(57)【要約】【課題】本発明の目的は、部品点数を削減することにより、発電装置の組み立て工数の削減および低背化を図ることができるベース、およびかかるベースを備える発電装置を提供することにある。【解決手段】発電素子を保持するベースであって、前記発電素子は、軸方向に磁力線を通過させる磁歪材料で構成された少なくとも１つの磁歪棒と、前記磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向と略垂直な方向に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、当該ベースは、前記発電素子を構成する部材のうちの少なくとも前記梁部材を有することを特徴とするベース。【選択図】図２
2015223061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電素子を保持するベースであって、
前記発電素子は、軸方向に磁力線を通過させる磁歪材料で構成された少なくとも１つの磁歪棒と、前記磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向と略垂直な方向に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
当該ベースは、前記発電素子を構成する部材のうちの少なくとも前記梁部材を有することを特徴とするベース。
【請求項２】
当該ベースは、その少なくとも前記梁部材が非磁性材料で構成されている請求項１に記載のベース。
【請求項３】
当該ベースは、前記梁部材を、その一端を固定端とし、他端を可動端として保持するベース本体を有し、
前記梁部材は、前記ベース本体と一体的に形成されている請求項１または２に記載のベース。
【請求項４】
前記ベース本体は、前記梁部材を保持する平板部を備え、前記平板部と前記梁部材とのなす角度が、０．５〜１０°である請求項３に記載のベース。
【請求項５】
前記梁部材は、そのバネ定数が、前記ベース本体のバネ定数より高い請求項３または４に記載のベース。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のベースと、
前記梁部材より応力が付与されるように前記ベースに固定され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪材料で構成された少なくとも１つの磁歪棒と、
前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、
前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向と略垂直な方向に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成されていることを特徴とする発電装置。
【請求項７】
側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材との間隔を前記一端よりも前記他端において小さくした請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とのなす角度は、０．５〜１０°である請求項７に記載の発電装置。
【請求項９】
側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項６ないし８のいずれかに記載の発電装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの磁歪棒は、併設された２つ以上の前記磁歪棒を有し、
平面視において、各前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項６ないし９のいずれかに記載の発電装置。
【請求項１１】
平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
前記コイルは、各前記磁歪棒の外周側に、前記磁歪棒を囲むように巻回されており、
平面視において、各前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項１０または１１に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベースおよび発電装置、具体的には、発電素子を保持するベースおよびかかるベースに発電素子とを保持してなる発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁歪材料で構成された磁歪棒の透磁率の変化を利用して発電する発電装置が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
この発電装置は、例えば、平行に併設された一対の磁歪棒と、これらの磁歪棒を連結する連結ヨークと、各磁歪棒を囲むように設けられたコイルと、磁歪棒にバイアス磁界を印加する永久磁石およびバックヨークとを備えている。一対の磁歪棒は対向する平行な梁（平行梁）として機能し、この一対の磁歪棒の各軸方向に対して垂直な方向に、連結ヨークに外力を付与すると、一方の磁歪棒が伸長するように変形し、他方の磁歪棒が収縮するように変形する。このとき、各磁歪棒を通過する磁力線の密度（磁束密度）、すなわち、各コイルを貫く磁力線の密度が変化し、これにより、各コイルに電圧が発生する。
かかる発電装置では、その寸法安定性の向上、および製造コスト低減の観点から、部品点数を可能な限り削減することにより、組み立て工数を少なくすることが好ましい。さらに、発電装置のサイズダウン（発電装置の低背化）を図るためにも、部品点数を削減することが好ましい。しかしながら、部品点数については、ある一定程度の削減はできるものの、大幅な削減は難しい。このため、発電装置の組み立て工数の削減、サイズダウンは容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／１５８４７３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、部品点数を削減することにより、発電装置の組み立て工数の削減および低背化を図ることができるベース、およびかかるベースを備える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】
【０００５】
このような目的は以下の（１）〜（１２）の本発明により達成される。
（１）  発電素子を保持するベースであって、
前記発電素子は、軸方向に磁力線を通過させる磁歪材料で構成された少なくとも１つの磁歪棒と、前記磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向と略垂直な方向に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
当該ベースは、前記発電素子を構成する部材のうちの少なくとも前記梁部材を有することを特徴とするベース。
【０００６】
（２）  当該ベースは、その少なくとも前記梁部材が非磁性材料で構成されている上記（１）に記載のベース。
【０００７】
（３）  当該ベースは、前記梁部材を、その一端を固定端とし、他端を可動端として保持するベース本体を有し、
前記梁部材は、前記ベース本体と一体的に形成されている上記（１）または（２）に記載のベース。
【０００８】
（４）  前記ベース本体は、前記梁部材を保持する平板部を備え、前記平板部と前記梁部材とのなす角度が、０．５〜１０°である上記（３）に記載のベース。
【０００９】
（５）  前記梁部材は、そのバネ定数が、前記ベース本体のバネ定数より高い上記（３）または（４）に記載のベース。
【００１０】
（６）  上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のベースと、
前記梁部材より応力が付与されるように前記ベースに固定され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪材料で構成された少なくとも１つの磁歪棒と、
前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、
前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向と略垂直な方向に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成されていることを特徴とする発電装置。
【００１１】
（７）  側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材との間隔を前記一端よりも前記他端において小さくした上記（６）に記載の発電装置。
【００１２】
（８）  側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とのなす角度は、０．５〜１０°である上記（７）に記載の発電装置。
【００１３】
（９）  側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（６）ないし（８）のいずれかに記載の発電装置。
【００１４】
（１０）  前記少なくとも１つの磁歪棒は、併設された２つ以上の前記磁歪棒を有し、
平面視において、各前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（６）ないし（９）のいずれかに記載の発電装置。
【００１５】
（１１）  平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている上記（１０）に記載の発電装置。
【００１６】
（１２）  前記コイルは、各前記磁歪棒の外周側に、前記磁歪棒を囲むように巻回されており、
平面視において、各前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（１０）または（１１）に記載の発電装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、梁部材として独立の部品を用意する必要がなく、梁部材にかかる組み立て工数が削減される。さらには、少なくとも梁部材の厚さ分だけ、発電装置の厚さを薄くすること、すなわち、発電装置の低背化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明のベースの第１実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の発電装置（コイルは省略）の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図５】図５（ａ）は、図１に示す発電装置（ベース、コイルおよび梁部材は省略）の先端側における磁力線の流れを示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す発電装置の上側連結部材、永久磁石および磁性部材を通過する磁力線の流れを示す模式図である。
【図６】図６は、基端が基体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。
【図７】図７は、基端が基体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。
