JP2013104469A

JP2013104469A - 流体抵抗低減構造及びその構造を用いた顔面又は頭部装着具

Info

Publication number: JP2013104469A
Application number: JP2011247872A
Authority: JP
Inventors: Yoshimichi Hagiwara; 良道萩原; Masahiko Okamoto; 正彦岡本; Yoshihisa Ishiba; 義久石場; Michihiro Shintani; 充弘新谷
Original assignee: Yamamoto Kogaku Co Ltd; Kyoto Institute of Technology NUC
Current assignee: Yamamoto Kogaku Co Ltd; Kyoto Institute of Technology NUC
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: TW201332613A; JP5999469B2; WO2013069585A1

Abstract

【課題】簡単な構造でありながら、流体抵抗低減効果の高い流体抵抗低減構造を提供すると共に、その流体抵抗低減構造を用いた流体抵抗低減効果の高い顔面又は頭部装着具を提供する。
【解決手段】流体抵抗低減構造は、物体の流体接触面１に、相互にｍｍ単位の間隔ｉをあけると共に、ｍｍ単位の複数の凸条２を、流体の流れ方向に角度αを付けて形成したものとしている。顔面又は頭部装着具は、前記流体抵抗低減構造をその流体接触面１に用いたものとしている。
【選択図】図２

Description

この発明は、液体や気体に対する流体抵抗を低減する流体抵抗低減構造、及びその構造を用いたゴーグル、眼鏡、ヘルメット等の顔面又は頭部装着具に関するものである。

従来、液体や気体に対する流体抵抗を低減する流体抵抗低減構造として、例えば図９、１０に示したように、物体の流体接触面１１に相互に間隔をあけて形成されたμｍ単位の複数の凸部１２と、前記凸部１２の上面１３に略平行に形成されたμｍ単位の複数の突条部１４とを備えたものが存在する（特許文献１）。

このように構成した従来の流体抵抗低減構造は、凸部１２の上面１３に形成された突条部１４が、表面流を層流化し液体や空気等の流体の流れを安定化させるとともに、表面流が凸部１２と凸部１２に囲まれて流れることにより層流化され、層流領域、乱流領域のいずれにおいても流体抵抗を低減させることができるとしている。

特開平２０１０−７８４６号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された従来の流体抵抗低減構造は、流体接触面１１に前記μｍ単位の複数の凸部１２を形成し、これら凸部１２の上面１３に略平行にμｍ単位の複数の突条部１４を形成したものとしており、前記凸部１２及び突条部１４が形成される物体としては、船舶、水中ロボット、潜水機、航空機、鉄道車両、自動車等の移動体、プロペラ、風力発電ブレード等の回転体、水着等を挙げることができるとしていることからして、流体接触面が比較的大きい物体においての流体抵抗低減構造であり、その加工が微小で、困難であるという問題点を有していた。

さらに、上記特許文献１に示された従来の流体抵抗低減構造は、流体抵抗低減効果が約１０％（水流速度０. ５ｍ／ｓ）であり、流速が大きくなる（水流速度２ｍ／ｓ）と顕著になるとの記載があるが、未だ流体抵抗低減効果が低く、流体接触表面が小さい物体には非効率であるという問題点を有していた。

そこで、この発明は、上記従来の問題点を解決することをその課題としており、簡単な構造でありながら、流体抵抗低減効果の高い流体抵抗低減構造を提供すると共に、その流体抵抗低減構造を用いた流体抵抗低減効果の高い顔面又は頭部装着具を提供することを目的としてなされたものである。

この発明の流体抵抗低減構造は、物体の流体接触面１に、相互にｍｍ単位の間隔ｉをあけると共に、ｍｍ単位の複数の凸条２を、流体の流れ方向に角度αを付けて形成したものとしている。

さらに、この発明の流体抵抗低減構造は、物体の流体接触面１に、相互にｍｍ単位の間隔ｉをあけると共に、ｍｍ単位の複数の凹条３を、流体の流れ方向に角度αを付けて形成したものとしている。

また、この発明の流体抵抗低減構造は、物体の流体接触面１に、相互にｍｍ単位の間隔ｉをあけると共に、ｍｍ単位の複数の凹凸条４を、流体の流れ方向に角度αを付けて形成したものとしている。

さらにまた、この発明の流体抵抗低減構造は、物体の流体接触面１にｍｍ単位の複数の凹凸条４を、流体の流れ方向に角度αを付けて形成したものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記間隔ｉを０＜ｉ≦２５０ｍｍにしたものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記間隔ｉを０＜ｉ≦２５０ｍｍにし、前記凸条２の高さｈを０＜ｈ≦５ｍｍ、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍにしたものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記間隔ｉを０＜ｉ≦２５０ｍｍにし、前記凹条３の深さｄを０＜ｄ≦５ｍｍ、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍにしたものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記凹凸条４の長さ方向の断面形状を波形状にしたものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記波形状の波長λと振幅ａの関係を、０. ０２０≦ａ／λ≦０. ０５０にしたものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記角度αを、４５〜１３５度の範囲にしたものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記流体接触面１に、親水性又は撥水性を付与したものとしている。

