JPS60102776A

JPS60102776A - 通行人や走行車両による路面圧力をエネルギ−源とする圧電素子発光装置

Info

Publication number: JPS60102776A
Application number: JP58209218A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sugita; 利男杉田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1985-06-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は９人の歩行や車両の走行等に伴なう路面圧力を
電力に変換する装置に関するもので２人の歩行時に地面
や床に及ぼす圧力、あるいは走行する車両が道路面に及
ぼす圧力（以下、路面圧力と総称する）を使用して、圧
電素子を衝撃または押圧させることで高電圧を発生させ
、この発生した高電圧によってネオン管、螢光灯等を点
灯させて照明に使用し、あるいはこの光エネルギーをさ
らに硫化物、ケイ化物に蓄積、貯蔵して再使用しようと
するものである。

〔発明の背景〕

現在、我々が使用しているエネルギーは電気。

燃料の形で供給されるのが普通で、その資源は。

石油２石炭、水力、天然ガス、ウラン等である。

これらのエネルギー資源のうち、水力を除くといずれも
非再生資源であり、現状の使用状況からみて、近い将来
枯渇するものと考えられている。このため、太陽エネル
ギーを始め、地熱、風力、潮力等の自然エネルギーの活
用の研究が盛んに進められつつある。

ところで、我々の周辺には、これまでに利用されていな
いエネルギー源が存在している。路面圧力、即ち、我々
人間の社会生活に伴なう９人々の移動時や車両の走行時
に、地面、床、路面に及ぼす圧力がそれである。大都市
あるいはそのベッドタウンの町村における駅やデパート
の階段や通路面に及ぼす群集の歩行圧力、また。都市内
のあるいは都市間を結ぶ、道路や高速自動車道における
絶えることのないような車両の走行が路面に及ぼす圧力
は膨大なものであるが、これまで、活用されることなく
捨てられていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した。従来利用されずに捨てられ
ていた路面圧力を電力に変換して照明源に使用したり蓄
電池の充電源に使用したりすることを可能とする路面圧
力の電力への変換装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、上記目的を達成するために。

固定板とこの固定板の上面上に弾性ばね材を介して小空
隙を保って保持される可動板とを人や車両が通行する路
面に配置し、上記可動板は９人や車両の通過時にその踏
み込み圧力を受けて上記固定板との間に設けられている
ストッパで規制される位置まで下降するが上記踏み込み
圧力がない時は上記弾性ばね材のばね力で固定板との間
に上記小雪素子の複数個を上記可動板と固定板との間に
配置し、ｈ記圧電素子群に発生する交流高電圧で発光す
る発光体を備えた構成とするにある。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面により説明する。

第１図〜第３図に示す実施例は階段の踏板に及ぼす通行
人の歩行圧力を螢光灯の照明源に使用する例で、第１図
は階段の斜視図、第２図は階段をｘ　−ｘ’を通る垂直
面で切断した断面図、第３図は平面図と電気回路図を示
している。従来の階段は。

通常、各段ごとに１個のブロックで形成されるが。

・　３　・本発明では２階段の各段を固定板と可動板の２つに分割
する。固定板１と可動板２の一方端は、第２図に示すよ
うに、蝶番３にて結ばれており、中間部に介在するスプ
リング４によって、くさび状の隙間を形成するように々
っでいる。５は固定板１の一端上に固着されたストッパ
で、可動板２が通行人に踏まれて下降する際の最下降位
置を規制し９通行人がない時は、ストッパ５と可動板２
との間には機能の隙間が生じるように、スプリング４の
高さ及びばね力が決められている。６は圧電素子で、固
定板１の上面に設けた小孔または溝の中に収容されてお
り、可動板２上に通行人が乗ると、その荷重によって可
動板２の端部がストッパ５の位置まで下降し、これによ
り圧電素子６が固定板１と可動板２に挾まれて衝撃を受
け、あるいは押圧されて、高電圧を発生する。７は、こ
の発生した高電圧を取り出すリード線である。

