(57)【要約】【課題】水の位置エネルギーのみならず，運動エネルギーをも同時に有効に利用することができる，水車用バケット及び該バケットを有する水車並びに前記水車から成る水車発電機の提供【解決手段】側面に開口部２０を有する少なくとも３／４円弧を占める有底箱状に形成された一つの円弧１０と，前記円弧１０の接線１１と中心線１２との交点２１から前記円弧１０の円周上の１の接点２２へ至る接線１１と，前記交点２１から前記円弧１０の中心Ｃに向かって前記円弧１０の円周上の交点２４に至る直線１３とで画定される形状で，前記円弧１０と同一半径Ｒで前記交点の一端２４と他端２５を結ぶ対称線Ｓで対称を成す円弧のうち，前記円弧１０の中心側に位置する円弧及び前記直線１３を含み前記開口部２０を形成した水車用バケット及び該バケットを有する水車並びに前記水車から成る水車発電機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの円弧の少なくとも３／４円弧から成り，前記円弧の中心線と，前記円弧の一の接点における接線との交点に至り，該交点から前記円弧の円周上の交点において，前記円弧の中心線に連通する直線とで画定される二の側面を，所定間隔を介して対峙し，底面と共に，少なくとも前記３／４円弧を被覆する空間を画定すると共に，前記円弧と同一半径で前記交点の一端と他端を結ぶ対称線で対称を成す円弧のうち，前記円弧の中心側に位置する円弧と，該円弧に連続する前記直線から成る曲線及び直線を含んで画定される開口部から成る有底箱状に形成したことを特徴とする水車用バケット。
【請求項２】
前記バケットの開口部は，前記対称線と，前記直線で画定されることを特徴とする請求項１又は２記載の水車用バケット。
【請求項３】
前記バケットに前記接点から前記円弧の中心に向かって抵抗板を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の水車用バケット。
【請求項４】
前記抵抗板基端部において，前記円弧側に水抜き穴を設けたことを特徴とする請求項３記載の水車用バケット。
【請求項５】
前記バケットに前記対称線の他端から前記円弧の中心に向かって補強板を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の水車用バケット。  
【請求項６】
前記開口部は，前記円弧と同一半径で前記交点の一端と他端を結ぶ対称線及び前記直線から形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の水車用バケット。  
【請求項７】
水車軸に所定間隔を介して連結した一対の軸承板と，水車の左右に，所定間隔を介して平行に対峙する一対の水輪箍と，この水輪箍と前記軸承板間に架設される複数のクモデと，前記クモデに連結する複数のアミダと，該アミダ間で，前記水輪箍に複数配置される前記バケットを備え，前記クモデ及びアミダは，前記対を成す軸承板に，それぞれ対をなして，平行に設けられ，該クモデは一端を前記軸承板から等角度の放射状に配設され，他端を水輪箍に固着すると共に，前記アミダは，隣接する２本のクモデの軸承板の固着端である一端からそれぞれ所定位置の取付面に，該アミダの一端側を取り付け，このアミダの他端を，前記隣接する２のクモデの水車の回転方向に位置するクモデに隣接するクモデの他端近傍の取付面に固着し，さらに，前記クモデの前記取付面の反対面で前記位置に前記アミダに隣接して他のアミダの一端を取り付け，他端を前記隣接するクモデの他端近傍の前記取付面の反対面に取り付けると共に，順次，それぞれ，前記クモデの取付面と，前記反対面を交互に入れ替えて，前記クモデに前記アミダを取り付けたことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のバケットを有する水車。
【請求項８】
前記クモデ及びアミダは，前記クモデの隣接する２本のクモデの軸承板の固着端である一端からそれぞれ約１／３の距離における前記取付面に，前記アミダの一端側を，前記各クモデの前記位置の取付面に対して取り付け，それぞれ，同数のクモデに対して同数のアミダを取り付けると共に，前記水輪箍の隣接する２のクモデとアミダ間には，２のバケットをそれぞれ配置したことを特徴とする請求項７記載のバケットを有する水車。
【請求項９】
前記バケットを前記水輪箍に回転自在に支持し，該バケットに係合板を懸吊し，バケットの水車における最下位において，前記係合板を水車外に設けたストッパーに係合自在に設けたことを特徴とする請求項７記載の水車用バケットを有する水車。
【請求項１０】
前記バケットに重りを懸吊し，該重りを，水車の最下位において，水車外に設けたストッパーと衝突させて，バケットを回転自在と成す係合板としたことを特徴とする請求項９記載の水車用バケットを有する水車。
【請求項１１】
前記水車の水を保持している側の垂直方向略中央から下端付近まで，水車の回転軌跡外周下方に樋状のカバーにより覆うように設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の水車用バケットを有する水車。
【請求項１２】
