(57)【要約】      （修正有）【課題】  水車と水車ケースの間に多少の隙間があっても高いトルクを効率よく出力し、且つ設置スペースの小さい水道水利用のアクチュエータを供給する事を目的とする。【解決手段】  複数個の水車を並列に連結し、各水車を夫々水車ケースにより区分けし、各水車ケース間の水路を意図的に湾曲させて並列の水車が同一水路上に位置する事を考えた。回転軸を利用して水車を並列に連結することにより各水車の出力を容易に集結する事が可能となり、高い出力トルクを得ることが出来る。【選択図】図１
2006077746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道水の水圧および水流を利用して水車を回転させるアクチュエータで、
（Ａ）少なくとも２つ以上の水車を並列に設け、各水車は回転軸を介して連結しており、水車の回転力を回転軸より出力する。
（Ｂ）各水車は各々水車ケースで区切られている。
（Ｃ）各水車ケースには水道水が流入する流入口および水道水が流出する流出口が夫々設けられている。
（Ｄ）１つ目の水車ケースの流出口と２つ目の水車ケースの流入口間に水路を設けており、水車ケースが３つ以上の場合は同様にして各水車ケース間に水路を設ける。
（Ｅ）水道水が１つ目の水車ケースの流入口よりアクチュエータ内に流入し、各水車ケース内を経由して最終的に水道水は最後の水車ケースの流出口よりアクチュエータ外に流出する構造。
以上のごとく構成されたアクチュエータ。
【請求項２】
常にアクチュエータ内に水を満たしている事を特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
各水車ケース間の水路を水車ケースと一体化した事を特徴とする請求項１、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載のアクチュエータの回転軸にブロアを接続した風力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は水道水の配管やホースに接続し、水道水の水流および水圧を利用して水車を回させ、回転軸より高トルクを出力するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】従来の技術として水道水の配管やホースに接続し、水道水の水力（水流および水圧）を利用して水車を回転させ、その回転力を出力するアクチュエータがある。その機構は簡単で水道水の水路上に水車を設けて水車を回転させ、水車と連結している回転軸より出力するものである。【０００３】上記のような従来のアクチュエータの使用例として例えば、特開２００２−３３２９４７、特開平１１−０３７０３６、特開平０８−０４２４４０、実開平０５−００７９７４、実開昭６１−８３２０２、は水道管の圧力水流を利用して水車を回し、その回転力を利用して発電機を駆動させる発電装置等を開示している。特開２０００−０８４５００、実開昭６２−１１１４３２、実開昭６２−０５２４４４、実登３０３７９４３、は水道水を利用して水車を回転させてその力を利用し、ブラシ等を回転させる回転式洗浄機等を開示している。実開平０６−０５８８３６、実開昭６１−１４０７４３、実登３００６１８２、は水道の圧力利用して水車を回し、その回転力を利用して米を研ぐ水圧米洗い器を開示している。【０００４】しかし、従来の水道水を利用するアクチュエータは１つの水車を利用するものが殆どで、高いトルクを出力することが非常に難しく、場合によっては使用負荷に耐えられずにアクチュエータの回転が遅くなったり停止してしまったりするときがある。従来の技術からは流水量及び水圧に限界のある水道水を利用して高い出力トルクを得ることは非常に困難である。【０００５】水車の直径を大きくすると出力トルクは大きくなるが回転数が小さくなってしまい、また水車の設置スペースが大きくなってしまうという問題が生ずる。複数の水車を水道管上に直列に配置し、夫々の水車の出力軸をチェーン等により連結し出力を集結ことによりトルクを上げることは可能であると思うが、装置自体が大きくなってしまうという欠点がある。