(57)【要約】【課題】  大電流を必要としない低消費電力で作動するユビキタスハードウェアやセキュリティー用センサなどの駆動電力を供給するための小型発電装置を備えるものとして、扉などの回転によって発電した電力をユビキタスハードウェアやセキュリティー用センサなどに供給する発電機構付き開閉用部品を提供する。【解決手段】  一般住宅を含んだ建物内の開閉部の扉用蝶番の開閉動作によって回転する突起軸部３と、この突起軸部３の回転力を発電用モータ２Ｄの回転軸２Ｄ２に、回転数あるいは回転角を増加して伝達すると共に歯車２Ｃ１〜２Ｃ５を含む伝達機構とを有し、その伝達機構から伝達された、ドアの回転運動エネルギーを利用し、発電用モータ２Ｄによって発電を行う。【選択図】  図２
2005124347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドア用喋番、ドアクローザ、およびスライドドア用ローラを含み、開閉動作の際に用いられる開閉用部品と、
前記開閉用部品の開閉動作を回転動作に変換し、この回転動作によって発電を行う発電装置と、
を有することを特徴とする発電機構付き開閉用部品。
【請求項２】
前記発電装置は、
前記開閉用部品の開閉動作を回転動作に変換する第１の変換手段と、
前記第１の変換手段の回転力を、回転数の高い次の回転力に変換する、少なくとも１つの第２の変換手段と、
前記最後の第２の変換手段の回転力で発電を行う発電手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の発電機構付き開閉用部品。
【請求項３】
前記第１の変換手段は、前記開閉用部品の開閉動作によって回転する回転棒と、この回転棒の回転によって回る歯車とを備え、
前記第２の変換手段は、前記第１の変換手段の歯車とかみ合う歯車を含む複数の歯車と、これらの歯車によって回転する回転棒とを備え、
前記第１の変換手段の後に前記第２の変換手段を順次に配列して、前記各回転棒の回転数が増加するように回転力を伝達することを特徴とする請求項２に記載の発電機構付き開閉用部品。
【請求項４】
前記第１の変換手段または前記第２の変換手段に具備され、一時的に回転のエネルギーを蓄える蓄積機構を有することを特徴とする請求項２または３に記載の発電機構付き開閉用部品。
【請求項５】
前記蓄積機構は、回転を１方向に制限するラチェット機構と、このラチェット機構による回転のエネルギーを保持するゼンマイとを有し、
この蓄積機構を１組以上有することを特徴とする請求項４に記載の発電機構付き開閉用部品。
【請求項６】
前記最後の第２の変換手段による回転のエネルギーを小型モータに伝達して発電することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の発電機構付き開閉用部品。
【請求項７】
前記第１の変換手段および前記第２の変換手段の歯車に代えて、前記開閉用部品の開閉動作によって回転する回転棒の回転を、この回転棒に取り付けられ、かつ、円周部に磁石を配置した円盤と、別の１組以上の回転棒および磁石付き円盤を有し、
前記各円盤の回転に伴って磁石が運動することにより、高回転の回転力を伝達することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の発電機構付き開閉用部品。
【請求項８】
前記最後の第２の変換手段は、前記開閉用部品の開閉動作によって発生した回転棒の回転力を、この開閉用部品以外の機器構成部位に伝達可能な伝達機構を有することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の発電機構付き開閉用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユビキタスハードウェアやセキュリティー用センサなどに必要な電力を賄うための小型発電装置に関し、特に、イベントドリブンなシステムに必要な電力を提供する小型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタスハードウェアは、コンピュータをどこでも自在に活用することができる、来るユビキタス社会を構成する基本要素である。ユビキタスハードウェアには、個人の健康情報をモニタするための微小医療センサ、家庭内にある電気機器を制御するために設置した各種微小センサ、扉の開閉状態を検出するセキュリティーセンサなどがある。電力を必要とするユビキタスハードウェアは、大別して、身に付けて持ち運べるような可搬式のものと、ネットワークの末端に接続されている据置式のものとがある。可搬式のユビキタスハードウェアの中には、モバイルコンピューティング機器に代表されるような、高速ネットワークに無線で接続するタイプのものもある。据置式のユビキタスハードウェアの中には、高速ネットワークを支えるネットワーク機器の他に、人感センサ、扉開閉センサ、温湿度センサ、ガスセンサなどの各種センサがある。これらのユビキタスハードウェアは、現在のところ、その普及を目的として、高付加価値化・高性能化・高機能化・低消費電力化などが重要視されて開発されている
