(57)【要約】【課題】発電装置を備えた緩衝器において、緩衝器の伸縮作動を利用して効率良く発電させること。【解決手段】発電装置２０Ａ，２０Ｂは、緩衝器１００に固定された固定部材４０と、固定部材に対向して配置され緩衝器１００の伸縮作動に伴って振動する可動部材４１と、可動部材４１を支持し可動部材４１の振動に伴って伸縮するバネ体４２とを備え、固定部材４０及び可動部材４１の一方は、電荷が蓄電されたエレクトレット材２１を有し、固定部材４０及び可動部材４１の他方は、エレクトレット材２１と対向して配置された対向電極２２を有し、エレクトレット材２１及び対向電極２２は、緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置され、可動部材４１の振動に伴ってエレクトレット材２１と対向電極２２との間に発生する電位差によって発電が行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置を備えた緩衝器であって、
作動流体が封入されたシリンダと、
前記シリンダに進退自在に挿入されるピストンロッドと、を備え、
前記発電装置は、
緩衝器に固定された固定部材と、
前記固定部材に対向して配置され、緩衝器の伸縮作動に伴って振動する可動部材と、
前記可動部材を支持し、当該可動部材の振動に伴って伸縮するバネ体と、を備え、
前記固定部材及び前記可動部材の一方は、電荷が蓄電されたエレクトレット材を有し、
前記固定部材及び前記可動部材の他方は、前記エレクトレット材と対向して配置された対向電極を有し、
前記エレクトレット材及び前記対向電極は、緩衝器の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置され、
前記可動部材の振動に伴って前記エレクトレット材と前記対向電極との間に発生する電位差によって発電が行われることを特徴とする発電装置を備えた緩衝器。
【請求項２】
隣り合う前記エレクトレット材の所定間隔は前記対向電極の幅以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置を備えた緩衝器。
【請求項３】
前記発電装置は、前記ピストンロッドの先端に締結される筐体の内部に収容され、
前記筐体の内側には、前記ピストンロッドの軸方向に延在する軸部が形成され、
前記エレクトレット材及び前記対向電極の一方は、前記筐体の内周面に設けられ、
前記エレクトレット材及び前記対向電極の他方は、前記軸部に沿って移動自在に配置されたスライダの外周面に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置を備えた緩衝器。
【請求項４】
前記シリンダは、
前記ピストンロッドの端部に固定されたピストンが摺動自在に挿入されたシリンダ内筒と、
作動流体をガスとともに貯留するリザーバ室を前記シリンダ内筒との間に画成するシリンダ外筒と、を備え、
前記発電装置は、前記リザーバ室のガス室内に設けられ、
前記エレクトレット材及び前記対向電極の一方は、前記シリンダ内筒の外周面に設けられ、
前記エレクトレット材及び前記対向電極の他方は、前記シリンダ内筒の外周面に沿って移動自在に配置されたスライダの内周面に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置を備えた緩衝器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置を備えた緩衝器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
緩衝器に設けられる発電装置として、特許文献１には、車両走行時の車輪の上下運動によって生ずる流体の圧力変動を衝撃として圧電素子に与えて発電し、発生する微弱な電力をバッテリへ充電するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３５９９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、緩衝器の内部の圧力変動では圧電素子を大きく変形させることができないため、発電量は極めて小さいものになる。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、発電装置を備えた緩衝器において、緩衝器の伸縮作動を利用して効率良く発電させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、発電装置を備えた緩衝器であって、作動流体が封入されたシリンダと、前記シリンダに進退自在に挿入されるピストンロッドと、を備え、前記発電装置は、緩衝器に固定された固定部材と、前記固定部材に対向して配置され、緩衝器の伸縮作動に伴って振動する可動部材と、前記可動部材を支持し、当該可動部材の振動に伴って伸縮するバネ体と、を備え、前記固定部材及び前記可動部材の一方は、電荷が