JPWO2018181341A1 - 発電機構及び発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】どんなに遅い速度の力で動作させても一定の発電量を確保することができ、確実なスイッチング動作を行うことが可能な発電機構及び発電方法の提供。【解決手段】発電機構を少なくとも、第１可動部品と、第２可動部品と、捩りコイルバネと、発電機と、ハウジングで形成し、第１可動部品と第２可動部品を歯車とし、捩りコイルバネの第１巻回部と第２巻回部を互いに逆方向に第１中心軸に巻回し、第１巻回部に初期弾性エネルギーie1を付与すると共に、第２巻回部に初期弾性エネルギーie2を付与し、ie2とie1の絶対値を等しく設定し、発電機構の外部からの力で第２可動部品を回転し、第１可動部品と第２可動部品の歯を噛み合わせて第１可動部品を回転し、弾性エネルギーie12を第１巻回部に蓄積し、第１可動部品と第２可動部品の歯の噛み合いを外してie12によって第１中心軸を逆方向に回転させ発電機で発電を行うと共に、ie1とie2により第１中心軸を回転させる。【選択図】図２

Description

本発明は、発電機構及び発電方法に関する。

従来は使用されずに捨てられていた身近な環境に存在する、微弱な運動エネルギー（人力、振動、圧力、熱、太陽光等）を利用して、電力を発電できる自己発電型の環境発電（エナジーハーベスティング：Energy Harvesting）が注目されている。

照明等の各種電気機器や装置には、無線通信装置を用いた遠隔操作によって動作を制御可能としているものが有る。この種の無線通信装置を制御する無線スイッチには乾電池等の電源が内蔵されており、電源から供給される電力によって無線通信装置の動作を制御している。

一方、環境発電によって電力を発電し、その電力を使って様々な装置に動作指示を無線で送ることで、電源の交換や充電等の作業が不要なスイッチ発電機構の形成が要求されている。具体的には、照明等の機器に点灯や消灯の指示を無線で送る際、電源に依らず使用者のスイッチング動作で発電させて電力が得られる、自己発電型の発電機構が実現されている。

例えば非特許文献１記載の発電機構は、スイッチを押す動作（スイッチング動作）の運動エネルギーで発電させ、照明に点灯や消灯の指示を無線で送っている。

エネルギーハーベスティング、[online]、[平成28年2月9日]、インターネット<URL:https://www.enocean.com/jp/technology/energy-harvesting/>

このような発電機構の一例としてマグネットを備え、更にボイスコイルが固定されていると共に、マグネットとスイッチ部品は連結されている構成の物が挙げられる。このスイッチ部品を使用者が押すことで、固定されているボイスコイルの中をマグネットが動き、そのマグネットの動きに伴う運動エネルギーによって発電を行う。従って発電される電力量は、ボイルコイル内を動くマグネットの速さ、即ちスイッチ部品を押す速さに大きく影響される。

詳述すると、発電電圧はマグネットの動きによりボイスコイル内の磁束が変化する速さに比例する。また電力は、（電力Ｗ）＝（電圧Ｖ^２）／（ボイスコイルの抵抗Ｒ）で表せられるため、ボイスコイル内のマグネット（若しくはマグネット内のボイスコイル）の移動速度が遅い場合、発電電圧が低く十分な電力を発電出来なかった。

更に、使用者によってスイッチを押す速さにはばらつきが有る為、発電量にもばらつきが発生し、必要な電力量を確保できない事態も有った。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、どんなに遅い速度の力で動作させても一定の発電量を確保することができ、確実なスイッチング動作を行うことが可能な発電機構及び発電方法の提供を目的とする。

前記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明の発電機構は少なくとも、第１可動部品と、第２可動部品と、捩りコイルバネと、発電機と、ハウジングとから形成され、第１可動部品が、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車であり、第１中心軸に回転可能に軸支されており、第２可動部品が、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車であり、第２中心軸に回転可能に軸支されており、捩りコイルバネが、少なくとも第１巻回部と第２巻回部を有し、第１巻回部が第１中心軸に巻回されており、第１巻回部の一方の端部が自由端で、他方の端部が第１可動部品、第１中心軸、又は第２巻回部の何れかに連結されており、第１巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie1が第１巻回部に付与されており、第２巻回部が、第１巻回部と逆方向に第１中心軸に巻回されており、第２巻回部の一方の端部が自由端で、他方の端部が第１可動部品、第１中心軸、又は第１巻回部の何れかに連結されており、第２巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie2が第２巻回部に付与されており、初期弾性エネルギーie2の絶対値は初期弾性エネルギーie1の絶対値と等しく設定されており、発電機構の外部から第２中心軸を介して力が第２可動部品に伝達されて、第２可動部品が一定量回転され、第１可動部品の歯と第２可動部品の歯が噛み合って連動し、第１可動部品が一定量回転され、第１可動部品の一定量の回転により、第１巻回部の自由端がハウジングに接触して自由端の動きが止められて第１巻回部が捩られ、その捩りによる弾性エネルギーie12が第１巻回部に蓄積され、第１可動部品が一定量回転した後に、第１可動部品と第２可動部品の互いの歯の噛み合いが外れ、弾性エネルギーie12によって第１可動部品が逆方向に一定量回転されて第１中心軸が回転され、第１中心軸の回転が伝達されて発電機のシャフトが回転されて、発電機で電力が発生されて発電が行われると共に、第１中心軸の回転により第２巻回部の自由端がハウジングに接触して自由端の動きが止められ、初期弾性エネルギーie1と初期弾性エネルギーie2により第１中心軸が回転されることを特徴とする。

