(57)【要約】【課題】異音の発生やコイルの断線、電圧波形の乱れを抑制できる発電素子を提供すること。【解決手段】導線が螺旋状に巻回されてコイル１３が形成され、磁歪棒１１がコイル１３に内設される。剛性棒１２と磁歪棒１１との間で磁気ループが形成され、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向に磁歪棒１１が振動することで発電が行われる。コイル１３は保持部材５０に固定され、保持部材６０に非固定にされるので、磁歪棒１１とコイル１３との間隔が保持される。磁歪棒１１はコイル１３の内側で振動するので、磁歪棒１１とコイル１３との衝突が阻止される。よって、磁歪棒１１とコイル１３との衝突による異音の発生およびコイル１３（導線）の断線を防止でき、電圧波形の乱れを抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線が螺旋状に巻回されて形成されるコイルと、
前記コイルの内周面と間隔をあけて前記コイルに内設されると共に磁歪材料から棒状に構成される磁歪棒と、
前記磁歪棒に並設されると共に磁性材料から棒状に構成され前記磁歪棒との間で磁気ループが形成される剛性棒と、
前記剛性棒および前記磁歪棒の軸方向両端をそれぞれ保持する一対の保持部材とを備え、前記一対の保持部材の一方が固定され、前記一対の保持部材の他方が前記磁歪棒および前記剛性棒が並設される方向に振動することで前記磁歪棒が軸方向に伸張または収縮して発電が行われる発電素子であって、
前記コイルは、軸方向一端側が前記一対の保持部材のいずれか一方に固定され、軸方向他端側が前記一対の保持部材のいずれか他方に非固定とされていることを特徴とする発電素子。
【請求項２】
前記コイルは、前記一対の保持部材のうち固定側の一方に軸方向一端側が固定されていることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
【請求項３】
前記保持部材は、前記磁歪棒および前記剛性棒が並設される方向と交差する方向に沿って軸方向端面に設けられる係止部を備え、
前記コイルは、軸方向一端側が前記係止部に係止され固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電素子。
【請求項４】
前記コイルと前記係止部との間に介設される緩衝部を備え、
前記緩衝部は、前記磁歪棒および前記剛性棒が並設される方向に弾性変形可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発電素子。
【請求項５】
前記コイルは、前記一対の保持部材のいずれか他方に非固定とされる軸方向他端側の前記磁歪棒および剛性棒が並設される方向における内径が、軸方向一端側の前記磁歪棒および剛性棒が並設される方向における内径より拡大されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪材料の逆磁歪効果を利用して振動発電を行う発電素子に関し、特に異音の発生やコイルの断線、電圧波形の乱れを抑制できる発電素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、磁歪材料の逆磁歪効果を利用して振動発電を行う発電素子が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１には、平行に配設される一対の磁歪棒と、それら一対の磁歪棒の一端を保持する第１保持部材と、一対の磁歪棒の他端を支持すると共に質量体（可動マス）として機能する第２保持部材と、導線が螺旋状に巻回されると共に磁歪棒が内設されるコイルと、一対の磁歪棒の一端および他端にそれぞれ磁極を違えて配設される一対の永久磁石とを備える発電素子が開示されている。特許文献１に開示される発電素子は、第１保持部材を振動体に固着すると共に、第２保持部材を自由端とした状態で設置され、振動体の振動に伴って、磁歪棒の軸直角方向へ第２保持部材を振り子運動（自由振動または強制振動）させることで、磁歪棒一方および他方に軸方向の伸張および収縮をそれぞれ発生させる。これにより、磁歪棒の軸方向と平行な方向に磁束密度が変化し（逆磁歪効果）、磁歪棒に巻回されたコイルに電流が発生し、発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１５８４７３号（段落００７８、図４Ａなど）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述した従来の発電素子では、コイルに内設された磁歪棒が振動するので、磁歪棒がコイルの内周面に繰返し衝突すると、衝突音（異音）が発生したりコイル（導線）が断線したりするという問題がある。また、磁歪棒がコイルに衝突する衝撃で、出力される電圧波形が乱れるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、異音の発生やコイルの断線、電圧波形の乱れを抑制できる発電素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発電素子によれば、導線が螺旋状に巻回されてコイルが形成され、磁歪材料から棒状に構成される磁歪棒が、コイルの内周面と間隔をあけてコイルに内設される。磁性材料から棒状に構成される剛性棒が磁歪棒に並設され、磁歪棒との間で磁気ループが形成される。一対の保持部材により剛性棒および磁歪棒の軸方向両端がそれぞれ保持され、一対の保持部材の一方が固定される。一対の保持部材の他方が、磁歪棒および剛性棒が並設される方向に振動することで磁歪棒が軸方向に伸張または収縮して発電が行われる。
【０００７】
コイルは、軸方向一端側が一対の保持部材のいずれか一方に固定されるので、磁歪棒とコイルとの間隔が保持される。コイルの軸方向一端側を保持部材に固定すると、磁歪棒はコイルの内側で振動するので、磁歪棒とコイルとの衝突を阻止できる。その結果、磁歪棒とコイルとの衝突による異音の発生およびコイル（導線）の断線を防止できる効果がある。また、磁歪棒がコイルに衝突することを防止できるので、電圧波形の乱れを抑制できる効果がある。
【０００８】