蓄電されたエレクトレット材を有し、前記固定部材及び前記可動部材の他方は、前記エレクトレット材と対向して配置された対向電極を有し、前記エレクトレット材及び前記対向電極は、緩衝器の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置され、前記可動部材の振動に伴って前記エレクトレット材と前記対向電極との間に発生する電位差によって発電が行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、緩衝器の伸縮作動に伴って可動部材が振動し、その振動に伴ってエレクトレット材と対向電極との間に電位が発生し発電が行われるため、緩衝器の伸縮作動を利用して効率良く発電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る緩衝器の概略縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る緩衝器の発電装置の断面図である。
【図３】発電装置の発電動作を説明する模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る緩衝器の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１及び図２を参照して、第１の実施の形態に係る緩衝器１００について説明する。
【００１１】
まず、図１を参照して緩衝器１００の全体構成について説明する。緩衝器１００は、自動車等の車両における車体と車軸との間に介装され、車体姿勢の変化を抑制する機能を有するものである。
【００１２】
緩衝器１００は、作動油（作動流体）が封入されたシリンダ内筒１と、シリンダ内筒１内に摺動自在に挿入されたピストン２と、一端にピストン２が固定され他端はシリンダ内筒１の外部に延在するピストンロッド５と、シリンダ内筒１を囲むシリンダ外筒６とを備える。シリンダ内筒１の内部は、ピストン２によってロッド側流体室３とピストン側流体室４とに画成される。ピストン２はピストンロッド５の段部にナット１６によって固定される。
【００１３】
シリンダ内筒１とシリンダ外筒６との間には、作動油をガスとともに貯留するリザーバ室７が画成される。シリンダ内筒１の底部には、ピストン側流体室４とリザーバ室７とを区画するベースバルブ８が固定される。ベースバルブ８には、リザーバ室７からピストン側流体室４への作動油の流れを許容する一方、逆向きの作動油の流れを阻止するチェック弁９と、ピストン側流体室４からリザーバ室７への作動油の流れに抵抗を付与する縮側減衰弁１１とが設けられる。
【００１４】
ピストン２には、ピストン側流体室４からロッド側流体室３への作動油の流れを許容する一方、逆向きの作動油の流れを阻止するチェック弁１０と、ロッド側流体室３からピストン側流体室４への作動油の流れに抵抗を付与する伸側減衰弁１２とが設けられる。
【００１５】
ロッド側流体室３とリザーバ室７は、シリンダ内筒１の開口端部を閉塞するロッドガイド１３によって作動油の行き来が不能に区画される。ピストンロッド５はロッドガイド１３を挿通して設けられる。
【００１６】
緩衝器１００が収縮作動する場合には、ピストン側流体室４が縮小し、ロッド側流体室３が拡大する。これに伴い、ピストン側流体室４の作動油はチェック弁１０を通じてロッド側流体室３に流入する。一方、ロッド側流体室３とピストン側流体室４の合計容積は、ピストン２の縮側ストロークに伴ってシリンダ内筒１に侵入するピストンロッド５の侵入体積相当分減少する。シリンダ内筒１のこの容積変動は、ピストン側流体室４の作動油の一部が縮側減衰弁１１を通じてリザーバ室７に流出することによって補償される。この時、縮側減衰弁１１を通る作動油が縮側減衰力を発生させる。
【００１７】
緩衝器１００が伸長作動する場合には、ロッド側流体室３が縮小し、ピストン側流体室４が拡大する。これに伴い、ロッド側流体室３の作動油は伸側減衰弁１２を通じてピストン側流体室４に流入する。この時、伸側減衰弁１２を通る作動油が伸側減衰力を発生させる。一方、ロッド側流体室３とピストン側流体室４の合計容積は、ピストン２の伸側ストロークに伴ってシリンダ内筒１から退出するピストンロッド５の退出体積相当分増加する。シリンダ内筒１のこの容積変動は、リザーバ室７の作動油の一部がチェック弁９を通じてピストン側流体室４に流入することによって補償される。
【００１８】
シリンダ外筒６内の端部には、ピストンロッド５の外周面が摺動し、外部への作動油の漏れを防止するシール部材１７が設けられる。
【００１９】
以上のように、緩衝器１００は、シリンダ内筒１及びシリンダ外筒６からなるシリンダ１５に対してピストンロッド５が進退することによって減衰力を発揮するものである。
【００２０】
ピストンロッド５の先端部には、緩衝器１００の伸縮作動に伴って発電する発電装置２０Ａが設けられる。以下では、図２を参照して、発電装置２０Ａについて説明する。
