特開 2019-163744 増振器、および振動発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-163744(P2019-163744A)

(43)【公開日】2019年9月26日

(54)【発明の名称】増振器、および振動発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03G 7/00 20060101AFI20190830BHJP

   H02N 1/00 20060101ALI20190830BHJP

   F03G 7/08 20060101ALI20190830BHJP

【ＦＩ】

   F03G7/00 A

   H02N1/00

   F03G7/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-53036(P2018-53036)

(22)【出願日】2018年3月20日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト／インフラ状態モニタリング用センサシステム開発／道路インフラ状態モニタリング用センサシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100084412

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 冬紀

(74)【代理人】

【識別番号】100169029

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 恵一

(72)【発明者】

【氏名】芦澤 久幸

(72)【発明者】

【氏名】三屋 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】古賀 英明

(72)【発明者】

【氏名】森田 將裕

(57)【要約】

【課題】振動発電素子を使用して環境振動から発電を行う場合、環境振動の振幅が小さいと、十分な発電を行うことができないという課題があった。
【解決手段】第１方向の振動を増幅する増振器は、作用部２および支持部３を有し、支持部３を介して被設置物５０，５０ａに支持されている振動部材１と、振動部材１に設けられた錘部６と、一端が錘部６に連結され錘部６を被設置物５０，５０ａに対して弾性支持する弾性部材８とを備え、錘部６を通り第１方向に延びる直線ＲＬと支持部３を通り第１方向に垂直な平面ＲＳとの交点ＣＰと作用部２との間の距離Ｌ１が、交点ＣＰと支持部３との間の距離Ｌ２よりも長い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向の振動を増幅する増振器であって、
作用部および支持部を有し、前記支持部を介して被設置物に支持されている振動部材と、
前記振動部材に設けられた錘部と、
一端が前記錘部に連結され、前記錘部を前記被設置物に対して弾性支持する弾性部材と、
を備え、
前記錘部を通り前記第１方向に延びる直線と前記支持部を通り前記第１方向に垂直な平面との交点と前記作用部との間の距離が、前記交点と前記支持部との間の距離よりも長い、
増振器。

【請求項2】

請求項１に記載の増振器において、
前記支持部と前記被設置物の間に振動部材固定部を有し、前記振動部材固定部は前記被設置物に支持されるとともに前記支持部を支持する、増振器。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の増振器において、
前記弾性部材と前記被設置物の間に弾性部材固定部を有し、前記弾性部材固定部は前記被設置物に支持されるとともに、前記弾性部材の前記一端とは反対側の他端に連結されている、増振器。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の増振器において、
前記支持部は、前記振動部材に沿って前記振動部材の前記錘部が設けられた部分と前記作用部との間にあるとともに、
前記支持部と前記作用部との距離は、前記交点と前記支持部との間の距離よりも長い、
増振器。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の増振器において、
前記錘部を構成する錘は、回動機構を介して前記振動部材に設けられている、増振器。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の増振器において、
前記振動部材は水平方向に延びる梁状部材であり、前記第１方向は鉛直方向である、増振器。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の増振器において、
前記弾性部材はバネであり、前記バネのバネ定数および前記錘部の質量から定まる前記バネの共振周波数が３０[Hz]以下である増振器。

【請求項8】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の増振器において、
前記弾性部材は、エラストマーまたは空気ダンパーを含み、前記被設置物から前記錘部に伝達される振動を１／１０に減衰するカットオフ周波数が１００[Hz]以下である増振器。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の増振器において、
前記交点と前記支持部との間の距離をＬ１、
前記交点と前記作用部との間の距離をＬ２とし、
前記作用部に設置する作用部材の質量がＭａであるとき、
前記錘部の質量Ｍｃは、Ｍａ×（１＋Ｌ２／Ｌ１）×（Ｌ２／Ｌ１）の２倍以上である、増振器。

【請求項10】

第１方向の振動を電力に変換する振動発電装置であって、
請求項１から９のいずれか一項に記載の増振器を備えるとともに、
前記増振器の前記作用部に振動発電素子が設けられている、振動発電装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の振動発電装置において、
前記振動発電素子は、一方がエレクトレット化されている可動電極と固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極との相対的な振動により発電する発電素子である、振動発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、増振器、および振動発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

環境振動からエネルギーを収穫するエナジーハーベースティング技術の一つとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動素子である振動発電素子を用いて環境振動から発電を行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１７２５２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の振動発電素子では、十分な振幅を有する環境振動の下でないと十分な発電が行えないという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の増振器は、第１方向の振動を増幅する増振器であって、作用部および支持部を有し、前記支持部を介して被設置物に支持されている振動部材と、前記振動部材に設けられた錘部と、一端が前記錘部に連結され、前記錘部を前記被設置物に対して弾性支持する弾性部材と、を備え、前記錘部を通り前記第１方向に延びる直線と前記支持部を通り前記第１方向に垂直な平面との交点と前記作用部との間の距離が、前記交点と前記支持部との間の距離よりも長い。
本発明の振動発電装置は、本発明の増振器の前記作用部に振動発電素子が設けられている。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、入力される振動を増幅することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】増振器の一実施形態を横から見た図。

【図2】図２（ａ）は、ばねと錘からなる系の振動の伝達率と周波数との関係を表す図。図２（ｂ）は、エラストマーと錘からなる系の振動の伝達率と周波数との関係を表す図。

【図3】てことしての振動部材の概念を説明する図。

【図4】増振器の第１変形例を横から見た図。

【図5】増振器の第２変形例を横から見た図。

【図6】増振器の第３変形例を横から見た図。

【図7】増振器の第４変形例を横から見た図。

【図8】増振器の第５変形例を横から見た図。

【図9】増振器の第６変形例を横から見た図。

【図10】図１０（ａ）は、増振器の第７変形例の一部を表す図、図１０（ｂ）は、増振器の第８変形例の一部を表す図。

【図11】増振器の第９変形例を上から見た図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（増振器の一実施形態）
以下、図を参照して本発明の増振器の一実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態の増振器１００ａを横から見たである。
一実施形態の増振器１００ａは、橋、トンネル、その他の建造物等の一部からなる被設置物５０に設置され、被設置物５０の図１に矢印で示した鉛直方向の振動を増幅する。被設置物５０には金属製の支柱等の振動部材固定部７が固設され、振動部材固定部７が水平方向である紙面内の左右方向に延びる梁状の部材である振動部材１を支持している。

