【発明の詳細な説明】
発明の名称
ウイングセールおよび使用方法
技術分野
本発明は船、ボート、ヨット、セールボートなどの帆船用の帆、特にエーロフ
ォイル状の帆に関する。
背景技術
帆走分野には、帆の設計について慣習に基づく設計や慣習にとらわれない設計
が混在している。これら帆のいくつかは飛行機翼の形に設計されている。例えば
、Ｊａｏｃｈｉｍ Ｓｃｈｕｌｔによる“Ｃｕｒｉｏｕｓ Ｙａｃｈｔｉｎｇ
Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎｓ”（ＩＳＢＮ０−８０８−２１０４−１）には、いくつか
の翼状帆の構成が開示されている。そして図５６および５７には、エーロフォイ
ル形状を与えることができる膨張式の帆が図示されている。また図７３には、布
製帆の代わりに剛性のあるエーロフォイルをもつＤｙｎａ−Ｓｈｉｐが図示され
ている。これらエーロフォイルの操帆は、ブリッジからの遠隔制御によって行な
う。エーロフォイルは、楕円断面が可変の中空一体形マストに設置する。エーロ
フォイルは形状がほぼ台形状で、タービン・ホィールのパドルと同じような形状
である。また、エーロフォイルは向かい風に対して角度が小さくなるように設置
する。図７４には、停泊時に５つの垂直エーロフォイルを折り畳むことができる
三胴船が図示されている。船長が２８ｆ
ｔの原型船は視風に対して角度は６°程であり、布製帆を取り付けたボートの２
０°とは対照的である。その帆面積が船体重量にからみて大きい３２３ｓｑ．ｆ
ｔであるにもかかわらず、転覆の恐れはまったくない。というのは、風が帆に対
して常に最適な角度で当たるからである。エーロフォイル全体は、最小の抵抗で
最大の推進力が得られるように、風に対して常に角度をもっている。図７５には
、布製帆を取り付けた、外形を調節できるエーロフォイルが図示されている。こ
の装置を使用すると、操船者は最小の抵抗で最大の推進力を得ることができる最
も有効な外形を知ることができる。図７７には、帆の曲率を選択的に変更できる
、改良エーロフォイル設計構成が図示されている。図８３には、共通な軸を中心
として回動するいくつかのエーロフォイルを回転円盤に取り付けた推進装置が図
示されている。図８６および図８７には、船首から船尾にかけて、また船体を横
切って可動な回動エーロフォイルが図示されている。この設計により、回動軸の
流動抵抗が小さくなり、従ってエーロフォイル帆の適帆が容易になる。図８８に
は、平行な支柱の助けによって、風入射角度を大きく変更せずに中心のエーロフ
ォイルに対して前後に外側の二つのエーロフォイルを移動することができる多数
のエーロフォイルからなる帆が図示されている。図８９には、垂直軸を中心にし
て自由に回動するエーロフォイルが図示されている。左舷または右舷に羽根を設
けて、帆の凸側面に負圧を発生
し、風に対して所定の角度にこれを設定して、推進力を発生する。Ｃ．Ｊ．Ｓａ
ｔｃｈｗｅｌｌ編の“Ｗｉｎｄｓｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｐｒｏｃｅｅ
ｄ−ｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕ
ｍ ｏｎ Ｗｉｎｄｓｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｗｉｎｄｔｅｃｈ’８５
）”、Ｓｏｕｔｈａｍｐｔｏｎ、Ｕ．Ｋ．、Ａｐｒｉｌ２４−２５、１９８５、
ＩＳＢＮ０４４４４２５３３０（ｓｅｔ）、ＬＣＣＮ８５０１６１７０／／ｒ８
８には、数多くのウイングセールが記載されているが、ほとんどは大型船舶用の
剛性構成である。
発明の開示
本発明は、エーロフォイルの形に設計しているため、飛行機の翼の揚力と同様
な押圧力を得ることができる、帆船を対象とする翼形帆に関する。可動式スパー
の使用によって、本発明は、両側のいずれかにおいてエーロフォイル形状を取る
ことができるユニークな特徴をもつものである。即ち、帆に対する風の方向に応
じて、風によって可動式スパーを帆の風下側に押圧することによって、風下側を
変形させ、エーロフォイルの長辺側にする。このエーロフォイル形状によって得
られる押圧力を使用して、帆船を推進する。さらに、風の当たる角度を少し変え
るだけで、風下側が変化し、エーロフォイルの形が反転し、このため押圧力の方
向がただちに、そして大きく変化する。
従来の帆と比較した場合、本発明は多くの特徴をもつものである。本発明によ
れば、風の当たる角度を非常に小さくした状態できわめて“風に近接できる”た
め、抵抗を大きく減らすことができる。風の当たる角度がほぼ１０°〜２０°の
ときに最大の押圧力が実現する。さらに、本発明による帆は高さが、従来の帆の
わずか３０〜４０％に過ぎない。本発明の帆が短いため、風によって発生する傾
きモーメントも小さくなる。このため、バラストが少なくて済み、流線型の船体
設計が可能になるため、速度が増すことになる。また、帆が短いため、帆の押圧
力の方向が水平方向になる。これと対照的に、従来の帆船は一方に傾くため、帆
走力の一部が垂直に散逸するものである。
本発明の好適な実施態様では、上部スパーを同平面にある下部スパーに結合す
ることによって、帆平面を構成する。上部スパーと下部スパーとの間に可動式ス
パーを設ける。この帆平面に対してこの可動式スパーは実質的に平行である。上