【０００３】
ところで、ユビキタスハードウェアへの電力供給方式は、商用電源からの送電や電池等によってもたらされる外部供給方式であるか、または、ユビキタスハードウェアに付随している太陽電池などを用いる自己供給方式である。最近、自己供給方式を目的として、人間の体温を利用して発電する小型発電装置も開発された（非特許文献１参考）。一般的に、可搬式のものは、電池の劣化による液漏れ等の防止の観点から、小型発電装置を内蔵した電力自己供給式が理想である。しかし、現在は、電池による電力外部供給方式が主である。また、据置式のものは、消費電力が大きいために、送電による電力外部供給式が主な給電方式となっている。
【非特許文献１】http://pcweb.mycom.co.jp/news/2003/02/24/12.html「体温で発電して駆動する電池不要の情報端末が実現へ  極低電力LSI開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から提案されているネットワーク関連機器に代表されるユビキタスハードウェアは、高機能化している。その結果として、消費電力の著しい増大を生んでいる。ユビキタスハードウェアの駆動電力は、太陽光発電による太陽電池等では賄いきれず、従来は、主に電池、送電などによって与えられている
【０００５】
据置式のユビキタスハードウェアとして、近年、その利用が期待されている各種センサにおいては、高性能化と低消費電力化とが進められている。また、その小さな消費電力を賄うように、小型発電装置も研究されている（前記の非特許文献１参考）。機器の低消費電力化が進み、電池による長時間動作が可能となったが、電池の交換を忘れて、液漏れによる機器の破損などが生じる場合も出てきた。据置式ユビキタスハードウェアの電源としては、一般的な電池を使用しない電力自己供給式が望まれている。太陽電池は、この要求を満たしているが、機器を動作させる際に、機器の動作に必要最低限の電力を発生するための明るさを必要とする
【０００６】
また、据置式のユビキタスハードウェアの中には、暗闇での扉の開閉によるイベントドリブンなシステム動作などに代表されるように、明るさに左右されずに、機器の安定動作を２４時間必要とするものがある。このためには、太陽電池による発電も充分ではない場合があるという問題がある
【０００７】
さらに、いかに個々のユビキタスハードウェアが低消費電力になっても、多数のユビキタスハードウェアが使用されるようになると、総合して消費される電力は大きくなってしまうという問題がある
【０００８】
本発明は、前記の課題を解決し、個々のユビキタスハードウェアやセキュリティー用センサなどに接続して、外部からの給電を不必要とするための駆動電力、特に、大電流を必要としない低消費電力で作動するユビキタスハードウェアやセキュリティー用センサなどの駆動電力を供給するための小型発電装置を備えるものとして、扉などの回転によって発電した電力をユビキタスハードウェアやセキュリティー用センサなどに供給する発電機構付き開閉用部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、ドア用喋番、ドアクローザ、およびスライドドア用ローラを含み、開閉動作の際に用いられる開閉用部品と、前記開閉用部品の開閉動作を回転動作に変換し、この回転動作によって発電を行う発電装置とを有することを特徴とする発電機構付き開閉用部品である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発電機構付き開閉用部品において、前記発電装置は、前記開閉用部品の開閉動作を回転動作に変換する第１の変換手段と、前記第１の変換手段の回転力を、回転数の高い次の回転力に変換する、少なくとも１つの第２の変換手段と、前記最後の第２の変換手段の回転力で発電を行う発電手段とを有することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の発電機構付き開閉用部品において、前記第１の変換手段は、前記開閉用部品の開閉動作によって回転する回転棒と、この回転棒の回転によって回る歯車とを備え、前記第２の変換手段は、前記第１の変換手段の歯車とかみ合う歯車を含む複数の歯車と、これらの歯車によって回転する回転棒とを備え、前記第１の変換手段の後に前記第２の変換手段を順次に配列して、前記各回転棒の回転数が