電体２の固定部からの損失を抑えるた
めには、この固定部の質量は振動部分の質量に比べ、大
きいことが必要である。この場合、どうしても圧電発電
機１０が大型になってしまうという問題があった。In order to supply sufficient electric power to an electronic device or the like using the piezoelectric generator 10 as described above, the size of the vibration hammer must be increased in order to increase the number of times the piezoelectric body 2 is displaced.
In order to increase the amount of power generated by the displacement, it is necessary to increase the size of the piezoelectric body 2 itself. Further, in order to suppress the loss from the fixed portion of the piezoelectric body 2, which is a major factor of the vibration damping of the piezoelectric body 2, the mass of the fixed portion needs to be larger than the mass of the vibrating portion. In this case, there is a problem that the piezoelectric generator 10 is necessarily increased in size.
【００１２】一方、圧電発電機１０を搭載しようとする
電子機器等は、近年ますます小型化する傾向にあるた
め、十分な電力を供給できる圧電発電機１０は、このよ
うな小型化する電子機器等に搭載できないという問題が
あった。On the other hand, electronic devices and the like on which the piezoelectric generator 10 is to be mounted tend to be more and more miniaturized in recent years. And so on.
【００１３】本発明の目的は、上記課題を解消して、小
型で且つ発電効率のよい圧電体を用いた圧電発電機及び
この圧電発電機を有する電子機器及び携帯機器を提供す
ることを目的としている。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a piezoelectric generator using a piezoelectric body which is small and has high power generation efficiency, and an electronic device and a portable device having the piezoelectric generator. I have.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】このために、請求項１の
発明は、圧電効果が生じる圧電体と、この圧電体に変位
を与える変位手段と、この圧電体で発生した電力を供給
する手段とを有する圧電発電機において、上記変位手段
によって上記圧電体のうち一の圧電体に与えられた機械
的歪が、この圧電体の機械的歪の反力によって他の圧電
体に機械的歪を生じさせる構成となっている圧電発電機
である。For this purpose, the present invention is directed to a piezoelectric element which produces a piezoelectric effect, displacement means for applying a displacement to the piezoelectric substance, and means for supplying electric power generated by the piezoelectric element. In the piezoelectric generator having the above, mechanical strain given to one of the piezoelectric bodies by the displacement means causes mechanical strain to the other piezoelectric body due to a reaction force of the mechanical strain of the piezoelectric body. It is a piezo-electric generator configured to generate the piezo-electric generator.
【００１５】請求項１の発明では、変位手段によって圧
電体のうち一の圧電体に与えられた機械的歪が、この圧
電体の機械的歪の反力によって他の圧電体に機械的歪を
生じさせる構成となっている。According to the first aspect of the present invention, the mechanical strain given to one of the piezoelectric bodies by the displacement means causes the mechanical distortion of the other piezoelectric body due to the reaction force of the mechanical strain of the piezoelectric body. It is a configuration that causes it.
【００１６】したがって、一の圧電体の機械的歪の反力
によって他の圧電体に機械的歪が生じさせることができ
る。このため、この他の圧電体を機械的に歪ませるため
の応力をさらに変位手段から供給する必要がほとんどな
い。Therefore, a mechanical strain can be generated in another piezoelectric body by a reaction force of the mechanical strain of one piezoelectric body. Therefore, there is almost no need to further supply a stress for mechanically distorting the other piezoelectric body from the displacement means.
【００１７】また、請求項２の発明は、請求項１の構成
において、上記一の圧電体は、予め機械的歪が与えられ
ている状態で配置されているように構成されている圧電
発電機である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric generator according to the first aspect, wherein the one piezoelectric body is arranged in a state where mechanical strain is applied in advance. It is.
【００１８】請求項２の発明では、上記一の圧電体に予
め機械的歪が与えられている。このため、上記一の圧電
体に機械的歪を与えことなく、また、この一の圧電体の
機械的歪の反力によって上記他の圧電体に機械的歪を生
じさせることとなる。したがって、この一の圧電体及び
この他の圧電体を機械的に歪ませるための応力を変位手
段から供給する必要がほとんどない。According to the second aspect of the present invention, the one piezoelectric body is given mechanical strain in advance. For this reason, mechanical strain is not caused to the one piezoelectric body, and mechanical strain is caused to the other piezoelectric body by a reaction force of the mechanical strain of the one piezoelectric body. Therefore, there is almost no need to supply the stress for mechanically distorting the one piezoelectric body and the other piezoelectric body from the displacement means.
【００１９】さらに、請求項３の発明は、請求項１又は
２の構成において、上記変位手段が回動体と、この回動
体に偏心して取り付けられた偏心部と、を有するととも
に、上記圧電体には、この偏心部と係合するスライダー
部が備えられている圧電発電機である。Further, according to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the displacement means has a rotating body, and an eccentric portion attached eccentrically to the rotating body. Is a piezoelectric generator provided with a slider portion that engages with the eccentric portion.
【００２０】請求項３の発明では、上記変位手段が回動
体と、この回動体に偏心して取り付けられた偏心部とを
有し、この偏心部が圧電体に備えられているスライダー
部と係合しているため、この回動体の回動により、上記
偏心部は、その位置が円弧状に移動する。この際、応力
は、偏心部と係合している上記スライダーを介し、上記
圧電体に伝わることなる。According to a third aspect of the present invention, the displacement means has a rotating body and an eccentric part eccentrically attached to the rotating body, and the eccentric part engages with a slider part provided on the piezoelectric body. As a result, the position of the eccentric portion moves in an arc shape by the rotation of the rotating body. At this time, the stress is transmitted to the piezoelectric body via the slider engaged with the eccentric part.
【００２１】請求項４の発明では、請求項３の構成にお
いて、上記一及び他の圧電体は予め機械的歪が与えられ
ている状態で配置されていると共に、この一の圧電体と
他の圧電体が相互に直交方向に配置され、前記一及び他
の圧電体に機械的歪が与えられない状態での交点が上記
回動体の回動中心にほぼ一致する圧電発電機である。こ
のため上記一及び他の圧電体の機械的歪エネルギーが、
相互間で移動し外部に出てゆかないので、上記回動体か
らの機械的歪を生じさせるためのエネルギーを供給する
必要がない。According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect, the one and the other piezoelectric members are arranged in a state where mechanical strain is applied in advance, and the one and the other piezoelectric members are connected to each other. A piezoelectric generator in which piezoelectric bodies are arranged in orthogonal directions to each other, and an intersection of the first and other piezoelectric bodies in a state where no mechanical strain is applied substantially coincides with the center of rotation of the rotating body. For this reason, the mechanical strain energy of the one and other piezoelectric bodies is
Since they move between each other and do not go outside, there is no need to supply energy for causing mechanical distortion from the rotating body.
【００２２】そして、請求項５の発明では、上記変位手
段が、転動運動体と、この転動運動体を上記圧電体に押
しつける加圧部とを備えるため、この加圧部によって押
しつけられたこの転動運動体が上記圧電体の一の圧電体
に機械的歪を与えることとなる。そして、この一の圧電
体の機械的歪の反力がこの転動運動体に作用する。ここ
で、転動運動体は、上記圧電体の表面を転動しているた
め、この一の圧電体の機械的歪の反力を他の圧電体に伝
え、この他の圧電体に機械的歪を生じさせることにな
る。このため、この他の圧電体を機械的に歪ませるため
の応力を加圧部から供給する必要がほとんどない。According to the fifth aspect of the present invention, since the displacement means includes a rolling motion body and a pressing portion for pressing the rolling motion body against the piezoelectric body, the displacement means is pressed by the pressing portion. The rolling motion body gives a mechanical strain to one of the piezoelectric bodies. Then, the reaction force of the mechanical distortion of the one piezoelectric body acts on the rolling motion body. Here, since the rolling moving body is rolling on the surface of the piezoelectric body, the reaction force of the mechanical strain of the one piezoelectric body is transmitted to another piezoelectric body, and the other piezoelectric body is mechanically moved. This will cause distortion. Therefore, there is almost no need to supply a stress for mechanically distorting the other piezoelectric body from the pressurizing unit.
【００２３】請求項６の発明は、請求項１の構成におい
て、上記圧電体に与えられる機械的歪が圧縮歪である圧
電発電機である。A sixth aspect of the present invention is the piezoelectric generator according to the first aspect, wherein the mechanical strain applied to the piezoelectric body is a compression strain.
【００２４】請求項６の発明では、上記圧電体に与えら
れる機械的歪が圧縮歪であるので、投入可能な機械的歪
エネルギーが引っ張り変形時に比べ極めて大きくでき、
発電装置を小型化することが可能となる。According to the sixth aspect of the present invention, since the mechanical strain applied to the piezoelectric body is a compressive strain, the mechanical strain energy that can be applied can be extremely large as compared with the tensile deformation.
The size of the power generation device can be reduced.
【００２５】また、請求項７の発明は、請求項１の構成
において、上記圧電体に与えられる機械的歪が厚みすべ
り変形である圧電発電機である。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric generator according to the first aspect, wherein the mechanical strain applied to the piezoelectric body is a thickness shear deformation.
【００２６】請求項７の発明では、上記圧電体に与えら
れる機械的歪が電気機械結合係数が高い厚みすべり変形
であるため、より効率良く歪エネルギーを発電エネルギ
ーに変換することが可能となる。According to the seventh aspect of the present invention, since the mechanical strain applied to the piezoelectric body is a thickness shear deformation having a high electromechanical coupling coefficient, it is possible to more efficiently convert the strain energy into the power generation energy.
【００２７】請求項８の発明は、請求項１乃至７に記載
の圧電発電機を有する電子機器である。An eighth aspect of the present invention is an electronic apparatus having the piezoelectric generator according to any one of the first to seventh aspects.
【００２８】請求項８の発明では、請求項１乃至７に記
載の圧電発電機により発生した電力を処理装置である電
子機器に供給することとなる。According to the eighth aspect of the present invention, the electric power generated by the piezoelectric generator according to the first to seventh aspects is supplied to an electronic device which is a processing device.
【００２９】そして、請求項９の発明は、請求項１乃至
７に記載の圧電発電機を有する携帯機器である。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a portable device having the piezoelectric generator according to the first to seventh aspects.
【００３０】請求項９の発明では、請求項１乃至７に記
載の圧電発電機により発生した電力を処理装置である携
帯機器に供給することとなる。According to the ninth aspect of the present invention, the electric power generated by the piezoelectric generator according to the first to seventh aspects is supplied to a portable device as a processing device.
