JP2004201376A - 信号発信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池を必要としない信号発信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】信号発信装置１は、所定の電気信号を発生し、発生させた信号を発信する信号発信器３と、信号発信器３に電力を供給する電源部２とを有する。電源部２は、薄板状の圧電体２２の両面に電極が形成されてなる圧電素子２０と薄板状のバネ板２１とを貼り合わせてなるアクチュエータ１１を有し、スイッチ４の動作によってアクチュエータ１１に自由振動が引き起こされるようになっている。アクチュエータ１１を自由振動させることによって得られる電力のみを用いて信号発信器３を動作させる。
【選択図】 図１
【解決手段】信号発信装置１は、所定の電気信号を発生し、発生させた信号を発信する信号発信器３と、信号発信器３に電力を供給する電源部２とを有する。電源部２は、薄板状の圧電体２２の両面に電極が形成されてなる圧電素子２０と薄板状のバネ板２１とを貼り合わせてなるアクチュエータ１１を有し、スイッチ４の動作によってアクチュエータ１１に自由振動が引き起こされるようになっている。アクチュエータ１１を自由振動させることによって得られる電力のみを用いて信号発信器３を動作させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気・電子機器等の遠隔操作等に使用されるリモコンやスイッチ等の信号発信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電気・電子機器には、リモコンによる遠隔操作によってその運転状態を切り替えることができるようになっているものが多くある。例えば、照明装置として、ランプや蛍光灯等の照明器具と、照明器具を手動で点灯／調光／消灯するスイッチと、リモコン（送信機）から発信される電波信号等によって照明器具を点灯／調光／消灯するスイッチとを有し、手動操作および遠隔操作のいずれによっても照明器具の点灯／調光／消灯を行うことができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、電波信号等の制御信号を送信するリモコンにおいては、信号発生のための電源として、種々の電池（単４型マンガン乾電池やボタン型リチウム電池等）が用いられていることは、周知の事実である。また、例えば、一般家屋やビルの居室においては、照明器具は主に天井に取り付けられ、その手動スイッチはその居室の出入り口近くの壁に設けられていることも周知の事実である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−５３７０号公報（第４−７頁、第１図、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような照明装置では、リモコンに使用されている電池が消耗し、所定の起電力が得られなくなった場合（所謂、電池切れとなった場合）に、照明器具の遠隔操作を行うことができなくなるという問題がある。また、壁に手動スイッチを設ける場合には一般的に照明器具と手動スイッチとを結ぶ配線を壁内に通すが、この場合には、配線を取り付ける際や後にこの配線にトラブルが生じた際の工事負荷が大きくなる問題がある。これに対して壁外配線を行うと居室の美観が損なわれる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電池を必要としない信号発信装置を提供することを目的とする。また本発明は、電気・電子機器の本体部分に接続する配線を必要とせず、しかも電池を用いない手動スイッチとして用いることができる信号発信装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、薄板状の圧電体の両面に電極が形成されてなる圧電素子と薄板状のバネ板とを貼り合わせてなるアクチュエータと、
前記アクチュエータが屈曲するように前記アクチュエータに応力を加える応力印加手段と、
所定の電気信号を発生し、発生させた信号を発信する信号発信器と、
前記アクチュエータに応力が加えられることによって前記アクチュエータに発生する電力を前記信号発信器に供給する送電手段と、
を具備し、
前記信号発信器は前記アクチュエータから前記送電手段を介して供給された電力によってのみ動作することを特徴とする信号発信装置、が提供される。
【０００８】
このような信号発信装置によれば、電池を用いずにアクチュエータが発生する電力を用いて信号発信器を動作させるために、電池交換の必要がなく、しかも電池切れによって信号発信器を動作させることができなくなるという事態の発生が回避される。また、電気・電子機器の手動スイッチとして本発明の信号発信装置を用い、信号発信装置を居室等の壁に設けた場合には、信号発信装置と動作対象の電気・電子機器とを結ぶ配線を設ける必要がない。
【０００９】
本発明の信号発信装置において、信号発信器は、好ましくは、所定のデジタル信号を発生する信号発生部と、デジタル信号を変調する変調部と、変調部によって変調された信号を電波として発信する信号発信部と、を具備する構成とする。信号発生部は、所定のデジタル信号を繰り返し発信するように構成すると、このデジタル信号によって動作する機器の制御をより確実に行うことができる。デジタル信号は電波信号であってもよく、光信号であってもよい。
【００１０】
アクチュエータから信号発信器への電力の供給は、応力印加手段によるアクチュエータへの応力の印加が解除された後に、アクチュエータに自由振動が引き起こされることによって行われる。応力印加手段の動作は直接的または間接的に人によって行われる。アクチュエータの長手方向の一端を固定し、応力印加手段がアクチュエータの長手方向の自由端に応力を印加するように構成すると、アクチュエータの一端を振り子様に自由振動させることができる。
【００１１】
アクチュエータを自由振動させることによって得られる電力は交流電力であるため、送電手段はこれを直流電力に変換して信号発信器へ給電する。このため、送電手段は、交流電力を直流電力に変換する整流器と、信号発信器へ供給する電力の電圧値を調整する電圧調整器を有する。
