JPH09271180A - 加振装置、発電装置およびこれを備えた携帯型電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電体層を備えた振動片を加振して発電を行
う小型・携帯型の装置に適した発電装置において、加振
装置におけるエネルギーの伝達効率を改善して、腕など
の動きを捉えて効率良く発電を行う発電装置を提供す
る。 【解決手段】 駆動レバー３２ａの回転中心３３ａと、
これによって駆動される受動レバー３５の旋回中心３７
と、さらに、駆動レバーと受動レバーの当接する位置３
８ａが一直線に並ぶ時、駆動レバー３２ａの駆動端３４
と受動レバー３５の受動端３６ａが当接する方向が駆動
レバー３２ａの中心３３ａと受動レバー３５の中心３７
とを結ぶ直線に対してほぼ直交し、他方の駆動レバー３
２ｂも同様にすることによって加振装置３０におけるエ
ネルギーの伝達効率を大幅に向上できることを見いだし
た。これによってエネルギーの損失の少ない加振装置を
実現し、発電効率が高く、小型で携帯機器に好適な発電
装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体の振動片を
用いた発電装置およびこの発電装置を加振するのに好適
な加振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電材料を用いて発電を行う小型の装置
が幾つか提案されており、例えば、実開平６−７６８９
４号には錘の回転運動を用いてハンマーレバーを駆動
し、圧電材料を叩いて発電する技術が記載されている。

【０００３】また、実開昭６３−７２５９３には、時計
ケースの内部に圧電素子を収納し、重りが上下方向に慣
性的に稼動されて振動され、この振動によって電気エネ
ルギーを発生させる技術が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの圧電体を用い
た発電方式は、腕の動きなどを捉えて圧電体に歪みを与
えて発電を行い、時計装置などを動かす電力を得ること
ができる。このような携帯型で小型の発電装置において
は、腕の動きなどから運動エネルギーを得て電気エネル
ギーに効率良く変換するために、先ず第１に、腕の動き
などを効率良く回転錘の回転などの実際に発電に用いら
れる運動エネルギーに変換し、第２に、その運動エネル
ギーを効率良く圧電体に歪みとして印加し、さらに、第
３に、圧電体に加えられた歪みを効率良く電気エネルギ
ーに変換することが重要である。

【０００５】圧電体に加えられた運動エネルギー（入力
エネルギー）は、圧電体を支持する支持層などの歪みエ
ネルギー、圧電体自体の歪みエネルギー、および圧電体
の発電によりコンデンサなどの蓄電装置に蓄えられる電
気エネルギーの３つに主に分けられる。これらの内、発
電装置として最も重要な電気エネルギーは、圧電体の電
気機械結合係数、圧電素子の充電しない時の出力電圧お
よび静電容量、蓄電装置の電圧等により変動するが、圧
電体の歪みエネルギの数％にしかならない。そこで、バ
ネ性レバーとして自由振動するような圧電体を用いて発
電することが検討されている。圧電体を振動させること
によって繰り返し歪みを発生でき、入力エネルギーによ
って発生した歪みエネルギーを徐々に電気エネルギーに
変換できるからである。このようにして、上記の第３の
要因に当たる入力エネルギーに対し発生される電気エネ
ルギーの効率向上が図られている。また、ユーザーの手
首に装着する腕時計型の発電装置においては、ユーザー
の腕の動きを解析して回転錘が効率良く回転するように
回転錘の動作範囲を決めるなどの、上述した第１の要因
に係る検討が進んでいる。

【０００６】そこで、本発明においては、上述した第２
の要因に当たる、回転錘などの回転などとして得られた
運動エネルギーを効率良く入力エネルギーとして圧電体
に印加できる装置を提供することを目的としている。そ
して、このような装置を実現することによって、ユーザ
ーの腕の動きなどから実際に携帯型機器を駆動するのに
十分な給電能力を備えた発電装置を提供することを目的
としている。

【０００７】特に、上述したように圧電体を振動させる
ことによって入力エネルギーを効率良く電気エネルギー
に変換できることから、本発明においては、回転錘など
の運動エネルギーを効率良く振動片となった圧電体に印
加できる加振装置を提供することを目的としている。そ
して、この加振装置によって、圧電体を備えた振動片に
効率良く運動エネルギーを入力エネルギーとして伝達
し、発電能力の高い発電装置を提供することを本発明の
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、詳しくは後述
するように、本願の発明者らは回転運動から振動を励起
する機構を検討し、回転駆動される少なくとも１つの駆
動レバーと、この駆動レバーによって左右に旋回駆動さ
れる受動レバーとを有し、受動レバーが駆動レバーの駆
動端に当接し左右いずれかに駆動される受動端と、この
受動端の動きに連動して前記受動レバーの旋回中心の回
りに左右に動いて振動を励起する能動端とを備えた加振
装置において、駆動レバーの回転中心と、受動端が駆動
端に当接する当接位置と、受動レバーの旋回中心とが一
直線となる時に、駆動端と受動端が当接する方向（駆動
端と受動端の当接部における接線方向に対し直角となる
方向、以下本明細書における「駆動端と受動端が当接す
る方向」は同様の意味を有する）と、駆動レバーの旋回
中心と受動レバーの旋回中心とを結ぶ直線がほぼ直交す
るようにすることによって、回転エネルギーを振動を引
き起こす打撃エネルギーとして効率良く伝達できること
を見いだした。

