JPWO2017098704A1 - 発電装置及びこれを備えた電子機器 - Google Patents
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Abstract
本開示の発電装置は、筐体と、前記筐体に対して移動可能な操作部と、弾性を有し、一部が前記筐体に固定された片持ち梁状の振動体と、前記振動体に設けられ、前記振動体が振動方向に振動したときの前記振動体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子と、前記操作部に連動し、かつ前記筐体に対して、前記振動方向に交差するスライド方向において第1位置と第2位置との間で直進移動するスライド片と、前記振動体に設けられ、前記スライド片が直進移動する際の前記スライド片の軌道上に位置し、前記スライド片が前記第1位置から前記第2位置に移動する際、前記スライド片に接触して前記スライド片を乗り越えることで前記振動方向に移動するように構成された接触片と、を有する。
Description
本開示は、一般に発電装置及びこれを備えた電子機器に関し、より詳細には、圧電素子にて振動エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電する発電装置及びこれを備えた電子機器に関する。
従来、圧電素子を用いた発電装置が知られている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
特許文献1に記載の発電装置は、押釦と連動するレバーにより一方向に回転するラチェット付きの歯車と、歯車により断続的に弾性変形させられる板ばねと、圧電素子とを有している。圧電素子は、板ばねの弾性復帰力により衝撃荷重を受けて起電力を発生する。
また、特許文献2に記載の発電装置は、圧電体層を有した振動片を加振して発電を行う。この発電装置は、回転面に沿って回転可能な回転錘の回転エネルギーを、加振機構によって垂直方向の振動として振動片に伝達する。加振機構は、回転錘の回転に伴って垂直方向に旋回駆動される加振レバーを有し、加振レバーより垂直方向の打撃を振動片に与えることで、振動片に垂直方向の振動を励起する。
本開示の一態様の発電装置は、筐体と、前記筐体に対して移動可能な操作部と、弾性を有し、一部が前記筐体に固定された片持ち梁状の振動体と、前記振動体に設けられ、前記振動体が振動方向に振動したときの前記振動体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子と、前記操作部に連動し、かつ前記筐体に対して、前記振動方向に交差するスライド方向において第1位置と第2位置との間で直進移動するスライド片と、前記振動体に設けられ、前記スライド片が直進移動する際の前記スライド片の軌道上に位置し、前記スライド片が前記第1位置から前記第2位置に移動する際、前記スライド片に接触して前記スライド片を乗り越えることで前記振動方向に移動するように構成された接触片と、を有する。
本開示の一態様の電子機器は、上記一態様の発電装置と、前記発電装置の前記圧電素子に電気的に接続された信号処理回路と、を有する。
実施形態の説明に先立ち、発電装置の開発に対する市場の要求について説明する。近年、石油を主とした化石燃料を原料とする発電設備の増加により、将来の化石燃料の枯渇が大きな課題となっている。そこで、化石燃料を使用しない自立型の発電装置の開発が望まれている。自立型の発電装置としては、例えば水力、太陽光、風力、及び地熱などによる発電方式が知られているが、これらの発電装置では、大規模の設備が必要である。
一方、圧電素子にて振動エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電する振動型の発電装置は、大規模の設備が不要であり、水力、太陽光、風力、及び地熱などによる発電方式に比べて小型化できる。そのため、振動型の発電装置は、比較的小型の電子機器などへも搭載できる可能性を有している。しかし、この種の発電装置は、圧電素子に加わる振動エネルギーによって発電するので、単純に発電装置の小型化を図った場合、圧電素子に加わる振動の振幅が小さくなり、発電量の低下につながる可能性がある。
また、上述したような従来の発電装置においては、回転体(特許文献1の歯車、特許文献2の回転錘及び加振レバー)が必須であるため、筐体内に、回転体が回転できるだけのスペースが必要である。そのため、発電装置の小型化を図るためには、回転体のサイズを小さく抑える必要があるが、回転体のサイズが小さくなると、振動体(特許文献1の板ばね、特許文献2の振動片)の振幅が小さくなり、発電量の低下につながることがある。
そこで、以下に説明する実施形態では、小型化を図りながらも、発電量の低下を抑制可能とする振動型の発電装置を例示する。
(実施形態1)
(1)概要
実施形態1に係る発電装置1は、図1A及び図1Bに示すように、筐体2と、操作部3と、振動体4と、圧電素子5と、スライド片6と、接触片7と、を有している。
(1)概要
実施形態1に係る発電装置1は、図1A及び図1Bに示すように、筐体2と、操作部3と、振動体4と、圧電素子5と、スライド片6と、接触片7と、を有している。
操作部3は、筐体2に対して移動可能である。振動体4は、弾性を有し、一部が筐体2に固定された片持ち梁状に構成されている。圧電素子5は、振動体4に設けられている。圧電素子5は、振動体4が振動方向に振動したときの振動体4の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する。
スライド片6は、操作部3に連動する。スライド片6は、筐体2に対して、振動方向に交差するスライド方向において第1位置と第2位置との間で直進移動する。接触片7は、振動体4に設けられている。接触片7は、スライド片6が直進移動する際のスライド片6の軌道上に位置している。接触片7は、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する際、スライド片6に接触してスライド片6を乗り越えることで振動方向に移動するように構成されている。
ここでいう「振動方向」は、振動体4が振動する方向である。本実施形態では一例として、振動体4は板状であって、振動方向は振動体4の厚み方向である。ここでいう「スライド方向」は、筐体2に対してスライド片6が直進移動する方向である。スライド片6は、第1位置と第2位置との間で直進移動するので、第1位置と第2位置とを結ぶ直線方向が「スライド方向」となる。スライド方向と振動方向とは平行ではなく、互いに交差する方向である。
また、接触片7は振動体4に設けられていればよく、接触片7は振動体4と一体でも別体でもよい。すなわち、接触片7と振動体4とは一部材で一体に構成されていてもよいし、接触片7と振動体4とは別部材からなり、接触片7が振動体4に結合されていてもよい。同様に、圧電素子5は振動体4に設けられていればよく、圧電素子5は振動体4と一体でも別体でもよい。すなわち、圧電素子5と振動体4とは一部材で一体に構成されていてもよいし、圧電素子5と振動体4とは別部材からなり、圧電素子5が振動体4に結合されていてもよい。
要するに、本実施形態の発電装置1では、操作部3が筐体2に対して移動すると、操作部3に連動して、スライド片6が第1位置と第2位置との間でスライド方向に直進移動する。スライド片6の軌道上には接触片7が位置するので、スライド片6が直進移動すると、スライド片6に接触片7が接触する。そして、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する際には、スライド片6に接触した接触片7は、スライド片6を乗り越えるようにして振動方向に移動する。なお、接触片7がスライド片6を乗り越える動作の詳細については、図5A〜図5Dを参照しながら後述する。言い換えれば、スライド片6がスライド方向に移動して接触片7を通過するとき、接触片7はスライド片6に弾かれるようにして振動方向に移動する。これにより、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する際、スライド片6がスライド方向に移動する直進運動が、接触片7の振動方向への直進運動に変換される。接触片7は振動体4に設けられているので、接触片7が振動方向に移動することで、振動体4は振動方向に振動する。振動体4が振動すれば、振動体4の振動エネルギーは、圧電素子5によって電気エネルギーに変換される。
したがって、本実施形態の発電装置1では、操作部3が操作されることにより、操作部3の移動に伴って振動体4を振動させ、圧電素子5にて電力を発生することができる。つまり、発電装置1は、操作部3の操作に伴って発電することができる。
