JP2016116247A

JP2016116247A - 発電装置

Info

Publication number: JP2016116247A
Application number: JP2013079223A
Authority: JP
Inventors: 傑大石; Suguru Oishi
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2016-06-23

Abstract

【課題】各種電子機器に搭載可能な発電装置に関し、薄型構成のものを提供する。
【解決手段】圧電素子６３を有する支持プレート６１を片持ち梁状に備えた発電装置において、上記支持プレート６１の自由端側に係合して上記支持プレート６１を撓ませていく作動体５０を有した構成にすると共に、その作動体５０としては、上記支持プレート６１を撓ませる方向に向けて移動し、かつ自身の回動動作が可能なものとして、従来品よりも薄型化が図られた構成の発電装置に実現した。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に搭載可能な発電装置に関するものである。

近年、各種電子機器に搭載できる各種発電装置が提案されている。

例えば、圧電素子を用いて構成した発電装置としては、図２１に示すものがあげられる。

図２１に示したように、従来の発電装置は、表面に圧電素子３を備えたばね性を有する金属板からなる支持プレート１が、その一端が筐体１０に固定され、他端側が自由端となる所謂片持ちの梁状に配されて構成されている。

そして、その自由端側の下方位置には、上面に永久磁石５が固着された可動片７が配されている。可動片７は、操作部材９を介して押し下げられると下方側に移動可能に構成されている。そして、通常状態では、支持プレート１は略水平状態を保っており、その状態で永久磁石５が支持プレート１の自由端の下面位置に吸着し、その状態で可動片７も停止している。

以上のように従来の発電装置は構成され、操作部材９で可動片７を押し下げていくと、支持プレート１の自由端側が永久磁石５と吸着した状態のまま下がっていき、それに応じて支持プレート１も下方に撓んでいく。

そして、支持プレート１の撓みによる上方への復元力が、支持プレート１と永久磁石５との間の吸着力を超えると、支持プレート１が永久磁石５から離れて支持プレート１が復帰し、その後振動する。これらの初期撓みや振動中の撓みなどによって圧電素子３が伸縮され、それによって所定の電力が得られる構成のものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００６−１５８１１３号公報

従来の発電装置は、永久磁石５の吸着力を用いて支持プレート１を下方に撓めていく構成であったため、支持プレート１の下方側への撓み量に加えて、永久磁石５付きの可動片７の下方への移動領域を確保する必要があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、圧電素子を有する支持プレートが片持ち梁状に設けられた構成のもので、従来品よりも薄型化された構成にできる発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、圧電素子を有する支持プレートを片持ち梁状に備えた発電装置において、上記支持プレートに係合して上記支持プレートを撓ませていく作動体を有した構成にすると共に、その作動体としては、上記支持プレートを撓ませる方向に向けて移動し、かつ自身の回動動作が可能なものとしたことを特徴とする発電装置としたものである。

これであれば、従来品で必要であった永久磁石５やそれを固定する可動片７をなくすことができ、それらに応じた領域の確保が不要になるために薄型構成のものに実現することができる。また、支持プレートに係合する作動体として、自身の回動動作が可能なものであることも作動体の移動距離が抑えられるため薄型化に寄与するという作用を有する。

本発明によれば、従来品よりも薄型化が図れる構成とした発電装置を提供することができるという有利な効果が得られる。

本発明の実施の形態による発電装置において押しボタンを装着した状態での断面図同押しボタンを装着していない状態での外観斜視図図１に対応する分解斜視図図１に対応する下方から見た分解斜視図同要部である駆動用部材の側面図同要部である作動体の上面図下ケースの受け部位置で断面をとった図作動体のロッド部の保持状態が見える位置で断面をとった図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図同動作状態を説明する図従来の発電装置の模式図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図２０を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態による発電装置において押しボタンを装着した状態での断面図、図２は同押しボタンを装着していない状態での外観斜視図、図３は図１に対応する分解斜視図、図４は図１に対応する下方から見た分解斜視図、図７は下ケースの受け部位置で断面をとった図、図８は作動体のロッド部の保持状態が見える位置で断面をとった図である。

同図において、２０は樹脂製の下ケース、３０は樹脂製の上ケースであり、両者が結合されて筐体が構成されている。筐体内には、直方体状の所定空間が形成されており、上記空間の左方位置が素子部の配設領域となり、右方位置が上記素子部を作動させるための駆動用部材４０や作動体５０などの配設領域となっている。

