JP2010510929A - フィン付き舵 - Google Patents

Abstract

【課題】ピボットピストンの可動性の向上と、ピボットピストンとシャフトジャーナルとの間の接続の高安定性とを確保でき、フィン連結具の製造および組付けが低コストで行えるフィン付き舵を提供する。
【解決手段】本発明のフィン付き舵は、船舶の垂直方向の軸心（Ｙ軸心）を中心としてピボット回転可能な主舵３と、前記主舵３の後縁部に接続されて前記主舵３によって確実にガイドされるフィン４とを備え、前記フィン４がピボットピストン６に接続されており、前記ピボットピストン６が、船体１に接続され垂直方向に延びるシャフトジャーナル５にジョイント軸受９を介して接続されているフィン付き舵において、前記ピボットピストン６が、前記船舶の長手方向の軸心（Ｘ軸心）を中心とした前記主舵３の偏位と、前記船舶の横方向の軸心（Ｚ軸心）を中心とした前記主舵３の偏位とに関係なく、ピボット回転可能であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに示されているフィン付き舵に関する。

海洋船舶用の舵は、海洋船舶を制御する役割を果たすものであり、通常、船尾に対して垂直方向に取り付けられており、各側に約６０°ピボット回転させることができる。海洋船舶の牽引流（Fahrstrom）は舵圧力を発生させる。この舵圧力は、走行方向に向けられた抵抗成分と、当該海洋船舶の反動を引き起こす左右方向の操舵力（Querschiffsgerichtete----Steuerkraft）とに分けられる。左右方向の操舵力を増加させる型として、主舵を備える、船舶用の高効率フラップ舵が特許文献１から知られている。この主舵は、船体を貫く、海水に対して水密のダクト、いわゆるラダートランク（Koker）内に支持された舵シャフトによってピボット回転することができる。主舵ブレードの後縁部（走行方向に対して）には、フィンが付いた舵ブレードが接続されており、主舵ブレードに対して調整装置を介して調整可能である。この調整装置は、フィン付き舵ブレードの軸に強固に接続されたエキセントリック体と、一端が当該エキセントリック体に接続されて他端が舵シャフトに近接する船体の一定箇所に接続された調整用のロッドとを含む。

つまり、主舵ブレードが回転することにより、主舵の後縁部に設けられたフィン付き舵ブレードはこれと同一方向に同一の大きさで、主舵に対してさらなる回転を生じる。これにより、舵によって生成される横方向の力は増加し、海洋船舶の操縦性が向上する。

特許文献２から、主舵と、主舵に接続されて前記主舵によって確実にガイドされるフィンとで構成される海洋船舶用の舵が知られている。このフィンには、当該フィンに設けられたスライド軸受から偏位して、連結ボルトを介してピボットピストンにカップリングするスライドピストンが設けられており、この連結ボルトは、船体に接続された軸受ハウジングを有するスライド軸受内で支持されている。ピボットピストンと連結ボルトとの間にカルダンジョイント型のヒンジボルトを配設することにより、ピボットピストンとこれに連結されるピストンとを単にスライド軸受で接続する場合と比べて、ピボットピストンと連結ボルトとの間の運動は容易になり、これにより、舵に加わる圧力により発生してシステムに作用する曲げモーメントを補償することができる。ピボットピストンおよび連結ボルトは、ヒンジ接続を解除した後で、それぞれ船体およびフィンに取り付けられたハウジングから、それぞれ垂直方向および水平方向に引き抜くことが可能である。

ピボットピストンと連結ボルトとの間をヒンジジョイントで構成する場合には、船舶の長手方向の軸心（Ｘ軸心）を中心としたフィンおよびピボットピストンの回転、ならびに船舶の横方向の軸心（Ｚ軸心）を中心としたフィンおよびピボットピストンの回転を引き起こすような力が加わった際にヒンジジョイントが傾斜・変形する（Verkanten）危険性があり、これは不利である。つまり、船舶の長手方向の軸心（Ｘ軸心）および船舶の横方向の軸心（Ｚ軸心）のそれぞれを中心にして、フィンまたはピボットピストンのそれぞれのピボット回転の組合せを引き起こす力がフィンに作用した際に、ヒンジジョイントは変形することがある。このような場合、ヒンジジョイントを中心とするピボットピストンの回転は生じず、これに垂直に作用する力成分が発生し、これがヒンジジョイントのボルトを故障させたり、少なくとも補償運動を妨げたりする。船舶の垂直方向の軸心（Ｙ軸心）を中心とした補償は可能でない。というのも、この補償は、調整された舵の偏位によって決まるものであるからである。

