JP2018166037A - 交通整理用信号機システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の信号機を取り囲む広範囲の落雷保護領域を形成して、これらの信号機の落雷による損傷を防止する。
【解決手段】複数の信号機３が設置された交差点Ｓ等に、前記複数の信号機３の上方にマイナス電荷を分布させて、前記交差点Ｓ等の周りへの落雷を抑制する落雷抑制型避雷手段４を設置してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、交差点等に設置された交通整理用信号機システム関するものである。

一般に、交差点や横断歩道が設置された道路等には、車両や歩行者用の交通整理を行なう交通整理用信号機システムが設置されている。

この交通整理用信号機システムは、支柱によって道路から所定高さに設置された信号機を備え、この信号機が外部電源によって作動させられるようになっている。

ところで、落雷が発生した場合、この落雷によって、前記外部電源から前記信号機へ供給される電力が停止することがあり、あるいは、前記信号機自体が損傷してしまうことがあり、これに伴って、前記信交通整理用信号機システムの交通整理の機能が失われ、交通渋滞や事故を招いてしまう。

前述した落雷は大気中で起こる放電現象であり、雷放電には雲内放電、雲間放電、雲―大地間放電等がある。雷放電で大きな被害を出すのは雲―大地間放電（以下落雷）である。落雷は雷雲（雲底）と大地または大地等に建設された構造物との間の電界強度が非常に大きくなり、その電荷が飽和状態となって大気の絶縁を破壊したときに発生する現象である。

落雷の現象を詳細に観察すると、夏季に起こる一般的な落雷（夏季雷）の場合、雷雲が成熟すると雷雲からステップトリーダが大気の放電しやすいところを選びながら大地に近づいてくる。
ステップトリーダが大地とある程度の距離になると大地または建築物（避雷針）、木などからステップトリーダに向かって、微弱電流の上向きストリーマ（お迎え放電）が伸びてくる。
このストリーマとステップトリーダが結合すると、その経路を通って、雷雲と大地間に大電流（帰還電流）が流れる。
これが落雷現象である。

このような落雷現象に対し、従来の雷保護概念では、落雷は防止できないものとの観点から、突針型避雷針（フランクリンロッド）を設置して、落雷を前記突進型避雷針の一点に誘引して大地に流す方式が大半であった（特許文献１参照）。

したがって、前記交通整理用信号機システムを落雷から保護するには、この交通整理用信号機システムの近傍に前記突針型避雷針を設置して、この突針型避雷針に落雷を誘引することにより、前記外部電源やこの外部電源からの電力供給経路、および、前記信号機自体への落雷を防止することが一般的である。

特開２０１２−８００１８号公報

このような前記突針型避雷針を用いた交通整理用信号機システムへの落雷防止方法であると、天候等の気象条件によっては、落雷が前記突針型避雷針へ誘引されず、交通整理用信号機システムの周辺へ落雷することが想定されることから、より有効な落雷防止機能を備えた交通整理用信号機システムが望まれている。

本発明の交通整理用信号機システムは、前述した要望に基づいてなされたもので、複数の信号機が設置された交差点等に、前記複数の信号機の上方にマイナス電荷を分布させて、前記交差点等の周りへの落雷を抑制する落雷抑制型避雷手段を設置してなることを特徴としている。

このような構成とすることにより、前記落雷抑制型避雷手段によって前記交差点等の上方にマイナス電荷が分布させられる。

そして、前記交差点等に、雲底にマイナス電荷を帯びた雷雲が近づくと、前記交差点等の上方にマイナス電荷が分布されていることにより、前記雲底へ向かう上向きストリーマの発生が抑制され、これによって、前記信号機およびその周辺への落雷が抑制される。

このように、前記落雷抑制型避雷手段によって分布されるマイナス電荷によって、前記交差点等の上方に落雷保護領域が形成される。
そして、この落雷保護範囲は前記信号機を覆うように広域化され、これによって、前記信号機ならびに交差点等への落雷が大幅に抑制される。

