(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口から流体出口に到る流路と、該流路の途中位置に配置された支軸と、該支軸に回転可能に支持された円筒状の発電用水車とを有する水力発電装置において、
前記発電用水車は、外周面から羽根が張り出す樹脂成形品からなる円筒体と、該円筒体と別体に構成され、前記支軸が貫通する軸穴をもって前記円筒体の貫通穴の一方側端部に固定された円筒状の第１のラジアル軸受と、前記円筒体と別体に構成され、前記支軸が貫通する軸穴をもって前記貫通穴の他方側端部に固定された円筒状の第２のラジアル軸受とを備え、
前記円筒体は、前記支軸の軸線方向において前記第１のラジアル軸受が位置する側に、前記軸線方向において前記第２のラジアル軸受が位置する側で筒状の永久磁石が外周に固着された上半部より大径かつ肉厚の下端部を備えており、
当該下端部の外周に前記羽根が形成され、
前記第１のラジアル軸受は、樹脂製ラジアル軸受であって、当該樹脂製ラジアル軸受では、前記軸穴を囲むように軸線方向に凹む周溝が形成され、前記軸穴と前記周溝との間には肉薄の円筒壁が構成されており、
当該第１のラジアル軸受は、前記貫通穴内部のうち、前記下端部に対して半径方向内側に位置する部分に固定されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第２のラジアル軸受は、樹脂製ラジアル軸受であって、当該樹脂製ラジアル軸受では、前記軸穴を囲むように軸線方向に凹む周溝が形成され、前記軸穴と前記周溝との間には肉薄の円筒壁が構成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１のラジアル軸受を構成する前記樹脂製ラジアル軸受、および前記第２のラジアル軸受を構成する前記樹脂製ラジアル軸受のいずれにおいても、前記支軸との摺動部分の全体が前記円筒壁で構成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記貫通穴の他方側端部における内周面と前記第２のラジアル軸受の外周面とのクリアランスが、前記貫通穴の一方側端部における内周面と前記第１のラジアル軸受の外周面とのクリアランスより大きいことを特徴とする水力発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の水力発電装置の製造方法において、
前記第１のラジアル軸受および前記第２のラジアル軸受を前記円筒体に取り付けるにあたっては、
前記円筒体の前記貫通穴の一方側端部に前記第１のラジアル軸受を固定する第１のラジアル軸受固定工程と、当該第１のラジアル軸受の軸穴を基準に前記第２のラジアル軸受を前記貫通穴の他方側端部で位置決めする芯出し工程と、前記第２のラジアル軸受を前記貫通穴の他方側端部に固定する第２のラジアル軸受固定工程とを行うことを特徴とする水力発電装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、前記芯出し工程では、前記貫通穴の一方側端部に固定された前記第１のラジアル軸受の軸穴に位置決め軸を嵌めた後、当該位置決め軸を前記第２のラジアル軸受の軸穴に嵌めて当該第２のラジアル軸受を前記貫通穴の他方側端部で位置決めすることを特徴とする水力発電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水などを利用して発電を行う水力発電装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛇口の下方位置に手を差し出したとき、それをセンサが感知すると、蛇口から水を自動的に流すように構成した自動水栓装置が普及しつつある。また、近年、水道水の流路の途中位置に小型の水力発電装置を設けるとともに、この水力発電装置によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する装置も案出されている。
【０００３】
