(57)【要約】【課題】複雑な給排水の制御を行うことなく、簡易な構成で浮力体の浮力を用いて発電する。【解決手段】発電装置１は、回転軸回りに回転する円柱水槽１０と、円柱水槽１０内に設けられた浮力体２０と、所定の円形軌跡の上側に固定された上部ラック４４と、浮力体２０の側面に固定された側面ラック２６と噛み合う第１のピニオン４１ａと、第１のピニオン４１ａと連動して回転する第２のピニオン４１ｃと、を有する回転機構４１と、上部ラック４４と噛み合った状態で第２のピニオン４１ｃの回転に応じて回転することで、円柱水槽１０を回転軸回りに回転させる水槽回転歯車４５と、円柱水槽１０が水平状態になる位置から上部ラック４４と水槽回転歯車４５が噛み合う位置までの範囲において、浮力体２０の浮上を阻止するタイミングロック機構と、円柱水槽１０の回転運動に基づき発電する発電機と、を備えている。【選択図】図７
2017210928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が水で満たされ、回転軸回りに回転できるように支持された円柱水槽と、
前記円柱水槽内に設けられ、浮力により長手方向に移動可能な浮力体と、
前記円柱水槽の回転時における端部の円形軌跡に沿って円弧状に形成され、前記円形軌跡の垂直方向の上側又は下側に固定されたラックと、
前記円柱水槽の内部に設けられ前記浮力体の側面に固定された浮力体ラックと噛み合う第１のピニオンと、前記円柱水槽の外部に設けられ前記第１のピニオンと連動して回転する第２のピニオンと、を有する回転機構と、
前記円柱水槽の端部に設けられ、前記ラックと噛み合った状態で前記回転機構の前記第２のピニオンの回転に応じて回転することで、前記円柱水槽を前記回転軸回りに回転させる水槽回転歯車と、
前記円柱水槽の回転時に、前記円柱水槽が水平状態になる位置から前記ラックと前記水槽回転歯車が噛み合う位置までの範囲において、前記円柱水槽から前記浮力体までを貫通するピンを挿入することで、前記浮力体の浮上を阻止する浮力体浮上阻止機構と、
前記円柱水槽の回転運動に基づき発電する発電機と、
を備えた発電装置。
【請求項２】
円柱水槽の一方の対面を貫通して前記円柱水槽の長手方向に沿って平行に設けられた２本の第１及び第２のレール部材と、前記円柱水槽内で前記第１及び第２のレール部材に直交する方向に配置され、両端部が前記第１及び第２のレール部材にそれぞれ接合された棒状の第１の位置規制部材と、を有し、前記第１及び第２のレール部材と前記第１の位置規制部材とで囲まれた範囲に前記浮力体を配置して、遠心力に応じて移動する第１の浮力体規制部材と、
円柱水槽の他方の対面を貫通して前記円柱水槽の長手方向に沿って平行設けられた２本の第３及び第４のレール部材と、前記円柱水槽内で前記第３及び第４のレール部材に直交する方向に配置され、両端部が前記第３及び第４のレール部材にそれぞれ接合された棒状の第２の位置規制部材と、を有し、前記第３及び第４のレール部材と前記第２の位置規制部材とで囲まれた範囲に前記浮力体を配置して、遠心力に応じて移動する第２の浮力体規制部材と、
を更に備えた請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１の浮力体規制部材は、前記浮力体が前記第１の位置規制部材に接触した時に、前記円柱水槽に対する当該第１の浮力体規制部材の位置を固定する第１の位置固定ピンを更に有し、
前記第２の浮力体規制部材は、前記浮力体が前記第２の位置規制部材に接触した時に、前記円柱水槽に対する当該第２の浮力体規制部材の位置を固定する第２の位置固定ピンを更に有する
請求項２に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体の浮力を利用してフロートを上昇および降下させる動作を制御により連続的に繰り返して発電しつつ、使用する液体が低落差でしかもその使用量が比較的少ない液体力発電方法が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の技術は、フロートの上昇および降下のいずれか一方が所定位置に到達するタイミングに基づいて、液体槽内の液体の浮力を利用したフロートの上昇およびフロートの質量を利用した降下の少なくとも一方を制御する。そして、特許文献１の技術は、フロートの上昇および降下を連続的に繰り返させ、その結果生じるボールねじ体から出力する回転運動を用いて、発電機を駆動して発電する。
【０００４】
これにより、フロートの上昇および降下運動が連続的に行われ、フロートの上昇および降下運動に無駄がなく、しかも使用する液体が低落差でよいとともに液体の使用量が少ない割に大きな電力を発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０９９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術は、フロートの上昇又は降下を連続的に繰り返すために、液体漕の液体がどの程度あるかを検出して、その検出結果に応じて液体漕に液体を導入又は排出する必要がある。このため、特許文献１の技術は、複雑で細かい電子的な制御が必要になる問題がある。
【０００７】
本発明は、このような実情を鑑みて提案されたものであり、複雑な給排水の制御を行うことなく、簡易な構成で浮力体の浮力を用いて発電できる発電装置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】
【０００８】
