(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中内における生地又は素材表面の流体抵抗を測定する方法であって、
水の密度よりも重い密度の円筒状基体の円筒部の外側面に生地又は素材を取り付け、
（Ａ）前記円筒状基体を立てた状態で水槽内の静置水に落下させ、前記円筒状基体先端が所定の落下距離を通過する時間を測定するか、あるいは
（Ｂ）前記円筒状基体を立てた状態で空気中から静置した水中に落下させ、前記円筒状基体先端が水面に接触してから後端が冠水するまでの入水時間を測定し、
生地又は素材表面の流体抵抗の評価値とすることを特徴とする流体抵抗測定方法。
【請求項２】
前記円筒状基体は、先端は球面状であり、後端は先細り状である請求項１に記載の流体抵抗測定方法。
【請求項３】
前記円筒状基体の後端は先細り状であり、その角度が１０度から３０度である請求項１又は２に記載の流体抵抗測定方法。
【請求項４】
前記円筒状基体は、先端側に重心がある請求項１〜３のいずれかに記載の流体抵抗測定方法。
【請求項５】
前記円筒状基体は、密度は１０００〜１２００kg/m3である請求項１〜４のいずれかに記載の流体抵抗測定方法。
【請求項６】
前記円筒状基体は、断面が円、楕円、長円及び扁平円から選ばれる少なくとも一つの形状である請求項１〜５のいずれかに記載の流体抵抗測定方法。
【請求項７】
前記所定の落下距離が１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内における特定の値であり、ハイスピードカメラにより高速撮影して落下時間を測定する請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体抵抗測定方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の流体抵抗測定方法を実施するための流体抵抗測定装置であって、
円筒部の外側面に生地又は素材を取り付けが可能であり、水の密度よりも重い密度の円筒状基体と水槽と、ハイスピードカメラを備え、
（Ａ）前記円筒状基体を立てた状態で水槽内の静置水に落下させ、前記円筒状基体先端が所定の落下距離を通過する時間を測定する手段を備えるか、あるいは
（Ｂ）前記円筒状基体を立てた状態で空気中から静置した水中に落下させ、前記円筒状基体先端が水面に接触してから後端が冠水するまでの入水時間を測定する手段を備え、
生地又は素材表面の流体抵抗の評価値とすることを特徴とする流体抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水着等の流体抵抗を測定することが可能な方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水着生地や水泳キャップなどの素材に求められる一つの機能は、競泳時に生ずる水中での表面摩擦抵抗を下げることにある。このためには水中における表面摩擦抵抗を把握する必要がある。従来から水着の流体抵抗を測定する方法は提案されている。特許文献１には、見掛け比重０．６８ｇ／ｃｍ3に調整したアルミニウム円管の表面に水着の生地を取り付け、糸で支持しつつ水流の中に置き、糸の張力から流体抵抗を測定する方法が提案されている。特許文献２には、プレートの表面に水着生地を貼り付け、水流の中に置き、プレートのひずみを測定することにより流体抵抗を算出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７-６３７４９号公報
【特許文献２】ＷＯ２００７／１４２２３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来の流体抵抗測定方法及び装置は、いずれも流体を計測対象物体の周囲に流す操作が必要であり、流体の流速によって流体抵抗が異なったり、乱流を起こすと流体抵抗に大きな影響を与えることから、正確な測定が困難であるという問題があり、さらに正確な方法の開発が望まれていた。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、水着生地や素材などの正確な流体抵抗が測定できる方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の流体抵抗測定方法は、中内における生地又は素材表面の流体抵抗を測定する方法であって、水の密度よりも重い密度の円筒状基体の円筒部の外側面に生地又は素材を取り付け、（Ａ）前記円筒状基体を立てた状態で水槽内の静置水に落下させ、前記円筒状基体先端が所定の落下距離を通過する時間を測定するか、あるいは（Ｂ）前記円筒状基体を立てた状態で空気中から静置した水中に落下させ、前記円筒状基体先端が水面に接触してから後端が冠水するまでの入水時間を測定し、