【0009】

振動部材１の図１中の右端近くには支持部３が設けられており、振動部材固定部７は、
振動部材１が、支持部３を中心として紙面内方向に所定の角度の範囲内で回転が可能なように支持している。振動部材固定部７と支持部３の間には、例えば転がり軸受等の低摩擦での回転を実現する部材を設けることもできる。

【0010】

振動部材１の図１中の左右方向中央より右寄り部分は錘取り付け部４となっており、ここに錘５が設置されている。錘取り付け部４への錘５の設置は、溶接、ネジによる固定、接着、嵌合、機械的な凹凸加工による固定等の、任意の設置方法を用いることができる。また、錘取り付け部４において振動部材１の構造部材自体を肉付けする等により、錘５を形成することもできる。

【0011】

振動部材１は、単位質量に対して剛性の大きな金属材料等で形成することが好ましい。また、断面がＨ字型やＬ字型の形状として、剛性を高めることもできる。
あるいは、振動部材１を炭素繊維等の曲げ弾性を有する材料で形成しても良い。

【0012】

錘５の下端には、バネまたはエラストマーからなる弾性部材８が連結され、弾性部材８の下端は、例えばコンクリート製であって金属製フックが形成されている弾性部材固定部９が連結され、弾性部材固定部９は被設置物５０に固設されている。この結果、弾性部材８は錘５に働く重力により圧縮され、その反発力（弾性力）が緩やかに錘５を下から支え、弾性部材８と錘５による一種の共振機構が形成されている。

【0013】

図２（ａ）は、被設置物５０の鉛直方向の振動の錘５への伝達率と、振動の周波数の関係Ｔｓを示したグラフである。ここでは、弾性部材８がバネ定数ｋ［Ｎ/ｍ］のバネであり、錘５の質量がＭ［ｋｇ］であるとしている。
このとき、弾性部材８と錘５による共振機構の共振周波数（固有振動数）ｆ０は、
ｆ０＝√（ｋ／Ｍ）／（２π）［Ｈｚ］ …（１）
となる。

【0014】

そして、この共振周波数ｆ０よりも高周波（例えば図２（ａ）中の周波数ｆ１）の振動に対する伝達率ｔ１は、１よりも小さくなる。すなわち、被設置物５０が鉛直方向に、周波数ｆ１で振動しても、その振動は、錘５には弾性部材８を介してほとんど伝達されない。
すなわち、被設置物５０、およびそれに固設された弾性部材固定部９がこの共振周波数よりも高周波の周波数ｆ１で鉛直方向に振動しても、その振動は錘５にほとんど伝達されることはなく、錘５は静止状態を保つこととなる。

【0015】

ここで、被設置物５０が、上記の共振周波数ｆ０よりも高い周波数（例えば上記の周波数ｆ１）で、鉛直方向に振動する場合を考える。
被設置物５０の振動は、振動部材固定部７から支持部３を介して振動部材１に伝達され、支持部３の位置において振動部材１を鉛直方向に振動させる。
しかし、振動部材１の中央付近にある錘取り付け部４には錘５が取付けられており、上述のように錘５には、鉛直方向の高周波の振動は伝達されず、かつ錘５が大きな慣性力を発揮するため、錘取り付け部４および錘５は鉛直方向に静止した状態を保とうとする。

【0016】

その結果、振動部材１は、錘取り付け部４が鉛直方向に概ね静止された状態で、錘取り付け部４を中心に、紙面内の回転方向に沿って回転振動を行うことになる。そして、振動部材１の図１中の左端付近の作用部２は、鉛直方向に、被設置物５０および支持部３とは逆向きに振動することとなる。

【0017】

このとき、錘取り付け部４から作用部２までの距離（Ｌ１）を、錘取り付け部４から支持部３までの距離（Ｌ２）よりも長くすることで、てこの原理により作用部２における鉛直方向の振動の振幅を、支持部３での鉛直方向の振動の振幅よりも大きくすることができる。ここで、このてこの支点（固定されている点）は、錘取り付け部４と考えることができる。そして、支持部３での振幅は、被設置物５０での振幅と同じであるから、一実施形態の増振器によって、作用部２における振動の振幅を、被設置物５０での鉛直方向の振動の振幅よりも増幅できることになる。
そこで、作用部２に作用部材２０を設置することにより、増幅された振動を作用部材２０により有効利用することができる。

【0018】

上記においては、理解を容易にするために、錘取り付け部４から作用部２までの距離をＬ１、錘取り付け部４から支持部３までの距離をＬ２とした。距離Ｌ１，Ｌ２を厳密に定義すると以下の通りである。
錘５による慣性力は、増幅すべき振動の方向（ここでは鉛直方向）に振動部材１を固定しようとする力であるので、厳密には、増幅すべき振動の方向を基準として、距離Ｌ１および距離Ｌ２を規定することが好ましい。
すなわち、本実施形態においては、振動部材１を固定する力は、錘５を通り鉛直方向に延びる直線ＲＬに沿った鉛直方向の力である。そして、この力は、支持部３を通り鉛直方向に垂直な平面（水平面）ＲＳと直線ＲＬとの交点ＣＰで、振動部材１に作用している。

