(57)【要約】【課題】電子機器のキィーボードのキィーを操作し続けることで、電子機器に必要な電力を十分に供給し続けることができ、その結果、外部電源や電池（本明細書では、蓄電池機能を有していない電池をいう。以下、同じ。）を頼ることなく、無電源でも電子機器を作動させ続けることができる無電源式電子機器を提供する。【解決手段】入力装置としてキィーボードを備えたコンピュータや電子端末、携帯電話、電子計算機等の電子機器において、上記キィーボードの少なくとも１以上のキィーの裏側に、板状に形成された圧電セラミックス体に歪み変形を供与することで発電する圧電発電装置を配設し、該圧電発電装置は、上記キィートップを押圧するたびに、上記圧電セラミックス体に振動を与えて電子機器の作動に必要な電力を得るように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置としてキィーボードを備えたコンピュータや電子端末、携帯電話、電子計算機等の電子機器において、上記キィーボードの少なくとも１以上のキィーの裏側に、板状に形成された圧電セラミックス体に歪み変形を供与することで発電する圧電発電装置を配設し、該圧電発電装置は、上記キィートップを押圧するたびに、上記圧電セラミックス体に振動を与えて電子機器の作動に必要な電力を得ることを特徴とする無電源式電子機器。
【請求項２】
前記キィーの１つは、エンターキィー或はスタート電源起動スイッチであり、電子機器の使用時に、上記エンターキィー或はスタート電源起動スイッチを複数回押圧することで、当該電子機器の起動用電源が得られることを特徴とする請求項１に記載の無電源式電子機器。
【請求項３】
前記圧電発電装置は、前記キィーボードの全てのキィーの押圧によって発電が実行されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の無電源式電子機器。
【請求項４】
前記圧電発電装置は、少なくとも一の圧電セラミックス体と、該圧電セラミックス体を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、該基部材の垂直部に固定された水平弾性体と、この水平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硬質の殴打体と、で構成し、上記殴打体の一方に前記キィーの押圧による外力を付与することで、他方の殴打体が共振作用によって上下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１乃至請求項３のいずれかに記載の電子機器。
【請求項５】
前記水平弾性体は、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殴打体も、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４に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キィーボードのキィーを押圧するたびに、当該電子機器の作動に必要な電力を得ることがでキィーるコンピュータや各種電子端末、携帯電話、電子計算機等の無電源式電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータや各種電子端末、携帯電話、電子計算機等の電子機器の電源としては、外部電源や電池が専ら利用されている。このため、これら従来の電子機器を使用する場合には、充電式電池が内蔵されているものも含め、外部電源がある場所に限定され、電池式の場合には交換用電池を容易しなければならない等、多くの制約が存在している。また、外部電源の場合には、各国によって電力供給方式が異なるため、各国の電源方式に対応したアタッチメントも必要となる、といった制約も存在するのが現状である。
【０００３】
ところで、これら電子機器には、入力装置としてキィーボードが装備されているが、これはあくまでも入力手段としての機能しか有していない。例えばパーソナルコンピュータは、パーソナルコンピュータ本体と、該本体に接続されたディスプレイ及びキィーボード装置から構成されており、上記本体は、その内部に基板等に実装されたＣＰＵを含む回路部や電源部，あるいは補助記憶装置等が収容されて構成されている。また、ディスプレイは、例えばＣＲＴによる表示画面を備えている。そして、上記キィーボード装置は、ケースの上面から、それぞれ頭部が突出するように配設された複数個のキィーを備えて構成されていると共に、ケーブルを介して本体に接続されている。
【０００４】
このような構成のパーソナルコンピュータによれば、キィーボード装置の各操作キィーを押下することにより、適宜のデータ等の入力等が行なわれて、本体内の上記ＣＰＵに入力され得ることになる。
【０００５】
一方、コンピュータの電源として圧電発電装置を使用するものとして、特許文献１に示すものが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１２９４４２号公報  この特許文献１に開示された技術は、コードレス式キィーボード装置に係り、キィーボード本体部と、該本体部とは別体に形成されコンピュータ等に接続される入力部とから構成されており、該本体部は、ケースと、該ケースの上面に頭部がそれぞれ突出するように配設された複数個のキィーと、各キィーの下方に配設され且つ対応するキィーの押下時に押圧される圧電素子と、各圧電素子からの出力電圧がそれぞれ印加される複数個の表示部を備えた液晶表示装置とを含んでおり、また上記入力部は、上記液晶表示装置の各表示部の表示状態を読み取るカメラと、該カメラからの出力信号に基づいて、キィー入力制御信号を外部に出力するインターフェースとを含んでいることを特徴とするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この特許文献１に開示された技術によれば、所望のキィーを押下した場合、当該キィーの下方に位置する対応する圧電素子が当該キィーにより押圧されるので、該圧電素子に所定の電圧が発生し、この圧電素子からの出力電圧が、液晶表示装置の対応する表示部に印加されることにより、この表示部は、透明または不透明の状態から、不透明または透明の状態に変化し、この表示部の透光状態の変化を、入力部のカメラが読み取ってインターフェースに出力することにより、該インターフェースは、対応するキィーを判断して、このキィーの入力信号に相当する信号を外部に、即ち接続されたコンピュータ等の本体に出力するので、コンピュータ等の本体に対して、キィー入力が行なわれ得る、というものであるが、圧電素子の具体的な構成が全く開示されておらず、操作キィーを押圧することで所定の電圧が発生するとは記載されているが、操作キィーの押圧による衝撃で圧電セラミックス体に歪み変形を与える程度の構造では、とても電子機器の作動電力を得るまでの発電量を得ることができないのが現状である。
