JP2016205162A

JP2016205162A - 水中作動機構及び発電装置

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Publication number: JP2016205162A
Application number: JP2015084440A
Authority: JP
Inventors: 澄雄野元; Sumio Nomoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】設置の要件や設置場所の制限が厳しくなく且つ運用における手間がかからず、さらに、天候などの自然条件に影響を受けることなく作動することができるようにする。
【解決手段】往復運動する錘４と、当該錘４と反対側の部分が位置固定される気体袋６と、錘４と気体袋６との連結とその解除とを切り換え自在の着脱機構７とを各々が有すると共に、錘４の往復運動の方向が径方向にされた上で円形に且つ等間隔に並べられて円形の中心（回転軸２）の周りを公転する複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈと、円形の中心（回転軸２）を挟んで向かい合う一対の錘移動機構３，３の錘４，４同士を連動させて往復運動をさせる錘連動機構としてのワイヤー１０及びパイプ１１と、隣り合う錘移動機構３，３の気体袋６，６同士を連通させて繋ぐ連結管８とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中作動機構及び水中作動機構を備えた発電装置に関する。

自然エネルギーを利用して作動する機構である水車や風車を備えた発電装置が従来から知られている。

従来の水車を備えた発電装置としては、例えば、図７に示すように、羽根車１０２と、水路１１０に設置された固定フレーム１０３と、当該固定フレーム１０３に対して昇降可能に支持されると共に羽根車１０２を回転自在に支持する昇降フレーム１０４と、水路１１０を流れる水１１１の水位に応じて固定フレーム１０３に対して昇降フレーム１０４を昇降駆動する昇降駆動装置１０５とを有する水車装置１０１を備え、羽根車１０２の軸１０２ａの回転によって駆動される直流発電機１０６と、当該直流発電機１０６が出力する直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置（図示省略）とを有するものがある（特許文献１）。

また、従来の風車を備えた発電装置としては、例えば、図８に示すように、地面に対して垂直に設けられた支軸２０２と、風力を受けて回転する回転翼２０３と、当該回転翼２０３と支軸２０２とを連結するアーム２０４と、回転翼２０３の回転軌跡の外側に固定されている固定翼２０５と、支軸２０２を回転自在に支持する軸受部２０６と、固定翼２０５と軸受部２０６とを連結するアーム２０７とを有する垂直軸風車２０１を備え、支軸２０２はアーム２０４を介して回転翼２０３を支持すると共に回転翼２０３と一体に矢印Ｒ方向に回転し、支軸２０２の回転力が垂直軸風車２０１の出力として発電装置（図示省略）に伝達されるものがある（特許文献２）。

特開２００９−１７４４８０号公報特開２０１５−０３１２２７号公報

しかしながら、特許文献１の水車は、作動するために水路１１０が必要であると共に当該水路１１０を所定以上の流速の水流１１２として流れる水１１１が必要であり、すなわち、所定の条件で水１１１が流れる水路１１０の構築が必要とされ、設置の要件が厳しく汎用的であるとは言い難い。特許文献１の水車は、また、水路１１０を流れる水１１１の水位に対して羽根車１０２を所定の位置に位置させるために水１１１の水位に応じて昇降フレーム１０４を昇降駆動させることが必要であり、すなわち、水１１１の水位の監視及び昇降フレーム１０４の位置調整が常時必要とされ、運用に手間がかかるという点においても汎用性が高いとは言い難い。

また、特許文献２の風車は、作動するために所定以上の風速の風が吹くことが必要であり、設置場所が制限されるために汎用性が高いとは言い難く、また、所定の風が吹くことが必要とされるという点において常時の作動が確実であるとは言えないという問題がある。

そこで、本発明は、設置の要件や設置場所の制限が厳しくなく且つ運用における手間がかからず、さらに、天候などの自然条件に影響を受けることなく作動することができる水中作動機構及び発電装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の水中作動機構は、往復運動する錘と当該錘と反対側の部分が位置固定される気体袋と錘と気体袋との連結とその解除とを切り換え自在の着脱機構とを各々が有すると共に錘の往復運動の方向が径方向にされた上で円形に且つ等間隔に並べられて円形の中心の周りを公転する複数の錘移動機構と、円形の中心を挟んで向かい合う一対の錘移動機構の錘同士を連動させて往復運動をさせる錘連動機構と、隣り合う錘移動機構の気体袋同士を連通させて繋ぐ連結管とを備え、水中に設置されて、円形の最下部の錘移動機構の気体袋が水圧によって凋む際に、当該円形の最下部の錘移動機構の気体袋内の気体が連結管を介して隣の錘移動機構の気体袋へと移動して当該気体袋が膨らむと共に、円形の最下部の錘移動機構の気体袋が凋むことによって着脱機構を介して円形の最下部の錘移動機構の錘が移動して円形の中心に寄ると共に錘連動機構を介して円形の最上部の錘移動機構の錘が移動して円形の中心から離れ、錘の移動によって複数の錘移動機構の錘の一群としての重心位置が円形の中心からずれて複数の錘移動機構が公転して気体袋が膨らんだ錘移動機構が円形の最下部に移動し、当該円形の最下部に移動してきた錘移動機構の気体袋が水圧によって凋むことになって上述の動作が繰り返されるようにしている。

