(57)【要約】      （修正有）【課題】船舶の直進時の舵によるエネルギー損失を少なくし、かつ旋回時は舵を旋回させる旋回アクチュエータ作動において大幅な省エネを図れる操舵装置を提供する。【解決手段】船舶に装備される左右一対の舵板１は、それぞれ油圧シリンダー３で昇降自在に制御され、左右一対の舵板１が同一高さにある時、一対の舵板１は共に水面上に露出され、船舶は直進する。また、船舶が左右何れかの方向に旋回するときは、一方の舵板１を旋回角度に応じて所定の深さまで下降・浸水させ、他方の舵板１は上昇させて船首を旋回させる。これにより、直線走船時と旋回時のエネルギーロスを大幅に削減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラと、左右一対の舵と、舵昇降機を備える船舶であって、
前記左右一対の舵が前記船舶の中心線に対し、所定角度をもって左右対称に配置され、
前記昇降機が前記左右一対の舵の一方を上昇させるとき他方が下降し、
前記左右一対の舵が同一高さにあるとき、前記左右一対の舵が水面上に露出するよう構成されることを特徴とする昇降機能付き二舵式操舵装置。
【請求項２】
前記舵を構成する舵板が垂直方向に所定の角度で屈曲していることを特徴とする請求項１に記載の昇降機能付き二舵式操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の推進抵抗の低減を図り船速の向上と、燃料消費の削減等を目的とした小型船舶用の舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小形船舶では船尾に推進力を得るためのプロペラと、推進方向を制御するための舵が設置設される。
舵は回動軸と舵板で構成され、航走中舵の回動軸を回動させて舵板角度を変化させ、船舶の旋回や進行方向の変更等を行なう。船舶の旋回径は、船速と舵板角度により決まる。一定速度で旋回する場合、小径で旋回するためには舵板角度は大きく傾斜させ、逆に、大径での旋回では舵板角度は小さく傾斜させる。また、操舵効果は高速時には僅かな舵板角度の変更で進行方向を大きく変更できるが、低速時の進行方向の変更では舵板角度を大きく変更する必要がある。
【０００３】
また、プロペラにより発せられた水流は舵板に直接当るので、船体に微振動が生じ易く、微振動の発生を抑制するため、舵板の断面形状を流線型にする工夫なども行なわれている。
又、小形船舶はプロペラの回転により発生する水流で推進力を得るが、水流はプロペラ後部に近接配置された舵板に直接当たるので、推進抵抗力の一部は推進力に寄与しない損失として無駄に消費される。しかし、進路変更や旋回機能は船舶に不可欠であり、エネルギー損失が大きいとは言え、現状この舵板とプロペラの位置関係を変更する事は不可能に近い。
【０００４】
特許文献１には、船速に対応させて舵を上下動させ、舵板の浸水面積が適切になるように浸水面積を増減させ、舵圧面積の適性化を図ることで、船速の速い場合に於ける余分な推進抵抗の発生を回避する発明が開示されている。
【０００５】
特許文献２は方向舵の昇降機構に関する発明で、舵軸に舵板上部を枢着し、舵軸適所と舵板上端間に押し下げ機構を設け、船の推進により、舵板に所定の抵抗がかかると、舵板が後方上部へ上昇し、抵抗が減じれば押し下げ機構の圧力により元の位置に復帰させる発明が開示されている。
【０００６】
特許文献３ではプロペラの位置における船体横断面の満載吃水線の付近の船体形状が、船体中心線付近の船体部分で満載吃水線よりも上方に凹んだ凹型に形成される。これによりプロペラの直上には没水状態の船体部分が存在しないので、水を媒体とする船体へのプロペラ起振力の伝達が抑制され、また一対の舵がプロペラ後方における没水した船体部分に装着される発明が開示されている。
【０００７】
特許文献４はプロペラ前方の船尾部に翼型断面を有する筒状の船尾ダクトを配置し、プロペラ後方に配置される一対の舵の内側側面にそれぞれ横向きに突出するフィンを設けた一軸二舵船舶の発明であり、大きな省エネ効果があるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０７−００２１８３
【特許文献２】特開平０９−３１５３９２
【特許文献３】特開平０７−０３３０７２
【特許文献４】特開２０１１−０２５７３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