まず素子部から説明すると、当該構成品の素子部としては、従来同様にばね性を有する金属板からなる支持プレート６１の表面に矩形状の圧電素子６３（図３のみに示す）を有するものを用いている。

支持プレート６１は、左方端部が固定用部材６５、６６で上下から挟まれ、さらに各固定用部材６５、６６は下ケース２０の内底面と上ケース３０の天面間に挟まれて筐体内で位置決め保持されている。なお、それらそれぞれの間を固着させたものとすると好ましいが、圧接状態などで支持プレート６１の左方位置の位置決めがされていてもよい。

以上のように支持プレート６１は、左方位置が固定端となり、右方端が自由端となる所謂片持ちの梁状のものとして配されている。さらに、この支持プレート６１には、右方端部が右側に突出するようにして、右方端部よりも少し内側位置に重り６７が装着されている。この重り６７は、支持プレート６１の振動を増幅させるためのものであり、材質や形状は特に限定されないが、上面側と下面側とに同じ部材を用いて支持プレート６１を挟み込む構成とすると装着性などに優れると共に、支持プレート６１の振動時に、その振動が上下方向それぞれ均等に増幅されるため好ましい。

そして、筐体内で右方位置にあたる下ケース２０の位置には、円筒状などで上方に突出するバネ用突起２２が設けられており、このバネ用突起２２に圧縮コイルバネ２５が挿通されて配されている。

そして、圧縮コイルバネ２５がやや撓んだ状態になるように、その上方に駆動用部材４０が配されている。駆動用部材４０は、左側の外壁が設けられていない下方開口の箱状に形成された樹脂製で、下ケース２０のバネ用突起２２に対応する位置には下方に突出するバネ用突起４１を備え、そのバネ用突起４１に圧縮コイルバネ２５の上部が挿通されている。なお、当該構成品では、バネ用突起２２内にバネ用突起４１の下端を挿入させて所謂上下方向へのガイド手段として機能する構成のものとしている。駆動用部材４０は、上下動可能に配されており、通常状態では圧縮コイルバネ２５の付勢力で上方に付勢されて、前後および右側の外壁それぞれに設けられた外方突出部４２の上面が上ケース３０の対応する天面位置に当接し、上ケース３０に設けられた孔部３２から駆動用部材４０の中央部は上方に突出状態になって停止している。

駆動用部材４０は、図５に示すように、その前後側にあたる外壁に、下方が開口する直線的な上下溝が各外壁を貫通して設けられている。その上下溝がガイド部４３としてなり、また、そのガイド部４３の左方領域には、ガイド部４３に連結状態で後述する保持部４５が設けられている。

そして、下ケース２０は前後側にあたる位置に外壁を有し、それらの外壁の上端位置には上方開口で直線状に同一幅で伸びる上下溝からなる受け部２４が、駆動用部材４０のガイド部４３に位置を合わせて配設されている。

作動体５０は、図６に示すように、直線棒状の本体軸部５１を有し、その本体軸部５１両端は、円柱状などの断面円形の円形軸５２に形成されている。また、その本体軸部５１の中央位置には一体に本体軸部５１から突出させて設けられ、素子部と直接係合する第一係合部５３と、第一係合部５３と円形軸５２との間の本体軸部５１それぞれの位置には一体に本体軸部５１から突出させて設けられ、駆動用部材４０によって保持される第二係合部５５とを備えている。なお、当該構成品に用いた作動体５０としては、本体軸部５１および各円形軸５２を同じ径の円柱状のものとしている。なお、各円形軸５２および本体軸部５１の中心軸線が、同一直線上になるものであれば、異なる径であってもよい。そして、その材質は樹脂製が好ましいが、それに限定されることはない。

第一係合部５３は、本体軸部５１から径方向に沿って外方に突出する板状で、その断面形状は、厚みが先細り、先端がアールで繋がれた形状に形成されている。第二係合部５５は、本体軸部５１に平行に位置する短寸円柱状のロッド部５６が、各端部位置で本体軸部５１に対し直交方向に延設された二つの桟部５７を介して本体軸部５１に連結された形状で構成されている。

第一係合部５３と第二係合部５５は、図４などにも示すように、ほぼ同一方向に向いて突出している。そして、第一係合部５３は、その先端位置が、二つのロッド部５６の中心軸線どうしを繋ぐ直線よりも、本体軸部５１から離れた外方に位置する形状で形成されている。さらに、ロッド部５６は、その中心軸線が、第一係合部５３の先端位置と本体軸部５１の中心軸線との間での中間位置よりも本体軸部５１側に近接する配置関係になるように設けられている。

