(57)【要約】【課題】駆動部が個々のカムから受ける反力の合成値を小さくする。【解決手段】エネルギー変換システム１００は、圧電素子１１，２１と、カム１６，２６が回転することにより圧電素子１１，２１に荷重を周期的に加えるカム機構１５，２５と、カム１６，２６に対して相対移動することによりカム１６，２６を回転させる駆動部とを備える。駆動部の相対移動により駆動部がカム１６，２６を回転させる際、駆動部には、カムの回転に伴って生じた反力が周期的に作用する。駆動部が所定の距離だけ相対移動する間に駆動部がカム１６，２６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相が異なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重を加えられることにより発電する複数の圧電素子と、
複数の前記圧電素子の各々に対応して設けられた複数のカムを有し、それぞれの前記カムが回転することにより、対応する前記圧電素子に荷重を周期的に加える複数のカム機構と、
複数の前記カム機構の前記カムに対して相対的に移動することにより、複数の前記カム機構の前記カムを回転させる駆動部と、を備え、
前記駆動部の相対移動により前記駆動部が前記カムを回転させる際、前記駆動部には、前記カムの回転に伴って生じた反力が周期的に作用しており、
前記駆動部が所定の距離だけ相対移動する間に前記駆動部が複数の前記カム機構の前記カムの回転により受ける前記反力は、周期が同一であり且つ位相が異なっている、
エネルギー変換システム。
【請求項２】
複数の前記カム機構の前記カムは、同一形状を有している、
請求項１に記載のエネルギー変換システム。
【請求項３】
前記の前記カム機構の前記カムは、正方形の４つの角部が丸みを帯びるように変形された形状を有している、
請求項１または２に記載のエネルギー変換システム。
【請求項４】
前記駆動部は、往復移動を行う、
請求項１から３のいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
【請求項５】
前記駆動部は、回転移動を行う、
請求項１から３のいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
【請求項６】
前記カムの回転速度を変える変速機構をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー変換システムに関し、特に、カムおよび圧電素子を用いて機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換するエネルギー変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１３／０６９５１６号（特許文献１）は、カム、圧電素子およびスライド部材を備えた圧電発電素子を開示している。スライド部材が移動することによって、スライド部材はカムを回転させる。カムの回転により圧電素子に荷重が周期的に加えられ、圧電素子の圧電効果により電力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０６９５１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スライド部材などを用いてカムを回転させる場合、カムの回転に伴って圧電素子に荷重が加えられる。その一方で、駆動部にはその荷重の反力が作用する。駆動部がカムから受ける反力は、駆動部の動作に対して抵抗となるように作用する場合がある。複数の圧電素子および複数のカムを用いる場合、駆動部が複数のカムから受ける反力は、合成された状態で駆動部に作用する。駆動部が個々のカムから受ける反力の合成値は、小さい方が好ましい。
【０００５】
本発明は、複数の圧電素子および複数のカムを用いる場合において、駆動部が個々のカムから受ける反力の合成値を小さくすることが可能なエネルギー変換システム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】
本発明に基づくエネルギー変換システムは、荷重を加えられることにより発電する複数の圧電素子と、複数の上記圧電素子の各々に対応して設けられた複数のカムを有し、それぞれの上記カムが回転することにより、対応する上記圧電素子に荷重を周期的に加える複数のカム機構と、複数の上記カム機構の上記カムに対して相対的に移動することにより、複数の上記カム機構の上記カムを回転させる駆動部と、を備え、上記駆動部の相対移動により上記駆動部が上記カムを回転させる際、上記駆動部には、上記カムの回転に伴って生じた反力が周期的に作用しており、上記駆動部が所定の距離だけ相対移動する間に上記駆動部が複数の上記カム機構の上記カムの回転により受ける上記反力は、周期が同一であり且つ位相が異なっている。
