JP2016135059A - 発電床材 - Google Patents

Abstract

【課題】床材内部に収納された一以上の感圧発電装置に、床材表面に生じた圧力変動を確実且つ均等に伝達して、感圧発電装置全体としての発電効率を高めると共に、歩行による上面体の不等な沈み込みや撓みが局所的に生じないようにして良好な歩行感を付与し、過大な圧力や衝撃的な圧力変動（負荷）から感圧発電装置を保護することができる発電床材を提供する。
【解決手段】上面体１と、下面体２と、該上面体１と該下面体２を接合する接合壁３と、該上面体１と該下面体２と該接合壁３とで形成される収納部４に配置された一以上の感圧発電装置５とを備えた発電床材であって、前記上面体１の周縁側に可撓領域ＦＴが形成された構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、感圧発電装置を内蔵し、床材表面に加わる圧力の変動によって発電を行う発電床材に関する。

物体の移動で生じる圧力変動により発電する圧電素子を使用した発電装置であって、圧電素子の過剰な変形を防止するストッパーを設けることで、強い圧力変動に対しても圧電素子が破損することなく発電できるようにした感圧発電装置が知られている（特許文献１）。

特開２００７−９７２７８号公報

上記の感圧発電装置は耐久性があり、種々の分野において有効利用が見込まれている。
例えば、床材に上記の感圧発電装置を内蔵し、歩行等で床材上面に生じる圧力変動により発電された電力を用いて、電波を発信したり、カウンターを起動して圧力変動の回数（荷重負荷の回数等）を記憶したり、床材に内装もしくは外装したＬＥＤを発光させたりすることができる。また、その起電力の大きさによって、負荷された圧力変動の大きさや圧力変動の加速度を検知することもできる。それには、感圧発電装置に対して効率良く圧力変動を伝達し、且つ、圧力変動から感圧発電装置をより適切に保護することが必要になる。

感圧発電装置を内蔵する床材は、床材の上面体と下面体との空間に感圧発電装置を水密的に収納し、上面体として可撓性のある板材や柔軟性のある板材を用いることで、歩行などにより床材の上面体に生じた圧力変動を感圧発電装置に伝達して発電させる構成とし、且つ、下面体として剛直ないし硬質の板材を用いることで、感圧発電装置を保護する構成とするのが普通である。

しかし、このような構成の床材は、特に、感圧発電装置の平面視面積が床材の面積よりもかなり小さくて複数の感圧発電装置が内蔵されている場合、歩行によって上面体の踏まれた部分の下方に配置された感圧発電装置には、上面体の踏まれた部分とその周辺に生じる圧力変動が十分伝達されるので、効率良く発電することになるが、上面体の踏まれた部分の下方に存在しない他の感圧発電装置には圧力変動が十分伝達されないので、効率良く発電することが困難になり、床材に内蔵された感圧発電装置全体としての発電効率が良いとは言い難いものである。
また、上面体として用いる可撓性や柔軟性のある板材は、精密機器である感圧発電装置を過大な圧力や衝撃力から保護できないという問題があり、しかも、歩行によって該板材に局所的な変形（撓み、沈み込み等）が生じるので、歩行感が良くないという問題もある。
一方、上面体として剛性を有する硬い材質のものを採用する場合は、歩行圧力により上面体全体が下方に移動して圧力変動を複数の感圧発電装置にほぼ均等に伝達できるというメリットはあるものの、このメリットを発揮させるためには、上面体全体を容易且つ確実に下方に移動させる機能を付与する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その解決しようとする課題は、床材内部に収納された一以上の感圧発電装置に、床材表面に生じた圧力変動を確実且つ均等に伝達して、感圧発電装置全体としての発電効率を高めると共に、歩行による上面体の不等な沈み込みや撓みが局所的に生じないようにして良好な歩行感を付与し、過大な圧力や衝撃的な圧力変動（負荷）から感圧発電装置を保護することができる発電床材を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る発電床材は、上面体と、下面体と、該上面体と該下面体を接合する接合壁と、該上面体と該下面体と該接合壁とで形成される収納部に配置された一以上の感圧発電装置とを備えた発電床材であって、前記上面体の周縁側に可撓領域が形成されていることを特徴とするものである。
ここに「可撓領域」とは、柔軟で、圧力を加えて曲げたり、撓みを持たせたりすることができ、圧力を開放すると、反撥力で元の形に戻ろうとする領域を意味する。人間の歩行圧力程度の一定の圧力を加えても変形しない領域又は殆ど変形しない領域や、一定の圧力を加えて変形した後は圧力を開放しても変形した形状をそのまま保持する領域又は元の形状に殆ど戻らない領域は、可撓領域に含まれない。
また、上面体の「周縁側」とは、上面体の最外縁又は／及び最外縁から若干中央寄りの最外縁近傍部分を意味する。

本発明の発電床材においては、前記上面体の可撓領域より内側の中央領域が、高い剛性を有することが望ましい。ここに「剛性」とは、人間の歩行圧力程度の一定の圧力を加えても変形しないか、又は、殆ど変形しない性質を意味する。

また、本発明の発電床材においては、前記上面体の中央領域の上方からの投影領域が、前記感圧発電装置の上方からの投影領域と重なり、前者の投影領域の面積が、後者の投影領域の面積よりも大きいことが望ましい。
そして、前記上面体の上面が可撓性のシート体で被覆されていることや、前記接合壁の内側中央寄りに前記中央領域を支持する柔軟な支持壁が設けられていることも望ましい。