【００１２】
応力印加手段としては、外部から加えられる力によってアクチュエータに接してアクチュエータを屈曲させる押圧部材と、押圧部材に加えられている外力が除去された際に押圧部材を元の位置に復帰させる復帰手段と、押圧部材の動作を検出する検知手段と、を有する構成とすることができる。この場合において、押圧部材の復帰動作中に、または復帰時に、またはこの復帰時から所定時間が経過する前に、信号発生部は所定の信号を発生するようにする。これにより信号発生部における誤動作を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は信号発信装置１の概略の構造を示す断面図である。また図２は、信号発信装置１が具備する電源部２および信号発信器３の概略の構成を示す説明図である。
【００１４】
図１に示されるように、信号発信装置１は、電源部２と、信号発信器３とを有している。電源部２は、アクチュエータ１１と、整流器１２と、電圧調整器１３とを有しており、信号発信器３は、信号発生回路１５と、変調回路１６と、信号発信回路１７と、アンテナ１８とを有している。信号発信装置１はまた、アクチュエータ１１を駆動するためのスイッチ４と、アクチュエータ１１を保持するアクチュエータ保持治具５と、ケース６と、スイッチ復帰用バネ７と、スイッチ動作検知用接点部材８と、スイッチ動作検知回路１９（図１に図示せず。図２参照）とを有している。
【００１５】
アクチュエータ１１は、図１に示されるように、略矩形薄板状の圧電体２２の両面に電極（図示せず）が形成されてなる圧電素子２０と薄板状のバネ板２１とが貼り合わされたユニモルフ型の構造を有している。アクチュエータ１１の長手方向の一端はアクチュエータ保持治具５に固定され、アクチュエータ保持治具５は信号発信器３のプリント配線基板３１に固定されている。アクチュエータ１１の長手方向の一端はフリーな状態となっており、この自由端にスイッチ４によって力を加えることによってアクチュエータ１１を屈曲させることができるようになっている。
【００１６】
スイッチ４は断面略Ｌ字型の形状を有しており、その一端は保持部材２５によって回動自在に保持されている。通常の状態（スイッチ４を動作させない状態）においては、図１に示すように、スイッチ４の屈折部（折れ曲がっている角の部分）Ａがケース６の外側に突出するように、スイッチ４の一端はスイッチ復帰用バネ７に接して付勢されている。このスイッチ復帰用バネ７は、スイッチ４の屈折部Ａをケース６の内部に押し込むように人が直接的または間接的に力を加えたとき、スイッチ４から力を受けて屈曲し、スイッチ４を押し込む力が解除されたときにはスイッチ４を元の状態（通常の状態）に戻す。このように、スイッチ４とスイッチ復帰用バネ７は一体でプッシュオン／プッシュオフ型の手動スイッチを構成している。
【００１７】
スイッチ４は、スイッチ復帰用バネ７と接している部分の近傍に、スイッチ４スイッチ４が押し込まれたときと押し込まれた状態から元の状態に復帰するときにアクチュエータ１１の自由端に接してアクチュエータ１１を屈曲させる突起部２６を有している。
【００１８】
図３はアクチュエータ１１の動作形態を示す説明図であり、図４はアクチュエータ１１を動作させることによって得られる電圧波形を示す説明図である。通常の状態では、スイッチ４はスイッチ復帰用バネ７によって屈折部Ａが押し上げられた状態となっており、このときに突起部２６は、アクチュエータ１１の自由端の上方に位置している（図３（ａ））。
【００１９】
スイッチ４の屈折部Ａをケース６の内側へ押し込むと、突起部２６がアクチュエータ１１の自由端に接してアクチュエータ１１を下向きに屈曲させる（図３（ｂ））。スイッチ４はスイッチ復帰用バネ７がケース６の底板に接するまで押し込むことができる。スイッチ４を最後まで押し込む途中でアクチュエータ１１の自由端は突起部２６から離れ、これによりアクチュエータ１１は自由振動を開始し（図３（ｃ））、その後にこの自由振動は減衰して静止する（図３（ｄ））。
【００２０】
スイッチ４を最後まで押し込んだ後にスイッチ４を押している力を取り除くと、スイッチ復帰用バネ７によってスイッチ４は元の状態に戻るように押し上げられる。その際に、突起部２６は再びアクチュエータ１１に接してアクチュエータ１１を上向きに屈曲させ（図３（ｅ））、続いてアクチュエータ１１の自由端が突起部２６から離れてアクチュエータ１１は再び自由振動を開始する（図３（ｆ））。その後にアクチュエータ１１の自由振動は減衰して、図３（ａ）に示す通常の状態に戻る。
【００２１】
このようにして、アクチュエータ１１を屈曲振動させることによって、圧電体２２には圧電効果（主に横効果（ｄ３１モード））によって電圧が発生する。図３に示したように、スイッチ４を１回押して元の状態に復帰させた場合には、アクチュエータ１１は自由振動を２回起こすために、アクチュエータ１１からは、図４に示すように、交流波形Ｗ１（図３（ｃ）に示す自由振動時）と交流波形Ｗ２（図３（ｆ）に示す自由振動時）が時間を空けて出力される。これらの交流波形Ｗ１・Ｗ２の間の時間は、スイッチ４を押し込んだ状態で保持する時間に依存して変化する。
【００２２】
アクチュエータ１１の形状が一定の場合にアクチュエータ１１から出力される電力を大きくするためには、圧電体２２として圧電定数ｄ３１および電気機械結合係数ｋ３１の大きな材料を用いることが好ましい。具体的にはチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスが好適に用いられる。圧電体２２の厚みは、曲がりやすいようにできるだけ薄くすることが好ましい。また、アクチュエータ１１の単振動時間を長引かせるために、バネ板２１としてはバネ性に優れた材料、例えば、リン青銅板、銅板、ステンレス板等の金属材料が好適に用いられる。
【００２３】
図３（ｃ）・（ｄ）に示す状態では、スイッチ復帰用バネ７がスイッチ動作検知用接点部材８に接する。スイッチ動作検知回路１９は、スイッチ復帰用バネ７とスイッチ動作検知用接点部材８とが接した場合に、これらの間に電流が流れる回路であり、この回路が閉じているか開いているかは、信号発生回路１５が判断する。