また、本実施形態の発電装置1は、図1Aに示すように電子機器10に適用可能である。すなわち、本実施形態の電子機器10は、発電装置1と、信号処理回路11とを有している。信号処理回路11は、発電装置1の圧電素子5に電気的に接続されている。これにより、電子機器10は、操作部3が操作されて発電装置1で発電された電力によって、信号処理回路11を動作させることができる。したがって、電子機器10は、別途、電池、バッテリ、又は商用電源などからの電力供給を不要となる。
上述したように、本実施形態の発電装置1及びこれを備えた電子機器10では、スライド片6がスライド方向に沿って第1位置から第2位置へと移動するのに伴って、振動体4を振動方向に振動させる。このときのスライド片6のスライド方向への移動量は、接触片7がスライド片6を乗り越えられるように、スライド方向におけるスライド片6の寸法にスライド方向における接触片7の寸法を加えた値以上であればよい。そして、スライド片6の移動量と振動体4の振動の振幅とは直接的には関係しないので、スライド片6の移動量を小さくしても、発電量の低下には直結しない。したがって、小型化を図りながらも発電量の低下を抑制可能な発電装置1、及びこれを備えた電子機器10が実現される。
(2)詳細
以下、本実施形態の発電装置1及びこれを備えた電子機器10の詳細について、図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する構成は、本開示の一例に過ぎず、本開示は下記の実施形態に限定されない。したがって、この実施形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
以下、本実施形態の発電装置1及びこれを備えた電子機器10の詳細について、図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する構成は、本開示の一例に過ぎず、本開示は下記の実施形態に限定されない。したがって、この実施形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
以下では特に断りがない限り、「振動方向」を上下方向、「スライド方向」を左右方向として説明する。さらに、筐体2の表面から操作部3が突出する向きを上方、第1位置(図5Aに示す位置)から第2位置(図5Dに示す位置)に移動するときのスライド片6の移動の向きを右方として説明する。つまり、図1A等において、「上」、「下」、「左」、「右」の矢印で示す通りに上下左右の各方向を規定する。また、以下では、図1Aの紙面に直交する方向を前後方向とし、手前側を前方として説明する。つまり、図2等において「前」、「後」の矢印で示す通りに前後の各方向を規定する。ただし、これらの方向は発電装置1の使用方向を規定する趣旨ではない。また、図面中の各方向を示す矢印は説明のために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。
また、本実施形態では、「振動方向」と「スライド方向」とは互いに直交することとして説明する。なお、ここでいう「直交」は、厳密に90度で交わる状態だけでなく、ある程度の誤差の範囲内で略直交する状態も含む意味である(以下、同様の意味で「直交」を用いる)。
(2.1)電子機器
まず、発電装置1を備えた電子機器10について、図1A〜図3を参照しながら説明する。
まず、発電装置1を備えた電子機器10について、図1A〜図3を参照しながら説明する。
電子機器10は、信号処理回路11を、筐体2内に有している。つまり、電子機器10は、発電装置1と筐体2を共有しており、1つの筐体2に対して、発電装置1の構成要素と電子機器10の構成要素とが設けられている。
筐体2は、合成樹脂製である。筐体2は、第1のケース21と、第2のケース22とを有している。第1のケース21及び第2のケース22は、いずれも開口部を有している。第1のケース21と第2のケース22とは、開口部の周縁部同士が接合されて、筐体2を構成している。ここでは、第1のケース21が下側、第2のケース22が上側となるように、第1のケース21と第2のケース22とは上下方向に組み合わされて接合されている。
第1のケース21と第2のケース22との接合は、例えば、レーザ溶着によって実現される。これにより、電子機器10では、第1のケース21と第2のケース22との接合箇所から、水などが筐体2内に浸入することを抑制できる。また、電子機器10は、発電装置1を備えているため、電池又はバッテリなどが不要である。すなわち、電子機器10の筐体2内には電池又はバッテリを収納するための空間が不要であり、筐体2には該空間へのアクセスを可能とする蓋も不要である。したがって、筐体2と蓋との隙間からの水の浸入も抑制可能である。そのため、本実施形態の電子機器10は、とくに屋外での使用に好適である。
信号処理回路11は、プリント基板13と、スイッチ12を含む電子部品と、を有している。電子部品はプリント基板13に実装されている。信号処理回路11は、スイッチ12の他、例えば、電源回路、制御回路、メモリ、及び送信回路などを構成する電子部品を含んでいる。
スイッチ12は、操作部3に連動しており、操作部3が押されている間だけスイッチ12がオン状態になる。つまり、操作者100(図5A参照)が操作部3を操作することで、スイッチ12がオンする。したがって、信号処理回路11では、操作部3の操作による操作者100からの指令を取得することができる。すなわち、操作部3は、発電装置1に発電させるための操作部と、信号処理回路11へ操作者100からの指令を与えるための操作部とを兼ねている。これにより、信号処理回路11へ操作者100からの指令を与えるための操作部が、発電装置1の操作部3とは別途に設けられる構成に比べて、部品点数が少なく抑えられる。なお、図5A等では、操作者100の手指を図示している。
以下に、操作部3及びスイッチ12の構成について、さらに詳しく説明する。本実施形態では、操作部3は、それぞれ筐体2に対して移動可能な複数(ここでは2つ)の操作子301,302を有している。図1Aに示すように、複数の操作子301,302は、左右方向に並べて配置されている。スイッチ12は、複数の操作子301,302に一対一で対応するように複数(ここでは2つ)設けられている。操作子301及びスイッチ12の組み合わせと、操作子302及びスイッチ12の組み合わせとでは、共通の構成を採用している。そのため、以下では、特に断りがない限り、操作子301及びスイッチ12について説明し、操作子302及びスイッチ12については、操作子301及びスイッチ12についての説明を読み替えて適用することとして説明を省略する。
操作子301は、第2のケース22に組み付けられている。操作子301は、ボタン31と、防水ゴム32と、ばね33とを有している。第2のケース22には、操作子301を取り付けるための貫通孔221が形成されている。ここでは、貫通孔221は、第2のケース22の上面に円形状に開口し、かつ第2のケース22を上下方向に貫通する孔である。なお、図1A、図5A〜図6Dにおいては、片方の操作子301の防水ゴム32の図示を省略している。
ボタン31は、合成樹脂製である。ボタン31は、突起311と、フランジ312と、一対の押圧片313とを有している。フランジ312は上下方向に扁平な円盤状である。突起311は、フランジ312の上面の中央部から上方に突出する円柱状に形成されている。一対の押圧片313は、フランジ312の外周面から前後方向の両側に突出している。ボタン31は、突起311が筐体2の内側から貫通孔221を貫通するように、第2のケース22に組み付けられている。これにより、少なくとも突起311の先端部(上端部)は、貫通孔221を通して、筐体2の上面から上方に突出する。
防水ゴム32は、第2のケース22の上面における貫通孔221の周縁部に固定されている。防水ゴム32は、ドーム状に形成され、貫通孔221及び突起311を覆っている。防水ゴム32は、防水ゴム32越しにボタン31を押すことができるように、十分な可撓性を有している。フランジ312の上面は、防水ゴム32又は第2のケース22の下面に対向する。すなわち、フランジ312が防水ゴム32又は第2のケース22の内面に当たることにより、筐体2の上面からの突起311の突出寸法が、規定寸法以下に規制される。なお、防水ゴム32と第2のケース22とは、例えば、2色成形などによって一体に成形されていることが好ましい。これにより、電子機器10では、防水ゴム32と第2のケース22との間に隙間が生じることを抑制でき、水などが筐体2内に浸入することを抑制できる。したがって、本実施形態の電子機器10は、とくに屋外での使用に好適である。
スイッチ12は、筐体2に収納されたプリント基板13の上面であって、ボタン31に対応する位置、つまり貫通孔221の下方に配置されている。ばね33は、ボタン31のフランジ312とスイッチ12との間に挟まれるように配置されている。
