(57)【要約】【課題】軽量化を可能にするとともに、わずかな風でも垂直回転軸を回転させることができる風を利用した動力装置を提供する。【解決手段】垂直に配置された回転自在な垂直回転軸１２と、垂直回転軸１２と直交しかつ垂直回転軸１２を貫通する回転自在な水平回転軸１６〜１８と、垂直回転軸１２を中心にして水平回転軸１６〜１８の両側に取り付けられた板状の第１及び第２の羽根部材１９〜２４と、垂直回転軸１２の回転に応じて稼働する動力機構２１とを備え、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、それぞれの板面の向きが水平回転軸１２の軸周方向に互いに９０度の角度だけずれて固定され、かつ、それぞれが水平回転軸１２を中心にして垂直方向と水平方向との問で互いに連動して揺動する。【選択図】図１
2005009473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に配置された回転自在な垂直回転軸と、
前記垂直回転軸と直交しかつ前記垂直回転軸を貫通する、回転自在な水平回転軸と、
前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側に取り付けられた板状の第１及び第２の羽根部材と、
前記垂直回転軸の回転に応じて稼働する動力機構とを備え、
前記第１及び第２の羽根部材は、それぞれの板面の向きが、前記水平回転軸の軸周方向に互いに９０度の角度だけずれて固定され、かつ、それぞれが、前記水平回転軸を中心にして、垂直方向と水平方向との間で、互いに連動して、揺動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に記載の風を利用した動力装置において、
前記第１及び第２の羽根部材は、前記第１及び第２の羽根部材のそれぞれの、前記水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形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に記載の風を利用した動力装置において、
前記第１及び第２の羽根部材は、前記ウェイトバランスの調整によって、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形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４】
請求項１〜３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、
複数段に重ねて配置されており、
各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、前記垂直回転軸の軸上の異なる位置でかつ前記垂直回転軸の軸周方向に所定の角度間隔だけずらされて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。
【請求項５】
請求項４に記載の風を利用した動力装置において、
前記所定の角度間隔は、１８０度を段数で除した値またはその倍数であることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の風を利用した動力装置において、
各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、蝶旋状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。
【請求項７】
請求項１〜６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、
前記水平回転軸の回転を９０度に規制する規制機構をさらに備えており、
前記規制機構は、前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側にそれぞれ設けられた第１及び第２の当て部材と、前記第１及び第２の当て部材のそれぞれと当接可能な、前記垂直回転軸にそれぞれ設けられている第１及び第２の受け部材とからなることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の風を利用した動力装置において、
前記第１及び第２の羽根部材に、ショックアブソ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９】
請求項１〜８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、
前記垂直回転軸に突出して設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材と当接して前記第１及び第２の羽根部材の回転を停止するストッパー部材を備えていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１０】
請求項１〜９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、
前記垂直回転軸に、前記水平回転軸との摩擦抵抗を軽減する軸受部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１１】
請求項１〜1０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、
前記垂直回転軸の回転方向を設定する回転設定機構を備えていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の風を利用した動力装置において、
前記回転設定機構は、
前記水平回転軸に設けられた突起部と、
前記第１及び第２の羽根部材に設けられていて、前記突起部と係合して前記垂直回転軸の回転方向を決定する係合部とからなることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１３】
請求項１〜1２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、
前記水平回転軸に設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材の板面の向きを設定する油圧バンパーを備えていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の風を利用した動力装置に供する板状の羽根部材であって、
前記水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１５】
請求項１４に記載の羽根部材において、
前記ウェイトバランスの調整によって、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１６】
請求項１５に記載の羽根部材において、
前記回転モーメントの差は、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで単位面積当たりの重量を変えることによって、設定されていることを特徴とする羽根部
材。
【請求項１７】
請求項１６に記載の羽根部材において、
前記第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、前記第１または第２区分部材のいずれかに、荷重物が配置されることによって、変えられていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１８】
請求項１６に記載の羽根部材において、
前記第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで比重の異なる素材を用いることによって、変えられていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１９】
請求項１６に記載の羽根部材において、
前記第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで異なる厚さに形成されることによって、変えられていることを特徴とする羽根部材。
【請求項２０】
請求項１４に記載の羽根部材において、
前記ウェイトバランスの調整に際して増加する慣性モーメントを低減させるために、前記ウェイトバランスの調整に際して付加する荷重の位置を、前記水平回転軸から荷重をかける側の部材の巾の０．１倍以内とすることを特徴とする羽根部材。
【請求項２１】
請求項1４〜２０のいずれか１項に記載の羽根部材において、
前記水平回転軸と直交する方向に延在する補助翼を有することを特徴とする羽根部材。
【請求項２２】
請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の羽根部材において、
板面に溝が設けられていることを特徴とする羽根部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風から動力を得て稼働する、風を利用した動力装置と、その動力装置に供する羽根部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
風を利用した動力装置は、例えば、発電機を備え、電力を発生するものや、ポンプを備え、水を汲み上げるもの等がある。
【０００３】
このような動力装置には、様々な構造のものがあるが、その中でも、例えば、垂直に配置された回転自在な回転軸（以下、垂直回転軸という）と、垂直回転軸に直交して取り付けられた水平紬と、水平軸に取り付けられた羽根部材（翼）とを備え、羽根部材で風を受けることによって、水平軸を介して垂直回転軸を回転させるものがある。例えば、特許文献１〜３には、このような動力装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５３−１３０４０号公報（第２図）
【特許文献２】特開平３−２０２６７９号公報（第１図〜第７図、第１１図）
【特許文献３】特開２００２−２１７０６号公報（図１及び図２）
【０００５】
風を利用した動力装置は、例えば、風力２といわれる風速３．４Ｍ／Ｓ以下のわずかな風でも、円滑に回転することが好ましい。そのためには、風のエネルギーをいかに効率よく、すなわち、風のエネルギーをできるだけ損失させずに、垂直回転軸の回転動力に転化させるかが最大の課題となる。
【０００６】
しかしながら、従来の技術には、構造が複雑で重量が重くなりがちであり、かつ、風のエネルギーを損失させる要因が少なからずある。そのため、従来の技術は、わずかな風では、垂直回転軸を円滑に回転させることが難しかった。
【０００７】
例えば、特許文献１には、垂直回転軸（特許文献１においては車軸）と、水平軸（羽根取付用軸）と、羽根部材（羽根）と、羽根部材の回転を抑制する部材（抑止杆）とを備えた動力装置が開示されている。
【０００８】
このような特許文献１に記載の動力装置は、以下のような要因が、風のエネルギーを多大に損失させている。
【０００９】
すなわち、各羽根部材の板面の向きが風の力を流す方向（すなわち、水平方向であり、以下、風を流す方向という）から風の力を受ける方向（すなわち、垂直方向であり、以下、風を受ける方向という）に変わる場合に、各羽根部材が他の羽根部材とは無関係に独立して動作するため、各羽根部材が急激に動いて、抑止杆と衝突する。このときに、振動が発生する。振動は、各羽根部材やその他の部材の動作に影響を与え、これらの円滑な動作を阻害する。そのため、多大な風のエネルギーを損失させることになる。
【００１０】
また、各羽根部材の板面の向きが風を受ける方向（すなわち、垂直方向）から風を流す方向（すなわち、水平方向）に変わる場合に、各羽根部材が風の流れに従うだけであるため、各羽根部材は緩慢に動作する。また、各羽根部材は重力によって下向きに引かれるため、風の力が弱いと、各羽根部材は水平に上がりきらない。これらの場合に、羽根部材は、ブレーキとして作用する。
【００１１】
また、特許文献１に記載の装置は、同一水平面上に配置する羽根部材の枚数を規定しておらず、同一水平面上に多数（４枚）の羽根部材を配置する構成も開示している。しかしながら、このような構成では、いずれかの羽根部材が別の羽根部材の風下になるときがあるため、風下になった羽根部材は風の力を受けなくなる。この場合にも、風下の羽根部材は、ブレーキとして作用する。
【００１２】
また、垂直回転軸が水平軸をいわば片持ち状に支持しているため、垂直回転軸の、水平軸を支持する機構の強度を強くする必要がある。この機構の強度を強くするには、機構を肉厚にしたり、付加的な構成を設ける必要がある。そのため、機構の重量が増大することになり、羽根部材の円滑な回転を阻害する。
【００１３】
特許文献２には、垂直回転軸（特許文献２においては鉛直主軸）と、水平軸（横杆）と、羽根部材（回動羽根）と、垂直回転軸の回転に応じて羽根部材を所定の角度に回転させる機械的な機構（角度変換部）と、その機械的な機構を作動させる部材（矢羽根）とを備えた動力装置が開示されている。また、特許文献３には、特許文献２と同様に、垂直回転軸（特許文献３おいては回転軸）と、水平軸（芯棒）と、羽根部材（受風翼）と、垂直回転軸の回転に応じて羽根部材を所定の角度に回転させる機械的な機構（翼作動棒、テコ、鎖、テコ固定枠、回転盤）と、その機械的な機構を作動させる部材（方向梶）とを備えた動力装置が開示されている。
【００１４】
このような特許文献２または３に記載の動力装置は、以下のような要因が、風のエネルギーを多大に損失させている。
【００１５】
すなわち、特許文献２または３に記載の装置は、好適に風を受ける方向が限定されており、最良の効率を得るためには、複雑な機構、すなわち、装置の機械的な機構の向きが風と平行になるように、機械的な機構を作動させる部材（特許文献２おける矢羽根、特許文献３おける方向梶や、機械的な機構を回転可能に支持する機構）を必要とする。そのため、装置は、風向きが変わると、羽根部材やその他の部材が円滑に動作しなくなり、効率が一時的に低下するとともに、最良の効率を得られるようになるまでに時間がかかってしまう。また、羽根部材以外に風の抵抗を受ける部材が多数、存在する。さらに、構造が複雑であるため、機構の重量が増大することになる。
【００１６】
また、特許文献２または３に記載の装置は、同一水平面上に配置する羽根部材の枚数を規定しておらず、同一水平面上に多数（４枚）の羽根部材を配置する構成も開示している。しかしながら、このような構成では、いずれかの羽根部材が別の羽根部材の風下になるときがあるため、風下になった羽根部材は風の力を受けなくなる。この場合にも、風下の羽根部材は、ブレーキとして作用する。
【００１７】
これらの要因が、羽根部材の円滑な回転を阻害する。そのため、多大な風のエネルギーを損失させることになる。
【００１８】
したがって、特許文献１〜３に記載の装置は、風のエネルギーを損失させる要因があるため、わずかな風では、垂直回転軸が回転しなかったり、回転したとしても、ぎこちなく回転したりしていた。すなわち、特許文献１〜３に記載の装置は、わずかな風では、垂直回転軸を円滑に回転させることが困難であるという問題があった。
【００１９】
なお、特許文献１に記載の装置は、羽根部材と抑止杆との衝突によって、「バタン、バタン」といった騒音が発生するという副次的な問題もある。また、特許文献２または３に記載の装置は、このような問題以外にも、部品点数が多く、構造が複雑なため、製造コストが高騰するとともに、設置がしにくく、故障が発生しやすいという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、軽量化を可能にするとともに、わずかな風でも垂直回転軸を回転させることができる、風を利用した動力装置、及びこの動力装置に供する好適な羽根部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を解決するには、風を利用した動力装置の構成を工夫すること、及び、その動力装置に供する羽根部材の構成を工夫することが好ましい。
