JP3957210B2

JP3957210B2 - 補助装置

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Publication number: JP3957210B2
Application number: JP2003327731A
Authority: JP
Inventors: 守城田
Original assignee: Shipman
Current assignee: Shipman
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP2005088831A

Description

本発明は、船体を有する船舶の船底構造物に関し、特に浮揚力を発生させることで推進性能と安定性を向上させ、同時に船体強度を補う補助装置に関する。

一般に、船舶の推進性能を向上させるためには、水中で浮揚力を発生させる水中翼などの推進装置を船底に構築して、水から船体を浮かせて船底が受ける水の抵抗を減少させるなどの工夫がなされてきたが、これを構築するには、船舶の製造段階から設計する必要があり、製造コストや管理、メンテナンスなどの点で問題が多い。よって通常は、船底の形状を円錐型やＶ字型など水の抵抗を受け流しやすい単純な設計にしている。

また、風や波浪によって生じる横流れやローリング、ピッチングなどを抑制し、船体の安定性を向上させるために、帯状の板材やフィンなどの船底構築物を設けることがある。例えば、漁船など船上での作業を要する舟艇では、横揺れ防止のため、船底の喫水線付近に左右１対のビルジキールが構築される。

一方、船首から船尾にかけて、船体の中心軸に沿って伸びる竜骨部は、船体を支える重要な部材であり、特に高い強度が求められる。

さらに船体の構造上、船底の最下部に位置するため、浅瀬や岩礁、氷塊など、水中にある多くの障害物から最も干渉を受け易い。前述の如く、竜骨部は特に重要な部位だけに、損傷した際の補修にも多くの手間と費用がかかる。

このため従来より、竜骨部には大きな高強度の素材を用いるだけでなく、竜骨部に補強材を装着したり、船底に複数の竜骨部や補助竜骨などを構築して、一本の竜骨部にかかる負担を分散させ、船体強度を高める工夫がなされてきた。
特許第２６２０６２２号特許第３３２０８０１号

しかしながら、これら船底に構築される様々な前記船底構築物は、本来それぞれが別の目的で開発されてきたため、従来の推進装置には船体強度を同時に満足させるほどの機能は無く、また従来の補助竜骨などの竜骨装置には、推進性能と安定性を向上させるほどの機能は無かった。

よってこれらの要求を満たすためには、船底に前記装置それぞれを全て構築しなければならないため、複雑な船底構造になる上、相応のコストもかかってしまう。

船底構造が複雑になるほど、または竜骨部が大きくなるほど、かえって推進抵抗を増大させてしまう可能性があるだけでなく、外部からの物理的干渉をさらに受け易くなり、損傷する危険性も増してしまう。また上下架の際の安定性も悪く、陸揚げも容易ではない。

本発明は、斯かる実情に鑑み、特に浮揚力を発生させることで推進性能と安定性を向上させ、同時に船体強度を補う、新しい補助装置を提供するものである。

本発明は、サーフボード、セイルボードなどのボード類や水上バイク、カヌー、ゴムボート、ヨット、クルーザーや大型船など、船体を有する船舶に普遍的に用いる事ができるものであり、これら船舶の竜骨部、及び推進機のプロペラシャフト部又は支持軸も含めた、喫水線以下に位置する船底に構築されるものである。

本発明は、本体内部、本体周面部の少なくとも１部において、推進時に前方より受ける水流から浮揚力を発生させるための、少なくとも１つの水流制御部を備えてなる補助装置である。

前記水流制御部は、前端部よりも後端部の方が下位に位置するよう、前方から後方にかけて、斜め下方向へ曲がって形成され、その形状は孔、凸部（又は突起状）、凹部、または環状（または管状）に形成されたいずれかであり、推進時にはこれに沿って流れる水流から浮揚力を得るものである。

前記水流制御部が孔の場合、孔の出口を本体周面部に対して４５〜９０度の角度に設けることで、更なる効果をもたらすことができ、また凸部（又は突起部）の場合、浮揚力を容易に発生させるよう、少なくとも１つの前部を後端部より大きく上方へ膨張させることができる。

