JP5770397B2

JP5770397B2 - Switch device

Info

Publication number: JP5770397B2
Application number: JP2015029461A
Authority: JP
Inventors: 岡本　正昭; 正昭岡本; 信正城井
Original assignee: 株式会社ラスク
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: JP2015092516A

Description

本発明は圧電素子に押圧による空気圧力を印加した時に電気信号を発生する押圧スイッチ装置に関するものである。 The present invention relates to a pressure switch device that generates an electrical signal when an air pressure is applied to a piezoelectric element.

従来、圧電素子は機械的変形を加わることにより電気信号を発生する。この電気信号により機器へのスイッチ機能を持たせることが行われている。 Conventionally, a piezoelectric element generates an electrical signal by applying mechanical deformation. A switch function to the device is given by this electric signal.

特許文献１はシーソータイプのスイッチでシーソーレバーによる圧電シートの機械変形の電気信号をスイッチ信号として利用しており、圧電素子の形状の工夫である。特許文献２はスイッチレバーを押すことにより機械変形による圧電素子の電気信号を発生させ、この発生した信号を処理して、圧電素子を駆動し、その振動を操作する指に伝えスイッチ操作感を確実にするものである。いずれにしても圧電素子変形は機械変形を直接与えるものである。 Patent Document 1 is a seesaw type switch that uses an electrical signal of mechanical deformation of a piezoelectric sheet by a seesaw lever as a switch signal, and is a device for the shape of a piezoelectric element. Patent Document 2 generates an electric signal of a piezoelectric element due to mechanical deformation by pushing a switch lever, processes the generated signal, drives the piezoelectric element, and transmits the vibration to a finger that operates the vibration to ensure a feeling of switch operation. It is to make. In any case, the piezoelectric element deformation directly gives mechanical deformation.

前述のごとく、圧電素子を利用したスイッチは直接機械的応力を圧電素子に加える事により発生する電気信号を利用しており機械的結合の制約からスイッチ形状の制限を受ける。 As described above, a switch using a piezoelectric element uses an electrical signal generated by directly applying mechanical stress to the piezoelectric element, and is limited by the switch shape due to the mechanical coupling restriction.

特開平０９−１０６７３６号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-106736 特開平０９−０３５５６９号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-035569

以上述べたような従来の圧電素子を用いたスイッチ機能では、圧電素子変形は機械的結合が必須であったためスイッチとしての形状が制限を受ける。本発明は機械的結合ではない空気圧力変化による圧電素子スイッチ装置を提供する。 In the switch function using the conventional piezoelectric element as described above, since the mechanical coupling is essential for the deformation of the piezoelectric element, the shape as a switch is limited. The present invention provides a piezoelectric element switching device by air pressure change that is not mechanically coupled.

従来の圧電素子を用いたスイッチは機械的結合による圧電素子変形による信号発生のみに着目している。スイッチの起因となる機械的変形発生部分と電気信号を発生する圧電素子部分とが近接する必要があり、機械的結合はスイッチとしての形状を制限することとなる。この構造的制約を排除することが可能となれば圧電素子を用いたスイッチの利用範囲を大きく広げることが出来る。 Conventional switches using piezoelectric elements focus only on signal generation due to piezoelectric element deformation by mechanical coupling. The mechanical deformation generation part that causes the switch needs to be close to the piezoelectric element part that generates the electric signal, and mechanical coupling restricts the shape of the switch. If this structural restriction can be eliminated, the range of use of switches using piezoelectric elements can be greatly expanded.

