(57)【要約】【課題】煙発生時間を延ばすことができ、かつ空気流の流速に関する情報を得ることができる煙発生装置及びそれを備える風洞試験装置を提供する。【解決手段】風洞試験装置１が備える煙発生装置５は、金属細線２１と、金属細線２１に通電するための通電装置２２とを備える。金属細線２１は、ループ部２１ａと、ループ部２１ａの基端に設けられ、金属細線２１が互いに接触する撚り部２１ｂとを備える。ループ部２１ａ内に、昇温により発熱する発煙性材料２３が保持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線と、
前記金属線に通電するための通電装置と
を備え、
前記金属線は、
ループ部と、
前記ループ部の基端に設けられ、前記金属線が互いに接触する接触部と
を備え、
前記ループ部内に、昇温により発熱する発煙性材料が保持されている、煙発生装置。
【請求項２】
前記発煙性材料は、昇温により発煙する発煙性液状材料に、粘性付与材料を添加したものである、請求項１に記載の煙発生装置。
【請求項３】
前記発煙性液状材料は流動パラフィンである、請求項２に記載の煙発生装置。
【請求項４】
粘性付与材料は粉体材料である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の煙発生装置。
【請求項５】
前記粉体材料は滑石、又は窒化ホウ素である、請求項４に記載の煙発生装置。
【請求項６】
前記発煙性材料の粘度は２Pa・s以上１２Pa・s以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の煙発生装置。
【請求項７】
前記接触部は、前記ループ部の前記基端において、前記金属線に設けられた撚り部である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の煙発生装置。
【請求項８】
観察対象が配置される風洞と、
前記風洞に対して空気を送り込み、前記風洞内に空気流を発生させる送風装置と、
前記風洞内に配置された金属線と、
前記金属線に通電するための通電装置と
を備え、
前記金属線は、
ループ部と、
前記ループ部の基端に設けられ、前記金属線が互いに接触する接触部と
を備え、
前記ループ部内に、昇温により発熱する発煙性材料が保持されている、風洞試験装置。
【請求項９】
前記接触部は、前記ループ部に対して前記空気流の下流側に位置する、請求項８に記載の風洞試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、煙発生装置及びそれを備える風洞試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風洞試験装置で空気流を可視化する手法の一つとして、スモークワイヤ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来のスモークワイヤ法では、気流中に張った金属線の表面に流動パラフィンのような液状の発煙性材料を塗布し、通電による金属線の発熱によって発煙性材料を昇温させて煙を生じさせる。この煙によって空気流が可視化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２６４３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のスモークワイヤ法では、発煙性材料は金属線に塗布されているので、発煙性材料の量が少なく、煙発生時間が短い。また、金属線に塗布された発煙性材料から連続的に煙が発生するので、空気流の流線は可視化できるが、空気流の流速に関する情報を得ることは困難である。
【０００５】
本発明は、煙発生時間を延ばすことができ、かつ空気流の流速に関する情報を得ることができる煙発生装置及びそれを備える風洞試験装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、金属線と、前記金属線に通電するための通電装置とを備え、前記金属線は、ループ部と、前記ループ部の基端に設けられ、前記金属線が互いに接触する接触部とを備え、前記ループ部内に、昇温により発熱する発煙性材料が保持されている、煙発生装置を提供する。
【０００７】