【００２４】
整流器１２は図示しない整流回路とコンデンサを有し、アクチュエータ１１から出力される交流電力を直流電力に変換し、電力を貯蔵する。電圧調整器１３は、信号発信器１５に過大な電圧が印加されないように電圧のピークカットを行う。例えば、信号発信器１５に入力される電圧を３Ｖとする。
【００２５】
信号発信器３を構成する各回路は、整流器１２と電圧調整器１３を介してアクチュエータ１１から供給された電力によって動作する。信号発生回路１５は、信号発信装置１の制御対象である電気・電子機器等の制御に必要な所定のデジタル信号を発生する。信号発生回路１５は、所定のデジタル信号を繰り返し発信するように構成することが好ましい。変調回路１６は、信号発生回路１５で作成したデジタル信号情報を搬送波に乗せるアナログ変調を行う。例えば、デジタル信号を３１５ＭＨｚの搬送波に乗せる変調を行う。信号発信回路１７は、変調回路１６によって作成された搬送波の出力調整等を行い、そしてアンテナ１８へ送信する。アンテナ１８は電波を空間に放射する。
【００２６】
このように構成された信号発信装置１では、例えば、人が手でスイッチ４の屈折部をケース６の内側に押し込むと、先に説明した図３（ａ）〜（ｄ）に示す一連の動作にしたがって、アクチュエータ１１が自由振動する。このときアクチュエータ１１で発生する交流電力は、整流器１２によって直流電力に変換された後に一部は電圧調整器１３を通して信号発信器３に送られて、信号発信器３を構成する各回路を動作可能な状態とする。また、残りの直流電力は整流器１２が具備するコンデンサに貯えられた後に電圧調整器１３を通して信号発信器３に送られる。これによって信号発信器３を構成する各回路が動作可能な状態に維持される。また信号発生回路１５は、スイッチ動作検知回路１９が開いた状態から閉じた状態となったことを認識することによって、スイッチ４が動作したことを認識する。
【００２７】
この状態において、信号発生回路１５で所定のデジタル信号を発生させ、逐次、信号処理を行ってアンテナ１８から電波を放射させることも可能である。しかし、電力が供給された直後は、信号発生回路１５等の動作が不安定なために、誤動作を起こすおそれがある。このため信号発信装置１では、アクチュエータ１１の最初の振動によって供給される電力によっては、信号発生回路１５がデジタル信号を発生することはなく、したがってアンテナ１８から電波が放射されないようになっている。
【００２８】
スイッチ４を押している力を取り除くと、先に示した図３（ｄ）〜（ｆ）に示す一連の動作にしたがって、アクチュエータ１１は再び自由振動する。こうしてアクチュエータ１１で発生する交流電力は、整流器１２によって直流電力に変換された後に整流器１２が具備するコンデンサに貯えられ、その後、信号発信器３へ送られる。信号発生回路１５は、スイッチ動作検知回路１９が開いたことを認識することによって、スイッチ４が元の位置に戻る動作を開始したことを認識する。
【００２９】
信号発生回路１５は、スイッチ動作検知回路１９が開いた状態となったことを認識した後に所定時間が経過したら、例えば、０．３秒経過後に、所定のデジタル信号を発生させる。このように信号発生回路１５へ給電が行われてから一定の時間が経過した後にデジタル信号を発生させることによって、信号精度が高められる。このデジタル信号は、変調回路１６において搬送波に乗せられた後に、信号発信回路１７において出力調整されて、アンテナ１８から電波として空間に放射される。
【００３０】
なお、信号発生回路１５がデジタル信号を発生するタイミングは、上述した場合（つまり、スイッチ動作検知回路１９が開いてから所定の時間が経過したとき）に限定されるものではなく、スイッチ４の復帰動作中に、または復帰時に、または前記復帰時から所定時間が経過する前に、設定することができる。
【００３１】
例えば、信号発信装置１に、図５（図１と同様の断面図）に示すように、スイッチ４が通常の状態にあるときにはスイッチ復帰用バネ７と接するが、スイッチ４が押し込まれたときにはスイッチ復帰用バネ７と離れるスイッチ動作検知用接点部材８ａをケース６内に設ける。
【００３２】
この場合には、一度押し込まれたスイッチ４が後に元の位置に戻るまでの間、つまり、スイッチ復帰用バネ７がスイッチ動作検知用接点部材８から離れてからスイッチ動作検知用接点部材８ａと接するまでの間に、信号発生回路１５で所定のデジタル信号を発生させる。また、一度押し込まれたスイッチ４が後に元の位置に戻ってから予め決められた時間内に、つまり、スイッチ復帰用バネ７がスイッチ動作検知用接点部材８ａと接してから一定の時間が経過する前に、信号発生回路１５で所定のデジタル信号を発生させる。
【００３３】
また、スイッチ動作検知用接点部材８・８ａを設けることなく、図６（図２と同様の説明図）に示すように、アクチュエータ１１から整流器１２へ送られる電圧波形を検知する電圧検知器１４を設け、この電圧検知器１４が、スイッチ４が復帰する際にアクチュエータ１１を振動させることによって生ずる電圧のピーク（図４に示す２番目の交流波形Ｗ２におけるの最初のピーク）を検知したときに、信号発生回路１５が所定のデジタル信号を発生するように、信号発生回路１５を構築することも可能である。
【００３４】
このような信号発信装置１が蛍光灯の点灯／消灯用リモコンである場合には、蛍光灯の受信装置は、信号発信装置１から受けた電波信号によって、蛍光灯を点灯／調光／消灯の順序で切り替える。信号発信装置１においては、アクチュエータ１１に電力を発生させることによって信号発生回路１５を動作させるために、電池を必要としない。このため電池交換を行う必要がなく、しかも電池切れによって信号発信装置１が動作しなくなることもない。
【００３５】
