(57)【要約】  本発明に係る発電スイッチ（１００）は、梁状に形成された磁歪材料である磁歪棒を少なくとも１本は含む平行梁（１１ａ、１１ｂ）と、磁歪棒に巻かれたコイル（１２ａ、１２ｂ）と、平行梁の第１の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第１の連結部材（１０ａ）と、第２の端部において、平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第２の連結部材（１０ｂ）と、２本の梁のそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる界磁部（１４ａ、１４ｂ）と、ユーザが操作する操作部材（５０）とを備え、第１の連結部材は、変位しない固定端となり、第２の連結部材は、自由振動可能な自由端となり、操作部材は、２本の梁の一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が平行梁に生じるように、第２の連結部材に外力を加える。
2012157246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチであって、
梁状に形成された磁歪材料である磁歪棒を少なくとも１本は含む平行梁と、
前記磁歪棒に巻かれたコイルと、
前記平行梁の第１の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第１の連結部材と、
前記平行梁の端部であって前記第１の端部とは異なる第２の端部において、当該平行梁を構成する前記２本の梁を連結する部材である第２の連結部材と、
前記２本の梁のそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる界磁部と、
ユーザにより操作される操作部材とを備え、
前記第１の連結部材は、変位しない固定端となり、
前記第２の連結部材は、自由振動可能な自由端となり、
前記操作部材は、前記２本の梁の一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が前記平行梁に生じるように、前記第２の連結部材に外力を加える
発電スイッチ。
【請求項２】
前記第２の連結部材は前記第１の連結部材よりも長い
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項３】
前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材のうち少なくとも一方の連結部材の端部はコの字状に形成され、
コの字状に形成された前記端部は、角柱部材を有し、コの字の内側に当接する前記２本の梁の間に圧入された前記角柱部材により前記２本の梁を連結している
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項４】
前記第２の連結部材はコの字状に曲がっている
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項５】
前記第１の部材と、前記第２の部材と、前記平行梁に含まれる前記２本の梁のうちの１本とが一体形成されている
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項６】
前記第１の連結部材の端部は、開口部を有する固定台の内部に固定され、
前記操作部材は、
前記固定台の開口部を覆う蓋部と、
前記蓋部に接合され、前記固定台の内部において前記第２の連結部材に接する板部とを有し、
前記蓋部は、外力でたわむことにより、前記平行梁に自由振動が生じるように、前記板部を介して前記第２の連結部材に外力を加える
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項７】
請求項１に記載の発電スイッチを複数備え、
複数の前記発電スイッチが備える前記操作部材は、スイッチ板として一体形成されており、
各第１の連結部材の端部、及び、前記スイッチ板の一端部は、固定台に固定され、
各第２の連結部材の端部は、前記スイッチ板の他端部が有する永久磁石により、当該スイッチ板に吸着され、
ユーザにより操作される前記操作部材の位置と、前記複数の発電スイッチのそれぞれにおける発電量との関係に基づいて、前記ユーザが操作した操作部材の位置を検出する
操作位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電スイッチに関し、特に、磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン、エアーコンディショナー、照明などで使用するリモコンにおいて電池を不要としたいという要望がある。なぜなら、乾電池は消耗し、いずれ残量がなくなる。またユーザに電池を替える手間を強いることになる。また、電池は産業廃棄物であるため、廃棄処理のコストも高い。【０００３】
そのため、人間がボタンを押す動作（機械的な仕事）で発電を行い、得られた電力で生成した信号をテレビジョン、エアーコンディショナー、照明などに送信可能なスイッチである「発電スイッチ」の実用化が試みられている。これが実現すれば、例えばリモコンに電池が不要となる。また、例えば、家庭でスイッチを設置する際に、壁つたいの配線が不要となるため、任意の場所にスイッチを配置できる。【０００４】
従来、人間の指が行う直線運動で発電を行う原理として、（Ａ）電磁石を使用するもの、及び（Ｂ）圧電材料を使用するものが知られている。【０００５】
例えば、電磁石を使用するものとして非特許文献１が知られている。非特許文献１に示される発電スイッチは、電磁石（コイル＋固定ヨーク＋可動ヨーク＋磁石）と、突起金具とを備えており、ユーザは突起金具を電磁石に対して直線運動させる。その結果、突起金具の運動に応じて可動ヨークが可動し、可動ヨークの可動に伴うコイルの鎖交磁束の時間変化により発電を行う。【０００６】
また、圧電材料を使用するものとして、特許文献１が知られている。特許文献１に示される発電スイッチは、図１８に示されるように、板状に形成された圧電素子１ａと板バネ１ｂとを固着させ、板バネ１ｂを振動させることにより圧電素子１ａの内部に起電力を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５８１１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５４７４６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＥｎＯｃｅａｎ  ＧｍｂＨ、ＥＣＯ  １００、［online］、ＥｎＯｃｅａｎ  ＧｍｂＨ、［平成２３年４月２９日検索］、インターネット＜http://www.enocean.com/en/motion-energy-harvesting/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に示される電磁石を使用した発電スイッチでは、大きな電力を得ることができない。なぜなら、非特許文献１に示される発電スイッチにおいては、発電に必要な長さだけ可動ヨークの自由振動時のストロークを確保する必要がある。ここで、可動ヨークの自由振動時のストロークをより長くするほど、その共振周波数はより低くなる。しかし、発生する電力をより大きくするためには、共振周波数をより高くする必要がある。したがって、非特許文献１に示される発電スイッチにより、十分な電力を得ることは困難である。【００１０】
また、特許文献１に示される発電スイッチには、以下の２つの問題がある。【００１１】
第１に、圧電素子が脆性材料であるため、繰り返しの曲げ負荷（引っ張り）に対する耐久性が低い。一旦圧電素子に亀裂が生じると、発電性能が大きく劣化するため、発電スイッチとして使用できなくなる。【００１２】
第２に、圧電素子は誘電体である。すなわち、圧電素子は、電気的に誘導性の性質を持つため、振動する周波数（例えば、数百Ｈｚまで）が低いと、出力インピーダンスが高い。したがって、接続した低抵抗の負荷で効率よく電力が取り出せない。この課題に関しては、例えば特許文献２において、圧電素子を複数枚（ｎ枚）積層することで電力を増加（ｎ倍）させる工夫を行っている。しかし、この工夫により圧電素子を含むデバイスのサイズが大型化してしまうため、発電スイッチの用途には不向きである。したがって、特許文献１に示されるように、バイモルフ構造の圧電素子を自由振動させて電力を得る機構では、耐久性及び得られる電力の点で実用化は困難である。【００１３】
そこで、本発明は、耐久性が高く、より多くの電力を得ることができる発電スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある局面に係る発電スイッチは、磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチであって、梁状に形成された磁歪材料である磁歪棒を少なくとも１本は含む平行梁と、前記磁歪棒に巻かれたコイルと、前記平行梁の第１の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第１の連結部材と、前記平行梁の端部であって前記第１の端部とは異なる第２の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第２の連結部材と、前記２本の梁のそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる界磁部と、ユーザにより操作される操作部材とを備え、前記第１の連結部材は、変位しない固定端となり、前記第２の連結部材は、自由振動可能な自由端となり、前記操作部材は、前記２本の梁の一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が前記平行梁に生じるように、前記第２の連結部材に外力を加える。【００１５】
この構成によると、発電スイッチが備える磁歪棒は延性を有する磁歪素子で形成されているため耐久性が高い。また、平行梁へ曲げモーメントを発生させる向きの外力を平行梁の自由端側にユーザが加えることができるよう発電スイッチを構成したことにより、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を抑えつつ、より高い共振周波数で発電素子である磁歪素子を振動させることができる。したがって、より多くの電力を得ることができる。【００１６】
また、前記第２の連結部材は前記第１の連結部材よりも長いとしてもよい。【００１７】
この構成によると、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を、より小さくすることができる。また、同じ力で操作された場合には、自由振動の振幅をより大きくすることができる。【００１８】
また、前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材のうち少なくとも一方の連結部材の端部はコの字状に形成され、コの字状に形成された前記端部は、角柱部材を有し、コの字の内側に当接する前記２本の梁の間に圧入された前記角柱部材により前記２本の梁を連結しているとしてもよい。【００１９】
この構成によると、連結部材は２つの磁歪棒をより強固に連結することができる。【００２０】
また、前記第２の連結部材はコの字状に曲がっているとしてもよい。【００２１】
この構成によると、発電スイッチの全長を短く抑えつつ、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を、より小さくすることができる。【００２２】
また、前記第１の部材と、前記第２の部材と、前記平行梁に含まれる２本の梁のうちの１本とが一体形成されているとしてもよい。【００２３】
また、前記第１の連結部材の端部は、開口部を有する固定台の内部に固定され、前記操作部材は、前記固定台の開口部を覆う蓋部と、前記蓋部に接合され、前記固定台の内部において前記第２の連結部材に接する板部とを有し、前記蓋部は、外力でたわむことにより、前記平行梁に自由振動が生じるように、前記板部を介して前記第２の連結部材に外力を加えるとしてもよい。【００２４】
本発明の他の局面に係る操作位置検出システムは、発電スイッチを複数備え、複数の前記発電スイッチが備える前記操作部材は、スイッチ板として一体形成されており、各第１の連結部材の端部、及び、前記スイッチ板の一端部は、固定台に固定され、各第２の連結部材の端部は、前記スイッチ板の他端部が有する永久磁石により、当該スイッチ板に吸着され、ユーザにより操作される前記操作部材の位置と、前記複数の発電スイッチのそれぞれにおける発電量との関係に基づいて、前記ユーザが操作した操作部材の位置を検出する。
【発明の効果】
【００２５】
以上、本発明によると、耐久性が高く、より多くの電力を得ることができる発電スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチを備えた無線リモコンの使用場面の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチが備える発電素子の概略図である。
【図３】図３は、図２に示す発電素子の磁歪棒及び連結部材の配置位置を示した概略図である。
【図４】図４は、図２に示す発電素子の実装例を示す写真である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示す発電素子による発電の仕組みを説明する第１の図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示す発電素子による発電の仕組みを説明する第２の図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチの性能を検証する実験を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチの性能を検証する実験結果を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチにおける磁歪棒の固定方法の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチにおける磁歪棒の固定方法の他の一例を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の実施の形態２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の実施の形態２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明の実施の形態２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子の他の例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子のさらに他の例を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、シーソースイッチとして構成した発電スイッチの第１の概略図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、シーソースイッチとして構成した発電スイッチの第２の概略図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子のさらに他の例を示す図である。
【図１８】図１８は、先行技術に係る発電スイッチの構成を示す概略図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態４に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態４に係る発電スイッチの試作例を示す図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本発明の実施の形態５に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、図２１Ａに示される発電スイッチの使用時の様子を示す図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、本発明の実施の形態５の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、本発明の実施の形態６に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本発明の実施の形態６の第１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、本発明の実施の形態６の第２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、本発明の実施の形態７に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、本発明の実施の形態７に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、本発明の実施の形態７の第１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、本発明の実施の形態７の第２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、本発明の実施の形態７の第２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、本発明の実施の形態８に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、本発明の実施の形態８に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、本発明の実施の形態８の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、本発明の実施の形態８の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２７Ａ】図２７Ａは、本発明の実施の形態９に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、本発明の実施の形態９に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２７Ｃ】図２７Ｃは、本発明の実施の形態９の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２７Ｄ】図２７Ｄは、本発明の実施の形態９に係る発電スイッチの試作例を示す図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、本発明の実施の形態１０に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す第１の図である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、本発明の実施の形態１０に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す第２の図である。
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、本発明の実施の形態１０に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す第３の図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態１１に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明の実施の形態１〜９に係る発電スイッチの使用例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る発電スイッチの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチを備えた無線リモコン２００の使用場面の一例を示す図である。図１に示されるように、無線リモコン２００は、ボタン９９と、発電スイッチ１００とを備える。
【００２９】
ユーザにより、ボタン９９が押下されると、その力が発電スイッチ１００に伝わり、発電スイッチ１００が発電する。
【００３０】
発電スイッチ１００は、磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチである。発電スイッチ１００により発電された電力により、内部回路９８は所定の無線信号を生成し、生成した無線信号を送信部９７から無線送信する。なお、送信部９７は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの規格に従って電波を使用してもよく、ＩｒＤＡ規格等に従って赤外線等を使用してもよい。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態に係る発電スイッチ１００が備える発電素子９０の概略図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
