JP2011185105A

JP2011185105A - 動力発生装置

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Publication number: JP2011185105A
Application number: JP2010048634A
Authority: JP
Inventors: Tadao Hida; 忠男飛田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】テコの原理を利用することにより、少量の水の重量で回転エネルギーを効率的に得ることができるようにした動力発生装置を提供する。
【解決手段】上り勾配の状態にある長尺部材の水受部に水を供給することにより、長尺部材の先端側が後端側よりも重くなることによって、長尺部材の先端側が下方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチが空転し、長尺部材の先端側が下り勾配に傾いて水受部から水が排出されることにより長尺部材の先端側が後端側よりも軽くなることによって、長尺部材の先端側が上方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチに内蔵された噛合い機能が作用して出力軸が回転する。
【選択図】図２

Description

本発明は、テコを利用することによって少量の水の重量で回転エネルギーを効率的に発生するようにした動力発生装置に関する。

従来から、電気、ガソリン等の高コストのエネルギー源を使用せずに、水力を利用することによって低コストで動力を発生するようにした装置の開発が行われている。

その例として、特許文献１を参照する。この文献に記載されている梃子応用引力発電装置は、基軸を中心にして水車状に組み立てた複数の梃子の先端にバケットを取付け、各バケットに揚水ポンプで揚水した水を落下することによって基軸に回転力を与え、その回転力をプーリにより回転数を倍加すると共に、発電装置を連結して発電するようにしたものである。

ところが、この文献に記載されている装置は、複数の梃子の先端に設けられたバケットに揚水する水が多量に必要であり、揚水ポンプの稼動に大きなエネギーを要するという問題があった。

特開２０００−１１０７０１号公報

本発明は、少量の水の供給によって効率的に動力を得るように開発されたものである。そのため、本発明者は、周知のシシオドシの構造を動力発生源として利用すべく研究と実験を重ねた結果、本発明を案出するに到った。

なお、シシオドシは、日本庭園等に設置され、風流のある音の発生源として利用することが一般的である。このシシオドシの構造は、一端を開口した竹筒の中央付近に支点を設け、一端の開口部に注いだ水の重量で竹筒が傾き、水がこぼれて内部が空になった後、竹筒が元の傾きに復帰するものであり、このとき竹筒が石等の支持台を叩き、音響を生ずるものである。

ただし、上記のような従来のシシオドシは、支点を境にして開口部を有する先端側の長さを後端側の長さよりも短くすることにより、先端側の重量が後端側の重量よりも軽くなる構造としている。しかも、竹筒が石等の支持台を叩いて大きな音響を発生するには、後端側の重量を先端側の重量よりも大幅に重くして、支持台を強く叩くようにする必要がある。このため、従来のシシオドシは、上り勾配を有する先端側を下り勾配の状態に傾けるために、先端側の開口部に多量の水を供給する必要がある。

本発明は、テコの原理を利用することにより、少量の水の重量で回転エネルギーを効率的に得ることができるようにした動力発生装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１の動力発生装置は、支柱に回転軸が水平状に設けられ、この回転軸に回動自在に設けられた長尺部材の回転軸を境として先端側の長さが後端側の長さよりも長く形成されると共に、長尺部材の先端側に上方から落下する水を受けることが可能な水受部が設けられ、長尺部材の先端側に設けられた重りと長尺部材の後端側に設けられた重りとの重両調整によって長尺部材の先端側が長尺部材の後端側よりも僅かに軽量とされる一方、回転軸とは別に設けられた出力軸を一方向のみに回転するワンウェイクラッチが設けられ、この回転軸の回転をワンウェイクラッチを介して出力軸に伝達する回転伝達機構が設けられた構成を有し、上り勾配の状態にある長尺部材の水受部に水を供給することにより、長尺部材の先端側が後端側よりも重くなることによって、長尺部材の先端側が下方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチが空転し、長尺部材の先端側が下り勾配に傾いて水受部から水が排出されることにより長尺部材の先端側が後端側よりも軽くなることによって、長尺部材の先端側が上方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチに内蔵された噛合い機能が作用して出力軸が回転することを特徴とする。

