(57)【要約】  制御を容易にする改良を加えた傘を提供する。この改良には、天蓋上の空気の流れに対して凸面であり、空気の流れを天蓋の裏側および傘の使用者から遠ざかる方向に向けることもできる傘の天蓋の縁と、天蓋上の水の流れを方向付けるガターと、天蓋の空気の流れを変えるスポイラと、膨張することによって天蓋下の空気圧を解放する吹流しと、使用者によって変形可能な形状または空気の流れに応じて変形可能な形状をした流線形の天蓋とが含まれる。
2008538296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天蓋と、
天蓋に取付けられた心棒と、
天蓋の縁であって、該縁にあたる空気の流れに対して凸面となり、該凸面によって、該傘を該心棒で持つ使用者による該傘の制御性が実質的に向上する天蓋の縁とを含むことを特徴とする傘。
【請求項２】
天蓋の縁全体が凸面であることを特徴とする、請求項１に記載の傘。
【請求項３】
凸面は、空気の流れを天蓋の裏側から遠ざかる方向に偏向させることを特徴とする、請求項１に記載の傘。
【請求項４】
凸面は、天蓋が実質的な両面翼となるように、空気の流れを天蓋の裏側から遠ざかる方向に偏向させることを特徴とする、請求項３に記載の傘。
【請求項５】
天蓋の縁の第１部分は、空気の流れに対して凸面であり、
該第１部分の反対側にある天蓋の第２部分は、空気の流れに対して凸面ではないことを特徴とする、請求項１に記載の傘。
【請求項６】
天蓋は流線形であり、天蓋の縁の第１部分が該流線形の頭部にあり、第２部分が該流線形の尾部にあることを特徴とする、請求項５に記載の傘。
【請求項７】
凸面は、空気の流れを傘の使用者から遠ざかる方向に偏向させることを特徴とする、請求項１に記載の傘。
【請求項８】
天蓋はスポイラを含み、該スポイラは、天蓋の表側における空気の流れに作用することを特徴とする、請求項１に記載の傘。
【請求項９】
スポイラは、マイクロスポイラであることを特徴とする、請求項８に記載の傘。
【請求項１０】
天蓋は両端がある吹流しを含み、該吹流しの一端が天蓋の開口上に取付けられ、該吹流しは、天蓋下の空気圧が天蓋上の空気圧よりも大きくなると、膨らんで天蓋下の空気圧を解放するが、それ以外の場合は萎んでいることを特徴とする、請求項１に記載の傘。
【請求項１１】
吹流しの他端は、天蓋に取付けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の傘。
【請求項１２】
天蓋は、天蓋上に落ちた水が特定の方向に流れるようにするガターを含むことを特徴とする、請求項１に記載の傘。
【請求項１３】
ガターは、複数のマイクロガターから成ることを特徴とする、請求項１２に記載の傘。
【請求項１４】
水が流れる方向が脱出シュートに通じることによって、水が天蓋から流れ落ちることを特徴とする、請求項１２に記載の傘。
【請求項１５】
ガターは、さらにスポイラとして機能し、該スポイラは、天蓋の表側における空気の流れに作用することを特徴とする、請求項１２に記載の傘。
【請求項１６】
変形不能領域と、
天蓋をわたる空気の流れに対して、傘の使用者による天蓋の制御性が向上するような天蓋形状となるように変形することが可能な、変形可能領域とを含むことを特徴とする傘の天蓋。
【請求項１７】
変形可能領域は、空気の流れに対する前縁である天蓋の縁が空気の流れに対して凸面になるように変形することを特徴とする、請求項１６に記載の傘の天蓋。
【請求項１８】
変形可能領域は、天蓋が空気の流れに対して流線形になるように変形することを特徴とする、請求項１６に記載の傘の天蓋。
【請求項１９】
変形可能領域は、傘の使用者によって変形されることを特徴とする、請求項１６に記載の傘の天蓋。
【請求項２０】
変形可能領域は、空気の流れに応じて変形することを特徴とする、請求項１６に記載の傘の天蓋。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００５年１月１０日に出願したスティーブ・ホリンガーの米国仮特許出願第６０／６４２５４２号「改良傘の構造」に基づく優先権を主張する。この仮特許出願はすべて、参照によって本特許出願に組込まれる。
【０００２】
連邦支援の研究開発に関する記載
該当なし
【０００３】
配列表の参照
該当なし
【０００４】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、広くは傘に関し、より詳細には、天蓋と、風に対する天蓋の安定性を向上させた支持構造とを有する傘に関する。
【０００５】
２．関連技術の説明
従来の傘は、長手方向の平面に関してほぼ対称な形状を有し、かつ布で覆われた天蓋と、心棒と、天蓋の中心点から天蓋の周縁に向かって放射状に延びる複数のリブと、当該リブに対応し、かつ心棒の上部において片持ち状態にある天蓋を展開および支持する際の補助となる複数の受骨とを含んで成る。以下に記載する傘の改良点は、雨傘を基準に説明しているが、これらの改良点の多くは、パラソル、固定傘など、あらゆる種類の傘に適用可能である。
【０００６】
特に断りのない限り、以下の説明において、天蓋は展開された状態にあるものとする。従来の雨傘は、ひとりの使用者が操作する。使用者は、風雨に直接晒されないように保護する適切な範囲が形成されるような向きに天蓋を保持するように努めながら、天蓋にあたる雨風の力に対向するために持ち手に力を入れる。持ち手に込めた使用者の力は、心棒、受骨、およびリブを介して天蓋に伝達する。その他、使用者と天蓋との間において存在可能な連結については、先行技術に教示されており、それらは本発明の傘に含まれる。
【０００７】
以下において、「風」とは、傘の天蓋にあたる空気の流れを意味する。空気の流れは、空気そのものの動きによって生じる場合もあれば、傘が空気中を動くことによって生じる場合もあり、この両方が組合わさって生じる場合もある。風に向かう天蓋の縁または表面は、以下において、天蓋の「風上」または「前」縁または「前縁側」表面と呼ぶ。風に向かわない天蓋の縁または表面は、天蓋の「風下」または「後」縁または「後縁側」表面と呼ぶ。「向かい風」は、正面を向いた傘の使用者に向かって吹く風をいう。
【０００８】
図１の１０１に示す傘の使用者は、天蓋１０３を前向きに掲げて把持し、実質的に前方の方向１０５に歩くと想定される。天蓋が向かい風１０７を受けると、その前部１０９と後部１１１とに非対称な力がかかることを前提とする。
【０００９】
天蓋は、その外面が実質的に凸状であり、平面状、凸状、または凹状の補助面を有してもよい。特に断らない限り、天蓋の全体の曲率または形状に関しては、留め金、布切れ、その他、審美性を有する装飾品といった個別の天蓋部品は考慮せずに説明する。
【００１０】
以下の説明は、一連の定義を提示し、支持構造、心棒、持ち手、および装飾品に関係なく、傘の天蓋における部分の識別および比較に役立てることを目的とする。
【００１１】
図２に示す長手方向の平面２０１は、天蓋を左半分２０３および右半分２０５と称する対称的な部分に分割する。正面方向の平面２０７は、長手方向の平面に垂直であり、天蓋を均等な大きさの２部分、すなわち前方部分２１１および後方部分２１３に分割する。正面方向の平面と長手方向の平面とは、ヨー軸線２１５との共線上で交差する。ヨー軸は、冠点２１７と称する点で天蓋と交差する。
【００１２】
本明細書において、天蓋の前方部分は、天蓋の頭部と呼ばれる場合もあり、天蓋の後方部分は、天蓋の尾部と呼ばれる場合もある。
【００１３】
天蓋は通常、ヨー軸に関して対称であり、傘の持ち手は通常、その軸線上に位置する。このように配置されることによって、心棒および持ち手に対し、天蓋のバランスが取れるようになる。
【００１４】
ロール軸２１９は、正面方向の平面に垂直な長手方向の平面上にあり、  ２つの点２２１，２２３において天蓋と交差する。この２つの点は、長手方向のコードと称する線分２２７の端点である。
【００１５】
図３において、３０１が付されたピッチ軸は、長手方向の平面３０３に垂直であり、２つの点３０５，３０７において天蓋と交差する。この２つの点は、幅方向のコードと称する線分３１１の端点である。
【００１６】
ロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸を中心にして定められる天蓋の向きについて、並進オフセットを利用して、使用者３５１に対する天蓋の位置をさらに説明する。並進オフセットは、使用者が腕を伸ばすことによって変化し、３５３を付して示すような前方、後方、下方、上方、および横方向の変化として現れる。
【００１７】
天蓋は、表側が風雨の自然力に直接晒され、裏側は、一般的にこのような自然力から保護される。図４に示すように、上部平面４０１は、ヨー軸４０３に垂直で、冠点４０５において該ヨー軸と交差する平面である。表側４０７は、上部平面と直接向かい合って、実質的に凸状の露出した外面を形成する。裏側４０９は、実質的に凹状の天蓋の内面を形成する。裏側は、天蓋下領域４１１を実質的に取囲む。
【００１８】
定義したように、ピッチ軸は、ヨー軸またはロール軸と交差しなくてもよい。このように定義すると、たとえば、天蓋領域の正面方向の平面より前方で、天蓋領域の幅が最大になる。
【００１９】
上述の定義は、傘を説明するものであり、並進オフセットを除いて、当該傘の使用者との関係は考慮されていない。使用者は、必須ではないものの、肩の位置がピッチ軸と平行になるように立つと想定される。
【００２０】
この定義付けによって、心棒、持ち手、および支持構造を考慮することなく、天蓋を説明する。
【００２１】
このような検討を行うという目的で定義付けられたロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸は、質量の軸、力の軸、およびその他、定量的特性によって規定される軸などに必ずしも対応するわけではないと解される。たとえば、天蓋および支持構造に取付けられる付属物またはカウンターウェイトによって、傘の重心が変化する場合がある。
【００２２】
持ち手の位置に対する天蓋の形状
傘が達成すべき目的は複数あり、それらが競合することがよくある。降注ぐ雨滴がかからないような充分な大きさがあること、充分扱い易い小ささであること、抗力が最小限になるような外形であること、また人間工学的に見て使用者の手および腕に適した設計であることが求められる。これらの目的はそれぞれ、持ち手を把持して力を加えるという傘の使用者の能力に左右される。
【００２３】
持ち手は、天蓋に作用する力に対向して使用者が力を加える部分であるので、持ち手の位置は、前述の目的を達成する際の重要な要素である。あらゆる傘には、使用目的に応じて、最適な持ち手の位置が多数存在する。
【００２４】
圧力中心は、天蓋に作用する空気力の中心である。天蓋は非常に軽量であるので、空気力は、重力または慣性などの質量に関連する力よりも大きくなり易い。定点としての持ち手は、空気力にトルクが与えられるときの支点である。圧力中心から持ち手までの距離を定めるとき、心棒は、持ち手に与えられる力のモーメントアームである。この点に関して、圧力中心に対する持ち手の配置は、特定形状の天蓋を特定の向きに保ち、安定性を保持し、保護を実現するために重要である。あらゆる天蓋の形状は、単に持ち手の位置を変えることによって、空力性能を改良することができる。しかしながら、人間工学の要素および他の検討事項について、空力的最適化とのバランスが取られなければならない。
【００２５】
たとえば、図５において５０１および５１１を付した従来の傘は、向かい風５０３，５１３を受ける。持ち手５０５は、使用者の手および腕が楽に届く範囲内で、従来の傘に最もよくありがちな点に位置付けられている。持ち手５１５は、天蓋下領域の近くに位置付けられ、使用者は天蓋を上方で保持するために腕を伸ばさなければならないので、持ち手５０５よりも使用者の快適度が低い。  
【００２６】
持ち手５０５は、持ち手５１５よりも快適ではあるが、向かい風を考慮した場合は持ち手５１５が好都合である。向かい風５０３が天蓋にあたると、心棒５０７の上部に垂直に力がかかる。心棒５０７は、てことして機能し、使用者の手でしっかり握られた部分が支点になるので、５０９で示すように、使用者の手首にトルクがかかることになる。
【００２７】
比較すると、向かい風５１３によって天蓋に圧力が加わるとき、使用者が持ち手５１５に感じるトルクはわずかである。これは、圧力中心と持ち手との間のモーメントアームが比較的小さいことに因る。使用者は、天蓋にかかる大気圧を押力５１９として感じる。この５１９で示す押力に対し、手首、手、腕、および体の強さが耐え得るかが検証される。また傘５０１の使用者は、手首にかかる厄介なねじり力であるトルク５０９にも耐えねばならない。
【００２８】
図解するように、傘の天蓋の改良において、支持構造、心棒、および持ち手が対応して変化することが特に重要である。したがって、本明細書に記載する天蓋の改良は、取り得る様々な支持構造および持ち手の位置について考えなければならない。
【００２９】
水の流れ
雨傘は、その天蓋の表面に落ちる雨水の水滴を効果的に処理する必要もある。従来の雨傘の天蓋は、水滴が重力に引かれて、天蓋からの落下点である天蓋の縁に向かって外方に流れることが可能な外形を有する。雨水の水滴は、集まったり、風によって天蓋の表面に沿って横方向に押し流されることもあるが、最終的には天蓋の縁から落下する。
【００３０】
使用者が降注ぐ雨滴から効果的に保護されたとしても、傘の縁から流れ落ちる雨滴は問題である。天蓋全周の縁から滴り落ちる水は、使用者およびその傍に居る人にかかることがある。
【００３１】
風が強い状況では、天蓋から落下する水滴は、風に吹かれて使用者にかかり、天蓋下の保護領域を侵す。また、天蓋の周辺方向に向き直った水滴が、風に吹かれて傍に居る人の進路にまで届くので、傍に居る人にも影響が及ぶ。
【００３２】
使用者が歩いたり走ったりすると、天蓋の正面部分から落下する雨滴は、そのまま使用者の進路に落ちて、天蓋下の保護領域を侵す。継続して適切に保護するためには、使用者が天蓋の向きを調節しなければならない。
【００３３】
空気流および抗力
傘の天蓋は、風によって生じる空気力と相互に作用するので、傘の設計において、抗力および揚力が因子である。天蓋が受ける風の効果に対処するために、使用者は天蓋の位置を調整する。取り得る位置の範囲は、使用者が雨から保護されるという要件によって制限される。
【００３４】
風が強い状況では、天蓋が不安定であるので、雨傘の使用者は、通常、雨風にあたらないような方向に天蓋を向けること（傘の主要な目的）と、傘の裏面が風に晒されないような方向、あるいは傘を不安定にする抗力と揚力を最小限に抑えるような方向に天蓋を向けることとの間でバランスを取る。
【００３５】
従来の傘は、機能性の悪い翼といえる。正しく機能する翼であれば、前縁から後縁に向かって空気の層流が形成され、上面および下面には、圧力抗力よりも摩擦抗力がかかり、特定の目的のための揚力が上面および下面によって生じるように構成されている。逆に、従来の傘の場合、前縁が鋭角であることから、層流よりむしろ高抗力の乱流が生じ、また天蓋は、鋭角であるこの前縁の裏にある天蓋下領域に背圧の高抗力ポケットが形成されるような顕著な外形を有し、その風上側の表面に空気が衝突してその風下側の表面の後部に低圧の伴流が形成されると、抗力の大きい鈍頭形状に対して圧力抗力がかかり、向きの安定化のために、または持ち手において力の利点を得るために、揚力をうまく活用することができない。特に、従来の傘は、それ１枚で機能的な表面を有する翼として風に対処することができない。
【００３６】
従来の傘の雨除け能力の欠点は、特に、空気力学上の欠点である。このことは、極端な例を挙げれば分かる。例として、ある傘が従来のドーム形の天蓋を有し、その直径が８フィートという特大サイズであるとする。この傘を使用する者は、地面に平行になるように、風の少ない状況で一般に好ましい向きとなるように、傘を持つ。天蓋は、向かい風と、向かい風と同じ傾きで向かってくる雨滴とを受ける。傘の使用者は、その傘の向きを変えないでも、全く雨滴にかかることはないが、向かい風は依然として問題である。向かい風に対処するために、使用者は、向かい風に対向するように傘を広げることで、天蓋と向かい風との相互作用から生じる抗力および揚力によって持ち手にかかるトルクを減少させる。この例によって、傘の使用者は、単に降注ぐ雨水にかからないようにしているのではなく、特定の空気力に応じて傘を広げていることが判る。
