(57)【要約】【課題】風車１００により得られる回転エネルギーを用いて圧縮空気を生成する。【解決手段】風車１００としてクロスフロー風車１００ａを用いる。クロスフロー風車１００ａは、羽根車Ａと筐体Ｂを含んで構成される。筐体Ｂには羽根車を囲む形で遮風板１０が設けられる。遮風板１０の移動ブレード１１３は上部天板１１１又は下部天板１１２に回動可能な形で設けられる。移動ブレード１１３は支持ステー１１４及びバネ１１５を介して筐体Ｂの上部天板１１１又は下部天板１１２に接続される。外部から強風を受けた際には、バネ１１５の弾性力に応じて移動ブレード１１３は閉じていき、一方、強風が止めばバネ１１５の弾性力に応じて移動ブレード１１３は開く。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、
前記風車によって得られた回転エネルギーを往復運動エネルギーに変換する動力変換機構と、
前記動力変換機構によって得られた往復運動エネルギーによって空気を圧縮するアクチュエータと、を含むことを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮空気生成装置であって、前記風車は筐体と前記筐体に回動可能に格納される羽根車を含む垂直軸風車であることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項３】
請求項２記載の圧縮空気生成装置であって、前記筐体は上部天板及び下部天板に挟まれた１または２以上の遮風板を含み、前記遮風板の移動ブレードは前記上部天板及び／又は前記下部天板に設けられた回転基部ピンを軸として、所望の角度だけ開閉をすることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項４】
請求項３記載の圧縮空気生成装置であって、前記移動ブレードの回転基部ピン近傍に 支持ステーを設け、バネを介して前記上部天板及び／又は前記下部天板と固定されていることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項５】
請求項４記載の圧縮空気生成装置であって、前記所望の角度は、
前記移動ブレードに設けられたガイドピンと、前記上部天板及び／又は前記下部天板に設けられたガイド穴と、によって定められることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項６】
請求項４記載の圧縮空気生成装置であって、前記バネの弾性力により定められる風力に応じて前記遮風板の移動ブレードが開閉することを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１に記載の圧縮空気生成装置であって、前記風車がクロスフロー風車であることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項８】
請求項１記載の圧縮空気生成装置であって、前記アクチュエータは、
第１のシリンダヘッド及び第２のシリンダヘッドを接続する一のシリンダ間接続部材と、
前記第１のシリンダヘッドを挿入する第１のシリンダ外筒、前記第１のシリンダヘッドと前記第１のシリンダ外筒により形成される第１の気室を含み構成される第１のシリンダと、
第２のシリンダヘッドを挿入する第２のシリンダ外筒、前記第２のシリンダヘッドと前記第２のシリンダ外筒により形成される第２の気室を含み構成される第２のシリンダと、を含むことを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項９】
請求項８記載の圧縮空気生成装置であって、前記第１のシリンダ外筒及び前記第２のシリンダ外筒には吸入口側逆止弁と排気側逆止弁が設けられていることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項１０】
請求項９記載の圧縮空気生成装置であって、
前記排気側逆止弁は貯蔵タンクに接続されていることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の圧縮空気生成装置であって、
前記シリンダ間接続部材には往復運動の運動エネルギーが伝達されるアクチュエータ入力部を含み、前記アクチュエータ入力部に運動エネルギーが伝達されることで前記第１の気室及び前記第２の気室のいずれか１の気室内の空気が圧縮され、他方の気室に吸気が行われることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の圧縮空気生成装置であって、前記圧縮が行われる気室内の圧力が前記貯蔵タンクより高くなると排気が行われることを特徴とする圧縮空気生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮空気の製造方法、特に風車を用いて風力を駆動力とする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に与える負荷が低いエネルギー（運動エネルギーや電気、熱など）を用いて産業活動、個人生活を行えるようにする需要が増加している。
【０００３】
産業分野においては、エネルギーの源として太陽光や潮力、地熱など多岐にわたる動力源が提案されている。そのうちのひとつとして挙げられているものに風力がある。
【０００４】
今日でも風力で発電する風力発電は広く普及している。風力発電によって生じる電気は取り扱いが容易であり、また応用範囲も広いため風力を用いて発電を行うことは有益である。一方で、発電によって生じる電気は貯蔵性の点では問題がある。大量の二次電池を必要としたり、エネルギーの形態の変換（電気から運動エネルギーなど）に本来必要としないエネルギーを余計に要したりすることがある。
