JP2018064439A - エネルギー形態変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、電子ライター等のエネルギー形態変換装置にあっては、着火操作時に連動してケース側面に設けられた情報伝達手段を作動させ、メッセージ等の表示を行わせるものはあったがエネルギー効率等については考慮されていなかった。【解決手段】イグナイター装置等のエネルギー形態変換装置で発生した電気的エネルギーを共振回路を用いて効率よく抽出し、それを無駄なく有効に使用できるようにする。【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、圧電セラミック等をハンマーリングすることによって高電圧・高周波数のエネルギーを瞬間的に発生するエネルギー形態変換装置に関し、特にその発生した高電圧・高周波数のエネルギーを最大限に取り出すものである。

従来、この種のエネルギー形態変換装置の一例として電子ライターがあるので、まずその構成の概要を図４に基づいて以下に説明する。
この電子ライターは、圧電セラミック１を用いるもので、その圧電セラミック１の表面をハンマーリングするためのトリガースイッチ２を有し、そのスイッチ２を押圧操作（矢印Ａ方向に押圧）することにより瞬間的にハンマーリングが行われる。それによって、圧電セラミック１は高電圧・高周波数のエネルギーの火花で燃料タンク８内から出てきた燃料に着火し、炎９を得るものである。また、これと同時に高電圧・高周波数のエネルギーは、電波となし、アンテナ３によって検出され、この後ＩＣ回路４を作動開始せしめると共に、情報伝達手段７を介してケース６側面に設けられたＬＥＤ表示器にメッセージ等を表示するものである（特許文献１参照）。

特開平１１−２５７６５８号公報

以上に述べたように従来のエネルギー形態変換装置にあっては、電子ライターの着火操作時に連動してケース６側面に設けられた情報伝達手段７を作動させ、メッセージ等の表示を行わせるもので、このハンマーリングに伴う電気的エネルギーを着火と表示の双方に活用するものであった。
そのため、ハンマーリングに伴って発生したエネルギーを効率よく回収して有効に活用しようという技術思想は全くなかった。

そこで、本発明は、イグナイター装置等のエネルギー形態変換装置で発生した電気的エネルギーを共振回路を用いて効率よく抽出し、それを無駄なく有効に使用できるようにすることを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、固有周波数のパルスを、外部からの力学的エネルギーの印加に伴って出力するエネルギー変換手段と、該エネルギー変換手段から出力されるパルスと同一又はその近傍の周波数になるように共振周波数が設定され、前記エネルギー変換手段から出力されるパルスから前記共振周波数と同一又は近傍の周波数成分を抽出する共振回路と、作動装置とを備え、該作動装置は、前記共振回路で抽出されたパルスに基づいて電圧情報、またはスイッチ情報を作成するものである。

また、第２の課題解決手段は、前記エネルギー変換手段を前記圧電セラミックとしたものである。

また、第３の課題解決手段は、前記エネルギー変換手段と前記共振回路とを一体的に、また前記作動装置を別体的に構成したものである。

また、第４の課題解決手段は、前記共振回路の出力側に発光素子を接続し、受光素子を前記作動装置の入力側に接続したものである。

次に、上記第１の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、共振回路の共振周波数を前記エネルギー変換手段から出力される所定の周波数に一致、またはその近傍の値に設定したので、エネルギー変換手段から出力されるパルスから、前記エネルギー変換手段の出力する周波数に一致、またはその近傍の周波数の成分を効率よく取り出せ、無駄なく電源として使用したり、スイッチ信号として利用できる。

また第２の課題解決手段による作用は、前記エネルギー変換手段を前記圧電セラミックとすることによって安価で、かつ高い信頼性のものが得られる。

また第３の課題解決手段による作用は、前記作動装置を、前記エネルギー変換手段と共振回路とから別体に構成することによって前記作動装置を所望の場所に長い信号線を配索せずに設けられるので、低コスト化につながる。

また第４の課題解決手段による作用は、前記共振回路の出力側と作動装置の入力端子とを発光素子、受光素子で結合することによって、電波を使用できない場所に代替品として容易に設置できる。

