振動発電機構、表示システム及び照明システム
【課題】電源の配線を変更する手間が少なく、また、化石燃料を用いることなく、仮設構造物に付帯する設備に電力を供給できる振動発電機構を提供すること。
【解決手段】路面覆工１を構成する覆工板１１と受桁１２との間に、緩衝機能と発電機能を有する緩衝発電シート２０を配置する。覆工板１１の上を車両が走行して生じる振動により、緩衝発電シート２０に増減する圧力が作用し、振動発電素子２２内の圧電部材２３に歪が繰り返して生成されて、圧電部材２３に起電力が生じる。振動発電素子２２で生成された電力は、整流部２８で整流され、出力線２９を通って覆工板１１の表面側に出力される。
【解決手段】路面覆工１を構成する覆工板１１と受桁１２との間に、緩衝機能と発電機能を有する緩衝発電シート２０を配置する。覆工板１１の上を車両が走行して生じる振動により、緩衝発電シート２０に増減する圧力が作用し、振動発電素子２２内の圧電部材２３に歪が繰り返して生成されて、圧電部材２３に起電力が生じる。振動発電素子２２で生成された電力は、整流部２８で整流され、出力線２９を通って覆工板１１の表面側に出力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工事用の仮設構造物に適用される振動発電機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば路面覆工等の仮設構造物では、電柱等から仮設電源を引き込み、仮設構造物の上又は周囲の照明や表示灯等に電力を供給している。電線から仮設電源を引き込むのが困難な場合は、ガソリン等の化石燃料を燃料とする発電装置を電源に用いている。発電装置としては、特許文献１に記載のようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
路面覆工等の仮設構造物は、工事の進行に伴い、その上や周辺に設けられた通行路の経路が変更される場合が多い。この場合、通行路に沿って設けられた照明や表示灯の配置換えが必要となり、これら照明や表示灯のための仮設電源の引き込み線の位置や、配線の敷設経路を変更する必要があって、手間とコストが嵩む問題があった。
【０００５】
また、化石燃料を燃料とする発電装置を電源に用いた場合、発電装置は可燃物である化石燃料を保持するので使用の際の管理が必要となり、また、燃料費が嵩むうえ、作動に伴って温室効果ガスを排出する問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、電源の配線を変更する手間が少なく、また、化石燃料を用いることなく、仮設構造物に付帯する設備に電力を供給できる振動発電機構と、それを用いた表示システム及び照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の振動発電機構は、工事用の仮設構造物に、工事に伴う振動を受けて電力を生成する振動発電素子を設けたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、仮設構造物に設けられた振動発電素子が、工事に伴う振動を受けて電力を生成するので、この振動発電素子で生成された電力を、仮設構造物に関連して設置される例えば照明や表示灯に用いることにより、電力を消費する位置の近傍で電力を生成することができる。したがって、これらの電源のために、電線から仮設電源を引き込んだり、化石燃料を用いる発電装置を設置したりする必要が無い。その結果、電線から仮設電源を引き込む場合のように、仮設構造物の上や周辺に設けられた通行路の位置変更に伴って、引込み線や配線の敷設経路を変更する手間を削減できる。また、化石燃料を用いた発電装置を用いる場合のような、電源装置の管理が不要となり、また、燃料費を削除でき、しかも、温室効果ガスの排出の問題を解決できる。
【０００９】
ここで、仮設構造物とは、土木構造物や建築構造物等の施工を補助するために、これら構造物に先立って一時的に構築される構造物をいう。仮設構造物は、工事の期間において一時的に使用されるものであるため、施工の対象である土木構造物や建築構造物よりも低い設計基準に基づいて構築される。したがって、仮設構造物は、荷重を受けたときの変位が比較的大きく、その結果、振動が発生しやすく、また、構成部材が互いに変位して騒音を発生しやすい傾向にある。一方、仮設構造物の設置場所やその周辺では、工事関係者や通行人、あるいは、工事車両や通行車両等に、工事に対する注意を促し、また、作業範囲やその周辺を照明により明示する必要がある。このような仮設構造物に関する事情に鑑み、本発明は、振動を受けて電力を生成する振動発電素子を仮設構造物に設けることにより、仮設構造物の本質的な特性を利用して、これまで利用されていなかった振動のエネルギーを電気エネルギーに再生し、仮設構造物に関連する電気機器を、簡易な電源構成や配線により、作動させることを可能とするものである。
【００１０】
なお、工事に伴う振動とは、仮設構造物に接して、又は、仮設構造物の周囲で工事が行われることにより、仮設構造物に生じる振動をいう。また、工事に伴う振動とは、仮設構造物に接して、又は、仮設構造物の周囲で、車両が走行することにより、仮設構造物に生じる振動をもいう。これらに該当する例として、地下鉄工事の路面覆工上を一般車両が走行することによって生じる振動や、ビル工事の仮設桟橋上に設置された杭打ち機によって生じる振動等がある。また、振動とは、物体の一部又は全部が揺れ動くことをいう。また、振動は、継続時間が比較的長い定常的なものと、継続時間が極めて短い衝撃的なものとのいずれも含まれる。また、振動は、振幅の大きさや定常性は問われない。また、振動は、仮設構造物の構成部材から振動発電素子へ直接的に伝達されてもよく、あるいは、仮設構造物の構成部材から振動発電素子へ、空気を介在して、音により間接的に伝達されてもよい。
【００１１】
一実施形態の振動発電機構は、上記仮設構造物は、覆工板と、この覆工板を支持する桁材とを含む。
【００１２】
上記実施形態によれば、覆工板の上を車両や人が通行する際、覆工板と桁材との接触や、覆工板と覆工板との接触に起因して振動が生じる。この振動により振動発電素子で電力を生成することにより、覆工板の上や周辺に設置した照明や表示灯等に、仮設電源の引込み線や発電装置を用いることなく、電力を供給することができる。また、振動発電素子で、覆工板の振動を電気エネルギーに変換することにより、覆工板の上を車両等が通行する際の騒音を低減することができる。
【００１３】
一実施形態の振動発電機構は、上記覆工板に、内部に予め形成されたウェブで区画された室を臨むように、上記振動発電素子を設けたものである。
【００１４】
上記実施形態によれば、覆工板の上を車両や人が通過する際、覆工板に生じる振動が、内部の室で共鳴して、振動発電素子に入力される。上記室を形成するウェブは、覆工板の強度を確保するために設けられたものであり、このように覆工板が本来有する構造を利用することにより、覆工板に生じる振動を、効率的に電気エネルギーに変換することができる。
【００１５】
一実施形態の振動発電機構は、上記覆工板と桁材との間に、振動発電素子を挟持させたものである。
【００１６】
上記実施形態によれば、覆工板と桁材との間に挟持させた振動発電素子により、覆工板の上を車両等が通過する際に生じる振動を、効率的に電力に変換することができる。
ここで、桁材で覆工板を支える構造は、桁材が複数の覆工板を支持していることにより、覆工板の上を車両が走行して移動するに伴い、桁材が継続して振動する。したがって、この振動を振動発電素子で受けることにより、電力を持続して生成することができる。