本発明の発電機構の一実施形態は、第１巻回部のバネ定数K1と、第２巻回部のバネ定数K2との間で、K1＞K2の大小関係が成り立っていることが好ましい。

本発明の発電機構の他の実施形態は、ハウジングに少なくとも、第１可動部品と第２可動部品と捩りコイルバネと発電機が収められていることが好ましい。

本発明の発電機構の他の実施形態は、第１中心軸の軸方向と、発電機のシャフトの軸方向が、互いに平行に構成され、第１中心軸と発電機のシャフトが平歯車で連結されていることが好ましい。

また本発明の発電方法は、発電機構を少なくとも、第１可動部品と、第２可動部品と、捩りコイルバネと、発電機と、ハウジングとから形成し、第１可動部品を、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車とし、第１中心軸に回転可能に軸支し、第２可動部品を、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車とし、第２中心軸に回転可能に軸支し、捩りコイルバネが、少なくとも第１巻回部と第２巻回部を有し、第１巻回部を第１中心軸に巻回し、第１巻回部の一方の端部を自由端とすると共に、他方の端部を第１可動部品、第１中心軸、又は第２巻回部の何れかに連結し、第１巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力を伝達しない状態で初期弾性エネルギーie1を第１巻回部に付与し、第２巻回部を、第１巻回部と逆方向に第１中心軸に巻回し、第２巻回部の一方の端部を自由端とすると共に、他方の端部を第１可動部品、第１中心軸、又は第１巻回部の何れかに連結し、第２巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力を伝達しない状態で初期弾性エネルギーie2を第２巻回部に付与し、初期弾性エネルギーie2の絶対値を初期弾性エネルギーie1の絶対値と等しく設定し、発電機構の外部から第２中心軸を介して力を第２可動部品に伝達して、第２可動部品を一定量回転し、第１可動部品の歯と第２可動部品の歯を噛み合わせて連動させて、第１可動部品を一定量回転し、第１可動部品の一定量の回転により、第１巻回部の自由端をハウジングに接触させて自由端の動きを止めて第１巻回部を捩り、その捩りによる弾性エネルギーie12を第１巻回部に蓄積し、第１可動部品が一定量回転した後に、第１可動部品と第２可動部品の互いの歯の噛み合いを外し、弾性エネルギーie12によって第１可動部品を逆方向に一定量回転させて第１中心軸を回転し、第１中心軸の回転を伝達して発電機のシャフトを回転させ、発電機で電力を発生して発電を行うと共に、第１中心軸の回転により第２巻回部の自由端をハウジングに接触させて自由端の動きを止めて、初期弾性エネルギーie1と初期弾性エネルギーie2により第１中心軸を回転させることを特徴とする。

本発明の発電方法の一実施形態は、第１巻回部のバネ定数K1と、第２巻回部のバネ定数K2との間で、K1＞K2の大小関係が成り立っていることが好ましい。

本発明の発電方法の他の実施形態は、ハウジングに少なくとも、第１可動部品と第２可動部品と捩りコイルバネと発電機を収めていることが好ましい。

本発明の発電方法の他の実施形態は、第１中心軸の軸方向と、発電機のシャフトの軸方向を、互いに平行に構成し、第１中心軸と発電機のシャフトを平歯車で連結することが好ましい。

本発明の発電機構又は発電方法に依れば、捩りコイルバネを含むことで、第１巻回部の捩りにより弾性エネルギーie12を第１巻回部に蓄積してから、その弾性エネルギーie12を解放して、発電機で発電を行うことが出来る。従って、どんなに遅い速度の力で第２可動部品が回転されて発電機構が動作しても、一定の発電量を確保することができ、確実なスイッチング動作を行うことが可能となる。

更に、歯車を発電機構の形成部品に用いることで、第１可動部品と第２可動部品の互いの歯を噛み合わせて発電機構を動作させることが出来る。従って、動作損失の発生を抑制又は防止することが出来るため、どのような用途や使用状況でも一定の発電量を確保することができ、確実なスイッチング動作を行うことが可能となり、好ましい。

更に発電機構を、歯車、捩りコイルバネ、発電機、ハウジングと云った簡易な部品のみで形成している。従って、耐候性や信頼性に優れ、どのような用途や使用状況でも一定の発電量を確保し、確実なスイッチング動作を行うことが可能な発電機構を形成することが出来る。

更に、第１巻回部のバネ定数K1と第２巻回部のバネ定数K2との間で、K1＞K2の大小関係を成立させる事により、第１中心軸の回転で第１可動部品を初期状態（第１可動部品の歯と第２可動部品の歯が噛み合う前の状態）に復帰させる際に、弾性エネルギーie12以上の弾性エネルギーの第２巻回部への蓄積が抑制される。従って前記各効果に加えて、過大な弾性エネルギーの蓄積による第２巻回部の破損防止や、発電機による不要な発電を抑制する事が可能となり、発電機構のより一層確実なスイッチング動作と、耐用性と信頼性の向上を実現する事が出来る。

