(57)【要約】【課題】使用操作を効率よく電気エネルギーに変換する発電装置を実現する。【解決手段】スタイラスペン１０のペン先２０１に加えられる筆圧に応じた起電力を発生する筆圧発電部３０と、スタイラスペン１０を把持するユーザの体温を熱電変換した起電力を発生する熱発電部４０と、スタイラスペン１０を使用する環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する光発電部５０と、スタイラスペン１０を使用する際に生じる振動に応じて起電力を発生する振動発電部６０とを備える。したがって、従来のように、単に機械的な振動のみを電気エネルギーに変換するだけではなく、使用操作を効率よく電気エネルギーに変換することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筆圧に応じた起電力を発生する第１の発電手段と、
使用時に把持するユーザの体温に応じて熱電変換した起電力を発生する第２の発電手段と、
使用環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する第３の発電手段と、
使用操作で生じる振動に応じて起電力を発生する第４の発電手段と、
前記第１〜第４の発電手段が発生する各起電力を蓄電して充電出力を発生する充電出力発生手段と
を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記第１の発電手段は、筆圧に応じて起電力を発生する圧電素子から構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記第２の発電手段は、ユーザに把持される部位に巻回されるシート状の熱電素子アレイから構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
前記第３の発電手段は、筐体周囲に巻回されるシート状の太陽電池素子アレイから構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項５】
前記第４の発電手段は、
複数の固定子と、使用操作で生じる振動に応じて、これら複数の固定子の間を往復移動する可動子との相互作用で電磁誘導起電力を発生する誘導発電手段と、
使用操作で生じる振動により往復移動する可動子が移動端部を押圧するのに応じて起電力を発生する圧電発電手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電磁結合方式のスタイラスペンに用いて好適な発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コードレスで尚かつ電池交換を必要としない電磁結合方式のスタイラスペンが知られている。例えば特許文献１には、筐体内部に機械的な振動で発電する発電素子と、この発電素子が発生する発電電力を充電する充電池とを備え、当該充電池から電力供給されることによって、タブレット上でのペン操作に応じて電磁界を発生する電磁結合方式のスタイラスペンが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７２９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に開示の装置は、使用操作にかかわる機械的な振動のみを電気エネルギーに変換するだけなので、使用操作を効率よく電気エネルギーに変換し得ることが出来ないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、使用操作を効率よく電気エネルギーに変換することができる発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、筆圧に応じた起電力を発生する第１の発電手段と、使用時に把持するユーザの体温に応じて熱電変換した起電力を発生する第２の発電手段と、使用環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する第３の発電手段と、使用操作で生じる振動に応じて起電力を発生する第４の発電手段と、前記第１〜第４の発電手段が発生する各起電力を蓄電して充電出力を発生する充電出力発生手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
上記請求項１に従属する請求項２に記載の発明では、前記第１の発電手段は、筆圧に応じて起電力を発生する圧電素子から構成されることを特徴とする。
【０００８】
上記請求項１に従属する請求項３に記載の発明では、前記第２の発電手段は、ユーザに把持される部位に巻回されるシート状の熱電素子アレイから構成されることを特徴とする。
【０００９】