【０００７】
好ましくは、複数の上記カム機構の上記カムは、同一形状を有している。好ましくは、上記の上記カム機構の上記カムは、正方形の４つの角部が丸みを帯びるように変形された形状を有している。
【０００８】
好ましくは、上記駆動部は、往復移動を行う。好ましくは、上記駆動部は、回転移動を行う。好ましくは、上記カムの回転速度を変える変速機構をさらに備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の圧電素子および複数のカムを用いる場合において、駆動部材が個々のカムから受ける反力の合成値を小さくすることが可能なエネルギー変換システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１におけるエネルギー変換システムを示す平面図である。
【図２】実施の形態１におけるエネルギー変換システムに備えられる発電部を示す平面図である。
【図３】実施の形態１におけるエネルギー変換システムに備えられる発電部の分解した状態を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１におけるエネルギー変換システムの動作を説明するための平面図である。
【図５】実施の形態１に関し、第１カムの回転に伴って駆動部材が受ける力の大きさ（荷重）と、駆動部材の位置との関係を示す図である。
【図６】実施の形態１に関し、第２カムの回転に伴って駆動部材が受ける力の大きさ（荷重）と、駆動部材の位置との関係を示す図である。
【図７】実施の形態１に関し、第１カムおよび第２カムの回転に伴って駆動部材が受ける力の大きさ（荷重）と、駆動部材の位置との関係を示す図である。
【図８】比較例におけるエネルギー変換システムを示す平面図である。
【図９】比較例に関し、第１カムおよび第２カムの回転に伴って駆動部材が受ける力の大きさ（荷重）と、駆動部材の位置との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態２におけるエネルギー変換システムを示す平面図である。
【図１１】実施の形態３におけるエネルギー変換システムを示す平面図である。
【図１２】実験例で使用したカムのモデルを示す平面図である。
【図１３】実験例の検証結果を示す図である。
【図１４】実施の形態４におけるエネルギー変換システムを示す平面図である。
【図１５】実施の形態５におけるエネルギー変換システムを示す平面図である。
【図１６】実施の形態６におけるエネルギー変換システムを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に基づいた各実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。同一の部品および相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１２】
［実施の形態１］
（エネルギー変換システム１００）
図１は、実施の形態１におけるエネルギー変換システム１００を示す図である。エネルギー変換システム１００は、発電部１０，２０および駆動部材５０を備える。
【００１３】
発電部１０，２０および駆動部材５０は、互いに相対移動可能である。たとえば、発電部１０，２０は扉枠に取り付けられ、駆動部材５０は扉に取り付けられる。扉の移動に伴って駆動部材５０が矢印ＡＲ方向に沿って移動することにより、発電部１０，２０は発電する（詳細は後述する）。発電によって図示しない無線通信ユニットなどが駆動されることにより、遠隔地にて扉の開閉状態を検知することができる。
【００１４】
（発電部１０）
図２は、発電部１０を示す平面図である。図３は、発電部１０の分解した状態を示す斜視図である。図１〜図３を参照して、発電部１０について説明する。図示上の便宜のため、図２および図３においては、駆動部材５０は部分的に図示しており、ラック歯５１の側は記載しているが、ラック歯５２（図１参照）の側は記載していない。
【００１５】
図１〜図３に示すように、発電部１０は、圧電素子１１、支持体１２およびカム機構１５を備える。圧電素子１１は、四角柱状の圧電体と、一対の電極とを有しており、長手方向の両端には面１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ形成されている。圧電素子１１の圧電体は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる。
【００１６】