増加するように回転力を伝達することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の発電機構付き開閉用部品において、前記第１の変換手段または前記第２の変換手段に具備され、一時的に回転のエネルギーを蓄える蓄積機構を有することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の発電機構付き開閉用部品において、前記蓄積機構は、回転を１方向に制限するラチェット機構と、このラチェット機構による回転のエネルギーを保持するゼンマイとを有し、この蓄積機構を１組以上有することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の発電機構付き開閉用部品において、前記最後の第２の変換手段による回転のエネルギーを小型モータに伝達して発電することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の発電機構付き開閉用部品において、前記第１の変換手段および前記第２の変換手段の歯車に代えて、前記開閉用部品の開閉動作によって回転する回転棒の回転を、この回転棒に取り付けられ、かつ、円周部に磁石を配置した円盤と、別の１組以上の回転棒および磁石付き円盤を有し、前記各円盤の回転に伴って磁石が運動することにより、高回転の回転力を伝達することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項２〜７のいずれか１項に記載の発電機構付き開閉用部品において、前記最後の第２の変換手段は、前記開閉用部品の開閉動作によって発生した回転棒の回転力を、この開閉用部品以外の機器構成部位に伝達可能な伝達機構を有することを特徴とする
【００１０】
前記の本発明は、一般住宅を含んだ建物内、あるいは折り畳み携帯機器などの開閉部の扉用蝶番、扉用ローラ、およびドアクローザ部分に、ドアあるいは開閉部位の開閉動作によって回転する回転棒と、この回転棒の回転力を別の回転棒に回転数あるいは回転角を増加させて伝達する機構とを有し、その伝達機構から伝達されたドアあるいは開閉部位の回転運動エネルギーを利用して発電を行うことを特徴とする。これにより、ドア開閉動作時の回転動作を利用して、ドアの開閉動作ごとに発電することが可能となる。このことは、さらに、ドアの開閉が機器への侵入者の有無などのセキュリティ管理に対して有効な情報を与える等の付随的な効果も生み出す。特に、ドアの開閉は回転数が小さいので、この回転数および回転速度を増大させる機構が重要となる
【００１１】
また、ドアあるいは開閉部位の回転運動を一時的に蓄える機構を有し、この蓄えた回転運動エネルギーを利用して、必要なときに発電する機構あるいは発電した電力を蓄えておく蓄電機能を有することを特徴とする。これにより、必要なときに電力を消費することが可能となる。また、この回転運動エネルギーの蓄積機構は、ドアの開閉の速度に因らず、一定の起電力を発生するためにも使用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蝶番、ドアクローザ、引戸用ローラにおいて、ドアあるいは引戸の開閉動作のエネルギーを使用して、発電することが可能となる。また、回転角度が小さな開閉用部品の開閉動作による運動エネルギーを、第１の変換手段と第２の変換手段とからなる回転数増加機構を使用して、発電手段に伝達することにより、発電最大起電力を大きくすることが可能となり、発電能力を増大させることができる
【００１３】
また、ドア開閉動作の運動エネルギーを一時的に蓄えることにより、開閉用部品の開閉速度に依存せずに、開閉量に依存した一定量の電力を発電することができる。また、発電した電力を一時的に蓄える機構を採用することにより、電力を必要なときに取り出して使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、本発明の実施形態について、図を使用して説明する。
［実施形態１］
本実施形態による発電機構付き開閉用部品を図１に示す。本実施形態では、本発明が扉用蝶番に適用され、この扉用蝶番がユビキタスハードウェアに電力を供給する。図１の扉用蝶番は、蝶番１と、発電装置である蝶番セット２と、突起軸部３と、取り付け具４、５とで構成さている
【００１５】
取り付け具４は、蝶番１をドア１０１に固定し、取り付け具５は、ドア１０１用の開口部１０２に蝶番セット２を固定する。突起軸部３は、蝶番１が蝶番セット２に対して回転するように、蝶番１と蝶番セット２とを連結する。本実施形態では、蝶番１と突起軸部３とが、開閉動作の際に用いられる開閉用部品である
【００１６】
