(57)【要約】【課題】携帯用電子機器の電池に代わる電源として機能する発電装置を実現する。【解決手段】リストバンド１００を構成するバンド基材１０の撓みに応じて起電力を発生する複数の圧電素子モジュール２０と、リストバンド１００を使用する環境下における受光量に従って光電変換した起電力を発生する複数の太陽電池素子アレイ３０と、リストバンド１００を装着したユーザの体温に基づき熱電変換した起電力を発生する複数の熱電変換素子アレイ４０とを備え、これら起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力するので、電池に代わる電源として機能することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有するバンドに設けられ、当該バンドの撓みに応じて起電力を発生する第１の発電手段と、
前記バンドが装着されたユーザの体温に応じて熱電変換した起電力を発生する第２の発電手段と、
ユーザに装着されたバンドの使用環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する第３の発電手段と、
前記第１〜第３の発電手段が発生する各起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力する出力手段と
を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記第１の発電手段は、前記バンドの上面側および背面側に、幅方向に沿って形成された複数の溝の内部に圧電素子を設け、当該バンドの撓みで生じる各溝の開口幅の変位に応じて、それら溝中の各圧電素子がそれぞれ起電力を発生することを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記第２の発電手段は、前記バンドの背面側に貼設されるシート状の複数の熱電変換素子アレイから構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
前記第３の発電手段は、前記バンドの上面側に貼設されるシート状の複数の太陽電池素子アレイから構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用電子機器の電池に代わる電源として機能する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用の電子機器を充電する充電器として、例えば特許文献１には、熱電発電素子を有する熱電発電ユニットと、複数の熱電発電ユニットが湾曲自在にかつ電気的に接続されたバンドと、バンドの一端に設けられ、バンドと電気的に接続された蓄電池とから構成され、バンドをユーザの腕に装着した場合に、周囲温度と人体温度との温度差に応じて熱電発電ユニットが発生する電力で蓄電池を充電するようにした充電器が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０６０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に開示の充電器は、熱電発電ユニットだけで発電を行っていることから高効率な電気エネルギー変換が望めず、電池に代わる電源として機能することが出来ない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電池に代わる電源として機能することができる発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、可撓性を有するバンドに設けられ、当該バンドの撓みに応じて起電力を発生する第１の発電手段と、前記バンドが装着されたユーザの体温に応じて熱電変換した起電力を発生する第２の発電手段と、ユーザに装着されたバンドの使用環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する第３の発電手段と、前記第１〜第３の発電手段が発生する各起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力する出力手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
上記請求項１に従属する請求項２に記載の発明では、前記第１の発電手段は、前記バンドの上面側および背面側に、幅方向に沿って形成された複数の溝の内部に圧電素子を設け、当該バンドの撓みで生じる各溝の開口幅の変位に応じて、それら溝中の各圧電素子がそれぞれ起電力を発生することを特徴とする。
【０００８】
上記請求項１に従属する請求項３に記載の発明では、前記第２の発電手段は、前記バンドの背面側に貼設されるシート状の複数の熱電変換素子アレイから構成されることを特徴とする。
【０００９】
上記請求項１に従属する請求項４に記載の発明では、前記第３の発電手段は、前記バンドの上面側に貼設されるシート状の複数の太陽電池素子アレイから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、電池に代わる電源として機能することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は実施の一形態による発電装置を備えたリストバンド１００の構造を示す上面図（図１（ａ））、断面図（図１（ｂ））および背面図（図１（ｃ））である。