そして、本発明は上記目的を達成するため、本発明は、空気圧を利用することである。空気封入部を押圧することにより、弾性体構造の空気封入部の形状を変化させることで空気圧を変化させ、その空気圧変化により圧電素子を変形させることにより電気信号を発生させる。空気圧を変化させる空気封入部の空気圧変化発生部分と、その空気圧変化による圧電素子の変形による電気信号をスイッチ信号とする信号発生部分とを空気的連結することにより実現する。空気的結合は機械結合と異なり位置的制約および形状的制約は少ないため自由な形状の圧電素子スイッチが可能となる。
特に、本願の請求項１に記載の発明は、空気封入部と、圧電素子と基板からなり前記空気封入部の押圧により生じる空気圧変化に基づいて変形可能な圧電素子板と、前記圧電素子板の変形により電気信号を発生する圧電センサー部と、前記空気封入部と前記圧電センサー部との間に介在する連結部材と、を有し、前記空気封入部と前記圧電センサー部と前記連結部材とは相互に取り外し可能に構成されるスイッチ装置であって、前記圧電センサー部は、前記圧電素子板を設置する設置部と、前記空気封入部に嵌入可能な嵌入部と、からなり、前記嵌入部において前記圧電センサー部と前記連結部材とは相互に取り外し可能に構成され、前記空気封入部と前記圧電センサー部と前記連結部材との嵌入状態でかつ前記空気封入部に所定の押圧がされていない状態において、前記連結部材の端部と前記圧電センサー部の前記設置部との間に隙間が存在し、前記連結部材の厚み寸法と前記設置部の厚み寸法が略同一に構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention uses air pressure. By pressing the air sealing part, the air pressure is changed by changing the shape of the air sealing part of the elastic structure, and an electric signal is generated by deforming the piezoelectric element by the change of the air pressure. This is realized by pneumatically connecting the air pressure change generating portion of the air sealing portion that changes the air pressure and the signal generating portion using an electrical signal due to deformation of the piezoelectric element due to the air pressure change as a switch signal. Unlike the mechanical coupling, the pneumatic coupling has few positional constraints and shape constraints, so that a piezoelectric element switch having a free shape is possible.
In particular, the invention according to claim 1 of the present application includes an air sealing portion, a piezoelectric element plate made of a piezoelectric element and a substrate, which is deformable based on a change in air pressure caused by pressing of the air sealing portion, and the piezoelectric element plate. A piezoelectric sensor unit that generates an electric signal by deformation; and a connecting member interposed between the air sealing unit and the piezoelectric sensor unit, wherein the air sealing unit, the piezoelectric sensor unit, and the connecting member are The switch device is configured to be detachable from each other, and the piezoelectric sensor unit includes an installation unit in which the piezoelectric element plate is installed, and a fitting unit that can be fitted into the air sealing unit. The piezoelectric sensor portion and the connecting member are configured to be detachable from each other, and the air sealing portion, the piezoelectric sensor portion, and the connecting member are fitted and a predetermined pressure is not applied to the air sealing portion. In a state where the connection member is not, there is a gap between the end of the connection member and the installation portion of the piezoelectric sensor portion, and the thickness dimension of the connection member and the thickness dimension of the installation portion are configured to be substantially the same. It is characterized by that.

本発明によれば、空気的結合があれば空気封入部の押圧により空気圧変化部と圧電素子変形部は離間しても機能を損なうことはなく、圧電素子を用いたスイッチが可能となる。空気封入部に連結部を介して圧電センサー部を嵌入および取り外しを可能にすることで空気封入部と圧電センサー部の形状制約を避けることが出来る。 According to the present invention, if there is an air connection, even if the air pressure changing portion and the piezoelectric element deforming portion are separated by pressing the air sealing portion, the function is not impaired, and a switch using the piezoelectric element is possible. By allowing the piezoelectric sensor part to be inserted into and removed from the air sealing part via the connecting part, the shape restriction between the air sealing part and the piezoelectric sensor part can be avoided.

本発明は、空気封入部の発生する空気圧変化により圧電素子変形による信号発生部が離間していることを利用しているが空気圧と圧電素子変形量の連携が取りにくい面も存在する。圧電素子の変形が過大になることを防ぐ発明である。過大な空気圧は圧電素子に過剰な応力を発生させ破損につながる。請求項３はこの過大な空気圧発生を防止する工夫である。弾性体で構成される空気封入部の押圧による変形を制限することが空気圧封入体内の空気圧力を制御できる。請求項３において空気封入部内に緩衝用押圧ストッパーを設置し空気封入部の変位量を制限することで空気封入部に発生する空気圧を制限し、過大な空気圧で圧電センサー部の圧電素子が損傷するのを防ぐ方法である。 Although the present invention uses the fact that the signal generating part due to the piezoelectric element deformation is separated due to the change in air pressure generated by the air sealing part, there is also a face that makes it difficult to cooperate the air pressure and the piezoelectric element deformation amount. This invention prevents excessive deformation of the piezoelectric element. Excessive air pressure generates excessive stress on the piezoelectric element, leading to damage. Claim 3 is a device for preventing this excessive air pressure generation. Limiting the deformation due to the pressure of the air sealing portion formed of an elastic body can control the air pressure in the pneumatic sealing body. In Claim 3, the pressure stopper for buffering is installed in the air enclosure portion to restrict the displacement amount of the air enclosure portion, thereby restricting the air pressure generated in the air enclosure portion, and the piezoelectric element of the piezoelectric sensor portion is damaged by the excessive air pressure. This is a method to prevent this.

本発明は、空気封入部の外部の近傍に緩衝用押圧ストッパーを設置し空気封入部の変位量を制限することで空気封入部に発生する空気圧を制限し、過大な空気圧で圧電センサー部の圧電素子が損傷するのを防ぐ方法である。空気封入部外に緩衝用押圧ストッパーを設置することは、緩衝用押圧ストッパーの形状を変えることが出来る。たとえば空気封入部の段差を緩和する斜め形状をも採用できる。 The present invention limits the air pressure generated in the air enclosing part by installing a buffering pressure stopper near the outside of the air enclosing part and restricting the displacement amount of the air enclosing part. This is a method for preventing the element from being damaged. Installing the buffering pressure stopper outside the air sealing part can change the shape of the buffering pressure stopper. For example, it is possible to adopt an oblique shape that relaxes the level difference of the air enclosure.

