(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路のガードレール等に取り付けられる反射板と、この反射板の反射面に配置された発光体と、この発光体に電力を供給する充電池と、該充電池に接続された圧電発電器と、から構成されてなり、上記圧電発電器は、板状の２枚の圧電セラミックス体を、分極を逆向にして接合した層状の圧電セラミックス板で形成し、この圧電セラミックス板の一方側の面又は両面を、圧電発電器内に吊持された鋼球を揺動させて殴打して発電することを特徴とする道路用安全灯。
【請求項２】
道路のガードレール等に取り付けられる反射板と、この反射板の反射面に配置された発光体と、この発光体に電力を供給する充電池と、該充電池に接続された圧電発電器と、から構成されてなり、上記圧電発電器は、板状の２枚の圧電セラミックス体を、分極を逆向にして接合した層状の圧電セラミックス板で形成し、この圧電セラミックス体を衝合可能に配設し、これらの圧電セラミックス体同士を揺動させて殴打して発電することを特徴とする道路用安全灯。
【請求項３】
前記２枚の圧電セラミックス体を同一形態に形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の道路用安全灯。
【請求項４】
前記圧電セラミックス体の一方をクッション材で支持し、他方の圧電セラミックス体を揺動させて上記一方の圧電セラミックス体に衝合させて発電させることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の道路用安全灯。
【請求項５】
前記両圧電セラミックス体同士をクッション材を介して保持し、両圧電セラミックス体同士が揺動して衝合するように配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の道路用安全灯。
【請求項６】
前記圧電セラミックス体の殴打面部には、プロテクタ板が貼着され、これらプロテクタ板同士を殴打することで発電することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の道路用安全灯。
【請求項７】
前記圧電セラミックス体は、複数枚層状に接合して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の道路用安全灯。
【請求項８】
前記圧電セラミックス体は、チタンジルコン酸亜鉛系の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の道路用安全灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、道路のガードレール等に取り付けられ、夜間走行時やトンネル内における行路ラインを表示し、或いは、道路工事中であることを表示するのに用いられる道路用安全灯に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
道路のガードレール等に取り付けられ、夜間走行時やトンネル内における行路ラインを表示し、或いは、道路工事中であることを表示するのに用いられる道路用安全灯としては、従来、ガードレールのポストに固着される円形反射板と、この反射板の反射面に配設された発光体から構成されており、該発光体の電源は、近くのコンセントや自家発電機から供給されて点灯させているのが現状である。
【０００３】
しかしながら、上記従来方式の道路用安全灯にあっては、近くにコンセントがない場所では用いることができず、自家発電機により発光体を点灯させる他はないため、使用場所が限定される、という不具合を有していた。
【０００４】
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、近くにコンセントがなくとも、自家発電機に頼ることなく発光体を点灯させて行路の表示を、風力を利用して自動的に発電し、この電力で発光体を発光させることができ、かつ、簡易も構成で低廉な道路用安全灯を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る道路用安全灯は、道路のガードレール等に取り付けられる反射板と、この反射板の反射面に配置された発光体と、この発光体に電力を供給する充電池と、該充電池に接続された圧電発電器と、から構成されてなり、上記圧電発電器は、板状の２枚の圧電セラミックス体を、分極を逆向にして接合した層状の圧電セラミックス板で形成し、この圧電セラミックス板の一方側の面又は両面を、圧電発電器内に吊持された鋼球を揺動させて殴打して発電することを特徴とするものである。
【０００６】
また、この発明にあっては、上記目的を達成するための他の手段として、道路用安全灯を、道路のガードレール等に取り付けられる反射板と、この反射板の反射面に配置された発光体と、この発光体に電力を供給する充電池と、該充電池に接続された圧電発電器と、から構成し、上記圧電発電器は、板状の２枚の圧電セラミックス体を、分極を逆向にして接合した層状の圧電セラミックス板で形成し、この圧電セラミックス体を衝合可能に配設し、これらの圧電セラミックス体同士を揺動させて殴打して発電することを特徴とするものである。
【０００７】
この場合、上記２枚の圧電セラミックス体は、同一形態に形成するのが望ましい。
【０００８】
また、この発明に係る道路用安全灯は、上記圧電セラミックス体の一方をクッション材で支持し、他方の圧電セラミックス体を揺動させて上記一方の圧電セラミックス体に衝合させて発電させることができる。
【０００９】
勿論、上記両圧電セラミックス体同士をクッション材を介して保持し、両圧電セラミックス体同士を揺動させて衝合させるように構成してもよい。
【００１０】
