JP4908068B2 - 空気砲 - Google Patents

Description

この発明は空気砲に関し、特にたとえば、自動車などの運転者に空気のかたまりを当てて居眠りから覚醒させる用途などに利用できる、空気砲に関する。

発明者等は、特許文献１において、この種の、空気砲を用いて運転者の居眠りを防止する装置を既に提案した。
特開２００５−２０２５９９号［Ｇ０８Ｇ １/１６］

特許文献１の従来技術を用いることによって運転者を居眠りから確実に覚醒させる得ることは発明者等の実験で確認しているが、自動車の運転席（ハンドル、メーター周り、ダッシュボードもしくは天井などへの）には年々多くの運転補助機器が設置される傾向にあり、これらの場所に大きな体積を占める箱を置くことはできず、覚醒用の空気砲も当然コンパクト化を要求される。

特許文献１に用いる空気砲は、箱形空気砲であり、開口のある前面と対向する背面を押し込む形状である。このような押し込み形空気砲の場合、側面を変形させることも考えられるが、開口径を確保しなければならないので、開口径よりも薄くできず、コンパクト化に限界がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、空気砲を提供することである。

この発明の他の目的は、薄くコンパクトにできる、空気砲を提供することである。

請求項１の発明は、接合部で接合して一体物を形成する２つの板状体を備え、２つの板状体の一方は開口を有し、２つの板状体の他方の全部を弾性材料からなる膜で形成し、そして他方の板状体を膜の弾性に抗して一方の板状体から引き離すとき開口から一体物の中に空気を導入し、他方の板状体の膜の弾性によって元の位置に戻すとき開口から空気を放出する、空気砲である。
請求項２の発明は、接合部で接合して一体物を形成する２つの板状体を備え、２つの板状体の一方は開口を有し、一方の板状体の全部を弾性材料からなる膜で形成し、そして一方の板状体を膜の弾性に抗して他方の板状体から引き離すとき開口から一体物の中に空気を導入し、一方の板状体の膜の弾性によって元の位置に戻すとき開口から空気を放出する、空気砲である。

請求項１の発明では、２つの板状体（１２，１２Ａ；１４，１４’：実施例で相当する部分を例示する参照符号。以下同様。）を接合部（１６）で接合して一体物を形成する。２つの板状体の一方（１２）は開口（１８）を有し、他方の板状体は全部が弾性材料からなる膜で形成される。たとえば、ワイヤ（２０，２０Ａ）でこの他方の板状体を、弾性膜の弾性に抗して、一方から引き離す。このとき、一体物の容積は拡大し、空気が開口（１８）から導入される。ワイヤによる拘引を開放すると、他方の板状体は弾性膜の弾性によって元の位置に復帰する。このため、一体物の容積は急激に縮小し、先に導入されていた空気が開口から渦輪となって放出される。
請求項２の発明では、２つの板状体（１２，１２Ａ；１４，１４’：実施例で相当する部分を例示する参照符号。以下同様。）を接合部（１６）で接合して一体物を形成する。２つの板状体の一方（１２）は開口（１８）を有し、この一方の板状体は全部が弾性材料からなる膜で形成される。たとえば、ワイヤ（２０，２０Ａ）でこの一方の板状体を、弾性膜の弾性に抗して、他方から引き離す。このとき、一体物の容積は拡大し、空気が開口（１８）から導入される。ワイヤによる拘引を開放すると、一方の板状体は弾性膜の弾性によって元の位置に復帰する。このため、一体物の容積は急激に縮小し、先に導入されていた空気が開口から渦輪となって放出される。

請求項１または請求項２の発明によれば、非動作時の一体物の容積は殆どゼロ（０）であるため、空気砲を薄くコンパクトにできる。

請求項３の発明は、他方の板状体または一方の板状体を一方の板状体または他方の板状体から引き離し、そして他方の板状体または一方の板状体を元の位置に戻すための引き離し／復帰手段をさらに備える、請求項１または２記載の空気砲である。

請求項４の発明は、前記一体物の内部に匂い粒子を導入するための導入手段をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の空気砲である。