上記請求項１に従属する請求項４に記載の発明では、前記第３の発電手段は、筐体周囲に巻回されるシート状の太陽電池素子アレイから構成されることを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１に従属する請求項５に記載の発明では、前記第４の発電手段は、複数の固定子と、使用操作で生じる振動に応じて、これら複数の固定子の間を往復移動する可動子との相互作用で電磁誘導起電力を発生する誘導発電手段と、使用操作で生じる振動により往復移動する可動子が移動端部を押圧するのに応じて起電力を発生する圧電発電手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、使用操作を効率よく電気エネルギーに変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。図１は実施の一形態による発電装置を備えたスタイラスペン１０の外観を示す斜視図である。図２は、図１に図示する位置Ａ−Ａ′に対応したスタイラスペン１０の断面構造を示す断面図である。これら図１および図２に図示するように、スタイラスペン１０は、外観視ペンシル状の筐体１００を有し、当該筐体１００の先端部に設けられるペン先部２０と、このペン先部２０に係合する筆圧発電部３０と、ペン操作時にユーザに把持されるグリップとして機能する部位であって、筐体１００周囲に巻回される熱発電部４０と、この熱発電部４０に続いて筐体１００周囲に巻回される光発電部５０と、筐体１００内部に配設される振動発電部６０と、これら各発電部３０〜６０の発電出力に基づき充電池を充電したり、ペン先部２０に電力供給したりする回路部７０を備える。
【００１３】
ペン先部２０は、図２に図示するように、ペン先２０１および電磁界発生部２０２を備える。球状のペン先２０１は、作用治具３０１（後述する）の先端に連結されており、筆圧に応じて後方へ摺動する。すなわち、図示されていないタブレットをポインティングする際に、ペン先２０１をタブレットに押し当てると、それに応じてペン先２０１が後退する。電磁界発生部２０２は、その先端部にマイクロスイッチ（不図示）を有し、筆圧に応じて後退するペン先２０１によって当該マイクロスイッチがオンされるように構成されている。電磁界発生部２０２は、先端部に設けられたマイクロスイッチがペン先２０１によりオンされた場合に電磁界を発生する。
【００１４】
筆圧発電部３０は、ペン先２０１に加えられる筆圧に応じて後方へ摺動する作用治具３０１と、この作用治具３０１によって押圧される圧電素子３０２とを備える。圧電素子３０２は、例えば２枚の圧電セラミックを貼り合わせた周知のバイモルフ構造を有し、ペン先２０１に加えられる筆圧に応じて後方へ摺動する作用治具３０１により押圧されることで撓みが生じ、これに応じた起電力を発生する。なお、圧電素子３０２は、後述する振動発電部６０の構成要素である可撓性の支持部材６００によって支持固定されている。
【００１５】
ペン操作時にユーザに把持されるグリップ部位に設けられる熱発電部４０は、筐体１００周囲に巻回される熱電素子アレイ４００から構成される。熱電素子アレイ４００は、図３の断面図に図示する通り、電極４０１を介してＰ型半導体４０２およびＮ型半導体４０３をＰＮ接合してなる熱電素子を複数個直並列接続したものである。すなわち、熱電素子アレイ４００は、所定の出力電圧を得るのに必要な個数の熱電素子を直列接続したものを、所定の出力電流を得るのに必要な数分並列接続したものである。
【００１６】
こうした熱電素子アレイ４００は、図３の断面図に示すように、内側に設けられ、熱電率の低い低温側シート部材４０４と、外側に設けられ、熱電率の高い高温側シート部材４０５とで挟持されて筐体１００の外周面に巻回される。このような構造によれば、ペン操作時にユーザに把持されることによって、高温側シート部材４０５がユーザの体温を効率的に伝導する一方、低温側シート部材４０４は体温による温度上昇を防ぐ為、熱電素子アレイ４００は、外気温と体温との温度差に応じた熱電変換（ゼーベック効果）により熱起電力を発生する。
【００１７】
光発電部５０は、筐体１００周囲に巻回されるシート状の太陽電池素子アレイ５００から構成される。太陽電池素子アレイ５００は、図４に図示するように、最上層の保護フィルム／集電極５０１、透明電極５０２、アモルファスシリコン層（ｐ層５０３、ｉ層５０４およびｎ層５０５）および裏面電極５０６からなる太陽電池素子を２次元配列してシート状に形成したものであり、受光量に応じた光起電流を発生する。
【００１８】
振動発電部６０は、筐体１００内部に配設される構成要素６００〜６０８から構成される。振動発電部６０の構造について図５を参照して説明する。なお、図５（ａ）は図１に図示する位置Ａ−Ａ′に対応した振動発電部６０の断面図（縦断面図）、同図（ｂ）は図１に図示する位置Ｂ−Ｂ′に対応した振動発電部６０の断面図（横断面図）、同図（ｃ）は固定子６０８の構造を示す正面図である。
【００１９】
可撓性の支持部材６００は、前述した筆圧発電部３０の圧電素子３０２（図２参照）と圧電素子６０２とを支持固定し、一方、可撓性の支持部材６０１は、圧電素子６０３を支持固定する。圧電素子６０２、６０３は、共に前述の圧電素子３０２と同様のバイモルフ構造を有し、加えられる圧力に応じた起電力を発生する。圧電素子６０２と圧電素子６０３との互いに対向する面側には、それぞれ後述の可動子６０７（永久磁石）に反発する極性の永久磁石６０４、６０５が装着される。
【００２０】
圧電素子６０２、６０３の各面上に装着される永久磁石６０４、６０５には、可動子６０７を移動自在に保持するガイド筒６０６の各一端が固定される。例えば樹脂材などの非磁性材で形成される円柱状のガイド筒６０６には、図５（ｃ）に図示するように、可動子６０７の溝に係合するガイドレール６０６ａが設けられている。可動子６０７は、略円柱状に形成される永久磁石であり、上記ガイドレール６０６ａに係合する溝が刻設される。
【００２１】
