(57)【要約】【課題】共振周波数を調整する作業性を向上し得る等の効果を奏する振動発電装置を提供する。【解決手段】振動発電装置１０は、固定ユニット２０と、振動ユニット３０と、振動ユニット３０と固定ユニット２０とを連結する第一乃至第四コイルバネ４１〜４４と、を備え、振動ユニット３０が第一乃至第四コイルバネ４１〜４４を介して特定の振動方向１１に振動することにより、誘導起電力が発生する。そして、振動発電装置１０は、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４と固定ユニット２０との固定側連結部２１〜２４の位置を、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向が振動方向１１に対して斜めになるように連続的に変える第一乃至第四回転アーム５１〜５４を備えている。【選択図】図１
2018088771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ユニットと、振動ユニットと、この振動ユニットと前記固定ユニットとを連結する複数のコイルバネと、を備え、
前記振動ユニットが前記コイルバネを介して特定の振動方向に振動することにより、誘導起電力が発生する振動発電装置において、
前記コイルバネと前記固定ユニットとの連結部分である固定側連結部の位置を、当該コイルバネの伸縮方向が前記振動方向に対して斜めになるように連続的に変える連結部位置可変手段、
を備えたことを特徴とする振動発電装置。
【請求項２】
前記連結部位置可変手段は、前記複数のコイルバネに一対一に設けられ、前記固定ユニットに軸支された基端側と前記固定側連結部が設けられた先端側とを有する複数の回転アームである、
請求項１記載の振動発電装置。
【請求項３】
前記振動ユニットが静止している場合において、前記コイルバネと前記振動ユニットとの連結部分である振動側連結部は、当該コイルバネに対応して設けられた前記回転アームの前記基端側の回転中心線上に位置する、
請求項２記載の振動発電装置。
【請求項４】
前記複数の回転アームを回転させる駆動部を更に備え、
前記複数のコイルバネは、前記振動ユニットの中心に対して点対称になるように一つずつ配置された第一乃至第四コイルバネであり、
前記複数の回転アームは、前記第一乃至第四コイルバネに一対一に設けられた第一乃至第四回転アームであり、
前記駆動部は、前記振動ユニットの中心に対して点対称になる関係を維持したまま第一乃至第四回転アームを回転させる、
請求項３記載の振動発電装置。
【請求項５】
前記駆動部は複数の歯車を有し、これらの複数の歯車には、
前記第一回転アームの前記基端側に軸が固定され、当該第一回転アームと同時に回転する第一歯車と、
前記第二回転アームの前記基端側に軸が固定され、当該第二回転アームと同時に回転する第二歯車と、
前記第三回転アームの前記基端側に軸が固定され、当該第三回転アームと同時に回転するとともに前記第二歯車と噛み合う第三歯車と、
前記第四回転アームの前記基端側に軸が固定され、当該第四回転アームと同時に回転するとともに前記第一歯車と噛み合う第四歯車と、
前記第一歯車と噛み合う第五歯車と、
この第五歯車及び前記第二歯車と噛み合う第六歯車と、
を含む、
請求項４記載の振動発電装置。
【請求項６】
前記複数の歯車には、前記第六歯車と同じ軸上に設けられ当該第六歯車と同時に回転するとともに、ユーザの指で回転可能な第七歯車を、更に含む、
請求項５記載の振動発電装置。
【請求項７】
前記複数の歯車の回転を止めるときに当該複数の歯車のうちの特定の歯車と噛み合い、前記複数の歯車の回転を始めるときに当該特定の歯車から離れるストッパを更に備えた、
請求項５又は６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、振動のエネルギを電力に変換する振動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動発電装置の発電効率を高めるには、振動発生物と振動発電装置との共振周波数を合致させる必要がある。従来、それらの共振周波数を合致させるために、まず、振動発生物の共振周波数の解析を行い、それに合わせるように振動発電装置のバネを選定し、最後の微調整として振動発電装置の振動部の質量を微妙に変化させていた。そのため、最終的に振動発生物と振動発電装置との共振周波数を合致させるために、多くの手間と工数（時間）を要していた。また、時間経過や環境変化とともに共振周波数が移動するため、その都度、同様の工数を使って調整する必要があった。
【０００３】