前記手段によれば、前記水流制御部では船舶の推進時、これに沿って前方から後方へ向かって流れる水流が発生する。前記水流制御部は前端部よりも後端部の方が下位に位置するよう、斜め下方向へ向かって設けられているため、水流はこれに沿って、水平方向のベクトルが斜め下方向のベクトルへと押し下げられる。このとき発生する抗力が上向きに働く、つまり本発明に対する浮揚力を発生させる。この浮揚力によって、本発明およびこれを構築している船舶の推進抵抗を軽減させる効果を奏し得る。

特に前記水流制御部が孔、もしくは環状（または管状）に形成されている場合、これを通過する水流から発生する浮揚力を、水流制御部が無駄なく受け止めることができるため、より効果的に推進性能を向上させることができる。

また、孔の出口を周面部に対して４５〜９０度に形成することで、本体に沿って流れる水流により、孔の内部圧力が低下し、孔の中の水が強制的に外部へ引き抜かれる。これによって孔内部の流速が速まり、通過する流量が増加するため、水流制御部に対する抗力を増大させることができる。角度は９０度に近いほど、より効果的である。

前記水流制御部は、本体内部に孔を設けるよりも、本体周囲部に環状（または管状）を形成する方が容易であり、その形状も孔に比べて制限を受けにくいため、素材や効果にあわせて自由に設計できる利点がある。

前記水流制御部がリブなど凸部（又は突起部）の場合、前記効果に加え、前記水流制御部の前部を後端部よりも大きく上方へ膨張させることで、凸部の上面を流れる水流の速度が下面に比べ速くなる。流れる流速の差によって、上面と下面で圧力差を生じることから、凸部に対して上向きの浮揚力が発生するため、さらに効果が高まる。この場合、凸部の形状は流線形に近い形となり、翼と同様の作用を成す。

前記水流制御部が凹部の場合、本体両側面部へ左右対称に構築することで、前記効果に加え、左右の凹部に発生する水流によって、両側から本体を挟み込み支える抗力も生じるため、これにより船底を支える強度を補うことができる。

前記効果を有する本発明を、喫水線以下の船底へ構築することで、本体部が船底を外部からの物理的干渉から保護することができるだけでなく、横流れやピッチング、ローリングなどを制御するため、高い安定性を容易に確保することができる。

特に喫水線近くへ左右対称に構築すればビルジキールとなり、剥き出しになったプロペラのシャフト部や推進機の支持軸に構築すれば、前記効果に加えて操舵性能を向上させるとともに、推進時これらに生じていたカルマン渦を解消し、推進性能を大幅に向上させることができる。

一方、本発明を竜骨部に構築した場合、これが竜骨部を保護し補強するため、従来のような補強材を設けなくても、船体強度が容易に向上するだけでなく、従来は一本の竜骨部にかかっていた負担を大幅に軽減させることで、竜骨部に求められる性能を補うことができる。

また、船体強度が向上することによって、船体の形状をより単純に設計することができるため、竜骨をはじめ船体の製造コストを安価に抑えることも易く、そのほか陸揚げ時の船底保護や、万一船底が損傷を受けた場合でも、補修作業を容易に行えるという、多くの優れた利点がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

本発明は図１に示すように、船体に取り付けるための取付支持部１０１と、浮揚力を発生させるための水流制御部１０２とを、本体部１０３に備えてなる補助装置である。

本発明の素材は、外部と接触することを考慮すれば、適度な強度があってなるべく破損しにくく、容易に加工、製作できるゴムやＦＲＰ、発泡ウレタンなどのプラスチック類や木材などの安価な素材が望ましい。

