JP4033441B2 - 圧電発電式発光標示器 - Google Patents
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【発明が属する技術分野】
本発明は、自転車の車輪及び回転物の回転軌道の接線方向と平行に、圧電発電式発光標示器の錘が動く方向に取り付け、錘が動き、圧電発電体(圧電セラミック)に衝突して発電し、移動物や回転物の存在を明確に知らせる点滅発光体構造であり、発電方式として圧電を用いた方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の圧電発電式発光標示器は、アメリカ特許のBICYCLE SAFETY LIGHT(特許NO.5,624,175)のように錘移動の軌道形状が直線であり、軌道が曲率を有する物はなかった。図6に従来方式の車輪に取り付けられた直線軌道の圧電発電式発光標示器を示す。
【0003】
又、従来のような錘の移動する軌道が、直線であるタイプの圧電発電式発光標示器は、自転車の車輪や、回転物に取り付けて用いることが出来るが、錘に遠心力が発生し、ある回転数以上になると錘が案内軌道の端部に移動して発電できなくなる欠点がある。このような現象から従来の直線案内軌道のタイプは、回転体の発電には適していない。
【0004】
さらに、既存の圧電発電式発光表示器について図4で説明する。図4は、従来の直線案内軌道の図と、曲率半径を持った案内軌道の図が示されており比較して説明する。まず既存の直線軌道の圧電発電式発光標示器は、図4の直線案内軌道22の両端に圧電発電部20及び23が配置され、更に直線案内軌道22の内部に錘21が1個配置されている。車輪の回転により、直線案内軌道22は、回転中心25の周りを回転軌道24に沿って回転する。回転数が上がり速度があがると錘21に働く遠心力Aが大きくなる。遠心力Aは、錘の質量m、錘の回転軌道から回転中心迄の距離をr、角速度をωとすると、遠心力A=mrω2であらわされる。回転速度が大きくなるとωが大きくなり遠心力Aも大きくなる。遠心力Aは直線案内軌道22の内面に垂直に働く垂直方向力Cと直線案内軌道22の内面と平行である方向の滑り方向力Bに分解される。摩擦を無視すると滑り方向力B=Asinθの大きさを持つ。図4において、滑り方向力Bが錘の重力gより大きくなると錘21は、直線案内軌道22の端面に移動して動かなくなる。自転車での実験では、錘の回転中心からの取り付け位置迄の距離rにより変化するが、時速20km付近を越えると直線案内軌道22の端部に錘が移動して留まる現象が発生して発電出来なくなる。このような現象に対し、図4の一定の値の曲率を持つ案内軌道の場合は、遠心力aの方向と案内軌道の内面が直角に近い為、θがゼロに近くなり滑り方向力B=asinθは遠心力aが変動しても発生が少ない為、錘が案内軌道の端部に留まるような現象は起こりにくい。
【0005】
また、従来の圧電発電式発光標示器は、コンデンサに蓄えた電気エネルギを発光させるに当たり、電子回路を用い、光ダイオードにエネルギーを供給し、点滅又は点灯させる方式であるが、電子回路が複雑になり高価になる欠点がある。
【0006】
又、従来の圧電発電式発光標示器は、圧電体が2個対向配置され、間に錘が1個配置された方式が1ユニットとなる構成である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が前述の状況に鑑み、解決しようというところは、従来のように錘が移動する案内軌道が直線軌道である圧電発電式発光標示器を自転車の車輪及び回転物に取り付け使用すると、錘に遠心力が発生する。その遠心力が、ある領域を越えると錘が遠心力により、直線軌道の端部に移動する力が働き、錘は、案内軌道端部に移動して動かなくなり、発電が出来ない状態に陥る。本発明は、この現象を回避するものである。
【0008】