【００２１】
発電装置２０Ａは、緩衝器１００に固定された固定部材４０と、固定部材４０に対向して配置され緩衝器１００の伸縮作動に伴って振動する可動部材４１と、可動部材４１を支持し可動部材４１の振動に伴って伸縮するバネ体４２とを備える。
【００２２】
固定部材４０、可動部材４１、及びバネ体４２は、ピストンロッド５の先端部に締結された筐体３０の内部に収容される。筐体３０は、ピストンロッド５の先端部外周のおねじに締結され筒状の胴部３１ａを有する筐体本体３１と、胴部３１ａの開口端部を閉塞する蓋部材３２とからなる。筐体本体３１と蓋部材３２は、筐体３０の内部にピストン側流体室４内の作動油が侵入しないように密封される。
【００２３】
固定部材４０は、筐体本体３１の胴部３１ａの内周面に固定された筒状の絶縁基板２３と、絶縁基板２３の内周面２３ａに配設されたリング状のベース電極２５と、ベース電極２５の内周面に配設されたリング状のエレクトレット材２１とを備える。
【００２４】
絶縁基板２３は、シリコンやガラス等の絶縁材にて形成される。
【００２５】
ベース電極２５は、緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配設される。各ベース電極２５は、隣り合うベース電極２５の間のスペースに配置された連結部材３５を介して電気的に連結される。ベース電極２５は、アルミニウムなど導電性を有する金属にて形成される。また、ベース電極２５は接地されている（図３参照）。なお、各ベース電極２５の連結は、連結部材３５を用いずに、絶縁基板２３上に形成されたパターンを介して行うようにしてもよい。
【００２６】
エレクトレット材２１は、各ベース電極２５の内周面に配設されるため、緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配設されることになる。エレクトレット材２１には、図３に示すように負電荷が蓄積されている。
【００２７】
蓋部材３２の内側には、ピストンロッド５の軸方向に延在する軸部３３が形成される。
【００２８】
可動部材４１は、軸部３３の外周面に沿って移動自在に配置された筒状のスライダ３７と、スライダ３７の外周面に固定された筒状の絶縁基板２７と、絶縁基板２７の外周面２７ａに配設されたリング状の対向電極２２とを備える。
【００２９】
絶縁基板２７は、シリコンやガラス等の絶縁材にて形成される。
【００３０】
対向電極２２は、緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配設される。各対向電極２２は、隣り合う対向電極２２の間のスペースに配置された連結部材３８を介して電気的に連結される。対向電極２２は、アルミニウムなど導電性を有する金属にて形成される。
【００３１】
軸部３３の外周面には、軸方向に延びる溝部３３ａが１８０度ずれた位置に一対形成される。スライダ３７の内周面にも、軸方向に延びる溝部３７ａが１８０度ずれた位置に一対形成される。溝部３３ａと溝部３７ａの間には、複数のボール３９が介在される。このように、スライダ３７は、ボール３９を介して軸部３３の外周面に沿って移動自在に配置される。
【００３２】
バネ体４２は、筐体３０とスライダ３７との間に介装されスライダ３７を緩衝器１００の伸縮方向の一方側に付勢する環状の第１スプリング４２ａと、筐体３０とスライダ３７との間に介装されスライダ３７を緩衝器１００の伸縮方向の他方側に付勢する環状の第２スプリング４２ｂとを備える。スライダ３７の両端部には、第１スプリング４２ａ及び第２スプリング４２ｂが係止される段部３７ｂが形成される。
【００３３】
緩衝器１００が伸縮作動した場合には、スライダ３７は、第１スプリング４２ａと第２スプリング４２ｂの間で、ボール３９を介して軸部３３の外周面に沿って共振周波数付近で振動する。
【００３４】
エレクトレット材２１と対向電極２２は所定の隙間を空けて対向して配置され、スライダ３７が振動するのに伴って、エレクトレット材２１の内周面２１ａに対して対向電極２２の外周面２２ａがスライドする。エレクトレット材２１の内周面２１ａと対向電極２２の外周面２２ａとの間隔は、発電効率の観点からは極力小さい方が望ましい。しかし、間隔が小さ過ぎると両者が短絡するおそれがあるため、適切な間隔に設定する必要がある。
【００３５】
ベース電極２５には配線４４が接続され、対向電極２２にも図示しない配線が接続される。それぞれの配線は、ピストンロッド５の内部を挿通して緩衝器１００の外部へと導かれ、発電装置２０Ａにて発電された電力を充電するバッテリ、又は発電装置２０Ａにて発電された電力にて駆動する負荷２８（図３参照）に接続される。
【００３６】
なお、以上では、エレクトレット材２１が固定部材４０に設けられ、対向電極２２が可動部材４１に設けられる構成について説明したが、エレクトレット材２１を可動部材４１に設け、対向電極２２を固定部材４０に設けるように構成してもよい。
【００３７】