【００１２】
図１（ｂ）の断面図に示すように、リストバンド１００は、可撓性を有する屈曲自在なバンド基材１０（例えば樹脂材）の上面側に複数の圧電素子モジュール２０およびシート状に形成された複数の太陽電池素子アレイ３０を備え、一方、バンド基材１０の背面側に複数の圧電素子モジュール２０およびシート状に形成された複数の熱電変換素子アレイ４０を備える。なお、バンド基材１０の背面側とは、リストバンド１００をユーザの腕に装着した時に、ユーザの腕に接する面側を指す。
【００１３】
圧電素子モジュール２０は、バンド基材１０の上面側および背面側に、それぞれ所定の間隔を隔てて刻設される、断面視台形状の溝の内部に配設される。ここで、図２および図３を参照して圧電素子モジュール２０の構造について説明する。図２は、バンド基材１０の上面側に刻設される溝中に配設される圧電素子モジュール２０の構造を示す断面図である。圧電素子モジュール２０は、公知のバイモルフ構造を有し、２枚の圧電セラミック（例えばピエゾ・フィルムやプラスチックＰＶＤＦ）を貼り合わせた素子部２０ａと、この素子部２０ａの基端側に設けられる電極を支持固定する電極部２０ｂと、素子部２０ｂの他端側を係止するストッパ２０ｃとを備える。
【００１４】
このような構造によれば、例えば図２に図示する一例のように、リストバンド１００がユーザの腕に装着されていない状態（図２（ａ）参照）からユーザの腕に装着される状態（図２（ｂ）参照）に変化すると、その際のバンド基材１０の撓みに伴い、当該バンド基材１０の上面側に刻設された溝の開口側が広がり、これに応じて圧電素子モジュール２０の素子部２０ａが変位することで電極部２０に電圧（起電力）が発生する。
【００１５】
また、リストバンド１００をユーザの腕から外す際には、上述とは逆の過程、すなわち図２（ｂ）に図示するように広がっていた溝の開口側が狭まって図２（ａ）に図示する状態に戻り、こうしたバンド基材１０の撓みに応じた圧電素子モジュール２０の素子部２０ａの変位に基づき起電力が生じる。
【００１６】
なお、図示していないが、バンド基材１０の上面側に配設される複数の圧電素子モジュール２０の各電極部２０ｂはシリーズ接続されており、上述したバンド装着やバンド取り外しの時に、ｎ個の圧電素子モジュール２０がバンド基材１０の撓みに応じて起電力を発生した場合、そのｎ個分の起電力が出力電圧として後述の回路部５０の全波整流回路５１に入力されるようになっている。
【００１７】
図３は、バンド基材１０の背面側に刻設される溝に配設される圧電素子モジュール２０の構成を示す断面図であり、図２に図示した上面側の圧電素子モジュール２０と同様、２枚の圧電セラミック（例えばピエゾ・フィルムやプラスチックＰＶＤＦ）を貼り合わせた素子部２０ａと、この素子部２０ａの基端側に設けられる電極を支持固定する電極部２０ｂと、素子部２０ｂの他端側を係止するストッパ２０ｃとからなるバイモルフ構造を備える。
【００１８】
バンド基材１０の背面側に配設される圧電素子モジュール２０の場合、図３に図示するように、リストバンド１００がユーザの腕に装着されていない状態（図３（ａ）参照）からユーザの腕に装着される状態（図３（ｂ）参照）に変化すると、その際のバンド基材１０の撓みに伴い、当該バンド基材１０の背面側に刻設された溝の開口側が狭まり、これに応じて圧電素子モジュール２０の素子部２０ａが変位することで電極部２０に電圧（起電力）が発生する。
【００１９】
また、リストバンド１００をユーザの腕から外す際には、上述とは逆の過程、すなわち図３（ｂ）に図示するように狭まっていた溝の開口側が広がり、図３（ａ）に図示する状態に戻り、こうしたバンド基材１０の撓みに応じた圧電素子モジュール２０の素子部２０ａの変位に基づき起電力が生じる。
【００２０】
なお、図示していないが、バンド基材１０の背面側に配設される複数の圧電素子モジュール２０の各電極部２０ｂはシリーズ接続されており、上述したバンド装着やバンド取り外しの時に、ｎ個の圧電素子モジュール２０がバンド基材１０の撓みに応じて起電力を発生した場合、そのｎ個分の起電力が出力電圧として後述の回路部５０の全波整流回路５１に入力されるようになっている。
【００２１】
再び図１を参照してリストバンド１００の構造について説明を進める。太陽電池素子アレイ３０は、バンド基材１０の上面側に配設される各圧電素子モジュール２０との間に敷設される。具体的には、図４（ａ）に図示するように、バンド基材１０の上面側に、バンド幅方向に沿って形成された凹みにシート状の太陽電池素子アレイ３０を嵌着させている。
【００２２】
このシート状の太陽電池素子アレイ３０は、図５に図示するように、最上層の保護フィルム／集電極３０１、透明電極３０２、アモルファスシリコン層（ｐ層３０３、ｉ層３０４およびｎ層３０５）および裏面電極５０６からなる太陽電池素子を２次元配列してシート状に形成したものであり、受光量に応じた光起電流を発生する。
【００２３】