蝶番セット２は、円筒形状の収納ケース２Ａを備えている。収納ケース２Ａには、図２に示すように、突起軸部３と、回転棒２Ｂ１、２Ｂ２と、歯車２Ｃ１〜２Ｃ５と、発電手段である発電用モータ２Ｄとが収納されている。本実施形態では、突起軸部３の開閉動作を回転動作に変換する第１の変換手段が、回転棒２Ｂ１と歯車２Ｃ１、２Ｃ２とで構成され、回転数を高くするための第２の変換手段が、回転棒２Ｂ２と歯車２Ｃ３、２Ｃ４とで構成されている。モータ２Ｄは、モータ本体２Ｄ１と回転軸２Ｄ２と出力ケーブル２Ｄ３とで構成され、回転軸２Ｄ２には、歯車２Ｃ５が取り付けられている
【００１７】
ドア１０１が取り付けられている蝶番１は、蝶番セット２によって支えられている。蝶番セット２の内部には、蝶番１の突起軸部３を支えるための支持構造２Ｅ１が設けられている。この他に、収納ケース２Ａには、回転棒２Ｂ１、回転棒２Ｂ２を支持するための支持構造２Ｅ２、２Ｅ３が設けられている。突起軸部３は、蝶番１からはなれる構造にしておくと、使用の際に蝶番セット２にはめ込みやすくなる。突起軸部３には、歯車部３Ａを設ける。歯車部３Ａにかみ合い、歯車部３Ａの回転力を伝えるために、歯車２Ｃ１と、この歯車２Ｃ１の回転中心に配置された回転棒２Ｂ１と、歯車２Ｃ１よりも歯数が多い歯車２Ｃ２とからなる回転量増加機構を配置する。この回転量増加機構が前述の第１の変換手段である
【００１８】
歯車部３Ａの歯数がＮ２２で、歯車２Ｃ１の歯数がＮ４１の場合には、突起軸部３と回転棒２Ｂ１との回転量の比は、
Ｎ２２／Ｎ４１
になる。ドア１０１は多くの場合、約９０度程度開閉する。ドア１０１が９０度回転した場合の回転棒２Ｂ１の回転量は、
Ｎ２２／(４＊Ｎ４１)
である。Ｎ２２＝１００、Ｎ４１＝１０の場合に、ドア１０１が９０度開くと、回転棒２Ｂ１は２.５回転することになり、回転量を増加させることができる
【００１９】
歯車２Ｃ２にかみ合い、歯車２Ｃ２の回転力を伝える歯車２Ｃ５が、発電用モータ２Ｄの回転軸２Ｄ２に具備されている場合には、歯車２Ｃ２の歯数Ｎ４３と歯車２Ｃ５の歯数Ｎ６１の比が回転棒２Ｂ１の回転数に乗じられて、最終的な発電用モータ２Ｄの回転数となる。しかし、図２に示すように、歯車２Ｃ２にかみ合い、この歯車２Ｃ２の回転力を伝える歯車２Ｃ３と、歯車２Ｃ３の回転中心に配置された回転棒２Ｂ２と、回転棒２Ｂ２が回転中心に配置されている歯車２Ｃ４とからなる回転数増加機構を配置すると、最終的な発電用モータ２Ｄの回転軸２Ｄ２の回転数を増加させることができる。この回転数増加機構が前述の第２の変換手段である。発電用モータ２Ｄの発電量は、回転数増加機構の段数と一段当たりの回転数増加量に依存する
【００２０】
発電用モータ２Ｄの電機子のコイルの巻き数をＮ、この電機子コイルの面積をＳ、発電用モータ２Ｄの磁石によって形成される磁界の磁束密度をＢ、電機子の回転の角速度をωとすると、発電用モータ２Ｄに誘導される起電力の最大値Ｖmaxは、
Ｖmax＝ＮＢＳω
になる。発電中のある時刻ｔにおける起電力は、
Ｖ(ｔ)＝Ｖmax＊sin(ωｔ)
となる。内部にインピーダンスを持つ発電用モータ２Ｄは、そのインピーダンスに起因する電圧降下が生じる。発電用モータ２Ｄから流れる電流の最大値は、電圧の最大値を回路の負荷抵抗で除した値になる。発電用モータ２Ｄからの電流は、出力ケーブル２Ｄ３を経由してユビキタスハードウェア（図示を省略）に出力される
【００２１】
発電用モータ２Ｄで発電された電気は、一旦蓄電されて、その後、ユビキタスハードウェアに供給されても良いし、そのまま蓄電されずに、ユビキタスハードウェアに供給されても良い。前者の場合には、ユビキタスハードウェアが動作する場合、いつでも電力を供給できる。後者の場合には、ドア１０１の開閉をセンシングするようなセンサに対して、動作させる信号と共に電力を供給することができる
【００２２】
ところで、ドア１０１をゆっくりと開閉した場合には、発電される電気の最大電圧が減じるので、ドア１０１の回転力を蓄える機構を別途用意する。そして、蓄えた回転力が一定以上に達した際に、開放してその回転力を発電用モータ２Ｄに伝達する蓄積構造を採用する
【００２３】
この蓄積構造の一例を図３に示す。図３の蓄積構造は、ラチェット構造６Ａと弾性体６Ｂと抵抗構造６Ｃとで構成されている。ラチェット構造６Ａはラチェット６Ａ１とラチェット爪６Ａ２とで構成され、抵抗構造６Ｃは回転体６Ｃ１と押圧体６Ｃ２とで構成されている。この蓄積構造は、発電用モータ２Ｄの回転軸２Ｄ２の間に設けられている。つまり、回転軸２Ｄ２を分割し、回転軸２Ｄ２の一方側と他方側との端部に引っ掛け部２Ｄ１１、２Ｄ１２を形成している。引っ掛け部２Ｄ１１と引っ掛け部２Ｄ１２との間に、弾性体６Ｂを取り付けている。弾性体６Ｂとしては、ゴム、ばね、ゼンマイなどがある。回転軸２Ｄ２の一方側にはラチェット構造６Ａが取り付けられ、回転軸２Ｄ２の他方側には抵抗構造６Ｃが取り付けられている。ラチェット構造６Ａは、ラチェット６Ａ１とラチェット爪６Ａ２とにより、回転軸２Ｄ２の一方側が矢印Ａ方向にだけ回転するようにし、抵抗構造６Ｃは、回転体６Ｃ１と押圧体６Ｃ２との摩擦により、弾性体６Ｂの蓄える回転力が一定以下のエネルギーであるとき、回転軸２Ｄ２の他方側が回転するのを防いでいる。
