JP2012080702A - 発電装置及びスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の操作力に拘わらず安定した発電を行いうる発電装置を提供する。
【解決手段】発電時に操作されるスイッチレバー１２と、被駆動部４１が駆動されることにより誘導起電力を発生させる発電機１３と、外力が印加されることにより弾性力を蓄積すると共に蓄積された弾性力を出力することにより被駆動部４１を駆動する発電用ばね１４と、スイッチレバー１２の操作前位置から発電用ばね１４に所定弾性力が蓄積される蓄積完了位置までの間はスイッチレバー１２の操作力を発電用ばね１４に伝達し、蓄積完了位置を過ぎた時にスイッチレバー１２と発電用ばね１４の係合を解除し、発電用ばね１４に蓄積された弾性力の出力を許容するスライド部材１５及びピンホイール１６を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は発電装置及びスイッチに係り、特に電磁誘導により発電を行う発電装置及びこれを用いたスイッチに関する。

近年、電子機器に広く開放されている2.4GHz帯の電波周波数帯を利用して、種々のワイヤレスの電子機器が提供されている。そのなかの一つとして、無線スイッチが知られている。この無線スイッチは、例えば壁等に配設され照明器具のＯＮ／ＯＦＦを行うのに使用される。

このような無線スイッチでは、その電源として乾電池や屋内100V電源を用いることが考えられるが、乾電池を用いた場合にはその交換が面倒であり、また屋内電源を用いる場合には無線スイッチの配設位置が固定されてしまい移動させることができず、いずれの場合も使用性が悪い。このため、無線スイッチ内に発電装置を設け、無線スイッチの使用性を向上させることが提案されている。

従来、このような小型電子機器に搭載される発電装置としては、特許文献１に示されるようなコイルの内部で円盤状の磁石を回転させることによりコイルを貫く磁束を変化させ、これにより発電を行う発電装置が知られている。

特開２００５−１０２４１３号公報

周知のように、発電装置ではコイル内で磁束変化を瞬時に行うことにより安定した誘導起電力を得ることができる。特許文献１に開示された発電装置において安定した誘導起電力を発生させるためには、コイルと接続されたシャフトを速い回転速度で回転させ、コイル内で磁石を速く回転させる必要がある。

この発電装置をスイッチに適用し、スイッチ操作者の操作力によりシャフトを回転させる構成とすると、操作者により操作力にバラツキがあるため、安定した誘導起電力を得ることができないという問題点があった。また、操作者はスイッチを指で操作するが、この指の力ではスイッチの電源となる誘導起電力まで瞬時にシャフトを回転させるのは困難であるという問題点もある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、操作者の操作力に拘わらず安定した発電を行いうる発電装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
ケース（１１）と、
発電時に操作される操作部材（１２）と、
被駆動部（４１）が駆動されることにより誘導起電力を発生させる発電部（１３）と、
前記被駆動部（４１）に接続されており、外力が印加されることにより弾性力を蓄積すると共に、蓄積された弾性力を出力することにより前記被駆動部（４１）を駆動する弾性手段（１４）と、
前記操作部材（１２）と前記弾性手段（１４）に係合可能な構成とされており、前記操作部材（１２）の操作前位置から前記弾性手段（１４）に所定弾性力が蓄積される蓄積完了位置までの間は前記操作部材（１２）と前記弾性手段（１４）とを連結して前記操作部材（１２）の操作力を前記弾性手段（１４）に伝達し、前記操作部材（１２）が前記蓄積完了位置を過ぎた時に前記操作部材（１２）と前記弾性手段（１４）との連結を解除し、前記弾性手段（１４）に蓄積された弾性力の出力を許容する連結解除機構（１５，１６）と、
を有することを特徴とする発電装置により解決することができる。