一方、特許文献１には、鉄道線路の枕木に使用される磁歪式振動発電装置において共振周波数を調整可能とした技術が開示されている。具体的には、振動部を支持するコイルバネ両端のセット位置を上下左右に多段的に変えることにより、共振周波数を調整するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１において共振周波数を調整する際に、次のような問題があった。
【０００６】
（１）コイルバネ両端のセット位置を変えるには、手作業でコイルバネを着脱する必要があるため、作業性が悪かった。
【０００７】
（２）コイルバネ両端のセット位置は複数箇所のいずれかを選択するものであるため、隣接する二箇所の中間位置などを選択できず、共振周波数の調整精度が低かった。
【０００８】
（３）コイルバネ両端のセット位置を変えるには、コイルバネのセット長を変えることが前提になる。そのため、コイルバネの許容最大たわみ量（許容最大荷重）以上にコイルバネのセット長を伸ばせないので、共振周波数の調整範囲が狭かった。また、コイルバネ両端のセット位置を変える際に、コイルバネのセット長が変わることによりコイルバネに加わるたわみ量（荷重）が変わる。そのため、共振周波数の調整作業に余分な力が必要になるので、その作業性が悪かった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、共振周波数を調整する作業性を向上し得る等の効果を奏する振動発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る振動発電装置は、
固定ユニットと、振動ユニットと、この振動ユニットと前記固定ユニットとを連結する複数のコイルバネと、を備え、
前記振動ユニットが前記コイルバネを介して特定の振動方向に振動することにより、誘導起電力が発生する振動発電装置において、
前記コイルバネと前記固定ユニットとの連結部分である固定側連結部の位置を、当該コイルバネの伸縮方向が前記振動方向に対して斜めになるように連続的に変える連結部位置可変手段、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る振動発電装置によれば、コイルバネと固定ユニットとの連結部分である固定側連結部の位置を、コイルバネの伸縮方向が振動方向に対して斜めになるように連続的に変える連結部位置可変手段を備えたことにより、固定側連結部の位置の変化に伴いコイルバネの振動方向に対する見かけ上のバネ定数を連続的に変えられるので、共振周波数を調整する作業性を向上し得る等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の振動発電装置の内部構成を示す正面図（その１）である。
【図２】図２［Ａ］は図２［Ｂ］におけるIIａ−IIａ線断面を拡大して示す図、図２［Ｂ］は図１から振動ユニット及びその周辺を抜き出して示す正面図である。
【図３】実施形態の振動発電装置の内部構成を示す背面図（その１）である。
【図４】図３から一部の歯車を取り外して示す背面図である。
【図５】実施形態の振動発電装置の内部構成を示す右側面図である。
【図６】実施形態の振動発電装置の内部構成を示す正面図（その２）である。
【図７】図６から振動ユニット及びその周辺を抜き出して示す正面図である。
【図８】実施形態の振動発電装置の内部構成を示す背面図（その２）である。
【図９】実施形態の振動発電装置の内部構成を示す正面図（その３）である。
【図１０】図９から振動ユニット及びその周辺を抜き出して示す正面図である。
【図１１】実施形態の振動発電装置の内部構成を示す背面図（その３）である。
【図１２】図１及び図６から第一コイルバネを抜き出して示す概略図であり、図１２［Ａ］は第一コイルバネの伸縮方向を振動方向に一致させた場合であり、図１２［Ｂ］は第一コイルバネの伸縮方向を振動方向に対して傾けた場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書及び特許請求の範囲における「備える」とは、明示した要素以外の要素を備える場合も含まれる。「有する」や「含む」なども同様である。本明細書での「上下左右」は、図面で見た場合の上下左右をいうものとする。以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。
【００１４】
まず、図１乃至図５に基づき説明する。以下で述べる符号は、図１乃至図５のいずれかに記載されている。本実施形態の振動発電装置１０は、固定ユニット２０と、振動ユニット３０と、振動ユニット３０と固定ユニット２０とを連結する複数のコイルバネとしての第一乃至第四コイルバネ４１〜４４と、を備え、振動ユニット３０が第一乃至第四コイルバネ４１〜４４を介して特定の振動方向１１に振動することにより、誘導起電力が発生する。そして、振動発電装置１０は、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４と固定ユニット２０との連結部分である固定側連結部２１〜２４の位置を、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向が振動方向１１に対して斜めになるように連続的に変える連結部位置可変手段としての、第一乃至第四回転アーム５１〜５４を備えている。
