(57)【要約】【課題】一方向から与えられる運動力を利用して効率よく発電できる小型の発電機を提供する。【解決手段】一方向に長手方向を有するラックバー２と、ラックバー２に対する相対移動にて回動されるピニオン４と、ピニオン４の回転力を利用して発電する発電手段５とを備える。一方向の成分を有する運動力が与えられると、ラックバー２とピニオン４とが一方向に沿って相対移動を行う。この相対移動によりピニオン４が回転される。ピニオン４の回転により発電手段５で発電される。【選択図】  図２
2004260896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を有する長手部材およびこの長手部材に対して相対移動可能に設けられた回動部材を有しているとともに、前記長手方向に沿った成分を有する運動力を前記長手部材と前記回動部材との前記長手方向に沿った相対移動にて前記回動部材の回転運動力に変換する運動方向変換機構と、
前記回動部材の回転運動によって発電する発電手段と、を備える
ことを特徴とする発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の発電機において、
前記回動部材の回転運動を増速して前記発電手段に伝達する増速手段を備えている
ことを特徴とする発電機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発電機において、
前記回動部材の回転運動のエネルギーを機械エネルギーとして蓄積する機械エネルギー蓄積手段を備えている
ことを特徴とする発電機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電機において、
前記発電手段は複数設けられていることを特徴とする発電機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発電機において、
前記回動部材が複数設けられるとともに、それぞれの回動部材に対応した前記発電手段が設けられていることを特徴とする発電機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発電機において、
前記長手部材および前記回動部材の少なくともいずれか一方には、このいずれか一方の相対移動方向に対して反対方向の反力を付与する反力付与手段が設けられている
ことを特徴とする発電機。
【請求項７】
請求項６に記載の発電機において、
前記反力付与手段は、弾性体を備えて構成されている
ことを特徴とする発電機。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発電機において、
前記長手部材は、剛性を有するとともに前記長手方向にラック歯を備え、
前記回動部材は、前記ラック歯に噛合する歯を備えている
ことを特徴とする発電機。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発電機において、
前記長手部材および前記回動部材が収納されるケース体を備え、
前記長手部材および前記回動部材のいずれか一方は前記ケース体に固定され、
前記長手部材および前記回動部材のいずれか他方とともに移動する重錘を備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の発電機において、
前記長手部材の長手方向に略直交する対向方向で前記運動方向変換機構を間にして対向配置された上段プレートおよび中段プレートと、
前記発電手段を間にして前記中段プレートに対向配置された下段プレートとを備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発電機において、
前記下段プレートの前記発電手段に反対の面に接離可能に設けられた導通基板と、前記下段プレートを部分的に貫通して前記発電手段と前記導通基板とを導通する導通バネとを備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の発電機において、
前記発電手段は、前記回動部材の回転にて回転される着磁されたロータ、前記ロータの磁束を伝達するヨークおよび前記ヨークにて伝達された磁束にて誘起電圧を生じる発電コイルを有し、
前記発電コイルと前記長手部材とは互いの長手方向を揃えて略平行に配置され、
前記運動方向変換機構と前記発電手段とは前記長手部材の長手方向に略直交方向で重なって配置されていることを特徴とする発電機。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の発電機において、
内部に前記運動方向変換機構および前記発電手段を収納する収納空間を有する長筒形状のケース体を備えることを特徴とする発電機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発電機において、
前記回動部材および前記発電手段を搭載した状態で前記ケース体に取り付けられる接続板を備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の発電機を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機およびこの発電機を有する電子機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、小型の携帯電子機器に組み込まれて外部から与えられえる運動エネルギーを利用して発電を行う発電機が知られている。このような発電機としては、回転錘を備えた発電機と、揺動錘を備えた発電機とが知られている（特許文献１、２）。
回転錘を備えた発電機は、外部から与えられる振動によって回転される回転錘と、この回転錘の回転エネルギーを伝達する輪列と、輪列により伝達された回転エネルギーから発電する発電手段とを備えて構成されている。
【０００３】
また、揺動錘を備えた発電機は、外部から与えられる振動によって揺動する揺動錘と、この揺動錘の揺動によって得られる回転エネルギーを伝達する輪列と、輪列により伝達された回転エネルギーから発電する発電手段とを備えて構成されている。
ここで、発電手段は、着磁されたロータと、ロータの回転により生じる磁束変動を伝達するヨークと、ヨークにて伝達された磁束変動から誘導電圧を起電する発電コイルとを備えて構成されている。
【０００４】
このような構成において、外部から与えられえる運動エネルギーにより回転錘が回転する。あるいは、外部からの運動エネルギーにより揺動錘が揺動する。すると、この回転錘の回転や揺動錘の揺動により外部からの運動エネルギーが回転エネルギーに変換されて、この回転エネルギーが輪列によりロータに伝達される。ロータが回転されると、ロータの回転により生じる磁束変化がヨークにより発電コイルに伝達されて発電コイルに誘導電圧が起電される。そして、この電圧を利用して電子機器が動作を行う。
【０００５】
回転錘は、様々な方向から運動エネルギーが与えられた場合であっても、これらあらゆる方向成分を有する運動エネルギーに対して回転することが可能である。よって、例えば腕時計の如く様々な方向に動かされる電子機器では、回転錘を利用した発電機が有用である。
揺動錘は、一方向からのみ（揺動錘の揺動方向からのみ）運動エネルギーが与えられる場合には、この運動エネルギーにより効率的に揺動することが可能であり、一方向からのみ与えられる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する場合に有用である。
発電手段ではロータを回転させて発電を行うので、外部から与えられる運動エネルギーを回転錘や揺動錘の回転または揺動運動として受け取れば、受け取ったエネルギー（回転のエネルギー）をそのまま輪列等でロータまで伝達できるので、構造的にも簡便であるという利点を有する。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−１７４９７６
【特許文献２】
特開平９−３２２４７７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転錘や揺動錘は、与えられる運動エネルギーを回転錘や揺動錘の「回転運動」により受け取るものである。よって、与えられる運動エネルギーの方向によっては必ずしも効率よくエネルギーを変換できるわけではない。特に、直線的に運動力が与えられる場合、回転錘ではこの運動エネルギーを受け取ることがほとんどできないという問題がある。
【０００８】
揺動錘では、一方向から与えられた運動力により揺動することができるが、一方向の成分のみを有する直線運動の運動エネルギーであっても揺動運動として受け取っており、必ずしも効率よく運動エネルギーを回転エネルギーに変換できるわけではない。この変換効率の低さを補うため、回転運動をロータに伝達する輪列の増速比を大きくしたり、揺動錘のレバー比を大きくしたりするなどの対策が必要となる。すると、輪列や揺動錘に大きなスペースが必要になることから、発電機自体が大型化されるという問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、斯かる実情に鑑み、直線的な運動力を利用して効率よく発電できる小型の発電機およびこの発電機を有する電子機器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発電機は、長手方向を有する長手部材およびこの前記長手部材に対して相対移動可能に設けられた回動部材を有しているとともに、前記長手方向に沿った成分を有する運動力を前記長手部材と前記回動部材との前記長手方向に沿った相対移動にて前記回動部材の回転運動力に変換する運動方向変換機構と、前記回動部材の回転運動によって発電する発電手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、長手部材の長手方向成分を有する運動力、例えば、長手方向成分のみを有する直線運動力が長手部材および回動部材のいずれか一方に与えられると、この運動力によって長手部材と回動部材とが長手方向に沿って直線的に相対移動する。すると、この長手部材と回動部材との相対移動により回動部材が回転する。回動部材の回転による回転運動を利用して発電手段にて発電される。
