【発明の詳細な説明】
水上船用の水噴射推進ユニット
技術分野
本発明は水上船に使用する水噴射推進ユニットに関する。
背景技術
本発明は水ジェット推進ユニットに関し、特にモーターボートにおいて一般に
船外機あるいは船尾駆動機と呼ばれるものに使用することができる、燃料効率の
高いユニットに関する。本装置は反対向き回転する一対の羽根車（counter-rota
ting impellers）を利用し、内部的摩擦損失およびジェット流に分与される運動
エネルギー量の最小化を目指すものである。本発明はまた、圧力誘導装置（pres
sure inducing device）としてではなく低圧高質量装置（low pressure high ma
ss device）として作動することにより高い効率を達成する、軸線方向流ユニッ
トたる特徴を有する。
一般的に表現すると、本発明は本発明者の米国特許第５,６３４,８３１号に記
載する設計及び理論的条件に合致するが、この先行の設計には適合しない１組の
パラメータを導入することにより小型かつ軽量の船外機もしくは船尾駆動機に備
わっているべき好適性を得るための条件を課して得られるものである。ここに記
載する装置は従って我々の先行の発明に基づく低圧質量移動装置（low pressure
mass transfer device）であるが、駆動力伝動担体（drive transmission carr
ier）および前記２つの反対回転羽根車の下流に生成される流れ渦内部に置かれ
るバネ付き圧力制御装置を備えている。我々の先の設計では制御装置はノズル部
の周縁壁に装着されている。これらの制御装置は、上述した低圧高質量装置の始
動および圧力調整に関わる困難さを克服する。
前述した条件は特に、推進ユニットハウジング内部を通過する流路にまたがっ
て駆動軸を配置することが必要であるような直角駆動装置（a right ang ledriv
e）に関する。この軸が流路を貫通する場合、軸がこれに当たる流れに対して或
る流体力学的プロファイルを与えることがきわめて重要である。従ってこの軸に
は正しい流体力学的形状をもつ封入構造体（羽根）（an enclosing structure，
vane）が設けられている。流路にまたがる駆動軸部分は、支持羽根（support va
ne）をできるだけ狭く保つために最小の直径のものでなければならず、しかも駆
動エンジンからの負荷を確かに受容できるようにするための十分な強度をもたな
ければならない。この場合、封入構造体すなわち羽根が駆動部中に形成されると
ともに駆動力伝動担体を支持するのに使用される。
上流側の羽根車から発生する流れには螺旋性があるため、本ユニットの効率を
維持する上で、また伝動駆動力担体に対する支持構造体を正しい位置に配置する
上で、この流れが臨界的重要性をもつ。すなわち前記羽根は好適には軸線流領域
内すなわち線形流領域内に配置しなければならない。その理由は、螺旋的運動を
する流れの中におかれ軸線向きに整合された任意の構造体にはその流れの渦成分
か作用するからである。この渦成分の作用は、当該ユニット内部に発生する乱流
のレベルを増大させ、その後、下流の羽根車に当たる螺旋運動流との干渉を来す
。ノズル出口において軸線方向の流れを達成すべきであるならば、反対向き回転
による相殺効果が残って十分に機能するため、下流の羽根車における乱流が回避
されなければならない。これらの支持構造体はまた、本装置の効率を維持するた
めに正しい流体力学形状をもつことが必要である。低圧高質量装置では同一の馬
力を吸収する在来の高圧回転方式のものよりもポンプを通過する流速が顕著に高
いから、潜在的な摩擦損失に対する厳しい注意が特に有用である。
さらに、本ユニットの効率は２つの羽根車の相対速度によってきまり、それ故
本発明では羽根車の相対先端速度（relative tip speed）は秒速約０ないし６５
メートルの範囲内になければならない。羽根車先端速度、歯車及びエンジンの速
度はすべてこの基本パラメータに基づいて較正しなければならない。
保守管理の目的上、容易に組立解除できる軽量型の設計を達成するため、他の
機械的部品に対する相対的な羽根車の配置位置もまた重要である。本発明は、駆
動部品を組立解除することなくこれを達成することを可能にする。この点はこの
形式の推進ユニットを通常の商業用途に供するときの重要な経費節約上の特徴で
ある。こうすることの主な理由は、ポンプハウジング内の羽根車隙間を許容可能
範囲内に維持する必要があるからである。海洋環境で遭遇する埃その他の汚染物
から歯車やベアリング等の駆動部品を保護するためには、それら部品は潤滑油を
満たした水密ケース内に封入しておかなければならない。
別の重要な条件は、軸線方向の流れ形状を維持しながら駆動力伝動担体内部に
傘歯車を配置できるようにするための空間が限定されていることである。それら
の部品には、必要な入力パワーを受容するのに必要な歯車寸法、従って歯車強度
に対する特定の制限が課される。船尾駆動機の場合、我々は図に示すように駆動
