JP2967196B1 - 耐圧性気球およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】耐圧性が高く、また構造が簡単で製造が容易な
ガス袋を備えた気球を提供する。 【解決手段】ガス袋１１を形成するゴア１３の幅および
長さを自然型のガス袋のゴアの形状の幅および長さより
大きくし、またロードテープ１４は自然型のゴアの側縁
部の周長と等しくし、上記のゴア１３の縁部を短縮した
状態でロードテープ１４に接合し、この幅および長さの
余剰分でゴアを膨出させ、その曲率半径を小さくして耐
圧性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成層圏観測用の気
球等、高空用の気球に関する。さらに特定すれば、本発
明は内圧に耐えるガス袋を備え、より高い高度をより長
時間飛翔することができる耐圧気球を提供するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、高空を飛翔する気球として、
たとえば高度３０〜４０Ｋｍの成層圏を飛翔する科学観
測用大気球がある。このような高空用の気球は、上昇と
ともにガス袋が膨脹し、最大高度に達してこのガス袋が
最大容積となると、ガス袋の下部に形成されている排気
口等から総重量の１０％程度の自由浮力分のガスが排出
され、一定の高度を維持して飛翔する。

【０００３】しかし、日没とともにガス袋内のガスの温
度が低下するので、ガスの浮力が全浮力の７〜１０％減
少し、気球の高度が低下する。したがって、日没後に高
度を一定に維持するには、バラストを投下してこの浮力
の減少分を補償する必要がある。このため、たとえば数
日間の長時間の飛翔を行う気球の場合には、上記のよう
な高度維持のために多量のバラストを搭載しておく必要
がある。

【０００４】たとえば、南極より観測気球を打ち上げ、
夏期に成層圏に吹く周回風に乗せて１０日程で一周させ
る科学観測気球の場合には、３００Ｋｇの搭載重量のう
ち、その約半分が上記の高度維持用のバラスト重量であ
った。

【０００５】このため、上記のようなバラストの消費量
を減少させ、より長時間の飛翔を可能とし、またペイロ
ードを増加させることが要望されている。このような要
望を満足させる手段として、耐圧性のガス袋を備えたい
わゆるスーパープレッシャー気球がある。

【０００６】このスーパープレッシャー気球は、内圧に
耐える耐圧性のガス袋を備えており、最大高度に達して
ガス袋が最大容積となった後にも上昇浮力分のガスを排
出せず、ガス袋の最大容積および内部のガスの圧力を維
持したまま、大気密度の低下により浮力が減少して一定
の高度で水平飛翔する。このようなスーパプレッシャー
気球は、日没後にガスの温度が低下しても、ガス袋内の
ガス圧が低下するだけでこのガス袋の最大容積は変化せ
ず、バラストを投下することなく最大高度を維持したま
ま水平飛翔を維持することができる。これによって、従
来のように大量のバラストを消費することがなく、より
長時間の飛翔が可能となり、またペイロードも増加す
る。

【０００７】ところで、このようなスーパープレッシャ
ー気球を実現するには、内圧に耐える耐圧性のガス袋が
必要となる。このガス袋の耐圧性を高めるには、より軽
量でより強度の高い被膜材料を使用すれば良いが、現在
開発されている被膜材料では、たとえばガス袋の容積が
１００，０００立方メートル、半径約１００ｍの大形の
耐圧気球を製造することは困難であった。

【０００８】このため、上記のようなスーパープレッシ
ャー気球をより大形化、高性能化するには、被膜材料の
開発とともに、より高い内圧に耐えるようなガス袋の構
造も開発する必要がある。

【０００９】ここで、本発明の理解を容易にするため、
図８ないし図１１を参照して一般的な気球の構造を説明
する。図中の１はガス袋で、このガス袋１の内部にはた
とえばヘリウム等が充填され、浮力を発生する。また、
このガス袋１には、観測機器２等のペイロードが搭載さ
れる。なお、実際の気球では、ガスの排出やバラストの
投下等を行う各種の制御機器が搭載されるが、図中では
省略する。

【００１０】上記のガス袋１は、概略的に球形をなして
おり、図１０に示すようなガス袋を縦にＮ等分した紡錘
形の被膜片、すなわちゴア３を多数接合して構成されて
いる。これらのゴア３は、軽量で高強度の織布、または
プラスチックフイルム等の被膜材料で形成され、互いに
その両側縁部を縫合または接着され、ガス袋１を構成し
ている。また、これらのゴア３の縫合または接着線に沿
って、高張力に耐えるロードテープ４が縫い込まれ、ま
たは接着される。これらのロードテープ４は、これらゴ
ア３相互の接合強度を高める他、観測機器２等の荷重を
分散して各ゴア３に伝達し、またこのガス袋１の形状を
所定の形状に維持する。

【００１１】このガス袋１の形状は、通常は自然型と称
される形状が用いられる。この自然型の形状は、内部の
ガスの浮力、被膜材料の各部に作用する重力、その他が
釣り合った状態で被膜材料の縦方向（子午線の方向）に
のみ張力が発生し、これと直交する周方向には張力が発
生しないように規定された形状のことである。すなわ
ち、被膜材料の任意の部分の縦方向の張力をＴm 、被膜
材料に作用する圧力をＰ、この被膜材料の部分の曲率半
径をＲm 、微小部分に被膜材料に作用する重力の被膜接
線方向の分力をｄＷm とすると、 Ｔm ＝Ｐ・Ｒm ＋ｄＷm …（１） となる。

