JP2007237963A - 流水発生機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、振動翼の単純な動作により効率良く流れを発生させることが可能な流水発生機を提供することである。
【解決手段】本発明による流水発生機は、前縁に沿って延びる前縁部材（４１）と、前記前縁部材の両端部から後縁側に延びて弾性を有する２つの第１部材（４２）と、前記２つの第１部材の間に張られた可とう性を有する膜状部材（５）とを備えた翼（３）と、駆動装置（１１）とを具備している。前記２つの第１部材の前記膜状部材の厚さ方向の幅は、前記膜状部材の厚さより広い。前記駆動装置は、前記前縁部材を往復駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体に流れを発生させる流水発生機に関する。

従来、液体を流すためのポンプや船体を水に対して推進させるスクリューには回転翼が採用されている。

回転翼を備えたポンプを用いて牛乳や液状の化粧品を搬送すると、回転翼が与える衝撃により牛乳や化粧品の物理的特性が変化することが知られている。

また、スクリューは、回転中に付近のものを巻き込む場合があるため、安全上の理由から使用が制限される場合がある。

そこで、スクリューを持たない水中推進装置が開発されている。

特許文献１は、魚の尾びれのようにしなやかに作動する振動翼を備えた水中推進装置を開示している。図９に示すように、この水中推推進装置１００は、前縁に固着された回動軸１０４、１０５の往復回動によって振動（揺動）する翼１０１ａ、１０１ｂが直列に装備され、各回動軸１０４、１０５の協調制御により、複数の翼１０１ａ、１０１ｂは全体として魚の尾びれのようにしなやかに作動し、これにより推力が得られる水中航走体１０２を並列に装備している。

スクリューの場合は回転させるだけで推力が得られるが、水中推進装置１００においては翼１０１ａ、１０１ｂのそれぞれの振幅、周波数、振動中心、及び翼１０１ａ、１０１ｂどうしの位相を適切に制御する必要がある。
特開２００２−１３７７９１号公報

本発明の目的は、振動翼の単純な動作により効率良く流れを発生させることが可能な流水発生機を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による流水発生機は、前縁に沿って延びる前縁部材（４１）と、前記前縁部材の両端部から後縁側に延びて弾性を有する２つの第１部材（４２）と、前記２つの第１部材の間に張られた可とう性を有する膜状部材（５）とを備えた翼（３）と、駆動装置（１１）とを具備している。前記２つの第１部材の前記膜状部材の厚さ方向の幅は、前記膜状部材の厚さより広い。前記駆動装置は、前記前縁部材を往復駆動する。

本発明によれば、第１部材が曲がることにより液体が流れ方向に押し出され、膜状部材が変形することにより液体が確実に押し出されるから、翼の単純な動作で流れを効率良く発生させることができる。

本発明による流水発生機においては、前記翼は、前記前縁部材から前記膜状部材に沿って後縁側に延びて弾性を有する第２部材（４３）を備えている。前記第２部材は、前記２つの第１部材の間に配置され、前記前縁部材と前記膜状部材に固着されている。

第２部材を設けることにより、駆動装置が前縁部材を駆動したときの翼の形状変化をより緻密に設計することが可能になる。したがって、流れを発生させる効率が向上する。

本発明による流水発生機においては、前記駆動装置は、前記前縁部材を揺動軸（Ｓ１）まわりに揺動させる。前記２つの第１部材は、前記揺動軸に平行な方向（Ｚ方向）に間隔を設けて互いに対向している。

本発明による流水発生機においては、前記駆動装置は、前記前縁部材を前記膜状部材の厚さ方向に並進運動させる。

本発明による流水発生機においては、前記揺動軸は、流路（６）の壁（６１）に設けられた凹状部（６２）に配置されている。前記駆動装置は、前記翼が前記壁に近づいたり離れたりするように前記前縁部材を揺動させる。

したがって、流路を流れる固形物が揺動軸にぶつかることが防がれている。また、固形物は、翼が壁に近づいたときに流水発生機の位置を通過することができる。

本発明によれば、振動翼の単純な動作により効率良く流れを発生させることが可能な流水発生機が提供される。

添付図面を参照して、本発明による流水発生機を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る流水発生機１０を示している。流水発生機１０は、後述する駆動装置１１と、駆動装置１１によって往復駆動される基部１と、アーム状部材２と、振動翼３とを具備している。

