JP2016025678A - 静電誘導型発電器 - Google Patents

Abstract

【課題】往復回転型静電誘導発電器において回転止め機構を提供する。
【解決手段】ハウジングと、前記ハウジングに対して回転自在な回転錘と、前記ハウジングに対して回転自在な回転部材と、前記ハウジングに固定された固定基板と、前記回転部材と前記固定基板の両者のいずれか一方に設置された帯電膜と、前記両者のうちの他方に、前記帯電膜に対向して設置された対向電極と、前記帯電膜と前記対向電極間で発生した電力を出力する出力部と、前記回転部材に往復回転運動を発生させる渦巻き状バネのヒゲゼンマイと、を有する静電誘導発電器において、前記ヒゲゼンマイの半径方向の最大振幅を規制する規制部を設けたこと特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、外部振動を効率的に利用して発電効率に優れる静電誘導型発電器、発電装置に関する。
本発明の発電器のエネルギー源としては、人体の運動、機械等の振動、その他環境に広く存在する運動エネルギーを利用することができる。本発明は、環境振動を利用した発電器、発電装置、携帯型電気機器、携帯型時計等に適用することができる。

エレクトレット材料による静電誘導を利用した実用的発電装置が、特許文献１、２に開示されている。
静電誘導とは、帯電した物体を導体に接近させると、帯電した物体とは逆の極性の電荷が引き寄せられる現象のことである。
静電誘導現象を利用した発電装置とは、「電荷を保持する膜」（以下、帯電膜という）と「対向電極」を配置した構造において、この現象を利用して、両者を相対移動させて誘導された電荷を取り出す発電のことである。

図１は、静電誘導現象を利用した発電の原理を説明する説明図である。

エレクトレット材料による場合を例にとると、エレクトレットは、誘電体に電荷を打ち込んだものであり、半永久的に静電場を発生させるものである。このエレクトレットによる発電では、図１にみられるように、エレクトレットと対抗電極とを近接させ、エレクトレットにより形成される静電場によって対向電極に誘導電荷が生じ、エレクトレットと対向電極の重なりの面積を変化（振動等）させれば、外部電気回路において交流電流として取り出すことができる。このエレクトレットによる発電は、構造が比較的簡単で、電磁誘導によるものより、低周波領域において高い出力が得られ有利であって、近年いわゆる「環境発電（Energy Harvesting）」として注目されている。

特許文献１には、ヒゲゼンマイ（渦巻きバネの一種、時計用語）を使ってエレクトレット膜と電極の往復周期回転を行う静電誘導型発電装置が開示されている。この先行技術は、錘のついた回転電極が回転軸に固定されるとともに、ヒゲゼンマイがこの回転軸とハウジングにつながっており、ヒゲゼンマイのバネ効果で回転電極が往復回転運動して発電する機構である。この構成によれば、錘のついた回転電極の回転を規制する構造が無いため、外部振動によって発電器に入る振動が大きくなり回転電極の回転量が増えすぎた場合、ヒゲゼンマイの弾性変形域を超えた変形が発生してしまう。その場合にはヒゲゼンマイは元の形状に戻らなくなり発電器は正常に回転しなくなってしまう。特許文献２においても、ヒゲゼンマイのバネ効果で回転電極が往復回転運動して発電するものであるが、錘のついた回転電極の回転を規制する構造が認められず、上記問題を解決できるものではない。

機械時計のヒゲゼンマイの保護装置としては、特許文献３が知られている。この先行技術は、１ｍの高さからコンクリート床上に落下したような衝撃振動によって、ヒゲゼンマイが変形を起こさないようにする板状保護部材から構成されたものである。この保護部材とヒゲゼンマイの隙間は、ヒゲゼンマイが最も広がったときでも必ず存在（０．１ｍｍ以下）するものであって、この先行技術の板状保護部材は、錘のついた回転電極の回転を規制する構造を何ら意図するものではない。

特開２０１３−５９１４９号公報 特開２０１３−１３５５４４号公報 実公昭５１−３０１号公報

ヒゲゼンマイのバネ効果で帯電膜と対向電極が往復回転運動して発電する場合の静電誘導型発電器において、回転錘や電極付回転部材が回転し過ぎて、ヒゲゼンマイの変形が大きくなり過ぎて壊れてしまう問題に鑑みて、これらの回転を規制することを課題としている。

