(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＥＤの輝度が向上した圧電発電マット、及び各圧電素子が他の圧電素子が発電した電圧を消費することのない圧電発電マットを提供する。【解決手段】圧電発電マットの制御装置６を倍電圧整流回路にて構成し、また圧電発電ユニットに複数の電気伝導性撓み板３１ｂを設け、各電気伝導性撓み板３１ｂの下面に圧電素子３２を一つずつ設ける。【選択図】図６
0003196549.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
底板（１）と、
該底板（１）の外周部に配置されたスペーサ（２）と、
撓み板（３１）及び該撓み板（３１）の下面に設けられた複数の圧電素子（３２）を備え、前記スペーサ（２）上に載置された圧電発電ユニット（３）と、
切欠部（４３）を有し、前記撓み板（３１）の上面に配置されて、前記底板（１）、前記スペーサ（２）及び前記圧電発電ユニット（３）を覆うように設けられたカバー（４）と、
前記切欠部（４３）から上面が露出するように設けられたＬＥＤユニット（５）と、
前記圧電発電ユニット（３）と前記ＬＥＤユニット（５）とそれぞれ接続している制御装置（６）と、を備えた圧電発電マット（１００）であって、
前記制御装置（６）が倍電圧整流回路にて構成されていることを特徴とする圧電発電マット。
【請求項２】
底板（１）と、
該底板（１）の外周部に配置されたスペーサ（２）と、
電気絶縁性撓み板（３１ａ）及び複数の圧電素子（３２）を備え、前記スペーサ（２）上に載置された圧電発電ユニット（３’）と、
切欠部（４３）を有し、前記電気絶縁性撓み板（３１ａ）の上面に配置されて、前記底板（１）、前記スペーサ（２）及び前記圧電発電ユニット（３’）を覆うように設けられたカバー（４）と、
前記切欠部（４３）から上面が露出するように設けられたＬＥＤユニット（５）と、
前記圧電発電ユニット（３’）と前記ＬＥＤユニット（５）とそれぞれ接続している制御装置（６）と、を備えた圧電発電マット（１００’）であって、
前記圧電発電ユニット（３’）は、複数の電気伝導性撓み板（３１ｂ）を備え、
前記各電気伝導性撓み板（３１ｂ）の下面に前記圧電素子（３２）が一つずつ設けられていることを特徴とする圧電発電マット。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、圧電素子を用いてＬＥＤを点灯させるマットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、歩行案内用マットに複数の圧電素子を内蔵させて、歩行者によるマットの踏込みで生ずる圧電素子の変形と変形前の形状への復帰に伴う衝撃や振動により発電した電圧を利用してＬＥＤを点灯させるものが存在する。
【０００３】
また、特許文献１は、弾性板に圧電セラミックス板を貼り付けた圧電ユニモルフ２枚を、スペーサを介して圧電セラミックス板の面が対向するように貼り合わせた圧電発電ユニットを敷き詰めた圧電マットを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３３８５１号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の歩行案内用マットにおいては、歩行者によるマットの踏込みで生ずる圧電素子の変形と変形前の形状への復帰に伴う衝撃や振動により、それぞれ発電した電圧を利用して、それぞれＬＥＤを点灯させていた。この場合は、それぞれ発電された電圧は比較的に小さく、そのため、それぞれ点灯されたＬＥＤの輝度も比較的に小さかった。このように従来の歩行案内用マットにおいては、低輝度でほんの一瞬点灯する光にしかならないという問題があった。
【０００６】
また、前記従来の歩行案内用マットにおいては、電圧を上げる等の目的で、一枚の撓み板に、複数の圧電素子が設けられることがあった。しかしながら、この場合、応力を受けた圧電素子によって発電した電圧を、応力を受けていない他の圧電素子が消費（音に変換）してしまい、電圧が上がらないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１が開示する圧電マットは、発電効率を高める目的等で上下に２枚の圧電素子を必要とし、構造が複雑になり、またコストが上昇するという問題があった。
【０００８】
そこで、本考案の目的の一つは、従来の歩行案内用マット等における圧電素子の発電電圧によるＬＥＤの光よりも輝度を向上させることが可能な圧電発電マットを提供することである。
【０００９】
