(57)【要約】【課題】  横風が吹いても迅速に風上を向くことで揚力を確保できると同時に、高い強度、耐久性、ガスバリア性を有しながらも軽量化、小型化された繋留気球を提供する。【解決手段】  前後方向の鉛直断面が翼断面型に形成され内部に空気より軽いガスが充填された袋状の本体と、前後方向に延びる略鉛直な平面に沿った尾翼と、を有する繋留気球であって、横風に対する本体の流体抵抗が尾翼の流体抵抗よりも小さくなるように構成されている。前記本体は外袋と前記外袋の内部に配設された複数の内袋を有し、前記内袋はガスバリア性を有する素材により構成されて、前記内袋の内部に前記ガスが充填される。【選択図】      図１
2007038945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後方向の鉛直断面が翼断面型に形成され内部に空気より軽いガスが充填された袋状の本体と、前後方向に延びる略鉛直な平面に沿った尾翼と、を有する繋留気球であって、横風に対する本体の流体抵抗が尾翼の流体抵抗よりも小さくなるように構成されている、繋留気球。
【請求項２】
前記本体の少なくとも左側および右側の周縁部において縁へ行くほど厚みが薄くなっている、請求項１に記載の繋留気球。
【請求項３】
前記尾翼は前記本体の前後方向の中心軸を含む鉛直面に沿って設けられた垂直尾翼である、請求項１に記載の繋留気球。
【請求項４】
前記本体は外袋と前記外袋の内部に配設された複数の内袋を有し、前記内袋はガスバリア性を有する素材により構成され、前記内袋の内部に前記ガスが充填される、請求項１に記載の繋留気球。
【請求項５】
前記外袋はガスバリア性のない布で構成される、請求項４に記載の繋留気球。
【請求項６】
前記ガスバリア性のない布はポリエステル布またはナイロン布である、請求項５に記載の繋留気球。
【請求項７】
前記内袋はアルミ蒸着シートまたはポリエチレンまたはエチレン−酢酸ビニルランダム共重合体鹸化物で構成される、請求項４に記載の繋留気球。
【請求項８】
略半円形のフレームを有し、前記本体の水平方向の断面は前記略半円形と略同一の形状を有し、前記本体が前記フレームにより支持される、請求項１に記載の繋留気球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繋留気球に関する。より詳しくは、前後方向の断面が翼断面型である本体と略垂直の尾翼を有する繋留気球に関する。
【背景技術】
【０００２】
風速や気温の鉛直分布を連続観測する場合、複数の風速計や温度計等を間隔を設けてケーブルに取り付け、これを繋留気球で引き揚げて所定の高度に保つのが一般的である。繋留気球に球状の気球を用いた場合には、風に流されてケーブルが傾き、観測機器の高度を一定に維持することができないという問題が生じる。球状の気球は風下に乱流を発生させやすく、強風時に激しく振動するという問題もある。
【０００３】
かかる問題を部分的に解決する技術として、カイツーンと呼ばれる飛行船型の気球が知られている。カイツーンは本体が飛行船型の形状をしているため、風上を向くと体積に対して断面積が小さく、抵抗が少なくなる。また、流線型をしているため、風下に乱流を発生させにくい。かかる構成のため、カイツーンは風に流されにくく、強風時でも振動が少ないという特徴がある。しかしながら、カイツーンが横方向から風を受けると、断面積が大きくなり風に流されやすくなる。
【０００４】
風に流されにくいもうひとつの繋留気球として、特許文献１に開示された上空浮遊装置がある。特許文献１の図３には、本体の断面が翼型に形成され、後部に垂直尾翼を有する上空浮遊装置が開示されている。該上空浮遊装置は、前方から風を受けると揚力を生じる。該上空浮遊装置では、ケーブルに対して翼の基準面を前倒しにする。揚力は常に該基準面と垂直に発生するため、揚力とケーブルの張力とは完全な逆向きにはならない。このために、揚力と張力の合力を風に対する抗力として利用し、風に流されずに略一定の高度を維持できる。
【０００５】
ここで、風向きが変わった場合を考える。簡単のために、ケーブルのたわみは無視し、真右からの風に変わった場合を考える。右側から風を受けると、該上空浮遊装置は風下（左側）に流されてケーブルが左側に傾き、該上空浮遊装置も左側に傾いて左斜め上方向に揚力が発生する。このとき、該上空浮遊装置の左右方向の軸（以下、左右軸）も左側に傾いている。該上空浮遊装置は左右対称であるから、ケーブルは左右軸と直交する。翼の基準面は左右方向の軸に平行であり、揚力は基準面と垂直だから、揚力の向きも左右軸と直交する。よって、揚力とケーブルの合力の向きは、左右軸と垂直な平面内に限定される。左右軸は左側に傾いており、該平面も左側（風下側）に傾いているため、該合力が風上を向くことはない。よって、横風時には該合力を風に対する抗力とすることはできず、風に流されて高度が下がる。
