(57)【要約】【課題】継続的な発電を実現する。【解決手段】発電装置は、第１振動子と、第２振動子と、第１振動子と第２振動子との間で移動可能な移動体と、移動体を案内する案内部と、第１振動子に固定された圧電素子と、を備える。ここで、第１振動子が基部から自由端である第１端まで延びる場合、第１振動子は、基部と第１端との間に設けられた１個以上の折返部と、経路に沿って移動された移動体に接触する接触部と、を有する。第１振動子の接触部は、基部に最も近い折返部よりも第１端側に設けられる。第１振動子が第１基部から第２基部まで延びる場合、第１振動子は、第１基部と第２基部との間に設けられた２個以上の折返部を有する。【選択図】  図１
2015065723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置であって、
基部と、
自由端である第１端を有し前記基部から前記第１端まで延びる第１振動子と、
自由端である第２端を有し前記基部から前記第２端まで延びる第２振動子と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間で移動可能な移動体と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間に設けられた経路を有し、前記経路に沿って前記移動体を案内する案内部と、
前記第１振動子に固定された圧電素子と、
を備え、
前記第１振動子および前記第２振動子は、それぞれ、前記経路に沿って移動された前記移動体が接触する部分である接触部を有し、
前記第１振動子は、前記基部と前記第１端との間に設けられた１個以上の折返部を有し、
前記第１振動子の前記接触部は、前記基部から前記第１端に向かって前記第１振動子を辿る場合に、前記基部に最も近い折返部よりも前記第１端側に設けられる、
発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、錘を有する、発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発電装置であって、
前記錘は、前記自由端を形成する、発電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置であって、
前記案内部は、前記経路上で、前記移動体から鉛直方向の力を受けることによって前記移動体を支持する支持部を有し、
前記支持部は、前記経路上の位置から、前記第１振動子の前記接触部である第１接触部と前記第２振動子の前記接触部である第２接触部とのいずれか一方に向かって下る傾斜部を有する、発電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発電装置であって、
前記支持部は、前記傾斜部として、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の位置から、前記第１接触部に向かって下る第１傾斜部と、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の前記位置から、前記第２接触部に向かって下る第２傾斜部と、
を有する、発電装置。
【請求項６】
請求項２または３に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、特定の平面に沿って形成されており、
前記第１振動子は、特定の方向と平行に延びるライン状の部分である長ライン部と、前記錘に接続され前記長ライン部よりも短いライン状の部分である短ライン部と、を有し、
前記特定の平面と平行、かつ、前記特定の方向と垂直な方向を向いて見た場合に、前記錘の少なくとも一部は、前記長ライン部に重なる位置に配置され、前記短ライン部の少なくとも一部は、前記長ライン部のうちの前記錘と重なる部分とは異なる部分に重なる位置に配置されている、
発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の発電装置であって、
前記圧電素子は、前記長ライン部に固定されている、
発電装置。
【請求項８】
発電装置であって、
第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部から前記第２基部まで延びる第１振動子と、
前記第１基部から前記第２基部まで延びる第２振動子と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間で移動可能な移動体と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間に設けられた経路を有し、前記経路に沿って前記移動体を案内する案内部と、
前記第１振動子に固定された圧電素子と、
を備え、
前記第１振動子は、前記第１基部と前記第２基部との間に設けられた２個以上の折返部を有する、
発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、錘を有する、発電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の発電装置であって、
前記錘は、前記第１基部から前記第２基部まで前記第１振動子を辿る場合に、最も前記第１基部に近い前記折返部と、最も前記第２基部に近い前記折返部と、の間に設けられている、
発電装置。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の発電装置であって、
前記案内部は、前記経路上で、前記移動体から鉛直方向の力を受けることによって前記移動体を支持する支持部を有し、
前記第１振動子および前記第２振動子は、それぞれ、前記経路に沿って移動された前記移動体が接触する部分である接触部を有し、
前記支持部は、前記経路上の位置から、前記第１振動子の前記接触部である第１接触部と前記第２振動子の前記接触部である第２接触部とのいずれか一方に向かって下る傾斜部を有する、発電装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の発電装置であって、
前記支持部は、前記傾斜部として、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の位置から、前記第１接触部に向かって下る第１傾斜部と、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の前記位置から、前記第２接触部に向かって下る第２傾斜部と、
を有する、発電装置。
【請求項１３】
請求項９または１０に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、特定の平面に沿って形成されており、
前記第１振動子は、特定の方向と平行に延びるライン状の部分である長ライン部と、前記錘に接続され前記長ライン部よりも短いライン状の部分である短ライン部と、を有し、
前記特定の平面と平行、かつ、前記特定の方向と垂直な方向を向いて見た場合に、前記錘の少なくとも一部は、前記長ライン部に重なる位置に配置され、前記短ライン部の少なくとも一部は、前記長ライン部のうちの前記錘と重なる部分とは異なる部分に重なる位置に配置されている、
発電装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発電装置であって、
前記圧電素子は、前記長ライン部に固定されている、
発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を利用した発電装置が提案されている。例えば、音叉を含む振動体と、振動体の自由端に固定された発電ユニットと、を備える発電装置が提案されている（特許文献１参照）。発電ユニットは、両端が閉塞された筒状のハウジングと、ハウジングの一方の側面に設けられた圧電セラミックス体と、ハウジングの他方の側面に設けられた圧電セラミックス体と、両圧電セラミックス体の間に配置されたパイプと、パイプ内に配置された転動自在な鋼球と、を有している。発電装置が振動した場合に、圧電セラミックス体は、鋼球の殴打による歪変形によって、発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６０９２２号公報
【特許文献２】特開平０７−４９３８８号公報
【特許文献３】特開平０９−２０５７８１号公報
【特許文献４】特許第３１７０９６５号公報
【特許文献５】特許第３７１１５６２号公報
【特許文献６】特開２００７−１９８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、発電装置の使用状況によっては、適切な発電が難しい場合があった。例えば、発電装置に振動が加えられる頻度が少ない場合には、継続的な発電が難しい場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
発電装置であって、
基部と、
自由端である第１端を有し前記基部から前記第１端まで延びる第１振動子と、
