JPH11184420A

JPH11184420A - 渦輪発生装置、それを用いた表示装置及び表示方法

Info

Publication number: JPH11184420A
Application number: JP34980397A
Authority: JP
Inventors: Joji Oshima; 丈治大島; Nobumasa Amagasa; 信正天笠; Hideyuki Ikeda; 秀行池田; Satoru Koto; 悟古藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】任意の空間に並進する渦輪群を生じさせるこ
とができる装置を得、さらに、任意の絵や文字等を表示
できる表示装置を得る。【解決手段】流体に圧力を加える圧力手段と、前記圧
力手段にて圧力が加えられた流体を渦輪としてあらかじ
め設定された方向に吹き出すとともに、該渦輪を並進可
能な間隔で吹き出す、複数配置して空間に開口する吹出
孔４と、を備え、前記圧力を繰り返し変化させて前記吹
出孔から連続的に渦輪を発生させ複数の渦輪列を形成さ
せる。さらに、渦輪に識別要素を添加したり、照明を照
射したりして、渦輪により空間に表示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に大型ショーウ
インドー、変更自在のネオンサイン、テロップ、３次元
表示装置、立体ＴＶ等の表示手段として使用可能な渦輪
発生装置並びにそれを用いた表示装置及び表示方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より流体を利用した表示装置とし
て、水中に気泡を発生させて絵や文字等の任意のパター
ンを表示する情報伝達装置が考案されていた。例えば図
３１は特開平７−２０８０７号公報に記載された気泡を
水中に発生させて水槽の透視面に任意のパターンを表示
するよう構成された、従来の情報伝達装置を示す概念図
である。図において、１００は前側面及び後側面の少な
くとも一方が透視面として構成された水槽、１０１Ａ〜
１０１Ｚは上記水槽１００内の下部に幅方向に列状に並
置された散気体、１０２は上昇水流を示す矢印、１０３
は空気供給源、１０４Ａ〜１０４Ｄは上記散気体１０１
Ａ〜１０１Ｚに設けられた気泡放出用の細孔から噴出さ
れる気泡群、１０５Ａ〜１０５Ｚは電磁弁、１０６Ａ及
び１０６Ｂは表示パターン、１０７はコントローラであ
る。

【０００３】次に動作について説明する。上記構成にお
いて、空気供給源１０３より電磁弁１０５Ａ〜１０５Ｚ
を介して各散気体１０１Ａ〜１０１Ｚに空気が供給され
る。各散気体１０１Ａ〜１０１Ｚからは気泡放出用の細
孔を介して上記水槽１００内に一様の上昇流１０２が生
起される。この状態で上記電磁弁１０５Ａ〜１０５Ｚを
コントローラ１０７を介して個別に開閉制御することに
よって、上記散気体１０１Ａ〜１０１Ｚのうちの任意の
ものから任意の時刻に放出させた気泡群１０４Ａ、１０
４Ｂ、…により、任意の表示パターン１０６Ａ、１０６
Ｂを水槽の透視面に現出させることができる。

【０００４】また、流体を利用した装置として、渦輪を
断続的に発生させて任意の流体を任意の場所にスポット
的に搬送する送風装置が考案されていた。例えば図３２
は特開平７−３３２７５０号公報に記載された断続的に
生成される渦輪を利用して任意の位置に流体を搬送する
よう構成された従来の送風装置を示す概念図である。図
において、１１０は吹き出し装置、１１１は吹き出し
口、１１２は被搬送流体、１１３は渦輪である。

【０００５】次に動作について説明する。上記構成にお
いて、吹き出し装置１１０に設けられた気室の室圧を繰
り返し変化させることにより、吹き出し装置１１０の１
つにつき１つの吹き出し口１１１から噴出される被搬送
流体１１２はドーナツ型の渦輪１１３となる。渦輪１１
３は周囲流体への誘引拡散作用が少ないために、例えば
図３３のようにスポット的にかつ初期の性状を保ちつ
つ、在人箇所１１４に被搬送流体１１２を搬送すること
ができる。

【０００６】さらに、単独の吹出孔から吹き出される渦
輪の生成装置としては以下のような従来技術が考案され
ていた。例えば、ラウドスピーカーで駆動する方法（特
開平７−３３２７５０号公報、あるいはHo, Chih-Ming
& L.S.G.Kovasznay, Unsteady Surface Pressure Gener
ated by an Impining Vortex Ring, 1994）、圧縮空気
を回転するスリットから断続的に噴出させる方法（P.G.
Parikh & R.J.Moffat, Trans. ASME J. Fluids Eng.,
104, 1982, 482-488））、マイコン制御で箱内のプラン
ジャーを一方向に間欠的に動作させて箱前方のオリフィ
スから渦輪を発生させる方法（特開平７−３３２７５０
号公報、あるいは山田日出夫、松井辰弥、同軸対称軸を
並進する複数個の渦輪の干渉、第１４回流体力学講演会
講演集、1982、198-201）、送風機によって送られてく
る空気を回転するスリットから断続的に噴出させる方法
（山田日出夫、望月修、山辺春雄、松井辰弥、“渦輪列
の実験−干渉モードと運動の様子”、ながれ３、日本流
体力学会誌、1984、367-377）、カムを介してモータに
連結されたピストンを上下して断続的に渦輪を噴出させ
る方法（特開平７−３３２７５０号公報、あるいはT.Ma
xworthy, Some Experimental Studies of Vortex Ring
s, J. Fluid Mech. 1977, 81, 3, 465-495）等である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の水泡を利用した
情報伝達装置は、以上のように構成されているので、水
槽内の限られた閉空間にしか文字や絵等を表示できない
ため、設置場所が限定されたり、水泡群の上昇運動はカ
オス的な要素が強く、正確に位置と移動速度を制御する
のが困難であるという問題があった。

【０００８】また、従来の渦輪の生成装置は、以上のよ
うに構成されているので、任意の空間に単発的な渦輪を
発生させることが研究されているだけで密に分布した多
重並列の渦輪群については発想そのものが存在しなかっ
た。

【０００９】本発明は上記のような問題点を解決するた
めに成されたもので、空気あるいはそれに準ずる流体を
渦輪の形で用い、任意の空間に並進する渦輪群を生じさ
せることができる装置を得ることを目的とする。

【００１０】また、本発明の目的は、任意の空間に吹き
出される渦輪群を用いて、空間に任意の絵や文字等を表
示できる表示装置を得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る渦輪発
生装置は、流体に圧力を加える圧力手段と、前記圧力手
段にて圧力が加えられた流体を渦輪としてあらかじめ設
定された方向に吹き出すとともに、該渦輪を並進可能な
間隔で吹き出す、複数配置して空間に開口する吹出孔
と、を備え、前記圧力を繰り返し変化させて前記吹出孔
から連続的に渦輪を発生させ複数の渦輪列を形成させる
ものである。

【００１２】第２の発明に係る渦輪発生装置は、第１の
発明において、隣接する吹出孔の中心軸間の距離をＬ、
吹出孔の直径をそれぞれＤ_a，Ｄ_bとすると、Ｌ−0.5
（Ｄ_a＋Ｄ_b）＞Ｄ_a及びＬ−0.5（Ｄ_a＋Ｄ_b）＞Ｄ_bとな
るように吹出孔の配置間隔を設定したものである。

【００１３】第３の発明に係る渦輪発生装置は、第１の
発明において、渦輪同士が相互干渉しないように、複数
の吹出孔から渦輪を吹き出すタイミングを同期させると
共に、吹き出す時間間隔を一定に制御したものである。

【００１４】第４の発明に係る渦輪発生装置は、第１な
いし３の何れかの発明において、圧力手段は圧力室の体
積を変更する手段を備えたものである。

【００１５】第５の発明に係る渦輪発生装置は、第１な
いし３の何れかの発明において、圧力手段は圧力室に圧
縮した流体を供給する手段を備えたものである。

【００１６】第６の発明に係る渦輪発生装置は、第１な
いし５の何れかの発明において、圧力手段は単一、また
は、複数から構成されたものである。

【００１７】第７の発明に係る表示装置は、時間間隔を
おいて圧力が加えられた流体を得る圧力室と、前記圧力
室に接続され、前記時間間隔をおいて圧力が加えられた
流体を渦輪として空間に連続的に吹き出す吹出孔と、前
記渦輪とこの渦輪が吹き出された空間に存在する流体と
の識別を行う、または特定の位置に吹き出される渦輪と
他の渦輪との識別を行う識別要素を前記渦輪に添加する
識別要素添加手段と、を備え、前記渦輪により空間に表
示を行うものである。

【００１８】第８の発明に係る表示装置は、時間間隔を
おいて圧力が加えられた流体を得る圧力室と、前記圧力
室に接続され、前記時間間隔をおいて圧力が加えられた
流体を渦輪として空間に連続的に吹き出す吹出孔と、前
記渦輪に光を反射する識別要素を添加する識別要素添加
手段と、吹き出された渦輪に照明を照射する単一または
複数の光源と、を備え、前記識別要素を添加した渦輪と
この渦輪に照射する照明により空間に表示を行うもので
ある。

【００１９】第９の発明に係る表示装置は、第７または
８の発明において、識別要素を圧力室に、または、圧力
室と吹出孔の接続部分に供給するものである。

【００２０】第１０の発明に係る表示装置は、第８の発
明において、光源は任意の時間間隔で、任意の時間照射
するものである。

【００２１】第１１の発明に係る表示装置は、第７また
は８の発明において、並進する渦輪群の中の特定の渦輪
の位置に照明を照射する光源と、前記渦輪がその特定の
位置に存在する際照明を照射する光制御手段と、を備え
たものである。

【００２２】第１２の発明に係る表示装置は、第９ない
し１１の何れかの発明において、光源は個別に点灯およ
び消灯を制御できる複数の光源であるものである。

【００２３】第１３の発明に係る表示装置は、第７また
は８の発明において、吹出孔と対向して配置され、吹出
孔から吹き出された渦輪または該渦輪に添加された識別
要素を回収する手段を備えたものである。

【００２４】第１４の発明に係る表示方法は、複数の渦
輪列によりスクリーンを形成するステップと、前記渦輪
列の複数の所定の位置に光を照射可能に照明装置を配置
するステップと、前記渦輪列の所定の位置に渦輪が存在
する際に前記光を照射して画像を形成させるステップ
と、を備えものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本発明の
実施の形態１による渦輪発生装置の基本構成図である。
図において、１は渦輪発生装置本体、２は流体供給路、
３は流体供給路２を介して渦輪発生装置本体１に接続さ
れる流体供給装置、４は渦輪発生装置本体１の一面に列
状あるいは碁盤目状あるいは任意の配列パターンで設け
られた複数の吹出孔であり、この図では円形の吹出孔が
１列状に設けられている。５は吹出孔４から間欠的に連
続して吹き出された渦輪、６は渦輪５が吹き出される空
間である。但し、渦輪発生装置本体１の吹出孔４が設け
られた面は平面または凸状の曲面で形成されるものであ
る。なお流体供給装置３は空間６につながる外気を装置
内に取り入れる開口を有しており流体の供給を連続的に
行うことができる。

