JP2010001782A - 情報表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給配線が不要で、かつ自然環境の影響を受けにくい自然力発電による情報表示装置を提供すること。
【解決手段】情報を表示する表示板１１を有する表示部１０と、表示部１０を照射する照明手段１３と、外的な振動が付与されると、照明手段１３に供給するための電力を発電する振動発電ユニット２０と、を備え、振動発電ユニット２０が発電した電力によって前記照明手段１３を駆動することによって、表示部１０を照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、夜間など暗い場所においても照明で情報表示部を照射することによって視認可能な情報表示装置に関するものである。

従来より、内照表示板のように照明によって情報表示部を照射する装置には商用電源から電力を供給していた。また、省電力化や環境保護のために太陽光や風力等の自然力によって発電した電力で照明を点灯する装置が知られている。

特許文献１には、太陽光発電機によって発電した電力を蓄電して照明に用いる情報表示装置が開示されている。
特開平６−３４８２１４号公報

しかしながら、商用電源から供給される電力を使用する場合には環境負荷が増し、また電力を供給するための配線が必要であった。自然力発電による場合には、太陽光発電では夜間には発電できず、また気象によっても曇りや雨の日の発電量は減少し、風力発電では無風状態や弱風状態では発電できないなど、自然環境の影響を受けやすいという問題があった。

そこで、商用電源を使用しないことで商用電源を供給するための電気配線が必要なく、かつ自然環境の影響を受けにくい情報表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、情報を表示する表示板を有する表示部と、前記表示部を照射する照明手段と、外的な振動が付与されると、振動エネルギを電力に変換する振動発電ユニットと、を備え、前記振動発電ユニットが発電した電力によって前記照明手段を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、振動発電ユニットは自然の発する振動だけでなく一定の通行量が予測できる自動車や歩行者等が発する振動をも利用して発電するため、自然環境によって発電量が増減することは少ない。よって商用電源を供給するための電気配線が必要なく、かつ自然環境の影響を受けにくい情報表示装置を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る情報表示装置１００について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る情報表示装置の正面図、図２は図１における右側面図である。

情報表示装置１００はシンボルマークやロゴ等の情報を表示する表示部１０と、表示部１０を保持する支柱１２とを備える。情報表示装置１００は、内側から光を照射して表示部１０を発光させる内照式の情報表示装置である。

支柱１２は柱状で、地面に固定され表示部１０を保持する。支柱１２は本実施形態のように２本の場合もあれば１本の場合等もある。また、店舗の壁に取り付ける場合のように実施の形態によっては支柱１２を設けなくてもよい。

表示部１０は支持枠１４によって形成される箱型で、情報を表示する表示板１１と、表示板１１を照射する照明ユニット１３と、表示部１０の振動により発電し、照明ユニット１３に電力を供給する振動発電ユニット２０と、発電した電力を蓄える図示しない蓄電装置とを備える。表示部１０は、内部に照明ユニット１３を備え、内側から表示板１１を照射する。

支持枠１４は表示部１０の箱枠型の外枠であり、表示板１１を取り付けるためにその両面は空洞である。支持枠１４は、支柱１２と接続されて保持される。

表示板１１は、ブランドロゴやハウスマーク等を表示する透過性の略正方形のアクリル板である。表示板１１は、表示部１０の支持枠１４の両面の空洞に備えられる。表示板１１の材質はアクリル板の他にもガラス，フィルム，ビニール，布，紙，等透過性を有するものであればよい。表示板１１を見せたい方向が一方向に限られる場合などは、表示板１１を表示部１０の片面のみに設ける構成でもよい。表示板１１は、正方形以外にも矩形や円形など表示したい情報の形状によって様々な態様をとることができる。

照明ユニット１３は、消費電力が少なく輝度の高い発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）と、蓄電装置に蓄えた電力で発光ダイオードを発光させるための定電流回路である発光ダイオード駆動回路とを備える。

蓄電装置は振動発電ユニット２０で発電した電力を蓄え、蓄えた電力を発光ダイオード駆動回路に供給する。蓄電装置には、鉛蓄電池やニッケル水素電池等の二次電池を用いる他、電気二重層キャパシタを用いてもよい。

