(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層を備えた少なくとも１つの振動片と、この振動片に打撃を加えて振動を励起する加振装置とを有し、振動中の前記圧電体層で発生した電力を出力可能な発電装置において、前記加振装置は前記振動片に衝突する回転運動可能な打撃部と前記打撃部を駆動する駆動レバーを備えており、その打撃部の等価質量ｍeが前記振動片の等価質量Ｍeより小さく、
前記打撃部と前記振動片の衝突係数をｅとしたときに、前記等価質量ｍeおよびＭeが次の式（Ｃ）を満たすことを特徴とする発電装置。
Ｍe＞((２・ｅ＋３・π＋２)／３・π・ｅ)×ｍe・・・（Ｃ）
【請求項２】
請求項１において、前記振動片は片持ち梁状に取り付けられており、その質量をＭH、固定された固定端から他方の自由端までの距離をｌH、前記固定端から前記打撃部によって打撃が加えられる加振点までの距離をｘH、振動モードの基準関数をΞnとしたときに、前記加振点における前記等価質量Ｍeは次の式（Ａ）で表され、前記打撃部は前記加振点に打撃を与える旋回式の加振レバーであり、その慣性モーメントをＩb、旋回中心から前記加振点に打撃を与える打撃点までの距離をｘbとしたときに、前記等価質量ｍeは次の式（Ｂ）で表されることを特徴とする発電装置。
Ｍe＝ＭH／（Ξn（ｘH／ｌH））2・・・（Ａ）
ｍe＝Ｉb／ｘb2・・・（Ｂ）
【請求項３】
請求項１において、前記振動片は片持ち梁状に取り付けられており、前記打撃部は前記振動片の自由端から固定端の側に若干戻った前記振動片の２次モードの節近傍に打撃を与えることを特徴とする発電装置。
【請求項４】
請求項１において、前記振動片は片持ち梁状に取り付けられており、前記振動片の自由端に重りが付加されていることを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項４において、前記振動片の片持ち梁部の質量をＭH、固定された固定端から他方の自由端までの距離をｌH、前記固定端から前記打撃部によって打撃が加えられる加振点までの距離をｘH、振動モードの規準関数をΞn、前記重りの質量をＭaとしたときに、前記加振点における前記等価質量Ｍeは次の式（Ｄ）で表されることを特徴とする発電装置。
Ｍe＝Ｍa＋ＭH／（Ξn（ｘH／ｌH））2・・・（Ｄ）
【請求項６】
請求項５において、前記重りは前記自由端の側に開いた凹部を備えており、前記打撃部は前記凹部の内側に打撃を与える加振レバーであることを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項１において、振動片が複数であることを特徴とする発電装置。
【請求項８】
請求項１において、前記打撃部が前記振動片の周囲に形成された溝内部を運動する少なくとも１つのボールであることを特徴とする発電装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発電装置と、この発電装置から出力された前記電力によって作動可能な処理装置とを有することを特徴とする携帯型機器。
【請求項１０】
請求項１に記載の発電装置を収納するケースと、このケース内部で旋回可能に取り付けられた回転錘と、この回転錘の動きを増速して前記打撃部に伝達する輪列とを有し、前記打撃部は、前記輪列に連動して旋回駆動され前記振動片と衝突する加振レバーであることを特徴とする携帯型機器。
【請求項１１】
請求項１０において、前記ケースは腕装着型であることを特徴とする携帯型機器。
【請求項１２】
請求項１０において、前記加振レバーは前記輪列によって回転駆動されるレバーを備えており、この駆動レバーの一端と前記加振レバーの一端が当接し、当該加振レバーが旋回駆動されることを特徴とする携帯型機器。
【請求項１３】
請求項１０において、前記加振レバーは、旋回中心と重心がほぼ一致することを特徴とする携帯型機器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、圧電体を備えた振動片を加振して発電を行う発電装置およびこれを備えた携帯型機器に関するものである。
背景技術
圧電材料を用いて発電を行う小型の装置が幾つか提案されており、例えば、実開平６−７６８９４号には錘の回転運動を用いてハンマーレバーを駆動し、圧電材料を叩いて発電する技術が記載されている。
また、実開昭６３−７２５９３号には、時計ケースの内部に圧電素子を収納し、重りが上下方向に慣性的に稼動されて振動され、この振動によって電気エネルギーを発生させる技術が記載されている。
これらの圧電体を用いた発電方式によって、腕の動きなどを捉えて圧電体に歪みを与えて発電を行い、時計装置などを動かす電力を得ることができる。このような携帯型で小型の発電装置は、腕の動きなどから運動エネルギーを得て電気エネルギーに効率良く変換するために、先ず第１に、腕の動きなどを効率良く回転錘の回転などの実際に発電に用いられる運動エネルギーに変換し、第２に、その運動エネルギーを効率良く圧電体に歪みとして印加し、さらに、第３に、圧電体に加えられた歪みを効率良く電気エネルギーに変換することが重要である。
圧電体に加えられた運動エネルギー（入力エネルギー）は、圧電体を支持する支持層などの歪みエネルギー、圧電体自体の歪みエネルギー、および圧電体の発電によりコンデンサなどの蓄電装置に蓄えられる電気エネルギーの３つに主に分けられる。これらの内、発電装置として最も重要な電気エネルギーは、圧電体の電気機械結合係数、圧電素子の充電しない時の出力電圧および静電容量、蓄電装置の電圧等により変動するが、圧電体の歪みエネルギの数％にしかならない。そこで、バネ性レバーとして自由振動するような圧電体を用いて発電することが検討されている。圧電体を振動させることによって繰り返し歪みを発生でき、入力エネルギーによって発生した歪みエネルギーを徐々に電気エネルギーに変換できるからである。このようにして、上記の第３の要因に当たる入力エネルギーに対し発生される電気エネルギーの効率向上が図られている。また、ユーザーの手首に装着する腕時計型の発電装置においては、ユーザーの腕の動きを解析して回転錘が効率良く回転するように上述した第１の要因に係る検討が進んでいる。
