JP2003224315A

JP2003224315A - 起電装置、電源装置、遠隔操作装置、及び電子機器

Info

Publication number: JP2003224315A
Application number: JP2002021190A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kuroda; 進黒田; Yoshio Tajima; 芳雄田島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】単純な構造で発電を行い、その発電した電力
を電子機器に供給することにより、電子機器に使用され
ていた一次電池の必要性をなくす、または一次電池の消
耗を低減することで、使い捨て一次電池による環境負荷
をなくすことができる起電スイッチ装置、電源供給装置
および電子機器を提供する。【解決手段】圧電材料からなる起電押圧部４を備えた
電子機器において、起電押圧部４の圧電材料に応力を印
可し、その際の圧電効果により圧電材料に起電力を発生
させる。そして、その起電力を回路基板３上の電気回路
に供給することで電子機器を動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、起電装置、電源
装置、遠隔操作装置、及び電子機器に関し、特に、圧電
効果による起電力を利用した起電装置、電源装置、遠隔
操作装置、及び電子機器に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】産業革命以来、化石燃料の使用量は増加
する一方であり、化石燃料の燃焼による環境破壊や化石
燃料の枯渇などが問題になってきている。２１世紀を迎
えた今、これらの問題をどのように解決していくかは、
今後の人類にとって大きな課題である。

【０００３】そのような状況において、電子機器の低消
費電力化の技術が進んでいるが、その反面、指数関数的
にその電子機器の数も増してきている。特に、家庭用電
子機器は今後の需要の面からも、その低電力化が望まれ
ている。

【０００４】現在、これら家庭用電子機器の多くのもの
に一次電池が使用されており、その一次電池の使用量は
莫大である。しかしながら、これら一次電池は使用後に
ほとんど廃棄されるため、その際の環境への影響は大き
い。さらに、一次電池が切れた際の電池交換の手間や、
一次電池の電池切れ寸前の機能低下による使いにくさが
指摘されている。

【０００５】そこで、発電機能を内蔵した電子機器が提
案されている。これまでに、レバーで動作させることに
より、発電を行うことができるリモコン電源装置（特開
２０００−１９７３１０号公報）と、電磁誘導を利用
し、発電を行うことができるボタンを備えた電子機器
（特開平１０−７４４２６号公報）と、太陽電池と一次
電池とを併用することにより、電池交換の頻度を低減す
ることができるワイヤレスリモートコントロール装置
（特開平７−２４０９６８号公報）と、回転操作レバー
を回転させることにより、発電を行うことができる手動
発電機能付きラジオ受信機（特開平１１−７５３４４号
公報）とが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの電子機器も、製品として実現することは、困
難である。これは、上述した発電機能を電子機器に備え
ると、電子機器の構造が複雑化してしまうためである。

【０００７】したがって、この発明の目的は、構造を複
雑化することのない起電装置及び電源装置、並びにこれ
らを備えた遠隔操作装置及び電子機器を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、電子機器の操作にともな
って、起電力を発生する起電装置において、弾性のあ
る、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板を変形可能
に備えさせ、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板へ
の応力の印可による起電力を負荷に対して供給するよう
にしたことを特徴とするものである。

【０００９】この第１の発明において、好適には、圧電
フィルムは、圧電性高分子材料からなる。また具体的に
は、圧電性高分子材料は、ポリフッ化ビニリデンであ
る。

【００１０】また、この第１の発明において、好適に
は、圧電材料は、主成分としてチタン酸ジルコン酸鉛を
含ませてなる。

【００１１】また、この第１の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、負荷に
対する供給部分を除いて全体を絶縁材料でコーティング
させている。

【００１２】また、この第１の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、その弾
性を保持しつつ複数枚を積層させる。

【００１３】上述のように構成されたこの発明の第１の
発明によれば、電子機器の操作にともなって、起電力を
発生する起電装置において、弾性のある圧電フィルムま
たは圧電材料からなる板を変形可能に備えるため、圧電
フィルムまたは圧電材料からなる板に応力を印可するこ
とで、圧電フィルムまたは圧電材料に変形が生じ、その
変形による圧電効果により、圧電フィルムまたは圧電材
料からなる板に起電力が発生し、発生した起電力を負荷
に対して供給することができる。

【００１４】また、この発明の第２の発明は、弾性のあ
る、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板を変形可能
に備えさせ、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板へ
の応力の印可による起電力を負荷に対して供給するよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１５】この第２の発明において、好適には、圧電
フィルムは、圧電性高分子材料からなる。また具体的に
は、圧電性高分子材料は、ポリフッ化ビニリデンであ
る。

【００１６】また、この第２の発明において、好適に
は、圧電材料は、主成分としてチタン酸ジルコン酸鉛を
含ませてなる。

【００１７】また、この第２の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、負荷に
対する供給部分を除いて全体を絶縁材料でコーティング
させている。

【００１８】また、この第２の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、その弾
性を保持しつつ複数枚を積層させる。

【００１９】また、この第２の発明において、典型的に
は、負荷が二次電池である。

【００２０】上述のように構成されたこの発明の第２の
発明によれば、弾性のある圧電フィルムまたは圧電材料
からなる板を変形可能に備えるため、圧電フィルムまた
は圧電材料からなる板に応力を印可することで、圧電フ
ィルムまたは圧電材料に変形が生じ、その変形による圧
電効果により、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板
に起電力が発生し、発生した起電力を負荷に対して供給
することができる。

【００２１】また、この発明の第３の発明は、弾性のあ
る、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板を変形可能
に備えさせ、被制御装置の操作にともなって、圧電フィ
ルムまたは圧電材料からなる板に応力を印可することに
より起電力を発生する起電装置と、起電力を供給する負
荷とを備えたことを特徴とするものである。

