(57)【要約】【課題】  靴を履いて歩いたり走ったりしたとき、足の上下運動による靴底に掛かる荷重の変化を効率よく回転エネルギーに転換し、その回転力を利用して発電機で電気を起こす。また、その電気を使って靴使用時の足の環境を快適且つ安全にし、さらに余分な電気を蓄えることが出来る靴内蔵型発電システムを提供する。【解決手段】  靴底後部の踵があたる内部に靴内蔵型発電機と、当該発電機へ回転力を供給するために、歩いたり走ったりしたときの足の上下運動による靴底への荷重の変化を回転エネルギーに換える転換シャフト、さらに転換シャフトの駆動歯車から回転力を受けるローター回転軸と被動歯車との間に、駆動歯車からの回転力の供給が停止してもローター回転軸は一定方向に回転するフリー構造を設けた。【選択図】図１
2013158640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
靴底の踵があたる内部に、発電機格納ケース、電磁鋼板、コイル、多極磁石、ローター回転軸、中間仕切板からなる発電部分と上部蓋、緩衝皿バネ、さらに、その発電部分のローター回転軸へ、歩いたり走ったりしたときの足の上下運動による靴底への荷重の変化を回転エネルギーに換えて回転力を供給する、下部固定カム、上下スライドカムと圧縮コイルバネ、転換シャフト軸と圧縮コイルバネ、駆動歯車、上部固定カム、をシャフトカバー及び転換シャフト固定枠で一体に組込まれた転換シャフトを備えた靴内蔵型発電システム。
【請求項２】
転換シャフトの駆動歯車から回転力を受けるローター回転軸と被動歯車に駆動歯車からの回転力の供給が停止してもローター回転軸にはブレーキが掛からないように、ローター回転軸と被動歯車の間には、ツメバネリング、ローター回転軸にリンク溝、被動歯車にツメガイド溝、を設け一定方向に回転するフリー構造にしたことを特徴とする請求項１記載の靴内蔵型発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、靴を履いて歩いたり走ったりしたときに、靴底に内蔵された小型発電機で自動的に電気を起こし、その電気を利用して靴使用時の足の環境を調節したり、余分な電気を電池に蓄えたりすることができる靴内蔵型発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  靴の内部や底の部分に、エアークッションを設けて歩行時の衝撃を和らげるものや、靴内部の通気性をよくしたもの、さらに歩行時の靴に対する圧力の変化利用したポンプを備えて発電するものがあった。【０００３】  従来の発電機を内蔵した靴は、空気や液体等の流動体に圧力をかけてポンプを作動させ、流動体の流動力で発電機の回転子を回し発電するものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、流動体の流動力を利用した発電方法では、連続した回転力を供給することが出来ず効率が悪く、発電力も小さい。また、歩行時の足の上下運動を効果的に利用されないため無駄が多いという問題点がある。【０００５】  本発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、靴を履いて歩いたり走ったりしたとき、足の上下運動による靴底に掛かる荷重の変化を効率よく回転エネルギーに転換し、靴に内蔵された発電機に連続して回転力を供給することが出来る。また、その発電力も従来のものより大きくすることができる靴内臓型発電システムの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、靴底の踵があたる内部に、発電機格納ケース、電磁鋼板、コイル、多極磁石、ローター回転軸、中間仕切板からなる発電部分を設け、さらに上部蓋、緩衝皿バネと、当該発電機のローター回転軸へ歩いたり走ったりしたときの足の上下運動による靴底への荷重の変化を回転エネルギーに換えて回転力を供給する下部固定カム、上下スライドカム及び圧縮コイルバネ、転換シャフト軸及び圧縮コイルバネ、駆動歯車、上部固定カムをシャフトカバー及び転換シャフト固定枠で一体に組込まれた転換シャフトを備えた動力部分とで構成された靴内蔵型発電システムである。また、転換シャフトの駆動歯車から回転力を受けるローター回転軸と被動歯車に、駆動歯車からの回転力の供給が停止してもローター回転軸にはブレーキが掛からないように、ローター回転軸と被動歯車の間には、ツメバネリング、ローター回転軸にリンク溝、被動歯車にツメガイド溝を設け一定方向に回転するフリー構造を有したことにより上記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、発電機内蔵靴を履いて歩いたり走ったりしたとき、靴底に内蔵された小型発電機によって発電される電気を利用して、寒いときや暑いとき等に靴使用時の足の環境を調節したり、夜間等の暗いときに靴を発光させたりする機能を設けることにより快適且つ安全に使用でき、さらに利用されない電気を蓄える電池や充電装置、それらを制御する回路や表示部を備えることにより、自らがエネルギーを消費して得た運動を最大限に有効利用できる。