JP2005275852A - 建物の開閉体用スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源を用いることなく建物の開閉体の不正な開閉状態を通信により外部へと知らしめることが可能な建物の開閉体用スイッチ装置を提供する。
【解決手段】建物に固定された枠に、窓やドア等の開閉体を開閉自在に取付け、前記枠或いは開閉体に取付けるスイッチ装置を、自己発電可能な圧電発電装置を有して構成し、該圧電発電装置は、少なくとも一の板状に形成された圧電セラミックス体と、該圧電セラミックス体の固有振動が他の構造体に伝達しにくい柔状態で保持するクッション材と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の端部に固定された鋼球支持弾性体と、この鋼球支持弾性体の両端部に固定された鋼球と構成し、上記開閉体の閉時及び開時に、一方の開閉体に配設された押圧体を押圧することで、殴打体が上記鋼球の一方を殴打して振動させ、他方の鋼球がその共振作用によって往復振動を連続して繰り返すことで発電が行われるように構成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、建物に固定された枠に、窓やドア等の開閉体を開閉自在に取付け、前記枠或いは開閉体に取り付けられるスイッチ装置に係り、特に、外部電源を用いることなく開閉体の開閉作動状態を通信により外部へと知らしめることが可能な建物の開閉体用スイッチ装置に関する。

近年、窓ガラスを壊し、ロック装置を開けて空き巣に入るピッキングと呼ばれる犯罪が多発しており、これを防ぐため各種のセキュリティ装置が提案されている。

このような窓やドア等に取り付けられる従来のセキュリティ装置は、一般的には、窓やドア等のロック部等に後付けされる方式のものが殆どであるため、外側から容易に発見されやすく、また、ガラスを壊す等して、その作動を故意に停止させることも可能である。しかも、サッシの開閉を利用したタイプのものにあっては、通信性能を確保するために、サッシの一部に切り欠きを開設しなければならず、かかる作業が非常に煩雑であり、また、この切り欠きにより外部から発見し易い、という課題を有していた。

さらに、従来のこの種のセキュリティ装置では、作動用電源の配線も後付けする必要であり、また、一家屋全部の窓やドアにこの従来のセキュリティ装置を取り付ける場合には、設備コスト及び工事コストが非常に高くなる他、全てのセキュリティ装置に、常時、電源を供給しておかなければならないため、ランニングコストも嵩む、という問題を有していた。

またさらに、上記従来のセキュリティ装置にあっては、同種のものを数多く取り付けなければならないため、開閉箇所の特定を瞬時に判断することが難しく、また、単体で機能するため、他のセキュリティシステムと複合させることが困難である等、実用上、非常に多くの解決しなければならない問題を有していた。

このような問題を解決するため、近年では、特許文献１に示す建物の開閉体が提案されている。

特開２００４−０４６７１９号

この先の発明によれば、外部から発見することが非常に難しく、また、外部配線工事も不要な自己発電・自動送信機能付きの圧電発電装置を内蔵したロック装置が一体的に取り付けられた窓や扉等の建物用の開閉体とすることで、従来の開閉体自体の構造を変更することなく、非常に高いセキュリティ性能を簡単に得ることができると共に、従来のような専門の電気配線工事も不要となるので工事費を大幅にカットすることができ、しかも、発信器毎にＩＤを設定できるため、受信側で発信箇所を瞬時に特定することができて、従来の集中セキュリティシステムとも容易にジョイント可能であり、さらには、外部電源を必要としないので、外部電源が遮断された場合でも機能させることができ、ランニングコストもほとんど掛からない建物の開閉体が提供される。