【００３１】また、請求項１０の発明は、請求項９の構
成において、上記携帯機器が時計である携帯機器であ
る。According to a tenth aspect of the present invention, in the configuration of the ninth aspect, the portable device is a timepiece.
【００３２】請求項９の発明では、請求項１乃至７に記
載の圧電発電機により発生した電力を処理装置である時
計に供給することになる。According to the ninth aspect of the invention, the electric power generated by the piezoelectric generator according to the first to seventh aspects is supplied to a timepiece which is a processing device.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３４】「第一の実施の形態について」図１及び図
２は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電発電機を用
いた例えば時計の一部を示す平面図及び断面図である。[First Embodiment] FIGS. 1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view showing, for example, a part of a timepiece using a piezoelectric generator according to a first embodiment of the present invention. .
【００３５】図１及び図２において、圧電発電機を用い
た時計１０００は、圧電発電機１００とこの圧電発電機
に生じた電力を回収する電力系統２００とを有してい
る。1 and 2, a timepiece 1000 using a piezoelectric generator has a piezoelectric generator 100 and a power system 200 for recovering power generated in the piezoelectric generator.
【００３６】この圧電発電機１００は、外部操作手段で
あるリュウズ１２０と、このリュウズ１２０に加えられ
たエネルギーを伝える輪列Ａ１３０及び輪列Ｂ１４０と
を有している。したがって、リュウズ１２０のつまみ１
２２を回すことにより、リュウズ１２０の歯車１２１が
回動することになる。この歯車１２１の回動は、輪列Ａ
１３０へ伝えられることになる。The piezoelectric generator 100 has a crown 120 as an external operating means, and a train A130 and a train B140 for transmitting energy applied to the crown 120. Therefore, knob 1 of crown 120
By turning 22, the gear 121 of the crown 120 rotates. The rotation of the gear 121 is performed by the train A
130.
【００３７】ここで、輪列Ａ１３０は、輪列Ａ１３０の
回動中心である固定ピン１３１を中心に回動するように
なっており、この固定ピンは、地板１１０上に固定され
ている。また、輪列Ａ１３０は、リュウズ１２０の歯車
１２１と歯合しているため、リュウズ１２０の歯車１２
１の回動によってこの輪列Ａ１３０も回動することにな
る。Here, the train wheel A130 is adapted to rotate around a fixed pin 131 which is the center of rotation of the train wheel A130, and the fixed pin is fixed on the main plate 110. In addition, since the gear train A130 meshes with the gear 121 of the crown 120, the gear 12 of the crown 120
This rotation of the wheel train A130 also rotates by the rotation of 1.
【００３８】また、輪列Ｂ１４０は、輪列Ａ１３０と歯
合する部分を有する径の小さいかな１４２と回動体であ
るロータ１６０と歯合する部分を有する径の大きな歯車
１４３とを有している。そして、この輪列Ｂ１４０は、
地板１１０に設けられた軸受け１１１と輪列受け１５０
との間に挟まれるようにして支持されており、回動軸１
４１を中心に回動するようになっている。したがって、
輪列Ａ１３０の回動は、輪列Ｂ１４０へ伝えられること
になる。The wheel train B140 has a small-diameter pinion 142 having a portion meshing with the wheel train A130, and a large-diameter gear 143 having a portion meshing with the rotor 160 as a rotating body. . And this train wheel B140,
Bearing 111 and train wheel bearing 150 provided on main plate 110
Are supported so as to be sandwiched between
It rotates around 41. Therefore,
The rotation of the wheel train A130 is transmitted to the wheel train B140.
【００３９】以上のように、この圧電発電機１００は、
リュウズ１２０と、輪列Ａ１３０及び輪列Ｂ１４０とを
有しているが、そのほかに、輪列Ｂ１４０の回動が伝え
られると共に偏心部である偏心ピン１６１を備えるロー
タ１６０やこの偏心ピン１６１と係合するスライダ１７
１，１８１を備える圧電体であるバイモルフ型圧電体１
７０，１８０等を有している。As described above, this piezoelectric generator 100
It has a crown 120, a wheel train A 130 and a wheel train B 140, and in addition to this, the rotor 160 having an eccentric pin 161 which is an eccentric part to which the rotation of the wheel train B 140 is transmitted and which is related to the eccentric pin 161. Slider 17
Bimorph type piezoelectric body 1 which is a piezoelectric body including 1,181
70, 180, etc.
【００４０】ここで、ロータ１６０は、図２に示すよう
に、比較的径の小さい回動軸１６２と比較的径の大きい
歯合部１６３とを有している。この回動軸１６２は、地
板１１０に設けられたロータ軸受１１２によって回動可
能に支持されている。ロータ軸受１１２はロータ１６０
の倒れによる回転負荷の増加を防ぐため２段構成となっ
ている。また、歯合部１６３は、上述のように、輪列Ｂ
１４０の歯車１４３と歯合しているため、円盤部１４０
の回動によって、ロータ１６０も回動することになる。Here, as shown in FIG. 2, the rotor 160 has a rotating shaft 162 having a relatively small diameter and an engaging portion 163 having a relatively large diameter. The rotation shaft 162 is rotatably supported by a rotor bearing 112 provided on the main plate 110. The rotor bearing 112 is a rotor 160
It has a two-stage configuration in order to prevent an increase in the rotational load due to the falling down. Further, as described above, the toothed portion 163 is connected to the wheel train B
140 is meshed with the gear 143 of the disc 140,
Rotation also causes the rotor 160 to rotate.
【００４１】このロータ１６０の歯合部１６３の上に
は、回動中心から偏心した位置に偏心ピン１６１が設け
られている。この偏心ピン１６１は、偏心した位置に設
けられているため、ロータ１６０の回動により、歯合部
１６３の上を円を描くように移動することになる。ま
た、この偏心ピン１６１とロータ１６０を一体に形成し
た場合は、この偏心ピン１６１とロータ１６０を安価に
形成することができる。An eccentric pin 161 is provided on the toothed portion 163 of the rotor 160 at a position eccentric from the center of rotation. Since the eccentric pin 161 is provided at an eccentric position, the eccentric pin 161 moves in a circle on the toothed portion 163 by the rotation of the rotor 160. When the eccentric pin 161 and the rotor 160 are integrally formed, the eccentric pin 161 and the rotor 160 can be formed at low cost.
【００４２】この偏心ピン１６１には、スライダ１７
１，１８１が係合されている。スライダ１７１，１８１
は、図１に示すように、平面図では、全体がコの字状と
なっており、このコの字の内側部分に偏心ピン１６１が
当接するように配置されている。また、この偏心ピン１
６１とスライダ１７１，１８１との摩擦を低下するため
に、偏心ピン１６１とスライダ１７１，１８１の間はル
ビーで構成されている。そのため、ロータ１６０の回動
により、歯合部１６３の上を円を描くように偏心ピン１
６１が移動すると、それと係合されているスライダ１７
１，１８１も歯合部１６３の上を揺動することになる。The eccentric pin 161 has a slider 17
1,181 are engaged. Sliders 171, 181
As shown in FIG. 1, in the plan view, the whole has a U-shape, and the eccentric pin 161 is arranged so as to abut on an inner portion of the U-shape. Also, this eccentric pin 1
In order to reduce friction between the eccentric pin 61 and the sliders 171, 181, the space between the eccentric pin 161 and the sliders 171, 181 is made of ruby. Therefore, the rotation of the rotor 160 causes the eccentric pin 1 to draw a circle on the engagement portion 163.
When the slider 61 moves, the slider 17 engaged with the slider 61 moves.
1,181 also swings on the toothed portion 163.
【００４３】このスライダ１７１，１８１の一端には、
圧電体である例えばバイモルフ型圧電体１７０，１８０
がそれぞれ取り付けられている。バイモルフ型圧電体１
７０，１８０は、第１の圧電体１７０ａ，１８０ａと第
２の圧電体１７０ｂ，１８０ｂをそれぞれ貼り合わせて
形成されている。One end of each of the sliders 171 and 181 has
For example, bimorph type piezoelectric members 170 and 180 which are piezoelectric members
Are attached. Bimorph type piezoelectric body 1
70 and 180 are formed by bonding first piezoelectric bodies 170a and 180a and second piezoelectric bodies 170b and 180b, respectively.
【００４４】これら第１の圧電体１７０ａ，１８０ａと
第２の圧電体１７０ｂ，１８０ｂの材質は、単結晶物質
で構成される場合は、例えば水晶（ＳｉＯ2 ）、ニオブ
酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）等により形成されている。
また、セラミック物質で構成される場合は、例えば亜鉛
ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎｌ／３−Ｎｂ２／３）Ｏ３１−
ｘ−Ｐｂ Ｔｉ Ｏ３ ｘ）ｘは組成により異なる。例
えばｘ＝０．０９程度である。）、スカンジウムニオブ
酸鉛（Ｐｂ｛（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）１−ｘ Ｔｉ
ｘ）｝Ｏ３ ｘは組成により異なる。例えばｘ＝０．４
２５程度である。）等により形成されている。さらに、
高分子素材で構成される場合はＰＶＤＦ（ＣＨ２ＣＦ
２）ｎやシアノビリデンと酢酸ビニルの交互共重合体
（Ｐ（ＶＤＣＮ−ＶＡｃ））等により形成されている。When the first piezoelectric members 170a and 180a and the second piezoelectric members 170b and 180b are made of a single crystal material, they are made of, for example, quartz (SiO2), lithium niobate (LiNbO3) or the like. Have been.
In the case of a ceramic material, for example, lead zinc niobate (Pb (Znl / 3-Nb2 / 3) O31-
x-PbTiO 3 x) x varies depending on the composition. For example, x = 0.09. ), Lead scandium niobate (Pb ｛(Sc1 / 2Nb1 / 2) 1-x Ti
x)｝ O3 x depends on the composition. For example, x = 0.4
It is about 25. ) And the like. further,
When composed of a polymer material, PVDF (CH2CF
2) It is formed of n or an alternating copolymer of cyanobilidene and vinyl acetate (P (VDCN-VAc)) or the like.
【００４５】これらの物質は、その中に含まれている圧
電性結晶に外部応力が負荷されるとその応力に対応して
電界が生じ、その分極方向に応じた電圧が生じるという
圧電効果を生じるようになっている。When an external stress is applied to the piezoelectric crystal contained therein, these substances generate an electric field corresponding to the stress and generate a piezoelectric effect that a voltage corresponding to the polarization direction is generated. It has become.
