JPWO2014207974A1 - エネルギ変換装置 - Google Patents

Abstract

エネルギ変換装置（１ａ）は、磁石（２）とコイル（４）と支持部（９）とを備え、磁石とコイルとが第１方向（Ｆ１）で対向配置されており、第１方向に直交する第２方向（Ｆ２）に変形可能な第１のばね（５）によって支持部に接続された第１の可動部（６）と、第２のばね（７）によって第１の可動部に接続され磁石を備えた第２の可動部（８）とを備え、磁石とコイルとが第２方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。

Description

本発明は、エネルギ変換装置に関し、より詳細には、電磁誘導方式のエネルギ変換装置に関する。

エネルギ変換装置としては、例えば、電磁誘導作用により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有するエネルギ変換装置が提案されている（例えば、日本国特許出願公開番号２０１３−３９０２１（以下、「文献１」という））。

文献１には、エネルギ変換装置の一例として、図２９に示す構成を有する発電装置１００が記載されている。

発電装置１００は、下ケース１２１と、複数のばね１２２と、可動ユニット１２３と、固定ユニット１２４と、上ケース１２５と、を備えている。

ばね１２２は、左右方向に伸縮するねじりばねである。

可動ユニット１２３は、下ヨーク１３１と、上ヨーク１３２と、磁石１３３Ａ、１３３Ｂと、接続板１３４と、を備えている。

また、磁石１３３Ａ、１３３Ｂは、長方形の板状に形成されている。磁石１３３Ａは、上面がＳ極、下面がＮ極となるように着磁されている。磁石１３３Ｂは上面がＮ極、下面がＳ極となるように着磁されている。

接続板１３４は、真鍮等の非磁性体を材料とする金属板である。接続板１３４は、長方形の板状に形成されている。可動ユニット１２３は、磁石１３３Ａ、１３３Ｂに接続板１３４が接続されている。接続板１３４は、可動ユニット１２３が左右に振動する際に、錘として機能する。可動ユニット１２３は、接続板１３４の重量を変化させることで振動の共振周波数を調整できる。

可動ユニット１２３は、左右からばね１２２により付勢され、下ケース１２１の略中央に位置するものとなっている。

固定ユニット１２４は、コイル１４１と、ヨークガイド１４２と、を備えて構成されている。

発電装置１００は、組み合わされた下ケース１２１及び上ケース１２５内で、可動ユニット１２３がコイル１４１に対し左右に可動するように構成されている。そして、発電装置１００は、可動ユニット１２３が左右に動くと、固定ユニット１２４のコイル１４１に対し、可動ユニット１２３の磁石１３３Ａ、１３３Ｂが左右に動き、コイル１４１に電磁誘導により電流が流れる。なお、可動ユニット１２３の共振周波数は、ばね１２２のばね定数と可動ユニット１２３の質量から概ね定まる。

発電装置１００のようなエネルギ変換装置では、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上が望まれている。

本発明の目的は、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供することにある。

本発明のエネルギ変換装置は、磁石と、コイルと、支持部と、を備え、前記磁石と前記コイルとが第１方向で対向配置され、前記磁石と前記コイルとが前記第１方向に直交する第２方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記第２方向に変形可能な第１のばねと、前記第１のばねによって前記支持部に接続された第１の可動部と、前記第２方向に変形可能な第２のばねと、前記第２のばねによって前記第１の可動部に接続され前記磁石と前記コイルとの一方を備えた第２の可動部と、を備えることを特徴とする。

このエネルギ変換装置において、前記第１の可動部の質量をＭ１、前記第２の可動部の質量をＭ２、前記第１のばねの前記第２方向のばね定数をｋ１、前記第２のばねの前記第２方向のばね定数をｋ２、前記第１の可動部の前記第２方向における初期変位に応じて前記第１のばねに蓄積されるエネルギで規定される速度をｖとし、前記第２の可動部の最高速度をｖ２とするとき、ｖ２＞ｖとなるように、Ｍ１、Ｍ２、ｋ１及びｋ２を設定してあることが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記第１のばね及び前記第２のばねは、それぞれ、シリコン、ステンレス鋼、鋼、銅、銅合金、チタン合金、アルミニウム合金、炭素及びガラスの群から選択される１種の材料により形成されていることが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記第１のばねと前記第２のばねとの関係をｋ１＜ｋ２とすることで、ｖ２＞ｖとなるように構成されていることが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記第１の可動部の質量と前記第２の可動部の質量との関係をＭ１＞Ｍ２とすることで、ｖ２＞ｖとなるように構成されていることが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記第１のばねは、圧縮コイルばねであることが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記第１のばねは、板ばねであることが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記支持部は、前記板ばねにおける前記第１の可動部側とは反対側で前記板ばねに一体に形成された固定部を備え、前記第１のばねは、前記第１方向と前記第２方向とに直交する第３方向において前記第１の可動部から離れるにつれて厚さが徐々に厚くなる形状に形成されており、前記固定部の厚さと前記第１のばねの最大厚さとを同じに設定してある。

このエネルギ変換装置において、前記第１のばねは、前記第２方向に変形するとき前記支持部と前記第１のばねとの境界において断面係数が最大となる形状としてあるのが好ましい。

このエネルギ変換装置において、前記第２のばねは、前記第２方向に変形するとき前記第１の可動部と前記第２のばねとの境界において断面係数が最大となる形状としてあるのが好ましい。

本発明のエネルギ変換装置においては、前記第２方向に変形可能な第１のばねと、前記第１のばねによって前記支持部に接続された第１の可動部と、前記第２方向に変形可能な第２のばねと、前記第２のばねによって前記第１の可動部に接続され前記磁石と前記コイルとの一方を備えた第２の可動部と、を備えるので、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

図１は、実施形態１のエネルギ変換装置の概略分解斜視図である。 図２は、実施形態１のエネルギ変換装置の概略斜視図である。 図３は、実施形態１のエネルギ変換装置の概略断面図である。 図４は、実施形態１のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。 図５は、実施形態１のエネルギ変換装置の模式的な説明図である。 図６は、実施形態１のエネルギ変換装置の比較例の要部概略平面図である。 図７は、実施形態１のエネルギ変換装置の比較例の模式的な説明図である。 図８は、実施形態１のエネルギ変換装置の第１変形例の要部概略平面図である。 図９は、実施形態１のエネルギ変換装置の第２変形例の概略分解斜視図である。 図１０Ａは、実施形態１のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略平面図である。図１０Ｂは、実施形態１のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略正面図である。図１０Ｃは、実施形態１のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略側面図である。 図１１は、実施形態２のエネルギ変換装置の概略分解斜視図である。 図１２は、実施形態３のエネルギ変換装置の概略分解斜視図である。 図１３は、実施形態３のエネルギ変換装置の概略斜視図である。 図１４は、実施形態３のエネルギ変換装置の概略断面図である。 図１５は、実施形態３のエネルギ変換装置のカバーを取り外した状態における概略分解斜視図である。 図１６Ａは、実施形態３のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。図１６Ｂは、実施形態３のエネルギ変換装置の要部概略正面図である。図１６Ｃは、実施形態３のエネルギ変換装置の要部概略下面図である。図１６Ｄは、実施形態３のエネルギ変換装置の要部概略側面図である。 図１７Ａ〜１７Ｄは、実施形態３のエネルギ変換装置を備えた椅子の説明図である。 図１８は、実施形態３のエネルギ変換装置の第１変形例の概略分解斜視図である。 図１９は、実施形態３のエネルギ変換装置の第１変形例を示し、カバーを取り外した状態の概略分解斜視図である。 図２０Ａは、実施形態３のエネルギ変換装置の第１変形例の要部概略平面図である。図２０Ｂは、実施形態３のエネルギ変換装置の第１変形例の要部概略正面図である。図２０Ｃは、実施形態３のエネルギ変換装置の第１変形例の要部概略側面図である。 図２１Ａは、実施形態３のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略平面図である。図２１Ｂは、実施形態３のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略正面図である。図２１Ｃは、実施形態３のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略側面図である。 図２２は、実施形態３のエネルギ変換装置の第２変形例の要部概略斜視図である。 図２３Ａは、実施形態３のエネルギ変換装置の第３変形例の要部概略平面図である。図２３Ｂは、実施形態３のエネルギ変換装置の第３変形例の要部概略正面図である。図２３Ｃは、実施形態３のエネルギ変換装置の第３変形例の要部概略側面図である。 図２４は、実施形態３のエネルギ変換装置の第３変形例の要部概略斜視図である。 図２５は、実施形態３のエネルギ変換装置の第４変形例の概略分解斜視図である。 図２６は、実施形態３のエネルギ変換装置の第４変形例を示し、カバーを取り外した状態の概略分解斜視図である。 図２７Ａは、実施形態３のエネルギ変換装置の第４変形例の要部概略平面図である。図２７Ｂは、実施形態３のエネルギ変換装置の第４変形例の要部概略正面図である。図２７Ｃは、実施形態３のエネルギ変換装置の第４変形例の要部概略側面図である。 図２８は、実施形態３のエネルギ変換装置の第４変形例の要部概略斜視図である。 図２９は、従来例の発電装置の断面図である。