本発明に係る静電誘電発電器は、ハウジングと、前記ハウジングに対して回転自在な回転錘と、前記ハウジングに対して回転自在な回転部材と、前記ハウジングに固定された固定基板と、前記回転部材と前記固定基板の両者のいずれか一方に設置された帯電膜と、前記両者のうちの他方に、前記帯電膜に対向して設置された対向電極と、前記帯電膜と前記対向電極間で発生した電力を出力する出力部と、前記回転部材に往復回転運動を発生させる渦巻き状バネのヒゲゼンマイと、を有する静電誘導発電器において、前記ヒゲゼンマイの半径方向の最大振幅を規制する規制部を設けたことを特徴とする。

発電器に入る振動が大きくなり、電極間（帯電膜と対向電極間）の回転量が増えすぎた場合に対して、ヒゲゼンマイの規制部を設け、ヒゲゼンマイが拡がり過ぎないように規制するので、ヒゲゼンマイの弾性変形域を超えて変形することがなく、発電器の作動を安定的に行うことができる。

静電誘導現象を利用した発電の原理を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態を示す模式的断面図である。 本発明の第１実施形態を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態の規制部を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態の規制部を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態の規制部の作動（ヒゲゼンマイが最大振幅）を説明するための平面図である。 本発明の第１実施形態の規制部（ヒゲゼンマイが最小振幅）を説明するための平面図である。 本発明の第１実施形態の回転錘と回転部材の連成的な関連振動を説明するための模式的斜視図である。 本発明の第１実施形態の作動原理を説明するための模式的説明図である。 本発明の第１実施形態の対向電極２と帯電膜３のパターンを示す図である。 本発明の第１実施形態の対向電極２と帯電膜３の別のパターンを示す図である。 本発明の第２実施形態を示す模式的断面図である。 本発明の第３実施形態を示す模式的断面図である。 本発明の第４実施形態を示す模式的断面図である。 本発明の第４実施形態の規制部を説明するための斜視図である。 本発明の第５実施形態を示す模式的断面図である。 本発明の第６実施形態を示す模式的断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態を示す模式的断面図である。図３Ａ〜３Ｃは、本発明の第１実施形態を説明するための斜視図である。図４Ａ、４Ｂは、本発明の第１実施形態の規制部の作動を説明するための平面図である。図５は、本発明の第１実施形態の回転錘と回転部材の連成的な関連振動を説明するための模式的斜視図である。図６は、本発明の第１実施形態の作動原理を説明するための模式的説明図である。

本実施形態は、腕時計や携帯用電子電気機器などに主に適用できるが、これに限定されるものではない。ハウジングは、腕時計の場合によくつかわれる呼称、すなわち、地板３３、下部・上部受け３４、３５で説明するが、ハウジングは、必ずしも腕時計に限定されるものではなく、携帯用電子電気機器などを含む一般的なハウジングを含むものである。図４に示す地板３３では、簡略上円筒形に形成されているが、これに限定されずに様々なパーツを組み込む支持台、ケーシングであっても良い。

まず、第１実施形態の概要から説明する。
第１軸８には回転部材４が固定されている。回転部材４の下面には帯電膜３が配置されている。一方、帯電膜３に対向するように、固定基板１がハウジングの下部受け３４に載置固定されており、その表面に対向電極２が配置されて、回転部材４が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜３と対向電極２間で発生した電力を出力部（図示せず）に出力する。第１軸８は、下部・上部受け３４、３５に設けられた上下耐震装置５０（ここではパラショック）で軸支されている。なお、ホゾ８’が太い場合には、必ずしも耐震装置を使わずに通常の軸受で軸支しても良い。