請求項４の発明において、匂い粒子を覚醒香料の粒子にすれば、運転者当の覚醒装置として空気砲を利用することができる。

この発明によれば、薄くコンパクトな空気砲が得られる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１および図２を参照して、この発明の一実施例の空気砲１０は、たとえばアクリル樹脂などの硬質樹脂や金属などからなる前板状体１２と、周縁の接合部１６においてたとえば接着剤などによってこの前板状体１２と接合される後板状体１４とを含む。接合部１６で接合された前板状体１２および後板状体１４は協働して一体物を構成する。

なお、以下の実施例でも同様であるが、板状体１２および１４の周縁の接合部１６では、一例として接着剤を用いるが、その他、圧着（２つの板状体を圧力で付着させる）、溶着（２つの板状体の少なくとも一方を溶かして付着させる）、縫合（縫い合わせて付着させる）などの任意の方法を採用することができる。

この実施例では２つの板状体１２および１４はともに平面矩形形状にされるが、そのサイズは、一例として、縦２００ｍｍ×横２００ｍｍ程度の正方形とした。しかしながら、これらのサイズや形状を必要な性能に応じて適宜設計・変更するとこができることは、当然である。

前板状体１２の厚みは、たとえば３ｍｍであり、その中央には、たとえば直径５０ｍｍ程度の大きさの円形の開口１８が形成される。この開口１８は空気砲１０の空気放出孔として機能するばかりでなく、後述のように、板状体１２および１４の一体物内に空気を導入する空気導入口としても機能する。前板状体１２の厚み、開口１８のサイズ（直径）などもまた、必要な性能に応じて適宜設計・変更することができる。

後板状体１４は、たとえば、ゴムのような弾性材料からなる、たとえば１ｍｍ程度の厚みを有する膜状体である。つまり、後板状体１４は、全体として弾性体膜であり、初期状態（または非動作状態）では、それ自身の弾性によって、その内面が前板状体１２の内面に密着した状態にある。したがって、この実施例の空気砲１０では、非作動時の体積（一体物の容積）は「ゼロ（０）」である。

なお、この実施例では後板状体１４はそれ全部が膜状体で形成されるが、後に示す実施例のように、少なくとも一部が弾性材料からなる膜を含むものであればよい。

そして、後板状体１４の外面または後面の中心（ほぼ中心を含む）には、ワイヤ（ひもまたは糸を含む：これらを包括して「ワイヤ」と称する。）２０の一端が固着される。このワイヤ２０は、後板状体１４を、この板状体１４を構成する弾性膜の弾性に抗して後方に（前板状体１２から引き離す方向に）引っ張り、かつ元の状態に戻す引き離し／復帰手段の一部を構成する。

この実施例の空気砲１０において、図３に示すように、ワイヤ２０を矢印Ａ方向に引っ張ることによって後板状体１４を後方に引っ張り、前板状体１２と引き離す。このとき、２つの板状体１２および１４で形成された一体物の中に、前板状体１２の開口１８から空気が導入される。その後、ワイヤ２０を離すなどして、後板状体１４の引っ張りを解除する。解除すると、図４に示すように、後板状体１４は自身の弾性で元の状態（図２に示すように２つの板状体が互いに密接した状態）に戻ろうとする。したがって、一体物の容積は急激に小さくなり、先に導入されていた空気は、開口１８から、渦輪２２となって前方に放出または吐出される。これは正に空気砲である。

発明者等の実験によれば、上記した各部サイズの場合、ワイヤ２０をたとえば３０ｍｍ引いた後、開放したとき、空気砲１０から押し出された空気の体積は３１４ｃｍ^２で、渦輪２２の速度は１．５ｃｍ／秒で、渦輪２２の飛距離は１．８８ｍであった。ただし、このような性能は、たとえば後板状体１４を形成するゴム膜の張力や、ワイヤ２０の引っ張り量などを適宜設定することによって、もっと向上させることができる。たとえば、張力を大きくし、または引っ張り量を長く（大きく）すると、サイズを変えなくても、渦輪２２をより遠くへより速く到達させることができる。