また当該靴を履いて歩いたり走ったりしたときの足の上下運動による靴底への荷重の変化を効率よく回転エネルギーに換える転換シャフトと、さらに転換シャフトの駆動歯車から回転力を受けるローター回転軸と被動歯車の間には、立ち止まったとき等に駆動歯車からの回転力の供給が停止しても、ローター回転軸は一定方向に回転し続けるフリー構造を設けることにより連続的且つ効果的に発電することが出来る靴内蔵型発電システムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  本発明の靴内蔵型発電システムは、靴を履いたときに足の踵があたる靴底後部の内部に設けた発電システムであり、図１の分解斜視図に示されるように発電機格納ケース１、電磁鋼板４、コイル５、多極磁石６、ローター回転軸７、さらに中間仕切板３からなる発電部分と、動力部分である転換シャフト２、駆動歯車８、被動歯車９、上部蓋１０、緩衝皿バネ１１で構成されている。【０００９】  当該靴を履いて歩いたり走ったりしたときの足の上下運動による靴底への荷重の変化を回転力に換える仕組みは、図２の転換シャフト分解斜視図に示されるように、下部固定カム１５、上下スライドカム１６と圧縮コイルバネ１７、転換シャフト軸１２と圧縮コイルバネ１８、駆動歯車８、上部固定カム１４をシャフトカバー２２に組込み構成したものを、転換シャフト固定枠２３で発電機格納ケース１の底部に固定することにより、上下運動を回転運動に転換出来るものである。また転換シャフト軸１２には接触ベース１３、キー溝１９、それに対応する駆動歯車８の中心部分にはベーススライドスペース２１、フック凸部２０を設け、さらに上部固定カム１４、下部固定カム１５、上下スライドカム１６等の各カーブ曲線の山や谷は、ある角度で位相をずらして設定してあるので、上下運動は一定方向の回転エネルギーに転換される。通常歩いたり走ったりした時の足の上下運動は、靴底の内部に設けられた緩衝皿バネ１１を介して、そのまま転換シャフト軸１２を上下に動かす、このとき転換シャフト軸１２のキー溝１９と駆動歯車８のフック凸部２０は、はめ合っているので、転換シャフト軸１２及び接触ベース１３、キー溝１９は定位置にある駆動歯車８の中心部分を上下にスライドしながら駆動歯車８に回転力だけを伝え、さらにその回転力は駆動歯車８から増速用の被動歯車９に伝えられ、発電部分のローター回転軸７を回し発電することができるのである。【００１０】  転換シャフト２の駆動歯車８から、回転力を受けて増速させる被動歯車９には、図３の被動歯車９とローター回転軸７のフリー構造を示す分解斜視図に示されるように駆動歯車８からの回転力の供給が停止してもローター回転軸７にはブレーキが掛からないように、被動歯車９とローター回転軸７の間にツメバネリング２６で構成したフリー構造を設けた。通常はローター回転軸７のリンク溝２８及び被動歯車９内側のツメガイド溝３０にツメバネリング２６のロックツメ２９が引っかかり回転するが、立ち止まったときなどに転換シャフト軸１２の上下運動が停止して駆動歯車８からの回転力の供給がなくなり逆トルクが掛かった場合はツメバネリング２６のロックツメ２９が倒れてスリップし、ローター回転軸７にブレーキが掛からず一定の方向に回転するようになっている。【００１１】  次に動作について説明する。転換シャフト２は、靴を履かない状態や靴を履いて足を上げたときには、図４の転換シャフト軸１２に荷重が掛からず接触ベース１３が最上部にある状態を平面に展開した図に示すように、転換シャフト軸１２を押し上げているシャフト軸用圧縮コイルバネ１８や緩衝皿バネ１１によって接触ベース１３は上部固定カム１４の谷の部分にあたる最上部にある。次に靴を履いた状態で足を下ろしたときには靴底に���重が掛かかって転換シャフト軸１２及び接触ベース１３は矢印で示すように上下スライドカム１６を押し下げながら下部固定カム１５を滑り前方へ回転して、最上部より１８０°進んで下部固定カム１５の谷あたる最下部の位置に来る。また図５の転換シャフト軸１２に荷重が掛かって接触ベース１３が最下部にある状態を平面に展開した図に示されるように、歩き出したり走り出したりして、足が上がって靴底へ荷重が掛からなくなったときには転換シャフト軸１２及び接触ベース１３は矢印で示すようにシャフト軸用圧縮コイルバネ１８や上下スライドカム１６、スライドカム用圧縮コイルバネ１７に押し上げられながら上部固定カム１４を滑り前方へ回転して、最下部よりさらに１８０°進んで最初の位置である上部固定カム１４の谷に戻り１回転することになる。
