(57)【要約】【課題】  水流が少なくても発電を行ってトイレ装置の使用状態を提供することができるトイレシステムを提供する。【解決手段】  トイレ装置１１とドア装置１２と含むトイレシステムであって、トイレ装置１１における洗浄水が流れる排水部１１Ａに配置され、当該洗浄水の水流を受けて発電する水流用発電センサモジュール１１Ｂと、ドア装置１２に設置され、当該ドア装置１２の動作に応じた振動を受けて発電するドア用発電センサモジュール１２Ｃ、ロック用発電センサモジュール１２Ｄと、水流用発電センサモジュール１１Ｂ、ドア用発電センサモジュール１２Ｃ、ロック用発電センサモジュール１２Ｄによって自己の発電状態を表す発電状態信号を送信して、使用者によるトイレの使用状態を提供可能とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トイレ装置とドア装置と含むトイレシステムであって、
前記トイレ装置における洗浄水が流れる排水部に配置され、当該洗浄水の水流を受けて発電する第１発電素子と、
前記ドア装置に設置され、当該ドア装置の動作に応じた振動を受けて発電する第２発電素子と、
前記第１発電素子及び前記第２発電素子によって自己の発電状態を表す発電状態信号を送信して、使用者によるトイレの使用状態が提供可能であることを特徴とするトイレシステム。
【請求項２】
前記第２発電素子は、使用者によって開動作及び閉動作されるドア機構に設けられたドア用発電素子であり、
前記ドア用発電素子は、使用者によるドア機構の開動作又は閉動作に応じた振動を受けて発電して、前記発電状態信号を送信すること
を特徴とする請求項１に記載のトイレシステム。
【請求項３】
前記第２発電素子は、使用者によってロック動作及びアンロック動作されるロック機構に設けられたロック用発電素子であり、
前記ロック用発電素子は、使用者によるロック機構のロック動作又はアンロック動作に応じた振動を受けて発電して、前記発電状態信号を送信すること
を特徴とする請求項１に記載のトイレシステム。
【請求項４】
紙ロール機構に設けられた第３発電素子を備え、
前記第３発電素子は、前記紙ロール機構が使用者によって回転される動作に応じた振動を受けて発電し、自己の発電状態を表す発電状態信号を送信すること
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項５】
前記第１発電素子及び前記第２発電素子から送信された複数の発電状態信号を受信し、当該複数の発電状態信号を解析して使用者によるトイレの使用状態を演算する状態演算手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項６】
前記状態演算手段は、前記複数の発電状態信号を解析して得た使用者によるトイレの使用状態を、使用開始から使用終了までのレベルの遷移として演算することを特徴とする請求項５に記載のトイレシステム。
【請求項７】
前記第１発電素子、前記第２発電素子、及び、前記第３発電素子から送信された複数の発電状態信号を受信し、当該複数の発電状態信号を解析して使用者によるトイレの使用状態を演算する状態演算手段を備え、
前記第１発電素子、前記第２発電素子、及び、前記第３発電素子から発電状態信号が送信される度に、使用終了に近づくようレベルを遷移させることを特徴とする請求項４に記載のトイレシステム。
【請求項８】
前記トイレ装置ごとに設けられた光源装置を備え、
前記光源装置は、前記状態演算手段により演算された使用者によるトイレの使用状態に応じて異なる発光状態で点灯することを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項９】
前記トイレ装置が複数設けられ、
各トイレ装置ごとに、使用者によるトイレの使用状態を表示する表示手段を備え、
前記表示手段は、前記状態演算手段により演算された使用者によるトイレの使用状態を、前記トイレ装置ごとに表示することを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項１０】
前記トイレ装置が複数設けられ、
各トイレ装置ごとに、使用者によるトイレの使用状態を提示する表示データを生成する表示データ生成手段と、
前記表示データ生成手段により生成された表示データを、ネットワークを介して携帯端末に配信する配信手段とを備え、
前記表示データ生成手段は、前記状態演算手段により演算された使用者によるトイレの使用状態を、前記トイレ装置ごとに提示する表示データを生成することを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項１１】
前記第３発電素子は、前記紙ロール機構に備え付けられた紙の残量を検出する残量センサ部を有し、前記発電状態信号に紙の残量信号を含めて送信することを特徴とする請求項４に記載のトイレシステム。
【請求項１２】
前記第３発電素子から送信された発電状態信号を受信する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記発電状態信号に含まれる紙の残量が所定値より低くなった場合に、新たな紙を前記紙ロール機構に追加するよう駆動すること
を特徴とする請求項１１に記載のトイレシステム。
【請求項１３】
前記発電状態信号を無線信号として送信することを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項１４】
前記第１発電素子又は前記第２発電素子は、
枠状の支持部と、
前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、
前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部とを備え、
前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成されること
を特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項１５】
前記第１発電素子又は前記第２発電素子は、
磁石を有する磁石ブロックと、
前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、
前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、
前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、
前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項１６】
前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のトイレシステム。
【請求項１７】
前記第１発電素子は、枠状の支持部と、前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部とを備え、前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成され、
前記第２発電素子は、磁石を有する磁石ブロックと、前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部とを備えること
を特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載のトイレシステム。
【請求項１８】
前記第１発電素子又は前記第２発電素子は、ＭＥＭＳ技術により形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１７の何れか一項に記載のトイレシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トイレ装置を含むトイレシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水流を利用して発電する技術としては、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１には、動翼部と回転軸とを一体化し、一体化した動翼部と回転軸とを、回転軸を中心として一体に回転する水栓用発電機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５７８８９号公報（特許４７６６４０９号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した水栓用発電機は、動翼部と回転軸とを一体として回転させ、発電した電力を配電用配線によって供給していた。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、発電素子により発電を行ってトイレ装置の使用状態の情報をユーザーに提示することができるトイレシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係るトイレシステムは、トイレ装置とドア装置と含むトイレシステムであって、前記トイレ装置における洗浄水が流れる排水部に配置され、当該洗浄水の水流を受けて発電する第１発電素子と、前記ドア装置に設置され、当該ドア装置の動作に応じた振動を受けて発電する第２発電素子と、前記第１発電素子及び前記第２発電素子によって自己の発電状態を表す発電状態信号を送信して、使用者によるトイレの使用状態が提供可能であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の態様に係るトイレシステムは、第１の態様に係るトイレシステムであって、前記第２発電素子は、使用者によって開動作及び閉動作されるドア機構に設けられたドア用発電素子であり、前記ドア用発電素子は、使用者によるドア機構の開動作又は閉動作に応じた振動を受けて発電して、前記発電状態信号を送信することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の態様に係るトイレシステムは、第１の態様に係るトイレシステムであって、前記第２発電素子は、使用者によってロック動作及びアンロック動作されるロック機構に設けられたロック用発電素子であり、前記ロック用発電素子は、使用者によるロック機構のロック動作又はアンロック動作に応じた振動を受けて発電して、前記発電状態信号を送信することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第３の何れかの態様に係るトイレシステムであって、紙ロール機構に設けられた第３発電素子を備え、前記第３発電素子は、前記紙ロール機構が使用者によって回転される動作に応じた振動を受けて発電し、自己の発電状態を表す発電状態信号を送信することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第５の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第４の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記第１発電素子及び前記第２発電素子から送信された複数の発電状態信号を受信し、当該複数の発電状態信号を解析して使用者によるトイレの使用状態を演算する状態演算手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第６の態様に係るトイレシステムは、第５の態様に係るトイレシステムであって、前記状態演算手段は、前記複数の発電状態信号を解析して得た使用者によるトイレの使用状態を、使用開始から使用終了までのレベルの