可動子６０７は、ユーザがスタイラスペン１０を左右に振ったり上下に振ったりすると、それに応じてガイド筒６０６内を往復自在に移動する。例えば左方へ移動した場合にはガイド筒６０６の左端部側に配設される永久磁石６０４と反発し合い、これにより圧電素子６０２が押圧されて起電力を発生し、一方、右方へ移動した場合にはガイド筒６０６右端部側に配設される永久磁石６０５と反発し合い、これにより圧電素子６０３が押圧されて起電力を発生する。
【００２２】
ガイド筒６０６を同心軸とする６つの固定子６０８−１〜６０８−６では、ガイド筒６０６内を移動する可動子６０７との電磁誘導による起電力を発生する。１つの固定子は、図５（ｃ）に図示するように、ギャップＧを隔ててガイド筒６０６に把持固定される半円環状の上部／下部フェライトコア６０８ａ−１〜６０８ａ−２と、これら上部／下部フェライトコア６０８ａ−１〜６０８ａ−２にそれぞれ巻回される上部／下部コイル６０８ｂ−１〜６０８ｂ−２とから構成される。これら固定子６０８−１〜６０８−６では、それぞれ上部コイル６０８ｂ−１同士と下部コイル６０８ｂ−１同士とを直列接続して起電力を出力する。
【００２３】
このように、振動発電部６０では、ペン操作に応じてスタイラスペン１０が左右（又は上下）に振動した場合に、その振動に応じて可動子６０７がガイド筒６０６内を往復自在に移動することによって固定子６０８−１〜６０８−６が電磁誘導による起電力を発生し、さらに可動子６０７がガイド筒６０６の左端部（又は右端部）に移動した場合に、永久磁石６０４（又は永久磁石６０５）と反発し合い、その押圧で圧電素子６０２（又は圧電素子６０３）が起電力を発生するようになっている。
【００２４】
次に、図６を参照してスタイラスペン１０の筐体１００の端部に設けられる回路部７０の構成を説明する。回路部７０は、全波整流回路７１、逆流防止回路７２、蓄電回路７３および充電部７４を備える。全波整流回路７１は、筆圧発電部３０および振動発電部６０の各起電力を全波整流して蓄電回路７３に供給する。逆流防止回路７２は、熱発電部４０および光発電部５０の起電流の逆流を防止するダイオードを備え、熱発電部４０の熱電素子アレイ４００から出力される熱起電流と、光発電部５０の太陽電池素子アレイ５００から出力される光起電流とを蓄電回路７３に供給する。
【００２５】
蓄電回路７３は、全波整流回路７１および逆流防止回路７２の各出力を蓄電するキャパシタを備える。充電部７４は、蓄電回路７３に蓄電された電荷に基づき所定電圧に昇圧した充電出力を発生して自己に内蔵される充電池を充電する一方、この充電池の出力をペン先部２０の電磁界発生部２０２に供給する。電磁界発生部２０２では、ペン先２０１（図２参照）が先端部のマイクロスイッチに当接し、当該マイクロスイッチオンされた場合に電磁界を発生する。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態では、スタイラスペン１０のペン先２０１に加えられる筆圧に応じた起電力を発生する筆圧発電部３０と、スタイラスペン１０を把持するユーザの体温に基づき熱電変換した起電力を発生する熱発電部４０と、スタイラスペン１０を使用する環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する光発電部５０と、スタイラスペン１０を使用する際に生じる振動に応じて起電力を発生する振動発電部６０とを備えるので、使用操作を効率よく電気エネルギーに変換することが可能になる。
【００２７】
とりわけ振動発電部６０では、スタイラスペン１０の振動に応じて可動子６０７がガイド筒６０６内を移動することによって固定子６０８−１〜６０８−６が電磁誘導による起電力を発生し、さらに可動子６０７がガイド筒６０６の左端部（又は右端部）に移動した場合に、永久磁石６０４（又は永久磁石６０５）と反発し合い、その押圧で圧電素子６０２（又は圧電素子６０３）が起電力を発生するので、ペンの振動を効率良く電気エネルギーに変換することが可能になる。
【００２８】
なお、上述した実施形態では、本発明による発電装置をスタイラスペン１０に適用した一例について言及したが、本発明の要旨はこれに限定されず、例えば携帯電話、携帯電子機器あるいはコードレスマウスなどのように、充電池駆動され、かつユーザの手に把持されて様々な使用操作が為される電子機器全般に適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による実施の一形態によるスタイラスペン１０の外観構造を示す側面図である。
【図２】スタイラスペン１０の内部構造を示す断面図である。
【図３】熱電素子アレイ４００の外観および断面構造を示す図である。
【図４】太陽電池素子アレイ５００の外観および断面構造を示す図である。
【図５】振動発電部６０の構造を説明するための図である。
【図６】回路部７０の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  スタイラスペン
２０  ペン先部
３０  筆圧発電部
４０  熱発電部
５０  光発電部
６０  振動発電部
７０  回路部
１００  筐体
【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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