(57)【要約】【課題】振動エネルギーを用いた発電が可能であり、構造が簡単でコストが易く、発電量の大きな枕木を提供することである。【解決手段】本発明における枕木１は、枕木本体６と、他の部位に対して片持ち状に張り出した片持ち部２を有する枕木に対して、振動に応じた電圧を発生させることが可能な発電装置３を片持ち部２に取り付け、片持ち部２の片側端部を自由端にする等により、片持ち部２の振動時の振幅を増加させ、発電装置３に振幅の大きな振動を与えることで、枕木１の発電量を大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を電気エネルギーに変換する発電装置と、枕木本体を有する枕木であって、枕木本体には、他の部位に対して片持ち状に張り出した片持ち部が設けられ、当該片持ち部に発電装置が取り付けられていることを特徴とする枕木。
【請求項２】
前記枕木本体は略直方体であり、上面にレールが取り付けられており、前記片持ち部が板状の部材であって、片持ち部の面積が最大の表面が枕木本体上面と平行であることを特徴とする請求項１に記載の枕木。
【請求項３】
前記枕木本体は略直方体であり、上面にレールが取り付けられており、前記片持ち部が板状の部材であって、片持ち部の面積が最大の表面が枕木本体上面と垂直であることを特徴とする請求項１に記載の枕木。
【請求項４】
前記枕木本体が樹脂によって成形されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の枕木。
【請求項５】
前記発電装置が、圧電素子からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の枕木。
【請求項６】
前記発電装置が、人工筋肉からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の枕木。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道軌道に用いられて、レールを支持する枕木に関するものであり、さらに詳細には、発電機能を有する枕木に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯ2削減等のために、化石エネルギーを使用しない発電方法が注目されている。振動エネルギーを用いた発電もその一つであり、鉄道の分野においてそのような発電を行う方法として、列車通行時の振動を利用した発電装置を備えた枕木を提供する技術が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７９３９１号公報
【０００４】
ここで、特許文献１に開示されている発明は、レールを支持する枕木本体に、上下運動を回転運動に変換する変換手段を設け、変換手段によって得られた回転運動により発電する鉄道用枕木装置である。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている発明は、レバーや回転軸等を用いる回転手段が必要である。この回転手段は部品数が多く、複雑であるため、強度やコストの面で問題があった。また、枕木が一般的に受ける振動のみで発電するには、振幅が小さすぎて、発電量が小さいという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、構造が簡単でコストが易く、発電量の大きな枕木を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、振動を電気エネルギーに変換する発電装置と、枕木本体を有する枕木であって、枕木本体には、他の部位に対して片持ち状に張り出した片持ち部が設けられ、当該片持ち部に発電装置が取り付けられていることを特徴とする枕木である。
【０００８】
本発明の枕木では、他の部位に対して片持ち状に張り出した片持ち部が設けられており、発電装置が片持ち部に取り付けられているので、発電装置により大きな振幅の振動を与えることができる。詳細に説明すると、片持ち部は、枕木本体より断面積が小さくなっていることで、断面二次モーメントが小さくなり、且つ、片方に自由端を有する。そのことにより振動の振幅が大きくなる。そして、振動の大きな片持ち部に発電装置を取り付けることで、発電装置に与える振動のエネルギーが増加するため発電量を上げることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、前記枕木本体は略直方体であり、上面にレールが取り付けられており、前記片持ち部が板状の部材であって、片持ち部の面積が最大の表面が枕木本体上面と平行であることを特徴とする請求項１に記載の枕木である。