【００２２】この第３の発明において、好適には、圧電
フィルムは、圧電性高分子材料からなる。また具体的に
は、圧電性高分子材料は、ポリフッ化ビニリデンであ
る。

【００２３】また、この第３の発明において、好適に
は、圧電材料は、主成分としてチタン酸ジルコン酸鉛を
含ませてなる。

【００２４】また、この第３の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、負荷に
対する供給部分を除いて全体を絶縁材料でコーティング
させている。

【００２５】また、この第３の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、その弾
性を保持しつつ複数枚を積層させる。

【００２６】また、この第３の発明において、典型的に
は、負荷が回路装置である。

【００２７】上述のように構成されたこの発明の第３の
発明によれば、弾性のある、圧電フィルムまたは圧電材
料からなる板を変形可能に備え、被制御装置の操作にと
もなって、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板への
応力の印可による起電力発生する起電装置と、起電力を
供給する負荷とを備えているため、被制御装置の操作に
より、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板に応力が
印可され、圧電フィルムまたは圧電材料に変形が生じ、
その変形による圧電効果により、圧電フィルムまたは圧
電材料からなる板に起電力が発生し、発生した起電力を
負荷に対して供給することができる。

【００２８】また、この発明の第４の発明は、弾性のあ
る、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板を変形可能
に備えさせ、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板に
応力を印可することにより起電力を発生する起電装置
と、起電力を供給する負荷とを備え、起電装置を押圧す
ることにより起電力を発生し、この起電力を負荷に供給
することを特徴とするものである。

【００２９】この第４の発明において、好適には、圧電
フィルムは、圧電性高分子材料からなる。また具体的に
は、圧電性高分子材料は、ポリフッ化ビニリデンであ
る。

【００３０】また、この第４の発明において、好適に
は、圧電材料は、主成分としてチタン酸ジルコン酸鉛を
含ませてなる。

【００３１】また、この第４の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、負荷に
対する供給部分を除いて全体を絶縁材料でコーティング
させている。

【００３２】また、この第４の発明において、好適に
は、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板は、その弾
性を保持しつつ複数枚を積層させる。

【００３３】また、この第４の発明において、典型的に
は、負荷が回路装置である。

【００３４】上述のように構成されたこの発明の第４の
発明によれば、弾性のある、圧電フィルムまたは圧電材
料からなる板を変形可能に備え、圧電フィルムまたは圧
電材料からなる板への応力の印可により起電力を発生す
る起電装置と、起電力を供給する負荷とを備えるため、
起電装置を押圧することにより、圧電フィルムまたは圧
電材料からなる板に応力が印可され、圧電フィルムまた
は圧電材料に変形が生じ、その変形による圧電効果によ
り、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板に起電力が
発生し、発生した起電力を負荷に対して供給することが
できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の第
１の実施形態によるリモートコントローラ装置（以下、
リモコン装置と称す）の外観の一例を示す斜視図であ
る。また、図２は、この発明の第１の実施形態によるリ
モコン装置の構成の一例を示す斜視図である。

【００３６】図２に示すように、このリモコン装置１
は、ケース２、回路基板３および起電押圧部４より構成
される。ケース２は、合成樹脂などの材料から構成さ
れ、その上面に凹部２ａを備え、この凹部２ａに回路基
板３が収納される。

【００３７】回路基板３は、上述したケース２に備えら
れた凹部２ａに収納可能な長方形状を有する。この回路
基板上には、リモコン装置１の制御などを行う回路装置
が形成されている。なお、この回路装置については後述
する。

【００３８】起電押圧部４は、押圧あるいは押圧解除の
動作にともなって、発電を行うためのものである。具体
的には、この起電押圧部４の下に配置されたスイッチを
オン／オフするとともに、このオン／オフ動作にともな
って発電を行うためのものである。この起電押圧部４
は、押圧により変形可能であるとともに、押圧を解除す
ることにより復元可能なバネ状である圧電バネと、この
圧電バネ上に備えられた、圧電バネを押圧するためのボ
タンとから構成される。

【００３９】圧電バネは、圧電フィルムを単層、または
複数層積層させることにより構成される。この圧電フィ
ルムは、弾性および柔軟性を有する圧電性高分子材料か
ら構成されるフィルムであり、例えば、ポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶＤＦ）などの材料から構成されるフィルム
である。

【００４０】また、圧電バネは、少なくとも一箇所の供
給部を備え、この供給部が回路基板３上に圧電バネが変
形可能となるよう固定される。この供給部は、起電押圧
部４を、回路基板３上に固定するとともに、起電押圧部
４の押圧あるいは押圧解除の動作により起電された電力
を負荷、具体的にはリモコン装置１の回路基板３上に形
成された回路装置に供給するためのものである。なお、
圧電バネの供給部以外の部分は、絶縁材料によりコーテ
ィングされている。このようなコーティング処理を施す
ことにより、圧電バネで起電された電力が供給部以外か
ら放電することを防止することができる。

【００４１】図３は、この発明の第１の実施形態による
起電押圧部４の具体的な構成の一例を示す斜視図であ
る。図３に示すように、圧電バネ５は、押圧方向に対し
て、凸状に盛り上がった形状を有する。具体的には、圧
電バネ５は、長方形状を有し、この長方形状の中央部
が、押圧方向に対して、凸状に盛り上がった形状を有す
る。また、この圧電バネ５の長手方向の両端にはそれぞ
れ、供給部５ａが備えられている。

【００４２】図４は、圧電バネ５が有する供給部５ａの
拡大断面図を示す。図４に示すように、回路基板３上に
予め形成された入力部５ｃと、上述した供給部５ａと
が、例えば、はんだにより接続されている。なお、この
入力部５ｃは、例えば後述する基板上に形成された回路
装置などの負荷と接続されている。また、入力部５ｃと
接続された反対側の面には、導電板５ｂが貼り合わされ
ており、この導電板５ｂに導線が、例えば、はんだによ
り接続されている。そして、この導線が接地されてい
る。