さらに、コイルの軸方向他端側が一対の保持部材のいずれか他方に非固定とされる。仮に、コイルの軸方向の両側を一対の保持部材に固定する場合には、磁歪棒の曲げ変形にコイルの曲げ剛性が影響する。そうすると、磁歪棒を変形させて保持部材を振動させるために、磁歪棒だけを変形させる場合と比較して、コイルが介在する分だけ大きな加振力を要する。また、コイルの曲げ剛性が発電素子の固有振動数に影響を与えるので、発電素子の固有振動数を設計し難くなる。
【０００９】
これに対し、コイルの軸方向他端側を一対の保持部材のいずれか他方に非固定とすることにより、コイルの曲げ剛性が磁歪棒の曲げ変形に影響を与えることを防止できる。その結果、コイルの軸方向の両側を一対の保持部材に固定する場合と比較して、発電可能な加振力を小さくすることができると共に、発電素子の固有振動数の設計を容易にできる効果がある。
【００１０】
請求項２記載の発電素子によれば、コイルは、一対の保持部材のうち固定側の一方に軸方向一端側が固定されている。仮に、一対の保持部材のうち振動側の一方にコイルの軸方向一端側が固定される場合には、保持部材に固定されたコイルの軸方向一端側が、振動の加速度によって保持部材から外れ易くなる。しかし、一対の保持部材のうち固定側の一方にコイルの軸方向一端側が固定されるので、保持部材に固定されたコイルの軸方向一端側に振動によって作用する加速度を小さくできる。その結果、コイルの軸方向一端側を保持部材から外れ難くすることができ、請求項１の効果に加え、信頼性を向上できる効果がある。
【００１１】
また、仮に、振動側の保持部材にコイルの軸方向一端側が固定される場合には、コイルの質量が発電素子の固有振動数に影響を与えるので、発電素子の固有振動数を設計し難くなる。これに対し、固定側の保持部材にコイルの軸方向一端側が固定され、振動側の保持部材にコイルの軸方向他端側が非固定にされるので、請求項１の効果に加え、コイルの質量が発電素子の固有振動数に影響を与えることを防止して、発電素子の固有振動数の設計を容易にできる効果がある。
【００１２】
請求項３記載の発電素子によれば、磁歪棒および剛性棒が並設される方向と交差する方向に沿う係止部が、保持部材の軸方向端面に設けられる。コイルは、軸方向一端側が係止部に係止され固定されるので、磁歪棒および剛性棒が並設される方向に保持部材が振動したときに、コイルの軸方向一端側を保持部材に対して位置ずれし難くすることができる。よって、請求項１又は２の効果に加え、信頼性を向上できる効果がある。
【００１３】
請求項４記載の発電素子によれば、コイルと係止部との間に緩衝部が介設され、緩衝部は、磁歪棒および剛性棒が並設される方向に弾性変形可能に構成されている。緩衝部が弾性変形することによりコイルが係止部から脱落することを抑制できるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、信頼性を向上できる効果がある。
【００１４】
請求項５記載の発電素子によれば、コイルは、一対の保持部材のいずれか他方に非固定とされる軸方向他端側の磁歪棒および剛性棒が並設される方向における内径が、軸方向一端側の磁歪棒および剛性棒が並設される方向における内径より拡大されている。よって、請求項１から４のいずれかの効果に加え、保持部材が大きく振動して磁歪棒の曲げ変形量が大きくなったときも、コイルの軸方向他端側に磁歪棒を衝突させ難くできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施の形態における発電素子の平面図であり、（ｂ）は矢印Ｉｂ方向視における発電素子の側面図である。
【図２】（ａ）は固定部材の正面図であり、（ｂ）は図２（ａ）の矢印ＩＩｂ方向視における固定部材の側面図であり、（ｃ）は図２（ｂ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における固定部材の断面図である。
【図３】（ａ）はホルダ部材の正面図であり、（ｂ）は図３（ａ）の矢印ＩＩＩｂ方向視におけるホルダ部材の側面図である。
【図４】（ａ）はコイル、磁歪棒および剛性棒を装着するときの固定部材の軸方向断面図であり、（ｂ）はコイル、磁歪棒および剛性棒が装着された固定部材の軸方向断面図である。
【図５】（ａ）は第２実施の形態における発電素子の固定部材の側面図であり、（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における固定部材の断面図であり、（ｃ）は図５（ｂ）の一部を拡大して図示した固定部材の断面図である。
【図６】（ａ）は第３実施の形態における発電素子の平面図であり、（ｂ）は矢印ＶＩｂ方向視における発電素子の側面図である。
【図７】実施例および比較例における発電素子の加振振幅に対する発電圧を示す図である。
【図８】実施例および比較例における発電素子により発生した電圧波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施の形態における発電素子１の平面図であり、図１（ｂ）は矢印Ｉｂ方向視における発電素子１の側面図である。なお、図１では、永久磁石１４，１５の磁極の向きの理解を容易とするために、その磁性を「Ｎ」「Ｓ」の表記を利用して便宜的に図中に図示する。
【００１７】
図１に示すように、発電素子１は、振動体Ｖに対し、一対の保持部材５０，６０の内の一方の保持部材５０を固着すると共に他方の保持部材６０を自由端とした状態で設置され、振動体Ｖの振動に伴って、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸直角方向（図１（ｂ）上下方向）へ他方の保持部材６０を振り子運動（自由振動または強制振動）させて使用される。この場合、振り子運動に伴う曲げ変形により軸方向の伸張および収縮が磁歪棒１１に発生することで、磁歪棒１１の軸方向と平行な方向に磁束密度が変化し、コイル１３に電流が発生することで、発電が行われる。
【００１８】
発電素子１は、磁歪材料から構成される磁歪棒１１及び磁性材料から構成される剛性棒１２と、磁歪棒１１に巻回されるコイル１３と、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向一端側（図１（ｂ）左側）及び他端側（図１（ｂ）右側）においてこれら磁歪棒１１及び剛性棒１２の対向間に挟装される一対の永久磁石１４，１５と、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向一端側および他端側にそれぞれ取着され磁歪棒１１及び剛性棒１２の対向間に永久磁石１４，１５が挟装された状態を保持する一対の保持部材５０，６０とを備える。
