JP2002281684A

JP2002281684A - 弱電用発電装置

Info

Publication number: JP2002281684A
Application number: JP2002001623A
Authority: JP
Inventors: Hidetoki Morikuni; 栄時守国
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の消費量の抑制が充分図れるようになる弱
電用発電装置の高効率化。【解決手段】外部から供給される外部エネルギー９０を
機械エネルギー変換手段２で機械エネルギーに変換し
て、機械エネルギー蓄積手段３に蓄積し、この機械エネ
ルギーで発電手段４を駆動する発電機構において、この
機械エネルギーを、定エネルギーで持続して発生させる
ことで、効率よく発電を行う発電装置を、携帯用情報機
器・通信機器等の弱電電子機器に搭載する。したがって
使用の際に、電池が不要となるので、情報・通信機器市
場が発展しても、電池の消費量が抑制されるようにな
り、電池廃棄による様々な問題の発生が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部からのエネル
ギーを機械エネルギー蓄積手段に蓄積し、その蓄積され
た機械エネルギーを定エネルギーで持続して出力し、発
電手段により電気エネルギーに変換する弱電用発電装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、情報機器および通信機器等の技術
進歩は、めざましく、その小型・軽量化および省エネル
ギー化により、コンピュータや移動電話等の情報・通信
機器は、携帯しても負担にならない寸法・重量のものが
実現している。

【０００３】このような携帯型機器は、使用にあたり商
用電力を不要とし、どこででも使用できるようにするた
めに、乾電池等の電池を電源として採用している。そし
て、情報・通信機器市場は、今後も発展していくと考え
られ、その発展に伴い、電池の消費量（廃棄量）も一層
増大するものと思われる。

【０００４】また、電池を使用せずにエネルギーを機械
エネルギー蓄積手段であるゼンマイに蓄積し、そのエネ
ルギーを発電機で電気エネルギーに変換するものがある
（例えば、特開平０９-１８２３０５号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池に
は、人体に有害な物質が含まれている場合があるため、
廃棄にあたり様々な問題が発生する。そのため、電池の
消費（廃棄）を抑制したいと言う要望がある。

【０００６】なお、二次電池を採用すれば、電池の消費
（廃棄）をある程度抑制できるものの、二次電池は、充
放電の繰返し回数が限られているので、頻繁な使用によ
り、二次電池も消耗するので、単に、二次電池を採用し
ただけでは、電池の消費（廃棄）を抑制したいという要
望に充分対応することはできない。しかも、災害等の非
常時や、山岳地のように供給電源を確保できない場合、
二次電池に充電できないばかりでなく、機器そのものも
使用することができなくなる。

【０００７】また、電池を使用せずにエネルギーをゼン
マイに蓄積した場合、出力を一定で取り出すことができ
ないため効率が悪く、ゼンマイから取り出せるエネルギ
ーだけでは、現実的に情報機器を駆動させるには、エネ
ルギー面で困難であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の請求項
に記載したように、外部から供給されるエネルギーを第
１の機械エネルギーに変換する機械エネルギー変換手段
と、前記第１の機械エネルギーを蓄積する機械エネルギ
ー蓄積手段と、前記機械エネルギー蓄積手段から出力さ
れる第２の機械エネルギーにより駆動されて電力を発生
する発電手段とを備えた弱電用発電装置であって、前記
第２の機械エネルギーが、定エネルギーで持続して出力
されることを特徴とする。

【０００９】このような本発明では、機械エネルギー蓄
積手段から出力される第２の機械エネルギーが、定エネ
ルギーで持続して出力するので、発電手段に常に安定し
たエネルギーを供給することができ、効率よく第２の機
械エネルギーから電気エネルギーに変換することができ
る。

【００１０】例えば、決められた範囲に収まるような定
トルクを出力する機械エネルギー蓄積手段を採用すれ
ば、発電手段に常に安定した第２の機械エネルギーを供
給することができる。また、出力されるトルク量を、決
められた範囲に収まるように、調節する機構も採用でき
る。

【００１１】したがって、発電手段から安定した電気エ
ネルギーを取り出すことができるので、回路を駆動する
のに必要な安定化回路も必要最小限で構成できる。

【００１２】その上、エネルギーを機械エネルギー蓄積
手段に蓄えているので、携帯用の情報機器や通信機器を
使用するにあたり、その電力供給に電池を利用する必要
がなくなり、情報・通信機器市場が発展しても、電池の
消費量が抑制されるようになるので、電池廃棄による様
々な問題の発生が抑制される。

【００１３】さらに、この弱電用発電装置は故障しなけ
れば半永久的に利用できるので、情報機器や通信機器を
長時間使用しても、煩わしい電池交換をまったく行う必
要がない。

【００１４】このような弱電用発電装置において、請求
項２に記載したように、前記機械エネルギー変換手段を
複数備えていることを特徴とすることができる。

【００１５】このようにすれば、外部から供給されるエ
ネルギー量が増え、蓄積されるエネルギー量も増える。
また、異なる外部エネルギーを第１の機械エネルギーに
変換するようにすれば、一方の外部エネルギーが取り出
せない場合でも、他方の外部エネルギーで第１の機械エ
ネルギーに変換できるようになり、効率よくエネルギー
を変換することができるようになる。したがって、高効
率でエネルギーを蓄積できる弱電用発電装置を実現でき
る。

【００１６】また、請求項３に記載したように、前記複
数の機械エネルギー変換手段のうち、外部から供給され
るエネルギーが、少なくとも一つは、手動操作により発
生するエネルギーであり、その他のうちの少なくとも一
つは、前記機械エネルギー変換手段自体が移動されるこ
とにより生じる運動エネルギーであることを特徴として
もよい。

【００１７】このような機械エネルギー変換手段を設け
れば、利用者が携帯して歩行する等により、発電が行わ
れるので、携帯用の情報機器や通信機器に電力を供給す
るのに好適である。

【００１８】また、機械エネルギー蓄積手段にまったく
エネルギーが蓄積されていなくとも、手動操作により、
直ちに、第１の機械エネルギーを機械エネルギー蓄積手
段に蓄積でき、非常時や緊急時にも、必要に応じて、電
力の供給を速やかに開始させることが可能となる。

【００１９】さらに本発明の弱電用発電装置では、請求
項４に記載したように、前記発電手段から発生した電気
エネルギーを蓄積する電気エネルギー蓄積手段を備える
ことができる。

【００２０】このような電気エネルギー蓄積手段を設け
れば、蓄積されるエネルギーの総量が増えるうえ、機械
エネルギー蓄積手段にエネルギーが蓄積された状態で、
運動エネルギーが付与された場合に、機械エネルギー蓄
積手段から第２の機械エネルギーを放出して発電を行
い、発電で得られた電気エネルギーを電気エネルギー蓄
積手段に蓄積するとともに、放出分に相当する第２の機
械エネルギーを機械エネルギー蓄積手段に蓄積すること
が可能となり、得られた運動エネルギーが無駄となるこ
とがない。

【００２１】しかも、機械エネルギー蓄積手段から発電
手段へ送られる第２の機械エネルギーが、何らかの原因
で安定していない等により、そのままでは、発電手段の
電力供給が安定していなくとも、電気エネルギー蓄積手
段に電気エネルギーを一旦蓄積してから、負荷へ供給す
るようにすれば、安定した電力供給が行えるようにな
る。

【００２２】また、請求項５に記載したように、前記機
械エネルギー蓄積手段がゼンマイであってもよい。

【００２３】このように、機械エネルギー蓄積手段にゼ
ンマイを採用すれば、ゼンマイは、回転力により弾性体
を変形するものであることから、コイル状のばね等、他
の形状の弾性体よりも、大きな変位を生じさせることが
できるので、同じ寸法であれば他の形状の弾性体よりも
多くの機械エネルギーの蓄積が可能となる。

【００２４】また、請求項６に記載したように、前記ゼ
ンマイが定トルクばねであってもよい。

【００２５】定トルクバネは、回転回数に関係なくトル
クが一定であるので、発電機をもっとも効率の高い回転
数で駆動させることできるうえ、トルクを一定にするた
めの調整が必要なく、構造が単純になり故障が少なくな
る。

【００２６】そのうえ、ゼンマイと比較して、回転回数
を多く設計でき、わずかな巻き込みで強いトルクが得ら
れるので、有効回転数が大きくとることができ、多くの
機械エネルギーの蓄積が可能になる。また、コイル間の
摩擦によるエネルギーロスがほとんどないので、蓄積さ
れたエネルギーを効率よく取り出すことができる。