【０００８】
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、電子機器のキィーボードのキィーを操作し続けることで、電子機器に必要な電力を十分に供給し続けることができ、その結果、外部電源や電池（本明細書では、蓄電池機能を有していない電池をいう。以下、同じ。）を頼ることなく、無電源でも電子機器を作動させ続けることができる無電源式電子機器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明にあっては、入力装置としてキィーボードを備えたコンピュータや電子端末、携帯電話、電子計算機等の電子機器において、上記キィーボードの少なくとも１以上のキィーの裏側に、板状に形成された圧電セラミックス体に歪み変形を供与することで発電する圧電発電装置を配設し、該圧電発電装置は、上記キィートップを押圧するたびに、上記圧電セラミックス体に振動を与えて電子機器の作動に必要な電力を得ることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の無電源式電子機器を技術的前提とし、前記キィーの１つは、エンターキィー或はスタート電源起動スイッチであり、電子機器の使用時に、上記エンターキィー或はスタート電源起動スイッチを複数回押圧することで、当該電子機器の起動用電源が得られることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２のいずれかに記載の無電源式電子機器を技術的前提とし、前記圧電発電装置は、前記キィーボードの全てのキィーの押圧によって発電が実行されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無電源式電子機器を技術的前提とし、前記圧電発電装置は、少なくとも一の圧電セラミックス体と、該圧電セラミックス体を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、該基部材の垂直部に固定された水平弾性体と、この水平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硬質の殴打体と、で構成し、上記殴打体の一方に前記キィーの押圧による外力を付与することで、他方の殴打体が共振作用によって上下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。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の無電源式電子機器を技術的前提とし、前記水平弾性体は、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殴打体も、ほぼ同じ形状・重量で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、入力装置としてキィーボードを備えたコンピュータや電子端末、携帯電話、電子計算機等の電子機器において、上記キィーボードの少なくとも１以上のキィーの裏側に、板状に形成された圧電セラミックス体に歪み変形を供与することで発電する圧電発電装置を配設し、該圧電発電装置は、上記キィートップを押圧するたびに、上記圧電セラミックス体に振動を与えて電子機器の作動に必要な電力を得るように構成したので、電子機器のキィーボードのキィーを操作し続けることで、電子機器に必要な電力を十分に供給し続けることができ、その結果、外部電源や電池を頼ることなく、無電源でも電子機器を作動させ続けることができる。
【００１５】
請求項２に記載した発明によれば、前記キィーの１つを、エンターキィー或はスタート電源起動スイッチとし、電子機器の使用時に、上記エンターキィー或はスタート電源起動スイッチを複数回押圧することで、当該電子機器の起動用電源が得られるように構成したので、電子機器の使用時に電子機器起動に必要な電力がない状態でも、上記エンターキィー或はスタート電源起動スイッチを複数回押圧するだけで、起動に必要な電力を容易に得ることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、前記圧電発電装置を、前記キィーボードの全てのキィーの押圧によって発電が実行されるように構成したので、いずれかのキィーを連続して押圧し続けることで、即ち、入力操作をし続けることで、自動的に発電作業が実行されるため、電子機器の作動に必要な電力を外部電源や電池に頼ることなく十分にチャージすることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、前記圧電発電装置を、少なくとも一の圧電セラミックス体と、該圧電セラミックス体を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、該基部材の垂直部に固定された水平弾性体と、この水平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硬質の殴打体と、で構成し、上記殴打体の一方に前記キィーの押圧による外力を付与することで、他方の殴打体が共振作用によって上下振動を連続して繰り返すように構成したので、上記振り子体の揺動時に、上記一対の殴打体のうちの一方の殴打体が、上記一対の圧電セラミックス体のうちの一方の圧電セラミックス体を殴打する殴打動作と、該一対の殴打体のうちの他方の殴打体が該一対の圧電セラミックス体のうちの他方の圧電セラミックス体から離れる離間動作と、を交互に連続して繰り返すため、従来の操作キィーで直接圧電セラミックス体に衝撃を加えて得られる電流出力よりも数十倍以上の発電量を、一回の振り子体の加振による交互に連続して繰り返される各殴打体の打撃により確実に得ることができ、この発電作動は、前記キィーを押圧し入力動作をし続ける限り、これが繰り返されるので、電子機器の作動電源として、実用レベルの発電量を確保することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、前記水平弾性体は、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殴打体も、ほぼ同じ形状・重量で形成したので、構造が簡易で小型化することができ、電子機器のキィーボード等に組み込んでも電子機器が大型化したり、重量が嵩む心配がなく、低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面に示す発明の実施例１に基づき、この発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明が適用されたキィーボード装置が接続されたパーソナルコンピュータの一例を示しており、該パーソナルコンピュータ１０は、本体１１と、該本体１１に接続されたディスプレイ１２と、キィーボード装置１３と、から構成されている。
【００２１】
本体１１は、その内部に基板等に実装されたＣＰＵを含む回路部や電源部、あるいは補助記憶装置等が収容されている。また、ディスプレイ１２は、例えばＣＲＴによる表示画面を備えている。
【００２２】
以上の構成は、従来のパーソナルコンピュータと同様の構成であるが、本実施例１によるパーソナルコンピュータ１０では、上記本体１１の電源部は、キィーボード装置１３のキィー２２を押圧することにより得られる圧電セラミックス体からの発電された電流をチャージすることができるように構成されている。
【００２３】
即ち、上記キィーボード装置１３は、キィーボード本体部２０が、ケース２１と、該ケース２１の上面に頭部がそれぞれ突出するように配設された複数個のキィー２２と、から構成されている。
【００２４】
図２は、上記キィーボード装置１３の電気的構成を示しており、キィーボード本体部２０は、その各キー２２の下方に配設された圧電発電装置２４を備えて構成されている。
【００２５】
各圧電発電装置２４は、図３に示すように、フレーム５０と、該フレーム５０の上面５０Ａの一方に配設された圧電セラミックス体６０と、該圧電セラミックス体６０を該圧電セラミックス体６０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６１と、上記フレーム６０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５１Ａと、該基部材５１Ａの垂直部５１Ａ１に固定された水平弾性体５２Ａ，５２Ｂと、この水平弾性体５２Ａ，５２Ｂの両端部にそれぞれ固定されてなる硬質の殴打体である鋼球５３Ａ，５３Ｂと、で構成されており、上記鋼球５３Ｂに各キィー２２の押圧外力Ｆを付与することで、他方の鋼球５３Ａが共振作用によって上下振動を連続して繰り返し、上記圧電セラミックス体６０を殴打して該圧電セラミックス体６０に衝撃を与え発電させるように構成されている。
【００２６】
即ち、棒状ステンレス等の金属体で形成されてなる上記水平弾性体５２Ａ，５２Ｂは、上記基部材５１Ａの垂直部５１Ａ１の下端部からｌ０の高さ位置から同じ長さｌ１，ｌ２を有して溶接固定されている。
【００２７】
ここで、一例として、図３に示す鋼球５３Ａ，５３Ｂを０．６ｇの鋼球で形成し、水平弾性体５２Ａ，５２Ｂ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５１Ａのｌ０寸法を１５mmに設定した場合、鋼球５３Ａ，５３Ｂの上下振幅ストロークは１４〜１５ｍｍであった。この構成からなる圧電発電装置１Ａによる発電量を、前記図８に示す測定装置と同様の測定装置で電圧を測定した。その結果を、図４に示す。勿論、この発明にあっては、各キィー２２の下方に配設される圧電発電装置２４は、上記一例の寸法よりも大幅に小型化されたものを用いるが、ここでは、１回の押圧外力Ｆによる従来構造のものと本発明のものの発電量の相違を明らかにするため、ここで説明している。
【００２８】
図４に示すデータからも明らかなように、上記鋼球５３Ｂに押圧外力Ｆを１度与えると、鋼球５３Ａが上下方向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＝ｌ２，５３Ａ＝５３Ｂとして図３左側の固有振動数と右側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、左側の固有周波数（ｎ・ｆｏ）を右側の固有周波数（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５３Ａの振動継続時間を長くすることができる。
【００２９】
また、この実施例１に係る圧電発電装置２４は、部品点数が非常に少なく、低コストで提供することができると共に、装置を非常に小さくすることができるので、比較的電力を必要とするパーソナルコンピュータの電源として用いることが可能である。
【００３０】
尚、上記実施例１では、前記水平弾性体５２Ａ，５２Ｂと基部材５１Ａ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。
【００３１】
また、この実施例１に用いられる圧電セラミックス体６０は、同一実施（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を、各圧電セラミックス素子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を配置し、これら圧電セラミックス素子と金属電極を接合して構成されたものが用いられる。
【００３２】
金属電極を上記極薄の厚さとすることで、該金属電極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と金属電極の接合面を中心（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が伸長すれば他方の側の圧電セラミックス素子は収縮し、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は並列に接続された発電構成となる。
