JP3774841B2 - 不日照対応型自発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不日照対応型自発光装置、詳しくは、日照の少ない場所に設置可能な自発光道路鋲など自発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池を内蔵した自発光道路鋲は、昼間、太陽電池の起電力を電気二重層コンデンサなどに充電しておき、夜間、電気二重層コンデンサなどを放電させて発光ダイオードなど発光体を点滅させる構成をとっている。このため、十分に太陽光を浴びることができる場所に自発光式道路鋲を設置する場合には、太陽電池が十分な起電力を発生し電気二重層コンデンサなどの充電不足が生じないため夜間の点滅が途絶えるおそれは生じない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高架下、立体交差等周辺に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所に自発光道路鋲を設置する場合には、太陽電池が十分な起電力を発生することができないため、電気二重層コンデンサなどの充電不足から夜間の点滅が途絶えるおそれが生じる。
【０００４】
本発明は、自発光道路鋲に限定されるものではなく、従来の自発光道路鋲の上記のような問題点と共通する問題点を有する自発光装置に適用可能であり、上記のような不日照に起因する夜間の点灯（点滅を含む）切れをなくし、周囲に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所にも設置可能な自発光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の不日照対応型自発光装置は、発光体と、前記発光体に駆動電流を供給可能な発光回路部と、前記発光回路部の電源となる二次電池と、太陽電池と、前記太陽電池の起電力を前記二次電池に充電可能な太陽電池充電回路部と、一次電池と、前記一次電池の起電力を前記二次電池に充電可能な一次電池充電回路部と、前記発光回路部の動作を制御する発振回路部と、光センサと、前記光センサの出力に基づいて昼夜を判別し、前記一次電池充電回路部及び前記発振回路部の各動作を制御する昼夜判別回路部と、を備え、前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間、前記一次電池充電回路部が動作可能状態に維持され、前記二次電池の端子電圧が所定値まで低下したとき、少なくとも前記一次電池充電回路部により前記二次電池を充電し、また、前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間、前記発振回路部が非動作状態に維持され、前記発光回路部は非動作状態に維持され、前記発光体に対して前記二次電池による駆動電流が供給されず該発光体が消光状態に維持され、また、前記昼夜判別回路部が夜間と判別している間、前記発振回路部が動作状態に維持され、前記発光回路部は動作状態に維持され、前記発光体に前記二次電池による駆動電流が供給されて該発光体が発光状態に維持され、また、前記昼夜判別回路部が夜間と判別している間、前記一次電池充電回路部が非動作状態に維持され、該一次電池充電回路部による前記二次電池の充電が禁止されることを特徴とする。
【０００６】
ここで、前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間において、前記二次電池の端子電圧が前記所定値よりも大きな他の所定値まで上昇したとき、前記太陽電池充電回路部により前記二次電池を定電圧で充電可能とする。
【０００７】
また、前記二次電池は電気二重層コンデンサである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、一実施形態に係る不日照対応型自発光装置としての自発光縁石鋲の断面図を示す。
【００１０】
図１において、自発光縁石鋲は透明な本体ケーシング１を備えており、この本体ケーシング１の内部に回路ケース２が配設されている。回路ケース２の上面には太陽電池３が配置され、回路ケース２の内部には二次電池４及び制御装置５が配置されている。また、回路ケース２の側面には発光体６及び光センサ７が配設されている。本体ケーシング１は上部アルミ本体８と下部アルミ本体９とによって固定されており、下部アルミ本体９の凹部に一次電池１０が収容されている。
【００１１】
二次電池４は例えば３０Ｆの電気二重層コンデンサである。一次電池１０は例えば３．６Ｖのバッテリである。発光体６は例えば発光ダイオードである。光センサ７は例えばフォトトランジスタである。
【００１２】
図２は、図１に示した制御装置５の電気回路図を示す。
【００１３】
図２において、この制御装置５は、発光体６に駆動電流を供給可能な発光回路部２０と、太陽電池３の起電力を二次電池４に充電可能な太陽電池充電回路部３０と、一次電池１０の起電力を二次電池４に充電可能な一次電池充電回路部５０と、発光回路部２０の動作を制御する発振回路部７０と、光センサ７の出力に基づいて昼夜を判別し、一次電池充電回路部５０及び発振回路部２０の各動作を制御する昼夜判別回路部８０とを備える。なお、図中の符号１００は、各種回路部分に直流定電圧ＶＣＣを供給するための定電圧電源を表している。
【００１４】
(1) 太陽電池充電回路部３０
太陽電池充電回路部３０は、太陽電池３と二次電池４との間に互いに並列接続された直結充電部３１及び定電圧充電部４１を備える。
【００１５】
直結充電部３１は、直結充電用トランジスタ３２と、この直結充電用トランジスタ３２に直列接続された逆流防止ダイオード３３とを備え、直結充電用トランジスタ３２のベースには、抵抗３４を介して電圧設定回路３５の出力端子が接続されている。
【００１６】
電圧設定回路３５は、二次電池４の端子電圧を検出しており、この端子電圧が所定値例えば２．４Ｖまで上昇するとハイレベル信号を出力して直結充電用トランジスタ３２をオフ状態へスイッチング動作させ、太陽電池３の起電力による二次電池４の充電を禁止する、換言すると、直結充電部３１を非動作状態に維持する。
【００１７】
また、端子電圧が２．３Ｖまで低下すると、電圧設定回路３５はローレベル信号を出力して直結充電用トランジスタ３２をオン可能状態へスイッチング動作させ、太陽電池３の起電力による二次電池４の充電を可能にする、換言すると、直結充電部３１を動作可能状態に維持する。
