(57)【要約】【課題】発電の効率を向上させることができる振動発電装置を提供する。【解決手段】筐体２には、球状の内部空間が形成されている。回転体３Ａは、筐体２の内部空間に収容されている。回転体３Ａは、撓み振動で生じる曲げ応力によって発電する発電素子１２を内蔵し、筐体２に対して回転自在に構成され、その回転中心に対して重心が発電素子１２の振動方向に偏心し、発電素子１２の振動方向が、重力の方向と一致するように回転する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の内部空間が形成された筐体と、
前記筐体の内部空間に収容され、撓み振動で生じる曲げ応力によって発電する発電素子を内蔵し、前記筐体に対して回転自在に構成され、その回転中心に対して重心が前記発電素子の振動方向に偏心し、前記発電素子の振動方向が重力の方向と一致するように回転する回転体と、
を備える振動発電装置。
【請求項２】
前記回転体は、前記回転中心に対して前記発電素子の振動方向に重心を偏心させるための錘を備える、
請求項１に記載の振動発電装置。
【請求項３】
前記発電素子で発電された電力を蓄える蓄電素子を備える、
請求項１又は２に記載の振動発電装置。
【請求項４】
前記発電素子で発電された電力又は前記蓄電素子に蓄えられた電力で動作する電気素子を備える、
請求項３に記載の振動発電装置。
【請求項５】
前記電気素子は、前記回転体の回転中心に対して前記回転体の重心の反対側に設けられている、
請求項４に記載の振動発電装置。
【請求項６】
前記電気素子として、発光素子を含み、
前記筐体は、発光素子が発する光を透過する、
請求項４又は５に記載の振動発電装置。
【請求項７】
前記電気素子として、通信素子を含む、
請求項４から６のいずれか一項に記載の振動発電装置。
【請求項８】
前記通信素子は、送信側の位置を示す位置情報を受信し、その送信側の位置情報に基づいて受信側の位置を特定し、特定した位置を示す特定位置情報を送信する、
請求項７に記載の振動発電装置。
【請求項９】
前記蓄電素子が、前記回転体の回転中心に対して前記回転体の重心側に設けられている、
請求項３から８のいずれか一項に記載の振動発電装置。
【請求項１０】
前記回転体に、前記蓄電素子に蓄えられた電力を外部に出力するコネクタが設けられ、
前記筐体に、前記コネクタにケーブルを挿入可能な開口部が設けられている、
請求項９に記載の振動発電装置。
【請求項１１】
前記筐体と前記回転体との摩擦を低減するための潤滑剤が、前記内部空間に充填されている、
請求項１から９のいずれか一項に記載の振動発電装置。
【請求項１２】
前記発電素子として、複数の振動板を備え、
前記複数の振動板には、他の振動板を内包する円環状の振動板を含んでいる、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の振動発電装置。
【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】
特許文献１には、波力発電機構が波面変動により発電し、その電力で発光素子を点灯させる波力発電発光浮子が開示されている。この波力発電発光浮子は、球形に形成された外殻の内部に波力発電機構を備える。波力発電機構は、錘の役目も果たしており、外殻の振動方向を重力の方向に合わせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３０８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の波力発電発光浮子の外殻および外殻の内部に設けられた波力発電機構は、発電時においては波に浮かんだ状態となるので、波の影響を直接に受けることにより、波力発電機構の振動方向が重力の方向からずれた状態が多くなる。波力発電機構の振動方向が重力の方向からずれた状態で発電を行った場合には、波力発電機構の振動方向が常に重力の方向を向いた状態で発電を行った場合と比べ、発電の効率が低下する。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、発電の効率を向上させることができる振動発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明に係る振動発電装置は、
球状の内部空間が形成された筐体と、
前記筐体の内部空間に収容され、撓み振動で生じる曲げ応力によって発電する発電素子を内蔵し、前記筐体に対して回転自在に構成され、その回転中心に対して重心が前記発電素子の振動方向に偏心し、前記発電素子の振動方向が重力の方向と一致するように回転する回転体と、