自由端である第２端を有し前記基部から前記第２端まで延びる第２振動子と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間で移動可能な移動体と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間に設けられた経路を有し、前記経路に沿って前記移動体を案内する案内部と、
前記第１振動子に固定された圧電素子と、
を備え、
前記第１振動子および前記第２振動子は、それぞれ、前記経路に沿って移動された前記移動体が接触する部分である接触部を有し、
前記第１振動子は、前記基部と前記第１端との間に設けられた１個以上の折返部を有し、
前記第１振動子の前記接触部は、前記基部から前記第１端に向かって前記第１振動子を辿る場合に、前記基部に最も近い折返部よりも前記第１端側に設けられる、
発電装置。
【０００７】
この構成によれば、移動体は、第１振動子のうちの基部に最も近い折返部よりも第１端（すなわち、自由端）側の部分に接触するので、折返部を含む部分がバネのように伸縮変形する。従って、移動体が第１振動子に衝突することによって生じる第１振動子の振動周波数を低くすることができる。この結果、第１振動子が振動する時間を長くすることができるので、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、錘を有する、発電装置。
【０００９】
この構成によれば、錘を有する振動子の振動周波数を低くすることができるので、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００１０】
［適用例３］
適用例２に記載の発電装置であって、
前記錘は、前記自由端を形成する、発電装置。
【００１１】
この構成によれば、振動子のうちの振動の振幅の大きな自由端が、錘によって形成されているので、錘を有する振動子の振動周波数を適切に低くすることができる。従って、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００１２】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかに記載の発電装置であって、
前記案内部は、前記経路上で、前記移動体から鉛直方向の力を受けることによって前記移動体を支持する支持部を有し、
前記支持部は、前記経路上の位置から、前記第１振動子の前記接触部である第１接触部と前記第２振動子の前記接触部である第２接触部とのいずれか一方に向かって下る傾斜部を有する、発電装置。
【００１３】
この構成によれば、発電装置が静止している場合に、移動体は、傾斜部に沿って、第１接触位置と第２接触位置とのいずれかに移動可能である。従って、発電装置が小さく揺れた場合には、第１振動子または第２振動子と接触している移動体によって、移動体と接触する振動子が振動させられる。この結果、小さい揺れを用いた発電を実現できる。
【００１４】
［適用例５］
適用例４に記載の発電装置であって、
前記支持部は、前記傾斜部として、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の位置から、前記第１接触部に向かって下る第１傾斜部と、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の前記位置から、前記第２接触部に向かって下る第２傾斜部と、
を有する、発電装置。
【００１５】
この構成によれば、発電装置が静止している場合に、移動体は、第１接触位置と第２接触位置とのいずれかに、容易に移動できる。従って、小さい揺れを用いた発電を、容易に実現できる。
【００１６】
［適用例６］
適用例２または３に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、特定の平面に沿って形成されており、
前記第１振動子は、特定の方向と平行に延びるライン状の部分である長ライン部と、前記錘に接続され前記長ライン部よりも短いライン状の部分である短ライン部と、を有し、
前記特定の平面と平行、かつ、前記特定の方向と垂直な方向を向いて見た場合に、前記錘の少なくとも一部は、前記長ライン部に重なる位置に配置され、前記短ライン部の少なくとも一部は、前記長ライン部のうちの前記錘と重なる部分とは異なる部分に重なる位置に配置されている、
発電装置。
【００１７】
この構成によれば、発電装置のサイズが大きくなることを抑制しつつ、第１振動子の振動周波数を低くすることができる。従って、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００１８】
［適用例７］
適用例６に記載の発電装置であって、
前記圧電素子は、前記長ライン部に固定されている、
発電装置。
【００１９】
この構成によれば、圧電素子が短ラインに固定されている場合と比べて、圧電素子を大きく変形させることができる。この結果、発電効率を向上できる。
【００２０】
［適用例８］
発電装置であって、
第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部から前記第２基部まで延びる第１振動子と、
前記第１基部から前記第２基部まで延びる第２振動子と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間で移動可能な移動体と、
前記第１振動子と前記第２振動子との間に設けられた経路を有し、前記経路に沿って前記移動体を案内する案内部と、
前記第１振動子に固定された圧電素子と、
を備え、
前記第１振動子は、前記第１基部と前記第２基部との間に設けられた２個以上の折返部を有する、
発電装置。
【００２１】
この構成によれば、折返部がバネのように変形するので、移動体が第１振動子に衝突することによって生じる第１振動子の振動周波数を低くすることができる。この結果、第１振動子が振動する時間を長くすることができるので、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００２２】
［適用例９］
適用例８に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、錘を有する、発電装置。
【００２３】
この構成によれば、錘を有する振動子の振動周波数を低くすることができるので、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００２４】
［適用例１０]
適用例９に記載の発電装置であって、
前記錘は、前記第１基部から前記第２基部まで前記第１振動子を辿る場合に、最も前記第１基部に近い前記折返部と、最も前記第２基部に近い前記折返部と、の間に設けられている、
発電装置。
【００２５】
この構成によれば、２つの基部のうちのいずれかと錘とが、折返部を介さずに接続されている場合と比べて、錘を有する振動子の振動周波数を低くすることができる。従って、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００２６】
［適用例１１］
適用例８ないし１０のいずれかに記載の発電装置であって、
前記案内部は、前記経路上で、前記移動体から鉛直方向の力を受けることによって前記移動体を支持する支持部を有し、
前記第１振動子および前記第２振動子は、それぞれ、前記経路に沿って移動された前記移動体が接触する部分である接触部を有し、
前記支持部は、前記経路上の位置から、前記第１振動子の前記接触部である第１接触部と前記第２振動子の前記接触部である第２接触部とのいずれか一方に向かって下る傾斜部を有する、発電装置。
【００２７】
この構成によれば、発電装置が静止している場合に、移動体は、傾斜部に沿って、第１接触位置と第２接触位置とのいずれかに移動可能である。従って、発電装置が小さく揺れた場合には、第１振動子または第２振動子と接触している移動体によって、移動体と接触する振動子が振動させられる。この結果、小さい揺れを用いた発電を実現できる。
【００２８】
［適用例１２］
適用例１１に記載の発電装置であって、
前記支持部は、前記傾斜部として、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の位置から、前記第１接触部に向かって下る第１傾斜部と、
前記第１接触部と前記第２接触部との間の前記位置から、前記第２接触部に向かって下る第２傾斜部と、
を有する、発電装置。
【００２９】
この構成によれば、発電装置が静止している場合に、移動体は、第１接触位置と第２接触位置とのいずれかに、容易に移動できる。従って、小さい揺れを用いた発電を、容易に実現できる。
【００３０】
［適用例１３］
適用例９または１０に記載の発電装置であって、
前記第１振動子は、特定の平面に沿って形成されており、
前記第１振動子は、特定の方向と平行に延びるライン状の部分である長ライン部と、前記錘に接続され前記長ライン部よりも短いライン状の部分である短ライン部と、を有し、