【００１２】ここで、縦方向ｙの位置の被膜材料に作用
する圧力Ｐは、ガス袋内のガスの密度と外気の密度との
差ｄρにより発生する圧力とガス袋の底部のバイアス圧
力をＰ0 との和となり、重力加速度をｇとすれば、 Ｐ＝Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・ｙ …（２） である。

【００１３】また、ガス袋の形状を関数ｙ＝ｆ（ｘ）で
表せば、被膜材料の縦方向の曲率半径Ｒm は、 Ｒm ＝（１＋ｙ´２）３／２／ｙ´´ …（３） である。したがって、これを上記の（１）式に入れて、
ｙの微分方程式とし、張力Ｔm にｄＷm 成分を組み入れ
ながらガス袋の下部から積分することにより、このガス
袋の自然型を求めることができる。

【００１４】本明細書においては、上記の（１）ないし
（３）ような関係から定まり、前述のように、内部のガ
スの浮力、被膜材料の各部に作用する重力、その他が釣
り合った状態で被膜材料の縦方向（子午線の方向）にの
み張力が発生し、これと直交する周方向には張力が発生
しないように規定された形状を自然型と称するものとす
る。

【００１５】なお、上記の各ゴア３を構成する被膜材料
に伸縮性が全く無いと仮定した場合には、このガス袋１
の横断面の形状は、図９に示すように各ゴア３の断面形
状が２点鎖線３ａに示すように直線状となり、多角形の
形状となる。しかし、実際には、これらゴア３を構成す
るフイルムには伸縮性があるので、内部のガス圧により
図９に実線で示すように円形の断面形状となる。また、
これらゴア３がさらに引き伸ばされる場合には、各ゴア
３は図９の破線３ｂに示すように外側に略円弧状に膨出
し、各ロードテープ４にはこれらを外側に膨出させるよ
うな荷重が作用するが、この荷重はロードテープ４の張
力により支承される。

【００１６】ところで、このようなガス袋１に内圧が作
用した場合には、被膜材料に発生する引張応力は、この
被膜材料の外側への膨出の曲率半径に比例する。したが
って、上記の図９に示すゴア３の膨出３ｂをより大き
く、すなわちこれらのゴア３の曲率半径をより小さくす
ることにより、内圧に対するガス袋の耐圧性が高くな
り、上述したようなスーパープレッシャー気球を製造す
る場合には有利である。

【００１７】しかし、従来の気球では、上記のゴア３の
膨出は、これらゴアを構成する被膜材料の伸びに依存し
ていたが、その伸びには限界があるため、これらゴア３
の膨出量を大きく、すなわち曲率半径を十分に小さくす
ることはできなかった。

【００１８】このゴア３の膨出を大きくする方法として
は、たとえば図１１に示すように、このゴア３の斜線で
示す部分３ｃを切除してその縁部を縫合または接着する
ことにより、立体的な形状のゴア３を形成し、これらを
前記のように縫合または接着してガス袋を形成するもの
がある。

【００１９】しかしながら、このようなものは、各ゴア
３に多数の縫合線や接着線が形成され、その強度が低下
するとともに重量も増加し、また漏洩等の発生する可能
性が増大して信頼性が低下する。また、このようなもの
は、製造工程が著しく増加し、製造コストの上昇を招く
という不具合がある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の事情に
基づいてなされたもので、ゴアの被膜材料の曲率半径を
小さくすることによってガス袋の耐圧性を高め、かつ構
造が簡単で製造が容易であるとともに、信頼性も高い気
球およびこれを製造する方法を提供するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された本
発明の気球は、各ゴアの形状寸法は、上記のガス袋の被
膜材料に縦方向の張力のみ発生し周方向には張力が発生
しないと規定された自然型の形状に対して、その幅およ
び長さが大きく形成されており、また上記のロードテー
プの長さは、上記のゴアの自然型の形状の両側縁部の長
さに対応した長さに設定されており、上記の各ゴアは、
それらの両側縁部が上記のロードテープの長さに対応し
た長さに均一に皺が形成されて短縮された状態で上記の
ロードテープに接合されており、上記のガス袋内にガス
が充填された場合に上記の各ゴアの被膜材料は上記のロ
ードテープの間で外側に膨出することを特徴とするもの
である。

【００２２】したがって、これらのゴアはその幅および
長さが自然型の形状より大きく設定されているが、ロー
ドテープは自然型の形状の両側縁部の周長と等しいた
め、上記のようにこの余剰分だけ各ゴアがガス袋の周方
向および縦方向に膨出する。よって、これら各ゴアの部
分の曲率半径が小さくなり、内圧に対する耐圧性がより
向上する。また、これらゴアは接合線のない単一の被膜
片から構成されているので、構造が簡単で接合箇所の増
加はなく、重量や工程の増加、強度の低下や漏洩の可能
性の増加等を招くこともない。

