(57)【要約】【課題】簡単な構造で、装置全体の小型化を図ることができるとともに、効率良く発電することができる発電装置および発電機器を提供する。【解決手段】回転錘１５の回転により発生した機械運動エネルギーである回転力を電気エネルギーに変換して蓄電池１２に蓄えるにあたり、回転錘１５と第３の歯車３３との間に、第１の歯車１９と第２の歯車機構３２とからなる増速機構ＺＳを設けて、この増速機構ＺＳの増速作用により第３の歯車３３の回転速度を回転錘１５の回転速度よりも増速させ、この増速された第３の歯車３３に設けられた発電機構ＨＤ１を構成している第１の電極３５、第２の電極３６及びエレクトレット膜３７に伝達し、これらの相対的な回転により、当該エレクトレット膜３７に電荷の変化を生じさせ、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出し、蓄電を行う。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を発生させる第１の回転体と、
第１の電極を備え前記第１の回転体により発生した回転力により回転する第２の回転体と、前記第１の電極と対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方に設けられた電荷保持体とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との相対的な回転により電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出す発電機構と、
この発電機構により取り出した電気エネルギーを蓄える蓄電手段と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体との間に介在し、前記第２の回転体の回転速度を前記第１の回転体の回転速度よりも増速させる増速機構と、
を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記増速機構は、１又は複数の歯車を備えた歯車機構であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１の回転体には、前記第３の電極が設けられ、
この第３の電極と対向する位置には、前記第４の電極が設けられ、
前記第３の電極及び前記第４の電極のいずれか一方には電荷保持体が設けられており、
前記第３の電極と前記第４の電極との相対的な回転により電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出し、取り出した電気エネルギーを蓄電するように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記第１の回転体は、外部からの振動に応じて回転する回転錘であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発電装置と、
この発電装置を設けた機器ケースと、
備えていることを特徴とする発電機器。
【請求項６】
前記機器ケースは、使用者の身体に装着される本体ケースであり、
前記第１の回転体は、前記本体ケースの振動により回転される回転錘であることを特徴とする請求項５に記載の発電機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電誘導を利用した発電装置および発電機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転の運動エネルギーを発電機において電気エネルギーに変換して、発生した電気エネルギーを使用又は二次電池等に蓄積する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、単に腕の動き等で入力された運動エネルギーを電気エネルギーに変換するのみでは十分な電気エネルギーを生み出すことは難しく、安定的に電力を供給する手段として用いることは困難であった。
【０００３】
この点、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として、静電誘導を利用した発電装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この発電装置は、電荷を保持する電荷保持部材であるエレクトレット電極が複数配列された固定基板と、複数の可動電極が設けられた可動基板とを、互いに対向させて配置し、この状態で外部振動を受けると、可動基板がその平面方向における任意の方向に移動し、エレクトレット電極と可動電極とが相対運動して、エレクトレット電極と可動電極との間の誘導電荷量を変化させることにより、発電するように構成されている。
これによれば、単に運動エネルギーを電気エネルギーに変換する場合と比較して、効率よく電気エネルギーを生み出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８２３０５号公報
【特許文献２】特開２００８−８６１９０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２に記載されている発電装置では、固定基板と可動基板との相対的な機械運動エネルギーを電気エネルギーに変換する構造であるから、外部振動を受けた際に、固定基板に対して可動基板をその平面方向における任意の方向に移動させるために、可動基板の４辺をそれぞればね部材などで保持する必要があるほか、固定基板に対して可動基板を一定間隔に保った状態で面方向に平行移動させるために、可動基板をガイドするためのガイド部材が必要となり、このため構造が複雑になると共に、装置全体の小型化を図ることができないという問題がある。