したがって、この水中作動機構によると、水中に設置されることにより、水の流れや風を必要とすること無く作動する。

また、本発明の発電装置は、上記水中作動機構を備えるようにしている。

したがって、この発電装置によると、水中に設置されることにより、水の流れや風を必要とすること無く発電する。

本発明の水中作動機構によれば、水中に設置されることによって水の流れや風を必要とすること無く作動することができるので、設置の要件や設置場所の制限が厳しくなく且つ運用における手間がかからないという点において汎用性の向上を図ることが可能であり、さらに、天候などの自然条件に影響を受けることなく作動することができるという点において作動の確実性の向上が可能になる。

また、本発明の発電装置によれば、水中に設置されることによって水の流れや風を必要とすること無く発電することができるので、設置の要件や設置場所の制限が厳しくなく且つ運用における手間がかからないという点において汎用性の向上を図ることが可能であり、さらに、天候などの自然条件に影響を受けることなく発電することができるという点において発電の確実性の向上が可能になる。

本発明の水中作動機構の実施形態の一例を示す側面図である。実施形態の水中作動機構の正面図である。実施形態の錘移動機構の構造を示す断面図である。実施形態の水中作動機構の作動を説明する側面図であり、最下部前側の錘移動機構の気体袋が膨らんでいる状態を示す図である。実施形態の水中作動機構の作動を説明する側面図であり、気体袋が膨らんでいる最下部前側の錘移動機構が最下部に移動した状態を示す図である。実施形態の水中作動機構の作動を説明する側面図であり、最下部の錘移動機構の気体袋が凋んで最下部前側の錘移動機構の気体袋が膨らんだ状態を示す図である。従来の水車を示す側面図である。従来の風車を示す斜視図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１から図６に、本発明の水中作動機構及び発電装置の実施形態の一例を示す。なお、図１及び図２中に示すようにＸ軸方向，Ｙ軸方向，及びＺ軸方向を定義する（これらの各軸は三次元直交座標系に相当するものとする）。そして、本実施形態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を水平方向とした上でＸ軸の矢印の向きを前向きとすると共に前記矢印と反対の向きを後ろ向きとし、また、Ｚ軸方向を鉛直方向とした上で矢印の向きを上向きとする。なお、Ｘ軸方向における前向きと後ろ向きとは説明における便宜上のものに過ぎず、水中作動機構にとって特別の意味は無い。

本実施形態の水中作動機構は、円形に且つ等間隔に並べられて円形の中心（回転軸２）の周りを公転する複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈと、円形の中心（回転軸２）を挟んで向かい合う一対の錘移動機構３，３の錘４，４同士を連動させて往復運動をさせる錘連動機構としてのワイヤー１０及びパイプ１１と、隣り合う錘移動機構３，３の気体袋６，６同士を連通させて繋ぐ連結管８とを備え、水中に設置されて、円形の最下部の錘移動機構の気体袋６が水圧によって凋む際に、当該円形の最下部の錘移動機構の気体袋６内の気体が連結管８を介して隣の錘移動機構の気体袋６へと移動して当該気体袋６が膨らむと共に、円形の最下部の錘移動機構の気体袋６が凋むことによって着脱機構７を介して円形の最下部の錘移動機構の錘４が移動して円形の中心（回転軸２）に寄ると共に錘連動機構としてのワイヤー１０及びパイプ１１を介して円形の最上部の錘移動機構の錘４が移動して円形の中心（回転軸２）から離れ、錘４の移動によって複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈの錘４の一群としての重心位置が円形の中心（回転軸２）からずれて複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈが公転して気体袋６が膨らんだ錘移動機構が円形の最下部に移動し、当該円形の最下部に移動してきた錘移動機構の気体袋６が水圧によって凋むことになって上述の動作が繰り返されるものである。

