JP2014165989A - エネルギ変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ変換効率の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供する。
【解決手段】エネルギ変換装置１は、磁石２を備えた磁石ブロック３と、コイル４ａを備えたコイルブロック４と、を有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向配置され、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。エネルギ変換装置１は、磁石ブロック３を備えた可動部１２と、支持部１４と、可動部１２と支持部１４との間に介在する第１ばね１５と、可動部１２と支持部１４との間に介在する第２ばね１６と、を備える。第１ばね１５は、圧縮コイルばねからなる。第２ばね１６は、規定方向におけるばね定数が第１ばね１５のばね定数よりも小さく、且つ、規定方向におけるばね定数が規定方向に直交する方向のばね定数よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギ変換装置に関するものである。

エネルギ変換装置としては、例えば、電磁誘導作用により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有するエネルギ変換装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、エネルギ変換装置の一例として、図１９〜２１に示す構成を有する発電装置１００が記載されている。

この発電装置１００は、収納部１１０ａが設けられた支持体１１０と、収納部１１０ａに配置された永久磁石１２０及びコイルバネ１３０と、を備えている。

支持体１１０は、３枚のプリント基板１１１〜１１３により構成されている。この支持体１１０は、２枚のプリント基板１１１、１１３間に配置されたプリント板１１２の矩形状の開口部１１２ａにより、収納部１１０ａが形成されている。

発電装置１００は、プリント基板１１３の下面に、平面コイル１１４ａ及び１１４ｂが形成されている。平面コイル１１４ａ及び１１４ｂの各々は、渦巻状に形成されている。平面コイル１１４ａ及び１１４ｂは、巻き方向が互いに逆になるように形成されている。

プリント基板１１３には、平面コイル１１４ａ及び１１４ｂの中央部と対応する領域に、開口部１１３ａが形成されている。この開口部１１３ａには、磁心（コア）１１５が埋め込まれている。磁心１１５は、プリント基板１１３の下面から突出するように形成されており、平面コイル１１４ａ及び１１４ｂの中央部に配置されている。

永久磁石１２０は、磁化方向が矢印Ｚ１方向である部分（磁区）１２０ａと、磁化方向が矢印Ｚ２方向である部分１２０ｂとを含んでおり、多極磁石として構成されている。このため、プリント基板１１３近傍では、図１９中に破線で示した磁力線で表される磁界が形成されている。

コイルバネ１３０は、図１９、２０に示すように、開口部１１２ａの側面１１２ｂと永久磁石１２０の端部１２０ｃとの間に配置されるとともに、開口部１１２ａの側面１１２ｃと永久磁石１２０の端部１２０ｄとの間に配置されている。

発電装置１００は、プリント基板１１３の上面に、平面コイル１１４ａ及び１１４ｂにおいて発生する誘導起電力を制御するとともに、出力するための回路部１１６が設けられている。

発電装置１００は、この発電装置１００に力が加えられることにより、永久磁石１２０が支持体１１０に対して矢印Ｘ１方向に移動したとき、平面コイル１１４ａ及び１１４ｂに誘導電流が発生する。平面コイル１１４ａでは、電磁誘導により図２１に示すように矢印Ａ方向の誘導電流が発生する。一方、平面コイル１１４ｂでは、電磁誘導により図２１に示すように矢印Ｂ方向の誘導電流が発生する。このため、回路部１１６には、図２１に示すようにＣ方向の誘導電流が供給される。

また、発電装置１００は、永久磁石１２０が支持体１１０に対して矢印Ｘ２方向に移動したとき、平面コイル１１４ａ及び１１４ｂに誘導電流が発生する。平面コイル１１４ａでは、電磁誘導により矢印Ｂ方向の誘導電流が発生する。一方、平面コイル１１４ｂでは、電磁誘導により矢印Ａ方向の誘導電流が発生する。このため、回路部１１６には、Ｃ方向とは反対方向の誘導電流が供給される。

特開２００９−１１１４９号公報

発電装置１００は、永久磁石１２０と平面コイル１１４ａ及び１１４ｂとが、支持体１１０の厚み方向において間隔を隔てて対向配置されている。また、発電装置１００は、一対のコイルバネ１３０により、支持体１１０に対して永久磁石１２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）において所定の基準位置に配置されるように付勢されている。しかしながら、このような発電装置１００では、コイルバネ１３０の中間部が矢印Ｚ１方向へ変位可能であると推考される。このため、発電装置１００では、永久磁石１２０の厚み方向の振動に起因して上述の間隔が変動し、発電特性が不安定となったり、発電効率が低下する懸念がある。つまり、発電装置１００のようなエネルギ変換装置では、エネルギ変換特性が不安定となったり、エネルギ変換効率が低下する懸念がある。また、発電装置１００は、上述の間隔を狭くすると、永久磁石１２０が平面コイル１１４ａ及び１１４ｂに接触してしまう懸念がある。

また、上述の発電装置１００は、プリント基板１１２の開口部１１２ａの側面１１２ｂと永久磁石１２０とが接することで、矢印Ｙ１方向（矢印Ｙ２方向）に対する永久磁石１２０の移動が規制されているものと推考される。しかしながら、このような場合には、永久磁石１２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）に振動する際に摺動抵抗が生じて、発電効率が低下してしまうものと考えられる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供することにある。

本発明のエネルギ変換装置は、磁石を備えた磁石ブロックと、コイルを備えたコイルブロックと、を有し、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向配置され、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部と、支持部と、前記可動部と前記支持部との間に介在する第１ばねと、前記第１ばねから離れて配置され前記可動部と前記支持部との間に介在する第２ばねと、を備え、前記第１ばねは、圧縮コイルばねからなり、前記第２ばねは、前記規定方向におけるばね定数が前記第１ばねのばね定数よりも小さく、且つ、前記規定方向におけるばね定数が前記規定方向に直交する方向のばね定数よりも小さいことを特徴とする。

このエネルギ変換装置において、前記第２ばねは、前記対向方向に直交する面内において蛇行した形状、もしくは、前記規定方向と前記対向方向とに直交する方向に長いループ部を備えた形状であることが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記第２ばねは、シリコン、ステンレス鋼、鋼、銅、銅合金、チタン合金、アルミニウム合金、炭素及びガラスの群から選択される１種の材料により形成されていることが好ましい。