そして、上記作動体５０は、前後方向に平行に向けられて、受け部２４およびその内側のガイド部４３内に両端の円形軸５２がそれぞれ挿通状態に配され、円形軸５２は、両者内で垂直下方に移動可能になっている（図７参照）。なお、受け部２４の幅は、円形軸５２の直径より少し大きい幅で設定されており、ガイド部４３の幅は、受け部２４の幅と同等もしくはそれよりも大きい幅で設定されている。つまり、当該構成品では、外方側に位置する受け部２４で円形軸５２の左右方向への位置規制を行う構成としている。これであれば、円形軸５２の外方側の位置を、固定状態となった受け部２４で位置規制することができるため、作動体５０のガタツキなどの発生が少なく抑えられる。

そして、作動体５０は、第二係合部５５の各ロッド部５６が駆動用部材４０のそれぞれに対応する保持部４５内に保持されている。

保持部４５は、図５から判るように、側面視では右方が開口する同一幅のＵ字溝形状のものとなっている。その開口部はガイド部４３に連結しており、その下方部位としてなる下方規制部４６は上面が水平な平坦部で、上方部位としてなる上方規制部４７は下面が水平な平坦部のもので構成されており、両者の平坦部どうしの間の上下寸法は、ロッド部５６の直径よりもやや大きい寸法に設定されている。

そして、当該構成品では、図３や図４から判るように、下方規制部４６を外側位置に配設し、上方規制部４７を内側位置に前後にずらして配設したものとしている。これは、駆動用部材４０を、保持部４５を含めて上下割りの金型で樹脂成形によって形成するために上記配置関係のものとしている。なお、保持部としては、当該構成以外の配置関係で上方規制部と下方規制部との平坦部どうしが上下に同一間隔を保って対向しているものであってもよい。

第二係合部５５のロッド部５６は、図８に示したように、下方規制部４６上で左右方向の略中間位置に載せられている。つまり、ロッド部５６は、左方側および右方側に対しては所定隙間を有した状態で、上方側は僅かな間隙をあけて上方規制部４７で規制された状態になっている。

通常状態では、駆動用部材４０は上方に付勢されて上方位置で停止している。そして、作動体５０は、ロッド部５６が保持部４５で保持されているため全体的に上方に持ち上げられており、図８から判るように、ロッド部５６に対して本体軸部５１およびそれに同軸の円形軸５２は下方側に位置する状態になっている。この状態では、円形軸５２は受け部２４の底面から離間して上ケース３０の対応する天面位置に当接している（図７参照）。そして、作動体５０の第一係合部５３は、図１に示したように、左斜め上方に向く傾斜状態になっており、素子部の支持プレート６１の自由端側となる右端から離れている。

上ケース３０には、上面の左側位置にボタン支持部３４が設けられており、そのボタン支持部３４に押しボタン７０が回動可能に組み込まれている。押しボタン７０は、駆動用部材４０の上端に載っている。また、右方位置に設けられた規制爪７２の爪部は上ケース３０の係止桟部３６に係止状態になっている。これらによって、押しボタン７０は、右上り状態で安定して停止している。なお、押しボタン７０の上ケース３０への組み込み方式は特に限定はされない。

以上のように当該実施の形態による発電装置は構成されている。続いて動作について説明する。

押しボタン７０への操作がされていない図１に示す通常状態では、駆動用部材４０上に載っている押しボタン７０は、右上り状態で安定して停止している。

この通常状態では、上述したように、作動体５０の第一係合部５３は、左斜め上方に向いた傾斜状態になって支持プレート６１の右端から上方に離れて位置している。支持プレート６１は略水平状態で維持されている。作動体５０の円形軸５２は、ガイド部４３および受け部２４内に位置し、受け部２４の底面からは所定距離、離間し、対応する上ケース３０の天面位置に当接状態になっている。

通常状態から押しボタン７０に押し下げ力を加えると、押しボタン７０は、ボタン支持部３４での支持箇所を中心として右側が下がる回動動作をする。それに応じて、駆動用部材４０は押しボタン７０で垂直下方に押し下げられていく。

駆動用部材４０が下方に移動していくと、保持部４５の高さ位置が下がっていき、保持部４５で保持された作動体５０のロッド部５６も下方に移動されていくようになり、作動体５０全体が下降していく。