前記放水路の先端の水平方向近傍の下方に，水車の垂直方向最上位のバケットの開口部２０を臨ませて配置したことを特徴とする請求項７記載の水車用バケットを有する水車。
【請求項１３】
請求項７記載の水車を有し，該水車の回転により発電する発電機を備える水車発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，水車に使用されるバケット及び該バケットを有する水車並びに前記水車から成る水車発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力事情に関して概観すると，原油価格が高騰の一途をたどり，自然エネルギーの活用が求められる中，水力発電は，繰り返し使え（再生可能），ＣＯ２排出量の少ないクリーンな電源であることから見直されつつある。
【０００３】
なかでも，国土の狭い日本では，新たにダムで大きな落差を作って発電する大規模な水力発電の開発は既に難しいことから，大規模な水源を必要とせず，小規模な水源で比較的簡単な工事で発電できる小規模な水力発電が注目されている。
【０００４】
小規模な水力発電のうち，特に，落差を利用する上掛け水車による発電は，構造が比較的簡単でメンテナンスが容易であり，山間地，中小河川，農業用水路，上下水道施設の他，家庭での使用が期待できる。
【０００５】
従来の上掛け水車として，例えば図１０に示すような水車９０が一般的に知られている。水車９０は，水車軸９９に一体の軸承板９１を有し，該軸承板９１の外周壁から複数枚の長方形状羽根板９２，９２，……を等角度間隔で夫々直径方向に延長すると共に，各羽根板９２，９２，……先端側間それぞれに，円弧帯状の左右側板９３，９３および円筒形の底板９４を結合し，水受け部９５，９５，……を全周囲に渡って形成し，水車９０の上方に設けられた水路９６から放出された水により一方向に回転する。
【０００６】
しかし，上掛け水車は，主に水の落差をそのまま位置エネルギーとして，つまり水に働く重力を利用するものであるところ，利用し得る落差が小さいため発電量が少なく効率が低いことが問題点としてあった。  
【０００７】
そこで，下記特許文献１には，水の位置エネルギーを有効に利用することを目的としたバケット型水車が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５６−２７０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図８に示すように，特許文献１に記載の水車８０は，水車軸８１から放射状に等間隔に延設した長さの等しい多数のクモデ（後光）８３それぞれの先端に設けられた軸受けで，上部に広い開口部を持った馬蹄形の断面を有するバケット８２を支持するバケット軸８４を，前記バケット８２が回転可能となるように軸支し，前記バケット８２内が空又は満水の場合でもバケット８２が常に開口部を上方に向けた位置となるように前記バケット軸８４の位置を前記バケット８２の重心点の上方とし，前記バケット８２それぞれの軸方向の一側面に固定した凸起がバケット水車８０下端付近に設置された図示しないストッパーと衝突して回転するまで，バケット８２内から排水されないように構成されている。さらに，このバケット水車８０は，水勢で前記バケット８２から水が飛散しないように，水路から直接水を導入せずに，前記バケット水車８０上方に設けた給水ノズル８６からの多数の整流状にした注水によって回転する構成となっている。
【００１０】
しかしながら，前記水車８０には以下のような問題点がある。
【００１１】
図９に示すように，前記水車８０は，上述した構成から，水車の最上位付近において給水ノズル８６からの注水後，バケット８２が水車下端付近に設置されたストッパーと衝突して回転し，排水するまでの間バケット８２の開口部を上方に向けた位置とすることでバケット８２からの水の流出を防止し，水の位置エネルギーを最大限利用しようとするものであるが，水の持つ運動エネルギーについては十分に利用しているといえない。
【００１２】
水車上方に設けられた放水路から放出された水は一定の流速を持っているので，水が持つエネルギーは，位置エネルギーの他に，運動エネルギーをも有している。
【００１３】
すなわち，上掛け水車は，水の位置エネルギーのみでなく，水の運動エネルギーについても利用しようとすることが可能であるが，ここで，水の運動エネルギーを利用する目的は，水車の羽根板又はバケットに水を衝突させることで，水車の回転に必要なモーメントを得ることによる。
【００１４】
前記モーメントは，半径Ｒの水車の円周接線方向に水の衝突による力Ｆが作用すると，この水車はＮ＝Ｒ×Ｆのモーメントで回転運動することになる。通常，水車の半径Ｒの値は一定なので，モーメントＮ（＝Ｒ×Ｆ）の大小は，水車の円周接線方向の力Ｆに依存する。
【００１５】
そこで，上述した水の持つ運動エネルギーに関し，特許文献１に記載のバケット水車８０を半径（クモデの長さ）Ｒ’の円とみた場合，前記バケット水車８０は，垂直に水が流れるように給水ノズル８６を使用していることから，給水ノズル８６から放出された水が垂直方向にバケット８２に衝突した場合，つまり，バケット８２に対し水の進行方向（垂直方向）に力Ｆ’が作用した場合，バケット水車８０の円周接線方向にはＦ’・ｃｏｓθの力が作用したことになる。なお，前記θは，給水ノズル８６から注水される水の進行方向（垂直方向）のベクトルＡと水車８０の円周接線方向のベクトルＢとがなす角である。また，前記θは図９中の水車軸８１を通り水平方向に伸びるＸ軸とクモデ８３とが成す角θ’と大きさが同じである。