【００３２】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、発電素子９０は、連結部材１０ａ及び１０ｂと、磁歪棒１１ａ及び１１ｂと、コイル１２ａ及び１２ｂと、界磁部１４ａ及び１４ｂと、バックヨーク１５とを備えている。
【００３３】
磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、それぞれ柱状に形成された磁歪材料であり、図２（ａ）に示されるように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは平行に配置されることで、平行梁を構成している。
【００３４】
コイル１２ａは、磁歪棒１１ａに巻かれたコイルである。また、コイル１２ｂは、磁歪棒１１ｂに巻かれたコイルである。
【００３５】
界磁部１４ａ及び１４ｂは、２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂのそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる。界磁部１４ａ及び１４ｂは、例えば永久磁石、又は電磁石である。
【００３６】
連結部材１０ａは、棒状の部材であり、磁歪棒１１ａ及び１１ｂで構成される平行梁の第１の端部において２つの磁歪棒を強固に連結する部材である。以後、連結部材１０ａを、第１の連結部材ともいう。
【００３７】
連結部材１０ｂは、棒状の部材であり、磁歪棒１１ａ及び１１ｂで構成される平行梁の端部であって第１の端部とは異なる（すなわち、棒の端部のうち反対側である）第２の端部において２つの磁歪棒を強固に連結する部材である。以後、連結部材１０ｂを、第２の連結部材ともいう。なお、後述する理由により、連結部材１０ｂは、連結部材１０ａよりも軸方向に長く形成されていることが好ましい。
【００３８】
バックヨーク１５は、磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁界を付加するための構成である。詳細は後述する。
【００３９】
図３は、図２に示した発電素子９０の磁歪棒１１ａ及び１１ｂ、並びに、連結部材１０ａ及び１０ｂの配置位置を示した概略図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ図２（ａ）及び図２（ｂ）に対応している。
【００４０】
磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、例えば鉄ガリウム合金であるＧａｌｆｅｎｏｌからなり、延性を有し、それぞれ、例えば１ｍｍ×０．５ｍｍ×１０ｍｍの直方体の棒状の形状をしている。  図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは平行に配置されている。磁歪棒１１ａ及び１１ｂの一端には、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを磁気的に接続し、かつ機械的に強固に接合するように連結部材１０ａが設けられている。磁歪棒１１ａ及び１１ｂの他端には、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを同様に、磁気的に接続し、機械的に強固に接合するように連結部材１０ｂが設けられている。連結部材１０ａ及び１０ｂは、例えばＦｅを含む磁性材料により形成され、機械的及び磁気的に磁歪棒１１ａ及び１１ｂに連結されることで、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結している。すなわち、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂは、いわゆるヨーク（継鉄）としての機能を有する。
【００４１】
なお、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂは、必ずしもその全てが磁性材料により形成されていなくてもよい。例えば磁性材料と、磁性材料の長さを延長するための非磁性材料とが長手方向に接合されて形成されていてもよい。ただし、少なくとも磁性材料により磁歪棒１１ａ及び１１ｂが磁気的に連結されている必要がある。
【００４２】
なお、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂは、十分な剛性を有することが望ましい。具体的には、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂの材料として、鉄系の材料（例えば、一般の鉄鋼材、又は磁性を有するステンレス）を使用した場合を想定すると、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂの縦弾性係数が１９０〜２１０ＧＰａ程度であることが好ましい。後述するように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、こうした十分な剛性を有する連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂに対して、それぞれ強固に接合される必要がある。
【００４３】
また、図３（ｂ）に示されるように、発電素子９０の底面側にはバックヨーク１５が設けられている。
【００４４】
バックヨーク１５は、図３（ｂ）に示されるように、連結部材１０ａ側に設けられた界磁部１４ａと連結部材１０ｂ側に設けられた界磁部１４ｂとを有し、界磁部１４ａ及び１４ｂを介して、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂに接続されている。
【００４５】
界磁部１４ａは、バックヨーク１５と接続される面側にＮ極、連結部材１０ａと接続される面側にＳ極を有している。また、界磁部１４ｂは、バックヨーク１５と接続される面側にＳ極、連結部材１０ｂと接続される面側にＮ極を有している。連結部材１０ａ及び１０ｂと、磁歪棒１１ａ及び１１ｂと、界磁部１４ａ及び１４ｂと、バックヨーク１５とにより、図３（ｂ）に矢印で示すような磁気ループが形成される。これにより、界磁部１４ａ及び１４ｂの起磁力により、磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁界を発生させている。つまり、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの磁化の方向が、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの軸方向と平行な方向に設定される。このときの磁化の大きさは、例えば、飽和磁束密度の１／２となる０．８５Ｔ（テスラ）である。
【００４６】
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、それぞれコイル１２ａ及び１２ｂを有している。コイル１２ａ及び１２ｂは、例えば銅線からなり、巻数はそれぞれ２５０巻である。コイル１２ａ及び１２ｂの巻数により、発電素子に発生する電圧の大きさを調整することが可能である。また、コイル１２ａ及び１２ｂは、樹脂によりその間が埋められ、一体となっている。なお、コイル１２ａ及び１２ｂは一体となった構成でなくてもよい。また、コイルの巻数は、各コイルで同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００４７】
図４は、発電素子９０の一例を示す写真である。磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、断面が１ｍｍ×０．５ｍｍで軸方向の長さが１０ｍｍ程度の直方体（角柱）状の棒状の形状を有している。連結部材１０ａは、固定部材２１に固定されている。
【００４８】
図５Ａ及びＢは、本発明の実施の形態に係る発電スイッチ１００が備える発電素子９０による発電の仕組みを説明する図である。より詳細には、図５Ａは磁歪棒１１ａ及び１１ｂの動作を示す図である。また、図５Ｂは磁歪棒１１ａ及び１１ｂにコイル１２ａ及び１２ｂ、錘２０が配置された状態を示す図である。
【００４９】
発電素子９０の発電の原理は、磁歪材料の逆磁歪効果を利用している。ここで、逆磁歪効果とは、磁化している磁歪材料に応力を加えると磁束が変化する効果である。磁束に時間的な変化が生じると、ファラデーの電磁誘導の法則によりコイルに誘導電圧が発生する。
【００５０】
ここで、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは平行梁構造を構成しているため、小さい曲げ力で大きな応力変化を磁歪棒１１ａ及び１１ｂの内部に発生させることが出来る。具体的には、磁歪棒の長手方向に圧縮・伸張させる場合と比較して、およそ十分の一の力で、同じ大きさの応力変化を磁歪棒の内部に発生させることができる。また、連結部で結合された２本の磁歪棒１１ａ及び１１ｂには、それぞれ逆向きの軸力が生じるため、磁束の変化も逆になる。したがって、磁歪棒１１ａと磁歪棒１１ｂとに発生する誘導電圧の正負は逆向きとなり、発電素子は互いの逆磁歪効果を打ち消さずに発電することができる。その結果、ユーザが軽い力で発電スイッチ１００のボタン９９を押下することにより、逆磁歪効果において大きな磁束の時間変化が磁歪棒１１ａ及び１１ｂに発生する。これにより、発電素子９０は、効率よく発電を行うことが出来る。また、一般にコイルは電気的に誘導性負荷であるため、平行梁の曲げ共振周波数（〜数百Ｈｚ）以下においては、誘導性成分を無視することができる。したがって、発電素子９０の出力インピーダンスはコイルの抵抗のみであり、これはたかだか数〜数十Ωである。よって、発電素子９０に、無線リモコン２００の内部回路のような低インピーダンス抵抗の負荷を接続しても、発生した電力は効率よく負荷に供給される。
【００５１】
なお、磁歪棒１１ａ及び１１ｂに使用する磁歪材料は、十分な逆磁歪効果を発生し、機械加工性がよく、曲げや引っ張りに強い性質をもつ、鉄ガリウム合金などを利用することが望ましいが、この性質の磁歪材料なら、その利用を鉄ガリウム合金に限定しない。
【００５２】
より具体的には、例えば図５Ａに示されるように、発電素子９０の連結部材１０ａは固定部材に固定され、連結部材１０ｂに所定の曲げ力Ｐが与えられることにより、発電素子９０の連結部材１０ｂが振り子振動する。このとき、曲げ力Ｐの方向は、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの軸方向に対して垂直の方向である。連結部材１０ｂが振り子振動することにより、発電素子９０は共振する。このときの共振周波数は、一例として数百Ｈｚであるが、数十Ｈｚ〜１ｋＨｚであってもよい。
【００５３】
連結部材１０ｂに曲げ力Ｐが与えられると、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、曲げ変形する。具体的には、発電素子９０は、図５Ａに示す向きの曲げ力Ｐを受けると、磁歪棒１１ａは伸張し、磁歪棒１１ｂは収縮する。また、連結部材１０ｂが上記の曲げ力Ｐとは逆向きの曲げ力を受けると、磁歪棒１１ａが収縮し、磁歪棒１１ａが伸張する。このように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂが伸縮することにより、界磁部１４ａ及び１４ｂによって生じている磁歪棒１１ａ及び１１ｂ内部の磁束は、逆磁歪効果により増加又は減少する。すなわち、コイル１２ａ及び１２ｂを貫く磁束密度が変化する。この磁束密度の時間的変化により、図５Ｂに示されるように、コイル１２ａ及び１２ｂに誘導電圧（又は誘導電流）が発生する。
【００５４】
次に、以上述べた発電素子９０を備えた発電スイッチ１００の構成について説明する。      
【００５５】
まず、スイッチの電源として磁歪材料を用いた発電素子９０を使用する発電スイッチ１００の満たすべき要件について以下に検討する。
【００５６】
発電素子９０によって発生する電圧は、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの振動周波数に比例して増加する。したがって、発電素子９０に効率よく発電させるためには、磁歪棒１１ａ及び１１ｂから構成される平行梁の共振周波数で発電素子９０を振動させることが望ましい。ここで、共振周波数の振動が発生するのは自由振動である。よって発電スイッチ１００の構成は、ユーザによる操作によって、発電素子９０が備える平行梁に自由振動を励振する構成が有することが必要である。
【００５７】
具体的には、自由振動は、平行梁に過渡的な力の変化を作用させることで発生する。例えば梁を弾く動作である。弾く動作を行うためには、例えば、平行梁の先端に突起部がついた構造体を接続し、ユーザによる外力が作用する操作部材で突起部を押しつけることにより、平行梁を湾曲させることが考えられる。平行梁の湾曲がある値を超えたときに、操作部材が突起部から瞬間的に外れることで、平行梁に自由振動が励振される。他の例として、磁石を利用することが考えられる。平行梁の先端を磁性材料で構成し、一方、押しつけ力が作用する操作部材に磁石を付ける。平行梁の先端を磁石で吸着した状態から、操作部材に外力を加えると、操作部材は平行梁の先端を吸着したまま変位する。このまま外力を加えることにより平行梁の撓みがある値を超えると、平行梁の先端は磁石から外れる。これにより、平行梁に作用する力が過渡的に０となり、自由振動が発生する。上記の弾く、もしくは磁石の吸着力を０にする動作で、平行梁に自由振動が発生する。その結果、発電素子９０に効率よく電圧が発生させることができる。
【００５８】
また、平行梁は２本の梁（すなわち、磁歪棒１１ａ及び１１ｂ）が空間を隔てて配置されているため、曲げ剛性が大きい。ここで、発電量や発生電圧を増加させるためには、共振周波数を増加させる必要があり、そのためには梁の間隔を広げること、又は梁の体積を増加させることが効果的である。
【００５９】
しかしながら、梁の間隔を増加させ、又は梁の体積を増加させた場合、平行梁の曲げ剛性が増加し、変形しづらくなる。ここで、発電スイッチ１００は、人間が指で操作するものであるため、適度な押し込み力と押し込み量（変位）が存在する。したがって、平行梁を効率よく曲げ、人間の押し込み動作が作用する機械的なインピーダンスを合わせるために、梁に付ける構造体の長さをある程度とり、またスイッチ動作の形態に応じて、構造体の形状を設定する必要がある。
【００６０】
一般的に構造体を長くし、その先端に力を作用させることで、平行梁を湾曲させる曲げモーメントを大きくできる。すなわち、曲げモーメントは距離×力で算出されるため、同じ曲げモーメントを作用させるなら、距離を長くとることで、必要な力を小さくすることが出来る。ただしこの場合、力を作用させる距離も長くなる。したがって、発電素子９０の形状はスイッチの押しつけ力や変位を考慮して適切に設定する必要がある。またスイッチの操作形態（例えば、スライド型、垂直押し下げ型、回転操作型）に応じて、発電素子９０の形状を選択することも考えられる。
【００６１】
次に、こうして検討した要件を考慮した、本実施の形態に係る発電スイッチ１００の構成を説明する。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｃは、本実施の形態に係る発電スイッチ１００の構造を示す図である。より詳細には、図６Ａは、操作部材５０の変位量が０である初期状態における発電スイッチ１００を示す。
【００６３】
図６Ａに示されるように、発電スイッチ１００は、発電素子９０と、操作部材５０とを備える。操作部材５０はユーザが発電スイッチ１００を操作するためのユーザインタフェースであり、具体的にはユーザにより押し下げ操作されることにより、鉛直下方向の外力を第１の連結部材である連結部材１０ｂへ伝える部材である。なお、本実施の形態に係る操作部材５０は、永久磁石４０を有している。操作部材５０は、永久磁石４０により連結部材１０ｂを吸着している。
【００６４】
図６Ａに示されるように、本実施の形態において、第１の連結部材である連結部材１０ａは、壁面等に固定されている。すなわち、連結部材１０ａは、変位しない固定端となっている。
【００６５】
一方、図６Ｂは、ユーザ操作による外力６０により、操作部材５０が変位している状態の発電スイッチ１００を示す。
【００６６】
操作部材５０は、２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂの一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が生じるように、第２の連結部材である連結部材１０ｂに外力を加える。いいかえれば、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを含む面内で平行梁を湾曲させる外力が操作部材５０によって連結部材１０ｂへと加えられる向きに、連結部材１０ａは固定されている。
【００６７】
より具体的には、ユーザによって、操作部材５０へ外力６０が加えられると、操作部材５０は連結部材１０ｂの右側の端部を永久磁石４０で吸着したまま鉛直下方向へ変位させる。その結果、平行梁を構成する上側の梁である磁歪棒１１ｂには引っ張り方向の軸力（すなわち、正の軸力）が発生する。一方、平行梁を構成する下側の梁である磁歪棒１１ａには圧縮方向の軸力（すなわち、負の軸力）が発生する。
【００６８】
このまま、操作部材５０が下方向へ変位を続け、平行梁に生じる反力が永久磁石４０の吸着力を超えたときに、発電素子９０及び連結部材１０ｂは自由振動を開始する。
【００６９】
図６Ｃは、自由振動中の発電スイッチ１００を示す。図６Ｃに示されるように、第２の連結部材である連結部材１０ｂは、自由振動可能な自由端となっており、連結部材１０ｂは、連結部材１０ｂと連結されている発電素子９０とともに自由振動する。その結果、発電素子９０には誘導電圧が発生する。
【００７０】
なお、前述のとおり、連結部材１０ｂは連結部材１０ａよりも長いことが好ましい。より詳細には、連結部材１０ａは短いほど、連結部材１０ｂは長いほど好ましい。なぜなら、発電性能を向上させるためには平行梁の共振周波数を高めることが効果的であり、そのためには平行梁構造の剛性を高めることが効果的である。しかし、剛性が高くなりすぎると、ユーザがスイッチを押下できなくなってしまう。ここで、連結部材１０ｂが長いほど、てこの原理により、ユーザは小さな力で発電スイッチ１００を押下することができる。逆にいえば、連結部材１０ｂが長いほど、ユーザが操作可能な力の範囲内で、平行梁構造の剛性を高めることができる。一方、連結部材１０ａは固定端であるため、短いほど発電スイッチ１００の全長を短くすることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態において、操作部材５０は磁石の吸着力により連結部材１０ｂに曲げモーメントを発生させる外力を加えたが、操作部材５０により連結部材１０ｂへ外力を加える構成はこれに限られない。
【００７２】
例えば、図７Ａ〜図７Ｃは、実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【００７３】
本変形例では、永久磁石４０に代わり、物理的なツメ構造を使用している。すなわち、図７Ａ〜図７Ｃに示されるように、本変形例に係る発電スイッチ１００ａは、発電素子９０ａと、操作部材５２とを備えている。なお、図６Ａ〜図６Ｃと同一の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。
【００７４】
発電素子９０ａは、発電素子９０が備える構成要素のうち、連結部材１０ｂを連結部材１０ｃへと置き換えたものである。
【００７５】
連結部材１０ｃは、操作部材５２と接する側の端部が鋭角状に加工されている。また、操作部材５２も同様に、連結部材１０ｃと接する側の端部が鋭角状に加工されている。
【００７６】
連結部材１０ｃ及び操作部材５２の一端部をこのように加工することにより、操作部材５２と連結部材１０ｃとの接点には、ズレが生じやすくなる。これにより、操作部材５２が、連結部材１０ｃへ加える曲げモーメントの最大値を調整することができる。
【００７７】
次に、図８及び図９を参照して、発明者らが行った発電スイッチ１００の評価実験の結果について説明する。
【００７８】
評価実験では、２種類の発電素子９０（タイプ１及びタイプ２）を試作し、その特性を比較した。両タイプとも、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの形状は同じであり、大きさは０．５×１×１２ｍｍである。一方、タイプ１では、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間隔を０．５ｍｍとしたのに対し、タイプ２では、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間隔を１ｍｍとした。これは、タイプ２ではコイルの巻き数Ｎを、タイプ１よりも増加させるためである。
