(57)【要約】      （修正有）【課題】低速水流を吐出する高効率・静粛な船舶の推進装置を提供する。【解決手段】船体の喫水線下に格納されて水を導入する吸込開口と、水を導入し推進流を生成する推進機構室２０と、推進流吐出開口と、を有する船舶の推進装置１５であって、推進機構室を上下に二分する推進翼板が上下に揺動し、推進翼板の前端が後端を支点に上昇し推進機構室天井に接触するまでの第一行程と、推進翼板の後端が前端を支点に上昇し推進機構室天井に推進翼板が接触するまでの第二行程と、推進翼板の前端が後端を支点に下降し推進機構室底面に接触するまでの第三行程と、推進翼板の後端が前端を支点に下降し推進機構室底面に推進翼板が接触するまでの第四行程とからなる一連のサイクルを繰返すように構成された船舶推進装置は複数の推進機構室を備え、各推進翼板にはリンク機構及びクランク機構の駆動機構により９０度の位相差で上下に揺動されるよう構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の喫水線下に格納されて水を導入する吸込開口と、
導入水から推進流を生成する推進機構室と、
推進流の吐出開口と、
を有する船舶の推進装置であって、
推進機構室を上下に二分する推進翼板を推進室内で上下に揺動させる手段を備え、
推進翼板の前端部が後端部を支点に上昇し推進機構室天井に接触するまでの第一行程と、
推進翼板の後端部が前端部を支点に上昇し推進機構室天井に接触するまでの第二行程と、
推進翼板の前端部が後端部を支点に下降し推進機構室底面に接触するまでの第三行程と、
推進翼板の後端部が前端部を支点に下降し推進機構室底面に接触するまでの第四行程とを順次繰返すように構成されたことを特徴とする船舶推進装置。
【請求項２】
前記推進機構室は、
船体の喫水線下に格納されて船底に向け前方開口し、水平に向け後方開口する推進機構室を上下に二分する推進翼板を備え、該推進翼板を推進室内で上下に揺動させる手段として、
推進翼板は該重心と前端との中間位置で主リンク部材と回転自在にリンク連結されて上下に揺動し、
前記主リンク部材はいずれか１点で推進機構室と回転自在に固定連結支持され、
いずれか１点で駆動機構と連結されている少なくとも一つの駆動機構リンク部材により回転自在に連結垂下支持されるものであって、
駆動機構の作動により、
前記リンク連結点が推進機構室底面に接触するときは、推進翼板下面は推進機構室底面と全面接触し、推進翼板上面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内は水で満たされ、
第一行程で前記主リンク部材の上方揺動に連れ推進機構室底面に接触する後端部を支点として推進翼板前端部が上昇するときは、推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき下部室へ前方開口から水を吸込み、推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき上部室から後方開口へ水を吐出し、
前記主リンク部材の上方揺動に連れ前記推進翼板前端部が推進機構室天井と接触する後の第二行程で該推進翼板前端部を支点として推進翼板後端部が上昇に転じ、推進翼板と主リンク部材のリンク連結点が推進機構室天井に接触するまで推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき下部室へ前方開口から水を吸込み続け、推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき上部室から後方開口へ水を吐出し続け、
推進翼板と主リンク部材のリンク連結点が推進機構室天井に接触するときには、推進翼板後端部は推進機構室天井と接触し、推進翼板上面は推進機構室天井と全面接触し、先に推進翼板上面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内に満たされていた水は吐出されるとともに、推進翼板下面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内は新しい水で満たされており、
第三行程で前記主リンク部材の下方揺動に連れ推進機構室天井に接触した推進翼板後端部を支点とし前記推進翼板前端部が下降するときは、推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき上部室へ前方開口から水を吸込み、推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき下部室から後方開口へ水を吐出し、
前記主リンク部材の下方揺動に連れ前記推進翼板前端部が推進機構室底面と接触する後の第四行程で該推進翼板前端部を支点として推進翼板後端部が下降に転じ、前記リンク連結点が推進機構室底面に接触するまで推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき上部室へ前方開口から水を吸込み続け、推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき下部室から後方開口へ水を吐出し続け、
第四行程終了時に推進翼板と主リンク部材のリンク連結点が推進機構室底面に接触するときには、推進翼板後端部は推進機構室底面と接触し、推進翼板下面は推進機構室底面と全面接触し、先に推進翼板下面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内に満たされていた水は吐出されるとともに、推進翼板上面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内は新しい水で満たされる、
第一行程〜第四行程を順次繰返すように構成されたことを特徴とする請求項第１項に記載の船舶推進装置。
【請求項３】
上方から駆動機構リンク部材により中央部で回転自在に連結されている前記主リンク部材の後端は推進機構室に固定位置で回転自在に支持され、前記主リンク部材にリンク連結されて上下に揺動する請求項２項に記載の推進翼板は、推進翼板の重心と前端との中間位置で主リンク部材と回転自在にリンク連結され、前記主リンク部材は、前記推進翼板とのリンク連結点と後端の中間点で前記駆動機構リンク部材により垂下され回転自在にリンク連結支持されている請求項第２項記載の船舶推進装置。
【請求項４】
前記駆動機構は、電気サーボモータ機構又は油圧モーター機構による回転運動を往復運動に変換するクランク機構からなり、前記駆動機構リンク部材はクランク機構連接棒部材である請求項第２項又は第３項記載の船舶推進装置。
【請求項５】
請求項第１項記載の推進機構室を２室以上備え、各推進機構室内の推進翼板には前記駆動機構により９０度の位相差で上下に揺動されるよう構成されているものを含むことを特徴とする並列多水筒の請求項第１項〜第４項記載のうちいずれか１項記載の船舶推進装置。
【請求項６】
上方から駆動機構リンク部材により中央部で回転自在に連結されている前記主リンク部材は後端で前記駆動機構リンク部材により垂下され回転自在にリンク連結支持され、前記主リンク部材にリンク連結されて上下に揺動する前記推進翼板は、推進翼板の重心と前端との中間位置で主リンク部材と回転自在にリンク連結され、主リンク部材は、前記推進翼板とのリンク連結点と後端の中間点で推進機構室に固定位置で回転自在に支持されている請求項第２項、第４項又は第５項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置
【請求項７】
前記推進翼板は平板とする請求項１項〜６項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置。
【請求項８】
前記推進翼板の表面には緩衝材被膜を含む請求項第１項〜第７項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置。
【請求項９】
前記推進翼板の少なくとも端部の表面に、固体潤滑材被膜を有する請求項第１項〜第８項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置。