またアクチュエータの出力トルクを高くする方法として、水車とアクチュエータの水車ケースとの隙間を極力少なくする方法が考えられるが、隙間精度が必要になるために設計及び製造が難しくなりコストが掛かるという問題がある。また、水車の縁にゴム等のシール材を設けて水車ケースとの隙間を無くす事も考えられるが、水車に抵抗が掛かり回転し難くなり、シール材が磨耗すると水車と水車ケースの間に隙間が生じてトルクを高くすることは難しい。【０００６】川の水流に設置した水車であれば水車の幅を大きくすることにより出力軸のトルクを大きくすることは可能である。しかし水道水の場合は水圧および水量に限界があり、水車の幅を大きくすると水流面積が大きくなることから水圧および水流が小さくなるので出力軸のトルクを大きくすることは非常に難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】水車と水車ケースの間に多少の隙間があっても高いトルクを効率よく出力し、且つ設置スペースの小さい水道水利用のアクチュエータを供給する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】従来の水道水を利用して動力を出力するアクチュエータは、水道水を水車に当てて水車を回して回転力を出力する簡単な構造で、回転力のトルクを効率よく出力することは出来なかった。そこで本発明者は水道水を利用して回転軸より高トルクを出力できるアクチュエータを発明するに当たり鋭意検討した。本発明者は、まず水道水の同一水路上に複数個の水車を設置し、各水車の出力を集結することを考えた。しかし通常水道水の水道管（水路）は直線なので、水車を直列に配置すると設置場所が大きくなるばかりでなく、水車の出力を集結する為に各水車の軸を連結する為にチェーン等が必要になりコストが掛かるばかりでなく装置自体が大掛かりになってしまう。【０００９】そこで本発明者は複数個の水車を並列に連結し、各水車を水車ケースにより区分けし、水道水の水路を意図的に湾曲させて並列の水車が同一水路上に位置する事を考えた。回転軸を利用して水車を並列に連結することにより各水車の出力を容易に集結する事が可能となり、高い出力トルクを得ることが出来る。【００１０】本発明のアクチュエータは回転軸を用いて並列に連結した少なくとも２つ以上の水車を設け、夫々の水車を水車ケースによって区分けする。夫々の水車ケースには水の流入口と流出口が設けられており、１つ目の水車ケースに流入した水は１つ目の水車に回転力を与えてその水車ケースの流出口より流出する。そして１つ目の水車ケースから流出した水は湾曲させた水路を通り２つ目の水車ケースの流入口に流入し、２つ目の水車に回転力を与えて２つ目の水車ケースの流出口から流出する。このような動作を繰り返すことにより、１つの水路上に少なくとも２つ以上の水車が存在することとなり、各水車を水力により回転させることが出来るので効率よくトルクを高くすることが可能となる。しかも各水車が並列に連結しているので装置自体がコンパクトにする事が出来る。【００１１】仮に水車と水車ケースの間に大きな隙間があった場合、水道水は水車の羽根に当たらずにその隙間を流れてしまうので水車を回転させることは出来ない。つまり、水道水は水車の羽根に当たって水車に回転力を与える。当然水車の羽根の枚数が多い方が、水道水が羽根に当たる確率も大きくなり、トルクの発生効率が良くなる。【００１２】従来のアクチュエータでは水車が１つしか設けられていないので、水車の羽根の枚数は１つの水車分しか設けることが出来ない。従って、水車と水車ケースの間に隙間が少しでもある場合には水車の回転力に大きな影響を及ぼす。しかし本発明のアクチュエータには複数個の水車を同一水路上に設けているので、つまり同一水路上に数多くの水車の羽根を存在させることが出来るので、水車と水車ケースの間に多少の隙間があっても効率よくトルクを発生することが可能である。従って、水車と水車ケースの隙間面積が同じである場合は水車の枚数が多いほどトルクを高くすることが出来る。水車の枚数を増やすことにより、水車と水車ケースの隙間精度が然程必要ではなくなるので、アクチュエータの設計および製造が簡単になり、製造コストを削減することが可能である。