この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、上記先の発明の作用・効果に加え、先の発明の数十倍の発電量を得ることができるように構成することで、セキュリティシステムを正確に作動させることができる建物の開閉体用ロック装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するため、この発明に係る建物の開閉体用スイッチ装置は、請求項１に記載したように、建物に固定された枠に、窓やドア等の開閉体を開閉自在に取付け、前記枠或いは開閉体に取付けるスイッチ装置を、自己発電可能な圧電発電装置を有して構成し、該圧電発電装置は、少なくとも一の板状に形成された圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の端部に固定された鋼球支持弾性体と、この鋼球支持弾性体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える鋼球と、で構成し、上記開閉体の閉時及び開時に、一方の開閉体に配設された押圧体を押圧することで、圧電発電装置の殴打体が上記鋼球の一方を殴打して振動させ、他方の鋼球がその共振作用によって往復振動を連続して繰り返すように構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明を技術的前提とし、前記鋼球支持弾性体は、基部材から同じ長さを有して同基部材に固定されていると共に、該基部材の両端部に固定される鋼球も、ほぼ同じ形状・重量で形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の建物の開閉体用スイッチ装置を技術的前提とし、前記押圧体は、スイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネ、とから構成されており、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体１をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体の殴打部が鋼球を殴打し、自己発電が開始されるように構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の建物の開閉体用スイッチ装置を技術的前提とし、前記押圧体は、スイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネと、上記回転リンク体の回転作動に同期して回動するように配設された従動リンク体と、上記回転リンク体と従動リンク体とを連結するロッドと、から構成されており、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体１をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体及び従動リンク体の各殴打部が１対の鋼球を夫々殴打し、自己発電が開始されるように構成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明にあっては、建物に固定された枠に、窓やドア等の開閉体を開閉自在に取付け、前記枠或いは開閉体に取付けるスイッチ装置を、自己発電可能な圧電発電装置を有して構成し、該圧電発電装置は、上記開閉体の閉時及び開時に上記圧電発電装置が連続的に振動して発電作動するように構成したので、一回の押圧動作で、従来の鋼球を用いた圧電発電装置で得られる電流出力よりも数十倍以上の発電量を、その共振作用により、鋼球による連続する圧電セラミックス体への殴打が繰り返されるので、確実に得ることができ、該スイッチ装置で組構されたセキュリティシステムを十分な電力で正確に作動させることができると共に、上記圧電発電装置は、自己発電方式であるため、バッテリーの交換等が不要でランニングコストもかからず、また、停電しても確実に作動させることができるので、保安性能も非常に高い。

請求項２に記載の発明にあっては、簡単でかつ安価な機構により各鋼球の打撃力を、簡単かつ小型の装置で連続的に繰り返して得ることができ、実用レベルの発電力が得られる、という効果が得られる。

請求項３に記載の発明にあっては、直線方向に押圧力を付与しても、この押圧力をリンク体の回転方向の力に変換して、この変換された力でリンク体を回動させることで、該リンク体の端部に形成された殴打部で圧電発電装置の鋼球を殴打するように構成したので、スイッチ装置を小型、かつ薄型に形成することができる。

請求項４に記載の発明にあっては、圧電発電装置を並列に並べて構成し、この圧電発電装置の各鋼球を、２つの協働するリンク体によって殴打するように構成したので、請求項３に記載のスイッチ装置で得られる発電量の２倍の電力を得ることができ、実用レベルの電力を簡単な構成で得ることができると共に、一方が故障したとしても、他方のもので十分な発電量を確保できるので、故障によるトラブルの心配も少なく、また、メンテナンスも容易となる。

以下、添付図面に示す発明の実施例に基づき、この発明を詳細に説明する。

図１乃至図６は、この発明の実施例１を示しており、該実施例１では、この発明を建物の窓開口Ｗに装着された開閉体としてのアルミサッシ製の窓１に本開閉体用スイッチ装置Ｓを取り付けた場合を示している。尚、上記実施例１では、窓１は上辺部を支点として上方向に回動する窓を例にとり説明するが、本発明にあってはこれに限定されるものではなく、例えば、下辺部を支点として下方向に回動する窓や、一方の側辺部を支点として側方向に回動する窓でも適用することができる。

本実施例１に係る窓１の基本的な形態は、建物に固定された枠としてのアルミサッシ製で略ロ字形窓枠２に、上ヒンジ（図示せず）を介してチルト開閉自在に軸支されており、本実施例１では、本開閉体用スイッチ装置Ｓが、上記窓１の開閉作動に連動して作動し、この窓１の開閉を検知するように配設されている。

