JPWO2018100859A1 - 発電装置 - Google Patents

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孝平 不動
澤田 昌樹
昌樹 澤田
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Abstract

本開示の発電装置は、吸着体を有し、始点から終点に向かって移動する起動部と、振動することによって発電する片持ち梁状の発電部と、を有する。そして、前記起動部が前記始点から前記終点に向かって移動する時、前記吸着体が前記発電部を吸着し、前記起動部の前記吸着体と前記発電部とが吸着しながら前記終点に向かって移動することで、前記発電部は、撓み、かつ、傾き、前記吸着体が前記発電部から離脱することで、前記吸着体は振動を開始し、前記吸着体は、前記発電部の傾きに沿う方向に傾く。

Description

本開示は、自立型の電子機器等に用いられる発電装置に関する。
以下、従来の発電装置について説明する。従来の発電装置は、起動部と、吸着体と、片持ち梁状の発電部を含む。発電部は、振動することによって発電する。吸着体は、起動部に結合されており、起動部に連動する。そして起動部は、始点に位置した状態で、発電部と磁力によって吸着されている。起動部は、初期状態の発電部と直交する方向(以下、単に直交方向)へ移動する。これにより、吸着体も起動部と同じ方向へと移動する。すなわち、発電部は、吸着体の移動に伴って撓む。そして、起動部が終点へ移動すると、吸着体と発電部との吸着が外れる。そして、発電部が吸着体から離脱することで、発電部は振動を開始する。なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2006−158113号公報
本開示の一態様の発電装置は、吸着体を有し、始点から終点に向かって移動する起動部と、振動することによって発電する片持ち梁状の発電部と、を有する。そして、前記起動部が前記始点から前記終点に向かって移動する時、前記吸着体が前記発電部を吸着し、前記起動部の前記吸着体と前記発電部とが吸着しながら前記終点に向かって移動することで、前記発電部は、撓み、かつ、傾き、前記吸着体が前記発電部から離脱することで、前記吸着体は振動を開始し、前記吸着体は、前記発電部の傾きに沿う方向に傾く。
本開示の実施の形態における発電装置の模式図 本開示の実施の形態における発電装置の斜視図 本開示の実施の形態における起動部の斜視図 本開示の実施の形態における保持部の要部拡大断面図 本開示の実施の形態の他の例の保持部の要部拡大断面図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の発電装置の動作を説明する図 本開示の実施の形態の変形例1の発電装置の概念図 本開示の実施の形態の変形例2の発電装置の概念図
以下、発電装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
本実施の形態において、「前」、「後」、「幅方向」、「長さ方向」等の方向を示す用語については、相対的な位置関係を示しているだけであり、それに限定されるものではない。
(実施の形態1)
[発電装置11の構成]
図1Aは、発電装置11の模式図である。図1Bは、発電装置11の斜視図である。以下、発電装置11について、図1Aおよび図1Bを参照しながら説明する。発電装置11は、起動部21、発電部22を有している。発電部22は、片持ち梁状である。そして、発電部22は、起動部21が移動することによって振動を開始し、発電する。起動部21は、吸着体211を有している。そして、起動部21が移動すると、吸着体211の吸着面2111は、始点から終点に向って移動する。
吸着体211が始点から終点に向かって移動する時、吸着体211は発電部22を磁力によって吸着する。吸着体211が発電部22を吸着しながら終点に向かって移動すると、発電部22は撓む。発電部22が撓むことで、発電部22は傾く。そして、吸着体211が終点に向かって更に移動すると、途中で、吸着体211は発電部22から離脱する。この吸着体211の離脱によって、発電部22は振動し始める。そして、起動部21の吸着体211は、発電部22の傾きに沿う方向に傾くように構成されている。
以上の構成により、起動部21が移動するのに応じて、起動部21の吸着体211は発電部22の傾きに沿う方向に傾く。よって、吸着体211の移動にともなって、吸着体211と発電部22との接触面積が減少するのを抑制できる。
つまり、本開示の発電装置11は、発電部22と吸着体211とが吸着している状態における、発電部22と吸着体211との間での吸着力のばらつきを小さくできる。同時に、発電部22と吸着体211とが離脱する時の位置のばらつきを抑制できる。よって、発電装置11では、発電部22の振幅幅を安定させ、発電部22の発電量を安定させることができる。
[発電装置11の構成の具体例]
