(57)【要約】【課題】  必要最少の外力付加回数で、振動子をできるだけ長い振幅で、かつできるだけ多くの往復回数で上下方向に動作させ、効率よく電力を得ることを目的とする。【解決手段】  上下方向直線往復動自在に取り付けられた振動子に対して作用する重力及び弾性力を利用して往復動を行わせ、その際に生じる運動エネルギーにより発電機を運転し、電力を発生させる方法において、該振動子が上昇する際、該振動子にその下方から圧縮空気を吹き付け、発生する押し上げ力により該振動子の上昇運動を付勢し、往復動を加速することにより電力を発生させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向直線往復動自在に取り付けられた振動子に対して作用する重力及び弾性力を利用して往復動を行わせ、その際に生じる運動エネルギーにより発電機を運転し、電力を発生させる方法において、該振動子が上昇する際、該振動子にその下方から圧縮空気を吹き付け、発生する押し上げ力により該振動子の上昇運動を付勢し、往復動を加速することを特徴とする電力発生方法。
【請求項２】
さらに、該振動子が下降する際、該振動子にその上方から圧縮空気を吹き付け、発生する押し下げ力により、該振動子の下降運動を付勢し、往復動を加速する請求項１記載の電力発生方法。
【請求項３】
該重力が該振動子の自重に基づくものである請求項１又は２記載の電力発生方法。
【請求項４】
該重力が該振動子の自重と該振動子にチェーンにより連結され、回転軸を介して該振動子の重力を減ずるように取り付けられた錘体の自重で形成される請求項１、２又は３記載の電力発生方法。
【請求項５】
該弾性力が振動子を吊支している弾条体の引張力及び振動子の底部外側に付設された弾条体の弾発力である請求項１ないし４のいずれかに記載の電力発生方法。
【請求項６】
発生した電力の一部をもって、圧縮空気を生成するためのコンプレッサー運転用に充当し、残りを供給電力とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電力発生方法。
【請求項７】
筐体（２）内に上下方向直線往復動自在に収納された振動子（１）、上端が筐体（２）天板下面部（２ａ）に、下端が該振動子（１）上面部（１ａ）中心付近にそれぞれ固定され、該振動子（１）を吊支している上部コイルバネ（３）、上端が該振動子下面部（１ｂ）中心部付近に固定され、下端はフリー状態の下部コイルバネ（４）、該振動子（１）の両側面に立設された複数のガイド部材（９、９）、一端を該振動子（１）の側面（１ｃ）に固定し、スプロケット（８）を介して他端を各ガイド溝内で上昇、下降する錘体（１０）に固定した複数のチェーン（５，５）、該振動子（１）の上方空間に開口して、筐体（２）の上部に付設された上部圧縮空気噴射口（７）及び該振動子（１）に連動して上下方向直線往復動を行う往復動部材（５）により運転される発電機（６）から構成されることを特徴とする電力発生装置。
【請求項８】
該振動子（１）の上方空間に開口して筐体（２）の上部に付設された圧縮空気噴射口（７）を有する請求項７記載の電力発生装置。
【請求項９】
筐体（２）の下部、該振動子（１）の下面部（１ｂ）の下方に、下部圧縮空気噴射口（７´、７´）から導入される圧縮空気を該振動子（１）の下面部（１ｂ）に洩れなく吹き付け可能とするための下部圧縮空気洩れ防止部材（４Ａ、４Ａ）が配置され、かつこの下部圧縮空気洩れ防止部材（４Ａ、４Ａ）は、上下方向に往復動する振動子（１）との接触時に収縮し、離間時に元の状態に復元するように構成されている請求項６、７又は８記載の電力発生装置。
【請求項１０】
該振動子（１）の上面部（１ａ）又は筐体（２）の天板下面部（２ａ）のいずれか一方に上部圧縮空気噴出口（７）から導入される圧縮空気を該振動子（１）の上面部（１ａ）に洩れなく吹き付け可能とするための上部圧縮空気洩れ防止部材（３Ａ、３Ａ）が配置され、かつこの上部圧縮空気洩れ防止部材（３Ａ、３Ａ）は、上下方向に往復動する振動子（１）又は天板下面部（２ａ）との接触時に収縮し、離間時に元の状態に復元するように構成されている請求項７又は８記載の電力発生装置。
【請求項１１】
該振動子（１）の上面部（１ａ）上方及び筐体（２）の天板下面部（２ａ）下方のいずれか一方に、圧縮空気噴射口から導入される圧縮空気を該振動子（１）の上面部（１ａ）上方、或いは該振動子（１）の下面部（１ｂ）下方及び筐体（２）の底面部のいずれか一方に圧縮空気噴射口から導入される圧縮空気を該振動子の下面部（１ｂ）に洩れなく吹き付け可能とする圧縮空気洩れ防止部材が配設され、かつこの圧縮空気洩れ防止部材は、上下方向に往復動する振動子との接触時に収縮し、離間時に元の状態に復元するように構成されている請求項７又は８記載の電力発生装置。
【請求項１２】
該振動子（１）の上面部（１ａ）及び筐体（２）の天板下面部（２ａ）のいずれか一方に、上部コイルバネ（３）及び下部コイルバネ（４）の上下一対のコイルバネ（３、４）を介して上下方向に往復動する該振動子（１）と接触させ、反跳させることにより下方に向けて付勢させるための下方向付勢部材を付設した請求項６ないし１１のいずれかに記載の電力発生装置。