この種の水力発電装置は、流体入口から流体出口までの間に流路を構成するケースと、この流路の途中位置に配置された支軸と、この支軸に回転可能に支持された円筒状の発電用水車とを有しており、従来、発電用水車としては、外周面から羽根が張り出す円筒部に対して、支軸が貫通する軸穴をもつラジアル軸受が一体に樹脂成形されたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４０１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発電用水車をラジアル軸受も含めて一体に樹脂成形すると、ヒケ等の影響により、軸穴の内径寸法に高い精度が得られず、発電用水車が回転したときに回転ノイズが発生するという問題点がある。また、外周面から羽根が張り出す円筒部の両端にラジアル軸受が各々、一体に樹脂成形されたものを採用しようとすると、ヒケ等の影響により、各ラジアル軸受の軸穴のサイズにばらつきが発生することがある。このような状態では、軸穴同士の同芯を出すことができないので、ラジアル軸受の軸穴と支軸との間に大きなクリアランスを設けることになるが、このような大きなクリアランスがあると、発電用水車が回転したときに回転ノイズが発生するという問題点がある。
【０００５】
以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、発電用水車に設ける一対のラジアル軸受において軸穴同士の同芯を確実に出すことができる水力発電装置、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、流体入口から流体出口に到る流路と、該流路の途中位置に配置された支軸と、該支軸に回転可能に支持された円筒状の発電用水車とを有する水力発電装置において、前記発電用水車は、外周面から羽根が張り出す樹脂成形品からなる円筒体と、該円筒体と別体に構成され、前記支軸が貫通する軸穴をもって前記円筒体の貫通穴の一方側端部に固定された円筒状の第１のラジアル軸受と、前記円筒体と別体に構成され、前記支軸が貫通する軸穴をもって前記貫通穴の他方側端部に固定された円筒状の第２のラジアル軸受とを備え、前記円筒体は、前記支軸の軸線方向において前記第１のラジアル軸受が位置する側に、前記軸線方向において前記第２のラジアル軸受が位置する側で筒状の永久磁石が外周に固着された上半部より大径かつ肉厚の下端部を備えており、当該下端部の外周に前記羽根が形成され、前記第１のラジアル軸受は、樹脂製ラジアル軸受であって、当該樹脂製ラジアル軸受では、前記軸穴を囲むように軸線方向に凹む周溝が形成され、前記軸穴と前記周溝との間には肉薄の円筒壁が構成されており、当該第１のラジアル軸受は、前記貫通穴内部のうち、前記下端部に対して半径方向内側に位置する部分に固定されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、発電用水車を構成するにあたって、外周面から羽根が張り出す円筒体と、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受とを別体で形成しているため、円筒体、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受を樹脂成形品で構成した場合でもヒケ等が発生しにくい。従って、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受のいずれにおいても、軸穴を高い寸法精度をもって樹脂成形することができる。また、円筒体に対して第１のラジアル軸受を固定した後、第１のラジアル軸受の軸穴を基準に第２のラジアル軸受の位置決めを行うことができるので、第１のラジアル軸受の軸穴と第２のラジアル軸受の軸穴とを同芯位置に配置することができる。それ故、発電用水車が回転した際の回転振動や回転ノイズの発生を確実に防止することができる。また、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受については耐磨耗性材料で形成し、円筒体を安価な材料や軽量化に適した材料で形成することも可能であるため、ラジアル軸受を耐磨耗性材料で構成した場合でも製造コストを低く抑えることができる。また、第１のラジアル軸受は、軸穴を囲むように軸線方向に凹む周溝が形成された樹脂製ラジアル軸受であるため、第１のラジアル軸受を樹脂成形する際、樹脂製ラジアル軸受の内周面でのヒケを防止できる。それ故、樹脂製ラジアル軸受を製造した際、軸穴の径寸法により高い精度を得ることができる。また、樹脂製ラジアル軸受を円筒体の貫通穴に圧入した場合や溶着した場合でも、その変形が軸穴に影響を及ぼさないという利点がある。
【０００８】