本発明の発電床材は、歩行時に下向きの歩行圧力が上面体に付加されることになるが、上面体の周縁側には可撓領域が形成されているので、この可撓領域が歩行圧力で変形（撓み変形）すると同時に、上面体の中央領域がスムーズに下降して、床材表面に生じた圧力変動（正の圧力変動）が上面体の下側にある感圧発電装置にほぼ均等に且つ効率良く伝達され、それによって感圧発電装置は効率良く発電する。そして、上面体の周縁側の可撓領域が上記のように変形（撓み変形）すると、元の形状に戻ろうとする力（反撥力）が可撓領域に発生するため、歩行圧力が除去されたとき、可撓領域が元の形状に復元すると同時に、上面体の中央領域が元の高さまで上昇して感圧発電装置が除圧され、その圧力変動（負の圧力変動）によって感圧発電装置は効率良く発電し、発電床材は初期の状態に復帰する。

特に、上面体の可撓領域より内側の中央領域が、高い剛性を有していると、歩行圧力を受けたときに、上面体の中央領域が局所的に不等に沈み込んだり撓んだりすることがないので、歩行感が良くなり、しかも、上面体の高い剛性を有する中央領域によって、その下側に存在する感圧発電装置を、上方からの衝撃的な圧力や必要以上に大きい圧力から保護することができる。

また、上面体の中央領域の上方からの投影領域が、前記感圧発電装置の上方からの投影領域と重なり、前者の投影領域の面積が、後者の投影領域の面積よりも大きい構成であると、上面体の中央領域に歩行圧力が付加されたとき、下降する上面体の中央領域によって、その下側にある全ての感圧発電装置に圧力変動（正の圧力変動）を効率良く一斉に伝達して、全ての感圧発電装置を一斉に発電させることができ、また、歩行圧力が除去されたときには、上面体の中央領域が上昇し、その圧力変動（負の圧力変動）を全ての感圧発電装置に一斉に伝達して、全ての感圧発電装置を一斉に発電させることができる。このように、歩行圧力が付加されたとき、及び、歩行圧力が除去されたときに、全ての感圧発電装置が一斉に発電するので、感圧発電装置全体としての発電効率を高めることができる。
また、上面体の剛性を有する中央領域によって、全ての感圧発電装置を上方からの衝撃的な圧力等から確実に保護することもできる。

更に、上面体の上面が可撓性のシート体で被覆されていると、シート体として例えば装飾用シート、防滑用シート、衝撃緩和用シートなど、各種の機能性シートを採用することによって、発電床材に各種の機能を付与することができる。
また、接合壁の内側中央寄りに上面体の中央領域を支持する柔軟な支持壁が設けられていると、本発明の発電床材を組立てるに際し、組立ての作業性や精度（例えば上面体と下面体との間隔の精度など）を向上させることができる。

本発明に係る発電床材の一実施形態を示す模式平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。 本発明に係る発電床材の他の実施形態を示す模式平面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿った模式断面図である。 本発明に係る発電床材の更に他の実施形態を示す模式平面図である。 図５のＣ−Ｃ線に沿った模式断面図である。 本発明に係る発電床材の更に他の実施形態を示す模式平面図である。 図７のＤ−Ｄ線に沿った模式断面図である。 本発明に係る発電床材の更に他の実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係る発電床材の更に他の実施形態を示す模式断面図である。 感圧発電装置の概略分解斜視図である。 本発明に係る発電床材の更に他の実施形態を示す平面図である。 図１２のＥ−Ｅ線に沿った切断端面図である。 同実施形態の発電床材を縁材で連結した発電床材連結体の平面図である。 図１４のＦ−Ｆ線に沿った切断部分端面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る発電床材の実施形態を説明する。

図１は本発明に係る発電床材の一実施形態を示す模式平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。
なお、図中において、ドットは可撓領域ＦＴを表し、左上がりのハッチングは高い剛性を有する中央領域ＣＴを表す。

図１，図２に示す実施形態の発電床材は、平板状の上面体１と、平板状の下面体２と、これらの上面体１と下面体２を周縁部で接合する接合壁３と、これらの上面体１と下面体２と接合壁３とで形成される収納部４に配置された一以上（本実施形態では４つ）の感圧発電装置５とを備えたものであって、上面体１の周縁側には、可撓領域ＦＴが形成されている。
なお、ここに上面体１の「周縁側」とは、上面体１の最外縁又は／及び最外縁から若干中央寄りの最外縁近傍部分を意味する。

上記「可撓領域ＦＴ」とは、前述したように、柔軟で、圧力を加えて曲げたり、撓みを持たせたりすることができ、圧力を開放すると、反撥力で元の形に戻ろうとする領域を意味するものであって、人間の歩行圧力程度の一定の圧力を加えても変形しない領域又は殆ど変形しない領域や、一定の圧力を加えて変形した後は圧力を開放しても変形した形状をそのまま保持する領域又は元の形状に殆ど戻らない領域は、可撓領域ＦＴに含まれない。

この可撓領域ＦＴを形成する材質としては、人間の歩行圧力程度の圧力を加えると容易に撓み変形し、且つ、反発力に富むものが好適であり、例えば、ヤング率（弾性率）が１００〜５０００ＭＰａ程度の軟質の塩化ビニルやポレオレフィンなどの合成樹脂、或いは、ゴム、或いは、これらの発泡体などからなるものが好ましく用いられ、ヤング率が５００〜３５００ＭＰａ程度であると、より好ましい。

可撓領域ＦＴのヤング率が上記範囲を下回ると、発電床材を床下地７などの敷設面に敷設すると、発電床材の自重（主に上面体１の自重）によって、上面体１が、その可撓領域ＦＴの部分で下方に撓み変形し、歩行圧力を上面体１に加えなくても、上面体１と下面体２とで最初から感圧発電装置５が少し挟圧されて、感圧発電装置５の発電に必要な変形量を確保し難くなることがあるため、確実且つ十分に発電させることが困難になる場合がある。また、ヤング率が上記範囲を上回ると、人間の歩行圧力で撓み変形し難いので、やはり感圧発電装置５に圧力変動を加えて発電させることが困難となるため、可撓領域ＦＴのヤング率は、上記の範囲内に収めることが好ましい。