【００１２】
長手部材と回動部材とが直線的に相対移動するので、与えられた運動力を長手部材と回動部材との直線的相対移動としてそのまま受け取ることができる。よって、特に、与えられる運動が直線運動である場合、この与えられる運動エネルギーの総てを受け取ることができる。その結果、直線的な運動が与えられる場合には、最も効率よく発電を行うことができる。
【００１３】
また、運動方向変換機構により、長手部材と回動部材との直線的相対移動のエネルギーを回動部材の回転エネルギーに変換することができる。よって、この回転エネルギーを利用して発電手段で発電することができる。現在利用可能な発電手段としては、回転を利用した発電が最も効率が高く、構造的にも簡単である。例えば、着磁されたロータを回転させて得られる磁束変動から発電コイルで発電するものや、磁界のなかで発電コイルを回転させるものなどが知られているところである。
【００１４】
したがって、直線的な運動が与えられる場合では、長手部材と回動部材との直線相対移動にてこの運動を受け取り、さらに、受け取った運動を回動部材の回転に変換する構成こそが発電効率を最も高くすることができる。すなわち、本発明によれば、与えられる直線的な運動に対する電力変換効率を最高レベルまで引き上げることができるという画期的な効果を奏する。
【００１５】
長手部材と回動部材とが長手方向に沿って相対移動する長さがあれば直線運動のエネルギーを受け取ることができるので、長手方向に直交する方向の厚みは非常に薄くすることができる。この点、例えば、エネルギーを大きくするために振り幅のスペースを必要とする揺動錘に比べて、本発明の発電機は長手方向に直交する断面積を小さくして細長形状にできる。
また、磁石と発電コイルとを直線的に相対移動させて直線的な運動から発電を行う発電機もあるが、磁石と発電コイルとの移動時間が短く発電時間も短くなる。そして、磁石と発電コイルとの移動時間を長くするための減速を行うことも難しい。この点、長手部材と回動部材とが相対移動する際に、発電手段から発生する電磁ブレーキを回動部材に掛けるなどにより減速手段を構成できるので、発電時間を長くして、発電効率を向上させることができる。
【００１６】
与えられる運動を効率よく回転運動に変換できるので、この回転を増速する増速手段などは別段なくてもよい。また、増速手段を設ける場合であっても、長手部材の長さを回動部材の円周長よりも何倍か長くすることで長手部材の運動を増速して回動部材に伝達することができる。よって、増速手段の増速比を小さくすることができ、増速手段の輪列を設けるスペースを小さくして小型の発電機とすることができる。
【００１７】
本発明では、前記回動部材の回転運動を増速して前記発電手段に伝達する増速手段を備えていることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、回動部材の回転運動が増速して発電手段に伝達される。すると、例えば、ロータを回転させる発電手段において、ロータを高速回転させることができれば、ロータが小さくても十分な発電量を得ることができる。その結果、発電手段を小型化することができる。
また、増速手段により発電手段からの電磁ブレーキが増大されて回動部材に作用するため、回動部材に制動力を与えることができる。すると、長手部材と回動部材との相対移動時間を長くするなどにより、発電手段での発電時間を長くすることができる。
【００１９】
本発明では、前記回動部材の回転運動のエネルギーを機械エネルギーとして蓄積する機械エネルギー蓄積手段を備えていることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、回動部材の回転によるエネルギーが一旦機械エネルギー蓄積手段にて蓄積される。機械エネルギー蓄積手段に蓄積されたエネルギーが順次発電手段に伝達されることにより、発電手段にて発電される。
機械エネルギー蓄積手段でエネルギーを蓄積することができるので、与えられるエネルギーが小さくて発電に不十分であっても、このエネルギーを蓄積しておいて発電に十分なエネルギーとして発電手段に与えることができる。よって、与えられる運動の総てを電力に変換することができる。
与えられる運動が不規則であった場合でも、機械エネルギー蓄積手段で一度蓄積してから一定量ずつ発電手段にエネルギーを伝達することができる。よって、安定した発電量および長い発電時間を得ることができる。
【００２１】
本発明では、前記発電手段は複数設けられていることが好ましい。
【００２２】
このような構成によれば、与えられるエネルギーが複数の発電手段に分散され、各発電手段においてこの分散されたエネルギーから発電が行われる。
エネルギーを分散して各発電手段に与えるので、一つの発電手段の発電量を減少させることができる。すると、一つの発電手段の大きさを小さくすることができる。例えば、ロータの回転による磁束変動がヨークを伝わって伝達される場合には、伝達する磁束が少なくてよいのでヨークの厚みを薄くすることができる。または、発電量が少なければロータの回転速度を低速にすることができるので、例えば、回動部材の回転を発電手段に伝達するのに増速手段を必要とせず、増速手段を用いる場合であっても輪列段数を少なくすることができる。よって、輪列効率を向上させて、回動部材から発電手段までのエネルギー伝達効率を向上させることができる。
【００２３】
複数の発電手段を備えていれば、各発電手段で異なる電圧および位相で発電することもできる。また、電圧を高くしたい場合には発電手段を直列接続すればよく、電圧を一定にして電流値を上げたい場合には並列接続すればよい。よって、各回路ブロックごとの仕様に合わせた電力を得ることができる。
また、一つの発電手段の性能が劣化した場合であっても、他の発電手段で補うことができるので、信頼性を向上させることができる。
【００２４】
本発明では、前記回動部材が複数設けられるとともに、それぞれの回動部材に対応した前記発電手段が設けられていることが好ましい。
【００２５】
このような構成において、回動部材と発電手段とを合わせて一つの発電ユニットとして取り扱うことができるので、性能が異なる発電ユニットを組み合わせるなどにより仕様に合わせた設計を簡便に行うことができる。そして、発電ユニットが複数設けられているので、一つの発電ユニットが性能劣化しても他の発電ユニットで補うことができる。また、発電ユニットとして扱うことができるので、メンテナンスの際には発電ユニットごと交換すればよく、簡便である。
【００２６】
本発明では、前記長手部材および前記回動部材の少なくともいずれか一方には、このいずれか一方の相対移動方向に対して反対方向の反力を付与する反力付与手段が設けられていることが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、長手部材と回動部材とが一方に相対移動した後、反力付与手段による反力によって逆方向に振り戻される。よって、運動が与えられたとき、長手部材と回動部材とが一度の相対移動で終わらず、相対移動の時間を長くすることができる。その結果、発電手段での発電時間を長くすることができる。
【００２８】
本発明では、前記反力付与手段は、弾性体を備えて構成されていることが好ましい。
【００２９】
このような構成によれば、弾性体の弾性力によって反力を付与することにより長手部材と回動部材との相対移動を往復させることができる。さらに、与えられる運動の周期に弾性体の固有振動数を一致させるように弾性定数を決定すれば、与えられる運動の振幅が小さい場合でも、長手部材と回動部材との相対移動の幅を大きくすることができる。すると、小さな運動を、長手部材と回動部材との大きな相対移動として受け取ることができる。その結果、回動部材の回転エネルギーを大きくすることができるとともに、発電手段での発電量を大きくすることができる。
【００３０】
ここで、弾性体としてはコイルバネであることが好ましい。
このような構成によれば、弾性定数の設定が容易である。また、金属性のコイルバネであれば耐久性があり、繰り返し大きな運動が与えられた場合でも性能を維持することができる。
【００３１】
本発明では、前記長手部材は、剛性を有するとともに前記長手方向にラック歯を備え、前記回動部材は、前記ラック歯に噛合する歯を備えていることが好ましい。
【００３２】
このような構成によれば、ラック歯と回動部材の歯との噛合により、長手部材と回動部材との相対移動のエネルギーが総て回動部材の回転エネルギーに変換される。歯が噛合することによりすべりが生じないので、与えられたエネルギーの総てを利用して発電手段で発電を行うことができる。
【００３３】
ここで、前記長手部材は、柔軟で曲折可能であり、前記回動部材には、前記長手部材が少なくとも一回巻かれている構成であってもよい。例えば、プーリにベルトが巻きまわされていてもよい。