【００１５】
すなわち、本実施形態における連結部位置可変手段は、図４に示すように、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４に一対一に設けられ、固定ユニット２０に軸支された基端側５１ａ〜５４ａと固定側連結部２１〜２４が設けられた先端側５１ｂ〜５４ｂとを有する第一乃至第四回転アーム５１〜５４である。ここで「軸支する」とは、（軸で又は軸を）回転可能に支持するという意味である。
【００１６】
また、振動ユニット３０が静止している場合において、第一コイルバネ４１と振動ユニット３０との連結部分である振動側連結部３１（図１）は、第一コイルバネ４１に対応して設けられた第一回転アーム５１の基端側５１ａの回転中心線５１ｃ（図４）上に位置する。つまり、図５に示すように、回転中心線５１ｃは、振動側連結部３１、基端側５１ａ、軸６１ａ及び第一歯車６１の各回転の中心を通る。振動側連結部３２〜３４と基端側５２ａ〜５４ａの回転中心線５２ｃ〜５４ｃとの関係も同様である。ただし、振動側連結部３１〜３４の位置は、振動ユニット３０の振動とともに、それぞれ基端側５１ａ〜５４ａの回転中心線５１ｃ〜５４ｃに対して上下動する。なお、「回転中心線」は「軸線」と言い換えることもできる。
【００１７】
振動発電装置１０は、第一乃至第四回転アーム５１〜５４を回転させる駆動部としての第一乃至第七歯車６１〜６７（図３及び図４）を、更に備えている。第一乃至第四コイルバネ４１〜４４は、振動ユニット３０の中心に対して点対称になるように一つずつ配置されている。そのため、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４に一対一に設けられた第一乃至第四回転アーム５１〜５４も同様に、振動ユニット３０の中心に対して点対称になるように一つずつ配置されている。第一乃至第七歯車６１〜６７は、振動ユニット３０の中心に対して点対称になる関係を維持したまま第一乃至第四回転アーム５１〜５４を回転させる。ここで、振動ユニット３０の中心は、振動方向１１に一致する中心線１２（図１）と振動方向１１に直交する中心線１３（図１）との交点である。
【００１８】
図４に示すように、第一歯車６１は、第一回転アーム５１の基端側５１ａに軸６１ａが固定され、第一回転アーム５１と同時に回転する。第二歯車６２は、第二回転アーム５２の基端側５２ａに軸６２ａが固定され、第二回転アーム５２と同時に回転する。第三歯車６３は、第三回転アーム５３の基端側５３ａに軸６３ａが固定され、第三回転アーム５３と同時に回転するとともに第二歯車６２と噛み合う。第四歯車６４は、第四回転アーム５４の基端側５４ａに軸６４ａが固定され、第四回転アーム５４と同時に回転するとともに第一歯車６１と噛み合う。第五歯車６５は第一歯車６１と噛み合う。第六歯車６６は、第五歯車６５及び第二歯車６２と噛み合う。図３に示すように、第七歯車６７は、第六歯車６６と同じ軸６７ａ上に設けられ第六歯車６６と同時に回転するとともに、ユーザの指で回転可能である。
【００１９】
また、振動発電装置１０は、図３に示すように、第一乃至第七歯車６１〜６７の回転を止めるときに第一乃至第七歯車６１〜６７のうちの特定の歯車である第七歯車６７と噛み合い、第一乃至第七歯車６１〜６７の回転を始めるときに特定の歯車である第七歯車６７から離れるストッパ７０を、更に備えている。
【００２０】
次に、振動発電装置１０の構成について更に詳しく説明する。
【００２１】
第一乃至第七歯車６１〜６７、第一乃至第四回転アーム５１〜５４等は、バネ定数調整機構５０を構成している。振動発電装置１０は、固定ユニット２０、振動ユニット３０及び第一乃至第四コイルバネ４１〜４４を収容する表側ケース１４（図５）と、バネ定数調整機構５０を収容する裏側ケース１５と、固定ユニット２０の一部である内部基板１６と、を更に備えている。内部基板１６は、固定ユニット２０の他の部分を表側１６ａに支持し、バネ定数調整機構５０を裏側１６ｂに支持する。表側ケース１４及び裏側ケース１５は、それぞれ一つの面が開口された直方体状であり、その開口部分に内部基板１６が挟持されている。表側ケース１４、裏側ケース１５及び内部基板１６の材質は、例えば合成樹脂や金属である。表側ケース１４、裏側ケース１５及び内部基板１６の四隅には、これらを互いに固定するための取付孔１７１〜１７４が形成されている。
【００２２】
