JP2007291650A

JP2007291650A - 道路鋲

Info

Publication number: JP2007291650A
Application number: JP2006118437A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsushita; 健司松下; Yasuo Mura; 康夫村
Original assignee: POLYMER GIKEN KK
Current assignee: POLYMER GIKEN KK
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】交換に要する経済面又は運用上の負担を軽減すると共に、夜間中点灯する道路鋲を提供する。
【解決手段】太陽電池６により発電された電力を蓄える複数の電気二重層コンデンサと、発光ダイオード５と、各電気二重層コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路２２と、環境の照度を検出する照度センサ８と、電力が何れか１つの電気二重層コンデンサに充電されるよう切り替える第１のスイッチ回路２０と、何れか１つの電気二重層コンデンサから発光素子に電力が放電されるよう切り替える第２のスイッチ回路２１と、次の電気二重層コンデンサに電力を順次充電するよう第１のスイッチ回路２０の切り替え制御をする充電制御回路２３と、次の電気二重層コンデンサの電力を順次放電するよう第２のスイッチ回路２１の切り替え制御をする放電制御回路２４とを具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は道路鋲に関し、特に、道路に埋設して点灯させる場合に適用して有用なものである。

従来、歩行者や自動車の運転者に注意を喚起するための光源となる発光素子を備える道路鋲が知られている（特許文献１参照）。この道路鋲は、太陽電池で発電した電力を蓄電池に蓄え、夕方や夜間など低照度時に、この電力を用いて発光素子を自動的に点灯させることで歩行者等の注意を喚起する。

この道路鋲の蓄電池には、鉛電池やニッカド電池が用いられる。この蓄電池は、発光素子を夜間中点灯させるのに十分な蓄電容量を有しているものの、充放電の繰り返しや経年変化等の原因により、２，３年で交換する必要がある。

また、道路鋲は一般的に、その発光部が地表に露出するよう埋設されるため、交換の際には代替の蓄電池の費用のみならず、道路鋲を取出すために地面を掘り起こす作業が生じており、交換作業に掛かる負担を軽減する必要が生じている。

かかる問題を解決するために、比較的寿命の短い蓄電池に換えて、電気二重層コンデンサを用いた道路鋲がある（特許文献２参照）。電気二重層コンデンサは一般的に製品寿命が長いため、電気二重層コンデンサを用いた道路鋲は、蓄電池を用いたものと比較して経済的に有利である。

一方、電気二重層コンデンサは、従来のアルミニウム電解コンデンサ等と比較すれば高い静電容量を有しているが、ニッケル水素電池等と比較した場合には、約１／１００程度の電力を充電できるに過ぎない。したがって、発光素子を夜間中点灯させるために、容積の大きい電気二重層コンデンサを用いて必要な電力を確保したり、発光素子で消費される電力を少なくすることが行われている。

しかしながら、電気二重層コンデンサの端子電圧には、充電開始から例えば１Ｖに達するのに、ニッケル水素電池等と比較してより長い時間を要するという充電特性がある。このことは、特に悪天候等による低照度の時に、電気二重層コンデンサの容積が大きい程、発光素子を点灯させるのに十分な電圧を得ることを困難にしている。

更に、特許文献２に開示される道路鋲では、電気二重層コンデンサに蓄電された電圧が低下した場合は発光素子を点滅させる制御を行い、消費電力を少なくすることで可及的に発光素子を点灯させる。しかし、実際に道路鋲を必要とする現場では、発光素子が点滅ではなく点灯し続けることを望まれる場合が少なからず存在する。

