JP2014033507A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、良好な操作感が得られるとともに、バラつきの少ない発電量で発電を行い得る発電装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の発電装置１は、筐体２と、筐体２内に設けられ、磁歪棒と、磁歪棒の伸縮に基づいて電圧が発生するよう磁歪棒の外周側に設けられたコイルとを備える長尺状の発電素子１０Ａと、発電素子１０Ａを筐体２に対して回動可能に支持する軸３と、筐体２に対する発電素子１０Ａの回動操作を行う操作部４と、発電素子１０Ａの回動運動に要する運動エネルギーに変換される、弾性エネルギーおよび磁気エネルギーの少なくとも一方を貯蔵するエネルギー貯蔵部５と、発電素子１０Ａの筐体２に対する回動運動を規制する規制部６とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電装置に関する。

近年、磁歪材料で構成された磁歪棒の透磁率の変化を利用して発電する発電素子が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の発電部（発電素子）は、例えば、棒状の超磁歪部材（磁歪棒）と、この超磁歪部材の両端に貼り付けられた２つの永久磁石と、超磁歪部材の周りに巻かれたコイルとを備えている。そして、超磁歪部材を、その軸方向へ圧縮変形させたり、その軸方向と垂直な方向に曲げ変形（圧縮変形および伸長変形）させることにより、超磁歪部材の透磁率を変化させる。これにより、超磁歪部材周りの磁界を変化させ、コイルに電圧を発生させる。

かかる構成の発電部を用いて、使用者の入力操作で発電する発電装置を構成する場合、この入力操作を、直接、発電部に伝達して超磁歪部材の変形に利用することが考えられる。しかしながら、この場合、使用者が入力操作する際の力加減に応じて、発電部における発電量が変動する。また、使用者にとっては、自身の入力操作が正確に発電部に伝達されたのか否かを認識し難い、すなわち、良好な操作感が得難い。

特開平９−９００６５号公報

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、良好な操作感が得られるとともに、バラつきの少ない発電量で発電を行い得る発電装置を提供することにある。

このような目的は以下の（１）〜（１２）の本発明により達成される。
（１） 筐体と、
該筐体内に設けられ、磁歪材料で構成された磁歪棒と、該磁歪棒の伸縮に基づいて電圧が発生するよう配置されたコイルとを備える長尺状の発電素子と、
該発電素子を前記筐体に対して回動可能に支持するための軸と、
前記筐体に対する前記発電素子の回動操作を行う操作部と、
前記発電素子の回動運動に要する運動エネルギーに変換される、弾性エネルギーおよび磁気エネルギーの少なくとも一方のエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部と、
前記発電素子の前記筐体に対する回動運動を規制する規制部とを有し、
前記エネルギー貯蔵部に貯蔵された前記エネルギーを前記運動エネルギーに変換することにより、前記発電素子を前記筐体に対して回動運動させ、その後、該発電素子の回動運動を前記規制部により規制し、前記運動エネルギーを前記磁歪棒の伸縮に利用するよう構成したことを特徴とする発電装置。

（２） 前記規制部は、前記発電素子の回動方向において互いに対向する前記筐体の内面および前記発電素子の外面の一方に設けられた凸部を備える上記（１）に記載の発電装置。

（３） 前記操作部は、前記筐体に対して、前記軸を中心として回動可能である上記（１）または（２）に記載の発電装置。

（４） 前記操作部は、前記軸に対して、前記発電素子の重心と反対側の端部を押圧することにより、該発電素子を回動させる上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。

（５） 前記発電素子は、さらに、前記軸に対して、前記発電素子の重心側の端部に設けられ、該発電素子から離間して前記操作部に係合することにより前記操作部による前記発電素子の回動操作を許容する第１の状態と、前記発電素子に近接して前記操作部との係合を解除することにより前記操作部による前記発電素子の回動操作を禁止する第２の状態とに変位可能な係合片を備える上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の発電装置。

（６） 前記エネルギー貯蔵部は、前記操作部による前記発電素子の回動操作に伴って前記弾性エネルギーを貯蔵するばね部材を備える上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の発電装置。

（７） 前記ばね部材は、前記発電素子の回動方向において互いに対向する前記筐体の内面および前記発電素子の外面の一方に設けられたクリックばねを含む上記（６）に記載の発電装置。

（８） 前記規制部は、前記筐体の内面および前記発電素子の外面の他方に設けられた凸部を備え、該凸部と前記クリックばねとが互いに対向するように配置されている上記（７）に記載の発電装置。

（９） 前記ばね部材は、前記軸に巻回され、一端が前記発電素子に固定され、他端が前記筐体に固定されたアルファばねを含む上記（６）ないし（８）のいずれかに記載の発電装置。

（１０） 前記ばね部材は、一端が前記発電素子に固定され、他端が前記軸を介して反対側の前記筐体に固定されたコイルばねを含む上記（６）ないし（９）のいずれかに記載の発電装置。

（１１） 前記エネルギー貯蔵部は、前記発電素子の回動方向において、前記発電素子を介して互いに対向して配置され、前記発電素子と前記筐体とが接近するよう作用する一対の磁石を備える上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の発電装置。

（１２） 前記規制部は、前記磁石で構成された凸部を含む上記（１１）に記載の発電装置。

本発明によれば、エネルギー貯蔵部に貯蔵されたエネルギーを発電素子の運動エネルギーに変換し、この運動エネルギーを利用して発電する。すなわち、使用者の入力操作を直接利用することなく発電を行う。このため、発電量のバラつきが少ない発電を行うことができる。また、使用者が操作部を介して発電素子を操作している間に、エネルギー貯蔵部に貯蔵されたエネルギーが発電素子の運動エネルギーへ変換されるので、このエネルギー変換の際に、使用者には、良好な操作感が得られる。