【００１０】
本発明の枕木では、片持ち部が板状であり、枕木本体に対して横向きに突出している。そのため、発電装置を枕木上面と平行な面に設けることが容易である。
また、枕木の上下方向に振動が大きい場合に効率良く発電装置に振動エネルギーを加えることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、前記枕木本体は略直方体であり、上面にレールが取り付けられており、前記片持ち部が板状の部材であって、片持ち部の面積が最大の表面が枕木本体上面と垂直であることを特徴とする請求項１に記載の枕木である。
【００１２】
本発明の枕木では、片持ち部が板状であり、枕木本体に対して縦向きに突出している。そのため、枕木の前後方向に振動が大きい場合に効率良く発電装置に振動エネルギーを加えることができる。
また、枕木の前後方向に振動が大きい場合に効率良く発電装置に振動エネルギーを与えることができる。
【００１３】
請求項４の発明は、前記枕木本体が樹脂によって成形されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の枕木である。
【００１４】
本発明の枕木では、枕木本体が樹脂によって成形されるため、木製の枕木を用いる場合より耐用年数を長くすることができる。また、コンクリート製の枕木に比べて弾性があるため振動し易い。
【００１５】
請求項５の発明は、前記発電装置が、圧電素子からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の枕木である。
【００１６】
本発明の枕木では、発電装置に圧電素子を使用することにより無駄であった枕木振動を活用して発電する事ができると共に、外部に伝わる振動も減少させることが出来る。本発明の枕木では、振動を効率良く圧電素子に作用させることができるため、発電効率が良い。
【００１７】
請求項６の発明は、前記発電装置が、人工筋肉からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の枕木である。
【００１８】
本発明の鉄道用枕木では、発電装置に人工筋肉を用いるため、無駄であった枕木振動を活用して発電する事ができると共に、外部に伝わる振動も減少させることが出来る。本発明の枕木では、振動を効率的に人工筋肉に作用させて、効率の高い発電を行う事が出来る。
ここでいう人工筋肉とは、誘電性エラストマーを用いたもので、電極間に挟まれた誘電性エラストマーに電極間方向に圧縮歪みを発生させる事により電圧が生じるものである。発電する形態は、圧電素子と類似しているが、誘電性エラストマーの方が大きな歪みにより発電する特徴を有している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、構造が簡単でコストが易く、発電量の大きな枕木を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態における枕木の斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における枕木の斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における枕木の斜視図である。
【図４】本発明の第４の実施形態における枕木の斜視図である。
【図５】本発明の第５の実施形態における短枕木の斜視図である。
【図６】本発明の第６の実施形態における短枕木の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明の具体的な実施形態について説明する。本発明の第１の実施形態における枕木１は、図１に示される様に、枕木本体６と枕木本体６から突出している片持ち部２から形成されている。そして、枕木本体６の両端部には、レール４がレール支持部５によって固定されており、片持ち部２には発電装置３が設けられている。以下詳細に説明する。
【００２２】
ここで、本発明における枕木本体６及び片持ち部２は繊維強化硬質樹脂発泡体を素材とする合成木材で成されるのが好ましい。