【００１９】
磁歪棒１１及び剛性棒１２は、厚さ（図１（ｂ）上下方向寸法）に対して幅（図１（ａ）上下方向寸法）が大きな断面長方形（即ち、断面が長辺（幅方向に沿う辺）及び短辺（厚さ方向に沿う辺）を有する長方形）から長尺板状に形成される。
【００２０】
これら磁歪棒１１及び剛性棒１２は、互いに同一形状（寸法）に形成されると共に、面積が大きな側面（即ち、断面において長辺を含む側面）同士を対向させて平行に配置される。なお、剛性棒１２は、磁歪棒１１よりも磁歪効果の低い磁性材料から構成される。本実施の形態では、磁歪棒１１が鉄ガリウム合金から、剛性棒１２が鉄鋼材料から、それぞれ構成される。
【００２１】
コイル１３は、銅線から構成される線材（導線）を螺旋状に磁歪棒１１に巻回したものであり、コイル１３と磁歪棒１１との間に隙間が設けられる。本実施の形態では、コイル１３は自己融着線からなる導線同士が接着固定された空芯コイルであり、磁歪棒１１の断面形状に応じて扁平した断面略楕円の筒状に形成されている。
【００２２】
永久磁石１４，１５は、磁歪棒１１にバイアス磁界を付与するための部材であり、それぞれ断面矩形の棒状に形成される。なお、永久磁石１４，１５は、挟持対向部２２，２３の対向方向（図１（ｂ）上下方向）の寸法が厚さ寸法とされる。永久磁石１４，１５は、互いに磁極を違えて配設される。即ち、永久磁石１４は、磁歪棒１１に接続される面側（図１（ｂ）上側）にＮ極、剛性棒１２に接続される面側（図１（ｂ）下側）にＳ極が配置される一方、これとは反対に、永久磁石１５は、磁歪棒１１に接続される面側にＳ極、剛性棒１２に接続される面側にＮ極が配置される。
【００２３】
これにより、磁歪棒１１と、剛性棒１２と、永久磁石１４，１５とにより磁気ループが形成され、永久磁石１４，１５の起磁力によるバイアス磁界が磁歪棒１１に付与される。その結果、磁歪棒１１の磁化容易方向（磁化の方向または磁化が生じ易い方向）が、磁歪棒１１の軸方向（長手方向）に設定される。
【００２４】
永久磁石１４，１５は、固定部材２０，３０に形成（凹設）された収容空間に配設される。この収容空間の内面（挟持対向部２２，２３の対向面２２ｂ，２３ｂ、規制部２４の対向面および連結部２５の対向面、図２参照）や磁歪棒１１及び剛性棒１２の側面と、永久磁石１４，１５の対向面（側面）との対向間には隙間が形成され、この隙間に充填した接着剤により、永久磁石１４，１５が固定部材２０，３０に固着される。
【００２５】
保持部材５０，６０は、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向一端側および他端側にそれぞれ取着される一対の固定部材２０，３０と、それら一対の固定部材２０，３０がそれぞれ圧入されるホルダ部材４０とを備える。固定部材２０，３０及びホルダ部材４０は、非磁性材料（本実施の形態では、アルミニウム合金）から構成される。ここで、図２及び図３を参照して、固定部材２０，３０及びホルダ部材４０の詳細構成について説明する。
【００２６】
図２（ａ）は、固定部材２０の側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢印ＩＩｂ方向視における固定部材２０の側面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における固定部材２０の断面図である。なお、固定部材３０は、係止部２６が省略されている以外、固定部材２０と同様に構成されている。よって、固定部材３０は、固定部材２０と同一の部分に同一の符号を付して、以下の説明を省略する。
【００２７】
図２に示すように、固定部材２０は、ブロック状に形成されるベース部２１と、そのベース部２１の側面（図２（ａ）紙面手前側面）から突設されると共に所定間隔を隔てて対向する挟持対向部２２，２３と、それら挟持対向部２２，２３の対向間に位置しつつベース部２１の側面から突設される規制部２４と、挟持対向部２２，２３の対向間を連結しつつベース部２１の側面から突設される連結部２５とを備える。なお、固定部材２０は、高さ方向（図２（ａ）上下方向）中央に位置する仮想平面（図示せず）に対して面対称に形成される。
【００２８】
挟持対向部２２，２３は、磁歪棒１１及び剛性棒１２を永久磁石１４，１５へ向かう方向に挟み込んで挟持する部位であり（図１参照）、対向面２２ａ，２２ｂ及び対向面２３ａ，２３ｂがそれぞれ対向して形成される。対向面２２ａ，２２ｂ及び対向面２３ａ，２３ｂの対向間に形成される空間に、磁歪棒１１、剛性棒１２及び永久磁石１４，１５がそれぞれ収容される（図１参照）。
【００２９】
なお、対向面２２ａ，２３ａは互いに平行とされ、それら対向面２２ａ，２３ａの対向間隔（図２（ａ）上下方向の寸法）は、磁歪棒１１、剛性棒１２及び永久磁石１４，１５の厚さ（図１（ｂ）上下方向寸法）の合計よりも所定量（本実施の形態では０．０２ｍｍ）だけ大きくされる。同様に、対向面２２ｂ，２３ｂは互いに平行とされ、それら対向面２３ａ，２３ｂの対向間隔は、永久磁石１４，１５の厚さよりも所定量（本実施の形態では０．０２ｍｍ）だけ大きくされる。
【００３０】
ベース部２１及び挟持対向部２２，２３（即ち、固定部材２０）の上面側および下面側（図２（ａ）上側または下側）には、固定部材２０をホルダ部材４０へ圧入する際の圧入方向に沿って傾斜する傾斜面２２ｃ及び傾斜面２３ｃが形成される。傾斜面２２ｃ及び傾斜面２３ｃは、規制部２４から連結部２５へ向かうに従って互いに異なる方向に傾斜（図２（ａ）に示す側面視において、傾斜面２２ｃは下降傾斜、傾斜面２３ｃは上昇傾斜）する傾斜面として形成される。この傾斜（勾配）によって、固定部材２０（ベース部２１及び挟持対向部２２，２３）は、図２（ａ）に示す側面視において、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向中央から軸方向端部へ向かうに従って先細りとなる形状に形成される（図１参照）。なお、傾斜面２２ｃ，２３ｃは、水平面（上述した固定部材２０の対称面となる仮想平面）に対し傾斜角度θ１で傾斜される。