【００１７】
一実施形態の振動発電機構は、上記覆工板の表面に、振動発電素子を内蔵したシートを被覆したものである。
【００１８】
上記実施形態によれば、シートに内蔵した振動発電素子により、このシート上を車両が通過する際に生じる振動を、効率的に電力に変換することができる。また、覆工板の表面をシートで被覆することにより、車両が覆工板の上を通過する際に生じる騒音の大きさを低減できる。
【００１９】
本発明の表示システムは、上記振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
この発光素子を、上記覆工板の上又は周辺に設置される車道又は歩道に関する表示に用いることを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、覆工板の上又は周辺を車両や人が通過する際の振動によって振動発電素子が電力を生成し、この電力により、覆工板の上又は周辺の車道又は歩道に関する表示に用いられた発光素子が発光する。このように、電力の消費位置の近傍で発電を行うことができるので、電線から仮設電源を引き込んだり、化石燃料を用いる発電装置を設置したりする必要が無い。したがって、電源線の敷設経路の変更の手間や、発電装置の管理の手間を削減でき、また、発電装置の燃料費の削減や、燃料の消費による温室効果ガスの排出の問題を解決できる。
【００２１】
さらに、上記構成によれば、車道又は歩道に関する表示に発光素子を用いることにより、覆工板の上又は周辺を車両や人が通過する際の振動で生成された電力を、上記表示を明示するために消費する。したがって、上記表示に注目させる必要があるときにのみ、しかも、表示の内容を知らせる対象である車両や人を生成源とする電力で、発光素子を発光させて表示内容を明示することができる。したがって、動作の効率とエネルギー効率が高く、しかも、情報の伝達効果の高い表示システムが得られる。
【００２２】
ここで、車道又は歩道に関する表示とは、例えば、車両や人に所定の情報を図形で示す標識や、車道又は歩道の境界の標示や、工事に関する文字情報等、車両や人の通行に関するあらゆる表示をいい、工事ヤードに関する表示も含む。
【００２３】
また、本発明の他の表示システムは、上記振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
上記発光素子を、上記覆工板の上又は周辺の照明に用いる。
【００２４】
上記構成によれば、覆工板の上又は周辺を車両や人が通過する際の振動によって振動発電素子が電力を生成し、この電力により、覆工板の上又は周辺の照明に用いられる発光素子が発光する。このように、電力の消費位置の近傍で発電を行うことができるので、電線から仮設電源を引き込んだり、化石燃料を用いる発電装置を設置したりする必要が無い。したがって、電源線の敷設経路の変更の手間や、発電装置の管理の手間を削減でき、また、発電装置の燃料費の削減や、燃料の消費による温室効果ガスの排出の問題を解決できる。
【００２５】
ここで、照明とは、設置された場所や対象を明るく照らすことをいい、車両や人の通行を安全又は円滑に行わせる目的や、防犯の目的等、種々の目的に用いられるものが含まれる。換言すれば、照明の目的は限定されない。
【００２６】
本発明において、覆工板の周辺とは、覆工板に設けた振動発電素子から電力を供給可能な程度に離れた位置をいい、覆工板の上方、覆工板の周り、及び、覆工板の下方のいずれも含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の振動発電機構が適用される覆工板と受桁を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の振動発電機構が適用される位置の周辺部分を示す図である。
【図３】振動発電素子を示す模式断面図である。
【図４】第２実施形態の表示システムを示す模式図である。
【図５】第３実施形態の振動発電機構が適用される覆工板の縦断面図である。
【図６】第４実施形態の照明システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態としての振動発電機構が適用される仮設構造物としての路面覆工に含まれる覆工板と受桁を示す斜視図である。路面覆工は、地面の凹所や斜面又は水面等の上に歩道や車道を形成するために、構台や仮設桟橋や仮設橋等の上部構造として設置される。路面覆工は、例えば、地下高速道路工事や、地下鉄工事や、ビル建設工事等で、地盤の掘削工事を行いながら、地上に歩道や車道や作業領域を設けるために設置される。また、橋梁工事や護岸工事等で、河川や海の水面の上に、歩道や車道や作業領域を設けるために設置される。
【００３０】
図１に示すように、路面覆工１は、覆工板１１が受桁１２で支持されて構成されており、受桁１２は図示しない主桁や支柱等で支持される。覆工板１１は、平面視において幅が約１ｍで長さが約２ｍの矩形状を有し、厚みが約２０ｃｍであり、質量が約４００ｋｇである。この覆工板１１は、フランジの表面にすべり止め加工が施されたＨ形鋼を幅方向に配列し、上下のフランジの側部を互いに溶接で固定して形成されている。覆工板１１の側面と端面には、鋼板で形成された側面板１３と端面板１４が夫々固定されている。また、覆工板１１の表面部の四隅には、設置のために吊り具が掛けられる吊り穴１５，１５，・・・が設けられている。受桁１２は、覆工板の長手方向に寸法をおいて平行に複数個配列されており、各受桁１２の間を掛け渡すように、覆工板１１の長手方向の両端縁が受桁１２のフランジ１２ａの表面に支持される。図１には、覆工板１１を１つのみ図示しているが、受桁１２の配置方向と延在方向とにタイル状に配列され、車道や歩道や作業領域を形成するようになっている。このように覆工板１１と受桁１２を含んで構成された路面覆工１は、仮設構造物であるため、工事で構築される本体構造物よりも低い設計基準に準拠している。したがって、路面覆工１が車両や人等の荷重を受けた場合、振動や騒音が生じやすい。
【００３１】
図２は、本実施形態の振動発電機構が適用される位置の周辺部分を示す図であり、受桁１２のフランジ１２ａと、覆工板１１の端部とを示す図である。図２（ａ）は、受桁１２のフランジ１２ａと覆工板１１の端部とを示す側面図であり、図２（ｂ）は、受桁１２のフランジ１２ａと覆工板１１の端部とを示す平面図である。図２では、受桁１２の幅方向の片側に覆工板１１が１つのみ支持された状態を示しているが、実際の路面覆工１では、受桁１２の幅方向の両側に覆工板１１が支持される。
【００３２】
覆工板１１は、連結具１６によって受桁１２に連結されている。連結具１６は、クリップ１７と、このクリップ１７の下面にボルトヘッドが係合すると共に、軸部が覆工板１１の裏面部に形成された貫通孔を貫通して配置されるボルト１８と、覆工板１１の裏面部から内側に突出したボルト１８の軸部に螺合するナット１９を有する。連結具１６のナット１９は、覆工板１１の表面部に形成された吊り穴１５を介してレンチで締結可能に形成されている。クリップ１７が開いた状態で覆工板１１が受桁１２の上に配置された後、吊り穴１５から内部にレンチを挿入してナット１９を締結し、クリップ１７をフランジ１２ａの裏面に圧迫することにより、連結具１６で覆工板１１を受桁１２に連結するようになっている。
【００３３】
覆工板１１の裏面には、連結具１６よりも端面に近い側に、緩衝機能と発電機能を有する緩衝発電シート２０が設けられている。緩衝発電シート２０は、合成ゴム等の可撓性を有する材料で形成された板状の緩衝体２１の内部に、複数の振動発電素子２２，２２，・・・が内蔵されて形成されている。緩衝体２１は、覆工板１１の幅方向に向かって長い細長の矩形状を有し、この緩衝体２１の長手方向に向かって複数の振動発電素子２２，２２，・・・が配列されている。
