JP2006037310A - 流体抵抗減少衣服 - Google Patents

Abstract

【課題】流体抵抗減少のために、整流を可能とすると同時に突起による乱流発生をも阻止乃至抑止、抑制可能な水着等を提供する。
【解決手段】伸縮性を有する繊維生地材料より成る水着等衣服の表面略全体に亘って、離間並列した多数の単位小突状群から成る突状構造整流域を、着用時流体の流れ方向に構成し、また単位小突状群は、ランダムに配設した複数の微小突状より成る。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、水や空気の整流を可能とするのみならず、整流のために設ける突起による乱流発生をも抑止可能な水着その他の流体抵抗減少衣服に関するものである。

凡そ空気や水のような流体中における物体の表面には、流体が有する粘性のため該流体が付着した層が生じ、この層は物体の表面に沿って最後まで付着していることが出来ず物体の表面からある位置で必ず剥離し（剥離点位置）、結果その下流の物体の影になる部分に圧力の低い部分（低圧部）を生じさせ、この低圧部に向かって流体が流れるため、これが渦となり、結果徐々に大きくなる渦のある乱れた流れ（大きな乱流渦）が後方に発生することが広く知られている。図４ａ，ｂは、その理論を模式的に示すもので、Ｒは推力に対し逆向きの乱流渦域、ｌ、ｌ・・・は低圧部、Ｐは剥離点であり、又、Ｚは境界層であって、乱流渦の域Ｒとその外側に位置する層流Ｑとの間に生じている。
この大きな乱流渦は推進方向逆向きの渦となって表れるため、流体中の物体、例えば人体を後方に引っ張り、推力に逆行する力を生じさせるため、人体等の推力に対しては大きな抵抗となり、近時の例えば０．０１秒を争うハイレベルな競泳種目などに於いては極めて大きな問題となっている。

そこで該抵抗を減少させるべく、例えば該剥離点を積極的に後方にずらす（通常の８０度から、１１０乃至１３０度にまで、図５ａ及び図５ｂ参照）という技術が旧くから存するし、その他にも、近時に於いては該大きな乱流渦を積極的にコントロールし整流させる、という新しい考え方も生じてきている。
例えば特許第２５１４１２０号は、ドット列を体長方向に配設し、流体を整え（本明細書で言えば図１ａ，１ｂの矢符方向へ）上記大きな乱流渦の発生による抵抗を抑止、減少させる試みもなされ、それはそれで画期的な効果を発揮しており評価は高い。
特許第３５３７９３３号公報

しかし乍ら、上記整流という見地からだけでは、他面、その目的のために設けたドットそのものが、大きな乱流渦を生じさせてしまうことに結びつくことも否めない。

本発明は、上記従来の整流目的でのドットの配設に更なる改良を加え、整流のみならず、該ドット自体の存在により生じる乱流発生、の抑止をも可能とする極めて画期的な効果を生じさせうる水着その他としてあらわれる流体抵抗減少衣服の実現を可能とするものである。

そのための構成としては、
伸縮性を有する繊維生地材料より成る水着等衣服の表面略全体に亘って、離間並列した多数の単位小突状群から成る突状構造整流域を、着用時流体の流れ方向に構成し、また、該単位小突状群は、ランダムに配設した微小突状より成っていること、を要旨としている。

更に、単位小突状群が、体長方向細長乃至縦長状の略ダイヤ形状、楕円形状乃至菱形状を呈していること、微小突状の高さが５ミクロン〜１００ミクロン、及び／又は幅が５ミクロン〜１００ミクロン、及び／又は長さ乃至奥行が５ミクロン〜１００ミクロンであること、単位小突状群の離間並列間隔が１ｍｍ〜１０ｍｍであること、単位小突状群同士の間隔が５ｍｍ〜２０ｍｍであること、単位小突状群を構成するランダムな微小突状が各々略５個〜５０個であること、も好もしい構成としている。

尚、単位小突状群自体の高さは、５ミクロン〜２００ミクロン、及び／又は幅が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、及び／又は長さ乃至奥行が３ｍｍ〜１０ｍｍであることも好もしい構成である。