【特許文献１】特開平９−５４１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の構成において、風に流されずに高度を維持するためには、カイツーンにせよ、該上空浮遊装置にせよ、常に正面を風上に向け続けなければならない。すなわち、安定して高度を維持するためには、風向きが変わった場合に迅速に風上を向くことができなければならない。しかしながら、カイツーンも特許文献１の上空浮遊装置も、風向きが変わるとすぐに風上を向くことができず、風に流されやすいという問題があった。気球が風に流されると、ケーブルが傾くため、機器類を安定して一定の高度に保つことができず、観測に支障を来たすことになる。
【０００７】
また、従来の繋留気球では、耐久性とガスバリア性を高める必要から、分厚いシートを利用しなければならなかった。シートが重ければ気球の自重も増加するため、気球を大きくする必要があった。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、風向きが変わっても迅速に風上を向き、略一定の高度を安定して維持できる繋留気球を提供することにある。本発明の第２の目的は、高い強度、耐久性、ガスバリア性を有しながらも軽量化、小型化された繋留気球を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［本発明に至った過程］
都市部の気温の鉛直分布を知ることは、ヒートアイランド現象のメカニズム等を解明する上で極めて重要な意味を持つ。本発明者は、都市気象研究の一環として、繋留気球を用いた気温鉛直分布の計測方法について鋭意検討を行った。その結果、以下のような知見を得た。
【００１０】
まず、風向きの変化に対するカイツーンの応答性を検討した。飛行船を地上に繋留するときには、機首先端部に繋留ロープをつなぎ、該先端部を中心に回転できるようにする。かかる態様では、横風の力がそのまま機首を風上に向ける力になる。しかし、カイツーンの場合は機体を水平に保つために、浮力中心にロープを繋留する必要がある。該浮力中心は重心に近い位置にある。機体が飛行船型の場合、横風に対する胴体部分の抵抗が大きく、重心の前後では抵抗の大きさがそれほど変わらない。よって、横風時には機首を風上に向ける回転力がほとんど発生せず、風向きが変わると風に流されて高度が変動すると考えられた。
【００１１】
次に、風向きの変化に対する特許文献１の上空浮遊装置の応答性を検討した。模型を使った実験によれば、該上空浮遊装置の風向き変化に対する応答性は悪かった。応答性の悪さは、本体部分の抵抗が尾翼に比べて大きいために、風上を向くための回転力が十分に得られないことが原因と考えられた。
【００１２】
かかる結果を踏まえ、本発明者は、本体の形状を横風への抵抗が少なくなるようにすることで上述の問題を解決できることに想到した。かかる構成では、横風時に垂直尾翼に働く力が相対的に大きくなり、機首を風上に向ける回転力を生むことになる。すなわち、横風に対して胴体部分の抵抗を少なくし、即座に機首を風上に向けることができれば、揚力を確実に利用して風に抵抗し、高度を略一定に維持することが可能となると考えられた。横風時に垂直尾翼に働く力を本体に対して相対的に大きくするためには、尾翼を大きくしてもよい。しかし、尾翼自身は浮力に寄与せず、大型化すれば重量が増える。軽量化を考慮すれば、尾翼を大きくするよりも、本体部分の抵抗を小さくすることが望ましい。
【００１３】
繋留気球を用いた気温鉛直分布の計測では、気球の大きさや重さも問題となる。都市部で気温の鉛直分布を計測する場合、ビル等の建造物の屋上から繋留気球を揚げる必要が生じる。測定装置の重さは２ｋｇ程度であり、これをガスの浮力で上空に持ち上げる必要がある。気球の充填ガスには一般にヘリウムが用いられる。ヘリウム（約０．１８ｇ／L）と空気（約１．３ｇ／L）の比重には差があり、ヘリウム１Lあたり約１．１ｇの浮力が生じる。よって、気球を使って２ｋｇの物体を浮かせるためには、気球の自重を考慮しなければ、最低でも約２ｍ３程度の容積が必要となる。カイツーン等の従来の繋留気球では、耐久性とガスバリア性を高める必要から、２００〜３００ｇ／ｍ２程度の重量のシートを利用しなければならなかった。該シートを利用した場合、気球の自重やケーブルの重量を考慮すると、３０〜４０ｍ３程度の容積が必要となる。ヘリウムガスは高価であり、ヘリウムボンベ（通常、一本あたり７ｍ３）は大きく重いため屋上に持ち上げるのも困難である。かかる理由から、ガスを大量に消費する従来の繋留気球では、経済的にも作業的にも十分な観測数を確保することは困難であった。従来の繋留気球では、移動する度にガスを捨てなければならないため、移動して観測地点を増やすことも困難であった。プラスチックフィルム等、薄く軽い気密シートを使えば小型化、軽量化できるため移動はしやすくなる。しかし、外皮にプラスチックフィルムを使えば強度や耐久性が大幅に低下するという問題があった。