力伝動担体の外部にある直角駆動（right angle drive）の歯車速度を低減する
ことにより、ほぼこれを克服する。したがって駆動力伝動担体自体における傘歯
車比を１対１にすることにより、歯車寸法を、したがってパワー入力を、最大化
することができる。
先行技術の構成例は下記の文献に見ることができる：米国特許第３,０８２,７
３２号；４,５３８,９９６号，および４,８７２,８５８号。これらの装置すべて
において、羽根車は従来の船外機の設計通り、鉛直に配置された軸に固定されて
いる。水は取り入れ口から引き入れられ、水平に配置された鉢形のポンプハウジ
ング周囲を遠心的に駆動され、そこからノズルへ送られる。多数の方向変化が行
われること及び高圧を用いることを考慮した設計は、これらの装置が高い燃料消
費を来すこと、および一般的に従来の船内軸線流方式のものおよびプロペラ推進
船外機よりも低効率であることを意味する。別の先行技術であるニュージーラン
ド出願１４８,４０８号はニュージーランド特許明細書１２３，２２８号に記載
されているようにノズル部に設けたステータ付き一対の軸線向き羽根車を開示し
ている。ＤＥ３９ ４２ ６７２ Ａ１には反対向きに回転する羽根車であって
そのうちの２つが船外機に使用できる装置をいくつか記載している。この例では
入力軸がポンプケーシング内側の流れを貫通する。これに記載されている推進ユ
ニ
ットは混合流方式のものである。これらにとっては上記明細書に述べた事柄が必
要である。というのは、混合流羽根車方式のものの直径を軸線方向方式のものよ
りも大きくすることにより、駆動力伝動体（a drive transmission）を隣接する
２つの羽根車ハブ内に配置することが可能となるからである。
これらの装置には多数の基本設計上の欠陥があるが、それはこれら装置が効率
的でないことを意味している。その理由は以下の通りである：
（i）いずれも我々の来国特許第５，６３４，８３１号に記載した低圧高質量装
置のようには機能しない。
（ii）上記の船外機方式の設計では螺旋運動する流れの中で流路にまたがり２つ
の羽根車間に駆動軸を挿入することは許容できない損失を来す。
（iii）これらすべての設計において下流側羽根車の形状はポンプハウジングの
ノズル部分の形状に合致してテーパー付けするかあるいは円錐台形上にしてある
一方、整流羽根（straightening vanes）は通常、従来の設計方式のままに配置
されている。設計のこの部分は、細くなるノズル領域中を水が通過するときに水
は加速する性向をもつ、という深刻な欠点をもっている。しかしながらこのこと
は、羽根車の刃（blades）（ノズル内にある）はその直径が羽根車ハブに沿って
次第に小さくなるので、羽根車先端の周速度もまた減少することを意味する。そ
の結果、刃が流れに分与する運動エネルギー量もまた羽根車の下流端に向かって
減少する。その結果、水自体は加速しようとしているのに羽根車の刃は水を低速
化するように作用する。このため、これらの装置の全体的効率にさらなる損失が
生じる。
（iv）海洋環境で見られる過酷な条件に伝動駆動部品を曝すことは、この設計を
商業目的土不適当なものにする。
（v）羽根車間に駆動軸を挿入することは、羽根車間の離隔距離の増大によって
ポンプ内の摩擦損失が増大する、ということを意味する。これは羽根車間の流れ
が螺旋運動しているためである。理想的には、ポンプケーシング内で螺旋的に回
転する水に起因する損失を低減するためには、羽根車は互いに最近接しているべ
きである。
（vi）歯車間に入力軸を挿入すると保守管理のための設計が複雑化する。
典型的な船外ジェット推進式モーターボートは高い燃料消費を伴う。その主な理
由は、現在使用されている船外ジェットはジェット流への運動エネルギー損失に
関する推進理論によく合致しておらず、内部ポンプ構造の設計および配置に対す
る注意が不十分なことに起因する高い内部摩擦損失がある、ということである。
発明の目的
それ故本発明の主なる目的は、船外機としても船尾駆動機としても使用できる
改良された燃料効率をもつ小型水ジェット推進ユニットを与えることである。
本発明の目的及び諸利点は、本ユニットがまさしく推進理論に基づいて作動す
ることを確実化することにより、すなわち本ユニットが低圧高質量装置として作
動すること、また羽根車および支持羽根を正しく配置し正しく設計することにっ
て内部摩擦損失を最小限化することを確実化することにより、達成される。
全般的な設計条件は、駆動力伝動担体の上流に羽根車を順方向に装着すること
により達せされる。この配置は、（i）羽根車間に最小距離を達成すること、（i
i）軸線流領域（area of axial flow）において入力軸が流れに沿って置かれる
（through-flow placement）よう、支持羽根を正しく配置すること、（iii）圧
力制御装置お帯駆動力伝動担体を２個の羽根車間により発生される渦の中に置く
ことができること、（iv）および保守管理の容易さ、を得るために重要である。
本発明のこれらの目的その他の目的、利点、および新規な諸特徴は添付の図面