又、発光ダイオード点滅、点灯を行うに当たり、既存技術の応用で、簡単構造のメカニカルスイッチを錘の軌道側面や軌道端部に取り付け、電子回路より安価にスイッチング機能を供給するものである。さらにリードスイッチの取り付けにより、スイッチングが静かで、接点の寿命や信頼性を高めることが出来る。さらにメカニカルスイッチやリードスイッチの組み合わせにより電子回路に代わり安価で信頼性の高いスイッチングを供給するものである。
【0009】
また、今後の発電量の増加要求に対応するため、従来の圧電発電体2個と錘1個の組み合わせユニットに対し、錘1個と圧電発電体1個を1ユニットとして、直列配置し追加する事により、安価で効率良く発電量を増加させる方法を供給する事にある。
【0010】
また、本発明は、基本的に車輪や回転体に取り付けて発電する為の方法の提供にあり、回転体が高速になっても発電出来る構造を提供するものである。従来はこのようなものに適したものはなかった。本来、錘の案内軌道が直線のタイプの圧電発電式発光標示器は往復運動である揺動や振動する物体に取り付け使用するものであり、回転体に取り付けて使用するのは適していない。本発明は、基本的に回転体に取り付け使用できる圧電発電式発光標示器を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項1の移動物や回転物の存在を明確にするための点滅する発光体を具備し、前記発光体の電源として圧電発電を用いる方式において、圧電発電体を車輪又は回転体に取り付けることを特徴とする圧電発電式発光標示器は、基本的に回転体に取り付け発電するタイプの圧電発電式発光標示器を提供することにある。
【0012】
本発明請求項1の圧電発電体に衝撃を与える錘の案内軌道が、回転の接線方向に対して平行に設けられ、かつ一定の曲率で曲がっていることを特徴とする圧電発電式発光標示器により、回転体のスピードが上がり錘の遠心力が増加しても図4のBに示す滑り方向力の発生を少なくするものである。これにより錘が案内軌道の端部に移動する力の発生を少なくし、錘が揺動して発電動作を繰り返す事が出来るようにするものである。
【0013】
さらに本発明請求項2の圧電発電体に衝撃を与える錘の案内軌道が、車輪又は回転体への取り付け位置から回転中心までの距離の曲率半径で曲がっていることを特徴とする圧電発電式発光標示器により、回転体のスピードが上がり錘の遠心力が増加しても図4に示す滑り方向力Bの発生をより少なくするものである。錘の案内軌道が、車輪又は回転体への取り付け位置から回転中心までの距離の曲率半径で曲がっていることにより理論的にも遠心力の働く方向と軌道の面が直角になり滑り方向力Bはゼロとなる。これにより、錘が揺動して発電動作を繰り返す事が出来るようにするものである。
【0014】
また、本発明請求項3の錘が移動する軌道上に錘の移動に応じてON、OFFするスイッチを設けたことを特徴とする圧電発電式発光標示器により、電子回路より安価にスイッチングを供給出来る。
【0015】
さらに、本発明請求項4の錘が移動する軌道上に錘の移動に伴う衝撃でON、OFFするスイッチを設けたことを特徴とする圧電発電式発光標示器により電子回路より安価にスイッチングを供給出来る。
【0016】
さらに、本発明請求項5の錘がマグネットで構成され錘の移動に応じてON、OFFするリードスイッチを設けたことを特徴とする圧電発電式発光標示器により機械的接触がなく静かであり、電気接点の寿命や信頼性の高いスイッチングを供給できる。
【0017】
