(57)【要約】【課題】自励的な羽ばたき運動をするようにした凧を提供すること。【解決手段】骨部材を組み立てて形成する骨組構造と、骨組構造に貼り付ける凧紙６とを備え、凧紙６の左右の主翼１５、１５に一定の上反角をもたせるための棒状のばね８を取り付けるようにした凧１において、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすことにより、自励的な羽ばたき運動をするようにする。（ａ）凧１の糸目中心１９が凧１の空力中心Ｏより上流側に設定されていて、凧１の周りの気流は剥離していないこと。（ｂ）棒状のばね８と風力とが釣り合って左右の主翼１５、１５に上反角が形成されるようなばねが選定されていること。（ｃ）長い２本糸目が採用され、ピッチング運動が抑えられていること。【選択図】  図４
2004313673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨部材を組み立てて形成する骨組構造と、該骨組構造に貼り付ける凧紙とを備え、凧紙の左右の主翼に一定の上反角をもたせるための棒状のばねを取り付けるようにした凧において、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすことにより、自励的な羽ばたき運動をするようにしたことを特徴とする凧。
（ａ）凧の糸目中心が凧の空力中心より上流側に設定されていて、凧の周りの気流は剥離していないこと。
（ｂ）棒状のばねと風力とが釣り合って左右の主翼に上反角が形成されるようなばねが選定されていること。
（ｃ）長い２本糸目が採用され、ピッチング運動が抑えられていること。
【請求項２】
骨部材を組み立てて形成する骨組構造と、該骨組構造に貼り付ける凧紙とを備え、凧紙の左右の主翼に一定の上反角をもたせるための棒状のばねを取り付けるようにした凧において、以下の（ｄ）〜（ｃ）の条件を満たすことにより、自励的なピッチング運動をするようにしたことを特徴とする凧。
（ｄ）凧の糸目中心が凧の空力中心の近傍位置に設定されていること。
（ｅ）凧の糸目中心を凧の翼面に近づけることによって実質的に翼面に直接糸目を形成する１本糸目とすること。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凧に関し、特に、自励的な羽ばたき運動をするようにした凧に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
古来より種々の凧が考案され、用いられているが、本件出願人は、流体力学、特に、航空力学を設計に取り入れることにより、飛翔特性を改善するとともに、デザイン的にも優れた凧を提案した（例えば、特許文献１〜２参照）。
さらに、本件出願人は、これを改良し、量産化が可能な凧も提案している（特願２００１−３８４４２３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−９８８７８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２６２７７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来より用いられている凧は、できるだけ安定した飛翔状態が得られるようにするため、例えば、凧の糸目中心を凧の空力中心と一致させるように設定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来より用いられている凧は、できるだけ安定した飛翔状態が得られることを終極の目的とするものであり、本件出願人が提案した上記の凧は、この目的を十二分に達成するものであった。
【０００６】
しかしながら、長時間に亘って飛翔状態が安定したまま継続する凧は、逆に面白味に欠けるという問題があった。
【０００７】
また、本件出願人は、例えば、本件出願人が提案した、鳥や蝶などの生物を写実的に印刷した凧紙を用いた凧の場合には、より現実の生物に近い飛翔状態を得ることができるようにすることによって、商品価値を一層高めることができると考えた。
【０００８】
本発明は、このため、自励的な羽ばたき運動やピッチング運動をするようにした凧を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の凧は、骨部材を組み立てて形成する骨組構造と、該骨組構造に貼り付ける凧紙とを備え、凧紙の左右の主翼に一定の上反角をもたせるための棒状のばねを取り付けるようにした凧において、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすことにより、自励的な羽ばたき運動をするようにしたことを特徴とする。
