(57)【要約】【課題】  時間的に安定した出力電圧を得る事が出来る振動発電装置を提供する。【解決手段】  圧電体及び振動部材を備え、振動部材の少なくとも一つの面に圧電体が設けられた圧電振動子と、エネルギーの蓄積及び解放を行い、エネルギーの解放により第一の方向に付勢する第一の蓄勢部材と、圧電振動子及び蓄勢部材を、第一の方向が振動部材の面と交わる方向となるように保持する保持部材とを有する。【選択図】      図1
2014225973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体及び振動部材を備え、前記振動部材の少なくとも一つの面に前記圧電体が設けられた圧電振動子と、
エネルギーの蓄積及び解放を行い、前記エネルギーの解放により第一の方向に付勢する第一の蓄勢部材と、
前記圧電振動子及び前記第一の蓄勢部材のそれぞれの一端を、前記第一の方向が前記振動部材の前記面と交わる方向となるように保持する保持部材とを有する、振動発電装置。
【請求項２】
前記第一の方向と交わる方向に延在して前記保持部材に設けられ、前記保持部材を所定の範囲で回転可能に支持する軸部材を有する、請求項１の振動発電装置。
【請求項３】
前記軸部材は、前記面の延在方向に延在している、請求項２の振動発電装置。
【請求項４】
前記保持部材に爪部材が設けられている、請求項１から３のいずれか１項の振動発電装置。
【請求項５】
前記振動部材及び前記保持部材が一体の部材として形成される、請求項１から４のいずれか１項の振動発電装置。
【請求項６】
前記保持部材を打撃する打撃子を備えた回転体を有する、請求項１から５のいずれか１項の振動発電装置。
【請求項７】
エネルギーの蓄積及び解放を行う第二の蓄勢部材と、
前記第二の蓄勢部材に蓄積されたエネルギーが解放されることにより回転する調速機と、
前記調速機の回転を前記回転体に伝達する伝達部を有する、請求項６の振動発電装置。
【請求項８】
請求項１から８のいずれか1項の振動発電装置と、
前記振動発電装置により発生した電力を蓄積する二次電池と、
前記二次電池により動作するセンサと、
前記センサが検知した信号を処理する処理回路とを有する、センサユニット。
【請求項９】
振動部材の少なくとも一つの面に圧電体が設けられた圧電振動子を用いた振動発電方法であって、
前記圧電振動子は、一端に蓄勢部材を有し、
前記蓄勢部材にエネルギーを蓄積させるステップと、
前記蓄勢部材に蓄積されたエネルギーを開放して前記圧電振動子を共振させるステップと、
前記圧電体に発生した電力を取り出すステップとを有する、振動発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動発電技術は、振動エネルギーを圧電素子などを用いて電力に変換する技術である。振動発電技術により、環境中に広く存在する振動から電力を得る事ができる。そのため、一次電池又は二次電池で動作し、長い交換周期を要求される機器の電力源として、振動発電技術を応用する事が期待されている。このような機器の例として、建物に取り付けられて侵入行為を検知したり、配管を始めとする構造物に取り付けられ、その漏洩や劣化を検知したりするセンサ等を挙げることができる。
【０００３】
振動発電技術の一例として、特許文献１には、表面に圧電素子が設けられた板ばねと、板ばねの先端部近傍に配置され、板ばねに振動を付与する振動付与部材を備える回転体とを具備する圧電発電ユニットが記載されている。この圧電発電ユニットにおいては、回転体に備えられた振動付与部材が板ばねに接触して板ばねに振動が付与される。板ばねに振動が付与される事により、板ばねの表面に設けられた圧電素子から電力を得る事ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０６１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1に記載の圧電発電ユニットにおいては、回転体に備えられた振動付与部材が板ばねに接触して振動が付与される度に、板ばねの振動が抑制される。