本発明に係る発電装置は、内部が水で満たされ、回転軸回りに回転できるように支持された円柱水槽と、前記円柱水槽内に設けられ、浮力により長手方向に移動可能な浮力体と、前記円柱水槽の回転時における端部の円形軌跡に沿って円弧状に形成され、前記円形軌跡の垂直方向の上側又は下側に固定されたラックと、前記円柱水槽の内部に設けられ前記浮力体の側面に固定された浮力体ラックと噛み合う第１のピニオンと、前記円柱水槽の外部に設けられ前記第１のピニオンと連動して回転する第２のピニオンと、を有する回転機構と、前記円柱水槽の端部に設けられ、前記ラックと噛み合った状態で前記回転機構の前記第２のラックの回転に応じて回転することで、前記円柱水槽を前記回転軸回りに回転させる水槽回転歯車と、前記円柱水槽の回転時に、前記円柱水槽が水平状態になる位置から前記ラックと前記水槽回転歯車が噛み合う位置までの範囲において、前記円柱水槽から前記浮力体までを貫通するピンを挿入することで、前記浮力体の浮上を阻止する浮力体浮上阻止機構と、前記円柱水槽の回転運動に基づき発電する発電機と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る発電装置は、複雑な給排水の制御を行うことなく、簡易な構成で浮力体の浮力を用いて発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発電装置の全体的な構成を示す斜視図である。
【図２】発電装置の正面側の要部断面図である。
【図３】発電装置の側面側の要部断面図である。
【図４】円柱水槽及びその内部に設けられた浮力の斜視図である。
【図５】浮力体の斜視図である。
【図６】円柱水槽を回転させる浮力動力機構の全体構成を示す斜視図である。
【図７】浮力動力機構の要部斜視図である。
【図８】浮力動力機構の要部斜視図である。
【図９】円柱水槽の貫通部を示す図である。
【図１０】浮力動力機構の概略的な構成図である。
【図１１】ピニオンの外周部の構成を示す斜視図である。
【図１２】浮力体が円柱水槽内でロックされたときのタイミングロック機構の要部斜視図である。
【図１３】浮力体が円柱水槽内でロック解除されたときのタイミングロック機構の要部斜視図である。
【図１４】タイミングガイドの斜視図である。
【図１５】円柱水槽内で浮力体がロックされる範囲を示す図である。
【図１６】円柱水槽の回転位置に応じたタイミングロックの状態を説明するための図である。
【図１７】遠心ロック機構の構成を示す斜視図である。
【図１８】遠心ロック機構の概略的な構成を示す平面図である。
【図１９】円柱水槽内の端面の貫通部分の断面図である。
【図２０】ロックピンの動作を説明する斜視図である。
【図２１】ロックピンの動作を説明する斜視図である。
【図２２】円柱水槽の回転前における浮力体の移動可能範囲を示す概略図である。
【図２３】小さな遠心力が発生した時の浮力体の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構の斜視図である。
【図２４】小さな遠心力が発生したときの浮力体の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構の概略図である。
【図２５】大きな遠心力が発生した時の浮力体の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構の斜視図である。
【図２６】大きな遠心力が発生したときの浮力体の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構の概略図である。
【図２７】円柱水槽の回転開始直後の遠心ロック機構の動作を説明する図である。
【図２８】円柱水槽が垂直向きになったときの遠心ロック機構の動作を説明する図である。
【図２９】給排水機構の全体構成を示す斜視図である。
【図３０】給排水機構の要部斜視図である。
【図３１】給排水機構の要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、発電装置１の全体的な構成を示す斜視図である。図２は、発電装置１の正面側の要部断面図である。図３は、発電装置１の側面側の要部断面図である。
【００１２】
［全体構成］
発電装置１は、円柱水槽１０内部の浮力体２０の移動に基づいて円柱水槽１０の重心位置を変化させて、円柱水槽１０を回転させることによって発電する。
【００１３】
発電装置１は、内部に浮力体２０が設けられた円柱水槽１０と、円柱水槽１０内の浮力体２０を所定のタイミングで固定（ロック）するタイミングロック機構５０と、浮力体２０に生じる遠心力を抑制する遠心ロック機構７０と、を備えている。なお、円柱水槽１０の回転軸は、円柱水槽１０の長手方向の長さの中間点を通り、長手方向に直交する方向に向いている。
【００１４】
さらに、発電装置１は、円柱水槽１０の給水及び排水を行う給排水機構９０と、円柱水槽１０が回転軸回りに回転できるように当該円柱水槽１０を支持する支持部材１００と、円柱水槽１０の回転数よりも高速の回転数を出力する増速機１１０と、増速機１１０の出力回転数に基づいて発電する発電モータ１２０と、を備えている。
【００１５】
円柱水槽１０は、内部に水を貯蔵できる円柱状中空部材である。円柱水槽１０の内部は、補充水槽９１から供給される水で満たされる。円柱水槽１０の内部には、円柱水槽１０の内部の長手方向に移動可能な浮力体２０が設けられている。
【００１６】
［円柱水槽１０］
図４は、円柱水槽１０及び円柱水槽１０の内部に設けられた浮力体２０の斜視図である。図５は、浮力体２０の斜視図である。
浮力体２０の長手方向の長さは、円柱水槽１０の内部の長手方向の長さのほぼ１／２である。浮力体２０は、両端が密閉された筒状の筒状部材２１と、筒状部材２１の両端側にそれぞれ固定されたおもり部材２２，２２を有する。
【００１７】
円筒部材２１の直径は、円柱水槽１０の内部の直径よりもやや小さい。円筒部材２１の長手方向の長さは、円柱水槽１０の内部の長手方向の長さのほぼ１／２である。おもり部材２２は、例えば鉛などの材質で形成された部材である。筒状部材２１の両端側にはそれぞれおもり部材２２，２２が固定され、円筒部材２１の内部は密閉されている。
【００１８】
