(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持された入力軸（１２）と、
前記入力軸を手動で回転させるためのハンドル（１４）と、
前記入力軸に取り付けられたゼンマイバネ（１６）と、
回転運動により発電する発電機（２３）と、
前記ゼンマイバネの巻締め状態から緩み状態までの復元により生じる前記入力軸の回転を前記発電機に増速して伝達する増速装置（２５）と、
外部の各種電気機器を接続する接続端子（４５）と、
前記発電機の発電電圧を変化させて複数の電圧を前記接続端子（４５）に取り出せるようにする電圧可変装置（４１）と、
前記発電機の発電電流を交流と直流との間で変換していずれの電流も前記接続端子（４５）に取り出せるようにする電流種別変換装置（４１）とを備え、
前記ゼンマイバネの復元に基づく前記発電機の発電出力が５〜５０ワットかつ発電持続時間が１〜５時間となるように、前記ゼンマイバネ、発電機及び増速装置を設定し、
前記入力軸、ゼンマイバネ、発電機、増速装置、電圧可変装置及び電流種別変換装置をケース（２）に納めるとともに、前記接続端子をケース（２）の表面部に設けたことを特徴とするゼンマイバネ式発電装置。
【請求項２】
前記ケースに車輪（４）と取手（５）とを取り付けた請求項１記載のゼンマイバネ式発電装置。
【請求項３】
前記ゼンマイバネは、二以上を並列的に取り付けて併用し、一方のゼンマイバネが切れても、他方のゼンマイバネで発電を続行できるようにした請求項１又は２記載のゼンマイバネ式発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被災時、停電時、野外活動時等のような商用電源や電池が利用できない時に使用する発電装置に関し、詳しくは、人力を一時的に加えることにより所定時間持続して発電するゼンマイバネ式発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のゼンマイバネ式発電装置として、ゼンマイバネにより発電機を回転させ、豆電球、腕時計、携帯用コンピュータ、ラジオ等の小電力機器を作動させるようにしたものが知られている（特開昭４９−６５８６６号公報、特開昭５１−７９９８８号公報、特開平４−３４０１１８号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のゼンマイバネ式発電装置には、次のような問題があった。
▲１▼  発電機の発電持続時間を長くしようとすると、取り出せる発電出力が小さくなってラジオ、豆電球等の微小電力機器しか作動させられない一方、取り出す発電出力を大きくしようとすると、発電持続時間が短くなるという相反した問題があり、種々の電気機器で利用できるような発電出力と十分な発電持続時間とを両立したものが無かった。
▲２▼  取り出せる電圧が１種類であり、利用できる電気機器が限定されていた。▲３▼  取り出せるのが直流のみであり、利用できる電気機器が限定されていた。▲４▼  小型のゼンマイバネ式発電装置がほとんどであり、大型化した場合の移動性や取扱性について考慮したものが無かった。
▲５▼  大型のゼンマイバネの入手が困難であった。
【０００４】
本発明の目的は、上記課題を解決し、種々の電気機器で利用できるような発電出力と十分な発電持続時間とを両立したゼンマイバネ式発電装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のゼンマイバネ式発電装置は、回転可能に支持された入力軸と、入力軸を手動で回転させるためのハンドルと、入力軸に取り付けられたゼンマイバネと、回転運動により発電する発電機と、ゼンマイバネの巻締め状態から緩み状態までの復元により生じる入力軸の回転を発電機に増速して伝達する増速装置と、外部の各種電気機器を接続する接続端子と、発電機の発電電圧を変化させて複数の電圧を接続端子に取り出せるようにする電圧可変装置と、発電機の発電電流を交流と直流との間で変換していずれの電流も前記接続端子に取り出せるようにする電流種別変換装置とを備え、ゼンマイバネの復元に基づく発電機の発電出力が５〜５０ワットかつ発電持続時間が１〜５時間となるように、ゼンマイバネ、発電機及び増速装置を設定し、入力軸、ゼンマイバネ、発電機、増速装置、電圧可変装置及び電流種別変換装置をケースに納めるとともに、接続端子をケースの表面部に設けたことを特徴とする。
【０００６】
なお、前記発電出力及び発電持続時間は、何れも大きい方が利用時に便利であるが、装置のサイズとのバランスを考慮すると、発電出力５〜５０ワットかつ発電持続時間１〜５時間の範囲が好ましく、発電出力１０〜２０ワットかつ発電持続時間１．５〜３時間の範囲がさらに好ましい。
【０００９】
また、ケースに車輪と取手とを取り付けることが好ましい。
【００１０】