【0019】

よって、厳密には、上記の交点ＣＰから作用部２までの距離Ｌ１を、上記の交点ＣＰからから支持部３までの距離Ｌ２よりも長くすることが好ましい。
なお、錘５を通り鉛直方向に延びる直線ＲＬを、一例として、錘５の重心ＣＧを通り鉛直方向に延びる直線と定義することもできる。

【0020】

また、錘取り付け部４の質量も、錘５の質量と相俟って、振動部材１を鉛直方向に固定使用するとする慣性力の源となっている。従って、錘５および錘取り付け部４を、併せて錘部６と見ることもできる。このとき、錘取り付け部４とは、振動部材１のうちの錘５が設置されている部分およびその近傍の部分である。
また、上記の錘５の重心の位置を求める際には、錘５と錘取り付け部４の共通の重心を求めても良い。

【0021】

ここで、振動の増幅を行うためには、増幅すべき被設置物５０の振動が、図２（ａ）および式（１）に示した共振周波数ｆ０よりも高周波である必要がある。これは逆に見れば、共振周波数ｆ０をより低周波に設定することで、被設置物５０の広い周波数域の振動を増幅できることを意味する。
本実施形態の増振器１００ａにおいては、橋やトンネル内の構造物等の比較的低周波で振動する被設置物５０に設置した際にも効率良く振動を増幅できることが好ましい。

【0022】

従って、共振周波数ｆ０は、一例として３０［Ｈｚ］以下に設定することが望ましい。これにより、例えば１００［Ｈｚ］程度以上の振動を増幅することができる。
あるいは、共振周波数ｆ０を、１０［Ｈｚ］以下に設定することがさらに望ましい。これにより、３０［Ｈｚ］程度以上の振動を増幅することができる。
本実施形態の増振器１００ａを設置する被設置物５０の環境振動が、３０［Ｈｚ］よりもさらに低い場合には、共振周波数ｆ０を、例えば３［Ｈｚ］以下に設定することで、１０［Ｈｚ］程度以上の振動を増幅することもできる。

【0023】

なお、弾性部材８としてのバネは、その復元力が変位に比例するバネであれば、コイル状のバネ、板バネ等の、任意の形状のバネであってよい。また、弾性部材８は、バネに限らず、ゴムやゲルブッシュ等のエラストマーであってもよく、または空気バネ（空気ダンパー）を使用することもできる。

【0024】

図２（ｂ）は、弾性部材８として、エラストマーや空気バネを用いた場合に、被設置物５０の鉛直方向の振動の錘５への伝達率と、振動の周波数の関係Ｔｅを示したグラフである。弾性部材８として、エラストマーや空気バネを用いた場合には、上述のバネの場合のような共振周波数は明確ではなくなるが、図２（ａ）に示したバネを使用する場合と同様に、高周波の振動に対して伝達率が低下することに変わりはない。

【0025】

そこで、弾性部材８としてエラストマーや空気バネを用いる場合には、被設置物５０の鉛直方向振動の錘５への伝達率が１／１０（振動の振幅として１／１０）のｔ２となるカットオフ周波数ｆ２が、例えば１００［Ｈｚ］以下となるよう設定するとよい。これにより、被設置物５０のこのカットオフ周波数ｆ２以上の高周波の振動は錘５にほとんど伝達されなくなり、錘５を静止させ、カットオフ周波数ｆ２以上の振動を増振器１００ａによって効率的に増幅（増振）することができる。

【0026】

エラストマーの材質や厚み、または空気バネの大きさ等を適切に設定することで、カットオフ周波数ｆ２を所望の周波数に設定できる。
また、さらに望ましくは、カットオフ周波数ｆ２を、例えば３０［Ｈｚ］以下となるよう設定することで、３０［Ｈｚ］程度以上の環境振動を増幅することができる。本実施形態の増振器１００ａを設置する被設置物５０の環境振動が３０［Ｈｚ］よりもさらに低い場合には、カットオフ周波数ｆ２を、例えば１０［Ｈｚ］以下に設定することで、１０［Ｈｚ］程度以上の振動を効果的に増幅することもできる。

【0027】

なお、本第１の実施形態においては、錘５が十分に重く、従って十分な慣性力を発揮することで振動部材１が錘取り付け部４を支点とするてことして作用することを前提として、振動の増幅を行う。従って、作用部２に設置する作用部材２０の質量が錘部６（錘５および錘取り付け部４）の質量に比べて大きい場合には、増振器としての機能が低下する恐れがある。

【0028】

図３は、てことしての振動部材の概念を説明する図である。図３に示したとおり、てこである振動部材１のうち、錘部６は支点Ｃと、作用部材２０は作用点Ａと、支持部３は力点Ｂと見ることができる。すなわち、支点Ｃが錘部６の慣性力により静止され、被設置物５０の振動が力点Ｂである支持部３に加わると、その振動が増幅されて作用点Ａである作用部材２０に伝わることを意味している。

【0029】

力点Ｂである支持部３の鉛直方向（ここではＸ方向とする）の位置の時間ｔに伴う変位量Ｘｂ（ｔ）は、被設置物５０のＸ方向の位置の変位量と等しい。支点Ｃとしての錘部６が静止しているなら、作用点Ａである作用部２の方向位置の変位量Ｘａは、てこの原理により、
Ｘａ（ｔ）＝−（Ｌ１／Ｌ２）Ｘｂ（ｔ） …（２）
となる。

【0030】

そして、質量Ｍａの作用部２および作用部材２０が、このＸａだけ位置変動するには、振動部材１から力Ｆａを受ける必要があり、力Ｆａは、
Ｆａ＝Ｍａ×ｄ^２／ｄｔ^２（Ｘａ（ｔ）） …（３）
と表せる。