【００２６】次に動作について説明する。噴出させる流
体が保持される渦輪発生装置本体１内の圧力室（図示せ
ず）内を瞬間的または短時間に昇圧すると、渦輪発生装
置本体１に設けられた複数の吹出孔４から同一の噴出タ
イミングで圧力室内の流体が空間６に吹き出される（排
気過程）。次に、圧力室内部を瞬間的または短時間に減
圧することにより、吹き出された流体とほぼ同一の量の
流体が、流体供給路２を介して流体供給装置３から渦輪
発生装置本体１に供給される（吸気過程）。一方、渦輪
発生装置本体１に設けられた複数の吹出孔４より吹き出
された流体塊は、ドーナツ状の渦輪５を形成し、ほぼ直
線的に吹出孔４から遠ざかる方向に向かって運動する。
前記吸気過程と排気過程を所定の周波数で連続的に反復
することにより、前記吹き出された渦輪５が吹出方向に
所定の間隔で直進し、且つ吹出方向と垂直な方向に所定
の間隔で並進し、任意の空間６中に碁盤目状や任意の配
列パターン状の渦輪列を構成する。

【００２７】さらに、吹き出された個々の渦輪に、着色
用の染料、粉体、蒸気、ミスト、反射片等の周囲流体と
の識別要素を混入すると、周囲流体と区別されて表現す
ることが出来、さらにライティングする等の何らかの照
明を外的に照射することにより、渦輪群全体として模様
や任意の絵や文字等の情報を保持させることが可能とな
る。ここで、任意の空間６は屋外やアトリウム等の大空
間のような開放空間、或いは室内等の閉空間、或いはシ
ョーウインドーやガラス箱の中であっても同様の効果を
奏する。さらに、渦輪５の吹出方向は、上方向に限ら
ず、横方向、下方向、斜め方向等の任意の方向であって
も圧力を持って吹き出されるため直進するので渦輪は常
に一定の方向と位置を保ちながら動くことが出来、同様
な効果を奏することは言うまでもない。

【００２８】ここで、上記渦輪群の運動に関し詳述す
る。まず、単一の吹出孔４から断続的に吹き出される渦
輪５列の発生メカニズムについて図２を用いて説明す
る。図２において、７は流体供給路２を介して流体供給
装置３に接続される圧力室、８は渦輪５の吹出孔４を形
成するナイフエッジ、９は渦輪５の断面内での流体の回
転方向を示す矢印、１０は渦輪５の進行方向を示す矢印
である。該渦輪発生装置本体１において、ナイフエッジ
８状の吹出孔４を有した圧力室７に、流体供給路２を介
して流体供給装置３から任意の流体を供給する。続いて
圧力室７の室圧を適当な手段により上昇させることによ
り、圧力室７内の流体を吹出孔４から空間６中へ突発的
に吹き出させる。吹き出された流体は、ナイフエッジ状
８に加工された吹出孔４を通過する際に、空間６に存在
する静止した流体との間に強い剪断力を生じ、その巻き
込み作用により図中に矢印９で示した回転方向を有する
環状の渦核１１を形成する。

【００２９】形成された渦核１１は吹き出された流体塊
を巻き込んで有限の直径を有する渦輪５へと成長する。
この際、渦核１１の有する回転の強さは吹き出し時に静
止流体との間に生じた剪断力の強さに依存し、それは循
環Γと呼ばれる量で記述される。渦はケルビンの循環定
理に示されるように、粘性効果を無視した場合、循環Γ
を保存する。つまり、渦輪５は周囲の流体との間の誘引
拡散を生ぜず、内部で回転する流体を閉じこめたまま移
動する。このことは、渦輪発生装置１から吹き出された
渦輪５は、周囲の流体へ拡散する効果が小さいため、通
常の噴流と比較した場合より遠方まで空間６内を流体を
輸送する能力をもつことを意味する。なおナイフエッジ
８の形状は図２（ａ）のようなものでも、（ｂ）のよう
なものでもよい。

【００３０】次に、渦輪５を連続的に吹出孔４から噴出
させることを考える。つまり、図１のように複数の吹出
孔４を渦輪発生装置１に設置して、任意のタイミングで
連続的に渦輪５を噴出させた場合の渦輪群の運動につい
て、吹き出された渦輪５各個別間にどのような相互干渉
が発生するかを詳細に述べる。

【００３１】まず単純な同一直線上を運動する２つの渦
輪５について考察する。図３は同一直線上を隣接して直
進する２つの渦輪の模式図である。空間中に放出された
２つの渦輪５ａ、５ｂは、先行する渦輪５ｂの誘導速度
１３ｂ，１３ｃ，１３ｄで後ろの渦輪５ａの直径１２ａ
は小さくなり、逆に後ろの渦輪５ａのために前の渦輪５
ｂの直径１２ｂは大きくなる。渦輪５を構成する渦管
は、引き延ばされて直径が小さくなると渦度が大きくな
り、渦管中の流体の回転角速度は速くなり、逆に縮んで
直径が大きくなれば渦度は小さくなり、流体粒子の回転
は遅くなる性質を持つ。故に、後ろの渦輪５ａの前進速
度は増加し、前の渦輪５ｂの前進速度は減少するので、
ついには後ろの渦輪５ａは前の渦輪５ｂを通り抜ける。
ここで、両者の前後関係は逆転し、その後は同様の運動
を繰り返す。

【００３２】このような２つの渦輪５ａ、５ｂの干渉現
象は、渦の強度、渦輪の前進速度、渦輪直径、渦輪間の
距離すなわち渦輪の吹き出し時間間隔等の条件により異
なったものとなる。例えば、渦輪間の距離が長い（渦輪
５の放出間隔が長い）場合、渦輪同士は干渉せず、その
ままの位置関係を保ったまま直進する。逆に渦輪間隔を
狭めると、上述の追い抜き現象が発生することは自明で
ある。

【００３３】次に、図２において、圧力室７に一定時間
間隔でパルス的に陽圧を与えることにより渦輪５を連続
的に噴出することを考える。この１列の渦輪列に関して
は、山田等（ながれ３、日本流体力学会誌、1984、364-
377、または、ながれ５、日本流体力学会誌、５、198
6、45-53）により基礎的な実験研究が成されており、渦
輪列の運動の様子を、渦輪の渦レイノルズ数Ｒｅ及び渦
スタントン数Ｓｔにより分類して、渦輪同士が合体する
合体モード、渦輪同士が追い抜く追い抜きモード、等間
隔を保ちながら干渉せずに運動する凍結モード、数個の
渦輪が合体する合体モード等にまとめられると報告して
いる。ここで、渦輪５の吹出孔４における噴出速度Ｕ、
吹出孔の直径Ｄ、流体の動粘性係数ν、渦輪５の単位時
間当たりの噴出周波数ｆとすると、渦レイノルズ数：Ｒｅ＝ＵＤ／ν＝Γ／ν （１）渦スタントン数：Ｓｔ＝ｆＤ／Ｕ＝ｆＤ²／Γ （２）で定義される。

【００３４】図２の装置において、上記の考えを基に、
吹出孔４の直径Ｄと動粘性係数νが固定値であると仮定
して求めると、噴出速度Ｕを増加させて渦レイノルズ数
Ｒｅを大きくするに従って、干渉モード、合体モード、
追い抜きモードの順に渦輪列の運動が変化する。さらに
合体モード或いは追い抜きモードが生じる渦レイノルズ
数において、渦輪５の噴出周波数ｆを減少させる、即ち
渦スタントン数Ｓｔを減少させることにより、前後の渦
輪５同士が干渉しない凍結モードが出現する。以上よ
り、渦レイノルズ数Ｒｅと渦スタントン数を適切な値に
制御することにより、図２の装置を、単一の吹出孔４か
ら一定時間間隔でパルス的に噴出される渦輪列が、相互
干渉せず且つ吹出孔４の中心軸状を一列に直進するよう
構成することが可能となる。即ち、吹出孔からの噴出速
度Ｕ、循環Γ、吹出孔直径Ｄ、噴出周波数ｆを制御する
ことにより、同一直線上を等間隔に並んで直進する渦輪
列を構成することが可能であることが判明した。

【００３５】この結果、渦輪の吹出圧力やその吹出間隔
を制御することにより、渦レイノルズ数Ｒｅと渦スタン
トン数Ｓｔを適宜に調節して、逆に渦輪同士が規則的に
或いは不規則的に干渉しながら直進する１列の渦輪列を
構成することも可能であることは言うまでもない。

【００３６】次に、前述した渦輪の前後における干渉現
象に加え、さらに左右の相互干渉について検討した結果
を述べる。図４に示したのは、渦輪発生装置１に直径が
Ｄ_a及びＤ_bの２つの吹出穴４ａ及び４ｂを中心軸間距離
Ｌだけ隔てて併設した渦輪発生装置であり、吹出穴４ａ
及び４ｂからは同一のタイミングで２個の渦輪５ａ及び
５ｂが空間６に吹き出される。吹き出された渦輪５ａ及
び５ｂは自己の誘導速度により、それぞれ吹出穴４ａ及
び４ｂの中心軸上を１０ａ及び１０ｂの方向に進む。並
進するにつれ、渦輪５ａ、５ｂ間にお互いの誘導速度に
起因する相互干渉が生じる。吹き出された直後の個々の
渦輪５ａ及び５ｂが有する渦核間距離は吹出孔の直径に
略等しく、隣接する渦輪の渦核１１ｂ及び１１ｃの隔て
られた距離は、（Ｌ−0.5（Ｄ_a＋Ｄ_b））で記述され
る。ここで、例えば渦核１１ｂに生じる誘導速度の大き
さは、ビオサバールの法則より、渦核間距離の２乗に反
比例する各渦核による誘導速度のベクトル和によって決
定されると仮定すると、並列する渦輪の隣接する渦核１
１ｂ及び１１ｃの隔てられた距離が吹出孔直径Ｄ_aまた
はＤ_bに略等しい渦核（１１ａと１１ｂまたは１１ｃと
１１ｄ）間距離よりも小さい場合には、渦輪５ａの直進
安定性を維持するのに必要な渦核１１ａより、進行方向
とは逆方向の誘導速度１３ａを生じる隣接する渦核１１
ｃの影響の方が強くなり、図に示すように渦核１１ｂは
進行方向とは逆方向に曲げられる。一方、渦輪５ｂにつ
いても同様に渦核１１ｃが誘導速度１３ｂにより進行方
向と反対の方向に運動するため、渦輪５ａと渦輪５ｂは
隣接する部分において進行方向と逆向きにお互いに引き
つけ合いながら屈曲し、その隣接する渦核間距離を縮め
ながら合体する。

【００３７】次に、後に述べるシミュレーションを行っ
た結果、上記の隣接する渦輪の渦核間の距離が両渦輪の
直径より大きくなる、すなわち（Ｌ−0.5（Ｄ_a＋
Ｄ_b））＞Ｄ_a且つ（Ｌ−0.5（Ｄ_a＋Ｄ_b））＞Ｄ_bとなる
ようにした場合には、隣接する渦輪間の進行方向と逆向
きの誘導速度が弱まり、干渉が起こりにくいことがわか
った。さらに、上記距離が十分に大きい場合には、２個
の並列する渦輪５ａ、５ｂはお互いに干渉することなく
それぞれの吹出穴４ａ、４ｂの中心軸上を並進すること
がわかった。しかしながら渦輪の列はできるだけ密な渦
輪列として群を形作らせることが模様、絵、文字などの
情報を表示するスクリーンや立体テレビジョンの画素と
して形成させるためには重要である。

【００３８】さらに、渦輪発生装置本体１に、渦輪５の
吹出孔４を並列に多数設け、同一の噴出タイミングでパ
ルス的に連続して渦輪５を吹き出す場合を考える。これ
までの議論より、図１に示したような空間６中に一定間
隔、一定スピードで多数の並進する渦輪５を出現させる
条件は、吹出方向に関して吹出孔からの噴出速度Ｕ、循
環Γ、吹出孔直径Ｄ、噴出周波数ｆを制御することによ
り、同一直線上を碁盤目状や円形などのパターンで等間
隔に並んで直進する渦輪列を構成し、且つ渦輪５の吹出
方向とは垂直な方向に関して、隣接する吹出孔４の中心
軸間距離すなわちピッチＬを表示対象を配慮して可能な
範囲で大きくすることによって、左右方向の渦輪間の干
渉を防止することである。