なお、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

開示の発電装置によれば、発電部は弾性手段から出力される蓄積された弾性力により駆動され誘導起電力を発生させるため、操作者の操作力に拘わらず安定した誘導起電力を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチの分解斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチを上部から見た斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチを下部から見た斜視図である。 図４は、回路基板を外したときの本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチを下部から見た斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチの動作を説明するための図である（その１）。 図５は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチの動作を説明するための図である（その２）。 図７は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチの動作を説明するための図である（その３）。 図８は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチの動作を説明するための図である（その４）。 図９は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチの動作を説明するための図である（その５）。 図１０は、本発明の一実施形態である発電装置及びスイッチの動作を説明するための図である（その６）。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１乃至図４は、本発明の一実施形態であるスイッチ及び発電装置を説明するための図である。スイッチ１は無線スイッチであり、発電装置１０と回路基板２０とにより構成されている。

発電装置１０は、スイッチレバー１２が操作されることにより発電を行うものである。回路基板２０は高周波通信回路（図示せず）を設けており、発電装置１０が発電した電力（誘導起電力）により駆動される。この高周波通信回路は、駆動することにより電気機器（例えば、照明機器等）に向け2.4GHz帯の電波を送信し、これにより当該電気機器のＯＮ／ＯＦＦ処理が行われる構成とされている。この回路基板２０は、図３に示すようにケース１１の背面側に配設される。

発電装置１０は、大略するとケース１１、スイッチレバー１２、発電機１３、発電用ばね１４、連結解除機構（１５，１６）、ピンホイールばね１７、及びスイッチ戻しばね１８等を有した構成とされている。

ケース１１は樹脂成型品であり、矩形状を有している。このケース１１の一側部には、スイッチレバー１２を装着するためのレバー装着凹部２５が形成されている。このレバー装着凹部２５内には、スイッチレバー１２を軸承する支軸２６が立設されると共に、後述するロック爪３８が係合するロック溝３９が形成されている。

また、ケース１１には、発電用ばね１４が装着されるばね装着部２７、ピンホイールばね１７が装着されるばね装着軸２９、ピンホイールばね１７の端部１７ａが係止されるばね係止３０、発電機１３が取付けられた状態で被駆動部４１が位置する開口部３１、及び発電機１３を取付けるためのボス３２Ａ，３２Ｂ等が一体的に形成されている。

スイッチレバー１２は樹脂成型品であり、操作部３５、軸孔３６、係合凸部３７、ロック爪３８、及びロック溝３９等を一体的に形成した構成とされている。このスイッチレバー１２は、請求項に記載の操作部材に相当する。

操作部３５は、発電時（スイッチ１のＯＮ／ＯＦＦ時）に操作者により操作される部位である。後述するように、発電時には操作者は操作部３５を矢印Ａ１方向（（図２、図５等参照）に押圧操作する。

軸孔３６は、スイッチレバー１２の端部に設けられており、前記した支軸２６に挿通される。これによりスイッチレバー１２は支軸２６に軸承され、支軸２６を中心として矢印Ａ１，Ａ２方向に回転する。

このスイッチレバー１２を支軸２６に装着する際、スイッチ戻しばね１８も併せて支軸２６に装着される。このスイッチ戻しばね１８は、スイッチレバー１２を図５に矢印Ａ２で示す方向に回転付勢する。

しかしながら、スイッチレバー１２の下部にはロック爪３８が形成されており、このロック爪３８はレバー装着凹部２５に形成されたロック溝３９と係合するよう構成されている。従って、ロック爪３８がロック溝３９と係合することにより、スイッチレバー１２は図２に示す位置（ケース１１より若干Ａ２方向に回転した位置）以上には回転しない構成とされている。

