(57)【要約】無電源方式でなければならない場所や無電源方式が好適な場所に設置される監視装置の電源として、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、一回の打撃により確実に得ることができると共に、この打撃を自動的に繰り返し得ることができる手段と併用した圧電発電装置を採用する。実用レベルの発電量を確実に確保することができる無電源式監視装置を提供する。
2004077653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物のドアや窓の開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を監視するセキュリティ装置の電源を、圧電セラミックス体を用いた圧電発電装置で供給するように構成してなる無電源式セキュリティ装置において、上記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、一対の圧電セラミックス体と、該各圧電セラミックス体を該各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、加振により一の弾性体を介して揺動する振り子体と、上記一の弾性体の両端に固定されて該弾性体と直交する方向に延びる一対の他の弾性体と、該一対の他の弾性体の各先端部にそれぞれ固定されて上記一対の圧電セラミックス体を交互に殴打して該各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ことで連続的な発電を可能としたことを特徴とする無電源式監視装置。
【請求項２】
前記一の弾性体を矩形板状の板バネ又はコイルバネで構成し、前記一対の他の弾性体を円柱状の棒バネ又は矩形状の板バネ若しくはコイルバネとしたことを特徴とする請求の範囲１に記載の無電源式監視装置。
【請求項３】
前記振り子体の揺動時に、前記一対の他の弾性体が各殴打体の各圧電セラミックス体への殴打動作と離間動作とを交互に連続して繰り返す間欠機構を構成することを特徴とする請求の範囲２に記載の無電源式監視装置。
【請求項４】
建物のドアや窓の開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を監視するセキュリティ装置の電源を、圧電セラミックス体を用いた圧電発電装置で供給するように構成してなる無電源式セキュリティ装置において、上記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、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、該基部材に固定された一対の弾性体と、この一対の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無電源式監視装置。
【請求項５】
前記一対の弾性体は、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の範囲４に記載の無電源式監視装置。
【請求項６】
前記一対の弾性体と基部材との連結は、ねじ止め、かしめ止め、接着剤或は溶接のいずれかの手段を用いて一体化したことを特徴とする請求の範囲４又は請求の範囲５のいずれかに記載の無電源式監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、圧電セラミックス素子を用いた圧電発電装置を利用して、建物のドアや窓の開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を無電源で検知することができる無電源式セキュリティ装置に関する。
【背景技術】  建物の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、ガラスやドアを壊す等して、その作動を故意に停止させることも可能である。
さらに、従来のこの種のセキュリティ装置では、作動用電源の配線を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。
このような問題は、建物或は部屋への入退出監視装置や駐車場における入出庫状態を監視する装置にも共通するものである。
このような問題を解決する手段として、圧電セラミックス素子を用いた圧電発電装置を利用し、無電源で上記各状態を監視できるように構成する方法も考えられる。
圧電材料は機械的エネルギーと電気的エネルギーとの間の変換素子用として多彩な応用面をもっている。圧電効果を示す物質は無機・有機ともに多くの材料が知られているが、現在実用レベルにある材料としてセラミックスのＰＺＴ系（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の材料がある。
圧電セラミックス素子は、多結晶体に、直流高電圧を印加し残留分極を発生させて圧電性をもたせた素子であり、組成によりかなり自由に基本圧電定数を変化させることができるので、その用途は広い。特に、チタンジルコン酸亜鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックス素子は、組成比や添加物の選択幅が広く適用範囲は多彩である。
ところで、従来の圧電セラミックス素子を用いた圧電発電装置は、アクリル材等の基本に圧電セラミックス素子板を接合し、基板の両端部を金属等の硬質材からなるホルダで固定したものである。そして、セラミックス素子板の上から鋼製の球を落下させて、圧電素子板に衝突による機械的衝撃エネルギーを印加し、基板を含めた圧電素子板にたわみ振動を励起して電気エネルギーを取り出すものである。
しかしながら、上記従来のＰＺＴ系の圧電セラミックス素子は、実用性が期待されているものの、発電量が非常に少ないため、圧電発電装置としては実用性に欠けるという問題があった。これは、この種の圧電セラミックス素子を用いた圧電発電装置にあっては、圧電セラミックス素子板の固有振動をできる限り長く継続させる必要が不可欠であると共に、いかに強力、かつ有効な衝撃力を圧電セラミックス素子に供与するか、が重要な要因となるためである。
しかしながら、従来の上記圧電発電装置にあっては、圧電セラミックス素子板の固有振動が機械的な抵抗を伴わない支持構造ではないと共に、圧電セラミックス素子への衝撃力も、例えば、特開２００１−１４５３７５号公報に示すように、依然として鋼球で供与する構造のものが殆どであり、このような鋼球を用いた構造で十分な発電量を得ようとする場合は、該鋼球をできるだけ数多く圧電セラミックス素子に衝突させる他に手立てがない、というのが現状である。