本発明のエネルギ変換装置においては、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

図１（ａ）は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の概略断面図である。図１（ｂ）は、実施形態１のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。 図２は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の概略斜視図である。 図３は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の概略分解斜視図である。 図４（ａ）は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の要部概略斜視図である。図４（ｂ）は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の他の要部概略斜視図である。 図５は、実施形態１のエネルギ変換装置における発電装置の第２ばねの拡大図である。 図６は、実施形態１のエネルギ変換装置における入力機構の構成例の説明図である。 図７は、実施形態１のエネルギ変換装置における入力機構の他の構成例の説明図である。 図８（ａ）〜図８（ｄ）は、実施形態１のエネルギ変換装置の動作説明図である。 図９（ａ）は、実施形態１のエネルギ変換装置の第１変形例の要部概略平面図である。図９（ｂ）は、実施形態１のエネルギ変換装置の第１変形例の動作説明図である。 図１０は、実施形態１のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略平面図である。 図１１は、実施形態１のエネルギ変換装置の第３変形例の要部概略平面図である。 図１２は、実施形態１のエネルギ変換装置の第４変形例の要部概略平面図である。 図１３は、実施形態１のエネルギ変換装置の第５変形例の要部概略平面図である。 図１４（ａ）は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の概略断面図である。図１４（ｂ）は、実施形態２のエネルギ変換装置における発電装置の要部概略平面図である。 図１５（ａ）〜図１５（ｇ）それぞれは、実施形態２のエネルギ変換装置における第２ばねの形状の他の例を示す概略平面図である。 図１６（ａ）〜図１６（ｅ）それぞれは、実施形態２のエネルギ変換装置における第２ばねの形状の別の例を示す概略平面図である。 図１７は、実施形態２のエネルギ変換装置の第１変形例の要部概略平面図である。 図１８は、実施形態２のエネルギ変換装置の第１変形例の動作説明図である。 図１９は、従来例の発電装置の構造を示した断面図である。 図２０は、図１９に示した発電装置の構造を説明するための平面図である。 図２１は、図１９に示した発電装置の構造を説明するための図である。

（実施形態１）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１について図１〜８に基づいて説明する。

エネルギ変換装置１は、電磁誘導型の発電装置ＥＨを備えている。

発電装置ＥＨは、磁石２を備えた磁石ブロック３と、コイル４ａを備えたコイルブロック４とを有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向配置されている。この発電装置ＥＨは、磁石ブロック３とコイルブロック４とが両者の対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。なお、本実施形態のエネルギ変換装置１では、図１（ａ）の上下方向が対向方向であり、図１（ａ）の左右方向が規定方向である。

発電装置ＥＨは、可動部１２と、支持部１４と、可動部１２と支持部１４との間に介在する第１ばね部１５と、を備えている。発電装置ＥＨは、上記規定方向における可動部１２の両側の各々に、第１ばね１５が設けられている。これにより、発電装置ＥＨは、可動部１２が上記規定方向に振動可能となっている。また、発電装置ＥＨは、第１ばね１５から離れて配置され可動部１２と支持部１４との間に介在する第２ばね１６を備えている。また、可動部１２は、上述の磁石ブロック３を備えている。発電装置ＥＨは、可動部１２の運動エネルギを電気エネルギに変換する電磁誘導型の振動発電装置である。

第１ばね１５は、圧縮コイルばねにより構成してある。したがって、第１ばね１５は、歪エネルギとして蓄積可能なエネルギ量を多くすることが可能となる。

第２ばね１６は、上記規定方向におけるばね定数が第１ばね１５のばね定数よりも小さく、且つ、上記規定方向におけるばね定数が上記規定方向に直交する方向のばね定数よりも小さい。したがって、第２ばね１６は、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２の振動方向を上記規定方向に単方向化することが可能となる。

発電装置ＥＨは、上述の可動部１２と支持部１４と各第１ばね１５と各第２ばね１６とを有する振動ブロック１１を備えている。振動ブロック１１は、可動部１２の重心を原点とする直交座標を仮定し、上記規定方向に沿ってｘ軸の正方向を決め、振動ブロック１１の平面視において上記規定方向に直交する方向に沿ってｙ軸の正方向を決め、可動部１２の厚み方向に沿って上記規定方向に直交するｚ軸の正方向を決めれば、可動部１２の振動方向をｘ軸の正負方向に単方向化することが可能となり、ｙ軸の正負方向やｚ軸の正負方向への振動成分を抑制することが可能となる。

したがって、エネルギ変換装置１は、図１（ｂ）でみれば、可動部１２の振動方向が上記規定方向である左右方向に単方向化され、図１（ｂ）の上下方向や可動部１２の厚み方向（図１（ｂ）の紙面に直交する方向）等への振動が抑制される。よって、エネルギ変換装置１は、不要な振動成分の発生を抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

また、発電装置ＥＨは、振動ブロック１１の厚み方向の一面側に配置される第１キャップ２１と、振動ブロック１１の厚み方向の他面側に配置される第２キャップ３１とを備えている。発電装置ＥＨは、第１キャップ２１及び第２キャップ３1の各々に、上述のコイルブロック４が保持されている。また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置された第１スペーサ４１と、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置された第２スペーサ４２とを備えている。第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２は、平面視形状をＣ字状としてある。

エネルギ変換装置１は、可動部１２を上記規定方向に沿って変位させるための入力機構５ａを備えた構成とすることができる。また、エネルギ変換装置１は、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５ａに接続された第２磁性材料部６とを備え、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により可動部１２を変位可能とするように構成することができる。第１磁性材料部７は、第１磁石もしくは第１磁性体のいずれかにより構成することができる。また、第２磁性材料部６は、第２磁性体もしくは第２磁石のいずれかにより構成することができる。

エネルギ変換装置１の各構成要素については、以下に詳細に説明する。

振動ブロック１１は、支持部１４の平面視形状をＣ字状としてある。また、振動ブロック１１は、支持部１４の内側に可動部本体１３が配置されている。この可動部本体１３は、支持部１４の内側面から離れて配置されている。また、振動ブロック１１は、上記規定方向において可動部本体１３の両側に、第１ばね１５が配置されている。また、振動ブロック１１は、上記規定方向及び上記対向方向に直交する方向の両側に、第２ばね１６が配置されている。また、振動ブロック１１は、可動部本体１３の平面視形状を枠状としてあり、可動部本体１３の内側に磁石ブロック３が配置されている。磁石ブロック３は、可動部本体１３に固定されている。