［本発明の構成］
上記課題を解決するために、本発明に係る繋留気球は、前後方向の鉛直断面が翼断面型に形成され内部に空気より軽いガスが充填された袋状の本体と、前後方向に延びる略鉛直な平面に沿った尾翼と、を有する繋留気球であって、横風に対する本体の流体抵抗が尾翼の流体抵抗よりも小さくなるように構成されている。かかる構成では、横風が吹いても迅速に風上を向くことで揚力を確保できる繋留気球を提供することが可能となる。
【００１４】
また、上記繋留気球において、前記本体の少なくとも左側および右側の周縁部において縁へ行くほど厚みが薄くなっていてもよい。かかる構成では、横風が吹いても周縁部に渦が発生しにくいため、横風に対する本体の流体抵抗が尾翼の流体抵抗よりも小さくなる。よって、横風が吹いても迅速に風上を向くことで揚力を確保できる繋留気球を提供することが可能となる。
【００１５】
また、上記繋留気球において、前記尾翼は、前記本体の前後方向の中心軸を含む鉛直面に沿って設けられた垂直尾翼であってもよい。かかる構成では、尾翼が垂直尾翼であって横風に対する尾翼の抵抗を高めることが可能となる。
【００１６】
また、上記繋留気球において、前記本体は外袋と前記外袋の内部に配設された複数の内袋を有し、前記内袋はガスバリア性を有する素材により構成され、前記内袋の内部に前記ガスが充填されてもよい。かかる構成では、外袋にガスバリア性が低くても強度、耐久性が高く軽量な材料を使用できる一方で、うち袋には強度や耐久性が低くても、ガスバリア性が高く軽量な材料を使用できる。よって、強度、耐久性、ガスバリア性を有しながらも軽量化、小型化された繋留気球を提供することが可能となる。
【００１７】
また、上記繋留気球において、前記外袋はガスバリア性のない布で構成されてもよい。かかる構成では、外袋にガスバリア性が低い布が使用されるため、強度、耐久性が高く軽量な材料を使って外袋を構成できる。
【００１８】
また、上記繋留気球において、前記ガスバリア性のない布はポリエステル布またはナイロン布であってもよい。かかる構成では、ポリエステル布やナイロン布の特性を利用して、外袋の強度、耐久性向上と軽量化を両立させることができる。
【００１９】
また、上記繋留気球において、前記内袋はアルミ蒸着シートまたはポリエチレンまたはエチレン−酢酸ビニルランダム共重合体鹸化物（エバール）で構成されてもよい。かかる構成では、アルミ蒸着シートまたはポリエチレンまたはエチレン−酢酸ビニルランダム共重合体鹸化物の特性を利用して、ガスバリア性と軽量化の両立を図ることができる。
【００２０】
また、上記繋留気球において、略半円形のフレームを有し、前記本体の水平方向の断面は前記略半円形と略同一の形状を有し、前記本体が前記フレームにより支持されてもよい。かかる構成では、横風に対する安定性が特に好適である。
【００２１】
また、上記繋留気球において、前記フレームはカーボン樹脂で構成されてもよい。かかる構成では、カーボン樹脂の特性を利用して、繋留気球の剛性の向上と軽量化を両立させることができる。
【００２２】
また、上記繋留気球において、前記外袋の素材の単位面積あたりの重さは３０ｇ／ｍ２以上４０ｇ／ｍ２以下であり、前記内袋の素材の単位面積あたりの重さは２５ｇ／ｍ２以上３５ｇ／ｍ２以下であってもよい。かかる構成では、軽量化、小型化された繋留気球を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の繋留気球は、上述のような構成を有し、以下のような効果を奏する。すなわち、風向きが変わっても迅速に風上を向き、略一定の高度を安定して維持できる繋留気球を提供すること、および、高い強度、耐久性、ガスバリア性を有しながらも軽量化、小型化された繋留気球を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
［構造］
図１は、本発明の第１実施形態の繋留気球を斜め下方から見た場合の使用状態の一例を示す斜視図である。図２は、図１の繋留気球を上方から見た概略構成を示す図である。図３は、図１の繋留気球を側方から見た概略構成を示す図である。図４は、図１の繋留気球を前方から見た概略構成を示す図である。図２乃至図４において、上、下、左、右、前、後は繋留気球の方向を指す。以下、図１乃至図４を参照しながら、本実施形態の繋留気球の構成について説明する。なお、以下の説明では、風上側を前、鉛直上向きを上とする。
【００２５】
図に示す通り、本実施形態に係る繋留気球１０は、外袋１１と、内袋１２と、尾翼シート１３と、前フレーム１４と、後フレーム１５と、尾翼フレーム１６と、を備えている。本実施形態では、外袋１１と内袋１２が本体２３を構成する。尾翼シート１３と尾翼フレーム１６が尾翼２４を構成する。前フレーム１４と後フレーム１５が本体フレームを構成する。内袋１２は外袋１１の内部にあるため、外袋１１の外形は本体２３の外形である。