【００４６】このような物質のうち、例えばセラミック
物質の薄板で形成されている第１の圧電体１７０ａ，１
８０ａと第２の圧電体１７０ｂ，１８０ｂを貼り合わせ
て構成されているのが、バイモルフ型圧電体１７０，１
８０である。このようなバイモルフ型圧電体１７０，１
８０を、図１における矢印Ｃの方向へ機械的歪を与える
と、一方の圧電体、例えば第１の圧電体１７０ａが伸
び、他方の圧電体、例えば第２の圧電体１７０ｂが縮
む。これによって、第１の圧電体１７０ａ及び第２の圧
電体１７０ｂに圧電効果が生じ、電荷が発生することに
なる。Among such materials, the first piezoelectric members 170a, 170 formed of, for example, a thin plate of a ceramic material are used.
80a and the second piezoelectric members 170b, 180b are bonded to each other to form the bimorph type piezoelectric members 170, 1
80. Such a bimorph type piezoelectric body 170, 1
When a mechanical strain is applied to 80 in the direction of arrow C in FIG. 1, one piezoelectric body, for example, the first piezoelectric body 170a expands, and the other piezoelectric body, for example, the second piezoelectric body 170b contracts. As a result, a piezoelectric effect is generated in the first piezoelectric body 170a and the second piezoelectric body 170b, and electric charges are generated.
【００４７】ところで、バイモルフ型圧電体１７０，１
８０のスライダ１７１，１８１が設けられていない他端
は、バイモルフ固定板１９０にバイモルフ固定ネジによ
って固定されている。これにより、バイモルフ型圧電体
１７０，１８０は、自由端であるスライダ１７１，１８
１が設けられている端部が偏心ピン１６１によって揺動
させられ機械的歪が発生することになる。Incidentally, the bimorph type piezoelectric members 170, 1
The other end where the sliders 171 and 181 are not provided is fixed to the bimorph fixing plate 190 by a bimorph fixing screw. As a result, the bimorph type piezoelectric bodies 170 and 180 are free from the sliders 171 and 18 which are free ends.
The end provided with 1 is rocked by the eccentric pin 161 to cause mechanical distortion.
【００４８】なお、バイモルフ型圧電体１７０，１８０
は、図１に示すように、相互に直交する方向、例えば略
９０度の角度をもって配置されている。さらに図１のよ
うにバイモルフ型圧電体１７０及び１８０は、偏心ピン
１６１との係合を取り外し歪が加わらない自然状態にし
たときの交点がロータ１６０の回転中心とほぼ一致する
ように配置されている。The bimorph piezoelectric members 170 and 180
Are arranged in directions orthogonal to each other, for example, at an angle of about 90 degrees, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 1, the bimorph type piezoelectric bodies 170 and 180 are arranged such that the intersection point when the engagement with the eccentric pin 161 is removed and the natural state where no distortion is applied substantially coincides with the rotation center of the rotor 160. I have.
【００４９】このため図６に示すように、バイモルフ型
圧電体１７０及び１８０をたわませて偏心ピン１６１と
係合させると、バイモルフ型圧電体１７０の機械的歪が
０のとき、バイモルフ型圧電体１８０の機械的歪は最大
となる。For this reason, as shown in FIG. 6, when the bimorph type piezoelectric members 170 and 180 are bent and engaged with the eccentric pin 161, when the mechanical distortion of the bimorph type piezoelectric member 170 is zero, the bimorph type piezoelectric member 170 and 180 are bent. The mechanical strain of the body 180 is at a maximum.
【００５０】この状態よりロータ１６０が９０度回転す
ると、バイモルフ型圧電体１８０の機械的歪は０とな
り、バイモルフ型圧電体１７０の機械的歪は最大とな
る。When the rotor 160 rotates 90 degrees from this state, the mechanical distortion of the bimorph type piezoelectric body 180 becomes zero, and the mechanical distortion of the bimorph type piezoelectric body 170 becomes maximum.
【００５１】本実施の形態に係る圧電発電機１００は、
以上のように構成されているが、この圧電発電機１００
の作用を以下に説明する。The piezoelectric generator 100 according to the present embodiment
The piezoelectric generator 100 is configured as described above.
The operation of will be described below.
【００５２】先ず、使用者等が手でリュウズ１２０のつ
まみ１２２を回動させると、リュウズ１２０の歯車１２
１も回動する。この歯車１２１は、輪列Ａ１３０に歯合
しているため、この歯車１２１が回動すると、この輪列
Ａ１３０も固定ピン１３１を回動中心として、回動する
ことになる。First, when the user or the like rotates the knob 122 of the crown 120 by hand, the gear 12 of the crown 120 is rotated.
1 also rotates. Since the gear 121 meshes with the gear train A130, when the gear 121 rotates, the gear train A130 also rotates about the fixed pin 131 as the center of rotation.
【００５３】また、この輪列Ａ１３０は、輪列Ｂ１４０
のかな１４２と歯合しているため、この輪列Ａ１３０が
回動すると、輪列Ｂ１４０も回動することになる。ま
た、この輪列Ｂ１４０の回動は、ロータ１６０の歯合部
１６３を介し、ロータ１６０へ伝えられることになる。The wheel train A130 is connected to the wheel train B140.
Since the gear train A130 rotates, the wheel train B140 also rotates when the train wheel A130 rotates. Further, the rotation of the wheel train B140 is transmitted to the rotor 160 via the engagement portion 163 of the rotor 160.
【００５４】このようにして、リュウズ１２０に入力さ
れた運動エネルギーは、輪列Ａ１３０及び輪列Ｂ１４０
を経てロータ１６０の回動エネルギーとして伝わること
になる。そして、ロータ１６０が回動軸１６２を中心に
回動すると、ロータ１６０の歯合部１６３上に設けられ
ている偏心ピン１６１が、歯合部１６３の上を円を描く
ように移動し、この偏心ピン１６１と係合しているスラ
イダ１７１，１８１が図１における矢印Ｃの方向に揺動
することとなる。In this manner, the kinetic energy input to crown 120 is transmitted to wheel train A130 and wheel train B140.
And transmitted as rotational energy of the rotor 160. When the rotor 160 rotates about the rotation shaft 162, the eccentric pin 161 provided on the toothed portion 163 of the rotor 160 moves in a circle on the toothed portion 163, and The sliders 171 and 181 engaged with the eccentric pin 161 swing in the direction of arrow C in FIG.
【００５５】このスライダ１７１，１８１の揺動によっ
て、このスライダ１７１，１８１に取り付けられている
バイモルフ型圧電体１７０，１８０も、それぞれ、その
他端部がバイモルフ固定板１９０，１９０に固定されて
いるため、揺動することとなる。As the sliders 171 and 181 swing, the other ends of the bimorph-type piezoelectric members 170 and 180 attached to the sliders 171 and 181 are fixed to the bimorph fixing plates 190 and 190, respectively. Will swing.
【００５６】このとき、バイモルフ型圧電体１７０，１
８０は、図１に示すように、相互に直交する方向、例え
ば略９０度の角度をもって配置されており、その自然状
態の交点がロータ１６０の回転中心とほぼ一致している
ので、このバイモルフ型圧電体１８０に生じた機械的歪
の反力は、バイモルフ型圧電体１８０のスライダ１８
１、偏心ピン１６１を介して、スライダ１７１とバイモ
ルフ型圧電体１７０へと伝えられる。そして、この機械
的歪の反力は、バイモルフ型圧電体１７０の機械的歪エ
ネルギーとなる。At this time, the bimorph type piezoelectric members 170, 1
As shown in FIG. 1, reference numerals 80 are arranged in directions orthogonal to each other, for example, at an angle of about 90 degrees, and the intersection of the natural state substantially coincides with the rotation center of the rotor 160. The reaction force of the mechanical strain generated in the piezoelectric body 180 is applied to the slider 18 of the bimorph type piezoelectric body 180.
1, transmitted to the slider 171 and the bimorph-type piezoelectric body 170 via the eccentric pin 161. Then, the reaction force of the mechanical strain becomes the mechanical strain energy of the bimorph type piezoelectric body 170.
【００５７】また、バイモルフ型圧電体１７０に与えら
れた機械的歪は、機械的歪の反力を生じさせ、この機械
的歪の反力は、スライダ１７１、偏心ピン１６１を介し
てスライダ１８１とバイモルフ型圧電体１８０に伝えら
れる。The mechanical strain applied to the bimorph type piezoelectric member 170 causes a reaction force of the mechanical strain. The reaction force of the mechanical strain is transmitted to the slider 181 via the slider 171 and the eccentric pin 161. The information is transmitted to the bimorph type piezoelectric body 180.
【００５８】このように、一度、例えばバイモルフ型圧
電体１８０に与えられた機械的歪エネルギーは、このバ
イモルフ型圧電体１８０と直交する方向、例えば略９０
度の角度をもって配置されているバイモルフ型圧電体１
７０との相互間で移動することになる。As described above, the mechanical strain energy once applied to, for example, the bimorph-type piezoelectric body 180 is, for example, approximately 90 degrees in the direction orthogonal to the bimorph-type piezoelectric body 180.
Bimorph type piezoelectric body 1 arranged at an angle of degree
Will move between them.
【００５９】したがって、偏心ピン１６１にバイモルフ
型圧電体１７０及び１８０を係合させて組み立てる際に
加えられた機械的歪はバイモルフ型圧電体１７０及び１
８０の相互間で移動し、外部に出て行かないので、ロー
タ１６０の回動エネルギーから機械的歪を生じさせるた
めのエネルギーを供給する必要がない。Therefore, the mechanical strain applied when assembling the bimorph type piezoelectric members 170 and 180 by engaging the eccentric pin 161 with the eccentric pin 161 causes the bimorph type piezoelectric members 170 and 180 to lose their mechanical strain.
Since there is no need to supply energy for causing mechanical distortion from the rotational energy of the rotor 160, since it moves between each other and does not go outside.
【００６０】ゆえに、ロータ１６０の回動エネルギーか
ら、バイモルフ型圧電体１７０，１８０にその都度、機
械的歪エネルギーを供給する必要がないため、この回動
エネルギーのうち摩擦損失等を除いた部分は、すべて発
電エネルギーに変換することができる。このため、極め
て発電効率が高い圧電発電機１００を提供することがで
きる。また、バイモルフ型圧電体１７０，１８０へ運動
エネルギーを供給するのが、大型のハンマー等の加振手
段でなく、小型のロータ１６０及び偏心ピン１６１であ
るため、圧電発電機１００を薄型化及び小型化が可能に
なる。また、偏心ピン１６１とスライダ１７１，１８１
をルビーで構成しているため、摩擦力が低減され発電効
率が向上することになる。Therefore, since it is not necessary to supply mechanical strain energy to the bimorph type piezoelectric members 170 and 180 from the rotational energy of the rotor 160 each time, a portion of the rotational energy excluding the friction loss and the like is required. , All can be converted to power generation energy. Therefore, it is possible to provide the piezoelectric generator 100 having extremely high power generation efficiency. In addition, since the kinetic energy is supplied to the bimorph type piezoelectric members 170 and 180 by the small rotor 160 and the eccentric pin 161 instead of the vibration means such as a large hammer, the piezoelectric generator 100 is reduced in thickness and size. Becomes possible. Also, the eccentric pin 161 and the sliders 171 and 181
Is made of ruby, the frictional force is reduced and the power generation efficiency is improved.