本発明において、前記第２のラジアル軸受は、樹脂製ラジアル軸受であって、当該樹脂製ラジアル軸受では、前記軸穴を囲むように軸線方向に凹む周溝が形成され、前記軸穴と前記周溝との間には肉薄の円筒壁が構成されていることが好ましい。このように構成すると、第２のラジアル軸受を樹脂成形する際、樹脂製ラジアル軸受の内周面でのヒケを防止できる。それ故、樹脂製ラジアル軸受を製造した際、軸穴の径寸法により高い精度を得ることができる。また、樹脂製ラジアル軸受を円筒体の貫通穴に圧入した場合や溶着した場合でも、その変形が軸穴に影響を及ぼさないという利点がある。
【０００９】
本発明において、前記第１のラジアル軸受を構成する前記樹脂製ラジアル軸受、および前記第２のラジアル軸受を構成する前記樹脂製ラジアル軸受のいずれにおいても、前記支軸との摺動部分の全体が前記円筒壁で構成されていることが好ましい。
【００１０】
本発明において、前記貫通孔の他方側端部における内周面と前記第２のラジアル軸受の外周面とのクリアランスが、前記貫通孔の一方側端部における内周面と前記第１のラジアル軸受の外周面とのクリアランスより大きいことが好ましい。貫通孔の内周面と第１のラジアル軸受の外周面とのクリアランスが小さければ、第１のラジアル軸受については貫通穴に圧入でき、貫通孔の内周面と第２のラジアル軸受の外周面とのクリアランスが大きければ、第１のラジアル軸受の軸穴を基準に第２のラジアル軸受の位置決めを行う際、第２のラジアル軸受が貫通穴に当たって芯出しできないという事態を回避することができる。
【００１１】
本発明に係る水力発電装置の製造方法において、前記第１のラジアル軸受および前記第２のラジアル軸受を前記円筒体に取り付けるにあたっては、前記円筒体の貫通穴の一方側端部に前記第１のラジアル軸受を固定する第１のラジアル軸受固定工程と、当該第１のラジアル軸受の軸穴を基準に前記第２のラジアル軸受を前記貫通穴の他方側端部で位置決めする芯出し工程と、前記第２のラジアル軸受を前記貫通穴の他方側端部に固定する第２のラジアル軸受固定工程とを行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記芯出し工程では、前記貫通穴の一方側端部に固定された前記第１のラジアル軸受の軸穴に位置決め軸を嵌めた後、当該位置決め軸を前記第２のラジアル軸受の軸穴に嵌めて当該第２のラジアル軸受を前記貫通穴の他方側端部で位置決めすることが好ましい。このように構成すれば、第１のラジアル軸受の軸穴を基準に第２のラジアル軸受の位置決めを容易にかつ、確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る水力発電装置では、発電用水車を構成するにあたって、外周面から羽根が張り出す円筒体と、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受とを別体で形成しているため、円筒体、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受を樹脂成形品で構成した場合でもヒケ等が発生しにくい。従って、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受のいずれにおいても、軸穴を高い寸法精度をもって樹脂成形することができる。また、円筒体に対して第１のラジアル軸受を固定した後、第１のラジアル軸受の軸穴を基準に第２のラジアル軸受の位置決めを行うことができるので、第１のラジアル軸受の軸穴と第２のラジアル軸受の軸穴とを同芯位置に配置することができる。それ故、発電用水車が回転した際の回転振動や回転ノイズの発生を確実に防止することができる。また、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受については耐磨耗性材料で形成し、円筒体を安価な材料で形成することも可能であるため、ラジアル軸受を耐磨耗性材料で構成した場合でも製造コストを低く抑えることができる。また、第１のラジアル軸受は、樹脂製ラジアル軸受であって、かかる樹脂製ラジアル軸受では、軸穴を囲むように軸線方向に凹む周溝が形成され、軸穴と前記周溝との間には肉薄の円筒壁が構成されている。このため、第１のラジアル軸受を樹脂成形する際、樹脂製ラジアル軸受の内周面でのヒケを防止できる。それ故、樹脂製ラジアル軸受を製造した際、軸穴の径寸法により高い精度を得ることができる。また、樹脂製ラジアル軸受を円筒体の貫通穴に圧入した場合や溶着した場合でも、その変形が軸穴に影響を及ぼさないという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した水力発電装置およびその製造方法を説明する。
【００１５】