（実施形態１）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１ａについて図１〜４に基づいて説明する。

エネルギ変換装置１ａは、磁石２と、コイル４と、支持部９と、を備えている。エネルギ変換装置１ａは、磁石２とコイル４とが第１方向Ｆ１（図１、３参照）で対向配置されている。エネルギ変換装置１ａは、磁石２とコイル４とが第１方向Ｆ１に直交する第２方向Ｆ２（図１、３参照）において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。

エネルギ変換装置１ａは、第２方向Ｆ２に変形可能な第１のばね５と、第１のばね５によって支持部９に接続された第１の可動部６と、第２方向Ｆ２に変形可能な第２のばね７と、第２のばね７によって第１の可動部６に接続され磁石２を備えた第２の可動部８と、を備える。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８が第２方向Ｆ２に沿って振動するときの速度の高速化を図れ、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。本明細書では、第１方向Ｆ１と第２方向Ｆ２とに直交する方向を第３方向Ｆ３（図１参照）とする。要するに、第１方向Ｆ１と第２方向Ｆ２と第３方向Ｆ３とは、互いに直交する方向である。

エネルギ変換装置１ａの各構成要素については、以下に詳細に説明する。

支持部９は、磁石２、コイル４、第１の可動部６、第１のばね５及び第２のばね７等を収納するケース１０により構成されている。ケース１０には、磁石２を備えた第２の可動部８も収納される。要するに、エネルギ変換装置１ａは、ケース１０内において磁石２とコイル４とが第１方向Ｆ１で対向配置されている。

ケース１０は、ベース２０と、カバー３０と、を結合して構成されている。

ベース２０は、板状に形成されている。カバー３０は、ベース２０側が開放された箱状に形成されている。より具体的には、ケース１０は、ベース２０が、矩形板状に形成され、カバー３０が、矩形箱状に形成されている。ベース２０及びカバー３０の材料としては、非磁性体材料が好ましい。非磁性体材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック等の樹脂、セラミック、シリコン、金属等を採用することができる。エンジニヤリングプラスチックとしては、例えば、ポリカーボネート樹脂等を採用することができる。金属としては、例えば、鉄、銅、亜鉛等を採用することができるが、非磁性のステンレス鋼が好ましい。

エネルギ変換装置１ａは、ベース２０とカバー３０とを、複数個（例えば、４個）のねじ（図示せず）により結合するようにしてもよいし、接着剤により結合するようにしてもよい。また、エネルギ変換装置１ａは、ベース２０とカバー３０とを結合するための固定部材として、ねじと接着剤とを併用してもよい。

また、エネルギ変換装置１ａは、ベース２０とカバー３０とに、相互に嵌合可能な構造を設けて嵌合させることで結合するようにしてもよい。

エネルギ変換装置１ａは、ベース２０、カバー３０それぞれの四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔２０ａ、３０ａをそれぞれ形成してある。各貫通孔２０ａ、３０ａの平面視での開口形状は、円形状としてある。

磁石２は、永久磁石により構成することが好ましい。永久磁石の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ（alnico）、フェライト等を採用することができる。

磁石２は、矩形板状に形成されている。また、磁石２は、厚み方向の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。磁石２を構成する永久磁石は、例えば、磁石材料を切削、研磨等で整形加工した後、パルス着磁法等によって着磁することにより、形成することができる。

ベース２０は、第１面２１の中央部に、コイル４を位置決めする第１の凹部２４が形成されている。また、ベース２０は、第１面２１とは反対の第２面２２（図３参照）側に、コイル４の両端それぞれに電気的に接続された一対の外部電極（図示せず）が配置されている。ベース２０の第２面２２側には、外部電極に接続されるコイル４のコイル線材を這わせる溝（図示せず）が形成されているのが好ましい。

また、カバー３０は、内底面３０ａａ（図３参照）の中央部に、コイル４を位置決めする第２の凹部３４が形成されている。カバー３０の内底面３０ａａは、ベース２０の第１面２１に対向している。

コイル４は、ケース１０内において、ケース１０内の定位置に固定されている。コイル４は、中心線（中心軸）が第１方向Ｆ１と平行になるように配置されているのが好ましい。

コイル４は、コイル線材が巻回され構成されている。コイル線材としては、例えば、絶縁被覆付きの銅線を採用することができる。銅線を被覆する絶縁膜の材料としては、例えば、ウレタン、ホルマール、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド等を採用することができる。

コイル４は、空芯コイルであるが、これに限らず、例えば、ボビンに巻回されたコイル線材により構成してもよい。ボビンの材料としては、例えば、電気絶縁性材料を採用することが好ましい。この電気絶縁性材料としては、エンジニヤリングプラスチック等の樹脂や、セラミック等を採用することができる。エンジニヤリングプラスチックとしては、例えば、ポリカーボネート樹脂等を採用することができる。

コイル４は、外周形状が長円状の形状に形成されており、短手方向が第２方向Ｆ２に一致し且つ長手方向が第３方向Ｆ３に一致するように、配置されている。コイル４は、短手方向の一端部を、ベース２０の第１の凹部２４に挿入し固定し、短手方向の他端部を、カバー３０の第２の凹部３４に挿入し固定してある。コイル４とベース２０及びカバー３０とは、例えば、接着剤等で接着することで固定すればよい。

コイル４の両端の線端部は、それぞれ、ベース２０の厚み方向に貫通した孔（図示せず）を通してベース２０の第２面２２側に引き出され、上記溝に這わせて、外部電極に電気的に接続されている。コイル４の線端部と外部電極とは、例えば、導電性接合材で接合され電気的に接続されている。導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペースト等を採用することができる。導電性接合材としては、金属製のねじ等を用いてもよい。

コイル４は、コイル線材を巻回したものに限らず、例えば、平面コイルにより構成してもよい。平面コイルの材料としては、例えば、銅、金、銀等を採用することができる。また、平面コイルの材料としては、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライト等を採用してもよい。平面コイルは、例えば、薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して形成することができる。薄膜形成技術としては、例えば、蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。

第１のばね５は、例えば、圧縮コイルばねにより構成してある。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第１のばね５の１個当たりの蓄積エネルギを大きくすることが可能となり、エネルギ変換装置１ａの小型化を図ることが可能となる。第１のばね５の１個当たりの蓄積エネルギは、ばね定数と、圧縮時のたわみと、の積に比例する。圧縮コイルばねからなる第１のばね５のばね定数は、例えば、線径、外径、内径、自由長、材料等により、調整することができる。第１のばね５は、第１のばね５の軸方向が第２方向Ｆ２に沿うように配置されている。第１のばね５の軸方向は、第１のばね５が圧縮コイルばねの場合、自由長方向に沿った方向である。

第１の可動部６は、枠状に形成されている。より具体的には、第１の可動部６は、矩形枠状に形成されている。第１の可動部６は、それぞれが矩形枠状に形成された第１の錘部６１と第２の錘部６２とを重ねて一体化することで構成してある。

