(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石などの可動子の側面が一定の位置で局所的に磨耗されることによる発電量の減少を抑える振動発電機を提供する。【解決手段】永久磁石を含み、内部に貫通孔が形成された可動子と、貫通孔の形成方向と同じ方向に可動子が内部を往復移動することにより電力を発生するコイルと、貫通孔の内周壁に対して固定され、可動子が往復移動する２つの方向のうちの第１方向に移動するときに、その第１方向に平行な軸心を中心とする回転力を可動子に作用させる回転作用子４０とを備え、回転作用子は、第１方向と反対の第２方向に向かうにつれて、軸心の位置から貫通孔の内周壁に向かって傾斜する傾斜部４１Ａ，４１Ｂを含み、回転作用子は、可動子が第１方向に移動したときに、内周壁に対抗する傾斜部の面である対向面４６Ａ，４６Ｂと、対向面へ向かう空気との衝突により発生する第１の力Ｆａ１，Ｆｂ１を、回転力として可動子に作用させる振動発電機。【選択図】図３
2012070541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を含み、内部に貫通孔が形成された可動子と、
前記貫通孔の形成方向と同じ方向に前記可動子が内部を往復移動することにより電力を発生するコイルと、
前記貫通孔の内周壁に対して固定され、前記可動子が往復移動する２つの方向のうちの第１方向に移動するときに、その第１方向に平行な軸心を中心とする回転力を前記可動子に作用させる回転作用子と、を備え、
前記回転作用子は、前記第１方向と反対の第２方向に向かうにつれて、前記軸心の位置から前記貫通孔の内周壁に向かって傾斜する傾斜部を含み、
前記回転作用子は、前記可動子が前記第１方向に移動したときに、前記内周壁に対向する前記傾斜部の面である対向面と、前記対向面へ向かう空気との衝突により発生する第１の力を、回転力として前記可動子に作用させることを特徴とする振動発電機。
【請求項２】
前記対向面は平面状であることを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
【請求項３】
前記回転作用子は、前記軸心の周りに異なる位置で配置された複数の前記傾斜部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電機。
【請求項４】
前記複数の傾斜部は、前記軸心に関して点対称となる位置に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の振動発電機。
【請求項５】
前記回転作用子は、前記傾斜部のうちで前記貫通孔の内周壁に最も近接した部分に連続して形成された屈曲部を含み、
前記可動子が前記第２方向に移動したときに、前記内周壁に対向する前記傾斜部の対向面と反対側の面と、前記反対側の面へ向かう空気との衝突により発生する第２の力を、前記可動子が前記第１方向に移動したときの前記第１の力よりも小さくするように、前記屈曲部は、前記第１方向と交差する方向に延びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の振動発電機。
【請求項６】
前記屈曲部は、第１方向と直交する方向に延びていることを特徴とする請求項５に記載の振動発電機。
【請求項７】
前記可動子は複数の永久磁石と複数の前記永久磁石を締結する締結部材とを含み、
前記回転作用子は前記締結部材と固定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の振動発電機。
【請求項８】
前記第１方向における複数の前記傾斜部の先端を連結し、前記第１方向に平行な平面上で延びる連結部を備え、
前記可動子は複数の永久磁石と、複数の前記永久磁石を締結する締結部材とを含み、
前記締結部材は、前記連結部と嵌合する固定部を含み、
前記連結部が前記固定部に嵌合されて、前記回転作用子は前記可動子に固定されること
を特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の振動発電機。
【請求項９】
前記回転作用子の前記第１方向における長さは、前記可動子の前記第１方向における長さと略同じであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の振動発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石がコイルの内部を一方向に往復移動することにより発生する電流から電力を得る振動発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、永久磁石がコイルの内部を一方向に往復移動することにより発生する電流から電力を得る電磁誘導型の振動発電機が知られている。このような電磁誘導型の振動発電機が特許文献１などにより知られている。この文献に記載の振動発電機は、円筒形の筐体と円柱形の永久磁石とコイルとを備える。空間部が筐体の内部に形成され、この空間部は円筒面と円筒面の両端に設けられた端面とで構成される。コイルは円筒面に備えられる。すなわち、コイルは筐体の内壁に備えられる。永久磁石はコイルの内部を移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９４８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
振動発電機は、永久磁石の移動可能な方向が鉛直方向と異なる状態で使用される場合がある。この状態の一例として、例えば、永久磁石の移動可能な方向が水平方向である場合がある。この場合、ユーザが振動発電機を振るなど、外部からの外力が、主に水平方向などの永久磁石が移動可能な方向に対して、永久磁石に与え続けられると、永久磁石に作用する力は、鉛直下向きの重力と外部からの外力とコイルを流れる誘導電流による電磁性動力と筐体から受ける垂直抗力との合力である。この合力は、永久磁石の移動可能な方向を回転の軸心とする回転力の成分を含んでいない。これにより、永久磁石は、円筒形の筐体内部を往復移動するときに、移動可能な方向を回転の軸心方向として回転しない。すなわち、ユーザが振動発電機の軸心方向の角度を変えない限り、永久磁石の側面においてコイルと接触する箇所は一定の位置に集中する。
