(57)【要約】【課題】外部電源の確保が難しい場所に設置される真空式下水道の監視システムや水洗トイレを利用した監視システムに好適なフロート式圧電発電装置及びこのフロート式圧電発電装置の電力を利用した無電源式監視システムを提供する。【解決手段】液面に浮かべられたフロートが、液面変化によって昇降する力を利用してフロートに連結された圧電発電ユニットに衝撃を与え、発電作用を起こさせるフロート式圧電発電装置を、例えば、真空汚水圧送システム等の液体流路の監視システムや水洗トイレを利用した監視システムに適用し、該フロート式圧電発電装置で発電された電力で、上記フロート式圧電発電装置に接続された通信手段を起動させ、この通信手段からの発信信号により上記監視システムの作動状態を管理するように構成した。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面に浮かべられたフロートが、液面変化によって昇降する力を利用してフロートに連結された圧電発電ユニットに衝撃を与え、発電作用を起こさせることを特徴とするフロート式圧電発電装置。
【請求項２】
液面に浮かべられたフロートと、該フロートに一体化されて取り付けられた圧電発電ユニットと、から構成されてなり、上記フロートの昇降動によって圧電発電ユニットに振動を与え、発電作用を起こさせることを特徴とする請求項１に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項３】
液面に浮かべられたフロートと、該フロートに連結された作動体と、この作動体に連結された支軸と、上記作動体の他端部に連結された圧電発電ユニットと、この圧電発電ユニットをスライド自在に収納してなるハウジングと、を有して構成され、上記ハウジング内には上記圧電発電ユニットが衝合するストッパー体が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項４】
液面に浮かべられたフロートと、該フロートに連結された作動体と、この作動体に連結された支軸と、上記作動体の他端部と係脱自在な圧電発電ユニットと、この圧電発電ユニットをハウジング内に中空状態に弾持する弾性体と、を有して構成され、上記フロートの昇降作動により回動する作動体の他端部が上記圧電発電ユニットと係合した後、さらに作動体が回動することで上記係合状態が解除され、上記圧電発電ユニットはハウジング内で上下に振動することで、発電作用が生じることを特徴とする請求項１に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項５】
前記係脱手段は、永久磁石を利用していることを特徴とする請求項４に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項６】
前記フロートの上昇端部と下降端部の各位置にセンサースイッチを配置し、このいずれかのセンサースイッチをＯＮ作動させたときの情報を記憶回路で記憶保存し、前記圧電発電ユニットが発電したときに、上記情報を外部施設へと通信することで、液面の上昇或は下降が知得できるように構成した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フロート式圧電発電装置。
【請求項７】
前記記憶回路にはタイマー回路が付設されており、前記フロートの上昇及び下降間のインターバル時間を計測可能としたことを特徴とする請求項６に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項８】
前記フロートには、垂直方向に沿って所要間隔毎に櫛歯状の凹凸部を形成し、上記フロートの昇降作動によって上記凸部が圧電発電装置の圧電セラミックス体を殴打する作動体と衝合して発電を行なうことを特徴とする請求項１に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項９】
前記各凸部或は凹部には、液面の高さに対応する位置に配設されたマグネットに反応するスイッチを配設し、上記マグネットと反応するスイッチのＩＤを検知することで、液面高さを算出するように構成したことを特徴とする請求項８に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項１０】
前記圧電発電ユニットは、板状に形成された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ように構成されており、上記圧電セラミックス体への歪み変形を与える手段は、鋼球を衝突させるか、弾性体によって付勢されたハンマーで殴打することで、発電作用を起こさせることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項１１】
貯液槽内に請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のフロート式圧電発電装置を配設し、該フロート式圧電発電装置で発電された電力で、上記フロート式圧電発電装置に接続された通信手段を起動させ、この通信手段からの発信信号により任意の液体管理システムの稼動状態を管理することを特徴とする監視システム。