【図８】図８は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。
【図９】図９は、鉄−ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒において、発生する応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）は、図１に示す発電装置の他の構成例（ベース、コイルおよび梁部材は省略）の先端側における磁力線の流れを示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、図１に示す発電装置および図１０（ａ）に示す発電装置の先端側連結部に応力を付与した際に、磁歪棒の長手方向に沿った磁束密度の変化を示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）は、図１に示す発電装置が備える各上側連結部材を模式的に示す平面図であり、図１１（ｂ）〜（ｅ）は、図１に示す発電装置が備える各上側連結部材の他の構成例を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、図１２に示す発電装置が備えるコイルのボビンを示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、図１２に示す発電装置が備える磁歪棒およびコイルを示す斜視図である。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の磁歪棒およびコイルをＢ−Ｂ線で切断した断面を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の発電装置（ベースは省略）の第３実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明のベースおよび発電装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のベースおよび発電装置１０の第１実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、本発明のベースの第１実施形態を示す斜視図である。図３は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す分解斜視図である。図４は、本発明の発電装置（コイルは省略）の第１実施形態を示す縦断面図である。図５（ａ）は、図１に示す発電装置（ベース、コイルおよび梁部材は省略）の先端側における磁力線の流れを示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す発電装置の上側連結部材、永久磁石および磁性部材を通過する磁力線の流れを示す模式図である。
【００２１】
なお、以下の説明では、図１〜図５中の上側を「上」または「上方」と言い、図１〜図５中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１および図２中の紙面右手前側、図３中の紙面右奥側、図４中の右側、ならびに図５（ａ）中の紙面左奥側および図５（ｂ）中の紙面手前を「先端側」と言い、図１および図２中の紙面左奥側、図３中の紙面左手前側、図４中の左側、ならびに図５（ａ）中の右手前側および図５（ｂ）中の紙面奥側を「基端側」と言う。
【００２２】
図１に示す発電装置１０は、発電素子１と、発電素子１を保持するベース１００とを備える。発電素子１の説明に先立って、ベース１００について説明する。
【００２３】
＜ベース＞
ベース１００は、例えば、照明用スイッチの一部を構成する部材として用いられる。図２に示すベース１００は、箱状をなし、底部（平板部）１０１と、この底部１０１の四辺に沿って上方に向かって立設した側部１０２（右側部１０２ａ、左側部１０２ｂ、上側部１０２ｃおよび下側部１０２ｄ）とを有する。
【００２４】
底部１０１は、略長方形の板状をなし、その中央部より若干ズレた位置に、所定の形状のスリット１０８が形成されている。本実施形態では、底部１０１のスリット１０８で囲まれた平面視で略Ｔ字状をなす部分（Ｔ字状部１０３）が、発電素子１を構成する部材の一部（梁部材８および下側連結部材５１）を構成する。
【００２５】
また、底部１０１には、複数の開口１０４が形成されている。この開口１０４には、ベース１００に搭載されるセンサーや回路基板等の配線、ベース１００を他の部材に固定する際のネジ等が挿通される。これらの開口１０４の形状、配設位置、個数等は、センサーの種類、ネジの種類および数等に応じて、適宜変更することができる。
【００２６】
底部１０１の上面には、複数の凹部１０５が形成されている。この凹部１０５には、例えば、発電素子１を構成する部材（下側連結部材４１）の下面に形成された凸部が挿入される。これにより、発電素子１とベース１００との位置決めを容易かつ確実に行うことができる。また、底部１０１の四隅は、扇状に切り欠かれている。なお、底部１０１の形状、大きさ等は設置される発電素子１の大きさ、個数等に応じて、適宜変更することができる。
【００２７】
このような底部１０１の四辺には、図２に示すように、それぞれ右側部１０２ａ、左側部１０２ｂ、上側部１０２ｃおよび下側部１０２ｄが設けられている。
【００２８】
各側部１０２ａ〜１０２ｄは、それぞれ略長方形状をなし、底部１０１と一体的に形成されている。右側部１０２ａには、底部１０１の開口１０４と同様の機能を有する複数の開口１０６が形成されている。左側部１０２ｂは、発電素子１の基端と当接することで、発電素子１のベース１００に対する位置決めをする機能を有する。
【００２９】
この左側部１０２ｂの上端には、底部１０１の内側に向かって突出する一対の爪部１０７が形成されている。発電素子１をベース１００に載置する際に、発電素子１の凸部を凹部１０５に挿入するとともに、爪部１０７と底部１０１とにより発電素子１の基端部を挟持する。これにより、発電素子１をベース１００に確実に固定することができる。
【００３０】
発電素子１をより確実に挟持する観点からは、左側部１０２ｂの高さは、発電素子１の基端部の高さと略等しいことが好ましい（図４参照）。また、爪部１０７は、発電素子１の長手方向に沿った中心線を介して同数（本実施形態では、１つずつ）で設けられている。これにより、発電素子１をベース１００に固定した際の短手方向の安定性が向上する。なお、発電素子１の中心線上に位置するように、追加の爪部１０７を設けるようにしてもよい。
【００３１】
本実施形態では、このような側部１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）と、底部１０１のＴ字状部１０３（スリット１０８の内側の部分）を除く部分とでベース本体１１０が構成されている。
【００３２】
Ｔ字状部１０３は、一端を固定端とし、他端を可動端としてベース本体１１０（底部１０１）に設けられている。すなわち、Ｔ字状部１０３は、ベース本体１１０に片持ち支持されている。このＴ字状部１０３を利用して、発電素子１全体がベース本体１１０に対して保持（固定）されている。Ｔ字状部１０３は、発電素子１が備える磁歪棒２に応力を付与するように機能する梁部材８と、梁部材８の先端に設けられた下側連結部材５１とを有する。なお、梁部材８および下側連結部材５１の構成および作用・効果については、発電素子１を説明する際に、併せて詳述する。
【００３３】
このようなＴ字状部１０３は、ベース本体１１０と別部材で構成されてもよいが、本実施形態では、ベース本体１１０と一体的に形成されている。これにより、ベース１００をより容易に形成することができ、かつ、Ｔ字状部１０３とベース本体１１０との接合強度を向上させることができる。これにより、発電素子１がベース本体１１０（ベース１００）から離脱するのを好適に防止することができる。
【００３４】
Ｔ字状部１０３をベース本体１１０と一体的に形成する場合、ベース１００は、一枚の板材をプレス加工、曲げ加工または鍛造加工等した後、スリット１０８を形成することにより得られる。また、スリット１０８は、例えば、レーザー加工、切削加工により形成することができる。なお、Ｔ字状部１０３をベース本体１１０と別体として形成する場合には、Ｔ字状部１０３は、ベース本体１１０に対して、例えば溶接、ろう接等により固定すればよい。
【００３５】
このようなベース１００は、少なくともＴ字状部１０３（梁部材８）を非磁性材料で構成することが好ましい。これにより、発電素子１に生じる磁界が短絡するのを防止することができる。かかる非磁性材料としては、例えば、金属材料、半導体材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３６】
なお、Ｔ字状部１０３の配設位置や数は、ベース１００に載置される発電素子１の構成や個数に応じて適宜設定することができる。以上のようなベース１００に、発電素子１がＴ字状部１０３を介して保持（固定）されている。
【００３７】
＜発電素子＞
以下、発電素子１について図１および図３〜図５に基づいて詳述する。
図１に示す発電素子１は、軸方向に磁力線を通過させる併設された２つの磁歪棒２と、磁力線が軸方向に通過するように配置されたコイル３と、磁歪棒２の基端部同士を固定する基端側連結部４と、磁歪棒２の先端部同士を固定する先端側連結部５と、磁歪棒２の基端側に設けられた永久磁石６ａと、磁歪棒２の先端側に設けられた永久磁石６ｂと、永久磁石６ａに配置された磁性部材７ａと、永久磁石６ｂに配置された磁性部材７ｂと、磁歪棒２に応力を付与するように機能する梁部材８とを有している。
【００３８】
この発電素子１では、各磁歪棒２の基端（一端）に対して先端（他端）を、その軸方向と略垂直な方向（図１中、上下方向）に変位させて各磁歪棒２を伸縮させる。このとき、逆磁歪効果により各磁歪棒２の透磁率が変化し、永久磁石６ａ、６ｂから発せられ、各磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル３を貫く磁力線の密度）が変化することにより、各コイル３に電圧が発生する。
【００３９】
以下、発電素子１の各部の構成について説明する。
（磁歪棒２）
本実施形態の発電素子１は、図１に示すように、併設された２つの磁歪棒２を有している。磁歪棒２は、磁歪材料で構成され、磁化が生じ易い方向（磁化容易方向）を軸方向として配置されている。本実施形態では、この磁歪棒２は、長尺の平板状をなしており、その軸方向に磁力線を通過させる。
【００４０】
このような磁歪棒２は、その厚さ（横断面積）が軸方向に沿って略一定となっている。磁歪棒２の平均厚さは、特に限定されないが、０．３〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５〜５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、磁歪棒２の平均横断面積は、０．２〜２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５〜５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。かかる構成により、磁歪棒２の軸方向に磁力線を確実に通過させることができる。
【００４１】
