(57)【要約】【課題】土石流などの自然災害などで地中や水中に埋もれた遭難者を救助するに当たって土木機械や人手だけに頼らないで、電子装置を使って遭難者をいちはやく発見し救助すること。【解決手段】自然災害が予想される地域住民に対し、予め遭難信号発信機を携帯するようにしておき、不幸にして災害に遭遇したときは、捜索者側と信号をやり取りする事で、捜索者側が遭難者の位置を特定し、救助の迅速性と効率を上げる。【選択図】図１
2015099342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１における音波の受信機および発信機を構成する主振動板６とそれに付随する図２の電子回路があって、電源投入時は音波の受信機として動作しているが、主振動板６の固有振動数の音波を受信すると発振機に変わり、この固有振動数に等しい音波を発信できる遭難信号発信機。
【請求項２】
上記電子回路を泥水等から保護する上部カバー２があって、その中央部に副振動板２ａを構成し、これが主振動板６と音響的に結合して振動し、音波を受信ないし発信できる遭難信号発信機。
【請求項３】
上部カバー２は部分球面状に作製され、その中央周辺にリブ２ｂを設けて副振動板２ａの周辺固定条件を確実にすると同時に、大気圧に対する耐圧性を向上させた遭難信号発信機。
【請求項４】
本機の周辺に複数個の固定用穴を設け、救命胴衣などに縫い付け装着できる遭難信号発信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、地震や大雨による、がけ崩れ・建物崩壊・土石流などの自然災害に遭遇した遭難者の救助に当たって、地上の捜索隊の捜索信号に呼応して、遭難信号を送り返す事ができる遭難信号発信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】遭難者の救助のために自衛隊や消防隊など捜索隊が土石流の現場を片っ端から棒でつついたり、スコップで丁寧に掘り返している場面を報道番組を通じて見ることがある。近年地球温暖化のせいか、このような事態が頻発しているように思える。
捜索隊が宛てもなくひたすらこのような作業を繰り返している場面を見るにつけ、捜索隊に対し頭の下がる思いがするが、捜索にあたっては上記のように手作業で行っているのが現状である。
【先行技術文献】
【０００３】技術資料  圧電セラミックス  ＦＤＫ株式会社
【特許文献１】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】崖崩れ・建物崩壊・土石流・水難などで土砂や瓦礫に埋もれた遭難者を、一刻も早く救助する事が本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】遭難者を救助するために捜索隊が捜索機材や人手で一方的に捜索するのではなく、災害が起こることが予測される地域住民に対し前もって遭難信号発信機を携帯させ、不幸にして災害が発生し遭難したときに、遭難者と捜索隊との間で信号をやり取りして遭難者の位置を知るようにする。
【発明の効果】
【０００６】上記の手段により地中に埋没している遭難者の位置を知ることで、早急な救助が可能となるのみか、捜索隊の労力や捜索費用を劇的に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】  本発明の断面図。
【図２】  本発明の回路例。
【図３】  本発明の上面図。
【図４】  本発明を装着した救命胴衣の前面図。
【図５】  本発明を装着した救命胴衣の背面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】この課題を解決するために容易に考え付くことは、捜索隊の呼びかけに対して遭難者が応答するシステムを作り上げることである。
土砂流災害の場合、多くの遭難者はその生死が不明であるが、生死に拘わらず救助するのは救助隊の使命である。その為捜索隊の呼びかけに対し遭難者の応答が生死とは無関係に行われる手段が必要である。自然災害のうち土石流について考えると、次のように想定できる。
豪雨などで急斜面の或る小さな領域が土砂崩れを起こし、近くの領域の土砂崩れを誘発して巨大化し、大量の水を含んだ土砂が大小さまざまな石や樹木を巻き込んで急速に流れ下り、傾斜の緩やかな平原に達すると流域を広げて浅くなり、流速を落してやがて止まる。土砂が止まると水が抜け、地表から順に空隙の多い土砂となる。
【０００９】この事から本発明が具備すべき様々な必要条件が想定できる。土砂が泥水の状態では泥水が遭難者の周りを満たしていること。瓦礫からの衝撃を受けること。圧力が大気圧より高いこと。冬場では気温が大変低いこと等である。そして遭難者が上流または中流で土石流に巻き込まれると、遭難者は一気に下流に押し流される。そして遭難者の多くは下流の広い流域に点在することになろう。