上記構成により、ボタン31が押されていない状態、つまり定常状態では、ばね33の弾性力によってボタン31は可動範囲の上端位置に位置する。このときの操作子301(操作部3)の位置を、以下では「基準位置」という。操作子301が基準位置にあれば、操作子301に対応するスイッチ12はオフである。ボタン31が押された状態では、基準位置からボタン31が下方に移動してばね33を圧縮し、ボタン31に印加された下向きの力がばね33を介してスイッチ12に伝達される。このときの操作子301(操作部3)の位置を、以下では「操作位置」という。操作子301が操作位置にあれば、スイッチ12はオンになる。ボタン31を押す力が無くなると、ばね33の弾性力によって操作子301は基準位置に復帰し、スイッチ12はオフになる。
要するに、操作部3は、操作者100の操作に応じて、上下方向に沿って基準位置と操作位置との間を直進移動する。そして、操作部3が、定常状態となる基準位置にあればスイッチ12はオフになり、操作部3が操作位置にあればスイッチ12はオンになる。このようにして、操作部3及びスイッチ12は、操作部3が押されている間だけスイッチ12がオン状態になるモーメンタリ型の押釦スイッチを構成する。
ところで、電子機器10は、信号処理回路11と圧電素子5との間に電気的に接続されるコンデンサを有することが好ましい。これにより、電子機器10は、圧電素子5が発電する電荷をコンデンサに貯めることができ、信号処理回路11の最低動作電圧以上の電圧を、信号処理回路11に安定して印加することができる。
(2.2)発電装置
次に、発電装置1の構成について、図1A〜図4を参照しながら説明する。なお、図4は、第2のケース22及び信号処理回路11を外した状態の電子機器10を示す、図1AのX1−X1断面図である。図1Aは、図4のX2−X2断面図である。
次に、発電装置1の構成について、図1A〜図4を参照しながら説明する。なお、図4は、第2のケース22及び信号処理回路11を外した状態の電子機器10を示す、図1AのX1−X1断面図である。図1Aは、図4のX2−X2断面図である。
本実施形態の発電装置1は、筐体2、操作部3、振動体4、圧電素子5、スライド片6、及び接触片7に加えて、スライダ60、復帰ばね8及び連動機構9をさらに有している。これらの発電装置1の構成要素のうち、筐体2及び操作部3については、発電装置1と電子機器10とで共用されている。
振動体4及び圧電素子5は、筐体2内に設けられている。振動体4は、平面視が左右方向に長い長方形状となる弾性板41を有している。弾性板41は、弾性を有する板材、例えば、ステンレス(SUS)などの金属板にて構成されている。圧電素子5は、図1Bに示すように、弾性板41の厚み方向(上下方向)の両面に取り付けられている。これにより、振動体4と圧電素子5とは一体に構成されている。圧電素子5は、例えば、接着により弾性板41に貼り付けられている。なお、図1B及び図7A以外では、圧電素子5の図示を省略する。
振動体4は、長手方向(左右方向)の一端部(本実施形態では左端部)を固定端、他端部(本実施形態では右端部)を自由端とする、片持ち梁構造を成す。片持ち梁状の振動体4は、弾性板41が撓むことにより、弾性板41の厚み方向である上下方向において、自由端である振動体4の右端部が振動可能である。そして、弾性板41が上下方向に振動することで、圧電素子5に歪みが加えられて、圧電素子5にて電力を発生する。つまり、上下方向(振動方向)における弾性板41の振動エネルギーが、圧電素子5にて電気エネルギーに変換される。
本実施形態では、弾性板41の固定端側の端部(左端部)は、第1のケース21に固定されることにより、筐体2に保持されている。具体的には、第1のケース21の内面に設けられた取付台211と、取付板212との間に、弾性板41の左端部が挟まれるようにして、弾性板41が筐体2に保持される。弾性板41には、取付孔42が形成されており、取付板212は、取付孔42を通して取付ねじ213にて取付台211に固定される。
接触片7は、振動体4に設けられている。本実施形態では、弾性板41の自由端側の端部(右端部)が、下方に向けて、正面視が所定の径の円弧状となるように曲げられた形状である。具体的には、弾性板41の右端部がカール曲げ加工されている。そして、円弧状に曲げられた部分が、接触片7を構成する。このように、本実施形態では振動体4と接触片7とは一体に構成されている。詳しくは後述するが、接触片7は、弾性板41の短手方向である「幅方向」に離間した複数箇所(本実施形態では2箇所)に設けられている。つまり、振動体4には、幅方向に離間した2つの接触片7が設けられている。ここでいう「幅方向」は、スライド方向(左右方向)と振動方向(上下方向)との両方に直交する方向であって、本実施形態では前後方向である。
また、図4に示すように、振動体4において一対の接触片7の各々の左側方には、幅方向における振動体4の寸法を、振動体4における他の部位よりも小さくする切欠部43が形成されている。切欠部43が形成されることにより、振動体4は、第1位置にある状態(図4の状態)のスライド片6との干渉を回避できる。
スライド片6は、スライダ60の一部である。スライダ60は、操作部3に連動し、かつ筐体2に対して、左右方向に直進移動するように構成されている。スライダ60は、筐体2内に収納されている。スライダ60は、合成樹脂製である。スライダ60は、矩形枠状に形成されている。
スライダ60は、矩形枠状の枠体61と、枠体61の下面から下方に突出する一対の突出片62とを有している。スライダ60は、第2のケース22と信号処理回路11(プリント基板13)との間に枠体61が位置するように、筐体2内に配置される。枠体61の上面のうち、ボタン31の押圧片313と対向する位置には、左方に向けて傾斜した傾斜面63が形成されている。本実施形態では、操作部3においてボタン31は2つ設けられており、押圧片313は1つのボタン31につき一対設けられているため、押圧片313は4つ存在する。そのため、傾斜面63は、4つの押圧片313に対応して4箇所に形成されている。また、押圧片313における傾斜面63との対向面は、傾斜面63に平行な押圧面314を構成する。
突出片62は、枠体61の前後方向の両端部に設けられている。一対の突出片62は、それぞれ前後方向(幅方向)を厚み方向とする板状であって、前後方向において互いに対向する。ここで、一対の突出片62の各々の左右方向の両側には、第1規制片214及び第2規制片215が設けられている。第1規制片214及び第2規制片215は、第1のケース21の上面から上方に向けて突出するように、第1のケース21に設けられている。
さらに、復帰ばね8は、枠体61の右側面と第2のケース22の内面との間に、圧縮された状態で設けられている。これにより、復帰ばね8は、スライダ60を左右方向の一方(本実施形態では左方)に押す向きの力を、スライダ60に作用させる。
上述したような構成により、スライダ60は、操作部3の操作に連動し、筐体2に対して左右方向に移動する。すなわち、操作部3が、上下方向に沿って基準位置と操作位置との間を直進移動すると、これに伴って、スライダ60は、上下方向と交差する左右方向に移動する。
具体的には、操作部3が押されていない状態、つまり定常状態では、復帰ばね8の弾性力によってスライダ60は可動範囲の左端位置に位置する。このときのスライダ60の位置を、以下では「始端位置」という。一方、操作部3が押されて基準位置から操作位置に移動すると、ボタン31が下方に移動するため、ボタン31の押圧面314が、スライダ60の傾斜面63に押し付けられる。この状態でボタン31が下方に移動すると、スライダ60は、傾斜面63にて押圧面314から右向きの力を受け、右方へ直進移動する。これにより、復帰ばね8を圧縮しながらスライダ60は可動範囲の右端位置まで移動する。このときのスライダ60の位置を、以下では「終端位置」という。そして、操作部3を押す力が無くなると、操作部3は基準位置に復帰するので、ボタン31が上方に移動する。このとき、ボタン31の押圧面314が、スライダ60の傾斜面63を押す力は無くなるため、復帰ばね8の弾性力によってスライダ60は始端位置に復帰する。さらに、スライダ60が始端位置へ復帰する際、復帰ばね8の弾性力によってスライダ60が左方に移動すると、ボタン31は、押圧面314にて傾斜面63から左向きの力を受け、上方へ直進移動する。
要するに、本実施形態では、押圧面314が傾斜面63に押し付けられることで、操作部3の移動がスライダ60へと伝達され、操作部3にスライダ60が連動する。言い換えれば、押圧面314及び傾斜面63は、操作部3にスライダ60を連動させる連動機構9を構成する。本実施形態では、上下方向(振動方向)への操作部3の移動が、連動機構9によって、上下方向(振動方向)に直交する左右方向(スライド方向)へのスライダ60の移動に変換されている。このように、操作部3のボタン31は、スイッチ12のオンオフを切り替えることに加えて、スライダ60をスライドさせる機能を有している。