遷移として演算することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第７の態様に係るトイレシステムは、第４の態様に係るトイレシステムであって、前記第１発電素子、前記第２発電素子、及び、前記第３発電素子から送信された複数の発電状態信号を受信し、当該複数の発電状態信号を解析して使用者によるトイレの使用状態を演算する状態演算手段を備え、前記第１発電素子、前記第２発電素子、及び、前記第３発電素子から発電状態信号が送信される度に、使用終了に近づくようレベルを遷移させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第８の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第４の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記トイレ装置ごとに設けられた光源装置を備え、前記光源装置は、前記状態演算手段により演算された使用者によるトイレの使用状態に応じて異なる発光状態で点灯することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第９の態様に係るトイレシステムは、第６乃至第８の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記トイレ装置が複数設けられ、各トイレ装置ごとに、使用者によるトイレの使用状態を表示する表示手段を備え、前記表示手段は、前記状態演算手段により演算された使用者によるトイレの使用状態を、前記トイレ装置ごとに表示することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１０の態様に係るトイレシステムは、第６乃至第８の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記トイレ装置が複数設けられ、各トイレ装置ごとに、使用者によるトイレの使用状態を提示する表示データを生成する表示データ生成手段と、前記表示データ生成手段により生成された表示データを、ネットワークを介して携帯端末に配信する配信手段とを備え、前記表示データ生成手段は、前記状態演算手段により演算された使用者によるトイレの使用状態を、前記トイレ装置ごとに提示する表示データを生成することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１１の態様に係るトイレシステムは、第４の態様に係るトイレシステムであって、前記第３発電素子は、前記紙ロール機構に備え付けられた紙の残量を検出する残量センサ部を有し、前記発電状態信号に紙の残量信号を含めて送信することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１２の態様に係るトイレシステムは、第１１の態様に係るトイレシステムであって、前記第３発電素子から送信された発電状態信号を受信する駆動部を備え、前記駆動部は、前記発電状態信号に含まれる紙の残量が所定値より低くなった場合に、新たな紙を前記紙ロール機構に追加するよう駆動することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１３の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第１２の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記発電状態信号を無線信号として送信することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１４の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第１３の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記第１発電素子又は前記第２発電素子は、枠状の支持部と、前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部とを備え、前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１５の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第１３の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記第１発電素子又は前記第２発電素子は、磁石を有する磁石ブロックと、前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１６の態様に係るトイレシステムは、第１５の態様に係るトイレシステムであって、前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１７の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第１３の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記第１発電素子は、枠状の支持部と、前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部とを備え、前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成され、前記第２発電素子は、磁石を有する磁石ブロックと、前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１８の態様に係るトイレシステムは、第１乃至第１７の何れかの態様に係るトイレシステムであって、前記第１発電素子又は前記第２発電素子は、ＭＥＭＳ技術により形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、第１発電素子及び第２発電素子により発電して発電状態信号を送信して、トイレ装置の使用状態を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態として示すトイレシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態として示すトイレシステムにおける各発電センサモジュールの動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態として示すトイレシステムの動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態として示すトイレシステムにおいて、使用状態とレベルとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態として示すトイレシステムにおいて、レベルの変化を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るトイレシステムが備える電源供給部５３を説明するブロック図である。
【図７】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るトイレシステムが備える圧電型発電素子を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＹ−Ｙ方向から見た断面図である。（ｄ）は、（ａ）に示される圧電型発電素子のカンチレバー部のうち、圧電変換部が形成される領域の拡大断面図である。
【図８】（ａ）は、図８（ｂ）に対応し、圧電型発電素子の変形例を説明する断面図である。（ｂ）は、図８（ｃ）に対応し、圧電型発電素子の変形例を説明する断面図である。
【図９】（ａ）は、図８（ｂ）に対応し、圧電型発電素子の変形例として、導入部及び排出部の構成を説明する断面図である。（ｂ）は、図８（ｃ）に対応し、圧電型発電素子の変形例として、導入部及び排出部の構成を説明する断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るトイレシステムが備える電磁誘導型発電素子を説明する模式的な断面図である。（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るトイレシステムが備える電磁誘導型発電素子を説明する模式的な斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るトイレシステムが備える電磁誘導型発電素子の変形例を説明する模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
本発明の実施形態として示すトイレシステムは、例えば図１に示すように構成される。
【００２８】
このトイレシステムは、複数のトイレブロック１Ａ、・・・、１Ｎ（以下、総称する場合には単に「トイレブロック１」と呼ぶ。）を含む。トイレシステムは、例えば、公衆トイレのような複数のトイレブロック１を有するトイレ施設において、各トイレブロック１の使用状態を提示するものである。
【００２９】
多数のトイレブロック１は、状態監視装置２と無線通信接続ができるようになっている。なお、トイレブロック１と状態監視装置２との間には、無線信号を中継する無線中継装置が設けられているが、図１では図示を省略している。
【００３０】
トイレブロック１Ａ、・・・、１Ｎのそれぞれには、光源装置３Ａ、・・・、３Ｎ（以下、総称する場合には単に「光源装置３」と呼ぶ。）が備えられている。この光源装置３は、例えばトイレ待ちのユーザから視認可能な位置に取り付けられている。光源装置３は、状態監視装置２の制御によって、各トイレブロック１の使用状態を報知する。
【００３１】
さらに、複数のトイレブロック１における出入り口には、各トイレブロック１の使用状態を視認可能な出入口ディスプレイ４（表示手段）が設置されている。この出入口ディスプレイ４は、例えば液晶ディスプレイなどで構成される。出入口ディスプレイ４は、状態監視装置２の制御によって、各トイレブロック１の使用状態を表示する。
【００３２】
さらに、状態監視装置２には、ＩＰネットワーク等を介して、サービスサーバ５が通信接続されている。サービスサーバ５は、状態監視装置２から、多数のトイレブロック１についての使用状態情報を収集する。サービスサーバ５は、表示データ生成部５１（表示データ生成手段）と、配信部５２（配信手段）とを含む。
【００３３】
表示データ生成部５１は、各トイレ装置ごとに、使用者によるトイレの使用状態を提示する表示データを生成する。配信部５２は、ＩＰネットワークＮＷを介して、携帯端末６に表示データ生成部５１により生成された表示データを配信する。このとき、サービスサーバ５は、携帯端末６から要求された場所（緯度、経度）に近いトイレ施設のトイレブロック１を検索する。サービスサーバ５は、検索して得たトイレ施設におけるトイレブロック１の使用状態の情報を状態監視装置２から取得する。これにより、表示データ生成部５１は、要求された場所に近いトイレ施設における各トイレブロック１の使用状態を表す表示データを生成する。配信部５２は、要求した携帯端末６に向けて、当該携帯端末６に近いトイレ施設に関する表示データを配信できる。
【００３４】
携帯端末６は、サービスサーバ５から配信された表示データを受信する。携帯端末６は、表示データを表示することによって、その表示画面にトイレ施設におけるトイレブロック１の使用状態を表示する。これにより、携帯端末６は、各トイレブロック１の使用状態をユーザに提示する。
【００３５】