更に、発電機構を形成する部品（第１可動部品、第２可動部品、捩りコイルバネ、発電機）をハウジングに収めることにより、前記各効果に加えて、第１可動部品と第２可動部品間の伝達部分や各部品における防塵性や防水性を確保することが可能となる。また、歯車部分の防錆効果も得られる。従って、発電機構の耐候性や信頼性をより一層向上させることができ、より確実なスイッチング動作を実現することが可能となる。

更に、第１中心軸の軸方向と発電機のシャフトの軸方向を互いに平行に構成し、第１中心軸と発電機のシャフトを平歯車で連結する事により、前記各効果に加えて、例えば傘歯車等と云った軸方向の変換部品の使用を解消する事が可能となる。従って発電機構の公差に余裕が生まれ、発電機構の歩留まりの改善と、発電動作の信頼性の向上が図れる。

本発明の実施例に係る発電機構の構成を示す平面図である。 図１の発電機構における、第１可動部品、第１中心軸、捩りコイルバネ、第２可動部品、及びハウジングを抜粋した斜視図である。 図１に示す捩りコイルバネの、第１巻回部と第２巻回部の各バネ定数の傾きと、各巻回部に付与される初期弾性エネルギーie1とie2の大きさを示すグラフである。実線が第１巻回部を、点線が第２巻回部である。 (a) 図１の発電機構における、第１可動部品、第１中心軸、捩りコイルバネ、第２可動部品、及び第２中心軸を抜粋し、各部品の初期状態を図２に示すX1方向から示した模式図である。(b) 同図(a)にハウジングが組み込まれた状態を図示した模式図である。 (a) 図４の状態から、第２可動部品及び第１可動部品が回転された状態を示す模式図である。(b) 同図(a)にハウジングが組み込まれた状態を図示した模式図である。 (a) 図５の状態から、弾性エネルギーie12によって第１可動部品が逆方向に回転された状態を示す模式図である。(b) 同図(a)にハウジングが組み込まれた状態を図示した模式図である。 図６(a)の状態を、図２に示すX2方向から示した模式図である。 (a) 図６の状態から、第２可動部品及び第１可動部品がそれぞれ逆方向に回転された状態を示す模式図である。(b) 同図(a)にハウジングが組み込まれた状態を図示した模式図である。 図８(a)の状態を、図２に示すX2方向から示した模式図である。

本実施の形態の第一の特徴は、電源を含まずスイッチング動作により発電する発電機構において、発電機構が少なくとも、第１可動部品と、第２可動部品と、捩りコイルバネと、発電機と、ハウジングとから形成され、第１可動部品が、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車であり、第１中心軸に回転可能に軸支されており、第２可動部品が、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車であり、第２中心軸に回転可能に軸支されており、捩りコイルバネが、少なくとも第１巻回部と第２巻回部を有し、第１巻回部が第１中心軸に巻回されており、第１巻回部の一方の端部が自由端で、他方の端部が第１可動部品、第１中心軸、又は第２巻回部の何れかに連結されており、第１巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie1が第１巻回部に付与されており、第２巻回部が、第１巻回部と逆方向に第１中心軸に巻回されており、第２巻回部の一方の端部が自由端で、他方の端部が第１可動部品、第１中心軸、又は第１巻回部の何れかに連結されており、第２巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie2が第２巻回部に付与されており、初期弾性エネルギーie2の絶対値は初期弾性エネルギーie1の絶対値と等しく設定されており、発電機構の外部から第２中心軸を介して力が第２可動部品に伝達されて、第２可動部品が一定量回転され、第１可動部品の歯と第２可動部品の歯が噛み合って連動し、第１可動部品が一定量回転され、第１可動部品の一定量の回転により、第１巻回部の自由端がハウジングに接触して自由端の動きが止められて第１巻回部が捩られ、その捩りによる弾性エネルギーie12が第１巻回部に蓄積され、第１可動部品が一定量回転した後に、第１可動部品と第２可動部品の互いの歯の噛み合いが外れ、弾性エネルギーie12によって第１可動部品が逆方向に一定量回転されて第１中心軸が回転され、第１中心軸の回転が伝達されて発電機のシャフトが回転されて、発電機で電力が発生されて発電が行われると共に、第１中心軸の回転により第２巻回部の自由端がハウジングに接触して自由端の動きが止められ、初期弾性エネルギーie1と初期弾性エネルギーie2により第１中心軸が回転されることとした。