また本体部１０３の形状は、一般には帯板状や柱状、管状などであるが、その他には例えば、断面形状が○、△、◇等の多角型や十字型、Ｈ、Μ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ字型、∞、♀、♂字型などがあり、さらにこれらの上下左右が対称の型、これらのうち同じ型、または異なる型を２つ以上組み合わせて成る型などもあり、著しく推進抵抗を増大させたり船体の安定性を損なうものでなければ、本体部の形状や大きさなどは、特に限定されるものではない。よって本体部の前部から中部、後部にかけてそれぞれの部位での断面形状は、必ずしも同一でなくとも、また対称でなくともよい。

図２および、図２のＸ−Ｘ線での断面図である図３において、本体部１０３の内部には水流制御部として孔１０２が、前端部よりも後端部の方が下位に位置するよう、前方から後方に向かって斜め下方向へと傾いて形成され、尚且つ孔１０２の出口が本体部１０３の底面にほぼ９０度の角度で形成されている。

推進時、前方より受ける水流１０４がこの孔１０２を通り、後方へ押し流されていくと、水流１０４は孔１０２の中で、水平方向のベクトル１０５から斜め下方向のベクトル１０６へ曲げられていく。このときのベクトルの差異が抗力１０７を発生させ、その結果、これが本発明の浮揚力となって働く。

この本体内部に形成される、少なくとも１つの孔１０２の断面形状は、例えば○、△、◇などの多角型や∞字型などの他、これらの上下左右が対称の型、これらのうち同じ型、または異なる型を２つ以上組み合わせて成る型などがあり、いずれに限定されるものではない。

さらには形成された孔１０２が途中で複数に分離していても、また２つ以上の同じ、または異なる孔同士がそれぞれ独立して設けられても、さらに各々がいずれかの部分で接合、または交差していてもよく、よって本体部１０３の前部から中部、後部にかけて、それぞれの部位での孔１０２の断面形状は、必ずしも同一でなくとも、また対称でなくともよい。

図４は、図２において本体部１０３の底面に形成された、孔１０２の出口付近の拡大図を示している。孔１０２の出口は、本体部１０３の底面に対して、ほぼ９０度に構築されており、本体部１０３に沿って流れてくる水平方向の水流１０８の流速が速いほど、出口付近の水圧が低下するため、水流１０８に引き摺られるように、孔１０２の中の水流１０４が勢い良く流出してくる。このため、さらに孔１０２内で生じる図２の効力１０７が増大し、浮揚力が増す。

図５では、水流制御部の別の形態として凸部（又は突起部）２０２が、前端部よりも後端部の方が下位に位置するよう、前方から後方に向かって斜め下方向へと傾いて、本体部２０３の両側面部に形成されている。

推進時、前方より受ける水流２０４が、この凸部２０２に沿って流れる水流となり、水平方向のベクトル２０５から、斜め下方向のベクトル２０６へ曲げられていく。このときのベクトルの差異が、抗力２０７を発生させる。

さらに、凸部２０２の前部が後端部よりも大きく上方へ膨張して形成されているため、発生した水流２０４は凸部２０２によって、凸部の上側を流れる水流２０９と、凸部の下側を流れる水流２０８に分けられる。このとき上側を流れる水流２０９の流速は、下側を流れる水流２０８よりも速く、この流速の差によって、凸部の上下で圧力の差が生じ、凸部ではさらなる浮揚力２１０が発生する。

図５のＸ−Ｘ線での断面図である図６に示すように、凸部２０２は抗力２０７および浮揚力２１０のバランスを考慮し、通常は本体部２０３の中心線に沿って平行且つ左右対称に設けられる。

また凸部２０２の断面形状は、その拡大図に示すほかにも様々な形状があるが、いずれも本体部２０３の外側に向かって形成されることで、水流２０４を捉え、上向きにかかる抗力（又は浮揚力）２０７を受けることができるため、特に限定されるものではない。よって凸部２０３の前部から中部、後部にかけて、それぞれの部位での断面形状は必ずしも同一でなくとも、また対称でなくともよい。