【００１６】
また，バケット８２に充填された水の位置エネルギーを有効に活用するには，バケット水車８０の最上位点付近から水を導入する必要があるが，図９中の前記θは９０度に近くなり，ｃｏｓθの値は０に近づき，水車を回転させようとする作用の大きさモーメントＮ（＝Ｒ×Ｆ’・ｃｏｓθ）の値も０に近づく。従って，この場合，水がバケット８２に衝突する力Ｆ’の殆どはモーメントＮに対して無駄となり，前記バケット水車８０は水の持つ運動エネルギーを十分に利用できない。また，水勢で水が飛散しないように給水ノズル８６より多数の整流状にしてから注水しているので，給水ノズル８６を用いずそのまま放水路から導入される水に比べ速度が低下していることから，前記Ｆ’の値は小さい。
【００１７】
すなわち，特許文献１に示すような回転自在に軸承したバケットを有する上掛け水車については，理論上，水の位置エネルギーを有効利用するには，水車の垂直方向最上位においてバケット内に水を満たし，その上さらに水の運動エネルギーを有効利用するには，放水路から水を水車の最上位における円周接線方向（水平方向）に放出してバケット内に水を導入させること，つまり，前記θの値を０とすることが好適であるが，これに近づけるために，前記バケット水車８０の最上位において，給水ノズル８６を用いずに放水路８８の水平方向近傍の下方に，放出された水を導入しようとすれば，放出された水がバケット８２の開口部に対して略平行に進むのでバケット８２の直径方向の内壁面に衝突し，バケット自体に回転力が加えられ，バケット８２に水を確保しておくことが難しい。
【００１８】
すると，前記バケット８２に対しては，放水路８８から放出された水が重力により下方に向いた状態にならないと導入できないが，この場合，上述した通り，前記θの値が大きくなり水がバケット８２に衝突する力の殆どはモーメントＮに対して無駄となり，前記バケット水車８０は水の持つ運動エネルギーを十分に利用できない。
【００１９】
かように，特許文献１に記載の水車８０について，給水ノズル８６を用いずに，放水路から水を勢いそのままに導入すると，水がバケット８２の底に当たって飛散し上部の広い開口部から水が溢れあるいは飛散したり，水がバケット８２の底に当たった衝撃でバケット８２が押し込まれるように回転して傾きバケット８２から水がこぼれ，位置エネルギーの損失が生じやすくなる。
【００２０】
以上から，特許文献１に記載のバケット水車８０では，水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギー両方を同時に有効利用することが難しい。
【００２１】
そこで，本発明は，水の位置エネルギーのみならず，運動エネルギーをも同時に有効に利用することができる，水車用バケット及び該バケットを有する水車並びに前記水車から成る水車発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本願発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。
【００２３】
前記課題を解決するために，本発明の水車用バケット１は，一つの円弧１０の少なくとも３／４円弧から成り，前記円弧１０の中心線１２の延長線と，前記円弧１０の一の接点２２(２２’)における接線１１（１１’）との交点２１（２１’）に至り，該交点から前記円弧１０の円周上の一端に位置する交点２４において，前記円弧１０の中心線１２に連通する直線１３とで画定される二の側面２３ａ，２３ｂを，所定間隔を介して対峙し，底面３３と共に，前記少なくとも３／４円弧を被覆する空間を形成すると共に，前記円弧１０と同一半径Ｒで，前記円弧の交点の一端２４と他端２５を結ぶ対称線Ｓで対称を成す円弧のうち，前記円弧１０の中心側に位置する１／４円弧１５と，該円弧１５に連続する前記直線１３から成る曲線及び直線を含んで画定される開口部２０（２０’）から成る有底箱状に形成したことを特徴とする（請求項１）。
【００２４】
本発明のバケットの開口部２０（２０’）は，前記対称線Ｓと，前記直線１３で画定されることを特徴とする（請求項２）。
【００２５】
前記バケット１に接点２２から前記円弧１０の中心に向かって抵抗板３１を設けることができる（請求項３）。
【００２６】
前記抵抗板３１の基端部において，前記円弧側に貫通する水抜き穴３２を，実施形態では，３箇所に設ける（請求項４）。
【００２７】
又，前記バケット１に前記対称線Ｓの他端２５から円弧１０の中心Ｃに向かって補強板２６を設けることができる（請求項５）。
【００２８】
前記開口部２０は，前記円弧１０と同一半径Ｒで前記交点の一端２４と他端２５を結ぶ対称線Ｓ及び前記直線１３から形成することができる(請求項６，図１（Ｂ），図６，及び図７のバケット１参照)。
【００２９】
