JP5428297B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

本発明は手動により発電動作を行う発電装置に関する。

携帯音楽プレーヤ、携帯電話、懐中電灯、携帯ゲーム機などの携帯型の電子機器の電源として、人間の手動による操作によって発電を行う発電装置が組み込まれたものが提供されている。
このような発電装置として、ソレノイドコイルが非磁性の筒形状ケースの外周に巻かれ、永久磁石を該筒状ケース内で往復移動させることにより、ファラデーの法則に基づいて発電がなされるようにしたものが提案されている（特許文献１乃至６参照）。
この発電装置を用いて発電を行う際には、発電装置が組み込まれた電子機器を掴み、腕により電子機器を往復移動させることで永久磁石をソレノイドコイルの内部を往復させる。
特開平１０−１７４４１１号公報 特開２００２−３７４６６１号公報 特開２００２−２８１７２７号公報 特開２００５−３３９１７号公報 特開２００６−２９６１４４号公報 特開２００５−９４８３２号公報

しかしながら、上記従来の発電装置では、発電装置を往復移動させる際に、どの程度の速度や力で往復移動させればよいかの目安がわかりにくいものとなっていた。
そのため、往復移動させる力や速度が小さ過ぎて十分な発電量を得られなかったり、あるいは、往復移動させる力や速度が大き過ぎてすぐに腕が疲れてしまったりするなどの不都合があり、使い勝手の向上を図る上で不利があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、使い勝手に優れ効率よく発電させる上で有利な発電装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の発電装置は、筒部と、筒部の長手方向の一端を閉塞する第１端面壁と、筒部の長手方向の他端を閉塞する第２端面壁とを有し、非磁性でかつ非導電性の材料で形成される筐体と、筐体の内部に形成された空間部と、第１端面壁および第２端面壁に接続される、非磁性でかつ非導電性の材料で形成されるガイド軸に沿って、空間部を筒部の長手方向に往復移動可能に設けられた複数の永久磁石と、互いに近接する箇所が同一の磁極に着磁されて配置された隣り合う永久磁石の間を所定の距離だけ中間部材が隔てた状態で、筒部の長手方向の両端に設けられ、永久磁石の外径より小さい外径とし、非磁性の材料によって形成されるキャップ部材が複数の永久磁石を保持する保持部材と、空間部の外周に設けられたコイルと、複数の永久磁石の往復移動によりコイルに発生した電圧を電気エネルギーとして出力する電気回路部と、電圧の特性を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて電圧の周期および振幅の少なくとも一方に関連付けられた音を発生する音発生部とを備える。

本発明によれば、発電装置を往復移動させることにより発生した電圧の特性の検出結果に基づいて電圧の周期および振幅の少なくとも一方に関連付けられた音を発生するようにした。
したがって、音を聞きながら発電装置を往復移動させる速度あるいは強さを効率的な発電を行えるように調整できため、使い勝手に優れ効率よく発電させる上で有利となる。
また、複数の磁石は互いに近接する箇所が同一の磁極に着磁されており、永久磁石の外径より小さい外径とし、非磁性の材料によって形成されるキャップ部材が永久磁石を保持することにより、筒部に設けられたコイルに多くの磁束が通過することによって、より効率的に発電することができるという格別な効果がある。

（第１の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態の発電装置１０の構成を示す断面図である。
図２は発電装置１０の構成を示すブロック図、図３は発電装置１０の具体例を示すブロック図である。

発電装置１０は、図１に示す筐体１２と、空間部１４と、ガイド軸１６と、永久磁石１８と、コイル２０と、緩衝部材２２と、シールドケース２４とを備え、さらに、図２に示す電気回路部４０、検出部４２、音発生部４４を含んで構成されている。

筐体１２は非磁性でかつ非導電性の材料で形成されており、本実施の形態では、合成樹脂製である。
本実施の形態では、筐体１２は、断面が円形で外径よりも大きな寸法の長さを有する筒部１２０２と、筒部１２０２の長手方向の一端を閉塞する円形の第１端面壁１２０４と、筒部１２０２の長手方向の他端を閉塞する円形の第２端面壁１２０６とを備えている。
第１端面壁１２０４は筒部１２０２と一体形成され、第２端面壁１２０６はガイド軸１６に一体に形成されている。第２端面壁１２０６は筒部１２０２の他端に形成された開口部に取り付けられている。
空間部１４は、筐体１２の内部に形成され、その横断面積が縦断面積よりも大きい横長形状を呈しており、本実施の形態では、空間部１４は円柱状を呈している。

ガイド軸１６は、筐体１２で支持され、ガイド軸１６の軸心と空間部１４の軸心が合致した状態で空間部１４の長手方向に沿って延在して設けられている。
ガイド軸１６は、非磁性でかつ非導電性の材料で円柱状に形成されている。
上述の第２端面壁１２０６はガイド軸１６の一端に一体形成され、ガイド軸１６の他端は、第１端面壁１２０４の中心に設けられた孔１２０４Ａに挿通されて固定されている。

