JP2019080598A - 機械電気変換装置、及び椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】椅子などに設けられるセンサなどの負荷に電力を供給するために、電源を確保するための配線またはバッテリの交換などの作業の負担を緩和させる。【解決手段】機械電気変換装置は、座部と、座部を保持する支柱と、支柱を支柱の軸方向に移動可能に支持する支持部とを備える椅子に設けられる。機械電気変換装置は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する機械電気変換部を備えてよい。機械電気変換装置は、支柱の座部側の端部と反対側の端部に連結され、支柱の移動による機械的エネルギーを機械電気変換部に伝達する伝達部を備えてよい。【選択図】図７

Description

本発明は、機械電気変換装置、及び椅子に関する。

特許文献１には、着席検知センサと専用コード信号を発する送信機を有する椅子が開示されている。特許文献２には、使用者の離席を検出する圧力センサを設けた椅子が開示されている。
特許文献１ 特開平２−１７０２９７号公報
特許文献２ 特開２００７−１７９４２２号公報

上記のような椅子などに設けられるセンサなどの負荷を駆動するためには電力が必要になる。負荷に電力を供給するためには、電源を確保するための配線またはバッテリの交換などの作業が発生する場合がある。

本発明の一態様に係る機械電気変換装置は、座部と、座部を保持する支柱と、支柱を支柱の軸方向に移動可能に支持する支持部とを備える椅子に設けられる。機械電気変換装置は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する機械電気変換部を備えてよい。機械電気変換装置は、支柱の座部側の端部と反対側の端部に連結され、支柱の移動による機械的エネルギーを機械電気変換部に伝達する伝達部を備えてよい。

支柱は、ピストンロッドと、ガスが充填されピストンロッドを移動可能に保持するシリンダとを含むガスシリンダ機構を有してよい。支持部は、ピストンロッドをピストンロッドの軸方向に移動可能に支持してよい。伝達部は、ピストンロッドの座部側の端部と反対側の端部に連結されてよい。

支持部は、ピストンロッドの端部が貫通する第１貫通孔を有してよい。支持部は、ピストンロッドを軸方向に付勢する弾性体を有してよい。伝達部は、第１貫通孔を介して支持部から露出するピストンロッドの端部に連結されてよい。

ピストンロッドは、シリンダから露出する外周面の一部に外周に沿ってフランジを有してよい。弾性体は、ピストンロッドのフランジと支持部の第１貫通孔の周縁部との間に配置されてよい。

機械電気変換装置は、機械電気変換部を収容する筐体を備えてよい。筐体は、支持部を保持してよい。

機械電気変換装置は、筐体内に固定され、機械電気変換部と支持部との間に配置される中間板を備えてよい。中間板は、伝達部が軸方向に移動する第２貫通孔を有してよい。

伝達部は、ピストンロッドの端部に連結される部分にフランジを有してよい。フランジが、中間板の第２貫通孔の周縁部に接触することで、伝達部が軸方向の機械電気変換部側へ移動する限界位置を規定してよい。

伝達部は、機械電気変換部に向けて突出する突出部を有してよい。突出部が、支柱の移動による機械的エネルギーを機械電気変換部に伝達してよい。

機械電気変換装置は、機械電気変換部からの電気的エネルギーを利用して動作する動作モジュールを備えてよい。

動作モジュールは、支柱が機械電気変換部に近づく方向に移動することによる機械的エネルギーを、機械電気変換部が変換した電気的エネルギーを利用して、第１信号を出力してよい。動作モジュールは、支柱が機械電気変換部から遠ざかる方向に移動することによる機械的エネルギーを、機械電気変換部が変換した電気的エネルギーを利用して、第２信号を出力してよい。

動作モジュールは、第１信号及び第２信号を無線で外部に出力する無線モジュールでよい。

本発明の一態様に係る椅子は、上記機械電気変換装置を備えてよい。椅子は、座部を備えてよい。椅子は、支柱を備えてよい。椅子は、支持部を備えてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