また、例えば、従来の蛍光灯は、一般的に壁に備えられた点灯／消灯切替スイッチを人が操作することによって、蛍光灯の点灯／消灯状態を制御していた。この場合には、蛍光灯と点灯／消灯切替スイッチとを結ぶ電気配線が必要である。しかし、このような点灯／消灯切替スイッチとして上述した信号発信装置１を用いれば、蛍光灯と信号発信装置１とを結ぶ電気配線は不要であることから、蛍光灯の設置工事負荷が軽減される。しかも、この場合においても、信号発信装置１は電池を必要としないため電池交換を行う必要がなく、しかも電池切れによって信号発信装置１が動作しなくなることもない。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記説明においては、スイッチ４の動作の検知を、スイッチ復帰用バネ７とスイッチ動作検知用接点部材８（８ａ）との間の導通を検知することによって行ったが、例えば、スイッチ４とケース６との間に導通／絶縁する接点を設けることによって、直接にスイッチ４の動作を検知してもよい。
【００３７】
スイッチ復帰用バネ７は、図１や図３に示した板バネに限定されず、コイル状のものであってもよい。またスイッチ４とスイッチ復帰用バネ７の組合せに代えて、保持／開放型のスイッチ、つまり、スイッチを一度押し込んだときにスイッチが押し込んだ状態で保持され、再び押したときに、スイッチが元の位置に復帰する型のものを用いることもできる。これは、アクチュエータ１１の一度の振動でも十分に信号発信器３を動作させる電力を得ることができるからである。
【００３８】
上記説明においては、スイッチ４が１回押し込まれた場合に信号発生回路１５がデジタル信号を発生する形態について説明したが、例えば、スイッチ４が予め定められた短い時間内に２回押し込まれた場合に、信号発生回路１５が所定のデジタル信号を発生するように、信号発生回路１５を構成することも可能である。また、スイッチ４が１回押し込まれた場合と、スイッチ４が予め定められた短い時間内で２回押し込まれた場合とで、信号発生回路１５が異なるデジタル信号を発生するように信号発生回路１５を構成することも可能である。
【００３９】
信号発信装置１には、異なるデジタル信号を発生させる２以上の信号発生回路を設けることも可能である。この場合には、信号発生回路を選択するスイッチ（電気を用いない機械的なスイッチ）を設け、好ましくはこのスイッチによって選択された信号発生回路だけにアクチュエータからの給電が行われるようにする。これにより、例えば、照明器具用の信号発信装置であれば、点灯用信号と消灯用信号を区別して発信することができ、受信装置は点灯用信号か消灯用信号かを識別して照明器具の状態を切り替える。
【００４０】
アクチュエータ１１は、ユニモルフ構造のものに限定されない。例えば、バネ板の表面に圧電板を貼り合わせたバイモルフ型のアクチュエータを用いてもよい。また、湾曲したバネ板の片面または両面に圧電板を貼り合わせた湾曲型アクチュエータを用いることもでき、この場合には、湾曲したバネ板の長手方向の片端部を固定した形態としてもよく、両端部を固定した形態としてもよい。片端部固定の場合には、上述したユニモルフ構造のアクチュエータ１１と同様に湾曲型アクチュエータを駆動させることができる。一方、両端部固定とした場合には、バネ板の湾曲量が小さくなるように湾曲型アクチュエータに応力を印加することにより、バネ板を曲げ方向（突出した方向）において振動させ、これにより電力を発生させることができる。
【００４１】
本発明の信号発信装置は、上記説明に示した照明器具に限定して用いられるものではない。例えば、信号発信装置１をセキュリティシステムに用いられるセンサ、例えば、各種のドアや扉の開閉を検知するセンサとして用いることができる。例えば、信号発信装置１を金庫等の扉または扉枠に取り付けて、金庫扉の開閉を信号発信装置１から発せられる無線信号によって検知して、警報を発するようにすることができる。この他、スイッチの押下動作と信号発生とが関連付けられる各種の装置や機器、例えば、自動販売機における商品選択スイッチや、水洗トイレのリモコン装置等へ、本発明の信号発生装置を適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の信号発信装置によれば、電池を用いずにアクチュエータが発生する電力を用いて信号発信器を動作させるために、電池交換の必要がなく、しかも電池切れによって信号発信器を動作させることができなくなるという事態の発生が回避される。また、電気・電子機器の手動スイッチとして本発明の信号発信装置を用い、信号発信装置を居室等の壁に設けた場合には、信号発信装置と動作対象の電気・電子機器とを結ぶ配線を設ける必要がない。これにより、電気・電子機器の設置工事に対する負荷が軽減され、また信号発信装置の取り付け位置の変更も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】信号発信装置の概略の構造を示す断面図。
【図２】信号発信装置が具備する電源部および信号発信器の概略の構成を示す説明図。
【図３】アクチュエータの動作形態を示す説明図。
【図４】アクチュエータを動作させることによって得られる電圧波形を示す説明図。
【図５】別の信号発信装置の概略の構造を示す断面図。
【図６】信号発信装置が具備する別の電源部および信号発信器の概略の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１；信号発信装置
２；電源部
３；信号発信器
４；スイッチ
５；アクチュエータ保持治具
６；ケース
７；スイッチ復帰用バネ
８・８ａ；スイッチ動作検知用接点部材
１１；アクチュエータ
１２；整流器
１３；電圧調整器
１４；電圧検知器
１５；信号発生回路
１６；変調回路
１７；信号発信回路
１８；アンテナ
１９；スイッチ動作検知回路
２０；圧電素子
２１；バネ板
２２；圧電体
２５；保持部材
２６；突起部