このような構成によれば、歯の噛合ではないので、歯が欠けたりすることがない。歯が噛み合う際の音がしないので静かである。歯が噛合する際に生じる粉塵等もないので、発電手段やその他の回路に影響を与える恐れもない。
【００３４】
本発明では、前記長手部材および前記回動部材が収納されるケース体を備え、前記長手部材および前記回動部材のいずれか一方は前記ケース体に固定され、前記長手部材および前記回動部材のいずれか他方とともに移動する重錘を備えていることが好ましい。
【００３５】
このような構成によれば、長手部材および回動部材に対して直線的な運動を与える場合には、重錘が重力によって下降するようにケース体を回動させる。すると、重錘とともに長手部材および回動部材のいずれか他方がケース体に固定されたいずれか一方に対して相対移動する。この相対移動により重錘の位置エネルギーが回動部材の回転エネルギーに変換される。そして、この回転エネルギーにより発電手段で発電される。
重錘の重さにより大きな位置エネルギーを得ることができるので、発電量を大きくすることができる。
【００３６】
また、長手部材および回動部材に対して直線的な運動を与える場合には、ケース体に対して長手部材の長手方向に沿った直線的な運動を与える。すると、ケース体に固定された長手部材および回動部材のいずれか一方がケース体とともに移動する。このとき、ケース体の内部において、重錘には慣性力が作用するので、ケース体に対して重錘は相対移動する。したがって、重錘とともに移動する長手部材および回動部材のいずれか他方は、いずれか一方に対して相対移動する。この相対移動により回動部材が回転され、この回転により発電手段で発電される。
【００３７】
ケース体を運動させる力で長手部材と回動部材とを相対移動させるためには、ケース体につられて長手部材も回動部材も一緒になって移動することを防ぐ必要がある。そこで、重錘を設けて十分に大きな慣性力を作用させることにより、長手部材と回動部材とを相対移動させることができる。そして、長手部材と回動部材との相対移動方向がケース体に与えられる運動方向と一致するとき、与えられる運動のエネルギーを最も効率良く受け取ることができる。
重錘を設けることで重さを与えることができるので、長手部材や発電手段は軽量な材料で形成することが可能であり、材料コストや加工コストを削減することができる。
【００３８】
本発明では、前記長手部材の長手方向に略直交する対向方向で前記運動方向変換機構を間にして対向配置された上段プレートおよび中段プレートと、
前記発電手段を間にして前記中段プレートに対向配置された下段プレートとを備えていることが好ましい。
【００３９】
このような構成によれば、運動方向変換機構と発電手段とを長手部材の長手方向に略直交する方向に重ねて配置することができる。すると、長手部材の長手方向に沿った方向では発電機を小型化してコンパクトにすることができる。
そして、この発電機をケース体に収納する場合、長手部材の長手方向に垂直な方向でケース体と発電機との隙間を生じにくい形状とすることもでき、この発電機をケース体に収納する際にデッドスペースを排して空間利用効率を向上させることができる。例えば、長筒状のケース体に収納する場合に、発電機の断面積をこのケース体の断面積と略同一にすることもできる。
【００４０】
本発明では、前記下段プレートの前記発電手段に反対の面に接離可能に設けられた導通基板と、前記下段プレートを部分的に貫通して前記発電手段と前記導通基板とを導通する導通バネと、を備えていることが好ましい。
【００４１】
このような構成によれば、発電機と導通基板とを簡単に分離あるいは接続できる。すると、例えば、発電手段を交換する際に、発電手段と導通基板とを簡便につなぐことができる。したがって、発電機を組み立てる際に、配線の手間を簡略化でき、組み立て性を向上させることができる。また、他の回路部分に配線を引き出す配線引出部を導通基板上の任意の位置に設けることができ、回路設計の自由度を向上させることができる。発電手段が複数設けられた場合であっても、この複数の発電手段と一枚の導通基板とを導通バネで接続すればよいので、回路配線の手間を簡略化することができる。
【００４２】
本発明では、前記発電手段は、前記回動部材の回転にて回転される着磁されたロータ、前記ロータの磁束を伝達するヨークおよび前記ヨークにて伝達された磁束にて誘起電圧を生じる発電コイルを有し、前記発電コイルと前記長手部材とは互いの長手方向を揃えて略平行に配置され、前記運動方向変換機構と前記発電手段とは前記長手部材の長手方向に略直交する方向で重なって配置されていることが好ましい。
【００４３】
このような構成によれば、運動方向変換機構と発電手段とが重ねて配置されることにより発電機全体をコンパクトにすることができる。さらに、発電コイルと長手部材とが互いの長手方向を揃えて配置されることから発電機全体の形状を長手部材の長手方向に沿って細長形状にすることができる。すると、発電機をケース体に収納する場合、ケース体の形状を細長い筒状とすることができる。
【００４４】
本発明では、内部に前記運動方向変換機構および前記発電手段を収納する収納空間を有する長筒形状のケース体を備えることが好ましい。
【００４５】
このような構成によれば、発電機は長手部材を備えるところ、長筒形状のケース体に収納可能であり、全体として長細形状に形成することができる。すると、デザイン的にもシンプルであり、また、持ち運びにも場所を取らず便利である。そして、ケース体の外観をペンシル形状に模してデザインするなどにより、美観性を向上させることができる。また、ケース体が長筒形状であればケース体を軸方向に往復運動させやすく、ケース体を軸方向に直線的に往復運動させることより運動方向変換機構に直線的な運動力を与えやすい。
【００４６】
本発明では、前記回動部材および前記発電手段を搭載した状態で前記ケース体に取り付けられる接続板を備えていることが好ましい。
【００４７】
このような構成において、例えば、回動部材とこの回動部材に対応する発電手段とを有して構成された発電ユニットを複数設ける場合に、この複数の発電ユニットを一つの接続板上に搭載することで全体として一つのユニットとして取り扱うことができる。複数の発電ユニットを設ける場合には、長手部材に沿った直線性を保って複数の回動部材を配設しなければならないが、接続板上での発電ユニットの位置を微調整することによって簡便に回動部材の位置を調整することができる。よって、回動部材の総てが長手部材との相対運動にて確実に回転され、総ての発電ユニットにおいて確実かつ均等に発電を行うことができる。
ケース体が取り替えられる場合でも、ケース体に取り付けられている接続板を取り替えるだけでよく、発電ユニット自体の構成を変更する必要がない。よって、組み立て性が向上するとともに、設計の自由度も向上する。
【００４８】
ここで、前記回動部材および前記発電手段を搭載した状態で前記ケース体に固定される接続板を備え、前記長手部材の一端に重錘が設けられ、前記接続板は、前記回動部材および前記発電手段よりも前記重錘に近接するとともに前記重錘が前記回動部材および前記発電手段に到達する手前で前記重錘に接触する近接点を有することが好ましい。
【００４９】
このような構成によれば、長手部材と回動部材とが相対移動するときに長手部材に設けられた重錘は、回動部材や発電手段に接近してくる。このとき、接続板の重錘への近接点が回動部材や発電手段よりも先に重錘に接触する。すると、重錘が回動部材および発電手段に衝突することを防止することができる。よって、回動部材や発電手段の損傷を防止することができ、発電性能を維持して信頼性を向上させることができる。
【００５０】
本発明の電子機器は、上記のいずれかに記載の発電機を有することを特徴とする。
【００５１】
このような構成によれば、発電機で発電した電力を用いて電子機器が動作を行うことができる。特に、一方向の成分を有する運動が与えられるような電子機器であれば、与えられる運動を発電手段により高効率で電力に変換することができる。よって、商用電源を引くことも必要なく、電池交換などのメンテナンスも必要ない。
【００５２】
ここで、電子機器としては、例えば、携帯電話、腕時計、他の電子機器に対する遠隔操作手段（リモートコントローラ）、電子計算機など、小型の電子機器であって持ち運びできるものが挙げられる。これら電子機器の電池の代用として本発明の発電機を組み込むことが考えられる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
（第１実施形態）
本発明の発電機に係る第１実施形態について図１、図２、図３を参照して説明する。
この発電機１００は、図１に示されるように、ケース体１と、このケース体１の内部で長手方向に沿って進退可能に設けられた長手部材としてのラックバー２と、ラックバー２が挿通されるとともにケース体１に固定して設けられ発電を行う発電ユニット３とを備えて構成されている。
【００５４】
なお、ケース体１内には、発電ユニット３からの電力で動作する回路ブロック１１が設けられ、この発電機１００と回路ブロック１１とを含んだ全体として電子機器が構成されている。
この回路ブロック１１としては、発電ユニット３にて発電された電力を整流する整流器や、整流された電力を蓄電する蓄電手段としての２次電池や、２次電池からの電力を利用して動作を行う動作部を備えたものが挙げられる。また、動作部としては、各種信号の送受信を行う受信回路および発信回路や、計時を行う計時手段などが例として挙げられる。なお、整流回路等は、図示するように発電ユニット３とは別体として設けられてもよく、あるいは、発電ユニット３内に組み込まれていてもよい。
