JP2009164375A - 太陽追尾装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光板の回転と傾動のための駆動機構を２つ用意する必要がなく、簡易な構造で且つコストを低減できる太陽追尾装置を提供する。
【解決手段】固定台３と、前記固定台３に回転可能に設置された回転台４と、前記固定台３に設置されたガイドレール５と、前記回転台４に設置された支持部６と、前記支持部６に傾動可能に支持された受光板（反射板８）と、前記ガイドレール５と前記受光板（反射板８）とを連結する連結部材７と、を有する太陽追尾装置であって、前記ガイドレール５は、高い部分と低い部分とが交互に連続して形成されており、前記連結部材７は、前記ガイドレール５に沿って移動することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽の位置の変化に合わせて、受光板の回転及び傾動を行う太陽追尾装置に関する。

従来、太陽光を有効に利用することを目的とした発明として、採光装置や太陽光発電装置等がある。例えば、採光装置は、家屋や地下室等に太陽光を採り入れるための装置であり、光ダクトに平面状もしくは曲面状の反射板（受光板）を設けることで、太陽光を部屋の中等に採り入れている。このような採光装置として、反射板を固定したものがある（特許文献１，２参照）。しかし、反射板が固定されていると、時間の経過と共に変化する太陽の位置に対応することが困難であり、その結果採光効率が低下する。

このような問題を解決するものとして、最近では、反射板を可動式にした可動式の採光装置が採用されている（特許文献３，４参照）。特許文献３の採光装置では、計算用コンピュータを搭載し、太陽の位置に合わせて反射板の傾斜角、高さ、反射板間の間隔等を計算しており、また、特許文献４の採光装置では、データ記憶装置を用いて、予め入力したデータにより太陽方位角の追尾を制御している。そして、当該計算値及びデータに基づき反射板の方位角と傾斜を変化させていた。

特開平１１−２０３９１７号公報 実開平０１−１６０６０７号公報 特開平１１−３１３３８７号公報 特開２００１−３１２９１０号公報

しかしながら、これらの装置では、反射板の回転用の駆動機構と反射板の傾動用の駆動機構との２つの駆動機構が必要であった。

また、計算用コンピュータ等を用いたため、装置自体の構造が複雑になるとともに、設備費や維持費等がかさむという問題があった。

さらに、計算や過去のデータ等に基づき、採光量が自動的に制御されているため、季節、時間帯、用途等を考慮して反射板の方位角や傾斜を任意に設定することが困難であった。すなわち、反射板の位置を任意に設定し、採光量を自由に調節することが困難であった。

尚、このような問題は、受光板が反射板である場合に限らず、太陽光発電装置のソーラーパネル等である場合にも共通してあてはまる。

そこで、本発明は、受光板の回転と傾動のための駆動機構を２つ用意する必要がなく、簡易な構造で且つコストを低減できる太陽追尾装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、固定台と、前記固定台に回転可能に設置された回転台と、前記固定台に設置されたガイドレールと、前記回転台に設置された支持部と、前記支持部に傾動可能に支持された受光板と、前記ガイドレールと前記受光板とを連結する連結部材と、を有する太陽追尾装置であって、前記ガイドレールは、高い部分と低い部分とが交互に連続して形成されており、前記連結部材は、前記ガイドレールに沿って移動することを特徴とする。

かかる構成によれば、支持部を介して回転台と繋がっている受光板が回転台とともに、回転し、受光板と繋がっている連結部材がガイドレールに沿って移動することになるが、ガイドレールに高低差が設けられているので、連結部材が上下し、これに伴って、受光板が傾動する。
つまり、本発明においては、回転台の回転と受光板の傾動とが連動するので、受光板の回転と傾動のための駆動機構を２つ用意する必要がない。また、簡易な構造で受光板の回転及び傾動を行えるので、設備費や維持費等のコストを低減することができる。

また、本発明は、前記回転台は１日に３６０度の範囲内で回転することが好ましい。

かかる構成によれば、例えば、回転台の回転を一日に半回転とするなど太陽追尾装置の省エネ化を可能にし、またガイドレールを円弧形状のものを使用することも可能となる。

また、本発明は、前記回転台に駆動力を与える駆動機構をさらに有し、前記回転台は１時間で１５度回転することが好ましい。

かかる構成によれば、太陽を確実に追尾することができる。また、回転台を回転させる１つの駆動機構で受光板の回転と傾動を行うことができる。さらに、人力に頼らないで、受光板の回転と傾動を自動的に行うことができる。

また、本発明は、前記駆動機構は、前記回転台を１時間で１５度回転させる低速用ギアセットと前記低速用ギアセットよりも高速で回転させる高速用ギアセットとを有することが好ましい。

かかる構成によれば、受光板の初期位置決め時及び任意の方位角に受光板を合わせたい時等に高速用ギア（セット）に切り換えることにより、使用者の望む位置に受光板を迅速且つ簡易に設定することができる。すなわち、季節、時間帯、用途等を考慮して受光板の方位角や傾斜を任意に設定することができ、ひいては採光量を自由に調節することができる。

また、本発明は、前記駆動機構の駆動源を、リモートコントローラーで制御することが好ましい。

かかる構成によれば、リモートコントローラーで駆動源を遠隔制御することができる。

また、本発明は、前記連結部材は、伸縮可能に形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、連結部材の長さを調節することができるので、季節によって異なる太陽の高度に応じて、受光板の傾斜を調節できる。