【請求項１３】
筐体（２）の底部上面部（２ｂ）付近に一対のコイルバネ（３、４）を介して上下方向に往復動する振動子（１）の下面部（１ｂ）下方に付設されたコイルバネ（３）の下端と接触させることにより、該振動子（１）を上方に向けて付勢するための上方向付勢部材（２Ｂ）を備えた請求項６ないし１２のいずれかに記載の電力発生装置。
【請求項１４】
該上方向付勢部材（２Ｂ）が、スプリングバネ又はピアノ線で構成されている請求項１３記載の電力発生装置。
【請求項１５】
該振動子（１）が質量可変構造を有する請求項６ないし１４のいずれかに記載の電力発生装置。
【請求項１６】
該振動子（１）の外周部（１ｃ）又は筐体（２）の内側面の少なくとも一方に、上部コイルバネ（３）及び下部コイルバネ（４）の上下一対のコイルバネ（３、４）を介して筐体（２）内を上下方向に往復動する該振動子（１）の外側と筐体の内側面との接触箇所に生じる摩擦を低減する複数の摩擦低減部材（１２…）を備えた請求項６ないし１５のいずれかに記載の電力発生装置。
【請求項１７】
上部コイルバネ（３）と下部コイルバネ（４）の上下一対のコイルバネ（３、４）において、上部コイルバネ（３）の伸縮率が下部コイルバネ（４）のそれよりも大きく、かつ下部コイルバネ（４）の弾性率が上部コイルバネ（３）のそれよりも大きく設定されている請求項６ないし１６のいずれかに記載の電力発生装置。
【請求項１８】
ガイド部材（９）の溝内の錘体（１０）が、これを常時引張状態に付勢する錘体引張部材（１３）と連結している請求項６ないし１７のいずれかに記載の電力発生装置。
【請求項１９】
ガイド部材（９）及び錘体（１０）の少なくとも一方に、錘体の往復動により起電力を発生させる起電力発生装置（１４）を配設した請求項１８記載の電力発生装置。
【請求項２０】
該振動子を収納する筐体が外部と隔離され、かつ一定の温度に保たれている請求項６ないし１９のいずれかに記載の電力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力と弾条体の弾発力により上下方向往復動する振動子の機械エネルギーを利用して電力を発生させる方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、エネルギー供給源の主流となっていた化石燃料の枯渇から、これに代わるべきエネルギー供給源の研究が盛んに行われている。
この中の１つに、動力や弾発力を利用して発電する方法があり、例えば重錘の直進運動エネルギーをワイヤで引出し、このワイヤからの直進運動エネルギーをガイドプーリを介して案内して回転運動に変換し、この回転運動を増速回転し、これを回転発電機を用いて交流電圧を発生させ、次いで整流して直流電圧に変える自動式交流電池（特許文献１参照）、鉛直経路上を上下往復動する重錘手段と、この重錘手段の上下往復直線運動を回転運動に変換する変換手段と連結されて回転駆動され、かつ回転子の最外部の周速度を前記重錘手段の直線運動速度より大きくする発電手段とを筐体内に配置した自動駆動式発電機（特許文献２参照）、上下動自在に設けられた本体と、この本体を吊支した第一ばねと、本体に枢軸支持されたアームと、このアームの一端に設けられた重錘と、アームと本体間に張設され、前記重錘に作用する重力によるアームの回転を妨げる方向にばね力を作用させる第二ばねと、アームの他端に係合し、アームの回動に従動して駆動されるエネルギー出力装置と、本体を下方に付勢するエネルギー入力装置とを具備したエネルギー出力装置（特許文献３参照）などが提案されている。
【０００３】
また、最近、動力とコイルバネの弾発力とを組み合わせて利用し、発電させるものも提案されている（特許文献４参照）。
このものは、図７に示すように、筐体２０内に収容され、かつ上下方向に直線的に往復動する振り子２１と、前記筐体２０内に収容され、振り子２１を上下から付勢する一対の圧縮ばね２２、２２と振り子２１の直線運動に追従して回転する転動部が入力軸２３ａに設けられた発電機２３とを備えた構造を有し、歩行等による外力を介して筐体２０を上下に振動させると、その中の振り子２１が圧縮ばね２２、２２によって上下方向に往復運動を繰り返し、この運動が入力軸２３ａを介して発電機に伝えられ、電力を発生させるものである。
【０００４】