【００４３】図５Ａは、ボタン６が押圧されていない場
合の起電押圧部４の断面図である。図５Ｂは、ボタン６
が押圧されている場合の起電押圧部４の断面図である。
図５Ａおよび５Ｂに示すように、起電押圧部４の圧電バ
ネ５の下には、ボタン６の押圧により、オン／オフされ
るスイッチ８が配置されている。なお、図５Ａおよび５
Ｂに示すように、スイッチ８を、例えばゴムなどの弾性
体からなるカバー７により覆うようにしてもかまわな
い。なお、後述するリモコン制御部が、リモコン装置１
に備えられたスイッチ８のうちのどれが、オン状態にあ
るか否かを検出し、検出結果に応じた信号を、後述する
送信部を介して、電子機器などの被制御機器に送信す
る。

【００４４】図５Ｂに示すように、ボタン６が押圧され
ると、圧電バネ５の形状が変形し、圧電バネ５にひずみ
が作用し、そのひずみによる圧電効果で圧電バネ５に起
電力が発生する。すなわち、圧電バネ５に機械的応力を
印加すると、圧電バネ５内で誘電分極が生じ、この結
果、圧電バネ５の表面に電荷が発生する。例えば、回路
基板３と対向した面に正電荷が発生し、この面と反対側
の面に負電荷が発生する。これにより、圧電バネ５で
は、回路基板３と対向した面と、この面と反対側の面と
に電位差が生じ起電力が発生する。そして発生した起電
力を、供給部５ａを介して負荷、例えば後述する回路装
置などに供給する。

【００４５】また、ボタン６の押圧を解除し、圧電バネ
５が、図５Ａに示す状態に戻った場合にも、ボタン６を
押圧した場合と同様に、圧電バネ５の表面に電荷が発生
し、供給部５ａを介して、負荷に起電力を供給する。

【００４６】図６は、リモコン装置１に備えられた回路
装置の一例を示すブロック図である。図６Ａは、リモコ
ン装置１の電源系回路装置のブロック図であり、図６Ｂ
は、リモコン装置１の制御系回路装置のブロック図であ
る。

【００４７】まず、図６Ａに示す電源系回路装置につい
て説明する。このリモコン装置１に備えられた電源系回
路装置は、圧電バネ５（圧電バネ５₁〜５_n）、平滑回路
１１、蓄電回路１２、リモコン回路１３などにより構成
される。

【００４８】圧電バネ５は、押圧あるいは押圧解除の動
作がなされた場合に、上述したように、起電力を発生
し、その起電力を供給部５ａを介して回路装置に供給す
る。平滑回路１１は、圧電バネ５から供給部５ａを介し
て脈流を直流に近い状態に平滑する。この平滑回路１１
は、例えばコンデンサにより構成される。蓄電回路１２
は、供給された電力を蓄電する。この蓄電回路１２とし
ては、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、
リチウム・イオン電池などの二次電池が挙げられる。リ
モコン回路１３は、後述するリモコン制御部および送信
部により構成される。なお、圧電バネ５、平滑回路１
１、蓄電回路１２およびリモコン回路１３は、回路が正
常に動作するように一部接地されている。

【００４９】以上のように構成された、図６Ａに示すリ
モコン装置１に備えられた電源系回路装置は、以下のよ
うに動作する。圧電バネ５は、起電力が発生した場合
に、その発生した起電力を、平滑回路１１に供給する。
そして、平滑回路１１では、供給された起電力を直流に
近い状態に平滑し、蓄電回路１２に供給する。蓄電装置
１２では、供給された過剰電流を蓄電し、安定した電力
をリモコン回路１３に供給する。これにより、リモコン
回路１３が動作する。

【００５０】次に、図６Ｂに示す制御系回路装置につい
て説明する。このリモコン装置１に備えられた制御系回
路装置は、スイッチ８、リモコン制御部１３ａおよび送
信部１３ｂなどにより構成される。

【００５１】スイッチ８は、上述したように、ボタン６
の押圧によりオン／オフされる。リモコン制御部１３ａ
は、スイッチ８がオン状態のときに、押圧されたボタン
６に対応するリモコン信号の生成を行う。送信部１３ｂ
は、リモコン制御部１３ａで生成されたリモコン信号
を、例えば赤外線リモコン信号などの送信信号として、
テレビジョン受像器などの被制御機器に対して送信す
る。

【００５２】以上のように構成された、図６Ｂに示すリ
モコン装置１に備えられた制御系回路装置は、以下のよ
うに動作する。スイッチ８は、ボタン６が押圧された場
合に制御信号をリモコン制御部１３ａに供給する。リモ
コン制御部１３ａは、供給された制御信号に対応したリ
モコン信号、すなわち、押されたリモコン装置１のボタ
ン６に対応するリモコン信号を生成し、送信部１４に供
給する。送信部１４は、供給されたリモコン信号を基
に、被制御機器に対して送信信号をワイヤレス送信す
る。

【００５３】したがって、この第１の実施形態によるリ
モコン装置１によれば、ボタン６を押圧した場合に、圧
電バネ５も押圧され、さらにスイッチ８も押圧されオン
状態となる。よって、上述説明した動作により、被制御
装置に対してボタン６に対応した送信信号を送信し、リ
モートコントロールが行われる。そして、ボタン６の押
圧を解除すると、スイッチ８はオフ状態となり、送信信
号の送信を終了する。

【００５４】ここで、圧電バネ５の材料としてポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた場合の圧電バネ５の
発電量とリモコン装置１の消費電力などについて考察し
てみる。

【００５５】現在普及している一般的なリモコン装置が
赤外通信で消費する消費電力は、およそ３０ｍＷであ
る。したがって、圧電バネ５の材料としてポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）を用いる場合、発電量の最小値が
３０ｍＷ以上になるように、ボタン６を押圧する力およ
びボタン６を押圧する距離、すなわち、圧電バネ５の弾
性力および圧電バネ５の変位量を調整する必要がある。