基部１について互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向が定義される。

アーム状部材２は、その長手方向の一の端部が基部１に固着され、他の端部が振動翼３の前縁に配置された前縁部材４１に固着されている。アーム状部材２の長手方向とＹ方向は一致している。基部１及びアーム状部材２は、剛体とみなせるので変形せず、相対的に変位しない。

振動翼３は、弾性体４と、弾性体４に張られた可とう性を有する膜状部材５とを備えている。弾性体４は、振動翼３の前縁に配置され、前縁に沿って延びる前縁部材４１と、２つの端縁部材４２とを備えている。一の端縁部材４２は、基部が前縁部材４１の一端に固着され、一端から振動翼３の後縁側に延びている。他の端縁部材４２は、基部が前縁部材４１の他端に固着され、他端から振動翼３の後縁側に延びている。２つの端縁部材４２は、膜状部材５を挟んで互いに対向する位置に配置されている。膜状部材５は、２つの端縁部材４２の間に張られており、端縁部材４２に固着されている。膜状部材５は、厚さ方向の両側に面５ａ及び面５ｂを備えている。両端が２つの端縁部材４２の端部に達する膜状部材５の周縁部５ｃは、振動翼３の後縁を形成している。

膜状部材５は、薄く、破れにくく、柔軟性を有していることが望ましい。膜状部材５の厚さは、例えば、０．０３ｍｍ以下である。弾性体４は、振動翼３の外周部分を形成しており、振動翼３の形状を保持している。

２つの端縁部材４２は、Ｚ方向に間隔を有して対向しており、Ｙ方向に延びている。膜状部材５の厚さ方向は、Ｘ方向に平行である。

ここで、弾性体４は、アーム状部材２に固着されている部分から端縁部材４２の端部にかけて断面積が減少する形状であっても良い。このような形状をした弾性体４は、端縁部材４２の端部に近づくほど容易に曲がるから、液体に効率的に力を伝えることができる。

図１（ｃ）は、アーム状部材２をＹ方向に垂直な平面で切った断面を示している。アーム状部材２の断面の形状を、断面のＸ方向の幅ＬＸがＺ方向の幅ＬＺより大きい扁平な形状とすれば、アーム状部材２のＸ方向の運動に対する周囲の液体の抵抗が減少し、Ｘ方向の運動に対するアーム状部材２の強度が増加する。

図２は、図１に示す流水発生機１０を抽象化したモデルを示している。

駆動装置１１は、基部１が矢印Ａで示すようにＳ１軸まわりに往復揺動し、又は、基部１が矢印Ｂで示す方向に往復並進運動するように、基部１を往復駆動する。ここで、Ｓ１軸は、Ｚ方向に平行であり、基部１を貫いている。矢印ＢはＸ方向に平行である。アーム状部材２のＹ方向の長さを変えることにより振動翼３の揺動半径を調節することが可能である。

図３は、駆動装置１１が基部１を往復駆動したときの振動翼３の形状変化を示している。図３（ａ）は、振動翼３をＺ方向から見た図である。図３（ｂ）は、振動翼３をＹ方向から見た図である。

図３においては、駆動装置１１は、基部１がＳ１軸まわりに矢印Ｄに示す方向に揺動するように、又は、基部１が矢印Ｅに示す方向に並進運動するように基部１を駆動している。したがって、振動翼３もＳ１軸まわりに揺動し、又は、矢印Ｅが示す方向に並進運動している。

このとき、膜状部材５が受ける圧力のために弾性を有する端縁部材４２が曲がり、端縁部材４２の端部はその基部に比べて遅れて運動する。また、可とう性を有する膜状部材５は、圧力の低い面５ａが凸面を形成し、圧力の高い面５ｂが凹面を形成するように変形する。したがって、振動翼３は、液体を矢印Ｆに示す方向に押し出す。駆動装置１１が、矢印Ｄ又は矢印Ｅに示すように基部１を駆動することと、これらの反対方向に基部１を駆動することとを繰り返せば、矢印Ｃに示すような流れが液体に発生する。