従って、直接風力を用いてエネルギーの使用形態に近い状態にエネルギー変換することが好ましい場合もある。
【０００５】
産業用では、圧縮空気の生成などもエネルギーの貯蔵方法の候補に挙げられる。エアガンやエアドライバー、エアブラシ、自動ドア等で高圧空気をそのまま動力として用いる機会も多いからである。
【０００６】
特開２００５‐３４４７０１号公開公報（特許文献１）では、風力を用いて圧縮空気を製造することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５‐３４４７０１号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１記載の技術では、風力から圧縮空気を生成する際の運動エネルギーのロスが大きく、実際には動作しない。
本発明は、風力により圧縮空気を製造する方法を提供することをその目的の一とする。
また本発明は、風力により圧縮空気を製造する際の要素技術を提供することをその目的の一とする。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかわる圧縮空気生成装置は、風車と、風車によって得られた回転エネルギーを往復運動エネルギーに変換する動力変換機構と、動力変換機構によって得られた往復運動エネルギーによって空気を圧縮するアクチュエータと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この圧縮空気生成装置の風車は、筐体と筐体に回動可能に格納される羽根車を含む垂直軸風車であることを特徴としても良い。
【００１１】
この圧縮空気生成装置の風車の筐体は、上部天板及び下部天板に挟まれた１または２以上の遮風板を含み、遮風板の移動ブレードは上部天板及び／又は下部天板に設けられた回転基部ピンを軸として、所望の角度だけ開閉をすることを特徴としても良い。
【００１２】
この圧縮空気生成装置の風車の筐体は、移動ブレードの回転基部ピン近傍に 支持ステーを設け、バネを介して上部天板及び／又は下部天板と固定されていることを特徴としても良い。
【００１３】
この圧縮空気生成装置の所望の角度は、移動ブレードに設けられたガイドピンと、上部天板及び／又は前記下部天板に設けられたガイド穴と、によって定められることを特徴としても良い。
【００１４】
この圧縮空気生成装置であって、バネの弾性力により定められる風力に応じて移動ブレードが開閉することを特徴としても良い。
【００１５】
これらの圧縮空気生成装置は、風車がクロスフロー風車であることを特徴としても良い。
【００１６】
本発明の実施の形態にかかわる他の圧縮空気生成装置のアクチュエータは、第１のシリンダヘッド及び第２のシリンダヘッドを接続する一のシリンダ間接続部材と、第１のシリンダヘッドを挿入する第１のシリンダ外筒、第１のシリンダヘッドと第１のシリンダ外筒により形成される第１の気室を含み構成される第１のシリンダと、第２のシリンダヘッドを挿入する第２のシリンダ外筒、第２のシリンダヘッドと第２のシリンダ外筒により形成される第２の気室を含み構成される第２のシリンダと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
この圧縮空気生成装置の第１のシリンダ外筒及び第２のシリンダ外筒には吸入口側逆止弁と排気側逆止弁が設けられていることを特徴としても良い。
【００１８】
この圧縮空気生成装置の排気側逆止弁は貯蔵タンクに接続されていることを特徴としても良い。
【００１９】
この圧縮空気生成装置のシリンダ間接続部材には往復運動の運動エネルギーが伝達されるアクチュエータ入力部を含み、アクチュエータ入力部に運動エネルギーが伝達されることで第１の気室及び第２の気室のいずれか１の気室内の空気が圧縮され、他方の気室に吸気が行われることを特徴としても良い。
【００２０】
この圧縮空気生成装置は、圧縮が行われる気室内の圧力が貯蔵タンクより高くなると排気が行われることを特徴としても良い。
【００２１】
本発明にかかわる垂直軸風車は、筐体と前記筐体に回動可能に格納される羽根車を含み、筐体は上部天板及び下部天板に挟まれた１または２以上の遮風板を含み、遮風板の移動ブレードは上部天板及び／又は下部天板に設けられた回転基部ピンを軸として、所望の角度だけ開閉をすることを特徴とする。
【００２２】
本発明にかかわるアクチュエータは、第１のシリンダヘッド及び第２のシリンダヘッドを接続する一のシリンダ間接続部材と、第１のシリンダヘッドを挿入する第１のシリンダ外筒、第１のシリンダヘッドと第１のシリンダ外筒により形成される第１の気室を含み構成される第１のシリンダと、第２のシリンダヘッドを挿入する第２のシリンダ外筒、第２のシリンダヘッドと第２のシリンダ外筒により形成される第２の気室を含み構成される第２のシリンダと、を含み、第１のシリンダ外筒及び第２のシリンダ外筒はそれぞれ吸入口側逆止弁と排気側逆止弁が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、実働可能な風力による圧縮空気の製造が可能になる。これにより、利用直前の形態でエネルギーの貯蔵が可能となり、エネルギーの変換ロスを減ずることが可能となる。
【００２４】
また本発明により、風車の羽根車に強風があたることを妨げ、風車の損壊を防止することを可能にする。
【００２５】
また本発明により、アクチュエータの往復運動中のいずれの状態でも圧縮又は排気を行うことができ、アクチュエータの数あたりの圧縮空気の生成量を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に関わる圧縮空気生成装置の概念図である。
【図２】クロスフロー風車の羽根車及び筐体を側面から見た図である。
【図３】クロスフロー風車を上部方向から見た際の概念図である。