【００５６】例えば、ボタン６を押圧するために必要な
力を１Ｎ〜５Ｎ、ボタン６の移動距離を５ｍｍ〜１ｍ
ｍ、そして、ボタン６の圧電バネ５に接する大きさが１
０ｍｍ×１０ｍｍ角であると仮定し、ボタン６を０．２
ｓで押圧する。この際の工率Ｗは、Ｗ＝（１Ｎ〜５Ｎ）
×（０．００５ｍ〜０．０１ｍ）／０．２ｓ、すなわ
ち、２５ｍＷ〜２５０ｍＷということになる。ここで、
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の機械電気変換効率
が通常最大で３０％程度であることから、このボタン押
圧における全機械電気変換効率も最大３０％であると仮
定すると、最大で７５ｍＷ程度の電力の発電が可能であ
ることになる。

【００５７】以上の考察により、圧電バネ５の材料にポ
リフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いれば、ボタン６
を押圧することでリモコン装置１を動作させるのに充分
な電力を得ることが可能であることがわかる。

【００５８】また、一般的なリモコン装置の送信可能距
離は、およそ７〜８ｍ程度に設定されている。この送信
可能距離を短く設定して回路を構成することにより、そ
の短縮された距離にほぼ比例してリモコン装置の消費電
力も小さくなる。したがって、リモコン装置の送信可能
距離を変更することで、リモコン装置の動作により消費
する消費電力の調整が可能である。

【００５９】次に、圧電バネ５の構造について考察す
る。図７は、圧電バネ５の具体的な形状の一例を示す図
である。本願発明者は、図７に示される形状のフィルム
を用いて、フィルムの厚さと負荷の関係を計測した。図
７Ａは、上面図であり、図７Ｂは、側面図である。図７
に示すように、この圧電バネ５は、縦１０ｍｍ、横３３
ｍｍ、高さ１０ｍｍの形状により構成されている。ま
た、凸部の上面の形状は、１０×１０ｍｍで構成され、
圧電バネ５が備える２箇所の供給部５ａの幅は、それぞ
れ５ｍｍで構成されている。さらに、この２箇所の供給
部５ａは固定されている。

【００６０】また、測定には、圧電バネ５の材料とし
て、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のヤング率（電
極、保護フィルム（絶縁材料）込みで２〜３ＧＰａ（Ｎ
／ｍ²））とほぼ等しい、ヤング率が３ＧＰａ（Ｎ／
ｍ²）のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィ
ルムを使用し、負荷の測定にはバネばかりを使用した。

【００６１】図８は、測定したときの圧電バネ５の形状
を示す。図８Ａは、負荷を加える前（無荷重の状態）の
図であり、図８Ｂは、負荷を加えたとき（負荷状態）の
図である。すなわち、この計測では、フィルムの押圧部
が１０ｍｍ撓むまでの負荷の量を測定した。

【００６２】表１は、測定結果によるフィルムの厚さと
負荷との関係をまとめた表であり、図９は、測定結果に
よるフィルムの厚さと負荷との関係をグラフに示したも
のである。図９中の横軸は、フィルム厚［ｍｍ］を示
し、縦軸は、負荷［Ｎ］を示す。

【００６３】

【表１】

【００６４】表１および図９に示すように、フィルム厚
が厚くなるのに比例して負荷も大きくなることがわか
る。この場合、例えば厚さ０．４ｍｍのフィルムを撓ま
せるには、約３Ｎの負荷を加えることになる。ポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のフィルムとしては、現在、
９〜８００μｍの厚さのものが一般的に量産されている
ため、厚さ０．４ｍｍの圧電バネ５を積層により構成す
る場合には、例えば０．０２８ｍｍ厚のフィルムを使用
すると、約１４層の構成となり、０．００９ｍｍ厚のフ
ィルムを使用すると、約４５層の構成となる。

【００６５】以上説明したように、この第１の実施形態
によるリモコン装置１によれば、ボタン６を押圧するこ
とにより、発電作業を意識せずに行うことができる。こ
れにより、一次電池を使用する必要がなくなる。したが
って、一次電池のみを使用した場合に生じる電池交換の
わずらわしさや、電池切れ直前の際の不安定な動作など
がなくなる。よって、一次電池の廃棄による環境への影
響も減少する。

【００６６】また、圧電フィルムを用いて発電するた
め、発電部の構造が複雑にならず、単純な構成での発電
が可能となる。また、圧電バネ５の形状や構造を変化さ
せることで、発電量を調節することができる。

【００６７】次に、この発明の第２の実施形態について
説明する。図１０は、この発明の第２の実施形態による
リモコン装置の構成の一例を示す斜視図である。

【００６８】図１０に示すように、このリモコン装置２
１は、ケース２２、回路基板２３、起電押圧部２４より
構成される。ケース２２および回路基板２３について
は、上述した第１の実施形態と同様の構成であるため、
説明を省略する。

【００６９】起電押圧部２４は、押圧あるいは押圧解除
の動作にともなって、発電を行うためのものである。具
体的には、この起電押圧部２４の下に配置されたスイッ
チをオン／オフするとともに、このオン／オフ動作にと
もなって発電を行うためのものである。この起電押圧部
２４は、押圧により変形可能であるとともに、押圧を解
除することにより復元可能な弾性を有する圧電板と、こ
の圧電板上に複数備えられた、圧電板を押圧するための
ボタンとから構成される。

【００７０】圧電板は、圧電材料からなる板を単層、ま
たは複数層積層させることにより構成される。この弾性
を有する板は、例えば圧電セラミックのような比較的硬
い圧電材料により構成される。具体的には、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料により構成され
る。

【００７１】また、圧電板は、少なくとも一箇所の固定
部を備え、この固定部がケース２２または回路基板２３
に圧電板が変形可能となるよう固定される。また、圧電
板は、少なくとも一箇所の供給部を備える。この供給部
は、起電押圧部２４の押圧あるいは押圧解除の動作によ
り起電された電力を負荷、具体的にはリモコン装置２１
の回路基板２３上に形成された回路装置に供給するため
のものである。なお、圧電板の供給部以外の部分は、絶
縁材料によりコーティングされている。このようなコー
ティング処理を施すことにより、圧電板で起電された電
力が供給部以外から放電することを防止することができ
る。