そして、錘移動機構３は、往復運動する錘４と、当該錘４と反対側の部分が位置固定される気体袋６と、錘４と気体袋６との連結とその解除とを切り換え自在の着脱機構７とを各々が有すると共に、錘４の往復運動の方向が径方向にされた上で円形に且つ等間隔に並べられる。

一対の側板１，１は、円形板状に形成され、円形平面がＸ−Ｚ平面に沿って、且つ、Ｙ軸方向において相互の中心（言い換えると、軸心）が一致させられた上で離間して平行に対向して配設される。なお、図１においては、当該図において手前側の側板１の図示を省略している。

一対の側板１，１それぞれの中心（言い換えると、軸心）位置に、これら一対の側板１，１をＹ軸方向に貫通すると共にこれら一対の側板１，１に対して固定される回転軸２が配設される。

回転軸２は、一対の側板１，１からＹ軸方向において両側に突き出した部位において一対の支持体１５，１５によって軸回転可能に支持される。すなわち、一対の支持体１５，１５は一対の側板１，１をＹ軸方向において挟むように配設される。

支持体１５は、本実施形態では具体的には、回転軸２を摺動可能に保持する保持部１５ａと、当該保持部１５ａの下端部に取り付けられて当該保持部１５ａを支える一対の脚フレーム１５ｂ，１５ｂと、これら一対の脚フレーム１５ｂ，１５ｂを安定させて立たせるための基台１５ｃとを有する。

基台１５ｃは、水中作動機構が水中において浮いたり設置位置がずれたり倒れたりすること無く安定して居据るに十分な水中重量を一対として有するものとして構成される。そして、一対の支持体１５，１５それぞれの基台１５ｃ，１５ｃが接地させられることにより、水中作動機構は水中において安定して設置される。

一対の側板１，１の間に、これら側板１，１の周縁部分において等間隔に錘移動機構３Ａ，３Ｂ，…，３Ｈが配設される。すなわち、錘移動機構３Ａ，３Ｂ，…，３Ｈは、円形に且つ等間隔に並べられて配設される。

図１及び図２に示す例においては、これらの図の状態において最上部に位置している錘移動機構の符号を３Ａとし、当該錘移動機構３Ａから順に時計回りに３Ｂ，３Ｃ，…，３Ｈとする。また、以下においてこれら錘移動機構３Ａ，３Ｂ，…，３Ｈを個々に区別する必要が無い場合やこれら錘移動機構３Ａ，３Ｂ，…，３Ｈのうちのいずれでも良い場合には、単に「錘移動機構３」と表記する。

本実施形態では、一対の側板１，１それぞれの相手方側板１と対向する面のそれぞれに対向して固定されて取り付けられた一対の取付部１２，１２を介して、錘移動機構３が一対の側板１，１に挟まれて固定されて取り付けられる。

錘移動機構３の個数は、本実施形態では８個であるが、これに限られるものではなく、４個以上の偶数個であればいくつでも良い。

錘移動機構３は、錘４と、当該錘４を収容する錘容器５と、これら錘４と錘容器５との間に介在するように配設される気体袋６とを有する。

錘移動機構３の錘４及び錘容器５はピストン及びシリンダーのように機能し、錘４が錘容器５内において当該錘容器５の軸心方向に往復運動する。

錘４は、少なくとも、水中作動機構の使用・駆動状態における周囲の水に対する比重が１よりも大きい材質によって形成される。

錘容器５は、一端に底板５ａを有すると共に他端が開口する筒状に形成される。そして、錘容器５は、底板５ａを側板１の円形平面の中心に向けると共に他端の開口５ｂを側板１の円形平面の周端に向け、軸心方向が側板１の円形平面の径方向になるように配置される。これにより、錘４が錘容器５内において側板１の円形平面の径方向に、言い換えると錘移動機構３の配置の形状である円形の径方向に往復運動する。

錘４と錘容器５との間に、言い換えると、錘４と錘容器５の周壁及び底板５ａとによって囲まれる錘容器５の内部空間に、気体袋６が配設される。

気体袋６は、可撓性を有して袋としての形状が変形し得る（言い換えると、膨らんだり凋んだりし得る）と共に少なくとも気密性・水密性を有する材質により、内部に気体が充填された際に錘容器５の内部空間の例えば半分以上を占める程度に膨らみ得る大きさに形成される。

気体袋６には、例えば空気などの気体が充填される。なお、複数の錘移動機構３（本実施形態では８個の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈ）のうちの一つの錘移動機構３の気体袋６に気体が充填され、その他の錘移動機構３の気体袋６は凋んだ状態にされる。