【００３９】ここで、複数の吹出孔４から同一タイミン
グで次々と碁盤目状に噴出された渦輪列群の運動を数値
解析の手法を用いてシミュレートした結果についてふれ
る。用いた数値解析手法は、離散渦法である。この計算
手法を図５を用いて説明すると、渦糸を有限可変の渦核
直径と長さを有するスティックで近似し（ＳＴ１）、該
スティックを計算空間中に多数配置し（ＳＴ２）、渦ス
ティック間の誘導速度をビオサバールの法則に基づいて
導出して（ＳＴ３）個々のスティックの空間移動量を算
出し（ＳＴ４）、さらにケルビンの循環定理と質量保存
則よりスティックの変形量を導出して（ＳＴ５）、渦ス
ティックを時間的に追跡することによって渦の運動をシ
ミュレートする（ＳＴ６）ものである。手法に関して
は、文献（Winckelmans, G. and Leonard, A., Improve
d Vortex Methods for Three-dimensional Flows, Pro
c. Workshop on Mathematical Aspects of Vortex Dyna
mics,Leeburg Virgina April 25-27, 1988, pp.25-3
5.）或いは文献（Leonard, A.,Computing Three-dimens
ional Incompressible Flows with Vortex Elements, A
nn. Rev. Fluid Mech, Vol.17, 1985, pp523-559.）の
記述を参考にしている。

【００４０】図６（ａ）は、循環Γ＝0.03 m²/s、吹出
孔直径Ｄ＝4 cm、噴出周波数ｆ＝2.0Hz、吹出孔のピッ
チＬ＝10 cmの条件下で５列の並列する吹出孔から次々
と吹き出された渦輪列の運動の様子を渦離散渦法により
シミュレートした結果である。図中、○印が渦点を表
し、図は第１列目の渦輪５ａが放出され、続いて渦輪５
ｂ、渦輪５ｃ、…渦輪５ｅが放出された瞬間を捕らえた
ものである。図より、第１列目の渦輪５ａ同士が相互干
渉を起こして崩壊し、第３列目の渦輪５ｃと第４列目の
渦輪５ｄの前後間の干渉により、第４列目の渦輪５ｄの
直径が小さくなると同時に加速して第３列目の渦輪５ｃ
を追い抜こうとしていることが分かる。従って、この
ような構成ならびに制御条件では、空間６中に等間隔且
つ規則的に並進する渦輪群によるディスプレイを形成す
ることは不可能である。つまり、同一のタイミングで複
数の吹出孔４から渦輪を噴出し、さらにある一定の時間
間隔をおいて次の渦輪５列を放出しなければ、追い越し
や合体の現象が発生して格子状に並んで並進する渦輪５
列を形成することは困難である。

【００４１】一方、上記条件のうち、噴出周波数及び吹
出孔のピッチＬをそれぞれ、ｆ＝1.3 Hz、Ｌ＝16 cmと
すると、図６（ｂ）で示したように、時間が経過しても
渦輪間での干渉は発生せず、空間６中に等間隔且つ規則
的に密に並進する渦輪群によるディスプレイを形成する
ことが可能である。なお、これらの渦輪５は約３ｍ程度
まで消散することなく碁盤目状の配列を維持する。

【００４２】また、これまでは図１に基づいて２次元の
シート状に形成された渦輪群について述べてきたが、図
７に示すように、図１の渦輪発生装置本体１において吹
出孔４を奥行き方向にも等間隔で配列するよう構成し、
渦輪発生装置１の圧力室７を同一タイミングでパルス的
に加圧することにより、渦輪５を全ての吹出孔４から連
続して間欠的に吹き出させ、３次元の渦輪群の構成をシ
ミュレーションし、やはり上記と同様な結果が得られて
いる。すなわち流体を吹き出す構成にも係わらず正確な
形状と寸法を保った３次元のスクリーンを構成でき、各
画素となる渦輪の進行はきちんと時間通りに進められる
ので、精密な立体形状を表示できるようになる。このよ
うに構成することにより、任意の空間中に任意のパター
ンで密に並進する渦輪群を生じさせ、そのスクリーンに
より情報伝達が可能となる。さらに３次元のスクリーン
や画素である個々の渦輪に、染料、粉体、蒸気、ミス
ト、反射片等の識別要素を混入する、或いはライティン
グする等の何らかの照明や、レーザー光を識別要素を含
んだ渦輪に外的に照射することにより、渦輪群に絵や文
字等の情報を保持させる。このように構成することによ
り、空間６中に３次元の流体ディスプレイを形成し、情
報伝達を行うことができる。図７は３次元の渦輪列群を
噴出するように構成された、流体を用いた表示装置の一
例を示すものであり、１列の渦輪群を形成した表示装置
と同様の効果を奏することは言うまでもない。

【００４３】実施の形態２．図８（ａ）は、渦輪発生装
置本体１の具体的一例を示し、図において、１４は渦
輪発生装置１に設けられたジャバラ、１５はジャバラ１
４に連結された駆動装置、１６は駆動装置１５とジャバ
ラ１４を接続する連結部、１７は渦輪発生装置１と流体
供給装置３を結ぶ流体供給路２上に設けられた吸気弁、
１８は整流器、１９はジャバラ１４を介して渦輪発生装
置１本体に接続され、圧力室７を形成する可動部であ
る。なお、吹出孔４は図８（ｂ）に示すような構成でも
よい。

【００４４】次に動作について説明する。駆動装置１５
に通電することにより、駆動装置１５は連結部１６をそ
の軸方向に所定の周期で上下させる運動を引き起こし、
さらに前記上下動は、連結された可動部１９に伝えられ
る。渦輪発生装置１に設けられた圧力室７を形成する可
動部１９はジャバラ１４を介して圧力室７上部に連結さ
れているため、可動部の上下動に従って圧力室７の容積
が増減する。ここで駆動装置１５は制御可能な上下動を
発生させる機構を有し、さらに上下動のピッチ、上下動
周波数（速度）を制御可能なものであれば何れのもので
もよく、例えばボールベアリングとサーボモータを組み
合わせたもの、モータの回転運動を上下動に変換させる
カムを組み合わせたもの等が考えられる。

【００４５】駆動装置１５によって可動部１９が上方向
に変位すると、圧力室７の容積が減少し、圧力室７中の
流体は、その陽圧に押されて、圧力室７内に設けられた
整流器１８を通過して乱れ成分を失って整流され、さら
に渦輪発生装置本体１に設けられた複数の吹出孔４から
吹き出され（排気過程）、吹き出された後、任意の空間
６中で複数の並進する渦輪５を形成する。続いて駆動装
置１５によって可動部１９が下方向に変位すると、圧力
室７の容積が増加し、その負圧により、圧力室７に連
結された流体供給路２と吸気弁１７を介して流体供給装
置３から流体が供給される（吸気過程）。流体供給装置
３は、着色のための染料、粉体、蒸気、ミスト、反射片
等を含めた流体を有するよう構成されているため、吸気
弁１７と流体供給路２を介して流体供給装置３より圧力
室７に供給され、次の排気過程で吹出孔４より吹き出さ
れる渦輪５には識別要素が付加される。ここで、吸気弁
１７は圧力室７からの逆流を防ぐ効果があるものならば
よく、例えば逆止弁や駆動装置１５と同期するようコン
トロールされた電磁弁等がある。以降は、このサイクル
を反復することにより、同一のタイミングで複数の並進
する渦輪５を任意の空間６に形成することが可能とな
る。

【００４６】図８に示した渦輪発生装置本体１の一例
は、単一の圧力室により構成されていたが、複数の圧力
室７より構成されていてもよい。図９は、前記渦輪を利
用した情報伝達を実施する、複数の圧力室７より構成さ
れた渦輪発生装置１の別の例を示す。図において、２１
は圧力室７と整流部１８の間に設けられた排気弁、２２
は渦輪５の発生タイミング、速度等を制御するためのコ
ントローラ、２３はコントローラ２２と駆動装置１５を
結ぶよう設けられ、コントローラ２２からの制御信号を
駆動装置１５に伝達するための駆動装置信号線、２４は
コントローラ２２と吸気弁１７を結ぶよう設けられ、コ
ントローラ２２からの制御信号を吸気弁１７に伝達する
ための吸気弁信号線、２５はコントローラ２２と排気弁
２１を結ぶよう設けられ、コントローラ２２からの制御
信号を排気弁２１に伝達するための排気弁信号線であ
る。

【００４７】次に動作について説明する。図８に示され
た単一の圧力室と複数の吹出孔４より構成される渦輪発
生装置と同様に、個々の発生装置は、駆動装置１５が発
生する上下運動を連結部１６を介して可動部１９に伝達
し、前記可動部１９の上下動により圧力室７内部の容積
が増減して流体の吸気行程と排気行程を作り出す。ここ
で、渦輪発生装置本体１は複数の駆動装置１５の組み合
わせにより構成されているため、全ての吹出孔４から同
一タイミングで渦輪５を吹き出させ、且つ吸気行程と排
気行程を同期させるために図中に示した各信号線とその
信号線を介して各制御部に伝達される制御信号と、制御
信号を出力し、制御部を最適制御するための制御命令が
必要となる。図において、駆動装置１５から駆動装置信
号線２３を介してコントローラ２２へ、回転数や軸トル
ク等の動作状況を検知するための情報が出力される。コ
ントローラ２２は、伝達された該出力に基づき所定の駆
動状況を実現するための制御信号を駆動装置１５に返還
し、該制御信号により駆動装置の運動は修正・制御され
て所定の運動を常に維持する。ここで、コントローラ２
２より駆動部１５の運動を制御するための制御信号を直
接伝達し、オープンループ的に制御してもよい。さら
に、吸気及び排気行程において流体の逆流を防止するた
めに設けられた吸気弁２４或いは排気弁２１が、電磁弁
等のように開閉信号を要する場合には、コントローラ２
２は、駆動装置の出力信号から計算される開閉信号をそ
れぞれ吸気弁信号線２４或いは排気弁信号線２５を介し
て制御される弁に伝達し、弁の開閉を適切に制御する。
但し、吸気弁２４或いは排気弁２１が、逆止弁により構
成されている場合には、駆動部１９の上下動に伴う圧力
室７内の圧力変化によって自然吸排気が可能であり、コ
ントローラ２２による各々の弁の制御は必要ではない。

【００４８】さらに、１つの圧力室７に渦輪発生装置１
に設けられた全ての吹出孔４よりは少ない複数の吹出孔
を設けることにより、渦輪発生装置本体１を複数の圧力
室７により構成した場合においても、同様な効果を奏す
ることは言うまでもない。このように、圧力室とこの圧
力室に設ける吹出孔の個数を適宜選択することにより、
任意の形状、寸法の渦輪列を形成できる自由度の高い渦
輪発生装置が得られる。なお流体供給装置３は識別要素
を添加する手段と兼ねているが、流体供給装置３に流体
を供給するため外気を取り入れる開口を設けた場合、流
体供給装置３内の識別要素を含有する流体が開口から漏
れないように、吸気側にだけ開口するような逆止弁で吸
気口を構成するとよい。

【００４９】以上のように構成された実施の形態２によ
る渦輪発生装置では、ジャバラ１４によって一度に大容
量の流体を吹き出することができるので、多数の渦輪を
同時に生成するのに安価で取り扱いやすい装置となるの
と同時に静かな動作が可能となる。