そこで、本発明においては、上述した第２の要因に当たる、回転錘の回転運動などとして得られた運動エネルギーを効率良く入力エネルギーとして圧電体に伝達できる装置を提供することを目的としている。そして、このような装置を実現することによって、ユーザーの腕の動きなどから実際に携帯用機器を駆動するのに十分な給電能力を備えた発電装置を提供することを目的としている。
特に、上述したように圧電体を備えた振動片を振動させることによって入力エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換できるので、本発明においては、回転錘などの運動エネルギーをできるだけ損失なく振動片に伝達可能な発電装置を提供することを目的としている。そして、効率良く圧電体に変位を印加することによって発電効率を向上し、発電能力が高く、腕などの動きによって十分な発電量を確保できる発電装置を提供することを本発明の目的としている。
発明の開示
本願の発明者らは、回転錘などの運動エネルギーによって振動片を加振する際に、振動片に与えられた入力エネルギーの損失の多くが、振動片を打撃する打撃部と加振された振動片との２次衝突に起因することを見いだした。
この２次衝突を防ぐには、打撃部が振動片に打撃を与えた後、振動片の初期の変位に対し反対方向の速度が与えられる必要がある。そこで、本発明は、圧電体層を備えた少なくとも１つの振動片と、この振動片に打撃を加えて振動を励起する加振装置とを有し、振動中の前記圧電体層で発生した電力を出力可能な発電装置において、前記加振装置は前記振動片に衝突する回転運動可能な打撃部と前記打撃部を駆動する駆動レバーを備えており、その打撃部の等価質量ｍeが前記振動片の等価質量Ｍeより小さく、
前記打撃部と前記振動片の衝突係数をeとしたときに、前記等価質量ｍeおよびＭeが次の式（Ｃ）を満たすことを特徴とする発電装置。
Ｍe＞((２・ｅ＋３・π＋２)／３・π・ｅ)×ｍe・・・（Ｃ）。これにより、振動片に打撃を与えた後、打撃部には振動片の初期の変位に対し反対方向の速度が与えられる。
従って、打撃部と振動片の２次衝突によるエネルギーの再伝達や損失を防げるので、振動片により多くの入力エネルギーを印加でき、発電能力を向上できる。
一例として振動片が片持ち梁状に取り付けられている場合は、振動片の質量をＭH、固定された固定端から他方の自由端までの距離をｌH、固定端から打撃部によって打撃が加えられる加振点までの距離をｘH、振動モードの規準関数をΞnとしたときに、加振点における等価質量Ｍeは次の式（Ａ）で表される。また、打撃部が加振点に打撃を与える旋回式の加振レバーであり、その慣性モーメントをＩb、旋回中心から加振点に打撃を与える打撃点までの距離をｘbとすると、打撃部の等価質量ｍeは次の式（Ｂ）で表される。
Ｍe＝ＭH／（Ξn（ｘH／ｌH））2    ・・・（Ａ）
ｍe＝Ｉb／ｘb2                      （Ｂ）
振動片の等価質量を大きくするには、片持ち梁状に取り付けられた振動片の自由端に重りを付加することが望ましく、その場合の等価質量Ｍeは次の式（Ｄ）で表される。なお、振動片の片持ち梁部の質量をＭHとし、重りの質量をＭaとする。
Ｍe＝Ｍa＋ＭH／（Ξn（ｘH／ｌH））2    ・・・（Ｄ）
また、圧電体層を備えた振動片を振動させて発電する場合は、発電に有効に活用される１次モードの振動を効率良く励起し、２次モード以上の高次モードの振動を低減することが望ましい。そこで、打撃部は片持ち梁状に取り付けられた振動片の自由端から固定端の側に若干戻った振動片の２次モードの節近傍に打撃を与えることが有効である。また振動片が片持ち梁形状でない場合においても、２次以上の発電に対する寄与が少ないモードの節近傍を加振する事が望ましいのはもちろんである。
片持ち梁状に取り付けられた振動片の自由端に重りを付加して等価質量を増加するときは、自由端の側、すなわち振動片の先端に向かって開いた凹部を備えた重りを採用することによって大きな重りを振動片の先端に装着できる。また、その凹部の内側と衝突するように加振レバーを設置することにより、加振レバーをコンパクトに設置できる。同時に加振レバーによって自由端の側から固定端の側に若干戻った２次モードの節付近に打撃を与えられるので、１次モードの振動を効率良く励起し、発電能力を向上できる。
このような発電装置は腕装着型などのケースに収納して携帯型機器として実現することが可能であり、携帯型機器にこの発電装置から出力される電力で動作可能な計時装置や通信装置などの処理装置を収納することにより、外部から電力供給がいらず、また、電池交換も不要な携帯型機器を提供できる。
さらに、このケース内部で旋回可能に取り付けられた回転錘と、この回転錘の動きを増速して打撃部に伝達する輪列とを設け、打撃部に輪列に連動して旋回駆動され振動片と衝突する加振レバーを採用することが望ましい。回転錘の運動を増速することによって回転錘が動く周期より早い周期で加振レバーを旋回駆動できるので、回転錘の運動エネルギーを加振レバーによって分割して振動片に印加することが可能となる。従って、振動片に与えられる入力エネルギーを分散できるので、振動片の破損を防止し、小型の振動片に振幅の小さな振動を繰り返し印加できる。このため、小型で損失の少ない発電機を実現でき、十分な発電量を確保できる。
また、輪列によって回転駆動される駆動レバーを設け、この駆動レバーの一端に加振レバーの一端が当接して旋回駆動される加振レバーを採用することにより、加振レバーを小型化できる。このため、加振レバーの慣性モーメントを低減できるので、加振レバーの等価質量を小さくでき、振動片との２次衝突を防止でき、増速された輪列の速度にも十分に追従させられる。さらに、このような加振レバーは、旋回中心と重心が一致するようにケースに取り付けることが望ましい。これにより腕などの動きに伴いケースの角度が変化しても加振レバーは安定して不要な動きがないので、振動片と加振レバーの２次衝突を防止でき、ユーザーの腕の動きなどを有効に活用可能な発電能力の高い発電装置を提供できる。