気体袋６内に充填される気体が漏れたり気体の圧力を調整したりする場合などに気体が適宜補充されるようにしても良い。このため、気体が充填されたボンベなどが、少なくとも一つの気体袋６に対して接続されると共に側板１に対して取り付けられて備えられるようにしても良い。

錘４と気体袋６とに対し、これら錘４と気体袋６との間に介在する着脱機構７が設けられる。

着脱機構７は、錘４の気体袋６に対向する面に固定されて取り付けられる第一着脱片７ａと、気体袋６の錘４に対向する側に固定されて取り付けられる第二着脱片７ｂとを有する。

着脱機構７は、錘４と気体袋６との連結とその解除との切り換えを制御して行うための仕組みである。

着脱機構７は、入力された制御信号に基づいて作動し、具体的には、連結の状態においては錘４と気体袋６とを連結して気体袋６の変形に合わせて錘４が錘容器５内を移動するようにし、解除の状態においては錘４と気体袋６との連結を解除して気体袋６の変形によっては錘４が錘容器５内を移動しないようにする。

着脱機構７の制御（言い換えると、制御信号の与え方）や、錘４と気体袋６との連結の仕組み及び連結とその解除との切り換えの仕組みは、特定の方式や態様に限定されるものではなく、後述する作動に適当なものが適宜選択され得る。

具体的には例えば、錘４側の第一着脱片７ａとして係合片が備えられると共に気体袋６側の第二着脱片７ｂとして被係合部が形成されて前記係合片が前記被係合部に対して作動することによって連結とその解除とが切り換えられるようにしても良く、或いは、錘４側の第一着脱片７ａとして電磁石が備えられると共に気体袋６側の第二着脱片７ｂとして磁性を発揮し得る部材が備えられて前記電磁石と前記磁性を発揮し得る部材とが磁力によって引き付け合ったりなどすることによって連結とその解除とが切り換えられるようにしても良い。

また、図示していないが、着脱機構７を作動させるための電源が備えられる。そして、当該電源から電力が供給されることにより、上述の例であれば係合片や電磁石が作動して錘４と気体袋６とが連結されたり当該連結が解除されたりする。

気体袋６は内部空間と連通する接続部６ａを備え、当該接続部６ａが錘容器５の底板５ａを貫通する。

気体袋６は、接続部６ａが錘容器５の底板５ａに対して固定されることにより、底板５ａ側が底板５ａに固定されることになり、凋む際には底板５ａ側に寄って凋む。

隣接する錘移動機構３，３の気体袋６の接続部６ａ同士が連結管８によって相互に連通するように連結される。

連結管８により、気体袋６内の気体が、隣接する錘移動機構３の気体袋６内へと移動し得る。

隣接する錘移動機構３，３の気体袋６の接続部６ａ同士を連結する連結管８のそれぞれに、バルブ９が設けられる。

バルブ９は、連結管８を通過する気体の流動の制限と許容との切り換えを制御して行うための仕組みである。

バルブ９は、入力された制御信号に基づいて作動し、具体的には、閉鎖の状態においては気体の流動を制限（禁止）し、開放の状態においては図１において左回りに相当する向き（図１及び図２に示す例では具体的には例えば、錘移動機構３Ｅの気体袋６から錘移動機構３Ｄの気体袋６への流動，錘移動機構３Ｄの気体袋６から錘移動機構３Ｃの気体袋６への流動，錘移動機構３Ｃの気体袋６から錘移動機構３Ｂの気体袋６への流動など）のみの気体の流動を許容する（この点において、バルブ９は、逆止弁のように機能する）。

バルブ９の制御（言い換えると、制御信号の与え方）や、気体の流動の制限（禁止）の仕組み及び閉鎖と開放との切り換えの仕組みは、特定の方式や態様に限定されるものではなく、後述する作動に適当なものが適宜選択され得る。

また、図示していないが、バルブ９を作動させるための電源が備えられる。そして、当該電源から電力が供給されることによってバルブ９が作動して連結管８における気体の通過が制限されたり許容されたりする。

なお、前述の着脱機構７を作動させるための電源とバルブ９を作動させるための電源とは共通（即ち、同一のもの）であっても構わない。

本実施形態では、錘連動機構が、ワイヤー１０とパイプ１１とによって構成される。

具体的には、円形に並べられている複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈの一群としての重心（即ち、側板１の円形平面の中心であり、回転軸２の軸心位置である）を挟んで向かい合う一対の錘移動機構３，３（図１及び図２に示す例では、錘移動機構３Ａと３Ｅ，３Ｂと３Ｆ，３Ｃと３Ｇ，及び３Ｄと３Ｈ）の錘４，４同士がワイヤー１０によって連結される。