表側ケース１４では、固定ユニット２０の一部である内部基板１６に第一乃至第四コイルバネ４１〜４４を介して振動ユニット３０が支持され、振動ユニット３０が第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の弾性力に抗して上下方向（振動方向１１）に振動することにより誘導起電力が生じる。裏側ケース１５では、バネ定数調整機構５０によって第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の振動方向１１に対する見かけ上のバネ定数が変えられる。
【００２３】
固定ユニット２０は、内部基板１６の他に、図２に示すように、導電コイル２５、導電コイル２５を支持するコイルホルダ２６、コイルホルダ２６を内部基板１６の表側１６ａに固定する固定部材２７（図１）、コイルホルダ２６に設けられた接続端子２８、などを備えている。
【００２４】
導電コイル２５は、導線が巻回されて横長の円筒形状を呈しており、中央に空芯が形成されている。コイルホルダ２６は、長方形の合成樹脂板であり、中央に導電コイル２５が嵌め込まれ、上端に接続端子２８が設けられている。固定部材２７は、コイルホルダ２６の上下端を内部基板１６に固定する。接続端子２８は、導電コイル２５で発生した誘導起電力を外部へ出力する。
【００２５】
振動ユニット３０は、図２に示すように、四個のマグネット３５、二個のヨーク３６、マグネット３５及びヨーク３６を支持するマグネットホルダ３７、などを備えている。マグネット３５は、どのような種類でもよいが、小型でも強い磁力を有するネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などの希土類磁石が適している。ヨーク３６は例えば軟鉄板である。
【００２６】
マグネットホルダ３７は、合成樹脂などからなる横長の直方体状であり、コイルホルダ２６を挿し通す挿通孔３８が上下端を貫いて形成されている。挿通孔３８内のコイルホルダ２６を挟んで二個ずつ二組のマグネット３５が向き合うことにより、四個のマグネット３５と二個のヨーク３６とからなる磁気回路を形成する。コイルホルダ２６をマグネットホルダ３７の挿通孔３８内に挿し通した状態で、コイルホルダ２６に対して振動ユニット３０すなわちマグネットホルダ３７が上下に振動する。このとき、導電コイル２５を貫くマグネット３５の磁束が、マグネット３５の位置に応じて変化することにより、導電コイル２５から誘導起電力が発生する。
【００２７】
マグネットホルダ３７の四隅には、バネ取付間隙３１ａ〜３４ａが設けられている。バネ取付間隙３１ａ〜３４ａ内に設けられたバネ係止ピンが、振動側連結部３１〜３４に相当する。振動側連結部３１〜３４には、それぞれ第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の一端が係止される。
【００２８】
第一乃至第四コイルバネ４１〜４４は、引張バネであり、換言すると上下対称かつ左右対称に一本ずつ配置され、それぞれ第一乃至第四回転アーム５１〜５４によって上下対称かつ左右対称に同時に同じ角度だけ回転する。なお、コイルバネでは、荷重がかかっていない状態での長さを自然長（又は自由長）と呼び、機械構造に組み付けた場合の少し伸ばした状態での長さをセット長と呼ぶ。つまり、機械の初期状態においてコイルバネには、自然長とセット長の差に応じた張力が加えられている。
【００２９】
バネ定数調整機構５０は、第一乃至第七歯車６１〜６７及び第一乃至第四回転アーム５１〜５４の他に、第一乃至第四回転アーム５１〜５４に一対一に対応して内部基板１６に設けられた円弧孔８１〜８４を有する。第一乃至第七歯車６１〜６７及び第一乃至第四回転アーム５１〜５４は、内部基板１６の裏側１６ｂに軸支されている。第一乃至第四回転アーム５１〜５４の先端側５１ｂ〜５４ｂに設けられた固定側連結部２１〜２４は、それぞれ裏側１６ｂから円弧孔８１〜８４内を通って表側１６ａへ突き出たバネ係止ピンであり、表側１６ａにおいて第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の他端が係止される。
【００３０】
第一乃至第七歯車６１〜６７は、合成樹脂又は金属からなる平歯車である。第一乃至第四歯車６１〜６４及び第六歯車６６は、同じ直径かつ同じ歯数である。第七歯車６７は、どの歯車とも噛み合わず、外周の一部が貫通孔１５ａ（図５）を介して裏側ケース１５から外へ突き出ている。これにより、ユーザは裏側ケース１５の外から第七歯車６７の歯先に触れることができる。また、第七歯車６７は、第六歯車６６よりも四倍ほど大きい直径を有するので、少ない力でかつ細かい角度で第七歯車６７を回転させることができる。なお、第五歯車６５は、軸６５ａを有し、第一歯車６１と第六歯車６６との間にあって、第一及び第四回転アーム５１，５４と第二及び第三回転アーム５２，５３とを対称に回転させる働きをしている。
【００３１】