【００６１】なお、他にも偏心ピン１６１とスライダ１
７１、１８１の間にベアリングを設け、ころがり接触に
する場合、スライダ１７１、１８１をオイルメタルや樹
脂で形成する場合、又はスライダ１７１、１８１と偏心
ピン１６１の表面にＤＣＬ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ
Ｃａｒｂｏｎ）や窒化ーチタン等の硬質膜を付加する
等の摩擦力を低減する他の構成によっても発電効率の向
上は可能である。The eccentric pin 161 and the slider 1
A bearing is provided between the sliders 171 and 181 for rolling contact, the sliders 171 and 181 are formed of oil metal or resin, or a DCL (Diamond Like) is formed on the surfaces of the sliders 171 and 181 and the eccentric pin 161.
It is also possible to improve the power generation efficiency by other configurations that reduce the frictional force, such as adding a hard film such as Carbon or titanium nitride.
【００６２】また、以下に、上述のようにバイモルフ型
圧電体１７０とバイモルフ型圧電体１８０とが直交する
する方向、例えば略９０度の角度をもって配置されてい
る場合に、一度、例えばバイモルフ型圧電体１８０に与
えられた機械的歪エネルギーが、バイモルフ型圧電体１
７０との相互間で移動する状態を詳細に説明する。In the following, when the bimorph-type piezoelectric member 170 and the bimorph-type piezoelectric member 180 are arranged in a direction orthogonal to each other, for example, at an angle of about 90 degrees as described above, once, for example, the bimorph-type piezoelectric member The mechanical strain energy given to the body 180 is
The state of moving between the two will be described in detail.
【００６３】図３は、バイモルフ型圧電体１８０とバイ
モルフ型圧電体１７０が略９０度の角度をもって配置さ
れており、偏心ピン１６１はバイモルフ型圧電体１８０
とバイモルフ型圧電体１７０とに係合するように配置さ
れている。FIG. 3 shows that a bimorph type piezoelectric member 180 and a bimorph type piezoelectric member 170 are arranged at an angle of about 90 degrees, and the eccentric pin 161 is connected to the bimorph type piezoelectric member 180.
And the bimorph-type piezoelectric body 170.
【００６４】ここで、バイモルフ型圧電体１７０及び１
８０は、スライダ１７１、１８１の取り付けられていな
い他の端を、バイモルフ固定板（図示せず）にバイモル
フ固定ネジ１９１で固定されている。Here, the bimorph type piezoelectric members 170 and 1
Reference numeral 80 denotes the other end to which the sliders 171 and 181 are not attached, which is fixed to a bimorph fixing plate (not shown) with a bimorph fixing screw 191.
【００６５】また、バイモルフ型圧電体１７０の中立位
置は図中のｘ軸、バイモルフ型圧電体１８０の中立位置
は、図中のｙ軸、偏心ピン１６１の回転中心は、図中の
原点であるものとする。The neutral position of the bimorph type piezoelectric body 170 is the x axis in the figure, the neutral position of the bimorph type piezoelectric body 180 is the y axis in the figure, and the center of rotation of the eccentric pin 161 is the origin in the figure. Shall be.
【００６６】バイモルフ型圧電体１７０のたわみ角は非
常に小さいので、これを無視すると、バイモルフ型圧電
体１７０の機械的歪による反力ＦＡはｙ軸方向に働き、
その大きさはｙ軸方向の変位をΔｙとするとフックの法
則により、 ＦＡ＝ｋＢ×Δｙ１・・・・・（１） ただし、ｋＡはバイモルフ型圧電体１７０のバネ定数と
する。Since the deflection angle of the bimorph type piezoelectric body 170 is very small, if this is ignored, the reaction force FA due to the mechanical strain of the bimorph type piezoelectric body 170 acts in the y-axis direction.
FA = kB × Δy1 (1) where kA is the spring constant of the bimorph-type piezoelectric body 170, assuming that the displacement in the y-axis direction is Δy.
【００６７】同様にバイモルフ型圧電体１８０の機械的
歪による反力ＦＢはｘ軸方向に働き、その大きさはｘ軸
方向の変位をΔｘ１とするフックの法則により、 ＦＢ＝ｋＢ×Δｘ１・・・・・（２） ただし、ｋＢはバイモルフ型圧電体１８０のバネ定数と
する。Similarly, the reaction force FB due to the mechanical strain of the bimorph type piezoelectric body 180 acts in the x-axis direction, and its magnitude is given by FB = kB × Δx1. (2) where kB is the spring constant of the bimorph-type piezoelectric body 180.
【００６８】図中に示すように偏心ピン１６１の回転中
心からの偏心量をｒとし、回転角θをｘ軸から反時計回
りに取るものとすると、偏心ピン１６１のｘ軸方向及び
ｙ軸方向の変位ｘ１、ｙ１はそれぞれ、 ｘ１＝ｒ×ｃｏｓ（θ）・・・・・（３） ｙ１＝ｒ×ｓｉｎ（θ）・・・・・（４） となる、偏心ピン１６１とスライダ１７１、１８１のガ
タを無視すると、Δｘ１とｘ１及びΔｙ１とｙ１は、そ
れぞれ等しくなるので、式（１）及び式（２）は、 ＦＡ＝ｋＡ×ｒ×ｓｉｎ（θ）・・・・・（５） ＦＢ＝ｋＢ×ｒ×ｃｏｓ（θ）・・・・・（６） と変形できる。As shown in the drawing, assuming that the amount of eccentricity of the eccentric pin 161 from the center of rotation is r and the rotation angle θ is taken counterclockwise from the x axis, the eccentric pin 161 in the x axis direction and the y axis direction The displacements x1 and y1 of the eccentric pin 161 and the slider 171, respectively, are as follows: x1 = r × cos (θ) (3) y1 = r × sin (θ) (4) If the play of 181 is neglected, Δx1 and x1 and Δy1 and y1 are equal to each other. Therefore, Expressions (1) and (2) are expressed by FA = kA × r × sin (θ) (5) FB = kB × r × cos (θ) (6)
【００６９】ここで、図４に示すように、偏心ピン１６
１に対するバイモルフ型圧電体１７０の機械的歪による
反力ＦＡを、偏心ピンの描く軌跡の半径方向（ｒ）の成
分のＦＡｒと、接線方向の成分ＦＡｓに分解すると、 ＦＡｒ＝ＦＡ×ｓｉｎ（θ） ＝ｋＡ×ｒ×（ｓｉｎ（θ））2 ・・・・・（７） ＦＡｓ＝−ＦＡ×ｃｏｓ（θ） ＝−ｋＡ×ｒ×ｓｉｎ（θ）×ｃｏｓ（θ）・・・・・（８） となる。Here, as shown in FIG.
When the reaction force FA due to the mechanical strain of the bimorph type piezoelectric body 170 with respect to 1 is decomposed into the radial direction (r) component FAr and the tangential direction component FAs of the trajectory drawn by the eccentric pin, FAr = FA × sin (θ ) = KA × r × (sin (θ)) 2 (7) FAs = −FA × cos (θ) = − kA × r × sin (θ) × cos (θ) (8)
【００７０】ただし、ＦＡｒは、中心軸向きの力を正と
し、ＦＡｓは偏心ピン１６１の描く軌跡に対して反時計
回りに働く力を正とする。However, FAr has a positive force in the direction of the central axis, and FAs has a positive force acting counterclockwise with respect to the locus drawn by the eccentric pin 161.
【００７１】同様に図５に示すように、偏心ピン１６１
に対するバイモルフ型圧電体１８０の機械的歪による反
力ＦＢを、偏心ピンの描く軌跡の半径方向（ｒ）の成分
ＦＢｒと、接線方向の成分ＦＢｓに分解すると、 ＦＢｒ＝ＦＢ×ｃｏｓ（θ） ＝ｋＢ×ｒ×（ｃｏｓ（θ））2 ・・・・・（９） ＦＢｓ＝−ＦＢ×ｓｉｎ（θ） ＝−ｋＢ×ｒ×ｓｉｎ（θ）×ｃｏｓ（θ）・・・・・（１０） となる。Similarly, as shown in FIG.
When the reaction force FB due to the mechanical strain of the bimorph-type piezoelectric body 180 is decomposed into a component FBr in the radial direction (r) of the locus drawn by the eccentric pin and a component FBs in the tangential direction, FBr = FB × cos (θ) = kB × r × (cos (θ)) 2 (9) FBs = −FB × sin (θ) = − kB × r × sin (θ) × cos (θ) (10) ).
【００７２】ただし、ＦＢｒは、中心軸向きの力を正と
し、ＦＢｓは偏心ピン１６１の描く軌跡に対して反時計
回りに働く力を正とする。However, FBr has a positive force in the direction of the central axis, and FBs has a positive force acting counterclockwise with respect to the locus drawn by the eccentric pin 161.
【００７３】式（８）及び式（１０）においてｋＡ＝ｋ
Ｂとすると、任意のθにおいて、 ＦＡｓ＋ＦＢｓ＝０・・・・・（１１） が成立する。In equations (8) and (10), kA = k
If B, at any θ, FAs + FBs = 0 (11) holds.
【００７４】このため、偏心ピン１６１には半径方向
（ｒ）の力ＦＡｒ及びＦＢｒのみが働き、ロータ１６０
を回転させるために必要な力は、偏心ピン１６１とスラ
イダ１７１、１８１との間に働く摩擦力と、バイモルフ
型圧電体１７０及び１８０の発電の反作用による力とを
あわせたものとなる。Therefore, only the forces FAr and FBr in the radial direction (r) act on the eccentric pin 161 and the rotor 160
The force required to rotate the motor is a combination of the frictional force acting between the eccentric pin 161 and the sliders 171 and 181 and the force generated by the bimorph type piezoelectric members 170 and 180 due to the power generation reaction.