【図４】筐体Ｂの中に羽根車Ａがどのように位置するかを表す要部拡大図である。
【図５】遮風板が開いた状態を表す図である。
【図６】遮風板が閉じた状態を表す図である。
【図７】筐体Ｂの中に羽根車Ａがどのように位置するかを表す別の例の要部拡大図である。
【図８】第３の実施の形態にかかわる動力変換機構及びその周辺の機械的構成要素を表す図である。
【図９】第４の実施の形態にかかわるアクチュエータの断面図である。
【図１０】第４の実施の形態に関わるアクチュエータの気室３０３Ｌが圧縮、３０３Ｒが吸気時の圧縮吸気状態を表す概念図である。
【図１１】第４の実施の形態に関わるアクチュエータの気室３０３Ｌが排気、３０３Ｒが吸気時の排気吸気状態を表す概念図である。
【図１２】第４の実施の形態に関わるアクチュエータの気室３０３Ｌが吸気、３０３Ｒが圧縮時の圧縮吸気状態を表す概念図である。
【図１３】第４の実施の形態に関わるアクチュエータの気室３０３Ｌが吸気、３０３Ｒが排気時の排気吸気状態を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態を図に基いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に関わる圧縮空気生成装置の概念図である。
本発明の第１の実施の形態の圧縮空気生成装置は、１）風車１００、２）動力変換機構２００、３）アクチュエータ３００、４）貯蔵タンク４００、により構成される。
【００２８】
風車１００は羽根車に風を受けて回転することで回転エネルギーを得るための動力源である。
【００２９】
動力変換機構２００は、風車１００によって作られる回転運動のエネルギーをアクチュエータ３００を動作させる往復運動（ピストン運動）のエネルギーに変換するるための機構である。本実施の形態では動力変換機構２００は、プーリーによるベルトドライブを想定している。しかし高いトルクを得たい場合には動力変換機構２００を歯車によって構成することも可能である。
【００３０】
アクチュエータ３００は、動力変換機構２００によって作られた往復運動エネルギーを用いて圧縮空気を生成するための機械要素である。
【００３１】
貯蔵タンク４００は、アクチュエータ３００によって生成された圧縮空気を貯蔵するためのタンクである。安全弁やドレン弁（構成によってはドレンタンク）なども貯蔵タンク４００に含まれる。ただし本発明の目的と直接の関連性がないため、以下でも安全弁などの説明は省くこととする。
【００３２】
このように、風車１００によって得られる回転エネルギーを動力変換機構２００が往復運度に変換し、アクチュエータ３００を動作させることで圧縮空気を生成することが可能となる。
【００３３】
なお、図１では、貯蔵タンク４００は風車１００よりも下側に配置する目的で、動力変換機構２００及びアクチュエータ３００を風車１００の下に配置した。しかしこれらを風車１００の上部に配置しても問題はない。
（第２の実施の形態）
【００３４】
第１の実施の形態をより良く実施する際には、図１の各構成要素を最適化する必要がある。本実施の形態では、風車１００の最適化について考察する。
【００３５】
風車に当たる風が強ければ強いほど、風車は高速で回転し、または高トルクを出すことが可能となる。一方で、自然界における風速は思いのほか高いものである。例えば、風力発電所を建設する際には数十〜数百の大型風車を配置するが、これは常時一定数の風車が風力で破損することを想定したものである。
【００３６】
台風直下における風速４０ｍ／秒以上の風にも耐えられる風車を用意することは、１基の風車を継続運転をすることだけを考えれば好ましい。しかし、工場で用いる圧縮空気を風車で製造するような場合には、そのような風車は重量の面から不利となることも考えられる。
【００３７】
そこで本実施の形態では、風車、特にクロスフロー風車にあたる風を一定以上大きくしないことで風車の回転を抑制し、風車自体の破損を避ける方法を提示する。
【００３８】
クロスフロー風車は起動時のトルクを大きくすることができ、微風状態でも静止・回転を繰り返し回転力を発生させることができる利点がある。また、方位制御機構を省略できることでコストの面でも優位である。従って、本実施の形態としては風車１００にクロスフロー風車１００aを用いることを想定する。
【００３９】
図２は、クロスフロー風車１００ａの羽根車Ａ及び筐体Ｂを側面から見た図である。また、図３はクロスフロー風車１００ａを上部方向から見た際の概念図である。
【００４０】
クロスフロー風車１００ａは、羽根車Ａと筐体Ｂを含んで構成される。
羽根車Ａは風力により回転することで、回転運動（回転エネルギー）を得るための羽根車である。筐体Ｂは羽根車Ａを収納・固定するための構造部材（筐体）である。
【００４１】
クロスフロー風車１００ａの羽根車Ａは、上部円盤１０１、下部円盤１０２、構造支持部材１０３、羽根１０４を含んで構成される。また、上記の一部の構造物はピンｐによって固定される。
【００４２】
上部円盤１０１、下部円盤１０２は、構造支持部材１０３、羽根１０４を固定するための羽根車Ａの構造部材である。
【００４３】
構造支持部材１０３は、羽根車Ａの回転軸を担うものであり、垂直（回転軸）方向の加重のみならず、羽根車Ａ自身の捻じれに対しても一定の強度を持つ必要がある。
【００４４】
構造支持部材１０３は、クロスフロー風車１００ａの羽根車Ａの回転軸にあたるように配置される。従って、構造支持部材１０３又はその延長用の部材は上部円盤１０１、下部円盤１０２から突出して、クロスフロー風車１００ａの筐体Ｂの上部軸受け１１７、下部軸受け１１８に挿入され、回転可能なように把持される。また、風車の回転エネルギーを伝達する為の風車側ドラム１５１も構造支持部材１０３またはその延長用の部材に固定される。このため構造支持部材１０３は、それらの外部からの加重にも耐える必要がある。
