(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子に生じる起電力を利用して携帯端末やパソコンなどの電動装置を充電するための充電装置において、ユーザの手動操作によらなくても簡単に電力を供給できるようにする。【解決手段】充電装置１００は、電池１０と、電池１０の電力によって動作可能なアクチュエータとして動作する動作部材２０と、動作部材２０の動作によって発電する圧電部材３０と、圧電部材３０が発電した電力を電動装置２００に供給する給電部材４０とを備える。【選択図】図１
2020102900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池（１０）と、
前記電池の電力によって動作可能な動作部材（２０）と、
前記動作部材の動作によって発電する圧電部材（３０）と、
前記圧電部材が発電した電力を電動装置に供給する給電部材（４０）とを備える
充電装置。
【請求項２】
前記動作部材（２０）は、
モータ（２１）と、
前記モータのシャフトに取り付けられた回転カム（２２）とを含み、
圧電部材（３０）は、
圧電素子（３１）と、
前記回転カムの回転によって弾性変形して前記圧電素子に圧力を加える板バネ（３３）とを含む
請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記電池（１０）と前記動作部材（２０）の接続回路をオンオフするスイッチ（６０）をさらに備える
請求項１又は請求項２に記載の充電装置。
【請求項４】
前記圧電部材（３０）で発電した電力の少なくとも一部を前記電池（１０）に還流するための還流回路（７０）をさらに備える
請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電装置。
【請求項５】
動作部材（２０）は、手動操作によっても動作可能である
請求項１から請求項４のいずれかに記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯端末やノートパソコンなどの電動装置用の充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現行のスマートフォンやタブレット等の携帯端末は、何れもバッテリ寿命が短く頻繁に充電しなくてはならないという課題がある。一般的に、携帯端末の充電作業はＡＣ電源があるところで、携帯端末毎に専用の充電器を用いて行わなければならない。また、現行の携帯端末用の補助充電バッテリとしてはリチウムイオン電池が用いられている。将来はリチウムイオン電池の改良や燃料電池等による長寿命のバッテリが実用化されると推測されるが今のところ上市されていない。このため、市場では、簡単な操作で携帯端末のバッテリに充電することができる発電装置が望まれている。
【０００３】
また、従来から、緊急用の充電手段として、圧電素子により電力を発生させて携帯端末を充電する装置が知られている（特許文献１）。特許文献１には、携帯電話の伸縮式アンテナの収納部に圧電素子を設けておき、アンテナを伸縮させて圧電素子を押圧することで、圧電素子に生ずる起電力によりバッテリを充電ことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０８８３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の充電装置は、圧電素子に起電力を生じさせるために、アンテナを伸縮させる操作が必ず必要とされており、携帯端末を充電し続けるためにはこのような手動操作を継続しなければならない。このため、例えばユーザが携帯端末から離れている状況やユーザの就寝中など、アンテナの伸縮操作が行えない状況においては携帯電話の充電が停止するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、圧電素子に生じる起電力を利用して電動装置を充電するための充電装置であって、ユーザの手動操作によらなくても簡単に電力を供給できる充電装置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】
【０００７】
本発明は、携帯端末などの電動装置を充電するための充電装置に関する。本発明に係る充電装置は、電池１０、動作部材２０、圧電部材３０、及び給電部材４０を備える。電池１０は、一次電池であってもよいし二次電池であってもよい。動作部材２０は、電池１０の電力によって動作可能な部材である。動作部材２０は電動のみならず手動によって動作可能なものであってもよい。圧電部材３０は、動作部材２０の動作によって発電する部材である。給電部材４０は、圧電部材３０が発電した電力を電動装置に供給する部材である。このように、圧電部材３０に起電力を生じさせる動作部材２０を電動式とすることで、ユーザの手動操作によらなくても、携帯端末等の充電を簡単に継続することができる。また、電池１０の電力を直接電動装置に供給するのではなく、あえて動作部材２０を動作させて圧電部材３０によって発電することで、一般的なリチウムイオン電池などと区別し易い斬新な使用感の商品を提供できる。
【０００８】