この発明の流体抵抗低減構造において、前記流体接触面１に、親水性及び撥水性を付与したものとしている。

そして、この発明の顔面又は頭部装着具は、前記流体抵抗低減構造を用いたものとしている。

この発明は、以上に述べたように構成されているので、簡単な構造でありながら、流体抵抗低減効果の高い流体抵抗低減構造を提供することができ、流体接触面が小さい物体においても、その流体抵抗低減構造を簡単に実施することができるものとなった。

さらに、この発明は、流体接触面が小さい物体である顔面又は頭部装着具において、その流体抵抗低減構造を簡単に実施することができ、その顔面又は頭部装着具の流体抵抗低減効果も高いものとなった。

この発明の流体抵抗低減構造を用いた顔面又は頭部装着具の一例であるスイミンゴーグルの斜視図である。図１に示すスイミングゴーグルにおけるアイカップの表面の一形態の拡大図である。図１に示すスイミングゴーグルにおけるアイカップの表面の他の形態の拡大図である。図２に示すアイカップの正面図である。図２のＡ_１ −Ａ_１線によるアイカップの一部拡大断面図である。図２のＢ_１ −Ｂ_１線によるアイカップの拡大断面図である。図３のＡ_２ −Ａ_２線によるアイカップの一部拡大断面図である。図３のＢ_２ −Ｂ_２線によるアイカップの拡大断面図である。従来の流体抵抗低減構造の部分拡大斜視図である。従来の流体抵抗低減構造の凸部の拡大斜視図である。

以下、この発明の流体抵抗低減構造及びその構造を用いた顔面又は頭部装着具を実施するための形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

この発明の流体抵抗低減構造は、物体の流体接触面１に、相互にｍｍ単位の間隔ｉをあけると共に、ｍｍ単位の複数の凸条２を、流体の流れ方向に角度αを付けて形成したものとしている。このようにすることにより、この発明では、流体との界面に発生する表面摩擦抵抗を低減することができる。なお、この発明において、前記凸条２に代えて、凹条３又は凹凸条４を形成したものとしてもよい。しかも、凹凸条４にした場合には、間隔ｉをあけなくても実施することができる。

この発明の流体抵抗低減構造は、前記流体接触面１には、流体が水である場合において、水との界面に発生する表面摩擦抵抗をより低減するため、親水性を付与したり、撥水性を付与することができる。前記親水性を付与したり、撥水性を付与するには、親水性と撥水性の一方を前記流体接触面１の全体に付与しても、部分的に付与してもよく、また親水性と撥水性の両方を前記流体接触面１の全体に付与しても、部分的に付与してもよい。

この発明の顔面又は頭部装着具は、前記流体抵抗低減構造を用いたものであり、例えば図示したように、スイミングゴーグルに実施した場合には、そのスイミングゴーグルの流体接触面１に、相互にｍｍ単位の間隔ｉをあけると共に、ｍｍ単位の複数の凸条２、凹条３又は凹凸条４を、流体の流れ方向に角度αを付けて形成したものとしている。

この発明の顔面又は頭部装着具としては、前記スイミングゴーグルの他に、各種のスポーツ時に装着する眼鏡やサングラス、オートバイに乗ったり、スキーをする時に装着するヘルメット、ゴーグル等が挙げられるが、水泳時やオートバイ乗車時などにおいて、プールの水、風雨などの流体が流れている環境で顔面又は頭部に装着する物であればよい。

前記流体接触面１とは、スイミングゴーグルにおいては、図示したように、アイカップＣのレンズ前面１ａ、上面１ｂ、下面１ｃ、外側面１ｄが該当し、眼鏡やサングラスにおいては、レンズ前面、フレームの上面、下面、外側面が該当し、ヘルメットにおいては、シールド前面、ヘルメット上面、ヘルメット両側面が該当する。なお、アイカップＣのレンズ前面１ａ、眼鏡やサングラスのレンズ前面、ヘルメットのシールド前面は、装着者の視界の妨げになるので、前記凸条２、凹条３又は凹凸条４を形成しないものとするのが好ましい。

前記間隔ｉは、０＜ｉ≦２５０ｍｍにすることができ、流体の流れが速くなるにつれて０＜ｉ≦２５０ｍｍの範囲で狭くし、流体の流れが遅くなるにつれて０＜ｉ≦２５０ｍｍの範囲で広くするなどして、流体の速度に応じて抵抗が小さくなるように設定しておくことができる。