また、本発明の請求項２の動力発生装置は、請求項１において、長尺部材の先端側を下方向へ所定角度だけ回転したときに該先端側の回転を停止するように高さ調整した先端側回転角度調整台を設ける一方、長尺部材の後端側を下方向へ所定角度だけ回転したときに該後端側の回転を停止するように高さ調整した後端側回転角度調整台を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項３の動力発生装置は、請求項１又は２において、請求項１に記載の動力発生装置を複数並置し、各動力発生装置の回転軸は連結することなく独自で回転する一方、各動力発生装置の出力軸は互いに連結した構成として、各動力発生装置の長尺部材の水受部に供給する水の供給タイミングを調整することによって出力軸が連続的に回転するようにしたことを特徴とする。

上記の本発明の動力発生装置によれば、長尺部材の水受部を有する先端側に設けられた重りと長尺部材の後端側に設けられた重りとの重両調整によって長尺部材の先端側が長尺部材の後端側よりも僅かに軽量とされている。このため、本装置の長尺部材は、自然状態では上り勾配の状態にあり、このように上り勾配の状態にある長尺部材の水受部に少量の水を供給することにより長尺部材の先端側が後端側よりも重くなることによって、長尺部材の先端側が下方向に回動する。

なお、本発明においては、回転軸を境として長尺部材の先端側の長さが後端側の長さよりも長い状態にされている。このように長尺部材の先端側のモーメントの腕の長さを後端側の腕の長さよりも長くとって、その先端側と後端側とに重りを設けた場合、比較的大きなモーメントを得て、テコの作用を効果的に生かすことが可能となる。

さらに、本発明の構成において、長尺部材の先端側が下方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチが空転するため、出力軸は回転しない。ところが、長尺部材の先端側が下り勾配に傾いて水受部から水が排出されると、長尺部材の先端側が後端側よりも軽くなることによって、長尺部材の先端側が上方向に回動する。このように長尺部材の先端側が上方向に回動すると、ワンウェイクラッチに内蔵された噛合い機能が作用して出力軸が回転する。このようにして、本発明においては、長尺部材の先端側が上り勾配の状態へ復帰する際の回転エネルギーを動力発生源として効率的に利用することが可能となる。

また、本発明において、長尺部材の先端側を下方向へ所定角度だけ回転したときに該先端側の回転を停止するように高さ調整した先端側回転角度調整台を設ける一方、長尺部材の後端側を下方向へ所定角度だけ回転したときに該後端側の回転を停止するように高さ調整した後端側回転角度調整台を設けた構成としているため、長尺部材の回転角度を調整することが可能となる。

また、上記のように、本発明では、長尺部材の先端側が上方向に回動する動きに対してのみ出力軸が回転する際に動力が発生する。この動力を連続的に得るため、動力発生装置を複数並置し、各動力発生装置の回転軸は連結することなく独自で回転するように構成する一方、各動力発生装置の出力軸は互いに連結した構成とし、各動力発生装置の長尺部材の水受部に供給する水の供給タイミングを調整することによって、出力軸を連続的に回転させることが可能となる。

本発明の実施例１に係る動力発生装置の斜視図である。本発明の実施例１に係る動力発生装置の動作図である。本発明の実施例１に係る動力発生装置の側面図である。本発明の実施例２に係る動力発生装置を説明するための概略正面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施例の動力発生装置１は、支持台２に間隔をあけて立設された左右の支柱３、３の間に水平状に回転軸４が回動自在に設けられ、この回転軸４に棒部材の先端に水受部５を形成してなる長尺部材６が固定されている。さらに、上記の回転軸４のほかに、左右の支柱３、３間には、出力軸８が回転自在に設けられている。この出力軸８にはワンウェイクラッチ９が設けられている。

また、回転軸４の回転をワンウェイクラッチ９を介して出力軸８に伝達する回転伝達機構は、本実施例では回転軸４に設けられた大径ギヤ７とワンウェイクラッチ９の外輪の周部に固定された小径ギヤ１１とから構成されている。なお、大径ギヤ７には複数の空隙７ａが形成され、これによって大径ギヤ７を軽量化し、また風圧等による抵抗を軽減化するようにしている。

このような構成において、回転軸４の大径ギヤ７と小径ギヤ１１とは歯合し、長尺部材６の回転に伴って大径ギヤ７が回転すると、小径ギヤ１１が回転する。ただし、小径ギヤ１１はワンウェイクラッチ９を介して出力軸８に設けられているため、長尺部材６の先端側６ａを下方向に回動する動作に対してワンウェイクラッチ９は空転し、長尺部材６の先端側６ａを上方向に回動する動作に対してワンウェイクラッチ９がその内部の噛み合い機能によって出力軸８を回転する。