そこで遭難者救助の手段として、先ず信号の相互伝達手段について述べる。
【００１０】本発明は、遭難者発見のために、土砂・泥水・水中のいずれの場合でも伝播が可能であると思われる音波を介して、呼びかけ・応答を実現する手段を提供する。音波には可聴周波と超音波が考えられるが、本課題を解決するには可聴周波の音波が適当であると考える。それは可聴周波は超音波に比べて伝播減衰量が小さいこと、土石や瓦礫による乱反射が少ないこと、それに救助隊が土石を掘り進んで遭難者に近づくにつれて音が直接耳で聞けるようになる事によって、救助隊に対し救助へのより強い高揚感を与えることができるからでる。
【００１１】上記したように土石流の上流や中流で流れに巻き込まれた遭難者の周りに空間が存在することは全く考えにくい。たまたま小さな空間があったとしても、すぐさま泥水が回り込んで空間をくまなく埋めてしまうだろう。この事は人体や電子機器にとって全く不利な状況である。
【００１２】図１はこの状況を考慮して提案する本発明の遭難信号発信機１（以下本発信機と呼ぶ）の断面図である。番号２は本発信機の上面カバー、番号４は底板、この二つの構造体で密封され内部の電子装置を保護している。
【００１３】内部の電子装置は、主振動板６、フェライト磁石など磁芯７に巻かれたコイル８および電子部品群９から構成され、その回路は図２に示されている。主振動板６は円板であり、基底の振動モードで振動するノードに、振動板支持体３で固定されている。この為主振動板６は寄生振動を伴わないきれいな振動波形で振動できる。この振動数が救助システム全体のシステム信号になる。上記の理由から振動板６が受信状態で動作しているときはシャープな周波数選択性を持つ事を意味し、雑音に対する誤動作がない受信機となる。
上面カバー２には部分的に振動可能な副振動板２ａが作られている。リブ２ｂは２ａの周辺固定条件を確定するために設けられるものであるが、一方泥水中の大気圧に耐える構造をも提供している。
【００１４】上面カバー２と振動板支持体３および主振動板６によって本発信機の内部は空洞１０と空洞１１に分けられている。そして主振動板６と副振動板２ａは空洞１０によって音響的に結合されている。従って一方が振動すれば他方が共鳴して、この間で振動の伝達が行える。
【００１５】ここで副振動板２ａだけで音波の受信や発信が可能な回路を作ることが出来るのに、なぜ２振動板方式を採ったかについて説明しなければならない。
一般的に副振動板２ａのような周辺固定振動板では本質的に多くの寄生振動を伴っている。そして、その主振動におけるＱ値（周波数選択尖鋭度）も低く、主振動近傍でも振動できるいわば広帯域特性を持っている。一方本発信機が土石流中に埋没すると、土砂や泥水が本発信機の周辺を満たす。土砂や泥水は副振動板２ａの大きな負荷となると同時に、その主振動数にもズレを生ずるだろう。この様な振動板を無理に発振させると、発振が寄生振動に飛んだり発振停止を起こしたりするので、本発信機の信頼性を著しく損ねることになる。
一方副振動板２ａを音波を受信する為の振動板としての利用は好都合である。なぜなら、副振動板２ａの主振動数がシステム信号の振動数からズレても振動できる広帯域特性を持っているからである。
【００１６】一方本発信機の主振動板６は、前述したように基底振動のノード固定発振であるから、寄生振動を伴わない安定した振動数で振動する。しかも外部環境からの影響を全く受けない。従って信頼性の高い本発信機が構成できる。
【００１７】しかし２振動板方式を採る場合、さらに設計的な考慮が必要になる。
図１の２振動系を電子回路にたとえれば、二つの共振回路がインダクタンスで結合したいわゆる複同調回路にあたる。ここで空洞１０はインダクタンスとして作用する。
複同調回路の理論から、二つの共振器が過結合でも疎結合でも主振動板６の振動数（周波数）に対する応答は低くなる。  従って応答が最大になる臨界結合状態に調整されなければならない。
【００１８】図１の番号１２は空洞１０と空洞１１をつなぐ空気孔である。本発信機は使用する振動数の音波の波長に比べて十分に小さく作られる。（例えば１０００Ｈｚの音波ではその波長が３４ｃｍであるが本発信機のサイズは５ｃｍ以下となろう）従って空洞１０と空洞１１の音響は互いに逆位相である。そのため空気孔１２の開口部の大きさによって空洞１０の音響強度は加減出来る。つまり両共振器の結合度を臨界結合に設定できる。
【００１９】その設定の手順について大まかに触れておく。遭難者の救助は土石流の活動中や２次災害が予想される状況では行われない。従って前述したとおり、遭難者の周辺は水分の抜けた空隙の多い土砂の状態となる。一方後述する理由から、遭難者の多くは地表に近いところに位置する。
この事を模擬して、大きな水槽に濃度の濃い泥水を溜め、本発信機と測定器群を１メートル前後に沈めて、水槽の水抜きをした後で、副振動板２ａの主振動を主振動板６の振動数に合わせる事、空気孔１２の開口を臨界結合状態に合わせる事を行う必要がある。