上述したように本発明によるエネルギー形態変換装置は、共振回路の共振周波数をエネルギー変換手段の固有周波数に一致、またはその近傍の値に設定することによってエネルギー変換手段に発生する高電圧・高周波数のパルスを効率よく取り出せ、かつ取り出した高電圧・高周波数のパルスを整流、平滑して直流電源として使用したり、またスイッチ信号として使用でき、無駄なく有効に使用できる。

また前記エネルギー変換手段を前記圧電セラミックとすることによって安価で、信頼性を高くできる。

また前記作動装置を、前記エネルギー変換手段と共振回路とから別体的に構成することによって前記作動装置を離れた場所に設置したとき、何本もの長い信号線を配索せずに済むので、低コスト化につながり、実用性を高められる。

また前記共振回路の出力側と作動装置の入力端子とを信号線を介さずに発光素子、受光素子で光結合できるので、電波の届かない場所に代替品として容易に設置できる。

本発明による第１実施例を説明するための構成説明図である。 本発明による第２実施例を説明するための構成説明図である。 本発明による第３実施例を説明するための構成説明図である。 本発明の従来例を説明するための構成説明図である。

以下、本発明の第１実施例の構成を図１に基づいて説明する。

図１において、符号１０は圧電セラミックで、これは電子部品の分野では安価で、信頼性の高い電子素子の一つである。その等価回路は図１に示されるように直列接続されたパルス発生器１０ａと第１コンデンサ１０ｂから構成され、前記パルス発生器１０ａは、前記圧電セラミック１０の表面がハンマーリング等によって外部から瞬間的に押圧力が印加されることによって所定の高電圧・高周波数のパルスを出力するもので、その周波数は、圧電セラミック１０の物理的構造によって決められるものである。なお、前記第１コンデンサ１０ｂは、９ピコファラッド程度の小さなキャパシタのものである。

符号２０は、前記第１コンデンサ１０ｂ、第２コンデンサ２０ａ、コイル２０ｂ、負荷抵抗２０ｃからなる共振回路で、この共振回路２０の共振周波数ｆは前記圧電セラミック１０の固有な出力周波数に一致、又は略一致するように設定されているので、この共振回路２０が機能することにより前記圧電セラミック１０から電気的エネルギーを共振パルスとして取り出すものである。
なお、この共振周波数ｆは、前記共振回路２０の第２コンデンサ２０ａのキャパシタＣとコイル２０ｂのインダクタンスＬとを次の（数１）に代入することによって決められる。

また前記共振回路２０は、前記圧電セラミック１０から出力されるパルスからこの共振周波数ｆに相当する成分を抽出し、この抽出が継続している間、（すなわちパルス発生器１０ａからＡ方向、Ｂ方向に交互に、減衰振動するパルスが流れ出ている間）、コイル２０ｂと負荷抵抗２０ｃとの接続点の電圧が、全波整流回路、平滑コンデンサ等からなるＡＣ−ＤＣ変換器３０ａに供給され、直流電圧に変換され、後述の信号処理部３０ｂの電源として供給される。なお、ＡＣ−ＤＣ変換器３０ａ、信号処理部３０ｂ、スイッチ作動部３０ｃは作動装置３０を構成する。

信号処理部３０ｂは、ＡＣ−ＤＣ変換器３０ａから電源の供給を受けて複数個所に設けられたスイッチ作動部に対して、例えばスイッチ作動部３０ｃ用に設けられた電源供給開始用スイッチを電源オンにするためのスイッチ信号を作成し、出力する。

次に、上記実施例１の構成の作用説明を行う。
圧電セラミック１０の表面をハンマーリング等によって外部から瞬間的な押圧力を加えることによって圧電セラミック１０から固有周波数の高電圧・高周波数のパルスが出力される。このパルスは、共振回路２０に供給されるが、この共振回路２０に供給されたパルスは、前記圧電セラミック１０からパルスの出力周波数に一致、又は略一致させて作動するように設定されているので、圧電セラミック１０から出力される減衰振動のパルスの大部分は、共振回路２０を通過してＡＣ−ＤＣ変換器３０ａに供給され定電圧にされ＋Ｖ電源として信号処理部３０ｂに供給される。

