JP2013219940A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よい発電を実現できる発電装置を提供する。
【解決手段】与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子ＰＺ１に、所定回数連続して圧力を与え、圧電素子ＰＺ１の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出する。漏斗部２によって、複数の弾体１を互いに異なるタイミングで１つずつ送り出す。こうすることにより、圧電素子に、圧電素子が破損する圧力よりも低い圧力を連続して付与し、圧電素子から電力を導出することにより、高耐圧のダイオードや保護回路を必要とせず、回路全体のサイズが大きくなることなく、効率よい発電を実現できる。
【選択図】図４

Description

本発明は発電装置に関し、特に圧電素子を利用した発電装置に関する。

近年、従来のエネルギーに代わる新しいエネルギーとして、太陽光や風力のエネルギーを用いた発電が数多く注目されている。また、最近では、大型のソーラーバネルや風車等を用いて発電するだけにとどまらず、公共の場所で人が歩行する際の振動や、街中を飛び交う電磁波などの身の回りのエネルギーから発電するエネルギーハーベスティング技術が注目を浴びている。

ところで、圧力を付与して変位させると、電気エネルギーを発生する圧電素子が知られている。この圧電素子に圧力を付与し、発生した電気エネルギーを取り出すことにより、発電装置を実現できる。この圧電素子を利用した発電装置を、上記のエネルギーハーベスティング技術に適用することも考えられる。
圧電素子を利用した発電装置は、例えば、特許文献１に記載されている。

特開２００６−１５８１１２号公報

特許文献１に記載されている発電装置において、圧電素子に大きな圧力を付与すれば、発生する電気エネルギーも大きくなる。しかしながら、付与する圧力が大きすぎると圧電素子が破損する可能性があるばかりでなく、発生する電気エネルギーが大きい場合、後段のダイオード、コンデンサ、電源回路などの耐圧を確保するために、回路全体のサイズが大きくなったり、コスト高になる可能性がある。

本発明は上記した点に鑑みて行われたものであり、圧電素子が破損せず、後段の回路に高耐圧のダイオードや保護回路が不要で、効率よく発電を行うことのできる発電装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による発電装置は、与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子と、前記圧電素子に、所定回数連続して圧力を与えるための圧力付与部と、を備え、前記圧力付与部によって前記圧電素子の最大出力電圧が後段素子の耐圧を下回るレベルまで圧力を複数に分割し、後段の耐圧内のエネルギーが連続して前記圧電素子が出力できるようにしたことを特徴とする。与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子に、後段の回路の素子の耐圧以下の電圧を連続して得て蓄積し、電力を導出することにより、高耐圧のダイオードや保護回路を必要とせず、高耐圧プロセスや、回路全体のサイズが大きくなることなく、効率よい発電を実現できる。

前記圧力付与部は、複数の弾体と、前記複数の弾体を互いに異なるタイミングで送り出す弾体送り出し部とを含み、前記送り出し部によって送り出された弾体を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与し、電力を導出するようにしてもよい。複数の弾体を異なるタイミングで送り出すことにより、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記弾体送り出し部は、前記複数の弾体を１つずつ通過させる漏斗部と、前記漏斗部へ前記複数の弾体を供給する弾体供給部と、を含み、前記漏斗部を通過した弾体を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与するようにしてもよい。漏斗部を用いて、複数の弾体を異なるタイミングで弾体を送り出すことにより、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記弾体供給部を複数有し、前記複数の弾体供給部のうち、一の弾体供給部から前記漏斗部へ前記複数の弾体を供給し、前記圧電素子に衝突した弾体を、受け止めて他の弾体供給部に収容し、前記一の弾体供給部と、前記他の弾体供給部との位置を入れ換える位置入れ換え部をさらに有していてもよい。２つの弾体供給部の位置を入れ換えることにより、複数の弾体を連続して供給することができる。

前記弾体送り出し部は、前記複数の弾体が１つずつ収容されるスロット群を備え、回転可能なリング部と、前記スロット群に収容された弾体を、該スロット群から放出して前記圧電素子に衝突させるための放出孔部と、前記圧電素子に衝突した弾体を、前記リング部の前記スロット群に収容させる収容孔部と、を含み、前記圧電素子は、前記リング部内に設けられており、前記リング部を回転させることにより、前記収容孔部を介して前記圧電素子に衝突した弾体を前記スロット群に収容させると共に、前記スロット群に収容された弾体を前記放出孔部を介して該スロット群から放出させるようにしてもよい。回転可能なリングに設けられたスロットを利用して弾体を連続放出して圧電素子に衝突させることにより、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記スロット群ならびに前記放出孔部および前記収容孔部の組を複数備え、前記組において、前記放出孔部を介して前記スロット群から弾体を放出させるための、前記リング部の回転方向が互いに異なるようにしてもよい。弾体を放出させるための回転方向が互いに異なるリング部を複数用いることにより、回転操作の方向を問わず、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記弾体送り出し部は、前記弾体が移動する通路部と、前記複数の弾体を前記通路部へ順次供給する弾体供給部と、前記通路部を移動した弾体を収容する弾体収容部と、を備え、前記圧電素子は前記通路部に設けられ、前記通路部を移動して前記圧電素子に衝突させて圧力を付与し、前記圧電素子から電力を導出し、前記圧電素子に衝突した弾体を、前記弾体収容部へ収容するようにしてもよい。揺動可能なシーソー構造を用いることにより、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記通路部は、一端に前記弾体供給部が設けられ、かつ、他端に前記弾体収容部が設けられ、前記通路部を傾けることによって、前記弾体が該通路部を移動するのが望ましい。揺動可能なシーソー構造を用いることにより、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記通路部は、傾き方向が逆である第１の傾き状態および第２の傾き状態のいずれか一方の状態となり、前記第１の傾き状態における前記弾体供給部は、前記第２の傾き状態において前記弾体収容部として機能し、かつ、前記第１の傾き状態における前記弾体収容部は、前記第２の傾き状態において前記弾体供給部として機能することが望ましい。揺動可能なシーソー構造を用いることにより、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記圧力付与部は、回動自在に支持された部分を中心として、位置が変動可能な棒部材と、前記棒部材の、前記圧電素子に対向する位置に設けられたバチ部と、前記棒部材の位置を変動させる位置変動部と、を含み、前記棒部材の位置の変動に伴って、前記バチ部を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与することが望ましい。バチ部を用いた構成により、圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。連続して与える圧力により、後段の回路の耐圧以下の電圧を連続して得て蓄積し、電力を導出することができる。

前記位置変動部は、互いに対向する位置に設けられ一方が固定された第１および第２の磁石と、前記第１および第２の磁石のいずれか一方について、他方と対向する面の極を変化させる極制御部と、を含み、前記第１および第２の磁石のいずれか一方が前記棒部材に設けられ、それら第１および第２の磁石に生じる反発力によって前記棒部材の位置を変動させるようにするのが望ましい。磁石による反発力を用いてバチ部を動かすことにより、与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記極制御部は、前記第１および第２の磁石のいずれか一方を回転させることにより、他方と対向する面の極を変化させるのが望ましい。磁石を回転させて反発力を変化させることにより、与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記棒部材および前記バチ部の対が複数配列され、前記位置変動部は、前記棒部材および前記バチ部の対の配列方向に沿ってスライド可能なスライド部と、前記スライド部および前記棒部材にそれぞれ設けられ、前記スライド部のスライドの際に互いに衝突して前記棒部材の位置を変動させる第１および第２の衝突部とを備え、複数対の棒部材の位置の変動に伴って、前記バチ部を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与するようにしてもよい。スライド部およびバチ部を用いた構成により、与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記圧力付与部は、複数の弾体と、振動する棒状部材に設けられ、かつ、互いに対向する第１面および第２面を内部に備え、前記複数の弾体を収容する容器と、を備え、前記圧電素子は、互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方に設けられ、設けられた前記圧電素子に、前記複数の弾体を衝突させて圧力を付与するようにしてもよい。杖、傘、スキーのストックなどの長尺物に発電装置を設けることにより、与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記圧力付与部は、複数の弾体と、互いに対向する第１面および第２面を内部に備え、前記複数の弾体を収容する容器と、前記第１面と前記第２面との間に設けられ、前記第１面および前記第２面の一方から他方までの間を前記複数の弾体それぞれが往復移動可能なように前記容器内の空間を区切る間仕切り部と、を備え、前記圧電素子は、前記容器内の互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方に設けられ、設けられた前記圧電素子に、前記複数の弾体を衝突させて圧力を付与するようにしてもよい。円筒形状などの容器内に複数の弾体を収容し、内部の圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