第一乃至第四回転アーム５１〜５４は、例えば細長い金属板からなり、それぞれ基端側５１ａ〜５４ａから先端側５１ｂ〜５４ｂへ行くほど細くなっている。円弧孔８１〜８４の形状は、それぞれ第一乃至第四回転アーム５１〜５４の基端側５１ａ〜５４ａを中心とし、基端側５１ａ〜５４ａから先端側５１ｂ〜５４ｂまでの長さを半径とする円の一部である。
【００３２】
また、バネ定数調整機構５０は、バネ片７１とノブ７２とからなるストッパ７０を有する。バネ片７１は例えば金属片である。ノブ７２は、バネ片７１の先端近傍に固定された例えば金属棒であり、裏側ケース１５から外へ突き出ているので、ユーザの指で摘めるようになっている。
【００３３】
次に、バネ定数調整機構５０を用いて振動ユニット３０の共振周波数を調整する方法について説明する。
【００３４】
ノブ７２に何も触れていない状態では、バネ片７１の弾性力によってバネ片７１の先端が第七歯車６７に噛み合うことにより、第七歯車６７は回転しない。ここで、ユーザがバネ片７１の弾性力に抗してノブ７２を引っ張ると、バネ片７１の先端が第七歯車６７から外れて、第七歯車６７が回転可能となる。
【００３５】
この状態で、図３においてユーザが第七歯車６７を反時計回りに回転させると、同時に第六歯車６６も反時計回りに回転し、これに従って、図４において第五歯車６５、第二歯車６２及び第四歯車６４が時計回りに回転し、第一歯車６１及び第三歯車６３が反時計回りに回転する。このとき、第二歯車６２及び第四歯車６４とともに第二回転アーム５２及び第四回転アーム５４も時計回りに回転し、第一歯車６１及び第三歯車６３とともに第一回転アーム５１及び第三回転アーム５３も反時計回りに回転する。これにより、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４は、第一乃至第四回転アーム５１〜５４の先端側５１ｂ〜５４ｂの固定側連結部２１〜２４の回転に伴い、それぞれ振動ユニット３０の中心に対して点対称になる関係を維持したまま回転する。
【００３６】
図１乃至図５は第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１に一致させた状態、図６乃至図８は第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１から３０ｄｅｇ傾けた状態であり、図９乃至図１１は第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１から６０ｄｅｇ傾けた状態である。
【００３７】
ここで、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１に対して傾けることにより、振動ユニット３０の共振周波数が変化する理由を説明する。
【００３８】
周知のとおり、バネ−質量系の共振周波数ｆは、バネ定数をｋ、質量をｍとすると、次式で表せる。
ｆ＝１／２π×√（ｋ／ｍ）  ・・・(1)
したがって、共振周波数ｆを変更するためには、バネ定数ｋ又は質量ｍを変化させれば良い。一般的にはバネの変更又は質量（重り）の増減で対応可能であるが、どちらの方法も連続的な変更（無段階なアナログ的変更）には不向きである。
【００３９】
そこで、本実施形態では、バネの交換又は質量の増減をせずに、振動ユニット３０を支持する第一乃至第四コイルばね４１〜４４のセット長を一定のまま、第一乃至第四コイルばね４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１に対して連続的に傾け、任意の傾斜角度で固定する。これにより、振動方向１１に対する見かけ上のバネ定数を連続的に変化させて共振周波数を変化させる。
【００４０】
図１乃至図５は、振動ユニット３０の振動方向１１に対し第一乃至第四コイルばね４１〜４４の伸縮方向が一致する場合を示す。このとき、振動ユニット３０の共振振動数ｆ（０）は第一乃至第四コイルばね４１〜４４の総合バネ定数をｋとすると、
ｆ（０）＝１／２π×√（ｋ／ｍ）  ・・・(2)
となる。
【００４１】
図６乃至図８は第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１に対して３０ｄｅｇ傾けた場合であり、図９乃至図１１は第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１に対して６０ｄｅｇ傾けた場合である。これらの場合、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向の振動方向１１に対する傾斜角度をθ、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の振動方向１１に対する見かけ上の総合バネ定数をｋ’とすると、