【００１３】次に本発明者は、各水車ケースと各水車ケース間の水路を一つのケースとして設けることにより更にコンパクトなアクチュエータを考えた。本発明のアクチュエータに使用する各水車ケース間の湾曲した水路を水車ケースと一体化することにより、水車ケースと水車を組み合わせることだけでアクチュエータを製作することが出来る。各水車間の水路を接続する手間が省け、製造コストを下げることが可能となる。また、よりコンパクトなアクチュエータとなり外観も良くなる。連結する水車及び水車ケースの数量は必要なトルクの大きさに応じて決定すれば良い。【００１４】水道水がアクチュエータ内、つまり１つ目の水車ケースに流入する際にアクチュエータの中に水が無い場合、１つ目の水車に水が当たり１つ目の水車は回転しようとするが、１つ目の水車を除く他の水車には水が当たらず回転力が加わらない。つまりアクチュエータの始動時には１つ目の水車しか回転させることが出来ないので高いトルクの出力は非常に困難である。そこで本発明者は予めアクチュエータ内に水を満たしておくことを考えた。こうすることにより水道水がアクチュエータに流入したと同時にパスカルの原理により全水車に水圧が一斉に掛かり、それと同時に水がアクチュエータ外に流出しようとするので全水車が同時に回転を開始することが出来る。つまり常にアクチュエータ内に水を満たしていれば、アクチュエータの始動時トルクを高くすることが可能となる。【００１５】本発明によりアクチュエータの出力軸のトルクを高くすれば、ギアを利用して出力軸の回転数を高くしても高トルクを維持できるので、例えば本アクチュエータの高速回転の出力軸にモータ等を接続すれば発電が容易になる。また、水道の蛇口に本発明のアクチュエータを設置し、出力軸にブロアを接続すれば強力な風を発生させる事が可能となり、濡れた手を乾燥すること等に用いることが出来る。ここで言うところのブロアとは例えばシロッコファン、クロスファン、プロペラ等の風を起こす機器である。【００１６】本発明のアクチュエータは非常にコンパクトなので水道水の流れるパイプ及びホースに接続すればいかなる場所でも使用可能である。【００１７】即ち、本発明は（１）水道水の水圧および水流を利用して水車を回転させるアクチュエータで、
（Ａ）少なくとも２つ以上の水車を並列に設け、各水車は回転軸を介して連結しており、水車の回転力を回転軸より出力する。
（Ｂ）各水車は各々水車ケースで区切られている。
（Ｃ）各水車ケースには水道水が流入する流入口および水道水が流出する流出口が夫々設けられている。
（Ｄ）１つ目の水車ケースの流出口と２つ目の水車ケースの流入口間に水路を設けており、水車ケースが３つ以上の場合は同様にして各水車ケース間に水路を設ける。
（Ｅ）水道水が１つ目の水車ケースの流入口よりアクチュエータ内に流入し、各水車ケース内を経由して最終的に水道水は最後の水車ケースの流出口よりアクチュエータ外に流出する構造。
以上のごとく構成されたアクチュエータ。
（２）常にアクチュエータ内に水を満たしている事を特徴とする（１）記載のアクチュエータ。
（３）各水車ケース間の水路を水車ケースと一体化した事を特徴とする（１）、（２）に記載のアクチュエータ。
（４）（１）から（３）に記載のアクチュエータの回転軸にブロアを接続した風力発生装置。である。
【発明の効果】
【００１８】本発明により水道水のように限られた流量および水圧でも水車の回転数を維持しつつ、出力軸のトルクが大きいしかもコンパクトなアクチュエータを提供することができる。また、水車と水車ケース間に多少の隙間があっても出力軸のトルクが大きいアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】以下、本発明を詳細に説明する。本発明のアクチュエータは少なくとも２つ以上の水車を並列に設けている。この水車は回転軸を介して並列に連結されており、各水車は各々水車ケースにより個別に区切られている。個室化された水車室のようなものである。各水車ケースには水道水の流入口及び流出口が設けられている。水道水は１つ目の水車ケースの流入口より流入して水車を回転させ、同水車ケースの流出口より流出する。