可動部本体１３の内周形状は、矩形状である。磁石ブロック３の外周形状は、可動部本体１３の内周形状よりも若干小さな矩形状としてある。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法としては、例えば、接着剤により固定する方法を採用することができる。この場合には、磁石ブロック３の外周面と可動部本体１３の内側面との間に接着剤からなる接合部が介在することになる。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、これに限らず、例えば、磁石ブロック３と可動部本体１３との間の隙間に別部材を圧入することで固定する方法等を採用することができる。また、磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、可動部本体１３の外側面側から螺子により固定する方法を採用することもできる。

可動部本体１３の外周形状は、矩形状としてあるが、これに限らず、例えば、他の多角形状等としてもよい。また、可動部１２は、可動部本体１３の外側面から上記規定方向に沿って突出する突出部１８を備えている。突出部１８の先端面には、上述の第１磁性材料部７が接続されている。突出部１８と第１磁性材料部７とは、接着剤により接続されている。突出部１８の平面視形状は、上記規定方向を長手方向とする長方形状としてある。突出部１８の短手方向の寸法は、支持部１４の両端面１４ｅ、１４ｅ間の寸法よりもやや小さな寸法に設定してある。第１磁性材料部７の平面視形状は、矩形状としてある。

第１磁性材料部７は、第１磁性体により構成してあるが、これに限らず、第１磁石により構成してもよい。第１磁性材料部７を第１磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等を採用することができる。また、第１磁性材料部７を第１磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、フェライト等を採用することができる。

磁石ブロック３は、複数個（例えば、４個）の磁石２を備えており、これら複数個の磁石２が上記規定方向に並んで配置されている。つまり、磁石ブロック３は、複数個の磁石２がアレイ状に配置されている。磁石２は、永久磁石により構成することが好ましい。永久磁石の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライト等を採用することができる。

磁石２は、短冊状に形成されている。また、磁石２は、厚み方向の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。磁石２を構成する永久磁石は、例えば、磁石材料を切削、研磨等で整形加工した後、パルス着磁法等によって着磁することにより、形成することができる。

磁石ブロック３は、複数個の磁石２の各々の幅方向が上記規定方向に一致するように、各磁石２が配置されている。また、磁石ブロック３は、この磁石ブロック３の厚み方向の両面側それぞれで、上記規定方向においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、複数個の磁石２が配置されている。要するに、磁石ブロック３は、上記規定方向において隣り合う磁石２同士の磁化の向きを逆向きとしてある。なお、磁石ブロック３は、複数個の磁石２が１次元のアレイ状に配置されているが、これに限らず、例えば、２次元のアレイ状に配置された構成としてもよい。

振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各第２ばね１６とを、例えば、基板１０から形成することができる。この基板１０としては、磁力線に対して低減衰で且つ電気絶縁性を有する絶縁性基板が好ましく、例えば、高抵抗率のシリコン基板を用いることができる。高抵抗率のシリコン基板は、例えば、抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０００Ωｃｍ以上であることがより好ましい。

基板１０としてシリコン基板を用いた場合、振動ブロック１１は、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び各第２ばね１６の材料がシリコンとなる。このような振動ブロック１１は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術を利用して製造することができる。この場合、振動ブロック１１では、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び各第２ばね１６を一体に形成することができる。要するに、振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各第２ばね１６とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。これにより、振動ブロック１１を形成する際に、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び各第２ばね１６のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。

また、各第２ばね１６と可動部本体１３及び支持部１４とが接着用の樹脂からなる接続部で接続されている場合には、振動時に振動エネルギが接続部において熱エネルギとなって損なわれる。これに対して、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各第２ばね１６とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、各第２ばね１６と可動部本体１３、突出部１８及び支持部１４とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。なお、基板１０の材料に関して、磁力線に対して影響を及ぼさないという点では、比透磁率が低いほうが好ましい。

基板１０は、高抵抗率のシリコン基板に限らず、例えば、高抵抗率のＳＯＩ（Siliconon Insulator）基板等を用いることができる。また、振動ブロック１１は、基板１０の材料や抵抗率に応じて、適宜の絶縁膜を設けてもよい。

第１ばね１５は、圧縮コイルばねである。これにより、エネルギ変換装置１は、第１ばね１５の１個当たりの蓄積エネルギを大きくすることが可能となり、エネルギ変換装置１の小型化を図ることが可能となる。第１ばね１５の１個当たりの蓄積エネルギは、ばね定数と、圧縮時のたわみと、の積に比例する。圧縮コイルばねからなる第１ばね１５のばね定数は、例えば、線径、外径、内径、自由長、材料等により、調整することができる。

振動ブロック１１は、上記規定方向における可動部１２の両側それぞれに、複数の第１ばね１５が並んで設けられていることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、上記規定方向における可動部１２の両側の各々に、第１ばね１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、エネルギ変換装置１は、個々の第１ばね１５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。上記規定方向における可動部１２の両側それぞれの第１ばね１５の数は、特に限定するものではない。エネルギ変換装置１は、可動部１２の両側で第１ばね１５の数を同じ数としてあるが、これに限らず、可動部１２の両側で第１ばね１５の数が異なっていてもよい。

第１ばね１５の材料としては、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４等）を採用することができるが、これに限らず、例えば、鋼、銅、銅合金（真鍮、ベリリウム銅）、チタン合金、アルミニウム合金、炭素、ガラス等を採用することができる。

エネルギ変換装置１は、上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向における可動部１２の両側の各々に、第２ばね１６が１個ずつ設けられている。上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向における可動部１２の両側の各々に設ける第２ばね１６の数は、特に限定するものではなく、例えば、２つずつでもよい。

第２ばね１６は、上記規定方向におけるばね定数が第１ばね１５のばね定数よりも小さく、且つ、上記規定方向におけるばね定数が上記規定方向に直交する方向のばね定数よりも小さくなるように構成されている。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。

第２ばね１６のばね定数は、第２ばね１６の形状や材料等を適宜設定することにより、調整することができる。

第２ばね１６の形状は、例えば、つづら折れ状の形状とすることができる。第２ばね１６は、一端部が可動部１２に連結され、他端部が支持部１４に連結されている。第２ばね１６は、つづら折れ状の形状とする場合、図５に示すように、隣り合う部位同士の間隔をＷ３、ｘ軸方向における第２ばね１６全体の長さをＸ１１、ｙ軸方向における第２ばね１６全体の長さをＹ１１と規定し、Ｗ３、Ｘ１１、Ｙ１１等を適宜設定すればよい。なお、ばね定数の測定に関しては、例えば、支持部１４を冶具で固定した後、微小引張試験機、あるいはフォースゲージとμメータとを組み合わせたものを用い、可動部１２に対してｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向それぞれの力を加えたときの変位を測定することで、ばね定数を算出することができる。