さらに、ヒンジジョイントは、ヒンジボルトによって決まる小さい領域しか具備していないので、当該ヒンジボルトを、舵の力を吸収できるような一定の寸法にする必要が生じる。しかし、これには、それ相応の大きい体積を有する構造が必要になるので、場合によっては、高強度且つその分高価な材料を利用する必要が生じる。

また、船体に取り付けられ、船体に面する端部が閉じられた、ピストンを収容するための軸受ハウジングを備えたスライド軸受内に設けられるボルトとしての連結ボルトの構造は複雑であり、且つ、ピストンよりも上の軸受ハウジングの内部に設けられた、気体媒体または液体媒体からなるクッションが海水に対して水密に密封されていない場合に故障が生じ易い。

欧州特許第０１７０９１９号明細書 欧州特許出願公開第０８１１５５２号明細書

本発明は、前述の型のフィン付き舵において、ピボットピストンの可動性の向上によってピボットピストンとシャフトジャーナルとの間の接続の高安定性を確保でき、しかもフィン連結具の製造および組付けが低コストで行えるフィン付き舵を提供することを課題とする。

本発明によると、上記課題は請求項１に記載された構成によって解決される。

本発明の解決手段は、任意の偏位での船舶の長手軸心の方向すなわちＸ軸心方向と船舶を横切る軸心すなわちＺ軸心の方向とにおけるピボットピストンの可動性と、それによる船舶の垂直方向の軸心すなわちＹ軸心を中心とした主舵の任意の回転角度とにより、フィンに接続されたピボットピストンと、船体に接続されたシャフトジャーナルとの間の接続について最適の安定性を確保する。これは、ジョイント軸受のデザインのみによるものであり、これにより製造と組立が低コストで行える。

好ましくは、ピボットピストンは連結ハウジングの水平方向の孔に挿入され、前記連結ハウジングはシャフトジャーナルを収容するジョイント軸受が挿入される垂直方向の孔を備えている。

この構成により、Ｘ−Ｚ平面においてピボットピストンが自由に動くことが可能であることに加えて、ピボットピストンとシャフトジャーナルとが単純かつ安全に接続されているので、容易に組み立てることが可能なだけでなく、容易に組み外して修理および保守を行うこともできる。

本発明のこの実施形態において、ピボットピストンは、フランジとの接続を解除して当該フランジの孔から水平方向に引き抜くことができる。よって、この後で、フランジを備えるまたは備えないシャフトジャーナルを容易に組み付けたり組み外したりすることができる。

ジョイント軸受が、シャフトジャーナルを収容する円筒状の孔と球形層状の外面とを有する内側リングと、前記内側リングの外面に適合する球形層状の内面と前記連結ハウジングの垂直方向の孔に適合する円筒状の外面とを有する外側リングとを備える球面軸受で構成されるのが好ましい。

ジョイント軸受を球面軸受として構成することにより、船体に接続されたシャフトジャーナルに対するピボットピストンの可動性を最適化できるだけでなく、可能な限り広い範囲にわたる最適な圧力分散を確保できるので、極端な荷重が加わった際においても、ジョイント軸受の最大限の安定性が保証される。あるいは、所定の荷重限界が存在する場合、例えば、ヒンジ軸受またはカルダンジョイントでは力伝達領域が小さいことにより、ジョイント軸受の寸法を必要に応じて減少させてもよい。

シャフトジャーナルとジョイント軸受の内側リングとを、摩擦結合（フォースフィット）的なプレス嵌め（プレスフィット）（Kraftschlussiger Presspassung）または任意の形状嵌め（フォームフィット）(Formschlussverbindung)により、互いに垂直方向に強固に接続または摺動可能に接続してもよい。特に、シャフトジャーナルとジョイント軸受の内側リングとを摺動可能に接続した場合、船舶の垂直軸心すなわちＹ軸心の方向におけるピボットピストンのさらなる可動性を確保でき、これにより、主舵とフィンとの接続部での不可避の遊びを、Ｙ軸心方向で補償することができる。

球面軸受の内側リングが、外側リングの軸方向の長さよりも大きい軸方向の長さを有するのが好ましい。これにより、ピボットピストンがシャフトジャーナルに対して大きいピボット運動を行った場合でも、外側リングに対する内側リングの当接状態が確実に維持される。よって、相応の広範囲にわたる荷重分散を常に確保することができる。