発泡樹脂の種類としては、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化樹脂であって硬質のものや、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂等が好適に使用される。なお、樹脂には固体の充填材が混合されていてもよいし、補強繊維で補強されていても構わない。即ち、発泡樹脂中に、圧縮強度の向上や低コスト化を図るために、炭酸カルシウム、石膏、タルク、水酸化アルミニウム、クレーなどの無機充填材や、シラスバルーン、パーライト、ガラスバルーン等の軽量骨材が添加されても良い。板材の硬質樹脂発泡材を補強する繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維などの無機質繊維や、芳香族ポリアミド繊維等の合成繊維や天然繊維等の有機質繊維の何れかであればよいが、強度や経済性の面からガラス繊維が適している。繊維の形態は、ヤーン、クロス、ロービング、ロービングクロス、クロスマット等の長繊維形態のものが好適であり、必要に応じてチップ、ミドルファイバー等の短繊維やシラスバルーン等の中空充填材を併用しても良い。ガラス繊維としては、ガラスロービング、ガラスロービングクロス、ガラスマット、コンティニュアスストランドマット等の形態のものが挙げられる。この繊維は単独で使用しても良いし、２層以上積層して使用しても良く、また、長繊維と短繊維を混ぜて使用しても良い。最も好適な材料としては硬質ウレタン樹脂を長手方向へ引き揃えられたガラス長繊維で補強した発泡体である（例えば、商品名「エスロンネオランバー  ＦＦＵ」積水化学工業株式会社製）。
【００２３】
片持ち部２は、枕木本体６から突出する板状の部分であり、長手方向と平行な方向に横向きで突出している。換言すると、板状の部分の最も面積の大きな面は、枕木の上面及び下面と平行となっている。また、片持ち部２は枕木本体６と一体であり、片持ち部２の断面積は枕木本体６の断面積より小さくなっている。この片持ち部２は、枕木本体６の両端にそれぞれ３つずつ設けられている。
換言すると、片持ち部２は、樹脂製の厚板の部材の両端部に切り欠き８を設けることによって形成されている。このとき、両端部において切り欠かれた部分の剰余の部分が片持ち部２となり、厚板の部材の中心部分が枕木本体６となる。
この切り欠き８は、枕木１の短手方向と平行な側面Ａから、枕木１の中心線Ｂに向かって延びており、枕木１の長手方向と平行な両側面Ｃ，Ｄを貫通している。そして、この切り欠きは、枕木１の両端部にそれぞれ設けられており、この切り欠きによって、枕木１の端部はあたかも複数の板状の部材（片持ち部２）が厚板の部材から突出したような形状となっている。
【００２４】
ここで、この切り欠きの、枕木の長手方向に対して平行な方向の長さＬは５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であるようにすることが望ましい。なぜなら、切り欠きが短すぎると、端部における振動の振幅が小さくなってしまう。また、切り欠きが長すぎると、切り欠きがレール支持部５の下側に達してしまい、枕木の強度が弱くなってしまうためである。
【００２５】
加えて、発電装置を設ける片持ち部２の厚さｌ（枕木１の上下方向の長さ）は５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが望ましい。即ち、発電装置を配した片持ち部２が薄すぎると、片持ち部２の強度が不足して、枕木端部が破損してしまう。そして、発電装置を配した片持ち部２が厚すぎると、端部における振動による振幅が小さくなってしまうためである。
【００２６】
発電装置３は、圧力を加えることによって、圧力に応じた電力を取り出すことのできる性質を持つものであり、圧電素子や人工筋肉等の適宜の部材で形成される。第１の実施形態では発電装置３は圧電素子から形成されるものであり、圧電素子には水晶・ロシェル塩・チタン酸バリウム等の任意の結晶が使用される。
また、図１に示されるように発電装置３は片持ち部２の上面に取り付けられている。
【００２７】
レール４は従来周知のレールであり、適宜のものが使用される。
【００２８】
レール支持部５は、従来周知のレール締結用タイプレートや板バネ式締結装置等のレールを固定する部材である。
【００２９】
枕木１は公知の枕木と同様に、枕木１の適宜の位置にレール４及びレール支持部５が配された状態で使用される。
第１の実施形態の枕木１は、突出側端部に自由端があり、枕木本体６に対して断面積の小さな片持ち部２を有している。そのため、列車の通行などにより、レール４から振動が伝わった際に、枕木１の端部（夫々の片持ち部２）が上下方向（図１におけるＹ方向）に振幅の大きな振動を行う。そのことにより、発電装置３に大きな振動が伝わり、同じ振動で発電量の大きな効率のよい発電を行うことができる。
