(57)【要約】【課題】揺動を利用して効率よく発電を行うことができる発電装置を提供すること。【解決手段】発電装置１は、装置本体１０と、装置本体１０の重心からずれた位置に配置された支軸３とを有し、装置本体１０は、支軸３に機構的に接続された輪列４と、この輪列４を介して支軸３に機構的に接続された回転板５と、この回転板５とともに回転して圧電素子６１、６２を打撃する衝撃付与体７とを備えている。外力によって装置本体１０が支軸３を中心として揺動すると、回転板５は、その揺動運動を回転運動に変換して、衝撃付与体７を回転させるので、衝撃付与体７の衝撃子７３は、装置本体１０が揺動し続ける間、圧電素子６１、６２を打撃し続ける。【選択図】      図１
2004340101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重心からずれた位置で支持され、外力が加わったときに自重により支持位置を中心に揺動を開始する装置本体を有し、
該装置本体は、当該装置本体の揺動によって回転する回転部材と、該回転部材の回転運動が伝達される衝撃付与体と、回転する当該衝撃付与体の衝撃子によって打撃される圧電素子とを備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記装置本体を自重で垂れ下がった状態に支持可能な支軸を有し、
前記装置本体は、前記支軸と前記回転部材とを機構的に連結して前記装置本体が前記支軸を中心に揺動したときに前記回転部材を回転させる伝達機構を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記回転部材は、慣性盤として構成されていることを特徴とする発電装置。
【請求項４】
請求項３において、前記回転部材は、前記装置本体が揺動するときの中心軸線上からずれた位置に配置されていることを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記衝撃子は、前記衝撃付与体の半径方向外側に向けて複数、突き出ていることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を利用した発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
振動などの外力を利用して発電を行う発電装置としては、例えば、上下に延びたラックに対してケース内のピニオンを噛み合わせ、外力によるケースの上下動を歯車列によって回転エネルギーに変換し、この回転エネルギーで圧電素子に対して衝撃を付与するものが案出されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ここに開示の発電装置では、ケースが上下いずれの方向に振動した場合も発電を行うように、ケースを上下方向の中立位置に保持するコイルばねが用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１６４８６５号公報（第３頁−第４頁、図１−図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車等の移動手段や人為的な外力には鉛直方向の成分よりも水平方向の成分の方が確実に含まれているにもかかわらず、従来の発電装置では、ケースとラックの上下方向への差動のみを利用して発電を行っているため、用途の制約が多く、かつ、発電効率が低いという問題点がある。また、ケースが上下いずれの方向に振動した場合も発電できるようにケースをコイルばねで上下方向の中立位置に保持しているため、外力がコイルばねによって減衰してしまい、発電効率が低いという問題がある。
【０００６】
以上の問題を鑑みて、本発明の課題は、揺動を利用して効率よく発電を行うことができる発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の発電装置は、重心からずれた位置で支持され、外力が加わったときに自重により支持位置を中心に揺動を開始する装置本体を有し、該装置本体は、当該装置本体の揺動によって回転する回転部材と、該回転部材の回転運動が伝達される衝撃付与体と、回転する当該衝撃付与体の衝撃子によって打撃される圧電素子とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る発電装置において、装置本体は、例えば、自重で垂れ下がった状態に支持され、装置本体に水平方向成分を含む外力が加わったとき、装置本体と、その支持位置との間の差動により、装置本体は、その支持位置を中心とする揺動を開始する。