【０００９】受動レバーを繰り返し動かして振動片など
に効率良く振動を励起できるように、旋回中心の回りに
左右に動いた受動レバーの位置をバネなどの復帰手段に
よって受動端が当接位置となるように戻しておくことが
望ましい。また、第１および第２の駆動レバーの２つの
駆動レバーを設け、受動レバーに所定の角度離れて配置
された第１および第２の受動端の２つの受動端を設け、
これら第１の駆動レバーの回転中心と、第１の受動端が
第１の駆動レバーの駆動端に当接する当接位置と、受動
レバーの旋回中心とが一直線となる時に、第１の駆動端
と第１の受動端が当接する方向と、第１の駆動レバーの
旋回中心と受動レバーの旋回中心とを結ぶ直線がほぼ直
交し、さらに、第２の駆動レバーの回転中心と、第２の
受動端が第２の駆動レバーの駆動端に当接する当接位置
と、受動レバーの旋回中心とが一直線となる時に、第２
の駆動端と第２の受動端が当接する方向と、第２の駆動
レバーの旋回中心と受動レバーの旋回中心とを結ぶ直線
がほぼ直交するようにすることも可能である。

【００１０】第１および第２の駆動レバーと、第１およ
び第２の受動端を上記のように配置することによって、
受動レバーが動いたそれぞれの位置で効率良く受動レバ
ーを駆動できる。そして、受動レバーの能動端を交互に
タイミング良く動かすには、第１の駆動レバーに対し第
２の駆動レバーを逆方向に回転駆動し、第１および第２
の駆動レバーをそれぞれの第１および第２の当接位置に
交互に到達するように駆動することが望ましい。

【００１１】従って、圧電体層を備えた少なくとも１つ
の振動片を有し、振動中の圧電体層で発生した電力を出
力可能な発電装置においては、この振動片に上記のよう
な加振装置を用いて打撃を加えて振動を励起することに
よって発電能力の向上が図れる。

【００１２】また、本発明の発電装置を携帯可能なケー
スに収納し、このケース内部で旋回可能に取り付けられ
た回転錘と、この回転錘の動きを増速して駆動レバーを
回転駆動する駆動系とを設けることにより、回転錘の運
動エネルギーを有効に利用し発電できる。さらに、本発
明の発電装置から出力された電力によって処理を行える
処理装置を設けることにより、外部から供給される電力
なしに、いつでも何処でも安心して使用できる携帯型電
子機器を実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
をさらに詳しく説明する。図１に本発明の実施例に係る
発電装置を備えた腕時計装置の概要を示してある。本例
の腕時計装置１０は、圧電体層を備えた振動片２１から
なる発電装置２０と、振動片２１が振動して得られた交
流電流を整流する整流回路２と、整流された電流を蓄積
する蓄電回路４と、さらに、発電された電流によって計
時処理を行う処理装置６を備えている。処理装置６は、
時計部７を駆動したりアラーム処理を行うなどの計時処
理の他にラジオ、ページャあるいパソコンなどの機能を
備えているものであってももちろん良い。また、本例で
は、蓄電回路４にコンデンサ５を用いているが、２次電
池などの電力蓄積能力を備えたものであれば良い。整流
回路２は、本例のようにダイオード３を用いた全波整流
に限定されず、半波整流回路であっても良く、インバー
タなどを用いた整流回路であってももちろん良い。図１
では本例の腕時計装置を概念図を用いて示してあるが、
整流回路２、蓄電回路４および処理装置６などは、後述
する駆動系４０と平面的に重なる様に配置されており、
装置全体の小型化が図られている。

【００１４】本例の発電装置２０は、圧電体層を備えた
振動片２１と、この振動片２１を加振する加振装置３０
と、この加振装置３０を駆動する駆動系４０を備えてい
る。振動片２１は、片持ち梁（カンチレバー）状に地板
１２に固定され、金属製の支持層２６と、その両側に形
成された圧電体層２２ａおよび２２ｂを備えている。ま
た、振動片２１の先端２３には中央２５ａが凹んだ形状
の重り２５が取り付けられており、この重り２５の凹み
２５ａの内部に設置された加振装置３０の能動端３９の
動きによって振動片２１が加振される。この加振装置３
０によって振動片２１が加振されると、振動片２１の先
端２３が自由端となり、また、地板１２にネジ２７で固
定された側２４が固定端となって自由振動し、これに伴
って圧電体層２２ａおよび２２ｂに起電力が発生する。