ｋ’＝ｋ×ｃｏｓθ  ・・・(3)
の関係が近似的に成り立つ。このとき、例えば第一コイルバネ４１の振動側連結部３１には振動ユニット３０からの荷重に第二コイルバネ４２と引き合う力が加わるので、これらの合力が第一コイルバネ４１に加わることになる。残りの第二乃至第四コイルバネ４２〜４４についても、第一コイルバネ４１と同様の力が加わる。
【００４２】
したがって、傾斜角度θにおける振動ユニット３０の共振振動数ｆ（θ）は、
ｆ（θ）＝１／２π×√（ｋ’／ｍ）
＝１／２π×√（（ｋ×ｃｏｓθ）／ｍ）  ・・・(4)
となる。
【００４３】
一例として、傾斜角度θが０ｄｅｇのときの共振周波数ｆ（０）が３０Ｈｚになるようにするには、上式(4)から明らかなように、振動ユニット３０の質量を２８．２ｇ、振動方向１１に対する見かけ上の総合バネ定数ｋ’を１０００Ｎ／ｍとすればよい。この条件下で傾斜角度θを０ｄｅｇから４５ｄｅｇまで５ｄｅｇごとに変化させると、上式(4)から導かれる共振周波数ｆ（θ）は以下の表１のようになる。
【００４４】
［表１］
θ（ｄｅｇ）    ｃｏｓθ      ｋ’（Ｎ／ｍ）    ｆ（θ）（Ｈｚ）
０        １．００      １０００．０        ３０．０
５        ０．９９        ９９６．２        ２９．９
１０        ０．９８        ９８４．８        ２９．７
１５        ０．９７        ９６５．９        ２９．５
２０        ０．９４        ９３９．７        ２９．１
２５        ０．９１        ９０６．３        ２８．５
３０        ０．８７        ８６６．０        ２７．９
３５        ０．８２        ８１９．２        ２７．１
４０        ０．７７        ７６６．０        ２６．２
４５        ０．７１        ７０７．１        ２５．２
【００４５】
次に、共振周波数の調整方法について、更に詳しく説明する。
【００４６】
ここで、第七歯車６７に付した指標（図示せず）が、第七歯車６７の回転角に応じて「ＨＩ」、「ＭＩＤ」、「ＬＯＷ」を指すものとする。第七歯車６７を回転させることにより、第七歯車６７に従動する第一乃至第四歯車６１〜６４が回転し、第一乃至第四歯車６１〜６４と一体的に第一乃至第四回転アーム５１〜５４も回転する。第七歯車６７上の指標が「ＨＩ」の位置であれば、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の傾斜角度θは０ｄｅｇとなり、共振周波数ｆ（θ）は最も高い値（表１の場合は３０Ｈｚ）となる。第七歯車６７の指標が「ＭＩＤ」の位置であれば、傾斜角度θは２２．５ｄｅｇとなり、共振周波数ｆ（θ）は中間値に近い値（表１の場合は２８．５〜２９．１Ｈｚ）となる。第七歯車６７の指標が「ＬＯＷ」の位置であれば、傾斜角度θは４５ｄｅｇとなり、共振周波数ｆ（θ）は最も低い値（表１の場合は２５．２Ｈｚ）となる。
【００４７】
通常（すなわち共振周波数の調整をした後）は、第七歯車６７は振動その他の外力によって不用意に回転しないようストッパ７０により固定されている。共振周波数を調整する時は、ストッパ７０のノブ７２を引くことにより、バネ片７１の先端の噛み合いが第七歯車６７から外れるので、第七歯車６７は無段階に所定の角度まで回転可能になる。なお、傾斜角度θは、０ｄｅｇ≦θ＜９０ｄｅｇの範囲で可変可能であるが、前述の近似式(3)が精度よく成り立つ０ｄｅｇ≦θ≦６０ｄｅｇとすることが好ましい。
【００４８】
次に、振動発電装置１０の作用及び効果について説明する。
【００４９】
（１）振動発電装置１０によれば、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４と固定ユニット２０との固定側連結部２１〜２４の位置を、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向が振動方向１１に対して斜めになるように連続的に変える連結部位置可変手段（例えば図４に示す第一乃至第四回転アーム５１〜５４）を備えたことにより、固定側連結部２１〜２４の位置の変化に伴い第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の振動方向１１に対する見かけ上のバネ定数を連続的に変えられるので、共振周波数を調整する作業性を向上し得る等の効果を奏する。つまり、コイルバネを着脱する手作業が不要となるので、共振周波数を調整する作業性を向上できる。また、見かけ上のバネ定数を連続的（すなわち無段的）に変えられるので、見かけ上のバネ定数を多段的に変える場合に比べて、共振周波数の調整精度を向上できる。そして、振動発電装置１０の共振周波数を可変にできることから、振動発電装置１０自体の精度を厳密に追求する必要がないため、部品コストの低減、検査工程の簡略化等が見込まれ、総合的に大幅なコスト削減を図ることができる。
