JPH11235476A - 浮上状態を継続する回転翼型浮上玩具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送風機２による気流の中で浮上体１が回転し
ながら回転翼３による揚力で浮上を継続する。 【解決手段】 回転翼３の捻り角度を下からの気流の中
で揚力を発生しながら回転を継続するトルクを発生させ
る捻り角度に設定し、下から当る気流により外方向への
空力を発生する安定器４を浮上体１に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は送風機による上方向へ
の気流の中で、浮上体が継続して浮上する回転翼型浮上
玩具に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転運動を外部から与えることにより、
回転翼で揚力を発生する竹トンボ型のものであった。回
転翼は揚力を発生するように捻りがつけられている。外
部から与えられた回転運動は空気抵抗により次第に回転
運動が落ちてきて、上昇した後落下してくるものであっ
た。

【０００３】また、上向きに送風し、その局所的な上昇
気流の中に軽い球体を置くと球体が安定して浮上を継続
することが公知技術として知られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】竹トンボは、外部から
与えられた回転運動が空気抵抗により減少することは避
けられないので、滞空時間に限りがあり継続して滞空さ
せることはできなかった。また高く上昇することや真上
に飛ばすことが難しく横や斜めに飛んでしまいがちで、
狭い場所や室内で飛ばすには壁や天井に当ってしまうの
で不適であった。

【０００５】球体は大きさに比較して上昇気流の中で浮
上する力が弱く、適度な大きさ重さの球体を充分な高さ
に浮上させるには強力な送風機を必要とし、玩具として
適切な規模に収めることが困難であった。また球体が浮
上している状態は動きが乏しく面白味に欠けるものがあ
った。

【０００６】本発明は竹トンボのように回転翼を有する
浮上体が回転しながら小規模な送風機による局所的な上
昇気流の中で安定して浮上を継続することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】送風機２で上方向に送風
して局所的な上昇気流を発生させ、その気流の中で回転
翼３と安定器４から構成される浮上体１が回転しながら
浮上を継続できるようにした。なお、浮上体１と送風機
２はそれぞれの全体を指し示すもので、その中の特定箇
所を指すものではないものとする。

【０００８】通常の竹トンボが回転により上昇と滞空を
するのに適した捻り角度であるのに対して、回転翼３は
上昇気流の中で回転することにより揚力と回転運動を継
続させるトルクとなる推進力を発生するのに適性な迎角
になるように捻り角度が設定されていて、回転方向に対
して通常の竹トンボとは翼の捻る角度が異なるものとし
た。

【０００９】安定器４を、局所的な上昇気流から外れな
いように上昇気流の中心方向に横方向に戻す復元力を発
生させるために設けた。安定器４は回転翼３の中心を中
心にして描いた円周上に存在するリング状で下から気流
が当ることにより円周の外方向への空力を発生するもの
である。

【００１０】球体が局所的な上昇気流中で浮上するとき
球体は浮上力と上昇気流の中から外れないようにする横
方向の復元力の両方を球体で発生させるが、本発明では
これを回転翼３と安定器４のそれぞれに機能分割したこ
とになる。

【００１１】

【作用】回転翼３の作用について説明する。気流の中で
適性な迎角を持って置かれた翼は上向きの揚力を発生す
る。図２の（ａ）はこの様子を示したものである。矢印
Ａは気流の方向を示し適性な迎角θを持って翼に当り、
矢印Ｂは翼の発生する空力を示すものとする。Ｂを鉛直
と水平方向の矢印ＣとＤに分解するとＤは揚力でＣは後
ろ向きの空気抵抗として作用する。通常の竹トンボの回
転翼においてはこのように空気抵抗が作用する状態で回
転運動が減衰してしまうことになる。

