(57)【要約】【課題】構造が簡単で故障が少ない風を利用した動力装置を提供する。【解決手段】垂直に配置され、少なくとも一方を回転自由に支持された垂直回転軸１２と、垂直回転軸１２に直角交叉して取付けられた軸受部１３〜１５と、軸受部１３〜１５によって実質的に９０度回転可能に支持され、垂直回転軸１２を中央にして両側に伸びる突出軸部３８、３９を備えた一体型の水平軸１６〜１８と、水平軸１６〜１８の両側に実質的に９０度取付け位相を変えて固定され、風の抵抗を最大限に受ける垂直状態と風の抵抗が最小限となる水平状態との間を、垂直回転軸１２の回転に応じて交互に変わる第１、第２の羽根部材１９〜２４とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に配置され、少なくとも一方を回転自由に支持された垂直回転軸と、
前記垂直回転軸に直角交叉して取付けられた軸受部と、
前記軸受部によって実質的に９０度回転可能に支持され、前記垂直回転軸を中央にして両側に伸びる突出軸部を備えた一体型の水平軸と、
前記水平軸の両側に実質的に９０度取付け位相を変えて固定され、風の抵抗を最大限に受ける垂直状態と、風の抵抗が最小限となる水平状態との間を、前記垂直回転軸の回転に応じて交互に変わる第１、第２の羽根部材とを有することを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項２】
請求項１記載の風を利用した動力装置において、前記水平軸の９０度回転の規制は、前記水平軸の左右にそれぞれ設けられた第１、第２の当て部材と、前記軸受部の左右にそれぞれ設けられ、前記第１、第２の当て部材にそれぞれ当接可能な第１、第２の受け部材とを有して構成されていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項３】
請求項２記載の風を利用した動力装置において、前記第１、第２の当て部材及び前記第１、第２の受け部材のいずれか一方には、ショックアブゾーバが設けられていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項４】
請求項１記載の風を利用した動力装置において、前記水平軸の９０度回転の規制は、前記突出軸部の直下にそれぞれ設けられ前記第１、第２の羽根部材が当接してその回転を停止するストッパー部材によって構成され、しかも該ストッパー部材の基部は前記垂直回転軸に固定されていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の風を利用した動力装置において、前記軸受部は前記垂直回転軸に対して隙間を有して複数設けられ、それぞれの前記軸受部に、前記第１、第２の羽根部材が固定された前記水平軸が設けられ、しかも、前記各水平軸の突出軸部は、平面的にみて、前記垂直回転軸を中心にして放射状に均等に配置されていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風を利用して回転動力を得て、例えば電力を発生させるのに使用する風を利用した動力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の風を直接受ける羽根部材を左右に備えた風力装置としては、例えば、特許文献１や、特許文献２に記載のものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−２０２６７９号公報（第１図、第７図）
【特許文献２】
特開２００２−２１７０６号公報（図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載のものは、左右の羽根部材の回転を機械的な機構を用いて行っており、その機構が複雑であり、結果として装置全体がコスト高になるという問題がある。
特に、特許文献２記載の開閉式風力回転機構においては、風を受ける羽根部材を固定する水平軸を回動する機構の他に、風向き方向を検知する方向翼を必要とし、その構成がより複雑となるという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、構造が簡単で故障が少ない風を利用した動力装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る風を利用した動力装置は、垂直に配置され、少なくとも一方を回転自由に支持された垂直回転軸（従って、垂直回転軸の上又は下のいずれか一方を回転自由に、若しくは垂直回転軸の上下のいずれをも回転自由に支持する場合がある）と、
前記垂直回転軸に直角交叉して取付けられた軸受部と、
前記軸受部によって実質的に９０度回転可能に支持され、前記垂直回転軸を中央にして両側に伸びる突出軸部を備えた一体型の水平軸と、
前記水平軸の両側に実質的に９０度取付け位相を変えて固定され、風の抵抗を最大限に受ける垂直状態と、風の抵抗が最小限となる水平状態との間を、前記垂直回転軸の回転に応じて交互に変わる第１、第２の羽根部材とを有している。