本発明の発電装置に用いられる発電素子の構成例を示す斜視図である。 発電素子の他の構成例を示す斜視図である。 本発明の発電装置の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の発電装置の第２実施形態を示す断面図である。 本発明の発電装置の第２実施形態の他の構成例を示す断面図である。 本発明の発電装置の第３実施形態を示す断面図である。 本発明の発電装置の第４実施形態を示す断面図である。 本発明の発電装置の第５実施形態を示す断面図である。 本発明の発電装置の第５実施形態の他の構成例を示す断面図である。 本発明の発電装置の第５実施形態の他の構成例を示す断面図である。

以下、本発明の発電装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
本発明の発電装置の説明に先立って、この発電装置に用いられる発電素子について説明する。

図１は、本発明の発電装置に用いられる発電素子の構成例を示す斜視図、図２は、発電素子の他の構成例を示す斜視図である。

なお、以下の説明では、図１および図２中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。図１および図２中の紙面右奥側を「先端」と言い、紙面左手前側を「基端」と言う。

図１に示す発電素子１０Ａは、本体部２０と、本体部２０に設けられた発電部３０および永久磁石４０とを有している。

本体部２０は、基部２０１と、基部２０１から先端方向に突出して、基部２０１と一体的に形成された右側梁部２０２および左側梁部２０３とで構成されている。

基部２０１は、直方体状（または立方体状）をなし、その右側面および左側面には、それぞれ、円柱状の突部２０１１、２０１２が形成されている。突部２０１１、２０１２は、同心的に配置されており、発電装置１を後述する筐体２に対して回動可能に支持するための軸３を構成する。

右側梁部２０２および左側梁部２０３は、それぞれ、長尺の平板状をなしている。また、右側梁部２０２と左側梁部２０３とはほぼ平行となるように配置されている。

右側梁部２０２の長手方向の途中には、下方に凹没する切欠部２０２１が形成されている。また、右側梁部２０２の先端部および基端部には、それぞれ、切欠部２０２１に連通し、右側梁部２０２の厚さ方向に貫通する先端側溝部２０２２および基端側溝部２０２３が形成されている。先端側溝部２０２２および基端側溝部２０２３は、右側梁部２０２の高さ方向においてほぼ等しい位置に形成されている。

本体部２０の構成材料としては、発電部３０を確実に固定することができ、発電部３０にバイアス磁界を付与し得る強磁性を備える材料であれば、特に限定されない。上記の特性を備える材料としては、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳ ＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳ ＳＳ４００）、ステンレスマーマロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

かかる本体部２０には、発電部３０が設けられている。この発電部３０は、磁歪棒３０１と、この磁歪棒３０１の外周側に配置されたコイル３０２とで構成されている。磁歪棒３０１は、長尺の平板状をなしており、その先端部および基端部がそれぞれ、本体部２０の先端側溝部２０２２および基端側溝部２０２３に挿入、固定されている。これにより、発電部３０が本体部２０に保持されている。

また、磁歪棒３０１は、磁歪材料で構成され、磁化が生じ易い方向（磁化容易方向）を軸方向として配置され、その軸方向に磁力線を通過させる。かかる発電部３０では、磁歪棒３０１の基端に対して先端を、その軸方向とほぼ垂直な方向（上下方向）に相対的に変位させて、磁歪棒３０１を伸縮させる。このとき、逆磁歪効果により磁歪棒３０１の透磁率が変化し、磁歪棒３０１を通過する磁力線の密度（コイル３０２を貫く磁力線の密度）が変化することにより、コイル３０２に電圧が発生する。

磁歪棒３０１の平均厚さは、特に限定されないが、０．３〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５〜５ｍｍ程度であるのがより好ましい。

また、磁歪材料のヤング率は、４０〜１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、５０〜９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、６０〜８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。かかるヤング率を有する磁歪材料で磁歪棒３０１を構成することにより、磁歪棒３０１をより大きく伸縮させることができる。このため、磁歪棒３０１の透磁率をより大きく変化させることができるので、発電素子１０Ａ（コイル３０２）の発電効率をより向上させることができる。

かかる磁歪材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄−ガリウム系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−ニッケル系合金等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、鉄−ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料が好適に用いられる。鉄−ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料は、前述したようなヤング率の範囲に設定し易い。

また、以上のような磁歪材料は、Ｙ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍのような希土類金属のうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。これにより、磁歪棒３０１の透磁率の変化をより大きくすることができる。

かかる磁歪棒３０１の外周に線材を巻回することにより、コイル３０２が形成されている。このコイル３０２には、磁歪棒３０１の透磁率の変化、すなわち、磁歪棒３０１を通過する磁力線の密度（磁束密度）の変化に基づいて、電圧が発生する。

線材としては、特に限定されないが、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。線材の巻き数は、線材の横断面積等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、１００〜５００程度であるのが好ましく、１５０〜４５０程度であるのがより好ましい。また、線材の横断面積は、５×１０^−４〜０．１２６ｍｍ^２程度であるのが好ましく、２×１０^−３〜０．０３ｍｍ^２程度であるのがより好ましい。

なお、線材の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。

本体部２０の先端部には、右側梁部２０２と左側梁部２０３との間に、永久磁石４０が配置されている。

図１に示すように、永久磁石４０は、Ｓ極を右側梁部２０２側に、Ｎ極を左側梁部２０３側にして配置されている。これにより、発電素子１０Ａには、反時計周りの磁界ループが形成されている。

永久磁石４０には、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石や、それらを粉砕して樹脂材料やゴム材料に混練した複合素材を成形してなる磁石（ボンド磁石）等を用いることができる。なお、永久磁石４０は、例えば、接着剤等による接着により、右側梁部２０２および左側梁部２０３に固定されるのが好ましい。