ガスシリンダ機構を有する椅子の外観斜視図の一例を示す図である。 図１に示す椅子を裏側から見た外観斜視図の一例である。 本実施形態に係る椅子の外観斜視図の一例を示す図である。 外側カバーを取り外した状態の支柱と、上ケースを取り外した状態の機械電気変換装置との外観斜視図の一例を示す図である。 図４に示す支柱及び機械電気変換装置を真上から見た図である。 図５に示すＡ−Ａ断面を示す図である。 図４に示す支柱及び機械電気変換装置の分解斜視図を示す図である。 支持部を裏側から見た外観斜視図の一例を示す図である。 発電モジュール及び無線モジュールの回路構成の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、ガスシリンダ機構を有する椅子の外観斜視図の一例である。図２は、図１に示す椅子を裏側から見た外観斜視図の一例である。椅子１０は、座部１２、背もたれ部１４、支柱２０、及び脚部１６を備える。支柱２０は、座部１２の高さを調整するガスシリンダ機構を含む。ガスシリンダ機構は、ピスントンロッド、ガスが充電されピストンロッドを移動可能に支持するシリンダを含む。図２に示すように、ピスントンロッドの端部１８は、支柱２０の底面から露出している。ピストンロッドが脚部１６に対して、ピストンロッドの軸方向に移動可能に支持されている。

上記のように、椅子の座部を保持するピストンロッドなどの支柱が支柱の軸方向に移動することで、ユーザが椅子に座る際の衝撃を緩和できる。本実施形態では、このような支柱の軸方向への移動による機械的エネルギーを利用して、圧電素子などを有する機械電気変換部により電気的エネルギーを発生させる。

図３は、本実施形態に係る椅子１００の外観斜視図の一例を示す図である。椅子１００は、座部１１０、背もたれ部１１２、支柱１２０、脚部１８０、及び機械電気変換装置２００を備える。座部１１０は、椅子１００に座るユーザの臀部を支持する。背もたれ部１１２は、座部１１０に連結され、椅子１００に座るユーザの背部を支持する。支柱１２０は、座部１１０を保持する。脚部１８０は、支柱１２０の座部１１０と連結される端部と反対側の端部側に設けられ、支柱１２０を支持する。脚部１８０は、椅子１００を移動可能にするキャスタを有してよい。機械電気変換装置２００は、支柱１２０の座部１１０と連結される端部と反対側の端部側に設けられる。機械電気変換装置２００は、筐体を構成する下ケース２０１と上ケース２０２とを有する。

図４は、外側カバーを取り外した状態の支柱１２０と、上ケース２０２を取り外した状態の機械電気変換装置２００との外観斜視図の一例である。図５は、図４に示す支柱１２０及び機械電気変換装置２００を真上から見た図である。図６は、図５に示すＡ−Ａ断面を示す図である。図７は、図４に示す支柱１２０及び機械電気変換装置２００の分解斜視図を示す図である。

支柱１２０は、ガスシリンダ機構１３０と、支持部１４０とを有する。ガスシリンダ機構１３０は、ピストンロッド１３２とシリンダ１３４とを有する。シリンダ１３４は、ガスが充填されピストンロッド１３２を移動可能に保持する。支持部１４０は、ピストンロッド１３２をピストンロッド１３２の軸方向に移動可能に支持する。支持部１４０は、図８に示すように、底部にピストンロッド１３２が軸方向に移動可能に貫通する貫通孔１４２を有する。ピストンロッド１３２は、シリンダ１３４から露出する外周面の一部に外周に沿ってリング状のフランジ１３６を有する。支持部１４０は、フランジ１３６と支持部１４０の底部との間にバネ１３８を有する。バネ１３８は、フランジ１３６と支持部１４０の貫通孔１４２の周縁部との間に配置される。バネ１３８は、ピストンロッド１３２を軸方向に付勢する弾性体の一例である。ユーザが座部１１０に座り、支柱１２０に軸方向下向き、すなわち鉛直方向に力が加わると、その力でピストンロッド１３２は、軸方向下向きに移動する。ピストンロッド１３２の移動により、バネ１３８はフランジ１３６を介して収縮する。バネ１３８は、ユーザが座部１１０に座る際の衝撃を吸収するクッションとして機能する。ユーザが座部１１０から離れると、支柱１２０に軸方向下向きに加わっていた力が弱まり、バネ１３８が伸長する。バネ１３８の伸長による復元力がフランジ１３６を介してピストンロッド１３２に伝達され、ピストンロッド１３２は、軸方向上向きに移動する。

機械電気変換装置２００は、伝達部２３０、中間板１４４、及び複数の発電モジュール３０を備える。伝達部２３０は、ピストンロッド１３２の座部１１０側の端部と反対側の端部、すなわち、支持部１４０の貫通孔１４２から露出する端部に連結されている。ピストンロッド１３２は、ピストンロッド１３２の座部１１０側の端部と反対側の端部にネジ穴１３３を有する。伝達部２３０は、ネジ穴１３３を介してボルトでピストンロッド１３２に固定されてよい。伝達部２３０は、複数の発電モジュール３０のそれぞれに向けて突出する複数の突出部２３２を有する。複数の突出部２３２が、ピストンロッド１３２の移動による機械的エネルギーを複数の発電モジュール３０に伝達する。

