(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を受けることにより変位する可動部と、
前記可動部の変位に伴い変形し、変形量に応じた電圧を発生する圧電発電体と、
前記可動部と前記圧電発電体との間に配置され、前記可動部の変位に伴い反転する反転バネと、
動作指令を受けた場合に、前記圧電発電体により発電された電力の電圧を変換する電圧変換部と、
前記反転バネの反転に伴い前記電圧変換部に前記動作指令を出力する指令出力部とを備え、
前記圧電発電体の変形量は、前記可動部の変位量が増加していても前記反転バネの反転に伴い一時的に減少し、
前記指令出力部は、前記動作指令の出力タイミングを前記反転バネの反転タイミングよりも所定時間だけ遅延させる遅延回路を含む、圧電発電装置。
【請求項２】
前記所定時間は、前記反転バネの反転後に前記圧電発電体の変形量が、前記可動部の変位に伴って前記反転バネの反転開始時の変形量以上となるのに要する時間に設定される、請求項１に記載の圧電発電装置。
【請求項３】
前記所定時間は、１００ミリ秒以下に設定される、請求項１または２に記載の圧電発電装置。
【請求項４】
前記指令出力部は、前記反転バネの反転に伴い前記動作指令を出力するととともに、前記反転バネの反転からの復帰に伴い前記動作指令を出力するように構成され、
前記遅延回路は、前記反転バネの反転時には前記動作指令の前記出力タイミングを遅延させる一方で、前記反転バネの反転からの復帰時には前記動作指令の前記出力タイミングを遅延させないように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電発電装置と、
前記電圧変換部により電圧が変換された電力を受け、当該電力を用いて無線信号を送信する送信部とを備える、送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧電発電装置およびそれを備えた送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電発電体は、１または複数の圧電素子を含んで構成され、外力を受けて変形することにより、その変形量に応じた電圧を発生する。この性質を利用した各種圧電発電装置が提案されている（たとえば国際公開第２０１５／０２９３１７号（特許文献１）および特開２０１１−１０３７２９号公報（特許文献２）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０２９３１７号
【特許文献２】特開２０１１−１０３７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、操作ボタンが設けられた機器（たとえばリモートコントーラ）において、操作ボタンの背後に反転バネが配置された構成が知られている。ユーザが操作ボタンを操作する際に、操作ボタンとともに反転バネが押圧され、反転バネが反転（あるいは座屈）する。この反転の際に生じる衝撃がユーザの指に伝わることで、「操作ボタンを押した」との感覚（いわゆるクリック感）がユーザに与えられるため、操作ボタンの操作性を向上させることができる。【０００５】
たとえば上記のような操作性向上を理由として、反転バネが圧電発電装置に適用される場合がある。この場合、操作ボタン等が設けられた可動部（たとえばレバー）と、圧電発電体と、可動部および圧電発電体の間に配置された反転バネとに加えて、電圧変換部と、指令出力部とをさらに備えた圧電発電装置の構成が考えられる。電圧変換部（たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ）は、動作指令（たとえばＨ（ハイ）レベルのイネーブル信号）を受けた場合に、圧電発電体により発電された電力の電圧を変換する。指令出力部は、反転バネの反転に伴い電圧変換部に上記動作指令を出力する。【０００６】
上記構成を有する圧電発電装置において、本発明者は、以下のような課題が生じることを見出した。すなわち、反転バネが反転した直後には、反転バネの反転前後の形状の違いに起因して、圧電発電体の変形量が一時的（瞬間的）に減少し、極小値を取ることになる（詳細は後述）。したがって、反転バネの反転直後に動作指令が出力され、電圧変換部が動作した場合には、電圧変換部による電圧変換が行なわれる電力が相対的に小さくなり、電圧変換部の後段の負荷等に十分な電力を供給することができない可能性がある。【０００７】
本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、圧電発電装置およびそれを備えた送信機において、より大きな電力を電圧変換部から供給可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のある局面に従う圧電発電装置は、可動部と、圧電発電体と、反転バネと、電圧変換部と、指令出力部とを備える。可動部は、外力を受けることにより変位する。圧電発電体は、可動部の変位に伴い変形し、変形量に応じた電圧を発生する。反転バネは、可動部と圧電発電体との間に配置され、可動部の変位に伴い反転する。電圧変換部は、動作指令を受けた場合に、圧電発電体により発電された電力の電圧を変換する。指令出力部は、反転バネの反転に伴い電圧変換部に動作指令を出力する。圧電発電体の変形量は、可動部の変位量が増加していても反転バネの反転に伴い一時的に減少する。指令出力部は、動作指令の出力タイミングを反転バネの反転タイミングよりも所定時間だけ遅延させる遅延回路を含む。【０００９】