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した水力発電装置の平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。なお、Ａ−Ａ′線は、射出口の形成位置を通らないが、図１（ｂ）の左部分には、射出口についても図示してある。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）に示す水力発電装置１は、水道水の流路の途中位置になどに配置される小型の水力発電装置であり、この水力発電装置１によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する用途などに用いられる。本形態の水力発電装置１は、後述する流路を構成する樹脂製の本体ケース２１、この本体ケース２１の上面を覆うカバー２３、このカバー２３を覆うステンレス製のカップ状の仕切り板２５と、この仕切り板２５のフランジ部との間にステータ部６を挟む環状ケース２７と、環状ケース２７の上方に被さる樹脂製の上ケース２９とを有しており、上ケース２９および仕切り板２５はネジにより本体ケース２１に固定されている。また、本体ケース２１の底面にはＥＰＤＭ製のシール２８１が重ねられ、仕切り板２５と本体ケース２１との間には、ゴム製のＯリング２８２が配置されている。
【００１７】
本体ケース２１には、相対向する側面で開口する流体入口３１および流体出口３２を備えており、流体入口３１から流体出口３２に向かう流路（矢印Ｌで示す）の途中位置には、本体ケース２１とカバー２３とにより、後述する注水部が構成され、本体ケース２１と仕切り板２５との間に水車室３５が構成されている。水車室３５では、下端部および上端部が各々、本体ケース２１および仕切り板２５の軸固定穴に圧入固定された支軸４が直立しており、支軸４には、円筒状の発電用水車５が回転可能に支持されている。支軸４には、樹脂製のスリーブ４５が嵌められており、発電用水車５は、支軸４のうち、スリーブ４５から露出している上半部で支持されている。なお、発電用水車５は、支軸４に装着されたワッシャなどにより上下方向への変位が防止されている。
【００１８】
発電用水車５において仕切り板２５の円筒部２５１内に位置する上半部には、外周面に円筒状の永久磁石５５が固着されている。また、仕切り板２５の円筒部２５１の周りには環状のステータ組６１、６２が配置されており、永久磁石５５およびステータ部６によって発電部が構成されている。
【００１９】
（発電部の構成）
ステータ部６は、軸線方向に重ねて配置された２つの相のステータ組６１、６２で構成されている。２つのステータ組６１、６２のいずれにおいても、外ステータコア、コイルボビンに巻回されたコイル、および内ステータコアが重ねられた構造を有しており、コイルボビンの内周に沿って、外ステータコアの極歯と内ステータコアの極歯が交互に並んでいる。また、コイルの巻き始め部分および巻き終わり部分は、端子台６６の端子６７およびワイヤー６８を介してコネクタ６９に接続されている。なお、上ケース２９には、端子台６６を覆うフード部２９１が形成されており、ステータ部６に水が浸入するのを防止する構造になっている。
【００２０】
（注水部およびバイパス流路の構成）
本形態の水力発電装置１において、本体ケース２１では、流体入口３１に対向するように隔壁２１９が起立しており、その上方には、水車室３５の周りに環状流路３３が形成されている。ここで、環状流路３３は、底面、内周面、外周面、および上面が各々、本体ケース２１の環状の仕切り壁２１１、本体ケース２１の環状の内側垂直壁２１２、本体ケース２１の環状の外側垂直壁２１３、およびカバー２３により規定されている。
【００２１】
ここで、内側垂直壁２１２には、周方向の複数箇所、例えば、４箇所に切り欠きが形成されており、本体ケース２１の上面にカバー２３を被せると、４つの切り欠きによって、環状流路３３から発電用水車５の羽根５７に向けて水を高速噴射する４つの射出口３４が構成される。
【００２２】
