(57)【要約】【課題】  歩行時の振動などの運動エネルギーを電力に変換する発電装置において、機構の小型簡略化並びに製造コストの低減を計りつつ発電効率を高め、発光装置または携帯用電子機器の電源として利用できる振り子式圧電素子発電装置を提供する。【解決手段】  圧電素子を固着したばね性レバーからなる片持はりの一端を筺体に固定し支持端を形成し、当該ばね性レバーの他端にコイルばねやワイヤなどのようにコイル状に巻いたばね用線材の一端を連結し、当該ばね用線材の他端に錘を設けることを特徴とする。【選択図】  図１
2005057982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を固着したばね性レバーからなる片持はりの一端を筺体に固定し支持端を形成し、当該ばね性レバーの他端にコイルばねやワイヤなどのようにコイル状に巻いたばね用線材の一端を連結し、当該ばね用線材の他端に錘を設けることを特徴とする振り子式圧電素子発電装置。
【請求項２】
請求項１において、ばね用線材を複数並列に配設することを特徴とする振り子式圧電素子発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、ばね用線材とばね性レバーを並列に配設することを特徴とする振り子式圧電素子発電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、圧電素子の発生した交流電圧を整流する整流機構と、当該整流機構により直流化した電圧を蓄電する充電機構を備えることを特徴とする携帯発電装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、歩行時などの振動による力を揺動部にばねを用いる振り子の運動を経て圧電素子の歪みとすることで電力に変換し発電を行うものであり、本発明を携帯することで発光体や携帯用電子機器などの電源とする携帯発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  先ず、第１の従来の技術として、腕時計の分野では回転中心と重心が偏心するアンバランス車を用いてランダムな動きを回転力に変換し、自動巻機構に回転力を蓄え永久磁石と電機子で回転磁界を構成し発電を行い電力を得ている。【０００３】  次に、第２の従来の技術では、靴底に圧電素子を設け歩行持に加わる圧力で発生する電圧を発光体の電源とするものがあり、歩行する人間の体重移動による圧力の変化を電力に変換する発電機構である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、前記第１の従来の技術による発電手段はアンバランス車や自動巻機構などを用いるため製造コストが高くなるという欠点がある。
【０００５】  次に、前記第２の従来の技術では、圧電素子を設ける位置が靴底に限定されるため、発電による電力を利用できる範囲や方法に制約があるという問題があり、本発明は以上の欠点を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明はワイヤやコイルばねで片持はりを形成し、振動による力をそのたわみとして蓄えることで前記課題の解決手段としている。先ず、本発明の第１の特徴としては、圧電素子を固着したばね性レバーからなる片持はりの一端を筺体に固定し支持端を形成し、当該ばね性レバーの他端にコイルばねやワイヤなどのようにコイル状に巻いたばね用線材の一端を連結し、当該ばね用線材の他端に錘を設けてなる振り子式圧電素子発電装置である。
【０００７】  次に、本発明の第２の特徴としては、前記第１の特徴におけるばね用線材を複数並列に配設してなる振り子式圧電素子発電装置である。
【０００８】  次に、本発明の第３の特徴としては、前記第１または２の特徴におけるばね用線材とばね性レバーを並列に配設してなる振り子式圧電素子発電装置である。
