(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光する集光部材を支持する支持部材と、
前記集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように、前記支持部材を傾動する粗動追尾機構と、
前記粗動追尾機構が前記支持部材を傾動することで光軸が太陽光の光軸に合わせられた前記集光部材を、太陽光を受けて膨張する熱膨張部材の膨張力によって前記粗動追尾機構に比して高い精度で前記集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように移動する微動追尾機構と、
を備える太陽追尾装置。
【請求項２】
前記微動追尾機構は、
前記熱膨張部材と、
前記粗動追尾機構が前記支持部材を傾動することで前記集光部材の光軸が太陽光の光軸に合わせられた状態で、前記集光部材の光軸が太陽光の光軸に対してずれている場合に、前記熱膨張部材に太陽光を照射する照射部材と、
前記照射部材が太陽光を照射することで膨張した前記熱膨張部材の膨張力を受けて前記集光部材に移動力を作用させる作用部材と、
を備える請求項１に記載の太陽追尾装置。
【請求項３】
前記照射部材は、前記集光部材の光軸が太陽光の光軸に対してずれている場合に、前記熱膨張部材に太陽光が照射するように太陽光を集光するレンズである請求項２に記載の太陽追尾装置。
【請求項４】
前記集光部材は、円筒状の筐体を備え、
前記支持部材は、前記筐体を揺動可能に支持し、
前記作用部材が前記筐体の外周面に作用することで前記筐体が揺動する請求項２又は３に記載の太陽追尾装置。
【請求項５】
前記熱膨張部材と前記作用部材とを含んで構成される作用ユニットを複数備え、
前記集光部材の光軸方向から見て、前記作用ユニットは、対向するように配置されている請求項４項に記載の太陽追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽追尾装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の追尾集光型太陽電池装置では、太陽光を集光する集光体を有するサブモジュールが、モジュール筐体から独立して駆動されるようにモジュール筐体内に配置されている。そして、サブモジュールの受光面が太陽の方向を向くように、サブモジュール及びモジュール筐体が追尾駆動系により太陽を追尾するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６６８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の追尾駆動系は、粗精度で太陽を追尾するようにモジュール筐体を駆動する第１追尾駆動系と、この第１追尾駆動系よりも高い精度でサブモジュールを追尾駆動する第２追尾駆動系とを備えている。そして、第１追尾駆動系と第２追尾駆動系との両方が、電力を必要とするモータ等により駆動するようになっている。
【０００５】
本発明の課題は、太陽を追尾するために必要とする電力の消費量を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る太陽追尾装置は、太陽光を集光する集光部材を支持する支持部材と、前記集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように、前記支持部材を傾動する粗動追尾機構と、前記粗動追尾機構が前記支持部材を傾動することで光軸が太陽光の光軸に合わせられた前記集光部材を、太陽光を受けて膨張する熱膨張部材の膨張力によって前記粗動追尾機構に比して高い精度で前記集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように移動する微動追尾機構と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、太陽光を集光する集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように、粗動追尾機構が、集光部材を支持する支持部材を傾動する。
【０００８】
さらに、微動追尾機構が、粗動追尾機構が支持部材を傾動することで集光部材の光軸が太陽光の光軸に合わせられた集光部材を粗動追尾機構に比して高い精度で集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように集光部材を移動する。
【０００９】
ここで、微動追尾機構は、太陽光を受けて膨張する熱膨張部材の膨張力によって、集光部材を移動する。このため、微動追尾機構が電力を用いて集光部材を移動する場合と比して、太陽を追尾するために必要とする電力の消費量を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に係る太陽追尾装置は、請求項１に記載の太陽追尾装置において、前記微動追尾機構は、前記熱膨張部材と、前記粗動追尾機構が前記支持部材を傾動することで前記集光部材の光軸が太陽光の光軸に合わせられた状態で、前記集光部材の光軸が太陽光の光軸に対してずれている場合に、前記熱膨張部材に太陽光を照射する照射部材と、前記照射部材が太陽光を照射することで膨張した前記熱膨張部材の膨張力を受けて前記集光部材に移動力を作用させる作用部材と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、集光部材の光軸が太陽光の光軸に対してずれている場合に、照射部材が、熱膨張部材に太陽光を照射する。そして、作用部材は、照射部材が太陽光を照射することで膨張した熱膨張部材の膨張力を受けて集光部材に作用する。これにより、微動追尾機構が、集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように集光部材を移動する。