をあわせて考慮しつつ以下の詳細な説明から明らかとなろう。
図面の簡単な説明
図１は本ヘット推進ユニットを船尾駆動機としてものの側部断面図で、取り入
れ口の一部のみを示す図である。
図２は本ジェット推進ユニットを船外機としたもの側部断面図で、取り入れ口
の一部のみを示す図である。
図３は平面図で表した上部支持羽根のＡ−Ａ位置の断面図である図である。
図４は圧力制御装置の端面図で、フラップの重畳クラウンの円形配置を示す図
である。
図５はジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図である図である
。
図６はジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図で、どのように
ポンプ及び駆動部が取り入れ口部から揺動するかを示す図である。
図７はジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図で、どのように
ポンプ及び駆動部がエンジンから分離されるかを示す図である。
図８ははジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図で、どのよう
に駆動部がポンプ及び取り入れ口から分離されるかを示す図である。
好適な実施例の説明
図１は軸線方向の流れ水ジェット推進ユニットの船尾駆動機の形態を示す。こ
こでエンジン（図示してなし）は直接に本駆動フランジ１に結合することができ
る。反対回転する羽根車２及び３は別個の共心軸ろおよび５に固定されており、
これらの共心軸はさらにそれらの端部に固定された螺旋状の傘歯車６および７を
有する。これらの螺旋状傘歯車６及び７は、鉛直軸９に固定されている螺旋傘歯
車１０に係合する。鉛直軸９はその端に固定された螺旋傘歯車１０を有し、この
歯車１０は螺旋傘歯車１１により駆動される。螺旋傘歯車１１は主入力軸１２に
固定されており、軸１２には駆動フランジ１が接続されている。螺旋傘歯車６，
７およびそれらが装着されている共心軸４，５はニードルローラーベアリング１
３，１４ならびにテーパー付きローラベアリング１５，１６によりにより支持さ
れる。内部の共心軸５上に配設された羽根車２から与えられるスラスト（推力）
は共心軸５に接続されている下流の螺旋傘歯車７から伝達され、軸線方向の円筒
形ローラベアリング１７を介して螺旋傘歯車６の内側面に伝達される。外部共心
軸４に固定されている下流羽根車３により発生されるスラストはテーパ付きロー
ラベアリング１５に伝達される。従って推進のために羽根車２，３により発生さ
れたスラストはすべて、テーパ付きローラベアリング１５に伝達される。シール
１８，１９はオイルを充填した駆動力伝動担体２０の摩耗を排除する働きをする
。鉛直軸９は図３に示す支持羽根２１の中心を貫通し、支持羽根２１は駆動力伝
動担体２０を駆動部２２の外部ハウジングに接合する。駆動伝動担体２０の反対
側に位置する同様の羽根２３が駆動力伝動担体２０に対し位置保持のためのさら
なる支持を与える。これらの羽根２１，２３は駆動力伝動担体２０に対する剛い
支持を与えるとともに羽根車２，３により発生されたスラストをポンプハウジン
グ２４に伝達することを可能にする。羽根２１及び２３の両方が、ジェット推進
ユニットのこの部分を通過する流れの円滑な遷移を許すべく流体力学的に造形し
てある。通常、羽根２１及び２３は長さ対幅の比として約４：１をもっている。
羽根２１及び２３の長さはもっと長くてもよいが、そうするとジェット推進ユニ
ットの全体長が長くなり、より大型になる。
鉛直軸９に加えられたスラストはベアリングワッシャ２５及びニードルローラ
２６及び２７により受け取られる。ベエアリングヲッシャ２５は駆動力伝動担体
２０と駆動力入力ハウジング２８の底部との間に挟まれている。鉛直軸９は小円
体（circlip）２９により位置決めされる。
組立及び保守管理を容易にするため、螺旋傘歯車６，７，８及びベアリング１
５，１６，１７，３０ｗｐ挿入するための駆動力伝動担体２０へのアクセスは、
駆動力伝動担体２０の上流端に取り外し可能な円錐形ベアリングキャリア３１と
下流端のカバープレート３２とを設けることにより達成される。
端カバープレート３２はボルト３３及び３４により駆動力伝動担体２０の後部
に固定される。駆動力伝動担体２０の後部には圧力制御装置３５も固定される。
圧力制御装置３６は密接に整合させた外部的片リング（segmented rings）ある
いはフラップ（flaps）３６のクラウンからなり、その中にやはり密接に整合さ
せたさらなる片リングあるいはフラップ３７のクラウンがある。二組のフラップ
３６，３７は均等に他方と重なり合い、それらが拡大すると接合して到来してく
る水流に対して連続的表面を与える。図４はフラツプ３６，３７が相互に相対配
置される様子を示す端面図を示す。内側フラップセット３７の一部を形成する、
中心に装着される軸３８が、軸３８上を上下可能なテーパー付き円形プランジャ
ー円錐体３９の位置を決める。図１，２，及び４は完全に後退した位置にある２