【００２７】しかも、ゼンマイのように摩擦が生じない
ので、潤滑剤が不要で給油の必要がなく、油よごれがな
い。

【００２８】さらに定トルクぜんまいは、巻締めていく
に従って、巻締めトルクはほとんど上昇せず、常に均一
な力で、巻き込みが可能である上、それ自体が移動され
ることにより生じる運動エネルギーを機械エネルギーに
変換する機構を用いた場合、巻締まり状態まで、ほとん
ど均一な運動エネルギーが供給されるだけで最後まで巻
締めることが可能で、運動エネルギーから機械エネルギ
ーへの変換効率が高い。

【００２９】しかも、ぜんまいのように最大発生力に合
わせた強度設計をする必要がなく、均一な力が加わった
条件で設計すればよいので、構造を比較的簡単にでき
る。また、請求項７に記載したように、前記機械エネル
ギー蓄積手段と前記発電手段との間に、ワンウエイクラ
ッチ機構を設けてもよい。

【００３０】このような本発明では、従来の腕時計等に
用いられるゼンマイを収める香箱とは違い、定トルクば
ねの場合、入力と出力の軸は同軸であるため、定トルク
ばねを巻上げると同時に、その巻上力が発電手段側にも
伝達されてしまう。そこで発電の際は、機械エネルギー
蓄積手段と発電手段を係合し、巻上げの際は、機械エネ
ルギー蓄積手段と発電手段を切り離すワンウエイクラッ
チ機構を搭載することで、巻上力を発電手段側に伝達さ
れないようにでき、発電手段の余分な巻上力を低減させ
ることが可能となる。

【００３１】さらに、手動巻上げによる発電手段側への
過度の負荷伝達を防止することができ、発電手段側の機
構を保護することができる。

【００３２】しかも、手動巻上げによる過度の負荷伝達
による定格以上の発電を防ぐことが可能となる上、駆動
回路に定格以上の電力を供給することがなくなる。ま
た、請求項８に記載したように、前記定トルクばねを巻
き付けるドラムと、前記発電手段に前記第２の機械エネ
ルギーを出力する出力歯車とを一体化することもでき
る。

【００３３】このような本発明では、従来、ドラムと出
力歯車を、軸を介して別々に、あるいは重ねて設けてい
たので、その部分が厚くなり、発電装置を薄型化するの
は困難であったが、ドラムと出力歯車を一体化すること
で、発電装置を薄くすることを可能にした。

【００３４】具体的には、定トルクばねを巻いてあるド
ラムのツバと歯車を一体化することで、従来のドラムと
同じ厚さで、出力歯車の機能を実現することが可能にな
り、発電装置を薄型化することが可能になった。さら
に、請求項９に記載したように、外部から供給されるエ
ネルギーを前記第１の機械エネルギーに変換する時の
み、前記機械エネルギー変換手段と前記機械エネルギー
蓄積手段との間を係合する機構を設けることもできる。

【００３５】従来、機械エネルギー蓄積手段に蓄積され
た第２の機械エネルギーを発電手段に伝達する際、それ
と同時に、機械エネルギー変換手段側にも伝達されてし
まい、その伝達されたエネルギーを損失していた。しか
し、外部から供給されるエネルギーを第１の機械エネル
ギーに変換する時のみ、機械エネルギー変換手段と機械
エネルギー蓄積手段との間を係合する機構を設けること
で、エネルギー損失がなくなり、蓄積されたエネルギー
を有効に使用することが可能となる。

【００３６】さらに、機械エネルギー変換手段側へのエ
ネルギー伝達を防いだことで、外部から供給されるエネ
ルギーとの衝突がなくなり、エネルギーの不安定化、ロ
スがなくなり、安定したエネルギーを供給できるように
なった。また、請求項１０に記載したように、前記ドラ
ムの逆回転を防止するとともに、第２の機械エネルギー
を解放するスイッチ機構を設けることもできる。

【００３７】このように、スイッチ機構を設けること
で、定トルクばねを巻上げる際、使用者が誤って逆方向
に回してしまった場合でも、定トルクばねが緩んだり、
発電手段に無理な負荷が加わって破損してしまう可能性
がなくなる。

【００３８】また、スイッチ機構は、巻上げた定トルク
ばねの第２の機械エネルギーを解放することもできるの
で、発電が必要なときだけスイッチを入れて定トルクば
ねを解放すればよいので、無駄にエネルギーを放出する
ことがなくなる。

【００３９】さらに、スイッチ機構は、逆回転防止と第
２の機械エネルギー解放の２つの機能をひとつのスイッ
チ機構で実現しているので、構造を比較的簡単にできる
上、小型化も実現できる。さらに、請求項１１に記載し
たように、前記ドラムが二体以上に分離できる構造にな
っていることを特徴としている。

【００４０】このように、ドラムが分離できる構造にな
っていることで、定トルクばねのみを組み込みことが可
能になり、組立工程において非常に効率よく作業を行う
ことが可能となる。

【００４１】また、定トルクばねが損傷したり、寿命に
達しても、定トルクばねのみを電池交換のように簡単に
取り替えることができ、発電装置を何度でも使用でき、
環境にやさしい製品を提案できる。

【００４２】しかも、定トルクばねは、金属のみで構成
され、破損して廃棄されたとしても、一次電池や二次電
池のように環境負荷の大きい物質を含んでおらず、リサ
イクルも容易なので、環境にやさしい発電装置を提案で
きる。

【００４３】また、請求項１２に記載したように、前記
機械エネルギー蓄積手段による第１の機械エネルギーの
過蓄積、または、第２の機械エネルギーの過解放を防止
する機構を採用することもできる。

【００４４】このような機構を設けることで、定トルク
ばねの巻上げ過ぎにより、定トルクばねがドラム離脱し
たり、定トルクばねをゆるめ過ぎることで変形を与えて
しまうことを防止することができ、発電装置の損傷、寿
命低下を抑えることができる。

【００４５】また、発電手段に有効なエネルギー範囲の
みを使用することができるので、安定した機械エネルギ
ーを発電手段に供給することが可能になり、安定した発
電電力を得ることができる。また、請求項１３に記載し
たように、前記機械エネルギー蓄積手段によるエネルギ
ー蓄積量を使用者に認識させる機構を設けてもよい。

【００４６】このように、エネルギー蓄積量を使用者に
認識させる機構を設けることで、使用者が発電装置の残
り発電時間、駆動時間を知ることができ、利便性が向上
する。

【００４７】さらに、定トルクばねのへたり具合も、蓄
積量と駆動時間の関係から知ることが可能となり、定ト
ルクバネの寿命や交換時期を使用者が認識することが可
能になる。

【００４８】また、請求項１４に記載したように、携帯
型電子機器に電力を供給することも可能である。

【００４９】このように、前記携帯型機器、例えばラジ
オ、携帯型端末、デジタルオーディオ機器、携帯型コン
ピュータ等を含む電源として利用すれば、電池交換や充
電作業が不要となるうえ、耐久性が高く、使い勝手がよ
いため、携帯、災害時や緊急時にも確実に動く携帯型電
気機器が実現される。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００５１】［第１実施形態］図１には、本発明の第１
実施形態に係る弱電用発電装置１０を含む電子機器１が
示されている。この弱電用発電装置１０は、電子機器１
内に設置されていてもよいし、着脱可能なように、駆動
回路６と弱電用発電装置１０が別体構造になっていても
よい。

【００５２】図２には、別体構造にした場合の一例とし
て携帯電話１Ａが示されている。

【００５３】この携帯電話１Ａの裏面には、駆動回路６
を含む携帯電話１Ａに電力を供給する弱電用発電装置１
０Ａが着脱可能に設けられている。

【００５４】ここでは、駆動回路６と弱電用発電装置１
０が一体構造になっているものを第１実施形態として取
り上げる。

【００５５】まず、弱電用発電装置１０の全体構成を概
略説明すると、弱電用発電装置１０は、図３の如く、外
部エネルギー９０を第１の機械エネルギーＡに変換する
機械エネルギー変換手段２と、機械エネルギー変換手段
２が変換した第１の機械エネルギーＡを蓄積する機械エ
ネルギー蓄積手段３と、機械エネルギー蓄積手段３か
ら、定エネルギーで出力される第２の機械エネルギーＢ
によって駆動されて電気エネルギーＣを発生する発電手
段４から構成されるものである。