【００５０】実施の形態３．図８、図９で示した実施の
形態２では圧力室７の一部をジャバラ構造とすること
で、体積を増減させて渦輪５を発生させる構造を示し
た。これに代えて、本実施の形態では、圧力室７の体積
をピストンの上下動によって変化させる構成としたもの
である。図１０において、２０は圧力室７内に設けられ
たピストンである。

【００５１】次に動作について説明する。駆動装置１５
に通電することにより、駆動装置１５は連結部１６をそ
の軸方向に所定の周期で上下させる運動を引き起こし、
さらに前記上下動は、連結されたピストン２０に伝えら
れる。渦輪発生装置１に設けられた圧力室７を形成する
ピストン２０の上下動に従って圧力室７の容積が増減す
る。ここで駆動装置１５は制御可能な上下動を発生させ
る機構を有し、さらに上下動のピッチ、上下動周波数
（速度）を制御可能なものであれば何れのものでもよ
く、例えばボールベアリングとサーボモータを組み合わ
せたもの、モータの回転運動を上下動に変換させるカム
を組み合わせたもの等が考えられる。駆動装置１５によ
ってピストン２０が上方向に変位すると、圧力室７の容
積が減少し、圧力室７中の流体は、その陽圧に押され
て、圧力室７内に設けられた整流器１８を通過して乱れ
成分を失って整流され、さらに渦輪発生装置１に設けら
れた複数の吹出孔４から吹き出され（排気過程）、吹き
出された後、任意の空間６中で複数の並進する渦輪５を
形成する。続いて駆動装置１５によってピストン２０が
下方向に変位すると、圧力室７の容積が増加し、その
負圧により、圧力室７に連結された流体供給路２と吸気
弁１７を介して流体供給装置３から流体が供給される
（吸気過程）。

【００５２】流体供給装置３は、着色のための染料、粉
体、蒸気、ミスト、反射片等識別要素を内部に含んだ
り、或いは供給されるようになっている。この識別要素
であるものや流体は吸気弁１７と流体供給路２を介して
流体供給装置３より圧力室７に供給され、次の排気過程
で吹出孔４より吹き出される渦輪５には識別要素が付加
される。ここで、吸気弁１７は圧力室７からの逆流を防
ぐ効果があるものならばよく、例えば逆止弁や駆動装置
１５と同期するようコントロールされた電磁弁等があ
る。後は、このサイクルを反復することにより、同一の
タイミングで複数の並進する渦輪５を任意の空間６に形
成することが可能となる。

【００５３】図１０に示した渦輪発生装置本体１の一例
は、単一の圧力室により構成されていたが、複数の圧力
室７より構成されていてもよい。図１１は、複数の圧力
室７より構成された渦輪発生装置１の別の例を示したも
のである。

【００５４】次に動作について説明する。図１１の装置
は図１０に示された単一の圧力室と複数の吹出孔４より
構成される渦輪発生装置と同様に、個々の発生装置は、
駆動装置１５が発生する上下運動を連結部１６を介して
ピストン２０に伝達し、前記可動部１９の上下動により
圧力室７内部の容積が増減して流体の吸気行程と排気行
程を作り出す。ここで、渦輪発生装置１は複数の駆動装
置１５の組み合わせにより構成されているため、全ての
吹出孔４から同一タイミングで渦輪５を吹き出させ、且
つ吸気行程と排気行程をも同期させるために図中に示し
た各信号線とその信号線を介して各制御部に伝達される
制御信号と、制御信号を出力し、制御部を最適制御する
ための制御命令が必要となる。図において、駆動装置１
５から駆動装置信号線２３を介してコントローラ２２
へ、回転数や軸トルク等の動作状況を検知するための情
報が出力される。コントローラ２２は、伝達された該出
力に基づき所定の駆動状況を実現するための制御信号を
駆動装置１５に返還し、該制御信号により駆動装置の運
動は修正・制御されて所定の運動を常に維持する。ここ
で、コントローラ２２より駆動部１５の運動を制御する
ための制御信号を直接伝達し、オープンループ的に制御
してもよい。さらに、吸気及び排気行程において流体の
逆流を防止するために設けられた吸気弁２４或いは排気
弁２１が、電磁弁等のように開閉信号を要する場合に
は、コントローラ２２は、駆動装置の出力信号から計算
される開閉信号をそれぞれ吸気弁信号線２４或いは排気
弁信号線２５を介して制御される弁に伝達し、弁の開閉
を適切に制御する。但し、吸気弁２４或いは排気弁２１
が、逆止弁により構成されている場合には、ピストン２
０の上下動に伴う圧力室７内の圧力変化によって自然給
排気が可能であり、コントローラ２２による各々の弁の
制御は必要ではない。さらに、１つの圧力室７に渦輪発
生装置１に設けられた全ての吹出孔４よりは少ない複数
の吹出孔を設けることにより、渦輪発生装置１を複数の
圧力室７により構成した場合においても、同様な効果を
奏することは言うまでもない。

【００５５】以上のように構成された実施の形態３によ
る渦輪発生装置では、ピストンを利用して渦輪を発生さ
せることができるため、高圧が可能となり巨大渦輪の発
生を可能とすると同時に渦輪の発生周波数を高めること
ができる。

【００５６】実施の形態４．実施の形態２では圧力室７
の一部をジャバラ構造とし、実施の形態３では圧力室７
の一部をピストン構造として、圧力室７の体積を増減さ
せて渦輪５を発生させる構造を示した。これに代えて、
本実施の形態では、圧力室７の体積を変化させる手段と
して、吹出孔４と対向する圧力室７の壁面にスピーカを
設置した構成とした。図１２において、２６は音波を形
成するためのスピーカ、２７はスピーカ２６を駆動させ
る信号を伝達するためのスピーカ信号線、２８はコント
ローラ２２から送られてくる制御信号を増幅するための
アンプである。

【００５７】次に動作について説明する。コントローラ
２２から発信される所定の周期と所定の電圧値を持った
信号が、スピーカ信号線２７を介してアンプ２８に伝達
される。伝達された該信号は、アンプ２８の増幅作用に
よって増幅され、さらにスピーカ信号線２７を介してス
ピーカ２６に伝達される。スピーカ２６は、該増幅信号
に従って振動体を振動させ、圧力室７内部に衝撃音波を
発生させる。スピーカ２６が圧力室７の容積を減少させ
る方向に振動した場合には、該衝撃音波に押されて、圧
力室７中の流体は、圧力室７内に設けられた整流器１８
を通過して乱れ成分を失って整流され、さらに渦輪発生
装置１に設けられた複数の吹出孔４から吹き出され（排
気過程）、吹き出された後、任意の空間６中で複数の並
進する渦輪５を形成する。続いてスピーカ２６の振動紙
が圧力室７の体積を増大させる方向にに変位すると、
その負圧により、圧力室７に連結された流体供給路２と
吸気弁１７を介して流体供給装置３から流体が供給され
る（吸気過程）。

【００５８】流体供給装置３は、着色のための染料、粉
体、蒸気、ミスト、反射片等識別要素を有するよう構成
されているため、吸気弁１７と流体供給路供給２を介し
て流体供給装置３より圧力室７に供給され、次の排気過
程で吹出孔４より吹き出される渦輪５には識別要素が付
加される。ここで、吸気弁１７は圧力室７からの逆流を
防ぐ効果があるものならばよく、例えば逆止弁やスピー
カ２６と同期するようコントロールされた電磁弁等があ
る。後は、このサイクルを反復することにより、同一の
タイミングで複数の密に並進する渦輪５を任意の空間６
に形成することが可能となる。

【００５９】図１２に示した渦輪発生装置１の一例は、
単一の圧力室により構成されていたが、複数の圧力室７
より構成されていてもよい。図１３は、渦輪を利用した
情報伝達を実施する、複数の圧力室７より構成された渦
輪発生装置本体１の別の例を示したものである。

【００６０】次に動作について説明する。図１２に示さ
れた単一の圧力室と複数の吹出孔４より構成される渦輪
発生装置と同様に、アンプから伝送されてくる信号によ
り、各スピーカ２６の振動体を振動させて衝撃音波を形
成し、圧力室７内部の流体を給排気する。ここで、渦輪
発生装置１は複数のスピーカ２６の組み合わせにより構
成されているため、全ての吹出孔４から同一タイミング
で渦輪５を吹き出させ、且つ吸気行程と排気行程をも同
期させるために図中に示した各信号線とその信号線を介
して各制御部に伝達される制御信号と、制御信号を出力
し、制御部を最適制御するための制御命令が必要とな
る。図において、コントローラ２２から送られる所定の
周期と所定の最高電圧値を持った信号が、スピーカ信号
線２７を介してアンプに伝達される。伝達された該信号
は、アンプ２８の増幅作用によって増幅され、さらにス
ピーカ信号線２７を介して各スピーカ２６に同時に伝達
される。スピーカ２６は、同期の取れた該増幅信号に従
って振動体を同一タイミングで振動させ、圧力室７内部
に衝撃音波を発生させるため、全ての吹出孔４からは同
一タイミングで渦輪５が放出される。さらに、スピーカ
２６の振動に伴う吸気及び排気行程において、流体の逆
流を防止するために設けられた吸気弁２４或いは排気弁
２１が、電磁弁等のように開閉信号を要する場合には、
コントローラ２２は、スピーカ２６の駆動信号から計算
される開閉信号をそれぞれ吸気弁信号線２４或いは排気
弁信号線２５を介して制御される弁に伝達し、弁の開閉
を適切に制御する。但し、吸気弁２４或いは排気弁２１
が、逆止弁により構成されている場合には、スピーカの
振動に伴う圧力室７内の圧力変化によって自然給排気が
可能であり、コントローラ２２による各々の弁の制御は
必要ではない。さらに、１つの圧力室７に渦輪発生装置
１に設けられた全ての吹出孔４よりは少ない複数の吹出
孔を設けることにより、渦輪発生装置１を複数の圧力室
７により構成した場合においても、同様な効果を奏する
ことは言うまでもない。

【００６１】以上のように構成された実施の形態４によ
る渦輪発生装置では、スピーカの振動を使用できるため
小型で効率的な装置を構成できる。

【００６２】実施の形態５．実施の形態２〜４では圧力
室７を構成する壁面の一部を移動或いは変形させること
によって体積を増減させて渦輪５を発生させる構造を示
した。これに代えて、本実施の形態では、渦輪発生装置
１の給排気行程を実現するための手段として、コンプレ
ッサを用いた。図１４において、２９は流体を圧力室７
内部に圧縮供給するためのコンプレッサ、３０は流体供
給装置３からコンプレッサ２９に供給される流体を制御
するための弁である。

【００６３】次に動作について説明する。コンプレッサ
２９に通電することにより、該コンプレッサ２９は流体
供給装置３から弁３０が設置された流体供給路２を介し
て流体を吸引する。ここで、流体供給装置３の効果によ
り、吸引された該流体は着色のための染料、粉体、蒸
気、ミスト、反射片等を含有しつつ、コンプレッサ２９
により圧縮されるが、圧力室７とコンプレッサ２９の間
に設けられた吸気弁１７が閉の状態であるため、圧力室
７内には侵入できない。ここで、コントローラ２２から
吸気弁１７に開命令が伝送されると、コンプレッサ２９
により圧縮された流体が、流体供給路２を介して勢い良
く圧力室７に侵入する。該侵入流体は、圧力室７内部に
設けられた整流器１８を通過して偏流及び乱れ成分を失
って整流され、さらに渦輪発生装置１に設けられた複数
の吹出孔４から吹き出され（排気過程）、続いて、コン
トローラ２２から吸気弁１７に閉命令が伝送されると、
コンプレッサ２９により圧縮された流体は吸気弁１７に
より流路を閉塞されるため、圧力室７内部への圧縮空気
の侵入は停止し、同時に吹出孔からの流体の噴出も停止
する。このようにして吹き出された流体塊は、任意の空
間６中で複数の並進する渦輪５を形成する。ここで、渦
輪５の吹き出周波数を制御するために、コントローラ２
２より出力される吸気弁１７の開閉信号は、渦輪５の発
生周波数と同じ回数だけ出力される。また、渦輪５の吹
出速度を制御するために、コンプレッサ２２の圧縮圧力
が所定の値に制御される。