また、単位小突状群の離間並列間隔、更には単位小突状群同士の間隔は必ずしも均一でなくともよい。

尚、前記単位小突状群及び／又は微小突状が、バインダーを介して衣服表面に固着配設されていること、あるいは単位小突状群及び／又は微小突状が、バインダーを介さず直接衣服表面に固着配設されていること、も共に可能であるし、また前記固着配設手段はプリント、接着、貼着、溶着等適宜手段によることが可能である。

更には前記単位小突状群及び／又は微小突状に代えて単位小凹状群及び／又は微小凹状とすることも可能である。

又、単位小突状群及びこれを構成している微小突状の高さ、及び／又は幅、及び長さ乃至奥行は必ずしも均一でなくともよい。

本発明による流体抵抗減少の結果は、表に示されているように従来の抵抗減少水着に比してマイナス略２．５８％前後として顕著に表されており、例えば１００分の１秒を競う水泳種目に於いては極めて大きな結果として具現化されることは明らかである。
尚、生地の伸縮度は、突状の生地接触面が極めて小さいため、従来の例えば比較的大きなシリコンドットを配設した場合に比して７０％〜８０％向上する結果となっていることも付言しておく。
更には、本発明によれば、目視しても、又手触り感としても、衣服表面には何の凹凸感もあるいはザラつき感もなく、完璧に平滑なイメージの衣服が実現したことも大きな効果と言える。

本発明に係る流体抵抗減少衣服は、伸縮性を有する繊維生地材料より成る水着等衣服の表面略全体に亘って、離間並列した多数の単位小突状群から成る突状構造整流域を、着用時流体の流れ方向に構成し、また、該単位小突状群は、ランダムに配設した微小突状より成ること、をその最良の形態としている。

また、前記単位小突状群が、体長方向細長乃至縦長状の略ダイヤ形状、楕円形状乃至菱形状を呈していること、前記微小突状の高さが５ミクロン〜１００ミクロン、及び／又は幅が５ミクロン〜１００ミクロン、及び／又は奥行が５ミクロン〜１００ミクロンであること、単位小突状群の離間並列間隔が１ｍｍ〜１０ｍｍであること、単位小突状群同士の間隔が５ｍｍ〜２０ｍｍであること、単位小突状群を構成するランダムな微小突状が各々略５個〜５０個であること、も好もしい特徴である。

更には、単位小突状群の高さが５ミクロン〜２００ミクロン、及び／又は幅が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、及び／又は長さ乃至奥行が３ｍｍ〜１０ｍｍであることも好もしい。

尚、前記単位小突状群及び／又は微小突状が、バインダーを介して衣服表面に固着配設されていること、あるいは単位小突状群及び／又は微小突状が、バインダーを介さず、直接衣服表面に固着配設されていること、も可能であるし、また前記固着配設はプリント、接着、貼着、溶着等適宜手段によることが可能である。

尚、単位小突状群及びこれを構成する微小突状の高さ、及び／又は幅、及び／又は長さ乃至奥行は均一であることを必ずしも要件とはしない。

又、単位小突状群の離間並列間隔、単位小突状群同士の間隔が均一であることも必須要件ではない。

更には前記単位小突状群及び／又は微小突状に代えて単位小凹状群及び／又は微小凹状とすること、も可能である。

尚、前述のように、単位小突状群は、水着等衣服の表面略全体に亘り形成配列されるが、特定競技種目によって、あるいは特定競技者によっては、特定部位には敢えて構成しない、という選択の自由度があることも付け加えておく。

次には、本明細書中の用語等につき若干の説明乃至定義を以下に記したい。
[衣服]
本発明に於いて、衣服、とは、空気又は水即ち流体との抵抗を有する水着、又はスケートスーツ、自転車スーツなど、充分な伸縮性を有する合成繊維素材などよりなるウェアー全般を云う。一般的には、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリプロピレン系などの合成繊維マルチフィラメント系とポリウレタン弾性系の交編による編物などから成っている。

