(57)【要約】  発電装置は、発電部と、起動部と、を有する。発電部は、振動によって発電する圧電素子と、圧電素子に設けられた第１吸着部を有する。起動部は、第２吸着部を第１吸着部と吸着した第１位置から、第２位置に移動させることで、圧電素子を撓ませる。起動部によって撓まされた圧電素子は、第１吸着部と第２吸着部との吸着が解除されることで振動する。起動部の第２吸着部は、第１吸着部との吸着が解除されることで、第１吸着部と離間した第２位置に移動する。そして、第２位置に移動した起動部は、第１吸着部と第２吸着部とが離間している状態における磁力の吸引力によって、第１位置に復帰する。
2018012085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動によって発電する圧電素子と、前記圧電素子に設けられた第１吸着部とを有する発電部と、
磁力の吸引力よって前記第１吸着部と吸着する第２吸着部を有し、前記第２吸着部が、前記第１吸着部と吸着した第１位置から、第２位置に移動する際に、前記圧電素子を撓ませる起動部と、
を備え、
前記起動部によって撓まされた前記圧電素子は、前記第１吸着部と前記第２吸着部との吸着が解除されることで振動し、
前記第２吸着部は、前記第１吸着部と前記第２吸着部との吸着が解除されて、前記第２吸着部と離間した前記第２位置に移動し、
前記第２位置に移動した前記第２吸着部は、前記第１吸着部と前記第２吸着部とが離間している状態における前記磁力の吸引力によって、前記第１位置に復帰する、
発電装置。
【請求項２】
前記起動部は、外方からの荷重を受けることで、前記第２吸着部を前記第１位置から前記第２位置に移動させるものであり、
前記第２位置に移動した前記第２吸着部は、前記起動部への前記外方からの荷重が解除されて、前記第１位置に復帰する、
請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１吸着部と前記第２吸着部のうち、一方は磁石であり、他方は磁性材料によって形成されている、
請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
前記第１吸着部と前記第２吸着部は、いずれも磁石である、
請求項１記載の発電装置。
【請求項５】
前記起動部は、前記第２吸着部を保持する本体部を有し、
前記本体部は、樹脂材料によって形成されている、
請求項１記載の発電装置。
【請求項６】
前記第２吸着部は、磁石であり、
前記起動部は、前記第２吸着部と吸着するヨークを有し、
前記ヨークは、前記第１吸着部と吸着する前記第２吸着部の面と反対側の面に配置されている、
請求項１記載の発電装置。
【請求項７】
前記起動部によって撓まされた前記圧電素子に接触して、前記圧電素子の撓みを制限する規制部を、さらに備えた、
請求項１記載の発電装置。
【請求項８】
前記第１吸着部と前記第２吸着部の少なくなくともいずれか一方は、
前記第１吸着部と前記第２吸着部の間に位置する緩衝部材を有する、
請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、各種の電子機器に組み込まれる発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の発電装置について説明する。従来の発電装置は、筐体と、発電部と、起動部と、復帰バネとを有する。さらに、発電部は、圧電素子を有する。圧電素子は、一方端が筐体に結合されて、片持ち梁状に保持されている。発電部は、圧電素子が振動することによって発電する。起動部は、筐体によって上下方向に移動可能に保持されている。起動部は、下方向に移動することで、圧電素子に荷重をかけて撓ませた後に、当該荷重を解除することによって圧電素子を振動させる。そして、下方向に移動した起動部は、復帰バネによって、上方向に移動して元の位置に復帰する。つまり、従来の発電装置は、復帰バネによって起動部を元の位置に復帰させる構成である。【０００３】
なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０１３７６号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の発電装置は、発電部と、起動部と、を有する。発電部は、振動によって発電する圧電素子と、圧電素子に設けられた第１吸着部を有する。起動部は、磁力の吸引力よって第１吸着部と吸着する第２吸着部を有する。起動部は、第２吸着部を第１吸着部と吸着した第１位置から、第２位置に移動させることで、圧電素子を撓ませる。起動部によって撓まされた圧電素子は、第１吸着部と第２吸着部との吸着が解除されることで振動する。起動部の第２吸着部は、第１吸着部との吸着が解除されることで、第１吸着部と離間した第２位置に移動する。そして、第２位置に移動した起動部は、第１吸着部と第２吸着部とが離間している状態における磁力の吸引力によって、第１位置に復帰する。つまり、起動部は、第１吸着部と第２吸着部とが離間している状態における磁力の吸引力によって、元の位置に復帰する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本開示の実施の形態における発電装置の正面図である。
【図２】図２は、図１に示す発電装置の２−２線における断面図である。
【図３】図３は、図１に示す発電装置の３−３線における断面図である。
【図４】図４は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。
【図５】図５は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。
【図６】図６は、本開示の発電装置の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来の発電装置における課題を簡単に説明する。
【０００８】
従来の発電装置は、起動部を元の位置に復帰させるための復帰バネを有した構成になっている。したがって、従来の発電装置は、復帰バネが構成部品として必須であると共に、復帰バネを収納するスペースを必要とする。その結果、発電装置が大きいという課題を有している。
【０００９】
本開示の入力装置によれば、起動部は、第１吸着部と第２吸着部との間の磁力による吸引力によって、初期位置（第１位置）へ復帰するので、復帰バネを設ける必要がない。したがって、復帰バネを収納する空間を設ける必要がなく、発電装置を小さくできる。
【００１０】
以下、本開示の発電装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、発電装置１００の正面図である。図２は、図１に示す発電装置１００の２−２線における断面図である。図３は、図１に示す発電装置１００の３−３線における断面図である。図４及び図５は、発電装置１００の分解斜視図である。
【００１２】
図２などに示すように、発電装置１００は、筐体５０と、発電部１０と、起動部２０とを有する。発電部１０は、片持ち梁状に固定された圧電素子１１と、圧電素子１１の先端部に結合された第１吸着部１２を有する。なお、発電部１０は、圧電素子１１が振動することによって発電する。起動部２０は、本体部２１と第２吸着部２２を有する。起動部２０は、筐体５０によって、上下方向に移動可能に保持されている。第２吸着部２２は、本体部２１に保持されている。したがって、第２吸着部２２は、筐体５０によって、本体部２１と共に上下方向に移動可能に構成されている。なお、上下方向は、必ずしも発電装置１００を設置する方向を限定するものではない。第２吸着部２２は、発電部１０の第１吸着部１２と対向して配置されている。第１吸着部１２と第２吸着部２２のうち、少なくとも一方は、磁石である。したがって、第２吸着部２２は、磁力の吸引力によって、第１吸着部１２と吸着している。
【００１３】
例えば、操作者などが起動部２０に対して第１方向（下方向）の荷重をかけると、起動部２０は、下方向に移動する。つまり、起動部２０は、外方からの荷重を受けることで下方向に移動する。そして、第２吸着部２２は、起動部２０の移動に伴って、図２に示した第１吸着部１２と吸着した第１位置Ｐ１から、第１位置Ｐ１に対して下方向に位置する第２位置Ｐ２へ移動する。このとき、第２吸着部２２は、磁力の吸引力により第１吸着部１２を吸着しているので、第１吸着部１２を吸着した状態で、下方向へ移動する。つまり、起動部２０の下方向への移動に伴って、圧電素子１１の先端が下方向に移動することで、圧電素子１１が撓む。そして、圧電素子１１は、下方向への撓みによって生じた復元力が、磁力による吸着力よりも大きくなると、第１吸着部１２が第２吸着部２２から離れて、振動を開始する。つまり、下方向に撓んだ圧電素子１１は、圧電素子１１の先端に設けられた第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着が解除されることで振動する。