ここで、端縁部材４２が曲がるために振動翼３が液体を押し出す方向を示す矢印Ｆの矢印Ｃ方向の成分が大となり、膜状部材５が変形するために振動翼３は液体を確実に押し出すから、基部１を駆動して振動翼３に往復揺動や往復並進運動のような単純な運動をさせるだけで液体に効率良く流れを発生させることができる。

振動翼３が適切に変形して水を押し出すためには、膜状部材５が弾性をほとんど有しないか、又は、弾性を有する場合であっても端縁部材４２よりも弱い弾性を有することが望ましい。したがって、端縁部材４２の膜状部材５の厚さ方向の幅は、膜状部材５の厚さよりも広いことが望ましい。

また、端縁部材４２の形状を、膜状部材５の厚さ方向の幅が振動翼３の前縁から後縁に向かって狭くなるようにすれば、振動翼３が液体を押し出す効率がさらに向上する。

図４は、流水発生機１０を流路６に適用した例について示している。

矢印Ｇが示す方向に液体を流す流路６は、矢印Ｇに平行な壁６１を備えている。壁６１の壁面は、Ｓ１軸に平行である。基部１及びＳ１軸は、壁６１に設けられた凹状部６２に配置されている。流水発生機１０は、流路６の中央に向かって振動翼３を突き出している。振動翼３は、基部１の下流側に配置されている。ここで、駆動装置１１が基部１をＳ１軸まわりに往復揺動するときの揺動中心における膜状部材５を含む平面Ｈは、矢印Ｇに対して傾いており、これらのなす角θは０°ではない。この状態で、駆動装置１１が基部１を揺動させると、流水発生機１０は、流路６に矢印Ｇ方向の流れを発生させる。

ここで、駆動装置１１は、振動翼３が壁６１に近づいたり離れたりするように基部１を往復揺動させる。したがって、流路６を流れる固形物は、振動翼３が壁６１に近づいたときに流水発生機１０を通過することができる。

また、基部１及びＳ1軸が凹状部６２に配置されているため、流路６を流れる固形物が基部１及びＳ１軸にぶつかることが防がれている。

図５に示すように、周縁部５ｃは、振動翼３の凹形状をした後縁を形成しても良い。このとき、周縁部５ｃの中央部は、周縁部５ｃの両端部に対して振動翼３の前縁側に配置されている。このような周縁部５ｃの形状は、図１に示す流水発生機１０の形状をより忠実に表している。なお、周縁部５ｃは、図２に示すように直線形状であっても良い。

（第２の実施形態）
図６に本発明の第２の実施形態に係る振動翼３を示す。振動翼３は、弾性体４と、弾性体４に張られた可とう性を有する膜状部材５とを備えている。弾性体４は、振動翼３の前縁に配置され、前縁に沿って延びる前縁部材４１と、２つの端縁部材４２と、中間部材４３とを備えている。一の端縁部材４２は、基部が前縁部材４１の一端に固着され、一端から振動翼３の後縁側に延びている。他の端縁部材４２は、基部が前縁部材４１の他端に固着され、他端から振動翼３の後縁側に延びている。２つの端縁部材４２は、膜状部材５を挟んで互いに対向する位置に配置されている。膜状部材５は、２つの端縁部材４２の間に張られており、端縁部材４２及び中間部材４３に固着されている。中間部材４３は、基部が前縁部材４１に固着され、そこから膜状部材５に沿って振動翼３の後縁側（Ｙ方向）に延びている。中間部材４３の基部が前縁部材４１に固着されている位置は、２つの端縁部材４２の基部が前縁部材４１に固着されている位置の間である。両端が２つの端縁部材４２の端部に達する膜状部材５の周縁部５ｃは、振動翼３の直線形状をした後縁を形成している。

弾性体４が中間部材４３を有することにより、駆動装置１１が基部１を駆動したときの振動翼３の形状変化をより緻密に設計することが可能になる。したがって、流れを発生させる効率が向上する。中間部材４３は、一つだけ設けても良いが、複数設ければ更に緻密な設計が可能になる。