そのため、板ばねが振動することにより圧電素子から得られる出力電圧が瞬時的に減少する課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、出力電圧が時間的に安定した振動発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電振動装置は、圧電体及び振動部材を備え、振動部材の少なくとも一つの面に圧電体が設けられた圧電振動子と、エネルギーの蓄積及び解放を行い、エネルギーの解放により第一の方向に付勢する第一の蓄勢部材と、圧電振動子及び蓄勢部材を、第一の方向が振動部材の面と交わる方向となるように保持する保持部材とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、出力電圧が時間的に安定した振動発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態における振動発電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態における振動発電装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における振動発電装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態における振動発電装置の変形例の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第４実施形態における振動発電装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施例１における振動発電装置の構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施例１における出力電圧時間波形を示す図である。
【図１９】本発明の実施例２におけるセンサユニットの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態における振動発電装置であり、図１（ａ）はその正面図、図１（ｂ）は側面図である。
【００１１】
最初に、図１を用いて本発明の第１実施形態における振動発電装置について説明する。図１に示すとおり、本発明の第１実施形態における振動発電装置１０は、圧電体１０１及び振動部材１０２を備え、振動部材１０２の少なくとも一つの面１０３に圧電体１０１が設けられた圧電振動子１１０と、エネルギーの蓄積及び解放を行い、エネルギーの解放により第一の方向に付勢する第一の第一の蓄勢部材１２０と、圧電振動子１１０及び第一の蓄勢部材１２０を、第一の方向が振動部材１０２の面１０３と交わる方向となるように保持する保持部材１３０とを有するものである。本発明の第１実施形態における振動発電装置１０は、
なお、図１に示す振動発電装置１０において、第一の方向は、壁面から保持部材１３０へ向かう、第一の蓄勢部材１２０の延在方向となる。また、保持部材１３０は、第一の方向である第一の蓄勢部材１２０の延在方向と振動部材１０２の面１０３とが垂直に交わるように、圧電振動子１１０及び第一の蓄勢部材１２０を保持している。更に、第一の蓄勢部材１２０の保持部材１３０に保持される一端と反対側の他端は、壁面などに固定して取り付けられることができる。
【００１２】
次に、図１を用いて本発明の第１実施形態における振動発電装置を用いた発電動作について説明する。まず、第一の蓄勢部材１２０に対してエネルギーを蓄積させる。エネルギーの蓄積は、例えば保持部材１３０を介して第一の蓄勢部材１２０を任意の方法で押し込むことにより行う事ができる。
【００１３】
続いて、第一の蓄勢部材１２０に蓄積したエネルギーを解放させる。これは、例えば第一の蓄勢部材１２０を押し込んでいた状態を止めて開放することにより行う事ができる。これにより、第一の蓄勢部材１２０は第一の方向に付勢する。第一の蓄勢部材１２０は、一端が保持部材１３０により保持され、他端が壁面などに固定されているため、第一の蓄勢部材１２０が第一の方向に付勢すると、保持部材１３０に衝撃力が伝播する。この衝撃力は、更に一端が保持部材１３０に保持されている圧電振動子１１０に伝播する。また、第一の方向は、振動部材１０２の面１０３と交わる方向である。そのため、圧電振動子１１０に衝撃力が伝播する事により、圧電振動子１１０が加振され、圧電振動子１１０が振動する。この場合において、圧電振動子１１０は、概ねその固有振動数に沿った振動数にて振動する。
【００１４】