前記特定の平面と平行、かつ、前記特定の方向と垂直な方向を向いて見た場合に、前記錘の少なくとも一部は、前記長ライン部に重なる位置に配置され、前記短ライン部の少なくとも一部は、前記長ライン部のうちの前記錘と重なる部分とは異なる部分に重なる位置に配置されている、
発電装置。
【００３１】
この構成によれば、発電装置のサイズが大きくなることを抑制しつつ、第１振動子の振動周波数を低くすることができる。従って、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００３２】
［適用例１４］
適用例１３に記載の発電装置であって、
前記圧電素子は、前記長ライン部に固定されている、
発電装置。
【００３３】
この構成によれば、圧電素子が短ラインに固定されている場合と比べて、圧電素子を大きく変形させることができる。この結果、発電効率を向上できる。
【００３４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、発電方法として実現することができる。また、発電装置と、その発電装置によって供給される電力によって動作するセンサ（例えば、加速度センサ、または、歪みセンサ）と、を備える監視装置として実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】発電装置１０００の概略図である。
【図２】発電装置１０００ａの概略図である。
【図３】発電装置１０００ｂの概略図である。
【図４】発電装置１０００ｃの概略図である。
【図５】発電装置１０００ｄの概略図である。
【図６】発電装置１０００ｅの概略図である。
【図７】センサシステム２０００が利用される状況の例を示す説明図である。
【図８】センサシステム２０００の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての発電装置１０００の概略図である。図１（Ａ）は、発電装置１０００を鉛直方向の上側から見た平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図中には、３つの方向Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が示されている。第３方向Ｄ３は、鉛直方向の上方向である。第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２は、互いに垂直な方向であり、いずれも、第３方向Ｄ３と垂直な方向である。以下、第１方向Ｄ１を、単に「＋Ｄ１方向」とも呼び、第１方向Ｄ１の反対方向を、単に「−Ｄ１方向」とも呼ぶ。他の方向についても、同様に、「＋」または「−」の符号を用いて、方向を特定する。また、＋Ｄ１方向側を、単に「＋Ｄ１側」とも呼び、−Ｄ１方向側を、単に「−Ｄ１側」とも呼ぶ。他の方向側についても、同様である。
【００３７】
発電装置１０００は、外部から振動が与えられることによって発電する発電装置である。図１（Ａ）に示すように、発電装置１０００は、筐体９００と、基部５０と、第１振動子１００と、第２振動子２００と、第１圧電素子６１０と、第２圧電素子６２０と、案内部５００と、移動体としての球体６００と、を備えている。筐体９００は、平らな底面９１０を有している。発電装置１０００の使用方法としては、底面９１０が水平、すなわち、底面９１０が第３方向Ｄ３と垂直であることが想定されている。
【００３８】
基部５０は、筐体９００の底面９１０上に固定されている。基部５０の−Ｄ２側には、第１振動子１００が配置され、基部５０の＋Ｄ２側には、第２振動子２００が配置されている。第１振動子１００と第２振動子２００とは、基部５０に接続されている。第１振動子１００と第２振動子２００とは、Ｕ字状の音叉型振動体１０を形成している。第１振動子１００は、自由端である第１端１９０を有し、基部５０から第１端１９０まで延びている。第２振動子２００は、自由端である第２端２９０を有し、基部５０から第２端２９０まで延びている。第１振動子１００と第２振動子２００とは、第３方向Ｄ３と垂直な平面に沿って、形成されている。本実施例では、音叉型振動体１０と基部５０とは、ステンレス鋼で形成されている。例えば、音叉型振動体１０と基部５０との全体は、ステンレス鋼の板から、ワイヤーカット放電加工によって、切り出される。なお、音叉型振動体１０と基部５０とのそれぞれの材料としては、ステンレス鋼に限らず、他の種々の材料（例えば、リン青銅等の金属や、エポキシ樹脂等の樹脂）を採用可能である。振動子１００、２００の形状の詳細については、後述する。
【００３９】
案内部５００は、筐体９００の底面９１０上に設けられている。案内部５００は、基部５０の＋Ｄ１側の、第１振動子１００と第２振動子２００との間に配置されている。案内部５００は、第１振動子１００の近傍から、＋Ｄ２方向に向かって、第２振動子２００の近傍まで平行に延びる２つの壁５１０、５２０と、底面９１０のうちの２つの壁５１０、５２０で挟まれた部分である底部５３０と、を有している。２つの壁５１０、５２０は、底面９１０上に固定されている。本実施例では、２つの壁５１０、５２０は、ＡＢＳ樹脂で形成されている。ただし、壁５１０、５２０の材料としては、ＡＢＳ樹脂に限らず、他の種々の材料（例えば、エポキシ樹脂等の樹脂や、ステンレス鋼等の金属）を採用可能である。
【００４０】
球体６００は、２つの壁５１０、５２０の間に配置されている。図中の第１接触部１５０は、第１振動子１００のうちの、後述する経路Ｐｔに沿って移動された球体６００と接触する部分であり、第２接触部２５０は、第２振動子２００のうちの後述する経路Ｐｔに沿って移動された球体６００と接触する部分である。本実施例では、第１接触部１５０は、第１振動子１００の一部である第５ライン部１６５のうちの第１端１９０の近傍の部分であり、第２接触部２５０は、第２振動子２００の一部である第５ライン部２６５のうちの第２端２９０の近傍の部分である。案内部５００は、第１接触部１５０と第２接触部２５０とを結ぶ経路Ｐｔに沿った溝（すなわち、球体６００の通路）を形成している。球体６００は、経路Ｐｔに沿って、第１接触部１５０と第２接触部２５０との間を転動可能である。なお、本実施例では、球体６００は、ステンレス鋼で形成されている。ただし、球体６００の材料としては、ステンレス鋼に限らず、他の種々の材料（例えば、鉛等の金属）を採用可能である。
【００４１】
図１（Ｂ）は、第２方向Ｄ２と垂直な断面図であり、第２振動子２００の＋Ｄ２側から−Ｄ２方向を向いて見た断面図である。図中には、断面よりも−Ｄ２側に配置された要素のうちの一部も図示されている。図中には、脚部５０ｇが示されている。基部５０は、この脚部５０ｇを介して、底面９１０上に固定されている。
【００４２】
図１（Ｃ）は、第１方向Ｄ１と垂直な断面であり、経路Ｐｔを含む断面である。図示するように、球体６００は、底部５３０上に載っており、底部５３０上を第１接触部１５０と第２接触部２５０との間で移動可能である。すなわち、底部５３０は、経路Ｐｔ上で、球体６００から鉛直方向の下向きの力を受けることによって、球体６００を支持する支持部に対応する。なお、筐体９００の上側（＋Ｄ３側）は、図示しない蓋で覆われている。
【００４３】
２つの振動子１００、２００は、底面９１０から脚部５０ｇ（図１（Ｂ））の高さだけ離れた位置に、配置されている。また、２つの振動子１００、２００は、壁５１０、５２０から離れた位置に、配置されている。２つの振動子１００、２００は、底面９１０と壁５１０、５２０とに接触することなく、第３方向Ｄ３と垂直な方向に、自由に振動可能である。
【００４４】
発電装置１０００に振動が加えられると、球体６００は、第１振動子１００と第２振動子２００との間を、第１振動子１００と第２振動子２００とに衝突しながら、往復し得る。球体６００が、振動子１００、２００に衝突することによって、振動子１００、２００、すなわち、音叉型振動体１０が、振動する。
【００４５】
第１振動子１００には、第１圧電素子６１０が固定されている。第２振動子２００には、第２圧電素子６２０が固定されている。圧電素子６１０、６２０は、例えば、エポキシ樹脂を用いて、振動子１００、２００に接着されている。振動子１００、２００が、振動によって変形すると、圧電素子６１０、６２０も変形する。この結果、圧電素子６１０、６２０は、電圧を発生する。発生した電圧は、図示しないリード線を通じて、外部に引き出される。
【００４６】
次に、音叉型振動体１０（すなわち、振動子１００、２００）の形状の詳細について、説明する。本実施例では、音叉型振動体１０と基部５０との構成は、基部５０を通り第２方向Ｄ２と垂直な面ＰＳに対して、面対称である。対称面ＰＳの−Ｄ２側に第１振動子１００が配置され、対称面ＰＳの＋Ｄ２側に第２振動子２００が配置されている。以下、第１振動子１００の要素の符号として、百の位が「１」である３桁の数字を含む符号を用いる。そして、第２振動子２００の要素の符号として、第１振動子１００の要素のうちの対応する要素の符号の百の位を「１」から「２」に変更した符号を用いる。例えば、第２振動子２００の第１ライン部２６１は、第１振動子１００の第１ライン部１６１に対応している。以下、第１振動子１００の形状について詳細に説明し、第２振動子２００については、説明を省略する。