【００１８】
さらに、電圧設定回路３５の出力端子には抵抗３６を介して一次電池充電回路部５０の後述する第１制御トランジスタ５１のベースが接続されている。第１制御トランジスタ５１は、電圧設定回路３５がハイレベル信号を出力している間オン状態に維持され、第２制御トランジスタ５２をオフ状態に維持する。第２制御トランジスタ５２がオフ状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオフ状態に維持され、一次電池１０による二次電池４の充電は禁止され、換言すると、一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。一方、電圧設定回路３５がローレベル信号を出力している間、第１制御トランジスタ５１はオフ状態に維持され、第２制御トランジスタ５２はオン可能状態に維持される。第２制御トランジスタ５２がオン可能状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオン可能状態に維持され、一次電池１０による二次電池４の充電が可能な状態、換言すると、一次電池充電回路部５０は動作可能状態に維持される。
【００１９】
定電圧充電部４１は、出力端子が二次電池４の正電極に接続された定電圧充電回路４２と、この定電圧充電回路４２の入力端子に直列接続された逆流防止ダイオード４３とを備える。
【００２０】
定電圧充電回路４２は、電圧設定回路３５がハイレベル信号を出力している間、二次電池４を定電圧例えば２．４Ｖで充電させ、二次電池４の過充電を防止するためのものである。
【００２１】
(2) 一次電池充電回路部５０
一次電池充電回路部５０は、一次電池充電用トランジスタ５３と、この一次電池充電用トランジスタ５３に直列接続された逆流防止ダイオード５４とを備える。一次電池充電用トランジスタ５３のベースには、抵抗５５を介して第２制御トランジスタ５２が接続され、第２制御トランジスタ５２のベース、エミッタ間に第１制御トランジスタ５１が接続されている。
【００２２】
第２制御トランジスタ５２がオン状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオン状態に維持され、一次電池１０の起電力による二次電池４の充電が行われ、換言すると、一次電池充電回路部５０は動作状態に維持される。一方、第２制御トランジスタ５２がオフ状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオフ状態に維持され、一次電池１０による二次電池４への充電は禁止され、換言すると、一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。なお、一次電池充電用トランジスタ５３のエミッタ・ベース間に接続されているトランジスタ５６は、二次電池４の端子電圧によらず一次電池１０から二次電池４に対して定電流を供給するための定電流トランジスタである。
【００２３】
(3) 昼夜判別回路部８０
昼夜判別回路部８０は、光センサ７の出力に応じてスイッチング動作をする第１検出トランジスタ８１と、この第１検出トランジスタ８１の出力に応じてスイッチング動作をする第２検出トランジスタ８２と、この第２検出トランジスタ８２の出力に応じてスイッチング動作をする第３検出トランジスタ８３とを備える。
【００２４】
昼間は、光センサ７がオン状態に維持されるため、第１検出トランジスタ８１がオン状態、第２検出トランジスタ８２がオフ状態に維持される。第２検出トランジスタ８２がオフ状態のとき、一次電池充電回路部５０の第２制御トランジスタ５２はオン可能状態に維持され、第２制御トランジスタ５２は、第１制御トランジスタ５１がオフ状態のときにはオン状態に維持され、これにより一次電池充電用トランジスタ５３がオン状態に維持されて一次電池充電回路部５０は動作状態に維持される。一方、第１制御トランジスタ５１がオン状態のときには第２制御トランジスタ５２はオフ状態に維持され、これにより一次電池充電用トランジスタ５３がオフ状態に維持されて一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。
【００２５】
また、昼間は、上記のように第２検出トランジスタ８２がオフ状態に維持されることから第３検出トランジスタ８３はオン状態に維持される。第３検出トランジスタ８３がオン状態のとき、発振回路部７０の後述する第１発振器７１はクリア状態に維持され、第２発振器７２は非動作状態に維持される。
【００２６】
一方、夜間は、光センサ７がオフ状態に維持されるため、第１検出トランジスタ８１がオフ状態、第２検出トランジスタ８２がオン状態に維持される。第２検出トランジスタ８２がオン状態のとき、一次電池充電回路部５０の第２制御トランジスタ５２はオフ状態に維持され、これにより一次電池充電用トランジスタ５３がオフ状態に維持されて一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。
【００２７】
また、夜間は、上記のように第２検出トランジスタ８２がオン状態に維持されることから第３検出トランジスタ８３はオフ状態に維持される。第３検出トランジスタ８３がオフ状態のとき、第１発振器７１は非クリア状態に維持され、第２発振器７２は動作に維持される。
【００２８】
(4) 発振回路部７０
発振回路部７０は、第１発振器７１と、第１発振器７１の発振出力により発振する第２発振器７２とを備える。
【００２９】
第１発振器７１は、昼夜判別回路部８０の第３検出トランジスタ８３がオン状態のとき、非動作状態に維持される。このため、第２発振器７２も非動作状態に維持される。
【００３０】
一方、第１発振器７１は、第３検出トランジスタ８３がオフ状態のとき、動作状態に維持され、周期例えば２４７ｍｓのパルス信号（点滅回数）を出力する。このパルス信号は第２発振器７２に入力され、第２発振器７２は、入力パルス信号の各周期毎にパルス幅例えば３ｍｓのパルス信号（明時間もしくは発光時間）を出力する。
【００３１】
(5) 発光回路部２０
発光回路部２０は、第２発振器７２の発振出力によってスイッチング動作をする制御トランジスタ２１と、二次電池４の正極と発光体６との間に直列接続され、制御トランジスタ２１のスイッチング動作に同期してスイッチング動作をする給電トランジスタ２２とを備える。
【００３２】