【請求項１０】
請求項１〜９項記載の船舶推進装置を使用する船舶に用いる舵は、推進機構室吐出開口の直後、吐出開口両側端の後方延長線上に２枚の舵板が配置され、双方が同時に左右へ舵軸を回転することで主舵、とり舵を制御し、船舶停止時には、双方が内側へ回転し吐出流を反転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１〜９の船舶推進装置を使用する船舶に用いる舵。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低速水流を吐出する高効率・静粛な船舶推進装置及びその装置を使用する船舶の舵に関するもので、湾内、近海航行、静粛航行に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
国際海運ＣＯ2排出削減のための改正等を盛り込んだ「海洋汚染等及び海上災害の防止に関する法律等の一部を改正する法律」が平成２５年１月から施行され、ＣＯ2排出削減の具体的目標が設定されるなど燃料費の削減のみならず、環境政策目標も掲げられ、目標年次を区切り、順次現行から総量２０％（２０３０年）ないし３０％（２０５０年）の国際海運ＣＯ2排出数値削減目標が設定されている。この幾分かは推進効率の向上で実現されることが期待されている。その実現手段として、非特許文献１「船舶からのＣＯ2 削減技術開発事業支援対象案件一覧（２２件）」表に記載されているように、ディーゼル機関についてはその効率向上と熱回収、船体については推進効率の高い船型、プロペラ効率の向上、流体摩擦抵抗の低減等のテーマ検討がなされているが、本発明は、これらからは示唆されていない、低速水流を吐出する新しい発想に基づく船舶推進装置という課題を見出し、推進効率の向上を通じ、この政策目標へアプローチするものである。
【０００３】
産業革命後の、船舶の主たる船舶推進装置は、スクリュープロペラによるものが中心である。当初、水車のような外輪を船体の両側に設けるタイプも出現したが、海面上に露出する外輪の損傷による航行不能は特に戦時に問題となり、その後のスクリュープロペラ技術の台頭もあり、消失したとされる（非特許文献２）。
【０００４】
動力源としての古くは外燃機関又は内燃機関のピストン往復動をクランク機構により回転運動に変換し、スクリュープロペラの回転により水流を発生させ、後出することにより、前方への推進力を発生させ、スクリュープロペラ後流に配置する舵により、水流方向を制御し旋回性能を確保するという操舵推進装置系が現在の船舶で採用する主流の船舶推進装置である。
【０００５】
プロペラは進行方向の垂直面を回転面とするその構造上の制約から、プロペラ径の大径化には限界がある。ところが運動量と力積の関係から明らかなように、推進力を上げようとすれば、プロペラから後流に排する水量を上げるしかない。従って、スクリュープロペラ推進機構で高い推進力を得ようとすれば、プロペラの高速回転により、排出水量を上げることとなる。
【０００６】
ところがプロペラを高速回転すれば、プロペラの回転翼が水を排する領域には負圧が発生するからこの負圧が生み出すキャビテーションの発生により推進効率が低下することが知られ、同時にキャビテーションから高い騒音も発生することも隠密性を要する等船舶の用途によっては問題となる。
【０００７】
そもそも船体速度よりわずかに速い水流を大量に発生させる方が推進効率は高いのであるから、プロペラの１回転で排出できる水量が小さいという制約のあるスクリュープロペラ推進機構では、船舶推進の効率向上には限界がある。
【０００８】
また、プロペラはゴミの巻き込みにより営繕を要したり、プロペラにより人や海洋生物を傷つけたりという問題も生ずることから、湾内や近海航行、レジャー用途に適さないという利用分野もある。
【０００９】
スクリュープロペラ推進機構のこのような課題を解消する代替推進機構として、ウォータージェット推進機構がある。排出する水流の速度を上げ推進力を上げるアプローチを取り、スクリュープロペラ推進機構が高速運航域でキャビテーションにより著しく推進効率が低下する課題を推進速度よりも高速の水流を排出し推進力を確保するものである。高速域では排出水流速度と船舶速度の差が小さくなるため推進効率が向上するという点で優れた面も持つが、低速域での低効率から商用船舶や長距離運航する船舶には採用し辛い。
【００１０】
スクリュープロペラ推進機構はキャビテーションの発生を宿命とするので、その発生による運転音を抑えるため効率を犠牲にしてでも、静音性を確保したいという要請もあり、プロペラ廻りを囲んでキャビテーションの発生を抑えるというウォータージェット推進機構を採用する潜水艦等の特殊艦艇もあるが、高い推進効率を諦められる領域に限られるか、あるいは、プロペラによる危険性を避けるという別の評価軸からダイバー支援船に採用されたりするが、推進効率には目を瞑らざるを得ないという制約がある。
【００１１】
ウォータージェット推進機構の一種として位置付けられ、ポンプによる揚水排出による推進機構も提案されているが、ポンプによる揚水自体、排出時にある程度回収できものとしても圧力損を生ずる素地があって推進効率向上という視点では好適とは言えない。
【００１２】
一方、高い推進力を軽量の構造体で実現するものとして、最近では、生物体に習ってひれ器官に類似する揺動機構により推進力を確保するアプローチも提案されている（非特許文献３）。特許文献１、特開２０１１−２１８９６４は魚を模し、本体を左右に揚動させ推進力を得る揺動推進装置を提案するが、船体自体が揺動するため貨物船等の商用船舶には不向きであり、双胴船推進装置としての採用は想定もできるが、用途は限られる。
【００１３】
特許文献２、特開２００３−２３１４９５は、魚の胸ひれを模した翼を両舷に設け、翼の揺動により推進力と操舵力を確保する水中航行体を提案するが、翼を両舷に設けるという魚を模す構造はひれが機能する水中での使用に限られるという制約を持つ。特許文献３、特開平１１−１５２０８５は、魚の尾ひれと背骨を模した揺動推進装置を提案している。こちらも魚を模した左右の揺動による推進装置であるため、水中での使用に限られるという制約を持ち双胴船の推進装置としての利用が提案されている。
【００１４】
この駆動力は、推進装置自体に操舵を実現する揺動を精緻な制御により実現するため電磁石による駆動が提案されている（特許文献１）。しかしながら、電磁推進船の開発状況から明らかなように常温での電磁気力の活用は甚だ効率が悪いという問題がある。
【００１５】
そこで本発明の目的は、低速水流を吐出する高効率・静粛な船舶推進装置を水中哺乳類の上下揺動する尾ひれにヒントを得、上下揺動機構を備え、低速水流を後方に吐出することにより高い推進効率を獲得し、水上船舶にも使用できる新しい船舶推進装置及びその装置を使用する船舶の舵を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１１−２１８９６４
【特許文献２】特開２００３−２３１４９５
【特許文献３】特開平１１−１５２０８５
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】https://www.mlit.go.jp/report/press/kaiji06_hh_000061.html 「船舶からのＣＯ2削減技術開発支援事業の評価について」，添付資料「船舶からのＣＯ2削減技術開発支援事業の評価について」プレスリリース，国土交通省海事局安全・環境政策課，平成２５年３月２９日
【非特許文献２】新しい船の科学  第5章  船を進める力−推進器  池田良穂、講談社、１９９４年１１月２０日  第１刷、ＩＳＢＮ４０６２５７０４２４，http://www.marine.osakafu-u.ac.jp/~lab15/ikeda/atarasii_funeno_kagaku/5.pdf
【非特許文献３】http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/list/fish/sri99.pdf  「魚ロボットに関する研究」平田他、海上技術安全研究所
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