【０００６】
また、例えば発電装置を腕時計のように身に付けるものに適用する場合には、発電装置に伝わる動き（入力される運動エネルギー）が小さいものである場合も多く、その場合には発電のために必要な、または充分な電気エネルギーを発生させることができないとの問題もある。
【０００７】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、発電のために必要な、または充分な電気エネルギーを発生させることができ、かつ、簡単な構造で、装置全体の小型化を図ることができるとともに、効率良く発電することができる発電装置および発電機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発電装置は、
回転力を発生させる第１の回転体と、
第１の電極を備え前記第１の回転体により発生した回転力により回転する第２の回転体と、前記第１の電極と対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方に設けられた電荷保持体とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との相対的な回転により電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出す発電機構と、
この発電機構により取り出した電気エネルギーを蓄える蓄電手段と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体との間に介在し、前記第２の回転体の回転速度を前記第１の回転体の回転速度よりも増速させる増速機構を備えていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置であって、
前記増速機構は、１又は複数の歯車を備えて構成される歯車機構であることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発電装置であって、
前記第１の回転体には、前記第３の電極が設けられ、
この第３の電極と対向する位置には、前記第４の電極が設けられ、
前記第３の電極及び前記第４の電極のいずれか一方には電荷保持体が設けられており、
前記第３の電極と前記第４の電極との相対的な回転により電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出し、取り出した電気エネルギーを蓄電するように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電装置であって、
前記第１の回転体は、外部からの刺激に応じて回転する回転錘であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に記載の発電機器は、
請求項１に記載の発電装置と、
この発電装置を設けた機器ケースと、
備えていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発電機器であって、
前記機器ケースは、使用者の身体に装着される本体ケースであり、
前記第１の回転体は、前記本体ケースの振動により回転される回転錘であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、外部振動等によって回転する第１の回転体の回転速度を増速機構によって増速して発電機構に伝達することができる。このために、第１の回転体の回転速度が発電に必要とする回転速度に満たない場合または不充分な場合でも、発電に必要かつ充分な回転速度を確保することができる。この結果、構造が簡単で、装置全体の小型化を図ることができるとともに、効率良く発電することができるとの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る発電装置を電子腕時計に適用した第１の実施形態を示した断面図である。
【図２】図１の電子腕時計において裏蓋を取り外した状態を示した拡大底面図である。
【図３】図２の時計モジュールを示した拡大底面図である。
【図４】図３の時計モジュールを示した拡大斜視図である。
【図５】図１の一点鎖線部分を示した拡大図である。
【図６】図３の一点鎖線部分を示した拡大図である。
【図７】（ａ）は、第１の電極を示した平面図であり、（ｂ）は、第２の電極を示した平面図であり、（ｃ）は、第１の電極、第２の電極及びエレクトレット膜の積層状態を示した側面図である。
【図８】第１の電極、第２の電極及びエレクトレット膜の積層状態を模式的に示した断面図である。
【図９】第１の実施形態における発電装置の回路構成を示した図である。
【図１０】本発明に係る発電装置を電子腕時計に適用した第２の実施形態を示した断面図である。
【図１１】図１０の一点鎖線部分を示した拡大図である。
【図１２】図１０の回転錘を示した拡大斜視図である。
【図１３】図１２の回転錘を上方から見た拡大平面図である。
【図１４】図１０の時計モジュールにおいて回転錘を取り外した状態を示した拡大底面図である。
【図１５】図１０に示す第２の実施形態における発電装置の回路構成を示した図である。
【図１６】図１２に示した回転錘の一変形例を示した拡大平面図である。
【図１７】図１６に示した回転錘に対応する時計モジュールを示した平面図である。
【図１８】図１２に示した回転錘の一変形例を示した拡大平面図である。
【図１９】図１８に示した回転錘に対応する時計モジュールを示した平面図である。