その結果、装置本体の回転部材が回転し、その回転が衝撃付与体に伝達される。従って、衝撃付与体に構成されている衝撃子が圧電素子を打撃するので、発電を行うことができる。ここで、自動車等の移動手段や人為的な外力には鉛直方向の成分よりも水平方向の成分の方が確実に含まれているため、水平方向成分の外力を利用して発電を行う本発明の発電装置は、様々な状況下で使用できる。また、装置本体は、コイルばねなどで中立位置に保持しなくても自重で垂れ下がった状態にあり、この状態が中立状態となるので、装置本体の揺動方向のいずれの向きの力が外力に含まれている場合でも、発電が開始される。しかも、コイルばねで強制的に中立状態に保持する必要がないので、外力がコイルばねで減衰することがない。それ故、簡単な構成でありながら、外力によって確実に発電を行うことができる。
【０００９】
また、本発明に係る発電装置は、例えば、支持位置から傾いた状態で装置本体を保持しておき、その保持を外力により解除すれば、装置本体の揺動が開始して発電を行うように用いることもできる。
【００１０】
本発明において、さらに、前記装置本体を自重で垂れ下がった状態に支持する支軸を有し、前記装置本体は、前記支軸と前記回転部材とを機構的に連結して前記装置本体が前記支軸を中心に揺動したときに前記回転部材を回転させる伝達機構を備えていることが好ましい。このように構成すると、例えば、外力で移動するような対象物に支軸を連結しておけば、外力で対象物とともに支軸が移動したとき、装置本体と支軸との間の差動により、装置本体は、垂れ下がった状態から支軸を中心とする揺動を開始するので、発電を行うことができる。
【００１１】
本発明において、前記回転部材は、慣性盤として構成されていることが好ましい。このように構成すると、外力の印加が停止した以降も、回転部材は、慣性力によって回転し続けるため、発電効率を向上することができる。
【００１２】
本発明において、前記回転部材は、前記装置本体が揺動するときの中心軸線上からずれた位置に配置されていることが好ましい。このように構成すると、慣性盤として構成された回転部材が装置本体の重りとして作用するため、支軸と装置本体との差動が拡大される。従って、装置本体が大きく揺動し、かつ、その慣性力で装置本体の揺動時間を延ばすことができるので、発電効率を向上することができる。
【００１３】
本発明において、前記衝撃子は、前記衝撃付与体の半径方向外側に向けて複数、突き出ていることが好ましい。このように構成すると、衝撃子が圧電素子を打撃する回数が増えるので、発電効率を向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明を適用した発電装置の一例を説明する。
【００１５】
（全体構成）
図１は、本発明に係る発電装置の概略斜視図である。図２は、図１に示す発電装置の要部の分解斜視図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、本形態の発電装置１は、装置本体１０と、この装置本体１０を自重で垂れ下がった状態に支持可能な支軸３とを有しており、支軸３は、装置本体１０の重心からずれた位置に配置されている。支軸３は、装置本体１０のボックス状のケース２から一方の端部が突出した構造になっており、装置本体１０は、ケース２の内部に、支軸３の他方側の端部に機構的に接続された輪列４（伝達機構）と、この輪列４を介して支軸３に機構的に接続された回転板５（回転部材）と、この回転板５とともに回転して圧電素子６１、６２を打撃する衝撃付与体７とを備えている。
【００１７】
支軸３は、ケース２に対して回転可能に支持されており、支軸３のケース２内に位置する他方側端部には、輪列４の第１の歯車４１が固着されている。輪列４は、第１の歯車４１と、この第１の歯車４１に噛み合う増速用の第２の歯車４２と、この第２の歯車４２に噛み合う増速用の第３の歯車４３とから構成されている。第３の歯車４３の回転軸４３０は、回転板５の中心穴５０に連結され、さらにその端部には、衝撃付与体７が同軸状に連結されている。ここで、輪列４は、支軸３から回転板５に向けては増速輪列になっており、逆に回転板５から支軸３に向けては減速輪列を構成していることになる。
【００１８】
回転板５は、金属板を積層することにより構成されており、慣性盤としての役割を果しているとともに、装置本体１０の重りとしての機能も担っている。
【００１９】