これによって、水平軸の一方の突出軸部の第１の羽根部材が垂直になった場合には、他方の突出軸部に設けられている第２の羽根部材は、水平になっている。これによって、第１、第２の羽根部材の角度が垂直回転軸の角度位置によって自動的に変わるので、複雑な水平軸の回転機構は必要としない。
【０００６】
また、第２の発明に係る風を利用した動力装置は、第１の発明に係る風を利用した動力装置において、前記水平軸の９０度回転の規制は、前記水平軸の左右にそれぞれ設けられた第１、第２のの当て部材と、前記軸受部の左右にそれぞれ設けられ、前記第１、第２の当て部材にそれぞれ当接可能な第１、第２の受け部材とを有して構成されている。これによって確実に、水平軸の回転角度を確保できる。
【０００７】
第３の発明に係る風を利用した動力装置は、第２の発明に係る風を利用した動力装置において、前記第１、第２の当て部材及び前記第１、第２の受け部材のいずれか一方には、ショックアブゾーバが設けられている。これによって、第１、第２の当て部材及び第１、第２の受け部材の摩耗を防止し、装置全体の長期の寿命を得ることができる。
【０００８】
第４の発明に係る風を利用した動力装置は、第１の発明に係る風を利用した動力装置において、前記水平軸の９０度回転の規制は、前記突出軸部の直下にそれぞれ設けられ前記第１、第２の羽根部材が当接してその回転を停止するストッパー部材によって構成され、しかも該ストッパー部材の基部は前記垂直回転軸に固定されている。
これによって、左右の羽根部材を適正角度で止めることができる他、各羽根部材を止めるのであるから、水平軸を止めるより小さな力で済む。
【０００９】
第５の発明に係る風を利用した動力装置は、第１〜第４の発明に係る風を利用した動力装置において、前記軸受部は前記垂直回転軸に対して隙間を有して複数設けられ（即ち、多段式に、具体的には３段〜２０段又はそれ以上）、それぞれの前記軸受部に、前記第１、第２の羽根部材が固定された前記水平軸が設けられ、しかも、前記各水平軸の突出軸部は、平面的にみて、前記垂直回転軸を中心にして放射状に均等に配置されている。これによって、垂直回転軸に対してより回転トルクのバラツキのない動力を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係る風を利用した動力装置の正面図、図２は同一部省略平面図、図３は図１におけるＰ部拡大正面図、図４は図１におけるＰ部拡大側面図、図５は本発明の他の実施の形態に係る風を利用した動力装置の正面図である。
【００１１】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る風を利用した動力装置１０は、基台１１に回転自由に垂直に取付けられた垂直回転軸１２と、垂直回転軸１２に上下方向に隙間を有して配置され、しかも、垂直回転軸１２に直角交叉して取付けられた軸受部１３〜１５と、軸受部１３〜１５にそれぞれ取付けられた水平軸１６〜１８と、水平軸１６〜１８の左右にそれぞれ９０度位相を変えて取付けられた第１、第２の羽根部材１９〜２４とを有している。なお、無負荷、無風時には第１、第２の羽根部材（翼）１９〜２４の傾きは、水平面に対して４５度となっている。以下、これらについて詳しく説明する。
【００１２】
前記基台１１は、図示しない基礎にアンカー固定するフレーム部材２５を有し、このフレーム部材２５にラジアル及びスラスト荷重を受け持つ軸受２６、２７が固定され、この軸受２６、２７に垂直回転軸１２が垂直方向を向いて取付けられている。
垂直回転軸１２の一部にプーリ２８が設けられ、フレーム部材２５に固定されている発電機２９の入力軸に設けられているプーリ３０とベルト３１によって連結され、垂直回転軸１２の回転によって発電機２９の入力軸が回転し、電力を発生するようになっている。
【００１３】
この垂直回転軸１２には、各第１、第２の羽根部材１９〜２４の高さｈより大きな隙間をあけて、軸受部１３〜１５が設けられている。軸受部１３（１４、１５も同様）は図３に示すように、左右にボス部３２、３３を有し、内部には垂直回転軸１２をも貫通する挿通孔３４が設けられ、挿通孔３４の両側は拡径して、軸受の一例であるブッシュ３５、３６が設けられている。この挿通孔３４に貫通する水平軸１６（１７、１８も同じ）は、中央の挿通孔３４を貫通する主軸部３７と、その両側に設けられた突出軸部３８、３９とを有し、これらは連結金具４０、４１によって固定されている。
【００１４】
この実施の形態においては、軸受部１３（１４、１５も同じ）の両端には、スラスト荷重を受ける平ブッシュ４２、４３が設けられ、一方、この平ブッシュ４２、４３に当接して、主軸部３７にリング金物４４、４５が固着されて、主軸部３７の横移動を防止すると共に、主軸部３７に発生するスラスト荷重を受けるようになっている。
連結金具４０、４１は、両側から直径の異なる雌ねじが設けられ、この雌ねじに主軸部３７の一端にそれぞれ形成された雄ねじと、突出軸部３８、３９の内側端部に設けられた雄ねじが強固に螺入している。
【００１５】