通電装置によって通電された金属線が発熱し、この熱によって発煙性材料から煙が発生する。発煙性材料は金属線の表面に塗布されているのではなく、ループ部内に保持されている。金属線の表面に塗布するのではなく、ループ部内に保持することで、発煙に供する発煙性材料の量を増やすことができる。その結果、煙発生時間を延ばすことができる。
【０００８】
ループ部内に保持された発煙性材料から切れ目のなく連続的に煙が発生するのではなく、ループ部内に保持された発煙性材料から短い時間間隔で、断続的ないし非連続的にドット状の煙が発生する。そのため、空気流の流線を可視化できるだけでなく、空気流の速度に関する情報を得ることができる。
【０００９】
金属線の表面に発煙性液状材料を塗布する従来のスモークワイヤ法では、発生する煙の形状の制御と、金属線のどの位置で煙を発生させるかの制御が困難である。これに対して、本発明に係る煙発生装置では、ループ部内に保持された発煙性材料のみから煙が発生するので、発生する煙の形状の制御と、金属線のどの位置で煙を発生させるかの制御が容易である。
【００１０】
金属線の表面に発煙性液状材料を塗布する従来のスモークワイヤ法では、空気流の流速が速いと、空気流によって発煙性液状材料が金属線から吹き飛ばされやすい。これに対して、本発明に係る煙発生装置では、発煙性材料は単に金属線の表面に塗布されているのではなく、ループ部内に保持されている。そのため、比較的高流速であっても、発煙性材料が空気流によって金属線から吹き飛ばされることがなく、空気流の流速は５m／分程度であっても使用できる。
【００１１】
前記発煙性材料は、昇温により発煙する発煙性液状材料に、粘性付与材料を添加したものである。
【００１２】
前記発煙性液状材料は、例えば流動パラフィンである。
【００１３】
粘性付与材料は、例えば粉体材料である。
【００１４】
前記粉体材料は、例えば滑石、又は窒化ホウ素である。
【００１５】
前記発煙性材料の粘度は２Pa・s以上１２Pa・s以下が好ましい。
【００１６】
前記接触部は、前記ループ部の前記基端において、前記金属線に設けられた撚り部である。
【００１７】
本発明の第２の態様は、観察対象が配置される風洞と、前記風洞に対して空気を送り込み、前記風洞内に空気流を発生させる送風装置と、前記風洞内に配置された金属線と、前記金属線に通電するための通電装置とを備え、前記金属線は、ループ部と、前記ループ部の基端に設けられ、前記金属線が互いに接触する接触部とを備え、前記ループ部内に、昇温により発熱する発煙性材料が保持されている、風洞試験装置を提供する。
【００１８】
前記接触部は、前記ループ部に対して前記空気流の下流側に位置する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る煙発生装置及びそれを備える風洞試験装置によれば、煙発生時間を延ばすことができ、かつ空気流の流速に関する情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るタイヤ評価装置を示す模式的な断面図。
【図２】図１のII−II線に沿った模式的な断面図。
【図３】図１のIII部の拡大図。
【図４】図３のIV−IV線に沿った拡大断面図。
【図５】ループ部の形成を説明するための模式図。
【図６】ドット状の煙の移動を説明するための概念図。
【図７】第１実施形態に係るタイヤ評価装置の変形例を示す図２と同様の模式的な断面図。
【図８】本発明の第２実施形態に係るタイヤ評価装置を示す模式的な断面図。
【図９】図８のIX−IX線に沿った模式的な断面図。
【図１０】第１実施形態に係るタイヤ評価装置の変形例を示す図９と同様の模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
図１及び図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係るタイヤ評価装置（風洞試験装置）１は、風洞２、送風装置３、回転装置（保持装置）４、煙発生装置５、ビデオカメラ（撮影装置）６、及びレーザ光発生装置（照明装置）７を備える。
【００２２】
本実施形態における風洞２は、底壁２ａ、頂壁２ｂ、及び一対の側壁２ｃを備え、風洞２の内部空間８は水平方向（図においてＸ方向）に延びている。
【００２３】