第１の可動部６は、第１の錘部６１から第２の錘部６２側に突設された円柱状の突起６１ａが設けられ、第２の錘部６２に、突起６１ａが挿通される円形状の孔６２ａが形成されている。そして、第１の可動部６は、第１の錘部６１の突起６１ａを第２の錘部６２の孔６２ａに挿通して接着剤等により接着してある。これにより、第１の可動部６は、第１の錘部６１と第２の錘部６２とが一体化されている。

第１の錘部６１の材料は、第２の錘部６２と同じ材料に限らず、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂、セラミック、シリコン等を採用してもよい。

エネルギ変換装置１ａは、第２方向Ｆ２における第１の可動部６の両側それぞれに、第１のばね５が２個ずつ設けられている。エネルギ変換装置１ａは、第２方向Ｆ２における第１の可動部６の両側それぞれに、第１のばね５が複数個ずつ設けられているのが好ましい。エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６の両側それぞれにおいて、複数個の第１のばね５が第１の可動部６の周方向に等間隔で配置されているのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２方向Ｆ２における第１の可動部６の両側に、第１のばね５が１個ずつ設けられている場合に比べて、第１の可動部６の振動方向の更なる単方向化（unilateralization）が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、エネルギ変換装置１ａは、個々の第１のばね５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。第２方向Ｆ２における第１の可動部６の両側それぞれの第１のばね５の個数は、特に限定するものではない。エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６の両側で第１のばね５の個数を同じ個数としてあるが、これに限らず、第１の可動部６の両側で第１のばね５の個数が異なっていてもよい。

ベース２０の第１面２１には、圧縮コイルばねにより構成された第１のばね５の一端部側を収納する穴２５が形成されている。穴２５の内底面には、第１のばね５の一端部が嵌め込まれる突起２５ａ（図３参照）が一体に突設されている。また、第１の可動部６は、ベース２０の第１面２１に対向する面に、第１のばね５の他端部が嵌め込まれる突起６ａ（図３参照）が突設されている。よって、エネルギ変換装置１ａは、ベース２０と第１の可動部６との間に第１のばね５を保持することができ、ベース２０と第１の可動部６とを第１のばね５により接続することができる。第１のばね５とベース２０及び第１の可動部６とは、接着剤等によって固定してもよい。

カバー３０の内底面３０ａａには、第１の可動部６における内底面３０ａａ側に配置された第１のばね５の一端部側を収納する穴３５が形成されている。穴３５の内底面には、第１のばね５の一端部が嵌め込まれる突起３５ａ（図３参照）が一体に突設されている。また、第１の可動部６は、カバー３０の内底面３０ａａに対向する面に、第１のばね５の他端部が嵌め込まれる突起６ｂ（図３参照）が突設されている。よって、エネルギ変換装置１ａは、カバー３０と第１の可動部６との間に第１のばね５を保持することができ、カバー３０と第１の可動部６とを第１のばね５により接続することができる。第１のばね５とカバー３０及び第１の可動部６とは、接着剤等によって固定してもよい。

エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６が振動していない状態では、第２方向Ｆ２において第１の可動部６のベース２０側に配置された第１のばね５が、第１の可動部６をベース２０から離れる向きへ付勢し、第１の可動部６のカバー３０側に配置された第１のばね５が、第１の可動部６をカバー３０から離れる向きへ付勢している。したがって、第１の可動部６は、厚み方向の両側から付勢され、ケース１０の厚み方向の略中央に位置するものとなっている。第１の可動部６をベース２０から離れる向きへ付勢とは、第１の可動部６にベース２０から離れる向きの力を加えることを意味する。第１の可動部６をカバー３０から離れる向きへ付勢とは、第１の可動部６にカバー３０から離れる向きの力を加えることを意味する。ケース１０の厚み方向は、第２方向Ｆ２に沿った方向であり、図３の上下方向である。

第１のばね５は、第２方向Ｆ２におけるばね定数が第１方向Ｆ１及び第３方向Ｆ３それぞれのばね定数よりも小さいのが好ましい。要するに、第１のばね５は、第２方向Ｆ２における剛性が第２方向Ｆ２に直交する方向の剛性に比べて小さいのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６の振動方向の第２方向Ｆ２への単方向化を実現することが可能となる。よって、エネルギ変換装置１ａは、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

ベース２０及びカバー３０は、第１のばね５を保持している部分の第２方向Ｆ２における剛性が、第１のばね５の第２方向Ｆ２における剛性よりも大きいのが好ましい。言い換えれば、エネルギ変換装置１ａは、ケース１０において第１のばね５を保持している部分の第２方向Ｆ２のばね定数が、第１のばね５の第２方向Ｆ２のばね定数よりも大きいのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第１のばね５にエネルギを蓄積するときにケース１０が撓むのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。ケース１０において第１のばね５を保持している部分の第２方向Ｆ２のばね定数は、例えば、第１のばね５の第２方向Ｆ２のばね定数の１０倍以上であるのが、より好ましい。

第１の可動部６は、第２の錘部６２に、第２のばね７が一体に形成されている。

第２のばね７の材料は、対数減衰率の低い材料が好ましく、例えば、対数減衰率が０．０８以下の材料が好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７において振動エネルギのうち熱エネルギに変換される量を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。第２のばね７の材料は、対数減衰率が０．０８以下の場合、例えば、ステンレス鋼、鋼、銅、銅合金、チタン合金、アルミニウム合金、炭素、ガラスの群から選択される１種の材料により形成されているのが好ましい。第２のばね７の材料は、対数減衰率が０．０４以下の材料がより好ましい。

下記の表１には、各種材料の対数減衰率の値を例示してある。表１中の数値は、参考文献１（“材料の振動減衰能 データブック”、２００７年、日本学術振興会「材料の微細組織と機能性」委員会編）に基づいた値である。ただし、ＳＵＳ３０４の対数減衰率に関しては、組成が近いＦｅ−２２．５％Ｃｒの値を引用してある。また、ベリリウム銅の対数減衰率に関しては、銅及びベリリウムそれぞれの値を引用してある。炭素、ガラスの対数減衰率の値は、それぞれ、０．０８、０．０００６である。これらの数値は、参考文献１に基づいた数値である。

上述の対数減衰率が０．０４以下の材料とは、表１から分かるように、銅の対数減衰率以下の対数減衰率となる材料を意味している。なお、対数減衰率をδ、振動の１周期当たりの振動エネルギ損失率をΔＷ／Ｗとすれば、対数減衰率δは、下記の（１）式で表わすことができる。

第２の錘部６２に第２のばね７を一体に形成する場合、第２の錘部６２の材料は、例えば、シリコン、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４等）、鋼、銅、銅合金（真鍮、ベリリウム銅）、チタン合金、アルミニウム合金、炭素、ガラス等を採用することが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７において振動エネルギのうち熱エネルギに変換される量を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。

第２の錘部６２及び第２のばね７の材料がシリコンの場合、第２の錘部６２及び第２のばね７は、例えば、高抵抗率のシリコン基板から形成することができる。高抵抗率のシリコン基板は、例えば、抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０００Ωｃｍ以上であることがより好ましい。第２の錘部６２及び第２のばね７は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術を利用して一体に形成することができる。要するに、エネルギ変換装置１ａは、第２の錘部６２と第２のばね７とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。

第２のばね７と第２の錘部６２とが接着用の樹脂からなる接続部で接続されている場合には、第２の可動部８の振動エネルギが接続部において熱エネルギとなって損なわれる。これに対して、第２のばね７と第２の錘部６２とが１枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、第２のばね７と第２の錘部６２とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。

第１の可動部６は、第１の錘部６１と第２の錘部６２との２部材で構成されるものに限らず、例えば、１部材で構成され、第２のばね７が一体に形成されたものでもよい。この場合、第１の可動部６の材料としては、対数減衰率の低い材料が好ましく、例えば、対数減衰率が０．０８以下の材料が好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７において振動エネルギのうち熱エネルギに変換される量を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。第１の可動部６の材料は、対数減衰率が０．０４以下の材料であるのが好ましい。