【００１２】図２の（ｂ）は上昇気流の中を水平に前進
する翼を示したものである。翼の前進による速度成分の
矢印Ｘと上昇気流の上向き速度成分Ｙとが合成された形
で、翼に当る気流は矢印Ａとなって上向きに傾く。この
上向きのＡに対して適性な迎角θになるような翼の角度
は図のように前に傾くことになる。したがって翼で発生
する矢印Ｂで示す空力もそのまま前方に傾くことにな
る。Ｂを鉛直と水平方向の矢印ＣとＤに分解すると、水
平方向成分のＣは前向きとなり推進力として作用する。
したがって外部から推進力を翼に与えなくても前進を継
続することができて、これはグライダーが無動力で上昇
気流の中で飛行を継続できる原理となっている。回転翼
３をこのような迎角になるように翼の捻り角度を設定す
ることにより、翼の推進力は回転を継続させるトルクと
して作用して、上昇気流中で浮上に必要な揚力を発生さ
せながら回転運動を継続することができることになる。

【００１３】図２の（ｂ）は上昇気流の無いところで翼
がＡと逆方向に高度を下げながら進む様子ととらえるこ
ともできる。すなわち上昇気流の無い所ではグライダー
がゆっくりとした降下速度で滑空することができるのと
同様に、この回転翼３はゆっくりとした降下速度で回転
を継続しながら落下してくる機能があることになる。そ
の降下速度と等しい上昇気流の中に置けば一定の高さを
保つことになると表現することもできる。

【００１４】安定器４の作用について図３において説明
する。図３は上昇気流に対する安定器４の横方向の位置
と作用する力との関係を示す斜視図である。リング状の
安定器４を線で描いて円として表してある。上昇気流の
下から上への流速により安定器４には外側に引っ張る横
方向の空力が発生し、この力を安定器４の回りの８本の
矢印で示してある。安定器４に作用する横方向の合力は
安定器４の中央を示す点からの矢印で示す。上向きの３
本の矢印は上昇気流を表し、（ａ）は安定器４が上昇気
流の中央に位置しているときで（ｂ）は右にずれたとき
である。（ａ）では上昇気流による流速がどの部分も等
しいので空力も等しく合力はゼロである。従って中央の
点からの合力を示す矢印は描かれていない。（ｂ）では
上昇気流から外れた右側の流速が落ちることにより、右
側の空力が小さくなるので反対側の左に引っ張る力が勝
り合力は左を向く力となり、外れた方向と逆方向の力が
安定器４に作用する。これが常に上昇気流の中心に戻ろ
うとする横方向の復元力となる。

【００１５】回転運動は揚力を発生させるだけでなく姿
勢を安定させる作用がある。安定器４は浮上体１の中心
回りの慣性モーメントを大きくして、その効果を増大さ
せる作用もある。

【００１６】

【実施例】発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

【００１７】図１は本発明の１実施例の斜視図である。
送風機２の発生する上昇気流の中で浮上体１が矢印Ａの
示す回転方向に回転しながら浮上している状態を示すも
のである。

【００１８】浮上体１は安定器４の上部と回転翼３が固
着されていて、これらは発泡スチロール等の軽い材質で
作成されている。回転翼３は４枚羽根のプロペラ形状
で、各羽根の断面は翼型で回転方向に対して前が下がっ
た形で捻れがついている。安定器４は断面形状が翼型の
下に広がった形のスカート状になっている。浮上体１の
中心の摘み棒５は、手でこれを摘んで上昇気流の中に持
って行きコマのように回して最初の回転を与えるための
ものである。最初の回転を与えることにより後は空力に
より回転を継続させるトルクが発生し、回転による揚力
で滞空を継続する。

【００１９】安定器４について詳しく説明する。図１の
実施例の下に広がったスカート状の安定器４を図４に示
す。図４の（ａ）は安定器４の斜視図で（ｂ）はそれを
中央で垂直に切断したＡ−Ａ断面図である。下に広がっ
ていることにより３本の上向きの矢印で示してある下か
らの流れである上昇気流に対してθの迎角をもつ翼とし
て作用し揚力が発生して翼からの矢印で示してあるリン
グの外方向への空力が作用する。