また、本発明は、前記連結部材は、前記ガイドレールに連結している第１連結部と、前記受光板に連結している第２連結部と、前記第１連結部材と第２連結部材との間に介設される長さ調節部とからなり、前記長さ調節部は、形状記憶素材又はバイメタルからなることが好ましい。

太陽の高度は、季節によって異なるが、形状記憶素材又はバイメタルは、気温の変化に応じて変形するので、季節ごとに連結部材の長さが増減し、それに伴って、受光板の傾斜が変化することになる。つまり、形状記憶素材又はバイメタルを利用して長さ調節部を構成すれば、季節によって異なる太陽の高度に応じて、受光板の傾斜を自動的に調節できる。

また、本発明は、前記受光板を透明又は半透明の防護用カバーで収容することが好ましい。

かかる構成によれば、透明又は半透明の防護用カバーで受光板を収容することにより、受光板を保護して、受光板の損傷を防止できるとともに、受光板を透明又は半透明の防護用カバーで収容しながらも太陽光を受光することができる。

本発明によれば、受光板の回転と傾動のための駆動機構を２つ用意する必要がなく、簡易な構造で且つコストを低減できる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本実施形態では、本発明を太陽採光装置に適用した場合を例にして説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係る太陽採光装置１は、光ダクト本体部２と、固定台３と、回転台４と、ガイドレール５と、支持部６と、連結部材７と、受光板の一種である反射板８とを主に備えて構成されている。尚、第１の実施形態に係る太陽採光装置１は、手動により動かした場合を想定している。

光ダクト本体部２は、後記する固定台３を支持するとともに、後記する反射板８に反射した太陽光（太陽反射光）を家屋や地下室等に導く役割を果たしている。光ダクト本体部２の内面は鏡（図示省略）で形成されている。すなわち、太陽反射光は、光ダクト本体部２の内面に形成された鏡に反射しながら家屋等に効率良く導かれる。光ダクト本体部２は、例えば、反射板８が屋根面に設置されたときには、天井裏等に設置され、一端は室外側に開口し、他端は室内側に開口する。

固定台３は、後記する回転台４を支持するとともに、ガイドレール５を支持する役割を果たしている。固定台３は、図１及び図２に示すように、光ダクト本体部２の開口形状に適合した円板形状を呈しており、その外径が光ダクト本体部２の外径より大きく形成されている。固定台３の開口部は、光ダクト本体部２の開口部と略同一の大きさに形成されている。すなわち、固定台３の内周面と光ダクト本体部２の内周面は、略面一に形成されている。固定台３は、光ダクト本体部２の上面に設置されており、例えば、ボルトや溶接等により光ダクト本体部２に固定されている。

回転台４は、後記する反射板８を中心軸Ｐ回りに（図１の矢印方向Ｘ）に回転（旋回）させる役割を果たしている。中心軸Ｐは、回転台４の回転中心であり、固定台３及び回転台４の中心線と一致している。回転台４は、回動自在に設置されている。回転台４は、図１及び図２に示すように、環状の円板形状を呈しており、その外径が光ダクト本体部２及び固定台３の外径より大きく形成されている。また、回転台４の内径は、光ダクト本体部２及び固定台３の開口部より大きく形成されている。回転台４は、後記するガイドレール５を取り囲んでいる。回転台４は、例えば、複数のローラー４３，４３・・・を介して、固定台３の上に設置されている。このように複数のローラーを設置することにより、回転台４の回転がスムーズになる。尚、回転台４と固定台３との間に、例えば、複数のベアリング等を設置しても構わない。

ガイドレール５は、後記する連結部材７の動きを規制する役割を果たしている。本実施形態では、光ダクト本体部２、固定台３、回転台４、ガイドレール５は、平面視において共通の中心軸Ｐを持つように形成されている。ガイドレール５は、図１及び図２に示すように、４本の支柱５８，５８・・・を介して、固定台３上に設置されている。ガイドレール５は、平面視円形状を呈するとともに、図１及び図２に示すように、高い部分（頂上部）と低い部分（底部）とが交互に連続して形成されている。具体的には、図２（ａ）に示すように、東西に位置する頂上部５１，５３が、最も高く形成されており、図２（ｂ）に示すように、南北に位置する底部５２，５４が、最も低く形成されている。これにより、連結部材７が頂上部５１，５３に位置する時は、連結部材７の高さが上がるため、反射板８の下端が押し上げられ、反射板８が鉛直面に対して深く（大きく）傾斜する。一方、連結部材７が底部５２，５４に位置する時は、連結部材７の高さが下がるため、反射板８の下端が引き下げられ、反射板８が鉛直面に対して浅く（小さく）傾斜する。
頂上部５１と底部５２の間の傾斜部５５Ａは、図２（ａ）に示すように、頂上部５１から底部５２に向けて緩やかに下るように形成されている。一方、底部５２と頂上部５３の間の傾斜部５５Ｂは、図２（ａ）に示すように、底部５２から頂上部５３に向けて緩やかに上るように形成されている。これにより、頂上部５１に位置していた連結部材７が傾斜部５５Ａを通って、底部５２へと移動するのに伴って、反射板８が段々と立ち上がり、底部５２に位置していた連結部材７が傾斜部５５Ｂを通って、頂上部５３へと移動するのに伴って、反射板８が段々と傾倒する。
尚、頂上部５３と底部５４の間の傾斜部５５Ｃは、図２（ｃ）に示すように、頂上部５３から底部５４に向けて緩やかに下るように形成されている。一方、底部５４と頂上部５１の間の傾斜部５５Ｄは、図２（ｃ）に示すように、底部５４から頂上部５１に向けて緩やかに上るように形成されている。
ガイドレール５は、図３に示すように、断面視略Ｕ溝形状を呈し、その上端には開口部５６と引掛け部５７，５７とが形成されている。引掛け部５７，５７によって、後記する連結部材７のタイヤ７３，７３がガイドレール５から外れるのを防止している。ガイドレール５の直径は、光ダクト本体部２及び固定台３の開口部より大きく形成されるとともに、回転台４の内径より小さく形成されている。ガイドレール５は、例えば、アルミニウムやステンレス等の金属や合成樹脂などの材料から成るものを使用すればよい。