送風装置３は、本実施形態では、風洞２の一端側（図１において右端部側）に配置されており、内部空間８に空気を送り込み、風洞２の他端側（図１において左端部側）に向かう空気流を生じさせる（図１において空気流の向きを矢印Ｆで示す）。風洞２の他端側に送風装置を配置し、内部空間７の空気を吸引することで矢印Ｆに示す向きの空気流を生じさせてもよい。
【００２４】
回転装置４は、風洞２の外側に位置するベース部４ａと、ベース４ａから鉛直方向（図においてＺ方向）に延びて底壁２ａを介して風洞２の内部空間８に進入しているケーシング４ｂとを備える。内部空間８内に位置するケーシング４ｂの上端側には、風洞２の幅方向（Ｙ方向）に水平に延びる軸線ＡＸ回りに回転する駆動軸４ｃが設けられている。観察対象であるタイヤ１１は、ホイール１２に装着されている。ホイール１２は駆動軸４ｃに取り付けられている。つまり、タイヤ１１は回転装置４の駆動軸４に固定されることで、風洞２の内部空間に保持されている。ベース部４ａにはモータ４ｄが備えられている。モータ４ｄの出力軸の回転は、ケーシング４ｂ内に内蔵された伝動機構（図示せず）を介して駆動軸４ｃに伝達される。従って、タイヤ１１は風洞２の内部空間８において駆動軸４ｄと共に軸線ＡＸ回りに回転する（図１の矢印Ｒ１，Ｒ２参照）。
【００２５】
煙発生装置５は、本実施形態では、風洞２の内部空間８に張られた単一の金属細線２１と、この金属細線２１に通電するための通電装置２２とを備える。
【００２６】
本実施形態における金属細線２１は、鉛直方向（Ｚ方向に）に直線状に延びるように内部空間８に張られており、上端が風洞２の頂壁２ｂ側に位置し、下端が風洞２の底壁２ａ側に位置している。また、金属細線２１は、回転装置４に保持されたタイヤ１１よりも空気流の上流側に張られている。金属細線２１には、間隔をあけて複数のループ部２１ａが設けられている。個々のループ部２１ａ内には、昇温により発熱する発煙性材料２３が保持されている。金属細線２１は、その両端に設けられた端子部２４Ａ，２４Ｂが導線２５Ａ，２５Ｂを介して通電装置２２に電気的に接続されている。本実施形態における通電装置２２は、金属細線２１に直流電圧を印加する。通電装置２２によって通電された金属細線２１は抵抗熱を生じ、この抵抗熱によって個々のループ部２１ａに保持された発煙性材料２３から煙が発生する。金属細線２１と発煙性材料２３については、後に詳述する。
【００２７】
ビデオカメラ６は、風洞２の内部空間８のうち、少なくともタイヤ１１の周囲の領域を撮影する。つまり、ビデオカメラ６は、発煙性材料２３が発生する煙によって可視化されたタイヤ１１の周囲の空気流を撮影する。煙によって可視化された空気流の流線をビデオカメラ６で撮影し、撮影された動画像によってタイヤ１１の周囲の空気流を評価できる。レーザ光発生装置７が発生するレーザ光の照射方向は、タイヤ１１の周囲に向けられている。タイヤ１１の周囲の煙にレーザ光が照射されることで、ビデオカメラ６は煙によって可視化されたタイヤ１１の周囲の空気流を、より鮮明に撮影できる。
【００２８】
以下、金属細線２１と発煙性材料２３について詳述する。
【００２９】
本実施形態では、金属細線２１はニクロム線である。金属細線２１は単線であっても、撚線であってもよい。金属細線２１の直径は、１mm以上２０mm以下が好ましく、５mm以上１０mm以下がより好ましい。
【００３０】
図３から図５を参照すると、本実施形態におけるループ部２１ａは、金属細線２１を巻回した後に、巻回した部分の基端において金属細線２１を１回だけ撚ることで形成されている。つまり、ループ部２１ａの基端には、金属細線２１が互いに接触する撚り部（接触部）２１ｂが形成されている。
【００３１】
本実施形態におけるループ部２１ａは楕円状である。ループ部２１ａは、円形、又は三角形等の多角形であってもよい。また、ループ部２１ａは、金属細線２１を複数回巻回したコイル状であってもよい。ループ部２１ａの周長は、円形に変形させた直径が１mm以上２０mm以下、好ましくは５mm以上１０mm以下となるように設定することが好ましい。
【００３２】
本実施形態における発煙性材料２３は、発煙性液状材料としての流動パラフィンに、粘性付与材料として、粉体材料の一例である滑石を混合し、ループ部２１ａから脱落しないような粘性を付与したものである。発煙性液状材料は流動パラフィンに限定されず、同様の特性を有する材料であってもよい。粘性付与材料としての粉体材料は、滑石に限定されず、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）の粉末を採用できる。