そして、圧電振動子１１０が振動する事により、圧電体１０１に電力が発生する。圧電体１０１に発生した電力は、圧電体１０１に設けられた、図示しない電極から取り出す事ができる。
【００１５】
圧電振動子１１０が振動している際に、第一の蓄勢部材１２０に対して更にエネルギーの蓄積及び開放を行うことができる。これにより、圧電振動子１１０は更に加振される。この場合において、第一の蓄勢部材１２０に対するエネルギーの蓄積は、例えば保持部材１３０を介して行われるため、圧電振動子１１０の振動が抑制されることはない。また、圧電振動子１１０は振動の減衰作用を有するため、圧電振動子１１０を更に加振した場合であっても、圧電振動子１１０の振動が無限に増幅される事もない。そのため、第一の蓄勢部材１２０に対するエネルギーの蓄積及び開放を適切な時間間隔で行う事により、圧電振動子１１０を連続的に共振させる事ができる。更に、圧電体１０１は、振動数に応じた電圧にて電力を発生する。そのため、圧電振動子１１０が共振している間は、圧電体１０１から発生する電圧は大きく変動する事はない。従って、圧電体１０１から安定した出力電圧を発生させる事となる。
【００１６】
本発明の第１実施形態によると、第一の蓄勢部材１２０に対してエネルギーを蓄積させ、蓄積させたエネルギーを解放させることにより、圧電振動子１１０を共振させ、圧電体１０１から電力を発生させることができる。また、第一の蓄勢部材１２０に対するエネルギーの蓄積及び開放は、圧電振動子１１０が振動している際にも行う事ができる。そのため、第一の蓄勢部材１２０に対するエネルギーの蓄積及び解放を適切な時間間隔で行う事により、圧電振動子１１０の連続的に共振させる事ができる。従って、出力電圧が時間的に安定した振動発電装置を提供する事ができる。
【００１７】
図１に示す振動発電装置には、変形例が考えられる。図２に、振動発電装置１０の変形例を示す。図２に示す振動発電装置１０は、図１と比較すると、爪部材１３１が保持部材１３０に設けられている点が異なる。爪部材１３１を設ける事により、第一の蓄勢部材１２０へのエネルギーの蓄積を、爪部材１３１を介して容易に行う事ができるようになる。爪部材１３１は、保持部材１３０と別の部材として構成することもでき、又は保持部材１３０と一体の部材として構成することもできる。また、形状も図２に示すものに限らない。更に、爪部材１３１は、材料も金属材料や樹脂材料などの任意の材料を用いることができ、保持部材１３０と同じ材料を用いても、異なる材料を用いてもよい。
【００１８】
図３に、振動発電装置１０の更に別の変形例を示す。図３に示す振動発電装置１０は、図１と比較すると、振動部材１０２及び保持部材１３０が、一体の部材１０４となっている。図５に示す構成とした場合でも、一体の部材１０４を連続的に共振させる事ができる。このようにする事で、振動発電装置１０の構成要素を削減することができる。
【００１９】
図１に示す振動発電装置の各構成要素についても、種々の変形例が考えられる。例えば、図４に示すように、圧電体１０１が設けられる振動板１０３の面の向きを、第一の蓄勢部材１２０が保持部材１３０に保持される側と反対側にする事ができる。このようにしても、図１に示す振動発電装置１０と同様に電力を得る事ができる。
【００２０】
また、図５に示すように、圧電体１０５を、振動部材１０２の圧電体１０１が設けられた面１０３と反対側の面１０６に設け、いわゆるバイモルフ構造とすることが出来る。このようにする事で、より多くの電力を得る事ができる。
【００２１】
振動部材１０２は、材料として例えば４２アロイ（Alloy）、ニッケル、鉄、クロム又はリン青銅のような金属や、セラミック、石英又は水晶などの非金属を用いることができる。また、振動部材１０２は、圧電体１０１から発生する電力が大きくなるような固有振動数とするためには、平板状であることが好ましい。ただし、これに限られるものではなく、例えば前述した材料で形成された板を折り曲げるなどして振動部材１０２とすることができる。このようにする事で、設置場所の制約が小さくなり、振動発電装置１０を多様な場所に設置する事ができるようになる。
【００２２】
第一の蓄勢部材１２０についても、保持部材１３０を介して圧電振動子１１０に衝撃力を伝播できるものであればよく、例えばゴムやばねなどの任意の弾性体を第一の蓄勢部材１２０として用いる事ができる。第一の蓄勢部材１２０として金属製のコイルばねを用いると、より大きなエネルギーを蓄積及び解放できるため好ましい。