第２ばね１６は、つづら折れ状の形状とする場合、平面視形状における折り返し部分が、角のないＵ字状に形成された形状のほうが、角のあるＵ字状に形成された形状よりも好ましい。発電装置ＥＨは、第２ばね１６の折り返し部分に角のない形状を採用することにより、第２ばね１６の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。

第２ばね１６は、平面視において蛇行した形状であれば、つづら折れ状の形状に限らず、例えば、波形状（例えば、平面視で正弦波状）の形状でもよい。

第２ばね１６を構成するばねの材料は、半導体であるシリコンや金属等を採用することができるが、金属よりもシリコンであることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、第２ばね１６を構成するばねの材料が金属である場合に比べて、第２ばね１６での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減することが可能となるから、エネルギ変換効率の向上を図れる。

第２ばね１６の材料としては、シリコンに限らず、例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４等）、鋼、銅、銅合金（真鍮、ベリリウム銅）、チタン合金、アルミニウム合金、炭素、ガラス等を採用することができる。第２ばね１６の材料は、第１ばね１５と同じでもよいし、異なっていてもよい。

第１ばね１５及び第２ばね１６の材料は、対数減衰率の低い材料が好ましく、例えば、対数減衰率が０．０４以下の材料が好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、第１ばね１５及び第２ばね１６それぞれにおいて振動エネルギのうち熱エネルギに変換される量を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。

下記の表１には、各種材料の対数減衰率の値を例示してある。表１中の数値は、参考文献１（“材料の振動減衰能 データブック”、２００７年、日本学術振興会「材料の微細組織と機能性」委員会編）に基づいた値である。ただし、ＳＵＳ３０４の対数減衰率に関しては、組成が近いＦｅ−２２．５％Ｃｒの値を引用してある。また、ベリリウム銅の対数減衰率に関しては、銅及びベリリウムそれぞれの値を引用してある。炭素、ガラスの対数減衰率の値は、それぞれ、０．０８、０．０００６である。これらの数値は、参考文献１に基づいた数値である。

上述の対数減衰率が０．０４以下の材料とは、表１から分かるように、銅の対数減衰率以下の対数減衰率となる材料を意味している。なお、対数減衰率をδ、振動の１周期当たりの振動エネルギ損失率をΔＷ／Ｗとすれば、対数減衰率δは、下記の（１）式で表わすことができる。

エネルギ変換装置１は、第２ばね１６を構成するばねの材料がシリコンであれば、金属である場合に比べて、第２ばね１６の耐久性を向上させることが可能となる。また、エネルギ変換装置１は、第２ばね１６を構成するばねの材料が、シリコンであることにより、上述の基板１０としてシリコン基板を採用し、ＭＥＭＳ等の製造技術を利用して各々が基板１０の一部からなる各第２ばね１６を形成することが可能となる。これにより、エネルギ変換装置１は、第２ばね１６において厚み寸法Ｗ１（図５参照）に対する幅寸法（図５の紙面に直交する方向の寸法）の比で表されるアスペクト比を大きくすることが可能となり、また、一筆書きできない形状のばねを採用することも可能となる。

ＭＥＭＳ等の製造技術を利用する場合には、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して基板１０をバルクマイクロマシニングすることにより、第２ばね１６の厚み寸法Ｗ１を高精度に制御することが可能となり、且つ、第２ばね１６の幅寸法を基板１０の厚み寸法Ｈ１と同じ値とすることが可能となるから、アスペクト比の大きな第２ばね１６を寸法精度良く形成することが可能となる。

第２ばね１６は、可動部本体１３及び支持部１４と一体に形成してもよいし、別体に形成してもよい。第２ばね１６が可動部本体１３と別体である場合には、例えば、図４（ａ）に示すように、可動部本体１３の外側面に、第２ばね１６の一端部に設けた第１取付部１６ｃを位置決めする第１凹部１３ｇを設けておけばよい。第２ばね１６が支持部１４と別体である場合には、例えば、図４（ｂ）に示すように、支持部１４の内側面に、第２ばね１６の他端部に設けた第２取付部１６ｂを位置決めする第２凹部１４ｇを設けておけばよい。そして、振動ブロック１１の製造時には、第１凹部１３ｇに第１取付部１６ｃを位置決めしてから接着剤で固定し、また、第２凹部１４ｇに第２取付部１６ｂを位置決めしてから接着剤で固定すればよい。接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂等を採用することができる。第１取付部１６ｃ及び第２取付部１６ｂの形状は、Ｔ字状としてあるが、特に限定するものではない。また、第１取付部１６ｃと第２取付部１６ｂとは、形状が異なっていてもよい。第１凹部１３ｇ及び第２凹部１４ｇの形状は、Ｔ字状としてあるが、特に限定するものではない。また、第１凹部１３ｇと第２凹部１４ｇとは、形状が異なっていてもよい。

可動部本体１３の厚み寸法は、各第２ばね１６の幅寸法と同じに設定してあるが、これに限らず、可動部１２の所望の質量等に基づいて各第２ばね１６の幅寸法よりも大きくしてもよい。また、可動部本体１３の厚み寸法は、各第２ばね１６の幅寸法よりも小さくしてもよく、この場合、第２ばね１６の上記対向方向の剛性を高くすることが可能となる。つまり、この場合は、第２ばね１６の上記対向方向のばね定数を小さくすることが可能となる。

発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１の形状と第２スペーサ４２の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。

また、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。

第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂、セラミック、シリコン等を採用することができる。第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々の材料としてシリコンを採用した場合は、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々と振動ブロック１１の支持部１４との接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法等を採用することができる。

第１キャップ２１及び第２キャップ３１の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。

発電装置ＥＨは、第１キャップ２１の形状と第２キャップ３１の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。

第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂、セラミック、シリコン等を採用することができる。第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々の材料としてシリコンを採用した場合は、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１キャップ２１及び第２キャップ３１と、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２それぞれとの接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法等を採用することができる。また、発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２を設けずに、第１キャップ２１及び第２キャップ３１を振動ブロック１１に固定した構成としてもよい。

なお、圧縮コイルばねからなる第１ばね１５の外径が基板１０の厚み寸法Ｈ１よりも大きい場合には、第１スペーサ４１、第２スペーサ４２、第１キャップ２１及び第２キャップ３１に、第１ばね１５が接触するのを回避するための凹部等を適宜設ければよい。