非特許文献１に示されるように、スクリュープロペラ推進機構を土台として二重プロペラ推進等機構の改善、渦やキャビテーションの改善、プロペラ形状の改善等の努力が試みられているが、技術的に成熟領域であって期待される改善の度合いも数％という低レベルに止まる。ウォータージェット推進やポンプ推進は、そもそも高速流の排出という技術前提に高効率に反する素地がある。
【００１９】
このように従来の技術の延長線上で様々な技術的検討が重ねられようとしているが、大きな実りが得られる見通しも立っていない。
【００２０】
一方、従来の技術の延長線上とは異なるアプローチも海中探査を目的としたり、双胴船の推進機構として、海洋生物の機構を倣って、具体的には魚類の揺動を倣って高速のプロペラ回転運動を要さない、キャビテーションを発生しない新しい推進機構の研究・開発が進められているが、魚をモデルとしているため、いずれも左右水平方向の揺動を生む機構となり、少なくともこれらの推進機構は、水中航行体に付属せざるを得ないため、双胴船に採用されるに止まる等特殊用途に限られる。
【００２１】
そこで本発明者は、低速水流を吐出する推進機構を水中棲息哺乳類の尾びれ廻りの運動をモデルとする上下揺動機構から高効率の推進性能を引き出せないものかと示唆を得て、本発明をするに至った。推進機構を上記のものとすれば、船体速度よりわずかに速い水流を大量に発生させることにより、キャビテーションは発生させず高効率を実現すると共に静粛な推進機関となるから、商船とは別に静粛航行が求められる船舶へも利用する途が拓ける。
【００２２】
すなわち、本発明は、高い推進力を発揮する水中哺乳類をモデルとする上下揺動翼による高推進性能を提供する低速水流吐出型推進機構という新しい推進機構を使用する船舶推進装置である。
【００２３】
新しい推進機構は、推進性能の向上による化石燃料消費量並びにＣＯ2発生量の削減が求められる。とすれば、水中に配置する上下揺動翼は船底の下方に突出させる形態とするわけにはいかない。突出部は推進抵抗体として作用するからである。そもそも下方に突出させると喫水との関係で使用できる港湾施設にも制約が発生し、商業船舶には甚だ不都合である。
【００２４】
下方への突出を限定するために上下揺動翼を船尾斜め下後方に配置すると推進力は斜め前上方へ作用することとなり、船体自体が上下の揺動を生ずることとなるし、そもそもの推進効率自体も害される。特許文献１〜３のように水中動物を模した推進機構は水中にあって機能を発揮するのが宿命であるのか、新しい推進機構は、船体のどこにどう配置するかも課題となる。
【００２５】
ところで、本発明に係る船舶推進装置は、この上下揺動翼を閉じた室の中で運動させ、水の吸込み吐出させるという吐出型の推進機構とし、逆転のできない構造としているため、従来のスクリュープロペラ推進器のようにプロペラの逆回転により停止動作あるいは後退動作をするに類する仕組みを採用することはできない。これは、従来の噴流を噴出するウォータージェット推進機構と同じくであり、ウォータージェット推進機構では、噴出口の枢動により操舵と停止動作を行ったり、噴出口直後を塞ぎ、水流を反転させる手法を取るものもある。
【００２６】
本発明に係る舵については、そもそも従来の１枚プロペラの直後の１枚舵板という構成のように、本発明に係る推進装置の直後に１枚の舵板を配置するのでは、船の進行流による舵板の反力発生という効果はある程度得られても、推進流の吐出後流方向を制御するには、不十分である。
【００２７】
そのために、吐出流の流れ方向を制御し、操舵性能を確保する舵を備えることが必要であるが、新しい推進機構であるから知見はない。
【００２８】
停止動作の場合には、吐出流を反転流とさせ停止力を発生させる必要があるが、低速吐出流に対応する吐出流反転機構の知見はない。
【００２９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、上下に揺動する推進翼板により低速水流を吐出する推進機構を船外に突出することなく備え、吐出水流を水平後方へ吐出させ、高い推進性能を確保する船舶推進装置を提供し、合わせてこれらに好適な舵を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
この課題を解決した本発明は以下のとおりである。
[請求項１記載の発明］
船体の喫水線下に格納されて水を導入する吸込開口と、
導入水から推進流を生成する推進機構室と、
推進流の吐出開口と、
を有する船舶の推進装置であって、
推進機構室を上下に二分する推進翼板を推進室内で上下に揺動させる手段を備え、
推進翼板の前端部が後端部を支点に上昇し推進機構室天井に接触するまでの第一行程と、
推進翼板の後端部が前端部を支点に上昇し推進機構室天井に接触するまでの第二行程と、
推進翼板の前端部が後端部を支点に下降し推進機構室底面に接触するまでの第三行程と、
推進翼板の後端部が前端部を支点に下降し推進機構室底面に接触するまでの第四行程とを順次繰返すように構成されたことを特徴とする船舶推進装置。
【００３１】
[発明の作用効果]
請求項第１項記載の推進機構室は、例えば平たい箱形であり、船尾の船底に取り付けられ、船の前後方向は開口部となっている。水は前より入り後ろより加速されて出る。水の流れは緩やかであり、従来のプロペラの出す音や振動はない。箱形の推進機構室の中には１枚の板状の推進翼板、例えば平板が具備され、例えば、その板に取り付けられている主リンク部材のレバーの作用等により上下に揺動運動し、水の流れを作る。水は前方より後方に一方向に力強く流れる。
【００３２】
図１は本発明の船舶推進装置の各作動行程図（行程フロー）を示す図である。請求項第１項記載の船舶の推進装置は、第一行程では、最初箱形の推進機構室の下面に密着している板状の推進翼板は、例えば主リンク部材のレバー作用により前端部から剥がされるように上方へ運動し、推進機構室天井へ前端部から密着するように動き、第二行程では、推進機構室天井へ前端部を支点として後端が上昇し、密着するまで運動は続き、第一行程及び第二行程の運動は順次終了する。
【００３３】
板状の推進翼板が推進機構室天井に密着した後に、第三行程では、主リンク部材のレバー作用により前端部が剥がされるように下方へ運動し、推進機構室底面へ前端部が密着すると、第四行程として最終的に後端部が底面に密着するまで後端が下方へ運動する。
【００３４】
これが一連の１サイクルを構成する。このサイクル中に推進翼板で二分されている箱形の推進機構室内で推進翼板を境界とする上部室又は下部室では、第一行程の下部室のように拡がるスペースには水が前方より流入し、第一行程の上部室のように狭まるスペースの水は後方に押し出される。後方に押し出される水は加速され推進のための運動量を提供し、推進後流として吐出される。吐出水の流れは緩やかであり、従来のプロペラの出す音や振動はない。船体よりもわずかに速い速度で多量の吐出水を吐出すれば、プロペラのようにキャビテーションを発生することなく、高い推進性能を提供でき、キャビテーションによる腐食や機器の損傷も生じない。
【００３５】
請求項１記載の発明によれば、推進機構室からは１サイクル、Ｔ時間の間に推進機構室容量Ｃの２倍の体積２Ｃの水（水の密度をρとする）が吐出される。その質量ｍは２ρＣである。時間当たりのサイクル数をｎとすれば、２Ｃｎが流入／吐出容量となる。
【００３６】
船の巡航速度をｖとすれば、１サイクルＴ時間に流入する運動量ｍｖは、２ρＣｎｖである。
【００３７】
吐出開口の面積をＳ、吐出される水の平均速度をＶとするとＴ時間に流出する質量はρＳＶＴであるから運動量は、ρＳＴＶ2となる。推進力をＦとすれば、
ＦＴ＝ρＳＴＶ2−２ρＣｎｖ
ここで、ＳＶＴ＝２Ｃｎであるから
より
Ｆ  ＝２ρＣｎ（Ｖ−ｖ）／Ｔ  ＝２ρＣ（Ｖ−ｖ）ｎ2
の推進力を推進抵抗とバランスさせるように推進機構室の容量Ｃ、サイクル数ｎ及び吐出される水の平均速度Ｖを最適設計させる。推進機構室の容量Ｃを大きくすれば吐出される水の平均速度Ｖは小さくできる。
【００３８】
[請求項２記載の発明］
前記推進機構室は、
船体の喫水線下に格納されて船底に向け前方開口し、水平に向け後方開口する推進機構室を上下に二分する推進翼板を備え、該推進翼板を推進室内で上下に揺動させる手段として、