【００２２】
そこで、本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直に配置された回転自在な垂直回転軸と、垂直回転軸と直交しかつ垂直回転軸を貫通する、回転自在な水平回転軸と、垂直回転軸を中心にして水平回転軸の両側に取り付けられた板状の第１及び第２の羽根部材と、垂直回転軸の回転に応じて稼働する動力機構とを備え、第１及び第２の羽根部材は、それぞれの板面の向きが、水平回転軸の軸周方向に互いに９０度の角度だけずれて固定され、かつ、それぞれが、水平回転軸を中心にして、垂直方向と水平方向との間で、互いに連動して、揺動することを特徴とする。
【００２３】
このような動力装置の第１及び第２の羽根部材は、以下のように動作する。すなわち、まず、無負荷、無風時において、第１及び第２の羽根部材は、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度で停止している。第１及び第２の羽根部材は、この状態で風を受けると、いずれか一方が風によって発生するトルク（以下、風の力という）を受けるように作用する。このとき、一方の羽根部材の板面の向きは風を受ける方向（すなわち、風の抵抗が最大限となる垂直方向）となり、他方の羽根部材の板面の向きは風を流す方向（すなわち、風の抵抗が最小限となる水平方向）となる。一方の羽根部材は、風の力を受けて水平回転軸を所定の方向に押し、水平回転軸は垂直回転軸を回転させる。この後、一方の羽根部材の板面の向きは風を受ける方向（すなわち、垂直方向）から風を流す方向（すなわち、水平方向）に徐々に変化し、これに連動して他方の羽根部材の板面の向きは風を流す方向（すなわち、水平方向）から風を受ける方向（すなわち、垂直方向）に変化する。そして、他方の羽根部材が風の力を受けるようになると、今度は他方の羽根部材が一方の羽根部材を水平方向に押し上げるとともに、風の力を受けて水平回転軸を所定の方向に押し、垂直回転軸を回転させる。この後、他方の羽根部材の板面の向きは風を受ける方向（すなわち、垂直方向）から風を流す方向（すなわち、水平方向）に後々に変化し、これに連動して一方の羽根部材の板面の向きは風を流す方向（すなわち、水平方向）から風を受ける方向（すなわち、垂直方向）に変化する。そして、一方の羽根部材が風の力を受けるようになると、今度は一方の羽根部材が他方の羽根部材を水平方向に押し上げるとともに、風の力を受けて水平回転軸を所定の方向に押し、垂直回転軸を回転させる。この後、第１及び第２の羽根部材は、同様の動作を交互に繰り返し行って、垂直回転軸を回転させる。このような第１及び第２の羽根部材は、互いに連動して動作する（すなわち、互いが、互いの羽根部材に働く風の力を利用して動作する）。そのため、その動作は、エネルギーの損失が少なく、非常に円滑である。このような第１及び第２の羽根部材の動作は、垂直回転軸を貫通する水平回転軸によって実現される。
【００２４】
本発明に係る風を利用した動力装置は、第１及び第２の羽根部材が水平回転軸によって互いに連動して動作する。そのため、各羽根部材は、板面の向きが風を流す方向から風を受ける方向に変わる場合には、別の羽根部材を水平方向に押し上げるように働くので、その動作が規制され、急激に動作することがない。また、逆に、各羽根部材は、板面の向きが風を受ける方向から風を流す方向に変わる場合には、別の羽根部材によって水平方向に押し上げられるので、素早い動作で水平方向に達することができる。また、各羽根部材は、板面の向きが風を流す方向にある場合でも、別の羽根部材によって水平方向に維持されているので、ばたつくことがない。このように、第１及び第２の羽根部材は、それぞれが互いの動きを補完するように動作するので、非常に円滑に動作する。したがって、本発明に係る風を利用した動力装置は、風のエネルギーを非常に効率よく、すなわち、風のエネルギーをほとんど損失することなく、垂直回転軸の回転動力に転化することができる。そのため、わずかな風でも、垂直回転軸を回転させることができる。また、振動と騒音の発生を抑えることもできる。
【００２５】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、水平回転軸を垂直回転軸に貫通させるとともに、水平回転軸の両側に位相を９０度変えて第１及び第２の羽根部材を固定しただけであるので、羽根部材を支持した状態で動作させるための複雑な機構や水平回転軸を回転させるための複雑な機構を必要としない。したがって、最小限の部品点数で構成することができる。そのため、構造を簡略化させることができるとともに、軽量化させることができる。さらに、製造コストを低減させることができるとともに、設置を容易にし、故障を発生しにくくすることができる。
【００２６】
本発明に係る風を利用した動力装置は、第１及び第２の羽根部材が以下のように構成されていることが好ましい。すなわち、第１及び第２の羽根部材は、第１及び第２の羽根部材のそれぞれの、水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、第１区分部材と第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されていることが好ましい。理想的には、第１及び第２の羽根部材は、ウェイトバランスの調整によって、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されていることが好ましい。このような第１及び第２の羽根部材は、回転モーメントが０に近似するように、ウェイトバランスが調整されているので、エネルギーの損失が少なく、わずかな風でも非常に円滑に回転する。
【００２７】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、複数段に重ねて配置されており、各段を構成する水平回転軸のそれぞれは、垂直回転軸の軸上の異なる位置でかつ垂直回転軸の軸周方向に所定の角度間隔だけずらされて配置されていることが好ましい。特に、所定の角度間隔は、１８０度を段数で除した値またはその倍数であることが好ましい。第１及び第２の羽根部材が、垂直回転軸方向から見た場合に、所定の角度毎に１枚存在するように、垂直回転軸の上下方向に複数段に配置されている。このとき、第１及び第２の羽根部材は、垂直回転軸に対して隙間を有して複数（具体的には３段〜２０段又はそれ以上の、多段式に）設けられている。しかも、第１及び第２の羽根部材は、上側から見た場合に垂直回転軸を中心にして放射状に均等に配置される。このような第１及び第２の羽根部材は、各羽根部材のいずれかが風の力を必ず受けるようになるとともに、同一水平面上にブレーキとなる他の羽根部材がないので、円滑な動作を可能とする。そのため、動力装置は、垂直回転軸に対して回転トルクのバラツキのない動力を得るとともに、高い効率を実現することができる。第１及び第２の羽根部材は、各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、蝶旋状に配置されていることが理想的である。これによって、各羽根部材のいずれかが風の力を必ず受けるようになるとともに、同一水平面上にブレーキとなる他の羽根部材がない。また、風を受ける段が下から上にまたは上から下に変位していくので、垂直回転軸にかかる力を分散させることができ、振動を低減することができる。このため、第１及び第２の羽根部材は、さらに円滑な動作を可能とする。これによって、動力装置は、垂直回転軸に対して回転トルクのバラツキのない動力を得るとともに、高い効率を実現することができる。
【００２８】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、水平回転軸の回転を９０度に規制する規制機構を備え、規制機構は、垂直回転軸を中心にして水平回転軸の両側にそれぞれ設けられた第１及び第２の当て部材と、第１及び第２の当て部材のそれぞれと当接可能な、垂直回転軸にそれぞれ設けられている第１及び第２の受け部材とからなることが好ましい。これによって、動力装置は、確実に、水平回転軸の回転角度を確保できる。
【００２９】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、第１及び第２の羽根部材に、ショックアブソーバが設けられていることが好ましい。これによって、動力装置は、第１及び第２の羽根部材や、水平回転軸、垂直回転軸にかかる衝撃を緩和するとともに、これらの部材の摩耗を防止し、装置全体の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直回転軸に突出して設けられていて、第１及び第２の羽根部材と当接して第１及び第２の羽根部材の回転を停止するストッパー部材を備えていることが好ましい。これによって、動力装置は、両側の羽根部材を適正角度で止めることができる。また、各羽根部材を止めるので、水平回転軸を止めるよりも小さな力で済む。
【００３１】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直回転軸に、水平回転軸との摩擦抵抗を軽減する軸受部が設けられていることが好ましい。これにより、水平回転軸は、軸受部によって少ない摩擦抵抗で回転することができ、この状態で垂直回転軸を回転させることができる。
【００３２】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直回転軸の回転方向を設定する回転設定機構を備えていることが好ましい。特に、回転設定機構は、水平回転軸に設けられた突起部と、第１及び第２の羽根部材に設けられていて、突起部と係合して垂直回転軸の回転方向を決定する係合部とからなることが好ましい。係合部は、例えば、第１及び第２の羽根部材の、水平回転軸の周辺に設けられた穴に挿入される、ピンとする。なお、穴は突起部の左右に設けられており、ピンは垂直回転軸の回転方向に応じて左右の穴のいずれかに挿入される。これにより、動力装置は、垂直回転軸の回転方向を任意に設定することができる。
【００３３】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、水平回転軸に設けられていて、第１及び第２の羽根部材の板面の向きを設定する油圧バンパーを備えていることが好ましい。これにより、動力装置は、第１及び第２の羽根部材を任意の板面の向きで固定することができるとともに、第１及び第２の羽根部材にかかる衝撃を緩和させることができる。
【００３４】
また、本発明に係る動力装置に供する板状の羽根部材は、水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、第１区分部材と第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されていることが好ましい。理想的には、羽根部材は、ウェイトバランスの調整によって、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されていることが好ましい。このような羽根部材は、回転モーメントが０に近似するように、ウェイトバランスが調整されているので、エネルギーの損失が少なく、非常に円滑に動作する。
【００３５】
ここで、回転モーメントの差は、第１区分部材と第２区分部材とで単位面積当たりの重量を変えることによって、設定されていることが好ましく、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、以下の手法のいずれかによって変えられていることが好ましい。すなわち、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、第１または第２区分部材のいずれかに、荷重物が配置されることによって、変えられている。または、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、第１区分部材と第２区分部材とで比重の異なる素材を用いることによって、変えられている。または、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、第１区分部材と第２区分部材とで異なる厚さに形成されることによって、変えられている。このような羽根部材は、いずれも、無負荷、無風時に、第１及び第２の羽根部材を所定の状態（すなわち、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度）で安定して停止させることができるとともに、回転の開始時及び回転時における動作を円滑にさせることができる。
【００３６】
さらには、羽根部材は、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差を低減させるに際して増加する慣性モーメントを低減させるために、回転モーメントの差を低減させるに際して付加する荷重の位置を、水平回転軸から荷重をかける側の部材の巾の０．１倍以内とすることが理想的である。
【００３７】
また、羽根部材は、水平回転軸と直交する方向に延在する補助翼を有することが好ましい。補助翼は、第１及び第２の羽根部材の外端からすり抜けようとする風を押さえ付けるように作用する。これにより、動力装置は、第１及び第２の羽根部材にかかる風の力を数パーセント〜数十パーセント程度向上させることができ、風のエネルギーを動力に転化する効率を向上させることができる。
【００３８】
また、羽根部材は、板面に溝が設けられていることが好ましい。溝は、風を封じ込めるように作用する。これにより、動力装置は、第１及び第２の羽根部材にかかる風の力を数パーセント〜数十パーセント程度向上させることができ、風のエネルギーを動力に転化する効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直回転軸を貫通する回転自在な水平回転軸によって、第１及び第２の羽根部材とが、水平回転軸を中心にして、垂直方向と水平方向との間で、互いに連動して、揺動する。
【００４０】
このような動力装置は、各羽根部材が互いの動きを補完するように動作するので、非常に円滑に動作する。また、ブレーキとして作用する羽根部材やその他の部材が存在しない。したがって、本発明に係る風を利用した動力装置は、風のエネルギーを非常に効率よく、すなわち、風のエネルギーをほとんど損失することなく、垂直回転軸の回転動力に転化することができる。そのため、わずかな風でも、垂直回転軸を回転させることができる。また、振動と騒音の発生を抑えることもできる。また、最小限の部品点数で構成することができる。そのため、構造を簡略化させることができるとともに、軽量化させることができる。さらに、製造コストを低減させることができるとともに、設置を容易にし、故障を発生しにくくすることができる。
【００４１】
本発明に係る風を利用した動力装置は、第１及び第２の羽根部材が、第１区分部材と第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されていることが好ましい。理想的には、第１及び第２の羽根部材は、ウェイトバランスの調整によって、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されていることが好ましい。このような第１及び第２の羽根部材は、回転モーメントが０に近似するように、ウェイトバランスが調整されているので、エネルギーの損失が少なく、わずかな風でも非常に円滑に回転する。