つまり、２つのおもり部材２２，２２は筒状部材２１によって連結されており、２つのおもり部材２２，２２の間には密閉空間である空気室が形成されている。これにより、浮力体２０は、空気室が形成されたことによる大きな浮力、具体的には、円柱水槽１０の回転によって遠心力が生じても単独で浮上可能な浮力を得る。また、浮力体２０の長手方向の長さは円柱水槽１０の内部の長手方向の長さのほぼ１／２であるので、１つのおもり部材２２に比べて、浮力体２０の移動距離及び移動時間は短くなる。
【００１９】
図５に示すように、浮力体２０の側面には、浮力体２０の長手方向に沿って、複数のタイミングロック受け穴２３が形成されている。タイミングロック受け穴２３のいずれか１つに後述するタイミングロックピン５７が挿入されると、浮力体２０の位置が固定される。
【００２０】
円柱水槽１０の中心部を通る長手方向の軸上には、ガイドレール２５が設けられている。つまり、ガイドレール２５は、浮力体２０（筒状部材２１の両端部及びおもり部材２２，２２）を貫通している。浮力体２０は、自身の浮力によって、ガイドレール２５に沿って円柱水槽１０内を移動可能になっている。また、後述する図７に示すように、円筒部材２１の側面には、円筒部材２１の長手方向に沿って、側面ラック２６が設けられている。
【００２１】
［浮力動力機構４０］
図６は、円柱水槽１０を回転させる浮力動力機構４０の全体構成を示す斜視図である。図７及び図８は、浮力動力機構４０の要部斜視図である。
【００２２】
浮力動力機構４０は、浮力体２０が円柱水槽１０内を移動（浮上）する運動を円柱水槽１０の回転運動に変換する。図６に示すように、浮力動力機構４０は、円柱水槽１０の両端にそれぞれ１つずつ設けられている。２つの浮力動力機構４０は同一構成であるので、以下では、一方の浮力動力機構４０について説明する。
【００２３】
浮力動力機構４０は、図７に示すように、浮力体２０の浮上運動を回転運動に変える回転伝達機構４１と、回転伝達機構４１の回転力を伝達する伝達ベルト４２と、伝達ベルト４２から伝達される回転力に基づいて回転する回転伝達機構４３と、円柱水槽１０の垂直上側方向に固定された上部ラック４４と、上部ラック４４に噛み合いながら回転伝達機構４３の回転力に基づいて回転する水槽回転歯車４５と、を有する。
【００２４】
回転伝達機構４１は、浮力体２０の側面に設けられた側面ラック２６の移動に応じて回転するピニオン４１ａと、ピニオン４１ａと共に回転する回転軸４１ｂと、回転軸４１ｂと共に回転するピニオン４１ｃと、を有する。つまり、回転軸４１ｂの一方の端部にピニオン４１ａが設けられ、回転軸４１ｂの他方の端部にピニオン４１ｃが設けられている。ピニオン４１ａ、回転軸４１ｂ及びピニオン４１ｃのそれぞれの回転軸は一致している。
【００２５】
回転軸４１ｂは円柱水槽１０を貫通しており、ピニオン４１ａは円柱水槽１０の内部にあり、ピニオン４１ｃは円柱水槽１０の外部に露出している。回転軸４１ｂは、回転自在になるように円柱水槽１０の貫通部で支持されている。
【００２６】
図９は、円柱水槽１０の貫通部を示す図である。円柱水槽１０を貫通する部分の回転軸４１ｂには、Ｏリング４１ｄとワッシャー４１ｅがはめ込まれている。これにより、円柱水槽１０内の水が外部に漏れないようになっている。
【００２７】
伝達ベルト４２は、環状のベルトである。伝達ベルト４２は、張力を維持した状態で、ピニオン４１ｃの外周部と、回転伝達機構４３の後述するピニオン４３ａの外周部と、に掛けられている。
【００２８】
回転伝達機構４３は、円柱水槽１０の長手方向の端部に設けられている。回転伝達機構４３は、伝達ベルト４２の回転に応じて回転するピニオン４３ａと、ピニオン４３ａと共に回転する回転軸４３ｂと、回転軸４３ｂと共に回転するピニオン４３ｃと、を有する。つまり、回転軸４３ｂの一方の端部にピニオン４３ａが設けられ、回転軸４３ｂの他方の端部にピニオン４３ｃが設けられている。ピニオン４３ａ、回転軸４３ｂ及びピニオン４３ｃのそれぞれの回転軸は一致している。
【００２９】
回転軸４３ｂは、円柱水槽１０の長手方向の端部で、回転軸４１ｂとほぼ平行になるように配置され、かつ、回転自在になるように支持されている。ピニオン４３ａ及びピニオン４１ｃは、それぞれの回転軸が平行になっており、同一平面上に配置されている。このため、伝達ベルト４２は、ねじれることなく、ピニオン４３ａ及びピニオン４１ｃの外周部にそれぞれ掛けられている。そして、ピニオン４１ｃが回転運動すると、伝達ベルト４２が回転運動すると共に、ピニオン４３ｃも回転運動する。
【００３０】
上部ラック４４は、円弧状に形成されたラックである。上部ラック４４は、水槽回転歯車４５と噛み合う凹凸部が円弧の中心方向（鉛直方向）に向くように、支持部材１００に固定されている。上部ラック４４は、所定の円形軌跡上に設けられている。所定の円形軌跡とは、円柱水槽１０の回転時において、円柱水槽１０の回転軸に対して最も遠い距離にある水槽回転歯車４５の外周点の軌跡をいう。
【００３１】
上部ラック４４は、例えば、上記の円形軌跡を時計盤にみたてると、時計盤の１１時から１時までの範囲の円弧部分に設けられている。但し、「時計盤の１１時から１時までの範囲」は、上部ラック４４の配置位置を例示したものに過ぎず、これに限定されるものではない。
さらに、上部ラック４４の代わりに、円柱水槽１０の回転軸に対して上部ラック４４の対称となる位置に下部ラックを設けてもよい。
【００３２】
水槽回転歯車４５は、円柱水槽１０の長手方向の上記端部に設けられ、円柱水槽１０の回転方向と同じ方向に回転できるように支持されている。水槽回転歯車４５には、当該水槽回転歯車４５よりも小径であって、回転軸が一致する小歯車４５ａが接合されている。小歯車４５ａは、常時、ピニオン４３ｃと噛み合っている。このため、ピニオン４３ｃが回転運動すると、小歯車４５ａと共に、水槽回転歯車４５も回転運動する。
【００３３】
図１０は、浮力動力機構４０の概略的な構成図である。