推進翼板は該重心と前端との中間位置で主リンク部材と回転自在にリンク連結されて上下に揺動し、
前記主リンク部材はいずれか１点で推進機構室と回転自在に固定連結支持され、
いずれか１点で駆動機構と連結されている少なくとも一つの駆動機構リンク部材により回転自在に連結垂下支持されるものであって、
駆動機構の作動により、
前記リンク連結点が推進機構室底面に接触するときは、推進翼板下面は推進機構室底面と全面接触し、推進翼板上面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内は水で満たされ、
第一行程で前記主リンク部材の上方揺動に連れ推進機構室底面に接触する後端部を支点として推進翼板前端部が上昇するときは、推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき下部室へ前方開口から水を吸込み、推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき上部室から後方開口へ水を吐出し、
前記主リンク部材の上方揺動に連れ前記推進翼板前端部が推進機構室天井と接触する後の第二行程で該推進翼板前端部を支点として推進翼板後端部が上昇に転じ、推進翼板と主リンク部材のリンク連結点が推進機構室天井に接触するまで推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき下部室へ前方開口から水を吸込み続け、推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき上部室から後方開口へ水を吐出し続け、
推進翼板と主リンク部材のリンク連結点が推進機構室天井に接触するときには、推進翼板後端部は推進機構室天井と接触し、推進翼板上面は推進機構室天井と全面接触し、先に推進翼板上面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内に満たされていた水は吐出されるとともに、推進翼板下面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内は新しい水で満たされており、
第三行程で前記主リンク部材の下方揺動に連れ推進機構室天井に接触した推進翼板後端部を支点とし前記推進翼板前端部が下降するときは、推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき上部室へ前方開口から水を吸込み、推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき下部室から後方開口へ水を吐出し、
前記主リンク部材の下方揺動に連れ前記推進翼板前端部が推進機構室底面と接触する後の第四行程で該推進翼板前端部を支点として推進翼板後端部が下降に転じ、前記リンク連結点が推進機構室底面に接触するまで推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき上部室へ前方開口から水を吸込み続け、推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき下部室から後方開口へ水を吐出し続け、
第四行程終了時に推進翼板と主リンク部材のリンク連結点が推進機構室底面に接触するときには、推進翼板後端部は推進機構室底面と接触し、推進翼板下面は推進機構室底面と全面接触し、先に推進翼板下面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内に満たされていた水は吐出されるとともに、推進翼板上面、推進機構室壁面及び両開口面で囲まれる推進機構室内は新しい水で満たされる、
第一行程〜第四行程を順次繰返すように構成されたことを特徴とする請求項第１項に記載の船舶推進装置。
【００３９】
[発明の作用効果]
請求項第２項記載の船舶推進装置は、請求項１の船舶の推進装置のうち、推進機構室を上下に二分する推進翼板を上下に揺動する手段として、主リンク部材は、いずれか１点で推進機構室と回転自在に固定連結支持されていずれか１点で駆動機構と連結されている少なくとも一つの駆動機構リンク部材により回転自在に連結垂下支持されるもので、駆動機構の動作により、駆動リンク部材が上下動し、主リンク部材が上下揺動し、推進翼板を推進機構室内で上下揺動させるという構成を含むという請求項１記載の各行程を実現する手段を提供することを特徴とする船舶推進装置である。
【００４０】
リンク機構は、本発明のように繰返しサイクル機械運動を実現する手段として、特に摺動部を有する機械構成部材の運動を実現する手段として、運動の正確性及び耐久性を確保するものとして好適であり、騒音及び振動が抑制され、機器の寿命も延ばせるという効果があると共に製作の容易さ、部材の交換等補修の容易さがあり、経済性に優れる。
請求項２記載の船舶推進装置は、請求項１記載の各行程を以下のように実現している。
【００４１】
第一行程：主リンク部材は推進翼板の重心と前端との中間位置で回転自在に推進翼板とリンク連結されているので、主リンク部材が駆動機構リンク部材の駆動機構による運動で上昇すると、重心よりの後端部は底面に接触したまま支点として作用し、推進翼板前端部が持ち上げられ上昇し、機構推進室天井に接触する。
この間推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれる下部室へは空間が排除されその空間を埋める形で前方開口から水が補充される。推進翼板の動きが急であれば負圧によりキャビテーションが発生するが、本発明に係る推進装置は推進翼板の動きはスクリュープロペラの回転に比べても緩やかで、このような負圧によるキャビテーションが発生するわけでなく、ただ水が補充されるだけである。
【００４２】
推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれる上部室からは空間が狭まるので後方開口へ水を吐出する。請求項２の推進機構室はポンプの圧力室のように推進流を噴出する作用をするのではなく、その室空間の水を後方に排除し押し出すと表現すべき作用をする。
これら作用の結果、第一行程開始時に機構推進室上部室にあった水の半分は吐出開口から後方へ吐出され、推進力を発生させるとともに機構推進室下部室へ水を補充し第三行程へ備える。
【００４３】
第二行程：その後も主リンク部材は、駆動機構リンク部材の駆動機構による運動で上昇を続けると推進翼板前端部は、機構推進室天井に拘束されているので、今度は前端部を支点として推進翼板後端部が持ち上げられ上昇し、機構推進室天井に接触する。
この間推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれる下部室へは空間が排除されその空間を埋める形で前方開口から水が続けて補充される。
【００４４】
推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれる上部室からは空間が狭まるので後方開口へ水を吐出する。第二行程では第一行程とは異なり、前方は前端部で閉じられ後方以外には閉じられた空間であることと、僅かな上昇量で上部室を閉じることができるので、特段に駆動機構の回転制御を抑えない限り、吐出圧は第一行程の場合に比し強い。
【００４５】
第三行程：主リンク部材は推進翼板のリンク連結点が天井に到達すると下降に転ずる。例えば、駆動機構を回転機構により実現する場合には、最上点、最下点直後は最も大きな加速度で反転動作に転ずるように、第三行程の開始時に大きな加速度で主リンク部材が駆動機構リンク部材の駆動機構による運動で下降すると、推進翼板の重心と前端との中間位置で主リンク部材と回転自在にリンク連結されている推進翼板は、その重心まわりに回転しようとする作用が働くが、推進翼板の後端部は推進機構室天井に上方拘束されているため、推進翼板前端部は下降を開始する。
【００４６】