【００２３】また、請求項２に記載の本発明の気球は、
前記のガス袋の最大半径の位置に対応した各ゴアの位置
Ｙ0 の被膜材料の外側への膨出の曲率半径Ｒarc,0 とし
た場合に、各ゴアの任意の位置における被膜材料の外側
への膨出の曲率半径Ｒarc は Ｒarc ≦Ｒarc,0 としたことを特徴とするものである。

【００２４】前記のように、各ゴアの被膜材料を外側に
膨出させた場合に、上記の最大半径に対応した位置の被
膜材料の外側への膨出の曲率半径Ｒarc,0 が最も大きく
なり、この部分の耐圧強度が最も低くなる。したがっ
て、被膜材料の引張強度その他の条件から、この曲率半
径Ｒarc,0 を設定し、各ゴアの任意の位置の被膜材料の
外側への膨出半径Ｒarc をこのＲarc,0 と等しいかそれ
以下とすることにより、任意の位置の被膜材料の耐圧強
度は少なくとも上記の最大半径に対応した部分の耐圧強
度より小さくなることはない。

【００２５】したがって、設計が容易となるとともに、
耐圧強度の信頼性が向上する。また、実際のゴアの設計
に関しては、上記の条件のみを満足させれば耐圧強度の
点では問題がなくなるので、ゴアの形状の自由度が増
し、製作上、またはその他の要求に対して設計の自由度
も向上する。

【００２６】また、請求項３に記載の気球は、前記のガ
ス袋の内部のガスの密度と外気の密度との差をｄρ、ガ
ス袋の底部のバイアス圧力をＰ0 とし、前記のガス袋の
最大半径の位置に対応した各ゴアの位置Ｙ0 の被膜材料
の外側への膨出の曲率半径Ｒarc,0 とし、また各ゴアの
縦方向の位置をＹとした場合に、これらゴアの任意の位
置における被膜材料の外側への膨出の曲率半径Ｒarc
を、 Ｒarc ＝Ｒarc,0 ・（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ0 ）／（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ） としたことを特徴とするものである。

【００２７】したがって、これらゴアの被膜材料の各部
に発生する張力が等しくなり、各部に不均一な張力が発
生することによる強度の低下を確実に防止でき、また使
用する被膜材料も最小となり、最も軽量で合理的な構造
となる。

【００２８】また、請求項４に記載の気球は、前記の各
ゴアの中心線の長さＬmeriは、これらゴアの任意の微小
部分の被膜材料の外側への膨出の曲率半径をＲm 、この
微小部分の曲率半径の傾き角をθmとし、またこの微小
部分が外側に膨出した膨出高さをＬexpとし、またこの
膨出によるゴアの中心線の長さの微小増加分ｄＬmeriと
した場合に、この微小増加分ｄＬmeriをガス袋の底部か
ら頂部まで積分した長さ、 Ｌmeri＝∫（Ｌexp ＋Ｒm ）・ｄθｍ としたことを特徴とするものである。

【００２９】したがって、各ゴアの被膜材料が外側に膨
出することによりこのゴアの中心部の長さが縦方向に延
長される分だけ、このゴアの長さが予め延長されてお
り、各ゴアの被膜材料の各部に発生する縦方向および周
方向のすべての方向の張力が等しくなり、より強度が増
すとともに、ガス袋の形状が極めて安定した最適の形状
となる。

【００３０】また、請求項５に記載の方法は、上記の各
ゴアをその自然型の形状に対して、その幅および長さが
大きな形状の複数のゴアを裁断する工程と、ゴアの自然
型の形状の両側縁部の長さに対応した長さにロードテー
プを切断する工程と、上記の各ゴアの両側縁部を互いに
接合するとともに、これらゴアの両側縁部を上記のロー
ドテープの長さに対応した長さに均一な皺を形成して短
縮せた状態で上記のロードテープに接合する工程、とを
具備したものである。したがって、前記のようなゴアの
部分の膨出した耐圧性の気球を簡単に製造することがで
きる。

【００３１】また、請求項６に記載の方法は、前記のゴ
アの両側縁部およびロードテープの接合工程は、前記の
ゴアの両側縁部を互いに接合するとともに、この接合部
に沿って前記のロードテープが挿入可能な袋状部を形成
する工程と、上記の袋状部内にロードテープを挿入する
工程と、上記の袋状部を挿入したロードテープの長さと
等しい長さに均一に短縮させる工程と、上記の袋状部と
ロードテープとを接合する工程、とを備えたものであ
る。

【００３２】したがって、ゴアの両側縁部を短縮させな
い状態で接合した後にロードテープを袋状部に挿入し、
この後に袋状部を均一に短縮させてロードテープと接合
すれば良く、接合作業が簡単である。

【００３３】また、請求項７に記載の方法は、前記のゴ
アの両側縁部およびロードテープの接合工程は、前記の
ゴアの両側縁部を所定量ずつ短縮させつつロードテープ
と接合するものである。したがって、このゴアの両側縁
部とロードテープとの接合作業が１工程ですみ、能率が
高い。