前記第１面および前記第２面の一方が他方よりも上方に位置する第１状態から、他方が一方よりも上方に位置する第２状態へ遷移させるために、前記容器を回動させる回動部を更に備えてもよい。容器を回動させることにより、連続的に圧電素子から電力を導出することができる。
前記間仕切り部によって区切られた前記容器内の空間のうち、第１の空間と第２の空間とは、前記弾体と接する面の傾きが互いに異なるようにしてもよい。弾体と接する転動面傾きを互いに異なるものとすることにより、圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。

本発明によれば、与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。連続して与える圧力により、後段の回路の耐圧以下の電圧を連続して得て蓄積し、電力を導出することによって、高耐圧のダイオードや保護回路を必要とせず、回路全体のサイズが大きくなることなく、効率よい発電を実現できる。

本発明の第１の実施形態による発電装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による発電装置の変形例の構成を示す図である。 図２の発電装置の外観を示す図であり、図２の状態を裏面側から見た場合の外観図である。 圧電素子によって得られた電気エネルギーを入力とする制御部の構成例を示す図である。 図４の制御部のキャパシタに蓄積された電荷による電圧の変化を示す波形図である。 本発明の第２の実施形態による発電装置の構成を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態による発電装置の構成を示す部分断面図である。 本発明の第２の実施形態による発電装置の第１の変形例の構成を示す図である。 図８の発電装置の部分断面図である。 圧電素子によって得られた電気エネルギーを入力とする制御部の構成例を示す図である。 図１０の制御部のキャパシタに蓄積された電荷による電圧の変化を示す波形図である。 本発明の第２の実施形態による発電装置の第２の変形例の構成を示す図である。 図１２の発電装置の部分断面図である。 本発明の第３の実施形態による発電装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態による発電装置の動作状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態による発電装置の動作状態を示す図である。 本発明の第４の実施形態による発電装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態による発電装置の第１の変形例の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態による発電装置の第２変形例の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態による発電装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態による発電装置の構成を示す図である。 本発明の第６の実施形態による発電装置の本体の構成を示す図である。 図２２中の円筒部を端面部に平行な面で切断した場合の断面図である。 間仕切り部の構成例を示す図である。 本発明の第６の実施形態による発電装置の動作状態を示す図である。 図２４の間仕切り部を採用した場合において、弾体が一方の端面部の圧電素子に接触した状態を示す図である。 図２４の間仕切り部を採用した場合において、弾体が他方の端面部の圧電素子に接触した状態を示す図である。 間仕切り部の他の構成例を示す図である。 間仕切り部のさらに他の構成例を示す図である。 図２９の間仕切り部を採用した場合において、弾体が一方の端面部の圧電素子に接触した状態を示す図である。 図２９の間仕切り部を採用した場合において、弾体が他方の端面部の圧電素子に接触した状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されており、同等部分に関する説明を適宜省略する。
（基本原理）
以下に説明する各実施形態において、各発電装置は、複数の弾体を連続して落下させて圧電素子に衝突させ、その衝突による圧力を付与し、発電する。その際、圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。連続して与える圧力により、後段の回路の耐圧以下の電圧を連続して得て蓄積し、電力を導出することによって、、高耐圧のダイオードや保護回路を必要とせず、回路全体のサイズが大きくなることなく、効率よい発電を実現できる。

（第１の実施形態による発電装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態による発電装置の構成を示す図である。図１において、本発明の第１の実施形態による発電装置は、複数の弾体１と、入口部が広く、出口部２ａが狭い漏斗部２と、複数の弾体供給部３ａ、３ｂと、これらを収容する筺体１０とを備えている。本例で用いる弾体１はゴムなど樹脂製の球体または金属製の球体である。

漏斗部２の出口部２ａの内径は、一度に弾体が１つだけ通過できる寸法になっている。このため、漏斗部２は、複数の弾体を１つずつ、連続して落下させることができる。つまり、この漏斗部２は、複数の弾体１を互いに異なるタイミングで送り出す弾体送り出し部として機能する。
また、漏斗部２は、軸２ｂを有している。この軸２ｂの端部は、筺体１０に設けられた孔部に挿入されている。したがって、漏斗部２は軸２ｂを中心に、矢印Ｙの方向に回動可能に軸支されていることになる。さらに、上記の構成は、球体部４に収容されており、この球体部４は軸２ｂ’を中心に、回動可能に軸支されている。

そして、軸２ｂを挟んで、漏斗部２の下部に、重り部２ｃが設けられている。このため、漏斗部２の出口部２ａは、重力によって、常に入口部よりも下側に位置する。
漏斗部２の出口部２ａの下方には、圧電素子ＰＺ１が設けられている。圧電素子ＰＺ１の設けられている位置は、漏斗部２の出口部２ａを介して落下した弾体１が圧電素子ＰＺ１の表面に衝突する位置である。

弾体供給部３ａは漏斗部２を挟んで上側、弾体供給部３ｂは漏斗部２を挟んで下側、にそれぞれ位置している。弾体供給部３ａ、３ｂは、開口部３０ａ、３０ｂをそれぞれ有している。弾体供給部３ａは、開口部３０ａを挟んで両側に膨らんだ形状になっており、その膨らみ部分に弾体１を収容できる形状になっている。弾体供給部３ｂも同様に、開口部３０ｂを挟んで両側に膨らんだ形状になっており、その膨らみ部分に弾体１を収容できる形状になっている。

弾体供給部３ａおよび３ｂは、共に筺体１０に固定されている。図１中の上側の弾体供給部３ａは、内部に収容されていた弾体１が重力によって開口部３０ａを介して漏斗部２に移動可能な位置に固定されている。図１中の下側の弾体供給部３ｂは、圧電素子ＰＺ１の表面に衝突した弾体が開口部３０ｂを介して弾体供給部３ｂの内部に収容される位置に固定されている。筺体１０の上下をひっくり返すことにより、図中の上側の弾体供給部３ａの位置と、図中の下側の弾体供給部３ｂの位置とが入れ替わることになる。

なお、圧電素子ＰＺ１の出力は、配線によって制御部２００に接続されている。制御部２００には、後述するように、発電した電力を蓄えるためのキャパシタが設けられている。
筐体１０には、押しボタンスイッチＢ１〜Ｂ４が設けられている。本例では、押しボタンスイッチＢ１〜Ｂ４それぞれに異なる命令が対応付けられている。例えば、家電製品のオンオフや各種調整や設定変更を行うための命令が対応付けられている。そして、所望の命令に対応するボタンを押しながら筺体１０の上下をひっくり返すことにより、圧電素子ＰＺ１によって得られた電気エネルギーを利用して制御部２００から図示せぬ家電製品などの受信部に向けて無線信号を送信する。