以下、発電装置11の具体的な構成について図1A〜図3を参照しながら詳細に説明する。発電装置11は、図1Aに示すようにケース23を含んでいても良い。起動部21と発電部22は、ケース23内に収納されている。ただし、起動部21の先端部は、ケース23を貫通して、ケース23から外部に向かって突出している。
発電部22は、たとえば金属板の表面などに圧電素子膜を形成することで構成されている。発電部22の金属板(梁部222)は、弾性部材によって形成されている。発電部22に用いる金属板(梁部222)としては、たとえばステンレスがある。発電部22は、片持ち梁状であり、根元部2221(固定端)でケース23に固定されている。なお、発電部22とケース23との間に発電部22の振幅以上の大きさの空隙が存在するように発電部22はケース23内に配置されている。発電部22の根元部2221とケース23の上面との間に、スペーサ部231などが設けられている。スペーサ部231は、ケース23と一体に形成することが好ましい。なお、スペーサ部231は、ケース23と別々の部品として構成しても良い。発電部22はスペーサ部231を介してケース23の内部に固定されている。
吸着体211は発電部22側に吸着面2111を有している。吸着面2111は、発電部22に磁力によって吸着される。発電部22が磁性体材料によって形成されている場合、吸着体211が磁石であることが好ましい。本実施の形態の発電装置11においては、発電部22は吸着体221を含む。なお、発電部22は、吸着体221を含むことが好ましい。吸着体221は、発電部22の起動部21側に吸着面2211を有している。そして、吸着面2211は、吸着面2111と対向する位置に配置されている。吸着体221は、磁性体材料によって形成される。これにより、吸着体211の吸着面2111は、吸着体221の吸着面2211へ吸着される。この構成により、吸着体211が装着された範囲の発電部22は、曲がりにくくなる。したがって、吸着面2111は吸着面2211と隙間なく吸着する。
なお、上述した実施の形態では、吸着体221が磁性体材料で形成されているが、この構成に限られない。吸着体211および吸着体221の両方が磁石であっても良い。但し、この場合、吸着体221の磁極と吸着体211の磁極とは、異なる極が対向するように配置される必要がある。
別の構成として、吸着体221が磁石であって、吸着体211が磁性体材料によって形成されても良い。
図2Aは、起動部21の斜視図である。図2Aには部分拡大図も示している。
なお、図2Aが示す向きは、図1Bが示す向きとは異なっている。保持部214には、起動部21の吸着体211が配置されるが、図2Aでは、保持の構成を分かり易くするため、吸着体211は図示していない。
図2Bは、図2Aに示す起動部21の要部における幅方向の断面の概略図である。図2Bでは保持部214が吸着体211を保持している。また、吸着体211と吸着体221とが吸着している。
図2Aに示すように、起動部21は第一の回転支点212を有することが好ましい。この構成により、起動部21は、第一の回転支点212を中心として回動する。したがって、吸着体211は、起動部21の移動の際に、第一の回転支点212を中心として回動する。なお、起動部21は、第一の回転支点212を支点として回動する構成としたが、この構成に限られず、起動部21の一方を固定端とした片持ち梁としても良い。これらの場合、起動部21の固定端(図示せず)または第一の回転支点212(以下、総称して支点)は、吸着体211よりも発電部22の根元に近い側に配置されていることが好ましい。この構成により、起動部21が始点から終点に向かって(図1Aでは上方から下方に向かって)移動すると、吸着体211は、発電部22の傾きに沿う方向に傾くように回動することができる。
なお、起動部21の吸着体211と第一の回転支点212との間は、一直線に伸びた棒状であることが好ましい。一方、起動部21の吸着体211から先端側は、適宜、操作者あるいは操作物によって操作しやすい形状に成形されていれば良い。さらに、起動部21は、カム機構または、クランク機構などの変換機構を含んでいても良い。これらの構成では、起動部21の移動方向が逆になるように構成することができる。つまり、始点を図面の下方とし、終点を図面の上方にすることができる。吸着体211を回動させ、起動部21の先端部は直線状に移動するような構成にすることもできる。
起動部21は、さらに第二の回転支点213を含むことが好ましい。図3は、図2Aに示す起動部21の要部における長さ方向の断面の概略図である。第二の回転支点213は、吸着体211を回転可能なように起動部21に形成すれば良い。そして、吸着体211は、第二の回転支点213を中心に回動する。そのために、起動部21に保持部214を設けることが好ましい。保持部214は、吸着体211を保持する。そして、保持部214に第二の回転支点213が形成されている。この構成により、吸着体211は、保持部214内で、第二の回転支点213を支点として回動する。