【０００９】  次に、本発明の第４の特徴としては、前記第１から３のいずれかの特徴において、圧電素子の発生した交流電圧を整流する整流機構と、当該整流機構により直流化した電圧を蓄電する充電機構を備えてなる振り子式圧電素子発電装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下、本発明の実施の形態についての説明である。先ず、図１ないし図６に示す構成は発光装置とするものであり、その発電機構から説明すれば図３に示すようにばね性レバーａ２に圧電素子１を固着し、ばね性レバーａ２の支持端とする一端をスペーサ６を介して筺体８に固定し、図４に示すようにワイヤ３を結合具４で結合し、ばね性レバーａ２の他端にワイヤ３の一端を結合具４を介して固定し、ワイヤ３の他端に錘５を設ける構成である（請求項１記載）。【００１１】  次に、発光機構については図５に示すように圧電素子１に全波整流器７を介してＬＥＤ９を接続する構成である。【００１２】  次に、図６に示す構成は圧電素子１に全波整流器７を介して蓄電機構であるコンデンサ１０を接続し、コンデンサ１０にスイッチを介してＬＥＤ９を接続するものである。【００１３】  次に、本発明の機能について説明すれば、この構成は振動による錘５の振り子運動エネルギーをワイヤ３とばね性レバーａ２のたわみとして蓄え振幅を大きくすることで圧電素子１の歪みを大きくし発生電圧を高めるものである。この振り子運動エネルギーについては錘５の重量と速度に比例し、振動周期が一定であれば速度は振幅に比例し、また、振幅はワイヤ３とばね性レバーａ２のたわみに比例する。従って、たわみを大きくすることで振り子運動エネルギーを高めることができる。【００１４】  次に、図７に示す構成はコイルばね１１をワイヤ３と並列に配し、結合具４で結合する例であり、この場合も図１及び図２に示す構成と同様にコイルばね１１及びワイヤ３の一端をばね性レバーａ２に連結し、その他端に錘５を設けるものである。【００１５】  この構成ではワイヤ３よりもコイル径の大きいものであるコイルばね１１を設けることで片持はりのたわみとなるスパンをより長くすることができるため、機構の小型化を計りつつたわみ並びに振幅を大きくすることができる。【００１６】  次に、片持はりの最大応力とたわみについて説明すれば、これは次式で求めることができる。【００１７】  最大応力＝６・荷重・スパン／板の幅・（板の厚さ）２【００１８】  たわみ＝４・荷重・（スパン）３／縦弾性係数・板の幅・（板の厚さ）３【００１９】  これらの式に示すように、許容応力内で片持はりのたわみを大きくする場合スパンの長さと板の厚さがポイントであり、ばね用線材をコイル状に巻いたコイルばねやワイヤで形成する片持はりは許容応力内で小型化を計りつつスパンを長くし、たわみを大きくすることが可能であり圧電素子１の発生電圧を高めることができる。【００２０】  次に、図８を参照しワイヤ３を複数並列に配置する構成について説明すれば、この構成により振動方向Ｂへのたわみを抑えつつ振動方向Ａへのたわみを大きくすることができ、これはワイヤ３を配する本数を増すことでよりこの効果を高めることができる。また、図７に示す構成においても前記同様にコイルばね１１とワイヤ３を並列に配設することで振動方向Ｂへのたわみを抑えるものである（請求項２記載）。【００２１】  次に、図９に示す構成は前記図７の構成のワイヤ３を省略しばね性レバーａ２をばね性レバーｂ１２に置き換える例であり、この構成により振動方向Ｂへのたわみをばね性レバーｂ１２で抑えることができる（請求項３記載）。【００２２】  次に、図５に示す構成は圧電素子１の発生する交流電圧を両波整流器７で直流化しＬＥＤ９を駆動するものであり、この構成にコンデンサ１０とスイッチを加えた例が図６に示す構成であり、これは前記両波整流器７で直流化した電圧をコンデンサ１０に充電しスイッチを介してＬＥＤ９を駆動するものである。この構成により、本発明を懐中電灯の電源とすることができ、また、この構成のＬＥＤ９を携帯可能な電子機器と置き換えこれらの電源とすることもできる。【００２３】  なお、図６の構成においてトランジスタとコイルなどを用いる昇圧機構をコンデンサ１０にスイッチを介して接続することで白色ＬＥＤを駆動することができる。なお、蓄電機構であるコンデンサ１０については電気二重層コンデンサまたは二次電池を用いることも可能である。【００２４】  次に、本構成のストッパ機能について説明すれば、錘５の振り子運動で大きな力がセラミックス系の素材である圧電素子１に加わった場合に割れてしまうという問題があるが、これは振り子の振幅が大きいときに筺体８内側上下部が錘部分と当接するように位置を調整して設け、コイルばね１１やワイヤ３のたわみを抑えることで解決手段とすることができる。
【実施例】