【０００５】
振動発電機は、上述した特許文献１に記載されているような構成に限らない。例えば、振動発電機が永久磁石を内部に収容する筒状部材を備え、コイルが筒状部材の外周面に備えられることも考えられる。この場合においても、永久磁石は、筒状部材の内部を往復移動するときに、移動可能な方向を回転の軸心方向として回転しない。すなわち、永久磁石の側面において筒状部材と接触する箇所は一定の位置に集中する。永久磁石の側面においてコイルまたは筒状部材と接触する箇所が一定の位置に集中すると、永久磁石の側面は局所的に磨耗し、永久磁石の構成材料から成る粉が発生する。これにより、摩擦が大きくなるので、永久磁石の移動は阻害される。従って、振動発電機における発電量が減少する。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、永久磁石などの可動子の側面が一定の位置で局所的に磨耗されることによる発電量の減少を抑えることが出来る振動発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、永久磁石を含み、内部に貫通孔が形成された可動子と、前記貫通孔の形成方向と同じ方向に前記可動子が内部を往復移動することにより電力を発生するコイルと、前記貫通孔の内周壁に対して固定され、前記可動子が往復移動する２つの方向のうちの第１方向に移動するときに、その第１方向に平行な軸心を中心とする回転力を前記可動子に作用させる回転作用子と、を備え、前記回転作用子は、前記第１方向と反対の第２方向に向かうにつれて、前記軸心の位置から前記貫通孔の内周壁に向かって傾斜する傾斜部を含み、前記回転作用子は、前記可動子が前記第１方向に移動したときに、前記内周壁に対向する前記傾斜部の面である対向面と、前記対向面へ向かう空気との衝突により発生する第１の力を、回転力として前記可動子に作用させることを特徴とするものである。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の振動発電機において、前記対向面は平面状であることを特徴とするものである。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項３記載の本発明は、請求項１または２に記載の振動発電機において、前記回転作用子は、前記軸心の周りに異なる位置で配置された複数の前記傾斜部を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の振動発電機において、前記複数の傾斜部は、前記軸心に関して点対称となる位置に配置されたことを特徴とするものである。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項５記載の本発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の振動発電機において、前記回転作用子は、前記傾斜部のうちで前記貫通孔の内周壁に最も近接した部分に連続して形成された屈曲部を含み、前記可動子が前記第２方向に移動したときに、前記内周壁に対向する前記傾斜部の対向面と反対側の面と、前記反対側の面とへ向かう空気との衝突により発生する第２の力が、前記可動子が前記第１方向に移動したときの第１の力よりも小さくするように、前記屈曲部は、前記第１方向と交差する方向に延びていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の振動発電機において、前記屈曲部は、第１方向と直交する方向に延びていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項７記載の本発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の振動発電機において、前記可動子は複数の永久磁石と複数の前記永久磁石を締結する締結部材とを含み、前記回転作用子は前記締結部材と固定されることを特徴とするものである。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項８記載の本発明は、請求項３〜７のいずれかに記載の振動発電機において、前記第１方向における複数の前記傾斜部の先端を連結し、前記第１方向に平行な平面上で延びる連結部を備え、前記可動子は複数の永久磁石と、複数の前記永久磁石を締結する締結部材とを含み、前記締結部材は、前記連結部と嵌合する固定部を含み、前記連結部が前記固定部に嵌合されて、前記回転作用子は前記可動子に固定されることを特徴とするものである。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項９記載の本発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の振動発電機において、前記回転作用子の前記第１方向における長さは、前記可動子の前記第１方向における長さと略同じであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の振動発電機によれば、可動子が第１方向に移動するときに、回転作用子が、第１方向に平行な軸心を中心とする回転力を可動子に作用させる。より具体的には、回転作用子に含まれる傾斜部は、第２方向に向かうにつれて軸心の位置から貫通孔の内周壁に向かって傾斜する。この傾斜部により、可動子が第１方向に移動するときに、傾斜部の対向面と、対向面へ向かう空気との衝突により第１の力が発生する。この第１の力により、回転作用子は可動子に回転力を作用させる。この回転力により、可動子は第１方向を軸心の方向として回転する。よって、コイルが筒状部材の外周面に備えられる場合は、可動子の側面は、筒状部材との接触箇所が集中しない。一方、コイルが筒状部材の内周面に備えられる場合は、可動子の側面はコイルとの接触箇所が集中しない。よって、可動子の磨耗は側面全体に分散される。従って、発電量の減少を抑えることが出来る。
【００１７】