【００４５】
あわせて、構造支持部材１０３は、上部円盤１０１、下部円盤１０２の間隔を一定に保つための構造材（柱）としても良い。
【００４６】
羽根１０４は、クロスフロー風車１００ａの羽根車を回転させるべく風を受けるための羽である。羽根１０４は、抗力を生じさせるために所望の曲率を持っている。本実施の形態におけるクロスフロー風車１００ａの羽根車には羽根１０４は８枚設けている。しかし、羽根１０４の枚数は求めるトルクや回転数に応じて増減して良い。
【００４７】
羽根１０４は上部円盤１０１、下部円盤１０２にピンｐによって固定される。しかし、羽根１０４と上部円盤１０１、下部円盤１０２の位置関係は変化しないため、溶接など他の手段で固定しても問題はない。
【００４８】
また羽根１０４は上部円盤１０１、下部円盤１０２と接続される。このため、構造支持部材１０３とあわせて、または代わりにクロスフロー風車１００ａの羽根車の回転軸方向の加重及び回転軸の捻じれに対して一定の強度を負担するような構成にしても良い。
【００４９】
次に筐体Ｂについて説明する。
クロスフロー風車１００ａの筐体Ｂは上部天板１１１、下部天板１１２、移動ブレード１１３、支持ステー１１４、バネ１１５、筐体支持柱１１６、上部軸受け１１７、下部軸受け１１８を含んで構成される。また、移動ブレード１１３はガイドピンｇｐと回転基部ピンｂｐによって可動できるように固定される。
【００５０】
上部天板１１１は筐体Ｂの上部構造物を担う天板である。また、 下部天板１１２は筐体Ｂの下部構造物を担う天板である。
【００５１】
上部天板１１１、下部天板１１２には、 移動ブレード１１３の一端を移動させるためのガイド用穴ｇが移動ブレード１１３の枚数分穿たれている。また、バネ１１５を固定する箇所（バネ固定点ｑ）も移動ブレード１１３の数だけ上部天板１１１などに設けられている。なお、図３では移動ブレード１１３は１０枚存在するため、ガイド用穴ｇ及びバネ固定点ｑもそれぞれ１０個存在している。
【００５２】
移動ブレード１１３は、羽根１０４に流入する風量を制御するための風量制御板である。
【００５３】
移動ブレード１１３の上面又は下面から見た一端は、回転基部ピンｂｐを介して回動可能なように上部天板１１１、下部天板１１２と固定されている。また回転軸方向を上下として、移動ブレード１１３を上面又は下面から見た別の一端はガイドピンｇｐを介してガイド用穴ｇに擦動可能な形で固定される。従ってガイド用穴ｇは、回転基部ピンｂｐと一定の距離を保つ円弧状の穴となる。
【００５４】
支持ステー１１４は、移動ブレード１１３の回転基部ピンｂｐ側の一端とバネ１１５を繋ぐ支柱（ステー）である。バネ１１５は、支持ステー１１４及び上部円盤１０１、下部円盤１０２に設けられたバネ固定点ｑとを接続するバネである。
【００５５】
筐体支持柱１１６は、上部天板１１１及び下部天板１１２を固定する柱状の剛体である。３点以上で支持すると安定して上部天板１１１を支えることができるため、筐体支持柱１１６は３本以上存在することが望ましい。ただし、１本または２本であっても確実に羽根車Ａを保持できれば問題ない。
【００５６】
上部軸受け１１７と下部軸受け１１８は、羽根車Ａから突出する構造支持部材１０３を保持することで羽根車Ａを回転可能な形で保持するための軸受けである。なお、本実施の形態では、軸受けの種類は特に制限するものではない。
【００５７】
図４は、筐体Ｂの中に羽根車Ａがどのように位置するかを表す要部拡大図である。
これまで述べてきたとおり、本実施の形態では、筐体Ｂの中に羽根車Ａを納める形になる。羽根車Ａと筐体Ｂの接続は、羽根車Ａから突出する構造支持部材１０３を筐体Ｂの上部天板１１１に設けられた上部軸受け１１７と下部天板１１２に設けられた下部軸受け１１８に挟み込まれることで羽根車Ａは固定される。
【００５８】
移動ブレード１１３、支持ステー１１４、バネ１１５は一組でひとつの遮風板１０を構成する。図５は遮風板１０が開いた状態を表す図である。また、図６は遮風板１０が閉じた状態を表す図である。なお、図６の矢印は風の当たる向きを表す。
【００５９】
無風状態または遮風板１０に当たる風がバネ１１５の弾性力より小さい場合には、バネ１１５によって移動ブレード１１３に固定されたガイドピンｇｐはガイド用穴ｇの最外周よりに位置し、遮風板１０が開いた状態となる。
【００６０】
しかし、移動ブレード１１３にあたる風がバネ１１５によって決定される所定の大きさを超えると、ガイドピンｇｐはガイド穴に沿って移動を開始する。この際、バネ１１５の弾性力と風力のバランスに応じて、移動ブレード１１３は移動する。
【００６１】
そして、一定の風力に達するとガイドピンｇｐはガイド用穴ｇの最奥（もっとも構造支持部材１０３に近い点）に到達する。このようになると、風は羽根１０４に直接あたらなくなる。
【００６２】
逆に遮風板１０が閉じた状態で風力が弱くなると、バネ１１５の弾性力が風力より勝ることとなり、ガイドピンｇｐはガイド用穴ｇの最奥から上部円盤１０１及び／または下部円盤１０２の外周方向に向けて移動を開始する。一定以下の風力になると、ガイドピンｇｐはガイド用穴ｇの最外周まで移動する。すなわち、ガイド用穴ｇにより移動ブレード１１３の開閉範囲が決定されることとなる。
【００６３】
このように、風力に従い開閉する遮風板１０の開度によって、クロスフロー風車１００ａの羽根車Ａの羽根１０４に直接当たる風を制御することができる。また風力が弱くなれば、人手を介することなく遮風板１０を元の位置に戻すことが可能となる。
【００６４】
なお、１組の遮風板１０に１枚の移動ブレード１１３が必要となる。また稼動を確実にするために、回転基部ピンｂｐ、ガイド用穴ｇ及びガイドピンｇｐは上部天板１１１、下部天板１１２の両方に対応してあったほうが良い。しかし、支持ステー１１４、バネ１１５は上部天板１１１、下部天板１１２の両方に対して存在しても、いずれか片方に対して存在しても問題はない。