実公平０４−１２０９２号公報特開平０８−２３２２１６号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、交換に要する経済面又は運用上の負担を軽減すると共に、夜間中点灯する道路鋲を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
太陽電池と、
前記太陽電池により発電された電力を蓄える複数の電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサに蓄電された電力により発光する発光素子と、
前記各電気二重層コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、
環境の照度を検出する照度検出手段と、
発電された電力が何れか１つの前記電気二重層コンデンサに充電されるよう切り替える第１のスイッチ手段と、
何れか１つの前記電気二重層コンデンサに充電された電力が前記発光素子に放電されるよう切り替える第２のスイッチ手段と、
充電している前記電気二重層コンデンサの電圧値が所定値以上となったことを条件に、次の電気二重層コンデンサに電力を順次充電するよう前記第１のスイッチ手段の切り替え制御をする充電制御回路と、
前記照度が所定値以下となったことを検出した時、何れか１つの前記電気二重層コンデンサに蓄電された電力を前記発光素子に供給するよう前記第２のスイッチ手段の切り替え制御を行い、放電している前記電気二重層コンデンサの電圧値が所定値以下となったことを条件に、次の電気二重層コンデンサの電力を順次放電するよう前記第２のスイッチ手段の切り替え制御をする放電制御回路と
を具備することを特徴とする道路鋲にある。

かかる第１の態様では、１つの電気二重層コンデンサの電圧値が所定値となるまで充電した後、次の電気二重層コンデンサに充電するよう切り替えて充電するため、太陽光により発電した電力を可及的に無駄なく蓄えることができる。また、同時に１つの電気二重層コンデンサの電力を放電し、この電力の電圧が所定値以下となったら順次、次の電気二重層コンデンサの電力を放電するため、長時間発光素子を点灯させることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する道路鋲において、
前記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする道路鋲にある。

かかる第２の態様では、発光素子に発光ダイオードを用いることで、消費電力を抑えることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載する道路鋲おいて、
第２のスイッチ手段と発光素子との間に直流電圧を調節する制御を行うコンバータを介在させたことを特徴とする道路鋲にある。

かかる第３の態様では、かかるコンバータを用いることで、発光素子に適した電圧を供給することが可能となる。

本発明の第４の態様は、第１乃至３の何れかの態様に記載する道路鋲おいて、
上部に開口部を設けた外装ケースと、
少なくとも上面を光が通過し、前記外装ケースに着脱自在に収納可能になるよう形成した内装ケースとを更に具備し、
前記太陽電池及び前記照度検出手段の受光部並びに前記発光素子の発光部を、前記上面に望むよう前記内装ケース内に配設したことを特徴とする道路鋲にある。

かかる第４の態様では、外装ケースと内部に発光素子等を配設した内装ケースとを分離して構成することができる。これにより、外装ケースを地中に埋設したまま、内装ケースを交換することが容易となる。かかる構成により、発光素子等を寿命や故障により交換する際には、別の内装ケースに換装するという作業を行うのみでよいため、交換に掛かる作業負担を軽減することができる。

本発明の第５の態様は、第４の態様に記載する道路鋲おいて、
開口部を設けると共に、前記外装ケースに嵌合する収納蓋を更に備えることを特徴とする道路鋲にある。

かかる第５の態様では、収納蓋が内装ケースを外装ケース内に固定するため、内装ケースが外装ケースから取り外れないようにすることができる。

本発明によれば、製品寿命の長い電気二重層コンデンサを用いることにより、道路鋲の交換に要する経済面又は運用面での負担を軽減することができる。また、電気二重層コンデンサの充放電を制御することにより、安定して充電を行うことができない気象条件にあっても、夜間を通して点灯する道路鋲を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

＜実施形態１＞
実施形態１では、道路鋲が道路に配設される点字ブロックに用いられる場合について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る道路鋲を配設した点字ブロックの概略図、図２は本発明の実施の形態に係る道路鋲の斜視図、図３はその縦断面図である。

図１に示すように、道路鋲１は通常の点字ブロックの突起部に換えて格子状に複数配設される。点灯する道路鋲１を備える点字ブロック１２を道路等に設置することにより、夜間に、より効果的に歩行者を誘導したり又は注意を喚起することが可能となる。