また、上述の第１のばね５の材料としては、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４等）を採用することができるが、これに限らない。第１のばね５の材料は、例えば、ステンレス鋼、鋼、銅、銅合金、チタン合金、アルミニウム合金、炭素、ガラスの群から選択される１種の材料により形成されているのが好ましい。要するに、第１のばね５の材料は、第２のばね７の材料と同様、対数減衰率が０．０８以下の材料が好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第１のばね５において振動エネルギのうち熱エネルギに変換される量を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。第１のばね５の材料は、対数減衰率が０．０４以下の材料がより好ましい。銅合金としては、例えば、真鍮、ベリリウム銅を挙げることができる。

エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６の内側に、第２の可動部８が配置されている。第２の可動部８は、第１の可動部６の内側面から離れて配置されている。第２の可動部８は、磁石２と、磁性体板３と、を備えている。

第２の可動部８は、４個の磁石２を備えており、第１方向Ｆ１におけるコイル４の両側で、２個の磁石２が第２方向Ｆ２に並ぶように配置されている。各磁石２は、厚み方向が第１方向Ｆ１に一致するように配置されている。第２方向Ｆ２において隣り合う２個の磁石２は、離れて配置されている。第１方向Ｆ１において互いに対向する２個の磁石２は、磁化の向きを逆としてある。要するに、第１方向Ｆ１において互いに対向する２個の磁石２は、一方の磁石２のＮ極と他方の磁石２のＳ極とが対向している。また、第２方向Ｆ２において隣り合う２個の磁石２は、磁化の向きを逆向きとしてある。要するに、第２方向Ｆ２において隣り合う２個の磁石２は、一方の磁石２のＮ極がコイル４に対向し、他方の磁石２のＳ極がコイル４に対向している。

磁性体板３の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ（Permalloy）等を採用することができる。

磁性体板３は、第１方向Ｆ１において磁石２よりもコイル４から遠い側に位置している。また、磁性体板３は、第２方向Ｆ２において隣接する２個の磁石２に跨るように配置されている。磁性体板３と２個の磁石２とは、密接していてもよいし、接着剤等によって接着されていてもよい。第２の可動部８は、４個の磁石２と２個の磁性体板３とで閉磁路が構成されるように、各磁石２及び各磁性体板３が配置されている。

磁性体板３は、第３方向Ｆ３に沿った方向の寸法を、磁石２と同じ寸法に設定してあるのが好ましい。また、磁性体板３は、第２方向Ｆ２に沿った方向の寸法を、第２方向Ｆ２において隣接する２個の磁石２の合計寸法と、当該２個の磁石２間の寸法と、を合わせた寸法と同じに設定してあるのが好ましい。

エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７が４つ設けられている。エネルギ変換装置１ａは、第３方向Ｆ３に並んで配置された２つの第２のばね７の間に、２個の磁石２と１個の磁性体板３とが配置されている。第２のばね７は、板ばねであり、第２の錘部６２に一体に形成されている。第２のばね７は、短冊状に形成されており、長さ方向の一端が第１の可動部６に固定され、他端が第２の可動部８に固定されている。第２のばね７のばね定数は、第２のばね７の長さや、幅、厚さ、材料等を適宜設定することにより、調整することができる。

エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８が、第３方向Ｆ３において隣り合う２つの第２のばね７同士を連結する連結片８１を備えた構成とすることができる。これにより、エネルギ変換装置１ａは、連結片８１に対して、磁石２及び磁性体板３を、接着剤により固定することで、第２の可動部８を第２のばね７に接続した構成とすることができる。また、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８が連結片８１を備えない構成としてもよい。この場合、エネルギ変換装置１ａは、第３方向Ｆ３において隣り合う２つの第２のばね７に対して、磁石２及び磁性体板３を、接着剤により固定することで、第２の可動部８を第２のばね７に接続した構成とすることができる。

また、エネルギ変換装置１ａは、ベース２０の第１面２１に、第２の可動部８の変位空間を確保するための第３の凹部２８が形成され、カバー３０の内底面３０ａａに、第２の可動部８の変位空間を確保するための第４の凹部３８（図３参照）が形成されている。要するに、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８が、ケース１０内において、第２方向Ｆ２に沿った方向に変位できるようになっている。言い換えれば、エネルギ変換装置１ａは、ケース１０内において第２の可動部８が第２方向Ｆ２に沿った方向に振動可能となっている。

更に説明すれば、第２の可動部８は、第２のばね７と第１の可動部６と第１のばね５とを介してケース１０に支持されており、ケース１０内において、第２方向Ｆ２に変位できるようになっている。要するに、エネルギ変換装置１ａは、磁石２を備えた第２の可動部８が、ケース１０内で第２方向Ｆ２に振動できるようになっている。

エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７に関して、第２方向Ｆ２におけるばね定数が第１方向Ｆ１及び第３方向Ｆ３それぞれのばね定数よりも小さくなるように形成してある。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８の振動方向を第２方向Ｆ２に単方向化することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。よって、エネルギ変換装置１ａは、コイル４と第２の可動部８との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、コイル４と第２の可動部８との接触を防止することが可能となる。エネルギ変換装置１ａは、コイル４と第２の可動部８との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。なお、ばね定数の測定に関しては、例えば、微小引張試験機、あるいはフォースゲージ（force gauge）とマイクロメータ（micrometer）とを組み合わせた測定システムを用いることができる。ばね定数の測定に関しては、第２の可動部８に対して第１方向Ｆ１、第２方向Ｆ２及び第３方向Ｆ３それぞれの力を加えたときの変位を測定することで、ばね定数を算出することができる。

エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６の外側面から第１方向Ｆ１に突出する２つの突出部６４を備えている。２つの突出部６４は、第１方向Ｆ１に沿って互いに反対向きに突出している。突出部６４は、第１の錘部６１に一体に形成されているが、これに限らない。ケース１０は、第１方向Ｆ１に交差する２つの側壁それぞれに、突出部６４を露出させる開口部１１（図３参照）が形成されている。開口部１１は、第２方向Ｆ２に沿った方向における突出部６４の変位を可能とするように形成されている。したがって、エネルギ変換装置１ａは、突出部６４に外力を与えることで第１の可動部６を第２方向Ｆ２に沿って変位させることにより、第１のばね５にエネルギを蓄積させることが可能となる。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６及び第２の可動部８を第２方向Ｆ２に沿って変位させた後で、外力を与えるのをやめれば、第１の可動部６及び第２の可動部８が減衰振動する。よって、エネルギ変換装置１ａは、減衰振動に応じた交流電圧を発生することが可能となる。要するに、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８の第２方向Ｆ２への振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。エネルギ変換装置１ａの開放電圧は、第２の可動部８の振動に応じた交流電圧となる。

突出部６４は、例えば、エネルギ変換装置１ａの使用者等が指等で操作可能な大きさに形成されているのが好ましい。突出部６４の先端部は、第１方向Ｆ１において第１の可動部６の外側面から離れるにつれて第２方向Ｆ２における厚さが小さくなるように形成されている。エネルギ変換装置１ａの突出部６４は、別途に設けたカム等により操作することもできる。

エネルギ変換装置１ａは、初期位置にある各突出部６４に対して例えばベース２０側の第１のばね５のばね力に抗して外力を与えることにより、第１の可動部６及び各突出部６４が、第２方向Ｆ２に沿ってベース２０に近づく向きへ変位する。そして、エネルギ変換装置１ａは、突出部６４へ与えられていた外力がなくなると、第１のばね５のばね力によって、第１の可動部６及び各突出部６４が初期位置に戻る向きへ変位するようになっている。

また、エネルギ変換装置１ａは、初期位置にある各突出部６４に対して例えばカバー３０側の第１のばね５のばね力に抗して外力を与えることにより、第１の可動部６及び各突出部６４が、第２方向Ｆ２に沿ってカバー３０に近づく向きへ変位する。そして、エネルギ変換装置１ａは、突出部６４へ与えられていた外力がなくなると、第１のばね５のばね力によって、第１の可動部６及び各突出部６４が初期位置に戻る向きへ変位するようになっている。

