JP5135685B2 - 揺動式横ヒレ推進人力船 - Google Patents

Description

本発明は揺動式横ヒレ推進人力船に関するものである。

従来の人力船では推進具として、オール、パドル、櫓、フィン、プロペラ等を用いた、また、横安定に関しては、復原性能を持った船体で構成されている。

したがって、横安定性を得ようとすると単胴船では船幅を」大きくして復原力を得るために排水量型小型船では水の諸抵抗によって速度性能が低く、そして、オールやパドルの扱いによっても横安定性は得られるがそれらが空中にある時には安定性に寄与しない欠点があった。

揺動方式でフィン推進の舟艇（例えば、特許文献１参照）では、人力及び動力の揺動式フィン推進であって、船体の揺動も伴うが、尾ひれ式のフィンの揺動によって後方に水流を押し出す作用と考えられ、また、安定性の要因としてはフィンが水を押す時の抗力（付加慣性力）が主と考えられるので従来の人力船と同様に復原性も考慮した船体とで構成されている。

したがって、前記従来の人力船と同様に船体に復原力を求めるとともに、フィンを大きく揺動しようとして水中のフィン軸を長くするとその軸が抵抗を増やすという欠点があった。

水中翼を振動翼として推進力も得るもの（例えば、特許文献２参照）では、水中翼の揚力で全体の重量を支える一方で乗り手は体重を使って加重と抜重を繰り返す両足跳び運動で、水平の振動翼を羽ばたかせるように構成されている。

したがって、全体の重量を支えるためには常に水中翼の翼走スピード以上で走り続けなければならず、また、走り出しの時点でも最低翼走スピードが要求されるうえにスピードがそれ以下になると沈没する。また、連続した両足跳び運動では乗り手が疲れる欠点があった。

船体を全没させる潜水艇（例えば、特許文献３参照）では、人間が入り潜水走行するので潜水中は造波抵抗が発生しないように構成されている。

したがって、人間が入り得る容積とそれを沈める重量が必要となるうえに構造が複雑になる欠点があった。

特公 昭４７−３６５９１ U.S.Patent 6,099,369 特開 ２０００−１１９７

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、静的復原力を持った船体には拠らずに、横ヒレ（推進用振動翼）１の翼面が水流を受ける時に発生する揺動とは反対方向の揚力を利用して、揺動を続ける事によって主に揚力による動的な横安定性を得られる揺動式横ヒレ推進人力船を提供することを目的としている。

また、全体の重量を支えるために水中翼の揚力ではなくて、船体２やその他の浮力によって全体の重量を支える排水量型船とすることで静止、低速から波、風等の状況にも対応する航行性能を持つ揺動式横ヒレ推進人力船を提供することを目的としている。

また、両足跳び動作に対しても、自然界では左右対称の羽ばたき動作が一般的だが、２足歩行の人類では左右交互の足踏み動作が得意であり持久的であると同時に、揺動では常に振動翼に力を加え続けられる揺動式横ヒレ推進人力船を提供することを目的としている。

また、中に人が乗込む潜水艇ではなくて、船体だけを水中に沈めて乗り手は水面上に位置する全没型船を提供することを目的としている。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特長は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の記述的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、予備浮力の小さい接水部が横復原力を持たない円形断面形状を備えた水密形船体と、この船体の両側に下反角付きに取り付けられる一対の対称翼と、前記船体の上部でほぼ浮力中心で前記船体をクロスする左右方向でほぼ肩幅の位置に設けられた反復横揺れさせる一対の踏み足部３とで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

第２の発明においては、請求項１記載の踏み足部の前方で船体の上部に体の安定と舵取りのためのハンドルを設けるとともに前記ハンドルと連動する方向舵とで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

第３の発明においては、前記対称翼を前記船体に限定的に軸回転できるように軸接合するとともに、その軸回転範囲を調節できる調節手段を設け、また、それを左右別々にも調節できる手段とで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

参考例においては、前記対称翼を横方向で分割してその前縁近くで限定的に軸回転できるように軸接合するとともに、その軸回転範囲を調節できる調節手段を設け、また、それを左右別々にも調節できる手段とで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

第４の発明においては、前記船体を前後に２分割し、前記対称翼と前記踏み足部とで構成される揺動部が前記２分割した船体とは独立して横揺れできるように分割間に配置されていることとで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