支持体１２は、ストッパ１３およびレバー１４を備え、これらは一体的に形成されている。ストッパ１３は、当接部１３Ａを有する。当接部１３Ａは、圧電素子１１の面１１Ａに当接している。ストッパ１３には、カム機構１５のカム１６および歯車１７が回転可能に取り付けられている。
【００１７】
レバー１４は、接続部１４Ａ、当接部１４Ｂおよび変位部１４Ｃを有する。レバー１４は、剛性の高い金属またはセラミック等で形成される。接続部１４Ａは、当接部１４Ｂと変位部１４Ｃとを接続している。当接部１４Ｂは、当接部１４Ｄを有する。当接部１４Ｄは、圧電素子１１の面１１Ｂに当接している。
【００１８】
カム機構１５は、カム１６（第１カムともいう）、歯車１７および突起部１８を備える。カム１６の平面形状は、非円形である。平面視において、本実施の形態のカム１６は、正方形の４つの角部が丸みを帯びるように変形された形状（略正方形状）を有している。カム１６は、歯車１７と一体化されており、カム１６と歯車１７とは一体的に回転する。
【００１９】
歯車１７は、駆動部材５０のラック歯５１（駆動部）に歯合するように配置される。突起部１８は、円柱状の形状を有し、レバー１４の変位部１４Ｃに固定されている。カム１６および突起部１８は、互いに当接するように配置される。変形を抑制したり、耐摩耗性を向上させたりする観点から、カム１６および突起部１８は、ＰＯＭや金属などにより形成し、これらの表面には摺動性を向上させる処理をするとよい。
【００２０】
駆動部材５０が矢印ＡＲ方向（図１）に往復移動した際、ラック歯５１は歯車１７に対して相対的に移動する。歯車１７およびカム１６は、一体的に回転する。歯車１７およびカム１６の回転に伴って、カム１６の中心軸と突起部１８との間の距離は周期的に変化し、変位部１４Ｃは揺動する。
【００２１】
変位部１４Ｃが揺動すると、レバー１４は、ストッパ１３とレバー１４との接続部分近傍に位置する回転軸１９を中心とした回転方向に揺動する。当接部１４Ｂの当接部１４Ｄは、圧電素子１１の長手方向において、当接部１３Ａに対して相対的に変位する。当接部１４Ｄが圧電素子１１の面１１Ｂを押圧し、圧電素子１１は繰り返し圧縮される。
【００２２】
その結果、圧電素子１１に荷重が加わり、圧電素子１１は圧電効果により発電する。駆動部材５０の移動量に応じた分だけ圧電素子１１に荷重が周期的に加えられ、圧電素子１１において発生した電力は図示しないコンデンサ等に蓄えられることになる。
【００２３】
（発電部２０）
図１を再び参照して、発電部２０は、圧電素子２１、支持体２２およびカム機構２５を備える。発電部２０は、発電部１０と略同一の構成を有しており、圧電素子２１、支持体２２およびカム機構２５は、発電部１０の圧電素子１１、支持体１２およびカム機構１５にそれぞれ対応している。
【００２４】
カム機構２５は、カム２６（第２カムともいう）、歯車２７および突起部２８を備える。カム２６の平面形状は、非円形である。平面視において、カム２６は、正方形の４つの角部が丸みを帯びるように変形された形状（略正方形状）を有している。発電部１０のカム１６と発電部２０のカム２６とは、同一形状である。
【００２５】
駆動部材５０が往復移動した際、ラック歯５２（駆動部）は歯車２７に対して相対的に移動する。歯車２７およびカム２６は、一体的に回転する。歯車２７およびカム２６の回転に伴って、カム２６の中心軸と突起部２８との間の距離は変化し、圧電素子２１が繰り返し圧縮される。その結果、圧電素子２１に荷重が加わり、圧電素子２１は圧電効果により発電する。駆動部材５０の移動量に応じた分だけ圧電素子２１に荷重が周期的に加えられ、圧電素子２１において発生した電力は図示しないコンデンサ等に蓄えられることになる。
【００２６】
本実施の形態では、２つの圧電素子１１，２１に対応するように２つのカム１６，２６がそれぞれ設けられている。駆動部材５０の駆動部（ラック歯５１，５２）がカム１６，２６に対して相対移動することにより、カム１６，２６が回転する。カム１６，２６の回転に伴って、圧電素子１１，２１には周期的な荷重が加えられる。その一方で、駆動部材５０には、その荷重の反力が周期的に作用する。本実施の形態では、駆動部材５０が所定の距離だけ相対移動する間に駆動部材５０がカム１６，２６の回転により受ける上記反力が、周期が同一であり且つ位相が異なるように構成されている。
【００２７】
図４〜図７を参照して、当該構成についてより具体的に説明する。図４は、駆動部材５０が矢印ＡＲ１方向に移動している際のある時点におけるエネルギー変換システム１００の様子を示す平面図である。図４では、歯車１７，２７を模式的に図示している。
【００２８】