[微小突状及び単位小突状群]
本発明の単位小突状群とは、幅（略球形状等の場合には直径と言い換えてよい）５ミクロン〜１００ミクロン及び／又は、高さ５ミクロン〜１００ミクロンの球形状、円錐形状など、又は、更に長さ乃至奥行５ミクロン〜１００ミクロンの箱状、台形状、その他、これらに近似する数値の、あらゆる形状を呈する微小突状、をランダムに配設してなる単位群を云い、又、該単位小突状群は、略高さ５ミクロン〜２００ミクロン、及び／又は幅０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、及び／又は長さ乃至奥行３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の、体長方向に細長乃至縦長状の略ダイヤ形状、楕円形状又は菱形状を呈することも好もしい。

[抵抗減少]
図３に示すように、従来のミリ単位を有する高さ、幅等の、比較的大きなドットＤの場合は、大きな乱流が発生し、また大きな逆向きの渦も発生することとなり、その上この乱流層Ｌは、徐々に後方に向け大きくなる。そして次に位置する大きなドットＤに衝突し発生する該ドットＤ自体の存在による更に別の大きな乱流、大きな逆向きの渦、と併さることで一層増幅されることとなり、かくして次々と際限なく拡大されてゆき大きな抵抗となる（図３ａ−平面視、図３ｂ−断面視）。これに対して、本発明のミクロン単位の微小ドットｄを採択すれば、同図に示すように、そもそも乱流発生自体が極めて小さく、又、逆向きの渦も又極めて小さくなる、換言すれば乱流層Ｌ自体が極めて狭く（図３ｃ、平面視）、又、薄く（図３ｄ、断面視）、しかも次に位置する（極めて近傍に位置する）次の微小ドットｄも極小のため（高さ、幅等の何れも）、発生した逆向きの渦が大きく従来のように増幅され拡大されてゆくことはなく最後までこれが繰り返され、結果連続した狭く薄い乱流層Ｌとなるに過ぎない。
従って、当然乍ら、乱流発生による流体抵抗は著しく減少されることが理論上も明らかである。

即ち、増幅される以前に、次に位置する微小ドットｄとの間隔が小さいため、渦が大きくなる以前に、次の微小ドットｄに衝突してしまうので、増幅される余地がない。

別の表現をもってするなら、多数の微小突起乃至微小ドットｄを小間隔をもって配設してゆくことにより、乱流層Ｌは、小突起乃至微小ドットｄ表面に出現し、該乱流層Ｌと、その外側に位置する層流Ｑとの間に境界層Ｚが生じ、該境界層Ｚは流体と物体の間に存在することで摩擦抵抗は低くなり低抵抗となる、と理論付けしうる。

[微小突状の素材]
単位小突状群を構成する微小突状は、例えば、所謂ビーズなどセラミック、ガラス、プラスチック等非金属の絶縁物、シリコンゴム等の伸縮性を有する合成樹脂、あるいはアルミ、チタン等の金属など、種類を特には問わない。
尚、金属を選択する場合は、皮膚障害の原因となりうることを避けるため、合成樹脂等をバインダーとして配設することが必要に応じて選ばれるが、必ずしも条件ではない。

[微小突状の凹凸]
微細形状であることによる流体中の物体形状後方の乱流渦の抑制、コントロールという本発明の特徴的見地から言って、単位小突状群及びそれを形成する微小突状部は必ずしも凸形状である必要はなく、逆に凹状であっても、乱流が減少することは理論上同一視しうるので、該微細突状部は、逆に、必要に応じ凹状に変更し採択しうる。
尚、該凹状は、通常のエンボス加工等により自由に形成されうる。
又、該微細凸状と同凹状とを一つの衣服表面に混在させ形成することも可能である。

[配設手法]
単位小突状群を構成する微小突状は、従来工法によるプリント、貼着、接着等適宜手段により衣服表面に固着されればよく、何れの手法によるかは、該微小突状の素材により適宜選択されうる。
例えばビーズの場合には、以下に述べる実施例のように、合成樹脂、例えばアクリル系やウレタン系をバインダーとして、また、シリコン等合成樹脂の場合にはバインダーを介さず直接接着により、衣服表面に強固に付着されればよい、など適宜手段が選択採用されうる。