中間板１４４は、発電モジュール３０と、支持部１４０との間に配置され、下ケース２０１内に固定される。中間板１４４は、伝達部２３０が軸方向に移動する貫通孔１４６を有する。伝達部２３０は、ピストンロッド１３２の端部と連結される部分にフランジ２３３を有する。中間板１４４の貫通孔１４６が、伝達部２３０が軸方向に移動するのをガイドする。

下ケース２０１は、内部に複数の発電モジュール３０を収容する。発電モジュール３０は、機械電気変換部の一例である。複数の発電モジュール３０は、下ケース２０１の底部に配置されてよい。発電モジュール３０は、圧電素子を含む。圧電素子は、変形を生じさせる機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。圧電素子は、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニアなどの圧電セラミックス、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などの圧電単結晶からなる。発電モジュール３０は、圧電素子以外の機械電気変換素子を備えてもよい。発電モジュール３０は、歪み、屈曲、圧縮、伸長などの変形を生じさせる機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換することが可能な任意の機械電気変換素子を備えてよい。発電モジュール３０は、例えば、イオン導電性高分子の膜の両面に金（Ａｕ）などの金属をメッキしたイオン高分子金属複合材料（ＩＰＭＣ）、イオン導電性高分子ゲル膜（ＩＣＰＦ）、またはＩＰＭＣもしくはＩＣＰＦを用いた人工筋肉を、機械電気変換素子として備えてよい。

発電モジュール３０は、図６及び図７に示すように、受圧部３２をさらに有する。受圧部３２は、伝達部２３０の突出部２３２から力を受ける。受圧部３２は、突出部２３２を介して受けた力を圧電素子に伝達する。受圧部３２から伝達される力が変化することで、圧電素子は変形する。圧電素子は、変形を生じさせる機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。すなわち、圧電素子は、変形により電力を発生させる。伝達部２３０が貫通孔１４６にガイドされることで、伝達部２３０がピストンロッド１３２の軸を中心に回転してずれることを防止している。これにより、複数の突出部２３２のそれぞれが、複数の発電モジュール３０のそれぞれの受圧部３２を押下できなくなるのを防止できる。

機械電気変換装置２００は、配線基板５０及び無線モジュール４０をさらに備える。配線基板５０及び無線モジュール４０は、下ケース２０１の内部に収容される。配線基板５０は、発電モジュール３０で発生した電気的エネルギーを無線モジュール４０に提供する配線を有する。発電モジュール３０で発生した電力は、配線基板５０を介して無線モジュール４０に供給される。無線モジュール４０は、発電モジュール３０からの電力を受けて、予め定められた動作を実行する。無線モジュール４０は、発電モジュール３０からの電力を受けて予め定められた信号を無線で出力する。無線モジュール４０は、動作モジュールの一例である。無線モジュール４０は、受圧部３２に加えられる力が増加することで、圧電素子で発生した電力を利用して第１信号を外部に出力する。無線モジュール４０は、受圧部３２に加えられている力が減少することで、圧電素子で発生した電力を利用して第２信号を無線で外部に出力する。

ユーザが座部１１０に座ることでピストンロッド１３２が軸方向下向きに押下され、伝達部２３０が軸方向下向きに移動する。伝達部２３０が軸方向下向きに移動することで、受圧部３２に加えられる力が増加する。無線モジュール４０は、受圧部３２に加えられる力が増加することにより圧電素子で発生した電力を利用して第１信号を外部に出力してよい。

座部１１０に座っていたユーザが離席することで、バネ１３８を収縮させていた力が減少し、バネ１３８が伸長する。バネ１３８の伸長による復元力でピストンロッド１３２が軸方向上向きに移動する。これにより、伝達部２３０から受圧部３２に加えられている力が減少する。無線モジュール４０は、受圧部３２に加えられる力が減少することにより圧電素子で発生した電力を利用して第２信号を無線で外部に出力してよい。無線モジュール４０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの予め定められた通信規格に従って外部の端末と無線通信してよい。

以上のように構成された機械電気変換装置２００によれば、椅子１００の座部を保持するピストンロッド１３２などの支柱が支柱の軸方向に移動することで生じる機械的エネルギーを利用して、圧電素子などを有する発電モジュール３０により電気的エネルギーを発生させることができる。機械電気変換装置２００は、図１に示すような軸方向に移動する支柱を有する任意の椅子に設けられる。機械電気変換装置２００は、既存の椅子を改造することなく、椅子の支柱部分に設けられる。

