JP2014005691A - 建物の浮上式回転機構 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根に取り付けたソーラーパネルが真南を向くように建物を容易に回転できる建物の浮上式回転機構を提供する。
【解決手段】下基礎と下基礎に対向して設けられる上基礎と、下基礎の中央に固定して立設される回転軸と、上基礎の側面の傾斜段部に取り付けられ、気密空間を形成する複数の金属シール板と、エアーコンプレッサと、圧縮空気を蓄積するエアータンクと、気密空間への圧縮空気の送り込みと遮断を行なう制御バルブと、を含む浮上装置と、上基礎に設けられる収納ピットと収納ピットの上部を塞ぐ蓋と下基礎に取り付けられる２つのアンカーボルトと、電動モータと電動モータで回転されるワイヤ巻き取りロールと、一端がアンカーボルトに結合され他端がワイヤ巻き取りロールに巻き取られる左巻き及び右巻きワイヤと、左巻き及び右巻きワイヤを引っ張るテンションワイヤと、を含むウィンチ回転機構と、が備えられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、建物の浮上式回転機構に係り、より詳しくは、上基礎と下基礎の間に形成した気密空間に空気を注入して建物を浮上させ、上基礎と建物を所定の方向に回転させることができる建物の浮上式回転機構に関する。

太陽光発電を行なうソーラーパネルを建物の屋根に設置する場合、図８（Ａ）に示すように、ソーラーパネルの傾斜度は３０°、その方位は真南が理想である。屋根の傾斜度が３０°でない場合、ソーラーパネルの底部に下駄をはかせて調整可能であるが、屋根の傾斜面が真南を向いていない建物では、発電率が低下するのでソーラーパネルの脚に回転機構を備える必要がある。しかしながら、脚の回転機構は、一般に屋根には取り付けにくい。図８（Ａ）に示すように、方位に関して発電率が１００％となるのは、真南を含む３０°の範囲で、その外側の東または西の３０°の範囲では発電率が８５％と低下し、さらに外側の４５°の範囲では発電率が８３％に低下する。

特許文献１には、モータで建物を回転する回転式建物構造が示される。これは建物の外側に支柱を立設し、支柱の周囲に円形のレールが配設され、建物の底部に車輪が設けられ、モータで建物を回転させるものである。このような機構により建物を回転させれば、ソーラーパネルの方位を真南にすることが可能となるが、車輪とレールの摩擦係数は０．１〜０．３と大きく、例えば３０トンの建物なら３〜９トンもの牽引力が必要となり、モータに大きな負荷がかかる。

特許文献２には、建物の地震の際に建物を浮上させる空気圧浮動式免震装置が示される。これは地面側の下基礎と建物側の上基礎を重なるように設置し、下基礎と上基礎の間をシール材で囲み、シール材の内側に圧縮空気を供給し上基礎と建物を浮上させるものである。通常は下基礎と上基礎が接しており、地震発生時のみ上基礎と建物を浮上させるが、浮上させた状態では、摩擦係数が０．０１と小さいので、例えば３０トンの建物なら、約３００ｋｇの力で回転させることができる。建物の浮上式回転機構が望まれるところである。

特開２０００−１２９７９０号公報 実用新案登録第３１１９６７５号

本発明の目的は、屋根に取り付けたソーラーパネルが真南を向くように建物を容易に回転できる建物の浮上式回転機構を提供することにある。

本発明による第１の建物の浮上式回転機構は、地盤に設けられる下基礎と前記下基礎に対向して設けられる上基礎と、前記上基礎と建物を回転させる中心となり、前記下基礎の中央に固定して立設される回転軸と、前記上基礎の側面の傾斜段部に取り付けられ、前記上基礎と前記下基礎の間に気密空間を形成する複数の金属シール板と、空気を圧縮するエアーコンプレッサと、圧縮された空気を蓄積するエアータンクと、前記エアータンクから前記気密空間への圧縮空気の送り込みと遮断を行なう制御バルブと、を含む浮上装置と、前記上基礎を上下に貫通して設けられる収納ピットと、前記収納ピットの上部を塞ぐ蓋と、前記収納ピットの下方の下基礎に取り付けられる２つのアンカーボルトと、前記上基礎に設置される電動モータと、前記電動モータで回転されるワイヤ巻き取りロールと、一端が前記アンカーボルトに結合され、他端が前記ワイヤ巻き取りロールに斜めに巻き取られる左巻きワイヤ及び右巻きワイヤと、前記左巻きワイヤ及び右巻きワイヤのそれぞれを引っ張るテンションワイヤと、を含むウィンチ回転機構と、が備えられ、前記浮上装置によって前記上基礎と建物を浮上させ、前記ウィンチ回転機構で前記上基礎と建物を回転させて、建物の屋根に設置されたソーラーパネルを真南に向けることを特徴とする。