【００５５】
ケース体１は、所定長さを有する空洞部（収納空間）１２を有し、この空洞部１２の長さはラックバー２が移動するのに十分である。
ラックバー２は、長手方向に進退可能であり、その一端には重錘２１が取り付けられている。この重錘２１の重量としては、重錘２１に作用する力から発電ユニット３で発電するのに十分なエネルギーを得られる程度にすることが例として挙げられる。換言すると、発電ユニット３からラックバー２に加えられる制動力（ブレーキ）に打ち勝ってラックバー２を発電ユニット３に対して相対移動させるのに十分な重量である。
ラックバー２は、その一側面に長手方向に沿ったラック歯２２を備えている。
【００５６】
図２に、発電ユニット３の内部構造を示す平面図を示し、図３に、発電ユニット３の断面図を示す。
発電ユニット３は、ラック歯２２に噛合して回転される回動部材としてのピニオン４と、ピニオン４の回転を利用して発電する発電手段５と、ピニオン４から発電手段５まで回転を増速して伝達する増速手段としての回転伝達手段６と、これらピニオン４、発電手段５および回転伝達手段６を上下から挟んで保持する上段プレート７１および下段プレート７２と、上段プレート７１と下段プレート７２との間に設けられピニオン４と発電手段５とを区画する区画部材としての中段プレート７３と、ラックバー２の移動方向を長手方向に沿った方向に規制する規制手段８とを備えて構成されている。
【００５７】
ピニオン４は、ラックバー２のラック歯２２に噛合する歯４１を備えている。ピニオン４は上段プレート７１と中段プレート７３とで軸受けされ、上段プレート７１と中段プレート７３とで区画形成される回動部材配置空間としてのピニオン配置空間７４に配置されている。
なお、ラックバー２とピニオン４とを備えて運動方向変換手段が構成される。
【００５８】
発電手段５は、磁性体としての永久磁石から形成されたロータ５１と、ロータ５１の回転により生じる磁束変動から誘導起電圧を発生する発電コイル５２と、ロータ５１を回転可能に保持するとともにロータ５１からの磁束を発電コイル５２の中心に導くヨーク５３とを備えて構成されている。
発電手段５は、中段プレート７３と下段プレート７２とにて区画形成される発電手段配置空間７５に配置されている。
【００５９】
回転伝達手段６は、ピニオン４に同軸で一体回転する大歯車６１と、大歯車６１に噛合する伝え小歯車６２と、伝え小歯車６２に同軸に設けられた伝え大歯車６３と、伝え大歯車６３に噛合してロータ５１と一体回転するロータかな６４とを備えて構成されている。なお、伝え小歯車６２の回転軸６２１と伝え大歯車６３とは遊嵌されており、伝え小歯車６２の回転軸６２１と一体回転するすべりクラッチ６２２が伝え大歯車６３に所定圧力で押圧されている。
また、伝え小歯車６２およびロータ５１は中段プレート７３と下段プレート７２とで軸受けされている。
【００６０】
規制手段８は、ラックバー２を間にしてピニオン４とは反対側で、ラックバー２の移動方向（長手方向）に沿って一定の距離を持って設けられた二本のピン８１、８２を備えて構成されている。それぞれのピン８１、８２は、ピニオン４とともにラックバー２を挟んでおり、ピニオン４と二本のピン８１、８２とによる三点支持によりラックバー２の進行方向を規制している。
【００６１】
下段プレート７２の下面には、導通基板７２１が設けられ、導通基板７２１は下段プレート７２に止めねじによって固定されている。下段プレート７２には、発電コイル５２と導通基板７２１とを導通する金属性の導通バネ（不図示）が下段プレート７２を部分的に貫通して設けられている。導通基板７２１には図示しない接続端子が設けられ、この接続端子から回路ブロック１１に配線されて接続されている。なお、この導通基板７２１上に整流回路などの回路ブロックを実装してもよい。
【００６２】
このような構成を備える第１実施形態の動作について説明する。
発電を行う際には、ラックバー２およびピニオン４を長手方向に沿って直線的に相対移動させる力を与える。例えば、重錘２１が重力で下降するようにケース体１を回動させる。つまり、ラックバー２が鉛直方向を向くようにケース体１を回動させる。すると、重錘２１に作用する重力はラックバー２に対して長手方向に沿って直線的な力として作用し、重錘２１とともにラックバー２が下降する。ラックバー２の下降によって、ラックバー２と発電ユニット３とが相対移動を行う。
【００６３】
また、ケース体１に対してラックバー２の長手方向に沿った成分を有する運動、例えば振動を与える。このとき、ケース体１内においては、発電ユニット３はケース体１に固定されているのでケース体１と一体的に移動する。これに対して、ラックバー２には、重錘２１の十分な重さによって生じる慣性力がラックバー２の長手方向に沿って直線的に作用する。すると、ラックバー２はケース体１と一体的に移動することなく、ケース体１に対して相対移動する。すなわち、ラックバー２と発電ユニット３とが直線的に相対移動を行う。
【００６４】
ラックバー２と発電ユニット３とが相対移動を行うことにより、ラック歯２２に噛合したピニオン４が回転される。ピニオン４の回転は、回転伝達手段６により発電手段に伝達される。すなわち、ピニオン４の回転が、大歯車６１から伝え小歯車６２、伝え大歯車６３を経てロータかな６４に伝達され、ロータかな６４とともにロータ５１が回転される。
ロータ５１の回転により生じた磁束変動はヨーク５３を伝わって発電コイル５２に導かれ、発電コイル５２はこの磁束変動により誘起電圧を発電する。
なお、ピニオン４が過度に急速回転する場合には、すべりクラッチ６２２と伝え大歯車６３との間で滑りが生じて、ピニオン４の急回転はロータ５１に伝達されない。
発電手段５で発電された電流は、回路ブロック１１内の整流器で整流されたのち、２次電池に蓄電され、その後、電波の送受信などに利用される。
【００６５】
このような第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）ラックバー２が発電ユニット３に対して直線的に相対移動可能に設けられている。よって、ラックバー２に直線的に作用するエネルギーをそのままラックバー２の直線運動として受け取ることができる。その結果、直線運動により与えられるエネルギーを最も効率よく受け取ることができる。そして、エネルギーを効率よく受け取ることができることから、電力変換効率を向上させることができる。
【００６６】
（２）ラック歯２２とピニオン４の歯４１とが噛合しているので、互いに滑ったりすることなく、ラックバー２とピニオン４との相対移動が総てピニオン４の回転に変換される。よって、ラックバー２の直線的移動にて受け取った外部からのエネルギーのすべてを効率よく回転エネルギーに変換することができる。さらに、ラックバー２の長さをピニオン４の円周長よりも長くすることにより、ラックバー２の運動を増速してピニオン４を回転させることができる。
【００６７】
（３）ラックバー２の一端には重錘２１が設けられている。よって、ケース体１を傾けていき、重錘２１を下降させるようにラックバー２を鉛直に立てると、重錘２１に作用する重力によりラックバー２に長手方向に沿った直線的な力を与えることができる。そして、このラックバー２と発電ユニット３とがこの直線的な力の方向に相対移動可能であるので、重錘２１の重さにより得られる位置エネルギーをそのまま利用して発電を行うことができる。
また、重錘２１が設けられているので、ケース体１にラックバー２の長手方向に沿って直線的な力を加えると、重錘２１に慣性力が生じる。この慣性力は、ラックバー２に長手方向に沿った方向で作用する。よって、ケース体１に直線的に与えられた力をそのままラックバー２と発電ユニット３との相対移動として受け取り、発電に利用することができる。
【００６８】
（４）上段プレート７１、中段プレート７３および下段プレート７２が設けられているので、これらプレート７１〜７３によってピニオン４と発電手段５とを上下方向（ピニオン４の回転軸方向）で重ねて配置することができる。ピニオン４や回転伝達手段６などの歯車は、回転軸方向の薄さに比して径方向に大きさをもっているため、ピニオン４と発電手段５とを平面的に配置するには広いスペースを必要とする。しかし、歯車の薄い方である回転軸方向でピニオン４と発電手段５とを重ねることができるので、発電ユニット３の全体形状を小型化することができる。また、中段プレート７３が設けられ、ピニオン４と発電手段５とが区画されている。したがって、ピニオン４がラック歯２２により回転される際に粉塵が生じる場合であっても、発電手段５にはこの粉塵が入らない。したがって、ロータ５１や発電コイル５２に接続された配線等に粉塵が付着することがなく、故障するおそれがない。
【００６９】
（５）回転伝達手段６が設けられ、ピニオン４の回転が増速されてロータ５１に伝達される。したがって、ラックバー２の直線運動で得られたエネルギーでロータ５１を高速に回転させることができる。すると、小型のロータであっても高速回転させることで発電量を確保することができることから、発電手段５を小型化することができる。
あるいは逆に、回転伝達手段６によって、発電コイル５２からロータ５１に与えられる電磁ブレーキをピニオン４に伝達することができる。例えば、重錘２１を下降させるようにラックバー２を鉛直に立てた場合に、ピニオン４の回転を制動することによりラックバー２の移動に制動をかけてラックバー２の移動時間を長くすることができる。その結果、発電時間を長くすることができる。