図９は、発電モジュール３０及び無線モジュール４０の回路構成の一例である。発電モジュール３０ａは、ブリッジダイオード３１０ａを介して無線モジュール４０に接続される。発電モジュール３０ｂは、ブリッジダイオード３１０ｂを介して無線モジュール４０に接続される。無線モジュール４０は、マイクロコンピュータでよい。無線モジュール４０は、複数のポートを有する。無線モジュール４０は、Ｖｃｃポート４１１、ＧＮＤポート４１２、第１入力ポート４１３、及び第２入力ポート４１４を含む。発電モジュール３０ａは、出力端子３３ａ及び出力端子３５ａを有する。発電モジュール３０ｂは、出力端子３３ｂ及び出力端子３５ｂを有する。

ブリッジダイオード３１０ａは、４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４がブリッジ接続されている。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ２のアノードとが接続される。ダイオードＤ２のカソードと、ダイオードＤ４のカソードとが接続される。ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ３のアノードとが接続される。さらに、ダイオードＤ３のカソードと、ダイオードＤ４のアノードとが接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ２のアノードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ａの入力端子３１１ａである。また、ダイオードＤ３のカソードと、ダイオードＤ４のアノードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ａの入力端子３１２ａである。ダイオードＤ２のカソードと、ダイオードＤ４のカソードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ａの出力端子３１３ａである。さらに、ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ３のアノードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ａの出力端子３１４ａである。

ブリッジダイオード３１０ｂは、４つのダイオードＤ７、Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０がブリッジ接続されている。ダイオードＤ７のカソードと、ダイオードＤ８のアノードとが接続される。ダイオードＤ８のカソードと、ダイオードＤ１０のカソードとが接続される。ダイオードＤ７のアノードと、ダイオードＤ９のアノードとが接続される。さらに、ダイオードＤ９のカソードと、ダイオードＤ１０のアノードとが接続される。ダイオードＤ７のカソードと、ダイオードＤ８のアノードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ｂの入力端子３１１ｂである。また、ダイオードＤ９のカソードと、ダイオードＤ１０のアノードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ｂの入力端子３１２ｂである。ダイオードＤ８のカソードと、ダイオードＤ１０のカソードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ｂの出力端子３１３ｂである。さらに、ダイオードＤ７のアノードと、ダイオードＤ９のアノードとの接続点が、ブリッジダイオード３１０ｂの出力端子３１４ｂである。

発電モジュール３０ａの出力端子３３ａは、ブリッジダイオード３１０ａの入力端子３１１ａに接続される。発電モジュール３０ａの出力端子３３ａは、ダイオードＤ５及び抵抗Ｒ１を介して無線モジュール４０の第１入力ポート４１３にも接続される。発電モジュール３０ａの出力端子３５ａは、ブリッジダイオード３１０ａの入力端子３１２ａに接続される。発電モジュール３０ａの出力端子３５ａは、ダイオードＤ６及び抵抗Ｒ２を介して無線モジュール４０の第２入力ポート４１４にも接続される。

発電モジュール３０ｂの出力端子３３ｂは、ブリッジダイオード３１０ｂの入力端子３１１ｂに接続される。発電モジュール３０ｂの出力端子３３ｂは、ダイオードＤ１１及び抵抗Ｒ１を介して無線モジュール４０の第１入力ポート４１３にも接続される。発電モジュール３０ｂの出力端子３５ｂは、ブリッジダイオード３１０ｂの入力端子３１２ｂに接続される。発電モジュール３０ｂの出力端子３５ｂは、ダイオードＤ１２及び抵抗Ｒ２を介して無線モジュール４０の第２入力ポート４１４にも接続される。

例えば、座部１１０の上にユーザが座り、発電モジュール３０ａ及び発電モジュール３０ｂが発電すると、発電モジュール３０ａの出力端子３３ａ及び発電モジュール３０ｂの出力端子３３ｂからの電流が無線モジュール４０のＶｃｃポートに入力される。さらに、無線モジュール４０の第１入力ポート４１３に発電モジュール３０ａの出力端子３３ａ及び発電モジュール３０ｂの出力端子３３ｂからの電流が入力される。

一方、座部１１０の上に座っていたユーザが立つことで、発電モジュール３０ａ及び発電モジュール３０ｂが発電すると、発電モジュール３０ａの出力端子３５ａ及び発電モジュール３０ｂの出力端子３５ｂからの電流が無線モジュール４０のＶｃｃポートに入力される。さらに、無線モジュール４０の第２入力ポート４１４に発電モジュール３０ａの出力端子３５ａ及び発電モジュール３０ｂの出力端子３５ｂからの電流が入力される。