本実施形態では、上述したように操作部3は、それぞれ筐体2に対して移動可能な2つの操作子301,302を有している。そして、押圧面314及び傾斜面63は、2つのボタン31に対応するように4組設けられている。つまり、連動機構9は、複数の操作子301,302のうち少なくとも1つの操作子の移動によって、スライド片6を左右方向に移動させるように構成されている。
また、一対の突出片62の各々の左右方向の両側には、第1規制片214及び第2規制片215が設けられているので、左右方向におけるスライダ60の可動範囲は、第1規制片214及び第2規制片215にて規制される。つまり、一対の突出片62の各々が第1規制片214に接触する位置が、スライダ60の可動範囲の左端位置(始端位置)となる。一方、一対の突出片62の各々が第2規制片215に接触する位置が、スライダ60の可動範囲の右端位置(終端位置)となる。
ところで、一対の突出片62は、振動体4の自由端側の端部(右端部)の、前後方向の両側に位置する。一対の突出片62の各々における、振動体4との対向面には、スライド片6が形成されている。スライド片6はスライダ60の一部であるから、スライダ60が操作部3に連動する以上、スライド片6は操作部3に連動する。そして、スライド片6は、筐体2に対して、左右方向において第1位置と第2位置との間で直進移動する。
ここにおいて、操作部3が基準位置にあるときのスライド片6の位置を、本実施形態ではスライド片6の「第1位置」とする。一方、操作部3が操作位置にあるときのスライド片6の位置を、本実施形態ではスライド片6の「第2位置」とする。つまり、スライダ60が始端位置にあるときのスライド片6の位置が「第1位置」であり、スライダ60が終端位置にあるときのスライド片6の位置が「第2位置」である。
ここで、接触片7は、スライド片6が直進移動する際のスライド片6の軌道上に位置している。すなわち、スライド片6は、図1Aに示すように、左右方向において接触片7と対向する位置に設けられている。ただし、ここでいう接触片7の位置は、振動体4が振動していない状態での接触片7の位置である。接触片7は、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する際、スライド片6に接触してスライド片6を乗り越えることで上下方向に移動する。
つまり、本実施形態において、スライド片6が第1位置にある状態では、図1Bに示すように、スライド片6は接触片7の左側に位置する。そして、スライド片6が左右方向に沿って第1位置から第2位置に移動すると、スライド片6は、接触片7に対して相対的に右方に移動する。このとき、スライド片6は、左右方向において接触片7を通過し、接触片7の右側へと移動する。言い換えれば、スライド片6が第1位置から第2位置に移動すると、接触片7とスライド片6との相対的な位置関係は入れ替わる。スライド片6が第1位置にあれば、接触片7はスライド片6の右側に位置し、スライド片6が第2位置にあれば、接触片7はスライド片6の左側に位置する。
さらに詳しく説明すると、スライド片6の前後方向に直交する断面形状は、図1Bに示すような形状である。ここでは、スライド片6のうち上下方向の一面(本実施形態では上面)は、スライド片6が第1位置にあるときに左右方向において接触片7と対向するように、左右方向に対して傾斜した第1のガイド面601である。すなわち、スライド片6が第1位置にある状態では接触片7はスライド片6の右側にあるので、スライド片6の上面は、右方に向けて傾斜した第1のガイド面601を構成する。また、スライド片6のうち上下方向の一面(本実施形態では下面)は、スライド片6が第2位置にあるときに左右方向において接触片7と対向するように、左右方向に対して傾斜した第2のガイド面602である。すなわち、スライド片6が第2位置にある状態では接触片7はスライド片6の左側にあるので、スライド片6の下面は、左方に向けて傾斜した第2のガイド面602を構成する。
本実施形態では、スライド片6の右側面(第1の端面)と左側面(第2の端面)とは、いずれも左右方向に直交する平面であって、互いに平行である。さらに、スライド片6の右側面の上端縁と左側面の上端縁とを繋ぐ第1のガイド面601と、スライド片6の右側面の下端縁と左側面の下端縁とを繋ぐ第2のガイド面602とは、平行である。したがって、スライド片6の前後方向に直交する断面形状は、図1Bに示すような平行四辺形状となる。スライド片6の4つの角部(左上角部、左下角部、右上角部、及び右下角部)は、R(アール)加工され、曲面状に形成されている。ただし、スライド片6の角部が曲面状に形成されていることは、発電装置1に必須の構成ではない。
ここで、スライド片6の左右方向の寸法は、第1位置から第2位置へ移動する際のスライド片6の移動量に関係し、スライド片6の上下方向の寸法は、接触片7の変位量に関係する。したがって、スライド片6の移動量を小さく抑えながらも、振動体4の振動の振幅を大きく確保するためには、スライド片6の左右方向の寸法に比べて、スライド片6の上下方向の寸法が大きいことが好ましい。要するに、スライド片6の前後方向に直交する断面のアスペクト比(縦横比)が大きい程、スライド片6の移動量に対して振動体4の振動の振幅を大きく確保することができる。本実施形態では、スライド片6の右側面及び左側面がいずれも上下方向に沿って切り立っていることで、スライド片6の左右方向の寸法を比較的小さく抑えている。これにより、スライド片6の左右方向の移動量を小さく抑えることができる。
また、本実施形態の発電装置1の組み立てに際しては、まず第1のケース21に振動体4が組み付けられ、第2のケース22に操作部3が組み付けられることが好ましい。次に、第1のケース21には、さらに信号処理回路11(プリント基板13)が固定される。ここで、プリント基板13は、例えば熱かしめによって、第1のケース21に固定される。一方、第2のケース22には、スライダ60及び復帰ばね8が組み込まれる。その後、第1のケース21が第2のケース22に組み合わされ、両者が接合されることによって、発電装置1が組み立てられる。
(2.3)動作
以下、本実施形態の発電装置1及び電子機器10の動作について、図5A〜図7Bを参照して説明する。図7Aは、スライド片6が矢印a1の向き(右方)に移動して第1位置から第2位置へと移動する際の、接触片7の動きを表す概略図である。図中のP11〜P16で示す円(2点鎖線)は接触片7の外周を含む仮想円であって、接触片7の位置を時系列順に表している。図7Bは、スライド片6が矢印a2の向き(左方)に移動して第2位置から第1位置へと移動する際の、接触片7の動きを表す概略図である。図中のP21〜P26で示す円(2点鎖線)は接触片7の外周を含む仮想円であって、接触片7の位置を時系列順に表している。
以下、本実施形態の発電装置1及び電子機器10の動作について、図5A〜図7Bを参照して説明する。図7Aは、スライド片6が矢印a1の向き(右方)に移動して第1位置から第2位置へと移動する際の、接触片7の動きを表す概略図である。図中のP11〜P16で示す円(2点鎖線)は接触片7の外周を含む仮想円であって、接触片7の位置を時系列順に表している。図7Bは、スライド片6が矢印a2の向き(左方)に移動して第2位置から第1位置へと移動する際の、接触片7の動きを表す概略図である。図中のP21〜P26で示す円(2点鎖線)は接触片7の外周を含む仮想円であって、接触片7の位置を時系列順に表している。
まず、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する際の発電装置1の動作について、図5A〜図5Dを用いて説明する。図5A〜図5Dでは、2つの操作子301,302のうちの一方の操作子301が操作された場合の動作を例示しており、2つの操作子301,302の間で電子機器10を左右方向に二分し左側部分の図示を省略している。
すなわち、操作者100が、操作部3を操作していない状態では、図5Aに示すように、スライド片6は第1位置に位置する。このとき、操作部3(ボタン31)は基準位置に位置し、スライダ60は始端位置に位置する。スイッチ12はオフである。この状態では、スライド片6は接触片7との間に隙間G1(図7A参照)を有している。
操作者100が、操作部3を操作する(ボタン31を押す)と、図5Bに示すように、操作部3(ボタン31)が基準位置から下方に移動し、これに連動して、スライダ60は始端位置から右方に移動する。そのため、スライダ60に設けられたスライド片6は第1位置から右方に移動する。スライド片6は、接触片7に対して相対的に右方に移動するので、スライド片6と接触片7との間の隙間G1が無くなって、スライド片6が接触片7に接触する。このとき、スライド片6は第1のガイド面601にて接触片7に接触する。したがって、スライド片6が右方に移動することで、接触片7は、振動体4を撓ませながら、第1のガイド面601に沿って上方に変位する。