【００１４】
そして、第２吸着部２２は、第１吸着部１２との吸着が解除されることで、第１吸着部１２と離間した第２位置Ｐ２に移動する。第２位置Ｐ２に移動した第２吸着部２２は、第１吸着部１２に対して離間しているが、磁力の吸引力によって第１方向（下方向）と反対の第２方向（上方向）の力を受けているため、起動部２０に対する下方向の荷重が解除されると、第２吸着部２２が上方向に移動する。つまり、起動部２０は、筐体５０の下筐体５２によって下方向への移動量が規制されているため、起動部２０が下筐体５２によって下方向の移動が規制された位置に位置したときに、第２吸着部２２は、第２位置Ｐ２に位置する。起動部２０が下筐体５２によって下方向の移動が規制された位置とは、例えば、起動部２０の上下方向への移動における最下端の位置である。そして、起動部２０が当該最下端に位置している場合であっても、第１吸着部１２と第２吸着部２２との間には、起動部２０を上方向に押し上げる程度の強さの吸引力が働いている。したがって、第２位置Ｐ２に移動した第２吸着部は、第１吸着部１２と第２吸着部２２とが離間している状態における磁力の吸引力によって、元の位置（第１位置Ｐ１）に復帰する。つまり、外方からの荷重によって第２位置Ｐ２に移動した起動部は、第１吸着部と第２吸着部とが離間している状態における磁力の吸引力によって、元の位置（第１位置Ｐ１）に復帰する。
【００１５】
上述したように、発電装置１００は、第１吸着部１２と第２吸着部２２との間の磁力による吸引力によって、第２位置Ｐ２に移動した起動部２０が第１位置Ｐ１に復帰するので、起動部２０を第１位置Ｐ１に復帰させる復帰バネを設ける必要がない。したがって、発電装置１００は、復帰バネを収納する空間を設ける必要がなく、小さくできる。
【００１６】
また、発電装置１００は、復帰バネがないので、起動部２０を下方向へ移動させる際に復帰バネの反力が加わらない。したがって、操作者などが起動部２０を下方向へ移動させるときの荷重を小さくできる。つまり、発電装置１００を発電させるための外方からの荷重を小さくできる。
【００１７】
以下、発電装置１００についてさらに詳しく説明する。
【００１８】
上述したように、発電装置１００は、筐体５０と、発電部１０と、起動部２０とを有する。発電部１０と、起動部２０は、筐体５０に収納されている。なお、起動部２０の一部は、筐体５０から露出している。筐体５０は、上筐体５１と下筐体５２を有する。上筐体５１と下筐体５２は、いずれも樹脂材料によって形成すると、互いを溶着などで接合して筐体５０を構成できるため、部品点数を削減できる。なお、図４などに示すように、上筐体５１には、円柱状で下向きに突出した２つのガイドピン５１Ａが形成されている。また、上筐体５１には、貫通孔が形成されていて、図３などに示すように、起動部２０の一部が露出している。さらに、下筐体５２には、上方に突出した規制部５２Ａが形成されている。
【００１９】
発電部１０は、圧電素子１１と圧電素子１１の一方端側に配された第１吸着部１２を有する。圧電素子１１は、第１吸着部１２が配された側の端部とは反対側の端部が、上筐体５１に接合されている。つまり、圧電素子１１は、第１吸着部１２が配された側の端部が自由端となるように片持ち梁状に形成されている。なお、圧電素子１１は、薄板状の金属板に、圧電材料が薄板状に形成された素子であり、振動などの変形によって発電する。金属板は、ステンレスなどのバネ性を有した金属材料が好ましい。また、圧電材料は、例えば金属板の両面に形成されていると発電量を向上できるので好ましい。なお、圧電材料は、金属板の片面のみに形成されていてもよい。なお、第１吸着部１２は、磁性材料で形成された直方体の部材であり、後述する起動部２０の第２吸着部２２と磁力によって吸着する。
【００２０】