【００４２】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、複数段に重ねて配置されており、各段を構成する水平回転軸のそれぞれは、垂直回転軸の軸上の異なる位置でかつ垂直回転軸の軸周方向に所定の角度間隔だけずらされて配置されていることが好ましい。これにより、第１及び第２の羽根部材は、各羽根部材のいずれかが風の力を必ず受けるようになるとともに、同一水平面上にブレーキとなる他の羽根部材がないので、円滑な動作を可能とする。そのため、動力装置は、垂直回転軸に対して回転トルクのバラツキのない動力を得るとともに、高い効率を実現することができる。また、第１及び第２の羽根部材は、各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、螺旋状に配置されていることが理想的である。これにより、第１及び第２の羽根部材は、設置時に各部材のバランスを取り易くなるとともに、角度の調節をし易くなる。
【００４３】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、水平回転軸の回転を９０度に規制する規制機構を備えていることが好ましい。これによって、動力装置は、確実に、水平回転軸の回転角度を確保できる。
【００４４】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、第１及び第２の羽根部材に、ショックアブソーバが設けられていることが好ましい。これによって、動力装置は、第１及び第２の羽根部材や、水平回転軸、垂直回転軸にかかる衝撃を緩和するとともに、これらの部材の磨耗を防止し、装置全体の長寿命化を図ることができる。
【００４５】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直回転軸に突出して設けられていて、第１及び第２の羽根部材と当接して第１及び第２の羽根部材の回転を停止するストッパー部材を備えていることが好ましい。これによって、動力装置は、両側の羽根部材を適正角度で止めることができる。また、各羽根部材を止めるので、水平回転軸を止めるよりも小さな力で済む。
【００４６】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直回転軸に、水平回転軸との摩擦抵抗を軽減する軸受部が設けられていることが好ましい。これにより、水平回転軸は、軸受部によって少ない摩擦抵抗で回転することができ、この状態で垂直回転軸を回転させることができる。
【００４７】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、垂直回転軸の回転方向を設定する回転設定機構を備えていることが好ましい。これにより、動力装置は、垂直回転軸の回転方向を任意に設定することができる。
【００４８】
また、本発明に係る風を利用した動力装置は、水平回転軸に設けられていて、第１及び第２の羽根部材の板面の向きを設定する油圧バンパーを備えていることが好ましい。これにより、動力装置は、第１及び第２の羽根部材を任意の板面の向きで固定することができるとともに、第１及び第２の羽根部材にかかる衝撃を緩和させることができる。
【００４９】
また、本発明に係る動力装置に供する板状の羽根部材は、第１区分部材と第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されていることが好ましい。理想的には、第１及び第２の羽根部材は、ウェイトバランスの調整によって、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されていることが好ましい。このような羽根部材は、回転モーメントが０に近似するように、ウェイトバランスが調整されているので、エネルギーの損失が少なく、わずかな風でも非常に円滑に回転する。
【００５０】
また、羽根部材の回転モーメントの差は、第１区分部材と第２区分部材とで単位面積当たりの重量を変えることによって、設定されていることが好ましく、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、以下の手法のいずれかによって変えられていることが好ましい。すなわち、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、第１または第２区分部材のいずれかに、荷重物が配置されることによって、変えられている。または、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、第１区分部材と第２区分部材とで比重の異なる素材を用いることによって、変えられている。または、第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、第１区分部材と第２区分部材とで異なる厚さに形成されることによって、変えられている。このような羽根部材は、いずれも、無負荷、無風時に、第１及び第２の羽根部材を所定の状態（すなわち、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度）で安定して停止させることができるとともに、回転の開始時及び回転時における動作を円滑にさせることができる。
【００５１】
また、羽根部材は、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差を低減させるに際して増加する慣性モーメントを低減させるために、回転モーメントの差を低減させるに際して付加する荷重の位置を、水平回転軸から荷重をかける側の部材の巾の０．１倍以内とすることが理想的である。これにより、羽根部材は、わずかな風でも、非常に円滑に回転することができる。
【００５２】
また、羽根部材は、水平回転軸と直交する方向に延在する補助翼を有することが好ましい。補助翼は、第１及び第２の羽根部材の外端からすり抜けようとする風を押さえ付けるように作用する。これにより、動力装置は、第１及び第２の羽根部材にかかる風の力を数パーセント〜数十パーセント程度向上させることができ、風のエネルギーを動力に転化する効率を向上させることができる。
【００５３】
また、羽根部材は、板面に溝が設けられていることが好ましい。溝は、風を封じ込めるように作用する。これにより、動力装置は、第１及び第２の羽根部材にかかる風の力を数パーセント〜数十パーセント程度向上させることができ、風のエネルギーを動力に転化する効率を向上させることができる。
【実施例１】
【００５４】
以下に、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、各図は、本発明を理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する要素や同様な要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【００５５】
＜実施の形態＞
（風を利用した動力装置全体の構成）
図１は本発明の実施の形態に係る風を利用した動力装置の正面図、図２は同装置の一部省略上面図である。
【００５６】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る風を利用した動力装置１０は、垂直に配置された回転自在な垂直回転軸１２と、垂直回転軸１２に上下方向に隙間を有して配置され、垂直回転軸１２と直角に交叉しかつ垂直回転軸１２を貫通する水平回転軸１６〜１８と、垂直回転軸１２を中心にして水平回転軸１６〜１８の両側に取り付けられた板状の第１及び第２の羽根部材１９〜２４と、垂直回転軸１２の回転に応じて稼働する動力機構としての発電機２９とを備えている。
【００５７】
第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、それぞれの板面の向きが、水平回転軸１６〜１８の軸周方向に互いに９０度の角度だけずれて固定されている。第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、無負荷、無風時において、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度で停止しているが、風を受けると、それぞれが、水平回転軸１６〜１８を中心にして、垂直方向と水平方向との間で、互いに連動して、揺動する。
【００５８】
なお、図１に示す例では、垂直回転軸１２は、下端側が基台１１に取り付けられているが、垂直回転軸１２を取り付ける位置はこれに限らない。例えば、上端側または上端と下端の両側が、基台１１に取り付けられるようにしてもよい。
【００５９】
また、図１に示す例では、垂直回転軸１２と水平回転軸１６〜１８との間に、軸受部１３〜１５が設けられている。これにより、垂直回転軸１２と水平回転軸１６〜１８と間の摩擦抵抗を軽減している。
【００６０】
また、図１に示す例では、３組の第１及び第２の羽根部材が３段に重ねて配置されているが、第１及び第２の羽根部材の組数は、これに限らず、１組の場合もあれば、３を含む複数組の場合もある。ただし、第１及び第２の羽根部材は、以下に説明するように、組数が１組よりは複数組の方が効率がよい。
【００６１】
すなわち、第１及び第２の羽根部材は、例えば、図２に示すように、組数が複数組である場合に、上から見て、各組の位相を所定の角度ずつ変えて均等配置される。なお、図２は、図１に示す動力装置１０が、反時計回りに２４０度回転した状態を示している。ここで、所定の角度は、１８０度を第１及び第２の羽根部材の組数（すなわち、段数）で除した角度（または、第１及び第２の羽根部材が二重以上に重なって配置されている場合は、その倍数（２倍、３倍、…））となる。例えば、第１及び第２の羽根部材の組数が３組（すなわち、段数が３段）で、かつ、第１及び第２の羽根部材が重なって配置されていない（すなわち、一重に配置されている）場合に、所定の角度は、図２に示すように、６０度となる。
【００６２】
このような第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、例えば、図３に示す出力特性を得ることができる。なお、図３は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４のいずれか一方の出力特性を示しており、他方の出力特性は図３に示す出力特性の位相を１８０度ずらしたものとなる。ここでは、図面が不明瞭になるため、他方の出力特性については割愛する。図３（ａ）は、１枚の羽根部材による出力特性を示しており、垂直回転軸１２の回転角度が９０度のときに、垂直な状態になり、垂直回転軸１２の回転角度が２７０度のときに、水平な状態になる羽根部材の特性を示している。また、図３（ｂ）は、複数枚（ここでは、第１及び第２の羽根部材１９〜２４のいずれか一方の３枚）の羽根部材による出力特性を示している。
【００６３】
図３（ａ）に示すように、羽根部材は、板面の向きが垂直な状態において、最大の応力を出力することができ、垂直な状態から水平な状態になるにしたがって、減衰された応力を出力する。そして、板面の向きが水平な状態において、風の抵抗を受けて、負の応力を出力するようになり、ブレーキとして作用する。そのため、動力装置１０は、羽根部材が１枚の場合では、図３（ａ）に示すように、出力特性にばらつきが生じる。すなわち、垂直回転軸１２の回転角度が９０度、４５０度、…、の場合にしか、最大の応力を出力できない。これに対して、動力装置１０は、羽根部材が複数枚の場合では、各羽根部材のいずれかが風の力を受けるので、風の力をより均等に受けることになる。そのため、動力装置１０は、図３（ｂ）に示すように、フラットな出力特性、すなわち、垂直回転軸１２の回転角度がどのような値でも、最大の応力またはそれに近い値の応力を出力する特性を得ることができ、垂直回転軸１２を円滑に回転させることができる。
【００６４】
したがって、羽根部材は、１枚よりは複数枚の方が効率がよく、同様に、第１及び第２の羽根部材は、組数が１組よりは複数組の方が効率がよい。
【００６５】
ところで、羽根部材は、以下の点で、２枚を一組にして、垂直回転軸１２を中心にして１８０度対称に配置することが好ましい。
【００６６】
例えば、羽根部材が１枚だけの場合、垂直回転軸１２は羽根部材をいわば片持ち状に支持することになる。これに対し、羽根部材が２枚一組になっている場合、垂直回転軸１２は羽根部材を両持ち状に支持することになる。垂直回転軸１２が片持ち状に支持する場合と両持ち状に支持する場合とでは、垂直回転軸１２を中心とした回転モーメントが異なり、片持ち状よりは両持ち状の方が小さくなる。そのため、羽根部材は、この点で、２枚を一組にして、垂直回転軸１２を中心にして１８０度対称に配置することが好ましい。
【００６７】
また、第１の羽根部材１９、２１、２３と第２の羽根部材２０、２２、２４は、垂直回転軸１２を中心にして１８０度対称の位置に配置されていると、同一水平面上に、それぞれ１枚ずつしか存在しないことになる。そのため、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、他の羽根部材の風下になることがなく、ブレーキとして作用することがない。したがって、動力装置１０は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４を円滑に動作させることができ、その結果、垂直回転軸１２の回転効率を向上させることができる。そのため、羽根部材は、この点でも、２枚を一組にして、垂直回転軸１２を中心にして１８０度対称に配置することが好ましい。
【００６８】
なお、図１に示す例では、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、螺旋状に配置されているが、垂直回転軸１２の回転効率は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が所定の角度で均等配置されていれば、螺旋状であってもなくても同様である。ただし、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、一段ずつ下から順に設置していくので、設置時における各部材のバランスの取り易さや、角度の調節のし易さを考慮すると、蝶旋状に配置するのが好ましい。
【００６９】
以下、動力装置１０の構成について詳しく説明する。
【００７０】
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り付けられている。また、前記基台１１は、フレーム部材２５に固定された、動力機構としての発電機２９が内蔵されている。
【００７１】
垂直回転軸１２は、一部にプーリ２８が設けられており、そのプーリ２８は、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によって連結されている。これにより発電機２９の入力軸は、垂直回転軸１２の回転が伝達されて回転し、電力を発生する。
【００７２】
垂直回転軸１２には、各第１及び第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）には、図４又は図５に示すように、両側にボス部３２、３３が設けられ、また内部に垂直回転軸１２を貫通する挿通孔３４が設けられている。挿通孔３４には、両側が拡径されており、軸受の一例であるブッシュ３５、３６が設けられている。なお、図４は図１におけるＰ部拡大正面図、図５は図１におけるＰ部拡大側面図である。この挿通孔３４には、水平回転軸１６（１７、１８も同様）が貫通される。水平回転軸１６（１７、１８も同様）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。水平回転軸１６は、軸受部１３によって少ない摩擦抵抗で回転する。