前記回転軸に固定して取り付けられるタイヤと、前記上基礎を上下に貫通して設けられ、前記タイヤを収納する収納孔と、前記収納孔の上部を塞ぐ蓋と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明による第２の建物の浮上式回転機構は、地盤に設けられる下基礎と前記下基礎に対向して設けられる上基礎と、前記上基礎と建物を回転させる中心となり、前記下基礎の中央に固定して立設される回転軸と、前記上基礎の側面の傾斜段部に取り付けられ、前記上基礎と前記下基礎の間に気密空間を形成する複数の金属シール板と、空気を圧縮するエアーコンプレッサと、圧縮された空気を蓄積するエアータンクと、前記エアータンクから前記気密空間への圧縮空気の送り込みと遮断を行なう制御バルブと、を含む浮上装置と、前記上基礎を上下に貫通して設けられた収納孔と、前記収納孔の上部を塞ぐ蓋と、前記収納孔に収納され、前記回転軸に固定して取り付けられるタイヤと、前記タイヤの周囲に取り付けられるリングギアと、前記リングギアと歯合する複数の駆動歯車と、前記駆動歯車を回転させるギアードモータと、を含む歯車回転機構と、が備えられ、前記浮上装置によって前記上基礎と建物を浮上させ、前記歯車回転機構で前記上基礎と建物を回転させて、建物の屋根に設置されたソーラーパネルを真南に向けることを特徴とする。

本発明による第１の建物の浮上式回転機構によれば、複数の金属シール板で上基礎と下基礎の間に形成した気密空間に圧縮空気を注入し、上基礎と建物を浮上させ、ウィンチ回転機構で回転するようにしたので、摩擦係数が０．０１と小さい状態にでき、例えば３０トンの建物なら約３００ｋｇの力で回転させることができる。これにより建物の屋根に設けられたソーラーパネルを真南に向けることができる。浮上装置を地震の際に作動させれば建物を地震にも強くできる。金属シール板は、上基礎側面の傾斜段部に取り付けたので、交換や修理等のメンテナンスが容易にできる。ウィンチ回転機構は、ウィンチのワイヤ巻き取りロールとワイヤを収納ピットに収めたので、ワイヤが建物の外に出ないようにできる。収納ピットの上部を塞ぐ蓋は気密空間の圧縮空気のもれを防止し、またウィンチのメンテナンスが容易にできる。テンションワイヤで、左巻きワイヤ及び右巻きワイヤを引っ張るようにしたので、地震による下基礎の水平動、浮上装置による上下動、巻き取り動作のいずれにおいても、左巻きワイヤ及び右巻きワイヤのたるみを防止し、ワイヤがからまないようにできる。

回転軸の周囲に、回転軸に固定して取り付けられるタイヤと、上基礎を上下に貫通して設けられる収納孔を設け、収納孔にタイヤを入れ、下基礎に固定された回転軸に固定したので、回転軸が地震の際に左右に動いても、上基礎に強い衝撃を与えない緩衝装置として作用させることができる。

本発明による第２の建物の浮上式回転機構によれば、複数の金属シール板で上基礎と下基礎の間に気密空間を形成し、ここに圧縮空気を注入して上基礎と建物を浮上させたことにより、摩擦係数が０．０１と小さな状態にできるので、歯車回転機構を用いて、例えば３０トンの建物でも約３００ｋｇの力で回転させることができる。建物の屋根に設けられたソーラーパネルがどの方向であっても、建物を回転して真南に向けることができる。歯車回転機構には、回転軸の上部に固定して取り付けられるタイヤと、タイヤの周囲に取り付けられるリングギアと、リングギアに歯合する複数の駆動歯車と、駆動歯車を回転させるギアードモータと、を備えたので、リングギアに歯合させた駆動歯車を回転させれば、駆動歯車を含む上基礎と建物を回転できる。