回転錘１０のボス部１１は、上部受け３５の下面に設けられた支え板３６に、ベアリング１６を介して回転自在に設置されている。回転錘１０のボス部１１には、第１軸８が貫通しているが、回転錘１０のボス部１１と第１軸８は、相互に独立して回転できるように軸支されている。図３Ｃに示すように、回転錘１０は、半円形であって下面には円筒面１０’が形成されている。渦巻き状バネであるヒゲゼンマイ（時計用語）１２は、一端が、回転錘１０にヒゲ持ち１３で固定され、ヒゲゼンマイ１２の他端が、第１軸８にヒゲ玉１２’によって圧入や加締めで固定されている。回転錘１０のボス部１１と第１軸８は、相互に独立して回転できるので、回転錘１０の低周波振動が、渦巻き状バネのヒゲゼンマイ１２を経由して、第１軸８に固定された回転部材４に伝達され回転するようになっている。

すなわち、回転部材４がバネ（ヒゲゼンマイ１２）を介して回転錘１０と接続した構造となっているので、回転錘１０が回転すると、ヒゲゼンマイ１２が第１軸８に巻かれ、その反動で回転部材４が回転する。回転錘１０に加わる振動は、連成振動に類似した、いわば「連成的な振動」とも呼ぶべきもの（図５、図６参照）であって、回転錘１０と回転部材４での相互振動によって、環境振動から得られた低周波の振動をきわめて効率的に利用することができるものである。

本実施形態においては、図３Ｂ、３Ｃに示すように、回転錘１０に大きな回転トルクがかかった場合に、ヒゲゼンマイ１２の半径方向（極座標での動径方向）の最大振幅を規制する規制部（以下に述べる円筒面１０’）を設けたものである。そして、本実施形態は、ヒゲゼンマイが、ある限度以上に変形しないようにする変形防止機構としての規制部を設けた点に特長がある。ヒゲゼンマイ１２の外周部が、拡張して円筒面１０’（規制部）に当接して図４Ａの状態（回転錘１０が時計回り）になると、ヒゲゼンマイ１２の外周部と回転錘１０の円筒面１０’との接触面で接触圧が高まり、第１軸８と回転錘１０が一体化して回転して、第１軸８は、回転錘１０に連れ回りする。逆回転の場合には、図４Ｂに示されているように巻き締まる方向に回転して、軸径にヒゲゼンマイが巻き締まることで第１軸８とヒゲゼンマイとの接触面における接触圧が高まり、やはり第１軸８は回転錘１０に連れ回りするようになる。このように、回転錘１０に大きな回転トルクがかかった場合には、ヒゲゼンマイの規制部１０’への接触又は軸径への巻き上がりによって、連れ回り回転が発生して、ヒゲゼンマイの弾性変形域を超えて変形することがなくなるという効果を奏する。

すなわち、一定量以上の力（トルク）が回転錘１０から加えられると、第１軸８は回転錘１０に連れ回りして回転で力が逃げるため、ヒゲゼンマイ１２が巻き締まったり、拡がって規制部に衝突しても、限度以上の力を両者の全体回転で逃がすことができるものである。このため、大きなトルクでヒゲゼンマイ１２の外周部が、円筒面１０’に当接しても、ヒゲゼンマイ１２に座屈などの変形が生じない。

さらに、回転錘１０と回転部材４の相互間に、いわば「連成的な振動」とも呼ぶべき現象が発生するので、環境振動から得られた低周波の振動を、回転錘１０と回転部材４の両者の振動によってきわめて効率的に利用することができる。従って、発電機の向きに依存せず、効率よく発電することが可能になり、回転錘１０に加わる空間の全方位方向からの環境振動を発電に活用することもできるので、本実施形態は発電効率に極めて優れたものとなっている。なお、この段落で述べる効果は、本実施形態で規制部の有無にかかわらず奏する効果である。前段に述べたヒゲゼンマイ１２の規制部により、限度以上の回転錘からの力を逃がす仕組みは、回転錘１０と第１軸８とが相互に動作する連成的な振動を利用した構成にこそ、最大の効果を生むが、連成的な振動による機構に限らず、例えばヒゲゼンマイの一端がヒゲ持ちで固定されるような構成にも有効である。
本実施形態では、回転錘１０の下面には円筒面１０’が形成されているので、第１軸８の軸方向のスペースを有効活用することができ、薄型の発電器を構成する上で好ましいものである。

