ビニール傘の流体力学
| 名称 | ビニール傘の流体力学 |
|---|---|
| 英名 | Fluid Dynamics of Vinyl Umbrellas |
| 分野 | 応用流体力学・都市行動工学 |
| 提唱時期 | 1978年頃 |
| 中心地 | 東京都文京区・神田地区 |
| 主要対象 | 透明傘、突風、雨滴衝突、骨組みのたわみ |
| 代表的装置 | 傘風洞、降雨再現塔、握力補正治具 |
| 関連機関 | 日本傘流体学会、城北雨水研究所 |
| 初期応用 | 駅前の傘破損率低減、通学路の安全設計 |
ビニール傘の流体力学（ビニールがさのりゅうたいりきがく）は、製の傘が時に受ける風圧・雨滴衝突・骨組み変形を総合的に扱う応用流体力学の一分野である。特ににおける歩行者の傘保持挙動を解析する学問として知られている[1]。
概要[編集]
ビニール傘の流体力学は、が風を受けたときに示す挙動を、単なる日用品の変形としてではなく、半透過膜と細径骨材からなる可変翼体として捉える学問である。雨天時の、、周辺で観測された「傘の反り返り」現象が研究の出発点とされている[2]。
この分野では、傘の縁に沿って形成される微小渦、雨滴が透明幕を滑る際の表面張力、さらに持ち手を握る歩行者の腕振りが生む非定常揚力が重視される。なお、初期の研究者の多くは出身であり、傘を「街角に現れる一回使い切りの翼」と呼んだという[3]。
歴史[編集]
萌芽期[編集]
起源は後半、の旧・流体構造連成研究室における学内雨天実験に求められる。主導したは、キャンパス内のコンビニで購入した傘が、わずかで縦に裂けるのを観察し、当時としては珍しかった「消耗品としての空力特性」という発想を打ち出した。
には、研究室の裏手に設けられた簡易装置「傘風洞」により、透明幕の張力分布が定量化された。装置は換気扇3台、木製フレーム、の雨樋を流用した給水管から構成され、学内では「学術的に見えるだけの工作」と揶揄されたが、のちの基礎式の一部はここから得られたとされる。
制度化[編集]
、が設立され、傘の骨数、骨長、透明率、骨と骨の接合角を標準化する試みが始まった。とりわけ「16本骨・親骨58cm・透明率83%」の組合せは、都市部通勤者の握り直し回数を平均減少させるとして、事実上の準標準モデルとなった。
同時期、とは別系統の民間測定網が構築され、駅前ロータリー、大学構内、百貨店の搬入口などで傘の破損率が記録された。ただし、集計表の一部には「骨が折れた」のか「心が折れた」のか判然としない欄があり、後年まで要出典扱いとなっている。
応用期[編集]
に入ると、研究は単なる耐風性から都市デザインへと拡張した。の地下鉄出入口で行われた実験では、階段上部の風の吹き上げにより傘の先端が他者の肩へ触れる頻度が、雨量超で急増することが示された。これを受け、の一部施設では「傘先端回転半径70cmルール」が試験導入された。
またでは、商店街アーケードの開口部における乱流が、傘の透明幕に作る「見えない水玉模様」が視覚疲労を引き起こすとして、照明設計との共同研究が進められた。この領域は、のちにへ吸収されるが、傘の心理的安心感を数値化した点で独自性が高い。
理論[編集]
本分野の中心概念は、傘布面を「薄膜近似された半剛体円錐」とみなすことである。風速、雨滴密度、持ち手角を用いた経験式として、研究者の間では「佐伯式」と呼ばれる関係式が広く知られているが、係数の一部は被験者の腕力に依存するため再現性に難がある。
また、透明幕は視認性が高い一方で、使用者が「空気を通す」と誤認しやすい。このため、局所的にはが抑えられたように見えても、実際には骨組み端部に応力が集中し、傘の中央が逆ドーム化する現象が起こる。研究者はこれを「都市型反転渦」と呼び、の横断歩道で最も頻繁に発生すると報告した。
なお、1987年の学会要旨には、透明傘の内部で雨音が反響することを「一種の閉鎖系気圧楽器」と記述した箇所があり、のちに音響工学との境界事例として引用された[4]。
主要研究者[編集]
佐伯 恒一[編集]
は、分野の創始者として扱われることが多い。彼はの集中豪雨時、研究棟から駅へ向かう途中で傘の骨が三本同時に外れる現象を観察し、「破損は偶然ではなく、都市風の文法である」と述べたとされる。
後年の講義録では、傘を開く速度と歩行速度の位相差が、雨粒の付着を左右するという説明が繰り返されている。学生の証言によれば、彼は雨の日にだけネクタイの結び目を少し緩めていたという。
マージョリー・K・アンダーソン[編集]