図１-図４の実施例では、ワイヤ２０を引っ張ることによって板状体１４を板状体１２から引き離し、かつその後ワイヤ２０を開放することによって引き離し状態を解除するための具体的な手段を説明していないが、図５-図７に示す実施例では、そのワイヤ２０を含む引き離し／復帰手段２４が付加される。

詳しく説明すると、図５に示すように、後板状体１４の中心に一端が固着されたワイヤ２０の他端は、曲げポスト２６を介して、同じく引き離し／復帰手段２４に含まれるプーリ２８の周側面に固着される。このプーリ２８は自由回転可能なプーリである。このプーリ２８の自由回転軸には電磁クラッチ３０が設けられ、この電磁クラッチ３０は、モータ３２のギア３４と接離可能に設けられる。つまり、電磁クラッチ３０がギア３４と接触しているときは、プーリ２８はモータ３２によって矢印Ｂ方向に回転され、それに伴って、ワイヤ２０が矢印Ａ方向に拘引される。そして、電磁クラッチ２８をギア３４から離すと、プーリ２８は開放され、自由回転状態となる。

図５の実施例において、電磁クラッチ２８をギア３４に接触させると、プーリ２８が矢印Ｂ方向に回転され、それに応じてワイヤ２０が矢印Ａ方向に拘引されるため、後板状体１４は図６に示すように、後板状体１４の弾性膜の弾性に抗して前板状体１２から引き離される。このとき、先に説明したように、前板状体１２の開口１８から一体物内に空気が導入される。

ワイヤ２０を所定長さ引っ張った後、電磁クラッチ３０でギア３４とプーリ２８との係合を外すと、プーリ２８は自由回転状態となる。そのため、後板状体１４の弾性膜の弾性が作用する。つまり、図７に示すように、後板状体１４の弾性によってワイヤ２０が矢印Ｃ方向に引っ張られ、そのワイヤ２０が固着されているプーリ２８が矢印Ｄ方向に回転する。つまり、後板状体１４が急激に元の状態に復帰され、一体物の容積が急激に縮小される。したがって、一体物内に導入された空気が開口１８から渦輪２２として放出される。

なお、この実施例では、後板状体１４の後方に十分なスペースがなく引き離し／復帰手段２４を配置できない場合に、曲げポスト２６を用いてワイヤ２０を曲げて空気砲１０の下方に引き離し／復帰手段２４を配置するようにした。しかしながら、後方に十分なスペースがあれば、実施例の曲げポスト２６を省略し、そのポスト２６の位置にそのまま引き離し／復帰手段２４を配置するようにすればよい。

図８および図９に示す実施例は変形の引き離し／復帰手段２４Ａを有する。ただし、この実施例では先の実施例のワイヤ２０は用いず、後板状体１４の後面の中心またはほぼ中心には、ラック３６の一端が固着される。このラック３６には下面に歯列３６ａが形成され、ラック３６の近傍にはその歯列３６ａと噛み合う歯列３８ａを有するピニオン３８が配置される。歯列３６ａおよび３８ａはともに限定的な長さを有するもので、その長さの範囲内でのみ互いに噛合する。

図８に示すように、図示しない駆動手段（たとえばモータ）によってピニオン３８を矢印Ｅ方向に回転させると、歯列３６ａおよび３８ａが噛み合った状態であるため、ラック３６が矢印Ｆ方向に変位または移動する。したがって、このラック３６が固着された後板状体１４の中心が図８に示すようにラック３６によって拘引され、上の実施例と同様に、２つの板状体１２および１４の一体物の容積が拡大し、それに伴って、開口１８から一体物内に空気が導入される。

ピニオン３８をさらに矢印Ｅ方向に回転させると、制限長さを越えるため、歯列３６aおよび３８aの噛み合いが外れ、歯列３６aはピニオン３８の歯列のない部分を滑り、ラック３６が自由移動状態となる。そのため、後板状体１４の弾性が機能し、その弾性によって、後板状体１４が元の状態に復帰する。このとき、ラック３６は矢印Ｇ方向に引かれるが、歯列３６aおよび３８aの噛み合いが外れているので、この移動には何の抵抗もなく、後板状体１４は急激に復元する。したがって、上の実施例と同様に、２つの板状体１２および１４の一体物の容積が急激に縮小し、それに伴って、先に導入されていた空気が開口１８から渦輪２２となって吐出される。