【００３７】
従来の雨傘には、他にも深刻な欠点がいくつもある。裏側は凹状になっており、図らずも風に晒されてしまうと、パラシュートのようになる。空気が捕捉されると、裏側の圧力が上昇する。風の状態が穏やかであっても、裏側の圧力はかなり高く、結果的に傘が跳ね上がって使用者が雨に濡れたり、さらには天蓋が破れたり、裏返されたり、支持構造が壊れることになる。
【００３８】
従来の傘は、天蓋が風に対して横向きに位置付けられるので、風を受ける範囲は小さく、それ故に、他の向きにする場合に比べて抗力が小さくなる。残念なことに、この向きにすると、鋭角になるように規定された天蓋の縁によって、天蓋下領域は晒され易く、このように晒されると天蓋が跳ね上がる。このような問題は、使用者が歩いたり走ったりすると、さらに深刻になる。表側にあたる向かい風は、心棒に垂直な力となり、下方の持ち手にトルクがかかる。
【００３９】
図５に示す従来の傘の天蓋５２１は、その縁が５２３で示すように風に向かうように位置付けられるが、５２５において風が表側から離れた方向に向かうと同時に、５２７において風が天蓋下領域を通過できるようになっている。天蓋に抗力がかかって空気流の方向に天蓋が押されると、空気は上方に向きを変えるので、天蓋の正面を押下げる逆向きの力が生じる。使用者は、持ち手にかかるこれらの力を感じるが、腕／体ではなく、手首に力を入れて抵抗することが必要となる。風速があまり速くない場合でも、使用者の手首も堅い心棒も、このように加えられた力には耐えられないことがある。
【００４０】
５３１に示すように傘の正面側の縁が上がると、５３３において、天蓋下領域が露出する。５３５において裏側の圧力が上昇すると、５３７において裏側が上方に押上げられる。天蓋下領域における高い圧力と、５４１において空気が表側から離れた方向に向きを変えたときに生じる下向きの力５３９と、天蓋にかかる抗力と、空気流が天蓋の鋭角の縁によって分割されたときに生じる乱流とが組合わさると、心棒に予想外の力がかかる。この力は、持ち手５４３にかかる。使用者が持ち手に加える抵抗力によって、支持構造に応力が生じ、天蓋は裏返ったり、損傷を受けることがある。
【００４１】
この問題を補うために、従来の傘を使用する者は、天蓋の前縁の向きを慎重に調整しなければならない。前縁が風に向けられると、裏側が晒され易くなるので、通常、使用者は、表側を風に向けることによって補償する。結果として空気力を扱う向きを選ぶことは、降注ぐ雨滴からの保護としては最適とはいえない。
【００４２】
風が穏やかなときに従来の傘が最も安定する向きは、５４５に示すように、傘の表側が風に向かうような向きである。この方向が効果的である理由として、ａ）傘は、対称な凸状の表側の中心が風に向かうので、なんらかの安定性はある、ｂ）凹状の裏側が晒されることがない、そしてｃ）、圧力中心において作用する力がかかる軸上に持ち手があるので、使用者は心棒にかかったトルクを受けない、ということが挙げられる。
【００４３】
残念ながら、表側が風に対して最も安定的な向きで保持されると、表側が風と直接衝突する面積が最大になり、圧力および抗力とも最大になってしまう。傘の持ち手に使用者がかける抵抗力は、これに対応して、抗力の効果に対抗できる大きさでなければならない。これらの対抗力によって、天蓋、支持構造、および心棒には、多大な応力がかかることになる。
【００４４】
風の方向が少し変わったり、使用者が少し向きを変えると、天蓋は脇に押しやられる。天蓋の持ち手は、天蓋の圧力の中心から離れており、脇にそれた天蓋を再度安定させるためには、その持ち手に力を加える必要がある。天蓋が脇にそれると、持ち手にかかるトルクが大きくなる。このトルクに対して、手首にさらに力を込めて抵抗しなければならない。
【００４５】
これらの問題に関し、さらに深刻なこととして、従来の傘の場合、表側を風に向ければ、抗力に起因した安定性の問題には貢献するが、その表側の大部分は、保護目的を達成しない。
【００４６】
また見通しも悪くなる。向かってくる風に傘が向かうようにすると、天蓋は進行方向のちょうど正面に下げられるので、使用者の正面の視界が妨げられ、当該使用者および他の歩行者に多大かつ無用な危険が及ぶ。これは、従来の傘の深刻な欠点である。
【００４７】
米国意匠特許第０３５９６１４号明細書および米国意匠特許第０３９０６９６号明細書には、見通しを良くする透明窓を設けた傘が記載されている。これらの傘は、透明窓によって、雨からの保護が向上するものの、風の強い状態においては、各天蓋の外面にあたる空気力が非効率に移動して圧力抗力が生じ、また各天蓋下に空気が捕捉されることから、不都合である。
【００４８】
米国特許第５６４２７４７号明細書には、安定器を使って非対称な天蓋の向きを変える手持ち空力傘が記載されている。この傘の天蓋は、安定器によって、ヨー軸を中心として旋回する。天蓋が旋回するこの傘は、様々な方向から吹いてくる風に対応可能である。この傘は、前縁が鋭角になるように規定されているので、従来の傘と同様、跳ね上がる。さらに、米国特許第５６４２７４７号明細書に記載された傘は、風向計のように定点を中心に旋回するので、使用者およびその傍に居る人は、絶えず使用者に対する向きを変える天蓋に対処しなければならない。
【００４９】
揚力に関して、米国特許第５６４２７４７号明細書の傘は、天蓋の正面において上向きに押上げる効果を少し生じさせる天蓋の外側部を教示している。持ち手の前方において天蓋の正面に生じる押上げ効果によって、持ち手には、傘の持ち手の上部が後方に向かうようなトルクの力がかかる。このような特定の力は、この押上げ効果によるトルクの方向が、天蓋、安定器、および外側部に生じる抗力によるトルクの方向と同じであるので、傘の使用者の手首にとって、有効なものではなく厄介である。使用者は、天蓋、安定器、および外側部に生じる抗力によるトルクに対抗できるように助けられるどころか、返って天蓋の正面における上向きの力によって、持ち手に、さらにトルクの力がかかってしまう。
【００５０】
米国特許第５６４２７４７号明細書の傘が有するこのような揚力の欠点を図５の５４７に示す。５４９で示すような上向きの力が傘の天蓋の前部にかかると、得られるトルクのベクトル５５１が持ち手５５３に現れる。５５５で示すような後向きの力がかかると、得られるトルクのベクトル５５７が持ち手５５９に現れる。５５１で示すトルクのベクトルと５５７で示すトルクのベクトルとは、それぞれのモーメントの回転方向が同じである。この例は、米国特許第５６４２７４７号明細書の傘の前部に生じる上向きの揚力によるトルクによって、持ち手におけるネットトルクが大きくなることを示している。これは、天蓋にかかる抗力によってすでに生じているトルクに新しいトルクが作用することに因る。
【００５１】
ページhttp://www.gizmag.com/go/3967には、発明者Andy Wanaによる「Lotus 23」と称される傘が示されている。この傘は、不定形の天蓋を有し、空力的圧力に応じて伸縮可能である。Lotus 23は、風が強いときに使用者にとって必要最小限の保護領域を提供するわけでも、変形した天蓋によって低圧抗力が生じるように、または表側に摩擦抗力が生じるようにするわけでもない。この傘が有する伸縮自在な天蓋では、風が使用者に向けて吹いたり、心棒の上部を越えるほど吹上げたり、または心棒上で平坦になるということが制限なく生じる。
【００５２】
従来の傘および米国特許第６１９６２４４号明細書の傘は、空気力によって変形して元に戻るということが可能である。これら両方の傘が有するリブは、中心点または受骨との接合点から片持ち状態で保持される。両方のリブにも様々な屈曲点があり、それらは、中心のハブ、および支持用の受骨との接続部分にある片持ち点から外方にある。このような傘の天蓋に力が加わると、その下のリブが撓み、変位量が大きくなる。この変位量は、固定された前記片持ち点からの各距離に比例すると考えられる。
【００５３】
先行技術の傘は、抗力を下げるという利点がある空気力に応じて特に変形するということはない。これらの傘の天蓋の風上側の表面に圧力がかかると、該表面は使用者の方向に向かって押されて、風上側の湾曲面が平坦になり、該表面に対する風の迎え角が大きくなるので、圧力抗力が大きくなる。このような作用は部分的に生じるが、これは、リブが天蓋周辺に取付けられることによって、天蓋周辺でばらばらに広がらないようにされているためである。また、この作用が部分的に生じる理由として、圧力抗力が小さく、かつ降注ぐ雨滴に対して充分に保護できるような天蓋形状の基礎となる構造がないということも挙げられる。
【００５４】
従来の傘５６１を上面図で図５に示したとおり、天蓋５６３は、天蓋周辺に吹付ける風５６５を受ける。天蓋に対する風の方向によって、風上部分５６７、側部５６９，５７１、および風下部分５７３が決まる。５７５に示すように、風が従来の傘の天蓋に接触すると、風上部分５７７は内側に押されるので、曲率が正であるその表面は平坦になり、結果的に圧力抗力が上がる。この例において、風上部分が平坦になるので、風上側のリブは撓む。従来の傘の第２の例として、５８３に示すように、風上部分５８５が内側に押されると、側部５８７，５８９、およびこれらに対応するリブは外側に押され、対応する風上側の表面５９１，５９３において圧力抗力が上がる。平坦になるのは、天蓋に対するリブの取付け位置であるリブの端部において、天蓋の布地に横方向の張力が生じるからである。リブは、天蓋に取付けられることによって、ばらばらに広がったり、曲がったり、撓んだりはしない。この下に位置する心棒、受骨、および使用者の身体も流線形になるように変形することはない。
【００５５】
本明細書に開示の発明の目的は、雨滴から使用者を適切に保護するような形状を有する天蓋を備え、軽量で、使用者が持ち手に力を加えることによって操作することができ、天蓋のヨー軸、ピッチ軸、およびロール軸について安定しており、扱い易い向きに維持し易い傘を提供することである。本発明のさらなる目的は、抗力が小さくなる天蓋形状と、天蓋下領域が誤って露出することがないように設計された天蓋と、天蓋下領域の空気圧を解放することができる天蓋とを提供することである。
発明の概要
本発明の目的は、空気の流れを受ける縁が凸面になった天蓋を有する傘によって達成され、この凸面によって、傘をその心棒で持つ使用者による当該傘の制御性が実質的に向上する。
【００５６】
本発明の他の特徴として、天蓋は、その縁全体が凸面となって空気の流れを受け、この凸面によって、空気の流れは、天蓋の裏側から遠ざかる方向に偏向させられるとともに、天蓋が実質的な両面翼となるように偏向させられる。天蓋の縁の第１部分は、空気の流れに対して凸面になっているが、この第１部分の反対側にある第２部分は、空気の流れに対して凸面にはなっていない。天蓋は流線形であってもよく、天蓋の縁の第１部分が当該流線形の頭部に位置し、第２部分が当該流線形の尾部に位置する。凸面は、傘の使用者から遠ざかる方向に空気の流れを偏向させるように機能してもよい。
【００５７】
本発明のまた別の特徴として、天蓋は、天蓋の表側全体において空気の流れに作用するスポイラを含んでもよい。スポイラは、マイクロスポイラであってよい。また天蓋は、吹流しを含んでもよく、吹流しは、天蓋下で空気圧を解放するために膨らむが、それ以外のときは萎んでいる。さらに天蓋は、雨水を流すためのガターを備えていてもよい。このガターは、小形のガターを複数設けたものであってもよく、ガターによって水が流れる方向は、水の脱出シュートに通じる。さらに、ガターはスポイラとしても機能可能である。
【００５８】
さらなる特徴として、本発明の目的は、変形不能領域と変形可能領域とを含む傘の天蓋によって達成され、その変形可能領域は、天蓋上を通過する空気の流れに対し、傘の使用者による天蓋の制御性が向上するような天蓋形状となるように変形することが可能である。変形可能領域は、空気の流れに対して前縁となる天蓋の縁が空気の流れに対して凸面となるように、変形する。さらに変形可能領域は、天蓋が空気の流れに対して流線形になるように変形する。天蓋の変形は傘の使用者によって行われてもよく、空気の流れに応じて天蓋が変形するようにしてもよい。
【００５９】
図中の参照符号は３桁以上であり、右側の２桁は、残りの桁が示す図の中において付された参照符号である。したがって、参照符号２０３を付したアイテムは、当初、図２にアイテム２０３として現れたものである。
発明の詳細な説明
風と相互作用する物体として、従来の傘は、その空気力学的性質に応じて規定され、かつ改良されているといえる。運動体の周囲を低速で流れる空気の動力学を理解することは、バイクのヘルメット、フライングディスク、および模型飛行機について、それらの最適設計に役立っている。
【００６０】
低速空気力学の分野において、球形および円筒形の形状は、鈍頭体形状として知られており、風上側の高圧領域および風下側の低圧伴流で識別される圧力抗力によって左右される。圧力抗力よりむしろ摩擦抵抗によって左右される物体は、流線形として捉えられる。天蓋の位置を維持するには、つまり、歩きながら前方に進むには、傘の使用者は、持ち手に対抗力を加えることによって、抗力に抵抗しなければならない。圧力中心に対する持ち手の位置に応じて、抗力の力は、傘の持ち手周りの心棒によって利用される。このため、天蓋の最適形状設計において考慮すべき事項として、抗力は重要である。
【００６１】
安定性も、天蓋の最適形状設計において重要な要素である。従来の傘であれば、使用者は、風が吹いたときに天蓋のコントロールによく苦戦する。持ち手に対して圧力中心を変更すれば、揚力の空気力によって天蓋のコントロールが容易になる場合がある。
【００６２】
あらゆる種類の傘にとって、抗力が小さく安定性の高い天蓋形状であることが望ましいが、雨傘の主要な目的は、降注ぐ雨滴から使用者を保護することである。突発的に下面が高い空気圧に晒された場合、天蓋の形状を整えるには、特に流線形の天蓋は従来の傘が通常有する問題を悪化させるので、雨水の流れおよび空気圧の解放は重要である。たとえば、細長い天蓋の縁から滴り落ちる雨水は、大きなドーム形の天蓋の縁から滴り落ちる雨水よりも一層問題である。
【００６３】
改良傘を設計する際、他の基準も考慮しなければならない。向かい風によく対応するように設計された形状であっても、その他の方向から風が吹いてくるということを考えて、そのバランスを取らなければならない。傘は、その重量および大きさが、性能を評価する上で重要な要素である。最後に、改良設計を発展させるためには、現在の製造工程を検討することが重要である。
【００６４】
ガター
重力の影響を受けた雨滴の流れは、ガターによって、天蓋の正面方向の平面の後部にある１点以上の所望の解放地点へ容易に導かれ、雨滴はそこから地面に落下する。天蓋は様々な傾斜に保持されるので、大雨の際の水流の処理を改良し、水流の取り扱い性を向上させるために、複数のガターを設置してもよい。１本のガターの出口から出る水は、所望の解放地点に完全に到達するように、別のガターに落ちて移動することがある。
【００６５】
本明細書において、ガターとは、天蓋上における通常の水の流れを変えるために天蓋に配置されたものをいう。以下に開示するガターには、水が流れる流路となるガター、および水の流れのガイドとなるガターが含まれる。前者のガターは、可撓性材料でできていてもよいが、以下でいう「ハード」ガターにあたり、後者のガターは「ソフト」ガターにあたる。ガターはハードガターおよび／またはソフトガター１本以上から成ってよく、水を雨水脱出シュートに導く。天蓋においてガターおよび／または脱出シュートを組合せると、傘の正面方向の平面の前方から後方に、そして正面方向の平面の後方にある１点以上の所望の出口地点に向けて、水を移動させるシステムができる。
【００６６】
