JPH11353913A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 住宅における高齢者のための夜間照明上の対
策として、常夜灯等を使用する方法が実施されている
が、省エネルギーの観点から言えば、決して好ましい方
法ではなかった。また、省エネルギー対策に適用可能と
考えられるものとして、人の生活活動から発生するエネ
ルギーについての取り組みも、必要となってきている。 【解決手段】 階段の踏み板６ａ及び昇降口周辺の床３
ａ、３ｂに圧電素子２０等の押圧発電素子５を設け、該
押圧発電素子５を足で踏みつけることにより発電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、階段の上り下りの
エネルギーを電気に変換して、家庭内の電源として利用
できるようにする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高齢化社会を迎える中、屋外のみ
ではなく住宅内においても、生活空間での安全性の確保
が早急な課題となってきている。ところが、これまでも
住宅内での事故は決して少ないわけではなく、特に、浴
室での水難事故、階段等での転倒事故は多発傾向にあっ
た。しかも、大事故に繋がる危険性も高いため、高齢者
の場合には、よりいっそう確実な安全対策が必要であ
る。

【０００３】このうち、階段での転倒事故に関しては、
構造上と夜間照明上の観点から、目下、種々の対策が検
討されている。構造上の対策としては、階段幅の拡張、
段板への滑り止め加工、昇降時の歩行リズムを考慮した
踊り場の配置、階段形状の緩勾配化、あるいは安全手す
りの設置など、多岐に渡り効果的な手段が検討され、実
施されてきた。一方、夜間照明上の対策としては、従来
の階段壁面や天井に設けた階段灯の配置の見直しや、つ
まずき易い昇降口に足下灯の設置などが進んでいる。更
には、視力や運動能力の低下した高齢者にとって、暗闇
の中で点灯スイッチの位置を手探りで探すことは非常な
苦労を要するという理由から、前記照明を常夜灯とする
方法、あるいは点灯スイッチに位置確認灯を付設して夜
間点灯して目印にする方法が実施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
常夜点灯や位置確認灯を使用する方法は、昨今の地球的
規模で叫ばれている省エネルギーの観点から言えば、決
して好ましい方法ではなく、居住者にとっても電気代の
アップにつながる、という問題があった。

【０００５】この省エネルギーへの対策としては、太陽
電池とバッテリーからなるシステムも考えられる。すな
わち、太陽電池の出力をバッテリーに充電しながら、照
明に電力を供給し、太陽光の得られない期間はバッテリ
ーに蓄えられた電気エネルギーにより連続して照明に電
力を供給するのである。しかしながら、このシステムで
は、太陽光の存在が前提であり、また、太陽電池は温度
上昇に伴い発電効率が低下する傾向があるため、特に多
用されている集光式の太陽電池においては、その温度上
昇が大きいために発電効率が低い、という信頼性上の問
題があった。

【０００６】太陽光や風力などの自然エネルギー以外
で、省エネルギー対策に適用可能と考えられるものに、
人の生活活動から発生するエネルギーがある。例えば、
台所の生ゴミや糞尿から発生する燃焼性ガスを熱源等に
使用する方法などがあるが、未だ一つの確立したシステ
ムを形成するには至っておらず、住宅においてもエネル
ギー問題が重視されてきている中、早急に、別の観点か
らのアプローチに取り組む必要があった。

【０００７】本発明は、前記の点に鑑み、電気代などの
維持費・管理費が全くかからない、信頼性の高い発電装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。すなわち、請求項１においては、階
段の踏み板及び昇降口周辺の床に押圧発電素子を配置
し、該押圧発電素子を充電装置と接続したものである。

【０００９】請求項２においては、前記充電装置を家庭
内電気機器の電源としたものである。

【００１０】請求項３においては、前記家庭内電気機器
を階段の照明としたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を説明す
る。図１は本発明の発電装置を備えた階段の全体斜視
図、図２は本発明の第一実施例の押圧部の側面断面図、
図３は同じく平面図、図４は本発明の第二実施例の押圧
部の側面断面図、図５は同じく平面図、図６、図７は本
発明のブロック図、図８は圧電素子の組み合わせ図、図
９は電磁誘導タイプの押圧発電素子の側面断面図であ
る。

【００１２】まず、本発明に係わる発電装置の全体構成
を図１により説明する。階段１は、段板６・６・・を一
定間隔・一定高さ毎に順次配置して、該段板６・６・・
の幅方向端の側壁１１上に手すり２が配置されている。
階段１の上側踊場には床板３ａが、下側のホール方には
床板３ｂが敷設されている。該階段１の前記段板６・６
・・と昇降口近傍の床板３ａ、３ｂの上面には、それぞ
れ押圧部４・４・・・４ａ、４ｂが設けられ、該押圧部
４・４・・・４ａ、４ｂには押圧発電素子５・５・・・
が内蔵配置されており、人が階段を昇降するときの足の
踏みつけによって生じるエネルギーを発電素子で電気エ
ネルギーに変換できる構成となっている。