そして、ラックバーの長さをピニオンの円周長に比べて何倍にもできるので、ラックバーの直線運動をピニオンの回転運動に変換するときに増速することができる。よって、回転伝達手段６における増速比は小さくてもよく、その結果として、輪列でエネルギーを伝達する際のエネルギー損失を減少させ、輪列効率を向上させることができる。また、輪列の段数も少なくてよいので、全体を小型化できる。
【００７０】
（６）ラックバー２がケース体１に対して相対移動可能であるのに対し、発電ユニット３がケース体１に固定されている。発電ユニット３がケース体１に固定されているので、発電ユニット３から回路ブロック１１に引かれた配線が動かされず、断線等のおそれが無い。
【００７１】
（７）すべりクラッチ６２２が設けられているので、ケース体１に急激に大きな力が掛かってピニオン４が過度に急回転した場合でも、ピニオン４の急回転がロータ５１に伝達されない。よって、発電手段５の故障を防止することができる。
【００７２】
（８）規制手段８のピン８１、８２が設けられているので、ラックバー２の移動方向を規制することができるとともに、ラック歯２２とピニオン４の歯４１とを確実に噛合させることができる。
（９）導通基板７２１が下段プレート７２に止めねじ７２２で固定され、この導通基板７２１と発電コイル５２とが導通バネで接続されているので、発電ユニット３と導通基板７２１との分離および接合が簡便である。従って、部品の交換や組み立てを簡便に行うことができ、組み立て性を向上させることができる。
【００７３】
（第２実施形態）
次に、本発明の発電機に係る第２実施形態について図４、図５、図６を参照して説明する。第２実施形態の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、第１実施形態と異なる点は、機械エネルギー蓄積手段を備えている点である。
図４に、第２実施形態における発電ユニット３の平面図を示し、図５には、発電ユニット３の断面図を示す。
【００７４】
この第２実施形態において、図４、図５に示されるように、ピニオン４と、発電手段５と、上段プレート７１と、下段プレート７２と、中段プレート７３とを備えている点は、第１実施形態と同様である。
ピニオン４の回転を発電手段５に伝達する回転伝達手段６は、ピニオン４の回転方向を所定の方向に変換して伝達するクラッチ機構６５と、ピニオン４の回転エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積手段６７と、機械エネルギー蓄積手段６７に連結された伝え小歯車６８と、伝え小歯車６８と一体回転して発電手段５に回転を伝達する伝え大歯車６９とを備えて構成されている。
【００７５】
クラッチ機構６５は、ピニオン４の回転面の上側に設けられピニオン４の一方向回転にのみ連動して回転する第１クラッチ車６５１と、ピニオン４の回転面の下面に設けられピニオン４の他方向回転にのみ連動して回転する第２クラッチ車６５４と、第２クラッチ車６５４に連結された第１クラッチ伝え車６５７と、第１クラッチ車６５１および第１クラッチ伝え車６５７のそれぞれに連結された第２クラッチ伝え車６５８とを備えて構成されている。
【００７６】
ピニオン４の回転面上面には、図６に示されるように、一端をピニオン４の回転面に揺動可能に軸着４２１され、他端の自由端４２２をピニオン４の回転中心側に付勢された第１ツメ部材４２が設けられている。この第１ツメ部材４２は、自由端４２２をピニオン４の一回転方向に向けて配設されており、ピニオン４が所定の一方向に回転したときのみ自由端４２２で相手を押すことができる。
ピニオン４の回転面下面には、一端がピニオン４の回転面に揺動可能に軸着４３１され、他端の自由端４３２がピニオン４の回転中心側に付勢された第２ツメ部材４３が設けられている。この第２ツメ部材４３は、自由端４３２をピニオン４の他回転方向に向けて配設されており、ピニオン４が他方向に回転したときのみ自由端４３２で相手を押すことができる。
すなわち、第１ツメ部材４２と第２ツメ部材４３とでは、相手を押せる方向が逆である。
【００７７】
第１クラッチ車６５１の下面には、第１クラッチ車６５１と一体回転するとともに第１ツメ部４２に対して係合あるいは滑動する第１ツメ車６５２が設けられている。第１ツメ車６５２は、外周に複数のツメ６５３を有している。これらのツメ６５３は、第１クラッチ車６５１の回転可能方向とは逆向きに傾斜して設けられ、傾斜内面にて第１ツメ部材４２と係合し、傾斜外面にて第１ツメ部材４２を滑動させる。第１ツメ車６５２がピニオン４と第１クラッチ車６５１との間に挟持された際には、第１ツメ部材４２の自由端４２２が第１ツメ車６５２に当接される。
【００７８】
第２クラッチ車６５４の上面には、第２クラッチ車６５４と一体回転するとともに第２ツメ部材４３に対して係合あるいは滑動する第２ツメ車６５５が設けられている。第２ツメ車６５５は、外周にツメ６５６を有し、これらのツメ６５６は、第２クラッチ車６５４の回転可能方向とは逆向きに傾斜して設けられ、傾斜内面にて第２ツメ部材４３と係合し、傾斜外面にて第２ツメ部材４３を滑動させる。第２ツメ車６５５がピニオン４と第２クラッチ車６５４との間に挟持された際には、第２ツメ部材４３の自由端が第２ツメ車６５５に当接される。
【００７９】
第２クラッチ伝え車６５８は、第１クラッチ車６５１に噛合された第２クラッチ伝え上段車６５９と、この第２クラッチ伝え上段車６５９と同軸かつ一体回転可能であり第１クラッチ伝え車６５７に噛合された第２クラッチ伝え下段車６６０とを備えて構成されている。なお、第２クラッチ伝え上段車６５９が機械エネルギー蓄積手段６７に連結されている。
【００８０】
機械エネルギー蓄積手段６７は、回転軸である香箱真６７１に同軸に設けられ第２クラッチ伝え上段車６５９に噛合された角穴車６７２と、香箱真６７１を回転軸とするとともに内部に空間を有する香箱車６７３と、香箱車６７３内に香箱真６７１を取り巻いて設けられ一端が香箱真６７１に取り付けられ他端が香箱車６７３に取り付けられたぜんまい６７４とを備えて構成されている。
香箱車６７３には、伝え小歯車６８が噛合され、この伝え小歯車６８と同軸で一体回転する伝え大歯車６９にロータ５１のロータかな６４が噛合している。
【００８１】
上段プレート７１と中段プレート７３とにより区画されるピニオン配置空間７４にピニオン４、第１クラッチ伝え車６５７、第２クラッチ伝え車６５８および機械エネルギー蓄積手段６７が配置され、上段プレート７１と中段プレート７３とにてピニオン４、第１クラッチ伝え車６５７、第２クラッチ伝え車６５８および香箱真６７１が軸受けされている。
中段プレート７３と下段プレート７２とにより区画される発電手段配置空間７５には、伝え大歯車６９および発電手段５が配置され、中段プレート７３と下段プレート７２とにて伝え大歯車６９およびロータ５１が軸受けされている。
【００８２】
このような構成を備える第２実施形態の動作を説明する。
ピニオン４が一方向に回転すると、第１ツメ部材４２が第１ツメ車６５２のツメ６５３に係合して第１ツメ車６５２を押す。すると、ピニオン４の一方向への回転が第１ツメ部材４２を介して第１ツメ車６５２に伝わり、第１ツメ車６５２とともに第１クラッチ車６５１が回転される。このとき、第２ツメ部材４３は第２ツメ車６５５上を滑動するのみであり、ピニオン４の回転は第２クラッチ車６５４に伝達されない。
第１クラッチ車６５１の回転は第２クラッチ伝え上段車６５９に伝達され、第２クラッチ伝え上段車６５９により角穴車６７２が回転される。
【００８３】
一方、ピニオン４が他方向に回転すると、第２ツメ部材４３が第２ツメ車６５５に係合して第２ツメ車６５５を押す。すると、ピニオン４の他方向の回転が第２ツメ部材４３を介して第２ツメ車６５５に伝わり、第２ツメ車６５５とともに、第２クラッチ車６５４が回転される。このとき、第１ツメ部材４２は第１ツメ車６５２上を滑動するのみであり、ピニオン４の回転は第１クラッチ車６５１に伝達されない。
第２クラッチ車６５４の回転は、第１クラッチ伝え車６５７に伝達され、第１クラッチ伝え車６５７の回転は第２クラッチ伝え下段車６６０に伝達される。第２クラッチ伝え下段車６６０とともに第２クラッチ伝え上段車６５９が一体回転し、第２クラッチ伝え上段車６５９により角穴車６７２が回転される。
【００８４】
角穴車６７２の回転により香箱真６７１が回転され、香箱真６７１の回転によりぜんまい６７４が巻き締められる。ぜんまい６７４の巻き締め量が一定値を超えると、香箱車６７３がぜんまい６７４のほどける力（巻き戻す力）で回転される。香箱車６７３の回転は、伝え小歯車６８から伝え大歯車６９を介して発電手段５に伝達され、発電手段５にて発電される。
【００８５】
このような第２実施形態によれば第１実施形態の効果（１）〜（４）（６）（８）に加えて、次の効果を奏することができる。
（１０）機械エネルギー蓄積手段６７が設けられているので、ピニオン４の回転エネルギーがぜんまい６７４の弾性エネルギーとして一旦蓄積される。よって、ピニオン４の回転エネルギーが小さい場合でも、このエネルギーを発電に十分な量にまで蓄積してから発電手段５に伝達することができる。よって、ケース体１に与えられるすべてのエネルギーを効率よく電力に変換することができる。
【００８６】
（１１）クラッチ機構６５が設けられているので、ピニオン４の回転方向に関わらず、角穴車６７２が常に所定の方向に回転される。よって、ラックバー２と発電ユニット３との相対移動方向に関わらず、ケース体１に加えられた直線的な運動力のすべてを電力に変換することができる。
【００８７】
（１２）ピニオン４の回転が過度に急速である場合でも、このピニオン４の回転によるエネルギーを機械エネルギー蓄積手段６７で一旦蓄積してから、ぜんまい６７４の巻き戻し力でロータ５１を一定の回転速度で回転させることができる。よって、発電量が安定するとともに、発電時間を長くすることができる。