また第二の特徴は、電源を含まずスイッチング動作により発電する発電機構による発電方法において、発電機構を少なくとも、第１可動部品と、第２可動部品と、捩りコイルバネと、発電機と、ハウジングとから形成し、第１可動部品を、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車とし、第１中心軸に回転可能に軸支し、第２可動部品を、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車とし、第２中心軸に回転可能に軸支し、捩りコイルバネが、少なくとも第１巻回部と第２巻回部を有し、第１巻回部を第１中心軸に巻回し、第１巻回部の一方の端部を自由端とすると共に、他方の端部を第１可動部品、第１中心軸、又は第２巻回部の何れかに連結し、第１巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力を伝達しない状態で初期弾性エネルギーie1を第１巻回部に付与し、第２巻回部を、第１巻回部と逆方向に第１中心軸に巻回し、第２巻回部の一方の端部を自由端とすると共に、他方の端部を第１可動部品、第１中心軸、又は第１巻回部の何れかに連結し、第２巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力を伝達しない状態で初期弾性エネルギーie2を第２巻回部に付与し、初期弾性エネルギーie2の絶対値を初期弾性エネルギーie1の絶対値と等しく設定し、発電機構の外部から第２中心軸を介して力を第２可動部品に伝達して、第２可動部品を一定量回転し、第１可動部品の歯と第２可動部品の歯を噛み合わせて連動させて、第１可動部品を一定量回転し、第１可動部品の一定量の回転により、第１巻回部の自由端をハウジングに接触させて自由端の動きを止めて第１巻回部を捩り、その捩りによる弾性エネルギーie12を第１巻回部に蓄積し、第１可動部品が一定量回転した後に、第１可動部品と第２可動部品の互いの歯の噛み合いを外し、弾性エネルギーie12によって第１可動部品を逆方向に一定量回転させて第１中心軸を回転し、第１中心軸の回転を伝達して発電機のシャフトを回転させ、発電機で電力を発生して発電を行うと共に、第１中心軸の回転により第２巻回部の自由端をハウジングに接触させて自由端の動きを止めて、初期弾性エネルギーie1と初期弾性エネルギーie2により第１中心軸を回転させることとした。

なお本発明において、第１可動部品と第２可動部品の回転量における「一定量」は同一とは限らず、各回転方向に応じて「一定量」が異なる場合や、各部品の寸法の差異によって生じる回転角の差異も含むものとする。

以上の発電機構又は発電方法は、照明、又は車両用の報知装置等に使用することが出来る。

なお本発明では、バネ、第１捩りコイルバネ（第１巻回部）、又は第２捩りコイルバネ（第２巻回部）に付与若しくは蓄積されるトルク（Ｎ・ｍｍ）を「弾性エネルギー」（ｍＪ）と表記して、説明する。よって、図３の縦軸も「トルク（Ｎ・ｍｍ）」では無く「弾性エネルギー（ｍＪ）」と表記する。

以下に本発明に係る実施例を説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。

以下、図１〜図９を参照して本発明に係る実施例の発電機構１、及びその発電機構１による発電方法を説明する。図１及び図２に示すように、発電機構１は少なくとも、第１可動部品2aと、第２可動部品3aと、捩りコイルバネ４と、発電機５と、ハウジング６とから形成されている。更にハウジング６の内部に、少なくとも第１可動部品2aと第２可動部品3aと捩りコイルバネ４と発電機５が収められている。また、第２中心軸3bの他端側（即ち、第２可動部品3aが軸支されている一端側の反対端側）は、ハウジング６に設けた孔を通って、ハウジング６の外部へと突出されている。

第１可動部品2aは、カム形状の伝動車の外形周囲における少なくとも一部に、複数の歯が形成された歯車であり、第１中心軸2bを中心に回転可能に軸支されている。第１中心軸2bはハウジング６内部で両端が固定されている。

また第２可動部品3aも、カム形状の伝動車の外形周囲における少なくとも一部に、複数の歯が形成された歯車であり、第２中心軸3bを中心に回転可能に軸支されている。

第１可動部品2a及び第２可動部品3aの歯形は、本実施例では共にインボリュート歯形である。インボリュート歯形とすることにより、互いの歯車の中心距離（第１中心軸2bの中心と、第２中心軸3bの中心との間の直線間隔）が若干変化しても噛み合いが正しく保たれると共に、容易に作製でき、滑りも少ないため好ましい。なお2a又は3aの歯形を、インボリュート歯形に換えて、サイクロイド歯形に形成することも可能である。

捩りコイルバネ４は、少なくとも第１巻回部と第２巻回部の２つの巻回部を有するバネとする。発電機構１では、第１巻回部と第２巻回部が個別に形成された２つの捩りコイルバネ（第１捩りコイルバネ4aと第２捩りコイルバネ4b）が設けられている。

図４に示すように、第１捩りコイルバネ4aの巻回部（第１巻回部）は第１中心軸2bに巻回されており、第１巻回部の一方の端部が自由端4a1である。一方、他方の端部は、第１可動部品2a、第１中心軸2b、又は第２巻回部の何れかに連結するものとし、本実施例の発電機構１では第１可動部品2aに連結されている。

更に第１巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie1（ｍＪ）が第１巻回部（即ち、第１捩りコイルバネ4a）に付与されている。

一方、図７に示すように、第２捩りコイルバネ4bの巻回部（第２巻回部）は、第１巻回部とは逆方向に第１中心軸2bに巻回されており、第２巻回部の一方の端部は自由端4b1である。また他方の端部は、第１可動部品2a、第１中心軸2b、又は第１巻回部の何れかに連結するものとし、本実施例の発電機構１では第１可動部品2aに連結されている。