【００１３】該押圧発電素子５・５・・にはリード線７
の一端が分岐して接続され、該リード線７の他端は、照
明の電気制御機能を有する制御ボックス９に接続されて
いる。更に、該制御ボックス９は、前記リード線７等を
介して昇降口のフットライト８ａ、８ｂと接続されてお
り、これによって、階段の昇降動作により発電して得た
電力で、照明を点灯できる構成となっている。

【００１４】以上のような全体構成から成る発電装置に
おける第一実施例について説明する。図２、図３に示す
ように、本実施例の装置は、押圧部４ａ、４ｂと４・４
・・・が階段に組み込まれたビルトインタイプであり、
該押圧部４ａ、４ｂと４・４・・は、足で踏みつける押
圧板１３とそれを複数箇所で支える押圧発電素子５、及
び該押圧発電素子５と押圧板１３とを内包するフレーム
２７とから成り、床板や段板を載設する支持部１２上に
固定されている。従って、階段での昇降動作による体重
移動に伴い足下で発生する押圧力は、押圧発電素子５の
上下面で支えられ、足の踏力が押圧発電素子５に有効に
作用する構成となっている。

【００１５】なお、本実施例では、押圧発電素子５を均
一に分散させた押圧部４により段板６上のほぼ全面を覆
うようにしているが、前記押圧部４ａ、４ｂと４・４・
・を主な足の踏みつけ範囲、例えば範囲１３ａに限定す
ると、使用する部材や押圧発電素子５の個数を減らしコ
ストダウンをはかることができ、更には、押圧発電素子
５一個当たりの面圧を大きくできるため、発電効率を向
上させることができる。また、押圧板１３に剛性の高い
材料を採用することによっても、押圧板１３のたわみを
少なくして押圧発電素子５の面圧を増加させることがで
きるため、同様に、発電効率を増加させることができ
る。

【００１６】次に、本発明の第二実施例を、図４、図５
により説明する。本実施例は、大がかりな改造工事をせ
ずに、既設の階段への設置が容易な後づけタイプであ
る。この場合、押圧部４ａ、４ｂと４・４・・は、複数
個の極薄押圧発電素子１９と極薄押圧板１８、及び極薄
フレーム２８とから成るため、既存の床板や段板の上に
取り付けても通行の邪魔にならず、居住者がつまずくこ
ともない。

【００１７】また、本実施例の場合には、第一実施例の
ビルトインタイプと異なり、設置した後でも、押圧部４
ａ、４ｂと４・４・・の大きさや位置を新しい条件（例
えば１８ａ）に容易に変更することができるため、居住
者の歩行癖に合わせて設置状況を微調整し、最適化を図
ることが可能である。尚、前記極薄押圧発電素子１９は
極薄押圧板１８の下面に均一に多数配置し、該極薄押圧
板１８のどこを踏んでも極薄押圧発電素子１９を押圧で
きる構成としている。これは、ビルトインタイプとは異
なり、極薄押圧板１８は薄くて剛性が低く、押圧による
変形が避けられずに、踏みつけ時にかかる圧力を押圧発
電素子に集中できないため、極薄押圧発電素子１９を足
の裏の直下で押圧する必要があるからである。ただし、
前述のように設置条件の最適化が容易なため、極薄押圧
発電素子１９の個数は少なくして、ビルトインタイプと
ほぼ同等にすることも可能である。

【００１８】本発明の回路構成を、図６、図７により説
明する。図６において、前記押圧部４ａ、４ｂ、４・４
・・・には押圧発電素子５・５・・・が設けられ、該押
圧発電素子５・５・・は制御装置１６に接続され、該制
御装置１６はフットライト８などの照明装置１７や時計
等の消費電力が少ない家庭内の電気機器に接続されてい
る。階段昇降の際は、居住者が降り口又は昇り口に近づ
いて押圧部４ａ又は４ｂ上を踏みつけると、押圧板１３
や極薄押圧板１８を介して前記押圧発電素子５・５・・
・が変位し、交流電圧を発生する。この交流電圧は、前
記制御装置１６を介して、前記フットライト８などの照
明装置１７に電力を供給する。なお、必要に応じて、前
記制御装置１６には、押圧発電素子５で発生した電圧が
消滅した後も、短時間は継続点灯可能な機能を組み込む
こともできる。