【請求項１２】
前記液体管理システムは、貯液槽の液を、液体流路に介装された真空バルブを介して貯液槽外へと圧送するように構成されてなる真空汚水圧送システムであることを特徴とする請求項１１に記載の監視システム。
【請求項１３】
前記液体管理システムは、水洗式トイレのタンク内における液面の上下の動きを検知し、該検知情報を通信で発信して管理するものであることを特徴とする請求項１１に記載の監視システム。
【請求項１４】
前記記憶回路にはタイマー回路が付設されており、前記フロートの上昇及び下降間のインターバル時間を計測することで、当該水洗式トイレの使用状態をモニタリングし、生活状態を判別可能としたことを特徴とする請求項１３に記載のフロート式圧電発電装置。
【請求項１５】
前記通信手段は、水洗トイレに付設された血糖値検査装置等の電圧値の変化で検査可能な検査装置のデータを通信手段で外部へと送信可能であることを特徴とする請求項１３に記載の監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液面の変化に従動するフロートを動力源として発電するフロート式圧電発電装置及び、このフロート式圧電発電装置により発電された電力を利用して、例えば、真空汚水流路に介装された真空バルブの作動回数を無電源で監視したり、水洗トイレの使用状態をモニタリングして、例えば、独居老人等の健康状態を監視するのに好適な監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、家庭や施設などから排出される汚水を、真空バルブの開閉によって真空汚水流路に吸引搬送して、集中的に収集排水する真空式下水道システムが普及している。
【０００３】
ところで、従来の真空式下水道の真空汚水流路などの洗浄は、実際の稼動状況下ではほとんど行われていないのが現状であるため、真空汚水流路や機器などに汚損物質が付着すると、これにより更に汚損物質の付着が促進されて、真空汚水流路の流路抵抗が増大し、汚水の流量が低減されるので、真空ポンプの負荷が増大し、真空ポンプが過負荷になるだけでなく、長時間の間に真空汚水管や機器が腐食されるなど種々の問題があった。また、たまたま汚水管路の清掃が必要となった場合、多大の手間と時間を要するという難点もあった。
【０００４】
このため、従来では、例えば、特許文献１に示すように、汚水の吸引搬送を行う真空バルブの開閉の所定の回数毎に、所定量の洗浄剤を汚水ますに注入し、真空汚水流路や機器などに汚損物質が付着して付着部分が腐食されることを監視することができる真空式下水道の汚損防止装置も提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８９０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の真空式下水道の汚損防止装置にあっては、前記真空バルブの開閉回数をカウントする開閉回数計数手段を作動させるための電源を、外部電源や電池等に頼っているため、外部電源を確保しなければならず、また、電池による場合には、監視員が巡回して電池交換をしなければならず、かかる作業が非常に煩雑である、という問題を有していた。
【０００７】
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、例えば、外部電源の確保が難しい場所に設置される真空式下水道の監視システムに好適なフロート式圧電発電装置及びこのフロート式圧電発電装置の電力を利用した各種流路等の無電源式監視システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るフロート式圧電発電装置は、請求項１に記載したように、液面に浮かべられたフロートが、液面変化によって昇降する力を利用してフロートに連結された圧電発電ユニットに衝撃を与え、発電作用を起こさせることを特徴とするものである。
【０００９】
具体的には、本発明に係るフロート式圧電発電装置は、請求項２に記載したように、液面に浮かべられたフロートと、該フロートに一体化されて取り付けられた圧電発電ユニットと、から構成されてなり、上記フロートの昇降動によって圧電発電ユニットに振動を与え、発電作用を起こさせるように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明にあっては、上記目的を達成する他の構成からなるフロート式圧電発電装置として、請求項３に記載したように、液面に浮かべられたフロートと、該フロートに連結された作動体と、この作動体に連結された支軸と、上記作動体の他端部に連結された圧電発電ユニットと、この圧電発電ユニットをスライド自在に収納してなるハウジングと、を有して構成し、上記ハウジング内には上記圧電発電ユニットが衝合するストッパー体が配設されて構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明にあっては、上記目的を達成するさらに他の構成からなるフロート式圧電発電装置として、請求項４に記載したように、液面に浮かべられたフロートと、該フロートに連結された作動体と、この作動体に連結された支軸と、上記作動体の他端部と係脱自在な圧電発電ユニットと、この圧電発電ユニットをハウジング内に中空状態に弾持する弾性体と、を有して構成し、上記フロートの昇降作動により回動する作動体の他端部が上記圧電発電ユニットと係合した後、さらに作動体が回動することで上記係合状態が解除され、上記圧電発電ユニットはハウジング内で上下に振動することで、発電作用が生じるように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この場合、上記係脱手段は、ピンによる係脱手段の他に、請求項５に記載したように、永久磁石を利用して構成してもよい。