【図２０】本発明に係る発電装置を電子腕時計に適用した第３の実施形態を示した断面図である。
【図２１】図２０の時計モジュールを示した拡大斜視図である。
【図２２】図２０の電子腕時計の裏蓋を上方から見た拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下では、本発明に係る発電装置を、腕時計型のアナログ時計（以下「電子腕時計」という。）に適用した場合について説明するが、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【００１７】
［第１の実施の形態］
まず、図１から図９を参照しつつ、本発明にかかる発電装置及びこれを備える発電機器としての電子腕時計の第１の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態における発電装置を備える電子腕時計の断面図である。
この実施形態において電子腕時計１００は、電気的な駆動により指針８（例えば、秒針、分針、時針）を回転させて時刻を表示するものである。
【００１９】
この電子腕時計１００は、中空の短柱形状に形成された本体ケース（機器ケース）１を備えている。
本体ケース１には、例えば時計の１２時方向側端部及び６時方向側端部にあたる両端部に、時計バンド２ａが取り付けられるバンド取付部２が形成されている。
【００２０】
図１に示すように、本体ケース１の表面側（視認側：図１において上側）の開口部には、見切り部材３が本体ケース１の上部外周に沿って配設され、防水リング３ａを介して取り付けられている。
この見切り部材３の上部開口部には、透明なガラス等の材料で形成された風防ガラス４が、パッキン４ａを介して取り付けられており、これにより、本体ケース１の表面側開口部は、風防ガラス４によって閉塞されている。
また、本体ケース１の裏面側（図１において下側）の開口部には、この本体ケース１に係合され裏面側開口部を閉塞する裏蓋５が、防水リング５ａを介して取り付けられている。
【００２１】
また、この本体ケース１の内部には、例えば樹脂等によって形成されたハウジング７が設けられている。ハウジング７の内部には、指針８を運針させる時計ムーブメント（図示せず）や各種電子部品（図示せず）を実装した回路基板９（図２等参照）等が配置されている。時計ムーブメントは回路基板９と電気的に接続されている。
本実施形態において、ハウジング７及びこれに収納配置される時計ムーブメント、回路基板９等により時計モジュールが構成されている。
【００２２】
風防ガラス４の下方（図１において下側）であって風防ガラス４とハウジング７との間には、ほぼ円形の薄板状に形成された文字板１０が配置されている。
文字板１０のほぼ中央部には、図示しない貫通孔が設けられている。そして、この貫通孔には時計ムーブメントの内部機構側から前面側（風防ガラス４の設けられている側：図１において上側）に向けて、時計ムーブメントを構成する指針軸１１が挿通されており、この指針軸１１における文字板１０の上に突出した上端部には、秒針、分針、時針などの指針８が取り付けられている。電子腕時計１００は、指針軸１１が回転することにより指針８が文字板１０の上方を運針し、これにより、時刻を指示するように構成されている。
【００２３】
図２は、本実施形態における電子腕時計１００を裏蓋５の側から、裏蓋５を外した状態で見た図であり、図３は、図２に示す時計モジュールを本体ケース１から取り出したものであり、図４は、図３に示す時計モジュールの斜視図である。
図２に示すように、時計モジュールのハウジング７内には、電荷を蓄電して電子腕時計１００の各部に電力を供給する蓄電手段である蓄電池１２が保持されているとともに、アンテナ１３が設けられている。
【００２４】
ハウジング７の下面側（図２では表面側）には、図２から図４に示すように、ハウジング７の下面に対面して回転する第１の回転体である回転錘１５が設けられている。なお、ハウジング７の下面側に平板状の基板である地板を配置して、回転錘１５がこの地板に対面して回転するように構成してもよい。
【００２５】
図５は、図１における一点鎖線部分の拡大図である。
回転錘１５は、導電性を有する金属からなり、図１、図２及び図５に示すように、その中心部がハウジング７に取り付けられた固定軸１７に、ベアリング１８を介して取り付けられている。
【００２６】
すなわち、固定軸１７は、図１及び図５に示すように、回転錘１５の中心部に設けられた軸孔１７ａ（図２参照）を通して、ハウジング７に埋め込まれたナット部７ａ（図５参照）に螺着されることにより、ハウジング７に取り付けられている。回転錘１５には、その中心部の軸孔１７ａに対応してベアリング１８が設けられている。そして、回転錘１５は、このベアリング１８が固定軸１７に対して回転自在に取り付けられることにより、ハウジング７の下面に対して常に一定間隔を保った状態で、固定軸１７を中心に回転するように構成されている。
【００２７】
この場合、固定軸１７とナット部７ａとは、導電性を有する金属からなり、このナット部７ａがハウジング７内に配置された回路基板９と電気的に接続されている。これにより、回転錘１５は、固定軸１７およびナット部７ａを介して回路基板９と電気的に接続されている。なお、固定軸１７は、時計ムーブメントの指針軸１１と同一軸上に配置されているが、必ずしも指針軸１１と同一軸上に配置される必要はない。
【００２８】