を備える。
【０００７】
この場合、前記回転体は、前記回転中心に対して前記発電素子の振動方向に重心を偏心させるための錘を備える、
こととしてもよい。
【０００８】
また、前記発電素子で発電された電力を蓄える蓄電素子を備える、
こととしてもよい。
【０００９】
前記発電素子で発電された電力又は前記蓄電素子に蓄えられた電力で動作する電気素子を備える、
こととしてもよい。
【００１０】
前記電気素子は、前記回転体の回転中心に対して前記回転体の重心の反対側に設けられている、
こととしてもよい。
【００１１】
前記電気素子として、発光素子を含み、
前記筐体は、発光素子が発する光を透過する、
こととしてもよい。
【００１２】
前記電気素子として、通信素子を含む、
こととしてもよい。
【００１３】
前記通信素子は、送信側の位置を示す位置情報を受信し、その送信側の位置情報に基づいて受信側の位置を特定し、特定した位置を示す特定位置情報を送信する、
こととしてもよい。
【００１４】
前記蓄電素子が、前記回転体の回転中心に対して前記回転体の重心側に設けられている、
こととしてもよい。
【００１５】
前記回転体に、前記蓄電素子に蓄えられた電力を外部に出力するコネクタが設けられ、
前記筐体に、前記コネクタにケーブルを挿入可能な開口部が設けられている、
こととしてもよい。
【００１６】
前記筐体と前記回転体との摩擦を低減するための潤滑剤が、前記内部空間に充填されている、
こととしてもよい。
【００１７】
前記発電素子として、複数の振動板を備え、
前記複数の振動板には、他の振動板を内包する円環状の振動板を含んでいる、
こととしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、筐体に対して回転自在に収容された回転体に、撓み振動で生じる曲げ応力によって発電する発電素子が内蔵されている。また、回転体は、その回転中心に対して重心が発電素子の振動方向に偏心しており、発電素子の振動方向が重力の方向と一致するように回転する。このため、筐体の姿勢に関わらず、発電素子の振動方向を重力の方向とすることができるので、発電素子の振動による発電の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動発電装置の構成を、一部を省略して示す斜視断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１の振動発電装置を構成する筐体の側面図である。図２（Ｂ）は、図１の振動発電装置を構成する回転体の側面図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、振動発電装置を構成する振動板の構成を示す斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は、図３（Ａ）の振動板のＡ−Ａ線の斜視断面図である。図４（Ｂ）は、連結部付近の拡大図である。
【図５】図５（Ａ）は、振動板の積層構造を示す断面図である。図５（Ｂ）は、上に凸に撓んだ状態の振動板を示す断面図である。図５（Ｃ）は、下に凸に撓んだ状態の振動板を示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）は、図１の振動発電装置の動作を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る振動発電装置の構成を示す側面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る振動発電装置の構成を示す側面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る振動発電装置の構成を示す側面図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、回転体の形状の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、振動発電装置１Ａは、ハウジングとしての筐体２と、筐体２に収容される回転体３Ａと、を備えている。
【００２２】
筐体２は、図２（Ａ）に示すように、その内部に球状の内部空間２Ａが形成されている。筐体２は、透明な部材、例えばガラス又は樹脂等で形成されている。本実施の形態では、筐体２の外形は略直方体であるが、その外形について制限は特にない。
【００２３】
回転体３Ａは、筐体２の内部空間２Ａに収容されている。回転体３Ａの外形は球形であり、その直径は、内部空間２Ａの直径よりもやや小さく設定されている。このため、回転体３Ａは、その回転中心ＯＲを中心に回転可能である。