【００１５】本例の駆動系４０は、ケース１の内部で回
転運動を行う回転錘１３を備えており、腕時計として装
着された際にこの回転錘１３がユーザーの腕や体の動き
などに呼応して回転し、その力を利用して振動片２１に
振動を与えられるようにしている。このため、図２に示
すような構成の輪列を用いて加振装置３０を駆動する駆
動系４０を構成し、回転錘１３の運動によって振動片２
１の先端の重り２５に振動を与えるようにしている。ま
ず、駆動系４０の回転錘１３の動きは、回転錘車１４に
よって第１の中間車１５ａに伝達され増速される。この
第１の中間車１５ａは、同径の第２の中間車１５ｂと噛
み合っており、回転錘１３の動きによって第１および第
２の中間車１５ａおよび１５ｂが回転する。これらの中
間車１５ａおよび１５ｂ、さらに、後述する歯車やレバ
ーは、ケース１内の地板１２と、回転錘１３を支持する
回転錘受１６に挟まれた狭い空間に配置できる輪列の構
成となっている。

【００１６】駆動系４０の中間車１５ａおよび１５ｂの
それぞれの動きは、加振装置３０の駆動レバー車３１ａ
および３１ｂに伝達され、これら中間車１５ａおよび１
５ｂは同一の径で逆方向に回転するので、駆動レバー車
３１ａおよび３１ｂも逆方向に同じ速度で回転する。従
って、これらの駆動レバー車３１ａおよび３１ｂとそれ
ぞれ同一に動く駆動レバー３２ａおよび３２ｂも逆方向
に同じ速度で回転し、これによって受動レバー３５の２
つの受動端３６ａおよび３６ｂがそれぞれ動かされる。
受動レバー３５は、駆動レバー３２ａおよび３２ｂによ
って、受動レバーの中心３７を中心に左右に旋回し、こ
の動きに呼応して受動レバー３５の受動端３６の反対側
に位置する能動端３９が左右に動く。この能動端３９に
よって振動片２１の先端の重り２５に打撃が加えられ、
振動片２１に振動が励起される。なお、図２には、一方
の中間車１５ａおよび駆動レバー車３１ａ、駆動レバー
３２ａ、さらに、受動端３６ａの組み合わせを示してあ
るが、他方の中間車１５ｂ、駆動レバー車３１ｂ、駆動
レバー３２ｂ、さらに受動端３６ｂの組み合わせも同様
である。

【００１７】図３に、加振装置３０を構成する駆動レバ
ー３２ａおよび３２ｂ、および受動レバー３５の配置を
拡大して示してある。本例の駆動レバー３２ａおよび３
２ｂはその中心３３ａおよび３３ｂを中心として同じ速
度で逆方向に回転駆動される。さらに、これらのレバー
３２ａおよび３２ｂは位相がずれて回転するように設定
されており、それぞれのレバーの両端３４が受動レバー
の受動端３６ａおよび３６ｂに交互に当接して受動レバ
ー３５を駆動するようになっている。

【００１８】受動端３６ａおよび３６ｂは中間車１５ａ
および１５ｂの配置を考慮して適当な角度離れた位置に
設けられており、これら受動端３６ａおよび３６ｂに対
し、駆動端３９は受動レバーの中心３７に対し反対側に
位置する。

【００１９】また、駆動レバー３２ａの中心３３ａと、
その両端３４が受動レバーの受動端３６ａと当接する位
置３８ａと、受動レバー３５の中心３７が一直線となる
時、駆動レバー３２ａの駆動端３４と受動レバー３５の
受動端３６ａが当接する方向（駆動端３４と受動端３６
ａの当接部における接線方向に対し直角となる方向）が
駆動レバー３２ａの中心３３ａと受動レバー３５の中心
３７とを結ぶ直線に対してほぼ直交し、さらに、駆動レ
バー３２ｂの中心３３ｂと、その両端３４が受動レバー
の受動端３６ｂと当接する位置３８ｂと、受動レバー３
５の中心３７が一直線となる時、駆動レバー３２ｂの駆
動端３４と受動レバー３５の受動端３６ｂが当接する方
向が駆動レバー３２ｂの中心３３ｂと受動レバー３５の
中心３７とを結ぶ直線に対してほぼ直交するようになっ
ている。