【００３４】
振動発電素子２２は、覆工板１１と受桁１２のフランジ１２ａとの間に挟持された状態で、覆工板１１及び受桁１２のうちの少なくとも一方から振動を受けて発電を行うものである。図３は、振動発電素子２２を示す模式断面図である。振動発電素子２２は圧電素子で形成されており、円盤状の圧電部材２３と、圧電部材２３を押圧する押圧体２４とを有する。圧電部材２３は、歪を受けて分極を生じ、これにより電力を生成する材料で形成されており、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で形成される。この圧電部材２３は、薄い円筒状のケーシング２５の高さ方向の略中央に、このケーシング２５の筒部によって周縁部が固定された状態で支持されている。ケーシング２５は、上端面が可撓性の円板２６で形成されており、この円板２６の内側面に、押圧体２４が圧電部材２３に接した状態で固定されている。この振動発電素子２２は、緩衝発電シート２０が覆工板１１から力を受けると、緩衝体２１を介してケーシング２５に上下方向の圧縮力が作用する。これにより、ケーシング２５の上端面の円板２６が下方に変形し、圧電部材２３の中央部に下方向きの力を与える。圧電部材２３は、周縁部がケーシング２５の筒部に固定されているので、中央部に下向きの力が作用することによって歪が生じる。この歪により、圧電部材２３に分極が生じて起電力が生成され、図示しないリード線に電流が流れるようになっている。
【００３５】
覆工板１１の内部には、振動発電素子２２からの電流を整流する整流部２８が配置されている。整流部２８の出力線２９は、覆工板１１の表面部の吊り穴１５を通って覆工板１１の表面側に延出している。
【００３６】
上記構成の振動発電機構は、次のように動作する。すなわち、覆工板１１の上に車両が進入すると、車両の荷重により、覆工板１１が受桁１２に対して振動する。また、受桁１２に支持された他の覆工板１１の上を車両が走行することにより、受桁１２に継続的な振動が生じる。このような振動により、覆工板１１と受桁１２との間に挟持された緩衝発電シート２０に、増減する圧力が作用する。これにより、振動発電素子２２内で押圧体２４が圧電部材２３の押圧を繰り返し、圧電部材２３に歪が繰り返して生成されて起電力が生じる。こうして振動発電素子２２で生成された電力は、整流部２８で整流され、出力線２９を通って覆工板１１の表面側に出力される。
【００３７】
このように、本実施形態の振動発電機構によれば、工事に伴って設置される路面覆工１の覆工板１１の上を、車両が走行することによって電力が生成されるので、路面覆工１の上や周辺に、電線から仮設電源を引き込むことなく電力を供給することができる。したがって、仮設電源の引込み線を設ける手間や設備コストを削減することができる。また、化石燃料を用いた発電装置を用いることなく、路面覆工１の上や周辺に電力を供給することができるので、発電装置の管理の手間を削減でき、燃料費を削除でき、また、温室効果ガスの排出を防止できる。
【００３８】
本実施形態において、振動発電素子２２は、圧電部材２３を押圧体２４で押圧して歪を生成するように構成されたが、圧電部材２３を、覆工板１１と受桁１２との間の振動によって歪を生成するように構成されれば、他の構造を採用してもよい。
【００３９】
また、路面覆工１を構成する覆工板１１は、クリップ１７を有する連結具１６で受桁１２に連結したが、他の連結機構で受桁１２に連結されてもよい。また、覆工板１１は、連結具１６で受桁１２に連結されず、緩衝発電シート２０のみを介して受桁１２のフランジ１２ａの表面に支持されてもよい。
【００４０】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の表示システムを示す図である。この表示システムは、第１実施形態の振動発電機構と、この振動発電機構によって電力が供給される標識とを含んで構成されている。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。なお、図４では、覆工板１１と受桁１２を連結する連結具１６は、図示を省略している。
【００４１】
本実施形態の表示システムが含む標識は、覆工板１１，１１，・・・の上に設置される車道又は歩道に関する表示として用いられるものであり、車両の進行方向を指示する矢印を有する標識３０である。この標識３０は、樹脂製の矩形のパネル３１と、このパネル３１に矢印の形状をなすように配列された複数の発光素子としての発光ダイオード３２，３２，・・・を含んで構成されている。発光ダイオード３２，３２，・・・は、標識３０に固定されて駆動回路を内蔵した駆動部３３により、点滅駆動されるようになっている。駆動部３３は、覆工板１１の内部に配置された整流部２８に接続されており、覆工板１１と受桁１２との間に配置された緩衝発電シート２０で生成されて整流部２８で整流された電力が供給される。
【００４２】
本実施形態の表示システムによれば、覆工板１１，１１，・・・の上を車両Ｃが走行し、これにより覆工板１１と受桁１２との間に生じる振動から、緩衝発電シート２０の振動発電素子２２で電力を生成する。この電力で、標識３０の発光ダイオード３２，３２，・・・を点滅させて、車両Ｃの運転者に進行方向を知らせる。
【００４３】
このように、電力の消費位置である覆工板１１の上の標識３０に近接して、覆工板１１の下側面に接する振動発電素子２２で発電を行うので、振動発電素子２２から標識３０の発光ダイオード３２，３２，・・・に至る配線を短くできる。したがって、標識３０を設置する際に、電源用の配線を敷設する作業を容易にできる。また、工事の進捗に伴い、覆工板１１の上に設置する車道の位置を変更し、これによって標識３０の位置を変更する場合、変更された位置に近い覆工板１１の下側面に緩衝発電シート２０を設置すると共に覆工板１１の内部に整流部２８を配置して、標識３０の駆動部３３に出力線２９を接続すればよい。したがって、配線の変更を容易に行うことができる。
【００４４】
本実施形態において、標識３０の複数の発光ダイオード３２，３２，・・・は、矢印の形状をなすように配列されたが、他の形状をなすように配列されてもよい。また、標識３０以外に、車道又は歩道の境界を示す標示や、工事に関する文字情報を、振動発電機構で生成される電力で表示してもよい。また、発光素子として発光ダイオード３２を用いたが、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）等の他の発光素子を用いてもよい。また、整流部２８を覆工板１１に設けたが、整流部２８を標識３０に設けてもよい。
【００４５】
また、本実施形態において、振動発電素子２２で生成した電力により、発光素子としての発光ダイオード３２を発光させて標識３０を明示させる例について説明したが、振動発電素子２２で生成した電力は、発光素子による光（可視光）のほか、可聴音や、超音波や、赤外線等を生成して、車道又は歩道に関する表示を行ってもよい。
【００４６】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の振動発電機構が適用される覆工板１１の縦断面図である。この覆工板１１は、第１実施形態の覆工板１１と同様の構成を有する。第３実施形態において、第１及び第２実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００４７】