本開閉体用スイッチ装置Ｓの基本的な構成は、上記窓枠２に取り付けられたスイッチケース３１と、該スイッチケース３１内に配設された自己発電可能で、かつ、送信機能を備えた圧電発電装置３０と、押圧体である押圧スイッチ装置１００を有して構成されている。

この押圧スイッチ装置１００は、図２と図３に示すように、スイッチケース３１に軸１０１を介して回動自在に軸支された断面が略く字状のスイッチ体１０２と、このスイッチ体１０２の係止片部１０３と係合する回転リンク体１０４と、この回転リンク体１０４の回動に同期して回動するように配設された従動リンク体１０５と、上記回転リンク体１０４と従動リンク体１０５とを連結するロッド１０６と、上記回転リンク体１０４の自由端部に形成された突起１０７がスライド自在に係合される長溝１０８を有するガイド体１０９と、から構成されており、上記回転リンク体１０４と従動リンク体１０５の各先端部に、圧電発電装置３０の鋼球４３，４３Ａを殴打する殴打部１１０，１１１が配設されて構成されている。尚、図中符号１１２は回転リンク体１０４の支軸を、符号１１３は従動リンク体１０５の支軸を、符号１１４は、回転リンク体１０４を常態において殴打体１１０から離反する方向に付勢するバネを、符号１１５はガイド体１０９の支軸を夫々示している。

このように構成された押圧スイッチ装置１００は、窓Ｗを閉めるときに、該窓Ｗが上記スイッチ体１０２を押圧する。この押圧力（外力）Ｆによりスイッチ体１０２は回転し、これに伴いスイッチ体１０２の係止片部１０３が回動し、回転リンク体１０４の係合部１０４ａが押圧されるので、該回転リンク体１０４は、バネ１１４の付勢力に抗して軸１１２を中心として図２反時計方向へと回動し、該回転リンク体１０４の殴打部１１０が鋼球４３を殴打し、自己発電が開始される。勿論、この回転リンク体１０４の上記殴打作用と同期して、ロッド１０６で回転リンク体１０４と連結された従動リンク体１０５も、軸１１３を中心として図２反時計方向へと回動し、該従動リンク体１０５の殴打部１１１が鋼球４３Ａを殴打し、自己発電が開始される。

この自己発電を行う圧電発電装置３０は、図２と図３に示すように、中空箱状のスイッチケース３１と、該スイッチケース３１に配設された圧電セラミックス体１０と、該圧電セラミックス体１０を該圧電セラミックス体１０の固有振動が他の構造体に伝達しにくい柔状態で保持するクッション材１３と、上記スイッチケース３１の上面に固定されたＬ字状のバネ材で形成されてなる基部材４０と、該基部材４０の端部に固定された鋼球支持弾性体４１，４２と、この鋼球支持弾性体４１，４２の両端部にそれぞれ固定されてなる硬質の鋼球である鋼球４３，４４と、で構成されており、上記鋼球４３に押圧による外力Ｆを付与することで、他方の鋼球４４が共振作用によって往復振動を連続して繰り返し、上記圧電セラミックス体１０を殴打して該圧電セラミックス体１０に衝撃を与え発電させるように構成されている。

本実施例１では、上記圧電セラミックス体１０とクッション材１３及び基部材４０と鋼球支持弾性体４１，４２及び鋼球４３，４４が一組として構成されたものを、図２に示すように、２組並列に配設して構成している。これにより、当該圧電発電装置３０の発電量は、従来の圧電発電装置の２０倍以上となり、実用レベルでも十分な発電量を得ることができると共に、一方が故障したとしても、他方のもので十分な発電量を確保できるので、故障によるトラブルの心配も少なく、また、メンテナンスも容易となる。尚、以下の説明では、上記各組の各部の構成が同一であるので、説明の煩雑さを避けるため、一方の組の各部の構成を例にとり説明し、他方の組の各部には同一の符号の後に「Ａ」を付して、その詳細な説明をここでは省略する。

