JP2016107715A - 舵および舵ユニットならびに船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】舵本来の性能を得つつ、船舶の直進時の抵抗を低減する舵および舵ユニットならびに船舶を提供する。【解決手段】回転軸を介して船体に対して回転可能に支持される舵本体２０が、船体の船幅の中央から左右にずれて一対設けられる舵において、舵本体２０は、船体に取り付けられた場合に、上部２０Ａが船体の直進時に基準面Ｒが鉛直かつ船体の前後方向に沿って配置され、下端部２０Ｂが船幅の外側に向けて傾斜して設けられる。【選択図】図３

Description

本発明は、舵および舵ユニットならびに船舶に関するものである。

従来、舵による抵抗を低減することを目的とした文献として、特許文献１から特許文献３がある。特許文献１に記載の船用舵は、推進器により生じる後流が舵板位置で不均一になることで起因する舵板の抵抗を低減するため、舵板の回転軸を推進器軸を含む鉛直面より船幅方向側方へ偏心させて位置させ、回転軸または舵板を内側に傾けることが示されている。特許文献２および特許文献３に記載の船舶用舵は、舵本体の水平方向での抵抗を小さくするため、舵本体の水平断面形状を工夫することが示されている。

実開昭６０−１３１４９７号公報 特開２００３−１７５８９２号公報 特開２００７−１８６２０４号公報

一般に、船舶の船体は、船尾に向かって後側が窄まって形成され、かつ船底に向かって下側が窄まって形成されている。このため、船尾付近の水流は、前側から後側に向かって外から内向きに、下から上向きに流れることになる。

一方、舵は、船舶の船体に対し、船幅の中央から左右にずれて一対設けられるものがあり、船舶の前後方向および上下方向に沿って配置される。このような舵は、船舶の直進時において上述した水流の向きに抗する配置となるため、船舶の直進時の抵抗が大きくなる傾向となる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、船舶の船体に対して船幅の中央から左右にずれて一対設けられる舵について、舵本来の性能を得つつ、船舶の直進時の抵抗を低減することのできる舵および舵ユニットならびに船舶を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の舵は、回転軸を介して船体に対して回転可能に支持される舵本体が、前記船体の船幅の中央から左右にずれて一対設けられる舵において、前記舵本体は、前記船体に取り付けられた場合に、上部が前記船体の直進時に基準面が鉛直かつ前記船体の前後方向に沿って配置され、下端部が船幅の外側に向けて傾斜して設けられることを特徴とする。

この舵によれば、舵本体の下端部が船幅の外側に向けて傾斜して設けられているため、下端部の向きがその近辺の水流の向きに近くなり、下端部への水流の衝突が軽減されるため、そこから離れる水流の加速が抑制されて整流されることになり、舵本体に掛かる抵抗が低減される。この結果、船舶の直進時の抵抗を低減することができる。しかも、上部が船体の直進時に基準面が鉛直かつ船体の前後方向に沿って配置されていることで、舵本来の性能を得ることができる。

また、本発明の舵では、前記舵本体は、前記船体に設けられるプロペラに対する上下位置について、前記プロペラの直径Ｄに対する０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲となる上側を前記上部とし、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲外の下側を前記下端部とすることを特徴とする。

プロペラの回転径の直径Ｄに対し、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲となる上側の圧力が高く、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲外となる下側の圧力が低い傾向となる。従って、舵本来の性能を得るには、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲となる上側を上部とし、舵本体に掛かる抵抗を低減するには、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲外となる下側を下端部とすることが好ましい。

また、本発明の舵では、前記舵本体は、前記下端部が前記基準面に対して３０°以上４５°以下の範囲で傾斜して設けられることを特徴とする。

角度が３０°未満であると整流効果が低減する傾向となる。一方、角度が４５°を超えると上部の側面の水流を阻害する傾向となる。このため、角度は、３０°以上４５°以下が好ましい。

また、本発明の舵では、前記舵本体は、前記下端部が前記基準面に対して前端が外側に向くように前後方向で傾斜して設けられることを特徴とする。

船体の側方では、船尾に向かって中心線に向けて水流が生じる。この舵によれば、この水流の向きに沿うように舵本体の下端部の前端が外側に向くように前後方向で傾斜して設けられていることから、前後方向においても、整流効果が得られるため、舵本体に掛かる抵抗をさらに低減することができる。