永久磁石１８は、ガイド軸１６に往復移動可能に、かつ、ガイド軸１６の径方向にがたつくことなく配設されている。
永久磁石１８は、本実施の形態では、第１永久磁石１８Ａと第２永久磁石１８Ｂの２つで構成されている。
第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂは、同形同大の中空円筒状を呈し、内周部に孔１８０２が形成されている。
第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂは、それらの長さ方向における両端にＮ極と、Ｓ極とがそれぞれ着磁されている。
本実施の形態では、第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂは、互いに近接する箇所が同一の磁極に着磁されている。
第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂの外径は、筒部１２０２の内径よりも小さい寸法で形成され、第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂの外周面と空間部１４を形成する筐体１２の内周面との間に隙間が確保されている。

第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂは、保持部材３０によって保持されている。
図１に示すように、保持部材３０は、第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂを保持するものであり、中間部材３２とキャップ部材３４とを含んで構成されている。
中間部材３２およびキャップ部材３４は、非磁性の材料で形成されている。
図４（Ａ）は中間部材３２の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図、図５（Ａ）はキャップ部材３４の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。
図１、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中間部材３２は、筒部３２０２とフランジ部３２０４とを備えている。
筒部３２０２は、円筒形を呈し、内周部にガイド軸１６が挿通される孔３２０６が形成され、外周部に永久磁石１８が装着される外周面３２０８が形成されている。
フランジ部３２０４は、外周面３２０８の長手方向の中間部から突設されている。
中間部材３２の長さ方向の両端部には、係合溝３２１０が形成されている。
係合溝３２１０は、中間部材３２の長さ方向の端面にそれぞれ開口する開口部と、前記開口部から中間部材３２の長さ方向に沿って延在する直線部と、直線部の端部において周方向に延在する円弧部とを有している。
係合溝３２１０には、キャップ部材３４の係合突起３４１０（図５（Ａ）、（Ｂ））が開口部から直線部に挿入される。そして、キャップ部材３４を回転させることで係合突起３４１０が円弧部に挿入され、これによりキャップ部材３４が中間部材３２に抜落不能に取り付けられる。

図１、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、キャップ部材３４は、筒部３４０２と鍔部３４０４とを備えている。
筒部３４０２は、円筒状を呈し、ガイド軸１６が挿通される孔３４０６が形成されている。上述の係合突起３４１０は筒部３４０２の端部に設けられている。
本実施の形態では、中間部材３２の孔３２０６あるいはキャップ部材３４の孔３４０６の少なくとも一方がガイド軸１６に滑動可能に結合される。
鍔部３４０４は、係合突起３４１０と反対に位置する筒部３４０２の長手方向の端部から突設され、外周面３２０８に装着された永久磁石１８をフランジ部３２０４と協働して保持するものである。

図１に示すように、緩衝部材２２は、保持部材３０によって保持された第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂがガイド軸１６に沿って往復移動する際に、ガイド軸１６の長手方向において永久磁石１８と筐体１２との衝突による衝撃を緩和するものである。
本実施の形態では、緩衝部材２２は、２つのキャップ部材３４の鍔部３４０４によって構成されている。

図１に示すように、コイル２０は、空間部１４の外周に空間部１４の長手方向に沿って配置されその内部を永久磁石１８が通過するように構成され、本実施の形態では、コイル２０は、第１コイル２０Ａと第２コイル２０Ｂとが直列接続されて構成されている。
第１、第２コイル２０Ａ、２０Ｂは、筐体１２の筒部１２０２の長手方向の中央を挟み前記中央から同じ距離だけ離間した筐体１２の外周面の箇所に配置されている。

シールドケース２４は、磁性材料で形成され筐体１２の外面を覆うように設けられている。磁性材料としては、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ材）などの板材を板金加工するなど任意である。
本実施の形態では、シールドケース２４は、筐体１２の外面のうち、第１、第２端面壁１２０４、１２０６を除く筒部１２０２の全域を覆うように円筒状に形成されている。

（組み立ての説明）
次に、発電装置１０のうち、電気回路部４０、検出部４２、音発生部４４を除く部分の組み立てについて説明する。
予め、筐体１２の筒部１２０２に第１、第２コイル２０Ａ、２０Ｂが取り付けられ、筒部１２０２の外周面にシールドケース２４が取り付けられているものとする。
また、電気回路部４０と第１、第２コイル２０Ａ、２０Ｂとが電気的に接続されているものとする。
第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂを保持部材３０に組み付ける。
すなわち、中間部材３２に第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂを組み付け、その後、中間部材３２にキャップ部材３４を組み付ける。
この際、第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂが中間部材３２のフランジ３２０８に近接する箇所が同一の磁極に着磁されているため、第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂの間には反発力が作用する。
この反発力が、係合突起３４１０を係合溝３２１０の円弧部に押し付けることから、キャップ部材３４が中間部材３２から抜落不能に確実に保持されることになる。
このようにして第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂを保持部材３０に組み付けたならば、ガイド軸１６を中間部材３２の孔３２０６とキャップ部材３４の孔３４０６に挿通させる。
次いで、ガイド軸１６の先端を第１端面壁１２０４の孔１２０４Ａに挿通させると共に、第２端面壁１２０６を筒部１２０２の開口部に取り付けて固定する。
以上で組み立てが完了する。

