JP2003164109A - ゼンマイバネ蓄力式電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 準機械的な構成によって所望電圧の電力
を選択的に得ることができる、電気化学式の乾電池や蓄
電池に代わるいわば機械式電池とでもいうべき電源装置
を提供すること。 【解決手段】 巻上げられたゼンマイバネ５の復帰力に
より回転する出力軸３を具備したゼンマイバネ機構と、
該出力軸３の回転を増速する歯車列による増速機構23
と、該増速機構23の出力端に連結された発電機24と、該
発電機24の電気的出力を取出して出力するための出力端
子を具備した出力回路25とを、適宜形態のケーシング１
に収装したゼンマイバネ蓄力式電源において、前記ゼン
マイバネ５を巻上げるための入力軸２は、入力レバー部
材６の揺動運動の往復動のいずれもが、その入力軸２の
巻上げ方向の回転に変換されて伝動される巻上機構Ｄに
連結されたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は巻上げたゼンマイバ
ネに蓄えられる当該バネの反撥力をコントロールしなが
らトルク出力させ、このトルク出力を利用し発電機を駆
動させて発電し、その出力電圧を選択して電気出力を取
出すことができるように形成したゼンマイバネ蓄力式の
電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から巻上げられたゼンマイバネの反
撥力を利用した機械式の発電機やそれに基づく電源が、
例えば特開昭５６−５６１４４号、特開平１０−１３１
８４１号、特開平１０−２４８２０８号などとして数多
く提案されている。

【０００３】しかし、これらの中で実用に供されている
ものは殆んど見られない。その理由は、放電時間が長
い、つまり寿命が長くかつ堅牢な多種多様な乾電池が多
数市場に供給されており、わざわざ機械的発電手段を人
力によって操作する方式の電源や発電手段は、利用され
る機会が殆んどないからである。

【０００４】しかし乍ら、乾電池は確かに便利なもので
はあるが、消耗してしまった使用済み乾電池は、その構
造，成分などの故に、単に廃棄したり、埋立てや焼却な
どにより処分することができず、処分に困窮しているの
が現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の発明者
らは、準機械的な構成によって所望電圧の電力を選択的
に得ることができる、電気化学式の乾電池や蓄電池に代
わるいわば機械式電池とでもいうべき電源装置を提供す
ることを課題として、本発明を完成したものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明機械式電源の構成は、巻上
げられたゼンマイバネの復帰力により回転する出力軸を
具備したゼンマイバネ機構と、該出力軸の回転を増速す
る歯車列による増速機構と、該増速機構の出力端に連結
された発電機と、該発電機の電気的出力を取出して出力
するための出力端子を具備した出力回路とを、適宜形態
のケーシングに収装したゼンマイバネ蓄力式電源におい
て、前記ゼンマイバネを巻上げるための入力軸は、入力
レバー部材の揺動運動の往復動のいずれもが、その入力
軸の巻上げ方向の回転に変換されて伝動される巻上機構
に連結されたことを特徴とするものである。

【０００７】本発明のゼンマイバネ蓄力式電源では、上
記構成において、巻上機構は、入力レバー部材に代えて
紐等の索体を配設すると共に、該索体を進退動作させた
ときその進退往復動のいずれもが、前記入力軸の巻上げ
方向の回転に変換されるように形成した構成を採ること
ができる。また、ゼンマイバネ機構又は増速機構のいず
れかの回転軸又は歯車の歯に係合して出力軸の回転を任
意に停止できるストップ機構を設けた構成を付加するこ
ともできる。更には、ゼンマイバネ機構は、その入力軸
がレバー部材又は索体の操作により与えられる巻上げ回
数に基づいて、前記発電機による出力時間が所定時間に
なるように、ゼンマイバネの容量を設定するようにして
もよい。