磁歪材料のヤング率は、３０〜１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、５０〜９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、６０〜８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。かかるヤング率を有する磁歪材料で磁歪棒２を構成することにより、磁歪棒２をより大きく伸縮させることができる。このため、磁歪棒２の透磁率をより大きく変化させることができるので、発電素子１（コイル３）の発電効率をより向上させることができる。
【００４２】
かかる磁歪材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄−ガリウム系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−ニッケル系合金等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、鉄−ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料が好適に用いられる。鉄−ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料は、前述したようなヤング率の範囲に設定し易い。
【００４３】
また、以上のような磁歪材料は、Ｙ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍのような希土類金属のうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。これにより、磁歪棒２の透磁率の変化をより大きくすることができる。
【００４４】
かかる２つの磁歪棒２、２の外周側には、それらの両端部（基端部２１および先端部２２）を除く部分を囲むようにコイル３が巻回（配置）されている（図１および図３参照）。
【００４５】
（コイル３）
コイル３は、線材３１を磁歪棒２の外周側に巻回することにより構成されている。これにより、コイル３は、磁歪棒２を通過している磁力線が、その軸方向に通過する（内腔部を貫く）ように配設されている。このコイル３には、磁歪棒２の透磁率の変化、すなわち、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（磁束密度）の変化に基づいて、電圧が発生する。
【００４６】
本実施形態の発電素子１では、各磁歪棒２を厚さ方向ではなく、幅方向に併設するため、これらの間隔を大きく設計することができる。そのため、磁歪棒２に巻回するコイル３のスペースを十分に確保することができ、横断面積（線径）が比較的大きい線材３１を用いても、その巻き数を多くすることができる。線径が大きい線材は、その抵抗値（負荷インピーダンス）が小さく、効率良く電流を流すことができるため、コイル３に発生した電圧を効率良く利用することができる。
【００４７】
ここで、磁歪棒２の磁束密度の変化に基づいて、コイル３に発生する電圧εは下記（１）式で表される。
ε＝Ｎ×ΔＢ／ΔＴ            （１）
（ただし、Ｎは線材３１の巻き数、ΔＢはコイル３の内腔部を通過する磁束の変化量、ΔＴは時間の変化量を表す。）
【００４８】
このように、コイル３に発生する電圧は、線材３１の巻き数および磁歪棒２の磁束密度の変化量（ΔＢ／ΔＴ）に比例するため、線材３１の巻き数を多くすることにより、発電素子１の発電効率を向上させることができる。
【００４９】
線材３１としては、特に限定されないが、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５０】
線材３１の巻き数は、特に限定されないが、１０００〜１００００程度であるのが好ましく、２０００〜９０００程度であるのがより好ましい。これにより、コイル３に発生する電圧をより大きくすることができる。
【００５１】
また、線材３１の横断面積は、特に限定されないが、５×１０−４〜０．１５ｍｍ２程度であるのが好ましく、２×１０−３〜０．０８ｍｍ２程度であるのがより好ましい。このような線材３１は、その抵抗値が十分に低いため、発生した電圧によってコイル３を流れる電流を効率良く外部に流すことができ、発電素子１の発電効率をより向上させることができる。
【００５２】
なお、線材３１の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。
【００５３】
磁歪棒２同士は、コイル３が巻回されていない基端部２１および先端部２２において、それぞれ基端側連結部４および先端側連結部５により連結されている。本実施形態では、基端側連結部４は、ベース１００に固定され、先端側連結部５を構成する部材の一部は、ベース本体１１０と一体的に形成されている。
【００５４】
（基端側連結部４）
基端側連結部４は、図３に示すように、下側連結部材４１と、この下側連結部材４１の上側に設けられた上側連結部材４２とで構成されている。基端側連結部４は、下側連結部材４１と上側連結部材４２とで各磁歪棒２の基端部２１を挟持することにより、これらを互いに連結する。なお、各部の固定の方法は、特に限定されないが、例えば、溶接（レーザー溶接、電気溶接）、ピンの圧入、接着剤による接着等の方法が挙げられる。
【００５５】
下側連結部材４１は、図３に示すように、磁歪棒２を固定するための棒状の固定部４１１と、固定部４１１の両端に設けられた棒状の脚部４１２および脚部４１３とを有する。脚部４１２および脚部４１３は、その軸方向が固定部４１１の軸方向と略直交するように、固定部４１１と一体的に形成されている。これにより、下側連結部材４１は、平面視で横長のＨ形状をなしている。
【００５６】
固定部４１１は、梁部材８の基端よりさらに基端側に位置し、梁部材８の変位に対して干渉することがないように配置されている。また、固定部４１１の下面には、図示しないが、ベース１００の底部１０１に形成された凹部１０５に挿入される凸部が形成されている。発電素子１を組み立てる際に、凸部を凹部１０５に挿入することで、下側連結部材４１のベース１００に対する位置決めを容易に行うことができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、位置決めされた下側連結部材４１と底部１０１とを溶接により固定している。これにより、これらをネジ等で互いに固定する場合に比べ、部品点数を削減でき、組み立て工数を削減することができる。また、下側連結部材４１と底部１０１との接合強度を高くすることができるため、ベース１００が激しく振動したとしても、発電素子１を安定してベース１００に保持することができる。
【００５８】
固定部４１１の両端部には、それぞれ脚部４１２および脚部４１３が設けられ、梁部材８の中心軸から略等しい距離で離間するように配置されている。これにより、下側連結部材４１をベース１００に固定した際の安定性を高めることができる。
【００５９】
また、固定部４１１の両端部は、それぞれ各脚部４１２、４１３の長手方向の中央付近に接続されている。これにより、下側連結部材４１は、固定部４１１より先端側の空間と基端側の空間とを有している。固定部４１１より先端側の空間は、下側連結部材４１の梁部材８の変位に対する干渉が生じないように（非干渉空間として）機能する。一方、固定部４１１より基端側の空間は、永久磁石６ａを収納する磁石収納空間として機能する。
【００６０】
下側連結部材４１の構成材料としては、磁歪棒２、２および永久磁石６ａ、６ｂとで形成された後述する磁界ループが下側連結部材４１により短絡するのを防止し得る材料が好ましい。そのため、下側連結部材４１は、弱磁性材料または非磁性材料で構成されているのが好ましく、磁界ループの短絡をより確実に防止する観点から、非磁性材料で構成されているのがより好ましい。
【００６１】
この下側連結部材４１の上側には、帯状（長尺の平板状）をなす上側連結部材４２が設けられている。上側連結部材４２の長手方向の長さは、図１に示すように、下側連結部材４１の長手方向の長さよりも若干短くなっている。一方、上側連結部材４２の短手方向の長さ（基端から先端までの長さ）は、特に限定されないが、３〜３０ｍｍ程度であるのが好ましく、５〜１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。なお、発電素子１の厚さを小さく（低背化）する観点からは、上側連結部材４２の高さ（厚さ）を小さくすることが好ましい。
【００６２】
このような上側連結部材４２の底面（下面）の先端側には、２つの磁歪棒２の基端部２１に対応して形成された２つの凹部４２１が形成されている。各凹部４２１に磁歪棒２の基端部２１を挿入した状態で、上側連結部材４２と下側連結部材４１とを固定する。これにより、各磁歪棒２の基端部２１が上側連結部材４２と下側連結部材４１とにより挟持され、磁歪棒２同士が連結される。
【００６３】
このような上側連結部材４２の長手方向の両端には、それぞれ、上側連結部材４２の内側に向かって切り欠かれた切欠部４２２が形成されている。この切欠部４２２は、永久磁石６ａの突起部６３が嵌合する。また、上側連結部材４２には、その長手方向の略中間に、その厚さ方向に貫通するスリット４２３が形成されている。このスリット４２３の作用・効果については、発電素子１の各部材の説明をした後に詳述する。
【００６４】
上側連結部材４２の構成材料としては、磁歪棒２の基端部２１を確実に固定することができ、磁歪棒２に対して、一様な応力を付与し得る十分な剛性を備え、かつ、磁歪棒２に永久磁石６ａからのバイアス磁界を付与し得る強磁性を備える材料が好ましい。上記の特性を備える材料としては、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳ  ＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳ  ＳＳ４００）、ステンレス、パーマロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００６５】
なお、上側連結部材４２、下側連結部材４１および磁歪棒２は、どのような方法で固定されていてもよいが、溶接により固定されることが好ましい。これにより、ネジ等の部品を削減でき、かつ、各部材の接合強度を向上させることができる。
【００６６】
（先端側連結部５）
先端側連結部５は、図３に示すように、梁部材８の先端に一体的に形成された下側連結部材５１と、この下側連結部材５１の上側に設けられた上側連結部材５２とで構成されている。先端側連結部５は、磁歪棒２に対して外力や振動を付与する錘として機能する部位である。先端側連結部５に対して、上下方向への外力または振動が付与されると、磁歪棒２は、その基端を固定端とし、先端が上下方向に往復動（先端が基端に対して相対的に変位）する。
【００６７】
下側連結部材５１は、帯状（長尺の平板状）をなしており、その長手方向が梁部材８の長手方向とほぼ直交し、かつベース１００の底部１０１と略平行となるように設けられている。かかる下側連結部材５１は、梁部材８に対して下側連結部材５１が屈曲するように、Ｔ字状部１０３を、例えばプレス加工、曲げ加工または鍛造加工等により変形させて得ることができる。このような方法を用いることにより、下側連結部材５１と梁部材８とのなす角度を容易かつ任意に調整することができる。なお、下側連結部材５１の構成材料には、下側連結部材４１で挙げた構成材料と同様の構成材料を用いることができる。