船舶を直進させる場合、舵板は進行方向と平行に向けられ水流から受ける抵抗は小さい。しかし、船体を旋回させる時、舵板は進行方向に対し所定の傾斜角度に回動させる必要がある。この旋回に要する舵板の傾斜角度は、旋回径が小さい程大きい。舵板を傾斜させるに必要とされる回転駆動力は傾斜角度が大きい程大きく、また船速が大きい程大きい。即ち、舵板の回動駆動装置は、高速小旋回時の旋回抵抗に十分打ち勝つための回動駆動力を備える必要がある。
【００１０】
一方、小形船舶の舵はプロペラの後方に近接配置される。このため、船体の推進力を得るためにプロペラを回転させて水流を発生させると、水流はプロペラ後方に配置された舵板にも一部衝突する。この舵板に衝突する一部の推進力は、無駄に消費され推進効率を大きく低減させる。このエネルギーロスは通常１０〜２０％程度と考えられる。
【００１１】
他方、プロペラの回転により形成される水流の衝突は舵板を振動させる。また、プロペラの回転は空気の巻き込みや、キャビテーションにより水流中に気泡を形成させるので、水中に形成された気泡も舵板に衝突し舵板を振動させる。水流や気泡の衝突により誘起される舵板の振動は、舵の回動軸を固定する船体に伝導し、船体を振動させる。このとき舵板の振動が船体の固有振動数と一致すると、共振現象により船体振動は拡大されて大きな振動になる。例え船体に共振がなく、船体の振動が微振動であっても、漁労計器、航海計器など精密機械等の固有振動数が微振動の振動数に一致すると、これら機器の動作異常や、破損、故障の原因となり、場合により短時間で破損に至ることもある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、プロペラと、左右一対の舵と、舵昇降機を備える船舶である。左右一対の舵は船舶の中心線に対し所定角度をもって左右対称に昇降機に固定される。また、昇降機を作動させると左右一対の舵の一方が上昇し、他方は下降する。逆に、他方を上昇させると一方は下降する。
また左右一対の舵が同一高さに位置するとき、左右一対の舵は水面上に露出する。
【００１３】
請求項１の発明によれば、船舶の旋回能力は舵の水深で制御される。即ち、旋回径が小さい（急旋回）場合浸漬深さは深く、旋回径が大きい場合は浸漬深さが浅くなる。この操舵操作に必要な仕事は、舵板の昇降に要する仕事だけであって、従来技術のように舵板を回転させる仕事は不要である。即ち、本発明は従来技術に比べ格段に少ないエネルギーで操舵作業を実施できる。特に高速且つ小径で旋回する場合、本発明の省エネ効果は大きい。
【００１４】
更に、操舵機能が不要な直進走船では、左右一対の舵を同一高さとし、左右一対の舵を水面上に露出させて走船するので、走船中の舵による推進抵抗はゼロとなり、走船抵抗の低減が図れ、省エネを達成できる。
また、請求項１の発明によれば、左右一対の舵は連動して作動するので、１回の操作で舵の動作は完結し、操作時間の短縮と操作ミスの低減を図ることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、舵を構成する舵板が船体中心に対し外側に開く方向に所定の角度で屈曲している。即ち、舵板は単純な平面ではなく折面が設けられる。
これにより舵板は平板に比べ曲げ強度など機械的強度が増し、障害物に接触した場合であっても変形や破損を生じ難くい。また、舵板は船体中心に対し外側に開く方向に折り曲げられるので、平板に比べ船舶の旋回効果を更に高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
船舶が航走する場合において、船底より下部に突出している物体は、総て障害物として作用するので、船底に配置する部材は必要最低限に抑える必要が有る。プロペラは、船体に推進力を与える装置であり不可欠であるが、舵は直進時にはほとんど機能しない。また船舶は基本的に直進性を保持する船形が採用されており、舵は旋回時及び航路変更時のみしか必要としない。
【００１７】
本発明では、旋回時のみ舵を船底より下部に突出させるだけで、直進走船時舵を水面上に引き上げるので、舵によるエネルギー損失が少なく省エネが図れる。また、方向転換や旋回時においても、舵を操舵ガイドに沿ってスライドさせるだけの直線運動のみであり、所謂舵の旋回動作がない。スライドに要するアクチュエータの動力は、旋回させるアクチュエータに比較して十分小さく、スライド方式の採用により大幅な省エネが図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】１軸２舵船の側面図
【図２】１軸２舵船の船尾側から見た後方側面図
【図３】１軸２舵船の船底側より見た平面図