【００５０】
（２）連結部位置可変手段として、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４に一対一に設けられ、固定ユニット２０に軸支された基端側５１ａ〜５４ａと固定側連結部２１〜２４が設けられた先端側５１ｂ〜５１ｂとを有する第一乃至第四回転アーム５１〜５４（図４）を用いた場合は、基端側５１ａ〜５４ａを中心に第一乃至第四回転アーム５１〜５４を回転させるという簡単な操作によって、固定側連結部２１〜２４の回転に伴い第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の振動方向１１に対する見かけ上のバネ定数を連続的に変えられるので、共振周波数を調整する作業性をより向上できる。
【００５１】
（３）振動ユニット３０が静止しているときに、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４と振動ユニット３０との振動側連結部３１〜３４（図１）が、それぞれ第一乃至第四回転アーム５１〜５４の基端側５１ａ〜５４ａの回転中心線５１ｃ〜５４ｃ（図４）上に位置する場合は、振動側連結部３１〜３４を中心に、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４のセット長を一定にしたまま固定側連結部２１〜２４を回転できることにより、コイルバネの許容最大たわみ量（許容最大荷重）に制限されることなく共振周波数を調整できるので、共振周波数の調整範囲を拡大できる。なお、振動ユニット３０が静止しているときに、振動側連結部３１〜３４がそれぞれ基端側５１ａ〜５４ａの回転中心線５１ｃ〜５４ｃ上に位置しない場合は、固定側連結部２１〜２４の回転に伴い第一乃至第四コイルバネ４１〜４４のセット長が変化する動作になる。
【００５２】
（４）振動ユニット３０の中心に対して点対称になる関係を維持したまま第一乃至第四回転アーム５１〜５４を回転させる場合は、振動ユニット３０の中心に対称に力が加わることにより、振動ユニット３０に加わる力が相殺される。そのため、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の回転に関係なく、振動ユニット３０の中心位置が常に同じになるので、共振周波数を調整する前の発電効率を維持できる。つまり、発電効率が最大となるように、初期状態において導電コイル２５（図２）の中心位置と振動ユニット３０の中心位置（すなわちマグネット３５（図２）全体の中心位置）とを対向させているが、それらの位置関係は共振周波数の調整によって変わることがない。
【００５３】
（５）第一乃至第六歯車６１〜６６（図４）を備えた場合は、第六歯車６６が回転することにより、第一乃至第五歯車６１〜６５を介して、第一乃至第四回転フレーム５１〜５５及び第一乃至第四コイルバネ４１〜４４が同時にかつ同じ角度に回転するので、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の全ての伸縮方向を振動方向１１に対して同時にかつ同じ角度に傾けることができ、共振周波数を調整する作業性を更に向上できる。
【００５４】
（６）第六歯車６６と同じ軸６７ａ上に設けられ第六歯車６６と同時に回転するとともに、ユーザの指で回転可能である第七歯車６７（図３）を備えた場合は、第七歯車６７を指で回転させるだけという簡単な操作で共振周波数を調整できるので、手動による作業性を更に向上できる。
【００５５】
（７）第一乃至第七歯車６１〜６７の回転を止めるとき第七歯車６７と噛み合い、第一乃至第七歯車６１〜６７の回転を始めるときに第七歯車６７から離れるストッパ７０（図３）を備えた場合は、共振周波数を調整した後における第一乃至第七歯車６１〜６７の意図しない回転を防止できる。
【００５６】
（８）換言すると、振動ユニット３０を支持する第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向を振動方向１１に対して連続的に傾けることにより、振動ユニット３０の共振周波数を無段階に可変できるようにした。これにより、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４はセット長を一定にしたまま振動方向１１に対する傾きを変えられるので、コイルバネの許容最大荷重を気にすることなく共振周波数を調整でき、かつその傾きを変える際に操作力の変化が発生せず余分な力が不要であるため作業性を向上できる。
【００５７】