組のフラップ３６，３７を示す。シート４１及びナット４２により保持されるバ
ネ４０はプランジャー円錐体３９を引張する手段を与える。引張の結果、円錐体
３９は軸３８を下降することにより両方の組のフラップ３６，３７を押しだし、
その結果両者がノズル４３の実効出口面積を減少させる。したがってこれによっ
て、スタート開始時における低流量状態の下ではユニット１０を始動可能にする
とともに羽根車２，３が速度を速める際に低圧高質量状態を保持することを可能
にする。圧力が増大するに伴い、圧力制御装置３５のフラップ３６，３７は自動
的に内側に向けて閉じ、ノズル４３の出口面積を増大させ、それによってジェッ
ト推進ユニット内に常時低下された圧力体勢を維持し、それゆえ高質量移送率を
維持する。バネ４０は、ユニット内に背圧状態を維持して羽根車２，３を始動開
始時に負荷がかかった状態に維持し加速位相にあり続けるようにするための十分
な張力を与える。圧力制御装置３５はしたがって、加速及び減速位相の両方にお
いて、また始動開始を許すように、本ユニットの内部圧力を順次的に制御する可
変手段を常時与えることができる。
図２は実質的には類似のもう一つのジェット推進装置であるが、ただし通常の
船外機において駆動力入力ハウジングを除去してエンジン６３に鉛直軸９を直接
結合できるようにしたものを示す。
図５ないし８はエンジンが船外機の軸９に対して鉛直に取り付けることができ
る様子を示す。
ポンプ部４４の取り外しは、はじめにナット４５を除去することにより達成でき
る。これにより図５及び６に示すように、船外機ユニット４６全体を船尾４７か
ら後方へ揺動させることができる。図５ないし８に見える蝶番ポイント４８がこ
の揺動を可能にする。図５ないし８に示すＯ-リングシール４９を取りはずこと
ができる。ナット５０、５１の除去によって、地理入力口部５２を除くポンプ部
４４全体を図７に示すように除去することができる。次いでポンプハウジングフ
ランジ５３とボルトとナット（図示してなし）を固定している駆動力伝動担体フ
ランジ５４とを除去することにより、ポンプ部４４の分解を達成できる。これに
より、図８に示すように、羽根車２，３及び駆動力伝動担体２０を単体の組立体
として、ポンプハウジング２４から引き出すことが可能となる。次に、共に図１
に見られるねじ５５及び保持ナット５６を契合解除することにより、羽根車２，
３を除去することができる。
ポンプハウジング２４の内側壁はわずかにテーパー付けしてあるが、これは（羽
根車の）正しい隙間が維持できるようにするため、会合するテーパー部をもつ羽
根車の刃５７，５８が摩耗に伴って次第に前進するようにするためである。これ
は羽根車シート５９，６０の後ろにスペーサワッシャ（図示してなし）を配置す
ることにより達成される。この構成により、羽根車先端６１，６１の改築が必要
となる前の羽根車２，３の使用可能な寿命を大いに増大する。羽根車の刃５７，
５８は通常、効率のよいスラスト出力を得るのに必要な流率を最大にするため、
約３０ないし４０度の範囲の翼角（blade angles）をもつ。刃５７，５８を実施
可能な程度に非常に薄くし、流線型プロファイルをもたせれば、さらなる改良が
得られる。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】平成１１年７月８日（１９９９．７．８）
【補正内容】
明細書
水上船用の水噴射推進ユニット
技術分野
本発明は水上船に使用する水噴射推進ユニットに関する。発明の
背景技術
本発明は水ジェット推進ユニットに関し、特にモーターボートにおいて一般に
船外機あるいは船尾駆動機と呼ばれるものに使用することができる、燃料効率の
高い水ジェット推進ユニットに関する。本駆動装置は反対向きに回転する一対の
羽根車（counter-rotating impellers）を利用し、内部的摩擦損失およびジェッ
ト流に分与される運動エネルギー量の最小化を目指すものである。本発明はまた
、圧力誘導装置（pressure inducing devlce）としてではなく低圧高質量装置（
low pressure high mass device）として作動することにより高い効率を達成す
る、軸線方向流（以下、軸線流という）ユニットたる特徴を有する。
一般的に表現すると、本発明は本発明者の米国特許第５,６３４,８３１号に記
載する設計及び理論的条件に合致するが、この先行の設計には適合しない１組の
パラメータを導入することにより小型かつ軽量の船外機もしくは船尾駆動機に備
わっているべき好適性を得るための条件を満たすようにしたものである。ここに
記載する装置は従って我々の先行の発明に基づく低圧質量移動装置（low pressu
re mass transfer device）であるが、駆動力伝動担体（drive transmission ca
rrier）および前記２つの反対回転羽根車の下流に生成される流れ渦内部に置か
れるバネ付き圧力制御装置を備えている。我々の先の設計では制御装置はノズル
部の周縁壁に装着されている。これらの制御装置は、上述した低圧高質量装置の