また、本考案の二つ目の目的は、応力を受けた圧電素子が発電した電圧を、応力を受けていない他の圧電素子が消費（音に変換）することのない圧電発電マットを提供することである。
【００１０】
さらに、本考案は、上述した圧電発電マットを比較的にシンプルな構造で且つ低コストで提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本考案の圧電発電マットは、底板（１）と、該底板（１）の外周部に配置されたスペーサ（２）と、撓み板（３１）及び該撓み板（３１）の下面に設けられた複数の圧電素子（３２）を備え、前記スペーサ（２）上に載置された圧電発電ユニット（３）と、切欠部（４３）を有し、前記撓み板（３１）の上面に配置されて、前記底板（１）、前記スペーサ（２）及び前記圧電発電ユニット（３）を覆うように設けられたカバー（４）と、前記切欠部（４３）から上面が露出するように設けられたＬＥＤユニット（５）と、前記圧電発電ユニット（３）と前記ＬＥＤユニット（５）とそれぞれ接続している制御装置（６）と、を備えた圧電発電マット（１００）であって、前記制御装置（６）が倍電圧整流回路にて構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本考案の圧電発電マットの別の形態は、底板（１）と、該底板（１）の外周部に配置されたスペーサ（２）と、電気絶縁性撓み板（３１ａ）及び複数の圧電素子（３２）を備え、前記スペーサ（２）上に載置された圧電発電ユニット（３’）と、切欠部（４３）を有し、前記電気絶縁性撓み板（３１ａ）の上面に配置されて、前記底板（１）、前記スペーサ（２）及び前記圧電発電ユニット（３’）を覆うように設けられたカバー（４）と、前記切欠部（４３）から上面が露出するように設けられたＬＥＤユニット（５）と、前記圧電発電ユニット（３’）と前記ＬＥＤユニット（５）とそれぞれ接続している制御装置（６）と、を備えた圧電発電マット（１００’）であって、前記圧電発電ユニット（３’）は、複数の電気伝導性撓み板（３１ｂ）を備え、前記各電気伝導性撓み板（３１ｂ）の下面に前記圧電素子（３２）が一つずつ設けられていることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１３】
本考案によれば、第一の態様において、制御装置を倍電圧整流回路にて構成したことから、圧電素子が踏み込まれた際に発電した電圧を一時的に蓄積しておいて、これにその後圧電素子が元の形状に復帰する際に発電した電圧を合わせてＬＥＤを発光させることによりＬＥＤの光の輝度を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、本考案によれば、第二の態様において、複数の電気伝導性撓み板を設け、各電気伝導性撓み板の下面に圧電素子を一つずつ設けたことから、各圧電素子は他の圧電素子から独立しているため、他の圧電素子の影響を受けず、したがって、応力を受けた圧電素子が発電した電圧を、応力を受けていない他の圧電素子が消費（音に変換）することがない。
【００１５】
また、本考案は、上下方向に二つ以上の圧電素子を設ける必要がないため、圧電発電マットの構造をシンプルにすることができ、且つ比較的に低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１ａ】図１ａは、本考案の第一の実施形態の圧電発電マットの一例を示す平面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本考案の第一の実施形態の圧電発電マットの一例を示す側面図である。
【図２】図２は、図ａ１におけるＩ−Ｉ線に沿った拡大断面図である。
【図３】図３は、本考案の圧電発電マットの模式断面図である。
【図４】図４は、本考案のＬＥＤユニットの模式断面図である。
【図５ａ】図５ａは、圧電により発生した電圧のイメージを示す図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本考案の第一の実施形態による踏込み時に発生した電圧と復帰時に発生した電圧を合わせた電圧のイメージを示した図である。
【図６ａ】図６ａは、本考案の第二の実施形態の圧電発電マットの一例を示す平面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、本考案の第二の実施形態の圧電発電マットの一例を示す側面図である。
【図７】図７は、図６ａにおけるＩＩ−ＩＩ線に沿った拡大断面図である。
【図８ａ】図８ａは、従来の圧電発電ユニットの模式断面図である。
【図８ｂ】図８ｂは、本考案の第二の実施形態の圧電発電ユニットの模式断面図である。
【図９ａ】図９ａは、従来の撓み板と圧電素子を示した図である。