次に、発電素子の他の構成例について説明する。
以下、図２に示す発電素子１０Ｂについて、図１に示す発電素子１０Ａとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。発電素子１０Ｂは、発電部３０の構成が異なり、それ以外は、発電素子１０Ａと同様である。

すなわち、図２に示す発電素子１０Ｂは、一対の磁歪棒３０１、３０１と、各磁歪棒３０１、３０１の外周側に配置されたコイル３０２、３０２と、磁歪棒３０１、３０１を先端部において連結する連結ヨーク３０３と、磁歪棒３０１、３０１を基端部において連結する連結ヨーク３０４とを備えている。

また、磁歪棒３０１、３０１の先端部と連結ヨーク３０３とがピン３０５により固定され、磁歪棒３０１、３０１の基端部と連結ヨーク３０４とがピン３０６により固定されている。かかる構成の発電部３０は、連結ヨーク３０３および連結ヨーク３０４が、本体部２０の先端側溝部２０２２および基端側溝部２０２３に挿入、固定されることにより、本体部２０に保持されている。

なお、本構成例において、右側梁部２０２は、先端側の部分と基端側の部分とに分断されているが、これらは、図１と同様に連結されていてもよい。

また、連結ヨーク３０３、３０４の構成材料としては、本体部２０の構成材料と同様の材料を用いることができる。

次に、以上のような発電素子を備える本発明の発電装置について説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の発電装置の第１実施形態について説明する。
図３は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す断面図である。

なお、以下の説明では、図３中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図３中の左側を「先端」と言い、右側を「基端」と言う。

図３に示す発電装置１は、筐体２と、筐体２内に設けられた長尺状の発電素子１０Ａと、発電素子１０Ａを筐体２に対して回動可能に支持するための軸３と、筐体２に対する発電素子１０Ａの回動操作を行う操作部４と、発電素子１０Ａの回動運動に要する運動エネルギーに変換される、弾性エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部５と、発電素子１０Ａの筐体２に対する回動運動を規制する規制部６とを有している。

以下、各部の構成について説明する。
＜筐体２＞
筐体２は、箱状をなし、その内腔部には、発電素子１０Ａ、エネルギー貯蔵部５等が収納されている。

筐体２の上壁には、その厚さ方向（上下方向）に貫通する貫通孔２１が形成されている。この貫通孔２１には、操作部４の押下棒４１が挿通されている。また、筐体２の下壁には、その内面の基端側に凹部２２が形成されている。この凹部２２には、エネルギー貯蔵部５を構成するクリックばね５１が収納（固定）されている。
筐体２内には、軸３を介して、発電素子１０Ａが回動可能に支持されている。

＜発電素子１０Ａ＞
発電素子１０Ａは、前述した通りである。
この発電素子１０Ａの上方には、操作部４が設けられている。

＜操作部４＞
操作部４は、押下棒４１と、発電装置１の使用者が押圧して、押下棒４１を下方に移動させる押圧部４２とで構成されている。

押下棒４１は、筐体２の上壁に形成された貫通孔２１に挿通されている。また、押下棒４１は、その下端が発電素子１０Ａの軸３より先端側の部分、すなわち、発電素子１０Ａの重心側の部分に接触している。これにより、使用者が押圧部４２を押圧することにより、押下棒４１が押下げられ、この押下げられた押下棒４１が、発電素子１０Ａを、軸３を中心として筐体２に対して回動させる。

なお、操作部４および筐体２の構成材料としては、それぞれ、例えば、金属材料、半導体材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、発電素子１０Ａの下方には、弾性エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部５と、発電素子１０Ａの筐体２に対する回動運動を規制する規制部６が設けられている。

＜エネルギー貯蔵部５＞
エネルギー貯蔵部５は、クリックばね（ばね部材）５１で構成されている。このクリックばね５１は、中央部が突出するように形成されたドーム状をなす板バネであり、筐体２の下壁の内面に形成された凹部２２内に、上に凸となるようにして配置されている。

後述するように、クリックばね５１は、発電素子１０Ａの下面に設けられた突起部６１で下方に向かって押圧されても、その押圧力に抗して、所定の荷重が付加されるまで、その自然状態での形状を維持し、所定以上の荷重が付加されると、一気に変形する特性を備えている。したがって、クリックばね５１は、その変形が生じるまで、弾性エネルギーを貯蔵する。

＜規制部６＞
規制部６は、発電素子１０Ａの下面に設けられた突起部６１で構成されている。突起部６１は、クリックばね５１に対向して配置されている。

この突起部６１は、発電素子１０Ａが下方に向かって回動運動を始めると、クリックばね５１を押圧しつつ、下方に向かって移動するが、クリックばね５１が変形して頂部付近が筐体２の下壁の内面（凹部２２の底面）に当接すると、それ以上の下方への移動が阻止される。これにより、発電素子１０Ａの回動（回動運動）が規制される。

次に、このような発電装置１の動作（使用方法）について説明する。
［１−１］ まず、図３（ａ）に示す状態から、使用者が操作部４の押圧部４２を押圧すると、押下棒４１が下方に移動する。この押下棒４１により、発電素子１０Ａは、その先端側の部分が押下げられて、軸３を中心として、筐体２に対して下方に向かって回動を開始する。

このとき、発電素子１０Ａの下面に設けられた突起部６１は、クリックばね５１の上面の頂部付近に当接しており、発電素子１０Ａの回動によりクリックばね５１を下方に向かって押圧する。クリックばね５１は、突起部６１によって下方に押圧されても、その押圧力に抗して、所定の荷重が付加されるまでその自然状態での形状を維持する。この間に、クリックばね５１は、使用者によって押圧部４２に付加される押圧力、すなわち、突起部６１を介して付加される荷重を弾性エネルギーとして貯蔵する。