好ましくは、上記所定時間は、反転バネの反転後に圧電発電体の変形量が、可動部の変位に伴って反転バネの反転開始時の変形量以上となるのに要する時間に設定される。【００１０】
好ましくは、上記所定時間は、１００ミリ秒以下に設定される。
好ましくは、指令出力部は、反転バネの反転に伴い動作指令を出力するととともに、反転バネの反転からの復帰に伴い動作指令を出力するように構成される。遅延回路は、反転バネの反転時には動作指令の出力タイミングを遅延させる一方で、反転バネの反転からの復帰時には動作指令の出力タイミングを遅延させないように構成される。【００１１】
本開示の他の局面に従う送信機は、上記圧電発電装置と、送信部とを備える。送信部は、電圧変換部により電圧が変換された電力を受け、当該電力を用いて無線信号を送信する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、圧電発電装置およびそれを備えた送信機において、より大きな電力を電圧変換部から供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係る圧電発電装置の斜視図である。
【図２】図１に示した圧電発電装置の分解斜視図である。
【図３】本実施の形態における圧電発電装置の動作を説明するための概念図である。
【図４】比較例に係る送信機の構成を概略的に示す回路ブロック図である。
【図５】信号出力部の論理回路を示す図である。
【図６】図５に示した論理回路に対応するベン図である。
【図７】比較例におけるレバーの変位量と圧電発電体の変形量との関係を示すグラフである。
【図８】本実施の形態に係る送信機の構成を概略的に示す回路ブロック図である。
【図９】本実施の形態におけるレバーの変位量と圧電発電体の変形量との関係を示すグラフである。
【図１０】本実施の形態における送信機の動作の一例を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
以下では、本実施の形態に係る圧電発電装置が、いわゆるリモートコントローラとして機能する送信機に適用される構成を例に説明する。この送信機においては、ユーザが操作ボタンを押し下げる際に操作ボタンに付与される外力（荷重）を利用して圧電発電装置による発電が行なわれる。発電された電力を用いることで送信部が動作し、所定の無線信号が送信される。このように、本実施の形態に係る送信機は、交換が必要な乾電池等の電源を必要としない。
【００１６】
［実施の形態］
＜圧電発電装置の機構＞
図１は、本実施の形態に係る圧電発電装置の斜視図である。図２は、図１に示した圧電発電装置の分解斜視図である。図１および図２を参照して、まず、本実施の形態に係る圧電発電装置１００の機構について説明する。
【００１７】
圧電発電装置１００は、第１のフレキシブル配線基板１と、レバー２と、第２のフレキシブル配線基板３と、反転バネ４と、補助バネ５と、ビス６と、圧電発電体７と、ケース体８とを備える。
【００１８】
操作ボタン（図示せず）は、図示しない送信機１００Ａ（図４参照）の筐体のうち、第１のフレキシブル配線基板１が位置する側の主面上に設置されている。なお、本実施の形態においては、独立して操作可能な２つの操作ボタンが、図１中に示す矢印ＡＲ１，ＡＲ２の位置に設置されている。当該操作ボタンがユーザによって操作されることにより、圧電発電装置１００に対して矢印ＡＲ１，ＡＲ２方向にそれぞれ外力Ｆｘ，Ｆｙが付与される。
【００１９】
ケース体８は、圧電発電装置１００を構成する他の部品を支持するベースとなる部材である。ケース体８は、平面視略矩形状の底板部８０と、底板部８０の四辺から立設された側壁部８１〜８４とを含む箱状の形状を有する。圧電発電装置１００を構成する他の部品は、底板部８０および側壁部８１〜８４によって囲まれた空間に主として収容されている。
【００２０】
底板部８０の四隅には、それぞれ底板部８０の内底面から突出するように４つの支持部８５が設けられている。各支持部８５は、圧電発電体７を撓み変形可能に支持するための部位である。側壁部８１，８２の側壁部８３寄りの所定位置には、互いに対向するように軸支孔８１１，８２１が設けられている。軸支孔８１１，８１２は、レバー２を回動可能に軸支するための部位である。
【００２１】
圧電発電体７は、平面視矩形状の板状の複数（本実施の形態では４個）の圧電素子７１を含む。各圧電素子７１は、互いの厚み方向が合致するように積層されている。各圧電素子７１は、可撓性を有し、厚み方向に変形することで、変形量に応じた電圧を発生する（発電する）。圧電素子７１としては、ユニモルフ型、バイモルフ型およびマルチモルフ型のいずれを使用してもよいが、本実施の形態においては、複数の圧電膜が積層された圧電体を含むマルチモルフ型の圧電素子７１が使用される。圧電体は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる圧電膜を複数積層してなるものである。なお、圧電体として、非鉛系圧電体セラミックス（ニオブ酸カリウムナトリウム系セラミックス、アルカリニオブ酸系セラミックス等）を用いてもよい。