（第１の実施形態による発電装置の動作）
以上の構成において、図１中の上側に位置している弾体供給部３ａに収容されていた複数の弾体１は、重力によって開口部３０ａを介して漏斗部２に移動する。漏斗部２を通過して出口部２ａを介して落下した弾体１は、圧電素子ＰＺ１の表面に衝突する。これにより、圧電素子ＰＺ１に圧力が付与され、発電する。

各弾体は、圧電素子ＰＺ１の表面に衝突した後、図１中の下側に位置している弾体供給部３ｂの開口部３０ｂを介して弾体供給部３ｂの内部に収容される。つまり、この弾体供給部３ｂは、圧電素子ＰＺ１の表面に衝突した弾体を受け止めて内部に収容する機能を有している。
筐体１０および漏斗部２の軸２ｂは、図１中の上側に位置している弾体供給部３ａと、下側に位置している弾体供給部３ｂとの位置を入れ換える位置入れ換え部として機能する。

（第１の実施形態による発電装置の変形例の構成）
図２は、第１の実施形態による発電装置の変形例の構成を示す図である。図２では、説明の都合から筐体の内部が見えるように示している。
図２において、本例の発電装置は、図１の構成とは異なり、筐体１０自体の上下はそのままであり、固定部１０ａを中心に回転部１０ｂが回転することによって、弾体供給部３ａの位置と弾体供給部３ｂの位置とが入れ換わるようになっている。本例において、漏斗部２は固定部１０ａに接続されており、筐体１０との相対的な位置が固定されている。これに対し、回転部１０ｂに固定されている弾体供給部３ａおよび３ｂは、固定部１０ａを中心に回転部１０ｂが回転することによって、上下の位置が入れ換わることになる。

図３は、図２の発電装置の外観を示す図であり、図２の状態を裏面側から見た場合の外観図である。図３において、回転部１０ｂには、つまみ部Ｔが設けられている。このつまみ部Ｔを手の指などでつまんで力を加えることにより、固定部１０ａを中心に回転部１０ｂを矢印Ｙ２の方向またはその逆方向に回転させることができる。

（第１の実施形態による発電装置の変形例の動作）
上記のような構成において、回転部１０ｂを矢印Ｙ２の方向に回転させることにより、弾体供給部３ａおよび３ｂは上下の位置が入れ換わる。これにより、上側に位置している弾体供給部３ａに収容されていた複数の弾体１は、重力によって開口部３０ａを介して漏斗部２に移動する。漏斗部２を通過して出口部２ａを介して落下した弾体１は、圧電素子ＰＺ１の表面に衝突する。これにより、圧電素子ＰＺ１に圧力が付与され、発電する。

各弾体は、圧電素子ＰＺ１の表面に衝突した後、図２中の下側に位置している弾体供給部３ｂの開口部３０ｂを介して弾体供給部３ｂの内部に収容される。つまり、この弾体供給部３ｂは、圧電素子ＰＺ１の表面に衝突した弾体を受け止めて内部に収容する機能を有している。
固定部１０ａを中心に回転する回転部１０ｂは、図２中の上側に位置している弾体供給部３ａと、下側に位置している弾体供給部３ｂとの位置を入れ換える位置入れ換え部として機能する。

図４は、圧電素子ＰＺ１によって得られた電気エネルギーを入力とする制御部の構成例を示す図である。図４を参照すると、本例の制御部２００は、周知のダイオードブリッジによって構成された整流回路２０１と、発電した電力を蓄えるためのキャパシタ２０２と、キャパシタ２０２に蓄えられた電力によって動作するコントローラ２０３と、コントローラ２０３によって制御されて無線信号を送信する送信機２０４と、アンテナ２０５と、を備えている。

このような構成において、圧電素子ＰＺ１に圧力が付与されると、電圧Ｖ１が生じる。この電圧Ｖ１によって流れる電流は、整流回路２０１のダイオードブリッジによって交流電流から直流電流に変換される。このため、キャパシタ２０２の両端に直流電圧が印加され、キャパシタ２０２に電荷が蓄積される。
キャパシタ２０２に蓄積された電荷による電圧ＶＣ１は、コントローラ２０３に入力され、送信機２０４を動作させる。これにより、アンテナ２０５を介して図示せぬ受信装置に向けて信号が送信される。

図５は、制御部２００のキャパシタ２０２に蓄積された電荷による電圧ＶＣ１の変化を示す波形図である。図５において、圧電素子ＰＺ１に連続して圧力が付与されることによって電圧Ｖ１が連続して発生する。圧電素子に弾体が衝突する際に、衝突の瞬間は正方向に初期電圧パルスを発生し、その後、圧電素子本体が弾体による衝撃でしばらく減衰振動する。この間に出力電圧は、正負両方向に交互に出力され、ゼロに収束する。この振動の周波数が共振周波数に近いと共振エネルギとして発電電力を大きくしやすい。この連続して発生する電圧Ｖ１はダイオードブリッジ２０１により整流され正側の電圧としてキャパシタ２０２を充電する。図５に示すように、キャパシタ２０２に蓄積される電荷による電圧ＶＣ１は、時間ｔの経過とともに徐々に増加することになる。制御部２００は、キャパシタ２０２に蓄積される電荷による電圧ＶＣ１を電源として動作し、上述したように送信部などを動作させて無線信号を送信することができる。

（第２の実施形態による発電装置の構成例）
図６および図７は、本発明の第２の実施形態による発電装置の構成を示す図である。図６は発電装置の正面図である。図６では、説明の都合から装置の内部が見えるように示している。図７は、図６中の矢印Ｙ６方向から見た場合の部分断面図である。
上述した第１の実施形態においては、弾体を１つずつ連続して圧電素子に衝突させるために、漏斗部を設けている。これに対し、第２の実施形態においては、弾体が１つずつ収容されるスロットを複数備え、回転可能なリング部６０を設けている。すなわち、リング部６０の内周に沿って、複数のスロット６０ａが設けられており、各スロット６０ａは弾体１が１つずつ収容できる大きさである。各スロット６０ａは、リング部６０の内側に向けて開口している凹形状になっている。本例で用いる弾体１は樹脂製の球体または金属製の球体である。

リング部６０の内側には、中空の固定部６１が設けられている。この固定部６１の外周はリング部６０の内径よりもわずかに小さくなっており、この固定部６１の外周に沿ってリング部６０が回転できるようになっている。このため、リング部６０は、複数のスロット６０ａそれぞれに弾体１が収容された状態で、固定部６１を中心に回転させることができる。固定部６１は、スタンド６２に固定されている。スタンド６２は、リング部６０の回転中心軸が、設置面に対して水平になるように設置される。リング部６０は、ベアリング６３ａ、６３ｂを介して、固定部６１に接続されている。

リング部６０には、つまみ部Ｔが設けられている。このつまみ部Ｔを手の指などでつまんで力を加えることにより、固定部６１を中心にリング部６０を矢印Ｙ６１の方向に回転させることができる。
固定部６１の内部には、圧電素子ＰＺ１が設けられている。この圧電素子ＰＺ１は、その表面に弾体１が衝突する位置に設けられている。

固定部６１には、上側に放出孔部６１ａが、下側に収容孔部６１ｂが、それぞれ設けられている。このため、スロット６０ａに収容されていた弾体１は、重力によって、スロット６０ａから放出される。また、スロット６０ａから放出された弾体１は、重力によって、圧電素子ＰＺ１に衝突した後、収容孔部６１ｂを介して、リング部６０の別のスロットに収容される。