また、この回転錘１５は、図２から図４に示すように、小径の円形部２０と、この小径の円形部２０よりも大径でほぼ半円弧状に形成された半円弧部２１とを備えている。小径の円形部２０には、その中心部に固定軸１７が挿入する軸孔１７ａが設けられている。半円弧部２１は、その外周部に錘部２１ａ（図４参照）が設けられた状態で、小径の円形部２０の外周部に一体に形成されている。これにより、回転錘１５は、使用者の腕振り動作などにより外部振動等を受けると、半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって固定軸１７を中心に回転するように構成されている。
【００２９】
本実施形態において、ベアリング１８には第１の歯車１９が一体的に設けられており、第１の歯車は、回転錘１５が回転すると、これに同期して固定軸１７を中心に回転するように構成されている。
【００３０】
図６は、図３における一点鎖線部分の拡大図である。
図５及び図６に示すように、ハウジング７内には、この第１の歯車１９が回転した際の動力（回転力）により回転する第２の歯車３１を備える第２の歯車機構３２、及び、第３の歯車３３を備える第３の歯車機構３４が設けられている。第２の歯車機構３２は、第２の歯車３１と、これを支持する支軸３２ａと、同軸歯車部３２ｂとを備えている。同軸歯車部３２ｂは、支軸３２ａと第２の歯車３１と接合部に第２の歯車３１と同心円となるように形成されている。また、第３の歯車機構３４は、第３の歯車３３と、これを支持する支軸３４ａと、この支軸３４ａに固定された同軸歯車部３４ｂとを備えている。同軸歯車部３４ｂは、第３の歯車３３と同心円となるように形成されている。
【００３１】
第１の回転体である回転錘１５が固定軸１７を中心に回転すると、ベアリング１８に設けられている第１の歯車１９が回転し、この動力（回転力）が、第１の歯車１９とかみ合っている同軸歯車部３２ｂを備える第２の歯車機構３２に伝達される。さらにこの第２の歯車機構３２の第２の歯車３１が回転することによって、この動力（回転力）が、第２の歯車３１とかみ合っている同軸歯車部３４ｂを備える第３の歯車機構３４に伝達され、第３の歯車３３が回転する。
本実施形態において、第１の歯車１９及び第２の歯車機構３２は、回転錘１５によって発生した回転の回転速度を当該回転錘１５の回転速度よりも増速する増速機構ＺＳとして機能する。
【００３２】
すなわち、回転錘１５は腕の振り等の動きに応じて回転するが、腕の振り等の動きでは、回転錘１５の回転速度が十分でない。この点、回転錘１５と第３の歯車３３との間に、第１の歯車１９及び第２の歯車機構３２で構成された増速機構ＺＳを介在させて、回転錘１５により発生した回転力を、回転錘１５と同期して回転する第１の歯車１９によって第２の歯車機構３２に伝え、さらに第２の歯車機構３２から第３の歯車機構３４に伝えることにより、第３の歯車３３の回転速度を回転錘１５の回転速度よりも増速させることができる。これにより、発電周波数を上げて、発電量を大きくすることが可能となる。
【００３３】
第３の歯車３３の下面（図５において下側の面）には、図５及び図７（ｃ）に示すように、円盤状の第１の電極３５が設けられている。本実施形態において、第３の歯車３３は、第１の電極３５を備える第２の回転体である。なお、この第１電極３５は、図８に示すように、絶縁膜３８を介して設けられている。
図７（ａ）に示すように、第１の電極３５は、導電性を有する金属からなり、第３の歯車３３の回転中心部である支軸３４ａから放射状に形成された放射状部３５ａを備えている。
【００３４】
この放射状部３５ａは、図７（ａ）に示すように、第３の歯車３３上に多数の電極片３５ｂが一定間隔で放射状に配列された構成になっている。すなわち、この放射状部３５ａは、多数の電極片３５ｂがほぼ一定の幅で放射方向に向けて細長く形成されていると共に、互いに隣接する各電極片３５ｂが一定間隔の隙間をもって配列されている。
また、この放射状部３５ａは、多数の電極片３５ｂがその内周端と外周端とにおいてすべて接続された状態で、支軸３４ａと電気的に接続されている。これにより、第１の電極３５は、例えば支軸３４ａに沿って設けられた接続部材３３ａ（図８参照）を介して回路基板９と電気的に接続されている。接続部材３３ａとしては、例えばコイルばね等が適用できるが、これに限定されない。
【００３５】
一方、ハウジング７内であって、第３の歯車３３における第１電極３５の設けられている面に対向する位置には、図５及び図７（ｃ）に示すように、円盤状の第２の電極３６が設けられている。なお、図８に示すように、この第２の電極３６は絶縁膜３９を介して設けられている。
第２の電極３６は、第３の歯車３３の回転中心部である支軸３４ａから放射状に形成された放射状部３６ａを備えている。
【００３６】
この放射状部３６ａは、図７（ｂ）に示すように、多数の電極片３６ｂが一定間隔で放射状に配列された構成になっている。すなわち、この放射状部３６ａは、多数の電極片３６ｂがほぼ一定の幅で放射方向に向けて細長く形成されていると共に、互いに隣接する各電極片３６ｂが一定間隔の隙間をもって配列されている。
【００３７】
また、この放射状部３６ａは、多数の電極片３６ｂがその内周端と外周端とにおいてすべて接続された状態で、裏面側に導かれ図示しない端子を介して回路基板９と電気的に接続されている。また、この各電極片３６ｂ上には、図５及び図７（ｃ）に示すように、電荷保持体であるエレクトレット膜３７が形成されている。このエレクトレット膜３７は、半永久的な電荷をもつ絶縁体であり、フロロカーボン樹脂やアモルファスフッ素樹脂などの電荷保持材料からなっている。
【００３８】
このエレクトレット膜３７として使用可能な電荷保持材料は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニルデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、およびポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）のような高分子電荷保持材料、またはシリコン酸化物（ＳｉＯ２）およびシリコン窒化物（ＳｉＮ）のような無機電荷保持材料である。