請求項２に記載の振動発電機によれば、請求項１に記載の振動発電機において、対向面が平板状である。これにより、可動子が第１方向に移動するときに、内周壁から対向面へ向かい、第１方向に対して垂直方向の第１の力が回転作用子に作用する。この第１の力により、可動子は第１方向を軸心の方向として回転する。これにより、永久磁石の側面は、筒状部材またはコイルとの接触箇所が集中しない。よって、可動子の磨耗は側面全体に分散される。従って、発電量の減少を抑えることが出来る。
【００１８】
請求項３に記載の振動発電機によれば、請求項１または２に記載の振動発電機において、回転作用子は軸心の周りに異なる位置で配置された複数の傾斜部を含む。回転作用子は、この複数の傾斜部に発生する第１の力により、１つの傾斜部を有する振動発電機よりも、回転力が増大する。よって、可動子の磨耗はより広く側面全体に分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００１９】
請求項４に記載の振動発電機によれば、請求項３に記載の振動発電機において、複数の傾斜部は軸心に関して点対称となる位置に配置される。これにより、可動子が第１方向に移動するときに、可動子は、貫通孔の内部を通過する空気により、複数の傾斜部が軸心に関して点対称となる位置に配置されない振動発電機よりも、バランスよく回転する。よって、可動子の磨耗はより広く側面全体に分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００２０】
請求項５に記載の振動発電機によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の振動発電機において、回転作用子は、傾斜部のうちで、貫通孔の内周壁に最も近接した部分に連続して形成された屈曲部を含む。この屈曲部は、可動子が第２方向に移動したときに、対向面と反対側の面と、反対側の面へ向かう空気との衝突により発生する第２の力を、第１の力よりも小さくするように、第１方向と交差する方向に延びている。これにより、可動子が第２方向に移動するときに、発生する第２の力は、可動子が第１方向に移動したときの第１の力よりも小さくなる。よって、コイルが筒状部材の外周面に備えられる場合は、可動子が第１方向に移動するときと、第２方向に移動するときとで、可動子の側面と筒状部材との接触箇所のずれる量が異なる。一方、コイルが筒状部材の内周面に備えられる場合は、可動子が第１方向に移動するときと、第２方向に移動するときとで、可動子の側面とコイルとの接触箇所のずれる量が異なる。よって、可動子の磨耗は側面全体に、より広く分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００２１】
請求項６に記載の振動発電機によれば、請求項５のいずれかに記載の振動発電機において、屈曲部は、第１方向と直交する方向に延びている。これにより、可動子が第２方向に移動するときに、屈曲部に向かう空気は、対向面側へ向かう空気と対向面と反対側の面側へ向かう空気とに均等に分散される。よって、可動子が第２方向に移動するときは、可動子の回転はより抑えられる。よって、可動子が第１方向に移動する場合に限り、可動子は一定の方向に回転することから、可動子の磨耗は側面全体に、確実に、かつ、より広く分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００２２】
請求項７に記載の振動発電機によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の振動発電機において、可動子は、複数の永久磁石と複数の永久磁石を締結する締結部材とを含む。回転作用子は締結部材と固定される。これにより、永久磁石を傷つけることなく、回転作用子が可動子に固定される。従って、永久磁石が傷つくことによる永久磁石の体積の減少によって、発電量が減少することを抑えることが出来る。
【００２３】
請求項８に記載の振動発電機によれば、請求項３〜７のいずれかに記載の振動発電機において、回転作用子は、第１方向における複数の前記傾斜部の先端を連結し、第１方向に平行な平面上で延びる連結部を備える。可動子は複数の永久磁石と複数の永久磁石を締結する締結部材とを含む。締結部材は、連結部と嵌合する固定部を含む。この連結部が固定部に嵌合されて、回転作用子は可動子に固定される。回転作用子は、連結部が固定部に嵌合されるだけで、可動子に固定される。従って、回転作用子を可動子に固定することを容易にすることが出来る。
【００２４】
請求項９に記載の振動発電機によれば、請求項１〜８のいずれかに記載の振動発電機において、回転作用子の第１方向における長さは、可動子の第１方向における長さと略同じである。これにより、回転作用子の長さが可動子の長さより長い振動発電機よりも、可動子の移動範囲が広くなる。これにより、可動子の移動範囲が狭くなることにより、発電量が減少するのを抑えることが出来る。また、回転作用子の長さが可動子の長さよりも短いと、傾斜部の傾斜は急になる。傾斜部の傾斜が急になると、可動子が第１方向に移動するときに、対向面に向かう空気による空気抵抗が大きくなる。これにより、可動子の第１方向への移動が阻害される。よって、回転作用子の長さが可動子の長さと略同じである振動発電機は、回転作用子の長さが可動子の長さよりも短い振動発電機よりも空気抵抗が抑えられる。従って、発電量の減少を抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動発電機１の長手方向に沿って切断した概略断面図である。
【図２】締結部材３２を示した斜視図である。
【図３】回転作用子４０を示した斜視図である。
【図４】回転作用子４０を示した図である。
【図５】可動子３０が往復移動したときの回転作用子４０の周辺の空気の流れを表した図である。
【図６】振動発電機１が含まれる発電機１００を示した説明図である。
【図７】回転作用子２４０を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。図１は振動発電機１の長手方向に沿って切断した概略断面図である。図１に示すように、振動発電機１は、円筒部材１０と、コイル２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃと、可動子３０と、回転作用子４０とを備える。円筒部材１０が本発明の筒状部材の一例である。