【００３１】
規制部２４は、図２（ａ）に示す側面視形状が矩形とされる部位であり、挟持対向部２２，２３の対向面２２ａ，２３ａに対して所定の間隔を隔てて配設される。規制部２４と挟持対向部２２，２３の対向面２２ａ，２３ａとの間の間隔（図２（ａ）上下方向寸法）は、磁歪棒１１及び剛性棒１２の厚さ（図１（ｂ）上下方向寸法）と同等または若干大きくされる。また、規制部２４は、挟持対向部２２，２３の対向方向（図２（ａ）上下方向）の寸法である厚さＷ１が、永久磁石１４，１５の厚さよりも大きくされる。なお、本実施の形態では、規制部２４の厚さＷ１が、連結部２５側に位置する対向面２２ｂ，２３ｂの対向間隔（図２（ａ）上下方向寸法）と同等に設定される。
【００３２】
挟持対向部２２，２３及び規制部２４は、連結部２５の反対側に位置する端面（図２（ａ）左側の面）が面一に形成されると共に、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向に垂直な平坦面として形成される（図１参照）。
【００３３】
連結部２５は、固定部材２０の先細りとなる側（規制部２４の反対側、図２（ａ）右側）に位置し、ベース部２１の側面からの高さ（図２（ｂ）左右方向寸法）が、挟持対向部２２，２３及び規制部２４の高さと同一に設定される。連結部２５が対向面２２ｂ，２３ｂの間に介在することで、固定部材２０をホルダ部材４０へ圧入する際に、寸法公差が存在する場合や、圧入工程の精度が不足した場合でも、永久磁石１４，１５が対向面２２ｂ，２３ｂに押圧されることを抑制して、かかる永久磁石１４，１５が破損することを抑制できる。
【００３４】
図２（ｂ）に示すように固定部材２０は、係止部２６が軸方向端面に設けられている。係止部２６は、コイル１３の軸方向端部が係止される部位であり、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（図２（ｂ）上下方向）と交差する方向（図２（ｂ）左右方向）に沿って挟持対向部２２及び規制部２４の軸方向端面に形成される。本実施の形態では、係止部２６は、挟持対向部２２及び規制部２４からベース部２１に亘って連続して形成され、軸方向視における形状が楕円の略Ｃ字状とされる。
【００３５】
図２（ｃ）に示すように、係止部２６は固定部材２０の軸方向端面に凹設され、溝状に形成される。溝状の係止部２６（図２（ｂ）参照）は、両端がそれぞれ対向面２２ａ，２４ａに開口し、係止部２６の溝幅は、コイル１３の線材の太さ（直径）より僅かに大きめに形成されている。また、係止部２６は、軸方向視における形状が、コイル１３の軸方向端部の軸方向視における形状と同一に設定される。これによりコイル１３は、軸方向端部が係止部２６に嵌装され、軸直角方向（図２（ｂ）紙面と平行方向）の移動が規制される。
【００３６】
次に図３を参照してホルダ部材４０について説明する。図３（ａ）は、ホルダ部材４０の側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢印ＩＩＩｂ方向視におけるホルダ部材４０の側面図である。
【００３７】
ホルダ部材４０は、略直方体形状のベース部４１と、そのベース部４１の一側（図３（ａ）左側）から突設されると共に所定間隔を隔てて対向して配設される被圧入対向部４２，４３とを備える。なお、ホルダ部材４０は、高さ方向（図３（ａ）上下方向）中央に位置する仮想平面（図示せず）に対して面対称に形成される。
【００３８】
被圧入対向部４２，４３は、固定部材２０，３０が圧入される部位であり、それら被圧入対向部４２，４３の互いに対向する面には、固定部材２０，３０をホルダ部材４０へ圧入する際の圧入方向に沿って傾斜する傾斜面４２ａ，４３ａが形成される。傾斜面４２ａ，４３ａは、被圧入対向部４２，４３の突設先端側からベース部４１へ向かうに従って互いに異なる方向に傾斜（図３（ａ）に示す側面視において、傾斜面４２ａは下降傾斜、傾斜面４３ａは上昇傾斜）する傾斜面として形成される。この傾斜（勾配）によって、傾斜面４２ａ，４３ａの対向間隔は、ベース部４１へ向かうに従って狭くなる。
【００３９】
なお、傾斜面４２ａ，４３ａは、水平面（上述したホルダ部材４０の対称面となる仮想平面）に対し傾斜角度θ２で傾斜される。この傾斜角度θ２は、本実施の形態では、固定部材２０，３０の傾斜角度θ１（図２（ａ）参照）と同一とされる。
【００４０】
次に図４を参照して、発電素子１の組立方法について説明する。図４（ａ）はコイル１３、磁歪棒１１及び剛性棒１２を装着するときの固定部材２０の軸方向断面図であり、図４（ｂ）はコイル１３、磁歪棒１１及び剛性棒１２が装着された固定部材２０の軸方向断面図である。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、自己融着線からなる導線同士が接着固定されたコイル１３（空芯コイル）に磁歪棒１１を挿通し、図４（ｂ）に示すように、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向一端側を固定部材２０の挟持対向部２２，２３と規制部２４との間に挿入する。コイル１３は、軸方向一端側を係止部２６に嵌装し、コイル１３の軸方向一端側と固定部材２０（係止部２６）とを接着剤により接着固定する。次に、永久磁石１４を固定部材２０の収容空間（磁歪棒１１及び剛性棒１２の対向間）に配設し、接着剤により接着固定する。次いで、ホルダ部材４０の被圧入対向部４２，４３の対向間へ、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向（図４（ｂ）左右方向）を圧入方向として固定部材２０を圧入する。
【００４２】
同様に、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向他端側を固定部材３０（図１（ｂ）参照）の挟持対向部２２，２３と規制部２４との間に挿入する。次に、永久磁石１５を固定部材３０の収容空間（磁歪棒１１及び剛性棒１２の対向間）に配設し、接着剤により接着固定する。次いで、ホルダ部材４０の被圧入対向部４２，４３の対向間へ、磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向（図４（ｂ）左右方向）を圧入方向として固定部材３０を圧入する。これにより発電素子１が組み立てられる。但し、永久磁石１４，１５の収容空間への取り付け（接着剤による接着固定）は、ホルダ部材４０への圧入が完了した後に行っても良い。