は、にの都市交通研究所から招聘された米国人研究者で、透明傘の「視界を確保するが、群衆の接触確率を増やす」という二律背反を定式化した。彼女の論文は、地下鉄改札での傘先端衝突を確率分布として示した最初期の研究として知られる。
ただし、彼女が実際にで測定したのはわずかであり、のちに「雨の少ない年のデータを雨の多い理論に当てはめた」と批判された。とはいえ、彼女の図版に描かれた傘の断面図は非常に美しく、学会ポスター賞を受賞した。
中村 省吾[編集]
は、傘の骨数と風切り音の関係を研究した技術者である。彼は、百貨店の販促部門と共同で「音のしない傘」の試作を行い、骨の接合部に製の微小ダンパーを装着した。
実験では風速を超えると逆に音程が上がるという奇妙な結果が得られたため、研究は失敗とみなされたが、後にこれが「雨天時の心理的安心音」として再評価され、駅前販売の訴求文句に流用された。
社会的影響[編集]
この学問は、単に傘の耐久性を高めただけでなく、日本の雨天行動様式そのものを変えたとされる。とくににおける透明傘の規格統一は、レジ横商品配置、傘立ての深さ、さらには自動扉の開閉速度にまで波及した。
頃には、の一部オフィスで「傘の先端を下げて歩く研修」が導入され、受講者の肩濡れ率が低下した一方、歩行姿勢がやや猫背化する副作用が報告された。これに対し、姿勢研究者は「雨の日だけ礼儀が前屈みになる」と評した。
また、観光業への影響も大きい。では、寺社参道の風向きと透明傘の反射が写真映えに与える影響をめぐり、撮影許可の基準に「傘反射指数」が暫定採用された。なお、反射指数の算出式は現在も公表されているが、係数の一部が黒塗りのままである。
批判と論争[編集]
本分野への批判として最も有名なのは、「傘を流体として扱うのは、日用品への過剰な学術化である」というものである。とりわけの年次大会では、ある査読者が「傘はまず盗まれる。流れ以前に所有の問題である」と発言し、会場が一時ざわついた。
また、透明傘の普及を背景に、研究資金が「実験用傘」の購入に偏ったことも論争となった。年度報告書によれば、の消耗品費のうちが傘ビニール修理テープと骨補強ワイヤーに充てられたが、この数字は後に「桁が自然すぎて逆に怪しい」と指摘されている[5]。
一方で、最も奇妙な批判は「傘の中で聞こえる雨音が、実験者の判断を楽観的にする」という心理学的指摘である。これに対して研究側は、雨音の周波数帯をとして扱うことで反論したが、結局のところ聞く者の気分次第であると結論づけられた。
脚注[編集]
関連項目[編集]
脚注
- ^ 佐伯 恒一『都市雨天下における透明傘の空力安定性』日本流体機械学会誌 第27巻第4号, 1981, pp. 211-229.
- ^ 中村 省吾『ビニール傘骨組みの非線形座屈と反転渦』機械工学論文集 Vol. 54, No. 2, 1989, pp. 88-103.
- ^ Marjorie K. Anderson, 'Pedestrian Umbrella Collisions in Tokyo Stations', Journal of Urban Aerodynamics Vol. 12, No. 1, 1986, pp. 15-41.
- ^ 田所 由美子『傘布面の張力分布と雨滴滑走の関係』東京計量出版, 1990, pp. 44-76.
- ^ Edward L. Finch, 'On the Acoustic Comfort of Clear Umbrellas', Proceedings of the Metropolitan Weather Society Vol. 8, No. 3, 1991, pp. 301-318.
- ^ 日本傘流体学会編『透明傘標準仕様書 第3版』城北雨水研究所, 1994.
- ^ 高橋 伸一『歩行速度と持ち手角の位相差に関する一考察』都市生活工学レビュー 第6巻第2号, 1997, pp. 9-27.
- ^ Margaret A. Thornton, 'Load Transfer in Disposable Canopies', Applied Civic Mechanics Vol. 19, No. 4, 2002, pp. 402-419.
- ^ 小林 由紀『駅前ロータリーにおける傘反射指数の運用』関東都市環境紀要 第11巻第1号, 2004, pp. 63-81.
- ^ 佐伯 恒一・マージョリー・K・アンダーソン『雨天歩行のための流体構造連成入門』海鳴社, 1993, pp. 5-214.
外部リンク
- 日本傘流体学会
- 城北雨水研究所
- 都市雨天工学アーカイブ
- 傘風洞データベース
- 歩行者風環境センター