【００１２】
このように、微動追尾機構が、熱膨張部材と、照射部材と、作用部材とを備えることで、簡易な構成で、集光部材を移動させることができる。
【００１３】
請求項３に係る太陽追尾装置は、請求項２に記載の太陽追尾装置において、前記照射部材は、前記集光部材の光軸が太陽光の光軸に対してずれている場合に、前記熱膨張部材に太陽光が照射するように太陽光を集光するレンズであることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、集光部材の光軸が太陽光の光軸に対してずれている場合に、レンズは、熱膨張部材に太陽光が照射されるように太陽光を集光する。このため、例えば、ミラー等を用いて熱膨張部材に太陽光を照射する場合と比して、安価な構成とすることができる。
【００１５】
請求項４に係る太陽追尾装置は、請求項２又は３に記載の太陽追尾装置において、前記集光部材は、円筒状の筐体を備え、前記支持部材は、前記筐体を揺動可能に支持し、前記作用部材が前記筐体の外周面に作用することで前記筐体が揺動することを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、集光部材の光軸が太陽光の光軸に対してずれている場合に、作用部材が筐体の外周面に作用することで筐体が揺動する。これにより、微動追尾機構が、集光部材の光軸を太陽光の光軸に合わせるように集光部材を移動する。このように、集光部材は、円筒状の筐体を備え、支持部材が、筐体を揺動可能に支持することで、さらに簡易な構成で、集光部材を移動させることができる。
【００１７】
請求項５に係る太陽追尾装置は、請求項４に記載の太陽追尾装置において、前記熱膨張部材と前記作用部材とを含んで構成される作用ユニットを複数備え、前記集光部材の光軸方向から見て、前記作用ユニットは、対向するように配置されていることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、集光部材の光軸方向から見て、作用ユニットは、対向するように配置されている。このため、作用ユニットが対向する対向方向の一方側、及び他方側に筐体を揺動させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、太陽を追尾するために必要とする電力の消費量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）（Ｂ）本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機構の動作を説明するのに用いた動作説明図である。
【図２】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機構等を示した断面図である。
【図３】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の集光部材等を示した断面図である。
【図４】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機構及び集光部材等を示した断面図である。
【図５】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機に用いられた基台を示した平面図である。
【図６】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機に用いられた反射蓋を示した平面図である。
【図７】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機に用いられた感応ユニットを示した拡大平面図である。
【図８】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機に用いられた感応ユニットを示した平面図である。
【図９】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機構及び集光部材等を示した平面図である。
【図１０】本第１実施形態に係る太陽追尾装置の微動追尾機構、集光部材及び支持ユニットを示した斜視図である。
【図１１】（Ａ）（Ｂ）本第１実施形態に係る太陽追尾装置の粗動追尾機構の動作を説明するのに用いた断面図である。
【図１２】（Ａ）（Ｂ）本第１実施形態に係る太陽追尾装置の粗動追尾機構の動作を説明するのに用いた断面図である。
【図１３】本第１実施形態に係る太陽追尾装置を示した拡大斜視図である。
【図１４】本第１実施形態に係る太陽追尾装置を示した斜視図である。
【図１５】本第２実施形態に係る太陽追尾装置の集光部材等を示した断面図である。
【図１６】本第３実施形態に係る太陽追尾装置の集光部材等を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る太陽追尾装置の一例について図１〜図１４を用いて説明する。