発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と第１スペーサ４１と振動ブロック１１と第２スペーサ４２と第２キャップ３１とを、複数個（例えば、４個）のねじ（図示せず）により固定するようにしてもよいし、接着剤により固定するようにしてもよいし、固定部材として、ねじと接着剤とを併用してもよい。また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２及び第２キャップ３１それぞれからなる部材のうち、発電装置ＥＨの厚み方向において隣り合う部材同士に、相互に嵌合可能な構造を設けて嵌合させることで固定するようにしてもよい。

発電装置ＥＨは、図３に示すように、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２及び第２キャップ３１それぞれの四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａ及び３１ａをそれぞれ形成してある。各貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａ及び３１ａの平面視での開口形状は、円形状としてある。

コイルブロック４は、複数個（例えば、５個）のコイル４ａを備えている。これら複数個のコイル４ａは、上記規定方向に並んで配置され接着剤によりブロック化されている。要するに、コイルブロック４は、コイル４ａがアレイ状に配置されたコイルアレイにより構成されている。また、磁石ブロック３は、磁石２がアレイ状に配置された磁石アレイにより構成されている。コイルブロック４のコイル４ａの数は、磁石ブロック３の磁石２の数より１だけ多いほうが好ましい。要するに、磁石ブロック３の磁石２の数をｍ（ｍは自然数）とすれば、コイルブロック４のコイル４ａの数は、ｍ＋１とすることが好ましい。また、コイルブロック４におけるコイル４ａのピッチと、磁石ブロック３における磁石２のピッチとは同じであることが好ましい。また、コイルブロック４は、対向する磁石ブロック３において隣り合う磁石２同士の境界とコイル４ａの中心線（口軸）とが同一平面上に揃うように各コイル４ａが配置されていることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。

コイル４ａは、芯材４ｂに巻回されたコイル線材により構成されている。コイル線材としては、絶縁被覆付きの銅線を採用することができる。コイル線材は、巻線機により芯材４ｂに巻き付けて接着剤等により固定されている。芯材４ｂの材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂や、セラミック等の絶縁性材料を採用することが好ましい。銅線を被覆する絶縁膜の材料としては、例えば、ウレタン、ホルマール、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド等を採用することができる。

芯材４ｂは、短冊状に形成されている。芯材４ｂは、厚み方向が上記規定方向に一致し、幅方向が振動ブロック１１の厚み方向に一致し、長手方向が平面視において上記規定方向に直交する方向に一致するように配置されている。

コイルブロック４は、磁石ブロック３との対向面側が平坦化されるように、各コイル４ａを各芯材４ｂの幅方向において磁石ブロック３側の一端部に巻回してある。

第１キャップ２１に保持されるコイルブロック４（以下、「第１コイルブロック４Ａ」ともいう。）は、各芯材４ｂの幅方向の他端部を、第１キャップ２１に形成された複数の位置決め用の貫通孔２１ｃの各々に挿入し固定してある。第１キャップ２１に第１コイルブロック４Ａを組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第１キャップ２１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、第１コイルブロック４Ａは、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。

また、第２キャップ３１に保持されるコイルブロック４（以下、「第２コイルブロック４Ｂ」ともいう。）は、各芯材４ｂの幅方向の他端部を、第２キャップ３１に形成された複数の位置決め用の貫通孔３１ｃの各々に挿入し固定してある。第２キャップ３１に第２コイルブロック４Ｂを組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第２キャップ３１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、第２コイルブロック４Ｂは、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。

コイルブロック４において隣り合うコイル４ａ同士は、第１の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第１の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペースト等を採用することができる。隣り合うコイル４ａ同士は、それぞれ逆巻き方向となるように直列接続されている。また、第１キャップ２１及び第２キャップ３１には、コイルブロック４の両端のコイル４ａそれぞれにおいて隣り合うコイル４ａに接続されていない側の線端部が電気的に接続される電極（図示せず）が設けられている。線端部と電極とは、第２の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第２の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペースト等を採用することができる。第２の導電性接合材としては、金属製のねじ等を用いてもよい。

発電装置ＥＨは、各コイル４ａの各々が芯材４ｂを備えている（つまり、各コイル４ａの各々は、いわゆる有芯コイルである）が、芯材４ｂを備えていないもの（いわゆる空芯コイル）でもよい。芯材４ｂを備えない構成とする場合には、例えば、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々に各コイル４ａを各別に位置決めするリブを設ければよい。この場合には、例えばリブにコイル４ａが巻装された状態で、リブとコイル４ａとを接着剤等で接着すればよい。

また、各コイル４ａの各々は、例えば、平面コイルにより構成してもよい。この場合には、例えば、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々に平面コイルを形成すればよい。

平面コイルの材料としては、例えば、銅、金、銀等を採用することができる。また、平面コイルの材料としては、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライト等を採用してもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して形成することができる。

以上説明したエネルギ変換装置１では、磁石ブロック３と、コイルブロック４と、を有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向配置されている。そして、発電装置ＥＨは、磁石ブロック３を備えた可動部１２と、支持部１４と、可動部１２と支持部１４との間に介在する第１ばね１５と、第１ばね１５から離れて配置され可動部１２と支持部１４との間に介在する第２ばね１６と、を備えている。ここで、エネルギ変換装置１は、第１ばね１５が、圧縮コイルばねにより構成され、第２ばね１６に関して、上記規定方向におけるばね定数が前記第１ばねのばね定数よりも小さく、且つ、上記規定方向におけるばね定数が前記規定方向に直交する方向のばね定数よりも小さくなっている。したがって、エネルギ変換装置１は、第１ばね１５と第２ばね１６とを備えていることにより、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

また、エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１及び第２キャップ３1の各々に、コイルブロック４が保持されている。これにより、エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１と第２キャップ３１との一方のみにコイルブロック４が保持されている場合に比べて、エネルギ変換効率の向上を図れる。

また、エネルギ変換装置１は、第１コイルブロック４Ａにおける複数個のコイル４ａの直列回路と、第２コイルブロック４Ｂにおける複数個のコイル４ａの直列回路とを直列接続することで、出力を高めることも可能となる。

また、エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置されたＣ字状の第１スペーサ４１を備えている。これにより、エネルギ変換装置１は、第１キャップ２１のコイルブロック４と磁石ブロック３との間のギャップ長を第１スペーサ４１の厚みで規定することが可能となる。したがって、エネルギ変換装置１は、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。エネルギ変換装置１は、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