【００１３】
また、この発明に係るフロート式圧電発電装置にあっては、請求項６に記載したように、前記フロートの上昇端部と下降端部の各位置にセンサースイッチを配置し、このいずれかのセンサースイッチをＯＮ作動させたときの情報を記憶回路で記憶保存し、前記圧電発電ユニットが発電したときに、上記情報を外部施設へと通信することで、液面の上昇或は下降が知得できるように構成することができる。
【００１４】
この場合、上記記憶回路には、請求項７に記載したように、タイマー回路を付設し、前記フロートの上昇及び下降間のインターバル時間を計測可能としたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、この発明に係るフロート式圧電発電装置にあっては、請求項８に記載したように、  前記フロートに、垂直方向に沿って所要間隔毎に櫛歯状の凹凸部を形成し、上記フロートの昇降作動によって上記凸部が圧電発電装置の圧電セラミックス体を殴打する作動体と衝合して発電を行なうように構成したことを特徴とする。
【００１６】
この場合、前記各凸部或は凹部には、請求項９に記載したように、液面の高さに対応する位置に配設されたマグネットに反応するスイッチを配設し、上記マグネットと反応するスイッチのＩＤを検知することで、液面高さを算出するように構成するのが望ましい。
【００１７】
このように構成されてなるフロート式圧電発電装置の圧電発電ユニットは、請求項１０に記載したように、板状に形成された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ように構成されており、上記圧電セラミックス体への歪み変形を与える手段は、鋼球を衝突させるか、弾性体によって付勢されたハンマーで殴打することで、発電作用を起こさせるように構成されていることを特徴とするものである。具体的には、本出願人が先に提案した特開２００１−３３９４６４号や特開２００１−２３１２７２号、特開２００１−１５７４７０号及び特開２００１−１４５３７５号に記載された構造のものを適用することができる他、上記圧電セラミックス体としては、分極が同一方向に設定された２枚の板状に形成された圧電セラミックス素子で形成すると共に、該圧電セラミックス素子の間に極薄の金属電極を介在させて接合して層状に形成し、該圧電セラミックス体の一方側の面の中央部或は両端部をクッション材で支持し、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支持構造としたものを用いることができる。
【００１８】
また、この発明にあっては、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のフロート式圧電発電装置を監視システムに適用することができ、この場合には、請求項１１に記載したように、貯液槽内に配設し、該フロート式圧電発電装置で発電された電力で、上記フロート式圧電発電装置に接続された通信手段を起動させ、この通信手段からの発信信号により任意の液体管理システムの稼動状態を管理することを特徴とするものである。
【００１９】
この監視システムは、具体的には、請求項１２に記載したように、前記液体管理システムの貯液槽の液を、液体流路に介装された真空バルブを介して貯液槽外へと圧送するように構成されてなる真空汚水圧送システムや、請求項１３に記載したように、水洗式トイレのタンクの液面の上下の動きを検知し、該検知情報を通信で発信して管理するシステムに適用するのが望ましい。
【００２０】
この水洗式トイレに適用される場合は、請求項１４に記載したように、前記記憶回路に付設されたタイマー回路によってフロートの上昇及び下降間のインターバル時間を自動的に計測し、当該水洗式トイレの使用状態をモニタリングすることで、独居老人等の生活状態を遠隔監視することが可能となるように構成し、運用するのが望ましい。加えて、この発明にあっては、請求項１５に記載したように、前記通信手段が、水洗トイレに付設された血糖値検査装置等の電圧値の変化で検査可能な検査装置のデータを通信手段で外部へと送信可能な機能を付加して構成することもできる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、請求項１乃至請求項５に記載されたフロート式圧電発電装置によれば、液面水位の移動によるフロートの上下動によって発電を行い、必要な電力を確保できるので、外部電源や電池等の電力が不要となり、外部電力を確保できない場所であっても、必要な電力を確保でき、また、電池のように交換する必要もないので、メンテナンス作業を無人化することができる。