本発明による浮上式回転機構を備えた建物の正面図である。 ウィンチ回転機構を備えた例で、図１の建物を除く上基礎と下基礎の部分の平面図である。（実施例１） 図２のＡ−Ａ断面図である。（実施例１） 図２に示す収納ピットのＢ−Ｂ断面図である。（実施例１） 図２に示す収納ピットの平面図である。（実施例１） 上基礎と建物を回転した場合の説明図である。（実施例１） 上基礎と建物を回転した場合の説明図である。（実施例１） ソーラーパネルの発電率を表す説明図で、（Ａ）は、一般的なソーラーパネルの向きと発電率の関係を示す図である。（Ｂ）は、±１５°の回転が可能な建物の向きと発電率の関係を示す図である。 図２のウィンチ回転機構に代えて、回転軸の周囲に歯車回転機構を備えた例で、歯車回転機構の平面図である。（実施例２） 図９のＡ−Ａ断面図である。（実施例２）

以下、図面を参照して、本発明による建物の浮上式回転機構を説明する。

図１は、本発明による浮上式回転機構を備えた建物の正面図である。地盤には下基礎１が形成され、下基礎１の上に対向して上基礎２が設けられる。上基礎２の上に建物４が組み付けられる。建物４の屋根には、太陽光発電を行なうソーラーパネル３を取り付けている。

図２は、図１の建物を除く上基礎２と下基礎１の部分の平面図である。図２は、ウィンチ回転機構を備えた例（実施例１）で、上基礎２には、上下に貫通して収納ピット１３が設けられ、ウィンチ（図示せず、詳細は図４、５参照）が収納される。上基礎２の中央には、上基礎２と建物４を回転させる中心となり、下基礎１に固定して立設される回転軸５が設けられる。タイヤ６は、回転軸５に固定して取り付けられる。点線で示す４枚の長尺な金属シール板２４は、上基礎２と下基礎１の間に設けられ、気密空間を形成するためのシール材である。

図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。収納ピット１３には蓋１１が設けられ、収納ピット１３の下側は、下基礎３の上面に開口している。蓋２７は気密空間２５の圧縮空気のもれを防止する。図３では、収納ピット１３の内部の構成は省略（必要な場合は図４参照）している。浮上装置２０は、エアーコンプレッサ２１、エアータンク２２、制御バルブ２３ａ〜２３ｃ、金属シール板２４からなる。金属シール板２４は、上基礎２と下基礎１の間に気密空間２５を形成する。本実施例では、金属シール板２４は、一端が上基礎２の周囲下側に設けた傾斜段部２８に取り付けられ、他端がばねように作用して下基礎１の底面に接している。コンプレッサ２１で圧縮された空気は、エアータンク２２に蓄積される。コントローラ（図示せず）の指令で制御バルブ２３ａが開かれると、エアータンク２２の圧縮空気が、気密空間２５内に送り込まれる。これにより上基礎２と建物４が浮上（図３右端の矢印参照）する。金属シール板２４の下端は、下基礎１に接触して気密空間２５の気密性を維持している。金属シール板２４を上基礎２の周囲下側の傾斜段部２８に取り付けたので、金属シール板２４の着脱が容易で、例えば修理のための交換作業が面倒でない。

図３に示すように、回転軸５は下基礎１の中央に固定して立設される。タイヤ６は、回転軸５に固定して取り付けられる。タイヤ６は、上基礎２を上下に貫通して設けられる収納孔７に若干の遊びをもって収納される。そのため、タイヤ６と上基礎２とは通常状態では分離されおり、上基礎２と建物４の回転の妨げにはならない。タイヤ６は、下基礎１に固定された回転軸５が地震の際に左右に動いても、上基礎２に強い衝撃を与えない緩衝装置として作用させることができる。また、制御バルブ２３ｂを開いて、圧縮空気をタイヤ６に注入すれば、上基礎２が回転軸５の一方にずれたような場合、上基礎２と建物４の中心が回転軸５に一致するように動かして、位置修復装置として作用させることもできる。制御バルブ２３ｃは、位置修復後、タイヤ６の空気を抜くために使用する。タイヤ６の空気を抜くと、タイヤ６と上基礎２とは、互いに接触しない状態となる。なお、建物４を浮上させた時の摩擦係数を実測したところ、約０．０１であった。

