JP2012202529A - 発電装置を備えた緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】発電装置を備えた緩衝器において、緩衝器のストロークを利用して効率良く発電させること。
【解決手段】発電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、シリンダ１５及びピストンロッド５の一方と共に移動する、電荷が蓄電されたエレクトレット材２１と、エレクトレット材２１と対向して配置され、シリンダ１５及びピストンロッド５の他方と共に移動する対向電極２２とを備え、エレクトレット材２１及び対向電極２２は、緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置され、緩衝器１００の伸縮作動に伴ってエレクトレット材２１と対向電極２２との間に発生する電位差によって発電が行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電装置を備えた緩衝器に関するものである。

緩衝器に設けられる発電装置として、特許文献１には、車両走行時の車輪の上下運動によって生ずる流体の圧力変動を衝撃として圧電素子に与えて発電し、発生する微弱な電力をバッテリへ充電するものが開示されている。

特許第４３５９９０１号公報

しかし、特許文献１に記載の発電装置は、圧電体への入力頻度が緩衝器の作動周波数に依存するため、得られる電力量が小さい。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、発電装置を備えた緩衝器において、緩衝器のストロークを利用して効率良く発電させることを目的とする。

本発明は、発電装置を備えた緩衝器であって、作動流体が封入されたシリンダと、前記シリンダに進退自在に挿入されるピストンロッドと、を備え、前記発電装置は、前記シリンダ及び前記ピストンロッドの一方と共に移動する、電荷が蓄電されたエレクトレット材と、前記エレクトレット材と対向して配置され、前記シリンダ及び前記ピストンロッドの他方と共に移動する対向電極と、を備え、前記エレクトレット材及び前記対向電極は、緩衝器の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置され、緩衝器の伸縮作動に伴って前記エレクトレット材と前記対向電極との間に発生する電位差によって発電が行われることを特徴とする。

本発明によれば、エレクトレット材及び対向電極が緩衝器の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置されるため、緩衝器の作動周波数に関係なく発電させることができる。したがって、緩衝器のストロークを利用して効率良く発電させることができる。

本発明の実施の形態に係る緩衝器の概略縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る緩衝器の部分拡大図である。 発電装置の発電動作を説明する模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る緩衝器の部分拡大図である。 本発明の第３の実施の形態に係る緩衝器の部分拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る緩衝器１００について説明する。

まず、図１を参照して緩衝器１００の全体構成について説明する。

緩衝器１００は、自動車等の車両における車体と車軸との間に介装され、車体姿勢の変化を抑制する機能を有するものである。

緩衝器１００は、作動油（作動流体）が封入されたシリンダ内筒１と、シリンダ内筒１内に摺動自在に挿入されたピストン２と、一端にピストン２が固定され他端はシリンダ内筒１の外部に延在するピストンロッド５と、シリンダ内筒１を囲むシリンダ外筒６とを備える。シリンダ内筒１の内部は、ピストン２によってロッド側流体室３とピストン側流体室４とに画成される。ピストン２はピストンロッド５の段部にナット１６によって固定される。

シリンダ内筒１とシリンダ外筒６との間には、作動油をガスとともに貯留するリザーバ室７が画成される。シリンダ内筒１の底部には、ピストン側流体室４とリザーバ室７とを区画するベースバルブ８が固定される。ベースバルブ８には、リザーバ室７からピストン側流体室４への作動油の流れを許容する一方、逆向きの作動油の流れを阻止するチェック弁９と、ピストン側流体室４からリザーバ室７への作動油の流れに抵抗を付与する縮側減衰弁１１とが設けられる。

ピストン２には、ピストン側流体室４からロッド側流体室３への作動油の流れを許容する一方、逆向きの作動油の流れを阻止するチェック弁１０と、ロッド側流体室３からピストン側流体室４への作動油の流れに抵抗を付与する伸側減衰弁１２とが設けられる。

ロッド側流体室３とリザーバ室７は、シリンダ内筒１の開口端部を閉塞するロッドガイド１３によって作動油の行き来が不能に区画される。ピストンロッド５はロッドガイド１３を挿通して設けられる。