図5Bの状態からさらに、操作者100が操作部3(ボタン31)を押し込むと、操作部3(ボタン31)がさらに下方に移動し、これに連動して、スライダ60はさらに右方に移動する。そのため、接触片7は、振動体4を撓ませながら、第1のガイド面601に沿って上方へと変位し続け、図5Cに示すように、第1のガイド面601の左端縁に到達する。このとき、図5Aに示す状態からの接触片7の上下方向の変位量、及び振動体4の撓み量は最大となる。つまり、図5Cに示す状態での接触片7の上下方向の変位量は最大変位量L1(図7A参照)となる。
図5Cの状態からさらに、操作者100が操作部3(ボタン31)を押し込むと、操作部3(ボタン31)がさらに下方に移動し、これに連動して、スライダ60はさらに右方に移動する。そして、図5Dに示すように、操作部3(ボタン31)は操作位置に移動し、スライダ60は終端位置に移動する。これにより、スイッチ12はオンになる。図5Cの状態から図5Dの状態にかけて、接触片7は第1のガイド面601の左端縁、つまり第1のガイド面601と左側面との間の角を越えるため、接触片7は第1のガイド面601から離れて弾かれる。すなわち、図5Dの状態では、スライド片6が接触片7の右側に抜けるため、下方から接触片7を変位させていたスライド片6による支えが無くなり、接触片7は、振動体4の弾性力によって下方に弾かれる。
要するに、スライド片6が第1位置から第2位置へと移動する際、スライド片6と接触片7との相対的な位置関係は、図7Aに示すように変化する。つまり、スライド片6が第1位置にある状態では、スライド片6に対して接触片7は「P11」で示す位置にあり、スライド片6と接触片7との間には隙間G1が確保されている。このときの接触片7の中心軸(仮想円P11の中心)を通り、かつ上下方向に直交する仮想平面を、基準平面S1とする。この状態から、スライド片6が矢印a1で示す向きに移動すると、接触片7は「P12」,「P13」で示すように、第1のガイド面601に沿って上方へと変位する。
そして、接触片7はスライド片6の上端、つまり「P14」で示す位置まで移動した後、接触片7は「P15」,「P16」で示すように、下方へと変位する。ここで、接触片7が「P14」で示す位置から「P16」で示す位置に移動する際には、撓んだ状態の振動体4の弾性力によって、接触片7は勢いよく下方に弾かれる。そのため、スライド片6が第2位置に移動した以降、つまり接触片7が「P16」で示す位置に移動した以降も、接触片7は、振動体4の弾性によって上下方向の振動を継続する。なお、接触片7の振動は徐々に減衰するため、接触片7の振動が無くなると、接触片7は「P16」で示す位置、つまり接触片7の中心軸(仮想円P16の中心)が基準平面S1を通る位置にて停止する。
このように、スライド片6が第1位置から第2位置へと移動すると、スライド片6が左右方向において接触片7を通過する際、スライド片6に接触した接触片7は、スライド片6を乗り越えるようにして上下方向に移動する。接触片7は振動体4に設けられているので、スライド片6が接触片7を通過した後、振動体4は上下方向に振動し、振動体4の振動エネルギーは、圧電素子5によって電気エネルギーに変換される。その結果、発電装置1は発電する。
次に、スライド片6が第2位置から第1位置に移動する際の発電装置1の動作について、図6A〜図6Dを用いて説明する。図6A〜図6Dでは、2つの操作子301,302のうちの一方の操作子301が操作された場合の動作を例示しており、2つの操作子301,302の間で電子機器10を左右方向に二分し左側部分の図示を省略している。
すなわち、操作者100が、操作部3を操作している(ボタン31を押している)状態では、図6Aに示すように、スライド片6は第2位置に位置する。このとき、操作部3(ボタン31)は操作位置に位置し、スライダ60は終端位置に位置する。スイッチ12はオンである。この状態では、スライド片6は接触片7との間に隙間G2(図7B参照)を有している。
操作者100による操作部3の操作が解除される(ボタン31から手指を離す)と、図6Bに示すように、スライダ60は復帰ばね8の弾性力によって終端位置から左方に移動し、これに連動して、操作部3(ボタン31)が操作位置から上方に移動する。そのため、スライダ60に設けられたスライド片6は第2位置から左方に移動する。スライド片6は、接触片7に対して相対的に左方に移動するので、スライド片6と接触片7との間の隙間G2が無くなって、スライド片6が接触片7に接触する。このとき、スライド片6は第2のガイド面602にて接触片7に接触する。したがって、スライド片6が左方に移動することで、接触片7は、振動体4を撓ませながら、第2のガイド面602に沿って下方に変位する。
スライダ60は、図6Bの状態からさらに左方に移動する。そのため、接触片7は、振動体4を撓ませながら、第2のガイド面602に沿って下方へと変位し続け、図6Cに示すように、第2のガイド面602の右端縁に到達する。このとき、図6Aに示す状態からの接触片7の上下方向の変位量、及び振動体4の撓み量は最大となる。つまり、図6Cに示す状態での接触片7の上下方向の変位量は最大変位量L2(図7B参照)となる。
スライダ60は、図6Cの状態からさらに左方に移動し、これに連動して、操作部3(ボタン31)はさらに上方に移動する。そして、図6Dに示すように、操作部3(ボタン31)は基準位置に移動し、スライダ60は始端位置に移動する。これにより、スイッチ12はオフになる。図6Cの状態から図6Dの状態にかけて、接触片7は第2のガイド面602の右端縁、つまり第2のガイド面602と右側面との間の角を越えるため、接触片7は第2のガイド面602から離れて弾かれる。すなわち、図6Dの状態では、スライド片6が接触片7の左側に抜けるため、上方から接触片7を変位させていたスライド片6による支えが無くなり、接触片7は、振動体4の弾性力によって上方に弾かれる。
要するに、スライド片6が第2位置から第1位置へと移動する際、スライド片6と接触片7との相対的な位置関係は、図7Bに示すように変化する。つまり、スライド片6が第2位置にある状態では、スライド片6に対して接触片7は「P21」で示す位置にあり、スライド片6と接触片7との間には隙間G2が確保されている。このときの接触片7の中心軸(仮想円P21の中心)を通り、かつ上下方向に直交する仮想平面を、基準平面S1とする。この状態から、スライド片6が矢印a2で示す向きに移動すると、接触片7は「P22」,「P23」で示すように、第2のガイド面602に沿って下方へと変位する。
そして、接触片7はスライド片6の下端、つまり「P24」で示す位置まで移動した後、接触片7は「P25」,「P26」で示すように、上方へと変位する。ここで、接触片7が「P24」で示す位置から「P26」で示す位置に移動する際には、撓んだ状態の振動体4の弾性力によって、接触片7は勢いよく上方に弾かれる。そのため、スライド片6が第1位置に移動した以降、つまり接触片7が「P26」で示す位置に移動した以降も、接触片7は、振動体4の弾性によって上下方向の振動を継続する。なお、接触片7の振動は徐々に減衰するため、接触片7の振動が無くなると、接触片7は「P26」で示す位置、つまり接触片7の中心軸(仮想円P26の中心)が基準平面S1を通る位置にて停止する。
このように、スライド片6が第2位置から第1位置へと移動すると、スライド片6が左右方向において接触片7を通過する際、スライド片6に接触した接触片7は、スライド片6を乗り越えるようにして上下方向に移動する。接触片7は振動体4に設けられているので、スライド片6が接触片7を通過した後、振動体4は上下方向に振動し、振動体4の振動エネルギーは、圧電素子5によって電気エネルギーに変換される。その結果、発電装置1は発電する。
以上説明したように、本実施形態の発電装置1及び電子機器10では、操作者100が操作部3を操作することに伴い、操作部3は、図5Aに示す基準位置から図5Dに示す操作位置へ移動し、その後に基準位置へ復帰する。このような、操作部3が一連の動きをする間に、スライダ60は左右方向に沿って、始端位置と終端位置との間を直線的に往復移動する。スライダ60が往復移動する間、スライド片6は第1位置と第2位置との間を往復移動する。つまり、スライド片6は、第1位置から第2位置へ移動し、その後、向きを転換して第2位置から第1位置へ移動する。そして、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する「往路」と、スライド片6が第2位置から第1位置へ移動する「復路」との両方において、発電装置1は発電する。
ここで、振動体4が振動して圧電素子5が発電する時間は、振動体4の振動数にもよるが、例えば、10ms程度でも十分である。つまり、振動体4の振動数が十分高ければ、比較的短い時間であっても、十分な発電が可能である。そのため、操作者100が操作部3を操作し、操作部3を基準位置から操作位置へ移動させた後すぐに、操作者100による操作部3の操作が解除されても、発電装置1は、スライド片6が第2位置にある僅かな時間で発電が可能である。