本発明の水車４０は，水車軸５１に連結する軸承板４２と，水車の左右に，所定間隔を介して平行に対峙する一対の水輪箍（輪板）４５と，この水輪箍と前記軸承板４２間に架設されるクモデ４４と，前記クモデに取り付けられるアミダ４６と，このアミダ間で，前記水輪箍に配置される前記バケットから成り，
前記クモデ及びアミダは，共に同数の，実施形態ではそれぞれ，８組ずつ水車４０の左右（図５）にそれぞれ対をなして，計１６本，前記水車軸を介して軸方向に所定間隔を介して設けられる。
【００３０】
前記クモデは，軸承板４と水輪箍間に取り付けられる。すなわち，前記クモデは，一端を水車軸５１に固着された前記軸承板４２から等角度の放射状に，８組配設し，他端を水輪箍４５に固着する。
【００３１】
そして，前記アミダは，前記クモデ４４の隣接する２本のクモデ４４ｈ，４４ａの軸承板４２の固着端である一端からそれぞれ約１／３の距離において，このアミダ４６aの一端側を前記各クモデ４４ｈ，４４ａの前記位置にそれぞれ取り付け，このアミダ４６ａの他端を，前記隣接する２本のクモデの水車４０の回転方向に位置するクモデ４４ｂの隣接するクモデ４４ｃの他端近傍に固着し，
さらに，前記クモデ４４ａ，４４ｂの前記取付面の反対面で前記位置に，前記アミダに隣接するアミダ４６ｂの一端を，他端を，隣接するクモデ４４ｃに取り付けると共に，
実施形態ではそれぞれ，順次，８組ずつ水車４０の左右（図５）にそれぞれ対をなして，計１６本，前記水車軸の軸方向に所定間隔を介して平行に設けられている。
【００３２】
かようにして，合計８組左右１対の１６本のクモデとアミダを取り付け，前記水輪箍の隣接する２のクモデとアミダ間には，２のバケットをそれぞれ配置し，計１６個のバケットが設けられる（請求項７，８）。
【００３３】
又，本発明の水車は，前記バケットを水輪箍４５に回転自在に支持し，前記バケット１に係合板４９を懸吊し，バケットの水車４０における最下位において，前記係合板を水車４０外に設けたストッパー５９に係合自在に設けることができる（請求項９）。
【００３４】
また，前記バケットを水輪箍４５に回転自在に支持し，前記バケット１に重り４７を懸吊し，該重り４７を，水車４０の最下位において，水車外に設けたストッパー５９と衝突させて，バケット１を回転させ排水することができる（請求項１０，図７）。
【００３５】
加えて，前記水車は，前記水車４０の水を保持している側の略垂直方向中央から下端近傍まで，水車４０の回転軌跡外周下方に樋状のカバー６２により覆うように設けることができる（請求項１１）。
【００３６】
さらに，前記放水路の先端の水平方向近傍の下方に，水車の垂直方向最上位のバケットの開口部２０を臨ませて配置することができる（請求項１２）。
【００３７】
なお，本発明水車を前記上掛け水車と同時に，下方のバケットを流水に埋没させ，下掛け水車としても使用することにより，より多くの回転力を得ることが出来る。
【発明の効果】
【００３８】
上述した構成から成る本発明の水車用バケット１によれば，放水路の水平方向近傍の下方に放出される水でも効率よく導入でき，水がバケット１から溢れあるいは飛散しにくくなる。
【００３９】
さらに，本発明のバケット１に抵抗板３１を設けた場合は，バケット１に設けられた前記抵抗板３１が，放水路から放出された水の進行方向に対して略直交する堰となることから，バケット１の円弧状の底に直接衝突する場合に比べ，放水路６０から放出される水の運動エネルギーを，水車の回転エネルギーとしてより効果的に利用できる。
【００４０】
また，本発明のバケット１に前記水抜き穴３２を形成した場合は，前記抵抗板３１を設けたバケット１について，排水時，前記抵抗板３１が堰となってバケット１内に残留した水を全て排出することができる。
【００４１】
また，本発明のバケット１に補強板２６を設けた場合，バケット１に導入された水がバケット１の底に当たってバケット１の円弧状の底に沿って跳ね返る際に前記補強板２６が堰となって水が溢れあるいは飛散しにくくなり，水の位置エネルギーの損失を防ぐことができる。
【００４２】
本発明の水車は，上述した本発明のバケット１を備えた水車４０により，前記水車４０の垂直方向最上位において前記放水路６０の水平方向近傍の下方に，放出される水を前記バケット１に導入させることができ，水の位置エネルギー及び運動エネルギーを同時に，水車の回転エネルギーとして有効利用して発電量を増やすことができる。
【００４３】
また，本発明の水車について，水車４０のバケット１を回転可能に軸支した場合，水車最上位において導入された水の自重によりバケット１の姿勢が保たれることで，水車の最下位においてバケット１が回転するまでバケット１から排出されないことから，水の位置エネルギーをさらに有効に利用することができる。
【００４４】
また，本発明の水車について，図４に示すように，水車４０の水を排出前の保持している側の垂直方向中央から下端付近まで，水車４０の外周に沿って覆うように樋状のカバー６２を設けた場合，前記カバー６２により，バケット１から落下した水又はバケット１に導入されなかった水がカバー６２内を流れ，このカバー６２内のバケット１に再度投入され，残余は，排水路５４に流出することで水車４０を回転させるモーメントとして働き，水の位置エネルギー及び運動エネルギーの損失を補うことができる。