なお、引き離し／復帰手段２４または２４Ａを例示したが、十分な力で十分なストローク（引っ張り量）が確保できるなら、ソレノイドでプランジャを変位させる機構を採用することも可能であろう。

また、このような空気砲１０を運転者当の覚醒装置として用いる場合には、図１０に示すように、たとえば前板状体１２の前面に、覚醒のための刺激臭または芳香を与える香料（まとめて「覚醒香料」という。）を導入するためのヘッド４０が設けられ、そのヘッド４０にチューブ４２を介して、覚醒香料源（図示せず）から覚醒香料がもたらされる。

なお、覚醒香料としては、芳香物質(香料)を用いるが、そのような香料としては、天然香料、合成香料、それらの調合香料がある。天然香料としては、たとえば、レモン、オレンジ、ベルガモットなどの柑橘系精油、ネロリ（オレンジの花）、ジャスミン、ローズなどの花精油、ペパーミントオイル、フェンネルオイル、アニスオイル、しょうのう油、バジル（めぼうき）、ブラックペッパー、カシア（シナモン）、クローブ（ちょうじ）、イラン・イランなどがある。また、合成香料としては、アリルイソチオシアナート、蟻酸エステル、酢酸エステル、サリチル酸メチル、ボルネオール、メントール、カンフアー、シネオール、メチルジャスモネートなどが考えられる。

なお、匂い粒子導入手段を構成するこのようなヘッド４０としては、覚醒香料を噴霧する霧吹き型ヘッド、覚醒香料を熱などで蒸散させる蒸散型ヘッド、さらにはピエゾによって覚醒香料の液滴を射出する液滴型ヘッド、さらには別の方式に従ったヘッドが考えられる。そして、このようなヘッド４０で空気砲１０内に覚醒香料を導入する訳であるが、上述のように、実施例の空気砲１０では、非作動状態では板状体１２および１４の一体物の容積は殆どゼロであるため、その状態で覚醒香料を導入することはできない。そのため、実施例では、後板状体１４が拘引された状態かまたはそれに至る途中の段階で、ヘッド４０から覚醒香料を空気砲１０内に導入することになる。ただし、もっとも効率的な導入タイミングがいつか、については個々の条件に適合するように設計すればよい。

このようにしてヘッド４０から導入された匂い粒子（覚醒香料）は、上述のように空気砲１０から空気が渦輪２２となって放出または吐出されるとき、その渦輪２２に混入して前方へ発射される。したがって、その渦輪を運転者等の対象者の鼻先にもたらして破裂させれば、対象者をして覚醒させることが可能である。

このように空気砲１０から覚醒香料のような匂い粒子を吐出する場合には、この実施例の空気砲による利点がある。すなわち、実施例の空気砲１０では、射出により空気砲内の空気がすべて押し出されるので、香料（匂い粒子）が空気砲１０内に残留することはない。これに対して、従来の押し込み型の空気砲においては全部の空気が放出されるというものではないので、香料が空気砲内に残留してしまう。そのため、従来の押し込み型空気砲を利用する場合に、匂い切り替えを行うため空気砲本体の前面に香り充填のための小筒部を設ける必要があったが、香料の残留のない実施例の空気砲１０ではそのような香り充填のための小筒部などを省略できる。

上述の実施例では、後板状体１４の全体を弾性膜で形成した。しかしながら、図１１-図１３の実施例で示すように、後板状体１４の一部を弾性膜１４ａで形成し、その弾性膜１４ａと、それに取り付けた剛体部分として機能する板状体１４ｂとで後板状体１４を構成する。たとえば、角筒状の弾性膜１４ａの一方端が前板状体１２の周縁に固着され、その弾性膜１４ａの他方端が板状体１４ｂで封止される。そして、板状体１４ｂの後面中心（またはほぼ中心）にワイヤ２０を取り付ける。この板状体１４ｂは前板状体１２と同じ樹脂などの材料で形成され得る。