【００２２】
（全体構成）
太陽追尾装置１０は、図１４に示されるように、太陽光を集光する複数の集光部材１２と、複数の集光部材１２を夫々支持する支持部材の一例としての支持ユニット１４とを備えている。さらに、太陽追尾装置１０は、集光部材１２の光軸Ｖ１を太陽光の光軸に合わせるように支持ユニット１４を傾動する粗動追尾機構１６を備えている。また、太陽追尾装置１０は、粗動追尾機構１６に比して高い精度で集光部材１２の光軸Ｖ１（図３参照）を太陽光の光軸に合わせるように集光部材１２を移動する微動追尾機構１８を備えている。この微動追尾機構１８は、集光部材１２に対して夫々設けられ、粗動追尾機構１６が支持ユニット１４を傾動させることで集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に合わせられた集光部材１２を夫々移動するようになっている。
【００２３】
〔集光部材〕
次に、集光部材１２について説明する。集光部材１２は、夫々同様の構成とされているため、一の集光部材１２について説明する。
【００２４】
集光部材１２は、図１０に示されるように、円筒状の筐体３０を備えている。さらに、集光部材１２は、図３に示されるように、筐体３０の内部に入射した太陽光を集束する放物面鏡３２を備えている。また、集光部材１２は、放物面鏡３２によって集束した太陽光が入射すると共に太陽光をレーザ光に変換するための円柱状のレーザ光変換媒質３４（以下「変換媒質３４」）を備えている。さらに、集光部材１２は、変換媒質３４から出射した光を変換媒質３４へ向けて反射する凹状のミラー３６（共振器ミラー）を備えている。
【００２５】
そして、放物面鏡３２は、筐体３０の内部に配置され、変換媒質３４、及びミラー３６は、筐体３０の側面に取り付けられた箱状のケース４６の内部に配置されている。なお、変換媒質３４としては、例えば、ネオジウム添加ヤグ（レーザ光線発生に用いる酸化アルミニウムの人造結晶）を用いることができる。
【００２６】
この構成において、放物面鏡３２によって集束した太陽光は、変換媒質３４の一端面３４Ａから入射して変換媒質３４の他端面３４Ｂから出射し、ミラー３６によって反射されて変換媒質３４の他端面３４Ｂから入射する。そして、太陽光が、変換媒質３４の一端面３４Ａとミラー３６との間で反射を繰り返すことで、一定の波長（例えば、１〔μｍ〕）のレーザ光となり、このレーザ光が、変換媒質３４の一端面３４Ａから放物面鏡３２へ向けて出射するようになっている。
【００２７】
さらに、放物面鏡３２には、変換媒質３４の一端面３４Ａから出射したレーザ光を通過させる通過孔３２Ａが形成されている。
【００２８】
また、集光部材１２は、放物面鏡３２の通過孔３２Ａを通過したレーザ光を集束するレンズ４０と、レンズ４０によって集束したレーザ光を伝搬する光ファイバ４２とを備えている。このレンズ４０は、筐体３０の側面においてケース４６が取り付けられた側とは反対側の部分に取り付けられた箱状のケース４８の内部に配置され、光ファイバ４２の端部がケース４８の壁板に接続されている。このように、集光部材１２は、所謂ＳＰＬ（Ｓｏｌａｒ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｌｅａｓｅｒ）ユニットを構成している。
【００２９】
ここで、集光部材１２の光軸Ｖ１は、放物面鏡３２の光軸として定義され、本実施形態では、円筒状の筐体３０の軸線と同一である。
【００３０】
〔支持ユニット〕
次に、支持ユニット１４について説明する。支持ユニット１４は、集光部材１２に対して夫々備えられており、支持ユニット１４は、夫々同様の構成とされているため、一の支持ユニット１４について説明する。
【００３１】
支持ユニット１４は、図３に示されるように、集光部材１２の光軸方向に延びる円柱状の支持ロッド６０と、支持ロッド６０の先端側（図中上側）の部分に取り付けられると共に筐体３０の基端側（図中下側）の部分を収容する収容部材６２とを備えている。さらに、支持ユニット１４は、収容部材６２の内部に配置され、筐体３０を揺動可能に支持する軸受６４を備えている。
【００３２】
収容部材６２は、箱状とされ、集光部材１２の光軸方向から見て正方形状とされている。そして、収容部材６２は、図１０に示されるように、図中上方側を向いた上面６２Ａと、図中下方側を向いた下面６２Ｂとを有している。さらに、収容部材６２は、図中上方側が開放され、筐体３０の基端側（図中下側）の部分が配置される円柱状の凹部６２Ｅを有している。そして、図３に示されるように、凹部６２Ｅを構成する壁面と、筐体３０との間には隙間が形成されている。
【００３３】
軸受６４は、所謂玉軸受けであって、軸受６４によって筐体３０が３次元的に揺動するようになっている。本実施形態では、集光部材１２の光軸Ｖ１と放物面鏡３２の鏡面（仮想鏡面）との交点である点Ｒを中心に筐体３０が揺動するようになっている。
【００３４】
なお、前述した太陽光の光軸は、太陽の中心点と点Ｒとを結ぶ直線と定義される。
【００３５】
この構成において、支持ユニット１４に備えられた軸受６４が、集光部材１２の筐体３０を３次元的に揺動するように支持するようになっている。
【００３６】
〔粗動追尾機構〕
