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1894年の夏、あなたがスーズモートを持って、扇風機のスイッチを入れたとしますよね。
そしたら、プロペラが回ると同時に、なんと、頭頂部についた巨大な白熱電球がピカーと光って、顔を真っ白に照らしてくる。
これちょっと想像してみて欲しいんですけど。
えー、スティームパンクの実験室みたいな、かなり異常な光景ですよね。
そうなんですよ。ちょっとしたホラーというか。
でも、実はこれ、日本で最初に発売された扇風機の実際の姿なんですよね。
そうなんです。柴浦製作所、現在の東芝ですね。そこがアメリカの技術を導入して作った直流モーター扇風機なんです。
なるほど。
当時の記録を見ると、確かにモーターの上部に大きな電球が吐き出しで鎮座してるんですよ。
今回の探究に向けて集めた資料を読んでいて、なんか一番最初に脳がバグったのがこの部分でした。
だって涼しくなりたいのに、熱源である白熱電球を光らせるって完全に矛盾してるじゃないですか。
まあ、そう思いますよね。
これ、ただの木を照らしたデザインとかそういうわけではないんですよね。
もちろんです。これはデザインなんかではなくて、当時の未熟な電力インフラが生み出した、何ていうか、苦肉の策というべき構造だったんですよ。
苦肉の策ですか。
1894年当時って、電気は交流ではなく直流で送電されていたんですけど、
送電距離が長くなると電圧が一律しく低下したり、逆に突然跳ね上がったりと、とにかく不安定だったんですね。
コンセントから送られてくる電気の勢いが全然一定じゃなかったと。でも、それがどうして電球につながるんですか。
モーターっていうのは、想定以上の電圧がかかるとコイルが焼き切れて壊れちゃうんですよ。
ショートしちゃうわけですね。
そうです。そこで不安定な電流の逃げ道を作らなければならなかった。つまり、この電球は余分な電力を消費して、モーターへの負荷を一定に保つための抵抗器として機能していたんです。
えっと、じゃあ光らせたくて光らせてたわけじゃない?
全然違います。モーターを守るために、やむを得ず光らざるを得なかったんですよ。
電圧のサージ、そのブレを光と熱に変換して捨てていたわけですか。いや、だからあんなスティームパンクみたいな見た目になっていたんですね。
そういうことです。
今回の情報整理の旅では、この巨大な抵抗器付きの不器用な扇風機から、現代の精密なデジタル家電へと進化してきた道のりを追っていくというのが私たちのミッションになります。
扇風機という一見単純な単一のデバイスを通してですね、日本の電力網の進化とか、流帯力学の発展、そして人間が自然な風をどうやって機械で再現しようと格闘してきたかという、極めてディープなエンジニアリングの歴史を紐解いていきましょう。
よろしくお願いします。その後、1913年の大正時代に入ると、電力インフラも交流送電へと移行していくわけですよね。
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はい、そうです。
そこで、川北電気企業社というメーカーから交流モーターの扇風機が発売されて、ついに量産が始まると。ここで私、少し驚いたのが、当時の価格設定なんですけど。
ええ、かなり高価でしたよね。
1台30円ってありましたよね。当時の公務員の初任給が70円ですから、今の感覚に直すと、1台10万円から15万円の超高級品ってことになりますよね。
そうですね、かなりの高級品です。
そんなものが、なぜ急速に街中に広まっていったんでしょうか。一般家庭には到底買える値段じゃないですよね。
これ、家庭用とじゃなくて、商業用の投資として爆発的に売れたんです。
あ、お店が買ったってことですか。
はい、特に定食屋とかカフェなんかの飲食店が、もうこぞって導入したんですよ。
投資、つまり客寄せパンダとして使ったということですかね。現代でいう無料Wi-Fiやります、みたいな感じで、うちの店は電気の風が吹いてるぞ、みたいな。
まさにその感覚です。現代のエアコン完備の感覚に近いかもしれませんね。夏の暑い時期に汗だくにならずに食事ができる空間っていうのは、それ自体がもう圧倒的な付加価値だったんです。
なるほど。扇風機が回っていること自体がステータスシンボルだったと。
ええ。飲食店にとって涼しさっていうのは、提供できる最高のホスピタリティだったわけです。
技術がまだ高価だった時代、それはまず商業的なサービスとして人々に体験されたわけですね。そして昭和に入って徐々に価格が下がって一般家庭に普及していく。
そうですね。一家に一台の時代がやってきます。
すると今度は単に風が来るだけでは人間は満足できなくなってくる。ここからがいよいよ流体力学とモーター制御の戦いになるわけですね。
その通りです。リスナーのあなたも扇風機を長時間つけっぱなしにしていて体がだるくなったり疲れを感じたりした経験ってないでしょうか?