生地又は素材表面の流体抵抗の評価値とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明の流体抵抗測定装置は、前記の流体抵抗測定方法を実施するための流体抵抗測定装置であって、円筒部の外側面に生地又は素材を取り付けが可能であり、水の密度よりも重い密度の円筒状基体と、水槽と、ハイスピードカメラと、（Ａ）前記円筒状基体を立てた状態で水槽内の静置水に落下させ、前記円筒状基体先端が所定の落下距離を通過する時間を測定する手段を備えるか、あるいは（Ｂ）前記円筒状基体を立てた状態で空気中から静置した水中に落下させ、前記円筒状基体先端が水面に接触してから後端が冠水するまでの入水時間を測定する手段を備え、生地又は素材表面の流体抵抗の評価値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、水槽内の静置水に円筒状基体を落下させるので、常に安定した状態で水中における落下速度と加速度を測定できる。すなわち、前記円筒状基体先端が所定の落下距離を通過する時間を正確に測定することができ、摩擦抵抗値を精度高く正確に算出できる。これは水中における水着生地や素材の摩擦抵抗値として評価でき、水着生地の開発に役立つ。
【０００９】
また、円筒状基体を立てた状態で空気中から静置した水中に落下させ、前記円筒状基体先端が水面に接触してから後端が冠水するまでの入水時間を測定できすることにより、水着生地や素材表面の流体抵抗の評価値とすることができる。これは空気中から水に飛び込む際の水着生地や素材の摩擦抵抗値として評価でき、水着生地や素材の開発に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａは本発明の一実施例における円筒状基体の側面図、図１Ｂは同Ｉ−Ｉ線の断面図である。
【図２】図２は同、水中で円筒状基体が落下する時間を測定する装置を示す説明図である。
【図３】図３は同、水中の所定距離を円筒状基体が落下する時間を測定する方法及び装置を示す説明図である。
【図４】図４は本発明の別の実施例における円筒状基体が空気中から入水するまでの時間を測定する方法及び装置を示す説明図である。
【図５】図５Ａは本発明の一実施例における円筒状基体を展開したときの斜視図、図５Ｂは同、平面図である。
【図６】図６は本発明の一実施態様の平織部分と緯二重織部分とが交互に繰り返されているストレッチ織物の模式的平面図である。
【図７】図７Ａは同ストレッチ織物の模式的平面図、図７Ｂは同断面図である。
【図８】図８は同ストレッチ織物を使用した水着の模式的正面図である。
【図９】図９は同ストレッチ織物を使用した水着の模式的裏面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明で使用する円筒状基体について説明する。円筒状基体に取り付けた生地や素材表面の摩擦抵抗を計測するために、形状抵抗の影響をできるかぎりとりのぞく。そのために、例えば断面形状を翼型に似せた三次元ペンシル型の落下モデルを作成した。球と異なり落下方向を長軸とした細長形状で、前部が半球状、後部がペンシル型により、形状抵抗が大幅に小さくなる。また、落下距離が短く測定できるため、非定常運動を伴い、本来考慮すべき付加質量の効果を省くことができる。したがって、このシステムで円筒形に装着した生地や素材、表面状態の摩擦抵抗を評価できる。
【００１２】
本発明で使用した円筒状基体のサイズは、一例として直径３０ｍｍ，長さ３００ｍｍで、生地を装着する部分が２００ｍｍである。本実施例では、装着した生地を含めて８８ｇになるようにし、生地およびモデルの浮力を考慮し基体の内部に錘を装着して、水中での重さが０．３Ｎとなるよう統一した。円筒状基体の中心にはステンレスパイプが通っており、その中をワイヤーが通っている。これによって、円筒状基体は真っ直ぐに落下し、ワイヤーとステンレスパイプとの摩擦抵抗も無視できる。