第２発振器７２が非動作状態に維持されているとき、制御トランジスタ２１はオフ状態に維持され、給電トランジスタ２２はオフ状態に維持される。これにより、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給されず、発光体６は消灯状態に維持される。
【００３３】
一方、第２発振器７２が動作状態に維持されているとき、制御トランジスタ２１は第２発振器７２のパルス信号に同期してスイッチング動作を行い、給電トランジスタ２２は制御トランジスタ２１のスイッチング動作に同期してスイッチング動作を行う。これにより、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給され、発光体６は点滅する。
【００３４】
次に、上記のように構成された制御装置５の動作を、明け方、昼間、夕方、夜間に分けて説明する。
【００３５】
(1) 明け方
明け方になり光センサ７の受光量が増大して光センサ７がオフからオンへスイッチング動作するようになると、第１検出トランジスタ８１がオフからオンへ、第２検出トランジスタ８２がオンからオフへ、第３検出トランジスタ８３はオフからオンへそれぞれスイッチング動作する。この第３検出トランジスタ８３のオンへのスイッチングにより、第１発振器７１は動作状態から非動作状態へ、第２発振器７２も動作状態から非動作状態へとそれぞれ変化し、制御トランジスタ２１を介して給電トランジスタ２２はオンからオフへスイッチング動作し、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給されなくなる。すなわち、明け方になると、発光体６は消灯状態となる。
【００３６】
また、第２検出トランジスタ８２のオフへのスイッチングにより、第２制御トランジスタ５２はオン可能状態になる。このとき、二次電池４の端子電圧が２．３Ｖ未満であるとすると（通常は、夜間二次電池４から発光体６に対して駆動電流が供給されるため２．３Ｖよりも低い。）、電圧設定回路３５はローレベル信号を出力しており第１制御トランジスタ５１はオフ状態に維持されているため、第２制御トランジスタ５２はオフからオンへスイッチング動作をし、これにより一次電池充電用トランジスタ５３及び定電流トランジスタ５６がオフからオンへスイッチング動作をし、一次電池１０から二次電池４に対して毎時１ｍＡ程度の定電流充電が開始される。
【００３７】
また、電圧設定回路３５がローレベル信号を出力しているため直結充電用トランジスタ３２はオン可能状態であり、太陽電池３から二次電池４に対する直結充電が開始可能となる。
【００３８】
(2) 昼間
光センサ７はオン状態を維持するため、第２検出トランジスタ８２はオフ状態に維持され、第２制御トランジスタ５２はオン可能状態に維持され、一次電池充電用トランジスタ５３はオン可能状態に維持される。このため、一次電池１０から二次電池４に対する定電流充電が可能な状態となり、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖに到達するまでは、第１制御トランジスタ５１がオフ状態に維持されることから一次電池充電用トランジスタ５３はオン状態に維持され、一次電池１０から二次電池４に対して定電流充電が行われる。
【００３９】
また、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖに到達するまでの間において、太陽電池３の起電圧が二次電池４の端子電圧を上回るとき、太陽電池３から直結充電用トランジスタ３２を介して二次電池４に対して直結充電が行われる。
【００４０】
二次電池４の端子電圧が２．４Ｖまで上昇すると、電圧設定回路３５はハイレベル信号を出力するようになる。このため、第１制御トランジスタ５１はオフからオンへスイッチング動作をし、第２制御トランジスタ５２はオンからオフへスイッチング動作をし、一次電池充電用トランジスタ５３はオンからオフへスイッチング動作をし、一次電池１０から二次電池４への定電流充電は終了する。
【００４１】
また、電圧設定回路３５のハイレベル出力信号により直結充電用トランジスタ３２はオフ状態となる。このため、太陽電池３の起電圧が二次電池４の端子電圧を上回っていても太陽電池３から二次電池４に対する直結充電は行われなくなり、その代わりに、定電圧充電回路４２により太陽電池３から二次電池４に対して２．４Ｖの定電圧充電が開始される。なお、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖまで上昇したときに太陽電池３の起電圧が定電圧充電を行うことができるレベルに満たないときは、定電圧充電を行うことができず、二次電池４の端子電圧は２．４Ｖから二次電池４の自己放電によって低下し始め、端子電圧が２．３Ｖまで低下したとき電圧設定回路３５がローレベル信号を出力することにより一次電池充電用トランジスタ５３がオフからオンへスイッチング動作をして一次電池１０から二次電池４に対する定電流充電が再開される。また、二次電池４の端子電圧が２．３Ｖまで低下したとき、定電圧充電が終了し、直結充電が開始される。
【００４２】
(3) 日没後夜間
日没になり光センサ７の受光量が減少して光センサ７がオンからオフへスイッチング動作するようになると、第１検出トランジスタ８１がオンからオフへ、第２検出トランジスタ８２がオフからオンへ、第３検出トランジスタ８３はオンからオフへそれぞれスイッチング動作する。この第３検出トランジスタ８３のオフへのスイッチングにより、第１発振器７１は非動作状態から動作状態へ、第２発振器７２も非動作状態から動作状態へとそれぞれ変化し、制御トランジスタ２１を介して給電トランジスタ２２はスイッチング動作し、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給開始される。すなわち、日没になると、発光体６は点滅を開始する。
【００４３】
また、第２検出トランジスタ８２のオンへのスイッチングにより、第２制御トランジスタ５２はオフ状態になり、一次電池充電用トランジスタ５３はオフ状態となり、一次電池１０から二次電池４に対する定電流充電が禁止される。
【００４４】
なお、日没後の夜間は、太陽電池３の起電圧が殆どゼロであるため、太陽電池３による二次電池４に対する充電は行われない。
【００４５】
図３は、上述したような回路動作の理解を容易にするための概念的チャート図であり、二次電池４の端子電圧と太陽電池３の起電圧と一次電池１０による充電期間との関係を示している。