また、複数の振動片を設けこれらに交互に加振レバーによって振動を加えることで、個々の振動片においては１回の打撃による振動の継続する時間を長く取ることができる。したがって振動片の振動中に次の加振が加えられることに起因する損失を防ぎ、効率向上を図る事ができる。
また、加振レバーに代わり、振動片の周囲に形成された溝内を運動する少なくとも１つのボールを用いて振動片に打撃を与えることも可能である。
さらに、振動片を音叉型に組み合わせることや、矩形板等の片持ち梁以外の形状として支持位置を振動の節部とする事で振動損失を少なくし、効率のよい発電装置を構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１に係る圧電体層を備えた振動片を有する発電装置の概略構成を示す図である。
第２図は第１図に示す発電装置の駆動系および加振装置の構成を示す断面図である。
第３図は第１図に示す加振装置を拡大して示す図である。
第４図は振動片の機械的なエネルギー損失率が振幅によって変化する様子を示すグラフである。
第５図は加振レバーから振動片に伝達されるエネルギーの伝達効率が振動片の等価質量と加振レバーの等価質量の比によって変化する様子を示すグラフである。
第６図は加振レバーと振動片が衝突する様子を説明する図であり、第６図（ａ）は衝突前の状態を示し、第６図（ｂ）は衝突後の状態を示してある。
第７図は加振レバーと振動片の等価質量を算出する際の諸条件を示す図である。
第８図は加振レバーと振動片の衝突後の変位を示すグラフである。
第９図は加振レバーと振動片の再衝突限界等価質量を幾つかの衝突係数に基づき示したグラフである。
第１０図は振動片に打撃が与えられる衝突位置によって振動片の振動の１次モードおよび２次モードの振幅が変化する様子を示すグラフである。
第１１図は第１０図に示す１次モードおよび２次モードの振幅を開放電圧から求める様子を示す図である。
第１２図は本発明の実施例２に係る発電装置の概略構成を示す図である。
第１３図は本発明の実施例３に係る発電装置の概略構成を示す図である。
第１４図は本発明の実施例４に係る発電装置の概略構成を示す図である。
第１５図は本発明の実施例５に係る発電装置の概略構成を示す図である。
第１６図は第１５図に示す発電装置の溝の部分の断面を示す図である。
第１７図は本発明の実施例６に係る発電装置の概略構成を示す図である。
第１８図は第１７図に示す発電装置の振動片の形状と振動モードを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
〔実施例１〕
以下に図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。第１図に本発明の実施例に係る発電装置を備えた腕装着型の携帯型機器の概要を示してある。本例の携帯型機器１０は、圧電体層２２ａおよび２２ｂを備えた振動片２１からなる発電装置２０と、振動片２１が振動して得られた交流電流を整流する整流回路２と、整流された電流を蓄積する蓄積回路４と、さらに、発電された電流によって計時処理を行う処理装置６を備えている。処理装置６は、時計部７を駆動したりアラーム処理を行うなどの計時処理の他にラジオ、ページャあるいはパソコンなどの機能を備えているものであってももちろん良い。また、本例では、蓄電回路４にコンデンサ５を用いているが、２次電池などの電力蓄積能力を備えたものであれば良い。整流回路２は、本例のようにダイオード３を用いた全波整流に限定されず、半波整流回路であっても良く、インバータなどを用いた整流回路であってももちろん良い。第１図では本例の携帯型機器を概念図を用いて示してあるが、整流回路２、蓄電回路４および処理装置６などは、後述する駆動系１１と平面的に重なる様に配置されており、装置全体の小型化が図られている。
本例の発電装置２０は、圧電体層を備えた振動片２１に振動を与える加振装置３０を備えており、この加振装置３０が駆動系４０によって駆動されるようになっている。振動片２１は、片持ち梁（カンチレバー）状に地板１２に固定され、金属製の支持層２６と、その両側に形成された圧電体層２２ａおよび２２ｂを備えている。また、振動片２１の自由振動を行う先端（自由端）２３には重り２５が取り付けられている。この重り２５には自由端２３の側に開いた凹み２５ｃが中央に設けられている。そして、加振レバー３５の能動端３９が凹み２５ｃの内部に衝突し、振動片２１に打撃を与えられるように設置されている。従って、加振装置３０の加振レバー３５が旋回すると振動片２１が加振され、振動片２１の先端２３が自由端となり、また、地板１２にネジ２７で固定された側２４が固定端となって自由振動する。このため、これに伴って振動片２１の圧電体層２２ａおよび２２ｂに繰り返し変位が与えられ、起電力が発生する。
本例の駆動系４０は、ケース１の内部で回転運動を行う回転錘１３を備えており、腕時計として装着された際にこの回転錘１３がユーザーの腕や体の動きなどに呼応して回転し、その力を利用して振動片２１に振動を与えられるようにしている。また、本例の駆動系４０には回転錘１３の運動を増速して加振装置３０に与えられるように第２図に示す構成の輪列４１を設けてある。回転錘１３の動きは、輪列４１を構成する回転錘車１４によって第１の中間車１５ａに伝達され増速される。この第１の中間車１５ａは、同径の第２の中間車１５ｂと噛み合っており、回転錘１３の動きによって第１および第２の中間車１５ａおよび１５ｂが回転する。そして、中間車１５ａおよび１５ｂのそれぞれの動きは、加振装置３０の駆動レバー車３１ａおよび３１ｂに伝達され、これら中間車１５ａおよび１５ｂは同一の径で逆方向に回転するので、駆動レバー車３１ａおよび３１ｂが逆方向に等しい速度で回転駆動される。このような輪列４１を用いることによって、例えば、回転錘１３がユーザーの手首などの動きを捉えて１Ｈｚ程度で動くと、この動きを５０Ｈｚ程度まで増速して加振装置３０に伝達できる。本例の加振装置では、２つの駆動レバー３２ａおよび３２ｂによって加振レバー３５が駆動されるので、振動片２１には１００Ｈｚ程度の単位で衝撃が印加され、これによって２ｋＨｚ程度の振動が振動片２１に励起されるようになっている。なお、上記の周波数は例示であって、これらの周波数に本発明が限定されるものでないことはもちろんである。このような輪列４１を構成する中間車１５ａおよび１５ｂ、さらに、後述する歯車およびレバーは、ケース１内の地板１２と、回転錘１３を支持する回転錘受１６に挟まれた狭い空間に配置できるように組み合わされている。