前記落雷抑制型避雷手段は、接地された第１電極体と、この第１電極体に電気絶縁層を介して対峙された第２電極体とからなるキャパシタによって構成することができる。

前記キャパシタは、雲底にマイナス電荷を帯びた雷雲が近づくと、大地にプラス電荷が誘引され、これに伴い、この大地に設置されている前記第１電極体もプラス電荷を帯びる。

このように前記第１電極体がプラス電荷を帯びると、この第１電極体に前記電気絶縁層を介して対峙されている前記第２電極体がマイナス電荷を帯びる。

この結果、前記キャパシタの前記第２電極体によって、前述したマイナス電荷による落雷保護領域が有効に形成される。

そして、前記落雷抑制型避雷手段は、前記信号機に装着してもよく、また、前記信号機が複数設置されている場合には、それぞれの信号機に装着してもよい。

このような構成とすることにより、既存の前記信号機を利用して前記落雷抑制型避雷手段を設置することができるとともに、落雷から保護すべき被保護体の近傍に設置することができる。

また、複数の前記信号機のそれぞれに装着することにより、前記落雷抑制型避雷手段によって形成される落雷保護領域を拡大することができる。

また、前記信号機を動作させるための電力を、太陽エネルギーを電力に変換する太陽光発電パネルによって生成し、この電力を二次電池に充電しておくことによって確保することができる。

このような構成とすることにより、交通整理用信号機システムの駆動電力を自立させて外部電力を不要にし、かつ、前記太陽光発電パネルや前記二次電池を前記信号機の近傍に設置することにより、これらの電源を、前記信号機とともに、前記落雷保護領域内に位置させることができる。

したがって、前記信号機のみならず、この信号機に電力を供給する電源も含めて落雷から保護して、前記信号機への電力供給を確保することができる。
この結果、交通整理用信号機システム全体を落雷から保護することができる。

前記二次電池および前記太陽光発電パネルは、前記信号機が複数設置されている場合には、それぞれの信号機に設けておくことができる。

また、前記太陽光発電パネルによる前記二次電池の充電を制御し、かつ、前記信号機への点灯用電力の供給を制御するコントローラーを設けておくこともできる。

これによって、前記信号機の点灯を制御するコントローラーも前記落雷保護領域内に位置させて、前記信号機の動作を維持させることができる。

前記コントローラーは、前記交差点等毎に、あるいは、前記複数の信号機のそれぞれに設けられる。

さらに、前記コントローラーに、前記複数の信号機相互の点灯形態を制御する点灯同期手段を設け、前記各信号機に、前記点灯同期手段から送出される制御信号の授受を行なう送受信機を設けておくことが望ましい。

このような構成とすることにより、前記各信号機相互の点灯形態を保持して、交差点等における交通整理の乱れを防止することができる。

本発明の交通整理用信号機システムによれば、この交通整理用信号機システム周りに、マイナス電荷による落雷保護領域を形成して、この領域からの上向きストリーマの発生を効果的に抑制し、これによって、交通整理用信号機システムへの落雷を抑制することができる。

本発明の一実施形態の概略を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる落雷抑制型避雷手段を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態における上向きストリーマの発生抑制作用を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態のシステム構成図である。 本発明に用いられる落雷抑制型避雷手段の変形例を示す正面図である。 本発明に用いられる落雷抑制型避雷手段の変形例を示す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１において、符号１は本実施形態に係わる交通整理用信号機システムを示す。

本実施形態の交通整理用信号機システム１は、十字路の交差点Ｓに設置されたもので、この交差点Ｓの４カ所の角のそれぞれに支柱２を立設し、これらの支柱２の上端部に交通整理用の信号機３を装着し、さらに、これらの支柱２の一つに、前記複数の信号機３の上方（すなわち、前記交差点Ｓの上方）にマイナス電荷を分布させて、前記交差点Ｓの周りへの落雷を抑制する落雷抑制型避雷手段４を設置して構成されている。