エネルギ変換装置１ａは、第２方向Ｆ２への第１の可動部６の変位量を、開口部１１により規定することもできる。これにより、エネルギ変換装置１ａでは、突出部６４に外力を与えて第１の可動部６を第２方向Ｆ２へ変位させる際に、第１の可動部６の変位量を規定値に制限することが可能となるから、第１のばね５の蓄積エネルギを略一定値とすることが可能となる。よって、エネルギ変換装置１ａでは、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となる。

上述の説明から分かるように、エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６を変位させて作動させることが可能である。なお、エネルギ変換装置１ａは、例えば、エネルギ変換装置１ａの共振周波数と一致する環境振動（外部振動）を利用して発電させることもでき、共振周波数と一致しない環境振動を利用する場合に比べて、効率良く発電させることが可能となる。環境振動としては、例えば、稼動中のＦＡ（factory automation）機器で発生する振動、車両の走行によって発生する振動、人の歩行によって発生する振動、エネルギ変換装置１ａを搭載する電子機器の動作によって発生する振動等、種々の環境振動がある。エネルギ変換装置１ａで発生する交流電圧の周波数は、環境振動の周波数がエネルギ変換装置１ａの共振周波数と一致する場合、エネルギ変換装置１ａの共振周波数と同じになる。

以上説明したように、エネルギ変換装置１ａは、第２方向Ｆ２に変形可能な第１のばね５と、第１のばね５によって支持部９に接続された第１の可動部６と、第２方向Ｆ２に変形可能な第２のばね７と、第２のばね７によって第１の可動部６に接続され磁石２を備えた第２の可動部８と、を備える。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８が第２方向Ｆ２に沿って振動するときの速度の高速化を図れ、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

エネルギ変換装置１ａは、ばね−質点系のモデルとして、図５に示すような模式図で表すことができる。図５は、第１の可動部６及び第２の可動部８が第１のばね５、第２のばね７によって接続されている接続関係のみを模式的に示している。これに対し、図６に示すように第１の可動部６と第２の可動部８とが直接的に接続された比較例のエネルギ変換装置は、ばね−質点系のモデルとして、図７に示すような模式図で表すことができる。「第１の可動部６と第２の可動部８とが直接的に接続された」とは、エネルギ変換装置１ａの第１の可動部６とエネルギ変換装置１ａの第２の可動部８とがエネルギ変換装置１ａの第２のばね７を介することなく一体化されていることを意味する。なお、図５の模式図で表した、ばね−質点系のモデルでは、第１のばね５及び第２のばね７の質量を０と仮定してある。また、図７の模式図で表した、ばね−質点系のモデルでは、第１のばね５の質量を０と仮定してある。

エネルギ変換装置１ａでは、第１のばね５の第２方向Ｆ２のばね定数をｋ１、第１の可動部６の第２方向Ｆ２における初期変位ｘに応じて第１のばね５に蓄積されるエネルギをＥとすると、エネルギＥが、下記（２）式で規定される。下記（２）式については、比較例のエネルギ変換装置も同じである。

また、エネルギ変換装置１ａでは、第１の可動部６の質量をＭ１、第２の可動部８の質量をＭ２とすると、第１のばね５に蓄積されるエネルギＥで規定される速度ｖが、下記（３）式で表される。下記（３）式については、比較例のエネルギ変換装置も同じである。

エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７の第２方向Ｆ２のばね定数をｋ２、第２の可動部８の最高速度をｖ２とするとき、ｖ２＞ｖとなるように、Ｍ１、Ｍ２、ｋ１及びｋ２を設定してある。これにより、エネルギ変換装置１ａは、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

エネルギ変換装置１ａは、例えば、Ｍ１＝１．５〔ｇ〕、Ｍ２＝０．８〔ｇ〕、ｋ１＝１００００〔Ｎ／ｍ〕、ｋ２＝１７５００〔Ｎ／ｍ〕とすることで、Ｅ＝５〔ｍＪ〕の場合のｖ２を３〔ｍ／ｓ〕程度にすることが可能となり、ｖの１．５倍程度の値とすることができる。これにより、エネルギ変換装置１ａは、比較例のエネルギ変換装置に比べて、発電電圧を１．５倍程度に向上させることができ、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。

ところで、図２９の従来の発電装置１００は、ばね−質点系のモデルとして考えた場合、比較例のエネルギ変換装置と同様のモデルである。よって、本実施形態のエネルギ変換装置１ａは、従来の発電装置１００に比べて、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。発電装置１００では、磁石１３３Ａ、１３３Ｂの質量を小さくすることで可動ユニット１２３の速度を速めることも考えられるが、この場合、磁石１３３Ａ、１３３Ｂの磁束密度が小さくなって、電磁誘導による起電圧が小さくなってしまう。

これに対して、エネルギ変換装置１ａは、磁石２以外の構成要素の質量やばね定数等を適宜設定することで、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

エネルギ変換装置１ａは、例えば、第１のばね５と第２のばね７との関係をｋ１＜ｋ２とすることで、ｖ２＞ｖとなるように構成されているのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７に蓄積されるエネルギ量を低減することが可能となり、第２のばね７を小型化することが可能となる。よって、エネルギ変換装置１ａは、小型化を図ることが可能となる。第２のばね７のばね定数ｋ２は、例えば、第２のばね７の幅を広げたり、第２のばね７の厚みを増やしたりすることで、大きくすることができる。

また、エネルギ変換装置１ａの第１変形例では、第２のばね７の形状を、例えば、図８に示すように、つづら折れ状の形状とすることができる。図８では、第２の可動部８が矩形枠状に形成されている。第２のばね７は、一端が、第２の可動部８の角部に接続され、他端が、第１の可動部６の第３方向Ｆ３に沿った内側面に接続されている。

第２のばね７は、つづら折れ状の形状とする場合、平面視形状における折り返し部分のコーナ部が丸みを有して角のない形状のほうが、角のある形状よりも好ましい。エネルギ変換装置１ａは、第２のばね７の折り返し部分に角のない形状を採用することにより、第２のばね７の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。

第２のばね７は、平面視において蛇行した形状であれば、つづら折れ状の形状に限らず、例えば、波形状（例えば、平面視で正弦波状）の形状でもよい。

また、エネルギ変換装置１ａは、例えば、第１の可動部６の質量と第２の可動部８の質量との関係をＭ１＞Ｍ２とすることで、ｖ２＞ｖとなるように構成されているのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８の振動する速度を向上させることが可能となり、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

エネルギ変換装置１ａは、例えば、携帯端末等の携帯可能な電子機器に使用する二次電池の充電等の用途に利用してもよい。

エネルギ変換装置１ａは、可動部として第１の可動部６と第２の可動部８とを備えているが、少なくとも第２のばね７によって第２の可動部８が第１の可動部６に接続されていればよい。要するに、エネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６と第２のばね７との間に、第３のばねと第３の可動部との組を１組以上、備えていてもよい。例えば、エネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８が第２のばね７と第３の可動部と第３のばねとを介して第１の可動部６と接続されていてもよい。

図９は、エネルギ変換装置１ａの第２変形例のエネルギ変換装置１ａａの概略分解斜視図である。エネルギ変換装置１ａａは、第２のばね７（図１０Ａ参照）の形状が、エネルギ変換装置１ａと相違する。なお、エネルギ変換装置１ａａについては、エネルギ変換装置１ａと同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

第２変形例のエネルギ変換装置１ａａにおける第２のばね７は、第２方向Ｆ２に変形するとき第１の可動部６と第２のばね７との境界Ｂ２において断面係数が最大となる形状としてある。これにより、エネルギ変換装置１ａａでは、第１の可動部６と第２のばね７との境界Ｂ２において負荷応力が最大となるのを抑制することが可能となり、耐久性を向上させることが可能となる。