なお、隔壁２１９には、流体入口３１から流入した水を環状流路３３を通らずに流体出口３２に向かわせるバイパス用の開口３８が形成されており、この開口３８は、隔壁２１９の裏面側に配置されたスライダ９０により塞がれている。隔壁２１９には流体入口３１に向けて延びた円筒部２１７を有する一方、スライダ９０は、隔壁２１９の裏面に樹脂製シール９６を介して当接する板状の弁部９０１と、弁部９０１から円筒部２１７内に延びた軸部９０２と、軸部９０２の先端部にプッシュナット９１により固定されたワッシャ９２とを備えており、円筒部２１７の端部とワッシャ９２との間にはコイルバネ９５が配置されている。従って、流体入口３１から流入した水の圧力が低い場合には、スライダ９０は、コルイバネ９５に付勢されて弁部９０１が隔壁２１９に当接しているので、バイパス用の開口３８は閉鎖されている。但し、流体入口３１から流入した水の圧力が高く、ワッシャ９２がコイルバネ９５の付勢力よりも大きな水圧を受けると、スライダ９０は、弁部９０１が隔壁２１９から離間する方向に変位し、バイパス用の開口３８は開放される。それ故、流体入口３１から流入した水の圧力が低い場合には、流入した水の全てが環状流路３３に導かれる一方、流体入口３１から流入した水の圧力が高い場合には、流入した水の一部が環状流路３３に導かれずにバイパス用の開口３８を通ってそのまま流体出口３２に向かうことになる。従って、流入する水の圧力が過剰に高くなった場合でも、環状流路３３を介して水車室３５に導入される水量を規制することができるので、回転ノイズなどの発生を防止することができる。
【００２３】
（発電用水車５の構成）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いた発電用水車を第１のラジアル軸受側からみたときの斜視図、この発電用水車を第２のラジアル軸受側からみたときの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。
【００２４】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本形態の水力発電装置１において、発電用水車５は、外周面から複数枚の羽根５７が等角度間隔で張り出す円筒体５０と、この円筒体５０の貫通穴５０１の一方側端部（本体ケース２１が位置する下方側）に位置する円筒状の第１のラジアル軸受５１と、貫通穴５０１の他方側端部（仕切り板２５の円筒部２５１が位置する上方側）に位置する円筒状の第２のラジアル軸受５２とを備えており、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０、および第２のラジアル軸受５２の軸穴５２０に対して、図１（ｂ）に示す支軸４が嵌ることにより、発電用水車５は支軸４の周りで回転可能に支持されている。円筒体５０は、羽根５７が形成された下端部は大径である一方、上半部は小径であり、この小径部分に円筒状の永久磁石５５が固定されている。
【００２５】
本形態において、発電用水車５では、複数枚の羽根５７が各々、軸線方向で上側羽根部５７１と下側羽根部５７２とに２分割されており、下側羽根部５７２の外周端は、円筒体５０の軸線方向と平行な円筒板部５８により連結されている。
【００２６】
このように構成した発電用水車５に対しては、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、４つの射出口３４が発電用水車５の周りに等角度間隔に形成されており、図２（ｃ）に矢印Ｌ１、Ｌ２で示すように、４つの射出口３４は各々、上側羽根部５７１と円筒板部５８とに跨って水を射出するように構成されている。すなわち、射出口３４から射出された水の一部は、矢印Ｌ１で示すように、上側羽根部５７１に直接、ぶつかる一方、射出口３４から射出された水の残りは、円筒板部５８の外周面にぶつかるようになっている。
【００２７】
また、本形態において、注水部に形成した射出口３４の数と羽根５７の枚数とは、素の関係にあり、一方が他方の整数倍となる条件を避けてある。例えば、本形態では、射出口３４は４つであるのに対して、羽根５７の枚数は７枚である。
【００２８】
本形態において、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２はいずれも、円筒体５０とは別体の樹脂成形品であり、第１のラジアル軸受５１は、貫通穴５０１の一方側端部に圧入後、円筒体５０に溶着されて貫通穴５０１内に固定されている。従って、貫通穴５０１の一方側端部における内周面と第１のラジアル軸受５１の外周面とのクリアランスは、例えば、０〜０．０３ｍｍと小さい。これに対して、第２のラジアル軸受５２は、後述するように、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０を基準にラジアル方向で位置決めされた状態で貫通穴５０１内に挿入され、円筒体５０に溶着されている。このため、第２のラジアル軸受５２を第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０を基準にラジアル方向で位置決めする際、貫通穴５０１内でラジアル方向で位置調整が可能なように、貫通穴５０１の他方側端部における内周面と第２のラジアル軸受５２の外周面とのクリアランスは、例えば、０．０４〜０．０７ｍｍと大きく設定されている。
