(57)【要約】【課題】通常の人力でも大き推力を実現できる脚ひれを実現する。【解決手段】膝の部分にひれを取り付けることで大腿部にかかる力を約半分にすることができ、人力でも従来の２倍の推力を得ることが可能となる。膝へのフィン取り付け手段は、脚を曲げた状態で、プラスチックブーツに脚部を収納して、膝にフィンを取り付けることを可能とした。本脚ひれ装着は、水中に入ってから筐体（３、４）に脚を曲げて膝が筐体底部に接触するまで挿入して、ゴム（８）で筐体を閉じて、締め付けて固定する。遊泳時には大腿（１１）を身体の前後に動かしてフィン（５）を上下動させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四肢の上肢または上肢と下肢間の関節付近にフィンを取り付ける手段を設けたことを特徴とする遊泳フィン。
【請求項２】
四肢の関節の一部を屈曲した状態で該関節前後の肢の運動を制限する固定または制限手段と、フィンを該肢に取り付ける手段とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の遊泳フィン。
【請求項３】
四肢の関節が、膝であることを特徴とする請求項１または２に記載の遊泳フィン。
【請求項４】
四肢の関節が、肘であることを特徴とする請求項１または２に記載の遊泳フィン。
【請求項５】
前述の屈曲状態の関節を屈伸可能とする手段を設け、該関節の屈伸運動によりフィンを駆動する機構を設けたことを特徴とする請求項２、３または４に記載の遊泳フィン。
【請求項６】
幅が長さよりも大きく、先端形状が内側に曲がる曲線を描くフィンを設けたことを特徴とする遊泳フィン。
【請求項７】
幅が長さよりも大きく、先端形状が内側に曲がる曲線を描くフィンを設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、または５に記載の遊泳フィン。
【請求項８】
先端中央付近が他の部位に比較してより変形が容易な構造としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の遊泳フィン。
【請求項９】
フィン周縁部が中央部に比較して厚みを大きくしたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載の遊泳フィン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
水泳用具に係わる技術分野。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水泳用フィンでは、特開平０５―１１１５４９の「二重足ひれ」の如く、足への過度な水の抵抗を削減するために、独立して動く複数のフィンを足に取り付けるものがあるが、従来は足にフィンを取り付けることが常識となっており、その他の部位にフィンを取り付けたものは現在開示されている文献の中では見つけることができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の足ヒレは、下肢末端に靴部を設けて足にフィンを取り付けていたため、フィンを駆動する力が、フィンにかかる水の抵抗が大きすぎて、通常の人力では大きな推力を実現できなかった。また、フィンを小さくする等、抵抗を減らすと推力が落ちて遊泳速度を上げることが困難であった。そこで、大きく持続的な推力を得ることが可能な手段が求められている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
発明の第一は、四肢の上肢または上肢と下肢間の関節付近にフィンを取り付ける手段を設けたことを特徴とする遊泳フィンである。足ヒレを装着して水中で推進力を得る場合のメカニズムは、フィンを上下に駆動することで、フィンが駆動部に近い部分から順次変形してフィン表面の水の圧力分布を変動させる事で水を後方へ押し出すことにより、その反動で前方への推力が発生する。また、人間の脚部の構造が膝関節を除けば、剛体的であるため、高速遊泳時には脚部後方に渦流の発生が多くなり抵抗が増大するため脚部の運動が推力に殆ど寄与することがない。