図２乃至３に示すように、発光ダイオード５，太陽電池６，回路基盤７，照度センサ８，第１の電気二重層コンデンサ９，第２の電気二重層コンデンサ１０及び第３の電気二重層コンデンサ１１が内装ケース４内に配設されており、この内装ケース４が地面に埋設される外装ケース２に収納され、開口部を設けた環状の収納蓋３により固定されている。

外装ケース２は、ステンレスを主たる部材に用いて円筒形状に、上部に開口面を有するように形成してある。また、内装ケース４は、ポリカーボネイトを主たる部材に用いて円筒形状に、外装ケース２に着脱自在に収まるよう形成してある。ポリカーボネイトを用いることで、内装ケース４内部に光が通過可能となり、且つ耐久性のある内装ケース４を提供することができる。また、開口部を設けた環状の収納蓋３が外装ケース２と嵌合するよう形成してある。

この半球状に形成された内装ケース４の上端部が点字ブロック１２の表面より突出するように外装ケース２を地中に埋設し、外装ケース２に内装ケース４を収納し、収納蓋３により固定する。かかる構成により、内装ケース４は地面を掘起こすことなく交換することが可能であるため、交換に掛かる作業負担を軽減することができる。

回路基盤７の上側には、太陽電池６及び照度センサ８の受光面が太陽光を受光できるように、また発光ダイオード５の発光部が歩行者から視認できるよう配設されている。また、回路基盤７の下側には、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１が配設されている。更に、回路基盤７には第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１の充電及び放電を制御するための回路が配設されている。

太陽電池６は、太陽光より電力を発電し、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１に充電するために用いられる。太陽電池６には、化合物半導体薄膜太陽電池を好適に用いることができる。

第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１は、太陽電池６により発電された電力を充電し、且つ充電した電力を発光ダイオード５に供給するために用いられる。この電気二重層コンデンサの静電容量は１乃至１０²（Ｆ）であり、アルミニウム電解コンデンサの静電容量（１０^-6乃至１０^-2（Ｆ））と比較して高いものとなっている。更に、電気二重層コンデンサの静電容量は充放電を繰り返すことによる劣化が少ないという特性を有するため、１０年程度の長期間に亘り交換する必要がないという特徴がある。このため、電気二重層コンデンサを道路鋲１の蓄電池として好適に用いることができる。

なお、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１には、充電を停止したときの端子電圧までの電気エネルギーが蓄積される。すなわち、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１には、鉛蓄電池等における満充電に相当する概念が存在せず、端子電圧が１．５Ｖや２．０Ｖ等の電圧値であっても満充電とみなすことができる。したがって、実施形態１では、端子電圧が２．５Ｖの時を満充電とする。

発光素子である発光ダイオード５は、点灯により歩行者や自動車の運転者に注意を促すために用いられる。少ない消費電力で点灯する発光ダイオードを用いることにより、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１に蓄えられた電力を長時間に亘って消費することができ、夜間を通して点灯し続けることが可能となる。実施形態１では、１Ｖで発光する発光ダイオードを用いる。

照度検出手段である照度センサ８は、環境の照度を検出するために用いられる。この照度が所定値以下であるか否かに基づいて、発光ダイオード５が点灯するよう制御される。これにより、発光ダイオード５を夕方に点灯させ、明け方に消灯させることが可能になる。

図４は道路鋲の電気二重層コンデンサの充放電制御の回路のブロック図である。この図を用いて、回路基盤７に実装された回路について説明する。

図４に示すように、第１のスイッチ手段である第１のスイッチ回路２０は、充電制御回路２３の制御信号に基づいて、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１の何れか一つに太陽電池６により発電された電力が充電されるよう回路を切り替える。

また、第２のスイッチ手段である第２のスイッチ回路２１は、放電制御回路２４の制御信号に基づいて、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１の何れか一つに蓄電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２５を介して発光ダイオード５へ流れるよう回路を切り替える。

電圧検出回路２２は、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１の各々の電圧を検出し、この電圧を充電制御回路２３及び放電制御回路２４に出力する。