即ち、棒状ステンレス等の金属体で形成されてなる上記鋼球支持弾性体４１は、上記基部材４０の接続点l０から同じ長さl１，l２を有して溶接固定されている。

ここで、図２及び図３に示す鋼球４３を０．６ｇの鋼球で形成し、鋼球支持弾性体４１をφ０．６のステンレス棒材（ｓｕｓ３０４−ＷＰＢ）で形成し、かつ、l１，l２間長さを７０ｍｍとし、ステンレス材（ｓｕｓ３０１：ｔ＝０．４）で形成された基部材４０のl０寸法を１５ｍｍに設定した場合、鋼球４３の往復振幅ストロークは１４〜１５ｍｍであった。この構成からなる圧電発電装置３０による発電量を、公知の構成からなる測定装置で電圧を測定した。その結果を、図４に示す。

図４に示すデータからも明らかなように、上記鋼球４４に殴打部１１０（１１１）で殴打を１度与えると、鋼球４３（４３Ａ）が振り子状に連続して振動を繰り返し、従来のような１回限りの殴打により得られる発電量の数十倍の発電が得られることが判る。即ち、この実施例１では、l１＝l２，４３＝４４として一方の固有振動数と他方の固有振動数とを同一に設定し、左右が共振するように構成されている。このように構成することで、一方の固有周波数（ｎ・ｆｏ）を他方の固有周波数（ｆｏ）の整数倍にすることができ、その結果、右側の蓄積エネルギーを大きく（完成モーメントを大きく）することで、固有周波数は下がり、鋼球４３（４３Ａ）の振動継続時間を長くすることができる。

また、この実施例１に係る圧電発電装置３０によれば、部品点数を大幅に削減することができ、コストダウンと共に、装置を非常に小さくすることができる。

尚、上記実施例１では、前記鋼球支持弾性体４１（４１Ａ），４２（４２Ａ）と基部材４０（４０Ａ）との連結を、溶接で行う場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、ねじ止めやかしめ止め、或は強力な接着剤を用い或はハンダ付け等の公知の手段で一体的に連結することもできる。

一方、上記圧電セラミックス体１０は、同一材質、同一形状、同一厚さの２枚の板状の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、各圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの分極の極性を同一方向にし、かつ、該圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ間に、りん青銅や真鍮等の導電性金属で１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成された極薄の金属電極１１を配置し、これら圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１を接合して構成されている。尚、この実施例１では、圧電セラミックス体１０を２組配置して構成しているが、以下の説明では、各組の構成が同一であるので、説明の煩雑さを避けるため、一方の組の構成を例にとり説明する。

即ち、上記圧電セラミックス素子は、チタンジルコン酸亜鉛系の素材が用いられ、また、クッション材１３としては、合成樹脂材、ゴム材或はこれらをスポンジ状に形成した軟質材料を用いることができ、具体的には、発泡ポリエチレンが好適である。さらに、この実施例１では、鋼球４３，４４を、圧電セラミックス体１０が破壊されていない程度に重量が重く発電効率が良好なタングステンや鉄などを用いることができ、また、圧電セラミックス体１０の鋼球衝突面部をプロテクトするプロテクタ１４は、加工性に優れたリン青銅やステンレス等の硬い金属或は合成樹脂などを用いることができる。

ところで、上記金属電極１１を上記極薄の厚さとすることで、該金属電極１１による機械的な抵抗をごく僅かに抑えることができ、２つの圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が発生したとしても、該たわみ振動の金属電極１１による減衰を可及的に小さく抑えることができる。尚、この実施例１の構成では、一方の側の圧電セラミックス素子１０ａが伸長すれば他方の側の圧電セラミックス素子１０ｂは収縮し、かつ出力電圧の電極は逆方向となり、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂは並列に接続された発電構成となる。

また、この実施例１では、上記たわみ振動が行われると、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）で伸長と伸縮との両方の作用が行われて、分極が打ち消されるということがなく効率的に発電が行われる。発電された電気エネルギーとしての電流は、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ及び金属電極１１に導電接続されたリード線を用いて取り出される。

尚、本実施例１では、２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、金属電極１１を介装して積層した場合を例にとり説明したが、各圧電セラミックス素子１０ａ（１０ｂ）自体を、それぞれ積層構造とすることができる。この積層構造では、複数枚の圧電セラミックス素子を接合（この場合は分極の極性も同一方向に）して、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）を形成する。このように、圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）自体を積層構造とし、これを例えば弾性特性を有する接着材により接合した場合には、この弾性効果により、材質的に強度に欠ける圧電セラミックス体１０の曲がりが容易になって曲げ強度を維持することができる。尚、この発明において、圧電セラミックス体１０の外形形状は特に限られるものではなく、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等、利用実施に対応させて適宜の形状のものを用いることができる。