【図４】２軸２舵船の船底側より見た平面図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１について図１、２、３を用いて説明を行う。
実施例１は、１軸２舵船に本発明の昇降機能付き二舵式操舵装置を適用した実施例である。図１は１軸２舵船の側面図であり、図２は船尾側から見た後方側面図、図３は１軸２舵船の船底側より見た平面図である。
【００２０】
まず実施例１に於ける発明の構成を説明する。
船底にはプロペラシャフト６がプロペラシャフト受台７を介して船底外板９に取付けられ、プロペラシャフト６の先端部にはプロペラ５が取付けられる。舵板１は回動軸１３により、回動自在に舵板受台２に支持される。舵板受台２は船尾外板８の外側に設けられた舵を取り付けるための専用台である。舵板１の船尾外板８と反対側の先端部には舵板屈曲部１４が設けられる。また舵板１の上部には油圧シリンダー取付け部１２があり、油圧シリンダー３の一端に連結される。油圧シリンダー３の他端は船尾外板８に設けられる上部油圧シリンダー台４に支持される。舵板１は船尾外板８の外側に左右１対配置され、それぞれ油圧シリンダー３で回動軸１３を回動中心として先端部を回動させる。左右１対の舵板１の中心線１６に対する傾斜角度は３５度に設定される。従って左右１対の舵板１で形成される内角は７０度になる。しかし、傾斜角度は必ずしも３５度に限定する必要は無く、また左右１対の舵板１で形成される内角も７０度に限定する必要はない。
舵板屈曲部１４の屈曲角度は１０度に設定されるが、この屈曲角度も必ずしも１０度に限定する必要はない。
【００２１】
次に、本発明の動作、機能について説明を行う。
本発明による船舶の走船では、直進時には、船尾外板８の外側に配置された左右１対の舵板１の両方を、油圧シリンダー３により後部船底延長線１７のレベルより上方に上昇させ、水面上に露出させて走船を行う。また、左右何れか一方に旋回する場合、例えば右に旋回する場合は左側の舵板１を後部船底延長線１７のレベルより下方に降下させ水中に浸漬させることにより船首を右方に旋回させることができる。
【００２２】
続けて左旋回させる場合、左側の舵板１を油圧シリンダー３で後部船底延長線１７のレベルより上方まで上昇させ水面上に露出させると同時に、油圧シリンダー３を作動させ、右側の舵板１を後部船底延長線１７のレベルより下方まで降下させて水中に浸漬させることにより船首を左方に旋回させることができる。旋回半径が小さく急旋回する場合、舵板１の浸漬深さは深くなり、旋回半径が大きく緩やかな旋回の場合、舵板１の浸漬深さは浅くなる。
【００２３】
即ち、本発明の小型船舶用昇降機能付操舵装置は、舵板を直前進、又は直後進時において、後部船底延長線上より上方に昇降させ、旋回時若しくは、航路変更時にのみ、所定角度に設定された２枚の舵板を、チルト式で交互にプロペラの後方に浸水させて旋回等を行なう。
【００２４】
また本発明の昇降機能付操舵装置の舵板は、中心線１６に対す各度が３５度に設置されているが、旋回に必要な舵板面積として必ずしも十分とは言えず、舵板後部をさらに１０度折り曲げて不足分を補う。これにより高い旋回性能を確保すると同時に、舵板の後部を１０度折り曲げることによって、舵板が旋回時に受ける水圧に十分耐える曲げ強度を確保している。従来技術の船舶では、船体を、小径で旋回させる場合、舵板を進行方向に対し大きく傾斜させる必要があり、このとき舵板が水流から受ける大きな旋回抵抗に打ち勝つ回転トルクを発揮する大出力の駆動装置が必要であった。
【００２５】
しかし、本発明では舵板１の中心線１６に対する各度は３５度に固定され、舵版１の浸漬深さで旋回角度を制御するので、大出力の旋回用駆動装置は不要である。
船舶が具備すべき推進力の設計では、船体形状、主要寸法、主機関の馬力、及び排水量等が主要な設計パラメータであり、またプロペラの速力はプロペラの回転数とピッチを用いて計算を行う。しかし、計算値と実際のプロペラ速力、船速力が一致するのは稀で、通常は食い違いが生じる。食い違いの原因の１つが、舵に衝突して生じる乱流による推力の低下である。
【００２６】
特に、従来型の舵装置では、舵はプロペラの後方に恒久的に設置されるため、本来スムーズに流れるべき水が舵に当り、乱流となって舵に衝撃を与え、船体に微振動を起こさせる。本発明の昇降機能付き二舵式操舵装置を装備する船舶では、少なくとも直進走船時には舵が原因となる推力の低下を抑制できるので、省エネに寄与できることは無論、船速力の設計上の計算精度を向上させることもできる。また、乱流により生じる微振動は、漁労計器、航海計器など精密機械等の故障原因となるが、本願発明では、少なくとも直進走船時には舵が原因となる微振動を抑制することができる。