【００４６】
図３においては、▲１▼夜明け時から太陽電池３が太陽光を浴びているとき、▲２▼その後、太陽電池３が太陽光を浴びなくなったとき、▲３▼その後、太陽電池３が再び太陽光を浴びるようになったとき、▲４▼その後、太陽電池３が太陽光を浴びなくなって日没となったとき、を時系列的に表している。
【００４７】
まず、上記▲１▼の場合、夜明けとともに一次電池１０による充電が開始され、また太陽電池３の起電圧が大きいことから直結充電も開始され、二次電池４の端子電圧は１．８Ｖから２．４Ｖまで上昇してゆく。そして、２．４Ｖに到達すると直結充電及び一次電池１０による充電は終了し、定電圧充電回路４２による２．４Ｖの定電圧充電が行われ、二次電池４の端子電圧は２．４Ｖを維持する。
【００４８】
次に、上記▲２▼の場合、太陽電池３の起電圧が急速に低下すると、二次電池４の端子電圧は自己放電により徐々に低下してゆき２．３Ｖまで低下したとき一次電池１０による充電が再開される。
【００４９】
次に、上記▲３▼の場合、太陽電池３の起電圧が急速に上昇すると、直結充電も再開され、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖまで上昇したとき直結充電及び一次電池１０による充電が終了し、定電圧充電回路４２による２．４Ｖの定電圧充電が開始される。
【００５０】
次に、上記▲４▼の場合、太陽電池３の起電圧が急速に低下すると、二次電池４の端子電圧は自己放電により徐々に低下してゆき２．３Ｖまで低下したとき一次電池１０による充電が開始される。そして、二次電池４の端子電圧が再び２．４Ｖまで上昇すると一次電池１０による充電が終了し、以後、自己放電、一次電池１０による充電開始、一次電池１０による充電終了が順に繰り返される。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係る不日照対応型自発光縁石鋲は、発光体６と、発光体６に駆動電流を供給可能な発光回路部２０と、発光回路部２０の電源となる二次電池４と、太陽電池３と、太陽電池３の起電力を二次電池４に充電可能な太陽電池充電回路部３０と、一次電池１０と、一次電池１０の起電力を二次電池４に充電可能な一次電池充電回路部５０と、発光回路部２０の動作を制御する発振回路部７０と、光センサ７と、光センサ７の出力に基づいて昼夜を判別し、一次電池充電回路部５０及び発振回路部７０の各動作を制御する昼夜判別回路部８０と、を備え、昼夜判別回路部８０が昼間と判別している間、一次電池充電回路部５０が動作可能状態に維持され、二次電池４の端子電圧が所定値（２．３Ｖ）まで低下したとき、少なくとも一次電池充電回路部５０により二次電池４を充電し、また、昼夜判別回路部８０が昼間と判別している間、発振回路部７０が非動作状態に維持され、発光回路部２０は非動作状態に維持され、発光体６に対して二次電池４による駆動電流が供給されず発光体６が消光状態に維持され、また、昼夜判別回路部８０が夜間と判別している間、発振回路部７０が動作状態に維持され、発光回路部２０は動作状態に維持され、発光体６に二次電池４による駆動電流が供給されて発光体６が発光状態に維持され、また、昼夜判別回路部８０が夜間と判別している間、一次電池充電回路部５０が非動作状態に維持され、一次電池充電回路部５０による二次電池４の充電が禁止される。
【００５２】
このため、本実施形態によると、高架下、立体交差等周辺に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所に当該自発光縁石鋲を設置した場合においても、昼間、二次電池４に対して太陽電池３による充電の他一次電池１０による充電が適宜行われることから夜間発光体６の発光に必要な充電量を得ることが可能になり、二次電池４の充電不足から夜間の点滅が途絶える不具合を防止することができる。
【００５３】
また、昼夜判別回路部８０が昼間と判別している間において、二次電池４の端子電圧が前記所定値（２．３Ｖ）よりも大きな他の所定値（２．４Ｖ）まで上昇したとき、太陽電池充電回路部３０により二次電池４を定電圧で充電可能とするようにしたため、二次電池４の過充電を防止することができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では自発光縁石鋲を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、自発光道路鋲、自発光視線誘導標などにも適用できることはいうまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、高架下、立体交差等周辺に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所に自発光装置を設置した場合においても、昼間、二次電池に対して太陽電池による充電の他一次電池による充電が適宜行われることから夜間発光体の発光に必要な充電量を得ることが可能になり、二次電池の充電不足から夜間の点滅が途絶える不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る不日照対応型自発光装置としての自発光縁石鋲の断面図である。
【図２】図１に示した制御装置の電気回路図である。
【図３】図２の回路動作の理解を容易にするための概念的チャート図である。
【符号の説明】
３ 太陽電池
４ 二次電池
６ 発光体
７ 光センサ
１０ 一次電池
２０ 発光回路部
３０ 太陽電池充電回路部
５０ 一次電池充電回路部
７０ 発振回路部
８０ 昼夜判別回路部
【発明の属する技術分野】
本発明は、不日照対応型自発光装置、詳しくは、日照の少ない場所に設置可能な自発光道路鋲など自発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池を内蔵した自発光道路鋲は、昼間、太陽電池の起電力を電気二重層コンデンサなどに充電しておき、夜間、電気二重層コンデンサなどを放電させて発光ダイオードなど発光体を点滅させる構成をとっている。このため、十分に太陽光を浴びることができる場所に自発光式道路鋲を設置する場合には、太陽電池が十分な起電力を発生し電気二重層コンデンサなどの充電不足が生じないため夜間の点滅が途絶えるおそれは生じない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高架下、立体交差等周辺に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所に自発光道路鋲を設置する場合には、太陽電池が十分な起電力を発生することができないため、電気二重層コンデンサなどの充電不足から夜間の点滅が途絶えるおそれが生じる。