つまり、放出孔部６１ａは、スロット６０ａに収容された弾体１を、スロット６０ａから放出して圧電素子ＰＺ１に衝突させるために設けられている。また、収容孔部６１ｂは、圧電素子ＰＺ１に衝突した弾体１を、リング部６０のスロット６０ａに収容させるために設けられている。そして、リング部６０は、複数の弾体１を互いに異なるタイミングで送り出す弾体送り出し部として機能する。

（第２の実施形態による発電装置の動作）
以上の構成において、つまみ部Ｔを手の指などでつまんで力を加えることにより、固定部６１を中心にリング部６０を矢印Ｙ６１の方向に回転させると、各弾体１は、スロット６０ａに収容された状態で、固定部６１の外側面に沿って収容孔部６１ｂの位置から放出孔部６１ａの位置、すなわち固定部６１の下側から上側に向かって移動することになる。

放出孔部６１ａの位置に移動した弾体１は、重力により、矢印Ｙ６２のように、スロット６０ａから放出され、圧電素子ＰＺ１に衝突する。圧電素子ＰＺ１に衝突した弾体１は、矢印Ｙ６３のように移動し、固定部６１内の下部に溜まる。
リング部６０の回転が継続して行われることにより、固定部６１の内部に溜まった弾体１は、重力により、収容孔部６１ｂの位置に向かって順次移動し、収容孔部６１ｂを介してスロット６０ａに収容される。したがって、リング部６０の回転が継続して行われれば、リング部６０内に設けられている圧電素子ＰＺ１に弾体１が１つずつ連続して衝突し、継続して発電が行われる。
圧電素子ＰＺ１によって得られた電気エネルギーは、例えば、図４を参照して説明した制御部に入力され、図示せぬ受信装置に向けて信号が送信される。この制御部は、例えば、固定部６１に設けられる。

（第２の実施形態による発電装置の第１の変形例の構成）
図８および図９は、第２の実施形態による発電装置の第１の変形例の構成を示す図である。図８では、説明の都合から装置の内部が見えるように示している。図９は、図８中の矢印Ｙ８方向から見た場合の部分断面図である。
本例では、図６および図７を参照して説明したリング部を２つ設け、２種類の信号を送信可能な構成を採用している。具体的には、２つの圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２を固定部６１’の内部に設け、圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２にそれぞれ対応するリング部６０１、６０２を設けた構成としている。固定部６１’は、リング部６０１、リング部６０２に対して共通に設けられている。このため、複数の弾体を、リング部６０１とリング部６０２とが共通に利用できる。

図６および図７を参照して説明した発電装置の場合と同様に、リング部６０１、６０２は、固定部６１’の外周に沿って回転できるようになっている。このため、リング部６０１、６０２は、複数のスロット６０ａそれぞれに弾体１が収容された状態で、固定部６１’を中心に、別々に回転させることができる。
固定部６１’は、スタンド６２に固定されている。スタンド６２は、リング部６０１、６０２の回転中心軸が、設置面に対して水平になるように設置される。

リング部６０１は、ベアリング６３ａ、６３ｂを介して、固定部６１’に接続されている。リング部６０２は、ベアリング６３ａ’、６３ｂ’を介して、固定部６１’に接続されている。
リング部６０１を回転させると、スロット６０ａに収容されていた弾体１は、重力によって、固定部６１’の上側に設けられている放出孔部６１ａから放出され、圧電素子ＰＺ１に衝突した後、収容孔部６１ｂを介してリング部６０１の別のスロット（または収容孔部６１ｂ’を介してリング部６０２のスロット）に収容される。一方、リング部６０２を回転させると、スロット６０ｂに収容されていた弾体１は、重力によって、固定部６１’の上側に設けられている放出孔部６１ａ’から放出され、圧電素子ＰＺ２に衝突した後、収容孔部６１ｂ’を介してリング部６０２の別のスロット（または収容孔部６１ｂを介してリング部６０１のスロット）に収容される。

以上の構成において、リング部６０１を矢印Ｙ８１方向に回転させると弾体１が圧電素子ＰＺ１に衝突して発電する。一方、リング部６０２を矢印Ｙ８１方向に回転させると弾体１が圧電素子ＰＺ２に衝突して発電する。
ここで、例えば、圧電素子ＰＺ１による発電に第１の信号を対応付け、圧電素子ＰＺ２による発電に第２の信号を対応付ける。そして、第１の信号がスイッチをＯＮさせる信号、第２の信号がスイッチをＯＦＦさせる信号、であるとすれば、リング部６０１を矢印Ｙ８１方向に回転させればスイッチをＯＮさせることができ、リング部６０２を矢印Ｙ８１方向に回転させればスイッチをＯＦＦさせることができる。このように異なる信号に対応付けるには、圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２それぞれに対してキャパシタなどを設ければよい。例えば、図１０のように、圧電素子ＰＺ１に対して整流回路２０１ａ、発電した電力を蓄えるためのキャパシタ２０２ａを設け、圧電素子ＰＺ２に対して整流回路２０１ｂ、発電した電力を蓄えるためのキャパシタ２０２ｂを設ければよい。各キャパシタ２０２ａ、２０２ｂに蓄えられた電力によってコントローラ２０３を動作させることにより、送信機２０４およびアンテナ２０５を介して図示せぬ受信装置に向けて信号を送信することができる。

この構成により、圧電素子ＰＺ１の発電による電圧Ｖ１が整流されキャパシタ２０２ａに蓄積された電荷による電圧ＶＣ１により、図示せぬ受信装置に向けて信号が送信される。また、圧電素子ＰＺ２の発電による電圧Ｖ２が整流されキャパシタ２０２ｂに蓄積された電荷による電圧ＶＣ２により、図示せぬ受信装置に向けて信号が送信される。圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２の発電による電圧Ｖ１、Ｖ２は、図１１のように、連続して発生する。圧電素子に弾体が衝突する際に、衝突の瞬間は正方向に初期電圧パルスを発生し、その後、圧電素子本体が弾体による衝撃でしばらく減衰振動する。この間に出力電圧は、正負両方向に交互に出力され、ゼロに収束する。この振動の周波数が共振周波数に近いと共振エネルギとして発電電力を大きくしやすい。この連続して発生する電圧Ｖ１はダイオードブリッジ２０１により整流され正側の電圧としてキャパシタ２０２ａ、２０２ｂを充電する。図１１に示すように、キャパシタ２０２ａ、２０２ｂに蓄積される電荷による電圧ＶＣ１、ＶＣ２は、時間ｔの経過とともに徐々に増加することになる。制御部２００は、キャパシタ２０２ａ、２０２ｂに蓄積される電荷による電圧ＶＣ１、ＶＣ２を電源として動作し、上述したように送信部などを動作させて無線信号を送信することができる。

なお、本実施形態においては、スイッチのＯＮ操作またはＯＦＦ操作に伴い発電した電力を利用して無線送信するため、他に電源を必要としない。このため、有線通信のための配線や電源供給のための配線は不要である。したがって、コンクリートの壁など、配線孔を設けることが困難な場所にスイッチを設ける必要がある場合に、上記スイッチを好適に用いることができる。

（第２の実施形態による発電装置の第２の変形例の構成）
図１２および図１３は、第２の実施形態による発電装置の第２の変形例の構成を示す図である。図１２では、説明の都合から装置の内部が見えるように示している。図１３は、図１２中の矢印Ｙ１２方向から見た場合の部分断面図である。
本例では、図６および図７を参照して説明したリング部に、スロット群を２列設け、リングの回転方向に制限がない構成を採用している。つまり、スロット群ならびに放出孔部および収容孔部の組を複数備え、その組において、放出孔部を介してスロット群から弾体を放出させるための、リング部６０’の回転方向が互いに異なるようにしている。このため、リング部６０’を、図１２中の矢印Ｙ１２１の方向、その逆方向のいずれの方向に回転させた場合でも弾体１を圧電素子ＰＺ１に衝突させることができる構成としている。

ここで、図１２を参照すると理解できるように、本例では、図１２中の手前側のスロット群の位置と奥側のスロット群の位置とがずれている。このような構成を採用しているため、放出孔部６１ａ、６１ａ’から同時に弾体が放出されることはなく、弾体が滞ることなく矢印Ｙ１２２のように落下し、連続して圧電素子ＰＺ１に衝突する。圧電素子ＰＺ１に衝突した弾体は、矢印Ｙ１２３のように移動し、固定部６１内の下部に溜まる。
なお、図１３を参照すると理解できるように、本例では、放出孔部６１ａ、６１ａ’から圧電素子ＰＺ１に向かう経路にはテーパ部ＴＰ、ＴＰ’が設けられており、上側よりも下側が狭くなっているため、落下した弾体が圧電素子ＰＺ１に確実に衝突するようになっている。

（第３の実施形態による発電装置の構成）
図１４は、本発明の第３の実施形態による発電装置の構成を示す図である。図１４において、本発明の第３の実施形態による発電装置は、シーソーのように揺動可能な本体１００が、筐体１０の内部に収容された構成になっている。本体１００の下部に設けられた孔部には、軸部Ｊ１が挿通されており、この軸部Ｊ１は軸受部Ｊによって保持されている。軸受部Ｊは、筐体１０内の底面に固定されている。

筐体１０の側面にはスリット１０Ｓが設けられており、本体１００の上部に設けられているハンドルＨの一端がスリット１０Ｓを介して筐体１０の外部に突出している。なお、スリット１０Ｓは、上述した軸部Ｊ１を中心とする円弧に沿った形状になっている。
図１４は、本体１００の内部構成を示すために断面図になっている。本体１００の内部には、弾体１が複数収容されている。

本体１００の内部には、弾体が移動する通路部１４０と、複数の弾体を通路部１４０へ順次供給する弾体供給部１４１ａと、通路部１４０を移動した弾体を収容する弾体収容部１４１ｂと、が設けられている。通路部１４０の途中には、圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２が設けられている。
以上の構成において、ハンドルＨを手の指などでつまんで矢印Ｙ１４のように動かせば、本体１００はシーソーのように揺動する。ハンドルＨを、図１４中の左側に動かせば、本体１００は傾いて図１５の状態になる。この状態において、本体１００の内部では、図１６のように、弾体１は、重力によって、弾体供給部１４１ａから通路部１４０へ１つずつ供給され、図中の矢印に沿って右上から左下へと転がる。通路部１４０を転がった弾体１は、通路部１４０の途中に設けられている圧電素子ＰＺ１に衝突する。この衝突により、圧電素子ＰＺ１に圧力が付与され、発電する。その後、弾体１はさらに通路部１４０を転がり、弾体収容部１４１ｂに収容される。以上の動作において、弾体１は、通路部１４０に対して１つずつ供給されるため、通路部１４０を転がった複数の弾体により、圧電素子ＰＺ１に連続的に圧力を付与することになる。

また、ハンドルＨを、図１４中の右側に動かせば、本体１００は逆に傾き、弾体供給部１４１ａの機能と弾体収容部１４１ｂの機能とが入れ換わり、弾体１は、重力によって、通路部１４０へ１つずつ供給され、左上から右下へと転がることになる。通路部１４０を転がった弾体１は、通路部１４０の途中に設けられている圧電素子ＰＺ２に衝突し、圧電素子ＰＺ２に圧力が付与され、発電する。

なお、圧電素子によって得られた電力は、第１の実施形態の場合と同様に、図示せぬ制御部に入力され、信号を外部へ送信するための電力となる。
以上のように、本実施形態では、通路部１４０の一端に弾体供給部が設けられ、かつ、他端に弾体収容部が設けられ、通路部１４０を傾けることによって、弾体が通路部を移動する。そして、圧電素子が通路部１４０に設けられており、通路部１４０を移動して圧電素子に衝突させて圧力を付与し、圧電素子から電力を導出し、圧電素子に衝突した弾体を、弾体収容部へ収容する。また、通路部１４０は、傾き方向が逆である第１の傾き状態（例えば、図１６の傾き状態）および第２の傾き状態（例えば、図１６とは逆の傾き状態）のいずれか一方の状態となり、第１の傾き状態における弾体供給部は、第２の傾き状態において弾体収容部として機能し、かつ、第１の傾き状態における弾体収容部は、第２の傾き状態において弾体供給部として機能する。
なお、弾体の形状は、通路部をスムーズに移動できれば、球形の他、円柱形状、角柱形状、であってもよい。

（第４の実施形態による発電装置の構成）
本発明の第４の実施形態による発電装置では、アームを上下運動させ、アームに設けられた凸部を圧電素子に衝突させる構成を採用している。
図１７は、本発明の第４の実施形態による発電装置の構成を示す図である。図１７において、本発明の第４の実施形態による発電装置は、アーム１８の一端を軸部Ｊ１によって軸支する固定部２０と、固定部２０の上面に設けられた圧電素子ＰＺ１と、一端が軸部Ｊ１によって軸支され他端が上下運動可能なアーム１８と、アーム１８の下側面の、圧電素子ＰＺ１に対向する位置に設けられた凸部１９とを備えている。アーム１８の一端の軸部Ｊ１は、軸受部Ｊによって保持されている。アーム１８の他端の下側面には磁石Ｍ１７ａが設けられている。

また、固定部２０には、固定部２０をアーム１８の長さ方向に貫く貫通孔に挿入された回動軸Ｊ２が設けられている。回動軸Ｊ２の一端にはハンドルＨが、回動軸Ｊ２の他端には、磁石Ｍ１７ａに対向する位置に磁石Ｍ１７ｂが設けられている。磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとは同じ極が対向するように設けられている。
回動軸Ｊ２の他端には、回動軸Ｊ２に回動力を付与するためのハンドルＨが接続されている。このハンドルＨが設けられているため、回動軸Ｊ２を効率よく回転させることができる。
なお、本実施形態の場合においても、上述した第１の実施形態の場合と同様に、図４を参照して説明した制御部を設けておき、発電した電力をキャパシタに蓄え、蓄えられた電力によってコントローラを動作させ、コントローラによって送信機を制御する。これにより、アンテナを介して図示せぬ受信装置に向けて信号が送信される。

（第４の実施形態による発電装置の動作）
以上の構成において、ハンドルＨを矢印Ｙ１７０の方向に回転させることにより、回動軸Ｊ２の一端が矢印Ｙ１７０’の方向に回動する。回動軸Ｊ２が回動すると、磁石Ｍ１７ｂが矢印Ｙ１７０’の方向に回動する。すると、磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとが近づいた場合に磁石同士の反発力によってアーム１８の端部が矢印Ｙ１７Ｕすなわち上方向に動くことになる。また、磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとが離れた場合には、磁石同士の反発力は弱まり、アーム１８の自重によってアーム１８の端部が矢印Ｙ１７Ｄすなわち下方向に動くことになる。このとき、アーム１８の下側面に設けられた凸部１９と、圧電素子ＰＺ１とが衝突し、発電する。つまり、アーム１８に設けられた凸部１９は、圧電素子ＰＺ１と衝突するバチとして作用する。
したがって、ハンドルＨを矢印Ｙ１７０の方向に連続的に回転させることにより、アーム１８の端部が凸部１９と、圧電素子ＰＺ１とが衝突し、連続的に発電する。そして、アーム１８の端部が上下運動を繰り返すことにより、発電が連続的に行われることになる。