本発明は、圧電センサー部の圧電素子の変位が過剰になるのを防ぐ方法である。圧電素子にたわみ変位ストッパーを設置し、空気封入部からの空気圧が過大の時にも圧電素子に加わる過大な変位を低減し圧電素子の折損を防ぐことが出来る。 The present invention is a method for preventing an excessive displacement of a piezoelectric element of a piezoelectric sensor portion. A deflection displacement stopper is installed on the piezoelectric element, and excessive displacement applied to the piezoelectric element can be reduced even when the air pressure from the air sealing portion is excessive, thereby preventing breakage of the piezoelectric element.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、発明例として記載以外の機器応用など発明の趣旨の範囲で他の態様としても有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and other embodiments are also effective within the scope of the invention, such as device applications other than those described as invention examples.

本発明は機械的結合ではない空気圧力変化による圧電素子を用いたスイッチ装置を提供するものである。空気封入部を押圧することにより、弾性体構造の空気封入部の形状を変化させることで空気圧を変化させ、その空気圧変化により圧電素子を変形させることにより電気信号を発生させる。空気圧を変化させる空気封入部の空気圧変化発生部分と、その空気圧変化による圧電素子の変形による電気信号をスイッチ信号とする信号発生部分とを空気的連結することにより実現する。空気的結合は機械結合と異なり位置的制約および形状的制約は少ないため自由な形状の圧電素子スイッチが可能となり様々な機器への展開が可能となる。 The present invention provides a switch device using a piezoelectric element by air pressure change that is not mechanical coupling. By pressing the air sealing part, the air pressure is changed by changing the shape of the air sealing part of the elastic structure, and an electric signal is generated by deforming the piezoelectric element by the change of the air pressure. This is realized by pneumatically connecting the air pressure change generating portion of the air sealing portion that changes the air pressure and the signal generating portion using an electrical signal due to deformation of the piezoelectric element due to the air pressure change as a switch signal. Unlike the mechanical coupling, the pneumatic coupling has few positional constraints and shape constraints, so that a piezoelectric element switch having a free shape is possible, and development to various devices is possible.

本発明の実施形態図である。It is an embodiment figure of the present invention. 本発明の実施形態図である。It is an embodiment figure of the present invention. 本発明の実施形態図である。It is an embodiment figure of the present invention. 本発明の押圧時の形態図である。It is a form figure at the time of press of the present invention. 本発明の実施形態図である。It is an embodiment figure of the present invention. 本発明の実施形態図である。It is an embodiment figure of the present invention. 本発明の実施形態図である。It is an embodiment figure of the present invention.