【００２９】
（水力発電装置１１の製造方法）
以下、図１、図２および図３を参照して、本形態の水力発電装置１の製造方法のうち、発電用水車５の組み立て方法を説明しながら、発電用水車５の構成を詳述する。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｄ）は、図２に示す発電用水車の組み立て方法を示す工程断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、円筒体５０では、下端面に４枚の板状の溶着用突起５０６が形成されており、これらの溶着用突起５０６は、貫通穴５０１の内周縁に沿って等角度間隔に形成されている。これに対して、第１のラジアル軸受５１は、下端寄りの位置で拡径する円盤状のフランジ部５１４が形成されており、このフランジ部５１４の付け根部分には、円筒体の溶着用突起５０６が嵌る４つの穴５１５が形成されている。また、第１のラジアル軸受５１の下端面では、穴５１５が形成されている位置より内周側で軸穴５１０を囲むように軸線方向に凹む周溝５１８が開口しており、軸穴５１０と周溝５１８との間には肉薄の円筒壁５１９が形成されている。ここで、軸穴５１０は、軸線方向で内径が切り換わっており、内径が小さい部分が支軸４との摺動部分５１１であるため、周溝５１８は、摺動部分５１１の全体を肉薄の円筒壁５１９で構成する深さに形成されている。
【００３１】
また、円筒体５０では、上端面に３枚の板状の溶着用突起５０７が形成されており、これらの溶着用突起５０７は、貫通穴５０１の内周縁に沿って等角度間隔に形成されている。これに対して、第２のラジアル軸受５２は、上端寄りの位置で拡径する円盤状のフランジ部５２４が形成されており、このフランジ部５２４の付け根部分には、円筒体の溶着用突起５０７が嵌る３つの穴５２５が形成されている。また、第２のラジアル軸受５２の上端面には、穴５２５が形成されている位置より内周側で軸穴５２０を囲むように軸線方向に凹む周溝５２８が開口しており、軸穴５２０と周溝５２８との間には肉薄の円筒壁５２９が形成されている。ここで、軸穴５２０は、軸線方向で内径が切り換わっており、内径が小さい部分が支軸４との摺動部分５２１であるため、周溝５２８は、摺動部分５２１の全体を肉薄の円筒壁５２９で構成する深さに形成されている。
【００３２】
このように構成した円筒体５０、第１のラジアル軸受５１、および第２のラジアル軸受５２を用いて発電用水車５を組み立てるにあたっては、まず、図３（ｂ）に示す第１のラジアル軸受固定工程において、円筒体５０の下端面に形成した溶着用突起５０６が第１のラジアル軸受５１の穴５１５に嵌るように、第１のラジアル軸受５１を貫通穴５０１の一方側端部に圧入した後、穴５１５から突き出た溶着用突起５０６の先端部を加熱溶融し、第１のラジアル軸受５１を貫通穴５０１の一方側端部に溶着により固定する。
【００３３】
次に、芯出し工程では、図３（ｃ）に示すように、貫通穴５０１の一方側端部に固定された第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０に位置決め軸９を嵌めた後、位置決め軸９を第２のラジアル軸受５２の軸穴５２０に嵌めて、図３（ｄ）に示すように、第２のラジアル軸受５２を貫通穴５０１の他方側端部に挿入する。その際、円筒体５０の上端面に形成した溶着用突起５０７を第２のラジアル軸受５２のフランジ部５２４に形成した穴５２５に嵌める。ここで、貫通穴５０１の内周面と第２のラジアル軸受５２の外周面とのクリアランスは、例えば、０．０４〜０．０７ｍｍと大きく設定されているため、第２のラジアル軸受５２を第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０を基準にラジアル方向で位置決めする際、貫通穴５０１内でラジアル方向で第２のラジアル軸受５２の位置調整が可能である。なお、穴５２５と溶着用突起５０７との間にも十分なクリアランスが設定されている。
【００３４】
次に、第２のラジアル軸受固定工程において、穴５２５から突き出た溶着用突起５０７の先端部を加熱溶融し、第２のラジアル軸受５２を貫通穴５０１の他方側端部に溶着により固定する。このように固定した第２のラジアル軸受５２は、永久磁石５５が円筒体５０から脱落することを防止する機能も担うことになる。