エネルギ変換装置１ａａでは、第２のばね７の形状に関して、長手方向の一端側において第２の錘部６２（図９、１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃ参照）に近づくにつれて幅が徐々に広くなり境界Ｂ２付近で幅が一定となる形状としてある。これにより、エネルギ変換装置１ａａは、第２の錘部６２と第１の錘部６１との、第３方向Ｆ３への相対的な位置ずれに起因して第２のばね７のばね定数がばらつくのを抑制することが可能となり、発電特性のばらつきを抑制することが可能となる。実施形態１のエネルギ変換装置１ａは、第１の可動部６と第２の可動部８とが共振し合うように第２のばね７の固有振動数を設計することにより、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。第２変形例のエネルギ変換装置１ａａは、第２のばね７のばね定数のばらつきを抑制することで、第１の可動部６及び第２の可動部８の振動数のばらつきを抑制することが可能となり、発電特性及びエネルギ変換効率のばらつきを抑制することが可能となる。

なお、第２のばね７は、長手方向の一端側において第２の錘部６２に近づくにつれて幅が徐々に広くなる部位の形状に関して、その両側面が凹曲面状に形成されている。

（実施形態２）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１ｂについて図１１に基づいて説明する。

実施形態１のエネルギ変換装置１ａは、第２の可動部８が磁石２を備え、支持部９にコイル４が固定されている。これに対し、本実施形態のエネルギ変換装置１ｂは、第２の可動部８がコイル４を備え、支持部９に磁石２が固定されている。なお、実施形態１と同様の構成要素については、実施形態１と同じ符号を付して説明を適宜省略する。

エネルギ変換装置１ｂは、第２の可動部８の連結片８１が４つの第２のばね７に接続さており、連結片８１に対してコイル４を固定してある。また、エネルギ変換装置１ｂは、２個の磁石２と１個の磁性体板３とで構成される磁石ブロックを２つ備えており、２つの磁石ブロックそれぞれをベース２０に固定してある。エネルギ変換装置１ｂは、２つの磁石ブロックが、第１方向Ｆ１において対向配置されており、これら２つの磁石ブロックの間に、コイル４が位置し、コイル４が第２方向Ｆ２に変位できるようになっている。

本実施形態のエネルギ変換装置１ｂは、磁石２と、コイル４と、支持部９と、を備えている。エネルギ変換装置１ｂは、磁石２とコイル４とが第１方向Ｆ１で対向配置されている。エネルギ変換装置１ｂは、磁石２とコイル４とが第１方向Ｆ１に直交する第２方向Ｆ２において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。

エネルギ変換装置１ｂは、第２方向Ｆ２に変形可能な第１のばね５と、第１のばね５によって支持部９に接続された第１の可動部６と、第２方向Ｆ２に変形可能な第２のばね７と、第２のばね７によって第１の可動部６に接続されコイル４を備えた第２の可動部８と、を備える。これにより、エネルギ変換装置１ａは、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。コイル４の両端の線端部は、それぞれ、リード線と接続されている。各リード線は、ベース２０の厚み方向に貫通した孔（図示せず）を通してベース２０の第２面２２側に引き出され、上記溝に這わせて、各外部電極にそれぞれ電気的に接続されている。各リード線は、コイル４の振動による断線が生じないように長さを設定してある。エネルギ変換装置１ｂは、各リード線の代わりに、コイル４と一体のコイル線材を用いてもよい。

エネルギ変換装置１ｂは、例えば、携帯端末等の携帯可能な電子機器に使用する二次電池の充電等の用途に利用してもよい。

エネルギ変換装置１ｂは、可動部として第１の可動部６と第２の可動部８とを備えているが、少なくとも第２のばね７によって第２の可動部８が第１の可動部６に接続されていればよい。要するに、エネルギ変換装置１ｂは、第１の可動部６と第２のばね７との間に、第３のばねと第３の可動部との組を１組以上、備えていてもよい。例えば、エネルギ変換装置１ｃは、第２の可動部８が第２のばね７と第３の可動部と第３のばねとを介して第１の可動部６と接続されていてもよい。

（実施形態３）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１ｃについて図１２〜１５、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ及び１６Ｄに基づいて説明する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、実施形態１と同じ符号を付して説明を適宜省略する。

エネルギ変換装置１ｃは、磁石２と、コイル４と、支持部９と、を備えている。エネルギ変換装置１ｃは、磁石２とコイル４とが第１方向Ｆ１（図１６Ａ参照）で対向配置されている。エネルギ変換装置１ｃは、磁石２とコイル４とが第１方向Ｆ１に直交する第２方向Ｆ２（図１６Ｂ参照）において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。

エネルギ変換装置１ｃは、第２方向Ｆ２に変形可能な第１のばね５と、第１のばね５によって支持部９に接続された第１の可動部６と、第２方向Ｆ２に変形可能な第２のばね７と、第２のばね７によって第１の可動部６に接続され磁石２を備えた第２の可動部８と、を備える。これにより、エネルギ変換装置１ｃは、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

エネルギ変換装置１ｃは、第１のばね５が板ばね５１により構成されている。これにより、エネルギ変換装置１ｃは、第１のばね５に関して、第２方向Ｆ２以外の方向のばね定数を第２方向Ｆ２のばね定数に比べてより大きくすることが可能となる。よって、エネルギ変換装置１ｃは、第２方向Ｆ２以外の不要な振動成分の発生を抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

板ばね５１は、板状に形成されている。板ばね５１は、厚さ方向が第２方向Ｆ２に一致し、且つ、長さ方向が第１方向Ｆ１と第２方向Ｆ２とに直交する第３方向Ｆ３（図１６Ａ参照）に一致するように配置されている。

エネルギ変換装置１ｃは、支持部９が、第１のばね５を構成する板ばね５１における第１の可動部６側とは反対側で板ばね５１に一体に形成された固定部９１を備えている。エネルギ変換装置１ｃは、支持部９が、ベース２０と、カバー３０と、固定部９１と、で構成されている。固定部９１は、板ばね５１と同じ厚さに形成されている。

ケース１０は、ベース２０の第１面２１のうちカバー３０の第１面３１に対向する部位に、固定部９１が載せ置かれる第５の凹部２０ｃ（図１４、１５参照）が形成されている。第５の凹部２０ｃの深さは、固定部９１の厚さと同じに設定してある。よって、エネルギ変換装置１ｃは、第５の凹部２０ｃの内底面とカバー３０の第１面３１（図１４参照）との間に固定部９１を挟んだ状態とすることにより、第３方向Ｆ３における固定部９１の位置決めを行うことができる。また、固定部９１には、組立用のねじ（図示せず）を挿通可能な孔９１ｂが形成されている。ベース２０は、固定部９１の孔９１ｂに重なる領域に孔２０ｂが形成されている。また、カバー３０は、固定部９１の孔９１ｂに重なる領域に孔３０ｂが形成されている。よって、エネルギ変換装置１ｃは、ケース１０の厚み方向において重なる孔３０ｂ、９１ｂ、２０ｂにねじを挿通して当該ねじのねじ部を図示しないナットにはめ合わせることにより、ケース１０に固定部９１が固定される。ベース２０は、第３方向Ｆ３における固定部９１の位置を決める突起２０ｄが、第５の凹部２０ｃの内底面から突出して形成されている。突起２０ｄは、ベース２０に一体に形成されている。

ケース１０は、ベース２０の第１面２１に、コイル４の略半分（図１４中のコイル４の下側の部分）を収納し、且つ、ベース２０側での第１の可動部６及び第２の可動部８の振動空間を確保する第６の凹部２４ｃ（図１４参照）が形成されている。また、ケース１０は、カバー３０の第１面３１に、コイル４の略半分（図１４中のコイル４の上側の部分）を収納し、且つ、カバー３０側での第１の可動部６及び第２の可動部８の振動空間を確保する第７の凹部３４ｃ（図１４参照）が形成されている。

エネルギ変換装置１ｃでは、図１６Ａ、１６Ｂに示すように、板ばね５１の第１面５１ａが、固定部９１の第１面９１ａと面一に形成され、図１６Ｂ、１６Ｃに示すように、板ばね５１の第１面５１ａとは反対側の第２面５１ｃが、固定部９１の第２面９１ｃと面一に形成されている。板ばね５１と固定部９１との境界Ｂ１は、第３方向Ｆ３に直交する１つの断面に相当する。この１つの断面は、板ばね５１と固定部９１と第２の錘部６２と第２のばね７とが一体に形成された板状の部材において、第６の凹部２４ｃと第５の凹部２０ｃとの境界線ＢＬ（図１４、１５参照）の直上の領域に相当する断面である。また、板ばね５１と第１の可動部６との境界Ｂ３は、板ばね５１と固定部９１と第２の錘部６２と第２のばね７とが一体に形成された板状の部材において、第１の錘部６１の垂直投影領域と、その垂直投影領域に隣り合う領域と、の境界を意味する。