球面軸受として形成された、連結ハウジングの垂直方向の孔に挿入されるジョイント軸受を固定する際には、その外側リングが、連結ハウジングの垂直方向の孔における環状溝に挿入され当該外側リングの前面に当接する固定リングによって軸方向に固定される。好ましくは、前記固定リングはスナップリングとして構成される。

海水が大量に浸入した場合でも球面軸受の可動性およびピボットピストンの可動性を確保できるように、球面軸受の内側リングおよび外側リングは、潤滑剤を導入するためのチャネルを介して球面軸受の外面に通ずる少なくとも１つの環状の潤滑剤溝を備えており、前記チャネルは、連結ハウジングの外面において海水に対して水密に密封することが可能である。

潤滑剤溝は、球面軸受の軸方向に対して中央に位置し、且つ、球面軸受の外側リングおよび内側リングにおいて互いに整合しているのが好ましい。

ピボットピストンと連結ハウジングとの接続は、プレスフィットにより摩擦結合されてもよいし、固定ねじを用いた摩擦と形状による結合であってもよい。後者の場合、当該固定ねじは、連結ハウジングの孔を介して、連結ハウジングの水平方向の孔に挿入されたピボットピストンの端部に螺合されるか、または連結ハウジングの水平方向の孔に挿入されたピボットピストンの一部の外面に当接状態にフォースフィットされる。

船舶の船尾部に配設されたフィン付き舵を示す概略側面図である。 シャフトジャーナルを収容する垂直方向の孔と、ピボットピストンを収容する水平方向の孔とを備える連結ハウジングを示す平面図である。 図２の連結ハウジングの長手方向断面図である。

本発明の基礎をなす概念、ならびに本発明のさらなる特徴および利点を、図面に示された実施形態を用いて詳細に説明する。

図１は、船体１の一部と、プロペラ２と、ヒンジ状接続部１３によって主舵３に接続されたフィン４および主舵３で構成されるフィン付き舵とを含む船尾を示す概略側面図である。主舵３は、主舵３の凹所に挿入された舵シャフト１１に強固に接続されており、この舵シャフト１１は、当該舵シャフト１１を海水に対して水密に案内するラダートランク１０を介して船体１内を通り、舵軸駆動源１２（Rudermaschine）に接続されている。舵軸駆動源１２は、舵シャフト１１を介して、船舶の長手方向の軸心すなわちＸ軸心に合わされた主舵３の位置に対して、前記主舵３を最大で約４５°両側に偏位させることができる。

主舵３の偏位に確実にガイドされ追随するフィン４の制御は、主舵３およびフィン４の上縁部に配設された調整装置７によって行われる。調整装置７は、船体１においてラダートランク１０に接続されるかまたはフランジ１５を介してラダートランク１０に接続される、垂直方向に延びるシャフトジャーナル５と、シャフトジャーナル５に連結接続した連結ハウジング８と、水平方向に延設されたピボットピストン６と、およびフィン４に接続されピボットピストン６を案内するスライド軸受１４とを含む。

舵軸駆動源１２によって舵シャフト１１を一方または他方の方向に回転させる場合、主舵３は、船舶の垂直方向の軸心すなわちＹ軸心を中心として、対応する角度でそれぞれの回転方向に偏位される。フィン４が主舵３の後縁部に接続されていること、およびフィン４が調整装置７を介して船体１に接続されていることにより、フィン４の付加的な回転が、同一の方向に略同一の角度で主舵３に対して生じる。すなわち、フィン４は、主舵３の偏位の約２倍の角度で確実に偏位され、フィン付き舵によって生成される、船舶を制御するのに有効な横方向の力をその分増加させる。

主舵３およびフィン４に作用する長手方向の力および横方向の力により、調整装置７には曲げモーメントが加わる。この曲げモーメントは、調整装置に対応する構成のスライド軸受、および調整装置７の個々の機能要素間の嵌合がある場合、当該調整装置７またはその構成部品に応力が加わることで早期に摩耗したり、ついには破損したりしてしまうことに導く可能性がある。

調整装置７が高剛性の構造である場合に当該調整装置７の機能部品に生じる、上記のような応力および変形を防ぐために、公知のシステムでは、シャフトジャーナル５をピボットピストン６に接続するヒンジボルトが設けられており、これにより、船舶の垂直方向の軸心すなわちＹ軸心を中心とした±９０°の角度範囲での運動を可能にしている。しかしながら、これに加えて船舶の横方向の軸心すなわちＺ軸心方向に横方向の力が生じた場合、または船舶の長手軸心すなわちＸ軸心の方向に働く力成分と船舶を横切る軸心すなわちＺ軸心の方向に働く力成分とで構成される横方向の力が生じた場合には、変形してしまう。というのも、Ｙ軸心を中心として舵の偏位が固定的に調整されているので、補償運動が可能でないからである。