[表の説明]
表は、本発明により大きく抵抗減少となったことを顕著に示している詳細な実験データを示すものである。

直径略２０ミクロンの微小突状Ａ，Ａ・・・（微小略球形状）を呈するビーズ１ａ，１ａ・・・を、ウレタン系合成樹脂バインダーＢを介してポリエステル、ポリウレタン交編生地水着Ｓの表面略全体に、各々１０個より成る、ランダムにプリント加工にて配設した、体長方向縦長の略ダイヤ乃至楕円形状単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・（幅ｗ２ｍｍ、長さ乃至奥行ｄ１．５ｍｍ、高さｈ略４０ミクロン）、を体長方向にピッチＰ１を５ｍｍ、ピッチＰ２を１８ｍｍ、として図１ａのように形成した。
即ち、微小突状Ａ，Ａ・・・（１ａ，１ａ・・・）はランダムに、またこれらの集合体たる単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・は一定のオーダーに、形成されていることとなる。
尚、図１ｂは単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・の一部を断面的に拡大した状態を示す模式図であるが説明上誇張して描いてある。
図１ｃは、単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・のうちの任意の一つを平面的に拡大した模式図、図１ｄは同断面的拡大模式図である。
また、プリント加工は、従来より広く行われている、アクリル系やウレタン系などを適宜バインダーとする、ローラー材、オートスクリーン材、ハンドスクリーン材などを用いることにより塗布加工する、という一般的在来手法中より適宜選択採用することでよい。

かく構成した結果、泳時流体はピッチＰ１間を常に整流される（矢符方向）こととなり、のみならず、該整流効果を発揮させるために設けた単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・を形成する複数の微小突状Ａ，Ａ・・・の存在により生じる乱流渦もその発生を著しく抑制されることとなったため、結果流体抵抗は大幅に減少した。

尚、水着全体の伸縮度は若干劣るものの、本例のピッチＰ２を、仮に数値ゼロとしたとしても、それなりの流体抵抗減少効果は生じる。従ってピッチＰ２の数値は任意に選択変更しうる。

幅略１０ミクロン、高さ略２０ミクロン、の微小突状Ａ，Ａ・・・（微小円錐状）を呈するシリコン樹脂１ｂ，１ｂ・・・を、ポリエステル、ポリウレタンの交編生地水着Ｓの表面略全体に、各々１０個より成る、バインダーを介することなくランダムに直接貼着配設して成る体長方向縦長の略ダイヤ乃至楕円形状を呈する単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・を、体長方向にピッチＰ１を５ｍｍ、ピッチＰ２を１８ｍｍとして、図２ａのように形成した。
尚、図中の略ダイヤ乃至楕円形状を呈する点線は説明の便を図るため単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・の域をイメージ的に示すだけのものであり、実際上目視されることはない。

又、図２ｂは、実施例１同様に説明上誇張した一部拡大断面的模式図である。
かく構成した結果、泳時流体はピッチＰ１間を常に整流される（矢符方向）こととなり、のみならず、該整流効果を発揮させるための単位小突状群Ｘ，Ｘ・・・を形成する複数の微小突状Ａ，Ａ・・・の存在により生じる乱流渦もその発生を著しく抑制されることとなったので、結果流体抵抗は大幅に減少したことは実施例１と同様である。

本発明によれば、抵抗減少のための整流に加え、突起そのものによる乱流発生も抑制可能とするため、水着に限らず、スケートスーツなど広く流体との抵抗が問題となる衣服全般に適用されうるので、その産業上の利用可能性は極めて大きい。のみならず、表面のザラつき感もなく、滑らかな手触りも得られるためデザイン的見地からも広く応用が可能である。