次に本発明の要旨である電気回路部４０、検出部４２、音発生部４４について説明する。
図２に示すように、電気回路部４０は、永久磁石１８の往復移動によりコイル２０に発生した交流電圧、すなわち、起電力を電気エネルギーとして出力するものである。
電気回路部４０は、筐体１２に組み込まれていてもよいし、筐体１２と別体に構成されていてもよい。
本実施の形態では、電気回路部４０は、例えば、コイル２０に発生した交流電圧（交流電流）を整流する整流回路４６と、この整流回路４６によって得られた直流電圧を充電して電気エネルギー（電力）として出力する充電部４８とを含んで構成されている。
また、充電部４８は、この発電装置１０が組み込まれる電子機器の電源入力端子に接続されており、充電部４８からの電力が電源入力端子を介して電子機器に供給される。
整流回路４６としては、図２に示すように、４つの整流用ダイオードＤ１乃至Ｄ４からなる整流回路など、従来公知のさまざまな整流回路が採用可能である。
充電部４８としては、従来公知のさまざまな二次電池、あるいは、キャパシタなどが採用可能である。

検出部４２は、コイル２０に発生した電圧の特性を検出し、その検出結果を音発生部４４に供給するものである。
検出部４２が検出する電圧の特性は、電圧の周期および電圧の振幅の何れか一方、あるいは、双方である。

検出部４２が電圧の特性として電圧の周期を検出する場合の構成例を図３に示す。
図３に示すように、検出部４２は、ダイオードＤ５、トランジスタＴＲ１、第１、第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２を含んで構成されている。
ダイオードＤ５はアノードがコイル２０の一端に接続されカソードが第１の抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続されている。
トランジスタＴＲ１のエミッタは充電部４８の負極に接続されている。
トランジスタＴＲ１のコレクタは第２の抵抗Ｒ２を介して充電部４８の正極に接続されると共に、信号処理部５０の入力端に接続されている。
図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して検出部４２の動作を説明する。
コイル２０に発生した発電電圧である交流電圧Ｓ０は、ダイオードＤ５によってスライスされた信号Ｓ１となり、この信号Ｓ１は第１の抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴＲ１のベースに供給される。
これにより、スライスされた信号Ｓ１は、トランジスタＴＲ１によって増幅されることにより「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルに２値化されたパルス信号がコレクタから出力され、検出信号Ｓ２として信号処理部５０に供給される。
この検出信号Ｓ２の周期は、交流電圧Ｓ０の周期に対応したものとなる。

音発生部４４は、検出部４２の検出結果に基づいて、コイル２０に発生した電圧の周期および振幅の少なくとも一方に関連付けられた音を発生するものである。本実施の形態では、前記音として例えばブザー音を発生する。
音発生部４４は、信号処理部５０と、スピーカー５２とを含んで構成されている。
信号処理部５０は、検出信号Ｓ２の周期に関連付けられた音声信号Ｓ３を生成してスピーカー５２に供給するように構成されている。
信号処理部５０は、例えば、検出信号Ｓ２の周期が短いほど周波数が高い音声信号Ｓ３を生成し、検出信号Ｓ２の周期が長いほど周波数が低い音声信号Ｓ３を生成する。
このような信号処理部５０は、例えば、ワンチップマイクロコンピュータなど、従来公知のさまざまな電子回路によって構成することができる。
スピーカー５２は、信号処理部５０から供給される音声信号Ｓ３によって駆動され音を発生する。
なお、信号処理部５０は、充電部４８の正極、負極を介して供給される電力に基づいて動作する。

次に発電装置１０の作用効果について説明する。
予め、携帯音楽プレーヤ、携帯電話、懐中電灯、携帯ゲーム機などの携帯型の電子機器に本実施の形態の発電装置１０が組み込まれているものとする。
電子機器を使用する際に、電子機器を掴み、発電装置１０の筐体１２の長手方向に沿って腕により電子機器を往復移動させる。
この機器の往復移動により永久磁石１８がコイル２０の内部を往復し、コイル２０に発生した交流電圧Ｓ０が電気回路部４０により電気エネルギーとして電子機器に供給されることで電子機器が動作する。

図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は発電装置１０が往復移動されることによりコイル２０から発生された交流電圧Ｓ０（発電電圧）を計測した結果例を示す波形図である。
波形の周期が短いほど発電装置１０を往復移動させる際の速度が速いことを示している。
また、波形の振幅が大きいほど発電装置１０を往復移動させる際の加速度が速いこと、言い換えると、往復移動させる際の力が強いことを示している。
発電装置１０の発電量は、上記波形の積分値、言い換えると、波形と０Ｖを示す横軸とで囲まれた面積に相当する。
したがって、発電装置１０を往復移動させる際の速度および加速度の値が大きいほど発電量が大きく、効率的に発電できることになる。
すなわち、図７（Ａ）は発電装置１０を往復移動させる際の速度と加速度が最も大きく、発電装置１０による発電量が最大である。
図７（Ｂ）は発電装置１０を往復移動させる際の速度と加速度との双方が中程度であり、発電装置１０による発電量が中程度である。
図７（Ｃ）は発電装置１０を往復移動させる際の速度と加速度との双方が最も小さく、発電装置１０による発電量が最小である。