【００２６】
本実施形態では、後述のように、内袋１２にガスバリア性のある材料を用いるため、外袋１１はガスバリア性を有する必要はない。よって、外袋１１には軽量かつ高強度の材料が使用可能となる。すなわち、外袋１１は、軽量かつ高い強度を有し、風を通さない材料で構成されていることが望ましく、好ましくは合成繊維からなる布、より好ましくはポリエステル布またはナイロン布等の化学合成繊維を縫製することで製造されうる。該ポリエステル布または該ナイロン布としては、重さが４０ｇ／ｍ２以下のものが好ましく、特に３０ｇ／ｍ２以上４０ｇ／ｍ２以下のものが好適に用いられる。
【００２７】
内袋１２はガスバリア性を有する材料で構成されており、外袋１１により保護されているため、相対的に強度や耐久性が低いがより薄く軽い材料を用いることができる。内袋１２の材料は、軽量かつガスバリア性の高い材料が好ましく、好ましくはプラスチックフィルムを溶着することで製造されうる。該プラスチックフィルムとして、軽量化のためにはポリエチレンが、ガスバリア性の向上のためにはアルミ蒸着フィルムまたはエチレン−酢酸ビニルランダム共重合体鹸化物（エバール）のシートが特に好適に用いられる。プラスチックフィルムは、重さが４０ｇ／ｍ２以下のものが好ましく、特に２５ｇ／ｍ２以上３５ｇ／ｍ２以下のアルミ蒸着シートが好適に用いられる。内袋１２には、図示されない逆支弁付き吸入口を通じて、空気より軽いガスが封入（充填）される。該ガスとしてはヘリウムガスが好適に用いられる。
【００２８】
尾翼シート１３は、軽量かつ高い強度を有し、風を通さない材料で構成されていることが望ましく、外袋と同様の材料が好適に用いられる。
【００２９】
前フレーム１４、後フレーム１５、尾翼フレーム１６は、軽量かつ高強度の材料で構成されていることが好ましく、例えば直径７ｍｍのカーボンパイプが好適に用いられる。本実施形態では、１ｍ程度のカーボンチューブを着脱自在に継ぎ足すことで、各フレームを構成する。
【００３０】
外袋１１は、上から見ると半円形であり、全体が扁平であって、前方向または横方向から見ると水平方向の最大幅よりも鉛直方向の厚みが小さい。より具体的には、図２に示すように、外袋１１を上方から見ると前方向に凸の略半円形である。図３に示すように、外袋１１を側方から見ると上面が大きく膨らむ一方で、下面はほぼ平らになっている。図２の一点鎖線は設計上の基準面であり、基準姿勢は該基準面が水平面となる姿勢とする。外袋１１の前後方向の鉛直断面において、該基準面の上側の面（上面）の曲率に比べ下側の面（下面）の曲率が小さくなっており、概ね前方から後方にかけて曲率が小さくなる。すなわち、外袋１１の前後方向の断面は、翼断面型であって、キャンバーを有しており、前方から空気が流れると上向きの揚力が生じるような形状となっている。外袋１１を前方から見ると、図４に示すように左右の周縁部が中央部よりも薄くなっている。周縁部においては、縁へ行くほど厚みが減少する。外袋１１の大きさは、観測機器の重さとの関係から、横幅が３ｍ以上６ｍ以下、前後の長さが２ｍ以上４ｍ以下であることが好ましく、特に横幅４ｍ程度、前後の長さ３ｍ程度が好適である。
【００３１】
内袋１２は６個あり、全て外袋１１の内部に保持されている。外袋１１の形状に合わせて、前方の内袋１２は厚く、後方および側方の内袋１２は薄く構成されている。外袋１１の部位による内袋１２の大きさは、内袋１２自体の形状（完全に膨らませた状態の形状）を変えることで調整されてもよいが、内袋１２のシートに余裕を持たせ、封入するガスの圧力を変えることで調整されてもよい。外袋１１の張力と内袋１２の圧力が均衡することで、外袋１１が所望の形状に保たれるように、外袋１１や内袋１２の形状やガス圧等が適宜調整される。複数の内袋１２を備えることで、外袋１１の形状を自由に調整できる。なお、内袋１２の個数は特に限定されない。内袋１２の大きさは、一人で詰め替え等の作業が可能なように、長さが２ｍ以下であることが好ましく、ドアやエレベータを通して運搬可能なように、少なくとも一方向から見た横幅が７０ｃｍ以下（ある程度変形させて７０ｃｍ以下でもよい）であることが好ましい。
【００３２】
外袋１１は内袋１２を出し入れ可能に構成されていることが好ましい。本実施形態では、外袋１１の上面と下面をそれぞれ１枚ずつのシートで構成し、各シートの周縁部に取り付けた紐を結び合わせることでループ１７を形成する。結び目を解けば大きな開口部ができるため、該開口部を通じて内袋１２を容易に出し入れできる。
【００３３】