ハードガターは、雨滴を捕捉し、天蓋の表面のいずれかの点における出口地点から雨滴を放出するまで導く流路である。ハードガターは、擁壁によって規定され、雨滴を捕捉して流す溝として機能する。擁壁は、その上縁が点または部分で天蓋に取付けられることによって、安定した構造にするとともに天蓋の表面上にかかる抗力を減少させる。擁壁は、天蓋の構成材料を使用して作製されても、天蓋の表面に取付けられてもよい。
【００６７】
ハードガターの擁壁および流路は、実質的に、天蓋の表側よりも上にあっても、裏側よりも下にあっても、または継ぎ目のないポケットになるように天蓋と一体に形成されてもよい。
【００６８】
実質的に表側よりも上に作製されたハードガターを図６の６０１に示す。ハードガター６０３は、正面方向の平面６０５から見て下方および後方に向かって傾斜し、正面方向の平面の前方および後方において表側に降る雨滴の重力流が、後方部分６０９に位置する出口地点６０７に向かい易くする。領域６１１を６２１に拡大図で示す。雨滴は、ここから放出されて地面に落下する。ハードガター６０１の前方領域６１３は、拡大図６３１および６４１に示すような多数の構造を取り得る。６３１に示すように、ハードガターの前方端は、天蓋の表面に取付けられて塞がれてもよい。また、ハードガターをつなぎ合わせて、連続した流路にすることもできる。６４１に示すようなハードガターは、最前縁６４３において、天蓋の反対側の面にあるハードガターの最前縁と接合する。
【００６９】
図７の７０１に示すように、水が流路内において適切な方向に流れないような向きに天蓋が一時的に向けられている場合に雨滴を回収しておける一時保水チャンバをハードガター７０５の前方領域７０３に設けてもよい。天蓋が直立状態にあるとき、一時保水チャンバは、回収した水をハードガターの後方へ向かう重力流に乗せて放出する。前方領域７０３の拡大図を７１１に示す。前方領域７０３の拡大図である７２１に示すように、天蓋が前のめりになると、ハードガターにおいて前方に流れてきた雨滴は、一時保水チャンバによって一時的に回収される。
【００７０】
図８の８０１に示すように、ハードガター８０３は、雨滴の重力流を利用するために流路が下方および後方に傾き、一時保水チャンバ８０５がハードガターの前方端にあり、図７のハードガター７０５に類似する。ハードガター８０３は、天蓋の前方部分より後方にある所望の出口地点８０７に向かうように水流を導く。しかしながら、図７のハードガター７０３と違って、ハードガター８０３は、裏側よりも下に作られ、雨水の入口といえば、表側の表面に実質的に見えるところのみである。領域８０９の拡大図である８１１に示すように、雨滴は、表側の全体的な湾曲に沿うことなく、天蓋の上面を流路まで流れ落ちて捕捉され、所望の出口地点から放出される。
【００７１】
表側において、ハードガターの内部は、メッシュ、スクリーン、またはその他の透水性を有する薄膜によって覆われていてもよい。８１３に示すように、スクリーンを天蓋の表面に縫付ければ、表側の布地の張力を保ちながら水がハードガターに流込むようにすることが可能である。
【００７２】
８２１に示す傘のハードガターは、メッシュで覆われたハードガター８１３に類似する。このガターは、天蓋の布地を使用して、表面下にある流路に通ずるひと続きの穴を形成する。８３１に示すように、雨滴はこれらの穴に入り、天蓋の下にある流路を流れる。領域８３３の拡大図を８４１に示す。この図には、穴およびその下にある流路が描かれている。領域８４１の側面図を８５１に示す。この図には、袋状に構成された流路を図示する。ハードガターのこの例では、天蓋の布地の張力をハードガター８１３よりも高くすることが可能である。互い違いに穴を有する別のハードガターと平行に対になるようにして、第１列目の穴の間を流れる水を捕捉してもよい。
【００７３】
ソフトガターは、表側に凹凸、窪み、または突起を形成して成り、雨滴を流路で捕捉することなく出口地点に向かわせる。ハードガターと違い、ソフトガターは、天蓋表面に対して擁壁を設けない。どの雨滴もソフトガターの上または周囲を流れることが可能である。ソフトガターは、既存の天蓋表面から作製されても、外付けされた付属物の一部として存在してもよい。
【００７４】
図９の９０１に示すように、ソフトガター９０３は、天蓋９０５の前方部分から後方部分９０７に下方に傾斜して延び、雨滴の重力流を促進する突起である。９１１に示すように、雨滴９１３は、天蓋上に落下し、ソフトガターに沿って流れる。ハードガターと違い、雨滴の一部９１５は、ソフトガターを越えて流れる前に短い距離だけ後方に向かってもよい。通常、雨滴は、９１７に示すように流れ、天蓋の後方部分にある出口地点に向かって移動する。領域９１９の拡大図を９２１に示す。この図には、後方に向かう雨滴の流れ、ソフトガターを越える雨滴の流れ、およびソフトガターに沿った雨滴の流れが描かれている。
【００７５】
ソフトガターの一形式として、マイクロガターがある。マイクロガターは、凹凸、突起、窪み、または軌道であり、雨水を所望の出口地点に向かって天蓋に沿って移動させることを容易にするシステムの一部として機能する。多数のマイクロガターを同時に用いると、表面の質感が精細になる。この表面を本明細書ではマイクロガターシステムと呼ぶが、これは、天蓋の所望の地点に向けて水の流れを変えるように機能する。マイクロガターシステムは、図９の９３１に示すような一組のリブ状の平行軌道、小さい凹凸から成るマトリックス、微小な窪みから成る模様、またはこれらの組合せのようなものであればよい。
【００７６】
マイクロガターシステムの各凹凸、突起、窪み、または軌道は、天蓋の表面上において、いかなる長さであってもよいが、高さと幅については、一滴の雨粒の半径の何分の一かである。一滴の雨粒は、所望の地点に向かうように方向を変えながら、１本のマイクロガターの上および周囲を流れる傾向がある。雨滴９３５は、天蓋の後方にある所望の出口地点に向かって導かれる。その途中、雨滴９３９は、マイクロガターシステムを越えて流れ、所望の出口地点に到達する前に天蓋から落下する。多くの雨滴は、９３７に示すように、出口に向かって流れ、天蓋の後方部分から落下する。
【００７７】
マイクロガターは、通常、長手方向の平面に平行になるように並べられ、特に天蓋の正面において有益である。この種のマイクロガターは、空気力を利用して雨滴を上方に向けて表側のより高い地点に導きながらも、天蓋にほとんど抗力を加えない。高い地点において、これらの雨滴は、重力によって、終局的には出口地点で放出されるように下方に傾斜したソフトガターまたはハードガターに挿入される。
【００７８】
９４１に示す好適な実施形態において、マイクロガター９４３は、９４５の天蓋の正面から後方にかけて延びる一連の平行軌道である。２本の対称的なハードガター９４７および９４９は、天蓋の側面の半分のところで、天蓋の後方にある雨水出口地点まで延びる。降注ぐ雨水は、天蓋正面下方点９５１において天蓋に当たり、風を受けてマイクロガターの軌道に沿って押上げられる。下向きの重力は、９５３の地点において、上向きの空気力を上回り、雨滴は、マイクロガターシステムを越えてハードガター９４９に落下して移動し、正面方向の平面の後方にある出口地点９５５から放出される。
【００７９】
詳細は後述するが、ハードガター、ソフトガター、およびマイクロガターは、揚力を増減させる、または乱流の薄層を覆う空気の層流の成長を促進するスポイラとして機能し、二つの目的を果たす。
【００８０】
雨水脱出シュートは、雨水を規定の出口地点に運んで天蓋および使用者から遠ざけるために用いられる閉鎖経路または管である。ハードガターと違って、雨水脱出シュートは、その長さ方向に閉鎖され、片方の端部に開口を有する。雨水脱出シュートは、天蓋の表側よりも上にあっても、裏側よりも下にあっても、または表側と裏側との間で一体的に形成されてもよい。
【００８１】
雨水脱出シュートは、開口部、閉鎖された雨水移動管、および出口部である。開口部は、天蓋のより広範囲において雨水を捕捉できるように、漏斗状であってもよい。
【００８２】
図１０において１００１に示すように、雨水脱出シュート１００３は、ハードガター１００５の後部に接続される。雨滴１００７は、天蓋の後方部分にある所望の出口領域１００９に向かって、ハードガター内を流れる。領域１００９の拡大図を１０５１に示す。雨水は、開口１０５３に流込み、雨水移動管１０５５を下って１０５７から抜出る。
【００８３】
雨水脱出シュートは、天蓋の布地を延ばして作製されても、外付けの付属物として作製されてもよい。雨水脱出シュートは、独自の支持部材を必要としてもよく、天蓋のリブを延ばすことによって支持されてもよい。
【００８４】
ハードガター、ソフトガター、および雨水脱出シュートを組合わせて、天蓋の前部から後部にかけて一体のガターとしてもよい。
【００８５】
ガードフラップ
本発明のガードフラップは、天蓋周辺から下方に延びるシールドであり、雨風に対する保護を向上させるとともに、悪天候時の見通しを改善する。ガードフラップは、ロール軸の鉛直面に関して対称である。
【００８６】
ガードフラップは、一体化された部品と実質的に見分けがつかないように天蓋に取付けられてもよい。また、ガードフラップは、天蓋とは明確に別個の構成要素として、取付けられてもよい。
【００８７】
図１１の１１０１に示すように取外された状態にあるガードフラップ１１０３，１１０５を天蓋に取付けて、１１１１に示すような遮蔽面が延びた天蓋としてよい。天蓋とガードフラップとの結合は、１１２１に示すように実質的に一体となる面を形成する。
【００８８】
１１３１に示すように、ガードフラップ１１３３，１１３５の前方部は、天蓋の前方部分の下で相互に結合して凸面を形成する。得られる天蓋およびガードフラップは、１１４１に示すように、凸面を形成する。この凸面は、傘の使用者の身体から遠ざかる方向に風を偏向させる。この偏向によって、使用者が保護されるとともに、使用者の身体にかかる圧力抗力が減少することになる。
【００８９】
ガードフラップ、またはその一部分は、透明な材料を使って、悪天候時の見通しが良くなるように作製されてもよい。
【００９０】
ガードフラップは、堅固な材料からなってもよく、支持骨格構造を有してもよく、また２以上の縁に対抗する力を加えることによって、張った状態を維持してもよい。
【００９１】
手動または自動の展開または収縮用の既存のリブを延長させた１本以上のガードフラップ・リブ部材を天蓋周辺に結合することによって、ガードフラップを支持してもよい。フラップは、傘を開閉すると、自動的に展開収縮するようにされてよい。
【００９２】
ガードフラップおよび支持部材は、天蓋の周辺にあるポケットに収納され、悪天候時に解放される。
【００９３】
暴風雨の状況に適した頑丈な構造を有する傘の場合、ガードフラップは、天蓋から完全に外されてもよい。このガードフラップは、ジッパまたは類似の方法を使用して、天蓋に隣接させられるもので、悪天候時には、保護用に取付けられるが、通常は外されている。
【００９４】
ガードフラップは、下方に延びて地面に接触してもよい。心棒を嵌込み式にして延長可能にするとともに心棒を固定する三脚または台などの手段を用いれば、天蓋およびフラップは、使用者の身体の大部分を保護するに適した独立の保護領域を形成することが可能である。
【００９５】
また、ガードフラップを使用者の胴体部分に向けて延ばし、または胴体部分に留めることで、内側を囲うドームを形成してもよい。本実施形態に係る心棒は、手で握られるが、使用者の腕にかかる依存度を低減するために、使用者の身体に取付けられる１本以上の支持心棒によって補完されてもよく、この支持心棒に置換えられてもよい。
【００９６】
吹流し
吹流しは、天蓋下領域において高まった空気圧を解放し易くする。吹流しは、天蓋の部分として、または別個の付属物として製造される。吹流しの部品は、天蓋の対応する穴に適合する基部と、空気の流れを捕捉してその向きを変えるシースと、空気を解放するためにシースに備わる出口地点とを含む。吹流しのシースは、布地、またはこれに類似の材料であって、膨張状態および萎んだ収縮状態になることが可能な材料から成る。
【００９７】
吹流しは、バルブとして機能し、天蓋下領域に雨滴が入らないように防ぎつつ、天蓋下領域の空気圧を解放することができる。
【００９８】
天蓋下領域の空気圧が上がると、吹流しが膨らみ、空気を逃がすことができるので、天蓋下の空気圧が下がる。吹流し内の圧力は、吹流しの出口に向かって上方にかかり、吹流し内に雨滴が入らないようにする。
【００９９】
天蓋下における空気圧が、表側の空気圧以下である場合、吹流しは萎み、表側の上に折畳まれる。この収縮位置において、吹流しは天蓋上で折畳まれているので、雨滴が吹流しに入ることはできない。
【０１００】
図１２の１２０１に示すように、吹流し１２０３は、先細になった中空シースであり、対応する天蓋１２０９の穴１２０７に適合する基底開口１２０５が備わる。１２１１に示すように、吹流し１２１３は、天蓋１２１５と一体となる部品である。吹流し１２０３は、空気圧が天蓋下領域にかかって開口１２１７から抜けるとき、図示のように直立する。空気が抜けるときの圧力、開口の直径が相対的に小さいこと、降注ぐ雨滴に対する開口の位置などから、雨滴が上部の開口に入る可能性は低い。
【０１０１】
１２２１の傘の天蓋下領域の空気圧が下がると、吹流し１２２３は萎み始める。天蓋下領域の空気圧が、天蓋上の空気圧と釣合いが取れると、吹流しは、１２３１に示すように完全に萎む。吹流しは、このように完全に萎んだ状態から天蓋の開口の上で折畳まれ、雨滴の浸入を防ぐバルブとして作用する。
【０１０２】
雨滴の浸入を防ぐために、吹流しの形状をさらに改良してよい。たとえば、シールド、バルブ、またはキャップを追加して、吹流しの出口地点を保護してもよい。
【０１０３】
１２４１に示すように、天蓋周りに複数の吹流しを設けて、天蓋下の空気圧をさらに下げてもよい。図示されているのは、膨張位置にある場合の吹流しであって、複数の煙突状の管から空気が抜ける。類似の構成を有する吹流しが萎んだ状態にある場合を１２５１に示す。
【０１０４】
本発明の好適な実施形態において、吹流しは、天蓋の布地の一部として一体化され、吹流し表面にかかる抗力を最小限にしつつ、適切に空気を解放するように設計にされる。１２４１の天蓋に示すように、管状の吹流し１２４３は、接合点１２４５周辺において、図示のごとく表側の外形とつながっている。
【０１０５】
図１３の１３０１に示すように、天蓋下領域の空気圧を最大限に解放できるように、多数の吹流しを設けてもよい。
【０１０６】
吹流しは、シースの長さが天蓋に沿うようにして、天蓋に取付けられてもよい。本実施形態において、吹流しは、天蓋の布地と一体となって、継ぎ目のない空気の入口と、シースと、空気の出口とを形成する。図１３の１３１１に示すように、天蓋１３１３は、天蓋下に空気の入口１３１５（図示するように、通常は上から見えない）と、シース１３１７と、空気の出口１３１９とを有する吹流しを備える。この種の吹流しは、直立することがないので、シースは、入口から出口に向かって先細である必要はない。
【０１０７】
１３２１に示すように、空気１３２３は、天蓋下領域に入って圧力がかかり、空気の入口１３２５（図示するように、通常は上から見えない）に入る。シース１３２７は天蓋に取付けられているので、シースの内部に捕捉された空気は、出口１３２９に向かうような方向に変えられる。このように空気の流れる方向を変化させると、それが先細の管、通気孔、または布地のポケットによって生じさせたものであっても、通常は、不所望の摩擦が生じ、閉鎖空間の内部で空気圧が大幅に増加するので、天蓋下の空気圧を高速解放するという目的に反する。このような空気圧の上昇を防ぐために、シース１３２７の波打つ容量および出口１３２９の大きさは、入口１３２５の容量および大きさを超えてよい。
【０１０８】
完全に一体となった吹流しのシースを傘の下から見て、１３３１に示す。空気１３３３は、圧力がかかって入口１３３５に入り、シース１３３７内を出口１３３９まで移動する。本実施形態において、シース１３３７は、布地の追加層として、天蓋と完全に一体である。収縮状態において、１３３７に示すようなシースは、天蓋の表面と実質的に見分けがつかない程、萎んで平らな状態になってもよい。１３３７に示す例において、空気には、適度な圧力がかかり、その方向は出口に向かうように変えられる。高圧状態にある場合、シースは迅速に広がる能力または波打つ能力を有するので、空気の流れる方向を出口に向かうように変えながら、天蓋下の空気圧を高速解放することができる。この点に関して、シースまたは出口ではなく、入口１３３５において、空気圧のボトルネックが見られることがある。
