JP2003007491A - 発光体点灯装置 - Google Patents

発光体点灯装置

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JP2003007491A
JP2003007491A JP2001192373A JP2001192373A JP2003007491A JP 2003007491 A JP2003007491 A JP 2003007491A JP 2001192373 A JP2001192373 A JP 2001192373A JP 2001192373 A JP2001192373 A JP 2001192373A JP 2003007491 A JP2003007491 A JP 2003007491A
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light
piezoelectric element
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electric energy
charger
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Makoto Kaneko
誠 金子
Yoshihiro Cho
義博 猪
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Tokin Corp
NEC Tokin Hyogo Ltd
Original Assignee
NEC Tokin Corp
NEC Tokin Ceramics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 運動から応力を取り出し、圧電素子を用いて
発電し高輝度の発光が可能な発光装置 【解決手段】 運動から圧電素子に弾くまたは叩くなど
の応力を与え、発生した電気エネルギーを充電器に充電
し、タイマー回路で設定した時間に達したときタイマー
回路からの信号で充電器と発光体の回路を閉じ、蓄えら
れた電気エネルギーを一度に利用して大きな発光をさせ
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を用いた
発電装置に係り、間欠的に圧電素子に発生させた電気エ
ネルギーを逐次蓄電装置に充電し、設定した一定回数分
の充電電気エネルギーを一挙に発光素子側に放出する事
が可能な発電発光装置に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】従来から用いられている発光装置は電池
や交流直流電源からの電力供給が必要である。特に前者
では電池の残存容量が低下すると光量が下がり、最終的
には発光しなくなるという問題があった。この問題を解
決する1手段として、圧電素子による発電が提案されて
いる。
【0003】従来この種の圧電素子による発光をする場
合には通常、圧電素子に金属球、セラミック球などの衝
撃体を衝突させたり、圧電素子の一端を固定してこの反
対の端を押圧し変形させたりしたときの圧電素子の歪み
によって発電する。このとき発生した電力を発光体の発
光に利用したり、2次電池に充電して取り出し利用した
りされている。特開平6−209807にはこの発電装
置を靴底に取り付けて、歩いたり走ったりする動きに合
わせ、圧電素子が変形し電気エネルギーを発生させ発光
体を発光させる発明がなされている。また同種の発明と
して特開平11−253071にはフィッシング用ルア
ーに発光ダイオードを内蔵し、ルアーの往復運動によっ
て組み込まれた衝撃体で圧電素子を打撃する事による起
電力を利用し発光ダイオードを発光させるルアーが開示
されている。また、圧電素子を用いた発電システムを自
転車に応用した例として特開2000-287464に
は転動室に配置された圧電素子に、同転動室内を移動す
る衝撃物を衝突させ発電し、標示灯を発光させる特許が
開示されているが、自転車走行時の振動は不規則で振幅
も一定では無いため、圧電素子による発電作用も間隔、
大きさとも不安定となり、標示灯の発光も同様に不安定
となるため、夜道でその存在を他人に知らせる目的に対
しては、その性能が不充分であった。
【0004】前記発明により圧電素子を用いた発電シス
テムでは、いずれも1回の衝撃や撓みから発生したエネ
ルギーを利用する方法に限定されており発電される電気
エネルギーが小さく、発光力が小さいという問題があっ
た。連続的に発電する為には風車、水車、車軸等の回転
運動などから圧電素子へ衝撃を取り出し発電可能となれ
ば利用分野が広く有用である。同種の発明として特願昭
54−56872号に歯車に接触して振動する接触子の
振動を圧電素子に伝えて発電する発明がなされている
が、接触子の弾きを利用しているため圧電素子に伝える
衝撃が小さく発電効率が悪いという問題があった。これ
らの欠点を補うため、一定量の電気エネルギーをコンデ
ンサに充電した後、発光させる発明として204703
3号公報には、充電電圧が一定量を超えた場合、この充
電電気エネルギーを利用してスイッチング回路を駆動さ
せ充電電気エネルギーで一気に発光させるという特許が
開示されているが、トリガーとなる基準信号が充電器の