【００２３】
保持部材１３０についても、図１に示す形状に限られず、第一の蓄勢部材１２０へのエネルギーの蓄積や、圧電振動子１１０への衝撃力の伝播に適していれば任意の形状とすることができる。材料についても、金属材料や樹脂材料など、任意の材料を用いることができる。
【００２４】
また、図１に示す振動発電装置１０では、第一の方向である第一の蓄勢部材１２０の延在方向と振動部材１０２の面１０３とが垂直に交わるように構成されている。このように保持すると、第一の蓄勢部材１２０からエネルギーが解放された場合に効率よく圧電振動子１１０へ衝撃力を伝播できて好ましい。しかし、第一の方向と振動部材１０２の面１０３が交わるように設けられていれば、これとは異なる構成とすることもできる。
【００２５】
なお、これらの変形例は、互いに組み合わせて用いる事もできる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態における振動発電装置を示す模式図であり、図６（ａ）はその正面図、図６（ｂ）は側面図である。図６において、図１と同一の構成には同一の符号が付されている。
【００２６】
図６に示すとおり、本発明の第２実施形態における振動発電装置１０は、第一の方向と交わる方向に延在して保持部材１３０に設けられ、保持部材１３０を所定の範囲で回転可能に支持する軸部材１４０を有するものである。これ以外は、第１実施形態において図１を用いて説明した振動発電装置１０と同様の構造を有している。また、軸部材１４０は、例えば端部を壁面に設けて固定する事ができる。
【００２７】
本発明の第２実施形態における振動発電装置１０によると、保持部材１３０は軸部材１４０を軸として、所定の範囲の角度で回転運動を行うことができる。軸部材１４０は第一の方向と交わる方向に延在し、保持部材１３０は、この方向を回転軸として所定の範囲の角度で回転運動を行うこととなる。
【００２８】
そのため、本実施形態における振動発電装置１０においても、第１実施形態における振動発電装置１０と同様に、保持部材１３０を介して第一の蓄勢部材１２０に対してエネルギーを蓄積させることができる。また、第一の蓄勢部材１２０に蓄積させたエネルギーを解放させることにより、保持部材１３０を介して圧電振動子１１０に衝撃力を伝播し、圧電振動子１１０を振動させ、圧電体１０１から電力を発生させることができる。
【００２９】
更に、保持部材１３０が軸部材１４０で支持されており、所定の範囲で回転運動するように構成されている。そのため、第一の蓄勢部材１２０に対するエネルギーの蓄積及び解放を安定的に行えるようになる。従って、圧電振動子１１０をより安定して連続的に共振させる事ができるようになる。また、第一の蓄勢部材１２０に蓄積させたエネルギーを解放した場合において、圧電振動子１１０への衝撃力の伝播方向の変動が小さくなる。従って、第一の蓄勢部材１２０に蓄積されたエネルギーが解放された場合に、圧電振動子１１０の振動に寄与しない衝撃力を減らすことができるようになる。
【００３０】
すなわち、本実施形態における振動発電装置１０は、第１実施形態における振動発電装置１０と比較して、第一の蓄勢部材１２０に蓄積されたエネルギーが解放された場合の衝撃力の圧電振動子１１０への伝播効率を高めることができる。従って、第１実施形態における振動発電装置と比較して、出力電圧がより安定し、発電効率が高い振動発電装置を得る事ができる。
【００３１】
軸部材１４０は、第一の方向と交わる任意の方向に延在して設けることができる。しかし、保持部材１０２の面１０３が延在する方向に沿った方向に延在するように設けると、第一の蓄勢部材１２０に蓄積されたエネルギーが解放された場合の衝撃力をより効率的に圧電振動子１１０に伝播することができる。特に、図６（ｂ）に示すように、軸部材１４０が面１０３と平行になるように構成され、かつ、第一の方向である第一の蓄勢部材１２０の延在方向と面１０３とが垂直に交わるように構成されていることが好ましい。
【００３２】
図６に示す振動発電装置１０においても、変形例が考えられる。例えば、図６においては、第一の蓄勢部材１２０は、圧電振動子１１０が保持部材１３０に保持される位置と、軸部材１４０が保持部材１３０に設けられる位置との間にて軸部材１３０に保持されている。しかし、これに限られるものではなく、例えば図７に示すように、軸部材１４０を、圧電振動子１１０が保持部材１３０に保持される位置と、第一の蓄勢部材１２０が保持部材１３０に保持される位置との間に設ける事ができる。