上記上面体１の可撓領域ＦＴより内側の中央領域ＣＴは、高い剛性を有する領域（可撓領域ＦＴよりも高い剛性を有する領域）となっている。ここに「剛性」とは、前述したように、人間の歩行圧力程度の一定の圧力を加えても変形しないか、又は、殆ど変形しない性質を意味する。

上面体１の中央領域ＣＴは、硬質の塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂や硬質ゴム、或いは、金属（アルミニウム、ステンレス鋼など）、陶磁器、石、木などで形成された板状体が用いられ、特に、歩行感や感圧発電装置５の保護の観点から、ヤング率が０．２〜７００ＧＰａ程度であるものが好ましく用いられる。さらに好ましいヤング率は、０．２〜２５０ＧＰａ程度であり、上面体１の厚さは特に限定されるものではないが、剛性や強度の観点から、１〜２０ｍｍ程度であることが望ましい。

上面体１が上記の剛性を有し、そのヤング率が上記の範囲内であると、上面体１の上を人が歩行しても、上面体１の中央領域ＣＴに不等な沈み込みや撓みなどの変形が局所的に生じることがないので、歩行感に優れると共に、上面体１と下面体２との間の収容部４に配置された感圧発電装置５を、上方からの衝撃的な圧力変動（負荷）や過大な圧力から確実に保護することができる。

また、この上面体１の上面を、意匠性、防滑性、防汚性などの向上、過度な衝撃からの感圧発電装置５の保護、歩行者転倒時の衝撃緩和などを図る目的で、軟質や硬質の塩化ビニル樹脂やポリオレフィン樹脂などで形成された、化粧用（装飾用）、防滑用、防汚用、衝撃吸収用などのシート体（不図示）により被覆し、接着剤などで貼着一体化することにより、発電床材に各種の機能を付与することもできる。

上面体１の中央領域ＣＴが、硬質の塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂を材質として形成されている場合は、中央領域ＣＴと可撓領域ＦＴとは、二色の押出成形により一体的に形成される。また、上記上面体１の中央領域ＣＴが、金属、陶磁器、石、木などで形成されている場合は、中央領域ＣＴと可撓領域ＦＴとを接着剤や粘着剤により貼着したり、溶着したりすることにより一体化される。

ここで、上面体１の全面積に占める中央領域ＣＴの比率が大きすぎると、上面体１の上を人が歩行しても、上面体１の中央領域ＣＴに不等な沈み込みや撓みなどの変形が局所的に生じることがないので、歩行感に優れると共に、上面体１と下面体２との間の収容部４に配置された感圧発電装置５を、上方からの衝撃的な圧力変動（負荷）や過大な圧力から確実に保護することができるというメリットがある反面、上面体１の全面積に占める可撓領域ＦＴの比率が小さくなるため、人間の歩行圧力程度では上面体１が撓み変形し難くなって、感圧発電装置５に圧力変動を加えて発電させることが困難になるというデメリットが生じる。これらを比較考慮すると、上面体１の全面積に占める中央領域ＣＴの面積の比率は、０．４〜０．９程度とすることが望ましく、さらに好ましくは０．５を超えて０．７５までとすることがよい。

また、柔軟で、圧力を加えて曲げたり、撓みを持たせたりすることができ、圧力を開放すると、反撥力で元の形に戻ろうとする可撓領域ＦＴは、上面体１の周縁側に形成されている。この上面体１の周縁側とは、前述したように、上面体１の最外縁だけでなく、最外縁から若干中央寄りの最外縁近傍部分をも含むものである。ただし、可撓領域ＦＴを上面体１の最外縁から余りに中央寄りに形成してしまうと、上面体１の上を人が歩行すると、上面体１に不等な沈み込みや撓みなどの変形が局所的に生じて、歩行感が悪くなるといった問題が生じると共に、感圧発電装置５を、上方からの衝撃的な圧力変動（負荷）や過大な圧力から保護することが困難になるといった不具合が生じる。従って、可撓領域ＦＴは、できるだけ上面体１の最外縁近くに形成されることが望ましく、適度な撓みや、良好な歩行感、感圧発電装置５の保護等を総合的に勘案すると、図３に示すように、上面体１の中心Ｏから上面体１の最外縁までの距離Ａと、上面体１の中心Ｏから可撓領域ＦＴの外縁までの距離Ｂとの比率（Ｂ／Ａ）が、０．７〜１．０程度であることが望ましく、０．８〜１．０程度であるとより望ましい。また、可撓領域ＦＴの幅Ｃと、上面体１の中心Ｏから上面体１の最外縁までの距離Ａとの比率（Ｃ／Ａ）は、０．３５〜０．１程度とすることが望ましい。
なお、可撓領域ＦＴは、上面体１の周縁側の全てに連続して形成することが望ましいが、連続して形成できないときであっても、可撓領域ＦＴを上面体１の周縁側の全てに連続して形成したと仮定した場合の、少なくとも０．８以上の長さを有することが望ましい。

一方、下面体２は、図２に示す発電床材では、合成樹脂やゴムなどの材質で形成されている。そのヤング率は０．２〜７００ＧＰａ程度であるとよい。

ヤング率が上記範囲内である下面体２は、発電床材を凹凸や不陸のある床下地７に敷設すると、発電床材の自重によって下面体２が上方に押し上げられるように撓み変形し、歩行圧力を上面体１に加えなくても、上面体１と下面体２とで最初から感圧発電装置５が少し挟圧されて、感圧発電装置５の発電に必要な変形量を確保し難くなるといった不具合が生じることはない。この下面体２の厚さは特に限定されるものではないが、１〜５ｍｍ程度であることが望ましい。

上記下面体２が、上面体１の中央領域ＣＴと同様の剛性を有し、歩行圧力程度の一定の圧力を加えても変形しないか、若しくは、変形し難い硬質の塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂や硬質ゴム、或いは、金属、陶磁器、石、木などの硬質の材質で形成されている場合には、その裏面に柔軟な材質の裏面材や柔軟な発泡体からなる裏面材を積層して床下地７の凹凸や不陸を吸収するようにしてもよい。このような裏面材を積層しておくことで、上面体１に衝撃的な圧力変動があったとしても、感圧発電装置５を保護することができる。