【００２２】
また、請求項６及び請求項７に記載した発明によれば、液面の上昇及び下降の位置情報を利用して液面位置を監視することができ、また、インターバル時間を計測することで、例えば、無人監視システムにおいても、異常を早期に発見することができる。
【００２３】
さらに、請求項８に記載した発明によれば、フロートに、垂直方向に沿って所要間隔毎に櫛歯状の凹凸部を形成し、該フロートの昇降作動によって上記凸部が圧電発電装置の圧電セラミックス体を殴打する作動体と衝合して発電を行なうように構成したので、フロートの昇降作動によって上記各凸部が連続的に上記作動体と衝合し発電を連続的に行なうので、常に安定した電力を十分に得ることができる、という効果が得られる。
【００２４】
また、請求項９に記載した発明によれば、各凸部或は凹部に、液面の高さに対応する位置に配設されたマグネットに反応するスイッチを配設し、上記マグネットと反応するスイッチのＩＤを検知することで、液面高さを算出するように構成したので、遠隔監視によって液面高さをリアルタイムで管理することができ、液面高さ検知に伴う各種の制御を容易に行なうことができる。
【００２５】
また、請求項１０に記載したように、請求項１乃至請求項９に用いられる圧電発電ユニットは、板状に形成された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ように構成されており、上記圧電セラミックス体への歪み変形を与える手段は、鋼球を衝突させるか、弾性体によって付勢されたハンマーで殴打することで、発電作用を起こさせるように構成されているので、一度の衝撃力によって大きな出力電流を得ることができ、実用性が向上する。
【００２６】
このように構成されてなるフロート式圧電発電装置は、請求項１１乃至請求項１５に記載したように、真空汚水圧送システム等の液体流路の監視システムや水洗トイレを利用した無電源式監視システムに適用し、該フロート式圧電発電装置で発電された電力で、上記フロート式圧電発電装置に接続された通信手段を起動させ、この通信手段からの発信信号により上記監視システムの作動状態を管理するように構成することで、例えば、真空バルブの作動回数を、無電源で管理することができ、外部電源が取れない場所にも設置することができ、さらには、電池交換等が不要となるため、メンテナンス作業を無人化することができる他、水洗トイレの液面の変化のインターバル時間をモニタリングすることで、例えば、独居老人の健康状態を容易に監視することができる。勿論、この場合には、上記通信手段は、水洗トイレに付設された血糖値やコレステロール、血圧、尿酸値等の電圧値で健康状態を検査可能な検査装置のデータを外部へと送信可能に構成し、データ送信を自動化することで、使い勝手性を大幅に改善させることもできる等、幾多の優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面に示す発明の実施の実施例に基づき、この発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１および図２は、この発明の実施例１に係るフロート式圧電発電装置Ｆの構成を示しており、このフロート式圧電発電装置Ｆは、液面ＷＬに浮かべられたフロート１と、該フロート１に連結されたレバー２と、このレバー２に一端部が軸３を介して連結された作動アーム４と、この作動アーム４を回動可能に軸支する支軸５と、上記作動アーム４に突設されたガイドピン６と、上記作動アーム４の回動に伴い移動する上記ガイドピン６をスライド自在にガイドするガイド溝７が形成された受座体８と、上記作動アーム４の他端部に液密状態で連結された圧電発電ユニット１０と、この圧電発電ユニット１０をスライド自在に収納してなるハウジング２０と、このハウジング２０内に配設され上記圧電発電ユニット１０と衝合可能に配設されたストッパー体２１Ａ，２１Ｂと、から構成されている。
【００２９】
また、上記圧電発電ユニット１０は、この実施例１では、図３に示すように、両端が閉塞された中空容器１１の上下端側に圧電セラミックス体１２，１２を配置し、これら圧電セラミックス体１２，１２を鋼球１３の殴打により発電するものである。
【００３０】
容器１１は、前記ハウジング２０内に配設されたコイルスプリング２２Ａ，２２Ｂによって、図１に示すように、常態においてハウジング２０内の中間位置に吊持されている。
【００３１】
従って、フロート１が、水位の変動によって上昇した場合には、作動アーム４の他端部が支軸５を支点として図１時計方向に回動し、その結果、作動アーム４の他端部に連結された容器１１は、コイルスプリング２２Ａの付勢力に抗してハウジング２０内の下方向へと押し下げられ、ストッパー体２２Ｂと衝合する。この衝撃力により容器１１内に配設されたハンマー１７が圧電セラミックス体１２を強く殴打するので、該圧電セラミックス体１２は歪変形し、発電を行う。
【００３２】