図４は、図２に示す収納ピット１３のＢ−Ｂ断面図である。図５は、収納ピット１３の平面図である。図４、５に示すように、ウィンチ回転機構１０は、上基礎２を上下に貫通して設けられる収納ピット１３と、収納ピット１３の上部を塞ぐ蓋１１と、収納ピット１３の下方の下基礎１に取り付けられる２つのアンカーボルト１８と、上基礎２に設置される電動モータ１２と、電動モータ１２で回転されるワイヤ巻き取りロール１５と、一端がアンカーボルト１８に結合され、他端がワイヤ巻き取りロール１５に斜めに巻き付けられる左巻きワイヤ１４ａ及び右巻きワイヤ１４ｂと、左巻きワイヤ１４ａ及び右巻きワイヤ１４ｂのそれぞれに引っ張り力を与えるテンションワイヤ１６からなる。

図４、５に示すように、収納ピット１３には蓋１１が設けられ、取り付けボルト１９で上基礎２に固定する。これによって、気密空間２５の圧縮空気のもれを防止する。圧縮空気が気密空間２５に送り込まれると、上基礎２と建物４が浮上する。この結果、ワイヤ巻き取りロール１５も上昇する。左巻きワイヤ１４ａと右巻きワイヤ１４ｂと各アンカーボルト１８の間に長さの余裕がないと、左巻きワイヤ１４ａと右巻きワイヤ１４ｂが引っ張られて大きな力がかかる。ワイヤ巻き取りロール１５が上昇してもワイヤが引っ張られないように、ワイヤ巻き取りロール１５が下降している状態では、左巻きワイヤ１４ａと右巻きワイヤ１４ｂにたるみを持たせてある。ワイヤ巻き取りロールは、回転動作時以外、ニュートラルのため、地震時に下基礎１が動いても、ワイヤが引っ張られることはない。また、左巻きワイヤ１４ａと右巻きワイヤ１４ｂは、ワイヤ巻き取りロール１５を回すといずれか一方のワイヤがたるむ。そこで左巻きワイヤ１４ａと右巻きワイヤ１４ｂが、たるんでからまないように、スプリング１７を有するテンションワイヤ１６で引っ張るようにした。

図６、７は、上基礎と建物を回転した場合の説明図である。図６は、上基礎２と建物４を浮上装置１０で浮上させ、ウィンチ回転機構１０で、反時計回りに角度θだけ回転させた図である。電動モータ１２は、例えば１０秒間を指定し、その時間の間、電動モータ１２を作動させることで回転を行なう。図６の右下方が真南とし、建物４が敷地の都合で真南より少し西を向いている場合、ウィンチ回転機構１０で建物４を回転し、ソーラーパネル３を真南に向けることができる。同様に、図７は、上基礎２と建物４を浮上装置１０で浮上させ、ウィンチ回転機構１０で時計回りに角度θだけ回転させた図である。図７の左下方が真南とし、建物４が敷地の都合で真南より少し東を向いている場合、建物４を回転してソーラーパネル３を真南に向けることができる。

図８は、（Ａ）が一般的なソーラーパネルの向きと発電率の関係を示し、（Ｂ）が±１５°の回転が可能な建物の向きと発電率の関係を示す図である。（Ｂ）に示すように、±１５°のウィンチ回転機構を設けた場合、発電率１００％の範囲が（Ａ）の真南を含む３０°の範囲から、真南を含む６０°の範囲に広がる。

図９は、図２のウィンチ回転機構１０に代えて、回転軸５の周囲に歯車回転機構３０を備えた例（実施例２）で、歯車回転機構３０の平面図である。蓋２７は取り外されている。図１０は、図９のＡ−Ａ断面図である。図９、１０に示すように、歯車回転機構３０は、上基礎２を上下に貫通して設けられた収納孔７と、収納孔７の上部を塞ぐ蓋２７と、収納孔２７に収納され、回転軸５に固定して取り付けられるタイヤ６と、タイヤ６の周囲に取り付けられるリングギア３２と、リングギア３２と歯合する複数の駆動歯車３３と、駆動歯車３３を回転させるギアードモータ３１と、を含んで構成される。なお、ギアードモータ３１は、回転速度を１／５〜１／１００に減速させるギアを備えており、大きなトルクが得られるモータである。

図９、１０に示すように、固定軸５は下基礎１に固定され、タイヤ６は固定軸５に固定されるので、３基の駆動歯車３３を同期して動かすと、駆動歯車３３及び駆動歯車３３の搭載される上基礎２が、リングギア３２の周囲を回転することとなる。なお、回転の際、浮上装置２０で上基礎２と建物４を浮上（符号ｈで示す）させ、摩擦を小さくしておく。タイヤ６は、空気が抜ける場合もあるので、図３に示すように圧縮空気を送るようにしてもよい。リングギア３２と駆動歯車３３によれば、３６０°の建物の回転ができる。例えば、左右に６０°の回転が可能とすれば、図８（Ａ）に示す発電率１００％の範囲を、真南を含む１８０°の範囲とすることができる。なお、タイヤ６の周囲に駆動歯車３３を配置したので、図３に示すような緩衝装置としての機能は、基礎の中央ではない別の２つの場所に設けて対応できる。