【0031】

式（２）と式（３）より、
Ｆａ＝−Ｍａ（Ｌ１／Ｌ２）×ｄ^２／ｄｔ^２（Ｘｂ（ｔ）） …（４）
となる。
このとき、力点Ｂである支持部３に働いてる鉛直方向の力Ｆｂは、てこの原理により、
Ｆｂ＝−（Ｌ１／Ｌ２）×Ｆａ …（５）
であり、式（４）と式（５）から、
Ｆｂ＝Ｍａ（Ｌ１／Ｌ２）^２×ｄ^２／ｄｔ^２（Ｘｂ（ｔ）） …（６）
と表せる。

【0032】

振動部材１には、さらに、作用部２および作用部材２０を移動させる力Ｆａの反作用として作用部が受ける力Ｆａ’、および支点Ｃに作用し支点Ｃを支える力Ｆｃが加わる。
錘部６および振動部材１の重心が静止するためには、振動部材１に加わるこれらの力が吊り合っていること、言い換えると、合力が０であることが重要である。
すなわち、
Ｆａ’＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝０ …（７）
が重要である。

【0033】

このためには、式（７）より、
Ｆｃ＝−（Ｆａ’＋Ｆｂ） …（８）
が要求されるが、Ｆａ＝−Ｆａ’であることから、
Ｆｃ＝Ｆａ−Ｆｂ …（９）
が要求される。

【0034】

式（９）と、式（５）および式（６）より、
Ｆｃ＝−Ｍａ（１＋Ｌ１／Ｌ２）（Ｌ１／Ｌ２）ｄ^２／ｄｔ^２（Ｘｂ（ｔ））
…（１０）
となる。
Ｘｂ（ｔ）は、力点Ｂである支持部３のＸ方向の振動であるので、任意の角周波数ωＢを用いて、
Ｘｂ（ｔ）＝（Ｘｂ０）ｓｉｎ（ωＢｔ） …（１１）
と表すことができる。
ここで、Ｘｂ０は、力点Ｂである支持部３のＸ方向の振動の振幅である。

【0035】

また、
ｄ^２／ｄｔ^２（Ｘｂ（ｔ））＝−ωＢ^２（Ｘｂ０）ｓｉｎ（ωＢｔ） …（１２）
である。
式（１１）および式（１２）を用いると、式（１０）のＦｃは、
Ｆｃ＝−Ｍａ×ωＢ^２（１＋Ｌ１／Ｌ２）（Ｌ１／Ｌ２）
×（Ｘｂ０）ｓｉｎ（ωＢｔ） …（１３）
と表すことができる。
すなわち、支点Ｃを支える力Ｆｃは、被設置物５０の鉛直方向の振動の振幅と、作用部２および作用部材２０の質量Ｍａに比例したものとなる。

【0036】

ところで、支点Ｃには、被設置物５０の振動によりバネ等の弾性部材８に生じた変位に伴う弾性部材８の復元力Ｆｄも加わる。弾性部材８の弾性定数をｋとし、支点Ｃ（錘部６）が上下方向に静止しているとき、復元力Ｆｄは、
Ｆｄ＝ｋ・Ｘｂ（ｔ） …（１４）
となる。
支点Ｃが上下方向に静止しているとき、弾性部材８の変位量は、弾性部材８の一端が連結されている弾性部材固定部９の変位量と一致し、これは、被設置物５０の変位量に等しく、従って、支持部３の変位量Ｘｂ（ｔ）に等しいためである。

【0037】

ここで、上記の角周波数ωＢが、バネ定数ｋの弾性部材８と錘部６の質量Ｍｃに対して式（１）で求まる固有振動数（共振周波数）であるとすると、
ωＢ＝√（ｋ／Ｍｃ） …（１５）
ｋ＝ＭｃωＢ^２ …（１６）
であり、式（１１）、式（１４）、および式（１６）より、
Ｆｄ＝ＭｃωＢ^２（Ｘｂ０）ｓｉｎ（ωＢｔ） …（１７）
となる。

【0038】

支点Ｃは、この復元力Ｆｄを受けてもほとんど静止している。従って、式（１３）で表される支点Ｃを支える力Ｆｃの絶対値が、復元力Ｆｄの絶対値よりも十分小さければ、支点Ｃは、同じく静止していることになる。すなわち、
｜Ｆｄ｜＞＞｜Ｆｃ｜ …（１８）
（Ｍｃ／Ｍａ）＞＞（１＋Ｌ１／Ｌ２）（Ｌ１／Ｌ２） …（１９）
を満たせば、支点Ｃは動かずに静止する。

【0039】

式（１９）は、
Ｍｃ＞＞Ｍａ（１＋Ｌ１／Ｌ２）（Ｌ１／Ｌ２） …（２０）
とも変形できる。
一例として、作用部に設置する作用部材の質量Ｍａ、錘部６と（正確には上述の交点ＣＰと）支持部３との間の距離Ｌ１、錘部６と（正確には上述の交点ＣＰと）作用部２との間の距離Ｌ２に対し、錘部６の質量Ｍｃが、Ｍａ×（１＋Ｌ２／Ｌ１）×（Ｌ２／Ｌ１）の２倍以上であれば、支点Ｃは動かずに静止することができる。

【0040】

式（１９）の条件を満たす条件として、一例として、Ｌ１を８０［ｍｍ］、Ｌ２を２００［ｍｍ］、錘部６の質量Ｍｃを６．７［ｋｇ］とし、作用部２に設置する作用部材２０の質量Ｍａを０．１［ｋｇ］と設定することができる。これにより、支点Ｃ（錘部６）がほぼ静止し、支持部３の鉛直方向の振動を、作用部２において効率良く増幅する増振器が実現できる。

【0041】

なお、以上の式（１１）から式（１３）、および式（１５）から式（１７）は、いずれも正弦波で表される振動を想定して記載したが、例えばインパルス振動等であっても、式（１９）および式（２０）は成立する。
なお、錘５は、比重の大きな材料、例えば金属材料で形成することが望ましいが、金属粉や砂等の粒状物を詰めた袋状の物を使用することもできる。また、錘５は、錘取り付け部４に直接取り付けず、鎖等を介して錘取り付け部４から懸架しても良い。
錘５を錘取り付け部４から懸架する場合や、錘５として上述の袋状の物を使用する場合などには、バネ等の弾性部材８の端部を錘５ではなく錘取り付け部４に取り付けることが好ましい。