また、請求項6の圧電体が3個以上の複数個が直列配置されたことを特徴とする圧電発電式発光標示器により、今後の発電量の増加要求に対応するため、従来の圧電発電体2個と錘1個の組み合わせユニットに対し、錘1個と圧電発電体1個を1ユニットとして追加し、直列配置する事により、安価で効率良く発電量を増加させる方法を供給出来る。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1を用いて説明する。本発明の請求項1、2の基本的構造は、図1に示す圧電発電式発光標示器本体部9(以下本体部と呼ぶ)の表面、及び裏面に複数個の発光ダイオード8を設けてある。また本体部9の表面は、肉眼にて認識しやすいように反射板や蛍光色を有する。更に本体部9の内部に、発電機構と発電エネルギを充電するコンデンサ及びスイッチング回路を設けてある。発電機構の基本的構造は、錘案内軌道3の内部に錘2を2個配置し、錘案内軌道3の片端部に圧電発電体1を配置し、さらに錘案内軌道の中間部にも圧電発電部7を配置してある。さらに錘案内軌道3の片端部にスイッチ4を配置してある。
【0019】
錘の案内軌道3は、回転の接線方向に対して平行に取り付けられ、かつ一定の曲率で曲がっている。
【0020】
あるいは前記錘案内軌道3の曲率が、車輪12又は回転体への取り付け位置から回転中心までの距離の曲率半径、つまり回転軌道6と同じである特徴を持つ圧電発電式発光標示器である。
【0021】
圧電発電式発光標示器の取り付けについて説明する。本体部9を自転車の車輪のスポーク11にちどり配置に取り付ける。スポーク11の1本に本体部9を固定部10で固定する。この時請求項3の発明の圧電発電式発光標示器については、錘案内軌道3の曲率半径と回転軌道6の曲率半径がほぼ一致する位置に本体9を取り付ける。
【0022】
次に発電メカニズムについて説明する。図1の車輪12の回転により本体部9は回転中心5を基準に回り始める。図1の錘2は圧電発電体7とスイッチ4に衝突する。図1の圧電発電体1、7の位置から180度回転した位置において錘2は、圧電発電体1と3に衝突する。錘2と圧電発電体1、7の衝突により発電し、錘2とスイッチ4の衝突で発光ダイオード8を発光させる。
【0023】
図2はスイッチ4の構造の拡大図でありスイッチの一事例を示す。錘15の下降によりスイッチの押し棒19を押し込み接点16、17を切り替える構造である。接点16,17は板バネ部18と一体になっている。又、市販のマイクロスイッチを用いても構成出来る。
【0024】
又図3に電気回路を示す。図3の圧電発電体30で発電された電気は、整流回路31で整流されコンデンサ33に充電される。次にスイッチ32が切り替わる事により、発光ダイオード34が発光点灯する。
【0025】
次に請求項3の錘が移動する軌道上に錘の移動に応じてON、OFFするスイッチを設けたことを特徴とする圧電発電式発光標示器について説明する。図1の錘案内軌道3の片端部にスイッチ4が配置してあるが、スイッチ4の代替えとして図5に示す様に錘案内軌道に取り付けられたスイッチ26により充電、発光の為の切り替えを行うものである。スイッチは市販のマイクロスイッチを使用することも出来る。
【0026】
次に請求項4の錘が移動する軌道上に錘の移動に伴う衝撃でON、OFFするスイッチを設けたことを特徴とする圧電発電式発光標示器については、図1の錘案内軌道3にメカニカルスイッチ及びリードスイッチを取り付けた構造である。事例を図5に示す。図5のスイッチ26を案内軌道に取り付けてある。また、案内軌道の端部に付けてもよい。
【0027】
次に請求項5の錘がマグネットで構成され錘の移動に応じてON、OFFするリードスイッチを設けたことを特徴とする圧電発電式発光標示器については、図5の錘案内軌道にリードスイッチ13を取り付けてある。錘はマグネット(永久磁石)14で構成され、錘マグネット14が近づくとリードスイッチ13がスイッチングを行う。リードスイッチの取り付け方向は図5に示す通り、横方向、縦方向に取り付け自由である。又リードスイッチを錘案内軌道の端部に取り付けることもできる。
【0028】