【００１３】
本発明においては、下記の２種類の計測方法を実施できる。
（１）第１番目は、水中での水着生地の摩擦抵抗計測水槽側面からレーザーポインターで計測基準点を標識し、その基準点から下方２点を、水着生地を着装した円筒状基体が通り過ぎる時間をハイスピード画像から計測し、これより２点におけるモデルが通過する速度および加速度を計測する。この速度、加速度を用いて、モデル質量、浮力を考慮し、非定常効果を導入した運動方程式を用いて表面抵抗を算出する。その後、非定常抵抗係数を算出し、着装した水着生地ごとに評価を行う。
（２）第２番目は、空気中から水中への入水時の抵抗評価水面上の空気中から水着生地を着装したモデルを落下させ、水面から入水させ、円筒状基体の先端から後端までが入水するまでの時間を入水時間とし、ハイスピードカメラ撮影より計測する。その入水時間を表面に作用した抵抗として評価し、入水時間が短ければ短いほど抵抗が小さい事を示す指標として、各水着生地の空気中から水への入水に作用する抵抗を評価する。
【００１４】
円筒状基体は、先端は球面状であり、後端は先細り状であるのが好ましい。先端が球面状であると、水の抵抗は受けにくい。また、後端が先細り状であると、乱流も起こりにくく、水中を下に向かって直線的に落下しやすい。
【００１５】
円筒状基体は、先端側と後部に質量があるのが好ましい。両端に質量があると、慣性モーメントが大きくなり、水中を下に向かって直線的に落下しやすい。
【００１６】
円筒状基体は、密度は１０００〜１２００ｋｇ／ｍ3であるのが好ましい。前記の範囲であれば、適度な落下速度となる。円筒状基体の質量は５０〜２００ｇ程度が好ましい。
【００１７】
円筒状基体は、断面が円、楕円、長円及び扁平円から選ばれる少なくとも一つの形状であるのが好ましい。この中でも断面が扁平円形状であると、翼型に似せた三次元ペンシル型の落下モデルとすることができる。
【００１８】
円筒状基体の落下時間を測定する距離はどのような長さであっても良いが、一例として１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内における特定の値が好ましい。例えば２００ｍｍである。この距離をハイスピードカメラにより高速撮影して落下時間を測定するのが好ましい。前記長さであれば、ハイスピードカメラにより高速撮影して落下時間を正確に測定できる。ハイスピードカメラの撮影速度は例えば１０００〜５０００ｆｐｓが好ましく、さらに好ましくは１５００〜３０００ｆｐｓである。
【００１９】
本発明においては、測定対象物は例えば水着の生地、キャップ素材、その他装置に装着できるものであればどのようなものでも測定できる。
【００２０】
以下図面を用いて説明する。以下の図面において、同一符号は同一物を示す。図１Ａは本発明の一実施例における円筒状基体の側面図、図１Ｂは同Ｉ−Ｉ線の断面図である。この円筒状基体（モデル）１の先端３は球面状であり、後端４は先細り状である。円筒部２には水着の生地サンプル９を取り付ける。円筒部２に取り付ける生地サンプル９の面積は約０．０１６ｍｍ2である。円筒部２の下部には、おもり５を挿入する。また円筒状基体（モデル）１の軸部には中空部（パイプ）６を入れておき、ここに図３に示すようにワイヤ７を挿入する。
【００２１】
図２は水中で円筒状基体が落下する時間を測定する装置１０を示す説明図である。アクリル樹脂製等の透明な水槽１１に水１２を入れておく。水槽１１の裏側には遮蔽シート１３を貼り付け、後側にはランプ１４を配置し、前面にはハイスピードカメラ１５を配置する。この状態で水槽の上から円筒状基体（モデル）１を静かに落下させる。円筒状基体（モデル）１はワイヤ７に沿って落下する。
【００２２】
図３は同、水中の所定距離を円筒状基体が落下する時間を測定する方法及び装置を示す説明図である。まず円筒状基体（モデル）１の後端が水面に位置するように配置させ、先端１６から２００ｍｍ下方にレーザ点１７と、その１００ｍｍ下方を第１測定ポイント１８とし、その１００ｍｍ下方に第２測定ポイント１９としておく。レーザ点１７は図２に示す遮蔽シート１３に穴をあけておく。このような状態で円筒状基体（モデル）１を静かに落下させ、その先端１６がレーザ点１７を通過したときにハイスピードカメラの高速撮影をオンとし、第１測定ポイント１８から第２測定ポイント１９まで落下する時間を測定する。１試料当たり１０回計測してその平均値を用いる。次の計算式（数１）から加速度を求める。