【００３３】
また、図６に示す振動発電装置１０においては、軸部材１４０が保持部材１３０を貫通するような形で図示した。しかし、軸部材１４０の軸受を、保持部材１３０と別部材として保持部材１３０に取り付けるような形と軸部材１４０を設けても良い。
【００３４】
更に、第１実施形態の変形例を、本実施形態に適用する事ができる。例えば、図８に示すように、保持部材１３０に爪部材１３１を設けることができる。又は、図９に示すように、圧電振動子１１０の振動部材１０２及び保持部材１３０を、一体の部材１０４とすることができる。更に、これらの変形例を組み合わせて本実施形態に適用する事もできる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態における振動発電装置を示す模式図である。図１０において、図６と同一の構成には同一の符号が付されている。
【００３５】
図１０に示すとおり、本発明の第３実施形態における振動発電装置１０は、保持部材１３０を打撃する打撃子１５１を備えた回転体１５０を有するものである。これ以外は、第２実施形態において図９を用いて説明した振動発電装置１０と同様の構造を有している。また、回転体１５０は、例えば端部を図示しない壁面に固定して設ける事ができる。
【００３６】
本発明の第３実施形態における振動発電装置１０によると、回転体１５０が回転する事により、回転体１５０に備えられた打撃子１５１が保持部材１３０を打撃する。これにより、第一の蓄勢部材１２０にエネルギーが蓄積される。回転体１５０が継続して回転すると、打撃子１２０が保持部材１３０から離れ、第一の蓄勢部材１２０に蓄積したエネルギーが解放される。これにより、保持部材１３０を介して圧電振動子１１０に衝撃力を伝播され、圧電体振動子１１０が振動する。圧電振動子１１０が振動することにより、圧電体１０１から電力を発生させることができる。
【００３７】
また、回転体１５０が継続して回転すると、打撃子１５１は保持部材１３０を繰り返し打撃する。これにより、圧電体振動子１１０が連続的に共振し、圧電体１０１から継続して電力が発生する。更に、打撃子１５１の配置に応じて回転体１５０の回転速度を調整するなどして、打撃子１５１による打撃を適切な時間間隔で行う事により、圧電振動子１１０を連続的に共振させる事ができる。すなわち、本実施形態における振動発電装置１０は、第１及び第２の実施形態における振動発電装置と比較して、時間的により安定した出力電圧にて電力を取り出す事ができる。
【００３８】
本実施形態における振動発電装置においても、変形例が考えられる。本実施形態においては、打撃子１５１は保持部材１３０を打撃するものとしている。しかし、保持部材１３０を直接打撃することに限られるものではなく、例えば図１１に示すように、保持部材１３０に設けられた爪部材１３１を打撃するように保持部材１３０及び回転体１５０を配置してもよい。このようにする事で、打撃子１５１による打撃を確実に行う事ができるようになる。
【００３９】
また、打撃子１５１の形状と数は任意に変更する事ができる。すなわち、打撃子１５１は図１０に示すようなラチェット状の形状と異なる形状としてもよい。一例として、図１２に示すように、回転体１５０に突起を設けて打撃子１２０とすることができる。また、例えば図１３に示すように、打撃子１５１を回転体１５０の回転中心側に配置する事もできる。更に、打撃子１５１の数も図１０から図１３のそれぞれに示したものに限られるものではなく、圧電振動子１１０を連続的に共振させるために適した任意の数とすることができる。なお、打撃子１２０は、圧電体振動子１１０を連続的に共振させるために、図１０などに示すように回転体１５０に一定の間隔となるように設けることが好ましい。しかし、圧電体１０１から安定した出力電圧で電力を取り出す事ができるのであれば、任意の範囲で各々の打撃子１２０の間で間隔を変えるようにして設けることもできる。
【００４０】