なお、バンド基材１０の上面側に、ベルト幅方向に沿って形成された凹みにシート状の太陽電池素子アレイ３０を嵌着させる構造としたのは、以下の理由に基づく。すなわち、リストバンド１００がユーザの腕に装着されていない状態（図４（ａ）参照）からユーザの腕に装着される状態（図４（ｂ）参照）になると、装着に応じてバンド基材１０が撓み、これに伴って当該バンド基材１０の上面側に形成された凹みが突出することでシート状の太陽電池素子アレイ３０の受光面が平滑化され、光電変換効率の向上を図っている。
【００２４】
熱電変換素子アレイ４０は、バンド基材１０の背面側に配設される各圧電素子モジュール２０との間に敷設される。具体的には、図６（ａ）に図示するように、バンド基材１０の背面側に、ベルト幅方向に沿って設けられた断面視直方形状の溝上にシート状の熱電変換素子アレイ４０を敷設する。
【００２５】
このシート状の熱電変換素子アレイ４０は、図７の断面図に図示する通り、電極４０１を介してＰ型半導体４０２およびＮ型半導体４０３をＰＮ接合してなる熱電素子を複数個直並列接続し、それらを熱伝導率の低い低温側シート部材４０４と、熱伝導率の高い高温側シート部材４０５とで挟持固定した構造を有する。
【００２６】
なお、低温側シート部材４０４は、上述した溝により形成される間隙Ｇ（図６参照）に対向し、一方、高温側シート部材４０５は、バンド装着時にユーザの腕に接触する。このような構造によれば、リストバンド１００がユーザの腕に装着されていない状態（図６（ａ）参照）からユーザの腕に装着される状態（図６（ｂ）参照）になると、装着に応じてバンド基材１０が撓み、これに伴って熱電変換素子アレイ４０の高温側シート部材４０５がユーザの腕に密着して体温を効率的に伝導する一方、低温側シート部材４０４は間隙Ｇに対向して放熱効果を高め体温による温度上昇を防ぐ為、熱電変換素子アレイ４０は、外気温と体温との温度差に応じた熱電変換（ゼーベック効果）により熱起電力を発生する。
【００２７】
次に、図８を参照してバンド基材１０に内部に設けられる回路部５０（図１（ｂ）参照）の構成を説明する。回路部５０は、全波整流回路５１、逆流防止回路５２、蓄電回路５３および出力回路５４を備える。全波整流回路５１は、バンド基材１０の上面側および背面側にそれぞれ設けられる圧電素子モジュール２０の各出力を全波整流して蓄電回路５３に供給する。逆流防止回路５２は、太陽電池素子アレイ３０および熱電変換素子アレイ４０の起電流の逆流を防止するダイオードを備え、太陽電池素子アレイ３０から出力される光起電流と、熱電変換素子アレイ４０から出力される熱起電流とを蓄電回路５３に供給する。
【００２８】
蓄電回路５３は、全波整流回路５１および逆流防止回路５２の各出力を蓄電するキャパシタを備える。出力回路５４は、蓄電回路５３に蓄電された電荷に基づき所定電圧に昇圧した出力電圧を発生する。出力回路５４が発生する出力電圧は、図示されていない出力端子を介して例えば腕時計や携帯電話などの携帯用電子機器に供給される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態では、リストバンド１００を構成するバンド基材１０の撓みに応じて起電力を発生する複数の圧電素子モジュール２０と、リストバンド１００を使用する環境下における受光量に従って光電変換した起電力を発生する複数の太陽電池素子アレイ３０と、リストバンド１００が装着されたユーザの体温に基づき熱電変換した起電力を発生する複数の熱電変換素子アレイ４０とを備え、これら起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力するので、電池に代わる電源として機能することができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態では、リストバンド１００を腕に嵌めたり外したりする時のバンド基材１０の撓みに応じて圧電素子モジュール２０が起電力を発生する点について言及したが、実際にはバンドの嵌め外し以外に、リストバンド１００が装着されたユーザの腕の動きに伴ってバンド基材１０が撓めば、その撓みに対応して圧電素子モジュール２０が起電力を発生することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による実施の一形態によるリストバンド１００の構造を示す上面、断面および背面を示す図である。
【図２】バンド上面側に配設される圧電素子モジュール２０の構造を示す断面図である。
【図３】バンド背面側に配設される圧電素子モジュール２０の構造を示す断面図である。
【図４】バンド上面側に設けられる太陽電池素子アレイ３０の構造を示す断面図である。
【図５】太陽電池素子アレイ３０の断面構造を示す図である。
【図６】バンド背面側に設けられる熱電変換素子アレイ４０の構造を示す断面図である。
【図７】熱電変換素子アレイ４０の断面構造を示す図である。
【図８】回路部５０の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ベルト基材
２０  圧電素子モジュール
３０  太陽電池素子アレイ
４０  熱電変換素子アレイ
５０  回路部
１００  リストバンド
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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