【００２３】
【数１】
0005841631.tif 000002
ｕ1＝ｋ1／ｔ1
ｕ2＝ｋ2／ｔ2
Δｔ＝ｔ2
（但し、ｋ1は図３のレーザ点から第１測定ポイントまでの落下距離（ｍｍ）、
ｔ1は図３のレーザ点から第１測定ポイントまでの通過時間（秒）、
１2 は第１測定ポイント１８から第２測定ポイント１９までの落下距離（ｍｍ）、
ｔ1は第１測定ポイント１８から第２測定ポイント１９までの通過時間（秒）。
本例の場合ｋ1は２００ｍｍ、ｋ2は１００ｍｍとした。）
【００２４】
水中における水着生地の摩擦抵抗係数Ｃfは下記式（数２）（数３）により算出する。摩擦抵抗係数Ｃdの計測精度は０．００１の値まで出すことができる。
【００２５】
【数２】
0005841631.tif 000003
【００２６】
【数３】
0005841631.tif 000004
但し、Ｗは重力でＷ＝ｍｇ（ｍは円筒状基体の質量（ｋｇ），ｇは重力加速度（ｍ／ｓ2））
Ｂは浮力でＢ＝ρwｇＶ（ρwは水の密度（ｋｇ／ｍ3），Ｖは円筒状基体の体積（ｍ3））
Ｄは抵抗でＤ＝Ｃf×（１／２）×ρｕ2Ａ（Ｃdは水着生地の摩擦抵抗係数，ρは水の密度，ｕは落下速度，Ａは水着生地の表面積）
【００２７】
図４は本発明の別の実施例における円筒状基体（モデル）が空気中から入水するまでの時間を測定する方法及び装置を示す説明図である。円筒状基体（モデル）１を空気中から水槽の水１２に入水させる。入水前には水着生地をあらかじめ水に１分間程度浸しておいても良い。図４におけるそれぞれのステップの説明は次の通りである。
（ａ）円筒状基体（モデル）１が空気中に存在している状態
（ｂ）円筒状基体（モデル）１の先端が着水した状態（ｔ'0）
（ｃ）〜（ｄ）入水していく状態を示す
（ｅ）円筒状基体（モデル）１が冠水した状態（ｔ'1）
【００２８】
ハイスピードカメラを使用して、前記ｔ0とｔ1の時間を測定する。次式（数４）を用いて入水時間Ｔを求める。入水時間が短い材料シートは、例えば飛び込み時の摩擦抵抗が少ないと評価できる。
【数４】
0005841631.tif 000005
【００２９】
図５Ａは本発明の一実施例における円筒状基体を展開したときの斜視図、図５Ｂは同平面図である。生地サンプルを取り付けるには、円筒部２に生地を巻き付け、円筒状治具８ａ，８ｂで押さえ、先端部３と後端部４を挿入する。
【実施例】
【００３０】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。なお本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００３１】
＜摩擦抵抗評価試験＞
図１に示す円筒状基体（モデル）１の水中における重さは水着生地を取り付けた状態で０．３Ｎ、体積は１．２×１０-3ｍ3とした。全体は樹脂製である。中空部６は直径２．３ｍｍとした。モデル１は直径３０ｍｍ，長さ３００ｍｍで、生地を装着する部分が２００ｍｍであった。質量は、装着した生地サンプルを含めて８８ｇになるようにし、生地およびモデルの浮力を考慮し基体の内部に錘を装着して、水中での重さが０．３Ｎとなるよう統一した。
【００３２】
図２に示す水槽１１は透明なアクリル樹脂製であり、高さ（Ｈ）１．７ｍ、幅（Ｌ）と奥行きはそれぞれ０．２２ｍとし、ハイスピードカメラ１５は水槽から４．２５ｍ離した位置であって床面からの高さ０．８５ｍに配置した。ハイスピードカメラ１５の撮影速度は１９００fpsとした。この状態で図３に示す測定を行い、前記式（数１〜３）を使用して水着生地の摩擦抵抗係数を測定した。
【００３３】
＜入水時間＞
図４に示す測定装置を使用し、前記式（数４）を使用して水着生地の入水時間を測定した。
【００３４】
＜伸長率＞
ＪＩＳ Ｌ１０９６ Ａ法 カットストリップ法に従って測定した。試験片の幅５ｃｍ、つかみ間隔２０ｃｍとした。初荷重は試験片の幅で１ｍの長さにかかる重力に相当する荷重とした。引張速度２０ｃｍ／ｍｉｎとした。１７．７Ｎ（１．８ｋｇ）荷重時の伸長率（％）を測定した。伸長率はストレッチ性を示す。
【００３５】
＜３０％伸長時の応力＞
経糸と緯糸方向の伸長率測定時の３０％伸長時の応力（Ｎ）を測定し、１ｃｍ当りに換算しＮ／ｃｍで表示した。３０％伸長時の応力は、コンプレッション（着圧）機能を評価する基準になる。