本実施の形態では、音発生部４４から発生される音は、図７（Ａ）の場合が最も高い周波数の音であり、図７（Ｂ）の場合が中程度の周波数の音であり、図７（Ｃ）の場合が最も低い周波数の音となる。
したがって、使用者は、音発生部４４から発生される音の周波数の高低に基づいて、効率よく発電できるように発電装置１０を往復移動させる際の速度を調整することができる。
すなわち、周波数の低い音が音発生部４４から発生されている場合には、往復移動させる速度が遅いことが認識でき、周波数の高い音が音発生部４４から発生されている場合には、往復移動させる速度が速いことが認識できる。
したがって、音発生部４４から発生される音が中程度の周波数となるように往復移動させる速度を調整することによって、効率よくかつ長時間にわたって継続して発電を行うことができる。すなわち、効率よくかつ長時間にわたって継続して発電を行えるように、往復移動させる速度あるいは強さを調整することができる。
言い換えると、往復移動させる速度が遅過ぎて十分な発電量を得られなかったり、あるいは、往復移動させる速度が速過ぎてすぐに腕が疲れてしまったりするなどの不都合を回避することができ、使い勝手の向上を図る上で有利となる。
また、発電装置１０を往復移動させると、音発生部４４から発生する音の周波数が、往復移動させる際の速度に応じて変化するので、使用者は、発電させる行為自体に面白みを感じることができ、飽きることなく発電装置１０を往復移動させることができる。
したがって、発電装置１０にエンターテイメント性や遊びの要素といった従来装置には無い付加価値を持たせることができ、発電装置１０の商品価値を高める上で極めて有利となる。

なお、本実施の形態では、音発生部４４が、検出部４２の検出結果に基づいて、コイル２０に発生した電圧の周期が短いほど高い周波数を発生する場合について説明した。
しかしながら、音発生部４４が、検出部４２の検出結果に基づいて、コイル２０に発生した電圧の振幅に関連付けられた音を発生する場合であっても同様の効果が奏される。例えば、コイル２０に発生した電圧の振幅が大きいほど高い周波数を発生する場合であっても同様の効果が奏される。
この場合には、使用者は、音発生部４４から発生される音の周波数の高低に基づいて、効率よく発電できるように発電装置１０を往復移動させる際の加速度（強さ）を調整することができる。
そして、この場合には、音発生部４４から発生する音の周波数が、発電装置１０を往復移動させる際の加速度に応じて変化することになる。

また、音発生部４４が、検出部４２の検出結果に基づいて、コイル２０に発生した電圧の周期および振幅の双方に関連付けられた音を発生する場合であっても、同様の効果が奏される。すなわち、コイル２０に発生した電圧の周期が短いほど、あるいは、振幅が大きいほど高い周波数を発生する場合であっても同様の効果が奏される。
この場合には、使用者は、音発生部４４から発生される音の周波数の高低に基づいて、効率よく発電できるように発電装置１０を往復移動させる際の速度と加速度（強さ）との双方を調整することができる。
そして、この場合には、音発生部４４から発生する音の周波数が、発電装置１０を往復移動させる際の速度および加速度の双方に応じて変化することになる。

また、本実施の形態では、音発生部４４がブザー音を発生する場合について説明したが、次のような変形例が可能である。

音発生部４４によって発生する音を、単純なブザー音ではなく、音楽（メロディ）や歌としてもよい。
この場合、音発生部４４が、コイル２０に発生した電圧の周期や振幅に基づいて発生する音の周波数を変化させてもよく、あるいは、コイル２０に発生した電圧の周期や振幅に基づいてメロディや歌のテンポを変化させてもよい。
この場合には、発電装置１０に持たせるエンターテイメント性や遊びの要素といった付加価値をより高めることができ、発電装置１０の商品価値を高める上でより有利となる。

また、図２を流用して説明すると、音発生部４４で発生させる音楽や歌のテンポを複数段階に変化させて選択的に発生可能に構成するとともに、音発生部４４に接続された操作部５４の操作により音発生部４４で発生させる音楽や歌のテンポを選択させるようにしてもよい。なお、操作部５４としては、電子機器の外装に設けられたスイッチなど従来公知のさまざまな操作部材が採用可能である。
この場合、音楽や歌のテンポが速いほど、より速い速度やより強い強度で電子機器を往復移動させるので、充電部４８を充電させために要する時間がより短時間で済むことになる。
言い換えると、音楽や歌のテンポに合わせた速度や強度で電子機器を往復移動させることで、楽しみながら充電部４８を充電させために要する時間を調整することができる。
したがって、発電装置１０に持たせるエンターテイメント性や遊びの要素といった付加価値をより高めることができ、発電装置１０の商品価値を高める上でより有利となる。

また、発生部４４を複数種類の音、音楽あるいは歌を選択的に発生可能に構成するとともに、音発生部４４に接続された操作部５４の操作により音発生部４４で発生させる音、音楽あるいは歌の種類を選択させるようにしてもよい。
この場合には、使用者の好みに合わせて音を選択できるので、発電装置１０の商品価値を高める上でより有利となる。

また、音発生部４４によって発生する音を人の声としてもよい。
図２を流用して説明すると、信号処理部５０に音声合成により人の声を発生する音声合成部５０Ａを設け、音声合成部５０Ａを用いて音発生部４４から人の音声を発生させるようにしてもよい。このような音声合成部５０Ａとしては従来公知のさまざまな音声合成回路が採用可能である。
この場合、コイル２０に発生した電圧の周期や振幅に基づいて音発生部４４から発生する人の音声を、「もっと速く」、「最適です」、「頑張り過ぎです」などの、発電装置１０を往復移動させる際の速度や加速度（強さ）が適切な範囲となるように促す言葉とする。
この場合には、往復移動させる速度が遅過ぎて十分な発電量を得られなかったり、あるいは、往復移動させる速度が速過ぎてすぐに腕が疲れてしまったりするなどの不都合をより的確に回避することができ、使い勝手の向上を図る上でより有利となる。