一旦下降が開始されると、推進機構下部室の空間は狭められるから正圧が発生し、推進翼板前端部が下降し傾き始める推進翼板に働く正圧作用のため後端部には、さらに上方へ向かう力が作用するから、後端部は推進室天井に接触したままである。このまま推進機構室天井に接触している推進翼板後端部を支点とし推進翼板前端部が下降すると、第三行程開始時に機構推進室下部室にあった水の半分は吐出開口から後方へ吐出され、推進力を発生させるとともに機構推進室上部室へ水を補充し第一行程へ備えるという効果をもたらす。
【００４７】
第四行程：その後も主リンク部材は、駆動機構リンク部材の駆動機構による運動で下降を続けると推進翼板前端部は、機構推進室底面に下方拘束されているので、今度は前端部を支点として推進翼板後端部が下降する。
【００４８】
推進翼板上面と推進機構室壁で囲まれる上部室へは空間が排除されその空間を埋める形で前方開口から水が続けて補充される。
【００４９】
推進翼板下面と推進機構室壁で囲まれる下部室では、空間が狭まるので後方開口へ水を吐出する。
【００５０】
第四行程では第二行程と同様に、前方は前端部で閉じられ後方以外には閉じられた空間であることと、僅かな下降量で下部室を閉じることができるので、吐出圧は第一行程又は第三行程の場合に比し強い。
以上の行程を繰返し、持続的に水を吸入開口から吸込み、後方へ吐出開口から吐出し、推進力を提供する。
【００５１】
請求項２記載の発明によれば、低速水流を吐出する推進機構を上下揺動機構とし、船体速度より速い水流を大量に吐出させることにより、キャビテーションは発生させず高効率を実現すると共に静粛性を備え、プロペラの危険のない、スクリュープロペラに魚網、釣り糸、縄やゴミが絡むことのない保守の容易な推進機関を持つ船舶を開拓する途が拓ける。
【００５２】
[請求項３記載の発明］
上方から駆動機構リンク部材により中央部で回転自在に連結されている前記主リンク部材の後端は推進機構室に固定位置で回転自在に支持され、前記主リンク部材にリンク連結されて上下に揺動する請求項２項に記載の推進翼板は、推進翼板の重心と前端との中間位置で主リンク部材と回転自在にリンク連結され、前記主リンク部材は、前記推進翼板とのリンク連結点と後端の中間点で前記駆動機構リンク部材により垂下され回転自在にリンク連結支持されている請求項第２項記載の船舶推進装置。
【００５３】
[発明の作用効果]
板状の推進翼板は、上下動し、一方の面からひきはがされ、対向面へ端から貼り付けるような動きをさせるレバー作用力をリンク機構から受けるが、この作用を生みだすリンク機構は、様々の構成が考えられる。このリンク機構は、常に推進翼板を前端からひきはがし、前端から貼り付ける動きをさせるので、推進翼板には前方寄りの位置でリンク連結させることが好ましく、前端が対向面へ接着される後は、前端を支点として貼り付ける作用を生みだすので前端からある程度離れた場所でリンク連結させることが好ましく、前端でのリンク連結は不適切であって、前方寄りの中間位置での連結が好ましい。主リンク部材で構成されるレバーは、駆動機構リンク部材と連結され、駆動系から上下揺動の駆動力を受ける。主リンク部材と推進翼板の連結位置は、推進翼板の重心と前端との中間位置と構成されているので、第三行程で主リンク部材からの下方揺動による加速度から推進翼板の前端が下降する向きに角モーメントが発生し、推進翼板前端を下降させ、後端を推進翼室天井に張り付ける作用が発生し、推進翼板が推進機構室を二室に隔離するに十分な気密性を確保する。
【００５４】
[請求項４記載の発明］
前記駆動機構は、電気サーボモータ機構又は油圧モーター機構による回転運動を往復運動に変換するクランク機構からなり、前記駆動機構リンク部材はクランク機構連接棒部材である請求項第２項又は第３項記載の船舶推進装置。
【００５５】
[発明の作用効果]
請求項４に係る船舶推進装置によれば、推進翼板は、電気サーボモータ機構又は油圧モーター機構による回転運動を往復上下運動へ変換するシリンダ軸とクランク機構により連結され、連動して往復運動する駆動系リンク機構につれて推進機構室を上下動する。電気サーボモータ機構又は油圧モーター機構であれば、精密な回転制御が可能なためクランク回転角の時間依存制御や推進翼板と推進機構室壁との接触時の衝撃を和らげる緩衝のための細やかな速度制御をすることも可能となり本推進機構に好適である。特に第二行程の終わりで、推進翼板の前端部が推進機構室の天井に接触する場合、接触による騒音や表面の損傷が発生しないように緩やかに接触させることも電気サーボモータ機構又は油圧モーター機構の回転位相と回転制御の最適設計により実現することが好ましい。
【００５６】
[請求項５記載の発明］
請求項第１項記載の推進機構室を２室以上備え、各推進機構室内の推進翼板に前記駆動機構リンク部材を介して連結される請求項４項記載の各クランク機構は９０度の位相差を有することを特徴とする並列多水筒の請求項第４項記載の船舶推進装置。
【００５７】
[発明の作用効果]
推進機構室からの吐出水は、駆動軸が一定速度で回転するときには定率で吐出されるのでなく時間により変動するから、推進力もそれにつれて変動する。この変動を抑えるには種々の方法があるが、推進機構室を２室備え各々のクランク機構に９０度の位相差を設ければ、互いに推力が補完され、総合すると変動幅を抑えることができる。
精密な速度制御により、電気サーボモータ機構又は油圧モーター機構の負荷制御により定量吐出させることも他の方法として好ましい。
【００５８】
[請求項６記載の発明］
上方から駆動機構リンク部材により中央部で回転自在に連結されている前記主リンク部材は後端で前記駆動機構リンク部材により垂下され回転自在にリンク連結支持され、前記主リンク部材にリンク連結されて上下に揺動する前記推進翼板は、推進翼板の重心と前端との中間位置で主リンク部材と回転自在にリンク連結され、主リンク部材は、前記推進翼板とのリンク連結点と後端の中間点で推進機構室に固定位置で回転自在に支持されている請求項第２項、第４項又は第５項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置
【００５９】
[発明の作用効果]
前記主リンク部材と駆動系との連結は、様々にあるが、請求項３項記載の発明の他、請求項６項記載の発明のように主リンク部材を推進機構室に固定する連結点を主リンク部材の中間に設けることもでき、この場合には、主リンク部材の後端に駆動機構リンク部材との連結点を設けることで、所定の運動を推進翼板にさせることができる。
【００６０】
[請求項７記載の発明］
前記推進翼板は平板とする請求項第１項〜第６項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置。
【００６１】
[発明の作用効果]
前記推進翼板を平板とすれば、最も単純な形状であり、推進機構室天井及び底面と全面で密着することができ、水の吸込み量及び吐出量は最大化する。
【００６２】
[請求項８記載の発明］
前記推進翼板の表面には緩衝材被膜を含む請求項第１項〜第７項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置。
【００６３】
[発明の作用効果]
推進翼板の表面は、推進機構室天井及び底面と全面で密着するため緩衝材で被覆すること騒音及び振動が抑制され、機器の寿命も延ばせるという効果がある。この皮膜を滑り潤滑特性の高い高分子材で製作することも好ましい。推進翼板への作用応力が設計条件を満たせば、表面のみならず推進翼板基材も緩衝材で構成することも好ましい。
【００６４】
[請求項９記載の発明］
請求項１項記載の推進翼板の少なくとも端部の表面に、固体潤滑材被膜を有する請求項第１項〜第８項のうちいずれか１項記載の船舶推進装置。
【００６５】
[発明の作用効果]
推進翼板の端部は、その端部の上面及び下面も含めて推進機構室天井及び底面と摺動するため、少なくともその端部を固体潤滑材で構成又は固体潤滑材で被膜したり固体潤滑材を塗布等表面に潤滑材コーティングを施し被膜を形成し、すべり特性を向上させると騒音及び振動が抑制され、機器の寿命も延ばせるという効果がある。固体潤滑材で構成又は固体潤滑材で被膜するとは、基材全体を固体潤滑剤を配合する材料で構成しても、基材全体の表面を固体潤滑材で被膜・コーティングしてもよく、少なくとも端部材又は表面に固体潤滑材を含ませることが好ましい。これら摺動部は水中にあり、水潤滑では不十分だからである。