上面体１と下面体２をその周縁部で接合する接合壁３は、図２に示す発電床材では、上面体１の可撓領域ＦＴと同様の可撓性を有し、変形可能で反発力に富む材質により形成されていてもよいし、ヤング率が０．２〜２５０ＧＰａ程度の軟質の塩化ビニルやポレオレフィンなどの合成樹脂、或いは、ゴム、或いは、これらの発泡体などからなるものが用いられていてもよいが、接合壁３は、これらの材質に限定されるものではなく、上面体１の中央領域ＣＴと同様の剛性を有する硬質の塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂や硬質ゴム、或いは、金属、陶磁器、石、木などで形成されていてもよい。可撓性を有する材質で接合壁３を形成した場合は、上面体１に加わる衝撃力を緩和することができ、また、剛性を有する材質で接合壁３を形成した場合は、上面体１に加えられた歩行圧力をロスなく感圧発電装置５に伝えることができる。

上面体１と下面体２は、感圧発電装置５を水の浸入から保護するために、水密的に接合することが重要である。従って、接合壁３の上面と下面を、上面体１の下面と下面体２の上面に接着剤で水密的に接着するか、或いは、加熱溶着、超音波溶着、高周波溶着などの手段で水密的に溶着することが望ましい。

また、上面体１と下面体２との間にシーリング材を塗布し、それを硬化させることにより、上面体１と下面体２を水密的に接合すると同時に接合壁３を形成してもよい。上記シーリング材としては、一液又は二液反応型のシリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリサルファイド樹脂、アクリル樹脂などからなるシーリング材が使用され、特に、２５％モジュラスが０．１〜１．５Ｎ／ｍｍ^２の範囲に調整された若干軟質のものが好ましく使用される。
なお、この２５％モジュラスの数値は、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じて厚さ２ｍｍのダンベル１号の形状に成形した供試体を使用して１００ｍｍ／分の引張強度で測定したものである。

このようなシーリング材で接合壁３を形成すると、感圧発電装置５を収納する収納部４の水密性が確保されることに加えて、上面体１に衝撃力が加えられたときに接合壁３が上下に少し圧縮変形して衝撃力を緩和することができ、しかも、上面体１に作用する歩行圧力を殆どロスすることなく伝えて、感圧発電装置５を確実に発電させることができる。

また、接合壁３は、図３、図４に示す発電床材のように、前述した可撓性を有する材質で下面体２の周縁部から上方に突出させて下面体２と一体に形成してもよいし、図５、図６に示す発電床材のように、前述した上面体１の可撓領域ＦＴと同様の材質で、上面体１の周縁部から下方に突出させて一体に形成してもよい。これらの場合は、下面体２と一体に形成された接合壁３の上端内側面と上面体１の周縁部外側面（可撓領域ＦＴの外側面）、又は、上面体１と一体に形成された接合壁３の下端と下面体２の周縁部上面を、接着剤や上記の溶着手段により水密的に接着又は溶着するだけで、収納部４の水密性を確保して感圧発電装置５を保護することができる。

上面体１と下面体２と接合壁３とで形成される収納部４に配置された感圧発電装置５は、図１１に示すように、上下に重ね合わされる方形板状の緩衝材５ａ，５ｂと、下側の緩衝材５ｂの上に配置された複数（本実施形態では９つ）の円形振動板５ｃと、それぞれの円形振動板５ｃの下面に接合されたチタン酸バリウム、ジルコニア等の圧電セラミックスやリチウムタンタレート等の圧電単結晶からなる円板状の圧電素子（不図示）と、下側の緩衝材５ｂの上面から突き出してそれぞれの圧電素子の中央部を下方から支える軸（不図示）と、上側の緩衝材５ａの下面から突き出してそれぞれの円形振動板５ｃの周囲を複数箇所で支持する軸（不図示）と、この上側の緩衝材５ａの下面から突き出すそれぞれの軸の先端に形成されたストッパー（不図示）とを備えたものである。

この感圧発電装置５は、上下いずれかの緩衝材５ａ又は５ｂに圧力（外力）が作用すると、それぞれの圧電素子の中央部が下側の緩衝材５ｂの軸によって下方から支えられる一方、それぞれの円形振動板５ｃの周囲が上側の緩衝材５ａの軸によって上方から押えられ、円形振動板５ｃと圧電素子の周囲が相対的に下側の緩衝材５ｂの方に反るため、この圧電素子の反り変形によって発電できるものであり、そのときの円形振動板５ｃと圧電素子の過剰な変形、破損が上記ストッパーで防止できるようになっている。

なお、この感圧発電装置５については上記特許文献１に詳しく開示されているので、これ以上の詳細な説明は省略することにする。

上面体１と下面体２との間隙（換言すると収納部４の上下寸法）は、理論的には上記の感圧発電装置５の高さ寸法と同一であればよいが、そうであると、床材表面（上面体１）に衝撃的な圧力が付加した場合、その衝撃力が感圧発電装置５に直接伝わり、感圧発電装置５の故障や破損を招く恐れがある。また、床材自体の自重や、構成部材の精度、組立ての精度によって感圧発電装置５が常時、僅かに圧縮変形し、感圧発電装置５の発電効率が悪くなる恐れもある。そこで、感圧発電装置５と上面体１との間に、０．５〜５ｍｍ程度の間隙（クリアランス）を設け、感圧発電装置５に衝撃力が直接加わらないように、且つ、感圧発電装置５が常時、僅かに圧縮変形しないようにすることが望ましい。