【００６４】図１４に示した渦輪発生装置１の一例は、
単一の圧力室により構成されていたが、複数の圧力室７
より構成されていてもよい。図１５は、渦輪を利用した
情報伝達を実施する、複数の圧力室７より構成された渦
輪発生装置１の別の例を示したものである。

【００６５】次に動作について説明する。渦輪発生装置
１は複数の圧力室７の組み合わせにより構成されている
ため、全ての吹出孔４から同一タイミングで渦輪５を吹
き出させ、且つ吸気行程と排気行程をも同期させるため
に図中に示した各信号線とその信号線を介して各制御部
に伝達される制御命令が必要となる。図１５に示された
単一の圧力室７と複数の吹出孔４より構成される渦輪発
生装置と同様に、流体供給装置３より供給される流体を
各々のコンプレッサ２９によって圧縮し、個々のコンプ
レッサ２９に接続された吸気弁１７の開閉をコントロー
ラ２２により制御し、各々の圧力室７内部に全ての発生
器で共通のタイミングで一定量の流体を一定間隔で供給
することにより、全ての吹出孔４から同一タイミングで
渦輪５を吹き出させる。

【００６６】さらに、１つの圧力室７に渦輪発生装置１
に設けられた全ての吹出孔４よりは少ない複数の吹出孔
を設けることにより、渦輪発生装置１を複数の圧力室７
により構成した場合においても、同様な効果を奏するこ
とは言うまでもない。

【００６７】以上のように構成された実施の形態５によ
る渦輪発生装置では、流体を圧縮するコンプレッサを使
用できるため比較的高い圧縮力で高速の渦輪列を吹き出
することができる。また全体の構成が簡単になり実用的
な装置が得られる。

【００６８】実施の形態６．実施の形態５では、圧力室
７に流体を供給するための手段としてコンプレッサを用
いたが、代わりにブロワを用いてもよい。図１６におい
て、３１は流体供給路、３２は圧力室７の一壁面に設け
られたディフーザ、３３は流体供給路を切断するように
設けられた回転円盤、３４は回転円盤３３上に設けられ
たスリット、３５は回転円盤３３を駆動させるためのモ
ータ、３６はモータの制御信号を伝達するためにコント
ローラ２２とモータ３５間に設けられたモータ信号線、
３７は流体供給路３１の一端に接続されたブロワ、３８
はブロワとコントローラ２２を接続するブロワ信号線で
ある。なお、図では明確のため回転円盤３３のみを斜視
図で示している。

【００６９】次に動作について説明する。ブロワ信号線
３８を介してブロワ３７に伝達されるコントローラ２２
の制御信号により、ブロワ３７は所定の回転数で駆動さ
れ、弁１７を介して流体供給装置３から供給される染
料、粉体、蒸気、ミスト、反射片等を含有する流体を流
体供給路３１の末端から送風する。ブロワ３７と圧力室
７を接続する流体供給路３１には、途中に所定の個数の
スリット３４を有した回転円盤３３が設置されている。
該回転円盤３３は、コントローラ２２からモータ信号線
３６を介して伝達される制御信号によって所定の回転数
に制御される。回転円盤３３が回転することにより、ブ
ロワ３７から送風される該流体は、スリット３４と流体
供給路３１の開口断面が一致している時間のみ、圧力室
７に供給される。スリットにより分断されて圧力室７に
向かって送風された流体は、圧力室７の一端に設けられ
たディフューザ３２によって圧力室７にムラなく広げら
れ、さらに圧力室７内に設けられた整流器１８を通過し
て乱れ成分を失って整流され、その後、渦輪発生装置１
に設けられた複数の吹出孔４から吹き出され（排気過
程）、任意の空間６中で複数の並進する渦輪５を形成す
る。ここでモータ３５とスリット３４を有した回転円盤
３３で構成されるシャッター機構は、コントローラ２２
より伝達される制御信号に基づいてブロワ３７から送風
される流体を分断する機能を有するものであればよく、
例えば電磁弁等でも代用できる。

【００７０】図１６に示した渦輪発生装置１の一例は、
単一の圧力室により構成されていたが、複数の圧力室７
より構成されていてもよい。図１７は、複数の圧力室７
より構成された渦輪発生装置本体１の別の例を示したも
のである。

【００７１】この場合、渦輪発生装置１は複数の圧力室
７の組み合わせにより構成されているため、全ての吹出
孔４から同一タイミングで渦輪５を吹き出させ、且つ吸
気行程と排気行程をも同期させるために図中に示した各
信号線とその信号線を介して各制御部に伝達される制御
命令が必要となる。図１６に示された単一の圧力室７と
複数の吹出孔４より構成される渦輪発生装置と同様に、
流体供給装置３より供給される流体を各々のブロワ３７
によって圧縮送風し、個々のブロワ３７に流体供給路２
を介して接続された、モータ３５により駆動するスリッ
ト３４付き回転円盤３３の回転数或いは電磁弁等の開閉
をコントローラ２２により制御し、各々の圧力室７内部
に全ての発生器で共通のタイミングで一定量の流体を一
定間隔で供給することにより、全ての吹出孔４から同一
タイミングで渦輪５を吹き出させる。

【００７２】さらに、１つの圧力室７に渦輪発生装置１
に設けられた全ての吹出孔４よりは少ない複数の吹出孔
を設けることにより、渦輪発生装置１を複数の圧力室７
により構成した場合においても、同様な効果を奏するこ
とは言うまでもない。

【００７３】以上のように構成された実施の形態６によ
る渦輪発生装置では、ブロワ３７による圧縮空気を送る
ので小さな圧力で確実な流体補給ができ、取り扱いも簡
便である。

【００７４】実施の形態７．流体を渦輪５として任意の
空間６中に密に規則的に並進させることにより、情報を
表示するためのスクリーンや立体テレビなどの一種のデ
ィスプレイを構成するに当たり、吹出孔４より吹き出さ
れて渦輪５を形成する流体は、所定の渦輪５と空間６を
占める空気などの流体とを明らかに区別することが可能
でなければならない。例えば、流体供給装置３に、渦輪
発生装置本体１に供給する流体に染料、粉体、蒸気、ミ
スト、反射片等の識別要素を付加する機能を有するよう
に構成すれば、ディスプレイを形成する渦輪群は周囲の
空間６とは明らかに視覚的に区別しうることは言うまで
もない。そこで、加えて、伝達したい絵や文字等を構成
する位置に噴出された渦輪５のみを、周囲の空間６を占
める流体とは勿論のこと、その他の絵や文字等を構成す
る位置にない渦輪５と視覚的性質が異なるものとするこ
とにより、空間６中に任意の情報を浮かび上がらせるこ
とが可能となる。

【００７５】以下に、特定の位置に吹き出される渦輪と
他の渦輪との識別を行う識別要素を前記渦輪に添加する
構成について図１８を用いて説明する。図１８におい
て、流体供給装置３は、渦輪発生装置本体１に供給する
流体に染料、粉体、蒸気、ミスト、反射片等の識別要素
を付加する機能を有するように構成されている。例え
ば、所定の情報を表示するために渦輪５ａ及び５ｃのみ
に識別要素を付加し、吹出孔４より吹き出させることを
考える。まずコントローラ２２の制御信号によって吸気
弁１７ａ及び吸気弁１７ｃは、流体供給路２を流体供給
装置３側に開通させる。従って、圧力室７ａ及び７ｃに
は流体供給路２より識別要素を含有した流体が搬送され
る。一方、その他の渦輪５ｂ及び５ｄを吹き出させる圧
力室７ｂ及び７ｄに接続された吸気弁１７ｂ及び１７ｄ
は、空間６を占める流体が流れ込むような状態にコント
ローラ２２により制御されるため、該圧力室７ｂ及び７
ｄには周囲流体と同一の、識別要素を含有しない流体が
供給される。なお、図では明確のため識別要素を含む渦
輪５ａ、５ｃ及び圧力室７ａ、７ｃにハッチングを施し
て示している。

【００７６】以上のように構成することにより、任意の
渦輪５に任意のタイミングで識別要素を含有させること
ができるので、一般に存在しないような特殊なパターン
の表現が可能となるし、また任意の空間に立体像が描け
ることになる。

【００７７】図１８に示した構成では、渦輪５に含有さ
れる識別要素は１種類に限定されるが、図１９では、流
体供給装置３を複数の着色装置で構成することにより、
同時に複数の識別要素を所定の渦輪５に含有させること
が可能である。図において、３９ａ〜３９ｃはそれぞれ
色の３原色である赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂを含有させるための
着色装置、４０ａ〜４０ｃはそれぞれ吸気弁１７ａ〜１
７ｃとコントローラ２２を接続する着色信号線である。

【００７８】次に動作について説明する。コントローラ
２２に予め記憶された渦輪の着色パターンに従って所定
の圧力室７に接続された吸気弁１７ａ〜１７ｃの開閉が
制御される。例えば、ある渦輪を赤Ｒに着色したい場合
には、赤色の付加装置である着色装置３９ａと所定の圧
力室７を結ぶ流体供給路２上に設置された吸気弁１７ａ
が開き、所定の圧力室７に赤色に着色された流体が供給
される。なお、ここでは、識別要素として３原色を例に
挙げたが、勿論複数の視覚的に区別し得る識別要素なら
いかなるものでもよく、例えばさらに複数の色数に対応
した着色装置３９によって流体供給装置３を構成しても
よいし、微小な反射片等の含有率が異なる流体を発生す
るよう構成されたものでもよい。さらに、該ＲＧＢ着色
装置３９ａ〜３９ｃにより構成された流体供給装置３に
おいて、それぞれの吸気弁１７ａ〜１７ｃの開口時間を
調節することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの混合率を変え、圧
力室７に供給する流体の色を任意に制御することが可能
である。

【００７９】なお流体供給装置については識別要素を供
給する機能の説明をしてきたが、もちろんこの供給装置
は、識別要素を含有する流体を予め封入した持ち運び可
能なボンベによって構成されていてもよい。なお、高圧
ボンベを使用する場合は、減圧装置を渦輪発生装置本体
１との間に設ける。また高圧ボンベから直接渦輪発生の
圧力を得る場合には開閉弁により圧力印加の条件を制御
できる。

【００８０】以上のように構成された実施の形態７によ
る渦輪発生装置では、任意の渦輪５に任意のタイミング
で様々なカラーの識別要素を含有させることができ、カ
ラーにて画像が簡単な構成で描ける。