【００６５】
本実施の形態では、遮風板１０は羽根１０４の外側に１０枚設けることを想定している。通常強風は一定の方向性を持ち、クロスフロー風車１００ａの全周から強風が吹くことはない。普通の場合、１０枚の遮風板１０のうち同時に３枚の遮風板１０が閉じきることがあってもそれ以上の遮風板１０が閉じることはない。従って、残りの開いた遮風板１０から入ってくる風によって、クロスフロー風車１００ａは一定の回転は得られることとなる。
【００６６】
本実施の形態の構成は、クロスフロー風車以外の種類の風車を用いても本実施の形態を実施することに支障はないことは言うまでもない。例えばサボニウス風車やダリウス風車といった他形式の垂直軸風車であっても遮風板１０の適用可能性がある。
【００６７】
また本実施の形態にかかわる構成は、風車１００の保護にかかわるものである。従って、第１の実施の形態と関係ない風車、たとえば発電用の風車、揚水用の風車などに対しても適用可能である。
【００６８】
また、クロスフロー風車１００ａの構成については種々の変形が考えられるが、本実施の形態の目的が達せられるのであれば、構成に変更を加えても問題はない。
【００６９】
例えば、図７は筐体Ｂの中に羽根車Ａがどのように位置するかを表す別の例の要部拡大図である。この図では図４と異なり、構造支持部材１０３が存在しない。この風車では、図７では図示しない羽根１０４で風車の構造を支える形をとっている。しかし、風車としての機能を担保できるのであれば、このような形であってもかまわない。
【００７０】
また局地的な風の性質に対応する場合であれば、遮風板１０が１組であっても問題はなく、このような極端な場合であっても本実施の形態の射程に含まれる。もちろん遮風板１０が２組以上であっても問題はない。
【００７１】
更には風量の調整、移動ブレード１１３の開度の調整の目的で、 移動ブレード１１３の上面又は下面からみて端部ではない任意の場所に回転基部ピンｂｐを設け、そこを軸に移動ブレード１１３を移動させても良い。
（第３の実施の形態）
【００７２】
次に動力変換機構２００について考察する。
図８は、第３の実施の形態にかかわる動力変換機構２００及びその周辺の機械的構成要素を表す図である。
【００７３】
動力変換機構２００は、風車１００の風車側ドラム１５１と、ベルト２０１と、クランクドラム２０２と、コネクティングロッド接続点２０３と、コネクティングロッド２０４を含んで構成される。
【００７４】
また動力変換機構２００は、アクチュエータ３００に接続されている。なお、本図におけるアクチュエータ３００は概念的なものであり、実際のアクチュエータ３００の構成を現すものではない。
【００７５】
風車側ドラム１５１は、風車１００によって作られる回転エネルギーをクランクドラム２０２に伝達するためのドラムである。風車側ドラム１５１は、風車１００の回転軸（第２の実施の形態では構造支持部材１０３）又はその延長上に固定される。
【００７６】
ベルト２０１は、風車側ドラム１５１との摩擦及びクランクドラム２０２との摩擦によって風車１００によって作られる回転エネルギーを伝達するベルトである。ベルト２０１の幅は、風車側ドラム１５１の軸方向の高さと概ね同一であればよい。
【００７７】
クランクドラム２０２は、そのクランクドラム回転軸２０２ｃから偏心した箇所にコネクティングロッド接続点２０３を持つドラムである。
【００７８】
コネクティングロッド接続点２０３は、クランクドラム２０２とコネクティングロッド２０４を接続する為の、クランクドラム２０２とコネクティングロッド２０４に設けられた穴、及びその穴にはめ込むピンである。コネクティングロッド接続点２０３のピンはクランクドラム２０２の穴及びコネクティングロッド２０４の穴と回動可能なように構成され、機械要素としてのクランクを構成する。
【００７９】
コネクティングロッド２０４は、その一端にコネクティングロッド接続点２０３を構成する穴を、もう一端にアクチュエータ接続点２０５を構成する穴を持つ剛体のロッド（棒）である。
【００８０】
アクチュエータ接続点２０５は、コネクティングロッド２０４とアクチュエータ入力部３３２（第４の実施の形態で述べる）が接続される。
【００８１】
アクチュエータ３００は、吸排気と往復運動によって図示しない空気室で空気を圧縮するアクチュエータである。このような機能を発揮するためには、アクチュエータ３００と動力変換機構２００が機械要素としてのクランクを形成する必要がある。従って、アクチュエータ３００内のシリンダの往復運動の延長線ＳＬ上に、クランクドラム回転軸２０２ｃが存在する必要がある。
【００８２】
次に、この動力変換機構２００の動作について説明する。
【００８３】
風を受けて風車１００が回ると、風車１００の回転軸に固定された風車側ドラム１５１も風車の角速度で回転を始める。風車の回転エネルギーは、風車側ドラム１５１とベルト２０１の摩擦力によってベルト２０１に伝達され、風車側ドラム１５１の外周の速度とほぼ等しい速度でベルト２０１も動き始める（ベルト２０１が滑る場合、ベルト２０１のほうが速度は劣る）。同様に、ベルト２０１とほぼ同じ速度で、クランクドラム２０２の外周はクランクドラム回転軸２０２ｃを中心に回転運動を始める。
【００８４】
クランクドラム２０２上にはクランクドラム回転軸２０２ｃと異なる箇所にコネクティングロッド接続点２０３がある。またアクチュエータ３００内のシリンダの往復運動の延長線ＳＬ上に、クランクドラム回転軸２０２ｃが存在する。これらにより、動力変換機構２００はクランクを構成し、アクチュエータ３００に対して往復運動のエネルギーを供給することが可能となる。
【００８５】