【００２０】後述するように本発信機は電源投入の状態で音波の受信機として動作している。そこで捜索隊からシステム信号の音波が発射されると、土石、泥水を伝わって本発信機に達する、先ず上面カバーの副振動板２ａが振動し、空洞１０を伝って主振動板６が振動する。すると磁芯７に巻かれたコイル８に信号電圧が誘導し受信部で増幅され感知される。そして受信部は発振器を駆動する。
【００２１】本発信機が一旦発振状態になれば、主振動板６はその固有振動数で振動し、この振動は空洞１０を伝って上面カバー２の副振動板２ａが共振する。その振動が音波となって外部に伝達され捜索隊の受信機で感知される。つまり遭難者が発見につながる。
【００２２】音波振動の検知や発生は圧電素子でも行うことが出来る。しかし強力な振動を圧電素子で発生する場合供給電圧を上げなければならず、電池駆動では不利である。本発信機の電磁方式では電流駆動であるから昇圧などの必要がない。
【００２３】本発明では電子回路を駆動する電源は外部から供給される。電源線１３はその為のものである。電子回路は回路基板５の上に組み込まれる。番号９は電子部品群である。
【００２４】図２は本発明の手段を実現するための回路例を示している。電源線１３に電源がつながると先ず受信回路が動作する。捜索隊からの捜索信号が発信されると、前述した過程でコイル８に信号電圧が誘導する。この内コイル８ｂに誘導した信号電圧はＣ１，Ｃ２を通じて増幅器Ａ１に送られ増幅される。この出力電圧はダイオードＤ１で検波される。信号が一定時間持続するとキャパシターＣ４の充電電圧が上昇する。この電圧が一定以上に達するとサイリスタＳ１とＳ２がターンオンする。サイリスタＳ２のターンオンによってトランジスタＴＲが動作状態となり発振が立ち上がる。コイル８ｃは正帰還用で誘導電圧は増幅器Ａ２に印加される。発振周波数は主振動板６の固有振動数で決まる。発振器はトランジスタＴＲだけでも構成できるが、ここでは正帰還利得を調節して発振強度を制御するために増幅器Ａ２を設けた。抵抗器Ｒ９，Ｒ１０はその利得調節用である。発振強度は捜索隊の捜索範囲との受信能力との兼ね合いで決まるが、確実な捜索のためにはなるべく大きな強度が望まれる。本発信機は一旦発振が起こると電源を切らない限り停止しない。発振によって受信コイル８ｂに強い信号電圧が誘導されるが、これが増幅器Ａ１に加わらないようにキャパシタＣ１とサイリスタＳ１でブロックしている。
【００２５】本発信機は電源投入時決して発振状態になってはならない。トランジスタＴＲのエミッタにつながるキャパシタＣ７の他端は通常グランドに落とされるが、本発信機では電源につながれている。もしグランドに落としたら電源を投入した瞬間にエミッター電位がグランドレベルになり発振する可能性がある。Ｃ７が電源につながっていれば、電源投入時エミッターが瞬間電源電位になるため、決して発振しない。しかし電源はキャパシタＣ８によって交流的にグランドレベルだから、エミッターも交流的にグランドレベルになって、正常発振を阻害しない。
抵抗器Ｒ１３は発振しているとき発振電圧によってサイリスタＳ２のアノード（ＴＲのエミッター）に逆電圧がかからないように、直流電圧で中和するためで、キャパシターＣ７と併せた２重の処置である。
【００２６】図３は本発信機の上面図である。発明の構成は図１が十分に説明していると思われるので、図３は外観だけを示している。上面カバー２と底板４は４個のハトメ１４ａと８個の鋲１４ｂでしっかり留められる。上面カバー２と底板との間隙は水が浸漬しないようパッキングされる。
【００２７】否定的な表現になるが、本発信機を一個だけ服のポケットに入れて災害に遭遇したとしたら、本発明が期待する遭難者の救出の実効は殆ど上がらないであろう。なぜなら荒れ狂う災害の中でポケットに入れた本発信機がポケットからずり落ちる事もあろう。捜索隊が救助したら本発信機だけだったとしたら、捜索隊に大変迷惑をかけることになる。また遭難者自身に押し潰されて信号を発射出来なくなる状態もあり得る。
つまり遭難者の姿態が常に一定しているとは限らない。仰向け、うつ伏せ、左右の横向き、直立、逆立ちの６個の基本姿態を考えなくてはならない。
【００２８】そこで本発明からの提案は、小型ボートに人が乗船するとき必ず救命胴衣を着用しなければならないのと同様に、陸上でもこれを適用することである。
救命胴衣を着用していれば、上流ないし中流で土石流に巻き込まれたとき遭難者は浮力で浮かぶ方向で押し流されから、遭難者は地表面近くに点在し、地中深くの土砂に埋没する事が大変少なくなることが考えられる。
土石流現場の地形によっては水抜きが出来ず、泥水が溜まっている場合も考えられるが、救命胴衣を着用していれば殆どの遭難者が浮いて来よう。瓦礫に引っかかって浮いてこない遭難者に対しては生存は期待できないから、放水路を作って水抜きしてから捜索することになろう。いずれにせよ、遭難者が地表近くなら音波の減衰量が少なくなって本発信機の設計が楽になるし、救助の労力も劇的に軽減される。