ワイヤー１０は、向かい合う一対の錘移動機構３，３のうちの一方の錘移動機構３の錘４の錘容器５内における移動に連動させて他方の錘移動機構３の錘４を錘容器５内において移動させるためのものである。

ワイヤー１０は、向かい合う一対の錘移動機構３，３同士の間に亙って設けられるパイプ１１内に配設される（言い換えると、パイプ１１内を通過する）と共に両端に錘４，４が繋がれてこれら錘４，４同士を連結する。

ワイヤー１０は、向かい合う一対の錘移動機構３，３のうちの一方の錘移動機構３の錘４が錘容器５の底板５ａ側に位置しているときには他方の錘移動機構３の錘４が錘容器５の開口５ｂ側に位置するように長さが調整される。

パイプ１１は、内部空間をワイヤー１０が摺動可能であると共に錘容器５内において錘４が移動してワイヤー１０の一端を引っ張る力が作用してワイヤー１０が摺動する際に変形しない程度の強度を有するように形成される。

パイプ１１は、向かい合う一対の錘移動機構３，３のうちの一方の錘移動機構３の錘容器５の側方と他方の錘移動機構３の錘容器５の側方との間の直線部１１ａを有すると共に、当該直線部１１ａの両端のそれぞれに、当該直線部１１ａと連接すると共に錘容器５の側方から錘容器５の開口５ｂに向かって半円形に湾曲して開口端面を錘容器５内の錘４に対向させる湾曲部１１ｂを有する。

なお、パイプ１１は、直線部１１ａの両端部分が錘容器５の側周面に固定されて取り付けられることにより、向かい合う一対の錘移動機構３，３に対して固定されて設けられる。

錘連動機構としてのワイヤー１０及びパイプ１１により、向かい合う一対の錘移動機構３，３のうちの一方の錘移動機構３の錘容器５内の錘４が底板５ａに向かって（即ち、側板１の円形平面の中心に向かって）移動すると、当該錘４に繋がれているワイヤー１０がパイプ１１内を摺動し、他方の錘移動機構３の錘容器５内の錘４が引っ張られて開口５ｂに向かって（即ち、側板１の円形平面の径方向外向きに）移動する。

また、本実施形態では、回転軸２の一端に発電機（図示していない）が接続される。そして、回転軸２が回転することにより、当該発電機が発電する。

これにより、発電装置が、上述の水中作動機構を備えるものとして構成される。

なお、回転軸２が回転することによって発電された電力が着脱機構７やバルブ９に供給されることにより、これら着脱機構７やバルブ９が作動するようにしても良い。この場合には、着脱機構７やバルブ９を作動させるための別途の電源を備えなくても良く、水中作動機構は自立して作動することが可能になる。

そして、上述の水中作動機構を備えた発電装置によれば、回転軸２が回転することによって発電された電力によって着脱機構７やバルブ９を作動させながら、電力を外部に出力することも可能であり、或いは少なくとも長時間に亙って自立して作動することが可能である。

上述した水中作動機構が水中に設置されたときの動作を図４乃至図６を用いて以下に説明する。

なお、図４乃至図６においては、分かり易さを考慮し、これらの図において手前側の側板１の図示を省略していると共に、錘容器５が透明であるとして内部の錘４，気体袋６，及び着脱機構７を図示し、また、ワイヤー１０及びパイプ１１，並びに取付部１２の図示を省略している（ただし、図６において作動に関係するワイヤー１０は図示している）。また、図４の状態は図１及び図２の状態と同様であり、各錘移動機構の符号３Ａ等の付与の仕方も図１及び図２と同様である。

また、図４における符号３Ａの錘移動機構３の位置を「最上部」と言い、符号３Ｅの錘移動機構３の位置を「最下部」と言い、さらに、符号３Ｄの錘移動機構３の位置（即ち、最下部と隣接する前側の位置）を「最下部前側」と言う。

本発明の水中動作機構は、水中に設置されて作動する。具体的には例えば、海，湖，或いは川などの自然として存在する水の中でも良いし、プールや水槽などの人工物に溜められた水の中でも良い。

図４に示す状態において、連結管８のそれぞれに設けられているバルブ９はいずれも閉鎖の状態である。

最下部前側の錘移動機構３Ｄの気体袋６内には例えば空気などの気体が充填され、当該気体袋６は膨らんでいる。その他の錘移動機構３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈの気体袋６は凋んでいる。