トイレブロック１は、トイレ装置１１、ドア装置１２、及び、紙ロール装置１３を含む。
【００３６】
トイレ装置１１は、便器、便座、便蓋、タンクといったトイレ本体を含む。このトイレ本体には、トイレ装置１１における洗浄水が流れる排水部１１Ａが設けられている。排水部１１Ａには、当該洗浄水の水流を受けて発電する第１発電素子を含む水流用発電センサモジュール１１Ｂが設置されている。水流用発電センサモジュール１１Ｂにおける第１発電素子は、半導体材料をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって形成した微小なデバイスである。水流用発電センサモジュール１１Ｂは、発電した電力を消費して、無線信号の発電状態信号を送信する。
【００３７】
この発電状態信号には水流用発電センサモジュール１１Ｂの識別子が含められる。この発電状態信号は、図示しない無線中継装置を介して、状態監視装置２に送信される。これにより、排水部１１Ａにおける水流は状態監視装置２によって認識される。なお、水流用発電センサモジュール１１Ｂは、単一であってもよいが、信頼性向上のため、複数設けられていてもよい。
【００３８】
なお、水流用発電センサモジュール１１Ｂは、水流量を検出するセンサ部を備えていてもよい。この場合、水流用発電センサモジュール１１Ｂは、センサにより検出された水流量を発電状態信号に含めて送信する。
【００３９】
ドア装置１２は、ドア機構１２Ａ、ロック機構１２Ｂを含む。ドア機構１２Ａは、使用者の操作によって開閉動作する。ロック機構１２Ｂは、使用者の操作によって、ドア機構１２Ａをロック動作及びアンロック動作がされる。ドア装置１２には、ドア装置１２における動作に応じた振動を受けて発電する第２発電素子として、２つの発電センサモジュールを有する。発電センサモジュールにおける第２発電素子は、半導体材料をＭＥＭＳ技術によって形成した微小なデバイスである。なお、本実施形態では、ドア装置１２に２つの発電センサモジュールを有する一例について説明するが、１つであってもよい。
【００４０】
ドア装置１２の発電センサモジュールは、使用者によるドア装置１２の操作に応じて発電し、当該発電電力を消費して、無線信号の発電状態信号を送信する。この発電状態信号には発電センサモジュールの識別子が含められる。この発電状態信号は、図示しない無線中継装置を介して、状態監視装置２に送信される。これにより、ドア装置１２における操作は状態監視装置２によって認識される。
【００４１】
このように、各トイレブロック１は、トイレ装置１１の第１発電素子及びドア装置１２の第２発電素子によって自己の発電状態を表す発電状態信号を送信し、使用者によるトイレの使用状態が提供可能である。
【００４２】
第２発電素子の１つは、使用者によって開動作及び閉動作されるドア機構１２Ａに設けられたドア用発電センサモジュール１２Ｃ（ドア用発電素子）である。ドア用発電センサモジュール１２Ｃは、ドア機構１２Ａの操作によって振動を受けうる場所に設置される。例えばドア用発電センサモジュール１２Ｃは、ドア機構１２Ａを開閉することによって動作するヒンジ部やドア機構１２Ａを開閉することによって振動する部位に設けられる。このドア用発電センサモジュール１２Ｃは、使用者によるドア機構１２Ａの開動作又は閉動作に応じた振動を受けて発電して、発電状態信号を送信する。この発電状態信号にはドア用発電センサモジュール１２Ｃの識別子が含められる。この発電状態信号は、図示しない無線中継装置を介して、状態監視装置２に送信される。これにより、各トイレブロック１におけるドア機構１２Ａの開閉動作は状態監視装置２によって認識される。
【００４３】
第２発電素子の他の１つは、使用者によってロック動作及びアンロック動作されるロック機構１２Ｂに設けられたロック用発電センサモジュール１２Ｄ（ロック用発電素子）である。ロック用発電センサモジュール１２Ｄは、ロック機構１２Ｂの操作によって振動を受けうる場所に設置される。例えば、ロック用発電センサモジュール１２Ｄは、ロック機構１２Ｂを操作することによって引っ掛け動作やスライド動作する鍵機構や当該鍵機構周辺の振動する部位に設けられる。このロック用発電センサモジュール１２Ｄは、使用者によるロック機構１２Ｂのロック動作又はアンロック動作に応じた振動を受けて発電して、発電状態信号を送信する。この発電状態信号にはロック用発電センサモジュール１２Ｄの識別子が含められる。この発電状態信号は、図示しない無線中継装置を介して、状態監視装置２に送信される。これにより、各トイレブロック１におけるロック機構１２Ｂのロック動作及びアンロック動作は状態監視装置２によって認識される。
【００４４】
紙ロール装置１３は、紙ロール機構１３Ａ、駆動部１３Ｂ、及び、ロール用発電センサモジュール１３Ｃを有する。ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、紙ロール機構１３Ａに設けられる第３発電素子を含む。この第３発電素子は、半導体材料をＭＥＭＳ技術によって形成した微小なデバイスである。
【００４５】
ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、紙ロール機構１３Ａの操作によって振動を受けうる場所に設置される。例えば、ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、紙ロール機構１３Ａが操作されることによって回転する回転部や当該回転部の支持部といったように操作に応じて動きや振動が生ずる部位に設けられている。この回転部は、トイレットペーパーの芯が挿入される。ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、回転部の内部や支持部に設けられることによって、振動を受けて発電できる。ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、紙ロール機構１３Ａが使用者によって回転される動作に応じた振動を受けて発電して、発電状態信号を送信する。この発電状態信号にはロール用発電センサモジュール１３Ｃの識別子が含められる。この発電状態信号は、図示しない無線中継装置を介して、状態監視装置２に送信される。これにより、各トイレブロック１における紙ロール機構１３Ａの操作は状態監視装置２によって認識される。
【００４６】
ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、ドア機構１２Ａに備え付けられた紙の残量を検出する残量センサ部を有していてもよい。ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、発電状態信号に紙の残量信号を含めて送信する。ロール用発電センサモジュール１３Ｃは、各トイレブロック１の使用状態として、紙の残量を含めることができる。これにより、各トイレブロック１における紙の残量は状態監視装置２によって認識される。これにより、トイレシステムは、例えば紙の残量を清掃員等に報知して、トイレットペーパーの補充を促すことができる。
【００４７】
また、ロール用発電センサモジュール１３Ｃから送信された紙の残量を含む発電状態信号は、紙ロール装置１３における駆動部１３Ｂによって受信してもよい。駆動部１３Ｂは、新たな紙ロールを紙ロール機構１３Ａに供給する機構やモータ等を有する。駆動部１３Ｂは、発電状態信号に含まれる紙の残量が所定値より低くなった場合に、新たな紙を紙ロール機構１３Ａに追加するよう駆動する。これにより、トイレシステムは、トイレットペーパーを自動的に充填できる。
【００４８】
状態監視装置２は、トイレブロック１から送信された発電状態信号を受信する。状態監視装置２は、発電状態信号に基づいて、トイレブロック１の使用状態を提示する。状態監視装置２は、無線通信Ｉ／Ｆ２１、ＣＰＵ等により実現される状態演算部２２、提示制御部２３、データベース２４を含む。状態演算部２２は、ＣＰＵ等により実現される。提示制御部２３は、例えば有線Ｉ／Ｆによって実現される。
【００４９】
状態監視装置２は、無線通信Ｉ／Ｆ２１によって、少なくとも第１発電素子を含む水流用発電センサモジュール１１Ｂ、第２発電素子を含む発電センサモジュールから送信された複数の発電状態信号を受信する。発電状態信号には、各発電素子の識別子が含まれている。状態演算部２２は、当該複数の発電状態信号を解析して使用者によるトイレの使用状態を演算する（状態演算手段）。このとき、状態演算部２２は、発電状態信号に含まれた識別子を参照して、どの発電素子から送信された発電状態信号かを認識する。
【００５０】
データベース２４には、状態演算部２２が各トイレブロック１の使用状態を演算するための情報が格納されている。データベース２４には、トイレ施設の名称、トイレ施設の場所、トイレ施設に設置されたトイレブロック１の識別子、各トイレブロック１における発電素子の識別子が対応づけて記憶されている。この各トイレブロック１における発電素子には、水流用発電センサモジュール１１Ｂの識別子、各ドア用発電センサモジュール１２Ｃの識別子、ロック用発電センサモジュール１２Ｄの識別子が含まれている。さらに、この各トイレブロック１における発電素子には、ロール用発電センサモジュール１３Ｃの識別子が含まれていてもよい。各発電素子の識別子には、トイレ施設の使用状態が対応付けられている。このトイレ施設の使用状態とは、排水部１１Ａにおける水流、ドア装置１２におけるドア機構１２Ａの開閉、ロック機構１２Ｂの操作が含まれる。
【００５１】
状態演算部２２は、データベース２４を参照して、発電状態信号の識別子からトイレブロック１の使用状態を認識する。例えば図２に示すように、使用者がトイレブロック１に入室し、トイレブロック１のドア機構１２Ａが閉動作されると、状態監視装置２は、時刻ｔ１にて、ドア用発電センサモジュール１２Ｃから発電状態信号を受信する。これにより状態演算部２２は、トイレブロック１が使用開始されたことを認識する。
【００５２】
次に使用者が用便をなして紙ロール機構１３Ａによって紙を取ると、状態監視装置２は、時刻ｔ４以降に、紙の残量が減少したことを含む発電状態信号を受信する。これにより、状態演算部２２は、使用者により紙が使用されたことを認識する。
【００５３】
次に使用者が用便をなして洗浄水を流すと、状態監視装置２は、時刻ｔ２からｔ３に亘って、水流用発電センサモジュール１１Ｂから発電状態信号を受信する。これにより、状態演算部２２は、トイレの水流洗浄がなされたことを認識する。
【００５４】
次にトイレブロック１のドア機構１２Ａが開動作されると、状態監視装置２は、時刻ｔ５にて、ドア用発電センサモジュール１２Ｃから発電状態信号を受信する。これにより状態演算部２２は、トイレブロック１が使用終了されたことを認識する。
【００５５】
このように、状態演算部２２は、各発電状態信号の識別子に対応した使用状態を認識することによって、各トイレブロック１の使用状態を演算できる。
【００５６】
以上のように、状態演算部２２は、各トイレブロック１の使用状態として、使用開始、使用中、使用終了を演算できる。さらに、使用中として、水流、紙の残量を演算できる。したがって、この状態演算部２２は、提示制御部２３を制御して、各トイレブロック１の使用状態をユーザに提示できる。例えば、提示制御部２３は、各トイレブロック１の光源装置３の点灯状態を使用開始、使用中、使用終了で異なるように制御する。さらに、提示制御部２３は、出入口ディスプレイ４におけるトイレブロック１ごと表示を、使用開始、使用中、使用終了で異なるように制御する。
【００５７】
状態演算部２２は、複数の発電状態信号を解析して得た使用者によるトイレの使用状態を、使用開始から使用終了までのレベルの遷移として演算してもよい。すなわち、状態演算部２２は、トイレブロック１の使用開始をレベルＡとし、発電状態信号を受信する毎に、レベルＢ、・・・とレベルダウンしていく。