【図９ｂ】図９ｂは、本考案の第二の実施形態の電気絶縁性の撓み板、電気伝導性撓み板及び圧電素子を示した図である。
【図１０】図１０は、本考案の圧電発電マットのブロック図の一例である。
【図１１】図１１は、本考案の圧電発電マットの回路図の一例である。
【考案を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本考案の実施形態に係る圧電発電マットについて図面を参照しながら説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００１８】
図１ａは、本考案の第一実施形態に係る圧電発電マットの一例を示す平面図である。図１ｂは、本考案の第一実施形態に係る圧電発電マットの一例を示す側面図である。図２は、図１ａにおけるＩ−Ｉ線に沿った拡大断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本考案の第一の実施形態の圧電発電マット１００は、底板１と、底板１の外周部に配置されたスペーサ２と、スペーサ２上に載置された圧電発電ユニット３と、切欠部４３を有し、底板１とスペーサ２と圧電発電ユニット３を覆うカバー４と、切欠部４３から上面が露出するように設けられたＬＥＤユニット５と、圧電発電ユニット３とＬＥＤユニット５とそれぞれ接続している制御装置６とを備えている。尚、これらを接続するリード線の図示は省略している。
【００２０】
底板１は、例えば矩形状であり、図２に示すようにカバー４に覆われるようにカバー４よりもやや小さい形状とすることが望ましい。底板１は、例えば、樹脂等の芯材を二枚の金属板で挟み込んだ複合板を用いることができる。底板１の厚さは、例えば３ｍｍとすることが望ましい。
【００２１】
スペーサ２は、底板１の外周部に配置されている。具体的には、例えば、スペーサ２は、図２に示すように底板１の外周縁よりやや内側からカバー４で覆われた外周方向の空間を埋めるように設けられている。但し、スペーサ２には、圧電発電ユニット３、ＬＥＤユニット５及び制御装置６が配置可能となるように、適宜の凹部が設けられている。スペーサ２を設けることで、圧電発電ユニット３と底板１との間に空間を設けることができ、これにより、後述する圧電発電ユニット３を構成する圧電素子３２が撓むことが可能となり発電が促される。スペーサ２の素材としては、従来の圧電発電マットのスペーサと同様に発泡ポリエチレン系の材料を用いることができるが、好ましくは、ウレタンゴム等のウレタン樹脂製のものを使用し、これにより従来のスペーサよりも耐久性を向上させることができる。
【００２２】
圧電発電ユニット３は、図２に示すようにスペーサ２上に載置されている。圧電発電ユニット３は、撓み板３１と撓み板３１の下面に設けられた複数の圧電素子３２を備えている。本実施形態では、さらに圧電素子３２の下面にアクリル製の保護板３３が設けられている。
【００２３】
撓み板３１としては、例えば、厚さ１ｍｍ程度の電気伝導性の矩形状の板材、具体的にはステンレス板等が用いられる。
【００２４】
圧電素子３２は、振動や衝撃等の機械的入力を電圧に変換するものであり、ピエゾ素子とも称されるものである。圧電素子３２の圧電体の素材としては、チタン酸ジルコン酸鉛、セラミックスや二フッ化ポリビニル等を用いることができる。特に、大きな圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を用いることが望ましい。圧電素子３２の上下両面には、それぞれ図示しない電極が設けられている。圧電素子３２の上面側の電極は、撓み板３１が電気伝導性の場合は、撓み板３１を介してリード線等で制御装置６と接続している。この場合は、撓み板３１と電圧素子３２の上面は、導電性接着剤等で接合されている。また、圧電素子３２の下面側の電極は、図示しないリード線等を介して制御装置６と接続している。
【００２５】
図３ａは一般的な圧電発電マットの模式的な断面図である。本考案においても、図３ａに示す構成を採用することは可能であるが、好ましくは、図３ｂに示すように、圧電発電ユニット３とスペーサ２がシームレスなウレタン樹脂等のコーティング３４により被覆される構成を採用する。これにより、圧電発電ユニット３とスペーサ２の組立品の強度及び防水性が向上する。
【００２６】
カバー４は、図１及び図２に示すように、底板１、スペーサ２、圧電発電ユニット３、ＬＥＤユニット５及び制御装置６を覆うように、撓み板３１の上面上に配置されている。図１ａ及び図２に示すように、カバー４は、底板１及び撓み板３１よりも大きな矩形状の表面部４１と、表面部４１の各辺から斜め下方に延出している四つのカバー側壁４２を備えている。カバー４の表面部４１には、図１ａでは六つの切欠部４３が設けられている。カバー４は、例えば、ウレタン樹脂製である。好ましくは、表面部４１の上面は、エンボス仕上げ或いはナシジ仕上げが施され、さらに、トップコートを塗布する段階で無機質の紛体を定着させてノンスリップ仕上げとすることがより望ましい。