【００７５】すなわち、バイモルフ型圧電体１７０と１
８０は、偏心ピン１６１を介して、機械的歪エネギーを
互いに移し替えているため、偏心ピン１６１を回転させ
るために、外部より機械的歪エネルギーを供給する必要
がない。That is, the bimorph type piezoelectric members 170 and 1
Since the mechanical strain energy is transferred to each other via the eccentric pin 161, there is no need to supply mechanical strain energy from outside to rotate the eccentric pin 161.
【００７６】そして、バイモルフ型圧電体１７０及び１
８０を単独でみれば、偏心ピン１６１が１回転する間に
機械的歪エネルギーが０から最大まで変化するため、上
記機械的歪エネルギーとバイモルフ型圧電体１７０また
は１８０の電気機械結合係数の積に応じた電気エネルギ
ーを電力系統２００に出力することが可能となる。The bimorph type piezoelectric members 170 and 1
80 alone, the mechanical strain energy changes from 0 to a maximum while the eccentric pin 161 makes one rotation, so the product of the mechanical strain energy and the electromechanical coupling coefficient of the bimorph type piezoelectric body 170 or 180 is The corresponding electric energy can be output to the power system 200.
【００７７】また、バイモルフ型圧電体１７０及び１８
０の持っている機械的歪エネルギーは、バイモルフ型圧
電体１７０および１８０を偏心ピン１６１に係合させる
とき供給されたものであるため、１度組立を行ってしま
えば機械的歪エネルギーを新たに加える必要はない。The bimorph type piezoelectric members 170 and 18
Since the mechanical strain energy of 0 is supplied when the bimorph type piezoelectric members 170 and 180 are engaged with the eccentric pin 161, the mechanical strain energy is newly added once the assembly is performed. No need to add.
【００７８】このように、圧電発電機１００によって発
電を行うためには、リュウズ１２０より発電機の出力す
る電気エネルギーと、機械的な摩擦によって損失される
エネルギーを供給すればよいことになり、高い発電効率
が実現される。As described above, in order to generate electric power by the piezoelectric generator 100, it is only necessary to supply the electric energy output from the generator from the crown 120 and the energy lost by mechanical friction. Power generation efficiency is realized.
【００７９】したがって、従来の圧電発電機１０のよう
に、発電する度に外部より圧電体に大きな機械的歪エネ
ルギーを入力する必要がないので、複雑な加振機構が不
要となり、圧電発電機の小型化を安価に実現できること
になる。Therefore, unlike the conventional piezoelectric generator 10, it is not necessary to input a large mechanical strain energy from the outside to the piezoelectric body every time power is generated. The miniaturization can be realized at low cost.
【００８０】以上のように本実施の形態に係る圧電発電
機１００は作用する。そこで、この圧電発電機１００に
生じた電力を回収する上述の電力系統２００について以
下、説明する。As described above, the piezoelectric generator 100 according to the present embodiment operates. Therefore, the above-described power system 200 for recovering power generated in the piezoelectric generator 100 will be described below.
【００８１】この電力系統２００は、バイモルフ型発電
体１７０，１８０に発生した電力を圧電体１７０ａ，１
８０ａ，１７０ｂ，１８０ｂから回収する手段である電
力回収部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄを有
している。この電力回収部２１０ａ，２１０ｂ，２１０
ｃ，２１０ｄで回収された電力は、複数のダイオードを
用いた整流部２２０ａ，２２０ｂによって整流された
後、蓄電手段である例えば、コンデンサ２３０に蓄えら
れることになる。The power system 200 converts the electric power generated in the bimorph-type power generators 170, 180 into piezoelectric bodies 170a, 1
It has power recovery units 210a, 210b, 210c, 210d as means for recovering from the 80a, 170b, 180b. The power recovery units 210a, 210b, 210
The electric power recovered by c and 210d is rectified by rectifiers 220a and 220b using a plurality of diodes, and then stored in, for example, a capacitor 230, which is power storage means.
【００８２】このように蓄えられた電力を処理装置であ
る、例えば時計ムーブメント２４０に供給することで、
時計が動作することとなる。By supplying the power thus stored to a processing device, for example, a clock movement 240,
The clock will operate.
【００８３】なお、本実施の形態では、蓄電手段として
コンデンサ２３０を用いているが、リチウムイオン２次
電池やＮｉ−ｃｄなど、蓄電能力があるものを用いても
良い。また、コンデンサ２３０等の蓄電手段を用いずに
直接、処理装置である例えば時計ムーブメント２４０へ
電力を供給しても良い。In this embodiment, the capacitor 230 is used as the power storage means, but a power storage device such as a lithium ion secondary battery or Ni-cd may be used. Alternatively, power may be supplied directly to the processing device, for example, the timepiece movement 240, without using a power storage means such as the capacitor 230.
【００８４】さらに、整流部の回路構成も本実施の形態
で述べた全波整流方式に限定されず、半波整流やインバ
ータ等を用いた整流回路であっても良いことはもちろん
である。Further, the circuit configuration of the rectifying unit is not limited to the full-wave rectification system described in the present embodiment, but may be a rectification circuit using half-wave rectification or an inverter.
【００８５】以上のように、本実施の形態に係る圧電発
電機を用いた時計によれば、小型で発電効率が高い時計
を提供することができる。As described above, according to the timepiece using the piezoelectric generator according to the present embodiment, it is possible to provide a small timepiece having high power generation efficiency.
【００８６】「第２の実施の形態について」図７及び図
８は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電発電機を用
いた時計を表す図である。本実施の形態において、第１
の実施の形態と同様の部分は、同一の符号を付して説明
を省略する。また、本実施の形態において説明を省略し
た他の構成も第１の実施の形態と同様である。以下、本
実施の形態を、上述の第１の実施との差異を中心に説明
する。[Regarding the Second Embodiment] FIGS. 7 and 8 are views showing a timepiece using a piezoelectric generator according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the first
The same reference numerals are given to the same parts as those of the embodiment, and the description is omitted. Further, other configurations of the present embodiment, the description of which is omitted, are also the same as those of the first embodiment. Hereinafter, the present embodiment will be described focusing on differences from the above-described first embodiment.
【００８７】本実施の形態においては、先ず、図７にお
いて示されているように、圧電体であるバイモルフ型圧
電体３７０，３８０，３７５，３８５が４つ配置されて
いる。このバイモルフ型圧電体３７０，３８０，３７
５，３８５のうち、バイモルフ型圧電体３８０及び３７
０には、それぞれスライダ４８０、４７０が設けられて
いる。また、このバイモルフ型圧電体３８０及び３７０
は、相互に直交方向、例えば９０度の角度が生じるよう
に配置されている。In the present embodiment, first, as shown in FIG. 7, four bimorph type piezoelectric members 370, 380, 375 and 385, which are piezoelectric members, are arranged. The bimorph type piezoelectric bodies 370, 380, 37
Of the 5,385, bimorph type piezoelectric bodies 380 and 37
0 is provided with sliders 480 and 470, respectively. Also, the bimorph type piezoelectric bodies 380 and 370
Are arranged so as to form mutually orthogonal directions, for example, an angle of 90 degrees.
【００８８】このスライダ４８０、４７０は、変位手段
であるロータ２６０の図８において上部に設けられてい
る偏心部である偏心ピン２６１と、例えばベアリング等
を介して係合している。このロータ２６０は、リュウズ
１２０、輪列Ａ１３０及び輪列Ｂ１４０によって伝えら
れた運動エネルギーがロータ歯車２６６を介して回動す
るようになっている。The sliders 480 and 470 are engaged with an eccentric pin 261 which is an eccentric portion provided in an upper part of the rotor 260 as a displacement means in FIG. In the rotor 260, kinetic energy transmitted by the crown 120, the wheel train A 130, and the wheel train B 140 is rotated via the rotor gear 266.
【００８９】そして、バイモルフ型圧電体３８５及び３
７５には、図８に示すように、それぞれスライダ４８
５、４７５が設けられている。このバイモルフ型圧電体
３８５及び３７５も、相互に直交方向、例えば９０度の
角度が生じるようにに配置されている。Then, the bimorph type piezoelectric bodies 385 and 3
As shown in FIG.
5, 475 are provided. The bimorph type piezoelectric bodies 385 and 375 are also arranged so as to form a direction orthogonal to each other, for example, an angle of 90 degrees.
【００９０】このスライダ４８５、４７５は、ロータ２
６０の図８において下部に設けられている偏心ピン２６
２と、例えばベアリング等を介して係合している。The sliders 485 and 475 are connected to the rotor 2
Eccentric pin 26 provided at the bottom in FIG.
2, for example, via a bearing or the like.
【００９１】このようにバイモルフ型圧電体３７０，３
８０，３７５，３８５が係合している偏心ピン２６１、
２６２を有するロータ２６０は、図８に示すようになっ
ている。As described above, the bimorph type piezoelectric members 370, 3
Eccentric pins 261 with which 80, 375, 385 are engaged,
The rotor 260 having 262 is as shown in FIG.
【００９２】すなわち、ロータ２６０は、一方のロータ
軸２６１ａが、輪列受５１０の軸受５１１によって支持
されていると共に、他方のロータ軸２６２ａが、地板４
１０に設けられている軸受４１１によって支持されてい
る。そして、この軸を回動中心として回動するようにな
っている。具体的には、上述のように、リュウズ１２
０、輪列Ａ１３０及び輪列Ｂ１４０によって伝えられた
運動エネルギーがロータ２６０のロータ歯車２６６に伝
わり、ロータ２６０が回動するようになっている。That is, the rotor 260 has one rotor shaft 261a supported by the bearing 511 of the train wheel bridge 510, and the other rotor shaft 262a
10 is supported by a bearing 411 provided on the bearing 10. And it rotates about this axis. Specifically, as described above, crown 12
0, the kinetic energy transmitted by the wheel train A130 and the wheel train B140 is transmitted to the rotor gear 266 of the rotor 260, and the rotor 260 rotates.
【００９３】このロータ２６０の上端部と下端部に配置
されているロータ軸２６１ａ及びロータ軸２６２ａの、
それぞれ内側には偏心ピン２６１及び偏心ピン２６２が
設けられている。これら偏心ピン２６１、２６２は、そ
れぞれロータ軸２６１ａ、２６２ａによって決められて
いるロータ２６０の回動中心より偏心した位置に設けら
れているため、ロータ２６０がロータ軸２６１ａ，２６
２ａを中心に回動すると、円を描くように移動すること
となる。The rotor shaft 261a and the rotor shaft 262a arranged at the upper end and the lower end of the rotor 260
An eccentric pin 261 and an eccentric pin 262 are provided inside each. Since the eccentric pins 261 and 262 are provided at positions eccentric from the rotation center of the rotor 260 determined by the rotor shafts 261a and 262a, respectively, the rotor 260 is connected to the rotor shafts 261a and 262a.