本発明の第１実施例中、整流域を備えた単位小突状群（バインダーを介する）の配列を示す平面的模式図である。 本発明の第一実施例中、単位小突状群の一部断面的拡大模式図である。 本発明の第一実施例中、単位小突状群中任意の一つの平面的拡大模式図である。 本発明の第一実施例中、単位小突状群中任意の一つの断面的拡大模式図である。 本発明の第二実施例中、整流域を備えた単位小突状群（バインダーを介しない）の配列を示す平面的模式図である。 本発明の第二実施例中、単位小突状群の一部断面的拡大模式図である。 従来ドット（大）の場合の乱流渦を平面視した模式図である。 従来ドット（大）の場合の乱流渦を断面視した模式図である。 本発明ドット（微小）の場合の乱流渦を平面視した模式図である。 本発明ドット（微小）の場合の乱流渦を断面視した模式図である。 乱流渦を平面視した模式図である。 乱流渦を断面視した模式図である。 突起物のない場合の剥離点の状態を示す模式図である。 突起物を設け剥離点を後方へずらした状態を示す模式図である。

符号の説明

Ｓ 水着
Ｄ ドット乃至突起（大）
ｄ，ｄ・・・ ドット乃至突起（微小）
Ｌ 乱流層
Ｑ 層流
Ｚ 境界層
ｌ，ｌ・・・ 低圧部
Ｘ，Ｘ・・・ 単位小突状群
Ａ（１ａ，１ｂ，１ｃ），Ａ（１ａ，１ｂ，１ｃ）・・・ 微小突状
Ｐ１ ピッチ（単位小突状群の離間並列間隔）
Ｐ２ ピッチ（単位小突状群同士の間隔）
１ａ，１ａ・・・ ビーズ
１ｂ，１ｂ・・・ シリコン樹脂
１ｃ，１ｃ・・・ シリコン樹脂
ｗ 幅
ｄ 長さ乃至奥行
ｈ 高さ
Ｒ 乱流渦の域
Ｐ 剥離点

Claims (14)

1. 伸縮性を有する繊維生地材料より成る水着等衣服の表面略全体に亘って、
   離間並列した多数の単位小突状群から成る突状構造整流域を、着用時流体の流れ方向に構成し、
   また、該単位小突状群は、ランダムに配設した複数の微小突状より成ること、
   を特徴とする流体抵抗減少衣服。
2. 前記単位小突状群が、体長方向細長乃至縦長状の略ダイヤ形状、楕円形状乃至菱形状を呈していること、
   を特徴とする請求項１記載の流体抵抗減少衣服。
3. 前記単位小突状群を構成する前記微小突状の高さが２ミクロン〜２００ミクロン、及び／又は幅が５ミクロン〜１００ミクロン、及び／又は長さ乃至奥行が５ミクロン〜１００ミクロンの範囲内であること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
4. 前記単位小突状群の高さが２ミクロン〜２００ミクロン、及び／又は幅が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、及び／又は長さ乃至奥行が３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
5. 前記単位小突状群の離間並列間隔が１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であること、
   を特徴とする請求項１、請求項３、請求項４の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
6. 前記単位小突状群同士の間隔が５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であること、
   を特徴とする請求項１、請求項３乃至請求項５の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
7. 前記単位小突状群の離間並列間隔が均一でないこと、
   を特徴とする請求項５記載の流体抵抗減少衣服。
8. 前記単位小突状群同士の間隔が均一でないこと、
   を特徴とする請求項６記載の流体抵抗減少衣服。
9. 前記単位小突状群を構成する微小突状が各々略５個〜７０個の範囲内であること、
   を特徴とする請求項１又は請求項３の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
10. 前記単位小突状群及び／又は微小突状が、バインダーを介して衣服表面に固着配設されていること、
    を特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
11. 前記単位小突状群及び／又は微小突状が、バインダーを介さず直接衣服表面に固着配設されていること、
    を特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
12. 前記固着配設手段がプリント、接着、貼着、溶着等適宜手段によること、
    を特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の流体抵抗減少衣服。
13. 前記単位小突状群及びこれを構成する微小突状の高さ及び／又は幅及び／又は長さ乃至奥行が均一でないこと、
    を特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。
14. 前記単位小突状群及び／又は微小突状に代えて単位小凹状群及び／又は微小凹状としたこと、
    を特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の流体抵抗減少衣服。

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