起動部２０は、本体部２１と第２吸着部２２とヨーク２３を有する。図４に示すように、本体部２１には、２つのガイド孔２１Ｂが形成されている。ガイド孔２１Ｂには、上筐体５１のガイドピン５１Ａがそれぞれ挿入されている。これにより、起動部２０は、上下方向に移動可能に保持されている。さらに、本体部２１は、本体部２１の一部が上筐体５１に形成された貫通孔から突出して、ボタン部２１Ａを構成している。第２吸着部２２は、磁石で形成された直方体の部材であり、本体部２１によって保持されている。図３などに示すように、第２吸着部２２は、第１位置Ｐ１に位置する場合、第２吸着部２２の上面が第１吸着部１２の下面と吸着している。ヨーク２３は、第２吸着部２２の下方に配された磁性材料である。なお、ヨーク２３は、無くてもよい。
【００２１】
なお、第２吸着部２２は磁性材料によって形成されていてもよい。その場合は、第１吸着部１２を磁石にするとよい。つまり、第１吸着部１２と第２吸着部２２は、互いが磁力の吸引力によって吸着すればよいので、第１吸着部１２と第２吸着部２２のうち、一方が磁石であり、他方が磁性材料によって形成されていればよい。また、第１吸着部１２と第２吸着部２２の両方が磁石でもよい。この場合、第１吸着部１２と第２吸着部２２の磁極の向きは、互いが吸着する向きに構成されている。
【００２２】
以上のように、発電装置１００は構成されている。次に発電装置１００の動作について説明する。
【００２３】
例えば、図２に示された状態から、操作者などが起動部２０のボタン部２１Ａに対して下方向の荷重をかけると、起動部２０が下方向に移動する。つまり、第２吸着部２２は、起動部２０の移動に伴って、図２に示すような第１吸着部１２と吸着した第１位置Ｐ１から、下方向へ移動する。このとき、第２吸着部２２は、磁力の吸引力により第１吸着部１２を吸着しているので、第１吸着部１２を吸着した状態のまま下方向へ移動する。つまり、起動部２０の下方向への移動に伴って、圧電素子１１の先端が下方向に撓む。そして、圧電素子１１は、下方向への撓みによって生じた復元力が、磁力による吸着力よりも大きくなると、圧電素子１１の第１吸着部１２が起動部２０の第２吸着部２２から離れて、振動を開始する。つまり、起動部２０は、磁力の吸引力によって圧電素子１１に荷重をかけて、圧電素子１１を下方向に撓ませる。そして、圧電素子１１が撓んだ状態において、第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着が解除されることで、圧電素子１１は振動する。なお、圧電素子１１が当該振動によって発電する電力は交流である。
【００２４】
また、操作者がボタン部２１Ａを押し下げ操作した場合は、操作者は、第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着が解除されるまでの間、圧電素子１１の撓みによって発生する復元力を受ける。つまり、操作者は、ボタン部２１Ａから上方向へと押し上げる力を受ける。第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着が解除されると、起動部２０は、圧電素子１１の撓みによる復元力から解放される。したがって、ボタン部２１Ａを上方向へと押し上げる力が減少する。これにより、操作者は操作感触を得る。
【００２５】
ここに、発電装置１００は、図２などに示すように、規制部５２Ａを有することが好ましい。規制部５２Ａは、下筐体５２の上面から上方向に突出した直方体であり、上方に突出した先端部が圧電素子１１の下面に対して所定の間隔を有して対向するように形成されている。なお、規制部５２Ａは、圧電素子１１が所定の撓み量まで撓んだときは、圧電素子１１の下面と接触するように構成されている。つまり、規制部５２Ａは、圧電素子１１の撓みを制限する。
【００２６】
規制部５２Ａを有した発電装置１００であれば、下方向に撓んだ圧電素子１１は、撓み量を制限された状態で、第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着が解除される。したがって、第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着が解除されるときの圧電素子１１の撓み量のばらつきを抑制できる。つまり、上述した発電の動作における圧電素子１１の振幅のばらつきを抑制できる。その結果、発電部１０の発電量が安定する。また、発電の動作において、圧電素子１１を振動させるために必要な荷重が一定になるため、例えば操作者が起動部２０のボタン部２１Ａを押し下げ操作したときに、操作者が感じる操作感触のばらつきを小さくできる。