【００２７】
図４は、本考案のＬＥＤユニット５の模式的断面図である。ＬＥＤユニット５は、上端に透明なポリ塩化ビニル製の上端板５１と、断面視上端板５１の下面左右両側に配置された目隠しマスク板５２と、目隠しマスク板５２によって形成された開口部付近に配置されたＬＥＤ５３と、ＬＥＤ基板５４と、ＬＥＤユニット側壁５５とを備えている。上端板５１とＬＥＤユニット側壁５５とで形成された空間は、好ましくは、ウレタン系樹脂５６で封止されている。
【００２８】
制御装置６は、圧電発電ユニット３とＬＥＤユニット５と、それぞれリード線等によって接続している。本考案の第一の実施形態では、制御装置６は、倍電圧整流回路にて構成されている。
【００２９】
図５ａは、圧電により発生した電圧のイメージを示す図である。図５ａ中のＡは、圧電発電マット１００が踏み込まれた時に生ずる電圧を示している。同じくＢは、圧電発電マット１００が踏み込まれた後、圧電素子３２が元の形状に復帰する際に生ずる電圧を示している。ここで、従来の圧電発電マットにおいては、電圧Ａと電圧Ｂが生じた際にそれぞれＬＥＤ５３が発光するが、電圧Ａ及び電圧Ｂの電圧は比較的に小さいため、ＬＥＤ５３が発光する光の輝度は比較的に小さい。
【００３０】
図５ｂは、本考案の第一の実施形態による圧電発電マット１００の踏込み時に発生した電圧と復帰時に発生した電圧を合わせた電圧のイメージを示した図である。図５ｂ中Ｂは、図５ａと同様に、圧電発電マット１００が踏み込まれた後、圧電素子３２が元の形状に復帰する際に生ずる電圧を示している。図５ｂ中Ａ’は、圧電発電マット１００が踏み込まれた時に生ずる電圧をコンデンサに蓄電しておいた電圧を示している。図５ｂの場合は、圧電発電マット１００踏込み時に発生した電圧はコンデンサに蓄電されるため、この時点ではＬＥＤ５３は発光せず、踏み込まれた後圧電素子３２が元の形状に復帰する際に電圧Ｂと電圧Ａ’を合わせた電圧にてＬＥＤ５３が発光する。ここで発光する光の輝度は比較的に大きいため、長く光っているように視認されるため望ましい。尚、図５ｂの場合は、圧電発電マット１００踏込み時は発光しないが（電圧Ａのみでは発光しない）、ほんの一瞬であり、仮に電圧ＡによりＬＥＤ５３が発光しても輝度が小さいため、これが発光しないことによる悪影響は生じない。
【００３１】
次に、本考案の第二の実施形態について説明する。図６ａは、本考案の第二実施形態に係る圧電発電マット１００’の一例を示す平面図である。図６ｂは、本考案の第二実施形態に係る圧電発電マット１００’の一例を示す側面図である。図７は、図６ａにおけるＩＩ−ＩＩ線に沿った拡大断面図である。図８ｂは、圧電発電ユニット３’の断面模式図である。
【００３２】
本考案の第一の実施形態の圧電発電マット１００と第二の実施形態の圧電発電マット１００’との相違は、圧電発電ユニットの構造が異なることと、第二の実施形態においては制御装置６を倍電圧整流回路として構成することが任意である点である。よって、以下、第二実施形態の説明では、第一実施形態との相違点を中心に述べ、特に言及しない構成は第一実施形態と同様の構成であるものとする。
【００３３】
図６及び図８ｂに示すように、圧電発電ユニット３’は、電気絶縁性撓み板３１ａと複数の圧電素子３２と複数の電気伝導性撓み板３１ｂを備えている。それぞれの圧電素子３２は、各電気伝導性撓み板３１ｂの下面に設けられている。
【００３４】
図８ａに示すように、従来の圧電発電ユニットは、上からカバー４、撓み板３１、圧電素子３２及び保護板３３が積層された構造を有している。これに対し、本考案の第二の実施形態の圧電発電ユニット３’は、最上部にカバー４があり、電気伝導性撓み板３１ｂ及びその下面に設けられた圧電素子３２を被覆する電気絶縁性撓み板３１ａがカバー４の下に配置された構造を有している。
【００３５】
電気絶縁性撓み板３１ａは、図８ｂに示すように、圧電素子３２と電気伝導性撓み板３１ｂをオーバーライニングしている。これにより、耐水性及び絶縁性が向上し、また圧電素子３２の過剰変形による損傷が有効に軽減される。電気絶縁性撓み板３１ａは、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製である。また、この場合、リード線を挿通する通路等を電気絶縁性撓み板３１ａに設けて、リード線も被覆することが望ましい。
【００３６】