振動翼３が適切に変形して水を押し出すためには、中間部材４３の膜状部材５の厚さ方向の幅は、膜状部材５の厚さよりも広いことが望ましい。また、中間部材４３の形状を、膜状部材５の厚さ方向の幅が振動翼３の前縁から後縁に向かって狭くなるようにすれば、振動翼３を押し出す効率がさらに向上する。

図７に示すように、弾性体４が中間部材４３を有する場合においても、周縁部５ｃは、振動翼３の凹形状をした後縁を形成しても良い。このとき、周縁部５ｃの中央部は、周縁部５ｃの両端部に対して振動翼３の前縁側に配置されている。

図８に示すように、弾性体４が中間部材４３を有する場合においては、周縁部５ｃは、振動翼３の凸形状をした後縁を形成しても良い。このとき周縁部５ｃの両端部は、周縁部５ｃの中央部に対して振動翼３の前縁側に配置されている。

なお、振動翼３、前縁部材４１、端縁部材４２、中間部材４３、及び膜状部材５は、撥水性と、耐水性とを有することが望ましい。

本発明の第１及び第２の実施形態に係る流水発生機においては、回転運動をしないために帯状の長尺物が巻き付くことが防がれており、安全のためのケーシングが必須ではない。

本発明の第１及び第２の実施形態に係る流水発生機は、固形物が浮遊している液体中でも使用できるため、湖沼の水を攪拌して水底に酸素を供給したり、開水路に水を流したり、流動性を有する食品であって固形物を含むものを搬送する場合に好適である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る流水発生機を示す図である。図１（ａ）は、流水発生機の側面図である。図１（ｂ）は、流水発生機の平面図である。図１（ｃ）は、流水発生機の断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る流水発生機のモデルを示す図である。 図３は、流水発生機の動作について説明するための図である。図３（ａ）は、流水発生機の振動翼の平面図である。図３（ｂ）は、流水発生機の振動翼の後面図である。 図４は、流水発生機を流路に適用した場合について示す図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る振動翼の他の形状を示す図である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係る振動翼を示す図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る振動翼の他の形状を示す図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る振動翼の更に他の形状を示す図である。 図９は、従来の水中推進装置を示す図である。

符号の説明

１０…流水発生機
１１…駆動装置
１…基部
２…アーム状部材
３…振動翼
４…弾性体
４１…前縁部材
４２…端縁部材（第１部材）
４３…中間部材（第２部材）
５…膜状部材
５ａ、５ｂ…面
５ｃ…周縁部
６…流路
６１…壁
６２…凹状部
Ａ〜Ｇ…矢印
Ｈ…振動翼が揺動中心にあるときの膜状部材を含む平面
Ｓ１…軸
１００…水中推進装置
１０１ａ、１０１ｂ…翼
１０２…水中航走体
１０４、１０５…回動軸

Claims (5)

1. 前縁に沿って延びる前縁部材と、前記前縁部材の両端部から後縁側に延びて弾性を有する２つの第１部材と、前記２つの第１部材の間に張られた可とう性を有する膜状部材とを備えた翼と、
   駆動装置と
   を具備し、
   前記２つの第１部材の前記膜状部材の厚さ方向の幅は、前記膜状部材の厚さより広く、
   前記駆動装置は、前記前縁部材を往復駆動する
   流水発生機。
2. 前記翼は、前記前縁部材から前記膜状部材に沿って後縁側に延びて弾性を有する第２部材を備え、
   前記第２部材は、前記２つの第１部材の間に配置され、前記前縁部材と前記膜状部材に固着されている
   請求項１の流水発生機。
3. 前記駆動装置は、前記前縁部材を揺動軸まわりに揺動させ、
   前記２つの第１部材は、前記揺動軸に平行な方向に間隔を設けて互いに対向する
   請求項１又は２の流水発生機。
4. 前記駆動装置は、前記前縁部材を前記膜状部材の厚さ方向に並進運動させる
   請求項１又は２の流水発生機。
5. 前記揺動軸は、流路の壁に設けられた凹状部に配置され、
   前記駆動装置は、前記翼が前記壁に近づいたり離れたりするように前記前縁部材を揺動させる
   請求項３の流水発生機。

Images