【００５８】
このような状態演算部２２の一処理例を、図３に示す。なお、状態演算部２２は、ステップＳ１乃至ステップＳ１２の処理を、トイレブロック１ごとに行う。
【００５９】
この図３の処理は、状態監視装置２が、水流用発電センサモジュール１１Ｂ、ドア用発電センサモジュール１２Ｃ及びロック用発電センサモジュール１２Ｄ、及び、ロール用発電センサモジュール１３Ｃから送信された複数の発電状態信号を受信する。状態演算部２２は、当該複数の発電状態信号を解析して使用者によるトイレの使用状態を演算する。これにより、状態演算部２２は、発電状態信号が送信される度に、使用終了に近づくようレベルを遷移させるものである。
【００６０】
先ずステップＳ１において、状態演算部２２は、ドア機構１２Ａが開状態から閉状態に変化したか否かを判定する。このとき、状態監視装置２は、無線通信Ｉ／Ｆ２１によってドア用発電センサモジュール１２Ｃから発電状態信号を受信する。これに応じて、状態演算部２２は、ドア機構１２Ａが開状態から閉状態に変化したと判定する。また、状態演算部２２は、ドア機構１２Ａの動作ではなく、ロック機構１２Ｂの動作を判定してもよい。このとき、状態演算部２２は、ロック用発電センサモジュール１２Ｄから発電状態信号を受信したことに応じて、ロック機構１２Ｂがアンロック状態からロック状態に変化したと判定する。
【００６１】
次のステップＳ２において、状態演算部２２は、ステップＳ１が肯定判定されたトイレブロック１について、当該トイレブロック１の使用状態をレベルＡに設定する。このレベルＡは、トイレブロック１の使用開始に最も近い段階を表す。
【００６２】
次のステップＳ３において、状態監視装置２は、トイレブロック１のレベルがレベルＡにあることを提示する。このとき、提示制御部２３は、状態演算部２２がレベルＡであることを設定したトイレブロック１についての光源装置３を制御して、当該光源装置３の点灯状態によってレベルＡであることを提示する。また、提示制御部２３は、出入口ディスプレイ４を制御して、レベルＡであることを設定したトイレブロック１を提示してもよい。さらに、提示制御部２３は、当該トイレブロック１がレベルＡであることをサービスサーバ５に送信してもよい。これにより、サービスサーバ５は、当該トイレブロック１の使用状態がレベルＡとなるよう表示データを更新して、配信できる。
【００６３】
次のステップＳ４において、状態演算部２２は、紙ロール機構１３Ａが操作されて回転したか否かを判定する。このとき、状態監視装置２は、無線通信Ｉ／Ｆ２１によってロール用発電センサモジュール１３Ｃから発電状態信号を受信する。これに応じて、状態演算部２２は、紙ロール機構１３Ａが回転し、紙ロール機構１３Ａが使用されたと判定する。
【００６４】
次のステップＳ５において、状態演算部２２は、ステップＳ４が肯定判定されたトイレブロック１について、当該トイレブロック１の使用状態をレベルＡからレベルＢに設定する。このレベルＢは、レベルＡよりもトイレブロック１の使用終了に近い段階を表す。
【００６５】
次のステップＳ６において、状態監視装置２は、トイレブロック１のレベルがレベルＢにあることを提示する。このとき、提示制御部２３は、状態演算部２２がレベルＢであることを設定したトイレブロック１についての光源装置３を制御して、当該光源装置３の点灯状態によってレベルＢであることを提示する。また、提示制御部２３は、出入口ディスプレイ４を制御して、レベルＢであることを設定したトイレブロック１を提示してもよい。さらに、提示制御部２３は、当該トイレブロック１がレベルＢであることをサービスサーバ５に送信してもよい。これにより、サービスサーバ５は、当該トイレブロック１の使用状態がレベルＢとなるよう表示データを更新して、配信できる。
【００６６】
次のステップＳ７において、状態演算部２２は、使用者によってトイレ装置１１に洗浄水を流す操作がされて、排水部１１Ａにおいて水流が発生したか否かを判定する。このとき、状態監視装置２は、無線通信Ｉ／Ｆ２１によって水流用発電センサモジュール１１Ｂから発電状態信号を受信する。これに応じて、状態演算部２２は、当該トイレブロック１に水流が発生したと判定する。
【００６７】
次のステップＳ８において、状態演算部２２は、ステップＳ７が肯定判定されたトイレブロック１について、当該トイレブロック１の使用状態をレベルＢからレベルＣに設定する。このレベルＣは、レベルＢよりもトイレブロック１の使用終了に近い段階を表す。
【００６８】
次のステップＳ９において、状態監視装置２は、トイレブロック１のレベルがレベルＣにあることを提示する。このとき、提示制御部２３は、状態演算部２２がレベルＣであることを設定したトイレブロック１についての光源装置３を制御して、当該光源装置３の点灯状態によってレベルＣであることを提示する。また、提示制御部２３は、出入口ディスプレイ４を制御して、レベルＣであることを設定したトイレブロック１を提示してもよい。さらに、提示制御部２３は、当該トイレブロック１がレベルＣであることをサービスサーバ５に送信してもよい。これにより、サービスサーバ５は、当該トイレブロック１の使用状態がレベルＣとなるよう表示データを更新して、配信できる。
【００６９】
次のステップＳ１０において、状態演算部２２は、ドア機構１２Ａが閉状態から開状態に変化したか否かを判定する。このとき、状態監視装置２は、無線通信Ｉ／Ｆ２１によってドア用発電センサモジュール１２Ｃから発電状態信号を受信する。これに応じて、状態演算部２２は、ドア機構１２Ａが閉状態から開状態に変化したと判定する。また、状態演算部２２は、ドア機構１２Ａの動作ではなく、ロック機構１２Ｂの動作を判定してもよい。このとき、状態演算部２２は、ロック用発電センサモジュール１２Ｄから発電状態信号を受信したことに応じて、ロック機構１２Ｂがロック状態からアンロック状態に変化したと判定する。
【００７０】
次のステップＳ１１において、状態演算部２２は、ステップＳ１０が肯定判定されたトイレブロック１について、当該トイレブロック１の使用状態をレベルＤに設定する。このレベルＤは、トイレブロック１の使用終了の段階を表す。
【００７１】
次のステップＳ１２において、状態監視装置２は、トイレブロック１のレベルがレベルＤ（使用終了）にあることを提示する。このとき、提示制御部２３は、状態演算部２２がレベルＤであることを設定したトイレブロック１についての光源装置３を制御して、当該光源装置３の点灯状態によってレベルＤであることを提示する。また、提示制御部２３は、出入口ディスプレイ４を制御して、レベルＤであることを設定したトイレブロック１を提示してもよい。さらに、提示制御部２３は、当該トイレブロック１がレベルＤであることをサービスサーバ５に送信してもよい。これにより、サービスサーバ５は、当該トイレブロック１の使用状態がレベルＤとなるよう表示データを更新して、配信できる。
【００７２】
以上のように、このトイレシステムによれば、各トイレブロック１の使用状態を判定して、ユーザに提示できる。
【００７３】
さらに、状態演算部２２は、図３に示した例のみならず、使用者による複数回に亘る水流に応じて、レベルを遷移させてもよい。例えば、図４および図５に示すようにレベルを遷移させる。この実施形態では、先ずトイレブロック１の使用が開始されると、レベルがＡに設定される。その後、トイレ装置１１が操作されて洗浄水が流されると、洗浄水の水流に伴う発電状態信号が水流用発電センサモジュール１１Ｂから状態監視装置２に送信される。これに対し、状態演算部２２は、レベルＡからレベルＣ’の幅だけレベルを低下させる。さらにもう一度洗浄水が流されると、洗浄水の水流に伴う発電状態信号が水流用発電センサモジュール１１Ｂから状態監視装置２に再度送信される。これに対し、状態演算部２２は、レベルＡからレベルＣ’に加え、レベルＣ”の幅だけレベルを低下させる。このＣ’、Ｃ”は、予め設定された幅であり、レベルＡからレベルＢ、レベルＢからレベルＣ、レベルＣからレベルＤの幅より小さく設定される。
【００７４】
これにより、状態演算部２２は、トイレブロック１の使用開始から使用終了までの使用状態を、さらにきめ細かく変更して提示することができる。
【００７５】
なお、状態演算部２２は、各センサモジュールに発電動作がない限り、一定期間をおいて発電のセンシングを継続し、発電動作がなされると段階的にレベルを移行すればよい。また、状態演算部２２は、少なくとも水流用発電センサモジュール１１Ｂと、ドア装置１２のドア用発電センサモジュール１２Ｃ又はロック用発電センサモジュール１２Ｄの何れかとの２つから発電状態信号を受信できればよい。
【００７６】
以上のように、このトイレシステムによれば、トイレ装置１１における水流とドア装置１２の開閉やロック操作による運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電センサモジュールを備えている。これにより、トイレシステムは、各トイレブロック１に電力を発電することもでき、配電用配線が敷設されていないトイレ（特に、和式トイレ）にも設置して、使用状態を提示することができる。
【００７７】
また、このトイレシステムによれば、使用者の使用状態を検出するために、洗浄水が流れる排水部に第１発電素子を設けている。したがって、このトイレシステムによれば、第１発電素子によって発電して、トイレ装置１１において水流洗浄がなされたという情報をも提示できる。即ち、このトイレシステムによれば、トイレブロック１の人の出入りのみならず、トイレ装置１１の流水状態も提示でき、現在トイレが使用されているかだけでなく、より細やかなトイレの使用状態を知らせてトイレの空き予測に役立つ情報を提示できる。これにより、トイレシステムは、喩えトイレ施設から離れた場所にいた場合であってもトイレ装置１１の流水状態が報知された空く可能性の高いトイレブロック１を目指して直行することにより、待ち時間の短縮を図ることができる。
【００７８】
例えばドア装置１２の開閉状態の報知だけでは、トイレ待ちの人は、使用者がトイレブロック１に入室したあと出室までの時間を予測せねばならず、出室までに予想外に時間がかかった時にはイライラ感がつのる。一方、離れた場所からトイレ施設に駆けつける人にとっては、携帯端末６で出室状態を報知されただけでは、トイレに駆けつけた時にはもう他者が入ってしまっている場合も想定される。このことから、入室状態（使用状態）にあるトイレも考慮にいれ、ある程度トイレの空き予測をたてながら空く可能性の高いトイレに照準を定めて駆けつけるのが望ましい。これに対し、トイレシステムは、各トイレブロック１の空き、使用中のみならず、トイレブロック１の使用状態も提示でき、当該問題を抑制できる。
【００７９】
また、このトイレシステムによれば、ドア装置１２にドア用発電センサモジュール１２Ｃを設けたので、使用者によるドア機構の開動作又は閉動作に応じた振動を受けて発電して、発電状態信号を送信できる。これにより、トイレシステムは、トイレブロック１の使用状態としてドア機構の開閉を提示できる。
【００８０】
さらに、このトイレシステムによれば、ロック機構１２Ｂにロック用発電センサモジュール１２Ｄを設けたので、使用者によるロック機構１２Ｂのロック動作又はアンロック動作に応じた振動を受けて発電して、発電状態信号を送信できる。これにより、トイレシステムは、トイレブロック１の使用状態としてロック機構１２Ｂの操作を提示できる。
【００８１】
さらにまた、このトイレシステムによれば、紙ロール装置１３にロール用発電センサモジュール１３Ｃを設けたので、紙ロール機構１３Ａが使用者によって回転される動作に応じた振動を受けて発電して発電状態信号を送信できる。これにより、トイレシステムは、トイレブロック１の使用状態として紙ロール装置１３の操作を提示できる。