【0042】

（増振器の第１変形例）
図４は第１変形例の増振器１００ｂを横から見た図である。第１変形例は、その大部分の構成が上述の一実施形態と共通するため、一実施形態との相違箇所のみを説明し、共通箇所については説明を省略する。

【0043】

第１変形例の増振器１００ｂでは、支持部３は図４中の振動部材１の水平方向中央やや右寄りに設けられ、錘取り付け部４は図４中の振動部材１の右端近傍に設けられている。従って、第１変形例の増振器１００ｂでは、振動部材１の右端近傍の錘取り付け部４が、てことしての振動部材１の支点として機能する。そして、振動部材１の図１中の左端付近の作用部２は、被設置物５０および支持部３と同向きに、鉛直方向に振動することとなる。それ以外の構成は、上述の一実施形態と共通である。

【0044】

第１変形例の増振器１００ｂにおいても、支持部３から振動部材１に伝えられる被設置物５０の鉛直方向の振動は、てことしての振動部材１により増幅され、作用部２において増幅される。
なお、第１変形例の増振器１００ｂにおいては、支持部３は、振動部材１に沿って振動部材１の錘５が設けられた部分（錘取り付け部４）と作用部２との間にある。この場合には、てこの原理から、支持部３と作用部２との距離Ｌ３を、上述の交点ＣＰと支持部３との間の距離Ｌ２よりも長くすることで、被設置物５０の鉛直方向の振動が、作用部２においてより増幅される。

【0045】

（増振器の第２変形例）
図５は第２変形例の増振器１００ｃを横から見た図である。第２変形例も、その大部分の構成は上述の一実施形態と共通するため、一実施形態との相違箇所のみを説明し、共通箇所については説明を省略する。

【0046】

第２変形例の増振器１００ｃでは、錘５は弾性部材８により上方から支持されている。そして、弾性部材８の上端は、被設置物５０に固設され振動部材１の上方にまで延びて設けられている金属等で形成されている弾性部材固定部９ａにより支持されている。また、振動部材固定部７も弾性部材固定部９ａに固設され、弾性部材固定部９ａを介して被設置物５０に固設されている。それ以外の構成は、上述の一実施形態と共通である。

【0047】

第２変形例の増振器１００ｃにおいても、支持部３から振動部材１に伝えられる被設置物５０の鉛直方向の振動は、てことしての振動部材１により増幅され、作用部２において増幅される。

【0048】

（増振器の第３変形例）
図６は第３変形例の増振器１００ｄを横から見た図である。第３変形例は、その大部分の構成は上述の第２変形例と共通するため、第２変形例との相違箇所のみを説明し、共通箇所については説明を省略する。

【0049】

第３変形例の増振器１００ｄは、立体形状を有する被設置物５０ａへの設置を前提としており、振動部材１の支持部３は、被設置物５０ａの壁部５０ｂに直接設置されている。そして、弾性部材８の上端部も、被設置物５０ａの天井部５０ｃに直接固設されている。
それ以外の構成は、上述の第２変形例と共通である。

【0050】

この場合の被設置物５０ａは、図６に示したような直方体の箱形状に限られるものではなく、鉄骨やコンクリート柱により立体的に形成された複雑な立体構造物であってもかまわない。また、壁部５０ｂと天井部５０ｃは、橋等の建造物を構成するそれぞれ別の部材の一部であっても良い。さらに、壁部５０ｂも壁状の部分に限らず、例えば水平方向や斜め方向に延びる鉄骨やコンクリート部材であっても良い。天井部５０ｃも、構造物としての天井に限らず、例えば水平方向や斜め方向に延びる梁状の部材の一部であっても良い。

【0051】

第３変形例の増振器１００ｄにおいても、支持部３から振動部材１に伝えられる被設置物５０の鉛直方向の振動は、てことしての振動部材１により増幅され、作用部２において増幅される。

【0052】

（増振器の第４変形例）
図７は第４変形例の増振器１００ｅを横から見た図である。第４変形例は、その大部分の構成は上述の第１変形例と共通するため、第１変形例との相違箇所のみを説明し、共通箇所については説明を省略する。

【0053】

第４変形例の増振器１００ｅでは、振動部材１は、支持部３を境に約９０度折れ曲がって接続されている第１振動部材１ａおよび第２振動部材１ｂとから構成されている。このうち第１振動部材１ａには、第１変形例と同様にその右端近傍に錘取り付け部４が設けられ、ここに錘５が設置されている。従って、第１変形例と同様に、被設置物５０の鉛直方向の振動は、支持部３を介して第１振動部材１ａに伝わり、錘取り付け部４を支点とするてこである第１振動部材１ａを微小回転させる。

【0054】

しかし、てこの作用点としての作用部２は、第１振動部材１ａとは９０度折れ曲がって接続されている第２振動部材１ｂの端部の近傍にあるため、第１振動部材１ａの微小回転により、作用部２は図７中の左右方向である水平方向に増幅して振動されることになる。
それ以外の構成は、上述の一実施形態と共通である。

【0055】

第４変形例においても、距離Ｌ１および距離Ｌ２については、上述の一実施形態と同様に、錘５を通り鉛直方向に延びる直線ＲＬと支持部３を通り鉛直方向に垂直な平面ＲＳとの交点ＣＰを基準として、上記の交点ＣＰから作用部２までの距離をＬ１、上記の交点ＣＰからから支持部３までの距離をＬ２と考えればよい。