更に第２巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie2（ｍＪ）が第２巻回部（即ち、第２捩りコイルバネ4b）に付与されている。

図３のグラフに示すように、ie2の絶対値はie1の絶対値と等しく設定されている。更に、各巻回部でのグラフの傾きが異なることからも分かる通り、第１巻回部のバネ定数K1と第２巻回部のバネ定数K2との間で、K1＞K2の大小関係が成り立っている。

なお、発電機構１では第１巻回部と第２巻回部のそれぞれの他方の端部を、第１可動部品2aに連結しているが、他方の端部同士を互いに接続することで、第１巻回部と第２巻回部を有する１つの捩りコイルバネを、捩りコイルバネ４の換わりに用いても良い。

また、第１中心軸2bの軸方向と、発電機５のシャフト5aの軸方向を、互いに平行に構成すると共に、第１中心軸2bにおける第１可動部品2aの軸支側と反対側に、平歯車７を軸支している。更に第１中心軸2bと発電機５のシャフト5aを、１つの平歯車７で連結している。なお図１では、第１可動部品2a、第２可動部品3a、シャフト5a端部、及び平歯車７の歯形の図示は省略している。

発電機５は、少なくともコイルとマグネットを含むモータであり、更にシャフト5aの回転と共にコイルとマグネットのどちらかが回転する型式のものである。

ハウジング６は外形が四角形のバスタブ形に成形された部品であり、内部には発電機５を固定するための複数の仕切り板6aや側面部品が設けられている。なおハウジング６は、一体成形された一つの部品でも良いし、幾つかの側面部品や底面部品等からなる組合せ品に変更しても良い。

第１可動部品2a、第２可動部品3a、平歯車７、及びハウジング６の材料はそれぞれ任意に選択可能であり、例えばプラスチックや、無潤滑で摺動可能な樹脂、ステンレス、鋼などを用いれば良い。

次に、発電機構１における自己発電の動作原理に関して説明する。図示しない例えばスイッチ部品等を第２中心軸3bに取り付け、そのスイッチ部品等に発電機構の外部から人力または使用用途毎の発電対象物からの押圧力と云った力が加わってスイッチ部品等を押すことで第２中心軸3bが回転される。

その第２中心軸3bの回転により、発電機構１の外部から第２中心軸3bを介して力が第２可動部品3aに伝達され、第２可動部品3aが一定量（図４及び図５では、反時計方向に約35°〜45°）回転して可動する。従って、第２可動部品3aは発電機構１内ではスイッチ部分として機能し、スイッチング動作により可動する部品である。

第２可動部品3aの回転が第１可動部品2aに伝達される前段階では、第１可動部品2aは図３のグラフに示すように、ie2とie1とが釣り合う位置に保持されている。次に第２可動部品3aが回転すると、第１可動部品2aの歯と第２可動部品3aの歯が噛み合って連動が開始される。

第２可動部品3aに力が伝達され続け、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯が噛み合わされている間は、第１可動部品2aは回転し続ける。よって、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯の噛み合いが外れるまで、第１可動部品2aは一定量回転される（本実施例の場合、図４及び図５で約70°〜80°の時計方向の回転となる）。

第１可動部品2aの一定量の回転に伴い、第１中心軸2bと前記第１巻回部も、第１可動部品2aと連動して一定量回転する。従って、第１巻回部の自由端4a1もその回転に伴って移動し、第１可動部品2aの一定量の回転により、第１巻回部の自由端4a1がハウジング６の側面に接触して自由端4a1の動きが止められる。一方、第１巻回部の他端側は、第１可動部品2aに連結されている為、第１可動部品2aの一定量の回転に伴って回転移動していく。よって自由端4a1の動きが止まった時から第１巻回部は捩られることとなり、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯の噛み合いに伴う捩りにより、弾性エネルギーie12（ｍＪ）が第１巻回部に蓄積される。

第１巻回部の捩りは、第２可動部品3aに力が伝達され続けて第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯が噛み合わされている間は保持される。従って、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯の噛み合いが外れる直前における、第１巻回部の弾性エネルギーie12が最大量となる。本実施例では、第１可動部品2a及び第１中心軸2bが約70°〜80°回転した時点での弾性エネルギーie12が最大となる。

第１可動部品2aが一定量回転した後に、図５に示すように第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯の噛み合いが外れる。すると、第１巻回部の捩りによる変形保持が外れ、第１巻回部の変形が解放され、ハウジング６側面に接触して止められていた第１巻回部の自由端4a1を支点にして、ie12により第１可動部品2aが逆方向に一定量回転する。本実施例では反時計方向への約70°〜80°の回転となる（図５及び図６を参照）。即ち、ie12が第１可動部品2aの一定量の逆方向の回転に変換される。

第１可動部品2aの一定量の逆方向の回転に伴い、第１中心軸2bも一定量だけ逆方向に回転すると共に平歯車７も連動して回転し、シャフト5aが一定量及び一定の速度で回転される。シャフト5aが一定量及び一定の速度で回転されることで、発電機５内部で電力が発生されて発電が行われる。その電力により、発電機構１の用途に応じて、別途任意に設置可能な赤外線など無線通信装置を起動することが可能となる。