そして、作動体５０は、図９および図１０に示すように、第一係合部５３の先端側の下面が支持プレート６１の右端上面に当接し、かつ円形軸５２が受け部２４の底面に当接した状態になる。

この状態に移行するのは、上記第一係合部５３での当接位置と本体軸部５１との間になる位置で、かつ本体軸部５１側によせてロッド部５６を本体軸部５１に平行関係で設け、図１１からも判るように、そのロッド部５６を保持部４５の下方への移動によって下方側に押し下げる構成としたためである。言い換えると、剛性の高い支持プレート６１に第一係合部５３の先端側が当接した時点から、その当接位置よりも本体軸部５１に近い側に配置されたロッド部５６を下方に移動させていく構成としたことによって、第一係合部５３の上記当接後に、まずは、その当接位置が支点となって作動体５０全体は本体軸部５１側が下がる回動動作を生じて、これによって上記状態にスムーズに移行するものとなる。

その後、引き続いて駆動用部材４０が下方に移動され、ロッド部５６がさらに下降していくと、今度は、図１２〜図１４から判るように、受け部２４の底面に当接した円形軸５２箇所が支点となって、作動体５０全体は第一係合部５３の先端側が下がっていく方向に回動していき、支持プレート６１は、第一係合部５３によって下方に撓められていく。なお、この回動時に、ロッド部５６は保持部４５内で左右方向に向けて若干移動するが、ロッド部５６は左右方向に間隔を有して配されているため、上記動作状態に特に支障は生じない。

そして、第一係合部５３の所定角度の回動位置になると、第一係合部５３と支持プレート６１との係合が外れて支持プレート６１が弾かれる。その弾かれる位置での支持プレート６１の撓み量は、後述する振動状態を含めて所望の電力が得られる設定になっている。なお、当該構成のように、作動体５０全体を下方に移動させた後に円形軸５２箇所を支点とする回動動作に応じて支持プレート６１を作動体５０で直接撓ませるようにすると、薄い厚み寸法の中で、支持プレート６１を撓ませる量を容易に大きく設定できる。

第一係合部５３が支持プレート６１の右方端部から外れると、支持プレート６１は元に戻る自身の復帰力で振動状態になる。その振動時などに圧電素子６３が伸縮状態になり、それに応じて生じる電力が得られる。なお、振動中に得られる電力を蓄積して取り出せるものとしてもよい。なお、支持プレート６１の自由端側に重り６７を装着していると振動が増幅され、得られる電力も多くなる。その振動状態は例えば数百ｍｓｅｃ程度（例えば２００ｍｓｅｃ程度）で収束して支持プレート６１は元の水平状態に戻る。

このように、当該構成品では、作動体５０を支持プレート６１の自由端に直接係合させて支持プレート６１を撓ませる構成としている。言い換えると、当該構成品であれば、従来品において必要であった永久磁石５や可動片７をなくしたものにでき、それらに応じた領域の確保が不要になる。このために、従来品よりも薄型構成のものとして実現することができる。また、作動体５０としては、支持プレート６１を撓ませる方向に向けて移動し、かつ自身の回動動作が可能なものとし、回動する第一係合部５３によって支持プレート６１を撓ませる構成としている。これであれば、作動体５０の上下方向への移動距離を少なく抑えても、支持プレート６１の所定の撓み量が十分に確保可能となり、これも当該構成品の薄型化に寄与している。

そして、第一係合部５３が支持プレート６１の右方端部から外れた後も作動体５０全体は回動動作し、その後、図１５〜図１７に示したように、駆動用部材４０が下ケース２０に当接して、その下降が停止する。この状態が、押しボタン７０の押し切り状態となり、圧縮コイルバネ２５が最も撓んでいる状態である。

押しボタン７０への押し下げ力を除くと、圧縮コイルバネ２５の復元力で駆動用部材４０が押し上げられていく。押し切り位置から駆動用部材４０が上昇すると、保持部４５で保持されたロッド部５６が上方に移動されていき、それに応じて作動体５０全体が上方に移動する。

そして、第一係合部５３の先端上面が支持プレート６１の自由端側に当接した時点で、その当接位置が支点となって、ロッド部５６の上方への移動に応じて押し下げ時とは逆方向に作動体５０全体が回動する。つまり、本体軸部５１側つまり円形軸５２側が上昇していき、円形軸５２が、上ケース３０の下面部分に当接状態になる。なお、その上ケース３０の下面部分は水平な平坦面で、受け部２４上を覆っている。上記状態を図１８〜図２０に示す。