部スパー、可動式スパーおよび下部スパー全体をシース状の帆布で取り囲む。可
動式スパーは、帆平面に対して実質的に直交する方向に可動である。
本発明の重要な態様によれば、上部スパー、下部スパーおよび可動式スパーを
実質的に平行にし、下部スパーから所定の間隔をおいて上部スパーを設ける。
本発明の重要な特徴によれば、上部スパーと下部スパーとを結合し、上部スパ
ーに対して実質的に直交する、
少なくとも一つの横リブを設ける。
本発明の別な重要な態様によれば、この横リブを縦方向に調節して、上記の所
定の間隔を選択的に変更できる。
本発明のさらに別な重要な特徴によれば、上部スパーが第１の長さを、下部ス
パーが第２の長さを、可動式スパーが第３の長さを、そしてシースが第４の長さ
を有し、第１の長さが第２の長さより長く、第２の長さが第３の長さより長く、
そして第３の長さが第４の長さと実質的に同じにする。
本発明の別な態様によれば、上部スパーが、シースに当接する湾曲前縁部を有
する。
本発明の別な特徴によれば、上部スパーは横断面が実質的に円形である。
本発明の別な態様によれば、下部スパーが、シースに当接する実質的にＶ字形
の後縁部を有する。
本発明の別な特徴によれば、下部スパーよりも上部スパーの方に近付けて可動
式スパーを設ける。
本発明の態様によれば、縦軸を有する上部スパーに回動手段を結合して、この
縦軸を中心にして上部スパーを選択的に回動する。
本発明の別な重要な特徴によれば、シースの第１側面が第１外面を構成し、こ
れに対向する第２側面が第２外面を構成し、そして可動式スパーが第１の凸状側
面を有し、これに対向して第２凸側面を有する。
本発明の特徴によれば、可動式スパーの第１凸状側面
をシースの第１側面に結合し、そして可動式スパーの第２凸状側面をシースの第
２側面に結合する。
本発明の重要な態様によれば、風が第１外面に当たった場合に、シースの第２
側面に向かって帆平面に実質的に直交する方向に可動式スパーが押圧され、これ
によって第２外面を変形させて、エーロフォイルの湾曲側面を構成する。
本発明の重要な特徴によれば、風が第２外面に当たった場合に、シースの第１
側面に向かって帆平面に実質的に直交する方向に可動式スパーが押圧され、これ
によって第１外面を変形させて、エーロフォイルの湾曲側面を構成する。
本発明の態様によれば、可動式スパーは横断面が実質的に卵状である。
本発明の特徴によれば、上部スパーが帆平面に直交する方向に測定した場合に
第１の厚みを有し、可動式スパーが帆平面に直交する方向に測定した場合に第２
の厚みを有し、そしてこの第２厚みが第１厚みより厚い。
本発明の上記以外の特徴および作用効果は、例示のみを目的とし、本発明の原
理を説明する添付図面について、以下の詳細な説明を読めば明らかになるはずで
ある。
図面の簡単な説明
図１は、本発明による帆の斜視図である。
図２は、図１の２−２線についての拡大横断面図である。
図３は、図１の領域３を示す、一部を切り欠いた拡大側面図である。
図４は、どのようにエーロフォイル状にするかを説明する帆の拡大横断面図で
ある。
図５は、どのようにエーロフォイルを逆形状にするかを説明する帆の別な拡大
横断面図である。
図６は、風縦横比に対する押圧力の関係を示すグラフである。
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、それぞれ帆船を風上に向けて操船するさいに
使用する帆の状態を説明する上面図である。
図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、それぞれ帆船を風下に向けて操船するさいに
使用する帆の状態を説明する上面図である。
図９は、帆船を制動または減速するさいに使用する帆の状態を示す上面図であ
る。
図１０は、帆船に垂直に取り付けた複数の帆を示す側面図である。
図１１は、帆船に垂直に取り付けた複数の帆を示す上面図である。
図１２は、上部スパーを回動し、複数の帆の帆平面を平行に維持するための回
動手段を示す図である。
発明の実施態様
まず、図１および図２について説明する。図１および図２はそれぞれ本発明に
よる、２０で示す帆の斜視図お
よび拡大横断面図である。帆２０は上部スパー２２と後下部スパー２４とを有す
る。これら上部スパー２２および後上部スパー２４は実質的に同平面にあり、帆
平面２４を形成するものである。可動式スパー２８を上部スパー２２と下部スパ
ー２４との間に設ける。この可動式スパー２８は帆平面２６に対して実質的に平
行であり、帆平面２６に対して実質的に直交する方向に可動である。図２に示す
ように、可動式スパー２８は方向２３または方向２５のいずれの方向にも可動で
ある。上部スパー２２、可動式スパー２８および下部スパー２４は全体をシース
状の帆布３０で包みこむことによって、全体が翼状の、可撓性の両面帆２０を構
成する。シース３０の第１面が第１外面３２を構成し、これに対向する第２面が
第２外面３４を構成する。なお、本明細書で使用する“帆布”は、製帆に好適な
布材料、織物、合成材料などを指す用語である。好適な実施態様では、上部スパ
ー２２、下部スパー２４および可動式スパー２８はいずれも実質的に平行で、上
部スパー２２と下部スパー２４との間に所定間隔Ｄを設ける（図３も参照）。間
隔Ｄが帆布２０の翼弦または幅になる。好適な実施態様では、また、横リブ３６