【００７２】図１１は、この発明の第２の実施形態によ
る起電押圧部２４の具体的な構成の一例を示す斜視図で
ある。図１１に示すように、圧電板２５は、押圧方向に
対して、垂直な板面形状を有する。具体的には、圧電板
２５は、四角形状の平板であり、この圧電板２５の有す
る辺のうちの少なくとも一辺がケース２２に固定され
る。また、この圧電板２５の短手方向の一端には、供給
部２５ａが備えられている。

【００７３】図１２は、圧電板２５が有する供給部２５
ａの拡大断面図を示す。図１２に示すように、供給部２
５ａには、導電板２５ｃが貼り合わされており、この導
電板２５ｃに導線が、例えば、はんだにより接続されて
いる。そして、この導線は、基板上に形成された回路装
置と接続されている。また、供給部２５ａにおける導電
板２５ｃと接続された反対側の面には、導電板２５ｂが
貼り合わされており、この導電板２５ｂにも導線が、例
えば、はんだにより接続されている。そして、この導線
が接地されている。

【００７４】図１３Ａは、ボタン２６が押圧されていな
い場合の起電押圧部２４の断面図である。図１３Ｂは、
ボタン２６が押圧されている場合の起電押圧部２４の断
面図である。図１３Ａおよび１０Ｂに示すように、起電
押圧部２４の圧電板２５の下には、ボタン２６の押圧に
より、オン／オフされるスイッチ２８が配置されてい
る。なお、図１３Ａおよび１０Ｂに示すように、スイッ
チ２８を、例えばゴムなどの弾性体からなるカバー２７
により覆うようにしてもかまわない。なお、後述するリ
モコン制御部が、リモコン装置２１に備えられたスイッ
チ２８のうちのどれが、オン状態にあるか否かを検出
し、検出結果に応じた信号を、後述する送信部を介し
て、電子機器などの被制御機器に送信する。

【００７５】図１３Ｂに示すように、ボタン２６が押圧
されると、圧電板２５の形状が変形し、圧電板２５にひ
ずみが作用し、そのひずみによる圧電効果で圧電板２５
に起電力が発生する。すなわち、圧電板２５に機械的応
力を印加すると、圧電板２５内で誘電分極が生じ、この
結果、圧電板２５の表面に電荷が発生する。例えば、回
路基板２３と対向した面に正電荷が発生し、この面と反
対側の面に負電荷が発生する。これにより、圧電板２５
では、回路基板２３と対向した面と、この面と反対側の
面とに電位差が生じ起電力が発生する。そして発生した
起電力を、供給部２５ａを介して負荷、例えば回路装置
などに供給する。

【００７６】また、ボタン２６の押圧を解除し、圧電板
２５が、図１３Ａに示す状態に戻った場合にも、ボタン
２６の押圧した場合と同様に、圧電板２５の表面に電荷
が発生し、供給部２５ａを介して、負荷に起電力を供給
する。

【００７７】このリモコン装置２１においても、第１の
実施形態におけるリモコン装置１と同様の回路装置、す
なわち、圧電板２５（第１の実施形態における電圧バネ
５）、平滑回路、蓄電回路、リモコン回路（リモコン制
御部および送信部）およびスイッチなどを備える。第１
の実施形態においては、圧電バネ５がボタン６の数だけ
設けられている（圧電バネ５₁〜５_n）が、この第２の実
施形態においては、第１の実施形態の圧電バネ５に対応
する圧電板２５は単数である。その他の回路構成につい
ては、第１の実施形態と同様なので、説明を省略する。

【００７８】したがって、この第２の実施形態によるリ
モコン装置２１によれば、ボタン２６を押圧した場合
に、圧電板２５も押圧され、さらにスイッチ２８も押圧
されオン状態となる。よって、上述説明した動作によ
り、被制御装置に対してボタン２６に対応した送信信号
を送信し、リモートコントロールが行われる。そして、
ボタン２６の押圧を解除すると、スイッチ２８はオフ状
態となり、送信信号の送信を終了する。

【００７９】このリモコン装置２１の発電量は、圧電板
２５の面積およびひずみ量に比例する。したがって、圧
電板２５の面積を広くすることにより、発電効率が高ま
る。さらに、圧電板２５が、図１０に示すような構成で
ある場合、圧電板２５の固定部から近い位置のボタン２
６よりも、遠い位置のボタン２６を押圧した方が発電量
が大きい。したがって、一次電池、二次電池などを併用
しないでリモコン装置２１を動作する場合には、発電効
率の最も弱い位置にあるボタン２６を押した場合におい
ても、リモコン装置２１が動作するのに充分な電力とな
るようにボタン２６および圧電板２５を構成する。

【００８０】以上説明したように、この第２の実施形態
によるリモコン装置２１によれば、ボタン２６を押圧す
ることにより、発電作業を意識せずに行うことができ
る。これにより、一次電池を使用する必要がなくなる。
したがって、一次電池のみを使用した場合に生じる電池
交換のわずらわしさや、電池切れ直前の際の不安定な動
作などがなくなる。よって、一次電池の廃棄による環境
への影響も減少する。

【００８１】また、圧電セラミックなどの圧電材料から
なる板を用いて発電するため、発電部の構造が複雑にな
らず、単純な構成での発電が可能となる。また、圧電板
２５の形状や構造を変化させることで、発電量を調節す
ることができる。

【００８２】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。

【００８３】例えば、上述の実施形態において挙げた数
値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる
数値を用いてもよい。