If it rotates around 2a, it will move like drawing a circle.
【００９４】このように移動する偏心ピン２６１及び２
６２は、これらと係合しているスライダ４７０、４８
０、４７５、４８５を揺動させることになる。これは、
第１の実施の形態と同様に、予めバイモルフ型圧電体３
７０および３８０を偏心ピン２６１に係合させるとき
に、与えられた機械的歪エネルギーが、このバイモルフ
型圧電体３８０及びこれと略９０度の角度をもって配置
されているバイモルフ型圧電体３７０の間で移動するこ
ととなる。The eccentric pins 261 and 2 moving as described above
62 are sliders 470, 48 engaged with them.
0, 475 and 485 will be rocked. this is,
As in the first embodiment, the bimorph type piezoelectric body 3
When the 70 and 380 are engaged with the eccentric pin 261, the applied mechanical strain energy is applied between the bimorph-type piezoelectric body 380 and the bimorph-type piezoelectric body 370 disposed at an angle of about 90 degrees with the bimorph-type piezoelectric body 380. Will move.
【００９５】また、同様に、偏心ピン２６２を介してバ
イモルフ型圧電体３７５に与えられた機械的歪は、この
バイモルフ型圧電体３７５及びこれと略９０度の角度を
もって配置されているバイモルフ型圧電体３８５の間で
移動することとなり、その後、ロータ２６０から機械的
歪エネルギーをバイモルフ型圧電体３７５、３８５に供
給する必要がほとんどなくなることになる。Similarly, the mechanical strain applied to the bimorph-type piezoelectric body 375 via the eccentric pin 262 is caused by the bimorph-type piezoelectric body 375 and the bimorph-type piezoelectric body 375 disposed at an angle of about 90 degrees with the bimorph-type piezoelectric body 375. The body 385 will move between them, after which there will be little need to supply mechanical strain energy from the rotor 260 to the bimorph piezoelectric bodies 375, 385.
【００９６】このように、機械的歪エネルギーをさらに
ロータ２６０から供給する必要がほとんどない点は、第
１の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、第
１の実施の形態と異なり、略９０度の角度を有して配置
されているバイモルフ型圧電体が二組設けられている。
したがって、発電量は、第１の実施の形態に比べ格段に
増加することになる。As described above, the point that there is almost no need to further supply mechanical strain energy from the rotor 260 is the same as in the first embodiment, but the present embodiment differs from the first embodiment. Differently, two sets of bimorph type piezoelectric bodies are provided at an angle of about 90 degrees.
Therefore, the amount of power generation is significantly increased as compared with the first embodiment.
【００９７】また、バイモルフ型発電体へのエネルギー
の供給は、クランク状に偏心ピン２６１、２６２が設け
られている一つのロータ２６０で行うため、部品を安価
に製造できるだけでなく、偏心ピン１６１、２６２の偏
心量の制御が容易となる。Further, since the supply of energy to the bimorph type power generator is performed by one rotor 260 provided with eccentric pins 261 and 262 in a crank shape, not only can components be manufactured at low cost, but also the eccentric pins 161 and 261 can be manufactured. The control of the amount of eccentricity of 262 becomes easy.
【００９８】さらに、ロータ２６０を中心に放射線状に
４つのバイモルフ型圧電体３８５、３７５、３７０、３
８０が配置されているため、バイモルフ型圧電体３８
５、３７５、３７０、３８０からの力をほぼつりあわせ
ることができる。このため、第１の実施の形態と異な
り、ロータ軸２６１ａ，２６２ａへ加わる力を極めて小
さくすることができ、軸損失を減らすことができる。Further, four bimorph type piezoelectric bodies 385, 375, 370, 3
80, the bimorph piezoelectric body 38
The forces from 5, 375, 370, 380 can be substantially balanced. Therefore, unlike the first embodiment, the force applied to the rotor shafts 261a and 262a can be extremely reduced, and the shaft loss can be reduced.
【００９９】したがって、本実施の形態では、小型で発
電量が大きく、かつ、より発電効率が高い圧電発電機及
びこれを用いた時計等を提供することができる。Therefore, in the present embodiment, it is possible to provide a piezoelectric generator which is small in size, generates a large amount of power, and has a higher power generation efficiency, and a timepiece and the like using the same.
【０１００】「第３の実施の形態について」図９は、本
発明の第３の実施の形態に係る圧電発電機の要部を表し
た図である。[Third Embodiment] FIG. 9 is a diagram showing a main part of a piezoelectric generator according to a third embodiment of the present invention.
【０１０１】図９において圧電体は分極処理された例え
ば圧電セラミック５７０、５８０とこの圧電セラミック
５７０、５８０へ応力を加える転動運動体であるボール
５９０と、このボール５９０を圧電セラミック５７０、
５８０へ押しつけるための加圧部５６０が示されてい
る。また、この圧電セラミック５７０、５８０の機械的
歪によって生じる電力を回収するための電力回収部７０
０，７００と整流部７１０、７１０、及びコンデンサ７
２０等が示されている。In FIG. 9, the piezoelectric body is polarized, for example, a piezoelectric ceramic 570, 580, a ball 590 which is a rolling motion body for applying a stress to the piezoelectric ceramic 570, 580, and the ball 590 is connected to the piezoelectric ceramic 570,
A pressure section 560 for pressing against 580 is shown. Further, a power recovery unit 70 for recovering power generated by mechanical strain of the piezoelectric ceramics 570, 580.
0,700, rectifiers 710, 710, and capacitor 7
20 and the like are shown.
【０１０２】本実施の形態においては、図示しない外部
操作部であるりゅうずや輪列等により外部から与えられ
た運動エネルギーが加圧部５６０を経てボール５９０へ
伝えられることになる。In the present embodiment, kinetic energy given from the outside by a crown, a train wheel, or the like, which is an external operation unit (not shown), is transmitted to the ball 590 via the pressing unit 560.
【０１０３】このとき、ボール５９０は、圧電セラミッ
ク５７０、５８０の表面を転がるように配置されてい
る。また、この圧電セラミック５７０、５８０は、図に
おいてその上面と下面に電極が設けられている。そし
て、この圧電セラミック５７０、５８０は、応力によっ
て機械的歪が生じると、その分極方向に電圧が生じるよ
うになっている。At this time, the balls 590 are arranged so as to roll on the surfaces of the piezoelectric ceramics 570 and 580. The piezoelectric ceramics 570 and 580 are provided with electrodes on the upper and lower surfaces in the figure. In the piezoelectric ceramics 570 and 580, when a mechanical strain is generated by stress, a voltage is generated in the polarization direction.
【０１０４】ここで、加圧部５６０により押しつけられ
たボール５９０は、図示するように、例えば圧電セラミ
ック５８０と５７０を押しつけることになる。このよう
に押しつけられた圧電セラミック５８０及び５７０に
は、機械的歪が生じ、この機械的歪の反力、すなわち復
元力が生じることになる。この状態を示したのが、図９
（２）である。Here, the ball 590 pressed by the pressing unit 560 presses, for example, the piezoelectric ceramics 580 and 570 as shown in the figure. The piezoelectric ceramics 580 and 570 pressed as described above undergo mechanical strain, and a reaction force of the mechanical strain, that is, a restoring force is generated. FIG. 9 shows this state.
(2).
【０１０５】図（２）において、ボール５９０は、図に
おいて左から右へと転動している。このため圧電セラミ
ック５７０及び５８０のボール５９０による変形量は、
ボール５９０の中心よりも、転動して行く移動方向側の
領域Ｄで増加し、反対側の領域Ｃで減少する。In FIG. 2B, the ball 590 is rolling from left to right in the figure. Therefore, the amount of deformation of the piezoelectric ceramics 570 and 580 by the ball 590 is
It increases in the region D on the moving direction side where the ball 590 rolls from the center of the ball 590, and decreases in the region C on the opposite side.
【０１０６】このとき、詳細な計算は省略するが、転動
中にボール５９０に加わる加圧力（図示せず）が一定で
あるとすると、領域Ｃの変形の復元によるボール５９０
の転動トルクと、領域Ｄの変形の増加に必要なボール５
９０の転動トルクは、大きさが等しく、方向が反対であ
る。At this time, although detailed calculations are omitted, assuming that the pressing force (not shown) applied to the ball 590 during rolling is constant, the ball 590 is restored by restoring the deformation of the area C.
And the ball 5 necessary for increasing the deformation of the region D
The rolling torques of 90 are equal in magnitude and opposite in direction.
【０１０７】このためボール５９０には、図中の上下方
向の力のみが働き、ボール５９０を転動させるために必
要なトルクは、ボール５９０と圧電セラミック５７０、
５８０、加圧部５６０の間に働く摩擦力と、圧電セラミ
ック５７０と５８０の発電の反作用による力をあわせた
ものとなる。For this reason, only the vertical force in the figure acts on the ball 590, and the torque required to roll the ball 590 is the ball 590 and the piezoelectric ceramic 570,
The frictional force acting between the 580 and the pressurizing section 560 is combined with the force due to the reaction of the piezoelectric ceramics 570 and 580 to the power generation.
【０１０８】すなわち、第１及び第２の実施の形態と同
様に、圧電セラミック５７０と５８０は、ボール５９０
を介して機械的歪エネルギーを互いに移し替えあってい
るため、ボール５９０を回転させるために外部より新た
な機械的歪エネルギーを供給する必要がない。In other words, as in the first and second embodiments, the piezoelectric ceramics 570 and 580 are
Since the mechanical strain energies are transferred to each other via, there is no need to supply new mechanical strain energy from outside to rotate the ball 590.
【０１０９】そして、圧電セラミック５７０及び５８０
を単独でみれば、ボール５９０が１往復する間に機械的
歪エネルギーが、０から最大まで変化するため、上記機
械的歪エネルギーと圧電セラミック５７０または５８０
の電気機械結合係数の積に応じた電気エネルギーを電力
系統７００に出力することが可能となる。The piezoelectric ceramics 570 and 580
When viewed alone, the mechanical strain energy changes from 0 to the maximum during one reciprocation of the ball 590, so that the mechanical strain energy and the piezoelectric ceramic 570 or 580
Can be output to the electric power system 700 in accordance with the product of the electromechanical coupling coefficients.