緩衝器１００が収縮作動する場合には、ピストン側流体室４が縮小し、ロッド側流体室３が拡大する。これに伴い、ピストン側流体室４の作動油はチェック弁１０を通じてロッド側流体室３に流入する。一方、ロッド側流体室３とピストン側流体室４の合計容積は、ピストン２の縮側ストロークに伴ってシリンダ内筒１に侵入するピストンロッド５の侵入体積相当分減少する。シリンダ内筒１のこの容積変動は、ピストン側流体室４の作動油の一部が縮側減衰弁１１を通じてリザーバ室７に流出することによって補償される。この時、縮側減衰弁１１を通る作動油が縮側減衰力を発生させる。

緩衝器１００が伸長作動する場合には、ロッド側流体室３が縮小し、ピストン側流体室４が拡大する。これに伴い、ロッド側流体室３の作動油は伸側減衰弁１２を通じてピストン側流体室４に流入する。この時、伸側減衰弁１２を通る作動油が伸側減衰力を発生させる。一方、ロッド側流体室３とピストン側流体室４の合計容積は、ピストン２の伸側ストロークに伴ってシリンダ内筒１から退出するピストンロッド５の退出体積相当分増加する。シリンダ内筒１のこの容積変動は、リザーバ室７の作動油の一部がチェック弁９を通じてピストン側流体室４に流入することによって補償される。

ピストンロッド５におけるシリンダ内筒１からの突出部５ａには、突出部５ａへのダストの付着を防止することを目的として、突出部５ａを覆うカバー部材１４が取り付けられる。カバー部材１４は、開口部側の内周面１４ａがシリンダ外筒６の外周面６ａに沿った状態で配置される。カバー部材１４は金属製又は樹脂製である。

シリンダ外筒６内の端部には、ピストンロッド５の外周面が摺動し、外部への作動油の漏れを防止するシール部材１７が設けられる。

以上のように、緩衝器１００は、シリンダ内筒１及びシリンダ外筒６からなるシリンダ１５に対してピストンロッド５が進退することによって減衰力を発揮するものである。緩衝器１００は、シリンダ１５とピストンロッド５との相対移動に伴って発電する発電装置も備える。以下に、発電装置について説明する。なお、図１では発電装置の図示を省略している。

（第１の実施の形態）
図２及び図３を参照して、第１の実施の形態に係る発電装置２０Ａについて説明する。

発電装置２０Ａは、カバー部材１４の内周面１４ａとシリンダ外筒６の外周面６ａとの間のスペースに設置される。発電装置２０Ａは、カバー部材１４の内周面１４ａに設けられピストンロッド５と共に移動するエレクトレット材２１と、シリンダ外筒６の外周面６ａに設けられシリンダ１５と共に移動する対向電極２２とを備える。

カバー部材１４の内周面１４ａには、シリコンやガラス等の絶縁材にて形成された筒状の絶縁基板２３が固定される。絶縁基板２３の内周面２３ａには、リング状のベース電極２５が配設される。ベース電極２５は、緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配設される。各ベース電極２５は連結されている。各ベース電極２５の連結方法は、隣り合うベース電極２５同士を直接連結してもよいし、絶縁基板２３上に形成されたパターンを介して連結するようにしてもよい。ベース電極２５は、アルミニウムなど導電性を有する金属にて形成される。また、ベース電極２５は接地されている（図３参照）。

各ベース電極２５の内周面には、リング状のエレクトレット材２１が配設される。したがって、エレクトレット材２１も緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配設される。エレクトレット材２１には、図３に示すように負電荷が蓄積されている。

シリンダ外筒６の外周面６ａには、シリコンやガラス等の絶縁材にて形成された筒状の絶縁基板２７が固定される。絶縁基板２７の外周面２７ａにはリング状の対向電極２２が配設される。対向電極２２は、緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配設される。各対向電極２２は連結されている。各対向電極２２の連結方法は、ベース電極２５と同様である。対向電極２２は、アルミニウムなど導電性を有する金属にて形成される。