シャフト5aの回転量及び速度は、第１可動部品2aの逆方向の回転量、即ちie12の最大値に応じて変わる。よって、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯が噛み合うピッチ円の円弧長に伴って、ie12は任意の一定量で設定可能である。従って、シャフト5aの回転量も任意の一定量で設定することが出来るため、発電機５による発電量も、第２可動部品3aに伝わる外部からの力の速度に関係無く一定値に設定可能となる。

以上により、発電機構１又は発電機構１による発電方法に依れば、捩りコイルバネ４を含むことで、捩りによりie12を第１巻回部に蓄積してからie12を解放して発電機５で発電を行うことが出来る。従って、どんなに遅い速度の力で第２可動部品3aが回転されて発電機構１が動作しても、一定の発電量を確保することができ、確実なスイッチング動作を行うことが可能となる。

更に、歯車を発電機構１の形成部品に用いることで、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯を噛み合わせて発電機構１を動作させることが出来る。従って、動作損失の発生を抑制又は防止することが出来るため、どのような用途や使用状況でも一定の発電量を確保することができ、確実なスイッチング動作を行うことが可能となり、好ましい。

更に発電機構１を、歯車（第１可動部品2aと第２可動部品3a）、捩りコイルバネ４、発電機５、ハウジング６と云った簡易な部品のみで形成している。従って、耐候性や信頼性に優れ、どのような用途や使用状況でも一定の発電量を確保し、確実なスイッチング動作を行うことが可能な発電機構１を形成することが出来る。

次に、第１中心軸2bの逆方向の回転に伴って、第２巻回部の自由端4b1もその回転に伴って移動し、第２巻回部の自由端4b1がハウジング６の側面に接触して自由端4b1の動きが止められる。一方、第２巻回部の他端側は、第１可動部品2aに連結されている為、第１可動部品2aの一定量の逆方向の回転に伴って回転移動していく。よって自由端4b1の動きが止まった時から第２巻回部は捩られることとなり、その捩りによる弾性エネルギーの第２巻回部への蓄積が開始される。

しかしながら、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯はこの時点では既に噛み合っていないため、第２巻回部の捩れは保持されずに直ちに解放される。よって、この時点での弾性エネルギーの第２巻回部への蓄積は行われない。その一方、ハウジング６側面に接触して止められていた第２巻回部の自由端4b1を支点にして、ie1とie2のみによって第１中心軸2bが回転されてie1とie2とが等しくなって釣り合う回転位置に保持される。この第１中心軸2bの回転により、第１可動部品2aは初期状態（第１可動部品2aの歯と第２可動部品3aの歯が噛み合う前の状態）に復帰される。

更に、第１巻回部のバネ定数K1と第２巻回部のバネ定数K2との間で、K1＞K2の大小関係を成立させる事により、第１中心軸2bの回転で第１可動部品2aを初期状態（第１可動部品2aの歯と第２可動部品3aの歯が噛み合う前の状態）に復帰させる際に、弾性エネルギーie12以上の弾性エネルギーの第２巻回部への蓄積が抑制される。従って前記各効果に加えて、過大な弾性エネルギーの蓄積による第２巻回部の破損防止や、発電機５による不要な発電を抑制する事が可能となり、発電機構のより一層確実なスイッチング動作と、耐用性と信頼性の向上を実現する事が出来る。

更に、発電機構１を形成する部品（第１可動部品2a、第２可動部品3a、捩りコイルバネ４、発電機５）をハウジング６に収めることにより、前記各効果に加えて、第１可動部品2aと第２可動部品3a間の伝達部分や各部品における防塵性や防水性を確保することが可能となる。また、歯車部分の防錆効果も得られる。従って、発電機構１の耐候性や信頼性をより一層向上させることができ、より確実なスイッチング動作を実現することが可能となる。

更に、第１中心軸2bの軸方向と発電機５のシャフト5aの軸方向を互いに平行に構成し、第１中心軸2bとシャフト5aを平歯車７で連結する事により、前記各効果に加えて、例えば傘歯車等と云った軸方向の変換部品の使用を解消する事が可能となる。従って発電機構１の公差に余裕が生まれ、発電機構１の歩留まりの改善と、発電動作の信頼性の向上が図れる。

次に、発電機構１の外部からの、人力または使用用途毎の発電対象物からの押圧力と云った力の入力が解消されると、例えばスイッチ部品に設けたバネによる弾性エネルギーied（ｍＪ）によって、図７の状態から、図８及び図９の状態へと第２可動部品3aが逆方向に一定量回転される（図８では、約35°〜45°の時計方向の回転となる）。スイッチ部品への力の伝達が解消される状態とは、発電機構１の使用用途にも依るが、例えば使用者がスイッチ部品を押すことを止めたり、発電対象物が取り除かれるか無くなる等して発電対象物からの押圧力が無くなった状態などが挙げられる。

第２可動部品3aが一定量逆方向に回転する際に、第１可動部品2aの歯と第２可動部品3aの歯が再び噛み合って互いに連動し、第１可動部品2aが逆方向に一定量回転される（本実施例では反時計方向に約70°〜80°の回転となる。図６及び図８参照。）。第１可動部品2aの逆方向の回転量は、第２可動部品3aの逆方向の一定量の回転量に依る。