【００３３】
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及び金属電極に導電接続されたリード線を用いて取り出される。
【００３４】
さらに、ここでは２枚の圧電セラミックス素子を、金属電極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を形成する。
【００３５】
このように、圧電セラミックス素子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６０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６０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。
【００３６】
尚、この実施例に用いられる前記クッション材６１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６１を用い、しかも、このクッション材６１を接着材を用いて圧電セラミックス体６０に固着したのは、圧電セラミックス体６０の振動を減衰させないためである。圧電セラミックス体６０が振動する場合、この圧電セラミックス体６０を支持する部材は圧電セラミックス体６０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６１を用いて極力圧電セラミックス体６０を自由な状態におくのが望ましい。
【００３７】
この発明のように、圧電セラミックス体６０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６０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６０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６０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６１を用いることで、圧電セラミックス体６０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６１は圧電セラミックス体６０に加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。
【００３８】
本実施例１に係るキィーボード装置１３が接続されたパーソナルコンピュータ装置１０は、以上のように構成されており、キィーボード装置１３の所望のキィー２２を押下すると、当該キィー２２の下方に位置する対応する鋼球５３Ｂが当該キィー２２により押圧され、この後、キィー２２は、復帰弾性体の作用によって原位置へと復動するが、鋼球５３Ｂは、キィー２２が復動すると同時にキィー２２の押圧から開放されるので、水平弾性体５２Ｂの弾性によって上下に振動を繰り返し、これに伴い、他方の鋼球５３Ａが共振作用によって上下振動を連続して繰り返し、上記圧電セラミックス体６０を殴打して該圧電セラミックス体６０に衝撃を与え、連続発電が実行され、これにより得られた電流は、パーソナルコンピュータ本体１１との接続コード１４を介して本体１１の電源部へと送られ、チャージされて所定電圧まで蓄電された後、パーソナルコンピュータ１０及びディスプレイ装置１２並びにキィーボード装置１３の駆動電源として使用される。
【００３９】
勿論、上記本体１１の電源部に、パーソナルコンピュータ１０及びディスプレイ装置１２並びにキィーボード装置１３の駆動電源としての電力が蓄電されていない場合には、例えば、エンターキィー或は別途設けた電源スタートキィーを、必要なだけ押圧することで、これらキィーの圧電発電装置２４が発電を開始し、一定電圧（例えば、ＬＥＤの色を変える等のインジケータ手段を設けて確認できるように構成する。）が得られた後、パーソナルコンピュータ１０を起動させるように構成することで、外部電源に頼ることなく、パーソナルコンピュータ１０を起動させることができ、しかも、その後は、入力作業を続ける限り発電作用が継続して実施されるため、途中で電力が不足する、といった不具合も発生せず、電池切れによる「使用不能」といった事故が発生しないので、安心して使用し続けることができる。
【００４０】
尚、上記実施例１においては、パーソナルコンピュータに接続されるキィーボート装置１３に圧電発電装置２４を組み込んだ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、例えばワードプロセッサ、さらにはキィーボード装置または複数のボタンスイッチ等を有する各種電子機器等の入力用のキィーボード装置に、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施例１に係るキィーボード装置が接続されたパーソナルコンピュータの概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】同キィーボード装置の電気的構成を示す説明図である。
【図３】同キィーボード装置の各キィーの下部に配設される圧電発電装置の構成を拡大して示す構成説明図である。
【図４】同圧電発電装置の発電量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０  パーソナルコンピュータ
１３  キィーボード装置
２２  キィー
５１Ａ  基部材
５１Ａ１  基部材の垂直部
５２Ａ，５２Ｂ  水平弾性体
５３Ａ  一方の鋼球（一方の殴打体）
５３Ｂ  他方の鋼球（他方の殴打体）
６０  圧電セラミックス体
６１  クッション材
【図１】
2005184960.tif 000003
【図２】
2005184960.tif 000004
【図３】
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【図４】
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