本実施形態では、前記落雷抑制型避雷手段４は、図２に示すように、接地された第１電極体５と、この第１電極体５を、所定隙間をおいて包み込むようにして設けられた第２電極体６と、前記第１電極体５と前記第２電極体６の間の隙間に配設され、前記第１電極体５と第２電極体６を電気絶縁状態に保持する電気絶縁層７とによってキャパシタを構成しており、前記第１電極体５が略球状に形成され、前記第２電極体６が、前記第１電極体５の外形形状と相似形となるように形成され、前記第１電極体５が前記第２電極体６によってほぼ全面に亙って覆われた構成となっている。

前記第１電極体５は真球形状で、かつ、図２に示すように、所定厚みを有する中空状に形成されている。

また、前記第１電極体５の下部には、ナット８が一体に取り付けられており、このナット８を介して、前記第１電極体５が支持ロッド９の先端に螺着されている。

前記支持ロッド９にはロックナット１０が螺着されており、このロックナット１０が前記ナット８に圧着されることにより、前記支持ロッド９と前記第１電極体５との固定がなされている。

前記第２電極体６は、上下に２分割されて形成された一対の第２電極構成体６ａ・６ｂによって構成されている。
これら一対の第２電極構成体６ａ・６ｂは、前記電気絶縁層７を上下から挟み込むようにして突き合わされることにより、この電気絶縁層７を前記第１電極体５とともに包み込み、この突き合わされた部位において、たとえば、溶接（溶接部Ｗ）により一体化されている。

下方の前記第２電極構成体６ａの下部中央には、その内外部を連通する貫通孔１１が形成され、この貫通孔１１内に、前記第１電極体５に電気的に接続された前記支持ロッド９が挿通されており、この支持ロッド９を介して前記第１電極体５が接地されるようになっている。

前記電気絶縁層７は、前記第２電極体６と同様に上下に２分割された下部スペーサー７ａと上部スペーサー７ｂとによって構成されている。

前記下部スペーサー７ａの中心部には前記支持ロッド９が貫通させられているとともに、この下部スペーサー７ａの一部が、前記下方の第２電極構成体６ａの前記貫通孔１１内へ延設されて、前記支持ロッド９と前記下方の第２電極構成体６ａを電気絶縁状態で保持しつつ、前記下方の第２電極構成体６ａの下方へ突出させるようになっている。

このように構成された本実施形態の落雷抑制型避雷手段４は、前記支柱２の一つに前記支持ロッド９を連結することによって、前記交差点Ｓの上方に設置される。
あるいは、前記支柱２を上方へ延設して、この支柱２を前記支持ロッド９として用いることもできる。

このように設置された状態において、前記第１電極体５は、前記支持ロッド９や前記支柱２を介して接地される。

一方、本実施形態においては、図１に示すように、前記信号機３へ供給される点灯用の電力を生成する太陽光発電パネル１２と、その電力の制御等を行なうコントロールボックス１３が設けられている。

このコントロールボックス１３は、図４に示すように、前記太陽光発電パネル１２によって発電された電力を蓄える二次電池１４と、この二次電池１４への充電の制御や前記信号機３の点灯制御等を行なうコントローラー１５と、前記複数の信号機３の点灯形態の情報の授受を行なう送受信機１６を備えている。

前記コントローラー１５は、図４に示すように、前記信号機３、前記太陽光発電パネル１２、前記二次電池１４、および、前記送受信機１６が接続されるＩ／Ｏインターフェース１７と、このＩ／Ｏインターフェース１７を介して、前記信号機３、前記太陽光発電パネル１２、前記二次電池１４、および、前記送受信機１６へ接続される、充電制御手段１８、点灯制御手段１９、および、点灯同期手段２０を備えている。