図５において、本体部２０３の前部から後部にかけて形成された凸部２０２が、規則的に階段状に並んで設けられている一方、図７に示す凸部２０２は、短く複数に分かれ不規則に設けられているが、本体部２０３の側面部に構築される凸部２０２の配置、および数は、著しく前期効果を損なうもので無ければ、特に限定されるものではない。

水流制御部のさらに別の形態として、図８においては凹部３０２が、前端部よりも後端部の方が下位に位置するよう、前方から後方に向かって斜め下方向へと傾いて、本体部３０３の両側面部に複数形成されている。

推進時、前方より受ける水流３０４が、この凹部３０２に沿って流れる水流となり、水平方向のベクトル３０５から、斜め下方向のベクトル３０６へ曲げられていく。このときのベクトルの差異が抗力３０７を発生させ、これが浮揚力となって働く。

図８のＸ−Ｘ線での断面図である図９に示すように、凹部３０２は本体部３０３の両側面部を流れる水流３０４からの圧力、および抗力（又は浮揚力）３０７のバランスを考慮し、通常は本体部３０３の中心線に沿って、平行且つ左右対称に設けられる。

また凹部３０２の断面形状は、拡大図に示す形状の他、例えば一部外に開放した半円型、楕円型、三角型、∞字型などの多角型や、中心に向かってＵ字、Ｖ字、Ｗ字型に削られた型などの他、これらの上下左右が対称または非対称の型、これらのうち同じ型、または異なる型を２つ以上組み合わせて成る型など、様々な形状があるが、いずれに限定されるものではない。

本体部３０３の周面部に構築される凹部３０２の数、および配置は、著しく前期効果を損なうもので無ければ、特に限定されるものではなく、同一面上に形成された２つ以上の同じ、または異なる凹部３０２は、それぞれ独立して設けられても、又は各々がいずれかの部分で接合、または交差、または分離していてもよい。

但し、凹部３０２の上辺は、これを通る水流３０４から、上向きにかかる抗力（又は浮揚力）３０７を受け止める部分であるため、下方に向かって凸となる形状の凹部は好ましくない。

また図１０に示すように、見方によっては２つの凹部に挟まれた部分を凸部と捉えることができるため、この場合、凹部と凸部の区別をつけることが難しいが、凹部と凸部が交互に連続する形状では、それぞれが相互に前記作用をすることで本効果をもたらす。

図１１及び図１２は、凹部３０２の別の形態として、本体部３０３の底面部、および上面部に形成されたことを示す断面図である。

さらに水流制御部の別の形態として、図１３においては環状（又は管状）に形成された水流制御部４０２が、前端部よりも後端部の方が下位に位置するよう、前方から後方に向かって斜め下方向へと傾いて、本体部４０３の両側面部に形成されている。

図１３の断面図である図１４に示すように、形成された水流制御部４０２の形状は、前記水流制御部１０２と同じく孔となるため、得られる作用および効果も、これとほぼ同様である。

また環状（又は管状）に形成された水流制御部４０２の断面形状は、図１４に示す形状の他、例えば半円型、△、◇などの多角型や、これらの上下左右が対称または非対称の型、これらのうち同じ型、または異なる型を２つ以上組み合わせて成る型など、様々な形状があるが、いずれかに限定されるものではない。

本体部４０３の周面部に構築される数、および配置は、著しく前期効果を損なうもので無ければ、特に限定されるものではなく、通常は、本体部４０３の中心線に沿って、平行且つ左右対称に設けられる。

また、同一面上に形成された２つ以上の同じ、または異なる水流制御部４０２は、それぞれ独立して設けられても、又は図１５に示すように、各々がいずれかの部分で分離していても、または交差、または接合していてもよい。

図１６および図１７は、水流制御部が本体部１３の内部に形成された孔１２である本発明の、船底への構築例を示すものである。すなわち、本発明は数に制限されること無く、船舶に取り付けるための取付支持部１１によって、喫水線以下の船底に構築されるものである。