【００５６】次に、弱電用発電装置１０を含む電子機器
１の各部を具体的に説明する。

【００５７】機械エネルギー変換手段２は、図１に示さ
れるように、手動操作車２０と、角穴車３１とに係合さ
れた中間歯車２１から構成される。

【００５８】手動操作車２０は、ケース７から一部が露
出するとともに、ケース７に回転自在に設けられてい
る。

【００５９】中間歯車２１は、手動操作車２０の回転力
を、角穴車３１に伝達するとともに、手動操作車２０を
ゼンマイ巻上げ方向と逆方向に回した場合は、回転力を
伝えないようにするための図示していないクラッチ機構
を備えている。

【００６０】手動操作車２０を手動で回転操作すること
により、香箱３０内の図示しないゼンマイ３３が巻き上
げられるようになっている。

【００６１】また、ゼンマイの巻上げ方向と逆方向に手
動操作車２０を回転させた場合、中間歯車２１に備えて
あるクラッチ機構が作動し、逆回転には力が伝達されな
い。

【００６２】機械エネルギー蓄積手段３は、内部にゼン
マイ３３が内蔵された香箱３０を備えたものである。

【００６３】ゼンマイ３３は、角穴車３１を通して機械
エネルギーを蓄積し、香箱車３２から、輪列９を介し
て、発電手段４にエネルギーを伝達する。

【００６４】発電手段４は、香箱３０内のゼンマイ３３
に蓄えられたエネルギーにより、ロータ４０が回転駆動
されて発電を行うものである。

【００６５】すなわち、発電手段４には、磁性体として
の永久磁石から形成されたロータ４０と、このロータ４
０の回転により誘導起電圧を発生するコイル４１と、ロ
ータ４０から生じる磁束をコイル４１の中心を導くヨー
ク４２とを備えた交流発電機である。ロータ４０は、輪
列９を介して香箱３０の香箱車３２と係合している。

【００６６】輪列９は、ゼンマイ３３により香箱車３２
が発生する回転力を複数の歯車９Ａ〜９Ｃで増速するも
のである。この輪列９により、ゼンマイ３３の緩慢な回
転力でも、発電手段４が発電可能な速度でロータ４０が
回転するようになっている。

【００６７】この際、香箱３０から出力されるエネルギ
ーを一定化するために、調速回路６０Ａでロータ４０の
回転速度を制御する。

【００６８】すなわち、ゼンマイ３３から出力されるエ
ネルギーを一定化し、発電手段４が最も効率良く発電を
行う回転速度である最適回転数に調速するものである。

【００６９】実際は回路負荷や供給エネルギー量に応じ
て、エネルギー量を調整する必要があり、ゼンマイ３３
の場合、巻数が少なくなるほど、供給エネルギーが少な
くなるので、負荷条件に合わせて、ロータ４０の回転速
度を調速する必要がある。

【００７０】調速方法として、発電手段４のコイル４１
の両端を電気的に接続し、調速回路６０Ａを介して駆動
回路６０Ｂへ電力が供給されるようになっている。

【００７１】なお、調速回路６０Ａと駆動回路６０Ｂと
の間には、図示しない整流回路が設けられ、発電手段４
からの交流電力が直流電力に変換されるようになってい
る。

【００７２】調速回路６０Ａは、発電手段４からの交流
電圧に基づいてロータ４０の回転速度を検出し、コイル
４１に流れる電流を調節することにより、ロータ４０へ
の制動力を加減するものである。

【００７３】すなわち、調速回路６０Ａは、半導体等か
らなるスイッチング素子を備えている。このスイッチン
グ素子は、ＯＮ動作時に、コイル４１と負荷とを相互に
接続し、ＯＦＦ動作時に、コイル４１と負荷とを遮断す
るものである。スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作
は、発電手段４からの交流電圧の一周期の間に複数回繰
り返し行われるようになっている。

【００７４】ここで、調速回路６０Ａは、ロータ４０の
回転速度が最適回転数よりも速い場合には、発電手段４
からの交流の一周期における、スイッチング素子のＯＮ
状態の時間をＯＦＦ状態の時間に対して増加させ、コイ
ル４１に電流が流れる時間を増やすことで、ロータ４０
への制動力を強くするようになっている。

【００７５】逆に、ロータ４０の回転速度が最適回転数
よりも遅い場合には、スイッチング素子のＯＮ状態の時
間をＯＦＦ状態の時間に対して減少させ、コイル４１に
電流が流れる時間を減らすことで、ロータ４０への制動
力を弱めるようになっている。

【００７６】以上のような本第１実施形態によれば、次
のような効果が得られる。

【００７７】すなわち、電子機器１を使用するにあた
り、その電力供給に乾電池が不要となるうえ、情報・通
信機器市場が発展しても、乾電池および二次電池を含む
電池の消費量を抑制することができ、電池廃棄による様
々な問題の発生も抑制できる。

【００７８】そのうえ、弱電用発電装置１０は、故障し
なければ半永久的に利用できるので、情報機器や通信機
器を長時間使用しても、煩わしい電池交換を不要とする
ことができ、この点からも、電子機器１を使用するにあ
たり、その便宜を図ることができる。

【００７９】しかも、弱電用発電装置１０には、燃料等
を消費する機構がまったくないので、電子機器１をいく
ら使用しても、電力費がかからない。

【００８０】また、機械エネルギー蓄積手段３に、第１
の機械エネルギーを受けて変形するとともに、その変形
により第１の機械エネルギーを蓄積するゼンマイ３３を
採用し、機械エネルギー変換手段２から直接第１の機械
エネルギーを受けるようにしたので、全体の構成が簡単
なものとなり、弱電用発電装置１０の軽量小型化を図る
ことができる。

【００８１】さらに、機械エネルギー蓄積手段３の弾性
体として、回転力による変位を大きく取れるゼンマイ３
３を採用し、このゼンマイ３３に第１の機械エネルギー
を蓄積させるようにしたので、同じ寸法であれば、コイ
ルばね等の異なる形状の弾性体よりも多くのエネルギー
を蓄積できるうえ、蓄積されたエネルギーを取り出すに
あたり、ゼンマイ３３の形状や材質を適宜選択すること
により、一定の大きさのトルクを取り出すことができ
る。

【００８２】また、発電手段４が回転駆動されるものな
ので、回転力を出力するゼンマイ３３を採用することに
より、回転力を直接伝達することが可能であり、全体の
構造が簡単となるうえ、発電手段４と機械エネルギー蓄
積手段３との間に、輪列９を設けたので、発電に適した
回転数で発電手段４を回転駆動させることができる。

【００８３】そのうえ、発電手段４として、磁性体であ
る永久磁石からなるロータ４０とコイル４１とを備えた
電磁誘導式のものを採用したので、効率よく発電が行え
るようになり、ケース７の内部に収納可能な大きさとし
ても、充分な電力を得ることができる。

【００８４】さらに、機械エネルギー蓄積手段３からの
第２の機械エネルギーを受けて回転するとともに、永久
磁石からなるロータ４０と、このロータ４０の回転で誘
導起電圧を発生するコイル４１とを設け、ロータ４０側
の永久磁石を回転させるようにしたので、誘導起電力を
生じさせるコイル４１が固定され、回転部分との電気的
な通電が不要となり、これに伴いブラシも不要となるの
で、通常のブラシ付き発電機とは異なり、ブラシの保守
の必要性がなく、弱電用発電装置１０をメンテナンスフ
リーとできる。

【００８５】さらに、機械エネルギー蓄積手段３から出
力されるエネルギーを、定エネルギーにするために、発
電手段４のロータ４０の回転速度を一定速度に整える調
速回路６０Ａを設け、発電手段４を駆動するにあたり、
発電手段４の発電効率が最も良い回転速度で、ロータ４
０が回転するようになり、付与されるエネルギーの範囲
で、最大限の電力を得ることができる。

【００８６】さらに、使用される場所や時が限られてい
ない携帯電話１Ａに電力を供給した場合、弱電用発電装
置１０Ａを利用したので、停電時、災害時および緊急時
にも携帯電話１Ａを確実に動作させることができる。

【００８７】［第２実施形態］図４および図５は、本発
明の第２実施形態が示されている。

【００８８】本第２実施形態は、図４に示されるように
前記第１実施形態において、さらに第２の機械エネルギ
ー変換手段である第２機械エネルギー変換手段２Ｂが設
けられた弱電用発電装置１０Ａとしたものである。