駆動系４０によって駆動レバー車３１ａおよび３１ｂが回転駆動されると、これらの駆動レバー車３１ａおよび３１ｂと同一に動く駆動レバー３２ａおよび３２ｂが逆方向に等しい速度で回転し、これによって加振レバー３５の２つの受動端３６ａおよび３６ｂがそれぞれ動かされる。加振レバー３５は、駆動レバー３２ａおよび３２ｂによって、加振レバーの中心３７を中心に左右に旋回し、この動きに呼応して加振レバー３５の受動端３６の反対側に位置する能動端３９が左右に動く。この能動端３９によって振動片２１の先端の重り２５の内側に打撃が加えられ、振動片２１に振動が励起される。なお、第２図には、一方の中間車１５ａおよび駆動レバー車３１ａ、駆動レバー３２ａ、さらに、受動端３６ａの組み合わせを示してあるが、他方の中間車１５ｂ、駆動レバー車３１ｂ、駆動レバー３２ｂ、さらに受動端３６ｂの組み合わせも同様である。
発電装置２０の振動片２１に対して回転錘１３の様に大きな運動エネルギーを持つもので直に加振すると破損を防ぐために振動片を大型化する必要がある。これに対し、本例のように輪列４１を用いて回転錘１３の動きを増速すると、回転錘１３の持つ運動エネルギーを分割して振動片２１に印加することができ、破損の防止と振動片２１の小型化が可能となる。
さらに、第４図に示す様に、振動片が振動した時の機械的なエネルギーの損失率は同一の振動子であれば振幅が増加するに従って大きくなるため、入力エネルギーを分割して印加することにより、振幅を小さく抑え、振動片２１における機械的なエネルギー損失を低減することも可能となる。
第３図に、加振装置３０を構成する駆動レバー３２ａおよび３２ｂ、および加振レバー３５の配置を拡大して示してある。本例の駆動レバー３２ａおよび３２ｂはほぼ紡錘型をしたレバーであり、各々のレバー３２ａおよび３２ｂがその中心３３ａおよび３３ｂを回転中心として等しい速度で逆方向に回転駆動される。さらに、これらの紡錘型のレバー３２ａおよび３２ｂは位相がずれて回転するように設定されており、それぞれのレバーの両端３４が加振レバーの受動端３６ａおよび３６ｂに交互に当接して受動レバー３５を駆動するようになっている。
受動端３６ａおよび３６ｂは中間車１５ａおよび１５ｂの配置を考慮して適当な角度離れた位置に設けられており、これら受動端３６ａおよび３６ｂに対し、駆動端３９は加振レバーの中心３７に対し反対側に位置する。さらに、本例の加振装置３０においては、駆動レバー３２ａおよび３２ｂの運動エネルギーを最も効率良く受動レバー３５に伝達できるように、駆動レバー３２ａの中心３３ａと、その両端３４が加振レバーの受動端３６ａと当接する位置３８ａと、加振レバー３５の中心３７がほぼ一直線となるように配置されており、さらに、駆動レバー３２ｂの中心３３ｂと、その両端３４が受動レバーの受動端３６ｂと当接する位置３８ｂと、加振レバー３５の中心３７がほぼ一直線となるように配置されている。
本例の加振装置の加振レバー３５は、上記のように配置することによって駆動系４０から加振レバー３５にエネルギー損失が非常に少ない状態で伝達でき、さらに、２つの駆動レバー３２ａおよび３２ｂによって交互に駆動されるので、より細かな時間の単位で振動片２１に入力エネルギーを与えて効率良く振動を励起できる。また、駆動レバー３２ａおよび３２ｂによって加振レバー３５を駆動するようにしているので、加振レバー３５の慣性モーメントを低減でき、加振レバー３５が比較的高い周波数で運動した場合であっても、その動きを増速した高周波数の動きに十分追従させることが可能となる。さらに、後述するように、加振レバーの慣性モーメントを低減することによって加振レバーの等価質量を低減できるので、振動片との２次衝突によるエネルギー損失を低減する効果も備えている。
また、本例の加振レバー３５は、そのほぼ重心を旋回の中心３７としてケース１に取り付けてあるので、ケース１の向きが変わっただけでは加振レバー３５が勝手に旋回しないようになっている。このため、加振レバー３５は駆動レバー３２ａおよび３２ｂによってのみ駆動され、駆動レバーとの位置関係がつねに適正に保たれるようになっている。また、加振レバー３５がケース１の向きによって不用意に動いて振動片２１との間で２次衝突を引き起こし、エネルギー損失の原因となることも防止している。
第５図に、本例の発電装置２０において振動片２１の得た入力エネルギー（振動片２１の振動エネルギー）Ｅiと加振レバー３５の運動エネルギーＥoの比（エネルギー伝達効率）ηt（＝Ｅi／Ｅo）が、加振レバー３５の等価質量ｍeと振動片２１の等価質量Ｍeとの比（等価質量比）ＭR（＝ｍe／Ｍe）によって変化する様子を示してある。本図から判るように、等価質量比ＭRが１未満の場合は、等価質量比ＭRが増加するに従ってエネルギー伝達効率ηtが増加する。これに対し、等価質量比ＭRがほぼ１になるとエネルギー伝達効率ηtは急激に低下し、等価質量比ＭRが１を超えるとエネルギー伝達効率ηtは再び上昇するが、等価質量比ＭRが１未満での最大値よりも低くなる。等価質量比ＭRが１未満の場合は、等価質量比ＭRが増加するに従って振動片２１の振動の初期速度が増加するのでエネルギー伝達効率ηtが上昇する。これに対し、等価質量比ＭRがほぼ１に近づくと、加振レバー３５の運動エネルギーＥoがほぼ振動片２１に伝達されるので、加振レバー３５は振動片２１に打撃を与えた位置に止まり、振動片２１と加振レバー３５の２次衝突が発生する。この２次衝突によって振動片２１の得た入力エネルギーが加振レバー３５の側に逆に与えられ、エネルギー損失となるのでエネルギー伝達効率ηtが急激に減少する。そして、等価質量比ＭRが１を越えると、振動片２１の側に２次衝突によるエネルギー損失が多少減少し、また３次衝突などが発生するので、エネルギー伝達効率ηtが上昇する。