【００３４】また、請求項８に記載の方法は、前記のゴ
アの両側縁部を上記のロードテープの長さに対応した長
さに均一に皺を形成して短縮せた状態で上記のロードテ
ープに接合する工程は、このゴアの両側縁部とロードテ
ープとを間欠的に接合し、前記のゴアの両側縁部に形成
される皺をこれら間欠的な接合部分の間に形成させるも
のである。したがって、このロードテープとゴアの両側
縁部との間に無理な荷重が作用せず、強度が高くなると
ともに、製造も能率的となる。

【００３５】また、請求項９に記載の方法は、前記のゴ
アの両側縁部を上記のロードテープの長さに対応した長
さに均一に皺を形成して短縮せた状態で上記のロードテ
ープに接合する工程は、このゴアの両側縁部とロードテ
ープとを連続的に接合し、前記のゴアの両側縁部に形成
される皺をこの連続的な接合部分に封入するものであ
る。

【００３６】よって、このゴアの両側縁部の余剰分が微
細な皺となって接合部分に分散されて封入されるので、
ロードテープとゴアの両側縁部との間に作用する荷重が
接合部分に均一に分散され、強度を増すことができ、ま
た作業も簡単となる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図８を参照して
本発明の気球およびその製造方法を説明する。図１ない
し図４には、本発明の耐圧気球の一実施形態を示し、こ
のものはたとえば成層圏を飛翔する科学観測用の大形の
気球である。

【００３８】図中の１１はガス袋であり、このガス袋１
１の内部にはたとえばヘリウム等が充填され、浮力を発
生する。また、このガス袋１１には、観測機器１２等の
ペイロードが搭載される。なお、実際の気球では、ガス
の排出やバラストの投下等を行う各種の制御機器が搭載
されるが、図中では省略する。

【００３９】上記のガス袋１１は、概略的に球形をなし
ており、図３に示すように、ガス袋を縦にＮ等分した紡
錘形のゴア１３を多数接合して構成されている。これら
のゴア１３は、軽量で高強度の織布、またはプラスチッ
クフイルム等の被膜材料で形成され、互いにその両側縁
部を縫合または接着等により接合され、ガス袋１１を構
成している。また、これらのゴア１３の接合線に沿っ
て、高張力に耐えるロードテープ１４が縫い込まれ、ま
たは接着される。これらのロードテープ１４は、これら
ゴア１３相互の接合強度を高める他、観測機器１２等の
ペイロードの荷重を分散して各ゴア１３に伝達し、また
このガス袋１１の形状を所定の形状に維持する。

【００４０】そして本発明においては、上記の各ゴア１
３の形状は、図４に示すような形状に形成されている。
図３中で２点鎖線で描かれた形状１３ａは、前述した自
然型の場合のゴアの形状であり、その縦方向の長さはＬ
ｎ、幅はＬ0 である。

【００４１】そして、本発明の気球のゴア１３は、その
幅Ｌarc,0 が上記の自然型の形状１３ａの幅Ｌ0 より大
きく、また本発明のゴア１３の長さＬmeriは、自然型の
形状１３ａの長さＬn より長く設定されている。

【００４２】また、上記のロードテープ１４の長さは、
上記の自然型の形状１３ａの側縁部の周長と等しく設定
されている。そして、上記の本発明のゴア１３は、その
両側縁部が互いに接合されているとともに、その両側縁
部の周長がロードテープ１４の長さと等しくなるように
均一に短縮された状態でこのロードテープ１４に接合さ
れている。

【００４３】図２には、この気球のガス袋１１の２−２
線に沿う概略的な断面形状を示す。前述したように、各
ゴアが自然型の形状でかつ伸縮性が無いと仮定した場合
には、このゴアは図２中で２点鎖線１３ａで示すよう
に、多角形の形状をなす。しかし、本発明の場合には、
各ゴア１３の幅Ｌarc,0 が自然型り形状１３ａの幅Ｌ0
より広く形成されているので、このガス袋１１の内圧に
より、その余剰分だけ各ゴア１３が外側に略円弧状に膨
出し、その曲率半径が小さくなる。

【００４４】また、このように各ゴア１３が膨出するこ
とにより、各ゴア１３の中心部分はこのガス袋１１の子
午線すなわち経線を含む面内で外側に膨出するが、この
膨出分に見合うだけ、各ゴア１３の長さＬmeri は、自
然型の形状１３ａの長さＬnより大きく形成されてい
る。

【００４５】なお、実際には、これらゴア１３を構成す
る被膜材料には伸縮性があり、上記の各ゴア１３の幅お
よび長さの余裕分の他に、この被膜材料の伸びによって
もこれら各ゴア１３が外側に膨出している。また、この
実施形態では、好ましくはこれら各ゴアは、ガス袋１１
の最大半径の位置に対応する部分では、隣接するロード
テープ１４の間に略半円形に膨出しており、このような
膨出状態において曲率が最小となり、これ以上の膨出の
必要はない。

【００４６】また、この実施形態において、上記のよう
に各ゴア１３の被膜材料を外側に膨出させた場合に、上
記の最大半径の位置においてその外側への膨出の曲率半
径Ｒarc,0 が最大となり、この部分における被膜材料の
引張応力が最大となり、この部分の耐圧強度は最も低く
なる。