次に、粗動追尾機構１６について説明する。なお、図中矢印Ｈは、太陽追尾装置１０の装置上下方向（鉛直方向）を示し、図中矢印Ｌは、太陽追尾装置１０の装置前後方向（水平方向）を示し、図中矢印Ｗは、太陽追尾装置１０の装置幅方向（水平方向）を示す。
【００３７】
粗動追尾機構１６は、図１４に示されるように、板面が装置上下方向を向いた矩形状の第一板部材８０と、第一板部材８０に対して下方側に配置され、板面が装置上下方向を向いた矩形状の第二板部材８２とを備えている。
【００３８】
第一板部材８０は、四隅に取り付けられたブラケット８４を介して図示せぬ設置台に取り付けられている。そして、第一板部材８０には、表裏を貫通する複数の貫通孔８０Ａが、縦横（矢印Ｌ方向及び矢印Ｗ方向）に並んで規則的に形成されている。
【００３９】
一方、第二板部材８２は、設置台に取り付けられておらず、第二板部材８２には、表裏を貫通する複数の貫通孔８２Ａが、貫通孔８０Ａが形成される規則と同様の規則で形成されている。また、夫々の貫通孔８０Ａと、夫々の貫通孔８２Ａとに支持ロッド６０が挿入されている。
【００４０】
そして、粗動追尾機構１６は、貫通孔８０Ａに取り付けられると共に支持ロッド６０を傾動可能に支持する球面軸受８６と、貫通孔８２Ａに取り付けられると共に支持ロッド６０を傾動可能に支持する球面軸受８８とを備えている。つまり、第二板部材８２は、球面軸受８６、支持ロッド６０の一部、及び球面軸受８８を介して第一板部材８０に支持されている。
【００４１】
また、第二板部材８２の装置前後方向の後方側（図中右側）の部分には、図１３に示されるように、装置前後方向に延びる貫通孔９０と装置幅方向に延びる貫通孔９２とが装置前後方向に並んで形成されている。
【００４２】
さらに、装置上下方向に延びるロッド９４の基端側の部分が貫通孔９０に貫通している。また、外周面にギヤ歯９６Ａが形成されていると共に装置前後方向に延びている回転軸９６Ｂを有した半円状のギヤ９６が、貫通孔９０の上方側に配置されている。そして、ロッド９４がギヤ９６の径方向に延びるようにギヤ９６に取り付けられている。
【００４３】
また、ギヤ歯９６Ａと噛合うギヤ歯９８Ａが形成されたギヤ９８が備えられ、ギヤ９８を回転させるステッピングモータ１０２（以下単に「モータ１０２」）が、図示せぬフレーム部材に取り付けられている。
【００４４】
一方、装置上下方向に延びるロッド１０４の基端側の部分が貫通孔９２に貫通している。また、外周面にギヤ歯１０６Ａが形成されていると共に装置幅方向に延びている回転軸１０６Ｂを有した半円状のギヤ１０６が、貫通孔９２の上方側に配置されている。そして、ロッド１０４がギヤ１０６の径方向に延びるようにギヤ１０６に取り付けられている。
【００４５】
また、ギヤ歯１０６Ａと噛合うギヤ歯１０８Ａが形成されたギヤ１０８が備えられ、ギヤ１０８を回転させるステッピングモータ１１２（以下単に「モータ１１２」）が、図示せぬフレーム部材に取り付けられている。
【００４６】
さらに、粗動追尾機構１６には、モータ１０２、１１２の回転を制御する制御部１１６が備えられ、制御部１１６には、太陽追尾装置１０が設置された場所の緯度経度の情報、及び太陽の軌道情報に基づいた追尾情報等が入力されている。そして、これらの情報に基づいて制御部１１６がモータ１０２、１１２を回転させるようになっている。
【００４７】
この構成において、装置前後方向から見た集光部材１２の傾きを変える場合には、図１１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、前述した情報に基づいて制御部１１６がモータ１０２を回転させる。モータ１０２が回転することでギヤ９８、ギヤ９６及びロッド９４が回転する。そして、ロッド９４の回転力が貫通孔９０の縁部から第二板部材８２に伝達される。これにより、第二板部材８２が装置幅方向に移動する。第二板部材８２が装置幅方向に移動することで、支持ロッド６０が球面軸受８６を中心に傾動する（傾く）。これにより、装置前後方向から見た集光部材１２の傾きが変えられるようになっている。なお、第二板部材８２が装置幅方向に移動すると、ロッド１０４は貫通孔９２内を通過するようになっている（図１３参照）。
【００４８】
これに対して、装置幅方向から見た集光部材１２の傾きを変える場合には、図１２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、前述した情報に基づいて制御部１１６がモータ１１２を回転させる。モータ１１２が回転することでギヤ１０８、ギヤ１０６及びロッド１０４が回転する。そして、ロッド１０４の回転力が貫通孔９２の縁部から第二板部材８２に伝達される。これにより、第二板部材８２が装置前後方向に移動する。第二板部材８２が装置前後方向に移動することで、支持ロッド６０が球面軸受８６を中心に傾動する。これにより、装置幅方向から見た集光部材１２の傾きが変えられるようになっている。なお、第二板部材８２が装置前後方向に移動すると、ロッド９４は貫通孔９０内を通過するようになっている（図１３参照）。
【００４９】
〔微動追尾機構〕
次に、微動追尾機構１８について説明する。
【００５０】
微動追尾機構１８は、図１０に示されるように、筐体３０の先端側の部分に取り付けた照射部材の一例としてのレンズ１２０と、筐体３０の基端側の部分に配置された感応ユニット１３０とを備えている。
【００５１】
［レンズ］