結果として、アクチュエータ３００に対して与えられた往復運動のエネルギーによって、アクチュエータ３００の本図では図示しない空気室で圧縮空気を生成することが可能となる。
【００８６】
なお、ここであげた動力変換機構２００はベルトドライブ機構及びクランク機構の組み合わせであり、機構の性質や機構の調整については各機構に準拠することとなる。例えば、クランクドラム２０２と風車側ドラム１５１の角速度が大きく異なる場合には、ベルトのすべりが大きくなりエネルギーの伝達効率が落ちる、風車側ドラム１５１の直径よりもクランクドラム２０２の直径が小さいとクランクドラム２０２の角速度は風車側ドラム１５１の角速度より大きくなる（エネルギーロスがない場合）、クランクドラム２０２の直径が大きくなればなるほどトルクは向上するが角速度は落ちる、などである。
【００８７】
また、構造支持部材１０３とクランクドラム回転軸２０２ｃを結ぶ軸と、クランクドラム回転軸２０２ｃとアクチュエータ接続点２０５を結ぶ軸との間の角度（図４ではθ）は任意に設定可能である。風車側ドラム１５１との干渉を防ぐよう高低差をつければ、アクチュエータ３００を風車側ドラム１５１の直下に配置することも可能である。
【００８８】
また、歯車機構やチェーンドライブ機構に比べると、ベルトドライブ機構はすべりの発生によりエネルギー伝達効率が落ちる。このため、伝達効率の向上を図るのであれば、ベルトドライブ機構ではなく歯車機構やチェーンドライブ機構を採用することも考えるべきである。このようにベルトドライブ機構以外の機構を用いた場合であっても、本実施の形態の射程に含まれることは言うまでもない。
（第４の実施の形態）
【００８９】
次にアクチュエータ３００について考察する。
本発明においてアクチュエータ３００は、動力変換機構２００によって回転運動から往復運動に変換されたエネルギーを用いて空気を圧縮する機械要素である。より細かく検討すると、アクチュエータ３００の持つ図１では図示しないシリンダのシリンダヘッドの押引によって空気の吸入圧縮を行う。通常のアクチュエータでは往復運動のうち、「往」又は「復」のいずれか一方で吸入または圧縮を行う。
【００９０】
これに対し本実施の形態では、「往」又は「復」いずれであっても吸入圧縮を行うことで、アクチュエータの数当りの圧縮空気の生成量を増やす方法を提案する。
【００９１】
図９は、第４の実施の形態にかかわるアクチュエータ３００aの断面図である。
本実施の形態にかかわるアクチュエータ３００aは、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒ、シリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒ、気室３０３Ｌ、３０３Ｒ、吸入口側逆止弁３０４Ｌ、３０４Ｒ、排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒ、シリンダ間接続部材３３１、アクチュエータ入力部３３２、接続筒３３３を含んで構成される。
【００９２】
アクチュエータ３００aはシリンダを二つ含む構成をとる。このため、シリンダにかかわる部材は必ず二つ含まれることとなる。この二つは同じ機能（ただし設計によっては二つのシリンダは異なる仕様であってもよい）のため、「Ｌ」と「Ｒ」と図番に付記し一括して説明する。なお、図の便宜上「Ｌ」と「Ｒ」としているのみであり、機構的に解決できるのであれば、縦に配置しても良い。
【００９３】
シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒは、アクチュエータ３００ａ内に含まれる二つのシリンダの外筒である。従って、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒは向き合い、その内部をお互いに向ける形で配置される。
【００９４】
シリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒは、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒと組み合わせて気室３０３Ｌ、３０３Ｒを構成するシリンダ構成部材の一つである。シリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒは、 それぞれシリンダ間接続部材３３１に接続される。
【００９５】
本実施の形態のアクチュエータ３００ａは、一つの シリンダ間接続部材３３１の往復運動によって、二つのシリンダで吸入・圧縮を行う点に特徴がある。従って、シリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒをシリンダ間接続部材３３１に接続した後、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒをシリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒに被せる形でアクチュエータ３００ａは組上げられる。
【００９６】
なお、実際のシリンダのシリンダヘッドには、気密を高めるためのＯリングなどが設けられる。これらについては、本発明でも同様なため説明は省略する。ただし、シリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒに、これらの付属部材が存在しないわけではないことは明記する。
【００９７】
気室３０３Ｌ、３０３Ｒは、吸入口側逆止弁３０４Ｌ、３０４Ｒから吸入される空気を圧縮する空間である。気室３０３Ｌ、３０３Ｒは、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒとシリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒによって作られる。気室３０３Ｌ、３０３Ｒで圧縮された空気は 排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒを通って 貯蔵タンク４００へ排出される。