【００６６】
[請求項１０記載の発明］
請求項１〜９項記載の船舶推進装置を使用する船舶に用いる舵は、推進機構室吐出開口の直後、吐出開口両側端の後方延長線上に２枚の舵板が配置され、双方が同時に左右へ舵軸を回転することで主舵、とり舵を制御し、船舶停止時には、双方が内側へ回転し吐出流を反転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１〜９の船舶推進装置を使用する船舶に用いる舵。
【００６７】
[発明の作用効果]
推進機構室吐出開口の直後、吐出開口両側端の後方延長線上に２枚の舵板を配置し、双方が同時に左右へ舵軸まわりを回転することで吐出流の流れを２枚の舵で挟み込み、吐出流方向を２舵の向く方向へ制御し、操舵性能を確保するとともに舵板を２枚とし、進行流を舵板へ当て操舵性を向上する。そのために、推進機構室吐出開口の直後、吐出開口両側端の後方延長線上に２枚の舵板を配置し、双方が同時に左右へ舵軸まわりを回転することで吐出流の流れ方向を制御し、操舵性能を確保する。
【００６８】
停止動作の場合には、双方の舵板を共に内側へゲートを閉じるように左舵は反時計回りに、右舵は時計回りに船軸と交叉角４５度まで回転し、吐出流を反転させ停止力を向上させている。このようにする必要があるのは、本発明に係る駆動軸を反転させ、請求項１に係る行程を逆行程とすることで前進方向への吐出を発生させることはできないからである。  ここで交叉角は、必ずしも４５度に限られるものでなく、推進機構室吐出開口部の寸法、推進効率、操舵性能等の見合いで舵の大きさが決定され、合わせて後進能力設計に依存する最適設計パラメータ事項であり、３５度ないし６０度等の様々な角度を取り得るものである。
【発明の効果】
【００６９】
本発明によれば、上下に揺動する推進翼板により低速水流を吐出する推進機構を船外に突出することなく有し、吐出水流を水平後方へ吐出させ、高い推進性能を確保する船舶推進装置を提供することができるとともに、本発明に係る推進機構であっても２枚の舵板の作用で反転動作を起こさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の船舶推進装置の各作動行程図である。
【図２】本発明の一実施の形態が適用される船舶の側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態が適用される船舶の底面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置第二行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置第一行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置第三行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置第四行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置の推進機構室水平断面を含む上面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置の推進機構室の垂直断面を含む正面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置の駆動機構側面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置の推進翼板表面加工断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る船舶推進装置第二行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る船舶推進装置第一行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る船舶推進装置第三行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る船舶推進装置第四行程開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る船舶推進装置の推進機構室水平断面を含む上面図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る船舶推進装置動作を示す推進機構室の断面を含む側面図であり、二水筒の場合を示す。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る船舶推進装置の推進機構室水平断面を含む上面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る船舶推進装置の推進機構室の垂直断面を含む正面図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る船舶推進装置を使用する船舶における舵の動作を示す船体の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下に本発明に係る船舶推進装置についての一実施形態について説明する。図２は、船舶推進装置についての第１の実施の形態による船舶推進装置１５を装備した船舶１０の側面図（船内は断面図）であり、船尾部は船舶推進装置１５の断面図を含め図示している。図３は、同底面図である。図８は船舶推進装置１５の推進機構室２０水平断面を含む上面図、図９は船舶推進装置１５の推進機構室２０垂直断面を含む正面図である。
【００７２】
本発明の第１の実施形態を実現する船舶推進装置１５は、図２船舶１０の側面図に示すように、喫水線１１下の船体１０の船底部に格納されている。進行方向前側と後側に各々前方船底へ開口している前方開口３０と後方水平方向に開口している後方開口４０が設けられ、前方開口は船底下方から水１２を吸込む吸込み開口であり、後方開口４０は水１３を推進流として後方に吐出する吐出開口である。
【００７３】
前方から吸込む水１２は船体速度の動圧下にあり、後方から吐出する水１３は推進機構室で圧力を高められ後方に吐出される。
【００７４】
後方から吐出される水１３は、船尾中央線対称に配置される２枚の舵板５０により（図２参照）、後方へ所定の向きに整流吐出される。
【００７５】
図４〜７は、第１の実施の形態による船舶推進装置行程フロー図１を船舶推進装置１５で実現する場合の内部機構の動作を船舶推進装置各行程とともに示す推進機構室２０側面模式断面図である。
【００７６】
図４に示すように船舶推進装置１５の内部機構を格納する推進機構室２０は推進翼板１００により上下に二分されている。推進機構室２０は前方開口３０から水１２を吸込み、推進翼板１００の上下動により、推進翼板１００の上部室１０１又は下部室１０２で圧下し、後方開口４０から吐出水１３を吐出する。吐出水１３が推進力の元となる。
【００７７】
推進翼板１００は、駆動力を伝達する主リンク部材１１０と主リンク部材と推進翼板の重心と前端との中間位置のリンク連結点１１１で回転自在にリンク連結されて上下に揺動する。以下これらの動作について図１の船舶推進装置１５の各行程フロー１の順に詳述する。
【００７８】
[第一行程開始時]
この時点では、リンク連結点１１１が推進機構室２０底面６２に接触している。
【００７９】
図５に示すように、リンク連結点１１１が推進機構室２０底面６２に接触するときは、推進翼板下面６１は推進機構室底面６２と全面接触し、推進翼板上面６３、推進機構室天井６５等の推進機構室壁面及び両開口面３０，４０で囲まれる推進機構室上部室１０１は新しい水で満たされる。
【００８０】
[第一行程]
この行程では、推進翼板前端部１２２が後端部を支点として上昇し、前端部１２２が天井６５に到達する。
前記主リンク部材１１０の上方揺動に連れ推進機構室底面６２に接触する後端１２１を支点として前記推進翼板前端１２２が上昇するときは、推進翼板下面６１と推進機構室底面６２等の推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき下部室１０２へ前方開口３０から水１２を吸込み、推進翼板上面６３と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき上部室１０１から後方開口４０へ水１３を吐出する。