【０１０９】
図１４の１４０１に示すような吹流し１４０３は、１４１１に示すように裏返しに折畳まれて、１４２１に示すように閉じた天蓋を上から覆い、傘のカバーとして機能してもよい。吹流しのシースの内部の乾いた部分が外部に晒されるカバーとなる。吹流しの湿った外側部分および天蓋の頂部の湿った部分は吹流しに覆われ、余分な水は回収されて、必要に応じて放出される。吹流し１４０３の基底１４０５は、１４２３に示すように下方に向かって折畳まれて、点となると、表側と吹流しの表面との間で捕捉される雨水を内側において回収する点になる。
【０１１０】
スポイラ
傘の天蓋に作用する空気力は、天蓋にかかる抗力、揚力、および乱流の効果を考える上で重要である。スポイラを使用すると、傘の空力性能を変化させることが可能である。
【０１１１】
本発明のスポイラは、天蓋の表面の傾斜とは異なる傾斜で、表側または裏側に取付けられる表面である。スポイラは、天蓋の布地から継ぎ目のない部分として一体的に形成されてよいが、実質的には、天蓋の表面がスポイラの両面に続くように天蓋の表面上に存在する。
【０１１２】
空気が表面の下側よりも高速で表面の上側を移動すると、揚力が生じる。スポイラは、表面に沿った空気の流れを乱す、つまり「スポイル」することによって、乱流を起こして揚力の中心を移動させる。
【０１１３】
スポイラを使用して、一方向に圧力をかけながら、反対方向に空気を移動させてもよい。たとえば、レースカーのスポイラは、揚力を減じ、かつ車の後部に下向きに圧力をかけることによって、トラクションを向上させる。
【０１１４】
スポイラを使用して、抗力が小さい空気力学的形状を形成してもよい。移動体の後部にかかる抗力は、本体の両側を移動する空気の伴流内に低圧の空隙または循環気泡が形成されることによって生じる。従来の傘の天蓋の弧は、大きく上反りになり、その表面全体において空気の流れが分離しないように維持促進するには不向きである。空気の流れが表側の表面から離れると、表側の風下側に分離気泡が形成される。その結果、天蓋にかかる抗力は大きい。何もしなければ低圧の伴流が形成されるように促してしまう空気の流れをスポイラによって乱すことで、抗力を小さくすることができる。
【０１１５】
スポイラを使用して、トリップワイヤとして機能すれば、抗力が小さい空気力学的外形が形成されるようにしてもよい。トリップワイヤは、物体の表面に沿った空気の層流を乱し、表皮と移動する空気の高速層との間に薄い乱流層を形成する。マイクロスポイラとも称するが、トリップワイヤの例として、ゴルフボールの窪み、および米国特許第３３５９６７８号明細書に開示されているフライングディスクの表面上に形成される細かいうねりが挙げられる。
【０１１６】
スポイラのこれらの利点はそれぞれ、傘に適用可能である。スポイラは、揚力の中心を変えることによって持ち手周りの安定性を向上させることができ、傘の鈍頭形状によって生じる低圧の伴流を乱し、抗力の小さい傘を構成することができる。また、薄い乱流層は天蓋の表面と高速の空気の流れとの間で緩衝となるので、分離されない境界層を形成して、得られる抗力を小さくしようとするとき、スポイラは、マイクロスポイラであってよい。
【０１１７】
使用者は、通常、揚力と抗力とを組合わせた効果を天蓋に与えるために、天蓋の支持構造を介して、対向する力を天蓋にかける。天蓋の一部分にかかる不所望な上向きの揚力には、天蓋の表面の別の部分にかかる下向きの圧力が対向する。スポイラによって生じた下向きの圧力を支持構造にかけ、天蓋が反対側で持ち上がるようにしてもよい。
【０１１８】
傘が空気力と作用すると、抗力は、心棒によってトルクとなって持ち手にかかるので、得られる抗力が少し減少するだけで、傘の制御性が大幅に向上することがある。
【０１１９】
図５の５１１に先行技術として示した持ち手を掲げる従来の傘と、図１５の１５５１に示した傘を比較すると、スポイラの最も簡単な効果がわかる。天蓋５１７はスポイラを備えていない。天蓋１５５３は、上方および後方に傾斜した布地を集めて一体にしたスポイラ１５５５を有する。両方の傘は、それぞれ、上方の天蓋付近に持ち手５１５，１５５７を有し、図５の５０１で図示して前述したような持ち手周りにかかる大きなトルクの力を考慮しなくても、力の効果が実証される。
【０１２０】
この比較を行うために、傘５１１と傘１５５１との唯一の相違点は、天蓋１５５３にスポイラがあることと想定する。同じ向かい風を受け、天蓋１５５３にスポイラがないとすれば、得られる天蓋の抗力も同一である。
【０１２１】
天蓋１５５３にスポイラを設けることで、スポイラがもたらす何らかの新しい抗力がわかる。この抗力は、持ち手で抵抗されなければならないという点で、不都合とも考えられる。スポイラは、上方および後方に傾斜し、向かい風の方向を上方に変えて、天蓋の前部に下方の力を加える。天蓋の前部にかかる下方の力によって、安定性という利点を得ることができ、この利点は、実際、抗力がさらに加わるという不都合を上回るものである。
【０１２２】
向かい風５１３によって、天蓋５１７は、持ち手５１５の周りでわずかに傾き、５１９に示すようなトルクの力が生じる。向かい風１５５９は、スポイラ１５５５によって方向を変えられ、天蓋の前部に下方の力をかける。スポイラによって生じたこの下方の力は、持ち手においては前のめりの力として感じられ、抗力によって生じるトルクとは回転方向が反対のトルクが持ち手に与えられる。持ち手にかかるスポイラの前方方向のトルクによって、持ち手にかかる天蓋の通常の後方方向のトルクとの釣り合いが取れる。得られる力を１５６１に図示するが、このように、スポイラは、なんらかの高い圧力を持ち手にかけてもよく、トルクの利点が力の不都合を上回ることがある。傘の使用者は、かけられたトルクに抵抗しようとするよりも、普通に持ち手に力をかける方が、天蓋をより制御できる。
【０１２３】
スポイラは、既存の天蓋の布地を延長させて作製しても、外付けの部品として作製してもよい。特定の低摩擦性の素材、たとえば滑らかなプラスチックを使用して、スポイラを作製してもよい。
【０１２４】
構造をより完全にして性能を向上させるために、１つ以上のスポイラには、引っ張るもの、または緩めるものといった２つの用途があってもよい。たとえば、天蓋の布地部分が風に晒されると、低圧領域および高圧領域の共振によって、はためいたり、振動したりすることがある。このような状況を緩和するために、１個以上のスポイラを設けてもよい。別の使用方法では、裏側領域全体に横に延びるスポイラが、対向するリブ間に張力を与えて、天蓋の変形度を下げる。
【０１２５】
ガターをスポイラと組合わせて使用してもよい。たとえば、前部から後部にかけて上方に傾斜する天蓋の側面に延びたスポイラによって、雨水を前方の地点に移動させ、その地点において、ガターが水を捕捉し、後方の出口地点に移動させてもよい。
【０１２６】
ガターおよびスポイラは、天蓋の表面と、外見上、明らかな区別がつかないくらいに一体とされてよい。また、ガターがスポイラとして、スポイラがガターとして、２つの目的を果たすものでもよい。たとえば、天蓋の上面のマイクロガターシステムは、雨滴を天蓋の後方に移動させることを主目的としながらも、マイクロスポイラとして、乱流、分離されない境界層を形成して、抗力が小さいという利点を得る、すなわち、持ち手にかかるトルクを小さくするために揚力の中心を変える。
【０１２７】
本発明のスポイラの目的は、持ち手にかかるトルクを小さくすることによって、使用者が持ち手で天蓋を制御できるようにすることである。このようなトルクの減少は、天蓋にかかる抗力によって生じるトルクとは回転方向が反対のトルクを持ち手に与えるスポイラによって実現される。したがって、天蓋の前部にあるスポイラによって、天蓋の前部に下向きの力がかかり、後ろに傾く抗力の力とは反対の前のめりの力が生じることが想定できる。
【０１２８】
空気力学的前縁
本発明の傘は、空気力学的前縁を天蓋周辺に設けることによって、安定性および性能を向上させる。空気力学的前縁は、天蓋の縁の凸面である。空気力学的前縁は、裏側が高圧の力に晒されることを防ぎ、裏側を保護しながら迎え角に幅を持たせ、表側にかかる下向きの力とは反対方向の揚力を生じさせることによって方向の安定性を向上させ、使用者の身体の上部にかかる風の抵抗を下げ、丸い形状の周りには層流の成長を促進することで、得られる抗力を減少させ、従来の傘に見られる鋭角の縁およびリブの尖った端よりも滑らかで安全な状態の周辺にする。
【０１２９】
従来の傘に関する縁の問題は、先行技術の部分で説明し、図５に例示している。
空気力学的前縁を設けると、傘には、新たに前縁側下面ができる。前縁側下面とは、天蓋の裏側下で下方および内方に傾斜する表面であって、迎え角に幅を持たせ、従来の天蓋が有する鋭角の縁には通常付き物である空気の乱流を減らすことによって、空力性能および方向の安定性を向上させる。また、空気力学的前縁は、表側において空気の層流の成長を促進し、天蓋が片面翼またはパラセールとして効果的に機能できるようにする。
【０１３０】
空気力学的前縁によって、裏側全体で空気の層流の成長を促進するようにされてもよく、空気の向きが下方および天蓋下領域から遠ざかるような方向に変わるようにしてもよい。いずれにしても、裏側は、前縁側下面に直接吹く風から保護されるとともに、前縁側下面によって生じる天蓋下の空気の流れの境界に吹く風からも保護される。この天蓋下の空気の流れの境界が、両面翼の実質的な第２表面となり得る。流線形になった空気の流れの実質的な第２表面によって、不安定度が下がり、得られる抗力が下がり、また裏側で風が直接衝突しないようになる。
【０１３１】
前縁側下面は、天蓋下で湾曲し、再度裏側に付くように上方に戻ると、裏側全体で空気の層流の成長を促進するようにするので、天蓋は、流線形の片面翼として機能できるようになる。
【０１３２】
図１６の１６５１に展開図で示すように、空気力学的前縁の好適な実施形態は、表側１６５５の一部である前縁側上面１６５３と、前縁側縁枠１６５７と、前縁側下面１６５９とを含む。ユニットとして組立てられると、組合わされた天蓋および空気力学的前縁が１６６１に示すような翼となり、迎え角において曲率が正である縁は、横に広い天蓋表面に対して外方を向く。断面１６６３を１６６５に拡大図で示し、曲率が正である外表面を図示する。
【０１３３】
天蓋の裏面の図１６７１を見れば、裏側１６７５の周辺下で湾曲する空気力学的前縁１６７３の外表面がわかる。
【０１３４】
空気力学的前縁は、風の向きを裏側から遠ざかる方向に変えるので、裏側は風に晒されにくくなり、順次、天蓋下の圧力が高まる。傘の使用者が傘の縁が風に向かうように傘を位置付けると、空気力学的前縁によって、乱流が起きて不安定になるよりもむしろ、空気の流れがさらに流線形になる。これによって、縁が風に向かう方向にあるときの使用者の制御性が向上する。
【０１３５】
持ち手が、天蓋の圧力中心付近にある、または天蓋の圧力中心において天蓋にかかる力の方向と一直線上にある傘の場合、前縁側下面には、安定性に関して他の利点がある。風が前縁側下面に当たって生じる揚力は、表側にかかる風の下方の圧力に対して抵抗するのに役立つ。空気力学的前縁は、流線形であり、天蓋の上下で空気の流れのバランスを取る。
【０１３６】
図１７の１７０１に示すように、傘が向かい風を受けるとき、天蓋に空気力学的前縁があると好都合である。この天蓋に吹く風は、１７０３に示すように上方に向きを変えるとともに、１７０５に示すように下方にも向きを変える。この例によって、多数の利点が図示される。正面側の縁によって空気の流れが分割されて乱流状態になる傾向は、前縁の表面の成形によって減少する。１７０７において表側にかかる下方の圧力は、１７０９において空気力学的前縁にかかる上方の圧力と対向する。この例において最も重要なことは、空気力学的前縁が天蓋下領域を直接露出しないように保護することである。１７０５において下方に向かう向かい風は、空気の流れの実質的な境界を作り、さらに天蓋下領域に空気が流込まないように防ぐ。１７０５において空気の流れが作り出す実質的な境界は、１７０７の向かい風が天蓋下領域に直接入らないように防ぐ。
【０１３７】
天蓋の向きを少し上向き、または下向きに較正すれば、裏側が容易に露出されることはない。たとえば、天蓋が１７２１に示すように少し後ろに倒れると、空気力学的前縁１７２３は、空気の向きを天蓋下領域から遠ざかるような方向に変え続ける。１７２７において前縁側下面と直接接触する向かい風は、１７２５に示す向かい風が天蓋下領域に直接入らないように防ぐ実質的な境界を作り続ける。１７０１および１７２１に示すように、裏側を露出することのない、取り得る向きに幅があることによって、傘の使用者にとっての安定性が向上する。
【０１３８】
あらゆる方向から吹く風に対処することを天蓋に期待するなら、天蓋の裏側の周辺全体で前縁側下面を活用することになる。空気力学的前縁の好適な実施形態において、前縁側下面は、１７０１に示すように前方部分から後方部分に先が細くなる。本明細書では、このような構成を天蓋ノーズと称し、詳細は後述する。
【０１３９】
前述のように、前縁側下面は、上面から遠ざかってヨー軸に向かうように、下方および内方に傾斜する。前縁側下面が下方および内方に傾斜する一方、天蓋の外周において露出する前縁側下面の表面は、１７５１で示すように、曲率が正、負、またはゼロとなることがあり、断面１７５３を拡大して、曲率が正であるときを１７５５に、曲率が負であるときを１７５７に、曲率がゼロであるときを１７５９に図示する。
【０１４０】
空気力学的前縁がそれぞれに異なる４つの例の天蓋を断面図で１７６１に示す。ここでは、各天蓋の図は、長手方向の平面で見た鉛直断面図である。天蓋の両側に凸状の空気力学的前縁があるものを１７６３に示すが、この空気力学的前縁は、おそらく天蓋周方向全体にわたる。１７６５には、外曲率が正であり、内方に延びながら表側に向かって上方に延びる凸状の空気力学的前縁を非対称に設けた場合を示す。１７６７に示すように、従来の傘が備える鋭角の縁に類似した、鋭角で外方に延びる前縁が、天蓋上の空気力学的前縁１７６５から離れた地点にあってもよい。
【０１４１】
前縁側下面は、１７６９および１７７１に示すように、再度裏側に付くような曲率で延びてもよい。このように、前縁側下面は、裏側に付くと両面翼の下の表面として機能することが可能である。前縁側下面が再度裏側とつながることで形成されるポケットには、マストの後ろで空気が逆流しないように防ぐためにボートの帆に使用されるラフポケットまたはスリーブと似た利点があり、得られる抗力が小さくなる。また、前縁側下面が再度裏側に付くことによって、裏側の空気の流れが分割せず、上反になった両面翼の利点も得られる。１７７１に示すように、空気力学的前縁は、下方で上向きに延びて裏側とつながり、その曲率は小さい負である。
【０１４２】
空気力学的前縁を有する傘の第４の例である断面図において、表側１７７３は、前縁から後縁にかけて第１の表面と第２の表面とを別々に備えた完全な両面翼の第１の表面である。この例において、前縁側下面１７８１は、天蓋下で湾曲し、１７８３に位置する反対側の裏側周縁で結合する。この下にくる表面は、上反りになった両面翼の第２の表面になる。この下表面は、天蓋下領域および傘の使用者に対向する外表面１７７５を有し、天蓋１７７３の裏側１７７９に対向する内部裏面１７７７を有する。この下表面を支持するには、既存のリブ部材を延長させてもよく、新たなリブ部材を付加してもよく、下表面周辺において上側に向かう張力を利用してもよく、また、パラフォイルにあるような空気取入口を付加して膨張させてもよい。この種の傘は、両面翼の空気力学的特徴を有するので、充分な揚力があるとともに圧力抗力は最小となり、傘の利点および全翼機の利点の両方が得られる。このような傘の翼は、たとえば、ビーチで使用する傘と同じ大きさ、可搬性、構造、折畳み可能性、および日除け機能を備えた傘であって、使用者が砂の上を走ると揚力が生じ、その力が感じられるといった、空挺のようなスリルが味わえるビーチ・アミューズメントとして製造することが可能である。