電気伝導性撓み板３１ｂは、第一の実施形態における撓み板３１と略同様の機能を果たすべく設けられるものであるが、第一の実施形態では撓み板３１は一枚であるのに対し、電気伝導性撓み板３１ｂは、図６ａに示すように複数枚、具体的には各圧電素子３２に一つ割り当てられている。電気伝導性撓み板３１ｂとしては、例えば、厚さ１ｍｍのステンレス板を用いることができる。
【００３７】
図９は、従来の圧電発電ユニットと本考案の第二の実施形態における圧電発電ユニット３’を模式的に表した図である。
【００３８】
図９ａは、従来の圧電発電ユニットを示しており、一枚の電気伝導性撓み板に複数の圧電素子が設けられている。各圧電素子は相互に通電しているため、相互に影響を与え合ってしまう。具体的には、同図に示したように、例えば、左端の圧電素子に応力が加わって発電した場合に、応力を受けていない右端の圧電素子が左端の圧電素子が発電した電圧を消費（音に変換）してしまうことがある。従って、この場合、ＬＥＤ５３の発光に利用される電圧が減少乃至はなくなってしまうという不都合があった。
【００３９】
図９ｂは、本考案の第二の実施形態の圧電発電ユニット３’を示している。圧電発電ユニット３’には、一枚の電気絶縁性撓み板３１ａと、複数の電気伝導性撓み板３１ｂと、複数の圧電素子３２が設けられており、各電気伝導性撓み板３１ｂには圧電素子３２が一つずつ設けられている。このように、本実施形態では、各圧電素子３２は、他の圧電素子３２と独立して設けられているため、ある圧電素子３２が応力を受けて発電しても、これを他の圧電素子３２が消費してしまう事態を避けることが可能となる。
【００４０】
第二の実施形態においては、制御装置６は必ずしも倍電圧整流回路として構成する必要はないが、第一実施形態と同様に倍電圧整流回路とすることが望ましい。
【００４１】
図１０は、本考案の第二実施形態において制御装置６を倍電圧整流回路として構成した場合の圧電発電マット１００’のブロック図である。
【００４２】
圧電発電ユニット３’を構成する各圧電素子３２と電気伝導性撓み板３１ｂは、それぞれ一つずつの組合せでセットとなり、各セットに一つずつ割り当てられた、倍電圧整流回路として構成された制御装置６とリード線で接続されている。また、各制御装置６は、全てのＬＥＤユニット５とリード線で接続している。
【００４３】
図１１は、本考案の第二実施形態において制御装置を倍電圧整流回路として構成した場合の一つの圧電素子３２に係る回路図である。
【００４４】
図１１中、ＰＺＴ１−１は圧電素子３２を示しており、応力を受けることにより発電し、回路上に交流電流を流す。矢印Ｙ２方向に流れる（圧電発電マット１００’が踏み込まれた時）電流はダイオードＤ１を経由してコンデンサＣ１に蓄電される。一方、矢印Ｙ１方向に流れる（圧電発電マット１００’が踏み込まれた後、元の形状に復帰する時）電流はダイオードＤ２を経由してＬＥＤユニット５の方向へ流れる。この時、コンデンサＣ１に蓄電された電圧も合わせてＬＥＤユニット５の方向へ流れるため、より大きな電圧にてＬＥＤ５３を発光させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１        底板
２        スペーサ
３        圧電発電ユニット
３’      圧電発電ユニット
３１      撓み板
３１ａ    電気絶縁性撓み板
３１ｂ    電気伝導性撓み板
３２      圧電素子
３３      保護板
３４      コーティング
４        カバー
４１      表面部
４２      カバー側壁
４３      切欠部
５        ＬＥＤユニット
５１      上端板
５２      目隠しマスク板
５３      ＬＥＤ
５４      ＬＥＤ基板
５５      ＬＥＤユニット側壁
５６      ウレタン系樹脂
６        制御装置
１００    圧電発電マット
１００’  圧電発電マット
【図１】
0003196549.tif 000003
【図２】
0003196549.tif 000004
【図３】
0003196549.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003196549.tif 000009
【図８】
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【図９】
0003196549.tif 000011
【図１０】
0003196549.tif 000012
【図１１】
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