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、無電源方式でなければならない場所や無電源方式が好適な場所に設置される監視装置を、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、一回の打撃により確実に得ることができると共に、この打撃を自動的に繰り返し得ることができる手段と併用して圧電発電装置を構成することで、この種の監視装置の電源として、実用レベルの発電量を確実に確保することができる無電源式監視装置を提供しようとするものである。
【発明の開示】
上記目的を達成するため、請求の範囲１に記載の発明は、物のドアや窓の開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を監視するセキュリティ装置の電源を、圧電セラミックス体を用いた圧電発電装置で供給するように構成してなる無電源式セキュリティ装置において、上記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、一対の圧電セラミックス体と、該各圧電セラミックス体を該各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、加振により一の弾性体を介して揺動する振り子体と、上記一の弾性体の両側に固定されて該一の弾性体と直交する方向に延びる一対の他の弾性体と、該一対の他の弾性体の各先端部にそれぞれ固定されて上記一対の圧電セラミックス体を交互に殴打して該各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ことで連続的な発電を可能としたことを特徴とする。
請求の範囲２に記載の発明は、請求の範囲１に記載の無電源式監視装置を技術的前提とし、前記一の弾性体を矩形板状の板バネ又はコイルバネで構成し、前記一対の他の弾性体を円柱状の棒バネ又は矩形状の板バネ若しくはコイルバネとしたことを特徴とする。
請求の範囲３に記載の発明は、請求の範囲２に記載の無電源式監視装置を技術的前提とし、前記振り子体の揺動時に、前記一対の他の弾性体が各殴打体の各圧電セラミックス体への殴打動作と離間動作とを交互に連続して繰り返す間欠機構を構成することを特徴とする。
請求の範囲４に記載の発明は、建物のドアや窓の開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を監視するセキュリティ装置の電源を、圧電セラミックス体を用いた圧電発電装置で供給するように構成してなる無電源式セキュリティ装置において、上記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、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一対の弾性体と、この一対の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。
請求の範囲５に記載の発明は、請求の範囲４に記載の無電源式監視装置を技術的前提とし、前記一対の弾性体は、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。
請求の範囲６に記載の発明は、請求の範囲４又は請求の範囲５のいずれかに記載の無電源式監視装置を技術的前提とし、前記一対の弾性体と基部材との連結は、ねじ止め、かしめ止め、接着剤或は溶接のいずれかの手段を用いて一体化したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明に係る監視装置が取り付けられた引き戸の取り付け状態を示す正面説明図である。
図２は、同監視装置が組み込まれたクレセント錠の構成を示す構成説明図である。
図３は、同監視装置に組み込まれた圧電発電装置の概略的な構成を示す構成図である。
図４（ａ）は、同圧電発電装置の振り子体および一対の殴打体の変位量を示す波形図、（ｂ）は同振り子体及び一対の殴打体の速度の波形図である。
図５は、同圧電発電装置による発電量を測定する回路を示す図である。
図６は、同測定回路により測定された圧電発電装置の発電量を示すグラフである。
図７は、この発明に係る監視装置に組み込まれる他の圧電発電装置の概略的な構成を示す構成図である。
図８は、図５に示す測定回路と同様の測定回路により測定された他の圧電発電装置の発電量を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１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２０に本監視装置Ｋを取り付けた場合を示している。
本実施例１に係る窓２０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２１に、２枚の引き戸２２，２３が勝手違いにスライド自在に嵌合されて構成されており、この引き戸２２の内側縦枠部２４に本監視装置Ｋが配設されてなるクレセント錠２５が、他方の引き戸２３に配設された係止体（図示せず）と係脱自在に配設され、本監視装置Ｋが、上記窓２０の開閉作動に連動して作動し、この窓２０の開閉を検知するように配設されている。
このクレセント錠２５の基本的な構成は、図２に示すように、操作レバー部２６と、この操作レバー部２６に連設され、かつ軸を回転中心として回転自在に保持された略半円状の係止部２７と、から構成されており、操作レバー部２６を把持して係止部２７を回転操作することで、該係止部２７を他方の引戸２３に取り付けられた係止体に係合させる。
また、この実施例１では、上記軸の内方側には、図３に示す作動体２８をクレセント錠２５の係止部２７の回転作動によって押圧する連動片２９が配設されており、該連動片２９が作動体２８を押圧することで、中心部が軸支された作動体２８の他端部が回動して圧電発電装置１の後記する鋼球５０を図３時計方向に押圧するように構成されている。尚、この作動体２８は、上記連動片２９による押圧作業が終了した後は、図示しないスプリングの付勢力により元の位置まで自動的に復動するように構成されており、この復動時にも当該作動体２８が鋼球５０を図３反時計方向に押圧するように配設されている。
一方、上記圧電発電装置１は、図３に示すように、引き戸２２の内側縦枠部２４に固定されるフレーム９と、該フレーム９の上面９ａの上下両側に配設された一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂと、該一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを該各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂ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３と、加振により矩形板状の板バネ５１を介して揺動する球状の錘（振り子体）５０と、上記板バネ５１の上下両側に固定されて該板バネ５１と直交する垂直方向に延びる円柱状で一対の棒バネ５２，５２′と、該一対の棒バネ５２，５２′の各先端部５２ａにそれぞれ固定されて上記一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを交互に殴打して該各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂに衝撃を与える錘を兼ねた鋼球（硬質の殴打体）５３，５３′と、で構成されている。