始動および圧力調整に関わる困難さを克服する。
前述した条件は特に、直角駆動装置（a right angle drive）を設けて推進ユ ニットハウジング内部の流路にまたがる駆動軸を配置することが必要である場合 に特に関わりがある。
この軸が流路を貫通する場合、軸がこれに当たる流れに対
して
或る流体力学的プロファイルを与えることがきわめて重要である。従ってこの軸
には正しい流体力学的形状をもつ封入構造体（羽根）（an enclosing structure
，vane）が設けられている。流路にまたがる駆動軸部分は、支持羽根（support
vane）をできるだけ狭く保つために最小の直径のものでなければならず、しかも
駆動エンジンからの負荷を確実に受容できるようにするための十分な強度をもた
なければならない。この場合、封入構造体すなわち羽根が駆動部中に形成され、 駆動力伝動担体を支持するのにも
使用される。
上流側の羽根車から発する流れには螺旋性があるため、本ユニットの効率を維
持する上で、伝動駆動力担体に対する支持構造体を正しい位置に配置することが 臨
界的重要性をもつ。すなわち前記羽根は好適には軸線流領域内すなわち線形流
領域内に配置しなければならない。その理由は、螺旋運動をする流れの中におか
れ軸線方向に整合された任意の構造体にはその流れの渦成分が作用するからであ
る。この渦成分の作用は、当該ユニット内部に発生する乱流のレベルを増大させ
、その後、下流の羽根車に当たる螺旋運動流との干渉を来す。ノズル出口におい
て軸線方向の流れを達成するためには、反対向き回転による相殺効果が残って十
分に機能するよう、下流の羽根車における乱流が回避されなければならない。こ
れらの支持構造体はまた、本装置の効率を維持するために正しい流体力学形状を
もつことが必要である。低圧高質量装置では同一の馬力を吸収する在来の高圧ス テーター（stator）
方式のものよりもポンプを通過する流速が顕著に高いから、
潜在的な摩擦損失に対する厳しい注意が特に有用である。
さらに、本ユニットの効率は２つの羽根車の相対速度によってきまり、それ故
本発明では羽根車の相対先端速度（relative tip speed）は秒速約０ないし６５
メートルの範囲内になければならない。羽根車先端速度、歯車及びエンジンの速
度はすべてこの基本パラメータに基づいて較正しなければならない。
保守管理の目的のため、容易に組立解除できる軽量型の設計を達成する上で他
の機械的部品に対する羽根車の相対的な位置もまた重要である。本発明は、駆動
部品を組立解除することなくこれを達成することを可能にする。この点はこの形
式の推進ユニットを通常の商業用途に供するときの重要な経費節約上の特徴であ
る。このような構成にすることの主な理由は、ポンプハウジング内の羽根車隙間
を許容可能範囲内に維持する必要があるからである。海洋環境で遭遇する埃その
他の汚染物から歯車やベアリング等の駆動部品を保護するためには、それら部品
は潤滑油を満たした水密ケース内に封入しておかなければならない。
もう一つの重要な条件は、軸線流の形状を維持しながら駆動力伝動担体内部に
傘歯車を配置できるようにするための空間が限られていることである。それらの
部品には、必要な入力パワーを受容するのに必要な歯車寸法、従って歯車強度に
対する特定の制限が課される。船尾駆動機の場合、我々は図に示すように駆動力
伝動担体の外部にある直角駆動体（right angle drive）の歯車速度を低減する
ことにより、ほぼこれを克服する。したがって駆動力伝動担体自体における傘歯
車比を１対１にすることにより、歯車寸法を、したがってパワー入力を、最大化
することができる。
先行技術の構成例は下記の文献に見ることができる：米国特許第３,０８２,７
３２号；４,５３８,９９６号，および４,８７２,８５８号。これらの装置すべて
において、羽根車は従来の船外機の設計通り、鉛直に配置された軸に固定されて
いる。水は取り入れ口から引き入れられ、水平に配置された鉢形のポンプハウジ
ング周囲を遠心的に駆動され、そこからノズルへ送られる。上記のような多数の
方向変化が行われること及び高圧を用いる設計上の制限があることは、これらの
装置が高い燃料消費を来すこと、および一般的に従来の船内軸線流方式のものお
よびプロペラ推進船外機よりも低効率であることを意味する。別の先行技術であ
るニュージーランド出願１４８,４０２号はニュージーランド特許明細書１２３
，２２８号に記載されているような、ノズル部に設けたステータ付き一対の軸線
向き羽根車を開示している。ＤＥ３９ ４２ ６７２ Ａ１には反対向きに回転
する羽根車であってそのうちの２つが船外機に使用できるようにされた装置をい
くつか記載している。この例では入力軸がポンプケーシング内側の流れを貫通す
る。上記明細書に記載されている推進ユニットは混合流方式のものであるが、これは 明細書に記載された混合方式であることが必要である。というのは、軸線方向方 式のものよりも混合流羽根車方式のものの直径を大きくすることにより、隣接す る２つの羽根車ハブ内に駆動力伝動体（a drive transmission）を配置すること が可能となるからである。