【００２０】図４および図５に、上記の機構を簡易化し
て１つの駆動レバー３２および受動レバー３５の系とし
て示してあり、これらの図を用いて駆動レバーから受動
レバーに運動エネルギーが伝達される様子を解析する。
図４に、駆動レバー３２を時計方向に回転したときの駆
動レバーの先端（駆動端）３４が受動レバーの先端（受
動端）３６に当接した状態を示してある。駆動端３４と
受動端３６が当接する方向Ｘに対し、駆動端３４から受
動端３６には摩擦角θだけ偏向した方向に力Ｆが伝達さ
れる。従って、駆動レバーから出力されるトルクＴｄ
（＋）は、駆動レバーの中心３３から当接位置３８まで
の距離をｌ、中心３３の回りに方向Ｘに垂直方向から当
接位置３８までの角度をａとすると以下の式で表され
る。なお、（＋）は駆動レバー３２が時計方向に回転し
たときのトルクを示す。

【００２１】 Ｔｄ（＋） ＝ Ｆ・ｌ・ｃｏｓ（ａ−θ） ・・・（１） 同様に、受動レバーに入力されるトルクＴｒは、受動レ
バーの中心３７から当接位置３８までの距離をｍ、中心
３７の回りに方向Ｘに垂直方向から当接位置３８までの
角度をｂとすると以下の式で表される。 Ｔｒ（＋） ＝ Ｆ・ｍ・ｃｏｓ（ｂ＋θ） ・・・（２） さらに、駆動端３４と受動端３６の回転角度を検討する
と、駆動端３４の微小変位をｗ、受動端の微小変位をｘ
すると微小な範囲において、以下の関係が成り立つ。

【００２２】 ｘ・ｃｏｓ（ｂ） ＝ ｗ・ｃｏｓ（ａ） ・・・（３） 従って、駆動端３４の回転角度Ａｄ（＋）は以下の式で
表される。

【００２３】 Ａｄ（＋） ＝ ｗ／ｌ （ラジアン） ・・・（４） 同様に、受動端３６の回転角度Ａｒ（＋）は以下の式で
表される。

【００２４】 Ａｒ（＋） ＝ ｘ／ｍ （ラジアン） ＝ （ｗ／ｍ）・（ｃｏｓ（ａ）／（ｃｏｓ（ｂ））・・（５） 一方、図５に示すように、駆動レバー３２が反時計方向
に回転した場合は、上記と同様に符号を設定すると、駆
動レバーから出力されるトルクＴｄ（−）が以下の式で
表される。なお、（−）は駆動レバー３２が反時計方向
に回転したときのトルクを示す。

【００２５】 Ｔｄ（−） ＝ Ｆ・ｌ・ｃｏｓ（ａ−θ） ・・・（６） 同様に、受動レバーに入力されるトルクＴｒは、以下の
式で表される。

【００２６】 Ｔｒ（−） ＝ Ｆ・ｍ・ｃｏｓ（ｂ＋θ） ・・・（７） さらに、駆動端３４と受動端３６の回転角度において
も、反時計方向の変位に対し式（３）の関係が成り立
つ。従って、駆動端３４の回転角度Ａｄ（−）は以下の
式で表される。

【００２７】 Ａｄ（−） ＝ ｗ／ｌ （ラジアン） ・・・（８） 同様に、受動端３６の回転角度Ａｒ（−）は以下の式で
表される。

【００２８】 Ａｒ（−） ＝ ｘ／ｍ （ラジアン） ＝ （ｗ／ｍ）・（ｃｏｓ（ａ）／（ｃｏｓ（ｂ））・・（９） このように、駆動端３４と受動端３６のトルクおよび変
位を検討すると駆動端３４の回転方向に関係なく同一の
式でトルクおよび回転角度が表現できることが判る。

【００２９】次に、駆動端３４から受動端３６に受け渡
されたエネルギー効率について検討する。駆動端３４に
加えられたエネルギーＵｄは、式（１）、（４）および
（６）、（８）を用いて以下のように表される。

【００３０】 Ｕｄ ＝ Ｆ・ｌ・ｃｏｓ（ａ−θ）×（ｗ／ｌ） ＝ Ｆ・ｗ・ｃｏｓ（ａ−θ） ・・・（１０） 一方、受動端３６が受け取ったエネルギーＵｒは、式
（２）、（５）および（７）、（９）を用いて以下のよ
うに表される。

【００３１】 Ｕｒ ＝ Ｆ・ｍ・ｃｏｓ（ｂ＋θ）×（ｗ／ｍ） ×（ｃｏｓ（ａ）／ｃｏｓ（ｂ）） ＝ Ｆ・ｗ・ｃｏｓ（ｂ＋θ）×（ｃｏｓ（ａ）／ｃｏｓ（ｂ）） ・・・（１１） 従って、式（１０）および（１１）から駆動端３４から
受動端３６へのエネルギー伝達効率ηは、以下の式で表
される。