以下では、図３，図４を参照して表示部１０内に備えられる振動発電ユニット２０について説明する。

図３は本発明の実施の形態に係る発電装置の構成図、図４は図３における発電に用いる磁性体の平面図である。

振動発電ユニット２０は表示部１０の内部に備えられ、振動が加わると照明ユニット１３を駆動するための電力を発電する。振動発電ユニット２０は、磁石３２に接続される磁性体３１と、コイル２１とを備え、コイル２１が磁性体３１の間に出入りするときに電磁誘導による誘導電流を発生する。

磁石３２は表示部１０の支持枠１４に固定される。磁石３２は、例えばフェライト磁石や強力なネオジム磁石等の永久磁石である。磁石３２には、発電に用いられる磁性体３１へと接続するための磁性体３３が接続される。

磁性体３１は直方体形状で円柱形状の穴が設けられたＮ極磁性体３１ａと、円柱形状のＳ極磁性体３１ｂとからなる。磁性体３１は支持枠１４に固定される。Ｎ極磁性体３１ａに設けられた穴の径は、Ｓ極磁性体３１ｂの径よりも大きい。

磁性体３１のＮ極磁性体３１ａは磁石３２のＮ極と、Ｓ極磁性体３１ｂは磁石３２のＳ極とそれぞれ接続される。具体的には、複数の磁性体３１のＮ極磁性体３１ａはそれぞれを隣り合うＮ極磁性体３１ａに直列に接続されることで、全てのＮ極磁性体３１ａがＮ極の磁性を帯び、複数の磁性体３１のＳ極磁性体３１ｂはそれぞれを磁石３２のＳ極に並列に接続されることで、全てのＳ極磁性体３１ｂがＳ極の磁性を帯びることとなる。

磁性体３１のＮ極磁性体３１ａに設けられた円柱形状の穴には、その穴よりも小さな径の円柱形状であるＳ極磁性体３１ｂが一定の隙間をもって配置される。そのため磁性体３１のＮ極磁性体３１ａとＳ極磁性体３１ｂとの間には磁界３１ｃが生じる。

コイル２１は電導線を円柱状に何重にも巻いたもので、磁性体３１に設けられた磁界３１ｃに対応して複数設けられる。コイル２１は、磁性体３１に生じた磁場へと出入りすることで電磁誘導による誘導電流を発生する。コイル２１の巻き数は多いほど発生する誘導電流は大きくなるが、重量が大きくなる。情報表示装置１００を設置する場所の振動特性によって、コイル２１の巻き数と重量とのバランスで最も振動を有効に利用できるようにすることが好ましい。

コイル２１は、弾性手段としての機械ばね２４によって支持枠１４に振動可能に保持される振動板２３に固定される。コイル２１は磁性体３１に設けられた磁界３１ｃの数に対応して複数個設けられ、接続配線２２によって直列に接続される。

振動板２３は細長い矩形の板状で、発電に用いられる複数のコイル２１を固定する。振動板２３は機械ばね２４を介して支持枠１４に振動可能に支持され、情報表示装置１００の振動によって表示部１０の内部で振動する。

機械ばね２４は振動板２３の長手方向の両端に設けられ、コイル２１が複数個固定される振動板２３を支持枠１４に振動可能に保持する。機械ばね２４には、好ましくはばね定数が小さく、小さな力で振動し、かつ振動が収束しにくいコイルばねを用いるとよい。

振動発電ユニット２０は、情報表示装置１００を設置する場所の振動特性によって縦置きや横置き等の配置態様が考えられる。予め設置する場所の振動特性を測定し、その場所に合った態様で配置することで、振動を有効に電力に変換することができる。例えば交通量の多い道路沿いのガソリンスタンドに情報表示装置１００を看板として設置するような場合には、大型車が通過する際に発生する地面の垂直の振動によってコイル２１が磁性体３１の磁界３１ｃに振動的に出入りできるように、振動発電ユニット２０のコイル２１の中心軸すなわち振動方向が地面に対して垂直となるように配置することが好ましい。また、ビル風が強く吹く都市部に設置するような場合には、風によって表示部１０が横向きに揺れたときの振動でコイル２１が磁性体３１の磁界３１ｃに振動的に出入りできるように、振動発電ユニット２０のコイル２１の振動方向が地面に対して水平となるように配置することが好ましい。