【００４３】
以上のようにして組み立てられた発電素子１によれば、保持部材５０を介して磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向一端側が振動体Ｖに固定され、保持部材６０の質量によって磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（図１（ｂ）上下方向）に軸方向他端側が振動することで、磁歪棒１１が軸方向に伸張または収縮して発電が行われる。コイル１３の軸方向一端側が固定部材２０（保持部材５０）に接着固定され、コイル１３の軸方向他端側が固定部材３０（保持部材６０）に非固定とされるので、固定部材２０により磁歪棒１１とコイル１３との間隔が保持される。
【００４４】
コイル１３に磁歪棒１１が衝突しない範囲内で磁歪棒１１の曲げ変形が生じるように、振動体Ｖの振幅やコイル１３と磁歪棒１１との間隔等を設定すれば、磁歪棒１１とコイル１３との衝突が阻止される。その結果、磁歪棒１１とコイル１３との衝突による異音の発生およびコイル１３（導線）の断線を防止できる。また、磁歪棒１１がコイル１３に衝突することを防止できるので、電圧波形の乱れを抑制できる。
【００４５】
ここで、コイル１３と磁歪棒１１との間にコーキング剤等を注入することで、コイル１３と磁歪棒１１との衝突を防ぐ（コーキング剤等の弾性体により衝撃を緩衝する）ことは可能である。しかし、この場合には、磁歪棒１１の振動が弾性体を介してコイル１３に入力される可能性があり、磁歪棒１１の振動（曲げ変形）によりコイル１３に曲げ荷重が入力される可能性がある。そうすると、コイル１３に入力される曲げ荷重によりコイル１３（導線）が断線するおそれがある。
【００４６】
これに対し発電素子１によれば、磁歪棒１１はコイル１３（空芯コイル）の中空部分でコイル１３に干渉されずに自由に振動できるので、磁歪棒１１の振動（曲げ変形）によりコイル１３に曲げ荷重が入力されないようにできる。従って、コイル１３に入力される曲げ荷重によりコイル１３（導線）が断線することを防止できる。また、コイル１３の剛性により磁歪棒１１の振動が抑制されることを防止できるので、発電効率（発電素子１に入力された加振エネルギーに対する電力量の比率）が低下することを抑制できる。
【００４７】
なお、コイル１３と固定部材２０（係止部２６）とを接着固定する接着剤は、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、シリコーンゴム系、クロロプレンゴム系、シアノアクリレート系等の種々の接着剤を採用できる。コイル１３の軸方向一端側と固定部材２０とを接着し、コイル１３の軸方向他端側と固定部材３０とを非固定にすることで、採用可能な接着剤の自由度を向上できる。
【００４８】
仮に、コイル１３の軸方向一端側を固定部材２０に接着し、コイル１３の軸方向他端側を固定部材３０に接着する構成とする場合に、硬化後に弾性変形不能な接着剤を用いると、磁歪棒１１を変形させて保持部材６０（図１（ｂ）参照）を振動させるために、磁歪棒１１だけを変形させる場合と比較して、コイル１３が介在する分だけ大きな加振力を要する。また、コイル１３の曲げ剛性が発電素子１の固有振動数（磁歪棒１１のばね定数の平方根に反比例する）に影響を与えるので、発電素子１の固有振動数を設計し難くなる。
【００４９】
そこで、コイル１３の軸方向の両端を固定部材２０，３０にそれぞれ接着する構成とする場合には、磁歪棒１１の曲げ変形にコイル１３の曲げ剛性が影響することをできる限り抑制するため、硬化後に弾性変形可能な弾性接着剤が好適に採用される。弾性接着剤は、シリコーン系、変性シリコーン系、ポリウレタン系、ニトリルゴム系、合成ゴム系などの高分子化合物を含有するものが用いられる。
【００５０】
これに対し、本実施の形態のようにコイル１３の軸方向他端側を保持部材６０に非固定とすることにより、コイル１３の曲げ剛性が磁歪棒１１の曲げ変形に影響を与えることを防止できる。その結果、コイル１３の軸方向一端側と固定部材２０とを固定する接着剤は、弾性接着剤に限定されることなく種々の接着剤を自由に採用できる。シアノアクリレート系等の硬化速度の大きい接着剤を採用することも可能なので、そのような硬化速度の大きい接着剤を採用した場合には、発電素子１の組立時間を短縮できる。
【００５１】
また、コイル１３の軸方向他端側を非固定にするので、コイル１３の軸方向一端側を固定部材２０に接着し、コイル１３の軸方向他端側を固定部材３０に接着する構成とする場合と比較して、コイル１３の軸方向他端側を固定部材３０に接着しない分だけ、コイル１３の接着に要する工数および接着剤の使用量を削減できる。
【００５２】
また、コイル１３の曲げ剛性が磁歪棒１１の曲げ変形に影響を与えることを防止できるので、コイル１３の軸方向の両側を一対の保持部材５０，６０に固定する場合と比較して、磁歪棒１１を振動させるために必要な加振エネルギーの増加を抑制できる。その結果、発電素子１の発電効率を向上できる。さらに、コイル１３による磁歪棒１１の曲げ剛性（ばね定数）の上昇を抑制できるので、磁歪棒１１の固有振動数が設計値からずれることを防止でき、固有振動数の設計を容易にできる。
【００５３】
発電素子１によれば、保持部材５０（固定部材２０）にコイル１３の軸方向一端側が固定されるので、コイル１３の軸方向他端側が保持部材６０（固定部材３０）に接触する手前まで、コイル１３の軸方向長さを軸方向他端側に延ばすことができる。その結果、コイル１３を磁歪棒１１及び剛性棒１２の軸方向の中央部分に配置する場合と比較して、コイル１３の巻数を増加させることができる。その結果、発電電圧を増加させることができる。
【００５４】
また、振動体Ｖに固定される保持部材５０にコイル１３の軸方向端部が固定されるので、保持部材５０に対して振動する保持部材６０にコイル１３の軸方向端部が固定される場合と比較して、固定されるコイル１３の軸方向一端側（保持部材５０側）の加速度（振動の大きさ）を小さくできる。その結果、振動側の保持部材６０にコイル１３が固定される場合と比較して、コイル１３を保持部材５０から外れ難くすることができる。その結果、発電素子１の信頼性を向上できる。