［１−２］ クリックばね５１は、さらに突起部６１で押圧され、所定の荷重を超える荷重が付加されると、図３（ｂ）に示すように、その頂部付近の形状が下に凸となるように一気に変形する。これにより、クリックばね５１に貯蔵された弾性エネルギーが、発電素子１０Ａの運動エネルギーに変換され、発電素子１０Ａは、筐体２に対して下方に向かって回動運動を開始する。また、発電素子１０Ａの回動運動に伴って、突起部６１も下方に向かって移動する。

［１−３］ 一方、クリックばね５１の頂部付近が筐体２の下壁の内面に当接すると、突起部６１は、それ以上の下方への移動が阻止される。なお、このとき、操作部４の押圧部４２は、使用者により押圧された状態である。このため、発電素子１０Ａの基端部は、押下棒４１と筐体２の下壁とにより固定されるが、発電素子１０Ａの先端部は、慣性力により回動運動を持続し、発電素子１０Ａは、その基端部を固定端、先端部を自由端として上下方向に振動するようになる。このとき、磁歪棒３０１は伸縮して、その透磁率が逆磁歪効果により変化する。このため、磁歪棒３０１を通過する磁力線の密度（コイル３０２を貫く磁力線の密度）が変化して、コイル３０２に電圧が発生する（発電部３０が発電する）。

［１−４］ その後、使用者が押圧部４２を押圧するのを止めると、クリックばね５１がほぼ元の形状に復元する。このとき、クリックばね５１が突起部６１を上方に向かって押し上げ、発電素子１０Ａが、軸３を中心として、筐体２に対して上方に向かって回動する。これにより、発電素子１０Ａは、図３（ａ）に示す操作前の状態となる。

上述したように、発電装置１では、使用者が行う押圧部４２の押圧操作を直接利用することなく、クリックばね５１に貯蔵された弾性エネルギーを発電素子１０Ａの運動エネルギーに変換し、この運動エネルギーを利用して発電する。このため、使用者が押圧部４２を押圧する条件（例えば、押圧部４２を押し込む速さ等）によらず、発電量のバラつきの少ない安定した発電を行うことができる。

特に、本実施形態では、クリックばね５１が凹没するように変形する際に、操作部４が筐体２に向かって吸い込まれる感覚（クリック感）を得ることができる。このため、使用者は、このクリック感により、発電装置１の発電操作が完了したことを認識することができる。すなわち、使用者には、良好な操作感が得られる。

このように、本実施形態の発電装置１では、使用者が行う押圧部４２の押圧操作によって、クリックばね５１（エネルギー蓄積器）に弾性エネルギーが貯蔵され、その弾性エネルギーによって発電素子１０Ａを回動させることができる。このとき、クリックばね５１に蓄積（貯蔵）される弾性エネルギーＥは、クリックばね５１のばね定数をｋとし、クリックばね５１の変位量をｘとすると、使用者の押圧操作によって加えられる操作力Ｆ（＝ｋｘ）を用いて、下記式（１）のように表される。
Ｅ＝∫Ｆｄｘ＝１／２Ｆｘ （１）

ここで、図３（ａ）に示す状態、すなわち、使用者が押圧部４２を押圧していない状態において、突起部６１によりクリックばね５１に、予め、所定の荷重（プリテンション）が付加されている構成としてもよい。クリックばね５１にプリテンションを付加するためには、例えば、自然状態で図３（ａ）に示すクリックばね５１より深さ（高さ）が大きいクリックばね５１を用意し、これを、突起部６１の押圧により若干変形した状態となるように凹部２２内に固定すればよい。この場合、使用者が押圧部４２の押圧操作をすることにより、クリックばね５１に蓄積される弾性エネルギーＥ’は、クリックばね５１にかかるプリテンションをＦ’とすると、下記式（２）のように表される。
Ｅ’＝∫（Ｆ’＋Ｆ）ｄｘ＝１／２（Ｆ’＋Ｆ）ｘ （２）

したがって、クリックばね５１にプリテンションが付加されていると、クリックばね５１が変形するまでに、より大きな弾性エネルギーを貯蔵させ得ることが判る。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第２実施形態について説明する。

図４は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す断面図、図５は、本発明の第２実施形態の他の構成例を示す断面図である。

なお、以下の説明では、図４および図５中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図４および図５中の左側を「先端」と言い、右側を「基端」と言う。

以下、第２実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態の発電装置１では、操作部４、エネルギー貯蔵部５および規制部６の配置位置が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１と同様である。

すなわち、図４に示すように、操作部４は、押下棒４１の下端が発電素子１０Ａの軸３より基端側の部分、すなわち、軸３に対して発電素子１０Ａの重心と反対側の端部に接触するように、筐体２に設けられている。また、規制部６を構成する突起部６１が、軸３に対して、発電素子１０Ａの重心と反対側に設けられ、これに対向してエネルギー貯蔵部５を構成するクリックばね５１が配置されている。

かかる第２実施形態の発電装置１によっても、前記第１実施形態の発電装置１と同様の作用・効果を生じる。

特に、本実施形態では、軸３から押下棒４１までの距離と、軸３から突起部６１までの距離とが近接している。このため、クリックばね５１を変形させるまでに比較的大きな荷重を必要とするが、押圧部４２を押し込む量（ストローク）を短くすることができる。

また、図５に示すように、押圧部４２（押下棒４１）と突起部６１との位置関係を変更することもできる。すなわち、図５に示す構成例では、軸３から押下棒４１までの距離が、軸３から突起部６１までの距離より大きく設計されている。かかる構成の発電装置１では、クリックばね５１が変形に至るまで、押圧部４２を押し込むストロークが長くなるが、てこの原理により、付加する荷重を小さくすることができる。