図５は本発明の他の実施の形態に係る振動発電ユニットの構成図、図６は図５における発電に用いる磁性体の平面図である。

振動発電ユニット５０は、磁性体４１と複数の磁性体５１とを備え、磁性体４１、５１に設けられた磁界４１ｃ，５１ｃと同じ数のコイル２１を並列に備える。

磁性体４１は直方体形状で円柱形状の穴が設けられたＳ極磁性体４１ａと、円柱形状のＮ極磁性体４１ｂとからなる。磁性体４１は支持枠１４に固定される。Ｓ極磁性体４１ａに設けられた穴の径は、Ｎ極磁性体４１ｂの径よりも大きい。

磁性体５１は直方体形状で長手方向に二つの円柱形状の穴が並んで設けられたＳ極磁性体５１ａと、円柱形状のＮ極磁性体５１ｂとからなる。磁性体５１は支持枠１４に固定される。Ｓ極磁性体５１ａに設けられた穴の径は、Ｎ極磁性体５１ｂの径よりも大きい。

端部に設けられた磁性体４１のＳ極磁性体４１ａは磁石３２のＳ極と、反対側の端部に設けられた磁性体５１のＮ極磁性体５１ｂは磁石３２のＮ極とそれぞれ接続される。Ｓ極磁性体４１ａがＳ極の磁性を帯びると、Ｓ極磁性体４１ａに形成された穴の内部に一定の間隔をもって備えられるＮ極磁性体４１ｂは、Ｎ極の磁性を帯びる。Ｎ極磁性体４１ｂは隣り合う磁性体５１のＮ極磁性体５１ｂと磁性体３３で接続され、接続されたＮ極磁性体５１ｂはＮ極の磁性を帯びることとなる。この繰り返しによって、全てのＳ極磁性体４１ａ，５１ａはＳ極の磁性を帯び、全てのＮ極磁性体４１ｂ、５１ｂはＮ極の磁性を帯びることとなる。

コイル２１は磁性体４１，５１に設けられたＳ極磁性体４１ａ、５１ａとＮ極磁性体４１ｂ，５１ｂとの間に生じた磁界３１ｃ，５１ｃ対応して設けられる。コイル２１は図示しない蓄電装置に対して並列に設けられる。このように、複数個のコイル２１を蓄電装置に対して並列に接続してそれぞれのコイル２１に発生した誘導電流を個別に蓄電装置に送るようにしてもよい。

以下では、情報表示装置１００が点灯している場合について説明する。

情報表示装置１００を点灯状態にするには、スイッチを備え手動で点灯する態様の他、タイマを備え設定した時間になると点灯する態様や、明るさセンサを備え周囲が暗くなると自動的に点灯する態様でもよい。

地面の振動や風による振動等によって情報表示装置１００が振動すると、表示部１０も振動する。振動によって表示部１０の内部に備えられる振動板２３が変位し、振動板２３は、振動板２３を保持する機械ばね２４の復元力によって振動を継続する。

振動板２３が振動すると、振動板２３に固定されているコイル２１も振動し、コイル２１は磁性体３１に近づいたり離れたりする。コイル２１は、振動によって表示部１０に固定された磁性体３１の磁界３１ｃへの出入りを繰り返す。すると、コイル２１には電磁誘導による誘導電流が発生し、発生した電力は蓄電装置に蓄えられる。

蓄電装置に蓄えられた電力は発光ダイオード駆動回路へと供給され、表示部１０に備えられた照明ユニット１３の発光ダイオードを点灯する。点灯された発光ダイオードの光は表示板１１を照らし、表示板１１に表されたブランドロゴやハウスマーク等は外部からは光って見えることとなる。

表示板１１がブランドロゴやハウスマーク等を表示するものである場合の他にも、表示板１１が例えば緊急避難場所を表示するもの等である場合、夜間に地震が発生しても、地震による大きな振動によって多くの電力が蓄えられ、その後停電が起こっても緊急避難場所へ誘導するために表示板１１を照射することが可能である。

表示板１１は支柱１２によって高い位置に取り付けられており、表示板１１付近の風は地面付近の風よりも強く吹いていることが多い。その強い風によって発生する振動を利用して発電する態様の他にも、表示板１１が受けた風によって表示部１０の内圧が変化することを利用してコイル２１を振動させることも可能である。また、表示部１０の内圧の変化を利用して圧電素子によって発電することも可能である。