【００３２】 η＝Ｕｒ ／ Ｕｄ ＝ｃｏｓ（ｂ＋θ）・ｃｏｓ（ａ）／ｃｏｓ（ａ−θ）・ｃｏｓ（ｂ） ＝ （ｃｏｓ（θ）−ｓｉｎ（θ）・ｔａｎ（ｂ）） ／（ｃｏｓ（θ）＋ｓｉｎ（θ）・ｔａｎ（ａ）） ・・・（１２） このため、例えば、角度ａおよびｂが４５度（ディグリ
ー）、θを１５（ディグリー）、（摩擦係数μ＝tan θ
＝０．２６）とすると、伝達効率ηは５８％となる。

【００３３】これに対し、角度ａおよびｂが０度であれ
ば、伝達効率ηは摩擦係数に関係なく１００％となる。
また角度ａおよびｂが±１０度程度であれば、伝達効率
ηは９０％以上の高い効率となる。（摩擦係数μ＝tan
θ＝０．２６） 従って、駆動端３４から受動端３６へのエネルギーの伝
達効率ηを向上させるには角度ａおよびｂがほぼ０とす
ることが望ましいことが判る。

【００３４】次にこの条件が図１の構成に対してはどう
いうことであるか説明する。図７に図１の１つの駆動レ
バー３２および受動レバー３５の、駆動レバーの中心３
３と受動レバーの中心３７および当接位置３８が一直線
になった状態を示してある。

【００３５】この時駆動端３４と受動端３６が当接する
方向Ｘに対し駆動レバーの中心３３から下ろした垂線
と、駆動レバーの中心３３と受動レバーの中心３７を結
ぶ直線のなす角度がａとなり、Ｘに対し受動レバーの中
心３７から下ろした垂線と、駆動レバーの中心３３と受
動レバーの中心３７を結ぶ直線のなす角度がｂとなる。
また駆動レバーの中心３３からＸに下ろした垂線と、受
動レバーの中心３７からＸに下ろした垂線は平行になる
ためａとｂは等しくなる。

【００３６】さらに前述した角度ａおよびｂが０とは、
駆動レバーの中心３３と受動レバーの中心３７を結ぶ直
線に対し駆動端３４と受動端３６が当接する方向Ｘが直
交することと分かる。

【００３７】そこで、本例の駆動装置３０においては、
図３および図７に示すように駆動レバー３２ａの中心３
３ａと、その両端３４が受動レバーの受動端３６ａと当
接する位置３８ａと、受動レバー３５の中心３７が一直
線となる時、駆動レバー３２ａの駆動端３４と受動レバ
ー３５の受動端３６ａが当接する方向Ｘが駆動レバー３
２ａの中心３３ａと受動レバー３５の中心３７とを結ぶ
直線に対してほぼ直交し、駆動レバー３２ｂの中心３３
ｂと、その両端３４が受動レバーの受動端３６ｂと当接
する位置３８ｂと、受動レバー３５の中心３７が一直線
となる時、駆動レバー３２ｂの駆動端３４と受動レバー
３５の受動端３６ｂが当接する方向Ｘが駆動レバー３２
ｂの中心３３ｂと受動レバー３５の中心３７とを結ぶ直
線に対してほぼ直交することで上記の条件を満足するよ
うにしている。

【００３８】もちろん、上記の伝達効率ηは瞬間的な効
率であり、駆動端３４と受動端３６が当接している間の
全体のエネルギーの伝達効率は積分して求める必要があ
る。しかしながら、瞬間的な効率ηが最も高い状態を含
めることによってトータルの伝達効率を向上できること
はもちろんである。

【００３９】さらに、本例の駆動装置３０においては、
２つの駆動レバー３２ａおよび３２ｂを用い、これらを
逆方向に回転駆動しながら交互に２つの受動端３６ａお
よび３６ｂに当接するようにしている。従って、一方の
駆動レバー３２ａの駆動端３４が伝達効率の良い位置関
係で受動端３６ａに当接してエネルギーを伝達すると、
受動レバーの能動端３９が一方の方向に旋回し振動片２
１に打撃を与えて振動を励起させる。そして、受動レバ
ーの他方の受動端３６ｂは他方の駆動レバー３２ｂから
伝達効率良くエネルギーを受けられる位置に移動し、次
に駆動レバー３２ｂの駆動端３４が伝達効率良く受動端
３６ｂに当接してエネルギーを伝達する。このため、受
動レバーは逆の方向に旋回し、能動端３９が再び振動片
２１に打撃を与えて振動を励起する。そして、一方の受
動端３６ａが旋回して駆動レバー３２ａによって効率良
くエネルギーを受けられる位置に移動する。このよう
に、本例の駆動装置３０においては、２つの駆動レバー
３２ａおよび３２ｂが交互に受動端３６ａおよび３６ｂ
に当接させることにより、常に伝達効率の良い位置で駆
動レバー３２から受動レバー３５にエネルギーを伝達す
ることができる。