なお、上記のワンウェイクラッチ９は周知のものを使用することができる。その構造は不図示であるが、例えば、外輪の内周穴に出力軸８を挿通すると共に、外輪の内部に設けられたギヤに逆回転防止用の爪を歯合した構成を備えることによって、外輪の回転する一方向に対しては出力軸８が空転する一方、他方向に対しては爪の噛合いにより、出力軸８が回転する。このような機能を有するワンウェイクラッチ９に対して、本発明では、長尺部材６の先端側６ａが下方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチ９が空転し、長尺部材６の先端側６ａが上方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチ９に内蔵された噛合い機能が作用して出力軸８が回転する構成としている。

なお、回転軸４の回転をワンウェイクラッチ９を介して出力軸８に伝達する回転伝達機構として、上記の大径ギヤ７と小径ギヤ１１の他の構成として不図示のプーリとベルトで構成してもよい。いずれにしても、回転軸４の回転をワンウェイクラッチ９の外輪に対して回転力として伝達する構成であればよい。

また、上記の長尺部材６は、先端に上方から落下する水ｗを受けることが可能な開口５ａを有する水受部５が形成されている。なお、長尺部材６を竹製で構成した場合、一般的なシシオドシのように、竹の節と節との間を斜めに切断することによって、切断箇所と節との間に開口５ａを有する水受部５を形成することができる。さらに、長尺部材６は、他の合成樹脂や金属等の素材によって棒状を成す長尺部材６の先端に斜めに形成された開口５ａを設けると共に、竹の節に相当する仕切り部５ｂを形成することによって水受部５を設けるようにしてもよい。

図２に示すように、長尺部材６は回転軸４を境として長尺部材６の先端側６ａの長さが後端側６ｂの長さよりも長い状態にされている。このため、テコの作用をより有効に生かすことが可能となり、長尺部材６の水受部５に供給する水が少量であっても、比較的大きなモーメントを得ることが可能となる。なお、長尺部材６において、回転軸４を境に先端側６ａの長さを後端側６ｂの長さよりも長くするほど、回転軸４を中心とする先端側６ａのモーメントが回転軸４を中心とする後端側６ｂのモーメントよりも大きくなり、水受部５に供給する水が少量となっても、テコの作用を有効に生かすことが可能となる。

また、この長尺部材６は、先端側６ａと後端側６ｂの重両調整をする必要がある。即ち、長尺部材６の水受部５を有する先端側６ａに設けられた重り１０ａと長尺部材６の後端側６ｂに設けられた重り１０ｂとの重両調整によって長尺部材６の先端側６ａが長尺部材６の後端側６ｂよりも僅かに軽量とする。このような重両調整によって、水受部５に供給する水ｗが少量であっても、この水ｗの供給によって長尺部材６の先端側６ａを下方へ回動することができるように調整することが可能である。

なお、長尺部材６の先端付近と後端付近とに設けられた重り１０ａ、１０ｂは球形の重量物によって構成し、またこの球形の重りの中心に貫通孔を設けて長尺部材６を挿通した構成とし、夫々の重りを長尺部材６に沿って移動することができる構成とすることにより、長尺部材６の先端側６ａと後端側６ｂの重両調整を容易に行うことが可能となる。

さらに、図１又は図２に示すように、本実施例においては、長尺部材６の先端側６ａを下方向へ所定角度だけ回転したときに該先端側６ａの回転を停止するように高さ調整した先端側回転角度調整台１２を設ける一方、長尺部材６の後端側６ｂを下方向へ所定角度だけ回転したときに該後端側６ｂの回転を停止するように高さ調整した後端側回転角度調整台１３を設けた構成としている。

その具体的な構成としては、支持台２の上面に先端側回転角度調整台１２を設け、長尺部材６の先端側６ａが下方向へ回動した際に、該先端側６ａが先端側回転角度調整台１２の上面に当接することによって、長尺部材６の回動を停止する構成としている。また、これと同様に、支持台２の上面に後端側回転角度調整台１３を設け、長尺部材６の後端側６ｂが下方向へ回動した際に、該後端側６ｂが後端側回転角度調整台１３の上面に当接することによって、長尺部材６の回動を停止する構成としている。