参考例においては、前記揺動部を前記船体とは独立して横揺れさせられるように軸支されていることとで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

参考例においては、前記船体の船底を波乗りにも適した平板状にするとともに、前記一対の対称翼の後退角度を変えられる機構を設けたこととで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

第１の発明の他の例においては、前記船体の予備浮力を極端に小さくしてその前後に下向きの迎角を付けたピッチング安定翼を設けたこととで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

参考例においては、前記船体を極端に小さくして前記対称翼に浮力を受持たせるとともに、前記ピッチング安定翼の迎角を調節できる調節手段を設けたこととで揺動式横ヒレ推進人力船を構成している。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）予備浮力の小さい接水部が横復原力を持たない円形断面形状を備えた水密形船体と、この船体の両側に下反角付きに取り付けられる一対の対称翼と、前記船体の上部でほぼ浮力中心で前記船体をクロスする左右方向でほぼ肩幅の位置に設けられた反復横揺れさせる一対の踏み足部とで構成されているので、振動翼の揚力による動的な横安定性が得られる、したがって横復原力に拠らない船体の細身化、小型、軽量化が計れる。

（２）前記（１）によって船体の細身、小型、軽量化が計れるので、水の諸抵抗を小さく抑えられて推進力の小さい人力であっても排水量型船の効率化が計れる。

（３）前記（１）によって動的な横安定性が得られるので、前向き立ち乗りでの無理の無い姿勢がとれて全身の力が発揮できるとともに、広い視野が得られる。

（４）前記踏み足部の前方で船体の上部に体の安定と舵取りのためのハンドルを設けるとともに前記ハンドルと連動する方向舵を前記船体に設けたこととで構成されているので、安定が取り易く方向転換が容易である。したがって、航行性能の良い人力船が提供できる。

（５）前記対称翼を前記船体に限定的に軸回転できるように軸接合するとともに、その軸回転範囲を調節できる調節手段を設け、また、それを左右別々にも調節できるように構成されているので、振動翼の相対流に対する迎角を艇速の変化に対応して適正化できて、また、方向転換もできる。したがって、揚抗比の高い翼を使って推進力を増大させられ、また、運動性能も向上する。

（６）前記対称翼を横方向で分割してその前縁近くで限定的に軸回転できるように軸接合するとともに、その軸回転範囲を調節できる調節手段を設け、また、それを左右別々にも調節できるように構成されているので、翼の全域での相対流に対する迎角を艇速の変化に対応して適正化できて、また、方向転換もできる。したがって、翼の推進力を増大させられ、また、運動性能も向上する。

(7) 前記船体を前後に２分割し、前記対称翼と前記踏み足部とで構成される揺動部が前記２分割した船体とは独立して横揺れできるように分割間に配置されるように構成されているので、収納、運搬性と操縦性を確保したままで船体を長くすることができる。したがって、扱い易い船を高速化することができる。

(８)前記揺動部を前記船体とは独立して横揺れさせられるように軸支されているように構成されているので、船体とは独立して横ヒレを揺動羽ばたきできる。したがって、船の運動性能を向上させられる。

(９) 前記船体の船底を波乗りにも適した平板状にするとともに、前記一対の対称翼の後退角度を変えられる機構を設けるように構成されているので、船底と後退させた振動翼とで波乗りにも適した底面を形作ることができる。したがって、海岸近くで波乗りができる。

(１０) 前記船体の予備浮力を極端に小さくしてその前後に下向きの迎角を付けたピッチング安定翼を設けるように構成されているので、表面積が小さく摩擦抵抗の少ない船がスピードを増すと船体が全没して造波抵抗も減らすことができる。したがって、超小型船を高速化することができる。

(１１) 前記船体を極端に小さくして前記対称翼に浮力を受持たせるとともに、前記ピッチング安定翼の迎角を調節できる調節手段を設けるように構成されているので、水の諸抵抗を減らすことができる。したがって、船を高速化することができる。

以下、図面に示す発明を実施するための最良の形態により、本発明及び参考例を詳細に説明する。ただし、発明の最良の船形は図１３の正面図に示す円形断面であるが、他図の船形においても同様の作用効果が期待される。