【００４５】
本発明の水車について，前記放水路６０の先端が，水車４０の垂直方向最上位のバケット１に対して略水平方向の下方近傍に水が放出されるように，水車４０に向けて放出する水流の向きを調整する水流変更部材を放水路６０に配置した場合は，水の作用によるモーメントＮ（＝Ｒ×Ｆ・ｃｏｓθ）に対する無駄がなくなり，水の運動エネルギーについて十分に利用することができ，水車発電機として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（Ａ）は，本発明に係る水車用バケットの基本的な実施形態の側面図，（Ｂ）は，斜視図，
【図２】本発明に係る水車用バケットの実施形態の部分拡大図，
【図３】本発明に係る水車用バケットの実施形態の部分拡大図，
【図４】本発明に係る実施形態の水車用バケット示す基本的な実施形態の側面図，
【図５】図４に示す水車用バケットを用いた水車発電機の正面図，
【図６】図４に示す水車用バケットを用いた水車４０に作用する水のモーメントの説明図，
【図７】バケット１に衝突した水の流れを示す図，
【図８】従来のバケット型水車を示した側面図，
【図９】図８に示す従来のバケット水車に作用する水のモーメントに関する図，
【図１０】従来の上掛け水車を例示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下，本発明の水車用バケット及び該バケットを有する水車を水車発電機の実施形態と共に，それぞれ詳細に説明する。
【００４８】
バケット
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように，本実施形態のバケット１は，一側面２３ａと，この一側面と展開時，対称に形成され，所定間隔，実施形態では，２５０mmを介して平行に対峙する他側面２３ｂと，前記一側面及び他側面の外周と同一曲率で形成され，前記両面部の外周に設けられた底面を成す底面３３と，前記一側面２３ａ及び他側面２３ｂの外周により画定される開口部とから成る。
【００４９】
前記一側面２３ａ及び他側面２３ｂは，実施形態では，直径３００mmの少なくとも３／４円弧状を成し，この円弧の一端２４を通過する中心線１２を延長した直線１３と，この直線１３に交わる前記円弧の接線１１，ここでは，前記中心線から４５°に位置する接点２２からの接線１１との交点２１で，前記直線１３により，前記円弧より略三角形状に膨出した一の端部面を成す膨出部２７（２７’）を有する一側面２３ａ及び他側面２３ｂが形成される。そして，前記３／４円弧の一端２４の反対方向の端縁で，一側面２３ａ及び他側面２３ｂの他端２５が画定される。
【００５０】
さらに，一実施形態においては，前記３／４円弧の直線１３との交点ないし前記一端２４と，前記円弧の他端２５間の対称線Ｓにおいて，前記円弧１０と同一半径Ｒで対称を成す円弧のうち，前記円弧１０の中心側に位置する円弧１５を少なくとも含む，ここでは，円弧及び直線から成る開口部２０を形成する。かように，開口部２０を有する一側面及び他側面と底面により，金属製の水密状に連結あるいは，プレス成形し，又は，合成樹脂などで一体成形し，有底箱状のバケット１が構成される。
【００５１】
他の実施形態においては，前記開口部２０は，前記一端２４及び他端２５間の対称線Ｓ及び前記直線１３の二の直線部から形成することができる。
【００５２】
なお，前記接線１１は，同図（Ａ）に示すように，前記直線１３の延長線上に交点を得られる接点２２’における接線１１’として形成し，前記円弧より略三角形状に膨出した一の端部面を成す膨出部２７の容量を大きくすることも出来る。放水路からの水量が多大となるような場合には，かような構成が有効である。
【００５３】
本発明のバケット１の他の実施形態は，図２に示すように，前記実施形態のバケット１に接点２２から円弧１０の中心Ｃに向かって一側面２３ａ及び他側面２３ｂ間に抵抗板３１を設けた構造である。必ずしも抵抗板３１により一側面２３ａ及び他側面２３ｂ間を閉塞する必要はない。
【００５４】
必要に応じ，前記抵抗板３１の基端部に，下向きＵ事情の水抜き穴３２が形成されている。また，前記水抜き穴３２は，前記抵抗板近傍の前記バケット１の一側面２３ａないし他側面２３ｂ又は前記底面３３にも形成可能である。なお，前記水抜き穴３２の大きさは適宜変更可能である。  
【００５５】
さらに，図３に示すように，前記実施形態のバケット１に前記対称線Ｓの他端２５から円弧１０の中心Ｃに向かって補強板２６を設けている。
【００５６】
上述した各実施形態のバケット１は，取り付けることできれば水車の構造に関し特に限定はなく，従来の各種水車に使用することができる。
【００５７】
バケットを備えた水車及び水車発電機
続いて，上述した本発明のバケット１を備えた本発明の水車及び水車発電機の実施形態について説明する。
【００５８】
図４〜図７に示すように，本実施形態の水車発電機７０は，放水路６０と，放水路６０から放出された水により一方向に回転する水車４０とを備え，水車４０の回転で，水車軸４１が回転することによりこれに直結駆動される発電機５２ａ，ｂを設けたものである。
【００５９】