【００８９】ここでは、前記第１実施形態の手動による
第１機械エネルギー変換手段２Ａと、第２機械エネルギ
ー変換手段２Ｂとして、図５に示す熱エネルギーから第
１の機械エネルギーＡに変換する機構を用いたものを一
例として取り上げる。

【００９０】第２機械エネルギー変換手段２Ｂとして、
本第２実施形態の他に、発電装置自身に加わる加速度を
第１の機械エネルギーＡに変換する機構を採用したもの
が考えられるが、これは第３実施形態で説明する。

【００９１】弱電用発電装置１０Ａの概略を説明する
と、弱電用発電装置１０Ａには、図４に示されるよう
に、温度変化による熱エネルギーを第１の機械エネルギ
ーＡに変換し、変換した第１の機械エネルギーＡを機械
エネルギー蓄積手段３に蓄積させる第２機械エネルギー
変換手段２Ｂが設けられている。

【００９２】具体的には、第２機械エネルギー変換手段
２Ｂは、図５に示されるように、温度が変化すると、体
積が大きく変化する物質であるワックスが充填されたサ
ーモエレメント２５を備えたものである。

【００９３】ここで、熱エネルギーから第１の機械エネ
ルギーＡに変換する機構として、サーモエレメント２５
の他に、形状記憶合金等の熱変形素子を採用することも
できる。

【００９４】ワックスは、温度が変化すると、固体およ
び液体の一方から他方へ相変化し、体積が大きく変化す
るので、ワックス充填式のサーモエレメント２５の採用
により、温度変化による熱エネルギーが第１の機械エネ
ルギーＡに効率よく変換されるようになっている。

【００９５】サーモエレメント２５には、温度上昇によ
り前進するとともに、温度下降により後退するロッド２
６Ａが設けられている。ロッド２６Ａの先端には、両
側に鋸歯状の歯を有するラック２６Ｂが揺動可能に設
けられている。

【００９６】また、第２機械エネルギー変換手段２Ｂに
は、歯車２７Ｃ，２１Ｃを介して角穴車３１と係合する
一対の歯車２７Ａ, ２７Ｂが設けられている。一対の歯
車２７Ａ, ２７Ｂは、ラック２６Ｂを挟んでその両側
に配置されている。歯車２７Ａ, ２７Ｂには、ラック２
６Ｂに応じた歯が設けられている。ラック２６Ｂは、
歯車２７Ａ, ２７Ｂのいずれかの方向へ傾くことによ
り、歯車２７Ａ, ２７Ｂの一方と係合可能となってい
る。

【００９７】ここで、温度上昇によりラック２６Ｂが
前進すると、ラック２６Ｂが歯車２７Ａと係合し、歯
車２７Ａを介して歯車２７Ｃを回転駆動し、これによ
り、香箱３０内のゼンマイ３３を巻き上げるようになっ
ている。

【００９８】一方、温度下降によりラック２６Ｂが後
退すると、ラック２６Ｂが歯車２７Ｂと係合し、歯車
２７Ｂを介して歯車２７Ｃを、温度上昇時と同じ方向へ
回転駆動し、これにより、香箱３０内の図示しないゼン
マイ３３を巻き上げるようになっている。なお、ワック
スとしては、ｎ−パラフィン等のワックスが採用されて
いる。

【００９９】このワックスには、融点の異なるラウリン
酸、ステアリン酸、脂肪酸カルシウム、脂肪酸、オイレ
ン酸およびデカン酸等の添加物が適宜混合されている。
また、体積が大きく変化する物体として、上記ワックス
以外にも、常温下で沸点、融点をもつ物質を用いたサー
モエレメントを採用してもよい。

【０１００】このような本第２実施形態においても、前
記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができ
る他、次のような効果を付加できる。

【０１０１】すなわち、第２機械エネルギー変換手段２
Ｂを設け、周囲の温度変化により、第２機械エネルギー
変換手段２Ｂが機械エネルギー蓄積手段３に第１の機械
エネルギーを蓄積するようにしたので、例えば、机の中
等に長時間放置される等、手動エネルギーが得られず、
第１の機械エネルギー変換手段２Ａが駆動されない状況
が長時間継続しても、発電を行うことができる。

【０１０２】また、温度変化により体積が大きく変化す
るワックスで、熱エネルギーを第１の機械エネルギーＡ
に変換するようにしたので、小型でも充分なエネルギー
が得られるようになり、第２機械エネルギー変換手段２
Ｂを小型化でき、第２機械エネルギー変換手段２Ｂを設
けても発電機１０Ａの小型化が損なわれない。

【０１０３】さらに、サーモエレメントの代わりに形状
記憶合金を使用した場合、形状記憶合金からなる形状記
憶部材で熱エネルギーを第１の機械エネルギーに変換す
るので、第２機械エネルギー変換手段２Ｂの構造が簡単
なものとなり、第２機械エネルギー変換手段２Ｂの耐久
性を向上できる。

【０１０４】［第３実施形態］図６、図７および図８に
は、本発明の第３実施形態が示されている。

【０１０５】本第３実施形態は、図４に示された前記第
２実施形態と同様の構成ではあるが、第２機械エネルギ
ー変換手段２Ｂを異なるエネルギー変換手段に変更し
て、弱電用発電装置１０Ｂとしたものである。

【０１０６】弱電用発電装置１０Ｂは、手動による第１
機械エネルギー変換手段２Ａの他に、それ自体が移動さ
れることにより生じる運動エネルギーを第１の機械エネ
ルギーに変換する第２機械エネルギー変換手段２Ｂをも
った弱電用発電装置１０Ｂである。

【０１０７】まず、弱電用発電装置１０Ｂの全体構成を
概略説明すると、弱電用発電装置１０Ｂは、図６の如
く、手動により操作される第１機械エネルギー蓄積手段
２Ａと運動エネルギーを受けて第１の機械エネルギーに
変換する第２機械エネルギー変換手段２Ｂと、それらの
第１の機械エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積手
段３と、機械エネルギー蓄積手段３から出力される第２
の機械エネルギーにより駆動されて電力を発生する発電
手段４と、機械エネルギー蓄積手段３から出力されるエ
ネルギーが一定になるように、発電手段４の駆動速度を
調節する調速回路６から構成されるものである。

【０１０８】次に、運動エネルギーを受けて第１の機械
エネルギーに変換する第２機械エネルギー変換手段２Ｂ
について具体的に説明する。

【０１０９】第２機械エネルギー変換手段２Ｂは、図７
に示されるように、運動エネルギーにより回転運動する
回転錘２０Ｂと、この回転錘２０Ｂの回転により変形す
る弾性体である渦巻き状のばね２２とを備えたものであ
る。機械エネルギー蓄積手段３は、内部にゼンマイ３３
が内蔵された香箱３０を備えたものである。

【０１１０】回転錘２０Ｂは、運動エネルギーを受ける
と回転を開始し、これにより、運動エネルギーを第１の
機械エネルギーに変換するものである。回転錘２０Ｂの
回転軸２２Ａには、中間歯車２１Ｂが固定されてい
る。この中間歯車２１Ｂと、香箱３０の角穴車３１との
間には、第１クラッチ車２３と第２クラッチ車２４とが
設けられている。

【０１１１】第１クラッチ車２３は、時計回りおよび反
時計回りの一方向へのみ回転可能に設けられたカナ車２
３Ａを備えている。第２クラッチ車２４は、カナ車２
３Ａとは反対の一方向へのみ回転可能に設けられたカナ
車２４Ａを備えている。これらのカナ車２３Ａ, ２４
Ａは、香箱３０に内蔵されたゼンマイ３３と同軸にある
角穴車３１と噛み合っている。

【０１１２】これらのクラッチ車２３，２４により、回
転錘２０Ｂが時計回りおよび反時計回りの何れの方向に
回転しても、香箱３０内のゼンマイ３３が巻き上げら
れ、ゼンマイ３３にエネルギーが蓄積されるようになっ
ている。

【０１１３】ばね２２は、一端が回転錘２０Ｂの回転軸
２２Ａに固定され、他端がケース７側に固定されたも
のである。このばね２２により、回転錘２０Ｂは、所定
の周期で振動運動をするようになっている。