レンズ１２０は、所謂フレネルレンズであって、レンズ１２０の光軸方向が集光部材１２の光軸方向と一致するように配置されている。具体的には、集光部材１２の光軸方向から見て、レンズ１２０の外形は、図９に示されるように、正方形状とされとされている。また、レンズ１２０には、筐体３０の内部に太陽光が直接入射するように、円形の貫通孔１２０Ａが形成されている。そして、レンズ１２０に照射された太陽光は、レンズ１２０を透過することで４方向に分かれて集束されるようになっている。なお、レンズ１２０を透過した太陽光については後述する。
【００５２】
［感応ユニット］
感応ユニット１３０は、図１０に示されるように、収容部材６２の上面６２Ａに取り付けられている。そして、集光部材１２の光軸方向から見て、感応ユニット１３０の外形は、図８に示されるように、正方形状とされ、レンズ１２０の外形及び収容部材６２の外形と同様とされている（図１０参照）。
【００５３】
感応ユニット１３０は、図２に示されるように、収容部材６２の上面６２Ａに取り付けられる基台１３２と、基台１３２に重ねられている反射蓋１４０とを備えている。
【００５４】
基台１３２は、板状とされ、集光部材１２の光軸方向から見て、基台１３２の外形は、図５に示されるように、正方形状とされている。そして、基台１３２には、筐体３０が貫通する貫通孔１３２Ａが形成され、基台１３２と筐体３０との間には隙間が形成されている。
【００５５】
さらに、基台１３２の四隅側には、反射蓋１４０が重ねられる側（図中手前側）と貫通孔１３２Ａ側とが開放された一対の凹部１３２Ｂが夫々形成されている（図２参照）。一対の凹部１３２Ｂは、基台１３２の対角線Ｌ１、Ｌ２に対して対称に形成され、夫々の凹部１３２Ｂは、貫通孔１３２Ａの周方向に延びている。
【００５６】
夫々の凹部１３２Ｂには、筐体３０の外周面を押圧する（外周面に作用する）作用ユニットの一例としての押圧ユニット１３４が配置されている。換言すると、集光部材１２の光軸方向から見て、押圧ユニット１３４は、筐体３０の周方向に等間隔に形成されている４領域に配置されている。
【００５７】
また、夫々の押圧ユニット１３４は、太陽光を受けて膨張する熱膨張部材１３６と、膨張した熱膨張部材１３６の膨張力を受けて筐体３０を押圧する（筐体３０に作用する）作用部材の一例としての押圧部材１３８とを備えている。
【００５８】
熱膨張部材１３６は、本実施形態では、他の材質と比して比較的熱膨張係数が大きく、かつ、他の材質に比して安価なパラフィンによって形成され、貫通孔１３２Ａの周方向に延びるように凹部１３２Ｂに配置されている。
【００５９】
押圧部材１３８は、他の材質と比して比較的熱膨張係数が小さい金属材料により形成され、熱膨張部材１３６の内側に配置され、押圧部材１３８の一部が凹部１３２Ｂからから突出している。そして、突出した押圧部材１３８の先端側の部分が筐体３０の外周面と接触している（図２参照）。
【００６０】
一方、反射蓋１４０は、板状とされ、集光部材１２の光軸方向から見て、反射蓋１４０の外形は、図６に示されるように、正方形状とされている。そして、反射蓋１４０には、筐体３０が貫通する貫通孔１４０Ａが形成され、反射蓋１４０と筐体３０との間には隙間が形成されている。
【００６１】
さらに、反射蓋１４０の裏面（基台１３２側の面）には、アルミニウムが蒸着されている蒸着部１４２が形成されている。蒸着部１４２（図中斜線部）は、貫通孔１４０Ａの周縁を囲むように形成され、蒸着部１４２の内周縁は、のこぎり歯状とされている。また、基台１３２に反射蓋１４０が重ねられた状態で、図７に示されるように、集光部材１２の光軸方向から見て、蒸着部１４２ののこぎり歯状の部分が、熱膨張部材１３６の一部に重なるようになっている。
【００６２】
ここで、前述したレンズ１２０を透過した太陽光について説明する。
【００６３】
集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に高い精度で合っている場合には、レンズ１２０を透過した太陽光は、４方向に分かれ、図４、図８に示されるように、感応ユニット１３０の四隅側の反射位置１５０へ照射されるようになっている。この反射位置１５０は、押圧ユニット１３４に比して径方向の外側に位置しており、この反射位置１５０に集光した太陽光は、蒸着部１４２で反射するようになっている。
【００６４】
一方、集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に高い精度で合っていない場合（粗動追尾機構１６の性能では追尾できない精度で、集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に対してずれている場合）に、レンズ１２０を透過した太陽光は、反射位置１５０からずれて他の位置を照射するようになっている。具体的には、レンズ１２０を透過して４方向に分かれた何れかの太陽光が、何れかの熱膨張部材１３６を照射するようになっている。そして、太陽光が照射された熱膨張部材１３６が筐体３０側に膨張し、押圧部材１３８が、膨張した熱膨張部材１３６の膨張力を受けて筐体３０を押圧するようになっている。
【００６５】
（作用）
次に、太陽追尾装置１０の作用について説明する。
【００６６】
太陽追尾装置１０が設置された場所の緯度経度の情報、及び太陽の軌道情報に基づいた追尾情報等に基づいて、粗動追尾機構１６が、集光部材１２の光軸Ｖ１を太陽光の光軸に合わせる。
【００６７】