図４及び図５において，前記水車４０は，水車軸５１に連結する軸承板４２と，水車の左右両面に，所定間隔すなわち，バケットを両箍間に支持し得る間隔を介して平行に対峙する一対の，水車の外径を画定する，水輪箍（輪板）４５と，この水輪箍と前記軸承板４２間に架設される，左右片面で８組，表裏で１６本となるクモデ４４と，アミダ４６から成る。
【００６０】
前記クモデ及びアミダは，共に８本ずつ水車４０の左右（図５）又は図４紙面表裏にそれぞれ対をなして，前記軸承板４２の軸方向に所定間隔を介して平行に設けられる。従って，以下のクモデ４４と，アミダ４６に関する説明は，図４において述べることにし，同様の構成が図４紙面背面側にも以下の符号に対応する部材として存在するため，図５における説明を除き，省略する。
【００６１】
前記クモデ４４は，一端を，水車軸５１に固着された前記軸承板４２から等角度の放射状に８組（表裏で１６本）配設し，他端を水輪箍４５に固着する。そして，前記クモデ４４の隣接する２本のクモデ４４ｈ，４４ａの軸承板４２の固着端である一端からそれぞれ約１／３の距離において，図４紙面前方に，前記クモデより若干長いアミダ４６ａの一端側を前記各クモデ４４ｈ，４４ａの図４紙面前方において，前記位置にそれぞれ取り付け，このアミダ４６ａの他端を，前記隣接する２本のクモデの水車４０の回転方向に位置するクモデ４４ｂの隣接するクモデ４４ｃの他端近傍（水輪箍４５の内側）で同図紙面前方に固着する。
【００６２】
次に，クモデ４４ａ，４４ｂの図４紙面後方で，前記位置に，アミダ４６ｂの一端を，他端を沈設するクモデ４４ｃに取り付ける。順次，以下の組み合わせにおいて，クモデの表裏を交互に，アミダを取り付ける。
クモデ  ＋ アミダ
４４ｂ，ｃ ４６ｃ  （図４紙面前方）
４４ｃ，ｄ ４６ｄ   （図４紙面後方）  
４４ｄ，ｅ ４６ｅ  （図４紙面前方）
４４ｅ，ｆ ４６ｆ   （図４紙面後方）
４４ｆ，ｇ ４６ｇ  （図４紙面前方）
【００６３】
以下，４４ｇ，ｈと４６ｇまで同様に取り付け，これらを水輪箍４５の同図背面側にも配置する。
【００６４】
そして，前記バケット１は，表裏で，平行に対峙する一対の水輪箍４５に対して，表裏で対峙して隣接する二のクモデ間に，それぞれ２台づつ，軸部材４８により，計１８台，支持している。
【００６５】
前記軸部材４８は，バケット１内を貫通する例えばボルト両端をバケット両側面２３ａ，２３ｂにおいてナットにより螺着してバケットを支持固定してもよいし，貫通するボルト両端にナットを溶接などにより固着することにより，回転自在にもしくは固定的に軸承してもよい。
【００６６】
また，バケット１の取り付けについては，上述した通り，バケット１を支持する軸部材４８を一対の水輪箍４５に装着するが，図１に示す実施形態の水車においては，前記軸部材４８によるバケットの装着につき，このバケット１が回転しないように固定的に固着している。
【００６７】
また，前記バケット１の水輪箍４５への支持につき，バケットの最上位位置において，水を放出する放水路６０の先端の直下方近傍とバケット１の開口部２０が対向するように固定される。なお，バケット１を固定する際のバケット１の姿勢につき適宜変更することができ，例えば，水車４０のバケット１が最上位においてその開口部２０を上方に向けバケット１の対称線Ｓが水平となるように固定されてもよい。
【００６８】
また，上述のように，バケット１を支持する軸部材４８により，バケット１を回転可能に軸支することができ，バケット１の固定と軸支を切り替え可能としてもよい。
【００６９】
そして，前記水車４０について，図５に示すように，排水路５４の底面又は排水路５４を挟んで，両岸に排水路５４の水流の向きに対して直交するように間隔を介して立設された一対の台座５０ａ，５０ｂに，軸受５６ａ，５６ｂを介して回転可能に水平に軸着された水車軸５１に前記水車４０の前記軸承板４２が連結されている。
【００７０】
また，本実施形態の水車発電機７０は，図５に示すように，水車軸５１に２台の発電機５２ａ，５２ｂが，水車４０を介して対向するように装着されていて，水車４０と共に回転する水車軸５１に軸直結され，前記軸５１の回転数に応じた発電電力が得られる。なお，本実施形態の水車発電機７０は，前記発電機５２ａ，５２ｂとして，前記水車軸５１が正逆どちらの回転方向に回転しても発電することできる仕様のものを使用している。
【００７１】
前記発電機５２ａ，５２ｂが得た電気エネルギーはケーブル５８を通じて，図示しない他の機器，例えば，蓄電池へ送り，発電機５２ａ，５２ｂの電力を充電するなどして，自己消費とするか，又，売電に供給してもよい。
【００７２】
なお，前記発電機は，軸直結とせず水車軸５１の回転を，発電用増速装置を介して，発電機に入力するよう設けてもよい。
【００７３】
以上のように構成された水車によると，水車用バケットの効果を含め，以下の効果を奏する。
【００７４】
まず，放水路６０から放出される水の働きについて説明すると，放水路から放出された水は，バケットの開口部２０よりバケット１内に入りバケット１の底に衝突（水の運動エネルギー）した際に水車４０の回転モーメントとして作用することで水車４０を回転させ，さらにその後も，バケット１内に残留しこれに重力が働く（水の位置エネルギー）ことで水車４０の回転モーメントとして作用して水車４０を回転させることができる。