端子間電圧になっているために充電電圧の増加が緩やか
な場合、スイッチング素子のブレークオーバー電圧を超
えてもスイッチング素子が開状態を維持出来ず、充電電
気エネルギーを一気に放出できないため充分な発光力や
点灯時間を達成できない場合があるという欠点があっ
た。また、前記発明では連続的に使用した場合、一定間
隔で発光を行うが、点灯時間と消灯時間比率の制御はで
きず、夜間等の認識灯として有効である一定間隔での点
灯消灯の点滅を行えないという欠点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解決するため、外部からの機械的作用により一定間
隔で圧電素子を弾くまたは叩くなどによって圧電素子に
歪みを与えて発電し、整流した後コンデンサ等に一定値
以上の電気エネルギーを充電すると同時に、タイマー回
路が動作を開始して時間を計測し任意に設定した時間に
達したときに開閉回路を動作させて蓄積された電気エネ
ルギーを発光装置に供給する事で強い発光力で発光させ
る点灯装置の提供と、更に該タイマー回路で発光時間を
制御できる点滅発光装置を提供することを目的とする。
【0006】
【作用】本発明は機械的作用により圧電素子で発電を行
い、この電気エネルギーを充電器に蓄積する発電−電気
エネルギー蓄積系統を具備し、タイマー回路が充電器と
発光体をつなぐ接点を任意に設定された一定間隔で開閉
するように構成し、回路開放中に蓄えられた電気エネル
ギーを発光体に供給する事により間欠的に発光させる。
【0007】あらかじめ設定しておいたタイマー回路の
設定回数毎に、閉じる電気接点を設けておき、この電気
接点が閉じるとコンデンサ等に蓄積された電気エネルギ
ーが電流として一挙に発光体に流れ込み発光する。この
タイマー回路は開閉時間の設定が可能で、設定した開時
間が経過すると電気接点が再び開放となり発光体に電流
が流れなくなり発光体は消灯する。電気接点が開放にな
った時点から再び充電状態になり圧電素子を弾くまたは
撓ませるなどによって応力を発生させることによって発
生する電気エネルギーがコンデンサへ充電される。この
動作を繰り返すことで点滅を行う発光装置を提供するこ
とができる。
【0008】
【実施例】以下本発明の実施例について図面に基づいて
説明する。図1は圧電素子による発電の一実施例を示す
側面図である。1は0.25mm厚の圧電素子を0.2
mm厚のグラスファイバー製の中間層板に2枚貼り合わ
せて構成した長さ45mm、幅10mm、厚さ0.7m
mの圧電バイモルフであり片持ち支持で固定している。
2は1の圧電バイモルフの自由端側を撓ませる位置に6
カ所の突起を設けたカムである。今回の実施例ではカム
の1つの突起が通過する度に圧電バイモルフの先端が2
mm変位するように配置した。圧電素子としては用いた
片持ち支持のバイモルフのみならず、両端支持型の圧電
バイモルフ、単板の圧電素子あるいは積層型の圧電素子
等の機械的歪みに伴って電気エネルギーを発生するもの
であればいずれでも適用可能である。
【0009】図2は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。3は1の圧電バイモルフから発生した交流電圧の整
流する目的でスイッチングダイオードの全波整流回路で
構成している。4はタイマー回路で日本電気製CMOS
タイマー回路μPD5555を使用した。5は発電した
電気エネルギーを充電する10μFコンデンサでトーキ
ン製積層セラミックコンデンサC55Y5U1H106
Z。6は発光ダイオードで、日亜化学製NSPG500
Sで本実施例では2ヶ使用している。7は0.1μFコ
ンデンサ、8は7.5MΩの抵抗、9は2.5MΩ抵抗
で発光周期、発光時間、消灯時間は7,8,9の値の関
係で調整が可能である。10はPNP型トランジスタで
ある。5の充電器は通常のコンデンサのみならず、圧電
素子の性能に合わせて電気二重層コンデンサの適用も有
用である。また、発光間隔の長さや発光体に要求される
電力によっては、二次電池への電気エネルギー蓄積も有
用である。
【0010】図3は各部の電圧変化を示すタイミング図
である。2のカムが回転すると1の圧電バイモルフを撓
ませ発電を行う。これらのカムによって圧電バイモルフ
が撓み発生する電流は交流のため3の全波整流回路を介
して5のコンデンサに充電される。このカムの回転に従
って圧電バイモルフが発電を行い図2に示すように段階
的に5のコンデンサの充電電圧が上昇していく。これと
同時に7のコンデンサの充電電圧も上昇する。7,8,
9の値の比によって4のタイマー回路が一定周期で発振
を行い、本実施例では4のタイマー回路が出力している
時10のPNP型トランジスタのコレクタ.エミッタ間
を切断し、4のタイマー回路が出力していない時10の
PNP型トランジスタのコレクタ.エミッタ間は接続さ
れる。10のPNP型トランジスタのコレクタ.エミッ
タ間が接続された時、コンデンサと発光ダイオードを接
続する回路が閉じるとコンデンサに蓄積された電気エネ
ルギーが電流として一挙に発光体に流れ込み強い発光を
得ることができる。この時の発光周期は電源電圧によら
ず決まり本実施例では、 発行時間:t1=0.693×2.5(MΩ)×0.1
(μF)=0.17(sec) 消灯時間:t2=0.693×(7.5(MΩ)+2.