円柱水槽１０の長手方向が垂直向きの場合において、浮力体２０が円柱水槽１０の最下部から浮上すると、浮力体２０に設けられた側面ラック２６も上昇移動して、回転伝達機構４１のピニオン４１ａが回転する。これによって、ピニオン４１ｃが回転すると共に、伝達ベルト４２も回転する。そして、ピニオン４３ａ、４３ｃが回転して、図８に示す水槽回転歯車４５が回転する。
【００３４】
水槽回転歯車４５は、支持部材１００に固定された上部ラック４４と噛み合って回転することで、上部ラック４４の内側円弧部分に沿って転がるように移動する。水槽回転歯車４５は円柱水槽１０の端部に固定されているので、円柱水槽１０は回転軸回りに回転する。水槽回転歯車４５が更に回転して上部ラック４４から離脱すると、円柱水槽１０は、自身の慣性力、浮力体２０の重心移動などによって回転する。このように、浮力動力機構４０による円柱水槽１０の回転力は、円柱水槽１０の端部に固定された水槽回転歯車４５が上部ラック４４と噛み合う範囲で発生する。
【００３５】
上記のように構成された浮力動力機構４０では、浮力体２０が円柱水槽１０内を上昇移動する期間だけ、水槽回転歯車４５が回転する。このため、水槽回転歯車４５が上部ラック４４から離脱するタイミングと、浮力体２０が円柱水槽１０の最上部に達するタイミングと、が同時になるのが理想的である。
【００３６】
しかし、円柱水槽１０の回転速度は安定しないため、現実的には、上記の２つのタイミングが同時になることは稀である。具体的なケースとしては、水槽回転歯車４５が上部ラック４４から離脱する前に、浮力体２０が円柱水槽１０の最上部に達することもある。
【００３７】
この場合でも、円柱水槽１０は慣性力によってそのまま回転し続けるので、水槽回転歯車４５も回転し続ける。そして、回転伝達機構４３、伝達ベルト４２、及び回転伝達機構４１も回転し続ける。浮力体２０は既に円柱水槽１０の最上部に達しているものの、回転伝達機構４１は回転する。このため、浮力体２０には円柱水槽１０内で上部に押し上げようとする力が働き、浮力動力機構４０の動作が停止してしまう恐れがある。そこで、ピニオン４３ａは次のように構成されている。
【００３８】
図１１は、ピニオン４３ａの外周部の構成を示す斜視図である。ピニオン４３ａの外周部は、一方の回転方向（浮力体２０の浮上に応じて回転する方向）に力が加わった場合には、その力を受けてピニオン４３ａが回転するように形成され、他方の回転方向に力が加わった場合には、その力を逃がして回転しないように形成されている。この結果、浮力体２０は、既に円柱水槽１０内の最上部に達した場合には、ピニオン４３ａが浮力体２０を更に押し上げようとする力を逃がすので、浮力動力機構４０の破損を回避できる。
【００３９】
［タイミングロック機構５０］
浮力体２０が円柱水槽１０内の最上部に達した後、浮力体２０はその位置に停留して、円柱水槽１０は回転し続ける。円柱水槽１０の長手方向が垂直方向から水平方向に変わり、反転すると、浮力体２０の位置は円柱水槽１０内の最下部になる。このため、浮力体２０は円柱水槽１０の反対側の端部に向けて浮上しようとする。
【００４０】
ところが、上部ラック４４と水槽回転歯車４５が噛み合っていない状況で円柱水槽１０内の浮力体２０が浮上開始しても、円柱水槽１０には、浮力体２０の浮上に基づく回転力（浮上回転力）が発生しない。このため、円柱水槽１０の浮上回転力を発生させるためには、水槽回転歯車４５が上部ラック４４に噛み合うタイミングになるまで、浮力体２０を円柱水槽１０の端部に固定（ロック）させる必要がある。そのために、発電装置１は、タイミングロック機構５０を備えている。
【００４１】
図１２は、浮力体２０が円柱水槽１０内でロックされたときのタイミングロック機構５０の要部斜視図である。図１３は、浮力体２０が円柱水槽１０内でロック解除されたときのタイミングロック機構５０の要部斜視図である。タイミングロック機構５０は、水槽回転歯車４５が上部ラック４４に噛み合う状況になるまで、浮力体２０を円柱水槽１０内の端部にロックする。
【００４２】
タイミングロック機構５０は、円柱水槽１０を保持する保持部材５１と、円柱水槽１０の回転軸部材である支軸５２と、浮力体２０をロックするタイミングを案内するタイミングガイド５３と、後述のタイミング検出ピン５５を所定方向へ案内するピン案内部材５４と、を有している。
【００４３】
さらに、タイミングロック機構５０は、円柱水槽１０内で浮力体２０をロックするタイミングを検出するタイミング検出ピン５５と、複数のピンを連結するピン連結板５６と、浮力体２０をロックするピンであるタイミングロックピン５７と、を有している。
【００４４】
保持部材５１は、３枚の板状部材で構成されたコの字状部材である。具体的には、保持部材５１は、２つの向かい合った第１及び第２の板状部材５１ａ、５１ｂと、第１及び第２の板状部材のそれぞれの端部に接合された第３の板状部材５１ｃと、を有している。
【００４５】
第１及び第２の板状部材５１ａ、５１ｂは、円柱水槽１０の回転軸線が第１及び第２の板状部材５１ａ、５１ｂの中間位置になるように、円柱水槽１０に固定されている。このとき、第１及び第２の板状部材５１ａ、５１ｂの法線方向は、円柱水槽１０の長手方向に直交する方向である。第３の板状部材の一方の面（円柱水槽１０と向き合う面と反対側の面）の中心部には、支軸５２が接合されている。
【００４６】
支軸５２は、円柱水槽１０の回転軸に相当する部材であり、タイミングガイド５３の中心部を貫通して、支持部材１００によって回転自在に支持されている。このため、支軸５２が回転すると、支軸５２に接合された保持部材５１が回転して、保持部材５１によって保持された円柱水槽１０も回転する。
【００４７】
図１４は、タイミングガイド５３の斜視図である。
タイミングガイド５３は、所定の厚みを有する円形状に形成された部材である。タイミングガイド５３は、保持部材５１と支持部材１００の間に設けられ、支持部材１００に接合されている。タイミングガイド５３の中心部には、支軸５２を貫通させるための貫通孔５３ａが形成されている。