図５は、覆工板１１を、この覆工板１１を構成するＨ形鋼の長手方向に沿って切断した様子を示す図であり、Ｈ形鋼の上下のフランジで形成される表面板４１及び裏面板４２と、覆工板１１の長手方向の両端に固定された端面板１４，１４が表れている。本実施形態の振動発電機構は、覆工板１１の内部に、隣り合う２つのＨ形鋼のウェブと両端の端面板１４，１４とで区画されてなる直方体の室４３を、共鳴室として利用している。すなわち、この振動発電機構は、覆工板１１の一方の端面板１４に、１つの室４３に対して円形の貫通孔１４ａを１つ形成し、この貫通孔１４ａを臨むように、振動発電素子４４を端面板１４に配置している。振動発電素子４４は、端面板１４の貫通孔１４ａを臨むように配置された円形の圧電部材を有し、覆工板１１の内部の室４３で共鳴された音によって圧電部材が振動し、これにより、圧電部材に歪が生じて起電力を得るようになっている。振動発電素子４４は図示しない整流部に接続され、圧電部材で生成された電力を整流部で整流し、整流部に接続された図示しない出力線を通して、覆工板１１の上又は周囲に電力を供給するように構成されている。
【００４８】
本実施形態の振動発電機構は、次のように動作する。すなわち、覆工板１１の上に車両が進入すると、車両の荷重により、覆工板１１が受桁１２に対して振動する。また、受桁１２に支持された他の覆工板１１の上を車両が走行することにより、受桁１２に継続的な振動が生じる。これにより、振動発電素子４４が設けられた覆工板１１内の室４３に、この室４３の寸法に対応した周波数の音が共鳴する。共鳴によって増幅された音により、振動発電素子４４の圧電部材が振動し、圧電部材に歪が生じて起電力が生じる。こうして振動発電素子４４で生成された電力は、整流部で整流され、出力線を通じて覆工板１１の上又は周囲に供給される。
【００４９】
本実施形態の振動発電機構によれば、覆工板１１の強度を確保するために設けられているＨ形鋼のウェブの間の室４３を、共鳴室として利用することにより、覆工板１１又は受桁１２に生じる振動の強度が比較的小さい場合であっても、振動発電素子４４で効果的に電力を得ることができる。
【００５０】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の照明システムを示す図である。この照明システムは、第３実施形態の振動発電機構と、この振動発電機構によって電力が供給される照明機器とを含んで構成されている。第４実施形態において、第１乃至第３実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００５１】
本実施形態の照明システムが含む照明機器は、覆工板１１，１１，・・・の下方で行われる掘削工事の照明として用いられる。本実施形態では、覆工板１１，１１，・・・と受桁１２，１２，・・・を含んで構成された路面覆工１が、複数の主桁５１と支柱５２，５２，・・・により、地盤の上方に支持されている。これら覆工板１１，受桁１２，主桁５１及び支柱５２等により、覆工板１１の表面の地表面レベルに車道及び歩道を確保しながら、地盤の掘削工事を行うようにしている。
【００５２】
本実施形態の照明システムが含む照明機器は、覆工板１１の下方を照らすためのものであり、主桁５１から吊り下げられて発光ダイオードを光源とするランプ５３，５３，・・・である。このランプ５３は、少なくとも１つの発光ダイオードと、発光ダイオードからの光を集めて所定の照射範囲に光を照射する集光レンズと、発光ダイオードから発光に伴う熱を放出する放熱部を有して構成されている。
【００５３】
覆工板１１には、一方の端面板１４に貫通孔１４ａが形成され、この貫通孔１４ａを臨む位置に振動発電素子４４が配置されている。この振動発電素子４４の出力線が、覆工板１１の内部に配置された整流部４６に接続されている。整流部４６の出力線４７が、受桁１２と主桁５１を通ってランプ５３に接続されている。
【００５４】
本実施形態の照明システムによれば、覆工板１１，１１，・・・の上を車両Ｃが走行し、これにより覆工板１１と受桁１２との間に生じる振動により、覆工板１１内の室４３に所定の周波数の音が共鳴する。共鳴によって増幅された音により、振動発電素子４４の圧電部材が振動して電力が生成され、この電力が整流部４６で整流されてランプ５３に供給される。
【００５５】
このように、電力の消費位置である覆工板１１の下方のランプ５３に近接して、覆工板１１の端面に接する振動発電素子４４で発電を行うので、この振動発電素子４４の振動発電素子からランプ５３の発光ダイオードに至る配線を短くできる。したがって、ランプ５３を設置する際に、電源用の配線を敷設する作業を容易にできる。また、工事の進捗等に伴い、ランプ５３の位置を変更する場合、変更された位置に近い覆工板１１の端面に振動発電素子４４を設置すると共に覆工板１１の内部に整流部４６を設置して、ランプ５３に出力線４７を接続すればよい。したがって、配線の変更を容易に行うことができる。
【００５６】
本実施形態において、発光素子として発光ダイオードを用いてランプ５３を構成したが、例えば有機ＥＬ等の他の発光素子を用いてもよい。
【００５７】
また、上記各実施形態において、振動発電素子２２，４４で生成された電力を蓄える蓄電部を設けてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態において、振動発電機構として、覆工板１１と受桁１２との間に挟持された緩衝発電シート２０に振動発電素子２２を内蔵したものや、覆工板１１の端面板１４に形成された貫通孔１４ａに臨むように振動発電素子４４を配置したものを例に挙げたが、他の形態の振動発電機構を採用することもできる。例えば、覆工板１１の表面に、第１実施形態と同様の振動発電素子２２を内蔵したシートを被覆して振動発電機構を構成してもよい。この場合、シートに内蔵した振動発電素子２２により、このシート上を車両が通過する際に生じる振動を効率的に電力に変換することができる。また、覆工板１１の表面をシートで被覆することにより、車両が覆工板１１の上を通過する際に生じる騒音の大きさを低減できる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 路面覆工
１１ 覆工板
１２ 受桁
２０ 緩衝発電シート
２２ 振動発電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工事用の仮設構造物に適用される振動発電機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば路面覆工等の仮設構造物では、電柱等から仮設電源を引き込み、仮設構造物の上又は周囲の照明や表示灯等に電力を供給している。電線から仮設電源を引き込むのが困難な場合は、ガソリン等の化石燃料を燃料とする発電装置を電源に用いている。発電装置としては、特許文献１に記載のようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
路面覆工等の仮設構造物は、工事の進行に伴い、その上や周辺に設けられた通行路の経路が変更される場合が多い。この場合、通行路に沿って設けられた照明や表示灯の配置換えが必要となり、これら照明や表示灯のための仮設電源の引き込み線の位置や、配線の敷設経路を変更する必要があって、手間とコストが嵩む問題があった。
【０００５】