【００２７】
円筒形の円筒部材１０は、ＡＢＳ樹脂などの非磁性材料から形成される。円筒部材１０は、長手方向における両端が着脱可能に構成される。コイル２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃが、円筒部材１０の外周面において、隣り合うコイル２０と互いに巻回方向が逆方向になるように備えられる。可動子３０は、円筒部材１０の内部を円筒部材１０の長手方向に沿って移動可能に配置される。
【００２８】
可動子３０は、３つの永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと、締結部材３２と、を備える。以下の記載において、３つの永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを複数の永久磁石３１と記載することもある。永久磁石３１は、ネオジム磁石、フェライト磁石などの磁石である。締結部材３２はオーステナイト系ステンレス材料、アルミ合金材料、真鍮などの非磁性材料から形成される。
【００２９】
図２は締結部材３２を示した斜視図である。図２では、永久磁石３１は図示されていない。締結部材３２は、円筒部３３とこの円筒部３３の外径よりも大きい径を有する鍔３４、３５とを備える。長手方向に沿った貫通孔３６が円筒部３３に形成される。この貫通孔３６の長手方向に垂直な断面の形状は円形である。鍔３４、３５は円筒部３３の長手方向の両端に備えられる。中空で円筒形状の３つの永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが円筒部３３の外周部に挿通される。３つの永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが円筒部３３の外周部に挿通された状態で、鍔３５が円筒部３３の他端にかしめ固定される。この固定状態では、永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの各々は、隣接する永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと同極が対向するように配置され、永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの着磁方向は長手方向に向く。同極が対向する状態で永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが配置されると、斥力が永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの各々に働く。締結部材３２は、この斥力が永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの各々に働いている状態において、永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを締結する。同極が対向するように永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが配置されると、永久磁石３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの磁束が長手方向に対して交差する方向に延びるので、コイル２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃを横切る磁束密度が増加する。長手方向に垂直な可動子３０の断面の外周形状は円形である。
【００３０】
スリット３７が鍔３５に２つ備えられる。２つのスリット３７は、鍔３５の長手方向に垂直な断面において、貫通孔３６の中心Ｃｐを対称点として点対称となる位置に設けられる。回転作用子４０が、このスリット３７に嵌め合わされる。これにより、回転作用子４０が可動子３０に固定される。スリット３７が本発明の固定部の一例である。
【００３１】
回転作用子４０の長手方向における長さは、可動子１０の長手方向における長さと同じである。図１に示すように、回転作用子４０がスリット３７に嵌め合わされた状態では、回転作用子４０の長手方向における両端が、可動子３０の長手方向における両端から、はみ出すことなく、貫通孔３６の内部に収容される。すなわち、回転作用子４０の長手方向における両端は鍔３４、３５よりも長手方向に、はみ出さない。
【００３２】
回転作用子４０について、図３、及び図４を用いて説明する。図３は回転作用子４０を示した斜視図である。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、それぞれ、図３においてＹ方向の正の方向に向かって見たときの、平面図、左側面図、正面図、右側面図である。図３に示すように、回転作用子４０は、２つの傾斜部４１Ａ、４１Ｂと、２つの屈曲部４２Ａ、４２Ｂと、傾斜部４１Ａ、４１Ｂを連結する連結部４３とを備える。傾斜部４１Ａ、４１Ｂ、屈曲部４２Ａ、４２Ｂ、及び連結部４３は、銅やステンレスなどの非磁性金属の板材がプレス加工されて形成される。図３に示すように、傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、屈曲部４２Ａ、４２Ｂと連結部４３との間に位置する。以下の記載において、傾斜部４１Ａ、４１Ｂから連結部４３へ向かう方向が第１方向Ｄ１であり、この第１方向Ｄ１と反対方向が第２方向Ｄ２である。後述するが、回転作用子４０が可動子３０に固定された状態では、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は円筒部材１０の長手方向と平行である。
【００３３】