このように、等価質量比ＭRが１であると、エネルギー伝達効率ηtは非常に低くなる。エネルギー伝達効率ηtを向上させるためには、等価質量比ＭRを１未満として、２次衝突が起こらないようにするか、２次衝突が起こってもエネルギー伝達効率ηtがあまり低下しない条件を求める必要がある。そこで、本願発明者らは以下のように加振レバー３５と振動片２１との間に２次衝突が発生しないための条件を見いだした。第６図に、振動片２１に加振レバー３５が衝突する系をそれぞれの等価質量Ｍeおよびｍe、さらに、振動片２１の等価バネ定数Ｋを用いて示してある。以下に示すように等価質量Ｍe、ｍeおよび等価バネ定数Ｋを用いて評価することにより、打撃部と振動片は加振レバーと片持ち梁の組み合わせに限定されず、後で説明するような打撃部にボールなどの異なった機構を用いた場合や振動片に矩形板などの異なった形状の圧電体を使用した場合であっても同等に本発明を適用することができる。
振動片２１の等価質量Ｍeは、第７図（ａ）に示したような質量ＭH、固定された固定端から他方の自由端までの距離ｌH、固定端から打撃部によって打撃が加えられる加振点Ｘまでの距離ｘH、振動モードの規準関数Ξnの振動片に対し以下のように表される。
Ｍe＝ＭH／（Ξn（ｘH／ｌH））2      ・・・（１）
ただし、規準関数Ξnは、積分点での密度をρとすると、以下の関係を満足する関数である。
∫∫∫ρ・Ξn2・ｄＶ＝ＭH            ・・・（２）
本例の振動片２１においては１次モードの振動が励起されることが望ましく、このモードの規準関数は以下のようになる。
0003711562.tif 000002
ただし、ｙ＝ｘH／ｌH
cosα1×cosｈα1＝−１  （α1は１番目の解）である。
また、加振レバー３５の等価質量ｍeは、慣性モーメントをＩb、旋回中心から振動片の加振点に打撃を与える打撃点までの距離ｘbの加振レバー３５に対し以下のように表される。
ｍe＝Ｉb／ｘb2                      ・・・（４）
また、第７図（ｂ）に示したような、振動片２１の先端に凹みのある重り２５を付加した場合や振動片が片持ち梁以外の場合は、規準関数Ξ1（ｙ）が異なるが上記と同様に求めることができる。さらに、加振点が先端に非常に近く、固定端から自由端までの距離ｌHと固定端から打撃部によって打撃が加えられる加振点Ｘまでの距離ｘHがほぼ等しい場合は、式（１）で求めた梁状の振動片の等価質量Ｍeと重りの質量Ｍaを用いて第７図（ｂ）のような振動片の等価質量を以下の式で近似できる。
Ｍe＝Ｍa＋ＭH／（Ξn（ｘH／ｌH））2    ・・・（１’）
第６図に戻って、等価質量ｍeの加振レバー３５が速度Ｖbで等価質量Ｍeの振動片２１に衝突した後、振動を開始した振動片２１と２次衝突を起こさないためには、衝突後に加振レバー３５が振動片２１の変位と逆方向の速度を得ることが必要となる。従って、加振レバー３５の等価質量ｍeと振動片２１の等価質量Ｍeのとの間に以下の関係が成りたつことが必要となる。
ｍe  ＜  Ｍe                            ・・・（５）
さらに詳しく解析すると、加振レバーと振動片の衝突係数をｅとしたときに運動量保存の法則より以下の式が導かれる。
０×Ｍe＋Ｖb×ｍe＝ＶH’×Ｍe＋Ｖb’×ｍe      ・・・（６）
（Vb’−ＶH’）／Ｖb＝−ｅ                  ・・・（７）
ここで、ＶH’およびＶb’は衝突直後の振動片２１および加振レバー３５のそれぞれの速度である。
次に、衝突後の振動片２１の運動と加振レバー３５の運動を検討すると、第８図に示すようになる。まず、振動片２１は、打撃を受けた時点から振動を開始し、第８図に実線５１で示したような変位を示す。その変位ｕHは以下の式で表される。なお、簡単のため振動片２１についは１次モードの振動を考え、また、振動の減衰は考慮していない。
ｕH＝Ａ・sinωｔ                  ・・・（８）
ただし、ωは角速度、Ａは振幅、ｔは時間を示し、初期条件より以下の関係を満足する。
（ｄｕH／ｄｔ）ｔ＝０＝ω・Ａ＝ＶH’    ・・・（９）
一方、加振レバー３５は一点鎖線５２で示したように速度Ｖb’で打撃地点から遠くなるので、その変位ｕｂは以下の式で表される。
ｕb＝Ｖb’・ｔ                      ・・・（１０）
以上より、振動片２１と加振レバー３５が２次衝突を起こさないためには、変位ｕHおよびｕbが時刻ｔが０のとき以外に解を持たなければ良い。すなわち、以下の式（１１）がｔ＝０以外で解を持たなければ良い。
Ａ・sinωｔ＝Ｖb’・ｔ              ・・・（１１）
式（１１）を解くために式（８）を３次方程式で近似する。振動片２１の変位ｕHは、第８図のＯ、ＱおよびＳの各点を通るので、以下の３次方程式で近似できる。
ｕH3（ｔ）＝Ｂ・ｔ（ｔ−π／ω）（ｔ−２・π／ω）・・・（１２）
ここで、式（１２）が第８図の点Ｒ（３π／２ω，−Ａ）を通るので、式（９）より、定数Ｂは以下のようになる。
Ｂ＝８・ω2／（３・π3）×ＶH’    ・・・（１３）
従って、式（１１）は、以下の式（１４）で近似できる。
Ｂ・ｔ（（ｔ−π／ω）（ｔ−２・π／ω）−Ｖb’／Ｂ）＝０      ・・・（１４）
このため、以下の式（１５）の判別式Ｄを求め、ω、ｅおよびｍeが共に０より大きいことを基に判別式Ｄ＜０となる条件を求め、式（１３）および式（６）、（７）の関係を用いて整理する。
（ｔ−π／ω）（ｔ−２・π／ω）−Ｖb’／Ｂ＝０    ・・・（１５）
これにより、振動片の等価質量Ｍeと加振レバーの等価質量ｍeとの間に式（１６）に示す関係が得られる。
Ｍe＞（（２・ｅ＋３・π＋２）／３・π・ｅ）×ｍe    ・・・（１６）
以上より、上記の式（１６）を満足する等価質量を備えた振動片および加振レバーを採用することにより、これら振動片と加振レバーの２次衝突によるエネルギー損失のない発電装置を提供することができる。
以上の考察により振動片と加振レバーが２次衝突しない条件を、各々の等価質量の条件に置き換える事ができた。
第９図に、上記の式（１６）に基づき、以下の再衝突限界等価質量の関係を満たす振動片の等価質量Ｍeと加振レバーの等価質量ｍeを異なる衝突係数ｅに対して示してある。
Ｍe＝（（２・ｅ＋３・π＋２）／３・π・ｅ）×ｍe  ・・・（１７）