ありますね。朝起きたら体がすごく重くて喉がカラカラになっているあの不快感ですよね。
ええ。あれはですね、人工的な一定の風が人間の自律神経を混乱させて体温を奪いすぎているから起こる現象なんです。
一定の風がダメなんですか?
はい。自然界の風って決して一定ではないんですよ。そこでメーカーの技術者たちはいかにして自然のそよ風を機械で再現するかという難題に直面したわけです。
なるほど。そこで登場するのがあの有名な技術ですね。1988年に松下成功、今のパナソニックが開発した1F揺らぎ。F分の1揺らぎですね。
はい。大ヒットしましたね。
自然界の小川のせせらぎとか星のまばきが持っている、あの規則性と不規則性が混ざり合ったリズム。でもこれをどうやったモーターの回転に落とし込んだんですか?
そこが気になりますよね。
だって当時のACモーターって強、中、弱くらいしか切り替えられないじゃないですか。
実はそこが技術的なブレイクスルーだったんです。当時のマイコン、マイクロコントローラーを使ってですね、モーターに送る電圧のONとOFFを細かく制御したんですよ。
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ON、OFFを高速で切り替えてたってことですか?
ええ。回転数をランダムに見えつつも、数学的な1Fのカーブを描くようにプログラムしたんです。
マイコンで回転数を意図的にばらけさせたのか?これ、当時のテレビCMのエピソードが資料にあってすごく面白かったんですよ。
あの風船のデモンストレーションですね。
そうなんです。自然な風って目に見えないから、消費者にどう凄さを伝えるか悩んだ営業チームが、扇風機を真上に向けて、そこに風船を浮かべるっていう実験をテレビでやったんですよね。
はい。視覚的な証明としては非常に秀逸なアイディアでした。
一定の風を出し続ける普通の扇風機だと、風船は少しでも中心からずれると、気流から外れてポトッと床に打ちてしまう。でも1F揺らぎの風だと全然違うんですよね。
ええ、落ちないんです。
家族が絶えず変化しているから、風船が気流の乱れに乗って、まるで生きているように空中でフワフワとダンスし続けたという。
あれはすごい視覚効果ですね。
まさに風が単なる空気の塊としてではなく、複雑な波として出力されている証拠ですよね。
なるほどなあ。波ですか。
はい。そしてですね、この風の質を劇的に変えるもう一つの要素が、羽の枚数と形状の進化なんです。
羽の枚数。確かに昔の扇風機って3枚とか4枚羽が主流でしたよね。
ええ。でも最近は7枚あるいは10枚といった多枚数の羽が増えていますよね。
なんか羽の数が多い方が風が強くなりそうなイメージがあるんですけど、実際は逆なんですよね。
そうなんですよ。私の感覚だと昔の4枚羽の方がバチッと重い風が当たる気がするんですけど。
その直感は正しいんです。羽の枚数が少ないとですね、1枚の羽がすくい取る空気の塊が大きくなるんですよ。
塊が大きいからバチッと来るわけですね。
はい。その巨大な空気の塊がドスンドスンと体にぶつかるため、人間はそれを強くて重い風として感じます。
また、羽の先端で空気が剥離する際に大きなカルマンウーズという気流の乱れが発生しまして、
カルマンウーズ。
ええ。これが風切り音の大きな原因にもなるんです。
ああ、あのブオーンっていう音ですね。じゃあ羽を7枚や10枚に増やすと、その空気の塊が細かくスライスされるわけですか?
その通りです。カルマンウーズも小さくなって、より連続的で滑らかな送流に近い風になります。
だから肌当たりがふわっと柔らかく感じるんですよ。
なるほど。細かく切るから柔らかいんだ。でもそれなら単純にモーターをもっとゆっくり回せばいいんじゃないですか?
実はそこで根本的な問題が一つ残っていたんです。それがモーターの最低回転数の限界という壁でした。
限界?