以上の構成により、吸着体211は、起動部21の移動に応じて、第二の回転支点213を支点として回動して、発電部22の傾きに沿う方向に傾く。したがって、吸着体211の移動の際に、吸着体211と発電部22とが接触する面積の減少を抑制できる。発電部22と吸着体211とが吸着している状態において、発電部22と吸着体211との間での吸着力のばらつきを小さくできる。その結果、発電部22の吸着体211から離脱する位置のばらつきを抑制できるので、発電部22の振幅幅が安定し、発電部22での発電量を安定させることができる。
また、図2Bに示す通り、吸着体211の両端部は、幅方向において発電部22の梁部222および吸着体221から突出している。
そして、吸着体211の両端部は、保持部214にまで伸びている。そして、吸着体211と吸着体221とが吸着されている状態で、第二の回転支点213は、吸着体211の両端部に当接している。この状態において、吸着体221は、吸着体211の中央部に吸着している。
なお、第二の回転支点213は、吸着体211が回動可能なように起動部21に形成されていれば良い。第二の回転支点213は、吸着体211の吸着面2111に当接するように配置されているが、この構成に限られない。第二の回転支点213は、吸着面2111とは反対側の吸着体211の面に当接するように配置されても良い。さらには、第二の回転支点213は、吸着体211に形成されていても構わない。ただし、第二の回転支点213は、吸着面2211の傾きに沿うように吸着体211が回動できるように構成する必要がある。第二の回転支点213よりも発電部22の固定端に近い側に、吸着体211が回転できるための空隙を設けている。そして、吸着体211が第二の回転支点213を支点として回動する際、吸着体211における第二の回転支点213よりも発電部22の固定端に近い側が、空隙に入り込む。
[第二の回転支点213の別の例]
次に、第二の回転支点213の別の構成について説明する。上述した図2Aに示す保持部214の構成では、第二の回転支点213は、突起によって形成されている。一方、図3に示す起動部21に形成されている第二の回転支点213は段差部によって形成されている。
図3は、保持部214の長さ方向の断面を示す概念図である。第二の回転支点213は、先端部で吸着面2111に当接していることが好ましい。この構成により、吸着体211は、突起または段差部の先端部を中心として回動できる。
[ケース23の構成]
ケース23は、図1Aに示すように、さらに引き剥がし部232を含むことが好ましい。引き剥がし部232は、起動部21の移動によって発電部22が撓んだ際に、引き剥がし部232の先端2321が発電部22に当たって、起動部21を発電部22から離脱させる。この構成により、発電部22が起動部21からの離脱する点のばらつきをさらに抑制できる。
[発電装置11の発電動作]
次に、発電装置11が発電する動作について図4A〜図6Cを参照しながら、説明する。図4A〜図4Dと、図5A〜図5C、および図6A〜図6Cは、発電装置11の動作説明図である。なお、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する場合がある。
まず、図4A〜図4Dを参照しながら、第一の回転支点212に係る起動部21の動作について説明する。図4Aは、起動部21が始点に位置している状態を示している。この状態では、吸着体221は吸着体211に吸着されている。すなわち、吸着面2111と吸着面2211とは、接触している。
図4Bは、起動部21が始点から終点方向へ向かって移動している状態を示しており、起動部21が発電部22からの離脱する前の状態を示している。以下、起動部21が発電部22から離脱する点を『離脱点』と表す。つまり、図4Bは離脱点より前の状態を示している。起動部21は、第一の回転支点212を中心として、始点から終点に向かって回動しながら移動する。この時、吸着体211と吸着体221は吸着したままの状態で移動する。よって、吸着体221は、吸着体211とともに終点方向へ向かって移動する。発電部22は片持ち梁であるので、発電部22の自由端側(図4Aでは左側に相当)に撓みが生じて、吸着面2211に傾きが生じる。一方、吸着体211は、起動部21の第一の回転支点212を中心に回動できる。したがって、吸着面2111は、吸着面2211の傾きに沿う方向へと回動する。つまり、吸着面2111も、傾いた状態となる。
図4Cは、起動部21と発電部22との離脱点を示している。起動部21が始点から終点へと向う途中で、発電部22が引き剥がし部232の先端2321に当たる。すなわち、発電部22は、引き剥がし部232によって、発電部22がさらに終点方向へと移動することが阻止される。一方、起動部21は、離脱点を越えて、終点まで移動できる。起動部21が離脱点を越えて移動することによって、吸着体211と吸着体221との吸着状態は解除される。その後、発電部22が起動部21から離脱することで、発電部22は振動し始める。発電部22が振動することで、発電部22が発電を開始する。