無線モジュール４０は、Ｖｃｃポート４１１に電流が入力され、かつ第１入力ポート４１３に電流が入力された場合には、発電モジュール３０が押下されたことで発電したことを示す第１信号を無線で外部に出力する。一方、無線モジュール４０は、Ｖｃｃポート４１１に電流が入力され、かつ第２入力ポート４１４に電流が入力された場合には、発電モジュール３０を押下していた力が解除されたことで発電したことを示す第２信号を無線で外部に出力する。

第１信号及び第２信号を受信する受信端末は、例えば、第１信号及び第２信号に基づいて、ユーザが着座したか離席したかを検出することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 椅子
１２ 座部
２０ 支柱
１４ 背もたれ部
１６ 脚部
１８ 端部
３０，３０ａ，３０ｂ 発電モジュール
３２ 受圧部
３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ 出力端子
４０ 無線モジュール
５０ 配線基板
１００ 椅子
１１０ 座部
１１２ 背もたれ部
１２０ 支柱
１３０ ガスシリンダ機構
１３２ ピストンロッド
１３４ シリンダ
１３６ フランジ
１３８ バネ
１４０ 支持部
１４２ 貫通孔
１４４ 中間板
１４６ 貫通孔
１８０ 脚部
２００ 機械電気変換装置
２０１ 下ケース
２０２ 上ケース
２３０ 伝達部
２３２ 突出部
２３３ フランジ
３１０ａ，３１０ｂ ブリッジダイオード
３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂ 入力端子
３１３ａ，３１３ｂ，３１４ａ，３１４ｂ 出力端子
４１１ Ｖｃｃポート
４１２ ＧＮＤポート
４１３ 第１入力ポート
４１４ 第２入力ポート

Claims (10)

1. 座部と、前記座部を保持する支柱と、前記支柱を支柱の軸方向に移動可能に支持する支持部とを備える椅子に設けられる機械電気変換装置であって、
   機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する機械電気変換部と、
   前記支柱の前記座部側の端部と反対側の端部に連結され、前記支柱の移動による機械的エネルギーを前記機械電気変換部に伝達する伝達部と
   を備える機械電気変換装置。
2. 前記支柱は、ピストンロッドと、ガスが充填され前記ピストンロッドを移動可能に保持するシリンダとを含むガスシリンダ機構を有し、
   前記支持部は、前記ピストンロッドを前記ピストンロッドの軸方向に移動可能に支持し、
   前記伝達部は、前記ピストンロッドの前記座部側の端部と反対側の端部に連結される、請求項１に記載の機械電気変換装置。
3. 前記支持部は、前記ピストンロッドの前記端部が貫通する第１貫通孔と、前記ピストンロッドを前記軸方向に付勢する弾性体とを有し、
   前記伝達部は、前記第１貫通孔を介して前記支持部から露出する前記ピストンロッドの前記端部に連結される、請求項２に記載の機械電気変換装置。
4. 前記ピストンロッドは、前記シリンダから露出する外周面の一部に外周に沿ってフランジを有し、
   前記弾性体は、前記ピストンロッドの前記フランジと前記支持部の前記第１貫通孔の周縁部との間に配置される、請求項３に記載の機械電気変換装置。
5. 前記機械電気変換部を収容する筐体と、
   前記筐体内に固定され、前記機械電気変換部と前記支持部との間に配置される中間板と
   をさらに備え、
   前記中間板は、前記伝達部が前記軸方向に移動する第２貫通孔を有する、請求項４に記載の機械電気変換装置。
6. 前記伝達部は、前記機械電気変換部に向けて突出する突出部を有し、
   前記突出部が、前記支柱の移動による前記機械的エネルギーを前記機械電気変換部に伝達する、請求項１から５の何れか１つに記載の機械電気変換装置。
7. 前記機械電気変換部からの電気的エネルギーを利用して動作する動作モジュールをさらに備える、請求項１から６の何れか１つに記載の機械電気変換装置。
8. 前記動作モジュールは、
   前記支柱が前記機械電気変換部に近づく方向に移動することによる機械的エネルギーを、前記機械電気変換部が変換した電気的エネルギーを利用して、第１信号を出力し、
   前記支柱が前記機械電気変換部から遠ざかる方向に移動することによる機械的エネルギーを、前記機械電気変換部が変換した電気的エネルギーを利用して、第２信号を出力する、請求項７に記載の機械電気変換装置。
9. 前記動作モジュールは、前記第１信号及び前記第２信号を無線で外部に出力する無線モジュールである、請求項８に記載の機械電気変換装置。
10. 請求項１から９の何れか１つに記載の機械電気変換装置と、
    前記座部と、
    前記支柱と、
    前記支持部と
    を備える椅子。

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