【００８４】また例えば、上述の第１の実施形態におい
ては、起電押圧部４は、押圧方向に対して、凸状に盛り
上がった形状を有する圧電バネ５と、この圧電バネ５上
に備えられたボタン６とから構成される例について示し
たが、起電押圧部４はこの例に限られるものではない。
例えば、起電押圧部は、回路基板３上に少なくとも一つ
設けられた固定部材と、この固定部材に固定された圧電
バネと、この圧電バネ上に設けられたボタンとから構成
されるようにしてもかまわない。

【００８５】具体的には、図１４に示すように、回路基
板３上に備えられた固定部材２９と、固定部材２９上に
一端が固定された圧電バネ３０と、この圧電バネ３０上
に設けられたボタン６とから構成されるようにしてもか
まわない。また、図１５に示すように、２つの固定部材
３１ａと３１ｂとを回路基板３上に設け、固定部材３１
ａに、圧電バネ３２の一端を固定し、固定部材３１ｂに
圧電バネ３２の他端を固定するようにしてもかまわな
い。

【００８６】また例えば、上述の第１の実施形態におけ
る圧電バネ５を形成する圧電フィルム、および第２の実
施形態における圧電板２５を形成する圧電材料からなる
板は、単層構造にて構成しているが、これらは弾性を保
持しつつ、複数枚の積層構造にて構成してもよい。図１
６は、積層構造にて形成した圧電フィルムの一例の図を
示す。図１６に示すように、全面を絶縁材料などにより
コーティングした状態の圧電フィルム３３を積層構造
（図１６においては５層構造）に構成する。この際、各
圧電フィルム３３の両端は、例えば、電極として絶縁材
料などによるコーティングを施さずに導電可能に構成
し、負荷に対して起電力を供給可能な接続部を、導電板
や導線などにより設ける。これにより、圧電フィルム３
３を単層で構成したときよりも発電効率を高めることが
可能である。

【００８７】また例えば、上述の第１の実施形態におい
ては、供給部５ａの回路基板３の反対側である導電板５
ｂを接地としているが、これと逆に回路基板３側を接地
としてもよい。同様に、上述の第２の実施形態において
は、供給部２５ａの回路基板２３の反対側である導電板
２５ｂを接地しているが、これと逆に回路基板２３側を
接地してもよい。

【００８８】また例えば、上述の第１の実施形態におい
ては、ボタン６の押圧検出にスイッチ８を用いている
が、圧電バネ５の起電力を直接回路基板３上のスイッチ
信号として用いることで、スイッチ８を使用せずにボタ
ン６の押圧検出が可能である。

【００８９】また例えば、上述の第１の実施形態におけ
る圧電バネ５および第２の実施形態における圧電板２５
の数量は、リモコン装置１，２１がスイッチ８，２８の
ようなスイッチ機能を有する場合には、実施形態に示す
数量に限定されるものではない。

【００９０】また例えば、上述の第２の実施形態におけ
る供給部２５ａは、圧電板２５の短手方向の一端に設け
られているが、必要に応じて任意の場所に設けてもよ
い。

【００９１】また例えば、上述の第１の実施形態におけ
る回路装置において、圧電材料で発生した起電力を平滑
回路１１に供給しているが、この際、太陽電池からの電
力も併用するよう構成することで、より安定した電力を
リモコン装置１に供給することができる。

【００９２】また例えば、上述の第１の実施形態におけ
る回路装置では、発生した起電力を平滑回路１１に供給
しているが、平滑回路１１に供給する前に、起電力の電
流がほぼ一定の振幅となるよう整流回路を設けてもよ
い。

【００９３】また例えば、上述の第１の実施形態におけ
る回路装置において、蓄電回路１２を構成する蓄電池と
してニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、リ
チウム・イオン電池などの二次電池を用いたが、二次電
池の代わりに乾電池などの一次電池を用いて、圧電材料
で発生した起電力を一次電池と併用することも可能であ
る。これにより、一次電池の寿命を延ばすことができ
る。また、蓄電回路１２を一次電池および二次電池を用
いず、コンデンサなどの回路装置のみで構成することも
可能である。

【００９４】また例えば、上述の第１および第２の実施
形態においては、起電押圧部４，２４を起電装置として
リモコン装置に備え、被制御装置に対して送信信号を送
信しているが、これに限らず、例えば自動車のワイヤレ
スキーなど、他の遠隔操作装置に起電押圧部４，２４を
備えてもよい。

【００９５】また例えば、上述の第１および第２の実施
形態においては、起電押圧部４，２４を起電装置として
リモコン装置に備えているが、他の電子機器に備えて起
電力を負荷、すなわち電子機器の電気回路に供給しても
よい。例えば、起電押圧部４，２４を、一般的に一次電
池を使用するような小電力機器、あるいは一次電池や二
次電池を必要とする携帯型電子機器、さらには、家庭用
ゲーム機のコントローラーなどの、操作をすることで圧
電バネ５や圧電板２５に応力を印可し、圧電バネ５や圧
電板２５が変形可能な位置に起電押圧部４，２４を備え
る。具体的には、携帯情報端末、移動体通信装置、携帯
型ゲーム機器などの押しボタンや、携帯型コンピュータ
のキーボードのキートップの直下に備える。これによ
り、押しボタンを押した場合やキーボードを入力した際
に、起電力が圧電バネ５や圧電板２５に発生し、電気回
路に起電力を供給することができる。

【００９６】また、例えば、上述の第１および第２の実
施形態における起電押圧部４，２４においては、ボタン
６，２６の押圧により圧電材料である圧電バネ５、圧電
板２５に応力を印加して起電力を発生させ電子機器の起
電装置としているが、これに限らず、日常のさりげない
動作を用いて圧電材料に応力を印可し、起電力を発生さ
せ、その起電力をさまざまな負荷に対して供給する電源
装置としてもよい。