また、ゼンマイバネは、二以上を並列的に取り付けて併用し、一方のゼンマイバネが切れても、他方のゼンマイバネで発電を続行できるようにすることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したゼンマイバネ式発電装置の形態例について、図面を参照して説明する。ゼンマイバネ式発電装置１のケース２は、木板（金属板、樹脂板等でもよい。）により横幅約４２０ｍｍ×奥行約２７０ｍｍ×高さ約１８０ｍｍの直方体形状に形成されている。ケース２の一対の長手側板２ａの左端部には車軸３を介して一対の車輪４が転動可能に軸着され、右端部には大型コ字状の取手５が傾動可能に取り付けられている。
【００１２】
ケース２内の最下部、下部及び上部には、それぞれ第一取付板６、第二取付板７及び第三取付板８が略水平に配され、取付板６〜８は、ケース２の底板２ｂ及び天板２ｃに挿通されネジ止めされた長い支持棒９と、底板２ｂに挿通されネジ止めされた短い支持棒１０とによりケース２に固定されている。
【００１３】
第一取付板６及び第三取付板８の図２における中央より左側には垂直の入力軸（第一軸）１２が軸受１１により回転可能に支持され、入力軸１２の上端は天板２ｃより上方へ突出している。入力軸１２の上端には四角棒状の被係合部１３が形成され、被係合部１３には、入力軸１２を手動回転させるためのレバー状のハンドル１４が、その先端に形成された四角穴状の係合部１５において係合することにより、着脱可能に取り付けられるようになっている。
【００１４】
入力軸１２には二つのゼンマイバネ１６，１６が同軸状に並べて同心状に配されることにより、並列的に設けられている。各ゼンマイバネ１６，１６の内端は入力軸１２に取り付けられ、外端は第一取付板６と第三取付板８と間に支持されたステー１７に取り付けられている。各ゼンマイバネ１６，１６は、幅約５０ｍｍ、長さ約２０ｍのバネ鋼薄板を渦巻状に巻回してなるものである。その巻回回数は、緩み状態で３６回、巻締め状態で５５回であり、従って巻締め状態から緩み状態までの復元により生じる入力軸１２の回転数は１９回である。現在、幅広のゼンマイバネは入手しにくい状況にあるため、本実施形態例のように二つ又はそれ以上のゼンマイバネを併用することは有効である。また、仮に一方のゼンマイバネが切れても、他方のゼンマイバネで（能力は低下するが）発電を続行できる利点もある。
【００１５】
第一取付板６と第二取付板７との間には、入力軸１２の歯止めを行うラチェット機構１８が設けられている。ラチェット機構１８は、入力軸１２に取り付けられた多数の爪を持つ爪車１９と、第二取付板７に軸着されて爪車１９の爪の一つに係合する戻り止めアーム２０と、第二取付板７に一端が固定されて戻り止めアーム２０を爪車１９側に付勢する押えバネ２１と、戻り止めアーム２０からケース２外に延びる解除レバー２２とからなる。ラチェット機構１８は、入力軸１２が図３で左回りに手動回転されることを、戻り止めアーム２０が爪車１９の爪を一方向に乗り越えることで許容し、その後に入力軸１２が右回りに戻り回転するのを、戻り止めアーム２０が爪車１９の爪の一つに係合することで止めるようになっている。また、ケース２外から解除レバー２２を操作してケース２の掛止部（図示略）に掛止し、戻り止めアーム２０を爪車１９から外せば、入力軸１２の右回りの戻り回転が可能になる。
【００１６】
第二取付板７の図２における右端近くの上面には、回転運動により発電する発電機２３が下向きに取り付けられている。この発電機２３には発電電圧（直流全波）は１８．５ボルトダイナモ（整流子整流方式発電機）が使用されている。
【００１７】
第一取付板６と第二取付板７との間には、ゼンマイバネ１６，１６の巻締め状態から緩み状態までの復元により生じる入力軸１２の回転を発電機２３に増速して伝達する増速装置２５が設けられ、増速装置２５は次の部材から構成されている。第一取付板６及び第二取付板７には、前記入力軸（第一軸）１２から図２の右方向へ順に、第二軸２６、第三軸２７、第四軸２８及び第五軸２９がそれぞれ軸受１１により回転可能に支持されている。入力軸１２の爪車１９には歯数１４０の第一歯車３１が重ね合わされて取り付けられている。第二軸２６には歯数１３の第二歯車３２と歯数５６の第三歯車３３とが同軸状に取り付けられ、第一歯車３１と第二歯車３２とが噛合している。第三軸２７には歯数７の第四歯車３４と歯数６０の第五歯車３５とが同軸状に取り付けられ、第三歯車３３と第四歯車３４とが噛合している。第四軸２８には歯数６の第六歯車３６と歯数６０の第七歯車３７とが同軸状に取り付けられ、第五歯車３５と第六歯車３６とが噛合している。第五軸２９には歯数７の第八歯車３８が取り付けられ、第七歯車３７と第八歯車３８とが噛合している。第五軸２９は発電機２３の回転軸と接合されている。従って、入力軸１２と第五軸２９との間の最終増速比は、（１４０／１３）×（５６／７）×（６０／６）×（６０／７）＝７３８４．６である。
【００１８】