また、化石燃料を燃料とする発電装置を電源に用いた場合、発電装置は可燃物である化石燃料を保持するので使用の際の管理が必要となり、また、燃料費が嵩むうえ、作動に伴って温室効果ガスを排出する問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、電源の配線を変更する手間が少なく、また、化石燃料を用いることなく、仮設構造物に付帯する設備に電力を供給できる振動発電機構と、それを用いた表示システム及び照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の振動発電機構は、工事用の仮設構造物に、工事に伴う振動を受けて電力を生成する振動発電素子を設けたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、仮設構造物に設けられた振動発電素子が、工事に伴う振動を受けて電力を生成するので、この振動発電素子で生成された電力を、仮設構造物に関連して設置される例えば照明や表示灯に用いることにより、電力を消費する位置の近傍で電力を生成することができる。したがって、これらの電源のために、電線から仮設電源を引き込んだり、化石燃料を用いる発電装置を設置したりする必要が無い。その結果、電線から仮設電源を引き込む場合のように、仮設構造物の上や周辺に設けられた通行路の位置変更に伴って、引込み線や配線の敷設経路を変更する手間を削減できる。また、化石燃料を用いた発電装置を用いる場合のような、電源装置の管理が不要となり、また、燃料費を削除でき、しかも、温室効果ガスの排出の問題を解決できる。
【０００９】
ここで、仮設構造物とは、土木構造物や建築構造物等の施工を補助するために、これら構造物に先立って一時的に構築される構造物をいう。仮設構造物は、工事の期間において一時的に使用されるものであるため、施工の対象である土木構造物や建築構造物よりも低い設計基準に基づいて構築される。したがって、仮設構造物は、荷重を受けたときの変位が比較的大きく、その結果、振動が発生しやすく、また、構成部材が互いに変位して騒音を発生しやすい傾向にある。一方、仮設構造物の設置場所やその周辺では、工事関係者や通行人、あるいは、工事車両や通行車両等に、工事に対する注意を促し、また、作業範囲やその周辺を照明により明示する必要がある。このような仮設構造物に関する事情に鑑み、本発明は、振動を受けて電力を生成する振動発電素子を仮設構造物に設けることにより、仮設構造物の本質的な特性を利用して、これまで利用されていなかった振動のエネルギーを電気エネルギーに再生し、仮設構造物に関連する電気機器を、簡易な電源構成や配線により、作動させることを可能とするものである。
【００１０】
なお、工事に伴う振動とは、仮設構造物に接して、又は、仮設構造物の周囲で工事が行われることにより、仮設構造物に生じる振動をいう。また、工事に伴う振動とは、仮設構造物に接して、又は、仮設構造物の周囲で、車両が走行することにより、仮設構造物に生じる振動をもいう。これらに該当する例として、地下鉄工事の路面覆工上を一般車両が走行することによって生じる振動や、ビル工事の仮設桟橋上に設置された杭打ち機によって生じる振動等がある。また、振動とは、物体の一部又は全部が揺れ動くことをいう。また、振動は、継続時間が比較的長い定常的なものと、継続時間が極めて短い衝撃的なものとのいずれも含まれる。また、振動は、振幅の大きさや定常性は問われない。また、振動は、仮設構造物の構成部材から振動発電素子へ直接的に伝達されてもよく、あるいは、仮設構造物の構成部材から振動発電素子へ、空気を介在して、音により間接的に伝達されてもよい。
【００１１】
一実施形態の振動発電機構は、上記仮設構造物は、覆工板と、この覆工板を支持する桁材とを含む。
【００１２】
上記実施形態によれば、覆工板の上を車両や人が通行する際、覆工板と桁材との接触や、覆工板と覆工板との接触に起因して振動が生じる。この振動により振動発電素子で電力を生成することにより、覆工板の上や周辺に設置した照明や表示灯等に、仮設電源の引込み線や発電装置を用いることなく、電力を供給することができる。また、振動発電素子で、覆工板の振動を電気エネルギーに変換することにより、覆工板の上を車両等が通行する際の騒音を低減することができる。
【００１３】
一実施形態の振動発電機構は、上記覆工板に、内部に予め形成されたウェブで区画された室を臨むように、上記振動発電素子を設けたものである。
【００１４】
上記実施形態によれば、覆工板の上を車両や人が通過する際、覆工板に生じる振動が、内部の室で共鳴して、振動発電素子に入力される。上記室を形成するウェブは、覆工板の強度を確保するために設けられたものであり、このように覆工板が本来有する構造を利用することにより、覆工板に生じる振動を、効率的に電気エネルギーに変換することができる。
【００１５】
一実施形態の振動発電機構は、上記覆工板と桁材との間に、振動発電素子を挟持させたものである。
【００１６】
上記実施形態によれば、覆工板と桁材との間に挟持させた振動発電素子により、覆工板の上を車両等が通過する際に生じる振動を、効率的に電力に変換することができる。
ここで、桁材で覆工板を支える構造は、桁材が複数の覆工板を支持していることにより、覆工板の上を車両が走行して移動するに伴い、桁材が継続して振動する。したがって、この振動を振動発電素子で受けることにより、電力を持続して生成することができる。
【００１７】
一実施形態の振動発電機構は、上記覆工板の表面に、振動発電素子を内蔵したシートを被覆したものである。
【００１８】
上記実施形態によれば、シートに内蔵した振動発電素子により、このシート上を車両が通過する際に生じる振動を、効率的に電力に変換することができる。また、覆工板の表面をシートで被覆することにより、車両が覆工板の上を通過する際に生じる騒音の大きさを低減できる。
【００１９】
本発明の表示システムは、上記振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
この発光素子を、上記覆工板の上又は周辺に設置される車道又は歩道に関する表示に用いることを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、覆工板の上又は周辺を車両や人が通過する際の振動によって振動発電素子が電力を生成し、この電力により、覆工板の上又は周辺の車道又は歩道に関する表示に用いられた発光素子が発光する。このように、電力の消費位置の近傍で発電を行うことができるので、電線から仮設電源を引き込んだり、化石燃料を用いる発電装置を設置したりする必要が無い。したがって、電源線の敷設経路の変更の手間や、発電装置の管理の手間を削減でき、また、発電装置の燃料費の削減や、燃料の消費による温室効果ガスの排出の問題を解決できる。
【００２１】
さらに、上記構成によれば、車道又は歩道に関する表示に発光素子を用いることにより、覆工板の上又は周辺を車両や人が通過する際の振動で生成された電力を、上記表示を明示するために消費する。したがって、上記表示に注目させる必要があるときにのみ、しかも、表示の内容を知らせる対象である車両や人を生成源とする電力で、発光素子を発光させて表示内容を明示することができる。したがって、動作の効率とエネルギー効率が高く、しかも、情報の伝達効果の高い表示システムが得られる。
【００２２】
ここで、車道又は歩道に関する表示とは、例えば、車両や人に所定の情報を図形で示す標識や、車道又は歩道の境界の標示や、工事に関する文字情報等、車両や人の通行に関するあらゆる表示をいい、工事ヤードに関する表示も含む。
【００２３】
また、本発明の他の表示システムは、上記振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