上記説明においては、対向電極２を固定基板１に設置し、帯電膜３を回転する回転部材４の下面に配置した場合で説明したが、これに限定されるものではない。帯電膜３と対向電極２を、逆にしてそれぞれ固定基板１と、回転部材４に取り付けて、固定基板１の帯電膜３と、回転部材４の対向電極２を対向させても良い。本実施形態では、第１軸８の細いホゾ８’の保護のため、軸受に耐震装置５０を使用しているが、これに限定されることなくその他周知の軸受を使用することもできる。本実施形態では、回転錘１０は、ハウジングに軸支しているが、第１軸８にベアリングを介して回転自在に回転錘１０を軸支することも可能である。

続いて、本実施形態の詳細について以下に説明する。
本発明で帯電膜として用いられるエレクトレット材料には、帯電しやすい材料を用い、例えばマイナスに帯電する材料としてはシリコン酸化物（ＳｉＯ２）や、フッ素樹脂材料などを用いる。具体的には一例としてマイナスに帯電する材料として旭硝子製のフッ素樹脂材料であるＣＹＴＯＰ（登録商標）などがある。

さらに、その他にもエレクトレット材料としては、高分子材料としてポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などがあり、無機材料としては前述したシリコン酸化物（ＳｉＯ２）やシリコン窒化物（ＳｉＮ）なども使用することができる。その他、周知の帯電膜を使用することができる。

図７は、本発明の第１実施形態の対向電極２と帯電膜３のパターンを示す図である。図８は、本発明の第１実施形態の対向電極２と帯電膜３の別のパターンを示す図である。

帯電膜３（エレクトレット膜）の内面には、負電荷が保持されているので、対向電極２には、静電誘導により正電荷が引き寄せられる。固定基板１に設けられた対向電極２、回転部材４に設けられた帯電膜３は、図７に示すようなパターンであって、中心から等しい角度の放射部２’、３’が等間隔で形成されている。図７のパターンでは、図３Ａの斜視図にみられるように、放射部３’、３’相互間はそれぞれ透し孔となっており、放射部２’、２’相互間には電極が設けられていない。帯電膜３は、個別の放射部３’からなるパターンに形成されていて、導電部材の第１軸８に電気接点を介して接続されて出力されている（各放射部３’毎に第１軸８に接続するか、各放射部３’を連結配線後第１軸８に接続するようにしても良い）。回転部材（基板）４が金属の場合には各放射部３’はそれぞれ基板を通じて第１軸８と直接接続される。一方、対向電極も、外周側の電極部から出力が取り出される。両出力端子は、整流回路２０に接続している。第１軸８からの電流の取り出し方については、ブラシ電極や軸受部の導電体構成部を利用して回転しながら電気的接続を行えばよい。

回転駆動手段によって、第１軸８に固定された回転部材４が回転すると、エレクトレット膜３と対向電極２間との重なり面積が増減し、対向電極２に引き寄せられる正電荷が増減して、エレクトレット膜と対向電極間に交流電流を発生させる。
対向電極２と帯電膜３間の電流を、出力部として、整流回路２０を通し直流変換して、外部に取り出し発電させるものである。

整流回路２０は、ブリッジ式であり、４個のダイオードを備え、入力側には、対向電極２と帯電膜３が接続されている。出力側には平滑回路を介して図示しない電源回路が接続されており、前記直流変換された発電電流を図示しない蓄電池に蓄電し、電子機器に電力を供給する。本実施形態における帯電膜および対向電極は放射状にパターニングされていたが、固定基板１、回転部材４に対して相対回動したときに、重なり面積が増減するのであれば、他の形状にパターニングされていても良い。

その他のパターンの一例として、図７の下部に示すパターンとは異なり、図８の下部に示すように固定基板１上の対向電極２の放射部２’を、それぞれ独立させ、とびとびに接続配線した放射部２’を、２端子としてそれぞれ整流回路２０の入力側に接続させてもよい。図８の上部の帯電膜３のパターンは、図７の上部の場合と同じであるが、出力端子が不要となっている。（特許文献２を引用補充する。特許文献２の図９、１０の実施例参照。）この場合には、静止する固定基板１上の対向電極２のみから電流を取り出せばよいので、回転する回転部材の電気的接続が不要になって便利である。