【００２２】
レバー（可動部）２は、平面視略矩形状の基部２０と、互いに対向するように基部２０の相対する二辺から立設された立壁部２１，２２とを有する。基部２０は、圧電発電体７に対向するように配置されている。立壁部２１，２２は、それぞれケース体８の側壁部８１，８２に対向するように配置されている。
【００２３】
基部２０の所定位置には、一対のビス穴２３が設けられている。一対のビス穴２３の各々にビス６が取り付けられることにより、第２のフレキシブル配線基板３および補助バネ５がレバー２に固定される。
【００２４】
立壁部２１，２２の外側面であってケース体８の側壁部８３寄りの所定位置には、外側に向けて突出するように軸部２１１，２２１が設けられている。軸部２１１，２２１は、それぞれケース体８に設けられた軸支孔８１１，８２１に挿入されることで軸支孔８１１，８２１によって軸支される。これにより、レバー２は、軸部２１１，２２１を結ぶ軸線を回転軸ＡＸとして、ケース体８によって回動可能に支持される。
【００２５】
レバー２がケース体８によって回動可能に支持されることにより、レバー２の基部２０に外力が付与された場合には、レバー２が、圧電発電体７の厚み方向に実質的に沿った方向に変位する。このレバー２の変位に伴い、レバー２が受けた外力は、反転バネ４および補助バネ５を介して圧電発電体７へと伝達される。これにより各圧電素子７１に撓み変形が生じることになる。
【００２６】
第１のフレキシブル配線基板１は、レバー２の基部２０の一対の主表面のうちの圧電発電体７が位置しない側の主表面上に設けられている。第１のフレキシブル配線基板１は、複層の基材の表面等に各種導電パターンが形成されてなるものであり、その所定位置にスイッチＸ，Ｙを有する。
【００２７】
スイッチＸ，Ｙは、レバー２の回転軸ＡＸの延在方向と平行な方向に沿って並んで位置するように設けられている。これにより、スイッチＸ，Ｙは、上述した２つの操作ボタン（図示せず）に対向して位置することになる。本実施の形態において、スイッチＸ，Ｙの各々は、メンブレンスイッチにより構成されるが、他の種類のスイッチを用いることもできる。
【００２８】
第２のフレキシブル配線基板３は、レバー２の基部２０の一対の主表面のうちの圧電発電体７が位置する側の主表面上に設けられている。第２のフレキシブル配線基板３は、単層または複層の基材の表面等に各種導電パターンが形成されてなるものである。第２のフレキシブル配線基板３と圧電発電体７との間には、反転バネ４および補助バネ５が配置されている。
【００２９】
反転バネ４は、第２のフレキシブル配線基板３のうちのレバー２の基部２０の主表面上に位置する部分であって、かつ圧電発電体７の中央部に対向する部分に実装されている。反転バネ４は、たとえばドーム状の形状を有する金属部材またはその積層構造物にて構成されている。反転バネ４は、第２のフレキシブル配線基板３との間に空間が形成されるように下に凸となる姿勢で（すなわち、ドーム状の反転バネ４の頂部が圧電発電体７側に位置することとなるように）第２のフレキシブル配線基板３に固定されている。反転バネ４は、外力が付与されて所定の荷重がかかった場合に、その凹凸形状が反転するように座屈する一方で、外力の付与が解除された場合には座屈が解消されて元の形状に復帰する。
【００３０】
反転バネ４を用いることにより、ユーザが操作ボタンを押し下げた場合に、押圧ストロークが所定値以上になった時点で上述の座屈現象が生じ、反転バネ４のバネ定数が瞬間的に下がる。これにより、反転バネ４からの衝撃が加わることでユーザはクリック感を得ることができ、操作ボタンを操作する際の操作性が向上する。
【００３１】
第２のフレキシブル配線基板３と反転バネ４とは、一対の接点を有するスイッチＺを構成する。この一対の接点のうちの一方は、反転バネ４により構成されている。他方の接点は、第２のフレキシブル配線基板３のうち、反転バネ４によって覆われる部分に導電端子（図示せず）として設けられている。このように構成することにより、反転バネ４が反転していない状態ではスイッチＺを非導通状態（オフ）とする一方で、反転バネ４が反転した状態においてはスイッチＺを導通状態（オン）とすることができる。スイッチＸ〜Ｚの構成および動作については図３および図４にて、より詳細に説明する。
【００３２】
補助バネ５は、側面視略Ｖ字状の細長い板状の形状を有し、反転バネ４を受け入れるように下に凸となる姿勢で第２のフレキシブル配線基板３に取り付けられている。補助バネ５は、レバー２が受けた外力を圧電発電体７に伝達するバネ定数を調整するものである。補助バネ５を設けることにより、反転バネ４によるクリック感の程度を調整したり、圧電発電体７および反転バネ４に加わる力のバランスを補正したりすることが可能になる。また、補助バネ５を設けることにより、ユーザが操作ボタンを操作した際に反転バネ４の座屈現象が確実に生じることになる。
【００３３】
＜圧電発電装置の動作＞
次に、圧電発電装置に外力が付与された場合の動作について説明する。スイッチＸ，Ｙは基本的に共通の構成を有するので、以下ではスイッチＸが押圧される場合を例に説明し、スイッチＹについては図示を省略する。
【００３４】