【００７９】
なお、タイプ１及びタイプ２のコイルの巻き数Ｎは、それぞれ４１９巻きと９６４巻きである。また、タイプ１及びタイプ２のコイルの抵抗Ｒ０は、それぞれ１５Ωと３８Ωである。これにより、タイプ２はタイプ１と比較して、断面２次モーメントの増加に伴い曲げ剛性が増加するとともに、一次の曲げ共振周波数も増加している。
【００８０】
図８は、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチ１００の性能を検証する実験を説明する図である。なお、実験では、連結部材１０ｂの長さの違いが発電に与える影響を比較するため、操作部材５０に代わり、錘を使用した。
【００８１】
具体的には、連結部材１０ｂに２００ｇの錘を糸でつるし、糸を切って連結部材１０ｂに自由振動を発生させた。錘をつるす位置は、連結部材１０ｂのうち発電素子９０に近い位置であるＬｏｃ１と、発電素子９０から遠い位置であるＬｏｃ２の２箇所のうちのいずれか一方とした。Ｌｏｃ１につるした錘を錘６３とし、Ｌｏｃ２につるした錘を錘６４とする。
【００８２】
連結部材１０ｂの変位Ｘは連結部材１０ｂの中央部をレーザ変位計で測定した。また最大電力を取り出すための整合条件により、タイプ１の発電素子９０には３０Ωの、タイプ２の発電素子９０には、７６Ωの抵抗負荷Ｒ５４を取り付け、その両端の電圧Ｖ５３を内部インピーダンス１ＭΩのプローブで測定した。
【００８３】
図９に実験結果を示す。図９において、Ｘ０は連結部材１０ｂの初期変位を、Ａ０は初期振幅を、Ｖｍａｘは発生電圧の最大値を、ｄＢは磁束密度の変化幅を、Ｗｏは電気エネルギーを、Ｔは振動持続時間をそれぞれ示す。
【００８４】
Ｌｏｃ１同士で比較すると、タイプ２はタイプ１と比較して、２倍程度のＷｏが得られた。しかし、Ｌｏｃ２同士で比較すると、タイプ１と２とではＷｏに大きな差がなかった。これはタイプ２においては、位置をＬｏｃ１からＬｏｃ２に変えたことによる初期振幅Ａ０の増加の割合が１．４倍（＝０．４０／０．２８ｍｍ）と、タイプ１における２．１倍に比べ小さいためだと考えられる。つまりタイプ２では、平行梁の曲げ剛性が大きいため、曲げモーメントを大きくしても変形しづらいものと推測される。
【００８５】
以上の結果、同形状の磁歪棒を利用するなら、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間隔を広げ、曲げ剛性とコイルの巻き数を増加させことで、発電量の向上が見込めると考えられる。実際に、タイプ２のＬｏｃ２の場合では、最も大きい瞬時電力が３２ｍＷであり、平均発生電力（Ｗ０／Ｔ）が２．１ｍＷであった。
【００８６】
以上の実験の結果から、連結部材１０ｂを連結部材１０ａよりも長くすることで発電量を増加させるという考察が裏付けられた。
【００８７】
なお、実験を続けているうちに、磁歪棒１１ａ及び磁歪棒１１ｂと、連結部材１０ａとの接合部が外れてしまった。よって、発電スイッチ１００においては、磁歪棒１１ａ及び磁歪棒１１ｂと、連結部材１０ａとを強固に接合することが実用上は重要である。
【００８８】
図１０Ａ及びＢは、本発明の実施の形態に係る発電スイッチ１００における磁歪棒１１ａ及び１１ｂの固定方法の例を示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ固定方法の一例を示す。図１０Ａと比較し、図１０Ｂの固定方法の方が好ましい。以下、詳細に説明する。
【００８９】
図１０Ａは、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結部材１０ａに穿かれた孔に差し込み、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを貫通するピン５５で固定する方法を示す。孔の隙間、及びその周囲にエポキシ系接着剤を含浸させ固定することにより、より強固に固定することができる。しかし、発明者らの実験では、図１０Ａに示される固定方法であっても、接合が外れることがあった。
【００９０】
よりよい固定方法を図１０Ｂに示す。
【００９１】
図１０Ｂでは、第１の連結部材１０ａの端部はコの字状に形成され、コの字状に形成された端部は角柱部材５６を有し、コの字の内側に当接する２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間に圧入された角柱部材５６により２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結している。連結部をさらに接着剤等でコーティングすることにより、強度をさらに向上させることが可能である。
【００９２】
なお、図１０Ａ及びＢでは、連結部材１０ａが磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結する場合について説明したが、連結部材１０ｂが磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結する場合も同様である。
【００９３】
また、平行梁が１本の磁歪棒と、１本の磁歪材料以外で形成された梁とから構成されている場合には、コの字状に形成された端部は、コの字の内側に当接する２本の梁の間に圧入された角柱部材により前記２本の梁を連結してもよい。
【００９４】
（実施の形態２）
以上、実施の形態１及びその変形例では、ユーザが操作部材を鉛直下方向に押し込む動作に対応する発電スイッチについて説明した。
【００９５】
次に、図１１Ａ〜図１２Ｃを参照して、ユーザが操作部材を水平方向にスライドさせる動作に対応する発電スイッチについて説明する。
【００９６】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチ１００ｂの構造を示す図である。なお、図６Ａ〜図６Ｃと同一の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。
【００９７】
図１１Ａを参照して、発電スイッチ１００ｂは、発電素子９０ｂと、操作部材５０ａとを備える。
【００９８】
発電素子９０ｂは、発電素子９０が備える連結部材１０ｂを、連結部材１０ｄへと置き換えたものである。発電素子９０ｄは、発電素子９０ｂと接していない側の端部がＬの字状に形成されている。
【００９９】
次に、図１１Ｂを参照して、水平方向へスライドさせる外力６２がユーザによって操作部材５０ａへ加えられると、操作部材５０ａは永久磁石４０の吸着力により連結部材１０ｄを吸着しながら水平方向左へ変位する。その結果、連結部材１０ｄ及び発電素子９０ｂには曲げモーメントが生じる。
【０１００】
次に、図１１Ｃを参照して、連結部材１０ｄ及び発電素子９０ｂに生じる反力が永久磁石４０の吸着力を超えたときに、連結部材１０ｄは自由振動を開始する。ここで、発電素子９０は連結部材１０ｄとともに自由振動を行うため、コイル１２ａ及び１２ｂに誘導電圧が発生する。
【０１０１】
なお、操作部材は必ずしも永久磁石４０を有さなくてもよい。
【０１０２】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチ１００ｂの変形例を示す図である。
【０１０３】
本変形例では、永久磁石４０に代わり、物理的なツメ構造を使用している。すなわち、図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して、本変形例に係る発電スイッチ１００ｃは、発電素子９０ｃと、操作部材５２ａとを備えている。なお、図１１Ａ〜図１１Ｃと同一の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。
【０１０４】
発電素子９０ｃは、発電素子９０ｂが備える連結部材１０ｄを連結部材１０ｅに置き換えたものである。連結部材１０ｅは、Ｌの字状に形成された端部のうち、操作部材５２ａと接する部分が鋭角状に形成されている。
【０１０５】
操作部材５２ａは、凸部を有する操作部材であり、ユーザによって加えられた水平方向へスライドさせる外力６２を連結部材１０ｅへ伝える。
【０１０６】
連結部材１０ｅ及び操作部材５２ａそれぞれの一端部をこのように加工することにより、操作部材５２ａと連結部材１０ｅとの接点には、ズレが生じやすくなる。これにより、操作部材５２ａが、連結部材１０ｅへ加える曲げモーメントの最大値を調整することができる。
【０１０７】
（実施の形態３）
次に、ユーザが加えなければならない外力をてこの原理により抑えつつ、平行梁の剛性をより高めることが可能な発電スイッチの構成を説明する。
【０１０８】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチ１００ｄの構成を示す図である。
【０１０９】
図１３Ａに示されるように、発電スイッチ１００ｄは、発電素子９０ｄと、ヒンジ７０と、操作部材７２とを備える。
【０１１０】
図１３Ｂ及びＣを参照して、ヒンジ７０がてこの支点となり、操作部材７２の端部であって、発電素子９０ｄと接する側の端部が作用点となり、操作部材７２の他の端部であって、ユーザの操作による外力が加えられる端部が力点となる。よって、支点から作用点までの距離よりも、支点から力点までの距離を長くとることにより、外力６６の大きさは増幅されて連結部材１０ｆに作用する。したがって、ユーザによる操作性を損なわずに、発電素子９０ｄが有する平行梁の剛性をより高めることができる。
【０１１１】
以上、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチについて説明した。これらの構成によると、発電スイッチが備える磁歪棒は延性を有する磁歪素子で形成されているため耐久性が高い。また、平行梁へ曲げモーメントを発生させる向きの外力を平行梁の自由端側にユーザが加えることができるよう発電スイッチを構成したことにより、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を抑えつつ、より高い共振周波数で発電素子である磁歪素子を振動させることができる。したがって、より多くの電力を得ることができる。
【０１１２】
なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１１３】
例えば、実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える自由振動可能な第２の連結部材をコの字状に形成してもよい。より詳細には、第２の連結部を、平行梁を構成する２つの磁歪棒を含む平面においてコの字状に曲がるように形成してもよい。
【０１１４】
前述したように、発電スイッチが備える連結部材のうち、自由振動可能な連結部材の長さは、長い方が好ましい。しかし、連結部材を長くすると、発電素子の全長が長くなってしまうという課題が生じる。
【０１１５】
そこで、図１４に示されるように、発電素子９０ｅが備える第２の連結部材１０ｇは、垂直方向にコの字状に曲げられている。この連結部材１０ｇの端部のうち、平行梁と接していない側の端部にユーザからの外力６７が加えられると、図６Ａに示される発電素子９０と同様のてこの原理が働く。したがって、ユーザが操作に必要な力の大きさ抑えながら、平行梁の剛性を落とすことなく、発電素子９０の全長を短く抑えることができる。
【０１１６】
また、実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子は、２本の磁歪棒１１ａ及び１１ｂを備えることとしたが、このうち１本の磁歪棒を磁歪材料以外の他の材料に置き換えてもよい。さらに、発電素子が備える連結部材の形状を工夫することにより、連結部材と１本の磁歪棒とで平行梁構造を構成してもよい。図１５を参照して具体的に説明する。
【０１１７】
図１５は、直方体の長手方向の片面中央部に溝を形成することで、コの字状に形成された連結部材である連結ヨーク１３０と、連結ヨーク１３０のコの字の内側に長手方向と平行に当接するように接合された柱状の磁歪棒１１０とを備える発電素子９０ｆである。
【０１１８】
図１５に示されるように、発電素子９０ｆは、磁歪棒を１本しか備えていない。しかし、連結ヨーク１３０の長手方向中央部を磁歪棒１１０と同程度の剛性を有する材料、形状とすることで、連結ヨーク１３０の長手方向中央部と磁歪棒１１０とで平行梁構造を形成している。したがって、例えば図６Ａを参照して、発電素子９０に代わり発電素子９０ｆを使用しても、同様の発明の効果を奏することができる。
【０１１９】
すなわち、発電スイッチは、梁状に形成された磁歪材料である磁歪棒を少なくとも１本は含む平行梁と、磁歪棒に巻かれたコイルと、平行梁の第１の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第１の連結部材と、平行梁の端部であって第１の端部とは異なる第２の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第２の連結部材と、２本の梁のそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる界磁部と、ユーザにより操作される操作部材とを備え、第１の連結部材は、変位しない固定端となり、第２の連結部材は、自由振動可能な自由端となり、操作部材は、２本の梁の一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が平行梁に生じるように、第２の連結部材に外力を加えるとしてもよい。
【０１２０】
さらにまた、図１６Ａ及びＢに示されるように、発電素子を、２本の発電素子２１２及び２１３と、２本の発電素子それぞれを吸着する永久磁石２１４及び２１５と、くの字形状の操作部材２１６と、ヒンジ２１７とを備えるシーソースイッチ（ロッカースイッチ）型の発電スイッチ１００ｇとして構成してもよい。
【０１２１】
発電素子２１２及び発電素子２１３は、それぞれ長手方向の一端で接合されており、接合部が固定端となっている。また、発電素子２１２及び発電素子２１３それぞれの他端は自由端となっている。
【０１２２】
図１６Ａに示される状態では、永久磁石２１４が発電素子２１２を吸着している。ここで、くの字形状の操作部材の端部のうち発電素子を吸着している端部とは反対側の端部（すなわち、向かって右側の端部）をユーザが押すと、永久磁石２１４は発電素子２１２を上に湾曲させた後に、吸着している発電素子２１２を解放する。したがって発電素子２１２の自由端が自由振動する。その結果、発電素子２１２は発電する。次に、永久磁石２１５が発電素子２１３を吸着し、図１６Ｂに示される状態となる。ここで、くの字形状の操作部材の端部のうち発電素子が吸着している端部とは反対側の端部（すなわち、向かって左側の端部）をユーザが押すと、永久磁石２１５は発電素子２１３を上に湾曲させた後に、吸着している発電素子２１３を解放する。したがって発電素子２１３の自由端が自由振動する。その結果、発電素子２１３は発電する。このように、発電スイッチ１００ｇは、図１６Ａ及び図１６Ｂの二つの状態が入れ替わるごとに、片持ち梁構造を有する２つの発電素子が交互に発電する。
【０１２３】
また、図１４では、第２の連結部１０ｇを、平行梁を構成する２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂを含む平面においてコの字状に曲がるように形成する発電素子９０ｅの例を示したが、第２の連結部１０ｇを曲げる方向はこれに限定されない。例えば、第２の連結部１０ｇを、平行梁を構成する２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂを含む平面と垂直な平面においてコの字状に曲がるように形成してもよい。すなわち、コの字状（又は、Ｊの字状等、固定端側へと近づく形状）であれば、任意の方向へ曲がるよう形成してもよい。
【０１２４】
さらに、図１７に示されるように、Ｔ字状の連結部材を備える発電素子９０ｈとしてもよい。発電素子９０ｈは、２つの発電素子９００と、連結部材１０ｈとを備える。図１７では簡略して記載しているが、発電素子９００はそれぞれ図６Ａに示される発電素子９０から連結部材１０ｂを除いた構成と同じ構成をもち、同じ向きで壁等に固定されている。
【０１２５】
連結部材１０ｈは、Ｔの字状に形成された連結部材である。連結部材１０ｈのうちＴの字の横棒に相当する部材が有する左右の端部のそれぞれは、連結部材１０ｂに代わり、発電素子９００が備える２つの磁歪棒の一端部（自由端側）を強固に連結している。その結果、２つの発電素子９００は、連結部材１０ｈにより連結されている。ここで、連結部材１０ｈのうちＴの字の縦棒の下端部に相当する端部に外力６８をかけると、てこの原理により外力６８よりも大きな反力６９が、連結部材１０ｈのＴの字の横棒に相当する部材（すなわち、２つの発電素子９００を連結している側の端部）に生じる。この反力は発電素子９００に曲げモーメントを加える。すなわち、発電素子９０ｈにおいては、発電素子の全長を短く抑えつつ、より小さな外力６８で大きな曲げモーメントを２つの発電素子９００に加えることができる。なお、連結部材１０ｈがＴの字に形成され、左右２つの発電素子９００に均等に曲げモーメントを加える構成となっていることで、２つの発電素子９００は、それぞれが有する２つの磁歪棒を含む平面内のみで変形する。
【０１２６】
なお、実施の形態１〜３及びその変形例に係る連結部材１０ａ〜１０ｈは、同一の材質で一体として形成される必要がないことは前述したとおりである。すなわち、２本の磁歪棒を磁気的に接合できるように、少なくとも磁歪棒と接する側の端部が磁性体で形成されていればよい。例えば、図６Ａを参照して、連結部材１０ｂのような自由端側の連結部材は、剛性が高く、長く、軽いことが望まれる。したがって、コイル１２ａ及び１２ｂを物理的かつ磁気的に接合する必要がある連結部材１０ｂの左端部は鉄などの磁性体で形成し、連結部材１０ｂの他の部分はアルミニウム又はカーボンなど剛性が高く軽い素材で形成してもよい。
【０１２７】
なお、本発明の実施形態としては、さらに以下に述べるような様々な態様が考えられる。
【０１２８】
（実施の形態４）
例えば、図１９に示す発電スイッチの一態様は、磁歪棒１１０と、コイル１２０と、連結ヨーク１３０と、連結板３０２と、吸着板３０４と、突起部３０６と、スイッチ板３０８と、固定台３１０と、永久磁石３１２及び３１６と、ストッパー３１４とを備える。
【０１２９】
ここで、永久磁石３１２は、スイッチ板３０８を吸着するスイッチ用磁石である。また、永久磁石３１６は、磁歪棒１１０にバイアス磁束を加えるバイアス磁石である。また、スイッチ板３０８は、磁性体であってもよく、磁性体でなくてもよい。
【０１３０】
磁歪棒１１０と、コイル１２０と、連結ヨーク１３０とは、１つの発電素子を構成する。また、２本の発電素子それぞれの一端は、固定台３１０に接合されている。また、２本の発電素子それぞれの他端は、連結板３０２により連結されている。この結果、２本の発電素子は、一体となって振動する。なお、連結板３０２は、バイアス磁束が漏れないように、非磁性体で形成されることが好ましい。
【０１３１】
また、連結板３０２の下部には、磁性体の吸着板３０４が取り付けられている。
【０１３２】
スイッチ板３０８は、バネ材で形成され、一端が固定台３１０に接合されている。また、スイッチ板３０８の他端には、例えば円柱状のゴムなどで形成された突起部３０６が設けられる。
【０１３３】
スイッチ板３０８の上面であって、吸着板３０４と対向する位置には永久磁石３１２が設置されており、永久磁石３１２は磁力により吸着板３０４を吸着する。
【０１３４】
ここで、ユーザが突起部３０６を押下すると、スイッチ板３０８は湾曲する。このとき、発電素子も同時に湾曲する。この湾曲によって、連結ヨーク１３０と磁歪棒１１０とからなる平行梁構造により、磁歪棒１１０の長手方向には大きな圧縮力が加わる。その結果、逆磁歪効果により、磁歪棒１１０内部の磁束が減少する。
【０１３５】
その後、ユーザが突起部３０６をさらに押下すると、永久磁石３１２から吸着板３０４が外れる。この時、発電素子は自由振動を行う。この自由振動中に、磁歪棒１１０内部に圧縮と引っ張りの応力が交番状に作用することにより、磁歪棒１１０内部の磁束も交番状に変化する。この磁束の時間変化によりコイル１２０に起電力が発生する。
【０１３６】
なお、本態様における実用上の工夫として、スイッチ板３０８と固定台３１０との間に、スイッチ板３０８の過度の湾曲を防止するためのストッパー３１４が設けられている。
【０１３７】
なお、スイッチ用磁石である永久磁石３１２は、スイッチ板３０８の代わりに、発電素子側の部材（例えば、連結板３０２）に固定されていてもよい。この場合、発電素子の先端質量が重くなるため、発電効率は低下する一方で、磁気による吸着力が発電素子の同じ位置に常に作用するという長所がある。例えば、スイッチ板３０８と発電素子との初期の相対位置が変化した場合でも、スイッチ板３０８が永久磁石３１２から離れる時に発電素子に吸着力が働く位置は変わらない。その結果、再現性のある安定した発電量が得られる。
【０１３８】