本発明に係る充電装置において、動作部材２０は、モータ２１と、このモータ２１のシャフトに取り付けられた回転カム２２とを含むことが好ましい。この場合に、圧電部材３０は、圧電素子３１と、回転カム２２の回転によって弾性変形して圧電素子３１に圧力を加える板バネ３３とを含むことが好ましい。例えば、板バネ３３に圧電素子３１に衝突する衝突部を設けて、板バネ３３の復元時に圧電素子３１を衝打することにより、圧電素子３１に起電力を発生させることとしてもよいし、あるいは複数の板バネ３３の間に圧電素子３１を挟み込み、板バネ３３が弾性変形した際に圧電素子３１を撓ませることにより、圧電素子３１に起電力を発生させることとしてもよい。このように動作部材２０及び圧電部材３０を構成することで効率的に圧電素子３１にて発電することができる。
【０００９】
本発明に係る充電装置は、電池１０と動作部材２０の接続回路をオンオフするスイッチ６０をさらに備えることとしてもよい。スイッチ６０を操作することで電池１０に蓄えられた電力を利用して自動的に動作部材２０が動作して圧電部材３０による発電が開始するため、簡単な操作で電動装置の充電が可能となる。また、動作部材２０を電動で動作させるモードと手動で動作させるモードとをスイッチ６０のオンオフで切り換えることとしてもよい。
【００１０】
本発明に係る充電装置は、圧電部材３０で発電した電力の一部又は全部を電池１０に還流するための還流回路７０をさらに備えていてもよい。例えば、圧電部材３０で生じた電力の一部を電動装置の充電に使用し、余剰分を電池１０（２次電池）に還流することもできるし、充電装置と電動装置とが接続されていないような場合には、圧電部材３０で生じた電力のすべてを電池１０に還流することもできる。このようにすれば、電池１０の長寿命化を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る充電装置において、動作部材２０は手動操作によっても動作可能なものであってもよい。これにより、例えば電池１０内の電力が尽きた場合でも、動作部材２０を手動で操作することで充電を継続することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、圧電素子に生じる起電力を利用して電動装置を充電するための充電装置に関するものであり、ユーザの手動操作によらなくても簡単に電力を供給できるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る充電装置の一実施形態を示した回路構成図である。
【図２】図２は、動作装置及び圧電部材の構成の一例を示している。
【図３】図３は、動作装置及び圧電部材の構成の別例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、以下に説明する形態に限定されるものではなく、以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。
【００１５】
図１は、本発明に係る充電装置１００の回路構成図である。図１に示されるように、充電装置１００は、主に携帯端末やノートパソコン等の電動装置２００が備えるバッテリ２０１に対して電力を供給する用途で用いられる。充電装置１００は、例えば電動装置２００の筐体外部に装着しＵＳＢケーブル又は専用ケーブルで接続する。あるいは、充電装置１００は電動装置２００の筐体内部に装着しておくことも可能である。充電装置１００の駆動は電動装置２００の操作中又は非操作中の如何にかかわらず任意の場所で任意の時に行うことができる。
【００１６】
充電装置１００は、電池１０と、動作部材２０と、圧電部材３０と、給電部材４０を備える。また、充電装置１００は、さらに、整流回路５０と、スイッチ６０と、還流回路７０を備えることが好ましい。以下各構成要素について説明する。
【００１７】
電池１０は、動作部材２０の電源として機能するものであり、乾電池やボタン電池のような一次電池であってもよいし、リチウムイオン電池のような二次電池であってもよい。二次電池を使用する場合、過充電防止機能を備えることが好ましい。また、電池１０は、乾電池やリチウムイオン電池のような化学電池の他に、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電池や熱エネルギーを電力に変換する熱電池などの物理電池を用いることもできる。
【００１８】
動作部材２０は、電池１０を電源として動作するアクチュエーターである。動作部材２０の代表例は、回転運動を行うモータ２１であるが、その他に進退運動を行うピストンなどであってもよい。図１に示した例において、動作部材２０は、モータ２１と回転カム２２を含んで構成されている。回転カム２２はモータ２１のシャフトに取り付けられており、シャフトの回転に伴って回転するように構成されている。モータ２１としてはＤＣ減速型モータを使用すると良い。例えば２０〜４８回転／分の回転速度を持つものが適当である。
【００１９】