このように、操作部４、エネルギー貯蔵部５および規制部６の配置位置を適宜変更することで、押圧部４２を押し込むストロークの長さや、発電部３０が発電するのに要する荷重を調整することができる。

また、第１実施形態と同様に、クリックばね５１にプリテンションを付加するように構成してもよい。本実施形態の場合は、例えば、第１実施形態と同様に、自然状態で図４および図５に示すクリックばね５１より深さ（高さ）が大きいクリックばね５１を用意し、これを、突起部６１の押圧により若干変形した状態となるように凹部２２内に固定すればよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第３実施形態について説明する。
図６は、本発明の発電装置の第３実施形態を示す断面図である。

なお、以下の説明では、図６中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図６中の左側を「先端」と言い、右側を「基端」と言う。

以下、第３実施形態の発電装置について、前記第１および第２実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態の発電装置１では、操作部４、エネルギー貯蔵部５および規制部６の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態と同様である。

＜操作部４＞
押圧部４２と、押圧部４２の下面から下方に向かって突出する一対の固定部４３、４３とで構成されている。押圧部４２の上端部は、貫通孔２１を介して筐体２の外部に露出し、下面は、発電素子１０Ａの基端部の上面に当接している。また、固定部４３、４３には、貫通孔４３１、４３１が形成されており、この貫通孔４３１、４３１に突部２０１１、２０１２（軸３）が挿通されている。

かかる構成により、操作部４は、発電素子１０Ａの軸３を同軸として、筐体２に対して回動可能となっている。

＜エネルギー貯蔵部５＞
エネルギー貯蔵部５は、発電素子１０Ａを介して、紙面手前側および紙面奥側に設けられた一対のコイルばね５２で構成されている。また、筐体２の基端壁の内面には、発電素子１０Ａに向かって突出するように突片２３が形成され、この突片２３の紙面手前側および紙面奥側には、一対のバー２３１が形成されている。一方、発電素子１０Ａの両側面にも、一対のバー２０１３が形成されている。各コイルばね５２の一端は、バー２３１に固定され、他端は、バー２０１３に固定されている。

各コイルばね５２は、図６（ａ）および図６（ｃ）に示す状態で、自然長となっており、一方、図６（ｂ）に示す状態で、最大長となっている。

なお、かかるコイルばね５２は、発電素子１０Ａの自重によっても、伸長しないようなばね定数に設定されている。このため、コイルばね５２は、図６（ｃ）に示す状態において、発電素子１０Ａが、その自重によって下方に回動しようとする力に抗して、発電素子１０Ａをその位置に留まらせることができる。

＜規制部６＞
規制部６は、筐体２の上壁の内面および下壁の内面に、発電素子１０Ａを介して互いに対向するように設けられた一対の凸部６２で構成される。

かかる第３実施形態の発電装置１によっても、前記第１実施形態の発電装置１と同様の効果を生じる。

次に、このような発電装置１の動作（使用方法）について説明する。
［２−１］ まず、図６（ａ）に示す状態では、発電素子１０Ａが筐体２の下壁側に設けられた凸部６２と接触している。この状態から、操作部４の押圧部４２の基端側を下方に向かって押圧すると、操作部４とともに発電素子１０Ａが、軸３を中心として、筐体２に対して上方に向かって回動を開始する。

発電素子１０Ａが、上方に向かって回動して、図６（ａ）に示す状態から、筐体２の上壁（または下壁）とほぼ平行となる図６（ｂ）に示す状態となるまでに、コイルばね５２は、自然長から最大長まで伸長される。これにより、コイルばね５２は、弾性エネルギーを貯蔵する。

［２−２］ そして、押圧部４２の押圧操作によって、発電素子１０Ａがさらに上方に回動すると、コイルばね５２が、最大長から自然長となるように一気に収縮する。これにより、コイルばね５２に貯蔵された弾性エネルギーが、発電素子１０Ａの運動エネルギーに変換され、発電素子１０Ａは、筐体２に対して上方に向かって回動運動を開始する。

［２−３］ その後、図６（ｃ）に示すように、発電素子１０Ａが凸部６２に衝突すると、それ以上の上方への回動運動が阻止される。なお、このとき、操作部４の押圧部４２は、使用者により押圧された状態である。このため、発電素子１０Ａの基端部は固定されるが、発電素子１０Ａの先端部は、慣性力により回動運動を持続し、発電素子１０Ａは、凸部６２を支点とし、その基端部を固定端、先端部を自由端として上下方向に振動するようになる。その結果、磁歪棒３０１が伸縮して、コイル３０２に電圧が発生する。

その後、使用者が押圧部４２の押圧操作を中止しても、コイルばね５２は、そのばね力により、発電素子１０Ａを凸部６２と接触した状態に維持する。

［２−４］ 一方、上記とは逆に、操作部４の押圧部４２の先端側を下方に向かって押圧すると、発電素子１０Ａが、図６（ｃ）に示す状態から、図６（ｂ）に示す状態を経由して、図６（ａ）に示す状態に変位し、上記［２−１］−［２−３］と同様の作用によって、発電素子１０Ａが発電する。

したがって、第３実施形態の発電装置１によれば、操作部４の押圧部４２の先端側または基端側を交互に押圧することによって連続して発電することができる。

特に、本実施形態では、コイルばね５２を、図６（ｂ）に示す状態とするまでは、操作者は、操作部４の押圧部４２を押圧するのに比較的大きな力（荷重）を必要とするが、図６（ｂ）に示す状態を超えると、コイルばね５２の収縮力により発電素子１０Ａが回動運動するので、操作部４の押圧部４２を押圧する力が不要となる。このため、使用者は、この押圧部４２の押圧に要する力の変化により、発電装置１の発電操作が完了したことを認識することができる。すなわち、使用者には、良好な操作感が得られる。