具体的には、制御部１１６が、モータ１０２、１１２を回転させる（図１３参照）。モータ１０２、１１２が回転することでギヤ９６、１０６及びロッド９４、１０４が回転する。これにより、第二板部材８２が装置幅方向及び装置前後方向に移動し、粗動追尾機構１６が、球面軸受８６を中心に支持ロッド６０を傾動する（図１０、図１４参照）。これにより、集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸と合う。
【００６８】
しかし、例えば、気象の変化等により第一板部材８０と第二板部材８２との間に温度差が生じることで、粗動追尾機構１６が稼働しただけでは、集光部材１２の光軸Ｖ１と太陽光の光軸とに、例えば±０．０３〔ｄｅｇ〕程度の追尾誤差が生じることがある。
【００６９】
この追尾誤差を少なくするため、微動追尾機構１８が、粗動追尾機構１６によって集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に合わせられた集光部材１２を粗動追尾機構１６に比して高い精度で集光部材１２の光軸Ｖ１を太陽光の光軸に合わせる。
【００７０】
微動追尾機構１８の作用について具体的に説明する。図１（Ａ）（Ｂ）には、微動追尾機構１８及び集光部材１２の模式図が示されている。集光部材１２の光軸Ｖ１と太陽光の光軸とが高い精度で合っている場合には、図１（Ａ）に示されるように、レンズ１２０を透過した太陽光は、熱膨張部材１３６に照射されず、反射位置１５０に照射される。そして、反射位置１５０に照射された太陽光は、蒸着部１４２（図６参照）で反射する。
【００７１】
一方、集光部材１２の光軸Ｖ１と太陽光の光軸とが高い精度で合っておらず、例えば、図１（Ｂ）に示すように、図中左斜め上側から太陽光が照射される場合には、レンズ１２０を透過した太陽光は、反射位置１５０からずれて図中左側の熱膨張部材１３６を照射する。そして、太陽光が照射された熱膨張部材１３６が筐体３０側に膨張し、押圧部材１３８が、膨張した熱膨張部材１３６の膨張力を受けて筐体３０を押圧する。
【００７２】
これにより、筐体３０が図中左側に傾くように点Ｒを中心に回転し、集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸と高い精度で合う。
【００７３】
筐体３０が回転して集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸と高い精度で合うと、図１（Ａ）に示されるように、レンズ１２０を透過した太陽光は、熱膨張部材１３６に照射されず、反射位置１５０に照射される。これにより、膨張していた熱膨張部材１３６が収縮することで、再度筐体３０が点Ｒを中心に回転する。これを繰り返すことで、集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に高い精度で合う。
【００７４】
集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に高い精度で合うことで、図３に示されるように、集光部材１２によって集光された太陽光は、放物面鏡３２によって集束し、変換媒質３４の一端面３４Ａから変換媒質３４に入射する。変換媒質３４の一端面３４Ａから入射した太陽光は、変換媒質３４の他端面３４Ｂから出射してミラー３６によって反射されて変換媒質３４の他端面３４Ｂから入射する。そして、太陽光が、変換媒質３４の一端面３４Ａとミラー３６との間で反射を繰り返すことで、一定の波長のレーザ光となり、このレーザ光が、変換媒質３４の一端面３４Ａから放物面鏡３２へ向けて出射する。
【００７５】
さらに、変換媒質３４の一端面３４Ａから出射したレーザ光は、放物面鏡３２の通過孔３２Ａを通過し、レンズ４０によって集束され、光ファイバ４２へ入射する。そして、レーザ光は、光ファイバ４２によってレーザ光を用いる場所に導かれる。
【００７６】
以下具体的に数値を用いて微動追尾機構１８の作用について説明する。
【００７７】
外径が７６〔ｍｍ〕の筐体３０を用い、筐体３０の先端側の部分に、一辺が８２〔ｍｍ〕の正方形状のレンズ１２０を取り付けた。さらに、レンズ１２０のレンズ面から７６〔ｍｍ〕離れた位置に感応ユニット１３０を配置した。熱膨張部材１３６には、線膨張係数が２３０×１０−６  〔／Ｋ〕で、体積比熱（定積比熱）が３．０９〔Ｊ／ｃｍ３・Ｋ］のパラフィンを用いた。
【００７８】
レンズ１２０の有効面積は、式（１）に示されるように２１．８７〔ｃｍ２〕となる。
【００７９】
８２２−３８２π  ＝  ２１．８７〔ｃｍ２〕・・・式（１）
また、一般に地上における太陽光の太陽エネルギーは、１０００〔Ｗ／ｍ２〕＝１０００〔Ｊ／ｓｅｃ・ｍ２〕＝０．１〔Ｊ／ｓｅｃ・ｃｍ２〕である。このため、このレンズ１２０を透過する太陽光の太陽エネルギーは、式（２）に示されるように２．１９〔Ｊ／ｓｅｃ〕となる。
【００８０】
０．１×２１．８７＝２．１９〔Ｊ／ｓｅｃ〕  ・・・式（２）
さらに、熱膨張部材１３６は、筐体３０の周方向に沿って８箇所に配置されている。また、集光部材１２の光軸方向から見て、蒸着部１４２ののこぎり歯状の部分が、熱膨張部材１３６に重なっているため、例えば、熱膨張部材１３６の１／３に蒸着部１４２が重なる。このため、熱膨張部材１３６に太陽光が照射された場合に、熱膨張部材１３６において太陽光が有効に照射される領域は熱膨張部材１３６の２／３となる。