尾翼シート１３は、略三角形の形状を有し、繋留気球１０の前後方向の中心軸を通る鉛直面にほぼ重なるように、外袋１１の下方に配設されている。尾翼シート１３は、横風を受けた時に前部（機首）を迅速に風上に向ける機能を有する。横風を受けた時に十分な回転力を生じるように、尾翼シート１３の面積が後方でより大きくなるように形成されている。
【００３４】
前フレーム１４は、図２に示すように上方から見れば前方向に凸の略半円形であって、外袋１１とほぼ同じ大きさを有している。後フレーム１５は、図２に示すように上方から見れば直線状であって、外袋１１の後端とほぼ同じ長さを有する。前フレーム１４と後フレーム１５は、それぞれの両端同士が略垂直に交わるように固定されており、全体として外袋１１の周囲を取り囲むようなフレームを構成している。外袋１１は下面の周囲に複数のループ１７を有し、ループ１７により、前フレーム１４と後フレーム１５からなるフレームの内側に外袋１１が支持される。外袋１１の左端、右端、後端を前記フレームに掛けられたループ１７で引っ張ることにより、外袋１１の左側、右側、後側が外袋１１の中央部に比べ薄くなる。
【００３５】
尾翼フレーム１６は細長い棒状であり、その前端を前フレーム１４の中央部に支持され、前後の鉛直面に沿って斜め下方に延伸する。図３に示すように、尾翼フレーム１６の後端は後ろフレーム１５の略真下に位置する。尾翼フレーム１６は、外袋１１の下面との間に尾翼シート１３を挟持する。すなわち、尾翼シート１３の上端が外袋１１の後部中央または後フレーム１５の中央に固定される一方で、尾翼シート１３の下辺は複数のループ１７を介して尾翼フレーム１６に支持される。尾翼フレーム１６の後端は、後フレーム１６の両端に結び付けられた糸目１８によって両側に引っ張られる。尾翼シート１３は、尾翼フレーム１６にかかる重力、糸目１８（後述）の張力、上端からの張力等により、所望の形状に維持される。かかる構成では、横風が吹いても尾翼２４が風に対し寝ることなく（変形せず）、風上を向くような回転力を発生させることが可能となる。かかる構造によれば、尾翼シート１３を一本の尾翼フレーム１６で安定して保持することが可能であり、繋留気球の軽量化・小型化が可能となる。
［使用方法］
図１に示すように、本実施形態の繋留気球１０は、前フレーム１４（後フレーム１５）の両端と、後フレームの中央部、尾翼フレーム１６の前後端、に取り付けられた糸目１８により、本体２３の前端部、後部の左端、中央、右端、および尾翼２４の後端を保持される。糸目１８は、結節点１９で結び合わされ、ケーブル２０に連結される。糸目１８の長さ等は、ケーブル２０の延長線が繋留気球１０のほぼ重心を通るように、かつ、前フレーム１４と後フレーム１５からなる枠がケーブル２０に垂直な面に対して若干前かがみになるように（該垂直な面に対して仰角が負になるように）調整されるのが好ましい。水平方向の風に対して揚力を得るためには、繋留気球が水平面に対して若干上向きとなるように姿勢が維持される方がよい。ケーブル２０の鉛直上向きに対する角度（図５のθ）は２０度以下に保つことが望ましいため、該仰角はマイナス２０度から０度の間とすることが好ましい。
【００３６】
図５は、本発明の第１実施形態の繋留気球を気温の鉛直分布の観測に用いる場合の概念図である。繋留気球１０は、内袋１２にヘリウムガスが充填されており、鉛直上向きの浮力を受ける。ケーブル２０には、所望の間隔でデータロガー付温度計２１が取り付けられており、一端を地面２５に固定されている。さらにケーブル２０は、他の一端が結節点１９および糸目１８を介して繋留気球１０により持ち上げられ、所定の高度で停止する。すなわち無風時には、ヘリウムガスの浮力により高度を一定に維持できる。風２２が吹いている場合、尾翼シート１３の抵抗（流体抵抗、以下同じ）が最も少なくなるように、繋留気球１０の前部は風上に向けられる。繋留気球１０の前後方向の断面は翼形状を有するため、前方からの風２２を受けると上向きの揚力を受ける。該揚力とケーブル２０の張力の合力が風２２による繋留気球１０やケーブル２０への抵抗力と釣り合うことで、繋留気球１０は風下に流されず、高度が略一定に維持される。よって、風の強さによらず、温度計２１の高度は略一定に保たれる。本実施形態の繋留気球１０によれば、気温の鉛直分布を正確に測定できる。
【００３７】
ここで、使用時に風向きが変わり、横風（斜め右あるいは斜め左の方向も含む）となった場合を考える。外袋１１の横方向の断面形状は図４に示すような略流線形であり抵抗が小さい。一方、尾翼シート１３は図４に示すように横風に対して略垂直な面をなし抵抗が大きい。横風時には尾翼シート１３を風下に向ける回転力（回転力）が生じて前部が迅速に風上を向く。前部が常に風上を向くことで、揚力が維持される。すなわち、本実施形態の繋留気球１０によれば、風向きが変化しても安定して高度を維持できる。
［保管および移動］