また、反対に、フロート１が、水位の変動によって下降した場合も、作動アーム４の他端部が支軸５を支点として図１反時計方向に回動し、その結果、作動アーム４の他端部に連結された容器１１は、コイルスプリング２２Ｂの付勢力に抗してハウジング２０内の上方向へと押し上げられ、ストッパー体２２Ａと衝合する。この衝撃力により容器１１内のハンマー１７が圧電セラミックス体１２を強く殴打するので、該圧電セラミックス体１２は歪変形し、発電を行う。
【００３３】
尚、この実施例１において、上記コイルスプリング２２Ａ，２２Ｂは必ずしも必須ではなく、圧電発電ユニット１０をハウジング２０内にフリーの状態で収納するように構成してもよい。また、圧電発電ユニット１０の構成を、本出願人が先に提案した特開２００１−３３９４６４号や特開２００１−２３１２７２号、特開２００１−１５７４７０号及び特開２００１−１４５３７５号に記載した構造のものを適用することもできる。
【００３４】
ところで、この実施例１では、圧電発電ユニット１０を、圧電セラミックス体１２，１２の一方の側面にクッション部材１３を接着材で接着し、このクッション部材の中央部のみに、接着材で圧電セラミックス体１２を接着し、かつ、容器１１の他方の側面にも、同様にして圧電セラミックス体１２を接着し、両者を向かい合せて構成している。
【００３５】
そして、これら両圧電セラミックス体１２，１２の向かい合う面の中央部にプロテクタ板（図示せず）を固着する。そして、両圧電セラミックス体１２，１２は、ハンマー１７により殴打される。
【００３６】
該ハンマー１７は、バネ材１６の上端部両側に配設されており、該バネ材１６は、コイルスプリングＳの付勢中立点では直立しているが、これを過ぎると、バネ材１６、即ち、ハンマー１７を、図３時計方向或は反時計方向へと付勢するように構成されている。このため、この付勢力を利用した加撃方式では、圧電セラミックス体１２に対する打撃力は、従来の鋼球を使用した圧電発電装置と比較して数十倍以上の打撃力が作用するため、１回の加撃作動により、大きな圧電発電量を得ることができる。尚、上記コイルスプリングＳの付勢中立点からの付勢力を付与する手段は、前記作動アーム４の移動により達成することができる。勿論、圧電セラミックス体を殴打する他の方式としては、本出願人が先に提案した上記特開２００１−３３９４６４号や特開２００１−２３１２７２号、特開２００１−１５７４７０号及び特開２００１−１４５３７５号に記載の方式のものを用いることもできる。
【００３７】
上記圧電セラミックス体１２，１２は、図３に示すように、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素子１２ａ，１２ｂを、各セラミックス素子１２ａ，１２ｂ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１２ａ，１２ｂ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１９を配置し、これら圧電セラミックス素子１２ａ，１２ｂと金属電極１９を接合して構成されている。
【００３８】
金属電極１９を上記極薄の厚さとすることで、該金属電極１９による機械的な抵抗をごく僅かに抑えることができ、２つのセラミックス素子１２ａ，１２ｂと金属電極１９の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が発生したとしても、該たわみ振動の金属電極１９による減衰を可及的に小さく抑えることができる。尚、この実施例の構成では、一方の側のセラミックス素子１２ａが伸長すれば他方の側のセラミックス素子１２ｂ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１２ａ，１２ｂは並列に接続された発電構成となる。
【００３９】
また、この実施例１では、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１２ａ（又は１２ｂ）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。セラミックス素子１２ａ，１２ｂで発電された電気エネルギーとしての電流は夫々リード線から取り出され、これら各セラミックス素子１２ａ，１２ｂで発電された電流は金属電極１９の両端部に導電接続されたリード線と接続されて交流電流が得られるように構成されている。
【００４０】
また、ここでは２枚の圧電セラミックス素子１２ａ，１２ｂに金属電極１９を介装して積層した場合を例にとり説明したが、各圧電セラミックス素子１２ａ（１２ｂ）自体を、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、複数枚の圧電セラミックス素子を接合（この場合は分極の極性も同一方向に）して、一方の圧電セラミックス素子１２ａ（又は１２ｂ）を形成する。
【００４１】
このように、圧電セラミックス素子１２ａ（又は１２ｂ）自体を積層構造とし、これを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圧電セラミックス体１２の曲がりが容易になって曲げ強度が維持することができる。尚、この発明において、圧電セラミックス体１２の外形形状は特に限られるものではなく、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等、利用形態に対応させて適宜の形状のものを用いることができる。