【００５５】
また、仮に、振動側の保持部材６０にコイル１３の軸方向端部が固定される場合には、コイル１３の質量が発電素子１の固有振動数（保持部材６０の質量の平方根に比例する）に影響を与えるので、発電素子１の固有振動数を設計し難くなる。これに対し、固定側の保持部材５０にコイルの軸方向一端側が固定され、振動側の保持部材６０にコイル１３が非固定にされるので、コイル１３の質量が発電素子１の固有振動数に影響を与えることを防止して、発電素子１の固有振動数の設計を容易にできる。
【００５６】
また、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（図２（ｂ）上下方向）と交差する方向に沿う係止部２６が、固定部材２０の挟持対向部２２及び規制部２４の軸方向端面に設けられる。コイル１３は、軸方向一端側が係止部２６に係止され固定されるので、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向に保持部材５０（固定部材２０）に加速度が作用したときに、加速度が作用する方向にコイル１３の軸方向一端側をずれ難くできる。その結果、コイル１３を保持部材５０から外れ難くすることができるので、信頼性を向上できる。
【００５７】
なお、係止部２６は、固定部材２０の挟持対向部２２及び規制部２６からベース部２１に亘り軸方向視して略Ｃ字状に形成されている。ベース部２１に設けられる係止部２６は、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向に沿うので、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向と交差する方向に保持部材５０（固定部材２０）に加速度が作用したときも、加速度が作用する方向にコイル１３の軸方向一端側をずれ難くできる。その結果、コイル１３を保持部材５０から外れ難くすることができるので、信頼性を向上できる。
【００５８】
また、固定部材２０に係止部２６を凹溝状に形成し、その凹溝状の係止部２６の内面とコイル１３の軸方向端部とを接着するので、係止部２６が形成されていない固定部材の軸方向端面（平面）にコイル１３の軸方向端部を接着する場合と比較して、係止部２６（凹溝）の深さに比例して接着面積を拡大できる。その結果、接着強度を確保できるので、信頼性を確保できる。
【００５９】
次に図５を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、固定部材２０の軸方向端面に凹設された係止部２６にコイル１３を接着固定する場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、固定部材７０の軸方向端面に凹設された係止部７１にコイル１３を圧入固定する場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５（ａ）は第２実施の形態における発電素子の固定部材７０の側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における固定部材７０の断面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）の一部を拡大して図示した固定部材７０の断面図である。
【００６０】
図５（ａ）に示すように固定部材７０は、軸方向端面に係止部７１が形成されている。図５（ｂ）に示すように係止部７１は、コイル１３の軸方向端部が係止される部位であり、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（図５（ａ）上下方向）と交差する方向（図５（ａ）左右方向）に沿って挟持対向部２２及び規制部２４の軸方向端面に形成される。本実施の形態では、係止部７１は、挟持対向部２２及び規制部２４からベース部２１に亘って連続して形成され、軸方向視における形状が楕円の略Ｃ字状とされる。
【００６１】
図５（ｃ）に示すように、係止部７１は凹溝状に形成され、固定部材７０の軸方向端面に凹設される。係止部７１（図５（ａ）参照）は、両端がそれぞれ対向面２２ａ，２４ａに開口する部位であり、内壁に緩衝部７２が固設される。緩衝部７２はゴム状弾性体から薄膜状に構成される。係止部７１の内壁に固設される緩衝部７２間の隙間は、コイル１３の線材の太さ（直径）より小さめに形成されている。また、係止部７１は、軸方向視における形状が、コイル１３の軸方向端部の軸方向視における形状と同一に設定される。これによりコイル１３は、軸方向端部が緩衝部７２に圧入され、軸直角方向（図５（ａ）紙面と平行方向）の移動が規制される。
【００６２】
第２実施の形態によれば、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（図５（ａ）上下方向）と交差する方向に沿う係止部７１が、固定部材７０の軸方向端面に設けられる。コイル１３は、軸方向一端側が係止部７１に係止され固定されるので、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向に加速度が作用したときに、コイル１３の軸方向一端側を固定部材７０から外れ難くすることができる。よって、信頼性を向上できる。
【００６３】
また、コイル１３と係止部７１との間に緩衝部７２が介設され、緩衝部７２はゴム状弾性体により構成される。コイル１３は緩衝部７２間に圧入され固定されるので、接着剤を塗布してコイル１３を静置した状態で硬化させる接着作業を不要にできる。
【００６４】
さらに、緩衝部７２は、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（振動方向）に弾性変形可能に構成されている。その結果、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向の加速度を、緩衝部７２の弾性変形により抑制できる。よって、コイル１３に作用する加速度を緩衝できるので、信頼性を向上できる。
【００６５】
