JP6865120B2 - 風速計 - Google Patents

Description

本発明は、寒冷地、特に、豪雪地域で使用される風速計に関するものである。

風速計の羽に雪が堆積する障害が発生した場合や、風速計から長時間にわたって無風状態信号が出力される場合に、風速計の回転軸を遠隔操作によって回転させて障害の有無を確認する技術が知られている。（特許文献１）

特開２０１５―２１８５７号公報

しかし、特許文献１の技術のように、羽が半球殻の風杯形状に形成されている場合、羽の上部に雪が付着しながら堆積して、堆積した雪を介して羽と回転軸を有する本体が結合して風を受けても羽が回転できなくなるという問題があった。

そこで、本発明の主たる課題は、プレート状の部材を屈曲させて羽を形成し、雪が羽の上部に付着し堆積するのを防止した風速計を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は次のとおりである。
すなわち、請求項１記載の発明は、上下方向に延在する回転軸を備えた本体部と、該回転軸の上部に回転部を固定した風速計において、
前記回転部の外周部に周方向に所定の間隔を隔てて風を受ける羽を設け、前記羽を、プレート状の樹脂を９０度屈曲させて、前記回転部の外周部に固定されるプレート状の内側羽部と、該内側羽部の外周部から風の上流側に向かって屈曲するプレート状の屈曲羽部と、該屈曲羽部の外周部から風の上流側に向かって延在するプレート状の外側羽部で形成し、前記内側羽部の内側上部を径方向に内側に向かって下がり傾斜に形成し、前記外側羽部の外側上部を径方向に外側に向かって４５度よりも急勾配に下がり傾斜に形成し、前記内側羽部の内側下部を径方向に内側に向かって上がり傾斜に形成し、前記外側羽部の外側下部を径方向に外側に向かって４５度よりも急勾配に上がり傾斜に形成したことを特徴とする風速計である。

請求項２記載の発明は、平面視において、前記回転軸の軸心と外側羽部の内周面との間の第１距離を、前記内側羽部の内周面と外側羽部の周方向の端部との間の第２距離よりも長く形成した請求項１記載の風速計である。

請求項３記載の発明は、前記羽をプレート状のポリカーボネイト樹脂で形成した請求項１又は２記載の風速計である。

請求項１記載の発明によれば、回転部の外周部に周方向に所定の間隔を隔てて風を受ける羽を設け、羽を、回転部の外周部に固定されるプレート状の内側羽部と、該内側羽部の外周部から風の上流側に向かって屈曲するプレート状の屈曲羽部と、該屈曲羽部の外周部から風の上流側に向かって延在するプレート状の外側羽部で形成し、屈曲羽部の屈曲角度を略９０度に形成したので、無風状態時に雪が羽の上部に付着するのを抑制することができる。また、羽の剛性が高く羽の変形を防止することができる。内側羽部と外側羽部の上部に降雪された雪をより効率良く下方に落下させることができる。また、内側羽部と外側羽部の下側に大きな空間を形成して、特に、内側羽部が、本体部の下部に堆積した雪に衝突するのを防止することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明による効果に加えて、平面視において、回転軸の軸心と外側羽部の内周面との間の第１距離を、内側羽部の内周面と外側羽部の周方向の端部との間の第２距離よりも長く形成したので、微風時においても微風を受けて羽を回転させることができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明による効果に加えて、羽をプレート状のポリカーボネイト樹脂で形成したので、対候性に優れ羽の交換頻度を少なくすることができる。

風速計の正面図である。 回転部を破線で表示した本体の縦断面図である。 回転部の正面図である 回転部の斜視図である。 回転部を所定の角度回転させた（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 回転部の説明図である。 風速計の羽に付着した氷の状態を示す写真である。

図１に示すように、本実施形態の風速計は、風を受けて回転する回転部２と、回転部２を回転自在に支持する本体部１から構成されている。

図２に示すように、本体部１は、側面視において、略ビール瓶形状に形成された枠体１０と、枠体１０の中心部に回転自在に支持された上下方向に延在する回転軸１５と、回転軸１５の回転数を計測するセンサ等からなる測定装置１７から構成されている。