連結部４３は平板形状である。連結部４３は第１方向Ｄ１に垂直な方向に延びている。この垂直な方向をＹ軸方向として、説明を続ける。連結部４３のＹ軸方向に垂直な方向に延びる端部４４、４５がスリット３７に嵌め合わされる。これにより、図１に示すように、回転作用子４０は、可動子３０の貫通孔３６の内周壁３８に固定される。回転作用子４０が固定された可動子３０が、円筒部材１０の内部に配置された状態では、第１方向Ｄ１、及び第２方向Ｄ２は、円筒部材１０の長手方向と平行である。連結部４３のＹ軸方向における長さは鍔３５の内径よりも長く、鍔３５の外径よりも短い。この構成により、可動子３０が円筒部材２０の内部を移動するときに、連結部３０が円筒部材１０の内面と接触することがない。連結部４３は、第１方向Ｄ１における回転作用子４０の傾斜部４１Ａの先端と傾斜部４１Ｂの先端とを連結する。
【００３４】
第１方向Ｄ１及びＹ軸方向に垂直な方向がＺ軸方向である。回転作用子４０が可動子３０に固定された状態において、連結部４３は、図４（Ｄ）に示すように、Ｚ座標がゼロとなる位置に固定される。また、貫通孔３６の長手方向に垂直な断面の中心ＣｐもＺ座標がゼロとなる位置に存在する。
【００３５】
図３、及び図４（Ｃ）に示すように、平面状の傾斜部４１Ａは、連結部４３から第２方向Ｄ２に向かうにつれて、Ｚ座標が正の値をもつように傾斜する。傾斜部４１Ｂは、連結部４３から第２方向Ｄ２に向かうにつれて、Ｚ座標が負の値をもつように傾斜する。この状態を言い換えると、傾斜部４１Ａは第２方向となす角が傾斜角α１を有し、傾斜部４１Ｂは第２方向となす角が傾斜角α２を有する。第２方向Ｄ２が示す方向が０度の基準であり、第２方向Ｄ２から時計回りに角度を測った場合はプラスの角度である、第２方向Ｄ２から反時計回りに角度を測った場合はマイナスの角度である。傾斜角α１及び傾斜角α２はα１＝−α２の関係を有する。これら傾斜角α１及び傾斜角α２は鋭角である。回転作用子４０が可動子３０に固定された状態では、この傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、第２方向Ｄ２に向かうにつれて、貫通孔３６の長手方向の断面の中心Ｃｐから貫通孔３６の内周壁３８に向かって傾斜する。この固定状態において、傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、貫通孔３６の内周壁３８に対向する対向面４６Ａ、４６Ｂ、及び対向面と反対側の面４７Ａ、４７Ｂを備える。
【００３６】
図４（Ｄ）に示すように、傾斜部４１Ａと傾斜部４１Ｂとは、中心Ｃｐの周りに点対称となる位置に配置される。これは、図４Ｄに示すように、傾斜部４１Ａと傾斜部４１Ｂとが、ＹＺ平面において、異なる領域に位置することである。
【００３７】
図３、及び図４（Ｃ）に示すように、屈曲部４２Ａが、第２方向Ｄ２において傾斜部４１Ａの後端に連続的に位置する。屈曲部４２Ｂが、第２方向Ｄ２において傾斜部４１Ａの後端に連続的に位置する。すなわち、回転作用子４０が可動子３０に固定された状態では、屈曲部４２Ａ、４２Ｂは、それぞれ傾斜部４１Ａ、４１Ｂのうちで貫通孔３６の内周壁３８に最も近接した部分に連続して形成される。屈曲部４２Ａ、４２Ｂは、第１方向Ｄ１に直交する方向に延びる。
【００３８】
図３に示すように、回転作用子４０は、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに発生する力により回転する。このときの回転の軸心は、中心Ｃｐを通り、第１方向Ｄ１を回転の軸心の方向として回転する。より具体的には、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに、Ｚ軸の負の方向に第１の力Ｆａ１が傾斜部４１Ａに発生する。Ｚ軸の正の方向に第１の力Ｆｂ１が傾斜部４１Ｂに発生する。傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、この第１の力Ｆａ１の方向と第１の力Ｆｂ１の方向とが中心Ｃｐ、すなわち回転軸心の方向からずれるように配置されている。この第１の力Ｆａ１、Ｆｂ１の方向と軸心の方向とのずれにより、第１の力Ｆａ１と第１の力Ｆｂ１とが、回転作用子４０を第２方向Ｄ２に向かって見た場合に、その回転作用子４０を時計回りに回転させる回転力として作用する。これに対し、可動子３０が第２方向Ｄ２に移動するときに、第２の力が傾斜部４１Ａ、４１Ｂに発生しない。この第２の力は、第１の力とは反対方向に作用する力である。これについて、図５Ａ、図５Ｂを用いてより詳しく説明する。
【００３９】
図５（Ａ）は可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するとき、第２方向Ｄ２に相対的に進む空気の流れを表した図である。図５（Ｂ）は可動子３０が第２方向Ｄ２に移動するとき、第１方向Ｄ１に相対的に進む空気の流れを表した図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、矢印の向きがその地点における空気の向きであり、矢印の長さがその地点における空気の速さである。これらの図では傾斜部４１Ａと屈曲部４２Ａと連結部４３とを備えた回転作用子４０を用い、図３におけるＺ軸の正の向きを上方向とし、Ｚ軸の負の向きを下方向として説明する。図５（Ａ）に示すように、相対的に回転作用子４０へ向かう空気の経路は対向面４６Ａの上方を通過する経路と対向面と反対側の面４７Ａの下方を通過する経路とに分かれる。対向面４６Ａの上方を通過する空気は、対向面４６Ａに衝突して、上方向に押し上げられる。対向面４６Ａは、この衝突による反作用を受ける。すなわち、下方向に押し下げる力が傾斜部４１Ａに働く。この押し下げる力が第１の力Ｆａ１である。この現象はニュートンの作用・反作用の法則から理解される。
【００４０】
図５（Ｂ）に示したように、可動子３０が第２方向Ｄ２に移動するとき、相対的に回転作用子４０へ向かう空気の経路は、屈曲部４２Ａの上方と下方とで、均等に分散される。屈曲部４２Ａにより分散された空気は、そのまま回転作用子４０の後方へ向かう。屈曲部４２Ａにより、対向面４６Ａと反対側の面４７Ａに衝突する空気の速度が遅くなる。これにより、対向面４６Ａと反対側の面４７Ａに衝突するエネルギーが低下するため、反対側の面４７Ａに働く反作用力が低下する。よって、下方向に押し下げる力が、傾斜部４１Ａに働かない。すなわち、この下方向に押し下げる力である第２の力がゼロである。従って、回転作用子４０は第１方向Ｄ１を軸心の方向として回転しない。