【００８１】
[第二行程]
この行程は、まず、前端部１２２が天井６５に到達してから後端部１２１が前端部１２２を支点として上昇する。
【００８２】
図４に示すように、前記主リンク部材１１０の上方揺動に連れ前記推進翼板前端１２２が推進機構室天井６５と接触する後は、該推進翼板前端１２２を支点として前記推進翼板後端１２１が上昇に転じ、前記リンク連結点１１１が推進機構室天井６５に接触するまで推進翼板下面６１と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき下部室１０２へ前方開口３０から水１２を吸込み続け、推進翼板上面６３と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき上部室１０１から後方開口４０へ水１３を吐出し続ける。
【００８３】
次に、この行程では、リンク連結点が推進機構室天井に接触する。
【００８４】
図６に示すように、前記リンク連結点１１１が推進機構室天井６５に接触するときには、推進翼板上面６３は推進機構室天井６５と全面接触し、先に推進翼板上面６３、推進機構室天井６５等の推進機構室壁面及び両開口面３０，４０で囲まれる推進機構室２０内に満たされていた水はすべて吐出されるとともに、推進翼板下面６１、推進機構室壁面及び両開口面３０，４０で囲まれる推進機構室下部室内１０２は再び新しい水で満たされる。
【００８５】
[第三行程]
この行程は、後端部１２１が推進機構室天井６５と接触してから前端部１２２が後端１２１を支点として下降することから開始し、前端部１２２が底面６２に接触するところまでである。
【００８６】
前記主リンク部材１１０の下方揺動に連れ推進機構室天井６５に接触した推進翼板後端１２１を支点とし前記推進翼板前端１２２が下降するときは、推進翼板上面６３と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき上部室１０１へ前方開口３０から水１２を吸込み、推進翼板下面６１と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき下部室１０２から後方開口４０へ水１３を吐出する。
【００８７】
[第四行程]
この行程は、前端部１２２が推進機構室底面６５と接触してから後端部１２１が前端部１２２を支点として下降することから開始し、後端部１２１が底面６２に接触するところまでである。
【００８８】
図７に示すように、前記主リンク部材１１０の下方揺動に連れ前記推進翼板前端１２２が推進機構室底面６２と接触する後は、該推進翼板前端１２２を支点として推進翼板後端１２１が下降に転じ、前記リンク連結点１１１が推進機構室底面６２に接触するまで推進翼板上面６３と推進機構室壁で囲まれ負圧となるべき上部室１０１へ前方開口３０から水１２を吸込み続け、推進翼板下面６１と推進機構室壁で囲まれ正圧となるべき下部室１０２から後方開口４０へ水１３を吐出し続ける。
【００８９】
[第一行程開始時へ戻る]
ここで最初の説明時に戻り、リンク連結点１１１は推進機構室底面６２に接触している。
【００９０】
図５に示すように、再び前記リンク連結点１１１が推進機構室底面６２に接触するときには、推進翼板下面６１は推進機構室底面６２と全面接触し、先に推進翼板下面６１、推進機構室壁面及び両開口面３０，４０で囲まれる推進機構室内１０２に満たされていた水はすべて吐出されるとともに、推進翼板上面６３、推進機構室壁面及び両開口面３０，４０で囲まれる推進機構室内は再び新しい水で満たされる、
【００９１】
これら第一行程から第四行程までの一連のサイクルを繰返し、船舶推進装置１５は推力を提供し続ける。
【００９２】
ここで、図４に示されるように、主リンク部材１１０は、連結点１１２で推進機構室２０と回転自在に固定連結支持１１２され、後端の連結点１１３で駆動機構２００と連結されている駆動機構リンク部材２０１により、回転自在に連結垂下支持され、クランク軸２０２の回転駆動力を主リンク部材１１０に伝達する。駆動機構リンク部材２０１は、この場合には、いわゆるクランク連接棒である。
【００９３】
以上の動作により、上下に揺動する推進翼板１００により低速水流１３を吐出し、水平後方への吐出水流で、静粛で高い推進性能を提供する。
【００９４】
図８は、本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置１５の推進機構室２０水平断面を含む上面図である。主リンク部材１１０は、両側から推進翼板１００を挟むように連結ピン１１１で回転自在に支持し、組み立てを考慮し、連結ピン１１１は中央で分離している。
【００９５】
図９は、本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置１５の推進機構室２０の垂直断面を含む正面図である。モーター２１０の回転駆動力は、かさ歯車２２１，２２０を介して水平縦方向／水平横方向変換され、クランク軸２０２、クランク軸アーム２０３を介し、駆動機構リンク部材２０１を上下往復動させ、主リンク部材１１０を上下に往復動させ、連結ピン１１１を介し推進翼板１００をこの図では上方に揺動させ、推進機構室内下部１０２の空間を生み出す。
【００９６】
図１０は、本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置の駆動機構２００の側面図であるモーター駆動力はかさ歯車２２０，２２１を介しクランク機構に伝達される。
なお、推進翼板１００は、最も単純な形状である平板とし、推進機構室天井６５及び底面６２と全面で密着することができ、水の吸込み量及び吐出量を最大化させている。
【００９７】
図１１の推進翼板１００表面加工断面図に示すように、この平板の推進翼板表面６１，６３は、推進機構室天井６５及び底面６２と全面で密着するため緩衝材Ｓ１、Ｓ３で被覆され、表面は緩衝材として滑り潤滑特性の高い高分子材で製作している。平板の端面及び端部は推進機構室天井６５及び底面６２とすべり摺動するため、緩衝材には固体潤滑剤である二硫化モリブデンを配合し、すべり特性を向上させている。このすべり摺動は推進機構室という開放空間の海水中で起こるため油潤滑する訳にもいかず、水潤滑となるが、水の潤滑性能は低く実質的には、固定潤滑となる。そのために二硫化モリブデンのように海洋規制物質でない固体潤滑材被膜を接触摺動面に生成することが潤滑性能の向上に好適であることを発明者は見出したのである。中でも二硫化モリブデンは、空気の希薄な環境で好適であることが知られ、本推進機構室内のように常に海水中に存し、大気と接触することのない環境下での耐摺動性能の発揮を期待できることを発明者は見出した。強度上問題のない応力範囲の使用であれば、基材全体を固体潤滑材である二硫化モリブデンを配合した高分子材料、例えばポリアセタール等の海水中の使用に好適なエンジニアリングプラスチックで製作することも好ましい。
【００９８】
二硫化モリブデンの配合は、この他、基材との相性により樹脂又はセラミック系のバインダにより二硫化モリブデン粉を混合固化し、そのまま被膜として形成したり、基材によっては焼成行程により密着度を高めた焼成被膜とすることも好ましく、比較的数十ミクロンの厚い被膜を形成することも可能で基材の力学的特性を活かす機構設計も可能となる。あるいは、焼結金属に含有させ金属基材と一体的使用をさせることも好ましい。求められる力学的特性とすべり性能、耐久性等から最適設計することとなる。摺動部位を小型のチャンネル型としスパッタリングにより二硫化モリブデンを表面膜として構成し、推進翼板端部１２１及び１２２に該摺動部位を嵌合するものとすれば、強固な被膜を金属基材上に形成利用する構成となり好適である。
【００９９】