【０００８】更に、上記の本発明ゼンマイバネ蓄力式電
源においては、出力回路に出力電圧を複数に分ける切換
部を設けると共に、その複数個の出力端子を設けた構成
とすることもできる。この切換電圧としては、例えば、
1.5V，３V，4.5V，６V，８V〜９Vの切換えとすることが
望ましい。また、本発明ゼンマイバネ蓄力式電源は、使
用するゼンマイバネ４の蓄力容量、使用する発電機の性
能によって、例えば、出力電圧を1.5V〜６V、同６V〜12
V、同13V以上のように、出力電圧の大きさによって、異
なる出力仕様の複数機種の機械式電源に形成することが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て、図を参照しつつ説明する。図１は本発明ゼンマイバ
ネ蓄力式電源の一例の斜視図、図２は巻上機構を説明す
るための要部の平面図、図３は本発明で使用する２軸式
ゼンマイバネが出力軸に戻った状態の平面図、図４は図
３のゼンマイバネが入力軸に巻取られた状態の平面図、
図５は図１の本発明電源の構造を模式的に例示した縦断
面ブロック図、図６は図１の電源を模式的に例示した横
断面ブロック図、図７は出力回路の一例のブロック図で
ある。

【００１０】図において、１は本発明電源のケーシング
（又はハウジング）で、基本的には箱状など適宜形状の
中空体により形成される。ケーシング１の大きさは、本
発明ゼンマイバネ蓄力式電源の容量、つまり出力時間や
出力電圧などにより、使用するゼンマイバネの大きさが
区々になるので、それに合せた任意の大きさ，形状に形
成することができる。図３，図４における２，３は、上
記ケーシング１の内部において、そのケーシング１の下
方の中底４に立設したゼンマイバネ５の巻上げ軸と巻戻
り軸であって、両軸２,３はともに回転自在であり、か
つ、ゼンマイバネ５の一端部5aが前記軸２に、他端5bが
軸３に、それぞれ固定されている。本発明においては、
巻上げ軸２が前記バネ５に対する入力軸として、また、
巻戻り軸３が出力軸として機能する。

【００１１】上記の巻上げ軸２（入力軸）と巻戻り軸３
（出力軸）とは、図２に模式的に例示した巻上機構Ｄに
より、巻上げ軸２に巻上げられたゼンマイバネ５の巻戻
り力によって巻戻り軸３を回転させると共に、巻上げ軸
２の巻上げ回転を、一例として入力レバー部材６の揺動
運動における往復動によって行うように巻上機構構Ｄを
成しているので、この点について、図２〜図４を参照し
つつ説明する。

【００１２】図２において、レバー部材６は、軸７によ
ってケーシング１の上方の中底８に枢着されていると共
に、軸７より前方に平面略扇状をなす円弧状ラック（又
は円弧状の歯車）９を具備している。この円弧状ラック
９には、第一の一方向クラッチ10を介して巻上げ軸２に
取付られた第一入力歯車11が噛合されている。巻上げ軸
２の同軸上には、前記クラッチ10とは逆方向に作用する
第二の一方向クラッチ12を介して中継歯車13が設けられ
ている。この中継歯車13は順次噛合するアイドラ歯車1
4，15を介して、軸16に設けられ、かつ、前記ラック９
に噛合した第二の入力歯車17に伝動するように設けられ
ていて、巻上機構Ｄの一例を形成している。

【００１３】上記巻上機構Ｄの構成により、前記ラック
９が点線方向に回動すると、巻上げ軸２は、第一の一方
向クラッチ10の伝動作用で点線矢印の方向に回転し、
ゼンマイバネ５を巻上げる。このとき、同じラック９に
噛合している第二の入力歯車17は、点線矢印の方向に
回転する。第二入力歯車17の点線矢印の方向への回転
は、アイドラ歯車15，14を順に介して、前記軸２に設け
た第二の一方向クラッチ12（第一の一方向クラッチ10と
は逆の作用をする）により当該軸２に設けた中継歯車13
に伝動されるが、その中継歯車13は第二の一方向クラッ
チ12の作用で点線矢印の方向に空転させられる。