【００４１】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、可動子３０は第１方向Ｄ１に移動したときに、回転作用子４０は、第１方向Ｄ１を軸心の方向とする回転力を可動子３０に作用させる。この回転力を受けた可動子３０は第１方向Ｄ１を軸心の方向として回転する。この回転力は、対向面４６Ａでの高い反作用力により発生する第１の力Ｆａ１に起因する。一方、可動子３０は第２方向Ｄ２の方向に移動したときは、回転作用子４０は、第１方向Ｄ１を軸心の方向とする回転力を可動子３０に作用させない。これは、対局面４６Ａと反対側の面４７Ａでの反作用力が低いことに起因する。この可動子３０の回転に関して、回転の軸心は貫通孔３６の中心Ｃｐである。
【００４２】
上述した実施形態の振動発電機１の使用例について、図１及び図６を参照して説明する。図６は第１実施形態の振動発電機１が含まれる発電機１００を示した説明図である。図６に示すように、振動発電機１は、乾電池形状の筺体９０の内部に収容される。図１に示すように、可動子３０が円筒部材１０の内部を往復移動することにより、コイル２０を横切る永久磁石の磁束が変化する。これにより、交流電流がコイル２０に発生する。コイル２０に発生した交流電流は、図示しない配線により、ブリッジ回路などの整流部により整流される。整流された直流電流はコンデンサなどの蓄電部に供給される。図６では、整流部と蓄電部とをまとめて回路部６０として図示する。蓄電部から供給される電流は、発電機１００が懐中電灯などの電気機器の電源部に装着される際に、プラス電極７０及びマイナス電極８０から電力として供給される。
【００４３】
［効果］
本実施形態の振動発電機１は、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに、回転作用子４０が、第１方向Ｄ１を軸心の方向として可動子３０を回転させる。より具体的には、傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、第２方向Ｄ２に向かうにつれて、貫通孔３６の中心Ｃｐの位置から貫通孔３６の内周壁３８に向かって傾斜する。この傾斜部４１Ａ、４１Ｂにより、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに、傾斜部４１Ａ、４１Ｂの対向面４６Ａ、４６Ｂを通過する空気が対向面４６Ａ、４６Ｂに衝突したときに生じる作用、及び反作用により、第１の力Ｆａ１が発生する。この第１の力Ｆａ１により、回転作用子４０は可動子３０に回転力を作用させる。この回転力により、可動子３０は第１方向Ｄ１を軸心の方向として回転する。よって、コイル２０が円筒部材１０の外周面に備えられる場合は、可動子３０の側面は、円筒部材１０との接触箇所が集中しない。一方、コイル２０が円筒部材１０の内周面に備えられる場合は、可動子３０の側面はコイル２０との接触箇所が集中しない。よって、可動子３０の磨耗は側面全体に分散される。従って、可動子３０が局所的に磨耗して可動子３０の円滑な往復移動が阻害されることによる発電量の減少を抑えることが出来る。
【００４４】
一般に、ネオジム磁石からなる永久磁石３１は、錆が発生しないようにめっき加工、コーティング加工のなどの加工が表面に施される。第１方向Ｄ１が鉛直方向と異なる状態で、ユーザが発電機１００を振動させるなど、外部からの外力が、主に第１方向Ｄ１に沿って振動発電機１に与え続けられると、永久磁石３１の側面は局所的に磨耗し、永久磁石３１の表面に施された加工が、局所的に磨耗した箇所で剥がれる。表面に施された加工が剥がれると、表面に施された加工が剥がれた箇所で錆が発生する。錆が永久磁石３１の側面に発生すると、磁力が低下することに加え、コイル２０が円筒部材１０の外周面に備えられる場合は、永久磁石３１の側面と円筒部材１０との間の摩擦係数が大きくなり、コイル２０が円筒部材１０の内周面に備えられる場合は、永久磁石３１の側面とコイル２０との間の摩擦係数が大きくなる。いずれにせよ、永久磁石３１の移動が阻害される。従って、発電量が減少する。これに対し、本実施形態の振動発電機１は、回転作用子４０が可動子３０に固定される。上述したように、可動子３０の磨耗は側面全体に分散される。よって、可動子３０の局所的な磨耗により、永久磁石３１の表面に施された加工が剥がれることが抑えられる。この結果、錆が局所的に磨耗した箇所に発生することが抑えられ、可動子３０の円滑な移動を維持することができる。従って、振動発電機１を長期間使用することに伴い発電量が減少することを抑えることが出来る。
【００４５】
傾斜部４１Ａ，４１Ｂに備えられる対向面が平板状である。これにより、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに、対向面４６Ａ、４６Ｂから貫通孔３６に向かい、第１方向Ｄ１に対して垂直方向の第１の力Ｆａ１が回転作用子４０に作用する。この第１の力Ｆａ１、Ｆｂ１により、可動子３０は第１方向Ｄ１を軸心の方向として回転する。これにより、可動子３０の側面は、円筒部材１０またはコイル２０との接触箇所が集中しない。よって、可動子３０の磨耗は側面全体に分散される。従って、発電量の減少を抑えることが出来る。
【００４６】
回転作用子４０は軸心の周りに異なる位置で配置された２つの傾斜部４１Ａ、４１Ｂを含む。回転作用子４０は、この２つの傾斜部４１Ａ、４１Ｂに発生する第１の力Ｆａ１、Ｆａ２により、１つの傾斜部を有する振動発電機よりも、回転力が増大する。よって、可動子３０の磨耗はより広く側面全体に分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００４７】
２つの傾斜部４１Ａ、４１Ｂは中心Ｃｐ、すなわち回転の軸心に関して点対称となる位置に配置される。これにより、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに、可動子３０は、貫通孔３６の内部を通過する空気により、２つの傾斜部４１Ａ、４１Ｂが軸心に関して点対称となる位置に配置されない振動発電機よりも、バランスよく回転する。よって、可動子３０の磨耗はより広く側面全体に分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００４８】