上記発光素子を、上記覆工板の上又は周辺の照明に用いる。
【００２４】
上記構成によれば、覆工板の上又は周辺を車両や人が通過する際の振動によって振動発電素子が電力を生成し、この電力により、覆工板の上又は周辺の照明に用いられる発光素子が発光する。このように、電力の消費位置の近傍で発電を行うことができるので、電線から仮設電源を引き込んだり、化石燃料を用いる発電装置を設置したりする必要が無い。したがって、電源線の敷設経路の変更の手間や、発電装置の管理の手間を削減でき、また、発電装置の燃料費の削減や、燃料の消費による温室効果ガスの排出の問題を解決できる。
【００２５】
ここで、照明とは、設置された場所や対象を明るく照らすことをいい、車両や人の通行を安全又は円滑に行わせる目的や、防犯の目的等、種々の目的に用いられるものが含まれる。換言すれば、照明の目的は限定されない。
【００２６】
本発明において、覆工板の周辺とは、覆工板に設けた振動発電素子から電力を供給可能な程度に離れた位置をいい、覆工板の上方、覆工板の周り、及び、覆工板の下方のいずれも含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の振動発電機構が適用される覆工板と受桁を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の振動発電機構が適用される位置の周辺部分を示す図である。
【図３】振動発電素子を示す模式断面図である。
【図４】第２実施形態の表示システムを示す模式図である。
【図５】第３実施形態の振動発電機構が適用される覆工板の縦断面図である。
【図６】第４実施形態の照明システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態としての振動発電機構が適用される仮設構造物としての路面覆工に含まれる覆工板と受桁を示す斜視図である。路面覆工は、地面の凹所や斜面又は水面等の上に歩道や車道を形成するために、構台や仮設桟橋や仮設橋等の上部構造として設置される。路面覆工は、例えば、地下高速道路工事や、地下鉄工事や、ビル建設工事等で、地盤の掘削工事を行いながら、地上に歩道や車道や作業領域を設けるために設置される。また、橋梁工事や護岸工事等で、河川や海の水面の上に、歩道や車道や作業領域を設けるために設置される。
【００３０】
図１に示すように、路面覆工１は、覆工板１１が受桁１２で支持されて構成されており、受桁１２は図示しない主桁や支柱等で支持される。覆工板１１は、平面視において幅が約１ｍで長さが約２ｍの矩形状を有し、厚みが約２０ｃｍであり、質量が約４００ｋｇである。この覆工板１１は、フランジの表面にすべり止め加工が施されたＨ形鋼を幅方向に配列し、上下のフランジの側部を互いに溶接で固定して形成されている。覆工板１１の側面と端面には、鋼板で形成された側面板１３と端面板１４が夫々固定されている。また、覆工板１１の表面部の四隅には、設置のために吊り具が掛けられる吊り穴１５，１５，・・・が設けられている。受桁１２は、覆工板の長手方向に寸法をおいて平行に複数個配列されており、各受桁１２の間を掛け渡すように、覆工板１１の長手方向の両端縁が受桁１２のフランジ１２ａの表面に支持される。図１には、覆工板１１を１つのみ図示しているが、受桁１２の配置方向と延在方向とにタイル状に配列され、車道や歩道や作業領域を形成するようになっている。このように覆工板１１と受桁１２を含んで構成された路面覆工１は、仮設構造物であるため、工事で構築される本体構造物よりも低い設計基準に準拠している。したがって、路面覆工１が車両や人等の荷重を受けた場合、振動や騒音が生じやすい。
【００３１】
図２は、本実施形態の振動発電機構が適用される位置の周辺部分を示す図であり、受桁１２のフランジ１２ａと、覆工板１１の端部とを示す図である。図２（ａ）は、受桁１２のフランジ１２ａと覆工板１１の端部とを示す側面図であり、図２（ｂ）は、受桁１２のフランジ１２ａと覆工板１１の端部とを示す平面図である。図２では、受桁１２の幅方向の片側に覆工板１１が１つのみ支持された状態を示しているが、実際の路面覆工１では、受桁１２の幅方向の両側に覆工板１１が支持される。
【００３２】
覆工板１１は、連結具１６によって受桁１２に連結されている。連結具１６は、クリップ１７と、このクリップ１７の下面にボルトヘッドが係合すると共に、軸部が覆工板１１の裏面部に形成された貫通孔を貫通して配置されるボルト１８と、覆工板１１の裏面部から内側に突出したボルト１８の軸部に螺合するナット１９を有する。連結具１６のナット１９は、覆工板１１の表面部に形成された吊り穴１５を介してレンチで締結可能に形成されている。クリップ１７が開いた状態で覆工板１１が受桁１２の上に配置された後、吊り穴１５から内部にレンチを挿入してナット１９を締結し、クリップ１７をフランジ１２ａの裏面に圧迫することにより、連結具１６で覆工板１１を受桁１２に連結するようになっている。
【００３３】
覆工板１１の裏面には、連結具１６よりも端面に近い側に、緩衝機能と発電機能を有する緩衝発電シート２０が設けられている。緩衝発電シート２０は、合成ゴム等の可撓性を有する材料で形成された板状の緩衝体２１の内部に、複数の振動発電素子２２，２２，・・・が内蔵されて形成されている。緩衝体２１は、覆工板１１の幅方向に向かって長い細長の矩形状を有し、この緩衝体２１の長手方向に向かって複数の振動発電素子２２，２２，・・・が配列されている。
【００３４】
振動発電素子２２は、覆工板１１と受桁１２のフランジ１２ａとの間に挟持された状態で、覆工板１１及び受桁１２のうちの少なくとも一方から振動を受けて発電を行うものである。図３は、振動発電素子２２を示す模式断面図である。振動発電素子２２は圧電素子で形成されており、円盤状の圧電部材２３と、圧電部材２３を押圧する押圧体２４とを有する。圧電部材２３は、歪を受けて分極を生じ、これにより電力を生成する材料で形成されており、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で形成される。この圧電部材２３は、薄い円筒状のケーシング２５の高さ方向の略中央に、このケーシング２５の筒部によって周縁部が固定された状態で支持されている。ケーシング２５は、上端面が可撓性の円板２６で形成されており、この円板２６の内側面に、押圧体２４が圧電部材２３に接した状態で固定されている。この振動発電素子２２は、緩衝発電シート２０が覆工板１１から力を受けると、緩衝体２１を介してケーシング２５に上下方向の圧縮力が作用する。これにより、ケーシング２５の上端面の円板２６が下方に変形し、圧電部材２３の中央部に下方向きの力を与える。圧電部材２３は、周縁部がケーシング２５の筒部に固定されているので、中央部に下向きの力が作用することによって歪が生じる。この歪により、圧電部材２３に分極が生じて起電力が生成され、図示しないリード線に電流が流れるようになっている。
【００３５】
覆工板１１の内部には、振動発電素子２２からの電流を整流する整流部２８が配置されている。整流部２８の出力線２９は、覆工板１１の表面部の吊り穴１５を通って覆工板１１の表面側に延出している。
【００３６】
上記構成の振動発電機構は、次のように動作する。すなわち、覆工板１１の上に車両が進入すると、車両の荷重により、覆工板１１が受桁１２に対して振動する。また、受桁１２に支持された他の覆工板１１の上を車両が走行することにより、受桁１２に継続的な振動が生じる。このような振動により、覆工板１１と受桁１２との間に挟持された緩衝発電シート２０に、増減する圧力が作用する。これにより、振動発電素子２２内で押圧体２４が圧電部材２３の押圧を繰り返し、圧電部材２３に歪が繰り返して生成されて起電力が生じる。こうして振動発電素子２２で生成された電力は、整流部２８で整流され、出力線２９を通って覆工板１１の表面側に出力される。