また、音発生部４４が発生する音の大きさ（音量）を、コイル２０に発生した電圧の周期および振幅の一方または双方に基づいて変化させてもよい。
具体的には、音発生部４４は、検出部４２の検出結果に基づいて、コイル２０に発生した電圧の周期が短いほど、あるいは、コイル２０に発生した電圧の振幅が大きいほど大きい音を発生するように構成される。
この場合には、使用者は、音発生部４４から発生される音の大小に基づいて、効率よく発電できるように発電装置１０を往復移動させる際の速度および加速度（強さ）の一方または双方を調整することができる。
さらに、音発生部４４が発生する音の周波数と大きさとの双方を、コイル２０に発生した電圧の周期および振幅の一方または双方に基づいて変化させてもよい。
この場合には、音発生部４４から発生される音の周波数の高低と音の大小との双方に基づいて、効率よく発電できるように発電装置１０を往復移動させる際の速度および加速度（強さ）の一方または双方を調整することができる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、発電装置１０が市販の一次電池あるいは二次電池の外形形状を呈しているものである。
図８、図９は第２の実施の形態の発電装置１０の断面図である。なお、以下の実施の形態において第１の実施の形態と同一あるいは対応する部分、部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
図８に示すように、発電装置１０は、第１の実施の形態と同様に、筐体１２と、空間部１４と、ガイド軸１６と、永久磁石１８と、コイル２０と、緩衝部材２２と、シールドケース２４と、図２に示す電気回路部４０と、検出部４２と、音発生部４４とを含んで構成されている。
発電装置１０は、市販の一次電池あるいは二次電池の外形形状と同一形状を呈している。
市販の一次電池あるいは二次電池の正極端子部と負極端子部と同一の形状で同一の箇所に正極端子部６０と負極端子部６２とが設けられている。
本実施の形態では、発電装置１０は市販の単三乾電池の外形形状と同一形状で形成されている。
電気回路部４０による電気エネルギーの出力は、正極端子部６０と負極端子部６２を介してなされる。
前記外形形状について詳細に説明すると、発電装置１０の全体の外形形状は、日本工業規格で規格化された電池の形状及び寸法規格に則した外形を成していてもよい。
つまり、全体の外形が、ＪＩＳ Ｃ８５０１：２００４（特に、項番８〜１０）又はＪＩＳ Ｃ８５１１：２００４（特に、項番８〜１０）に規格化されたマンガン乾電池又はアルカリ乾電池の外形に対応する外形を成していてもよい。
その中でも特に、ＪＩＳ Ｃ８５０１：２００４又はＪＩＳ Ｃ８５１１：２００４の付表１に規格化されたマンガン乾電池又はアルカリ乾電池の外形に対応する外形を成すことが好ましい。マンガン乾電池又はアルカリ乾電池として一般に広く普及しているからである。
なお、外形寸法の最大値が規格を超えない範囲において、ほとんどの外形寸法が規格内に入っていれば、外形寸法の一部が規格の最小値より小さくてもかまわない。
より詳細には、シールドケース５１は発電装置１０の外装を構成し、電気回路部４０と検出部４２と音発生部４４は、筐体１２と共にシールドケース２４の内部に収容されている。
正極端子部６０はシールドケース５１の長手方向の一端に設けられた一方の開口部５１０２からシールドケース５１の外方に露出している。
負極端子部６２はシールドケース５１の長手方向の他端に設けられた他方の開口部５１０４からシールドケース５１の外方に露出している。
図８に示すように、一方の開口部５１０２を縁取るシールドケース５１の部分と正極端子部６０との間に環状の絶縁部材５６が設けられている。
あるいは、図９に示すように、他方の開口部５１０４を縁取るシールドケース５１の部分とシールドケース５１と負極端子部６２との間に環状の絶縁部材５６が設けられている。
このように、シールドケース５１と正極端子部６０との間、および、シールドケース５１と負極端子部６２との間の少なくとも一方が絶縁部材５６によって電気的に絶縁されることにより、正極端子部６０と負極端子部６２とがシールドケース５１を介して短絡することの防止が図られている。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、発電装置１０の外形形状が市販の一次電池あるいは二次電池の筐体と同一形状であるため、電子機器に対して一次電池あるいは二次電池に代えて発電装置１０を取り付けて使用できる。
そのため、電子機器に対して何ら手を加えることなく、発電装置１０を装着して使用することができ、使い勝手を高める上で有利となる。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、外装ケース６０を備える点で第２の実施の形態と相違している。
図１０は第３の実施の形態の発電装置１０の断面図であり、第２の実施の形態と同一または対応する部分には同一の符号を付して説明する。
図１０に示すように、発電装置１０は、第２の実施の形態と同様に、筐体１２と、空間部１４と、ガイド軸１６と、永久磁石１８と、コイル２０と、緩衝部材２２と、シールドケース５１と、絶縁部材５６と、電気回路部４０と、検出部４２と、音発生部４４とを含んで構成され、さらに外装ケース６０を備えている。
第３の実施の形態では、外装ケース６０は、例えば金属などの導電性を有する材料を含んで構成され、発電装置１０の外装を構成している。
シールドケース５１、電気回路部４０、検出部４２、音発生部４４は、外装ケース６０の内部に収容されている。
正極端子部６０は外装ケース６０の一方の端部に設けられた一方の開口部６００２から外装ケース６０の外方に露出している。
負極端子部６２は外装ケース６０の他方の端部に設けられた他方の開口部６００４から外装ケース６０の外方に露出している。
他方の開口部６００４を縁取る外装ケース６０の部分と負極端子部６２との間に環状の絶縁部材９０が設けられている。なお、一方の開口部６００２を縁取る外装ケース６０の部分と正極端子部６０との間に環状の絶縁部材９０を設けてもよい。
このように、外装ケース６０と正極端子部６０との間、および、外装ケース６０と負極端子部６２との間の少なくとも一方が絶縁部材９０によって電気的に絶縁されることにより、正極端子部６０と負極端子部６２とが外装ケース６０を介して短絡することの防止が図られている。
また、外装ケース６０が絶縁材料で形成されている場合には、絶縁部材９０を省略することができる。