第５図に示したように、等価質量比ＭRは２次衝突が発生しない範囲で１に近いほうがエネルギー伝達効率ηtが高いので、振動片の等価質量Ｍeと加振レバーの等価質量ｍeはこの再衝突限界等価質量の関係に近いものを採用することが望ましい。
さらに、本願発明者らは、第７図に示した加振点Ｘの変化によっても振動片２１から発生される起電圧が変動することを見いだした。振動片２１に振動を与えた場合、発電に寄与する振動は１次モードの振動であり、２次モード以上の高次の振動が発生するとその振動モードを励起するために発電に有効な１次モードへの入力エネルギーが減少する。この変化を測定するため、発明者らは、加振点Ｘによって１次モードの振幅と２次モードの振幅が変化する様子を計測し、その結果を第１０図に示してある。測定には、圧電体であるＰＺＴ層を燐青銅製の支持材に積層した全長ｌHが２１ｍｍのユニモルフタイプの振動片を用い、第７図に示す加振点Ｘの振動片の先端（自由端）からの距離（衝突位置（ｌH−ｘH））を変えて打撃を与えた後に振動片で発生する開放電圧Ｖを測定している。この間放電圧Ｖは、振動片の振幅にほぼ比例した値が得られ、第１１図に示すように振動の１次モードに２次モードが重なった波形が得られる。従って、この得られた波形から１次モードと２次モードの振幅ＶαとＶβを得て、その結果を第１０図に示してある。
第１０図から判るように、振動片の自由端に打撃を与えた場合より、自由端から固定端に向かって若干戻った位置に打撃を与えた方が１次モードの振幅を大きくでき、２次モードの振幅を小さくできることが判る。そして、１次モードの振幅は衝突位置が先端から約３．５ｍｍのときに最大になり、２次モードの振幅はほぼ同じ衝突位置で最小となる。この２次モードの振幅が最小となる位置の近傍に２次モードの振動の節の部分があると考えられる。従って、振動片の２次モードの振動の節の近傍に打撃を与えることにより、２次モードの発生を抑制し、発電に寄与する１次モードの振幅を大きくできることが判る。このため、振動片の自由端に打撃を与えるのではなく、自由端から若干戻った位置に打撃を与えることにより、発電により有効に活用されるように入力エネルギーを振動片に与えることができ、発電能力の高い圧電体を用いた発電装置を提供できることが判る。
以上のように、本願発明者らにより、圧電体層を備えた振動片を用いた発電装置において振動片に有効にエネルギーを伝達するには、振動片の等価質量と振動片に衝突する加振レバーなどの打撃部の等価質量との関係を２次衝突が発生しない範囲に設定することが望ましいことが見いだされた。さらに、振動片における２次モードの振動の発生を抑制し、入力エネルギーが発電にいっそう有効に活用されるためには、２次モードの振動が励起され難い２次モードの振動の節に当たる付近に打撃を加えることが望ましいことも見いだされた。
第１図に示した本例の発電装置２０においては、振動片２１の自由端２３の側に凹型の重り２５が付加されており、小型の振動片２１であってもその等価質量を調整して加振レバー３５より大きくし易い構成となっている。また、加振レバー３５においては、カム部などを設けて直に輪列４１から駆動されるのではなく、駆動レバー３２を介して駆動されるようにしているので、加振レバー３５を小型化して等価質量が小さくできるようになっている。従って、本例の発電装置２０は、振動片２１と加振レバー３５の間の２次衝突を防止し、これによるエネルギー損失をなくすことができる構成であり、エネルギー伝達効率の高い発電装置である。また、凹型の重り２５を採用しているので、振動片の自由端の両側に重りを拡張できるため、小さなスペースで十分な質量の重りを配置することができる。
さらに、本例の発電装置２０においては、凹型の重り２５の凹み２５ｃの内部に加振レバー３５の能動端３９を設置してある。従って、能動端３９は重り２５を含めた振動片２１全体の自由端２３から若干固定端２４の側に戻った位置を加振することになる。このため、振動片２１には２次モードの振幅が小さく１次モードの振幅がより大きくなるように入力エネルギーが伝達され、発電能力の高い発電装置が得られる。
また、本例の発電装置２０は、上述したように輪列４１によって回転錘１３の動きを増速して振動片２１に打撃を与え、回転錘１３の運動エネルギーを分割して振動片２１に印加できるなど、圧電体層を備えた小型の振動片２１に対して非常に効率良く回転錘１３の運動エネルギーを伝達できるので、小型で発電能力の高い発電装置である。
そして、本例の発電装置によって供給される電力により、本例の計時装置に限らず、ページャー、電話機、無線機、補聴器、電卓、情報端末などの処理装置を作動させることが可能である。また、携帯型機器の形状も車両搭載型、ポケット型など腕装着型の携帯型機器に限定するものではない。これらの携帯型機器に本発明の発電装置を採用することにより、電池切れなどの心配をせずに何時でも何処でも携帯型機器に搭載された処理装置の機能を発揮させることができる。
〔実施例２〕
第１２図に、本発明に係る発電装置２０を備えた腕装着型の携帯型機器６０を示してある。本例の発電装置２０も圧電体層を備えた振動片２１を備えており、この振動片２１に対し携帯型機器６０のケース１内を旋回する回転錘１３の運動エネルギーによって打撃を与え振動を励起し、これによって発電された電流を供給できるようになっている。従って、上記の実施例と共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。また、以下に説明する他の実施例においても同様である。
本例の発電装置２０は、１つの駆動レバー３２によって加振レバー３５を旋回駆動し、振動片２１に運動エネルギーを供給するようになっている。従って、駆動系４０の輪列４１も１つの中間車１５によって回転錘１３の動きを増速して駆動レバー３２に伝達するようになっている。このため、駆動系４０の輪列４１および駆動レバー３２の構成を簡略化できるので、発電装置２０および携帯型機器６０をいっそう小型化できる。さらに、振動片２１の自由端２３には凹型の重り２５を設けてあり、その凹部２５ｃの内部に加振レバー３５の能動端３９が設置されているので、実施例１と同様に加振レバー３５と振動片２１の２次衝突を防止でき、１次モードの振動を励起し易い構造となっている。また、輪列４１によって回転錘１３の動きが増速して伝達されるので、回転錘１３の運動エネルギーが分割して振動片に供給される。このように、本例の発電装置および腕装着型機器は、実施例１と同様にエネルギー伝達効率の向上が図られており、より小型で発電能力の高い発電装置および腕装着型機器である。