使用終了後は、ケーブル２０を巻き取ることで、繋留気球１０を地表へ下ろす。外袋１１から内袋１２を取り出すことで、繋留気球１０をより小さな部品へと分解することが可能である。上述の通り、前フレーム１４、後フレーム１５、尾翼フレーム１６は、着脱自在なチューブで構成されているため、より小さな場所で保管が可能となる。
【００３８】
繋留気球１０を分解可能に構成することで、運搬や移動も容易となる。内袋１２はドアやエレベータを通して運搬可能な大きさであるため、ビルの屋上等から揚げる場合でも容易に階下と屋上の間を運搬することができる。繋留気球１０を横幅４メートル程度に構成すれば、内袋１２の容積の合計は略３ｍ２程度となり、ほぼボックスワゴン１台に収容可能である。よって、互いに離れた複数の観測地点（ビル）の間を自動車で移動して連続的な観測を行うことも可能である。
［特徴および効果］
本実施形態の繋留気球１０の主要な特徴および効果をまとめると以下のようになる。
【００３９】
繋留気球１０は、本体２３の前後方向の断面が翼断面型であり、略垂直の尾翼シート１３を有すると共に、本体２３の左右の周縁部が縁にいくにつれて厚みが薄くなっている。かかる構造により、横方向から風を受けると本体２３（胴体部）の抵抗が尾翼シート１３の抵抗に比べて相対的に小さくなり、尾翼シート１３によって生じる回転力により前部を迅速に風上に向けることができる。したがって、常に正面から風を受けることができる。正面から風を受ければ翼断面型の本体２３により揚力が発生するため、風に流されることなく、高度を略一定に維持できる。
【００４０】
外袋１１の内部には、ヘリウムが充填された内袋１２が配設されているため、風が弱く揚力が小さい場合であっても、ヘリウム自身の浮力により高度を維持できる。
【００４１】
外袋１１は必ずしもガスバリア性を有する必要はないため、ポリエステル布等、強度や耐久性が高くかつ軽量な材料を使用できる。内袋１２は外袋１１も保護されているため、必ずしも強度や耐久性が高い必要はなく、ポリエチレンシートやアルミ蒸着シート等、ガスバリア性を有しかつ軽量な材料を使用できる。自重を軽くできれば、容積が小さくても大きな浮力が得られ、小型化が可能となる。すなわち、外袋１１と内袋１２による多重構造とすることで、強度、耐久性、ガスバリア性を向上させつつ、軽量化・小型化することが可能となる。小型化は、ヘリウムガスの節約にもつながり、作業性と経済性の向上が可能となる。
【００４２】
外袋１１と内袋１２による多重構造は、本体２３を所望の形状に整形する上でも効果的である。すなわち、内部のガス圧は均等にかかるため、１枚の袋では本体を特定の方向につぶれた形状とすることが難しい。仕切り等により形状を調整すれば、材料そのものの強度を高くする必要が生じ、かえって重くなりやすい。本実施形態の繋留気球１０では、本体２３そのものにガスを充填するのではなく、ガスの充填された複数の内袋１２をさまざまな大きさに調整して外袋１１の内部に配置する。かかる構成により、本体２３を所望の形状に整形することが容易となる。
【００４３】
外袋１１と内袋１２による多重構造は、繋留気球１０を運搬しやすく、かつ保管しやすくする上でも効果的である。すなわち、外袋１１から内袋１２を取り出すことで、繋留気球１０をより小さな単位に分解することができる。内袋１２はガスを入れたまま保管・運搬することができる。階下で内袋１２にガスを充填した後に屋上へ運ぶことも可能となるので、ガスボンベを屋上まで運びあげる必要がなくなる。使用後は、内袋１２をそのまま階下に運び下ろすこともできるため、移動も容易となる。分解して運搬・移動できる点は、都市部においてビルの屋上などから繋留気球を揚げる場合に特に便利である。
【００４４】
内袋１２は、ガスを充填したまま何度も繰り返し使用することができるため、ガスの有効利用にもつながる。
【００４５】
本体フレーム（前フレーム１４および後フレーム１５）を設ける点も、本体２３の形状を所望の形状に保つために（剛性の向上に）効果的である。すなわち、本実施形態の繋留気球１０では、外袋１１の左側および右側を前フレーム１４により引っ張り、かつ外袋１１の後側を後フレーム１５で引っ張る。この引っ張り力と、内袋１２の圧力とが釣り合うことで、左右および後部が薄い形状を保つことができる。後部を薄くすることで、本体２３の前後方向の断面を翼断面型とすることができる。左右を薄くすることで、横風に対する応答性を高めることができる。フレームをカーボン樹脂製とすることで、軽量化が可能となる。フレームを設けることは、繋留気球１０自体の強度を向上させる上でも効果的である。すなわち、糸目１８を外袋１１ではなくフレームに取り付けることで、糸目１８との接続部分の強度を高めることができる。外袋１１自身に糸目１８を取り付ける場合には、取り付け部分のシートに応力が集中するため、破れやすくなる可能性がある。糸目１８の数を増やせば破れにくくはなるが、糸目１８の本数が増えて重量が増加し、またバランスの調整も困難になる可能性がある。形状の維持、軽量化、耐久性の向上、剛性の向上等の観点からはフレームを用いることが好ましい。