【００１４】一方、レバー部材６が、点線矢印の方向
の行程端に到達した後、実線矢印方向に揺動される
と、第一の入力歯車11はその一方向クラッチ10の作用で
実線矢印の方向に空転するが、第二の入力歯車17の回
転がアイドラ歯車15，14の実線矢印の方向の回転を経
て中継歯車13に、実線矢印の方向の回転として伝達さ
れ、この回転が第二の一方向クラッチ12の作用によって
巻上げ軸２を、中継歯車13の回転方向と同じ実線矢印
の方向に回転させる。この回転方向は、入力歯車11の点
線矢印の回転方向と同一方向であるから、巻上げ軸２
は、レバー部材の往復動のそれぞれの運動によって同一
の巻上げ方向に回転されることとなる。これが本発明に
おけるゼンマイバネ５の巻上機構Ｄの一形態である。

【００１５】上記巻上機構Ｄにより巻上げ軸２（入力
軸）に巻上げられたゼンマイバネ５は、その巻上げ軸２
が、その中間部に設けたクラッチ18を、図示した例では
その操作レバー18aを進退させる入，切操作によって上
記巻上機構Ｄの側に位置した軸２の上半側と下半側とで
連結，遮断されることにより、前記バネ５の巻上げと、
その解放を制御するように形成されている。従って、こ
のクラッチ18がその操作レバー18aをツマミ18bを掴んで
引くことにより切られると、軸２に巻上げられた図４の
状態の前記バネ５は、出力軸（巻戻り軸３）に巻戻さ
れ、ゼンマイバネ５のこの巻戻り運動によって出力軸３
が、図３，図４の例では、反時計回りに回転する。出力
軸３の前記ゼンマイバネ５の巻戻り動作による回転が、
発電機24の発電動力として利用されるが、この点につい
ては後述する。

【００１６】本発明の実施形態例では、上記の巻上げ軸
２（又は出力軸３）に、以下の構成を具備させている。
19は前記入力軸２の下部であってクラッチ18の下に設け
たラチェット歯、20は前記ラチェット歯19に噛合，離脱
される常時噛合タイプのラチェット爪であり、上記ケー
シング１の上方の中底に設けられ、ラチェット歯19から
の離脱は、ラチェット爪20と一体のラチェットレバー20
aにより操作される。このラチェット機構は、巻上げた
バネ５の巻戻り動作を途中で止めるストッパとして機能
する。なお、20bはラチェット爪20を歯19側に付勢する
バネ、20cはラチェットレバー20aを前記バネ20cの撥力
に抗して、図の点線の位置に保持するレバーホルダ、20
dはラチェットレバー20aの軸である。

【００１７】上記ゼンマイバネ５の巻上げ軸２の第一入
力歯車11と第二の入力歯車17の軸16の同軸上には、ワイ
ヤ，紐などの索体Ｗが掛回される同径のプーリ21，22を
設けることができる。プーリ21，22を設けた場合には、
前記索体Ｗの両端を交互に引くことによって、前記巻上
げ軸２に、ラック９の往復動による場合と同じ回転を与
えることがきる。

【００１８】23は前記出力軸３の下部に取付けた歯車
（図示せず）を入力歯車とし、当該入力歯車の回転を増
速するため歯車列により形成した増速機構で、この機構
23の詳細は図示しないが、最終段のピニオンを取付けた
出力軸の、前記入力歯車に対する増速比は、一例として
5000〜9000倍程度になるように、この機構の歯車列にお
ける各歯車，ピニオンの歯数が選択されている。

【００１９】24は上記増速機構23の出力軸23aにその入
力軸を結合された小型発電機で、ここでは直流発電機を
用いている。25は前記発電機11に接続された出力回路
で、図７に例示するように、発電機24から供給される入
力電圧を平滑化すると共に、当該出力回路25に具備させ
たスーパキャパシタなどの回路構成部品の作用により電
力の一部を蓄電する作用をする。ここで、出力回路25
は、利用する電力電圧が複数種の電圧の中から選択でき
るように、各電圧の出力部が並列された回路構成を具備
し、利用する電圧の切換部26に接続されている。