【００２５】  次に、本発明の実施例について説明すれば、先ず、第１の実施例は図１ないし図５に示す発光装置とする構成であり、ばね性レバーａ２に圧電素子１を固着し、ばね性レバーａ２の一端をスペーサ６を介して筺体８に固定し支持端を形成し、ワイヤ３を結合具４で結合し、ばね性レバーａ２の他端にワイヤ３の一端を結合具４を介して固定し、ワイヤ３の他端に錘５を設けるものである。なお、錘５の重量は６ｇであり、ワイヤ３については長さ１４ｍｍ，径０．８ｍｍを２本用いている。次に、図５に示すように圧電素子１に全波整流器７を介してＬＥＤ９を接続する構成である。【００２６】  この構成の歩行時の振動による振幅は約１５ｍｍであり発生電圧は約１．８Ｖである。この電圧を全波整流器７で直流化しＬＥＤ９を駆動することのできる電圧である。【００２７】  次に、第２の実施例は図７に示すように前記第１の実施例における片持はりにコイルばね１１を増設し、コイルばね１１をワイヤ３と並列に配し、結合具４で結合する例である。この構成のワイヤ３については長さ１４ｍｍ，径０．４５ｍｍを２本用いており、コイルばね１１については長さ１４ｍｍ，コイル径６ｍｍ，素線の径０．４ｍｍである。【００２８】  この構成の歩行時の振動による振幅は５〜２５ｍｍであり発生電圧は０．３〜４Ｖである。なお、この構成では片持はりのたわみが大きいため振り子運動と振動が同期したときに高い発生電圧となる。【００２９】  次に、第３の実施例は前記第２の実施例における構成を図６に示す結線方法とする例であり、コンデンサ１０に容量３３μＦの電解コンデンサを用いており、歩行時の振動により発電を行い測定した結果約１２歩の歩行で蓄電電圧は約２Ｖとなり、ＬＥＤ９を駆動することのできる電圧となる（請求項４記載）。【００３０】  次に、第４の実施例は前記第３の実施例図６におけるスイッチをトランジスタを用いた発振回路に置き換えるものであり、この構成により２〜３歩の歩行周期でＬＥＤ９を駆動する発光装置とすることができる。なお、この例ではＬＥＤ９に高輝度ＬＥＤを用いて照度を高めている。
【発明の効果】
【００３１】  以上の説明にあるように、本発明のワイヤ３とばね性レバー２の機能は歩行時の振動などの弱い力を蓄えるという点において前記第１の従来の技術における自動巻機構に相当し、本発明では運動エネルギーを蓄える手段を小型であり、且つ、簡単な構成とすることができ、製造コストの低減を計ることができる。さらに、本発明の構成では片持はりのたわむ方向を制限しているため、本発明を吊支する場合など比較的振動方向がランダムな場合においても効率的に発電を行うことができ、前記第４の実施例である発光装置とすることで傘やランドセル或いは鞄などに取り付け交通安全対策として利用することもできる。従って、本発明は携帯する人間の歩行時の振動など比較的低い運動エネルギーを電力に変換するため、電池や電力の供給のない地域や場所であっても携帯用電子機器や発光装置の電源とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例に係わる振り子式圧電素子発電装置を示す実施形態の、一部を断面にした正面図である。
【図２】  本発明の第１の実施例に係わる振り子式圧電素子発電装置を示す実施形態の、分解斜視図である。
【図３】  本発明の振り子式圧電素子発電装置を示す実施形態の、要部分解斜視図である。
【図４】  本発明の第１の実施例に係わる振り子式圧電素子発電装置を示す実施形態の、要部分解斜視図である。
【図５】  本発明の第１の実施例に係わる振り子式圧電素子発電装置の結線方式を示す図である。
【図６】  本発明の第３の実施例に係わる振り子式圧電素子発電装置の結線方式を示す図である。
【図７】  本発明の第２の実施例に係わる振り子式圧電素子発電装置を示す実施形態の、要部斜視図である。
【図８】  本発明の振り子式圧電素子発電装置の振り子の振動方向を示す実施形態の、要部斜視図である。
【図９】  本発明の振り子式圧電素子発電装置の変化例を示す実施形態の、要部斜視図である。
【符号の説明】
１  圧電素子
２  ばね性レバーａ
３  ワイヤ
４  結合具
５  錘
６  スペーサ
７  全波整流器
８  筺体
９  ＬＥＤ
１０  コンデンサ
１１  コイルばね
１２  ばね性レバーｂ
【図１】
2005057982.tif 000003
【図２】
2005057982.tif 000004
【図３】
2005057982.tif 000005
【図４】
2005057982.tif 000006
【図５】
2005057982.tif 000007
【図６】
2005057982.tif 000008
【図７】
2005057982.tif 000009
【図８】
2005057982.tif 000010
【図９】
2005057982.tif 000011