により上部スパー２２を下部スパー２４に結合する。図示の実施態様では、２つ
の横リブ３６および３８を使用する。これら横リブ３６および３８は上部スパー
２２に対して実質的に直交し、実質的に調節自在であるため、所定の間隔Ｄを選
択的に変更することができる。
所定間隔Ｄを広げると、シース３０が上部スパー２２、可動式スパー２８および
下部スパー２４の周囲に締め付けられる。これによって、シース３０の張力を調
節できるため、風によって可動式スパー２８がいずれかの側に押圧された場合に
は、適正なエーロフォイル状になる。
図１から理解できるように、上部スパー２２は第１の長さを、下部スパー２４
は第２の長さを、可動式スパー２８は第３の長さを、そしてシース３０は第４の
長さを有する。この場合、第１の長さは第２の長さより長く、第２の長さは第３
の長さより長く、そして第３の長さは第４の長さと実質的に同じである。図２に
示すように、上部スパー２２の湾曲しているか円形の縁部４０がシース３０に当
接している。帆２０の使用時、風によって湾曲するのは上部スパー２２であり、
従って湾曲前縁部４０は、飛行機の翼の場合と同様に、風の抵抗が小さい。好適
な実施態様では、上部スパー２２は横断面が実質的に円形である。一方、下部ス
パー２４は、実質的にＶ字形の縁部４２がシース３０に当接し、このＶ字の底部
には風はあたらない。好適な実施態様では、下部スパー２４は横断面が実質的に
楔形である。
最適なエーロフォイル構成を得るためには、可動式スパー２８を下部スパー２
４によりも上部スパー２２の方に近付けて設ける必要がある。好適な実施態様で
は、上部スパー２２から翼弦Ｄのほぼ１／３〜１／４の位置に可動式スパー２８
を設ける。風の方向に対して帆２０の
方向を調節するため、上部スパー２２に回動手段を結合して、上部スパー２２、
従って帆２０を上部スパー２２の縦軸４４を中心にして選択的に回動させること
ができる（図１２も参照）。図１においては、上部スパー２２は縦軸４４を中心
にして方向４６か４８のいずれかの方向に選択的に回動することができる。回動
手段は機械的に制御してもよいし、あるいは電気的に制御してもよく、上部スパ
ー２２に任意の有利な位置で結合できる。好適な実施態様では、回動手段は上部
スパー２２の底部に結合する。
図２に示すように、シース３０は第１面が第１の外面３２を構成し、そしてこ
れに対向する第２面が第２の外面３４を構成する。可動式スパー２８は第１の凸
状面５０を有し、これに対向して凸状の第２面５２を有する。可動式スパー２８
の第１凸状面５０をシース３０の第２側面に結合し、スパー２８の第２凸状面５
２をシース３０の第２側面に結合する。結合は、可動式スパー２８の上下部で行
なう必要があり、その間隔は１〜３ｍとする。結合は接着剤、ステープル、ステ
ッチング、マジックテープなどの任意の有利な手段で行なえばよい。好適な実施
態様では、可動式スパー２８は横断面が実質的に卵状で、より厚い側が上部スパ
ー２２に向いている。上部スパー２２は、帆平面２６に直交する方向に測定した
場合に第１の厚みＴ１を有し、可動式スパー２８も、同様に帆平面２６に直交す
る方向に測定した場合に第２の厚み
Ｔ２を有する。外面５０と５２とが最適なエーロフォイル形状を構成するために
は、可動式スパー２８の厚みＴ２を上部スパー２２の厚みＴ１よりもわずかに厚
くする必要がある。例えば、上部スパー２２の厚みが１０ｃｍの場合には、可動
式スパー２８の厚みを１２〜１５ｃｍとする必要がある。
図４について説明する。図４は、どのようにしてエーロフォイル形状にするか
を説明する帆２０の横断面図である。帆平面２６に当たる角度がＡ°である風６
００が第２外面３４に当たると、シース３０の第１側面に向かって帆平面２６に
実質的に直交する方向５４に可動式スパー２８が押圧される。このため、可動式
スパー２８の第１曲面５０がシース３０の第１側面を押圧し、第１外面３２を変
形させて、エーロフォイルの湾曲側面または長辺側面にする。可動式スパー２８
の風に向かう側面（この場合には側面５２）がある一ヶ所でシース３０の第２側
面にのみ接触し、このため第２外面３４がエーロフォイルの実質的に直線側面ま
たは短辺側面を構成するのが理想的である。第２外面３４が内側に曲がる場合に
は、調節式リブ３６および３８を延ばして、シース３０に適正な張力を発生し、
これによって第２外面３４を適正な、実質的に直線形状にする。なお、第１外面
３２が可動式スパー２８によって外側に曲がると、上部スパー２２の縁部４０の
周囲にシース３０がスリップ嵌めし、エーロフォイルの湾曲側面が形成する。さ
らに、帆布が
わずかに延伸するため、エーロフォイル形状が完全になる。このようにして形成
されたエーロフォイルの湾曲側面３２が直線状の側面３４よりも長いため、ベル
ヌーイの原理により圧力差が発生する。いうまでもなく、これは飛行機の翼によ
って発生する揚力と同様なものである。
次に、図５について説明する。図５は、上記とは逆のエーロフォイルの形成を
説明する帆２０の別な横断面図である。帆平面２６に当たる角度がＡ°である風
６００が第１外面３２に当たると、シース３０の第２側面に向かって帆平面２６
に実質的に直交する方向２６に可動式スパー２８が押圧される。このため、可動
式スパー２８の第２曲面５２がシース３０の第２側面を押圧し、第２外面３４を