エレクトレット材２１と対向電極２２は所定の隙間を空けて対向して配置され、緩衝器１００が伸縮作動するのに伴って、エレクトレット材２１の内周面２１ａと対向電極２２の外周面２２ａとがスライドする。エレクトレット材２１の内周面２１ａと対向電極２２の外周面２２ａとの間隔は、発電効率の観点からは極力小さい方が望ましい。しかし、間隔が小さ過ぎると緩衝器１００の伸縮作動時に両者が短絡するおそれがあるため、適切な間隔に設定する必要がある。

ベース電極２５と対向電極２２のそれぞれには配線が接続され、その配線は発電装置２０Ａにて発電された電力を充電するバッテリ、又は発電装置２０Ａにて発電された電力にて駆動する負荷２８（図３参照）に接続される。

なお、以上では、エレクトレット材２１がカバー部材１４の内周面１４ａに設けられ、対向電極２２がシリンダ外筒６の外周面６ａに設けられる構成について説明したが、エレクトレット材２１をシリンダ外筒６の外周面６ａに設け、対向電極２２をカバー部材１４の内周面１４ａに設けるように構成してもよい。

次に、図３の模式図を参照して、発電装置２０Ａの発電動作について説明する。

以下では、ベース電極２５と対向電極２２のそれぞれに接続された配線が負荷２８に接続されている場合について説明する。

エレクトレット材２１と対向電極２２は、緩衝器１００の伸縮方向の寸法が同一であり、かつ隣同士の間隔も同一であるため、図３（ａ）に示すように、緩衝器１００が中立状態である場合には、エレクトレット材２１と対向電極２２は互いに対向した状態となる。この状態では、対向電極２２に正電荷が誘導された状態となる。

緩衝器１００が伸縮方向の一方向に作動した場合には、エレクトレット材２１はピストンロッド５と共に移動し、対向電極２２はシリンダ１５と共に移動するため、図３（ｂ）に示すように、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が減少する。これに伴い、対向電極２２の静電容量が減少するため、対向電極２２にて余った正電荷が接地側へ移動する。つまり、対向電極２２から接地側に電流が流れる。

次に、図３（ｂ）に示す状態から、緩衝器１００が逆方向（他方向）に作動した場合には、図３（ｃ）に示すように、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が増加する。これに伴い、対向電極２２の静電容量が増加するため、不足する正電荷が接地側から対向電極２２に流入する。つまり、接地側から対向電極２２に電流が流れる。このように、緩衝器１００の伸縮作動に伴って、エレクトレット材２１と対向電極２２との間に電位差が発生し、負荷２８に電流が供給される。

一方、図３（ｂ）に示す状態から、緩衝器１００がさらに一方向に作動し、図３（ｄ）に示すように、対向電極２２が隣り合うエレクトレット材２１の間のスペースに対向した場合には、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が最小になる。ここで、対向電極２２の正電荷の全てが接地側へ移動するようにするためには、つまり効率良く発電を行うためには、隣り合うエレクトレット材２１の間隔を対向電極２２の幅以上に設定するのが望ましい。そして、図３（ｄ）に示す状態から緩衝器１００がさらに一方向に作動すると、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積が増加に転じる。これにより、対向電極２２の静電容量が増加するため、不足する正電荷が接地側から対向電極２２に流入する。つまり、接地側から対向電極２２に電流が流れる。

以上のように、発電装置２０Ａでは、エレクトレット材２１及び対向電極２２が緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置されるため、緩衝器１００のストローク方向によらず連続的に発電が行われる。

負荷２８に流れる電流の方向は、エレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積の増減によって変化する。負荷２８に流れる電流の方向をエレクトレット材２１と対向電極２２との対向面積の増減によらず一方向とするためには、ベース電極２５と対向電極２２とに整流回路を接続し、その整流回路に負荷２８を接続するようにすればよい。

以上の第１の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

エレクトレット材２１及び対向電極２２が緩衝器１００の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置されるため、発電装置２０Ａでは緩衝器１００の作動周波数に関係なく連続的に発電が行われる。したがって、緩衝器１００のストロークを利用して効率良く発電させることができる。

なお、エレクトレット材２１及び対向電極２２は、カバー部材１４の内周面１４ａ及びシリンダ外筒６の外周面６ａの全体に設ける必要はなく、少なくとも緩衝器１００のストローク範囲に設けるようにすればよい。