【００３５】
しかる後には、位置決め軸９を抜く。このように構成した発電用水車５については、水力発電装置１を組み立てる際、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０、および第２のラジアル軸受５２の軸穴５２０に支軸４が嵌った状態で水車室３５に配置される。
【００３６】
（動作）
このように構成した水力発電装置１において、流体入口３１から流れ込んだ水は、隔壁にぶつかって上方の環状流路３３に流れ込んだ後、４つの射出口３４から発電用水車５の羽根５７に向けて射出される。その結果、発電用水車５が回転し、それに伴い、永久磁石５５も回転することにより、ステータ部６のコイルに誘起電圧が発生する。発電用水車５を回し終えた水は、下方に落下し、そこから流体出口３２を経て排出される。また、ステータ部６で発生した誘起電圧は、コネクタ６９を介して外部の回路に導かれ、この回路で直流に変換された後、整流され電池に充電される。
【００３７】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の水力発電装置１では、発電用水車５を構成するにあたって、外周面から羽根５７が張り出す円筒体５０と、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２とを別体で形成しているため、円筒体５０、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２を樹脂成形品で構成した場合でも、ヒケ等が発生しにくい。それ故、双方の軸穴５１０、５２０が高い寸法精度をもって同一サイズとなるように、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２を樹脂成形により製造できる。また、円筒体５０に対して第１のラジアル軸受５１を固定した後、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０を基準に第２のラジアル軸受５２の位置決めを行うので、第１のラジアル軸受５１と第２のラジアル軸受５２とを同芯位置に配置することができる。それ故、発電用水車５が回転した際の回転振動や回転ノイズの発生を確実に防止することができる。
【００３８】
また、円筒体５０と、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２とが別体であるため、円筒体第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２についてはカーボンファイバー含有ポリアセタール樹脂などの耐磨耗性材料で形成し、ポリフェニレンエーテルなどの安価な樹脂材料や軽量化に適した樹脂材料で円筒体５０を形成することも可能である。それ故、ラジアル軸受５１、５２を耐磨耗性材料で構成した場合でも製造コストを低く抑えることができる。
【００３９】
また、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２では、軸穴５１０、５２０を囲むように軸線方向に凹む周溝５１８、５２８が形成され、軸穴５１０、５２０と周溝５１８、５２８との間には肉薄の円筒壁５１９、５２９が形成されている。しかも、軸穴５１０、５２０のうち、支軸４との摺動部分５１１、５２１の全体が肉薄の円筒壁５１９、５２９で構成されている。このため、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２を樹脂成形により製造する際、摺動部分５１１、５２１でのヒケを防止できる。それ故、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２では、軸穴５１０、５２０の摺動部分５１１、５２１の径寸法に高い精度を得ることができる。また、第１のラジアル軸受５１を円筒体５０の貫通穴５０１に圧入した際に、その変形が周溝５１８で吸収されるので、軸穴５１０の内径寸法に影響を及ぼさない。さらに、第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２を円筒体５０の貫通穴５０１に溶着した際に、その変形が周溝５１８、５２８で吸収されるので、軸穴５１０、５２０の内径寸法に影響を及ぼさないという利点がある。
【００４０】