図３は、本実施の形態における圧電発電装置の動作を説明するための概念図である。図３（Ａ）は、外力Ｆｘを付与する前の圧電発電装置１００の状態を示す。圧電発電装置１００においては、レバー２が、点Ｐ１を支点としてケース体８によって回動自在に支持されている。外力Ｆｘが付与される前の状態を基準としたレバー２の変位量をΔｚと記載する。外力Ｆｘの付与前には、スイッチＸ，Ｚはいずれもオフである。
【００３５】
図３（Ｂ）に示すように、レバー２に対して外力Ｆｘの付与が開始されると、スイッチＸがオフからオンへと切り替わる。さらに、点Ｐ２が力点となるとともに、レバー２が回動して点Ｐ３が作用点となることによって、反転バネ４および圧電発電体７に力が加えられることになる。ただし、レバー２の変位量Δｚがｚ１に達した時点では反転バネ４は下に凸の形状をしている。したがって、反転バネ４とスイッチＺとは接触しておらず、スイッチＺはオフのままである。
【００３６】
図３（Ｃ）に示すように、外力Ｆｘの付与が継続されると、レバー２の変位量Δｚがｚ２に達した時点で反転バネ４が反転する。これにより、反転バネ４とスイッチＺとが接触し、スイッチＺがオフからオンへと切り替わる。
【００３７】
図３（Ｄ）に示すように、外力Ｆｘの付与がさらに継続されるに従って、圧電発電体７の変形量Δｄが大きくなり、圧電発電体７による発電量が大きくなる。
【００３８】
＜送信機の回路構成＞
続いて、以上のように構成された圧電発電装置を送信機に適用した場合の送信機の回路構成の一例について説明する。本実施の形態に係る送信機の理解を容易にするため、まず、比較例に係る送信機の回路構成について説明する。
【００３９】
＜比較例＞
図４は、比較例に係る送信機の構成を概略的に示す回路ブロック図である。送信機９００Ａは、圧電発電装置９００と、送信部２００とを備える。
【００４０】
送信部２００は、圧電発電装置１００から供給された電力によって動作する負荷である。より詳細には、送信部２００は、たとえば、ＲＦ（Radio  Frequency）アンテナ２０１と、ＲＦ回路２０２とを含む。送信部２００は、圧電発電装置９００から供給された電力を用いて、送信機９００Ａから離れた位置に設けられた受信器（図示せず）へとＲＦ信号を送信する。このＲＦ信号は、受信器への制御指令を示す信号であってもよいし、各種情報を受信器に伝達するための信号であってもよい。
【００４１】
圧電発電装置９００は、圧電発電体７と、放電回路１０１と、全波整流回路１０２と、コンデンサＣと、スイッチＸ〜Ｚと、信号出力部９０３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４と、制御回路１０５とを備える。
【００４２】
圧電発電体７は、複数の圧電素子７１（図１または図２参照）と、出力端子Ｔ１，Ｔ２とを含む。以下では、出力端子Ｔ２の電位を基準とした出力端子Ｔ１の電位を「出力電圧Ｖ」と記載する。
【００４３】
放電回路１０１は、圧電発電体７の出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に接続され、圧電発電体７に蓄えられた電荷（あるいは電力）を放電可能に構成されている。より具体的には、放電回路１０１は、たとえばＮＭＯＳ（n-type  Metal  Oxide-Semiconductor）トランジスタを含み、制御回路１０５からの放電指令に応答して非導通状態（オフ）から導通状態（オン）へと切り替わる。放電回路１０１がオンになった場合に、出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２とが短絡されることで、圧電発電体７に蓄えられた電荷が放電される。
【００４４】
全波整流回路１０２は、ダイオードブリッジ等の一般的な全波整流回路であって、圧電発電体７と信号出力部９０３との間に電気的に接続されている。全波整流回路１０２は、圧電発電体７の出力電圧Ｖを全波整流し、整流された電圧（整流電圧）Ｖｃを電力線ＰＬと電力線ＧＬとの間に出力する。電力線ＧＬは、基準電位ＧＮＤに電気的に接続されている。
【００４５】
コンデンサＣは、電力線ＰＬと電力線ＧＬとの間に電気的に接続されている。コンデンサＣは、整流電圧Ｖｃを平滑化する。
【００４６】
信号出力部９０３は、入力ノードＩＮｘ，ＩＮｙ，ＩＮｚと、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、スイッチング素子Ｑと、出力ノードＯＵＴとを含む。スイッチング素子Ｑは、たとえばＮＭＯＳトランジスタである。
【００４７】
スイッチＸ，Ｙの各々は、一対の接点を有する。スイッチＸの一対の接点のうちの一方は、電力線ＰＬに電気的に接続され、他方は、信号出力部９０３の入力ノードＩＮｘに電気的に接続されている。同様に、スイッチＹの一対の接点のうちの一方は、電力線ＰＬに電気的に接続され、他方は、信号出力部９０３の入力ノードＩＮｙに電気的に接続されている。
【００４８】
入力ノードＩＮｘは、ダイオードＤ１を介してスイッチング素子Ｑのゲートに電気的に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、抵抗Ｒ１を介して電力線ＧＬに電気的に接続されている。同様に、入力ノードＩＮｙは、ダイオードＤ２を介してスイッチング素子Ｑのゲートに電気的に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、抵抗Ｒ２を介して電力線ＧＬに電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑのゲートは、抵抗Ｒ３を介して電力線ＧＬに電気的に接続されている。