【００８１】実施の形態８．任意の空間６に識別要素を
混入されて吹き出されて進行する渦輪群に光を照射する
ことにより、渦輪５の存在を明瞭に認識することができ
る。図２０は、渦輪を用いた表示装置に照明機能が付加
されるよう構成されたものである。図２０において、４
１は照明装置、４２は照明装置４１より照射される光で
ある。渦輪発生装置１より空間６に連続的に吹き出さ
れ、並進する渦輪群は、任意の識別要素（例えばミス
ト、反射片、染料等）が付加されているため、照明装置
４１によりある程度指向性を持って照射された光４２を
乱反射し、周囲の空間６から渦輪５のみを浮き立たせる
効果が生じる。ここで、照明装置４１は空間には存在せ
ず流体中に含有する不純物によって乱反射を起こすもの
ならその種類によらない。但し、表示装置としての性格
上、視聴者の視神経を極度に刺激するほど強力な光源を
用いるべきではない。また、照明装置４１より照射され
る光４２は、シート状であってもよく、その場合、渦輪
５はシート光４１によってその断面を浮き上がらせるよ
うに認識される。本発明の効果をさらに助長するには、
渦輪５が吹き出される空間６を暗い状態に維持すること
が望ましい。このように構成することにより、空間６中
を移動する渦輪５の存在を明瞭に認識することができ
る。

【００８２】このように構成することにより、空間６中
を移動する渦輪５の様子を表示することができる。この
ような例の別の一例を図２１及び図２２の表示装置にて
説明する。図２１はアミューズメント施設のような箇所
での映像スクリーン設備を示しており、別々に配置され
渦輪直径が１メートル以上の渦輪を発生できる単一の吹
出孔を有する渦輪発生装置本体１を床下部分に設けてい
る。この渦輪５は空気を吸入して、かつドライアイスを
水と混ぜることにより発生した白煙を識別要素として使
用し、単一の吹出孔から連続して吹き出される渦輪によ
って構成されたスクリーンへ上方位置に設けた映写機４
１から映像４２を投射するものである。このような渦輪
列を多数設け、一部の渦輪には映像を投射して、大規模
な映像が幻想的に出現するモニュメントとして使用た
り、他の渦輪には照明を照射することにより美しくライ
トアップされた渦輪が空間中を移動する様子を表示しな
がら薄暗い状態の室内における人が歩行する際の案内と
なる照明に使用したりすることができる。なお図面には
記載していないが、渦輪５を発生する巨大な吹出孔の周
りには人が入れないように防護策を設け安全を期すこと
が重要である。さらにまた各渦輪列の上部の天井には渦
輪列の上部を渦巻き状に吸い込む換気装置が備えられド
ライアイスで冷却された冷たい空気を吸い込んで２酸化
炭素を回収すると共に、廃熱を他の用途、例えば室内に
循環して冷房に使用するなど多目的に用いられる。なお
白煙として蒸気を使用すれば回収時の廃熱を利用して暖
房にも利用できる。

【００８３】図２２は室内や廊下などのインテリアの補
助的な照明に使う器具でブラケット照明６１とスタンド
照明６２を示す。これらの器具の中に表示装置全体が組
み込まれており、この中に、渦輪発生装置本体、流体供
給装置、識別要素添加手段、及び後で説明する識別要素
を回収する装置４３などをまとめている例を示す。ここ
で、識別要素として水蒸気を用いた場合には、加湿器と
照明を兼用することができ、照明により美しくライトア
ップされ、水蒸気を含有した渦輪が空間中を移動する様
子を表示でき、さらに部屋の空気を加湿するように部屋
内に消散するように構成される。また透明プラスチック
板からなる矢印状の保持器具６３を組み合わせることに
より案内表示の役割を果たす。なお光源として渦輪列全
体を照射する照明は装置の背後下部に設けられている。

【００８４】また実施の形態７で述べた染料を渦輪に含
ませる例と、渦輪の外部から室内照明を兼ねた光源や指
向性のある照明を照射する例の組み合わせにより、明る
い室内におけるパーティションの役割を果たす表示装置
の例を、図２３及び図２４の表示装置に示す。図２３に
おける６５は大型のパーティションの例であり、下部床
下に渦輪発生装置本体１を収納している。６７はガラス
壁、６８は回収装置の吸気部、４１は吹出孔４と吹出孔
４の間に配置された照明である。以上の構成により、照
明４１と渦輪５を連続的に吹き出して形成される渦輪列
が並列に複数並び、これらの各装置の部品や並進してい
る渦輪５群は透明なガラス壁６７の中に閉じこめられて
いる。光源からの照射位置は主として外から中が見渡し
やすい位置の渦輪に照射することにより、渦輪に混入さ
れた各種の色のついた着色片の視線を遮る効果と、照明
が渦輪に当たり反射する効果との相乗によってパーティ
ションの役割を十分果たすと共に、色と光の組み合わせ
により模様を表示できる。照明は指向性のあるものを使
用しガラス壁の外側に漏れないようにすることにより分
けられた部屋の内側や外側の人への影響が避けられる。
また、照明４１を上下に動かしたり、或いは柔らかなス
トロボ効果により瀧の流れのような動作等を表示でき
る。ここで、ガラス壁６７の間に水を封入し、吹出孔４
から吹き出される流体を識別要素を含有した水にするこ
とによっても同様の効果を奏する。さらに、ガラス壁６
７を取り去って自由空間中に渦輪５列を形成することに
より、壁無しのエア・パーティションを形成することが
できる。このようなエア・パーティションは通常ブロワ
により形成される噴流を利用したエアカーテンを用いる
ことが多いが、並進する渦輪列によっても温調された室
内空気の室外への流出を防止したり、タバコの煙などの
室外への拡散などを防止する各種遮断効果を発揮すると
同時に、照明により美しく彩られた渦輪が空間中を移動
する様子を表示でき、見た目にも美しいエア・パーティ
ションを提供することができる。

【００８５】また図２３における６６はエアーリングの
柱であり、パーティション６５と同様な構成であって同
様な効果が得られるが、違いは単一の渦輪列を発生させ
る吹出孔４と天井に配置され室内の照明を兼ねたライト
照明４１が異なる。この場合にも、照明により美しく彩
られた渦輪が空間中を移動する様子を表示でき、見た目
にも美しいエアーリングの柱を提供することができる。

【００８６】図２４はアミューズメント施設などの壁の
モニュメントを形成する表示装置であって、６７はガラ
ス壁、６９は天井７０に取り付けられた光源である点滅
周期や光の強度を制御して変化可能なストロボ装置、７
１は通路、７２は噴水を所々に配置した流水設備を示
す。連続したガラス壁６７の中に下部に渦輪発生装置本
体１と吹出穴が設けられ、下から上に向かって渦輪列が
形成される。上部には回収装置４３の吸気部がある。照
明として天井７０或いは吹出孔５近くにパルス的に明滅
を繰り返すストロボ光を照射するためのストロボ装置６
９が設けられ、任意の渦輪の位置の範囲、この範囲は大
きくも小さくもあるいは位置を変えることもできる、を
照らすように設置されている。このストロボ装置６９か
ら、渦輪５の吹き出し時間間隔と等しい周期で明滅を繰
り返すストロボ光を発生させると、空間中を並進する渦
輪群は視覚の残像現象によってあたかも空間中に停止し
たように見える。また、ある場合にはストロボの明滅間
隔を長くしたり短くしたりすることにより、渦輪群が上
方に任意の速度で移動したり、また逆に下方に移動した
りするようにすることができる。さらに、これらのスト
ロボ光の制御にマイコンを利用することにより、任意の
渦輪群の運動を現出させることも可能である。以上の構
成により、光と色彩と動きが加わった表示を得ることが
できる。

【００８７】実施の形態９．任意の空間６中に吹き出さ
れた渦輪５は、染料、粉体、蒸気、ミスト、反射片等の
識別要素を含有しているため、そのまま空間６に放置す
ることは好ましくない。そこで、図２５に示すのは、本
発明の実施の形態９による表示装置であり、渦輪発生装
置本体１から吹き出された識別要素を含有する渦輪５を
回収するよう構成された例である。図において、４３は
回収装置、４４は回収装置を構成するフード、４５はフ
ードに接続されたブロワ、４６はブロワに接続された回
収ダクトである。

【００８８】次に動作について説明する。渦輪発生装置
１より噴出された渦輪群は、空間６中を進行し、渦輪５
の吹出孔４を含む渦輪発生装置１の面と相対する位置に
設置され、その設置位置において渦輪群の進行方向に対
して垂直の面内の渦輪が展開する面積よりも大きな開口
面積を有するよう設計されたフード４４の吸い込み口に
到達する。到達した渦輪５は、フード４５に連接して設
けられ、渦輪５の運動を妨げない程度に低速なブロワ４
５の吸い込みにより、吸い込み口よりフード４４内に吸
い込まれ、さらにブロワ４５を介して、回収ダクト４６
に送られて回収される。ここで、回収方法に関してはこ
こに記した方法に限定する必要はなく、任意の手法で識
別要素を回収すればよい。また、回収された識別要素を
含有する流体を再度渦輪発生装置１或いは識別要素添加
装置に供給することにより、流体を循環させて汚染を最
小限に留めることもできる。あるいは、流体の回収時に
適当なフィルタを介することにより、有害な物質を室外
或いは室内に廃棄することは回避できる。

【００８９】このように構成することにより、識別要素
を含有した渦輪５を構成する流体による汚染を防止する
ことができる。

【００９０】図２６は回収装置４３から流体供給装置３
への循環の一例を説明する図である。図において、８０
は識別要素である細片を回収するため駆動手段であるモ
ータにより一方向に回転させられる回収コンベア、８
１、８２は外部への開口に設けられたフィルタ、８３は
渦輪から回収された回収ダクト４６の流体の流れを示す
矢印、８４は流体供給装置３に設けられた空気供給室、
８５は圧力室へ供給される空気の取り入れ口からの空気
の流れを示す矢印である。図２６において、回収ダクト
４６からの識別要素である細片を含む空気の流れは、ダ
クト４６の出口に設けられた細片より細かいメッシュか
らなるコンベア８０に当たり、空気はそのままコンベア
８０を抜ける等によりフィルタ８１を通し外部に排気さ
れる。一方細片はコンベア８０により運ばれて空気供給
室８４に持ち込まれこの室内でばらまかれるように流体
供給路２へ空気８５と一緒に吸い込まれる。なお、識別
要素の補充は空気室でも圧力室でもよいが、流体供給路
２の入り口は流体供給装置３の下部に設けると吸い込ま
れやすい。これにより渦輪を介して識別要素の循環が行
われると共に、もしこの循環の過程から漏れる細片はフ
ィルタ８１により回収され外部に出ることはない。な
お、図１９で述べた異なる色彩の細片に対しては、各色
彩毎の細片の重さや形状、または寸法を変えれば容易に
分別回収できる。例えば図２６の構成を若干変えるだけ
で、例えばコンベアで１カ所に先ず集め、この集めた細
片を別のファンで吹き飛ばし、飛んだ位置により回収を
分けたりすることで分別できる。

【００９１】以上のように構成された実施の形態９によ
る表示装置では、該表示装置をどこに配置しようと識別
要素をまき散らさずに回収し、かつ循環して使うことが
できる。

【００９２】実施の形態１０．実施の形態８では、照明
装置４１は渦輪列全体あるいはその一部に光を照射し、
情報を伝達するための識別要素は個々の渦輪５に含有さ
れるよう構成されていた。これに対して本実施の形態で
は、指向性の高い光源により、或いは光ファイバチュー
ブにより個々の渦輪５に照射した照明により詳細な情
報、例えば文字などが表示できると共に時間と共に変化
する情報を伝えられるように構成されている。図２７
は、渦輪５に照射される照明光を制御して情報を表示す
る表示装置の一例を示す斜視図である。図において、４
７は渦輪５の吹出孔４と等間隔に水平方向に並べられ、
かつ所定の等間隔を隔てて垂直方向に碁盤目状に並べら
れた光ファイバより構成される照明装置、４８は各ファ
イバの光のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御装置、４９はセ
ンサを示す。