また、エレクトレット材２１及び対向電極２２はリング状に形成する必要はなく、部分的に形成するようにしてもよい。ただ、リング状に形成した方が、体積が大きくなり発電量を大きくすることができるため望ましい。

（第２の実施の形態）
次に、図４を参照して、第２の実施の形態に係る発電装置２０Ｂについて説明する。以下では、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

発電装置２０Ｂでは、エレクトレット材２１がシリンダ内筒１の内周面に設けられ、対向電極２２がピストン２とナット１６との間に支持された支持部材３０の外周面に設けられる。ピストン２、ナット１６、及び支持部材３０によってピストンユニットが構成される。つまり、対向電極２２はピストンユニットの外周面に設けられる。このように、発電装置２０Ｂでは、エレクトレット材２１はシリンダ１５と共に移動し、対向電極２２はピストンロッド５と共に移動する。

シリンダ内筒１の内周面には環状の溝部１ａが形成され、その溝部１ａ内には筒状の絶縁基板２３が固定される。絶縁基板２３の内周面２３ａにはリング状のベース電極２５が複数配設され、各ベース電極２５の内周面にはリング状のエレクトレット材２１が配設される。隣り合うエレクトレット材２１の間のスペースには、絶縁性を有する樹脂材３５が充填される。エレクトレット材２１の内周面２１ａと樹脂材３５の内周面３５ａとは、シリンダ内筒１の内周面と面一となるように形成される。これにより、ピストン２はエレクトレット材２１及び樹脂材３５の内周面２１ａ，３５ａを滑らかに摺動することができる。また、ピストン２の外周面とエレクトレット材２１及び樹脂材３５の内周面２１ａ，３５ａとの間の作動油の通過が防止される。なお、ピストン２の外周面には樹脂製のリング部材（図示省略）が巻かれているため、エレクトレット材２１とピストン２が短絡することはない。

支持部材３０は、内周面がピストンロッド５の外周面に嵌まりピストン２とナット１６との間に挟時される円板状のベース部３２と、外周面がシリンダ内筒１の内周面と平行に延在する円筒部３３とからなる略有底筒形状の部材である。

支持部材３０の円筒部３３の外周面には筒状の絶縁基板２７が固定される。絶縁基板２７の外周面２７ａにはリング状の対向電極２２が複数配設される。

エレクトレット材２１の内周面２１ａと対向電極２２の外周面２２ａとの間には所定の隙間が設けられ、緩衝器１００が伸縮作動するのに伴って、エレクトレット材２１の内周面２１ａと対向電極２２の外周面２２ａとがスライドする。エレクトレット材２１と対向電極２２は、シリンダ内筒１に封入された作動油を介して対向するため、空気を介して対向する第１の実施の形態に係る発電装置２０Ａと比較して短絡し難い。また、エレクトレット材２１と対向電極２２は、ピストン２を介して同軸度が確保されるため、発電装置２０Ａと比較して短絡し難い。したがって、発電装置２０Ａと比較して、エレクトレット材２１と対向電極２２との間隔を小さくすることができる。

ベース電極２５に接続された配線は、シリンダ内筒１の胴部内を挿通して外部へ導かれる。また、対向電極２２に接続された配線は、ピストンロッド５内を挿通して外部へと導かれる。

なお、以上では、エレクトレット材２１がシリンダ内筒１の内周面に設けられ、対向電極２２が支持部材３０の外周面に設けられる構成について説明したが、エレクトレット材２１を支持部材３０の外周面に設け、対向電極２２をシリンダ内筒１の内周面に設けるように構成してもよい。

さらに、支持部材３０を設けず、対向電極２２を外径の大きなナット１６の外周面に設けるようにしてもよい。

発電装置２０Ｂの発電動作については、上記第１の実施の形態にて説明した発電装置２０Ａの発電動作と同様である。

以上の第２の実施の形態においても、上記第１の形態と同様の作用効果を奏する。

（第３の実施の形態）
次に、図５を参照して、第３の実施の形態に係る発電装置２０Ｃについて説明する。以下では、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