以上のように各カムのカーブ曲線の山及び谷をある角度で位相をずらして設定することにより転換シャフト軸１２及び接触ベース１３は逆回転することなく上下しながら一定方向に回転するようになっている。なお靴底に掛かる荷重が想定よりも極端に軽いときは転換シャフト軸１２及び接触ベース１３が下部固定ガイド１５の谷まで押し下げられず靴底への荷重が掛からなくなると元の位置へ戻る。また立ち止まったりしたときは一連の動きは中断される。このとき転換シャフト２に組まれた駆動歯車８は逆回転したり停止したりするが、いずれの場合もローター回転軸７と被動歯車９の間にフリー構造を設けてあるのでローター回転軸７の回転にはブレーキが掛からなくなっている。通常は当該靴を履いて歩いたり走ったりしたときの足の上下運動による一連の靴底への荷重の変化は、転換シャフト軸１２及び接触ベース１３の上下運動となり、その連続した運動を転換シャフト軸１２及び接触ベース１３は駆動歯車８の中心を上下しながら回転エネルギーに転換する。この回転エネルギーは駆動歯車８の回転力となり、その回転力はローター回転軸７に組み込まれた増速用の被動歯車９伝えられる。
図１は転換シャフト２が３本設けられた右足用の靴内蔵型発電システムを示しているが、各転換シャフト２の配置は当該靴を履いて歩いたり走ったりした時の靴底後部に掛かる荷重のわずかな時間的変化を考慮して、それぞれローター回転軸７を中心に１２０度ずらして設置してある。さらに各転換シャフト２の駆動歯車８と被動歯車９の歯数の比を、足を下ろして最初に荷重が掛かる最後部、そこから１２０度進んだ外側、さらに１２０度進んだ最後に荷重が掛かる転換シャフト２に行くにしたがって大きくして回転力の増速効果を高めてある。また左足用当該靴の場合は、各転換シャフト２の位置を右足用とは対称的に配置することにより同様の増速効果が得られる。
このように当該靴を履いて歩いたり走ったりしたときの足の上下運動は回転エネルギーに転換され、さらにその回転力は効率的且つ効果的に増速され、内蔵された発電機のローター回転軸７を回し発電するのである。
【産業上の利用可能性】
【００１２】  上述の発明は、通勤や通学、ジョギングやスポーツ、さらに旅行や普段の履物等として使用する靴底の内部に小型発電機を設け、それによって発電された電気を利用し靴内部に発熱や吸熱効果を起こす半導体や、靴表側には発光する部分を設けたりして靴使用時の足の環境を快適且つ安全にし、また使われない余分な電気は電池に蓄えたりする充電装置を設け、それらの電池をベルトやバッグ等のホルダーに保管することが出来る。また、その電池を共用できる電気器具の開発をすることによりエネルギーの無駄を少しでも無くすことができる。これは自らが歩いたり走ったりすることによって消費したエネルギーを電気エネルギーとして回収することができる、まさに自給自足できる靴内蔵型発電システムである。さらに、当該発電システムの上下運動を回転エネルギーに転換する転換シャフト２及びフリー構造を応用した、大型の発電システムを作ることにより、海の波力や、潮の干満による潮力の上下運動を利用して発電することが出来る。これは、周囲を海に囲まれた、わが国には最適な電気エネルギー供給システムとして利用可能であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる靴内蔵型発電システムの構成を示す分解斜視図である。
【図２】  転換シャフトの分解斜視図である。
【図３】  被動歯車とローター回転軸のフリー構造を示す分解斜視図である。
【図４】  転換シャフト軸に荷重が掛からず接触ベースが最上部にある状態を平面に展開した図である。
【図５】  転換シャフト軸に荷重が掛かって接触ベースが最下部にある状態を平面に展開した図である。
【符号の説明】      １・・・発電機格納ケース            １９・・・キー溝
２・・・転換シャフト                ２０・・・フック凸部
３・・・中間仕切板                  ２１・・・ベーススライドスペース
４・・・電磁鋼板                    ２２・・・シャフトカバー
５・・・コイル                      ２３・・・転換シャフト固定枠
６・・・多極磁石                    ２４・・・カム留ネジ
７・・・ローター回転軸              ２５・・・スペースリング
８・・・駆動歯車                    ２６・・・ツメバネリング
９・・・被動歯車                    ２７・・・スライドカム止ピン
１０・・・上部蓋                      ２８・・・リンク溝
１１・・・緩衝皿バネ                  ２９・・・ロックツメ
１２・・・転換シャフト軸              ３０・・・ツメガイド溝
１３・・・接触ベース
１４・・・上部固定カム
１５・・・下部固定カム
１６・・・上下スライドカム
１７・・・スライドカム用圧縮コイルバネ
１８・・・シャフト軸用圧縮コイルバネ
【図１】
2013158640.tif 000003
【図２】
2013158640.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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