次に、実施例２の構成の説明を図２に基づいて行うが、図１に示した実施例１の構成と同一、または均等なものには同一符号を付してその作用説明を省略し、異なる部分のみを以下に説明する。すなわち、図２に示すものは図１に示す負荷抵抗２０ｃがなく、この負荷抵抗２０ｃの両端子が直結されている。また第２コンデンサ２０ａにコイル２０ｂが並列接続され、第１コンデンサ１０ｂ、第２コンデンサ２０ａの接続点に送信アンテナ４０ａが接続されている。

また、受信アンテナ４０ｂは受信部４０ｃに接続され、送信アンテナ４０ａから供給されるパルスは受信部４０ｃで受信され、周波数判定回路５０ａに供給されることにより、周波数判定回路５０ａにおいて圧電セラミック１０からのパルスか否かを判定し、エネルギー変換装置１０からのパルスと判断された場合には信号処理部５０ｂから作動部３０ｃに対してスイッチＯＮ信号を供給すると、電源がＯＮになる。なお、受信部４０ｃ、周波数判定回路５０ａ、信号処理部５０ｂ、スイッチ作動部５０ｃによって、作動装置５０が構成されている。

次に、図２に示した構成のものの作用説明を行う。
図２に示す構成のものも圧電セラミック１０の表面にハンマーリング等によって瞬間的な押圧力が加えられることによって圧電セラミック１０から所定の周波数の高電圧・高周波数のパルスが出力される。このパルスは、共振回路２０に供給されるが、この共振回路２０の共振周波数は前記圧電セラミック１０の固有の出力周波数に一致、又は略一致するように設定されているので、圧電セラミック１０から出力される減衰振動するパルスの大部分は、共振回路２０を通過して電波として送信アンテナ４０ａから発信され、その後、受信アンテナ４０ｂを介して受信部４０ｃに供給され、周波数判定回路５０ａでパルスの周波数が圧電セラミック１０から出力される固有周波数に一致、又はその近傍の周波数であるか判断される。

その結果一致、又は略一致であると判断されると、信号処理部５０ｂは、電源＋Ｖが常時供給されているので、作動部５０ｃに対して、例えば電源オンを指示するスイッチ信号を供給する。

次に、実施例３の構成の説明を図３に基づいて行うが、図３に示す構成のうち図１に示す構成のものと同一、または均等なものには同一符号を付し、説明を省略し、異なる構成のものについてのみ以下に説明する。
すなわち、図１に示す負荷抵抗２０ｃの代わりに図３では一対の発光素子２０ｃ、２０ｄが並列、かつ逆方向に接続され、パルス発生器１０ａから出力される正弦波パルスが交流の場合に一対の発光素子２０ｃ、２０ｄのうちいづれか一方の発光素子２０ｃ又は２０ｄからパルスに相当する光信号が出力されるので、受光素子６０ａは共振回路２０が作動している間は常に受光し続ける。すなわち、一対の発光素子２０ｃ、２０ｄは全波整流の役割を果たすことによって光通信を行う。
なお、前記一対の発光素子２０ｃ、２０ｄはコイル２０ｂに直列接続されている。

１０ 圧電セラミック ２０、６０、７０ 共振回路
３０ｂ、５０ｂ 信号処理部 ４０ｃ 受信部 ５０ 作動装置
５０ａ 周波数判定回路 ３０ａ ＡＣ−ＤＣ変換器

Claims (4)

1. 固有周波数の高周波パルスを、外部からの力学的エネルギーの印加に伴って出力するエネルギー変換手段と、該エネルギー変換手段から出力されるパルスと同一又はその近傍の周波数になるように共振周波数が設定され、前記エネルギー変換手段から出力されるパルスから前記共振周波数と同一又はその近傍の周波数成分を抽出する共振回路と、作動装置とを備え、該作動装置は、前記共振回路で抽出されたパルスに基づいてエネルギーを電圧情報、またはスイッチ情報を作成することを特徴とするエネルギー形態変換装置。
2. 請求項１記載のエネルギー変換手段は、前記圧電セラミックであることを特徴とする。
3. 請求項１記載のエネルギー変換手段は、前記共振回路とを一体的に、また作動装置とは別体的に構成されてなることを特徴とする。
4. 請求項１記載の共振回路の出力側に発光素子を接続すると共に、受光素子を作動装置の入力端子に接続したことを特徴とする。

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