【００４０】このように、本例の発電装置２０において
は、回転錘１３で発生した運動エネルギーを圧電体層を
備えた振動片２１に伝達し発電を行う際に、加振装置３
０における機械的損失を非常に小さくし、腕などの動き
から入力エネルギーを非常に効率良く発生させることが
でき、これによって効率良く発電を行わせることができ
る。上述したように、圧電体を用いた発電装置において
は、全体的な発電効率を向上するために振動片２１の構
造などの検討が進み、また、ユーザーの腕などの動きを
回転錘１３によって発電可能な運動エネルギーに伝達す
る方法などの検討が進んでいる。本発明においては、こ
れらの間を繋ぐエネルギーの伝達機構を解析することに
よって、エネルギーの伝達効率を、例えば、従来の５０
％程度から１００％に近い効率まで大幅に向上させるこ
とが可能となった。また、このとき、伝達効率に対する
材料の摩擦係数の影響は非常に小さくなるため、表面処
理等が不要となり、耐久性やコストの面でも有利であ
る。

【００４１】なお、本例においては、駆動端を両側に２
つ備えた駆動レバーを用いた発電装置を例に説明してい
るが、駆動レバーの形状はこれに限定されるものではな
く、駆動端が１つの駆動レバーであっても良く、あるい
は３つ以上の駆動端を備えた駆動レバーであっても良い
ことはもちろんである。また、本例においては、能動端
で１つの振動片に対し振動を励起しているが、能動端の
両側に２つ以上の振動片を配置してこれらに振動を励起
させることも可能である。さらに、受動レバーの形状も
上記の例に限定されず、能動端と受動端を隣接して配置
するなどこれらの角度や位置は振動片などの配置によっ
て変更可能である。

【００４２】図６に、上記と異なった加振装置３０およ
び発電装置２０の例を示してある。本例の加振装置３０
においては、１つの受動レバー３５の受動端３６と能動
端３９が旋回中心３７に対し９０度の位置に配置されて
おり、受動端３６と当接するように駆動レバー３２が配
置されている。駆動レバー３２は、不図示の駆動レバー
車などによって上記の実施の形態と同様に回転駆動され
る。従って、駆動レバー３２の駆動端３４と受動レバー
３５の受動端３６が当接位置３８で当接し、これによっ
て能動端３９が旋回中心３７の回りに左右に動かされ、
振動片２１の先端２３に設けられた重り２５に打撃が与
えられて振動片２１が加振される。本例においても、駆
動レバー３２の回転中心３３、当接位置３８、さらに、
受動レバー３５の旋回中心３７が一直線に並んだ時、駆
動レバー３２の駆動端３４と受動レバー３５の受動端３
６が当接する方向が駆動レバー３２の中心３３と受動レ
バー３５の中心３７とを結ぶ直線に対してほぼ直交する
ので、駆動レバー３２に伝達された回転エネルギーをほ
ぼ１００％受動レバー３５に伝達できる。

【００４３】さらに、本例の受動レバー３５は、地板１
２に一端が固定されたバネ４５によって支持されてお
り、旋回中心３７の回りに受動レバー３５の安定する位
置が設定されている。すなわち、受動レバー３５が駆動
レバー３２によって動かされ能動端３９が左右に動いた
後に、バネ４５によって受動端３６が当接位置３８とな
る位置で受動レバー３５が安定する。このように、本例
においては、受動レバー３５の位置を、受動端３６が元
の当接位置３８に戻るようにバネ４５を復帰手段として
復帰しており、これによって受動端３６と駆動レバーの
駆動端３４を常に当接位置３８で接触させることができ
る。従って、回転する駆動レバーのエネルギーを受動レ
バー３５に常に高い効率で伝達でき、さらに、受動レバ
ー３５によって効率良く振動片２１が加振されて高い発
電量が得られる。復帰手段としては、上記の地板と受動
レバーを接続するバネに限らず、受動レバーの旋回中心
に一方の端が固定され受動レバーと共に動く渦巻き状の
バネなどを用いることが可能である。

【００４４】なお、上記では、金属製の支持層２６の両
側に２層の圧電体層２２ａおよび２２ｂの形成されたバ
イモルフタイプの振動片２１を用いて発電を行う装置に
基づき説明しているが、複数層の圧電体が積層された振
動片やユニモルフタイプの振動片などを用いても良いこ
とはもちろんである。さらに、圧電体部を構成する素材
はＰＺＴ（商標）、チタン酸バリウム系やチタン酸鉛系
などのセラミック素材、さらに、水晶やニオブ酸リチウ
ムなどの単結晶、さらに、ＰＶＤＦなどの高分子素材で
あってももちろん良い。