【００９８】
吸入口側逆止弁３０４Ｌ、３０４Ｒは、外部から気室３０３Ｌ、３０３Ｒに空気を取り入れるための逆止弁である。吸入口側逆止弁３０４Ｌ、３０４Ｒには、図示しないエアフィルタを繋げて異物の吸入を防止することや、図示しない水分吸着フィルタを繋げて圧縮時に顕在化する水の混入（圧縮空気を塗装など用いる際には問題となる）を防止することも考えられる。ただし、本実施の形態と直接関係しないためエアフィルタなどの説明はここでは省略する。
【００９９】
一方、排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒは、圧縮された空気を貯蔵タンク４００へ排出するための逆止弁である。吸気時に貯蔵タンク４００から気室３０３Ｌ、３０３Ｒへの逆流を防止するために、アクチュエータ３００と貯蔵タンク４００の接続には逆止弁を用いる必要があり、排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒはこのためのものである。上述した機能を果たすために排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒは、貯蔵タンク４００に接続される。今回は排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒを同一の貯蔵タンク４００に接続しているが、それぞれ異なる貯蔵タンクに接続しても良い。
【０１００】
なお、図では排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒを気室３０３Ｌ、３０３Ｒに直接繋げている。しかし、気室３０３Ｌ、３０３Ｒに安全弁を設け、所望の圧力以上になって初めて逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒを経由して貯蔵タンク４００に圧縮空気を流出させるようにするようにしても良い。このようにすることで、貯蔵タンク４００とアクチュエータ３００ａの設計を切り離し、アクチュエータ３００ａ単体の設計の変更、性能の見切りをやり易くする利点がある。
【０１０１】
シリンダ間接続部材３３１は、シリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒを定間隔で固定するための構造部材である。シリンダ間接続部材３３１には、アクチュエータ入力部３３２が設けられる。
【０１０２】
アクチュエータ入力部３３２は、外部（本発明では動力変換機構２００）からの往復運動エネルギーによってシリンダ間接続部材３３１及びそれに接続されたシリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒを動かすための棒状の部材である。アクチュエータ入力部３３２には、コネクティングロッド２０４を接続するための固定用構造、たとえばネジ山やピンの穴が設けられている。
【０１０３】
アクチュエータ入力部３３２とコネクティングロッド２０４は回動可能に接続する必要がある。従って、コネクティングロッド２０４の開口部にアクチュエータ入力部３３２を機械的な接続なしのフリーな状態で挿入する。そのあとでアクチュエータ入力部３３２の例であげたネジ山にコネクティングロッド２０４の開口部より大きいネジをはめ込んだり、同じくアクチュエータ入力部３３２の例であげたピンの穴に脱落防止用のピンを嵌めるなどで、アクチュエータ入力部３３２からコネクティングロッド２０４が脱落することを防止する。
【０１０４】
接続筒３３３は、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒを一定の間隔で固定するための構造部材（両端が開口された筒）である。接続筒３３３には、アクチュエータ入力部３３２を突出させるための、開口部が設けられている。
【０１０５】
なお、アクチュエータ入力部３３２から入力される往復運動エネルギーの振幅によって、接続筒３３３の長さ、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒの距離、シリンダ間接続部材３３１によって決定されるシリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒの距離が決まる。止点到達前にシリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒがシリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒにあたったり、吸気時にシリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒがシリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒから脱落するのではピストンの機能が発揮されないので、設計時に注意が求められる。
【０１０６】
なお、シリンダ外筒３０１Ｌ、３０１Ｒを一定の間隔で固定し、かつアクチュエータ入力部３３２にコネクティングロッド２０４が接続可能なように突出できれば、 接続筒３３３は「筒」という形状にはこだわらない。
【０１０７】
以上のように、本実施の形態のアクチュエータ３００ａは単一のシリンダ間接続部材３３１に接続された２つのシリンダヘッド３０２Ｌ、３０２Ｒを含む２つのシリンダを内包する点が特徴となる。
【０１０８】