衝撃付与体７は、リング状のボス７１と、このボス７１の外周面の相対向する位置から半径方向外周に延びた弾性材料からなる２本の連結棒７２と、２本の連結棒７２の先端部分の各々に取り付けられた２つの円柱状の衝撃子７３とを有しており、円柱状の衝撃子７３は、その外周面７３１が圧電素子６１、６２を打撃する打撃面となっている。ボス７１の中心には軸穴７１０が形成されており、この軸穴７１０に回転板５を貫通した第３の歯車４３の回転軸４３０の端部が嵌め込まれているため、衝撃付与体７は、回転板５とともに回転軸４３０の軸線周りに一体に回転可能である。
【００２０】
圧電素子６１、６２は、衝撃付与体７が回転軸４３０周りに回転した際、衝撃子７３の外周面７３１（打撃面）の回転軌跡のやや内側位置に被打撃面６１０、６２０が位置するように、衝撃付与体７を挟み込むようにして上下に２枚、対向配置されている。また、２枚の圧電素子６１、６２は各々、衝撃付与体７の回転軌跡の接線方向に対して被打撃面６１０、６２０が平行になるように配置されている。
【００２１】
ここで、支軸３から回転板５に向けての輪列９の増速比は、衝撃付与体７が圧電素子６１、６２を打撃することにより発生する発電量を考慮して最適な値に設定されている。また、回転板５においても、衝撃付与体７が圧電素子を打撃し続ける時間を考慮して、最適な重量、および外径寸法に設定されている。
【００２２】
（発電動作）
このように構成した発電装置１は、例えば、支軸３を窓に取り付けておく。この時、支軸３の取り付け方向は、対象の取り付け面に対して垂直方向である。この状態で、装置本体１０は、自重で垂れ下がった状態となる。また、装置本体１０は、回転板５が重りとなり、支軸３の真下に回転板５が位置するような状態となる。この状態が発電装置１の待機状態である。
【００２３】
この待機状態から、窓を開けると支軸３が水平方向（矢印ＬあるいはＲに示す方向）に動くが、装置本体１０は、重いため、支軸３よりも遅れて水平方向に移動しようとする結果、支軸３を中心に揺動する。すると、その動きが輪列４を介して回転板５に増速して伝達される。その結果、衝撃付与体７は回転板５とともに回転軸４３０周りに回転し、衝撃子７３は、圧電素子６１、６２の被打撃面６１０、６２０を打撃していく。
【００２４】
ここで、本形態において、衝撃子７３は、弾性材料からなる連結棒７２を介してボス７１に取り付けられているので、圧電素子６１、６２を打撃した反動で連結棒７２が変形する。従って、衝撃子７３は、電素子６１、６２の被打撃面６１０、６２０を簡単に乗り越えることができる。また、回転板５は、慣性盤として構成されているので、外力の印加が停止した以降も回転し続けるので、衝撃子７３による圧電素子６１、６２の打撃が繰り返されることになる。
【００２５】
このような動作が行われる間、衝撃付与体７の衝撃子７３が圧電素子６１、６２を打撃することにより発生した電力は、出力端子（図示せず）を介して制御用基板（図示せず）に供給され、制御用基板で調整が行われた後、発電装置１のその側に配置されている外部装置（図示せず）に出力される。
【００２６】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態の発電装置１では、装置本体１０に水平方向成分を含む外力が加わったとき、装置本体１０と、支軸３（装置本体１０の支持位置）との間の差動により、装置本体１０は、支軸３を中心とする揺動を開始する。その結果、装置本体１０の回転板５が回転し、その回転が衝撃付与体７に伝達される。従って、衝撃付与体７に構成されている衝撃子７３が圧電素子６１、６２を打撃するので、発電を行うことができる。ここで、自動車等の移動手段や人為的な外力には鉛直方向の成分よりも水平方向の成分の方が確実に含まれているため、水平方向成分の外力を利用して発電を行う本形態の発電装置は、様々な状況下で使用できる。また、装置本体１０は、コイルばねなどで中立位置に保持しなくても自重で垂れ下がった状態にあり、この状態が中立状態となるので、装置本体１０の揺動方向のいずれの向きの力が外力に含まれている場合でも、発電が開始される。しかも、コイルばねで強制的に中立状態に保持する必要がないので、外力がコイルばねで減衰することがない。それ故、簡単な構成でありながら、外力によって確実に発電を行うことができる。
【００２７】
また、回転板５は、慣性盤として構成されているので、外力の印加が停止した以降も回転し続けるので、衝撃付与体７の衝撃子７３は、圧電素子６１、６２への打撃を繰り返す。しかも、回転板５自身が装置本体１０の重りとして機能するため、装置本体１０が大きく揺動し、かつ、その慣性力で装置本体１０の揺動時間が長い。従って、本形態の発電装置１は、少ない部品で、効率のよい発電を行う。