【００４５】また、本発明は上記の実施例で説明した時
計装置に限定するものではない。時計以外の処理装置を
収納した携帯型電子機器としては、例えばページャー、
電話機、無線機、補聴器、万歩計、電卓、電子手帳など
の情報端末、ＩＣカード、ラジオ受信機などがあり、こ
れらの携帯型電子機器に本発明の発電装置を適用し、処
理装置に対し電力を供給することが可能である。そし
て、これらの携帯型の電子機器に本発明の発電装置を採
用することにより、人間の動きなどを捉えて効率良く発
電を行い、電池の消費を抑制したり、あるいは電池その
物を不要にすることも可能である。従って、ユーザーは
電池切れを心配せずに、これらの携帯型電子機器を使用
することができ、電池切れによってメモリーに記憶した
内容が失われるなどのトラブルも未然に防止できる。さ
らに、電池や充電装置が容易に入手できない地域や場
所、あるいは災害などによって電池の補充が困難な事態
であっても携帯型電子機器の機能を発揮させることが可
能となる。

【００４６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、駆動レバーの回転中心と、これによって駆動される
受動レバーの旋回中心と、さらに、駆動レバーと受動レ
バーの当接する位置が一直線に並ぶ時、前記駆動端と前
記受動端が当接する方向と前記駆動レバーの旋回中心と
前記受動レバーの旋回中心とを結ぶ直線がほぼ直交する
ようにすることによって、加振装置におけるエネルギー
の伝達効率を大幅に向上できることを見いだしている。
従って、本発明によりエネルギーの損失の少ない加振装
置を提供することができる。このため、本発明に係る伝
達効率の高い加振装置を用いて、ユーザーの動きなどか
ら得られたエネルギーを圧電体を備えた振動片に印加で
き、振動片から得られ電気エネルギーの量を増加し、発
電効率の高い小型で携帯機器に好適な発電装置、および
この発電装置から処理装置に電力を供給して動作させる
携帯型電子機器を実現することができる。

【００４７】さらに、本発明においては、２つの駆動レ
バーを備えた加振装置、あるいは復帰手段を採用するこ
とにより、左右に振動を励起する加振装置に対し常に高
い伝達効率でエネルギーを伝達することができる。従っ
て、本発明の加振装置を用いることにより、圧電体を用
いた発電装置において、ユーザーの腕などの動きを捉え
て効率良く発電を行い、小型で携帯に適した電子機器に
十分な電力を供給できる発電装置およびこの発電装置を
用いた携帯型電子機器を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る小型の携帯型電子機器に
搭載された発電装置の構成を示す図である。

【図２】図１に示す発電装置の駆動系および加振装置の
構成を示す断面図である。

【図３】図１に示す加振装置の構成を拡大して示す図で
ある。

【図４】図１に示す加振装置においてエネルギーが伝達
される様子を示した図であり、駆動レバーが時計方向に
回転する場合を示す図である。

【図５】図１に示す加振装置においてエネルギーが伝達
される様子を示した図であり、駆動レバーが反時計方向
に回転する場合を示す図である。

【図６】本発明の異なる例の加振装置および発電装置の
概略構成を示す図である。

【図７】図１に示す加振装置においてエネルギーが伝達
される様子を示した図であり、駆動レバーと受動レバー
の当接位置と、駆動レバーの中心と、受動レバーの中心
が一直線上にある場合を示す図である。

【符号の説明】

１・・ケース ２・・整流回路 ４・・蓄電回路 ６・・処理装置 １０・・腕時計装置 １２・・地板 １３・・回転錘 １４・・回転錘車 １５・・中間車 １６・・回転錘受 ２０・・発電装置 ２１・・振動片 ２２・・圧電体層 ２３・・振動片の自由端 ２４・・振動片の支持端 ２５・・振動片の先端についた重り ２６・・振動片の支持層 ３０・・加振装置 ３１・・駆動レバー車 ３２・・駆動レバー ３３・・駆動レバーの中心 ３４・・駆動レバーの駆動端 ３５・・受動レバー ３６・・受動レバーの受動端 ３７・・受動レバーの中心 ３８・・当接位置 ３９・・受動レバーの能動端 ４０・・駆動系 ４５・・復帰手段