【００８８】
（第３実施形態）
次に、本発明の発電機に係る第３実施形態を、図７、図８を参照して説明する。この第３実施形態の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、第１実施形態と異なる点は、重錘の形状および配置にある。
【００８９】
この第３実施形態において、ケース体１と、ラックバー２と、発電ユニット３とを備えている点は第１実施形態と同様である。
ケース体１は、内部に直線状の空洞部１２を有し、この空洞部１２は所定の長さを有している。この空洞部１２内には、空洞部１２内を進退する重錘２１が設けられている。
重錘２１は、進退方向に対して直交方向に穿設された貫通孔２１１を備えている。この貫通孔２１１は、重錘２１の進退方向に沿って一定の幅を有し、この幅としてはラックバー２の長さに若干の余有をもつ程度である。
貫通孔２１１内には、ラックバー２およびこのラックバー２が挿通された発電ユニット３が配置される。ここで、発電ユニット３は、貫通孔２１１の長さ（深さ）より僅かに長く、発電ユニット３は貫通孔２１１を貫通して一面３１および他面３２がケース体１の内壁面に固定されている。
ラックバー２は、貫通孔２１１内において重錘２１の進退方向と平行に配置され、両端面は貫通孔２１１の内面に対して固定されていない。
【００９０】
このような構成を備える第３実施形態の動作を説明する。
重錘２１が重力で下降するようにケース体１を回動させる。すると、重錘２１の移動とともにラックバー２が移動し、ラックバー２が発電ユニット３に対して相対移動を行う。または、ケース体１を直線的に運動、例えば振動させる。すると、発電ユニット３はケース体１と一体的に移動するのに対して、重錘２１は慣性力の作用によりケース体１に対して相対的に移動する。ラックバー２は貫通孔２１１の内面に押されて重錘２１とともに移動し、結果としてラックバー２と発電ユニット３とが相対移動する。
以後、ラックバー２と発電ユニット３との相対移動によって発電手段５にて発電が行われる。
【００９１】
このような第３実施形態によれば、上記実施形態の効果（１）（２）（４）〜（１２）に加えて、次の効果を奏することができる。
（１３）ラックバー２が重錘２１の中に配置されているので、重錘２１とラックバー２とが離れてしまう心配がない。例えば、ラックバー２の一端に重錘２１を取り付ける場合、ラックバー２には重錘からの慣性力と発電ユニット３からケース体１とともに移動させる力とが作用するので、ケース体１が強く振られるときでも重錘２１とラックバー２とが外れてしまわないように両者を強固に結合する必要がある。本実施形態では、ラックバー２を重錘２１の中に納めているので、貫通孔２１１からラックバー２が飛び出す恐れがなく、さらには、重錘２１とラックバー２とを固定する必要もない。
【００９２】
（１４）ケース体１の空洞部１２内において重錘２１が占める部分を大きくすることができる。例えば、第１実施形態ではラックバー２に直交する方向には利用されないデッドスペースが広がっているのに対し、本実施形態ではラックバー２に直交する方向も重錘２１で占められるため、デッドスペースを排して重錘２１を大きくし、重錘２１の重量を増加させることができる。あるいは、重錘２１を同じ重量とする場合には、空洞部１２の大きさを小さくすることができ、全体を小型化することができる。
【００９３】
（第４実施形態）
次に、本発明の発電機に係る第４実施形態について図９を参照して説明する。この第４実施形態の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、第４実施形態の特徴とする点は、ラックバー２の運動方向に対して反力を付与する反力付与手段が設けられている点である。
【００９４】
この第４実施形態において、ケース体１と、ラックバー２と、発電ユニット３と、重錘２１とを備えている点は第１実施形態と同様である。
ケース体１は、内部に所定長さを有する空洞部１２を備え、この空洞部１２内には、発電ユニット３を固定して収納するための収納空間を形成する中仕切板１４、１５が設けられている。中仕切板１４、１５は２枚設けられ、発電ユニット３を挟持する位置で固定されている。ラックバー２は、発電ユニット３に挿通され、空洞部１２内を進退可能である。
【００９５】
重錘２１は、ラックバー２の一端に取り付けられている。
重錘２１とケース体１の内壁面との間、および、重錘２１と重錘２１側に位置する中仕切板１４との間には、それぞれ反力付与手段１３が設けられている。反力付与手段１３は弾性体としてのバネ１３１、１３２を備えて構成されている。
【００９６】
重錘２１とケース体１の内壁面との間には第１バネ１３１が介装されている。第１バネ１３１の一端がケース体１の内壁面に固定され、他端が重錘２１に固定されている。また、重錘２１と重錘２１側に位置する中仕切板１４との間には、第２バネ１３２が介装されている。第２バネ１３２の一端が重錘２１に固定され、他端が中仕切板１４に固定されている。第１バネ１３１および第２バネ１３２はコイルバネであって、重錘２１が所定の釣り合い位置にあるときに互いに自然長となる。第１バネ１３１および第２バネ１３２の弾性定数は、重錘２１の重量やケース体１に加えられる振動の周期等を勘案して決定される。例えば、ケース体１に加えられる運動の振動周期に重錘２１の振動を共振させる弾性定数に設定することが例示される。
なお、ラックバー２は、第２バネ１３２のコイル中を挿通して設けられている。
【００９７】
このような構成を備える第４実施形態の動作を説明する。
重錘２１が重力で下降するようにケース体１を回動させると、重錘２１の移動によりラックバー２と発電ユニット３とが相対移動を行う。または、ケース体１に直線的な運動を与えると、重錘２１には慣性力が作用し、重錘２１とケース体１とは相対移動する。このとき、発電ユニット３はケース体１とともに移動し、ラックバー２は重錘２１とともに移動するので、発電ユニット３とラックバー２とが相対移動する。以後、ラックバー２と発電ユニット３との相対移動によって発電手段５にて発電が行われる。
【００９８】
重錘２１がケース体１に対して相対移動すると、第１バネ１３１および第２バネ１３２のいずれか一方は伸長されいずれか他方は圧縮される。例えば、重錘２１が発電ユニット３に対して遠ざかる方向に相対移動すると、第１バネ１３１が圧縮されて第２バネ１３２が伸長される。すると、第１バネ１３１および第２バネ１３２の弾性力により、重錘２１には発電ユニット３側へ移動させる力（反力）が作用する。この第１バネ１３１および第２バネ１３２により、一旦発電ユニット３から遠ざかった重錘２１が逆に発電ユニット３側へ押し返される。この重錘２１の往復移動は第１バネ１３１および第２バネ１３２の弾性エネルギーが減衰して消失するまで継続する。
重錘２１の往復移動とともにラックバー２が往復移動し、発電ユニット３にて発電が行われる。
【００９９】
このような第４実施形態によれば、上記実施形態の効果（１）〜（１２）に加えて、次の効果を奏することができる。
（１５）第１バネ１３１および第２バネ１３２が設けられているので、重錘２１が釣り合いの位置から移動すると、重錘２１に釣り合いの位置へ引き戻す反力が付与される。よって、重錘２１はケース体１に対して片方に相対移動した後さらに逆方向に揺り戻されて運動を続ける。すなわち、与えられたエネルギーを第１バネ１３１および第２バネ１３２に蓄積することによって、一度の運動で使い果たすことなく長く利用できるので、ケース体１に加えられた運動を利用して効率よく発電することができる。
【０１００】
（１６）ケース体１に与えられたエネルギーを一度の運動で使い果たさないで、第１バネ１３１および第２バネ１３２に蓄積することができるので、重錘２１が下降する時間が短くても、あるいは、ケース体１が振られる時間が短くても、発電時間を長くすることができる。
【０１０１】
（１７）第１バネ１３１および第２バネ１３２の弾性定数を適宜設定してケース体１に与えられる運動の周期と重錘の振動とを共振させれば、重錘２１の振動幅を大きくすることができる。すると、この重錘２１の大きな振幅により発電効率が向上される。
【０１０２】
（１８）過大なエネルギーが勢い良く加えられて、重錘２１がケース体１に対して過度に勢い良く相対移動する場合でも、第１バネ１３１および第２バネ１３２が間に入ることで重錘２１とケース体１、もしくは、重錘２１と中仕切板１４との衝突の勢いが緩衝される。その結果、ケース体１の損壊などによる故障を防止する。
【０１０３】
（１９）第１バネ１３１および第２バネ１３２がコイルバネであるので、例えばゴムなどに比べて弾性定数の設定が容易であり、また耐久性も高い。その結果、発電機１００の信頼性を高めることができる。
【０１０４】
（第５実施形態）
次に、本発明の発電機に係る第５実施形態について図１０、図１１を参照して説明する。
第５実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第５実施形態の特徴とする点は、固定されたラックバー２に対して発電ユニット３が相対移動可能に設けられている点である。
この第５実施形態において、ケース体１と、ラックバー２と、発電ユニット３と、重錘２１とを備えている点は第１実施形態と同様である。
【０１０５】
ケース体１は、内部に空洞部１２を有し、この空洞部１２は所定長さを有する。ラックバー２は、空洞部１２内において、両端がケース体１の内壁面に固定されている。発電ユニット３は、ラックバー２に沿って進退可能に設けられている。