【００９３】次に動作について説明する。例えば、ダイ
オードを利用したテロップ装置と同様に、ある所定の絵
や文字などの情報が渦輪５の並進速度と同一の速度で垂
直上方に移動する場合を考える。吹出孔４より吹き出さ
れた渦輪５にはミストや反射片等の照明光を乱反射させ
るための物質（識別要素）が混合されており、所定の並
進速度で等間隔に垂直上方に直進する。照明装置４７に
は、照明タイミング、照明時間等を制御するための制御
装置４８が付随しており、この制御装置４８には渦輪５
の通過する位置に取り付けられた流速センサや圧力セン
サ等のセンサ４９からの出力が入力される。センサ４９
からの入力により、渦輪５の並進速度を算出し、その値
と同一の速度で垂直上方に照明装置４８の明滅が伝達さ
れていくように各照明装置４７を制御する。例えば、所
定の文字列を順次ディスプレイ上に現出させるには、文
字を構成する照明光が渦輪５列の並進速度で次々と伝播
していくよう制御装置４８より各照明装置４７に制御命
令を送信すればよい。その際、例えば図中の照明装置４
７ａに制御装置４８から送信された制御命令が点灯命令
であれば、照明装置４７ａは渦輪５ａが通過する間だけ
点灯され、照明光を通過する渦輪５ａはその間照明光の
中で輝く。前記照明装置４７ａが消灯されると、それに
続き、すぐ垂直上方の照明装置４７ａが所定の時間だけ
点灯され、点灯位置は渦輪の並進速度と同一の速度で垂
直上方に移動する。逆に制御装置４８から消灯命令が送
信された場合には、照明装置４７ｂは渦輪５ｂが通過す
る間だけ消灯し、次の制御命令を待つ状態となる。消灯
されている間は、そこを通過する渦輪５ｂはディスプレ
イ上で輝かない。

【００９４】以上のように、渦輪５の列が通過する空間
に照明装置４７を碁盤目状に配列して所定の点灯タイミ
ング、点灯時間で順次点灯させて照射地点を通過してい
く渦輪５に光を照射したり、しなかったりすることによ
り、あたかも光る渦輪により構成された文字列あるいは
絵等の情報が垂直上方にテロップのように次々と出現し
て移動していくよう構成することができる。以上は空間
に配置したチューブからの光にて照射する例を示した
が、レーザーのように指向性の高い光源を用いれば吹出
孔に隣接させたり、或いは画像の情報から各渦輪に照射
できる位置に設け、渦輪の間の空間を通して目標とする
位置へ光を当てることもできる。例えば吹出孔４の周囲
に各渦輪の位置に相当して準備した光源を複数設ければ
よい。さらにまた個々のファイバチューブの光源として
ＲＧＢの３つの色彩の光源を準備して光の種類を切り換
えるようにしておけばカラー画像が表現できる。

【００９５】図２８、図２９に上記のような表示装置の
具体的適用例として、ホテルロビー等における空中モジ
ュールを表示する表示装置をそれぞれ示す。図におい
て、９０はロビー空間、９１は床面、９２は光源からの
光を照射する照明装置である。ここで、照明装置９２は
レーザー発生装置、通常の照明、ストロボ光発生装置等
なら如何なるものでもよい。図２８は床面９１に設けた
吹出孔４から渦輪を連続的に吹き出しており、この渦輪
の中の特定の位置に渦輪が来たときに吹出孔４の周囲に
設けた照明装置９２から光を照射することにより、花の
モニュメントを浮かび上がらせることができる。もし画
像を固定しておきたい場合は特定の位置に渦輪がくるタ
イミングで光の照射を制御すればよい。タイミングの制
御は先の説明のようにセンサで検出して光照射をＯＮ／
ＯＦＦすればよいし、または渦輪は常に一定時間で吹き
出させるので光照射はこの時間のタイミングでごく短時
間の照射でよい。

【００９６】図２９は床面９１に渦輪発生装置１を設置
し、この上面に設けた吹出孔４から渦輪を吹き出すと共
に照明装置９２から光を照射して日付として１０月１２
日、時刻として３時であることを表示（１０／１２
３：００）している。時刻や日付のパターンは光を制御
する制御装置のマイコンに記憶させておくだけで自由に
変更できる。図示していないが吹出孔４に対向する上方
に、透明な樹脂により構成された回収装置が設けられて
いる。このようなモニュメントを設けることにより、見
通しが良く広々とした感覚を与える空中モニュメントが
得られる。なお、図２８及び図２９は渦輪が下方から上
方へ吹き出す構成を説明したが、天井から渦輪発生装置
本体１をつり下げて下方へ吹き出したり、床面にたてて
おいて側方へ吹き出しても、渦輪の進行を妨げるもので
はなくいろいろなモニュメントの形成や立体画像の形成
が可能である。以上の方法や構成により精度の良いカラ
ー立体画像が得られる。

【００９７】しかしながら、照明装置９２を多数配列す
ることは構成が複雑となり、かつ場合によっては電力消
費も大きく実用的ではないかもしれない。そのような場
合には、照明装置とミラーを組み合わせることにより照
明装置数を低減することができる。図３０は、水平方向
に並んだ渦輪列に水平方向から照明を当てる実施の形態
を説明する上面図である。図において、５０は水平方向
の渦輪列に光を照射するために渦輪列と同一平面内に固
定させて設けられた照明装置、５１は照明装置５０から
照射された照明光、５２は照明光５１を反射し、かつそ
の反射方向を任意に変化させるよう反射面を可動とした
可変ミラー、５３は可変ミラー５２を所定の位置に所定
のタイミングで移動させるための駆動装置である。ここ
でも、照明装置５０はレーザー発生装置、通常の照明、
ストロボ光発生装置等なら如何なるものでもよい。

【００９８】次に図３０で示した装置の動作について説
明する。図２７の説明で述べたように、テロップ状に任
意の情報を一定速度で垂直上方に伝播させるには、例え
ば、ある時刻において図の平面内の４つの渦輪５のう
ち、両端の２つの渦輪５ａに光を照射し、残る２つの渦
輪５ｂには光を照射しないことが必要となる。そのよう
な場合、まず制御装置（図示せず）から照明装置５０に
４つの渦輪５のうちいずれを点灯させるかの制御信号が
送信される。一方、可変ミラー５２は、渦輪５の照射領
域通過時間よりも短く、かつ人間の視覚的な残像現象に
より光の走査が認識されない程度短い時間間隔（例えば
１／３０秒以下）で次々とステッピングモータ等の駆動
装置５３により、渦輪の存在すべき位置に対向するよう
に位置制御されている。ここで、可変ミラー５２の動作
と、照明装置５０に送られてきた制御信号は同期されて
いるものとする。照明装置５０から照射された光は、ま
ず制御信号の点灯命令に従い、可変ミラー５２が左端の
渦輪に正対する位置に停止している短時間照射されるた
め、渦輪は光を受けて輝く。続いて可変ミラー５２が右
隣の渦輪に正対する位置に移動し、停止している間だけ
照明装置５０は消灯するため、この渦輪は輝かない。次
に可変ミラー５２は右隣の渦輪に正対する位置に移動
し、制御命令に従って照明装置５０は所定の時間だけ消
灯するため、渦輪には光が照射されない。最後に右端の
渦輪に正対する位置に可変ミラー５２が移動し、そこに
照明装置５０からミラー５２が停止している間だけ光が
照射される。照射された光は照明領域を通過する右端の
渦輪に当たるため、渦輪は輝くことになる。このような
動作を高速で反復することにより、渦輪５が照明装置５
０の照明領域を通過する間、水平面内の渦輪列を１つの
照明装置５０のみで照明制御することができ、照明装置
５０の設置数を低減することができる。

【００９９】また、図３０では水平面内の渦輪列を１つ
の照明装置５０と可変ミラー５２で照明制御する方法を
示したが、垂直面内の渦輪列を高速に走査するよう可変
ミラーの位置と照明間隔及び照明タイミングを制御する
ことにより、同様に照明装置の設置数を低減しつつ同様
の効果を得ることができるのは言うまでもない。

【０１００】さらに、照明装置５０の設置位置は光を照
射すべき渦輪列の水平面内或いは垂直面内に限定する必
要はなく、光を確実にスポット的に照射できる位置であ
れば斜めでもどこでもよい。以上により、本実施の形態
では簡単な方法や構成により安価にカラーの立体画像が
得られる。

【０１０１】

【発明の効果】以上のように、第１の発明による渦輪発
生装置は、流体に圧力を加える圧力手段と、前記圧力手
段にて圧力が加えられた流体を渦輪としてあらかじめ設
定された方向に吹き出すとともに、該渦輪を並進可能な
間隔で吹き出す、複数配置して空間に開口する吹出孔
と、を備え、前記圧力を繰り返し変化させて前記吹出孔
から連続的に渦輪を発生させ複数の渦輪列を形成させる
ので、空間に多次元等の渦輪列を簡単に作り出すことが
できる。

【０１０２】また、第２の発明による渦輪発生装置は、
第１の発明において、隣接する吹出孔の中心軸間の距離
をＬ、吹出孔の直径をそれぞれＤ_a，Ｄ_bとすると、Ｌ−
0.5（Ｄ_a＋Ｄ_b）＞Ｄ_a及びＬ−0.5（Ｄ_a＋Ｄ_b）＞Ｄ_bと
なるように吹出孔の配置間隔を設定したので、小さい渦
輪から大きな渦輪まで、どのようなサイズの渦輪に対し
ても密な各種形態の渦輪列を造れる。

【０１０３】また、第３の発明の渦輪発生装置は、第１
の発明において、渦輪同士が相互干渉しないように、複
数の吹出孔から渦輪を吹き出すタイミングを同期させる
と共に、吹き出す時間間隔を一定に制御したので、渦輪
同士が相互に干渉せずに正確な形態の渦輪列を造れる。

【０１０４】また、第４の発明による渦輪発生装置は、
第１ないし３の何れかの発明において、圧力手段は圧力
室の体積を変更する手段を備えたものであるので、吹き
出される渦輪の並進速度を正確かつ簡便に調節すること
ができる。

【０１０５】また、第５の発明による渦輪発生装置は、
第１ないし３の何れかの発明において、圧力手段は圧力
室に圧縮した流体を供給する手段を備えたものであるの
で、吹き出される渦輪の並進速度を簡便に調節すること
ができる。

【０１０６】また、第６の発明による渦輪発生装置は、
第１ないし５の何れかの発明において、圧力手段は単
一、または、複数から構成されたので、圧力手段の個数
を必要に応じて選択でき、自由度の高い装置を構成でき
る。

【０１０７】また、第７の発明による表示装置は、時間
間隔をおいて圧力が加えられた流体を得る圧力室と、前
記圧力室に接続され、前記時間間隔をおいて圧力が加え
られた流体を渦輪として空間に連続的に吹き出す吹出孔
と、前記渦輪とこの渦輪が吹き出された空間に存在する
流体との識別を行う、または特定の位置に吹き出される
渦輪と他の渦輪との識別を行う識別要素を前記渦輪に添
加する識別要素添加手段と、を備え、前記渦輪により空
間に表示を行うので、渦輪と周囲の流体との判別または
特定の位置に吹き出される渦輪と他の渦輪との判別を容
易にし、浮かび上がった渦輪列によって空間に任意の表
示を行うことができる。

【０１０８】また、第８の発明による表示装置は、時間
間隔をおいて圧力が加えられた流体を得る圧力室と、前
記圧力室に接続され、前記時間間隔をおいて圧力が加え
られた流体を渦輪として空間に連続的に吹き出す吹出孔
と、前記渦輪に光を反射する識別要素を添加する識別要
素添加手段と、吹き出された渦輪に照明を照射する単一
または複数の光源と、を備え、前記識別要素を添加した
渦輪とこの渦輪に照射する照明により空間に表示を行う
ので、周囲の流体からより明確に渦輪を浮かび上がらせ
て表示を容易にし、さらに光の演出によりフレキシビリ
ティのある装置が得られる。