前記充電制御手段１８は、前記二次電池１４の電圧情報に基づき、この二次電池１４の電圧が基準値以下の場合には前記二次電池１４の充電を継続し、基準値に達した際に充電を停止して過充電を防止するようになっている。

前記点灯制御手段１９は、前記信号機３へ供給する電力を制御することにより、この信号機３の点灯形態を制御するようになっている。

また、前記点灯同期手段２０は、前記送受信機１６を用いて、前記各信号機３における点灯形態の情報を取得し、この情報に基づき、それぞれの信号機３の点灯形態を調整するようになっている。

前記送受信機１６には、前記支柱２に取り付けられたアンテナ２１が接続されて、前記送受信機１６への信号の授受を行なうようになっている。

ついで、本実施形態において用いられている前記落雷抑制型避雷手段４による落雷抑制機能について説明する。

図３に示すように、マイナス電荷が雲底に分布した雷雲Ｃが近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地Ｅの表面に分布し、この大地Ｅに前記支持ロッド９を介して接地されている前記第１電極体５もプラス電荷を帯びる（図史略）。

一方、前記第１電極体５に前記電気絶縁層７を介して対峙されている前記第２電極体６は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。
この作用により、前記第２電極体６によって、前記雷雲Ｃの雲底にマイナス電荷が対峙させられる。

これによって、その周辺における上向きストリーマの発生が起こりにくく、この結果、落雷が抑制される。

ここで、前記第２電極体６のマイナス電荷の影響は、前記落雷抑制型避雷手段４が前記交差点Ｓの上方に設置されていることにより、前記落雷抑制型避雷手段４を中心とした円形の領域に及ぶ。

そして、前記落雷抑制型避雷手段４の設置高さ等を調整することにより、前記交差点Ｓ周りに、図１に符号Ａで示すように、前記複数の信号機３を取り囲む広範囲の落雷保護領域を形成することができる。

このように形成された落雷保護領域Ａ内に、前記信号機３が位置させられていることにより、この信号機３の落雷による損傷を防止することができる。

この結果、落雷から前記信号機３を保護してその点灯を確保し、前記交差点Ｓにおける交通整理の乱れを防止することができる。

本実施形態においては、前記信号機３の電源を、前記太陽光発電パネル１２を用いた自立型の電源としており、この電源も前記落雷保護領域Ａ内に配置してあることから、落雷による電源の損傷も防止することができ、前記信号機３への電源供給を確実に確保することができる。

この点からも、交通整理用信号機システム１の、落雷発生時における機能停止を防止して、前記交差点Ｓでの交通渋滞や事故の発生を防止することができる。

なお、前記各実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

たとえば、前記落雷抑制型避雷手段４を、一つの信号機３に設けた例について示したが、複数の信号機３のそれぞれに設けることもできる。

これによって、前記落雷抑制型避雷手段４によって形成される落雷保護領域Ａを拡大することができる。

また、前述した太陽光発電パネル１２やコントロールボックス１３等を、前記信号機３毎に設けた例について示したが、これらを、前述した落雷保護領域Ａ内の一カ所に設けておくこともできる。

さらに、前記実施形態に示した前記落雷抑制型避雷手段４の他の構造例を図５および図６に示す。

これらの図において符号３０で示す落雷抑制型避雷手段は、略椀状の上部電極体３１（前記実施形態における第２電極体６に相当）および下部電極体３２（前記実施形態における第１電極体５に相当）と、前記上部電極体３１の周縁部と前記下部電極体３２の周縁部との間に介装されて、これらを、所定間隔をおいて絶縁状態で連結する電気絶縁体３３（前記実施形態における電気絶縁層７に相当）と、前記下部電極体３２に取り付けられた支持ロッド３４とを備え、前記電気絶縁体３３は、図６に示すように、前記上部電極体３１の周縁部と前記下部電極体３２の周縁部とに連結されて、これらの周縁部間を覆う筒部３３ａと、この筒部３３ａの内周に設けられた環状の鍔部３３ｂと、前記筒部３３ａの外周に設けられ、前記筒部３３ａの外周を覆うカバー部３３ｃとを備えた構成となっている。