【０００４】
本発明は、自発光道路鋲に限定されるものではなく、従来の自発光道路鋲の上記のような問題点と共通する問題点を有する自発光装置に適用可能であり、上記のような不日照に起因する夜間の点灯（点滅を含む）切れをなくし、周囲に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所にも設置可能な自発光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の不日照対応型自発光装置は、発光体と、前記発光体に駆動電流を供給可能な発光回路部と、前記発光回路部の電源となる二次電池と、太陽電池と、前記太陽電池の起電力を前記二次電池に充電可能な太陽電池充電回路部と、一次電池と、前記一次電池の起電力を前記二次電池に充電可能な一次電池充電回路部と、前記発光回路部の動作を制御する発振回路部と、光センサと、前記光センサの出力に基づいて昼夜を判別し、前記一次電池充電回路部及び前記発振回路部の各動作を制御する昼夜判別回路部と、を備え、前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間、前記一次電池充電回路部が動作可能状態に維持され、前記二次電池の端子電圧が所定値まで低下したとき、少なくとも前記一次電池充電回路部により前記二次電池を充電し、また、前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間、前記発振回路部が非動作状態に維持され、前記発光回路部は非動作状態に維持され、前記発光体に対して前記二次電池による駆動電流が供給されず該発光体が消光状態に維持され、また、前記昼夜判別回路部が夜間と判別している間、前記発振回路部が動作状態に維持され、前記発光回路部は動作状態に維持され、前記発光体に前記二次電池による駆動電流が供給されて該発光体が発光状態に維持され、また、前記昼夜判別回路部が夜間と判別している間、前記一次電池充電回路部が非動作状態に維持され、該一次電池充電回路部による前記二次電池の充電が禁止されることを特徴とする。
【０００６】
ここで、前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間において、前記二次電池の端子電圧が前記所定値よりも大きな他の所定値まで上昇したとき、前記太陽電池充電回路部により前記二次電池を定電圧で充電可能とする。
【０００７】
また、前記二次電池は電気二重層コンデンサである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、一実施形態に係る不日照対応型自発光装置としての自発光縁石鋲の断面図を示す。
【００１０】
図１において、自発光縁石鋲は透明な本体ケーシング１を備えており、この本体ケーシング１の内部に回路ケース２が配設されている。回路ケース２の上面には太陽電池３が配置され、回路ケース２の内部には二次電池４及び制御装置５が配置されている。また、回路ケース２の側面には発光体６及び光センサ７が配設されている。本体ケーシング１は上部アルミ本体８と下部アルミ本体９とによって固定されており、下部アルミ本体９の凹部に一次電池１０が収容されている。
【００１１】
二次電池４は例えば３０Ｆの電気二重層コンデンサである。一次電池１０は例えば３．６Ｖのバッテリである。発光体６は例えば発光ダイオードである。光センサ７は例えばフォトトランジスタである。
【００１２】
図２は、図１に示した制御装置５の電気回路図を示す。
【００１３】
図２において、この制御装置５は、発光体６に駆動電流を供給可能な発光回路部２０と、太陽電池３の起電力を二次電池４に充電可能な太陽電池充電回路部３０と、一次電池１０の起電力を二次電池４に充電可能な一次電池充電回路部５０と、発光回路部２０の動作を制御する発振回路部７０と、光センサ７の出力に基づいて昼夜を判別し、一次電池充電回路部５０及び発振回路部２０の各動作を制御する昼夜判別回路部８０とを備える。なお、図中の符号１００は、各種回路部分に直流定電圧ＶＣＣを供給するための定電圧電源を表している。
【００１４】
(1) 太陽電池充電回路部３０
太陽電池充電回路部３０は、太陽電池３と二次電池４との間に互いに並列接続された直結充電部３１及び定電圧充電部４１を備える。
【００１５】
直結充電部３１は、直結充電用トランジスタ３２と、この直結充電用トランジスタ３２に直列接続された逆流防止ダイオード３３とを備え、直結充電用トランジスタ３２のベースには、抵抗３４を介して電圧設定回路３５の出力端子が接続されている。
【００１６】
電圧設定回路３５は、二次電池４の端子電圧を検出しており、この端子電圧が所定値例えば２．４Ｖまで上昇するとハイレベル信号を出力して直結充電用トランジスタ３２をオフ状態へスイッチング動作させ、太陽電池３の起電力による二次電池４の充電を禁止する、換言すると、直結充電部３１を非動作状態に維持する。
【００１７】
また、端子電圧が２．３Ｖまで低下すると、電圧設定回路３５はローレベル信号を出力して直結充電用トランジスタ３２をオン可能状態へスイッチング動作させ、太陽電池３の起電力による二次電池４の充電を可能にする、換言すると、直結充電部３１を動作可能状態に維持する。
【００１８】
さらに、電圧設定回路３５の出力端子には抵抗３６を介して一次電池充電回路部５０の後述する第１制御トランジスタ５１のベースが接続されている。第１制御トランジスタ５１は、電圧設定回路３５がハイレベル信号を出力している間オン状態に維持され、第２制御トランジスタ５２をオフ状態に維持する。第２制御トランジスタ５２がオフ状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオフ状態に維持され、一次電池１０による二次電池４の充電は禁止され、換言すると、一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。一方、電圧設定回路３５がローレベル信号を出力している間、第１制御トランジスタ５１はオフ状態に維持され、第２制御トランジスタ５２はオン可能状態に維持される。第２制御トランジスタ５２がオン可能状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオン可能状態に維持され、一次電池１０による二次電池４の充電が可能な状態、換言すると、一次電池充電回路部５０は動作可能状態に維持される。