しかしながら、このような装置では、振り子２１の往復動を継続させるには、外力を介して筐体２０を常に振動させ続けなければならない上に、外力付加回数に対し、数倍ないし数十倍の効率を得ることはできない。特に図に示されるように、振り子２１の両側から一対の同じ圧縮バネ２２、２２を介して往復動させる場合は、往復動の振幅が急激に減少し、せいぜい数回の往復動で停止するのを免れない。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６８９１１号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献２】特開平６−７０５０６号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献３】特開２００２−５００２号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献４】特開２００３−３３３７９５号公報（特許請求の範囲その他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情のもとで、必要最少の外力付加回数で、振動子をできるだけ長い振幅で、かつできるだけ多くの往復回数で上下方向に動作させ、効率よく電力を得ることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、重力及び弾性力を利用した振動子の往復動について、外力付加回数に対し、その振幅をできるだけ長く、かつ往復回数をできるだけ多くする方法について鋭意研究を重ねた結果、振動子の往復動を圧縮空気の押圧力によって加速させることによって、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、上下方向直線往復動自在に取り付けられた振動子に対して作用する重力及び弾性力を利用して往復動を行わせ、その際に生じる運動エネルギーにより発電機を運転し、電力を発生させる方法において、該振動子が上昇する際、該振動子にその下方から圧縮空気を吹き付け、発生する押し上げ力により該振動子の上昇運動を付勢し、往復動を加速することを特徴とする電力発生方法、及び筐体２内に上下方向直線往復動自在に収納された振動子１、上端が筐体（２）の天板下面部２ａに、下端が該振動子１上面部１ａ中心付近にそれぞれ固定され、該振動子１を吊支している上部コイルバネ３、上端が該振動子下面部１ｂ中心部付近に固定され、下端はフリー状態の下部コイルバネ４、該振動子１の両側面に立設された複数のガイド部材９、９、一端を該振動子１の側面１ｃに固定し、スプロケット８を介して他端を各ガイド溝内で上昇、下降する錘体１０に固定した複数のチェーン５，５、該振動子１の上方空間に閉口して、筐体２の上部に付設された上部圧縮空気噴射口７及び該振動子１に連動して上下方向直線往復動を行う往復動部材５により運転される発電機６から構成されることを特徴とする電力発生装置を提出するものである。
【０００９】
次に本発明方法を詳細に説明する。
本発明方法においては、上下方向直線往復動を自在に行いうる振動子が用いられるが、この振動子は通常金属板を板金加工することによって製造される。この材質としては、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、鉛やそれらの合金などの通常の工業用材料として慣用されている金属や合金を用いることができるが、必要ならばタングステン、チタンなどの特殊な金属やそれらを含む合金を用いることができる。これらの中で、耐久性、耐食性、強度、比重を考慮し、またコストの点で特に好ましいのは鋼、この振動子の形状としては方形箱状、円筒状、中空球状のいずれでもよいが、取り扱いが便利な点で方形箱状又は円筒状が好ましい。
【００１０】
この振動子は、上下方向直線往復動自在に配置されている必要があるが、これは、例えば天板及び底板を有する立設枠体内に上下滑動可能に嵌合することによって実現される。
この振動子の大きさや質量は、使用目的によって最も効率よく上下直線往復動が行われるように選択される。
【００１１】
本発明方法においては、この振動子は重力及び弾性力を利用して上下直線往復動を行わせるが、この重力は主として振動子の自重に、また弾性力は、弾条体例えばコイルバネ、ゴム材料などの弾性に基づくものが用いられる。
【００１２】
すなわち、振動子の下降運動には主として振動子の自重による自然落下が利用され、振動子の上昇運動には、振動子を吊支している弾条体の引張り力及び振動子の下方に配置した弾条体の反跳力が利用される。
【００１３】
しかしながら、この重力及び弾性力のみでは、振動子の上下直線往復動を連続して行わせることができないので、本発明方法においては、下降運動が終了すると直ちに振動子の下方から圧縮空気を噴射してその押し上げ力の助けを借りて、振動子を上昇させる。
【００１４】
この圧縮空気の印加は、所望に応じ振動子の下降運動の際にも行って、振動子の重力による落下速度を付勢することもできる。
上昇運動に際し、さらに、滑車の原理を利用し、重錘を用いて振動子の重力に抗してこれを引き上げる力を加えることもできる。
【００１５】
なお、振動子の上下往復動を行わせる場合には、それに負荷されるエネルギーをできるだけ有効に利用するために、摩擦や抵抗によるエネルギー消費を防止するような手段を施すことが必要である。
【００１６】
本発明方法においては、このような振動子の上下往復運動により発生する運動エネルギーで発電機を運転し、電力を発生させる。
このようにして得た電力はそれを全部外部に供給することもできるし、またその一部を圧縮空気製造のためのコンプレッサーの駆動に用い、残りを外部に供給することもできる。
【００１７】