図４に示すように、上面体１の中央領域ＣＴの上方からの投影領域Ｓが、感圧発電装置５の上方からの投影領域Ｔと重なり、前者の投影領域Ｓの面積が、後者の投影領域Ｔの面積よりも大きくなっている。このような構成にすることで、上面体１の中央領域ＣＴに歩行圧力が付加されたとき、下降する上面体１の中央領域ＣＴによって、その下側にある全ての感圧発電装置５に圧力変動（正の圧力変動）を効率良く一斉に伝達して、全ての感圧発電装置５を一斉に発電させることができ、また、歩行圧力が除去されたときには、上面体１の中央領域ＣＴが上昇し、その圧力変動（負の圧力変動）を全ての感圧発電装置５に一斉に伝達して、全ての感圧発電装置５を一斉に発電させることができる。このように、歩行圧力が付加されたとき、及び、歩行圧力が除去されたときに、全ての感圧発電装置５が一斉に発電するので、感圧発電装置５全体としての発電効率を高めることができる。
また、上面体１の剛性を有する中央領域ＣＴによって、全ての感圧発電装置５を上方からの衝撃的な圧力等から確実に保護することもできる。

さらに、感圧発電装置５に必要以上に加わる変形を抑え、感圧発電装置５圧潰を防止するため、本実施形態の発電床材には、図２に示すように、支持柱６が設けられている。この支持柱６は剛性を有する材質で形成することが望ましく、また、支持柱６の高さは、感圧発電装置５の高さや感圧発電装置５に加えられるべき適切な変形量や、感圧発電装置５と上面体１との間隙（クリアランス）などを勘案して決定されるが、その高さは概ね２〜１０ｍｍ程度であることが望ましい。

支持柱６を設ける箇所は特に限定されるものではなく、例えば、図２、図４、図６、図８に示すように、一群の感圧発電装置５の両側に支持柱６を配置して下面体２から立設したり、図９、図１０に示すように、一群の感圧発電装置５の両側に支持柱６を配置すると共に、隣接する感圧発電装置５の間に支持柱６を配置して下面体２から立設してもよいが、剛性を有する中央領域ＣＴが支持できるように設けることが望ましい。

上記のように、感圧発電装置５と上面体１の下面との間に間隙（クリアランス）を設けると共に、支持柱６を設けると、発電床材の上面体１又は下面体２に付加される初期の衝撃的な圧力変動（加圧）が緩和され、感圧発電装置５をより確実に保護することができる。また、発電床材を敷設面である床下地７に載置したとき、上面体１の可撓領域ＦＴ及び下面体２が発電床材の自重で相対的に僅かに撓み変形して、感圧発電装置５の発電に必要な変形空間が減少する恐れを解消し、発電効率の低下を防止することができると共に、発電床材の各部材の成形精度や組立て精度の誤差を吸収することもできる。

次に、図３から図１０に示す発電床材について簡単に説明する。

図３、図４に示す発電床材は、下面体２と同様の可撓性を有する材質で、接合壁３を上面体１の上面まで下面体２と一体に形成した点、及び、接合壁３の上端内側面と、上面体１の可撓領域ＦＴの外側面とを、水密的に接着又は溶着した点で、図１、図２に示す発電床材と異なっている。
その他の構成は図１、図２に示す発電床材と同様であるので、図３、図４において同一部材に同一符号を附して、重複する説明を省略する。

図５、図６に示す発電床材は、接合壁３を、上面体１の可撓領域ＦＴと同様の材質で、上面体１の周縁部（可撓領域ＦＴ）から下方に突出させて一体に形成した点で、図１、図２に示す発電床材とは異なる。
その他の構成は図１、図２に示す発電床材と同様であるので、図５、図６において同一部材に同一符号を附して、重複する説明を省略する。

図７、図８に示す発電床材は、図５、図６に示す発電床材と同様に、上面体１の可撓領域ＦＴと同様の材質で、接合壁３を上面体１の周縁部（可撓領域ＦＴ）から下方に突出させて一体に形成すると共に、さらに中央領域ＣＴに第二の可撓領域ＦＴ２を形成した点で、図１、図２に示す発電床材とは異なっている。そして、第二の可撓領域ＦＴ２は、その四隅で可撓領域ＦＴと連結されている。
その他の構成は図１、図２に示す発電床材と同様であるので、図７、図８において同一部材に同一符号を附して、重複する説明を省略する。

図９に示す発電床材は、略逆凹型の断面形状を有する上面体１を用いる。この上面体１は、ヤング率（弾性率）が１００〜５０００ＭＰａ程度の可撓性を有する材質で形成されたものであって、軟質の塩化ビニルやポレオレフィンなどの合成樹脂、或いは、ゴム、或いは、これらの発泡体などからなるものが好ましく用いられる。そして、この上面体１の裏面には、剛性を有する板状体８が貼着して積層されている。この高い剛性を有する板状体８は、硬質の塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂や硬質ゴム、或いは、金属（アルミニウム、ステンレス鋼など）、陶磁器、石、木などで形成されたものが用いられており、このような発電床材においては、上面体１の板状体８が貼着された領域が中央領域ＣＴとなり、人間の歩行圧力程度の一定の圧力を加えても変形しないか、又は、殆ど変形しないようになっている。
なお、本実施例では、板状体８と上面体１とが貼着されて積層されているが、両者は板状体８が上面体１を支持するように積層されておればよく、歩行の際の違和感を勘案すると、接着や粘着による貼着、ビス固定、係合、嵌着などの公知の手段により、両者の間には間隙を設けることなく接するように設けられることが望ましい。

また、上記板状体８が貼着された中央領域ＣＴの周囲（板状体８が貼着されていない領域）が、可撓領域ＦＴとなっており、この可撓領域ＦＴが歩行圧力で変形（撓み変形）すると同時に、上面体１の中央領域ＣＴがスムーズに下降して、床材表面に生じた圧力変動（正の圧力変動）が上面体１の下側にある感圧発電装置５にほぼ均等に且つ効率良く伝達され、それによって感圧発電装置５は効率良く発電する。そして、上面体１の周縁側の可撓領域ＦＴが上記のように変形（撓み変形）すると、元の形状に戻ろうとする力（反撥力）が可撓領域ＦＴに発生するため、歩行圧力が除去されたとき、可撓領域ＦＴが元の形状に復元すると同時に、上面体１の中央領域ＣＴが元の高さまで上昇して感圧発電装置５が除圧され、その圧力変動（負の圧力変動）によって感圧発電装置５は効率良く発電し、発電床材は初期の状態に復帰する。