また、できる限り大きく磁歪棒３０１が伸縮し得るように設計するのが好ましい。かかる観点から、凸部６２は、発電素子１０Ａの磁歪棒３０１の基端部に対応する位置に当接し得るように、筐体２に配置するのが好ましい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第４実施形態について説明する。
図７は、本発明の発電装置の第４実施形態を示す断面図である。

なお、以下の説明では、図７中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図７中の左側を「先端」と言い、右側を「基端」と言う。

以下、第４実施形態の発電装置について、前記第１〜第３実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第４実施形態の発電装置１では、エネルギー貯蔵部５の構成が異なる以外は、前記第３実施形態と同様である。

＜エネルギー貯蔵部５＞
エネルギー貯蔵部５は、発電素子１０Ａを介して互いに対向するように配置された一対の永久磁石５３１および永久磁石５３２で構成されている。永久磁石５３１は、筐体２の上壁の内面に固定され、永久磁石５３２は、筐体２の下壁の内面に固定されている。

前述したように、発電素子１０Ａの本体部２０は、磁性材料で構成されているため、各永久磁石５３１、５３２は、その磁力（磁気エネルギー）により発電素子１０Ａを吸着するように作用する。したがって、発電素子１０Ａは、図７（ａ）に示す状態で、筐体２の下壁の内面に設けられた永久磁石５３２に吸着され、一方、図７（ｃ）に示す状態で、筐体２の上壁の内面に設けられた永久磁石５３１に吸着される。

また、本実施形態では、各永久磁石５３１、５３２が、発電素子１０Ａの回動運動を規制する規制部６としても機能する。

かかる永久磁石５３１、５３２には、それぞれ、永久磁石４０で挙げたのと同様の磁石を用いることができる。

かかる第４実施形態の発電装置１によっても、前記第１〜第３実施形態の発電装置１と同様の効果を生じる。

次に、このような発電装置１の動作（使用方法）について説明する。
［３−１］ まず、図７（ａ）に示す状態で、前記［２−１］と同様の操作を行う。

なお、図７（ｂ）に示す状態で、発電素子１０Ａと永久磁石５３１および永久磁石５３２との距離がほぼ等しく、かつ、最も大きくなる。このため、永久磁石５３１、５３２の発電素子１０Ａに作用する磁力の影響は、最も小さくなる。

［３−２］ そして、押圧部４２の押圧操作によって、発電素子１０Ａがさらに上方に回動すると、発電素子１０Ａに対する永久磁石５３１の磁力による吸着力（吸引力）が、永久磁石５３２の磁力による吸着力よりも大きくなる。これにより、永久磁石５３１に貯蔵された磁気エネルギーが、発電素子１０Ａの運動エネルギーに変換され、発電素子１０Ａは、筐体２に対して上方に向かって回動運動を開始する。

［３−３］ その後、図７（ｃ）に示すように、発電素子１０Ａが永久磁石５３１に衝突することにより、コイル３０２に電圧が発生する。

その後、使用者が押圧部４２の押圧操作を中止しても、発電素子１０Ａは、永久磁石５３１に吸着されているため、永久磁石５３１と接触した状態を維持する。

［３−４］ 一方、前記［２−４］と同様の操作を行うことにより、上記［３−１］−［３−３］と同様の作用によって、発電素子１０Ａが発電する。

したがって、第４実施形態の発電装置１によれば、操作部４の押圧部４２の先端側または基端側を交互に押圧することによって連続して発電することができる。

特に、本実施形態では、発電素子１０Ａを、図７（ｂ）に示す状態とするまでは、操作者は、操作部４の押圧部４２を押圧するのに比較的大きな力（荷重）を必要とするが、図７（ｂ）に示す状態を超えると、永久磁石５３１の磁力により発電素子１０Ａが回動運動するので、操作部４の押圧部４２を押圧する力が不要となる。このため、使用者は、この押圧部４２の押圧に要する力の変化により、発電装置１の発電操作が完了したことを認識することができる。すなわち、使用者には、良好な操作感が得られる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第５実施形態について説明する。

図８は、本発明の発電装置の第５実施形態を示す断面図、図９および図１０は、本発明の発電装置の第５実施形態の他の構成例を示す断面図である。

なお、以下の説明では、図８〜図１０中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図８〜図１０中の左側を「基端」と言い、右側を「先端」と言う。

以下、第５実施形態の発電装置について、前記第１〜第４実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第５実施形態の発電装置１では、発電素子１０Ａに代えて発電素子１０Ｂが用いられ、かつ、操作部４、エネルギー貯蔵部５および規制部６の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態と同様である。

＜発電素子１０Ｂ＞
発電素子１０Ｂは、前述した通りである。

また、発電素子１０Ｂの左側梁部２０３の先端（軸３に対して発電素子１０Ｂの重心側の端部）には、後述する操作部４の係合板４５と係合する爪部２０５を備える係合片２０４が、左側梁部２０３と一体的に形成されている。

この係合片２０４は、その下端部に爪部２０５を備え、上端部が左側梁部２０３に接続されている。これにより、係合片２０４は、発電素子１０Ｂに片持ち支持され、爪部２０５が発電素子１０Ｂから離間した第１の状態と、発電素子１０Ｂに近接する第２の状態とに変位可能となっている。

また、爪部２０５は、その左右方向（発電素子１０Ｂの軸方向）の長さが、下端側から上端側に向かって漸増しており、下端側の面２０５１が傾斜面を構成し、上端側の面２０５２が上下方向にほぼ垂直な平坦面を構成している。この上端側の面２０５２に係合板４５が係合する。

＜操作部４＞
操作部４は、押下棒４１の外周側であって、筐体２と押圧部４２との間に設けられたコイルばね４４と、押下棒４１の下端部に設けられ、係合片２０４の爪部２０５に係合する係合板４５とを備えている。