駆動部材５０が矢印ＡＲ１方向に移動した場合、カム１６は矢印ＤＲ１方向に回転し、カム２６は矢印ＤＲ２方向に回転する。カム１６，２６については、カム１６の頂点（上死点）が突起部１８に当接している時に、カム２６の下点（下死点）が突起部２８に当接するように構成されている。したがって、図４に示す時点においては、カム１６についてはカム１６の頂点から下点に向かうように突起部１８がカム１６の周面に摺接するのに対して、カム２６についてはカム２６の下点から頂点に向かうように突起部２８がカム２６の周面に摺接する。
【００２９】
カム１６については、頂点から下点に向かうように突起部１８がカム１６の周面に摺接するため、カム１６が突起部１８から受ける回転方向における力の向きは、矢印ＤＲ３に示す方向である。矢印ＤＲ３方向は、駆動部材５０の矢印ＡＲ１方向の移動によりカム１６が回転する方向、すなわち矢印ＤＲ１方向と同じである。矢印ＤＲ３方向に示す力は、歯車１７を通して駆動部材５０に荷重として伝達され、駆動部材５０が移動する方向と同じ方向に作用する。
【００３０】
カム２６については、下点から頂点に向かうように突起部２８がカム２６の周面に摺接するため、カム２６が突起部２８から受ける回転方向における力の向きは、矢印ＤＲ４に示す方向となる。矢印ＤＲ４方向は、駆動部材５０の矢印ＡＲ１方向の移動によりカム２６が回転する方向、すなわち矢印ＤＲ２方向と逆向きである。矢印ＤＲ４方向に示す力は、歯車２７を通して駆動部材５０に荷重として伝達され、駆動部材５０が移動する方向とは逆の方向に作用する。
【００３１】
カム１６，２６においては、別のタイミングでは上記と反対の動作が行なわれる。すなわち、駆動部材５０が移動する際にカム１６，２６は同期して回転する（周期および位相を維持したまま回転する）。駆動部材５０が移動する際に駆動部材５０がカム１６，２６から受ける力には、駆動部材５０の移動方向に作用する力と、駆動部材５０の移動方向とは逆向きに作用する力とが含まれている。これらをグラフにして説明すると、以下のようになる。
【００３２】
図５および図６は、それぞれ、カム１６（第１カム）およびカム２６（第２カム）の回転に伴って駆動部材５０が受ける力の大きさ（荷重）と、駆動部材５０の位置との関係を示す図である。図５および図６中には、カム１６，２６の径方向に作用する力とカム１６，２６の回転方向に作用する力とを分けて記載している。カム１６，２６の径方向とは、図４において、カム１６，２６の回転軸の中心と、突起部１８，２８の中心を通る線上の方向である。また、カム１６，２６の回転方向とは、図４において、カム１６，２６の径方向に対して垂直な方向である。図中において、回転方向にかかる力は、突起部がカムの山を登る方向に移動しているときに発生する力を＋とし、突起部がカムの山を下る方向に移動しているときに発生する力を−としている。カム１６，２６の回転方向に作用する力とは、図４中に矢印ＤＲ３，ＤＲ４で示した力である。
【００３３】
図５および図６に示すように、駆動部材５０が所定距離だけ移動する間に駆動部材５０がカム１６，２６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相が異なっている。これは、径方向の力および回転方向の力の双方について共通している。ここで言う位相が異なっているとは、カム１６の頂点（上死点）が突起部１８に当接するタイミングと、カム２６の頂点（上死点）が突起部２８に当接するタイミングとが同一でないことを意味する。なお、カム１６，２６の回転に伴って径方向に作用する力は、駆動部材５０の移動にはほとんど影響しないため、詳細は説明しないものとする。
【００３４】
図７は、カム１６（第１カム）およびカム２６（第２カム）の回転に伴って駆動部材５０が受ける力の大きさ（荷重）と、駆動部材５０の位置との関係を示す図である。図７中には、カム１６，２６の回転方向に作用する力と、これらの力の合成力として作用する、駆動部材５０が受ける力とを記載している。
【００３５】
図７に示すように、カム１６（第１カム）の回転に伴って駆動部材５０が受ける力と、カム２６（第２カム）の回転に伴って駆動部材５０が受ける力とは、互いに打ち消しあう関係にある。したがって、合成力として駆動部材５０に作用する荷重の最大値は、個々のカム１６，２６から駆動部材５０が受ける荷重の最大値に比べて小さい。駆動部材５０を駆動するための力のpeak-to-peakを小さくすることができるため、入力される力あたりの発電量を大きくすることができる。換言すると、圧電素子ひとつあたりの発電効率を向上させることができる。
【００３６】