但し、手で水をかくことや胴体をくねらすことで多少の推力は得られるが、推力の大部分はフィンが後方へ推し出した水の質量と速度の自乗の積による推力である。一方、水の抵抗は、脚部の上下運動が大きくなるに従って返って増加する。また、推力の大部分がフィンによるものであるため、フィン駆動時のストロークは、両足の水流の干渉がない片足のみの条件で考えるとフィン変形が正弦波状に２パイラジアン分変形できるだけのストローク（以下Sｆという）であれば良いことになり、それ以上のストロークは返って抵抗の増加とエネルギーの損失を招くこととなる。同様に、推力（Ｆ）＝水の質量（ｍ）×｛流速（ｖ）の自乗｝であり、流速（ｖ）は駆動ピッチに比例する。よって、ストロークを大きくして流量（ｍ）を稼ぐよりもピッチを上げて流速（ｖ）を稼ぐほうが有利である。一方、流速増加に伴う粘性抵抗の減少と乱流発生増加による抵抗増加が相殺すると仮定して近似的に考えると、ピッチを２倍にするためには４倍の力が必要となる。そこで、フィン駆動を円運動の一部であり、前述Sfに対応する駆動角をθとし、フィンを足先に装着する従来型と膝に装着する膝装着型とし、従来型は膝を伸ばしてフィンを駆動するものと仮定すると、同じ駆動角（θ）を得るために必要な大腿筋の力は股関節からフィンまでの距離に比例するため、膝装着型は従来型の約半分で済むことになり、単純に考えると同じ筋力で従来型よりも約１．４倍のピッチを稼ぐことができ、２倍の推力を得ることができる。
【０００５】
発明の第二は、四肢の関節の一部を屈曲した状態で該関節前後の肢の運動を制限する固定または制限手段と、フィンを該肢に取り付ける手段とを設けたことを特徴とする遊泳フィン、また、発明の第三は膝屈曲状態での固定手段、同様に、第四は肘屈曲状態での固定手段を設けることを特徴としている。関節を屈曲して固定することで膝や肘に上肢の延長方向にフィンを取り付けることが可能となる。
【０００６】
発明の第五では、前述の屈曲状態の関節を屈伸可能とする手段を設け、該関節の屈伸運動によりフィンを駆動する機構を設けることで、関節を曲げ伸ばしすることにより、フィンのより大きなストロークを稼ぐことが可能となる。長距離遊泳の場合、長時間連続して遊泳する場合には、体内の脂肪酸を燃焼させて運動する遅筋を活用する必要があり、ゆっくりとしたピッチで泳ぐ必要がある。遊泳速度が低い場合、体表付近を流れる水には抵抗となる渦流の発生が少なく、脚部の上下運動においても後方に推し出す水量（ｍ）を増加させることが可能である。また、ピッチが遅いためフィンの変形周期も小さくなるため、フィンの変形周期に同期するようにゆっくりと連続的にフィンに負荷を掛け続けて駆動する必要がある。よって、ストロークを大きくする必要がある。また、低速遊泳時に急激な加速が必要な場合にも関節を屈伸することでフィンのストロークを稼ぎ、水量（ｍ）を増加させて大きな推力を得ることができる。
【０００７】
また、幅が長さよりも大きいく、先端形状が内側に曲がる曲線を描くフィンを設けた第六及び七や、先端中央付近が他の部位に比較してより変形が容易な構造とした第八、フィン周縁部が中央部に比較して厚みを大きくした第九の手段は、フィンについて人間の限られた小さな筋力で如何に効率よく推力を得るかについて考察したものである。大腿筋に掛かる負荷を小さくするには、フィンと駆動軸中心である股関節との距離を如何に短くするか、また、フィンの面積を減らして抵抗を削減すると同時にピッチを上げたときに抵抗となる渦流を如何に最小とするかに掛かっている。そこで、股関節からの距離を短くするために、フィンの長さは短いほうが有利である。また、水流量（ｍ）を増加させるためにはフィンの面積が広いほうが良い。よって、フィンの形状は長さが短く幅が広いことが求められる。更に、従来のフィンはほぼ長方形に近い形状であるため上下に駆動した時に、押しのけた水の一部が左右（幅）方向に逃げてしまい、その水流は推力に寄与しない。そこで、フィンの周縁部の厚みを大きくすることでフィン表面の水流を左右に逃がさない構造とするのが望ましい。また、フィン先端部形状が進行方向に垂直な直線形状であると、後方へ推し出される水流は前述の理由でフィンの左右を後方へ通過する水流量は、中心部に比較して減少するため、水流が後方へ扇状に広がりエネルギーロスが大きい。