【００８２】
さらにまた、このトイレシステムによれば、状態監視装置２によって複数の発電状態信号を解析して使用者によるトイレの使用状態を演算する。これにより、トイレブロック１のドア開閉、トイレ洗浄、紙ロール回転といった使用状態をトイレ待ちの人に提示して、細やかにトイレブロック１が空く予測をさせることができる。
【００８３】
さらにまた、このトイレシステムによれば、トイレブロック１の使用開始から使用終了までのレベルの遷移としてトイレの使用状態を提示できるので、当該レベルをトイレ待ちの人に提示して、さらに細やかにトイレブロック１が空く予測をさせることができる。具体的には、ドア開閉、トイレ洗浄、紙ロール回転といった段階を提示でき、細やかにトイレが空く予測をさせることができる。
【００８４】
さらにまた、このトイレシステムによれば、トイレ装置１１、ドア装置１２、紙ロール装置１３の全てに発電素子を設け、複数種、複数回の発電状態信号に基づいて使用者によるトイレの使用状態を演算する。これにより、トイレシステムは、ドア開閉、トイレ洗浄、紙ロール回転といった段階をさらに細かく遷移させることができ、さらに細やかにトイレブロック１が空く予測をさせることができる。
【００８５】
さらにまた、このトイレシステムによれば、トイレブロック１の使用状態に応じてトイレブロック１ごとに設けられた光源装置３を異なる発光状態で点灯させることができる。これにより、複数のトイレブロック１の前で待っている人に対して、トイレブロック１が空く予測をさせることができる。
【００８６】
さらにまた、このトイレシステムによれば、出入口ディスプレイ４によって、トイレブロック１の使用状態を、トイレブロック１ごとに表示するので、トイレ施設の出入口でトイレブロック１が空く予測をさせることができる。
【００８７】
さらにまた、このトイレシステムによれば、各トイレブロック１の使用状態を、サービスサーバ５を介して携帯端末６に提供でき、今居る場所から近いトイレ施設を検索した人に対して、トイレブロック１の使用状態を提示できる。
【００８８】
さらにまた、このトイレシステムによれば、発電状態信号を無線信号として送信するので、当該トイレシステムが光源装置３、出入口ディスプレイ４、又は、ＩＰネットワークＮＷに有線接続されていなくてもよい。これにより、トイレシステムは、和式トイレなどの配線が無い環境下でも、発電センサモジュールを取り付けるだけでトイレの使用状態を提示できる。
【００８９】
つぎに、上述したトイレシステムにおける発電素子について説明する。この発電素子としては、電磁誘導型のものと、圧電型のものがトイレブロック１に使用可能である。なお、以下の説明において、水流用発電センサモジュール１１Ｂ、ドア用発電センサモジュール１２Ｃ、ロック用発電センサモジュール１２Ｄ、ロール用発電センサモジュール１３Ｃを総称して単に「発電センサモジュール」と呼ぶ。
【００９０】
（電源供給部）
発電センサモジュールが備える電源供給部５３は、例えば、図６に示すように、発電素子１００が出力する交流電圧を整流して出力する整流部９１と、整流部９１の出力電圧を監視する電力監視部９２とを更に備える。
【００９１】
整流部９１は、例えば、全波整流回路や両波倍電圧整流回路等の整流回路、コンデンサ、整流部９１の出力をオンオフするスイッチング素子等を用いて構成される。整流部９１は、整流された電圧を、センサ部５４及び通信部５５に出力する。
【００９２】
電力監視部９２は、整流部９１の出力電圧を監視し、出力電圧と予め設定された規定値との比較結果に基づいて、整流部９１を、スイッチング素子がオンオフするように制御する。例えば、電力監視部９２は、整流部９１の出力電圧がセンサ部５４または通信部５５の駆動に必要な規定値に到達すると、整流部９１の出力をオンさせ、規定量よりも低下すると、整流部９１の出力をオフさせる。センサ部５４及び通信部５５は、整流部９１から間欠的に電力が供給されることにより、間欠的に駆動される。
【００９３】
（発電素子）
以下、本発明の実施の形態に係るトイレシステムが備える発電素子１００の一例として、圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂ及び電磁誘導型発電素子１００Ｃ，１００Ｄについて、図７〜図１２を参照して説明する。
【００９４】
−圧電型発電素子−
圧電型発電素子１００Ａは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、矩形枠状の支持部１１０と、支持部１１０の４辺のうち１辺の内周面に、一端側を支持された矩形平板状のカンチレバー部１２０と、カンチレバー部１２０に設けられた圧電変換部１４０とを備える。圧電型発電素子１００Ａは、概略として矩形平板状である。
【００９５】
支持部１１０は、内周面において、カンチレバー部１２０の一端側である基端部１２２と連結されることにより、カンチレバー部１２０を振動可能に支持する。カンチレバー部１２０は、他端側である先端部１２１が、支持部１１０の厚さ方向（図８（ｂ），（ｃ）における上下方向）において、カンチレバー部１２０の基端部１２２からずれるように形成される。カンチレバー部１２０は、周囲の流体の流れにより自励振動する。流体は、例えば空気等の気体や、液体である。
【００９６】
支持部１１０及びカンチレバー部１２０は、支持部１１０及びカンチレバー部１２０の上面側から下面側に貫通する、平面視Ｕ字型のスリットである流路１５０が形成されることにより、一体に形成される。流路１５０は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いて、誘導結合プラズマ型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等のドライエッチングを行うことにより形成される。カンチレバー部１２０は、流体が、支持部１１０の厚さ方向に沿って、支持部１１０の一面側から他面側に流路１５０を流れることにより、自励振動する。  
【００９７】
支持部１１０及びカンチレバー部１２０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である同一の基板１００ａを用いて、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。当該基板は、シリコン（Ｓｉ）基板１０１と、シリコン基板１０１上に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる埋込絶縁膜１０２と、埋込絶縁膜１０２上に形成されたシリコン（Ｓｉ）層１０３とを備える。当該基板１００ａの表面は、例えば、（１００）面または（１１０）面である。
【００９８】
支持部１１０は、基板１００ａのうち、シリコン基板１０１と埋込絶縁膜１０２とシリコン層１０３とを用いて形成される。カンチレバー部１２０は、基板１００ａのうち、埋込絶縁膜１０２とシリコン層１０３とを用いて形成されることにより、支持部１１０よりも厚さが薄く、可撓性を有する。カンチレバー部１２０は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いた、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングにより、基板１００ａの下面に空隙部１６０が形成されることにより、支持部１１０よりも薄い厚さに形成される。
【００９９】
支持部１１０及びカンチレバー部１２０は、基板１００ａの上面に、シリコン酸化膜からなる第１絶縁膜１８１が形成されている。支持部１１０は、基板１００ａの下面に、シリコン酸化膜からなる第２絶縁膜１８２が形成されている。第１絶縁膜１８１及び第２絶縁膜１８２は、例えば、熱酸化法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等により形成される。
【０１００】
基板１００ａは、ＳＯＩ基板に限らず、単結晶または多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の金属酸化物基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等であってもよい。基板１００ａとして、ＭｇＯ基板、ガラス基板、ポリマー基板等の絶縁性基板を用いる場合、第１絶縁膜１８１及び第２絶縁膜１８２は、設けられなくてもよい。また、支持部１１０の外周及び内周の平面パターン、カンチレバー部１２０の平面パターンは、矩形状に限らず、例えば、多角形状円形状、楕円形状等であってもよい。
【０１０１】
圧電変換部１４０は、図７（ｄ）に示すように、カンチレバー部１２０上に形成された第１電極層（下部電極層）１４１と、第１電極層１４１上に形成された圧電体層１４２と、圧電体層１４２上に形成された第２電極層（上部電極層）１４３とを備える。圧電変換部１４０は、カンチレバー部１２０の厚さ方向の一面（上面）に形成される。圧電変換部１４０は、カンチレバー部１２０の自励振動によって交流電圧を出力する。
【０１０２】
カンチレバー部１２０は、圧電体層１４２の内部応力によって、先端部１２１が、支持部１１０の厚さ方向（カンチレバー部１２０の厚さ方向）において、基端部１２２から上方にずらされている。これにより、圧電型発電素子１００Ａは、構成要素を増加させることなく、流体を利用した発電が可能となる。
【０１０３】
また、カンチレバー部１２０は、厚さ方向における一面側に応力制御膜によって、先端部１２１が、支持部１１０の厚さ方向において、基端部１２２から上方にずらされるように構成されてもよい。応力制御膜は、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等により成膜される。圧電型発電素子１００Ａは、応力制御膜によりカンチレバー部１２０を変位させる場合、製造工程の条件の自由度が高くなる。
【０１０４】
第１電極層１４１は、例えば、厚さが約５００ｎｍである。第１電極層１４１は、例えば、白金（Ｐｔ）からなる。第１電極層１４１の材料は、その他、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等であってもよい。第２電極層１４３は、例えば、Ａｕからなる。第２電極層１４３の材料は、その他、モリブデン（Ｍｏ）、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｃｕ等であってもよい。
【０１０５】
圧電体層１４２は、例えば、厚さが約３０００ｎｍである。圧電体層１４２は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ＰＺＴ−ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）、他の不純物を添加したＰＺＴ等、ＰＺＴ系の高い圧電特性を示す圧電セラミックスからなる。圧電体層１４２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ：Ｋ0.5Ｎａ0.5ＮｂＯ3）、ニオブ酸カリウム（ＫＮ：ＫＮｂＯ3）、ニオブ酸ナトリウム（ＮＮ：ＮａＮｂＯ3）等であってもよい。これらはニオブ酸系の圧電セラミックスである。また、例えばＫＮＮは、リチウム（Ｌｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ），Ｃｕ等の他の不純物が添加されてもよい。その他、圧電体層１４２の材料となる圧電体として、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が上げられる。更に、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ビスマスゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ12ＧｅＯ20）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）等も挙げられる。