【００６８】
この下側連結部材５１の上側には、帯状（長尺の平板状）をなす上側連結部材５２が設けられている。上側連結部材５２および下側連結部材５１の平面視での大きさは、略等しい。これにより、上側連結部材５２は、下側連結部材５１の上面全体に載置されているため、上側連結部材５２と下側連結部材５１とを安定して固定することができる。なお、上側連結部材５２の長手方向の長さは、少なくとも、併設された各磁歪棒２の先端部２２を覆う程度の長さがあればよく、下側連結部材５１の長手方向の長さよりも短くてもよい。
【００６９】
また、上側連結部材５２は、図３に示すように、凹部５２１、切欠部５２２およびスリット５２３を有する。これらの作用・効果も、上側連結部材４２の凹部４２１、切欠部４２２およびスリット４２３と同様である。また、上側連結部材５２の構成材料も、上側連結部材４２で挙げた構成材料と同様の構成材料を用いることができる。
【００７０】
なお、上側連結部材５２、下側連結部材５１および磁歪棒２は、どのような方法で固定されていてもよいが、溶接により固定されることが好ましい。これにより、ネジ等の部品を削減でき、かつ、各部材の接合強度を向上させることができる。
【００７１】
上側連結部材４２の基端側の下面、および上側連結部材５２の先端側の上面には、磁歪棒２にバイアス磁界を印加する永久磁石６ａおよび６ｂ（以下、これらを総称して、「永久磁石６」と言うこともある）が配設されている（図４参照）。
【００７２】
（永久磁石６ａ、６ｂ）
永久磁石６ａ、６ｂは、それぞれ、長尺の平板状をなしている。図４に示すように、永久磁石６ａは、上側連結部材４２の基端側の下面に固定され、永久磁石６ｂは、上側連結部材５２の先端側の上面に固定されている。
【００７３】
永久磁石６ａ、６ｂの長手方向の長さは、各上側連結部材４２、５２の長手方向の長さと同程度であることが好ましい。これにより、永久磁石６ａ、６ｂを安定して固定でき、かつ発電素子１の必要以上の大型化を防止することができる。
【００７４】
また、永久磁石６ａ、６ｂの短手方向の長さは、図４に示すように、各上側連結部材４２、５２の短手方向の長さよりも、短いことが好ましく、各上側連結部材４２、５２の短手方向の長さの６割程度であることがより好ましい。これにより、平面視において、各上側連結部材４２、５２と、各磁歪棒２と、各下側連結部材４１、５１とが永久磁石６ａ、６ｂと重ならない領域において一括して溶接することで、発電素子１全体の強度を向上させることができる。
【００７５】
永久磁石６ａは、図１中左手前側の磁歪棒２の上側連結部材４２の下面に、Ｓ極が図１中上方に、Ｎ極が図１中下方にして形成された第１の部分６１と、図１中右奥側の磁歪棒２の上側連結部材４２の下面に、Ｎ極が図１中上方に、Ｓ極が図１中下方にして形成された第２の部分６２とを有する。すなわち、永久磁石６ａは、各磁歪棒２の併設方向に直交する方向（第１の着磁方向）に着磁された第１の部分６１と、第１の部分６１とは逆向きの方向（第２の着磁方向）に着磁された第２の部分６２とを有する２極磁石である。なお、本実施形態では、永久磁石６ａの第１の着磁方向および第２の着磁方向が、それぞれ、磁歪棒２の他端が変位する方向（図１中、上下方向）に対して略平行である。
【００７６】
また、永久磁石６ｂは、図１中左手前側の磁歪棒２の上側連結部材５２上に、Ｓ極が図１中上方に、Ｎ極が図１中下方にして形成された第１の部分６１と、図１中右奥側の磁歪棒２の上側連結部材５２上に、Ｎ極が図１中上方に、Ｓ極が図１中下方にして形成された第２の部分６２とを有する。この永久磁石６ｂも、永久磁石６ａと同様の２極磁石である。
【００７７】
このように、発電素子１では、各永久磁石６ａ、６ｂが、その着磁方向が併設された２つの磁歪棒２、２の併設方向とは異なる方向となるように配設されている。このように配設されることによる利点を説明する。まず、着磁方向が２つの磁歪棒の併設方向となるように各永久磁石を配設する場合には、磁歪棒に十分なバイアス磁界を付与するために、各永久磁石を２つの磁歪素子の両端部（基端部２１および先端部２２）間、あるいは、いずれか一方の端部間に配設する必要がある。このような構成では、発電装置１０のサイズを小さくする場合には、各磁歪棒の厚さを薄くする必要があるため、各永久磁石と磁歪棒との接触面の面積が制限される。これに対して、各永久磁石６ａ、６ｂの着磁方向が併設された２つの磁歪棒２の併設方向とは異なる方向となるように配設されている発電素子１では、各永久磁石６ａ、６ｂの各磁歪棒２（各上側連結部材４２、５２）との接触面の面積の制限が少なく、比較的自由に設計することができる。
【００７８】
また、本実施形態の発電素子１では、図４に示すように、各永久磁石６ａ、６ｂが、それぞれ、上側連結部材４２の基端側の下面および上側連結部材５２の先端側の上面に配設されているが、これに限定されない。例えば、上側連結部材４２の基端側の下面に永久磁石６ａを配設する代わりに、上側連結部材４２の基端側の端面に永久磁石６ａが固定されるような構成とすることもできる。さらに、各永久磁石６ａ、６ｂのうちの一方を取り除いた場合でも、永久磁石６ａ（６ｂ）と上側連結部材４２（５２）との接触面の面積を大きくする場合には、磁歪棒２に十分なバイアス磁界を付与することができる。
【００７９】
以上のように、本実施形態の構成によれば、各永久磁石６ａ、６ｂの各上側連結部材４２、５２との接触面の面積、永久磁石６の配設位置および配設数を自由に設計すること、すなわち、使用する永久磁石６の設計自由度を高くすることができる。
【００８０】
永久磁石６には、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石や、それらを粉砕して樹脂材料やゴム材料に混練した複合素材を成形してなる磁石（ボンド磁石）等を用いることができる。このような永久磁石６は、各上側連結部材４２、５２と、例えば、接着剤等による接着により固定されるのが好ましい。
【００８１】
なお、発電素子１では、永久磁石６ｂが、上側連結部材５２ごと、変位するように構成されているため、上側連結部材５２と永久磁石６ｂとの間で摩擦が発生しない。したがって、摩擦によって上側連結部材５２が変位するためのエネルギーが消費されないため、発電素子１は、効率良く発電することができる。
【００８２】
永久磁石６ａの下面、および永久磁石６ｂの上面には、それぞれ磁性部材７ａ、７ｂ（以下、これらを総称して「磁性部材７」と言うこともある）が設けられている。
【００８３】
（磁性部材７ａ、７ｂ）
磁性部材７ａ、７ｂは、長尺の平板状をなしており、その大きさは、永久磁石６と同程度とされている。図３に示すように、磁性部材７ａ、７ｂの長手方向の両端には、それぞれ、磁性部材７ａ、７ｂの内側に向かって切り欠かれた切欠部７１が形成されている。
【００８４】
磁性部材７ａの切欠部７１は、上側連結部材４２の切欠部４２２とともに、永久磁石６ａの突起部６３と嵌合するように機能する。この際、各部材間を例えば、溶接、接着剤により接着することにより、上側連結部材４２の下面に、永久磁石６ａおよび磁性部材７ａを固定（連結）することができる。このように取り付けられた各部材（上側連結部材４２、永久磁石６ａおよび磁性部材７ａ）は、下側連結部材４１、上側連結部材４２および側部１０２ｂにより規定される空間（磁石収納空間）に位置している。
【００８５】
磁性部材７ａと同様に、磁性部材７ｂの切欠部７１は、上側連結部材５２の切欠部５２２とともに、永久磁石６ｂの突起部６３と嵌合するように機能する。この際、各部材間を例えば、溶接、接着剤により接着することにより、下側連結部材５１の上面に、上側連結部材５２、永久磁石６ｂおよび磁性部材７ｂを固定（連結）することができる。
【００８６】
磁性部材７ａ、７ｂの構成材料としては、例えば、各上側連結部材４２、５２で挙げられた材料と同様の材料を用いることができる。
【００８７】
ここで、発電素子１の各部材を通過する磁力線の流れについて図１および図５を参照して説明する。
図５（ａ）は、図１に示す発電素子１の先端側における磁力線の流れを示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す発電素子１の先端側連結部５、永久磁石６ｂおよび磁性部材７ｂを通過する磁力線の流れを示す模式図である。ここで、図５（ａ）中の左奥側および図５（ｂ）中の紙面手前側を「先端側」といい、図５（ａ）中の右手前側および図５（ｂ）中の紙面奥側を「基端側」という。また、図５（ａ）、（ｂ）中の上側を「上」または「上方」と言い、図５（ａ）、（ｂ）中の下側を「下」または「下方」と言う。
【００８８】
まず、図１を参照して、発電素子１全体の磁力線の流れを外観する。発電素子１では、基端側に配設された永久磁石６ａの第１の部分６１から発せられた磁力線が、磁性部材７ａを介して第２の部分６２に流入し、第２の部分６２から発せられた磁力線が、図１中右奥側の磁歪棒２を（上側連結部材４２、磁歪棒２および上側連結部材５２の順に）通過して、先端側に配設された永久磁石６ｂの第２の部分６２に流入する。また、先端側に配設された永久磁石６ｂの第２の部分６２から発せられた磁力線が、磁性部材７ｂを介して第１の部分６１に流入し、第１の部分６１から発せられた磁力線が、図１中左手前側の磁歪棒２を（上側連結部材５２、磁歪棒２および上側連結部材４２の順に）通過して、基端側に配設された永久磁石６ａの第１の部分６１に流入する。
【００８９】
次に、発電素子１の基端側および先端側のうち、先端側における磁力線の流れを、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明する。なお、発電素子１の基端側における磁力線の流れは、先端側の磁力線の流れを表す図５（ｂ）の上下を逆にすれば同様となる。
【００９０】
発電素子１の先端側では、図５（ａ）の紙面手前側の磁歪棒２を基端側から先端側へと通過する磁力線が、上側連結部材５２を介して第２の部分６２に流入する。第２の部分６２から発せられる磁力線は、磁性部材７ｂの長手方向に通過し（図５（ｂ）参照）、第１の部分６１に流入する。さらに、第１の部分６１から発せられる磁力線は、上側連結部材５２を介して図５（ａ）の紙面奥側の磁歪棒２を先端側から基端側へと通過する。
【００９１】
このように、発電素子１では、永久磁石６ａの第１の部分６１から発せられた磁力線が、磁性部材７ａを介して永久磁石６ａの第２の部分６２に流入するとともに、永久磁石６ａの第２の部分６２から発せられた磁力線が、磁歪棒２を介して永久磁石６ｂの第２の部分６２に流入する。さらに、この永久磁石６ｂの第２の部分６２から発せられた磁力線が、磁性部材７ｂを介して永久磁石６ｂの第１の部分６１に流入するとともに、永久磁石６ｂの第１の部分６１から発せられた磁力線が、磁歪棒２を介して永久磁石６ａの第１の部分６１に流入する。これにより、発電素子１には、時計周りの磁界ループが形成される。
【００９２】