peak-to-peak間を３６０°とした場合、カム１６の回転に伴って駆動部材５０が受ける力と、カム２６の回転に伴って駆動部材５０が受ける力との間には、９０°より大きく２７０°未満のずれが設けられていることが好ましく、さらに好ましくは１８０°のずれが設けられていることが好ましい。カムの周面の形状は、回転方向にかかる力の波形がサイン波形にできるだけ近い形状となるようにすることによって、力同士の打ち消す効果を高くできる。
【００３７】
本実施の形態では、発電部１０で圧電素子１１を圧縮する際に蓄えられた機械的なエネルギーは、発電部２０で圧電素子２１を圧縮する際に活用される。換言すると、圧電素子１１に荷重を付与する際には圧電素子２１に荷重を付与していた間のエネルギーが使用され、圧電素子２１に荷重を付与する際には圧電素子１１に荷重を付与していた間のエネルギーが使用されるため、エネルギー使用効率がよい。
【００３８】
したがって、圧電素子１１，２１に荷重を加えるためのエネルギーを少なくすることができる。駆動部材５０を駆動するためには、圧電素子１１，２１がエネルギーを変換した際に消費されたエネルギーや、圧電素子１１，２１が変形した際に消費されたエネルギー、ならびに、カム１６，２６と突起部１８，２８との間の摩擦や熱などが発生した際に消費されたエネルギーの分だけ補充するといった、必要最小限の駆動量を有する駆動が付与されればよい。
【００３９】
本実施の形態では、駆動部材５０を挟んで発電部１０，２０（カム１６，２６）が対向するように配置されているが、発電部１０，２０（カム１６，２６）は駆動部材５０の移動方向にずれるように配置されていてもよいし、ラック歯５１の側に２つが並んで配置されていてもよい。これらの配置であっても、上記と同様の作用および効果を得ることができる。
【００４０】
［比較例］
図８は、比較例におけるエネルギー変換システム１０１を示す平面図である。図８は、駆動部材５０が矢印ＡＲ１方向に移動している際のある時点におけるエネルギー変換システム１０１の様子を示している。
【００４１】
エネルギー変換システム１０１においては、駆動部材５０が矢印ＡＲ１方向に移動した場合、カム１６は矢印ＤＲ１方向に回転し、カム２６は矢印ＤＲ２方向に回転する。カム１６，２６については、カム１６の頂点（上死点）が突起部１８に当接している時に、カム２６の頂点（上死点）が突起部２８に当接するように構成されている。カム１６については、カム１６の頂点から下点に向かうように突起部１８がカム１６の周面に摺接し、カム２６についても、カム２６の頂点から下点に向かうように突起部２８がカム２６の周面に摺接する。
【００４２】
カム１６，２６が突起部１８，２８から受ける回転方向における力の向きは、それぞれ、矢印ＤＲ３，ＤＲ４に示す方向である。矢印ＤＲ３，ＤＲ４方向は、駆動部材５０の矢印ＡＲ１方向の移動によりカム１６が回転する方向、すなわち矢印ＤＲ１方向と同じである。駆動部材５０がカム１６，２６から受ける力には、駆動部材５０の移動方向に作用する力と、駆動部材５０の移動方向とは逆向きに作用する力とが含まれている。
【００４３】
しかしながら、カム１６が駆動部材５０の移動方向に作用する力を発生させている間、カム２６も駆動部材５０の移動方向に作用する力を発生させている。逆の場合も同様であり、カム１６が駆動部材５０の移動方向の反対方向に作用する力を発生させている間、カム２６も駆動部材５０の移動方向の反対方向に作用する力を発生させている。これらをグラフにして説明すると、以下のようになる。
【００４４】
図９は、カム１６（第１カム）およびカム２６（第２カム）の回転に伴って駆動部材５０が受ける力の大きさ（荷重）と、駆動部材５０の位置との関係を示す図である。図９中には、カム１６，２６の回転方向に作用する力と、これらの力の合成力として作用する、駆動部材５０が受ける力とを記載している。
【００４５】
図９に示すように、駆動部材５０がカム１６，２６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相も同一である。カム１６（第１カム）の回転に伴って駆動部材５０が受ける力と、カム２６（第２カム）の回転に伴って駆動部材５０が受ける力とは、互いに強め合う関係にある。
【００４６】
したがって、合成力として駆動部材５０に作用する荷重の最大値は、個々のカム１６，２６から駆動部材５０が受ける荷重の最大値に比べて大きい。エネルギー変換システム１０１の構成では、駆動部材５０を駆動するための力のpeak-to-peakを小さくすることができない。入力される力あたりの発電量を大きくすることもできず、エネルギー使用効率も低い。
【００４７】
これに対して上述の実施の形態１では、駆動部材５０が所定距離だけ移動する間に駆動部材５０がカム１６，２６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相が異なっている。駆動部材５０を駆動するための力のpeak-to-peakを小さくすることができるため、入力される力あたりの発電量を大きくすることができる。