5(MΩ))×0.1(μF)=0.693(sec)
で発光消灯を繰り返すように設定した。
【0011】また、本カウンタ回路はコンデンサ5に充
電された電気エネルギーを利用して駆動させることがで
きる。図3をもとに説明する。発電開始時にはカウンタ
回路は電源が無いため動作しない。充電電圧は発電が始
まると同時に上昇していく。前記コンデンサに充電が進
んでいくとタイマー回路に電源が供給され動作を開始す
る。タイマー回路が設定した時間を計測するとスイッチ
ング回路への切断信号出力を停止しスイッチング回路を
動作させ前記コンデンサに蓄えられていた電気エネルギ
ーが発光ダイオードに流れ発光する。このとき前記コン
デンサの充電電圧は低下するが、発光ダイオードは発光
できない一定以下の電圧では電力を消費しないため、コ
ンデンサには電気エネルギーが一定量残留する。例えば
今回使用した日亜化学製NSPG500Sでは2.4V
以下では発光しないため発電が繰り返されている限りコ
ンデンサには2.4V以上の電圧が維持される。今回使
用したタイマー回路は3Vから15Vの電源電圧を使用
するため発光ダイオードを2個直列に接続し4.8Vの
電圧を維持するようにしている。したがって、このコン
デンサに蓄えられた電気エネルギーを電源としてタイマ
ー回路を駆動することが可能である。このときのタイマ
ー回路の消費電流は0.1μA程度と小さいためコンデ
ンサへの充電時間の遅延などの影響はほとんど無い。
【0012】本実施例では発光、消灯の比を1:3にな
るように設定にしたが、この比は発光が視認しやすいよ
うに調整が可能であり、場合によっては図2の8,9の
抵抗を可変抵抗にするなどして調整可能にし最適な発光
周期に変更可能にしておけば更に有用である。
【0013】5のコンデンサの静電容量に関しては、静
電容量が大きくなるほど一定の電圧に達するまでの発電
回数が多く必要になるので、一つの発光から次回の発光
までの間に発光ダイオードを発光させるために充分な充
電電圧が得られる適度の静電容量を、圧電素子の発電性
能に合わせて設定することが必要である。
【0014】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、圧電素
子による発電から効率的に電気エネルギーを取り出し充
電し、任意に設定した周期で高発光を行う発電発光装置
を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧電素子による発電方法の一実施例の側面図
【図2】本発明の実施例を示す回路図
【図3】本発明における実施例について各部の電圧変化
を示すタイミング図
【符号の説明】
1 圧電バイモルフ 2 カム 3 整流部 4 カウンタ回路 5 コンデンサ 6 発光ダイオード 7 スイッチングダイオード 8 コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K098 CC32 CC33 CC56 DD01 DD16 DD17 DD27 DD46 EE16 EE27

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 間欠的な機械的作用を受けて電気エネル
    ギーを発生する圧電素子と該圧電素子により発生した電
    荷を充放電させる充電器と、一定間隔で信号を発生する
    タイマー回路と、該タイマー回路の信号により一定間隔
    で回路を開閉するスイッチング回路および発光体より成
    り、前記タイマー回路が一定時間を計測したとき、該充
    電器と発光体が電気的に接続されて発光する発光体点灯
    装置。
  2. 【請求項2】 前記タイマー回路を動作させる電気エネ
    ルギーは該充電器に蓄積された電気エネルギーから充当
    させることを特徴とする請求項1の発光体点灯装置。
  3. 【請求項3】 圧電素子として片持ち型もしくは両端支
    持型の圧電バイモルフ素子を用いたことを特徴とする請
    求項1の発光体点灯装置。
  4. 【請求項4】 充電器と発光体をつなぐ回路を一定間隔
    で開閉する構成において、開閉の間隔および開状態、閉
    状態の時間の比率をタイマーの設定で任意に調整できる
    ことを特徴とする請求項1の発光体点灯装置。
JP2001192373A 2001-06-26 2001-06-26 発光体点灯装置 Withdrawn JP2003007491A (ja)

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