３１；プリント配線基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気・電子機器等の遠隔操作等に使用されるリモコンやスイッチ等の信号発信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電気・電子機器には、リモコンによる遠隔操作によってその運転状態を切り替えることができるようになっているものが多くある。例えば、照明装置として、ランプや蛍光灯等の照明器具と、照明器具を手動で点灯／調光／消灯するスイッチと、リモコン（送信機）から発信される電波信号等によって照明器具を点灯／調光／消灯するスイッチとを有し、手動操作および遠隔操作のいずれによっても照明器具の点灯／調光／消灯を行うことができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、電波信号等の制御信号を送信するリモコンにおいては、信号発生のための電源として、種々の電池（単４型マンガン乾電池やボタン型リチウム電池等）が用いられていることは、周知の事実である。また、例えば、一般家屋やビルの居室においては、照明器具は主に天井に取り付けられ、その手動スイッチはその居室の出入り口近くの壁に設けられていることも周知の事実である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−５３７０号公報（第４−７頁、第１図、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような照明装置では、リモコンに使用されている電池が消耗し、所定の起電力が得られなくなった場合（所謂、電池切れとなった場合）に、照明器具の遠隔操作を行うことができなくなるという問題がある。また、壁に手動スイッチを設ける場合には一般的に照明器具と手動スイッチとを結ぶ配線を壁内に通すが、この場合には、配線を取り付ける際や後にこの配線にトラブルが生じた際の工事負荷が大きくなる問題がある。これに対して壁外配線を行うと居室の美観が損なわれる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電池を必要としない信号発信装置を提供することを目的とする。また本発明は、電気・電子機器の本体部分に接続する配線を必要とせず、しかも電池を用いない手動スイッチとして用いることができる信号発信装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、薄板状の圧電体の両面に電極が形成されてなる圧電素子と薄板状のバネ板とを貼り合わせてなるアクチュエータと、
前記アクチュエータが屈曲するように前記アクチュエータに応力を加える応力印加手段と、
所定の電気信号を発生し、発生させた信号を発信する信号発信器と、
前記アクチュエータに応力が加えられることによって前記アクチュエータに発生する電力を前記信号発信器に供給する送電手段と、
を具備し、
前記信号発信器は前記アクチュエータから前記送電手段を介して供給された電力によってのみ動作することを特徴とする信号発信装置、が提供される。
【０００８】
このような信号発信装置によれば、電池を用いずにアクチュエータが発生する電力を用いて信号発信器を動作させるために、電池交換の必要がなく、しかも電池切れによって信号発信器を動作させることができなくなるという事態の発生が回避される。また、電気・電子機器の手動スイッチとして本発明の信号発信装置を用い、信号発信装置を居室等の壁に設けた場合には、信号発信装置と動作対象の電気・電子機器とを結ぶ配線を設ける必要がない。
【０００９】
本発明の信号発信装置において、信号発信器は、好ましくは、所定のデジタル信号を発生する信号発生部と、デジタル信号を変調する変調部と、変調部によって変調された信号を電波として発信する信号発信部と、を具備する構成とする。信号発生部は、所定のデジタル信号を繰り返し発信するように構成すると、このデジタル信号によって動作する機器の制御をより確実に行うことができる。デジタル信号は電波信号であってもよく、光信号であってもよい。
【００１０】
アクチュエータから信号発信器への電力の供給は、応力印加手段によるアクチュエータへの応力の印加が解除された後に、アクチュエータに自由振動が引き起こされることによって行われる。応力印加手段の動作は直接的または間接的に人によって行われる。アクチュエータの長手方向の一端を固定し、応力印加手段がアクチュエータの長手方向の自由端に応力を印加するように構成すると、アクチュエータの一端を振り子様に自由振動させることができる。
【００１１】
アクチュエータを自由振動させることによって得られる電力は交流電力であるため、送電手段はこれを直流電力に変換して信号発信器へ給電する。このため、送電手段は、交流電力を直流電力に変換する整流器と、信号発信器へ供給する電力の電圧値を調整する電圧調整器を有する。
【００１２】
応力印加手段としては、外部から加えられる力によってアクチュエータに接してアクチュエータを屈曲させる押圧部材と、押圧部材に加えられている外力が除去された際に押圧部材を元の位置に復帰させる復帰手段と、押圧部材の動作を検出する検知手段と、を有する構成とすることができる。この場合において、押圧部材の復帰動作中に、または復帰時に、またはこの復帰時から所定時間が経過する前に、信号発生部は所定の信号を発生するようにする。これにより信号発生部における誤動作を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は信号発信装置１の概略の構造を示す断面図である。また図２は、信号発信装置１が具備する電源部２および信号発信器３の概略の構成を示す説明図である。
【００１４】
図１に示されるように、信号発信装置１は、電源部２と、信号発信器３とを有している。電源部２は、アクチュエータ１１と、整流器１２と、電圧調整器１３とを有しており、信号発信器３は、信号発生回路１５と、変調回路１６と、信号発信回路１７と、アンテナ１８とを有している。信号発信装置１はまた、アクチュエータ１１を駆動するためのスイッチ４と、アクチュエータ１１を保持するアクチュエータ保持治具５と、ケース６と、スイッチ復帰用バネ７と、スイッチ動作検知用接点部材８と、スイッチ動作検知回路１９（図１に図示せず。図２参照）とを有している。
【００１５】
アクチュエータ１１は、図１に示されるように、略矩形薄板状の圧電体２２の両面に電極（図示せず）が形成されてなる圧電素子２０と薄板状のバネ板２１とが貼り合わされたユニモルフ型の構造を有している。アクチュエータ１１の長手方向の一端はアクチュエータ保持治具５に固定され、アクチュエータ保持治具５は信号発信器３のプリント配線基板３１に固定されている。アクチュエータ１１の長手方向の一端はフリーな状態となっており、この自由端にスイッチ４によって力を加えることによってアクチュエータ１１を屈曲させることができるようになっている。