【００３９】
本実施形態においては、第２の回転体である第３の歯車３３と、これに設けられている第１の電極３５と、第１の電極３５と対向するように配置された第２の電極３６と、第２の電極３６に設けられた電荷保持体としてのエレクトレット膜３７とにより発電機構ＨＤ１が構成されている。
そして、この発電機構ＨＤ１と、第１の回転体である回転錘１５、増速機構ＺＳである第１の歯車１９及び第２の歯車機構３２等により発電装置ＨＳが構成されている。
【００４０】
この発電装置ＨＳは、第１の回転体である回転錘１５が回転すると、第１の歯車１９、第２の歯車機構３２において回転速度が増速された上で回転力が第３の歯車３３に伝達される。第３の歯車３３に回転力が伝達されると、第３の歯車３３に設けられた第１の電極３５がハウジング７側に設けられた第２の電極３６に対して相対的に回転移動する。これにより、第２の電極３６の多数の電極片３６ｂ上に形成されたエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとが相対的に移動して、第１の電極３５と第２の電極３６のエレクトレット膜３７との間の誘導電荷量が変化することにより、発電するように構成されている。
すなわち、第２電極３６のエレクトレット膜３７と第１電極３５とが相対的に移動すると、静電誘導によりエレクトレット膜３７側の電荷が対向する第１電極３５側に流れることにより、回転力が電気エネルギーに変換され、発電が行なわれる。
なお、放射状に複数の電極片３５ｂ，３６ｂを設けることにより、第１の電極３５と第２の電極３６及びエレクトレット膜３７とを相対的に移動させたときに、電極片３５ｂ，３６ｂの重なり合いの面積変化の周波数を大きくすることができ、発電効率を向上させることができる。
【００４１】
次に、この発電装置ＨＳの回路構成について、図９に示された原理的な図を参照して説明する。
この発電装置ＨＳにおいては、第１の電極３５が第１、第２の各整流器４０、４１に接続され、第２の電極３６が第３、第４の各整流器４２、４３に接続されている。第１整流器４０は蓄電池１２の正極（＋）に接続され、第２整流器４１は蓄電池１２の負極（−）に接続され、第３整流器４２は蓄電池１２の正極（＋）に接続され、第４整流器４３は蓄電池１２の負極（−）に接続された構成になっている。
【００４２】
この場合、第１整流器４０と第４整流器４３とは、第１の電極３５が第２電極３６に対して一方向（例えば、時計回り方向）に回転移動した際に、電荷を蓄電池１２に蓄えるように電流の流れを整流するように構成されている。また、第２整流器４１と第３整流器４２とは、第１の電極３５が第２の電極３６に対して逆方向（例えば、反時計回り方向）に回転移動した際に、電荷を蓄電池１２に蓄えるように電流の流れを整流するように構成されている。
また、蓄電池１２には過充電防止回路４５が接続されており、蓄電池１２の電圧が所定値以上となったときに蓄電池１２への電力供給が止まるように構成されている。
【００４３】
次に、この電子腕時計を腕に取り付けて使用する場合について説明する。
例えば、腕を振って歩く場合のように電子腕時計１００を軽く振った場合には、回転錘１５が小径の円形部２０の外周部に設けられた半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって回転する。このときには、半円弧部２１の外周部に錘部２１ａが設けられているので、腕の振りに応じて回転錘１５に慣性力が発生し、この慣性力によって回転錘１５がハウジング７に対して一定間隔を保って回転する。
【００４４】
回転錘１５が回転すると、これと同期して第１の歯車１９が回転し、第２の歯車機構３２を経て第３の歯車３３を回転させる。第１の歯車１９、第２の歯車機構３２を介在させることにより、第３の歯車３３の回転数は回転錘１５の回転数よりも多くなり、回転錘１５の回転速度よりも速い回転速度で第３の歯車３３が回転する。第３の歯車３３が回転すると、第２の電極３６の多数の電極片３６ｂ上に形成されたエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとが相対的に移動して、第２の電極３６の多数のエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電して電荷を蓄電池１２に蓄える。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、回転力を発生させる第１の回転体である回転錘１５と発電機構ＨＤ１を構成する第２の回転体である第３の歯車３３との間に、第３の歯車３３の回転速度を回転錘１５の回転速度よりも増速する増速機構ＺＳとして第１の歯車１９及び第２の歯車機構３２を備えているので、発電周波数を上げて発電量を大きくすることができ、わずかな腕の動き等でも効率よく蓄電池１２への蓄電を行うことができる。
【００４６】
また、増速機構ＺＳは、第１の歯車１９及び第２の歯車３１等で構成された歯車機構であるので、各歯車の異なるギア比により増速効果を上げることができ、比較的簡易かつコンパクトな構成により効果的に回転速度を増速させることができる。
【００４７】
また、第１の回転体が、外部からの振動等に応じて回転する回転錘１５であるため、日常の腕の動き等により機械的に発電させて、蓄電池１２への蓄電を行うことができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