【００４２】
また、この発明に用いられる上記クッション部材は、合成樹脂材、ゴム材、或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部材を用い、しかも、このクッション部材の中央部のみ或いは両端部を、接着材を用いて圧電セラミックス体１２を固着したのは、圧電セラミックス体１２の振動を減衰させないためである。圧電セラミックス体１２が振動する場合、この圧電セラミックス体１２を支持する部材は圧電セラミックス体１２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、クッション部材を用いて極力圧電セラミックス体１２を自由な状態におく。
【００４３】
このように構成することで、圧電セラミックス体１２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、この固有振動を圧電セラミックス体１２以外の他の構造体に伝えないことが重要である。圧電セラミックス体１２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。
【００４４】
このため、この実施例１では、圧電セラミックス体１２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板を用いることで、圧電セラミックス体１２の固有振動が長く継続させることができ、発電効率が良くなる。勿論、このクッション材は圧電セラミックス体１２に加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。尚、上記プロテクタ板は、金属製或いは合成樹脂製等で形成されており、ハンマー１７の殴打から圧電セラミックス体１２を保護することができる。
【００４５】
さらに、上記実施例１では、フロートの上下動を回転作動に代えて圧電発電ユニットを上下方向に移動させ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、例えば、液面に浮かべられた上記図示例の構成からなるフロート１と、該フロート１に連結された作動体４と、この作動体４を回動可能に軸支する支軸５と、上記作動体４の他端部と係脱自在な圧電発電ユニット１０と、この圧電発電ユニット１０をハウジング２２内に中空状態に弾持する弾性体２１Ａ，２１Ｂと、で構成し、上記フロート１の昇降作動により回動する作動体４の他端部が上記圧電発電ユニット１０と係合した後、さらに作動体４が回動することで上記係合状態が解除され、上記圧電発電ユニット１０はハウジング２２内で上下に振動するように構成し、上記係合状態が解除された後は、上記圧電発電ユニット１０が、弾性体２１Ａ，２１Ｂに吊持されている状態で上下に往復振動することで、発電作用を連続的に行うように構成してもよい。この場合、前記係脱手段は、特に図示はしないが、ピン等の係合手段の他に、永久磁石を利用して係脱するように構成することもできる。
【００４６】
勿論、この発明にあっては、上記フロートと圧電発電ユニットとを一体化し、フロートの上下作動に伴う振動を直接に圧電発電ユニットに伝えて発電作用を起こさせるように構成することもできる。
【００４７】
また、この発明にあっては、上記フロート１の上昇端部と下降端部の各位置にセンサースイッチ（図示せず）を配置し、このいずれかのセンサースイッチをＯＮ作動させたときの情報を、圧電発電ユニット１０に配設された記憶回路（図示せず）で記憶保存し、前記圧電発電ユニット１０が発電したときに、上記情報を外部施設へと通信するように構成して、液面の上昇或は下降が知得できるように構成するのが望ましい。この場合、前記記憶回路にはタイマー回路を付設し、前記フロート１の上昇及び下降間のインターバル時間を計測することで、例えば、図示はしないが、本フロート式圧電発電装置Ｆを水洗トイレ等に適用し、この水洗トイレの液面の変化のインターバル時間をモニタリングすることで、例えば、独居老人の健康状態を容易に監視することができる。勿論、この場合には、上記通信手段は、水洗トイレに付設された血糖値やコレステロール、血圧、尿酸値等の電圧値で健康状態を検査可能な検査装置のデータを外部へと送信可能に構成し、データ送信を自動化することで、使い勝手性を大幅に改善させることもできる。
【００４８】
図４は、以上のように構成されてなる上記フロート式圧電発電装置Ｆを用い、一の圧電セラミックス体１２が発電した電気を充電する充電装置の回路を示したものである。勿論、この実施例１では、圧電セラミックス体１２が向かい合わせで２個対設されて構成されているので、当該充電回路が並列に、或は直列に導電接続されて構成される。また、図示の並列回路は、使用目的に対応させて適宜増加させて構成してもよい。
【００４９】