また、本発明の舵では、前記舵本体は、前記船体に設けられるプロペラの直後に配置されることを特徴とする。

この舵によれば、プロペラの直後に舵本体を配置すれば、舵本来の性能を最も得ることができる。従って、舵本来の性能を得つつ、舵本体に掛かる抵抗を低減する効果を顕著に得ることができる。

上述の目的を達成するために、本発明の舵ユニットは、船体に対して取り付けられる態様で、上述したいずれか１つに記載の舵を一対揃えて有することを特徴とする。

この舵ユニットによれば、舵本来の性能を得つつ、船舶の直進時の抵抗を低減する効果が得られる舵を船舶に対として取り付けることができる。

上述の目的を達成するために、本発明の船舶は、舵が取り付けられる船体を有し、上述したいずれか１つに記載の舵が適用されることを特徴とする。

この船舶によれば、舵本来の性能を得つつ、船舶の直進時の抵抗を低減することができる。

また、本発明の船舶は、前記船体に対し、前記舵の直前にそれぞれプロペラが配置されることを特徴とする。

この船舶によれば、舵の直前にプロペラが配置されれば、舵本来の性能を最も得ることができる。従って、舵本来の性能を得つつ、舵本体に掛かる抵抗を低減する効果を顕著に得ることができる。

本発明によれば、舵本来の性能を得つつ、船舶の直進時の抵抗を低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る舵が適用される船舶の概略側面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る舵が適用される船舶の概略底面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る舵が適用される船舶の背面図である。 図４は、水流の、船舶の前後方向に垂直な断面内の成分ベクトルの一部を推測して示した図である。 図５は、左右一対の一般的な舵の周辺の水流の、船舶の前後方向に垂直な断面内の成分ベクトルの一部を示した図である。 図６は、本発明の実施形態に係る船舶のプロペラおよび舵の１つの付近を横方向から視た図である。 図７は、本発明の実施形態に係る舵の概略背面図である。 図８は、本発明の実施形態に係る舵の概略平面図である。 図９は、本発明の実施形態に係る舵の他の例の概略平面図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る舵の他の例の概略背面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る舵が適用される船舶の概略側面図である。図２は、本実施形態に係る舵が適用される船舶の概略底面図である。図３は、本実施形態に係る舵が適用される船舶の背面図である。図４は、水流の、船舶の前後方向に垂直な断面内の成分ベクトルの一部を推測して示した図であり、左舷側の舵本体を背面視している。

本実施形態の船舶において、船体１０は、船首１１と、船尾１２と、船底１３と、左舷（船側）１４と、右舷（船側）１５と、を有している。本実施形態では、船体１０の船長方向（前後方向）をＸ方向、船幅方向（幅方向）をＹ方向、船高方向（上下方向）をＺ方向として表している。そして、ＣＬは、船体１０の中心線（面）をあらわし、ＷＬは、船体１０の喫水線（満載時）をあらわしている。なお、図では、船舶の一例として、旅客船（カーフェリー）を示しているが、その他の船舶（例えば、ＬＮＧ船）であってもよい。

船体１０は、船尾１２側に隔壁１６により機関室１７が区画されている。そして、機関室１７に主機関（例えば、ディーゼルエンジン）１８が配置されている。主機関１８は、推進力を伝達するプロペラ１９が連結されている。ＰＣＬは、プロペラ１９の回転中心線（面）をあらわしている。なお、プロペラ１９の回転軸を内装して回転軸を支持するように船底１３に一体に設けられたものをスケグといい、図では、スケグを有する構成が示されている。また、図では、プロペラ１９が船体１０の船幅の中央から左右にずれて一対（２つ）設けられている。この場合、主機関１８は、それぞれのプロペラ１９に対応して設けられていてもよく、全てのプロペラ１９を駆動できるように単一で設けられていてもよい。また、プロペラ１９の回転中心線ＰＣＬは、船体１０の中心線ＣＬと平行な関係にある。なお、図には明示しないが、プロペラ１９は、船体１０の中心線ＣＬの上に回転中心線ＰＣＬを配置して単一で設けられていてもよい。