また、貫通穴５０１の内周面と第２のラジアル軸受５２の外周面とのクリアランスが、貫通穴５０１の内周面と第１のラジアル軸受５１の外周面とのクリアランスより大きいため、第１のラジアル軸受５１については貫通穴５０１の一方側端部に圧入でき、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０を基準に第２のラジアル軸受５２の位置決めを行う際には、第２のラジアル軸受５２が貫通穴５０１の他方側端部で内周面に当たって芯出しできないという事態を回避することができる。
【００４１】
さらに、発電用水車５を組み立てる際の芯出し工程では、貫通穴５０１の一方側端部に固定された第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０に位置決め軸９を嵌めた後、この位置決め軸９を第２のラジアル軸受５２の軸穴５２０に嵌めて第２のラジアル軸受５２を位置決めする。このため、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０を基準に第２のラジアル軸受５２の位置決めを容易にかつ、確実に行うことができる。
【００４２】
また、本形態では、射出口３４から射出された水の一部は、上側羽根部５７１に直接、ぶつかる一方、射出口３４から射出された水の残りは、下側羽根部５７２の先端部を連結する円筒板部５８にぶつかるため、円筒板部５８は振動防止壁として機能する。すなわち、円筒板部５８にぶつかった水の圧力は、発電用水車５に調芯作用を発揮するため、発電用水車５が回転した際の回転振動や回転ノイズの発生を確実に防止することができる。
【００４３】
しかも、上側羽根部５７１に直接、ぶつかった後の水流は、円筒板部５８の内側を通る際、下側羽根部５７２に効率よくぶつかるため、発電用水車５を効率よく回転させる。従って、水力発電装置１の発電効率が高いという利点がある。
【００４４】
また、本形態では、射出口３４および羽根５７は等角度間隔に複数、形成されているため、安定した発電を行うことができる。しかも、本形態では、射出口３４は等角度間隔に４つ形成されている一方、羽根５７は等角度間隔に７枚形成されており、射出口３４の数と、羽根５７の枚数とは、互いに素の関係にあるため、一方が他方の整数倍となる条件を避けてある。このため、射出口３４から射出される水が２枚以上の羽根５７に同時に強烈に当たることを防ぐことができるので、発電用水車５に大きな力が同時に加わることを防止できる。それ故、発電用水車５が回転した際の回転振動や回転ノイズの発生を確実に防止することができる。すなわち、射出口３４の数と、羽根５７の枚数との間で一方が他方の整数倍となる条件であると、射出口３４から射出される水が複数枚の羽根５７に同時に強烈に当たるため、発電用水車５に大きな力が同時に加わって回転振動や回転ノイズが発生しやすくなるが、本形態によれば、かかる現象の発生を回避することができる。
【００４５】
［その他の実施の形態］
上記形態においては、発電用水車５を組み立てる際、円筒体５０に対して第１のラジアル軸受５１および第２のラジアル軸受５２を溶着により固定したが、機械的な潰しや接着などの方法を採用してもよい。また、上記形態では、射出口３４の数と羽根５７の枚数が互いに素の関係にあったが、一方が他方の整数倍となる条件に設定した場合に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した水力発電装置の平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いた発電用水車を第１のラジアル軸受側からみたときの斜視図、この発電用水車を第２のラジアル軸受側からみたときの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図２に示す発電用水車の組み立て方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  水力発電装置
５  発電用水車
６  ステータ部
９  位置決め軸
３４  射出口
３５  水車室
５０  円筒体
５１  第１のラジアル軸受
５２  第２のラジアル軸受
５５  永久磁石
５７  羽根
５８  円筒板部
５０１  貫通穴
５１０、５２０  軸穴
５１８、５２８  周溝
５７１  上側羽根部
５７２  下側羽根部
【図１】
0004751746.tif 000002
【図２】
0004751746.tif 000003
【図３】
0004751746.tif 000004