【００７３】
この実施の形態においては、軸受部１３（１４、１５も同様）には、両端にスラスト荷重を受ける平ブッシュ４２、４３が設けられている。一方、水平回転軸１６（１７、１８も同様）の主軸部３７には、この平ブッシュ４２、４３に当接して、リング金物４４、４５が固着されている。そして、リング金物４４、４５は、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。
【００７４】
水平回転軸１６（１７、１８も同様）の主軸部３７と突出軸部３８（または３９）とを固定する連結金具４０（または４１）には、両側から直径の異なる雌ねじが設けられている。この雌ねじには、主軸部３７の一端（または他端）に形成された雄ねじと、突出軸部３８（または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。
【００７５】
水平回転軸１６の突出軸部３９、３８には、それぞれ第１及び第２の羽根部材１９、２０が、水平回転軸１６を中心にして、互いに９０度の角度だけずれて固定されている。なお、この第１及び第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。
【００７６】
また、水平回転軸１６は、水平回転軸１６の回転角度を、実質９０度の範囲で規制する機構（図４及び図５参照）が設けられている。すなわち、水平回転軸１６は、軸受部１３を中央にして両側に、第１及び第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、この第１及び第２の当て金物４６、４７にそれぞれ当接可能な第１及び第２の受け金物（受け部材の一例）４８、４９が設けられている。これにより、水平回転軸１６は、実質的に９０度の範囲しか回転しないようになっている。
【００７７】
具体的には、図４及び図５に示すように、水平回転軸１６は、水平回転軸１６上にある一方の連結金具４０に、第１の当て金物４６が設けられ、他方の連結金物４１に、第２の当て金物４７が設けられている。この第１及び第２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。
【００７８】
また、一方、軸受部１３の両側に設けられている第１及び第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。
【００７９】
この実施の形態では、第１及び第２の当て金物４６、４７及び第１及び第２の受け金物４８、４９は、それぞれ当てボルト５２、５３及び受けボルト５６、５７を備え、第１及び第２の羽根部材１９、２０の板面の向きの停止角度を細かく調整できるようにしているが、必ずしも細かく調整できるようにする必要はなく、それぞれを固定な状態にしておいてもよい（この場合は、第１及び第２の当て金物４６、４７及び第１及び第２の受け金物４８、４９は、軸受部１３内に配置するのが好ましい）。
【００８０】
なお、他の水平回転軸１７、１８の軸受部１４、１５にも、水平回転軸１６と同様に、水平回転軸１７、１８の回転角度を、実質９０度の範囲で規制する機構が設けられている。
【００８１】
なお、図２に示す例では、３組の第１及び第２の羽根部材が３段に重ねて配置されているので、必然的に３本の水平回転軸が示されているが、水平回転軸の本数は、これに限らず、１本の場合もあれば、３を含む複数本の場合もある。水平回転軸は、本数が複数本である場合に、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。
【００８２】
以上のように構成された風を利用した動力装置１０の第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、以下のように動作する。
【００８３】
すなわち、無負荷、無風時において、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度で停止している。第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、この状態で風を受けると、いずれか一方が風の力を受けるように作用する。例えば、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が、図２に示すような羽根位置になっているものとする。このとき、第１の羽根部材１９、２１、２３の板面の向きは風Ｗを受ける方向（すなわち、風Ｗの抵抗が最大限となる垂直方向）となり、第２の羽根部材２０、２２、２４の板面の向きは風Ｗを流す方向（すなわち、風Ｗの抵抗が最小限となる水平方向）となる。そして、第１の羽根部材１９、２１、２３は、風Ｗの力を受けて水平回転軸１６〜１８を所定の方向（ここでは、反時計回りの方向）に押し、水平回転軸１６〜１８は垂直回転軸１２を回転させる。
【００８４】
この後、第１の羽根部材２３が風下位置Rに到達して風Ｗの流れる向きと平行になると、第１の羽根部材２３の板面の向きは風Ｗを受ける方向（すなわち、垂直方向）から風Ｗを流す方向（すなわち、水平方向）に徐々に変化し、これに連動して第２の羽根部材２４の板面の向きは風Ｗを流す方向（すなわち、水平方向）から風Ｗを受ける方向（すなわち、垂直方向）に変化する。そして、第２の羽根部材２４が風Ｗの力を受けるようになると、今度は第２の羽根部材２４が第１の羽根部材２３を水平方向に押し上げるとともに、風Ｗの力を受けて水平回転軸１８を所定の方向に押し、垂直回転軸１２を回転させる。なお、このとき、羽根部材１９、２１も、風Ｗの力を受けて水平回転軸１６、１７を所定の方向に押し、垂直回転軸１２を回転させる。この後、次の第１の羽根部材２１が風下位置Rに到達して風Ｗの流れる向きと平行になると、次の第１の羽根部材２１、第２の羽根部材２２、水平回転軸１７、垂直回転軸１２は、同様に動作する。また、さらに、この後、次の第１の羽根部材１９が風下位置Rに到達して風Ｗの流れる向きと平行になると、次の第１の羽根部材１９、第２の羽根部材２０、水平回転軸１６、垂直回転軸１２も、同様に動作する。
【００８５】
この後、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、図２に示す状態から半回転した状態となる。このとき、第２の羽根部材２０、２２、２４の板面の向きは風Ｗを受ける方向（すなわち、垂直方向）となり、第１の羽根部材１９、２１、２３の板面の向きは風Ｗを流す方向（すなわち、水平方向）となる。そして、第２の羽根部材２０、２２、２４は、風Ｗの力を受けて水平回転軸１６〜１８を所定の方向に押し、水平回転軸１６〜１８は垂直回転軸１２を回転させる。
【００８６】
この後、第２の羽根部材２４が風下位置Rに到達して風Ｗの流れる向きと平行になると、第２の羽根部材２４の板面の向きは風Ｗを受ける方向（すなわち、垂直方向）から風Ｗを流す方向（すなわち、水平方向）に徐々に変化し、これに連動して第１の羽根部材２３の板面の向きは風Ｗを流す方向（すなわち、水平方向）から風Ｗを受ける方向（すなわち、垂直方向）に変化する。そして、第１の羽根部材２３が風Ｗの力を受けるようになると、今度は第１の羽根部材２３が第２の羽根部材２４を水平方向に押し上げるとともに、風Ｗの力を受けて水平回転軸１８を所定の方向に押し、垂直回転軸１２を回転させる。なお、このとき、第２の羽根部材２０、２２も、風Ｗの力を受けて水平回転軸１６、１７を所定の方向に押し、垂直回転軸１２を回転させる。この後、次の第２の羽根部材２２が風下位置Rに到達して風Ｗの流れる向きと平行になると、次の第２の羽根部材２２、第１の羽根部材２１、水平回転軸１７、垂直回転軸１２は、同様に動作する。また、さらに、この後、次の第２の羽根部材２０が風下位置Rに到達して風Ｗの流れる向きと平行になると、次の第２の羽根部材２０、第１の羽根部材１９、水平回転軸１６、垂直回転軸１２も、同様に動作する。
【００８７】
この後、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、同様の動作を交互に繰り返し行って、垂直回転軸１２を回転させる。このような第１及び第２の羽根部材１９〜２４の動作は、垂直回転軸１２を貫通する水平回転軸１６〜１８によって実現される。そして、第１の羽根部材１９、２１、２３と第２の羽根部材２０、２２、２４が互いに連動して行う（すなわち、互いの動きを利用して行う）ので、非常に円滑であり、かつエネルギーの損失が少ない。
【００８８】
この実施の形態に係る風を利用した動力装置１０は、実験において、垂直回転軸１２の回転速度が１０〜１２０rｐｍ、水平回転軸１６〜１８の揺動周期が１０〜１２０回／分であったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８９】
ところで、前述の角度規制機構（図４及び図５参照）は、動力装置１０が動作するのにともない、以下のように動作する。
【００９０】
図４及び図５において、第１の羽根部材１９の板面の向きは垂直方向になっており、また第２の羽根部材２０の板面の向きは水平方向となっている。このとき、第２の当て金物４７は、第２の受け金物４９に当接し、第１及び第２の羽根部材１９、２０の板面の向きを規制している。
【００９１】
第１の羽根部材１９は、このような状態で風の力を受けて水平回転軸１６を所定の回転方向（ここでは、反時計回りの方向）に押す。第１の羽根部材１９は、水平回転軸１６が図２に示す風下位置Rを超えると、裏側から風Ｗが当たるようになる。これにより、第１の羽根部材１９は、図４に示す矢印Ｑ方向に回転を開始する。この回転は、水平回転軸１６を通じて第２の羽根部材２０に伝わる。これによって、風上にある第２の羽根部材２０の板面の向きが、水平方向から垂直方向に推移する。そして、第２の羽根部材２０が風Ｗの力を受けるようになる。これによって、今度は第２の羽根部材２０が第１の羽根部材１９を水平方向に押し上げるように作用する。このとき、第１の当て金物４６が、第１の受け金物４８に当接し、第１及び第２の羽根部材１９、２０の板面の向きを規制する。このような動作は、下部の水平回転軸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る。
【００９２】
（羽根部材の構成）
図６に、羽根部材１９の構成を示す。なお、他の羽根部材２０〜２４についても同様の構成となっている。
【００９３】
図６に示す例では、羽根部材１９は、単一の物質で、かつ、各部分で厚さが均一な長方形に形成されており、端部ではなく、中間部で、水平回転軸１６に固定されている。しかも、羽根部材１９は、偏心して水平回転軸１６に固定されているとともに、動作が安定するように、例えば荷重物１０３が配置されている。
【００９４】
なお、図６に示す例では、羽根部材１９は、偏心して水平回転軸１６に固定されているが、これは、羽根部材１９の、水平回転軸１６を中心にして２つに区分される部分（一方を第１区分部材といい、他方を第２区分部材という）で、風から受ける力の大きさが異なるようにするためである。風から受ける力は、羽根部材１９が、単一の物質で、かつ、各部分で厚さが均一な長方形である場合には、第１区分部材と第２区分部材とで同一になる。そのため、羽根部材１９は、偏心して水平回転軸１６に固定されることになる。しかしながら、風から受ける力は、羽根部材１９が、第１区分部材と第２区分部材とで異なる物質で形成されていたり、各部分で厚さが異なったり、特殊な形状である場合には、第１区分部材と第２区分部材とで異なる。そのため、このような場合は、羽根部材１９は、偏心しないで水平回転軸１６に固定されることもありうる。
【００９５】
図６に示す例では、羽根部材１９は、偏心して水平回転軸１６に固定されている。そのため、羽根部材１９は、面積の大きな側の部分（以下、大面積な部分）１０１と面積の小さな側の部分（以下、小面積な部分という）１０２とが形成されている。なお、以下、大面積な部分を長尺部分という場合がある。また、小面積な部分を短尺部分という場合もある。
【００９６】
大面積な部分１０１の重心には、水平回転軸１６を中心にして重力によって発生する回転モーメントＭ１がかかる。また、小面積な部分１０２の重心には、水平回転軸１６を中心にして、回転モーメントＭ１とは逆方向に、重力によって発生する回転モーメントＭ２がかかる。回転モーメントＭ２は、回転モーメントＭ１よりも小さいので、小面積な部分１０２には、大面積な部分１０１の動作を安定させるための荷重がかけられることになる。
【００９７】
そこで、図６に示す例では、小面積な部分１０２に、荷重物１０３を配置している。図６に示す例では、荷重物１０３は羽根部材１９〜２４を構成する物質よりも比重の重い物質であり、その荷重物１０３が小面積な部分１０２の内部に埋設されている。この荷重物１０３は、羽根部材１９の内部に埋設されるのではなく、羽根部材１９の外部に取り付けられるようにしてもよい。この場合、荷重物１０３は、羽根部材１９を構成する物質よりも比重の重い物質である必要はなく、比重の同じ物質または軽い物質であってもよい。また、荷重物１０３は、図６に示す形状に限定されず、任意の形状にすることもできる。そのため、例えば、荷重物１０３を、小面積な部分１０２と、同一物質、同一形状で形成し、それを小面積な部分１０２の上に取り付けるようにしてもよい。
【００９８】
このようにして、図６に示す例では、回転モーメントに対するウェイトバランスの調整がされているが、ウェイトバランスの調整には、様々な点を考慮する必要がある。そこで、以下に、ウェイトバランスの調整について説明する。
【００９９】
（ウェイトバランスの調整）
まず、ウェイトバランスの調整について、その概要を述べる。
【０１００】
第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、風のエネルギーを利用して板面の向きを変更する。この際に、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が、大量の風のエネルギーを消費すると、風のエネルギーを回転動力に転化する効率が低下する。そこで、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、板面の向きを変更する際に、できるだけ風のエネルギーを消費しないようにすることが好ましい。すなわち、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が板面の向きを変更する際に消費する風のエネルギーを最小にすることが好ましい。
【０１０１】
第１及び第２の羽根部材１９〜２４が板面の向きを変更する際に消費する風のエネルギーに関係する量は、水平回転軸１６〜１８周りの重力によって発生する回転モーメントと、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の慣性モーメントである。
【０１０２】
ここで、水平回転軸１６〜１８周りの重力によって発生する回転モーメントは、できるだけ小さく（好ましくは、０または０に近似した値に）なることが好ましい。そこで、回転モーメントができるだけ小さくなるように、例えば、荷重物１０３を小面積な部分１０２に配置する。これによって、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、ウェイトバランスが調整される。その際に、以下の理由により、荷重物１０３を、水平回転軸１６〜１８にできるだけ近い場所に配置するのが好ましい。