枠体１０の上側部１１は、上側に向かうほど狭窄した略円錐形状に形成され、枠体１０の下側部１２は、略円筒形状に形成されている。これにより、枠体１０の上側部１１に雪が堆積するのを抑制することができる。また、枠体１０の底部１３には、風速計を取付ける取付金具３５の上部に形成されたフランジ部３５Ａをボルト等の締結手段により取付ける複数のボルト孔１３Ａが形成されている。なお、取付金具３５の連結部３５Ｂの外径は、枠体１０の外径よりも細径に形成され、連結部３５Ｂの長さ等は、使用環境に応じて任意に形成することができる。これにより、取付金具３５に雪が堆積するのを防止し、枠体１０への雪の成長を抑制することができる。

回転軸１５における上側部１１に形成された開口部１１Ａよりも上側に延在した部位には、外周面から径方向に突出し上下方向に延在する凸部１５Ａが設けられている。なお、凸部１５Ａは、回転部２の中心体２０の内周部に形成された凹部２０Ａと係合する。これにより、回転部２の回転を回転軸１５に確実に伝動することができる。

回転軸１５における上側部１１の開口部１１Ａの下側に近接する部位は、ボールベアリング１１Ｂを介して上側部１１の径方向の内側に向かって延在するステー１１Ｃに回転自在に固定され、回転軸１５の下部は、ボールベアリング１２Ｂを介して下側部１２の径方向の内側に向かって延在する下側ステー１２Ｄに回転自在に固定されている。また、測定装置１７は、下側部１２の径方向の内側に向かって延在する上側ステー１２Ｃに固定されている。なお、測定装置１７で計測された回転数は、外部に設けられたコントローラに無線又は有線によって送信される。

図３〜５に示すように、回転部２は、円筒形状に形成された中心体２０と、中心体２０に支持部材２２を介して固定された羽２５から構成されている。また、中心体２０の上側には、回転部２が回転軸１５から脱落を防止するために、中心体２０を上側から下側に押付ける略円錐形状に形成された押付部材３０が設けられている。

中心体２０の内周部には、回転軸１５の凸部１５Ａと係合する内周面から径方向の外側に切欠かれ下端から上端まで延在する凹部２０Ａが形成されている。これにより、回転部２の中心体２０を回転軸１５に容易に固定でき、中心体２０の回転を回転軸１５に確実に伝動することができる。

中心体２０の外周部には、周方向に１２０度ずつ隔てて羽２５を固定する３個の支持部材２２が設けられている。また、各支持部材２２は、一対の中心体２０の外周部の上部に設けられた上側支持部材２３と、中心体２０の外周部の下部に設けられた下側支持部材２４から形成されている。これにより、羽２５が所定以上の強風を受けた場合に、中心体２０の外周部と、上側支持部材２３と、下側支持部材２４の間に形成された空間から強風の一部を逃がすことによって羽２５の変形等を防止することができる。

上側支持部材２３は、中心体２０の外周部から回転方向に向けて延在する内側延在部２３Ａと、内側延在部２３Ａの外周部から回転方向に向けてさらに延在する外側延在部２３Ｂから形成されている。なお、外側延在部２３Ｂの回転方向に向かう傾斜角度は、内側延在部２３Ａの回転方向に向かう傾斜角度よりも大きく設定されている。

また、下側支持部材２４は、中心体２０の外周部から回転方向に向けて延在する内側延在部２４Ａと、内側延在部２４Ａの外周部から回転方向に向けてさらに延在する外側延在部２４Ｂから形成されている。なお、外側延在部２４Ｂの回転方向に向かう傾斜角度は、内側延在部２４Ａの回転方向に向かう傾斜角度よりも大きな角度に設定されている。これにより、羽２５が所定以上の強風を受けた場合においても、上側支持部材２３と下側支持部材２４に加わる外力を分散させて上側支持部材２３と下側支持部材２４の変形を防止することができる。

羽２５は、プレート状の親水性と耐候性に優れるポリカーボネイト樹脂やカーボン樹脂等を略９０度屈曲して形成されている。これにより、平面視において、羽２５の上端部（無風時に、雪が最も多く付着して堆積する部位）の面積を狭くして羽２５の上端部に雪が堆積するのを防止することができる。