前記凸条２は、幅方向の断面形状を半円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形等の各種の形状にすることができ、高さｈを０＜ｈ≦５ｍｍ、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍにすることができ、流体の流れが速くなるにつれて高さｈを０＜ｈ≦５ｍｍで低くし、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍの範囲で狭くし、流体の流れが遅くなるにつれて高さｈを０＜ｈ≦５ｍｍで高くし、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍの範囲で広くするなどして、流体の速度に応じて抵抗が小さくなるように設定しておくことができる。

前記凹条３は、幅方向の断面形状を半円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形等の各種の形状にすることができ、深さｄを０＜ｄ≦５ｍｍ、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍにすることができ、流体の流れが速くなるにつれて深さｄを０＜ｄ≦５ｍｍで浅くし、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍの範囲で狭くし、流体の流れが遅くなるにつれて深さｄを０＜ｄ≦５ｍｍで深くし、幅ｗを０＜ｗ≦２５０ｍｍの範囲で広くするなどして、流体の速度に応じて抵抗が小さくなるように設定しておくことができる。

前記凹凸条４は、幅方向の断面形状、高さｈ、深さｄ、幅ｗを前記凸条２及び凹条３と同様にすることができるが、長さ方向の断面形状を図３、８、９に示したように波形状とすることができる。この場合、前記波形状の波長λと振幅ａの関係を、０. ０２０≦ａ／λ≦０. ０５０になるようにして、流体抵抗を効果的に小さくするように設定しておくことができる。

なお、前記凸条２、凹条３及び凹凸条４をスイミングゴーグルのアイカップＣに形成する場合には、合成樹脂からなるアイカップＣでは、その一体成形時に同時に形成することができるが、顔面又は頭部装着具が合成樹脂で一体成形できないものや、合成樹脂以外からなるものでは、あらかじめ合成樹脂シートに前記凸条２、凹条３及び凹凸条４を形成しておき、この合成樹脂シートをその顔面又は頭部装着具の流体接触面に貼り付けることができる。

前記角度αは、０度を超え１８０度未満、好ましくは４５〜１３５度、より好ましくは９０度にすることができる。なお、スイミングゴーグルを装着して泳ぐ場合の流体の流れ方向は、図示したように、顔を真正面に向けるような泳法のときは、アイカップＣのレンズ前面１ａに略垂直になることが想定できるが、顔を斜め下に向けるような泳法のときは、アイカップＣのレンズ上面１ｂに対して略垂直になることが想定できるので、前記角度αは泳法によって異なったものになるが、何れの場合も４５〜１３５度であれば好ましい。また、眼鏡やサングラスを装着して自転車に乗る場合などの流体の流れ方向は、顔を真正面に向けるような姿勢のときは、眼鏡やサングラスのレンズ前面に対して略垂直になることが想定でき、顔を前傾姿勢にしたときには、眼鏡やサングラスのレンズ前面に対して傾斜することが想定できるので、前記角度αは自転車に乗る姿勢によって異なったものになるが、何れの場合も４５〜１３５度であれば好ましい。さらに、オートバイ用のヘルメットやゴーグルを装着してオートバイを運転する場合の流体の流れ方向も、顔を真正面に向けている姿勢のときは、ヘルメットやゴーグルのシールド前面に対して略垂直になることが想定でき、顔を前傾姿勢にしたときには、ヘルメットやゴーグルのシールド前面に対して傾斜することが想定できるので、前記角度αは運転する姿勢によって異なったものになるが、何れの場合も４５〜１３５度であれば好ましい。

この発明の顔面又は頭部装着具は、前記流体接触面１には、流体がプールの水や雨水のような水である場合において、その水との界面に発生する表面摩擦抵抗をより低減するため、親水性を付与したり、撥水性を付与することができる。親水性を付与したり、撥水性を付与するには、親水性材料や撥水性材料をコーティングすることにより行うが、ナノピン構造にすることもできる。ナノピン構造とは、ナノ構造のピンが多数配列された構造をいい、ダイヤモンド切削加工などで微細凹凸加工を施すことにより得られる。なお、前記親水性や撥水性は、流体接触面１の凸条２と間隔ｉ、凹条３と間隔ｉ、凹凸条４と間隔ｉ、凹凸条４の凹凸のそれぞれの個所に交互に付与したり、これらの個所に何れか一方のみを付与することができる。

次に、この発明の流体抵抗低減構造を、顔面又は頭部装着具の一例であるスイミンゴーグルに用いたときの実施例について詳細に説明する。

（実施例１）
スイミンゴーグル（山本光学株式会社、商品名：スナイパーＳＲ-１０）のアイカップの上面、下面及び外側面に、それぞれ幅方向の断面形状を半円形にした高さ０. ２ｍｍの凸条を０. ４ｍｍ間隔で形成し、前記アイカップの上面では角度αを９０度とし、アイカップの下面では角度αを９０度とし、アイカップの外側面では角度αを９０度とし、流水速度１. ４ｍ／ｓｅｃのときの流体抵抗を測定した。測定結果を表１に示す。