【０１４３】
前縁側下面同士は、鋭角で結合して鉛直方向の楔を形成しても、湾曲面に沿って滑らかに結合してもよい。１７９１に示すように、天蓋１７９３では、２つの前縁側下面１７９５，１７９７が鉛直方向の区別できる縁１７９９において結合する。この楔に当たる空気は、縁１７９９の両側にくっきり分割されて、前縁側下面の特定の傾斜に従って誘導される。楔形の結合部があると、空気が縁の両側を流れるように押されるので、ヨー軸周りで不安定になることもあるが、空気が使用者の身体から遠ざかる方向に偏向されることによって利点が得られる。この種の改良については、天蓋ノーズに関する節で、本発明に係る詳細な内容をさらに説明する。
【０１４４】
空気力学的前縁を作製するには、前縁側下面の内部の形に合うように、既存の天蓋リブの端を延長して布地を足してもよく、さらに支持部材を足して前縁側下面を形成してもよく、プラスチックなどの自助材料から成る明らかに別の表面を足してもよく、また向かい合った天蓋間の張力を利用して前縁側下面を天蓋下領域まで伸ばして形成してもよい。
【０１４５】
空気力学的前縁によって周辺を成形し、この周辺下に位置するリブであって、端部が外から見えないリブをその周辺に対応するように内側へ湾曲すれば、本発明の傘の周辺は、従来の傘に見られる鋭角の縁およびリブの尖った端よりも緩やかになり得る。このように縁の外形が緩やかであることは、安全面からいって重要な利点であり、密接して歩くことになる都市環境においても子供から大人まで安全に使用できる傘として製造することが可能である。
【０１４６】
空気力学的前縁は、風を受けると天蓋下で湾曲するように適応する伸縮自在な前縁側下面を形成してもよい。表面に風の圧力がかかっていないときは、この適応力のある前縁側下面は、天蓋の表側の周辺と機能的に区別できない。風を受けると、前縁側下面は、天蓋下で伸縮して空気力学的前縁として機能する。
【０１４７】
空気力学的前縁は、様々な形状のものを組合わせてもよい。表側の縁の全体を空気力学的前縁としてもよく、表側の縁の一部を空気力学的前縁としてもよい。空気力学的前縁には、他の機能があってもよく、たとえばガターの一部として使用されてもよい。天蓋の材料を使用して、天蓋との継ぎ目を作らないように空気力学的前縁を作製してもよい。また、摩擦を少なくするためにプラスチックなどの充分滑らかな素材を使用して、空気力学的前縁を作製してもよい。空気力学的前縁は、糊付け、縫合、または他の結合方法によって、天蓋につなぎ合わせることができる。
【０１４８】
非対称な空力天蓋の背景と定義
傘を非対称にする改良を考えるのには、多くの理由がある。この中には、使用者の視線が前方を向いていること、使用者が前方に歩くこと、また使用者が身体の後方で傘をかざすことは身体の前方に傘をかざす場合ほど容易ではないということが含まれる。また、使用者が傘を使用するときに行う選択が複雑であることは明らかである。たとえば、使用者は、雨風の方向および速度に応じて、特定の経路、進路、および歩行速度を選択してよい。この使用者の選択は、天蓋の制限によって決定されることがよくあり、傘を快適に保持できるようにしながら保護する。傘が強風で扱いにくい場合、使用者は特定の目的地に向かうのに安全な進路を選ぶ。傘は、その寿命が続く間、他の位置よりもある位置にかざされる傾向がかなり強い。
【０１４９】
傘は、向かい風の接近に応じて、前方から後方にかけて非対称にかざされるので、本発明は、向かい風への対処を改良することを考えた。
【０１５０】
非対称な傘を使用すると、天蓋の左半分および右半分は、それぞれ、使用者の左側および右側の空中で保持される。天蓋の半分は、通常、地面に対して水平な配置となる。風雨の方向が向かい風でなくなってくると、傘の使用者は、傘を左または右に移動させつつ、効果的に一方の半分を上げて他方の半分を下げ、ロールおよび並進オフセットを調整しながら、極めて一定のピッチおよびヨーに維持することが期待される。
【０１５１】
天蓋ノーズ
天蓋ノーズは、非対称な空気力学的前縁の一例である。天蓋ノーズは、天蓋の正面において内方に向かって下向きに湾曲する面であって、傘の正面方向前方部分の表側と結合し、傘の左右半分の縁に沿って先細になる。
【０１５２】
非対称な空気力学的前縁として、天蓋ノーズを設けると、傘は多くの利点を有するようになる。その利点として、裏側が向かい風に直接晒されないようにするといった保護の改良、乱流を誘発する鋭角の縁を除去しても前方方向の安定性が高いこと、天蓋の上下で空気の層流の成長が促進されること、および天蓋を制御する迎え角の範囲が広いことが挙げられる。これら全ての利点によって、傘の操作はより容易になる。使用者は、裏側が露出しないように天蓋を下げる必要がなくなるので、見通しも改善される。
【０１５３】
天蓋ノーズは、向かい風が裏側全体で層流の成長を促進する。天蓋ノーズは、裏側表面全体において層流の成長を促進するように設けてもよく、または空気を裏側から遠ざかる方向に偏向させてもよい。いずれにしても、天蓋下に空気の境界層が形成される。実質的な両面翼として捉えれば、この境界層は、この両面翼の第２の表面として機能し、裏側に直接あたらないように風を偏向させながら空気の流れを流線形にする。天蓋の広がった後方部分における空気の層流によって生じる揚力を利用して、天蓋にかかる抗力によって生じるトルクとは回転方向が反対のトルクを生じさせることによって、傘の持ち手にかかるネットトルクを減少させてもよい。
【０１５４】
天蓋ノーズは、空気力学的前縁であり、凸錐状、楔状、または丸形の面が、天蓋の最前部分において内方に湾曲し、正面方向の前方に向かい、かつ長手方向の平面の両側で実質的に対称となる。
【０１５５】
天蓋ノーズは、独特の部品を多く有する。天蓋ノーズは、天蓋の前方部分における空気力学的前縁であり、裏側の下で下方および内方に傾斜した部分を形成する。天蓋ノーズは、前縁側上面、前縁側縁枠、および前縁側下面を有する。図１８の１８０１、１８１１および１８２１に天蓋ノーズの形状の例を示し、各天蓋について、対応する上面図および底面図を付す。
【０１５６】
図１８の１８０３、１８１３および１８２３に示すように、天蓋ノーズは、前方部分の表側の下で下方および内方に傾斜して延びる。１８０５、１８１５および１８２５に示す各天蓋の底面図から、天蓋ノーズが内方に湾曲することがわかる。各天蓋は、その左右半分の方向に先細になっている。１８２５に示すような天蓋ノーズは、細長い鼻のような形状である。天蓋の正面に際立った鼻が形成されると、風の入射角がより綿密に天蓋表面の外形と合致するので、使用者は、天蓋の正面にかかる圧力抗力が減少することによる利点を得る。側面から鼻にあたる風、およびそれによって生じる抗力は、傘にとっては不都合なものであり、天蓋ノーズを設計する際に考慮されなければならない。
【０１５７】
天蓋ノーズの形状は、使用目的に応じて、これらの例よりも多少、湾曲が顕著であってもよい。従来の天蓋であれば、１８３１に示すような相対的に小さい半径で内方に湾曲する天蓋ノーズでも利点が得られる場合がある。非常に顕著な２つの例の天蓋ノーズの側面図を１８４１に示す。
【０１５８】
天蓋ノーズによって、向かい風は、上方に向かって表側を越えることも、下方に向かって裏側から遠ざかることも、中心に位置する使用者から横方向両側に遠ざかることもできる。正面方向の対処について能率を上げつつも、天蓋が他方向から吹付ける風に晒されても、加わる抗力はごくわずかであるような天蓋ノーズに成形することが可能である。
【０１５９】
前述して図１７の１７９１に図示したように、長手方向の平面に平行な鉛直方向の縁によって、前縁側下面の２つの面を結合させて楔を形成してもよい。この楔によって、裏側の下に入ろうとする風は、傘の使用者の両側を通るように方向が変えられ、使用者の身体にかかる空気力、およびこの結果生じる抗力が減少する。
【０１６０】
空気力学的前縁に関して前述したように、天蓋ノーズは、前縁側上面と前縁側下面との間が前縁側縁枠によって滑らかな外形に形成されてよい。別の可能性として、天蓋ノーズは、鼻を尖らせても、または丸みを帯びるように成形してもよい。空気力学的前縁の定義範囲内であれば、天蓋ノーズのさらに別の可能性も実現できる。
【０１６１】
強い向かい風の中で使用者が正面を向き続けようとする場合に、天蓋ノーズの迎え角の範囲に関する制御を改良するには、尖った楔または鋭く尖った円錐よりもむしろ、鉛直方向に見て楔形であったり、水平方向に見て楔形であったり、または円錐形をした天蓋ノーズに、図１８の１８２５に見られるような、なんらかの丸みを帯びた湾曲を加えることによって、調整するのが一般的である。
【０１６２】
天蓋ノーズが長手方向の平面に関してほとんど対称であっても、中心からずられたところに心棒を取付けることができるように変更してもよい。心棒および支持構造は、実質的に空気の流れを悪くすることがなければ、天蓋ノーズに組合わせても、天蓋ノーズの前方に延びてもよい。空気の流れをさらに効率的にするために、天蓋ノーズを心棒と一体に形成してもよい。非対称に心棒を備えた天蓋ノーズの一例を１８５１に正面図で示す。
【０１６３】
天蓋ノーズは、天蓋から継ぎ目なく延長させた天蓋材料から成る部分であっても、複数の材料を組合わせて構成されたものであっても、構成されてから天蓋材料に取付けられたものであってもよい。プラスチックなどの実質的に滑らかな素材を使用して天蓋ノーズまたはその部分を構成し、摩擦を小さくしてもよい。
【０１６４】
天蓋ノーズの空気力学的前縁は、天蓋の側面に沿って延び、長手方向の軸に平行に吹付ける風の取扱い性を向上させる。このような延長部分は、天蓋の表側との結合地点で先細になってもよい。
【０１６５】
天蓋ノーズに開口を設ければ、空気が天蓋下領域に流入可能となり、天蓋下領域における乱流の発生または圧力の上昇といった作用を抑えるために、空気が裏側で前部から後部に向かって出入りする流線形の外形となる。
【０１６６】
天蓋尾部および後縁
天蓋尾部は、表側の後方部分の部分である。
【０１６７】
本発明の天蓋尾部は、複数の機能を果たす。その主目的は、主に使用者の後方から接近する雨滴および風の状況に、使用者が影響されないように保護することである。
【０１６８】
天蓋尾部のその他の機能は、風の強い状況における取扱い性を高めることである。このような機能として、ヨー軸を鉛直方向に安定させるように作用すること、ピッチ軸を水平方向に安定させるように作用すること、天蓋が翼として動くために空気の層流の成長を促進するように天蓋を成形した場合、揚力の面として作用すること、圧力抗力を減少させ、かつ表側の風下に摩擦抗力が生じるようにして、抗力の小さい翼の作製を補助すること、そしてスポイラと組合わせて構成する場合、フライングディスクまたはゴルフボール上のように空気の乱流の一体となった薄層が形成されるように促進して、抗力の小さい翼の作製を補助すること、などが挙げられる。
【０１６９】
天蓋尾部の別の機能として、ガターを流れる水の放出地点を遠ざけることがある。
空気が尾部の上面をより高速で移動するときに生じる上向きの揚力によって、傘の持ち手には、天蓋にかかる抗力によって持ち手に生じるトルクとは回転方向が反対のトルクが好都合に生じる場合がある。このように持ち手においてトルクが釣り合いをとろうとする本来的な効果は、力がわずかに大きくなるのと引換えにピッチの安定性が得られるということである。
【０１７０】
天蓋尾部は、艇体または逆艇体のように、Ｖ字形にして、ヨー軸を中心とした天蓋の安定性を向上させるとともに、はためき、または振動を少なくしてもよい。
【０１７１】
図１９の１９０１に示すように、天蓋尾部１９０３を分割し、または分岐させて、天蓋下の領域の気圧を急速に解放できるようにしてもよい。分岐した天蓋尾部の上面図を１９０５に、裏側を１９０７に示す。
【０１７２】
１９１１に示すように、ガター１９１５を付加して、分岐した天蓋尾部の上面１９１３に沿って流れる雨水が天蓋下領域に入らないように偏向させてもよい。上面図１９２１に示すように、雨水１９２３は、ガター１９２５に入って、表側の後部にある所望の出口地点１９２７に向かって流れる。
【０１７３】
図１９の１９５１および１９６１に示すような尾部分割型天蓋は、１９５３に示すように、スリットが入っていてもよく、１９６３に示すように、フラップを重ね合わせてスリットに組合わせてもよい。
【０１７４】
天蓋尾部は、ヨー軸および天蓋の頂部面から遠ざかるように下向きに湾曲した面を有してもよい。後方で下向きに湾曲したこの部分は、天蓋の後部に揚力を生じさせ、ピッチ軸を中心として傘を安定させるときの補助となる。
【０１７５】
天蓋尾部は、少し上向きに湾曲しても、少し上向きの湾曲部分を含んでもよく、空気が天蓋の上を通過するときにスポイラとして機能し、またはピッチ軸を中心として傘を安定させるときの補助となる。
【０１７６】
天蓋の空気力学的外形
この考察を行うにあたり、傘が天蓋全体における空気の流れに対する抵抗を下げるように設計された場合、その傘は流線形であると称する。傘の天蓋を流線形にする方法の１つは、平面または湾曲面で長手方向に切断したときの形状を涙滴形にすることである。別の方法は、縁を凸面と取換えることである。これらの方法を組合わせて、丸みを帯びた天蓋ノーズを有する涙滴形をした傘に適用することが可能である。
【０１７７】
従来の傘のドーム形の天蓋は、低速空気力学の分野において鈍頭体形状として知られており、圧力および摩擦によって左右され、高抗力で低圧の伴流によって区別される。傘の裏側が露出すると、その下に使用者の身体がきても、その傘が摩擦抗力によって左右される翼として機能することはできない。本発明は、この問題を克服するため、流線形の形状を天蓋に採用する。これと同時に、本発明によれば、天蓋は、降注ぐ雨滴に対して継続的な保護が可能になる。
【０１７８】
従来の傘および先行技術の傘が有する天蓋の形状は、いずれも圧力抗力によって左右され、降注ぐ雨滴から保護しつつも、圧力抗力が小さくなるように、つまり摩擦抗力によって左右されるようにするには、風に対してどの向きにされればよいのか想定することができない。先行技術の傘の場合、雨風から使用者を保護するように機能している間、空気の流れが天蓋全体にわたって層流であるようなことはない。従来の傘は、前縁および冠点において、空気の流れが乱流となって分離しし、風が移動すると後部が両側面いっぱいに広がり、その幅が最大となる。天蓋が実質的に平坦である傘は、前縁において、空気の流れが分離して乱流となり、天蓋の平坦な表面に対して風が横に流れるような向きに天蓋が方向付けられた場合、この傘は、その使用者を雨風から保護するには不十分な形状である。
【０１７９】
本発明の天蓋は、涙滴形をした面である。天蓋は、その長手方向の平面に沿って延び、前部から後部に向かうにつれて表面積が大きくなる。このように延びた天蓋は、空気が天蓋下領域を通ったときよりも早い速度で表側上を移動するので、翼として作用する。本発明の形状によれば、特に空気が天蓋の前部から後部に移動するとき、空気の流れが表側の表皮から遠ざかる方向に分離することが大幅に少なくなる。天蓋は、周辺が涙滴形であるので、天蓋の両側面の広がりが最大になる後部において、空気の流れが分離することはさらに少なくなる。
【０１８０】
本発明の傘を含め、傘の主目的とは、降ってくる雨滴から使用者を保護し、可能な範囲のあらゆる方向から吹付ける風の流れを効果的に流線形化することである。天蓋の幅、長さ、高さに関するコード長同士の関係は、このような目的に適合するように調整されなければならない。抗力の小さい翼の厚みは、最大で、そのコード長の約１５％になる場合があるが、このような外形に規定されると、傘は取扱いにくくなる。
【０１８１】
流線形をした天蓋の例は、以下の特徴を有する。
天蓋は、細長く、長手方向の平面に関して対称で、表側が実質的に凸状である。
【０１８２】