図１から図３に示す本発明を実施するための最良の第１の形態において、１は揺動による羽ばたきで推進力を得るとともに、揚力と抗力によって動的な安定性をも得ることを目的とした、可撓性を持った対称翼で固定型の横ヒレ（推進用振動翼）である。２は全体の重量を支える浮力を主に得るための予備浮力の小さい水密型の船体であって、揺動しやすく、また、水の諸抵抗を減らすために静的復原力を無視した細身、小型、軽量であり、その中央下部の左右に横ヒレ１を、揺動の時に横ヒレ１が水面上に出ないように低い位置で水平より下方向に片側１０度から２０度の下反角をつけた結合軸９で固定する。３は前記２の上部に揺動しても水面に着かない位置で浮力中心の上方に取り付けられた肩幅よりも広い足幅で踏ん張るための滑り止め１５を付した踏み足部である。４は前記３の前方で前記２内の軸受けパイプ１６に上方から差し込むハンドルである。５は前記２の下方から前記４に差し込んで固定してハンドルの回転と連動する方向舵前ヒレである。６は前記２の後方下部に固定された方向安定用の後ヒレである。

上記構成の揺動式横ヒレ推進人力船は、乗り手がハンドル４を両手で握って前向きに踏み足部３に立って乗り、肩幅より広い程の足幅で踏ん張って体重を掛けて船を横に揺らす、上り坂で自転車を揺らす要領で船の揺れの周期よりも少し早めに反対側に体重を移動させて揺動を続ける。

図３に示す固定式でなだらかな円弧型の左右対称の後退翼である横ヒレ（推進用振動翼）１の水中での羽ばたきによって、前縁近くが厚く後縁が薄い翼型（例えばN.A.C.A.-64-0009〜0014）の翼端の後退域 E が水圧で押されて翼の後縁が捲れるために翼の根元から翼端に向かって捻りを生じてその傾きによって前向きの揚力を発生させてそれを推進力とする。

また、前記横ヒレ（推進用振動翼）１は固定式であり、可撓性材のプラスチック中空成形材や内部発泡剤、発泡体との組合わせで複合素材の F.R.P.や C.F.R.P. その他や軽量合金材料そして木材や合板等の撓りを翼の反復捻りを形成する。

そして、前記船体２、方向舵前ヒレ５、後ヒレ６等においても前記材質を目的に合わせた剛性や可撓性を選択して使用することができる。
［発明の横ヒレによる推進力と動的安定性の説明］

図４に示す横ヒレ（推進用振動翼）１が揺動によって下向きに羽ばたいている時の翼長の中間点の翼断面において、艇速と羽ばたきとを合算した相対流 V が下向きに傾斜した翼面と成す迎角から翼の上面に流れる水流によって揚力 L を発生させて、その分力として推進力 T と揺動に対抗する力 Z が得られる。また、反対側の横ヒレではこれの対称となる。

このように前記横ヒレは羽ばたきによる翼の揚力推進であるために推進性能を高めるためには翼長/翼幅比を大きくすることが有効であるが、反対に足ヒレ式に水を後方に押し出す方式では翼幅を大きくすることが有利となる。

図５に示す通り揺動の角度は片側１０度〜２０度であって、横ヒレ１を常に水中に位置させるためには水平より下方向に片側１０度から２０度の下反角が必要とされる一方で対称翼断面をもった左右対称の横ヒレ１が左右反対に反復捻りを形成するので推進力は左右ほぼ均等である。

図６に示す回転翼と水流の関係はプロペラの技術において一般的であるので説明を省くが、揺動船の場合にはこの相対流 V に対する迎角適正捻りを揺動に対応して反復反転させる。また、翼の根元近くでは失速の起き難い厚い翼断面を用いて翼端に向かっては揚抗比の高い効率の良い翼断面を用いる。

図７に示す翼面が揚力を発生させている時にその揚力は揺動とは反対方向の力であるために揺動を続けて前進を続ける間中は動的な主に揚力による横安定性を得られる。また、水中を広い面積の横ヒレを移動させる時に付加慣性力による抗力も受けて横安定に寄与するが、速度を増して走行する時に揺動の振れ角が小さくても横安定を増すことからも分るように揚力による動的安定が確認される。そして縦横比の大きい翼では翼長方向での揚力中心が船体縦中心から外側に離れるので安定力を増大させる。