コイルばね４４は、下端が筐体２の上壁の上面に当接し、上端が押圧部４２の下部に当接するように配置されている。このコイルばね４４は、図８（ｃ）に示す収縮状態で、操作部４の押圧部４２を上方に向かって付勢する。このため、操作部４を押圧する押圧力を解除すると、コイルばね４４が伸長することにより、操作部４を上方に向かって移動させる。

係合板４５は、その右端が筐体２の基端壁の内面に接触するように配置されている。このため、操作部４が上下方向に移動する際には、係合板４５は、その右端が筐体２の基端壁の内面に摺接しつつ移動する。また、係合板４５の左側の上端角部は面取りされている。

＜エネルギー貯蔵部５＞
エネルギー貯蔵部５は、軸３に巻回されたアルファばね５４で構成されている。このアルファばね５４は、一端が発電素子１０Ｂに固定され、他端が筐体２の上壁に固定されている。アルファばね５４は、発電素子１０Ｂが軸３を中心に筐体２に対して、下方に回動すると、その両端部のなす角度が小さくなることにより、弾性エネルギーを貯蔵する。

＜規制部６＞
規制部６は、筐体２の上壁の内面に設けられた凸部６２で構成されている。

かかる第５実施形態の発電装置１によっても、前記第１〜第４実施形態の発電装置１と同様の効果を生じる。

次に、このような発電装置１の動作（使用方法）について説明する。
［４−１］ まず、図８（ａ）に示す状態から、使用者が操作部４の押圧部４２を押圧すると、押下棒４１とともに係合板４５が下方に移動する。このとき、係合片２０４の爪部２０５は、発電素子１０Ｂから離間しており、これに係合板４５が係合する。さらに、押圧部４２を押圧すると、係合板４５が爪部２０５を下方に押圧する。これにより、発電素子１０Ｂは、その先端側が押下げられ、軸３を中心として、筐体２に対して下方に回動を開始する。

［４−２］ さらに、押圧部４２を押圧すると、図８（ｂ）に示すように、係合板４５が爪部２０５を左斜め下方に押圧するようになり、爪部２０５が発電素子１０Ｂに徐々に接近する。これにより、係合板４５は、爪部２０５の頂部を乗り越え、係合板４５と爪部２０５との係合が解除され、操作部４による発電素子１０Ｂの回動操作が禁止（阻止）される。かかる状態に至るまで、発電素子１０Ｂの回動に伴い、軸３に巻回されたアルファばね５４は、その両端部のなす角度が徐々に小さくなり、この間に、アルファばね５４は、使用者によって押圧部４２に付加された押圧力（荷重）を、弾性エネルギーとして貯蔵する。

また、図８（ｃ）に示すように、係合板４５と爪部２０５との係合が解除されることにより、アルファばね５４に貯蔵された弾性エネルギーが、発電素子１０Ｂの運動エネルギーに変換され、発電素子１０Ｂは、筐体２に対して上方に向かって回動運動を開始する。

［４−３］ その後、発電素子１０Ｂが凸部６２に衝突すると、それ以上の上方への回動運動が阻止される。このとき、発電素子１０Ｂの基端部は、凸部６２とアルファばね５４の付勢力とにより固定されるが、発電素子１０Ｂの先端部は、慣性力により回動運動を持続し、発電素子１０Ｂは、その基端部を固定端、先端部を自由端として上下方向に振動するようになる。その結果、磁歪棒３０１が伸縮して、コイル３０２に電圧が発生する。

［４−４］ その後、使用者が押圧部４２を押圧するのを止めると、押圧部４２は、コイルばね４４の復元力により上方に移動する。この際、係合板４５は、係合片２０４の爪部２０５に接触するが、この爪部２０５を左方に押圧して、発電素子１０Ｂに接近するように変位させることができる。これにより、係合板４５は、爪部２０５より上方に移動して、図８（ａ）に示す元の位置に戻る。なお、この係合板４５の移動は、爪部２０５の下端側の面２０５１が傾斜面を構成し、係合板４５の左側の上端角部が面取りされているので、これらが引っ掛かることなく、円滑になされる。

本実施形態では、係合板４５と爪部２０５との係合が解除されるまでは、操作者は、操作部４の押圧部４２を押圧するのに比較的大きな力（荷重）を必要とするが、係合板４５と爪部２０５との係合が解除されると、操作部４の押圧部４２を押圧する力が不要となる。このため、使用者は、この押圧部４２の押圧に要する力の変化により、発電装置１の発電操作が完了したことを認識することができる。すなわち、使用者には、良好な操作感が得られる。

また、第１実施形態と同様に、アルファばね５４にプリテンションを付加するように構成してもよい。本実施形態の場合、アルファばね５４にプリテンションを付加するためには、例えば、自然状態で両端部同士のなす角度が、鈍角のアルファばね５４を用意し、これを、両端部間が接近するように変形させた状態で、発電素子１０Ｂと筐体２とに固定すればよい。

なお、本実施形態では、エネルギー貯蔵部５を、アルファばね５４に代えて、その他のばね部材で構成することもできる。

ばね部材としては、例えば、図９に示すようなコイルばね５５や、図１０に示すような板ばね５６で構成することができる。ここで、コイルばね５５は、伸長状態で、発電素子１０Ｂと筐体２の下壁との間に配置され、その一端が発電素子１０Ｂに固定され、他端が筐体２に固定されている。また、コイルばね５５は、凸部６２と対向している。一方、板ばね５６は、長手方向の途中で屈曲または湾曲させた長尺状のばね板で構成されている。この板ばね５６は、両端部が離間した状態で、発電素子１０Ｂと筐体２の下壁との間に配置され、その一端が発電素子１０Ｂに固定され、他端が筐体２に固定されている。かかる構成においても、上述した本実施形態と同様の作用・効果を生じる。