【００８１】
これにより、レンズ１２０を透過して１個の熱膨張部材１３６に照射される太陽光の太陽エネルギーは、式（３）に示されるように０．１８３〔Ｊ／ｓｅｃ〕となる。
【００８２】
（２．１９／８）×２／３＝０．１８３〔Ｊ／ｓｅｃ〕・・・式（３）
ここで、熱膨張部材１３６の体積を０．０４８〔ｃｍ３〕とする。そして、集光部材１２の光軸Ｖ１と太陽光の光軸とが高い精度で合っておらず、１個の熱膨張部材１３６に前述した太陽エネルギーが１秒間照射されると、熱膨張部材１３６が温度上昇は、式（４）に示されるように１．２３  〔Ｋ／ｓｅｃ〕となる。
【００８３】
０．１８３／３．０９／０．０４８  ＝  １．２３  〔Ｋ／ｓｅｃ〕・・式（４）
この熱膨張部材１３６の温度上昇により、熱膨張部材１３６の膨張した体積は、式（５）に示されるように４×１０−５  〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕となる。
【００８４】
０．０４８×１．２３×（２３０×１０−６）×３  ＝  ４×１０−５  〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕・・・・式（５）
ここで、熱膨張部材１３６と押圧部材１３８との接触面積を１３〔ｍｍ２〕とすると、押圧部材１３８が、熱膨張部材１３６の膨張により筐体３０を押圧する押圧量は、式（６）に示されるように３．１〔μｍ〕となる。
【００８５】
（４×１０−５）／０．１３＝３．１×１０−４〔ｃｍ〕＝３．１〔μｍ〕・・式（６）
しかし、一の熱膨張部材１３６の膨張により押圧部材１３８が筐体３０を押圧すると、一の熱膨張部材１３６と対向して配置されている他の熱膨張部材１３６は圧縮される。このため、押圧部材１３８が筐体３０を押圧する押圧量は、３．１〔μｍ〕の１／２となり、１．５５〔μｍ〕となる。
【００８６】
また、筐体３０の軸方向において、筐体３０の回転中心である点Ｒと押圧部材１３８が筐体３０を押圧する押圧点との距離（図４に示す距離Ｊ）を３８〔ｍｍ〕とする。そうすると、前述した押圧量で筐体３０が押圧されると、筐体３０の回転角度は、式（７）に示されるように０．００２〔ｄｅｇ〕となる。
【００８７】
ｔａｎ−１{（１．５５×１０−３）／３８}＝０．００２〔ｄｅｇ〕・・・式（７）
このように、微動追尾機構１８を用いることで、筐体３０が高い精度で回転する。
【００８８】
（効果）
以上説明したように、微動追尾機構１８は、電力を用いることなく筐体３０を回転させる。このため、モータ等を用いて筐体３０を回転させる場合と比して、太陽を追尾するために必要とする電力の消費量を抑制することができる。
【００８９】
また、微動追尾機構１８は、リンク等の機構を用いず筐体３０を回転させる。このため、リンク等の機構の変形等が筐体３０を回転角に影響する誤差が抑制されることで、リンク等の機構を用いて筐体３０を揺動する場合と比して、高い精度で集光部材１２の光軸Ｖ１を太陽光の光軸に合せることができる。
【００９０】
また、太陽追尾装置１０を用いることで、高い精度で集光部材１２の光軸Ｖ１と太陽光の光軸とが合うため、強度の高いレーザ光を生成することができる。
【００９１】
また、集光部材１２の光軸Ｖ１が太陽光の光軸に高い精度で合っていない場合に、熱膨張部材１３６に太陽光が照射する照射部材としてレンズ１２０を用いることで、ミラー等を用いる場合と比して、安価な構成とすることができる。
【００９２】
また、集光部材１２の光軸方向から見て、押圧ユニット１３４が、対向するように配置されている。このため、押圧ユニット１３４が対向する対向方向の一方側、及び他方側に筐体３０を揺動させることができる。
【００９３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る太陽追尾装置の一例について図１５を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００９４】
第２実施形態に係る集光部材２００は、図１５に示されるように、円筒状の筐体３０の内部に入射した太陽光を集束する放物面鏡３２を備えている。また、集光部材２００は、放物面鏡３２によって集束した太陽光が一端面２０２Ａから入射すると共に太陽光をレーザ光に変換するための円柱状のレーザ光変換媒質２０２（以下「変換媒質２０２」）を備えている。さらに、集光部材２００は、変換媒質２０２の他端面２０２Ｂで反射して変換媒質２０２の一端面２０２Ａ出射して通過孔３２Ａを通過した太陽光を変換媒質２０２へ向けて反射する凹状のミラー２０４（共振器ミラー）を備えている。
【００９５】
そして、放物面鏡３２は、筐体３０の内部に配置され、変換媒質２０２は、筐体３０の側面に取り付けられた箱状のケース２０６の内部に配置されている。さらに、ミラー２０４は、筐体３０の側面においてケース２０６が取り付けられた側とは反対側の部分に取り付けられた箱状のケース２０８の内部に配置されている。
【００９６】
この構成において、放物面鏡３２によって集束した太陽光は、変換媒質２０２の一端面２０２Ａから入射して変換媒質２０２の他端面２０２Ｂで反射する。さらに、他端面２０２Ｂで反射した太陽光は、一端面２０２Ａから出射して通過孔３２を通過してミラー２０４の表面で反射して変換媒質２０２の一端面２０２Ａから入射する。
【００９７】