また、エネルギ変換装置１は、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置されたＣ字状の第２スペーサ４２を備えている。これにより、エネルギ変換装置１は、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップ長を第２スペーサ４２の厚みで規定することが可能となる。したがって、エネルギ変換装置１は、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。エネルギ変換装置１は、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

発電装置ＥＨは、可動部１２の上記規定方向への振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。発電装置ＥＨの開放電圧は、可動部１２の振動に応じた交流電圧となる。エネルギ変換装置１は、上述の入力機構５ａに外力を与えることで可動部１２を上記規定方向に沿って変位させた後で、第２磁性材料部６が第１磁性材料部７から離れれば、可動部１２が減衰振動するので、この減衰振動に応じた交流電圧を発生する。エネルギ変換装置１は、入力機構５ａに外力を与えることで可動部１２を上記規定方向に沿って変位させることにより、可動部１２の変位方向にある第１ばね１５に、この第１ばね１５のたわみに応じたエネルギを蓄積させることが可能となる。

ところで、エネルギ変換装置１は、発電装置ＥＨが実装される実装基板８を備えている。実装基板８としては、例えば、プリント配線板等の回路基板を採用することができる。

入力機構５ａは、実装基板８に固定されている。これにより、エネルギ変換装置１は、発電装置ＥＨと入力機構５ａとの相対的な位置関係を規定することができる。

入力機構５ａは、実装基板８に固定される円柱状の回動軸５１と、この回動軸５１に回動自在に保持された回動部本体５２と、回動部本体５２から突出された操作部５３と、回動部本体５２から操作部５３とは反対側に突出された突出部５４と、を備えている。操作部５３は、例えば、エネルギ変換装置１の使用者等が指等で操作可能な大きさに形成されている。操作部５３と回動部本体５２と突出部５４とは、例えば、樹脂により形成することができる。第２磁性材料部６は、突出部５４の先端面に接続されている。突出部５４と第２磁性材料部６とは、接着剤により接続されている。第２磁性材料部６の平面視形状は、矩形状としてある。

第２磁性材料部６は、第２磁石により構成されているが、これに限らず、第２磁性体により構成してもよい。第２磁性材料部６を第２磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライト等を採用することができる。また、第２磁性材料部６を第２磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等を採用することができる。

第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向であるが、これに限らず、反発する方向でもよい。例えば、第１磁性材料部７を第１磁石により構成し、第２磁性材料部６を第２磁石により構成し、第１磁石と第２磁石との同極同士が対向するように第１磁石と第２磁石とを配置すれば、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。

入力機構５ａは、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とが一直線上に配置されている。ここで、入力機構５ａは、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とを結ぶ直線が上記規定方向と略直交するように配置されている。

入力機構５ａは、例えば、図６に示すように、ねじりコイルばねからなる復帰ばね５５を備えている。復帰ばね５５は、回動部本体５２内で回動軸５１を囲むように配置されており、一端部５５ａが実装基板８に固定され、他端部５５ｂが操作部５３に固定されている。

図６に示した入力機構５ａは、初期位置にある操作部５３に対して復帰ばね５５のばね力に抗して外力を与えることにより、上記規定方向に沿って突出部５４が突出部１８（図１（ｂ）参照）から離れる向きへ変位する。そして、入力機構５ａは、操作部５３へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね５５のばね力によって、操作部５３が初期位置に戻るようになっている。

入力機構５ａは、図６の構成に限らず、例えば、図７に示す構成を採用することもできる。図７に示した入力機構５ａは、コイルスプリングからなる復帰ばね５６を備えている。復帰ばね５６は、操作部５３と操作部５３に対向する固定部５７との間に保持されている。固定部５７は、実装基板８に固定されている。

図７に示した入力機構５ａは、初期位置にある操作部５３に対して復帰ばね５６のばね力に抗して外力を与えることにより、上記規定方向に沿って突出部５４が突出部１８から離れる向きへ変位する。そして、入力機構５ａは、操作部５３へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね５６のばね力によって、操作部５３が初期位置に戻るようになっている。

第１磁性材料部７が第１磁性体であり且つ第２磁性材料部６が第２磁性体である場合には、入力機構５ａが、第２磁性材料部６を磁化可能な磁石（以下、磁化用磁石と称する）を備えるようにすればよい。入力機構５ａは、磁化用磁石を第２磁性材料部６に接触させて第２磁性材料部６を磁化することにより第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に磁力を発生させ、第２磁性材料部６から磁化用磁石を離すことにより第２磁性材料部６の磁気を消失させ第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間の磁力を消失させるようにすればよい。

振動ブロック１１は、支持部１４に、上記規定方向への可動部１２の変位量を規定値に制限するストッパ部１４ｃ（図８（ａ）参照）を設けてもよい。これにより、エネルギ変換装置１では、入力機構５ａに外力を与えて可動部１２を上記規定方向へ変位させる際に、可動部１２の変位量を規定値に制限することが可能となるから、第１ばね１５の蓄積エネルギを略一定値とすることが可能となる。これにより、エネルギ変換装置１では、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となる。

エネルギ変換装置１の動作の一例について図８に基づいて説明するが、図８は、第２磁性材料部６が第２磁石により構成され、第１磁性材料部７が第１磁性体により構成されている場合の動作例を説明するためのものである。

エネルギ変換装置１は、図８（ａ）に示すように操作部５３が初期位置にある状態では、第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に発生している磁力により第２磁性材料部６に第１磁性材料部７が吸着されている。エネルギ変換装置１は、初期位置にある操作部５３に対して、操作部５３が発電装置ＥＨに近づく向き（図８（ａ）中の矢印の向き）の外力が与えられると、図８（ｂ）の矢印で示すように、操作部５３及び突出部５４が反時計回りに回動する。この際、エネルギ変換装置１は、可動部１２が図８（ｂ）の右側の第１ばね１５のばね力に抗して移動し、第１磁性材料部７が第２磁性材料部６に吸着された状態が維持される。なお、図８（ｂ）において入力機構５ａに付した矢印は、入力機構５ａの回動方向を示している。

そして、エネルギ変換装置１は、操作部５３が更に回動され、第１ばね１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなると、図８（ｃ）に示すように第１磁性材料部７が第２磁性材料部６から離れ、可動部１２が上記規定方向に沿って振動する。この振動は、減衰振動である。なお、図８（ｃ）において、可動部１２に付した矢印は、可動部１２の振動方向を示し、入力機構５ａに付した矢印は、入力機構５ａの回動方向を示している。