係合凸部３７は、操作部３５と反対側に突出した構成とされている。この係合凸部３７は、後述するピンホイール１６の係合突起５５と係合可能な構成とされている。

次に、発電機１３について説明する。発電機１３は請求項に記載の発電部に相当するものであり、金属製の基板４３に装置本体４０が配設された構成とされている。

また、装置本体４０には被駆動部４１が設けられており、この被駆動部４１は基板４３から上方に突出した構成とされている。発電機１３は、この被駆動部４１を回転させることによりコイルの内部で円筒形状の磁石を回転させ、これによりコイルを貫く磁束を変化させて誘導起電力を発生させる構成（発電する構成）とされている。

基板４３は、複数の装着孔４４Ａ〜４４Ｃを有している。この各装着孔４４Ａ〜４４Ｃには図示しない固定ねじが挿通され、この固定ねじをボス３２Ａ，３２Ｂの背面及びケース１１の背面側に形成されたねじ孔に螺着することにより、発電機１３はケース１１に固定される。

また、ケース１１の発電機１３が取付けられる部位には、開口部３１が形成されている。よって、発電機１３がケース１１に固定された状態で、被駆動部４１は開口部３１内に突出した構成となる。更に、被駆動部４１には、後述するラック５０と噛合するギヤ４２が配設されている。

発電用ばね１４は、請求項に記載の弾性手段に相当するものである。この発電用ばね１４は、ケース１１に設けられたばね装着部２７に装着される。本実施形態では、発電用ばね１４として圧縮ばねであるコイルスプリングを使用している。しかしながら、後述する所定の弾性力（弾性エネルギー）を蓄積しうるものであれば、他の構成のばね、ゴム等の弾性部材、エアシリンダ等を用いた弾性機構等を用いることも可能である。

この発電用ばね１４は、図中Ｘ１方向側の端部１４ａがケース１１に固定され、Ｘ２方向側の端部１４ｂがスライド部材１５と接続される。また発電用ばね１４は圧縮されることにより弾性力を蓄積すると共に、この蓄積された弾性力を出力することにより、後述するように発電機１３の被駆動部４１を回転させて所定の誘導起電力を発生させる構成とされている。

次に、連結解除機構について説明する。連結解除機構は、大略するとスライド部材１５とピンホイール１６とにより構成されている。また連結解除機構は、前記のスイッチレバー１２と発電用ばね１４に係合可能な構成とされている。

この連結解除機構は、スライド部材１５の操作を開始する位置（以下、操作前位置という）から、発電用ばね１４に発電機１３を駆動しうる弾性力が蓄積される位置（以下、蓄積完了位置という）までの間はスライド部材１５と発電用ばね１４とを連結してスライド部材１５の操作力を発電用ばね１４に伝達し、蓄積完了位置を過ぎた時にスイッチレバー１２と発電用ばね１４との連結を解除し、発電用ばね１４に蓄積された弾性力の出力を許容する機能を奏するものである。以下、スライド部材１５及びピンホイール１６の具体的な構成について説明する。

スライド部材１５は樹脂成型品であり、本体部４７、接続部４８、係合部４９、及びラック５０を一体的に形成した構成とされている。本体部４７は、ケース１１内で図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向にスライド可能な構成とされている。

本体部４７のＸ１方向端部には、接続部４８が形成されている。この接続部４８は、前記した発電用ばね１４の端部１４ｂに接続される。よって、スライド部材１５がＸ１方向にスライドすることにより発電用ばね１４は圧縮され弾性力を蓄積する。また、圧縮された発電用ばね１４が伸長し、蓄積された弾性力を出力する時は、スライド部材１５は矢印Ｘ２方向にスライドする。

また、本体部４７のＸ２方向端部には係合部４９が形成されている。この係合部４９は、後述するピンホイール１６の係合突起５５と係合するよう構成されている。更に、本体部４７の側部にはラック５０が形成されており、このラック５０は発電機１３の被駆動部４１に設けられたギヤ４２と噛合するよう構成されている。

これにより、発電機１３とスライド部材１５とは、ギヤ４２及びラック５０を介して接続された構成となる。よって、発電用ばね１４に蓄積された弾性力によりスライド部材１５がＸ２方向にスライドすると、ラック５０及びギヤ４２を介して被駆動部４１が回転し、
発電機１３は誘導起電力を発生させる。