以上の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。

情報表示装置１００は、設置されている地面の振動や風による振動等様々な振動によって発電するため、夜間に照明ユニットを点灯するために十分な電力量を発電でき、商用電源を供給するための電気配線が必要なくなる。また、情報表示装置１００を設置する場所によって振動の態様は一定の特徴を有していることが多く、その態様に合わせて振動発電ユニット２０を設けることで、自然環境の影響を受けにくい情報表示装置を得ることができる。

以下では、図７，８を参照して本発明の他の実施の形態に係る情報表示装置２００について説明する。

図７は本発明の他の実施の形態に係る情報表示装置の正面図、図８は図７における右側面図である。

情報表示装置２００は、振動発電ユニット２０と太陽光発電機２０１と風力発電機２０２とを備える。

情報表示装置２００は明るい日中には内部の照明ユニットを点灯する必要はなく、通常は夜間のみ照明ユニットを点灯する。しかし、情報表示装置２００を設置する環境によっては、道路を通行する自動車からの振動や風による振動がまばらであり、毎日一定の振動が発生することが期待できず、十分な電力量を得られないこともある。そのような場合には、振動による発電量では足りない分の電力に商用電源を供給する方法も考えられるが、このように他の自然力発電装置を設けて振動発電ユニット２０とハイブリッドで発電する方法をとり得る。

太陽光発電機２０１は、太陽光が照射されると電力を発生する。太陽光発電機２０１は太陽光を垂直に受けるときが最も効率がよいため、設定する場所に対する太陽の向きによって向きや仰角を設定する。ジャイロミル型の風力発電機２０２は、風によってブレード２０２ａが回転させられると図示しない発電機によって電力を発生する。太陽光発電機２０１と風力発電機２０２とは、蓄電装置に接続されており、発電した電力は蓄電装置に蓄えられる。

本実施形態のように振動発電ユニット２０を表示部１０の内部に収めるほか、表示部１０の内部に振動発電ユニット２０の全ての機器を収めない態様にしてもよい。例えば表示部１０の外部に振動板２３を設け、振動板２３が風を直接受ける構成や、外部に設けた振動板２３に太陽光発電機２０１を貼り付ける構成にしてもよい。

以上の構成によると、振動発電ユニット２０と太陽光発電機２０１と風力発電機２０２とが発電した合計の電力量で照明ユニットを駆動できるため、照明ユニットの点灯時間を長くすることができる。

以下では、振動発電ユニットの他の態様について説明する。

図９は本発明の他の実施の態様に係る振動発電ユニットの概略図である。

振動発電ユニット３００は、コイル３２１と磁性体３３１とを備え、コイル３２１が磁性体３３１に生じた磁界３３１ｃに出入りすることで電磁誘導による誘導電流を発生する。振動発電ユニット３００は、近接して設けられた情報表示装置１００に接続され、発電した電力を供給する。

磁性体３３１は大きな矩形をしており、磁性体３３１のＮ極磁性体３３１ａは四個の長穴を二行二列のマトリックス状に備える。四個の長穴には、それぞれにＳ極磁性体３３１ｂが一定の間隔をもって配置される。Ｎ極磁性体３３１ａが磁石３２のＮ極へと、Ｓ極磁性体３３１ｂが磁石３２のＳ極へと接続されると、Ｎ極磁性体３３１ａとＳ極磁性体３３１ｂとの間に磁界が生じる。

コイル３２１は、磁性体３３１と略同じ大きさの矩形の振動板３２３の下面に固定される。コイル３２１は、磁性体３３１のＮ極磁性体３３１ａとＳ極磁性体３３１ｂとの間に生じた磁界３３１ｃに対応して複数設けられる。

振動発電ユニット３００は地面に敷いて使用される。磁性体３３１は地面に固定され、その上にコイル３２１が固定された振動板３２３が振動可能に置かれる。振動板３２３は自動車や歩行者等が上を通過することによって振動し、コイル３２１が磁性体３３１の磁界に振動的に出入りすることで電磁誘導による誘導電流を発生する。発電された電流は情報表示装置１００の支柱１２の内部に設けられた電気配線を通り、表示部１０内に備えられる蓄電装置に蓄えられ、照明ユニット１３を駆動する。本実施形態のように振動板３２３の振動を利用する態様の他、振動板３２３のたわみを利用してコイル３２１を磁性体３３１に対して振動させてもよい。