【０１１０】この圧電セラミック５７０および５８０の
持っている機械的歪エネルギーは、圧電セラミック５７
０および５８０上にボール５９０を乗せ、加圧部５６０
を配置して組立を行ったときに、供給されたものである
ため、１度組立を行ってしまえば機械的歪エネルギーを
新たに加える必要はない。The mechanical strain energy of the piezoelectric ceramics 570 and 580 is
0 and 580, and put the ball 590 on the pressing unit 560.
Are supplied when the assembly is arranged and assembled, there is no need to newly apply mechanical strain energy once the assembly is performed.
【０１１１】このような本実施の形態に係る圧電発電機
によって発電を行うためには、発電機が出力する電気エ
ネルギーと機械的な摩擦によって損失されるエネルギー
とを外部操作部より供給すればよいことになり、高い発
電効率が実現されることになる。In order to generate electric power by the piezoelectric generator according to the present embodiment, the electric energy output from the generator and the energy lost due to mechanical friction may be supplied from an external operation unit. As a result, high power generation efficiency is realized.
【０１１２】本実施の形態においては、第１にボール５
９０による転動を利用するため、摩擦等の損失を極めて
小さくできる。また、第２に圧電セラミック５７０及び
５８０の電気機械結合係数を、第１及び第２の実施の形
態で用いた変形形態と比べ高くすることができる。さら
に、第３には、圧電セラミックは、一般に圧縮変形時に
投入可能な機械的歪エネルギーが、引っ張り変形時に比
べて極めて大きいことから、発電効率と１回の機械的歪
の移動で得られる電気エネルギーの量は、第１及び第２
の実施の形態に比べ飛躍的に大きくすることが可能であ
る。In the present embodiment, first, the ball 5
Since the rolling by 90 is used, loss such as friction can be extremely reduced. Second, the electromechanical coupling coefficients of the piezoelectric ceramics 570 and 580 can be higher than those of the modified examples used in the first and second embodiments. Third, since the piezoelectric ceramic generally has a much larger mechanical strain energy at the time of compressive deformation than at the time of tensile deformation, the power generation efficiency and the electric energy obtained by one transfer of the mechanical strain can be obtained. Of the first and second
It is possible to dramatically increase the size compared to the embodiment.
【０１１３】したがって、より小型で発電効率の高い圧
電発電機を得ることができる。Therefore, it is possible to obtain a smaller piezoelectric generator having high power generation efficiency.
【０１１４】さらに、圧電セラミック５７０及び５８０
は、一体の圧電セラミックとして構成し、電極５７２及
び５８２を分割した構成としてもよい。これにより、よ
り低コストの圧電発電機を得ることができる。Further, the piezoelectric ceramics 570 and 580
May be configured as an integral piezoelectric ceramic, and the electrodes 572 and 582 may be divided. Thereby, a lower cost piezoelectric generator can be obtained.
【０１１５】図１０は、図９に示した本実施の形態に係
る圧電発電機の要部を適用した圧電発電機を示す図であ
る。FIG. 10 is a view showing a piezoelectric generator to which a main part of the piezoelectric generator according to the present embodiment shown in FIG. 9 is applied.
【０１１６】図において、圧電セラミック５８０、５７
０等は、図１０（３）に示すように、円周方向に複数配
置されている。また、ボール５９０も、図（１）に示す
ように、複数配置されている。さらに、加圧部５６０
は、その中心軸を回動中心として回動可能に配置されて
いる。In the figure, the piezoelectric ceramics 580, 57
As shown in FIG. 10 (3), a plurality of 0s are arranged in the circumferential direction. Also, a plurality of balls 590 are arranged as shown in FIG. Further, the pressing unit 560
Are rotatably disposed about the center axis thereof.
【０１１７】したがって、加圧部５６０の回動によっ
て、複数のボール５９０が圧電セラミック５７０、５８
０の上面を転動するため、このそれぞれのボール５９０
と圧電セラミック５７０、５８０等との間で、上述の機
械的歪エネルギーの伝達が生じることになる。したがっ
て、加圧部５６０等によりボール５９０に与えられたエ
ネルギーは、より効率よく発電エネルギーへ変換するこ
とができる。また、ボール５９０が複数配置されている
とともに、圧電セラミック５８０、５７０等も円周方向
に複数配置されているので、発電量を大きくすることが
可能となる。Therefore, the plurality of balls 590 are moved by the rotation of the pressing portion 560 to the piezoelectric ceramics 570 and 58.
0, so that each ball 590
The transmission of the mechanical strain energy described above occurs between the piezoelectric ceramics 570 and 580 and the like. Therefore, the energy given to the ball 590 by the pressurizing unit 560 or the like can be more efficiently converted to the power generation energy. Further, since a plurality of balls 590 are arranged and a plurality of piezoelectric ceramics 580, 570 and the like are arranged in the circumferential direction, it is possible to increase the amount of power generation.
【０１１８】また、本実施の形態においては、圧電体と
して単板のみではなく、積層圧電素子や薄膜圧電素子等
を適用することもできる。Further, in the present embodiment, not only a single plate but also a laminated piezoelectric element or a thin film piezoelectric element can be applied as the piezoelectric body.
【０１１９】図１１は、図１０の実施の形態の第１の変
形例を示す図である。本変形例においては、図１１
（１）及び（２）に示すように、中心に軸が設けられて
おり、この軸の回りには複数のボール５９０が配置され
ている。また、複数のボール５９０の外側には、周方向
に圧電セラミック５７０、５８０等が配置されている。FIG. 11 is a diagram showing a first modification of the embodiment of FIG. In this modification, FIG.
As shown in (1) and (2), an axis is provided at the center, and a plurality of balls 590 are arranged around this axis. Piezoelectric ceramics 570, 580 and the like are arranged in the circumferential direction outside the plurality of balls 590.
【０１２０】したがって、別途加圧機構を設ける必要が
ないので、簡易な構成で圧電発電機の小型化、低コス
ト、高信頼性を実現することができる。Therefore, since it is not necessary to provide a separate pressurizing mechanism, the piezoelectric generator can be reduced in size, cost and reliability can be realized with a simple configuration.
【０１２１】本実施の形態では、転動運動体としてボー
ル５９０を適用したが、これに限らずころ状のものであ
ってもよい。この場合、ころ状の転動運動体はボール５
９０より、圧電セラミック５７０、５８０に対する接触
面積が大きくなり、より小さな応力で大きな機械的歪エ
ネルギーを与え得るので、発電量を大きく、かつ圧電発
電機の信頼性をさらに高めることができる。In the present embodiment, the ball 590 is used as the rolling motion body. However, the present invention is not limited to this. In this case, the roller-shaped rolling motion body is a ball 5
90, the contact area with the piezoelectric ceramics 570, 580 is increased, and a large mechanical strain energy can be given with a smaller stress, so that the power generation amount can be increased and the reliability of the piezoelectric generator can be further improved.
【０１２２】図１２は、本実施の形態の第２の変形例を
示した図である。本変形例の圧電セラミック６７０は、
図（１）にしめす中空の円筒形で形成されており、内周
から外周方向に分極されている。このように配置された
圧電セラミック６７０の中空部にクランク軸８７０を挿
入し回動させると、圧電セラミック６７０の上面６７０
ａと下面６７０ｂは、図（３）のように変形する。これ
により、圧電セラミク６７０には、厚みすべり変形が生
じ、これが機械的歪となることになる。FIG. 12 is a diagram showing a second modification of the present embodiment. The piezoelectric ceramic 670 of this modification example
It is formed in a hollow cylindrical shape as shown in FIG. 1A, and is polarized from the inner circumference to the outer circumference. When the crankshaft 870 is inserted into the hollow portion of the piezoelectric ceramic 670 arranged in this way and rotated, the upper surface 670 of the piezoelectric ceramic 670 is rotated.
a and the lower surface 670b are deformed as shown in FIG. As a result, the piezoelectric ceramic 670 undergoes a thickness shear deformation, which results in mechanical strain.
【０１２３】このような厚みすべり変形は、通常、同一
の圧電素子を使用するうえで、電気機械結合係数が最も
高いため、１回の機械的歪の移動で得られる電気エネル
ギーの量を飛躍的に大きくすることが可能である。した
がって、より小型な圧電発電機を得ることができる。Such a thickness-shear deformation usually has the highest electromechanical coupling coefficient when using the same piezoelectric element, so that the amount of electric energy obtained by one transfer of mechanical strain is dramatically increased. It is possible to increase. Therefore, a smaller piezoelectric generator can be obtained.
【０１２４】本発明は、上記実施の形態に限定されず、
本発明の特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形
を行うことができる。The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【０１２５】本発明における時計の概念としては、腕時
計、置き時計、掛け時計等を含むものである。また、本
発明における電子機器の概念としては、時計に限らず、
電子卓上計算機、電子手帳、携帯型コンピューター、ペ
ージャー、ポケットベル等を含むものである。The concept of the clock in the present invention includes a wristwatch, a table clock, a wall clock and the like. The concept of the electronic device in the present invention is not limited to a watch,
It includes an electronic desk calculator, an electronic organizer, a portable computer, a pager, a pager, and the like.
【０１２６】[0126]
【発明の効果】本発明によれば、小型で且つ発電効率の
よい圧電体を用いた圧電発電機及びこの圧電発電機を有
する電子機器及び携帯機器を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric generator using a piezoelectric body which is small and has high power generation efficiency, and an electronic device and a portable device having the piezoelectric generator.
【０１２７】また、請求項１及び２の発明によれば、一
の圧電体の機械的歪の反力によって他の圧電体に機械的
歪が生じさせることができるため、この他の圧電体を機
械的に歪ませるための応力をさらに変位手段から供給す
る必要がほとんどない。Further, according to the first and second aspects of the present invention, a mechanical strain can be generated in another piezoelectric body by a reaction force of the mechanical strain of one piezoelectric body. There is almost no need to supply the stress for mechanically distorting further from the displacement means.
【０１２８】したがって、他の圧電体を機械的に歪ませ
るための応力をさらに変位手段から供給する必要がほと
んどないため、変位手段により他の圧電体に与えられた
歪エネルギーは、摩擦損失等を除き、その他のほとんど
が発電エネルギーとなり、発電効率がよくなる。Therefore, since there is almost no need to further supply a stress for mechanically distorting the other piezoelectric body from the displacement means, the strain energy given to the other piezoelectric body by the displacement means causes friction loss and the like. With the exception of this, most of the remaining energy is generated and the power generation efficiency is improved.