【００２７】
なお、発電装置１００は、規制部５２Ａを有さなくてもよい。この場合は、圧電素子１１の撓み量の増加に従って、圧電素子１１の復元力が大きくなる。そして、当該復元力が、磁力の吸引力よりも大きくなったときに、第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着が解除されることで圧電素子１１が振動する。
【００２８】
そして、第２吸着部２２は、第１吸着部１２との吸着が解除されることで、第１吸着部１２と離間する。つまり、第２吸着部２２は、第１吸着部１２と離間した第２位置Ｐ２に移動する。ここに、第２位置Ｐ２に移動した第２吸着部２２は、第１吸着部１２に対して離間しているが、第１吸着部１２と第２吸着部２２とが離間している状態における磁力の吸引力によって上方向の力を受けている。したがって、操作者などによる起動部２０に対する下方向の荷重が解除されると、当該磁力の吸引力によって、第２吸着部２２は上方向に移動する。つまり、第２位置Ｐ２に移動した起動部２０は、第１吸着部１２と第２吸着部２２とが離間している状態における磁力の吸引力によって、元の位置（第１位置Ｐ１）に復帰する。
【００２９】
上述したように、発電装置１００は、第１吸着部１２と第２吸着部２２との間の磁力による吸引力によって、第２位置Ｐ２に移動した起動部２０が第１位置Ｐ１に復帰するので、起動部２０を第１位置Ｐ１に復帰させる復帰バネを設ける必要がない。したがって、発電装置１００は、復帰バネを収納する空間を設ける必要がなく、小さくできる。
【００３０】
なお、上述したように、筐体５０を樹脂材料によって形成すれば、第１吸着部１２と第２吸着部２２との間に生じる磁力に影響を与えることが抑制されるので望ましい。なお、筐体５０の全体を樹脂材料によって形成する必要はない。例えば、第１吸着部１２と第２吸着部２２との間における磁力の吸引力や、圧電素子１１の振動を阻害しない構成であれば、筐体５０の一部に金属材料を用いても構わない。
【００３１】
また、本体部２１は、樹脂材料によって形成することが好ましい。この構成により起動部２０を軽くできる。したがって、第１吸着部１２と第２吸着部２２との吸着力によって、素早く起動部２０を元の位置（第１位置Ｐ１）に復帰させることができる。また、樹脂材料は非磁性であるので、第１吸着部１２と第２吸着部２２との間に生じる磁力に影響を与えることが抑制されるので望ましい。また、発電部１０の振動に影響を与えることが抑制できるので望ましい。
【００３２】
なお、起動部２０は、本体部２１を樹脂材料で形成した構成に限られず、本体部２１の全てまたは一部が金属材料で形成されてもよい。ただし、この場合、本体部２１には、第２吸着部２２よりも比重の軽い、アルミなどの非磁性材料を用いることが好ましい。また、本体部２１は、非磁性体材料によって形成された構成に限られず、磁性体材料によって構成してもよい。この場合、発電部１０の第１吸着部１２は、磁石であることが好ましい。この構成により、本体部２１が、第２吸着部２２を兼ねることができる。このように、起動部２０は、本体部２１と第２吸着部２２が一体に形成されてもよい。
【００３３】
なお、起動部２０は、第２吸着部２２を磁石で構成する場合には、ヨーク２３を有することが好ましい。ヨーク２３は、第２吸着部２２に吸着する磁性材料であり、第１吸着部１２と吸着する第２吸着部２２の上面と反対側の面（下面）に配置されている。なお、ヨーク２３は、第２吸着部２２よりも大きいことが好ましい。この構成により、第２吸着部２２の下面からの磁力の漏洩を抑制できる。したがって、第２吸着部２２に用いる磁石の磁力を小さくできるので、第２吸着部２２の大きさを小さくできる。また、発電装置１００を磁性体の上に置いた場合に、発電装置１００の外方に漏れた第２吸着部２２の磁力によって、発電装置１００が不用意に当該磁性体に吸引されることを抑制できる。
【００３４】