このような構成において、先端側回転角度調整台１２の高さを調整することにより、長尺部材６の先端側６ａが水平状態から先端側回転角度調整台１２に当接するまでの下り勾配をなす角度αを例えば４３°とする。なお、この長尺部材６の先端側６ａの角度αは、長尺部材６の後端側６ｂを水平状態から上り勾配の方向へ回動する際の回転角度αとなる。

さらに、後端側回転角度調整台１３の高さを調整することによって、長尺部材６の後端側６ｂが水平状態から後端側回転角度調整台１３に当接するまでの下り勾配をなす角度βを例えば３０°とする。なお、この長尺部材６の後端側６ｂの角度βは、長尺部材６の先端側６ａを水平状態から上り勾配の方向へ回動する際の回転角度βとなる。

従って、長尺部材６は、上記の４３°と３０°を加えて、合計７３°の角度で下方向へ回動し、この動作はワンウェイクラッチを空転するため出力軸８は回転しない。次いで、長尺部材６は、合計７３°の角度分だけ上方向へ復帰し、この長尺部材６が上方向へ復帰する回転動作によってワンウェイクラッチ９を噛み合わせて出力軸８を回転することとなる。

さらに、本実施例においては、長尺部材６の先端側６ａが下方向へ回転する限界角度に到ったときに水Ｗの供給を停止し、長尺部材６の後端側６ｂが下方向へ回転する限界角度に到ったときに水Ｗの供給を開始するようにしている。

その具体的な構成例として、図２又は図３に示すように、先端側回転角度調整台１２からワイヤ１４を延ばし、プーリ１５ａを介して上方へ延長すると共に、プーリ１５ｂを介してワイヤ１４を水供給口１７へ接続した構造とする。この水供給口１７はポンプ等に接続された水Ｗを供給するための配管１６に接続され、水量調整ノブ１８を有すると共に、左右に首を振る構造とされている。

このような構成において、図２に示すように、長尺部材６の先端側６ａが先端側回転角度調整台１２に当接する状態に傾斜することによって横方向に張られたワイヤ１４に当って下方へ押圧される。これによって、図３に示すように、ワイヤ１４はプーリ１５ａ、１５ｂを介して水供給口１７を左位置１７ａへ引くことにより、水供給口１７から落下する水Ｗを長尺部材６の水受部５に供給しないように移動することが可能となる。また、長尺部材６の先端側６ａが上方へ回動すると、長尺部材６の先端がワイヤ１４を引く力を解除して、水供給口１７は不図示の弾性部材によって元の位置、即ち水供給口１７が長尺部材６の水受部５の垂直上方へと復帰する。

なお、上記の水供給口１７を左右に移動するタイミングを図る構造としては、先端側回転角度調整台１２と後端側回転角度調整台１３とにセンサ（不図示）を設け、このセンサによって長尺部材６の先端側６ａと後端側６ｂの動作を検出し、その検出結果によって水供給口１７を不図示の動力装置で左右に移動する構造としてもよい。

上記のように構成された本実施例の動力発生装置１に関する動作について説明する。図２に示すように、本装置の長尺部材６は、自然状態では上り勾配の状態にある。そして、このように上り勾配の状態にある長尺部材６の水受部５の開口５ａに矢印のように水Ｗを供給することにより、長尺部材６の先端側６ａが後端側６ｂよりも重くなることによって、長尺部材６の先端側６ａが下方向に回動する。

ついで、長尺部材６の先端側６ａが下方向に回動するに従って、長尺部材６の勾配角度が緩やかになり、長尺部材６の先端の水受部５に収容された水Ｗが開口５ａから排出を始めるが、長尺部材６が回動する慣性力によって、長尺部材６の先端側６ａは先端側回転角度調整台１２に当接するまで傾斜し、水受部５に収容されていた水Ｗは排出される。このとき、長尺部材６の先端側６ａが下方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチ９が空転するため、出力軸８は回転しない。

さらに、長尺部材６の先端側６ａが下り勾配に傾いて水受部５から水Ｗが排出されることにより長尺部材６の先端側６ａが後端側６ｂよりも軽くなると、長尺部材６の先端側６ａが上方向に回動して、先端側６ａが上り勾配の状態に復帰する。このように長尺部材６の先端側６ａが上方向に回動する際に、ワンウェイクラッチ９に内蔵された噛合い機能が作用して出力軸８が回転することによって、出力軸８から動力を発生する。