【０１１４】より詳細に説明すると、回転錘２０Ｂは、
運動エネルギーを受けると、ばね２２に運動エネルギー
を与えながら、一方向に回転を開始し、やがて、ばね２
２の反発力に抗しきれず、反対方向に回転を開始し、時
計方向の回転および反時計方向の回転を、所定周期で繰
り返すようになっている。ここで、ばね２２の弾性係数
および回転錘２０Ｂの重量は、回転錘２０Ｂの振動周期
が弱電用発電装置１０Ｂに加えられる振動の周波数に対
応するように設定されている。

【０１１５】これにより、小さな振動でも振動に回転錘
２０Ｂが共振するようになり、小さな振動による小さな
運動エネルギーでも、回転錘２０Ｂが振動し、ゼンマイ
３３が巻き上げられるようになっている。ただし、運動
エネルギーの方向が多方向に渡っている場合は、ばね２
２を取り付けず、回転錘２０Ｂのみで構成したほうが効
率よく巻き上げられることもある。したがって、電子機
器１を設置する位置によって、適宜設定する必要があ
る。また、図８に示すように、回転錘２０Ｂの代わりに
揺動錘２８Ａを備えることもできる。揺動錘２８Ａ端が
ケース７側に揺動自在に支持されて固定端となった細長
いレバー部を備えたものである。この揺動錘２８Ａ端に
第１クラッチ車２３と係合する中間歯車２１Ｄが設けら
れるとともに、自由端となる先端に錘２８Ｂが取り付け
られ、かつ、中間部分に一対のコイルスプリング２６の
一端が固定されたものとなっている。一対のコイルスプ
リング２６は、揺動錘２８Ａの揺動方向に沿って揺動錘
２８Ａから互いに反対側へ延び、他端がケース７に固定
されている。

【０１１６】このような本第３実施形態においても、前
記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができ
る他、次のような効果を付加できる。

【０１１７】すなわち、利用者が携帯して歩行する等に
より、発電が行われるようになり、随時手動でエネルギ
ーを供給しなくとも、電子機器１に充分な電力を供給す
ることができ、電子機器１を使用するにあたり、その便
宜を図ることができる。

【０１１８】また、第２機械エネルギー変換手段２Ｂ
に、運動エネルギーにより回転運動する回転錘２０Ｂを
設け、ケース７に沿った方向に作用する運動エネルギー
であれば、いかなる方向の運動エネルギーによっても、
回転錘２０Ｂが回転するようにしたので、移動より生じ
る運動エネルギーの多くが第１の機械エネルギーに変換
されてゼンマイ３３に蓄積されるので、充分な稼働時間
が確保され、必要な電力量を発電することができる。

【０１１９】さらに、回転錘２０Ｂの回転により変形す
るばね２２を設け、回転錘２０Ｂの振動周期が発電機に
加えられる振動に応じた振動周期となるように、ばね２
２の弾性係数と回転錘２０Ｂの重量とを設定したので、
弱電用発電装置１０Ｂに加えられる振動に回転錘２０Ｂ
が共振するようになり、小さな振動による小さな運動エ
ネルギーでも、回転錘２０Ｂが振動して第１の機械エネ
ルギーをゼンマイ３３に蓄積させることができる。

【０１２０】また、回転錘２０Ｂの代わりに、細長いレ
バー部を備えた揺動錘２８Ａを備えたものを設け、揺動
錘２８Ａの基端をケース７に回動自在に支持させるとと
もに、先端に錘２８Ｂを設けることにより、揺動錘２８
Ａを回動自在に支持する支点と、揺動錘２８Ａの重心と
の距離を充分確保したので、揺動錘２８Ａの錘２８Ｂの
重量が軽い場合でも、てこの原理により、大きなエネル
ギーを取り出すことができる。

【０１２１】［第４実施形態］図９には、本発明の第４
実施形態が示されている。

【０１２２】本第４実施形態は、前記第１、第２及び第
３実施形態において、発電手段４で変換された電気エネ
ルギーＣを蓄積する電気エネルギー蓄積手段５を新たに
設けた弱電用発電装置１０Ｃである。

【０１２３】電気エネルギー蓄積手段５は、任意に充電
および放電が可能となった二次電池からなり、発電手段
４からの電力供給を補助するものである。ここで、負荷
である電子機器１には、発電手段４が発生する電力およ
び電気エネルギー蓄積手段５に蓄積された電力の両方が
供給可能となっている。なお、二次電池としては、ニッ
ケル水素電池およびリチウムイオン電池等が採用でき
る。

【０１２４】このような本第４実施形態においても、前
記第１、第２及び第３実施形態と同様の作用、効果を奏
することができる他、次のような効果を付加できる。

【０１２５】電力を蓄積する電気エネルギー蓄積手段５
を設けることにより、蓄積されるエネルギーの総量が増
えるうえ、機械エネルギー蓄積手段３に蓄積されたエネ
ルギー量が限界となっても、引き続いて運動エネルギー
が付与され続けた場合に、機械エネルギー蓄積手段３の
第２の機械エネルギーＢを放出して発電を行い、発電で
得られた電力を電気エネルギー蓄積手段５に蓄積すると
ともに、放出分に相当する第１の機械エネルギーＡを機
械エネルギー蓄積手段３に蓄積することが可能となり、
得られた運動エネルギーの無駄をなくすことができる。

【０１２６】しかも、機械エネルギー蓄積手段３から発
電手段４へ送られる第２の機械エネルギーが、何らかの
原因で安定しなかった場合でも、電気エネルギー蓄積手
段５に電力を一旦蓄積してから、電子機器１へ供給する
ようにしたので、電子機器１に安定した電力供給を行う
ことができる。

【０１２７】また、電気エネルギー蓄積手段５として、
二次電池を採用したので、二次電池に多くの電力が蓄積
可能となり、発電機構により得られた電力を少しずつ蓄
積することにより、発電機構では、一度に発生できない
多量の電力を負荷に供給することができる。

【０１２８】［第５実施形態］図１０には、本発明の第
５実施形態が示されている。

【０１２９】本第５実施形態は、前記第１、２、３、及
び第４実施形態における機械エネルギー蓄積手段を、定
トルクバネ３３Ａとしたものである。

【０１３０】定トルクバネは、主ドラム３０Ｂと従ドラ
ム３０Ａから構成されており、従ドラム３０Ａを入力と
して回転させることで、主ドラム３０Ｂに巻き取られて
いた定トルクバネ３３Ａを従ドラム３０Ａ側に逆方向に
巻き上げ、この巻上げを解放することにより、従ドラム
３０Ａから出力を得るものである。

【０１３１】次に、弱電用発電装置１０Ｄの各部を具体
的に説明する。

【０１３２】定トルクバネ３３Ａは、解放された状態、
つまり機械エネルギー蓄積量０の状態のときは、主ドラ
ム３０Ｂに巻き取られている。

【０１３３】機械エネルギー変換手段２は、図１０に示
されるように、手動操作車と兼用している従ドラム３０
Ａを直接手動で回転させることで、手動エネルギーを第
１の機械エネルギーに変換し、機械エネルギー蓄積手段
３にエネルギーを蓄積している。すなわち、定トルクバ
ネ３３Ａは従ドラム３０Ａに巻き上げられる。

【０１３４】従ドラムの外周に取り付けられた出力歯車
３２Ａは、中間車８、輪列９を経てロータ４０に係合さ
れている。中間車８には、ワンウエイクラッチ機構が組
み込まれ、従ドラム３０Ａで定トルクバネ３３Ａを巻き
上げる際、その回転力が輪列９側に伝達されないような
構造になっている。また、逆に定トルクばね３３Ａが主
ドラム３０Ｂ側に巻き取られる際、定トルクバネ３３Ａ
から第２の機械エネルギーをロータ４０に伝達するよう
になっている。

【０１３５】図１３にワンウエイクラッチ機構の動作原
理を示す。中間車８は、中間歯車８Ａと中間歯車軸８Ｂ
により構成され、中間歯車８Ａの内部には、鋸歯上の内
歯車８Ｃが設置してある。その中心に内歯車８Ｃとかみ
合う弾性体８Ｄを備えた中間歯車軸８Ｂが通っている。
ここで、中間歯車軸８Ｂが時計方向に回転すると、弾性
体８Ｄが内歯車８Ｃとかみ合い、中間歯車８Ａも時計方
向に回転する。