本発明を具体化した実施形態（１００）を図に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図１は本発明に係る空気圧利用の圧電素子を用いたスイッチの構造図で請求項１に準拠している。１０１は薄板状の圧電素子で板状基板（１０２）上に圧電素子を配置している。１０３は圧電センサー部で空気封入部１０４を押圧すると封入部の空気圧が上昇し、圧電センサー部１０３の空気圧が連動して上昇する。圧電センサー部の空気圧上昇は圧電素子１０１と板状基板１０２が上方に変形させる。変形量は空気圧に比例するが圧電センサー１０１の板厚および基板１０２の板厚によって変形量が決定される。板状基板１０２は圧電センサー部の機密性を確保するため圧電センサー部内に接着される。圧電センサー１０１の板厚および基板１０２は一体化され基板１０２と圧電センサー１０１は同じ形態に変形する。圧電センサー１０１はバイモルフ型の圧電素子を想定し圧電素子１０１の両表面間に電気信号を発生する。圧電センサー部１０３は空気封入部１０４に嵌入される構造を持ち、空気封入部１０４と圧電センサー部１０３は取り外し可能であり、押圧される空気封入部１０４の空気圧力に応じた圧電センサー部１０３を選択可能である。図１の構造を採用することで、封入空気封入部が発生する空気圧変化量と圧電センサーの変形特性を自由に選択でき、様々な機器に展開可能である。尚、圧電センサー部の機密性によって、空気封入部からの空気圧や応答性を制御できる。具体的には圧電センサー部に小孔を設け、機密性をコントロールすることで空気封入部からの空気圧や応答性を制御できる。図１では圧電センサー１０１及び基板１０２は空気封入部１０４と平行配置例で、この構造の特徴は圧電センサー１０１、基板１０２の表面積を大きくすることが可能となる。断面図Ａ−Ａ、断面図Ｂ−Ｂに詳細構造を表示する。 An embodiment (100) embodying the present invention will be described with reference to the drawings. The drawing is schematically drawn for convenience of explanation. FIG. 1 is a structural diagram of a switch using a piezoelectric element utilizing pneumatic pressure according to the present invention, and conforms to claim 1. Reference numeral 101 denotes a thin plate-like piezoelectric element, which is arranged on a plate-like substrate (102). 103 is a piezoelectric sensor part, and when the air enclosure part 104 is pressed, the air pressure of the enclosure part rises, and the air pressure of the piezoelectric sensor part 103 rises in conjunction. The increase in air pressure in the piezoelectric sensor section causes the piezoelectric element 101 and the plate-like substrate 102 to be deformed upward. The amount of deformation is proportional to the air pressure, but the amount of deformation is determined by the thickness of the piezoelectric sensor 101 and the thickness of the substrate 102. The plate-like substrate 102 is bonded in the piezoelectric sensor unit in order to ensure the confidentiality of the piezoelectric sensor unit. The plate thickness of the piezoelectric sensor 101 and the substrate 102 are integrated, and the substrate 102 and the piezoelectric sensor 101 are deformed into the same form. The piezoelectric sensor 101 is assumed to be a bimorph type piezoelectric element and generates an electrical signal between both surfaces of the piezoelectric element 101. The piezoelectric sensor unit 103 has a structure that is fitted into the air sealing unit 104. The air sealing unit 104 and the piezoelectric sensor unit 103 are removable, and the piezoelectric sensor unit 103 corresponding to the air pressure of the pressed air sealing unit 104 is provided. Selectable. By adopting the structure of FIG. 1, it is possible to freely select the amount of change in air pressure generated by the enclosed air enclosure and the deformation characteristics of the piezoelectric sensor, and it can be deployed in various devices. Note that the air pressure and responsiveness from the air enclosure can be controlled by the confidentiality of the piezoelectric sensor. Specifically, by providing a small hole in the piezoelectric sensor part and controlling the confidentiality, the air pressure and the responsiveness from the air sealing part can be controlled. In FIG. 1, the piezoelectric sensor 101 and the substrate 102 are arranged in parallel with the air sealing portion 104, and the feature of this structure is that the surface area of the piezoelectric sensor 101 and the substrate 102 can be increased. The detailed structure is displayed in the sectional views AA and BB.