本実施形態では、前述のとおり、発電素子１全体のサイズを抑えるため、または、発電素子１の厚さを小さく（低背化）するため、各上側連結部材４２、５２の高さ（厚さ）を小さくすることが望ましい。そのため、各上側連結部材４２、５２の側面の表面積は小さくなるが、各上側連結部材４２、５２の上面および下面の表面積は、十分に確保することができる。したがって、発電素子１では、平板状の永久磁石６を、各上側連結部材４２、５２の上面または下面に配設することにより、永久磁石６（第１の部分６１、第２の部分６２）の各上側連結部材４２、５２との接触面の面積を十分に大きくすることができる。これにより、磁歪棒２により大きなバイアス磁界が付与され、発電素子１のサイズを抑えつつ、その発電効率を向上させることができる。また、永久磁石６として、保磁力や最大エネルギー積等の特性が希土類磁石よりも劣るフェライト磁石等を用いた場合であっても、磁歪棒２に十分大きなバイアス磁界を付与することができる。フェライト磁石等は安価なため、フェライト磁石を永久磁石６として用いることにより発電装置１０の製造コストを抑えることができる。
【００９３】
また、永久磁石６の各上側連結部材４２、５２が接触する側の面（上面または下面）の面積は、特に限定されないが、１０〜３００ｍｍ２程度であるのが好ましく、２０〜１００ｍｍ２程度であるのがより好ましい。さらに、永久磁石６の第１の部分６１および第２の部分６２の各上側連結部材４２、５２と接触する側の面（上面または下面）の面積は、それぞれ、上側連結部材４２の下面および上側連結部材５２の上面の領域の半分程度を覆うような大きさであるのが好ましい。これにより、磁歪棒２により大きなバイアス磁界を付与しつつ、各上側連結部材４２、５２と、各磁歪棒２と、各下側連結部材４１、５１とが永久磁石６ａ、６ｂと重ならない領域において一括して溶接することができるため、基端側連結部４および先端側連結部５の接合強度を向上させるができ、発電素子１全体の強度を向上させることができる。その結果、ネジ等の部材が不要となり、発電素子１のサイズを抑えつつ、発電効率を向上させることもできる。
【００９４】
上述したような基端側連結部４と先端側連結部５との間、かつ磁歪棒２同士の間に梁部材８が設けられている。
【００９５】
（梁部材８）
梁部材８は、図４に示すように、基端側連結部４の下側連結部材４１の厚さが、先端側連結部５の下側連結部材５１の厚さより大きく（本実施形態では、底部１０１の上面から下側連結部材５１の上面までの距離と略等しく）設定されることにより、底部１０１に対して傾斜している。
【００９６】
したがって、各磁歪棒２を下側連結部材４１および下側連結部材５１に固定した状態では、各磁歪棒２は、その基端を固定端、先端を可動端としてベース本体１１０に片持ち支持されるとともに、自然状態（磁歪棒２が変形していない状態）で底部１０１と略平行になっている。換言すれば、発電素子１では、自然状態で側面視において、各磁歪棒２と梁部材８との間隔が、基端より先端において小さくなっている（図４参照）。
【００９７】
また、図４に示すように、側面視において、梁部材８と磁歪棒２とが重ならないよう配置されており、磁歪棒２、２と梁部材８とが対向する梁として機能し、先端側連結部５の変位に伴って、各磁歪棒２と梁部材８とが同一方向（図１中の上方向または下方向）に変位する。その際に、各磁歪棒２には、梁部材８によって応力が付与される。このように、梁部材８は、発電素子１を構成する磁歪棒２に応力を付与する梁部位（梁部材）として機能しているため、梁部材としての独立した部品を用意する必要がなく、梁部材にかかる組み立て工数を削減することができる。さらに、ベース１００の一部が梁部材８として機能するため、少なくとも梁部材８の厚さ分だけ、発電装置１０（ベース１００および発電素子１）の厚さを薄くすることができ、発電装置１０の低背化を図ることができる。
【００９８】
梁部材８は、平面視において、磁歪棒２同士の間に、すなわち各磁歪棒２と梁部材８とが重ならないように配置されている（図１参照）。本実施形態では、梁部材８の幅は、各磁歪棒２の外周側に巻回されたコイル３同士の間隔より小さく設計されている。このため、各磁歪棒２が変位する際に、これらと梁部材８とが互いに接触（干渉）することはない。
【００９９】
本実施形態の発電素子１では、基端側連結部４に対して、先端側連結部５が下方に向かって変位（回動）すると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が下方に向かって変位すると、梁部材８が軸方向に収縮するように変形し、磁歪棒２が軸方向に伸長するように変形する。一方、先端側連結部５が上方に向かって変位（回動）すると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が上方に向かって変位すると、梁部材８が軸方向に伸長するように変形し、磁歪棒２が軸方向に収縮するように変形する。その結果、逆磁歪効果により磁歪棒２の透磁率が変化して、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル３の内腔部を軸方向に貫く磁力線の密度）が変化する。これにより、コイル３に電圧が発生する。
【０１００】
発電素子１では、上述したように、側面視において、磁歪棒２と梁部材８との間隔（以下、「梁間隔」とも言う）が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。言い換えれば、磁歪棒２と梁部材８とが基端から先端にテーパーがかかった梁構造（テーパー梁構造）となっている（図４参照）。かかる構成では、磁歪棒２と梁部材８とからなる一対の梁の変位方向への剛性が一端よりも他端において小さくなる。このため、磁歪棒２の基端に対して先端を変位させると、磁歪棒２および梁部材８は変位方向に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができ、発電素子１の発電効率を優れたものとすることができる。
【０１０１】
なお、側面視において、梁部材８と底部１０１とのなす角度は、自然状態において、０．５〜１０°程度であることが好ましく、１〜７°程度であるのがより好ましい。このような角度は、Ｔ字状部１０３をプレス加工、曲げ加工または鍛造加工等により、容易かつ任意に調整することができる。梁部材８と底部１０１とのなす角度が上記範囲内であれば、磁歪棒２の先端部２２の変位量を十分に確保することができるとともに、下側連結部材５１と底部１０１との距離を近づけることができる。これにより、発電素子１の発電量が低下するのを防止しつつ、発電装置１０の低背化を図ることができる。
【０１０２】
また、磁歪棒２と底部１０１は平行になっているので、磁歪棒２と梁部材８とのなす角度（テーパー角度）も、０．５〜１０°程度であるのが好ましく、１〜７°程度であるのがより好ましい。磁歪棒２と梁部材８とのなす角度が上記範囲内であれば、磁歪棒２と梁部材８とで上記テーパー梁構造を構成しつつも、基端側における磁歪棒２と梁部材８との梁間隔を十分に小さくすることができる。これにより、磁歪棒２により一様な応力を発生させることができる。
【０１０３】
このような梁部材８のバネ定数は、各磁歪棒２のバネ定数と異なっていてもよいが、好ましくは、全磁歪棒２のバネ定数の合計、すなわち、２つの磁歪棒２のバネ定数を合わせた値を有していることが好ましい。上述したように、本実施形態では、２つの磁歪棒２と１つの梁部材８とが、対向する一対の梁として機能している。そのため、かかる条件を満足する梁部材８を用いることにより、梁部材８と２つの磁歪棒２との間で上下方向の剛性を均一にすることができる。これにより、基端側連結部４に対して先端側連結部５を上下方向へ円滑かつ確実に変位させることができる。
【０１０４】
また、一般的に、一端が固定された片持ち梁の可動端（他端）に対して外力Ｆが付与された際、梁の撓みｄは、下記（２）式で表される。
ｄ＝ＦＬ３／３ＥＩ            （２）
（ただし、Ｌは梁の長さ、Ｅは梁の構成材料のヤング率、Ｉは梁の断面２次モーメントを表す。）
【０１０５】
また、梁部材８のバネ定数は、ベース本体１１０のバネ定数よりも高いことが好ましい。これにより、先端側連結部５に対して、上下方向への外力または振動が付与された場合に、この外力または振動がベース本体１１０よりも優先的に梁部材８へと伝わるため、各磁歪棒２の基端（一端）に対して先端（他端）を、その軸方向と略垂直な方向へより円滑かつ確実に変位させることができる。
【０１０６】
発電素子１では、各磁歪棒２と梁部材８とが、略同じ横断面積および横断面形状を有しているため、これらの断面２次モーメントは略等しい。また、各磁歪棒２と梁部材８との長さも略等しい。そのため、上記（２）式によれば、梁部材８の構成数が１本であり、磁歪棒２の構成数が２本である発電素子１では、梁部材８のヤング率を磁歪棒２のヤング率の２倍程度とすることが好ましい。これにより、外力によって各梁（梁部材８、２つの磁歪棒２）が同じように変形する（撓む）、言い換えれば、各梁の上下方向の剛性のバランスを取ることができる。
【０１０７】
また、このような梁部材８のヤング率は、８０〜２００ＧＰａ程度であるのが好ましく、１００〜１９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、１２０〜１８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。
【０１０８】
前述したように、梁部材８は、非磁性材料で構成されているのが好ましい。かかる非磁性材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、半導体材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、樹脂材料を用いる場合には、樹脂材料中にフィラーを添加することが好ましい。これらの中でも、金属材料を主成分とする非磁性材料を用いるのが好ましく、ステンレス鋼、ベリリウム銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅およびこれらを含む合金のうちの少なくとも１種を主成分とする非磁性材料を用いるのがより好ましい。
【０１０９】
なお、各磁歪棒２の構成材料として鉄−ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料を用いた場合には、梁部材８の構成材料としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６、ヤング率：約１７０ＧＰａ）を用いるのが好ましい。各磁歪棒２および梁部材８の構成材料として、このようなヤング率を有する材料を用いることにより、梁部材８と２つの磁歪棒２との上下方向の剛性のバランスを取ることができる。これにより、基端側連結部４に対して先端側連結部５を上下方向へより円滑かつ確実に変位させることができる。
【０１１０】
このような梁部材８は、その厚さ（横断面積）が略一定となっている。梁部材８の平均厚さは、特に限定されないが、０．３〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５〜５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、梁部材８の平均横断面積は、０．２〜２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５〜５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。
【０１１１】