【００４９】
スイッチング素子Ｑのソースは、電力線ＧＬに電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑのドレインは、抵抗Ｒ４を介して電力線ＰＬに電気的に接続されている。抵抗Ｒ３とスイッチング素子Ｑのドレインとの接続ノードには、ダイオードＤ３のアノードが電気的に接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、出力ノードＯＵＴに電気的に接続されている。ダイオードＤ３のカソードおよび出力ノードＯＵＴを結ぶ電力線と、電力線ＧＬとの間には、抵抗Ｒ５が電気的に接続されている。
【００５０】
上述のように、スイッチＺも一対の接点を有する。スイッチＺの一方の接点は、反転バネ４（図２参照）により構成され、電力線ＰＬに電気的に接続されている。スイッチＺの他方の接点は、第２のフレキシブル配線基板３（図２参照）に設けられた導電端子（図示せず）により構成され、信号出力部９０３の入力ノードＩＮｚに電気的に接続されている。入力ノードＩＮｚは、ダイオードＤ４のアノードに電気的に接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、出力ノードＯＵＴに電気的に接続されている。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、電力線ＰＬに電気的に接続された入力端子Ｖｉｎと、制御回路１０５およびＲＦ回路２０２に電気的に接続された出力端子Ｖｏｕｔと、信号出力部９０３の出力ノードＯＵＴに電気的に接続されたイネーブル端子ＥＮとを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、スイッチＸ，Ｙ，Ｚのオン状態／オフ状態に基づき、整流電圧Ｖｃを所定の電圧に昇圧（または降圧）して制御回路１０５および送信部２００に供給する。より具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、イネーブル端子ＥＮにＨ（ハイ）レベルのイネーブル信号Ｓｅｎを受けた場合に、制御回路１０５および送信部２００への電力供給を行なう一方で、イネーブル端子ＥＮにＬ（ロー）レベルのイネーブル信号Ｓｅｎを受けた場合には、制御回路１０５および送信部２００への電力供給を行なわない。
【００５２】
制御回路１０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力端子Ｖｏｕｔと電力線ＧＬとの間に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４からの電力供給を受けて動作する。制御回路１０５は、信号Ｓｘおよび信号Ｓｙのうちの少なくとも一方を受け、受けた信号に応じた動作指令をＲＦ回路２０２に出力する。また、制御回路１０５は、所定のタイミングで放電指令を放電回路１０１に出力する。
【００５３】
図５は、信号出力部９０３の論理回路を示す図である。信号出力部９０３は、入力ノードＩＮｘ，ＩＮｙ，ＩＮｚと、出力ノードＯＵＴと、ＮＯＲ回路（否定論理和回路）９０３Ａと、ＯＲ回路（論理和回路）９０３Ｂとを含む。
【００５４】
ＮＯＲ回路９０３Ａは、入力ノードＩＮｘに入力された信号と、入力ノードＩＮｙに入力された信号との否定論理和の演算結果を示す信号をＯＲ回路９０３Ｂに出力する。ＯＲ回路９０３Ｂは、ＮＯＲ回路９０３Ａからの信号と、入力ノードＩＮｚに入力された信号との論理和の演算結果を示すイネーブル信号Ｓｅｎを出力ノードＯＵＴに出力する。出力ノードＯＵＴからのイネーブル信号Ｓｅｎは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４のイネーブル端子ＥＮに伝送される。
【００５５】
このように、信号出力部９０３は、スイッチＸ，Ｙ，Ｚのオン状態／オフ状態の組み合わせに応じて、ＨレベルまたはＬレベルのイネーブル信号ＳｅｎをＤＣ／ＤＣコンバータ１０４のイネーブル端子ＥＮに出力する。スイッチＸ，Ｙ，Ｚの状態の組み合わせに応じて信号出力部９０３からどのようなイネーブル信号Ｓｅｎが出力されるかについて、以下に整理して説明する。なお、Ｈレベルのイネーブル信号は、本開示に係る「動作指令」に相当する。
【００５６】
図６は、図５に示した論理回路に対応するベン図である。このベン図では、イネーブル信号ＳｅｎがＨレベルとなる領域が斜線を付して示されている。イネーブル信号ＳｅｎがＬレベルとなる領域は、斜線が付されずに白抜きで示されている。
【００５７】
スイッチＸ，Ｙ，Ｚがいずれもオフである場合には、領域Ｋ１に示すように、Ｈレベルのイネーブル信号Ｓｅｎが出力される（図３（Ａ）参照）。
【００５８】
スイッチＸ，Ｙのうちの一方がオンであって他方がオフであり、かつ、スイッチＺがオフである場合には、領域Ｋ２，Ｋ３に示すように、Ｌレベルのイネーブル信号Ｓｅｎが出力される（図３（Ｂ）参照）。また、スイッチＸ，Ｙがいずれもオンであり、かつ、スイッチＺがオフである場合にも、領域Ｋ４に示すように、Ｌレベルのイネーブル信号Ｓｅｎが出力される。