最上部及び前側の錘移動機構３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの錘４は錘容器５の開口５ｂ寄り（言い換えると、側板１の円形平面の周縁寄り）に位置し、最下部及び後ろ側の錘移動機構３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈの錘４は錘容器５の底板５ａ寄り（言い換えると、側板１の円形平面の中心寄り）に位置している。

最下部の錘移動機構３Ｅ及び最下部前側の錘移動機構３Ｄの着脱機構７は第一着脱片７ａと第二着脱片７ｂとが相互に連結している連結の状態である。また、錘移動機構３Ｆの着脱機構７は連結の状態であり、錘移動機構３Ｇの着脱機構７は連結の状態であることが好ましく、錘移動機構３Ｈの着脱機構７は連結の状態と解除の状態とのどちらでも良い。

そして、図４に示す状態のとき、最上部及び前側の錘移動機構３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの錘４は側板１の円形平面の周縁寄りに位置している一方で最下部及び後ろ側の錘移動機構３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈの錘４は側板１の円形平面の中心寄りに位置しているため、側板１の回転中心（即ち、回転軸２の軸心位置）に対する複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈの錘４の一群としての重心位置の関係から、側板１は前転（即ち、図４において右回りに回転）する。

これにより、図５に示すように、気体袋６が膨らんでいる錘移動機構３Ｄが最下部前側から最下部へと移動する。

図５の状態になったとき、最下部に移動してきた錘移動機構３Ｄと最下部前側に移動してきた錘移動機構３Ｃとの間の連結管８に設けられているバルブ９が閉鎖の状態から開放の状態へと変えられる。なお、錘移動機構３Ｄが最下部前側から最下部へと移動する途中において錘移動機構３Ｄと錘移動機構３Ｃとの間のバルブ９が閉鎖の状態から開放の状態へと変えられるようにしても良い。

また、最上部に移動してきた錘移動機構３Ｈの着脱機構７が連結の状態である場合には、錘移動機構３Ｄと錘移動機構３Ｃとの間のバルブ９が閉鎖の状態から開放の状態へと変えられると同時に若しくはそれよりも早く、連結の状態から解除の状態へと変えられる。

これにより、最下部に移動してきた（若しくは、最下部に移動しながら）錘移動機構３Ｄの気体袋６が水圧によって押し潰されて凋み、当該錘移動機構３Ｄの気体袋６内の気体が連結管８を通って最下部前側に移動してきた錘移動機構３Ｃの気体袋６内へと移動し、当該錘移動機構３Ｃの気体袋６が膨らむ。そして、錘移動機構３Ｄと錘移動機構３Ｃとの間の連結管８に設けられているバルブ９が開放の状態から閉鎖の状態へと変えられる。

最下部に移動してきた錘移動機構３Ｄの気体袋６が水圧によって押し潰されて凋むと、図６に示すように、当該錘移動機構３Ｄの錘４が錘容器５の底板５ａに向かって移動し（即ち、側板１の円形平面の中心である回転軸２に寄り）、これに伴ってワイヤー１０を介して、最上部に移動してきた錘移動機構３Ｈの錘４が錘容器５の開口５ｂに向かって移動する（即ち、側板１の円形平面の中心である回転軸２から離れる）。

また、最下部前側に移動してきた錘移動機構３Ｃの気体袋６が膨らむことによって着脱機構７の第一着脱片７ａと第二着脱片７ｂとが接触し、そして、着脱機構７が連結の状態へと変えられる。

ここで、錘移動機構３の最下部前側から最下部への移動のたびにバルブ９を閉鎖の状態から開放の状態に変更したり、最下部に位置する錘移動機構３の気体袋６内から移動した気体によって最下部前側の錘移動機構３の気体袋６が膨らむたびにバルブ９を開放の状態から閉鎖の状態に変更したりするタイミングは、これら動作を指令するための制御信号がバルブ９に与えられることによって制御される。

また、錘移動機構３が最上部へと移動する前に若しくは移動と同時に当該錘移動機構３の着脱機構７を解除の状態に変更したり、最下部に位置する錘移動機構３の気体袋６内から移動した気体によって最下部前側の錘移動機構３の気体袋６が膨らむたびに当該錘移動機構３の着脱機構７を連結の状態に変更したりするタイミングは、これら動作を指令するための制御信号が着脱機構７に与えられることによって制御される。

具体的には例えば、回転軸２の軸回転を検出するポテンショメータ（具体的にはロータリポテンショメータ）が支持体１５の保持部１５ａに取り付けられ、当該ポテンショメータによって検出される回転軸２の回転量に基づいて各錘移動機構３の位置が特定され、当該各錘移動機構３の位置に応じて各バルブ９や各着脱機構７に対して適当な制御信号が与えられるようにしても良い。