また、発電素子１では、磁歪棒２、２と梁部材８との梁間隔を自由に設計することができる。具体的には、基端側連結部４を構成する下側連結部材４１の大きさ、および下側連結部材５１の大きさを調整することにより、基端側および先端側の梁間隔を自由に設計し、磁歪棒２、２と梁部材８の梁間隔を自由に設計することができる。
【０１１２】
梁間隔については、本発明者らにより、一対の梁の梁間隔と、その先端に外力を付与した際に発生する応力との関係が解明されており、以下の検討結果から、梁間隔を小さくすることによって各梁に略一様な応力が発生することが分かっている。
【０１１３】
図６は、基端が基体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図７は、基端が基体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図８は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。
【０１１４】
なお、図６〜図８中の上側を、「上」または「上側」と言い、図６〜図８中の下側を、「下」または「下側」と言う。また、図６〜図８中の左側を、「基端」と言い、図６〜図８中の右側を、「先端」と言う。
【０１１５】
１つの梁の先端に対して下方に曲げ変形するように外力を付与した場合には、図６に示すように、梁の曲げ変形に伴い、梁に応力がかかり、梁上側には一様な引張（伸長）応力、梁下側には一様な圧縮（収縮）応力が発生する。一方、一定の梁間隔を有する平行梁の先端に対して外力を付与した場合には、各梁は、図６に示すように曲げ変形するとともに、図７に示すように外力の付与前後で先端側の梁間隔を一定に保つために平行リンク動作を行うように変形する。このような平行梁では、梁間隔が大きいほど、この平行リンク動作が顕著に表れ、逆に、梁間隔が小さいほど、平行リンク動作が抑制されて、図６に示すような１つの梁の曲げ変形に近い変形をするようになる。
【０１１６】
したがって、梁間隔が比較的大きい平行梁の構成では、曲げ変形と平行リンク動作による変形とが混在することにより、各梁が、図８に示すような略Ｓ字状に変形する。平行梁が下側に変形する際には、上側の梁には一様な伸長応力が発生するのが好ましいが、図８に示すように、中央部に伸長応力Ａが発生するものの、基端側の下部および先端側の上部に大きな収縮応力Ｂが発生する。また、下側の梁には一様な収縮応力が発生するのが好ましいが、中央部に収縮応力Ｂが発生するものの、基端側の上部および先端側の下部に大きな伸長応力Ａが発生する。すなわち、各梁に発生する伸長応力と収縮応力との双方がいずれも大きいため、梁全体に発生するいずれか一方の応力（伸長応力または収縮応力）の絶対値を大きくすることができない。このような平行梁として磁歪棒を用いた場合、磁歪棒中の磁束密度の変化量を大きくすることができない。
【０１１７】
なお、バイアス磁界が印加された磁歪棒において、発生する応力（伸長応力または収縮応力）の大きさと磁束密度の変化量とは、以下に示すような関係を有する。
【０１１８】
図９は、鉄−ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒において、発生する応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。
【０１１９】
なお、図９において、（ａ）は、磁歪棒に応力が発生していない状態、（ｂ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｃ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力が発生した状態、（ｄ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｅ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの伸長応力が発生した状態をそれぞれ示す。
【０１２０】
図９に示すように、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、伸長応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が高くなる結果、これを軸方向に通過する磁力線の密度（磁束密度）が高くなる（（ｃ）および（ｅ））。一方、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、収縮応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が低くなる結果、これを通過する磁束密度が低くなる（（ｂ）および（ｄ））。
【０１２１】
このため、図９中に示す一定のバイアス磁界が印加された状態で、磁歪棒の一端に対して他端を振動（変位）させることにより、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力と９０ＭＰａの収縮応力とを交互に発生させると、これを通過する磁束密度の変化量は１Ｔ程度となり、その変化量が最大となる（（ｂ）、（ｃ）参照）。一方、この磁歪棒に発生させる伸長応力および収縮応力を５０ＭＰａに低下させると、これを通過する磁束密度の変化量は小さくなる（（ｄ）、（ｅ）参照）。
【０１２２】
したがって、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を大きくするためには、磁歪棒に発生させる一定方向の応力（伸長応力または収縮応力）を十分に大きくする必要がある。なお、上記磁歪材料で構成された磁歪棒であれば、７０ＭＰａの伸長応力と７０ＭＰａの収縮応力とを交互に発生させることにより、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
【０１２３】
以上の検討結果から、磁歪棒と梁部材とが一対の平行梁をなすような発電装置では、磁歪棒と梁部材との梁間隔を小さくして、梁の平行リンク動作を抑制することにより、図６に示すような１つの梁の曲げ変形挙動に近づけることが、発電効率を向上する観点から望ましい。
【０１２４】
ところが、磁歪棒と梁部材との梁間隔を小さくすることにより、磁歪棒に発生する応力の均一化を向上させることができるものの、本発明者らによって、その両端部においては、磁歪棒の厚さ方向に応力のバラつきが残存することが分かった。
【０１２５】
そこで本発明者らは、さらに検討した結果、磁歪棒２と梁部材８との梁間隔を基端よりも先端において小さくすることにより、磁歪棒２の両端部における厚さ方向に残存するバラつきをも小さくすることができることを見出した。
【０１２６】
以上のような理由から、発電素子１では、磁歪棒２、２と梁部材８とをテーパー梁構造としながら、磁歪棒２と梁部材８との梁間隔を小さくして、図６に示すような１つの梁の曲げ変形挙動に近づけることが、その発電効率を向上する観点から望ましい。
【０１２７】
また、このような発電素子１では、コイル３の体積が、磁歪棒２と梁部材８との梁間隔によって制限されないため、コイル３の体積を十分に大きくしながらも、磁歪棒２と梁部材８との梁間隔を十分に小さく設計することができる。これにより、コイル３の体積を増大させつつも、磁歪棒２に生じる応力をより均一にすることができ、発電素子１の発電効率を優れたものとすることができる。
【０１２８】
さらに、発電素子１では、磁歪棒２と梁部材８とからなる一対の梁が、基端から先端に向かって変位方向への剛性が低くなっているため、比較的小さい外力でも、磁歪棒２を上下方向に大きく変形させることができ、発電効率を優れたものとすることができる。
【０１２９】
なお、磁歪棒２に、自然状態で梁部材８により伸長応力または収縮応力、すなわち初期荷重（バイアス応力）を付与するように構成してもよい。
【０１３０】
具体的には、梁部材８の長さを短くすることによって、磁歪棒２には自然状態で伸長応力が付与される。この場合には、先端側連結部５に対して下方に外力が付与されると、バイアス応力が付与されていない場合に比べて、磁歪棒２がより大きく下方へと変位する。これにより、磁歪棒２に発生する伸長応力をより大きくすることができ、発電素子１の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１３１】
また、梁部材８の長さを長くすることによって、磁歪棒２には自然状態で収縮応力が付与される。この場合には、先端側連結部５に対して上方に外力が付与されると、バイアス応力が付与されていない場合に比べて、磁歪棒２がより大きく上方へと変位する。これにより、磁歪棒２に発生する収縮応力をより大きくすることができ、発電素子１の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１３２】
次に、上側連結部材４２および上側連結部材５２にスリット４２３、５２３を設けることで得られる作用・効果について説明する。
【０１３３】
（スリットの作用・効果）
上側連結部材４２、５２の長手方向の略中間には、その厚さ方向に貫通するスリット４２３、５２３が形成されている。これにより、発電素子１に形成される磁界ループを部分的に短絡させることができ、磁歪棒２が変形した際の磁束密度の変化量が、磁歪棒２の軸方向全体にわたってより均一になる。その結果、発電素子１の発電効率をより向上させることができる。
【０１３４】
図１０（ｂ）は、図１に示す発電素子１および図１０（ａ）に示す発電素子１の先端側連結部５に応力を付与した際に、磁歪棒２の長手方向に沿った磁束密度の変化を示すグラフである。より具体的には、図１０（ｂ）のグラフは、図１および図１０（ａ）の発電素子１にかかるそれぞれの磁歪棒２に６０ＭＰａの伸長応力と６０ＭＰａの収縮応力とを付与した際に、磁歪棒２のコイル３が巻回される領域の軸方向の基端（０ｍｍ）から先端側への距離と、磁歪棒２を通過する磁束密度との関係を示す。
【０１３５】
ここで、図１０（ａ）の発電素子１は、上側連結部材４２、５２が、各磁歪棒２ごとに分割して配設されている点で、図１の発電素子１と異なっている。
【０１３６】
なお、図１０（ｂ）において、図１に示す発電素子１および図１０（ａ）に示す発電素子１は、いずれも磁歪棒２の長さ（上側連結部材４２の先端から上側連結部材５２の基端までの距離）が２２ｍｍのものを用いて評価を行った。また、図１および図１０（ａ）に示す発電装置１０の各上側連結部材４２、５２は、それぞれ、基端から先端までの長さが、７．５ｍｍである。また、図１に示す発電素子１の各上側連結部材４２、５２に形成されたスリット４２３、５２３は、それぞれ、各上側連結部材４２、５２の略中央に、幅が１．５ｍｍ、長さが６ｍｍとなるように形成した。
【０１３７】
図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）の発電素子１では、磁歪棒２の略中央（１１ｍｍ付近）において、磁束密度の変化量が最大となっているが、磁歪棒２の基端側（０ｍｍ付近）および先端側（２２ｍｍ付近）においては、中央付近に比べて、磁束密度の変化量が小さくなる。これに対して、図１の発電素子１では、磁歪棒２の中央付近のみならず、その基端側および先端側においても、中央付近と同様に磁束密度の変化量が大きい。
【０１３８】
このように、本実施形態の発電素子１では、磁歪棒２が変形した際の磁束密度の変化量が、磁歪棒２の軸方向全体にわたって十分に大きく、かつ、均一にすることができる。これにより、発電素子１の発電効率がより向上する。