なお、図１に示すように、出力軸８に発電装置１９等の他の装置を接続することによって、動力発生装置１の出力軸８に発生した動力を他の装置の動力源として利用することが可能となる。

また、図１に示す１台の動力発生装置１では、長尺部材６の先端側６ａが上方向に回動する動きに対してのみ、出力軸８が回転することによって動力が間欠的に発生するものである。従って、出力軸８からの動力を連続的に得るために、図４に示すように動力発生装置１を複数並置し、各動力発生装置１、１の回転軸４、４は連結することなく独自で回転するように構成する。その一方、各動力発生装置１、１の出力軸８、８は連結軸８ａで互いに連結した構成として、各動力発生装置１、１の長尺部材６、６の水受部５、５に供給する水の供給タイミングを調整することによって、夫々の出力軸８、８を連続的に回転させることが可能となる。

また、図４に示すように、並設した動力発生装置１、１の出力軸８、８を連結軸８ａで接続すると共に、連結軸８ｂを介して発電装置１９に接続することにより、夫々の出力軸８、８の回転を電源に変換して利用することが可能となる。さらに、発電装置１９に不図示の蓄電装置を接続することにより、出力軸８の回転による電源を不図示の蓄電装置に蓄電することも可能となる。

本発明の動力発生装置は、テコの原理を利用することにより、少量の水の重量で回転エネルギーを効率的に得ることができるようにした動力発生装置として利用可能であり、水という低コストのエネルギー源によって動力を発生し、またこの動力を電源に変換し、さらにこの電源を蓄電するというように効率的に利用することが可能となる。

１動力発生装置
２支持台
３支柱
４回転軸
５水受部
５ａ開口
５ｂ仕切り部
６長尺部材
６ａ先端側
６ｂ後端側
７大径ギヤ
７ａ空隙
８出力軸
８ａ連結軸
８ｂ連結軸
９ワンウェイクラッチ
１０ａ先端側の重り
１０ｂ後端側の重り
１１小径ギヤ
１２先端側回転角度調整台
１３後端側回転角度調整台
１４ワイヤ
１５ａ、１５ｂプーリ
１６配管
１７水供給口
１７ａ、１７ｂ左右に移動した水供給口
１８水量調整ノブ
１９発電装置
Ｗ水

Claims

支柱に回転軸が水平状に設けられ、この回転軸に回動自在に設けられた長尺部材の回転軸を境として先端側の長さが後端側の長さよりも長く形成されると共に、長尺部材の先端側に上方から落下する水を受けることが可能な水受部が設けられ、
長尺部材の先端側に設けられた重りと長尺部材の後端側に設けられた重りとの重両調整によって長尺部材の先端側が長尺部材の後端側よりも僅かに軽量とされる一方、
回転軸とは別に設けられた出力軸を一方向のみに回転するワンウェイクラッチが設けられ、この回転軸の回転をワンウェイクラッチを介して出力軸に伝達する回転伝達機構が設けられた構成を有し、
上り勾配の状態にある長尺部材の水受部に水を供給することにより、長尺部材の先端側が後端側よりも重くなることによって、長尺部材の先端側が下方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチが空転し、
長尺部材の先端側が下り勾配に傾いて水受部から水が排出されることにより長尺部材の先端側が後端側よりも軽くなることによって、長尺部材の先端側が上方向に回動する動きに対してはワンウェイクラッチに内蔵された噛合い機能が作用して出力軸が回転することを特徴とする動力発生装置。
長尺部材の先端側を下方向へ所定角度だけ回転したときに該先端側の回転を停止するように高さ調整した先端側回転角度調整台を設ける一方、長尺部材の後端側を下方向へ所定角度だけ回転したときに該後端側の回転を停止するように高さ調整した後端側回転角度調整台を設けたことを特徴とする請求項１記載の動力発生装置。
請求項１に記載の動力発生装置を複数並置し、各動力発生装置の回転軸は連結することなく独自で回転する一方、各動力発生装置の出力軸は互いに連結した構成として、各動力発生装置の長尺部材の水受部に供給する水の供給タイミングを調整することによって出力軸が連続的に回転するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の動力発生装置。