発電装置２０Ｃでは、エレクトレット材２１がシリンダ外筒６の外部に固定されピストンロッド５が挿通する円筒部材４０の内周面に設けられ、対向電極２２がピストンロッド５の外周面に設けられる。このように、発電装置２０Ｃでは、エレクトレット材２１はシリンダ１５と共に移動し、対向電極２２はピストンロッド５と共に移動する。

円筒部材４０の内周面には筒状の絶縁基板２３が固定される。絶縁基板２３の内周面２３ａにはリング状のベース電極２５が複数配設され、各ベース電極２５の内周面にはリング状のエレクトレット材２１が配設される。

ピストンロッド５の外周面には環状の溝部５ｂが形成され、その溝部５ｂ内には筒状の絶縁基板２７が固定される。絶縁基板２７の外周面２７ａにはリング状の対向電極２２が複数配設される。隣り合う対向電極２２の間のスペースには、絶縁性を有する樹脂材４４が充填される。対向電極２２の外周面２２ａと樹脂材４４の外周面４４ａとは、ピストンロッド５の外周面と面一となるように形成される。これにより、ピストンロッド５は、ロッドガイド１３及びシール部材１７の内周面を滑らかに摺動することができる。

エレクトレット材２１の内周面２１ａと対向電極２２の外周面２２ａとの間には所定の隙間が設けられ、緩衝器１００が伸縮作動するのに伴って、エレクトレット材２１の内周面２１ａと対向電極２２の外周面２２ａとがスライドする。

なお、以上では、エレクトレット材２１が円筒部材４０の内周面に設けられ、対向電極２２がピストンロッド５の外周面に設けられる構成について説明したが、エレクトレット材２１をピストンロッド５の外周面に設け、対向電極２２を円筒部材４０の内周面に設けるように構成してもよい。

発電装置２０Ｃの発電動作については、上記第１の実施の形態にて説明した発電装置２０Ａの発電動作と同様である。

以上の第３の実施の形態においても、上記第１の形態と同様の作用効果を奏する。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、緩衝器の伸縮作動を利用して発電を行う発電装置に適用することができる。

１００ 緩衝器
１ シリンダ内筒
２ ピストン
５ ピストンロッド
６ シリンダ外筒
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 発電装置
２１ エレクトレット材
２２ 対向電極
２３ 絶縁基板
２５ ベース電極
２７ 絶縁基板
３０ 支持部材
４０ 円筒部材

Claims (5)

1. 発電装置を備えた緩衝器であって、
   作動流体が封入されたシリンダと、
   前記シリンダに進退自在に挿入されるピストンロッドと、を備え、
   前記発電装置は、
   前記シリンダ及び前記ピストンロッドの一方と共に移動する、電荷が蓄電されたエレクトレット材と、
   前記エレクトレット材と対向して配置され、前記シリンダ及び前記ピストンロッドの他方と共に移動する対向電極と、を備え、
   前記エレクトレット材及び前記対向電極は、緩衝器の伸縮方向に所定間隔を空けて複数配置され、
   緩衝器の伸縮作動に伴って前記エレクトレット材と前記対向電極との間に発生する電位差によって発電が行われることを特徴とする発電装置を備えた緩衝器。
2. 隣り合う前記エレクトレット材の所定間隔は前記対向電極の幅以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置を備えた緩衝器。
3. 前記エレクトレット材及び前記対向電極の一方は、前記ピストンロッドにおける前記シリンダからの突出部に取り付けられ当該突出部を覆うカバー部材の内周面に設けられ、
   前記エレクトレット材及び前記対向電極の他方は、前記シリンダの外周面に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置を備えた緩衝器。
4. 前記エレクトレット材及び前記対向電極の一方は、前記シリンダの内周面に設けられ、
   前記エレクトレット材及び前記対向電極の他方は、前記ピストンロッドの端部に連結され前記シリンダ内に摺動自在に挿入されたピストンユニットの外周面に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置を備えた緩衝器。
5. 前記エレクトレット材及び前記対向電極の一方は、前記シリンダの外部に固定され前記ピストンロッドが挿通する円筒部材の内周面に設けられ、
   前記エレクトレット材及び前記対向電極の他方は、前記ピストンロッドの外周面に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置を備えた緩衝器。

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