第１可動部品2aの一定量の逆方向の回転により、第１中心軸2bと前記第２巻回部も、第１可動部品2aと連動して一定量回転する。従って、第２巻回部の自由端4b1もその回転に伴い移動し、第１可動部品2aの一定量の回転により、第２巻回部の自由端4b1がハウジング６の側面に接触して自由端4b1の動きが止められる。一方、第２巻回部の他端側は、第１可動部品2aに連結されている為、第１可動部品2aの一定量の回転に伴って回転移動していく。よって自由端4b1の動きが止まった時から第２巻回部は捩られることとなり、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯の噛み合いに伴う捩りにより、弾性エネルギーie22（ｍＪ）が第２巻回部に蓄積される。

第２巻回部の捩りは、第２可動部品3aに前記バネからの弾性エネルギーiedが伝達され続けて第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯が噛み合わされている間は保持される。従って、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯の噛み合いが外れる直前における、第２巻回部の弾性エネルギーie22が最大量となる。本実施例では、第１可動部品2a及び第１中心軸2bが約70°〜80°回転した時点での弾性エネルギーie22が最大となる。

第１可動部品2aが逆方向に一定量回転した後に、図８及び図９に示すように第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯の噛み合いが外れる。すると、第２巻回部の捩りによる変形保持が外れ、第２巻回部の変形が解放され、ハウジング６側面に接触して止められていた第２巻回部の自由端4b1を支点にして、ie22により第１中心軸2bが一定量回転する。（本実施例では時計方向への約70°〜80°の回転となる。図８及び図４を参照。）。即ち、ie22が第１中心軸2bの一定量の回転に変換される。

第１中心軸2bの一定量の回転に伴い、平歯車７も連結して一定量回転し、シャフト5aが一定量及び一定の速度で回転される。

しかし、発電機５で発生させたい所望の電圧（逆起電力）［Ｖ］を仮にＡ［Ｖ］とし、そのＡ［Ｖ］の発生に必要なシャフト5a及び第１中心軸2bの回転速度を得る為には、弾性エネルギーie12以上が必要だと仮定する。しかしこのような場合でも、図３のグラフより、第２巻回部のバネ定数の傾きは第１巻回部のバネ定数の傾きよりも緩やかに設定される（即ち、K1＞K2）。従って、第１巻回部と同一の捩り角度によって第２巻回部に蓄積される弾性エネルギーをie12未満とすることが出来る。以上により、発電機５による不要な発電動作が抑制されることとなる。

また、第１中心軸2bの一定量の回転により、第１巻回部の自由端4a1がハウジング６の側面に再度接触して自由端4a1の動きが止められる。一方、第１巻回部の他端側は、第１中心軸2bに連結されている為、第１中心軸2bの一定量の回転に伴って回転移動していく。よって自由端4a1の動きが止まった時から第１巻回部は捩られることとなり、その捩りによる弾性エネルギーの第１巻回部への蓄積が開始される。

しかしながら、第１可動部品2aと第２可動部品3aの互いの歯はこの時点では既に噛み合っていないため、第１巻回部の捩れは保持されずに直ちに解放される。よって、この時点での弾性エネルギーの第１巻回部への蓄積は行われない。その一方、ハウジング６側面に接触して止められていた第１巻回部の自由端4a1を支点にして、ie1とie2のみによって第１中心軸2bが回転されてie1とie2とが等しくなって釣り合う回転位置に保持される。この第１中心軸2bの回転により、第１可動部品2aは初期状態（第１可動部品2aの歯と第２可動部品3aの歯が噛み合う前の状態）に復帰される。

なお本実施例で説明したように、第１可動部品2aと第２可動部品3aの回転量における「一定量」は同一とは限らない。本実施例のように各部品の各回転方向に応じて「一定量」は異なる場合がある。また、各部品（2a、3a）の寸法の差異によって回転角にも差異が生じる。

また発電機５は、少なくともコイルとマグネットを含み、電力を発生させて発電する装置であれば、モータに限定されない。

なお、第１可動部品2a又は第２可動部品の歯車に換えて、ワンウェイクラッチ (One-way clutch、1-Way clutch)を使用しても良い。

１ 発電機構
2a 第１可動部品
2b 第１中心軸
3a 第２可動部品
3b 第２中心軸
４ 捩りコイルバネ
4a 第１捩りコイルバネ
4a1 第１捩りコイルバネの巻回部の自由端
4b 第２捩りコイルバネ
4b1 第２捩りコイルバネの巻回部の自由端
５ 発電機
5a シャフト
６ ハウジング
6a 仕切り板
７ 平歯車

Claims (8)