また、この実施例１に用いられる前記クッション材１３は、合成樹脂材、ゴム材、或いはこれらをスポンジ状にした軟質の材料で構成されている。このようなクッション材１３を用い、しかも、このクッション材１３の中央部のみ或いは両端部を接着材で圧電セラミックス体１０を固着したのは、圧電セラミックス体１０の振動を減衰させないためである。圧電セラミックス体１０が振動する場合、この圧電セラミックス体１０を支持する部材は圧電セラミックス体１０の振動を減衰させる要因になり、この減衰要因を取り除くために、クッション材１３を用いて極力圧電セラミックス体１０を自由な状態におく。

この実施例１のように、圧電セラミックス体１０の歪みは、圧電セラミックス自体が持つ固有振動となって暫くの間、継続する。この固有振動を長く継続させるためには、この固有振動を圧電セラミックス体１０以外の他の構成体に伝えないことが重要である。圧電セラミックス体１０の固有振動は、電気エネルギーとして変換されるが、その他の構造体の振動は全て機械的な抵抗となって固有振動エネルギーを吸収してしまい、電気エネルギーとして取り出すことができない。このため、この実施例１では、圧電セラミックス体１０と他の構造体との間で上記固有振動が伝達しないような柔らかな接触を実現するための手段として上記クッション材１３を用いることで、圧電セラミックス体１０の固有振動を長く継続させることができ、発電効率が良くなる。勿論、このクッション材１３は圧電セラミックス体１０に加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。尚、圧電セラミックス体１０ａの表面側に配設されるプロテクタ板１４は、金属製或いは合成樹脂製等で形成されており、鋼球４４の殴打から圧電セラミックス体１０を保護する。

図５は、上記圧電発電装置３０の発電部５０で発電された電流を整流させる回路部６０の一例を示しており、該回路部６０の充電部６１には、整流手段６２と充電手段６３と判定手段６４と放電スイッチ手段６５とが備えられている。整流手段６２は、発電部５０で出力された交流電力を整流して脈流にする手段である。充電手段６３は、整流手段６２により得られた脈流を直流として充電する手段である。判定手段６４は、充電手段６３の充電量を圧電素子１０の発電のタイミングに応じて間欠的に監視し判定する手段である。この手段では、充電量は監視の際にごく少量消費されるが、間欠的に監視しているので監視による電力の消費を抑え、充電量への影響を低減させている。放電スイッチ手段６５は、判定手段６４により充電手段６３の充電量が発信可能なレベルに達したことが判定されたときに、充電手段６３の放電を開始させ、後段の発信部７０に電力を供給する手段である。

発信部７０には、通信制御手段７１と信号スイッチ手段７２と信号スイッチ手段７３と放電停止手段７４とが備えられている。通信制御手段７１は、通信に必要な動作を行う手段であり、この手段は充電部６１から電力が供給されることで開始される。この手段では、動作の開始により信号スイッチ手段７２をＯＮさせるように働くとともに、発信のためのデータを信号発生手段７３に渡す。信号スイッチ手段７２は、通信制御手段７１によりＯＮされて、信号スイッチ手段７３に電力を供給する手段である。

信号スイッチ手段７３は、通信制御手段７１より受け取った発信のためのデータを信号に変換して発信する。放電停止手段７４は、充電部６１からの電力の供給を停止させるように放電スイッチ手段６５を動作させる手段である。この手段は、通信制御手段７１が発信のために必要なデータを全て信号スイッチ手段７３に渡し終わったら、通信制御手段７１により動作させられる。

図５及び図６を用いてさらに説明する。図５及び図６は連続した回路図であり、Ｓ点、＋点、−点により接続される。整流手段６２はダイオードＤ１〜Ｄ６により全波整流の回路が形成されており、発電部５０から出力された交流電力をここで整流し脈流として後段に出力する。発電部５０から取り出された４本のリード線のうち３本のリード線が結線され、３本のリード線が６個のダイオードＤ１〜Ｄ６に接続されている。