【００２０】図５において同様に下から気流が当ること
により外方向への空力が発生する安定器４の他実施例に
ついて説明する。図５はリング状の安定器４の中央で垂
直に切断した縦断面図である。（ａ）は迎角は無しで厚
くて湾曲の大きい翼断面形にしたもので、迎角をゼロと
した替りに翼断面形による翼としての効果を大きくした
ものである。（ｂ）は翼ではなくて内側の４ｂと外側の
４ａの壁でリング状のダクトを形成し、下から流入した
空気を内側に吐出する形となっている。

【００２１】図６において浮上体１の他実施例について
説明する。図６の（ａ）と（ｂ）は回転翼３と安定器４
との距離を離したものである。（ａ）に示す安定器４は
図４に示す下に広がったスカート状の安定器４と断面は
同じであるが４つに分割された形となっている。これを
連結棒６により結合し、連結棒６に回転翼３と固着して
浮上体１として一体としたものである。（ｂ）に示す浮
上体１は回転翼３の直径を安定器４の内径よりも小さく
したもので、連結棒６により回転翼３と安定器４を結合
している。

【００２２】図７により浮上体１の他実施例について説
明する。この実施例は安定器４に固着された連結棒６の
先に外周回転翼７をつけたもので、外周回転翼７は浮上
体１の回転に伴い上昇気流の外を大きな半径で周回する
ことになる。上昇気流から外れたここで周回することに
より適正な揚力を得る迎角に設定されていて回転翼３と
は捻れの方向が逆となり、すなわち回転方向に対する捻
れの方向が通常の竹トンボと同じである。回転を継続す
るトルクは回転翼３で発生し、揚力は回転翼３と外周回
転翼７により発生することになる。外周回転翼７は中心
からの直径が大きい分、角速度に比較して移動速度が速
いことになるので、遅い角速度で回転しても浮上に必要
な揚力を得ることが可能となる。

【００２３】図１と図８において送風機２の１実施例に
ついて説明する。図８は図１の実施例のノズル１２周辺
部分で（ａ）は平面図で（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａで垂直
に切断した縦断面図である。送風機２はプロペラ８をモ
ータ９で回転させてノズル１２に空気を送り込み空気を
上に噴出する働きをし、この空気が局所的な上昇気流と
なる。モータ９は小型の模型用モータでモータ電源１０
に接続されている。モータ電源１０の電気的構成は電
池、スイッチ及び抵抗から成り、スイッチにより停止と
標準送風と強い送風の３つが選択できるようになってい
る。標準送風のときは抵抗を介し、強い送風のときは直
接モータ９に電池を接続する形でモータ９への電圧を変
える。ノズル１２は上の口径が下より少し小さくなった
傾斜のついた筒状で、内部には上から見て十字の形の気
流を整える作用をする整流板１３が固着されている。図
８の（ｂ）では整流板１３を中央で２枚に薄く切断した
形となっている。ノズル１２と一体となった形で、上部
には受け皿１４がノズル口の周囲に設けられている。受
け皿１４は外周から内側に向かって下る傾斜のついた皿
の中央に穴の空いた皿形となっている。ベース１６に設
けられたモータベース１１でモータ９を、ノズル支柱１
５でノズル１２を固着してある。

【００２４】ノズル吐出口の径は浮上体１の安定器４の
径よりも小さいものとし、安定器４の下面と受け皿１４
の表面は摩擦が少ないように作成されている。したがっ
て浮上体１を受け皿１４の中央に置くことができて、そ
の間の摩擦は少ないことになる。受け皿１４の中央近辺
に浮上体１を置いて送風を開始すると浮上体１は滑べり
ながらしだいに回転数を上げて浮上状態に移行させるこ
とがでる。また浮上状態で送風を停止した時に浮上体１
は受け皿１４の上に着地してきて、滑べりながら回転数
を落して中央近辺で静止することになる。この状態で再
び送風を開始すれば浮上状態に持っていくことが可能と
なる。なお、以上の受け皿１４に関した機能は試作品の
実験により動作が確認されている。受け皿１４は皿状以
外にもアーム状のものを吐出口の周囲に放射状に配置し
ても良い。