その後、入力機構５ａへ外力を与えるのを止めると、入力機構５ａは、復帰ばね５５のばね力によって初期位置に戻る。なお、図８（ｄ）において入力機構５ａに付した矢印は、入力機構５ａの回動方向を示している。

本実施形態のエネルギ変換装置１は、操作部５３を初期位置から第１所定角（例えば、５°）だけ回動させたときに可動部１２が上記規定値だけ変位してストッパ部１４ｃに接触し、操作部５３を初期位置から第２所定角（例えば、１０°）だけ回動させたときに第１ばね１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなるように、第１ばね１５のばね力を設計してある。第１所定角及び第２所定角は、特に限定するものでないが、第２磁性材料部６が上記規定方向に沿った一直線上で変位するように設計することが好ましい。

エネルギ変換装置１は、上述の入力機構５ａと、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５ａに接続された第２磁性材料部６とを備え、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により可動部１２を変位可能である。これにより、エネルギ変換装置１は、入力機構５ａへ外力を適宜与えることで可動部１２を変位させて作動させることが可能であり、且つ、可動部１２へ上記規定方向とは異なる方向の力が作用するのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率及び信頼性の向上を図ることが可能となる。エネルギ変換装置１は、入力機構５ａと第２磁性材料部６と第１磁性材料部７とで、可動部１２を変位させるアクチュエータを構成している。

エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７が、第１磁性体もしくは第１磁石のいずれかからなり、第２磁性材料部６が、第２磁性体もしくは第２磁石のいずれかからなるので、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力を適宜設定することが可能となる。

また、エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向が、吸引する方向なので、磁力の方向が反発する方向である場合に比べて、可動部１２を上記規定方向に沿って安定して変位させることが可能となる。

エネルギ変換装置１は、図９（ａ）に示す第１変形例のように、可動部１２に、上記規定方向への可動部１２の変位量を規定値に制限するストッパ構造１８ａを備えている構成としてもよい。ストッパ構造１８ａは、可動部１２から突出した突出部１８の一部を先端部１８ｂに比べて幅広とすることで形成されている。ストッパ構造１８ａの幅寸法は、支持部１４の両端面１４ｅ、１４ｅ間の距離よりも長く設定してある。これにより、エネルギ変換装置１は、図９（ｂ）に示すように、可動部１２の変位量が規定値に制限されるから、可動部１２の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、エネルギ変換装置１では、上記規定方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。よって、エネルギ変換装置１は、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に、第１ばね１５に上記規定方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。

図９の例では、ストッパ構造１８ａが、上記規定方向において入力機構５ａと同一直線上に配置されているので、可動部１２に上記規定方向以外の不要な変位入力が発生するのを抑制することが可能となる。

エネルギ変換装置１は、図１０に示す第２変形例のように、支持部１４の両端面１４ｅ、１４ｅが、上記規定方向への可動部１２の変位量を規定値に制限するストッパ構造を構成するものでもよい。第２変形例では、支持部１４の両端面１４ｅ、１４ｅが、上記規定方向において可動部１２から離れるにつれて上記規定方向に直交する方向の距離が徐々に短くなるように傾斜している。可動部１２は、上記規定方向に可動部１２が上記規定値だけ変位したときに両端面１４ｅ、１４ｅの各々に面状に接触可能な２つの傾斜面１８ｅ、１８ｅを備えることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２に上記規定方向以外の不要な変位入力が発生するのを抑制することが可能となる。

エネルギ変換装置１は、図１１に示す第３変形例のように、第１磁性材料部７が、可動部１２にばね１９を介して接続されている構成としてもよい。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２及び第１磁性材料部７それぞれにかかる引張応力を緩和することが可能となり、信頼性を向上させることが可能となる。

エネルギ変換装置１は、図１２に示す第４変形例のように、第２磁性材料部６が、入力機構５ａにばね１７を介して接続されている構成としてもよい。これにより、エネルギ変換装置１は、第２磁性材料部６及び入力機構５ａそれぞれにかかる引張応力を緩和することが可能となり、信頼性を向上させることが可能となる。

エネルギ変換装置１は、図１３に示す第５変形例のように、支持部１４が、第３磁性材料部９を備えた構成としてもよい。第５変形例では、第２磁性材料部６が第１磁性材料部７を吸着する位置で、第２磁性材料部６が第３磁性材料部９に吸着する。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２の変位量が第２磁性材料部６の変位可能量により制限されるから、可動部１２の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、エネルギ変換装置１では、上記規定方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。これらにより、エネルギ変換装置１は、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に、第１ばね１５に上記規定方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１について図１４に基づいて説明する。

本実施形態のエネルギ変換装置１は、実施形態１のエネルギ変換装置１と略同じ構成を有し、第１ばね１５の個数及び配置が異なり、第２ばね１６の形状、個数及び配置が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素については、実施形態１と同じ符号を付して説明を適宜省略する。

エネルギ変換装置１は、上記規定方向における可動部１２の一方側に第１ばね１５が配置され、他方側に第２ばね１６が配置されている。第１ばね１５は、上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向において突出部１８の両側に１つずつ配置されている。第２ばね１６の数は、１つとしてあるが、これに限らず、複数でもよい。エネルギ変換装置１は、複数の第２ばね１６を備えた構成とする場合、例えば、上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向に、複数の第２ばね１６が並んだ構成とすればよい。

第１ばね１５は、実施形態１と同じで、圧縮コイルばねにより構成してある。

第２ばね１６は、上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向に長いループ部１６ｄを備えた形状としてある。第２ばね１６は、複数のループ部１６ｄを備え、これら複数のループ部１６ｄが上記規定方向に並んでいる。第２ばね１６は、隣り合うループ１６ｄ同士が、上記規定方向に沿った直線状の部位で繋がれている。

第２ばね１６の形状は、例えば、図１５（ａ）〜（ｇ）のそれぞれに示したような平面形状を採用することができる。図１５（ａ）〜（ｇ）のそれぞれに示した平面形状の第２ばね１６は、いずれも、上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向に長いループ部１６ｄを備えた形状である。