本発明による建物の浮上式回転機構は、地震に強くまたソーラーパネルの発電率を向上させる技術として有用である。

１ 下基礎
２ 上基礎
３ ソーラーパネル
４ 建物
５ 回転軸
６ タイヤ
７ 収納孔
１０ ウィンチ回転機構
１１ 蓋
１２ 電動モータ
１３ 収納ピット
１４ ワイヤ
１４ａ 左巻きワイヤ
１４ｂ 右巻きワイヤ
１５ ワイヤ巻き取りロール
１６ テンションワイヤ
１７ スプリング
１８ アンカーボルト
１９ 取付けボルト
２０ 浮上装置
２１ エアーコンプレッサ
２２ エアータンク
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 制御バルブ
２４ 金属シール板
２５ 圧縮空気
２６ 気密空間
２７ 蓋
２８ 傾斜段部
３０ 歯車回転機構
３１ ギアードモータ
３２ リングギア
３３ 駆動歯車

Claims (3)

1. 地盤に設けられる下基礎と、前記下基礎に対向して設けられる上基礎と、
   前記上基礎と建物を回転させる中心となり、前記下基礎の中央に固定して立設される回転軸と、
   前記上基礎の側面の傾斜段部に取り付けられ、前記上基礎と前記下基礎の間に気密空間を形成する複数の金属シール板と、空気を圧縮するエアーコンプレッサと、圧縮された空気を蓄積するエアータンクと、前記エアータンクから前記気密空間への圧縮空気の送り込みと遮断を行なう制御バルブと、を含む浮上装置と、
   前記上基礎を上下に貫通して設けられる収納ピットと、前記収納ピットの上部を塞ぐ蓋と、前記収納ピットの下方の下基礎に取り付けられる２つのアンカーボルトと、前記上基礎に設置される電動モータと、前記電動モータで回転されるワイヤ巻き取りロールと、一端が前記アンカーボルトに結合され、他端が前記ワイヤ巻き取りロールに巻き取られる左巻きワイヤ及び右巻きワイヤと、前記左巻きワイヤ及び右巻きワイヤのそれぞれを引っ張るテンションワイヤと、を含むウィンチ回転機構と、が備えられ、
   前記浮上装置によって前記上基礎と建物を浮上させ、前記ウィンチ回転機構で前記上基礎と建物を回転させて、建物の屋根に設置されたソーラーパネルを真南に向けることを特徴とする建物の浮上式回転機構。
   
2. 前記回転軸に固定して取り付けられるタイヤと、前記上基礎を上下に貫通して設けられ、前記タイヤを収納する収納孔と、前記収納孔の上部を塞ぐ蓋と、がさらに備えられることを特徴とする請求項１に記載の建物の浮上式回転機構。
   
3. 地盤に設けられる下基礎と、前記下基礎に対向して設けられる上基礎と、
   前記上基礎と建物を回転させる中心となり、前記下基礎の中央に固定して立設される回転軸と、
   前記上基礎の傾斜段部に取り付けられ、前記上基礎と前記下基礎の間に気密空間を形成する複数の金属シール板と、空気を圧縮するエアーコンプレッサと、圧縮された空気を蓄積するエアータンクと、前記エアータンクから前記気密空間への圧縮空気の送り込みと遮断を行なう制御バルブと、を含む浮上装置と、
   前記上基礎を上下に貫通して設けられた収納孔と、前記収納孔の上部を塞ぐ蓋と、前記収納孔に収納され、前記回転軸に固定して取り付けられるタイヤと、前記タイヤの周囲に取り付けられるリングギアと、前記リングギアと歯合する複数の駆動歯車と、前記駆動歯車を回転させるギアードモータと、を含む歯車回転機構と、が備えられ、
   前記浮上装置によって前記上基礎と建物を浮上させ、前記歯車回転機構で前記上基礎と建物を回転させて、建物の屋根に設置されたソーラーパネルを真南に向けることを特徴とする建物の浮上式回転機構。
   
   

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