また、耐久性を向上させるため、上記圧電セラミックス体の殴打面部には、プロテクタ板を貼着し、これらプロテクタ板同士を殴打することで発電するように構成することができる。
【００１１】
尚、この発明にあっては、上記圧電セラミックス体は、複数枚層状に接合して形成するのが望ましい。
【００１２】
さらに、発電効率を向上させるためには、上記圧電セラミックス体を、チタンジルコン酸亜鉛系の材料で形成するのが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態例に基づき、この発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すように、この形態例に係る道路用安全灯Ｙは、道路のガードレール等に取り付けられる円形反射板Ｉと、この反射板Ｉの反射面側に配置された発光ダイオード等からなる発光体Ｌと、上記円形反射板Ｉの裏側に配設され上記発光体Ｌに電力を供給する充電池Ｂと、該充電池Ｂに接続された圧電発電器Ａと、から構成されている。充電池Ｂは、圧電発電器Ａと整流回路Ｓを介して電気的に接続されている。
【００１５】
次に、圧電発電器Ａの構成を順次説明する。即ち、上記圧電発電器Ａ１は、風力によって揺動する釣鐘状の容器１４の内周面の２か所（３か所以上も可能）に、向かい合う状態に圧電セラミックス板１を取り付ける。取付に際しては、内周面にクッション板３を接着６し、このクッション板３の中央部のみに接着材５を用いて圧電セラミックス板１を接着する。これと向かい合う面にも、同様にして圧電セラミックス板１を配置し、両圧電セラミックス板１の向かい合う面の中央部に、プロテクタ板２をはりつける。
【００１６】
さらに、容器１４内にワイヤー等の糸材１５で鋼球４を吊り、この鋼球４から平面材１６等を吊り下げる。そして、上記圧電発電器Ａを、風力で揺動する環境化に浮かべれば、鋼球４は揺動して圧電セラミックス板１を殴打し、圧電セラミックス板１は交流電気を発電する。
【００１７】
そして、上記圧電発電器Ａ１で発生した電圧は、整流回路Ｓにより整流されて充電池Ｂに充電され、該充電された電力で発光体Ｌを点灯させる。好適には、圧電発電器Ａ１で発生する電圧の正負に拘わらず充電を可能にするため、上記整流回路Ｓには、ブリッジにダイオードを組み合わせた回路を用いるのが望ましい。また、昼間の点灯を防止するため、上記充電池Ｂの充電回路には、光量センサ（ＣＤＳ）を用いた感暗抵抗器を接続し、夜間のみ自動的に発光体Ｌを点灯させるように構成するのが望ましい。勿論、昼間の太陽光を利用して充電する太陽電池による充電回路を併設しても構わない。さらに、上記充電池Ｂの充電回路には、過充電及び過放電防止回路を接続し、圧電発電器Ａ１が所定時間発電しないときには、自動的に過充電・過放電防止回路を開くように構成するのが望ましい。
【００１８】
上記圧電セラミックス板１は、同一形態（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体１ａ，１ｂを、各セラミックス素子１ａ，１ｂの分極の極性を逆にして接合したものである。この同一形態のセラミックス素子１ａ，１ｂを接合したことにより、２つのセラミックス素子１ａ，１ｂは、接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が行われる。この場合、一方の側のセラミックス素子１ａが伸長すれば他方の側のセラミックス素子１ｂは収縮し、かつ出力電圧の電極は同一方向となり、両圧電セラミックス体１ａ，１ｂは直列に接続された発電構成となる。
【００１９】
この圧電セラミックス体１ａ，１ｂ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知られており、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。
【００２０】
圧電セラミックス体は、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、特に、チタンジルコン酸亜鉛系の圧電セラミックス体は、組成比や添加物の選択幅が広く、本発明のような道路用安全灯には好適である。
【００２１】
ところで、上記接合面を中心にたわみ振動が行われると、一方の圧電セラミックス体１ａ（又は１ｂ）で伸長と収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としての電流はリード線９を用いて取り出す。
【００２２】
また、ここでは２枚の圧電セラミックス体１ａ，１ｂを積層したが、各圧電セラミックス体１ａ（１ｂ）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、複数の薄厚圧電セラミックス板を接合（この場合は分極の極性は同一）して、一方の圧電セラミックス体１ａ（又は１ｂ）を形成する。このように、積層構造とすることで、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セラミックス板材の曲がりが容易になって曲げ強度が維持でき、また薄厚にすることでセラミックス板は曲げに強くなる。さらに、圧電セラミックス板１の外形形状は特に限られるものではないが、正面形状としては、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等とすることができる。
【００２３】
上記クッション板３は、合成樹脂材、ゴム材、あるいはこれらをスポンジ状にした軟質の材料である。このようなクッション板３を用い、しかもこのクッション板３の中央部のみを接着材５を用いて圧電セラミックス板１を固着したのは、圧電セラミックス板１の振動を減衰させないためである。圧電セラミックス板１が振動する場合、この圧電セラミックス板１を支持する部材は圧電セラミックス板１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、クッション板３を用いて極力圧電セラミックス板１を自由な状態におく。