【００２０】電圧の切換部26は、ケーシング１の外面
に、一例として1.5V，３V，4.5V，６Vの電圧切換スイッ
チの操作ボタン26a，26b，26c，26dと、各電圧の出力端
子27a，27b，27c，27dを具備している。なお、28は、増
力機構の歯車列のいずれかにプッシュ-プル方式で係
合，離脱させるストッパボタンで、前記のラチェット機
構と同様に、本発明ゼンマイバネ蓄力式電源の出力動作
を途中でストップさせたいときに利用する。

【００２１】以上により本発明によるゼンマイバネ蓄力
式電源の基本的構造が形成されるので、次に上記電源の
使用態様例について説明する。

【００２２】まず、ゼンマイバネ５を巻上げるには、入
力用レバー６を、図２の点線矢印と実線矢印の方向
に往復揺動（角回転）させると、当該バネ５の入力軸２
（巻上げ軸）を反時計方向（図４の点線矢印方向）に回
転して、前記バネ５が巻上げられる。巻上げられたゼン
マイバネ５は、その入力軸２がラチェット機構の作用を
受けているので、そのバネ５の戻り動作は、この状態で
は阻止されている。そこで、この電源を何ボルトの電源
として利用するかを、切換部26の切換スイッチの操作ボ
タン26a〜26dの中から選択し、例えば4.5Vの出力を利用
したい場合にはボタン26cを押し、その出力端子25cにＴ
Ｒラジオなどの外部入力端子を接続する。

【００２３】上記例のようにしてバネ５の蓄力とＴＲラ
ジオなどの所望電子機器の接続を済ませて本発明電源の
使用準備が完了すると、ストッパボタン28が解除されて
いることを確認し、入力軸２のクラッチ18を開放してラ
チェットレバー20aを点線の位置に位置付ける。クラッ
チ18が切られ、レバー20aがこの姿勢になるとラチェッ
ト爪20がその歯19から外れるので、巻上げられていたゼ
ンマイバネ５は、そのバネ撥力によって巻戻り動作に入
り、これが巻戻り軸３（出力軸）を反時計方向（図３に
点線矢印で示す方向）に回転させる。

【００２４】前記バネ５の巻戻り作用による出力軸３の
反時計方向回転は、増力機構23の歯車列を介して直流発
電機24を作動させる。発電機24の作動により発電される
直流出力は、出力回路25を経て電圧切換部26に送られる
から、上記に述べた出力端子26cに、4.5Vを動作電圧と
するＴＲラジオ（図示せず）が接続されていると、当該
ラジオは、最長、前記ゼンマイバネ５の巻上げ蓄力が放
出され終るまで作動可能ということになる。

【００２５】本発明では、上記ラジオを途中で止めたい
とき、当該ラジオのＯＮ−ＯＦＦスイッチを切るのでは
なく、ストッパピン28を押して増力機構23における歯車
列の伝動動作を阻止するか、或は、ラチェットレバー20
aをラチェット機構の阻止力が効く位置に戻すことによ
り、本発明電源自体の動作を一時停止することによっ
て、前記ラジオを止めることになる。この点は、どの出
力端子27a〜27dに電気，電子機器を接続している場合に
も同じである。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上の通りであって、準機械的
な構成によって所望電圧の電力を選択的に得ることがで
きる、電気化学式の乾電池や蓄電池に代わるいわば機械
式電池とでもいうべき電源装置を得るため、巻上げられ
たゼンマイバネの復帰力により回転する出力軸を具備し
たゼンマイバネ機構と、該出力軸の回転を増速する歯車
列による増速機構と、該増速機構の出力端に連結された
発電機と、該発電機の電気的出力を取出して出力するた
めの出力端子を具備した出力回路とを、適宜形態のケー
シングに収装したゼンマイバネ蓄力式電源において、前
記ゼンマイバネを巻上げるための入力軸は、入力レバー
部材の揺動運動の往復動のいずれもが、その入力軸の巻
上げ方向の回転に変換されて伝動される巻上機構に連結
することにより、機械式電源を形成したから、何処へで
も運び込むことができ、人力さえあれば、何らの外部エ
ネルギーや外部駆動源を用いることなく、いつでも電源
として利用することができるという効果が得られる。