別の変形例として、圧電振動子、第一の蓄勢部材、及び打撃部材の数を任意に変更する事ができる。例えば図１４に示す振動発電装置１０は、図１１に示す振動発電装置１０に対し、更に圧電体１０７及び振動部材１０８を備える圧電振動子１１１、第一の蓄勢部材１２１、並びに爪部材１３３を備える保持部材部材１３２を設けたものである。また、図１５に示す振動発電装置１０についても、図１３に示す振動発電装置１０に対し、更に圧電体１０７及び振動部材１０８を備える圧電振動子１１１、第一の蓄勢部材１２１、並びに爪部材１３３を備える保持部材部材１３２を設けたものである。
【００４１】
更に、本実施形態において、回転体１５０及び打撃子１２０を除く構成については、図６に示す構成を用いて説明した。しかし、この構成に限られるものではなく、第１又は第２実施形態にて説明した振動発電装置１０及びその任意の変形例を適宜組み合わせて適用する事ができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図１６は、本発明の第３実施形態における振動発電装置を示す模式図である。図１６において、図１１と同一の構成には同一の符号が付されている。
【００４２】
図１６に示すとおり、本発明の第４実施形態における振動発電装置１０は、
エネルギーの蓄積及び解放を行う第二の蓄勢部材１６０と、第二の蓄勢部材１６０に蓄積されたエネルギーが解放されることにより回転する調速機１７０と、前記調速機の回転を前記回転体に伝達する伝達部１８０を有するものである。これ以外は、第３実施形態において図１１を用いて説明した振動発電装置１０と同様の構造を有している。
【００４３】
なお、図１５に示す振動発電装置１０においては、伝達部１８０として、回転体１５０に設けられた第一のギア部１５２と、調速機１７０に設けられた第二のギア部１７１とがかみ合って接続される構成となっている。これにより、調速機１７０が回転体１５０を回転させる事ができる。
【００４４】
本発明の第３実施形態における振動発電装置１０によると、外部からの運動エネルギーを、第二の蓄勢部材１６０に蓄積することができる。第二の蓄勢部材１６０へのエネルギーの蓄積は、調速機１３１を回転させる事により行う事ができる。そして、蓄積されたエネルギーが解放されると、調速機１７０がエネルギーの蓄積時とは逆方向に回転する。調速機１７０が回転することにより、伝達部１８０を構成する第一のギア部１５２及び第二のギア部１７１を介して回転運動が回転体１５０へ伝播し、回転体１５０が回転する。
【００４５】
回転体１５０が回転する事により、回転体１５０に設けられた打撃子１５１は、保持部材１３０、又は保持部材１３０に設けられた爪部材１３１を打撃する。これにより、保持部材１３０を介して圧電振動子１１０に衝撃力が伝播され、圧電振動子１１０が振動する。この結果、圧電体１０１から電力が発生する。また、調速機１７０が回転を継続することにより、回転体１５０も継続して回転する。これにより、打撃子１５１は、保持部材１３０又は爪部材１３１を繰り返し打撃する。そのため、圧電振動子１１０も連続的に共振し、電力を継続して発生し続ける。
【００４６】
更に、調速機１７０は一定範囲の回転速度となるようにして回転する。そのため、回転体１５０もほぼ一定範囲の速度で回転する。したがって、回転速度を適切に定める事で、圧電振動子１１０は連続的に共振する。そのため、圧電体１０１からはほぼ一定範囲の出力電圧で継続して電力が発生する。すなわち、本実施形態における振動発電装置１０は、第１及び第２の実施形態における振動発電装置と比較して、時間的により安定した出力電圧にて電力を取り出す事ができる。
【００４７】
本実施形態における振動発電装置１０においても、変形例が考えられる。図１６においては、第二の蓄勢部材１６０としてつるまきばねを用いた例を示したが、これに限られる事なく、別の種類のばねやその他のエネルギーを蓄積する任意の構成とすることができる。調速機１７０も、圧電振動子１１０を連続的に共振させるように一定範囲で回転することができるものであれば、任意の構成とすることができる。
【００４８】
また、伝達部１８０として、図１６に示す振動発電装置１０では、回転体１５０と調速機１７１とが、第一のギア部１５２及び第二のギア部１７１にてかみ合って接続される構成となっている。しかし、伝達部１８０にて調速機１７１の回転が回転体１５０に伝達されるのであればこの構成に限られるものではなく、回転体１５０と調速機１７０を、例えばチェーンやベルト等を介して接続される構成とすることもできる。
【００４９】