この時、振動子１の下面部１ｂには、下部コイルバネ４が一端４ａによって固着されているが、他端４ｂはフリーの状態になっているので、上記のごとく上部コイルバネ３の引張力を介して上方へ移動する振動子１の移動の妨げにはならない。
【００１８】
次に、いったん上方に向い所定の距離だけ移動した振動子１は、再度自重に基づく重力の影響を受け、下方へ移動することになるが、この時、振動子１の下面部１ｂには、圧縮弾発可能な自由状態の下部コイルバネ４が付設されているので、この下部コイルバネ４の他端４ｂが筐体２内の底部上面部２ｂに接触して反跳し、下部コイルバネ４は瞬間的に圧縮弾発状態となって振動子１は、下部コイルバネ４の弾発力と上部コイルバネ３の引張力を介して再び上方へ円滑に移動することとなる。
【００１９】
次いで、上記のごとく下部コイルバネ４の弾発力と上部コイルバネ３の引張力を介して振動子１が再び上方へと移動する際に、所定のタイミングで筐体２内の底部上方に設けられた下部圧縮空気噴射口７´、７´から所定圧の圧縮空気を振動子１の下面部１ｂに吹き付けることにより、前工程よりさらに高く振動子１を上方へ加速を伴って移動させることができる。また、所望によりさらに上部圧縮空気噴射口７を筐体２内の天板下面２ａに設けることもでき、これにより一対のコイルバネ３、４を介して上方に移動してきた振動子１の上面部１ａに圧縮空気を吹き付けて、重力を用いた自然落下の速度をさらに速い速度で振動子１を移動させることができ、振動子１の運動エネルギーを増大させることができる。
【００２０】
このように、この装置においては、上下方向に往復動可能な振動子１の上面部１ａには、収縮する方向に付勢する上部コイルバネ３が設けられ、また該振動子１の下面部１ｂには、圧縮弾発可能で、しかも他端４ｂが自由状態となっている下部コイルバネ４の一端４ａが固着されていることから、始動時に下部圧縮空気噴射口７´、７´から振動子１の下面部１ｂに圧縮空気を吹き付けるだけで、極めて容易に振動子１を上部コイルバネ３の引張力を介して上方へと移動させることができ、しかも上方へと移動した振動子１が自重により下方へ移動した場合には、下部コイルバネ４の弾発力と上部コイルバネ３の引張力の合成力により再び振動子１を上方へ極めて円滑に移動させることが可能となる。このようにして振動子１を下部圧縮空気噴射口７´、７´から吹き付けられる圧縮空気を用いて必要最少の外力付加回数の数倍〜数十倍に達するように上下方向に繰り返し連続作動させることが可能となる。
【００２１】
そして、必要最少の外力付加回数の数倍〜数十倍に達するように上下方向に繰り返し、振動子１を連続作動させることで、該振動子１に連結する往復動部材５の往復動を介して所定の電力を発生する発電機６の入力軸６ａを効率よく回転させて発電効率を向上させることができる。
【００２２】
さらに、本発明装置においては、所望に応じ上下方向に移動するとともに上死点に達する振動子１の上面部１ａに対し、その上方に設けた上部圧縮空気噴射口７から圧縮空気を吹き付けるようにすることもできる。このようにすれば、重力による振動子１の自然落下の速度より速い速度で振動子１を下方に加速しながら移動させて振動子１の運動エネルギーを増大させることができ、これにより、振動子１の最大限の往復動距離（往復ピッチ）を増加させ、効率よく入力軸６ａを回転させ、最大効率の電力を発電機６を介して得ることができるので有利である。
【００２３】
さらに、本発明装置においては、所望により振動子１又は上部圧縮空気噴射口７の少なくともいずれか一方に、上部圧縮空気噴射口７から吹き付けられる圧縮空気を振動子１の上面部１ａに洩れなく吹き付け可能とするために圧縮空気洩れ防止部材３Ａを設けることもできる。そして、該圧縮空気洩れ防止部材３Ａは上下方向に往復動する振動子１との接触時に収縮し、振動子１の離間時には元の状態に復元する構成にすることにより、上下方向に移動すると共に、上死点に達する振動子１に吹き付けることが可能となり、これにより圧縮空気の気圧を高く設定することなく比較的低い圧力で、上方又は下方へと移動する振動子１を効率よく加速させることができる。
【００２４】
さらに本発明装置においては、所望に応じ振動子１の上面部１ａ又は筐体２内の天板下面部２ａの少なくともいずれか一方に、一対のコイルバネ３、４を介して上下方向に往復動する振動子１と接触することで該振動子１を下方へと付勢させるための下方側付勢部材３Ａを設けることができる。これにより、上死点に達した振動子１を瞬時に勢いよく付勢させつつ下方に押し戻すことができ、振動子１の運動エネルギーを爆発的に増大させ、結果として単位時間当りの往復動部材５の往復動数及び往復動距離（往復ピッチ）を増加させて極めて効率よく発電機６の入力軸６ａを回転させ、最大効率の電力を得ることができる。
【００２５】
また、本発明装置においては、所望により筐体２内の底部上面部２ｂ近傍に、一対のコイルバネ３、４を介して上下方向に往復動する振動子１の下面部１ｂに設けられた下方コイルバネ４の他端４ｂと接触することで振動子１を上方へと付勢させるための上方向付勢部材２Ｂを設けることができる。これにより、下死点に達した振動子１を瞬時に勢いよく付勢させつつ上方に押し戻すことができ、振動子１の運動エネルギーを爆発的に増大させ、結果として単位時間当りの往復動部材５の往復動数及び往復動距離（往復ピッチ）を増加させて極めて効率よく発電機６の入力軸６ａを回転させ、最大効率の電力を得ることができる。