【００４７】
第１振動子１００は、基部５０から−Ｄ２方向に向かって延びる第１棒部１２０と、第１棒部１２０の−Ｄ２側の端に接続された第１バネ部１３０と、を有している。第１棒部１２０の＋Ｄ２側の端１１０は、基部５０に接続されている。また、第１棒部１２０の端１１０は、第２振動子２００の第２棒部２２０の−Ｄ２側の端２１０とも、接続されている。
【００４８】
第１バネ部１３０は、山谷の繰り返しパターンで＋Ｄ２方向に延びることによって、自由端である第１端１９０に至る。このような山谷の繰り返しパターンは、メアンダ形状とも呼ばれる。具体的には、第１バネ部１３０は、第１方向Ｄ１と平行な５本のライン部１６１〜１６５と、４つの折返部１８１〜１８４と、を有している。５本のライン部１６１〜１６５は、＋Ｄ２方向に向かって、この順番に並んで配置されている。５本のライン部１６１〜１６５のそれぞれの長さは、おおよそ同じである。第１ライン部１６１の−Ｄ１側の端は、第１棒部１２０の−Ｄ２側の端に接続されている。
【００４９】
折返部１８１〜１８４は、振動子を形成するラインが折り返される部分であり、本実施例では、略Ｕ字状の部分である。第１折返部１８１は、第１ライン部１６１と第２ライン部１６２との＋Ｄ１側の端を接続している。第２折返部１８２は、第２ライン部１６２と第３ライン部１６３との−Ｄ１側の端を接続している。第３折返部１８３は、第３ライン部１６３と第４ライン部１６４との＋Ｄ１側の端を接続している。第４折返部１８４は、第４ライン部１６４と第５ライン部１６５との−Ｄ１側の端を接続している。第５ライン部１６５の＋Ｄ１側の端１９０は、自由端であり、第１振動子１００の第１端１９０を形成している。球体６００が経路Ｐｔ上を第１振動子１００に向かって移動すると、球体６００は、第５ライン部１６５の＋Ｄ１側の第１接触部１５０（第１端１９０の近傍）に、衝突する。
【００５０】
本実施例では、第１接触部１５０は、基部５０から第１端１９０に向かって第１振動子１００を辿る場合に、基部５０に最も近い第１折返部１８１よりも第１端１９０に近い部分である。球体６００が、第１接触部１５０に衝突すると、第１接触部１５０から、基部５０に固定された端１１０までの間に配置された折返部を含む部分が、バネのように伸縮変形する。本実施例では、４つの折返部１８１〜１８４を含む第１バネ部１３０が、バネのように第２方向Ｄ２に沿って変形（伸縮）する。
【００５１】
球体６００が、第１振動子１００に衝突すると、第１バネ部１３０が第２方向Ｄ２に沿って伸縮しつつ、第１振動子１００の各部が、第３方向Ｄ３と垂直な方向に沿って振動する。この振動は、端１１０、２１０と基部５０とを通じて、第２振動子２００に伝わる。第２振動子２００の第２バネ部２３０は、第２方向Ｄ２に沿って伸縮しつつ、第２振動子２００の各部が、第３方向Ｄ３と垂直な方向に沿って振動する。このように、音叉型振動体１０（すなわち、第１振動子１００と第２振動子２００）は、いわゆる固有振動を、行う。球体６００が第２振動子２００に衝突する場合も同様に、音叉型振動体１０は、固有振動を行う。
【００５２】
球体６００から受ける力が同じである場合に、第１バネ部１３０は、剛体と比べて、大きく変形可能である。音叉型振動体１０の変形を、いわゆるフックの法則を用いてモデル化したと仮定すると、第１バネ部１３０は、音叉型振動体１０のバネ定数を小さくする。一般に、質量ｍの物体がバネ定数ｋのバネに接続されている場合、このシステムの固有角振動数ｗは、ｗ＝ＳＱＲＴ（ｋ／ｍ）で表される。ここで、「ＳＱＲＴ（ｘ）」は、値ｘの平方根を返す関数である。このように、バネ定数が小さいほど、固有振動数が小さくなる。従って、第１バネ部１３０は、第１バネ部１３０の代わりに剛体が設けられている場合と比べて、音叉型振動体１０の固有振動数を低くすることができる。
【００５３】
音叉型振動体１０の固有振動数が低い場合、固有振動数が高い場合と比べて、以下の特徴が実現される。すなわち、音叉型振動体１０の変形は、ゆっくり進行する。従って、音叉型振動体１０の変形に起因する減衰（振動の減衰）は、ゆっくり進行する。この結果、固有振動の継続時間が、長くなる。以上により、発電装置１０００による継続的な発電を実現できる。例えば、発電装置１０００に振動が加えられる頻度が少ない場合であっても、発電装置１０００による発電が途切れることを抑制できる。本実施例では、第２振動子２００も第２バネ部２３０を有している。従って、音叉型振動体１０の固有振動数を適切に低くすることができる。
【００５４】
また、第１バネ部１３０は、剛体と比べて、大きく変形し得る。また、本実施例では、第１圧電素子６１０は、第１バネ部１３０（具体的には、第１ライン部１６１の−Ｄ２側の表面）に固定されている。従って、発電量を増大できる。第２振動子２００の第２バネ部２３０に固定された第２圧電素子６２０についても、同様である。
【００５５】
また、第１圧電素子６１０は、第１振動子１００の表面のうちの、球体６００と衝突する部分（第５ライン部１６５の＋Ｄ２側の表面）とは異なる部分に固定されている。従って、球体６００が直接的に第１圧電素子６１０に衝突することが避けられるので、第１圧電素子６１０の破損を抑制できる。第２圧電素子６２０についても、同様である。
【００５６】
また、第１接触部１５０は、第１振動子１００のうちの、固定端である端１１０よりも、自由端である第１端１９０、すなわち、固有振動の振幅が大きい部分（「腹」とも呼ばれる）に近い。従って、球体６００と第１振動子１００との衝突による第１振動子１００（ひいては、音叉型振動体１０）の大きな変形を、実現できる。この結果、発電能力を向上できる。特に、第１バネ部１３０の伸縮方向（ここでは、第２方向Ｄ２と平行な方向）は、第１振動子１００に衝突する球体６００の移動方向と、平行である。従って、球体６００が第１振動子１００に衝突する場合に、第１振動子１００を大きく変形させることができる。球体６００と第２振動子２００との衝突についても、同様である。
【００５７】
Ｂ．第２実施例：
図２は、第２実施例の発電装置１０００ａの概略図である。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、それぞれ、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）と同様の概略図を示している。第１実施例の発電装置１０００からの差異は、２つある。第１の差異は、振動子１００、２００が、錘１４０、２４０を含む振動子１００ａ、２００ａに置換されている点である。第２の差異は、案内部５００ａの第２方向Ｄ２の長さが、第１実施例の案内部５００の長さよりも短い点である。発電装置１０００ａの他の構成は、第１実施例の発電装置１０００の構成と同じである。音叉型振動体１０ａの構成は、第２方向Ｄ２と垂直な対称面ＰＳに対して面対称である。以下、第２実施例の発電装置１０００ａの要素のうち、第１実施例の発電装置１０００の要素と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００５８】
第２実施例の振動子１００ａ（図２（Ａ））の形状は、第１実施例の第１振動子１００（図１（Ａ））の３本のライン部１６３、１６４、１６５を、より短い３本のライン部１７３、１７４、１７５に置換し、そして、第５ライン部１７５の＋Ｄ１側の端１７５ｅに錘１４０を接続することによって得られる形状と、同じである。第３折返部１８３は、第３ライン部１７３と第４ライン部１７４との＋Ｄ１側の端を接続している。第４折返部１８４は、第４ライン部１７４と第５ライン部１７５の−Ｄ１側の端を接続している。５本のライン部１６１、１６２、１７３、１７４、１７５と、４つの折返部１８１〜１８４とは、全体として、メアンダ形状の第１バネ部１３０ａを形成している。
【００５９】
図中には、３本の仮想直線Ｌａ、Ｌｍ、Ｌｂが示されている。これらの仮想直線Ｌａ、Ｌｍ、Ｌｂは、いずれも、第２方向Ｄ２と平行であり、第１方向Ｄ１に向かって、この順番に並んでいる。第１振動子１００ａの２本のライン部１６１、１６２は、それぞれ、第１仮想直線Ｌａ上の位置から、＋Ｄ１方向に向かって、第２仮想直線Ｌｂ上の位置まで延びている。第１仮想直線Ｌａ上、および、第２仮想直線Ｌｂ上では、第２ライン部１６２は、第１ライン部１６１の＋Ｄ２側に配置されている。第１振動子１００ａの３本のライン部１７３、１７４、１７５は、それぞれ、第１仮想直線Ｌａ上の位置から、＋Ｄ１方向に向かって、第１仮想直線Ｌａと第２仮想直線Ｌｂとの間の位置（ここでは、第３仮想直線Ｌｍ上の位置。第５ライン部１７５については、第３仮想直線Ｌｍよりも＋Ｄ１側の端１７５ｅの位置）まで延びている。第１仮想直線Ｌａ上、および、第３仮想直線Ｌｍ上では、第４ライン部１７４は、第３ライン部１７３の＋Ｄ２側に配置され、第５ライン部１７５は、第４ライン部１７４の＋Ｄ２側に配置されている。以下、比較的長い２本のライン部１６１、１６２を、「長ライン部１６１、１６２」とも呼び、比較的短い３本のライン部１７３、１７４、１７５を、「短ライン部１７３、１７４、１７５」とも呼ぶ。短ライン部１７３、１７４、１７５は、長ライン部１６１、１６２の＋Ｄ２側に配置されている。