【００４８】
タイミングガイド５３の一方の円形面（支持部材１００に接合された面の反対面）は、凹凸形状になっている。タイミングガイド５３の上記の円形面（凹凸形状面）は、円柱水槽１０の回転位相（回転位置）に応じて形成されている。また、タイミングガイド５３の凹凸形状面は、常に、タイミング検出ピン５５の先端部に接触している。
【００４９】
保持部材５１の第３の板状部材５１ｃの一方の面には、細長い板状部材であるピン案内部材５４が接合している。ピン案内部材５４の長手方向の両端部には、２本のタイミング検出ピン５５がそれぞれ貫通可能な貫通孔５４ａが形成されている。２つの貫通孔５４ａは、ピン案内部材５４の長手方向の中心点に対して対称になる位置に形成されている。ピン案内部材５４の上記中心点は、円柱水槽１０の回転軸線を通っている。
【００５０】
タイミング検出ピン５５は、タイミングガイド５３の凹凸形状面を読み取って、当該凹凸形状面に従って、円柱水槽１０の回転軸方向にスライドする。タイミング検出ピン５５は、具体的には、支軸５２に対して平行に、かつ、支軸５２に対して対称に配置された２本のピンである。２本のタイミング検出ピン５５は、共に、ピン案内部材５４の２つの貫通孔５４ａをそれぞれ貫通した状態で、ピン連結板５６の一方の面に固定されている。このため、タイミング検出ピン５５は、貫通孔５４ａを貫通した状態を維持しつつ、保持部材５１と共に、円柱水槽１０の回転軸方向へスライド可能になっている。
【００５１】
ピン連結板５６は、長細い板状部材であり、ピン案内部材５４とほぼ同じ大きさに構成されている。２本のタイミング検出ピン５５は、ピン連結板５６の長手方向の中心点に対して対称になる位置に配置される。ピン連結板５６の上記中心点は、円柱水槽１０の回転軸線を通っている。
【００５２】
ピン連結板５６には、タイミングガイド５３の凹凸形状面の方向に、弾性力が与えられている。よって、タイミング検出ピン５５にも、ピン連結板５６を介して、タイミングガイド５３の凹凸形状面の方向に、弾性力が与えられている。このため、タイミング検出ピン５５の先端部は、常に、タイミングガイド５３の凹凸面に接触する。また、ピン連結板５６の他方の面（タイミング検出ピン５５の接合面の反対面）側には、タイミングロックピン５７が設けられている。
【００５３】
タイミングロックピン５７は、２本のタイミング検出ピン５５と平行な状態で、円柱水槽１０の回転軸線上に配置されており、かつ、円柱水槽１０の回転軸線方向にスライド可能になっている。タイミングロックピン５７は、円柱水槽１０に貫通した状態で、浮力体２０のタイミングロック受け穴２３のいずれかに挿入されたり、タイミングロック受け穴２３から外されたりする。
【００５４】
ここで、タイミング検出ピン５５、ピン連結板５６及びタイミングロックピン５７は、一体に構成されている。つまり、タイミング検出ピン５５、ピン連結板５６及びタイミングロックピン５７は、一体となって、円柱水槽１０と共に回転軸回りに回転する一方で、円柱水槽１０の回転軸線方向にスライド可能になっている。
このため、タイミング検出ピン５５がタイミングガイド５３の凹凸面に接触しながら円柱水槽１０の回転軸方向にスライドすると、タイミングロックピン５７も円柱水槽１０の回転軸方向にスライドする。
【００５５】
本実施形態では、タイミングガイド５３の凹凸面の形状に基づいて、タイミングロックピン５７がタイミングロック受け穴２３に挿入されるタイミング（円柱水槽１０の回転位置）が決定される。つまり、タイミングガイド５３の凹凸面の形状に基づいて、円柱水槽１０内で浮力体２０がロックされるタイミング（タイミングロック）が決定される。
【００５６】
図１５は、円柱水槽１０内で浮力体２０がロックされる範囲を示す図である。なお、円柱水槽１０は時計回りに回転するものとする。円柱水槽１０の浮上動力で得られる回転力が発生する範囲は、円柱水槽１０の先端部が水槽回転歯車４５の側を通過する範囲である。
【００５７】
円柱水槽１０に大きな回転力が発生する範囲は、回転軸を原点とする２次元平面上において、円柱水槽１０の先端部が右上から右下へ移動する範囲である。タイミングロックの範囲は、円柱水槽１０が水平方向になる少し前から垂直方向になる少し前までの範囲である。このように、タイミングロックの範囲は、大きな回転力が発生する範囲より少し遅れるように設定されている。
【００５８】
以上のように構成されたタイミングロック機構５０は、次のように、円柱水槽１０内の浮力体２０をロックする。
図１６は、円柱水槽１０の回転位置に応じたタイミングロックの状態を説明するための図である。浮力体２０は、円柱水槽１０がほぼ垂直の状態になると、浮上開始する。そして、円柱水槽１０に浮上回転力が発生して、円柱水槽１０は回転軸回りに回転する。
【００５９】
図１６（ａ）に示すように、浮力体２０が円柱水槽１０内の最上部に近づくと、円柱水槽１０の浮上回転力が大きくなり、円柱水槽１０はさらに回転する。図１６（ｂ）に示すように、円柱水槽１０が水平向きになる少し手前になると、浮力体２０は円柱水槽１０内でロックされ（タイミングロック開始）、浮力体２０の浮上が阻止される。
【００６０】
円柱水槽１０が更に回転して、円柱水槽１０が垂直向きの少し手前になると、図１５に示すように、上部ラック４４と水槽回転歯車４５が噛み合う直前になり、図１６（ｃ）に示すように、浮力体２０のロックが解除される（タイミングロック解除）。このとき、浮力体２０は円柱水槽１０内の上部に向けて再び浮上開始する。浮力体２０が円柱水槽１０内の上部に近づくと、図１６（ｄ）に示すように、再び円柱水槽１０に大きな浮上回転力が発生する。
【００６１】
以上のように、タイミングロック機構５０は、円柱水槽１０内の浮力体２０に浮力と大きな遠心力が発生しているときに浮力体２０をロックして、上部ラック４４と水槽回転歯車４５が噛み合う直前に浮力体２０のロックを解除する。これにより、浮力動力機構４０は、浮力体２０の浮上運動を円柱水槽１０の回転力に効率よく変換することができる。