【００２４】
筐体２の内部空間２Ａには、筐体２と回転体３Ａとの摩擦を低減するための透明な潤滑剤４が充填されている。この潤滑剤４により、回転体３Ａは、筐体２に対して低い摩擦力で回転可能である。この回転により、本実施の形態に係る振動発電装置１Ａでは、後述するように、振動力による発電を行う素子の振動方向を重力の方向としている。
【００２５】
図２（Ｂ）に示すように、回転体３Ａは、外殻１０と、外殻１０内の下部（−ｚ側の部分）に設けられた錘１１と、外殻１０内のｚ軸方向の中央部分に設けられた発電素子１２と、外殻１０内の上部（＋ｚ側の部分）に設けられた発光素子１３と、を備える。
【００２６】
外殻１０は、回転体３Ａの球形の外形を形成している。外殻１０は、内部が空洞となっており、内部空間３０が形成されている。外殻１０は、水密構造となっているので、内部空間３０への潤滑剤４の浸入が防止されている。外殻１０は、透明な部材、例えばガラス又は樹脂等で構成されている。
【００２７】
錘１１は、外殻１０の−ｚ側の内壁面に接着剤等で固定されている。錘１１は、比重の大きい金属などによって構成されており、振動発電装置１Ａに加えられる振動力に対して、回転体３Ａが１回転することがないような重さとなっているのが望ましい。錘１１は、回転体３Ａの回転中心ＯＲに対して回転体３Ａの重心ＯＧを−ｚ方向に偏心させている。この偏心により、回転体３Ａは、錘１１が重力の方向（−ｚ方向）を向くように、筐体２に対して回転中心ＯＲを中心に回転する。
【００２８】
発電素子１２は、ｘｙ面に平行な板状の部材であり、撓み振動で生じる曲げ応力によって発電する。発電素子１２の撓み振動の方向はｚ軸方向となっており、回転体３Ａの回転中心ＯＲに対する回転体３Ａの重心ＯＧの偏心方向と一致している。また、回転体３Ａは、重心ＯＧの偏心方向が下（−ｚ方向）を向くように回転する。この結果、発電素子１２の振動方向が重力の方向と一致するようになる。
【００２９】
発光素子（電気素子）１３は、回転体３Ａの回転中心ＯＲに対して回転体３Ａの重心ＯＧと反対側の外殻１０の内壁に接着剤等で固定されている。発光素子１３として、例えば発光ダイオードを用いることができる。発電素子１２と発光素子１３との間は、図示しない電気配線で接続されており、発光素子１３は、発電素子１２で発電された電力を用いて発光する。筐体２、外殻１０は、透明な部材で構成されているので、発光素子１３が発する光は、それらを透過して、振動発電装置１Ａの外部に出射される。
【００３０】
発電素子１２の構成について、さらに詳細に説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、発電素子１２は、固定枠２０及び複数の振動板２１，２２，２３を備えている。固定枠２０は、最も外側の円環状の部分である。固定枠２０が、回転体３Ａの外殻１０の内壁に例えば接着剤等で固定されている。
【００３１】
複数の振動板２１，２２，２３には、振動板２１，２２，２３の一部を固定して振動板２１，２２，２３を連結する連結部２４が接続している。連結部２４は、振動板２１，２２，２３と一体化され、さらに固定枠２０と連結している。振動板２１，２２，２３は、隣接する振動板との間に隙間が形成されているので連結部２４で一体化されていても、個別に振動することが可能である。
【００３２】
振動板２１，２２，２３は、可撓性を有し、主面２１Ａ，２２Ａ，２３Ａの一部に貫通孔が形成された円環状の板である。振動板２１の貫通孔は、主面２１Ａの中心よりも連結部２４の方に偏芯している。振動板２２は、その貫通孔に振動板２１を内包し、振動板２３は、その貫通孔に振動板２２、２１を内包するように配置されている。固定枠２０は、その貫通孔に振動板２１〜２３を内包する。このような構成となっているので、振動板２１〜２３をｚ軸方向に積み重ねる必要が無く、発電素子１２のｚ軸方向における厚みを薄くでき、結果、発電素子１２を小型化することができる。
【００３３】
振動板２１、２２、２３では、主面２１Ａ、２２Ａ、２３Ａの中心を基準として、連結部２４の反対側に、それぞれ錘２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃが固定される。錘２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃにより、振動板２１，２２，２３の共振周波数が所望の値に微調整されている。
【００３４】