図１２は、請求項６に係る本発明の第２の実施の形態に係る船舶推進装置１５第二行程Ａ２開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室２０の断面を含む側面図である。図１３は、同第一行程Ａ１開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室２０の断面を含む側面図である。  図１４は、同第三行程Ａ３開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室２０の断面を含む側面図である。  図１５は、同第四行程Ａ４開始直前の船舶推進装置動作を示す推進機構室２０の断面を含む側面図である。図１６は、本発明の第２の実施の形態に係る船舶推進装置の推進機構室２０水平断面を含む上面図である。
【０１００】
請求項６は、請求項３のリンク機構バリエーションを示す。前記主リンク部材１１０にリンク連結されて上下に揺動する前記推進翼板１００は、推進翼板の重心と前端との中間位置で主リンク部材前端とリンク連結ピン１１１で回転自在に連結され、前記主リンク部材１１０は、前記推進翼板１００とのリンク連結点１１１と後端１２１の中間点で推進機構室２０に固定位置１１２で回転自在に支持され、主リンク部材１１０は後端の連結ピン１１３で前記駆動機構リンク部材２０１により回転自在に垂下されている。
【０１０１】
図１７は、請求項５に係る本発明の第３の実施の形態に係る船舶推進装置１５であって、請求項５項の係る複数の推進機構室２０すなわち複数の水筒が構成された発明の実施形態である。図１の第一行程Ａ１から第四行程Ａ４に至るまでの図１７の右列と左列に示す各水筒の動作を示す推進機構室２０の断面を含む側面図である。各行程は、図で左側の第一水筒の行程を基準に指している。
【０１０２】
第３の実施形態に係る船舶の推進装置では、請求項第１項記載の推進機構室２０を２室備え、各推進機構室内の推進翼板１００に前記駆動機構リンク部材２０１、２０４を介して連結される各クランク機構は９０度の位相差を有している。追加の駆動機構リンク部材２０４は、駆動機構リンク部材２０１を延長するもので、主リンク部材１１０に９０度の角度を配して固定連結されており、主リンク部材１１０は、駆動機構リンク部材２０１に２０４を介して間接的に駆動機構２００に垂下連結されている。
【０１０３】
図１７のＳ１０１からＳ１０９の一連のステップに示すように、本発明に係る船舶推進装置行程１では第一行程Ａ１と第二行程Ａ２を組とし、推進機構室２０の水１３が吐出され、第三行程Ａ３と第四行程Ａ４を組とし、推進機構室２０の水１３が吐出される。すなわち、クランク機構２０２，２０３の回転角を基準とすれば、１８０度毎に強弱の吐出が繰り返されるという特徴がある。そうすると、１８０度内で強弱の脈動が発生することとなり、推進翼板１００の上下揺動もそのサイクルで振動が発生する。図１７の第１水筒ではＳ１０４及びＳ１０8ステップで強い吐出流が生じている。
【０１０４】
そうであれば、内燃機関エンジンのように、１８０度の中間の位相サイクルである９０度毎にこれらの脈動がずれて発生すれば、両水筒から生じる振動が打ち消しあうし、各水筒の吐出による推進力も平準化されて船体１０に供給されることとなり、両得である。図１７では、９０度位相をずらした右側列に示す第２水筒では、Ｓ１０２、Ｓ１０６ステップで強い吐出流が発生するが、このようなサイクル特性を有するものであっても、第３の実施形態である本発明の請求項第５項の船舶の推進装置であれば、各水筒の推進翼板の互いの逆位相の動作による低振動、消音及び推力平準化の効果が著しく、さほど問題とならない。すなわち、強い吐出流を生成するように推進機構室が構成されている場合には、推進機構室の２水筒構成は極めて好ましい実施形態である。
【０１０５】
ここで、第３の実施の形態に係る船舶推進装置では、２水筒を例示しているが、低振動、消音及び推力平準化の効果は４水筒、６水筒等の一段、二段等の多水筒化でより大きな効果を得ることができることはいうまでなく、２水筒よりも大規模な多水筒構成もさらに好ましい実施形態であり、推進効率とのバランスの点で最適設計するものである。
【０１０６】
図１８は、本発明の第３の実施の形態に係る船舶推進装置の推進機構室２０水平断面を含む上面図であり、図１９は同じく、推進機構室垂直断面を含む正面図である。このように並列構成とすると直列水筒構成とするより機器構成の複雑さを避けることができ好ましい。
【０１０７】
図２０は船舶推進装置を使用する船舶における舵の動作を示す本発明の一実施形態である、船体１０の底面図を示す。図２０（Ａ）は主舵、図２０（Ｂ）は取り舵の場合、図２０（Ｃ）が停止反転時の舵の動作である。本発明に係る船舶推進装置を使用する船舶に用いる舵板５０は、推進機構室２０吐出開口４０の直後、吐出開口両側端の後方延長線上に２枚配置され、双方が同時に左右へ舵軸５１まわりを回転することで主舵、とり舵を制御し、船舶停止時には、双方が内側へ回転し船軸と４５度の角をなし吐出流を反転させる。この動作により、本発明に係る吐出流の強くない推進後流を所定の向きへ整流することで操舵性能を確保し、逆転のできない構造であっても船舶の停止時に逆流を発生させ、停止能力と後進能力を確保するものである。このようにスクリュープロペラを備えていないので、船尾の構成自由度が増し、このような舵構成配置を採用することが可能であり、好ましい姿である。
【０１０８】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は係る実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、高推進効率・静粛である湾内、近海航行及び静粛航行の船舶に好適なものである。
【符号の説明】
【０１１０】
１  船舶推進装置行程フロー
１０  船体
１１  喫水線
１２  流入水
１３  吐出水
１５  船舶推進装置
２０  推進機構室
３０  前方開口
４０  後方開口
５０  舵板
６１  推進翼板下面
６２  推進機構室底面
６３  推進翼板上面
６５  推進機構室天井
１００  推進翼板
１０１  上部室
１０２  下部室
１１０  主リンク部材
１１１  推進翼板と主リンク部材の連結ピン
１１２  主リンク部材の固定ピン
１１３  駆動機構リンク部材と主リンク部材の連結ピン
２００  駆動機構
２０１  駆動リンク部材
２０２  クランク軸
２０３  クランク軸アーム
２０４  追加の駆動機構リンク部材
２１０  モーター
２２０  かさ歯車
２２１  かさ歯車
２４０  軸受ハウジング
Ａ１  船舶推進装置第一行程
Ａ２  船舶推進装置第二行程
Ａ３  船舶推進装置第三行程
Ａ４  船舶推進装置第四行程
Ｓ１  上面固定潤滑剤配合高分子緩衝材
Ｓ２  推進翼板基材
Ｓ３  下面固定潤滑剤配合高分子緩衝材
Ｓ１０１  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第一行程）
Ｓ１０２  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第一行程）
Ｓ１０３  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第一行程）
Ｓ１０４  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第一行程／第二行程）
Ｓ１０５  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第二行程／第三行程）
Ｓ１０６  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第三行程）
Ｓ１０７  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第三行程）
Ｓ１０８  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第三行程／第四行程）
Ｓ１０９  ２水筒構成左右水筒比較図の一ステップ（第一水筒第四行程／第一行程）
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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