【００１９】
定電圧充電部４１は、出力端子が二次電池４の正電極に接続された定電圧充電回路４２と、この定電圧充電回路４２の入力端子に直列接続された逆流防止ダイオード４３とを備える。
【００２０】
定電圧充電回路４２は、電圧設定回路３５がハイレベル信号を出力している間、二次電池４を定電圧例えば２．４Ｖで充電させ、二次電池４の過充電を防止するためのものである。
【００２１】
(2) 一次電池充電回路部５０
一次電池充電回路部５０は、一次電池充電用トランジスタ５３と、この一次電池充電用トランジスタ５３に直列接続された逆流防止ダイオード５４とを備える。一次電池充電用トランジスタ５３のベースには、抵抗５５を介して第２制御トランジスタ５２が接続され、第２制御トランジスタ５２のベース、エミッタ間に第１制御トランジスタ５１が接続されている。
【００２２】
第２制御トランジスタ５２がオン状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオン状態に維持され、一次電池１０の起電力による二次電池４の充電が行われ、換言すると、一次電池充電回路部５０は動作状態に維持される。一方、第２制御トランジスタ５２がオフ状態のとき、一次電池充電用トランジスタ５３はオフ状態に維持され、一次電池１０による二次電池４への充電は禁止され、換言すると、一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。なお、一次電池充電用トランジスタ５３のエミッタ・ベース間に接続されているトランジスタ５６は、二次電池４の端子電圧によらず一次電池１０から二次電池４に対して定電流を供給するための定電流トランジスタである。
【００２３】
(3) 昼夜判別回路部８０
昼夜判別回路部８０は、光センサ７の出力に応じてスイッチング動作をする第１検出トランジスタ８１と、この第１検出トランジスタ８１の出力に応じてスイッチング動作をする第２検出トランジスタ８２と、この第２検出トランジスタ８２の出力に応じてスイッチング動作をする第３検出トランジスタ８３とを備える。
【００２４】
昼間は、光センサ７がオン状態に維持されるため、第１検出トランジスタ８１がオン状態、第２検出トランジスタ８２がオフ状態に維持される。第２検出トランジスタ８２がオフ状態のとき、一次電池充電回路部５０の第２制御トランジスタ５２はオン可能状態に維持され、第２制御トランジスタ５２は、第１制御トランジスタ５１がオフ状態のときにはオン状態に維持され、これにより一次電池充電用トランジスタ５３がオン状態に維持されて一次電池充電回路部５０は動作状態に維持される。一方、第１制御トランジスタ５１がオン状態のときには第２制御トランジスタ５２はオフ状態に維持され、これにより一次電池充電用トランジスタ５３がオフ状態に維持されて一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。
【００２５】
また、昼間は、上記のように第２検出トランジスタ８２がオフ状態に維持されることから第３検出トランジスタ８３はオン状態に維持される。第３検出トランジスタ８３がオン状態のとき、発振回路部７０の後述する第１発振器７１はクリア状態に維持され、第２発振器７２は非動作状態に維持される。
【００２６】
一方、夜間は、光センサ７がオフ状態に維持されるため、第１検出トランジスタ８１がオフ状態、第２検出トランジスタ８２がオン状態に維持される。第２検出トランジスタ８２がオン状態のとき、一次電池充電回路部５０の第２制御トランジスタ５２はオフ状態に維持され、これにより一次電池充電用トランジスタ５３がオフ状態に維持されて一次電池充電回路部５０は非動作状態に維持される。
【００２７】
また、夜間は、上記のように第２検出トランジスタ８２がオン状態に維持されることから第３検出トランジスタ８３はオフ状態に維持される。第３検出トランジスタ８３がオフ状態のとき、第１発振器７１は非クリア状態に維持され、第２発振器７２は動作に維持される。
【００２８】
(4) 発振回路部７０
発振回路部７０は、第１発振器７１と、第１発振器７１の発振出力により発振する第２発振器７２とを備える。
【００２９】
第１発振器７１は、昼夜判別回路部８０の第３検出トランジスタ８３がオン状態のとき、非動作状態に維持される。このため、第２発振器７２も非動作状態に維持される。
【００３０】
一方、第１発振器７１は、第３検出トランジスタ８３がオフ状態のとき、動作状態に維持され、周期例えば２４７ｍｓのパルス信号（点滅回数）を出力する。このパルス信号は第２発振器７２に入力され、第２発振器７２は、入力パルス信号の各周期毎にパルス幅例えば３ｍｓのパルス信号（明時間もしくは発光時間）を出力する。
【００３１】
(5) 発光回路部２０
発光回路部２０は、第２発振器７２の発振出力によってスイッチング動作をする制御トランジスタ２１と、二次電池４の正極と発光体６との間に直列接続され、制御トランジスタ２１のスイッチング動作に同期してスイッチング動作をする給電トランジスタ２２とを備える。
【００３２】
第２発振器７２が非動作状態に維持されているとき、制御トランジスタ２１はオフ状態に維持され、給電トランジスタ２２はオフ状態に維持される。これにより、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給されず、発光体６は消灯状態に維持される。
【００３３】
一方、第２発振器７２が動作状態に維持されているとき、制御トランジスタ２１は第２発振器７２のパルス信号に同期してスイッチング動作を行い、給電トランジスタ２２は制御トランジスタ２１のスイッチング動作に同期してスイッチング動作を行う。これにより、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給され、発光体６は点滅する。
【００３４】
次に、上記のように構成された制御装置５の動作を、明け方、昼間、夕方、夜間に分けて説明する。
【００３５】
(1) 明け方