【００３０】
ここで、第１の実施形態では発電装置３を片持ち部２の上面に取り付けたが発電装置３を取り付ける場所は上面に限るものではない。例えば片持ち部２の下面に取り付けても良いし、小型の発電装置３を片持ち部２の側面に設けてもよい。要は、片持ち部２の振動が発電装置３に伝達すればよい。
このとき片持ち部２の下面に発電装置３を設けると、雨や雪等による発電装置３の劣化を軽減することができる。
また、発電装置３を取り付ける数も図示した数に限るものではない。それぞれの片持ち部２に、任意に取り付け、または取り外し可能であり、一つの片持ち部２に複数取り付けてもよい。片持ち部２の数や発電量等に応じて任意に変更してよい。
【００３１】
第１の実施形態では片持ち部２は両端部に３つずつ設けたが、片持ち部２の数はこれに限るものではない。例えば、片方の端部の数が１つのみのように第１の実施形態より少なくてもよいし、逆に多くてもよい。また、片方の端部のみに片持ち部２を設け、他端に設けなくてもよい。
【００３２】
なお、以下では第２の実施形態から第５の実施形態までを順に説明するが、第１の実施形態における枕木１と同様の構造及び材料等、同様の説明については、同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３３】
第２の実施形態の枕木１０は、図２に示される様に、片持ち部２は、枕木本体６から突出する板状の部分であり、長手方向と平行な方向に縦向きで突出している。換言すると、板状の部分の最も面積の大きな面は、枕木の上面及び下面と垂直になっている。
換言すると、柱状の部材の両端部に切り欠きを設けた様な形状であり、両端部において切り欠いた部分の剰余の部分が片持ち部２となり、柱状の部材の中心部分が枕木本体６となる。
この切り欠きは、枕木１の短手方向と平行な側面から、枕木１の中心に向かって延びており、枕木１の上下面を貫通している。
そして、図２に示されるように、片持ち部２の側面であり、図２における手前側の側面に発電装置３が取り付けられている。
【００３４】
ここで、第２の実施形態における発電装置３を取り付ける場所は、片持ち部２の図２における手前側の側面に限るものではなく、任意の位置に取り付けてよい。例えば、図２における奥側（片持ち２の発電装置３を取り付けた面に対向する面）の側面に取り付けてもよいし、小型の発電装置３を片持ち部２の上下面に取り付けてもよい。
【００３５】
第３の実施形態の枕木２０は、図３に示される様に、片持ち部２は枕木本体６から突出する板状の部分であり、長手方向と平行な方向に横向きに突出している。そして、片持ち部２は、枕木本体６両端部からそれぞれ一つずつ突出している。即ち、第３の実施形態の枕木２０は、第１の実施形態の枕木１の片持ち部２を両端部にそれぞれ一つずつ設けたものである。
【００３６】
第４の実施形態の枕木３０は、図４に示される様に、板状の部材である片持ち部２を、ボルトや接着材等の従来周知の固着手段によって、枕木本体６の上面に一体に取り付けたものである。即ち、枕木本体６と片持ち部２は別個に形成後、取り付け可能である。
また、第４の実施形態において、片持ち部２を取り付ける位置は、枕木本体６の上面に限るものではなく、枕木本体６の側面や下面に取り付けてもよい。
【００３７】
第５の実施形態の枕木５０は、図５に示される様に、第３の実施形態の枕木本体６を短枕木本体７に変更した場合を示す変形例である。即ち、本発明における片持ち部２を有する枕木本体は、その大きさや形状は必須でなく、短枕木や縦枕木、分岐枕木等様々な枕木に片持ち部２を配することができる。
【００３８】
第６の実施形態の枕木３０は、図６に示される様に、第５の実施形態の片持ち部２の断面積を小さく変更した場合を示す変形例である。即ち、本発明の片持ち部２は、枕木本体６や短枕木本体７の側面の幅または高さに亘って設けられる必要はなく、任意の大きさでもよい。
【００３９】
上記した各実施形態において、発電装置３は圧電素子から形成されるものとしたが、前述のように人工筋肉を用いてもよい。人工筋肉を用いることにより、大きな振動（片持ち部の歪み）によって発電させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１，１０  枕木
２，１２  切り欠き
３  発電装置
４  レール
５  レール支持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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