【００６０】
図２（Ａ）の平面図において、錘１４０の形状は、球体６００の外径よりも若干大きな矩形状である。錘１４０は、振動子１００ａの自由端である第１端１９０ａを形成する。また、錘１４０の−Ｄ２側の半分の部分は、３本の短ライン部１７３、１７４、１７５の＋Ｄ１側、かつ、２本の長ライン部１６１、１６２の＋Ｄ２側に、配置されている。錘１４０の＋Ｄ２側の半分の部分は、第５ライン部１７５よりも＋Ｄ２側に配置されている。
【００６１】
案内部５００ａは、２つの壁５１０ａ、５２０ａと、底面９１０のうちの２つの壁５１０ａ、５２０ａの間の部分である底部５３０ａと、を有している。壁５１０ａ、５２０ａは、第１錘１４０の近傍から、＋Ｄ２方向に向かって、第２錘２４０の近傍まで平行に延びている。案内部５００ａは、第１接触部１５０ａと第２接触部２５０ａとを結ぶ経路Ｐｔａに沿った溝を形成している。この溝の内に、球体６００は配置されている。図中の第１接触部１５０ａは、第１振動子１００ａのうちの、経路Ｐｔａに沿って移動された球体６００と接触する部分であり、本実施例では、第１錘１４０のうちの＋Ｄ２側の部分である。第２接触部２５０ａは、第２振動子２００ａのうちの、経路Ｐｔａに沿って移動された球体６００と接触する部分であり、本実施例では、第２錘２４０のうちの−Ｄ２側の部分である。底部５３０ａは、経路Ｐｔａ上で、球体６００から鉛直方向の下向きの力を受けることによって、球体６００を支持する支持部に対応する。
【００６２】
２つの振動子１００ａ、２００ａは、壁５１０ａ、５２０ａから離れた位置に、配置されている。そして、２つの振動子１００ａ、２００ａは、底面９１０と壁５１０ａ、５２０ａとに接触することなく、第３方向Ｄ３と垂直な方向に、自由に振動可能である。
【００６３】
発電装置１０００ａに振動が加えられると、球体６００は、第１錘１４０と第２錘２４０との間を、第１錘１４０と第２錘２４０とに衝突しながら、往復し得る。球体６００が、錘１４０、２４０に衝突することによって、振動子１００ａ、２００ａ、すなわち、音叉型振動体１０ａが、固有振動を行う。
【００６４】
以上のように、第２実施例では、振動子１００ａ、２００ａは、第１実施例と同様に、バネ部１３０ａ、２３０ａを有している。従って、第２実施例の発電装置１０００ａは、第１実施例の発電装置１０００と同じ種々の効果を実現可能である。例えば、音叉型振動体１０ａの固有振動数を低くすることができる。従って、固有振動の継続時間を長くすることができる。この結果、発電装置１０００ａによる継続的な発電を実現できる。
【００６５】
さらに、振動子１００ａ、２００ａは、錘１４０、２４０を、それぞれ、有する。従って、音叉型振動体１０ａの固有振動数を、適切に低くすることができる。この結果、発電装置１０００ａによる継続的な発電を実現できる。
【００６６】
また、振動子１００ａ、２００ａのうちの振動の振幅の大きな自由端である端１９０ａ、２９０ａが、錘１４０、２４０によって形成されている。従って、音叉型振動体１０ａの固有振動数を、適切に低くすることができる。この結果、発電装置による継続的な発電を実現できる。
【００６７】
また、図２（Ａ）で説明したように、振動子１００ａは、第１仮想直線Ｌａ上の位置から第２仮想直線Ｌｂ上の位置まで第１方向Ｄ１と平行に延びる長ライン部１６１、１６２と、第１仮想直線Ｌａ上の位置から第１仮想直線Ｌａと第２仮想直線Ｌｂとの間の位置まで、第１方向Ｄ１と平行に延びる短ライン部１７３、１７４、１７５と、を有する。そして、第１錘１４０の一部は、短ライン部１７３、１７４、１７５の＋Ｄ１側、かつ、長ライン部１６１、１６２の＋Ｄ２側に、配置されている。換言すれば、第１方向Ｄ１と垂直な第２方向Ｄ２を向いて見た場合に、第１錘１４０の少なくとも一部は、長ライン部１６２の第１部分Ｐｏ１に重なる位置に配置されている。そして、第１錘１４０に接続された短ライン部１７５の少なくとも一部は、長ライン部１６２のうちの第１部分Ｐｏ１とは異なる第２部分Ｐｏ２（第１部分Ｐｏ１よりも−Ｄ１側の部分）に重なる位置に配置されている。すなわち、第１実施例の発電装置１０００と比べると、長いライン部１６３、１６４、１６５を、短ライン部１７３、１７４、１７５に変更することによって空いた領域に、錘の一部が配置されている。従って、発電装置１０００ａのサイズが大きくなることを抑制しつつ、固有振動数を低くすることができる。第２振動子２００ａについても、同様である。
【００６８】
また、圧電素子６１０、６２０は、長ライン部１６１、２６１に、それぞれ、固定されている。従って、圧電素子が短ライン部１７３〜１７５、２７３〜２７５に固定されている場合と比べて、圧電素子を大きく変形させることができる。この結果、発電効率を向上できる。
【００６９】
Ｃ．第３実施例：
図３は、第３実施例の発電装置１０００ｂの概略図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれ、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）と同様の概略図を示している。第２実施例の発電装置１０００ａからの差異は、案内部５００ｂの底部として、平らな底部５３０ａの代わりに、傾斜部５４１、５４２を有する底部５３０ｂが採用されている点だけである。発電装置１０００ｂの他の構成は、第２実施例の発電装置１０００ａの構成と、同じである。以下、第３実施例の発電装置１０００ｂの要素のうち、第２実施例の発電装置１０００ａの要素と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００７０】
図３（Ｃ）には、傾斜部５４１、５４２の断面図が示されている。図示するように、第１傾斜部５４１は、経路Ｐｔｂの途中の位置Ｐｋから第１接触部１５０ａへ向かって下っている。また、第２傾斜部５４２は、位置Ｐｋから第２接触部２５０ａへ向かって下っている。本実施例では、第１傾斜部５４１は、位置Ｐｋから、経路Ｐｔｂに沿って移動された球体６００が第１接触部１５０ａと接触する位置まで延びている。第２傾斜部５４２は、位置Ｐｋから、経路Ｐｔｂに沿って移動された球体６００が第２接触部２５０ａと接触する位置まで延びている。底部５３０ｂ（傾斜部５４１、５４２）は、経路Ｐｔｂ上で、球体６００から鉛直方向の下向きの力を受けることによって、球体６００を支持する支持部に対応する。
【００７１】
発電装置１０００ｂが静止している場合には、球体６００は、第１傾斜部５４１、または、第２傾斜部５４２に沿って、第１接触部１５０ａと接触する位置、または、第２接触部２５０ａと接触する位置に移動する。すなわち、球体６００は、第１振動子１００ａと第２振動子２００ａとのいずれかと接触している。従って、発電装置１０００ｂが小さく揺れた場合には、球体６００は、球体６００と接触している振動子（第１振動子１００ａ、または、第２振動子２００ａ）を、振動させる。この結果、小さい揺れを用いた発電を実現できる。
【００７２】
また、発電装置１０００ｂは、第２実施例の発電装置１０００ａと同じ構成を有している。従って、発電装置１０００ｂは、第２実施例の発電装置１０００ａと同じ種々の効果を実現可能である。例えば、音叉型振動体１０ａの固有振動数を低くすることができる。従って、固有振動の継続時間を長くすることができる。この結果、発電装置１０００ｂによる継続的な発電を実現できる。
【００７３】
Ｄ．第４実施例：
図４は、第４実施例の発電装置１０００ｃの概略図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、それぞれ、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）と同様の概略図を示している。図４（Ａ）には、第１方向Ｄ１と垂直な対称面ＰＳｃが示されている。発電装置１０００ｃの構成は、対称面ＰＳｃに対する面対称である。対称面ＰＳｃの−Ｄ１側と＋Ｄ１側とのそれぞれには、第１実施例の発電装置１０００の要素と同じ構成を有する要素が配置されている。対称面ＰＳｃの−Ｄ１側の要素には、第１実施例の対応する要素の符号の末尾に文字「Ｓ」を追加した符号を付している。例えば、第１ライン部１６１Ｓの構成は、第１実施例の第１ライン部１６１の構成と、同じである。対称面ＰＳｃの＋Ｄ１側の要素には、第１実施例の対応する要素の符号の末尾に文字「Ｎ」を追加した符号を付している。また、発電装置１０００ｃに１つだけ設けられている要素には、−Ｄ１側と＋Ｄ１側との区別をせずに、第１実施例の対応する要素の符号と同じ符号を付している。例えば、発電装置１０００ｃの案内部５００と球体６００との構成は、第１実施例の案内部５００と球体６００との構成と、それぞれ同じである。発電装置１０００ｃの要素のうちの、第１実施例の発電装置１０００には設けられていない要素には、新たな符号が付される。また、図４（Ｃ）は、対称面ＰＳｃでの断面を示している。
【００７４】