この実施例の場合、図１２に示すように、ワイヤ２０を矢印Ａ方向に引っ張ることによって後板状体１４を構成する板状体１４ｂを後方に引っ張り、弾性膜１４ａの弾性に抗して前板状体１２から引き離す。このとき、２つの板状体１２および１４（１４ｂ）で形成された空気砲の中に、前板状体１２の開口１８から空気が導入される。その後、ワイヤ２０を離して、板状体１４ｂの引っ張りを解除する。そうすると、図１３に示すように、板状体１４ｂは弾性膜１４ａの弾性で元の状態（図１１に示すように２つの板状体１２および１４ｂが互いに密接した状態）に戻ろうとする。したがって、空気砲の容積は急激に小さくなり、先に導入されていた空気は、開口１８から、渦輪２２となって前方に放出または吐出される。

図１などに示す先の実施例では、後板状体１４の変形は円錐状になるので、引き離し／復帰手段２４または２４Ａによる変位量の割には導入空気量すなわち吐出（放出）空気量を余り大きくすることはできなかった。これに対して、図１１-図１３の実施例の場合には、後板状体１４の殆ど全部がそれ自身は変形しない板状体（剛体部分）１４ｂであるため、変形形状がほぼ箱形となるので、導入空気量すなわち吐出（放出）空気量を変形形状が円錐形のものに比べて３倍程度に大きくすることができる。したがって、より少ない引っ張り量でより多い量の空気を射出することができる。

図１１-図１３の実施例においては板状体１４ｂを前板状体１２とほぼ同じ大きさにしたので、吐出効率はいいが、空気を導入する場合のワイヤ２０の引っ張り負荷が大きくなるので力の大きな引き離し／復帰手段２４または２４Ａを用いる必要がある。これに対して、板状体１４ｂの大きさを小さくすれば、吐出効率は悪くはなるものの引き離し／復帰手段２４または２４Ａに必要な力を小さくできるので、板状体１４ｂのサイズは必要な性能に応じて適宜設計すればよい。

さらに、上で説明した全ての実施例では、空気砲１０の背面側に膜（壁）１４のストロークの分だけ空間を確保しておく必要があるため、空気砲内部の非駆動時体積はゼロでも、背面側に組み込みのための空間を要する。そこで、図１４-図１６に示す実施例のように、開口のある前面板状体を動かす構造にすれば、その空気砲を用いる機器内部に空気砲のための組み込み体積を常時確保する必要がなくなるので、好都合である。

図１４を参照して、この実施例の空気砲１０では、前板状体１２Ａと後板状体１４’とを接合部１６で接合する。そして、前板状体１２Ａを先の実施例の後板状体１４のようにゴムのような弾性材料で形成し、後板状体１４’を先の実施例の前板状体１２のように硬質樹脂で形成する。そして、開口１８は前板状体１２Ａの中央（またはほぼ中央）に形成する。この実施例では、前板状体１２Ａを変形させるので、前板状体１２Ａの開口１８の周囲にたとえば３点止めで、ワイヤ２０Ａを取り付ける。

この実施例では、図１５に示すように、ワイヤ２０Ａを前方に向けてすなわち矢印Ａ’方向に引っ張り、前板状体１２Ａを後板状体１４’から引き離す。それによって、板状体１２Ａおよび１４’の一体物の容積が大きくなり、その中に開口１８を通して空気が吸入される。

そして、ワイヤ２０Ａを所定量引っ張った後、そのワイヤ２０Ａを離すなどして、前板状体１２Ａの引っ張りを解除する。そうすると、図１６に示すように、前板状体１２Ａは自身の弾性で元の状態（図１４に示すように２つの板状体１２Ａおよび１４’が互いに密接した状態）に戻ろうとする。したがって、一体物の容積は急激に小さくなり、先に吸入されていた空気は、開口１８から、渦輪２２となって前方に放出または吐出される。