〔実施例３〕
第１３図に、本発明の実施例に係る異なる発電装置２０の例を示してある。本例の発電装置２０は、２本の振動片２１ａおよび２１ｂを備えており、加振レバー３５の能動端３９がこれら２本の振動片２１ａおよび２１ｂの間に位置している。そして、２本の振動片２１ａおよび２１ｂの自由端２３ａおよび２３ｂに設置されている重り２５ａおよび２５ｂの自由端２３より若干固定端２４に戻った場所に加振レバー３５によって交互に衝撃を与え、それぞれの振動片２１ａおよび２１ｂに振動を励起している。本例の発電装置２０においては、２本の振動片２１ａおよび２１ｂに交互に打撃が与えられるので、個々の振動片においては１回の打撃による振動の継続する時間を長くとることができる。従って、１回の打撃による入力エネルギーが電気エネルギーに変換される期間を長く設定できるので、加振レバーによって伝達されるエネルギーが大きくなり、振動片２１の振動回数が多くなった場合でも次に加振されるまでに十分な余裕時間を確保できる。このため、振動中にさらに次の振動が加振される事態を防止でき、このような事態に起因する振動エネルギーの損失を回避できる。
なお、本例では２本の振動片２１ａおよび２１ｂに対し加振レバーによって交互に打撃を与えるようにしているが、例えば、旋回する加振レバーの周囲に３本以上の振動片を配置したり、複数の加振レバーを用いることによって３本以上のｎ本の振動片に対し交互に打撃を与えることも可能である。
〔実施例４〕
第１４図に、本発明の実施例に係る異なる発電装置の例を示してある。本例の発電装置２０は、２つの振動片２１ａおよび２１ｂの支持層２６ａおよび２６ｂが音叉型に形成されており、これら２つの支持層２６ａおよび２６ｂを連絡する基部２６ｃが地板１２に取り付けられている。また、それぞれの振動片２１ａおよび２１ｂに設けられた圧電体層２２ａおよび２２ｂのそれぞれからは不図示の異なった２つの整流回路に各々の振動片２１ａおよび２１ｂから電流が供給されるようになっている。従って、音叉を外部より加振したときに起きる左右の腕が同相で振れるモードと、逆相で振れるモードの両方から電力を取り出すことができる。同相のモードの振動損失は肩持ち梁とほぼ同じと考えられるが、逆相のモードの振動損失は固定部に力が加わらないために非常に小さい。このため、逆相のモードに印加された入力エネルギーは効率よく電力に変換できるので、片持ち梁よりも効率の良い圧電体を用いた発電装置を提供できる。
また、加振レバー３５は、上述した実施例と同様に振動片２１ａおよび２１ｂより等価質量が小さく設定されており、さらに、振動片２１ａおよび２１ｂの自由端から固定端の側に若干戻った部分に打撃を与えるようになっている。従って、本例の音叉型に組み合わされた振動子２９を用いて発電を行うことにより、音叉の特性を活かした振動損失率の小さな振動を発生させることができるので、機械的なエネルギー損失を抑制して発電効率の高い発電装置を提供することができる。
〔実施例５〕
第１５図および第１６図に、本発明の実施例に係る異なった発電装置２０の概略構成を示してある。本例の発電装置２０においては、振動片２１を加振する打撃部にボール６２を用いている。本例の発電装置２０は、振動片２１を収納した上下のケース６５ａおよび６５ｂの内部に、振動片２１の自由端２３から若干固定端２４に戻った位置を通る円形の溝６１が形成されており、この溝６１の内部をボール６２が自由に動けるようになっている。従って、ケース６５に運動を与えてボール６２を動かすと、ボール６２は振動片２１の自由端２３から若干戻った位置で振動片２１に衝突し振動片２１に振動を与えるようになっている。この結果、振動片２１の圧電体層２２ａおよび２２ｂに起電力が発生し、発電が行われる。
本例の発電装置２０は、振動片２１に打撃を与えるボール６２の等価質量を振動片２１の等価質量に対し小さくできるので実施例１において詳述したように２次衝突を防止でき、ボール６２から振動片２１に対するエネルギー伝達効率を高くすることが可能である。また、振動片２１に打撃を与えるボール６２は、溝６１の内部を自由に動けるようになっているので、回転錘や輪列を取り付けるためのベアリングなどの複雑な構造が不要となる。従って、簡易な構成で発電能力の高い発電装置を安価に提供することができる。さらに、溝６１に複数のボール６２を封入することによって振動片２１に対する打撃回数を増加させることも可能であり、ケース６５を動かすエネルギーをより効率よく振動片２１に伝達することができる。
〔実施例６〕
第１７図および第１８図に、本発明の実施例に係る異なった発電装置２０の概略構成を示してある。本例の発電装置２０においては、振動片２１を加振する打撃部にボール６２を用いている。本例の発電装置２０は、両端自由の矩形板型の振動片２１を収納したケース６５の内部に、円形の溝６１が形成されており、この溝６１の内部をボール６２が自由に動けるようになっている。従って、ケース６５に運動を与えてボール６２を動かすと、ボール６２は振動片２１に衝突し振動片２１に振動を与えるようになっている。この結果、振動片２１の圧電体層２２ａおよび２２ｂに起電力が発生し、発電が行われる。
また本実施例においては、振動片２１の形状は第１８図（ａ）に示すように両端自由の矩形板であるので、１次モードには節８１ａおよび８１ｂができる。この節８１ａおよび８１ｂを第１８図（ｂ）に図示した支持部材７１ａおよび７１ｂで支持することで、振動片の固定による振動損失を防ぐ事ができる。
さらに片持ち梁の場合と同様に、振動片の高次モードの振動の節の近傍に打撃を与えることで高次モードの発生を抑制し、発電に寄与する１次モードの振幅を大きくできる。両端自由の矩形板の１次モードを第１８図（ｃ）に、２次モードを第１８図（ｄ）に、３次モードを第１８図（ｅ）に示す。図中の直線は矩形板の長手方向の位置を表し、曲線は変形時の形状を表す。図中の数値は矩形板の長手方向の長さをｌとした時の振動の節の位置を示している。これらからすべてのモードにおいて振動の腹となる両端部でなく、２次、３次モードの節がある自由端から全長の１０％〜１３％中心側付近もしくは自由端から全長の３６％〜５０％の位置に打撃を与える事が望ましい。