回転作用子４０は、傾斜部４１Ａ、４１Ｂのうちで、貫通孔３６の内周壁３８に最も近接した部分に連続して形成された屈曲部４２Ａ、４２Ｂを含む。この屈曲部４２Ａ，４２Ｂは、可動子３０が第２方向Ｄ２に移動したときに、対向面４６Ａ、４６Ｂと反対側の面４７Ａ、４７Ｂに衝突する空気の運動エネルギーを低下させるように、第２方向Ｄ２と交差する方向に延びている。これにより、可動子３０が第２方向Ｄ２に移動するときに、発生する第２の力は、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動したときに発生する第１の力よりも小さくなる。よって、コイル２０が円筒部材１０の外周面に備えられる場合は、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときと、第２方向Ｄ２に移動するときとで、可動子３０の側面と円筒部材１０との接触箇所のずれる量が異なる。一方、コイル２０が円筒部材１０の内周面に備えられる場合は、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときと、第２方向Ｄ２に移動するときとで、可動子３０の側面とコイル２０との接触箇所のずれる量が異なる。よって、可動子３０の磨耗は側面全体に、より広く分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００４９】
屈曲部４２Ａ、４２Ｂは、第１方向Ｄ１と直交する方向に延びている。これにより、可動子３０が第２方向Ｄ２に移動するときに、屈曲部４２Ａ、４２Ｂに向かう空気は、対向面４６Ａ、４６Ｂ側へ向かう空気と対向面４６Ａ、４６Ｂと反対側の面４７Ａ、４７Ｂ側へ向かう空気とに均等に分散される。よって、可動子３０が第２方向Ｄ２に移動するときは、可動子３０の回転はより抑えられる。よって、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動する場合と、第２方向Ｄ２に移動する場合とで、可動子３０の磨耗は側面全体に、より広く分散される。従って、発電量の減少をより大きく抑えることが出来る。
【００５０】
可動子３０は、複数の永久磁石３１と複数の永久磁石３１を締結する締結部材３２とを含む。回転作用子４０は締結部材３２と固定される。これにより、永久磁石３１を傷つけることなく、回転作用子４０が可動子３０に固定される。従って、永久磁石３１が傷つくことによる永久磁石３１の体積の減少によって、発電量が減少することを抑えることが出来る。
【００５１】
回転作用子４０は、第１方向Ｄ１における２つの傾斜部４１Ａ、４１Ｂの先端を連結し、第１方向Ｄ１に沿う平板状の連結部４３を備える。可動子３０は複数の永久磁石３１と複数の永久磁石３１を締結する締結部材３２とを含む。締結部材３２は回転作用子４０を固定するスリット３７を含む。連結部４３がこのスリット３７に嵌合されて、回転作用子４０は可動子３０に固定される。回転作用子４０は、平板状の連結部４３が、スリット３７に嵌合されるだけで、可動子３０に固定される。従って、回転作用子４０を可動子３０に固定することを容易にすることが出来る。
【００５２】
回転作用子４０の第１方向Ｄ１における長さは、可動子３０の第１方向における長さと略同じである。これにより、回転作用子４０の長さが可動子３０の長さよりも長い振動発電機よりも、可動子３０の移動範囲が広くなる。これにより、可動子３０の移動範囲が狭くなることにより、発電量が減少するのを抑えることが出来る。また、回転作用子４０の長さが可動子３０の長さよりも短いと、傾斜部４１Ａ、４１Ｂの傾斜は急になる。傾斜部４１Ａ、４１Ｂの傾斜が急になると、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに、対向面４６Ａ、４６Ｂに向かう空気による空気抵抗が大きくなる。これにより、可動子３０の第１方向Ｄ１への移動が阻害される。よって、回転作用子４０の長さが可動子３０の長さと略同じである振動発電機は、回転作用子４０の長さが可動子３０の長さよりも短い振動発電機よりも空気抵抗が抑えられる。従って、発電量の減少を抑えることが出来る。
【００５３】
［変形例１］
第１実施形態では、回転作用子４０は平面状の傾斜部４１Ａ、４１Ｂを備えたが、この形状に限られない。回転作用子４０は、可動子３０に固定された状態で、可動子３０が第１方向Ｄ１に移動するときに、貫通孔３６の内周壁３８に向かう対向面側を通過する空気が対向面と衝突して、その作用、及び反作用により第１の力が発生するような形状を有する傾斜部を備えればよい。傾斜部がどのような形状を有したとしても、発生する力の方向が、回転の軸心の方向とからずれる必要がある。例えば、傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、プロペラのようなスクリュー形状、または飛行機の翼のような湾曲形状であってもよい。
【００５４】
［変形例２］
第１実施形態では、回転作用子４０は板状の非磁性金属材料がプレス加工されて形成されたが、これに限られない。回転作用子２４０について、図７を参照して説明する。図７は、回転作用子２４０を示した斜視図である。回転作用子２４０はＡＢＳ等の非磁性材料が射出成型されて形成される。第１実施形態では、図４（Ｃ）に示すように傾斜部４１Ａ、４１Ｂの対向面４６Ａ、４６Ｂと反対側の面４７Ａ、４７Ｂとは第２方向Ｄ２に対し傾斜する面であったが、回転作用子２４０の傾斜部２４１Ａ、２４１Ｂの対向面２４６Ａ、２４６Ｂと反対側の面２４７Ａ、２４７Ｂは第２方向Ｄ２に平行な面である。屈曲部２４２Ａ，２４２Ｂは、第２方向Ｄ２と交差する方向に延びている。
【００５５】
［変形例３］
第１実施形態では、円筒部材１０は長手方向に直交する方向の断面の形状が円形であったが、これに限られない。円筒部材１０は長手方向に直交する方向の断面の形状が楕円形、または多角形などであってもよい。
【００５６】
［変形例４］