（ａ）凧の糸目中心が凧の空力中心より上流側に設定されていて、凧の周りの気流は剥離していないこと。
（ｂ）棒状のばねと風力とが釣り合って左右の主翼に上反角が形成されるようなばねが選定されていること。
（ｃ）長い２本糸目が採用され、ピッチング運動が抑えられていること。
【００１０】
また、同じ目的を達成するため、本発明の凧は、骨部材を組み立てて形成する骨組構造と、該骨組構造に貼り付ける凧紙とを備え、凧紙の左右の主翼に一定の上反角をもたせるための棒状のばねを取り付けるようにした凧において、以下の（ｄ）〜（ｃ）の条件を満たすことにより、自励的なピッチング運動をするようにしたことを特徴とする。
（ｄ）凧の糸目中心が凧の空力中心の近傍位置に設定されていること。
（ｅ）凧の糸目中心を凧の翼面に近づけることによって実質的に翼面に直接糸目を形成する１本糸目とすること。
【００１１】
この凧は、自励的な羽ばたき運動やピッチング運動をするようにしたので、鳥や蝶などの生物を写実的に印刷した凧紙を用いた凧に適用した場合に、より現実の生物に近い飛翔状態を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の凧の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図２に、本発明の凧の一実施例を示す。
この凧１は、従来例と同様、凧の対称軸となる中心骨２、主翼の主要部となる空力中心の近傍に配置された主翼主骨３、板骨４、主翼補強骨５を主要構成部材とし、中心骨２と平行にかつ、板骨４の両端部から中心骨を挟んで対称に主翼中間縦骨１１を、尾翼１６の側方外縁部分の形状保持のための尾翼骨１２を、主翼１５端部の上方外縁部分の形状保持のために主翼細骨１３を、主翼１５の中間部分を補強する主翼中間補強骨１４をそれぞれ、所定の骨組で、凧本体を構成する所要の強度を有する和紙、洋紙、樹脂シート等からなる鳥や蝶などの生物を印刷した凧紙６上に接着し固定して構成される。
【００１４】
この場合において、板骨４を除く各骨材には、従来と同様に、グラスファイバ又はカーボンファイバ強化樹脂、ヒノキ、ラミン等の木材、中実、中空又は発泡した樹脂材料、竹ひご、ピアノ線等の金属材料等からなる所要の剛性を有する線材を使用する。
また、板骨４は、非直線形状で所要の強度を有する発泡樹脂シート部材により構成し、主翼１５中央上方部分から凧の中心先端部分を通り、他方の主翼１５中央上方部分を覆うように取り付けるようにする。この板骨４を構成する発泡樹脂シート部材は、特に限定されるものではないが、例えば、発泡樹脂シートの裏面に剥離紙を配した両面貼着材（両面テープ）を貼着したものを打ち抜き等により切り抜いて形成することが好ましい。
【００１５】
また、主骨主骨３は、中心骨２、主翼補強骨５、主翼中間縦骨１１、主翼中間補強骨１４を越える高さを有し、中心骨２を挟んで対称に取り付けた取付部材７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ（以下、総称して「取付部材７」という。）を介して取り付けるようにする。この場合、取付部材７は、立方体の木材（ヒノキ、ラミン等）を以て構成するが、材質は木材に限られるものではない。
【００１６】
また、主翼補強骨の尾翼近傍に中心骨を挟んで対称に、尾翼１６の安定性向上のために板状の中心補強骨１７を設ける。
【００１７】
１８は、凧本体を構成する凧紙６の中心線に沿って貼り付ける繊維補強テープ等の補強シートを示し、これにより、凧糸から受ける引張力に対しても凧紙６が破損することなく十分な強度を保つことができる。
【００１８】
さらに、左右の主翼１５に一定の上反角をもたせるためのグラスファイバ又はカーボンファイバ強化樹脂等からなる棒状のばね８を取り付ける。
この棒状のばね８は、図２に示すように、主骨主骨３の中央部分近傍位置に、中心骨２を挟んで対称に配設するようにするが、このとき、熱収縮チューブ１０で固定した中空構造のばね受け９を図２（Ｂ）で示すように、内向きに折り曲げ、棒状のばね８を矢符Ｙの方向から差し込むようにして取り付けるようにする。
【００１９】
ところで、本実施例の凧１は、鳥や蝶などの生物を写実的に印刷した凧紙６を用い、さらに、自励的な羽ばたき運動をさせることにより、より現実の生物に近い飛翔状態を得ることができるようにしている。