フロントページの続き (72)発明者 古畑 誠 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 宮崎 肇 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される少なくとも１つの駆動レ
   バーと、この駆動レバーによって左右に旋回駆動される
   受動レバーとを有し、この受動レバーは、前記駆動レバ
   ーの駆動端に当接し左右に駆動される受動端と、この受
   動端の動きに連動して前記受動レバーの旋回中心の回り
   に左右に動いて振動を励起する能動端とを備えており、 前記駆動レバーの回転中心と、前記受動端が前記駆動端
   に当接する当接位置と、前記受動レバーの旋回中心とが
   一直線となる時に、前記駆動端と前記受動端が当接する
   方向と、前記駆動レバーの旋回中心と前記受動レバーの
   旋回中心とを結ぶ直線がほぼ直交することを特徴とする
   加振装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、第１および第２の前
   記駆動レバーを有し、前記受動レバーは、所定の角度離
   れて配置された第１および第２の受動端を備えており、 前記第１の駆動レバーの回転中心と、前記第１の受動端
   が前記第１の駆動レバーの駆動端に当接する当接位置
   と、前記受動レバーの旋回中心とが一直線となる時に、
   前記第１の駆動端と前記第１の受動端が当接する方向
   と、前記第１の駆動レバーの旋回中心と前記受動レバー
   の旋回中心とを結ぶ直線がほぼ直交し、さらに、前記第
   ２の駆動レバーの回転中心と、前記第２の受動端が前記
   第２の駆動レバーの駆動端に当接する当接位置と、前記
   受動レバーの旋回中心とが一直線となる時に、前記第２
   の駆動端と前記第２の受動端が当接する方向と、前記第
   ２の駆動レバーの旋回中心と前記受動レバーの旋回中心
   とを結ぶ直線がほぼ直交することを特徴とする加振装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記第１の駆動レバ
   ーに対し前記第２の駆動レバーは逆方向に回転駆動さ
   れ、前記第１および第２の駆動レバーは前記第１および
   第２の当接位置に交互に到達することを特徴とする加振
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記受動レバーの前
   記能動端が左右のいずれかに動いた後に前記受動レバー
   を前記受動端が前記当接位置に戻るように動かす復帰手
   段を備えていることを特徴とする加振装置。
5. 【請求項５】 圧電体層を備えた少なくとも１つの振動
   片と、この振動片に打撃を加えて振動を励起する加振装
   置とを有し、振動中の前記圧電体層で発生した電力を出
   力可能な発電装置において、 前記加振装置が、少なくとも１つの駆動レバーと、この
   駆動レバーによって左右に旋回駆動される受動レバーと
   を備えており、この受動レバーは、前記駆動レバーの駆
   動端に当接し左右いずれかに駆動される受動端と、この
   受動端の動きに連動して前記受動レバーの旋回中心の回
   りに左右に動いて振動を励起する能動端とを備えてお
   り、 前記駆動レバーの回転中心と、前記受動端が前記駆動端
   に当接する当接位置と、前記受動レバーの旋回中心とが
   一直線となる時に、前記駆動端と前記受動端が当接する
   方向と、前記駆動レバーの旋回中心と前記受動レバーの
   旋回中心とを結ぶ直線がほぼ直交することを特徴とする
   発電装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記加振装置は、第
   １および第２の前記駆動レバーと、これら第１および第
   ２の駆動レバーのそれぞれによって左右に旋回駆動され
   る第１および第２の前記受動端とを備えており、前記能
   動端はこれら受動端の動きに連動して前記受動レバーの
   旋回中心の回りに左右に旋回し、 前記第１の駆動レバーの回転中心と、前記第１の受動端
   が前記第１の駆動レバーの駆動端に当接する当接位置
   と、前記受動レバーの旋回中心とが一直線となる時に、
   前記第１の駆動端と前記第１の受動端が当接する方向
   と、前記第１の駆動レバーの旋回中心と前記受動レバー
   の旋回中心とを結ぶ直線がほぼ直交し、さらに、前記第
   ２の駆動レバーの回転中心と、前記第２の受動端が前記
   第２の駆動レバーの駆動端に当接する当接位置と、前記
   受動レバーの旋回中心とが一直線となる時に、前記第２
   の駆動端と前記第２の受動端が当接する方向と、前記第
   ２の駆動レバーの旋回中心と前記受動レバーの旋回中心
   とを結ぶ直線がほぼ直交することを特徴とする発電装
   置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記駆動系は前記第
   １の駆動レバーに対し前記第２の駆動レバーを逆方向に
   回転し、前記第１および第２の駆動レバーが前記第１お
   よび第２の当接位置に交互に到達するように駆動するこ
   とを特徴とする発電装置。
8. 【請求項８】 請求項５において、前記受動レバーの前
   記能動端が左右のいずれかに動いた後に前記受動レバー
   を前記受動端が前記当接位置に戻るように動かす復帰手
   段を備えていることを特徴とする発電装置。
9. 【請求項９】 請求項５に記載の発電装置と、この発電
   装置を収納する携帯可能なケースと、このケース内部で
   旋回可能に取り付けられた回転錘と、この回転錘の動き
   を増速して前記駆動レバーを回転駆動する駆動系とを有
   することを特徴とする発電装置。
10. 【請求項１０】 請求項５に記載の発電装置と、この発
    電装置から出力された前記電力によって処理を行える処
    理装置とを有することを特徴とする携帯型電子機器。