これらの装置には多数の基本設計上の欠陥があり、それはこれら装置が効率的
でないことを意味している。その理由は以下の通りである：
（i）いずれも我々の米国特許第５,６３４,８３１号に記載した低圧高質量装置
のようには機能しない。
（ii）上記の船外機方式の設計では螺旋運動流中に流路にまたがり２つの羽根車
間に駆動軸を挿入することは許容できない損失を来す。
（iii）これらすべての設計において下流側羽根車の形状はポンプハウジングの
ノズル部分の形状に合致してテーパー付けするかまたは円錐台形状にしてある一
方、整流羽根（straightening vanes）は通常、従来の設計方式のままに配置さ
れている。設計のこの部分は深刻な欠点をもっている。というのは、細いノズル 領域中を水が通過するときに水は加速する性向をもつからである。しかしながら このことは、羽根車の（ノズル内にある）羽根（blades）はその直径が
羽根車ハ
ブに沿って次第に小さくなるので、羽根車先端の周速度もまた減少することを意
味する。その結果、刃が流れに分与する運動エネルギー量もまた羽根車の下流端
に向かって減少する。その結果、水自体は加速しようとしているのに羽根車の刃
は水を低速化するように作用する。このため、これらの装置の全体的効率にさら
なる損失が生じる。
（iv）海洋環境で見られる過酷な条件に伝動駆動部品を曝す場合には、この設計 は商業目的上不適当である。
（v）羽根車間に駆動軸を挿入すると羽根車間の離隔距離が増大するのでポンプ
内の摩擦損失が増大する。これは羽根車間の流れが螺旋運動しているためである
。理想的には、ポンプケーシング内で螺旋的に回転する水に起因する損失を低減
するためには、羽根車は互いに最近接しているべきである。
（vi）歯車間に入力軸を挿入すると保守管理のための設計が複雑化する。通常の船外
ジェット推進式モーターボートは高い燃料消費を伴う。その主な理由
は、現在使用されている船外ジェットはジェット流に分与する運動エネルギー損 失に関して推進理論によく合致していないからであり、また内部ポンプ構造の設 計および配置に対する注意が不十分なために高い内部摩擦損失があるからである 。
発明の目的
それ故本発明の主なる目的は、船外機としても船尾駆動機としても使用できる
改良された燃料効率をもつ小型水ジェット推進ユニットを与えることである。
本発明の目的及び諸利点は、本ユニットがまさしく推進理論に基づいて作動す
ることを確実化することにより、すなわち本ユニットが低圧高質量装置として作
動すること、また羽根車および支持羽根を正しく配置し正しく設計することによ って確実に内部摩擦損失を最少限化することにより、
達成される。
全般的な設計条件は、駆動力伝動担体の上流に羽根車を前方に装着することに
より達成される。この配置は、（i）羽根車間に最小距離を達成し、（ii）軸線
流領域（area of axial flow)において入力軸が流れに沿って置かれる（through
-flow placement）よう、支持羽根を正しく配置し、（iii）２個の羽根車間によ り発生される渦の中に圧力制御装置および駆動力伝動担体を置くことができ、（ iv）保守管理の容易さを
得るために重要である。
本発明のこれらの目的、その他の目的、利点、および新規な諸特徴は添付の図面と以
下の詳細な説明から明らかとなろう。
図面の簡単な説明
図１は本ジェット推進ユニットを船尾駆動機としたものの側部断面図で、取り
入れ口の一部のみを示す図である。
図２は本ジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図で、取り入れ
口の一部のみを示す図である。
図３は上部支持羽根の平面位置Ａ−Ａの断面図である。
図４は圧力制御装置の端面図で、重畳するクラウンをなすフラップの円形配置
を示す図である。
図５はジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図である。
図６はジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図で、ポンプ及び 駆動部がどのように
取り入れ口部から揺動するかを示す図である。
図７はジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図で、ポンプ及び 駆動部がどのように
エンジンから分離されるかを示す図である。
図８はジェット推進ユニットを船外機としたものの側部断面図で、駆動部がど のようにポンプ
及び取り入れ口から分離されるかを示す図である。
好適な実施例の説明
図１は船尾駆動機の形態にした軸線流水ジェット推進ユニットを示す。ここで
エンジン（図示せず）は直接に本駆動フランジ１に結合することができる。反対
回転する羽根車２及び３は別個の共心軸４および５に固定されており、これらの
共心軸はさらにそれらの端部に固定された螺旋状の傘歯車（まがり歯傘歯車）６ および７