次に、図１０から図１５を参照しつつ、本発明に係る発電装置の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、回転錘の構成が第１の実施形態と異なるものであるため、以下においては、特に第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００４９】
図１０は、本実施形態に係る発電装置を適用した発電機器としての電子腕時計であり、図１１は図１０の一点鎖線部分の拡大図である。また、図１２及び図１３は、本実施形態における回転錘１５を示した図である。
本実施形態において、発電装置ＨＳは、第１の実施形態と同様、第１の回転体である回転錘１５、増速機構ＺＳである第１の歯車１９、第２の歯車機構３２、及び第２の回転体である第３の歯車３３を含む第３の歯車機構３４を備えており、第３の歯車３３と、これに設けられている第１の電極３５と、第１の電極３５と対向するように配置された第２の電極３６と、第２の電極３６に設けられた電荷保持体としてのエレクトレット膜３７とで構成された発電機構ＨＤ２を備えている。
【００５０】
また、本実施形態では、図１０及び図１１に示すように、回転錘１５にも、回転力を電気エネルギーに変換する発電機構ＨＤ３を設けている。
すなわち、回転錘１５の上面側（図１０において上側）には、図１１に示すように、第３の電極５１が絶縁膜５２（図１２及び図１３参照）を介して設けられている。本実施形態では、絶縁膜５２は、回転錘１５の半円弧部２１における上面のほぼ全域に設けられている。この絶縁膜５２上に設けられた第３の電極５１は、回転錘１５の回転中心部である軸孔１７ａから放射状に形成された放射状部５１ａを備えている。
【００５１】
この放射状部５１ａは、図１２及び図１３に示すように、回転錘１５の半円弧部２１に設けられた絶縁膜５２上に多数の電極片５１ｂが一定間隔で放射状に配列された構成になっている。すなわち、この放射状部５１ａは、多数の電極片５１ｂがほぼ一定の幅で放射方向に向けて細長く形成されていると共に、互いに隣接する各電極片５１ｂが一定間隔の隙間をもって配列されている。
【００５２】
また、この放射状部５１ａは、多数の電極片５１ｂがその内周端と外周端とにおいてすべて接続された状態で、絶縁膜５２の上面に露出し、この露出した部分が図示しないコイルばねなどの接続部材によって回路基板９と電気的に接続されている。
【００５３】
一方、ハウジング７の下面側（図１０において上側）であって、回転錘１５の第３の電極５１に対向するには、図１４に示すように、第４の電極６１が絶縁膜６２を介して設けられている。この場合、絶縁膜６２は、回転錘１５の第３の電極５１が回転移動する移動軌跡上に対応する箇所に、第３の電極５１の半円弧に対して更に半分程度（約９０°の角度範囲）の大きさで設けられており、この絶縁膜６２の下面（図１４では表面）に、第４の電極６１が設けられている。この第４の電極６１は、導電性を有する金属からなり、回転錘１５の回転中心部である固定軸１７から放射状に形成された放射状部６１ａを備えている。
【００５４】
この放射状部６１ａは、図１４に示すように、ハウジング７上に設けられた絶縁膜６２上に多数の電極片６１ｂが一定間隔で放射状に配列された構成になっている。すなわち、この放射状部６１ａは、第３の電極５１の放射状部５１ａと同様、多数の電極片６１ｂがほぼ一定の幅で放射方向に向けて細長く形成されていると共に、互いに隣接する各電極片６１ｂが一部を除いて一定間隔の隙間をもって配列されている。また、この各電極片６１ｂ上には、図１１に示すように、電荷保持体であるエレクトレット膜６５が形成されている。なお、エレクトレット膜６５は、第３の歯車３３と対向して設けられているエレクトレット膜３７と同様の構成のものであるため、その説明を省略する。
また、この放射状部６１ａは、多数の電極片６１ｂがその内周端と外周端とにおいてすべて接続された状態で、絶縁膜６２の側方に導かれて回転錘１５と電気的に接続されている。これにより、第４の電極６１は、回転錘１５および固定軸１７を介して回路基板９と電気的に接続されている。
【００５５】
これにより、この発電機構ＨＤ３は、回転錘１５が回転して、回転錘１５に設けられた第３の電極５１がハウジング７に設けられた第４の電極６１に対して相対的に回転移動すると、第４の電極６１の多数の電極片６１ｂ上に形成されたエレクトレット膜６５と第１電極５１の多数の電極片５１ｂとが相対的に移動して、第２電極６１のエレクトレット膜６５と第３の電極５１との間の誘導電荷量が変化することにより、発電するように構成されている。
すなわち、第４の電極６１のエレクトレット膜６５と第３の電極５１とが相対的に移動すると、静電誘導によりエレクトレット膜６５側の電荷が対向する第３の電極５１側に流れることにより、発電が行なわれる。
【００５６】
図１５は、本実施形態のように複数の発電機構ＨＤ２，ＨＤ３が設けられている場合の回路構成を示したものである。
発電機構ＨＤを複数設けた場合には、第１の電極３５，第３の電極５１が接続される第１、第２の各整流器４０、４１、７０，７１、第２の電極３６，第４の電極６１が接続される第３、第４の各整流器４２、４３、７２，７３が発電機構ＨＤ２，ＨＤ３ごとにそれぞれ設けられ、各発電機構ＨＤ２，ＨＤ３によって発電された電力が蓄電池１２に蓄えるように構成されている。
なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
次に、この電子腕時計を腕に取り付けて使用する場合について説明する。