以上、本発明における各実施形態を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて以上述べた各実施形態における構成以外の構成を採用することもできる。また、各実施形態における構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに組み合わせることが可能である。
（実施例１）
本発明における振動発電装置を用いた実施例を説明する。図１７（ａ）は、本発明の第４実施形態における振動発電装置１０をドアに設置した例を示す。また、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す振動発電装置１０のＡ−Ａ’断面図を示すものである。
【００５０】
図１７（ａ）に示す例では、振動発電装置１０の調速機１７０に突起部１７２が設けられている。また、ドアノブ２００が、その回転軸が調速機１３１の回転軸と同じ位置になるように配置される。なお、第一の蓄勢部材１２０の保持部材１３０に保持される一端と反対側の他端は、ドアに適宜取り付けられている。また、第二のギア部１７１と第一のギア部１５２とのギア比を８とし、調速機１７０が４５度回転したときに回転体１５０が１回転するようにした。
【００５１】
なお、本実施形態における電力発生装置１の外形は、圧電体１０１の寸法が幅５ｍｍ、長さ２８ｍｍ、厚さ３０ｕｍ、振動部材１０２の寸法が幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、保持部材１３０の寸法が幅５ｍｍ、長さ１５ｍｍ、厚さ４ｍｍ、回転体１５０及び調速機１７０の直径が５０ｍｍとした。
【００５２】
本実施例においては、ドアノブ２００は、ドアが閉じている場合に初期位置にて静止している。この場合には、突起部１７２はドアノブ２００に半固定される。そして、外力が加わりドアノブ２００が開錠方向に回転した際に、ドアノブ２００が突起部１７２を押すことで、エネルギーを第二の蓄勢部材１６０に蓄積する。続いて、外力がなくなってドアノブ３００が初期位置に戻ると、第二の蓄勢部材１６０に蓄積されたエネルギーが解放され、開放されたエネルギーにより第二の蓄勢部材１６０と連結された調速機１７０が回転する。また、この場合には、ドアノブ２００と調速機１７０は独立して動作する。そのため、調速機１７０は一定の速度となるようにして回転することができる。
【００５３】
本実施例において、ドアノブ２００を４５度回転させたときに得られた代表的な電圧時間波形を図１８（ａ）に示す。調速機１７０が一定の速度となるようにして回転することにより、圧電振動子１１０は連続的に加振される。これにより、調速機１７０が回転している間、圧電振動子１１０は連続的に共振し続ける。そのため、時間的にほぼ一定となるような出力電圧時間波形が得られる。
【００５４】
また、図１８（ｂ）に本発明と同様の構造を持ち、一端が固定され、圧電体が一面に設けられた振動部材に対して、自由端である他端を回転体に設けた突起物で一定間隔に加振させた際の代表的な電圧時間波形を示す。突起物による加振で発生した圧電振動子の振動が時間と共に減衰し、続く突起物による加振時に突起物と振動部材とが接触することで、圧電振動子の振動が都度静止する。そのため、時間的に増減する出力電圧時間波形が得られる。
【００５５】
表１に、図１８（ａ）（ｂ）それぞれの出力電圧波形を整流回路に入力し、平滑化した後の規格化した平均出力電圧を示す。なお、出力電圧は図１７に示した本実施例による振動発電装置１０の平均出力電圧で規格化した。また、整流回路には、全波整流回路を用いた。表１に示すように、本実施例における振動発電装置の方が、比較例より出力電圧が高いことが分かる。これにより、同じ時間の動作にて、より多くの電力を得ることが可能となる。
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【００５６】
（実施例２）
本発明における振動発電装置を用いた別の実施例を説明する。図１９（ａ）は、本発明にて示す振動発電装置１０をセンサユニット３００の発電装置として用いた例を示す。センサユニット３００は、例えば窓、扉又はそれらの周囲に取り付けられ、侵入行為を検知するセンサとして用いる事ができる。別の例として、配管に取り付けられて配管からの漏洩の有無を検知に用いたり、構造物に取り付けられて構造物の劣化の検知に用いたりする事ができる。