【０１０９】また、第９の発明による表示装置は、第７
または８の発明において、識別要素を圧力室に、また
は、圧力室と吹出孔の接続部分に供給するので、識別要
素の供給位置を選択でき、用途に合わせた装置が得られ
る。

【０１１０】また、第１０の発明による表示装置は、第
８の発明において、光源は任意の時間間隔で、任意の時
間照射するので、任意の渦輪を任意の時間ライトアップ
することができ、表示の精度と自由度を向上させること
ができる。

【０１１１】また、第１１の発明による表示装置は、第
７または８の発明において、並進する渦輪群の中の特定
の渦輪の位置に照明を照射する光源と、前記渦輪がその
特定の位置に存在する際照明を照射する光制御手段と、
を備えたので、任意の渦輪を任意の時間ライトアップす
ることができ、表示の精度と自由度を向上させることが
できる。

【０１１２】また、第１２の発明による表示装置は、第
９ないし１１の何れかの発明において、光源は個別に点
灯および消灯を制御できる複数の光源であるので、表示
の自由度を増すことができる。

【０１１３】また、第１３の発明による表示装置は、第
７または８の発明において、吹出孔と対向して配置さ
れ、吹出孔から吹き出された渦輪または該渦輪に添加さ
れた識別要素を回収する手段を備えたので、渦輪または
識別要素による汚染を防止することができる。

【０１１４】さらにまた、第１４の発明による表示方法
は、複数の渦輪列によりスクリーンを形成するステップ
と、前記渦輪列の複数の所定の位置に光を照射可能に照
明装置を配置するステップと、前記渦輪列の所定の位置
に渦輪が存在する際に前記光を照射して画像を形成させ
るステップと、を備えたので、光る渦輪により構成され
た文字や絵等の画像が次々に出現するようにすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による渦輪発生装置の
基本構成を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係わり渦輪列の発生
メカニズムを説明する図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係わり同一直線上を
隣接して直進する２つの渦輪の様子を説明する図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態１に係わり左右の渦輪の
干渉メカニズムを説明する図である。

【図５】本発明の実施の形態１に係わり渦輪列群の運
動を数値解析の手法を用いてシミュレートする計算のフ
ローチャートを示す図である。

【図６】本発明の実施の形態１による渦離散法により
シミュレートされた渦輪列の運動の様子を示す説明図で
ある。

【図７】本発明の実施の形態１による３次元の渦輪列
群を噴出するように構成された渦輪発生装置の構成を示
す図である。

【図８】本発明の実施の形態２によるジャバラ機構を
有した渦輪発生装置の１構成例を示す図である。

【図９】本発明の実施の形態２によるジャバラ機構を
有した渦輪発生装置の別の構成例を示す図である。

【図１０】本発明の実施の形態３によるピストン機構
を有した渦輪発生装置の１構成例を示す図である。

【図１１】本発明の実施の形態３によるピストン機構
を有した渦輪発生装置の別の構成例を示す図である。

【図１２】本発明の実施の形態４によるスピーカを有
した渦輪発生装置の１構成例を示す図である。

【図１３】本発明の実施の形態４によるスピーカを有
した渦輪発生装置の別の構成例を示す図である。

【図１４】本発明の実施の形態５によるコンプレッサ
を有した渦輪発生装置の１構成例を示す図である。

【図１５】本発明の実施の形態５によるコンプレッサ
を有した渦輪発生装置の１構成例を示す図である。

【図１６】本発明の実施の形態６によるブロワを有し
た渦輪発生装置の１構成例を示す図である。

【図１７】本発明の実施の形態６によるブロワを有し
た渦輪発生装置の別の構成例を示す図である。

【図１８】本発明の実施の形態７による任意の渦輪に
識別要素を添加する構成を有する表示装置の１構成例を
示す図である。

【図１９】本発明の実施の形態７による任意の渦輪に
識別要素を添加する構成を有する表示装置の別の構成例
を示す図である。

【図２０】本発明の実施の形態８による照明機能が付
加された渦輪を用いた表示装置の１構成例を示す図であ
る。

【図２１】本発明の実施の形態８による照明機能が付
加された渦輪を用いた表示装置の別の構成例を説明する
図である。

【図２２】本発明の第８実施の形態による照明機能が
付加された渦輪を用いた表示装置の別の構成例を説明す
る図である。

【図２３】本発明の第８実施の形態による照明機能が
付加された渦輪を用いた表示装置の別の構成例を説明す
る図である。

【図２４】本発明の第８実施の形態による照明機能が
付加された渦輪を用いた表示装置の別の構成例を説明す
る図である。

【図２５】本発明の実施の形態９による識別要素を含
有した渦輪を回収する機能を有する表示装置の構成を示
す図である。

【図２６】本発明の実施の形態９による識別要素を含
有した渦輪を回収する機能を有する回収装置の構成を示
す図である。

【図２７】本発明の実施の形態１０による照明機能が
付加された渦輪を用いた表示装置の１構成例を示す図で
ある。

【図２８】本発明の実施の形態１０による照明機能が
付加された渦輪を用いた表示装置の別の構成例を説明す
る図である。

【図２９】本発明の実施の形態１０による照明機能が
付加された渦輪を用いた表示装置の別の構成例を説明す
る図である。

【図３０】本発明の実施の形態１０による照明機能が
付加された渦輪を用いた表示装置の別の構成例を要部を
拡大して説明する図である。

【図３１】従来の水中に気泡を発生させて水槽の透視
面に任意のパターンを表示するよう構成された情報伝達
装置を示す概念図である。

【図３２】従来の渦輪を断続的に発生させて任意の流
体を任意の場所にスポット的に搬送する送風装置を示す
概念図である。

【図３３】従来の渦輪を断続的に発生させて任意の流
体を任意の場所にスポット的に搬送する送風装置を示す
概念図である。

【符号の説明】

１００水槽、１０１散気体、１０２上昇気
流、１０３空気供給源、１０４気泡群、１０
５電磁弁、１０６表示パターン、１０７コントロ
ーラ、１１０吹出装置、１１１吹き出し口、
１１２被搬送流体、１１３渦輪、１１４在人
箇所、１渦輪発生装置、２流体供給路、３
流体供給装置、４吹出孔、５渦輪、６空
間、７圧力室、８ナイフエッジ、９渦輪回転
方向、１０渦輪進行方向、１１渦核、１２渦
核直径、１３誘導速度、Ｌ吹出孔間の距離、
ＬＤ渦核間の距離、１４ジャバラ、１５駆動
装置、１６連結部、１７吸気弁、１８整流
器、１９可動部、２０ピストン、２１排気
弁、２２コントローラ、２３駆動装置信号線、
２４吸気弁信号線、２５排気弁信号線、２６
スピーカ、２７スピーカ信号線、２８アン
プ、２９コンプレッサ、３０弁、３１流体
供給路、３２ディフューザ、３３回転円盤、３
４スリット、３５モータ、３６モータ制御
線、３７ブロワ、３８ブロワ信号線、３８
縮流ダクト、３９着色装置、４０着色信号線、
４１照明装置、４２光、４３回収装置、４
４フード、４５ブロワ、４６回収ダクト、４
７照明装置、４８制御装置、４９センサ、
５０照明装置、５１照明光、５２可変ミラ
ー、５３駆動装置、６１ブラケット照明、６
２スタンド照明、６５パーティション壁面、６
７ガラス壁、６８吸気部、６９ストロボ装置、
７０天井、７１通路、７２流水設備、８０
回収コンベア、８１、８２フィルタ、８４空
気供給室、９０ロビー空間、９１床面、９２
照明装置。

フロントページの続き (72)発明者古藤悟東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体に圧力を加える圧力手段と、前記圧
力手段にて圧力が加えられた流体を渦輪としてあらかじ
め設定された方向に吹き出すとともに、該渦輪を並進可
能な間隔で吹き出す、複数配置して空間に開口する吹出
孔と、を備え、前記圧力を繰り返し変化させて前記吹出
孔から連続的に渦輪を発生させ複数の渦輪列を形成させ
ることを特徴とする渦輪発生装置。
【請求項２】隣接する吹出孔の中心軸間の距離をＬ、
吹出孔の直径をそれぞれＤ_a，Ｄ_bとすると、Ｌ−0.5
（Ｄ_a＋Ｄ_b）＞Ｄ_a及びＬ−0.5（Ｄ_a＋Ｄ_b）＞Ｄ_bとな
るように吹出孔の配置間隔を設定したことを特徴とする
請求項１記載の渦輪発生装置。
【請求項３】渦輪同士が相互干渉しないように、複数
の吹出孔から渦輪を吹き出すタイミングを同期させると
共に、吹き出す時間間隔を一定に制御したことを特徴と
する請求項１記載の渦輪発生装置。
【請求項４】圧力手段は圧力室の体積を変更する手段
を備えたものであることを特徴とする請求項１ないし３
の何れかに記載の渦輪発生装置。
【請求項５】圧力手段は圧力室に圧縮した流体を供給
する手段を備えたものであることを特徴とする請求項１
ないし３の何れかに記載の渦輪発生装置。
【請求項６】圧力手段は単一、または、複数から構成
されたことを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記
載の渦輪発生装置。
【請求項７】時間間隔をおいて圧力が加えられた流体
を得る圧力室と、前記圧力室に接続され、前記時間間隔
をおいて圧力が加えられた流体を渦輪として空間に連続
的に吹き出す吹出孔と、前記渦輪とこの渦輪が吹き出さ
れた空間に存在する流体との識別を行う、または特定の
位置に吹き出される渦輪と他の渦輪との識別を行う識別
要素を前記渦輪に添加する識別要素添加手段と、を備
え、前記渦輪により空間に表示を行うことを特徴とする
表示装置。
【請求項８】時間間隔をおいて圧力が加えられた流体
を得る圧力室と、前記圧力室に接続され、前記時間間隔
をおいて圧力が加えられた流体を渦輪として空間に連続
的に吹き出す吹出孔と、前記渦輪に光を反射する識別要
素を添加する識別要素添加手段と、吹き出された渦輪に
照明を照射する単一または複数の光源と、を備え、前記
識別要素を添加した渦輪とこの渦輪に照射する照明によ
り空間に表示を行うことを特徴とする表示装置。
【請求項９】識別要素を圧力室に、または、圧力室と
吹出孔の接続部分に供給することを特徴とする請求項７
または８記載の表示装置。
【請求項１０】光源は任意の時間間隔で、任意の時間
照射することを特徴とする請求項８記載の表示装置。
【請求項１１】並進する渦輪群の中の特定の渦輪の位
置に照明を照射する光源と、前記渦輪がその特定の位置
に存在する際照明を照射する光制御手段と、を備えたこ
とを特徴とする請求項７または８記載の表示装置。
【請求項１２】光源は個別に点灯および消灯を制御で
きる複数の光源であることを特徴とする請求項９ないし
１１の何れかに記載の表示装置。
【請求項１３】吹出孔と対向して配置され、吹出孔か
ら吹き出された渦輪または該渦輪に添加された識別要素
を回収する手段を備えたことを特徴とする請求項７また
は８記載の表示装置。
【請求項１４】複数の渦輪列によりスクリーンを形成
するステップと、前記渦輪列の複数の所定の位置に光を
照射可能に照明装置を配置するステップと、前記渦輪列
の所定の位置に渦輪が存在する際に前記光を照射して画
像を形成させるステップと、を備えたことを特徴とする
表示方法。