なお、スイッチ用の永久磁石３１２を発電素子側の部材に取り付ける際には、例えば磁極の向きを逆にした２個の永久磁石が隣り合うように並べることにより閉磁路回路を構成してもよい。スイッチ用の永久磁石３１２が発生させる磁力線が連結ヨーク１３０を介して磁歪棒１１０に侵入するのを防止するためである。
【０１３９】
なお、スイッチ用の永久磁石３１２と、当該永久磁石３１２と吸着−脱着を繰り返す部材との間にゴム板などの弾性部材を挟んでもよい。これにより、永久磁石３１２と部材とが吸着するときの衝撃を緩衝することができる。
【０１４０】
図２０は、本態様に係る発電スイッチの試作例を示す。この発電スイッチは、２ｍｍ×０．５ｍｍ×２２ｍｍの磁歪素子と、１２６０巻きのコイルとを有する。１回ボタンを押すことにより、最大１５Ｖの瞬間電圧、０．２Ｗの瞬間電力、及び０．５ｍＪの電気エネルギーを取り出すことができる。
【０１４１】
（実施の形態５）
次に、図２１Ａ〜図２１Ｃを参照して、本発明の他の態様を示す。なお、以後の各実施の形態に係る構成において、連結板及びスイッチ板の記載は省略する。また、発電素子の数は、１個以上であればよい。
【０１４２】
図２１Ａは、連結ヨーク１３０Ａ、スイッチ板、及び固定台が一体となった発電スイッチを示す。すなわち、本態様においては、ヨーク、スイッチ板、及び固定台が一体形成されている。これにより、部品点数が少なく、組み立ても簡易化できる。したがって、コストをより低くすることができる。
【０１４３】
なお、部材の耐久性を向上させるために、一体形成後に焼き鈍しなどの熱処理を施してもよい。
【０１４４】
図２１Ｂは、図２１Ａに示される発電スイッチの使用時の様子を示す。固定台とスイッチ板との間隔を狭めるような力を加えることにより、磁歪棒１１０を備える発電素子が自由振動する。その結果、発電スイッチは発電を行う。
【０１４５】
この構成によると、例えば摘むような力をきっかけとして、発電を行うことができる。
【０１４６】
なお、図２１Ｃに示されるように、発電素子２つを有するように、発電スイッチを構成してもよい。ここで、連結ヨーク１３０Ｂと、スイッチ板とは一体形成されている。
【０１４７】
これによると、スイッチ板に作用する上下の両方向の力で，上下２個の発電素子に自由振動を発生させることができる。つまり、本態様に係る発電スイッチは、両極性（オンとオフなど）のいずれの選択操作においても発電を行うことができる。
【０１４８】
（実施の形態６）
次に図２２Ａ〜図２２Ｃを参照して、本発明の他の態様について説明する。
【０１４９】
図２２Ａは、スイッチ板３０８Ａが、より長いバネ材で形成されている。一般に、スイッチ板を長くするほど、磁力による吸着を外すため（すなわち、発電を開始させるため）に必要な力を小さくすることができる。しかし、長くなるほど、スイッチ板は塑性変形しやすくなる。そこで、スイッチ板の材料には、引っ張り強度が高くバネ性のよい、リン酸銅、又は超弾性材等を利用することが好ましい。
【０１５０】
また、図２２Ｂに示されるように、スイッチ板の先端部に平板３２０を設けてもよい。これによると、スイッチ板を押下する力として、風圧又は水圧などを利用できる。より具体的には、風、水流、又は水滴（物体）の落下などを利用できる。
【０１５１】
また、図２２Ｃに示されるように、スイッチ板の先端部に錘３２２を設けてもよい。この場合、スイッチ板を押下する力として、錘に働く慣性力を利用できる。例えば、発電スイッチに上方向の加速度が作用した場合、錘３２２には当初の位置に留まろうとする慣性力が発生する。この慣性力により、磁力によるスイッチ板の吸着が外れることにより、発電スイッチの発電が開始される。
【０１５２】
（実施の形態７）
次に、発電スイッチを柔軟体の上に配置することにより、柔軟体の変形で発電を行う発電スイッチの態様について説明する。
【０１５３】
図２３Ａは、柔軟体の一例であるゴム板３２４の上に、湾曲する磁性体により形成された吸着板３０４Ａが接合されている。また、吸着板３０４Ａの上に、磁歪棒１１０及び連結ヨーク１３０を有する発電素子が固定されている。より詳細には、発電素子の一端が吸着板３０４Ａ又はゴム板３２４に強固に固定されている。またスイッチ板は磁力により吸着されている。
【０１５４】
ここで、ゴム板３２４が大きく湾曲すると、永久磁石から外れたスイッチ板は自由振動を開始する（図２３Ｂを参照）。その結果、発電が行われる。
【０１５５】
なお、柔軟体（ここではゴム板３２４）の両端が固定されていない場合、柔軟体は一様に変形せず、その結果、磁石が外れない場合が生じうる。これを回避するため、図２３Ｃに示されるように、２個の磁歪棒１１０と、Ｔ字型の連結ヨーク１３０Ｃとを有する発電素子とすることが考えられる。本態様においては、ゴム板３２４が部分的にでも湾曲すれば、左右いずれかの発電素子と吸着板３０４Ａとの吸着が外れ、発電が開始される。
【０１５６】
なお、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように、Ｔ字型のスイッチ板３０８Ｂをスイッチとして使用するように発電スイッチを構成してもよい。この場合、Ｔ字の突起部分に、下、右、及び左のいずれの方向の力が働く場合であっても、スイッチ板３０８Ｂが外れ、発電が開始される。
【０１５７】
（実施の形態８）
次に、ドアの開閉によって発電する発電スイッチの態様について、図２５Ａ及び図２５Ｂを参照して説明する。
【０１５８】
図２５Ａに示されるように、磁歪棒１１０を備える発電素子の一端は固定台３１０Ａに固定され、他端は永久磁石３１２を有する。また、ドア３２６の一端は固定台３１０Ａに蝶番等で固定されている。したがって、ドア３２６は、蝶番等で固定されている辺を軸に開閉可能である。なお、ドア３２６は、非磁性体で形成されている場合には、永久磁石３１２と対向する位置に磁性体の吸着板３０４を有する。
【０１５９】
ここで、図２５Ａの状態を、ドア３２６が閉じている状態とする。ドア３２６が閉じている状態では、ドア３２６（又は吸着板３０４）は、永久磁石３１２に吸着されている。
【０１６０】
次に、図２５Ｂに示されるように、ドア３２６が開けられた場合、ドア３２６を開ける力により、永久磁石３１２がドア３２６から外れる。その結果、磁歪棒１１０を備える発電素子が自由振動することにより、発電素子が発電を開始する。
【０１６１】
なお、ドアがスライド式である場合の変形例を、図２６Ａ及び図２６Ｂに示す。
【０１６２】
図２６Ａに示されるように、磁歪棒１１０を備える発電素子の一端は、固定台３１０Ａに固定され、他端の側面には永久磁石３１２を有する。ここで、磁歪棒１１０を備える発電素子は、ドア３２６のスライド方向（図では左右）に対して垂直になるように固定される。
【０１６３】
また、ドア３２６の端部のうち、永久磁石３１２と対向する端部は、磁性体の吸着板３０４を有する。なお、ドア３２６が磁性体により形成されている場合には、端部に吸着板３０４を備えなくてもよい。
【０１６４】
ここで、図２６Ａの状態を、ドア３２６が閉じている状態とする。ドア３２６が閉じている状態では、ドア３２６（又は吸着板３０４）は、永久磁石３１２に吸着されている。
【０１６５】
次に、図２６Ｂに示されるように、ドア３２６が開けられた場合、ドア３２６をスライドさせる力により、永久磁石３１２がドア３２６から外れる。その結果、磁歪棒１１０を備える発電素子が自由振動することにより、発電素子が発電を開始する。
【０１６６】
このように、ドアの開閉を利用した発電スイッチは、特に、人の出入りを監視する用途で有用である。例えば、防犯、介護、福祉、及び、空間の気密性等の管理システムにおいて、ドアの開閉でランプを点灯させ、又は、開閉情報を無線送信すること等が考えられる。
【０１６７】
（実施の形態９）
次に、発電スイッチを床に組み込んで使用する態様について、図２７Ａ〜図２７Ｄを参照して説明する。
【０１６８】
図２７Ａに示されるように、本態様に係る発電スイッチは、スイッチ板３０８Ｃと、発電素子９０ｇと、永久磁石３１２と、吸着板３０４Ａと、固定台３１０Ｂとを備える。
【０１６９】
スイッチ板３０８Ｃの両端は、固定台３１０Ｂに固定されている。２つの発電素子９０ｇのそれぞれは、一端が固定台３１０Ｂに固定され、他端が自由端となっている。また、２つの発電素子９０ｇそれぞれの自由端が、対向するように配置されている。
【０１７０】
スイッチ板３０８Ｃは、逆Ｔ字型の吸着板３０４Ａを有している。また、吸着板３０４Ａは、２つの発電素子９０ｇに下側から吸着するように、各発電素子９０ｇと対応する位置に永久磁石３１２を有する。
【０１７１】
ここで、図２７Ａを初期状態とすると、初期状態において、吸着板３０４Ａは磁力により発電素子９０ｇ側に吸着されている。
【０１７２】
次に、スイッチ板３０８Ｃを押下する力が加わると、図２７Ｂに示される様に、吸着板３０４Ａが発電素子９０ｇから外れ、発電素子９０ｇが自由振動を開始する。なお、図２７Ｃに示される様に、吸着板３０４Ａと固定台３１０Ｂとの間に緩衝材３３０を設けてもよい。
【０１７３】
すなわち、本態様に係る発電スイッチは、発電素子９０ｇが有する第１の連結部材の端部は、開口部を有する固定台３１０Ｂの内部に固定される。また、操作部材は、固定台３１０Ｂの開口部を覆う蓋部であるスイッチ板３０８Ｃと、スイッチ板３０８Ｃに接合され、固定台３１０Ｂの内部において第２の連結部材に接する板部である吸着板３０４Ａとを有する。ここで、スイッチ板３０８Ｃは、足踏み又は車の通行等による外力でたわむことにより、平行梁に自由振動が生じるように、吸着板３０４Ａを介して第２の連結部材に外力を加える。その結果、発電素子９０ｇは、発電を開始する。
【０１７４】
この態様によると、スイッチ板３０８Ｃの両端が固定台３１０Ｂに固定されているため、スイッチ板３０８Ｃと固定台３１０Ｂとの間の密閉性を保ちやすい。したがって、防水性、及び耐久性に優れた構造となる。
【０１７５】
本態様に係る発電スイッチは、例えば、床、又は道路に埋め込んで使用することができる。これにより、人又は自動車等が通過した際に発電することができる。
【０１７６】
図２７Ｄは、本態様に係る発電スイッチの試作例を示す。スイッチ板３０８Ｃの形状は、６００ｍｍ×３００ｍｍであり、内部に発電素子２個を有している。スイッチ板３０８Ｂを人が踏んだ時に、最大１０Ｗ程度の瞬間電力、及び、約０．２Ｊの電気エネルギーを取り出すことができる。
【０１７７】
（実施の形態１０）
次に、例えば複数のボタンを有するリモコン等への応用を想定した、操作位置検出システムの態様について、図２８Ａ〜図２８Ｃを参照して説明する。
【０１７８】
図２８Ａに示されるように、本態様に係る操作位置検出システムは、固定台３１０Ｃと、発電素子９０ｊ及び９０ｉと、スイッチ板３３２とを備える。
【０１７９】
発電素子９０ｊ及び９０ｉの一端は、それぞれ固定台３１０Ｃに固定されている。また、スイッチ板３３２の一端も、固定台３１０Ｃに固定されている。
【０１８０】
発電素子９０ｊ及び９０ｉの他端は、永久磁石３１２の磁力により、スイッチ板３３２の他端に吸着されている。
【０１８１】
ここで、図２８Ｂに示される様に、ユーザによりスイッチ板３３２の中心より上側の位置が押下されたとすると、この力はスイッチ板３３２の中心より上方向により大きく作用する。したがって、スイッチ板３３２の湾曲は上側がより大きくなる。その結果、発電素子９０ｊの湾曲が、発電素子９０ｉの湾曲よりも大きくなる。
【０１８２】
その後、ユーザがスイッチ板３３２をさらに押し込んだ結果、スイッチ板３３２が発電素子から外れると、自由振動によって発生する電圧及び発電量は、発電素子９０ｊの方が発電素子９０ｉよりも大きくなる。
【０１８３】
その結果、押下する位置に応じて、発電素子９０ｊ及び発電素子９０ｉにおける電圧及び発電量が変化する。したがって、各発電素子間における電圧及び発電量のうち少なくとも一方の差に対応する値に基づき、押下された位置を推定できる。
【０１８４】
係る構成によれば、押下位置を検出可能な操作位置検出システムを実現できる。
【０１８５】
すなわち、本態様に係る操作位置検出システムは、発電スイッチを複数備えている。本形態において、複数の発電スイッチが備える操作部材は、スイッチ板３３２として一体形成されている。
【０１８６】
ここで、各発電スイッチが備える第１の連結部材の端部、及び、スイッチ板３３２の一端部は、固定台３１０Ｃに固定されている。また、各発電スイッチが備える第２の連結部材の端部は、スイッチ板３３２の他端部が有する永久磁石３１２により、スイッチ板３３２に吸着されている。
【０１８７】
本態様に係る操作位置検出システムは、操作部材であるスイッチ板３３２においてユーザにより操作される位置と、複数の発電スイッチのそれぞれにおける発電量との関係に基づいて、ユーザが操作したスイッチ板３３２の位置を検出する。
【０１８８】
この態様に係る発電スイッチは、テレビジョンのリモコンなど、複数のボタンを有するデバイスに応用することができる。
【０１８９】
（実施の形態１１）
発電スイッチをリモコンに利用する場合について、例えば以下に示すような態様とすることも考えられる。
【０１９０】
一般に、複数のボタンがあるリモコン等において、各ボタンの底部に導電性のゴムが貼り付けられている。また、複数ボタンの下側には、電極線が印刷された電極板が配置される。ここで、電極板において、各ボタンに対応する位置の電極線が途切れて印刷されているため、ボタンを押下したときのみ、導電性のゴムを介して電極線が導通する。
【０１９１】
また、ボタンを押した位置によって、電極線の抵抗値が変化する。これにより、リモコンは、ユーザによって押下されたボタンの位置を検出することができる。
【０１９２】
上記の構成と発電スイッチを組み合わせた態様を、図２９に示す。なお、図２９の（ａ）は本態様に係る発電スイッチの側面図を、図２９の（ｂ）は平面図を示す。
【０１９３】
図２９に示される様に、本態様に係る発電スイッチは、固定台３１０Ｄと、発電素子９０ｋ、９０ｌ、９０ｍ及び９０ｎと、吸着板３０４Ｂと、スイッチ用の永久磁石３１２と、導電体３３６と、ボタン３３４と、電極板３３８と、基板３４０と、弾性体３４２とを備える。なお、発電素子９０ｋ〜９０ｎは、いずれも、上記実施の形態で説明した発電素子と同じ構成を有する。また、図２９において、電極板３３８にプリントされている電極線は、省略している。
【０１９４】
電極板３３８は、例えばマイコン及びＲＦ回路等が搭載された基板３４０の表面に貼り付けられている。また、基板３４０の裏面には、弾性体３４２が貼り付けられている。
【０１９５】
弾性体３４２は、例えばゴム等の弾性部材で形成されており、ユーザがボタン３３４を押下することにより基板３４０が沈んだときに、基板３４０が元の形状に戻るための復元力を発生させる。
【０１９６】
基板３４０の表面には、磁性体の吸着板３０４Ｂが配置される。さらに、この吸着板３０４Ｂと、永久磁石３１２とが向き合うように、各発電素子が固定台３１０Ｄに固定される。図２９では、基板３４０の表面の４隅それぞれに吸着板３０４Ｂが配置され、これに対応する４つの発電素子９０ｋ〜９０ｎがそれぞれ固定台３１０Ｄに固定されている。なお、通常時において、永久磁石３１２は吸着板３０４Ｂを吸着している。
【０１９７】
ここで、ユーザが１〜１２までのいずれかのボタン３３４を押したとする。これにより、押されたボタン３３４の裏面に貼り付けられている導電体３３６が電極板３３８に押しつけられる。その結果、ボタンが押された位置に対応する電極板３３８上の電極線が導通することにより電極板３３８の抵抗値が変化する。
【０１９８】
ここから、さらにボタン３３４が押下されると、吸着板３０４Ｂが永久磁石３１２から外れることにより、発電素子は自由振動により発電を行う。このとき発生した電気エネルギーによって、基板３４０に搭載されたマイコン等が駆動される。マイコン等は、電極板３３８の抵抗値を読み取り、その結果を無線で送信する。
【０１９９】
その後、ユーザがボタン３３４を押下する力を緩めると、基板３４０は弾性体３４２の復元力により元の位置に戻る。その結果、再度、吸着板３０４Ｂは永久磁石３１２に吸着される。
【０２００】
以上の構成によると、発電スイッチは、複数のボタンを備えるリモコンにおいて、ユーザにより押下されたボタンを検出するとともに、検出時に発電された電力を用いて、検出結果を無線送信することができる。
【０２０１】
なお、本発明の各実施の形態に係る発電スイッチには、上記以外にも、例えば以下のような使用例が考えられる。なお、いずれの使用例においても、電池が不要であるため、半永久的に使用できるという利点がある。
【０２０２】
図３０は、本発明の実施の形態１〜９に係る発電スイッチの使用例を示す概念図である。例えば、発電スイッチを靴底に組み込むことにより、踏むと靴の表面が発光する靴を実現できる。また、発電スイッチをカバンに組み込むことにより、揺れで発光するカバンを実現できる。
【０２０３】
その他、指で押すことにより発光するライト、並びに、風による揺らめきで発光する警告板及び広告板等を実現することもできる。
【０２０４】
以上の例は、光により周囲へ注意を喚起し、又は、広告を行う用途を想定している。より具体的には、子どもやお年寄りが身につけるベルト、カバン、靴、掲示板等が発光することにより、自動車の運転手に注意を促すことが期待できる。
【０２０５】
さらに、ドアの前の床を踏むと発光するランプ、又は、床が踏まれたことを示す情報を無線送信するシステムは、防犯に役立つことが期待できる。
【０２０６】
また、発電された電力を蓄電することにより、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の位置センサから取得した位置情報を送信することも可能である。
【０２０７】
例えば、子ども等が身につけるベルト又は靴、若しくは、ペットが身につける首輪等に発電スイッチ及び位置情報送信装置等を埋め込むことが考えられる。腰振り又は足踏み等の動作で発電された電力を使用し、適時、位置情報の取得と送信とを行うことにより、子ども等の位置を把握することができる。
【０２０８】
なお、発電量は、発電素子の体積に比例することから、より大きな発電素子を備える発電素子を、波や風などの大きな力で作動させることにより、より高出力の電力を発電することもできる。
【０２０９】
なお、発電スイッチには、さび防止のためのコーディング又はシール処理を施してもよい。また、発電素子に過度の力が加わり破壊することを防止するため、発電スイッチは、機械的なストッパー、又は、カバー等の保護装置をさらに備えてもよい。
【０２１０】
なお、上記各実施の形態において、磁歪棒に巻かれるコイルは、磁歪棒の中心よりも自由端となる連結部材側に、より多く巻かれることが好ましい。すなわち、コイルの重心が、磁歪棒の中心よりも自由端側に位置していることが好ましい。
【０２１１】
なお、図２に示される発電素子９０はバックヨーク１５を備えているが、バックヨーク１５を備えなくても界磁部１４ａ及び１４ｂは磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁場をかけることができる。したがって、バックヨーク１５を備えなくても同様の発明の効果を奏することができる。ただし、バックヨーク１５を備えた方が、界磁部１４ａ及び１４ｂは、より効率よく磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁場をかけることができる。
【０２１２】
なお、上記の各図において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。
【０２１３】
また、上記各実施の形態に係る発電スイッチ及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。
【０２１４】
さらに、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２１５】
本発明は、発電スイッチに適用でき、特に磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチ等に適用できる。
【符号の説明】
【０２１６】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ  連結部材
１１ａ、１１ｂ、１１０  磁歪棒
１２ａ、１２ｂ、１２０  コイル
１４ａ、１４ｂ  界磁部
１５  バックヨーク
２０、６３、６４、３２２  錘
２１  固定部材
４０、２１４、２１５、３１２、３１６  永久磁石
５０、５０ａ、５２、５２ａ、７２、２１６  操作部材
５３  電圧Ｖ
５４  抵抗負荷Ｒ
５５  ピン
５６  角柱部材
６０、６２、６６、６７、６８  外力
６９  反力
７０、２１７  ヒンジ
９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｅ、９０ｆ、９０ｇ、９０ｈ、９０ｉ、９０ｊ、９０ｋ、９０ｌ、９０ｍ、９０ｎ、２１２、２１３、９００  発電素子
９７  送信部
９８  内部回路
９９、３３４  ボタン
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｇ  発電スイッチ
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ  連結ヨーク