【００２０】
ここで、まず、鳥が羽ばたけば前進するのかを考察する。
鳥が空気中を前進するためには、前進の際に生じる抗力（摩擦力）を打ち消すだけの力（推力）が要求される。飛行機ではエンジンの推力が抗力を打ち消している。これに対して鳥は、羽ばたきによってこの推力を得ている。
羽ばたきについては、古くから盛んに研究され、既に模型の羽ばたき機が製作されていて、その原理が明らかにされている。ここでは、図３を用いて、羽ばたきの原理を解明する。
図３（Ａ）、（Ｂ）は、羽ばたいている翼に働く空気力を示したものである。
図３（Ａ）に示す翼が前進中に下に動いた場合、羽ばたきは基本的には迎角をもった左右の翼を単純に上下するだけの運動であるが、次のような原理で推進力を生み出す。前進に伴う後向きの流れｕと、羽ばたきによる下向きの動きに伴って生じる上向きの流れｗ（吹き下ろしで若干減少）とを合わせた流速の気流は、翼面の前下方から図示のように流入する。この気流に対して翼には、これに垂直上向きに揚力Ｌが働き、後向きに抗力Ｄが働く。この合力は打ち下ろしの速度が速いほどより大きく前進方向に傾く。その結果、この合力の前進方向（図で水平方向）成分が推進力を、そして垂直上向き成分が重量を支える力となる。この推進力と飛翔体が受けている抗力とが釣り合えば、飛翔体は定常的に飛行し、推進力が抗力より大きければ、推進力と抗力の差が前方へ加速する力となる。
一方、図３（Ｂ）に示す翼が前進中に上に動いた場合、気流が翼の上から流入するようになるので、空気力は下前向きに働き、上向きの成分が負で、重量を支える成分は損をすることになるが、推進力成分は保たれる。
【００２１】
以上の羽ばたきの原理を念頭において、本件実施例の凧１の左右の主翼１５を結合する棒状のばね８と風力（揚力）とが釣り合って上反角が形成されている場合を想定する。
この場合、凧１には、これを引き止める糸の張力が鳥の飛翔の際の推力に替わって働くことになる。
このような推力を受けると、ばね８の復元力と左右の主翼１５の対象軸まわりの慣性モーメントによって決まる共振周波数で凧１は羽ばたくこととなる。
【００２２】
以上のことから、凧１に自励的な羽ばたき運動をさせるようにするためには、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件が満たされる必要があるといえる。
（ａ）図４（Ａ）に示すように、凧１の糸目中心１９が凧１の空力中心Ｏより十分に上流側に設定されていて、凧の周りの気流は剥離していない（凧１の迎角が失速角以下である）こと。
（ｂ）棒状のばね８と風力（揚力）とが釣り合って左右の主翼に上反角が形成されるようなばねが選定されていること。ちなみに、従来、棒状のばね８の強度は、凧１の主翼主骨３に許容限度の風力が加わった場合に大きく変形し、風圧がそれ以上には主翼主骨３に加わらない程度のもの（φ１．０ｍｍ）（例えば、凧の翼面積が、１．２ｍ２以下の場合にあっては、ポリエステルやナイロン等の化繊糸＃１００の強度限度の風力が加わった場合に大きく変形し、風圧がそれ以上、凧本体を構成する凧紙６に加わらない程度のもの）を用いるようにしていたが、本実施例の場合は、比較的弱い風力が加わった場合でも変形する、それより弱いもの（φ０．８ｍｍ）を用いるようにする。
（ｃ）図４（Ａ）に示すように、長い２本糸目（２本糸目のなす角θが９０°未満、より好ましくは、５０〜７０°）が採用され、羽ばたき運動を抑制しようとするピッチング運動（凧１の空力中心Ｏを中心とする揺動運動）が抑えられていること。
【００２３】
次に、凧１の自励的なピッチング運動について説明する。
凧１の左右の主翼１５を結合する棒状のばね８が揚力より十分強く、上反角が風力に無関係にばねの長さで決まる場合を想定する。
上記の凧１の場合、尻上がりの尾翼１６があるので糸目中心の位置にかかわらず、さまざまな擾乱によって起こるピッチング運動に対して復元力が働く。
その結果、ピッチング運動は、復元力と翼の風速に直交し、かつ糸目中心を通る軸まわりの慣性モーメントの商の平方根に比例する周波数の振動となる。
凧１が失速角より低い迎角で静止して飛翔している場合には、主翼の周りの気流は剥離せず揚力が風速と垂直に作用している。一方、迎角が失速角より高い場合には、主翼の周りの気流は剥離している。
いま、糸目中心が空力中心に十分近く、上述の振動的なピッチング運動で迎角が失速角より大きくなったり小さくなったりして時間的に変化している場合を想定する。
まず、振動が十分遅い場合には、翼周辺の気流は、迎角が失速角より高ければ剥離し、失速角より低くなれば非剥離する。