本例の発電装置２０は、振動片２１に打撃を与えるボール６２の等価質量を振動片２１の等価質量に対し小さくできるので実施例１において詳述したように２次衝突を防止でき、ボール６２から振動片２１に対するエネルギー伝達効率を高くすることが可能である。また、振動片２１に打撃を与えるボール６２は、溝６１の内部を自由に動けるようになっているので、回転錘や輪列を取り付けるためのベアリングなどの複雑な構造が不要となる。従って、簡易な構成で発電能力の高い発電装置を安価に提供することができる。さらに、溝６１に複数のボール６２を封入することによって振動片２１に対する打撃回数を増加させることも可能であり、ケース６５を動かすエネルギーをより効率よく振動片２１に伝達することができる。
従って、本例の振動子２１を用いて発電を行うことにより、両端自由の矩形板の特性を活かした振動損失率の小さな振動を発生させることができるので、機械的なエネルギー損失を抑制して発電効率の高い発電装置を提供することができる。
ここまで、実施例１〜５において本願の発明者らは２次衝突に伴う損失のない片持ち梁状の振動片と加振部（レバー、ボール等）の質量関係について確立し、また実施例６においては両端自由の矩形板状の振動片と加振部について同様な損失のない設定が可能である事を述べた。しかし、本発明はこれらの振動片・加振構造に限定されず、円板、台形板、矩形板、円筒、直方体等、任意の振動片と、レバー、ボール、板バネ等のいかなる加振部の組み合わせにおいても、第８図に示すように、加振部が振動片を打撃後、振動片に対し反対方向の速度が与えられるような設定を行う事で、２次衝突に伴う損失をなくすと言う同等の効果を得る事ができる。またこの設定は加振部の質量を徐々に減少させながら同じ振動片に衝突させ加振部を観察することで、容易に求める事ができる。すなわち加振部が移動片を打撃後、振動片に対し反対方向の速度が与えられるような発電装置は、全て本発明の範囲内である事は明白である。
なお、上記の実施例においては、金属片の支持層２６の両側に２層の圧電体層２２ａおよび２２ｂの形成されたバイモルフタイプの振動片、あるいは圧電体層２２ａおよび２２ｂが積層された振動片を用いて発電を行う装置に基づき説明しているが、２層以上の複数層の圧電体が積層された振動片やユニモルフタイプの振動片などを用いても良いことはもちろんである。さらに、圧電体部を構成する素材はＰＺＴ（商標）、チタン酸バリウム系やチタン酸鉛系などのセラミック素材、水晶やニオブ酸リチウム等の単結晶、さらにＰＶＤＦ等の高分子素材であってももちろん良い。
また、本発明は上記の実施例で説明した時計装置などの腕装着型の携帯型機器に限定するものではない。本発明は小型で発電能力の高い発電装置を提供できるので、他の小型で携帯型の電子機器に内蔵される発電装置として好適であり、例えばページャー、電話機、無線機、補聴器、万歩計、電卓、電子手帳などの情報端末、ＩＣカード、ラジオ受信機などに本発明の発電装置を適用することが可能である。そして、これらの携帯型機器に本発明の発電装置を採用することにより、人間の動きなどを捉えて効率良く発電を行い、電池の消費を抑制したり、あるいは電池その物を不要にすることも可能である。従って、ユーザーは電池切れを心配せずに、これらの携帯型機器を使用することができ、電池切れによってメモリに記憶した内容が失われるなどのトラブルも未然に防止できる。さらに、電池や充電装置が容易に入手できない地域や場所、あるいは災害などによって電池の補充が困難な事態であっても携帯型電子機器の機能を発揮させることが可能となる。
産業上の利用の可能性
以上に説明したように、本発明は、圧電体層を備えた振動片を振動させて発電を行う発電装置において、振動片に打撃を与えて振動を励起する打撃部の等価質量を振動片の等価質量より小さくして振動片と打撃部との２次衝突が発生するのを防止している。このため、本発明により、２次衝突に起因するエネルギー損失を防止できるので、打撃部から振動片へのエネルギー伝達効率が非常に高い発電装置を提供できる。従って、本発明に係る発電装置は、回転錘などで発生した運動エネルギーを効率良く入力エネルギーとして振動片に与えることができるので、発電効率の高い圧電体層を備えた振動片を用いた発電装置において、振動片に対し大きな入力エネルギーを供給することが可能となり、発電能力の高い発電装置を実現できる。このため、圧電体を用いた小型で携帯可能な携帯型機器に電力を提供するのに適した発電装置を提供することができる。
さらに、本発明においては、振動片を加振する位置を２次モードの節の近傍にすることによって発電に寄与する１次モードの振幅を増大させ、入力されたエネルギーが有効に発電に用いられるようにしている。また、本発明においては、腕装着型機器に搭載された回転錘の回転運動を輪列を用いて増速し、運動エネルギーを分割して振動片に与えることにより振動時の機械的損失を低減して、変換効率を向上させることで、圧電体を用いた小型で発電能力の高い発電装置を実現している。また、複数の振動片を設けこれらに交互に加振レバーによって振動を加えることで、個々の振動片においては１回の打撃による振動の継続する時間を長く取ることができる。したがって振動片の振動中に次の加振が加えられることに起因する損失を防ぎ、効率向上を図る事ができる。その上、振動片を音叉や、両端自由の矩形板型とし１次モードの節上で支持することで固定損失を低減し、変換効率を向上でき、発電能力の高い圧電体を用いた発電装置を実現している。
このように、本発明の発電装置は、ユーザーの腕の動きなどを捉えて得た運動エネルギーを効率良く振動片に伝達することが可能となるので、小型・携帯型機器に十分な電力を供給できる発電装置を提供することが可能となる。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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