あるいは、錘移動機構３の通過を検知するセンサが支持体１５の適当な箇所に取り付けられ、当該センサによって検知される錘移動機構３の通過に基づいて各錘移動機構３の位置が判定され、当該各錘移動機構３の位置に応じて各バルブ９や各着脱機構７に対して適当な制御信号が与えられるようにしても良い。

上述のように最下部の錘移動機構３Ｄの気体袋６内の気体が最下部前側の錘移動機構３Ｃの気体袋６内へと移動した状態を示す図６は、図４に示す状態と同じである（ただし、各錘移動機構３の位置が前回り、即ち図４における右回りに一つずつずれている）。

そして、図６に示す状態になると、側板１の回転中心に対する複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈの錘４の一群としての重心位置の関係から側板１は前転し、上述の動作が繰り返される。

ここで、錘４の水中重量，気体袋６の容積，並びに気体袋６内に充填される気体の種類及び量、さらに、水中作動機構が設置される水深は、上述の動作を繰り返し行い得るように適宜調整されて設定される。

また、各部の寸法や配置は、相互の大小関係及び高低や前後などの位置関係も含めて、上述の動作を繰り返し行い得るように適宜調整されて設定される。特に、最下部前側と最下部との間において、隣接する錘移動機構３，３の間で水圧によって気体袋６内の気体の移動が行われるためには、これら気体袋６が位置している水深が異なっていることが必要である。この点も含めて、図１乃至図６は、本発明の構成を説明するためのあくまでも概略構造図であり、各部の構造は簡略化してあって厳密な構造を示すものではなく、また、各部の寸法関係や位置関係は厳密なものではない。

なお、上述の説明において、最上部は、図４における符号３Ａの錘移動機構３の位置に厳密に限定されるものではなく、前記符号３Ａの錘移動機構３の位置の近傍を含み、また、最下部は、符号３Ｅの錘移動機構３の位置に厳密に限定されるものではなく、前記符号３Ｅの錘移動機構３の位置の近傍を含む。

以上のように構成された水中作動機構及び発電装置によれば、水中に設置されることによって水の流れや風を必要とすること無く作動したり発電したりすることができるので、設置の要件や設置場所の制限が厳しくなく且つ運用における手間がかからないという点において汎用性の向上を図ることが可能であり、さらに、天候などの自然条件に影響を受けることなく作動したり発電したりすることができるという点において作動や発電の確実性の向上が可能になる。

なお、上述の形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では水中作動機構を備える発電装置として構成されるようにしているが、本発明の水中作動機構の利用・活用の態様は発電装置と組み合わせての利用態様に限定されるものではなく、本発明の水中作動機構は種々の態様で利用・活用され得る。

また、上述の実施形態では離間して平行に対向して配設される一対の側板１，１によって挟まれて各錘移動機構３が支持されるようにしているが、複数の錘移動機構３を支持する仕組み・態様は、これに限られるものではなく、複数の錘移動機構３が円形に並べられて配置されると共にこれら錘移動機構３が公転することによって回転軸２が軸回転し得るものであればどのような仕組み・態様であっても良い。具体的には例えば、回転軸２が固定されて取り付けられた一枚の側板１によって複数の錘移動機構３が支持されるようにしても良いし、あるいは、回転軸２が固定されて取り付けられたハブから放射状に伸びる複数のスポークによって連結管８が支持されると共に当該連結管８に複数の錘移動機構３が支持されるようにしても良い。

また、上述の実施形態では錘４を側板１の円形平面の径方向に往復運動させる錘移動機構３が錘４と錘容器５とをピストンとシリンダーとのように機能させることによって構成されるようにしているが、錘移動機構の仕組み・態様は、これに限られるものではなく、錘４を側板１の円形平面の径方向（言い換えると、錘移動機構３の配置の形状である円形の径方向）に往復運動させ得るものであればどのような仕組み・態様であっても良い。具体的には例えば、直線状のスライドレール（リニアガイドとも呼ばれる）と当該スライドレールと係合して上述の実施形態における錘４の役割を果たすスライダとの組み合わせによって錘移動機構が構成されるようにしても良い。