本実施形態では、スライド片6が第1位置から第2位置へと移動する際の上下方向への接触片7の最大変位量L1と、スライド片6が第2位置から第1位置へと移動する際の上下方向への接触片7の最大変位量L2とは、等しい。つまり、スライド片6を上下方向に2等分する位置に基準平面S1が位置するように、上下方向におけるスライド片6と接触片7との相対的な位置関係が規定されている。ただし、ここでいう「等しい」は、厳密に等しい状態だけでなく、ある程度の誤差の範囲内で略等しい状態も含む意味である。
また、本実施形態の電子機器10では、操作部3が基準位置から操作位置に移動することで、スイッチ12がオンになる。そして、操作部3が操作位置から基準位置に移動することで、スイッチ12がオフになる。つまり、操作部3の操作に伴い、スイッチ12の状態はオフ、オン、オフの順で変化し、これにより信号処理回路11に規定の信号が入力される。この構成によれば、操作者100は、操作部3の操作により、発電装置1での発電を開始して信号処理回路11を動作させることに加えて、信号処理回路11に規定の信号を入力することができる。
ここで、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する「往路」において発電装置1が発電した電力によって、信号処理回路11が起動する。つまり、スイッチ12がオンになる時点では、信号処理回路11は既に起動している。したがって、信号処理回路11はスイッチ12がオンしたことを検知可能である。なお、信号処理回路11に規定の信号が入力されることにより、信号処理回路11が動作を開始してもよい。この場合、信号処理回路11の一部に電源を供給するための起動スイッチが設けられる。起動スイッチに対して、規定の信号が入力されることで、信号処理回路11の一部が起動する。
(3)効果
以上説明した本実施形態の発電装置1によれば、スライド片6がスライド方向(左右方向)に沿って第1位置から第2位置へと移動するのに伴って、振動体4を振動方向(上下方向)に振動させることができる。このときのスライド片6のスライド方向への移動量は、接触片7がスライド片6を乗り越えられるように、スライド方向におけるスライド片6の寸法にスライド方向における接触片7の寸法を加えた値以上であればよい。すなわち、スライド片6のスライド方向への移動量は、接触片7がスライド片6を乗り越えられる長さだけあればよい。そして、スライド片6の移動量と振動体4の振動の振幅とは直接的には関係しないので、スライド片6の移動量を小さくしても、発電量の低下には直結しない。そのため、スライド片6を移動させるためのスペースを小さくできる。したがって、小型化を図りながらも発電量の低下を抑制可能な発電装置1が実現される。
以上説明した本実施形態の発電装置1によれば、スライド片6がスライド方向(左右方向)に沿って第1位置から第2位置へと移動するのに伴って、振動体4を振動方向(上下方向)に振動させることができる。このときのスライド片6のスライド方向への移動量は、接触片7がスライド片6を乗り越えられるように、スライド方向におけるスライド片6の寸法にスライド方向における接触片7の寸法を加えた値以上であればよい。すなわち、スライド片6のスライド方向への移動量は、接触片7がスライド片6を乗り越えられる長さだけあればよい。そして、スライド片6の移動量と振動体4の振動の振幅とは直接的には関係しないので、スライド片6の移動量を小さくしても、発電量の低下には直結しない。そのため、スライド片6を移動させるためのスペースを小さくできる。したがって、小型化を図りながらも発電量の低下を抑制可能な発電装置1が実現される。
さらに、回転体(特許文献1の歯車、特許文献2の回転錘及び加振レバー)を必須とする発電装置では、回転体を回転させるための回転軸及び軸受といった比較的複雑な構造が必要である。これに対して、本実施形態の発電装置1であれば、スライド片6を直進移動させればよいので、比較的簡単な構造で振動体4を振動させることが可能である。
また、本実施形態のように、スライド片6のうち振動方向の一面は、スライド片6が第1位置にあるときにスライド方向において接触片7と対向するように、スライド方向に対して傾斜した第1のガイド面601であることが好ましい。この構成によれば、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する際、スライド片6は第1のガイド面601にて接触片7に接触する。したがって、スライド片6が第1位置から第2位置に移動する際、スライド片6は、振動体4を撓ませながら、第1のガイド面601に沿って接触片7を振動方向に徐々に変位させることができる。ただし、この構成は発電装置1に必須の構成ではなく、第1のガイド面601は省略されてもよい。
また、本実施形態のように、スライド片6のうち振動方向の一面は、スライド片6が第2位置にあるときにスライド方向において接触片7と対向するように、スライド方向に対して傾斜した第2のガイド面602であることが好ましい。この構成によれば、スライド片6が第2位置から第1位置に移動する際、スライド片6は第2のガイド面602にて接触片7に接触する。したがって、スライド片6が第2位置から第1位置に移動する際、スライド片6は、振動体4を撓ませながら、第2のガイド面602に沿って接触片7を振動方向に徐々に変位させることができる。よって、スライド片6が第2位置から第1位置へ移動する際にも、振動体4を振動させることができ、圧電素子5にて発電可能となる。その結果、スライド片6が第1位置と第2位置との間を往復移動する間の、発電装置1での発電量が増加する。しかも、スライド片6の往路と復路とでスライド片6及び接触片7が共用されるので、スライド片6の往路と復路とで、別々に振動体4を振動させるための構成を設ける必要がなく、発電装置1の小型化につながる。ただし、この構成は発電装置1に必須の構成ではなく、第2のガイド面602は省略されてもよい。
また、本実施形態のように、発電装置1は、スライド片6が第2位置にあるときにスライド片6を第1位置へと移動させる向きの力をスライド片6に作用させる復帰ばね8を、さらに有することが好ましい。この構成によれば、スライド片6が第1位置から第2位置へと移動した後、復帰ばね8の弾性力によって、スライド片6が第1位置へと自動的に復帰(移動)する。したがって、発電装置1は、繰り返し発電することができる。ただし、この構成は発電装置1に必須の構成ではなく、復帰ばね8は省略されてもよい。
この場合に、本実施形態のように、操作部3は、基準位置から操作位置へと移動可能であることが好ましい。この場合、スライド片6は、操作部3が基準位置にあるときに第1位置に位置し、操作部3が操作位置にあるときに第2位置に位置するように、操作部3に連動することが好ましい。この場合、復帰ばね8は、操作部3が操作位置にあるときに操作部3を基準位置へと移動させる向きの力を操作部3に作用させることが好ましい。この構成によれば、操作部3が基準位置から操作位置へと移動した後、復帰ばね8の弾性力によって、操作部3が基準位置へと自動的に復帰(移動)する。したがって、操作者100は、操作部3を操作位置から基準位置へ戻すための操作を行う必要がない。ただし、この構成は発電装置1に必須の構成ではなく、操作部3は復帰ばね8の弾性力によって復帰しなくてもよい。
また、本実施形態のように、発電装置1は、操作部3にスライド片6を連動させる連動機構9を、さらに有し、操作部3は、それぞれ筐体2に対して移動可能な複数の操作子301,302を有することが好ましい。この場合、連動機構9は、複数の操作子301,302のうち少なくとも1つの操作子の移動によって、スライド片6をスライド方向に移動させることが好ましい。この構成によれば、複数の操作子301,302に対して、スライド片6を共用できるので、発電装置1を構成する部品の点数を少なく抑えることができる。したがって、発電装置1の組立工数を少なく抑えることができる。ただし、この構成は発電装置1に必須の構成ではなく、複数の操作子301,302に対応して、複数のスライド片6が設けられていてもよい。
また、本実施形態のように、スライド方向と振動方向とは直交することが好ましい。この構成によれば、スライド方向へのスライド片6の移動量をより小さく抑えることでき、発電装置1の小型化につながる。
また、本実施形態のように、スライド片6が第1位置から第2位置へ移動する際の振動方向への接触片7の最大変位量L1と、スライド片6が第2位置から第1位置へ移動する際の振動方向への接触片7の最大変位量L2とは、等しいことが好ましい。この構成によれば、スライド片6が第1位置から第2位置へ移動する際と、スライド片6が第2位置から第1位置へ移動する際とで、振動体4の振動の振幅が等しくなる。その結果、スライド片6が第1位置から第2位置へ移動する際と、スライド片6が第2位置から第1位置へ移動する際とで、発電装置1は発電量を等しくできる。