また、振動板２１〜２３は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、Ｓｉ活性層４０Ｂ、下部電極層４０Ｃ、圧電材料層４０Ｄ、上部電極層４０Ｅが積層されて構成される。また、連結部２４は、Ｓｉ活性層４０Ｂ、下部電極層４０Ｃ、圧電材料層４０Ｄ、上部電極層４０Ｅの他、Ｓｉ支持層４０Ｆ、埋込酸化膜であるＢＯＸ層、が積層されて構成される。ここで、上部電極層４０Ｅは、必要な部分にのみ形成されている。例えば、各振動板２１〜２３における錘２１Ｃ〜２３Ｃが固定される部分（錘２１Ｃ〜２３Ｃの周囲部分）および連結部２４の周囲部分を除いた部分に上部電極層４０Ｅが形成される。これは、錘２１Ｃ〜２３Ｃの周囲部分および連結部２４の周囲部分は変形し難いので、上部電極層４０Ｅを配置する必要性が低いためである。錘２１Ｃ〜２３Ｃの周囲部分および連結部２４の周囲部分では、圧電材料層４０Ｄが露出した状態となっている。また、連結部２４において、各振動板２１〜２３から出力される電圧信号の伝送経路として上部電極層４０Ｅが形成される。
【００３５】
振動板２１〜２３は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて、矩形状の基板をカッティングすることにより製造することができる。本実施の形態によれば、複数の振動板２１〜２３は、連結部２４により固定枠２０と連結され一体化している。これにより、複数の振動板２１〜２３を管理し製造し易くなるうえ、複数の振動板２１〜２３を、固定枠２０を介して接着剤などで回転体３Ａの外殻１０に一度に固定することができる。また、固定する側の構造も簡単なものとすることができるし、固定枠２０と外殻１０との接触面積を大きくして、外殻１０における固定枠２０に対する保持力を高めることができる。
【００３６】
例えば、図５（Ａ）の振動板２１の断面図に示すように、最も下（−ｚ側）のＳｉ活性層４０Ｂは、ＢＯＸ層上のシリコン層から成る。Ｓｉ活性層４０Ｂの上に、下部電極層４０Ｃと、圧電材料層４０Ｄと、上部電極層４０Ｅとが、この順に積層されている。下部電極層４０Ｃと、圧電材料層４０Ｄと、上部電極層４０Ｅとで、圧電層４０Ａが形成される。振動板２１，２２，２３は、Ｓｉ活性層（基板）４０Ｂと、Ｓｉ活性層４０Ｂ上に積層された圧電層４０Ａと、を有する。
【００３７】
下部電極層４０Ｃ及び上部電極層４０Ｅは、導電性材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）から成り、圧電材料層４０Ｄは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの材料（圧電特性を示す材料）から成る。圧電材料層４０Ｄは、長手方向（厚み方向に直交する方向）に伸縮すると、厚み方向に所定極性の電圧を発生させる性質を有する。
【００３８】
図５（Ｂ）に示すように、外部からｚ軸方向の振動力を受け、上方が凸になるように振動板２１が反り返ると、主面２１Ａに面方向に伸びる方向への応力が加わり、圧電層４０Ａが長手方向に伸びその歪で、上部電極層４０Ｅが正で下部電極層４０Ｃが負となる極性の電圧が発生する。
【００３９】
これに対して、図５（Ｃ）に示すように、外部からｚ軸方向の振動力を受け、下方が凸になるように振動板２１が反り返ると、主面２１Ａ側に、面方向に縮む方向への応力が加わり、圧電層４０Ａが長手方向に縮みその歪で、上部電極層４０Ｅが負で下部電極層４０Ｃが正となる極性の電圧が発生する。
【００４０】
振動板２１は、ｚ軸方向の振動力により、図５（Ｂ）に示す状態と、図５（Ｃ）に示す状態とを繰り返し、正負の極性の電圧、すなわち交流電圧を出力する。他の振動板２２，２３についても、図５（Ａ）に示す振動板２１と同じ構成を有し、振動板２１と同じように振動し、同じ極性の交流電圧をそれぞれ出力する。
【００４１】
上部電極層４０Ｅと下部電極層４０Ｃの間に発生した電圧は、発光素子１３に送られる。発光素子１３、すなわち発光ダイオードは、この電圧で発生する電流により発光する。発光した光は、振動発電装置１Ａの外部に出射される。
【００４２】
振動板２１〜２３は、その主面２１Ａ〜２３Ａに垂直な方向に振動した時に最も発電効率が大きくなる。また、振動板２１〜２３に作用する力は、主として重力となる。そこで、この振動発電装置１Ａでは、振動板２１〜２３の振動方向が重力に一致するような工夫がなされている。例えば、図６（Ａ）に示すように、振動発電装置１Ａがα度傾斜した傾斜面を含むステージ５０を転がって行く場合について考える。図６（Ｂ）乃至図６（Ｄ）に示すように、振動発電装置１Ａがステージ５０の傾斜面を転がって、筐体２の姿勢が変化しても、回転体３Ａは、錘１１が下を向く状態となるように筐体２に対して回転する。これにより、筐体２の姿勢に関わらず、図６（Ｂ）乃至図６（Ｄ）における矢印で示すように、振動板２１〜２３の振動方向が重力方向となり、振動発電装置１Ａは、発電効率を向上させることができる。