次に、図３の模式図を参照して、発電装置２０Ａの発電動作について説明する。
【００３８】
以下では、ベース電極２５と対向電極２２のそれぞれに接続された配線が負荷２８に接続されている場合について説明する。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、エレクトレット材２１と対向電極２２とが互いに対向した状態では、対向電極２２に正電荷が誘導された状態となる。
【００４０】
緩衝器１００が伸縮作動すると、それに伴いスライダ３７が緩衝器１００の伸縮方向に振動する。
【００４１】
図３（ａ）に示す状態から、スライダ３７が一方向（図中右方向）に移動した場合には、図３（ｂ）に示すように、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が減少する。これに伴い、対向電極２２の静電容量が減少するため、対向電極２２にて余った正電荷が接地側へ移動する。つまり、対向電極２２から接地側に電流が流れる。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示す状態から、スライダ３７が他方向（図中左方向）に移動した場合には、図３（ｃ）に示すように、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が増加する。これに伴い、対向電極２２の静電容量が増加するため、不足する正電荷が接地側から対向電極２２に流入する。つまり、接地側から対向電極２２に電流が流れる。このように、スライダ３７の振動に伴って、エレクトレット材２１と対向電極２２との間に電位差が発生し、負荷２８に電流が供給される。
【００４３】
一方、図３（ｂ）に示す状態から、スライダ３７がさらに一方向に移動し、図３（ｄ）に示すように、対向電極２２が隣り合うエレクトレット材２１の間のスペースに対向した場合には、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が最小になる。ここで、対向電極２２の正電荷の全てが接地側へ移動するようにするためには、つまり効率良く発電を行うためには、隣り合うエレクトレット材２１の間隔を対向電極２２の幅以上に設定するのが望ましい。そして、図３（ｄ）に示す状態からスライダ３７がさらに一方向に移動すると、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が増加に転じる。これにより、対向電極２２の静電容量が増加するため、不足する正電荷が接地側から対向電極２２に流入する。つまり、接地側から対向電極２２に電流が流れる。
【００４４】
以上のように、発電装置２０Ａでは、エレクトレット材２１及び対向電極２２が緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置されるため、スライダ３７の移動方向によらず連続的に発電が行われる。
【００４５】
負荷２８に流れる電流の方向は、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積の増減によって変化する。負荷２８に流れる電流の方向をエレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積の増減によらず一方向とするためには、ベース電極２５と対向電極２２とに整流回路を接続し、その整流回路に負荷２８を接続するようにすればよい。
【００４６】
以上の第１の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【００４７】
緩衝器１００の伸縮作動に伴ってスライダ３７が振動し、その振動に伴ってエレクトレット材２１と対向電極２２との間に電位が発生し発電が行われる。緩衝器１００に入力される振動が小さい場合であっても、スライダ３７は共振周波数付近で振動するため、大きな振幅で振動する。また、エレクトレット材２１及び対向電極２２は緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置されるため、発電装置２０Ａでは連続的に発電が行われる。したがって、緩衝器１００の伸縮作動を利用して効率良く発電させることができる。
【００４８】
なお、エレクトレット材２１及び対向電極２２はリング状に形成する必要はなく、部分的に形成するようにしてもよい。ただ、リング状に形成した方が、体積が大きくなり発電量を大きくすることができるため望ましい。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、図４を参照して、第２の実施の形態に係る発電装置２０Ｂについて説明する。以下では、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