また、本実施形態のように、スライド片6は、第1位置と第2位置との各々において、接触片7との間に隙間G1,G2を有して配置されることが好ましい。この構成によれば、スライド片6が第1位置と第2位置との各々に位置するときに、接触片7がスライド片6に接触することを回避できる。したがって、スライド片6に接触片7が接触することにより、振動体4の振動が減衰することを抑制でき、結果的に、圧電素子5での発電量が増加する。ただし、この構成は発電装置1に必須の構成ではなく、スライド片6は、第1位置と第2位置との少なくとも一方において接触片7に接触してもよい。
また、本実施形態のように、筐体2は、振動体4を保持する第1のケース21と、第2のケース22と、を有することが好ましい。第2のケース22は、操作部3の一部を筐体2の外部へ露出させた状態で操作部3が取り付けられ、第1のケース21と結合されて、第1のケース21と共に筐体2を構成する。この構成によれば、発電装置1の組み立てに際し、振動体4が組み付けられた第1のケース21と、操作部3が組み付けられた第2のケース22とを結合することで、発電装置1を組み立てることができる。したがって、発電装置1の組立工数の削減を図ることができる。
この場合、本実施形態のように、スライド片6は、操作部3に連動し、かつ筐体2に対して、スライド方向に直進移動するスライダ60の一部であって、スライダ60は、第2のケース22内に収納されていることが好ましい。この構成によれば、第2のケース22内にスライダ60が収納された状態で、第1のケース21と第2のケース22とを結合することで、発電装置1を組み立てることができる。したがって、発電装置1の組立工数の削減を図ることができる。
また、本実施形態のように、接触片7及びスライド片6の組み合わせは、筐体2内において、スライド方向と振動方向との両方に直交する幅方向に離間した複数箇所に設けられていることが好ましい。この構成によれば、幅方向の複数箇所(実施形態1では両側、つまり2箇所)に接触片7及びスライド片6の組み合わせがあることで、振動体4は幅方向の複数箇所で振動方向に弾かれることになる。したがって、振動体4が幅方向の1箇所で弾かれる場合に比べて、振動体4の振動が安定する。
また、本実施形態のように、電子機器10は、発電装置1と、発電装置1の圧電素子5に電気的に接続された信号処理回路11と、を有することが好ましい。この構成によれば、小型化を図りながらも発電量の低下を抑制可能な電子機器10が実現される。さらに、電子機器10においては、信号処理回路11を駆動するための電池などの低容量化、又は省略を図ることができる。
また、本実施形態のように、信号処理回路11は、筐体2内に収納されており、操作部3に連動してオンオフが切り替わるスイッチ12を有することが好ましい。この構成によれば、信号処理回路11は、スイッチ12により操作部3の操作状態を検知し、操作者100からの入力を受け付けることができる。
(4)変形例
以下、実施形態1の変形例を列挙する。
以下、実施形態1の変形例を列挙する。
発電装置1の動作機構は、実施形態1のように、操作部3が押されている間だけスイッチ12がオン状態になるモーメンタリ型の動作機構に限らない。発電装置1の動作機構は、例えば、操作部3を押す力が取り除かれてもスイッチ12がオン状態を維持するオルタネート型の動作機構であってもよい。オルタネート型であれば、操作部3が1回押されると、スライド片6が第1位置から第2位置に移動し、操作部3が再度押されると、スライド片6が第2位置から第1位置に移動する。スイッチ12は、実施形態1のように常開型のスイッチに限らず、操作部3が押されていないときにオンであり、操作部3が押されるとオフになる、常閉型のスイッチであってもよい。
また、スライド片6の形状は、実施形態1の形状に限らず、適宜変更可能である。例えば、第1のガイド面601及び第2のガイド面602は、それぞれスライド片6の振動方向の一面に設けられていればよく、第1のガイド面601及び第2のガイド面602が、スライド片6の同一面に設けられていてもよい。つまり、スライド片6の幅方向に直交する断面形状は、例えば上方に凸となる三角形状であってもよい。この場合、第1のガイド面601及び第2のガイド面602の両方がスライド片6の上面に設けられることになる。これにより、スライド片6が第1位置から第2位置へ移動する際と、スライド片6が第2位置から第1位置へ移動する際とのいずれにおいても、接触片7は振動方向の一方(上方)へ変位する。
さらに、スライド片6は、第2のガイド面602が省略されてもよい。この場合、スライド片6が第1位置から第2位置へ移動する際にのみ、接触片7(振動体4)を振動させるように構成されてもよい。この構成では、発電装置1は、スライド方向の一方へのスライド片6の移動時にのみ、発電を行うことになる。
さらにまた、スライド片6は、第1のガイド面601及び第2のガイド面602の両方が省略されてもよい。具体的には、スライド片6の幅方向に直交する断面形状が、例えば円形状、又は楕円形状であってもよい。この構成においても、スライド片6がスライド方向に沿って移動するのに伴い、スライド片6に接触した接触片7が、スライド片6を乗り越えるようにして振動方向に移動することで、振動体4が振動方向に振動する。
また、筐体2は、第1のケース21と第2のケース22とを有することは必須でなく、例えば、1つのケース、又は3つ以上のケースで筐体2が構成されていてもよい。また、複数のケースで筐体2が構成される場合、複数のケース間の接合は、実施形態1で説明したようなレーザ溶着に限らず、例えば、超音波溶着や熱溶着、又は溶剤による溶着などで実現されてもよい。
また、振動体4の振動の振幅を大きく確保するために、弾性板41の自由端側の端部(本実施形態では右端部)に錘が装着されていることが好ましい。錘は接触片7と別途に設けられていなくてもよく、接触片7が錘と兼用されていてもよい。
また、接触片7及びスライド片6の組み合わせが、幅方向に離間した2箇所に設けられる構成は、発電装置1に必須の構成ではなく、接触片7及びスライド片6の組み合わせは1組以上あればよい。例えば、幅方向における振動体4の中央部に孔を形成し、孔の周縁の一部が接触片7が設けられていてもよい。この場合、スライダ60には、この孔に挿入される突起が形成され、突起の先端部にスライド片6が設けられる。
また、接触片7は、振動体4における自由端側の端部(実施形態1では右端部)に設けられているが、この構成に限らず、例えば、接触片7は振動体4におけるスライド方向の中央部に設けられていてもよい。
また、実施形態1では、振動体4は、正面視で略直線状となる平板であるが、この構成に限らず、振動体4は、一部が湾曲した形状、又は折れ曲がった形状であってもよい。
また、操作部3は、筐体2の上面に設けられる構成に限らず、筐体2の側面、又は下面に設けられていてもよい。筐体2の側面に操作部3が設けられる場合において、操作部3は、スライド方向に沿って基準位置と操作位置との間を移動してもよい。この場合、操作部3とスライダ60とは一体化されていてもよい。さらに、操作部3は押ボタン構造に限らず、例えば、スライド構造、又はシーソー構造などでもよい。いずれの場合でも、スライド片6は、操作部3に連動してスライド方向に移動するように構成される。操作部3がスライド構造である場合、操作部3とスライダ60とは一体化されていてもよい。
また、操作部3は、実施形態1のように、2つの操作子301,302を有する構成に限らず、3つ以上の操作子を有していてもよい。又は、操作部3は、操作子を1つだけ有していてもよく、この場合には、操作子と操作部3とは同義になる。
また、操作部3が基準位置から操作位置へと移動するときに、スライド片6が第1位置から第2位置へと移動する構成に限らず、操作部3が基準位置から操作位置へと移動するときに、スライド片6が第2位置から第1位置へと移動してもよい。すなわち、スライド片6は、操作部3に連動してスライド方向に移動すればよく、操作部3が操作された(ボタン31が押された)ときに、第2位置から第1位置へ移動する構成であってもよい。
また、実施形態1では、接触片7のスライド方向の延長線上にスライド片6の中心が配置されているが、スライド片6の中心は、接触片7のスライド方向の延長線上からずれていてもよい。つまり、スライド片6が第1位置から第2位置へ移動する際の振動方向への接触片7の最大変位量L1と、スライド片6が第2位置から第1位置へ移動する際の振動方向への接触片7の最大変位量L2とは、異なっていてもよい。
また、スライド方向と振動方向とは直交していなくてもよい。つまり、実施形態1では、スライド方向に平行して振動体4が配置されているが、この構成に限らず、振動体4はスライド方向に対して傾斜していてもよい。
また、連動機構9は、押圧面314及び傾斜面63に限らず、スライド片6を操作部3に連動させる構成であればよい。例えば、連動機構9は、スライド方向に沿った操作部3の移動に連動して、スライド方向へスライダ60を移動させる構成であってもよい。