【０１３９】
スリット４２３（５２３）の長手方向の長さは、上側連結部材４２（５２）の短手方向（基端から先端までの長さ）よりも短ければよく、特に限定されないが、０．５〜２０ｍｍ程度であるのが好ましく、２〜９ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、スリット４２３（５２３）の幅（短手方向の長さ）は、特に限定されないが、０．１〜５ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５〜１．５ｍｍ程度であるのがより好ましい。上記条件を満足することにより、磁歪棒２が変形した際の磁束密度の変化量を、磁歪棒２の軸方向全体にわたってより均一にすることができる。これにより、発電素子１の発電効率をより向上させることができる。
【０１４０】
また、上側連結部材４２（５２）の短手方向の長さ（基端から先端までの長さ）をＬＢ、スリット４２３（５２３）の長手方向の長さをＬＳとしたとき、ＬＢ−ＬＳの値は、０．５〜５ｍｍ程度であるのが好ましく、１〜３ｍｍ程度であるのがより好ましい。これにより、上側連結部材４２（５２）の耐久性を十分に高くしつつ、磁歪棒２が変形した際の磁束密度の変化量を、磁歪棒２の軸方向全体にわたってより均一にすることができる。
【０１４１】
なお、上側連結部材４２（５２）には、例えば、図１１に示すようなパターンのスリットを形成することもできる。図１１（ａ）は、図１に示す発電素子１が備える上側連結部材４２（５２）を模式的に示す平面図であり、図１１（ｂ）〜（ｅ）は、図１に示す発電素子１が備える上側連結部材４２（５２）の他の構成例を模式的に示す平面図である。
【０１４２】
前述したように、図１に示す発電素子１の上側連結部材４２（５２）では、併設される磁歪棒２、２の各端部間（基端部２１、２１間または先端部２２、２２間）の略中央にスリット４２３（５２３）が形成されている。一方、このようなスリット４２３（５２３）は、図１１（ｂ）に示すように、上側連結部材４２（５２）の基端または先端が開放されるように形成されていてもよい。また、図１１（ｃ）〜（ｅ）に示すように、上側連結部材４２（５２）に複数のスリットが形成されていてもよい。図１１（ｃ）に示す上側連結部材４２（５２）には、その基端および先端のいずれもが開放されるように２つのスリットが形成されている。また、図１１（ｄ）に示す上側連結部材４２（５２）には、その基端および先端が開放されて形成された２つのスリットと、これらの間に設けられた１つのスリットとを有している。また、図１１（ｅ）に示す上側連結部材４２（５２）には、その基端および先端が開放されて形成された２つのスリットと、これらの間に設けられた３つのスリットとを有している。図１１（ｂ）〜（ｅ）に示すような上側連結部材４２（５２）を用いた場合でも、本実施形態の発電素子１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１４３】
また、上側連結部材４２（５２）には、磁性材料で構成されたピンが挿入可能に構成されているのが好ましい。図示はしていないが、かかるピンを上側連結部材４２（５２）に挿入することにより、２つの磁歪棒２、２の一方の基端部２１（先端部２２）から他方の基端部２１（先端部２２）へと流れる磁力線の量（短絡量）を調整することができる。これにより、磁歪棒２を通過する磁束密度（磁力線の密度）の変化量を調整することができ、結果として、コイル３に発生する電圧（発電素子１の発電量）を、発電素子１の使用目的に応じて適宜調整することができる。かかるピンの構成材料としては、上側連結部材４２（５２）と同様の材料を用いることができる。
【０１４４】
発電素子１を取り付けるベース１００は、前述のように照明用スイッチの一部として用いることができる。具体的には、発電素子１の先端側連結部５に直接外部から力を与える構造を付加し、無線装置と組み合わせることで人が操作するスイッチとして用いることができる。このようなスイッチは、電源、信号線の配線をしなくとも機能し、例えば、住宅照明用無線スイッチ、住宅セキュリティー用システム（特に、窓やドアの操作検知を無線で知らせるシステム）等に用いることができる。
【０１４５】
また、車両の各スイッチに発電装置１０を応用することで、電源、信号線の配線がなくなり、組立工数の削減だけではなく、車両に設ける配線に必要な重量を軽減し、車両などの軽量化を得て、タイヤ、車体、エンジンにかかる負荷を抑制し、その基本性能および安全性にも寄与することができる。
【０１４６】
なお、発電素子１を取り付けるベース１００を一部に含む装置としては、特に限定されず、例えば、蒸気、水、燃料油、気体（空気、燃料ガス等）等をパイプやダクトを通して移動（排気、換気、吸気、廃液、循環）させる装置が挙げられる。より具体的には、大型施設、ビル、駅等の空調用ダクトが挙げられる。また、発電素子１を取り付けるベース１００を一部に含む装置のその他の例としては、輸送機（貨物列車や自動車、トラックの荷台）、線路を構成するレール（枕木）、高速道路やトンネルの壁面パネル、架橋、ポンプやタービン等の機器等が挙げられる。さらに、ベース１００は、発電素子１を小型化することにより、携帯通信機器の一部を構成する部材としても用いることができる。
【０１４７】
これらの装置等に発生する振動は、目的とする媒体（空調用ダクトの場合、ダクト内を通過する気体等）の移動には不必要な振動であり、騒音や不快な振動を発生させる原因となっている。このような装置等の一部をベース１００として用いて、発電素子１を取り付けることにより、この不必要な振動（運動エネルギー）を電気エネルギーとして変換（回生）して得ることができる。
【０１４８】
この得られた電力を、センサーや無線装置等の電源として用いることで、センサー等の機能を発揮することができる。例えば、施設居住空間の照度、温度、湿度、圧力、騒音を計測したり、無線装置で検出データを送信して、各種制御信号やモニタリング信号として利用することができる。また、車両の各部の状態を監視するシステム（例えば、タイヤ空気圧センサー、シートベルト着装検知センサー）としても利用することができる。また、このように不必要な振動を電力に変換することで、振動を発する装置等からの騒音や不快な振動を軽減する効果も得られる。なお、これらの装置等に取り付けられる発電素子１の発電量は、特に限定されないが、２０〜２０００μＪ程度であるのが好ましい。発電素子１の発電量（発電能力）が上記範囲内であれば、例えば、無線装置と組み合わせることで、上述した住宅照明用無線スイッチや住宅セキュリティー用システム等に有効に利用することができる。
【０１４９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の発電装置１０の第２実施形態について説明する。
図１２は、本発明の発電装置１０の第２実施形態を示す斜視図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、図１２に示す発電装置１０が備えるコイルのボビンを示す斜視図である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、図１２に示す発電装置１０が備える磁歪棒およびコイルを示す斜視図である。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の磁歪棒２およびコイル３をＢ−Ｂ線で切断した断面を示す斜視図である。図１５は、図１２に示す発電装置１０の縦断面図である。
【０１５０】
なお、以下の説明では、図１２〜図１５中の上側を「上」または「上方」と言い、図１２〜図１５中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１２中の紙面右手前側および図１５中の右側を「先端側」と言い、図１２中の紙面左奥側および図１５中の左側を「基端側」と言う。
【０１５１】
また、図１３（ａ）では、ボビンの先端側が紙面右手前側となるように示されている。一方、図１３（ｂ）では、ボビンの基端側が紙面右手前側となるように示されている。また、図１４（ａ）、（ｃ）では、磁歪棒およびコイルの先端側が紙面右手前側となるように示されており、図１４（ｂ）では、磁歪棒およびコイルの基端側が紙面右手前側となるように示されている。
【０１５２】
以下、第２実施形態の発電装置１０について、前記第１実施形態の発電装置１０との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１５３】
第２実施形態の発電装置１０では、コイル３の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１０と同様である。すなわち、本実施形態の発電装置１０では、コイル３が、磁歪棒２の外周側に、磁歪棒２を囲むように配置されたボビン３２と、このボビン３２に巻回された線材３１とで構成されている。
【０１５４】
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ボビン３２は、線材３１が巻回される長尺状の本体部３３と、本体部３３の基端と連結する第１の鍔部３４と、本体部３３の先端と連結する第２の鍔部３５とを有している。なお、このようなボビン３２は、各部材を溶接等により連結した構成であってもよいが、各部材が一体的に形成されているのが好ましい。
【０１５５】
本体部３３は、長尺状の一対の側板部３３１、３３２と、基端側において、一対の側板部３３１、３３２の上端部同士を連結する上板部３３３および下端部同士を連結する底板部３３４とを備えている。なお、本体部３３を構成する各側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４は、いずれも、平板状をなしている。この本体部３３は、その基端側に、一対の側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４で規定される四角筒状の部分を有しており、この四角筒状の部分の内側に磁歪棒２が挿通される。
【０１５６】
一対の側板部３３１、３３２同士の間隔は、磁歪棒２の幅よりも大きく設計されており、磁歪棒２は、一対の側板部３３１、３３２から離間した状態で、これらの間に配置される。また、上板部３３３と底板部３３４との間隔は、磁歪棒２の厚さと略等しくなるように構成されている。磁歪棒２は、この上板部３３３と底板部３３４との間に挿入され、これにより、磁歪棒２の基端側の一部が上板部３３３と底板部３３４とにより狭持される（図１４（ｃ）参照）。
この本体部３３の外周側に、その基端から先端にわたって線材３１が巻回される。
【０１５７】
本体部３３の基端側には、本体部３３（側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４）と連結する平板状の第１の鍔部３４が設けられている（図１３（ｂ）参照）。
第１の鍔部３４は、略楕円形状をなしている。この第１の鍔部３４には、本体部３３と連結する位置に、磁歪棒２が挿通されるスリット３４１が形成されている。このスリット３４１の形状は、磁歪棒２の横断面形状と略等しくなるように形成されている。
【０１５８】