以上、本発明の発電装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。

例えば、前記第１〜第５実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。
また、第３実施形態の発電装置１において、規制部６を構成する一対の凸部６２を、永久磁石で構成してもよい。この場合、発電素子１０Ａの本体部２０に対して働く凸部６２の吸着力によって、図６（ａ）（または図６（ｃ））の状態から図６（ｂ）の状態となるまでは、第３実施形態の発電装置１よりも大きな力（荷重）が必要となるが、図６（ｂ）の状態から図６（ｃ）（または図６（ａ））の状態への変位は、変位方向（回動方向）の凸部６２の吸着力によって、より速い速度で変位（回動）する。そのため、発電素子１０Ａが凸部６２に衝突した際の磁歪棒の伸縮が大きくなり、コイルにより大きな電圧を発生させることができる。

また、第４実施形態において、永久磁石５３１、５３２のうちのいずれか一方を、省略してもよい。
また、発電素子が備える永久磁石を、電磁石に置き換えることもできる。

また、発電素子が備える磁歪棒は、その横断面形状が長方形状をなしているが、例えば、円形状、楕円形状、三角形状、正方形状、六角形状のような多角形状であってもよい。ただし、磁歪棒と補強棒との接合強度を確保する観点からは、磁歪棒および補強棒の双方が平坦な接合面を有する形状、特に、長方形状が好ましい。
また、規制部を構成する凸部は、発電素子に設けるようにしてもよい。

１…発電装置 ２…筐体 ２１…貫通孔 ２２…凹部 ２３…突片 ２３１…バー ３…軸 ４…操作部 ４１…押下棒 ４２…押圧部 ４３…固定部 ４３１…貫通孔 ４４…コイルばね ４５…係合板 ５…エネルギー貯蔵部 ５１…クリックばね ５２…コイルばね ５３１、５３２…永久磁石 ５４…アルファばね ５５…コイルばね ５６…板ばね ６…規制部 ６１…突起部 ６２…凸部 １０Ａ、１０Ｂ…発電素子 ２０…本体部 ２０１…基部 ２０１１、２０１２…突部 ２０１３…バー ２０２…右側梁部 ２０２１…切欠部 ２０２２…先端側溝部 ２０２３…基端側溝部 ２０３…左側梁部 ２０４…係合片 ２０５…爪部 ２０５１…爪部の下端側の面 ２０５２…爪部の上端側の面 ３０…発電部 ３０１…磁歪棒 ３０２…コイル ３０３、３０４…連結ヨーク ３０５、３０６…ピン ４０…永久磁石

Claims (12)

1. 筐体と、
   該筐体内に設けられ、磁歪材料で構成された磁歪棒と、該磁歪棒の伸縮に基づいて電圧が発生するよう配置されたコイルとを備える長尺状の発電素子と、
   該発電素子を前記筐体に対して回動可能に支持するための軸と、
   前記筐体に対する前記発電素子の回動操作を行う操作部と、
   前記発電素子の回動運動に要する運動エネルギーに変換される、弾性エネルギーおよび磁気エネルギーの少なくとも一方のエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部と、
   前記発電素子の前記筐体に対する回動運動を規制する規制部とを有し、
   前記エネルギー貯蔵部に貯蔵された前記エネルギーを前記運動エネルギーに変換することにより、前記発電素子を前記筐体に対して回動運動させ、その後、該発電素子の回動運動を前記規制部により規制し、前記運動エネルギーを前記磁歪棒の伸縮に利用するよう構成したことを特徴とする発電装置。
2. 前記規制部は、前記発電素子の回動方向において互いに対向する前記筐体の内面および前記発電素子の外面の一方に設けられた凸部を備える請求項１に記載の発電装置。
3. 前記操作部は、前記筐体に対して、前記軸を中心として回動可能である請求項１または２に記載の発電装置。
4. 前記操作部は、前記軸に対して、前記発電素子の重心と反対側の端部を押圧することにより、該発電素子を回動させる請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置。
5. 前記発電素子は、さらに、前記軸に対して、前記発電素子の重心側の端部に設けられ、該発電素子から離間して前記操作部に係合することにより前記操作部による前記発電素子の回動操作を許容する第１の状態と、前記発電素子に近接して前記操作部との係合を解除することにより前記操作部による前記発電素子の回動操作を禁止する第２の状態とに変位可能な係合片を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の発電装置。
6. 前記エネルギー貯蔵部は、前記操作部による前記発電素子の回動操作に伴って前記弾性エネルギーを貯蔵するばね部材を備える請求項１ないし５のいずれかに記載の発電装置。
7. 前記ばね部材は、前記発電素子の回動方向において互いに対向する前記筐体の内面および前記発電素子の外面の一方に設けられたクリックばねを含む請求項６に記載の発電装置。
8. 前記規制部は、前記筐体の内面および前記発電素子の外面の他方に設けられた凸部を備え、該凸部と前記クリックばねとが互いに対向するように配置されている請求項７に記載の発電装置。
9. 前記ばね部材は、前記軸に巻回され、一端が前記発電素子に固定され、他端が前記筐体に固定されたアルファばねを含む請求項６ないし８のいずれかに記載の発電装置。
10. 前記ばね部材は、一端が前記発電素子に固定され、他端が前記軸を介して反対側の前記筐体に固定されたコイルばねを含む請求項６ないし９のいずれかに記載の発電装置。
11. 前記エネルギー貯蔵部は、前記発電素子の回動方向において、前記発電素子を介して互いに対向して配置され、前記発電素子と前記筐体とが接近するよう作用する一対の磁石を備える請求項１ないし１０のいずれかに記載の発電装置。
12. 前記規制部は、前記磁石で構成された凸部を含む請求項１１に記載の発電装置。

Images