【０１３６】逆に中間歯車軸８Ｂを反時計方向に回転さ
せると、弾性体８Ｄは変形し、内歯車８Ｃとかみ合わな
くなる、その結果、中間歯車軸８Ｂの回転力は、中間歯
車８Ａに伝達されず、ワンウエイクラッチ機構として働
くことになる。定トルクバネは図１１に示すように、巻
数が増えてもゼンマイよりも更にトルク変動が少ないた
め、常に一定の第２の機械エネルギーを発電手段４に伝
えることができる。すなわち、本第１実施形態の機械エ
ネルギー蓄積手段であるゼンマイの３３ように、ロータ
４０の回転速度を調速する調速回路６は必要ない。ま
た、巻上げ、解放の際のヒステリシスも少なく、蓄積し
たエネルギーのほとんどを取り出すことが可能である。

【０１３７】以上のような本第５実施形態によれば、次
のような効果が得られる。

【０１３８】定トルクバネ３３Ａは、回転回数に関係な
く出力トルクが一定であるので、発電機をもっとも効率
の高い回転数で駆動させることできる。また、第２の機
械エネルギーを一定にするための調速回路が必要なく、
構造が単純になり故障が少なくなる。

【０１３９】さらに、出力だけでなく入力、すなわち巻
上げの際も一定トルクで巻き上げることができるので、
ゼンマイ３３のように巻上回数が増えるにしたがい固く
なるといった巻き上げにくさが解決できる。

【０１４０】そのうえ、ゼンマイ３３と比較して、回転
回数を多く設計でき、わずかな巻き込みで強いトルクが
得られるので、有効回転数が大きくとることができ、多
くの第１の機械エネルギーの蓄積が可能になるうえ、コ
イル間の摩擦によるエネルギーロスがほとんどないの
で、蓄積されたエネルギーを効率よく取り出すことがで
きる。

【０１４１】しかも、ゼンマイ３３のような摩擦が生じ
ないので、潤滑剤が不要で給油の必要がなく、油よごれ
がないうえ、巻き締めていくに従ってトルクが上がって
いくことがないので、巻き込みが容易で、各部の強度も
比較的弱いもので設計することができ、構造を比較的簡
単にできる。

【０１４２】また、クラッチ機構を搭載することによ
り、従来の腕時計等に用いられるゼンマイを収める香箱
とは違い、定トルクばねの場合、入力と出力の軸は同軸
であるため、定トルクばねを巻上げるとそれと同時に、
その巻上力が発電手段側にも伝達されてしまうが、発電
の際は、機械エネルギー蓄積手段と発電手段を係合し、
巻上げの際は、機械エネルギー蓄積手段と発電手段を切
り離すワンウエイクラッチ機構を搭載することで、巻上
力を発電手段側に伝達されないようにでき、発電手段の
余分な巻上力を低減させることが可能となる。

【０１４３】さらに、手動巻上げによる発電手段側への
過度の負荷伝達を防止することができ、発電手段側の機
構を保護することができる。

【０１４４】しかも、手動巻上げによる過度の負荷伝達
による定格以上の発電を防ぐことが可能となる上、駆動
回路に定格以上の電力を供給することがなくなる。

【０１４５】なお、本発明は、前記各実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で、
他の構成も含み、以下に示すような変形例などをも含む
ものである。

【０１４６】例えば、定トルクばねを巻き付けるドラム
と前記発電手段に機械エネルギーを出力する出力歯車を
一体化することもできる。

【０１４７】従来、ドラムと出力歯車を、軸を介して別
々に、あるいは重ねて設けていたので、その部分が厚く
なり、発電装置を薄型化するのは困難であったが、ドラ
ムと出力歯車を一体化することで、発電装置を薄くする
ことを可能になる。

【０１４８】具体的には、図１４に示すように、定トル
クばねを巻いてある従ドラム３０Ａのツバと出力歯車３
２Ａを一体化することで、従来のドラムと同じ厚さで、
出力歯車の機能を実現することが可能になり、発電装置
を薄型化することが可能になった。

【０１４９】さらに、外部から供給されるエネルギーを
第１の機械エネルギーに変換する時のみ、前記機械エネ
ルギー変換手段と前記機械エネルギー蓄積手段との間を
係合する機構を設けることもできる例えば、図１５に示すように、機械エネルギー変換手段
である巻上歯車２０Ａとアームで接続された中間車８Ｅ
があり、中間車８Ｅは、アームとその支点に接続された
バネにより規制されている。中間車８Ｅは、バネにより
常に機械エネルギー蓄積手段である出力車３２Ａから離
れた状態にあり、巻上歯車２０Ａを時計まわりに回転さ
せれば、中間車８Ｅは巻上歯車２０Ａと噛合う。すなわ
ち、巻上歯車２０Ａを時計まわり方向に回転させたとき
だけ噛合い、その他の条件では噛合わない。

【０１５０】従来、機械エネルギー蓄積手段に蓄積され
たエネルギーを発電手段に伝達する際、それと同時に、
機械エネルギー変換手段側にも伝達されてしまい、その
伝達されたエネルギーを損失していた。しかし、外部か
ら供給されるエネルギーを第１の機械エネルギーに変換
する時のみ、機械エネルギー変換手段と機械エネルギー
蓄積手段との間を係合する機構を設けることで、エネル
ギー損失がなくなり、蓄積されたエネルギーを有効に使
用することが可能となる。

【０１５１】さらに、機械エネルギー変換手段側へのエ
ネルギー伝達を防いだことで、外部から供給されるエネ
ルギーとの摩擦がなくなり、エネルギーの不安定化、ロ
スがなくなり、安定したエネルギーを供給できるように
なった。

【０１５２】また、前記定トルクばねを巻上げる方向と
逆方向に回らないようにするとともに、巻上げた定トル
クばねの蓄積エネルギーを解放するスイッチ機構を設け
ることもできる。

【０１５３】図１６にスイッチ機構の動作原理を示す。
スイッチレバー３４は、支点により回転可能に支えら
れ、弾性体３４Ａにより常に歯車９Ｄにかみ合うように
設置されている。スイッチレバー３４の先端は、一方
は、歯車９Ｄの接線に近い形状を持っているが、他方は
接線に対して、垂直に近い形状を持っている。

【０１５４】ここで、歯車９Ｄが反時計周りに回転しよ
うとすると、スイッチレバー３４は、弾性体３４Ａをた
わませながら、歯車９Ｄが回転できる方向に逃げていく
が、逆に、歯車９Ｄが時計周りに回転しようとすると、
スイッチレバー３４の先端が、歯車９Ｄの歯形の根元に
食い込み、歯車９Ｄの回転を阻止する。したがって、歯
車９Ｄは逆方向には回転できないようになっており、定
トルクばねを巻上げても、解けないようになっている。

【０１５５】次に、この巻上げた定トルクばねを解くに
は、スイッチレバー３４の端を、図示するように、支点
を中心に回転させると、スイッチレバー３４の先端が歯
車９Ｄから離れ、定トルクばねを解くことが可能にな
る。

【０１５６】このように、スイッチ機構を設けること
で、定トルクばねを巻上げる際、使用者が誤って逆方向
に回してしまった場合でも、定トルクばねが緩んだり、
発電手段に無理な負荷が加わって破損してしまう可能性
がなくなる。

【０１５７】また、スイッチ機構は、巻上げた定トルク
ばねの蓄積エネルギーを解放することもできるので、発
電が必要なときだけスイッチを入れて定トルクばねを解
放すればよいので、無駄に蓄積エネルギーを放出するこ
とがなくなる。

【０１５８】さらに、スイッチ機構は、逆回転防止と蓄
積エネルギー解放の２つの機能をひとつのスイッチ機構
で実現しているので、構造を比較的簡単にできる上、小
型化も実現できる。

【０１５９】さらに、前記ドラムが二体以上に分離でき
る構造としてもよい。

【０１６０】図１７に示すように、従ドラム３０Ａが,
従ドラムフタ３０Ｃと従ドラム本体３０Ｄとに分離でき
る構造になっていることで、定トルクばね３３Ａのみを
組み込みことが可能になり、組立工程において非常に効
率よく作業を行うことが可能となる。

【０１６１】また、定トルクばね３３Ａが損傷したり、
寿命に達しても、定トルクばね３３Ａのみを電池交換の
ように簡単に取り替えることができ、発電装置を何度で
も使用できる環境にやさしい製品を提案できる。

【０１６２】しかも、定トルクばね３３Ａは、金属のみ
で構成され、破損して廃棄されたとしても、一次電池や
二次電池のように環境負荷の大きい物質を含んでおら
ず、リサイクルも容易なので、環境にやさしい発電装置
を提案できる。