［変形例］
内袋を設けず、本体自体を一つの風船としてもよい。しかし、風船内部の圧力は内面全面に均等にかかるため、風船単独の形状としては球形が最も安定である。本発明の繋留気球は、中央から左右にかけて薄い構造を有する。１個の風船でこのような形状を保つために、例えば、風船の内部に間仕切りを設けて形状を調整してもよい。しかし、縫製（溶着）部分の強度を高める必要がある。強度とガスバリア性を両立させる材料は重くなりやすく、軽量化が困難となる場合がある。本体を外袋と内袋に分けることで、外袋にはガスバリア性がなくても軽量かつ高強度の材料が利用可能となる。内袋の大きさを部位ごとに変えることで形状の調整も容易となる。
【００４６】
本体を上方から見た形状（水平方向の断面形状）は必ずしも半円型である必要はない。例えば、本体の水平方向の断面形状を前進翼型や矩形としてもよい。内袋の形状や配列は特に限定されない。図６は、変形例として本体を前進翼型とした場合の外袋と内袋の形状の一例を模式的に示す図である。図７は、変形例として本体を矩形とした場合の外袋と内袋の形状の一例を模式的に示す図である。このように、本体の水平方向の断面はさまざまな形状を取りうる。
【００４７】
尾翼は必ずしも本体の下方にある必要はなく、上方にあっても、あるいは上下の両方にあってもよい。図８は、本体の上方に尾翼を設けた場合の一例を示す側面図である。図９は、本体の上下に尾翼を設けた場合の一例を示す側面図である。尾翼は複数であってもよい。尾翼は完全に垂直な板状である必要はなく、横向きの風に対して所望の抵抗を生じさせられる形状（略垂直な形状）であればどのようなものでもよい。板状の尾翼が鉛直面上ではなく斜めに（前後方向に延びる鉛直面と０より大きい角をなすように）取り付けられていてもよい。尾翼は板状でなくてもよく、横風に対する後部の抵抗を前部あるいは胴体部分よりも大きくする形状であればどのような形状であってもよい。本体そのものが後部に尾翼状の構造を有していてもよい。本発明における「前後方向に延びる略鉛直な平面に沿った尾翼」とは、必ずしも翼状の部材である必要はなく、横風に対して大きな抵抗を発生させるべく構成されたあらゆる構造や形状を含む。
【００４８】
フレームは必ずしも必要ではなく、外袋のみ、あるいは外袋と内袋のみで所望の形状と強度に維持することができる場合には、フレームを備えない構成であってもよい。
【００４９】
内袋（内袋を備えない構造の場合には外袋）のガスバリア性はそれほど高くなくてもよく、数時間ないし数日間ヘリウムガスを封入できる程度のガスバリア性があればよい。ただし、ガスの有効利用という観点からは、できるだけガスバリア性の高いものが好ましい。
【００５０】
本体の形状は、必ずしも左右の周縁部が中央よりも薄くなっている必要はなく、横風に対する抵抗が尾翼よりも小さくなる形状であればどのようなものでもよい。図１０乃至図１２は、本体の横方向の鉛直断面が取りうる形状の例を示す概略図である。図に示すように、左右のいずれの方向から風を受けても抵抗が小さくなるような（乱流を発生させないような）断面形状とすることが望ましい。具体的には、例えば、左右の周縁部において縁へ行くほど厚みが薄くなるように構成されればよい。かかる構成では、左右の端部において空気の流れが上面と下面からはがれずに層流を維持しやすくなるため、渦（乱流）が発生しにくくなって、抵抗が低下する。例えば、横方向の鉛直断面は、図１０のように下面はほぼ平らであってもよく、図１１のように下面も上面同様に膨らんでいてもよい。図１２のように、中央部が凹んでいてもよく、左右の周縁部が必ずしも中央より厚さが薄い必要はないが、縁に行くほど厚みが薄くなることが好ましい。かかる構成によれば、横風に対して本体の抵抗を低くすることができ、相対的に尾翼の抵抗が高くなる。よって、風向きが変わっても尾翼に生じる回転力により、常に前部を風上に向けて揚力を得ることができる。
［実験例１］
従来の繋留気球と本発明の繋留気球の横風時の安定性を比較するために、以下のような実験を行った。まず、従来の繋留気球として、発泡スチロール片を削り、カイツーン型の模型を作成した。形状は飛行船型であり、長さは１０ｃｍ、最大直径は５ｃｍであった。左右側面の前と後の計４点に糸目を取り付け、水槽中を牽引した。その結果、前方に直進させた場合は安定して進むものの、横向きに牽引すると、進行方向に姿勢を迅速に変えることができず、そのまま横向きに引っ張られる傾向が見られた。
【００５１】