水平軸１６の突出軸部３８、３９には、それぞれ第１、第２の羽根部材１９、２０の基部が固着されているが、第１、第２の羽根部材１９、２０は水平軸１６を中心にして、９０度位相で取付けられている。なお、この第１、第２の羽根部材１９、２０はプラスチック、木又は金属製の板からなっている。
また、軸受部１３を中央にして水平軸１６の左右には、第１、第２の当て金物（当て部材の一例）４６、４７が設けられ、更に、軸受部１３の両側には、この第１、第２の当て金物４６、４７にそれぞれ当接可能な第１、第２の受け金物（受け部材の一例）４８、４９を備え、水平軸１６が実質的に９０度の範囲しか回転しないようになっている。
【００１６】
即ち、図３、図４に示すように、水平軸１６上にある一方の連結金具４０には、第１の当て金物４６が設けられ、他方の連結金物４１には、第２の当て金物４７が設けられている。この当て金物４６、４７は、実質Ｌ字状の板材５０、５１とその端部に設けられている当てボルト５２、５３と、当てボルト５２、５３に螺合している緩み止めナットとを有している。
また、一方、軸受部１３の両側に設けられている第１、第２の受け金物４８、４９は、矩形の板材５４、５５とこれに螺合する受けボルト５６、５７とを有し、受けボルト５６、５７には緩み止めナットが螺合している。
【００１７】
この実施の形態では、第１、第２の当て金物４６、４７及び第１、第２の受け金物４８、４９には、それぞれ当てボルト５２、５３及び受けボルト５６、５７を備えて、第１、第２の羽根部材１９、２０の停止角度を細かく調整できるようにしているが、必ずしもこの必要はなく、それぞれ固定状態の当て金物及び受け金物であってもよい（この場合は、当て部材及び受け部材は、軸受部内に配置するのが好ましい）。更には、受け金物及び当て金物のいずれか一方にショックアブゾーバを設けることもできる。これによって、受け金物が当て金物に当接する際の衝撃を緩和することができる。
他の水平軸１７、１８の軸受部１４、１５にも、水平軸１６と同様に、水平軸１７、１８を実質９０度の範囲で回動できるようにする角度規制機構（図３、図４参照）が設けられている。なお、図１、図２においては、それぞれの水平軸１６〜１８の軸受部回りのこれらの角度規制機構は図示されていない。
【００１８】
各水平軸１６〜１７は、図２に示すように、平面視した場合、垂直回転軸１２を中心にして１２０度位相で放射状に均等配置され、風によって発生するトルクをより均等に受けて、円滑な垂直回転軸１２の回転を得るようにしている。なお、水平軸は一本の場合、又は２本あるいは４本以上であってもよいが、複数本の場合には、各羽根部材の干渉を防止するため、上下方向に隙間を設けて配置するのが好ましい。
なお、第１、第２の羽根部材１９〜２４の基部を水平軸１６〜１８に固定するのが好ましいが、第１、第２の羽根部材１９〜２４の中間部を水平軸に固定することもできる。この場合、第１、第２の羽根部材１９〜２４を偏心して水平軸１６〜１７に固定する必要があり、各羽根部材１９〜２４において、水平軸１６を中心にして一方の羽根部材の突出長さ（＝一側羽根長）ａが、他方の羽根部材の突出長ｂより大きいことが必要である。これによって風を受ける力が上下の羽根部分で異なり、水平軸１６〜１８に回動力を与える。この実施の形態では、ａ≫ｂとなっている。実際はａ／ｂ＝１０〜１．５程度が好ましい。
【００１９】
従って、以上のように構成された風を利用した動力装置１０においては、図２に示すような羽根位置で、一方から風Ｗを受けた場合、第１の羽根部材１９、２１、２３が風の抵抗を最大限に受ける垂直状態になり、第２の羽根部材２０、２２、２４が風の抵抗が最小限となる水平状態となって回転する。これに伴って、水平軸１８、１７、１６が順次９０度回転して、垂直になった第１の羽根部材２３、２１、１９が順次水平に、第２の羽根部材２４、２２、２０が順次垂直になって、垂直回転軸１２が回転する。
【００２０】
この機構について、水平軸１６について詳細に説明すると、図３に示すように、第１の羽根部材１９は垂直に、第２の羽根部材２０は水平になっているが、この状態では、第２の当て金物４７が第２の受け金物４９に当接している。そして、水平軸１６が、図２において風下位置Ｒを超えると、今度は第１の羽根部材１９の裏側から風Ｗが当たることになるので、図４において、矢印Ｑ方向に９０度回転して水平状態になる。このとき、第１の当て金物４６が第１の受け金物４８に当接する。この回転が水平軸１６を通じて第２の羽根部材２０に伝わり、風上にある第２の羽根部材２０が９０度回転して垂直方向になって、風Ｗを受ける。この動作は、下部の水平軸１７、１８に設けられている第１の羽根部材２１、２３及び第２の羽根部材２２、２４についても同様に行われて、垂直方向を向いた垂直回転軸１２が円滑に回転する。
なお、実際の垂直回転軸１２の回転速度は、１０〜１２０ｒｐｍ、水平軸１６〜１８の揺動周期は１０〜１２０回／分であったが、本発明はこの数字に限定されるものではない。
【００２１】