ピンホイール１６は樹脂成型品であり、放射状に延出する複数（本実施形態では６本
）の係合突起５５が形成されている。なお、以下の説明において、複数の係合突起５５を個別に示す場合には、図５に示すように係合突起５５Ａ〜５５Ｆと示すこととする。

また、ピンホイール１６は中心位置に軸孔５３が形成されており、この軸孔５３はケース１１に形成されたホイール軸２８に挿通される。これにより、ピンホイール１６は、ケース１１に対して回転可能に取付けられた状態となる。

スイッチレバー１２が操作される際、前記の複数の係合突起５５の内、一の係合突起５５（図５に示す係合突起５５Ａ参照）が係合凸部３７と係合すると共に、これと隣接する係合突起５５（図５に示す係合突起５５Ｂ参照）がスライド部材１５の係合部４９と係合するよう構成されている。従って、スイッチレバー１２が操作時においては、スイッチレバー１２と発電用ばね１４は、ピンホイール１６及びスライド部材１５を介して連結された構成となる。

ピンホイールばね１７は、ピンホイール１６の近傍位置に配設されている。具体的には、ピンホイール１６の係合突起５５が係合凸部３７及び係合部４９と係合する位置に対し、ホイール軸２８を中心として反対側の位置に設けられている。このピンホイールばね１７はトーションばねであり、ケース１１に形成されたばね装着軸２９に装着される。

また、ピンホイールばね１７の一端部１７ａは、ばね係止３０に係止される。また、ピンホイールばね１７の他端は山形に折曲されて山部１７ｂを形成している。この山部１７ｂは係合突起５５を弾性付勢するよう構成されており、これによりピンホイール１６は図中矢印Ｂ方向に回転付勢される構成となっている。

なお、上記のように本実施形態では係合突起５５を６本設けた構成としているが、ピンホイール１６に形成される係合突起５５の本数はこれに限定されるものではなく、４本以上１０本以下の間で任意に設定することが可能である。これは、４本未満に設定するとスイッチレバー１２と発電用ばね１４の連結が困難になり、また１１本以上に設定すると各係合突起５５が細くなり機械的強度を維持することが困難となるからである。

次に、上記構成とされた発電装置１０の動作について説明する。

図５乃至図１０は、発電時における発電装置１０の動作を動作順に示している。図５は、スイッチレバー１２を操作する前の操作前状態を示している。この操作前状態では、スイッチレバー１２はスイッチ戻しばね１８の弾性力により矢印Ａ２方向に回転付勢されるが、前記のようにロック爪３８がロック溝３９に係合することにより、図５に示す操作前位置よりもＡ２方向に回転することを防止している。

また操作前状態では、発電用ばね１４は伸長しており、弾性力は蓄積されていない状態である。また、これに伴いスライド部材１５は矢印Ｘ２方向に移動した状態となっている。更に、ピンホイール１６は、係合突起５５Ａがスイッチレバー１２の係合凸部３７と係合し、係合突起５５Ｂがスライド部材１５の係合部４９と係合した構成となっている。よって、スイッチレバー１２と発電用ばね１４は、スライド部材１５及びピンホイール１６を介して連結された状態となっている。

図６は、スイッチレバー１２を矢印Ａ１方向に操作し始めた状態を示している。スイッチレバー１２をスイッチ戻しばね１８のばね力に抗してＡ１方向に操作すると、これに伴い係合凸部３７は係合突起５５ＡをＸ１方向に付勢する。ピンホイール１６はホイール軸２８に回転可能に取付けられているため、係合突起５５Ａが係合凸部３７に付勢されることによりピンホイール１６は図中矢印Ｂ方向（図中、反時計方向）に回転する。