【０１０３】
すなわち、例えば、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が、水平回転軸１６〜１８の端部に配置されているものとする。この場合に、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の回転モーメントは大きくなり、風のエネルギーの多くが第１及び第２の羽根部材１９〜２４を回転させることに消費される。そのため、垂直回転軸１２の回転効率が低下する。
【０１０４】
そこで、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の回転モーメントができるだけ小さくなるようにするために、水平回転軸１６〜１８を第１及び第２の羽根部材１９〜２４の中央に配置するとよい。
【０１０５】
しかしながら、この場合、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の、水平回転軸１６〜１８によって２つに区分される部分、すなわち、第１区分部材と第２区分部材にかかる重力による回転モーメントは、同一になる。そのため、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、無負荷、無風時に、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度で停止せず、回転の始動時に、動作が安定しなくなる。また、第１区分部材と第２区分部材は、面積が同一になるため、第１区分部材と第２区分部材とにかかる風の力が同一となる。そのため、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、水平回転軸１６〜１８を中心とする回転の方向が定まらず、安定した回転ができない。その結果、垂直回転軸１２の回転効率は低下する。
【０１０６】
そこで、第１区分部材と第２区分部材とで面積を異ならせ、第１区分部材と第２区分部材とにかかる風の力を異ならせる。これによって、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、水平回転軸１６〜１８を中心として所定の方向に回転するようになる。
【０１０７】
しかしながら、このとき、第１区分部材の重量と第２区分部材の重量、及び、第１区分部材の水平回転軸１６〜１８から重心までの距離と第２区分部材の水平回転軸１６〜１８から重心までの距離が、異なることになる。そのため、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、第１区分部材と第２区分部材とで、異なった回転モーメントが生じる。
【０１０８】
そこで、第１区分部材の回転モーメントと第２区分部材の回転モーメントとを同一にするために、回転モーメントが小さい方に荷重をかけて、第１及び第２の羽根部材１９〜２４のウェイトバランスを調整する。例えば、回転モーメントが小さい方の一部または全部に、荷重物１０３を配置する。これによって、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の回転モーメントをできるだけ小さくする。このようにして、回転モーメントに対するウェイトバランスの調整がされた第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、水平回転軸１６〜１８を中心にして円滑に回転するようになる。
【０１０９】
ところで、このような回転モーメントに対するウェイトバランスの調整によって、第１区分部材または第２区分部材のいずれかが重くなる。そのため、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、慣性モーメントが増加する。慣性モーメントは、回転モーメントが重心の回転中心からの距離に比例するのに対して、重心の回転中心からの距離の２乗に比例する。そこで、増加する慣性モーメントをできるだけ小さくするためには、荷重をかける位置と水平回転軸１６〜１８との距離をできるだけ小さく（好ましくは、０よりも大きな０に近似した値に）する。これによって、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、慣性モーメントに対するウェイトバランスが調整される。
【０１１０】
このようにして、回転モーメントに対するウェイトバランスと慣性モーメントに対するウェイトバランスとが調整された第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、水平回転軸１６〜１８を中心として所定の方向に回転するとともに、風のエネルギーをほとんど消費することなく、水平回転軸１６〜１８周りを一層円滑に回転する。その結果、垂直回転軸１２の回転効率が向上する。
【０１１１】
（ウェイトバランスの調整に関する諸式）
次に、ウェイトバランスの調整について、数式を用いて詳述する。
【０１１２】
動力装置１０は、垂直回転軸１２が片持ち状に羽根部材を支持する場合と両持ち状に羽根部材を支持する場合とで、垂直回転軸１２を中心とした回転モーメントＩが異なる。すなわち、図７（ａ）に示すように、水平回転軸１６〜１８のそれぞれの基部（端部）を支点にする場合と、図７（ｂ）に示すように、水平回転軸１６〜１８のそれぞれの中間部を支点にする場合とで、回転モーメントＩを算術する算術式が異なる。前者の場合は、回転モーメントＩを算術する算術式は以下の式（１）となり、後者の場合は、回転モーメントＩを算術する算術式は以下の式（２）となる。なお、図７は、水平回転軸の支点の位置を示す図である。図７では、水平回転軸１６〜１８の全長をＬとし、水平回転軸１６〜１８（第１及び第２の羽根部材１９〜２４を含む）全体の重量をωとしている。
【０１１３】
Ｉ＝１／２×Ｌ×ω      ‥・（１）
Ｉ＝（１／４×Ｌ×ω）一（１／４×Ｌ×ω）＝０      ‥・（２）
式（１）と式（２）の比較から明らかなように、回転モーメントＩは、水平回転軸１６〜１８の基部（端部）を支点にする場合よりも、水平回転軸１６〜１８の中間部を支点にする場合の方が小さくすることができる。特に、回転モーメントＩは、図８（ｂ）に示すように、水平回転軸１６〜１８の中央を支点にする場合に、最小になる。また、この場合、水平回転軸１６〜１８は、図８（ｂ）に示すように、垂直回転軸１２を中心として円滑に回転する。そのため、動力装置１０の構成としては、図８に示す構成が好ましい。なお、図８は、水平回転軸の支点の位置を示す図であり、図８（ａ）は、水平回転軸１６〜１８の支点の位置を示しており、図８（ｂ）は、水平回転軸１６〜１８の動作を示している。
【０１１４】
水平回転軸１６〜１８の中央を支点にする動力装置１０の第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、図９または図１０に示すように動作する。すなわち、時計回り方向に回転するのであれば、図９に示すように動作し、また、反時計回り方向に回転するのであれば、図１０に示すように動作する。なお、図９は、羽根部材の動作を示す図であり、図９（ａ）は、上から見た場合の、一組の第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示しており、図９（ｂ）は、図９（ａ）の矢印Ｖiｅｗ方向から見た場合の、一組の第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示しており、図９（ｃ）は、図９（ａ）と図９（ｂ）に示す一組の第１及び第２の羽根部材１９〜２４が、風Ｗを受けることによって４５度回転した状態を示している。また、図１０は、図９と同様に、羽根部材の動作を示す図であり、図１０（ａ）は、上から見た場合の、一組の第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示しており、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の矢印Ｖiｅｗ方向から見た場合の、一組の第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示しており、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示す一組の第１及び第２の羽根部材１９〜２４が、風Ｗを受けることによって４５度回転した状態を示している。
【０１１５】
第１及び第２の羽根部材１９〜２４が板面の向きを変更する際に消費される風のエネルギーを最小にするには、第１及び第２の羽根部材１９〜２４にかかる重力による回転モーメント（以下、単に回転モーメントという）Ｍと第１及び第２の羽根部材１９〜２４の慣性モーメント（以下、単に慣性モーメントという）Ｎを最小にすればよい。
【０１１６】
上述のように、風のエネルギーを最小にするには、まず、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の重力によって発生する回転モーメントＭをできるだけ小さくする。以下に、回転モーメントＭについて詳述する。
【０１１７】
（回転モーメント）
第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、第１区分部材と第２区分部材とで風から受ける力が異なるように形成する必要がある。なぜなら、第１区分部材と第２区分部材とで風から同じ力を受けると、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、回転する方向が定まらず、時計回り方向の動作と反時計回り方向の動作を交互に繰り返すことになり、水平回転軸１６〜１８を十分に回転させることができないからである。例えば、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が第１区分部材と第２区分部材とで風から同じ力を受けるように形成されている場合は、そのような動力装置１０を風力発電等に使用しても、充分に発竜することができない。また、仮に、そのような動力装置１０を多段式に構成しても、水平回転軸１６〜１８が回転しないか、または、例え回転しても各水平回転軸１６〜１８が正逆入り混じった方向に回転することになり、回転動力を相殺するように作用する。そのため、風のエネルギーを垂直回転軸１２の回転動力に転化する効率を著しく低下さる。したがって、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、第１区分部材と第２区分部材とで風から受ける力が異なるように形成する必要がある。
【０１１８】
そこで、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の支点の位置は、図１１または図１２に示すように、中央ではなく、中央から外れた位置とする。なお、図１１は、支点の位置を示す図であり、図１１（ａ）は、停止状態における第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示しており、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の状態から４５度回転した状態における第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示している。また、図１２は、図１１と同様に、支点の位置を示す図であり、図１２（ａ）は、停止状態における第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示しており、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の状態から４５度回転した状態における第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を示している。なお、図１１及び図１２は、図９に示す例のように、垂直回転軸１２が時計回りに回転する例を示している。
【０１１９】
図１１に示す例では、第１及び第２の羽根部材１９〜２４を、偏心して（すなわち、中央ではなく、中央から外れた位置で）水平回転軸１６〜１８に取り付けている。このような第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、長尺部分が短尺部分よりも重くなるため、無負荷、無風時において、長尺部分が下に位置し、短尺部分が上に位置するとともに、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度で停止する。
【０１２０】
また、図１２に示す例では、第１及び第２の羽根部材１９〜２４を、偏心して水平回転軸１６〜１８に取り付けるとともに、短尺部分側に荷重物１０３を配置している。第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、荷重物１０３によって、短尺部分が長尺部分よりも重くなるため、無負荷、無風時において、短尺部分が下に位置し、長尺部分が上に位置するとともに、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度で停止する。
【０１２１】
ところで、偏心して水平回転軸１６〜１８に取り付けられた第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、図１３に示すように、重力が作用する。なお、図１３は、重力の作用を示す図であり、図１３（ａ）は、図１１（ａ）に示す状態における重力の作用を示しており、図１３（ｂ）は、図１１（ｂ）に示す状態における重力の作用を示している。また、図１２は、図１１に示す構成を例にして重力の作用を示しているが、図１２に示す構成においても同様である。
【０１２２】
図１３（ａ）に示す状態において、第１及び第２の羽根部材１９〜２４には、以下の式（３）に示す回転モーメントＭがかかっている。また、図１３（ｂ）に示す状態において、第１及び第２の羽根部材１９〜２４には、以下の式（４）に示す回転モーメントＭがかかっている。なお、ここでは、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の長尺部分の長さをl１とし、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の短尺部分の長さをl２とし、第１の羽根部材１９，２１，２３の長尺部分の重量をωＡｌとし、第１の羽根部材１９，２１，２３の短尺部分の重量をωＡ２とし、第２の羽根部材２０，２２，２４の長尺部分の重量をωＢlとし、第２の羽根部材２０，２２，２４の短尺部分の重量をωＢ２とする。
【０１２３】
Ｍ＝（１／２×l1×ωＡl× ＳＩＮ４５°＋１／２×l２×ωＢ２
×ＳＩＮ４５°）−（１／２×l２×ωＡ２×ＳＩＮ４５°
＋１／２×l1×ωＢl× ＳＩＮ４５°）          …（３）
Ｍ＝（１／２×l1×ωＡl）−（１／２×l２×ωＡ２）    …（４）
ここで、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、図１３（ｂ）から明らかなように、長尺部分のモーメントと短尺部分のモーメントとで差があるため、回転モーメントＭを最小にできない。
【０１２４】