【0056】

第４変形例の増振器１００ｅにおいても、支持部３から振動部材１に伝えられる被設置物５０の鉛直方向の振動は、てことしての振動部材１により増幅され、作用部２において水平方向の振動として増幅される。
なお、第４変形例の増振器１００ｅにおいても、上述の第１変形例の増振器１００ｂと同様に、支持部３は、途中で９０℃折れ曲がっている振動部材１（１ａ、１ｂ）に沿って第１振動部材１ａの錘５が設けられた部分（錘取り付け部４）と作用部２との間にある。従って、上述の第１変形例の増振器１００ｂと同様に、支持部３と作用部２との距離Ｌ３を、上述の交点ＣＰと支持部３との間の距離Ｌ２よりも長くすることで、被設置物５０の鉛直方向の振動が、作用部２において水平方向に、より増幅される。

【0057】

（増振器の第５変形例）
図８は第５変形例の増振器１００ｆを横から見た図である。第５変形例も、その大部分の構成は上述の一実施形態と共通するため、一実施形態との相違箇所のみを説明し、共通箇所については説明を省略する。

【0058】

第５変形例の増振器１００ｆでは、錘５は、低摩擦での回転を実現する転がり軸受１１等の回動機構１１を介して、振動部材１に接続されている。一例として、転がり軸受の外輪側が錘５に固定され、内輪側が振動部材１に固定されている。
錘５が振動部材１に対して回転関係が固定されて設けられている場合には、振動部材１が、支持部３にから伝わる被設置物５０の振動により微小回転振動をすると、錘５も微小回転運動をすることになる。従って、被設置物５０の振動エネルギーの一部が、錘５の回転運動のエネルギーとして浪費されてしまう。

【0059】

第５変形例の増振器１００ｆでは、錘５は回動機構１１を介して振動部材１に設けられているので、振動部材１が回転しても錘５は回転運動しない。よって、被設置物５０の振動エネルギーの一部が、錘５の回転運動のエネルギーとして浪費されることがなく、被設置物５０の振動を、作用部２においてより効率的に増幅することができる。

【0060】

（増振器の第６変形例）
図９は第６変形例の増振器１００ｇを横から見た図である。第６変形例も、その大部分の構成は上述の第２変形例と共通するため、第２変形例との相違箇所のみを説明し、共通箇所については説明を省略する。

【0061】

第６変形例の増振器１００ｇにおいても、第５変形例と同様に、錘５は、転がり軸受等の低摩擦での回転を実現する回動機構１１を介して、振動部材１に接続されている。ただし、第６変形例の増振器１００ｇでは、錘５は、第２変形例と同様に、被設置物５０に固設され振動部材１の上方にまで延びて設けられている弾性部材固定部９ａに支持された弾性部材８によって上方から支持される構成である。そこで、弾性部材８と錘５の間に、中継部材１２を設け、弾性部材８は中継部材１２を介して錘５を支持する構成としている。
中継部材１２は、例えば、上部に正方形の天板１２ａを有し、天板１２ａの四隅から下方に脚部１２ｂが形成されている部材である。そして、天板１２ａが弾性部材８により支持され、４本の脚部１２ｂの下端が錘５に固定される。天板１２ａおよび４本の脚部１２ｂのいずれもが、振動部材１には接触しない。

【0062】

第６変形例の増振器１００ｇにおいても、錘５は回動機構１１を介して振動部材１に設けられているので、振動部材１が回転しても錘５は回転運動しない。よって、被設置物５０の振動エネルギーの一部が、錘５の回転運動のエネルギーとして浪費されることがなく、被設置物５０の振動を、作用部２においてより効率的に増幅することができる。

【0063】

（増振器の第７変形例）
図８および図１０（ａ）を参照して、第７変形例の増振器について説明する。第７変形例の増振器は、その構成の大部分は図８に示した第５変形例と同様である。ただし、錘５を振動部材１に接続する回転機構として、図８に示した転がり軸受け１１に代えて、図１０（ａ）に示したとおり、振動部材１の下面側の溝部１ｃと、錘５の上部の稜線部５ａとを備えている。

【0064】

振動部材１の溝部１ｃと錘５の稜線部５ａとの接触部は、図１０（ａ）の紙面奥行き方向に延在する線（以降、接触線１ｄと呼ぶ）となる。そして錘５は、この接触線１ｄを回転中心として振動部材１に対して相対回転することができる。
なお、溝部１ｃと稜線部５ａだけでは、振動部材１と錘５の固定は不十分なので、固定用カバー１３を用いて、振動部材１の錘５の位置関係を、接触線１ｄを中心とする回転を除いて、固定する。

【0065】

固定用カバー１３は、第６変形例の中継部材１２とほぼ同様の構成であり、例えば、上部に正方形の天板１３ａを有し、天板１３ａの四隅から下方に脚部１３ｂが形成されている部材である。そして、４本の脚部１３ｂの下端が錘５の上部に固定されている。天板１３ａおよび４本の脚部１３ｂのいずれもが、振動部材１には接触しない。また、天板１３ａと振動部材１との間には付勢バネ１４が設けられ、付勢バネ１４が振動部材１に対して天板１３ａ（固定用カバー１３）を図中上方に押す。これにより、固定用カバー１３に固定されている錘５も振動部材１に押し付けられて、接触線１ｄを中心とする回転を除いて、振動部材１に固定される。付勢バネ１４には、コイルバネや板バネ等を使用する。

【0066】

第７変形例の増振器においても、錘５は回動機構（錘５の稜線部５ａと振動部材１の溝部１ｃ）を介して振動部材１に設けられているので、振動部材１が回転しても錘５は回転運動しない。よって、被設置物５０の振動エネルギーの一部が、錘５の回転運動のエネルギーとして浪費されることがなく、被設置物５０の振動を、作用部２においてより効率的に増幅することができる。