充電手段６３は、コンデンサＣ１を備えている。このコンデンサＣ１は、充電電池に代替してもよい。整流手段６２で整流された脈流は、コンデンサＣ１に直流として逐次充電され、鋼球４４が圧電素子１０に衝突して発電を繰り返すたびにコンデンサＣ１の両端の電圧が高くなる。

放電スイッチ手段６５には、自己保持型電流スイッチが用いられている。本実施例では、相補トランジスタを用いており、ＰＮＰトランジスタＴｒ１とＮＰＮトランジスタＴｒ２とを組み合わせている。この放電スイッチ手段６５では、ｂ点に、ｃ点の電圧より約０．６Ｖ(Ｔｒ１により決まる値)低い電圧が印加されると、Ｔｒ１がＯＮとなり、ほぼ同時にＴｒ２がＯＮとなる。このように放電スイッチ手段６５がＯＮ状態となると、ｃ点とｄ点の間はきわめて低いインピーダンスとなる。そして、充電手段６３のコンデンサＣ１に貯めた電力を放電し、きわめて少ないロスで通信制御手段７１に供給する。そして、このＯＮ状態は、自己保持状態となり放電停止するまで継続する。

判定手段６４は、コンデンサＣ２，Ｃ３と抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えている。Ｃ３は誤動作防止用に設けたものである。コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１は、圧電素子１０からの出力である図６中に示すａ点と放電スイッチ手段６５の図６中に示すｂ点との間に設けられている。そして、この時定数で充電量の判定の際にｂ点に電圧を印加する時間を決めている。ａ点には鋼球４４が圧電素子１０に衝突する度に交流電力が発生するが、この電圧は、コンデンサＣ１の両端の電圧にダイオードＤ６の上棟方向の電圧を加えた値である。そして、コンデンサＣ１が充電により電圧上昇するとともにａ点の交流電圧も上昇する。つまり、ａ点ではコンデンサＣ１両端の直流電圧にほぼ比例した交流電圧が、鋼球４４が衝突するたびに、すなわち間欠的に得られる。そしてこのａ点での交流電圧は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２の時定数で決めた短時間で印加される。ｂ点の電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２の分配比により決められ、上述したようにｂ点の電圧がｃ点の電圧よりも約０．６Ｖ（Ｔｒ１により決まる値）低い電圧の値を超えると放電スイッチ手段６５がＯＮとなる。

ここでは、ｂ点の電圧は
ｃ点の電圧×（１−Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））
で示されるため、このｂ点の電圧がc点の電圧よりも約０．６Ｖ低い電圧「ｃ点の電圧−約０．６Ｖ」と等しくなったときが判定の閾値となり、これをもって充電量のレベルを判定する。

このため、Ｒ１とＲ２を調整することで放電を開始させる充電量を発信可能なレベルに調整することができる。このレベルは発信する信号に応じて任意に設定される。

通信制御手段７１は、通信制御回路７５とコンデンサＣ７と抵抗Ｒ８とＦＥＴ１を備えている。コンデンサＣ７は動作安定用に設けたものである。抵抗Ｒ８とＦＥＴ１は通信制御回路７５と信号スイッチ手段７２を低消費電力でインターフェースするためのレベル変換に設けたものである。充電部６１からの放電により通信制御回路７５に電力が供給されると、通信制御回路７５の内部で発信に必要な手順が実行される。なお、通信制御回路７５は消費電力の小さいものである。

信号スイッチ手段７２は、ＰＮＰトランジスタＴｒ４と抵抗Ｒ６，Ｒ７とコンデンサＣ６を備えている。信号発生手段７３を構成する信号発生回路７６が比較的大電力を必要とするために、この信号スイッチ手段７２では大電力用トランジスタスイッチＴｒ４を使って、信号発生回路７６に電力を供給するよう構成している。信号スイッチ手段７２では、通信制御回路７５からの発信開始の指令がＦＥＴ１と抵抗Ｒ７を通ってトランジスタＴｒ４をＯＮさせると、信号スイッチ手段７３で発信を開始させるよう動作する。