【０１０６】
圧電変換部１４０は、カンチレバー部１２０の振動に応じて、圧電体層１４２に応力が生じ、圧電体層１４２の圧電効果により、第２電極層１４３と第１電極層１４１との間に交流電圧が発生する。圧電型発電素子１００Ａの共振周波数は、カンチレバー部１２０と圧電変換部１４０とからなる可動部の構造パラメータ、材料等により決定される。圧電変換部１４０に生じる電圧は、振動数に対してピーキーな値をとるため、カンチレバー部１２０及び圧電変換部１４０の構造パラメータ、材料等を考慮して設計することにより、圧電型発電素子１００Ａは、発電効率を向上することができる。
【０１０７】
圧電変換部１４０は、平面視矩形状であり、カンチレバー部１２０の基端部１２２に近い１辺が、基端部１２２と平面視において重なるように配置される。このように、圧電変換部１４０は、基端部１２２近傍に配置されることにより、カンチレバー部１２０の振動時に応力が高くなる領域の面積を広くすることができ、発電効率を向上させることができる。
【０１０８】
圧電型発電素子１００Ａは、支持部１１０の上面に、第１電極層１４１に第１配線部１７１ａを介して電気的に接続された第１パッド１７２ａと、第２電極層１４３に第２配線部１７１Ｂを介して電気的に接続された第２パッド１７２ｂとを備える。
【０１０９】
第１配線部１７１ａ、第２配線部１７１Ｂ、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂは、例えばＡｕからなる。第１配線部１７１ａ、第２配線部１７１Ｂ、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂの材料は、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ等であってもよい。また、第１配線部１７１ａ、第２配線部１７１Ｂ、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂは、単層構造に限らず、多層構造であってもよい。
【０１１０】
圧電型発電素子１００Ａは、第２配線部１７１Ｂと第１電極層１４１との短絡を防止する絶縁層（図示省略）を備える。第２配線部１７１Ｂと第１電極層１４１との間の絶縁層は、例えば、ＳｉＯ２、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等からなる。
【０１１１】
また、圧電型発電素子１００Ａは、基板１００ａと第１電極層１４１との間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層の材料は、圧電体層１４２の材料に応じて適宜選択できる。例えば、圧電体層１４２の材料がＰＺＴの場合、緩衝層の材料として、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）等が挙げられる。圧電体層１４２の材料がＰＺＴの場合の緩衝層の材料は、その他、ＭｇＯ、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3）等が挙げられる。また、緩衝層は、例えば、Ｐｔ層とＳｒＲｕＯ3層とを含む多層構造であってもよい。圧電型発電素子１００Ａは、緩衝層を設けることにより、圧電体層１４２の結晶性を向上させることできる。
【０１１２】
圧電型発電素子１００Ａは、流体の流れる方向と支持部１１０の厚さ方向とが沿うように、上面側が上流側、下面側が下流側となるように配置される。圧電型発電素子１００Ａは、流体が支持部１１０の厚さ方向に沿って流路１５０を流れる際に流体の流速が速くなり、カンチレバー部１２０の下方の空隙部１６０の圧力が下がり、カンチレバー部１２０の先端部１２１が支持部１１０に下方に変位する。カンチレバー部１２０と支持部１１０とが面一になったところで、カンチレバー部１２０の両面側における圧力差がなくなり、カンチレバー部１２０または圧電変換部１４０の弾性力によりカンチレバー部１２０の先端部１２１が元の位置に戻る。圧電型発電素子１００Ａは、カンチレバー部１２０がこれらの動作が繰り返して自励振動することにより、圧電変換部１４０が発電し、第１パッド１７２ａ及び第２パッド１７２ｂから交流電圧を出力する。
【０１１３】
圧電型発電素子１００Ａは、支持部１１０及びカンチレバー部１２０の側面が傾斜するように構成されてもよい。圧電型発電素子１００Ａの変形例である圧電型発電素子１００Ｂは、図８に示すように、支持部１１０の内側の側面及びカンチレバー部１２０の側面が、支持部１１０の厚さ方向における両面側を向くように傾斜する。圧電型発電素子１００Ｂの説明されない他の構成は、圧電型発電素子１００Ａの構成と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【０１１４】
圧電型発電素子１００Ｂの流路１５０及び空隙部１６０は、カンチレバー部１２０の下面がなす平面において最も開口面積が小さくなり、支持部１１０の厚さ方向における両面側に近づくほど開口面積が大きくなるように形成される。支持部１１０の内側の側面及びカンチレバー部１２０の側面は、例えば、流路１５０及び空隙部１６０の形成時において、アルカリ系溶液による異方性エッチングを行うことにより傾斜される。
【０１１５】
流路１５０及び空隙部１６０が、支持部１１０の厚さ方向における両面側に近づくほど開口面積が大きくなるように形成されることにより、圧電型発電素子１００Ｂは、流路１５０を流れる流体の量を増加させることができる。よって、圧電型発電素子１００Ｂは、カンチレバー部１２０の厚さ方向における両面側の圧力差が増加して、カンチレバー部１２０の振幅が大きくなることにより、発電効率を向上させることができる。
【０１１６】
圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂの構成は、上述の例に限らず、例えば、圧電変換部１４０は、カンチレバー部１２０の表面に複数配置され、互いに直列に接続されるようにしてもよい。複数の圧電変換部１４０の直列回路の一端、他端は、それぞれ第１パッド１７２ｂ、第２パッド１７２ａに電気的に接続される。この場合、例えば、圧電変換部１４０は、カンチレバー部１２０の幅方向（図７（ａ）における上下方向）に沿う方向の寸法を小さくし、カンチレバー部１２０の表面に幅方向に複数配列されればよい。
【０１１７】
また、圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂは、カンチレバー部１２０が、圧電体を用いて形成され、振動に応じて発電するように構成されてもよい。この場合、カンチレバー部１２０は、第１電極層１４１と、圧電体層１４２と、第２電極層１４３とが積層されたバルク状の平板である。圧電体を用いて形成されたカンチレバー部１２０は、例えば、矩形枠状の支持部１１０の上面に、下面に対して傾斜する上面を有する設置台を介して設置されればよい。
【０１１８】
電源供給部５３は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、圧電型発電素子１００Ａの流路１５０に流れる流体を導入する導入部５８と、圧電型発電素子１００Ａの空隙部１６０から流れる流体を排出する排出部５９とを備えるようにしてもよい。導入部５８及び排出部５９は、圧電型発電素子１００Ａを収容するように構成され、支持部１１０の厚さ方向における両面側に形成される。導入部５８は支持部１１０の上面に接するように設置され、排出部５９は、支持部１１０の下面に接するように形成される。導入部５８は、流体の上流側から下流側に貫通する導入口を有し、排出部５９は、流体の上流側から下流側に貫通する排出口を有する。導入部５８の導入口及び排出部５９の排出口は、圧電型発電素子１００Ａから離れるほど開口面積が大きくなるように形成される。
【０１１９】
導入部５８及び排出部５９は、圧電型発電素子１００Ａの流路１５０を流れる流体の量を増加させることができる流量増大部として機能する。よって、圧電型発電素子１００Ａは、カンチレバー部１２０の厚さ方向における両面側の圧力差が増加して、カンチレバー部１２０の振幅が大きくなることにより発電効率を向上させることができる。また、導入部５８及び排出部５９は、圧電型発電素子１００Ａを保護できるとともに、圧電型発電素子１００Ａの取り扱いを容易にすることができる。
【０１２０】
−電磁誘導型発電素子−
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、図１０（ａ），（ｂ）及び図１２に示すように、複数の磁石２４０を有する磁石ブロック２０と、複数のコイル４１を有し、磁石ブロック２０に対向して配置されたコイルブロック４０とを備える。電磁誘導型発電素子１００Ｃは、磁石ブロック２０及びコイルブロック４０が、磁石ブロック２０及びコイルブロック４０の対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により発電する。磁石ブロック２０及びコイルブロック４０の対向方向は、図１０（ａ）における上下方向であり、規定方向は、図１０（ｂ）における左右方向である。
【０１２１】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、磁石ブロック２０を保持する可動部２５０と、可動部２５０が規定方向に振動可能なように、可動部２５０を支持する複数の弾性体部２２０と、弾性体部２２０を介して可動部２５０を支持する支持部２１０とを備える。電磁誘導型発電素子１００Ｃは、概略として矩形平板状である。可動部２５０が規定方向に振動することにより、磁石ブロック２０及びコイルブロック４０は相対的に変位する。電磁誘導型発電素子１００Ｃは、例えば、可動部２５０の振動に応じて発電する。
【０１２２】
弾性体部２２０は、規定方向における可動部２５０の両端側に、それぞれ複数個ずつ並んで設けられるばねである。弾性体部２２０は、例えば、平面視において、規定方向に蛇行するように互い違いに屈曲する。弾性体部２２０は、屈曲パターンが丸みを有することにより、弾性体部２２０のクラックの発生が低減される。弾性体部２２０は、それぞれ、規定方向における剛性が規定方向に直交する方向の動性に比べて小さい。
【０１２３】
弾性体部２２０は、例えば、Ｓｉ、ＳＵＳ３０４等のステンレス、鋼、Ｃｕ、真鍮やベリリウム銅（ＢｅＣｕ）等のＣｕ合金、チタン（Ｔｉ）合金、Ａｌ合金等からなる。電磁誘導型発電素子１００Ｃは、弾性体部２２０がＳｉから形成される場合、金属から形成される場合に比べて弾性体部２２０での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減でき、発電効率を向上できる。
【０１２４】
弾性体部２２０は、例えば、約１０〜３００ｎｍの幅及び約４０〜１２００ｎｍの周期（ピッチ）をそれぞれ有して形成される。弾性体部２２０の幅及びピッチを小さくすることにより、弾性体部２２０の周囲のデッドスペースを小さくすることができ、弾性体部２２０は、歪みエネルギとして蓄えられるエネルギ量が増加する。これにより、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、小型化が可能となる。