【０１６３】また、前記機械エネルギー蓄積手段の第１
の機械エネルギーの過蓄積、第２のエネルギーの過解放
を防止する機構を採用することもできる。

【０１６４】図１８に示すように、止めレバー３５は、
支点部にあるバネの力により、常に従ドラム３０Ａに接
するようになっている。従ドラム３０Ａには、止めレバ
ー３５と噛合うような溝が設けてあり、定トルクばね３
３Ａが解けきったときに、止めレバー３５により、従ド
ラム３０Ａの回転が規制され、定トルクばねが最後まで
解けないようになっている。

【０１６５】このような機構を設けることで、定トルク
ばねの巻上げ過ぎにより、定トルクばねがドラム離脱し
たり、定トルクばねをゆるめ過ぎることで変形を与えて
しまうことを防止することができ、発電装置の損傷、寿
命低下を抑えることができる。

【０１６６】また、別の方法として、図１９に示すよう
に、従ドラム３０Ａと同軸に、ピニオン５１を取り付
け、それと噛合うラック５２の長さを、定トルクばねの
必要回転数と対応させておけば、同様の機能を実現する
ことができる。さらに、この機構に、目盛針５３を設置
すれば、機械エネルギー蓄積手段のエネルギー蓄積量を
使用者に認識させることができる。

【０１６７】このように、エネルギー蓄積量を使用者に
認識させる機構を設けることで、使用者が発電装置の残
り発電時間、駆動時間を知ることができ、利便性が向上
する。

【０１６８】さらに、定トルクばねのへたり具合も、蓄
積量と駆動時間の関係から知ることが可能となり、定ト
ルクバネの寿命や交換時期を使用者が認識することが可
能になる。

【０１６９】また、機械エネルギー蓄積手段から発電手
段へ駆動力を伝達する伝達手段としては、複数の歯車か
らなる輪列に限らず、表面に刃が形成されたタイミング
ベルト等の細長く延びる部材を環状にしたものを含んだ
ものを採用してもよい。

【０１７０】また、発電手段のロータとしては、二極に
着磁されたものに限らず、より極数の多いロータでもよ
いが、二極のロータを採用すれば、ロータの小型化が容
易であるうえ、製造や組立を行うのに容易な形状となる
ので、発電手段を小型化しても、ロータの製造が容易に
行えるうえ、発電手段の組立の簡素化を図ることができ
るという効果が得られる。

【０１７１】ここで、コイル側も２極のものに限らず、
より多いコイルを備えた多極化された発電手段でもよ
い。このように発電手段のコイルを多極化すれば、発電
手段の発電量が増大するようになる。

【０１７２】しかも、例えば、発電手段４に設けられる
コイル４１の数を３の整数倍とすれば、三相交流が得ら
れ、直流電力に変化する整流回路の簡素化が可能となる
とともに、発電電力を増やしても、一のコイル４１に流
れる電流を抑えることができるので、ロータ４０に加わ
る制動力が低減でき、より高速でロータ４０を回転する
ことが可能となり、発電手段４を高回転・高出力化して
も高効率化を図ることができる。

【０１７３】また、ゼンマイ３３から供給される第２の
機械エネルギーを一定化するために調速するほかにも、
負荷の電力需要に応じた速度となるように、発電手段の
駆動速度を制御する調速手段を設ければ、負荷に供給さ
れる電力量に過不足がなくなり、負荷の機能を何ら損な
うことなく、無駄となるエネルギーの発生を防止でき
る。

【０１７４】さらに、電磁誘導式の発電手段としては、
永久磁石が回転するものに限らず、コイルが回転するも
のでもよい。

【０１７５】また、手動駆動手段としては、円盤状の手
動操作車の回転操作で香箱車を駆動するものに限らず、
ラック等の棒状部材を直線的に操作して駆動するもので
もよい。

【０１７６】さらに、腕時計等に用いられているＳ字型
ゼンマイを用いることにより、安定したトルク区間を長
くとることができるようになり、一定巻数だけを使用す
ることにより、所定の範囲に収まるような第２の機械エ
ネルギーを供給する機械エネルギー蓄積手段を実現でき
る。

【０１７７】さらに、本発明に係る弱電用発電装置の電
力供給先は、弱電機器を用いてもよい。携帯電話に限ら
ず、例えば携帯ラジオ、携帯無線機および携帯用緊急無
線信号発信器等の無線通信機器、携帯型デジタルレコー
ダおよび携帯型半導体オーディオ機器等のデジタルオー
ディオ機器、ＩＣカード、メモリ、非接触カード、磁気
記録カードおよびマイコン内蔵カード等のカード型記憶
媒体、ならびに、携帯型電子辞書および電卓等の比較的
小型の演算機器に電力を供給するようにしてもよい。

【０１７８】また、本発明に係る弱電用発電装置は、デ
ジタル信号で構成された音楽情報および音声情報を含む
オーディオ情報についての記憶および再生を行うための
回路が内蔵された携帯型デジタルオーディオ機器であ
る、デジタルソリッドレーコーダ、デジタルボイスメモ
機、および、携帯型デジタルオーディオプレーヤー等と
一体化してもよい。

【０１７９】例えば、図１２に示されるように、イヤー
レシーバ８１を備えるとともに、デジタル信号で構成さ
れた音楽コンテンツの記憶および再生を行うための回路
６０Ｃが内蔵された、いわゆる、ＭＰ３プレーヤである
携帯用デジタルオーディオ機器１Ｂに、発電機構１０Ｅ
を設けることにより、弱電用発電装置１０Ｅと携帯用デ
ジタルオーディオ機器１Ｂとを一体化してもよい。

【０１８０】このような回転部等の駆動機構のない携帯
用デジタルオーディオ機器１Ｂの電源として利用すれ
ば、電池交換や充電作業が不要となるうえ、デジタルオ
ーディオ機器１Ｂは、駆動機構がないので、電力消費が
少なく、本発明に係る弱電用発電装置１０Ｅを回路６
０Ｃとともに合成樹脂でモールドすれば、耐久性が高
く、使い勝手のよく、しかも、携帯に最適なデジタルオ
ーディオ機器１Ｂを実現できる。

【０１８１】さらに、本発明のカード型発電機は、ＩＣ
カード、非接触メモリーカード、磁気記録カードおよび
マイクロコンピュータ内蔵カードと一体化され、所有者
に関する情報が記憶されたＩＤカードとなっていてもよ
い。

【０１８２】このようなＩＤカードの電源として利用す
れば、外出などの際には、ＩＤカードが常に携帯される
ので、カード型発電機による発電が頻繁に行われ、ＩＤ
カードの電子要素に絶えず電力を供給することができる
ようになるので、ＩＤカードにとって最適な電源を提供
することができる。あるいは、本願発明のカード型発電
機を、携帯型電子辞書および電卓等の比較的小型の演算
機器と一体化してもよい。

【０１８３】また、発電機構としては、機械エネルギー
蓄積手段を一つのみ備えたものに限らず、機械エネルギ
ー蓄積手段を複数設けたものでもよい。このように機械
エネルギー蓄積手段を複数設ければ、蓄積されるエネル
ギーの量が増えるうえ、複数の機械エネルギー蓄積手段
から同時に出力させれば、単独の機械エネルギー蓄積手
段からは取り出せない大きな蓄積エネルギーを取り出す
ことができるうえ、複数の機械エネルギー蓄積手段に順
次出力を行わせれば、単独の機械エネルギー蓄積手段よ
りも長時間に渡り、第２の機械エネルギーを継続して取
り出すことができる。

【０１８４】さらに、カード型発電機としては、発電機
構を一つのみ備えたものに限らず、発電機構を複数設け
たものでもよい。このように発電機構を複数設ければ、
複数の発電機構のうち、一つが故障しても、残りの発電
機構で発電が行え、そのまま電力を供給することができ
る。

【０１８５】しかも、蓄積される第１の機械エネルギー
の量が増えるので、複数の発電機構を同時に駆動すれ
ば、単独の発電機構では出力できない大きな電力を出力
できるうえ、複数の発電機構を順次駆動すれば、単独の
発電機構よりも長時間に渡り、電力を継続して供給する
ことができる。