板ばね５１は、矩形板状であり、長手方向が第１方向Ｆ１に一致し且つ短手方向が第３方向Ｆ３に一致するように配置されている。固定部９１は、矩形板状に形成されている。固定部９１は、長手方向が第１方向Ｆ１に一致し且つ短手方向が第３方向Ｆ３に一致するように配置されている。

エネルギ変換装置１ｃは、第１の可動部６の外側面から第１方向Ｆ１に突出する突出部６４が、１つだけ設けられている。突出部６４は、第１の錘部６１に一体に形成されているが、これに限らない。ケース１０は、第１方向に交差する１つの側壁に、突出部６４を露出させる開口部１１（図１４参照）が形成されている。開口部１１は、第２方向に沿った方向における突出部６４の変位を可能とするように形成されている。したがって、エネルギ変換装置１ｃは、突出部６４に外力を与えることで第１の可動部６を第２方向に沿って変位させることにより、第１のばね５にエネルギを蓄積させることが可能となる。これにより、エネルギ変換装置１ｃは、第１の可動部６及び第２の可動部８を第２方向に沿って変位させた後で、外力を与えるのをやめれば、第１の可動部６及び第２の可動部８が減衰振動する。よって、エネルギ変換装置１ｃは、減衰振動に応じた交流電圧を発生することが可能となる。要するに、エネルギ変換装置１ｃは、第２の可動部８の第２方向への振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。エネルギ変換装置１ｃの開放電圧は、第２の可動部８の振動に応じた交流電圧となる。

エネルギ変換装置１ｃは、初期位置にある突出部６４に対して第１のばね５のばね力に抗して外力を与えることにより、第１の可動部６及び突出部６４が、第２方向Ｆ２に沿ってベース２０に近づく向きへ変位する。そして、エネルギ変換装置１ｃは、突出部６４へ与えられていた外力がなくなると、第１のばね５のばね力によって、第１の可動部６及び突出部６４が初期位置に戻る向きへ変位するようになっている。

エネルギ変換装置１ｃは、例えば、携帯端末等の携帯可能な電子機器に使用する二次電池の充電等の用途に利用してもよい。

エネルギ変換装置１ｃは、可動部として第１の可動部６と第２の可動部８とを備えているが、少なくとも第２のばね７によって第２の可動部８が第１の可動部６に接続されていればよい。要するに、エネルギ変換装置１ｃは、第１の可動部６と第２のばね７との間に、第３のばねと第３の可動部との組を１組以上、備えていてもよい。例えば、エネルギ変換装置１ｃは、第２の可動部８が第２のばね７と第３の可動部と第３のばねとを介して第１の可動部６と接続されていてもよい。

図１７Ａ〜１７Ｄには、エネルギ変換装置１ｃの一応用例であって、エネルギ変換装置１ｃを備えた椅子２００を示してある。椅子２００は、クッション性を有する座部２０１を備えている。また、椅子２００は、背もたれ２０２を好適に備えている。また、椅子２００は、座部２０１を支持する脚（図示せず）を好適に備えている。椅子２００は、座部２０１に対する背もたれ２０２の傾斜角度が調節可能なものが好ましい。椅子２００は、例えば、車両、船舶等の利用客の座席として利用する椅子である。

椅子２００は、エネルギ変換装置１ｃの出力端間に接続された整流平滑回路と、この整流平滑回路の出力端間の電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、このＤＣ−ＤＣコンバータの出力端間に接続された無線回路と、を備えている。無線回路は、無線通信規格として、例えば、EnOcean（登録商標）、Zigbee（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、特定小電力無線、微弱無線、Wi-Fi（登録商標）、UWB（Ultra Wide Band）等を採用することができるが、特に限定するものではない。

また、椅子２００は、スイッチ２１０の状態の変化を検知して、その検知結果を無線回路から外部の監視装置等へ送信させる制御回路を備えている。制御回路は、例えば、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータ等により構成することができる。スイッチ２１０としては、例えば、マイクロスイッチを採用することができる。

スイッチ２１０は、スイッチ本体の上面側に設けられた操作部２１１が押操作されたときにオンとなり、操作部２１１の押操作状態が解除されたときにオフとなるものである。

座部２０１の内部には、座部２０１に人が着座したときにスイッチ２１０の操作部２１１を押操作し、座部２０１から人が離席したときに操作部２１１の押操作状態を解除する第１の駆動ピン２２１が設けられている。また、座部２０１の内部には、座部２０１に人が着座したときにエネルギ変換装置１ｃの突出部６４を下方へ操作し、座部２０１から人が離席したときにエネルギ変換装置１ｃの突出部６４を上方へ操作する第２の駆動ピン２３１が設けられている。第２の駆動ピン２３１の先端部には、上下それぞれに移動したときに突出部６４を押すことが可能な爪部２３２が設けられている。なお、第２の駆動ピン２３１は、第１方向Ｆ１に撓み可能となっている。

椅子２００は、エネルギ変換装置１ｃ、整流平滑回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、無線回路、第１の駆動ピン２２１及び第２の駆動ピン２３１等により、座部２０１に人が着座しているか否かを検知する着座センサを構成している。

着座センサは、座部２０１に人が着座していない場合、図１７Ｂに示すように、スイッチ２１０の操作部２１１と第１の駆動ピン２２１とが離れ、第２の駆動ピン２３１がエネルギ変換装置１ｃの突出部６４の上方にある。このため、着座センサは、エネルギ変換装置１ｃが動作しておらず、無線回路も動作していない。

また、着座センサは、座部２０１に人が着座したとき、図１７Ｃに示すように、スイッチ２１０の操作部２１１が第１の駆動ピン２２１により押操作され、且つ、第２の駆動ピン２３１によってエネルギ変換装置１ｃの突出部６４が下方へ押操作され、第２の駆動ピン２３１の爪部２３２が突出部６４よりも下方へ変位する。この場合、着座センサは、エネルギ変換装置１ｃを電源として、スイッチ２１０の状態がオンになったことを人が座部２０１に着座したことを示す情報として無線回路から送信させる。

また、着座センサは、座部２０１から人が離席したとき、図１７Ｄに示すように、スイッチ２１０の操作部２１１から第１の駆動ピン２２１が離れ、且つ、第２の駆動ピン２３１によってエネルギ変換装置１ｃの突出部６４が上方へ押操作され、第２の駆動ピン２３１の爪部２３２が突出部６４よりも上方へ変位する。この場合、着座センサは、エネルギ変換装置１ｃを電源として、スイッチ２１０の状態がオフになったことを人が座部２０１から離席したことを示す情報として無線回路から送信させる。

図１８は、エネルギ変換装置１ｃの第１変形例のエネルギ変換装置１ｃａの概略分解斜視図である。エネルギ変換装置１ｃａは、第１のばね５（図１８、１９、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ参照）の形状が、エネルギ変換装置１ｃと相違する。なお、エネルギ変換装置１ｃａについては、エネルギ変換装置１ｃと同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

第１変形例のエネルギ変換装置１ｃａにおける第１のばね５は、第２方向Ｆ２に変形するとき支持部９と第１のばね５との境界Ｂ１において断面係数が最大となる形状としてある。これにより、エネルギ変換装置１ｃａでは、支持部９と第１のばね５との境界において負荷応力が最大となるのを抑制することが可能となり、耐久性を向上させることが可能となる。