【００３６】
（実施例１）
本実施例は織物の例である。
１．糸使い
（１）経糸
芯：ポリウレタン（繊度４４decitex）
被覆糸：ナイロンフィラメントウーリー加工糸（繊度３３decitex、フィラメント本数４８本）
シングルカバーリングヤーン(SCY)
（２）緯糸
芯：ポリウレタン（繊度４４decitex）
被覆糸：ナイロンフィラメントウーリー加工糸（繊度３３decitex、フィラメント本数４８本）
シングルカバーリングヤーン(SCY)
２．織物
図６〜図７に示す平織部分２２と緯二重織部分２３とが交互に繰り返されているストレッチ織物２１を製織した。エアジェット織機を使用し、平織部分２２の経糸密度：１８６本／インチ、緯糸密度：１６４本／インチ、単位面積当たりの重量（目付）１４４ｇ／ｍ2、同厚さ０．２５ｍｍ、全体の織物の仕上げ幅は１１６ｃｍであった。
【００３７】
この織物の伸長率は経糸方向６４．８％，緯糸方向６５．５％、３０％伸長時の応力は経糸方向が０．７６Ｎ／ｃｍ、緯糸方向が０．８８Ｎ／ｃｍであった。この織物をプレーン織物という。
【００３８】
次に前記プレーン織物の生地表面に平滑加工を施した。平滑加工は一対のロール間で加熱加圧する加工であり、ロール温度２２０℃、線圧５５００ｋｇｆ、ロール速度６〜１０m/min程度とした。この織物をカレンダー加工品という。
【００３９】
前記プレーン織物とカレンダー加工品の摩擦抵抗係数及び入水時間は表１に示すとおりであった。
【００４０】
【表１】
0005841631.tif 000006
【００４１】
前記プレーン織物とカレンダー加工品を用いて図８〜９に示す競泳用女性水着を縫製した。この水着を着用試験したところ、ストレッチ性が高く着用し易く、人体の肌への密着性も良く、競泳に適した水着であることが確認できた。
【００４２】
（実施例２）
本実施例はハーフトリコット編物の例である。
（１）フロント
ポリエステル（繊度５６ｄｅｃｉｔｅｘ，フィラメント本数２４本）
（２）バック
ポリウレタン（繊度４４ｄｅｃｉｔｅｘ）
（３）編み組織
ウェール：８０本／インチ、緯糸密度：１１２本／インチ
単位面積当たりの重量（目付）２４５ｇ／ｍ2、同厚さ０．６０ｍｍ、全体の織物の仕上げ幅は１６５ｃｍであった。伸長率は経糸方向１２９．５％，緯糸方向９０．３％、３０％伸長時の応力は経糸方向が０．９８Ｎ／ｃｍ、緯糸方向が０．４９Ｎ／ｃｍであった。この編物をプレーン編物という。また実施例１と同様にカレンダー加工品も作成した。前記プレーン編物とカレンダー加工品の摩擦抵抗係数及び入水時間は表２に示すとおりであった。
【００４３】
【表２】
0005841631.tif 000007
【００４４】
前記プレーン編物とカレンダー加工品を用いて図８〜９に示す競泳用女性水着を縫製した。この水着を着用試験したところ、ストレッチ性が高く着用し易く、人体の肌への密着性も良く、競泳に適した水着であることが確認できた。
【００４５】
以上のとおり、本発明の摩擦抵抗評価試験は、精度の高い測定試験であり、水中における水着生地や素材の評価試験として有用であったる。また、円筒状基体を立てた状態の落下試験も空気中から水に飛び込む際の水着生地や素材の摩擦抵抗値として評価でき、水着生地や素材の開発に役立つことが確認できた。
【符号の説明】
【００４６】
１  円筒状基体（モデル）
２  円筒部
３，１６  モデルの先端
４  モデルの後端
５  おもり
６  中空部（パイプ）
７  ワイヤ
８ａ，８ｂ  円筒状治具
９  生地サンプル
１０  摩擦抵抗測定装置
１１  水槽
１２  水
１３  遮蔽シート
１４  ランプ
１５  ハイスピードカメラ
１７  レーザ点
１８  第１測定ポイント
１９  第２測定ポイント
【図１】
0005841631.tif 000008
【図２】
0005841631.tif 000009
【図３】
0005841631.tif 000010
【図４】
0005841631.tif 000011
【図５】
0005841631.tif 000012
【図６】
0005841631.tif 000013
【図７】
0005841631.tif 000014
【図８】
0005841631.tif 000015
【図９】
0005841631.tif 000016