図4Dは、起動部21が終点に位置している状態を示している。この状態において、発電部22は自由振動を継続し、その後、徐々に振動の振幅が減衰する。この間も、吸着体211と吸着体221との間には、磁力によって吸引力が発生している。そして、起動部21への操作(起動部21が終点に向かって押される力)が解除されると、吸着体211と吸着体221との間の吸引力によって、吸着体211(起動部21)と吸着体221(発電部22)は互いに吸着する。この構成により、起動部21は終点から始点へと復帰し、図4Aに示す初期状態へと戻る。吸着体211と吸着体221との吸着状態が引き剥がし部232によって解消されても、吸着体211は吸着体221に吸引されているので、吸着体211が落下することは、抑制される。
[第二の回転支点の詳細説明]
次に、図5A〜図5Cと、図6A〜図6Cを参照しながら、第二の回転支点213による動作を説明する。図5A〜図5Cは、起動部21の状態に応じて、吸着体211が、第二の回転支点213を支点として回動する動作を説明する図である。図6A〜図6Cは、起動部21の状態に応じた吸着体211と吸着体221との傾きと、吸着状態を説明する図である。起動部21が始点に位置している状態を図5A、図6Aに示している。図5A、図6Aに示す状態では、図4Aに示すように吸着体221は、吸着体211に吸着されている。すなわち、吸着面2111と吸着面2211とは、接触している。
また、図5A〜図5Cは、起動部21の幅方向の端部における長さ方向の断面図である。図2Bに示すように、吸着体211の幅は吸着体221より広い。よって、図5A〜図5Cに示す断面図には、図3と同様、吸着体211は開示されるが、吸着体221は開示されない。
図5Bおよび図6Bは、図4Bと同じタイミングでの状態を示している。また、図5C、図6Cは、図4Cと同じタイミングでの状態を示している。図4Bの状態および図4Cの状態において、吸着面2211は、傾いた状態になっている。一方、吸着体211は、第二の回転支点213を支点として回動できる。したがって、吸着面2111が第二の回転支点213を支点として回動している。つまり、吸着面2111は、吸着面2211の傾きに沿う方向に傾いた状態になっている。従って、起動部21が始点から離脱点まで移動する間、吸着面2111と吸着面2211とが吸着した状態が維持される。従って、発電装置11は、吸着体211と吸着体221との吸着力のばらつきなどの発生が抑制される。また、発電装置11は、起動部21と発電部22とが離脱する位置(離脱点)のばらつきも小さくできる。その結果、発電部22の振幅のばらつきを小さくできるので、発電部22は発電量のばらつきを小さくできる。
(実施の形態の変形例1)
図7は、他の例の起動部31を用いた発電装置12の概念図である。発電装置12は、図1Aに示す起動部21に代えて、起動部31を用いることができる。図1Aに示す起動部21は回動する構成であるが、起動部31は直線状に移動する。この点が、起動部21と異なっている。この場合、起動部31が、第二の回転支点213(図5Aなど参照)を有している。そして、起動部31と図1Aに示す起動部21は、吸着体211を第二の回転支点213を中心に回動させる構成で同様である。
以上の構成により、直線的に移動する起動部31においても、起動部31の移動に応じて、吸着体211は吸着体221の傾きに沿う方向に傾く。したがって、起動部31の移動の際に、吸着体211と吸着体221とが接触する面積の減少を抑制できる。したがって、吸着体221と吸着体211とが吸着されている状態での、吸着体221と吸着体211との間での吸着力のばらつきを小さくできる。その結果、吸着体221が吸着体211から離脱する位置のばらつきを抑制できるので、発電部22の振幅幅が安定し、発電部22での発電量を安定させることができる。
(実施の形態の変形例2)
図8は、さらに他の例の起動部41を用いた発電装置の概念図である。なお、図8は、起動部41が始点に位置している状態を示している。発電装置13は、図1Aに示す起動部21に代えて、起動部41を用いることができる。なお、起動部41は、吸着体211を含んでいる。そして、吸着体211の吸着面2111が、吸着面2211と吸着することは、他の実施の形態と同様である。起動部41の吸着体211は、第一の回転支点212によってのみ回動する。また、起動部41は、ヨーク414を含んでいる。ヨーク414は、吸着体211の吸着面2111とは反対側の面(面2112)に結合されている。この構成により、吸着体221と吸着体211との吸着力が向上する。
ヨーク414は、さらにL字型に折れ曲がって伸びた折れ曲がり部4141を含んでいる。そして、折れ曲がり部4141の一部は、吸着体221における発電部22の先端側の面(側面2212)と対向するように配置されている。この構成により、吸着体221と吸着体211との間の吸着力を向上できる。