本発明を具体化した実施形態（２００）を図２に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図２は本発明に係る空気圧利用の圧電素子を用いたスイッチの構造図で請求項２に準拠している。２０１は薄板状の圧電素子で板状基板（２０２）上に圧電素子を配置している。２０３は圧電センサー部で空気封入部２０４と連結チューブ２０５で空気封入部２０４と連結される。空気封入部２０４を押圧すると封入部の空気圧が上昇し、連結チューブ２０５を介して圧電センサー部２０３の空気圧が連動して上昇する。圧電センサー部の空気圧上昇によって圧電素子２０１と板状基板２０２が上方に変形する。変形量は空気圧に比例するが圧電センサー２０１の板厚および基板２０２の板厚によって変形量が決定される。板状基板２０２は圧電センサー部の機密性を確保するため圧電センサー部内に接着される。圧電センサー２０１の板厚および基板２０２は一体化され基板２０２と圧電センサー２０１は同じ形態に変形する。圧電センサー２０１はバイモルフ型の圧電素子を想定し圧電素子２０１の両表面間に電気信号を発生する。圧電センサー部２０３は連結チューブ２０５に嵌入され、連結チューブ２０５は空気封入部２０４に嵌め込まれる構造を持つ。空気封入部２０４と連結チューブ２０５は取り外し可能であり、連結チューブ２０５と圧電センサー部２０３も取り外し可能の構造となっている。押圧される空気封入部２０４の空気圧力に応じた圧電センサー部２０３を選択可能である。図２の構造を採用することで、封入空気封入部が発生する空気圧変化量と圧電センサーの変形特性を自由に選択でき、様々な機器に展開可能である。尚、圧電センサー部の機密性によって、空気封入部からの空気圧や応答性を制御できる。具体的には圧電センサー部に小孔を設け、機密性をコントロールすることで空気封入部からの空気圧や応答性を制御できる。図２では圧電センサー２０１及び基板２０２は空気封入部２０４と平行配置例で、この構造の特徴は圧電センサー２０１、基板２０２の表面積を大きくすることが可能となる。連結チューブ２０５は空気封入部２０４と圧電センサー部２０３を空気連結する。連結チューブ２０５は圧電センサー部と押圧空気封入部を離間可能にしており、押圧を検知する空気封入部２０４と圧電センサー部２０３を別の場所に配置することを可能にしており、押圧センサーとしての自由度を向上させる。 An embodiment (200) embodying the present invention will be described with reference to FIG. The drawing is schematically drawn for convenience of explanation. FIG. 2 is a structural diagram of a switch using a piezoelectric element utilizing pneumatic pressure according to the present invention, and conforms to claim 2. Reference numeral 201 denotes a thin plate-like piezoelectric element, which is disposed on a plate-like substrate (202). A piezoelectric sensor unit 203 is connected to the air sealing unit 204 and a connection tube 205 to the air sealing unit 204. When the air enclosure 204 is pressed, the air pressure in the enclosure rises, and the air pressure in the piezoelectric sensor 203 rises in conjunction with the connection tube 205. The piezoelectric element 201 and the plate-like substrate 202 are deformed upward by the increase in air pressure of the piezoelectric sensor unit. The amount of deformation is proportional to the air pressure, but the amount of deformation is determined by the thickness of the piezoelectric sensor 201 and the thickness of the substrate 202. The plate-like substrate 202 is bonded in the piezoelectric sensor unit in order to ensure confidentiality of the piezoelectric sensor unit. The thickness of the piezoelectric sensor 201 and the substrate 202 are integrated, and the substrate 202 and the piezoelectric sensor 201 are transformed into the same form. The piezoelectric sensor 201 assumes a bimorph type piezoelectric element and generates an electrical signal between both surfaces of the piezoelectric element 201. The piezoelectric sensor unit 203 is fitted into the connecting tube 205, and the connecting tube 205 is fitted into the air sealing unit 204. The air sealing portion 204 and the connecting tube 205 are removable, and the connecting tube 205 and the piezoelectric sensor portion 203 are also removable. The piezoelectric sensor unit 203 can be selected according to the air pressure of the air sealing unit 204 to be pressed. By adopting the structure of FIG. 2, the amount of change in air pressure generated by the enclosed air enclosure and the deformation characteristics of the piezoelectric sensor can be freely selected, and can be deployed in various devices. Note that the air pressure and responsiveness from the air enclosure can be controlled by the confidentiality of the piezoelectric sensor. Specifically, by providing a small hole in the piezoelectric sensor part and controlling the confidentiality, the air pressure and the responsiveness from the air sealing part can be controlled. In FIG. 2, the piezoelectric sensor 201 and the substrate 202 are arranged in parallel with the air sealing portion 204, and the feature of this structure is that the surface area of the piezoelectric sensor 201 and the substrate 202 can be increased. The connecting tube 205 connects the air sealing unit 204 and the piezoelectric sensor unit 203 with air. The connecting tube 205 can separate the piezoelectric sensor unit and the pressurized air enclosing unit, and allows the air enclosing unit 204 and the piezoelectric sensor unit 203 to detect pressing to be arranged in different locations, Improve freedom.

本発明を具体化した実施形態（３００）を図３に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図３は本発明に係る空気圧利用の圧電素子を用いたスイッチの構造図で請求項３に準拠している。３０１は薄板状の圧電素子で板状基板（３０２）上に圧電素子を配置している。３０３は圧電センサー部でチューブ状の空気封入部３０４と圧電センサー部３０３が連結される。チューブ状の空気封入部３０４の端面は栓３０５で密封され、チューブ状空気封入部３０４の他端に圧電センサー３０３が嵌め込まれる構造を持つ。チューブ状空気封入部３０４を押圧すると封入部の空気圧が上昇し、圧電センサー部３０３の空気圧が連動して上昇する。圧電センサー部の空気圧上昇は圧電素子３０１と板状基板３０２が上方に変形する。チューブ状空気封入部３０４と圧電センサー部３０３は取り外し可能の構造となっており、押圧されるチューブ状空気封入部３０４の空気圧力に応じた圧電センサー部３０３を選択可能である。チューブ状空気封入部３０４の内部に緩衝用押圧ストッパー３０６を設けることで押圧時のチューブ状空気封入部３０４の過大な変形を防止するとともに、押圧空気圧変化量を制御することができる。図３のチューブ形態の空気封入部構造を採用することで、チューブ長手方向に細長い範囲の押圧センサーを得ることができ、細長い押圧センス範囲に適応できる。 An embodiment (300) embodying the present invention will be described with reference to FIG. The drawing is schematically drawn for convenience of explanation. FIG. 3 is a structural diagram of a switch using a piezoelectric element using pneumatic pressure according to the present invention, and conforms to claim 3. Reference numeral 301 denotes a thin plate-like piezoelectric element, which is arranged on a plate-like substrate (302). A piezoelectric sensor unit 303 connects the tube-shaped air sealing unit 304 and the piezoelectric sensor unit 303. The end surface of the tube-shaped air sealing portion 304 is sealed with a stopper 305, and the piezoelectric sensor 303 is fitted into the other end of the tube-shaped air sealing portion 304. When the tubular air enclosure 304 is pressed, the air pressure in the enclosure rises, and the air pressure in the piezoelectric sensor 303 rises in conjunction with it. As the air pressure of the piezoelectric sensor increases, the piezoelectric element 301 and the plate-like substrate 302 are deformed upward. The tubular air enclosure 304 and the piezoelectric sensor 303 are detachable, and the piezoelectric sensor 303 can be selected according to the air pressure of the tubular air enclosure 304 to be pressed. By providing the buffering pressure stopper 306 inside the tubular air enclosure 304, it is possible to prevent excessive deformation of the tubular air enclosure 304 during pressing, and to control the amount of change in the pressure air pressure. By adopting the tube-shaped air enclosure structure of FIG. 3, it is possible to obtain a pressure sensor that is elongated in the longitudinal direction of the tube, and to adapt to the elongated pressure sensing range.