上面図または底面図で投影した場合、天蓋の周辺の外形は涙滴形であり、連続曲線は、天蓋尾部の第１点から後方部分の一辺に沿って、側面半分に沿って、前方部分まで到達し、反対側の側面半分に沿って、後方部分まで戻り、第１点上またはその反対の位置において、天蓋尾部で再結合する。天蓋の前方部分の外形は、涙滴形の最も幅が広い部分を規定するが、幅コードの一方の辺から他方の辺にかけて曲率が正である。後方部分の外形は、平坦であり、曲率は非常に小さいか、負である。側面半分同士が結合する天蓋の後部は、点に近づくように、または相対的に幅の狭い尾部になるようにする。
【０１８３】
天蓋の幅が最大になる点を規定する幅コードは、長手方向のコード長の２５％〜４０％の長さだけ天蓋の最前点から離れている。この範囲を図２０の２００１に図示する。幅コード２００５から前方点２００７までの距離２００３は、長手方向のコード長２００９の少なくとも２５％、最大でも４０％である。
【０１８４】
天蓋の冠点から長手方向のコードに最も近い点までの距離は、天蓋の最大の高さのコードを規定するが、長手方向のコード長の５％〜２５％の長さである。この範囲を２０１１に図示する。天蓋の高さ２０１３は、長手方向のコード長２０１５の少なくとも５％、最大でも２５％である。
【０１８５】
天蓋の最大の高さのコードの底辺は、長手方向のコード長の２５％〜４０％の長さだけ、長手方向のコード上の最前部から離れている。この範囲を２０２１に図示する。天蓋の最大の高さ２０２５のコードの底辺から前方点２０２７までの距離２０２３は、長手方向のコード長２０２９の少なくとも２５％、最大でも４０％である。
【０１８６】
長手方向の平面に平行で、かつ天蓋と１点以上で交差する平面において、断面の最大の厚みを規定する鉛直方向のコードは、セグメントの長手方向のコード長の２５％〜４０％の長さだけセグメントの最前点から離れている。この範囲を２０３１および２０４１に図示する。平面２０３３は、長手方向の平面２０３５に平行であり、曲線断面２０３７において天蓋と交差する。平面２０３５およびセグメント２０３７は、２０４１において平面２０４３およびセグメント２０４５で表される。断面における高さ２０４９から前方点２０５１までの距離２０４７は、セグメントの長手方向のコード長２０５３の少なくとも２５％、最大でも４０％である。中には本明細書に適合しない断面もあり、特に天蓋の側面が極端な場合の断面は、本明細書に適合しないことがある。
【０１８７】
天蓋の涙滴形状は、平面ではなく曲面で区切られてもよい。たとえば、天蓋２０６１は、側縁２０６３によって示すように規定される。この天蓋は、断面２０７１で示すような側断面を有し、前部から後部に湾曲するように示された側縁２０７３、長手方向のコード２０７５、および冠点２０７７を有する。
【０１８８】
以上の天蓋の例において、天蓋の最大幅の領域および冠点は、両方とも長手方向のコードの前方端にある。
【０１８９】
天蓋の抗力を小さくする形状というのは、横断図が涙滴形になり、側断面が半涙滴形になる。この天蓋の細長い尾部の形状は、低め〜適度な向かい風にあたると鈍頭体に通常生じる低圧力の伴流の形成を抑制するために考えられたものである。涙滴形状によって、空気は、表側を層流で流れる。したがって、特定の風の状況において、この表側の空気の流れは、摩擦抗力によって左右されることになる。涙滴形状は、天蓋ノーズを付加したり、尾部を分割したり、他の改良を加えることによって、さらに補完されて流線形化される。
【０１９０】
適応傘
傘の天蓋は、様々な力および方向の風に対処するために、その形状が変化するように設計してもよい。以下、このような傘を「適応傘」と称する。従来の傘と同様、適応傘の主目的は、雨風の防御である。本明細書において検討した傘の他の空気力学的改良と同様、適応傘のさらなる目的は、抗力が小さくなる形状にすることによって、取扱い性および安定性を向上させることである。
【０１９１】
適応傘の利点は、多種多様である。主な利点は、非可撓性の傘と比較して、抗力が小さくなるような形状を想定した傘であることである。他の利点として、適応形状は、使用者の身体を保護するために使用者の周囲に合うように変形するので、雨水に対する保護が向上する。他の利点として、連結式または不定形の構造によって、折畳み性および保存性が優れ、非対称で抗力が小さい傘を作製することができる。
【０１９２】
本明細書に記載する適応傘の様々な提供方法は、単独で、または相互に組合わせて、かつ空気力学的前縁またはスポイラなどの他の改良と組合わせて、使用することができる。
【０１９３】
圧力連結式傘
圧力連結式傘の天蓋は、正面方向の平面に実質的に平行なセグメント同士が連結されている。雨からの防御という傘の主目的を維持しながら、天蓋が固定された傘よりも抗力が小さくなる形状にするために、圧力に応じてセグメントが動く。連結式の天蓋にはセグメントが２つ以上あり、これらはそれぞれ、前部または後部において、可撓性の接合部、ヒンジ、またはセグメントを独自に連結する類似の他の手段によって、ひと続きに連結される。心棒は、セグメントの１つに固定される。このセグメントをヘッドセグメントと称する。天蓋は、このヘッドセグメントの後方に、１つ以上のテールセグメントを有してもよい。天蓋は、ヘッドセグメントの前方に、１つ以上のさらなるセグメントを有してもよく、ヘッドに至る延長部として連結されるか、または空気力学的前縁として内方に撓む。天蓋には、ヘッドセグメントおよび少なくとも１つの他のヘッドセグメントまたはテールセグメントに加えて、対称なサイドセグメントが１対以上あってもよい。
【０１９４】
セグメント間の接合部は耐水性を有するので、雨水は天蓋下領域に入れない。接合部に防水加工を施すには、セグメントを覆う布地を延長させてもよいし、蛇腹式に折畳んだ部分を追加してもよい。接合部に可撓性の布地を張架させてもよい。また、耐水性の接合部を作製するには、一方のセグメントを延長させて隣接するセグメントに重ね合わせてもよい。
【０１９５】
圧力連結式傘の一実施形態において、天蓋の形状は、カブトガニのドーム形の甲羅および連結式の外骨格に類似する。図２１の２１０１に示すように、ヘッドセグメント２１０３は、天蓋の前方部分を含み、ヒンジ接合部２１０７でテールセグメント２１０５と結合する。傘の心棒は、ヘッドセグメントに取付けられる。気象状態が落ち着いている場合、この実施形態に係る連結式傘は、従来の傘に類似することもあり、一般的に地面と一直線になるように保持される。２１１１に示すような向かい風を受ける場合、使用者は、吹付ける風に向かって心棒を傾斜させることによって、ヘッドセグメント２１１３を下げることができる。テールセグメント２１５は、空力的圧力を受けて、地面に水平のままである。降注ぐ雨滴から使用者を保護する機能を果たしながらも、この天蓋の尾部にかかる抗力は、従来の傘よりも小さくなる。
【０１９６】
本発明の傘の別の実施形態として、２１２１に示すように、天蓋は、前頭セグメント、ヘッドセグメント、中間セグメント、テールセグメントなどの複数のセグメントが連結する。２１３１に示すように、前頭セグメント２１３３は、下方および内方に撓むことが可能であり、空気力学的前縁を形成する。テールセグメント２１３５は、下方に撓むことが可能で、使用者の身体の周囲における空気の流れを効率的にしながら、使用者の後方を保護する。
【０１９７】
これらの各例において、特定のセグメントにかかる重力または空力的圧力によって、撓みが生じる。圧力が全くかかっていない状態であっても圧力が全体にかかっている状態であっても、適度な抵抗力を与えるために、一連のばねを用いてもよい。各セグメントの連結を制限するためには、一連のストップが用いられる。
【０１９８】
セグメントの寸法および数は、前部から後部にかけて撓むことができる滑らかなに成形表面と実質的に区別ができないほど、大きい方がよい。滑らかな圧力連結式天蓋の一例として、無風状態である場合を２１４１に示し、向かい風に晒されている場合を２１５１に示す。
【０１９９】
手動連結式傘
本発明の傘は、前部から後部にかけてヒンジで別個に動く１個以上のセグメントを使用する点で、圧力連結式傘に類似する。手動連結式傘が圧力連結式傘と異なる点は、一連のセグメントを伸縮または変形させるために、傘の持ち手を手動でコントロールすることである。
【０２００】
使用者との接点は持ち手にあり、それには、セグメントが特定の位置にくるように押したり引いたりする機械的なケーブルもしくはロッド、または、セグメントを伸縮させる電気的連絡手段もしくは他の連絡手段を使用する。
【０２０１】
本発明の傘の一実施形態において、手動コントロールは、天蓋ノーズの湾曲部を変形させる。この傘は、たとえば、足の筋肉を運動させるために、天蓋の外形を動的に調整して抗力を生じさせることに関心があるランナーには、有益である。
【０２０２】
必ずしも即時型反応でなくとも、すぐに空力が生じるであろうと予測される場合、手動連結式の天蓋形状としてよい。手動連結式天蓋の使用者は、特定の気象状況を予測して、天蓋の形状を変更・維持することが可能である。
【０２０３】
１つ以上の連結式セグメントを伸縮させると、収納時に小さく伸縮・折畳み可能で、天蓋の展開速度が速いという更なる利点が得られる。このセグメントの伸縮は、ばね仕掛けの張力または分割構造の伸縮・折畳みとしてよく使用される他の手段によって、自動化されてもよい。言うまでもないが、適応傘にも、手動連結式のセグメントおよび他の圧力連結式のセグメントがあってよい。
【０２０４】
適応型不定形傘
適応型不定形傘（adaptive amorphous umbrella:本明細書では「ＡＡＵ」と称する）は、広範囲の方向から表面にかかる空気圧に応じて、その形状が変わる。ＡＡＵの機能は、風の強い状況でも制御を容易にしながら、雨から充分に保護することである。天蓋の形状を抵抗力のある天蓋よりも抗力が小さくなるような形状に変えることによって、安定性が得られる。
【０２０５】
ＡＡＵは、風がいずれの方向から吹いてきても、風の方向に幅が狭くなるように天蓋の形状を変形させるので、圧力抗力が小さく、かつ降注ぐ雨滴から傘の使用者を保護できるような天蓋形状となる。
【０２０６】
ＡＡＵの天蓋は、圧力に対して抵抗力が変化する表面を有するので、天蓋の形状は、風に応じて変更可能である。気象状況が落ち着いている場合、ＡＡＵは従来の傘に類似することがある。風の強い状況では、傘の周辺が撓み、圧力抗力が小さく、幅の狭い流線形の形状となる。周辺を変形させると、天蓋の材料を下方に延ばした部分を撓ませることによって、降注ぐ雨滴からの保護を向上させることが可能になる。
【０２０７】
ＡＡＵに空気力がかかると、天蓋にあたる風の方向によって、天蓋の頭部、側部、および尾部が動的に決まる。天蓋の風上側の部分は、頭部であり、風下側の部分は尾部である。天蓋の中心であるヨー軸の軸外で空気力が天蓋にかかると、ＡＡＵは、その頭部の正の曲率が増大し、その頂点は力と反対方向の外方に延び、側部がＡＡＵの中心に向かって収縮し、尾部が力の方向に沿って外方および下方に延びる。このようにして得られた幅の狭い形状は、天蓋周りの空気の方向を効率的に変え、圧力抗力の小さい形状になる。
【０２０８】
ＡＡＵは、空気力に抵抗する変形不能領域と、穏やかな風によっても形状が変化可能な変形可能領域とを含む。これらの２つの領域が共同してＡＡＵを所望の形状にする。なお、変形不能領域および変形可能領域は、天蓋表面および支持構造を含めた定義であるということに留意が必要である。
【０２０９】
ＡＡＵは、天蓋ノーズまたはガターを備えることによって、利点を得る場合がある。天蓋ノーズは、ＡＡＵの変形不能領域とは全く別の発明であるということに留意が必要である。ＡＡＵは、その冠点に変形不能領域があり、その周辺に全く別の天蓋ノーズがある。天蓋ノーズは、空気力学的前縁の利点を保持しながら、変形することが可能である。ＡＡＵの利点は、その頭部の頂部において、風の強さに比例して、正の曲率を増大させることができることである。ＡＡＵに対して、風２２４３が天蓋の上面にほぼ平行な角度で吹付ける場合を図２２の２２４１に上面図で示す。風の方向によって、頭部２２４５、側部２２４７，２２４９、尾部２２５１、および変形不能領域２２５３が決まる。この傘の上面図は、図５の５６１に示す従来の傘とほぼ同一であり、無風状態においてＡＡＵの天蓋の形状が従来の傘に類似することは明らかである。
【０２１０】
風が２２５５に示すようにＡＡＵの天蓋にあたる場合、側部２２５７，２２５９にあたる。頭部２２６１の表面は、正の曲率が増大し、その頂部がかかってくる力の方に向いた凸面となる。尾部２２６３も正の曲率が増大し、その頂部が下向きの凸面となる。変形不能領域２２６５の形状は変わらないままである。得られる形状は、従来の傘よりも圧力抗力が実質的に小さくなり、場合によっては、形状の摩擦抗力がその圧力抗力を上回ることがある。
【０２１１】
ＡＡＵの変形不能領域の風に対する抵抗力は、従来の傘の天蓋と同等以上である。変形不能領域の目的は、最も厳しい気象状況においても機能できる上、落ち着いた気象状況のときには、変形可能領域によってさらに保護されるような範囲であって、雨風から保護される天蓋下の最小枠を定めることである。変形不能領域は、非対称な形状をしているが、円形に向かう傾向があり、通常、従来の傘の天蓋よりも実質的に小さくなる。ＡＡＵの好適な実施形態において、変形不能領域は円形であり、その直径は、平均的な使用者の肩幅とほぼ等しい。
【０２１２】
傘の心棒は、変形不能領域に直接取付けられているか、変形不能領域に取付けられたリブおよび受骨を介して間接的に取付けられている。
【０２１３】
変形不能領域は変形可能領域に遷移する。変形可能領域は、変形不能領域の外側に位置する天蓋の領域と、天蓋のこの領域と一体になるような、なんらかの支持構造とを含む。無風状態では、変形可能領域の天蓋を完全に延ばして、ＡＡＵのすべての側面に降注ぐ雨滴から保護する。この状態にあるとき、ＡＡＵは従来の傘に類似する場合がある。ＡＡＵが風を受けると、天蓋とこれに対応する支持構造を含む変形可能領域は、形状が変わる。既に述べたように、風の方向によって、天蓋の頭部、側部、および尾部が決まる。側部およびその下に配置される支持構造が並んで風と接触する。頭部の頂部は、正の曲率が増大し、風上に向かって延びる。尾部の頂部は、正の曲率が増大し、風下に向かって外方に延びる。
【０２１４】
風雨からの適切な保護を確実にするために、変形可能領域には、変化の範囲および最大の変形状態がある。これらの性質によって、気象状態が穏やかなときも厳しいときも効果的になるようにＡＡＵの能力が規定される。
【０２１５】
厳しい気象状態において、変形可能領域の形状は、最大の変形状態によって制限される。最大の変形状態とは、実質的に、変形可能領域の側部が使用者と接触するまでは収縮しない状態である。最大の変形状態は、天蓋およびその下に配置される支持構造が風に耐える抵抗力によって定められてもよく、天蓋およびその下に配置される支持構造に固定型の機械的な制限を加えることによって定められてもよく、また最大の変形を制限する部品を取付けることによって定められてもよい。
【０２１６】
変形の範囲は、風の方向および強さによって求められる。変形可能領域には、簡単に最大の変形状態まで変形しないような、または天蓋が制御不能な程にうねったり、振動したり、はためいたりしないような、実質的な弾力性がなければならない。変形可能領域に弾力性が備わることによって、変形可能領域の形状は、風の強さに比例して変化可能となる。
【０２１７】
変形可能領域が変形能力を得るには、様々な弾力性を有する布地を天蓋に使用したり、様々な厚みの布地を天蓋に使用したり、その下に配置されるリブ部材の抵抗強度を変化させたり、リブを追加したり外したりすることによって天蓋の支持強度を変えたり、従来のリブに加えて、ヨー軸に対して横方向にリブが移動できるようにする中央ハブを新たに使用する。
【０２１８】
変形可能領域は、従来のリブと屈曲リブとを組合わせて使用することによって形成される。屈曲リブとは、変形不能領域の抵抗領域から外方に延びる各リブに沿って、１点以上の地点でヒンジまたはこれに類似の屈曲型結合部を備えるものである。これらの屈曲リブによって、天蓋は、変形し、かつ元の形状に戻ることができる。
【０２１９】