ええ。いくら羽を工夫しても、昔のACモーター、つまり交流モーターでは、微細な送流風を作るほどゆっくり回すことができなかったんです。
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そこなんですよね。そこで近年主流になりつつあるDCモーター、直流モーターの登場につながっていくわけですが。
はい。ここが最大の転換点ですね。
ここ、リスナーのあなたにとってもすごく重要だと思うんですが、ACモーターとDCモーターって具体的に何がどう違うんでしょうか?
そうですね。仕組みからお話ししましょう。
ACモーターはコンセントの交流電気をそのまま使って回るから、常にフルパワーに近い電気が流れていて細かい制御ができないというのはわかるんですが。
ええ。それに対してDCモーターはコンセントから来た交流を内部の基板で一度直流に変換します。
一度変換するんですね?
はい。ここからが重要なのですが、DCモーターの内部には複数の電磁石が配置されていて、インバーターと呼ばれる装置が回転部の位置に合わせてN極とS極を入れ替えるタイミングをミリ秒単位で制御しているんです。
ミリ秒単位での磁極の切り替え。あの、ちょっと待ってください。それって公園のブランコを押すのに似ていませんか?
ブランコですか?
はい。ACモーターは親が目隠しをしたまま常に両手でブランコをグイグイ押し込み続けている状態。だから無駄な力がかかってガクンガクンするし、ゆっくり揺らすのが難しい。
ああ、なるほど。
対してDCモーターは目を開けていて、ブランコが一番高いところに来たドンピシャの一瞬だけ指先でチョンチョンと的確に叩いているような状態じゃないですか?
いや、それは物理学的な本質を見事についた非常に的確なメタファーですね。
やったー。あってましたか?
常に電力を流すのではなく、感性を利用しながら必要な瞬間に必要なだけの磁力を与える。だからこそ消費電力をACモーターの10分の1以下、つまり1時間あたり0.5円以下に抑えられるんです。
10分の1以下。それはすごい省エネですね。
さらに木の葉が触れ合う音レベルの15dBという静音性でモーターを低速で回し続けることが可能になったわけです。
なるほど。だからDCモーター搭載機は赤ちゃんが寝ているときでも邪魔にならないようなあの極上の調備風が作れるんですね。
そういうことです。
羽根の流動力学的な進化とDCモーターの電子制御、この2つが合わさって初めて現代の快適な扇風機が完成したというわけは。
はい。さてここまで扇風機の風の質と広がりについて話してきましたが、家電量販店に行くと全く逆のアプローチで作られた製品が隣に並んでいますよね。
ああ、あれですね。サーキュレーター。
ええ、そうです。
これ本当にみんな悩むポイントだと思うんですよ。扇風機とサーキュレーター。どちらもプロペラで風を起こす機械ですよね。
見た目はかなり似ていますからね。
正直な疑問として扇風機の首振りを止めて上に向けておけばサーキュレーターの代わりになるんじゃないですか。
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わざわざ2つの異なる製品が存在する理由がいまいちわかりません。
一見似ていますが、実は流動力学的な目的が完全に相反しているんです。
相反している?
ええ。扇風機の目的は拡散です。広範囲の人間に柔らかい風を当てるために、空気を散らすように設計されています。
はい、さての多枚数バネの話ですね。
一方、サーキュレーターの目的は直進性なんです。
部屋の空気を拡散するために、遠くの壁や天井まで風の束を崩さずに届ける必要があります。
なるほど、例えるなら扇風機がシャワーヘッドだとしたら、サーキュレーターは高圧洗浄機のノズルみたいなものですかね?
まさにそのイメージです。
でもその直進性ってどうやって作り出しているんですか?やっぱりバネの形ですか?
もちろんバネの形状も違いますが、決定的な違いは前面のガード、つまりカバーの構造なんです。
ガード?あの指を入れないための網ですか?
ええ、扇風機のガードは単なる安全網ですが、サーキュレーターのガードはステーター、つまり清浴と呼ばれる気流を整える役割を持っているんです。
気流を整えるパーツがあったんですか、あれ?
そうなんですよ。放射状や螺旋状に設計された太いスリットを空気が通過することで、風に意図的なひねりが加えられます。
それによって、リュー玉機のような強固な渦巻き状の気流、ボルテックスが形成されるんです。
えー、ガードそのものがノズルとして機能していたのか?