本実施形態において、回転部材４の固定された第１軸８が、上部軸受部５０と下部軸受部５０で、回転自在に軸支されている点について、以下に説明する。上部軸受部５０と下部軸受部５０は、耐震機構を構成する。上下とも同一の部材で構成されているので、上部部軸受部５０について述べる。以下の説明では、機械時計に使用される「パラショック」として公知の耐震装置に基づき説明するが、軸受部はこれに限定されるものではなく、その他の周知の耐震装置を利用しても良い。

図２に示す上部軸受部５０は、外側の枠体５５に、受石座５６を収納している。受石座５６は枠体５５の内部に挿入されて、２つの両側についたバネ片５３で支持されている。枠体５５の内部底面には、渦巻きばね５４の外周側が、受石座５６下面で挟むようにして保持されている。渦巻きばね５４には穴石５２が内周部に一体化して連結している。第１軸８のホゾ８’の端面は、受石座５６内部に嵌めこまれた受石５１で軸支されている。上部軸受部５０、下部軸受部５０は、それぞれ上部受け３５、下部受け３４に嵌め合いなどで、第１軸８の軸方向のガタツキがないように固定されている。

耐震装置としての上部、下部軸受５０においては、第１軸８の半径方向の衝撃荷重は、渦巻きばね５４及び枠体５５の内径部５５’で受け、軸方向はバネ片５３で受けるようにして機能する。穴石５２、受石５１はルビーで作られていることが多いが、いずれも耐摩耗性金属材料であっても良い。

（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態を示す模式的断面図である。

第１実施形態では、ヒゲゼンマイ１２を規制する円筒面１０’が回転錘１０に設置されていたが、本実施形態では、図９に示すように、回転部材４の上面に内面に円筒面１０’を有する円筒部材４１（規制部）が設置されている。それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。

第１実施形態と同様に、第１軸８には回転部材４が固定されている。回転部材４の下面には帯電膜３が配置されている。一方、帯電膜３に対向するように、固定基板１がハウジングの下部受け３４に載置固定されており、その表面に対向電極２が配置されて、回転部材４が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜３と対向電極２間で発生した電力を出力部に出力する。これとは逆に、帯電膜３と対向電極２は、それぞれ、固定基板１と回転部材４に設置されていても良い。回転錘１０のボス部１１は、上部受け３５の下面に設けられた支え板３６に、ベアリング１６を介して回転自在に設置されている。回転錘１０のボス部１１には、第１軸８が貫通しているが、回転錘１０のボス部１１と第１軸８は、相互に独立して回転できるように軸支されている。

第１実施形態では、円筒面１０’は全周の半分であったが、本実施形態では、回転部材４の上面に円筒部材４１が設置して、ヒゲゼンマイ１２を全周面で囲むことができる。したがって、本実施形態では、ヒゲゼンマイ１２を全体的に覆うことができ、規制部としての機能を一層確実なものとして、ヒゲゼンマイの拡がり防止することができる。その他、第１実施形態と同様な効果を有している。

（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態を示す模式的断面図である。

本実施形態は、第１実施形態において、第２動力伝達歯車１４、第１動力伝達歯車１５を介在させて回転部材４に回転錘１０の振動を伝達するようにした実施形態である。
図２とは異なり、図１０においては、回転部材が固定された軸が、第１軸８であり、回転錘１０のボス部１１を貫通する軸が第２軸９としている。それに伴い、第２軸９、第１軸８にそれぞれ固定された歯車が、回転錘１０の振動の伝達順に、第２動力伝達歯車１４、第１動力伝達歯車１５となっている。（第２動力伝達歯車１４、第１動力伝達歯車１５の間にさらに歯車を介在させて歯車列とすることもできる。）

回転錘１０のボス部１１は、上部受け３５の下面に設けられた支え板３６に、ベアリング１６を介して回転自在に設置されている。回転錘１０のボス部１１には、第２軸９が貫通している。なお、回転錘１０は、支え板３６でハウジングに軸支する代わりに、第２軸９にベアリングを介して直接軸支することも可能である。