【０１８６】また、電気エネルギー蓄積手段としては、
二次電池に限らず、複数の電極板を備えたコンデンサで
もよい。コンデンサを採用すれば、コンデンサが軽量か
つ小型なので、カード型のケース内に収納するようにし
ても、ケースを大型化させることがなく、また、充電お
よび放電を何度も繰り返し行っても、劣化することがな
いので、半永久的に使用することができる。

【０１８７】さらに、本発明の弱電用発電装置で、携帯
型パーソナルコンピュータおよび電子手帳を含む携帯型
情報端末装置に電力を供給してもよい。

【０１８８】このような携帯型情報端末装置は、使用さ
れる場所や時が限られていないので、本発明に係るカー
ド型発電機により電力を受けるようにすれば、停電時、
災害時および緊急時にも携帯型情報端末装置を確実に動
作させることができる。

【０１８９】さらに、本発明のカード型発電機は、赤外
線を含む無線で機器の操作を行う無線操作装置に一体化
してもよい。

【０１９０】ここで、無線操作装置としては、電子錠の
開閉操作を無線信号で行う電子鍵、自動車の扉に設けら
れた錠の開閉操作を行うキーレスエントリー用リモート
コントローラー、ガレージの扉を開閉操作させるリモー
トコントローラー、および、ビデオカメラ等の電子機器
のリモートコントローラー等が採用できる。

【０１９１】このような無線操作装置は、ポケット等に
入れて携帯するものが多いので、携帯用の無線操作装置
に本発明のカード型発電機を一体化すれば、電池切れに
よる作動不能状態の発生が回避され、常に機器の操作を
行うことが可能となり、特に、電子錠や自動車等のキー
レスエントリー用リモートコントローラーに電力供給を
行えば、電池交換が不要となり、その使い勝手を向上す
ることができる。

【０１９２】また、本発明のカード型発電機は、耳の遠
い人のために、外界からの音の強さを拡大して聴力を補
う補聴器と一体化してもよい。

【０１９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機械エネルギー蓄積手段から出力される機械エネルギー
を、定エネルギーで発生させることで、効率よく発電す
ることができるとともに、電池がなくとも、携帯型の情
報機器や通信機器等を使用でき、電池の消費量の抑制を
充分図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の発電装置を示す一部破
断した斜視図である。

【図２】前記第１実施形態の変形例を示す斜視図であ
る。

【図３】前記第１実施形態の発電装置の概略を示すブロ
ック図である。

【図４】本発明の第２実施形態の概略を示すブロック図
である。

【図５】前記第２実施形態の要部を示す平面図である。

【図６】本発明の第３実施形態の発電装置を示す一部破
断した斜視図である。

【図７】前記第３実施形態の要部を示す平面図である。

【図８】前記第３実施形態の要部の変形例を示す平面図
である。

【図９】本発明の第４実施形態の概略を示すブロック図
である。

【図１０】本発明の第５実施形態の発電装置を示す平面
図である。

【図１１】前記第５実施形態の要部の特性を示すグラフ
である。

【図１２】本発明の変形例のデジタルオーディオ機器を
示す一部破断斜視図である。

【図１３】前記第５実施形態のワンウエイクラッチを示
す平面図である。

【図１４】本発明の変形例の要部を示す斜視図である。

【図１５】本発明の変形例の要部を示す平面図である。

【図１６】本発明の変形例の要部を示す平面図である。

【図１７】本発明の変形例の要部を示す斜視図である。

【図１８】本発明の変形例の要部を示す平面図である。

【図１９】本発明の変形例の要部を示す平面図である。

【符号の説明】

１電子機器１Ａ携帯電話１Ｂデジタルオーディオ機器２,２Ａ,２Ｂ機械エネルギー変換手段３機械エネルギー蓄積手段４発電手段５電気エネルギー蓄積手段６駆動回路部７ケース８中間車８Ａ中間歯車８Ｂ中間歯車軸８Ｃ内歯車８Ｄ弾性体８Ｅ中間車９輪列９Ａ〜９Ｄ歯車１０,１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃ,１０Ｄ,１０Ｅ弱電用発
電装置２０手動操作車２０Ａ巻上歯車２０Ｂ回転錘２１,２１Ｂ,２１Ｃ,２１Ｄ中間歯車２２渦巻き状のばね２２Ａ回転軸２３,２４クラッチ車２３Ａ,２４Ａカナ車２５サーモエレメント２６コイルスプリング２６Ａロッド２６Ｂラック２４,２７Ａ,２７Ｂ,２７Ｃ歯車２８Ａ揺動錘２８Ｂ錘３０香箱３０Ａ従ドラム３０Ｂ主ドラム３０Ｃ従ドラムフタ３０Ｄ従ドラム本体３１角穴車３２香箱車３２Ａ出力歯車３２ゼンマイ３３Ａ定トルクバネ３４スイッチレバー３４Ａ弾性体３５止めレバー４０ロータ４１コイル４２ヨーク５１ピニオン５２ラック５３目盛針６０Ａ調速回路６０Ｂ駆動回路６０Ｃ再生回路８１イヤーレシーバＡ第１の機械エネルギーＢ第２の機械エネルギーＣ電気エネルギー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から供給されるエネルギーを第１の機
械エネルギーに変換する機械エネルギー変換手段と、前
記第１の機械エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積
手段と、前記機械エネルギー蓄積手段から出力される第
２の機械エネルギーにより駆動されて電力を発生する発
電手段とを備えた弱電用発電装置であって、前記第２の
機械エネルギーが、定エネルギーで持続して出力される
ことを特徴とする弱電用発電装置。
【請求項２】請求項１に記載の弱電用発電装置におい
て、前記機械エネルギー変換手段を複数備えていること
を特徴とする弱電用発電装置。
【請求項３】請求項２に記載の弱電用発電装置におい
て、前記複数の機械エネルギー変換手段のうち、外部か
ら供給されるエネルギーが、少なくとも一つは、手動操
作により発生するエネルギーであり、その他のうちの少
なくとも一つは、前記機械エネルギー変換手段自体が移
動されることにより生じる運動エネルギーであることを
特徴とする弱電用発電装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の弱電用発電装置において、前記発電手段から発生した
電気エネルギーを蓄積する電気エネルギー蓄積手段を備
えていることを特徴とする弱電用発電装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
の弱電用発電装置において、前記機械エネルギー蓄積手
段がゼンマイであることを特徴とする弱電用発電装置。
【請求項６】請求項５に記載の弱電用発電装置におい
て、前記ゼンマイが定トルクばねであることを特徴とす
る弱電用発電装置。
【請求項７】請求項６に記載の弱電用発電装置におい
て、前記機械エネルギー蓄積手段と前記発電手段との間
に、ワンウエイクラッチ機構を設けたことを特徴とする
弱電用発電装置。
【請求項８】請求項６または請求項７に記載の弱電用発
電装置において、前記定トルクばねを巻き付けるドラム
と、前記発電手段に前記第２の機械エネルギーを出力す
る出力歯車とを一体化したことを特徴とする弱電用発電
装置。
【請求項９】請求項６ないし請求項８のいずれかに記載
の弱電用発電装置において、外部から供給されるエネル
ギーを前記第１の機械エネルギーに変換する時のみ、前
記機械エネルギー変換手段と前記機械エネルギー蓄積手
段との間を係合する機構を設けたことを特徴とする弱電
用発電装置。
【請求項１０】請求項６ないし請求項９のいずれかに記
載の弱電用発電装置において、前記ドラムの逆回転を防
止するとともに、第２の機械エネルギーを解放するスイ
ッチ機構を設けたことを特徴とする弱電用発電装置。
【請求項１１】請求項６ないし請求項１０のいずれかに
記載の弱電用発電装置において、前記ドラムが二体以上
に分離できる構造になっていることを特徴とする弱電用
発電装置。
【請求項１２】請求項１ないし請求項１１のいずれかに
記載の弱電用発電装置において、前記機械エネルギー蓄
積手段による第１の機械エネルギーの過蓄積、または、
第２の機械エネルギーの過解放を防止する機構を設けた
ことを特徴とする弱電用発電装置。
【請求項１３】請求項１ないし請求項１２のいずれかに
記載の弱電用発電装置において、前記機械エネルギー蓄
積手段によるエネルギー蓄積量を使用者に認識させる機
構を設けたことを特徴とする弱電用発電装置。
【請求項１４】請求項１ないし請求項１３のいずれかに
記載の弱電用発電装置において、携帯型電子機器に電力
を供給するものであることを特徴とする弱電用発電装
置。