１つ目の水車ケースの流出口と２つ目の水車ケースの流入口間に湾曲させた水路を設け、１つ目の水車ケースの流出口より流出した水道水は２つ目の水車ケースの流入口へと移行する。２つ目の水車ケースに流入した水道水は２つ目の水車を回転させ、同水車ケースの流出口より流出する。このような動作を繰り返して水道水は必要個数の水車および水路を経由し、最終的には最後の水車ケースの流出口より流出してアクチュエータ外に流出する。こうすることにより１つの水路上に少なくとも２つ以上の水車が存在することになる。各水車は回転軸を介して並列に連結されているので、水道水により加えられた各水車の回転力は回転軸に集結されて大きなトルクを発生する事が可能となる。【００２０】仮に水車と水車ケースの間に大きな隙間があった場合、水道水は水車の羽根に当たらずにその隙間を流れてしまうので水車を回転させることは出来ない。つまり、水道水は水車の羽根に当たって水車に回転力を与える。当然水車の羽根の枚数が多い方が、水道水が羽根に当たる確率も大きくなり、トルクの発生効率が良くなる。【００２１】本発明のアクチュエータには複数個の水車を同一水路上に設けており、同一水路上に数多くの水車の羽根を存在させることが出来るので、水車と水車ケースの間に多少の隙間があっても効率よくトルクを発生することが可能である。更に水車と水車ケースの隙間精度が然程必要ではなくなるので、アクチュエータの設計および製造が簡単になり、製造コストを削減することが可能である。【００２２】水道水は先ず１つ目の水車ケースに流入するが、このとき水車ケース内に水道水が入っていない場合は１つ目の水車しか回転させることができない。つまりアクチュエータの始動時には１つの水車しか回転させることが出来ないので出力トルクを高くすることは非常に難しい。そこで本発明者は、予め水車ケース内に水を充填しておく事を考えた。水車ケース内に水が満たされていれば水道水がアクチュエータに流入するとパスカルの原理により各水車ケース内の全ての水車に同時に水圧が掛かり、それと同時に水道水がアクチュエータ外に流出するので水道水の水流がアクチュエータ内全てに起こり、各水車を一斉に回転させることが可能となる。つまり各水車に回転力を同時に与えることが出来るので、アクチュエータの始動時トルクを高くすることが可能となる。【００２３】本発明のアクチュエータに使用する各水車ケース間の湾曲した水路を水車ケースと一体化することにより、水車ケースと水車を組み合わせることだけでアクチュエータを製作することが出来る。各水車間の水路を接続する手間が省け、製造コストを下げることが可能となる。また、よりコンパクトなアクチュエータとなり外観も良くなる。連結する水車及び水車ケースの数量は必要なトルクの大きさに応じて決定すれば良い。【００２４】ここで水車とは、水の流れる力を回転力に変換するもので、水車が水力で回転しさえすれば水車の羽根の形状および枚数は如何様でも良い。回転軸の軸径は特定しない。例えば１つ目と２つ目の水車を結合する軸の径と、２つ目と３つ目の水車を結合する軸の径は必ずしも同じでなくても良い。水車ケースは隣の水車同士を区切ってさえすればその形状は特定しない。本発明で述べるところの水路とは水道水の通る道筋のことで、管やホース、および水車ケース内の水道水の通るところを言い、水道水が最終的にアクチュエータ外に流出するまでの経路である。本発明は主に水道水を利用としているが、地下水をポンプ等で移動することにより水圧及び水流を起こしたりして、水道水と同様に使用できる様でれば如何なる水でも本発明のアクチュエータの使用は可能である。２つ目の水車ケースおよび水車は必ずしも１つ目の水車ケースおよび水車に隣接していなくても良い。