さらに、ヒンジジョイントの軸受領域は、ヒンジボルトによって決まる小さい範囲しかないので、舵の力を吸収するには、当該ヒンジジョイントをそれ相応の寸法にする必要が生じる。しかし、これには、それ相応の大きい体積を有する構造が必要になるので、場合によっては、高強度且つその分高価な材料を利用する必要が生じる。

本発明では、垂直方向に延びるシャフトジャーナル５と水平方向に配置されたピボットピストン６との間のヒンジジョイントまたはこれと同様なジョイントを用いる代わりに、主舵３の偏位とは無関係に、船舶の長手方向の軸心すなわちＸ軸心を中心としたピボットピストン６の回転運動、および船舶の横方向の軸心すなわちＺ軸心を中心としたピボットピストン６の回転運動を可能にするジョイント軸受が用いられる。Ｘ軸心とＺ軸心にまたがる平面においてピボットピストン６が自由に動くことが可能であることにより、調整装置７は、フィン４に作用するＸ軸心方向およびＺ軸心方向の全ての力を確実に補償でき、これにより、当該調整装置７には、変形または追加の応力が生じない。

図２および図３は、図１に概略図示された、垂直方向に延びるシャフトジャーナル５を水平方向に配置されているピボットピストンに接続するための調整装置７の連結ハウジング８を示したものであり、それぞれ、平面図および長手方向断面図である。この連結ハウジング８は、図１に示されたピボットピストン６を収容する水平方向の孔８１と、球面軸受９を収容する垂直方向の孔８２とを備えている。固定ねじ１８が、連結ハウジング８の水平方向の孔８１に挿入されたピボットピストン６を固定する。この固定ねじ１８は、フォームフィットおよび／またはフォースフィットで、ピボットピストン６を当該連結ハウジング８に接続している。

球面軸受９は、円筒状の孔と球状または球形層状の外面とを有する内側リング９１、および内側リング９１の外面に適合する球状または球形層状の内面と連結ハウジング８の垂直方向の孔８２に適合する円筒状の外面とを有する外側リング９２を備えている。内側リング９１の円筒状の孔は、垂直方向すなわちＹ軸心の方向に延設された図１のシャフトジャーナル５を収容する。このシャフトジャーナル５は、好ましくは、球面軸受９の内側リング９１の円筒状の孔内に摺動可能に設けられている。これにより、シャフトジャーナル５は、Ｙ軸心方向に補償運動を行うことができる。

好ましくは、球面軸受９を固定するために、スナップリングとして形成された固定リング１６，１７が当該球面軸受９の外側リング９２の軸方向端部に設けられている。

内側リング９１の軸方向幅は外側リング９２の軸方向幅よりも大きいので、ピボットピストン６がシャフトジャーナル５に対して大きいピボット運動を行った場合でも、外側リング９２に対する内側リング９１の確実な当接状態が確保される。これにより、相応の広範囲にわたる荷重分散が確実に行われる。

連結ハウジング８が垂直方向すなわちＹ軸心の方向に移動する場合の摩擦を軽減するために、内側リング９１の円筒状の孔には潤滑剤被膜が設けられる。これにより、シャフトジャーナル５に対して連結ハウジング８が軸方向に移動する際に、これを妨げる摩擦力が生じない。潤滑剤被膜を生成および維持するために、内側リング９１の中央には潤滑剤溝９３が形成されている。この潤滑剤溝９３は、連結ハウジング８が水平方向に位置しているとき、外側リングの対応する潤滑剤溝９４と整合する。外側リング９２に設けられている外側の潤滑剤溝９４は、閉鎖ねじ１９を用いて海水に対して水密に密封可能な潤滑剤用のチャネル（流路）２０を介して、連結ハウジング８の外側部における開口に通じている。

水平方向のピボットピストン６を垂直方向のシャフトジャーナル５に接続する連結ハウジング８と球面軸受９との組合せにより、応力および変形が生じないような調整装置７の可動性が確保されるのみでなく、ピボットピストン６を収容する水平方向の孔８１と、球面軸受９を収容する垂直方向の孔８２（この垂直方向の孔８２は、垂直方向のシャフトジャーナル５を収容するための、垂直方向に配置された内側リングの円筒状の孔を有する）
との構成により、容易に組み立てたり組み外したりすることができる。