【００２７】また、本発明ゼンマイバネ蓄力式電源によ
り得られる利用可能な電圧は、単一の本発明電源におい
て設定，選択可能な複数種類の電圧の中から任意に選択
できるので、使い勝手の面でも至って優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ゼンマイバネ蓄力式電源の一例の斜視
図。

【図２】巻上機構を説明するための要部の平面図。

【図３】本発明で使用する２軸式ゼンマイバネが出力軸
に戻った状態の平面図。

【図４】図３のゼンマイバネが入力軸に巻取られた状態
の平面図。

【図５】図１の本発明電源の構造を模式的に例示した縦
断面ブロック図。

【図６】図１の電源を模式的に例示した横断面ブロック
図。

【図７】出力回路の一例のブロック図。

【符号の説明】

１ 電源のケーシング ２ 入力軸（巻上げ軸） ３ 出力軸（巻戻り軸） ４ 下方の中底 ５ ゼンマイバネ ６ 入力レバー部材 ７ レバー部材の軸 ８ 上方の中底 ９ 円弧状ラック 10 第一の一方向クラッチ 11 第一の入力歯車 12 第二の一方向クラッチ 13 中継歯車 14，15 アイドラ歯車 16 軸 17 第二の入力歯車 18 軸２のクラッチ 19 ラチェット爪 21，22 プーリ Ｗ 索体 23 増力機構 24 発電機 25 出力回路 26 電圧切換部 26a〜26d 電圧切換スイッチの操作ボタン 27a〜27d 出力端子 28 ストッパボタン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻上げられたゼンマイバネの復帰力によ
   り回転する出力軸を具備したゼンマイバネ機構と、該出
   力軸の回転を増速する歯車列による増速機構と、該増速
   機構の出力端に連結された発電機と、該発電機の電気的
   出力を取出して出力するための出力端子を具備した出力
   回路とを、適宜形態のケーシングに収装したゼンマイバ
   ネ蓄力式電源において、前記ゼンマイバネを巻上げるた
   めの入力軸は、入力レバー部材の揺動運動の往復動のい
   ずれもが、その入力軸の巻上げ方向の回転に変換されて
   伝動される巻上機構に連結されたことを特徴とするゼン
   マイバネ蓄力式電源。
2. 【請求項２】 巻上機構は、入力レバー部材に代えて紐
   等の索体を配設すると共に、該索体を進退動作させたと
   きその進退往復動のいずれもが、前記入力軸の巻上げ方
   向の回転に変換されるように形成した請求項１のゼンマ
   イバネ蓄力式電源。
3. 【請求項３】 ゼンマイバネ機構又は増速機構のいずれ
   かの回転軸又は歯車の歯に係合して出力軸の回転を任意
   に停止できるストップ機構を設けた請求項１又は２のゼ
   ンマイバネ蓄力式電源。
4. 【請求項４】 ゼンマイバネ機構は、その入力軸がレバ
   ー部材又は索体の操作により与えられる巻上げ回数に基
   づいて、前記発電機による出力時間が所定時間になるよ
   うに、ゼンマイバネの容量を設定した請求項１〜３のい
   ずれかのゼンマイバネ蓄力式電源。
5. 【請求項５】 出力回路は、発電機に接続された平滑回
   路と、所定の電圧を得るＤＣ／ＤＣコンバータ手段と、
   ゼンマイバネの巻戻りの終了を事前に検知する検知手段
   と、前記バネの巻戻り終了によって発電機が停止するこ
   とを防止するため一次電圧とＤＣ／ＤＣコンバータの出
   力電圧をコンパレータにより比較する比較回路と、スレ
   ッシュホールド電圧以下になる前に、アラームにより聴
   覚的に知らせる発音手段と、ランプ類の点灯又は点滅に
   より視覚的に知らせる発光手段を具備した請求項１〜４
   のいずれかのゼンマイバネ蓄力式電源。
6. 【請求項６】 出力回路に出力電圧を複数に分ける電圧
   切換部を設けると共に、その複数の電圧用の出力端子を
   設けた請求項１〜５のいずれかのゼンマイバネ蓄力式電
   源。