【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】まず図−１に本発明のアクチュエータの斜視説明図を記す。また、図−１のＡ−Ａ断面図を図−２に示す。図−１では水車ケース３つ並列に設けられている。各水車ケース内には夫々水車４が設けられている。各水車は回転軸６を介して連結している。１つ目の水車ケース１には水道水の流入口１ａと水道水の流出口１ｂが設けられている。同様に２つ目の水車ケース２、および３つ目の水車ケース３にも夫々流入口２ａ，３ａと流出口２ｂ，３ｂが設けられている。ここでは３つ目の水車ケースが最後の水車ケースとなる。【００２６】水道水は先ず１つ目の水車ケース１の流入口１ａより矢印Ｙ１の如くアクチュエータ内に流入し水車の羽根５に当たり水車４を回転させる。次に水道水は１つ目の水車ケース１の流出口１ｂから流出し、矢印Ｙ２の如く湾曲した水路を通り２つ目の水車ケース２の流入口２ａより流入する。流出口１ｂおよび２ｂから流入口２ａおよび３ａ間の湾曲した水路としては水道用ホースや配管を接続すればよい。１つ目の水車ケース１の場合と同様にして、２つ目の水車ケース２の流入口２ａより流入した水道水は２つ目の水車を回して流出口２ｂより流出する。上記動作を繰り返して最終的には最後の（この場合は３つ目の）水車ケース３の流出口３ｂより水道水はアクチュエータ外に流出する。こうする事により複数の並列した水車４が１つの水路上に存在することになり、各水車に与えられた回転力は回転軸６より集結して出力される。
【実施例２】
【００２７】次に水車ケースと湾曲した水路を一体とした場合の側面透過説明図を図−３に示す。また、その上面透過説明図を図−４に示す。水道水が通る経路は図−１で説明した場合と同じである。水道水は１つ目の流入口１ａよりアクチュエータ７内に流入し、最終的には最後の流出口ｍｂよりアクチュエータ７外に流出する。回転軸６は軸受け９により回転し易くなっている。回転軸６にはパッキン８が設けられており、回転軸６の隙間から水道水の漏洩が起こらないのでアクチュエータ７内に水圧を掛けることが出来る。ここでは各水車ケースは既に結合されているが、結合する前は例えば図−３のＢ１、Ｂ２で区切ることにより１つの水車ケース部品１０が出来る事になる。水車ケース部品１０の上面透過図を図−５に示す。ここで図−５に示す水車ケース部品をｎ番目のものとすると、ｎ番目の流入口は流入口ｎａであり、ｎ番目の流出口は流出口ｎｂである。また、ｎ＋１番目の流入口は流入口ｎ＋１ａであり、ｎ＋１番目の流出口は流出口ｎ＋１ｂである。水車ケース部品１０を組み立てることにより結合した水車ケースを作ることが可能になる。その斜視説明図を図−６に示す。図−６に示すように各水車４に回転軸６を通して、各水車４の間に水車ケース部品１０を組み立てれば簡単に本発明のアクチュエータを製造することが可能である。１番目の水車ケース部分と最後の水車ケース部分には夫々流入口１ａと流出口ｍｂおよびベアリング９とパッキン８を設けてやれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００２８】本発明のアクチュエータは水道水の流れる配管及びホース等に接続すれば如何なる所でも使用は可能である。本発明のアクチュエータを水道管に設置し、出力軸をモータ等に接続すれば容易に発電が可能となる。また、水道の蛇口に本発明のアクチュエータを設置し、出力軸にブロアを接続すれば強力な風を発生させ、濡れた手を乾燥する事等に用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】    アクチュエータを示した斜視説明図である。
【図２】    図−１に示すＡ−Ａの断面図である。
【図３】    水車ケースと湾曲した水路を一体化したアクチュエータを示す側面透過説明図である。
【図４】    水車ケースと湾曲した水路を一体化したアクチュエータを示す上面透過説明図である。
【図５】    水車ケース部品を示す上面透過図である。
【図６】    水車ケース部品を使用したアクチュエータの組立てを示す斜視説明図である。
【符号の説明】
【００３０】１  １番目の水車ケース
２  ２番目の水車ケース
３  ３番目の水車ケース
４  水車
５  水車の羽根
６  回転軸
７  アクチュエータ
８  パッキン
９  軸受け
１０  水車ケース部品
１ａ  １つ目の流入口
１ｂ  １つ目の流出口
ｎａ  ｎ番目の流入口
ｎｂ  ｎ番目の流出口
ｍｂ  最後の流出口
【図１】
2006077746.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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