また、船体１０は、船尾１２に船体１０の方向を制御する舵が設けられている。舵は、舵本体２０が、船体１０に対して回転可能に支持されている。本実施形態では、舵本体２０は、回転軸２１に取り付けられ、この回転軸２１が船体１０に対して回転可能に取り付けられている。また、舵本体２０は、回転軸２１に駆動機（例えば、モータ）２２が連結されている。この舵本体２０は、板状に形成されており、当該板状の板厚の中心の面を基準面Ｒとして構成される。そして、舵本体２０は、船体１０の直進時に、基準面Ｒが鉛直かつ船体１０の前後方向に沿って船体１０の中心面ＣＬと平行に配置される。また、舵本体２０は、船体１０の旋回時に、回転軸２１の回転により基準面Ｒが鉛直かつ船体１０の中心面ＣＬに対して傾斜して配置される。

舵本体２０は、船体１０の船幅の中央から左右にずれて一対（２つ）設けられている。この一対の舵本体２０を舵ユニットとする。そして、舵ユニットは、プロペラ１９が一対（２つ）設けられている場合、舵本体２０がプロペラ１９の直後に配置される。プロペラ１９の直後とは、船体１０を直進させる直進時に、舵本体２０の基準面Ｒが、プロペラ１９の回転中心面ＰＣＬと平行であり、回転中心面ＰＣＬに一致するように配置される。

このような舵本体２０を有する舵、および１対の舵本体２０からなる舵ユニット、ならびに舵を備える船舶について、舵本体２０は、図３および図４に示すように、上部２０Ａと下端部２０Ｂとで構成されている。上部２０Ａは、舵本体２０の上側を構成するものであり、基準面Ｒに沿って形成される。また、下端部２０Ｂは、舵本体２０の下側を構成するもので、基準面Ｒに対して船幅の外側に向けて傾斜して設けられる。

このように、本実施形態の舵は、回転軸２１を介して船体１０に対して回転可能に支持される舵本体２０が、船体１０の船幅の中央から左右にずれて一対設けられる舵において、舵本体２０は、船体１０に取り付けられた場合に、船体１０の直進時に基準面Ｒが鉛直かつ船体１０の前後方向に沿って配置され、下端部２０Ｂが船幅の外側に向けて傾斜して設けられる。

ここで、船舶の船体１０は、図２に示すように、船尾１２に向かって後側が窄まって形成され、図３に示すように、船底１３に向かって下側が窄まって形成されている。このため、船尾付近の水流は、図２に示すように前側から後側に向かって沿って外から内向きに流れ、図３に示すように、下側から上側に向かって外から内向きに流れることになる。このような水流が発生すると、舵本体２０が船体１０の船幅の中央から左右にずれて一対設けられる舵において、舵本体２０には、船幅方向の外側から上向きに水流が衝突する。

図５は、左右一対の一般的な舵の周辺の水流の、船舶の前後方向に垂直な断面内の成分ベクトルの一部を示した図であり、左舷側の舵本体を背面視している。ここでの水流は船体１０の船幅方向についてのみ示している。この図５では、舵本体２０全体が船体１０の直進時に基準面Ｒが鉛直かつ船体１０の前後方向に沿って配置される。このような構成の場合、舵本体２０に船幅方向の外側から上向きに水流が衝突すると、下端部では、そこから離れる水流が加速することになり、これが抵抗となり、船体１０の進行の妨げとなる。

一方、図４に示すように、本実施形態の舵によれば、舵本体２０の下端部２０Ｂが船幅の外側に向けて傾斜して設けられているため、下端部２０Ｂの向きがその近辺の水流の向きに近くなり、下端部２０Ｂへの水流の衝突が軽減されるため、そこから離れる水流の加速が抑制されて整流されることになり、舵本体２０に掛かる抵抗が低減されると期待できる。この結果、船舶の直進時の抵抗を低減することができる。なお、舵本体２０全体を船幅の外側に向けて傾斜して設けた場合、舵本体２０に掛かる抵抗は低減されることになるが、舵本来の性能が低下するため、上部が船体１０の直進時に基準面Ｒが鉛直かつ船体１０の前後方向に沿って配置されていることで、舵本来の性能を得ることができる。