【００１９】高齢者専用住宅の場合などに、電力の更な
る安定供給を図ったものが図７である。前記押圧発電素
子５・５・・と制御装置１６との間には充電装置２６が
設けられ、該充電装置２６は、ダイオードおよびコンデ
ンサなどからなる整流回路１４と、該整流回路１４に接
続されたバッテリー１５とから構成される。従って、押
圧発電素子５・５・・が変位を受け交流電圧が発生する
と、この交流電圧は前記整流回路１４で整流、平滑化さ
れて直流電圧となり、その電力がバッテリー１５に充電
され、照明装置１７に安定的に電力が供給される。さら
に、明るい昼間などには、照明装置１７へ電力が供給さ
れないようにして、バッテリー１５への充電のみが行わ
れるようにする。これによって、照明装置１７の光量が
不足する場合には、充電された電気エネルギーが、前記
押圧発電素子５・５・・からの電気信号をトリッガーと
してバッテリー１５から照明装置１７へと供給され、不
足した電力を補うことができる。すなわち、高齢者のた
め、階段での昇降動作が緩慢な場合、あるいは踏みつけ
位置のばらつきが大きい場合でも、バッテリー１５から
電力を補充することで、照明装置１７への供給電力量を
一定にして、常に安定した明るさを得ることができるの
である。

【００２０】本発明における押圧発電素子５について、
図８、図９により説明する。図８（ａ）には、押圧発電
素子５として、圧電素子２０と、該圧電素子２０の上下
面に配置した電極２１とからなる電源を用いる場合を示
す。ここで、圧電素子２０とは、機械的応力を加える
と、その両端に正負の電荷が現れ起電力が生じる性質を
利用した素子であり、耐久性が強く、長時間の使用に対
して極めて安定した動作が得られる。本発明において
は、この圧電素子用の材料としては、セラミックスで
も、二フッ化ポリビニルなどの圧電性有機物質でもよ
く、安定した電圧が得られるものであれば特に限定され
ない。また、圧電素子によって発生する電圧が小さい場
合には、図８（ｂ）のように、複数個を積重すること
で、十分な電圧を得ることが可能である。

【００２１】図９には、押圧発電素子５として電磁誘導
現象を用いる場合を示す。電磁誘導とは、磁場と導体が
相対的に動いている時、導体に起電力が生じる現象をい
う。この場合、押圧発電素子５はコイル２３と磁石２２
から成り、該コイル２３はフレーム２５に固定され、こ
のコイル２３の中心には、フレーム２５の上面よりも若
干突出したかたちで、上下動可能に磁石２２が取り付け
られている。該磁石２２はバネ等の弾性体２４により常
に上方に付勢されているため、押圧板１３、極薄押圧板
１８を押圧すると上下動し、その結果、コイル２３と磁
石２２が相対的に逆方向に移動して電圧が発生するので
ある。このタイプの押圧発電素子５は、圧電素子ほどは
安定した動作は示さないが、構造が簡単なためコストが
安く、初期投資を抑えることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。すなわち、請求項１の如
く、階段の踏み板及び昇降口周辺の床に押圧発電素子を
配置したので、該押圧発電素子を足で踏みつけることに
より電力を発生し、階段の上り下りのエネルギーを電気
エネルギーに変換することができ、また、長期間使用し
ても故障がほとんど発生しないため、実用上メンテナン
スフリーの発電装置が得られる。そして、該押圧発電素
子を充電装置と接続したので、その発生した電気エネル
ギーを放電することなく溜めておくことができ、必要な
時に取り出すことができる。

【００２３】請求項２の如く、前記充電装置を家庭内電
気機器の電源としたので、ランニングコストの安い電力
を得ることができ、エネルギーを有効に利用することが
できる。

【００２４】請求項３の如く、前記家庭内電気機器を階
段の照明としたので、配線が短く、バッテリーに蓄積し
た電力等を有効に活用して、安定した明るさの照明を得
ることができ、安全に階段を昇降することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発電装置を備えた階段の全体斜視図で
ある。

【図２】本発明の第一実施例の押圧部の側面断面図であ
る。

【図３】同じく平面図である。

【図４】本発明の第二実施例の押圧部の側面断面図であ
る。

【図５】同じく平面図である。

【図６】本発明のブロック図である。

【図７】本発明のブロック図である。

【図８】圧電素子の組み合わせ図である。

【図９】電磁誘導タイプの押圧発電素子の側面断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 階段 ５ 押圧発電素子 ６ａ 踏み板 １７ 照明装置 ２０ 圧電素子 ２６ 充電装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 階段の踏み板及び昇降口周辺の床に押圧
   発電素子を配置し、該押圧発電素子を充電装置と接続し
   たことを特徴とする発電装置。
2. 【請求項２】 前記充電装置を家庭内電気機器の電源と
   したことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
3. 【請求項３】 前記家庭内電気機器を階段の照明とした
   ことを特徴とする請求項２記載の発電装置。