次に、上記構成の揺動式横ヒレ推進人力船の組み立て順序について説明する。後ヒレ６の軸１９を、船体２後部の軸受けパイプ１８に下方から差し込み、穴２０と穴２１をピンまたはリング等で固定する。ハンドル４を船体２の軸受パイプ１６に上方から差し込む。方向舵前ヒレ５の軸１７を船体２の下部から、ハンドル４の軸パイプに差し込み、スプリングラッチ１１と受け穴１２で固定する。横ヒレ１の軸受パイプ１０を、船体２の軸９に差し込んで行き、同時に回り止めピン１３を受け穴１４に差し込んで、スプリングラッチ１１と受け穴１２で固定する。

上記構成の揺動式横ヒレ推進人力船は、海（沿岸近く）、湖、川等で使用されるが羽ばたき翼であるため浅瀬では使用出来ない。波や流れに対しても翼が揚力を発生させる限り動的な安定性を得られて、また、船体が水密型で小型軽量であるために転倒からの復帰が簡単で速い。そして、乗り込みの時が横安定が抗力だけなので一番不安定ではあるが、水流や波に向かう方向での乗り込みに対しては比較的に容易である。

また、両手でハンドル４を握って、両足を踏み足部３の上で踏ん張る姿勢での左右交互の揺動運動は、姿勢や身体の動きに無理が少なく持久力が保てると同時に、横ヒレ（推進用振動翼）１に対して常に力を加え続けられる。

また、前述の通り、横ヒレ１の推進力を得るための翼の捻りは、材質の弾性と形状に頼っているために、加速する時には鋭く踏み込んで揺動動作を行うことによって翼を大きく捻り、速度が増した後は柔らかく揺動させて捻りを小さくする等して振動翼の性能を発揮させる。

次に、図８から図１４に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当たって、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図８に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、横ヒレ１を船体２と軸接合する時に、軸９にバネ材あるいはゴム等の弾性材料の軸２２を用いて軸受パイプ１０と接合することによって、横ヒレ１を限定的に回転させることで相対流 V との迎角を適正化させて加速力を向上させる。また、前記２２から離れた位置でワイヤー２４等を用いて横ヒレ１の限定的な回転範囲をハンドル４あるいは踏み足部付近に備えた調節レバー２３を用いて調節できることによって揚抗比が高いが失速もし易い翼型でも適正な迎角の範囲内に翼を傾斜させることを可能とした点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られる。

図９に示す本発明の参考例１において、前記本発明を実施するための第２の形態と主に異なる点は、横ヒレ１の相対流に対する適正な迎角を得るための捻りを形作るために、横ヒレ１を分割して、その前縁近くで軸２５によって接合して、後縁近くに２６より内通したワイヤー２４をハンドル４あるいは踏み足部付近に備えた調節レバー２３を用いてその捲れの回転範囲を調節できるとしたことによって、翼全域での迎角の適正化が計れると共に艇速にも対応して翼の捻りを調節できる点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための第１及び２の形態と同様な作用効果が得られる。

図１０に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第２の形態と主に異なる点は、船を長くして速度性能を向上させるいっぽうで、持ち運びや収納にも便利なように、船体２を前後２分割させ、引っ掛け金具２９を受け金具３０に引っ掛けて、フランジ３１どうしをボルト３２で締め込んで繋げる。また、踏み足部３と左右の横ヒレ１との組合わせユニット U と、船体２やハンドル４その他とが揺動回転軸２７と前後の船体２にある軸受パイプ２８によって独立して揺動できるように軸支するとともに、任意の角度でラチェット３３とラチェット溝３４によってロックも可能であること。そして、方向舵として後ラダー７を設けてその上部のフランジ３５とハンドル４の軸に取り付けたフランジ３５とをワイヤー３６でクロスさせて繋ぐことによってハンドル４と連動する前後二枚の方向舵によって細長い船体の方向転換を容易にできるので、操縦性能が良くて収納、運搬性も良くできる点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

図１１A に示す本発明の参孝例２において、前記本発明を実施するための第４の形態と主に異なる点は、前記左右横ヒレ１と横ヒレ取付軸９と踏み足部３とでなる前記組み合わせユニット U を船体２に跨らせるように揺動回転軸２７で軸支する点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための第１及び３の形態と同様な作用効果が得られる。