【実施例２】
【００２７】
図４は２軸２舵船の下面図で、本発明の昇降機能付き二舵式操舵装置の舵とスクリューの構成を船底側から見た平面図である。図３に示した実施例１とはスクリュー５が２つ設置されることを除けば、発明の構成、作用効果は基本的に同一であるので、実施例１との相違点のみ説明を行う。
【００２８】
船底には２つのプロペラシャフト６が配置され、各プロペラシャフト６の先端部にはプロペラ５が取付けられ、各プロペラシャフト６は所定距離隔てて、各プロペラシャフト受台７により船底外板９に取付けられる。舵板１は回動軸１３により、回動自在に舵板受台２に支持される。舵板受台２は船尾外板８の外側に設けられた舵を取り付け用専用台である。舵板１の船尾外板８と反対側の先端部には舵板屈曲部１４側が設けられる。また舵板１の上部には油圧シリンダー取付け部１２があり、油圧シリンダー３の一端に連結される。油圧シリンダー３の他端は船尾外板８に設けられる上部油圧シリンダー台４に支持される。
【００２９】
舵板１は船尾外板８の外側に左右１対配置され、それぞれ油圧シリンダー３で回動軸１３を回動中心として先端部を回動させる。左右１対の舵板１は中心線１６を中心として所定距離隔てて配置される。舵板１の中心線１６に対する傾斜角は３５度に設定される。従って左右１対の舵板１で形成される内角は７０度になる。また、舵板屈曲部１４の屈曲角度は１０度に設定される。
実施例２の動作、機能、作用効果は実施例１と同一であるので、割愛する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、小形漁船、小形運搬船、レジャーボートなどの小形船舶への適用を本命とするが、中形漁船、中形運搬船などの中型船への適用も可能である。また、昇降機能付き二舵式操舵装置を船尾に脱着自在に装着できる脱着手段を設けることで、ある船体に設置された操舵装置であっても、船体から容易に取り外し、別の船舶に容易に装着して使用することができ、一台の操舵装置を複数台で共用することができる。また、操舵装置のメンテナンスや、修理が必要な場合も船体から容易に取り外し、操舵装置単体で作業を実施できるので、これら作業の作業性向上も図れる。
【符号の説明】
【００３１】
１  舵板
２  舵板受台
３  油圧シリンダー
４  上部油圧シリンダー台
５  プロペラ
６  プロペラシャフト
７  プロペラシャフト受台
８  船尾外板
９  船底外板
１０  船側外板
１１  甲板                                                            
１２  油圧シリンダー取付け部
１３  回動軸
１４  舵板屈曲部
１５  舵板角度
１６  中心線
１７  後部船底延長線
【図１】
2017154598.tif 000003
【図２】
2017154598.tif 000004
【図３】
2017154598.tif 000005
【図４】
2017154598.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月15日(2017.5.15)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対のプロペラと、左右一対の舵と、舵昇降機を備える船舶であって、
前記左右一対の舵が前記船舶の中心線に対し、所定角度をもって左右対称で且つ船尾部
に配置され、前記昇降機が前記左右一対の舵の一方を上昇させるとき他方が下降し、
前記左右一対の舵が同一高さにあるとき、前記左右一対の舵が水面上に露出するよう構
成されることを特徴とする昇降機能付き二舵式操舵装置を備えた二軸二舵船。
【請求項２】
前記舵を構成する舵板が垂直方向に所定の角度で屈曲していることを特徴とする請求項１に記載の昇降機能付き二舵式操舵装置を備えた二軸二舵船。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、左右一対プロペラと、左右一対の舵と、舵昇降機を備える船舶である。左右一対の舵は船舶の中心線に対し所定角度をもって左右対称に船尾部に配置される昇降機に固定される。また、昇降機を作動させると左右一対の舵の一方が上昇し、他方は下降する。逆に、他方を上昇させると一方は下降する。
また左右一対の舵が同一高さに位置するとき、左右一対の舵は水面上に露出する。