【0067】

（増振器の第８変形例）
図９および図１０（ｂ）を参照して、第８変形例の増振器について説明する。第８変形例の増振器は、その構成の大部分は図９に示した第６変形例と同様である。ただし、錘５を振動部材１に接続する回転機構として、図９に示した転がり軸受け１１に代えて、図１０（ｂ）に示したとおり、上述の第７変形例と同様に、振動部材１の下面側の溝部１ｃと、錘５の上部の稜線部５ａとを備えている。

【0068】

第８変形例においては、第７変形例における固定用カバー１３に代えて、第６変形例における中継部材１２を用いて、錘５を振動部材１に固定すればよい。このとき、第７変形例と同様に、中継部材１２の天板１２ａと振動部材１との間に付勢バネ１４を設けることで、錘５が振動部材１に押し付けられる。これにより錘５が、接触線１ｄを中心とする回転を除いて、振動部材１に固定される。

【0069】

第８変形例の増振器においても、錘５は回動機構（錘５の稜線部５ａと振動部材１の溝部１ｃ）を介して振動部材１に設けられているので、振動部材１が回転しても錘５は回転運動しない。よって、被設置物５０の振動エネルギーの一部が、錘５の回転運動のエネルギーとして浪費されることがなく、被設置物５０の振動を、作用部２においてより効率的に増幅することができる。

【0070】

（増振器の第９変形例）
図１１は第９変形例の増振器１００ｆを上から見た図である。第９変形例は、部分的に上述の一実施形態と共通するため、一実施形態との相違箇所のみを説明し、共通箇所については説明を省略する。

【0071】

第９変形例の増振器１００ｈは、振動部材１は水平方向であって振動部材１の延在方向（図中の第２水平方向）と直交する方向（図中の第１水平方向）の振動を増幅する。振動部材１は一実施形態と同様に、鉛直下方に延びる振動部材固定部７により支持部３で保持されている。そして、振動部材固定部７の下端は被設置物（不図示）に固設されている。

【0072】

振動部材１の図８中の第２水平方向中央やや右寄りには、錘取り付け部４が設けられており、ここに錘５が設置されている。第５変形例では、錘５の側面の一部に弾性部材８ａが設置され、弾性部材８ａは、錘５に対して第１水平方向にある被設置物の一部である壁部５０ｅに、弾性部材固定部９ｂを介して接続されている。

【0073】

第９変形例の増振器１００ｈでは、錘部６が水平方向への振動に対する慣性力を発揮し、水平方向に振動するてことしての振動部材１の支点として機能する。これにより、支持部３から伝達される被設置物（不図示）からの第１水平方向の振動を、作用部２において増幅する。

【0074】

なお、不図示ではあるが、錘５の下方（図８中の紙面奥方向）には、錘５を支えるバネ等の支持部材が設置され、この支持部材の下端は被設置物に接続されている。この支持部材は、これが無ければ錘５の重さによって傾いてしまう振動部材１を支えるための部材である。

【0075】

第９変形例においては、距離Ｌ１および距離Ｌ２については、上述の一実施形態と同様に、錘５を通り第１水平方向に延びる直線ＲＬ２と支持部３を通り第１水平方向に垂直な平面ＲＳ２との交点ＣＰを基準として、上記の交点ＣＰから作用部２までの距離をＬ１、上記の交点ＣＰからから支持部３までの距離をＬ２と考えればよい。
それ以外の構成は、上述の一実施形態と共通である。

【0076】

第９変形例の増振器１００ｈにおいても、支持部３から振動部材１に伝えられる被設置物５０の第１水平方向の振動は、てことしての振動部材１により増幅され、作用部２において増幅される。
以上の一実施形態および各変形例に示された構成は、本発明の主旨に反しない範囲でそれぞれ組み合わせて実施をすることができる。

【0077】

また、上述の一実施形態中に例示した上記の交点ＣＰから作用部２までの距離Ｌ１、上記の交点ＣＰからから支持部３までの距離Ｌ２、錘部６の質量Ｍｃ、作用部２に設置する作用部材２０の質量Ｍａは、一例であってこれらに限定されるものではない。
例えば、振動部材１の全長（一実施形態の場合にはほぼ距離Ｌ１＋距離Ｌ２、第１変形例の場合にはほぼ距離Ｌ１）は、本例の増振器の用途に応じて０．５［ｃｍ］から３［ｍ］の長さとすることができる。振動部材１の全長が短い、すなわち小型の増振器は、家庭用電気製品用や車載用に適している。一方、振動部材１の全長が長い、すなわち大型の増振器は、橋や道路への設置に適している。ただし、橋や道路の中の小さなスペースへの設置には小型の増振器が適している。

【0078】

振動部材１の全長が０．５［ｃｍ］から２［ｃｍ］程度の場合には、作用部２に設置する作用部材２０の質量Ｍａは０．２［ｇ］程度、錘部６の質量Ｍｃは１〜２０［ｇ］程度が適している。
振動部材１の全長が２［ｃｍ］から１０［ｃｍ］程度の場合には、作用部２に設置する作用部材２０の質量Ｍａは２［ｇ］程度、錘部６の質量Ｍｃは２０〜２００［ｇ］程度が適している。

【0079】

振動部材１の全長が１０［ｃｍ］から１［ｍ］程度の場合には、作用部２に設置する作用部材２０の質量Ｍａは０．１［ｋｇ］程度、錘部６の質量Ｍｃは０．２〜１０［ｋｇ］程度が適している。
振動部材１の全長が１［ｍ］から３［ｍ］程度の場合には、作用部２に設置する作用部材２０の質量Ｍａは０．５［ｋｇ］程度、錘部６の質量Ｍｃは１０［ｋｇ］以上程度が適している。

【0080】

なお、以上の一実施形態および各変形例では、鉛直方向または第１水平方向の振動を増幅する例を示しているが、増幅されるべき振動の方向は、これらの方向に限られるものではなく、一実施形態および各変形例の振動部材１が延在する方向は、水平方向に限られるものではない。
また、第１方向の振動を増幅するとは、任意の方向の第１方向の振動成分を増幅することをいうのであり、純粋に第１方向内で振動する振動のみを増幅することを示すものではない。