【００４８】
［実施の形態２］
図１０を参照して、実施の形態２におけるエネルギー変換システム１０２について説明する。上述の実施の形態１（図１参照）では、往復移動する駆動部材５０に対して、発電部１０，２０が駆動部材５０の移動方向に沿って延びるように配置されていた。
【００４９】
エネルギー変換システム１０２のように、往復移動する駆動部材５０に対して、発電部１０，２０が駆動部材５０の移動方向に直交する方向に延びるように配置されていてもよい。当該構成によっても、上述と同様の作用および効果を得ることができる。発電部１０，２０および駆動部材５０の周辺の機器の配置関係に応じて、発電部１０，２０は駆動部材５０の移動方向に対して傾斜するように配置されていてもよい。
【００５０】
［実施の形態３］
図１１を参照して、実施の形態３におけるエネルギー変換システム１０３について説明する。上述の実施の形態１（図１参照）では、駆動部材５０が往復移動する。これに対して本実施の形態のエネルギー変換システム１０３においては、中心軸５５により支持された駆動部材５０Ａが回転する。駆動部材５０Ａは、歯車５６（駆動部）を外周に有しており、たとえば回転するドアノブなどと連動して回転するように構成される。
【００５１】
駆動部材５０Ａの歯車５６が矢印ＡＲ２方向に回転移動した場合、カム１６は矢印ＤＲ１方向に回転し、カム２６は矢印ＤＲ２方向に回転する。カム１６，２６については、カム１６の頂点（上死点）が突起部１８に当接している時に、カム２６の下点（下死点）が突起部２８に当接するように構成されている。
【００５２】
図１１に示す時点においては、カム１６についてはカム１６の頂点から下点に向かうように突起部１８がカム１６の周面に摺接するのに対して、カム２６についてはカム２６の下点から頂点に向かうように突起部２８がカム２６の周面に摺接する。
【００５３】
カム１６については、カム１６が突起部１８から受ける回転方向における力の向きは、矢印ＤＲ３に示す方向である。矢印ＤＲ３方向は、駆動部材５０Ａの矢印ＡＲ２方向の回転移動によりカム１６が回転する方向、すなわち矢印ＤＲ１方向と同じである。矢印ＤＲ３方向に示す力は、歯車１７を通して駆動部材５０Ａに荷重として伝達され、駆動部材５０Ａが移動する方向と同じ方向に作用する。
【００５４】
カム２６については、カム２６が突起部２８から受ける回転方向における力の向きは、矢印ＤＲ４に示す方向となる。矢印ＤＲ４方向は、駆動部材５０Ａの矢印ＡＲ２方向の回転移動によりカム２６が回転する方向、すなわち矢印ＤＲ２方向と逆向きである。矢印ＤＲ４方向に示す力は、歯車２７を通して駆動部材５０Ａに荷重として伝達され、駆動部材５０Ａが移動する方向とは逆の方向に作用する。
【００５５】
カム１６，２６においては、別のタイミングでは上記と反対の動作が行なわれる。すなわち、駆動部材５０Ａが回転移動する際にカム１６，２６は同期して回転する（周期および位相を維持したまま回転する）。駆動部材５０Ａの歯車５６（駆動部）が所定距離だけ回転移動する間に駆動部材５０Ａがカム１６，２６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相が異なっている。
【００５６】
カム１６の回転に伴って駆動部材５０Ａが受ける力と、カム２６の回転に伴って駆動部材５０Ａが受ける力とは、互いに打ち消しあう関係にある。したがって、合成力として駆動部材５０Ａに作用する荷重の最大値は、個々のカム１６，２６から駆動部材５０Ａが受ける荷重の最大値に比べて小さい。駆動部材５０Ａを駆動するための力のpeak-to-peakを小さくすることができるため、入力される力あたりの発電量を大きくすることができる。換言すると、圧電素子を複数用いる場合に、圧電素子ひとつあたりの発電効率を向上させることができる。
【００５７】
［実験例］
図１２を参照して、上述の各実施の形態に関して行なった実験例について説明する。図１２に示すように、正方形の４つの角部が丸みを帯びるように変形された形状（略正方形状）を有するカムを２種類準備し、これらのカムが回転する際に駆動部材に作用する荷重の大きさを検証した。
【００５８】
図１２中において、カムの相互に対向する下点間の間隔Ｌ１は、４．０ｍｍであり、カムの相互に対向する頂点間の間隔Ｌ２は、４．３ｍｍである。これら間隔Ｌ１，Ｌ２の値は、２種類のカムにおいて共通している。一方で、頂部に形成される円弧部分の半径Ｒは１つのカムでは１．０ｍｍであり、もう１つのカムでは０．８ｍｍであり、２種類のカムで異なる値を採用した。１つのカムには、Ｒ１．０を有する４つの頂点が設けられており、もう１つのカムには、Ｒ０．８を有する４つの頂点が設けられている。