信号発生手段７３は、上記信号発生回路７６とアンテナ７７を備えており、信号スイッチ手段７２から電力が供給されると、通信制御回路７２から受け取った発信のためのデータを無線信号に変換してアンテナ７７から発信する。

放電停止手段７４は、ＰＮＰトランジスタＴｒ３と抵抗Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ４，Ｃ５とを備えている。コンデンサＣ４，Ｃ５は、誤動作防止用に設けている。この手段では、通信制御回路７５が発信のために必要なデータを信号発生回路７６に送出し終えたら、通信制御回路７５から抵抗Ｒ４を通してトランジスタＴｒ３をＯＮさせる信号を出力する。トランジスタＴｒ３がＯＮとなると放電スイッチ手段６５の自己保持は解除となり、コンデンサＣ５に貯まっていた電力の放電は停止して、発信動作は終了する。

図５に示すように、発電部５０の出力が回路部６０に取り出される。回路部６０には、発電部５０で発生した交流電力を整流して充電する充電部６１と発信部７０とが備えられている。そして、発信部７０から発信された信号は、受信装置（中継装置）８０の受信部８１に受信され、警報部８２が例えば集中セキュリティ管理装置等の表示部８４にどの窓Ｗその他の開閉体に設置されたスイッチ装置Ｓが警報を発したのかを音や光により通知とともに、ネットワーク８３を介してあらかじめ設定した外部（携帯電話等）にも通知する。

このように、本実施例１では、回路部６０で、圧電素子１０が発電するたびにその出力から交流電圧を取り出し、これを判定手段６４に用いて充電量を判定している。このような充電量の間欠的な判定は、充電量が増加するタイミングで効率よく判定される。その上、判定のために無駄な電力を消費することが大幅に抑制されるので、発信に必要な電力を素早く充電して発信部７０に供給できる。

尚、この実施例１における上記受信装置８０は、圧電発電装置３０が内蔵された本スイッチ装置Ｓが取り付けられた引戸１から離間した場所や住人が気付き易い任意の場所に設置されている。具体的には、一戸建ての家屋の場合には、居間や台所、就寝室等に設置し、ビル等の建物の場合には管理室、或は、契約警備会社若しくは協力が得られるならば警察等に設置することができる。勿論、屋内に設置する場合には、当該受信装置８０にＬＥＤ等を配置し、このＬＥＤの点滅によって侵入箇所を迅速に視認することができるように構成するのが望ましい。さらに、家人の出入りの際や日常的な窓の開閉の際にも、侵入信号を発信するため、わずらわしい場合もあることから、メインスイッチやリモートコントローラまたは携帯電話等でその作動の要否をＯＮ・ＯＦＦ制御できるように構成するのが望ましい。

次に、上記のように構成されてなるスイッチ装置Ｓの作動を説明する。

窓Ｗが完全に閉じており、かつ、圧電発電装置３０も停止状態を保持している状態から、窓Ｗを閉めると、該窓Ｗが上記スイッチ体１０２を押圧し、この押圧力（外力）Ｆによりスイッチ体１０２が回動して該スイッチ体１０２の係止片部１０３が回動し、回転リンク体１０４の係合部１０４ａが押圧されるので、該回転リンク体１０４は、バネ１１４の付勢力に抗して軸１１２を中心として図２反時計方向へと回動し、該回転リンク体１０４の殴打部１１０が鋼球４３を殴打し、自己発電が開始される。勿論、この回転リンク体１０４の上記殴打作用と同期して、ロッド１０６で回転リンク体１０４と連結された従動リンク体１０５も、軸１１３を中心として図３反時計方向へと回動し、該従動リンク体１０５の殴打部１１１が鋼球４３Ａを殴打し、自己発電が開始される。

このようして上記鋼球４３，４３Ａが殴打されると、他方の鋼球４４，４４Ａが共振作用によって往復振動を連続して繰り返し、該鋼球４４，４４Ａが上記圧電セラミックス体１０，１０を殴打して該圧電セラミックス体１０，１０に衝撃を与え連続的な発電を行なうので、１回の回動操作でも十分な電力を得ることができる。勿論、上記状態からバネ１１４の付勢力によってスイッチ装置１０２が反対方向、即ち、窓Ｗが開放される方向に移動する際にも同様な発電作動が行なわれる。