発電ユニット３の下面には重錘２１が取り付けられている。重錘２１とケース体１との間には所定の間隙が設けられている。
なお、発電ユニット３の下面には、重錘２１とともに回路ブロック（不図示）が設けられている。
【０１０６】
図１１（Ａ）に発電ユニット３の内部の平面図を示し、図１１（Ｂ）に発電ユニット３の断面図を示す。発電ユニット３は、発電ユニット３の移動方向をラックバー２に沿う方向に規制するラック受け３３と、ラックバー２に噛合して回転するピニオン４と、ピニオン４の回転により発電を行う発電手段５と、ラック受け３３、ピニオン４および発電手段５を挟持して保持する受け板７６および地板７７と、を備えて構成されている。
【０１０７】
ラック受け３３は、断面が略コ字状の溝３３１を有し、ラックバー２はこの溝３３１内に緩嵌されている。ピニオン４は、ラックバー２のラック歯２２と噛合し、ラック受け３３とともにラックバー２を挟持している。発電手段５は、ピニオン４と同軸に設けられピニオン４と一体回転するロータ５１と、ロータ５１の磁束を伝達するヨーク５３と、ヨーク５３にて伝達された磁束により誘起電圧を起電する発電コイル５２とを備えている。なお、ピニオン４の軸は、受け板７６および地板７７にて軸承されている。
【０１０８】
このような構成を備える第５実施形態の動作について説明する。
重錘２１が重力で下降するようにケース体１を回動させる。すると、重錘２１とともに発電ユニット３が下降して、発電ユニット３とラックバー２とが相対移動を行う。
また、ケース体１に対して直線的な運動、例えば振動を与えると、ケース体１内において、ラックバー２はケース体１に固定されているのでケース体１と一体的に移動される。これに対して、発電ユニット３には、重錘２１の十分な重さによりケース体１内において慣性力が作用する。すると、発電ユニット３は、ケース体１と一体的に移動することなく、ラックバー２に対して相対移動される。すなわち、ラックバー２と発電ユニット３とが直線的に相対移動する。
【０１０９】
ラックバー２と発電ユニット３とが相対移動を行うことにより、ラック歯２２に噛合したピニオン４が回転する。ピニオン４の回転により同軸に設けられたロータ５１が回転する。ロータ５１の回転により生じた磁束変動はヨーク５３を伝わって発電コイル５２に導かれ、発電コイル５２はこの磁束変動により誘起電圧を発電する。
発電手段で発電された電流は、回路ブロック内の整流器で整流されたのち、２次電池に蓄電され、その後、電波の送受信などに利用される。
【０１１０】
このような第５実施形態によれば、上記実施形態の効果（２）に加えて、次の効果を奏することができる。
（２０）ラックバー２が空洞部１２の端から端までの長さを有している。よって、発電ユニット３の一回の移動ストロークを長くとることができる。その結果、一回の運動による発電時間を長くすることができるとともに、発電効率を向上させることができる。
また、第１実施形態の如くラックバー２を移動させる場合に比べると、同じ移動ストロークで同じ発電時間、同じ発電効率であれば、空洞部１２の長さを短くすることができ、全体の小型化を図ることができる。
【０１１１】
（２１）ピニオン４とロータ５１とが同軸に設けられているので、ピニオン４の回転が直接ロータ５１に伝えられる。よって、エネルギーの損失がなく発電効率を向上させることができる。ピニオン４とロータ５１との間に輪列等が介在しないので、輪列が回転する際の生じる音もせず、静かである。
【０１１２】
（第６実施形態）
本発明の発電機に係る第６実施形態について図１２を参照して説明する。
第６実施形態の基本的構成は、第５実施形態と同様であるが、第５実施形態と異なる点は、ラックとピニオンに代えて、ベルトとプーリを用いている点である。
【０１１３】
第６実施形態において、ケース体１に発電ユニット３が移動可能に設けられている点は第５実施形態と同様である。
ケース体１は、内部に空洞部１２を有し、この空洞部１２は所定長さを有する。空洞部１２内において、両端がケース体１の内壁面に固定された折曲可能で柔軟に撓む長手部材としてのベルト９が設けられている。
発電ユニット３は、ベルト９に沿って相対移動可能に設けられている。発電ユニット３は、ベルト９が巻きまわされているプーリ４４と、プーリ４４の回転により発電を行う発電手段５と、プーリ４４および発電手段５を挟持して保持する受け板７６および地板７７と、を備えて構成されている。
【０１１４】
プーリ４４は、短円柱状であり、外周に凹条溝４４１が凹設されている。この凹条溝４４１にはベルト９が一回巻きまわされている。
なお、ベルト９とプーリ４４とを備えて運動方向変換機構が構成されている。発電手段５は、プーリ４４と同軸に設けられプーリ４４と一体回転するロータ５１と、ロータ５１の磁束を伝達するヨーク５３と、ヨーク５３にて伝達された磁束により誘起電圧を起電する発電コイル５２とを備えている。
なお、プーリ４４の軸は、受け板７６および地板７７にて軸承されている。
【０１１５】
このような構成を備える第６実施形態の動作について説明する。
発電ユニット３が重力で下降するようにケース体１を回動させる。すると、発電ユニットが自重により下降してベルト９と発電ユニット３とが相対移動を行う。
また、ケース体１に対して直線的な運動、例えば振動を与える。すると、ケース体１内において、ベルト９はケース体１に固定されているのでケース体１と一体的に移動する。これに対して、発電ユニット３には、ケース体内において慣性力が作用する。すると、発電ユニット３は、ケース体１と一体的に移動することなく、ベルト９に対して相対移動する。
【０１１６】
ベルト９と発電ユニット３とが相対移動を行うことにより、ベルト９が巻きまわされたピニオン４が回転する。すると、ピニオン４の回転により同軸に設けられたロータ５１が回転する。ロータ５１の回転により生じた磁束変動はヨーク５３を伝わって発電コイル５２に導かれ、発電コイル５２はこの磁束変動により誘起電圧を発電する。
【０１１７】
このような第６実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（２２）ベルト９とプーリ４４であるので、ラック歯２２やピニオン４の歯４１を加工する場合に比べて製造が容易であり、製造効率の向上および製造コストの削減を図ることができる。
（２３）ベルト９とプーリ４４であるので、互いに相対移動するときに静かである。例えば、歯が噛合しているわけではないので、歯が噛み合う音がしない。
【０１１８】
（２４）ベルト９とプーリ４４であるので、互いに相対移動するときでも、塵埃を発生させることがない。例えば、ラック２とピニオン４である場合には、互いの歯があたるときに粉塵が生じる可能性があるので、ピニオン４と発電手段５とを区画して配置することが必要であった。しかし、ベルト９とプーリ４４であれば粉塵を生じる可能性は無いので、プーリ４４の直下に同軸でロータ５１を配置する簡便な構成とすることができる。
【０１１９】
（第７実施形態）
本発明の発電機に係る第７実施形態について図１３を参照して説明する。
第７実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第７実施形態が特徴とするところは、発電手段が二つ設けられている点である。
図１３に示すように、ラックバー２に噛合した一つのピニオン４に対して発電手段５が二つ設けられている。
ここで、ロータ５１の発電コイル５２に対する位相は、それぞれの発電手段５で異なっていてもよく、または同位相であってもよい。発電コイル５２の巻き数はそれぞれの発電手段５で異なっていてもよく、または同じであってもよい。二つの発電手段５は、直列に接続されていてもよく、また、並列に接続されていてもよい。
【０１２０】
このような構成によれば、上記実施形態の効果（１）〜（１２）に加えて次の効果を奏することができる。
（２５）エネルギーを二つの発電手段５に分散させることができる。すると、個々の発電手段５を小型化することもできる。すなわち、個々のヨーク５３や発電コイル５２は分散された磁束を利用する大きさでよいことから、小型化、薄型化することができ、その結果、全体として発電手段５を小型化、薄型化することができる。
【０１２１】
（２６）個々の発電手段５で位相、周期、電圧等が異なる電力を発電することができる。よって、この異なる特性の電力を別々に利用することができ、例えば、異なる電気ブロックに送電することができる。
（２７）２つの発電手段５にエネルギーを分散させることにより、各発電手段５での発電量を少なくすることができる。よって、各発電手段５のロータ５１の回転速度を下げることができる。その結果、ピニオン４からロータ５１に伝達するために増速輪列などを特には必要とせず、増速輪列を用いる場合でも、増速輪列の輪列比を小さくして増速輪列によるエネルギー伝達効率を向上させることができる。
【０１２２】
（２８）二つの発電手段５が設けられているので、高電圧にしたい場合は直列に接続したり、電圧を上げずに電流を多くしたい場合は並列に接続したりするなど、回路ブロックの仕様に合わせた設計の自由度が向上する。
（２９）発電手段５が二つ設けられているので、仮に一方の発電性能が劣化した場合でも他方によって補うことができる。よって、発電機１００としての信頼性を向上させることができる。
【０１２３】
（第８実施形態）
本発明の発電機に係る第８実施形態について図１４、図１５を参照して説明する。図１４に第８実施形態の平面図を示し、図１５（Ａ）に図１４中ＸＶ（Ａ）方向から見た部分断面図を示し、図１５（Ｂ）に図１４中ＸＶ（Ｂ）方向から見た断面図を示す。