次に請求項6の圧電発電体が3個以上の複数個が直列配置されたことを特徴とする圧電発電式発光標示器について図5を用い説明する。図5の事例は、圧電発電体27が4個と錘3個の組み合わせを示す。既存の圧電発電式発光標示器は、圧電発電体27が2個と錘1個の組み合わせである。本発明の場合は、既存の圧電発電式発光標示器に圧電発電体27を1個と錘1個のユニットを2ユニット直列配置して追加した事例である。
【0029】
【発明の効果】
本発明請求項1の発明の効果は、基本的に回転体に取り付け発電するタイプの圧電発電式発光標示器を提供することにある。従来方式の直線タイプの錘案内軌道を有する圧電発電式発光標示器は往復運動に向いており回転体に取り付けて使用するには適していない。本発明の方式は回転体に取り付けて発電できるものを提供することである。
【0030】
次に請求項1、2の発明の効果は、車輪や回転体のスピードが上がり錘の遠心力が増加しても、図4の滑り方向力Bが発生しにくいか又は発生しないため、車輪の速度変化に関係なく発電動作を維持できる効果がある。
【0031】
次に請求項3、4、5の発明の効果は、錘と従来から市販されているメカニカルスイッチやリードスイッチの組み合わせでスイッチングを安価に提供するものである。
【0032】
次に請求項6の発明の効果は、今後の発電量の増加要求に対応するため、従来の圧電発電体2個と錘1個の組み合わせユニットに対し、錘1個と圧電発電体1個を1ユニットとして追加し、直列配置する事により、安価で効率良く発電量を増加させる方法を提供出来るメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電発電光表示器の取り付け及び発電部断面図
【図2】スイッチの事例拡大図
【図3】電気回路図
【図4】既存の圧電発電式発光標示器と本発明の原理動作図
【図5】メカニカルスイッチ、リードスイッチ、圧電発電体直列配置追加図
【図6】従来の直線錘案内軌道の図
【符号の説明】
1 圧電発電体
2 錘
3 錘案内軌道
4 スイッチ
5 回転中心
6 回転軌道
7 圧電発電体
8 発光ダイオード
9 圧電発電式発光標示器本体部
10 固定部
11 スポーク
12 車輪
13 リードスイッチ
14 マグネット錘
15 錘
16 接点
17 接点
18 板バネ部
19 押し棒
20 圧電発電体
21 錘
22 直線案内軌道
23 圧電発電体
24 回転軌道
25 回転中心
26 スイッチ
27 圧電発電体
a、A 遠心力
B 滑り方向力
C 垂直方向力
G 錘の重力
30 圧電発電体
31 整流回路
32 スイッチ
33 コンデンサ
34 発光ダイオード
Claims (6)
- 移動物や回転物の存在を明確にするため点滅する発光体を具備し、前記発光体の電源として圧電発電を用いる方式の発光標示器において、圧電発電体を車輪又は回転体に取り付けたものであり、前記圧電発電体に衝撃を与える錘の案内軌道が、回転の接線方向に対して平行に設けられ、かつ一定の曲率で曲がっていることを特徴とする圧電発電式発光標示器。
- 前記圧電発電体に衝撃を与える錘の案内軌道が、前記車輪又は前記回転体への取り付け位置から回転中心までの距離の曲率半径で曲がっていることを特徴とする請求項1記載の圧電発電式発光標示器。
- 前記錘が移動する軌道上に前記錘の移動に応じてON、OFFするスイッチを設けたことを特徴とする請求項1または2記載の圧電発電式発光標示器。
- 前記錘が移動する軌道上に前記錘の移動に伴う衝撃でON、OFFするスイッチを設けたことを特徴とする請求項3記載の圧電発電式発光標示器。
- 前記錘がマグネットで構成され前記錘の移動に応じてON、OFFするリードスイッチを設けたことを特徴とする請求項3記載の圧電発電式発光標示器。
- 前記圧電発電体が3個以上の複数個が直列配置されたことを特徴とする請求項1記載の圧電発電式発光標示器。
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