また、従来のフィンでは、このような欠点をカバーするために駆動時に膝を少し曲げて後方へフィンを押し出す操作をしていた。そのために下肢を伸ばすために大きな力が必要であり、初心者が足をつる原因になっていた。そこで、フィンの形状をマグロの尾鰭のような先端が内側に食い込んだ形状とすることで、外側（フィンの端部）の水流量が中心部を通る水流量とほぼ等しくなり、後方へ推し出される水流を狭くして効率を上げることが可能となる。また、フィンの変形周期が一定であるとピッチを下げたときに大きなストロークが必要となり、抵抗が増加するため効率が悪化する。これを防止するためにはフィンの変形周期を可変とする手段が求められる。そこで、フィンの先端付近に、比較的に腰の強い弾性的な構造を用いることでピッチを上げて大きな負荷が印加されたときには素早く変形してフィンの実効長を短くし、ピッチが低いときには剛体的に振舞ってフィンの実効長を長くすることで最適なストロークで遊泳を可能となる。また、この構造によりフィン後部がより水流の変化に追従することを可能にして抵抗となる渦流の発生を削減する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
形態の１では、片足ごとに装着する脚ひれを説明する。図1は本形態を説明する脚ヒレの側面図である。図２は図１の脚ひれの底面図である。１は人体足、２は中具、３及び１６は筐体後部、４及び１２は筐体前部、５及び１４はフィン部、６及び１５はフランジ、７及び１３は兆番、８はゴム、９は嵌合面、１０及び１８は脱落防止ストラップ、１１及び１７は人体大腿である。筐体は樹脂で成型されており、筐体前部（４、１２）と筐体後部（３、１６）が嵌合面（９）でゴム（８）で嵌め合わされる構造となっており、脚を挿入することが可能な空洞が設けられ、筐体内部側面には脚型にフィットするように熱可塑性のゴムで構成された中具（２）が貼着されている。樹脂製フランジ（６、１５）でゴム製のフィン（５、１４）を筐体の膝に当たる部分に接合している。更に、腰に巻きつけて本体の脱落を防止する脱落防止ストラップ（１０、１８）が設けられている。本脚ひれ装着は、水中に入ってから筐体（３、４、１２、１６）に脚を曲げて膝が筐体底部に接触するまで挿入して、ゴム（８）で筐体を閉じて、締め付けて固定する。遊泳時には大腿（１１、１７）を身体の前後に動かしてフィン（５、１４）を上下動させる。
【０００９】
形態の２では、腕装着型フィンについて説明する。図３は本実施形態を説明する腕フィンの上面図である。１９は手、２０はグリップ、２１はフィン、２２は肘固定バンド、２３は切れ込み、２４は人体上腕部、２５は肩固定バンドである。フィン（２１）は、肘固定バンド（２２）と肩固定バンド（２５）で人体に固定され、肘を曲げてグリップ（２０）を掴んで装着する。操作は、両肘を胸の前へ絞り込むようにすることで、フィン（２１）を下方に押し下げることとなり、逆に両肘を広げることで、フィンを上げることとなる。手先にフィンを装着するよりも小さな力で駆動が可能となる。
【００１０】
形態の３では、大腿装着型フィンについて説明する。図４は本実施形態を説明する大腿フィンの上面図である。２６は人体腰部、２７は大腿固定バンド、２８はフィン、２９は切れ込み、３０は足裏、３１は下肢、３２は膝固定バンド、３３は大腿部である。フィン（２８）は左右が連結しており、左右の大腿固定バンド（２７）と膝固定バンド（３２）で人体大腿部（３３）に固定される。操作は、従来のモノフィンと同様に両脚を揃えてフィンを上下させる。
【００１１】
【実施例】
本実施例では、膝装着型モノフィンを説明する。図５は本実施例を説明する膝装着型モノフィンの側面図である。図６は図５のフィンの上面図である。図７は図６の５０に示す破断線部の拡大断面図である。３４及び４３は腿当て、３５及び５１は縦支柱、３６及び４７はフィン取り付けフランジ、３７及び４８はフィン、３８及び４６は膝固定バンド、３９及び４５はゴム、４０及び４４は腿当て、４１は落下防止ストラップ、４２は横支柱、４９及び５２は切れ込み、５０は図７の断面図を説明する破断線、５３はフィンの周縁部である。フィンの装着は、水中で落下防止ストラップ（４１）を引っ張って本体を手繰り寄せて膝固定バンド（３８、４６）を膝裏に回して止め、腿当て（４０，４４）を手で押さえながら両足を曲げ、ゴム（３９、，４５）を引っ張って支柱（３５）に止める。