第４実施例の発電装置１０００ｃは、筐体９００ｃと、第１振動子１００ｃと、第２振動子２００ｃと、基部５０Ｓ、５０Ｎと、脚部５０ｇＳ、５０ｇＮ（図４（Ｂ））と、案内部５００と、球体６００と、圧電素子６１０Ｓ、６２０Ｓ、６１０Ｎ、６２０Ｎと、を備えている。
【００７５】
対称面ＰＳｃの−Ｄ１側には、第１実施例の音叉型振動体１０、基部５０、脚部５０ｇ、圧電素子６１０、６２０とそれぞれ同じ構成を有する第１部分１０Ｓ、基部５０Ｓ、脚部５０ｇＳ、圧電素子６１０Ｓ、６２０Ｓが、対称面ＰＳｃから離れた位置に配置されている。対称面ＰＳｃの＋Ｄ１側には、第１部分１０Ｓ、基部５０Ｓ、脚部５０ｇＳ、圧電素子６１０Ｓ、６２０Ｓの対称面ＰＳｃに対する鏡像とそれぞれ同じ構成を有する第２部分１０Ｎ、基部５０Ｎ、脚部５０ｇＮ、圧電素子６１０Ｎ、６２０Ｎが、対称面ＰＳｃから離れた位置に配置されている。
【００７６】
図４（Ａ）に示すように、発電装置１０００ｃの−Ｄ２側では、第５ライン部１６５Ｓの第１端１９０Ｓに対応する部分と、第５ライン部１６５Ｎの第１端１９０Ｎに対応する部分とが、第１方向Ｄ１に沿って延びる接続部１９５ｃによって接続されている。第１振動子１００Ｓと、接続部１９５ｃと、第１振動子１００Ｎとは、第１基部５０Ｓから第２基部５０Ｎまで延びる第１振動子１００ｃを形成する。
【００７７】
発電装置１０００ｃの＋Ｄ２側では、第５ライン部２６５Ｓの第２端２９０Ｓに対応する部分と、第５ライン部２６５Ｎの第２端２９０Ｎに対応する部分とが、第１方向Ｄ１に沿って延びる接続部２９５ｃによって接続されている。第２振動子２００Ｓと、接続部２９５ｃと、第２振動子２００Ｎとは、第１基部５０Ｓから第２基部５０Ｎまで延びる第２振動子２００ｃを形成する。
【００７８】
第１振動子１００ｃと第２振動子２００ｃとは、双音叉型振動体２０ｃを形成する。
【００７９】
案内部５００は、筐体９００ｃの底面９１０ｃ上の、対称面ＰＳｃと重なる位置に配置されている。球体６００の経路Ｐｔｃは、対称面ＰＳｃ上に形成される。経路Ｐｔｃは、第１振動子１００ｃの第１接触部１５０ｃと、第２振動子２００ｃの第２接触部２５０ｃと、を結ぶ経路である。第１接触部１５０ｃは、第１振動子１００ｃのうちの、経路Ｐｔｃに沿って移動された球体６００と接触する部分であり、本実施例では、接続部１９５ｃの＋Ｄ２側の部分である。第２接触部２５０ｃは、第２振動子２００ｃのうちの、経路Ｐｔｃに沿って移動された球体６００と接触する部分であり、本実施例では、接続部２９５ｃの−Ｄ２側の部分である。
【００８０】
発電装置１０００ｃに振動が加えられると、球体６００は、第１振動子１００ｃと第２振動子２００ｃとの間を、第１振動子１００ｃと第２振動子２００ｃとに衝突しながら、往復し得る。球体６００が、第１振動子１００ｃに衝突すると、第１バネ部１３０Ｓと第１バネ部１３０Ｎとが第２方向Ｄ２に沿って伸縮しつつ、第１振動子１００ｃの各部が、第３方向Ｄ３と垂直な方向に沿って振動する。この振動は、端１１０Ｓ、２１０Ｓ、１１０Ｎ、２１０Ｎと、基部５０Ｓ、５０Ｎとを通じて、第２振動子２００ｃに伝わる。第２振動子２００ｃの第２バネ部２３０Ｓ、２３０Ｎは、第２方向Ｄ２に沿って伸縮しつつ、第２振動子２００ｃの各部が、第３方向Ｄ３と垂直な方向に沿って振動する。このように、双音叉型振動体２０ｃ（すなわち、第１振動子１００ｃと第２振動子２００ｃ）は、固有振動を行う。球体６００が第２振動子２００ｃに衝突する場合も同様に、双音叉型振動体２０ｃは、固有振動を行う。
【００８１】
上記各実施例と同様に、第１バネ部１３０Ｓ、１３０Ｎは、双音叉型振動体２０ｃのバネ定数を小さくすることができる、すなわち、双音叉型振動体２０ｃの固有振動数を低くすることができる。従って、固有振動の継続時間が長くなるので、発電装置１０００による継続的な発電を実現できる。本実施例では、第２振動子２００ｃも、第２バネ部２３０Ｓ、２３０Ｎを有している。従って、双音叉型振動体２０ｃの固有振動数を適切に低くすることができる。
【００８２】
また、第４実施例では、第１振動子１００ｃを第１基部５０Ｓから第２基部５０Ｎまで辿る場合に、第１接触部１５０ｃは、第１振動子１００ｃのうちの、第１基部５０Ｓに最も近い第１折返部１８１Ｓと、第２基部５０Ｎに最も近い第１折返部１８１Ｎと、の間に設定されている。すなわち、第１接触部１５０ｃが、第１基部５０Ｓまたは第１基部５０Ｓから折返部を介さずに辿り着ける部分である場合と比べて、第１接触部１５０ｃは、固有振動の腹に近い。特に本実施例では、第１振動子１００ｃの構成が対称面ＰＳｃに対して面対称であり、第１接触部１５０ｃは、第１振動子１００ｃの中間位置に配置されている。すなわち、第１接触部１５０ｃが腹と一致している。従って、球体６００と第１振動子１００ｃとの衝突による第１振動子１００ｃ（ひいては、双音叉型振動体２０ｃ）の大きな変形を、実現できる。この結果、発電能力を向上できる。特に、第１バネ部１３０Ｓ、１３０Ｎの伸縮方向（ここでは、第２方向Ｄ２と平行な方向）は、第１振動子１００ｃに衝突する球体６００の移動方向と、平行である。従って、球体６００が第１振動子１００ｃに衝突する場合に、第１振動子１００を大きく変形させることができる。球体６００と第２振動子２００ｃとの衝突についても、同様である。
【００８３】
また、発電装置１０００ｃは、第１実施例の発電装置１０００と同じ構成を有している。従って、発電装置１０００ｃは、第１実施例の発電装置１０００と同じ種々の効果を実現できる。例えば、球体６００が直接的に圧電素子６１０Ｓ、６２０Ｓ、６１０Ｎ、６２０Ｎに衝突することが避けられるので、圧電素子６１０Ｓ、６２０Ｓ、６１０Ｎ、６２０Ｎの破損を抑制できる。
【００８４】
Ｅ．第５実施例：
図５は、第５実施例の発電装置１０００ｄの概略図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、それぞれ、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）と同様の概略図を示している。第４実施例の発電装置１０００ｃからの差異は、第１実施例の音叉型振動体１０と案内部５００との代わりに、第２実施例の音叉型振動体１０ａと案内部５００ａとを用いている点だけである。発電装置１０００ｄの構成は、対称面ＰＳｃに対する面対称である。発電装置１０００ｄの要素の符号は、図４で説明した方法と同じ方法で、設定されている。
【００８５】
図５（Ａ）に示すように、発電装置１０００ｄの−Ｄ２側では、第１錘１４０Ｓの第１端１９０ａＳに対応する部分と、第１錘１４０Ｎの第１端１９０ａＮに対応する部分とが、接続部１９５ｄによって接続されている。第１錘１４０Ｓと接続部１９５ｄと第１錘１４０Ｎとは、１つの錘１４０ｄ（「第１錘１４０ｄ」とも呼ぶ）を形成している。第１振動子１００ａＳと、接続部１９５ｄと、第１振動子１００ａＮとは、第１基部５０Ｓから第２基部５０Ｎまで延びる第１振動子１００ｄを形成する。
【００８６】
発電装置１０００ｄの＋Ｄ２側では、第２錘２４０Ｓの第２端２９０ａＳに対応する部分と、第２錘２４０Ｎの第２端２９０ａＮに対応する部分とが、接続部２９５ｄによって接続されている。第２錘２４０Ｓと接続部２９５ｄと第２錘２４０Ｎとは、１つの錘２４０ｄ（「第２錘２４０ｄ」とも呼ぶ）を形成している。第２振動子２００ａＳと、接続部２９５ｄと第２振動子２００ａＮとは、第１基部５０Ｓから第２基部５０Ｎまで延びる第２振動子２００ｄを形成する。
【００８７】
第１振動子１００ｄと第２振動子２００ｄとは、双音叉型振動体２０ｄを形成する。
【００８８】
案内部５００ａは、筐体９００ｃの底面９１０ｃ上の、対称面ＰＳｃと重なる位置に配置されている。球体６００の経路Ｐｔｄは、対称面ＰＳｃ上に形成される。経路Ｐｔｄは、第１振動子１００ｄの第１接触部１５０ｄと、第２振動子２００ｄの第２接触部２５０ｄと、を結ぶ経路である。第１接触部１５０ｄは、第１振動子１００ｄのうちの、経路Ｐｔｄに沿って移動された球体６００と接触する部分であり、本実施例では、接続部１９５ｄの＋Ｄ２側の部分である。第２接触部２５０ｄは、第２振動子２００ｄのうちの、経路Ｐｔｄに沿って移動された球体６００と接触する部分であり、本実施例では、接続部２９５ｄの−Ｄ２側の部分である。
【００８９】
発電装置１０００ｄに振動が加えられると、球体６００は、第１振動子１００ｄと第２振動子２００ｄとの間を、第１振動子１００ｄと第２振動子２００ｄとに衝突しながら、往復し得る。この結果、第４実施例の発電装置１０００ｃと同様に、双音叉型振動体２０ｄ（すなわち、第１振動子１００ｄと第２振動子２００ｄ）は、固有振動を行う。
【００９０】
以上のように、第５実施例では、振動子１００ｄ、２００ｄは、第４実施例と同様に、バネ部１３０ａＳ、２３０ａＳ、１３０ａＮ、２３０ａＮを有している。従って、第５実施例の発電装置１０００ｄは、第４実施例の発電装置１０００ｃと同じ種々の効果を実現可能である。例えば、双音叉型振動体２０ｄの固有振動数を低くすることができる。従って、固有振動の継続時間を長くすることができる。この結果、発電装置１０００ｄによる継続的な発電を実現できる。
【００９１】