このように、図１４-図１６の実施例では、射出準備時に開口面（前板状体）が手前に膨らみ，射出時に開口面が後退する形となる。開口の面積に対して空気砲本体の背面と前面の板状体の面積を十分大きくとれれば、射出時の前板状体１２Ａの後退速度に対して押し出される空気の速度は十分に速くできるので、空気砲の性能として問題はない。ただし、この実施例で空気砲利用装置を構成する際には、開口のある前板状体１２Ａを十分軽くして、射出時に十分速く変位または動作する工夫が必要である。

さらに、図１１-図１３の実施例では前板状体１２Ａの全部を弾性材料からなる膜で形成するようにした。これだと、ワイヤ２０Ａを引き離し／復帰手段２４または２４Ａで引っ張りまたは開放する場合に、開口１８の周囲が段々劣化してくる可能性があるので、その開口１８の周囲を補強するためには、図１７に示すように、開口１８の周囲を硬質樹脂などでドーナツ状の板状体（剛体部分）１２ｂとして形成し、その他の前板状体１２Ａの部分を弾性膜として形成するようにしてもよい。

この発明に従った空気砲の一実施例を示す図解図である。 図１に示す実施例の空気砲の断面構造を示す図解図である。 図１に示す実施例の空気砲において内部に空気を導入するときの動作を示す図解図である。 図１に示す実施例において空気砲から空気を放出（吐出）するときの動作を示す図解図である。 図１の実施例などに用いられる引き離し／復帰手段の一例を示す図解図である。 図５に示す実施例において空気砲の内部に空気を導入するときの動作を示す図解図である。 図５に示す実施例において空気砲から空気を放出するときの動作を示す図解図である。 図１の実施例などに用いられる引き離し／復帰手段の他の例を示す図解図であり、空気砲の内部に空気を導入するときの動作を示す図解図である。 図８に示す実施例において空気砲から空気を放出するときの動作を示す図解図である。 図１の実施例などに用いられる覚醒香料を空気砲の内部に導入するための手段の一例を示す図解図である。 この発明に従った空気砲のさらに他の実施例を示す図解図である。 図１１に示す実施例の空気砲において内部に空気を導入するときの動作を示す図解図である。 図１１に示す実施例において空気砲から空気を放出（吐出）するときの動作を示す図解図である。 この発明に従った空気砲のさらにその他の実施例を示す図解図である。 図１４に示す実施例の空気砲において内部に空気を導入するときの動作を示す図解図である。 図１４に示す実施例において空気砲から空気を放出（吐出）するときの動作を示す図解図である。 図１４に示す実施例の変形例を示す図解図である。

符号の説明

１０ …空気砲
１２，１２Ａ …前板状体
１４，１４’ …後板状体
１４ａ …弾性膜
１２ｂ，１４ｂ …板状体（剛体部分）
１６ …接合部
１８ …開口
２０，２０Ａ …ワイヤ
２４，２４Ａ …引き離し／復帰手段
４０ …ヘッド

Claims (4)

1. 接合部で接合して一体物を形成する２つの板状体を備え、前記２つの板状体の一方は開口を有し、
   前記２つの板状体の他方の全部を弾性材料からなる膜で形成し、そして
   前記他方の板状体を前記膜の弾性に抗して前記一方の板状体から引き離すとき前記開口から前記一体物の中に空気を導入し、前記他方の板状体の前記膜の弾性によって元の位置に戻すとき前記開口から前記空気を放出する、空気砲。
2. 接合部で接合して一体物を形成する２つの板状体を備え、前記２つの板状体の一方は開口を有し、
   前記一方の板状体の全部を弾性材料からなる膜で形成し、そして
   前記一方の板状体を前記膜の弾性に抗して他方の板状体から引き離すとき前記開口から前記一体物の中に空気を導入し、前記一方の板状体の前記膜の弾性によって元の位置に戻すとき前記開口から前記空気を放出する、空気砲。
3. 前記他方の板状体または前記一方の板状体を前記一方の板状体または前記他方の板状体から引き離し、そして前記他方の板状体または前記一方の板状体を元の位置に戻すための引き離し／復帰手段をさらに備える、請求項１または２記載の空気砲。
4. 前記一体物の内部に匂い粒子を導入するための導入手段をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の空気砲。

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