即ち、この充電回路は、２つの圧電セラミックス体１２として２枚の圧電セラミックス素子１２ａ，１２ｂ、金属電極１９、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６、電気を蓄電するコンデンサＣ、スイッチＳＷ及び発光ダイオードＬ１〜Ｌ３を有する。圧電セラミックス素子１２ａで発電した電気は、ダイオードＤ１〜Ｄ３により全波整流され、また圧電セラミックス素子１２ｂ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コンデンサＣに充電される。このコンデンサＣは、当該並列回路では１個とすることもできる。そして、スイッチＳＷの操作により、コンデンサＣは放電して発光ダイオードＬ１〜Ｌ３を点灯する。勿論、上記コンデンサＣに蓄積された電流を、例えば、上記容器１１内或は外部に導電接続された通信回路の起動電源として利用することもできる。この場合、上側に配置された圧電セラミックス体１２からの電流と下側に配置された圧電セラミックス体１２からの電流の周波数を異ならしめることで、フロート１の作動状態を外部からでも容易に確認することができるように構成することもできる。
【実施例２】
【００５０】
図５及び図６は、上記のように構成された圧電発電装置に用いられる圧電セラミックス体１２の他の構造例を示しており、この例では、２枚の圧電セラミックス素子１２ａ，１２ｂの一端部１２ａ２，１２ｂ２及び金属電極１９Ｂ側は揃え、他端部１２ｂ１側は、この実施例では、圧電セラミックス素子１２ａよりも長く形成して段部１２ｂ１を形成し、該段部１２ｂ１に前記金属電極１９のリード線Ｑ３の接続端部を接着固定したことを特徴とする（以下、形態Ａという。）。勿論、この段部は、図示の実施例とは逆に、圧電セラミックス素子１２ａの他端部１２ａ１を圧電セラミックス素子１２ｂの他端部１２ｂ１よりも長く形成し、この長く延設された圧電セラミックス素子１２の段部１２ａ１に金属電極１９のリード線Ｑ３の接続端部を接着固定してもよい（以下、形態Ｂという）。
【００５１】
このように金属電極１９を、剛性が高い圧電セラミックス素子１２ａ又は１２ｂの段部で受けることで、金属電極１９の突出部Ｄの固有振動を防止することができるため、有効な発電効率を得ることができ、しかも、リード線Ｑ３の金属電極への結線作業を簡単に行うことができる。尚、上記実施例では、金属電極１９の接続端部を段部に接着固定す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、蒸着やメッキにより形成してもよい。
【００５２】
このような並列型のフロート式圧電発電装置Ｆは、構造が簡単であり、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、より実用的な用途が期待される。
【実施例３】
【００５３】
図６は、この発明の実施例３に係るフロート式圧電発電装置Ｆを示しており、該フロート式圧電発電装置Ｆでは、フロート１に、垂直方向に沿って所要間隔毎に櫛歯状の凹凸部９を形成し、該フロート１の昇降作動によって上記凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎが圧電発電ユニット１０の圧電セラミックス体１２を殴打する作動体４Ａと衝合して発電を行なうように構成されている。
【００５４】
即ち、この実施例３では、上記凹凸部９の凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎは１０ｍｍ間隔で突設されており、これら各凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎには、マグネットＭの磁力と反応するスイッチＳＷ１，ＳＷ２，‥‥，ＳＷｎが夫々配設されており、マグネットＭと反応し起電したスイッチからの情報は、圧電発電ユニット１０で発電された電力によって作動する無線送信機３０を介して、遠隔地等に設置された受信機３１へと送信されるように構成されている。
【００５５】
また、永久磁石等で構成されてなる上記マグネットＭと作動体４Ａは、フロート１の上部の所定高さ位置に設置され、該作動体４Ａは、軸５Ａを回転中心として揺動可能に軸支されている。
【００５６】
このように配設された作動体４Ａの一方端部（図示例では左端部）は、該フロート１の昇降作動によって昇降する各凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎに衝合するように配置されているので、これら各凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎの昇降によって上記作動体４Ａは軸５Ａを回転中心として左右に揺動され、共振タイプに構成された圧電発電ユニット１０の一方の鋼球１７Ｂが連続的に殴打される。
【００５７】
このようにして一方の鋼球１７Ｂが殴打されると、バネ材１６の他端部に取り付けられた鋼球１７Ａが共振して圧電発電ユニット１０の圧電セラミックス体１２を殴打し、発電を連続的に行なうので、常に安定した電力を十分に得ることができる。尚、本実施例３において、実施例１又は実施例２で用いた部材と同一の部材については、図面に実施例１又は実施例２の説明で用いた符号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。
【００５８】