発電装置1は、電子機器10に用いられる構成に限らず、発電装置1単体で、又は電子機器10以外の器具及び設備などに組み込まれて、用いられてもよい。
また、電子機器10においては、実施形態1のように、信号処理回路11が筐体2内に収納される構成に限らず、信号処理回路11の一部又は全てが、筐体2外に設けられていてもよい。信号処理回路11は、電源回路、制御回路、メモリ、及び通信回路などに限らず、例えば、センサ、AD変換器、DA変換器、及び受信回路などを構成する電子部品を含んでいてもよい。
また、信号処理回路11のスイッチ12は操作部3に連動していなくてもよく、例えば、発電装置1の操作部3とは別に、スイッチ12を操作するための操作部が設けられていてもよい。スイッチ12は、プリント基板13に実装される構成に限らず、例えば、プリント基板13に形成された導体層を用いたメンブレンスイッチであってもよい。
また、電子機器10は、屋外用途に限らず、防水構造であることは必須の構成でない。したがって、操作部3においては、防水ゴム32が省略されていてもよい。
(実施形態2)
本実施形態の発電装置1は、図8に示すように、接触片7Aと振動体4Aとは別部材からなり、接触片7Aが振動体4Aに結合されている点で、実施形態1の発電装置と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。また、実施形態2における「接触片7A」、「振動体4A」、及び「弾性板41A」は、それぞれ実施形態1における「接触片7」、「振動体4」、及び「弾性板41」に相当する。
本実施形態の発電装置1は、図8に示すように、接触片7Aと振動体4Aとは別部材からなり、接触片7Aが振動体4Aに結合されている点で、実施形態1の発電装置と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。また、実施形態2における「接触片7A」、「振動体4A」、及び「弾性板41A」は、それぞれ実施形態1における「接触片7」、「振動体4」、及び「弾性板41」に相当する。
実施形態2において、接触片7Aは、接触部材71Aの一部である。接触部材71Aは、振動体4A(弾性板41A)の自由端側の端部(右端部)に固定されている。接触部材71Aは、合成樹脂製である。接触部材71Aは、例えばレーザ溶着によって、弾性板41Aに接合されている。
接触片7Aは、接触部材71Aの前後方向の両端部に設けられている。接触片7Aの前後方向に直交する断面形状は、平行四辺形状である。ここで、接触片7Aのうち、スライド片6と接触する角部(左下角部、及び右上角部)は、R(アール)加工され、曲面状に形成されている。ただし、接触片7Aのうち、スライド片6と接触する角部(左下角部、及び右上角部)が、曲面状に形成されていることは、発電装置1に必須の構成ではない。
以上説明した実施形態2の発電装置1によれば、接触片7Aが振動体4Aと別部材であるから、接触片7Aの形状の設計自由度が高くなる。また、接触片7Aが合成樹脂製であることで、接触片7Aとの接触によるスライド片6の摩耗を抑制できるという利点もある。
なお、接触片7A(接触部材71A)は合成樹脂製に限らず、例えば、弾性板41Aと同様に金属製であってもよい。
その他の構成及び機能は実施形態1と同様である。実施形態2で説明した構成は、実施形態1で説明した各構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて適用可能である。
1 発電装置
2 筐体
3 操作部
4,4A 振動体
5 圧電素子
6 スライド片
7,7A 接触片
8 復帰ばね
9 連動機構
10 電子機器
11 信号処理回路
12 スイッチ
21 第1のケース
22 第2のケース
60 スライダ
301,302 操作子
601 第1のガイド面
602 第2のガイド面
G1,G2 隙間
L1,L2 最大変位量
2 筐体
3 操作部
4,4A 振動体
5 圧電素子
6 スライド片
7,7A 接触片
8 復帰ばね
9 連動機構
10 電子機器
11 信号処理回路
12 スイッチ
21 第1のケース
22 第2のケース
60 スライダ
301,302 操作子
601 第1のガイド面
602 第2のガイド面
G1,G2 隙間
L1,L2 最大変位量
Claims (14)
- 筐体と、
前記筐体に対して移動可能な操作部と、
弾性を有し、一部が前記筐体に固定された片持ち梁状の振動体と、
前記振動体に設けられ、前記振動体が振動方向に振動したときの前記振動体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子と、
前記操作部に連動し、かつ前記筐体に対して、前記振動方向に交差するスライド方向において第1位置と第2位置との間で直進移動するスライド片と、
前記振動体に設けられ、前記スライド片が直進移動する際の前記スライド片の軌道上に位置し、前記スライド片が前記第1位置から前記第2位置に移動する際、前記スライド片に接触して前記スライド片を乗り越えることで前記振動方向に移動するように構成された接触片と、を備える、
発電装置。 - 前記スライド片のうち前記振動方向の一面は、前記スライド片が前記第1位置にあるときに前記スライド方向において前記接触片と対向するように、前記スライド方向に対して傾斜した第1のガイド面である、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記スライド片のうち前記振動方向の一面は、前記スライド片が前記第2位置にあるときに前記スライド方向において前記接触片と対向するように、前記スライド方向に対して傾斜した第2のガイド面である、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記スライド片が前記第2位置にあるときに前記スライド片を前記第1位置へと移動させる向きの力を前記スライド片に作用させる復帰ばねを、さらに備える、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記操作部は、基準位置から操作位置へと移動可能であって、
前記スライド片は、前記操作部が前記基準位置にあるときに前記第1位置に位置し、前記操作部が前記操作位置にあるときに前記第2位置に位置するように、前記操作部に連動し、
前記復帰ばねは、前記操作部が前記操作位置にあるときに前記操作部を前記基準位置へと移動させる向きの力を前記操作部に作用させる、
請求項4に記載の発電装置。 - 前記操作部に前記スライド片を連動させる連動機構を、さらに備え、
前記操作部は、それぞれ前記筐体に対して移動可能な複数の操作子を有しており、
前記連動機構は、前記複数の操作子のうち少なくとも1つの操作子の移動によって、前記スライド片を前記スライド方向に移動させる、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記スライド方向と前記振動方向とは直交する、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記スライド片が前記第1位置から前記第2位置へ移動する際の前記振動方向への前記接触片の最大変位量と、前記スライド片が前記第2位置から前記第1位置へ移動する際の前記振動方向への前記接触片の最大変位量とは、等しい、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記スライド片は、前記第1位置と前記第2位置との各々において、前記接触片との間に隙間を有して配置される、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記筐体は、
前記振動体を保持する第1のケースと、
前記操作部の一部を前記筐体の外部へ露出させた状態で前記操作部が取り付けられ、前記第1のケースと結合されて、前記第1のケースと共に前記筐体を構成する第2のケースと、を有する、
請求項1に記載の発電装置。 - 前記スライド片は、前記操作部に連動し、かつ前記筐体に対して、前記スライド方向に直進移動するスライダの一部であって、
前記スライダは、前記第2のケース内に収納されている、
請求項10に記載の発電装置。 - 前記接触片及び前記スライド片の組み合わせは、前記筐体内において、前記スライド方向と前記振動方向との両方に直交する幅方向に離間した複数箇所に設けられている、
請求項1に記載の発電装置。 - 請求項1に記載の発電装置と、
前記発電装置の前記圧電素子に電気的に接続された信号処理回路と、を備える、
電子機器。 - 前記信号処理回路は、前記筐体内に収納されており、前記操作部に連動してオンオフが切り替わるスイッチを有する、
請求項13に記載の電子機器。
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