【００２４】
クッション板３を用いることで、圧電セラミックス板１の固有振動が長続きするので、発電効率が良くなる。また、クッション材は圧電セラミックス板１に加えられる衝撃を緩和する。プロテクタ板２は、金属製或いは合成樹脂製等で形成されており、鋼球４の殴打から圧電セラミックス板１を保護する。
【００２５】
尚、ここでは殴打体として、上記鋼球４を糸体１５で吊持して圧電セラミックス板１を殴打する形態としたが、この殴打体の材質、形状は鋼製の球に限られるものではなく、他に円柱状、卵状等の重量物であってもよい。また、糸体１５の代わりにバネ材（上方向き或いは下方向）を用い、このバネ材の一端を固定しその他端に上記鋼球４を取り付け、このバネ材の左右揺動により両側の圧電セラミックス板１を殴打する形態とすることもできる。
【００２６】
図３は、上記圧電発電器Ａ１が発電した電気を充電する充電回路を示したものである。この充電回路は、２つの圧電セラミックス板１としてＰＺＴ１及びＰＺＴ２、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６、電気を蓄電する充電池Ｂを有する。ＰＺＴ１で発電した電気は、ダイオードＤ１〜Ｄ３により全波整流され、またＰＺＴ２で発電した電気は、ダイオードＤ４〜Ｄ６により全波整流される。これら、全波整流された電気は充電池Ｂに充電される。そして、バイメタルスイッチＳＷのオン・オフ自動開閉作動により、充電池Ｂは放電して発光ダイオードからなる所要数の発光体Ｌを点灯する。
【００２７】
図４に示す圧電発電器Ａ２は、両端が閉塞されたハウジング１８の両端側に圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１），１０（ＰＺＴ２）を、その軸心を若干偏位させて対設し、これら圧電セラミックス体１０，１０同士を衝突させることにより発電するものである。
【００２８】
そして、上記ハウジング１８の両側面にクッション板１３，１３を接着材１６，１６で接着し、かつ、上記各クッション板１３，１３の中央部のみに、接着材１５，１５を用いて圧電セラミックス体１０，１０を接着する。これら両圧電セラミックス体１の向かい合う面の中央部にプロテクタ板２を固着する。そして、本例では、両圧電セラミックス体１０，１０を円弧状に湾曲形成している。
【００２９】
上記圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１），１０（ＰＺＴ２）は、同一材質、相似形状、同一厚さの２枚の円弧板状の圧電セラミックス体１０ａ，１０ｂを、各セラミックス素子１０ａ，１０ｂの分極の極性を逆にして接合したものである。このセラミックス素子１０ａ，１０ｂを接合したことにより、２つのセラミックス素子１０ａ，１０ｂは、接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が行われる。この場合の発電システム及び充電システム並びに圧電セラミックス体及びクッション板、プロテクタ板の構成は、前記圧電発電器Ａ１と同様であるので、その詳細な説明をここでは省略する。
【００３０】
尚、この形態例では、圧電セラミックス体１０，１０を接着剤１５とクッション材１３を介して支持する場合を例にとり説明したが、これに代えて、一方或は両方の圧電セラミックス体１０，１０をバネ（上方向き或いは下方向に支持してもよい）の一端に固定し、他端をハウジング１８に取り付け、このバネ材の左右伸縮動、上下揺動させることで、両圧電セラミックス体１０，１０を衝突させてもよい。
【００３１】
この圧電発電器Ａ２は、以上のように圧電セラミックス体１０，１０同士を衝突させることで発電するように構成されているので、発電装置としての構成が極めて簡略化され、しかも、圧電セラミックス体１０，１０が円弧状に湾曲形成されているので、常態において、圧電セラミックス体１０，１０を可及的に近づけて配設することができるため、装置全体を小型化することができる、という効果が得られる。
【００３２】
図５に示す圧電発電器Ａ３は、前記圧電発電器Ａ２と同様に圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）及び圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ２）を対設すると共に、該圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）と圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ２）との間に、第３の圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）をハウジング１８内部の上部からコイルスプリング２０で吊持し、該圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）を左右方向に揺動させることで、該該圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）を圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）又は圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ２）と衝突させることで、圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１），１０（ＰＺＴ２），１０（ＰＺＴ３）夫々に振動を励起させ、夫々の圧電セラミックス体１０に伸長及び収縮をくり返させて交流電気を発電させるように構成した他は、他の構成・作用は前記圧電発電器Ａ２と同様に構成されているので、その詳細な説明をここでは省略する。