また、この実施例３では、上記各凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎと対峙する位置であって、上記作動体４Ａの近傍に配設されたマグネットＭと反応するスイッチＳＷ１乃至ＳＷｎを上記各凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎに配設し、該マグネットＭと反応するスイッチＳＷのＩＤを検知することで、フロート１の液面高さを算出するように構成されている。尚、この実施例３において、上記マグネットＭに反応するスイッチは、公知のものを用いることができるので、その詳細な説明をここでは省略する。
【００５９】
この実施例３のフロート式圧電発電装置Ｆは、以上のように構成したので、遠隔監視によって液面高さをリアルタイムで管理することができ、液面高さ検知に伴う各種の制御を容易に行なうことができる。尚、この実施例３にあっては、上記フロート１の各凸部９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎに配設されたスイッチＳＷ１，ＳＷ２，‥‥，ＳＷｎのいずれかのスイッチがマグネットＭと反応したときの情報は、無線送信機３０に配設された記憶回路（図示せず）で記憶保存し、前記圧電発電ユニット１０が発電されたときに、上記無線送信機３０を自動的に起動させて、上記記憶情報を外部施設へと通信するように構成してもよい。
【００６０】
図７乃至図９に示す例は、実施例１乃至実施例３に係るフロート式圧電発電装置Ｆを、真空式下水道システムに適用した場合を示している。
【００６１】
この真空式下水道システムは、家庭Ｈや施設などの汚水管Ｌから排出される汚水を一度公共汚水マスＭで溜めた後、真空バルブＶの開閉によって真空ポンプＰの負圧を利用して真空汚水流路Ｒに吸引して搬送し、集水タンクＴに収集し、次に、圧送ポンプＡによって集水タンクＴに集められた汚水を公共下水道又は終末処理場へと圧送するように構成されている。尚、真空式下水道システム自体は、公知のもの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。
【００６２】
このように構成されてなる真空式下水道システムの公共汚水マスＭに本実施例に係るフロート式圧電発電装置Ｆが配置され、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、汚水液面ＷＬが上昇し、或は、下降したときに、その移動衝撃によって電力が発生し、該電力は、図示しない通信手段へと送られて、該通信手段を起動させ、真空バルブＶのＩＤ情報と、該真空バルブＶの作動を知らしめる信号が外部の管理室コンピュータ（図示せず）へと送信され、該管理室コンピュータでは、当該真空バルブＶの作動回数を積算し、当該真空バルブＶの故障の検知や交換時期等の管理情報として活用することができるように構成されている。
【００６３】
勿論、本実施例に係るフロート式圧電発電装置Ｆは、上記真空式下水道システムに適用される場合に限定されるものではなく、先に述べた水洗トイレを利用した監視システム等、他の液体流路の無電源式監視システムにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施例１に係るフロート式圧電発電装置の構成を示す正面説明図である。
【図２】同装置の側面説明図である。
【図３】同装置に用いられる圧電発電ユニットの構成説明図である。
【図４】同圧電発電ユニットの充電回路図である。
【図５】この発明に用いられる圧電セラミックス体の実施例２を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施例３に係るフロート式圧電発電装置の構成を示す説明図である。
【図７】同フロート式圧電発電装置が適用された真空式下水道システムの説明図である。
【図８】同システムに配置されている真空バルブを示す説明図である。
【図９】同システムの公共汚水マスの水位変動と発電の関係を示す説明図であり、（Ａ）は水位が上昇した状態を、（Ｂ）は水位が下降した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ｆ  フロート式圧電発電装置
Ｍ  公共汚水マス
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３  リード線
Ｍ  マグネット
Ｐ  真空ポンプ
ＳＷ１乃至ＳＷｎ  スイッチ
Ｖ  真空バルブ
ＷＬ  液面
１  フロート
２  レバー
４，４Ａ  作動アーム
５  支軸
６  ガイドピン
７  ガイド溝
８  受座体
９  凹凸体
９ａ１，９ａ２，９ａ３‥‥，９ａｎ  凸部
１０  圧電発電ユニット
１２  圧電セラミックス体
１２ａ，１２ｂ  圧電セラミックス素子
１２ｂ１  段部
１３，１７Ａ，１７Ｂ  殴打体（鋼球）
１９  極薄の金属電極
３０  送信機
３１  受信機
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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