上記一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂ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、これら各圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと極薄の厚さの金属電極１１を接合して構成されている。
そして、例えば、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。即ち、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９Ａ，９Ｂ，９Ｃを用いて取り出される。
また、各クッション材３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３の中央部のみ或いは両端部を接着材を用いて各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを固着してあると共に、フレーム９の上面９ａに接着材を用いて固着されている。これにより、各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂの振動は可及的に減衰しにくくなる。即ち、各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂが振動する場合、この各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを支持する部材は各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂ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３を用いて極力各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを自由な状態におく。
この各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂ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、この固有振動を各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂ以外の他の構成体に伝えないことが重要である。各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂ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、前記各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３を用いることで、各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂ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３は圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂに加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。尚、各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂの殴打面の中央部にプロテクタ板（図示せず）を固着してもよい。このプロテクタ板は、金属製或いは合成樹脂製等で形成されており、各鋼球５３，５３′の殴打から各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを保護する。
矩形板状の板バネ５１は、その下端部５１ｃをフレーム９に固定することで該フレーム９に対して水平方向に延設されている。この板バネ５１の先端部５１ａに球状の錘５０が固定されている。また、板バネ５１の下端側における中途部５１ｂの中央には垂直上下方向に一対の棒バネ５２，５２′の各基端部５２ｂをそれぞれ固定してある。これにより、垂直方向に一対の棒バネ５２，５２′は板バネ５１と直交する垂直方向に等距離延びている。そして、一対の棒バネ５２，５２′の各先端部５２ａに錘を兼ねた鋼球５３，５３′がそれぞれ固定されている。
そして、図３の矢印に示すように、錘５０或いは板バネ５１を上下に加振して錘５０が上下方向に揺動すると、殴打体としての一対の鋼球５３，５３′のうちの一方の鋼球（一方の殴打体）５３が一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂのうちの一方（図３中下側）の圧電セラミックス体１０Ａを殴打する殴打動作と該一対の鋼球５３，５３′のうちの他方の鋼球（他方の殴打体）５３′が該一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂのうちの他方（図３中上側）の圧電セラミックス体１０Ｂから離れる離間動作とを上下交互に連続して繰り返すように構成されている。即ち、上記錘５０の揺動時に、上記一対の棒バネ５２，５２′が各鋼球５３，５３′の各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂへの殴打動作と離間動作とを上下で交互に連続して繰り返す間欠機構を構成している。
このように構成されてなる連続加振型の圧電発電装置１では、板状に形成された一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂに一対の鋼球５３，５３′の殴打で歪み変形を供与することで発電する。即ち、錘５０或いは板バネ５１を前記作動体２８によって一回加振し、該錘５０を上下方向に揺動させて運動エネルギーを溜める。この溜まった運動エネルギーを上下一対の棒バネ５２，５２′のいずれか一方で交互に加振して各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂに対して各鋼球５３，５３′を交互に連続して繰り返し殴打することで発電する。