【００３７】
このように、本実施形態の振動発電機構によれば、工事に伴って設置される路面覆工１の覆工板１１の上を、車両が走行することによって電力が生成されるので、路面覆工１の上や周辺に、電線から仮設電源を引き込むことなく電力を供給することができる。したがって、仮設電源の引込み線を設ける手間や設備コストを削減することができる。また、化石燃料を用いた発電装置を用いることなく、路面覆工１の上や周辺に電力を供給することができるので、発電装置の管理の手間を削減でき、燃料費を削除でき、また、温室効果ガスの排出を防止できる。
【００３８】
本実施形態において、振動発電素子２２は、圧電部材２３を押圧体２４で押圧して歪を生成するように構成されたが、圧電部材２３を、覆工板１１と受桁１２との間の振動によって歪を生成するように構成されれば、他の構造を採用してもよい。
【００３９】
また、路面覆工１を構成する覆工板１１は、クリップ１７を有する連結具１６で受桁１２に連結したが、他の連結機構で受桁１２に連結されてもよい。また、覆工板１１は、連結具１６で受桁１２に連結されず、緩衝発電シート２０のみを介して受桁１２のフランジ１２ａの表面に支持されてもよい。
【００４０】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の表示システムを示す図である。この表示システムは、第１実施形態の振動発電機構と、この振動発電機構によって電力が供給される標識とを含んで構成されている。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。なお、図４では、覆工板１１と受桁１２を連結する連結具１６は、図示を省略している。
【００４１】
本実施形態の表示システムが含む標識は、覆工板１１，１１，・・・の上に設置される車道又は歩道に関する表示として用いられるものであり、車両の進行方向を指示する矢印を有する標識３０である。この標識３０は、樹脂製の矩形のパネル３１と、このパネル３１に矢印の形状をなすように配列された複数の発光素子としての発光ダイオード３２，３２，・・・を含んで構成されている。発光ダイオード３２，３２，・・・は、標識３０に固定されて駆動回路を内蔵した駆動部３３により、点滅駆動されるようになっている。駆動部３３は、覆工板１１の内部に配置された整流部２８に接続されており、覆工板１１と受桁１２との間に配置された緩衝発電シート２０で生成されて整流部２８で整流された電力が供給される。
【００４２】
本実施形態の表示システムによれば、覆工板１１，１１，・・・の上を車両Ｃが走行し、これにより覆工板１１と受桁１２との間に生じる振動から、緩衝発電シート２０の振動発電素子２２で電力を生成する。この電力で、標識３０の発光ダイオード３２，３２，・・・を点滅させて、車両Ｃの運転者に進行方向を知らせる。
【００４３】
このように、電力の消費位置である覆工板１１の上の標識３０に近接して、覆工板１１の下側面に接する振動発電素子２２で発電を行うので、振動発電素子２２から標識３０の発光ダイオード３２，３２，・・・に至る配線を短くできる。したがって、標識３０を設置する際に、電源用の配線を敷設する作業を容易にできる。また、工事の進捗に伴い、覆工板１１の上に設置する車道の位置を変更し、これによって標識３０の位置を変更する場合、変更された位置に近い覆工板１１の下側面に緩衝発電シート２０を設置すると共に覆工板１１の内部に整流部２８を配置して、標識３０の駆動部３３に出力線２９を接続すればよい。したがって、配線の変更を容易に行うことができる。
【００４４】
本実施形態において、標識３０の複数の発光ダイオード３２，３２，・・・は、矢印の形状をなすように配列されたが、他の形状をなすように配列されてもよい。また、標識３０以外に、車道又は歩道の境界を示す標示や、工事に関する文字情報を、振動発電機構で生成される電力で表示してもよい。また、発光素子として発光ダイオード３２を用いたが、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）等の他の発光素子を用いてもよい。また、整流部２８を覆工板１１に設けたが、整流部２８を標識３０に設けてもよい。
【００４５】
また、本実施形態において、振動発電素子２２で生成した電力により、発光素子としての発光ダイオード３２を発光させて標識３０を明示させる例について説明したが、振動発電素子２２で生成した電力は、発光素子による光（可視光）のほか、可聴音や、超音波や、赤外線等を生成して、車道又は歩道に関する表示を行ってもよい。
【００４６】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の振動発電機構が適用される覆工板１１の縦断面図である。この覆工板１１は、第１実施形態の覆工板１１と同様の構成を有する。第３実施形態において、第１及び第２実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００４７】
図５は、覆工板１１を、この覆工板１１を構成するＨ形鋼の長手方向に沿って切断した様子を示す図であり、Ｈ形鋼の上下のフランジで形成される表面板４１及び裏面板４２と、覆工板１１の長手方向の両端に固定された端面板１４，１４が表れている。本実施形態の振動発電機構は、覆工板１１の内部に、隣り合う２つのＨ形鋼のウェブと両端の端面板１４，１４とで区画されてなる直方体の室４３を、共鳴室として利用している。すなわち、この振動発電機構は、覆工板１１の一方の端面板１４に、１つの室４３に対して円形の貫通孔１４ａを１つ形成し、この貫通孔１４ａを臨むように、振動発電素子４４を端面板１４に配置している。振動発電素子４４は、端面板１４の貫通孔１４ａを臨むように配置された円形の圧電部材を有し、覆工板１１の内部の室４３で共鳴された音によって圧電部材が振動し、これにより、圧電部材に歪が生じて起電力を得るようになっている。振動発電素子４４は図示しない整流部に接続され、圧電部材で生成された電力を整流部で整流し、整流部に接続された図示しない出力線を通して、覆工板１１の上又は周囲に電力を供給するように構成されている。
【００４８】
本実施形態の振動発電機構は、次のように動作する。すなわち、覆工板１１の上に車両が進入すると、車両の荷重により、覆工板１１が受桁１２に対して振動する。また、受桁１２に支持された他の覆工板１１の上を車両が走行することにより、受桁１２に継続的な振動が生じる。これにより、振動発電素子４４が設けられた覆工板１１内の室４３に、この室４３の寸法に対応した周波数の音が共鳴する。共鳴によって増幅された音により、振動発電素子４４の圧電部材が振動し、圧電部材に歪が生じて起電力が生じる。こうして振動発電素子４４で生成された電力は、整流部で整流され、出力線を通じて覆工板１１の上又は周囲に供給される。
【００４９】
本実施形態の振動発電機構によれば、覆工板１１の強度を確保するために設けられているＨ形鋼のウェブの間の室４３を、共鳴室として利用することにより、覆工板１１又は受桁１２に生じる振動の強度が比較的小さい場合であっても、振動発電素子４４で効果的に電力を得ることができる。
【００５０】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の照明システムを示す図である。この照明システムは、第３実施形態の振動発電機構と、この振動発電機構によって電力が供給される照明機器とを含んで構成されている。第４実施形態において、第１乃至第３実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００５１】