発電装置２０Ｂは、第１の実施の形態に係る発電装置２０Ａと同様に、緩衝器１００に固定された固定部材４０と、固定部材４０に対向して配置され緩衝器１００の伸縮作動に伴って振動する可動部材４１と、可動部材４１を支持し可動部材４１の振動に伴って伸縮するバネ体４２とを備える。
【００５１】
発電装置２０Ｂは、リザーバ室７内、具体的にはリザーバ室７内のガス室７ａ内に設けられる。
【００５２】
固定部材４０は、シリンダ内筒１の外周面に固定された筒状の絶縁基板２３と、絶縁基板２３の外周面２３ａに配設されたリング状のベース電極２５と、ベース電極２５の外周面に配設されたリング状のエレクトレット材２１とを備える。
【００５３】
可動部材４１は、シリンダ内筒１の外周面に沿って移動自在に配置された略筒状のスライダ５０と、スライダ５０の内周面に固定された筒状の絶縁基板２７と、絶縁基板２７の内周面２７ａに配設されたリング状の対向電極２２とを備える。
【００５４】
スライダ５０は、両端部に形成されシリンダ内筒１の外周面に対向するスライド部５１と、シリンダ内筒１の外周面との間に発電装置２０Ｂの収容空間を画成し、内周面に絶縁基板２７が固定された本体部５２と、スライド部５１と本体部５２とを連結する連結部５３とからなる。
【００５５】
なお、スライダ５０の本体部５２を絶縁材にて形成し、本体部５２の内周面に対向電極２２を直接配設するようにしてもよい。このように、構成すれば、絶縁基板２７を廃止することができ、部品点数を少なくすることができる。
【００５６】
シリンダ内筒１の外周面には、軸方向に延びる溝部１ａが１８０度ずれた位置に一対形成される。スライダ５０のスライド部５１の内周面にも、軸方向に延びる溝部５１ａが１８０度ずれた位置に一対形成される。溝部１ａと溝部５１ａの間には、複数のボール３９が介在される。このように、スライダ５０は、ボール３９を介してシリンダ内筒１の外周面に沿って移動自在に配置される。
【００５７】
バネ体４２は、ロッドガイド１３とスライダ５０との間に介装されスライダ５０を緩衝器１００の伸縮方向の一方側に付勢する環状の第１スプリング４２ａと、シリンダ内筒１の外周面に固定された支持部材５５とスライダ５０との間に介装されスライダ５０を緩衝器１００の伸縮方向の他方側に付勢する環状の第２スプリング４２ｂとを備える。
【００５８】
緩衝器１００が伸縮作動した場合には、スライダ５０は、第１スプリング４２ａと第２スプリング４２ｂの間で、ボール３９を介してシリンダ内筒１の外周面に沿って共振周波数付近で振動する。
【００５９】
ここで、シリンダ内筒１の外周面の溝部１ａは、リザーバ室７内のガス室７ａ内に形成される。したがって、スライダ５０の振動はガス室７ａ内にて行われる。これにより、スライダ５０の振動が作動油によって妨げられることがない。
【００６０】
エレクトレット材２１と対向電極２２は所定の隙間を空けて対向して配置され、スライダ５０が振動するのに伴って、エレクトレット材２１の外周面２１ａに対して対向電極２２の内周面２２ａがスライドする。エレクトレット材２１の外周面２１ａと対向電極２２の内周面２２ａとの間隔は、発電効率の観点からは極力小さい方が望ましい。しかし、間隔が小さ過ぎると緩衝器１００の伸縮作動時に両者が短絡するおそれがあるため、適切な間隔に設定する必要がある。
【００６１】
ベース電極２５と対向電極２２のそれぞれには配線が接続され、その配線は発電装置２０Ｂにて発電された電力を充電するバッテリ、又は発電装置２０Ｂにて発電された電力にて駆動する負荷２８（図３参照）に接続される。
【００６２】
なお、以上では、エレクトレット材２１が固定部材４０に設けられ、対向電極２２が可動部材４１に設けられる構成について説明したが、エレクトレット材２１を可動部材４１に設け、対向電極２２を固定部材４０に設けるように構成してもよい。
【００６３】
発電装置２０Ｂの発電動作については、上記第１の実施の形態にて説明した発電装置２０Ａの発電動作と同様である。
【００６４】
以上の第２の実施の形態においても、上記第１の形態と同様の作用効果を奏する。
【００６５】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、緩衝器の伸縮作動を利用して発電を行う発電装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  緩衝器
１      シリンダ内筒
２      ピストン
５      ピストンロッド
６      シリンダ外筒
７      リザーバ室
７ａ    ガス室
２０Ａ，２０Ｂ  発電装置
２１    エレクトレット材
２２    対向電極
２３    絶縁基板
２５    ベース電極
２７    絶縁基板
３０    筐体
３７    スライダ
４０    固定部材
４１    可動部材
４２    バネ体
５０    スライダ
【図１】
2012207690.tif 000003
【図２】
2012207690.tif 000004
【図３】
2012207690.tif 000005
【図４】
2012207690.tif 000006