さらに、第１の鍔部３４の上側には、その幅方向の両端部に、第１の鍔部３４から基端方向に突出する２つの突出部３６が設けられている。突出部３６には、ピン３７を挿通するための貫通孔が２つ設けられている。発電素子１（ボビン３２）をベース１００に取り付けた状態で、第１の鍔部３４のスリット３４１より下側の部分（下端部３４２）が下側連結部材４１の固定部４１１の先端面に当接するとともに、各突出部３６が上側連結部材４２の上面の先端側に当接する（図１２参照）。また、この状態で、ピンが突出部３６の貫通孔に挿通されることにより、ボビン３２が基端側連結部４に固定されている。このピン３７は、前述したように、２つの磁歪棒２、２の一方の基端部２１（先端部２２）から他方の基端部２１（先端部２２）へと流れる磁力線の量（短絡量）を調整する機能を有していてもよい。
【０１５９】
また、本体部３３の先端側には、本体部３３（側板部３３１、３３２）と連結する平板状の第２の鍔部３５が設けられている（図１３（ａ）参照）。第２の鍔部３５は、略楕円形状をなしている。この第２の鍔部３５には、本体部３３（側板部３３１、３３２）が連結する位置に、磁歪棒２が挿通される略四角形状の開口部３５１が形成されている。この開口部３５１の幅は、一対の側板部３３１、３３２同士の間隔と略等しく、また、開口部３５１の上端から下端までの距離は、各側板部３３１（３３２）の短手方向の長さと略等しくなるように設計されている。
【０１６０】
また、第２の鍔部３５の下端部３５２には、その幅方向の両端部側から下方向に突出する２つの突起部３５３が形成されている。発電素子１（ボビン３２）をベース１００に取り付けた状態で、下端部３５２が底部１０１に当接するとともに、突起部３５３は、ベース１００のスリット１０８を規定する縁部に係合するように構成されている。また、この状態で、第２の鍔部３５は、先端側連結部５と離間している。
【０１６１】
図１４（ｃ）に示すように、本実施形態の発電素子１では、磁歪棒２の変位（振動）方向（図１４（ｃ）の上下方向）における磁歪棒２とボビン３２または線材３１との間に、ボビン３２の中央付近から先端にわたって、空隙が形成されている。この空隙は、磁歪棒２が変位する際に、磁歪棒２とボビン３２または線材３１とが干渉しないサイズ、すなわち、磁歪棒２の振幅より大きいサイズを有するように設計されている。そのため、磁歪棒２は、コイル３（線材３１およびボビン３２）と接触することなく振動することができ、磁歪棒２とコイル３との間の摩擦によるエネルギーロスの発生を防止することができる。
【０１６２】
また、本実施形態の発電素子１では、磁歪棒２および梁部材８が変形する際に、その変形とともにコイル３（線材３１およびボビン３２）は変形しない。一般的に、コイルを構成する線材やボビンは、その変形に伴うエネルギー損失量が大きい、すなわち、損失係数が大きい部材である。したがって、本実施形態の発電素子１では、損失係数の大きいコイル３の線材３１およびボビン３２が変形することによるエネルギーロス（構造減衰）の発生が防止される。さらに、発電素子１では、質量が大きいコイル３が、磁歪棒２の振動に付随して変位しない。すなわち、かかる発電素子１では、磁歪棒２を振動させる振動系の質量として、コイル３の質量が含まれない。そのため、発電素子１では、磁歪棒とともにコイルも変位するような発電素子に比べて、磁歪棒２（振動系）の振動周波数の低下を防止することができる。これにより、磁歪棒２の時間当たりの磁束密度の変化量（磁束密度の変化勾配）が小さくなるのを防止し、発電効率の低下を防止することができる。
【０１６３】
このように、本実施形態の発電素子１では、磁歪棒２とコイル３との間の摩擦によるエネルギーロス、および損失係数が大きいコイル３が変形することによるエネルギーロスの発生を防止することができる。さらに、質量が大きいコイル３が変位することによる振動周波数の低下を防止することができる。これにより、磁歪棒２を効率良く変形させることができ、その結果、発電素子１の発電効率を向上させることができる。
【０１６４】
また、ボビン３２内に形成される空隙のサイズは、一対の側板部３３１、３３２の短手方向の長さを変更し、この変更に合わせて開口部３５１の上端から下端までの距離を変更することにより、自由に設定することができる。なお、ボビン３２の構成材料としては、例えば、梁部材８の構成材料として挙げた材料と同様の材料を用いることができる。かかる第２実施形態の発電素子１によっても、前記第１実施形態の発電素子１と同様の作用・効果を生じる。
【０１６５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の発電装置１０の第３実施形態について説明する。
図１６は、本発明の発電装置１０（ベースは省略）の第３実施形態を示す斜視図である。
【０１６６】
なお、以下の説明では、図１６中の上側を「上」または「上方」と言い、図１６中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１６中の紙面右奥側を「先端」と言い、図１６中の紙面左手前側を「基端」と言う。
【０１６７】
以下、第３実施形態の発電装置１０について、前記第１実施形態の発電装置１０との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１６８】
図１６に示す発電素子１は、外周側にコイル３が巻回された１本の磁歪棒２および梁部材８と、これらの基端部２１および先端部２２をそれぞれ連結する基端側連結部４および先端側連結部５と、磁歪棒２および梁部材８と併設されたヨーク９と、上側連結部材４２とヨーク９との間および上側連結部材５２とヨーク９との間に設けられた２つの永久磁石６ｃ、６ｄとを有している。
【０１６９】
かかる構成の発電素子１では、磁歪棒２と梁部材８とが厚さ方向に併設されており、第１実施形態の発電素子１と同様に、磁歪棒２と梁部材８との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。
【０１７０】
なお、本実施形態の磁歪棒２、コイル３、基端側連結部４、先端側連結部５および梁部材８としては、第１実施形態で記載したのと同様の構成とすることができる。
【０１７１】
ヨーク９は、長尺の平板状をなしており、磁歪棒２および梁部材８に対して、これらの幅方向に併設されている。ヨーク９の構成材料としては、第１実施形態の基端側連結部４および先端側連結部５で挙げた材料と同様の材料を用いることができる。
【０１７２】
永久磁石６ｃ、６ｄは、円柱状をなしている。このような永久磁石６ｃ、６ｄの構成材料としては、第１実施形態の永久磁石６ａ、６ｂと同様の材料を用いることができる。
【０１７３】
本実施形態では、上側連結部材４２とヨーク９との間に設けられた永久磁石６ｃは、Ｓ極を上側連結部材４２側に、Ｎ極をヨーク９側にして配置され、上側連結部材５２とヨーク９との間に設けられた永久磁石６ｄは、図１６に示すように、Ｓ極をヨーク９側に、Ｎ極を上側連結部材５２側にして配置されている。これにより、発電素子１には、時計間周りの磁界ループが形成されている。
【０１７４】
本実施形態の発電素子１では、磁歪棒２と梁部材８とが厚さ方向に併設されているため、磁歪棒２に巻回するコイル３の体積が制限されるものの、第１実施形態の発電素子１と同様に、磁歪棒２と梁部材８との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。そのため、先端側連結部５に外力が付与されると、磁歪棒２および梁部材８は変位方向（上下方向）に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができ、発電素子１の発電効率を優れたものとすることができる。
【０１７５】
なお、本実施形態では、コイル３を磁歪棒２に巻回する代わりに、ヨーク９の外周側に巻回する構成にしてもよい。磁歪棒２中の磁束密度の変化に伴い、ヨーク９を通過する磁束密度も同様に変化するため、上記構成の発電素子１と同様にコイル３に電圧を発生させることができる。また、かかる構成では、上側連結部材４２、５２の幅（長手方向の長さ）を大きくしたり、各永久磁石６ｃ、６ｄの厚さを厚くすることにより、磁歪棒２および梁部材８とヨーク９との間隔を大きくすることができるため、第１実施形態の発電素子１と同様に、コイル体積を大きくすることが可能である。これにより、発電素子１の発電効率をさらに優れたものとすることができる。
【０１７６】
なお、各部材の固定、連結は、例えば、ネジ止め、ピンの圧入、溶接、接着剤による接着等の方法により各部材同士を固定、連結することができる。
【０１７７】
かかる第３実施形態の発電素子１によっても、第１実施形態の発電素子１と同様の作用・効果を生じる。
【０１７８】
以上、本発明の発電装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。
【０１７９】
例えば、前記第１〜第３実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。
また、２つの永久磁石のうち一方を省略することもでき、永久磁石の一方または双方を電磁石に置き換えることもできる。さらに、本発明の発電装置は、双方の永久磁石を省略し、外部磁場（外部磁界）を用いて発電する構成とすることもできる。
【０１８０】
また、前記各実施形態において、磁歪棒２および梁部材８は、いずれも、その横断面形状が長方形状をなしているが、例えば、円形状、楕円形状、三角形状、正方形状、六角形状のような多角形状であってもよい。
【０１８１】
また、前記各実施形態の永久磁石６は、いずれも平板状または円柱状をなしているが、角柱状や三角柱状をなしていてもよい。
【０１８２】
前記各実施形態では、ベース１００が発電素子１を構成する部材のうちの梁部材８と下側連結部材５１とを備えているが、ベース１００は、少なくとも梁部材８を備えていればよく、下側連結部材５１を備えていなくてもよい。また、ベース１００は、梁部材８および下側連結部材５１に加えて、下側連結部材４１を備えていてもよい。
【符号の説明】
【０１８３】
１０…発電装置  １…発電素子  ２…磁歪棒  ２１…基端部  ２２…先端部  ３…コイル  ３１…線材  ３２…ボビン  ３３…本体部  ３３１、３３２…側板部  ３３３…上板部  ３３４…底板部  ３４…第１の鍔部  ３４１…スリット  ３４２…下端部  ３５…第２の鍔部  ３５１…開口部  ３５２…下端部  ３５３…突起部  ３６…突出部  ３７…ピン  ４…基端側連結部  ４１…下側連結部材  ４１１…固定部  ４１２…脚部  ４１３…脚部  ４２…上側連結部材  ４２１…凹部  ４２２…切欠部  ４２３…スリット  ５…基端側連結部  ５１…下側連結部材  ５２…上側連結部材  ５２１…凹部  ５２２…切欠部  ５２３…スリット  ６ａ…永久磁石  ６ｂ…永久磁石  ６ｃ…永久磁石  ６ｄ…永久磁石  ６１…第１の部分  ６２…第２の部分  ６３…突起部  ７ａ…磁性部材  ７ｂ…磁性部材  ７１…切欠部  ８…梁部材  １００…ベース  １０１…底部（平板部）  １０２ａ…側部  １０２ｂ…側部  １０２ｃ…側部  １０２ｄ…側部  １０３…Ｔ字状部  １０４…開口  １０５…凹部  １０６…開口  １０７…爪部  １０８…スリット  １１０…ベース本体  ９…ヨーク
【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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