本発明を具体化した実施形態（４００）を図４に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図４は本発明に係る空気圧利用の圧電素子を用いたスイッチの構造図で請求項３に準拠している。図３のチューブ形態の空気封入部構造の押圧空気圧センサー形状において、押圧した状態を図示している。チューブ状空気封入部４０４を押圧子４０７で押圧した状態を示す。押圧子４０７でチューブ状空気封入部４０４を押圧した時、チューブ状空気封入部４０４が変形し圧電センサー部４０３の空気圧が上昇し圧電素子４０１、基板４０２が変形することで圧電素子４０１から電気信号を得る。チューブ状空気封入部４０４内部には緩衝用押圧ストッパー４０６を配置し必要以上の空気圧が発生しない構造を採っている。この押圧状態を断面図Ｇ−Ｇに示す。押圧子４０７による圧力でチューブ状空気封入部４０４が変形し空気圧が上昇する。断面Ｇ−Ｇにおいて押圧子４０７によるチューブ状空気封入部の変形はチューブ内部に設置される緩衝用押圧ストッパーで緩衝され変位量も制限される。チューブ状空気封入部の変形量Δｄ（４０８）で示され、押圧力が増大しても変位量は制限されることから必要以上の空気圧は発生せず、またチューブの多大なる変形も回避できチューブ状空気封入部の破損が回避される。 An embodiment (400) embodying the present invention will be described with reference to FIG. The drawing is schematically drawn for convenience of explanation. FIG. 4 is a structural diagram of a switch using a piezoelectric element utilizing pneumatic pressure according to the present invention, and conforms to claim 3. FIG. 4 illustrates a pressed state of the pressed air pressure sensor shape of the tube-shaped air sealing portion structure of FIG. 3. A state in which the tubular air enclosure 404 is pressed by the pressing element 407 is shown. When the tubular air enclosure 404 is pressed by the pressing element 407, the tubular air enclosure 404 is deformed, the air pressure of the piezoelectric sensor 403 is increased, and the piezoelectric element 401 and the substrate 402 are deformed, so that an electrical signal is transmitted from the piezoelectric element 401. Get. A buffering pressure stopper 406 is arranged inside the tube-shaped air enclosure 404 so that an excessive air pressure is not generated. This pressed state is shown in a sectional view GG. The tubular air enclosure 404 is deformed by the pressure from the pressing element 407 and the air pressure rises. In the cross section GG, the deformation of the tube-shaped air sealing portion by the pressing element 407 is buffered by a buffering pressure stopper installed inside the tube, and the amount of displacement is limited. As indicated by the deformation amount Δd (408) of the tube-shaped air enclosure, the displacement amount is limited even if the pressing force increases, so that no more air pressure than necessary is generated, and the tube can be prevented from undergoing significant deformation. Damage to the air-filled part is avoided.

本発明を具体化した実施形態（５００）を図５に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図５は本発明に係る空気圧利用の圧電素子を用いたスイッチの構造図で請求項３に準拠している。図５はチューブ状空気封入部を持つ押圧センサーの構造を示している。圧電センサー５０１、基板５０２は前記チューブ状空気封入部の長手方向に直交する平面に配置する構造を採る。この構成にすることで圧電センサー部とチューブ状空気封入部の径をほぼ同等に出来る。チューブ状空気封入部５０４の内部に緩衝用押圧ストッパー５０６により押圧によるチューブ変形量を緩衝し制限している。 An embodiment (500) embodying the present invention will be described with reference to FIG. The drawing is schematically drawn for convenience of explanation. FIG. 5 is a structural diagram of a switch using a piezoelectric element utilizing pneumatic pressure according to the present invention, and conforms to claim 3. FIG. 5 shows the structure of a pressure sensor having a tube-shaped air enclosure. The piezoelectric sensor 501 and the substrate 502 have a structure in which they are arranged on a plane orthogonal to the longitudinal direction of the tubular air-sealed portion. With this configuration, the diameters of the piezoelectric sensor portion and the tube-shaped air sealing portion can be made substantially equal. The tube deformation amount due to the pressure is buffered and limited by a buffering stopper 506 inside the tube-shaped air sealing portion 504.