従って土石流時の救命胴衣着用は極めて有用である。
しかし救命胴衣だけでは十分ではない。捜索隊にとって遭難者発見は遭難者の埋没の深さに関係なく、浅くても深くても同様に困難である。
【００２９】図４には救命胴衣１５に前後・両側面に４個の本発信機を取り付けた状態を示している。取り付けは図３に示した４個のハトメ１４ａの穴を用いて救命胴衣１５にしっかりと縫い付けられる。従ってこの救命胴衣１５を着た遭難者はその姿態に拘わらず、本発信機のどれかは横向きか地表を向く事になる。可聴周波の音波の場合、波動伝播はビーム状にはならないから、横向きの発信機からの音波も地表で受けられよう。一方瓦礫などの衝突による本発信機の破損も考えられるが、この中で少なくとも一個は生き残って信号を発信することが出来る確率は低くない。
【００３０】前述のように、本発信機の電源は外部の電池１６から供給される。その理由のひとつは、土砂災害に見舞われる機会は極めて稀であり、また土砂災害が起こるであろう特別な地域は限られている。従って本発信機をつけた救命胴衣１５を着用する機会は少なく、電池を本発信機に内臓した場合長期間の不使用状態のため、電池切れの心配があるからである。外部電池では電池の交換が容易である。
【００３１】図４には外部電池１６が救命胴衣１５に装着されている状態を示している。人の手によって電源の投入が容易なように、救命胴衣１５のスソの部分に縫い付けられる。本発信機への電源線群１７は各発信機へ個別に接続される。直列接続では断線事故の場合すべての発信機が動作不能になる確率が高い。通常救命胴衣は幾重もの布地を重ねて作られているから、電源線群１７はその内部を通り耐高張力のものが用いられる。
【００３２】次に本発信機を使った遭難救助システムについて簡単に述べる。本発明で考えているシステムは、前述のとおり捜索隊側の音波による呼びかけに呼応して遭難者が装着する遭難信号発信機が同じ周波数の音波を打ち返すことで、捜索隊に遭難者の生死に関わらず遭難者の存在と位置を知らせる方法である。
この発明はソナー等とは全く異なる。本発明の方式は捜索隊が打ち出した音波に対し対象物や障害物にからの反射波を検知するのではない。この方法だと瓦礫と遭難者の区別が大変困難となる。本発明では捜索隊の捜索信号に対し、本発信機が自ら遭難信号を打ち出す。従って捜索隊の捜索信号が止まっても遭難信号を発信しつづける。従って瓦礫などと遭難者を見間違うことは絶対に起こらない。実際の救助活動の方法は次の例が考えられる。
【００３３】土石流の流れが収まり２次災害の危険がなくなった災害現場に３班に分かれた捜索隊が入る。第一班は一次探索隊，第２班は二次探索隊、第３班は救助隊である。
一次探索隊は一人ひとりが、地上の諸雑音を拾わないように工夫された音波の送受信機を持ち、一定距離ごとに一列に並んで土石流原を横断する。そして一斉に救難信号（システム信号）を１０秒前後発信した後、受信状態に移る。第一班の内、遭難者側の救難信号を受信した者は自分の地点に旗を立てる。そして列全体が一定距離上流に移動し、同じ事を繰り返す。第二班はそれぞれが受信機を持っていて、第一班が立てた旗の周辺をつぶさに探索して遭難信号の一番強いところを探して救助フラグを立てる。第３班の救助隊は救助フラグの地点を掘り進んで遭難者を救助する。
【００３４】土砂災害によって多くの人命が失われるような大事故に対しては自治体の活動が大変重要である。全国５０数万箇所といわれる土砂災害危険地域の自治体が、気象庁から大雨注意報等が出た時点で、そこの住民に本発信機付の救命胴衣の着用を勧告する事によって、不意の土砂災害に遭遇したとき、本発明の救助システムの実効が上がることになろう。
【符号の説明】
【００３５】  １          遭難信号発信機
２          上部カバー
２ａ        副振動板
２ｂ        リブ
３          振動板支持体
４          底板
５          回路基板
６          主振動板
７          磁芯
８          コイル
８ａ        発振コイル
８ｂ        受信コイル
６ｃ        正帰還コイル
９          電子回路部品群
１０          上部空洞
１１          下部空洞
１２          空気孔
１３          電源線
１４          結合部
１４ａ        ハトメ
１４ｂ        鋲
１５          救命胴衣
１６          電池
１７          電源線群
【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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