【００２４】
この構造では、回転軸２Ｄ２の一方側が回転すると、回転によるエネルギーを弾性体６Ｂが蓄える。弾性体６Ｂに蓄えられたエネルギーによって、回転軸２Ｄ２の他方側が回転しようとするが、この回転を抵抗構造６Ｃが阻む。弾性体６Ｂに蓄えられたエネルギーが抵抗構造６Ｃの抵抗エネルギーより大きくなると、回転軸２Ｄ２の他方側が回転し、弾性体６Ｂが蓄えたエネルギーが開放される
【００２５】
この構造により、発電される最大電圧の低下を防ぐことができる。よって、発電された電気を消費する回路のインピーダンスが一定であれば、ドア１０１の開閉動作１回当りの発電量（電圧と電流の積）の低下と変動とを防止することができる
【００２６】
なお、本実施形態では、回転量を増加させるための機構として、歯車を使用したが、図４に示すように、歯車の代わりに回転盤７Ａ〜７Ｄを用いる。回転盤７Ａ〜７Ｄには、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されている。そして、回転盤７Ａ〜７Ｄの端部が互いに向かい合う位置に回転盤７Ａ〜７Ｄを配置するか、または、回転盤７Ａ〜７Ｄの周側面が向かい合うように回転盤７Ａ〜７Ｄを配置することによって、回転盤７Ａ〜７ＤのＮ極とＳ極との反発力で回転盤７Ａ〜７Ｄが回転し、回転力を伝えることができる。こうした回転盤を組み合わせても、ドアの回転あるいは引戸の運動を伝達することができる
【００２７】
［実施形態２］
本実施形態による発電機構付き開閉用部品を図５に示す。本実施形態では、本発明がドアクローザに適用され、このドアクローザがユビキタスハードウェアに電力を供給する。図５のドアクローザは、例えば壁１１１の開口部分にドア１１２が設置されている場合に、ドア１１２の閉まる速度を調節する。図５のドアクローザは、ドアクローザ本体１１とロッド１２、１３と発電装置１４と軸部１５Ａ、１５Ｂと回転棒１６とで構成されている。本実施形態では、ロッド１２と回転棒１６とが、開閉動作の際に用いられる開閉用部品である
【００２８】
発電装置１４は収納ケース１４Ａを備えている。収納ケース１４Ａには、図６に示すように、回転棒１６、１４Ｂ１、１４Ｂ２と、歯車１４Ｃ１〜１４Ｃ６と、発電手段としての発電用モータ１４Ｄとが収納されている。本実施形態では、第１の変換手段が回転棒１６と歯車１４Ｃ１とで構成されている。第２の変換手段の一方が回転棒１４Ｂ１と歯車１４Ｃ２、１４Ｃ３とで構成され、他方が回転棒１４Ｂ２と歯車１４Ｃ４、１４Ｃ５とで構成されている。回転棒１４Ｂ１、１４Ｂ２は、回転可能に収納ケース１４Ａに保持されている。発電用モータ１４Ｄは、モータ本体１４Ｄ１と回転軸１４Ｄ２とを備え、回転軸１４Ｄ２には、歯車１４Ｃ６が取り付けられている
【００２９】
ドア１１２とドアクローザ本体１１とは、回転棒１６で連結されたロッド１２、１３によって接続されている。この接続には、軸部１５Ａ、１５Ｂが用いられている。発電装置１４はロッド１２に固定されている。ドア１１２に取り付けられているドアクローザ用ロッド１３には、回転棒１６が接続されており、ドア開閉動作時の回転力がドア１１２から回転棒１６に伝わるようになっている。回転棒１６には、歯数Ｎ１０３の歯車１４Ｃ１が、回転中心が一致するように具備されている。この歯車１４Ｃ１にかみ合い、歯車１４Ｃ１の回転力を伝達する歯車１４Ｃ２と、この歯車１４Ｃ２と回転中心が一致している回転棒１４Ｂ１と、歯車１４Ｃ３とからなる回転量増加機構を配置する。この回転量増加機構が前述の第２の変換手段である
【００３０】
歯車１４Ｃ１の歯数がＮ１０３で、歯車１４Ｃ２の歯数がＮ２０１の場合には、回転棒１６と回転棒１４Ｂ１との回転量の比は、
Ｎ１０３／Ｎ２０１
になる。ドア１１２は多くの場合、約９０度程度開閉する。ドア１１２が９０度回転した場合の回転棒１４Ｂ１の回転量は、
Ｎ１０３／(ｘ＊Ｎ２０１)
である。ここで、値ｘは約３６０／９０＝４である。Ｎ１０３＝１００、Ｎ２０１＝１０の場合には、ドア１１２が９０度開くと、回転棒１４Ｂ１は２.５回転することになり、小さな回転量を増加させることができる
【００３１】