さらに図９に示す発電床材は、支持柱６を感圧発電装置５の両側に配置するだけでなく、隣接する感圧発電装置５の間にも支持柱６を配置し、下面体２から上方に立設している。このように、支持柱６の本数を増やすと共に、上記のように、剛性を有する板状体８を上面体１の裏面に貼着することにより、上方からの衝撃力を受け止めて感圧発電装置５を確実に保護することができる。
その他の構成は図１、図２に示す発電床材と同様であるので、図９において同一部材に同一符号を附して、重複する説明を省略する。

図１０に示す発電床材は、接合壁３の内側中央寄りに、上面体１の中央領域ＣＴを支持する柔軟な支持壁９が設けられたものである。この支持壁９は、上面体１の裏面に貼着された板状体８の裏面の四周縁部を支持するように、下面体２から上方に突設されたものであって、柔軟な材質で形成されており、正の圧力によって圧縮変形し、上面体１の中央領域ＣＴを下方に移動させるように形成されている。具体的には、支持壁９を構成する材質の２５％モジュラスが、０．１〜１．５Ｎ／ｍｍ^２のものが好ましく使用される。支持壁９は、板状体８裏面の四周縁部全体を支持するように、連続して一続きに形成されることが望ましいが、上面体１の中央領域ＣＴを支持でき、且つ、接合壁３によって収納部４の止水性を担保できるのであれば、必ずしも一続きに形成されている必要はなく、部分的に形成されていても、その役割を果たすものである。この支持壁９の形成方法は、適宜為されるものであるが、組立性の容易さから、シーリング材を用いて下面体２と板状体８とを接合するようにして形成されるのが好ましい。
その他の構成は図９に示す発電床材と同様であるので、図１０において同一部材に同一符号を附して、重複する説明を省略する。

図１０に示す発電床材のように、接合壁３の内側中央寄りに上面体１の中央領域ＣＴを支持する柔軟な支持壁９が設けられていると、発電床材を組立てるに際し、組立ての作業性や精度（例えば上面体１と下面体２との間隔の精度など）を向上させることができる。

以上のような構成の発電床材は、発電した電力を利用して、歩行時に電波を発信したり、カウンターを起動して圧力変動（荷重負荷等）の回数を記憶したり、後述する実施形態のように、ＬＥＤなどの発光素子を発光させたりすることができる。さらに、その起電力の大きさによって負荷された荷重の大きさや荷重負荷の加速度を検知することもでき、それによって感圧発電装置５の適切な保護に寄与することもできる。

発電床材を敷設する敷設面は、コンクリートや木材などで形成された平坦な床下地７であってもよいし、砂利や少々の凹凸や不陸のある床下地７であっても構わない。ただし、極めて柔らかい材質によって形成されている床下地（例えば、クッション製の高いクッションフロアなど）は好ましくない。

次に、図１２〜図１５に基づいて、発電した電力で発光素子を発光させることにより暗い場所でも歩行者を安全に誘導できるようにした発電床材の実施形態を説明する。

図１２はそのような実施形態の発電床材を示す平面図、図１３は図１２のＥ−Ｅ線に沿った切断端面図、図１４は同実施形態の発電床材を縁材で連結した発電床材連結体の平面図、図１５は図１４のＦ−Ｆ線に沿った切断部分端面図である。

この発電床材Ｐは、図１２、図１３に示すように、上面体１と、下面体２と、これらの上面体１と下面体２を周縁部で水密的に接合する二重の接合壁３（上記シーリング材で形成された接合壁３）とで囲まれる収納部４に、複数の感圧発電装置５を内蔵したものであって、この感圧発電装置５は、配線基板１８の中央部と四隅部に合計５つ内蔵されており、この配線基板１８を介して下面体２に間接的に接した状態で収納部４に内蔵されており、各感圧発電装置５と上面体１の下面との間には小さな隙間が形成されている。そして、上面体１の中央領域ＣＴの上方からの投影領域Ｓと感圧発電装置５の上方からの投影領域Ｔが重なり、前者の投影領域Ｓの面積が、後者の投影領域Ｔの面積よりも大きくなっている。

下面体２は上面体１よりも横幅が広くなっており、この下面体２の両側縁の上面には、左右一対の帯状発光部１０が接合壁３の外側面に沿って設けられると共に、この帯状発光部１０に沿って外側に、後述する連結用縁材１１の取付け部１２が設けられている。そして、この取付け部１２の上面には、所謂「面ファスナー」の係合ループ又は係合フックを有する片方の面状材１７ａが貼着されている。

配線基板１８の前後両辺の中央部には、図１２に示すように、中継基盤１３ａ，１３ｂが設けられており、感圧発電装置５と双方の中継基盤１３ａ，１３ｂ、及び、帯状発光部１０，１０と片方の中継基盤１３ａ、及び、感圧発電装置５同士が電気的に接続されている。従って、感圧発電装置５が発電すると、その電力を用いて帯状発光部１０の発光素子を発光させることができるようになっている。

帯状発光部１０は、帯状の配線基板の表面に、発光素子１０ａとしてＬＥＤを所定間隔をあけて多数並べて搭載すると共に、その上から樹脂などの透明材料で封止又は被覆したものであって、発光素子１０ａ（ＬＥＤ）が感圧発電装置５から中継基盤１３ａを経て供給される電力によって発光、点灯するように電気的に接続されている。この帯状発光部１０は、上面体１の左右両側辺のほぼ全長に亘り連続して設ける必要は必ずしもなく、断続的に設けるようにしてもよい。