２００  無線リモコン
３０２  連結板
３０４、３０４Ａ、３０４Ｂ  吸着板
３０６  突起部
３０８、３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃ、３３２  スイッチ板
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ  固定台
３１４  ストッパー
３２０  平板
３２４  ゴム板
３２６  ドア
３３０  緩衝材
３３６  導電体
３３８  電極板
３４０  基板
３４２  弾性体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月15日(2013.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電スイッチに関し、特に、磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン、エアーコンディショナー、照明などで使用するリモコンにおいて電池を不要としたいという要望がある。なぜなら、乾電池は消耗し、いずれ残量がなくなる。またユーザに電池を替える手間を強いることになる。また、電池は産業廃棄物であるため、廃棄処理のコストも高い。
【０００３】
そのため、人間がボタンを押す動作（機械的な仕事）で発電を行い、得られた電力で生成した信号をテレビジョン、エアーコンディショナー、照明などに送信可能なスイッチである「発電スイッチ」の実用化が試みられている。これが実現すれば、例えばリモコンに電池が不要となる。また、例えば、家庭でスイッチを設置する際に、壁つたいの配線が不要となるため、任意の場所にスイッチを配置できる。
【０００４】
従来、人間の指が行う直線運動で発電を行う原理として、（Ａ）電磁石を使用するもの、及び（Ｂ）圧電材料を使用するものが知られている。
【０００５】
例えば、電磁石を使用するものとして非特許文献１が知られている。非特許文献１に示される発電スイッチは、電磁石（コイル＋固定ヨーク＋可動ヨーク＋磁石）と、突起金具とを備えており、ユーザは突起金具を電磁石に対して直線運動させる。その結果、突起金具の運動に応じて可動ヨークが可動し、可動ヨークの可動に伴うコイルの鎖交磁束の時間変化により発電を行う。
【０００６】
また、圧電材料を使用するものとして、特許文献１が知られている。特許文献１に示される発電スイッチは、図１８に示されるように、板状に形成された圧電素子１ａと板バネ１ｂとを固着させ、板バネ１ｂを振動させることにより圧電素子１ａの内部に起電力を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５８１１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５４７４６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＥｎＯｃｅａｎ  ＧｍｂＨ、ＥＣＯ  １００、［online］、Ｅｎ  Ｏｃｅａｎ  ＧｍｂＨ、［平成２３年４月２９日検索］、インターネット＜http://www.enocean.com/en/motion-energy-harvesting/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に示される電磁石を使用した発電スイッチでは、大きな電力を得ることができない。なぜなら、非特許文献１に示される発電スイッチにおいては、発電に必要な長さだけ可動ヨークの自由振動時のストロークを確保する必要がある。ここで、可動ヨークの自由振動時のストロークをより長くするほど、その共振周波数はより低くなる。しかし、発生する電力をより大きくするためには、共振周波数をより高くする必要がある。したがって、非特許文献１に示される発電スイッチにより、十分な電力を得ることは困難である。
【００１０】
また、特許文献１に示される発電スイッチには、以下の２つの問題がある。
【００１１】
第１に、圧電素子が脆性材料であるため、繰り返しの曲げ負荷（引っ張り）に対する耐久性が低い。一旦圧電素子に亀裂が生じると、発電性能が大きく劣化するため、発電スイッチとして使用できなくなる。
【００１２】
第２に、圧電素子は誘電体である。すなわち、圧電素子は、電気的に誘導性の性質を持つため、振動する周波数（例えば、数百Ｈｚまで）が低いと、出力インピーダンスが高い。したがって、接続した低抵抗の負荷で効率よく電力が取り出せない。この課題に関しては、例えば特許文献２において、圧電素子を複数枚（ｎ枚）積層することで電力を増加（ｎ倍）させる工夫を行っている。しかし、この工夫により圧電素子を含むデバイスのサイズが大型化してしまうため、発電スイッチの用途には不向きである。したがって、特許文献１に示されるように、バイモルフ構造の圧電素子を自由振動させて電力を得る機構では、耐久性及び得られる電力の点で実用化は困難である。
【００１３】
そこで、本発明は、耐久性が高く、より多くの電力を得ることができる発電スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある局面に係る発電スイッチは、磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチであって、梁状に形成された磁歪材料である磁歪棒を少なくとも１本は含む平行梁と、前記磁歪棒に巻かれたコイルと、前記平行梁の第１の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第１の連結部材と、前記平行梁の端部であって前記第１の端部とは異なる第２の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第２の連結部材と、前記２本の梁のそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる界磁部と、ユーザにより操作される操作部材とを備え、前記第１の連結部材は、変位しない固定端となり、前記第２の連結部材は、自由振動可能な自由端となり、前記操作部材は、前記２本の梁の一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が前記平行梁に生じるように、前記第２の連結部材に外力を加える。なお、前記外力は、風圧又は水圧による力であってもよい。
【００１５】
この構成によると、発電スイッチが備える磁歪棒は延性を有する磁歪素子で形成されているため耐久性が高い。また、平行梁へ曲げモーメントを発生させる向きの外力を平行梁の自由端側にユーザが加えることができるよう発電スイッチを構成したことにより、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を抑えつつ、より高い共振周波数で発電素子である磁歪素子を振動させることができる。したがって、より多くの電力を得ることができる。
【００１６】
また、前記第２の連結部材は前記第１の連結部材よりも長いとしてもよい。
【００１７】
この構成によると、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を、より小さくすることができる。また、同じ力で操作された場合には、自由振動の振幅をより大きくすることができる。
【００１８】
また、前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材のうち少なくとも一方の連結部材の端部はコの字状に形成され、コの字状に形成された前記端部は、角柱部材を有し、コの字の内側に当接する前記２本の梁の間に圧入された前記角柱部材により前記２本の梁を連結しているとしてもよい。
【００１９】
この構成によると、連結部材は２つの磁歪棒をより強固に連結することができる。
【００２０】
また、前記第２の連結部材はコの字状に曲がっているとしてもよい。
【００２１】
この構成によると、発電スイッチの全長を短く抑えつつ、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を、より小さくすることができる。
【００２２】
また、前記第１の連結部材と、前記第２の連結部材と、前記平行梁に含まれる２本の梁のうちの１本とが一体形成されているとしてもよい。
【００２３】
また、前記第１の連結部材の端部は、開口部を有する固定台の内部に固定され、前記操作部材は、前記固定台の開口部を覆う蓋部と、前記蓋部に接合され、前記固定台の内部において前記第２の連結部材に接する板部とを有し、前記蓋部は、外力でたわむことにより、前記平行梁に自由振動が生じるように、前記板部を介して前記第２の連結部材に外力を加えるとしてもよい。
【００２４】
本発明の他の局面に係る操作位置検出システムは、発電スイッチを複数備え、複数の前記発電スイッチが備える前記操作部材は、スイッチ板として一体形成されており、各第１の連結部材の端部、及び、前記スイッチ板の一端部は、固定台に固定され、各第２の連結部材の端部は、前記スイッチ板の他端部が有する永久磁石により、当該スイッチ板に吸着され、ユーザにより操作される前記操作部材の位置と、前記複数の発電スイッチのそれぞれにおける発電量との関係に基づいて、前記ユーザが操作した操作部材の位置を検出する。
【発明の効果】
【００２５】
以上、本発明によると、耐久性が高く、より多くの電力を得ることができる発電スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチを備えた無線リモコンの使用場面の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチが備える発電素子の概略図である。
【図３】図３は、図２に示す発電素子の磁歪棒及び連結部材の配置位置を示した概略図である。
【図４】図４は、図２に示す発電素子の実装例を示す写真である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示す発電素子による発電の仕組みを説明する第１の図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示す発電素子による発電の仕組みを説明する第２の図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチの性能を検証する実験を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチの性能を検証する実験結果を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチにおける磁歪棒の固定方法の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチにおける磁歪棒の固定方法の他の一例を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の実施の形態２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の実施の形態２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明の実施の形態２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチの構造を示す第３の図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子の他の例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子のさらに他の例を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、シーソースイッチとして構成した発電スイッチの第１の概略図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、シーソースイッチとして構成した発電スイッチの第２の概略図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子のさらに他の例を示す図である。
【図１８】図１８は、先行技術に係る発電スイッチの構成を示す概略図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態４に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態４に係る発電スイッチの試作例を示す図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本発明の実施の形態５に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、図２１Ａに示される発電スイッチの使用時の様子を示す図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、本発明の実施の形態５の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、本発明の実施の形態６に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本発明の実施の形態６の第１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、本発明の実施の形態６の第２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、本発明の実施の形態７に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、本発明の実施の形態７に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、本発明の実施の形態７の第１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、本発明の実施の形態７の第２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、本発明の実施の形態７の第２の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、本発明の実施の形態８に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、本発明の実施の形態８に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、本発明の実施の形態８の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、本発明の実施の形態８の変形例に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２７Ａ】図２７Ａは、本発明の実施の形態９に係る発電スイッチの構造を示す第１の図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、本発明の実施の形態９に係る発電スイッチの構造を示す第２の図である。
【図２７Ｃ】図２７Ｃは、本発明の実施の形態９の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【図２７Ｄ】図２７Ｄは、本発明の実施の形態９に係る発電スイッチの試作例を示す図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、本発明の実施の形態１０に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す第１の図である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、本発明の実施の形態１０に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す第２の図である。
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、本発明の実施の形態１０に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す第３の図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態１１に係る操作位置検出システムの構造の一例を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明の実施の形態１〜９に係る発電スイッチの使用例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る発電スイッチの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチを備えた無線リモコン２００の使用場面の一例を示す図である。図１に示されるように、無線リモコン２００は、ボタン９９と、発電スイッチ１００とを備える。
【００２９】
ユーザにより、ボタン９９が押下されると、その力が発電スイッチ１００に伝わり、発電スイッチ１００が発電する。
【００３０】
発電スイッチ１００は、磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチである。発電スイッチ１００により発電された電力により、内部回路９８は所定の無線信号を生成し、生成した無線信号を送信部９７から無線送信する。なお、送信部９７は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの規格に従って電波を使用してもよく、ＩｒＤＡ規格等に従って赤外線等を使用してもよい。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態に係る発電スイッチ１００が備える発電素子９０の概略図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
【００３２】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、発電素子９０は、連結部材１０ａ及び１０ｂと、磁歪棒１１ａ及び１１ｂと、コイル１２ａ及び１２ｂと、界磁部１４ａ及び１４ｂと、バックヨーク１５とを備えている。
【００３３】
磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、それぞれ柱状に形成された磁歪材料であり、図２（ａ）に示されるように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは平行に配置されることで、平行梁を構成している。
【００３４】
コイル１２ａは、磁歪棒１１ａに巻かれたコイルである。また、コイル１２ｂは、磁歪棒１１ｂに巻かれたコイルである。
【００３５】
界磁部１４ａ及び１４ｂは、２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂのそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる。界磁部１４ａ及び１４ｂは、例えば永久磁石、又は電磁石である。
【００３６】
連結部材１０ａは、棒状の部材であり、磁歪棒１１ａ及び１１ｂで構成される平行梁の第１の端部において２つの磁歪棒を強固に連結する部材である。以後、連結部材１０ａを、第１の連結部材ともいう。
【００３７】
連結部材１０ｂは、棒状の部材であり、磁歪棒１１ａ及び１１ｂで構成される平行梁の端部であって第１の端部とは異なる（すなわち、棒の端部のうち反対側である）第２の端部において２つの磁歪棒を強固に連結する部材である。以後、連結部材１０ｂを、第２の連結部材ともいう。なお、後述する理由により、連結部材１０ｂは、連結部材１０ａよりも軸方向に長く形成されていることが好ましい。
【００３８】
バックヨーク１５は、磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁界を付加するための構成である。詳細は後述する。
【００３９】
図３は、図２に示した発電素子９０の磁歪棒１１ａ及び１１ｂ、並びに、連結部材１０ａ及び１０ｂの配置位置を示した概略図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ図２（ａ）及び図２（ｂ）に対応している。
【００４０】
磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、例えば鉄ガリウム合金であるＧａｌｆｅｎｏｌからなり、延性を有し、それぞれ、例えば１ｍｍ×０．５ｍｍ×１０ｍｍの直方体の棒状の形状をしている。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは平行に配置されている。磁歪棒１１ａ及び１１ｂの一端には、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを磁気的に接続し、かつ機械的に強固に接合するように連結部材１０ａが設けられている。磁歪棒１１ａ及び１１ｂの他端には、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを同様に、磁気的に接続し、機械的に強固に接合するように連結部材１０ｂが設けられている。連結部材１０ａ及び１０ｂは、例えばＦｅを含む磁性材料により形成され、機械的及び磁気的に磁歪棒１１ａ及び１１ｂに連結されることで、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結している。すなわち、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂは、いわゆるヨーク（継鉄）としての機能を有する。
【００４１】
なお、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂは、必ずしもその全てが磁性材料により形成されていなくてもよい。例えば磁性材料と、磁性材料の長さを延長するための非磁性材料とが長手方向に接合されて形成されていてもよい。ただし、少なくとも磁性材料により磁歪棒１１ａ及び１１ｂが磁気的に連結されている必要がある。
【００４２】
なお、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂは、十分な剛性を有することが望ましい。具体的には、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂの材料として、鉄系の材料（例えば、一般の鉄鋼材、又は磁性を有するステンレス）を使用した場合を想定すると、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂの縦弾性係数が１９０〜２１０ＧＰａ程度であることが好ましい。後述するように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、こうした十分な剛性を有する連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂに対して、それぞれ強固に接合される必要がある。
【００４３】
また、図３（ｂ）に示されるように、発電素子９０の底面側にはバックヨーク１５が設けられている。
【００４４】
バックヨーク１５は、図３（ｂ）に示されるように、連結部材１０ａ側に設けられた界磁部１４ａと連結部材１０ｂ側に設けられた界磁部１４ｂとを有し、界磁部１４ａ及び１４ｂを介して、連結部材１０ａ及び連結部材１０ｂに接続されている。
【００４５】
界磁部１４ａは、バックヨーク１５と接続される面側にＮ極、連結部材１０ａと接続される面側にＳ極を有している。また、界磁部１４ｂは、バックヨーク１５と接続される面側にＳ極、連結部材１０ｂと接続される面側にＮ極を有している。連結部材１０ａ及び１０ｂと、磁歪棒１１ａ及び１１ｂと、界磁部１４ａ及び１４ｂと、バックヨーク１５とにより、図３（ｂ）に矢印で示すような磁気ループが形成される。これにより、界磁部１４ａ及び１４ｂの起磁力により、磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁界を発生させている。つまり、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの磁化の方向が、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの軸方向と平行な方向に設定される。このときの磁化の大きさは、例えば、飽和磁束密度の１／２となる０．８５Ｔ（テスラ）である。
【００４６】
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、それぞれコイル１２ａ及び１２ｂを有している。コイル１２ａ及び１２ｂは、例えば銅線からなり、巻数はそれぞれ２５０巻である。コイル１２ａ及び１２ｂの巻数により、発電素子に発生する電圧の大きさを調整することが可能である。また、コイル１２ａ及び１２ｂは、樹脂によりその間が埋められ、一体となっている。なお、コイル１２ａ及び１２ｂは一体となった構成でなくてもよい。また、コイルの巻数は、各コイルで同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００４７】
図４は、発電素子９０の一例を示す写真である。磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、断面が１ｍｍ×０．５ｍｍで軸方向の長さが１０ｍｍ程度の直方体（角柱）状の棒状の形状を有している。連結部材１０ａは、固定部材２１に固定されている。
【００４８】
図５Ａ及びＢは、本発明の実施の形態に係る発電スイッチ１００が備える発電素子９０による発電の仕組みを説明する図である。より詳細には、図５Ａは磁歪棒１１ａ及び１１ｂの動作を示す図である。また、図５Ｂは磁歪棒１１ａ及び１１ｂにコイル１２ａ及び１２ｂ、錘２０が配置された状態を示す図である。
【００４９】
発電素子９０の発電の原理は、磁歪材料の逆磁歪効果を利用している。ここで、逆磁歪効果とは、磁化している磁歪材料に応力を加えると磁束が変化する効果である。磁束に時間的な変化が生じると、ファラデーの電磁誘導の法則によりコイルに誘導電圧が発生する。
【００５０】
ここで、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは平行梁構造を構成しているため、小さい曲げ力で大きな応力変化を磁歪棒１１ａ及び１１ｂの内部に発生させることが出来る。具体的には、磁歪棒の長手方向に圧縮・伸張させる場合と比較して、およそ十分の一の力で、同じ大きさの応力変化を磁歪棒の内部に発生させることができる。また、連結部で結合された２本の磁歪棒１１ａ及び１１ｂには、それぞれ逆向きの軸力が生じるため、磁束の変化も逆になる。したがって、磁歪棒１１ａと磁歪棒１１ｂとに発生する誘導電圧の正負は逆向きとなり、発電素子は互いの逆磁歪効果を打ち消さずに発電することができる。その結果、ユーザが軽い力で発電スイッチ１００のボタン９９を押下することにより、逆磁歪効果において大きな磁束の時間変化が磁歪棒１１ａ及び１１ｂに発生する。これにより、発電素子９０は、効率よく発電を行うことが出来る。また、一般にコイルは電気的に誘導性負荷であるため、平行梁の曲げ共振周波数（〜数百Ｈｚ）以下においては、誘導性成分を無視することができる。したがって、発電素子９０の出力インピーダンスはコイルの抵抗のみであり、これはたかだか数〜数十Ωである。よって、発電素子９０に、無線リモコン２００の内部回路のような低インピーダンス抵抗の負荷を接続しても、発生した電力は効率よく負荷に供給される。
【００５１】
なお、磁歪棒１１ａ及び１１ｂに使用する磁歪材料は、十分な逆磁歪効果を発生し、機械加工性がよく、曲げや引っ張りに強い性質をもつ、鉄ガリウム合金などを利用することが望ましいが、この性質の磁歪材料なら、その利用を鉄ガリウム合金に限定しない。
【００５２】
より具体的には、例えば図５Ａに示されるように、発電素子９０の連結部材１０ａは固定部材に固定され、連結部材１０ｂに所定の曲げ力Ｐが与えられることにより、発電素子９０の連結部材１０ｂが振り子振動する。このとき、曲げ力Ｐの方向は、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの軸方向に対して垂直の方向である。連結部材１０ｂが振り子振動することにより、発電素子９０は共振する。このときの共振周波数は、一例として数百Ｈｚであるが、数十Ｈｚ〜１ｋＨｚであってもよい。
【００５３】
連結部材１０ｂに曲げ力Ｐが与えられると、磁歪棒１１ａ及び１１ｂは、曲げ変形する。具体的には、発電素子９０は、図５Ａに示す向きの曲げ力Ｐを受けると、磁歪棒１１ａは伸張し、磁歪棒１１ｂは収縮する。また、連結部材１０ｂが上記の曲げ力Ｐとは逆向きの曲げ力を受けると、磁歪棒１１ａが収縮し、磁歪棒１１ａが伸張する。このように、磁歪棒１１ａ及び１１ｂが伸縮することにより、界磁部１４ａ及び１４ｂによって生じている磁歪棒１１ａ及び１１ｂ内部の磁束は、逆磁歪効果により増加又は減少する。すなわち、コイル１２ａ及び１２ｂを貫く磁束密度が変化する。この磁束密度の時間的変化により、図５Ｂに示されるように、コイル１２ａ及び１２ｂに誘導電圧（又は誘導電流）が発生する。
【００５４】
次に、以上述べた発電素子９０を備えた発電スイッチ１００の構成について説明する。      
【００５５】
まず、スイッチの電源として磁歪材料を用いた発電素子９０を使用する発電スイッチ１００の満たすべき要件について以下に検討する。
【００５６】
発電素子９０によって発生する電圧は、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの振動周波数に比例して増加する。したがって、発電素子９０に効率よく発電させるためには、磁歪棒１１ａ及び１１ｂから構成される平行梁の共振周波数で発電素子９０を振動させることが望ましい。ここで、共振周波数の振動が発生するのは自由振動である。よって発電スイッチ１００の構成は、ユーザによる操作によって、発電素子９０が備える平行梁に自由振動を励振する構成が有することが必要である。
【００５７】
具体的には、自由振動は、平行梁に過渡的な力の変化を作用させることで発生する。例えば梁を弾く動作である。弾く動作を行うためには、例えば、平行梁の先端に突起部がついた構造体を接続し、ユーザによる外力が作用する操作部材で突起部を押しつけることにより、平行梁を湾曲させることが考えられる。平行梁の湾曲がある値を超えたときに、操作部材が突起部から瞬間的に外れることで、平行梁に自由振動が励振される。他の例として、磁石を利用することが考えられる。平行梁の先端を磁性材料で構成し、一方、押しつけ力が作用する操作部材に磁石を付ける。平行梁の先端を磁石で吸着した状態から、操作部材に外力を加えると、操作部材は平行梁の先端を吸着したまま変位する。このまま外力を加えることにより平行梁の撓みがある値を超えると、平行梁の先端は磁石から外れる。これにより、平行梁に作用する力が過渡的に０となり、自由振動が発生する。上記の弾く、もしくは磁石の吸着力を０にする動作で、平行梁に自由振動が発生する。その結果、発電素子９０に効率よく電圧が発生させることができる。
【００５８】
また、平行梁は２本の梁（すなわち、磁歪棒１１ａ及び１１ｂ）が空間を隔てて配置されているため、曲げ剛性が大きい。ここで、発電量や発生電圧を増加させるためには、共振周波数を増加させる必要があり、そのためには梁の間隔を広げること、又は梁の体積を増加させることが効果的である。
【００５９】
しかしながら、梁の間隔を増加させ、又は梁の体積を増加させた場合、平行梁の曲げ剛性が増加し、変形しづらくなる。ここで、発電スイッチ１００は、人間が指で操作するものであるため、適度な押し込み力と押し込み量（変位）が存在する。したがって、平行梁を効率よく曲げ、人間の押し込み動作が作用する機械的なインピーダンスを合わせるために、梁に付ける構造体の長さをある程度とり、またスイッチ動作の形態に応じて、構造体の形状を設定する必要がある。
【００６０】
一般的に構造体を長くし、その先端に力を作用させることで、平行梁を湾曲させる曲げモーメントを大きくできる。すなわち、曲げモーメントは距離×力で算出されるため、同じ曲げモーメントを作用させるなら、距離を長くとることで、必要な力を小さくすることが出来る。ただしこの場合、力を作用させる距離も長くなる。したがって、発電素子９０の形状はスイッチの押しつけ力や変位を考慮して適切に設定する必要がある。またスイッチの操作形態（例えば、スライド型、垂直押し下げ型、回転操作型）に応じて、発電素子９０の形状を選択することも考えられる。
【００６１】
次に、こうして検討した要件を考慮した、本実施の形態に係る発電スイッチ１００の構成を説明する。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｃは、本実施の形態に係る発電スイッチ１００の構造を示す図である。より詳細には、図６Ａは、操作部材５０の変位量が０である初期状態における発電スイッチ１００を示す。
【００６３】
図６Ａに示されるように、発電スイッチ１００は、発電素子９０と、操作部材５０とを備える。操作部材５０はユーザが発電スイッチ１００を操作するためのユーザインタフェースであり、具体的にはユーザにより押し下げ操作されることにより、鉛直下方向の外力を第１の連結部材である連結部材１０ｂへ伝える部材である。なお、本実施の形態に係る操作部材５０は、永久磁石４０を有している。操作部材５０は、永久磁石４０により連結部材１０ｂを吸着している。
【００６４】
図６Ａに示されるように、本実施の形態において、第１の連結部材である連結部材１０ａは、壁面等に固定されている。すなわち、連結部材１０ａは、変位しない固定端となっている。
【００６５】
一方、図６Ｂは、ユーザ操作による外力６０により、操作部材５０が変位している状態の発電スイッチ１００を示す。
【００６６】
操作部材５０は、２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂの一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が生じるように、第２の連結部材である連結部材１０ｂに外力を加える。いいかえれば、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを含む面内で平行梁を湾曲させる外力が操作部材５０によって連結部材１０ｂへと加えられる向きに、連結部材１０ａは固定されている。
【００６７】
より具体的には、ユーザによって、操作部材５０へ外力６０が加えられると、操作部材５０は連結部材１０ｂの右側の端部を永久磁石４０で吸着したまま鉛直下方向へ変位させる。その結果、平行梁を構成する上側の梁である磁歪棒１１ｂには引っ張り方向の軸力（すなわち、正の軸力）が発生する。一方、平行梁を構成する下側の梁である磁歪棒１１ａには圧縮方向の軸力（すなわち、負の軸力）が発生する。
【００６８】
このまま、操作部材５０が下方向へ変位を続け、平行梁に生じる反力が永久磁石４０の吸着力を超えたときに、発電素子９０及び連結部材１０ｂは自由振動を開始する。
【００６９】
図６Ｃは、自由振動中の発電スイッチ１００を示す。図６Ｃに示されるように、第２の連結部材である連結部材１０ｂは、自由振動可能な自由端となっており、連結部材１０ｂは、連結部材１０ｂと連結されている発電素子９０とともに自由振動する。その結果、発電素子９０には誘導電圧が発生する。
【００７０】
なお、前述のとおり、連結部材１０ｂは連結部材１０ａよりも長いことが好ましい。より詳細には、連結部材１０ａは短いほど、連結部材１０ｂは長いほど好ましい。なぜなら、発電性能を向上させるためには平行梁の共振周波数を高めることが効果的であり、そのためには平行梁構造の剛性を高めることが効果的である。しかし、剛性が高くなりすぎると、ユーザがスイッチを押下できなくなってしまう。ここで、連結部材１０ｂが長いほど、てこの原理により、ユーザは小さな力で発電スイッチ１００を押下することができる。逆にいえば、連結部材１０ｂが長いほど、ユーザが操作可能な力の範囲内で、平行梁構造の剛性を高めることができる。一方、連結部材１０ａは固定端であるため、短いほど発電スイッチ１００の全長を短くすることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態において、操作部材５０は磁石の吸着力により連結部材１０ｂに曲げモーメントを発生させる外力を加えたが、操作部材５０により連結部材１０ｂへ外力を加える構成はこれに限られない。
【００７２】
例えば、図７Ａ〜図７Ｃは、実施の形態１の変形例に係る発電スイッチの構造を示す図である。
【００７３】
本変形例では、永久磁石４０に代わり、物理的なツメ構造を使用している。すなわち、図７Ａ〜図７Ｃに示されるように、本変形例に係る発電スイッチ１００ａは、発電素子９０ａと、操作部材５２とを備えている。なお、図６Ａ〜図６Ｃと同一の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。
【００７４】
発電素子９０ａは、発電素子９０が備える構成要素のうち、連結部材１０ｂを連結部材１０ｃへと置き換えたものである。
【００７５】
連結部材１０ｃは、操作部材５２と接する側の端部が鋭角状に加工されている。また、操作部材５２も同様に、連結部材１０ｃと接する側の端部が鋭角状に加工されている。
【００７６】
連結部材１０ｃ及び操作部材５２の一端部をこのように加工することにより、操作部材５２と連結部材１０ｃとの接点には、ズレが生じやすくなる。これにより、操作部材５２が、連結部材１０ｃへ加える曲げモーメントの最大値を調整することができる。
【００７７】
次に、図８及び図９を参照して、発明者らが行った発電スイッチ１００の評価実験の結果について説明する。
【００７８】
評価実験では、２種類の発電素子９０（タイプ１及びタイプ２）を試作し、その特性を比較した。両タイプとも、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの形状は同じであり、大きさは０．５×１×１２ｍｍである。一方、タイプ１では、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間隔を０．５ｍｍとしたのに対し、タイプ２では、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間隔を１ｍｍとした。これは、タイプ２ではコイルの巻き数Ｎを、タイプ１よりも増加させるためである。
【００７９】
なお、タイプ１及びタイプ２のコイルの巻き数Ｎは、それぞれ４１９巻きと９６４巻きである。また、タイプ１及びタイプ２のコイルの抵抗Ｒ０は、それぞれ１５Ωと３８Ωである。これにより、タイプ２はタイプ１と比較して、断面２次モーメントの増加に伴い曲げ剛性が増加するとともに、一次の曲げ共振周波数も増加している。
【００８０】
図８は、本発明の実施の形態１に係る発電スイッチ１００の性能を検証する実験を説明する図である。なお、実験では、連結部材１０ｂの長さの違いが発電に与える影響を比較するため、操作部材５０に代わり、錘を使用した。
【００８１】
具体的には、連結部材１０ｂに２００ｇの錘を糸でつるし、糸を切って連結部材１０ｂに自由振動を発生させた。錘をつるす位置は、連結部材１０ｂのうち発電素子９０に近い位置であるＬｏｃ１と、発電素子９０から遠い位置であるＬｏｃ２の２箇所のうちのいずれか一方とした。Ｌｏｃ１につるした錘を錘６３とし、Ｌｏｃ２につるした錘を錘６４とする。
【００８２】
連結部材１０ｂの変位Ｘは連結部材１０ｂの中央部をレーザ変位計で測定した。また最大電力を取り出すための整合条件により、タイプ１の発電素子９０には３０Ωの、タイプ２の発電素子９０には、７６Ωの抵抗負荷Ｒ５４を取り付け、その両端の電圧Ｖ５３を内部インピーダンス１ＭΩのプローブで測定した。
【００８３】
図９に実験結果を示す。図９において、Ｘ０は連結部材１０ｂの初期変位を、Ａ０は初期振幅を、Ｖｍａｘは発生電圧の最大値を、ｄＢは磁束密度の変化幅を、Ｗｏは電気エネルギーを、Ｔは振動持続時間をそれぞれ示す。
【００８４】
Ｌｏｃ１同士で比較すると、タイプ２はタイプ１と比較して、２倍程度のＷｏが得られた。しかし、Ｌｏｃ２同士で比較すると、タイプ１と２とではＷｏに大きな差がなかった。これはタイプ２においては、位置をＬｏｃ１からＬｏｃ２に変えたことによる初期振幅Ａ０の増加の割合が１．４倍（＝０．４０／０．２８ｍｍ）と、タイプ１における２．１倍に比べ小さいためだと考えられる。つまりタイプ２では、平行梁の曲げ剛性が大きいため、曲げモーメントを大きくしても変形しづらいものと推測される。
【００８５】
以上の結果、同形状の磁歪棒を利用するなら、磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間隔を広げ、曲げ剛性とコイルの巻き数を増加させことで、発電量の向上が見込めると考えられる。実際に、タイプ２のＬｏｃ２の場合では、最も大きい瞬時電力が３２ｍＷであり、平均発生電力（Ｗ０／Ｔ）が２．１ｍＷであった。
【００８６】
以上の実験の結果から、連結部材１０ｂを連結部材１０ａよりも長くすることで発電量を増加させるという考察が裏付けられた。
【００８７】
なお、実験を続けているうちに、磁歪棒１１ａ及び磁歪棒１１ｂと、連結部材１０ａとの接合部が外れてしまった。よって、発電スイッチ１００においては、磁歪棒１１ａ及び磁歪棒１１ｂと、連結部材１０ａとを強固に接合することが実用上は重要である。
【００８８】
図１０Ａ及びＢは、本発明の実施の形態に係る発電スイッチ１００における磁歪棒１１ａ及び１１ｂの固定方法の例を示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ固定方法の一例を示す。図１０Ａと比較し、図１０Ｂの固定方法の方が好ましい。以下、詳細に説明する。
【００８９】