第１実施形態では、可動子３０は、複数の永久磁石３１と複数の永久磁石３１を締結する締結部材３２とを含む。回転作用子４０の連結部４３は、締結部材３２と嵌合して固定されるが、これに限られない。リング状の永久磁石の内部に回転作用子が圧入されて固定されてもよい。また、可動子３０は、永久磁石を３つ備えるとしたが、可動子３０は永久磁石をいくつ備えてもよい。また、振動発電機１が、３つのコイル２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備えるとしたが、振動発電機１はコイルをいくつ備えてもよい。
【００５７】
［変形例５］
第１実施形態では、コイル２０は円筒部材１０の外周面に備えられたが、コイル２０は、円筒部材１０の内周面に備えられてもよい。この場合、可動子３０は、円筒部材１０の内部を移動する場合において、コイル２０と接触する。
【００５８】
［変形例６］
第１実施形態では、回転作用子４０は、２つの傾斜部４１Ａ、４１Ｂを備えたが、これに限られない。回転作用子は、１つの傾斜部でも、３つ以上の傾斜部を備えてもよい。
【００５９】
［変形例７］
第１実施形態では、図３（Ｄ）に示すように、傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、貫通孔３６の中心Ｃｐに関して点対称となる位置に配置されたが、これに限られない。傾斜部４１Ａ、４１Ｂは、貫通孔３６の中心Ｃｐに関して、点対称ではない異なる位置に配置されてもよい。
【００６０】
［変形例８］
第１実施形態では、傾斜角α１と傾斜角α２とは、α１＝−α２の関係を有していたが、これに限られない。傾斜角α１と傾斜角α２とは正負が異なるだけでよく、絶対値まで同じになる必要はない。
【００６１】
［変形例９］
第１実施形態では、屈曲部４２Ａ、４２Ｂは第１方向Ｄ１と直交する方向に延びる形状であったが、これに限られない。回転作用子４０の屈曲部４２Ａ、４２Ｂは、第２の力が第１の力よりも小さくなるような形状であれば、第１方向Ｄ１と直交する方向以外の方向に延びる形状であってもよい。また、屈曲部４２Ａ、４２Ｂは第１方向Ｄ１と直交する方向に延びる形状であっても、第２の力がゼロになる必要はなく、第２の力が第１の力よりも小さければよい。
【００６２】
［変形例１０］
第１実施形態では、回転作用子４０の第１方向Ｄ１における先端である連結部４３がスリット３７に嵌合されて、回転作用子４０が可動子３０に固定されたが、これに限られない。Ｙ方向であって、互いに離れる方向に突出する突出部が屈曲部４２Ａ、４２Ｂに形成されてもよい。この突出部がスリット３７に嵌合されて、回転作用子４０が可動子３０に固定されてもよい。また、可動子３０と回転作用子４０との固定は、上述した固定方法に限られず、接着剤による固定でもよい。また、可動子３０と回転作用子４０との固定方法は、回転作用子４０の一部が、内周壁３８に直接に固定される構成に限られず、回転作用子４０の一部が、貫通孔３６が形成される可動子３０の先端部または後端部の端面に直接に固定される構成でもよい。
【００６３】
［変形例１１］
第１実施形態では、回転作用子４０の長手方向における長さは、回転作用子４０は長手方向における長さと同じであったが、これに限られない。回転作用子４０の長手方向における長さは、可動子３０の長手方向における長さよりも短くてもよいし、長くてもよい。
【００６４】
［変形例１２］
第１実施形態では、振動発電機１は発電機１００に備えられたが、これに限られない。振動発電機１は、コイル２０を横切る磁束密度の変化によって、発電することができる。すなわち、振動発電機１は、この電力が外部の装置に供給される構成であればよい。例えば、振動発電機１は懐中電灯に組みつけられることも考えられる。この場合、プラス電極７０、マイナス電極８０、電池形状の筐体９０は必要ない。振動発電機１は、適宜設計される懐中電灯の筐体の内部に配置され、回路部６０からの配線が光源に接続される。また、振動発電機１は、携帯電話の充電器としても備えられることが考えられる。この場合、プラス電極７０、マイナス電極８０、電池形状の筐体９０は必要ない。振動発電機１は適宜設計される充電器の筐体の内部に配置され、回路部６０からの配線が、携帯電話に電力を供給するため接続端子に接続されればよい。この接続端子は、携帯電話の接続端子の差込口に接続される形状である。
【符号の説明】
【００６５】
１                  振動発電機
１０                円筒部材
２０                コイル
３０                可動子
３１                永久磁石
３２                締結部材
３３                円筒部
３４、３５          鍔
３６                貫通孔
３７                スリット
３８                内周壁
４０                回転作用子
４１Ａ、４１Ｂ      傾斜部
４２Ａ、４２Ｂ      屈曲部
４３                連結部
４４、４５          端部
４６Ａ，４６Ｂ      対向面
４７Ａ，４７Ｂ      対向面と反対側の面
６０                回路部
７０                プラス電極
８０                マイナス電極
９０                筐体
１００              発電機
２４０              回転作用子
２４１Ａ、２４１Ｂ  傾斜部
２４２Ａ、２４２Ｂ  屈曲部
２４３              連結部
２４６Ａ、２４６Ｂ  対向面
２４７Ａ、２４７Ｂ  対向面と反対側の面
Ｃｐ                中心
Ｄ１                第１方向
Ｄ２                第２方向
Ｆａ１、Ｆｂ１      第１の力
【図６】
2012070541.tif 000003
【図１】
2012070541.tif 000004
【図２】
2012070541.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
2012070541.tif 000009