変形させて、エーロフォイルの湾曲側面または長辺側面にするとともに、第１外
面３２を変形させて、エーロフォイルの直線状側面または短辺側面にする。
図６は、風の当たる角度Ａ°の関数として帆２０が発生する押圧力を説明する
図である。なお、押圧力が最大になる角度Ａ°は約１０°〜約２０°である。風
の当たる角度Ａ°が０°に近付くと、シース３０のどちらの側にも可動式スパー
２８が押圧されなくなるため、エーロフォイル形状が得られなくなり、押圧力も
得られなくなる。同様に、風の当たる角度Ａ°がほぼ５０°〜６０°になると、
帆２０周囲の空気流れが乱流になるため、押圧力を得ることができなくなる。
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、帆船５００を風上に
向かって（風に逆らって）帆走させる場合に帆２０をどのように操帆するかを説
明する上面図である。最初の工程として、上部スパー２２を自由に回動させて、
帆平面２６を風６００の方向に調節する。いずれにせよ、この場合には、帆２０
の上部スパー２２を予め選択的に回動させ、帆平面２６に当たる風の角度Ａ°を
約１０°〜約２０°にすることによって、最大の押圧力５４を得るようにしてい
る。なお、風６００が船首５０１に吹き付けている間は、にもかかわらず、帆２
０が発生する押圧力５４はが船首５０１に向かって作用しているため、帆船５０
０は順走することができる。図７Ａの場合、押圧力５４は、縦方向成分が帆船５
００の中心線にそって船首５０１に向いている。なお、本明細書で、風の当たる
角度Ａ°が正の場合には、全体として帆船５００の船首５０１に向かって作用す
る押圧力５４が得られ、角度Ａ°が負の場合には、全体として船尾５０２に向か
って作用する押圧力５４が得られる。
図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、帆船５００を風下に向かって（順風で）帆走
させる場合に帆２０をどのように操帆するかを説明する上面図である。上記と同
様に、帆２０の上部スパー２２を予め回動させ、帆平面２６に当たる風の角度Ａ
°を約１０°〜約２０°にする。図７および図８では、上部スパー２２を連続的
かつ選択的に回動して、帆平面に当たる風の角度を実質的に１０°〜２０°に維
持し、縦成分が帆船５００の船首５０１に向
く帆２０に押圧力５４を発生する。図９は、帆船５００を制動または減速するさ
いに帆２０をどのように操帆するかを説明する上面図である。この操帆は、本発
明の非常にユニークかつ重要な特徴である。図８Ａの場合には、帆２０を回動し
て、追い風６００に調節し、帆船の船首５０１の全体的な方向に最大の押圧力５
４を発生していたが、何らかの理由により帆船５００を急激に減速する必要があ
る場合に、なすべきことについて以下説明する。本発明によれば、上部スパー２
２、従って帆平面２６を図８Ａに示すように、ほぼ２０°〜４０°反時計方向（
風の当たる角度Ａ°がほぼ−１０°〜−２０°）に回動することによって、押圧
力５４を大幅に変更し、その全体的な方向を帆船の船尾５０２方向にすると、帆
船５００をただちに減速することができる。即ち、減速するためには、上部スパ
ー２２をただちに回動して、風の当たる角度Ａ°を実質的に−１０°〜−２０°
にし、帆船５００の中心線にそって帆船５００の船尾５０２に縦成分５５が向い
ている帆２０に押圧力５４を発生する。
図１０は、帆船５００に垂直に取り付けた複数の帆２０を示す側面図である。
より長い帆２０を補強支持するために、水平なロッドまたはステー５０５を使用
できる。
図１１は、帆船５００に垂直に取り付けた複数の帆２０を示す上面図である。
帆２０を同時に回動すると、帆２０および帆平面２６がすべて連続的に平行にな
り、発生する押圧力５４がすべて平行になる。
図１２は、上部スパー２２を回動し、複数の帆２０の帆平面２６を平行に維持
するための回動手段を示す図である。図示の実施態様では、複数の歯付きプーリ
５１０を帆船５００のキャビンの屋根上に取り付ける。各プーり５１０には、帆
２０の上部スパー２２が着脱自在に係合する。チェーン５１２によりプーリ５１
０をホィール５１４に結合する。ホィール５１４が回転すると、プーリ５１０す
べてが同期して回転するため、帆平面２６のすべてを平行に維持する。クラッチ
機構をホィール５１４に組み込むと、ホィール５１４、従ってプーリ５１０を自
由に回転させることができる。こうすると、帆２０のすべてが風の方向に一致す
ることになる。いうまでもなく、帆２０を平行同期回転させるために、他の機械
的方法も使用できる。あるいは、同期モータ駆動システムも使用できる。
上部スパー２２および下部スパー２４はアルミニウムや複合材料で構成するこ
とができる。あるいは、場合にもよるが、木製シャフトで構成することもできる
。なお、可動式スパー２８については、ポリウレタン、中空プラスチック管材や
発砲ナイロンなどの軽量材料で構成するのが最善である。別な実施態様では、下
部スパー２４は固体材料からなるスパーではなく、トート（ｔａｕｇｈｔ）ケー
ブルとすることができる。
帆２０の使用数、大きさ、形状については、対象とする帆船５００に合うよう
に選択する。一般的には、帆船
５０の大きさが大きくなるに従って、帆２０の使用数も多くなる。例えば、船長
が９〜１０ｍの帆船５００の場合には、高さが３〜５ｍの、６〜８枚の帆２０を