1. 発電機構は少なくとも、第１可動部品と、第２可動部品と、捩りコイルバネと、発電機と、ハウジングとから形成され、
   第１可動部品が、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車であり、第１中心軸に回転可能に軸支されており、
   第２可動部品が、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車であり、第２中心軸に回転可能に軸支されており、
   捩りコイルバネが、少なくとも第１巻回部と第２巻回部を有し、第１巻回部が第１中心軸に巻回されており、第１巻回部の一方の端部が自由端で、他方の端部が第１可動部品、第１中心軸、又は第２巻回部の何れかに連結されており、
   第１巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie1が第１巻回部に付与されており、
   第２巻回部が、第１巻回部と逆方向に第１中心軸に巻回されており、第２巻回部の一方の端部が自由端で、他方の端部が第１可動部品、第１中心軸、又は第１巻回部の何れかに連結されており、
   第２巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力が伝達されない状態で初期弾性エネルギーie2が第２巻回部に付与されており、
   初期弾性エネルギーie2の絶対値は初期弾性エネルギーie1の絶対値と等しく設定されており、
   発電機構の外部から第２中心軸を介して力が第２可動部品に伝達されて、第２可動部品が一定量回転され、第１可動部品の歯と第２可動部品の歯が噛み合って連動し、第１可動部品が一定量回転され、
   第１可動部品の一定量の回転により、第１巻回部の自由端がハウジングに接触して自由端の動きが止められて第１巻回部が捩られ、その捩りによる弾性エネルギーie12が第１巻回部に蓄積され、
   第１可動部品が一定量回転した後に、第１可動部品と第２可動部品の互いの歯の噛み合いが外れ、弾性エネルギーie12によって第１可動部品が逆方向に一定量回転されて第１中心軸が回転され、第１中心軸の回転が伝達されて発電機のシャフトが回転されて、発電機で電力が発生されて発電が行われると共に、
   第１中心軸の回転により第２巻回部の自由端がハウジングに接触して自由端の動きが止められ、初期弾性エネルギーie1と初期弾性エネルギーie2により第１中心軸が回転される、発電機構。
2. 前記第１巻回部のバネ定数K1と、前記第２巻回部のバネ定数K2との間で、K1＞K2の大小関係が成り立っている請求項１に記載の発電機構。
3. 前記ハウジングに少なくとも、前記第１可動部品と前記第２可動部品と前記捩りコイルバネと前記発電機が収められている請求項１又は２に記載の発電機構。
4. 前記第１中心軸の軸方向と、前記発電機のシャフトの軸方向が、互いに平行に構成され、前記第１中心軸と前記発電機のシャフトが平歯車で連結されている請求項１〜３の何れかに記載の発電機構。
5. 発電機構を少なくとも、第１可動部品と、第２可動部品と、捩りコイルバネと、発電機と、ハウジングとから形成し、
   第１可動部品を、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車とし、第１中心軸に回転可能に軸支し、
   第２可動部品を、伝動車の周囲の少なくとも一部に歯が形成された歯車とし、第２中心軸に回転可能に軸支し、
   捩りコイルバネが、少なくとも第１巻回部と第２巻回部を有し、第１巻回部を第１中心軸に巻回し、第１巻回部の一方の端部を自由端とすると共に、他方の端部を第１可動部品、第１中心軸、又は第２巻回部の何れかに連結し、
   第１巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力を伝達しない状態で初期弾性エネルギーie1を第１巻回部に付与し、
   第２巻回部を、第１巻回部と逆方向に第１中心軸に巻回し、第２巻回部の一方の端部を自由端とすると共に、他方の端部を第１可動部品、第１中心軸、又は第１巻回部の何れかに連結し、
   第２巻回部の捩り形状により、発電機構の外部から力を伝達しない状態で初期弾性エネルギーie2を第２巻回部に付与し、
   初期弾性エネルギーie2の絶対値を初期弾性エネルギーie1の絶対値と等しく設定し、
   発電機構の外部から第２中心軸を介して力を第２可動部品に伝達して、第２可動部品を一定量回転し、第１可動部品の歯と第２可動部品の歯を噛み合わせて連動させて、第１可動部品を一定量回転し、
   第１可動部品の一定量の回転により、第１巻回部の自由端をハウジングに接触させて自由端の動きを止めて第１巻回部を捩り、その捩りによる弾性エネルギーie12を第１巻回部に蓄積し、
   第１可動部品が一定量回転した後に、第１可動部品と第２可動部品の互いの歯の噛み合いを外し、弾性エネルギーie12によって第１可動部品を逆方向に一定量回転させて第１中心軸を回転し、第１中心軸の回転を伝達して発電機のシャフトを回転させ、発電機で電力を発生して発電を行うと共に、
   第１中心軸の回転により第２巻回部の自由端をハウジングに接触させて自由端の動きを止めて、初期弾性エネルギーie1と初期弾性エネルギーie2により第１中心軸を回転させる、発電機構による発電方法。
6. 前記第１巻回部のバネ定数K1と、前記第２巻回部のバネ定数K2との間で、K1＞K2の大小関係が成り立っている請求項５に記載の発電方法。
7. 前記ハウジングに少なくとも、前記第１可動部品と前記第２可動部品と前記捩りコイルバネと前記発電機を収めている請求項５又は６に記載の発電方法。
8. 前記第１中心軸の軸方向と、前記発電機のシャフトの軸方向を、互いに平行に構成し、前記第１中心軸と前記発電機のシャフトを平歯車で連結する請求項５〜７の何れかに記載の発電方法。

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