具体例を第３図により述べる。第３図において。

Ｄ１〜Ｄ２０は圧電素子、　ｓｐ、〜ＳＰ７はスプリン
グ。

Ｌ１〜Ｌ４はＩＯＷネオン管球またはＩＯＷ螢光灯管球
・　４　・を示し、また、Ｈは高圧側のリード線、Ｅはアース側の
リード線を示す。これは９階段の１段分に対応し、可動
板は奥行きｔｌが２５０ｍｍ、横方向の長さｔ２が８０
０　ｍｍ　＋厚さ２０龍、固定板は奥行きｔｌが２５０
籠、横方向の長さｔ２が８００ｍｍ＋厚さ３０朋で。

いずれも高分子材料で作成されている。スプリングは直
径１龍の鋼線を直径２０ｍ７１Ｉの螺旋状に巻いたもの
で１階段の横方向に１００ｍｍ間隔で７個が、圧電素子
はチタン酸バリウム系磁器より々るもので直径１０ｔｎ
ｔｎであり、３５ｍｍ間隔にｍ個が配置されている。各
圧電素子Ｄ１〜Ｄ２ｏの接地端子は共通に接続されるが
、高圧端子側は圧電素子５個ずつを並列接続とした。こ
れらの接地端子と高圧端子が９発光体２例えば、１０Ｗ
ネオン管球、またはＩＯＷ螢光灯管球のＬ１〜Ｌ４電極
に、それぞれ接続される。

約５０梅の体重の人が可動板を踏んだ場合、］、ＯＷネ
オン管球またはＩＯＷ螢光灯管球Ｌ１〜Ｌ４が、はぼ定
格の光度で、約３秒間点灯した。人の通過を連続的とす
ると、管球は点滅を繰り返し、照明として利用できる。

なお、測光には分光放射計を用いた。

上記実施例による照明源は１日中では、照明に使用する
必要がない場合が多い。この場合は、ネオン管球あるい
は螢光灯管球の発光を、光電池を用いて電力に変換して
貯蔵するのが得策である。

その−具体例を第４図によって説明する。第４図におい
て、８はその電極が圧電素子に接続している螢光灯管球
、９は太陽電池、１０は太陽電池取付基板、１１は充電
回路、１２は蓄電池、１３は負荷である。また、１４は
内面を反射鏡とした反射箱である。

螢光灯管球８に太陽電池９を対向させ、かつ、それらを
反射箱１４で覆う。太陽電池としてはシリコン太＠電池
（寸法２０　ｍｍ　Ｘ　４０朋、定格出力＝１ソーラー
の日照に対し０４．５Ｖにて２１０ｍＡ）を取付基板１
０上に９枚置き、これらを直列接続したものを用いた。

反射箱１４はプラスチック板を用いて、断面が２等辺三
角柱になるように組立てたもので、内面にアルミニウム
薄膜を塗布しである。実施例１の場合の体重約５０　Ｉ
ｃｙの人が可動板を踏んだとき。

１０Ｗ螢光灯管球８の発光により、約５ｃｒｎの距離に
置いた太＠電池９の出力は、約４Ｖの電圧にて５μＡで
ある。この発生出力は、充電回路１１を介して鉛蓄電池
あるいはニッケル・カドミウム電池のような充電可能な
蓄電池１２に充電しておき、必要時に負荷１３に供給す
る。

本発明における圧電素子６に発生する電圧は。

数ｋＶから十数ｋＶで、かつ０．５　ミＩＪ秒程度の周
期をもった減衰振動の高電圧であり、これを変圧器で低
電■に降圧し、さらに整流回路を介して蓄電池の充電回
路１２に入力する方式も考えられるが、しかし、この場
合は、減衰振動高電圧を効率よく低電圧に変換する変圧
器と、それを直流に変換する大容量のコンデンサとが必
要になり、装置が高価格なものになる。これに対し、第
４図に示した本発明実施例方式によれば、電圧変換用の
変圧器や整流用のコンデンサを設置する必要がなく、低
価格の安定した蓄電池充電装置とすることができる。

なお、第４図実施例装置を、夜間は照明源として使用し
２日中のみ蓄電池充電源に使用する場合は図示の反射箱
１４．太陽電池取付基板１０の配置位置・　７　・を移動させる機構を取付ければよい。また、圧電素子と
してはチタン酸バリウム磁器のほか、ジルコン・チタン
酸鉛系磁器、メタニオブ酸系磁器等を用いてもよい。さ
らに光電変換素子としてシリコン太陽電池（単結晶ある
いはアモルファス）のほか、化合物半導体光電変換素子
（例えばガリウム・ヒ素太＠電池）が用いられる。