図１０Ａは、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結部材１０ａに穿かれた孔に差し込み、磁歪棒１１ａ及び１１ｂを貫通するピン５５で固定する方法を示す。孔の隙間、及びその周囲にエポキシ系接着剤を含浸させ固定することにより、より強固に固定することができる。しかし、発明者らの実験では、図１０Ａに示される固定方法であっても、接合が外れることがあった。
【００９０】
よりよい固定方法を図１０Ｂに示す。
【００９１】
図１０Ｂでは、第１の連結部材１０ａの端部はコの字状に形成され、コの字状に形成された端部は角柱部材５６を有し、コの字の内側に当接する２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂの間に圧入された角柱部材５６により２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結している。連結部をさらに接着剤等でコーティングすることにより、強度をさらに向上させることが可能である。
【００９２】
なお、図１０Ａ及びＢでは、連結部材１０ａが磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結する場合について説明したが、連結部材１０ｂが磁歪棒１１ａ及び１１ｂを連結する場合も同様である。
【００９３】
また、平行梁が１本の磁歪棒と、１本の磁歪材料以外で形成された梁とから構成されている場合には、コの字状に形成された端部は、コの字の内側に当接する２本の梁の間に圧入された角柱部材により前記２本の梁を連結してもよい。
【００９４】
（実施の形態２）
以上、実施の形態１及びその変形例では、ユーザが操作部材を鉛直下方向に押し込む動作に対応する発電スイッチについて説明した。
【００９５】
次に、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、ユーザが操作部材を水平方向にスライドさせる動作に対応する発電スイッチについて説明する。
【００９６】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチ１００ｂの構造を示す図である。なお、図６Ａ〜図６Ｃと同一の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。
【００９７】
図１１Ａを参照して、発電スイッチ１００ｂは、発電素子９０ｂと、操作部材５０ａとを備える。
【００９８】
発電素子９０ｂは、発電素子９０が備える連結部材１０ｂを、連結部材１０ｄへと置き換えたものである。発電素子９０ｄは、発電素子９０ｂと接していない側の端部がＬの字状に形成されている。
【００９９】
次に、図１１Ｂを参照して、水平方向へスライドさせる外力６２がユーザによって操作部材５０ａへ加えられると、操作部材５０ａは永久磁石４０の吸着力により連結部材１０ｄを吸着しながら水平方向左へ変位する。その結果、連結部材１０ｄ及び発電素子９０ｂには曲げモーメントが生じる。
【０１００】
次に、図１１Ｃを参照して、連結部材１０ｄ及び発電素子９０ｂに生じる反力が永久磁石４０の吸着力を超えたときに、連結部材１０ｄは自由振動を開始する。ここで、発電素子９０は連結部材１０ｄとともに自由振動を行うため、コイル１２ａ及び１２ｂに誘導電圧が発生する。
【０１０１】
なお、操作部材は必ずしも永久磁石４０を有さなくてもよい。
【０１０２】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の実施の形態２に係る発電スイッチ１００ｂの変形例を示す図である。
【０１０３】
本変形例では、永久磁石４０に代わり、物理的なツメ構造を使用している。すなわち、図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して、本変形例に係る発電スイッチ１００ｃは、発電素子９０ｃと、操作部材５２ａとを備えている。なお、図１１Ａ〜図１１Ｃと同一の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。
【０１０４】
発電素子９０ｃは、発電素子９０ｂが備える連結部材１０ｄを連結部材１０ｅに置き換えたものである。連結部材１０ｅは、Ｌの字状に形成された端部のうち、操作部材５２ａと接する部分が鋭角状に形成されている。
【０１０５】
操作部材５２ａは、凸部を有する操作部材であり、ユーザによって加えられた水平方向へスライドさせる外力６２を連結部材１０ｅへ伝える。
【０１０６】
連結部材１０ｅ及び操作部材５２ａそれぞれの一端部をこのように加工することにより、操作部材５２ａと連結部材１０ｅとの接点には、ズレが生じやすくなる。これにより、操作部材５２ａが、連結部材１０ｅへ加える曲げモーメントの最大値を調整することができる。
【０１０７】
（実施の形態３）
次に、ユーザが加えなければならない外力をてこの原理により抑えつつ、平行梁の剛性をより高めることが可能な発電スイッチの構成を説明する。
【０１０８】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、本発明の実施の形態３に係る発電スイッチ１００ｄの構成を示す図である。
【０１０９】
図１３Ａに示されるように、発電スイッチ１００ｄは、発電素子９０ｄと、ヒンジ７０と、操作部材７２とを備える。
【０１１０】
図１３Ｂ及びＣを参照して、ヒンジ７０がてこの支点となり、操作部材７２の端部であって、発電素子９０ｄと接する側の端部が作用点となり、操作部材７２の他の端部であって、ユーザの操作による外力が加えられる端部が力点となる。よって、支点から作用点までの距離よりも、支点から力点までの距離を長くとることにより、外力６６の大きさは増幅されて連結部材１０ｆに作用する。したがって、ユーザによる操作性を損なわずに、発電素子９０ｄが有する平行梁の剛性をより高めることができる。
【０１１１】
以上、本発明の実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチについて説明した。これらの構成によると、発電スイッチが備える磁歪棒は延性を有する磁歪素子で形成されているため耐久性が高い。また、平行梁へ曲げモーメントを発生させる向きの外力を平行梁の自由端側にユーザが加えることができるよう発電スイッチを構成したことにより、ユーザが発電スイッチを操作する際に必要な力を抑えつつ、より高い共振周波数で発電素子である磁歪素子を振動させることができる。したがって、より多くの電力を得ることができる。
【０１１２】
なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１１３】
例えば、実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える自由振動可能な第２の連結部材をコの字状に形成してもよい。より詳細には、第２の連結部を、平行梁を構成する２つの磁歪棒を含む平面においてコの字状に曲がるように形成してもよい。
【０１１４】
前述したように、発電スイッチが備える連結部材のうち、自由振動可能な連結部材の長さは、長い方が好ましい。しかし、連結部材を長くすると、発電素子の全長が長くなってしまうという課題が生じる。
【０１１５】
そこで、図１４に示されるように、発電素子９０ｅが備える第２の連結部材１０ｇは、垂直方向にコの字状に曲げられている。この連結部材１０ｇの端部のうち、平行梁と接していない側の端部にユーザからの外力６７が加えられると、図６Ａに示される発電素子９０と同様のてこの原理が働く。したがって、ユーザが操作に必要な力の大きさ抑えながら、平行梁の剛性を落とすことなく、発電素子９０の全長を短く抑えることができる。
【０１１６】
また、実施の形態１〜３及びその変形例に係る発電スイッチが備える発電素子は、２本の磁歪棒１１ａ及び１１ｂを備えることとしたが、このうち１本の磁歪棒を磁歪材料以外の他の材料に置き換えてもよい。さらに、発電素子が備える連結部材の形状を工夫することにより、連結部材と１本の磁歪棒とで平行梁構造を構成してもよい。図１５を参照して具体的に説明する。
【０１１７】
図１５は、直方体の長手方向の片面中央部に溝を形成することで、コの字状に形成された連結部材である連結ヨーク１３０と、連結ヨーク１３０のコの字の内側に長手方向と平行に当接するように接合された柱状の磁歪棒１１０とを備える発電素子９０ｆである。
【０１１８】
図１５に示されるように、発電素子９０ｆは、磁歪棒を１本しか備えていない。しかし、連結ヨーク１３０の長手方向中央部を磁歪棒１１０と同程度の剛性を有する材料、形状とすることで、連結ヨーク１３０の長手方向中央部と磁歪棒１１０とで平行梁構造を形成している。したがって、例えば図６Ａを参照して、発電素子９０に代わり発電素子９０ｆを使用しても、同様の発明の効果を奏することができる。
【０１１９】
すなわち、発電スイッチは、梁状に形成された磁歪材料である磁歪棒を少なくとも１本は含む平行梁と、磁歪棒に巻かれたコイルと、平行梁の第１の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第１の連結部材と、平行梁の端部であって第１の端部とは異なる第２の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第２の連結部材と、２本の梁のそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる界磁部と、ユーザにより操作される操作部材とを備え、第１の連結部材は、変位しない固定端となり、第２の連結部材は、自由振動可能な自由端となり、操作部材は、２本の梁の一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が平行梁に生じるように、第２の連結部材に外力を加えるとしてもよい。
【０１２０】
さらにまた、図１６Ａ及びＢに示されるように、発電素子を、２本の発電素子２１２及び２１３と、２本の発電素子それぞれを吸着する永久磁石２１４及び２１５と、くの字形状の操作部材２１６と、ヒンジ２１７とを備えるシーソースイッチ（ロッカースイッチ）型の発電スイッチ１００ｇとして構成してもよい。
【０１２１】
発電素子２１２及び発電素子２１３は、それぞれ長手方向の一端で接合されており、接合部が固定端となっている。また、発電素子２１２及び発電素子２１３それぞれの他端は自由端となっている。
【０１２２】
図１６Ａに示される状態では、永久磁石２１４が発電素子２１２を吸着している。ここで、くの字形状の操作部材の端部のうち発電素子を吸着している端部とは反対側の端部（すなわち、向かって右側の端部）をユーザが押すと、永久磁石２１４は発電素子２１２を上に湾曲させた後に、吸着している発電素子２１２を解放する。したがって発電素子２１２の自由端が自由振動する。その結果、発電素子２１２は発電する。次に、永久磁石２１５が発電素子２１３を吸着し、図１６Ｂに示される状態となる。ここで、くの字形状の操作部材の端部のうち発電素子が吸着している端部とは反対側の端部（すなわち、向かって左側の端部）をユーザが押すと、永久磁石２１５は発電素子２１３を上に湾曲させた後に、吸着している発電素子２１３を解放する。したがって発電素子２１３の自由端が自由振動する。その結果、発電素子２１３は発電する。このように、発電スイッチ１００ｇは、図１６Ａ及び図１６Ｂの二つの状態が入れ替わるごとに、片持ち梁構造を有する２つの発電素子が交互に発電する。
【０１２３】
また、図１４では、第２の連結部１０ｇを、平行梁を構成する２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂを含む平面においてコの字状に曲がるように形成する発電素子９０ｅの例を示したが、第２の連結部１０ｇを曲げる方向はこれに限定されない。例えば、第２の連結部１０ｇを、平行梁を構成する２つの磁歪棒１１ａ及び１１ｂを含む平面と垂直な平面においてコの字状に曲がるように形成してもよい。すなわち、コの字状（又は、Ｊの字状等、固定端側へと近づく形状）であれば、任意の方向へ曲がるよう形成してもよい。
【０１２４】
さらに、図１７に示されるように、Ｔ字状の連結部材を備える発電素子９０ｈとしてもよい。発電素子９０ｈは、２つの発電素子９００と、連結部材１０ｈとを備える。図１７では簡略して記載しているが、発電素子９００はそれぞれ図６Ａに示される発電素子９０から連結部材１０ｂを除いた構成と同じ構成をもち、同じ向きで壁等に固定されている。
【０１２５】
連結部材１０ｈは、Ｔの字状に形成された連結部材である。連結部材１０ｈのうちＴの字の横棒に相当する部材が有する左右の端部のそれぞれは、連結部材１０ｂに代わり、発電素子９００が備える２つの磁歪棒の一端部（自由端側）を強固に連結している。その結果、２つの発電素子９００は、連結部材１０ｈにより連結されている。ここで、連結部材１０ｈのうちＴの字の縦棒の下端部に相当する端部に外力６８をかけると、てこの原理により外力６８よりも大きな反力６９が、連結部材１０ｈのＴの字の横棒に相当する部材（すなわち、２つの発電素子９００を連結している側の端部）に生じる。この反力は発電素子９００に曲げモーメントを加える。すなわち、発電素子９０ｈにおいては、発電素子の全長を短く抑えつつ、より小さな外力６８で大きな曲げモーメントを２つの発電素子９００に加えることができる。なお、連結部材１０ｈがＴの字に形成され、左右２つの発電素子９００に均等に曲げモーメントを加える構成となっていることで、２つの発電素子９００は、それぞれが有する２つの磁歪棒を含む平面内のみで変形する。
【０１２６】
なお、実施の形態１〜３及びその変形例に係る連結部材１０ａ〜１０ｈは、同一の材質で一体として形成される必要がないことは前述したとおりである。すなわち、２本の磁歪棒を磁気的に接合できるように、少なくとも磁歪棒と接する側の端部が磁性体で形成されていればよい。例えば、図６Ａを参照して、連結部材１０ｂのような自由端側の連結部材は、剛性が高く、長く、軽いことが望まれる。したがって、コイル１２ａ及び１２ｂを物理的かつ磁気的に接合する必要がある連結部材１０ｂの左端部は鉄などの磁性体で形成し、連結部材１０ｂの他の部分はアルミニウム又はカーボンなど剛性が高く軽い素材で形成してもよい。
【０１２７】
なお、本発明の実施形態としては、さらに以下に述べるような様々な態様が考えられる。
【０１２８】
（実施の形態４）
例えば、図１９に示す発電スイッチの一態様は、磁歪棒１１０と、コイル１２０と、連結ヨーク１３０と、連結板３０２と、吸着板３０４と、突起部３０６と、スイッチ板３０８と、固定台３１０と、永久磁石３１２及び３１６と、ストッパー３１４とを備える。
【０１２９】
ここで、永久磁石３１２は、スイッチ板３０８を吸着するスイッチ用磁石である。また、永久磁石３１６は、磁歪棒１１０にバイアス磁束を加えるバイアス磁石である。また、スイッチ板３０８は、磁性体であってもよく、磁性体でなくてもよい。
【０１３０】
磁歪棒１１０と、コイル１２０と、連結ヨーク１３０とは、１つの発電素子を構成する。また、２本の発電素子それぞれの一端は、固定台３１０に接合されている。また、２本の発電素子それぞれの他端は、連結板３０２により連結されている。この結果、２本の発電素子は、一体となって振動する。なお、連結板３０２は、バイアス磁束が漏れないように、非磁性体で形成されることが好ましい。
【０１３１】
また、連結板３０２の下部には、磁性体の吸着板３０４が取り付けられている。
【０１３２】
スイッチ板３０８は、バネ材で形成され、一端が固定台３１０に接合されている。また、スイッチ板３０８の他端には、例えば円柱状のゴムなどで形成された突起部３０６が設けられる。
【０１３３】
スイッチ板３０８の上面であって、吸着板３０４と対向する位置には永久磁石３１２が設置されており、永久磁石３１２は磁力により吸着板３０４を吸着する。
【０１３４】
ここで、ユーザが突起部３０６を押下すると、スイッチ板３０８は湾曲する。このとき、発電素子も同時に湾曲する。この湾曲によって、連結ヨーク１３０と磁歪棒１１０とからなる平行梁構造により、磁歪棒１１０の長手方向には大きな圧縮力が加わる。その結果、逆磁歪効果により、磁歪棒１１０内部の磁束が減少する。
【０１３５】
その後、ユーザが突起部３０６をさらに押下すると、永久磁石３１２から吸着板３０４が外れる。この時、発電素子は自由振動を行う。この自由振動中に、磁歪棒１１０内部に圧縮と引っ張りの応力が交番状に作用することにより、磁歪棒１１０内部の磁束も交番状に変化する。この磁束の時間変化によりコイル１２０に起電力が発生する。
【０１３６】
なお、本態様における実用上の工夫として、スイッチ板３０８と固定台３１０との間に、スイッチ板３０８の過度の湾曲を防止するためのストッパー３１４が設けられている。
【０１３７】
なお、スイッチ用磁石である永久磁石３１２は、スイッチ板３０８の代わりに、発電素子側の部材（例えば、連結板３０２）に固定されていてもよい。この場合、発電素子の先端質量が重くなるため、発電効率は低下する一方で、磁気による吸着力が発電素子の同じ位置に常に作用するという長所がある。例えば、スイッチ板３０８と発電素子との初期の相対位置が変化した場合でも、スイッチ板３０８が永久磁石３１２から離れる時に発電素子に吸着力が働く位置は変わらない。その結果、再現性のある安定した発電量が得られる。
【０１３８】
なお、スイッチ用の永久磁石３１２を発電素子側の部材に取り付ける際には、例えば磁極の向きを逆にした２個の永久磁石が隣り合うように並べることにより閉磁路回路を構成してもよい。スイッチ用の永久磁石３１２が発生させる磁力線が連結ヨーク１３０を介して磁歪棒１１０に侵入するのを防止するためである。
【０１３９】
なお、スイッチ用の永久磁石３１２と、当該永久磁石３１２と吸着−脱着を繰り返す部材との間にゴム板などの弾性部材を挟んでもよい。これにより、永久磁石３１２と部材とが吸着するときの衝撃を緩衝することができる。
【０１４０】
図２０は、本態様に係る発電スイッチの試作例を示す。この発電スイッチは、２ｍｍ×０．５ｍｍ×２２ｍｍの磁歪素子と、１２６０巻きのコイルとを有する。１回ボタンを押すことにより、最大１５Ｖの瞬間電圧、０．２Ｗの瞬間電力、及び０．５ｍＪの電気エネルギーを取り出すことができる。
【０１４１】
（実施の形態５）
次に、図２１Ａ〜図２１Ｃを参照して、本発明の他の態様を示す。なお、以後の各実施の形態に係る構成において、連結板及びスイッチ板の記載は省略する。また、発電素子の数は、１個以上であればよい。
【０１４２】
図２１Ａは、連結ヨーク１３０Ａ、スイッチ板、及び固定台が一体となった発電スイッチを示す。すなわち、本態様においては、ヨーク、スイッチ板、及び固定台が一体形成されている。これにより、部品点数が少なく、組み立ても簡易化できる。したがって、コストをより低くすることができる。
【０１４３】
なお、部材の耐久性を向上させるために、一体形成後に焼き鈍しなどの熱処理を施してもよい。
【０１４４】
図２１Ｂは、図２１Ａに示される発電スイッチの使用時の様子を示す。固定台とスイッチ板との間隔を狭めるような力を加えることにより、磁歪棒１１０を備える発電素子が自由振動する。その結果、発電スイッチは発電を行う。
【０１４５】
この構成によると、例えば摘むような力をきっかけとして、発電を行うことができる。
【０１４６】
なお、図２１Ｃに示されるように、発電素子２つを有するように、発電スイッチを構成してもよい。ここで、連結ヨーク１３０Ｂと、スイッチ板とは一体形成されている。
【０１４７】
これによると、スイッチ板に作用する上下の両方向の力で，上下２個の発電素子に自由振動を発生させることができる。つまり、本態様に係る発電スイッチは、両極性（オンとオフなど）のいずれの選択操作においても発電を行うことができる。
【０１４８】
（実施の形態６）
次に図２２Ａ〜図２２Ｃを参照して、本発明の他の態様について説明する。
【０１４９】
図２２Ａは、スイッチ板３０８Ａが、より長いバネ材で形成されている。一般に、スイッチ板を長くするほど、磁力による吸着を外すため（すなわち、発電を開始させるため）に必要な力を小さくすることができる。しかし、長くなるほど、スイッチ板は塑性変形しやすくなる。そこで、スイッチ板の材料には、引っ張り強度が高くバネ性のよい、リン酸銅、又は超弾性材等を利用することが好ましい。
【０１５０】
また、図２２Ｂに示されるように、スイッチ板の先端部に平板３２０を設けてもよい。これによると、スイッチ板を押下する力として、風圧又は水圧などを利用できる。より具体的には、風、水流、又は水滴（物体）の落下などを利用できる。
【０１５１】
また、図２２Ｃに示されるように、スイッチ板の先端部に錘３２２を設けてもよい。この場合、スイッチ板を押下する力として、錘に働く慣性力を利用できる。例えば、発電スイッチに上方向の加速度が作用した場合、錘３２２には当初の位置に留まろうとする慣性力が発生する。この慣性力により、磁力によるスイッチ板の吸着が外れることにより、発電スイッチの発電が開始される。
【０１５２】
（実施の形態７）
次に、発電スイッチを柔軟体の上に配置することにより、柔軟体の変形で発電を行う発電スイッチの態様について説明する。
【０１５３】
図２３Ａは、柔軟体の一例であるゴム板３２４の上に、湾曲する磁性体により形成された吸着板３０４Ａが接合されている。また、吸着板３０４Ａの上に、磁歪棒１１０及び連結ヨーク１３０を有する発電素子が固定されている。より詳細には、発電素子の一端が吸着板３０４Ａ又はゴム板３２４に強固に固定されている。またスイッチ板は磁力により吸着されている。