外装ケース６０が導電性を有している場合には、外装ケース６０を介した外部ショート（短絡）の防止を図ることが必要となる。
したがって、図１１に示すように、市販のアルカリ電池などと同様に、外装ケース６０が正極端子部６０（または負極端子部６２）と電気的に接続され、外装ケース６０が外方に臨む部分の全域を覆う絶縁部材９２が設けられている構成としてもよい。
あるいは、図１２に示すように、市販のマンガン電池などと同様に、外装ケース６０が内側に臨む部分の全域を覆い外装ケース６０と正極端子部６０および負極端子部６２との間を電気的に絶縁する絶縁部材９４が設けられている構成としてもよい。この場合、さらに外装ケース６０が外方に臨む部分の全域を覆う絶縁部材が設けられている構成としてもよい。
あるいは、図１３に示すように構成されていてもよい。
すなわち、外装ケース６０が延在方向の一端が底部６０１０によって閉塞され他端に開口部６０１２が設けられた有底筒状を呈している。
正極端子部６０および負極端子部６２の一方は、開口部６０１２から外装ケース６０の外方に露出している。本実施の形態では正極端子部６０が開口部６０１２から外装ケース６０の外方に露出している。
正極端子部６０および負極端子部６２の他方は、底部６０１０と一体形成されている。本実施の形態では負極端子部６２としての負極端子板が底部６０１０と一体形成されている。
例えば、外装ケース６０が深絞りなどのプレス加工によって形成されることで、正極端子部６０および負極端子部６２の他方が底部６０１０と一体形成されている。
外装ケース６０が外方に臨む部分のうち、正極端子部６０と負極端子部６２を除く残りの部分を少なくとも覆う絶縁部材９６が設けられている。
絶縁部材９６は、正極端子部６０と負極端子部６２が電極端子としての機能を果たす範囲において、正極端子部６０および負極端子部６２の一部を覆っていてもかまわない。
開口部６０１２を縁取る外装ケース６０の部分と正極端子部６０との間には環状の絶縁部材９８が設けられ、正極端子部６０と外装ケース６０との短絡防止が図られている。
上述した各絶縁部材９２、９４、９６を構成する絶縁材料としては、絶縁性熱樹脂（絶縁塗料）、絶縁性収縮性チューブ、絶縁性フィルムなどの従来公知のさまざまな絶縁材料が採用可能である。
なお、外装ケースの形成方法としては、深絞り加工およびしごき加工を組み合わせた方法が適宜選択できる。絞りカップを形成した後しごき加工を施すＤＩ成形、絞りカップを形成した後、引張りと曲げ戻し加工、さらに必要に応じしごき加工を加えたストレッチドロー成形、何段階かの絞り成形を施した後、しごき加工を施す多段絞り成形など、いずれの方法で加工しても良い。

第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、発電装置１０の外装が外装ケース６０で構成されているため、耐久性および外観性の向上を図る上で有利となる。

なお、第１乃至第３の実施の形態では、コイル２０が第１、第２コイル２０Ａ、２０Ｂで構成されている場合について説明したが、コイル２０は、１つ、あるいは、３つ以上であってもよい。
また、第１乃至第３の実施の形態では、永久磁石１８が第１、第２永久磁石１８Ａ、１８Ｂで構成されている場合について説明したが、永久磁石１８は１つ、あるいは、３つ以上であってもよい。
また、第１乃至第３の実施の形態では、永久磁石１８がガイド軸１６に往復移動可能に配設されている場合について説明した。
しかしながら、永久磁石１８は往復移動可能に配設されていればよく、例えば、永久磁石１８の外周面が筐体１２の内周面によって往復移動可能に案内される構造であってもよい。
永久磁石１８を往復移動可能に案内する構造としては、従来公知のさまざまな構造が採用可能である。
また、実施の形態では、筐体１２を覆うシールドケース２４、５０を設けた場合について説明したが、シールドケースの有無は任意である。

（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態は、圧電素子を加圧することにより発電を行う点で第１乃至第３の実施の形態と相違している。
図１４は第４の実施の形態における発電装置７０の発電部７２の構成図、図１５は第３の実施の形態における発電装置７０の構成を示すブロック図である。
図１４に示すように、発電装置７０は、発電部７２と、電気回路部４０と、検出部４２と、音発生部４４とを含んで構成されている。