第８実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第８実施形態の特徴とするところは、発電ユニット３が二つ設けられ、また、接合板が設けられている点である。
図１４に示すように、一つのラックバー２に対して二つのピニオン４が噛合しており、そして、この二つのピニオン４のそれぞれに対して発電手段５が設けられている。
【０１２４】
図１５（Ｂ）に示されるように、発電ユニット３の下面には、導通基板７２１が設けられている。導通基板７２１は第１実施形態で説明したのと同様の構成であるが、各発電ユニット３の発電コイルはそれぞれ導通バネ（不図示）により一枚の導通基板７２１に導通されている。
下段プレート７２の下面には、接合板７２３が設けられている。接合板７２３は、略扁平矩形状の台座板７２４と、この台座板７２４の一辺縁から連続して立設した側板７２５とを有し、断面略Ｌ字状である。側板７２５の上端縁が二つの発電ユニット３に接合され、このとき、台座板７２４は、発電ユニット３の下面（下段プレート７２の下面）に導通基板７２１を間にして対向する。二つの発電ユニット３は接合板７２３に接合されることにより一体化される。そして、台座板７２４がケース体１に固定されることにより、発電ユニット３がケース体１に固定される。
【０１２５】
図１５（Ａ）に示すように、台座板７２４は、ラックバー２の長手方向に沿った長さが発電ユニット３を二つ合わせた長さよりも長く、ラックバー２の長手方向に略直交する両端辺は発電ユニット３よりも長手方向に沿って外方に出ている。したがって、台座板７２４の重錘２１側の辺（近接点）７２６は発電ユニット３よりも重錘２１に近接する側に位置している。
また、重錘２１とケース体１との距離は、台座板７２４の厚みよりも小さく、重錘２１が発電ユニット３側へ移動した際には、重錘２１は台座板７２４に当接する。
なお、台座板７２４の重錘２１とは反対側の辺には回路ブロック１１が隣接して設けられている（図１４参照）。
【０１２６】
このような構成によれば、上記実施形態の効果（１）〜（１２）（２５）〜（２９）に加えて次の効果を奏することができる。
（３０）発電ユニット３が二つ設けられていることから、性能が異なる発電ユニットを二つ設けることもできる。例えば、ラックバー２が発電ユニット３に対して高速で相対移動した場合に最適な発電を行う発電ユニット３と、ラックバー２が低速で相対移動した場合に最適な発電を行う発電ユニット３とをそれぞれ分けて設けることもできる。すると、ケース体１に与えられる力の大きさが大きくても小さくても常に効率よく発電することができる。
【０１２７】
（３１）接合板７２３により二つの発電ユニット３を一体化して１つのブロックとして取り扱うことができるので、発電ユニット３を交換したりメンテナンスする場合に作業の手間を少なくできる。例えば、ケース体１を取り替える際でも、接合板７２３とケース体１とを取り外してケース体を交換すればよいので、発電ユニット３を分離するなどの手間がなく簡便である。また、ケース体１の形状が変更される場合であっても接合板７２３の形状を変えるだけでよく、発電ユニット３自体の形状等を設計変更する必要がない。
【０１２８】
（３２）二つの発電ユニット３を接合板７２３に接合するとき、各ピニオン４をラック歯２２に噛合する位置に微調整することができる。従って、両ピニオン４をラック歯２２に噛合させて、両発電ユニット３で確実にかつ均等に発電を行うことができる。
（３３）台座板７２４の辺７２６により、重錘２１が発電ユニット３に衝突するのを防止することができる。よって、発電ユニット３の故障を防止することができる。
【０１２９】
尚、本発明の発電機は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
発電手段５は、ピニオン４の回転を利用して発電を行う構成であればよく、例えば、磁界中でコイルを回転させて発電してもよい。
運動方向変換機構としては、ラックとピニオン、ベルトとプーリの他、ラックバーの側面に沿って円筒形状のゴム（弾性体）を押し付けて、ラックバーとこのゴム（弾性体）との相対移動でゴムを回転させる構成であってもよい。
【０１３０】
第４実施形態において、反力付与手段１３は、コイルバネとして説明したが、弾性体として板バネ、ゴムであってもよく、あるいは、磁石の反発力を利用してもよい。コイルバネは一本だけであってもよく、または複数設けられていてもよい。コイルバネの取り付け位置は、重錘２１と発電ユニット３とを連結してもよく、あるいは、ラックバー２と発電ユニット３とを連結してもよい。あるいは、ラックバー２の長手方向に平行でなくてもよく、例えば、長手方向に直交方向から取り付けてもいい。
【０１３１】
上記実施形態において、重錘２１は必ずしも必要ではない。この場合、ラックバー２や発電ユニット３が十分な重量を持っていればよい。あるいは、ラックバー２とピニオン４との摩擦抵抗が十分に小さければよい。
第６実施形態において、ベルト９の材質や径の太さは特に限定されるものではなく、平ベルトやワイヤーロープなどであってもよい。
【０１３２】
第７実施形態および第８実施形態において、発電手段５が二つ以上設けられていてもよい。特に、発電手段５を三つとし、これらの発電手段５から発電される電圧の位相を１２０°ずつ異なるものとすれば、三相交流を得ることができる。三相交流とすることにより、整流回路の構成をΔ結線やＹ結線を用いる簡便な構成とすることができる。また、複数の発電手段５で発電される電圧の位相を等角度ずつずらすと、合成波形が平滑化されるので、コンデンサ等を必要とせず回路構成を簡略化することができる。
【０１３３】
第８実施形態において、接続板７２３がケース体１に固定されている場合について説明したが、ラックバー２をケース体に固定するとともにケース体１と接続板７２３とがスライド移動可能に設けられていてもよい。このような構成においても、接続板７２３を備えることで複数の発電ユニット３を一体化して取り扱うことができる。
【０１３４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の発電機によれば、直線的に与えられる運動力を利用して効率よく発電でき、かつ小型化できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発電機に係る第１実施形態において、一部を破断した概観図である。
【図２】前記第１実施形態において、発電ユニットの平面図である。
【図３】前記第１実施形態において、図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線における発電ユニットの断面図である。
【図４】本発明の発電機に係る第２実施形態において、発電ユニットの平面図である。
【図５】前記第２実施形態において、図４中Ｖ−Ｖ線における発電ユニットの断面図である。
【図６】（Ａ）前記第２実施形態において、クラッチ機構の要部を説明する分解斜視図である。（Ｂ）第１ツメ車と第１ツメ部材との関係を示す図である。（Ｃ）第２ツメ車と第２ツメ部材との関係を示す図である。
【図７】本発明の発電機に係る第３実施形態において、内部を透視した斜視図である。
【図８】前記第３実施形態において、図７中ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。
【図９】本発明の発電機に係る第４実施形態における断面図である。
【図１０】本発明の発電機に係る第５実施形態における断面図である。
【図１１】（Ａ）前記第５実施形態において、発電ユニットの平面図である。（Ｂ）発電ユニットの断面図である。
【図１２】（Ａ）本発明の発電機に係る第６実施形態における平面図である。（Ｂ）第６実施形態の断面図である。
【図１３】本発明の発電機に係る第７実施形態における平面図である。
【図１４】本発明の発電機に係る第８実施形態における平面図である。
【図１５】（Ａ）図１４中ＸＶ（Ａ）方向から見た部分断面図である。（Ｂ）図１４中ＸＶ（Ｂ）方向から見た断面図である。
【符号の説明】
１…ケース体、２…ラックバー（長手部材）、３…発電ユニット、４…ピニオン（回動部材）、５…発電手段、６…回転伝達手段（増速手段）、８…規制手段、９…ベルト（長手部材）、１１…回路ブロック、１２…空洞部、１３…反力付与手段、２１…重錘、４４…プーリ（回動部材）、６７…機械エネルギー蓄積手段、７３…中段プレート（区画部材）、７４…ピニオン配置空間（回動部材配置空間）、７５…発電手段配置空間、１００…発電機、１３１…第１バネ（弾性体）、１３２…第２バネ（弾性体）
【図１】
2004260896.tif 000003
【図２】
2004260896.tif 000004
【図３】
2004260896.tif 000005
【図４】
2004260896.tif 000006
【図５】
2004260896.tif 000007
【図６】
2004260896.tif 000008
【図７】
2004260896.tif 000009
【図８】
2004260896.tif 000010
【図９】
2004260896.tif 000011
【図１０】
2004260896.tif 000012
【図１１】
2004260896.tif 000013
【図１２】
2004260896.tif 000014
【図１３】
2004260896.tif 000015
【図１４】
2004260896.tif 000016
【図１５】
2004260896.tif 000017