支持部６は、後記する反射板８を回転台４の上に支持する役割を果たす。本実施形態の支持部６は、図１に示すように、略Ｈ形を呈するものであって、回転台４の上に立設された一対の支柱６１，６１と一対の支柱６１，６１に支持された軸部６２とから構成されている。支柱６１，６１は、四角柱状を呈し、回転台４の上に間隔をあけて併設されている。軸部６２は、細長い円柱形状を呈し、一対の支柱６１，６１間の上方に水平に架設されている。軸部６２の支柱６１，６１への取り付け方法に制限はないが、例えば、支柱６１，６１に軸部６２の径と略同一の大きさから成る孔を同一の高さ位置に形成して、当該孔に軸部６２の両端をそれぞれ挿通して固定する方法がある。尚、支持部６の構成は、一対の支柱６１，６１と軸部６２の組み合わせでなくても構わない。また、支柱６１の形状はこれに限定することなく、例えば円柱形状等に形成されても構わない。

連結部材７は、ガイドレール５と反射板８とを連結する役割を果たす。連結部材７は、図３に示すように、一対の自在アーム７１，７１と、シャフト部７２と、タイヤ７３，７３と、第１固定部材７４と、第２固定部材７５と、第１支持部材７６と、第２支持部材７７とを備えて構成されている。自在アーム７１，７１は、板状部材から成り、一端側の側面に貫通孔７１Ａ，７１Ａが形成されており、他端側の側面に貫通孔７１Ｂ，７１Ｂが形成されている。第１固定部材７４は、棒状部材から成り、側面に貫通孔７４Ａが形成されている。第１固定部材７４の上端は、反射板８の下端に固定されている。第２固定部材７５は、棒状部材から成り、側面に貫通孔７５Ａが形成されている。シャフト部７２は、貫通孔７２Ａに挿通されている。タイヤ７３，７３は、シャフト部７２の両端に回転自在に設置されており、ガイドレール５の引掛け部５７，５７に当接しながら転動する。第１支持部材７６と第２支持部材７７は、円柱形状を呈し、長手方向が反射板８と平行に設置されている。また、第１支持部材７６は、貫通孔７１Ａ，７１Ａ及び貫通孔７４Ａに挿通されており、第２支持部材７７は、貫通孔７１Ｂ，７１Ｂ及び貫通孔７５Ａに挿通されている。すなわち、自在アーム７１，７１の一端は、第１支持部材７６を介して、第１固定部材７４に連結されており、自在アーム７１，７１の他端は、第２支持部材７７を介して、第２固定部材７５に連結されている。自在アーム７１，７１は、第２固定部材７５に対して、第２支持部材７７を軸として傾動する。また、第１固定部材７４は、その下端が第１支持部材７６を介して自在アーム７１，７１の一端と連結されているので、自在アーム７１，７１の傾動に伴ってガイドレール５の半径方向に傾動する。尚、タイヤ７３，７３は、例えばゴム、金属、合成樹脂等の材料から成るものを使用すればよく、部材間は貫通孔を形成しない方法で連結してもよい。また、自在アーム７１，７１は、第２固定部材７５に傾動可能に固定されたワイヤーなどで代替してもよい。

反射板８は、受光した太陽光を反射させて、家屋や地下室等に太陽光を採り入れる役割を果たしている。反射板８は、図１に示すように、正面視矩形状を呈し、所定の厚さを持って形成されている。反射板８は、平面鏡や曲面鏡等の鏡体から成り、高輝度アルミニウムを使用するのが好ましく、その他にも、ガラス、光沢ステンレス等の材料から成るものを使用すればよい。反射板８は、支持部６によって支持されており、支持部６を介して回転台４に連結されている。反射板８は、その側面に軸部６２より大きい貫通孔８１が形成されており、貫通孔８１に挿通された軸部６２によって、支持部６に傾動可能に支持されている。尚、反射板８は、その重心が上方に位置する方が傾動しやすくなるため、反射板８の下方側が支持部６によって支持されるようにするのが好ましい。また、反射板８は、連結部材７を介してガイドレール５に連結されている。反射板８の下端には、第１固定部材７４の上端が固定されている。尚、反射板８は、軸部６２と貫通孔８１との大きさを略同一にして軸部６２に固定されても構わない。かかる場合には、軸部６２を支柱６１，６１に対して回転自在に設置し、反射板８が支持部６に傾動可能に支持されるようにする。