【0081】

（増振装置の一実施形態および各変形例の効果）
（１）以上の一実施形態および各変形例の増振器は、第１方向の振動を増幅する増振器であって、作用部２および支持部３を有し、支持部３を介して被設置物５０，５０ａに支持されている振動部材１と、振動部材１に設けられた錘部６と、一端が錘部６に連結され錘部６を被設置物５０，５０ａに対して弾性支持する弾性部材８とを備え、錘部６を通り第１方向に延びる直線ＲＬと支持部３を通り第１方向に垂直な平面ＲＳとの交点ＣＰと作用部２との間の距離Ｌ１が、交点ＣＰと支持部３との間の距離Ｌ２よりも長いという構成を有している。
この構成により、被設置物５０，５０ａの第１方向の振動を作用部２において増幅することができるという効果を有している。
（２）以上の一実施形態およびいくつかの変形例の増振器は、支持部３と被設置物５０の間に振動部材固定部７を有し、振動部材固定部７は被設置物５０に支持されるとともに支持部３を支持している。
これにより、（１）に記載の効果に加えて、増振器を各種の被設置物５０に簡単に設置できるという効果を有している。

【0082】

（３）以上の一実施形態およびいくつかの変形例の増振器は、弾性部材８と被設置物５０の間に弾性部材固定部９を有し、弾性部材固定部９は被設置物５０に支持されるとともに、弾性部材８の他端に連結されている。
これにより、（１）または（２）に記載の効果に加えて、増振器を各種の被設置物５０にさらに簡単に設置できるという効果を有している。

【0083】

（４）以上のいくつかの変形例の増振器は、支持部３は、振動部材１に沿って振動部材１の錘５が設けられた部分と作用部２との間にあるとともに、支持部３と作用部２との距離は、前記交点と前記支持部との間の距離よりも長い。
この構成により、被設置物５０，５０ａの第１方向の振動を作用部２においてさらに増幅することができるという効果を有している。
（５）以上のいくつかの変形例の増振器は、錘部６を構成する錘５は、回動機構１１を介して前記振動部材に設けられている。この構成により、作用部２において、被設置物５０，５０ａの振動をより効率的に増幅することができるという効果を有している。

【0084】

（６）以上の一実施形態およびいくつかの変形例の増振器は、振動部材１は水平方向に延びる梁状部材であり、第１方向は鉛直方向である。この構成により、橋等の建造物に多く含まれる鉛直方向の振動成分を、シンプルな形状の振動部材１を用いて増幅できるという効果を有している。

【0085】

（７）以上の一実施形態およびいくつかの変形例の増振器は、弾性部材８としてバネを備え、バネのバネ定数および錘部６の質量から定まるバネの共振周波数を３０[Hz]以下としている。これにより、被設置物５０のより低周波の振動についても増幅することが可能になるという効果を有している。
（８）以上の一実施形態およびいくつかの変形例の増振器は、弾性部材８はエラストマーまたは空気ダンパーを含み、被設置物５０，５０ａから錘部６に伝達される振動を１／１０に減衰するカットオフ周波数が１００[Hz]以下であるとしている。
これにより、これにより、被設置物５０のより低周波の振動についても増幅することが可能になるという効果を有している。
（９）以上の一実施形態およびいくつかの変形例の増振器は、上記の交点ＣＰと支持部３との間の距離をＬ１、上記の交点ＣＰと作用部２との間の距離をＬ２とし、作用部２に設置する作用部材の質量がＭａであるとき、錘部６の質量Ｍｃは、Ｍａ×（１＋Ｌ２／Ｌ１）×（Ｌ２／Ｌ１）の２倍以上としている。
これにより、錘部６をてことしての振動部材１の支点として有効に機能させ、作用部２における振動の増幅を一層効果的に行うことができるという効果を有している。

【0086】

本発明の振動発電装置の実施形態は、上述の増振器の一実施形態および各変形例のいずれかにおいて、その作用部２に、作用部材２０として例えば静電容量型や圧電素子型等の振動発電素子を設置したものである。
従来においては、振動発電素子は、振動の振幅が十分でない環境振動から効率良く発電を行うことは難しかったが、実施形態の振動発電装置では、振動発電素子が環境振動（被設置物５０の振動）が増幅された作用部２に設置されているため、環境振動から効率良く発電を行うことができる。

【0087】

前記振動発電素子は、一方がエレクトレット化されている可動電極と固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極との相対的な振動により発電する発電素子である、
振動発電素子としては、少なくとも一方がエレクトレット（帯電素子）化されている可動電極と固定電極とを有し、可動電極と固定電極との相対的な振動により発電を行うエレクトレット型振動発電素子や、振動部材に圧電部材を設け振動に伴う圧電素子の変形により発電を行う圧電素子型発電素子を用いることができる。エレクトレット型振動発電素子の構成は、例えば特開２０１３−１７２５２３号公報に開示されている。
また、永久磁石とコイルによる発電素子を用いることもできる。

【0088】

（振動発電装置の実施形態の効果）
（１０）以上の実施形態の振動発電装置は、被設置物５０の振動が増幅された作用部２に振動発電素子を設けている。これにより、被設置物５０の振動が僅かであっても高出力で発電を行う振動発電装置を実現することができる。

【0089】

（１１）さらに、振動発電素子として、一方がエレクトレット化されている可動電極と固定電極とを有し、可動電極と固定電極との相対的な振動により発電する発電素子を備えることで、より効率的に発電を行う振動発電装置を実現することができる。

【0090】

上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、実施形態および各変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0091】

１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ：増振器：１：振動部材、２：作用部、３：支持部、４：錘取り付け部、５：錘、６：弾性部材、７：振動部材固定部、８：弾性部材固定部、２０：作用部材、５０，５０ａ，５０ｅ：被設置物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】