【００６２】
ところで、円柱水槽１０の回転速度が大きくなって遠心力が大きくなり過ぎた場合、タイミングロックが解除されても、浮力体２０は自身の浮力で再浮上できなくなったり、浮上速度が著しく遅くなったりする問題がある。このような問題を回避するために、遠心ロック機構７０が設けられている。
【００６３】
図１７は、遠心ロック機構７０の構成を示す斜視図である。図１８は、遠心ロック機構７０の概略的な構成を示す平面図である。
遠心ロック機構７０は、円柱水槽１０の一方の端面側に設けられた円形保護板７１と、円形保護板７１が円柱水槽１０の一方の端面と向き合うように円形保護板７１を支持する保護板支持部材７２と、浮力体２０の移動距離を規制する浮力体規制部材７３と、遠心力を検出するための遠心力検出おもり７４と、遠心力検出おもり７４に遠心力方向と逆方向の弾性力を付与するバネ７５と、を有している。
【００６４】
さらに、遠心ロック機構７０は、円柱水槽１０の他方の端面側に設けられた円形保護板７６と、円形保護板７６が円柱水槽１０の他方の端面と向き合うように円形保護板７６を支持する保護板支持部材７７と、浮力体２０の移動距離を規制する浮力体規制部材７８と、遠心力を検出するための遠心力検出おもり７９と、遠心力検出おもり７９に遠心力方向と逆方向の弾性力を付与するバネ８０と、を有している。
【００６５】
なお、遠心ロック機構７０は、円柱水槽１０の回転軸に対して左右対称に設けられている。つまり、円形保護板７１、保護板支持部材７２、浮力体規制部材７３と、遠心力検出おもり７４、及びバネ７５は、それぞれ円形保護板７６、保護板支持部材７７、浮力体規制部材７８と、遠心力検出おもり７９、及びバネ８０と同様に構成されている。
【００６６】
そこで、以下では、円形保護板７１、保護板支持部材７２、浮力体規制部材７３と、遠心力検出おもり７４、及びバネ７５について主に説明する。但し、円形保護板７６、保護板支持部材７７、浮力体規制部材７８、遠心力検出おもり７９、及びバネ８０も、上述したものと同様に構成されている。
【００６７】
円形保護板７１は、円柱水槽１０の一方の端面側に設けられた排水パイプ９６を外部衝撃から保護するものであり、複数の保護板支持部材７２によって、円柱水槽１０の一方の端面側に固定されている。
【００６８】
保護板支持部材７２は、細長い形状の棒状部材である。保護板支持部材７２の一端側は円形保護板７１の縁部に接合され、保護板支持部材７２の他端側は円柱水槽１０の上記の一方の端面の縁部に接合されている。このため、各保護板支持部材７２は、円形保護板７１が円柱水槽１０の一方の端面と向き合う（平行になる）ように、円形保護板７１を支持する。
【００６９】
浮力体規制部材７３は、浮力体２０の円柱水槽１０内の移動を規制するコの字状部材である。浮力体規制部材７３は、円柱水槽１０の長手方向に沿って設けられた２本のレール部材７３ａ，７３ｂと、２本のレール部材７３ａ，７３ｂに直交する棒状部材である位置規制バー７３ｃと、浮力体規制部材７３の移動位置を固定するロックピン７３ｐ（後述の図２０及び図２１参照）と、を有する。
【００７０】
位置規制バー７３ｃの一方の端部はレール部材７３ａの端部に接合しており、位置規制バー７３ｃの他方の端部はレール部材７３ｂの端部に接合している。したがって、２本のレール部材７３ａ，７３ｂは、長方形の向かい合う２本の対辺に相当し、位置規制バー７３ｃは上記の長方形の他の１本の対辺に相当する。なお、位置規制バー７３ｃの対辺に相当する部分には、遠心力検出おもり７４が設けられている。
【００７１】
２本のレール部材７３ａ，７３ｂの長手方向の長さは、円柱水槽１０の長手方向の長さより長い。位置規制バー７３ｃの長さは、円柱水槽１０の内側の直径よりやや小さい。
【００７２】
レール部材７３ａ,７３ｂは、円柱水槽１０の端面を貫通している。すなわち、レール部材７３ａ，７３ｂの一方側は、円柱水槽１０内に挿入されている。レール部材７３ａ，７３ｂの他方側は、円柱水槽１０の外部に露出している。そして、レール部材７３ａ，７３ｂは、上記の一方側が円柱水槽１０の内部に挿入された状態で、円柱水槽１０の長手方向に対してスライド可能になっている。
【００７３】
図１９（ａ）及び（ｂ）は、円柱水槽１０内の端面の貫通部分の断面図である。円柱水槽１０内の端面のそれぞれの貫通部分には、一対のゴムローラ１０ａ，１０ａが設けられている。一対のゴムローラ１０ａ，１０ａは、例えば１本のレール部材７３ａを挟み込んだ状態で回転する。これにより、貫通部分から水漏れが生じることなく、レール部材７３ａが円柱水槽１０の長手方向へスライドする。
【００７４】
浮力体規制部材７３の位置規制バー７３ｃの対辺に相当する部分に、遠心力検出おもり７４が設けられている。遠心力検出おもり７４の形状は特に限定されるものではなく、遠心力検出おもり７４はある程度の重さがあればよい。本実施形態では、遠心力検出おもり７４は、位置規制バー７３ｃのような棒状部材ではなく、板状部材である。
【００７５】
遠心力検出おもり７４と円形保護板７１のそれぞれの向かい合う面には、バネ７５の両端部がそれぞれ接合されている。そして、円形保護板７１と遠心力検出おもり７４の間には、バネ７５による弾性力（引力）が働く。
【００７６】
浮力体規制部材７３が円柱水槽１０の一番奥まで挿入されている場合は、バネ７５の引力は最も小さい又はほとんどゼロである。但し、浮力体規制部材７３が円柱水槽１０の一番奥の位置から移動するに従って、バネ７５の引力が大きくなる。
【００７７】
ところで、浮力体規制部材７３も浮力体規制部材７６も同じ大きさ及び形状であるため、円柱水槽１０内で接触しないようにする必要がある。