を有する。これらの螺旋状傘歯車６及び７は、鉛直軸９に固定されてい
る螺旋傘歯車８に係合する。鉛直軸９はその端に固定された螺旋傘歯車１０を有
し、この歯車１０は螺旋傘歯車１１により駆動される。螺旋傘歯車１１は主入力
軸１２に固定されており、軸１２には駆動フランジ１が接続されている。螺旋傘
歯車６，７およびそれらが装着されている共心軸４，５はニードルローラーベア
リング１３，１４ならびにテーパー付きローラベアリング１５，１６により支持
される。羽根車２から与えられ内部共心軸５にかかるスラスト（推力）は共心軸
５に接続されている下流の螺旋傘歯車７から伝達され、軸線方向の円筒形ローラ
ベアリング１７を介して螺旋傘歯車６の内側面に伝達される。外部共心軸４に固
定されている下流羽根車３により発生されるスラストはテーパ付きローラベアリ
ング１５に伝達される。従って推進のために羽根車２，３により発生されたスラ
ストはすべて、テーパ付きローラベアリング１５に伝達される。シール１８，１
９はオイルを充填した駆動力伝動担体２０から水を排除する働きをする。鉛直軸
９は図３に示す支持羽根２１の中心を貫通し、支持羽根２１は駆動力伝動担体２
０を駆動部２２の外部ハウジングに接合する。さらに、駆動力伝動担体２０の反
対側に位置する同様の羽根２３が駆動力伝動担体２０の位置を保持すべくこれを 支持する。
これらの羽根２１，２３は駆動力伝動担体２０を強固に支持するとと
もに羽根車２，３により発生されたスラストをポンプハウジング２４に伝達する
ことを可能にする。羽根２１及び２３の両方が、ジェット推進ユニットのこの部
分および鉛直軸９の周辺を通過する流れを円滑に遷移させるように流体力学的に
造形してある。通常、羽根２１及び２３は約４：１の長さ対幅比をもっている。
羽根２１及び２３の長さはもっと長くてもよいが、そうするとジェット推進ユニ
ットの全体長が長くなり、より大型になる。
鉛直軸９に加えられたスラストはベアリングワッシャ２５及びニードルローラ
２６及び２７により受け取られる。ベアリングワッシャ２５は駆動力伝動担体２
０と駆動力入力ハウジング２８の底部との間に挟まれている。鉛直軸９は円形体
（circlip）２９により位置決めされる。
組立及び保守管理を容易にするため、螺旋傘歯車６，７，８及びベアリング１
５，１６，１７，３０を挿入するための駆動力伝動担体２０へのアクセスは、駆
動力伝動担体２０の上流端に取り外し可能な円錐形ベアリングキャリア３１と下
流端のカバープレート３２とを設けることにより達成される。
端カバープレート３２はボルト３３及び３４により駆動力伝動担体２０の後部
に固定される。駆動力伝動担体２０の後部には圧力制御装置３５も固定される。
圧力制御装置３５は密接整合させた外部割りリング（segmented rings）あるい
はフラップ（flaps）３６のクラウンからなり、その中にやはり密接整合させた
さらなる割りリングあるいはフラップ３７のクラウンがある。２組のフラップ３
６，３７は均等に相互に重なり合い、それらが拡大すると接合し、到来してくる
水流に対して一つの連続面を与える。図４はフラップ３６，３７の相対的配置を 示す端面図である。
内側のフラップセット３７の一部を形成する、中心部に装着
される軸３８が、軸３８上を上下しうるテーパー付き円形プランジャー円錐体３
９の位置を与える。図１，２，及び４は完全に後退した位置にある２組のフラッ
プ３６，３７を示す。シート（seat）４１及びナット４２により保持されるバネ
４０はプランジャー円錐体３９を引張する手段となる。引張の結果、プランジャ ー円
錐体３９は軸３８を下降することにより両方の組のフラップ３６，３７を押
し出し、その結果両者がノズル４３の実効出口面積を減少させる。したがってこ
れによって、スタート開始時における低流量状態の下でユニット１０を始動可能
にするとともに羽根車２，３が速度を速める際に低圧高質量状態を保持すること
を可能にする。圧力が増大するに伴い、圧力制御装置３５のフラップ３６，３７
は自動的に内側に向けて閉じ、ノズル４３の出口面積を増大させ、それによって
ジェット推進ユニット内を常時低圧力状態に維持し、それゆえ高質量移動率（hi gh mass transfer rate）を
維持する。バネ４０は、ユニット内に背圧状態を維 持するための十分な張力を与えるが、これは始動開始時および加速時に羽根車２ ，３を負荷状態に維持し加速位相におくためである。
圧力制御装置３５はしたが
って、始動開始を可能にしつつ、加速及び減速位相の両方において、本ユニット
の内部圧力を瞬時的に制御する、常時可変な手段を与えることができる。
図２は実質的に類似のもう一つのジェット推進装置であるが、ただし通常の船
外機における駆動力入力ハウジングを除去してエンジン６３に鉛直軸９を直接結
合できるようにしたものを示す。
図５ないし８はエンジンを船外機の軸９に鉛直に取り付けることができる様子
を示す。
ポンプ部４４の取り外しは、はじめにナット４５を除去することにより達成で
きる。これにより図５及び６に示すように、船外機ユニット４６全体を船尾４７