【００４７】したがって、与えられた条件、すなわち被
膜材料の引張強度、耐圧性、その他の条件から、この部
分の曲率半径Ｒarc,0 を設定し、各ゴア１３のその他の
任意の位置の被膜材料の外側への膨出の曲率半径をＲar
c とすれば、 Ｒarc ≦Ｒarc,0 …（４） とすることにより、任意の位置での耐圧強度は少なくと
も上記の最大半径の部分より低くなることはない。した
がって、この（４）式の条件を満足するようにゴア１３
の形状を決定すれば、ゴア１３の任意の位置の耐圧強度
をそれぞれ算定する必要はなく、設計が容易となり、ま
たこのガス袋全体の耐圧強度の信頼性を確実に保証する
ことができる。

【００４８】また、上記の条件を満足する範囲で、ゴア
１３の形状を任意に設定しても、少なくとも耐圧強度は
保証されるので、製作上の都合や、その他の条件に対応
してこれらゴア１３の形状を設定することが可能とな
り、設計の自由度を向上させることができる。

【００４９】また、上記のガス袋１１を構成する各ゴア
１３の各部分において、その被膜材料に生じる張力が互
いに等しく、均一であることが最も合理的であり、この
気球を最も軽量でかつ耐圧性の高いものとすることがで
きる。

【００５０】この実施形態では、各ゴア１３の形状等
が、上記のようなさらに最適なものとなるように設定さ
れており、以下これらゴア１３の形状と被膜材料の外側
への膨出の曲率半径等との関係を図４を参照して説明す
る。

【００５１】図４には、ゴア１３の任意の微小部分を模
式的に示す。この任意の位置の微小部分での被膜材料の
外側への膨出の曲率半径をＲm 、曲率半径の傾き角度を
θm、ロードテープ１４の本数すなわちゴア１３の枚数
をＮとする。このゴア１３の各部のうち、最も曲率半径
の大きくなる部分の曲率半径をＲarc,0 は、ガス袋１１
の最大半径Ｘmax とすれば、 Ｒarc,0 ≧Ｘmax ・π／Ｎ …（５） となる。そして、この高さ位置すなわち縦方向の位置を
Ｙ0 とし、任意の縦方向の位置において、被膜材料に作
用する圧力Ｐは、前述の（２）式と同様に、 Ｐ＝Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ0 …（２´） となる。

【００５２】ここで、被膜材料の子午線方向すなわち縦
方向の張力が十分に小さいとすれば、任意の縦方向位置
Ｙで被膜材料の張力が一定になるための曲率半径Ｒarc
は、 Ｒarc ・（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ）＝Ｒarc,0 ・（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ0 ） …（６） であるので、 Ｒarc ＝Ｒarc,0 ・（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ0 ）／（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ） …（７） となる。

【００５３】なお、実際の気球では、使用する被膜材料
にある程度の伸びがあるので、必ずしも上記のような寸
法に正確に対応していない場合がある。しかし、一般的
には、上記の（７）式から明らかなように、ガス袋１１
の下部から上部にゆくに従って各ゴア１３の部分の曲率
半径Ｒarc を小さくしてゆけば良く、各ゴア１３の展開
平面形状もこのような特性に対応して設定することが好
ましい。

【００５４】また、これらゴア１３の展開形状の各部の
幅は、上記の関係から求めた曲率半径で膨出した被膜材
料の円弧の長さであり、この円弧の長さＬarc は、 Ｌarc ＝２・Ｒarc ・θ１ …（８） である。

【００５５】また、このように各ゴア１３が周方向に所
定の曲率半径で膨出した場合の、自然型の形状のゴアの
中心線からの膨出高さＬexp は、 Ｌexp ＝Ｒarc ・（１−ｃｏｓ（θ１）） …（９） である。ここで、θ１は曲率半径Ｒarc が隣接するロー
ドテープ間で張る角度の１／２であって、 θ１＝ｓｉｎ-1（Ｌ１／Ｒarc ） …（１０） である。ここで、Ｌ１はロードテープの間の周方向の距
離の１／２であって、その位置のガス袋の半径をＸとす
れば、 Ｌ１＝Ｘ・π／Ｎ …（１１） である。

【００５６】したがって、上記のようにゴア１３の各部
が周方向に外側に膨出した場合に、この微小部分の傾斜
角θm の微小角度ｄθm についてのゴア１３の子午線方
向の中心線ＣＬの長さの増加分ｄＬmeriは、 ｄＬmeri＝（Ｌexp ＋Ｒm ）・ｄθm …（１２） であり、よってこの場合のゴア１３の中心線ＣＬの長さ
Ｌmeriは上記の式をガス袋の底部から頂部まで積分した
式、 Ｌmeri＝∫（Ｌexp ＋Ｒm ）・ｄθm …（１３） で求めることができる。

【００５７】このように、各ゴア１３の周方向の曲率半
径に対応して、このゴア１３の中心線ＣＬの長さを上記
のように設定することにより、これらゴア１３が外側に
膨出した場合に、これらゴア１３に縦方向の無理な張力
が発生しない。したがって、上記のような形状および寸
法に設定することにより、ゴア１３の各部が全方向にわ
たって均一な張力になり、最も耐圧強度が高く、また軽
量である最適の形状となる。