次に、断面が翼断面型であり、尾翼を有するタイプの繋留気球（特許文献１参照）を検討した。該繋留気球は、上方から見た形状が矩形である。そこで、発泡スチロール片を削って、上方から見た形状が矩形（図７の外袋１１と相似）であり、長さ８ｃｍ、幅７ｃｍ、厚さ３ｃｍであって、前後方向の断面が翼断面型、横方向の断面の厚みがほぼ一定の矩形となるように整形した。これに、プラスチック板で作成した尾翼を取り付け、従来例型の模型とした。左右側面の前と後の計４点に糸目を取り付け、水槽中を牽引した。その結果、前方に直進させた場合は安定して揚力が発生することが分かった。しかし、牽引する方向を急に変えると、模型の向きをすぐに変えることができずそのまま直進する傾向が見られた。また、静止した状態から横向きに引っ張ると、姿勢を変えずに横向きに引きずられ、揚力が発生しない傾向が見られた。このような現象が起こるのは、横方向の断面が矩形であることによると考えられた。かかる形状を有する場合、横向きの流れに対する本体の抵抗が大きくなる。本体の抵抗を少なくすれば、尾翼の抵抗が相対的に大きくなって、前部を牽引方向に向けるような回転力を発生させることができると考えられた。
【００５２】
そこで、左側および右側の周縁部において縁へ行くほど厚みが薄くなるように（前方から見ると左右がすぼまるように）該模型を削り、これを実施例型の模型として再度実験を行った。その結果、前方に直進させる場合には安定して揚力が発生した。さらに、牽引方向を急に変えると、前部が牽引方向に向くように迅速に進行方向が変わることが分かった。また、静止状態から横向きに引っ張った場合も、すぐに進行方向に向きを変えて揚力を得られることがわかった。以上の結果から、本体の左側および右側の周縁部において縁へ行くほど厚みが薄くなる（横向きの流れに対する本体の抵抗を尾翼よりも小さくする）ことにより、風向きの急激な変化に対して迅速に前部を風上に向けることが可能となると考えられた。
［実験例２］
本体の水平方向の好適な断面形状を調べるために、以下のような実験を行った。すなわち、実験例１の実施例型の模型（矩形型）に加え、水平方向の断面形状を前進翼型（図６の外袋１１と相似：長さ６ｃｍ、幅１１ｃｍ、厚さ３ｃｍ）ないし半円型（図２の外袋１１と相似：長さ６ｃｍ、幅１１ｃｍ、厚さ３ｃｍ）とした模型を実験例１と同様の方法で作成した。いずれも、前後方向の断面は翼断面型とし、前方から見ると左右がすぼまるように整形した。得られた３個の模型を使って、実験例１と同様の方法で水槽実験を行った。その結果、いずれも牽引方向の変化に対する反応性は実験例１の従来例よりも高かったが、３者の中でも半円型の模型が最も反応性が高かった。以上の結果から、本体の形状は半円型とし、左側および右側の周縁部において縁へ行くほど厚みが薄くなるように形成することで、風向きの変化に強い繋留気球が得られると推察された。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る繋留気球は、風向きが変わっても迅速に風上を向き、略一定の高度を安定して維持できる繋留気球、あるいは、高い耐久性とガスバリア性を有しながらも軽量化、小型化された繋留気球として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態の繋留気球を斜め下方から見た場合の使用状態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の繋留気球を上方から見た概略構成を示す図である。
【図３】図１の繋留気球を側方から見た概略構成を示す図である。
【図４】図１の繋留気球を前方から見た概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の繋留気球を気温の鉛直分布の観測に用いる場合の概念図である。
【図６】変形例として本体を前進翼型とした場合の外袋と内袋の形状の一例を模式的に示す図である。
【図７】変形例として本体を矩形とした場合の外袋と内袋の形状の一例を模式的に示す図である。
【図８】本体の上方に尾翼を設けた場合の一例を示す側面図である。
【図９】本体の上下に尾翼を設けた場合の一例を示す側面図である。
【図１０】本体の横方向の鉛直断面が取りうる形状の例を示す概略図である。
【図１１】本体の横方向の鉛直断面が取りうる形状の例を示す概略図である。
【図１２】本体の横方向の鉛直断面が取りうる形状の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  繋留気球
１１  外袋
１２  内袋
１３  尾翼シート
１４  前フレーム
１５  後フレーム
１６  尾翼フレーム
１７  ループ
１８  糸目
１９  結節点
２０  ケーブル
２１  データロガー付温度計
２２  風
２３  本体
２４  尾翼
２５  地面
【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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