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PIEZOELECTRIC GENERATOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME UPDATE_EN

Patent code P190016238
File No. 1999
Posted date Aug 5, 2019
Application number P2018-003881
Publication number P2019-125630A
Date of filing Jan 13, 2018
Date of publication of application Jul 25, 2019
Inventor
  • (In Japanese)関口 哲志
  • (In Japanese)佐々木 敏夫
  • (In Japanese)笹川 健太
  • (In Japanese)中嶋 宇史
Applicant
  • (In Japanese)学校法人早稲田大学
Title PIEZOELECTRIC GENERATOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME UPDATE_EN
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric generator which can be manufactured simply in few steps and also capable of promoting miniaturization and high performance of the entire device, and a method of manufacturing the same.
SOLUTION: A piezoelectric generator 10 according to the present invention includes: a body 11 which has flexibility and in which electrodes 24 and 27 are brought into contact with respective piezoelectric bodies 17 and 20 made of a piezoelectric material; and a laminate 12 coating the entire outer surface of the body 11 from the outside. In the piezoelectric generator, an electromotive force is generated by stress acting on the body 11. The body 11 is configured as a laminate in which a plurality of members including the piezoelectric bodies 17 and 20 and the electrode 24 and 27 are laminated, and includes a gap 29 which restricts partial lifting of an interlayer junction site thereby to improve adhesion of the interlayer junction site.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電ポリマーを圧電材料として用い、当該圧電材料の圧電効果によって起電力を発生させる発電装置が知られている。この発電装置として、特許文献1には、上部電極及び下部電極の間に圧電ポリマーからなる圧電性膜が介装され、これらに一体化された振動板が外力により振動することで発電可能となる構造のものが開示されている。当該発電装置は、平面視ほぼ方形の平板状に形成されており、振動板の一端側が固定端側として固定台上に固定され、その他端側が自由端側となるカンチレバー(片持ち梁)構造となっている。ここで、上部電極及び下部電極は、同文献に例示されているように、圧電性膜に密着させるように、スパッタ装置を用いたスパッタ法等により作製される。しかしながら、スパッタ法による作製では、工程が煩雑になるばかりか、スパッタ装置自体が高価であることから、発電装置の低コスト化を促進することが難しい。

ところで、特許文献2には、平面視方形の平板状をなす可撓性の素子本体と、素子本体の外面全体を覆うカバー部材とを備えた発電装置が開示されている。前記素子本体は、第1の電極、前記圧電ポリマー及び第2の電極の順で積層された積層体からなる。また、カバー部材は、素子本体を挟む上下2枚の樹脂フィルムからなり、ラミネート加工により素子に一体化される。つまり、このラミネート加工では、薄板状の第1及び第2の電極の間に圧電ポリマーを介装した状態の素子本体に対し、それよりも平面積の大きい2枚の樹脂フィルムで挟み込んで熱ラミネートされる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、圧電型発電装置及びその製造方法に係り、更に詳しくは、より簡単に製造可能で、且つ、発電性能をより高めることのできる圧電型発電装置及びその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
可撓性を有するとともに、圧電材料からなる圧電体の上下両側に電極を接触させてなる本体部と、当該本体部の外面全体を外側から被覆するラミネート部とを備え、前記本体部に作用する応力により起電力を発生させる圧電型発電装置において、
前記本体部は、前記圧電体及び前記電極を含む複数の部材を積層した積層体として構成されるとともに、層間接合部位の密着性を向上させる密着促進構造を備えたことを特徴とする圧電型発電装置。

【請求項2】
 
前記密着促進構造は、前記本体部の内側に前記ラミネート部が入り込むように、前記本体部の厚み方向に部分的に陥没する空隙部を前記本体部の一部に設けた構造であることを特徴とする請求項1記載の圧電型発電装置。

【請求項3】
 
前記本体部は、外力の作用により曲げ方向に振動可能となるように、所定部位を固定支持部位として固定支持されるとともに、曲げ変形時における前記固定支持部位の周辺の応力集中を緩和する応力分散構造を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の圧電型発電装置。

【請求項4】
 
前記本体部は、前記密着促進構造及び前記応力分散構造として機能するように、前記固定支持部位から離れるに従って幅狭となる平面形状をなすことを特徴とする請求項3記載の圧電型発電装置。

【請求項5】
 
上下両側の前記電極の間に絶縁体からなる支柱部材が設けられ、
前記圧電体は、前記支柱部材を除く前記各電極の間の空間に介装され、
前記支柱部材は、前記圧電体よりも弾性変形し難い材料によって形成され、前記本体部に曲げ変形が生じたときに、当該圧電体の厚みが減少する方向への弾性変形による前記各電極の短絡を防止可能に前記各電極間の支柱として機能することを特徴とする請求項1~4の何れかに記載の圧電型発電装置。

【請求項6】
 
可撓性を有するとともに、圧電材料からなる圧電体の上下両側に電極を接触させてなる本体部と、当該本体部の外面全体を外側から被覆するラミネート部とを備え、前記本体部に作用する応力により起電力を発生させる圧電型発電装置において、
前記本体部は、少なくとも一方に前記圧電体を有する上層部及び下層部が上下に積層された積層体として構成され、
前記上層部は、前記圧電体の上側に接触する上側の前記電極を含む上部電極層を備え、
前記下層部は、前記圧電体の下側に接触する下側の前記電極を含む下部電極層を備え、
前記上層部及び前記下層部は、上側及び下側の前記各電極間に前記圧電体が配置される向きで重ね合され、
前記上層部及び/又は前記下層部には、前記本体部の内側に前記ラミネート部が入り込むように厚み方向に部分的に陥没する空隙部が設けられることを特徴とする圧電型発電装置。

【請求項7】
 
シート状の樹脂からなる一対の基材の表面に電極をそれぞれ印刷し、当該各電極の少なくとも一方の表面に、圧電体となる圧電ポリマーを塗布して固着させることで、上層部と下層部を形成した後、前記各電極の間に圧電ポリマーが配置される向きで、前記上層部と前記下層部を重ね合わせて本体部とし、当該本体部の上下両側からラミネートフィルムで挟み込んで、熱ラミネート加工することにより、前記上層部と前記下層部を一体化させることを特徴とする圧電型発電装置の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
  • 5H681AA19
  • 5H681BB14
  • 5H681DD15
  • 5H681DD39
  • 5H681DD53
  • 5H681DD82
  • 5H681DD95
  • 5H681EE10
  • 5H681FF01
  • 5H681FF17
  • 5H681GG01
  • 5H681GG11
Drawing

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JP2018003881thum.jpg
State of application right Published
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