そこで、本発明では、長尺部分のモーメントと短尺部分のモーメントが同一になるように、短尺部分、すなわち、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の回転モーメントが小さい方に荷重をかける。このようにして、式（４）によって算出される回転モーメントＭが０になるように、第１及び第２の羽根部材１９〜２４のウェイトバランスを調整する。
【０１２５】
なお、ウェイトバランスを調整する簡単な手法は、第１区分部材と第２区分部材とで、一方の単位面積あたりの重量が他方よりも重なるようにすることである。その一例を、図１４に示す。なお、図１４は、ウェイトバランスを調整する手法を示す図である。図１４（ａ）は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の短尺部分の外端側（すなわち、水平回転軸１６〜１８から離れた側）に荷重物１０３を配置することを示している。また、図１４（ｂ）は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の短尺部分の内端側（すなわち、水平回転軸１６〜１８に近い側）に荷重物１０３を配置することを示している。また、図１４（ｃ）は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の短尺部分Ｋlに長尺部分Ｋ２よりも比重の重い素材を用いることを示している。なお、ウェイトバランスを調整する手法としては、短尺部分Ｋlを長尺部分Ｋ２よりも厚く構成したり、または、短尺部分Ｋlに羽根部材を貼り付けて多層に構成するようにしてもよい。
【０１２６】
このようにして、回転モーメントに対するウェイトバランスの調整がされた第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、水平回転軸１６〜１８を中心にして円滑に回転するようになる。
【０１２７】
しかしながら、このような回転モーメントに対するウェイトバランスの調整によって、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、第１区分部材または第２区分部材のいずれか（ここでは、短尺部分）が重くなる、慣性モーメントが増加する。
【０１２８】
上述のように、風のエネルギーを最小にするには、慣性モーメントＮもできるだけ小さくすることが好ましい。そこで、慣性モーメントに対するウェイトバランスについても調整する。以下に、慣性モーメントＮについて詳述する。
【０１２９】
（慣性モーメント）
図１５に示す状態における第１及び第２の羽根部材１９〜２４の回転モーメントＭは、以下の式（５）となる。
【０１３０】
Ｍ＝（１／２×l1×ωＡl）−（（１／２×l２×ωＡ２）
＋（１／２×lx×ωx））＝０      …（５）
【０１３１】
図１５に示す状態における第１及び第２の羽根部材１９〜２４の慣性モーメントＮは、長尺部分の重量と水平回転軸１６〜１８から長尺部分の重心までの距離の２乗との積、短尺部分の重量と水平回転軸１６〜１８から短尺部分の重心までの距離の２乗との積、及び、回転モーメントに対するウェイトバランスの調整によって増加した荷重物１０３の重量と水平回転軸１６〜１８から荷重物１０３の重心までの距離の２乗との積の和であるので、以下の式（６）となる。なお、図１５は、羽根部材にかかる慣性モーメントを示す図である。ここで、長尺部分の重量をωＡlとし、短尺部分の重量をωＡ２とし、荷重物１０３の重量をωxする。
【０１３２】
また、長尺部分の長さをl1とし、短尺部分の長さをl２とし、水平回転軸１６〜１８から荷重物１０３が配置された位置までの距離をｌｘとする。
【０１３３】
Ｎ＝（ωＡl×（１／２×ｌ1）２）＋（ωＡ２×（１／２×ｌ２）２）
＋（ωx×（１／２×ｌx）２）      …（６）
式（５）より、ωxは以下の式（７）として定義される。
【０１３４】
ωx＝（（ｌ1×ωＡl）−（ｌ２×ωＡ２））／（ｌx）      …（７）
式（７）を式（６）に代入することにより、慣性モーメントＮは以下の式（８）として定義される。
【０１３５】
Ｎ＝（ωＡl×（１／２×ｌ1）２）＋（ωＡ２×（１／２×ｌ２）２）
＋（（（ｌ1×ωＡl）−（ｌ２×ωＡ２））×（１／２）２×ｌｘ）
…（８）
ここで、（ωＡ１（１／２×ｌ1）２）＋（ωＡ２×（１／２×ｌ２）２）を係数ｂとし、（（ｌ1×ωＡl）−（ｌ２×ωＡ２））×（１／２）２を係数ａとすると、式（８）の慣性モーメントＮは、式（９）として定義される。
【０１３６】
Ｎ＝ａ×l＋ｂ      …（９）
ここで、式（７）及び式（９）の関係をグラフで示すと、図１６のようになる。なお、図１６は、荷重物の配置位置と慣性モーメントの関係を示す図である。図１６中、曲線は、式（７）によって算出された、距離ｌxと荷重物１０３の重量ωxとの関係を示しており、直線は、式（９）によって算出された、距離ｌxと慣性モーメントＮとの関係を示している。
【０１３７】
図１６における領域Ｚに示されるように、荷重物１０３の重量ωxは、距離ｌxが小さくなるにしたがって、大きくなるものの、慣性モーメントＮは、距離ｌxが小さくなるにしたがって、最小値ｂに近似する。したがって、回転モーメントに対するウェイトバランスと慣性モーメントに対するウェイトバランスとの両方を考慮してウェイトバランスを調整する場合は、距離ｌxができるだけ小さくなるように荷重物１０３を配置することが好ましい。例えば、図１７（ａ）に示す配置関係よりも、図１７（ｂ）に示す配置関係の方が好ましい。なお、図１７は、ウェイトバランスを調整する手法を示す図であり、図１７（ａ）は、短尺部分の外端側（すなわち、水平回転軸１６〜１８から離れた側）に荷重物１０３を配置した状態を示しており、図１７（ｂ）は、短尺部分の内端側（すなわち、水平回転軸１６〜１８に近い側）に荷重物１０３を配置した状態を示している。また、図１７（ａ）では、荷重物１０３の重量をω３とし、水平回転紬１６〜１８から荷重物１０３が配置された位置までの距離をｌ３とする。また、図１７（ｂでは、荷重物１０３の重量をω４とし、水平回転軸１６〜１８から荷重物１０３が配置された位置までの距離をｌ４とする。このとき、重量ω３と重量ω４とは、ω３≪ω４の関係となる。また、距離ｌ３と距離ｌ４とは、ｌ３＞ｌ４の関係となる。
【０１３８】
以上の通り、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が板面の向きを変更する際に消費される風のエネルギーを最小にするには、回転モーメントＭをできるだけ小さくすることが好ましい。回転モーメントＭを小さくするには、式（４）によって算出される回転モーメントＭができるだけ小さく（すなわち、０または０に近似した値に）なるように、第１及び第２の羽根部材１９〜２４のウェイトバランスを調整するとよい。具体的には、第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントＭの差が最大でも第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントＭの大きい方の０．２倍未満になるように形成されると、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、風のエネルギーの損失が少なく、わずかな風で非常に円滑に回転するのでよい。
【０１３９】
さらには、第１及び第２の羽根部材１９〜２４が板面の向きを変更する際に消費される風のエネルギーを最小にするには、慣性モーメントＮをできるだけ小さくすることが好ましい。慣性モーメントＮを小さくするには、式（７）によって算出された、水平回転軸１６〜１８から荷重物１０３が配置された位置までの距離ｌxができるだけ小さくなるように（すなわち、０に近似した値に）なるように、第１及び第２の羽根部材１９〜２４のウェイトバランスを調整するとよい。理想的には、荷重をかける位置を、水平回転軸１６〜１８から荷重をかける側の部材（すなわち、短尺部分）の巾の０．１倍以内とすると、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、風のエネルギーの損失が少なく、わずかな風で非常に円滑に回転するのでよい。
【０１４０】
このようにして、回転モーメントに対するウェイトバランスと慣性モーメントに対するウェイトバランスとが調整された第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、水平回転軸１６〜１８を中心として所定の方向に回転するとともに、風のエネルギーをほとんど消費することなく、わずかな風で水平回転軸１６〜１８周りをさらに一層円滑に回転する。その結果、垂直回転軸１２の回転効率が著しく向上する。
【０１４１】
なお、実験において用いた第１及び第２の羽根部材１９〜２４の構成を図１８に示す。図１８（ａ）は第１区分部材と第２区分部材の長さの関係を示しており、図１８（ｂ）は羽根部材の長さと巾の関係を示している。なお、図１８では、水平回転軸１６〜１８が第１及び第２の羽根部材１９〜２４の中に存在するかの如く、水平回転軸１６〜１８を点線で示しているが、この点線は、水平回転軸１６〜１８を中心とした第１区分部材と第２区分部材とを説明するための仮想的な線である。実際には、水平回転軸１６〜１８は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の端部に取り付けられているので、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の中には存在しない。
【０１４２】
図１８（ａ）に示す例では、大面積な部分１０１の突出長Ａは、小面積な部分１０２の突出長（＝他側羽根長）Ｂより大きくなるように、すなわち、Ａ≫Ｂとなるように、形成されている。
【０１４３】
なお、各羽根部材１９〜２４は、大面積な部分１０１と小面積な部分１０２とで、風の力を受ける力が異なる。突出長Ａ、Ｂは、実際の実験の結果ではＢ／Ａ＝１０〜１．５程度が好ましかった。
【０１４４】
また、各羽根部材１９〜２４は、長さと巾によって効率が変わる。各羽根部材１９〜２４は、実際の実験の結果では、図１８（ｂ）に示す長さＣが数十センチ〜数百センチで、長さＣと巾Ｄの比が５：１〜２：１程度が好ましかった。
【０１４５】
このような第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、無負荷、無風時において、板面の向きが水平面から下向きに４５度の角度で停止することが好ましい。そこで、回転モーメントＭは、長尺部分と短尺部分とで、若干の差をつけることが好ましい。すなわち、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の水平回転軸１６〜１８周りの回転モーメントＭlと回転モーメントＭ２の大きさは、Ｍl＞Ｍ２となるようにするのが好ましい。
【０１４６】
また、大きい方の回転モーメントＭlに対する回転モーメントＭlと回転モーメントＭ２の大きさの差（すなわち、Ｍl−Ｍ２）は、実際の実験では、以下の表１〜表３に示す通りとなった。なお、表１〜表３に示す実験は、巾が３２０ｍｍで、重量が１７００gの羽根部材を用いて、短尺部分と長尺部分とで突出長を３通りに変更して行ったものである。実験１では、長尺部分の突出長を２４０ｍｍ、短尺部分の突出長を８０ｍｍとし、実験２では、長尺部分の突出長を２００ｍｍ、短尺部分の突出長を１２０ｍｍとし、実験３では、長尺部分の突出長を１７０ｍｍ、短尺部分の突出長を１５０ｍｍとした。３つの実験では、水平回転軸１６〜１８から荷重物１０３が配置された位置までの距離をｌxとし、荷重物１０３の重量をωxとし、大きい方の回転モーメントＭlに対する回転モーメントＭｌと回転モーメントＭ２の大きさの差（すなわち、Ｍl−Ｍ２）をRａｔｉｏとした。３つの実験では、いずれも、Ｒａｔｉｏが０．２倍未満のときに、良好な結果を得ることができた。
【０１４７】
【表１】
2005009473.tif 000003
【０１４８】
【表２】
2005009473.tif 000004
【０１４９】
【表３】
2005009473.tif 000005
【０１５０】
このような第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、大面積な部分１０１が小面積な部分１０２よりも重くなるので、大面積な部分１０１が小面積な部分１０２よりも下になるように動作する。そのため、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の動作を安定させることができる。
【０１５１】
このような第１及び第２の羽根部材１９〜２４のウェイトバランスの調整は、例えば、風の力が小さい場合でも、素早く、水平回転軸１６〜１８を中心とした第１及び第２の羽根部材１９〜２４を回転させることができる。そのため、例えば、風力２といわれる風速３．４ｍ／Ｓ以下のわずかな風を受ける場合に、特に有効となる。
【０１５２】
＜変形例等＞
本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形及び応用が考えられる。以下に、いくつかの変形例を説明する。
【０１５３】
（第１の変形例）
図１９は風を利用した動力装置の第１の変形例を示す図である。前記実施の形態に係る風を利用した動力装置１０は、水平回転軸１６〜１８に第１及び第２の羽根部材１９〜２４の回転を所定の角度で止める回転規制機構を設けていた。これに対し、第１の変形例に係る風を利用した動力装置５９は、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となるストッパー部材を垂直回転軸１２に設けている。
【０１５４】
具体的には、動力装置５９は、各水平回転軸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の基部を、垂直回転軸１２に固定している。ストッパー棒６０〜６５は、各羽根部材１９〜２４の中間部又は先部を受けるので、各羽根部材１９〜２４を両端支持又はこれに近い形で支持することになる。これにより、第１の変形例は、各羽根部材１９〜２４の部材強度を下げることができる。すなわち、各羽根部材１９〜２４を軽量化することができる。
【０１５５】
（第２の変形例）
図２０は風を利用した動力装置の第２の変形例を示す図で、図２０（ａ）は第１及び第２の羽根部材１９〜２４の斜め方向からの外観を示しており、図２０（ｂ）は第１及び第２の羽根部材１９〜２４の側面方向からの外観を示している。第２の変形例は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の外端に水平回転軸１６〜１８と直角に交叉する補助翼１１１を設けている。補助翼１１１は、数センチ〜数十センチ程度の大きさである。補助翼１１１は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の外端からすり抜けようとする風Ｗを押さえ付けるように作用する。これにより、第２の変形例は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４にかかる風Ｗの力を数パーセント〜数十パーセント程度向上させることができ、風Ｗのエネルギーを動力に転化する効率を向上させることができる。なお、以下、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の、水平回転軸１６〜１８と平行な部分を補助翼１１１と区別して称する場合に、主翼１１２という。
【０１５６】
（第３の変形例）