尚、反射板８は、図１に示すように、防護用カバー１７で収容されても構わない。防護用カバー１７は、半球状を呈し、周縁が回転台４の形状に合わせて円形状に形成されている。防護用カバー１７は、透明又は半透明に形成され、例えば３〜５ｍｍ程度の均一な板厚の透明なアクリル樹脂板あるいはポリカーボネート樹脂板等を加工して形成されている。または、硬質ガラス、硬質プラスチック等を加工して形成されている。防護用カバー１７は、反射板８と、ガイドレール５と、支持部６と、連結部材７を収容している。この防護用カバー１７を設置することにより外気が屋内に入らないようにすると共に、風、雨、塵埃等から反射板８を保護し、且つこれらの屋内への侵入を防止することができる。また、反射板８を防護用カバー１７で収容しながらも太陽光を受光することができる。尚、防護用カバー１７は、半球状に限定されず、角錐等で形成されても構わない。また、必要に応じてその内面に補強リブ（図示省略）を設置してもよい。

以上の構成を有する第１の実施形態に係る太陽採光装置１が太陽を追尾する時の動作について、図２を使用して説明する。尚、第１の実施形態に係る太陽採光装置１の開始位置を朝方に設定していること及び回転台４に駆動力を与えることを前提に説明する。

図２（ａ）に示すように、朝方は、太陽が東の方角にあるため、回転台４を回転させて、反射板８を西の方角に位置させる。反射板８を西の方角に位置させると、連結部材７が頂上部５１に移動し、高度が低い朝の太陽に対応して反射板８が鉛直面に対して深い角度で傾斜する。これによって、より多くの太陽光が光ダクト本体部２に導かれ、採光効率を高めることができる。
朝から昼へと移行するにつれて、太陽は東の方角から南の方角へと移動するので、太陽の動きに合わせて、回転台４を屋外側から見て時計回りに回転させると、支持部６を介して回転台４と繋がっている反射板８が回転台４とともに西の方角から北の方角に向けて回転する。また、反射板８と繋がっている連結部材７は、ガイドレール５に沿って西の方角から北の方角に向けて移動する。すなわち、頂上部５１に位置していた連結部材７が、傾斜部５５Ａを通って底部５２へと移動する。その結果、反射板８が鉛直面に対して段々と浅く傾動する。

そして、図２（ｂ）に示すように、太陽が南の方角に来た時には、反射板８を北の方角に位置させ、連結部材７を底部５２に位置させる。南中時の太陽は、１日の中で太陽の高度が最も高くなるが、連結部材７を底部５２に位置させると、反射板８が鉛直面に対して浅い角度で傾斜するようになるので、より多くの太陽光が光ダクト本体部２に導かれ、採光効率を高めることができる。
昼から夕方へと移行するにつれて、太陽は南の方角から西の方角へと移動するので、太陽の動きに合わせて、回転台４を時計回りに回転させると、支持部６を介して回転台４と繋がっている反射板８が回転台４とともに北の方角から東の方角に向けて回転する。また反射板８と繋がっている連結部材７は、ガイドレール５に沿って北の方角から東の方角に向けて移動する。すなわち、底部５２に位置していた連結部材７が、傾斜部５５Ｂを通って、頂上部５３へと移動する。その結果、反射板８が鉛直面に対して段々と深く傾動する。

そして、図２（ｃ）に示すように、夕方は、太陽が西の方角にあるため、反射板８を東の方角に位置させる。連結部材７を頂上部５３に位置させると、高度が低い夕方の太陽に対応して、反射板８が鉛直面に対して深い角度で傾斜する。これによって、より多くの太陽光が光ダクト本体部２に導かれ、採光効率を高めることができる。

尚、日没後は、回転台４を東の方角から西の方角に向けて時計回りに回転させて、翌日の日の出位置まで戻してもよいし、回転台４を東の方角から西の方角に反時計回りに回転させて、翌日の日の出位置まで戻してもよい。以後は同様の動作が繰り返し行われる。また、手動によって動かすのは、支柱６１でもよいし、反射板８でも構わない。

以上説明した第１の実施形態に係る太陽採光装置１によれば、回転台４に駆動力（回転力）を与えると、反射板８が回転台４とともに回転し、連結部材７がガイドレール５に沿って移動することになるが、ガイドレール５に高低差が設けられているので、連結部材７が上下し、これに伴って、反射板８が傾動する。つまり、第１の実施形態に係る太陽採光装置１によれば、回転台４の回転と反射板８の傾動とが連動しているので、回転台４を回転させるだけで傾動させることができる。
また、簡易な構造で反射板８の回転及び傾動を行えるので、設備費や維持費等のコストを低減することができる。
また、ガイドレール５は、曲げ加工時にその高さ及び形状を自由に設定できるので、日中の各時刻の太陽高度に対応して、採光率が高くなるように反射板８の傾動を調節できる。従って、１日を通じての採光効率を上げることができる。
また、反射板８の方位角を自由に設定し、特定の時間帯の太陽光のみを採り入れることができる。例えば、夏場の日中において、室内の温度上昇を防止するため、反射板８を底部５４に設置し、拡散光のみを採り入れることができる。つまり、太陽光の採光量を自由に調節することができるので、自由度が高い。

次に、本発明の第２の実施形態について、図４及び図５を使用して説明する。尚、第２の実施形態に係る太陽採光装置１の説明においては、第１の実施形態に係る太陽採光装置１と重複する部分については、説明を省略する。

第２の実施形態に係る太陽採光装置１は、図４に示すように、光ダクト本体部２と、固定台３と、回転台４と、ガイドレール５と、支持部６と、連結部材７と、反射板８と、駆動機構９とを主に備えて構成されている。第２の実施形態に係る太陽採光装置１は、回転台４に歯車部４２を有する周縁部４１を設けた点及び駆動機構９を設置した点で第１の実施形態と相違する。