第五軸２９にはフライホイール３９が第八歯車３８と同軸状に取り付けられ、重量の大きいフライホイール３９の惰性回転によって発電機２３がより安定的に回転するようになっている。
【００１９】
以上のようにゼンマイバネ１６，１６、発電機２３及び増速装置２５を設定したことにより、ゼンマイバネ１６，１６の前記復元に基づく発電機２３の発電出力は約１１．５ワット、発電持続時間は約２時間となった。
【００２０】
４１は、発電機２３の発電電圧を変化させて複数の電圧を取り出せるようにする電圧可変装置と、発電機２３の発電電流を交流と直流との間で変換していずれの電流も取り出せるようにする電流種別変換装置とを兼ねた出力制御装置である。電圧可変装置には、シリーズレギュレータ、スイッチングレギュレータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、トランス等の公知の各種装置を使用でき、電流種別変換装置にはインバータ、整流回路等の公知の各種装置を使用できる。本実施形態例の出力制御装置４１で取り出せる電圧は、３、４．５、６、９、１２及び２４ボルトの６種類であり、２４ボルト時の最大電流は０．４７８アンペアである。
【００２１】
出力制御装置４１において、４２は交流・直流の種別を選択する操作つまみ、４３は取り出す電圧を選択する操作つまみである。４４は、出力制御装置４１の出力端子に接続された出力タップであり、商用電源用コンセント、差込み式ジャック、ねじ式端子等の複数種類の接続端子４５を備えている。
【００２２】
以上のように構成されたゼンマイバネ式発電装置１は、被災時、停電時、野外活動時等のような、商用電源や電池が利用できない時（電池については電池切れや出力不足の時）に便利に使用できる。使用方法は、ハンドル１４の係合部１５を入力軸１２の被係合部１３に係合させ、ハンドル１４により入力軸１２を手動回転させてゼンマイバネ１６，１６を巻締め状態にし、解除レバー２２により戻り止めアーム２０を爪車１９から外す、という簡単なものである。この操作で、ゼンマイバネ１６，１６の復元により入力軸１２がゆっくりと戻り回転し、増速装置２５を介して発電機２３が所定回転数で回転し、前記の通り、発電出力約１１．５ワットかつ発電持続時間約２時間の発電が続く。
【００２３】
使用者は、出力制御装置４１で直流・交流の種別と電圧とを選択し、接続端子４５に、懐中電灯、発熱電球、蛍光燈等の照明機器や、携帯電話、トランシーバ等の通信機器や、ラジオ、携帯テレビ、ネットワークコンピュータ等の情報収集機器や、その他の各種電気機器を接続して作動させることができる。また、高周波インバータからの高周波パルス電流によって作動する電磁調理器を接続すれば、加熱調理を行うこともできる。
【００２４】
本実施形態による作用・効果をまとめると、次の通りである。
▲１▼  種々の電気機器で利用できるような発電出力と十分な発電持続時間とを両立できる。
▲２▼  取り出せる電圧が６種類であり、利用できる電気機器が広い。
▲３▼  取り出せるのが直流と交流であり、利用できる電気機器が広い。
▲４▼  上記▲１▼を実現するために、ゼンマイバネ式発電装置１は従来より大型化しているが、入力軸１２、ゼンマイバネ１６、発電機２３及び増速装置２５をケース２に納め、該ケース２に車輪４と取手５とを取り付けたので、移動性や取扱性に優れている。
▲５▼  二つのゼンマイバネ１６，１６を入力軸１２に並列的に取り付けたので、一つのゼンマイバネは幅狭のもので済み、ゼンマイバネの入手が容易になる。
【００２５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）ゼンマイバネの数を、一又は三以上に変更すること。
（２）増速装置の構造を、例えばベルト及びプーリーによるもの等に変更すること。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のゼンマイバネ式発電装置は、上記の通り構成されているので、種々の電気機器で利用できるような発電出力と十分な発電持続時間とを両立できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゼンマイバネ式発電装置の実施形態例を示す斜視図である。
【図２】同発電装置の縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１    ゼンマイバネ式発電装置
２    ケース
３    車軸
４    車輪
５    取手
１２    入力軸
１４    ハンドル
１６    ゼンマイバネ
２３    発電機
２５    増速装置
４１    出力制御装置
４５    接続端子
【図１】
0003863960.tif 000002
【図２】
0003863960.tif 000003
【図３】
0003863960.tif 000004