充電制御回路２３は、電圧検出回路２２により検出した電圧値に基づいて、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１の何れか一つに太陽電池６からの電力が充電されるように回路を切り替るための制御信号を第１のスイッチ回路２０に出力する。

具体的には、最初に第１の電気二重層コンデンサ９が充電されるよう制御信号を第１のスイッチ回路２０に出力する。更に、充電中は、第１の電気二重層コンデンサ９の電圧を電圧検出回路２２を介して取得し、第１の基準電圧（「Ｖ_ref1」と表し、電圧値は２．５Ｖとする。）と比較することにより、満充電となったか否かを判断する。この判断の結果、満充電となった場合は、第２の電気二重層コンデンサ１０が充電されるよう制御信号を第１のスイッチ回路２０に出力する。

同様に、第２の電気二重層コンデンサ１０の充電中は、第２の電気二重層コンデンサ１０が満充電となったか否かを判断し、この結果、満充電となっている場合は、第３の電気二重層コンデンサ１１が充電されるよう制御信号を第１のスイッチ回路２０に出力する。

図５は電気二重層コンデンサの充電の特性を示す図である。この図を用いて、充電制御回路１５による充電制御の有無による電気二重層コンデンサに蓄電される電力量の相違を説明する。

図５（ａ）は、電気二重層コンデンサを１つ用いた場合の充電特性３０を示している。一般に、電気二重層コンデンサは蓄電池と比較して、例えば１Ｖに達するまでの時間を多く要するという特性がある。例えば、悪天候により十分な照度を得られないときは、端子電圧が日の出（時刻ｔ₀）から日没（時刻ｔ₂）までの間にＶ_ref1に達しない場合がある（すなわち、満充電とならない場合がある）。特に、大容量の電気二重層コンデンサを用いるとこの傾向は強く、発光ダイオード５を点灯するのに十分な電圧を得られないという問題がある。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の電気二重層コンデンサよりも小容量のものを用いた場合の充電特性３１を示している。小容量の電気二重層コンデンサを用いるため、悪天候時においてもｔ₀からｔ₁の間に、端子電圧がＶ_ref1に達することができる。しかしながら、ｔ₁からｔ₂の間に充電しても満充電となっているため、この時間に発電した電力は充電されず、充分に太陽エネルギーを利用しているとは言えない。

上述の電気二重層コンデンサの使用上の問題に鑑みて、本実施形態に係る道路鋲では、次のように電気二重層コンデンサの充電を制御する。図５（ｃ）に示すように、上述した充電制御回路２３の充電制御により、ｔ₀からｔ₁の間に１つの電気二重層コンデンサが満充電となった時は（充電特性３２）、次の電気二重層コンデンサに電力を充電する（充電特性３３）。このため、ｔ₁からｔ₂の間に発電した電力を充電することができる。すなわち、一つの電気二重層コンデンサを確実に満充電とすると共に、日照時間内に発電した電力を可及的に無駄なく充電することが可能となる。

放電制御回路２４は、照度センサ８により検出した照度が所定値以下となったことを条件に、第１乃至３の電気二重層コンデンサ９乃至１１の何れか一つの電力を発光ダイオード５へ放電するように制御信号を第２のスイッチ回路２１に出力する。

具体的には、照度センサ８の照度が所定値以下となったことを条件に、次に述べる制御を行う。まず満充電となっている第１の電気二重層コンデンサ９の電力が放電されるよう制御信号を第２のスイッチ回路２１に出力する。更に、放電中は、第１の電気二重層コンデンサ９の電圧を電圧検出回路２２を介して取得し、第２の基準電圧（「Ｖ_ref2」と表し、電圧値は１．０Ｖとする。）と比較する。この結果、端子電圧がＶ_ref2以下になったことを検出した場合は、第２の電気二重層コンデンサ１０が放電されるよう制御信号を第２のスイッチ回路２１に出力する。