その後、駆動用部材４０が上昇していくと、今度は、上ケース３０の下面部分に当接した円形軸５２箇所が支点となって、作動体５０全体は第一係合部５３の先端側があがっていく方向に回動していき、支持プレート６１が第一係合部５３によって上方に撓められていく。この押しボタン７０の復帰時での作動体５０の動作状態については、第一係合部５３の当接位置と本体軸部５１との間の作用点となる円柱状のロッド部５６を保持部４５で持ち上げる構成であるため、押し下げ時とは逆の動作状態にはなるが基本的に同様であり、詳細説明は省略する。なお、このとき以後、作動体５０自身の回動動作が生じることや、その回動に応じてロッド部５６は保持部４５内で左右方向に移動することなども同様である。

その後、引き続いて駆動用部材４０が上昇し、ロッド部５６がさらに上昇されていき、第一係合部５３の所定角度の回動位置になると、第一係合部５３と支持プレート６１との係合が外れて支持プレート６１が弾かれ、その後、支持プレート６１は元に戻る自身の復帰力で振動状態になって電力が得られる。なお、復帰動作時に支点位置が上方に移動するように構成したため、上記の弾かれる位置での支持プレート６１の撓み量が容易に大きく設定できる。なお、復帰動作時の支点位置となる円形軸５２の支持プレート６１に対する位置関係と、押し下げ動作時の支点位置となる円形軸５２の支持プレート６１に対する位置関係とを合わせた設定のものとすれば、往復動作のそれぞれで同じ発電状態になるものに実現できる。

そして、第一係合部５３が支持プレート６１の右方端部から外れた後で、駆動用部材４０は、外方突出部４２の上面が上ケース３０の対応する天面位置に当接して停止する。また、駆動用部材４０を介して押し上げられる押しボタン７０も、規制爪７２の爪部が上ケース３０の係止桟部３６に係止して元の図１などに示した操作される前の状態に戻る。

以上のように当該構成品は、支持プレート６１の自由端に直接係合する作動体５０の所定動作によって発電がなされるものとなっている。これであれば、支持プレート６１の下方側に必要となる領域が従来品よりも少なくでき、厚み方向での薄型化が図られたものとして提供できる。また、支持プレート６１に係合する作動体５０として、自身の回動動作が可能なものとしたことも作動体５０の移動距離が抑えられるため薄型化に寄与する。

なお、当該構成のように、駆動用部材４０の上下動に連動して同じ方向に作動体５０全体を上下方向に移動させ、作動体５０の支点位置が定まった後での作動体５０の回動に応じた第一係合部５３で支持プレート６１が撓ませられる構成であれば、支持プレート６１の撓み量を大きく設定し易くでき、より多くの電力が発電できて好ましい。この動作状態になるものであれば、作動体５０や保持部４５の詳細形状は、上述説明した形状以外であってもよい。なお、作動体が上下動せずに回動動作だけをするもの等としてもよい。

そして、押しボタン７０は必要に応じて設ければよい。押しボタン７０を装着しないものでは、押しボタン用の装着部位を設けることなく簡素な外形で駆動用部材４０を押し下げ操作可能なものとすればよい。

さらに、当該構成品では、圧縮コイルバネ２５によるバネ力で駆動用部材４０を復帰させる構成としたが、これも別の部材を用いて構成してもよい。

本発明による発電装置は、薄型構成のものとして提供することができ、各種電子機器等への適用時に有用である。

２０下ケース
２２、４１バネ用突起
２４受け部
２５圧縮コイルバネ
３０上ケース
３２孔部
３４ボタン支持部
３６係止桟部
４０駆動用部材
４２外方突出部
４３ガイド部
４５保持部
４６下方規制部
４７上方規制部
５０作動体
５１本体軸部
５２円形軸
５３第一係合部
５５第二係合部
５６ロッド部
５７桟部
６１支持プレート
６３圧電素子
６５、６６固定用部材
６７重り
７０押しボタン
７２規制爪

Claims

圧電素子を有する支持プレートを片持ち梁状に備えた発電装置において、上記支持プレートに係合して上記支持プレートを撓ませていく作動体を有した構成にすると共に、その作動体としては、上記支持プレートを撓ませる方向に向けて移動し、かつ自身の回動動作が可能なものとしたことを特徴とする発電装置。
支持プレートが所定量撓んだ後に、作動体が上記支持プレートから外れる請求項１記載の発電装置。