【００２６】
この上方向付勢部材２Ｂとして、スプリングバネ又はピアノ線を用いると、振動子１の下面部１ｂに設けられた下部コイルバネ４の他端４ｂと接触時に適度な反跳力を得ることができるので有利である。
【００２７】
また、本発明装置においては、所望により振動子１の質量を変更可能な構成にすることができる。このようにすれば、例えば振動子１の上下方向への往復動と共に往復動する往復動部材５の数量や該往復動部材５の往復動を介して回転する入力軸６ａを有する発電機６を複数設けた場合における振動子１の運動バランスを調整して使用条件に適合させることができるので有利である。
【００２８】
また、本発明装置においては、所望により振動子１の外周部１ｃ又は筐体２の少なくともいずれか一方に、一対のコイルバネ３、４を介して筐体２内を上下方向に往復動する振動子１と該筐体２との双方の接触箇所に生じる摩擦を低減する摩擦低減部材１２を設けることができる。このようにすれば、振動子１の運動エネルギーに摩擦ロスを生じさせることなく効率よくスムーズに、しかも金属疲労等の不都合の発生を極力抑えた振動子１を介してスムーズに往復動部材５を往復動させて最大効率の電力を得ることができるので有利である。
【００２９】
さらに、本発明装置においては、所望により一対のコイルバネ３、４において、上部コイルバネ３の伸縮率を下部コイルバネ４より大きく、かつ該下部コイルバネ４の弾性力を上部コイルバネ３より大きく設定することができる。このようにすれば、上下方向に移動する振動子１の運動エネルギーを増大させつつ最大限の往復動距離（往復ピッチ）を確保することができるので好ましい。
【００３０】
さらに、本発明装置においては、所望に応じ往復動部材５としてチェーンを用い、かつ該チェーンの一端５ａを上下方向に往復動自在な振動子１に固着し、かつ他端を該振動子１を収納する筐体２の上方に設けられたスプロケット８に噛合させるとともに該筐体２の下方へ二つ折り状態とし、かつチェーンの他端５ｂに、錘体１０に固着する構造にすることもできる。このようにすれば、上昇時に錘体の質量で振動子１を引き上げ、上昇を容易にすることができる。しかもチェーン５を二つ折りにすることで筐体２の全高をコンパクトにできる上に、錘体を介して振動子１の上下動と共に往復動を繰り返すチェーン５に弛みを発生させることなく適度なテンションをチェーン５全体に付与しうるので、スプロケット８からチェーン５が外れることを確実に防止することができる。
【００３１】
また、この際、ガイド部材９に設けられた錘体１０に、筐体２の下方へと該錘体１０を常時引張状態で付勢する錘体引張部材１３を設けることができ、前記同様振動子１の上下動とともに往復動を繰り返すチェーン５に弛みを発生させることなく良好なテンションを錘体１０及び錘体引張部材１３の双方を介してチェーン５全体に付加することができ、それによりスプロケット８からチェーン５が外れることを確実に防止することができる。しかも、振動子１が上方へ移動する際における重力を介しての運動ロスを錘体引張部材１３の引張力を用いて低減させてよりスムーズに振動子１を上方へと移動させることができるので有利である。
【００３２】
さらに、本発明装置には所望によりガイド部材９又は錘体１０の少なくともいずれか一方に、錘体案内ガイド部９ａを往復動する錘体１０を介して起電力を発生させる起電力発生装置１４を設けることもでき、このようにすれば、スプロケット８からチェーン５が外れることを確実に防止することができ、振動子１が上方へ移動する際における重力を介しての運動ロスを低減させることができる。そして、このようにして極めて高効率の電力を低コストで提供することができる。
【００３３】
さらに、本発明装置においては、所望により振動子１を収納する筐体２を被包体１６により被包し、被包体１６内の温度を一定に保つこともできる。このようにすれば、振動子１を上下方向に往復動させるために用いる一対のコイルバネ３、４に一般的な鋼材を用いることができる上に、連続的な伸縮動を行わせた場合でも、内部温度を一定に保つことで鋼材の分子構造が熱によって分解されるのを防ぐことが可能となる。その結果、コイルバネ３、４の寿命を長くすることができるので金属疲労等の劣化によるコイルバネ３、４の交換作業やそれに伴うコスト増を削減することができる。
【００３４】
そして、この場合、内部温度を１０度以下に保つようにすれば、鋼材の分子構造の分解をより確実に防止することができるという利点がある。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、重力と弾条体の弾発力により上下方向往復動する振動子の機械エネルギーを利用して電力を発生させる方法において、これまでは外力付加回数に対応する振幅の長さ、振動回数が少なく、入力するエネルギーに比べて出力するエネルギーが小さく、実用に供することができなかったのを、圧縮空気の噴射を併用することにより、振幅の長さを延長するとともに振動回数を増加させることができ、効率よく発電しうるという顕著な効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