【００７５】
そして，本発明の水車は，上述した水の作用に関し，図６に示すように，水車４０が備えるバケット１が，膨出部２７により，放水路６０から放出された水を水車４０の垂直方向最上位にて受け入れることもできるので，水の位置エネルギーを十分に利用でき，さらに，放水路６０から放出された水がバケット１に衝突する際の水の進行方向のベクトルａと，水車４０の垂直方向最上位における円周接線方向（水平方向）のベクトルｂとが成す角度θの値を，０に近づけることができるので，水の作用によるモーメントＮ（＝Ｒ×Ｆ・ｃｏｓθ）に対する無駄がなくなり，水の運動エネルギーについても十分に利用することができる。
【００７６】
また，上述した実施形態のバケット１の形状から，バケット１に導入される水はバケットから水が溢れあるいは飛散しにくく，水の位置エネルギーを有効に利用できる。なお，排出され難い要因として，上述した特許文献１に記載のバケット８２に比べても，開口部２０のバケット１全体に対して占める範囲が狭いことが挙げられるが，その他に，バケット１内に流入した水Ｗは，バケット１の円弧形状の底から向心力を得て底に沿って図７における紙面上反時計回りに円運動し，バケット１の開口部２０の他端２５を通過した瞬間には水Ｗは円弧１０の接線方向つまり直上に向かいその後重力により直下に落下するので，バケット１から漏れることなく再びバケット１に導入される（図４参照）。ただし，前記バケット１の開口部２０の他端２５に差し掛かかる前に，流入した水Ｗのほとんどが速度を失いバケット内に残留する。
【００７７】
また，水の作用によるモーメントＮ（＝Ｒ×Ｆ・ｃｏｓθ）についてさらに説明すると，前記θにつき，水車４０の最上位での円周接線方向は水平方向であるので，放水路から放出される水がかなりの水平方向の速度を持っていれば，前記θの値は０に近づき，さらにこの場合，水の速度が早いことからＦの値も大きくなり，モーメントＮ（＝Ｒ×Ｆ・ｃｏｓθ）の値が大きくなる。
【００７８】
なお，上述した本発明のバケット１が有する効果は，前記水車４０以外の従来の水車であってもバケット１を取り付けることできれば，水車の構造に関し特に限定はなく，発揮することができる。
【００７９】
なお，以下に他の実施形態のバケット１に特有の効果について主に説明する。
【００８０】
前記バケット１に設けられた前記抵抗板３１が，放水路６０から放出された水の進行方向に対して略直交する堰となることから，バケット１の円弧状の底に直接衝突する場合に比べ，放水路６０から放出された水の運動エネルギーをより効果的に利用できる。
【００８１】
なお，バケット１内の水の水位の変化は，前記抵抗板３１を設けた場合，前記抵抗板３１が堰となって水車４０の垂直方向最低位置のバケット１にも水が残留する。そこで，バケット１の前記抵抗板３１基端付近，前記接線１１と前記円弧１０の円弧の境目接点２２に位置する前記抵抗板３１を境にして前記円弧側に水抜き穴３２を形成した他の実施形態のバケット１を使用することで，水車４０の最下位において，バケット１内が空となるようにすることができる。
【００８２】
また，バケット１に補強板２６を設けた場合，バケット１に導入された水がバケット１の底面３３の底面に当たって円弧状の底面に沿って跳ね返る際に前記補強板２６が堰となって水が溢れあるいは飛散しにくくなり，水の位置エネルギーを効率よく利用できる。
【００８３】
また，本実施形態の水車には，図４に示すように，樋状のカバー６２を，水車４０の水を保持している側の垂直方向中央から下端付近まで，水車４０の外周に沿って覆うように設けることができる。前記カバー６２により，バケット１から落下した水又はバケット１に導入されなかった水がカバー６２内を流れ，このカバー６２内のバケット１に再度衝突することで水車４０を回転させるモーメントとして働き，水の位置エネルギー及び運動エネルギーの損失を補うことができる。
【００８４】
また，図４に示すように，クモデ４４の先端部を水輪箍４５により周方向に互いに連結し，さらに，複数のアミダ４６で，水車４０の中央に正八角形を形成させるように一のクモデ４４の先端から，前記位置のクモデ４４から回転方向９０度先の他のクモデの中央よりやや基端側までを途中複数本のクモデを介して連結して水車４０を補強することができる。
【００８５】
なお，図示は省略するが，バケット１を支持するにつき，軸部材４８にバケット１を回転自在に軸支させることができる。
【００８６】
なお，本実施形態の水車４０については，バケット１の大きさにより，水車４０に備えられた各バケット１が回転時に相互に接触しないように，放射状に設けられた複数のクモデ４４・・・の間隔を調整するか，長いクモデ４４を使用して各バケット１間の距離を調整する。
【００８７】
ここで，バケット１を回転自在にアミダ４６に対してボルト・ナット等の軸部材４８で軸支する場合については，水車４０の垂直方向最上位にあるバケット１が空の状態において，放水路６０の先端に対し前記バケット１の開口部２０が対向する姿勢を維持するように前記バケット１に対して前記軸部材４８で軸承したり，又は，バケットに重り４７(図７)を吊り下げてバケットの姿勢を調整する。なお，バケット１の姿勢については，例えば，水車４０の複数のバケット１が最上位においてその開口部２０を上方に向けバケット１の対称線Ｓが水平となるように前記軸部材４８で固定されてもよく，前記に限定されず適宜変更可能である。