回転台４には、図４に示すように、回転台４の周縁から下側（光ダクト本体部２側）に向かって延出している周縁部４１が形成されている。周縁部４１の先端側の内壁には、歯車部４２が形成されている。歯車部４２の内歯車は、例えば、平歯車、はすば歯車等から成るものを使用すればよい。

駆動機構９は、図４及び図５に示すように、駆動セット１０と、１時間あたり１５度（１５度／ｈ）の割合で回転台４を回転させるための低速用ギアセット１１と、低速用ギアセット１１より速く回転台４を回転させるための高速用ギアセット１２と、を主に備えて構成されており、低速用ギアセット１１と高速用ギアセット１２のどちらかが選択的に使用される。尚、駆動機構９は、例えば支持フレーム等（図示省略）で光ダクト本体部２もしくは固定台３に取付けられている。

駆動セット１０は、後記する低速用ギアセット１１又は高速用ギアセット１２に駆動力を与えて、回転台４を回転させる役割を果たしている。駆動セット１０は、駆動体Ｍと、シャフト部１０１と、歯車部１０２とを主に備えて構成されており、回転軸を垂直にして回転自在に設置されている。駆動体Ｍと歯車部１０２は、シャフト部１０１を介して連結している。駆動体Ｍは、例えば、ギアードモーターを使用するのが好ましい。また、駆動体Ｍの駆動源（図示省略）は、例えば商用電源等を使用し、スイッチ（図示省略）等によりオンとオフを行うのが好ましい。歯車部１０２は、例えば、平歯車、はすば歯車等から成るものを使用すればよい。

尚、駆動体Ｍは、これに限定することなく、例えば、ステッピングモーター等を使用してもよいし、モーター以外の駆動体（例えば、エンジン等）を使用しても構わない。また、駆動体Ｍの駆動源は、例えば、二次電池等を使用しても構わない。二次電池を使用する場合には、太陽採光装置１に太陽電池パネルをさらに備え付けて、太陽電池パネルから得られる電力を二次電池に充電する。これにより、太陽を追尾して太陽光を採光しながらも、太陽を追尾するための電力を補うことができるので、効率良く太陽採光装置１を動かすことができる。さらに、駆動源のオンとオフを、例えば、リモートコントローラーで制御しても構わない。

低速用ギアセット１１は、第１ウォームギア１１１と、第２ウォームギア１１２と、ギア１１３とを主に備えて構成されている。低速用ギアセット１１は、太陽を追尾するためのギアセットであり、回転台４が太陽の動きに合わせて１時間で１５度（１５度／ｈ）回転するように設定されている。すなわち、回転台４が１日に最大で３６０度回転するように設定されている。

第１ウォームギア１１１は、平歯車１１１Ａとウォーム部１１１Ｂとから構成されており、回転軸を垂直にして回転自在に設置されている。平歯車１１１Ａは、下側に配置され、歯車部１０２と噛み合わされて設置されている。

第２ウォームギア１１２は、ウォームホイール部１１２Ａとウォーム部１１２Ｂとから構成されている。第２ウォームギア１１２は、回転軸を水平にして回転自在に設置されるとともに、第１ウォームギア１１１と直交して設置されている。ウォームホイール部１１２Ａは、ウォーム部１１１Ｂと噛み合わされて設置されている。第１ウォームギア１１１及び第２ウォームギア１１２が設置されたことにより大きな減速比が得られ、太陽採光装置１の可動部分が低速で回転可能になる。

ギア１１３は、平歯車１１３Ａと、ウォームホイール部１１３Ｂと、シャフト部１１３Ｃとを備えて構成されており、回転軸を垂直にして回転自在に設置されている。ウォームホイール部１１３Ｂは、ウォーム部１１２Ｂに噛み合わされて設置されている。また、平歯車１１３Ａは、回転台４の歯車部４２に噛み合わされて設置されている。平歯車１１３Ａとウォームホイール部１１３Ｂは、シャフト部１１３Ｃを介して連結している。

次に、低速用ギアセット１１を使用した際の駆動機構９の動作について、図５を使用して説明する。尚、低速用ギアセット１１を使用して、太陽を追尾する時の太陽採光装置１の動作は、第１の実施形態と略同様であるので説明を省略する。

低速用ギアセット１１は、太陽を追尾する時に使用され、所定の位置に設定される。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１ウォームギア１１１の平歯車１１１Ａが駆動セット１０の歯車部１０２に噛み合わされて設置されるとともに、平歯車１１３Ａが回転台４の周縁部４１の内壁に設置された歯車部４２に噛み合わされて設置される。この状態で、駆動源のスイッチ（図示省略）をオンにして駆動体Ｍを駆動させると、シャフト部１０１を介して駆動体Ｍと連結している歯車部１０２が回転する。歯車部１０２の回転に伴い、平歯車１１１Ａが回転し、平歯車１１１Ａと連結しているウォーム部１１１Ｂも回転する。ウォーム部１１１Ｂの回転に伴い、ウォームホイール部１１２Ａが回転し、ウォームホイール部１１２Ａと連結しているウォーム部１１２Ｂも回転する。ウォーム部１１２Ｂの回転に伴い、ウォームホイール部１１３Ｂが回転し、シャフト部１１３Ｃを介してウォームホイール部１１３Ｂと連結している平歯車１１３Ａも回転する。平歯車１１３Ａの回転に伴い、歯車部４２を介して駆動体Ｍの駆動力が回転台４に伝達され、回転台４が回転する。以上のように、駆動体Ｍの駆動に連動して、第１ウォームギア１１１、第２ウォームギア１１２、ギア１１３が順次回転する。そして、最後にギア１１３と噛み合わされて設置されている回転台４が回転する。本実施形態においては、駆動体Ｍの駆動力は、低速用ギアセット１１で減速されて、回転台４に伝達される。尚、ギアに変えて摩擦車やベルト、チェーン等を使用しても構わない。