【０１２５】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、弾性体部２２０により、可動部２５０の振動方向を規定方向に単方向化し、規定方向と直交する方向への振動を低減できる。よって、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、不要な振動成分の発生を低減でき、発電効率を向上することができる。また、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、個々の弾性体部２２０に生じる応力を低減でき、耐久性を向上できる。なお、図１１及び図１２に示す例では、弾性体部２２０は、可動部２５０の両端側にそれぞれ５個ずつ、計１０個設けられる構成を説明したが、弾性体部２２０の数は特に５個ずつに限定するものではない。
【０１２６】
支持部２１０は、概略として矩形枠状であり、内側の側面に囲まれた領域に可動部２５０及び弾性体部２２０が配置される。支持部２１０は、内側の側面のうち、可動部２５０の規定方向における両端側において、弾性体部２２０のそれぞれ一端側を連結する。弾性体部２２０の他端側は、可動部２５０の規定方向における両端側にそれぞれ連結する。
【０１２７】
可動部２５０は、概略として、平面視、外周が八角形、内周が矩形の枠状である。磁石ブロック２０は、可動部２５０の内側の側面に囲まれた空隙である保持部２３０に保持される。可動部２５０は、振動しない定常状態において支持部２１０から離れるように配置される。可動部２５０の外周形状は、八角形に限らず、矩形、円形、多角形等であってもよい。
【０１２８】
可動部２５０は、平面視において規定方向に直交する方向の両端側に、それぞれ外側に突出する２つの突出部２６０が設けられる。突出部２６０は、それぞれ平面視矩形状に形成されている。また、支持部２１０は、内側の側面のうち、平面視において規定方向に直交する方向の両端側に、それぞれ、突出部２６０が規定方向に変位可能なように形成された切欠部２０１を有する。
【０１２９】
支持部２１０は、可動部２５０の規定方向への変位量を所定の範囲に制限するテーパ状のストッパ部２０２を有する。ストッパ部２０２は、支持部２１０の内側の側面のうち、平面視において規定方向に対して傾斜する面である。可動部２５０は、変位時にストッパ部２０２に接触することにより、可動部２５０の規定方向への変位量を所定の範囲に制限するテーパ状の傾斜面２７０を有する。傾斜面２７０は、可動部２５０の外側の側面のうち、平面視において規定方向に対して傾斜し、ストッパ部２０２と略平行な面である。
【０１３０】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、ストッパ部２０２及び傾斜面２７０により、可動部２５０の規定方向と異なる方向への変位を所定の範囲に制限することができる。よって、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、出力電力のばらつきを低減でき、また、弾性体部２２０に規定方向と異なる方向の力が作用することを低減できるため、信頼性を向上できる。
【０１３１】
磁石ブロック２０は、それぞれ平面視、規定方向と直交する方向を長手方向とする長方形平板状である複数の磁石２４０が、幅方向と規定方向とが一致するように、規定方向に配列されることにより構成される。磁石ブロック２０は、矩形平板状であり、図示を省略した接合部により保持部２３０に固定される。接合部は、例えば、接着剤、ねじ等の他、磁石ブロック２０と保持部２３０との間隙に圧入可能な弾性材料等を採用可能である。
【０１３２】
磁石２４０は、例えば、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、フェライト等の永久磁石からなる。磁石２４０は、例えば、磁性材料を切削、研磨などで整形加工した後、パルス着磁法などによって着磁することにより、形成される。磁石２４０は、厚さ方向の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。
【０１３３】
磁石ブロック２０は、磁石ブロック２０の厚さ方向の両面側それぞれで、規定方向においてＮ極とＳ極とが交互となるように、複数の磁石２４０が配列されることにより構成される。すなわち、磁石ブロック２０は、規定方向において隣り合う２つの磁石２４０について、磁化の向きが逆向きとなっている。磁石ブロック２０は、複数の磁石２４０が１次元のアレイ状に配置される構成に限らず、例えば、２次元のアレイ状に配置された構成であってもよい。
【０１３４】
支持部２１０、弾性体部２２０及び可動部２５０は、例えば、同一の基板２００を用いて、ＭＥＭＳ技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。支持部２１０、弾性体部２２０及び可動部２５０は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いて、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングを行うことにより形成される。
【０１３５】
弾性体部２２０及び可動部２５０の厚さは、支持部２１０の厚さと同じであるが、この構成に限らず、所望の可動部２５０の質量、弾性体部２２０の弾性等に基づいて、適宜変更されてよい。
【０１３６】
基板２００は、例えば、磁力線に対して低減衰あり、高抵抗率で電気絶縁性を有するＳｉ基板等の絶縁性基板からなる。基板２００は、その他、ＳＯＩ基板等であってもよい。また、支持部２１０、弾性体部２２０及び可動部２５０は、基板２００の材料や抵抗率に応じて、適宜、絶縁膜を設けてもよい。
【０１３７】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、支持部２１０の厚さ方向の一面側に配置される第１キャップ３１と、支持部２１０の厚さ方向の他面側に配置される第２キャップ３２とを備える。第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、それぞれ、コイルブロック４０を保持する。その他、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、第１キャップ３１と支持部２１０との間に配置された枠状の第１スペーサ３５と、第２キャップ３２と支持部２１０との間に配置された枠状の第２スペーサ３６とを備えている。
【０１３８】
平面視、第１キャップ３１及び第２キャップ３２の外周形状は、支持部２１０の外周形状と一致する。第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、支持部２１０の切欠部２０１それぞれの投影領域に、矩形状の貫通孔３１１，３２１がそれぞれ形成される。
【０１３９】
第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、例えば、エンジニアリングプラスチック（例えばポリカーボネート）等の樹脂、セラミックス、Ｓｉ等から形成される。第１キャップ３１及び第２キャップ３２がＳｉからなる場合、表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等により、第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６にそれぞれ接合される。第１キャップ３１及び第２キャップ３２は、それぞれ、可動部２５０及び弾性体部２２０等の構造に応じて、第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６を介さず、直接支持部２１０に固定されてもよい。
【０１４０】
第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６の平面パターンは、支持部２１０の平面パターンと一致する。第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６は、例えば、エンジニアリングプラスチック（例えばポリカーボネート）等の樹脂、セラミックス、Ｓｉ等から形成される。第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６がＳｉからなる場合、表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等により、支持部２１０の厚さ方向の両面側にそれぞれ接合される。
【０１４１】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、第１キャップ３１と支持部２１０との間に配置された枠状の第１スペーサ３５及び第２スペーサ３６を備えることにより、コイルブロック４０と磁石ブロック２０との間のギャップ長を容易に決定することができる。よって、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、コイルブロック４０と磁石ブロック２０との間のギャップを狭くしつつ、コイルブロック４０と磁石ブロック２０との接触を低減することができる。電磁誘導型発電素子１００Ｃは、コイルブロック４０と磁石ブロック２０との間のギャップを狭くすることにより、磁束の利用効率を向上でき、発電効率を向上できる。
【０１４２】
図１１及び図１２に示す例では、第１キャップ３１、第１スペーサ３５、支持部２１０、第２スペーサ３６及び第２キャップ３２は、それぞれ四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔２１ａ、３５ａ、１１ａ、４６ａ及び３１ａがそれぞれ形成される。
【０１４３】
第１キャップ３１、第１スペーサ３５、支持部２１０、第２スペーサ３６及び第２キャップ３２とは、複数個のねじにより互いに固定されてもよく、接着剤により互いに固定されてもよく、或いは、ねじ及び接着剤により互いに固定されてもよい。また、第１キャップ３１、第１スペーサ３５、支持部２１０、第２スペーサ３６及び第２キャップ３２は、相互に嵌合可能な構造が嵌合することにより、互いに固定されるようにしてもよい。
【０１４４】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、適宜の冶具を貫通孔３１１，３２１に通して、突出部２６０に外力を与えることにより、可動部２５０を規定方向へ変位させることが可能となっている。突出部２６０を変位させた後に冶具を引き抜けば、可動部２５０は規定方向に振動することができる。この場合、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、カンチレバー部１２０の減衰振動に応じた交流電圧を発生する。
【０１４５】
コイルブロック４０は、隣り合うコイル４１同士が、導電性接合材により接合されて電気的に接続されている。導電性接合材は、例えば、半田や銀ペースト等からなる。隣り合うコイル４１同士は、それぞれ互いに逆巻き方向となるように直列接続されている。また、第１キャップ３１及び第２キャップ３２には、コイルブロック４０の両端のコイル４１それぞれにおいて、隣り合うコイル４１に接続されていない側の線端部が電気的に接続される電極（図示省略）が設けられている。コイル４１に接続された電極間には、可動部２５０の振動時において、誘導電流がコイル４１を流れることにより、電力が出力される。
【０１４６】
コイルブロック４０のコイル４１は、コイル４１の芯となる芯材４２をそれぞれ備える。コイル４１は、芯材４２を備えない空芯コイルであってもよい。或いは、コイル４１は、第１キャップ３１及び第２キャップ３２それぞれに設けられた複数のリブを芯として、各リブに位置決めされるようにしてもよい。