歯車１４Ｃ３にかみ合い、歯車１４Ｃ３の回転力を伝える歯車１４Ｃ６が発電用モータ１４Ｄの回転軸１４Ｄ２に具備されている場合には、歯車１４Ｃ３の歯数Ｎ２０３と歯車１４Ｃ６の歯数Ｎ４０１との比が回転棒１４Ｂ１の回転数に乗じられて、最終的な発電用モータ１４Ｄの回転数となる。しかし、図６に示すように、歯車１４Ｃ３にかみ合い、歯車１４Ｃ３の回転力を伝える歯車１４Ｃ４と、歯車１４Ｃ４の回転中心に配置された回転棒１４Ｂ２と、この回転棒１４Ｂ２が回転中心に配置されている歯車１４Ｃ５とからなる回転数増加機構を配置すると、最終的な発電用モータ１４Ｄの回転軸１４Ｄ２の回転数を増加させることができる。この回転数増加機構が前述の第２の変換手段である。発電用モータ１４Ｄの発電量は、回転数増加機構の段数と一段当りの回転数増加量に依存する
【００３２】
発電用モータ１４Ｄの電機子のコイルの巻き数をＮ、電機子コイルの面積をＳ、発電用モータ１４Ｄの磁石によって形成される磁界の磁束密度をＢ、電機子の回転の角速度をωとすると、発電用モータ１４Ｄに誘導される起電力の最大値Ｖmaxは、
Ｖmax＝ＮＢＳω
になる。発電中のある時刻ｔにおける起電力は、
Ｖ(ｔ)＝Ｖmax＊sin(ωｔ)
となる。内部にインピーダンスを持つ発電用モータ１４Ｄは、そのインピーダンスに起因する電圧降下が生じる。発電用モータ１４Ｄから流れる電流の最大値は、電圧の最大値を回路の負荷抵抗で除した値になる。発電用モータ１４Ｄからの電流は、実施形態１と同じように、出力ケーブル（図示を省略）を経由して、ユビキタスハードウェアに出力される
【００３３】
発電用モータ１４Ｄで発電された電気は、一旦蓄電されて、その後、ユビキタスハードウェアに供給されても良いし、そのまま蓄電されずに、ユビキタスハードウェアに供給されても良い。前者の場合には、ユビキタスハードウェアが動作する場合に、いつでも電力を供給できる。後者の場合には、ドア１１２の開閉をセンシングするようなセンサに対して、動作させる信号と共に電力を供給することができる
【００３４】
ドア１１２をゆっくりと開閉した場合には、発電される電気の最大電圧が減じるので、実施形態１と同じように、ドア１１２の回転力を蓄える機構を別途用意し、蓄えた回転力が一定以上に達した際に開放して、その回転力を発電用モータ１４Ｄに伝達する構造を採用すると、発電される最大電圧の低下を防ぐことができる。よって、発電された電気を消費する回路のインピーダンスが一定であれば、ドア１１２の開閉動作１回当たりの発電量（電圧と電流の積）の低下と変動とを防止できる
【００３５】
また、回転量を増加させるための機構として、歯車を使用したが、実施形態１と同じように、Ｎ極とＳ極とが交互に配置された回転盤を組み合わせても、ドア１１２の回転の運動を伝達することができる
【００３６】
なお、本実施形態では、発電装置１４はロッド１２に取り付けられていたが、ロッド１３に取り付けてもよく、また、ドアクローザ本体１１内に設けてもよい
【００３７】
［実施形態３］
本実施形態による発電機構付き開閉用部品を図７に示す。本実施形態では、本発明がドア用ローラユニットに適用され、このローラユニットがユビキタスハードウェアに電力を供給する。図７のローラユニットは、ガイドレール１２１を引戸１２２が動き易くするためのものである。図７のローラユニットは、ユニット本体２１とローラ２２とで構成されている。本実施形態では、ローラ２２が開閉動作の際に用いられる開閉用部品である
【００３８】
ユニット本体２１は収納ケース２１Ａを備えている。収納ケース２１Ａには、図８に示すように、回転棒２１Ｂ１〜２１Ｂ３と、歯車２１Ｃ１〜２１Ｃ６と、発電手段としての発電用モータ２１Ｄとが収納されている。なお、図８は、引戸１２２の上部を上方から見下ろした際の図である。回転棒２１Ｂ１〜２１Ｂ３は、回転可能に収納ケース２１Ａに保持されている。回転棒２１Ｂ１には、ローラ２２が取り付けられている。発電用モータ２１Ｄは、モータ本体２１Ｄ１と回転軸２１Ｄ２とを備え、回転軸２１Ｄ２には、歯車２１Ｃ６が取り付けられている。本実施形態では、第１の変換手段が回転棒２１Ｂ１と歯車２１Ｃ１とで構成されている。第２の変換手段の一方が回転棒２１Ｂ２と歯車２１Ｃ２、２１Ｃ３とで構成され、他方が回転棒２１Ｂ３と歯車２１Ｃ４、２１Ｃ５とで構成されている
【００３９】
引戸１２２に取り付けられているローラユニットには、ローラ２２とこれに具備された回転棒２１Ｂ１とが接続されており、引戸１２２の開閉動作時のローラ２２の回転力が、引戸１２２から回転棒２１Ｂ１に伝わるようになっている。回転棒２１Ｂ１には、歯数Ｎ６０２の歯車２１Ｃ１が、回転中心が一致するように具備されている。歯車２１Ｃ１にかみ合い、歯車２１Ｃ１の回転力を伝達する歯車２１Ｃ２と、この歯車２１Ｃ２と回転中心が一致している回転棒２１Ｂ２と、歯車２１Ｃ３とからなる回転数増加機構を配置する。この回転数増加機構が前述の第２の変換手段である
【００４０】
歯車２１Ｃ１の歯数がＮ６０２で、歯車２１Ｃ２の歯数がＮ６０４の場合には、回転棒２１Ｂ１と回転棒２１Ｂ２の回転量の比は、