圧電部材３０は、動作部材２０の動作による圧力を電力に変換する圧電素子３１を備える。圧電素子３１、例えば公知の圧電フィルム用いることができ、圧力を受けたとき又はその変形時に電気エネルギーを生じさせる。圧電フィルムの材料としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）や、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等がある。圧電フィルムの厚さは２０〜２００μｍ程度とすることが好適である。圧電フィルムは、可撓性を持たせるため板バネ等に張り付けるかサンドイッチ状に挟み込むこととすればよい。圧電フィルムは出力電圧を上げるために複数枚重ねてもよい。また、圧電フィルムに代えて圧電セラミックスも用いることもできる。
【００２０】
図２は、動作部材２０及び圧電部材３０の構成の一例を示している。図２に示されるように、動作部材２０を構成する回転カム２２は、モータのシャフトに取り付けられており電動で回転する部材である。この回転カム２２には、その外周に張り出すようにカム部２２ａが周方向に間隔をあけて複数形成されている。
【００２１】
他方で、圧電部材３０は、充電装置１００の筐体内に支持部３５が設けられており、この支持部３５に板バネ３３と支持板３２とが対向して配置されている。板バネ３３は、支持部３５に固定された固定端とその反対側の自由端を有する弾性変形可能な板状の部材であり、回転カム２２が回転したときにその自由端がカム部２２ａに接して押し上げられるように構成されている。支持板３２は、板バネ３３に対向配置されており、板バネ３３と対面する面に圧電素子３１（圧電フィルムや圧電セラミック）が設けられている。さらに、板バネ３３には、支持板３２と対面する面に、圧電素子３１に衝突する複数の衝突部３４が突設されている。衝突部３４は、回転カム２２の回転によって板バネ３３が弾性変形されられたときに、その復元力によって圧電素子３１に衝突して圧力を加えるように構成されている。圧電素子３１によって発電された電力は、整流回路５０及び給電部材４０を経由して電動装置２００のバッテリ２０１に供給される。
【００２２】
図３は、動作部材２０及び圧電部材３０の構成の別例を示している。図３に示した例では、圧電部材３０の構成が図２とは異なり、動作部材２０は基本的に図２と同じ構成を採用している。図３の例において、圧電部材３０は、２枚の板バネ３３の間に一又は複数の圧電素子３１を挟み込んだ構成となっている。各板バネ３３は、支持部３５に固定された固定端とその反対側の自由端を有する弾性変形可能な板状の部材であり、回転カム２２が回転したときにその自由端がカム部２２ａに接して押し上げられる。板バネ３３が回転カム２２によって押し上げられて弾性変形すると、それらの間に配設されている複数の圧電素子３１（圧電フィルムや圧電セラミック）が撓むこととなる。このように板バネ３３の弾性変形に伴って圧電素子３１を撓ませることで、圧電素子３１に起電力を発生させる。圧電素子３１によって発電された電力は、整流回路５０及び給電部材４０を経由して電動装置２００のバッテリ２０１に供給される。なお、本例においては、圧電部３０での電量を増やすために、各板バネ３３の間に配設する圧電素子３１の数を複数とすることが好ましく、さらに３枚以上、あるいは４枚以上とすることもできる。
【００２３】
給電部材４０は、圧電部材３０で生じた電力を電動装置２００に供給する。給電部材４０は、電動装置２００と有線で接続されてもよいし、無線接続されてもよい。有線接続する場合には、給電部材４０は、接続端子４１と逆流防止用のダイオード４２などを備えればよい。また、無線接続する場合には、接続端子４１に代えて、例えば電動装置２００に対して非接触で電力伝送するための送電コイルなどを備えればよい。このようなワイヤレス給電部材としては公知のものを適宜利用できる。
【００２４】
整流回路５０は、圧電部材３０が発電した電流を整流するための回路であり、圧電部材３０と給電部材４０の間に配置される。圧電部材３０によって発電される電流は乱雑なパルス状であるが、整流回路５０を経由することで平滑化される。
【００２５】
スイッチ６０は、電池１０と動作部材２０の接続回路をオンオフする。スイッチ６０のオン状態では電池１０から動作部材２０に対して電力が供給されて、動作部材２０が電動で動作する。他方で、スイッチ６０をオフにすることで動作部材２０が停止する。なお、動作部材２０の停止中は、手動で動作部材２０を動作させることも可能である。このように、スイッチ６０のオンオフで動作部材２０の電動モードと手動モードを切り替えることもできる。
【００２６】
スイッチ６０には、一定期間で自動的にオフとなるようなタイマー機能を持たせてもよい。これにより、ユーザは充電装置をスタートさせるときにのみスイッチ押下操作をすれば済むようになる。タイマー機能により、電動装置２００のバッテリ２０１への充電を自動的に効率よく行うことが出来るとともに、電池１０の消費電力を抑制することができる。また、充電装置１００を電動装置２００に接続したときに自動的にスイッチ６０をオンにすることも可能である。さらに、電動装置２００のバッテリ２０１の充電状態をモニタリングするためのＩＣチップ等を設けて、充電装置１００のスイッチ６０のオンオフを自動的に制御することとしてもよい。
【００２７】