そして、太陽光が、変換媒質２０２の他端面２０２Ｂとミラー２０４との間で反射を繰り返すことで、一定の波長（例えば、１〔μｍ〕）のレーザ光となり、このレーザ光が、ミラー２０４の裏面から出射するようになっている。
【００９８】
さらに、ミラー２０４を挟んで変換媒質２０２の反対側には、ミラー２０４の裏面から出射したレーザ光を集束するレンズ２１２と、レンズ２１２によって集束したレーザ光を伝搬する光ファイバ２１４とを備えている。そして、光ファイバ２１４の端部は、ケース２０８の壁板に接続されている。
【００９９】
このように、変換媒質２０２の他端面２０２Ｂとミラー２０４との間で太陽光の反射を繰り返えさせることで、一方の反射面と他方の反射面との距離が、第１実施形態に比して長くなる。このため、効果的に太陽光の波長を調整することができる。
【０１００】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る太陽追尾装置の一例について図１６を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【０１０１】
第３実施形態に係る集光部材２５０は、図１６に示されるように、円筒状の筐体３０の内部に入射した太陽光を集束する放物面鏡２５２を備えている。また、集光部材２５０は、放物面鏡２５２によって集束した太陽光が一端面２５４Ａから入射すると共に太陽光をレーザ光に変換するための円柱状のレーザ光変換媒質２５４（以下「変換媒質２５４」）を備えている。さらに、集光部材２５０は、変換媒質２５４の他端面２５４Ｂから出射した光を変換媒質２５４へ向けて反射する凹状のミラー２５６（共振器ミラー）を備えている。
【０１０２】
そして、放物面鏡２５２は、筐体３０の内部に配置され、変換媒質２５４、及びミラー２５６は、筐体３０の側面に取り付けられた箱状のケース２５８の内部に配置されている。
【０１０３】
この構成において、放物面鏡２５２によって集束した太陽光は、変換媒質２５４の一端面２２５４Ａから入射して変換媒質２５４の他端面２５４Ｂから出射する。さらに、他端面２５４Ｂから出射した太陽光は、ミラー２５６の表面で反射されて変換媒質２０２の他端面２５４Ｂから入射する。
【０１０４】
そして、太陽光が、変換媒質２５４の一端面２５４Ａとミラー２５６との間で反射を繰り返すことで、一定の波長（例えば、１〔μｍ〕）のレーザ光となり、このレーザ光が、ミラー２５６の裏面から出射するようになっている。
【０１０５】
さらに、ミラー２５６を挟んで変換媒質２５４の反対側には、ミラー２５６の裏面から出射したレーザ光を集束するレンズ２６０と、レンズ２６０によって集束したレーザ光を伝搬する光ファイバ２６２とを備えている。そして、光ファイバ２６２の端部は、ケース２５８の壁板に接続されている。
【０１０６】
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、集光部材１２、２００、２５０は、複数備えられたが、１個であってもよい。
【０１０７】
また、上記実施形態では、集光部材１２、２００、２５０が集光した太陽光をレーザ光に変換する場合を例にとって説明したが、集光部材１２、２００、２５０が集光した太陽光の太陽エネルギーを熱エネルギーに変換してもよく、また、太陽エネルギーを電力等に変換してもよく、レーザ光と異なる他のエネルギーに変換してもよい。この場合には、本実施形態に係る太陽追尾装置１０を用いることで、太陽エネルギーが効率良く他のエネルギーに変換される。
【０１０８】
また、上記実施形態では、膨張した熱膨張部材１３６の膨張力によって筐体３０を押圧したが、膨張した熱膨張部材１３６の膨張力を筐体３０に作用させればよく、例えば、膨張した熱膨張部材１３６の膨張力によって筐体３０を引いてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１０         太陽追尾装置
１２         集光部材
１４         支持ユニット（支持部材の一例）
１６         粗動追尾機構
１８         微動追尾機構
３０         筐体
１２０             レンズ（照射部材の一例）
１３４        押圧ユニット（作用ユニットの一例）
１３６             熱膨張部材
１３８             押圧部材（作用部材の一例）
【図１】
0006324883.tif 000002
【図２】
0006324883.tif 000003
【図３】
0006324883.tif 000004
【図４】
0006324883.tif 000005
【図５】
0006324883.tif 000006
【図６】
0006324883.tif 000007
【図７】
0006324883.tif 000008
【図８】
0006324883.tif 000009
【図９】
0006324883.tif 000010
【図１０】
0006324883.tif 000011
【図１１】
0006324883.tif 000012
【図１２】
0006324883.tif 000013
【図１３】
0006324883.tif 000014
【図１４】
0006324883.tif 000015
【図１５】
0006324883.tif 000016
【図１６】
0006324883.tif 000017