以下、同様に、第２の電気二重層コンデンサ１０の放電中は、第２の電気二重層コンデンサ１０の端子電圧がＶ_ref2以下となったか否かを判断し、この結果、端子電圧がＶ_ref2以下である場合は、第３の電気二重層コンデンサ１１が放電されるよう制御信号を第２のスイッチ回路２１に出力する。

かかる放電制御を行うことにより、夜間を通して発光ダイオード５を点灯させることが可能となる。なお、発光ダイオード５に電力を供給する際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５を介して行ってもよい。

また、季節によって日照時間が異なるため、冬至の日没から日の出までの約１４時間点灯するよう回路設計を行うことが望ましい。

＜他の実施形態＞
上述した実施形態では、道路鋲を点字ブロックに用いたが、例えば、道路の中央帯部分に道路鋲を埋設してもよい。具体的には、内装ケース４の上端部を平面状に構成し、この上端部が道路の表面となるよう外装ケース２を地中に埋設する。これにより、中央帯の視認性を向上させることが可能となる。

本発明は、歩行者等に注意を喚起するために地面に埋設する道路鋲を製造販売する産業分野で有効に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る道路鋲を配設した点字ブロックの概略図である。本発明の実施の形態に係る道路鋲の斜視図である。本発明の実施の形態に係る道路鋲の縦断面図である。本発明の実施の形態に係る道路鋲の電気二重層コンデンサの充放電制御の回路のブロック図である。電気二重層コンデンサの充電時の特性を示す図である。

符号の説明

１道路鋲
２外装ケース
３収納蓋
４内装ケース
５発光ダイオード
６太陽電池
７回路基盤
８照度センサ
９第１の電気二重層コンデンサ
１０第２の電気二重層コンデンサ
１１第３の電気二重層コンデンサ
１２点字ブロック
２０第１のスイッチ回路
２１第２のスイッチ回路
２２電圧検出回路
２３充電制御回路
２４放電制御回路
２５ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０〜３３充電特性

Claims

太陽電池と、
前記太陽電池により発電された電力を蓄える複数の電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサに蓄電された電力により発光する発光素子と、
前記各電気二重層コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、
環境の照度を検出する照度検出手段と、
発電された電力が何れか１つの前記電気二重層コンデンサに充電されるよう切り替える第１のスイッチ手段と、
何れか１つの前記電気二重層コンデンサに充電された電力が前記発光素子に放電されるよう切り替える第２のスイッチ手段と、
充電している前記電気二重層コンデンサの電圧値が所定値以上となったことを条件に、次の電気二重層コンデンサに電力を順次充電するよう前記第１のスイッチ手段の切り替え制御をする充電制御回路と、
前記照度が所定値以下となったことを検出した時、何れか１つの前記電気二重層コンデンサに蓄電された電力を前記発光素子に供給するよう前記第２のスイッチ手段の切り替え制御を行い、放電している前記電気二重層コンデンサの電圧値が所定値以下となったことを条件に、次の電気二重層コンデンサの電力を順次放電するよう前記第２のスイッチ手段の切り替え制御をする放電制御回路と
を具備することを特徴とする道路鋲。
請求項１に記載の道路鋲において、
前記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする道路鋲。
請求項１又は２に記載の道路鋲において、
第２のスイッチ手段と発光素子との間に直流電圧を調節する制御を行うコンバータを介在させたことを特徴とする道路鋲。
請求項１乃至３の何れかに記載の道路鋲において、
上部に開口部を設けた外装ケースと、
少なくとも上面を光が通過し、前記外装ケースに着脱自在に収納可能になるよう形成した内装ケースとを更に具備し、
前記太陽電池及び前記照度検出手段の受光部並びに前記発光素子の発光部を、前記上面に望むよう前記内装ケース内に配設したことを特徴とする道路鋲。
請求項４に記載の道路鋲において、
開口部を設けると共に、前記外装ケースに嵌合する収納蓋を更に備えることを特徴とする道路鋲。