【００１６】
スイッチ４は断面略Ｌ字型の形状を有しており、その一端は保持部材２５によって回動自在に保持されている。通常の状態（スイッチ４を動作させない状態）においては、図１に示すように、スイッチ４の屈折部（折れ曲がっている角の部分）Ａがケース６の外側に突出するように、スイッチ４の一端はスイッチ復帰用バネ７に接して付勢されている。このスイッチ復帰用バネ７は、スイッチ４の屈折部Ａをケース６の内部に押し込むように人が直接的または間接的に力を加えたとき、スイッチ４から力を受けて屈曲し、スイッチ４を押し込む力が解除されたときにはスイッチ４を元の状態（通常の状態）に戻す。このように、スイッチ４とスイッチ復帰用バネ７は一体でプッシュオン／プッシュオフ型の手動スイッチを構成している。
【００１７】
スイッチ４は、スイッチ復帰用バネ７と接している部分の近傍に、スイッチ４スイッチ４が押し込まれたときと押し込まれた状態から元の状態に復帰するときにアクチュエータ１１の自由端に接してアクチュエータ１１を屈曲させる突起部２６を有している。
【００１８】
図３はアクチュエータ１１の動作形態を示す説明図であり、図４はアクチュエータ１１を動作させることによって得られる電圧波形を示す説明図である。通常の状態では、スイッチ４はスイッチ復帰用バネ７によって屈折部Ａが押し上げられた状態となっており、このときに突起部２６は、アクチュエータ１１の自由端の上方に位置している（図３（ａ））。
【００１９】
スイッチ４の屈折部Ａをケース６の内側へ押し込むと、突起部２６がアクチュエータ１１の自由端に接してアクチュエータ１１を下向きに屈曲させる（図３（ｂ））。スイッチ４はスイッチ復帰用バネ７がケース６の底板に接するまで押し込むことができる。スイッチ４を最後まで押し込む途中でアクチュエータ１１の自由端は突起部２６から離れ、これによりアクチュエータ１１は自由振動を開始し（図３（ｃ））、その後にこの自由振動は減衰して静止する（図３（ｄ））。
【００２０】
スイッチ４を最後まで押し込んだ後にスイッチ４を押している力を取り除くと、スイッチ復帰用バネ７によってスイッチ４は元の状態に戻るように押し上げられる。その際に、突起部２６は再びアクチュエータ１１に接してアクチュエータ１１を上向きに屈曲させ（図３（ｅ））、続いてアクチュエータ１１の自由端が突起部２６から離れてアクチュエータ１１は再び自由振動を開始する（図３（ｆ））。その後にアクチュエータ１１の自由振動は減衰して、図３（ａ）に示す通常の状態に戻る。
【００２１】
このようにして、アクチュエータ１１を屈曲振動させることによって、圧電体２２には圧電効果（主に横効果（ｄ３１モード））によって電圧が発生する。図３に示したように、スイッチ４を１回押して元の状態に復帰させた場合には、アクチュエータ１１は自由振動を２回起こすために、アクチュエータ１１からは、図４に示すように、交流波形Ｗ１（図３（ｃ）に示す自由振動時）と交流波形Ｗ２（図３（ｆ）に示す自由振動時）が時間を空けて出力される。これらの交流波形Ｗ１・Ｗ２の間の時間は、スイッチ４を押し込んだ状態で保持する時間に依存して変化する。
【００２２】
アクチュエータ１１の形状が一定の場合にアクチュエータ１１から出力される電力を大きくするためには、圧電体２２として圧電定数ｄ３１および電気機械結合係数ｋ３１の大きな材料を用いることが好ましい。具体的にはチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスが好適に用いられる。圧電体２２の厚みは、曲がりやすいようにできるだけ薄くすることが好ましい。また、アクチュエータ１１の単振動時間を長引かせるために、バネ板２１としてはバネ性に優れた材料、例えば、リン青銅板、銅板、ステンレス板等の金属材料が好適に用いられる。
【００２３】
図３（ｃ）・（ｄ）に示す状態では、スイッチ復帰用バネ７がスイッチ動作検知用接点部材８に接する。スイッチ動作検知回路１９は、スイッチ復帰用バネ７とスイッチ動作検知用接点部材８とが接した場合に、これらの間に電流が流れる回路であり、この回路が閉じているか開いているかは、信号発生回路１５が判断する。
【００２４】
整流器１２は図示しない整流回路とコンデンサを有し、アクチュエータ１１から出力される交流電力を直流電力に変換し、電力を貯蔵する。電圧調整器１３は、信号発信器１５に過大な電圧が印加されないように電圧のピークカットを行う。例えば、信号発信器１５に入力される電圧を３Ｖとする。
【００２５】
信号発信器３を構成する各回路は、整流器１２と電圧調整器１３を介してアクチュエータ１１から供給された電力によって動作する。信号発生回路１５は、信号発信装置１の制御対象である電気・電子機器等の制御に必要な所定のデジタル信号を発生する。信号発生回路１５は、所定のデジタル信号を繰り返し発信するように構成することが好ましい。変調回路１６は、信号発生回路１５で作成したデジタル信号情報を搬送波に乗せるアナログ変調を行う。例えば、デジタル信号を３１５ＭＨｚの搬送波に乗せる変調を行う。信号発信回路１７は、変調回路１６によって作成された搬送波の出力調整等を行い、そしてアンテナ１８へ送信する。アンテナ１８は電波を空間に放射する。
【００２６】
このように構成された信号発信装置１では、例えば、人が手でスイッチ４の屈折部をケース６の内側に押し込むと、先に説明した図３（ａ）〜（ｄ）に示す一連の動作にしたがって、アクチュエータ１１が自由振動する。このときアクチュエータ１１で発生する交流電力は、整流器１２によって直流電力に変換された後に一部は電圧調整器１３を通して信号発信器３に送られて、信号発信器３を構成する各回路を動作可能な状態とする。また、残りの直流電力は整流器１２が具備するコンデンサに貯えられた後に電圧調整器１３を通して信号発信器３に送られる。これによって信号発信器３を構成する各回路が動作可能な状態に維持される。また信号発生回路１５は、スイッチ動作検知回路１９が開いた状態から閉じた状態となったことを認識することによって、スイッチ４が動作したことを認識する。
【００２７】