はい。だから普通の扇風機を上に向けても、風が途中で周辺の空気に負けて散ってしまい、天井に溜まった熱気を押し返すような力はないわけです。
ということは、サーキュレーターじゃないと空気をかき混ぜることはできないんですね?
ええ。そしてこの直進性があるからこそ、エアコンと併用したときの省エネ効果が絶大なんです。
エアコンの効率が上がるんですか?
はい。夏の冷房時、サーキュレーターで床付近の冷気を天井に向けて打ち上げることで、部屋全体の温度を均一化できます。
設定温度をたった一度上げるだけで、消費電力を約13%削減できるというデータもあります。
13%も?金額にすると月々約453円くらい浮く計算になりますよね?資料によれば。
そうですね。冬の暖房時も同様に、上に溜まった暖気を足元に下ろすことができるので、実はサーキュレーターは一年を通して活躍するデバイスなんです。
なるほど。エアコンの効率を最大化するためのブースター装置なんですね?
はい。そういう位置づけになります。
ここまでの歴史と流体力学の違いを踏まえると、いざ自分が買うときにどれを選ぶべきかという基準が全く変わってきますね。なんとなくデザインで選ぶのは本当にもったいない。
ええ。自分の居住空間という流体環境に合わせて、最適なデバイスを選択する必要がありますね。
では、初めて購入する方に向けて、いくつか具体的なケースを想定してみましょうか。リスナーのあなたも自分の部屋を想像しながら聞いてみてください。
わかりました。
じゃあまずは寝室において、夏の夜を快適に寝切りたい、でも朝起きた時のだるさは避けたいというケース。これは先ほどの話からすると完全に答えが出ていますよね?
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ええ。モーターの微細な制御が可能なDCモーターを搭載し、かつ空気を細かくスライスする7枚以上の多枚数バネのモデルが最適解です。
それ一択ですね。
さらに、最近は室温を検知して自動で風量を下げる温度センサー搭載モデルもあるので、それを選べば、深夜に気温が下がった際の寝びれを完全に防ぐことができます。
完璧な寝室の守り紙ですね。
では、リビングでエアコンと併用しつつ、梅雨時は部屋干しにも使いたいという場合はどうでしょう?
この場合は、風の拡散力と空気の攪拌力が両方求められます。
ですので、上下左右に動く立体くぶり振り機能がついたDCファンを選ぶのが良いでしょう。
サーキュレーターとしても使える扇風機みたいな感じですかね?
そうですね。また、シャープのプラズマクラスターやパナソニックのナノイイといったイオンによる脱臭除菌機能がついたモデルなら、部屋干しの生乾き臭の原因菌を抑制できるので、実用性が飛躍的に高まります。
部屋干しの臭いって本当にストレスですから、風を当てるついでに除菌もできるのは理にかなってますね。
ええ、非常に便利です。そしてもう一つ、日本住宅事情で切実なのが、スペースが限られているとか、小さい子供やペットがいて羽の回転が危ないというケースです。
ああ、安全面の問題ですね。
はい。
そういった制約がある環境で革命を起こしたのが、ダイソンに代表する羽のない扇風機やスリムなタワーファンですね。
特に羽のないタイプは、安全面とメンテナンス性において完全なブレイクスルーでした。
あの、羽のない扇風機ずっと気になっていたんですが、どうやってあの大風量を生み出しているんですか?
不思議ですよね。
リングの隙間から風が出ているのはわかるんですが、あんな細い隙間から出る空気だけで、あんなに強い風になるのが物理的に納得できなくて。
実はですね、本体から出ている風そのものは、全体の風量のほの一部に過ぎないんですよ。
一部なんですか?
はい。ここにはコアンダ効果という流体力学の原理が使われています。
コアンダ効果?
ええ。まず、土台に隠れた小型の高速インペラー、つまり羽車ですね。これで空気を吸い込み、上のリング内部に送り込みます。
下から吸い上げているわけですね?
そうです。そしてリングの内側にある1ミリほどの細いスリットから、飛行機のジェットエンジンのように猛烈な勢いで空気を噴出させるんです。
その強烈な空気のジェットがリングの内側のカーブに沿って流れるわけですか?