垂直に取り付ける必要があり、また翼弦（幅）をほぼ０．４５〜０．６５ｍにし
、上部スパー２２の厚みをほぼ７〜１０ｃｍにする必要がある。実際には、翼弦
の幅は、帆２０が発生するトルクの量によって制限される。船長が３〜５ｍの帆
船５００の場合には、大きさが同じか小さい帆が２、３枚あれば十分である。帆
船５００の係留上の点から、帆２０の高さを帆船５００のキャビンの屋根の長さ
以内に止める必要がある。多数の帆２０を取り付ける場合には、ある帆２０の上
部スパー２４と次の帆２０の上部スパー２２と間にほぼ５〜１０ｃｍのクリアラ
ンスを見込んでおく必要がある。なお、帆２０は縦横比が非常に高いため、今ま
での帆よりも効率が高い。ここで、縦横比を定義すれば、翼弦に対する高さの比
であり、帆２０についてはほぼ８：１０である。以上説明してきた好適な実施態
様は例示を目的とするもので、数多くの変更、寸法変更、再構成などが容易であ
り、いずれも上記と同様な作用効果を得ることができる。これらについては、す
べて特許請求の範囲内に含まれるものである。
【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項
【提出日】平成１０年１１月１０日（１９９８．１１．１０）
【補正内容】
６． 上部スパーが、シースに当接する湾曲前縁部を有する請求項１の帆。
８． 下部スパーが、シースに当接する後縁部が実質的にＶ字状になるような横
断面を有している請求項１の帆。
１０．下部スパーよりも上部スパーの方に近付けて可動式スパーを設けた請求項
１の帆。
１１．さらに縦軸を有する上部スパーに回動手段を結合して、この縦軸を中心に
して上部スパーを選択的に回動できるようにした請求項１の帆。
１２．さらにシースの第１側面が第１外面を構成し、これに対向する第２側面が
第２外面を構成し、そして可動式スパーが第１の凸状側面を有し、これに対向し
て第２凸側面を有する請求項１の帆。
１３． 可動式スパーの第１凸状側面をシースの第１側面に結合し、そして可動
式スパーの第２凸状側面をシースの第２側面に結合した請求項１２の帆。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】平成１１年６月５日（１９９９．６．５）
【補正内容】
明細書
発明の名称
ウイングセールおよび使用方法
技術分野
本発明は船、ボート、ヨット、セールボート、カヤック、カヌーなどの帆船用
の帆、特にエーロフォイル状の帆に関する。
背景技術
帆走分野には、帆の設計について慣習に基づく設計や慣習にとらわれない設計
が混在している。これら帆のいくつかは飛行機翼の形に設計されている。例えば
、Ｊａｏｃｈｉｍ Ｓｃｈｕｌｔによる“Ｃｕｒｉｏｕｓ Ｙａｃｈｔｉｎｇ
Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎｓ”（ＩＳＢＮ０−８０８−２１０４−１）には、いくつか
の翼状帆の構成が開示されている。そして図５６および５７には、エーロフォイ
ル形状を与えることができる膨張式の帆が図示されている。また図７３には、布
製帆の代わりに剛性のあるエーロフォイルをもつＤｙｎａ−Ｓｈｉｐが図示され
ている。これらエーロフォイルの操帆は、ブリッジからの遠隔制御によって行な
う。エーロフォイルは、楕円断面が可変の中空一体形マストに設置する。エーロ
フォイルは形状がほぼ台形状で、タービン・ホィールのパドルと同じような形状
である。また、エーロフォイルは向かい風に対して角度が小さくなるように設置
する。図７４には、停泊時に５つの垂直エーロフォイルを折り畳
むことができる三胴船が図示されている。船長が２８ｆｔの原型船は視風に対し
て角度は６°程であり、布製帆を取り付けたボートの２０°とは対照的である。
その帆面積が船体重量にからみて大きい３２３ｓｑ．ｆｔであるにもかかわらず
、転覆の恐れはまったくない。というのは、風が帆に対して常に最適な角度で当
たるからである。エーロフォイル全体は、最小の抵抗で最大の推進力が得られる
ように、風に対して常に角度をもっている。図７５には、布製帆を取り付けた、
外形を調節できるエーロフォイルが図示されている。この装置を使用すると、操
船者は最小の抵抗で最大の推進力を得ることができる最も有効な外形を知ること
ができる。図７７には、帆の曲率を選択的に変更できる、改良エーロフォイル設
計構成が図示されている。図８３には、共通な軸を中心として回動するいくつか
のエーロフォイルを回転円盤に取り付けた推進装置が図示されている。図８６お
よび図８７には、船首から船尾にかけて、また船体を横切って可動な回動エーロ
フォイルが図示されている。この設計により、回動軸の流動抵抗が小さくなり、
従ってエーロフォイル帆の適帆が容易になる。図８８には、平行な支柱の助けに
よって、風入射角度を大きく変更せずに中心のエーロフォイルに対して前後に外
側の二つのエーロフォイルを移動することができる多数のエーロフォイルからな
る帆が図示されている。図８９には、垂直軸を中心にして自由に回動するエーロ
フォイルが図示されている。左
舷または右舷に羽根を設けて、帆の凸側面に負圧を発生し、風に対して所定の角
度にこれを設定して、推進力を発生する。Ｃ．Ｊ．Ｓａｔｃｈｗｅｌｌ編の“Ｗ
ｉｎｄｓｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｐｒｏｃｅｅｄ−ｉｎｇｓ ｏｆ ｔ
ｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｗｉｎｄｓｈ
ｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｗｉｎｄｔｅｃｈ’８５）”、Ｓｏｕｔｈａｍｐ
ｔｏｎ、Ｕ．Ｋ．、Ａｐｒｉｌ２４−２５、１９８５、ＩＳＢＮ０４４４４２５
３３０（ｓｅｔ）、ＬＣＣＮ８５０１６１７０／／ｒ８８には、数多くのウイン
グセールが記載されているが、ほとんどは大型船舶用の剛性構成である。また、
このようなウイングセールはＵＳＰ４，３４１，１７６、ＵＳＰ４，９４５，８
４７、ＵＳＰ５，１８１，６７８、ＵＳＰ５，３２０，３１０，ＡＵ−Ａ５２３
，７６６、ＬＵ−８８，５２８の各公報に開示されている。
発明の実施態様
まず、図１および図２について説明する。図１および図２はそれぞれ本発明に
よる、２０で示す帆の斜視図および拡大横断面図である。帆２０は上部スパー２
２と後下部スパー２４とを有する。これら上部スパー２２および後上部スパー２
４は実質的に同平面にあり、帆平面２４を形成するものである。可動式スパー２
８を上部スパー２２と下部スパー２４との間に設ける。この可動式スパー２８は
帆平面２６に対して実質的に平行であり、帆
平面２６に対して実質的に直交する方向に可動である。図２に示すように、可動
式スパー２８は方向２３または方向２５のいずれの方向にも可動である。上部ス
パー２２、可動式スパー２８および下部スパー２４は全体をシース状の帆布３０
で包みこむことによって、全体が翼状の、可撓性の両面帆２０を構成する。シー
ス３０の第１面が第１外面３２を構成し、これに対向する第２面が第２外面３４
を構成する。なお、本明細書で使用する“帆布”は、製帆に好適な布材料、織物
、合成材料などを指す用語である。好適な実施態様では、上部スパー２２、下部
スパー２４および可動式スパー２８はいずれも実質的に平行で、上部スパー２２
と下部スパー２４との間に所定間隔Ｄを設ける（図３も参照）。間隔Ｄが帆布２
０の翼弦または幅になる。好適な実施態様では、また、横リブ３６により上部ス
パー２２を下部スパー２４に結合する。図示の実施態様では、２つの横リブ３６
および３８を使用する。これら横リブ３６および３８は上部スパー２２に対して
実質的に直交し、実質的に調節自在であるため、所定の間隔Ｄを選択的に変更す
ることができる。所定間隔Ｄを広げると、シース３０が上部スパー２２、可動式
スパー２８および下部スパー２４の周囲に締め付けられる。これによって、シー
ス３０の張力を調節できるため、風によって可動式スパー２８がいずれかの側に
押圧された場合には、適正なエーロフォイル状になる。
図１から理解できるように、上部スパー２２は第１の
長さを、下部スパー２４は第２の長さを、可動式スパー２８は第３の長さを、そ
してシース３０は第４の長さを有する。この場合、第１の長さは第２の長さより
長く、第２の長さは第３の長さより長く、そして第３の長さは第４の長さと実質
的に同じである。図２に示すように、上部スパー２２の湾曲しているか円形の縁
部４０がシース３０に当接している。帆２０の使用時、風によって湾曲するのは
上部スパー２２であり、従って湾曲前縁部４０は、飛行機の翼の場合と同様に、
風の抵抗が小さい。好適な実施態様では、上部スパー２２は横断面が実質的に円
形である。一方、下部スパー２４は、実質的にＶ字形の縁部４２がシース３０に
当接し、このＶ字の底部には風はあたらない。
最適なエーロフォイル構成を得るためには、可動式スパー２８を下部スパー２
４によりも上部スパー２２の方に近付けて設ける必要がある。好適な実施態様で
は、上部スパー２２から翼弦Ｄのほぼ１／３〜１／４の位置に可動式スパー２８
を設ける。風の方向に対して帆２０の方向を調節するため、上部スパー２２に回
動手段を結合して、上部スパー２２、従って帆２０を上部スパー２２の縦軸４４
を中心にして選択的に回動させることができる（図１２も参照）。図１において
は、上部スパー２２は縦軸４４を中心にして方向４６か４８のいずれかの方向に
選択的に回動することができる。回動手段は機械的に制御してもよいし、あるい
は電気的に制御してもよく、
上部スパー２２に任意の有利な位置で結合できる。好適な実施態様では、回動手
段は上部スパー２２の底部に結合する。
図２に示すように、シース３０は第１面が第１の外面３２を構成し、そしてこ
れに対向する第２面が第２の外面３４を構成する。可動式スパー２８は第１の凸
状面５０を有し、これに対向して凸状の第２面５２を有する。可動式スパー２８
の第１凸状面５０をシース３０の第２側面に結合し、スパー２８の第２凸状面５
２をシース３０の第２側面に結合する。結合は、可動式スパー２８の上下部で行
なう必要があり、その間隔は１〜３ｍとする。結合は接着剤、ステープル、ステ
ッチング、マジックテープなどの任意の有利な手段で行なえばよい。好適な実施
態様では、可動式スパー２８は横断面が実質的に卵状で、より厚い側が上部スパ
ー２２に向いている。上部スパー２２は、帆平面２６に直交する方向に測定した
場合に第１の厚みＴ１を有し、可動式スパー２８も、同様に帆平面２６に直交す
る方向に測定した場合に第２の厚みＴ２を有する。外面５０と５２とが最適なエ
ーロフォイル形状を構成するためには、可動式スパー２８の厚みＴ２を上部スパ