図２１は風を利用した動力装置の第３の変形例を示す図で、図２１（ａ）は第１及び第２の羽根部材１９〜２４の斜め方向からの外観を示しており、図２１（ｂ）は第１及び第２の羽根部材１９〜２４の側面方向からの外観を示している。第３の変形例は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の主翼１１２に水平回転軸１６〜１８と平行に数ミリ〜数十ミリ程度の溝１１３を設けている。溝１１３は、風Ｗを封じ込めるように作用する。第１及び第２の羽根部材１９〜２４にかかる風Ｗの力を数パーセント〜数十パーセント程度向上させることができ、風Ｗのエネルギーを動力に転化する効率を向上させることができる。なお、図２１は、水平回転軸１６〜１８が、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の中を通るように構成した例を示している。
【０１５７】
（第４の変形例）
図２２及び図２３は風を利用した動力装置の第４の変形例を示す図で、図２２（ａ）及び図２３（ａ）は第１及び第２の羽根部材１９〜２４の斜め方向からの外観を示しており、図２２（ｂ）及び図２３（ｂ）は第１及び第２の羽根部材１９〜２４の上面方向からの外観を示している。第４の変形例は、垂直回転軸１２の回転方向を任意に設定できる回転設定機構を設けたものである。
【０１５８】
回転設定機構の具体的な構成を図２４に示す。図２４は、図２２及び図２３におけるＳ部を拡大した図で、図２４（ａ）は水平回転軸１６〜１８周りの構成を示しており、図２４（ｂ）は係合部（ピン）１２２の構成を示しており、図２４（ｃ）は水平回転軸１６〜１８の穴１２３にピン１２２を固定した状態を示している。
【０１５９】
図２４に示すように、回転設定機構は、水平回転軸１６〜１８に設けられた突起部１２１と、突起部１２１と係合するピン１２２と、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の、水平回転軸１６〜１８の周辺に設けられた穴１２３とからなっている。穴１２３は突起部１２１の左右に設けられており、ピン１２２は垂直回転軸１２の回転方向に応じて左右の穴１２３のいずれかに挿入される。例えば、ピン１２２が右側の穴１２３に挿入されると、ピン１２２は図２２に示す状態で第１及び第２の羽根部材１９〜２４を支持する。そのため、垂直回転軸１２は、反時計回りに回転することになる。また、ピン１２２が左側の穴１２３に挿入されると、ピン１２２は図２３に示す状態で第１及び第２の羽根部材１９〜２４を支持する。そのため、垂直回転軸１２は、時計回りに回転することになる。このように第４の変形例は、垂直回転軸１２の回転方向を任意に設定することができる。
【０１６０】
なお、回転設定機構は、図２２〜図２４に示す構成に限らない。例えば、垂直回転軸１２の、基台１１に近い位置に、突起部１２１と同様の突起部を設けるとともに、プーリ２８に穴１２３と同様の複数の穴を設け、穴にピン１２２と同様のピンを挿入するようにしてもよい。
【０１６１】
（第５の変形例）
図２５は風を利用した動力装置の第５の変形例を示す図で、図２５（ａ）は水平回転軸１６〜１８周りの構成を示しており、図２５（ｂ）は第１及び第２の羽根部材１９〜２４の固定状態を示している。第５の変形例は、水平回転軸１６〜１８と第１及び第２の羽根部材１９〜２４との接続を回動自在にし、その代わりに、水平回転軸１６〜１８に突起部１２１を設けるとともに、第１及び第２の羽根部材１９〜２４にショックアブソーバ（油圧バンパー）１２４を設け、突起部１２１と油圧バンパー１２４とを係合させている。
【０１６２】
第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、突起部１２１と油圧バンパー１２４とが係合することによって、水平回転軸１６〜１８に固定される。例えば、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、J方向に回転するものとする。このとき、突起部１２１が油圧バンパー１２４に当接する。突起部１２１と接触する位置は、油圧バンパー１２４の突出量を調整することによって設定することができる。なお、突起部１２１と接触する位置は、水平方向に押し上げられた第１の羽根部材１９、２１、２３又は第２の羽根部材２０、２２、２４にかかる重力Ｆ２を考慮して設定するのが好ましい。例えば、図２５（ｂ）に示す例では、水平方向に押し上げられた第１の羽根部材１９、２１、２３又は第２の羽根部材２０、２２、２４が重力Ｆ２によって角度θ分沈み込むものとしている。そこで、油圧バンパー１２４を第１の羽根部材１９、２１、２３又は第２の羽根部材２０、２２、２４の板面の向きが角度θとなる量だけ突出させて、水平方向に押し上げられた第１の羽根部材１９、２１、２３又は第２の羽根部材２０、２２、２４が角度θだけ沈み込もうとする衝撃を緩和させている。
【０１６３】
このように、第５の変形例は、第１及び第２の羽根部材１９〜２４を任意の板面の向きで固定することができ、また、第１及び第２の羽根部材１９〜２４や、水平回転軸１６〜１８、垂直回転軸１２にかかる衝撃を緩和するとともに、これらの部材の磨耗を防止し、装置全体の長寿命化を図ることができる。
【０１６４】
なお、ショックアブソーバは、第１及び第２の当て金物４６、４７及び第１及び第２の受け金物４８、４９のいずれか一方に設けてもよい。この場合、特に、第１及び第２の当て金物４６、４７及び第１及び第２の受け金物４８、４９の摩耗を防止することができる。
【０１６５】
（第６の変形例）
第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、例えば図２６に示すように、それぞれ、任意の大きさで、かつ任意の形状にすることができる。このとき、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の風から受ける力は、面積が同じであっても、異なる場合がある。
【０１６６】
例えば、図２６に示す構成において、内端側（すなわち、垂直回転軸１２に近い側）部分Ａが受ける風の力Ｆは、以下の式（１０）となり、外端側（すなわち、垂直回転軸１２から離れた側）部分Ｂが受ける風の力Ｆは、以下の式（１１）となる。なお、ここでは、風速をＶとし、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の内端側部分Ａの周速をｖＡとし、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の外端側部分Ｂの周速をｖＢとし、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の内端側部分Ａの面積をＳlとし、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の外端側部分Ｂの面積をＳ２とし、第１及び第２の羽根部材１９〜２４の長さをrとする。また、比例関係を示す符号を∞とする。
【０１６７】
Ｆ∞（Ｖ−ｖＡ）×ＳI      ．．．（１０）
Ｆ∞（Ｖ−ｖＢ）×Ｓ２      ．．．（１１）
このとき、風速Ｖと周速ｖの関係は、ｖ＝Ｖ×rとなる。
【０１６８】
そのため、これらの式の関係から、仮に、内端側部分Ａの面積Ｓ１と外端側部分Ｂの面積Ｓ２が同じ大きさである場合に、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、風から外端側部分Ｂよりも内端側部分Ａの方に大きな力を受けることになる。したがって、第１及び第２の羽根部材１９〜２４は、その形状を任意のものにすることによって、内端側部分Ａの面積Ｓ１と外端側部分Ｂの面積Ｓ２が同じであっても、風から受ける力を異ならせることができる。
【０１６９】
＜付記＞
また、本発明は、上記した以外にも、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変更が可能である。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、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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
更に、前記実施の形態において、水平回転軸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。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明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。
【図２】風を利用した動力装置の一部省略上面図である。
【図３】羽根部材の出力特性を示す図である。
【図４】図１におけるＰ部拡大正面図である。
【図５】図１におけるＰ部拡大側面図である。
【図６】羽根部材の構成を示す図である。
【図７】水平回転軸の支点の位置を示す図である。
【図８】水平回転軸の支点の位置を示す図である。
【図９】羽根部材の動作を示す図である。
【図１０】羽根部材の動作を示す図である。
【図１１】支点の位置を示す図である。
【図１２】支点の位置を示す図である。
【図１３】重力の作用を示す図である。
【図１４】ウェイトバランスを調整する手法を示す図である。
【図１５】羽根部材にかかる慣性モーメントを示す図である。
【図１６】荷重物の配置位置と慣性モーメントの関係を示す図である。
【図１７】ウェイトバランスを調整する手法を示す図である。
【図１８】羽根部材の形状を示す図である。
【図１９】第１の変形例を示す図である。
【図２０】第２の変形例を示す図である。
【図２１】第３の変形例を示す図である。
【図２２】第４の変形例を示す図である。
【図２３】第４の変形例を示す図である。
【図２４】図２２、図２３におけるＳ部拡大図である。
【図２５】第５の変形例を示す図である。
【図２６】第６の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１７３】
１０、５９：風を利用した動力装置
１１：基台
１２：垂直回転軸
１３、１４、１５：軸受部
１６、１７、１８：水平回転軸
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、３０：プーリ
２９：発電機
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、５４、５５：板材
５２、５３：当てボルト
５６、５７：受けボルト
６０〜６５：ストッパー棒
【図１】
2005009473.tif 000006
【図２】
2005009473.tif 000007
【図３】
2005009473.tif 000008
【図４】
2005009473.tif 000009
【図５】
2005009473.tif 000010
【図６】
2005009473.tif 000011
【図７】
2005009473.tif 000012
【図８】
2005009473.tif 000013
【図９】
2005009473.tif 000014
【図１０】
2005009473.tif 000015
【図１１】
2005009473.tif 000016
【図１２】
2005009473.tif 000017
【図１３】
2005009473.tif 000018
【図１４】
2005009473.tif 000019
【図１５】
2005009473.tif 000020
【図１６】
2005009473.tif 000021
【図１７】
2005009473.tif 000022
【図１８】
2005009473.tif 000023
【図１９】
2005009473.tif 000024
【図２０】
2005009473.tif 000025
【図２１】
2005009473.tif 000026
【図２２】
2005009473.tif 000027
【図２３】
2005009473.tif 000028
【図２４】
2005009473.tif 000029
【図２５】
2005009473.tif 000030
【図２６】
2005009473.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月11日(2003.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に配置された回転自在な垂直回転軸と、
前記垂直回転軸と直交しかつ前記垂直回転軸を貫通する、回転自在な水平回転軸と、
前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側に取り付けられた板状の第１及び第２の羽根部材と、
前記垂直回転軸の回転に応じて稼働する動力機構とを備え、
前記第１及び第２の羽根部材は、それぞれの板面の向きが、前記水平回転軸の軸周方向に互いに９０度の角度だけずれて固定され、かつ、それぞれが、前記水平回転軸を中心にして、垂直方向と水平方向との間で、互いに連動して、揺動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に記載の風を利用した動力装置において、
前記第１及び第２の羽根部材は、前記第１及び第２の羽根部材のそれぞれの、前記水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形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に記載の風を利用した動力装置において、
前記第１及び第２の羽根部材は、前記ウェイトバランスの調整によって、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形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４】
請求項１〜３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、
複数段に重ねて配置されており、
各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、前記垂直回転軸の軸上の異なる位置でかつ前記垂直回転軸の軸周方向に所定の角度間隔だけずらされて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。
【請求項５】
請求項４に記載の風を利用した動力装置において、
前記所定の角度間隔は、１８０度を段数で除した値またはその倍数であることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の風を利用した動力装置において、
各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、蝶旋状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。
【請求項７】
請求項１〜６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、
前記水平回転軸の回転を９０度に規制する規制機構をさらに備えており、
前記規制機構は、前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側にそれぞれ設けられた第１及び第２の当て部材と、前記第１及び第２の当て部材のそれぞれと当接可能な、前記垂直回転軸にそれぞれ設けられている第１及び第２の受け部材とからなることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の風を利用した動力装置において、