高速用ギアセット１２は、第１ギア１２１と、第２ギア１２２とを主に備えて構成されている。本実施形態においては、高速用ギアセット１２は、回転台４が１分で３６０度（３６０度／ｍｉｎ）回転するように設定されている。

第１ギア１２１は、回転軸を垂直にして回転自在に設置されるとともに、後記する下端側歯車部１２２Ｂに噛み合わされて設置されている。

第２ギア１２２は、上端側歯車部１２２Ａと、下端側歯車部１２２Ｂと、シャフト部１２２Ｃとから構成されており、回転軸を垂直にして回転自在に設置されている。上端側歯車部１２２Ａと下端側歯車部１２２Ｂは、シャフト部１２２Ｃを介して連結している。

次に、高速用ギアセット１２を使用した際の駆動機構９の動作について、図５を使用して説明する。

高速用ギアセット１２は、通常時（低速用ギアセット１１を使用しているとき）は、歯車部１０２と噛み合わされていない。高速用ギアセット１２は、反射板８を任意の方位角に合わせる場合等に使用され、所定の位置に設定される。すなわち、図５（ｂ）の仮想線Ｂに示すように、第１ギア１２１が歯車部１０２に噛み合わされて設置されるとともに、上端側歯車部１２２Ａが回転台４の周縁部４１の内壁に設置された歯車部４２に噛み合わせて設置される。この状態で、駆動源のスイッチをオンにして駆動体Ｍを駆動させると、シャフト部１０１を介して駆動体Ｍと連結している歯車部１０２が回転する。歯車部１０２の回転に伴い、第１ギア１２１が回転する。そして、第１ギア１２１の回転に伴い、下端側歯車部１２２Ｂが回転し、シャフト部１２２Ｃを介して下端側歯車部１２２Ｂと連結している上端側歯車部１２２Ａも回転する。上端側歯車部１２２Ａの回転に伴い、歯車部４２を介して駆動体Ｍの駆動力が回転台４に伝達され、回転台４が回転する。以上のように、駆動体Ｍの駆動に連動して、第１ギア１２１、第２ギア１２２が順次回転する。そして、最後に第２ギア１２２と噛み合わされて設置されている回転台４が回転する。尚、ギアに変えて摩擦車やベルト、チェーン等を使用しても構わない。

次に、低速用ギアセット１１と高速用ギアセット１２の切換え方法について図５を使用して、説明する。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えば、低速用ギアセット１１が回転台４及び駆動セット１０に噛み合わされて設置されている状態において、低速用ギアセット１１から高速用ギアセット１２に切換える時には、低速用ギアセット１１を仮想線Ａの位置まで移動させる。そして、高速用ギアセット１２を仮想線Ｂの位置まで移動させ、回転台４及び駆動セット１０に噛み合わせて設置する。そして、任意の場所へ反射板８を移動させた後は、高速用ギアセット１２から低速用ギアセット１１に切り換える。すなわち、図５（ｂ）に示すように、高速用ギアセット１２を実線の位置まで戻す。そして、低速用ギアセット１１を実線の位置まで移動させ、回転台４及び駆動セット１０に噛み合わせて設置して終了する。

尚、日没後は、低速用ギアセット１１をそのまま使用して、回転台４を東の方角から西の方角に向けて時計回りに回転させてもよいし、高速用ギアセット１２を使用して、日の出位置まで戻し、駆動源をオフにして翌日の日の出まで停止させても構わない。あるいは、第１の実施形態と同様に手動により翌日の日の出位置まで戻しても構わない。以後は同様の動作が繰り返し行われる。

以上、説明した第２の実施形態に係る太陽採光装置１によれば、駆動機構９を設けた場合であっても、第１の実施形態に係る太陽採光装置１と略同等の効果を得ることができる。
また、回転台４と反射板８が連動しているので、回転台４を回転させる１つの駆動機構９で反射板８の回転と傾動を行うことができる。
また、人力に頼らないで、反射板８の回転と傾動を自動的に行うことができる。
また、低速用ギアセット１１により、太陽を確実に追尾することができる。
また、反射板８の初期位置決め時及び任意の方位角に反射板８を合わせたい時等に高速用ギアセット１２に切り換えることにより、使用者の望む位置に反射板８を迅速且つ簡易に設定することができる。すなわち、季節、時間帯、用途等を考慮して反射板８の方位角や傾斜を任意に設定することができ、ひいては採光量を自由に調節することができる。
また、太陽が出ている日の出から日没までだけ、太陽採光装置１を動かすことができる。従って、夜間に無駄な電力を使用することがなく、省エネ効果が得られる。
さらに、リモートコントローラーで駆動源を遠隔制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できるのはいうまでもない。本実施形態では、本発明を太陽採光装置に適用したが、例えば、太陽光発電装置等に適用しても構わない。かかる場合には、ソーラーパネルが、特許請求の範囲にいう「受光板」に相当する。また本発明は、その他の太陽を追尾しながら受光板の傾動を行う装置にも適用することができる。