このように構成された落雷抑制型避雷手段３０にあっては、前記支持ロッド３４によって接地された状態で設置される。

そして、雷雲Ｃの接近によって大地Ｅにプラス電荷が分布すると、この大地Ｅに前記支持ロッド３４を介して接地されている前記下部電極体３２もプラス電荷を帯び、この下部電極体３２に前記電気絶縁体３３を介して対峙されている前記上部電極体３１がマイナス電荷を帯びる。

これによって、前記実施形態の落雷抑制型避雷手段４と同様の作用を得ることができる。

１ 交通整理用信号機システム
２ 支柱
３ 信号機
４ 落雷抑制型避雷手段
５ 第１電極体
６ 第２電極体
６ａ 第２電極構成体
６ｂ 第２電極構成体
７ 電気絶縁層
７ａ 下部スペーサー
７ｂ 上部スペーサー
８ ナット
９ 支持ロッド
１０ ロックナット
１１ 貫通孔
１２ 太陽光発電パネル
１３ コントロールボックス
１４ 二次電池
１５ コントローラー
１６ 送受信機
１７ Ｉ／Ｏインターフェース
１８ 充電制御手段
１９ 点灯制御手段
２０ 点灯同期手段
２１ アンテナ
３０ 落雷抑制型避雷手段
３１ 上部電極体
３２ 下部電極体
３３ 電気絶縁体
３３ａ 筒部
３３ｂ 鍔部
３３ｃ カバー部
３４ 支持ロッド
Ａ 落雷保護領域
Ｃ 雷雲
Ｅ 大地
Ｓ 交差点

本発明の交通整理用信号機システムは、前述した要望に基づいてなされたもので、複数の信号機が設置された交差点に、前記複数の信号機の上方にマイナス電荷を分布させて、前記交差点の周りへの落雷を抑制する落雷抑制型避雷手段が設置され、前記落雷抑制型避雷手段は、前記複数の信号機に対して少なくとも１つ設けられ、かつ、１つの落雷抑制型避雷手段を中心とした円形の落雷保護領域が複数の信号機を取り囲む設置高さに調整されている、ことを特徴としている。

Claims (9)

1. 複数の信号機が設置された交差点等に、前記複数の信号機の上方にマイナス電荷を分布させて、前記交差点等の周りへの落雷を抑制する落雷抑制型避雷手段を設置してなることを特徴とする交通整理用信号機システム。
2. 前記落雷抑制型避雷手段が、接地された第１電極体と、この第１電極体に電気絶縁層を介して対峙された第２電極体とからなるキャパシタによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の交通整理用信号機システム。
3. 前記落雷抑制型避雷手段が、前記信号機に装着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交通整理用信号機システム。
4. 前記落雷抑制型避雷手段が、前記複数の信号機のそれぞれに装着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交通整理用信号機システム。
5. 前記信号機の点灯用の電力を蓄える二次電池と、太陽エネルギーを前記二次電池の充電を行なう電力に変換する太陽光発電パネルが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の交通整理用信号機システム。
6. 前記二次電池および前記太陽光発電パネルが、前記複数の信号機のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項５に記載の交通整理用信号機システム。
7. 前記太陽光発電パネルによる前記二次電池の充電を制御するとともに、前記信号機への点灯用電力の供給を制御するコントローラーが設けられていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の交通整理用信号機システム。
8. 前記コントローラーが、前記複数の信号機のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項７に記載の交通整理用信号機システム。
9. 前記コントローラーに、前記複数の信号機相互の点灯形態を制御する点灯同期手段が設けられ、前記各信号機に、前記点灯同期手段から送出される制御信号の授受を行なう送受信機が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の交通整理用信号機システム。