【００２５】ノズル１２周辺部分の他実施例を図９に示
す。（ａ）は平面図で（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａで垂直に
切断した縦断面図である。この実施例では受け皿１４は
連続的な面ではなく内側の平らな面と傾斜した面と外側
の垂直な面とからなり、縦断面図は折れ線となってい
る。受け皿１４は３本の受け皿スポーク１７を介して中
央に受け皿シャフト１８が垂直に固着されている。整流
板１３の中心に垂直に穴が空いていて軸受となり、ここ
に受け皿シャフト１８を挿入し、受け皿１４が自由に回
転できるようにしたものである。受け皿１４の上に浮上
体１を置いて浮上を開始させるとき回転の摩擦力に打ち
勝って回転数を上げるトルクを空力で発生させる必要が
あるが、この実施例ではその摩擦力を小さくすることが
できる。この実施例では受け皿１４が一体であるが、受
け皿１４が２つに分割された形で内周の平らな部分だけ
が回転して外側の部分をノズル１２に固着した形にして
も良い。

【００２６】ノズル１２周辺部分の別の他実施例を図１
０に示す。図１０の（ａ）は平面図で（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａで垂直に切断した縦断面図である。この実施例で
は受け皿１４は、内側は放射状に配置された４つのロー
ラ１９で、その回りを傾斜した面と垂直な面からなるリ
ング状の面が囲む形となっている。ノズル１２に固着さ
れたローラシャフト２０がローラ１９の両側の面の中心
にある穴を遊びを持って通っていて、各ローラ１９は中
心軸回りに少ない抵抗で回転できるようになっている。
そのローラシャフト２０に受け皿１４の外周部分となる
リング状の面が固着されている。ローラ１９は回転の摩
擦を小さくすることと慣性モーメントを小さくするため
に軽く作られていて中は中空となっている。この実施例
の受け皿１４も前の図９の実施例と同様に浮上体１が受
け皿１４の上で小さい抵抗で回転することができる。

【００２７】モータ電源１０の他の構成について説明す
る。ＰＷＭ回路で可変抵抗によりモータ電圧を設定でき
る回路構成とすることもでき、この場合は抵抗を介して
電圧を落す場合よりも電力損失が小さくなり、連続的に
送風量を設定することもできる。また電子的に送風機２
の作動を間欠的に繰り返す機能を持たせることにより、
浮上の開始、浮上状態及び着地の３つの状態を自動的に
繰り返し、動作に変化を持たせることができる。試作品
の実験によると、安定浮上を継続できるモータ電源１０
の電圧範囲よりもモータ電源１０のオンオフにより受け
皿１４の上での浮上の開始と着地が安定して行なえる電
圧範囲は狭い。したがってオンオフ制御で自動的に繰り
返し動作をさせる場合は、この条件により浮上状態の高
さの範囲が制限されることになる。これを避けるには段
階的に電圧を変えるか連続的に徐々に電圧の上げ下げを
行なうように自動的に電圧を制御すれば良い。また、電
源を電池の替りにＡＣアダプタとすることもでき、その
場合は永続的に動作させることが可能となる。

【００２８】送風機２のプロペラ８の動力源を手動にし
た他実施例を図１１において説明する。図１１はプロペ
ラ８とその駆動部分の側面図である。ギアボックス２２
にハンドル２１が取り付けられていて、内部はクラウン
ギアとピニオンギアのギア２３ａとギア２３ｂから構成
されている。ハンドル２１を手で回し、ギア２３ａとギ
ア２３ｂによりこの回転の回転数と方向を９０度変えて
プロペラ８を高速回転させるものである。手が当らない
ようにプロペラ８のシャフトは長く延ばしてある。プロ
ペラ８は手に当った場合の保護と慣性モーメントを大き
くして回転むらを少なくすることを兼ねて外周リングの
付いたものとなっている。