（実施例２）
スイミンゴーグル（山本光学株式会社、商品名：スナイパーＳＲ-１０）のアイカップの上面、下面及び外側面に、それぞれ幅方向の断面形状を半円形にした深さ０. ２ｍｍの凹条を０. ４ｍｍ間隔で形成し、前記アイカップの上面では角度αを９０度とし、アイカップの下面では角度αを９０度とし、アイカップの外側面では角度αを９０度とし、流水速度１. ４ｍ／ｓｅｃのときの流体抵抗を測定した。測定結果を表１に示す。

（実施例３）
スイミンゴーグル（山本光学株式会社、商品名：スナイパーＳＲ-１０）のアイカップの上面、下面及び外側面に、それぞれ幅方向の断面形状を波形にした波長５. ７ｍｍ、振幅０. ２ｍｍの凹凸条を形成し、前記アイカップの上面では角度αを９０度とし、アイカップの下面では角度αを９０度とし、アイカップの外側面では角度αを９０度とし、流水速度１. ４ｍ／ｓｅｃのときの流体抵抗を測定した。測定結果を表１に示す。

（比較例１）
スイミンゴーグル（山本光学株式会社、商品名：スナイパーＳＲ-１０）のアイカップの上面、下面及び外側面に、凸条２、凹条３及び凹凸条４を形成することなく、前記アイカップの上面では角度αを９０度とし、アイカップの下面では角度αを９０度とし、アイカップの外側面では角度αを９０度とし、流水速度１. ４ｍ／ｓｅｃのときの流体抵抗を測定した。測定結果を表１に示す。

表１に示したように、スイミンゴーグルのアイカップにおける流体抵抗低減率は、１５. ４〜４０. ７％となり、流体抵抗低減効果が高いものとなった。

したがって、以上の実施例から、この発明の流体抵抗低減構造は、簡単な構造でありながら、流体抵抗低減効果の高いものとなり、その流体抵抗低減構造を用いた顔面又は頭部装着具は、流体抵抗低減効果が高いものになることが実証された。

１流体接触面
２凸条
３凹条
４凹凸条
α 角度
λ 波長
ａ振幅
ｄ深さ
ｈ高さ
ｉ間隔
ｗ幅

Claims

物体の流体接触面（１）に、相互にｍｍ単位の間隔（ｉ）をあけると共に、ｍｍ単位の複数の凸条（２）を、流体の流れ方向に角度（α）を付けて形成したことを特徴とする流体抵抗低減構造。
物体の流体接触面（１）に、相互にｍｍ単位の間隔（ｉ）をあけると共に、ｍｍ単位の複数の凹条（３）を、流体の流れ方向に角度（α）を付けて形成したことを特徴とする流体抵抗低減構造。
物体の流体接触面（１）に、相互にｍｍ単位の間隔（ｉ）をあけると共に、ｍｍ単位の複数の凹凸条（４）を、流体の流れ方向に角度（α）を付けて形成したことを特徴とする流体抵抗低減構造。
物体の流体接触面（１）にｍｍ単位の複数の凹凸条（４）を、流体の流れ方向に角度（α）を付けて形成したことを特徴とする流体抵抗低減構造。
前記間隔（ｉ）を０＜ｉ≦２５０ｍｍにし、前記凸条（２）の高さ（ｈ）を０＜ｈ≦５ｍｍ、幅（ｗ）を０＜ｗ≦２５０ｍｍにしたことを特徴とする請求項１記載の流体抵抗低減構造。
前記間隔（ｉ）を０＜ｉ≦２５０ｍｍにし、前記凹条（３）の深さ（ｄ）を０＜ｄ≦５ｍｍ、幅（ｗ）を０＜ｗ≦２５０ｍｍにしたことを特徴とする請求項２記載の流体抵抗低減構造。
前記間隔（ｉ）を０＜ｉ≦２５０ｍｍにしたことを特徴とする請求項３記載の流体抵抗低減構造。
前記凹凸条（４）の長さ方向の断面形状を波形状にしたことを特徴とする請求項４記載の流体抵抗低減構造。
前記波形状の波長（λ）と振幅（ａ）の関係を、０. ０２０≦ａ／λ≦０. ０５０にしたことを特徴とする請求項８記載の流体抵抗低減構造。
前記角度（α）を、４５〜１３５度にしたことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の流体抵抗低減構造。
前記流体接触面（１）に、親水性又は撥水性を付与したことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の流体抵抗低減構造。
前記流体接触面（１）に、親水性及び撥水性を付与したことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の流体抵抗低減構造。
請求項１〜１２の何れかの流体抵抗低減構造を用いたことを特徴とする顔面又は頭部装着具。