【００３３】
発煙性材料の粘度は、０．１Pa・s以上１００Pa・s以下が好ましく、２Pa・s以上１２Pa・s以下がより好ましい。発煙性液状材料の粘度が０．１Pa・s以上１００Pa・s以下である場合、２Pa・s以上１２Pa・s以下の粘度を有する発煙性材料を得るには、粘性付与材料としての粉体材料の粒子径が２μm以上７５μm以下であることが好ましい。
【００３４】
通電装置２２によって金属細線２１に通電すると、金属細線２１の発熱によってループ部２１ａ内に保持された発煙性材料２３が加熱され、発煙性材料２３に含まれる発煙性液状材料が気化して煙が発生する。この際、ループ部２１ａ内に保持された発煙性材料２３から切れ目のなく連続的に煙が発生するのではなく、ループ部２１ａ内に保持された発煙性材料２３から短い時間間隔で、断続的ないし非連続的にドット状の煙が発生する。図２の符号２６は、ドット状の煙の塊を示す（以下、単に「ドット２６」という）。ドット２６が発生する時間間隔は、４０msec程度である。
【００３５】
発煙性材料２３は金属細線２１の表面に塗布されているのではなく、ループ部２１ａ内に塊状で保持されている。そのため、発煙に供する発煙性材料２３の量を増やすことができる。その結果、煙発生時間、従って、煙によって可視化された空気流の流線をビデオカメラ６で撮影できる時間を延ばすことができる。
【００３６】
金属細線の表面に発煙性液状材料を塗布する従来のスモークワイヤ法では、発生する煙の形状の制御と、金属細線のどの位置で煙を発生させるかの制御が困難である。これに対して、本実施形態における煙発生装置５では、ループ部２１ａ内に保持された発煙性材料２３のみから煙が発生するので、発生する煙の形状の制御と、金属細線２１のどの位置で煙を発生させるかの制御が容易である。
【００３７】
前述のように、ループ部２１ａ内に保持された発煙性材料２３から煙のドット２６が断続的に発生する理由は、以下の通り推察される。ループ部２１ａの周辺では金属細線２１が互いに接触している撚り部２１ｂの部分で最も電気抵抗が大きいので、通電装置２２で金属細線２１に通電したときに、抵抗熱の発熱は撚り部２１ｂにおいて最も顕著である。そのため、ループ部２１ａ内の発煙性材料２３のうち撚り部２１ｂに最も近い部分において、発煙性材料２３に含まれる発煙性液状材料（前述のように、本実施形態では、流動パラフィン）が気化して煙が発生する。この煙発生時、つまり発煙性液状材料の気化時には、気化熱によって撚り部２１ｂの温度が瞬間的に低下し、その結果、煙の発生（発煙性液状材料の気化）が瞬間的に停止する。しかし、抵抗熱によって撚り部２１ｂの温度は瞬間的に再上昇し、発煙性液状材料が気化して、再び煙が発生する。このように、撚り部２１ｂの温度が瞬間的な低下と上昇を繰り返すことで、発煙性材料２３から煙のドット２６が断続的に発生するものと推察される。
【００３８】
発煙性材料２３からの煙のドット２６の断続的な発生は、ループ部２１ａ内に保持された発煙性材料２３に含まれる発煙性液状材料が消費されるまで継続する。発煙性材料２３からの煙発生時間は、ループ部２１ａ内に保持されている発煙性材料２３の量、従ってループ部２１ａの大きさに依存し、１０秒以上６００秒以下程度である。
【００３９】
ループ部２１ａ内に保持された発煙性材料２３から切れ目のなく連続的に煙が発生するのではなく、ループ部２１ａ内に保持された発煙材料２３から短い時間間隔で、断続的ないし非連続的に煙のドット２６が発生する。そのため、空気流の流線を可視化できるだけでなく、空気流の速度に関する情報を得ることができる。例えば、図６は、ビデオカメラ６によって撮影されたある時刻「Ｔ秒」の画像における複数のドット２６と、時刻「Ｔ秒」より１／ｆ秒後（ｆはビデオカメラのフレームレイト（fps））の「Ｔ＋１／ｆ秒」の画像における複数のドット２６を示す。これら２枚の画像における個々のドット２６のＸ方向の位置を比較することで、空気流のＸ方向の速度に関する情報を得ることができる。つまり、ビデオカメラ６で撮影することで、空気流の流線に関する情報が得られるだけでなく、空気流の速度に関する情報（例えばタイヤ１１の周辺での空気流の速度分布）を得ることができ、高精度でタイヤ１１を評価できる。