【００９７】例えば圧電バネ５、圧電板２５のような圧
電材料を靴底に設け、圧電材料に対して、靴を履き歩行
するときに靴にかかる圧力を応力として印可し、圧電材
料に起電力を発生させ、その起電力を電子機器の有する
回路装置や、二次電池を蓄電する回路装置などの負荷に
供給してもよい。また、例えば圧電バネ５、圧電板２５
のような圧電材料を階段に設け、圧電材料に対して、階
段を踏むときに階段にかかる圧力を応力として印可し、
圧電材料に起電力を発生させ、その起電力を電子機器の
有する回路装置や、二次電池を蓄電する回路装置などの
負荷に供給してもよい。また、例えば圧電バネ５、圧電
板２５のような圧電材料を椅子に設け、圧電材料に対し
て、椅子に座ったときに椅子にかかる圧力を応力として
印可し、圧電材料に起電力を発生させ、その起電力を電
子機器の有する回路装置や、二次電池を蓄電する回路装
置などの負荷に供給してもよい。このように、日常のさ
りげない動作による圧電材料への応力の印可により、起
電力を発生し、発生した起電力をさまざまな負荷に対し
てすることができる。

【００９８】ここで、日常のさりげない動作について、
その動作により得られる力とエネルギーの関係を表を用
いて簡単に説明する。表２は、さまざまな動作における
平均的に必要な力［Ｎ］と、その出力（エネルギー）
［Ｗ］の関係を示す。

【００９９】

【表２】

【０１００】すなわち、表２に示すようにリモコン装置
のボタン押しでは、平均１．５Ｎの力から、およそ０．
０７３５Ｗ程度のエネルギーを取り出すことができる。
したがって、このリモコン装置のボタン下などに圧電材
料を設け、その圧電材料にボタン押圧の力を応力として
印可し、圧電材料に起電力を発生させた場合の機械電気
変換効率が３０％であると仮定すると、ボタン押圧によ
り最大で２２ｍＷ程度の発電が可能である。

【０１０１】また、キーボード入力においては、平均１
Ｎの力から、およそ０．００９８Ｗのエネルギーを取り
出すことができる。したがって、このキーボードのキー
トップの下などに圧電材料を設け、その圧電材料にキー
押圧の力を応力として印可し、圧電材料に起電力を発生
させた場合の機械電気変換効率が３０％であると仮定す
ると、キー入力により最大で２．９４ｍＷ程度の発電が
可能である。

【０１０２】また、歩行時の靴ひと踏みにおいては、６
０ｋｇｆ（およそ６００Ｎ）の人の体重の一割の約６０
Ｎの力から、およそ１．１７６Ｗのエネルギーを取り出
すことができる。したがって、靴底などに圧電材料を設
け、その圧電材料に歩行時の靴にかかる圧力を応力とし
て印可し、圧電材料に起電力を発生させた場合の機械電
気変換効率が３０％であると仮定すると、靴ひと踏みに
より最大で３５２ｍＷ程度の発電が可能である。

【０１０３】また、握力においては、平均１００Ｎの力
から、およそ４．９Ｗのエネルギーを取り出すことがで
きる。したがって、ドアノブなどの把持部に圧電材料を
設け、その圧電材料に把持部を握ったときの握力を応力
として印可し、圧電材料に起電力を発生させた場合の機
械電気変換効率が３０％であると仮定すると、把持部を
一回握ることで最大で１．４７Ｗ程度の発電が可能であ
る。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電子機器の操作にともなって、起電力を発生する起
電装置において、弾性のある圧電フィルムまたは圧電材
料からなる板を変形可能となるよう備えさせ、圧電フィ
ルムまたは圧電材料からなる板への応力の印可により起
電力を発生させ負荷に対して供給するようにすることに
より、構造を複雑化することのない起電装置を提供する
ことができる。

【０１０５】また、この発明によれば、弾性のある圧電
フィルムまたは圧電材料からなる板を、負荷を発生する
装置の操作にともない変形可能となるよう備えさせ、圧
電フィルムまたは圧電材料からなる板への応力の印可に
よる起電力を負荷に対して供給するようにすることによ
り、構造を複雑化することのない電源装置を提供するこ
とができる。

【０１０６】また、この発明によれば、弾性のある、圧
電フィルムまたは圧電材料からなる板を変形可能に備え
させ、被制御装置の操作にともなって、圧電フィルムま
たは圧電材料からなる板に応力を印可することにより起
電力を発生する起電装置と、起電力を供給する負荷とを
備えていることにより、構造を複雑化することのない発
電可能な遠隔操作装置を提供することができる。

【０１０７】また、この発明によれば、弾性のある、圧
電フィルムまたは圧電材料からなる板を変形可能に備え
させ、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板に応力を
印可することにより起電力を発生する起電装置と、起電
力を供給する負荷とを備え、起電装置を押圧することに
より起電力を発生し、この起電力を負荷に供給すること
により、構造を複雑化することのない発電可能な電子機
器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態によるリモコン装置
の外観の一例を示す斜視図である。