【００４３】
本実施の形態に係る振動発電装置１Ａは、海などに浮かべる浮き（ブイ）として用いることができる。この場合にも、振動板２１〜２３の振動方向は重力の方向と一致して、発電効率を向上させることができる。また、他の目印、例えば風によって揺れる風鈴等に用いることも可能である。また、玩具やアクセサリとして用いることもできる。
【００４４】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、筐体２に対して回転自在に収容された回転体３Ａに、撓み振動で生じる曲げ応力によって発電する発電素子１２が内蔵されている。また、回転体３Ａは回転中心ＯＲに対して重心ＯＧが発電素子１２の振動方向に偏心しており、発電素子１２の振動方向が重力の方向（ｚ軸方向）と一致するように回転する。このため、筐体２の姿勢に関わらず、発電素子１２の振動方向を重力の方向とすることができるので、発電素子１２の振動による発電の効率を向上させることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、発光素子１３を錘１１の反対側に設けたが、錘１１に隣接する下方の位置に設けるようにしてもよい。また、発光素子１３が複数設けられるようにしてもよい。すなわち、発光素子１３は、発電素子１２の振動方向が重力の方向となる範囲で、回転体３Ａにおける内部空間３０の任意の位置に任意の数、配置できる。
【００４６】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について、図７を参照して詳細に説明する。
【００４７】
図７に示すように、本実施の形態２に係る振動発電装置１Ｂは、回転体３Ａに代えて回転体３Ｂを備える点が、上記実施の形態１に係る振動発電装置１Ａと異なる。
【００４８】
振動発電装置１Ｂを構成する回転体３Ｂは、回転体３Ａの構成に加えて、整流回路１４、蓄電素子１５及び制御回路１６をさらに備えている。整流回路１４は、発電素子１２で発電された交流電力を直流電力に変換する。蓄電素子１５は、蓄電池である。整流回路１４で直流電力に変換された電力は、蓄電素子１５に蓄えられる。
【００４９】
蓄電素子１５は、制御回路１６を介して発光素子１３と接続されている。蓄電素子１５から出力された電圧は、制御回路１６を介して、発光素子１３に供給される。制御回路１６は、発光素子１３に流す電流を制御し、発光素子１３の発光制御（例えば発光強度や点滅等の点灯のタイミング制御）を行う。発光素子１３は、供給された電力で発光する。このため、発光素子１３は、安定した発光を実現することができる。
【００５０】
整流回路１４、蓄電素子１５及び制御回路１６は、発光素子１３等と比べ、比重が大きい。そこで、整流回路１４、蓄電素子１５及び制御回路１６は、回転体３Ｂの回転中心ＯＲに対して回転体３Ｂの重心ＯＧ側に配設されており、錘１１と同様に、回転体３Ｂの重心ＯＧを回転体３Ｂの回転中心ＯＲから偏心させるのに用いられている。錘１１、整流回路１４、蓄電素子１５及び制御回路１６の重さにより、回転体３Ｂの重心ＯＧは、その回転中心ＯＲよりも下側となり、発電素子１２の振動板２１〜２３は、重力の方向に振動して、発電効率を高めることができる。
【００５１】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について、図８を参照して詳細に説明する。
【００５２】
図８に示すように、本実施の形態３に係る振動発電装置１Ｃは、回転体３Ｂに代えて回転体３Ｃを備える点が、上記実施の形態２に係る振動発電装置１Ｂと異なる。本実施の形態３に係る振動発電装置１Ｃは、発光素子１３及び制御回路１６に代えて、通信素子１７、１８が設けられている。
【００５３】
通信素子１７、１８により、ＧＰＳ（Global Positioning System）により、振動発電装置１の位置情報を外部出力するシステムが構築される。通信素子１７は、ＧＰＳチップであり、送信側（ＧＰＳ衛星）の位置を示す位置情報を受信する受信アンテナを有している。通信素子１７は、受信アンテナで受信した送信側の位置情報に基づいて受信側（振動発電装置１）の位置情報を算出し、特定する。
【００５４】