【００５８】上記のように、この気球のガス袋１１は、
これを構成するゴア１３の幅および長さが自然型の形状
の幅および長さより大きく設定されているので、被膜材
料の伸びに本質的に依存せず、これらゴア１３を大きく
外側に膨出させることができる。よって、その曲率半径
を小さくでき、このガス袋１１がより高い内圧に耐える
ことができる。

【００５９】また上記のように、ゴア１３の膨出量は基
本的にその被膜材料の伸びに依存することはないので、
各ゴアの幅および長さの余剰分により任意に設定するこ
とができる。したがって、図２に示すように、各ゴア１
３を略半円形に膨出させ、その曲率半径を最小にして耐
圧性を最大にすることができる。

【００６０】また、このものは、各ゴア１３が接合部の
無い単一片のものであるから、構造が簡単であり、また
接合部の増加を招くことがなく、重量の増加、製造工程
の増加、強度の低下や漏洩の可能性の増加等の不具合を
招くこともない。

【００６１】なお、前述の如く、実際の気球の被膜材料
は伸びがあるので、設計の際には、上記のような形状、
寸法の関係にこの被膜材料の伸び分を加味して設計する
ことが好ましい。この場合でも、被膜材料の伸び率を考
慮しただけで、基本的には上記のような形状、寸法の関
係に従うものであることはもちろんである。

【００６２】なお、上記のような気球は、各ゴア１３の
両側縁部の周長さがロードテープ１４より長くなるの
で、これらを縫製または接着等により接合する場合に、
ゴア１３の両側縁部に皺が発生するので、特別な接合作
業が必要となる。

【００６３】次に、上記のようにゴアとロードテープを
接合して気球のガス袋１１を製造する方法を説明する。
図５および図６には、製造方法の第１の実施形態を示
し、このものはゴア１３を縫合により接合する場合に適
したものである。

【００６４】この方法では、まず図５に示すように、２
枚のゴア１３の側縁部を接合する際にこれら縁部を重ね
合わせて２列の縫合線２３により縫合し、袋状部２０を
形成する。

【００６５】次に、この袋状部２０に等間隔に目盛２１
を付し、またロードテープ１４にも等間隔に目盛２２を
付す。これらの目盛２１と目盛２２の間隔は、このロー
ドテープ１４の長さとゴア１３の側縁部の周長との比、
すなわち短縮率に対応するように設定されている。

【００６６】次に、このロードテープ１４を上記の袋状
部２０内に挿入する。そして、この袋状部２０を短縮さ
せてその各目盛２１とロードテープ１４の目盛２２と一
致させる。これによって、このゴア１３の縁部の袋状部
２０は、このロードテープ１４の長さと等しい長さに均
一に短縮される。

【００６７】次に、この袋状部２０の被膜材料に均一に
微細な皺が形成されるように、各目盛２１間の部分も均
一に短縮する。そして、この袋状部２０とロードテープ
１４とを縫合する。

【００６８】なお、上述したように、上記の袋状部２０
の短縮率が小さい場合には、この袋状部２０の被膜材料
に形成された微細な皺は、各縫目内に分散して縫い込ま
れ、大きな皺が縫い込まれることはない。なお、場合に
よっては、このロードテープ１４との縫合は連続させず
に、断続的に縫合してもよく、縫合されていない部分に
被膜材料の皺または弛みを形成してもよい。

【００６９】この方法は、ゴア１３の側縁部を短縮しな
い状態で縫合し、この後に袋状部にロードテープ１４を
挿入してからこの袋状部２０を短縮してロードテープ１
４と縫合するので、作業が容易である。

【００７０】また、図７および図８には、本発明の製造
方法の第２の実施形態を示す。方法は、たとえばプラス
チックフイルム等の被膜材料からなるゴアを接着または
溶着等により接合する場合に適したものである。

【００７１】すなわち、まず図７に示すような作業台３
０を用意する。この作業台３０の上面には複数の棒状の
スペーサ３２が等間隔に配置され、これらのスペーサ３
２はその長手方向に抜き去ることが可能である。そし
て、このような作業台３０の上にゴア１３の一部を載置
する。この場合に、このゴア１３の被膜材料は、上記の
スペーサ３２に対応した波形に屈曲し、所定の弛みが付
与される。

【００７２】次に、このような作業台３０上に載置され
た２枚のゴア１３およびロードテープ１４を図８に示す
ようなローラを用いて順次接合する。すなわち、この２
枚のゴア１３の縁部は重ね合わされ、２列の接着線また
は溶着線等の接合線３５に沿って接合される。そして、
これらの接合線３５の間にロードテープ１４が配置さ
れ、このロードテープ１４とゴア１３の被膜材料とが接
着または溶着等により接合される。

【００７３】この場合に、上記の接合線３５の部分は、
それぞれ一対のローラ３３の間に挟圧保持される。ま
た、上記のロードテープ１４の部分も、一対のローラ３
４により挟圧保持される。そして、上記のローラ３３，
３４を回転させ、ロードテープ１４およびこのゴア１３
の被膜材料の接合線３５の部分をそれぞれＶ１，Ｖ２の
速度で送る。