また、上述の実施形態では円形に並べられている複数の錘移動機構３Ａ乃至３Ｈの一群としての重心（即ち、前記円形の中心）を挟んで向かい合う一対の錘移動機構３，３の錘４，４を連動させる錘連動機構がワイヤー１０とパイプ１１とによって構成されるようにしているが、錘連動機構の仕組み・態様は、これに限られるものではなく、向かい合う一対の錘移動機構３，３の錘４，４の、前記円形の径方向の往復運動を連動させ得る（具体的には、前記錘４，４のうちの下側の錘４の前記円形の中心に向かう移動に合わせて上側の錘４を前記円形の周縁に向けて移動させ得る）ものであればどのような仕組み・態様であっても良い。具体的には例えば、向かい合う一対の錘移動機構３，３の錘４，４同士がこれら錘４，４を連動させる際に変形しない程度の強度を有する棒部材によって連結されるようにしても良い（なお、この場合には、錘４の例えば側周面同士を直線的に棒部材によって直接連結すれば良く、上述の実施形態におけるパイプ１１に相当する部材は不要である）。

本発明の水中作動機構は、あくまで一例として挙げると、上述の実施形態のように発電機と組み合わされることによって発電装置の一部としての利用可能性があり、また、回転軸２の軸回転によって他の機構を作動させるという駆動源としての利用可能性があり、或いは、側板１に装飾が施されたうえで自立して駆動する観賞用のオブジェや広告用の看板などとしての利用可能性がある。

１側板
２回転軸
３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈ）錘移動機構
４錘
５錘容器
５ａ底板
５ｂ開口
６気体袋
７着脱機構
７ａ第一着脱片
７ｂ第二着脱片
８連結管
９バルブ
１０ワイヤー
１１パイプ

かかる目的を達成するため、本発明の水中作動機構は、往復運動する錘と当該錘と反対側の部分が位置固定される気体袋と錘と気体袋との連結とその解除とを切り換え自在の着脱機構とを各々が有すると共に錘の往復運動の方向が径方向にされた上で円形に且つ等間隔に並べられて円形の中心の周りを公転する複数の錘移動機構と、円形の中心を挟んで向かい合う一対の錘移動機構の錘同士を連動させて往復運動をさせる錘連動機構と、隣り合う錘移動機構の気体袋同士を連通させて繋ぐ連結管とを備え、水中に設置されて、円形の最下部の錘移動機構の気体袋が水圧によって凋む際に、当該円形の最下部の錘移動機構の気体袋内の気体が連結管を介して隣の錘移動機構の気体袋へと移動して当該気体袋が膨らむと共に、円形の最下部の錘移動機構の気体袋が凋むことによって着脱機構を介して円形の最下部の錘移動機構の錘が移動して円形の中心に寄り且つ円形の最上部の隣の位置までは円形の中心に寄ったままであると共に錘連動機構を介して円形の最上部の錘移動機構の錘が移動して円形の中心から離れ且つ円形の最下部の隣の位置までは円形の中心から離れたままであり、錘の移動によって複数の錘移動機構の錘の一群としての重心位置が円形の中心からずれて複数の錘移動機構が公転して気体袋が膨らんだ錘移動機構が円形の最下部に移動し、当該円形の最下部に移動してきた錘移動機構の気体袋が水圧によって凋むことになって上述の動作が繰り返されるようにしている。

Claims

往復運動する錘と当該錘と反対側の部分が位置固定される気体袋と前記錘と前記気体袋との連結とその解除とを切り換え自在の着脱機構とを各々が有すると共に前記錘の前記往復運動の方向が径方向にされた上で円形に且つ等間隔に並べられて前記円形の中心の周りを公転する複数の錘移動機構と、前記円形の中心を挟んで向かい合う一対の前記錘移動機構の前記錘同士を連動させて前記往復運動をさせる錘連動機構と、隣り合う前記錘移動機構の前記気体袋同士を連通させて繋ぐ連結管とを備え、水中に設置されて、前記円形の最下部の錘移動機構の前記気体袋が水圧によって凋む際に、当該円形の最下部の錘移動機構の気体袋内の気体が前記連結管を介して隣の錘移動機構の前記気体袋へと移動して当該気体袋が膨らむと共に、前記円形の最下部の錘移動機構の前記気体袋が凋むことによって前記着脱機構を介して前記円形の最下部の錘移動機構の前記錘が移動して前記円形の中心に寄ると共に前記錘連動機構を介して前記円形の最上部の錘移動機構の前記錘が移動して前記円形の中心から離れ、前記錘の移動によって前記複数の錘移動機構の前記錘の一群としての重心位置が前記円形の中心からずれて前記複数の錘移動機構が公転して前記気体袋が膨らんだ前記錘移動機構が前記円形の最下部に移動し、当該円形の最下部に移動してきた錘移動機構の前記気体袋が水圧によって凋むことになって上述の動作が繰り返されることを特徴とする水中作動機構。
請求項１に記載の水中作動機構を備えることを特徴とする発電装置。