この際の上記錘５０の変位量（揺動量）と上記各鋼球５３，５３′の変位量の位相の関係を図４（ａ）に示し、上記錘５０の速度（角速度）と上記各鋼球５３，５３′の速度（加振速度）の位相の関係を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）の波形図において、錘５０の変位を実線Ａで示し、一方の鋼球５３の変位を一点鎖線Ｂで示し、他方の鋼球５３′の変位を二点鎖線Ｃで示す。また、図４（ｂ）の波形図において、錘５０の速度を実線Ｅで示し、一方の鋼球５３の速度を一点鎖線Ｆで示し、他方の鋼球５３′の速度を二点鎖線Ｇで示す。
図４（ａ），（ｂ）の波形図から判るように、この繰り返し加振する振動型の圧電発電装置１では、錘５０の揺動力（運動エネルギー）の蓄積と一対の鋼球５３，５３′の各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂへの殴打による消費を分けて、錘５０の動きと各鋼球５３，５３′の動きを一次遅れ（位相にして９０°前後の遅れが最適である）にすることにより、錘５０の速度がゼロ或いは小さいときに、一方の鋼球５３又は他方の鋼球５３′の速度を最高値にすることができる。これにより、各鋼球５３，５３′の各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂへの加振速度を最大にして、かつ、錘５０の振動（揺動）を連続して繰り返すことができる。
また、上記錘５０の揺動時に、該錘５０を固定した板バネ５１の上下に固定された一対の棒バネ５２，５２′が、各鋼球５３，５３′の一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂへの殴打動作と離間動作とを左右交互に連続して繰り返す間欠機構（一次遅れ機構）を構成するので、この間欠機構なしで加振した場合（即ち、板バネ５１の片側のみに鋼球を固定した場合）に比べて、一回の錘５０の加振により各鋼球５３，５３′の打撃を交互に連続して繰り返して行うことができる。
尚、間欠機構なしで加振した場合には、錘５０が速度を持っている時に急な衝突により速度がゼロとなるため、一撃の運動エネルギーは大きいものの、繰り返し運動にすることができない。しかしながら、本実施例では、一対の棒バネ５２，５２′により、図４（ｂ）に示すように、錘５０の最高速の位置よりも各鋼球５３，５３′の最高速の位置を遅らせて、錘５０の速度がゼロ或いは小さい時に、一方の鋼球５３又は他方の鋼球５３′の速度を最高値にして最大の殴打値で各圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを殴打することができる。これにより、発電効率が従来のものと比較して数十倍以上得ることができ、例えば、建物のドアや開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を監視するセキュリティ装置の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。しかも、本振動型の圧電発電装置１は、構造がより簡単であり、かつ、より大きな出力電流を得ることができ経済的でもあるため、実用的である。
このように、上記錘５０の揺動時に、上記一対の鋼球５３，５３′のうちの一方の鋼球５３が上記一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂのうちの一方の圧電セラミックス体１０Ａを殴打する殴打動作と該一対の鋼球５３，５３′のうちの他方の鋼球５３′が該一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂのうちの他方の圧電セラミックス体１０Ｂから離れる離間動作とを上下で交互に連続して繰り返すように構成したので、従来の一つ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、一回の錘５０の加振による交互に連続して繰り返される各鋼球５３，５３′の打撃で、より確実に得ることができる。
ここで、図３に示す錘５０を６．３ｇの鋼球で形成し、板バネ５１を幅５ｍｍ，厚さ０．４ｍｍ，長さ２８ｍｍのバネ鋼で形成し、一対の棒バネ５２，５２′をφ０．５ｍｍ，長さ２０ｍｍのピアノ線で夫々形成し、一対の鋼球５３，５３′を０．６５ｇの鋼球で夫々形成し、さらに、一対の圧電セラミックス体１０Ａ，１０Ｂを５．８ｍｍ×１７．５ｍｍ×２ｍｍで構成し、クッション材３を厚さ２ｍｍの発泡ポリウレタンで形成し、図５に示す測定装置で電圧を測定した。その結果を、図６に示す。
図６に示すデータからも明らかなように、上記錘５０を１度加振すると、上記一対の鋼球５３，５３′が、減衰されることなく殴打動作を上下で交互に連続して繰り返し、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。
また、振り子体としての錘５０を揺動させる矩形板状の板バネ５１を用いると共に、先端部５２ａに殴打体としての各鋼球５３，５３′を固定した一対の円柱状の棒バネ５２，５２′を用い、この一対の棒バネ５２，５２′が、上記錘５０の揺動時に、各鋼球５３，５３′の一対の圧電セラミックス体１０，１０への殴打動作と離間動作とを上下で交互に連続して繰り返す間欠機構を構成したので、簡単でかつ安価な機構により各鋼球５３，５３′の一対の圧電セラミックス体１０，１０への打撃力を上下で交互に連続的に繰り返して得ることができる。
尚、上記実施例１では、矩形状の板バネ５１と棒バネ５２，５２′とを用いて連続的な振動を得るように構成した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、板バネ５１をコイルバネで構成し、また、円柱状の一対の棒バネ５２，５２′を矩形状の板バネ又はコイルバネで構成しても同様の効果が得られる。
図７は、この発明の実施例２に係る圧電発電装置１Ａを示しており、該圧電発電装置１Ａは、引き戸２２の内側縦枠部２４に固定されるフレーム９と、該フレーム９の上面９ａの下側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３と、上記フレーム９の平面に固定された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の水平部５１Ａ１に固定された垂直弾性体５２Ａ，５２Ｂと、この垂直弾性体５２Ａ，５２Ｂの他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に前記作動体２８による外力Ｆを付与することで、他方の鋼球５３Ａが共振作用によって連続して左右に振動を繰り返し、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。尚、本実施例２において、実施例１と同様の構成部分については、図面に実施例１と同一の符号を付して、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垂直弾性体５２Ａ，５２Ｂは、上記基部材５１Ａの水平部５１Ａ１の右端部からｌ０の幅位置部分から同じ長さｌ１，ｌ２を有して溶接固定されている。