しかし、剥離と非剥離への遷移には時間遅れがあるので、振動の周期がこの遅れ時間と同程度になると、迎角が失速角より高いところから低下していく場合、剥離の状態が失速角より低い迎角まで持続し、しばらくは揚力が発生しない状態が維持される。
逆に、迎角が失速角より低い状態から失速角を越えて高くなる状態のときは、非剥離が迎角が失速角を越えて大きくなっても持続することになる。
以上の現象を風圧中心対迎角のグラフ上で描くと図５のようになる。
まず、迎角が準静的に、すなわち、上述の時間遅れが無視できるほどゆっくりと変化した場合の風圧中心対迎角の曲線は、実線のようになり、風圧中心と迎角との関係が一義的に決まる。
これに対して、ピッチング運動の周期と上記の時間遅れとが同程度の場合には、次のような現象が起きる。
いま、振動が図５のａ点からｅ点の間を往復する形で行われているとする。
まず迎角がａ点から低下していく場合を考えると、迎角はｂ点で失速角より低下しても、上記の時間遅れのために剥離の状態がｃ点に至るまで持続する。破線はこれを示している。ｃ点に達すると、ｂ点を越えてから上記の遅れ時間に相当する時間が経つので、気流の状態が突如として非剥離へと変化し、迎角対風圧中心の関係はｃ点からｄ点へと移行する。その後、ｄ点からは、非剥離の状態でｅ点に至る。ｅ点で最低点に達した振動は、今度は迎角を上昇させる。そして、失速角を越えて迎角が増加しても非剥離の状態を持続しつつ、破線に沿ってｆ点に達する。ここで非剥離の状態から剥離の状態への遷移が生じて、状態はｇ点へと移行する。その後は剥離の状態で元のａ点に達する。
このように、振動という往復運動の往きと返りで経路が異なる現象を履歴現象という。
そして、履歴現象を伴う振動は、条件を整えれば減衰することなく持続させ得ること、すなわち自励的にし得ることが証明されていることである。
【００２４】
これを、凧１の場合について考察すると、次の条件が満たされれば、自励的なピッチング運動になることが理論的並びに実験的に証明できた。
（ｄ）糸目中心１９を図４（Ｂ）の位置まで凧１の空力中心Ｏに近づけること。図５のｃ点からｅ点への移行が振動を加速するには、糸目中心１９を図４（Ｂ）に示すように凧１の空力中心Ｏの近傍位置に設定することが必要である。
（ｅ）凧１の糸目中心１９を、図４（Ｂ）に示すように、できる限り凧１の翼面に近づけることによって、実質的に翼面に直接糸目を形成する１本糸目とする。
すなわち、図４（Ａ）に示すように、糸目中心１９から凧１の翼面までの距離をｒとすると、ｒの２乗に比例してピッチング運動に対する慣性モーメントが増大する。一方、振動の周期は風力と慣性モーメントの商の平方根に比例するので、ｒを大きくすると振動の周期が長くなる。その結果、通常、振動の周期が上記の時間遅れよりかなり長くなり履歴現象が現れない。
また、ｒが大きい場合は、糸目中心１９を中心として行われる運動が迎角の変化だけではなく、風速方向の位置の動きを伴うことになるが、この動きが迎角の振動に対して抵抗として作用する。
【００２５】
以上、本発明の凧について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の凧によれば、自励的な羽ばたき運動やピッチング運動をするようにしたので、蝶、鳥等の生物を写実的に印刷した凧紙を用いた凧に適用した場合に、より現実の生物に近い飛翔状態を得ることができ、商品価値を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の凧の一実施例を示す背面図である。
【図２】同ばね受けの取り付けを説明する斜視図である。
【図３】羽ばたいている翼に働く空気力を示す説明図である。
【図４】（Ａ）自励的な羽ばたき運動をする糸目と、（Ｂ）自励的なピッチング運動をする糸目の糸目中心の違いを示す説明図である。
【図５】風圧中心対迎角のグラフである。
【符号の説明】
１    凧
２    中心骨
３    主翼主骨
４    板骨
５    主翼補強骨
６    凧紙
７    取付部材
８    ばね
９    ばね受け
１０  熱収縮チューブ
１９  糸目中心
Ｏ    凧の空力中心
【図１】
2004313673.tif 000003
【図２】
2004313673.tif 000004
【図３】
2004313673.tif 000005
【図４】
2004313673.tif 000006
【図５】
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