羽２５は、中心体２０の支持部材２２に着脱自在に固定される取付羽部２６と、取付羽部２６の外周部から径方向に延在する内側羽部２７と、内側羽部２７の外周部で反回転方向に向けて略９０度屈曲する屈曲羽部２８と、屈曲羽部２８の外周部から反回転方向に延在する外側羽部２９から形成されている。なお、取付羽部２６を設けずに内側羽部２７を支持部材２２に着脱自在に固定することもできる。

側面視において、取付羽部２６は、上下方向に長辺を有する略長方形形状に形成され、内側羽部２７は、上下方向に上辺と下辺を有する略台形形状に形成され、屈曲羽部２８は、上下方向に長辺を有する略長方形形状に形成され、外側羽部２９は、上下方向に上辺と下辺を有する略台形形状に形成されている。

内側羽部２７の上側上辺は、取付羽部２６の外周部の上端部から上側に向かって延在し、内側羽部２７の上側斜辺は、内側羽部２７の上側端部から径方向の内側に位置する上側上辺の上側端部に向かって下がり傾斜に形成されている。なお、下がり傾斜角度θ１は、４５度よりも急勾配である６０度に形成されている。これにより、内側羽部２７の上側斜辺に付着した雪を効率良く落下させて、内側羽部２７の上側斜辺に雪が堆積するのを防止することができる。

内側羽部２７の下側上辺は、取付羽部２６の外周部の下端部から下側に向かって延在し、内側羽部２７の下側斜辺は、内側羽部２７の下側端部から径方向の内側に位置する下側上辺の下側端部に向かって上がり傾斜に形成されている。なお、上がり傾斜角度θ２は、４５度よりも急勾配である６０度に形成されている。これにより、内側羽部２７の下側に大きな空間を形成して内側羽部２７と枠体１０の下側部１２に堆積した雪に衝突するのを回避することができる。

外側羽部２９の上側斜辺は、屈曲羽部２８の外周部の上端部から径方向の外側下方に向かって下がり傾斜に形成されている。なお、下がり傾斜角度θ３は、４５度よりも急勾配である６０度に形成されている。これにより、外側羽部２９の上側斜辺に付着した雪を効率良く落下させて、外側羽部２９の上側斜辺に雪が堆積するのを防止することができる。

外側羽部２９の下側斜辺は、屈曲羽部２８の外周部の下端部から径方向の外側上方に向かって上がり傾斜に形成されている。なお、上がり傾斜角度θ４は、４５度よりも急勾配である６０度に形成されている。これにより、屈曲羽部２８を中心として外側羽部２９と内側羽部２７を略同一形状に形成し、羽２５の剛性を高めて、羽２５の変形を防止するとこができる。

図６に示すように、回転軸１５の中心から羽２５の外側羽部２９の内周面の第１距離Ｌ１は、羽２５の内側羽部２７の内周面から外側羽部２９の周方向の端部の第２距離Ｌ２よりも長く形成されている。これにより、微風の状態においても羽２５が微風を受けて効率良く回転することができる。

なお、本実施形態の風速計の高さは、４００ｍｍであり、羽２５の取付羽部２６の上下方向の幅は、８０ｍｍであり、羽の内側羽部２７と、屈曲羽部２８と、外側羽部２９の上下方向の幅は、それぞれ２６０ｍｍであり、屈曲羽部２８の屈曲半径は、３０ｍｍである。なお、取付羽部２６は、内側羽部２７の上下方向の幅の中心に形成されている。

（評価試験）
次に、本実施形態の風速計の評価試験結果について説明する。本実施形態の風速計（以下、実施例１という。）と、プロペラ形状の羽を備えた風速計（以下、比較例１という。）と、風杯形状の羽を備えた風速計（以下、比較例２という。）を恒温槽内に設置して比較評価を行った。

恒温槽の層内の温度は、２０℃から-２５℃に−５℃／１５分で降温し、その後に、−２５℃から２０℃に５℃／１５分で昇温させた。

風は、風速を２．０ｍ／ｓの設定し、風向を実施例１の羽と、比較例１の羽と、比較例２の羽に垂直に当たるように設定した。

実施例１の羽と、比較例１の羽と、比較例２の羽の表面に付着した氷の付着量をビデオ撮影を行いながら目視判定し、氷の付着量が無い場合には、「無」と判定し、氷の付着量が少量（氷が点在する状態）の場合には、「少量」と判定し、氷の付着量が多量（氷が面上に付着した状態）の場合には、「多量」と判定した。