（第４の実施形態による発電装置の第１の変形例）
ところで、アーム１８の構成は、図１７の構成に限定されるものではない。例えば、図１８に示されているように、磁石Ｍ１７ａの位置を変えて、軸Ｊ１側の端部と凸部１９の位置との間に磁石Ｍ１７ａを設けてもよい。図１８の構成の場合、固定部２０の上面に孔部２０ａが設けられており、この孔部２０ａを介して磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとが対向するようになっている。本例においても、回動軸Ｊ２が回動すると、磁石Ｍ１７ｂが矢印Ｙ１７０’の方向に回動し、磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとが近づいた場合に磁石同士の反発力によってアーム１８の端部が矢印Ｙ１７Ｕすなわち上方向に動く。また、磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとが離れた場合には、磁石同士の反発力は弱まり、アーム１８の自重によってアーム１８の端部が矢印Ｙ１７Ｄすなわち下方向に動く。このとき、アーム１８の下側面に設けられた凸部１９と、圧電素子ＰＺ１とが衝突し、発電する。

したがって、ハンドルＨを矢印Ｙ１７０の方向に連続的に回転させることにより、アーム１８の端部が凸部１９と、圧電素子ＰＺ１とが衝突し、連続的に発電する。そして、アーム１８の端部が上下運動を繰り返すことにより、発電が連続的に行われることになる。
図１８の構成によれば、アーム１８の長さを図１７の場合よりも短くすることができ、装置全体をコンパクトにすることができる。図１７の構成によれば、アーム１８の上下運動のストロークを図１８の場合よりも大きくすることができ、圧電素子ＰＺ１に与える１回あたりの圧力を大きくすることができるので、発電量を高めることができる。

（第４の実施形態による発電装置の第２変形例）
ところで、磁石を回転させる場合に限定されず、磁石をスライドさせてもよい。例えば、図１９に示されているように、磁石Ｍ１７ｂをスライドさせる構成を採用してもよい。
図１９の構成の場合、固定部２０を貫いて設けられたスライド部Ｌは、その一端を手の指などで操作することによって、図中左端部から中央の位置Ｌ１を経て右端の位置Ｌ２まで移動できるようになっている。スライド部Ｌの他端には磁石Ｍ１７ｂが設けられている。スライド部Ｌの位置が図中の中央の位置Ｌ１であるとき、アーム１８に設けられている磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとが近づき、磁石同士の反発力によってアーム１８の端部が矢印Ｙ１７Ｕすなわち上方向に動く。スライド部Ｌの位置が図中の左端または右端の位置Ｌ２であるとき、磁石Ｍ１７ａと磁石Ｍ１７ｂとが離れ、磁石同士の反発力は弱まり、アーム１８の自重によってアーム１８の端部が矢印Ｙ１７Ｄすなわち下方向に動く。このとき、アーム１８の下側面に設けられた凸部１９と、圧電素子ＰＺ１とが衝突し、発電する。

図１９の構成によれば、ハンドルＨが不要であるため、装置全体を図１７や図１８の場合よりもコンパクトにすることができる。
（第４の実施形態のまとめ）
上述した第４の実施形態においては、回動自在に支持された部分を中心として、位置が変動可能な棒部材であるアーム１８と、アーム１８の、圧電素子ＰＺ１に対向する位置に設けられたバチ部である凸部１９と、アーム１８の位置を変動させる位置変動部を構成する磁石Ｍ１７ａおよび磁石Ｍ１７ｂと、によって圧力付与部が形成されている。そして、この圧力付与部によって、アーム１８の位置の変動に伴って、バチ部である凸部１９を圧電素子ＰＺ１に衝突させて圧力を付与している。

また、磁石Ｍ１７ａおよび磁石Ｍ１７ｂは、互いに対向する位置に設けられ一方が固定されており、一方の磁石Ｍ１７ｂについて、他方の磁石Ｍ１７ａと対向する面の極を変化させている。これにより、それら磁石Ｍ１７ａおよび磁石Ｍ１７ｂに生じる反発力によってアーム１８の位置を変動させている。
図１７および図１８を参照して説明した構成においては、磁石Ｍ１７ｂを回転させることにより、磁石Ｍ１７ａと対向する面の極を変化させている。なお、磁石Ｍ１７ｂを回転させるのではなく、磁石Ｍ１７ａを回転させてもよい。

（第５の実施形態による発電装置の構成）
図２０は、本発明の第５の実施形態による発電装置の構成を示す図である。図２１は、本実施形態の発電装置を、図２０中の矢印Ｙ２３方向から見た状態を示す図である。
図２０および図２１において、本発明の第５の実施形態による発電装置は、棒部材であるアーム１８ａ〜１８ｄと、これらアーム１８ａ〜１８ｄの一端を軸部Ｊ１によって軸支する固定部２０と、アーム１８ａ〜１８ｄの他端に設けられたバチ部１９ａ〜１９ｄと、バチ部１９ａ〜１９ｄが表面に衝突可能な圧電素子ＰＺと、アーム１８ａ〜１８ｄの、軸部Ｊ１側の端部とバチ部１９ａ〜１９ｄ側の端部との間に設けられた円柱部１８ａａ〜１８ｄｄと、を備えている。なお、固定部２０には、アーム１８ａ〜１８ｄの配列方向を長さ方向とする溝部２０ｂが設けられている。

また、本実施形態による発電装置は、固定部２０に設けられた溝部２０ｂに嵌合し、溝部２０ｂに沿って矢印Ｙ２２の方向に往復移動（スライド）可能なスライド部ＳＬと、スライド部ＳＬの表面に設けられスライド部ＳＬのスライドの際に円柱部１８ａａ〜１８ｄｄに衝突する凸部ＳＤとを備えている。

（第５の実施形態による発電装置の動作）
上記の構成において、スライド部ＳＬを溝部２０ｂに沿って矢印Ｙ２２の方向に往復移動させると、スライド部ＳＬの表面に設けられた凸部ＳＤが各円柱部１８ａａ〜１８ｄｄに衝突する。この衝突によって、アーム１８ａ〜１８ｄははね上がり、元の状態に戻る。例えば、図２１を参照すると、アーム１８ｄは、二点鎖線の位置から実線の位置まではね上がり、元の二点鎖線の位置に戻る。つまり、アーム１８ｄは、上下運動する。この上下運動によって、バチ部１９ｄが圧電素子ＰＺの表面に衝突して圧力を付与し、発電する。
なお、上記の円柱部１８ａａ〜１８ｄｄと、これらに衝突する凸部ＳＤとは、スライド部ＳＬのスライドの際に互いに衝突してアーム１８ａ〜１８ｄの位置を矢印Ｙ２１のように変動させる（上下運動させる）、第１および第２の衝突部として作用する。

（第６の実施形態による発電装置の構成）
図２２は、本発明の第６の実施形態による発電装置の本体１００の構成を示す図である。図２２において、本発明の第６の実施形態による発電装置の本体１００は、円筒部５と、円筒部５の両端部にそれぞれ設けられた端面部５ａ、５ｂと、円筒部５の側面に設けられた側面部５ｃおよび５ｄと、側面部５ｃに一端が接続されたハンドルＨと、側面部５ｄから突出して設けられた軸部Ｊ１と、軸部Ｊ１を保持する軸受部Ｊとを備えている。軸受部Ｊは、例えば、後述する筐体内の底面に固定される。このため、円筒部５ならびに側面部５ｃおよび５ｄは、軸部Ｊ１を中心に、矢印Ｙ２２のように回動可能になっている。つまり、軸部Ｊ１および軸受部Ｊによって構成される回動部により、端面部５ａおよび５ｂの一方（例えば、端面部５ａ）が他方（例えば、端面部５ｂ）よりも上方に位置する第１状態から、他方（すなわち、端面部５ｂ）が一方（すなわち、端面部５ａ）よりも上方に位置する第２状態へ遷移させることができる。