通信素子１８は、通信規格であるＢｕｌｅｔｏｏｔｈの無線通信を行う通信素子である。通信素子１８は、通信素子１７で特定された位置を示す特定位置情報を所定の時間間隔で外部送信する。なお、通信素子１７は、Ｂｕｌｅｔｏｏｔｈに準拠したものに限られず、ＺｉｇＢｅｅ又は無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１５）等を構築するための通信規格に準拠したものであってもよいし、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ等の第３、第４、第５世代移動通信システムの基地局に接続する通信素子であってもよいし、その他の無線装置と接続するものであってもよい。
【００５５】
なお、通信素子１７、１８は、発電素子１２で発電され、整流回路１４を介して蓄電素子１５で蓄電された電力が供給され、その電力で動作している。
【００５６】
通信素子１７，１８は、発光素子１３等と比べ、比重が大きい。そこで、通信素子１７、１８は、回転体３Ｃの回転中心ＯＲに対して回転体３Ｃの重心ＯＧ側に配設されており、錘１１と同様に、回転体３Ｃの重心ＯＧを回転中心ＯＲから偏心させるのに用いられている。錘１１、通信素子１７，１８の重さにより、回転体３Ｃの重心ＯＧは、その回転中心ＯＲよりも下側となり、発電素子１２の振動板２１〜２３は、重力の方向に振動して、発電効率を高めることができる。
【００５７】
本実施の形態に係る振動発電装置１Ｃは、出力する位置情報を、特定の用途に利用することができる。例えば、振動発電装置１Ｃを携帯する人、ペット、物等の位置情報の特定に用いることができる。例えば、子供に振動発電装置１Ｃを持たせれば、その子供が迷子になったときに、特定された位置情報からその子供の所在を突き止めることができる。また、山間部などで遭難した人、行方不明になった老人などの捜索にも振動発電装置１Ｃを利用することができる。また、大勢の人に振動発電装置１Ｃを持たせることにより、それらの人々の動態情報を検出するのに用いることができる。
【００５８】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について、図９を参照して詳細に説明する。
【００５９】
図９に示すように、本実施の形態４に係る振動発電装置１Ｄは、筐体２及び回転体３Ｂに代えて、筐体２’及び回転体３Ｄを備える点が、上記実施の形態２に係る振動発電装置１Ｂと異なる。また、振動発電装置１Ｄでは、潤滑剤４は充填されていないが、回転体３Ｄの外表面に生じる摩擦力は小さく、筐体２’に対して十分に回転自在であるものとする。
【００６０】
振動発電装置１Ｄでは、回転体３Ｄの下部に、蓄電素子１５に蓄えられた電力を外部に出力するコネクタ１９Ａが設けられている。また、コネクタ１９Ａにケーブル３１（例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル）を挿入可能な開口部１９Ｂが筐体２’に設けられている。開口部１９Ｂを真下に向ければ、コネクタ１９Ａと開口部１９Ｂとの位置が一致して、ケーブル３１のコネクタを、開口部１９Ｂを介してコネクタ１９Ａに接続可能になる。
【００６１】
ケーブル３１のコネクタが開口部１９Ｂを介してコネクタ１９Ａに接続されると、蓄電素子１５に蓄えられた電力は、ケーブル３１を介して外部に出力可能となる。外部に出力された電力は、例えば、各種電気機器、例えば、スマートフォン等の充電に用いられる。
【００６２】
なお、回転体の形状は、上述した球形には限られない。例えば、図１０（Ａ）に示すように、ラグビーボールのような形状を有する回転体３Ｅを用いてもよい。また、図１０（Ｂ）に示すように、ひょうたんの形状を有する回転体３Ｆを用いてもよい。これらの場合、回転体３Ｅ、３Ｆにおける最大の長さが、筐体２の内部空間２Ａの直径より小さければよい。
【００６３】
さらには、図１０（Ｃ）に示すように、直方体状の回転体３Ｇを用いてもよい。この場合には、直方体の対角線の長さが、筐体２の内部空間２Ａの直径より小さければよい。直方体のアスペクト比（長手方向の長さと短手方向の長さとの比）に制限はなく、立方体であってもよい。このように、回転体は、複数の長手方向を有していてもよい。
【００６４】
また、図１０（Ｄ）に示すように、回転体３Ｈは、球形の外表面に複数の突起が設けられたものであってもよい。この場合、筐体２と回転体３Ｈとの接触面積を小さくすることができるので、回転体３Ｈを滑らかに回転させることができる。その他、円柱、三角注、四角柱などの角注、円錐、角錐、ｎ面体、ドーナツ状、星形等、内部空間２Ａで回転可能であれば、回転体の形状を任意に設定可能である。
【００６５】