次に図６を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施の形態および第２実施の形態では、コイル１３（空芯コイル）が軸方向に亘って同一の内径に設定される場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、保持部材５０に固定されるコイル８２の軸方向一端側の内径に対して、保持部材６０に非固定とされるコイル８２の軸方向他端側の内径が大きく設定される場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図６（ａ）は第３実施の形態における発電素子８１の平面図であり、図６（ｂ）は矢印ＶＩｂ方向視における発電素子８１の側面図である。
【００６６】
発電素子８１は、保持部材５０（固定部材２０）にコイル８２の軸方向一端側が接着固定されている。コイル８２は、銅線から構成される線材（導線）を螺旋状に巻回したものであり、コイル８２の内周面と隙間を設けて磁歪棒１１が内設される。本実施の形態では、コイル８２は自己融着線からなる導線同士が接着固定された空芯コイルであり、保持部材５０に固定される軸方向一端側が略円筒状に形成される一方、保持部材６０に非固定とされる軸方向他端側が、軸方向他端側に向かうにつれて漸次拡径する略円錐状（ラッパ状）に形成される。即ちコイル８２は、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（図６（ｂ）上下方向）における内径が、軸方向他端側（図６（ｂ）右側）が軸方向一端側（図６（ｂ）左側）より拡大されている。
【００６７】
これにより、大きな加振エネルギーが入力されて、保持部材５０に対して保持部材６０が大きく変位し、磁歪棒１１及び剛性棒１２が並設される方向（図６（ｂ）上下方向）に磁歪棒１１の曲げ変形量が大きくなったときも、コイル８２の軸方向他端側（図６（ｂ）右側）に磁歪棒１１を衝突させ難くできる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。実施例、比較例１及び比較例２の発電素子は、いずれも同一材質かつ同一寸法の磁歪棒１１、コイル１３等の部品を用いて作成されている。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６９】
（実施例）
第１実施の形態で説明した発電素子１を作成するために、磁歪棒１１を挿通したコイル１３の軸方向一端側を保持部材５０（固定部材２０）に接着固定すると共に、磁歪棒１１、剛性棒１２及び永久磁石１４，１５を一対の保持部材５０，６０により保持した。コイル１３の軸方向他端側は保持部材６０（固定部材３０）に非固定とした。これにより、実施例における発電素子を得た。
【００７０】
（比較例１）
コイル１３に磁歪棒１１を挿通した後、磁歪棒１１、剛性棒１２及び永久磁石１４，１５を一対の保持部材５０，６０により保持した。コイル１３は、軸方向の両端を保持部材５０，６０に非固定とした。これにより、比較例１における発電素子を得た。比較例１は、コイル１３の軸方向一端側が保持部材５０に固定されていない点で、コイル１３の軸方向一端側が保持部材５０に固定された実施例と異なる。
【００７１】
（比較例２）
コイル１３に磁歪棒１１を挿通した後、磁歪棒１１、剛性棒１２及び永久磁石１４，１５を一対の保持部材５０，６０により保持した。次いで、合成樹脂系（エラストマー製）の接着剤を、コイル１３の軸方向両端部からコイル１３と磁歪棒１１との間に注入し硬化させた。これにより、比較例２における発電素子を得た。比較例２は、弾性を有する接着剤を介して、磁歪棒１１及びコイル１３の軸方向両端が保持部材５０，６０に接着されている点で、磁歪棒１１及びコイル１３が互いに干渉しない（コイル１３が磁歪棒１１の曲げ変形に影響を与えない）実施例と異なる。
【００７２】
（試験結果）
実施例、比較例１及び比較例２における発電素子の加振振幅と発生電圧との関係を測定した。一対の保持部材５０，６０の内、保持部材５０を固定端とし、保持部材６０を振動端として、振動端に加振振幅を与えた。図７は実施例および比較例における発電素子の加振振幅に対する発電圧（発生電圧）を示す図である。横軸は加振振幅（ｍｍ）であり、縦軸は発生電圧（Ｖ）である。図７に示すように、実施例および比較例１における発電素子は、０．０３ｍｍ程度の加振振幅を与えると約２Ｖの発電圧が得られた。
【００７３】
これに対し、比較例２における発電素子は、０．０８ｍｍ程度の加振振幅を与えないと約２Ｖの発電圧が得られないことがわかった。これは、比較例２における発電素子は、磁歪棒１１及びコイル１３の軸方向両端が保持部材５０，６０に接着されているので、磁歪棒１１の曲げ剛性（ばね定数）が上がり、発電効率（発電素子に入力された加振エネルギーに対する電力量の比率）が低下したためであると推察される。
【００７４】
次に図８を参照して、実施例および比較例１における発電素子の電圧波形について説明する。図８は実施例および比較例における発電素子により発生した電圧波形を示す図である。横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は発生電圧（Ｖ）である。図８に示すように、実施例における発電素子は約０．００７秒の周期で±４Ｖの電圧波形が得られた。
【００７５】
これに対し、比較例１における発電素子は、実施例の電圧波形（基本波）に、これよりも高い周波数をもった交流電圧が重畳することで、電圧波形が乱れている。電圧波形の乱れは過大な電流が流れることに繋がるので、機器の誤動作や過熱等の原因となる。電圧波形の乱れの原因は、コイル１３に磁歪棒１１が衝突する衝撃によるものであると推察される。
【００７６】
以上説明したように、実施例における発電素子１は、コイル１３の軸方向一端側が保持部材５０に固定されることで、振動する磁歪棒１１とコイル１３との衝突が阻止される。その結果、電圧波形の乱れを抑制できることが明らかになった。また、磁歪棒１１とコイル１３との衝突を阻止することで、磁歪棒１１とコイル１３との衝突による異音の発生およびコイル１３（導線）の断線を防止できる。
【００７７】
なお、説明は省略したが、第２実施の形態から第３実施の形態における発電素子についても、実施例と同様に、電圧波形の乱れを抑制できることを確認した。また、磁歪棒とコイルとの衝突を阻止することで、磁歪棒とコイルとの衝突による異音の発生およびコイル（導線）の断線を防止できることは推察できる。