図１５（ａ）の第２ばね１６は、ループ部１６ｄの数を１つとし、ループ部１６ｄの形状を矩形枠状とした例である。また、図１５（ｂ）の第２ばね１６は、ループ部１６ｄの数を複数（図示例では、５つ）とし、各ループ部１６ｄの各々の形状を矩形の枠状とした例である。また、図１５（ｃ）の第２ばね１６は、ループ部１６ｄの数を複数（図示例では、５つ）とし、各ループ部１６ｄの各々の形状をレーストラック状とした例である。また、図１５（ｄ）の第２ばね１６は、ループ部１６ｄの数を複数（図示例では、５つ）とし、各ループ部１６ｄの各々の形状をレーストラック状として弧状の部分の厚み寸法を直線状の部分の厚み寸法に比べて大きくした例である。また、図１５（ｅ）の第２ばね１６は、ループ部１６ｄの数を複数（図示例では、５つ）とし、各ループ部１６ｄの各々の形状を菱形の枠状とした例である。また、図１５（ｆ）の第２ばね１６は、ループ部１６ｄの数を複数（図示例では、５つ）とし、各ループ部１６ｄの各々の形状を六角形の枠状とした例である。また、図１５（ｇ）の第２ばね１６は、ループ部１６ｄの数を複数（図示例では、３つ）とし、各ループ部１６ｄの各々の形状を楕円の枠状とした例である。

第２ばね１６の形状は、つづら折れ状としてもよい。この場合、第２ばね１６は、図１６（ａ）に示すように、平面視形状において折り返し部分が角のないＵ字状に形成された形状のほうが、図１６（ｂ）に示すように、平面視形状において折り返し部分に角のあるＵ字状に形成された形状よりも好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、第２ばね１６の折り返し部分に角のない形状を採用することにより、第２ばね１６の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。

また、つづら折れ状の第２ばね１６としては、図１６（ｃ）に示すように、平面視において折り返し部分の厚み寸法Ｗ２を他の部位の厚み寸法Ｗ１よりも大きくした形状としてもよい。この場合、第２ばね１６は、この第２ばね１６の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。

また、つづら折れ状の第２ばね１６としては、図１６（ｄ）に示すように、平面視において折り返し部分間の距離が徐々に短くなる形状としてもよい。

また、第２ばね１６は、平面視において蛇行した形状であれば、つづら折れ状の形状に限らず、例えば、図１６（ｅ）に示すような波形状（図示例では、平面視で正弦波状）の形状でもよい。

エネルギ変換装置１は、第２ばね１６が、上記対向方向に直交する面内において蛇行した形状、もしくは、上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向に長いループ部１６ｄを備えた形状であるのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、第２ばね１６が、上記規定方向に振動しやすくなる。また、エネルギ変換装置１は、第２ばね１６の設計が容易になる。

本実施形態のエネルギ変換装置１は、実施形態１と同じ入力機構５ａを備えているが、これに限らず、図１７に示す第１変形例のようにカム５９を利用した入力機構５ｂを備えた構成としてもよい。

入力機構５ｂは、実装基板８に保持されている。入力機構５ｂは、実装基板８に固定される円柱状の回転軸５８と、この回転軸５８に回転自在に保持されたカム５９とを備えている。また、振動ブロック１１は、突出部１８の先端面１８ｄから、爪部１８ｆが突出している。爪部１８ｆは、上記規定方向と上記対向方向とに直交する方向において、突出部１８の幅方向の一端側から離れるにつれて、上記規定方向における突出量が大きくなる形状に形成されている。カム５９は、回転したときに、爪部１８ｆを間欠的に押すことが可能な複数の突起５９ｂを備えている。言い換えれば、カム５９は、外周方向に沿って複数の突起５９ｂが略等間隔で形成されている。要するに、カム５９は、爪車（ラチェット）状の形状に形成されている。図１７中の矢印は、カム５９の回転方向を示している。入力機構５ｂは、カム５９の回転方向の運動を可動部１２の上記規定方向の直進移動に変換する機能を有している。

本実施形態のエネルギ変換装置１では、カム５９を回転方向に回動させて図１８（ａ）に示すように、突起５９ｂが爪部１８ｆを押した状態とすることで、第１ばね１５及び第２ばね１６それぞれにエネルギを蓄積することが可能となる。その後、本実施形態のエネルギ変換装置１では、図１８（ｂ）に示すように、カム５９を更に回動させて突起５９ｂが爪部１８ｆから離れた状態とすることで、第１ばね１５及び第２ばね１６の振動により可動部１２が振動する。図１８（ｂ）中の矢印は、可動部１２の振動方向を示している。

実施形態１、２のエネルギ変換装置１は、可動部１２が磁石ブロック３を備え、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々がコイルブロック４を備えているが、これらに限らない。エネルギ変換装置１は、可動部１２がコイルブロック４を備え、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の少なくとも一方が磁石ブロック３を備えた構成としてもよい。

また、実施形態１、２のエネルギ変換装置１は、支持部１４において第１ばね１５を保持している部分の上記規定方向における剛性が、第１ばね１５の上記規定方向における剛性よりも大きいのが好ましい。言い換えれば、実施形態１、２のエネルギ変換装置１は、支持部１４において第１ばね１５を保持している部分の上記規定方向のばね定数が、第１ばね１５の上記規定方向のばね定数よりも大きいのが好ましい。これにより、第１ばね１５にエネルギを蓄積するときに支持部１４が撓むのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。支持部１４において第１ばね１５を保持している部分の上記規定方向のばね定数は、第１ばね１５の上記規定方向のばね定数の１０倍以上であるのが、より好ましい。

１ エネルギ変換装置
２ 磁石
３ 磁石ブロック
４ コイルブロック
４ａ コイル
１２ 可動部
１４ 支持部
１５ 第１ばね
１６ 第２ばね
１６ｄ ループ部

Claims (3)

1. 磁石を備えた磁石ブロックと、コイルを備えたコイルブロックと、を有し、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向配置され、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部と、支持部と、前記可動部と前記支持部との間に介在する第１ばねと、前記第１ばねから離れて配置され前記可動部と前記支持部との間に介在する第２ばねと、を備え、前記第１ばねは、圧縮コイルばねからなり、前記第２ばねは、前記規定方向におけるばね定数が前記第１ばねのばね定数よりも小さく、且つ、前記規定方向におけるばね定数が前記規定方向に直交する方向のばね定数よりも小さいことを特徴とするエネルギ変換装置。
2. 前記第２ばねは、前記対向方向に直交する面内において蛇行した形状、もしくは、前記規定方向と前記対向方向とに直交する方向に長いループ部を備えた形状であることを特徴とする請求項１記載のエネルギ変換装置。
3. 前記第２ばねは、シリコン、ステンレス鋼、鋼、銅、銅合金、チタン合金、アルミニウム合金、炭素及びガラスの群から選択される１種の材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ変換装置。

Images