Ｎ６０２／Ｎ６０４
になる。引戸１２２の場合には、扉開閉時の引戸１２２の移動量とローラ２２の回転数とに相関があり、ローラ２２の半径をｒとすると、引戸１２２の移動量を２πｒで除した値がローラ２２の回転数である。Ｎ６０２＝１００、Ｎ６０４＝１０の場合には、ローラ２２の回転数を１０倍にして伝達することができる
【００４１】
歯車２１Ｃ３にかみ合い、歯車２１Ｃ３の回転力を伝える歯車２１Ｃ６が発電用モータ２１Ｄの回転軸２１Ｄ２に具備されている場合には、歯車２１Ｃ３の歯数Ｎ６０６と歯車２１Ｃ６の歯数Ｎ６１０との比が回転棒２１Ｂ２の回転数に乗じられて、最終的な発電用モータ２１Ｄの回転数となる。しかし、本実施形態では、歯車２１Ｃ３にかみ合い、歯車２１Ｃ３の回転力を伝える歯車２１Ｃ４と、歯車２１Ｃ４の回転中心に配置された回転棒２１Ｂ３と、回転棒２１Ｂ３が回転中心に配置されている歯車２１Ｃ５からなる回転数増加機構を配置すると、最終的な発電用モータ２１Ｄの回転軸２１Ｄ２の回転数を増加させることができる。この回転数増加機構が前述の第２の変換手段である。発電用モータ２１Ｄの発電量は、回転数増加機構の段数と一段当たりの回転数増加量とに依存する
【００４２】
発電用モータ２１Ｄの電機子のコイルの巻き数をＮ、電機子コイルの面積をＳ、発電用モータ２１Ｄの磁石によって形成される磁界の磁束密度をＢ、電機子の回転の角速度をωとすると、発電用モータ２１Ｄに誘導される起電力の最大値Ｖmaxは、
Ｖmax＝ＮＢＳω
になる。この式から明らかなように、起電力の最大値は回転速度に比例しており、発電用モータ２１Ｄの回転軸２１Ｄ２の回転速度が速いほど、大きな起電力となる。回転数の増加機構を用いた場合には、回転数と共に回転速度も増加させることができる。よって、回転数増加機構を用いると、発電による最大起電力を大きくすることができる
【００４３】
交流発電方式にしている場合には、発電中のある時刻ｔにおける起電力は、
Ｖ(ｔ)＝Ｖmax＊sin(ωｔ)
となる。内部にインピーダンスを持つ発電機は、そのインピーダンスに起因する電圧降下が生じる。また、発電機から流れる電流の最大値は、電圧の最大値を回路の負荷抵抗（インピーダンス）で除した値になる。発電用モータ１４Ｄからの電流は、実施形態１と同じように、出力ケーブル（図示を省略）を経由して、ユビキタスハードウェアに出力される
【００４４】
発電用モータ２１Ｄで発電された電気は、一旦蓄電されて、その後、ユビキタスハードウェアに供給されても良いし、そのまま蓄電されずに、ユビキタスハードウェアに供給されても良い。前者の場合には、ユビキタスハードウェアが動作する場合に、いつでも電力を供給できる。後者の場合には、扉の開閉をセンシングするようなセンサに対して、動作させる信号とともに電力を供給することができる
【００４５】
引戸１２２をゆっくりと開閉した場合には、発電される電気の最大電圧が減じるので、実施形態１と同じように、ローラ２２の回転力を蓄える機構を別途用意し、蓄えた回転力が一定以上に達した際に開放して、その回転力を発電用モータ２１Ｄに伝達する構造を採用すると、発電される最大電圧の低下を防ぐことができる。よって、発電された電気を消費する回路のインピーダンスが一定であれば、引戸１２２の開閉動作１回当たりの発電量（電圧と電流の積）の低下と変動とを防止できる
【００４６】
また、回転量を増加させるための機構として、歯車を使用したが、実施形態１と同じように、Ｎ極とＳ極とが交互に配置された回転盤を組み合わせても、引戸１２２の運動を伝達することができる
【００４７】
なお、本実施形態では、ローラユニットが引戸１２２に埋め込まれた構成となっているが、建具側に埋め込まれていても、同様な効果を示すことは明らかである。また、本実施形態では、引戸１２２の上方に具備された構成で説明したが、引戸１２２の下部あるいは引戸１２２の下部建具内に具備されていても、発電することは可能である。ただし、このように、引戸１２２の下部あるいは引戸１２２の下部建具内に具備される場合には、埃による回転機構への影響を削減するような工夫が必要となる。また、建具側に具備する際には、扉の側面にローラが接触するように配置することもできる。いずれの場合においても、引戸１２２の開閉によってローラ２２が確実に回転するように、ローラ２２を建具あるいは引戸１２２に押し付ける機構が有効となる
【００４８】
［実施形態４］
本実施形態は、実施形態１の蝶番セット２の代わりに用いられる。図９に示すように、本実施形態による蝶番セット３０は、収納ケース３１を備えている。収納ケース３１には、突起軸部３と回転棒３２、３５と歯車２Ｃ１、３３、３４とが収納されている。なお、図９では、先に説明した図１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する