本体の構成は、脛当て（３４、４３）が横支柱（４２）により下肢側の縦支柱（３５、５１）に直角に連結されている。腿当て（４０、４４）も同様に横支柱で縦支柱に固定されている。下肢側縦支柱と上肢側縦支柱はフランジ（３６、４７）内で兆番で固定されており、下肢を蹴り上げることで、下肢支柱側に取り付けたフィン（３７、４８）が下向きに駆動する。開いた上肢と下肢の支柱はゴム（３９、４５）の弾性で引き戻され上向きに駆動する。フィン（３７、４８）は、大腿が上向きに屈曲できないため上肢側支柱に対し５〜３０度上向きに取り付ける。後方への水流幅を狭くするために、フィン形状は図５の４８の如くマグロの尾鰭のように中央に曲線を描いて入り込むような形状となっている。曲率半径は、経験上フィンの最大幅の５０％〜１００％が望ましい。フィン先端中央付近は、図７の如く切れ込み（４９、５２）を複数入れている。また、先端に行くに従ってフィンの厚みが薄くなるように構成されている。これらの構成により、ピッチを変動させても、ある程度更フィンの実効長が変化して、ストロークをあまり変えずにフィンの周期に同期を取ることが可能となる。本体の駆動では、両脚を揃えて大腿を前に振り出す動作と、背筋で反り返る動作により駆動するが、初心者にとって背筋への負担があまり大きいのは問題である。その場合は、斜め上方向に取り付けたフィンがこの負担を軽減する。更に、図７の如く、フィン周縁部（５３）が中央部に比較して厚くなっているため、捕らえた水流を左右に散逸するのを防止して後方への水流を増加させ、効率を向上させている。
【００１２】
【発明の効果】
通常の足装着型に比較して本実施例では、フィンと駆動中心である股関節との距離が近いため、大腿筋にかかる力が約半分となり、同一の力でピッチを１．４倍にし、推力を２倍にすることが可能となり、通常の人力でも充分速く、または、長距離を疲れずに遊泳することが可能となる。また、下肢の蹴り上げを併用すれば瞬間的にイルカの様に水中から身体を水面にジャンプさせることも可能となる。更に、モノフィンの長さを幅よりも短くすることで同一面積でもより小さい力で駆動が可能となった。フィン形状においてもマグロの尾鰭状とすることで後方への水流幅を最小にして効率を上げることが可能となった。また、フィン先端付近に切れ込みを複数入れることでフィンの変形周期を可変とすることができ、ピッチの変動に伴って最適な周期が得られることで人体の運動エネルギー効率を上げることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本形態を説明する脚ヒレの側面図である。
【図２】図１の脚ひれの底面図である。
【図３】本実施形態を説明する腕フィンの上面図である。
【図４】本実施形態を説明する大腿フィンの上面図である。
【図５】本実施例を説明する膝装着型モノフィンの側面図である。
【図６】図５のフィンの上面図である。
【図７】図６の５０に示す破断線部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１、３０    人体足
２    中具
３、１６    筐体後部
４、１２    筐体前部
５、１４、２１、２８、３７、４８    フィン
６、１５、３６、４７    フィン取り付けフランジ
７、１３    兆番
８、３９、４５    ゴム
９    嵌合面
１０、１８、４１    脱落防止ストラップ
１１、１７、３３    人体大腿
１９    手
２０    グリップ
２２    肘固定バンド
２３、２９、４９、５２    切れ込み
２４    人体上腕部
２５    肩固定バンド
２６    人体腰部
２７    大腿固定バンド
３１    下肢
３２、３８、４６    膝固定バンド
３４、４３、４０、４４    腿当て
３５、５１    縦支柱
４２    横支柱
５０    図７の断面図を説明する破断線
５３    フィンの周縁部
【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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