図１４に示すように、発電部７２は、フレーム７４と、振動レバー７６と、圧電素子８０を含んで構成されている。
本実施の形態では、フレーム７４と支持片７５と振動レバー７６は、単一の金属材料を加工することにより一体的に形成されている。このような金属材料としては、鋼など従来公知のさまざまな金属材料が採用可能である。
フレーム７４は、直線状に延在する基部７４０２と、基部７４０２の一端から起立された起立部７４０４とを有し、Ｌ字状を呈している。
フレーム７４は、電子機器の内部の適宜箇所に取り付けられている。
起立部７４０４の先端には、起立部７４０４よりも小さい断面積で形成された支持片７５が上方に突設されている。

振動レバー７６は、細長形状を呈しその基端が支持片７５に一体的に連結され、基部７４０２と同じ方向で基部７４０２と平行して起立部７４０４と直交する方向に延在している。したがって、振動レバー７６は支持片７５を支点として振動可能に構成されている。
すなわち、振動レバー７６の先端が、自由振動の腹となる自由端を構成し、振動レバー７６の基端が、自由端を支持し自由振動の節となる支持端を構成している。
したがって、本実施の形態では、フレーム７４と支持片７５と振動レバー７６が機械的振動手段を構成している。

振動レバー７６の下面で支持端寄りの箇所に、基部７４０２に近接する方向（下方）に突出する凸部７６０２が形成されている。
凸部７６０２は、振動レバー７６の自由端と支持端との間に位置する作用点に設けられている。

本実施の形態では、振動レバー７６は重り７８を含んで構成されている。
重り７８は、振動レバー７６の自由端に結合されている。

圧電素子８０は、加圧による歪みに起因して電圧を発生するものである。
圧電素子８０は、上下に延在する柱状を呈し、下端面が基部７４０２の上面に取着され、上端面が凸部７６０２に当接されている。
したがって、圧電素子８０は、前記機械振動手段の前記自由端と前記支持端との間に位置する作用点に設けられ前記機械振動手段の振動によって加圧される圧電手段を構成している。
圧電素子８０としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系材料で作成された縦効果積層圧電振動子など、従来公知のさまざまな圧電素子が採用可能である。
圧電素子８０には電圧を取り出すための２つの電極が設けられており、それら２つの電極は、図１５に示す整流回路４６に接続されている。

このような発電部７２を有する発電装置７０が電子機器に組み込まれている。
したがって、電子機器を使用する際に、電子機器を掴み、発電装置７０の振動レバー７６が振動する方向に沿って腕により電子機器を往復移動させる。
この機器の往復移動により、振動レバー７６は重り７８と共に振動を繰り返す。
この振動にともない、運動加速度と、振動レバー７６および重り７８の質量による力が凸部７６０２を介して圧電素子８０に加わる。
なお、機器の往復移動時に、圧電素子８０に加わる力は振動レバー７６および重り７８に加わる力×変位拡大比率（てこの原理による）となり、比較的大きな力が加わることになる。
すなわち、支持片７５（支点）から振動レバー７６の自由端までの距離Ｌ１とし、支持片７５（支点）から力が加わる圧電素子８０への力点間での距離Ｌ２とすると、変位拡大比率はＬ１／Ｌ２となる。
したがって、圧電素子８０に加わる力をＰとし、振動レバー７６および重り７８に加わる力をＰ１とすると、
Ｐ＝Ｐ１×Ｌ１／Ｌ２
となる。

振動レバー７６の振動により加圧された圧電素子８０に発生した交流電圧Ｓ０が電気回路部４０により電気エネルギーとして電子機器に供給されることで電子機器が動作する。
また、検出部４２は、第１の実施の形態と同様に、交流電圧Ｓ０を検出することで検出信号Ｓ２を生成し、信号処理部５０は検出信号Ｓ２に基づいて音声信号Ｓ３をスピーカー５２に供給する。
これにより、音発生部４４は、検出部４２の検出結果に基づいて交流電圧Ｓ０の周期および振幅の少なくとも一方に関連付けられた音を発生することになる。

上述した第４の実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果が奏される。
また、第４の実施の形態においても第１の実施の形態における各変形例が適用可能であることは無論である。

第１の実施の形態の発電装置１０の構成を示す断面図である。 発電装置１０の構成を示すブロック図である。 発電装置１０の具体例を示すブロック図である。 （Ａ）は中間部材３２の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図である。 （Ａ）はキャップ部材３４の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。 （Ａ）は交流電圧Ｓ０の波形図、（Ｂ）はスライスされた信号Ｓ１の波形図、（Ｃ）は検出信号Ｓ２の波形図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は発電装置１０が往復移動されることによりコイル２０から発生された交流電圧Ｓ０（発電電圧）を計測した結果例を示す波形図である。 第２の実施の形態の発電装置１０の断面図である。 第２の実施の形態の発電装置１０の変形例を示す断面図である。 第３の実施の形態の発電装置１０の断面図である。 第３の実施の形態の第１の変形例を示す断面図である。 第３の実施の形態の第２の変形例を示す断面図である。 第３の実施の形態の第３の変形例を示す断面図である。 第４の実施の形態における発電装置７０の発電部７２の構成図である。 第４の実施の形態における発電装置７０の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０……発電装置、１２……筐体、１４……空間部、１８……永久磁石、２０……コイル、４０……電気回路部、４２……検出部、４４……音発生部。

Claims (14)