固定ねじ１８を解除することにより、スライド軸受１４で案内される水平方向のピボットピストン６を連結ハウジング８から取り外すことができる。これにより、例えば、フィン４を主舵３から取り外して修理または保守を行うことができる。調整装置７を交換する、場合によっては調整装置７を修理するために、シャフトジャーナル５と船体１との接続を解除し、球面軸受９を連結ハウジング８と一緒に垂直のシャフトジャーナル５から引き抜くこともできる。

同様に、調整装置７の組付も確実に容易に行うことができる。

１ 船体
２ プロペラ
３ 主舵
４ フィン
５ シャフトジャーナル
６ ピボットピストン
７ 調整装置
８ 連結ハウジング
９ 球面軸受
１０ ラダートランク
１１ 舵シャフト
１２ 舵軸駆動源
１３ ヒンジ状接続部
１４ スライド軸受
１５ フランジ
１６，１７ 固定リング
１８ 固定ねじ
１９ 閉鎖ねじ
２０ 潤滑剤用のチャネル
８１ 水平方向の孔
８２ 垂直方向の孔
９１ 内側リング
９２ 外側リング

Claims (12)

1. 船舶の垂直方向の軸心（Ｙ軸心）を中心としてピボット回転可能な主舵と、
   前記主舵の後縁部に接続されて前記主舵によって確実にガイドされるフィンと、を備え、前記フィンがピボットピストンに接続されており、前記ピボットピストンは、船体に接続され垂直方向に延びるシャフトジャーナルにジョイント軸受を介して接続されているフィン付き舵において、
   前記ピボットピストン（６）が、前記船舶の長手方向の軸心（Ｘ軸心）を中心とした前記主舵（３）の偏位、および前記船舶の横方向の軸心（Ｚ軸心）を中心とした前記主舵（３）の偏位に関係なくピボット回転可能であることを特徴とするフィン付き舵。
2. 請求項１において、前記ピボットピストン（６）が、連結ハウジング（８）の水平方向の孔（８１）に挿入されており、前記連結ハウジング（８）が、前記シャフトジャーナル（５）が収容される前記ジョイント軸受（９）を挿入するための、垂直方向の孔（８２）を備えていることを特徴とするフィン付き舵。
3. 請求項１または２において、前記ジョイント軸受が、前記シャフトジャーナル（５）を収容する円筒状の孔および球形層状の外面を有する内側リング（９１）と、前記内側リング（９１）の外面に適合する球形層状の内面および前記連結ハウジング（８）の垂直方向の孔（８２）に適合する円筒状の外面を有する外側リング（９２）とを備える球面軸受（９）で構成されることを特徴とするフィン付き舵。
4. 請求項３において、前記球面軸受（９）の内側リング（９１）の軸方向の長さが、前記外側リング（９２）の軸方向の長さより大きいことを特徴とするフィン付き舵。
5. 請求項３または４において、前記シャフトジャーナル（５）と、前記球面軸受（９）の内側リング（９１）とが、垂直方向に摺動可能に接続されていることを特徴とするフィン付き舵。
6. 請求項３から５の少なくとも一項において、前記球面軸受（９）の外側リング（９２）が、前記連結ハウジング（８）の垂直方向の孔（８２）における環状溝に挿入された、当該外側リング（９２）の前面に当接する固定リング（１６，１７）を用いて、軸方向に固定されていることを特徴とするフィン付き舵。
7. 請求項６において、前記固定リングがスナップリング（１６，１７）で構成されていることを特徴とするフィン付き舵。
8. 請求項３から７のいずれか一項において、前記球面軸受（９）の内側リング（９１）および外側リング（９２）が、少なくとも１つの環状の潤滑剤溝（９３，９４）を備えていることを特徴とするフィン付き舵。
9. 請求項８において、前記少なくとも１つの潤滑剤溝（９３，９４）が、チャネル（２０）を介して前記連結ハウジング（８）の外面に通じていることを特徴とするフィン付き舵。
10. 請求項９において、前記チャネル（２０）が、前記連結ハウジング（８）の外面において海水に対して水密に密封可能であることを特徴とするフィン付き舵。
11. 請求項８から１０の少なくとも一項において、前記球面軸受（９）の外側リング（９２）および内側リング（９１）における前記潤滑剤溝（９３，９４）が、当該球面軸受（９）の軸方向に対して中央に位置し、互いに整合していることを特徴とするフィン付き舵。
12. 請求項１から１１の少なくとも一項において、前記ピボットピストン（６）が、固定ねじ（１８）によって前記連結ハウジング（８）の水平方向の孔（８１）に固定可能であることを特徴とするフィン付き舵。

Images