【０１５４】
ここで、ゴム板３２４が大きく湾曲すると、永久磁石から外れたスイッチ板は自由振動を開始する（図２３Ｂを参照）。その結果、発電が行われる。
【０１５５】
なお、柔軟体（ここではゴム板３２４）の両端が固定されていない場合、柔軟体は一様に変形せず、その結果、磁石が外れない場合が生じうる。これを回避するため、図２３Ｃに示されるように、２個の磁歪棒１１０と、Ｔ字型の連結ヨーク１３０Ｃとを有する発電素子とすることが考えられる。本態様においては、ゴム板３２４が部分的にでも湾曲すれば、左右いずれかの発電素子と吸着板３０４Ａとの吸着が外れ、発電が開始される。
【０１５６】
なお、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように、Ｔ字型のスイッチ板３０８Ｂをスイッチとして使用するように発電スイッチを構成してもよい。この場合、Ｔ字の突起部分に、下、右、及び左のいずれの方向の力が働く場合であっても、スイッチ板３０８Ｂが外れ、発電が開始される。
【０１５７】
（実施の形態８）
次に、ドアの開閉によって発電する発電スイッチの態様について、図２５Ａ及び図２５Ｂを参照して説明する。
【０１５８】
図２５Ａに示されるように、磁歪棒１１０を備える発電素子の一端は固定台３１０Ａに固定され、他端は永久磁石３１２を有する。また、ドア３２６の一端は固定台３１０Ａに蝶番等で固定されている。したがって、ドア３２６は、蝶番等で固定されている辺を軸に開閉可能である。なお、ドア３２６は、非磁性体で形成されている場合には、永久磁石３１２と対向する位置に磁性体の吸着板３０４を有する。
【０１５９】
ここで、図２５Ａの状態を、ドア３２６が閉じている状態とする。ドア３２６が閉じている状態では、ドア３２６（又は吸着板３０４）は、永久磁石３１２に吸着されている。
【０１６０】
次に、図２５Ｂに示されるように、ドア３２６が開けられた場合、ドア３２６を開ける力により、永久磁石３１２がドア３２６から外れる。その結果、磁歪棒１１０を備える発電素子が自由振動することにより、発電素子が発電を開始する。
【０１６１】
なお、ドアがスライド式である場合の変形例を、図２６Ａ及び図２６Ｂに示す。
【０１６２】
図２６Ａに示されるように、磁歪棒１１０を備える発電素子の一端は、固定台３１０Ａに固定され、他端の側面には永久磁石３１２を有する。ここで、磁歪棒１１０を備える発電素子は、ドア３２６のスライド方向（図では左右）に対して垂直になるように固定される。
【０１６３】
また、ドア３２６の端部のうち、永久磁石３１２と対向する端部は、磁性体の吸着板３０４を有する。なお、ドア３２６が磁性体により形成されている場合には、端部に吸着板３０４を備えなくてもよい。
【０１６４】
ここで、図２６Ａの状態を、ドア３２６が閉じている状態とする。ドア３２６が閉じている状態では、ドア３２６（又は吸着板３０４）は、永久磁石３１２に吸着されている。
【０１６５】
次に、図２６Ｂに示されるように、ドア３２６が開けられた場合、ドア３２６をスライドさせる力により、永久磁石３１２がドア３２６から外れる。その結果、磁歪棒１１０を備える発電素子が自由振動することにより、発電素子が発電を開始する。
【０１６６】
このように、ドアの開閉を利用した発電スイッチは、特に、人の出入りを監視する用途で有用である。例えば、防犯、介護、福祉、及び、空間の気密性等の管理システムにおいて、ドアの開閉でランプを点灯させ、又は、開閉情報を無線送信すること等が考えられる。
【０１６７】
（実施の形態９）
次に、発電スイッチを床に組み込んで使用する態様について、図２７Ａ〜図２７Ｄを参照して説明する。
【０１６８】
図２７Ａに示されるように、本態様に係る発電スイッチは、スイッチ板３０８Ｃと、発電素子９０ｇと、永久磁石３１２と、吸着板３０４Ａと、固定台３１０Ｂとを備える。
【０１６９】
スイッチ板３０８Ｃの両端は、固定台３１０Ｂに固定されている。２つの発電素子９０ｇのそれぞれは、一端が固定台３１０Ｂに固定され、他端が自由端となっている。また、２つの発電素子９０ｇそれぞれの自由端が、対向するように配置されている。
【０１７０】
スイッチ板３０８Ｃは、逆Ｔ字型の吸着板３０４Ａを有している。また、吸着板３０４Ａは、２つの発電素子９０ｇに下側から吸着するように、各発電素子９０ｇと対応する位置に永久磁石３１２を有する。
【０１７１】
ここで、図２７Ａを初期状態とすると、初期状態において、吸着板３０４Ａは磁力により発電素子９０ｇ側に吸着されている。
【０１７２】
次に、スイッチ板３０８Ｃを押下する力が加わると、図２７Ｂに示される様に、吸着板３０４Ａが発電素子９０ｇから外れ、発電素子９０ｇが自由振動を開始する。なお、図２７Ｃに示される様に、吸着板３０４Ａと固定台３１０Ｂとの間に緩衝材３３０を設けてもよい。
【０１７３】
すなわち、本態様に係る発電スイッチは、発電素子９０ｇが有する第１の連結部材の端部は、開口部を有する固定台３１０Ｂの内部に固定される。また、操作部材は、固定台３１０Ｂの開口部を覆う蓋部であるスイッチ板３０８Ｃと、スイッチ板３０８Ｃに接合され、固定台３１０Ｂの内部において第２の連結部材に接する板部である吸着板３０４Ａとを有する。ここで、スイッチ板３０８Ｃは、足踏み又は車の通行等による外力でたわむことにより、平行梁に自由振動が生じるように、吸着板３０４Ａを介して第２の連結部材に外力を加える。その結果、発電素子９０ｇは、発電を開始する。
【０１７４】
この態様によると、スイッチ板３０８Ｃの両端が固定台３１０Ｂに固定されているため、スイッチ板３０８Ｃと固定台３１０Ｂとの間の密閉性を保ちやすい。したがって、防水性、及び耐久性に優れた構造となる。
【０１７５】
本態様に係る発電スイッチは、例えば、床、又は道路に埋め込んで使用することができる。これにより、人又は自動車等が通過した際に発電することができる。
【０１７６】
図２７Ｄは、本態様に係る発電スイッチの試作例を示す。スイッチ板３０８Ｃの形状は、６００ｍｍ×３００ｍｍであり、内部に発電素子２個を有している。スイッチ板３０８Ｂを人が踏んだ時に、最大１０Ｗ程度の瞬間電力、及び、約０．２Ｊの電気エネルギーを取り出すことができる。
【０１７７】
（実施の形態１０）
次に、例えば複数のボタンを有するリモコン等への応用を想定した、操作位置検出システムの態様について、図２８Ａ〜図２８Ｃを参照して説明する。
【０１７８】
図２８Ａに示されるように、本態様に係る操作位置検出システムは、固定台３１０Ｃと、発電素子９０ｊ及び９０ｉと、スイッチ板３３２とを備える。
【０１７９】
発電素子９０ｊ及び９０ｉの一端は、それぞれ固定台３１０Ｃに固定されている。また、スイッチ板３３２の一端も、固定台３１０Ｃに固定されている。
【０１８０】
発電素子９０ｊ及び９０ｉの他端は、永久磁石３１２の磁力により、スイッチ板３３２の他端に吸着されている。
【０１８１】
ここで、図２８Ｂに示される様に、ユーザによりスイッチ板３３２の中心より上側の位置が押下されたとすると、この力はスイッチ板３３２の中心より上方向により大きく作用する。したがって、スイッチ板３３２の湾曲は上側がより大きくなる。その結果、発電素子９０ｊの湾曲が、発電素子９０ｉの湾曲よりも大きくなる。
【０１８２】
その後、ユーザがスイッチ板３３２をさらに押し込んだ結果、スイッチ板３３２が発電素子から外れると、自由振動によって発生する電圧及び発電量は、発電素子９０ｊの方が発電素子９０ｉよりも大きくなる。
【０１８３】
その結果、押下する位置に応じて、発電素子９０ｊ及び発電素子９０ｉにおける電圧及び発電量が変化する。したがって、各発電素子間における電圧及び発電量のうち少なくとも一方の差に対応する値に基づき、押下された位置を推定できる。
【０１８４】
係る構成によれば、押下位置を検出可能な操作位置検出システムを実現できる。
【０１８５】
すなわち、本態様に係る操作位置検出システムは、発電スイッチを複数備えている。本形態において、複数の発電スイッチが備える操作部材は、スイッチ板３３２として一体形成されている。
【０１８６】
ここで、各発電スイッチが備える第１の連結部材の端部、及び、スイッチ板３３２の一端部は、固定台３１０Ｃに固定されている。また、各発電スイッチが備える第２の連結部材の端部は、スイッチ板３３２の他端部が有する永久磁石３１２により、スイッチ板３３２に吸着されている。
【０１８７】
本態様に係る操作位置検出システムは、操作部材であるスイッチ板３３２においてユーザにより操作される位置と、複数の発電スイッチのそれぞれにおける発電量との関係に基づいて、ユーザが操作したスイッチ板３３２の位置を検出する。
【０１８８】
この態様に係る発電スイッチは、テレビジョンのリモコンなど、複数のボタンを有するデバイスに応用することができる。
【０１８９】
（実施の形態１１）
発電スイッチをリモコンに利用する場合について、例えば以下に示すような態様とすることも考えられる。
【０１９０】
一般に、複数のボタンがあるリモコン等において、各ボタンの底部に導電性のゴムが貼り付けられている。また、複数ボタンの下側には、電極線が印刷された電極板が配置される。ここで、電極板において、各ボタンに対応する位置の電極線が途切れて印刷されているため、ボタンを押下したときのみ、導電性のゴムを介して電極線が導通する。
【０１９１】
また、ボタンを押した位置によって、電極線の抵抗値が変化する。これにより、リモコンは、ユーザによって押下されたボタンの位置を検出することができる。
【０１９２】
上記の構成と発電スイッチを組み合わせた態様を、図２９に示す。なお、図２９の（ａ）は本態様に係る発電スイッチの側面図を、図２９の（ｂ）は平面図を示す。
【０１９３】
図２９に示される様に、本態様に係る発電スイッチは、固定台３１０Ｄと、発電素子９０ｋ、９０ｌ、９０ｍ及び９０ｎと、吸着板３０４Ｂと、スイッチ用の永久磁石３１２と、導電体３３６と、ボタン３３４と、電極板３３８と、基板３４０と、弾性体３４２とを備える。なお、発電素子９０ｋ〜９０ｎは、いずれも、上記実施の形態で説明した発電素子と同じ構成を有する。また、図２９において、電極板３３８にプリントされている電極線は、省略している。
【０１９４】
電極板３３８は、例えばマイコン及びＲＦ回路等が搭載された基板３４０の表面に貼り付けられている。また、基板３４０の裏面には、弾性体３４２が貼り付けられている。
【０１９５】
弾性体３４２は、例えばゴム等の弾性部材で形成されており、ユーザがボタン３３４を押下することにより基板３４０が沈んだときに、基板３４０が元の形状に戻るための復元力を発生させる。
【０１９６】
基板３４０の表面には、磁性体の吸着板３０４Ｂが配置される。さらに、この吸着板３０４Ｂと、永久磁石３１２とが向き合うように、各発電素子が固定台３１０Ｄに固定される。図２９では、基板３４０の表面の４隅それぞれに吸着板３０４Ｂが配置され、これに対応する４つの発電素子９０ｋ〜９０ｎがそれぞれ固定台３１０Ｄに固定されている。なお、通常時において、永久磁石３１２は吸着板３０４Ｂを吸着している。
【０１９７】
ここで、ユーザが１〜１２までのいずれかのボタン３３４を押したとする。これにより、押されたボタン３３４の裏面に貼り付けられている導電体３３６が電極板３３８に押しつけられる。その結果、ボタンが押された位置に対応する電極板３３８上の電極線が導通することにより電極板３３８の抵抗値が変化する。
【０１９８】
ここから、さらにボタン３３４が押下されると、吸着板３０４Ｂが永久磁石３１２から外れることにより、発電素子は自由振動により発電を行う。このとき発生した電気エネルギーによって、基板３４０に搭載されたマイコン等が駆動される。マイコン等は、電極板３３８の抵抗値を読み取り、その結果を無線で送信する。
【０１９９】
その後、ユーザがボタン３３４を押下する力を緩めると、基板３４０は弾性体３４２の復元力により元の位置に戻る。その結果、再度、吸着板３０４Ｂは永久磁石３１２に吸着される。
【０２００】
以上の構成によると、発電スイッチは、複数のボタンを備えるリモコンにおいて、ユーザにより押下されたボタンを検出するとともに、検出時に発電された電力を用いて、検出結果を無線送信することができる。
【０２０１】
なお、本発明の各実施の形態に係る発電スイッチには、上記以外にも、例えば以下のような使用例が考えられる。なお、いずれの使用例においても、電池が不要であるため、半永久的に使用できるという利点がある。
【０２０２】
図３０は、本発明の実施の形態１〜９に係る発電スイッチの使用例を示す概念図である。例えば、発電スイッチを靴底に組み込むことにより、踏むと靴の表面が発光する靴を実現できる。また、発電スイッチをカバンに組み込むことにより、揺れで発光するカバンを実現できる。
【０２０３】
その他、指で押すことにより発光するライト、並びに、風による揺らめきで発光する警告板及び広告板等を実現することもできる。
【０２０４】
以上の例は、光により周囲へ注意を喚起し、又は、広告を行う用途を想定している。より具体的には、子どもやお年寄りが身につけるベルト、カバン、靴、掲示板等が発光することにより、自動車の運転手に注意を促すことが期待できる。
【０２０５】
さらに、ドアの前の床を踏むと発光するランプ、又は、床が踏まれたことを示す情報を無線送信するシステムは、防犯に役立つことが期待できる。
【０２０６】
また、発電された電力を蓄電することにより、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の位置センサから取得した位置情報を送信することも可能である。
【０２０７】
例えば、子ども等が身につけるベルト又は靴、若しくは、ペットが身につける首輪等に発電スイッチ及び位置情報送信装置等を埋め込むことが考えられる。腰振り又は足踏み等の動作で発電された電力を使用し、適時、位置情報の取得と送信とを行うことにより、子ども等の位置を把握することができる。
【０２０８】
なお、発電量は、発電素子の体積に比例することから、より大きな発電素子を備える発電素子を、波や風などの大きな力で作動させることにより、より高出力の電力を発電することもできる。
【０２０９】
なお、発電スイッチには、さび防止のためのコーディング又はシール処理を施してもよい。また、発電素子に過度の力が加わり破壊することを防止するため、発電スイッチは、機械的なストッパー、又は、カバー等の保護装置をさらに備えてもよい。
【０２１０】
なお、上記各実施の形態において、磁歪棒に巻かれるコイルは、磁歪棒の中心よりも自由端となる連結部材側に、より多く巻かれることが好ましい。すなわち、コイルの重心が、磁歪棒の中心よりも自由端側に位置していることが好ましい。
【０２１１】
なお、図２に示される発電素子９０はバックヨーク１５を備えているが、バックヨーク１５を備えなくても界磁部１４ａ及び１４ｂは磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁場をかけることができる。したがって、バックヨーク１５を備えなくても同様の発明の効果を奏することができる。ただし、バックヨーク１５を備えた方が、界磁部１４ａ及び１４ｂは、より効率よく磁歪棒１１ａ及び１１ｂにバイアス磁場をかけることができる。
【０２１２】
なお、上記の各図において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。
【０２１３】
また、上記各実施の形態に係る発電スイッチ及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。
【０２１４】
さらに、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２１５】
本発明は、発電スイッチに適用でき、特に磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチ等に適用できる。
【符号の説明】
【０２１６】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ  連結部材
１１ａ、１１ｂ、１１０  磁歪棒
１２ａ、１２ｂ、１２０  コイル
１４ａ、１４ｂ  界磁部
１５  バックヨーク
２０、６３、６４、３２２  錘
２１  固定部材
４０、２１４、２１５、３１２、３１６  永久磁石
５０、５０ａ、５２、５２ａ、７２、２１６  操作部材
５３  電圧Ｖ
５４  抵抗負荷Ｒ
５５  ピン
５６  角柱部材
６０、６２、６６、６７、６８  外力
６９  反力
７０、２１７  ヒンジ
９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｅ、９０ｆ、９０ｇ、９０ｈ、９０ｉ、９０ｊ、９０ｋ、９０ｌ、９０ｍ、９０ｎ、２１２、２１３、９００  発電素子
９７  送信部
９８  内部回路
９９、３３４  ボタン
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｇ  発電スイッチ
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ  連結ヨーク
２００  無線リモコン
３０２  連結板
３０４、３０４Ａ、３０４Ｂ  吸着板
３０６  突起部
３０８、３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃ、３３２  スイッチ板
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ  固定台
３１４  ストッパー
３２０  平板
３２４  ゴム板
３２６  ドア
３３０  緩衝材
３３６  導電体
３３８  電極板
３４０  基板
３４２  弾性体
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪素子に生じる逆磁歪効果により得られた電力で駆動する発電スイッチであって、
梁状に形成された磁歪材料である磁歪棒を少なくとも１本は含む平行梁と、
前記磁歪棒に巻かれたコイルと、
前記平行梁の第１の端部において、当該平行梁を構成する２本の梁を連結する部材である第１の連結部材と、
前記平行梁の端部であって前記第１の端部とは異なる第２の端部において、当該平行梁を構成する前記２本の梁を連結する部材である第２の連結部材と、
前記２本の梁のそれぞれを同じ向きに貫く磁束を生じさせる界磁部と、
ユーザにより操作される操作部材とを備え、
前記第１の連結部材は、変位しない固定端となり、
前記第２の連結部材は、自由振動可能な自由端となり、
前記操作部材は、前記２本の梁の一方に正の軸力が生じ他方に負の軸力が生じる自由振動が前記平行梁に生じるように、前記第２の連結部材に外力を加える
発電スイッチ。
【請求項２】
前記第２の連結部材は前記第１の連結部材よりも長い
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項３】
前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材のうち少なくとも一方の連結部材の端部はコの字状に形成され、
コの字状に形成された前記端部は、角柱部材を有し、コの字の内側に当接する前記２本の梁の間に圧入された前記角柱部材により前記２本の梁を連結している
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項４】
前記第２の連結部材はコの字状に曲がっている
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項５】
前記第１の連結部材と、前記第２の連結部材と、前記平行梁に含まれる前記２本の梁のうちの１本とが一体形成されている
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項６】
前記第１の連結部材の端部は、開口部を有する固定台の内部に固定され、
前記操作部材は、
前記固定台の開口部を覆う蓋部と、
前記蓋部に接合され、前記固定台の内部において前記第２の連結部材に接する板部とを有し、
前記蓋部は、外力でたわむことにより、前記平行梁に自由振動が生じるように、前記板部を介して前記第２の連結部材に外力を加える
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項７】
請求項１に記載の発電スイッチを複数備え、
複数の前記発電スイッチが備える前記操作部材は、スイッチ板として一体形成されており、
各第１の連結部材の端部、及び、前記スイッチ板の一端部は、固定台に固定され、
各第２の連結部材の端部は、前記スイッチ板の他端部が有する永久磁石により、当該スイッチ板に吸着され、
ユーザにより操作される前記操作部材の位置と、前記複数の発電スイッチのそれぞれにおける発電量との関係に基づいて、前記ユーザが操作した操作部材の位置を検出する
操作位置検出システム。
【請求項８】
前記外力は、風圧又は水圧による力である
請求項１に記載の発電スイッチ。
【請求項９】
前記操作部材は、さらに、先端部に錘を備える
請求項１に記載の発電スイッチ。
【国際調査報告】
2012157246.tif 000060
2012157246.tif 000061