まず、例えば腕を振って歩く場合のように電子腕時計を軽く振った場合には、回転錘１５が小径の円形部２０の外周部に設けられた半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって回転する。このときには、半円弧部２１の外周部に錘部２１ａが設けられているので、腕の振りに応じて回転錘１５に慣性力が発生し、この慣性力によって回転錘１５がハウジング７に対して一定間隔を保って回転する。
【００５８】
回転錘１５が回転すると、これと同期して第１の歯車１９が回転し、第２の歯車機構３２を経て第３の歯車３３を回転させる。第１の歯車１９、第２の歯車機構３２を介在させることにより、第３の歯車３３の回転数が回転錘１５の回転数よりも多くなり、第３の歯車３３が回転錘１５の回転速度よりも速い回転速度で回転する。第３の歯車３３が回転すると、第２電極３６の多数の電極片３６ｂ上に形成されたエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとが相対的に移動して、第２の電極３６の多数のエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電して電荷を蓄電池１２に蓄える。
【００５９】
また、本実施形態では、第３の歯車３３等で構成される発電機構ＨＤ２のみでなく、回転錘１５及びその対応する位置に設けられた発電機構ＨＤ３によっても、同時並行的に発電が行われる。
回転錘１５は、必ずしも１回転（３６０°の角度回転）せず、腕の振りによる慣性力に応じた角度範囲で揺動する。このため、回転錘１５は例えば時計周りに所定の角度回転した後、反時計回りに所定の角度回転し、この動作を繰り返すことにより、発電を繰り返して蓄電池１２に蓄電する。このとき、回転錘１５が１８０°の角度範囲で回転する場合には、常に第４の電極６１の多数の電極片６１ｂ上に形成されたエレクトレット膜６５と第３の電極５１の多数の電極片５１ｂとが互いに対向した状態で相対的に移動するので、連続して発電する。
【００６０】
すなわち、回転錘１５が時計周りに１８０°の角度範囲内における角度で回転するときに、第４の電極６１の多数の電極片６１ｂ上に形成されたエレクトレット膜６５と第３の電極５１の多数の電極片５１ｂとが相対的に移動して、第４の電極６１の多数のエレクトレット膜６５と第３の電極５１の多数の電極片５１ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電して電荷を蓄電池１２に蓄える。
【００６１】
また、回転錘１５が反時計周りに１８０°の角度範囲内における角度で回転するときにも、第４の電極６１の多数の電極片６１ｂ上に形成されたエレクトレット膜６５と第３の電極５１の多数の電極片５１ｂとが相対的に移動して、第４の電極６１の多数のエレクトレット膜６５と第３の電極５１の多数の電極片５１ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電して電荷を蓄電池１２に蓄える。
【００６２】
一方、電子腕時計が取り付けられた腕を曲げて上下方向に速く動かした場合には、当該電子腕時計内の回転錘１５が小径の円形部２０の外周部に設けられた半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって同じ方向（時計方向または反時計方向）に連続して回転する。このときには、エレクトレット膜６５を備えた第４の電極６１が半円弧部２１に設けられているので、回転錘１５が半回転（１８０°回転）するときに、第３の電極５１が第４の電極６１の一部に必ず対向するが、次の半回転（１８０°〜３６０°の角度回転）のときには、第３の電極５１が第４の電極６１に対向する範囲が狭くなり、第３、第４の各電極５１、６１の両者が対向しない範囲がある。
【００６３】
このため、第３の電極５１が第４の電極６１の一部に対向した状態で、回転錘１５が半回転するときに、第４の電極６１の多数の電極片６１ｂに形成されたエレクトレット膜６５と第１電極５１の多数の電極片５１ｂとが相対的に移動して、第４の電極６１の多数のエレクトレット膜６５と第３の電極５１の多数の電極片５１ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電して電荷を蓄電池１２に蓄える。
【００６４】
また、次の半回転（１８０°〜３６０°の角度回転）のときには、第３の電極５１が第４の電極６１に対向する範囲が狭くなるため、第４の電極６１の多数のエレクトレット膜６５と第３電極５１の多数の電極片５１ｂとの間の誘導電荷量が変化する範囲が狭くなり、発電量が少なくなり、第３、第４の各電極５１、６１の両者が対向しない範囲のときには発電しない。これにより、回転錘１５が連続して一方向に回転するときには、回転錘１５のほぼ半回転ごとに発電を行うため、ほぼ半回転ごとに間欠的に電荷を蓄電池１２に蓄電する。
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、第１の回転体である回転錘１５にも、第３の電極５１を設け、これに対向する位置に第４の電極６１及びエレクトレット膜６５を設けて、発電可能に構成したので、第３の歯車３３等で構成される発電機構ＨＤ２と併せて、２つの発電機構ＨＤ２，ＨＤ３により発電を行い、取り出した電気エネルギーを蓄電池１２に蓄電することができる。このため、より効率的に蓄電池１２への蓄電を行うことができる。
【００６６】
なお、第２の実施形態では、回転錘１５の半円弧部２１に第３の電極５１が設けられている場合を例としたが、第３の電極が設けられる位置はこれに限定されない。