はい。流体が物体の曲面に引き寄せられる性質。これがコアンダ効果です。
この高速の気流がリングの内側を通過する際、ベルヌイの定理によってその部分の気圧が急激に下がります。
気圧が下がる?
ええ。すると、気圧の高い周辺の静止した空気、つまりリングの後方や外側にある大量の空気が、その低圧部に強烈に吸い込まれ、ジェット気流と一緒に前方へと押し出されるんです。
わあ、すごい。自分が吐き出したわずかな風で周辺の空気を巻き込んで、雪だるま式に風量を増幅させてるんだ。
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そういうことです。
だからダイソンの製品って、エアマルチプライヤーって呼ばれているんですね。空気の増幅機。これ完全に物理のチート技じゃないですか。
ふんふんふん。まさに流体力学の応用が生んだ芸術ですよ。
面白いなあ。
そしてですね、現在の扇風機は、ハードウェアの形状だけでなく、インターフェースの面でも進化を続けているんです。
インターフェースの進化ですか?
例えば、シロカが発売したポチタマというモデルがあります。
ポチタマ。犬と猫みたいな名前ですね。
ええ。これは、Wi-Fiやスマートスピーカーに一切接続せずに、本体に搭載されたオフラインの音声認識チップだけで、ポチ・タマと呼びかけると操作ができるんです。
クラウドを経由しないで、デバイス本体、つまりエッジ側で音声を処理しているんですね。
はい、そうです。
ということは、寝転がりながらポチ、風を弱くして、というだけで完結するってことですよね。
人間がリモコンを取りに行くという最後の労力すら削ぎ落としたわけだ。
ええ、究極のズボラ家電とも言えますね。
あと、個人的に資料で面白いと思ったのが、シャーク忍者のミスト扇風機です。
ああ、あれもユニークですね。
バッテリー内蔵で外に持ち出して水を入れると、細かいミストを噴射しながら風を送ってくれるという。
気化熱を利用した冷却ですね。
これまで室内の空調装置だった扇風機が、キャンプや庭先といった屋外のパーソナル空調へと領域を拡張し始めているのは非常に興味深いトレンドです。
いやー、130年前、不安定な直流電流をやり過ごすために、頭に巨大な白熱電球を乗せて回っていた不器用な機械がですよ。
はい。
100Fヨラギのアルゴリズムで自然の風をシミュレートし、流帯力学で周辺の空気を巻き込み、ついには人間の声に反応し、屋外の気温まで下げるデバイスへと進化した。
本当にすごい進化です。
ただの羽が回る機械っていう私の認識が完全に大きくされました。
デバイスの進化を紐解くことは、その時代の人々が何を不快と感じ、どうやって快適さを追求してきたかという人間の執念の歴史をたどることでもありますからね。
そうですね。今回の探求を通して、DCモーターの極小の制御技術や、サーキュレーターのステーターが生み出す流玉機のメカニズムを理解したリスナーのあなたは、もう両反転で迷うことはないはずです。
ええ。ご自身のライフスタイルに最適な最強のパートナーを見つけられると思います。
最後に、リスナーのあなたに少しだけ未来の創造にお付き合いいただきたいと思います。
未来の創造ですか?
はい。現在、扇風機は風で体感温度を下げ、サーキュレーターは空気を循環させ、エアコンは室温を変え、空気清浄機は空気を洗っていますよね。
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そうですね。それぞれ独立したデバイスです。
でも、気候変動によって夏の過酷さが増す中、これからの数十年間で、これらの機能はおそらくすべて統合されていくはずです。
なるほど。
部屋に固定されるのではなくて、センサーと自立移動技術によって、あなたが家の中を歩く場所に合わせて、常に見えない快適な気候のドームをピンポイントで作り出し追従してくるようになるかもしれない。
それはすごい世界ですね。
そのたき、もはや空気をかき混ぜるだけの扇風機という言葉は、辞書の中にしか存在しなくなっているかもしれません。
今年の夏、あなたがポチッとボタンを押して感じるその涼しい風の裏には、100年のエンジニアの執念と、そんな未来へと続く流体力学の最前線が隠されています。
次に風を浴びるときは、ぜひその重みを感じてみてください。
きっといつもとは違う風に感じるはずです。
ええ。
それでは、また次回の情報整理の旅でお会いしましょう。