次に実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明するが、これにより本発明はなんら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３７】
図１に示す構造において、振動子１は４枚の鋼板（１００×１５０×２ｍｍ）を側板とし、２枚の鋼板（１００×１００×２ｍｍ）を上下板として長方体状箱型（重さ２５０ｋｇ）に形成されている。この振動子１は縦４００ｍｍ、横４００ｍｍ、高さ１０００ｍｍの筐体２内に上下方向に往復動自在に収納され、一端を振動子１の上面部１ａのほぼ中心部に固着し、他端を筐体天板下面部２ａに固着したコイルバネ３（長さ１２００ｍｍ、径１００ｍｍ）により吊下されている。また、振動子１の下面１ｂには、コイルバネ３の固着点に対応する位置に他端を自由端としたコイルバネ４（長さ６００ｍｍ、径２５０ｍｍ）が固着している。
【００３８】
そして、コイルバネ３の伸び率は、コイルバネ４の伸び率よりも大きく、かつコイルバネ４の弾性率はコイルバネ３の弾性率よりも大きくなるように選ばれている。
また、筐体２の下部には、底面から１５０ｍｍの位置に上方付勢部材２Ｂとして複数のピアノ線が張設され、コイルバネ４の他端４ｂがこれに接触すると反跳力を付勢するようになっている。
【００３９】
さらに、振動子１の上面部１ａには、振動子１がコイルバネ３の引張力により上昇したときに、筐体２の天板２ａと衝突し、振動子１の運動を下方に付勢するための４個のスプリング（長さ３００ｍｍ、径８０ｍｍ）３Ａ、３Ａ、３Ａ、３Ａが立設されている。
【００４０】
また、筐体２の天板２ａのほぼ中央には、上部圧縮空気噴射口７が付設され、振動子１の下面部１ｂの下方空間には、振動子１の上昇運動を付勢するための下部圧縮空気噴射口７´、７´と振動子１の下面部１ｂに洩れなく圧縮空気を吹き付け可能にするための圧縮空気漏れ防止部材として蛇腹状パイプ４Ａ、４Ａが設けられている。この蛇腹状パイプ４Ａ、４Ａは上下方向に往復動する振動子１の下面部１ｂと接触すると収縮し、離れると元の状態に復元する。
【００４１】
一方、該振動子１の四面側面１ｃ…には、一対のコイルバネ３、４を介して筐体２内を上下方向に往復動する振動子１と筐体２の内壁面との間の接触個所に生じる摩擦を低減するための摩擦低減部材としてローラー１２が四隅に４個、全部で１６個取り付けられている。
【００４２】
該振動子１の対向する２面のそれぞれには、振動体１の往復動に随伴して往復する往復動部材として鋼製チェーン５が取り付けられ、このチェーンの一端５ａは振動子１に固着され、他端５ｂは筐体２の上方に配置されたスプロケット８に噛合したのち、下方に向けて二つ折り状態に下降し、ガイド部材９内に収納され、錘体案内ガイド９ａに、往復動自在に嵌合された錘体１０に固着している。
【００４３】
前記スプロケット８は往復動部材としての鋼製チェーン５が筐体２内を上下から下方へ移動したとき、一方向への移動時のみその回転動をラチェット機構１１を介して接続された大径プーリー８ａに伝達し、次いで大径プーリー８ａから歯車又はＶベルトのような動力伝達手段を介して接続された発電機６の入力軸６ａを回転させる。
【００４４】
図２は、始動時の状態を示す縦断面図であり、筐体２の底部上面部２ｂの上方位置に配設された下部圧縮空気噴射口７´、７´より所定圧の圧縮空気を振動子１の下面部１ｂに矢印Ｃに沿って吹き付けることにより、停止時に上方コイルバネ３が収縮する方向に付勢する。
その結果、上方コイルバネ３は引張り状態となり筐体２内の天板下面部２ａに吊下された振動子１をその自重に抗してコイルバネ３の引張力の助けにより矢印Ｄに従って上方に移動させる。
【００４５】
この際、振動子１の下面部１ｂには、他端４ｂがフリーとなっている圧縮弾発可能なコイルバネの一端４ａが固着されているだけなので、コイルバネ３の引張力を介して上方へ移動する振動子１の動作は何ら妨げられることはない。
【００４６】
なお、一端を振動子１に、他端をガイド部材９に収納された錘体１０にそれぞれ固着された往復動部材としてのチェーン５は、スプロケット８に噛合させることにより二つ折り状に取り付けられているため、筐体２の全高を縮めてコンパクトにすることができるのみでなく、振動子１の上下動とともに往復動を繰り返すチェーン５が弛緩するのを防止し、矢印Ｅに従ってガイド部材９内を下方に移動する錘体１０によりチェーン５全体に適度なテンションが負荷されるため、スプロケット８からチェーン５が外れるのを確実に防止することができる。
【００４７】
このように、振動子１が矢印Ｄに従って上方へ移動する場合、スプロケット８は鋼製チェーン５を介して矢印Ｆ１方向に回転するが、ラチェット機構１１が介在しているため、スプロケット８の回転により電動機６の入力軸６ａが回転することはない。