帯状発光部１０の発光素子１０ａはＬＥＤに限定されるものではなく、有機ＥＬや無機ＥＬなどを使用してもよい。その場合は、陽電極と陰電極を両側縁に備えた帯状の有機ＥＬ又は無機ＥＬを帯状の基板上に設け、その上から樹脂などの透明材料で封止又は被覆して帯状発光部１０を作製すればよい。また、発光素子１０ａとして白熱球や蛍光灯を使用し、これを帯状発光部１０に埋め込んでもよい。

双方の中継基盤１３ａ，１３ｂの左右両側には、保護柱１４ａ，１４ａが配線基板１８から立設されており、歩行圧力によって上面体１が下方に撓んだときでも保護柱１４ａ，１４ａで上面体１を支えて中継基盤１３ａ，１３ｂが押し潰されないように保護している。そして、この中継基盤１３ａ，１３ｂからリード線１５ａ，１５ｂが接合壁３を水密的に貫通して発電床材Ｐの右前コーナー部及び右後のコーナー部に引き出され、先端にコネクタ１６ａ，１６ｂが取付けられている。上記のリード線１５ａ，１５ｂは、接合壁３を貫通させないで、接合壁３の一部を切り欠いて発電床材Ｐのコーナー部に引き出すようにしてもよく、その場合は接合壁３の切り欠いた部分を後からシーリング材などで水密的にシールすることが望ましい。

なお、前述したように、上面体１の表面に装飾用或いは防滑用のシート体（不図示）を重ね、意匠性を高めたり、防滑機能を付与してもよい。

図１４に示す発電床材連結体は、上記の発電床材Ｐを隣接させて直線的に三枚配置すると共に、互いに隣接する発電床材Ｐの左右両側縁に連結用の縁材１１を半ピッチずつ一をずらせて脱着可能に取付け、この連結用縁材１１によって三枚の発電床材Ｐを連結したものであって、前端に位置する発電床材Ｐの前端縁と後端に位置する発電床材Ｐの後端縁には非連結用の縁材１１０が、また、前端に位置する発電床材Ｐの左右両側縁の前半部と後端に位置する発電床材Ｐの左右両側縁の後半部には非連結用の縁材１１１が、それぞれ脱着可能に取付けられている。連結される発電床材Ｐの枚数は二枚以上であればよく、また、連結の形態は、図１４に示すような直線的な連結形態でも、Ｌ形の連結形態でも、十字形の連結形態でも、その他の所望の連結形態でもよい。

連結用縁材１１は、図１５に示すように、水平な重ね縁１１ａの外側に略直角三角形の断面形状を有する外縁部１１ｂを一体に設けたものであって、重ね縁１１ａの上面と外縁部１１ｂの緩やかな斜面には防滑性を付与するための複数の浅い溝１１ｃが、また、外縁部１１ｂの底面には肉盗み用の複数の溝１１ｄが、それぞれ形成されており、さらに、重ね縁１１ａの下面には、面ファスナー１７の係合フック又は係合ループを有する他方の面状材１７ｂが貼着されている。

この連結用の縁材１１は、発電床材Ｐの左右両側縁の長さと実質的に同一の長さを有しており、図１４に示すように、該縁材１１を発電床材Ｐの左右両側縁に対し前後に半ピッチずつ位置をずらして、図１５に示すように、該縁材１１の重ね縁１１ａを発電床材Ｐの側縁の取付け部１２に重ね、面ファスナー１７の片方の面状材１７ａと他方の面状材１７ｂの係合フックと係合ループを係合させることによって、脱着可能に発電床材Ｐの取付け部１２に取付けられている。そして、このように縁材１１が取付けられた状態では、縁材１１の重ね縁１１ａの上面と、帯状発光部１０の上面と、上面体１の上面が面一になり、縁材１１の外縁部１１ｂの底面と、下面体２の下面が面一になっている。

連結用の縁材１１の材質は特に限定されるものではなく、各種の合成樹脂、ゴム、金属、木材などで作製された縁材がいずれも使用可能であるが、特に、軟質塩化ビニル樹脂やオレフィン系樹脂などの軟質合成樹脂で成形された縁材１１が好ましく使用される。このような軟質合成樹脂製の縁材１１で発電床材Ｐを連結すると、発電床材連結体の設置面に不陸があっても、軟質合成樹脂製の縁材１１が変形することで、発電床材連結体が不陸に追従して発電床材Ｐ相互の連結部分で折れ曲がりながら設置できる利点がある。また、ゴム製の縁材１１も、同様の利点があるので好ましく使用される。

非連結用の上記縁材１１０，１１１は、連結用の縁材１１と同じ材質、同じ断面形状を有するものであって、連結用の縁材１１と同様に、重ね縁の下面に面ファスナー１７の係合フック又は係合ループを有する他方の面状材１７ｂを貼着したものであるが、図１４に示すように、縁材１１０の両端と縁材１１１の一端は斜め４５°に切断されており、縁材１１１の長さは縁材１１の長さの略１／２になっている。そのため、縁材１１０の両端に縁材１１１，１１１をコ字形に接合した状態で、前端に位置する発電床材Ｐの前端縁と左右両側縁の前半分、及び、後端に位置する発電床材Ｐの後端縁と左右両側縁の後半分に脱着可能に取付けられるようになっている。

なお、図示はしていないが、非連結用の縁材１１０を、前端に位置する発電床材Ｐの前端縁と後端に位置する発電床材Ｐの後端縁に脱着可能に取付けることができるように、前端に位置する発電床材Ｐの前端縁と後端に位置する発電床材Ｐの後端縁には帯状の取付け部がそれぞれ設けられており、その上面に面ファスナー１７の片方の面状材１７ａが貼着されている。