【００５９】
スイッチＺがオンである場合には、信号出力部９０３は、Ｈレベルのイネーブル信号Ｓｅｎを出力する。より詳細に説明すると、スイッチＸ，Ｙのうちの一方がオンであって他方がオフであり、かつ、スイッチＺがオンである場合には、領域Ｋ６，Ｋ７に示すように、Ｈレベルのイネーブル信号Ｓｅｎが出力される（図３（Ｃ）参照）。また、スイッチＸ，Ｙ，Ｚがいずれもオンである場合にも、領域Ｋ８に示すように、Ｈレベルのイネーブル信号Ｓｅｎが出力される。なお、本実施の形態では、スイッチＸ，ＹがいずれもオフであるにもかかわらずスイッチＺがオンである状態（領域Ｋ５参照）は、実際には生じない。
【００６０】
以上のように構成された圧電発電装置９００において、本発明者は、以下のような課題が生じることを見出した。
【００６１】
図７は、比較例におけるレバー２の変位量Δｚと圧電発電体７の変形量Δｄとの関係を示すグラフである。図７および後述する図９において、横軸は、レバー２の変位量Δｚ（すなわち、ユーザ操作によりレバー２が押し込まれた量）を示す。縦軸は、圧電発電体７の変形量Δｄを示す。この変形量Δｄは、圧電発電体７による発電電力量と読み替えることが可能である。
【００６２】
図７に示すように、レバー２の変位量Δｚがｚ１に達するまでは、変位量Δｚの増加に伴い、圧電発電体７の変形量Δｄは増加する。そして、変位量Δｚがｚ１に達した時点で、変形量Δｄは極大値ｄ１をとる。
【００６３】
しかしながら、変位量Δｚがｚ１に達した直後に反転バネ４が反転する（Δｚ＝ｚ２参照）。これにより、反転バネ４の反転前後の形状の違いに起因して、圧電発電体７の変形量Δｄが一時的に減少して極小値ｄ２をとる。その後、レバー２が最下点に達するまで、変位量Δｚが増加するに従って変形量Δｄは引き続き増加する（Δｚ＝ｚ２〜ｚ３参照）。
【００６４】
図３（Ｃ）にて説明したように、反転バネ４が反転すると、スイッチＸ，Ｙのうちの少なくとも一方に加えてスイッチＺもオンされる。そうすると、Ｈレベルのイネーブル信号Ｓｅｎが信号出力部１０３から出力されるので（図６の領域Ｋ６〜Ｋ８参照）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４が動作を開始する。
【００６５】
このように、比較例では、反転バネ４の反転直後に、言い換えるとレバー２の変位量Δｚ＝ｚ２における圧電発電体７の変形量Δｄの極小値ｄ２付近で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４による電圧変換が行なわれることになる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４による電圧変換が行なわれる電力が相対的に小さくなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の後段の制御回路１０５および送信部２００に十分な電力を供給することができない可能性がある。
【００６６】
そこで、本実施の形態においては、イネーブル信号Ｓｅｎの出力タイミングを反転バネ４の反転タイミングよりも遅延時間ΔＴだけ遅延させるための遅延回路１０６が信号出力部１０３に設けられた構成を採用する。
【００６７】
＜本実施の形態＞
図８は、本実施の形態に係る送信機の構成を概略的に示す回路ブロック図である。図８に示す送信機１００Ａは、圧電発電装置１００と、送信部２００とを備える。圧電発電装置１００は、比較例における信号出力部９０３（図４参照）に代えて信号出力部１０３を含む。信号出力部１０３は、遅延回路１０６をさらに含む点において、信号出力部９０３と異なる。なお、信号出力部１０３は、本開示に係る「指令出力部」に相当する。
【００６８】
遅延回路１０６は、たとえば一般的なＲＣ遅延回路（積分回路）であって、入力ノードＩＮｚと出力ノードＯＵＴとを結ぶイネーブル信号Ｓｅｎの伝送線路に設けられる。より詳細には、遅延回路１０６は、抵抗Ｒ６と、コンデンサＣ６とを含む。抵抗Ｒ６は、入力ノードＩＮｚとダイオードＤ４のアノードとの間に電気的に接続されている。コンデンサＣ６は、抵抗Ｒ６およびダイオードＤ４のアノードの接続ノードと、電力線ＧＬとの間に電気的に接続されている。送信機１００Ａ（圧電発電装置１００および送信部２００）のそれ以外の構成は、比較例に係る送信機９００Ａの対応する構成と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
【００６９】
次に、遅延回路１０６によるイネーブル信号Ｓｅｎの遅延時間ΔＴの設定手法について説明する。なお、遅延時間ΔＴは、本開示に係る「所定時間」に相当する。
【００７０】
図９は、本実施の形態におけるレバー２の変位量Δｚと圧電発電体７の変形量Δｄとの関係を示すグラフである。図７にて説明したように、変位量Δｚがｚ１に達した時点で、圧電発電体７の変形量Δｄが極大値ｄ１をとる。
【００７１】
本実施の形態において、遅延時間ΔＴは、反転バネ４の反転に伴いスイッチＺがオンされてから、圧電発電体７の変形量Δｄがｄ１よりも大きくなるまでに要する時間と等しいか、それよりも長くなるように定められる。これにより、圧電発電体７の変形量Δｄがｄ１以上かつｄ３以下（ｄ１≦Δｄ≦ｄ３）の状態において、イネーブル信号ＳｅｎがＤＣ／ＤＣコンバータ１０４のイネーブル端子ＥＮに出力されることになる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４から制御回路１０５および送信部２００に十分な電力を供給することが可能になる。