ー２２の厚みＴ１よりもわずかに厚くする必要がある。
図４について説明する。図４は、どのようにしてエーロフォイル形状にするか
を説明する帆２０の横断面図である。帆平面２６に当たる角度がＡ°である風６
００が
第２外面３４に当たると、シース３０の第１側面に向かって帆平面２６に実質的
に直交する方向５４に可動式スパー２８が押圧される。このため、可動式スパー
２８の第１曲面５０がシース３０の第１側面を押圧し、第１外面３２を変形させ
て、エーロフォイルの湾曲側面または長辺側面にする。可動式スパー２８の風に
向かう側面（この場合には側面５２）がある一ヶ所でシース３０の第２側面にの
み接触し、このため第２外面３４がエーロフォイルの実質的に直線側面または短
辺側面を構成するのが理想的である。第２外面３４が内側に曲がる場合には、調
節式リブ３６および３８を延ばして、シース３０に適正な張力を発生し、これに
よって第２外面３４を適正な、実質的に直線形状にする。なお、第１外面３２が
可動式スパー２８によって外側に曲がると、上部スパー２２の縁部４０の周囲に
シース３０がスリップ嵌めし、エーロフォイルの湾曲側面が形成する。さらに、
帆布がわずかに延伸するため、エーロフォイル形状が完全になる。このようにし
て形成されたエーロフォイルの湾曲側面３２が直線状の側面３４よりも長いため
、ベルヌーイの原理により圧力差が発生する。いうまでもなく、これは飛行機の
翼によって発生する揚力と同様なものである。
次に、図５について説明する。図５は、上記とは逆のエーロフォイルの形成を
説明する帆２０の別な横断面図である。帆平面２６に当たる角度がＡ°である風
６００が第１外面３２に当たると、シース３０の第２側面に向
かって帆平面２６に実質的に直交する方向２６に可動式スパー２８が押圧される
。このため、可動式スパー２８の第２曲面５２がシース３０の第２側面を押圧し
、第２外面３４を変形させて、エーロフォイルの湾曲側面または長辺側面にする
とともに、第１外面３２を変形させて、エーロフォイルの直線状側面または短辺
側面にする。
図６は、風の当たる角度Ａ°の関数として帆２０が発生する押圧力を説明する
図である。なお、押圧力が最大になる角度Ａ°は約１０°〜約２０°である。風
の当たる角度Ａ°が０°に近付くと、シース３０のどちらの側にも可動式スパー
２８が押圧されなくなるため、エーロフォイル形状が得られなくなり、押圧力も
得られなくなる。同様に、風の当たる角度Ａ°がほぼ５０°〜６０°になると、
帆２０周囲の空気流れが乱流になるため、押圧力を得ることができなくなる。
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、帆船５００を風上に向かって（風に逆らって
）帆走させる場合に帆２０をどのように操帆するかを説明する上面図である。最
初の工程として、上部スパー２２を自由に回動させて、帆平面２６を風６００の
方向に調節する。いずれにせよ、この場合には、帆２０の上部スパー２２を予め
選択的に回動させ、帆平面２６に当たる風の角度Ａ°を約１０°〜約２０°にす
ることによって、最大の押圧力５４を得るようにしている。なお、風６００が船
首５０１に吹き付けている間は、にもかかわらず、帆２０が発生する押圧力
５４はが船首５０１に向かって作用しているため、帆船５００は順走することが
できる。図７Ａの場合、押圧力５４は、縦方向成分が帆船５００の中心線にそっ
て船首５０１に向いている。なお、本明細書で、風の当たる角度Ａ°が正の場合
には、全体として帆船５００の船首５０１に向かって作用する押圧力５４が得ら
れ、角度Ａ°が負の場合には、全体として船尾５０２に向かって作用する押圧力
５４が得られる。
図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、帆船５００を風下に向かって（順風で）帆走
させる場合に帆２０をどのように操帆するかを説明する上面図である。上記と同
様に、帆２０の上部スパー２２を予め回動させ、帆平面２６に当たる風の角度Ａ
°を約１０°〜約２０°にする。図７および図８では、上部スパー２２を連続的
かつ選択的に回動して、帆平面に当たる風の角度を実質的に１０°〜２０°に維
持し、縦成分が帆船５００の船首５０１に向く帆２０に押圧力５４を発生する。
図９は、帆船５００を制動または減速するさいに帆２０をどのように操帆するか
を説明する上面図である。この操帆は、本発明の非常にユニークかつ重要な特徴
である。図８Ａの場合には、帆２０を回動して、追い風６００に調節し、帆船の
船首５０１の全体的な方向に最大の押圧力５４を発生していたが、何らかの理由
により帆船５００を急激に減速する必要がある場合に、なすべきことについて以
下説明する。本発明によれば、上部スパー２２、従って帆平面
２６を図８Ａに示すように、ほぼ２０°〜４０°反時計方向（風の当たる角度Ａ
°がほぼ−１０°〜−２０°）に回動することによって、押圧力５４を大幅に変
更し、その全体的な方向を帆船の船尾５０２方向にすると、帆船５００をただち
に減速することができる。即ち、減速するためには、上部スパー２２をただちに
回動して、風の当たる角度Ａ°を実質的に−１０°〜−２０°にし、帆船５００
の中心線にそって帆船５００の船尾５０２に縦成分５５が向いている帆２０に押
圧力５４を発生する。
図１０は、帆船５００に垂直に取り付けた複数の帆２０を示す側面図である。