実施例１の羽と、比較例１の羽と、比較例２の羽の回転を、回転軸の回転数を計測する測定装置の出力信号の有無で判定し、羽が回転して計測装置の出力信号が出力されている場合には、「有」と判定し、羽が回転と停止を繰返して計測装置の出力信号が出力されたり出力されない場合を繰返す場合には、「有／無」と判定し、羽が停止して計測装置の出力信号が出力されない場合には、「無」と判定した。

評価試験結果を表１と図７に示す。図７の（ａ）は比較例１、（ｂ）は実施例、（ｃ）は比較例２の羽に付着した氷の状態を撮影したものである。

実施例１では、降温時の温度が−５℃から−２５℃と昇温時の温度が−２５℃から０℃において、羽の表面に氷の少量の付着が観察された。また、降温時の温度が−５℃から−２５℃と昇温時の温度が−２５℃から０℃において、羽の回転は維持されていることが判った。

比較例１では、降温時の温度が−５℃から−１０℃と昇温時の温度が−５℃から０℃において、羽の表面に氷の少量の付着があり、降温時の温度が−１５℃から−２５℃と昇温時の温度が−２５℃から−１０℃において、羽の表面に氷の多量の付着が観察された。また、降温時の温度が−５℃から−２０℃と昇温時の温度が−１０℃から０℃においては、羽の回転は維持されているが、昇温時の温度が−２５℃から−２０℃において、羽の回転は停止し、昇温時の温度が−１５℃においては、羽は回転と停止を繰返していることが判った。なお、降温時の温度が−２０℃から−２５℃においては、羽の回転は維持し、昇温時の温度が−２５℃から−２０℃において、羽の回転は停止したのは、氷の付着が温度の降温よりも遅れて発生するためと考えられる。

比較例２では、降温時の温度が−５℃から−１５℃と昇温時の温度が−１０℃から０℃において、羽の表面に氷の少量の付着があり、降温時の温度が−２０℃から−２５℃と昇温時の温度が−２５℃から−１５℃において、羽の表面に氷の多量の付着が観察された。また、降温時の温度が−５℃から−２５℃と昇温時の温度が−１５℃から０℃においては、羽の回転は維持されているが、昇温時の温度が−２０℃において、羽の回転は停止していることが判った。なお、降温時の温度が−２５℃においては、羽の回転は維持し、昇温時の温度が−２０℃において、羽の回転は停止したのは、氷の付着が温度の降温よりも遅れて発生するためと考えられる。

寒冷地、特に、豪雪地帯に設置される風速計として利用することができる。

１ 本体部
２ 回転部
１５ 回転軸
２５ 羽
２７ 内側羽部
２８ 屈曲羽部
２９ 外側羽部
Ｌ１ 第１距離
Ｌ２ 第２距離
θ１ 下がり傾斜角度
θ２ 上がり傾斜角度
θ３ 下がり傾斜角度
θ４ 上がり傾斜角度

Claims (3)

1. 上下方向に延在する回転軸を備えた本体部と、該回転軸の上部に回転部を固定した風速計において、
   前記回転部の外周部に周方向に所定の間隔を隔てて風を受ける羽を設け、
   前記羽を、プレート状の樹脂を９０度屈曲させて、前記回転部の外周部に固定されるプレート状の内側羽部と、該内側羽部の外周部から風の上流側に向かって屈曲するプレート状の屈曲羽部と、該屈曲羽部の外周部から風の上流側に向かって延在するプレート状の外側羽部で形成し、
   前記内側羽部の内側上部を径方向に内側に向かって下がり傾斜に形成し、前記外側羽部の外側上部を径方向に外側に向かって４５度よりも急勾配に下がり傾斜に形成し、
   前記内側羽部の内側下部を径方向に内側に向かって上がり傾斜に形成し、前記外側羽部の外側下部を径方向に外側に向かって４５度よりも急勾配に上がり傾斜に形成したことを特徴とする風速計。
2. 平面視において、前記回転軸の軸心と外側羽部の内周面との間の第１距離を、前記内側羽部の内周面と外側羽部の周方向の端部との間の第２距離よりも長く形成した請求項１記載の風速計。
3. 前記羽をプレート状のポリカーボネイト樹脂で形成した請求項１又は２記載の風速計。

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