【発明の効果】本発明には以下の効果がある。

【００２９】（イ）竹トンボが継続的に一定箇所で回転
しながら浮上しているような状態を演出することができ
る。また本発明は翼による揚力を用いているので、効率
良く浮上できて通常の小型模型用モータを用いた送風機
２による弱い上昇気流でも適度な大きさや重さの浮上体
１を高い位置で浮上させることが可能である。

【００３０】（ロ）浮上状態にするには受け皿１４の上
に浮上体１を置いてから送風機２を作動させるか、送風
機２を作動させて浮上体１の摘み棒５を持って上昇気流
の中で回転を与えて手を放せば良いだけで誰でも簡単に
行なうことができる。試作品の実験によると安定動作の
許容範囲はかなり広いので微調整は不必要である。

【００３１】（ハ）外周回転翼７を有する浮上体１は直
径の大きな浮上体１がゆっくりとした回転数で浮上を継
続する祝覚的効果がある。

【００３２】（ニ）送風機２のモータ９への電気的操作
のみで浮上の開始と着地の動作を繰り返し行なうことが
できる。従ってモータ電源１０に周期的に動作する機能
を加えることにより浮上体１は自動的に繰り返し動作を
することができる。

【００３３】（ホ）試作品の実験によると特殊な材料や
高い工作精度は要求されないので低コストで提供するこ
とができる。

【００３４】（ヘ）送風機２の電源をＡＣアダプタとす
れば永続的に動作させることができるので室内インテリ
アとすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図２】翼の作用を示す側面図である。

【図３】安定器４の作用を示す斜視図である。

【図４】安定器４の実施例の斜視図と縦断面図である。

【図５】安定器４の実施例の縦断面図である。

【図６】浮上体１の実施例の斜視図である。

【図７】浮上体１の実施例の斜視図である。

【図８】送風機２のノズル１２周辺部の実施例の平面図
と縦断面図である。

【図９】送風機２のノズル１２周辺部の実施例の平面図
と縦断面図である。

【図１０】送風機２のノズル１２周辺部の実施例の平面
図と縦断面図である。

【図１１】送風機２の駆動部分の実施例の側面図であ
る。

【符合の説明】

１ 浮上体 ２ 送風機 ３ 回転翼 ４ 安定器 ５ 摘み棒 ６ 連結棒 ７ 外周回転翼 ８ プロペラ ９ モータ １０ モータ電源 １１ モータ台 １２ ノズル １３ 整流板 １４ 受け皿 １５ ノズル支柱 １６ ベース １７ 受け皿スポーク １８ 受け皿シャフト １９ ローラ ２０ ローラシャフト ２１ ハンドル ２２ ギアボックス ２３ ギア

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上に送風する送風機（２）による局所的
   な上昇気流の中で浮上体（１）が浮上し、浮上体（１）
   は上昇気流の中で回転しながら揚力及び回転を継続する
   トルクとなる推進力を発生する捻り角度に設定された回
   転翼（３）と、下から気流が当ることにより外方向への
   空力を発生するリング状の安定器（４）とから構成され
   ることを特徴とする浮上玩具。
2. 【請求項２】 下に広がったスカート状の安定器（４）
   を用いた請求項１記載の浮上玩具。
3. 【請求項３】 安定器（４）の外側に位置し、送風機に
   よる上昇気流の外側を浮上体（１）の回転につれて周回
   することにより揚力を発生する捻り角度に設定された外
   周回転翼（７）を浮上体（１）に設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の浮上玩具。
4. 【請求項４】 空気吐出口の周囲に内径が浮上体１の径
   よりも小さく中央近辺に置かれた浮上体１がこの上で回
   転可能な受け皿（１４）を送風機（２）に設けたことを
   特徴とする請求項１記載の浮上玩具。
5. 【請求項５】 垂直中心軸回りに回転するように取り付
   けた受け皿（１４）を特徴とする請求項４記載の浮上玩
   具。
6. 【請求項６】 中心軸回りに自由に回転するローラ（１
   ９）を放射状に配置した受け皿（１４）を特徴とする請
   求項４記載の浮上玩具。