図６は、本発明の実施形態に係る船舶のプロペラおよび舵の１つの付近を横方向から視た図である。図６に示すように、舵本来の性能を得るには、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲となる上側を上部２０Ａとし、舵本体２０に掛かる抵抗を低減するには、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲外となる下側を下端部２０Ｂとすることが好ましい。最も好ましい関係は、水平線Ｑを境に、０．７５Ｄの上側を上部２０Ａとし、０．７５Ｄの下側を下端部２０Ｂとすれば、舵本来の性能を得つつ、舵本体２０に掛かる抵抗を低減することができる。

図７は、本実施形態に係る舵の概略背面図であり、左舷側の舵本体を背面視している。図８は、本実施形態に係る舵の概略平面図である。

図７および図８に示すように、舵本体２０は、上部２０Ａが基準面Ｒに沿って鉛直に延在し、下端部２０Ｂが基準面Ｒに対して船幅の外側に向けて傾斜面Ｒ’に沿って角度θで傾斜して設けられている。角度θは、３０°以上４５°以下が好ましい。この角度は、図４に示す舵の周辺の水流を解析した結果、水流の加速を抑制するのに好ましい範囲である。角度θが３０°未満であると整流効果が低減する傾向となる。一方、角度θが４５°を超えると上部２０Ａの側面の水流を阻害する傾向となる。このため、角度θは、３０°以上４５°以下が好ましい。

図９は、本実施形態に係る舵の他の例の概略平面図である。図９に示す舵は、舵本体２０の下端部２０Ｂが、前側が後側よりも船幅の外側に向けて配置されている。つまり、舵本体２０の下端部２０Ｂは、基準面Ｒに対して船幅の外側に向けて傾斜面Ｒ’に沿って角度θで傾斜しつつ、基準面Ｒに対して前端が外側に向くように前後方向で傾斜して設けられている。図２に示すように、船体１０の側方では、船尾１２に向かって中心線ＣＬに向けて水流が生じる。図９に示す舵によれば、この水流の向きに沿うように舵本体２０の下端部２０Ｂの前端が外側に向くように前後方向で傾斜して設けられていることから、前後方向においても、整流効果が得られるため、舵本体２０に掛かる抵抗をさらに低減することができる。なお、上記効果を顕著に得るうえで、前後方向の傾斜確度は、２°以上５°以下であることが好ましい。

図１０は、本実施形態に係る舵の他の例の概略背面図である。図１０に示す舵は、舵本体２０の下端部２０Ｂは、上部２０Ａから滑らかに湾曲して傾斜している。この図１０に示す舵によれば、湾曲により水流を受け流すことで、整流効果が向上するため、舵本体２０に掛かる抵抗をさらに低減することができる。

１０ 船体
１９ プロペラ
２０ 舵本体
２０Ａ 上部
２０Ｂ 下端部
２１ 回転軸
ＣＬ 中心線（中心面）
Ｄ プロペラの直径
ＰＣＬ 回転中心線（回転中心面）
Ｒ 基準面
Ｒ’ 傾斜面
θ 角度

Claims (8)

1. 回転軸を介して船体に対して回転可能に支持される舵本体が、前記船体の船幅の中央から左右にずれて一対設けられる舵において、
   前記舵本体は、前記船体に取り付けられた場合に、上部が前記船体の直進時に基準面が鉛直かつ前記船体の前後方向に沿って配置され、下端部が船幅の外側に向けて傾斜して設けられることを特徴とする舵。
2. 前記舵本体は、前記船体に設けられるプロペラに対する上下位置について、前記プロペラの直径Ｄに対する０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲となる上側を前記上部とし、０．７Ｄ以上０．８Ｄ以下の範囲外の下側を前記下端部とすることを特徴とする請求項１に記載の舵。
3. 前記舵本体は、前記下端部が前記基準面に対して３０°以上４５°以下の範囲で傾斜して設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の舵。
4. 前記舵本体は、前記下端部が前記基準面に対して前端が外側に向くように前後方向で傾斜して設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の舵。
5. 前記舵本体は、前記船体に設けられるプロペラの直後に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の舵。
6. 船体に対して取り付けられる態様で、請求項１〜５のいずれか１つに記載の舵を一対揃えて有することを特徴とする舵ユニット。
7. 舵が取り付けられる船体を有し、請求項１〜５のいずれか１つに記載の舵が適用されることを特徴とする船舶。
8. 前記船体に対し、前記舵の直前にそれぞれプロペラが配置されることを特徴とする請求項７に記載の船舶。

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