また、反射板８等を上から吊り下げて設置しても構わないし、ガイドレール５を回転台４の外側に設置しても構わない。

また、ぜんまい仕掛けで自動的に回転させても構わない。かかる構成によっても、人力に頼らないで、反射板８の回転と傾動を自動的に行うことができる。

また、本実施形態では、高速用ギアセット１２は、回転台４が１分で３６０度（３６０度／ｍｉｎ）回転するように設定されているが、これに限定することなく、自由に設定してよい。例えば、３０分で３６０度（１２度／ｍｉｎ）回転するように設定してもよいし、１０分で３６０度（３６度／ｍｉｎ）回転するように設定しても構わない。

また、ガイドレール５を平面視円弧状に形成しても構わない。

また、傾斜部５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄの勾配を小さく形成したが、勾配を大きく形成しても構わないし、階段のように段差をつけて形成しても構わない。

また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、連結部材７を変更しても構わない。尚、第１及び第２の実施形態に係る連結部材７と重複する部分については説明を省略する。

連結部材７の第１の変形例は、図７（ａ）に示すように、ガイドレール５に連結している第１連結部１３と、反射板８に連結している第２連結部１４と、第１連結部と第２連結部との間に介設されている長さ調節部たるバイメタル１５と、バイメタル１５を保持する保持部１６とから構成されている。

第１連結部１３は、一対の自在アーム７１１，７１１（図示省略）と、シャフト部７２と、タイヤ７３，７３と、第２固定部材７５、第２支持部材７７とから構成されている。また、第２連結部１４は、一対の自在アーム７１２，７１２（図示省略）と、第１固定部材７４と、第１支持部材７６とから構成されている。バイメタル１５は、図６に示すように、熱膨脹率の異なる二種の金属１５Ａ，１５Ｂを接合して形成されており、本実施形態では、熱膨張率の大きい金属１５Ａが上側に配置されており、熱膨張率の小さい金属１５Ｂが下側に配置されている。保持部１６は、自在アーム７１１，７１１の一端に固定されるとともに、自在アーム７１１，７１１と直交して設置されている。バイメタル１５は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、その一端が例えば、ピン等で自在アーム７１２，７１２に固定されるとともに、他端が保持部１６に固定されている。すなわち、バイメタル１５は、保持部１６を介して自在アーム７１１，７１１と連結しており、自在アーム７１１，７１１と自在アーム７１２，７１２との間に介設されている。以上のように、第１の変形例に係る連結部材７は、自在アーム７１，７１を自在アーム７１１，７１１と自在アーム７１２，７１２の４つの部材から構成し、自在アーム７１１，７１１と自在アーム７１２，７１２との間にバイメタル１５を介設した点で第１及び第２の実施形態に係る連結部材７と相違する。

ところで、太陽の高度は、季節によって異なる。すなわち、夏季は太陽の高度が高くなり、冬季は太陽の高度が低くなる。一方、バイメタル１５は、温度の上昇と共に、熱膨張率の大きい金属１５Ａが大きく膨張するため、熱膨張率の小さい金属１５Ｂ側に曲がる性質を有し、また、温度の下降と共に、元の形状に戻る性質を有する。すなわち、かかるバイメタル１５によれば、季節ごとの外気温の高低に応じて反り返る量が変化することで形状および長さが変化する。そこで、本実施形態では、温度が低いときに熱膨張率の大きい金属１５Ａ側に湾曲し、温度が高いときに熱膨張率の小さい金属１５Ｂ側に湾曲するようにバイメタル１５を加工する（図７（ｂ）参照）。かかるバイメタル１５を連結部材７に使用すれば、図７（ａ）に示すように、気温が高い夏季は、バイメタル１５に熱が加えられて、熱膨張率の小さい金属１５Ｂに比べて、上側に位置する熱膨張率の大きい金属１５Ａがより一層膨脹することでバイメタル１５は熱膨張率の小さい金属１５Ｂ側に反り返る。その結果、連結部材７の高さが下がり、反射板８の下端が引き下がり、反射板８が鉛直面に対して浅く傾斜する。また、図７（ｂ）に示すように、気温が低い冬季には、熱膨張率の小さい金属１５Ｂに比べて、上側に位置する熱膨脹率の大きい金属１５Ａの縮み量が大きくなり、バイメタル１５が熱膨張率の大きい金属１５Ａ側に反り返る。その結果、連結部材７の高さが上がり、反射板８の下端が押し上がり、反射板８が鉛直面に対して深く傾斜する。これによって、夏季及び冬季において、より多くの太陽光を下向きに反射させて採光効率を高めることができる。以後は、同様の動作が繰り返し行われる。尚、バイメタル１５の取り付ける位置は、特に夏季においては熱を多く受け取る必要があることから、反射板８の採光面と同じ側に設置することが望ましいが、特に限定するものではない。

次に、連結部材７の第２の変形例について図８（ａ）及び（ｂ）を使用して説明する。連結部材７の第２の変形例は、複数のバイメタル１５，１５・・・を互いに逆方向に傾斜し、かつ互いに連接して設置した点が第１の変形例と相違する。最も上側に配置されるバイメタル１５が自在アーム７１２，７１２に固定され、最も下側に配置されるバイメタル１５が自在アーム７１１，７１１に固定されている。連結部材７の第２の変形例によっても、第１の変形例と同様の原理で夏季及び冬季に対応して反射板８が傾動する。