から後方へ揺動させることができる。図５ないし８に見える蝶番ポイント４８が
この揺動を可能にする。図５ないし８に示すＯ-リングシール４９を取り外すこ
とができる。ナット５０、５１の除去によって、取り入れ口部５２を除くポンプ
部４４全体を図７に示すように除去することができる。次いでポンプハウジング
フランジ５３とボルトとナット（図示せず）を固定している駆動力伝動担体フラ
ンジ５４とを除去することにより、ポンプ部４４を組立解除できる。これにより
、図８に示すように、羽根車２，３及び駆動力伝動担体２０を単一の組立体とし
て、ポンプハウジング２４から引き出すことが可能となる。次に、共に図１に見
られるねじ５５及び保持ナット５６を係合解除することにより、羽根車２，３を
除去することができる。
ポンプハウジング２４の内側壁はわずかにテーパー付けしてあるが、これは会 合
するテーパー部をもつ羽根車の羽根５７，５８が摩耗するに伴って次第に前進 し正しい隙間を維持できるよう
にするためである。これは羽根車シート（impell er seats）
５９，６０の後ろにスペーサワッシャ（図示せず）を配置することに
より達成される。この構成により、羽根車先端６１，６２を改築しないで使用で きる羽根車２，３の寿命を大いに増大することができる。
羽根車の刃５７，５８
は通常、約３０ないし４０度の範囲の翼角（blade angles）をもつが、これは 高効率のスラスト出力を得るのに必要な流量をできるだけ大きくするためである 。羽根
５７，５８を実施可能な程度に非常に薄くし、翼形プロファイルを
もたせれば、さらなる改良が得られる。
請求の範囲１．互いにすべて滑らかに連通する
取り入れ口部と、
軸線方向流ポンプ部と、
駆動部とを含む改良した水ジェット推進ユニットであって、
該駆動部が駆動力伝動担体と圧力制御装置とを含み、
該駆動力伝動担体の下流において該圧力制御装置が該駆動力伝動担体上に
装着されており、
該駆動力伝動担体は、上流に装着された着脱可能な円錐形ベアリングキャ
リア、歯車、及び下流に装着されたカバープレートから成り、
該ポンプ部は一対の反対向きに回転する軸線方向流羽根車を含み、
該羽根車が各々に、該駆動力伝動担体から前方に延びて反対向き回転する 別個の共心軸の上に
装着されており、
流体力学的形状をもつ支持羽根によって該軸線方向流羽根車の下流に該駆
動力伝動担体が該駆動部内に配置されており、
該上方支持羽根が、入力駆動軸を該駆動力伝動体に接続させることができ
る、鉛直向きに整合された穴を有し、
該駆動部が該ポンプ部および該取り入れ口部から取り外すことができ、
該圧力制御装置が該ユニットを低圧高質量モードで作動させることができ
、
該駆動部の組立解除することなく該羽根車が取り外しでき、
該推進ユニットが船尾駆動機としても船外機としても装着可能である
ことを特徴とする水ジェット推進ユニット。
２．請求項１に記載の推進ユニットにおいて、該２つの羽根車によって水流中に
発生された渦中に該駆動力伝動担体及び該圧力制御装置が装着されることを特徴
とする推進ユニット。
３．請求項１または２に記載の推進ユニットにおいて、駆動力伝動担体の該上方
支持羽根が約４対１の長さ対幅比をもつことを特徴とする推進ユニット。
４．請求項１、２または３に記載の推進ユニットにおいて、該２つの軸線方向流
羽根の該相対先端速度が秒速約０ないし６５メートルの範囲内に設定されている
ことを特徴とする推進ユニット。
５．請求項１、２、３または４に記載の推進ユニットにおいて、該軸線方向流羽
根が約３０ないし４０度の範囲の周縁翼角をもつことを特徴とする推進ユニット
。
６．前記請求項のいずれかに記載の推進ユニットにおいて、該圧力制御装置が、
円形配置されるとともに円錐体及びバネにより引張される、２層の重なり合うフ
ラップからなることを特徴とする推進ユニット。
７．前記請求項のいずれかに記載の推進ユニットにおいて、該２つの羽根車の前
方に、あるいはその間に、全く支持構造体がないことを特徴とする推進ユニット
。
８．前記請求項のいずれかに記載の推進ユニットにおいて、該羽根車が該駆動部
の上流に装着されていることを特徴とする推進ユニット。
９．前記請求項のいずれかに記載の推進ユニットにおいて、該上流の羽根車が混合流形態の
ものであり、かつ下流の羽根車が軸線方向流形態のものであることを
特徴とする推進ユニット。
１０．前記請求項のいずれかに記載の推進ユニットにおいて、該共軸的駆動軸が
該駆動力伝動部の該歯車から上流側に延びることを特徴とする推進ユニット。
１１．船尾駆動機に使用することができる、前記請求項のいずれかに記載の推進
ユニット。
１２．船外機に使用することができる、請求項１１以外の前記請求項のいずれか
に記載の推進ユニット。
１３．前記請求項のいずれかに記載の推進ユニットにおいて、該駆動部及びポン
プハウジングが揺動して該取り入れ口部から離すことができることを特徴とする
推進ユニット。
１４．前記請求項のいずれかに記載の推進ユニットにおいて、ノズル出口面積対 前方羽根掃引面積比が
約０．５５：１であることを特徴とする推進ユニット。