また、中央ハブから放射状に広がるリブがなくとも、天蓋の変形可能領域を支持することは可能である。天蓋に使用可能な材料は、形状および所望の弾力性を充分維持できるような強度があればよい。フープスカートまたはファージンゲールの同心性フープ状リブに類似のフープ状のリブ部材を１個以上設けて、構造上の支持体にしてもよい。フープ状のリブは、さらなる利点として、収納時に実質的に平面になるまで天蓋を平坦にすることができる。落ち着いた気象状況において非対称であるＡＡＵには、たとえばフレンチパニエまたはバスケットスカートを構造的に支持するために用いられる楕円形のフープまたは湾曲した骨を用いてもよい。
【０２２０】
従来のリブおよび受骨以外の構造部材を使用して、ＡＡＵを作製してもよい。ＡＡＵの天蓋の底面図である図２２の２２７１に示す、可能な一実施形態において、冠点から放射状に広がる抵抗ロッド２２７５を使用して、変形不能領域２２７３を形成することによって、冠点を囲むリブであって、抵抗力がある小形の円形フープ状リブを支持する。天蓋の表面に縫込まれる４本の可撓性フープ状リブ２２７９を用いて、変形可能領域２２７７を形成する。これらのフープ状リブは、変形不能領域のフープ状リブよりも抵抗力が小さい。２２８１に示すように、風２２８３が天蓋と接触すると、変形可能領域の風上側のフープの天蓋および可撓部分は、変形不能フープ２２８５周りで押圧され、頂部２２８７において、表面の正の曲率がより大きくなる。この例の場合、圧縮されたフープが元に戻ろうとする力に天蓋の布地の張力がかかることによって、形状が維持される。
【０２２１】
図２２の２２７１に示す実施形態に関して、ＡＡＵがとり得る代替構造を図２３の２３２１に天蓋の底面図で示す。この例では、互い違いに設けられた短いリブ２３２５によって、同心性フープ状リブ２３２３が相互に接続される。変形不能領域のフープとこれに最も近いフープ状リブとの間は、バンド２３２７によって接続される。短いリブはそれぞれ、その両端で外側のフープ状リブおよび内側のフープ状リブに固定されて接続されている。緩めた状態にあるときは、短いリブが、フープ間の一定の間隔を維持する機能を果たす。バンドは、弾力性があり、無風状態になると、変形不能領域を中央の地点まで戻すように機能する。風を受けているときは、短いリブによって、フープ間の最短および最長の距離が調整される。フープ状のリブは、冠点から周辺にかけて抵抗力が減少すると予想される。短いリブも変形不能領域から遠ざかるにつれて抵抗力が減少することがある。２３３１に示すように、このＡＡＵは、図２２の２２８１のＡＡＵに吹付ける風と同様の風を受けているが、短いリブによって、より完全な構造になっている。このＡＡＵの構造を、天蓋を外して、側面図で２３４１に示す。
【０２２２】
ＡＡＵの好適な実施形態を天蓋下領域の底面図で図２３の２３５１に示し、また、天蓋下領域が露出するように天蓋を剥がした側面図を２３６１に示す。この形のＡＡＵの場合、天蓋には、天蓋の周辺まで延びるリブ２３６３および２３５３が備えられる。２３７１および２３５９で示す受骨は、心棒から対応するリブの中間点まで延びる。冠点２３６５と、受骨に接続される点に近い点との間には、リブによって実質的に抵抗力のある変形不能領域が形成される。この変形不能領域は、２３７３で囲まれている領域であって、２３５７でも見られる。リブがそれぞれの片持ち点から外方に延びるにつれて、空気力が天蓋に作用するので、リブは、撓み易く、かつ変位可能となる。多数の変形制御ロッド２３６７，２３５５が２３６９の天蓋の心棒にある中央ハブから放射状に広がり、変形可能領域の天蓋の裏側まで延びる。変形制御ロッドは、裏側に接触してもよいが、そこに取付けられてはいない。
【０２２３】
２４１１において拡大図で示すように、例として示す変形制御ロッドは、密閉された筐体２４１３を有する。２４２１に示す変形制御ロッドの図では、筐体２４２３の正面を除いて内部を露出させている。
【０２２４】
変形制御ロッドは、ピストン２４２５と、ピストンの片方の端部において各軸の周りを回転自在であるホイール２４２７，２４２９と、ピストン上に位置付け可能なばね２４３１と、ピストンに固定されるばねストップ２４３３およびピストンストップ２４３５と、筐体内で一端が筐体に固定され、ピストン側の端部が凹状の先端となっているロッドであるフィンガ２４３７と、一端が筐体に固定され、反対側の端部は、２３６１のＡＡＵの２３６９に示すように天蓋の心棒または天蓋の心棒のハブに固定されている支持ロッド２４３９とから成る。筐体２４２３には、開口２４４１があり、ここからピストンが内部に入る。筐体は、ピストンが遮られることなく後退させられるような空間であって、ピストンを格納する密閉空間を形成する。
【０２２５】
無風状態にある変形制御ロッドを平衡状態にあるという。この状態にあるとき、ばね２４３１は伸びきって、平衡状態になる。ピストン２４２５は、筐体の外部で完全に延び、通常、フィンガ２４３７と同一直線上にくる。ホイール２４２７は、ＡＡＵの裏側と接触し、裏側上を自在に転がる。
【０２２６】
２４５１に示すように、ピストン２４５５にフィンガ２４５７と同一直線上の内向きの力２４５３を加えると、２４５９において、フィンガはピストンが筐体に入らないようにする。２４６１に示すように、フィンガ２４６７とは軸がずれた方向に内向きの力２４６３をピストン２４６５に加えると、ピストンは、筐体の開口２４６９からフィンガと接触せず筐体の内部に押込まれる。２４７１に示すように、ピストン２４７７が内向きの力２４７５によって筐体の内部に入ると、ばね２４７３が収縮する。内向きの力２４７５が減少すると、ばね２４７３は、２４２１に示すように、ピストン２４７５をその平衡状態まで押し戻す。
【０２２７】
ホイール２４２９によって、２４２１に示すように、ピストンとフィンガとの摩擦が減少し、ピストンの軸外の力によって、フィンガの凹状の先端から離れるようにピストンを回転させることができる。ホイール２４２７は、通常、裏側と接触し、裏側の表面上を転がる。たとえば天蓋の風下部分が風上側にかかる空気力によって下向きに押されると、風下側の裏側は、ピストンホイールの最も近い変形制御ロッドから一時的に離れることもある。
【０２２８】
変形制御ロッドの主目的は、天蓋の風上部分の頂部における内方への変形を制限することである。２４８１に示すように、変形制御ロッド２４８３は、空気力２４８５の方向に最も近い方向に向けられ、ピストンとこれに対応するフィンガが一直線上に並ぶので、収縮が制限される。その他の変形制御ロッド、たとえば変形制御ロッド２４８７は、内向きの力を受け、その力がかかる各ピストンは、対応するフィンガと一直線にならない。これらの変形制御ロッドのピストンは、内方に押される。２４８９に示すような天蓋の風下部分において、裏側は、変形制御ロッド２４９１と接触しない。変形不能領域２４９３の形状は、無風状態における元の形状のままである。
【０２２９】
天蓋の内方への変形は、風上部分の頂部にある１本以上の変形制御ロッドによって制限されるので、天蓋は、先の尖った形状になる。天蓋の側部は、対応する変形制御ロッドがそれぞれの抑制フィンガと軸が外れる各ピストンにおいて内方への力を受けるので、内方に押される。天蓋の風下部分は、風下側に長くなり、何の影響も受けることはなく、最も近い変形制御ロッドも届かない。
【０２３０】
無風状態において非対称であるＡＡＵの領域を特定すると、風がどのような状態であっても有益に働く非対称な改良を説明することができる。たとえば、頭部および尾部を特定すると、ガター、天蓋ノーズ、および他の非対称な改良の追加が可能になる。ＡＡＵは、可能な範囲の方向から吹付ける風に応じて変形するという利点がある一方、その長手方向の軸に沿って見ると、変化量が非対称となることもある。たとえば、ＡＡＵは、天蓋の前方部分に中心がずれた変形不能領域を有することも可能である。
【０２３１】
心棒の改良
従来の傘の場合、実質的に正面から天蓋に吹付ける風によってかけられて傘の使用者が持ち手で抵抗する力によって、心棒は圧迫される。従来の管状の心棒は、通常、圧迫の力を吸収するのに大変都合よくできている。
【０２３２】
風は、心棒に対して鋭角を成して天蓋に吹付けることがよくあるので、心棒にはトルクがかかる。トルクは、天蓋の上部に最も近い心棒の端部に作用し、これに対しては持ち手の端部で抵抗しなければならない。心棒にかかる力の支点、たとえば、心棒と持ち手との結合点、または心棒と受骨との接続点は、心棒が抵抗できない場合、または心棒に可撓性がない場合、損傷を受けやすい。
【０２３３】
天蓋は、使用者を保護することが期待されているのであって、揺らいだり、使用者から離れる方に動くということは期待されていないので、実質的な可撓性は傘の心棒に不所望なものである。このため、従来の傘の心棒は、軽量性と取扱い易さを確保しつつも、可能な限り抵抗力が大きくなるように構成されている。
【０２３４】
穏やかな気象状況のとき、心棒にかかる力を心棒の抵抗力によって吸収できないことがよくあるので、使用者は、心棒を曲げたり壊したりしないように、持ち手にかける力を注意深く調整しなければならない。使用者が心棒にかける力を緩めると、使用者を雨滴から保護するという傘の目的に関して妥協されることがあり、最悪の場合、天蓋の裏側が不注意にも風に晒されてしまうことがある。
【０２３５】
天蓋にかかる力を調整するために、傘の使用者は、心棒のより上部、より受骨の近くを持とうと試みることがある。こうすれば、圧力中心と握り点とのモーメントアームがより短くなるので、トルクの力が減少する。
【０２３６】
心棒の改良として、曲げ強度または抵抗力を高めること、持ち手の端部における抵抗力を高めること、より短い心棒を使用して、てこの力を小さくすること、心棒をさらに付加すること、支持構造の要素をさらに付加することなどが挙げられる。
【０２３７】
トルクの力を減少させるためには、天蓋にかかると予想される力と心棒が同一直線になるような向きに心棒を傾ければよい。予想される力のベクトルは、おそらく、風速、風向、天蓋の形状、任意の風の状況において得られる抗力、揚力、および天蓋の重量（濡れている時および乾いている時）を予想して、それらを考慮したものである。
【０２３８】
図で説明すると、図２５に示す傘２５０１には顕著なノーズがあるが、これは、使用者が走って強い向かい風の影響を受ける場合を想定して設計されたものである。垂直心棒２５０３は、力２５０５とは軸がずれている。したがって、力２５０５は、力が対向する点において、ねじり力２５０７として持ち手にかかり、２５０９に示すように使用者の手首が対向する。２５１１に示すように、管状心棒２５１３は、力２５１５と同一軸になるように傾く。したがって、力２５１５は、下向きの圧迫２５１７として持ち手の対抗点に現れ、２５１９に示すような押圧力が対向する。ある特定の状況では、２５１５および２５０５それぞれの力を受ける場合、心棒２５０３よりも心棒２５１３が好ましい。
【０２３９】
もちろん、ある特定の方向または天蓋にかかる圧力の大きさに関して好適な心棒が非常に効果的というわけではない。予想される力、たとえば、向かい風に向かうことが多いといった傘の使用者の傾向または歩行活動量が多い使用者専用の傘を作製するということを基準にして、予想される力を把握し、設計に取入れなければならない。
【０２４０】
穏やかな気象状況において、傘の重量が重要な因子である場合、使用者は、持ち手周りの重量バランスが取れている傘を望む。持ち手は、地面に垂直で傘の重力中心と交わる軸線上に位置付けられるべきである。傘は、この軸線上のいずれかの点で保持されることによって、バランスを取り、使用者の手首にほとんどトルクがかからないようにする。
【０２４１】
バランスに加えて、人間工学上の期待事項も考慮されなければならない。従来の傘の場合、使用者の手で握られる持ち手は、使用者の頭上に掲げられる天蓋から離れている。この節で前述したように、天蓋の圧力中心側に位置する持ち手は、トルクを減少させることによって安定性が向上する。このような持ち手の位置は、人間工学上の期待事項と相容れず、気象状況が穏やかな場合においても厳しい場合においても生じると予想される力の中心に必ずしも対応するとは限らない。
【０２４２】
明らかに、心棒および持ち手の設計を改良する際に問題となるのは、気象状況が落ち着いているときのバランスに関する期待、風の状況に対する力の期待、および快適さに対する人間工学的な期待である。
【０２４３】
天蓋の表面に大きな空気力がかかる場合に主に適した心棒および持ち手を有する傘には、落ち着いた状況において天蓋のバランスを取るために、第２の心棒または持ち手を加えて一体としてもよい。この第２心棒の強度は、第１心棒よりも低くてよいが、この第２心棒に充分な強度を与えて第１の心棒と接続することによって、風が予想外の状況になったとき、てこの力が働くようにしてもよい。
【０２４４】
１本の持ち手、回転軸、およびロック機構、またはこれに類似するシステムの移動およびロックを行う調整可能な持ち手には、アクセス点が２点あってもよく、１点は、無風状態において重力のバランスを取るためのものであり、もう１点は風の強い状況で力の利点を得るためのものである。このような持ち手は、２地点のうちの１地点でロックされていてもよい。すなわち、持ち手が旋回して、その取りうる位置に幅が生じてもよい。
【０２４５】
天蓋の表面に非対称に空気圧がかかる場合、傘がこの様々な空気圧に抵抗するために、第１の心棒は、制御点として多数の持ち手を備えてもよい。反対の力の点を移動させるために、一連の第２の心棒によってこれらの持ち手を補助してもよい。
【０２４６】
非対称にかかる空気圧が大きい場合、傘がこの様々な空気圧に抵抗するためには、これらの複数の持ち手について、手を複数使うか、または肩もしくは身体の他の部分を追加的な補助として使うとよい。
【０２４７】
複数の使用者を保護する傘は、先行技術によって教示されている（Sefton,           http://www.newhousenews.com/archive/sefton060903.html）。本発明は、複数の使用者の複数の手または他の制御点を利用してよい。
【０２４８】
従来の傘は、天蓋が心棒から放射状に対称であり、心棒にかかるねじり力はごくわずかである。傘が非対称であると、天蓋をそのヨー軸周りで押す力がかかることがあり、ねじり力を考慮しなければならない。米国特許第５６４２７４７号明細書が教示する傘は、非対称な天蓋が中心軸の周りを回転するものであり、正面方向に向き続けるように安定器を使用する。
【０２４９】
持ち手と心棒との結合部、心棒と天蓋との結合部、心棒と支持構造との結合部、および支持構造と天蓋との結合部はそれぞれ、いくらか撓むことができ、天蓋にかかる力を吸収する。これらの屈曲結合部は構成するために、ばね、または、これに類似の屈曲部品を付加してもよい。
【０２５０】
ヨー軸を中心とした撓み、または、ねじれによる回転によって、向かい風の方向がわずかに変化したということを傘自体が判断できるようになる。一時的に突風が吹付けても、屈曲システムがあることによって、天蓋は少し移動することができ、続いて通常の正面方向の向きに戻ることが可能である。
【０２５１】
湾曲した形状の心棒は、非対称な天蓋の形状によく適合する。湾曲形状の心棒は、審美的に重要であり、湾曲形状の天蓋の外形を補完する。湾曲形状の心棒は、使用者の邪魔にならないように離れたところに位置付けられる点にも利点がある。使用者の上半身および頭部は、裏側の領域で完全に保護される。
【０２５２】
湾曲形状の心棒によれば、力の分配に関し、機械的な利点が得られることがある。図２５の２５２１に示すような湾曲形状の心棒は、持ち手および天蓋ノーズに沿うように湾曲するので、その湾曲に沿うように力を分配する方が、一連のまっすぐな心棒、ロッド、受骨を介して力を分配するよりも効率的である可能性がある。さらに、湾曲形状の心棒が天蓋の中心の背骨と一体化することによって、持ち手から後縁にかけて他の力の利点が得られることがある。
【０２５３】
持ち手と心棒との結合部は、まっすぐにして、１つの機能ユニットとして一体化してよい。湾曲形状の心棒の下方部分は、使用者の前腕のような傾きに近づくので、心棒のこの部分にまでまっすぐ延ばし、前腕を利用して持ち手にかかる力を活用してもよい。心棒のこの前腕部分に付属物を付けたり、その幅を広げたり、または詰め物をすることによって、使用者の前腕との相互作用を向上させることができる。２５３１に示すように、前腕を伸ばし、２５３３で湾曲心棒に前腕グリップを付加する。その拡大図を２５４１に示す。