次に、本発明に含まれる他の実施形態について説明する。
【００５８】
連結部位置可変手段は、第一乃至第四回転アーム５１〜５４に限らず、第一乃至第四コイルバネ４１〜４４の伸縮方向が振動方向１１に対して斜めになるように固定側連結部２１〜２４の位置を連続的に変えられるものであればどのようなものでもよく、例えば固定側連結部２１〜２４を円弧孔８１〜８４内の任意の位置に固定する固定部材のようなものでもよい。第六歯車６６の回転は、モータ、ソレノイド等のアクチュエータを用いても可能である。駆動部（第一乃至第七歯車６１〜６７）の機能は、リンク機構やカム機構又はそれらの組み合わせによっても実現できる。第一乃至第四コイルバネ４１〜４４は、引張バネの代わりに圧縮バネを用いてもよい。また、コイルバネは、四本に限らず、二本をＶ字状に配置してもよいし、三本をＹ字状に配置してもよいし、五本以上を配置してもよい。上記実施形態では、振動ユニット３０側にマグネット３５を設け、固定ユニット２０側に導電コイル２５を設けているが、これとは逆に、振動ユニット３０側に導電コイル２５を設け、固定ユニット２０側にマグネット３５を設けてもよい。
【００５９】
次に、図１、図６及び図１２に基づき、前述の近似式(3)について補足説明をする。
【００６０】
図１２は図１及び図６から第一コイルバネ４１を抜き出して示す概略図であり、図１２［Ａ］は第一コイルバネ４１の伸縮方向を振動方向１１に一致させた場合であり、図１２［Ｂ］は第一コイルバネ４１の伸縮方向を振動方向１１に対して角度θだけ傾けた場合である。図１２［Ａ］に示す場合における第一コイルバネ４１の張力Ｆの大きさは、振動ユニット３０からの荷重Ｆ１の大きさに等しい。そのため、第一コイルバネ４１のバネ定数をｋ、第一コイルバネ４１の振動方向１１の変位をｘとすると、
−Ｆ１＝Ｆ＝−ｋｘ  ・・・(A)
が成り立つ。
【００６１】
一方、図１２［Ｂ］に示す場合における第一コイルバネ４１の張力Ｆの大きさは、振動ユニット３０からの荷重Ｆ１と第二コイルバネ４２に引かれる力Ｆ２との合力の大きさに等しい。そのため、荷重Ｆ１に対する第一コイルバネ４１の見かけ上のバネ定数をｋ’とすると、
−Ｆ１＝Ｆ×ｃｏｓθ＝−ｋ’ｘ  ・・・(B)
が成り立つ。
【００６２】
したがって、式(A)のＦ＝−ｋｘを式(B)に代入すると、
−Ｆ１＝Ｆ×ｃｏｓθ＝−ｋｘ×ｃｏｓθ＝−ｋ’ｘ
となることから、
ｋ’＝ｋ×ｃｏｓθ  ・・・(3)
が得られる。
【００６３】
この式(3)は、傾斜角度θが大きくなるほど、第二コイルバネ４２に引かれる力Ｆ２の大きさが大きくなるので、同じ荷重Ｆ１の大きさに対する第一コイルバネ４１の見かけ上のバネ定数ｋ’が小さくなる、すなわち第一コイルバネ４１の振動方向１１に対する変位が大きくなることを示している。これまで第一コイルバネ４１について説明したが、第二乃至第四コイルバネ４２〜４４についても同様である。
【００６４】
以上、上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、共振周波数を調整可能な振動発電装置、例えば、微小振動を伴った機械、ポンプ、空調ダクト等の屋内外設備、橋脚、電柱、建物等の建築物、電車、自動車等のビークル、それらの機器でのセンサを用いた異常検知装置、及び、それらの情報を送信する装置等の電源に利用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  振動発電装置
１１  振動方向
１２，１３  中心線
１４  表側ケース
１５  裏側ケース
１５ａ  貫通孔
１６  内部基板
１６ａ  表側
１６ｂ  裏側
１７１〜１７４  取付孔
２０  固定ユニット
２１〜２４  固定側連結部
２５  導電コイル
２６  コイルホルダ
２７  固定部材
２８  接続端子
３０  振動ユニット
３１〜３４  振動側連結部
３１ａ〜３４ａ  バネ取付間隙
３５  マグネット
３６  ヨーク
３７  マグネットホルダ
３８  挿通孔
４１  第一コイルバネ
４２  第二コイルバネ
４３  第三コイルバネ
４４  第四コイルバネ
５０  バネ定数調整機構
５１  第一回転アーム
５２  第二回転アーム
５３  第三回転アーム
５４  第四回転アーム
５１ａ〜５４ａ  基端側
５１ｂ〜５４ｂ  先端側
５１ｃ〜５４ｃ  回転中心線
６１  第一歯車
６２  第二歯車
６３  第三歯車
６４  第四歯車
６５  第五歯車
６６  第六歯車
６７  第七歯車
６１ａ〜６５ａ，６７ａ  軸
７０  ストッパ
７１  バネ片
７２  ノブ
８１〜８４  円弧孔
【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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