この発電床材連結体は、面ファスナー１７によって連結用縁材１１を発電床材Ｐの左右両側縁の取付け部１２に脱着可能に取付けているが、面ファスナー以外の取付け手段で脱着可能に取付けてもよい。面ファスナー以外の取付け手段としては、例えば、発電床材Ｐの取付け部１２又は連結用縁材１１のいずれか一方に嵌合凸部を形成すると共に他方に嵌合凹部を形成して、嵌合凸部を嵌合凹部に脱着可能に嵌合させる取付け手段、或いは、発電床材Ｐの取付け部１２に連結用縁材１１を止具で脱着可能に取付ける取付け手段などが挙げられる。

図１４に示すように、前後に連結された発電床材Ｐ，Ｐの対向するコーナーにそれぞれ引き出されたリード線１５ａ，１５ｂは、コネクタ１６ａ，１６ｂで接続されており、発電床材連結体の全体に亘って帯状発光部１０の発光素子１０ａの発光・点灯が制御されるようになっている。

このような発電床材連結体を構成する発電床材Ｐの上面体１に歩行圧力が付加されると、上面体１の周縁側には可撓領域ＦＴが形成されているので、この可撓領域ＦＴが歩行圧力で変形（撓み変形）すると同時に、上面体１の中央領域ＣＴがスムーズに下降して、床材表面に生じた圧力変動（正の圧力変動）が上面体１の下側にある感圧発電装置５にほぼ均等に且つ効率良く伝達され、それによって感圧発電装置５は効率良く発電する。そして、上面体１の周縁側の可撓領域ＦＴが上記のように変形（撓み変形）すると、元の形状に戻ろうとする力（反撥力）が可撓領域ＦＴに発生するため、歩行圧力が除去されたとき、可撓領域ＦＴが元の形状に復元すると同時に、上面体１の中央領域ＣＴが元の高さまで上昇して感圧発電装置５が除圧され、その圧力変動（負の圧力変動）によって感圧発電装置５は効率良く発電し、発電床材は初期の状態に復帰する。

特に、上面体１の可撓領域ＦＴより内側の中央領域ＣＴが、高い剛性を有していることから、歩行圧力を受けたときに、上面体１の中央領域ＣＴが局所的に不等に沈み込んだり撓んだりすることがないので、歩行感が良くなり、しかも、上面体１の剛性を有する中央領域ＣＴによって、その下側に存在する感圧発電装置５を、上方からの衝撃的な圧力や必要以上に大きい圧力から保護することができる。

この発電床材連結体は、上記のように歩行圧力を加えた発電床材Ｐの感圧発電装置５が発電すると、該発電床材Ｐの前の発電床材、又は、該発電床材Ｐとその前の発電床材、又は、該発電床材Ｐの前後に連結された発電床材の帯状発光部１０の発光素子１０ａが発光するように電気的に制御されている。具体的には、前端又は後端に位置する第一の発電床材Ｐの感圧発電装置５が感圧して発電すると、中間に位置する第二の発電床材Ｐ、又は、第一と第二の発電床材Ｐ，Ｐの帯状発光部１０の発光素子１０ａが発光・点灯し、中間に位置する第二の発電床材Ｐの感圧発電装置３が感圧して発電すると、前後両端に位置する第一と第三の発電床材Ｐ，Ｐの帯状発光部１０の発光素子１０ａが発光するように制御されている。そのため、この発電床材連結体を夜間や暗所に設置すると、各発電床材Ｐの帯状発光部１０の発光素子１０ａの発光・点灯により、歩行者の誘導効果や視認性が顕著に向上する利点がある

なお、各発電床材Ｐの帯状発光部１０の発光素子１０ａは、その全てが一斉に発光・点灯するように制御されている必要はなく、帯状発光部１０の一部の発光素子１０ａが同時に発光・点灯するように制御されていてもよい。例えば、発電床材Ｐの寸法が大きくて帯状発光部１０がかなり長い場合には、歩行圧力を感圧した感圧発電装置５よりも先方に位置する発光素子１０ａが同時に発光・点灯するように制御してもよい。

Ｐ 発電床材
１ 上面体
ＣＴ 中央領域
Ｓ 上面体の中央領域の上方からの投影領域
ＦＴ 可撓領域
ＦＴ２ 第二の可撓領域
Ｏ 上面体の中心
Ａ 上面体の中心から上面体の最外縁までの距離
Ｂ 上面体の中心から可撓領域の外縁までの距離
Ｃ 可撓領域の幅
２ 下面体
３ 接合壁
４ 収納部
５ 感圧発電装置
５ａ 上側の緩衝材
５ｂ 下側の緩衝材
５ｃ 円形振動板
Ｔ 感圧発電装置の上方からの投影領域
６ 支持柱
７ 床下地（敷設面）
８ 板状体
９ 支持壁
１０ 帯状発光部
１１ 連結用縁材
１１ａ 水平な重ね縁
１１ｂ 外縁部
１１ｃ 浅い溝
１１ｄ 肉盗み用の溝
１２ 取付け部
１３ａ，１３ｂ 中継基盤
１４ａ 保護柱
１５ａ，１５ｂ リード線
１６ａ，１６ｂ コネクタ
１７ 面ファスナー
１７ａ，１７ｂ 面状材
１８ 配線基板
１１０，１１１ 非連結用の縁材

Claims (5)

1. 上面体と、下面体と、該上面体と該下面体を接合する接合壁と、該上面体と該下面体と該接合壁とで形成される収納部に配置された一以上の感圧発電装置とを備えた発電床材であって、
   前記上面体の周縁側に可撓領域が形成されていることを特徴とする発電床材。
2. 前記上面体の可撓領域より内側の中央領域が、高い剛性を有することを特徴とする、請求項１に記載の発電床材。
3. 前記上面体の中央領域の上方からの投影領域が、前記感圧発電装置の上方からの投影領域と重なり、前者の投影領域の面積が、後者の投影領域の面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発電床材。
4. 前記上面体の上面が可撓性のシート体で被覆されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電床材。
5. 前記接合壁の内側中央寄りに前記中央領域を支持する柔軟な支持壁が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電装置。

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