例えば、図１６に示すように、円形部２０に第３の電極８１を設けてもよい。この場合には、図１７に示すように、対応する第４の電極８２及びこれに重ね合わされているエレクトレット膜を、この第３の電極の位置に対応する位置に設ける。
また、図１８に示すように、第３の電極８３，８４を円形部２０、半円弧部２１の双方に設ける構成としてもよい。この場合には、図１９に示すように、対応する第４の電極８５，８６及びこれに重ね合わされているエレクトレット膜も、この第３の電極８３，８４の位置に対応する位置に設ける。
【００６７】
さらに、第３の電極５１を回転錘１５の上側面のみに設けるのではなく、図２０及び図２１に示すように、回転錘１５の下側面（図２１において表面側の面）にも第３の電極９１を設けてもよい。この場合には、図２２に示すように、裏蓋５の内側面であって第３の電極９１に対応する位置に第４の電極９３及びエレクトレット膜を設ける。なお、第４の電極９３は、直接裏蓋５の上に配置してもよいが、図２０及び図２２に示すように、裏蓋５の上に基板９２を設けて、この上に第４の電極９３を配置することが好ましい。
なお、同様に、第１の電極を、第３の歯車３３の上下両面に設けて、それぞれ対応する位置に第２の電極及びエレクトレット膜を設ける構成としてもよい。
【００６８】
なお、第２の実施形態では、第３の歯車３３の下面及びこれに対応する位置に対向する位置に設けられた電極等で構成される発電機構ＨＤ２と、回転錘１５の上面及びこれに対応する位置に設けられた電極等で構成される発電機構ＨＤ３との２つの発電機構ＨＤ２，ＨＤ３を備える構成としたが、発電機構の数、設ける位置等はここに例示したものに限定されない。
例えば、増速機構ＺＳを構成する第１の歯車１９や第２の歯車３１にも電極等で構成される発電機構ＨＤを設けてもよい。
【００６９】
また、例えば、回転錘１５の回転を伝達し回転数を上げて回転速度を増速する増速機構としてさらに複数の歯車を設けて、発電機構を構成する第２の回転体としての歯車の回転速度をより増速するように構成してもよい。
【００７０】
また、上記各実施形態では、第１の電極３５及び第２の電極３６を第３の歯車３３の下側面全体を覆うような範囲、形状、大きさに設ける例を例示したが、第１の電極３５及び第２の電極３６を設ける範囲、大きさ、形状等はこれに限定されない。例えば、第１の電極３５及び第２の電極３６として第３の歯車３３の下側面の半分又は４分の１を覆う大きさ、形状のものを設けてもよいし、第３の歯車３３の表面積よりも大きな表面積を有する第１の電極３５及び第２の電極３６を設けてもよい。
【００７１】
また、上記各実施形態では、第１の歯車１９を支持する支軸となるベアリング１８、第２の歯車３１を支持する支軸３２ａ、第３の歯車３３を支持する支軸３４ａが直線上に並んで配置されている場合を例示したが、各歯車の支軸の位置はこれに限定されない。
また、第１の歯車１９は、固定軸１７と同軸である場合に限定されない。
【００７２】
また、本実施形態では、回転錘１５が第１の回転体である場合を例として説明したが、第１の回転体は回転錘１５に限定されない。例えば、電子腕時計の竜頭のように、回転力を加えることにより回転するものを第１の回転体とし、その回転力を増速機構によって増速して発電機構に導く構成としてもよい。
すなわち、この場合には、例えば第１の回転体としての竜頭の動きに同期して回転する歯車と、この歯車と噛み合って回転する歯車と、発電機構ＨＤを備える第２の回転体としての歯車とを設けて、竜頭の回転によって生じた回転の回転数、回転速度を歯車によって増速して、第２の回転体としての歯車に設けられた発電機構を動作させる構成とする。
【００７３】
また、上述した各実施形態では、固定側に位置する第２電極３６、第４の電極６１にエレクトレット膜３７，６５を設けた場合について述べたが、必ずしも固定側に位置する第２電極３６、第４の電極６１にエレクトレット膜３７，６５を設ける必要はなく、移動側に位置する第１電極３５、第３の電極５１にエレクトレット膜３７，６５を設ける構成としてもよい。このように構成しても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７４】
また、上述した実施形態では、発電装置を電子腕時計に適用した場合について述べたが、発電装置を適用する発電機器は、必ずしも電子腕時計などの時計である必要はない。例えば、発電装置を携帯電話機や歩数計などの携帯型の機器にも適用することができるほか、自動車や電車などの走行車両の車軸に取り付けて使用することもできる。この場合には、携帯電話機や自動車等が発電機器となる。
【００７５】
なお、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
【符号の説明】
【００７６】
１  本体ケース
５  裏蓋
７  ハウジング
９  回路基板
１５  回転錘
１９第１の歯車
３１  第２の歯車
３２  第２の歯車機構
３３  第３の歯車
３４  第３の歯車機構
３５  第１の電極
３６  第２の電極
３７  エレクトレット膜
１２  蓄電池
【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】
2011072070.tif 000019
【図１８】
2011072070.tif 000020
【図１９】
2011072070.tif 000021
【図２０】
2011072070.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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