【００４８】
しかしながら、振動子１が下方に移動した場合には、スプロケット８は鋼製チェーン５を介して矢印Ｆ２方向に従って逆方向に回転する。そして、スプロケット８が矢印Ｆ２に従って逆回転すると、その回転ラチェット機構１１を介して接続している大径プーリー８ａに伝達され、次いで大径プーリー８ａに歯車又はＶベルトのような動力伝達手段を介して連結された発電機６の入力軸６ａを矢印Ｇ方向に回転させ、電力を発生する。
【００４９】
次に図３（イ）、（ロ）は、図１に示したこの例で用いた装置の要部の拡大断面図であるが、上記のようにして、いったん上方へ所定の距離移動した振動子１は、自重及び振動子１の上面部１ａに吹き付けられた圧縮空気圧により下方に移動して図３（イ）の状態になる。
【００５０】
すなわち、振動子１の下面部１ｂに一端が固着された他端がフリー状態になっている下方コイルバネ４が筐体２内の底部上面部２ｂの上方に張設されたピアノ線２Ｂと接触した状態になる。そして、この状態になるや瞬時にして、下部コイルバネ４の弾発力及び上部コイルバネ３の引張力により、振動子１はその自重に抗して、矢印Ｈにしたがって再び上方へ急速に上昇する。
【００５１】
そして、この際、所定のタイミングで筐体２内の底部上面２ｂの上方に配設された下部圧縮空気噴射口７´，７´から所定圧の圧縮空気が振動子１の下面部１ｂに吹き付けられ、この押し上げ力によって上昇は加速される。
【００５２】
このようにして上昇した振動子１は、筐体２の天板に接近し、図３（ロ）に示す状態になる。この際、上方コイルバネ３は最も短い距離まで収縮し、振動子１の上面部１ａに付設された下方向付勢部材３Ａ、３Ａの上端が筐体２の天板下面部２ａに接触するが、瞬間的に上部圧縮空気噴射口７から振動子１の上面部１ａに吹き付けられる圧縮空気の押し下げ力により加速された振動子１の自重及び下方向付勢部材３Ａ、３Ａの弾発力の合成により、振動子１の自然落下の速度よりも大きい速度で振動子１を矢印Ｉに従って移動させる。
【００５３】
このようにして、上下方向に往復動可能な振動子１の上面部１ａには、収縮する方法に付勢力を付加する上方コイルバネ３が設けられ、かつ振動子１の下面部１ｂには、圧縮弾発可能で他端がフリーになっている下方コイルバネ４が一端で固着されているので、始動時に下部に下部圧縮空気噴射口７´、７´から振動子１の下面部１ｂに圧縮空気を吹き付けるだけで、簡単に振動子１を上方コイルバネ３の引張力を介して上方へ移動させることができる上に、この振動子１が自重により下方に向って移動し最低点に達した場合には、下方コイルバネ４の弾発力と上方コイルバネ３の引張力の合成により振動子１を再度上方へと移動させることができる。
【００５４】
その結果、下部圧縮空気噴射口７´、７´から噴出させる圧縮空気の押し上げ力を利用することにより、必要最小限の外力付加回数の数倍ないし数十倍に達するように、振動子１の上下方向繰り返し移動を連続的に行わせることができる。
そして、この振動子１に連動させる往復動部材５の往復動を介して発電機６の入力軸６ａを回転させることにより効率よく発電を行うことができる。
【００５５】
さらに、上昇、下降する振動子１が上死点に達する際の振動子１の上面部１ａ又は下死点に達する際の下面部１ｂに、上部圧縮空気噴射口７又は下部圧縮空気噴射口７´，７´から圧縮空気を吹き付けることにより、上昇時又は下降時の振動子１の移動速度を加速して、振動子１の往復動距離（往復ピッチ）及び単位時間当りの往復動回数を最大限に向上させ、それにより往復動部材５の往復動距離（往復ピッチ）及び単位時間当りの往復回数を増加させ、入力軸６ａの回転を介して効率よく発電機６を運転することができる。
【００５６】
この場合、上部圧縮空気噴射口７から振動子１の上面部１ａに圧縮空気が吹き付けられるときに、下部圧縮空気噴射口７´、７´から空気を排気して振動子１の下方空間が減圧状態になるように、また下部圧縮空気噴射口７´、７´から振動子１の下面部１ｂに圧縮空気が吹き付けられるときには、上部圧縮空気噴射口７から空気を排気して振動子１の上方空間が減圧状態になるようにエアコンプレッサーの動作を同期させ、振動子１の上下往復動がより円滑に行われるように構成されている。
【００５７】
また、図３（イ）に示されるように、筐体２の底板上面部２ｂの上方には、複数のピアノ線からなる上方向付勢部材２Ｂが張節され、コイルバネ４のフリー状態にある端部４ｂと接触したときの反跳力を付勢するようになっている。
【００５８】
また、振動子１の対向側面１ｃ、１ｃには、振動子１と筐体２の内側壁面との接触する個所に、摩擦低減部材として複数の滑り車１２、…が設けられており、摩擦による運動エネルギーのロスを抑制し、金属疲労その他の障害の発生を防止している。
【００５９】