【００５７】
本実施例におけるセンサユニット３００は、本発明の各実施形態で示した振動発電装置１０と、振動発電装置１０により発生した電力を蓄積する二次電池３０４と、二次電池３０４により動作するセンサ３０１と、センサ３０１が検知した信号を処理する処理回路３０２を有するものである。なお、図１９（ａ）に示す実施例では、振動発電装置１０と二次電池３０４とは整流回路３０５を介して接続され、振動発電装置１０で発生した電力は、整流回路３０５で整流されて二次電池３０４に蓄積される例を示している。ただし、この例に限られるものではなく、振動発電装置１０と二次電池３０４とはこれ以外の形で接続する事ができる。
【００５８】
また、本実施例に示すセンサユニット３１０において、センサ３０１は、振動センサ、音響センサ、圧力センサ、磁気センサなど、任意の種類のセンサとする事ができる。例えば、侵入行為の検知や、配管の漏洩検知に用いる場合には、振動センサとすることができる。処理回路３０２は、センサ３０１が検知した信号を処理し、例えば処理した結果が所定の条件を満たす場合に、図示しない通信手段から外部にその旨を送信する事ができる。更に、二次電池３０４は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル・水素充電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、又は鉛蓄電池など、任意の二次電池を用いる事ができる。
【００５９】
本実施例に示すセンサユニットについて、背景技術の振動発電装置を用いた場合との動作時間の比較を行う。センサユニット３１０では、本発明の第４実施形態に示す振動発電装置１０を用いた。比較対象として、図１９（ｂ）に示すセンサユニット３１０及び図１９（ｃ）に示すセンサユニット３２０を用いた。図１９（ｂ）に示すセンサユニット３１０は、本発明にて示す振動発電装置１０に代えて、例えば特許文献１に記載されているような、振動部材を打撃して圧電体の共振を用いない振動発電装置１１を用いたものである。また、図１９（ｃ）に示すセンサユニット３２０は、発電機構を備えずに、電源として二次電池３０４のみを備えたものである。この場合には、二次電池３０４は適宜外部の電源を利用して電力の蓄積が行われる。
【００６０】
比較のための動作条件として、センサの動作は一時間に１回行われ、一回のセンサの動作時間を１秒とした。また、センサユニット３００及び３１０については、振動発電装置１０又は１１を１日に１０回動作させ、発生した電力を二次電池３０４に蓄積した。更に、センサユニット３２０においては、二次電池３０４を満充電とした状態から動作時間を測定した。
【００６１】
動作時間の比較を表２に示す。表２は、センサユニット３００、３１０及び３２０の動作時間を、センサユニット３２０の動作時間で規格化した結果である。本発明の電力発生装置１を用いたセンサユニット３００は、それ以外のセンサユニット３１０又は３２０と比較して、動作時間が長期化することが分かる。これにより、センサユニットの長寿命化や、センサユニットを測定個所に取り付けた後におけるメンテナンス周期の長期化を図ることができた。
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【符号の説明】
【００６２】
１０    振動発電装置
１０１、１０５、１０７    圧電体
１０２、１０８    振動部材
１１０    圧電振動子
１２０    第一の蓄勢部材
１３０    保持部材
１３１    爪部材
１４０    軸
１５０    回転体
１５１    打撃子
１５２    第一のギア部
１６０    第二の蓄勢部材
１７０    調速機
１７１    第二のギア部
１７２    突起部
１８０    伝達部
３００、３１０、３２０    センサユニット
３０１    センサ
３０２    処理回路
３０３    二次電池
３０４    整流回路
【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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【図１９】
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