より長い帆２０を補強支持するために、水平なロッドまたはステー５０５を使用
できる。
図１１は、帆船５００に垂直に取り付けた複数の帆２０を示す上面図である。
帆２０を同時に回動すると、帆２０および帆平面２６がすべて連続的に平行にな
り、発生する押圧力５４がすべて平行になる。
図１２は、上部スパー２２を回動し、複数の帆２０の帆平面２６を平行に維持
するための回動手段を示す図である。図示の実施態様では、複数の歯付きプーリ
５１０を帆船５００のキャビンの屋根上に取り付ける。各プーり５１０には、帆
２０の上部スパー２２が着脱自在に係合する。チェーン５１２によりプーリ５１
０をホィール５１４に結合する。ホィール５１４が回転すると、プーリ５１０す
べてが同期して回転するため、帆平面２６のすべてを平行に維持する。クラッチ
機構をホィール５１
４に組み込むと、ホィール５１４、従ってプーリ５１０を自由に回転させること
ができる。こうすると、帆２０のすべてが風の方向に一致することになる。いう
までもなく、帆２０を平行同期回転させるために、他の機械的方法も使用できる
。あるいは、同期モータ駆動システムも使用できる。
上部スパー２２および下部スパー２４はアルミニウムや複合材料で構成するこ
とができる。あるいは、場合にもよるが、木製シャフトで構成することもできる
。なお、可動式スパー２８については、ポリウレタン、中空プラスチック管材や
発砲ナイロンなどの軽量材料で構成するのが最善である。また、膨張式の管とし
ても構成可能である。別な実施態様では、下部スパー２４は固体材料からなるス
パーではなく、張力ケーブルまたはロープとすることができる。
帆の縮帆については、後縁部および可動式スパーを上部スパーまで手繰り込め
ばよい。可動式スパーとして膨張式管を使用する場台には、下部スパーを回すこ
とによって帆布を巻き取ることができる。
帆２０の使用数、大きさ、形状については、対象とする帆船５００に合うよう
に選択する。一般的には、帆船５０の大きさが大きくなるに従って、帆２０の使
用数も多くなる。例えば、船長が９〜１０ｍの帆船５００の場合には、高さが３
〜５ｍの、６〜８枚の帆２０を垂直に取り付ける必要があり、また翼弦（幅）を
ほぼ０．４５
〜０．６５ｍにし、上部スパー２２の厚みをほぼ７〜１０ｃｍにする必要がある
。実際には、翼弦の幅は、帆２０が発生するトルクの量によって制限される。船
長が３〜５ｍの帆船５００の場合には、大きさが同じか小さい帆が２、３枚あれ
ば十分である。帆船５００の係留上の点から、帆２０の高さを帆船５００のキャ
ビンの屋根の長さ以内に止める必要がある。多数の帆２０を取り付ける場合には
、ある帆２０の上部スパー２４と次の帆２０の上部スパー２２と間にほぼ５〜１
０ｃｍのクリアランスを見込んでおく必要がある。なお、帆２０は縦横比が非常
に高いため、今までの帆よりも効率が高い。ここで、縦横比を定義すれば、翼弦
に対する高さの比であり、帆２０についてはほぼ８：１０である。以上説明して
きた好適な実施態様は例示を目的とするもので、数多くの変更、寸法変更、再構
成などが容易であり、いずれも上記と同様な作用効果を得ることができる。これ
らについては、すべて特許請求の範囲内に含まれるものである。
請求の範囲
１． ウイングセール平面を構成する細長い、基本的に矩形の固体フレームの上
部スパー縁部と下部スパー縁部との間に平行に設けた軽量のスパーを有し、こら
三つのスパーをシース状の帆布で取り囲み、軽量をスパーを上記の帆平面に対し
て実質的に直交する方向にのみ可動するようにし、場合によっては下部縁部スパ
ーの代わりに張力ケーブルまたはロープを使用する帆。
１２．さらにシースの第１側面が第１外面を構成し、これに対向する第２側面が
第２外面を構成し、そして可動式スパーが第１の凸状側面を有し、これに対向し
て第２凸側面を有する請求項１の帆。
１３．可動式スパーの第１凸状側面をシースの第１側面に当接し、そして可動式
スパーの第２凸状側面をシースの第２側面に当接した請求項１２の帆。
１４．風が第１外面に当たった場合に、シースの第２側面に向かって帆平面に実
質的に直交する方向に可動式スパーが押圧され、これによって第２外面を変形さ
せて、エーロフォイルの湾曲側面を構成する請求項１２の帆。
１５．風が第２外面に当たった場合に、シースの第１側面に向かって帆平面に実
質的に直交する方向に可動式スパーが押圧され、これによって第１外面を変形さ
せて、エーロフォイルの湾曲側面を構成する請求項１２の帆。
１９．請求項１の帆を準備する工程と、
縦軸を有する上部スパーに回動手段を結合して、この
縦軸を中心にして帆を選択的に回動する工程と、
上記の帆を少なくとも１枚帆船に垂直に取り付ける工程と、
この帆を自由に回動させて、帆平面を風の方向に調節する工程と、そして
風の当たる角度が実質的に１０°〜２０°になるまで帆を回動して、可動式ス
パーを風の方向からそらし、帆をエーロフォイル形状にする工程とを有する帆船
の帆走方法。
２０．さらに帆を連続的かつ選択的に回動して、風の当たる角度を実質的に１０
°〜２０°に維持し、帆の縦成分が船首方向に向く時に押圧力を発生する工程を
有する請求項１９の方法。
２１．さらに帆を回動して、風の当たる角度を実質的に−１０°〜−２０°に維
持し、帆の縦成分が船尾方向に向く時に押圧力を発生する工程を有する請求項１
９の方法。