このように振動発電ユニット３００を設置する面積が広い場合には、磁性体３３１の磁場とコイル３２１とをマトリックス状に配置することで、大きな電力を得ることができる。

図１０は大型の振動発電ユニットにおける磁性体の概略図である。

磁性体４３１はＮ極磁性体４３１ａとＳ極磁性体４３１ｂとを備え、その間に磁界４３１ｃを生じる。Ｎ極磁性体４３１ａとＳ極磁性体４３１ｂとは、矩形の平面上において左右両端を往復するようなヘアピンカーブ状の連続する蛇行曲線を描き、その曲線に倣うように一定の間隔を持って対峙している。Ｎ極磁性体４３１ａとＳ極磁性体４３１ｂとの間には磁界４３１ｃが生じる。

Ｎ極磁性体４３１ａとＳ極磁性体４３１ｂとの間に設けられた磁界４３１ｃに対応して形成され、弾性手段によって振動可能に保持される図示しないコイルが振動によって出入りすると、電磁誘導による誘導電流を発生する。

このように磁性体４３１とコイルとを配置する面の中で、コイルの長さを最大限にすることによっても、大きな電力を得ることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、本実施形態のように内照式情報表示装置ではなく、外側から表示部を照射する外照式の情報表示装置に用いることも可能である。

本発明に係る情報表示装置は、内側から光を照射する内照表示板や外側から光を照射する外照表示板等に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る情報表示装置の正面図である。 図１における右側面図である。 本発明の実施の形態に係る振動発電ユニットの構成図である。 図３における発電に用いる磁性体の平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る振動発電ユニットの構成図である。 図５における発電に用いる磁性体の平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る情報表示装置の正面図である。 図７における右側面図である。 本発明の他の実施の態様に係る振動発電ユニットの概略図である。 大型の振動発電ユニットにおける磁性体の概略図である。

符号の説明

１００ 情報表示装置
１０ 表示部
１１ 表示板
１３ 照明ユニット
１４ 支持枠
２０ 振動発電ユニット
２１ コイル
２２ 接続配線
２４ 機械ばね
３１ 磁性体
３１ａ Ｎ極磁性体
３１ｂ Ｓ極磁性体
３１ｃ 磁界
３２ 磁石
３３ 磁性体
４１ 磁性体
５１ 磁性体
２０１ 太陽光発電機
２０２ 風力発電機
３２１ コイル
３３１ 磁性体
４３１ 磁性体

Claims (8)

1. 情報を表示する表示板を有する表示部と、
   前記表示部を照射する照明手段と、
   外的な振動が付与されると、振動エネルギを電力に変換する振動発電ユニットと、
   を備え、
   前記振動発電ユニットが発電した電力によって前記照明手段を駆動することを特徴とする情報表示装置。
2. 前記照明手段を駆動するための電力を蓄えておく蓄電装置をさらに備え、
   前記振動発電ユニットが発電した電力を前記蓄電装置に蓄え、前記蓄電装置に蓄えた電力で前記照明手段を駆動することを特徴とする請求項１に記載の情報表示装置。
3. 前記表示部を支持し、地面に固定される支柱を更に備え、
   地面から離れた位置に前記表示部を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の情報表示装置。
4. 前記振動発電ユニットは前記表示部の内部に設置することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の情報表示装置。
5. 前記振動発電ユニットは、
   前記表示部内に配置され、磁界を生じる磁石と、
   前記磁石の生じる磁界に出入り可能なコイルと、
   を備え、
   前記磁石及び前記コイルの一方は前記表示部に固定され、他方は弾性手段を介して前記表示部に振動可能に支持され、
   前記磁石と前記コイルとが相対的に移動することで電磁誘導による誘導電流を発生することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の情報表示装置。
6. 前記振動発電ユニットを、前記磁石と前記コイルとの相対移動方向が地面に垂直となるように設け、
   前記表示部が地面の垂直な振動に伴って振動することで前記磁石と前記コイルとが相対的に移動し、
   電磁誘導による誘導電流を発生することを特徴とする請求項５に記載の情報表示装置。
7. 前記振動発電ユニットを、前記磁石と前記コイルとの相対移動方向が地面に水平となるように設け、
   前記表示部が風力で水平方向に振動する際に前記磁石と前記コイルとが相対的に移動し、
   電磁誘導による誘導電流を発生することを特徴とする請求項５に記載の情報表示装置。
8. 前記照明手段は発光ダイオードを備え、
   前記表示板を前記発光ダイオードで内側から照射することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の情報表示装置。