図１０に示すように、回転錘１０は、半円形であって下面には円筒面１０’（規制部）が形成されている。ヒゲゼンマイ１２は、一端が、回転錘１０にヒゲ持ち１３で固定され、ヒゲゼンマイ１２の他端が、第２軸９にヒゲ玉１２’によって圧入や加締めで固定されている。回転錘１０のボス部１１と第２軸９は、相互に独立して回転できるので、回転錘１０の低周波振動が、渦巻き状バネのヒゲゼンマイ１２を経由して、第２軸９に固定された第２動力伝達歯車１４に伝達されるようになっている。回転錘１０が回転すると、ヒゲゼンマイ１２が第２軸９に巻かれて、その反動で第２動力伝達歯車１４が回転する。

第２動力伝達歯車１４には、第１動力伝達歯車１５が噛合っており、第１動力伝達歯車１５が固定されている第１軸８を回転させる。第１軸８には回転部材４が固定されている。回転部材４の下面には帯電膜３が配置されている。一方、帯電膜３に対向するように、固定基板１がハウジングの下部受け３４に載置固定されており、その表面に対向電極２が配置されて、回転部材４が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜３と対向電極２間で発生した電力を出力部に出力する。これとは逆に、帯電膜３と対向電極２は、それぞれ、固定基板１と回転部材４に設置されていても良い。第１軸８は、下部・上部受け３４、３５に設けられた上下耐震装置５０（ここではパラショック）で軸支されているが、余り細いホゾ８’を使用しない場合には、耐震装置を使わずに第２軸９と同様に通常の軸受で軸支しても良い。

第２動力伝達歯車１４は、第１動力伝達歯車１５よりも径を大きくすれば、回転錘１０の回転（ヒゲゼンマイ１２の回転往復振動）を増速させて、第１軸８に伝達することができ、回転部材４が、より高速回転する。このため、取得電力を増加させることができる。第１動力伝達歯車１５、第２動力伝達歯車１４はフライホールの効果も兼ねている。その他、第１実施形態と同様な効果を有している。

（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態を示す模式的断面図である。図１２は、本発明の第４実施形態の規制部を説明するための斜視図である。

本実施形態は、第３実施形態と同様に、第２動力伝達歯車１４、第１動力伝達歯車１５を介在させて回転部材４に回転錘１０の振動を伝達するようにした実施形態である。本実施形態では、ヒゲゼンマイの取付け位置が、第１動力伝達歯車１５と第１軸８との間に変更されている。第１軸８、第２軸９、第１動力伝達歯車１５、第２動力伝達歯車１４は、第３実施例と同じである。（第２動力伝達歯車１４、第１動力伝達歯車１５の間にさらに歯車を介在させて歯車列とすることもできる。）

第２軸９は、ハウジングに対して回転自在に軸支されている。第２軸９の上下端はベアリング１６で支持されているが、これに限定されずに図１０の第２軸９のように通常の軸受で支持されていても良い。第２軸９には、回転錘１０と第２動力伝達歯車１４が固定されている。第２動力伝達歯車１４には、第１動力伝達歯車１５が噛合っており、回転錘１０の回転は、第１動力伝達歯車１５を回転させる。一方、第３実施形態とは異なり、第１動力伝達歯車１５と第１軸８とは、ベアリング１６を介してそれぞれ独立して回転自在になっている。

図１２に示すように、ヒゲゼンマイ１２は、一端が、第１動力伝達歯車１５にヒゲ持ち１３で固定され、ヒゲゼンマイ１２の他端が、第１軸８にヒゲ玉１２’によって圧入や加締めで固定されている。第１動力伝達歯車１５と第１軸８は、相互に独立して回転できるので、回転錘１０の低周波振動が、第２動力伝達歯車１４、第１動力伝達歯車１５、ヒゲゼンマイ１２を経由して、第１軸８に固定された回転部材４に伝達されるようになっている。回転錘１０が回転すると、ヒゲゼンマイ１２が第１軸８に巻かれて、その反動で回転部材４が回転する。