【００７８】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００７９】
上記各実施の形態では、保持部材５０，６０が固定部材２０，３０とホルダ部材４０との２部材から構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、固定部材２０，３０とホルダ部材４０とを一体に形成しても良い。なお、この場合には、圧入による磁歪棒１１等の挟圧保持作用を得られないため、磁歪棒１１等の保持部材５０，６０への固着を、接着剤による接着固定で行う。
【００８０】
上記各実施形態では、磁歪棒１１のみにコイル１３を巻回する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるのもではなく、磁歪棒１１と剛性棒１２との両者にそれぞれコイル１３を巻回しても良い。なお、この場合には、磁歪棒１１及び剛性棒１２を同じ磁歪材料から構成する（即ち、剛性棒１２を磁歪棒１１よりも磁歪効果の低い材料で構成する必要はない）。
【００８１】
上記各実施形態では、発電素子１を例示して説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、「磁歪材料から構成される磁歪棒と、その磁歪棒に巻回されるコイルとを備え、磁歪棒の軸方向一端側が固定端とされると共に軸方向他端側が自由振動可能または強制振動可能な自由端（振動端）とされ、磁歪棒が軸方向に伸張または収縮されることで、逆磁歪効果により発電を行うもの」であれば、他の発電素子を採用することは当然可能である。
【００８２】
他の発電素子としては、例えば、永久磁石１４，１５に代えて、電磁石を利用するものを採用することができる。また、発電素子１の系外からの磁場により磁気回路に漏れ磁束が発生する構成であれば、発電素子１の系外に磁石を配置した構成とすることは可能である。また、永久磁石や電磁石の起磁力により磁歪棒１１及び剛性棒１２（磁歪棒）にバイアス磁化を印加するバックヨークを設けることも可能である。
【００８３】
上記各実施の形態では、磁歪棒１１及び剛性棒１２の寸法（即ち、厚み寸法および幅寸法）を同一とする場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、磁歪棒１１の寸法に対し、剛性棒１２の寸法を異なる値（厚み寸法および幅寸法の一方のみ又は両方が異なる値）としても良い。
【００８４】
上記各実施の形態では、磁歪棒１１、剛性棒１２を断面長方形に形成する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形状とすることは当然可能である。他の形状としては、断面正方形、断面円形、断面楕円形、断面多角形（例えば、断面六角形）などが例示される。
【００８５】
なお、例えば、磁歪棒１１等を断面円形としたことで、永久磁石１４，１５と線接触となり、接触面積が確保できない場合には、永久磁石１４，１５の寸法または起磁力を大きくするか、或いは、磁歪棒１１等と永久磁石１４，１５との間に磁性体からなり両者の形状に対応した形状（即ち、両者に面接触する形状）のスペーサを介在させ、接触面積を確保することが好ましい。これらにより、付与可能なバイアス磁界の増加を図ることができるからである。
【００８６】
上記各実施の形態では、固定側の保持部材５０にコイル１３，８２の一端を固定し、振動側の保持部材６０とコイル１３，８２の他端とを非固定にする場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、振動側の保持部材６０にコイル１３，８２の他端を固定する一方、固定側の保持部材５０とコイル１３，８２の一端とを非固定にすることは当然可能である。この場合も、コイル１３，８２が磁歪棒１１の曲げ変形に影響を与えないようにできるので、異音の発生やコイル１３，８２の断線、電圧波形の乱れを抑制できる。
【００８７】
上記各実施の形態では、固定部材２０，７０（保持部材５０）に凹溝状の係止部２６，７１が凹設される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、凸起状や突条状の係止部を固定部材２０，７０の軸方向端面に凸設することは当然可能である。係止部を凸起状や突条状にした場合も、固定部材２０，７０の軸方向端面に沿ってコイル１３，８２の軸方向端部側が移動することを規制できるからである。
【００８８】
上記第２実施の形態では、ゴム状弾性体で緩衝部７２を構成し、緩衝部７２の隙間にコイル１３，８２の軸方向一端側を圧入する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、硬化後に弾性変形可能な弾性接着剤で緩衝部７２を構成することは当然可能である。この場合には、凹溝状の係止部７１内に弾性接着剤を塗布した後、コイル１３，８２の軸方向一端側を係止部７１に挿入する。弾性接着剤の硬化後、係止部７１とコイル１３，８２との間に、弾性接着剤による緩衝部が形成される。これにより、第２実施の形態における発電素子と同様の作用・効果を実現できる。
【００８９】
上記第３実施の形態では、保持部材６０に非固定とされるコイル８２の軸方向他端側が、軸方向他端側に向かうにつれて漸次拡径する略円錐状（ラッパ状）に形成される場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、軸方向他端側の内径を段差状に拡大することは当然可能である。この場合も、コイル８２の軸方向他端側の内径をコイルの軸方向一端側の内径より拡大させることで、磁歪棒１１の曲げ変形がコイル８２に妨げられないようにできるからである。
【符号の説明】
【００９０】
１，８１    発電素子
１１        磁歪棒
１２        剛性棒
１３，８２  コイル
２６，７１  係止部
５０，６０  保持部材
７２        緩衝部
【図１】
2015122855.tif 000003
【図２】
2015122855.tif 000004
【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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