【００５９】
図１３を参照して、これらのカムが回転する際に駆動部材に作用する荷重の大きさを検証した結果、Ｒ１．０の頂点を有するカムを用いる場合の方が、Ｒ０．８の頂点を有するカムを用いる場合に比べて荷重の最大値は小さくなった。
【００６０】
さらに、Ｒ１．０の頂部を有するカムを２つ用いた場合と、Ｒ０．８の頂部を有するカムを２つ用いた場合とのそれぞれについて、上述の実施の形態１（図１参照）のようにエネルギー変換システムとして組み立てて合成力を検証したところ、Ｒ１．０の場合の方がＲ０．８の場合に比べて６０％程度低減できることが分かった。したがって、駆動部材が個々のカムから受ける反力の合成値を小さくするという観点では、Ｒ１．０の場合の方がＲ０．８の場合に比べてよい結果が得られることが分かった。
【００６１】
［実施の形態４］
図１４を参照して、実施の形態４におけるエネルギー変換システム１０４について説明する。エネルギー変換システム１０４は、３つの発電部１０，２０，３０を備えており、３つの圧電素子１１，２１，３１および３つのカム機構１５，２５，３５が用いられる。発電部１０，２０，３０（カム機構１５，２５，３５）は、略同一の構成を有している。
【００６２】
駆動部材５０が矢印ＡＲ１方向に移動した場合、カム機構１５，２５，３５の歯車１７，２７，３７がそれぞれ回転し、カム機構１５のカム１６は矢印ＤＲ１方向に回転し、カム機構２５のカム２６は矢印ＤＲ２方向に回転し、カム機構３５のカム３６は矢印ＤＲ５方向に回転する。駆動部材５０が所定距離だけ移動する間に駆動部材５０が３つのカム１６，２６，３６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相が異なるように構成されている。
【００６３】
図１４に示す時点において、カム１６が突起部１８から受ける回転方向の力の向きは、矢印ＤＲ３に示す方向であり、駆動部材５０の矢印ＡＲ１に示す移動方向とは逆向きである。カム２６が突起部２８から受ける回転方向の力の向きは、矢印ＤＲ４に示す方向であり、駆動部材５０の矢印ＡＲ１に示す移動方向と同じ方向である。カム３６が突起部３８から受ける回転方向の力の向きは、矢印ＤＲ６に示す方向であり、駆動部材５０の矢印ＡＲ１に示す移動方向とは逆向きである。
【００６４】
これらの３つの力は、互いに打ち消しあう関係にある。したがって、合成力として駆動部材５０に作用する荷重の最大値は、個々のカム１６，２６，３６から駆動部材５０が受ける荷重の最大値に比べて小さい。peak-to-peak間を３６０°とした場合、カム機構１５，２５，３５のカム１６，２６，３６の回転に伴って駆動部材５０が受ける力の間には、１２０°のずれが設けられていることが好ましい。力同士の打ち消す効果を高くできる。
【００６５】
本実施の形態では３つのカム１６，２６，３６および３つの圧電素子１１，２１，３１が用いられているが、これらが４つ以上用いられる場合であっても、駆動部材５０がカムの回転により受ける反力を周期が同一であり且つ位相が異なるように構成することで、同様の作用および効果を得ることができる。カムが４つ用いられる場合には、４つのカムの回転に伴って駆動部材５０が受ける力同士の間には、９０°のずれが設けられていることが好ましい。カムが５つ用いられる場合には、５つのカムの回転に伴って駆動部材５０が受ける力同士の間には、７２°のずれが設けられていることが好ましい。
【００６６】
［実施の形態５］
図１５を参照して、実施の形態５におけるエネルギー変換システム１０５について説明する。エネルギー変換システム１０５は、３つの発電部１０，２０，３０を備えており、上述の実施の形態３の場合と同様に駆動部材５０Ａが用いられる。
【００６７】
駆動部材５０Ａの歯車５６が矢印ＡＲ２方向に回転移動した場合、カム機構１５，２５，３５の歯車１７，２７，３７がそれぞれ回転し、カム機構１５のカム１６は矢印ＤＲ１方向に回転し、カム機構２５のカム２６は矢印ＤＲ２方向に回転し、カム機構３５のカム３６は矢印ＤＲ５方向に回転する。駆動部材５０Ａの歯車５６が所定距離だけ回転移動する間に駆動部材５０Ａが３つのカム１６，２６，３６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相が異なるように構成されている。
【００６８】
図１５に示す時点において、カム１６が突起部１８から受ける回転方向の力の向きは、矢印ＤＲ３に示す方向であり、駆動部材５０Ａの矢印ＡＲ２に示す回転方向に沿った方向である。カム２６が突起部２８から受ける回転方向の力の向きは、矢印ＤＲ４に示す方向であり、駆動部材５０Ａの矢印ＡＲ２に示す回転方向に沿った方向である。カム３６が突起部３８から受ける回転方向の力の向きは、矢印ＤＲ６に示す方向であり、駆動部材５０Ａの矢印ＡＲ２に示す回転方向に沿った方向の力とは逆向きである。