本実施形態の照明システムが含む照明機器は、覆工板１１，１１，・・・の下方で行われる掘削工事の照明として用いられる。本実施形態では、覆工板１１，１１，・・・と受桁１２，１２，・・・を含んで構成された路面覆工１が、複数の主桁５１と支柱５２，５２，・・・により、地盤の上方に支持されている。これら覆工板１１，受桁１２，主桁５１及び支柱５２等により、覆工板１１の表面の地表面レベルに車道及び歩道を確保しながら、地盤の掘削工事を行うようにしている。
【００５２】
本実施形態の照明システムが含む照明機器は、覆工板１１の下方を照らすためのものであり、主桁５１から吊り下げられて発光ダイオードを光源とするランプ５３，５３，・・・である。このランプ５３は、少なくとも１つの発光ダイオードと、発光ダイオードからの光を集めて所定の照射範囲に光を照射する集光レンズと、発光ダイオードから発光に伴う熱を放出する放熱部を有して構成されている。
【００５３】
覆工板１１には、一方の端面板１４に貫通孔１４ａが形成され、この貫通孔１４ａを臨む位置に振動発電素子４４が配置されている。この振動発電素子４４の出力線が、覆工板１１の内部に配置された整流部４６に接続されている。整流部４６の出力線４７が、受桁１２と主桁５１を通ってランプ５３に接続されている。
【００５４】
本実施形態の照明システムによれば、覆工板１１，１１，・・・の上を車両Ｃが走行し、これにより覆工板１１と受桁１２との間に生じる振動により、覆工板１１内の室４３に所定の周波数の音が共鳴する。共鳴によって増幅された音により、振動発電素子４４の圧電部材が振動して電力が生成され、この電力が整流部４６で整流されてランプ５３に供給される。
【００５５】
このように、電力の消費位置である覆工板１１の下方のランプ５３に近接して、覆工板１１の端面に接する振動発電素子４４で発電を行うので、この振動発電素子４４の振動発電素子からランプ５３の発光ダイオードに至る配線を短くできる。したがって、ランプ５３を設置する際に、電源用の配線を敷設する作業を容易にできる。また、工事の進捗等に伴い、ランプ５３の位置を変更する場合、変更された位置に近い覆工板１１の端面に振動発電素子４４を設置すると共に覆工板１１の内部に整流部４６を設置して、ランプ５３に出力線４７を接続すればよい。したがって、配線の変更を容易に行うことができる。
【００５６】
本実施形態において、発光素子として発光ダイオードを用いてランプ５３を構成したが、例えば有機ＥＬ等の他の発光素子を用いてもよい。
【００５７】
また、上記各実施形態において、振動発電素子２２，４４で生成された電力を蓄える蓄電部を設けてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態において、振動発電機構として、覆工板１１と受桁１２との間に挟持された緩衝発電シート２０に振動発電素子２２を内蔵したものや、覆工板１１の端面板１４に形成された貫通孔１４ａに臨むように振動発電素子４４を配置したものを例に挙げたが、他の形態の振動発電機構を採用することもできる。例えば、覆工板１１の表面に、第１実施形態と同様の振動発電素子２２を内蔵したシートを被覆して振動発電機構を構成してもよい。この場合、シートに内蔵した振動発電素子２２により、このシート上を車両が通過する際に生じる振動を効率的に電力に変換することができる。また、覆工板１１の表面をシートで被覆することにより、車両が覆工板１１の上を通過する際に生じる騒音の大きさを低減できる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 路面覆工
１１ 覆工板
１２ 受桁
２０ 緩衝発電シート
２２ 振動発電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工事用の仮設構造物に、工事に伴う振動を受けて電力を生成する振動発電素子を設けたことを特徴とする振動発電機構。
【請求項２】
請求項１に記載の振動発電機構において、
上記仮設構造物は、覆工板と、この覆工板を支持する桁材とを含むことを特徴とする振動発電機構。
【請求項３】
請求項２に記載の振動発電機構において、
上記覆工板に、内部に予め形成されたウェブで区画された室を臨むように、上記振動発電素子を設けたことを特徴とする振動発電機構。
【請求項４】
請求項２に記載の振動発電機構において、
上記覆工板と桁材との間に、振動発電素子を挟持させたことを特徴とする振動発電機構。
【請求項５】
請求項２に記載の振動発電機構において、
上記覆工板の表面に、振動発電素子を内蔵したシートを被覆したことを特徴とする振動発電機構。
【請求項６】
請求項２に記載の振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
この発光素子を、上記覆工板の上又は周辺に設置される車道又は歩道に関する表示に用いることを特徴とする表示システム。
【請求項７】
請求項２に記載の振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
上記発光素子を、上記覆工板の上又は周辺の照明に用いることを特徴とする照明システム。
【請求項１】
工事用の仮設構造物に、工事に伴う振動を受けて電力を生成する振動発電素子を設けたことを特徴とする振動発電機構。
【請求項２】
請求項１に記載の振動発電機構において、
上記仮設構造物は、覆工板と、この覆工板を支持する桁材とを含むことを特徴とする振動発電機構。
【請求項３】
請求項２に記載の振動発電機構において、
上記覆工板に、内部に予め形成されたウェブで区画された室を臨むように、上記振動発電素子を設けたことを特徴とする振動発電機構。
【請求項４】
請求項２に記載の振動発電機構において、
上記覆工板と桁材との間に、振動発電素子を挟持させたことを特徴とする振動発電機構。
【請求項５】
請求項２に記載の振動発電機構において、
上記覆工板の表面に、振動発電素子を内蔵したシートを被覆したことを特徴とする振動発電機構。
【請求項６】
請求項２に記載の振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
この発光素子を、上記覆工板の上又は周辺に設置される車道又は歩道に関する表示に用いることを特徴とする表示システム。
【請求項７】
請求項２に記載の振動発電機構と、この振動発電機構で生成された電力が供給される発光素子を備え、
上記発光素子を、上記覆工板の上又は周辺の照明に用いることを特徴とする照明システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１０９７５３（Ｐ２０１１−１０９７５３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６００９１（Ｐ２００９−２６００９１）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５０５４１３２５５）阪神高速道路株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５０５４１３２５５）阪神高速道路株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
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