本発明を具体化した実施形態（６００）を図６に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図６は本発明に係る空気圧利用の圧電素子を用いたスイッチの構造図で請求項４に準拠している。図６はチューブ状空気封入部を持つ押圧センサーの構造とチューブ状空気封入部の外部に隣接して緩衝用押圧ストッパー６０６配置した例を示している。圧電素子６０１、基板６０２は前記チューブ状空気封入部６０４の長手方向に直交する平面に配置する構造を採る。この構成にすることで圧電センサー部６０３とチューブ状空気封入部６０４の径をほぼ同等に出来る。チューブ状空気封入部６０４の内部には緩衝用押圧ストッパーを配置せず、チューブ状空気封入部の外部に隣接して緩衝用押圧ストッパー６０６配置している。緩衝用押圧ストッパー６０６により押圧によるチューブ変形量Δｄ（６０７）を緩衝し制限している構造である。緩衝用押圧ストッパー６０６の形状は緩やかな傾斜を持ちチューブ状空気封入部６０４の段差を和らげる効果も有する。 An embodiment (600) embodying the present invention will be described with reference to FIG. The drawing is schematically drawn for convenience of explanation. FIG. 6 is a structural diagram of a switch using a piezoelectric element utilizing pneumatic pressure according to the present invention, and conforms to claim 4. FIG. 6 shows an example of a structure of a pressure sensor having a tube-shaped air enclosure and a buffering pressure stopper 606 arranged adjacent to the outside of the tube-like air enclosure. The piezoelectric element 601 and the substrate 602 adopt a structure in which the piezoelectric element 601 and the substrate 602 are arranged on a plane orthogonal to the longitudinal direction of the tubular air sealing portion 604. With this configuration, the diameters of the piezoelectric sensor portion 603 and the tube-shaped air sealing portion 604 can be made substantially equal. The buffering pressure stopper 606 is disposed adjacent to the outside of the tube-shaped air sealing portion without arranging the buffering pressure stopper inside the tubular air-sealing portion 604. This is a structure in which the tube deformation amount Δd (607) due to pressing is buffered and limited by the buffering pressure stopper 606. The shape of the buffering pressure stopper 606 has a gentle slope and has an effect of reducing the step of the tubular air-sealed portion 604.

本発明を具体化した実施形態（７００）を図７に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図７は本発明に係る空気圧利用の圧電素子を用いたスイッチの構造図で請求項５に準拠している。図７はチューブ状空気封入部７０４を持つ押圧センサーの構造とチューブ状空気封入部７０４の内部に緩衝用押圧ストッパー７０５配置した例を示している。圧電素子７０１、基板７０２は前記チューブ状空気封入部７０４の長手方向に平行の平面に配置する構造を採る。この構成にすることで圧電センサー部７０３の高さとチューブ状空気封入部７０４の径をほぼ同等に出来る。緩衝用押圧ストッパー７０５により押圧によるチューブ変形量を緩衝し制限している構造である。押圧子７０６によるチューブ状空気封入部７０４の変形の状態は押圧子７０６の形状によることがわかる。例えば人間の足による押圧は比較的小さな範囲で有り、車のタイヤによる押圧は広い範囲で起こることが想定される。押圧子の形状によって空気圧変化も関連することを示しており種々の押圧空気圧量に対処する必要がある。請求項５の形態は圧電素子７０１、基板７０２の変位を規制する変位ストッパー７０７を設け過大な変位が圧電素子に加わらない形態を採る。この方法により押圧子の形状に対処する自由度を上げることが出来る。但し、変位ストッパー７０７を設置する部分は小孔を設け外気圧にすることが必要である。 An embodiment (700) embodying the present invention will be described with reference to FIG. The drawing is schematically drawn for convenience of explanation. FIG. 7 is a structural diagram of a switch using a piezoelectric element utilizing pneumatic pressure according to the present invention, and conforms to claim 5. FIG. 7 shows an example of a structure of a pressure sensor having a tube-shaped air sealing portion 704 and a buffering pressure stopper 705 disposed inside the tube-shaped air sealing portion 704. The piezoelectric element 701 and the substrate 702 adopt a structure in which the piezoelectric element 701 and the substrate 702 are arranged on a plane parallel to the longitudinal direction of the tubular air sealing portion 704. With this configuration, the height of the piezoelectric sensor portion 703 and the diameter of the tube-shaped air sealing portion 704 can be made substantially equal. This is a structure in which the amount of deformation of the tube due to pressing is buffered and limited by a buffering stopper 705. It can be seen that the state of deformation of the tube-shaped air enclosure 704 by the presser 706 depends on the shape of the presser 706. For example, it is assumed that the pressure by a human foot is in a relatively small range, and the pressure by a car tire occurs in a wide range. It is shown that the change in air pressure is also related to the shape of the presser, and it is necessary to deal with various amounts of pressure air pressure. According to the fifth aspect, a displacement stopper 707 for restricting the displacement of the piezoelectric element 701 and the substrate 702 is provided, and an excessive displacement is not applied to the piezoelectric element. This method can increase the degree of freedom in dealing with the shape of the presser. However, the portion where the displacement stopper 707 is installed needs to be provided with a small hole and set to an external pressure.