船体強度や推進バランスを考慮すると、一般には竜骨線に沿って平行に、竜骨線を中心に左右対称に構築することが望ましく、さらに同じ、もしくは異なる本発明を２つ以上組み合わせて構築することができる。

図１８および図１９は、従来は船底に剥き出しになっていた、推進機のプロペラシャフト部または支持軸１６への構築例を示したものである。本体部１３に固定しているか否かに係らず、シャフト部１６を覆うように取り付けることで、推進時これらのまわりに発生するカルマン渦を解消させることができ、これにより、前記効果を得ることができるだけでなく、これらシャフト部又は支持軸を安定させ、本来の推進性能を十分に発揮することができる。

本発明は通常、本体部１３と取付支持部１１とが一体に形成され、ゴムパッキン等を介し、ビスやボルトなどによって船底に構築されるが、船底の補修作業や上下架する場合を考慮すると、本発明は脱着可能で補修、交換が容易であることが好ましい。

また、本体部１３と取付支持部１１のそれぞれを個別に形成し、取付支持部１１を船底１４または竜骨部１５に構築した後に、それぞれを組み合わせてもよい。この場合、製造段階で、予め船底構造に取付支持部１１を組み込んでおけば、後に本体部１３の脱着、交換を容易に行うことができる。

その他、接着剤を使用して貼り付ける方法などもあり、本発明の構築方法はいずれかに特に限定されるものではない。

本発明の補助装置は、前記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施形態の１例を示す補助装置の斜視図図１における水流制御部が本体内部に形成された孔である同装置の側面図同装置の図２におけるＸ−Ｘ線断面図同装置の図２における水流制御部出口付近の部分断面図水流制御部が両側面および底面に形成された凸部である同装置の側面図同装置の図５におけるＸ−Ｘ線断面図および凸部の拡大図水流制御部が両側面に不規則に形成された凸部である同装置の側面図水流制御部が両側面に形成された凹部である同装置の側面図同装置の図８におけるＸ−Ｘ線断面図および凹部の拡大図水流制御部が両側面に形成された凹凸である同装置の断面図水流制御部が底面に形成された凹部である同装置の断面図水流制御部が上面に形成された凹部である同装置の断面図水流制御部が両側面に環状(又は管状)に形成された同装置の斜視図同装置の図１３における断面図複数の水流制御部が環状(又は管状)に形成された同装置の斜視図図１に示す同装置を構築した船舶の側面図図１に示す同装置を構築した船舶の下面図図１に示す同装置をシャフト部に構築した船舶の側面図図１に示す同装置を支持軸に構築した船舶の側面図

符号の説明

１１、１０１、２０１、３０１、４０１取付支持部
１２、１０２、２０２、３０２、４０２水流制御部
１３、１０３、２０３、３０３、４０３本体部
１４船底部
１５竜骨部
１６シャフト部（または支持軸）
１０４、２０４、３０４前方からの水流
１０５、２０５、３０５水平方向のベクトル
１０６、２０６、３０６斜め下方のベクトル
１０７、２０７、３０７抗力（または浮揚力）
１０８水平方向の水流
２０８凸部の下面を流れる水流
２０９凸部の上面を流れる水流
２１０浮揚力

Claims

船本体の船底に取り付けられる補助装置であって、
前記補助装置は、
本体部と、
前記本体部を前記船底に取り付けるための取付支持部と、
推進時に受ける水流から浮揚力を発生させるための水流制御部と、を有し、
前記水流制御部は、前記本体部の内部に形成された孔であって、
前記孔は、船首側の入口より船尾側の出口の方が下方に位置するように、前方から後方にかけて斜め下方向へ曲がって形成されていることを特徴とする補助装置。
前記孔の船尾側の出口は、前記本体部の底面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の補助装置。
前記孔の船尾側の出口は、前記本体部の底面に対して略９０度に形成されていることを特徴とする請求項２記載の補助装置。
前記本体部の素材は、ゴム、プラスチック類又は木材であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の補助装置。
前記補助装置は、前記船本体の船底に対して脱着可能に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の補助装置。