還流回路７０は、圧電部材３０で発電した電力の一部又は全部を電池１０（二次電池）に還流させるための回路である。還流回路７０には、例えば逆流防止用のダイオード７１などが配置される。例えば、圧電部材３０での発電量が電動部材２００のバッテリ２０１への供給量を上回る場合に、その余剰分が電池１０に還流される。また、電動装置２００のバッテリ２０１の充電が完了した場合には、その時点で電動装置２００への電力供給を停止させて、その後の圧電部材３０の発電量全量を電池１０に還流してもよい。また、充電装置１００が電動装置２００に接続されていない場合には、圧電部材３０で発電した電力がそのまま電池１０へと供給される。このように還流回路７０を設けることで、電池１０の長寿命化を図ることができる。
【００２８】
以上、本願明細書では、本発明の内容を表現するために、図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００２９】
１０…電池                    ２０…動作部材
２１…モータ                  ２２…回転カム
３０…圧電部材                ３１…圧電素子
３２…支持板                  ３３…板バネ
３４…衝突部                  ３５…支持部
４０…給電部材                ４１…接続端子
４２…逆流防止ダイオード      ５０…整流回路
６０…スイッチ                ７０…還流回路
７１…逆流防止ダイオード      １００…充電装置
２００…電動装置              ２０１…バッテリ
【図１】
2020102900.tif 000003
【図２】
2020102900.tif 000004
【図３】
2020102900.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月20日(2018.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
現行のスマートフォンやタブレット等の携帯端末は、何れもバッテリ寿命が短く頻繁に充電しなくてはならないという課題がある。一般的に、携帯端末の充電作業はＡＣ電源があるところで、携帯端末毎に専用の充電器を用いて行わなければならない。また、現行の携帯端末用の電源としてはリチウムイオン電池が用いられている。将来はリチウムイオン電池の改良や燃料電池等による長寿命のバッテリが実用化されると推測されるが今のところ上市されていない。このため、市場では、簡単な操作で携帯端末のバッテリに充電することができる発電装置が望まれている。
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月2日(2019.4.2)
【手続補正１】
【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】
電池（１０）と、
前記電池の電力によって動作可能な動作部材（２０）と、
前記動作部材の動作によって発電する圧電部材（３０）と、
前記圧電部材が発電した電力を電動装置に供給する給電部材（４０）と、
前記圧電部材（３０）で発電した電力の少なくとも一部を前記電池（１０）に還流するための還流回路（７０）を備える
充電装置。
【請求項２】
前記動作部材（２０）は、
モータ（２１）と、
前記モータのシャフトに取り付けられた回転カム（２２）とを含み、
圧電部材（３０）は、
圧電素子（３１）と、
前記回転カムの回転によって弾性変形して前記圧電素子に圧力を加える板バネ（３３）とを含む
請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記電池（１０）と前記動作部材（２０）の接続回路をオンオフするスイッチ（６０）をさらに備える
請求項１又は請求項２に記載の充電装置。
【請求項４】
前記動作部材（２０）は、手動操作によっても動作可能である
請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月21日(2019.5.21)
【手続補正１】
【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】
電池（１０）と、
前記電池の電力によって動作可能な動作部材（２０）と、
前記動作部材の動作によって発電する圧電部材（３０）と、
前記圧電部材が発電した電力を外部の電動装置に供給する給電部材（４０）と、
前記圧電部材で発電した電力の少なくとも一部を前記電池に還流するための還流回路（７０）を備える
充電装置。
【請求項２】
前記動作部材（２０）は、
モータ（２１）と、
前記モータのシャフトに取り付けられた回転カム（２２）とを含み、
圧電部材（３０）は、
圧電素子（３１）と、
前記回転カムの回転によって弾性変形して前記圧電素子に圧力を加える板バネ（３３）とを含む
請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記電池（１０）と前記動作部材（２０）の接続回路をオンオフするスイッチ（６０）をさらに備える
請求項１又は請求項２に記載の充電装置。
【請求項４】
前記動作部材（２０）は、手動操作によっても動作可能である
請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電装置。