本発明の他の実施例を第５図〜第７図により説明する。

第５図は斜視図、第６図（１）は第７図のＡ−４７面で
の断面図、（ｂ）は同じ（Ｂ　−Ｂ’面での断面図、第
７図は平面図及び電気回路図を示してい本この実施例は
、圧電素子６を配列した固定板１の上方から可動板２を
落し蓋のように置いた構造とした場合である。この可動
板２には８個所にガイドボルト１５が植設してあり、こ
れらのガイドボルト１５がそれぞれスプリングワッシャ
１７を通して。

固定板１のガイドボルト穴１６に挿入されている。

これによって、可動板２はスプリングワッシャ１７によ
り、固定板１から機能浮き上っている。垂直方向から可
動板２に荷重がかかることにより、可・　８　・動板２が下降して圧電素子６を押圧もしくは衝撃して高
電圧が発生する。

具体的な寸法例を記すと、第７図において固定板：厚さ
＝　３０　ｍｍ　ｒ外幅（Ｗ、　）　＝　２７０　ｍｍ
　＋　内幅（Ｗ２　）　＝２４０　ｍｍ　＋ストラフ幅
（Ｗ３）　＝　２０８　ｍｍ　ｒ　外長さくＭ　（）　
＝４８０　ｙｎｍ　ｒ自長さくＭ２）＝　４５０ｍｍ＋
　ストツノく長（Ｍｓ　）　＝３６０　ｍｍ　＋可動板：厚さ加能９幅（Ｗ４）　：＝　２３８　ｍｍ　
＋長さ一＝３３８ｍｍ＋ガイドボルトの直径＝７朋のも
の８本を植設固定板には１行に５個の圧電素子を収容し
、これらの５個を並列接続し、これを６列として６本の
１０　Ｗ螢光灯管球Ｌ１〜Ｌ６に接続した。

約５０ｈの体重の人が可動板２を踏んだ場合、６本のＩ
ＯＷ螢光灯管球Ｌ１〜Ｌ６が、はぼ定格の発光を行なう
ことが確認された。この発光は、実施例２の場合と同じ
方式で電力に変換して貯蔵することも可能である。

第８図及び第９図は９以上の実施例で述べた圧電素子発
電機構、即ち圧電素子群やストッパ群を収納した固定板
と可動板の全体を、可撓性を持つ合成樹脂板１８．１８
’で覆う構成としたものであり。

第８図は第２図の実施例機構に対するもの、第９図は第
６図の実施例機構に対するものである。電気出力のリー
ド線７は合成樹脂波ｆｉ　１８　、１８’を通して外部
に引き出しである。この構成とすることにより、雨天時
の水分による絶縁劣化等を防止できることになる。この
第８図、第９図構成によれば１車両が走行する路面に、
その最上面がほぼ路面と水平となるように路面に埋め込
んで設置することにより、さらに第８図構成の場合はこ
れを向き合わせて２個最上面が上り、下りとなるように
配置することにより、あるいはさらに合成樹脂波Ｎ１８
゜１８′と路面との間にクッションを介して配置するこ
とにより、車両走行圧を利用する装置とすることができ
る。

第１０図、第１１図は本発明の、さらに他の実施例を示
す図で、これは、光エネルギーをある種の硫化物、ケイ
化物よりなる光吸収体に蓄積、貯蔵し。

長時間にわたる貯蔵後、再生して利用しようとするもの
で９本発明者が先に提案した装置の太陽光を直接照射す
る代りに、圧電素子群により発生した照明光を照射する
例である〔特願昭５４−１２０８３６号（特開昭５６−
４５５０１号）参照〕。即ぢ、金属元素Ｃｕ、　Ｍｎ、
　Ｂ、　Ｂｉ等を少量添加した亜鉛（Ｚｎ）やカルシウ
ム（Ｏａ）の硫化物、ケイ化物を光吸収体物質として紙
テープに塗布し、第１０図、第１１図に示す装置によっ
て光エネルギーを蓄積、貯蔵し、その後。