図５に本発明の他の実施の形態に係る風を利用した動力装置５９について説明する。前記実施の形態に係る風を利用した動力装置１０においては、水平軸１６〜１８に第１、第２の羽根部材１９〜２４の回転を所定角度で止める回転規制機構を設けたが、図５に示すように、各水平軸１６〜１８の直下で、各羽根部材１９〜２４の高さｈ以内の位置にストッパー部材の一例であるストッパー棒６０〜６５をその基部を垂直回転軸１２に固定して設けて、垂直方向を向いた各羽根部材１９〜２４の背部を支持する角度規制機構を採用してもよい。
これによって、各羽根部材１９〜２４の中間部又は先部をストッパー棒６０〜６５が受けるので、各羽根部材１９〜２４の支持が両端支持又はこれに近い形になり、各羽根部材１９〜２４の部材強度を下げることができる。
【００２２】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更が可能である。例えば、前記実施の形態においては、各羽根部材は矩形であったが、例えば、半円、三角形、その他の形であっても本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態では、回転動力は電力として利用したが、ポンプや水車等であってもよい。
更に、前記実施の形態において、水平軸１６〜１８の回転部分には、ブッシュを用いたが、更に好ましくはベアリングを用いるのがよい。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１〜５記載の風を利用した動力装置は、垂直に配置された垂直回転軸と、垂直回転軸に直角交叉して取付けられた軸受部と、軸受部によって実質的に９０度回転可能に支持され、垂直回転軸を中央にして両側に伸びる突出軸部を備えた一体型の水平軸と、水平軸の両側に実質的に９０度取付け位相を変えて固定され、風の抵抗を最大限に受ける垂直状態と、風の抵抗が最小限となる水平状態との間を、垂直回転軸の回転に応じて交互に変わる第１、第２の羽根部材とを備えているので、風力によって自動的に各羽根部材の角度が最適角度に定まる。
これによって、従来のような複雑な機構の羽根部材の角度制御装置が不要であり、装置全体が簡略化し、全体的な製造コストの低減が可能となり、更に故障も少ない。
【００２４】
また、請求項２記載の風を利用した動力装置は、水平軸の９０度回転の規制は、水平軸の左右にそれぞれ設けられた第１、第２の当て部材と、軸受部の左右にそれぞれ設けられ、第１、第２の当て部材にそれぞれ当接可能な第１、第２の受け部材とを有して構成されているので、確実に各羽根部材の角度を最適角度に保つことができる。
【００２５】
請求項３記載の風を利用した動力装置においては、第１、第２の当て部材又は第１、第２の受け部材のいずれか一方には、ショックアブゾーバが設けられているので当接時の衝撃を緩和し、長期の寿命を得る風を利用した動力装置を提供できる。
【００２６】
請求項４記載の風を利用した動力装置においては、水平軸の９０度回転の規制は、突出軸部の直下にそれぞれ設けられ羽根部材が当接してその回転を停止するストッパー部材によって構成され、しかもストッパー部材の基部は垂直回転軸に固定されているので、各羽根部材の部材強度を下げることができ、より軽量でより大型の風を利用した動力装置を提供できる。
【００２７】
そして、請求項５記載の風を利用した動力装置においては、軸受部は垂直回転軸に対して隙間を有して設けられ、それぞれの軸受部に、第１、第２の羽根部材が固定された水平軸が設けられ、しかも、各水平軸の突出軸部は、平面的にみて、垂直回転軸を中心にして放射状に均等に配置されているので、円滑な回転力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る風を利用した動力装置の正面図である。
【図２】同一部省略平面図である。
【図３】図１におけるＰ部拡大正面図である。
【図４】図１におけるＰ部拡大側面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る風を利用した動力装置の正面図である。
【符号の説明】
１０：風を利用した動力装置、１１：基台、１２：垂直回転軸、１３〜１５：軸受部、１６〜１８：水平軸、１９、２１、２３：第１の羽根部材、２０、２２、２４：第２の羽根部材、２５：フレーム部材、２６、２７：軸受、２８：プーリ、２９：発電機、３０：プーリ、３１：ベルト、３２、３３：ボス部、３４：挿通孔、３５、３６：ブッシュ、３７：主軸部、３８、３９：突出軸部、４０、４１：連結金具、４２、４３：平ブッシュ、４４、４５：リング金物、４６：第１の当て金物、４７：第２の当て金物、４８：第１の受け金物、４９：第２の受け金物、５０、５１：板材、５２、５３：当てボルト、５４、５５：板材、５６、５７：受けボルト、５９：風を利用した動力装置、６０〜６５：ストッパー棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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