このように、この実施例１では、外部電源に頼ることなく、窓Ｗの開閉作動毎に、必要な電力を直ちに供給することができるように構成されているので、外部から発見しにくい。また、本実施例１に係るスイッチ装置Ｓは、外部配線工事も不要な自己発電・自動送信機能付きの圧電発電装置を内蔵して構成されているので、例えば、窓開口部に装着する、という従来の取付作業或は従来のスイッチ装置の取付作業と同様の簡単な作業で非常に高いセキュリティ性能を有するスイッチ装置Ｓを備えた窓Ｗを簡単に得ることができる。さらに、従来のような専門の電気配線工事も不要となるので工事費を大幅にカットすることができ、しかも、圧電発電装置３０毎にＩＤを設定できるため、受信器３１側で発信箇所を瞬時に特定することができて、従来の集中セキュリティシステムとも容易にジョイント可能であり、さらには、外部電源を必要としないので、外部電源が遮断された場合でも機能させることができ、ランニングコストもほとんど不要とすることができる。

この発明に係る建物の開閉体用スイッチ装置は、以上説明したように、開閉体が開閉作動された時点で、圧電発電作用が開始されるように構成したので、無電源であっても、実用レベルの電力を素早く得ることができ、不正な侵入を確実に検知してこれを通報することができる。

この発明の実施例１に係る建物の開閉体用スイッチ装置が組み込まれた窓の概略的な構成を示す断面図である。 同開閉体用スイッチ装置の内部構成を示す構成説明図である。 同開閉体用スイッチ装置の内部構成を示す断面図である。 測定装置により測定された本圧電発電装置の発電量を示すグラフである。 同圧電発電装置の回路構成を示すブロック図である。 本実施例１に用いられる受信器の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

Ｓ 開閉体用スイッチ装置
Ｗ 窓（建物の開閉体）
１ 窓枠（枠）
１０ 圧電セラミックス体
１３ クッション材
３０ 圧電発電装置
３１ スイッチケース
４０ 基部材
４１，４１Ａ，４２，４２Ａ 鋼球支持弾性体
４３，４３Ａ，４４，４４Ａ 鋼球
５０ 発電部
６０ 回路部
６１ 充電部
６２ 整流手段
６３ 充電手段
６４ 判定手段
６５ 放電スイッチ手段
７０ 発信部
１００ 押圧スイッチ装置
１０２ スイッチ体
１０３ スイッチ体の係止片部
１０４ 回転リンク体
１０５ 従動リンク体
１０６ ロッド
１０９ ガイド体
１１０，１１１ 殴打部

Claims (4)

1. 建物に固定された枠に、窓やドア等の開閉体を開閉自在に取付け、前記枠或いは開閉体に取付けるスイッチ装置を、自己発電可能な圧電発電装置を有して構成し、該圧電発電装置は、少なくとも一の板状に形成された圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の端部に固定された鋼球支持弾性体と、この鋼球支持弾性体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える鋼球と、で構成し、上記開閉体の閉時及び開時に、一方の開閉体に配設された押圧体を押圧することで、圧電発電装置の殴打体が上記鋼球の一方を殴打して振動させ、他方の鋼球がその共振作用によって往復振動を連続して繰り返すように構成したことを特徴とする建物の開閉体用スイッチ装置。
2. 前記鋼球支持弾性体は、基部材から同じ長さを有して同基部材に固定されていると共に、該基部材の両端部に固定される鋼球も、ほぼ同じ形状・重量で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の建物の開閉体用スイッチ装置。
3. 前記押圧体は、スイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネ、とから構成されており、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体１をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体の殴打部が鋼球を殴打し、自己発電が開始されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の建物の開閉体用スイッチ装置。
4. 前記押圧体は、スイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネと、上記回転リンク体の回転作動に同期して回動するように配設された従動リンク体と、上記回転リンク体と従動リンク体とを連結するロッドと、から構成されており、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体１をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体及び従動リンク体の各殴打部が１対の鋼球を夫々殴打し、自己発電が開始されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の建物の開閉体用スイッチ装置。

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