【図２】この発明の第１の実施形態によるリモコン装置
の構成の一例を示す斜視図である。

【図３】この発明の第１の実施形態による起電押圧部の
構成の一例を示す斜視図である。

【図４】この発明の第１の実施形態による圧電バネが有
する供給部の拡大断面図である。

【図５】この発明の第１の実施形態によるボタンが押圧
されていない場合、および押圧されている場合の起電押
圧部の断面図である。

【図６】この発明の第１の実施形態によるリモコン装置
に備えられた回路装置の一例を示すブロック図である。

【図７】計測に用いた具体的な圧電バネの形状の一例の
図である。

【図８】計測に用いた圧電バネの、負荷を加える前と負
荷を加えたときの図である。

【図９】計測結果による圧電バネの厚さと負荷の関係を
示す一例の図である。

【図１０】この発明の第２の実施形態によるリモコン装
置の構成の一例を示す斜視図である。

【図１１】この発明の第２の実施形態による起電押圧部
の構成一例を示す斜視図である。

【図１２】この発明の第２の実施形態による圧電板が有
する供給部の拡大断面図である。

【図１３】この発明の第２の実施形態によるボタンが押
圧されていない場合、および押圧されている場合の起電
押圧部の断面図である。

【図１４】固定部材を備えたこの発明の第１の実施形態
による起電押圧部の構成の一例を示す断面図である。

【図１５】固定部材を備えたこの発明の第１の実施形態
による起電押圧部の構成の他の例を示す断面図である。

【図１６】積層された圧電フィルムの断面を示す一例の
図である。

【符号の説明】

１，２１・・・リモコン装置、２，２２・・・ケース、
３，２３・・・回路基板、４，２４・・・起電押圧部、
５，３０，３２・・・圧電バネ、５ａ，２５ａ・・・供
給部、５ｂ，２５ｂ，２５ｃ・・・導電板、５ｃ・・・
入力部、６，２６・・・ボタン、７，２７・・・カバ
ー、８，２８・・・スイッチ、１１・・・平滑回路、１
２・・・蓄電回路、１３・・・リモコン回路、２５・・
・圧電板、２９，３１ａ，３１ｂ・・・固定部材、３３
・・・圧電フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子機器の操作にともなって、起電力を
発生する起電装置において、弾性のある、圧電フィルムまたは圧電材料からなる板を
変形可能に備えさせ、上記圧電フィルムまたは圧電材料
からなる板への応力の印可による起電力を負荷に対して
供給するようにしたことを特徴とする起電装置。
【請求項２】上記圧電フィルムは、圧電性高分子材料
からなることを特徴とする請求項１記載の起電装置。
【請求項３】上記圧電性高分子材料は、ポリフッ化ビ
ニリデンであることを特徴とする請求項２記載の起電装
置。
【請求項４】上記圧電材料は、主成分としてチタン酸
ジルコン酸鉛を含ませてなることを特徴とする請求項１
記載の起電装置。
【請求項５】上記圧電フィルムまたは圧電材料からな
る板は、上記負荷に対する供給部分を除いて全体を絶縁
材料でコーティングさせていることを特徴とする請求項
１記載の起電装置。
【請求項６】上記圧電フィルムまたは圧電材料からな
る板は、その弾性を保持しつつ複数枚を積層させたこと
を特徴とする請求項１記載の起電装置。
【請求項７】弾性のある、圧電フィルムまたは圧電材
料からなる板を変形可能に備えさせ、上記圧電フィルム
または圧電材料からなる板への応力の印可による起電力
を負荷に対して供給するようにしたことを特徴とする電
源装置。
【請求項８】上記圧電フィルムは、圧電性高分子材料
からなることを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項９】上記圧電性高分子材料は、ポリフッ化ビ
ニリデンであることを特徴とする請求項８記載の電源装
置。
【請求項１０】上記圧電材料は、主成分としてチタン
酸ジルコン酸鉛を含ませてなることを特徴とする請求項
７記載の電源装置。
【請求項１１】上記圧電フィルムまたは圧電材料から
なる板は、上記負荷に対する供給部分を除いて全体を絶
縁材料でコーティングさせていることを特徴とする請求
項７記載の電源装置。
【請求項１２】上記圧電フィルムまたは圧電材料から
なる板は、その弾性を保持しつつ複数枚を積層させたこ
とを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項１３】上記負荷が二次電池であることを特徴
とする請求項７記載の電源装置。
【請求項１４】弾性のある、圧電フィルムまたは圧電
材料からなる板を変形可能に備えさせ、被制御装置の操
作にともなって、上記圧電フィルムまたは圧電材料から
なる板に応力を印可することにより起電力を発生する起
電装置と、上記起電力を供給する負荷とを備えたことを
特徴とする遠隔操作装置。
【請求項１５】上記圧電フィルムは、圧電性高分子材
料からなることを特徴とする請求項１４記載の遠隔操作
装置。
【請求項１６】上記圧電性高分子材料は、ポリフッ化
ビニリデンであることを特徴とする請求項１５記載の遠
隔操作装置。
【請求項１７】上記圧電材料は、主成分としてチタン
酸ジルコン酸鉛を含ませてなることを特徴とする請求項
１４記載の遠隔操作装置。
【請求項１８】上記圧電フィルムまたは圧電材料から
なる板は、上記負荷に対する供給部分を除いて全体を絶
縁材料でコーティングさせていることを特徴とする請求
項１４記載の遠隔操作装置。
【請求項１９】上記圧電フィルムまたは圧電材料から
なる板は、その弾性を保持しつつ複数枚を積層させたこ
とを特徴とする請求項１４記載の遠隔操作装置。
【請求項２０】上記負荷が回路装置であることを特徴
とする請求項１４記載の遠隔操作装置。
【請求項２１】弾性のある、圧電フィルムまたは圧電
材料からなる板を変形可能に備えさせ、上記圧電フィル
ムまたは圧電材料からなる板に応力を印可することによ
り起電力を発生する起電装置と、上記起電力を供給する負荷とを備え、上記起電装置を押圧することにより起電力を発生し、こ
の起電力を負荷に供給することを特徴とする電子機器。
【請求項２２】上記圧電フィルムは、圧電性高分子材
料からなることを特徴とする請求項２１記載の電子機
器。
【請求項２３】上記圧電性高分子材料は、ポリフッ化
ビニリデンであることを特徴とする請求項２２記載の電
子機器。
【請求項２４】上記圧電材料は、主成分としてチタン
酸ジルコン酸鉛を含ませてなることを特徴とする請求項
２１記載の電子機器。
【請求項２５】上記圧電フィルムまたは圧電材料から
なる板は、上記負荷に対する供給部分を除いて全体を絶
縁材料でコーティングさせていることを特徴とする請求
項２１記載の電子機器。
【請求項２６】上記圧電フィルムまたは圧電材料から
なる板は、その弾性を保持しつつ複数枚を積層させたこ
とを特徴とする請求項２１記載の電子機器。
【請求項２７】上記負荷が回路装置であることを特徴
とする請求項２１記載の電子機器。