【０１４７】
また、コイル４１は、例えば、第１キャップ３１及び第２キャップ３２それぞれに形成された平面コイルであってもよい。平面コイルは、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等から形成可能である。また、平面コイルは、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライト等から形成されてもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により形成可能である。
【０１４８】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、第１キャップ３１及び第２キャップ３２に、コイルブロック４０が保持されることにより、第１キャップ３１及び第２キャップ３２の一方のみにコイルブロック４０が保持される場合に比べて、発電効率を向上できる。また、電磁誘導型発電素子１００Ｃは、第１キャップ３１に保持されたコイルブロック４０のコイル４１の直列回路と、第２キャップ３２に保持されたコイルブロック４０のコイル４１の直列回路とを直列接続することにより、出力電力を高めることができる。
【０１４９】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、可動部２５０の規定方向への振動時、コイルブロック４０が、磁石ブロック２０に対して相対的に変位し、交流の誘導起電力を発生する。電磁誘導型発電素子１００Ｃの開放電圧は、カンチレバー部１２０の振動に応じた交流電圧である。
【０１５０】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、電磁誘導型発電素子１００Ｃの共振周波数が、構造物の固有振動数に一致するように設計されることにより、構造物の振動を利用して発電させることもできる。電磁誘導型発電素子１００Ｃが利用可能な振動は、その他、稼動中の機器で発生する振動、車両の走行によって発生する振動、人の歩行によって発生する振動等であってもよい。
【０１５１】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、可動部２５０が磁石ブロック２０を保持し、第１キャップ３１および第２キャップ３２がコイルブロック４０を備えている。他の形態としては、可動部２５０がコイルブロック４０を保持し、第１キャップ３１及び第２キャップ３２の少なくとも一方が磁石ブロック２０を保持する構成であってもよい。また、弾性体部２２０は、ゴムや樹脂などにより形成してもよい。
【０１５２】
電磁誘導型発電素子１００Ｃは、可動部２５０の変位方向を規定方向に制限する機構を備えるようにしてもよい。電磁誘導型発電素子１００Ｃの変形例である電磁誘導型発電素子１００Ｄは、図１２に示すように、可動部２５０を規定方向に沿って変位させるための入力機構８を備える。電磁誘導型発電素子１００Ｄの説明されない他の構成は、電磁誘導型発電素子１００Ｃの構成と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【０１５３】
電磁誘導型発電素子１００Ｄは、可動部２５０に接続された第１磁性材料部２９０と、入力機構８に接続された第２磁性材料部８５とを備え、第１磁性材料部２９０と第２磁性材料部８５との間に発生する磁力により可動部２５０を変位可能である。
【０１５４】
第１磁性材料部２９０は、第１磁性体により構成される。第１磁性体は、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等である。第１磁性材料部２９０は、第１磁石により構成されてもよい。第１磁石は、例えば、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、フェライト等である。
【０１５５】
第２磁性材料部８５は第２磁石より構成される。第２磁石は、例えば、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ、フェライト等である。第２磁性材料部８５は、第２磁性体より構成されてもよい。第２磁性体は、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等である。
【０１５６】
第１磁性材料部２９０と第２磁性材料部８５との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向であるが、これに限らず、反発する方向でもよい。例えば、第１磁性材料部２９０が第１磁石、第２磁性材料部８５が第２磁石により構成される場合、同極同士が対向するように第１磁石及び第２磁石を配置すれば、第１磁性材料部２９０と第２磁性材料部８５との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。
【０１５７】
電磁誘導型発電素子１００Ｄの可動部２５０は、可動部２５０の外側の側面から規定方向に沿って突出する突出部２８０を備えている。突出部２８０の先端面には、第１磁性材料部２９０が接着剤等により接続される。突出部２８０は、平面視、規定方向を長手方向とする長方形状である。第１磁性材料部２９０は、平面視矩形状である。
【０１５８】
電磁誘導型発電素子１００Ｄは、支持部２１０が、平面視、突出部２８０の領域を開放したＣ字型形状である。可動部２５０は、可動部２５０は、支持部２１０の内側に支持部２１０の内側の側面から離れて配置される。弾性体部２２０は、規定方向における可動部２５０の両側に配置される。
【０１５９】
電磁誘導型発電素子１００Ｄの可動部２５０、突出部２８０、支持部２１０及び各弾性体部２２０は、例えば、同一の基板２００を用いて、ＭＥＭＳ技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。
【０１６０】
電磁誘導型発電素子１００Ｄは、実装基板８０に実装される。実装基板８０としては、例えば、プリント配線板などの回路基板を採用することができる。入力機構８は、実装基板８０に固定される。これにより、実装基板８０は、電磁誘導型発電素子１００Ｄと入力機構８との相対的な位置関係を規定する。
【０１６１】
入力機構８は、実装基板８０に固定される円柱状の回動軸８１と、回動軸８１に回動自在に保持された回動部８２と、回動部８２から突出する操作部８３と、回動部８２から操作部８３とは反対側に突出する突出部８４とを備えている。操作部８３は、例えば、ユーザが指等で操作可能な大きさに形成される。操作部８３、回動部８２及び突出部８４は、例えば、樹脂により形成することができる。突出部８４は、先端面に、平面視矩形状の第２磁性材料部８５が接着剤等により接続される。
【０１６２】
入力機構８は、操作部８３と突出部８４と第２磁性材料部８５とが一直線上に配置されており、操作部８３と突出部８４と第２磁性材料部８５とを結ぶ直線が規定方向と略直交するように配置されている。入力機構８は、回動部８２が初期位置から回転した場合において、回動部８２が初期位置に戻る方向に、回動部８２に力を作用させる復帰ばね（図示省略）を備える。
【０１６３】
電磁誘導型発電素子１００Ｄは、操作部８３を初期位置から第１所定角（例えば、５°）回転させた時、可動部２５０の傾斜面２７０がストッパ部２０２に接触するように、弾性体部２２０のばね力を設計してある。電磁誘導型発電素子１００Ｄは、操作部８３を初期位置から第２所定角（例えば、１０°）だけ回動させた時、弾性体部２２０のばね力が第１磁性材料部２９０と第２磁性材料部８５との間の磁力よりも大きくなるように、弾性体部２２０のばね力を設計してある。
【０１６４】
電磁誘導型発電素子１００Ｄは、入力機構８へ外力を適宜与えることで可動部２５０を変位させて作動させることができる。また、電磁誘導型発電素子１００Ｄは、規定方向とは異なる方向の力が可動部２５０に作用することを低減することができ、発電効率及び信頼性を向上できる。
【０１６５】
上述したような圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂ及び電磁誘導型発電素子１００Ｃ，１００Ｄは、上述したトイレシステムにおける何れの発電素子にも適用可能である。このような圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂ及び電磁誘導型発電素子１００Ｃ，１００Ｄによれば、上述した微小な構成を有していることにより、微小な振動や少ない水流により効率よく発電できる。
【０１６６】
ただし、排水部１１Ａにおける水流用発電センサモジュール１１Ｂは、圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂを用いることが望ましい。これにより、圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂを、少ない水流により発電できる。また、ロック用発電センサモジュール１２Ｄは、電磁誘導型発電素子１００Ｃ，１００Ｄを用いることが望ましい。これにより、電磁誘導型発電素子１００Ｃ、１００Ｄを、微小な振動によって発電できる。
【０１６７】
さらに、水流用発電センサモジュール１１Ｂとして上述したＭＥＭＳ技術により形成した圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂを用いる。これにより、少ない水量で効率よく発電できる。これにより、水流用発電センサモジュール１１Ｂから送信する発電状態信号の信号強度を高くでき、トイレシステムの信頼性を向上できる。また、トイレ装置１１の節水をしたような場合であっても、効率よく発電できる。さらに、微小な圧電型発電素子１００Ａ，１００Ｂを使用しているので、排水部１１Ａにおける水流の妨げにもならない。
【０１６８】
さらに、ロック用発電センサモジュール１２Ｄとして上述したＭＥＭＳ技術により形成した電磁誘導型発電素子１００Ｃ、１００Ｄを用いる。これにより、ロック機構１２Ｂへの操作という微小な振動でも、電磁誘導型発電素子１００Ｃ，１００Ｄから効率よく発電できる。これにより、ロック用発電センサモジュール１２Ｄから送信する発電状態信号の信号強度を高くでき、トイレシステムの信頼性を向上できる。
【０１６９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１７０】
１  トイレブロック
２  状態監視装置
３  光源装置
４  出入口ディスプレイ
５  サービスサーバ
６  携帯端末
１１  トイレ装置
１１Ａ  排水部
１１Ｂ  水流用発電センサモジュール
１２  ドア装置
１２Ａ  ドア機構
１２Ｂ  ロック機構
１２Ｃ  ドア用発電センサモジュール
１２Ｄ  ロック用発電センサモジュール
１３  紙ロール装置
１３Ａ  紙ロール機構
１３Ｂ  駆動部
１３Ｃ  ロール用発電センサモジュール
２０  磁石ブロック
２２  状態演算部
２３  提示制御部
４０  コイルブロック
４１  コイル
５１  表示データ生成部
５２  配信部
５３  電源供給部
５４  センサ部
５５  通信部
１００  発電素子
１００Ａ，１００Ｂ  圧電型発電素子
１００Ｃ，１００Ｄ  電磁誘導型発電素子
１１０  支持部
１２０  カンチレバー部
１４０  圧電変換部
【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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