本実施形態では、図１７に示すように、浮力体規制部材７３及び浮力体規制部材７６のそれぞれの長手方向に直交する方向が、互いに約９０度になっている。よって、浮力体規制部材７３及び浮力体規制部材７６は、互いに接触することなく、円柱水槽１０内でスライド可能になっている。これにより、浮力体２０は、浮力体規制部材７３だけでなく、浮力体規制部材７６によっても、円柱水槽１０内での移動可能範囲が規制される。
【００７８】
また、浮力体規制部材７３には、浮力体２０内の所定の位置に浮力体規制部材７３を固定するためのロックピン７３ｐが設けられている。
図２０及び図２１は、ロックピン７３ｐの動作を説明する斜視図である。ロックピン７３ｐは、遠心力検出おもり７４の遠心力によって移動した浮力体規制部材７３の位置を固定する。
【００７９】
浮力体規制部材７３が、遠心力検出おもり７４の遠心力によってスライドすると、浮力体２０は、自身の浮力により浮力体規制部材７３を上記のスライド方向と逆方向に押し上げようとする。そこで、ロックピン７３ｐは次のように動作する。
【００８０】
ロックピン７３ｐは、最初はレール部材７３ａ,７３ｂの内部に隠れている。浮力体２０が、浮力により円柱水槽１０内の最上部に到達すると、その最上部に設けられた浮力体検出バー７３ｘをそのまま押し上げる。浮力体検出バー７３ｘが押し上げられると、ロックピン７３ｐが円柱水槽１０の両側面に形成されたロック受け穴１０ｚにはめ込まれる。この結果、浮力体規制部材７３は、円柱水槽１０内で固定される。
【００８１】
浮力体２０の移動可能範囲は、円柱水槽１０に発生する遠心力に応じて次のようになっている。
図２２は、円柱水槽１０の回転前における浮力体２０の移動可能範囲を示す概略図である。円柱水槽１０は、回転開始前においては、垂直向きになっている。浮力体２０は円柱水槽１０の最下部に固定されている。
【００８２】
浮力体２０の移動可能範囲は、円柱水槽１０内の浮力体規制部材７３と浮力体規制部材７６で囲まれた範囲、つまり、円柱水槽１０の長手方向の全長に相当する。浮力体２０は、円柱水槽１０の最下部から解放されると、円柱水槽１０内を浮上する。そして、円柱水槽１０が回転を開始する。
【００８３】
図２３は、小さな遠心力が発生した時の浮力体２０の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構７０の斜視図である。図２４は、小さな遠心力が発生したときの浮力体２０の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構７０の概略図である。
【００８４】
円柱水槽１０が回転開始した場合、遠心力検出おもり７４，７９に小さな遠心力が発生する。遠心力検出おもり７４，７９に固定された浮力体規制部材７３，７８は、バネ７５，８０の引力に抗する向き（円柱水槽１０の回転円の半径方向の外側向き）にそれぞれ少しスライドする。このとき、ロックピン７３ｐが１番目（浮力体規制部材７３が１段階スライドした位置）のロック受け穴１０ｚにはめ込まれ、浮力体規制部材７３は円柱水槽１０に固定される。
【００８５】
この結果、浮力体２０の移動可能範囲は、円柱水槽１０内の浮力体規制部材７３と浮力体規制部材７６で囲まれた範囲に制限される。つまり、浮力体２０は、浮力体規制部材７３の位置規制バー７３ｃの位置（最大浮上位置）までしか浮上できなくなる。そして、円柱水槽１０の回転速度が遅くなる。
【００８６】
図２５は、大きな遠心力が発生した時の浮力体２０の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構７０の斜視図である。図２６は、大きな遠心力が発生したときの浮力体２０の移動可能範囲を説明するための遠心ロック機構７０の概略図である。
【００８７】
円柱水槽１０の回転速度が速くなった場合、遠心力検出おもり７４，７９に大きな遠心力が発生する。遠心力検出おもり７４，７９に固定された浮力体規制部材７３，７８は、更に、バネ７５，８０の引力に抗する向きにそれぞれ大きくスライドする。このとき、ロックピン７３ｐが２番目（浮力体規制部材７３が２段階スライドした位置）のロック受け穴１０ｚにはめ込まれ、浮力体規制部材７３は円柱水槽１０に固定される。
【００８８】
この結果、浮力体２０の移動可能範囲は、円柱水槽１０内の浮力体規制部材７３と浮力体規制部材７６で囲まれた範囲、つまり、円柱水槽１０の中央部の範囲に制限される。よって、浮力体２０は、円柱水槽１０の中央部からほとんど動けなくなる。そして、円柱水槽１０の回転速度は急速に遅くなる。
【００８９】
以上のように構成された遠心ロック機構７０は、次のように動作する。
図２７は、円柱水槽１０の回転開始直後の遠心ロック機構７０の動作を説明する図である。
円柱水槽１０の回転開始後、円柱水槽１０の長手方向が水平向きから右下向きになると、円柱水槽１０に大きな遠心力が発生する。浮力体規制部材７３は、円柱水槽１０の回転円の半径方向の外向き（右下向き）に引っ張られる。浮力体２０は、タイミングロックピン５７が挿入されているので、円柱水槽１０の下部に固定されている。一方、浮力体規制部材７８は、浮力体規制部材７３からみて円柱水槽１０の回転軸の反対位置にあり、初期位置から移動していない。
【００９０】
図２８は、円柱水槽１０が垂直向きになったときの遠心ロック機構７０の動作を説明する図である。
円柱水槽１０が更に回転して、円柱水槽１０がほぼ垂直向きになると、タイミングロックピン５７による浮力体２０のロックが解除される。そして、浮力体２０が浮上開始すると共に、浮力体規制部材７８は遠心力により上向きに移動する。
【００９１】
浮力体２０が浮力体規制部材７３の最上部に達して浮力体検出バー７３ｘを押し上げると、ロックピン７３ｐが円柱水槽１０の両側面に形成されたロック受け穴１０ｚにはめ込まれる。これにより、浮力体規制部材７３は円柱水槽１０内で固定され、浮力体２０の円柱水槽１０内の最大浮上位置が固定される。このとき、浮力体２０は、円柱水槽１０内の浮力体規制部材７３と浮力体規制部材７８とによって囲まれる範囲、つまり中央部付近で固定される。