本実施形態では、第１動力伝達歯車１５の下面に、内面に円筒面１０’を有する円筒部材１５１（規制部）が設置されており、ヒゲゼンマイ１２を全周面で囲むことができる。したがって、本実施形態では、ヒゲゼンマイ１２を全体的に覆うことができ、規制部としての機能を一層確実なものとして、ヒゲゼンマイの拡がり防止することができる。なお、第２実施形態と同様に、回転部材４の上面に円筒部材１５１を設置して、ヒゲゼンマイ１２を全周面で囲むこともできる。また、第１動力伝達歯車１５は、円筒部材１５１の外周とほぼ一致させる方が好ましい。この歯車が、円筒部材１５１の外周より小さいと構造的に成り立たないし、円筒部材１５１の外周より歯車が大きすぎると回転錘１０からの増速機構が大型になってしまう。

第１軸８に固定された回転部材４の下面には、帯電膜３が配置されている。一方、帯電膜３に対向するように、固定基板１がハウジングの下部受け３４に載置固定されており、その表面に対向電極２が配置されて、回転部材４が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜３と対向電極２間で発生した電力を出力部に出力する。これとは逆に、帯電膜３と対向電極２は、それぞれ、固定基板１と回転部材４に設置されていても良い。第１軸８は、下部・上部受け３４、３５に設けられた上下耐震装置５０（ここではパラショック）で軸支されているが、通常の軸受で軸支しても良い。

本実施形態においても、第３実施形態と同様に、第２動力伝達歯車１４は、第１動力伝達歯車１５よりも径が大きくすれば、回転錘１０の回転振動を増速させて、第１軸８に伝達することができ、回転部材４が、より高速回転する。このため、取得電力を増加させることができる。第１動力伝達歯車１５、第２動力伝達歯車１４はフライホールの効果も兼ねている。その他、第１実施形態と同様な効果を有している。

（第５実施形態）
図１３は、本発明の第５実施形態を示す模式的断面図である。

第１軸８には回転部材４と回転錘１０が固定されている。回転部材４の下面には帯電膜３が配置されている。一方、帯電膜３に対向するように、固定基板１がハウジングの下部受け３４に載置固定されており、その表面に対向電極２が配置されて、回転部材４が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜３と対向電極２間で発生した電力を出力部に出力する。第１軸８は、下部・上部受け３４、３５に設けられた上下耐震装置５０（ここではパラショック）で軸支されている。

回転錘１０は、半円形であって下面には円筒面１０’（規制部）が形成されている。ヒゲゼンマイ１２は、一端が、地板３３又は受けから突き出したブラケット３７に設置したヒゲ持ち１３で固定され、ヒゲゼンマイ１２の他端が、第１軸８にヒゲ玉１２’によって圧入や加締めで固定されている。回転錘１０の振動でヒゲゼンマイ１２をたわませて、回転部材４の回動振幅を大きくさせ、発電効率を向上させるものである。本実施形態においては、回転錘１０に大きな回転トルクがかかった場合に、ヒゲゼンマイ１２の半径方向の最大振幅を規制する規制部としての円筒面１０’を設けているので、ヒゲゼンマイ１２の外周部が拡張した場合、円筒面１０’に当接して回転が規制される。この構成は、図４Ａ、４Ｂと同様である。これによって、発電器に入る振動が大きくなり回転部材４の回転量が増えすぎた場合、ヒゲゼンマイの弾性変形域を超えて変形することが防止される。

（第６実施形態）
図１４は、本発明の第６実施形態を示す模式的断面図である。

第６実施形態は、第５実施形態では、ヒゲゼンマイ１２を規制する円筒面１０’が回転錘１０に設置されていたが、第６実施形態では、図１４に示すように、回転部材４の上面に、内面に円筒面１０’を有する円筒部材４１（規制部）が設置されている。そして本実施形態では、回転部材４に回転錘４２が一体化して組み込まれている。それ以外の構成は、第５実施形態と同じであり、効果も同様である。第５実施形態の回転部材４と回転錘１０とが別体の場合に、図９のように回転部材４の上面に円筒部材４１を設置してヒゲゼンマイ１２を規制しても良い。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、以上の各実施形態における規制部の円筒面１０’は、必ずしも連続的に構成された円筒面に限定されることなく、非連続的に構成されて全体として円筒面（全周の一部分であってもよい）を構成するような場合（例えば、多数のピンや突部で仮想円筒面を構成する場合等）も、本明細書における円筒面に含まれるものである。