なお、起動部２０は、ボタン部２１Ａが筐体５０から上方向へ突出した構成に限られず、ボタン部が下方向へ突出した構成でもよい。この場合、当該ボタン部を下方向へ引くことによって、圧電素子１１を振動させることができる。
【００３５】
なお、発電装置１００においては、起動部２０を上下方向へ移動させるために、本体部２１（起動部２０）にガイド孔２１Ｂを設けると共に、上筐体５１（筐体５０）にガイドピン５１Ａを設けた構成にしたが、ガイド孔とガイドピンの配置を逆にしてもよい。例えば、起動部２０にガイド孔を形成して、筐体５０にガイドピンを形成してもよい。なお、ガイドピン５１Ａは、ガイド孔２１Ｂを貫通している構成に限られず、途中まででもよい。この場合、ガイド孔２１Ｂは、貫通孔に限られず、有底穴であってもよい。
【００３６】
また、発電装置１００においては、圧電素子１１を平板状に構成したが、圧電素子１１は、一部が折れ曲がった形状でもよい。また、圧電素子１１は、片持ち梁状に構成したが、例えば、両端が固定された構成でもよい。この場合は、圧電素子１１の中央部に第１吸着部１２を装着する。そして、第２吸着部２２によって圧電素子１１の中央部を撓ませる。また、発電部１０を構成する金属板は、ステンレスなどの非磁性体材料によって形成されている構成に限られず、磁性体材料で構成されてもよい。この場合、第２吸着部２２は、磁石であることが好ましい。この構成により、圧電素子１１を構成する金属板が、第１吸着部１２を兼ねることができる。また、発電部１０は、圧電素子１１と第１吸着部１２とが一体に形成されてもよい。例えば、圧電素子１１を構成する金属板の一部に第１吸着部１２を形成してもよい。また、第１吸着部１２は、圧電素子１１の振動を安定させるための錘を兼ねることができる。
【００３７】
さらに、本開示に係る発電装置は、図６に示す発電装置１０１のように、第１吸着部１２の下面あるいは第２吸着部２２の上面の少なくともいずれかに、緩衝部材３０を配置した構成にしてもよい。以下に、発電装置１０１の構成について簡単に説明する。なお、発電装置１０１は、発電装置１００に対して緩衝部材３０を付加した構成である。つまり、その他の構成は発電装置１００と同一構成であるため、同一符号を付与すると共に、説明を省略する。
【００３８】
図６は、本開示の発電装置１００の変形例を説明する図である。図６における発電装置１０１は、第１吸着部１２と第２吸着部２２の間に位置された緩衝部材３０を有する。緩衝部材３０は、衝撃吸収性を有した板状の部材であり、第２吸着部２２の上面に接合されている。なお、緩衝部材３０は、第１吸着部１２の下面に接合されてもよい。なお、緩衝部材３０の厚さ寸法は、第１吸着部１２と第２吸着部２２の吸着を妨げない程度の寸法である。この構成により、第２位置Ｐ２に移動した第２吸着部２２が第１位置Ｐ１に復帰したときに、第２吸着部２２と第１吸着部１２が直接に衝突することを防ぐことができる。したがって、第２吸着部２２と第１吸着部１２とが、衝突することによって発生する不要な操作音（異音）を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本開示にかかる発電装置は、小さな発電装置を実現できるという効果を有し、電池を必要としない電子機器の発電装置として有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    発電部
１１    圧電素子
１２    第１吸着部
２０    起動部
２１    本体部
２１Ａ    ボタン部
２１Ｂ    ガイド孔
２２    第２吸着部
２３    ヨーク
３０    緩衝部材
５０    筐体
５１    上筐体
５１Ａ    ガイドピン
５２    下筐体
５２Ａ    規制部
１００，１０１    発電装置
【図１】
2018012085.tif 000003
【図２】
2018012085.tif 000004
【図３】
2018012085.tif 000005
【図４】
2018012085.tif 000006
【図５】
2018012085.tif 000007
【図６】
2018012085.tif 000008
【国際調査報告】
2018012085.tif 000009
2018012085.tif 000010
2018012085.tif 000011
2018012085.tif 000012