明け方になり光センサ７の受光量が増大して光センサ７がオフからオンへスイッチング動作するようになると、第１検出トランジスタ８１がオフからオンへ、第２検出トランジスタ８２がオンからオフへ、第３検出トランジスタ８３はオフからオンへそれぞれスイッチング動作する。この第３検出トランジスタ８３のオンへのスイッチングにより、第１発振器７１は動作状態から非動作状態へ、第２発振器７２も動作状態から非動作状態へとそれぞれ変化し、制御トランジスタ２１を介して給電トランジスタ２２はオンからオフへスイッチング動作し、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給されなくなる。すなわち、明け方になると、発光体６は消灯状態となる。
【００３６】
また、第２検出トランジスタ８２のオフへのスイッチングにより、第２制御トランジスタ５２はオン可能状態になる。このとき、二次電池４の端子電圧が２．３Ｖ未満であるとすると（通常は、夜間二次電池４から発光体６に対して駆動電流が供給されるため２．３Ｖよりも低い。）、電圧設定回路３５はローレベル信号を出力しており第１制御トランジスタ５１はオフ状態に維持されているため、第２制御トランジスタ５２はオフからオンへスイッチング動作をし、これにより一次電池充電用トランジスタ５３及び定電流トランジスタ５６がオフからオンへスイッチング動作をし、一次電池１０から二次電池４に対して毎時１ｍＡ程度の定電流充電が開始される。
【００３７】
また、電圧設定回路３５がローレベル信号を出力しているため直結充電用トランジスタ３２はオン可能状態であり、太陽電池３から二次電池４に対する直結充電が開始可能となる。
【００３８】
(2) 昼間
光センサ７はオン状態を維持するため、第２検出トランジスタ８２はオフ状態に維持され、第２制御トランジスタ５２はオン可能状態に維持され、一次電池充電用トランジスタ５３はオン可能状態に維持される。このため、一次電池１０から二次電池４に対する定電流充電が可能な状態となり、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖに到達するまでは、第１制御トランジスタ５１がオフ状態に維持されることから一次電池充電用トランジスタ５３はオン状態に維持され、一次電池１０から二次電池４に対して定電流充電が行われる。
【００３９】
また、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖに到達するまでの間において、太陽電池３の起電圧が二次電池４の端子電圧を上回るとき、太陽電池３から直結充電用トランジスタ３２を介して二次電池４に対して直結充電が行われる。
【００４０】
二次電池４の端子電圧が２．４Ｖまで上昇すると、電圧設定回路３５はハイレベル信号を出力するようになる。このため、第１制御トランジスタ５１はオフからオンへスイッチング動作をし、第２制御トランジスタ５２はオンからオフへスイッチング動作をし、一次電池充電用トランジスタ５３はオンからオフへスイッチング動作をし、一次電池１０から二次電池４への定電流充電は終了する。
【００４１】
また、電圧設定回路３５のハイレベル出力信号により直結充電用トランジスタ３２はオフ状態となる。このため、太陽電池３の起電圧が二次電池４の端子電圧を上回っていても太陽電池３から二次電池４に対する直結充電は行われなくなり、その代わりに、定電圧充電回路４２により太陽電池３から二次電池４に対して２．４Ｖの定電圧充電が開始される。なお、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖまで上昇したときに太陽電池３の起電圧が定電圧充電を行うことができるレベルに満たないときは、定電圧充電を行うことができず、二次電池４の端子電圧は２．４Ｖから二次電池４の自己放電によって低下し始め、端子電圧が２．３Ｖまで低下したとき電圧設定回路３５がローレベル信号を出力することにより一次電池充電用トランジスタ５３がオフからオンへスイッチング動作をして一次電池１０から二次電池４に対する定電流充電が再開される。また、二次電池４の端子電圧が２．３Ｖまで低下したとき、定電圧充電が終了し、直結充電が開始される。
【００４２】
(3) 日没後夜間
日没になり光センサ７の受光量が減少して光センサ７がオンからオフへスイッチング動作するようになると、第１検出トランジスタ８１がオンからオフへ、第２検出トランジスタ８２がオフからオンへ、第３検出トランジスタ８３はオンからオフへそれぞれスイッチング動作する。この第３検出トランジスタ８３のオフへのスイッチングにより、第１発振器７１は非動作状態から動作状態へ、第２発振器７２も非動作状態から動作状態へとそれぞれ変化し、制御トランジスタ２１を介して給電トランジスタ２２はスイッチング動作し、発光体６に対して二次電池４から駆動電流が供給開始される。すなわち、日没になると、発光体６は点滅を開始する。
【００４３】
また、第２検出トランジスタ８２のオンへのスイッチングにより、第２制御トランジスタ５２はオフ状態になり、一次電池充電用トランジスタ５３はオフ状態となり、一次電池１０から二次電池４に対する定電流充電が禁止される。
【００４４】
なお、日没後の夜間は、太陽電池３の起電圧が殆どゼロであるため、太陽電池３による二次電池４に対する充電は行われない。
【００４５】
図３は、上述したような回路動作の理解を容易にするための概念的チャート図であり、二次電池４の端子電圧と太陽電池３の起電圧と一次電池１０による充電期間との関係を示している。
【００４６】
図３においては、▲１▼夜明け時から太陽電池３が太陽光を浴びているとき、▲２▼その後、太陽電池３が太陽光を浴びなくなったとき、▲３▼その後、太陽電池３が再び太陽光を浴びるようになったとき、▲４▼その後、太陽電池３が太陽光を浴びなくなって日没となったとき、を時系列的に表している。
【００４７】
まず、上記▲１▼の場合、夜明けとともに一次電池１０による充電が開始され、また太陽電池３の起電圧が大きいことから直結充電も開始され、二次電池４の端子電圧は１．８Ｖから２．４Ｖまで上昇してゆく。そして、２．４Ｖに到達すると直結充電及び一次電池１０による充電は終了し、定電圧充電回路４２による２．４Ｖの定電圧充電が行われ、二次電池４の端子電圧は２．４Ｖを維持する。
【００４８】
次に、上記▲２▼の場合、太陽電池３の起電圧が急速に低下すると、二次電池４の端子電圧は自己放電により徐々に低下してゆき２．３Ｖまで低下したとき一次電池１０による充電が再開される。
【００４９】
次に、上記▲３▼の場合、太陽電池３の起電圧が急速に上昇すると、直結充電も再開され、二次電池４の端子電圧が２．４Ｖまで上昇したとき直結充電及び一次電池１０による充電が終了し、定電圧充電回路４２による２．４Ｖの定電圧充電が開始される。