再生して利用しようとするもので２図示のＡは。

隔壁により隔絶された第１．第２の室ＢＩＴ　Ｂ２から
成り、各室には光を通過させる窓Ｗ、　ｌ　Ｗ２が設け
られている。Ｒ，、Ｒ２は各室に回転可能に設けた巻取
り軸であり、各軸には長寸のテープＰの両端が固定され
ており、このテープＰは窓Ｗ、　、　Ｗ２に臨むように
支軸ａｌ　ｔ　ａ　２を回って一方の巻取り軸Ｒ，から
他方の巻取り軸Ｒ２に到り、ここで隔壁部分は両室Ｂ、
　、　Ｂ２の環境が影響し合わないように形成された細
隙Ｓを通過する。

そして９例えば、第１の室Ｂ１は一５０℃かそれ以下、
また第２の室Ｂ２は室温かそれ以上の温度条件にそれぞ
れ設定し、テープＰをはじめ第２の室Ｂ２、１１　・側に巻いておく。この状態において、第１の室Ｂ１側の
巻取り軸Ｒ，に巻取り、光にさらされたテープの光吸収
体物質に光エネルギーを吸収蓄積させる。

すると、光エネルギーはテープＰが第１の室Ｂｉ内で一
５０℃以下に保持されている限り吸収体物質内に貯蔵・
保存される。その後、任意の時点でテープＰを第２の室
Ｂ２へ移動させると、第１の室側で保存されていた光エ
ネルギーは、第２の室の前記温度条件がトリガーとなっ
て解放され光エネルギーを放出する。前記亜鉛硫化物を
塗布したテープの場合、−５０℃以下の温度条件で、照
射を受けた１、８００〜７０００　Ａの領域の光エネル
ギーを蓄積、貯蔵して、波長５２６０＾の連続再生光を
放出した。さらに、第１１図のように、光エネルギーの
取出し側の窓Ｗ２に光→電気変換器Ｃを配置し、これに
再生・光を照射することで９例えば、テープの送り速度
１ｃｒｎ２／分として、　１Ｏ−９Ａカいしそれ以上の
電流を発生させることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば２通行人・　１２
　・や走行自動車等が路面に及ぼす圧力を用いて圧電素子を
押圧させ、高電圧を発生する構成であることから、これ
まで利用されずに捨てられていたエネルギーを活用して
電力を得ることができるようになり１発生した高電圧に
よってネオン管、螢光灯等を点灯させて照明に用い、さ
らに照明を必要としない場所あるいは日中はこの照明光
を蓄電池に貯蔵したり、光吸収物質に貯蔵して再利用す
ることが可能であり、高電圧を低電圧に降下させる変圧
器や整流用の大容量コンデンサを設置することなしに、
低価格かつ安定した電力源とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図はその
Ｘ−Ｘ’断面図、第３図はその平面図及び電気回路図、
第４図は上記実施例で得た照明光を電力に変換して電池
を充電する実施例配置図、第５図は本発明の他の実施例
を示す斜視図、第６図はその断面図で（ａ）は第７図の
Ａ、−Ａ’部、（ｂ）は同じ（Ｂ−Ｂ’に対応する図、
第７図はその平面図と電く符号の説明〉 ■・・・固定板　２・・・可動板３・・・蝶番　４・・・スプリング５・・・ストッパ　６・・・圧電素子７・・・リード線　８・・・螢光灯管球９・・・太陽電
池　１０・・・太陽電池取付基板１１・・・充電回路　
１２・・・蓄電池Ｉ３・・・負荷　１４・・・反射箱１５・・・ガイドボルト　１６・・・ガイドボルト穴１
７・・・スプリングワッシャ１８．１８’・・・合成樹
脂板代理人弁理士　中　村　純之助・　１５　・ｔｌ　図５ｔ−２図判゛３図 μｍ−一一一一ノ、＋第４　藺１５図１・７図

Claims

【特許請求の範囲】

固定板とこの固定板の上方に弾性ばね材を介して小空隙
を保って保持される可動板とを人や車両が通行する路面
に配置し、上記可動板は１人や車両の通過時にその踏み
込み圧力を受けて上記固定板との間に設けられているス
トッパで規制される位置まで下降するが上記踏み込み圧
力がない時は上記弾性はね材のばね力で固定板との間に
上記小雪素子の複数個を上記可動板と固定板との間に配
置し、上記圧電素子群に発生する交流高電圧で発光する
発光体を備えたことを特徴とする通行人や走行車両によ
る路面圧力をエネルギー源とする圧電素子発光装置。