ここで、図７に示す鋼球５３Ａ，５３Ｂを０．６ｇの鋼球で形成し、垂直弾性体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の左右振幅ストロークは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５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８に示す。
図８に示すデータからも明らかなように、上記鋼球５３Ｂに外力Ｆを１度与えると、鋼球５３Ａが左右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３では、ｌ１＝ｌ２，５３Ａ＝５３Ｂとして図７下側の固有振動数と上側の固有振動数とを同一に設定し、上下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、下側の固有周波数（ｎ・ｆｏ）を上側の固有周波数（ｆｏ）の整数倍にすることができ、その結果、上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。
また、この実施例２に係る圧電発電装置１Ａは、前記実施例１の装置に比べて、部品点数が大幅に削減され、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、特に、比較的電力を必要とする機器の電源として実用性が大いに期待することができる。
尚、上記実施例２では、前記垂直弾性体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。
また、上記各実施例は、この発明に係る圧電発電装置を窓Ｗの開閉を監視するクレセント錠２０に取り付けて監視装置を構成した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、建物のドアの開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態等を監視する各種セキュリティ装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】  本発明に係る無電源式監視装置から得られる効果は次のとおりである。
請求の範囲１に記載の発明は、建物のドアや窓の開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を監視するセキュリティ装置の電源を、圧電セラミックス体を用いた圧電発電装置で供給するように構成してなる無電源式セキュリティ装置において、上記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、一対の圧電セラミックス体と、該各圧電セラミックス体を該各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、加振により一の弾性体を介して揺動する振り子体と、上記一の弾性体の両側に固定されて該一の弾性体と直交する方向に延びる一対の他の弾性体と、該一対の他の弾性体の各先端部にそれぞれ固定されて上記一対の圧電セラミックス体を交互に殴打して該各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ことで連続的な発電が可能となるように構成したので、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、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ると共に、この振り子体の加振を自動的に繰り返し得ることができる手段と併用することで、電源が確保しにくい場所に設置される上記各種監視装置の電源として、実用レベルの発電量を確保することができる、という効果を得ることができる。
請求の範囲２又は請求の範囲３のいずれかに記載の発明によれば、簡単でかつ安価な機構により各殴打体の打撃力を交互に連続的に繰り返して得ることができ、監視装置のように比較的電力を必要とする機器の電源として、実用レベルの発電力が得られ、この種の監視装置を正確に作動させることができる。
請求の範囲４に記載の発明は、建物のドアや窓の開閉作動状態、建物或は部屋への入退出状態、駐車場等への車両の入出庫状態を監視するセキュリティ装置の電源を、圧電セラミッラス体を用いた圧電発電装置で供給するように構成してなる無電源式セキュリティ装置において、上記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、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一対の弾性体と、この一対の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、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、一回の外力付与による共振作用により、殴打体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、電源が確保しにくい場所に設置される上記各種監視装置の電源として、実用レベルの発電量を、よりコンパクトで廉価に確保することが可能となる、という効果を得ることができる。
請求の範囲５及び請求の範囲６に記載の発明によれば、簡単でかつ安価な機構により各殴打体の打撃力を、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、コンパクトで比較的電力を必要とするこの種の監視装置の電源として実用レベルの発電力が得られる、という効果が得られる。
【図１】
2004077653.tif 000003
【図２】
2004077653.tif 000004
【図３】
2004077653.tif 000005
【図４】
2004077653.tif 000006
【図５】
2004077653.tif 000007
【図６】
2004077653.tif 000008
【図７】
2004077653.tif 000009
【図８】
2004077653.tif 000010
【国際調査報告】
2004077653.tif 000011
2004077653.tif 000012
2004077653.tif 000013
2004077653.tif 000014