次にアクチュエータ３００ａの動作について説明する。なお、以下では図１０から図１３を用いて説明するが、各図の、吸入口側逆止弁３０４Ｌ、３０４Ｒと排気口側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒ上に描かれる矢印は、その矢印の方向に逆止弁中を空気が流れていることを表す。
【０１０９】
静止状態のアクチュエータ３００ａを動かす際には、アクチュエータ入力部３３２に往復運動のエネルギーを伝達する。
【０１１０】
アクチュエータ入力部３３２に往復運動のエネルギーが伝達されると、一方の気室に吸入口側逆止弁から空気が流入し、他方の気室では空気の圧縮が開始される。
【０１１１】
図１０は第４の実施の形態に関わるアクチュエータ３００ａの気室３０３Ｌが圧縮、３０３Ｒが吸気時の圧縮吸気状態を表す概念図である。ここでは、気室３０３Ｌで圧縮が、気室３０３Ｒでは吸気がそれぞれ開始されている。この際、吸入口側逆止弁３０４Ｒから気室３０３Ｒに空気が吸入される。一方、気室３０３Ｌの内圧が貯蔵タンク４００の内圧より高くなるまで気室３０３Ｌでは圧縮が継続される。
【０１１２】
図１１は、第４の実施の形態に関わるアクチュエータ３００ａの気室３０３Ｌが排気、３０３Ｒが吸気時の排気吸気状態を表す概念図である。
【０１１３】
気室３０３Ｌの気圧が貯蔵タンク４００の内圧を超えると、排気口側逆止弁３０５Ｌから圧縮空気が貯蔵タンク４００に向かって流れ出す。一方、アクチュエータ入力部３３２から入力される往復運動のエネルギーが同じ方向（＝気室３０３Ｒを拡張する方向）へのものであれば、気室３０３Ｒでの吸気は続行される。
【０１１４】
図１２は、第４の実施の形態に関わるアクチュエータ３００ａの気室３０３Ｌが吸気、３０３Ｒが圧縮時の吸気圧縮状態を表す概念図である。
【０１１５】
アクチュエータ入力部３３２から入力されるエネルギーは往復運動にかかわるものである。従って、往復運動の止点に到達すると気室３０３Ｌで吸気が、気室３０３Ｒで排気が開始される。これは気室及びその逆止弁の役割が入れ替わっただけで図１０同様の吸気圧縮状態である。図１０と図１２の相違点は、気室の役割が変わったことである。図１２では、吸入口側逆止弁３０４Ｌから気室３０３Ｌに空気が吸入される。
【０１１６】
図１３は、第４の実施の形態に関わるアクチュエータ３００ａの気室３０３Ｌが吸気、３０３Ｒが排気時の吸気排気状態を表す概念図である。これも図１１と同様に気室３０３Ｒの気圧が貯蔵タンク４００の内圧を超えると、排気口側逆止弁３０５Ｒから圧縮空気が貯蔵タンク４００に向かって流れ出す。
【０１１７】
以降、気室の役割、及びそれに伴う各逆止弁の有効性を入れ替えながら、アクチュエータ３００ａは圧縮空気の生成を続けることとなる。
【０１１８】
以上のようにすることで、アクチュエータ３００ａのアクチュエータ入力部３３２に与える運動エネルギーがいずれの方向であっても空気の圧縮が行うことが可能となる。これにより、アクチュエータ単位での圧縮空気の生成量が増すという利点がある。
【０１１９】
なお、本実施の形態にかかわる発明はアクチュエータ３００に関するものであり、風車１００などのほかの構成要素については影響されない。従って、風車に変えて水車など他の動力源を用いて圧縮空気を製造する場合であっても、本実施の形態の適用は可能である。
【０１２０】
また、吸気側逆止弁３０４Ｌ、３０４Ｒを貯蔵タンク４００に、排気側逆止弁３０５Ｌ、３０５Ｒを外気に露出することで、貯蔵タンク４００の減圧に用いることができることも本実施の形態の射程に含まれる。
【０１２１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、風力を動力源として圧縮空気を生成する方法を想定しているが、必ずしもこれに限るものではない。
また、本発明にかかわる要素技術は風力を動力源とする場合以外であっても、適用可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
Ａ…羽根車、
Ｂ…筐体、
ｇ…ガイド用穴、
ｇｐ…ガイドピン、
１０…遮風板、
１００…風車、
１００ａ…クロスフロー風車、
１０１…上部円盤、
１０２…下部円盤、
１０３…構造支持部材、
１０４…羽根、
１１１…上部天板、
１１２…下部天板、
１１３…移動ブレード、
１１４…支持ステー、
１１５…バネ、
１１６…筐体支持柱、
１１７…上部軸受け、
１１８…下部軸受け、
１５１…風車側ドラム、
２００、２００ａ…動力変換機構、
２０１…ベルト、
２０２…クランクドラム、
２０２ｃ…クランクドラム回転軸、
２０３…コネクティングロッド接続点、
２０４…コネクティングロッド、
２０５…アクチュエータ接続点、
３００、３００ａ…アクチュエータ、
３０１Ｌ、３０１Ｒ…シリンダ外筒、
３０２Ｌ、３０２Ｒ…シリンダヘッド、
３０３Ｌ、３０３Ｒ…気室、
３０４Ｌ、３０４Ｒ…吸入口側逆止弁、
３０５Ｌ、３０５Ｒ…排気口側逆止弁、
３３１…シリンダ間接続部材、
３３２…アクチュエータ入力部、
３３３…接続筒、
４００…貯蔵タンク。
【図１】
2014084743.tif 000003
【図２】
2014084743.tif 000004
【図３】
2014084743.tif 000005
【図４】
2014084743.tif 000006
【図５】
2014084743.tif 000007
【図６】
2014084743.tif 000008
【図７】
2014084743.tif 000009
【図８】
2014084743.tif 000010
【図９】
2014084743.tif 000011
【図１０】
2014084743.tif 000012
【図１１】
2014084743.tif 000013
【図１２】
2014084743.tif 000014
【図１３】
2014084743.tif 000015