【００６９】
これらの３つの力は、互いに打ち消しあう関係にある。したがって、合成力として駆動部材５０Ａに作用する荷重の最大値は、個々のカム１６，２６，３６から駆動部材５０Ａが受ける荷重の最大値に比べて小さい。peak-to-peak間を３６０°とした場合、カム機構１５，２５，３５のカム１６，２６，３６の回転に伴って駆動部材５０Ａが受ける力の間には、１２０°のずれが設けられていることが好ましい。力同士の打ち消す効果を高くできる。
【００７０】
本実施の形態では３つのカム１６，２６，３６および３つの圧電素子１１，２１，３１が用いられているが、これらが４つ以上用いられる場合であっても、駆動部材５０Ａがカムの回転により受ける反力を周期が同一であり且つ位相が異なるように構成することで、同様の作用および効果を得ることができる。
【００７１】
［実施の形態６］
図１６を参照して、実施の形態６におけるエネルギー変換システム１０６について説明する。上述の各実施の形態においては、同一の形状を有する複数のカムが用いられる。本実施の形態のエネルギー変換システム１０６では、互いに異なる形状を有するカム１６，２６と、カム１６の回転速度を変える変速機構４０とが用いられる。
【００７２】
カム１６は、平面視楕円形状に形成され、２つの頂点を有している。カム２６は、平面視略正方形状に形成され、４つの頂点を有している。変速機構４０は、ギアにより構成されている。変速機構４０は、駆動部材５０の移動速度に対するカム１６の回転速度、すなわち減速比を変化させる。変速機構４０を設けることで、駆動部材５０に作用する反力の周期および位相などを調整することが可能となる。
【００７３】
本実施の形態の場合、変速機構４０によってカム１６の回転数が変更されており、カム２６が１回転する間にカム１６は２回転する。これにより、駆動部材５０がカム１６，２６の回転により受ける反力は、周期が同一であり且つ位相が異なるように構成されており、上記の各実施の形態と同様の作用および効果を得ることが可能となっている。
【００７４】
異なる頂点数を有する複数のカムを組み合わせて用いる場合、複数のカムの回転力同士を、変速機構４０を用いることにより合わせる（同一の値に近づける）ことが好ましい。ここで言う回転力とは、突起部がカムの頂点を乗り越えるために必要な値（トルク）であり、この回転力は、駆動部材５０に対して図中の矢印Ｆ１，Ｆ２で示されるように作用する。複数のカムの回転力同士を合わせるためには、たとえば、（カム１６の山数）／（カム２６の山数）＝（カム１６の半径Ｒ１３）／（カム２６の半径Ｒ２３）といった関係を成立させればよい。当該構成によれば、駆動部材５０がカム１６，２６の回転により受ける反力の合成値をより小さくすることが可能となる。
【００７５】
また、突起部がカムの頂点を乗り越えるために必要な回転力は、カムの頂点半径で自由に設計できる。２つのカムの振幅（頂点と下点との間の寸法差）を同じとした場合には、駆動部材５０がカム１６，２６の回転により受ける反力の合成値をより小さくすることが可能となる。図１６に示す構成の場合、カム１６，２６の各々について、（頂点高さＲ１１−下点高さＲ１２）＝（頂点高さＲ２１−下点高さＲ２２）とし、Ｒ１１＝Ｒ１２／２の関係が成立していれば、複数のカムの回転力同士をより打ち消すことが可能となる。
【００７６】
以上、本発明に基づいた各実施の形態、変形例、および実施例について説明したが、上記で開示された内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７７】
１０，２０，３０  発電部、１１，２１，３１  圧電素子、１２，２２  支持体、１３  ストッパ、１３Ａ，１４Ｂ，１４Ｄ  当接部、１４  レバー、１４Ａ  接続部、１４Ｃ  変位部、１５，２５，３５  カム機構、１６，２６，３６  カム、１７，２７，３７  歯車、１８，２８，３８  突起部、１９  回転軸、４０  変速機構、５０，５０Ａ  駆動部材、５１，５２  ラック歯（駆動部）、５５  中心軸、５６  歯車（駆動部）、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６  エネルギー変換システム。
【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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