さらに、振動子１００ｄ、２００ｄは、錘１４０ｄ、２４０ｄを、それぞれ、有する。従って、双音叉型振動体２０ｄの固有振動数を、適切に低くすることができる。この結果、発電装置１０００ｄによる継続的な発電を実現できる。
【００９２】
特に、第１基部５０Ｓから第２基部５０Ｎまで第１振動子１００ｄを辿る場合に、第１錘１４０ｄは、第１振動子１００ｄのうちの、第１基部５０Ｓに最も近い第１折返部１８１Ｓと、第２基部５０Ｎに最も近い第１折返部１８１Ｎと、の間に設けられている。すなわち、第１錘１４０ｄが、第１基部５０Ｓまたは第１基部５０Ｓから折返部を介さずに辿り着ける部分に設けられている場合と比べて、第１錘１４０ｄは、固有振動の腹に近い。特に本実施例では、第１振動子１００ｄの構成が対称面ＰＳｃに対して面対称であり、第１錘１４０ｄは、第１振動子１００ｄの中間位置に設定されている。すなわち、第１錘１４０ｄが腹と一致している。従って、第１錘１４０ｄを設けることによって、適切に、固有振動数を低くすることができる。第２錘２４０ｄについても、同様である。
【００９３】
また、図５（Ａ）の左部には、第２方向Ｄ２と平行な３本の仮想直線Ｌａ、Ｌｍ、Ｌｂが示されている。これらの仮想直線Ｌａ、Ｌｍ、Ｌｂは、第１方向Ｄ１に向かって、この順番に並んでいる。第１振動子１００ｄの２本の長ライン部１６１Ｓ、１６２Ｓは、それぞれ、第１仮想直線Ｌａ上の位置から、＋Ｄ１方向に向かって、第２仮想直線Ｌｂ上の位置まで延びている。第１仮想直線Ｌａ上、および、第２仮想直線Ｌｂ上では、第２ライン部１６２Ｓは、第１ライン部１６１Ｓの＋Ｄ２側に配置されている。第１振動子１００ｄの３本の短ライン部１７３Ｓ、１７４Ｓ、１７５Ｓは、それぞれ、第１仮想直線Ｌａ上の位置から、＋Ｄ１方向に向かって、第１仮想直線Ｌａと第２仮想直線Ｌｂとの間の位置（ここでは、第３仮想直線Ｌｍ上の位置。第５ライン部１７５Ｓについては、第３仮想直線Ｌｍよりも＋Ｄ１側の第１錘１４０ｄとの接続位置）まで延びている。第１仮想直線Ｌａ上、および、第３仮想直線Ｌｍ上では、第４ライン部１７４Ｓは、第３ライン部１７３Ｓの＋Ｄ２側に配置され、第５ライン部１７５Ｓは、第４ライン部１７４Ｓの＋Ｄ２側に配置されている。３本の短ライン部１７３、１７４、１７５は、２本の長ライン部１６１、１６２の＋Ｄ２側に配置されている。そして、錘１４０ｄの左下の部分は、３本の短ライン部１７３Ｓ、１７４Ｓ、１７５Ｓの＋Ｄ１側、かつ、２本の長ライン部１６１Ｓ、１６２Ｓの＋Ｄ２側に、配置されている。すなわち、第１方向Ｄ１と垂直な第２方向Ｄ２を向いて見た場合に、第１錘１４０ｄの少なくとも一部は、長ライン部１６２Ｓの第１部分Ｐｏ１に重なる位置に配置されている。そして、第１錘１４０ｄに接続された短ライン部１７５Ｓの少なくとも一部は、長ライン部１６２Ｓのうちの第１部分Ｐｏ１とは異なる第２部分Ｐｏ２に重なる位置に配置されている。従って、図２の実施例で説明したように、発電装置１０００ｄのサイズが大きくなることを抑制しつつ、固有振動数を低くすることができる。
【００９４】
また、圧電素子６１０Ｓ、６２０Ｓ、６１０Ｎ、６２０Ｎは、長ライン部１６１Ｓ、２６１Ｓ、１６１Ｎ、２６１Ｎに、それぞれ、固定されている。従って、圧電素子が短ライン部１７３Ｓ〜１７５Ｓ、２７３Ｓ〜２７５Ｓ、１７３Ｎ〜１７５Ｎ、２７３Ｎ〜２７５Ｎに固定されている場合と比べて、圧電素子を大きく変形させることができる。この結果、発電効率を向上できる。
【００９５】
Ｆ．第６実施例：
図６は、第６実施例の発電装置１０００ｅの概略図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、それぞれ、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）と同様の概略図を示している。第５実施例の発電装置１０００ｄからの差異は、第２実施例の案内部５００ａの代わりに、第３実施例の案内部５００ｂを用いている点だけである。発電装置１０００ｅの他の構成は、第５実施例の発電装置１０００ｄの構成と同じである。発電装置１０００ｅの要素のうち、第５実施例の発電装置１０００ｄの要素と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００９６】
図６（Ｃ）の断面は、対称面ＰＳｃでの断面であり、案内部５００ｂによって形成される経路Ｐｔｅを含む断面である。この経路Ｐｔｅは、第１接触部１５０ｄと第２接触部２５０ｄとを結んでいる。
【００９７】
第１傾斜部５４１は、経路Ｐｔｅの途中の位置Ｐｋｅから第１接触部１５０ｄへ向かって下っており、第２傾斜部５４２は、その位置Ｐｋｅから第２接触部２５０ｄへ向かって下っている。本実施例では、第１傾斜部５４１は、位置Ｐｋｅから、経路Ｐｔｅに沿って移動された球体６００が第１接触部１５０ｄと接触する位置まで延びている。第２傾斜部５４２は、位置Ｐｋｅから、経路Ｐｔｅに沿って移動された球体６００が第２接触部２５０ｄと接触する位置まで延びている。
【００９８】
図３（Ｃ）で説明したように、発電装置１０００ｅが静止している場合には、球体６００は、第１傾斜部５４１、または、第２傾斜部５４２に沿って、第１接触部１５０ｄと接触する位置、または、第２接触部２５０ｄと接触する位置に移動する。すなわち、球体６００は、第１振動子１００ｄと第２振動子２００ｄとのいずれかと接触している。従って、発電装置１０００ｅが小さく揺れた場合には、球体６００は、球体６００と接触している振動子（第１振動子１００ｄ、または、第２振動子２００ｄ）を、振動させる。この結果、小さい揺れを用いた発電を実現できる。
【００９９】
また、発電装置１０００ｅは、第５実施例の発電装置１０００ｄと同様の構成を有している。従って、発電装置１０００ｅは、第５実施例の発電装置１０００ｄと同じ種々の効果を実現可能である。例えば、双音叉型振動体２０ｄの固有振動数を低くすることができる。従って、固有振動の継続時間を長くすることができる。この結果、発電装置１０００ｅによる継続的な発電を実現できる。
【０１００】
Ｈ．発電装置を搭載した装置：
図７は、発電装置（例えば、発電装置１０００）を備えるセンサシステム２０００が利用される状況の例を示す説明図である。図中には橋梁３０００が示されている。センサシステム２０００は、橋梁３０００の下部に設置されている。センサシステム２０００は、橋梁３０００の経年劣化を監視するための情報として、車両の通行に伴って生じる橋梁３０００の振動による加速度を測定する。検出された加速度は、橋梁３０００の振動の振幅や固有振動数の算出に利用可能である。センサシステム２０００は、上記実施例の発電装置を備えており、発電装置によって供給される電力を用いて動作する。
【０１０１】
図８は、センサシステム２０００の構成を示す説明図である。センサシステム２０００は、電源装置Ｃ１００と、加速度センサＣ２００と、無線装置Ｃ３００と、を有している。電源装置Ｃ１００は、発電装置（ここでは、発電装置１０００（図１））と、電源回路Ｃ１０と、を有している。電源回路Ｃ１０は、整流回路Ｃ１２（ここでは、ダイオードブリッジ）と、コンデンサＣ１４と、を有している。図中では、発電装置１０００の要素として、音叉型振動体１０と、音叉型振動体１０に固定された圧電素子６１０、６２０と、が示されている。
【０１０２】
発電装置１０００は、橋梁３０００の揺れを用いて発電する。整流回路Ｃ１２は、圧電素子６１０、６２０に接続されており、第１圧電素子６１０、６２０からの電流を直流に整流する。なお、音叉型振動体１０が、圧電素子６１０、６２０からの電流を引き出すリードラインの一部として用いられても良い。コンデンサＣ１４は、整流回路Ｃ１２に接続されており、発電装置１０００（圧電素子６１０、６２０）によって発電された電力を蓄え、そして、電圧を平滑化する。
【０１０３】
加速度センサＣ２００は、電源装置Ｃ１００からの電力を用いて動作し、車両の通行に伴う橋梁３０００の振動による加速度を測定する。無線装置Ｃ３００は、電源装置Ｃ１００からの電力を用いて動作し、加速度センサＣ２００によって測定された加速度を表すデータを、無線によって外部に送信する。
【０１０４】
以上のように、センサシステム２０００は、発電装置１０００を有するので、外部からセンサシステム２０００に電力を供給するためのケーブルを省略できる。従って、センサシステム２０００の設置の自由度を向上できる。また、センサシステム２０００は、無線装置Ｃ３００を有しているので、データをセンサシステム２０００から取り出すためのケーブルを省略できる。従って、センサシステム２０００の設置の自由度を、さらに向上できる。
【０１０５】
Ｈ．変形例：
（１）一端が自由端である１つの振動子（例えば、図１〜図３の振動子１００、１００ａ、２００、２００ａ）に設けられる折返部の数としては、１以上の任意の数を採用可能である。また、両端が固定端である１つの振動子（例えば、図４〜図６の振動子１００ｃ、１００ｄ、２００ｃ、２００ｄ）に設けられる折返部の数としては、２以上の任意の数を採用可能である。いずれの場合も、折返部を含む部分がバネのように変形することによって、振動体の振動数を低くすることができる。
【０１０６】