尚、上記圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）の場合、衝突する部位が他の圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１），１０（ＰＺＴ２）とは異なるため、プロテクタ板１２を圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）の両端部側から周縁部にかけて配設されている点で、両発電器は異なる。
【００３３】
それ故、上記各形態例に係る圧電発電器Ａ２，Ａ３によれば、前記圧電発電器Ａ１よりも構造が簡単であり、かつ、より小型化できる他、製造コストも低減できるため、より実用的である。
【００３４】
尚、上記各圧電発電器Ａ２，Ａ３では、圧電セラミックス体を円弧状に湾曲形成して圧電セラミックス体を直接衝突させて発電させる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、製造の困難性やコストを考えた場合、圧電セラミックス体は、圧電発電器Ａ１と同様に平板状に成形し、この圧電セラミックス体の殴打面に貼着されるプロテクタ板を、上記殴打面部から突出した形状、例えば、半円球状や円筒状或いは多角柱形状に形成し、或いは、一方のプロテクタ板を断面コ字状に形成し、他方のプロテクタ板を、上記一方のプロテクタ板の凹部内に若干の空隙部を有して挿入し得る大きさと形状に形成することで、圧電発電器をさらに小型化し、かつ、コストも低減することができるので望ましい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る道路用安全灯にあっては、道路のガードレール等に取り付けられる反射板と、この反射板の反射面に配置された発光体と、この発光体に電力を供給する充電池と、該充電池に接続された圧電発電器と、から構成し、上記圧電発電器は、板状の２枚の圧電セラミックス体を、分極を逆向にして接合した層状の圧電セラミックス板で形成し、この圧電セラミックス板の一方側の面又は両面を、圧電発電器内に吊持された鋼球を揺動させて殴打して発電するように構成したので、機械的な作動部分が非常に少ないため、故障が少なく、また、自然の風力を利用して発電するため、発電効率もよく、さらには、従来のこの種の道路用安全灯と比較して、部品点数を削減することができるので、小型化及び製造コストの低減を実現することができるという効果を奏する。
【００３６】
また、層状の圧電セラミックス体をクッション材で支持する構成を採用したから、圧電セラミックス体の振動が長続きするので、発電効率が改善され、特に、メンテナンスの必要性が可及的に減少させることができる。
【００３７】
さらに、この発明に係る道路用安全灯に装備された圧電発電器によれば、同一材質、相似形状、同一厚さの２枚の圧電セラミックス体を、各セラミックス素子の分極の極性を逆にして接合することにより、２つのセラミックス素子の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動させるように形成したので、圧電セラミックス体の伸縮が適切に行われ、さらに発電効率が向上するという効果がある。
【００３８】
また、上記圧電セラミックス同士を衝突させて振動させるように構成した場合には、圧電発電をさらに小型化でき、かつ、低コスト化を実現することができる。
【００３９】
さらに、上記圧電セラミックス体の殴打する部位にプロテクタ板をはり付けたので、圧電セラミックス体の衝突荷重に対して圧電セラミックス体が有効に保護されるという効果がある。そして、上記プロテクタ板の形状は、例えば、板状に形成された圧電セラミックス体であっても直接の衝突振動が得られやすいように圧電セラミックス体の殴打面部から突出した形状、例えば、半円球状や円筒状或いは多角柱形状に形成することで、製造コストをより低減することが可能となる。
【００４０】
また、圧電セラミックス体のそれぞれを、複数枚層状に接合したので、圧電セラミックス体の強度維持が図れるという効果がある。また、圧電セラミックス体としてチタンジルコン酸亜鉛系の材料を用いたことから、発電効率が非常に良好となり、実用的にも効果的である、という優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態例に係る波力発電式ブイの構成を示す説明図である。
【図２】同圧電発電装置を構成する圧電発電器の第１構成例を示す説明図である。
【図３】同圧電発電装置の充電池の回路図である。
【図４】同圧電発電器の第２構成例を示す説明図である。
【図５】同圧電発電器の第３構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２，Ａ３  圧電発電器
Ｂ  充電池
Ｉ  （円形）反射板
Ｌ  発光体
Ｓ  整流回路
Ｙ  道路用安全灯
１，１０  圧電セラミックス板
１ａ，１ｂ、１０ａ，１０ｂ  圧電セラミックス体
２  プロテクタ板
３，１１  クッション材（クッション板）
４  殴打体（鋼球）
１５  糸体
【図１】
0003594179.tif 000002
【図２】
0003594179.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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