エネルギ変換装置１ｃａでは、第１のばね５を構成する板ばね５１の形状に関して、長さ方向（図２０Ａの左右方向）における中央部から離れるにつれて幅が徐々に広くなり、固定部９１との境界Ｂ１付近で幅が一定となる形状としてある。これにより、エネルギ変換装置１ｃａは、ベース２０と第１のばね５との、第３方向Ｆ３への相対的な位置ずれに起因して第１のばね５のばね定数がばらつくのを抑制することが可能となり、発電特性のばらつきを抑制することが可能となる。実施形態３のエネルギ変換装置１ｃは、第１の可動部６と第２の可動部８とが共振し合うように、第１の可動部６と第１のばね５とで構成される振動部の固有振動数を設計することにより、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。第１変形例のエネルギ変換装置１ｃａは、第１のばね５のばね定数のばらつきを抑制することで、第１の可動部６及び第２の可動部８の振動数のばらつきを抑制することが可能となり、発電特性及びエネルギ変換効率のばらつきを抑制することが可能となる。

板ばね５１は、長さ方向における中央部から離れるにつれて幅が徐々に広くなる部位の形状に関して、その両側面が凹曲面状に形成されているのが好ましい。

エネルギ変換装置１ｃの第２変形例としては、エネルギ変換装置１ｃにおける第２のばね７の形状を、図２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ及び２２に示すような形状とした構成がある。図２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ及び２２に示す形状の第２のばね７は、第２方向Ｆ２に変形するとき第１の可動部６と第２のばね７との境界Ｂ２において断面係数が最大となる形状としてある。これにより、エネルギ変換装置１ａａでは、第１の可動部６と第２のばね７との境界Ｂ２において負荷応力が最大となるのを抑制することが可能となり、耐久性を向上させることが可能となる。

図２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ及び２２に示す形状の第２のばね７は、長手方向の一端側において第２の錘部６２に近づくにつれて幅が徐々に広くなる形状に形成されている。これにより、第２変形例では、第２の錘部６２と第１の錘部６１との、第３方向Ｆ３への相対的な位置ずれに起因して第２のばね７のばね定数がばらつくのを抑制することが可能となり、発電特性のばらつきを抑制することが可能となる。エネルギ変換装置１ｃは、第１の可動部６と第２の可動部８とが共振し合うように第２のばね７の固有振動数を設計することにより、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。第２変形例では、第２のばね７のばね定数のばらつきを抑制することで、第１の可動部６及び第２の可動部８の振動数のばらつきを抑制することが可能となり、発電特性及びエネルギ変換効率のばらつきを抑制することが可能となる。

エネルギ変換装置１ｃの第３変形例としては、エネルギ変換装置１ｃにおける第１のばね５及び固定部９１の形状を、図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２４に示すような形状とした構成がある。図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２４に示す形状の第１のばね５は、第２方向Ｆ２に変形するとき支持部９と第１のばね５との境界Ｂ１において断面係数が最大となる形状としてある。これにより、エネルギ変換装置１ｃａでは、支持部９と第１のばね５との境界において負荷応力が最大となるのを抑制することが可能となり、耐久性を向上させることが可能となる。

第３変形例では、第１のばね５が、第３方向Ｆ３において第１の可動部６から離れるにつれて厚さが徐々に厚くなる形状に形成されており、固定部９１の厚さと第１のばね５の最大厚さとを同じに設定してある。これにより、第３変形例では、ベース２０と第１のばね５との、第３方向Ｆ３への相対的な位置ずれに起因して第１のばね５のばね定数がばらつくのを抑制することが可能となり、発電特性のばらつきを抑制することが可能となる。固定部９１は、第１のばね５の厚さが一定の場合、第１のばね５の厚さよりも厚くしてもよい。エネルギ変換装置１ｃは、第１の可動部６と第２の可動部８とが共振し合うように、第１の可動部６と第１のばね５とで構成される振動部の固有振動数を設計することにより、発電電圧の向上及びエネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。第３変形例では、第１のばね５のばね定数のばらつきを抑制することで、第１の可動部６及び第２の可動部８の振動数のばらつきを抑制することが可能となり、発電特性及びエネルギ変換効率のばらつきを抑制することが可能となる。

図２５は、エネルギ変換装置１ｃの第４変形例のエネルギ変換装置１ｃｂの概略分解斜視図である。エネルギ変換装置１ｃｂは、第５の凹部２０ｃの形状（図２６参照）及び固定部９１の形状（図２６、２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ及び２８参照）等が、エネルギ変換装置１ｃと相違する。なお、エネルギ変換装置１ｃｂについては、エネルギ変換装置１ｃと同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

第４変形例のエネルギ変換装置１ｃｂは、固定部９１の幅（図２７Ａの上下方向の寸法）をケース１０の幅と同じに設定してある。また、エネルギ変換装置１ｃｂは、第５の凹部２０ｃと第６の凹部２４ｃとの境界線ＢＬが、第３方向Ｆ３における固定部９１と第１のばね５との境界Ｂ１よりも固定部９１側にある。言い換えれば、エネルギ変換装置１ｃｂは、固定部９１の垂直投影領域内に、第５の凹部２０ｃと第６の凹部２４ｃとの境界線ＢＬがある。これにより、第４変形例では、ベース２０と第１のばね５との、第３方向Ｆ３への相対的な位置ずれに起因して第１のばね５のばね定数がばらつくのを抑制することが可能となり、発電特性のばらつきを抑制することが可能となる。

以上、本願発明の構成を、実施形態１〜３等に基いて説明したが、本願発明は、実施形態１〜３等の構成に限らず、例えば、実施形態１〜３等の部分的な構成を、適宜組み合わせてある構成であってもよい。また、実施形態１〜３に記載した材料、数値等は、好ましい例を挙げているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。

Claims (10)

1. 磁石と、コイルと、支持部と、を備え、前記磁石と前記コイルとが第１方向で対向配置され、前記磁石と前記コイルとが前記第１方向に直交する第２方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記第２方向に変形可能な第１のばねと、前記第１のばねによって前記支持部に接続された第１の可動部と、前記第２方向に変形可能な第２のばねと、前記第２のばねによって前記第１の可動部に接続され前記磁石と前記コイルとの一方を備えた第２の可動部と、を備えることを特徴とするエネルギ変換装置。
2. 前記第１の可動部の質量をＭ１、前記第２の可動部の質量をＭ２、前記第１のばねの前記第２方向のばね定数をｋ１、前記第２のばねの前記第２方向のばね定数をｋ２、前記第１の可動部の前記第２方向における初期変位に応じて前記第１のばねに蓄積されるエネルギで規定される速度をｖとし、前記第２の可動部の最高速度をｖ２とするとき、ｖ２＞ｖとなるように、Ｍ１、Ｍ２、ｋ１及びｋ２を設定してあることを特徴とする請求項１記載のエネルギ変換装置。
3. 前記第１のばね及び前記第２のばねは、それぞれ、シリコン、ステンレス鋼、鋼、銅、銅合金、チタン合金、アルミニウム合金、炭素及びガラスの群から選択される１種の材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ変換装置。
4. 前記第１のばねと前記第２のばねとの関係をｋ１＜ｋ２とすることで、ｖ２＞ｖとなるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のエネルギ変換装置。
5. 前記第１の可動部の質量と前記第２の可動部の質量との関係をＭ１＞Ｍ２とすることで、ｖ２＞ｖとなるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のエネルギ変換装置。
6. 前記第１のばねは、圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエネルギ変換装置。
7. 前記第１のばねは、板ばねであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエネルギ変換装置。
8. 前記支持部は、前記板ばねにおける前記第１の可動部側とは反対側で前記板ばねに一体に形成された固定部を備え、前記第１のばねは、前記第１方向と前記第２方向とに直交する第３方向において前記第１の可動部から離れるにつれて厚さが徐々に厚くなる形状に形成されており、前記固定部の厚さと前記第１のばねの最大厚さとを同じに設定してあることを特徴とする請求項７記載のエネルギ変換装置。
9. 前記第１のばねは、前記第２方向に変形するとき前記支持部と前記第１のばねとの境界において断面係数が最大となる形状としてあることを特徴とする請求項７又は８記載のエネルギ変換装置。
10. 前記第２のばねは、前記第２方向に変形するとき前記第１の可動部と前記第２のばねとの境界において断面係数が最大となる形状としてあることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエネルギ変換装置。

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