ここで、円筒部５ならびに側面部５ｃおよび５ｄによって形成される容器の内部には、容器内を移動可能な弾体が複数個設けられている。そして、端面部５ａ、５ｂの内面には、後述するように、それぞれ圧電素子が設けられている。このため、円筒部５ならびに側面部５ｃおよび５ｄを、軸部Ｊ１を中心に、矢印Ｙ２２のように回動させれば、容器内を弾体が移動し、圧電素子に衝突するので、発電することができる。なお、両方の端面部５ａ、５ｂのそれぞれの内面に圧電素子を設けるのではなく、少なくとも一方の端面部の内面に圧電素子を設ければ、発電が可能である。

図２３は、図２２中の円筒部５を端面部５ａに平行な面で切断した場合の断面図である。図２３において、円筒部５内には、容器内の空間を区切る間仕切り部５１が設けられており、区切られた空間に弾体１が１つずつ収容されている。本例では、間仕切り部５１によって区切られた１６個の空間に弾体１が１つずつ収容されている。つまり、互いに対向する端面部５ａおよび５ｂとの間に間仕切り部５１設けられ、これら端面部５ａおよび５ｂの一方から他方までの間を複数の弾体１それぞれが往復移動可能なように容器内の空間が区切られている。

本体１００は、図２４に示されているように、筐体１０の内部に収容されてもよい。図２４を参照すると、本体１００の軸受部Ｊが、筐体１０内の底面に固定されている。筐体１０の側面にはスリット１０Ｓが設けられており、本体１００に設けられているハンドルＨの一端がスリット１０Ｓを介して筐体１０の外部に突出している。なお、スリット１０Ｓは、上述した軸部Ｊ１を中心とする円弧に沿った形状になっている。

以上の構成において、ハンドルＨを手の指などでつまんで矢印Ｙ２２のように動かせば、図２５のように、本体１００は実線の位置と二点鎖線の位置とを往復することになる。本体１００が二点鎖線の位置から直立している状態に遷移すると、図２６のように、弾体１は端面部５ａ側の圧電素子ＰＺ１に接触した状態になっている。この状態から本体１００が図２５の実線の位置に移動すると、図２７のように弾体１は端面部５ｂ側に移動し、圧電素子ＰＺ２に衝突する。これにより、圧電素子ＰＺ２に圧力が付与され、発電される。

なお、図２６および図２７は、本体１００を端面部に直交する面で切断した断面を示す断面図である。
図２５に戻り、本体１００が実線の位置から二点鎖線の位置に移動したとき、移動した弾体が端面部５ａ側の圧電素子に衝突して圧力が付与され、発電することができる。また、本体１００が二点鎖線の位置から実線の位置に移動したとき、移動した弾体が端面部５ｂ側の圧電素子に衝突して圧力が付与され、発電することができる。したがって、ハンドルＨを手の指などでつまんで矢印Ｙ２２のように連続して動かすことにより、移動した弾体が圧電素子に衝突して圧力が付与され、連続して発電することができる。発電した電力は、上述した各実施形態の場合と同様に、制御回路（図示せず）に入力され、外部へ送信される。

ところで、複数の弾体が圧電素子に衝突する際、軸部Ｊ１から各弾体までの距離が異なり、かつ、弾体の自重の誤差によって弾体の移動速度が異なるため、各弾体が圧電素子に衝突するタイミングは異なる。このため、複数の弾体が圧電素子に衝突するタイミングは同時ではなく、連続して複数回の圧力が圧電素子に付与されることになる。この圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与し、圧電素子から電力を導出することができる。
なお、弾体の形状は、端面部５ａと端面部５ｂとの間をスムーズに移動できれば、球形の他、円柱形状、角柱形状、であってもよい。

（第６の実施形態による発電装置の第１の変形例）
上述した構成では、弾体１が１６個収容されている本体を用いているが、図２８のようにハニカム形状（断面が六角形）に区切る間仕切り部５１’を用いることにより、弾体１の収容個数を増加することができる。図２８の場合、容器の容積は図２３の場合と同じでありながら、弾体１を１９個収容することができる。これにより、ハンドルＨの操作１回による圧電素子に対する衝突回数を増加することができ、圧力の付与回数を増加し発電量を高めることができる。

（第６の実施形態による発電装置の第２の変形例）
図２６および図２７を参照すると理解できるように、上述した構成では、弾体が移動す面すなわち間仕切り部５１によって区切られた各空間の底面が平面である場合について説明したが、平面に限定されず、曲面であってもよい。底面を曲面にする場合、間仕切り部５１によって区切られた各空間ごとに底面の曲率を異なるものとしてもよい。例えば、図２９のように、軸部の回動中心Ｐを通り、端面部５ａおよび５ｂに平行な中心線ＳＳの延長線上の点Ｐ’を中心とし、点Ｐ’からの距離が互いに異なる円弧に沿った底面５１ａ〜５１ｄとなる間仕切り部を採用してもよい。このように曲率が異なる底面５１ａ〜５１ｄを採用することにより、弾体と接する面の傾きが互いに異なり、複数の弾体１が圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２に衝突するタイミングが異なることになる。このため、圧電素子に連続的に圧力を付与することができる。

本体１００が直立している状態であれば、図３０のように、弾体１は端面部５ａ側の圧電素子ＰＺ１に接触した状態になっている。この状態から本体１００を傾けて図３１の状態になると、弾体１は端面部５ｂ側に移動する。このとき、弾体と接する面の傾きが互いに異なるため、底面５１ａ上の弾体、底面５１ｂ上の弾体、底面５１ｃ上の弾体、底面５１ｄ上の弾体の順に、異なるタイミングで圧電素子ＰＺ２に連続して衝突する。これにより、圧電素子ＰＺ２に連続的に圧力が付与され、発電される。
なお、図３０および図３１は、本体１００を端面部に直交する面で切断した断面を示す断面図である。

（第６の実施形態による発電装置の第３の変形例）
上述した円筒部および端面部からなる本体を、長尺物の手持ち部分または先端部に設けることにより、人間がその長尺物を持ち歩くなど通常の使用行為の際に発電することができる。長尺物は例えば、杖、傘、スキーのストックなどである。この場合において、本体は、振動する棒状部材（すなわち長尺物）に設けられ、かつ、互いに対向する第１面および第２面を内部に備え、複数の弾体を収容する容器を備えており、圧電素子は、互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方に設けられ、設けられた圧電素子に、複数の弾体を衝突させて圧力を付与することになる。

（まとめ）
以上説明したように、本例による発電装置によれば、圧電素子に与える圧力を、圧電素子の最大出力電圧が後段の低耐圧のデバイスの定格電圧よりも低くなる圧力に分割し、分割した低い圧力を異なるタイミングで連続付与することにより、後段の回路の耐圧以下の電圧を連続して得て蓄積し、電力を導出することによって、高耐圧のダイオードや保護回路を必要とせず、回路全体のサイズが大きくなることなく、効率よい発電を実現できる。