またピンホイール１６が回転することにより、係合突起５５Ａに隣接し係合部４９に係合している係合突起５５Ｂも回転し、これによりスライド部材１５は矢印Ｘ１方向にスライドする。

スライド部材１５がＸ１方向にスライドすることにより、スライド部材１５に接続された発電用ばね１４もＸ１方向に付勢される。しかしながら、発電用ばね１４の端部１４ａはケース１１に固定されているため、スライド部材１５がＸ１方向にスライドすることにより発電用ばね１４は圧縮されて弾性力を蓄積する。

なお、スライド部材１５がＸ１方向に移動することにより、ラック５０及びギヤ４２を介して被駆動部４１も回転するが、操作者によるスライド部材１５の操作力は小さく安定していないため、発電機１３において有効な発電が行われることはない。

また、ピンホイール１６がＢ方向に回転することにより、係合突起５５Ｄはピンホイールばね１７の山部１７ｂを押圧する。これにより、ピンホイール１６には矢印Ｂ方向とは反対方向の弾性付勢力が印加されるが、スイッチレバー１２を操作する操作力に対してこの弾性付勢力は小さいため、ピンホイールばね１７によりピンホイール１６が反転（矢印Ｂ方向とは反対方向に回転）するようなことはない。

図７は、蓄積完了位置までスイッチレバー１２を操作した状態（以下、蓄積完了状態という）を示している。この蓄積完了状態では、スイッチレバー１２はレバー装着凹部２５内に押し込まれ、これに伴いスライド部材１５はＸ１方向の移動限界位置まで移動した状態となっている。本実施形態では、この蓄積完了状態において発電用ばね１４が最も収縮され、発電用ばね１４に発電機１３を駆動し発電を行いうる弾性力が蓄積されるよう構成している。

また蓄積完了状態では、ピンホイール１６の係合突起５５Ｂは係合部４９の端部と係合しており、係合部４９から離間する直前の状態となっている。更に、係合突起５５Ｄはピンホイールばね１７の山部１７ｂの頂部と接した状態となっている。

図８は、スイッチレバー１２が蓄積完了位置を過ぎた位置まで移動操作した状態（以下、発電状態という）を示している。この発電状態までスイッチレバー１２が押し込まれると、ピンホイール１６は更にＢ方向に回転し、係合突起５５Ｂは係合部４９から離間する。これにより、スライド部材１５及びピンホイール１６によるスイッチレバー１２と発電用ばね１４との連結は解除される。

また、係合突起５５Ａと係合突起５５Ｂとの間には，スライド部材１５をＸ２方向に移動可能な空間４５が存在する。よって、係合突起５５Ｂが係合部４９から離間すると、発電用ばね１４に蓄積されていた弾性力（弾性エネルギー）により、スライド部材１５は瞬時にＸ２方向に向けスライドする。

前記のようにギヤ４２とラック５０は噛合しているため、スライド部材１５がＸ２方向に瞬時にスライドすることにより、被駆動部４１は図中矢印Ｃ２方向に回転する。よって、発電機１３は、発電用ばね１４が出力する弾性力により誘導起電力を発生させる（発電が行われる）。

この発電が行われる際、発電用ばね１４（スライド部材１５）とスイッチレバー１２は連結が解除された状態であるため、スライド部材１５には発電用ばね１４に蓄積された弾性力（弾性復元力）のみが印加される。また、発電用ばね１４には、発電機１３を駆動し発電を行いうる強い弾性力が蓄積されている。このため発電時には、発電機１３は発電用ばね１４から出力される強く安定した弾性力により駆動されるため、出力される誘導起電力も安定したものとなる。

このように本実施形態に係る発電装置１０によれば、発電機１３は発電用ばね１４から瞬時に出力される蓄積された弾性力により駆動されて誘導起電力を発生させるため、スイッチレバー１２を操作する操作者の操作力に拘わらず安定した誘導起電力を得ることができる。また、発電機１３が安定した誘電起電力を発生させることにより、回路基板２０に設けられた高周波通信回路は電気機器に向けて安定した電波を送信することが可能となり、電気機器のＯＮ／ＯＦＦ等の処理を高い信頼性を持って確実に行わせることができる。