【００７４】上記のロードテープ１４の送り速度Ｖ１
と、接合線３５の部分の送り速度Ｖ２とは、ロードテー
プ１４の長さと、ゴア１３の側縁部の周長との比すなわ
ち接合の際の短縮率に対応して設定されており、この接
合線３５の部分の送り速度Ｖ２の方が早い。

【００７５】したがって、この被膜材料の接合線３５の
部分には、連続的に皺または弛みが発生し、ロードテー
プ１４に対してゴア１３の縁部の被膜材料の余剰分が均
一に分散され、最終的には、このロードテープ１４の両
端とゴア１３の縁部の両端とは一致する。

【００７６】そして、この方法では、図８に示すよう
に、端部から順次被膜材料に皺または弛みを均一に付与
しながら、順次このゴア１３の被膜材料同志、およびロ
ードテープ１４を一体的に接着または溶着等により接合
する。

【００７７】なお、前記のように、これらゴア１３の被
膜材料は作業台３０上のスペーサ３２により弛み３２ａ
が付与されているので、上記のように被膜材料を早く送
る場合でも、他の部分が引張られることはない。なお、
前記のスペーサ３２は、この接合が進行してゆくに従っ
て順次引き抜かれるので、邪魔になることはない。

【００７８】また、この実施形態では、ゴア１３とロー
ドテープ１４とは接合部分３６によって間欠的に接合さ
れ、これらの接合部分にゴア１３の被膜材料の皺または
弛みを均一に形成する。もちろん、前述のように、この
ゴア１３の縁部の短縮率を小さく設定すれば、このゴア
１３の被膜材料に微細な皺または弛みを形成し、これを
分散して接合部分にシールすることも可能である。

【００７９】この方法は、ゴア１３の縁部に順次皺また
は弛みを均一に形成しつつロードテープ１４と順次接合
して行くので、製造が能率的である。

【００８０】また、上記のような製造方法の場合に、隣
接する２枚のゴア１３の縁部を皺を発生させずに先に接
合し、この後にこれらゴアの縁部に皺または弛みを形成
しながら間欠的または連続的にロードテープ１４と接合
してもよい。また、上記のように、これらゴア１３の縁
部とロードテープ１４を同時に接合してもよい。

【００８１】また、ゴア１３とロードテープ１４との接
合は、ゴア１３の縁部の間にロードテープ１４を挟んで
接合してもよい。また、ゴアの縁部の接合部を２本のロ
ードテープの間に挟んで接合してもよい。さらに、ゴア
の縁部の接合部の片面側にロードテープを配置して接合
しても良い。

【００８２】また、ゴアの縁部を接合するとともに、こ
の接合部に補助テープを皺や弛みなく接合し、この後に
この補助テープおよびゴアの縁部に皺や弛みを与えつつ
ロードテープと接合しても良い。このような補助テープ
を使用することにより、ゴアの縁部とロードテープとの
接合強度がより向上する。

【００８３】なお、本発明は上記の実施形態には限定さ
れない。たとえば、本発明は科学観測用の気球には限定
されず、その他の用途の気球一般に適用可能である。

【００８４】

【発明の効果】上述の如く本発明の気球は、ゴアの幅お
よび長さが自然型の形状より大きく設定されているが、
ロードテープは自然型の形状のゴアの両側縁部の周長と
等しいため、この余剰分だけ各ゴアがガス袋の周方向お
よび縦方向に膨出する。よって、これら各ゴアの部分の
曲率半径が小さくなり、内圧に対する耐圧性がより向上
する。また、これらゴアは接合線のない単一の被膜片か
ら構成されているので、構造が簡単で接合箇所の増加は
なく、重量や工程の増加、強度の低下や漏洩の可能性の
増加等を招くこともない。

【００８５】また、本発明の方法によれば、上記のよう
なゴアの部分の膨出した耐圧性の気球を簡単に製造する
ことができる等、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気球の一実施形態の概略側面図。