この例においては、往復動部材として２本のチェーン５、５を用い、その一端５ａ、５ａを振動子１の対向側面１ｃ、１ｃに固着し、他端を筐体２の上部に配設したスプロケット８、８を経て、方向転換し、ガイド部材９、９内の錘体案内ガイドレール９ａ、９ａに嵌合した錘体１０、１０に固着している。そして、振動子１の往復動に連動して上下動を繰り返すチェーン５、５に弛緩を生じさせることなく、チェーン全体に適度なテンションを与え、スプロケット８、８からチェーン５、５が外れるのを防止している。
【００６０】
この例においては、このように構成された電力発生装置を用い、上部圧縮空気噴射口７と下部圧縮空気噴射口７´、７´から振動子１の上面部及び下面部に対し交互に約１０4ｋＰａの圧縮空気を噴射したところ、最大振幅５００ｍｍで１０回の往復動が認められた。これに対し、圧縮空気を噴射せずに、振動子１を上死点まで上昇させて、自然落下させたところ最大振幅は１００ｍｍで３回の往復動で静止状態となった。
【実施例２】
【００６１】
図４に示すように、振動子１を、開閉扇１ｆを有する方形状箱体に形成し、この中へ鉛製重錘を収納して、質量可変振動子１を有する電力発生装置を作製した。
このようにして、振動子１の質量を変え、矢印ロで示される往復動距離すなわち振幅の異なる電力発生装置を得た。
【実施例３】
【００６２】
図５は、起電力発生機構を備えた電力発生装置の例であって、図５（イ）はその縦断面図、図５（ロ）は図５（イ）のＪ−Ｊ線に沿った平面断面図である。
これらの図において、錘体１０には、錘体案内ガイドレール９ａを往復動する錘体１０を介して起電力を発生させる起電力発生装置１４が設けられ、これにより発電機６の外に起電力を得ることができる。
【００６３】
すなわち、この起電力発生機構１４は、錘体１０に取り付けられ、プラスチック製中空体からなるガイド部材９の内周面に環状に並設され、かつガイド部材９の上下方向に複数段を形成するように多段に位置決めされた複数の磁石９ｂと前記錘体案内ガイドレール９ａに往復動自在に嵌合されている。
そして、これはその外周にプラス線１５ａとマイナス線１５ｂとを巻回した縦長の銅管１５からなっており、錘体１０の移動を介して効率よく起電力を発生させることができる。
【実施例４】
【００６４】
図６は、振動子１を収納する筐体２をプラスチック製掩体１６で覆った構造の電力発生装置の１例の縦断面図であり、この掩体１６内の温度は、吸気口１６ａ及び排気口１６ｂを通って出入させる空気の温度によって一定に保たれている。
【００６５】
そして、このようにして内部温度を１０℃以下に保つことにより、鋼製コイルバネ３、４を連続的に伸縮させても、鋼材の結晶構造が熱によって破壊されることなく、金属疲労などの晶質低下なしに長期間にわたって使用することができる。その結果、コイルバネ３、４の交換頻度を少なくしてランニングコストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、重力及び弾性力を利用した実用的な電力発生装置として、家庭用、産業用の電力供給に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明方法を実施するのに好適な装置の１例を示す縦断面図。
【図２】図１の始動時の状態を示す縦断面図。
【図３】実施例で用いた図１の装置の要部の拡大断面図。
【図４】実施例２において振動子を開閉扇を有する方形状箱体に形成した例を示す縦断面図。
【図５】実施例３において起電力発生機構を備えた電力発生装置の例を示す図。
【図６】振動子を収納する筐体をプラスチック製掩体で覆った構造の電力発生装置の１例の縦断面図。
【図７】従来の発電機等の電力発生用動力源の構造の１例を示す説明図。
【符号の説明】
【００６８】
１  振動子
１ａ  振動子の上面部
１ｂ  振動子の下面部
１ｃ  振動子の側面
１ｆ  開閉扇
２、２０  筐体
２ａ  筐体の天板下面部
２ｂ  筐体の底部上面部
３  上部コイルバネ
３ａ  上部コイルバネの一端
３ｂ  上部コイルバネの他端部
４  下部コイルバネ
４ａ  下部コイルバネの一端
４ｂ  下部コイルバネの他端
５  往復動部材
５ａ  往復動部材の一端
５ｂ  チェーンの他端
６、２３  発電機
６ａ  発電機の入力軸
７  上部圧縮空気噴射口
７´下部圧縮空気噴射口
８  スプロケット
８ａ  大径プーリー
９  ガイド部材
９ａ  錘体案内ガイド部
９ｂ  磁石
１０  錘体
１１  ラチェット機構
１２  摩擦低減部材
１３  錘体引張部材
１４  起電力発生装置
１５  銅管
１５ａ  プラス線
１５ｂ  マイナス線
１６  被包体
１６ａ  吸気口
１６ｂ  排気口
２１  振り子
２２  圧縮ばね
２３  発電機
２３ａ  入力軸
２Ｂ  上方向付勢部材
３Ａ  下方向付勢部材
４Ａ  下部圧縮空気洩れ防止部材
【図１】
2006097506.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006097506.tif 000006
【図５】
2006097506.tif 000007
【図６】
2006097506.tif 000008
【図７】
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