前記第１及び第２の羽根部材に、ショックアブソ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９】
請求項１〜８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、
前記垂直回転軸に突出して設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材と当接して前記第１及び第２の羽根部材の回転を停止するストッパー部材を備えていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１０】
請求項１〜９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、
前記垂直回転軸に、前記水平回転軸との摩擦抵抗を軽減する軸受部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１１】
請求項１〜1０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、
前記垂直回転軸の回転方向を設定する回転設定機構を備えていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の風を利用した動力装置において、
前記回転設定機構は、
前記水平回転軸に設けられた突起部と、
前記第１及び第２の羽根部材に設けられていて、前記突起部と係合して前記垂直回転軸の回転方向を決定する係合部とからなることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１３】
請求項１〜1２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、
前記水平回転軸に設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材の板面の向きを設定する油圧バンパーを備えていることを特徴とする風を利用した動力装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の風を利用した動力装置に供する板状の羽根部材であって、
前記水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１５】
請求項１４に記載の羽根部材において、
前記ウェイトバランスの調整によって、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１６】
請求項１５に記載の羽根部材において、
前記回転モーメントの差は、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで単位面積当たりの重量を変えることによって、設定されていることを特徴とする羽根部
材。
【請求項１７】
請求項１６に記載の羽根部材において、
前記第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、前記第１または第２区分部材のいずれかに、荷重物が配置されることによって、変えられていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１８】
請求項１６に記載の羽根部材において、
前記第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで比重の異なる素材を用いることによって、変えられていることを特徴とする羽根部材。
【請求項１９】
請求項１６に記載の羽根部材において、
前記第１及び第２区分部材の単位面積当たりの重量が、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで異なる厚さに形成されることによって、変えられていることを特徴とする羽根部材。
【請求項２０】
請求項１４に記載の羽根部材において、
前記ウェイトバランスの調整に際して増加する慣性モーメントを低減させるために、前記ウェイトバランスの調整に際して付加する荷重の位置を、前記水平回転軸から荷重をかける側の部材の巾の０．１倍以内とすることを特徴とする羽根部材。
【請求項２１】
請求項1４〜２０のいずれか１項に記載の羽根部材において、
前記水平回転軸と直交する方向に延在する補助翼を有することを特徴とする羽根部材。
【請求項２２】
請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の羽根部材において、
板面に溝が設けられていることを特徴とする羽根部材。
【請求項２３】
垂直に配置された回転自在な垂直回転軸と、
前記垂直回転軸と直交しかつ前記垂直回転軸を貫通する、回転自在な水平回転軸と、
前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側に取り付けられた板状の第１及び第２の羽根部材とを備え、
前記第１及び第２の羽根部材は、それぞれの板面の向きが、前記水平回転軸の軸周方向に互いに９０度の角度だけずれて固定され、かつ、それぞれが、前記水平回転軸を中心にして、垂直方向と水平方向との間で、互いに連動して、揺動することを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項２４】
請求項２３に記載の風を利用した回転体において、
前記第１及び第２の羽根部材は、前記第１及び第２の羽根部材のそれぞれの、前記水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項２５】
請求項２４に記載の風を利用した回転体において、
前記第１及び第２の羽根部材は、前記ウェイトバランスの調整によって、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項２６】
請求項２３〜２５のいずれかに記載の風を利用した回転体において、
複数段に重ねて配置されており、
各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、前記垂直回転軸の軸上の異なる位置でかつ前記垂直回転軸の軸周方向に所定の角度間隔だけずらされて配置されていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項２７】
請求項２６に記載の風を利用した回転体において、
前記所定の角度間隔は、１８０度を段数で除した値またはその倍数であることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項２８】
請求項２７に記載の風を利用した回転体において、
各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、蝶旋状に配置されていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項２９】
請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の風を利用した回転体において、
前記水平回転軸の回転を９０度に規制する規制機構をさらに備えており、
前記規制機構は、前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側にそれぞれ設けられた第１及び第２の当て部材と、前記第１及び第２の当て部材のそれぞれと当接可能な、前記垂直回転軸にそれぞれ設けられている第１及び第２の受け部材とからなることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項３０】
請求項２３〜２９に記載の風を利用した回転体において、
前記第１及び第２の羽根部材に、ショックアブソーバが設けられていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項３１】
請求項２３〜３０のいずれか１項に記載の風を利用した回転体において、
前記垂直回転軸に突出して設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材と当接して前記第１及び第２の羽根部材の回転を停止するストッパー部材を備えていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項３２】
請求項２３〜３１のいずれか１項に記載の風を利用した回転体において、
前記垂直回転軸に、前記水平回転軸との摩擦抵抗を軽減する軸受部が設けられていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項３３】
請求項２３〜３２のいずれか１項に記載の風を利用した回転体において、
前記垂直回転軸の回転方向を設定する回転設定機構を備えていることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項３４】
請求項３３に記載の風を利用した回転体において、
前記回転設定機構は、
前記水平回転軸に設けられた突起部と、
前記第１及び第２の羽根部材に設けられていて、前記突起部と係合して前記垂直回転軸の回転方向を決定する係合部とからなることを特徴とする風を利用した回転体。
【請求項３５】
請求項２３〜３４のいずれか１項に記載の風を利用した回転体において、
前記水平回転軸に設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材の板面の向きを設定する油圧バンパーを備えていることを特徴とする風を利用した回転体。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、風から動力を得て稼働する、風を利用した動力装置、回転体及び当該装置に供する羽根部材に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、軽量化を可能にするとともに、わずかな風でも垂直回転軸を回転させることができる、風を利用した動力装置、回転体及び当該装置に供する好適な羽根部材を提供することを課題とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
前記課題を解決するには、風を利用した動力装置及び回転体の構成を工夫すること、及び、その装置に供する羽根部材の構成を工夫することが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
本発明による回転体は、次のような構成を採用している。
垂直に配置された回転自在な垂直回転軸と、
前記垂直回転軸と直交しかつ前記垂直回転軸を貫通する、回転自在な水平回転軸と、
前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側に取り付けられた板状の第１及び第２の羽根部材とを備え、
前記第１及び第２の羽根部材は、それぞれの板面の向きが、前記水平回転軸の軸周方向に互いに９０度の角度だけずれて固定され、かつ、それぞれが、前記水平回転軸を中心にして、垂直方向と水平方向との間で、互いに連動して、揺動する風を利用した回転体。
ここで、回転体は、以下のような具体的構成を有する。すなわち、
前記第１及び第２の羽根部材は、前記第１及び第２の羽根部材のそれぞれの、前記水平回転軸によって２つに区分される部分のそれぞれを第１区分部材及び第２区分部材とするときに、前記第１区分部材と前記第２区分部材とで、風から受ける力の大きさが異なるように形成されているとともに、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントに対して、回転モーメントの小さい方に荷重を付加するウェイトバランスの調整が施されて形成されている。
前記第１及び第２の羽根部材は、前記ウェイトバランスの調整によって、前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの差が最大でも前記第１及び第２区分部材の重力によって発生する回転モーメントの大きい方の０．２倍未満になるように、形成されている。
複数段に重ねて配置されており、各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、前記垂直回転軸の軸上の異なる位置でかつ前記垂直回転軸の軸周方向に所定の角度間隔だけずらされて配置されている。
前記所定の角度間隔は、１８０度を段数で除した値またはその倍数である。
各段を構成する前記水平回転軸のそれぞれは、蝶旋状に配置されている。
前記水平回転軸の回転を９０度に規制する規制機構をさらに備えており、
前記規制機構は、前記垂直回転軸を中心にして前記水平回転軸の両側にそれぞれ設けられた第１及び第２の当て部材と、前記第１及び第２の当て部材のそれぞれと当接可能な、前記垂直回転軸にそれぞれ設けられている第１及び第２の受け部材とからなる。
前記第１及び第２の羽根部材に、ショックアブソーバが設けられている。
前記垂直回転軸に突出して設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材と当接して前記第１及び第２の羽根部材の回転を停止するストッパー部材を備えている。
前記垂直回転軸に、前記水平回転軸との摩擦抵抗を軽減する軸受部が設けられている。
前記垂直回転軸の回転方向を設定する回転設定機構を備えている。
前記回転設定機構は、前記水平回転軸に設けられた突起部と、前記第１及び第２の羽根部材に設けられていて、前記突起部と係合して前記垂直回転軸の回転方向を決定する係合部とからなる。
前記水平回転軸に設けられていて、前記第１及び第２の羽根部材の板面の向きを設定する油圧バンパーを備えている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
以下、動力装置１０の構成について詳しく説明する。
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り付けられている。また、前記基台１１は、フレーム部材２５に固定された、動力機構としての発電機２９が内蔵されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７２】
【図１】本発明の実施の形態に係る風を利用した動力装置及び回転体の正面図である。
【図２】風を利用した動力装置及び回転体の一部省略上面図である。
【図３】羽根部材の出力特性を示す図である。
【図４】図１におけるＰ部拡大正面図である。
【図５】図１におけるＰ部拡大側面図である。
【図６】羽根部材の構成を示す図である。
【図７】水平回転軸の支点の位置を示す図である。
【図８】水平回転軸の支点の位置を示す図である。
【図９】羽根部材の動作を示す図である。
【図１０】羽根部材の動作を示す図である。
【図１１】支点の位置を示す図である。
【図１２】支点の位置を示す図である。
【図１３】重力の作用を示す図である。
【図１４】ウェイトバランスを調整する手法を示す図である。
【図１５】羽根部材にかかる慣性モーメントを示す図である。
【図１６】荷重物の配置位置と慣性モーメントの関係を示す図である。
【図１７】ウェイトバランスを調整する手法を示す図である。
【図１８】羽根部材の形状を示す図である。
【図１９】第１の変形例を示す図である。
【図２０】第２の変形例を示す図である。
【図２１】第３の変形例を示す図である。
【図２２】第４の変形例を示す図である。
【図２３】第４の変形例を示す図である。
【図２４】図２２、図２３におけるＳ部拡大図である。
【図２５】第５の変形例を示す図である。
【図２６】第６の変形例を示す図である。