【０１２９】さらに、請求項３及び４の発明によれば、
回動体と偏心部とを有する変位手段により、圧電体に応
力を与えるため、従来のように、圧電体に機械的歪を与
えるための大型のハンマー等の加振手段を用いる必要が
ないので、圧電発電機を小型化することができる。According to the third and fourth aspects of the present invention,
By applying a stress to the piezoelectric body by a displacement means having a rotating body and an eccentric part, it is not necessary to use a large-sized hammer or other vibrating means for applying mechanical strain to the piezoelectric body as in the related art. The size of the piezoelectric generator can be reduced.
【０１３０】そして、請求項５及び６の発明によれば、
他の圧電体を機械的に歪ませるための応力を加圧部から
供給する必要がほとんどない。また、転動運動体の転動
を利用しているため、摩擦損失が小さくなる。このた
め、加圧部により転動運動体を介して与えられた応力を
極めて効率良く発電エネルギーに変換することが可能と
なり、発電効率が極めて良くなる。According to the fifth and sixth aspects of the present invention,
There is almost no need to supply a stress for mechanically distorting other piezoelectric bodies from the pressurizing unit. Further, since the rolling motion of the rolling motion body is used, the friction loss is reduced. For this reason, it is possible to convert the stress given by the pressurizing unit via the rolling motion body to the power generation energy very efficiently, and the power generation efficiency is extremely improved.
【０１３１】また、請求項６及び７の発明によれば、圧
電体に与えられる機械的歪が電気機械結合係数が高い厚
みすべり変形であるため、より効率良く歪エネルギーを
発電エネルギーに変換することが可能となるので、発電
効率が極めて良くなる。According to the sixth and seventh aspects of the present invention, since the mechanical strain applied to the piezoelectric body is a thickness shear deformation having a high electromechanical coupling coefficient, it is possible to more efficiently convert the strain energy into the power generation energy. Is possible, so that the power generation efficiency is extremely improved.
【０１３２】そして、請求項８の発明によれば、圧電発
電機を処理装置である電子機器に用いいることができ
る。According to the eighth aspect of the present invention, the piezoelectric generator can be used for an electronic device as a processing device.
【０１３３】さらに、請求項９の発明によれば、圧電発
電機を処理装置である携帯機器に用いることができる。Further, according to the ninth aspect of the present invention, the piezoelectric generator can be used for a portable device as a processing device.
【０１３４】また、請求項１０の発明によれば、圧電発
電機を処理装置である時計に用いることができる。According to the tenth aspect of the present invention, the piezoelectric generator can be used for a timepiece as a processing device.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧電発電機を
用いた例えば時計の一部を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing, for example, a part of a timepiece using a piezoelectric generator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧電発電機を
用いた例えば時計の一部を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing, for example, a part of a timepiece using the piezoelectric generator according to the first embodiment of the present invention.
【図３】バイモルフ型圧電体に与えられた機械的歪エネ
ルギーが、他のバイモルフ型圧電体との相互間で移動す
る状態を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which mechanical strain energy given to a bimorph-type piezoelectric body moves between other bimorph-type piezoelectric bodies.
【図４】バイモルフ型圧電体のスライダに加わる力ＦＡ
を半径方向（ｒ）の成分ＦＡｒと接線方向の成分ＦＡｓ
に分解した図である。FIG. 4 shows a force FA applied to a bimorph-type piezoelectric body slider.
Is the component FAr in the radial direction (r) and the component FAs in the tangential direction.
FIG.
【図５】他のバイモルフ型圧電体のスライダに加わる力
ＦＢを半径方向（ｒ）の成分ＦＢｒと接線方向の成分Ｆ
Ｂｓに分解した図である。FIG. 5 shows a force FB applied to a slider of another bimorph type piezoelectric material, a component FBr in a radial direction (r) and a component FBr in a tangential direction.
It is the figure decomposed | disassembled into Bs.
【図６】図１に示す実施の形態に係る圧電発電機の機構
を説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a mechanism of the piezoelectric generator according to the embodiment shown in FIG.
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る圧電発電機を
用いた時計を表す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a timepiece using a piezoelectric generator according to a second embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る圧電発電機を
用いた時計を表す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a timepiece using a piezoelectric generator according to a second embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る圧電発電機の
要部を表した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a main part of a piezoelectric generator according to a third embodiment of the present invention.
【図１０】図９に示した本実施の形態に係る圧電発電機
の要部を適用した圧電発電機を示す図である。10 is a diagram showing a piezoelectric generator to which a main part of the piezoelectric generator according to the present embodiment shown in FIG. 9 is applied.
【図１１】図１０の実施の形態の第１の変形例を示す図
である。FIG. 11 is a diagram showing a first modification of the embodiment in FIG. 10;
【図１２】図１０の実施の形態の第２の変形例を示した
図である。FIG. 12 is a diagram showing a second modification of the embodiment in FIG. 10;
【図１３】従来の圧電発電機及び電力系統を示すもので
ある。FIG. 13 shows a conventional piezoelectric generator and a power system.
１０００・・・圧電発電機を用いた時計 １００・・・圧電発電機 １１０、４１０・・・地板 １１１・・・軸受 １１２・・・ロータ軸受 １２０・・・リュウズ １２１・・・歯車 １２２・・・つまみ １３０・・・輪列Ａ １３１・・・固定ピン １４０・・・輪列Ｂ １４１・・・回動軸 １４３・・・歯車 １４２・・・かな １５０・・・輪列受 １６０・・・ロータ １６１・・・偏心ピン １６２・・・回動軸 １６３・・・歯合部 １７１・・・スライダ １８１・・・スライダ １７０・・・バイモルフ型圧電体 １８０・・・バイモルフ型圧電体 １７０ａ・・・第１の圧電体 １８０ａ・・・第１の圧電体 １７０ｂ・・・第２の圧電体 １８０ｂ・・・第２の圧電体 １９０・・・バイモルフ回転板 １９１・・・バイモルフ固定ネジ ２００・・・電力系統 ２１０・・・電力回収部 ２２０・・・整流部 ２３０・・・コンデンサ 1000 Timepiece using piezoelectric generator 100 Piezoelectric generator 110, 410 Base plate 111 Bearing 112 Rotor bearing 120 Crown 121 Gear 122 Knob 130: Wheel train A 131: Fixed pin 140: Wheel train B 141: Rotating shaft 143: Gear 142: Kana 150: Wheel train 160: Rotor 161, an eccentric pin 162, a rotating shaft 163, an engaging portion 171, a slider 181, a slider 170, a bimorph type piezoelectric body 180, a bimorph type piezoelectric body 170a, First piezoelectric member 180a First piezoelectric member 170b Second piezoelectric member 180b Second piezoelectric member 190 Bimorph rotating plate 191 Bimorph fixing screw 200 Power line 210 ... power recovery unit 220 ... rectifier 230 ... condenser
Claims (10)
電発電機において、 上記変位手段によって上記圧電体のうち一の圧電体に与
えられた機械的歪が、この圧電体の機械的歪の反力によ
って他の圧電体に機械的歪を生じさせる構成となってい
ることを特徴とする圧電発電機。1. A piezoelectric generator comprising: a piezoelectric body producing a piezoelectric effect; displacement means for displacing the piezoelectric body; and means for supplying electric power generated by the piezoelectric body; A piezoelectric generator, wherein a mechanical strain applied to one of the piezoelectric bodies causes a mechanical strain in another piezoelectric body by a reaction force of the mechanical strain of the piezoelectric body. .
が与えられている状態で配置されていることを特徴とす
る請求項１に記載の圧電発電機。2. The piezoelectric generator according to claim 1, wherein the one and the other piezoelectric bodies are arranged in a state where mechanical strain is given in advance.
るとともに、 上記圧電体には、この偏心部と係合するスライダ部が備
えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
圧電発電機。3. The displacing means has a rotating body and an eccentric part eccentrically attached to the rotating body, and the piezoelectric body has a slider part engaged with the eccentric part. The piezoelectric generator according to claim 1 or 2, wherein:
与えられている状態で配置されていると共に、この一の
圧電体と他の圧電体が相互に直交方向に配置され、前記
一及び他の圧電体に機械的歪が与えられない状態での交
点が請求項３に記載の回動体の回転中心にほぼ一致する
ことを特徴とする請求項３に記載の圧電発電機。4. The one and other piezoelectric bodies are arranged in a state where mechanical strain is given in advance, and the one piezoelectric body and the other piezoelectric body are arranged in a direction orthogonal to each other. 4. The piezoelectric generator according to claim 3, wherein an intersection point in a state where no mechanical strain is applied to one and other piezoelectric bodies substantially coincides with a rotation center of the rotating body according to claim 3.
する転動運動体と、この転動運動体を上記圧電体に押し
つける加圧部とを備える構成になっていることを特徴と
する請求項１に記載の圧電発電機。5. The apparatus according to claim 1, wherein the displacement means includes a rolling motion body that rolls on the surface of the piezoelectric body, and a pressing unit that presses the rolling motion body against the piezoelectric body. The piezoelectric generator according to claim 1.
歪であることを特徴とする請求項１に記載の圧電発電
機。6. The piezoelectric generator according to claim 1, wherein the mechanical strain applied to the piezoelectric body is a compressive strain.
すべり変形であることを特徴とする請求項１に記載の圧
電発電機。7. The piezoelectric generator according to claim 1, wherein the mechanical strain applied to the piezoelectric body is a thickness shear deformation.
する電子機器。8. An electronic apparatus having the piezoelectric generator according to claim 1.
する携帯機器。9. A portable device having the piezoelectric generator according to claim 1.
とする請求項９に記載の携帯機器。10. The portable device according to claim 9, wherein the portable device is a watch.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP06745098A JP3539192B2 (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Piezoelectric generators, electronic devices and mobile devices |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP06745098A JP3539192B2 (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Piezoelectric generators, electronic devices and mobile devices |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11266588A true JPH11266588A (en) | 1999-09-28 |
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| JP06745098A Expired - Fee Related JP3539192B2 (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Piezoelectric generators, electronic devices and mobile devices |
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| JP (1) | JP3539192B2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20030032353A (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-26 | 임기조 | Self accumulator of electric power using piezoelectric ceramics |
| KR20030032354A (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-26 | 임기조 | Piezoelectric ceramics and generation system of electric power using the ceramics |
| KR100520280B1 (en) * | 2003-04-23 | 2005-10-11 | 한정선 | Portable generating and charging apparatus |
| JP2008067451A (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Taiheiyo Cement Corp | Energy conversion equipment |
| JP2010252509A (en) * | 2009-04-15 | 2010-11-04 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric generator |
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-
1998
- 1998-03-17 JP JP06745098A patent/JP3539192B2/en not_active Expired - Fee Related
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