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

本発明は、エネルギーハーベスティング技術により、発電を効率良く行う場合に利用できる。

１ 弾体
２ 漏斗部
２ａ 出口部
２ｂ、２ｂ’ 軸
３ａ 弾体供給部
３ｂ 弾体供給部
４ 球体部
５ 円筒部
５ａ、５ｂ 端面部
５ｃ、５ｄ 側面部
１０ 筐体
１０ａ 固定部
１０ｂ 回転部
１０Ｓ スリット
１８、１８ａ−１８ｄ アーム
１８ａａ-１８ｄｄ 円柱部
１９ａ−１９ｄ バチ部
１９ 凸部
２０ 固定部
２０ａ 孔部
２０ｂ 溝部
３０ａ、３０ｂ 開口部
５１ 間仕切り部
５１ａ−５１ｄ 底面
６０ リング部
６０ａ、６０ｂ スロット
６１、６１’ 固定部
６１ａ 放出孔部
６１ｂ 収容孔部
６２ スタンド
６３ａ、６３ｂ、６３ａ’、６３ｂ’ ベアリング
１００ 本体
１４０ 通路部
１４１ａ、１４１ｂ 弾体収容部
２００ 制御部
２０１、２０１ａ、２０１ｂ 整流回路
２０２、２０２ａ、２０２ｂ キャパシタ
２０３ コントローラ
２０４ 送信機
２０５ アンテナ
６０１、６０２ リング部
Ｂ１−Ｂ４ ボタンスイッチ
Ｈ ハンドル
Ｊ 軸受部
Ｊ１ 軸部
Ｊ２ 回動軸
Ｌ スライド部
Ｍ１７ａ、Ｍ１７ｂ 磁石
ＰＺ、ＰＺ１、ＰＺ２ 圧電素子
ＳＤ 凸部
ＳＬ スライド部
ＴＰ テーパ部

Claims (17)

1. 与えられた圧力に応じた電力を出力する圧電素子と、
   前記圧電素子に、所定回数連続して圧力を与えるための圧力付与部と、を備え、
   前記圧力付与部によって前記圧電素子の最大出力電圧が後段素子の耐圧を下回るレベルまで圧力を複数に分割し、後段の耐圧内のエネルギーが連続して前記圧電素子が出力できるようにしたことを特徴とする発電装置。
2. 前記圧力付与部は、
   複数の弾体と、前記複数の弾体を互いに異なるタイミングで送り出す弾体送り出し部とを含み、前記送り出し部によって送り出された弾体を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与し、電力を導出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 前記弾体送り出し部は、
   前記複数の弾体を１つずつ通過させる漏斗部と、前記漏斗部へ前記複数の弾体を供給する弾体供給部と、を含み、
   前記漏斗部を通過した弾体を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
4. 前記弾体供給部を複数有し、
   前記複数の弾体供給部のうち、一の弾体供給部から前記漏斗部へ前記複数の弾体を供給し、
   前記圧電素子に衝突した弾体を、受け止めて他の弾体供給部に収容し、
   前記一の弾体供給部と、前記他の弾体供給部との位置を入れ換える位置入れ換え部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
5. 前記弾体送り出し部は、
   前記複数の弾体が１つずつ収容されるスロット群を備え、回転可能なリング部と、
   前記スロット群に収容された弾体を、該スロット群から放出して前記圧電素子に衝突させるための放出孔部と、
   前記圧電素子に衝突した弾体を、前記リング部の前記スロット群に収容させる収容孔部と、
   を含み、
   前記圧電素子は、前記リング部内に設けられており、前記リング部を回転させることにより、前記収容孔部を介して前記圧電素子に衝突した弾体を前記スロット群に収容させると共に、前記スロット群に収容された弾体を前記放出孔部を介して該スロット群から放出させることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
6. 前記スロット群ならびに前記放出孔部および前記収容孔部の組を複数備え、
   前記組において、前記放出孔部を介して前記スロット群から弾体を放出させるための、前記リング部の回転方向が互いに異なることを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
7. 前記弾体送り出し部は、
   前記弾体が移動する通路部と、
   前記複数の弾体を前記通路部へ順次供給する弾体供給部と、
   前記通路部を移動した弾体を収容する弾体収容部と、
   を備え、
   前記圧電素子は前記通路部に設けられ、前記通路部を移動して前記圧電素子に衝突させて圧力を付与し、前記圧電素子から電力を導出し、前記圧電素子に衝突した弾体を、前記弾体収容部へ収容するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
8. 前記通路部は、一端に前記弾体供給部が設けられ、かつ、他端に前記弾体収容部が設けられ、前記通路部を傾けることによって、前記弾体が該通路部を移動することを特徴とする請求項７に記載の発電装置。
9. 前記通路部は、傾き方向が逆である第１の傾き状態および第２の傾き状態のいずれか一方の状態となり、
   前記第１の傾き状態における前記弾体供給部は、前記第２の傾き状態において前記弾体収容部として機能し、かつ、前記第１の傾き状態における前記弾体収容部は、前記第２の傾き状態において前記弾体供給部として機能することを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
10. 前記圧力付与部は、
    回動自在に支持された部分を中心として、位置が変動可能な棒部材と、
    前記棒部材の、前記圧電素子に対向する位置に設けられたバチ部と、
    前記棒部材の位置を変動させる位置変動部と、
    を含み、前記棒部材の位置の変動に伴って、前記バチ部を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
11. 前記位置変動部は、
    互いに対向する位置に設けられ一方が固定された第１および第２の磁石と、前記第１および第２の磁石のいずれか一方について、他方と対向する面の極を変化させる極制御部と、を含み、前記第１および第２の磁石のいずれか一方が前記棒部材に設けられ、それら第１および第２の磁石に生じる反発力によって前記棒部材の位置を変動させるようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
12. 前記極制御部は、前記第１および第２の磁石のいずれか一方を回転させることにより、他方と対向する面の極を変化させることを特徴とする請求項１１に記載の発電装置。
13. 前記棒部材および前記バチ部の対が複数配列され、
    前記位置変動部は、
    前記棒部材および前記バチ部の対の配列方向に沿ってスライド可能なスライド部と、
    前記スライド部および前記棒部材にそれぞれ設けられ、前記スライド部のスライドの際に互いに衝突して前記棒部材の位置を変動させる第１および第２の衝突部とを備え、複数対の棒部材の位置の変動に伴って、前記バチ部を前記圧電素子に衝突させて圧力を付与するようにしたことを特徴とする請求項１１に記載の発電装置。
14. 前記圧力付与部は、
    複数の弾体と、
    振動する棒状部材に設けられ、かつ、互いに対向する第１面および第２面を内部に備え、前記複数の弾体を収容する容器と、
    を備え、
    前記圧電素子は、互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方に設けられ、設けられた前記圧電素子に、前記複数の弾体を衝突させて圧力を付与するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
15. 前記圧力付与部は、
    複数の弾体と、
    互いに対向する第１面および第２面を内部に備え、前記複数の弾体を収容する容器と、
    前記第１面と前記第２面との間に設けられ、前記第１面および前記第２面の一方から他方までの間を前記複数の弾体それぞれが往復移動可能なように前記容器内の空間を区切る間仕切り部と、
    を備え、
    前記圧電素子は、前記容器内の互いに対向する第１面および第２面の少なくとも一方に設けられ、設けられた前記圧電素子に、前記複数の弾体を衝突させて圧力を付与するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
16. 前記第１面および前記第２面の一方が他方よりも上方に位置する第１状態から、他方が一方よりも上方に位置する第２状態へ遷移させるために、前記容器を回動させる回動部を更に備えたことを特徴とする請求項１５に記載の発電装置。
17. 前記間仕切り部によって区切られた前記容器内の空間のうち、第１の空間と第２の空間とは、前記弾体と接する面の傾きが互いに異なることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の発電装置。

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