【０２５４】
心棒と支持構造との結合部は、従来の傘に類似するが、天蓋の表面からの力の移動を改良する受骨が備わっている。非対称な天蓋は、これらの受骨の形状および長さが相互に非対称な場合があり、天蓋にかかると予想される圧力に対応する。
【０２５５】
既存の技術では、心棒は通常、天蓋または天蓋の部分を心棒の後部に押上げるために使用されると教示されるが、傘は、天蓋を実質的に引く心棒を備えることによって利点が得られることがある。心棒は、心棒と天蓋との間において、その向きを変えることによって、天蓋ノーズとより密接に一体化することができる。心棒を引く天蓋は、天蓋の支持構造が従来の圧縮型システムから伸長型システムに変わることによって、さらなる利点を得る可能性がある。
【０２５６】
湾曲心棒の好適な実施形態において、心棒は、天蓋の湾曲に対応するように湾曲し、適合する湾曲のリブに接続する。このリブは、天蓋に沿って後縁まで続く。心棒と中心リブとを接続することによって、連続する湾曲２５５３が形成されるので、図２５の２５５１に示すような天蓋には、そのような背骨が図示されている。
【０２５７】
湾曲心棒および背骨の第２の実施形態において、心棒の上部は、天蓋ノーズの前で延び、天蓋の露出した外面の表側に沿って連続して延びるリブに接続する。この実施形態において、露出した表側に沿ってリブを追加してもよく、裏側には、構造上、邪魔になるものがないようにする。２５６１に示すように、湾曲心棒２５６３および背骨２５６５は、天蓋ノーズ２５６７および表側２５６９の外側を延びる。この図において、背骨２５６５は、２５７１に示すような布製の一連の輪および布製ポケット２５７３によって、表側２５６９に取付けられている。
【０２５８】
心棒、背骨、または心棒および背骨を対にして組合わせたものは、順に嵌込んでもよいし、従来の折畳み・展開の手段を利用してもよい。
【０２５９】
心棒は、中を空洞にすることで、天蓋およびリブの収縮、格納、および展開を手動で、またはばね荷重を利用して行えるようにしてもよい。
【０２６０】
心棒は、回転軸または類似の回転システムを利用して、天蓋ノーズに結合させてもよく、これによって、傘は、心棒およびリブを回転させれば単一の圧縮型湾曲形状になって、折畳むことができる。
【０２６１】
心棒は、直径が持ち手側の端部において最大になり、天蓋側の端部において最小となる先細の管でもよい。この先細の管によって、天蓋における撓みがより大きくなるとともに、使用者の腕に一番近いところにおける撓みが最小となる。
【０２６２】
持ち手を介して使用者と相互に作用する機械的制御部であって、心棒および持ち手の位置を固定しつつ、天蓋のピッチ、ロールおよびヨーの回転軸となる機械的制御部が心棒の内部に納められてもよい。
【０２６３】
支持構造の改良
傘のリブは、天蓋の表面に沿って構造的に支持する役割を果たす。受骨は、心棒の上部にかかるトルクを減少させ、天蓋から心棒に力を分配し、各リブの梁としての力を増大させ、片持ちされた各リブの長さを短くすることで、強度を与える。本明細書に開示される天蓋は、リブ、および心棒から放射状に延びる受骨を使用することができる。
【０２６４】
また、天蓋は、後方部分の天蓋周辺に沿ってロール軸の前方の領域から離れた点まで延びる多数のリブを使用してもよい。空気力学の分野では、空力体の長手方向の長さに沿って延びるリブのことをロンジロンと称する。図２６の２６０１に示されるように、ロンジロン２６０３は、心棒２６０５に接続され、前部２６０７から後部２６０９まで延びる。これに類似する一連のロンジロンを傘に取付けた場合を２６１１に示す。
【０２６５】
ロンジロン同士が前部および後部で接続されていてもよい。２６２１に示すように、ロンジロンは、前部２６２３から後部２６２５の接続点まで延びる。これに類似する一連のロンジロンを傘に取付けた場合を２６３１に示す。
【０２６６】
ロンジロンは、湾曲がそれぞれ類似するので、共に折畳んでひとかたまりにしてもよい。折畳み時の補助になるように、ロンジロンは、天蓋の正面に位置付けられたハブに接続されてもよい。そうすれば、ロンジロンは、ハブを中心にして回転可能となり、傘が開くと、ばらばらに広がる。ハブには心棒が接続されてよい。また、一体となったロンジロンを中空の心棒の内部に引込むことも可能である。各ロンジロンの終点が接続される天蓋の尾部に、第２のハブを配置してもよい。
【０２６７】
ロンジロンの広がりを改良するために、中央のロンジロン、すなわち背骨の片面に１本以上の横方向のリブを用いてもよい。これらの横方向のリブは、背骨と接続することによって、収縮、折畳み、および展開が可能になり、布地の張力および他のロック手段を利用して、ヒンジで位置を変更・維持する。
【０２６８】
天蓋の布地を使用して、ロンジロンなどの通常はまっすぐであるリブの延長を制限してもよく、そうすることで、天蓋の形状を規定する張力を適切なものにし、これらのリブの動きを制限する。天蓋の布地の張力によって、天蓋およびその下に配置される支持構造にかかる空気力が分配されて、傘の強度が向上する。傘を閉じるために天蓋の布地の張力を緩めると、リブは、集合、折畳み、および収縮を容易にするために反射的に実質的な直線形状となる。傘を展開するときに天蓋の張力が増大すると、リブは、所望の湾曲および所望の張力にされる。
【０２６９】
布製の断片を裏側の表面に実質的に垂直となるように裏側に縫込み、これらをテンショナとして使用し、天蓋の左右半分の間の伸長を制限してもよく、これによって、構造上の強度が付与されるとともに所望の形状に規定される。
【０２７０】
長手方向の平面に平行に、かつ裏側の表面に垂直となるように布地テンショナを延設すれば、長手方向の変形が制限される。このような一連のテンショナをそれぞれ各ロンジロンに沿うように取付けて、２６４１に示す。
【０２７１】
正面方向の平面に平行に、かつ裏側の表面に垂直となるように布地補強材を延設すれば、横方向の変形が制限される。２６５１に示すように、布地補強材２６５３は、一連のロンジロンを横断し、天蓋に取付け可能である。
【０２７２】
裏側の領域にある布地テンショナは、空気力に直接晒されないように天蓋の表面によって保護される。
【０２７３】
支持構造の可撓性が非常に高いことは、傘、特に前述したような適応型、不定形型の傘にとって、好都合であることがある。一例として、１本以上の螺旋状のリブを設けた場合、冠点から天蓋の外側の周辺にかかる抵抗が所望どおりに減少することがある。螺旋状のリブは、天蓋の中心点、たとえば冠点から放射状に延びて天蓋全体に及ぶ構造であってもよい。あるいは、螺旋状のリブは、冠点を囲む抵抗領域の外側の周辺から放射状に延び、または一連の従来型の短いリブの外側の先端から放射状に延び、周辺に近い天蓋の残りの部分を構造的に支持してもよい。螺旋状のリブは、中央点から外方に渦を巻き、格納または他の有用な目的のために天蓋を容易に平坦にすることが可能である。
【０２７４】
螺旋状のリブ構造を備えた傘の実施形態をその裏側から見て、図２７の２７０１に示す。１本の螺旋状リブ部材２７０３は、天蓋の冠点２７０５から２７０７における天蓋の最外方延長部の周辺領域に至るまで、外方に天蓋周りを延びる。２７１１の斜視図に示すように、天蓋を平坦にすることが可能である。１本の螺旋状リブが天蓋の周辺と接触する天蓋を展開させて、２７２１に示す。螺旋状リブのばねのような性質は、特に、ＡＡＵの変形不能領域を形成するには非常に好都合である。
【０２７５】
螺旋状リブを備えた傘の第２の実施形態を２７３１に底面図で示す。ここでは、２７３３に示すような螺旋状リブは、２７３５に示すような一連の従来型の短いリブの端部に接続され、天蓋の周辺まで延びる。この天蓋の螺旋状リブは、２７４１の斜視図に示すように、格納用に天蓋を平坦にできる。２７５１に示すこの天蓋の側面図では、天蓋の最も外側の周辺である２７５３において、螺旋状リブが内方に湾曲しているよう見える。これは、天蓋ノーズ２７５５を形成するときに天蓋の布地の骨組みとなる。
【０２７６】
空力天蓋、特に前部から後部にかけて非対称な天蓋の場合、展開時および使用時に、共に、または単独で機能する部材であって、天蓋の使用者との接続として機能する複数の心棒、ロッド、リブ、ロンジロン、持ち手、および他の支持部材が必要となることがある。これらの部品を追加することは、本明細書で説明する本発明の範囲から逸脱しない範囲で可能である。
【０２７７】
複合傘
改良傘の多様な実施形態において、本明細書で説明する天蓋、心棒および支持構造に関する改良点を様々な方法で組合わせることが可能である。改良点の有用な組合わせの一例を図２８に示す。この傘は、その長手方向の平面の方向に流線形である。断面２８０１の側面図に示すように、断面２８０３、および長手方向の平面に平行な他の断面は、空力天蓋の外形を描いた詳細と一致する。
【０２７８】
２８１１に側面図で示すように、空力天蓋の外形は、２８１３の向かい風を受ける。空気の流れを示す矢印からわかるように、ある向かい風の状況において、天蓋は摩擦抗力によって左右される。天蓋ノーズが受ける空気は、天蓋の外皮に沿って動き、層流になって表側を進み続け、尾部を越える。丸形の天蓋ノーズおよび流線形の尾部は、空気の流れが天蓋の表面から離れないように抑制し、前縁において流れが乱れて分割されないように、また天蓋の後部において低圧の伴流が形成されないようにする。天蓋ノーズの前縁側下面に沿って移動する空気は、天蓋下領域から遠ざかる方向に向けられる。
【０２７９】
２８１１に示す天蓋は、向かい風を受ける場合に有効であるが、側面に吹付ける風および尾部に吹付ける風に対しても対応できるようによく設計されているということは重要である。側面から見ると、天蓋には、鈍頭状のスナッブノーズ形である前方部分と広がった尾部とがあり、断面形状は涙滴形である。側面で風を受けると、鈍頭状頭部にかかる抗力から得られるトルクは、広がった尾部にかかる抗力から得られるトルクと対向するので、ヨー軸にかかるねじり力が最小になる。尾部は細長く、わずかに下方に湾曲し、風が尾部に吹付けるときに使用者を保護するには、従来の傘よりもずっと適している。尾部は平坦で、裏側が空気を捕捉して空気圧の増大による潜在的な損害を被らないように保護する。
【０２８０】
２８２１の側面図に示すように、この特定の複合傘は、心棒が天蓋のヨー軸と同一直線上にあり、天蓋の冠点に接続される。この複合設計は、雨水を尾部に運ぶハードガター２８２３を含む。マイクロガターシステム２８２５は、細かいうねりのある表面であり、向かい風を受ける状況において、空気力によって、天蓋の最前部に降る雨滴をハードガターに向けて上方に押上げる。前縁側下面２８２７を有する天蓋ノーズには、多数の利点がある。向かい風を受ける場合、使用者は、増大した空気圧に天蓋下領域を晒すことなく、ピッチおおよびロールの位置の範囲内に傘が収まるように方向付けることが可能になる。天蓋ノーズによって、空気は裏側から遠ざかる方向に向かい、使用者の上半身にかかる圧力抗力が減少する。図２８１１に関して前述したように、天蓋ノーズは、空気力に向けられた従来の天蓋では、その鋭角の前縁に通常付き物である空気の分割による乱流を防ぐことによって、天蓋の制御を簡単にする。
【０２８１】
２８３１の傘の裏側の図に示すように、この複合傘の心棒、リブ、および受骨の構造は、従来の傘の構造に類似する。ここで、リブは、冠点から非対称な天蓋の周辺まで延びる。天蓋ノーズの前縁側下面は２８３３に見える。冠点から放射状に延びるセグメントを備えることが典型である従来の傘と違い、この天蓋の布製の天蓋セグメントは、模様入りの布製セグメント２８３５として図示するように、ノーズから尾部まで延びる。ノーズから尾部まで延びる布製のパネルを使用すると、高度の流線形状を製造するために必要とされるセグメントおよび縫い目の総数が減る。
【０２８２】
この複合傘は、非対称な持ち手を有し、使用者が天蓋を前方に向けていられるように補助しつつも快適さを保証する人間工学的なグリップが備わる。非対称な持ち手があると、使用者は、天蓋を見上げることなく、傘の向きを定めることができる。持ち手は、人差し指用トリガ、従来の親指用トリガ、または自動開閉機構を作動させる内部トリガを有する圧搾可能なゴムグリップを含んでよい。
【０２８３】
結論
前述の「詳細な説明」は、本発明の傘の製造方法および使用方法を当業者に開示し、かかる傘を製造使用する発明者が現在把握している最良の形態も開示している。しかしながら、本発明の原理に従って製造される傘が本明細書に開示される方法以外の多くの方法で実施可能であることは、当業者に直ちに明らかになると思われる。たとえば、天蓋の素材として、目的を果たす材料であれば既存のものでも未知のものでも、あらゆる材料の使用が可能である。天蓋の支持システムについても同様である。また、天蓋の縁の凸面は、様々な形状であることが可能であり、流線形である天蓋の部分であってもなくてもよい。また、天蓋の裏側または使用者から遠ざかる方向に風の向きを変えるなどの目的が追加されてもよい。天蓋を流線形化するときも多様な形状が可能であり、部分的に流線形化された天蓋、表面が涙滴形ではない天蓋、実質的に両面翼である天蓋または実際に両面翼である天蓋などでもよい。ガターは、水の流れを方向付ける形状であれば、いかなる形状であってもよく、スポイラは、所望の方法で天蓋上の空気の流れに作用する形状であれば、いかなる形状であってもよい。適応型天蓋の場合、目的を果たすものであればいかなる適応であってもよく、使用者によって、あるいは傘が受ける風に応じて自動的に、適応が行われるようにすればよい。この適応を行う機構は、本明細書に開示のものでもよいが、この目的を果たすものであれば、その他のいかなるものでもよい。
【０２８４】
以上の理由すべてに関して、「詳細な説明」は、あらゆる点において模範例であって、これに制限されるものではなく、また、本明細書に開示される本発明の範囲は、「詳細な説明」によって決まるものではなく、特許法が許容する全範囲に基づいて解釈される「特許請求の範囲」によって決まる。
【図面の簡単な説明】
【０２８５】
【図１】通常の雨傘を示す。
【図２】本明細書において傘の説明に使用する用語を図解する。
【図３】本明細書において傘の説明に使用する用語をさらに図解する。
【図４】本明細書において傘の説明に使用する用語をさらに図解する。
【図５】向かい風が傘に与える効果を図解する。
【図６】流路型のガターを備えた傘の天蓋を図解する。
【図７】保水チャンバを備えたガターを図解する。
【図８】流路型のガターをさらに図解する。
【図９】ガイド型のガターを図解する。
【図１０】雨水の脱出シュートを図解する。
【図１１】サイドフラップを傘に取付ける方法を図解する。
【図１２】傘の天蓋下の圧力を解放するために吹流しを使用する方法を示す。
【図１３】吹流しの使用をさらに図解する。
【図１４】吹流しを傘のカバーとしても使用する方法を示す。
【図１５】スポイラを有する傘の天蓋を示す。
【図１６】空気力学的前縁を有する傘を示す。
【図１７】空気力学的前縁および数種類の空気力学的前縁の使用を示す。
【図１８】非対称な空力天蓋を有する傘を示す。
【図１９】尾部が分割された傘を示す。
【図２０】流線形の天蓋形状を説明する用語を図解する。
【０２８６】
【図２１】天蓋が適応翼である傘を図解する。
【図２２】様々な力および方向の風に適応する天蓋の第１の図である。
【図２３】様々な力および方向の風に適応する天蓋および支持構造に関する別の図である。
【図２４】様々な力および方向の風に適応する支持構造の別の図である。
【図２５】天蓋が流線形である傘に使用される心棒を示す。
【図２６】天蓋が流線形である傘に使用される支持構造を示す。
【図２７】折畳み式の支持構造を有する傘を図解する。
【図２８】本明細書に開示された工夫を様々に組合わせた傘を示す。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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