1. 筒部と、前記筒部の長手方向の一端を閉塞する第１端面壁と、前記筒部の長手方向の他端を閉塞する第２端面壁とを有し、非磁性でかつ非導電性の材料で形成される筐体と、
   前記筐体の内部に形成された空間部と、
   前記第１端面壁および第２端面壁に接続される、非磁性でかつ非導電性の材料で形成されるガイド軸に沿って、前記空間部を前記筒部の長手方向に往復移動可能に設けられた複数の永久磁石と、
   互いに近接する箇所が同一の磁極に着磁されて配置された隣り合う前記永久磁石の間を所定の距離だけ中間部材が隔てた状態で、前記筒部の長手方向の両端に設けられ、前記永久磁石の外径より小さい外径とし、非磁性の材料によって形成されるキャップ部材が複数の前記永久磁石を保持する保持部材と、
   前記空間部の外周に設けられたコイルと、
   複数の前記永久磁石の往復移動により前記コイルに発生した電圧を電気エネルギーとして出力する電気回路部と、
   前記電圧の特性を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて前記電圧の周期および振幅の少なくとも一方に関連付けられた音を発生する音発生部と、
   を備える発電装置。
2. 前記検出部は前記電圧の特性として前記電圧の周期を検出するものであり、
   前記音発生部による前記音の発生は、前記周期の長さに関連付けられた周波数および音量の少なくとも一方でなされる、
   請求項１記載の発電装置。
3. 前記検出部は前記電圧の特性として前記電圧の振幅を検出するものであり、
   前記音発生部による前記音の発生は、前記振幅の大きさに関連付けられた周波数および音量の少なくとも一方でなされる、
   請求項１記載の発電装置。
4. 前記検出部は前記電圧の特性として前記電圧の周期を検出するものであり、
   前記音発生部は、音声合成によって人の声を発生させる音声合成部を有し、
   前記音発生部による前記音の発生は、前記周期の長さに関連付けられた言葉を前記音声合成部によって発生させることでなされる、
   請求項１記載の発電装置。
5. 前記検出部は前記電圧の特性として前記電圧の振幅を検出するものであり、
   前記音発生部は、音声合成によって人の声を発生させる音声合成部を有し、
   前記音発生部による前記音の発生は、前記振幅の大きさに関連付けられた言葉を前記音声合成部によって発生させることでなされる、
   請求項１記載の発電装置。
6. 前記発電装置は、正極端子部と負極端子部を含んで市販の一次電池あるいは二次電池の外形形状を呈し、
   前記電気回路部による前記電気エネルギーの出力は、前記正極端子部と負極端子部を介してなされる、
   請求項１記載の発電装置。
7. 前記発電装置の外形形状は、ＪＩＳ Ｃ８５０１又はＪＩＳ Ｃ８５１１に規格化された乾電池の外形に対応している、
   請求項６記載の発電装置。
8. 前記発電装置の外装を構成する磁性材料で形成されたシールドケースをさらに備え、
   前記電気回路部と前記検出部と前記音発生部は、前記筐体と共に前記シールドケースの内部に収容され、
   前記正極端子部および前記負極端子部は前記シールドケースに設けられた開口部から前記シールドケースの外方に露出している、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電装置。
9. 前記シールドケースと前記正極端子部との間、および、前記シールドケースと前記負極端子部との間の少なくとも一方が絶縁部材によって電気的に絶縁されている、
   請求項８記載の発電装置。
10. 前記発電装置の外装を構成する外装ケースと、
    磁性材料で形成されたシールドケースと、をさらに備え、
    前記電気回路部と前記検出部と前記音発生部は、前記筐体と共に前記シールドケースの内部に収容され、
    前記シールドケースは、前記外装ケースの内部に収容され、
    前記正極端子部および前記負極端子部は前記外装ケースに設けられた開口部から前記外装ケースの外方に露出している、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電装置。
11. 前記外装ケースは導電性を有し、
    前記外装ケースと前記正極端子部との間、および、前記外装ケースと前記負極端子部との間の少なくとも一方を電気的に絶縁する絶縁部材が設けられている、
    請求項１０記載の発電装置。
12. 前記外装ケースは導電性を有し、
    前記外装ケースは前記正極端子部または前記負極端子部と電気的に接続され、
    前記外装ケースが外方に臨む部分の全域を覆う絶縁部材が設けられている、
    請求項１０記載の発電装置。
13. 前記外装ケースは導電性を有し、
    前記外装ケースが内側に臨む部分の全域を覆い前記外装ケースと前記正極端子部および前記負極端子部との間を電気的に絶縁する絶縁部材が設けられている、
    請求項１０記載の発電装置。
14. 前記発電装置の外装を構成する導電性を有する外装ケースと、
    磁性材料で形成されたシールドケースと、をさらに備え、
    前記電気回路部と前記検出部と前記音発生部は、前記筐体と共に前記シールドケースの内部に収容され、
    前記シールドケースは、前記外装ケースの内部に収容され、
    前記外装ケースは延在方向の一端が底部によって閉塞され他端に開口部が設けられた有底筒状を呈し、
    前記正極端子部および前記負極端子部の一方は、前記開口部から前記外装ケースの外方に露出し、
    前記正極端子部および前記負極端子部の他方は、前記底部と一体形成され、
    前記外装ケースが外方に臨む部分のうち、前記正極端子部と負極端子部を除く残りの部分を少なくとも覆う絶縁部材が設けられている、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電装置。

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