【００２８】
さらに、圧電素子６１、６２は、衝撃付与体７の衝撃子７３の回転軌跡の内側付近に配置されている。また、衝撃子７３は、弾性材料からなる連結棒７２を介してボス７１に取り付けられているので、圧電素子６１、６２を打撃した反動で連結棒７２が変形するので、圧電素子６１、６２の被打撃面６１０、６２０を簡単に乗り越えることができる。従って、衝撃付与体７の回転を停止するように作用する力が小さいので、衝撃子７３は長い時間にわたって圧電素子６１、６２を打撃し続けることになる。それ故、本形態の発電装置１は、発電効率が高い。しかも、衝撃子７３が圧電素子６１、６２を打撃した際の衝撃で圧電素子６１、６２が破損してしまうのを防ぐことができる。
【００２９】
よって、本形態の発電装置１は、さまざまな用途に応用することができる。例えば、外部侵入者が窓を開けたときにその外力が駆動源として回転板５を回転させれば、発電装置１で得られた電力をトリガーにして発信装置の起動や監視センターへの通報などを行う機器として利用できる。また、発電装置１で得た電力で異常を放置するためのＬＥＤを点灯させてもよい。
【００３０】
（その他の実施の形態）
上記の実施の形態において、２枚の圧電素子６１、６２は各々、衝撃子７３の回転軌跡の接線方向に対して被打撃面６１０、６２０が平行になるように配置されていたが、回転軌跡の接線方向に対して角度を付けて配置することにより、圧電素子６１、６２への衝撃を強めたり、弱めたりすることも可能である。また、衝撃付与体７は、圧電素子６１、６２に対して衝撃を付与するものであれば、どのような形状のものを採用してもよい。
【００３１】
また、上記の実施の形態では、回転板５と衝撃付与体７は同一の速度で回転していたが、回転板５と衝撃付与体７の間に増速歯車などを噛ませて、増速比を変更させてもよい。
【００３２】
また、上記の実施の形態では、回転板５は金属板を積層したものを採用したが、その他に、鋳造や、鍛造のものを採用してもよい。
【００３３】
さらに、伝達される振動によっては、振動の周期が一致した場合にケース２の揺動が停止してしまうおそれがある。このようなおそれを回避するには、例えば、輪列９にワンウエイクラッチを設けて、一方向の運動エネルギーのみを衝撃付与体７に伝達するように構成すればよい。
【００３４】
さらにまた、本発明では、装置本体１０が自重で垂れ下がった状態に支持され、外力によって装置本体１０が揺動を開始すると、回転板５が回転するようになっていればよく、例えば、支軸３を用いずに、装置本体１０を垂れ下がった状態で吊るしておき、装置本体１０が揺動したとき、装置本体１０の外部に配置されている部材との噛み合いで回転板５が回転するように構成してもよい。
【００３５】
また、本発明に係る発電装置１は、例えば、支持位置から傾いた状態で装置本体１０を保持しておき、その保持を外力により解除すれば、装置本体１０の揺動が開始して発電を行うように用いることもできる。また、窓などの対象にカムなどを取り付けて、窓枠部分に装置本体１０を取り付けておけば、窓が動いた際にカムが装置本体１０を押すことにより装置本体１０が揺動を開始するように用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、装置本体が外力によって揺動すると、装置本体に搭載されている回転部材が回転し、その回転が衝撃付与体に伝達される。その結果、衝撃付与体に構成されている衝撃子が圧電素子を打撃するので、発電が行われる。このため、水平方向成分をもつ外力が加わると自動的に発電が行われるので、様々な用途に適用できる。また、装置本体は、コイルばねなどで中立位置に保持しなくても自重で垂れ下がった状態にあり、この状態が中立状態となるので、装置本体の揺動方向のいずれの向きの力が外力に含まれている場合でも、発電が開始される。しかも、コイルばねで強制的に中立状態に保持する必要がないので、外力がコイルばねで減衰することがない。それ故、簡単な構成でありながら、外力によって確実に発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発電装置の概略斜視図である。
【図２】図１に示す発電装置の要部の分解斜視図である。
【符号の説明】
１  発電装置
２  ケース
３  支軸
４  輪列
５  回転板（回転部材）
７  衝撃付与体
１０  装置本体
６１、６２  圧電素子
７３  衝撃子
【図１】
2004340101.tif 000003
【図２】
2004340101.tif 000004