【００８８】
なお，前記バケット１内に水が充填しても，バケット１内の水の自重によりバケット１内が空の場合と同じ姿勢を保つ。
【００８９】
そして，バケット１には係合板４９を吊り下げ，水車４０の垂直方向最下位において，水車外に設けたストッパー５９と衝突させて，バケット１が回転するようにする。なお，前記重り４７を係合板４９（重り兼係合板）とすることも可能である（図７参照）。
【００９０】
本実施形態にかかる水車用バケットを用いた水車については，放水路６０から放出される流速が比較的遅く，略水平方向に向かう水が少ない場合に特に有効である。まず，勢いが弱くとも放水路６０から放出される水は水平方向に進みつつ下方に向かうことから，この水車４０を備える本発明のバケット１の直線１３と接線１１が成す突出した形状により水車４０の垂直方向最上位から受け入れることができる。そして，最上位において導入された水の自重によりバケットの姿勢が保たれることで，水車の最下位においてバケット１が回転するまで途中バケット１から水が排出されないことから，水の位置エネルギーを有効に利用し，水の運動エネルギーの不足分を補うことができる。なお，水の衝突によりバケット１が多少回転したとしても，直線１３と接線１１から成る突出した形状より水が排出されず，また，バケット１内に水が充填される過程で，バケット１は水の自重によりすぐに姿勢を立て直す。
【００９１】
なお，本実施形態の水車に，上述した樋状のカバー６２を，水車４０の水を保持している側の垂直方向中央から下端付近まで，水車４０の外周に沿って覆うように設けることができる。
【００９２】
以上，本発明のバケット及び水車並びに水車発電機の実施形態につき説明したが，本発明の範囲はこれに限定されるものではなく，発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００９３】
例えば，放水路６０について，水の作用によるモーメントＮ（＝Ｒ×Ｆ・ｃｏｓθ）に対する無駄をなくし，水の運動エネルギーについても十分に利用するため，水車４０の垂直方向最上位のバケット１に対して放水路の水平方向近傍の下方に，水が排出されるように，水車に対する位置を変えたり，水車４０に向けて放出する水流の向きを調整する水流変更部材を放水路６０の先端に着脱自在に取り付けることができる。
【００９４】
なお，本願水車は，上記発電機としての使用において，これを双胴船に台座を介して載置固定し，小河川等に滞留させて，美感と共に発電を行うことも出来る。
【実施例】
【００９５】
本発明の水車用バケットを用いた水車発電機７０につき，前記実施形態のバケット１を使用し，さらに，下記条件にて実施したところ，本発明の水車発電機７０は効率よく発電することができることが確認された。
【００９６】
〈実施条件〉
水車４０の直径（全体）：２４００ｍｍ(円周  ７．５３６ｍ)
バケット１の円弧１０の直径：３００ｍｍ
バケット１の幅：２５０ｍｍ
放水路  流量  約１．８ｍ３／ｍｉｎ   流速  約０．７ｍ/sec 
水車回転数  実測値：５．５７ｒｐｍ（約６〜１０ｒｐｍ）
発電機出力：４４０Ｗ／１機
【符号の説明】
【００９７】
１  バケット
１０  円弧
１１，１１’  接線
１２  中心線
１３  直線
１５  円弧
２０，２０’  開口部
２１，２１’  交点
２２，２２’  接点
２３  側面
２３ａ  一側面
２３ｂ  他側面
Ｃ  中心
２４  交点・一端
２５  他端
２６  補強板
２７  膨出部
３１  抵抗板
３２  水抜き穴
３３  底面
４０  水車
４２  軸承板
４４ａ〜ｈ  クモデ
４５  水輪箍（輪板）
４６ａ〜ｈ  アミダ
４７  重り
４８  軸部材
４９  係合板
５０ａ，ｂ  台座
５１  水車軸
５２ａ，ｂ  発電機
５４  排水路
５６  軸受
５８  ケーブル
５９  ストッパー
６０  放水路
６２  カバー
７０  水車発電機
８０  水車
８１  水車軸
８２  バケット
８３  クモデ(後光)
８４  バケット軸
８６  給水ノズル
８８  放水路
９０  水車
９１  軸承板
９２  羽根板
９３  側板
９４  底板
９５  水受け部
９６  放水路
Ａ，ａ  水の進行方向のベクトル
Ｂ，ｂ  円周接線方向のベクトル
Ｃ  中心
Ｓ  対称線
Ｗ  水
【図１】
2013087650.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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【図７】
2013087650.tif 000009
【図８】
2013087650.tif 000010
【図９】
2013087650.tif 000011
【図１０】
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