なお、上記実施の形態では、筐体２の外形は略六面体であったが、本発明はこれには限られない。筐体２の外形は球形であってもよいし、他の形状であってもよい。筐体２の形状は、振動発電装置１Ａ〜１Ｄの用途に応じたものとするのが望ましい。
【００６６】
発電素子１２は、圧電層４０Ａが設けられた振動板２１〜２３には限られない。例えば、１枚の振動板だけで発電素子１２を構成してもよい。発電素子１２に貫通孔を設ける必要もない。また、発電素子１２の外形も、上記各実施の形態のものには限られない。例えば、発電素子１２は、長板状のカンチレバーの振動板であってもよい。また、発電素子１２として、振動板２１〜２３を複数組設けるようにしてもよい。また、コイルと鉄心等を用いた発電素子等、振動方向が一方向である発電素子を適用することが可能である。
【００６７】
発光素子１３を内部に設けないのであれば、筐体２、２’及び回転体３Ａ〜３Ｄの外殻１０は、透明でなくてもよい。例えば、透明でない樹脂で成形されたものであってもよい。
【００６８】
なお、潤滑剤４の代わりに、回転体３Ａ〜３Ｄの外表面にグリースを塗布するだけでもよい。また、潤滑剤４の代わりにボールベアリング、すべり軸受けを挿入してもよい。また、複数の丸い球体を入れて回転体３Ａ〜３Ｄを回転し易くするようにしてもよい。
【００６９】
回転体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄに実装される電気素子としては、上述の発光素子１３や通信素子１７，１８には限られない。例えば、振動発電装置１の周囲の環境情報等を検知する各種センサであってもよい。また、電気素子として音声出力素子を備えるようにしてもよい。また、電気素子として、撮像素子を備えるようにしてもよい。放送を受信する受信素子と、受信した放送を再生する再生部（ラジオ、テレビ機能部）とを電気素子として備えるようにしてもよい。また、救難信号を発信する通信素子を備えていてもよい。電気素子として、発光素子及び通信素子等を複合的に備えるようにしてもよい。すなわち、振動発電装置が備える電気素子に特に制限はない。
【００７０】
また、上記各実施の形態では、回転体３Ａ〜３Ｄに錘１１が取り付けられているものとしたが、本発明はこれには限られない。例えば、外殻１０の一部の厚みを太くすることによって、回転体の重心ＯＧを回転体の回転中心ＯＲからシフトさせるようにしてもよい。
【００７１】
上記各実施の形態に係る振動発電装置１Ａ〜１Ｄを電気機器の内部に組み込むことも可能である。例えば、ウエアラブルな携帯型の電気機器、例えば時計、聴診器、スマートフォン等の携帯端末等に組み込んでその電気機器の電源として用いることができる。
【００７２】
また、上記各実施の形態では、振動板２１の貫通孔が主面２１Ａの中心よりも連結部２４の方に偏芯していたが、これに限られるものではない。振動板２１の貫通孔は、偏芯しておらず、主面２１Ａの中心に形成されていてもよい。
【００７３】
また、上記各実施の形態では、振動板２１〜２３において、上部電極層４０Ｅが必要な部分にのみ形成されていたが、これに限られるものではない。振動板２１〜２３においては、上部電極層４０Ｅの他、下部電極層４０Ｃ、圧電材料層４０Ｄも、必要な部分にのみ形成されていてもよい。
【００７４】
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、振動力を用いた発電に適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  振動発電装置、２，２’  筐体、２Ａ  内部空間、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈ  回転体、４  潤滑剤、１０  外殻、１１  錘、１２  発電素子、１３  発光素子（電気素子）、１４  整流回路、１５  蓄電素子、１６  制御回路、１７，１８  通信素子、１９Ａ  コネクタ、１９Ｂ  開口部、２０  固定枠、２１  振動板、２１Ａ  主面、２１Ｃ  錘、２２  振動板、２２Ａ  主面、２２Ｃ  錘、２３  振動板、２３Ａ  主面、２３Ｃ  錘、２４  連結部、３０  内部空間、３１  ケーブル、４０Ａ  圧電層、４０Ｂ  Ｓｉ活性層、４０Ｃ  下部電極層、４０Ｄ  圧電材料層、４０Ｅ  上部電極層、４０Ｆ  Ｓｉ支持層、５０  ステージ
【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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