なお、本開示は、上述した実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本開示の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
また、『幅方向』、『長さ方向』などの方向を示す用語は、実施の形態を理解しやすいように用いただけであり、相対的な位置関係を示しているだけである。
(まとめ)
本開示の発電装置は、吸着体211を有し、始点から終点に向かって移動する起動部21と、振動することによって発電する片持ち梁状の発電部22と、を有する。そして、起動部21が始点から終点に向かって移動する時、吸着体211が発電部22(吸着体221)を吸着する。起動部21の吸着体211と発電部22(吸着体221)とが吸着しながら終点に向かって移動することで、発電部22は、撓み、かつ、傾く。吸着体211が発電部22(吸着体221)から離脱することで、吸着体221は振動を開始する。吸着体211は、発電部22(吸着体221)の傾きに沿う方向に傾く。
なお、上述した本実施の形態の発電部22は、吸着体221と梁部222を別の部材で形成しているが、必ずしも別部材で形成する必要はない。
また、本開示の発電装置においては、起動部21が、吸着体211よりも発電部22の固定端に近い側に第一の回転支点212を有していても良い。起動部21の吸着体211は、起動部21が始点から終点に向かって移動する時、起動部21が第一の回転支点212を中心に回動することで、発電部22(吸着体221)の傾きに沿う方向に傾く。
更に、本開示の発電装置においては、起動部21が、第二の回転支点213を有し、吸着体211が、第二の回転支点213を中心に回動するように構成しても良い。
なお、第二の回転支点213は、起動部21に設けられた突起部、または、起動部21に設けられた段差部の先端、であっても良い。
そして、吸着体211は、発電部22側に形成された吸着面2111を有し、第二の回転支点213は、起動部21に設けられ、第二の回転支点213は、吸着面2111に当接する。
以上のように、本開示にかかる発電装置は、発電部の発電量を安定させることができるという効果を有し自立型の電子機器等に用いると有用である。
11,12,13 発電装置
21,31,41 起動部
22 発電部
23 ケース
211,221 吸着体
212 第一の回転支点
213 第二の回転支点
214 保持部
222 梁部
231 スペーサ部
232 引き剥がし部
414 ヨーク
2111,2211 吸着面
2112 面
2212 側面
2221 根元部
2321 先端
4141 折れ曲がり部
本開示の一態様の発電装置は、吸着体を有し、始点から終点に向かって移動する起動部と、振動することによって発電する片持ち梁状の発電部と、を有する。そして、前記起動部が前記始点から前記終点に向かって移動する時、前記吸着体が前記発電部を吸着し、前記起動部の前記吸着体と前記発電部とが吸着しながら前記終点に向かって移動することで、前記発電部は、撓み、かつ、傾き、前記吸着体が前記発電部から離脱することで、前記発電部は振動を開始し、前記吸着体は、前記発電部の傾きに沿う方向に傾く。

Claims (5)

  1. 吸着体を有し、始点から終点に向かって移動する起動部と、
    振動することによって発電する片持ち梁状の発電部と、
    を備え
    前記起動部が前記始点から前記終点に向かって移動する時、前記吸着体が前記発電部を吸着し、
    前記起動部の前記吸着体と前記発電部とが吸着しながら前記終点に向かって移動することで、前記発電部は、撓み、かつ、傾き、
    前記吸着体が前記発電部から離脱することで、前記吸着体は振動を開始し、
    前記吸着体は、前記発電部の傾きに沿う方向に傾く、
    発電装置。
  2. 前記起動部は、
    前記吸着体よりも前記発電部の固定端に近い側に第一の回転支点を有し、
    前記起動部の前記吸着体は、
    前記起動部が前記始点から前記終点に向かって移動する時、前記起動部が前記第一の回転支点を中心に回動することで、前記発電部の傾きに沿う方向に傾く、
    請求項1記載の発電装置。
  3. 前記起動部は、第二の回転支点を有し、
    前記吸着体は、前記第二の回転支点を中心に回動する、
    請求項1記載の発電装置。
  4. 前記第二の回転支点は、前記起動部に設けられた突起部、または、前記起動部に設けられた段差部の先端である、
    請求項3記載の発電装置。
  5. 前記吸着体は、前記発電部側に形成された吸着面を有し、
    前記第二の回転支点は、前記起動部に設けられ、
    前記第二の回転支点は、前記吸着面に当接する、
    請求項4記載の発電装置。
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