この状態において、信号発生回路１５で所定のデジタル信号を発生させ、逐次、信号処理を行ってアンテナ１８から電波を放射させることも可能である。しかし、電力が供給された直後は、信号発生回路１５等の動作が不安定なために、誤動作を起こすおそれがある。このため信号発信装置１では、アクチュエータ１１の最初の振動によって供給される電力によっては、信号発生回路１５がデジタル信号を発生することはなく、したがってアンテナ１８から電波が放射されないようになっている。
【００２８】
スイッチ４を押している力を取り除くと、先に示した図３（ｄ）〜（ｆ）に示す一連の動作にしたがって、アクチュエータ１１は再び自由振動する。こうしてアクチュエータ１１で発生する交流電力は、整流器１２によって直流電力に変換された後に整流器１２が具備するコンデンサに貯えられ、その後、信号発信器３へ送られる。信号発生回路１５は、スイッチ動作検知回路１９が開いたことを認識することによって、スイッチ４が元の位置に戻る動作を開始したことを認識する。
【００２９】
信号発生回路１５は、スイッチ動作検知回路１９が開いた状態となったことを認識した後に所定時間が経過したら、例えば、０．３秒経過後に、所定のデジタル信号を発生させる。このように信号発生回路１５へ給電が行われてから一定の時間が経過した後にデジタル信号を発生させることによって、信号精度が高められる。このデジタル信号は、変調回路１６において搬送波に乗せられた後に、信号発信回路１７において出力調整されて、アンテナ１８から電波として空間に放射される。
【００３０】
なお、信号発生回路１５がデジタル信号を発生するタイミングは、上述した場合（つまり、スイッチ動作検知回路１９が開いてから所定の時間が経過したとき）に限定されるものではなく、スイッチ４の復帰動作中に、または復帰時に、または前記復帰時から所定時間が経過する前に、設定することができる。
【００３１】
例えば、信号発信装置１に、図５（図１と同様の断面図）に示すように、スイッチ４が通常の状態にあるときにはスイッチ復帰用バネ７と接するが、スイッチ４が押し込まれたときにはスイッチ復帰用バネ７と離れるスイッチ動作検知用接点部材８ａをケース６内に設ける。
【００３２】
この場合には、一度押し込まれたスイッチ４が後に元の位置に戻るまでの間、つまり、スイッチ復帰用バネ７がスイッチ動作検知用接点部材８から離れてからスイッチ動作検知用接点部材８ａと接するまでの間に、信号発生回路１５で所定のデジタル信号を発生させる。また、一度押し込まれたスイッチ４が後に元の位置に戻ってから予め決められた時間内に、つまり、スイッチ復帰用バネ７がスイッチ動作検知用接点部材８ａと接してから一定の時間が経過する前に、信号発生回路１５で所定のデジタル信号を発生させる。
【００３３】
また、スイッチ動作検知用接点部材８・８ａを設けることなく、図６（図２と同様の説明図）に示すように、アクチュエータ１１から整流器１２へ送られる電圧波形を検知する電圧検知器１４を設け、この電圧検知器１４が、スイッチ４が復帰する際にアクチュエータ１１を振動させることによって生ずる電圧のピーク（図４に示す２番目の交流波形Ｗ２におけるの最初のピーク）を検知したときに、信号発生回路１５が所定のデジタル信号を発生するように、信号発生回路１５を構築することも可能である。
【００３４】
このような信号発信装置１が蛍光灯の点灯／消灯用リモコンである場合には、蛍光灯の受信装置は、信号発信装置１から受けた電波信号によって、蛍光灯を点灯／調光／消灯の順序で切り替える。信号発信装置１においては、アクチュエータ１１に電力を発生させることによって信号発生回路１５を動作させるために、電池を必要としない。このため電池交換を行う必要がなく、しかも電池切れによって信号発信装置１が動作しなくなることもない。
【００３５】
また、例えば、従来の蛍光灯は、一般的に壁に備えられた点灯／消灯切替スイッチを人が操作することによって、蛍光灯の点灯／消灯状態を制御していた。この場合には、蛍光灯と点灯／消灯切替スイッチとを結ぶ電気配線が必要である。しかし、このような点灯／消灯切替スイッチとして上述した信号発信装置１を用いれば、蛍光灯と信号発信装置１とを結ぶ電気配線は不要であることから、蛍光灯の設置工事負荷が軽減される。しかも、この場合においても、信号発信装置１は電池を必要としないため電池交換を行う必要がなく、しかも電池切れによって信号発信装置１が動作しなくなることもない。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記説明においては、スイッチ４の動作の検知を、スイッチ復帰用バネ７とスイッチ動作検知用接点部材８（８ａ）との間の導通を検知することによって行ったが、例えば、スイッチ４とケース６との間に導通／絶縁する接点を設けることによって、直接にスイッチ４の動作を検知してもよい。
【００３７】
スイッチ復帰用バネ７は、図１や図３に示した板バネに限定されず、コイル状のものであってもよい。またスイッチ４とスイッチ復帰用バネ７の組合せに代えて、保持／開放型のスイッチ、つまり、スイッチを一度押し込んだときにスイッチが押し込んだ状態で保持され、再び押したときに、スイッチが元の位置に復帰する型のものを用いることもできる。これは、アクチュエータ１１の一度の振動でも十分に信号発信器３を動作させる電力を得ることができるからである。
【００３８】
上記説明においては、スイッチ４が１回押し込まれた場合に信号発生回路１５がデジタル信号を発生する形態について説明したが、例えば、スイッチ４が予め定められた短い時間内に２回押し込まれた場合に、信号発生回路１５が所定のデジタル信号を発生するように、信号発生回路１５を構成することも可能である。また、スイッチ４が１回押し込まれた場合と、スイッチ４が予め定められた短い時間内で２回押し込まれた場合とで、信号発生回路１５が異なるデジタル信号を発生するように信号発生回路１５を構成することも可能である。
【００３９】
信号発信装置１には、異なるデジタル信号を発生させる２以上の信号発生回路を設けることも可能である。この場合には、信号発生回路を選択するスイッチ（電気を用いない機械的なスイッチ）を設け、好ましくはこのスイッチによって選択された信号発生回路だけにアクチュエータからの給電が行われるようにする。これにより、例えば、照明器具用の信号発信装置であれば、点灯用信号と消灯用信号を区別して発信することができ、受信装置は点灯用信号か消灯用信号かを識別して照明器具の状態を切り替える。