【図２】図１の２−２線に沿う概略断面図。

【図３】図１の気球のゴアの展開図。

【図４】ゴアの各部の寸法関係を示す概略的な斜視図。

【図５】本発明の製造方法の第１の実施形態の説明図。

【図６】図５の６−６線に沿う断面図。

【図７】本発明の製造方法の第２の実施形態に使用する
作業台の説明図。

【図８】本発明の製造方法の第２の実施形態の説明図。

【図９】従来の気球の一実施形態の概略側面図。

【図１０】図９の１０−１０線に沿う概略断面図。

【図１１】従来の気球のゴアの展開図。

【図１２】従来の気球の別のゴアの展開図。

【符号の説明】

１１ ガス袋 １３ ゴア １３ａ 自然型の形状のゴア １４ ロードテープ ２０ 袋状部 ３３，３４ ローラ ３６ 接合線

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Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密性の被膜材料から形成された紡錘形
   の複数のゴアをその両側縁部を互いに接合するととも
   に、これらゴアの両側縁部の接合部に沿って張力に耐え
   るロードテープを取り付けたガス袋を備え、このガス袋
   が最大容積まで膨張した後も上昇浮力分のガスを排出せ
   ずに内部のガスの圧力を維持する耐圧性の気球であっ
   て、 上記の各ゴアの形状寸法は、上記のガス袋の被膜材料に
   縦方向の張力のみ発生し周方向には張力が発生しないと
   規定される自然型の形状に対して、その幅および長さが
   大きく形成されており、 また上記のロードテープの長さは、上記のゴアの自然型
   の形状の両側縁部の長さに対応した長さに設定されてお
   り、 上記の各ゴアは、それらの両側縁部が上記のロードテー
   プの長さに対応した長さに均一に皺が形成されて短縮さ
   れた状態で上記のロードテープに接合されており、 上記のガス袋内にガスが充填された場合に上記の各ゴア
   の被膜材料は上記のロードテープの間で外側に膨出する
   ことを特徴とする耐圧性気球。
2. 【請求項２】 前記のガス袋の最大半径の位置に対応し
   た各ゴアの位置Ｙ0の被膜材料の外側への膨出の曲率半
   径Ｒarc,0 とした場合に、各ゴアの任意の位置における
   被膜材料の外側への膨出の曲率半径Ｒarc は、 Ｒarc ≦Ｒarc,0 としたことを特徴とする請求項１の耐圧性気球。
3. 【請求項３】 前記のガス袋の内部のガスの密度と外気
   の密度との差をｄρ、ガス袋の底部のバイアス圧力をＰ
   0 とし、前記のガス袋の最大半径の位置に対応した各ゴ
   アの位置Ｙ0の被膜材料の外側への膨出の曲率半径Ｒar
   c,0 とし、また各ゴアの縦方向の位置をＹとした場合
   に、これらゴアの任意の位置における被膜材料の曲率半
   径Ｒarc を、 Ｒarc ＝Ｒarc,0 ・（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ0 ）／（Ｐ0 ＋ｄρ・ｇ・Ｙ） としたことを特徴とする請求項１の耐圧性気球。
4. 【請求項４】 前記の各ゴアの中心線の長さＬmeriは、
   これらゴアの任意の微小部分の被膜材料の外側への膨出
   の曲率半径をＲm 、この微小部分の曲率半径の傾き角を
   θm とし、またこの微小部分が外側に膨出した膨出高さ
   をＬexp とし、またこの膨出によるゴアの中心線の長さ
   の微小増加分ｄＬmeriとした場合に、この微小増加分ｄ
   Ｌmeriをガス袋の底部から頂部まで積分した長さ、 Ｌmeri＝∫（Ｌexp ＋Ｒm ）・ｄθｍ としたことを特徴とする請求項１の耐圧性気球。
5. 【請求項５】 気密性の被膜材料から形成された紡錘形
   の複数のゴアをその両側縁部を互いに接合するととも
   に、これらゴアの両側縁部の接合部に沿って張力に耐え
   るロードテープを取り付けたガス袋を備え、このガス袋
   が最大容積まで膨張した後も上昇浮力分のガスを排出せ
   ずに内部のガスの圧力を維持する耐圧性の気球を製造す
   る方法であって、 上記の各ゴアをその自然型の形状に対して、その幅およ
   び長さが大きな形状の複数のゴアを裁断する工程と、 ゴアの自然型の形状の両側縁部の長さに対応した長さに
   ロードテープを切断する工程と、 上記の各ゴアの両側縁部を互いに接合するとともに、こ
   れらゴアの両側縁部を上記のロードテープの長さに対応
   した長さに均一に皺を形成して短縮せた状態で上記のロ
   ードテープに接合する工程、とを具備したことを特徴と
   する耐圧性気球の製造方法。
6. 【請求項６】 前記のゴアの両側縁部およびロードテー
   プの接合工程は、 前記のゴアの両側縁部を互いに接合するとともに、この
   接合部に沿って前記のロードテープが挿入可能な袋状部
   を形成する工程と、 上記の袋状部内にロードテープを挿入する工程と、 上記の袋状部を挿入したロードテープの長さと等しい長
   さに均一に皺を形成して短縮させる工程と、 上記の袋状部とロードテープとを接合する工程、とを備
   えたことを特徴とする請求項５の耐圧性気球の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記のゴアの両側縁部およびロードテー
   プの接合工程は、前記のゴアの両側縁部を所定量ずつ短
   縮させて均一に皺を形成しつつロードテープと接合する
   ことを特徴とする請求項５の耐圧性気球の製造方法。
8. 【請求項８】 前記のゴアの両側縁部を上記のロードテ
   ープの長さに対応した長さに均一に皺を形成して短縮せ
   た状態で上記のロードテープに接合する工程は、このゴ
   アの両側縁部とロードテープとを間欠的に接合し、前記
   のゴアの両側縁部に形成される皺をこれら間欠的な接合
   部分の間に形成させることを特徴とする請求項５の耐圧
   性気球の製造方法。
9. 【請求項９】 前記のゴアの両側縁部を上記のロードテ
   ープの長さに対応した長さに均一に皺を形成して短縮せ
   た状態で上記のロードテープに接合する工程は、このゴ
   アの両側縁部とロードテープとを連続的に接合し、前記
   のゴアの両側縁部に形成される皺をこの連続的な接合部
   分に封入することを特徴とする請求項５の耐圧性気球の
   製造方法。