尚、第１及び第２の変形例では、バイメタル１５を使用したが、これに限定することなく、その他の熱を加えると変形する性質を有する形状記憶素材等で代用しても構わない。形状記憶素材としては、例えば、形状記憶合金や形状記憶プラスチック等を使用するのが好ましい。

以上、説明した連結部材７の第１及び第２の変形例によれば、太陽の高度は、季節によって異なるが、バイメタル１５は、気温の変化に応じて変形するので、季節ごとに連結部材７の長さが増減し、それに伴って、反射板８の傾斜が変化することになる。つまり、バイメタル１５を利用して長さ調節部を構成すれば、季節によって異なる太陽の高度に応じて、反射板８の傾斜を自動的に調節できる。

また、図９に示すように、第１及び第２の実施形態に係る連結部材を変形しても構わない。第３の変形例に係る連結部材は、自在アーム７１´と、シャフト部７２と、タイヤ７３，７３と、固定部材７４´と、支持部材７６´とから構成されている。第３の変形に係る連結部材７は、固定部材７４´の両側面に連通する長孔７４Ａ´を設けた点に特徴がある。長孔７４Ａ´は、固定部材７４´の略中央から下端側に向けて形成されている。また、自在アーム７１´は、略Ｙ字状を呈し、固定部材７４´を挟持している。かかる構成によれば、固定部材７４´が支持部材７６´に対してスライドするため、ガイドレール５の高低に合わせて固定部材７４´が傾動し、ひいては、反射板８が傾動することとなる。

また、ネジ及びナット等を用いて、連結部材７の長さを伸縮可能に形成しても構わない。かかる構成によれば、連結部材７の長さを任意に調節でき、ひいては反射板８の傾斜角を任意に設定することができる。

また、第１及び第２の実施形態に係る自在アーム７１，７１を形状記憶素材やバイメタル等で形成しても構わない。かかる構成によっても、季節によって異なる太陽の高度に応じて、反射板８の傾斜を自動的に調節できる。

また、図１０に示すように、ガイドレール５と連結部材７とをモノレールのように形成しても構わない。かかる構成によれば、シャフト部７２やタイヤ７３，７３が不要になるので、部品点数を削減できる。

第１の実施形態に係る太陽採光装置の構成を示す斜視図である。 図２（ａ）は、朝方の第１の実施形態に係る太陽採光装置の状態を表した図であって北側からみた側面図であり、図２（ｂ）は、南中時の第１の実施形態に係る太陽採光装置の状態を表した図であって東側からみた側面図であり、図２（ｃ）は、夕方の第１の実施形態に係る太陽採光装置の状態を表した図であって南側からみた側面図である。 連結部材の斜視図である。 第２の実施形態に係る太陽採光装置の東側からみた側面図である。 図５（ａ）は、第２の実施形態に係る太陽採光装置のギアセットの南側からみた側面図であり、図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る太陽採光装置のギアセットの平面図である。 図６は、連結部材の第１及び第２の変形例に係るバイメタルの構成を示す斜視図である。 図７（ａ）は、連結部材の第１の変形例であり、連結部材にバイメタルを設置した際の太陽採光装置の夏季の状態を表した正面図であり、図７（ｂ）は、冬季の状態を表した正面図である。 図８（ａ）は、連結部材の第２の変形例であり、連結部材に第１の変形例と同一形状のバイメタルを複数設置した際の太陽採光装置の夏季の状態を表した正面図であり、図８（ｂ）は、冬季の状態を表した正面図である。 図９は、第３の変形例に係る連結部材の斜視図である。 ガイドレール及び連結部材の変形例である。

符号の説明

１ 太陽採光装置
２ 光ダクト本体部
３ 固定台
４ 回転台
５ ガイドレール
６ 支持部
７ 連結部材
８ 反射板
９ 駆動機構
１０ 駆動セット
１１ 低速用ギアセット
１２ 高速用ギアセット
１３ 第１連結部
１４ 第２連結部
１５ バイメタル
１６ 保持部
１７ 防護用カバー

Claims (8)

1. 固定台と、前記固定台に回転可能に設置された回転台と、前記固定台に設置されたガイドレールと、前記回転台に設置された支持部と、前記支持部に傾動可能に支持された受光板と、前記ガイドレールと前記受光板とを連結する連結部材と、を有する太陽追尾装置であって、
   前記ガイドレールは、高い部分と低い部分とが交互に連続して形成されており、
   前記連結部材は、前記ガイドレールに沿って移動することを特徴とする太陽追尾装置。
2. 前記回転台は１日に３６０度の範囲内で回転することを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾装置。
3. 前記回転台に駆動力を与える駆動機構をさらに有し、
   前記回転台は１時間で１５度回転することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽追尾装置。
4. 前記駆動機構は、前記回転台を１時間で１５度回転させる低速用ギアセットと前記低速用ギアセットよりも高速で回転させる高速用ギアセットとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
5. 前記駆動機構の駆動源を、リモートコントローラーで制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
6. 前記連結部材は、伸縮可能に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
7. 前記連結部材は、前記ガイドレールに連結している第１連結部と、
   前記受光板に連結している第２連結部と、
   前記第１連結部と第２連結部との間に介設される長さ調節部とからなり、
   前記長さ調節部は、形状記憶素材又はバイメタルからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
8. 前記受光板を収容する透明又は半透明の防護用カバーを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。

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