【００４９】
ドアが取り付けられている蝶番（図１）は、蝶番セット３０によって支えられている。蝶番セット３０には、蝶番の突起軸部３を回転可能に支えるための支持構造２Ｅ１があり、突起軸部３には歯車部３Ａを設ける。歯車部３Ａにかみ合い、歯車部３Ａの回転力を伝える歯車２Ｃ１と、この歯車２Ｃ１の回転中心に配置された回転棒３２と、歯車２Ｃ１よりも歯数が多い歯車３３とからなる回転量増加機構を配置する。この回転量増加機構が第２の変換手段である
【００５０】
歯車３Ａの歯数がＮ７２２で、歯車２Ｃ１の歯数がＮ７４１の場合には、突起軸部３と回転棒３２との回転量の比は、
Ｎ７２２／Ｎ７４１
になる。ドアは多くの場合、約９０度程度開閉する。ドアが９０度回転した場合の回転棒３２の回転量は、
Ｎ７２２／(４＊Ｎ７４１)
である。Ｎ７２２＝１００、Ｎ７４１＝１０の場合には、ドアが９０度開くと、回転棒３２は２.５回転することになり、回転量を増加させることができる
【００５１】
回転棒３２に歯数Ｎ７４２である歯車３３を設け、回転棒３２の回転を、直角方向の回転棒３５に伝えるため、歯車３３にかみ合い、歯数Ｎ７４２より歯数が小さい、歯数Ｎ７５１の歯車３４を設ける。歯車３４が発電用モータ（図示を省略）の回転軸に具備されているとき、つまり、回転棒３５が発電用モータの回転軸であるときは、
Ｎ７４２／Ｎ７５１
が回転棒３２の回転数に乗じられて、最終的な発電用モータの回転数になる。本実施形態では、歯車３３と歯車３４とが、外部に設けられたモータに回転力を伝達する伝達機構である
【００５２】
このように、本実施形態の蝶番セット３０によれば、発電用モータをその内部に含む必要はなく、突起軸部３の回転力の伝達機構のみから構成され、小型の可般式ユビキタス機器のデザインや構成、サイズに自由度を与える。また、蝶番と発電部位とを分離することで、発電用モータなど機器に最適な発電装置の選択を可能とし、回転力の増幅機構や開閉動作による機器管理機構等の付随的な機能を付加する可能性を付与する
【００５３】
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は前記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。たとえば、前記の実施形態による発電機構付き開閉用部品では、ユビキタスハードウェアに電力を供給する場合を例として述べたが、セキュリティー用センサ、制御用センサ、小型装置などに電力を供給するために用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態１を示す斜視図である。
【図２】蝶番セットの断面を示す断面図である。
【図３】エネルギーの蓄積構造の一例を示す斜視図である。
【図４】伝達構造の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態２を示す斜視図である。
【図６】発電装置の断面を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態３を示す正面図である。
【図８】ユニット本体の断面を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態４に用いられる蝶番セットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  蝶番
２  蝶番セット
２Ａ  収納ケース
２Ｂ１〜２Ｂ３  回転棒
２Ｃ１〜２Ｃ５  歯車
２Ｄ  発電用モータ
２Ｄ１  モータ本体
２Ｄ２  回転軸
２Ｄ３  出力ケーブル
２Ｄ１１、２Ｄ１２  引っ掛け部
２Ｅ１、２Ｅ２、２Ｅ３  支持構造
３  突起軸部
３Ａ  歯車部
４、５  取り付け具
６Ａ  ラチェット構造
６Ａ１  ラチェット
６Ａ２  ラチェット爪
６Ｂ  弾性体
６Ｃ  抵抗構造
６Ｃ１  回転体
６Ｃ２  押圧体
１１  ドアクローザ本体
１２、１３  ロッド
１４  発電装置
１４Ａ  収納ケース
１４Ｂ１、１４Ｂ２  回転棒
１４Ｃ１〜１４Ｃ６  歯車
１４Ｄ  発電用モータ
１５Ａ、１５Ｂ  軸部
１６  回転棒
２１  ユニット本体
２１Ａ  収納ケース
２１Ｂ１〜２１Ｂ３  回転棒
２１Ｃ１〜２１Ｃ６  歯車
２１Ｄ  発電用モータ
２１Ｄ１  モータ本体
２１Ｄ２  回転軸
２２  ローラ
３０  蝶番セット
３１  収納ケース
３２  回転棒
３３、３４  歯車
３５  回転軸
【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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