【００５０】
次に、上記▲４▼の場合、太陽電池３の起電圧が急速に低下すると、二次電池４の端子電圧は自己放電により徐々に低下してゆき２．３Ｖまで低下したとき一次電池１０による充電が開始される。そして、二次電池４の端子電圧が再び２．４Ｖまで上昇すると一次電池１０による充電が終了し、以後、自己放電、一次電池１０による充電開始、一次電池１０による充電終了が順に繰り返される。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係る不日照対応型自発光縁石鋲は、発光体６と、発光体６に駆動電流を供給可能な発光回路部２０と、発光回路部２０の電源となる二次電池４と、太陽電池３と、太陽電池３の起電力を二次電池４に充電可能な太陽電池充電回路部３０と、一次電池１０と、一次電池１０の起電力を二次電池４に充電可能な一次電池充電回路部５０と、発光回路部２０の動作を制御する発振回路部７０と、光センサ７と、光センサ７の出力に基づいて昼夜を判別し、一次電池充電回路部５０及び発振回路部７０の各動作を制御する昼夜判別回路部８０と、を備え、昼夜判別回路部８０が昼間と判別している間、一次電池充電回路部５０が動作可能状態に維持され、二次電池４の端子電圧が所定値（２．３Ｖ）まで低下したとき、少なくとも一次電池充電回路部５０により二次電池４を充電し、また、昼夜判別回路部８０が昼間と判別している間、発振回路部７０が非動作状態に維持され、発光回路部２０は非動作状態に維持され、発光体６に対して二次電池４による駆動電流が供給されず発光体６が消光状態に維持され、また、昼夜判別回路部８０が夜間と判別している間、発振回路部７０が動作状態に維持され、発光回路部２０は動作状態に維持され、発光体６に二次電池４による駆動電流が供給されて発光体６が発光状態に維持され、また、昼夜判別回路部８０が夜間と判別している間、一次電池充電回路部５０が非動作状態に維持され、一次電池充電回路部５０による二次電池４の充電が禁止される。
【００５２】
このため、本実施形態によると、高架下、立体交差等周辺に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所に当該自発光縁石鋲を設置した場合においても、昼間、二次電池４に対して太陽電池３による充電の他一次電池１０による充電が適宜行われることから夜間発光体６の発光に必要な充電量を得ることが可能になり、二次電池４の充電不足から夜間の点滅が途絶える不具合を防止することができる。
【００５３】
また、昼夜判別回路部８０が昼間と判別している間において、二次電池４の端子電圧が前記所定値（２．３Ｖ）よりも大きな他の所定値（２．４Ｖ）まで上昇したとき、太陽電池充電回路部３０により二次電池４を定電圧で充電可能とするようにしたため、二次電池４の過充電を防止することができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では自発光縁石鋲を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、自発光道路鋲、自発光視線誘導標などにも適用できることはいうまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、高架下、立体交差等周辺に太陽光を遮る遮蔽物が存在するような場所に自発光装置を設置した場合においても、昼間、二次電池に対して太陽電池による充電の他一次電池による充電が適宜行われることから夜間発光体の発光に必要な充電量を得ることが可能になり、二次電池の充電不足から夜間の点滅が途絶える不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る不日照対応型自発光装置としての自発光縁石鋲の断面図である。
【図２】図１に示した制御装置の電気回路図である。
【図３】図２の回路動作の理解を容易にするための概念的チャート図である。
【符号の説明】
３ 太陽電池
４ 二次電池
６ 発光体
７ 光センサ
１０ 一次電池
２０ 発光回路部
３０ 太陽電池充電回路部
５０ 一次電池充電回路部
７０ 発振回路部
８０ 昼夜判別回路部
Claims (3)
- 発光体と、
前記発光体に駆動電流を供給可能な発光回路部と、
前記発光回路部の電源となる二次電池と、
太陽電池と、
前記太陽電池の起電力を前記二次電池に充電可能な太陽電池充電回路部と、
一次電池と、
前記一次電池の起電力を前記二次電池に充電可能な一次電池充電回路部と、
前記発光回路部の動作を制御する発振回路部と、
光センサと、
前記光センサの出力に基づいて昼夜を判別し、前記一次電池充電回路部及び前記発振回路部の各動作を制御する昼夜判別回路部と、
を備え、
前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間、前記一次電池充電回路部が動作可能状態に維持され、前記二次電池の端子電圧が所定値まで低下したとき、少なくとも前記一次電池充電回路部により前記二次電池を充電し、
また、前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間、前記発振回路部が非動作状態に維持され、前記発光回路部は非動作状態に維持され、前記発光体に対して前記二次電池による駆動電流が供給されず該発光体が消光状態に維持され、
また、前記昼夜判別回路部が夜間と判別している間、前記発振回路部が動作状態に維持され、前記発光回路部は動作状態に維持され、前記発光体に前記二次電池による駆動電流が供給されて該発光体が発光状態に維持され、
また、前記昼夜判別回路部が夜間と判別している間、前記一次電池充電回路部が非動作状態に維持され、該一次電池充電回路部による前記二次電池の充電が禁止される
ことを特徴とする不日照対応型自発光装置。 - 前記昼夜判別回路部が昼間と判別している間において、前記二次電池の端子電圧が前記所定値よりも大きな他の所定値まで上昇したとき、前記太陽電池充電回路部により前記二次電池を定電圧で充電可能とすることを特徴とする請求項１記載の不日照対応型自発光装置。
- 前記二次電池は電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項２記載の不日照対応型自発光装置。
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