図９は、発電処理が終了した後の状態（以下、復帰処理状態という）を示している。この復帰処理状態では、操作者によるスイッチレバー１２のＡ１方向への操作が解除されている。このため、スイッチレバー１２は、スイッチ戻しばね１８のばね力によりＡ２方向に向け付勢され、操作前位置に戻る。

また、ピンホイール１６は、スライド部材１５と離間することにより回転自在な状態となるが、ピンホイールばね１７の山部１７ｂにより係合突起５５Ｄが弾性付勢される。これにより、ピンホイール１６は矢印Ｂ方向に回転する。なお、スライド部材１５はＸ２方向に移動した状態を維持しており、また発電用ばね１４も伸長した状態を維持している。

このピンホイール１６のＢ方向への回転により、図１０に示すように、係合突起５５Ｆがスイッチレバー１２の係合凸部３７と係合し、係合突起５５Ａがスライド部材１５の係合部４９と係合した状態となる。よって図１０に示す状態は、図５に示した操作前状態と等価の状態となる。このように、本実施形態に係る発電装置１０では、１回の発電処理によりピンホイール１６が６０°進み、操作前状態に戻る構成となっている。

上記のように、本実施形態に係る発電装置１０では、少ない部品点数で確実に発電処理を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

１ スイッチ
１０ 発電装置
１１ ケース
１２ スイッチレバー
１３ 発電機
１４ 発電用ばね
１５ スライド部材
１６ ピンホイール
１７ ピンホイールばね
１８ スイッチ戻しばね
２０ 回路基板
２５ レバー装着凹部
２６ 支軸
２７ ばね装着部
２８ ホイール軸
２９ ばね装着軸
３０ ばね係止
３５ 操作部
３７ 係合凸部
４０ 装置本体
４１ 被駆動部
４２ ギヤ
４３ 基板
４７ 本体部
４８ 接続部
４９ 係合部
５０ ラック
５５，５５Ａ〜５５Ｆ 係合突起

Claims (5)

1. ケースと、
   発電時に操作される操作部材と、
   被駆動部が駆動されることにより誘導起電力を発生させる発電部と、
   前記被駆動部に接続されており、外力が印加されることにより弾性力を蓄積すると共に、蓄積された弾性力を出力することにより前記被駆動部を駆動する弾性手段と、
   前記操作部材と前記弾性手段に係合可能な構成とされており、前記操作部材の操作前位置から前記弾性手段に所定弾性力が蓄積される蓄積完了位置までの間は前記操作部材と前記弾性手段とを連結して前記操作部材の操作力を前記弾性手段に伝達し、前記操作部材が前記蓄積完了位置を過ぎた時に前記操作部材と前記弾性手段との連結を解除し、前記弾性手段に蓄積された弾性力の出力を許容する連結解除機構と、
   を有することを特徴とする発電装置。
2. 前記連結解除機構は、
   前記ケースに回転可能に取付けられると共に、放射状に延出した複数の係合突起を有するピンホイールと、
   一端が前記係合突起と係合されると共に他端が前記弾性手段に接続され、前記ケース内でスライド可能な構成とされたスライド部材とを有することを特徴とする請求項１記載の発電装置。
3. 前記発電部を前記被駆動部を回転することにより誘導起電力を発生させる構成とすると共に前記被駆動部にギヤを配設し、
   前記スライド部材に前記ギヤと噛合するラックを設けたことを特徴とする請求項２記載の発電装置。
4. 前記係合突起の数を４本以上１０本以下に設定したことを特徴とする請求項２又は３記載の発電装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発電装置と、該発電装置により駆動される電子回路とを有することを特徴とするスイッチ。
   

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