【００４０】
前述のように、撚り部２１ｂで発生する抵抗熱によって、ループ部２１ａ内の発煙性材料２３に含まれる発煙性液状材料が気化し、煙のドット２６が発生するものと推察される。そのため、安定して煙のドット２６を発生させるには、撚り部２１ｂに空気流が直接吹き付けられないことが好ましい。本実施形態では、図３及び図４に最も明瞭に示すように、撚り部２１ｂをループ部２１ａに対して空気流の下流側に位置させ、それによってループ部２１ａ内の発煙性材料２３からの煙のドット２６の発生を安定させている。
【００４１】
金属細線の表面に発煙性液状材料を塗布する従来のスモークワイヤ法では、空気流の流速が速いと、空気流によって発煙性液状材料が金属細線から吹き飛ばされやすい。これに対して、本実施形態における煙発生装置５では、発煙性材料２３は単に金属線の表面に塗布されているのではなく、ループ部２１ａ内に保持されている。そのため、空気流が比較的高流速であっても、発煙性材料２３が空気流によって金属線から吹き飛ばされることがない。そのため、本実施形態における煙発生装置５は、空気流の流速が５m／分程度であっても使用できる。発煙性材料２３のループ部２１ａからの脱落を回避するには、発煙性材料２３空気流が直接吹き付けられないことが好ましい。そのため、本実施形態では、図４に示すように、ループ部２１ａが構成する面Ｓを空気流の向きに対して平行としている。
【００４２】
図７は、第１実施形態の変形例を示す。この変形例では、３本の金属細線２１が鉛直方向（Ｚ方向）に直線状に延びるように、風洞２の幅方向（Ｙ方向）に間隔をあけて、内部空間８に張られている。鉛直方向に直線状に延びるように内部空間８に張られる金属線２１の本数は、２本でもよいし、４本以上であってもよい。また、１本又は複数本の金属線２１を、風洞２の幅方向（Ｙ方向）に直線状に延びるように内部空間８に張ってもよい。さらに、１本又は複数本の金属線２１を、鉛直方向（Ｚ方向）、風洞２の幅方向（Ｙ方向）、及び風洞２の長手方向（Ｚ方向）のうちの少なくとも一方に対して傾斜させて、直線状に延びるように内部空間８に張ってもよい。
【００４３】
（第２実施形態）
図８及び図９を参照すると、本発明の第２実施形態に係るタイヤ評価装置（風洞試験装置）１では、煙発生装置５が備える単一の金属細線２１は、回転装置４の駆動軸４ｃに保持されたタイヤ１１のトレッド部を、間隔をあけて取り囲むように配置されている。このように金属細線２１を配置することで、タイヤ１１の周囲における空気流の形状や速度をより詳細に評価できる。
【００４４】
第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
図１０は、第２実施形態の変形例を示す。この変形例では、３本の金属細線２１をタイヤ１１の周囲を取り囲むように配置している。タイヤ１１の周囲を取り囲むように配置する金属細線２１の本数は、２本でもよいし、４本以上であってもよい。
【００４６】
タイヤ試験装置を例に本発明を説明したが、本発明はタイヤ以外を観察対象とする風洞試験装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  タイヤ評価装置（風洞試験装置）
２  風洞
２ａ  底壁
２ｂ  頂壁
２ｃ  側壁
３  送風装置
４  回転装置
４ａ  ベース部
４ｂ  ケーシング
４ｃ  駆動軸
４ｄ  モータ
５  煙発生装置
６  ビデオカメラ（撮影装置）
７  レーザ光線発生装置（照明装置）
８  内部空間
１１  タイヤ
１２  ホイール
２１  金属細線（金属線）
２１ａ  ループ部
２１ｂ  撚り部（接触部）
２２  通電装置
２３  発煙性材料
２４Ａ，２４Ｂ  端子
２５Ａ，２５Ｂ  導線
２６  ドット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019052979.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019052979.tif 000011
【図１０】
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