JP2005105789A - 圧電振動板を用いた除雪装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根の積雪を除去する装置において、電力費用を大幅に低減させる。
【解決手段】屋根板１に圧電素子３を接合して振動板５とし、固定用穴４と４’の両方、または４か４’の一方のみをボルト等で屋根枠に支持または固定し、圧電素子３に交番電圧を印加して屈曲振動を起こさせることによって、屋根の積雪を落下除去させる。従来のヒータ等を用いて融雪する方式と比較して、電力費用を大幅に低減することができる。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

この発明は、屋根板に圧電素子を取り付け、屈曲振動を起こさせて屋根の積雪を除去させる装置に関するものである。

豪雪地域では積雪の荷重によって家屋に悪影響を及ぼすおそれがあるため、積雪がある高さ以上になるとスコップ等を用いて人力で機械的にかき落とす手法が用いられてきた。しかし人力による除雪は極めて重労働であり、また作業中に転落するなどの危険性もある。さらに近年では少子・高齢化が進み、人力による除雪が困難となっている。

この解決策として、パネルヒータやパイプヒータを屋根に設置することによって融雪し、積雪を除去する方式がある。しかし上記のようなヒータによって融雪した場合、電力費用が膨大となり、普及の拡大に大きな障害となっていた。そこで、特開２０００−１４５０５４に示されているように、屋根の上下方向に延び、所定間隔で配置された多数のパイプヒータを設置し、屋根全体の積雪を溶かすのではなく、所定幅に切断し、自然落下させることによって電力費用を低減できることが提案されている。しかしながら、この場合も電力費用は年間７〜１１万円と高額になっている。

さらに上記の課題を解決するために、特開２０００−１４５０７６のような装置が提案されており、年間の電力費用は１０００円以下と試算している。しかしながら、屋根の積雪を振るい落とすためには大型の加振モータが必要であると推測され、装置作動開始時など瞬間的に多大な電力を消費すると考えられる。そのため、場合によってはヒューズの破損等が発生し、日常生活においては不都合な場面を生じるおそれがある。
また、実施例に示されているように屋根上にモータを設置することは外観上好ましくない。

発明が解決しようとする課題

そこで上記従来の課題を解決するために、本発明では消費電力の少ない圧電素子を取り付けた屋根板に屈曲振動を起こさせ、屋根の傾斜を利用して、積雪を落下除去することを目的としてなされたものである。

課題を解決するための手段

そのため本発明は、屋根板として金属板を用い、圧電素子を１個ないし複数個金属板に接着剤等を用いて接合した振動板としている。

さらに振動板に屈曲振動を起こさせるために、振動の節（ノード）を屋根枠にボルト等で支持または固定した。

以下に、本発明の除雪装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の振動板の一実施の形態を示している。図２は振動板を屋根板に取り付けた形態を示した一例である。すでに引用した特開２０００−１４５０５４や特開２０００−１４５０７６の実施例では屋根上に突起物を設置するようになっており、積雪の落下の障害になるおそれがある。これに対し、本発明では図２のように圧電素子の配置は図１とは逆に、裏面になるよう設置し、積雪の落下の障害とならないようにしている。

図１、２に示した本発明の振動板において圧電素子は、屋根板のほぼ中央に一個取り付けてあるが、屈曲振動の節（ノード）近傍に複数個取り付けても良い。また圧電素子の形状は角形でも円形でもかまわない。

図１において、支持または固定用の穴４および４’が設けられており、図２において、屋根にそれぞれがボルト等で固定できるように構成されているが、４および４’の両端固定のみでなく、４または４’のみの片端固定であってもかまわない。

図１において、屋根板１の材質はトタン、ステンレス、スレート等屈曲振動を生じさせるものであれば何らの制限もない。

本発明の効果を実験的に確認するために図３に示した装置を用いて、振動板の屈曲振動の振幅特性を調査した。
１００×３００×ｔ１．０ｍｍ^３のステンレス板７、６０×８０×ｔ０．５ｍｍ^３の圧電素子９からなる振動板の両端を固定し、発振器１１により周波数約７０Ｈｚで屈曲振動させた。次に積雪の代用として底面８０×２００ｍｍ^２からなり、厚みの異なったアクリル板８で荷重をかけ、振幅特性を評価した。なお振動板の振幅はレーザー変位計１０により非接触で測定した。その結果を下表１に示す。

上記の結果、荷重２００ｇであっても積雪の除去に必要な十分な振幅特性を確認することができた。

なお実用上、積雪量がある一定以上になった場合のみ振動を自動的に起こさせるためには、図２の６に示すように荷重センサ等を設置することが望ましい。

本発明の除雪装置は、屈曲振動を用いたことにより、１００Ｈｚ以下の低い周波数で駆動できる。この結果、耳障りな騒音の発生を抑制できると同時に、消費電力は１ｍ^２当たり数Ｗ程度で十分な積雪の除去が可能であった。

さらなる消費電力の節減のために、屋根板に雪、霜等の凍結を防止する目的で撥水性の酸化チタンやフッ素系樹脂などをコーティングした。この構造ではわずかな電力でも積雪の除去が可能になった。

本発明の基本振動板の形態を示す斜視図である。 図１に示した振動板を屋上に取り付けた斜視図である。 本発明の効果を模擬的に実証するための装置の斜視図である。

符号の説明

１ 屋根板
２ 圧電素子
３ リード線
４、４’固定用穴
５ 振動板
６ 荷重センサ
７ ステンレス板
８ アクリル板
９ 圧電素子
１０ レーザー変位計
１１ 発振器
１２ 駆動電源

Claims (5)

1. 屋根板（１）に圧電素子（２）を取り付けた振動板を有する事を特徴とした除雪装置。
2. 前記振動板が屈曲振動を起こすように屋上に支持または固定された除雪装置。
3. 請求項２の屈曲振動において、振動の周波数が１００Ｈｚ以下となる除雪装置。
4. 請求項２において振動板に荷重センサを設けた除雪装置。
5. 請求項２において振動板に撥水性塗料を塗布した除雪装置。

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