【００４０】
アクチュエータ１１は、ユニモルフ構造のものに限定されない。例えば、バネ板の表面に圧電板を貼り合わせたバイモルフ型のアクチュエータを用いてもよい。また、湾曲したバネ板の片面または両面に圧電板を貼り合わせた湾曲型アクチュエータを用いることもでき、この場合には、湾曲したバネ板の長手方向の片端部を固定した形態としてもよく、両端部を固定した形態としてもよい。片端部固定の場合には、上述したユニモルフ構造のアクチュエータ１１と同様に湾曲型アクチュエータを駆動させることができる。一方、両端部固定とした場合には、バネ板の湾曲量が小さくなるように湾曲型アクチュエータに応力を印加することにより、バネ板を曲げ方向（突出した方向）において振動させ、これにより電力を発生させることができる。
【００４１】
本発明の信号発信装置は、上記説明に示した照明器具に限定して用いられるものではない。例えば、信号発信装置１をセキュリティシステムに用いられるセンサ、例えば、各種のドアや扉の開閉を検知するセンサとして用いることができる。例えば、信号発信装置１を金庫等の扉または扉枠に取り付けて、金庫扉の開閉を信号発信装置１から発せられる無線信号によって検知して、警報を発するようにすることができる。この他、スイッチの押下動作と信号発生とが関連付けられる各種の装置や機器、例えば、自動販売機における商品選択スイッチや、水洗トイレのリモコン装置等へ、本発明の信号発生装置を適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の信号発信装置によれば、電池を用いずにアクチュエータが発生する電力を用いて信号発信器を動作させるために、電池交換の必要がなく、しかも電池切れによって信号発信器を動作させることができなくなるという事態の発生が回避される。また、電気・電子機器の手動スイッチとして本発明の信号発信装置を用い、信号発信装置を居室等の壁に設けた場合には、信号発信装置と動作対象の電気・電子機器とを結ぶ配線を設ける必要がない。これにより、電気・電子機器の設置工事に対する負荷が軽減され、また信号発信装置の取り付け位置の変更も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】信号発信装置の概略の構造を示す断面図。
【図２】信号発信装置が具備する電源部および信号発信器の概略の構成を示す説明図。
【図３】アクチュエータの動作形態を示す説明図。
【図４】アクチュエータを動作させることによって得られる電圧波形を示す説明図。
【図５】別の信号発信装置の概略の構造を示す断面図。
【図６】信号発信装置が具備する別の電源部および信号発信器の概略の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１；信号発信装置
２；電源部
３；信号発信器
４；スイッチ
５；アクチュエータ保持治具
６；ケース
７；スイッチ復帰用バネ
８・８ａ；スイッチ動作検知用接点部材
１１；アクチュエータ
１２；整流器
１３；電圧調整器
１４；電圧検知器
１５；信号発生回路
１６；変調回路
１７；信号発信回路
１８；アンテナ
１９；スイッチ動作検知回路
２０；圧電素子
２１；バネ板
２２；圧電体
２５；保持部材
２６；突起部
３１；プリント配線基板
Claims (7)
- 薄板状の圧電体の両面に電極が形成されてなる圧電素子と薄板状のバネ板とを貼り合わせてなるアクチュエータと、
前記アクチュエータが屈曲するように前記アクチュエータに応力を加える応力印加手段と、
所定の電気信号を発生し、発生させた信号を発信する信号発信器と、
前記アクチュエータに応力が加えられることによって前記アクチュエータに発生する電力を前記信号発信器に供給する送電手段と、
を具備し、
前記信号発信器は前記アクチュエータから前記送電手段を介して供給された電力によってのみ動作することを特徴とする信号発信装置。 - 前記信号発信器は、
所定のデジタル信号を発生する信号発生部と、
前記デジタル信号を変調する変調部と、
前記変調部によって変調された信号を電波として発信する信号発信部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の信号発信装置。 - 前記信号発生部は、前記所定のデジタル信号を繰り返し発信することを特徴とする請求項２に記載の信号発信装置。
- 前記応力印加手段による前記アクチュエータへの応力の印加が解除された後に、前記アクチュエータに自由振動が引き起こされることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号発信装置。
- 前記アクチュエータの長手方向の一端が固定され、
前記応力印加手段は、前記アクチュエータの長手方向の自由端の近傍に応力を印加することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の信号発信装置。 - 人の動作によって、直接的又は間接的に、前記応力印加手段は前記アクチュエータに応力を印加することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の信号発信装置。
- 前記応力印加手段は、
外部から加えられる力によって前記アクチュエータに接して前記アクチュエータを屈曲させる押圧部材と、
前記押圧部材に加えられている外力が除去された際に、前記押圧部材を元の位置に復帰させる復帰手段と、
前記押圧部材の動作を検出する検知手段と、
を有し、
前記復帰手段による前記押圧部材の復帰動作中に、または復帰時に、または前記復帰時から所定時間が経過する前に、前記信号発生部は所定の信号を発生することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の信号発信装置。
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