【００９２】
浮力体２０が円柱水槽１０内で固定されると、円柱水槽１０の回転速度が下がり、円柱水槽１０に生じる遠心力が小さくなる。よって、浮力体規制部材７３，７８は、バネ７５，８０の弾性力（引力）によって、それぞれ元の位置（円柱水槽１０の回転軸向き）へ移動しようとする。
【００９３】
しかし、多くのケースにおいて、依然として、浮力体２０が浮力体検出バー７３ｘを押し上げている。このため、ロックピン７３ｐは解除されず、浮力体規制部材７３は円柱水槽１０内で固定されたままである。これに対して、浮力体規制部材７８は、浮力体２０に固定されていないので、元の位置へ移動する。そして、円柱水槽１０がさらに半回転すると、浮力体２０は浮力体検出バー７３ｘを押し上げなくなり、ロックピン７３ｐは解除される。その結果、浮力体規制部材７３は、元の位置へ移動する。
一方、浮力体２０が浮力体検出バー７３ｘを押し上げていない場合は、遠心力が小さくなると、浮力体規制部材７３，７８は、共に、それぞれ元の位置へ移動する。
【００９４】
ところで、円柱水槽１０に発生する遠心力の強さに応じて、タイミングロック機構５０のタイミングロックピン５７が挿入されるタイミングロック受け穴２３が決定される。
【００９５】
例えば、円柱水槽１０の回転開始直後の場合、浮力体規制部材７３，７８は、円柱水槽１０の奥まで挿入されたままでほとんど移動しない。このため、浮力体２０は円柱水槽１０の最上部まで到達して、タイミングロックピン５７が浮力体２０の最端部のタイミングロック受け穴２３に挿入される。
【００９６】
円柱水槽１０に大きな遠心力が発生した場合、浮力体規制部材７３，７８は共に回転半径の外側向きに移動する。このとき、浮力体２０はほとんど移動できず、円柱水槽１０の中央部付近に配置されるので、タイミングロックピン５７は浮力体２０の中央部のタイミングロック受け穴２３に挿入される。
【００９７】
［給排水機構９０］
円柱水槽１０の内部は常に水で満たされている。しかし、タイミングロック機構５０又は遠心ロック機構７０が動作することによって、円柱水槽１０に漏水が発生したり、円柱水槽１０内の水の蒸発等が発生したりする。それにより、円柱水槽１０内の水が減って、円柱水槽１０内に気泡が発生する。円柱水槽１０内の気泡を排出するために、給排水機構９０が設けられている。
【００９８】
図２９は、給排水機構９０の全体構成を示す斜視図である。図３０及び図３１は、給排水機構９０の要部斜視図である。
給排水機構９０は、円柱水槽１０に補充するための水を貯蔵する補充水槽９１と、補充水槽９１の水を円柱水槽１０へ供給するための給水パイプ９２と、排水タイミング信号を発生する排水タイミング発生器９３と、排水タイミング信号を伝送する排水タイミング信号線９４と、円柱水槽１０の排水弁に相当する排水用電磁バルブ９５と、排水を外部へ導く排水パイプ９６と、を有している。
【００９９】
給水パイプ９１は、補充水槽９１と円柱水槽１０の間に設けられたパイプであり、補充水槽９１に貯蔵された水を円柱水槽１０に供給する。排水タイミング発生器９３は、排水タイミング信号を周期的に発生する。本実施形態では、排水タイミング発生器９３は、例えば数分から数十分周期で、数秒から数十秒間排水すること示す排水タイミング信号を発生する。排水タイミング発生器９３で発生された排水タイミング信号は、排水タイミング信号線９４を介して、排水用電磁バルブ９５に供給される。
【０１００】
排水用電磁バルブ９５は、円柱水槽１０と排水パイプ９６の接合部の間に設けられ、排水タイミング信号線９４からの排水タイミング信号に基づいて開閉する。
排水パイプ９６は、円柱水槽１０の両端部にそれぞれ設けられている。排水パイプ９６は、排水用電磁バルブ９５が開動作を行って円柱水槽１０から排出された水を外部へ排出する。これにより、円柱水槽１０に水漏れが生じたり、円柱水槽１０内に気泡が発生したりしても、気泡を含む水が定期的に外部へ排出される。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態に係る発電装置１は、円柱水槽１０内の浮力体２０の浮上運動を円柱水槽１０の回転軸回りの回転運動に変換する浮力動力機構４０を備えているので、円柱水槽１０への複雑な給排水制御を行うことなく、発電することができる。
【０１０２】
また、発電装置１は、円柱水槽１０内の浮力体２０の浮上タイミングを制御するタイミングロック機構５０を備えているので、円柱水槽１０内の浮力体２０の浮上運動を、円柱水槽１０の回転軸回りの回転運動に効率的に変換することができる。
【０１０３】
さらに、発電装置１は、円柱水槽１０に生じる遠心力の大きさに応じて、円柱水槽１０の中央付近に浮力体２０の移動可能範囲を狭める遠心ロック機構７０を備えているので、円柱水槽１０の遠心力が大きくなり過ぎて浮力体２０が浮上できなくなることを回避できる。つまり、発電装置１は、円柱水槽１０の遠心力が大きくなり過ぎないようにすることで、円柱水槽１０を安定して回転させることができる。
【０１０４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において設計変更されたものにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  発電装置、４０  浮力動力機構、５０  タイミングロック機構、７０  遠心ロック機構、９０  給排水機構、１００  支持部材、１１０  増速機、１２０  発電モータ
【図１】
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【図２】
2017210928.tif 000004
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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