【００７２】
その一方で、遅延時間ΔＴが過度に長くなると、ユーザに違和感を与えてしまう可能性がある。より詳細に説明すると、ユーザがスイッチＸまたはスイッチＹを操作した時刻と、送信機１００Ａから受信器（図示せず）へとＲＦ信号が送信され所定の動作が行なわれる時刻との間の時間差（タイムラグ）がユーザによって感知可能な長さになると、スイッチを操作したにもかかわらず直ちに動作が行なわれていないとのストレス（違和感）をユーザに与えてしまう可能性がある。そのようなストレスをユーザに与えないようにするために、遅延時間ΔＴは、ある程度短い方が好ましい。一般に、１００ｍｓ以下のタイムラグはユーザに感知されないことが多いので、遅延時間ΔＴは、１００ｍｓ以下に設定することが好ましい。
【００７３】
＜送信機の動作タイムチャート＞
次に、送信機１００Ａの動作の一例として、ユーザがスイッチＸに対応する操作ボタン（図示せず）を押し下げる操作を行なった場合の送信機１００Ａの動作について、詳細に説明する。
【００７４】
図１０は、本実施の形態における送信機１００Ａの動作の一例を説明するためのタイムチャートである。図１０において、横軸は経過時間を示す。縦軸は、上から順に、外力Ｆｘのオン／オフ、スイッチＸのオン／オフ、スイッチＹのオン／オフ、スイッチＺのオン／オフ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４のイネーブル端子ＥＮの電位（Ｈレベル／Ｌレベル）、圧電発電体７の出力電圧Ｖ、放電指令のオン／オフを示す。
【００７５】
時刻ｔ１までの期間においては、スイッチＸ，Ｙ，Ｚがいずれもオフであるため、信号出力部１０３のイネーブル信号Ｓｅｎは、Ｈレベルである。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４のイネーブル端子ＥＮの電位は、Ｈレベルである（図６の領域Ｋ１参照）。しかしながら、圧電発電体７による発電がまだ行なわれていないため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は動作しておらず、圧電発電装置１００から送信部２００への電力供給は行なわれない。
【００７６】
時刻ｔ１において外力Ｆｘの付与が開始され、時刻ｔ２においてスイッチＸがオンになる。そうすると、イネーブル端子ＥＮの電位がＬレベルになる（図６の領域Ｋ２参照）。時刻ｔ２とほぼ同時に、圧電発電体７に撓み変形が生じ始め、この変形に伴って圧電発電体７による発電が開始される。圧電発電体７により発電された電力は、送信部２００へと供給されることなく圧電発電体７に蓄えられる。
【００７７】
時刻ｔ３において、反転バネ４が反転を始める。時刻ｔ４において、反転バネ４の反転が完了すると、スイッチＺがオンになる。なお、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間に生じた反転により、ユーザにクリック感が与えられる。
【００７８】
時刻ｔ４から遅延時間ΔＴだけ経過した後の時刻ｔ５において、イネーブル端子ＥＮの電位は、Ｈレベルになる（図６の領域Ｋ６参照）。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、圧電発電体７に蓄えられていた電力の電圧を変換し、制御回路１０５および送信部２００に供給する。送信部２００は、スイッチＸがオンされたことを示すＲＦ信号（図示せず）を出力する（第１の送信動作）。そのため、時刻ｔ５以降においては、圧電発電体７の出力電圧Ｖは低下する。
【００７９】
第１の送信動作が完了すると、時刻ｔ６において、制御回路１０５から放電回路１０１へと放電指令が出力される。これにより、圧電発電体７に蓄えられた電荷を放電させるためのリセット動作が開始される。具体的には、圧電発電体の電極間が短絡させられ、それにより圧電発電体７の出力電圧が０Ｖにリセットされる。その後、時刻ｔ７において、放電指令の出力が停止される。
【００８０】
時刻ｔ８において外力Ｆｘの付与が解除され始めると、反転バネ４が元の形状に復帰するための反転を始め、時刻ｔ９において反転バネ４の反転からの復帰が完了する。そうすると、時刻ｔ９とほぼ同時刻において、スイッチＺがオフになる。一方、スイッチＸは、依然としてオンのままである。
【００８１】
時刻ｔ９から遅延時間ΔＴだけ経過した後の時刻ｔ１０において、イネーブル端子ＥＮの電位は、Ｌレベルになる（図６の領域Ｋ２参照）。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、その動作を停止する。
【００８２】
時刻ｔ１０とほぼ同時に、外力Ｆｘが減少することによって圧電発電体７の撓み変形が解消し始める。この変形に伴って圧電発電体７による発電が行なわれる。発電された電力は、送信部２００へと供給されることなく圧電発電体７に蓄えられる。
【００８３】