１ 固定基板
２ 対向電極
３ 帯電膜
４ 回転部材
８ 第１軸
９ 第２軸
１４ 第２動力伝達歯車
１５ 第１動力伝達歯車

Claims (14)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに対して回転自在な回転錘と、
   前記ハウジングに対して回転自在な回転部材と、
   前記ハウジングに固定された固定基板と、
   前記回転部材と前記固定基板の両者のいずれか一方に設置された帯電膜と、前記両者のうちの他方に、前記帯電膜に対向して設置された対向電極と、
   前記帯電膜と前記対向電極間で発生した電力を出力する出力部と、
   前記回転部材に往復回転運動を発生させる渦巻き状バネのヒゲゼンマイと、を有する静電誘導発電器において、
   前記ヒゲゼンマイの半径方向の最大振幅を規制する規制部を設けたことを特徴とする静電誘導発電器。
2. 前記回転部材が固定され、前記ハウジングに軸支された第１軸をさらに有し、
   前記回転錘は、前記回転錘のボス部において、ベアリングによって前記ハウジングに軸支されるとともに、前記第１軸に相対回転自在に嵌合し、
   前記ヒゲゼンマイの一端が前記回転錘に固定され、前記ヒゲゼンマイの他端が前記第１軸に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の静電誘導発電器。
3. 前記規制部は、前記ヒゲゼンマイの半径方向に設けられた、円筒面であることを特徴とする請求項２に記載の静電誘導発電器。
4. 前記円筒面が、前記回転錘に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の静電誘導発電器。
5. 前記円筒面が、前記回転部材に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の静電誘導発電器。
6. 前記回転部材が固定されて、前記ハウジングに軸支された第１軸と、
   前記回転錘のボス部が相対回転自在に嵌合するとともに、前記ハウジングに対して回転自在に軸支された第２軸と、
   第１軸に固定された第１動力伝達歯車と、前記第２軸に固定された第２動力伝達歯車と、をさらに有し、
   前記第１動力伝達歯車と前記第２動力伝達歯車が、直接又は他の歯車を介して噛合う歯車列を構成し、
   前記ヒゲゼンマイの一端が前記回転錘に固定され、前記ヒゲゼンマイの他端が前記第２軸に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の静電誘導発電器。
7. 前記ボス部は、前記ハウジング又は前記第２軸に、ベアリングを介して軸支されたことを特徴とする請求項６に記載の静電誘導発電器。
8. 前記規制部は、前記ヒゲゼンマイの半径方向に設けられた、円筒面であって、前記円筒面が、前記回転錘に設けられたことを特徴とする請求項６又は７に記載の静電誘導発電器。
9. 前記回転部材が固定されて前記ハウジングに軸支された第１軸と、前記回転錘が固定されて前記ハウジングに軸支された第２軸と、
   前記第１軸にベアリングを介して相対回転自在に嵌合された第１動力伝達歯車と、前記第２軸に固定された第２動力伝達歯車と、をさらに有して、
   前記第１動力伝達歯車と前記第２動力伝達歯車が、直接又は他の歯車を介して噛合う歯車列を構成し、
   前記ヒゲゼンマイの一端が前記第１動力伝達歯車に固定され、前記ヒゲゼンマイの他端が前記第１軸に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の静電誘導発電器。
10. 前記規制部は、前記ヒゲゼンマイの半径方向に設けられた、円筒面であって、前記円筒面が、前記第１動力伝達歯車に設けられたことを特徴とする請求項９に記載の静電誘導発電器。
11. 前記第２動力伝達歯車に対して前記第１動力伝達歯車が増速回転するように歯車列が構成されたことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の静電誘導発電器。
12. 前記回転部材と前記回転錘が固定されて、前記ハウジングに軸支された第１軸をさらに有し、
    前記ヒゲゼンマイの一端が前記ハウジングに固定され、前記ヒゲゼンマイの他端が前記第１軸に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の静電誘導発電器。
13. 前記回転部材と前記回転錘が一体化されたことを特徴とする請求項１２に記載の静電誘導発電器。
14. 前記規制部は、前記ヒゲゼンマイの半径方向に設けられた、円筒面であって、前記円筒面が、前記回転錘に設けられたことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の静電誘導発電器。

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