１００本発明実施形態
１０１圧電素子
１０２基板
１０３圧電センサー部
１０４空気封入部
２００本発明実施形態
２０１圧電素子
２０２基板
２０３圧電センサー部
２０４空気封入部
２０５連結チューブ
３００本発明実施形態
３０１圧電素子
３０２基板
３０３圧電センサー部
３０４チューブ状空気封入部
３０５チューブ栓
３０６緩衝用押圧ストッパー
４００本発明実施形態
４０１圧電素子
４０２基板
４０３圧電センサー部
４０４チューブ状空気封入部
４０５チューブ栓
４０６緩衝用押圧ストッパー
４０７押圧子
４０８チューブ状空気封入部変位量
５００本発明実施形態
５０１圧電素子
５０２基板
５０３圧電センサー部
５０４チューブ状空気封入部
５０５チューブ栓
５０６緩衝用押圧ストッパー
６００本発明実施形態
６０１圧電素子
６０２基板
６０３圧電センサー部
６０４チューブ状空気封入部
６０５チューブ栓
６０６緩衝用押圧ストッパー
７００本発明実施形態
７０１圧電素子
７０２基板
７０３圧電センサー部
７０４チューブ状空気封入部
７０５緩衝用押圧ストッパー
７０６押圧子
７０７たわみ変位制限ストッパー 100 Inventive Embodiment 101 Piezoelectric Element 102 Substrate 103 Piezoelectric Sensor Unit 104 Air Enclosed Unit 200 Inventive Embodiment 201 Piezoelectric Element 202 Substrate 203 Piezoelectric Sensor Unit 204 Air Enclosed Unit 205 Connecting Tube 300 Invented Embodiment 301 Piezoelectric Element 302 Substrate 303 Piezoelectric sensor part 304 Tubular air sealing part 305 Tube stopper 306 Buffering pressure stopper 400 Present embodiment 401 Piezoelectric element 402 Substrate 403 Piezoelectric sensor part 404 Tubular air sealing part 405 Tube stopper 406 Buffering pressure stopper 407 Presser 408 Tube Displacement amount 500 of the air-like air inclusion embodiment 501 Piezoelectric element 502 Substrate 503 Piezoelectric sensor portion 504 Tube-like air enclosure portion 505 Tube stopper 506 Buffering pressure stopper 600 Invention embodiment 60 Piezoelectric element 602 Substrate 603 Piezoelectric sensor unit 604 Tubular air sealing unit 605 Tube stopper 606 Buffering pressure stopper 700 Embodiment 701 Piezoelectric element 702 Substrate 703 Piezoelectric sensor unit 704 Tubular air sealing unit 705 Buffering pressure stopper 706 Presser 707 Deflection limit stopper

Claims

An air enclosure, and the piezoelectric element plate deformable based on the air pressure changes caused by the pressing of the air enclosure a piezoelectric element and the substrate, and a piezoelectric sensor part for generating an electric signal by the deformation of the piezoelectric element plate, the And a connecting member interposed between the air sealing portion and the piezoelectric sensor portion, wherein the air sealing portion, the piezoelectric sensor portion, and the connecting member are configured to be detachable from each other. ,
The piezoelectric sensor part comprises an installation part for installing the piezoelectric element plate, and an insertion part that can be inserted into the air sealing part,
In the fitting portion, the piezoelectric sensor portion and the connecting member are configured to be removable from each other,
In the state where the air sealing portion, the piezoelectric sensor portion, and the connecting member are fitted and the air sealing portion is not pressed to a predetermined extent, the end portion of the connecting member and the installation portion of the piezoelectric sensor portion a gap exists between,
The switch device , wherein a thickness dimension of the connecting member and a thickness dimension of the installation portion are configured to be substantially the same .

The switch device according to claim 1, wherein a stopper for limiting a change amount of the air pressure change is provided in or near the air sealing portion.

The switch device according to claim 1, wherein the piezoelectric sensor unit is provided with a stopper for restricting a deflection displacement of the piezoelectric element plate.