（２）振動子に設けられる錘の構成としては、振動子の他の部分よりも太い部分を錘として設ける構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、振動子の他の部分よりも密度の高い材料を用いて錘を形成してもよい。例えば、上記各実施例の錘１４０、１４０ｄ、２４０、２４０ｄ（図２、図３、図５、図６）を、鉛を用いて形成してもよい。この場合、錘の太さは、振動子の他の部分の太さと同じ、または、それ未満であってよい。
【０１０７】
また、一端が自由端である振動子（例えば、図２、図３の振動子１００ａ、２００ａ）上の錘の位置としては、振動子上の任意の位置（固定端の位置を除く）を採用可能である。例えば、振動子の途中に錘が設けられていても良い。
【０１０８】
また、両端が固定端である振動子（例えば、図５、図６の振動子１００ｄ、２００ｄ）上の錘の位置としては、振動子上の任意の位置（固定端の位置を除く）を採用可能である。例えば、第１基部５０Ｓと、第１基部５０Ｓに最も近い第１折返部１８１Ｓと、の間に、錘が設けられても良い。
【０１０９】
いずれの場合も、折返部と錘との配置としては、図２、図３、図５、図６に示す配置に限らず、任意の配置を採用可能である。例えば、長ライン部が省略されて、全てのライン部が短ライン部であってもよい。
【０１１０】
（３）共通の基部に接続された振動子の数は、３以上であってもよい。また、共通の基部に接続された複数の振動子の間で構成が異なっていても良い。例えば、共通の基部に接続された複数の振動子の間で、折返部の数が異なっていても良い。例えば、図１〜図３の第１振動子１００、１００ａと第２振動子２００、２００ａとの間で、または、図４〜図６の第１振動子１００ｃ、１００ｄと第２振動子２００ｃ、２００ｄとの間で、折返部の数が異なっていても良い。また、共通の基部に接続された複数の振動子のうちの一部の振動子のみに折返部を設けてもよい。また、共通の基部に接続された複数の振動子のうちの一部の振動子のみに錘が設けられていても良い。一般に、共通の基部に接続された複数の振動子の間で、形が異なっていても良い。
【０１１１】
いずれの場合も、共通の基部に接続された複数の振動子の間で、共通の固有振動数が実現されることが好ましい。こうすれば、複数の振動子が、固有振動を継続することができるので、各振動子が振動する時間を長くすることができる。この結果、発電装置による継続的な発電を実現できる。ただし、共通の基部に接続された複数の振動子の間で、固有振動数が異なっていても良い。
【０１１２】
（４）振動子上の圧電素子の固定位置としては、任意の位置を採用可能である。例えば、図２、図３、図５、図６の実施例において、短ライン部に圧電素子が固定されてもよい。一般には、振動子上の振動による変形が大きい部分に圧電素子を固定することが好ましい。この構成によれば、発電効率を向上できる。例えば、振動子における比較的薄い部分を採用可能である。また、折返部を有さない振動子よりも、折返部を有する振動子に圧電素子を固定することによって、圧電素子の変形を大きくすることができる。また、錘を有さない振動子よりも、錘を有する振動子に圧電素子を固定することによって、圧電素子の変形を大きくすることができる。また、複数の振動子のうちの一部の振動子のみに、圧電素子が固定されてもよい。
【０１１３】
（５）第１振動子と第２振動子との間で移動可能な移動体と、移動体を案内する案内部と、のそれぞれの構成としては、上記各実施例の構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、移動体の形状としては、球に限らず、任意の形状（例えば、円柱、多面体）を採用可能である。また、案内部として、第１振動子のうちの、経路に沿って移動された移動体に接触する部分である第１接触部から、第２振動子のうちの、経路に沿って移動された移動体に接触する部分である第２接触部まで、延びる棒を採用し、そして、移動体として、貫通孔を有するリング状の部材を採用してもよい。棒と移動体とは、棒が移動体の貫通孔を貫通した状態で、利用される。移動体は、棒に沿って、第１接触部と第２接触部との間で移動可能である。この場合、棒は、移動体から鉛直方向の力を受けることによって移動体を支持する支持部に対応する。
【０１１４】
また、支持部に設けられた傾斜部が、第１接触部に向かって下る傾斜部と、第２接触部に向かって下る傾斜部と、のいずれか一方のみであってもよい。また、傾斜部は、移動体の経路の一部のみに設けられていても良い。例えば、経路の途中の位置から別の途中の位置までが傾斜部であり、経路の他の部分が水平であってもよい。また、第１接触部から第２接触部まで下る傾斜部、または、第２接触部から第１接触部まで下る傾斜部を採用してもよい。一般には、支持部は、経路上の位置から下って第１接触部に至る傾斜部と、経路上の位置から下って第２接触部に至る傾斜部と、の少なくとも一方を有することが好ましい。こうすれば、小さい揺れを用いた発電を、適切に、実現できる。なお、移動体の経路の形状としては、直線や折れ線に限らず、任意の形状（例えば、曲線）を採用してもよい。
【０１１５】
いずれの場合も、移動体は、振動体と衝突したときに振動体を変形させるのに十分な重量を有することが好ましい。例えば、移動体の重量として、１つの振動体の重量よりも重い重量を採用可能である。
【０１１６】
（６）上記各実施例において、鉛直方向に対する発電装置の方向としては、任意の方向を採用可能である。例えば、図中の第１方向Ｄ１が、鉛直方向の上方向であってもよい。この場合、図３、図６に示す実施例では、球体６００から鉛直方向の力を受けることによって球体６００を支持する壁５２０ａに、傾斜部が設けられる。
【０１１７】
（７）上述の発電装置（例えば、図１の発電装置１０００）は、加速度を測定するセンサシステム２０００（図８）に限らず、種々の装置に適用可能である。例えば、ＧＰＳ受信機を有する位置検出装置に、上述の発電装置を適用してもよい。また、発電装置を有する装置は、橋梁３０００に限らず、ショベルカーやクレーン車等の重機に設置されてもよい。一般に、振動が生じ得る環境下で利用される装置に、上述の発電装置を適用可能である。
【０１１８】
以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０、１０ａ...音叉型振動体、１０Ｓ...第１部分、１０Ｎ...第２部分、２０ｃ、２０ｄ...双音叉型振動体、５０...基部、５０Ｎ...基部、５０Ｓ...第１基部、５０ｇ...脚部、５０ｇＮ...脚部、５０ｇＳ...脚部、１００、１００ａ、１００ｃ、１００ｄ、１００Ｎ、１００Ｓ、１００ａＮ、１００ａＳ...第１振動子、１１０、１１０Ｓ...端、１２０...第１棒部、１３０、１３０ａ、１３０Ｎ、１３０Ｓ、１３０ａＮ、１３０ａＳ...第１バネ部、１４０、１４０ｄ、１４０Ｎ、１４０Ｓ...第１錘、１６１〜１６５、１６１Ｓ〜１６５Ｓ、１６１Ｎ〜１６５Ｎ...ライン部（長ライン部）、１７３〜１７５、１７３Ｓ〜１７５Ｓ、１７３Ｎ〜１７５Ｎ...ライン部（短ライン部）、１８１〜１８４、１８１Ｓ〜１８４Ｓ、１８１Ｎ〜１８４Ｎ...折返部、１７５ｅ...端、１９０、１９０ａ、１９０Ｎ、１９０Ｓ、１９０ａＮ、１９０ａＳ...第１端、１９５ｃ、１９５ｄ...接続部、２００、２００ａ、２００ｃ、２００ｄ、２００Ｎ、２００Ｓ、２００ａＮ、２００ａＳ...第２振動子、２１０、２１０Ｓ...端、２２０...第２棒部、２３０、２３０ａ、２３０Ｎ、２３０Ｓ、２３０ａＮ、２３０ａＳ...第２バネ部、２４０、２４０ｄ、２４０Ｎ、２４０Ｓ...第２錘、２６１〜２６５、２６１Ｓ〜２６５Ｓ、２６１Ｎ〜２６５Ｎ...ライン部（長ライン部）、２７３〜２７５、２７３Ｓ〜２７５Ｓ、２７３Ｎ〜２７５Ｎ...ライン部（短ライン部）、２８１〜２８４、２８１Ｓ〜２８４Ｓ、２８１Ｎ〜２８４Ｎ...折返部、２７５ｅ...端、２９０...第２端、２９０、２９０ａ、２９０Ｎ、２９０Ｓ、２９０ａＮ、２９０ａＳ...第１端、２９５ｃ、２９５ｄ...接続部、５００、５００ａ、５００ｂ...案内部、５１０、５１０ａ、５２０、５２０ａ...壁、５３０、５３０ａ、５３０ｂ...底部、５４１...第１傾斜部、５４２...第２傾斜部、６００...球体、６１０、６１０Ｎ、６１０Ｓ...第１圧電素子、６２０、６２０Ｎ、６２０Ｓ...第２圧電素子、９００、９００ｃ...筐体、９１０、９１０ｃ...底面、１０００、１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃ、１０００ｄ、１０００ｅ...発電装置、２０００...センサシステム、３０００...橋梁、Ｃ１００...電源装置、Ｃ２００...加速度センサ、Ｃ３００...無線装置、Ｃ１０...電源回路、Ｃ１２...整流回路、Ｃ１４...コンデンサ
【図１】
2015065723.tif 000003
【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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