時刻ｔ１１においてスイッチＸがオフになると、イネーブル端子ＥＮの電位は、Ｈレベルになる（図６の領域Ｋ１参照）。これに伴い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、圧電発電体７に蓄えられていた電力の電圧を変換し、制御回路１０５および送信部２００へと供給する。送信部２００は、スイッチＸがオフされたことを示すＲＦ信号（図示せず）を出力する（第２の送信動作）。
【００８４】
時刻ｔ１２において、外力Ｆｘの付与が終了する。時刻ｔ１２以降においては、圧電発電装置１００から送信部２００へと電力供給が行なわれることで圧電発電体７の出力電圧Ｖは低下する。その後、時刻１３〜時刻１４の期間において、時刻ｔ６〜時刻ｔ７の期間と同様のリセット動作が行なわれる。
【００８５】
なお、ここでは説明は省略するが、ユーザがスイッチＹに対応する操作ボタン（図示せず）を操作した場合、および、ユーザがスイッチＸ，Ｙに対応する操作ボタンを同時に操作した場合についても、上記説明に準じた一連の動作が実施されることになる。
【００８６】
以上のように、本実施の形態によれば、イネーブル信号ＳｅｎがＤＣ／ＤＣコンバータ１０４のイネーブル端子ＥＮへと出力されるタイミングが、信号出力部１０３に設けられた遅延回路１０６により遅延時間ΔＴだけ遅延される。遅延時間ΔＴを適切に定めることによって、圧電発電体７の変形量Δｄがｄ１以上かつｄ３以下（ｄ１≦Δｄ≦ｄ３）の状態において、イネーブル端子ＥＮの電位がＬレベルからＨレベルへと切り替わり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の電圧変換動作が行なわれるようになる。その結果、制御回路１０５および送信部２００に十分な電力を供給することが可能になる。
【００８７】
さらに、送信機１００Ａでは、ユーザが１回だけ操作ボタンを操作する間に、２回の送信動作（第１および第２の送信動作）が行なわれる。たとえば、第１の送信動作で送信されるＲＦ信号と、第２の送信動作で送信されるＲＦ信号とを異なる信号とし、かつ、それら両方のＲＦ信号を受信したことを条件に受信機（図示せず）が動作するように設定することにより、受信機の誤動作を防止することができる。ただし、２回の送信動作が行なわれることは必須ではなく、いずれか１回だけであってもよい。
【００８８】
また、イネーブル信号Ｓｅｎを遅延させることが目的であれば、出力ノードＯＵＴのすぐ前段または後段（すなわち、出力ノードＯＵＴとイネーブル端子ＥＮとの間）に遅延回路１０６を設けることも考えられる。しかしながら、そうすると、反転バネ４の反転時（第１の送信動作時）および反転からの復帰時（第２の送信動作時）の両方において、イネーブル信号Ｓｅｎの出力タイミングが遅延されることになる。
【００８９】
これに対し、本実施の形態において、遅延回路１０６は、入力ノードＩＮｚの後段に設けられる。このため、スイッチＺのオン状態／オフ状態の切り替え（時刻ｔ４，ｔ９参照）に伴うイネーブル信号Ｓｅｎの出力タイミングの遅延が行なわれる一方で、スイッチＸ，Ｙのオン状態／オフ状態の切り替え（時刻ｔ２，ｔ１１参照）によるイネーブル信号Ｓｅｎの出力タイミングの遅延は行なわれない。つまり、第１の送信動作時（反転バネ４の反転時）にはイネーブル信号Ｓｅｎの出力タイミングを遅延させる一方で、第２の送信動作時（反転バネ４の復帰時）にはイネーブル信号Ｓｅｎの出力タイミングを遅延させない。
【００９０】
本発明者の測定によれば、第２の送信動作時には、第１の送信動作時と比べて、大きな電力が圧電発電体７により発電される。そのため、制御回路１０５および送信部２００に十分な電力を供給可能である場合が多い。したがって、イネーブル信号Ｓｅｎの出力タイミングを遅延させないように遅延回路１０６を構成することで、第２の送信動作を早期に実施することが可能になる。
【００９１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９２】
１  第１のフレキシブル配線基板、２  レバー、２０  基部、２１，２２  立壁部、２１１，２２１  軸部、２３  ビス穴、３  第２のフレキシブル配線基板、４  反転バネ、５  補助バネ、６  ビス、７  圧電発電体、７１  圧電素子、８  ケース体、８０  底板部、８１，８２，８３，８４  側壁部、８１１，８１２，８２１  軸支孔、８５  支持部、１００，９００  圧電発電装置、１００Ａ，９００Ａ  送信機、１０１  放電回路、１０２  全波整流回路、１０３，９０３  信号出力部、１０４  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０５  制御回路、１０６  遅延回路、２００  送信部、２０１  アンテナ、２０２  ＲＦ回路、９０３Ａ  ＮＯＲ回路、９０３Ｂ  ＯＲ回路、Ｘ，Ｙ，Ｚ  スイッチ、Ｒ１〜Ｒ６  抵抗、Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード、Ｃ，Ｃ６  コンデンサ、Ｑ  スイッチング素子、ＧＬ，ＰＬ  電力線、ＩＮｘ，ＩＮｙ，ＩＮｚ  入力ノード、ＯＵＴ  出力ノード、Ｔ１，Ｔ２，Ｖｏｕｔ  出力端子、ＥＮ  イネーブル端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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