図１１B に示す本発明の参孝例３において、前記本発明を実施するための第４及び５の形態と主に異なる点は、前記船体２の下方から前記横ヒレ取付軸９の縦軸４０を差込んで揺動回転軸２７で軸支して、上方から踏み足部３を組付ける点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための第１及び３の形態と同様な作用効果が得られる。

図１１C に示す本発明の参孝例４において、前記本発明を実施するための第４、５及び６の形態と主に異なる点は、前記揺動回転軸２７で左右の前記横ヒレ取付軸９が各々独立して揺動回転できるように軸支するいっぽうで、ロック機構を設けて左右一体の揺動もできて片側だけの揺動もできるようにした点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための第１及び３の形態と同様な作用効果が得られる。

図１２に示す本発明の参考例５において、前記本発明を実施するための第１及び３の形態と主に異なる点は、船体２の船底を波乗りにも適した平板状に形成するとともに、横ヒレ１の後退角を回転軸３９とスリット３８と左右に分かれて取付られたハンドル４とを使ってそれを前後に倒すことによって後退角度を変えられる機構を設けたことによって、方向舵を使用せずに機敏な方向転換を可能としたり海岸近くで波乗りをする用に特化した点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための第１及び３の形態と同様な作用効果が得られる。

図１３に示す本発明を実施するための最良の第１の形態において、船体２の浮力を小さくして、予備浮力を極端に小さくした状態で、前後方向の姿勢制御を行うためのピッチング安定翼８を軸３７によって横回転自由に取り付けることで揺動から独立して水平を保てる、水平より下向きの迎角をもったピッチング安定翼８によって、速度が増すと船体が水中に沈み込む全没船とすることによって造波抵抗を免れて小型で表面積が最小にも拘らず高速化ができる。

図１４に示す本発明の参考例６において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、横ヒレ１にほとんどの浮力を受け持たせることによって、船体を極小化する一方で、振動翼の付根近くでは翼を分厚く大きくして浮力を作り出して翼端に向かって抵抗の少ない薄い翼断面型として、また、前方にピッチング安定翼を備え、その安定翼の迎角の調節をハンドル４を前後に傾ける動作で操作できるとした点で、このように形成した揺動式横ヒレ推進人力船にしても、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られる。

本発明を実施するための最良の第１の形態の参考図 本発明を実施するための最良の第１の形態の参考図 本発明を実施するための最良の第１の形態の参考図 本発明を実施するための最良の第１の形態の作用説明図 本発明を実施するための最良の第１の形態の原理説明図 本発明を実施するための最良の第１の形態の原理説明図 本発明を実施するための最良の第１の形態の作用説明図 本発明を実施するための第２の形態の平面図及び説明図 本発明を実施するための参考例１の平面図及び説明図 本発明を実施するための第３の形態の斜視分解図 本発明を実施するための参考例２、３、４の形態の斜視図 本発明を実施するための参考例５の形態の斜視図 本発明を実施するための最良の第１の形態の斜視図及び正面図 本発明を実施するための参考例６の形態の斜視図

１ 横ヒレ（推進用振動翼）
２ 船体
３ 踏み足部
４ ハンドル
５ 方向舵前ヒレ
６ 後ヒレ
７ 後ラダー
８ ピッチング安定翼
９ 横ヒレ取付軸
27 揺動回転軸

Claims (4)

1. 予備浮力の小さい接水部が横復原力を持たない円形断面形状を備えた水密形船体と、この船体の両側に下反角付きに取り付けられる一対の対称翼と、前記船体の上部でほぼ浮力中心で前記船体をクロスする左右方向でほぼ肩幅の位置に設けられた反復横揺れさせる一対の踏み足部とで構成されて、動的揚力安定を持つことを特長とする揺動式横ヒレ推進人力船
2. 請求項１記載の踏み足部の前方で船体の上部に体の安定と舵取りのためのハンドルを設けるとともに前記ハンドルと連動する方向舵を前記船体に設けたことを特徴とする請求項１記載の揺動式横ヒレ推進人力船
3. 前記対称翼を前記船体に限定的に軸回転できるように軸接合するとともに、その軸回転範囲を調節できる調節手段を設け、また、それを左右別々にも調節できることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の揺動式横ヒレ推進人力船
4. 前記船体を前後に２分割し、前記対称翼と前記踏み足部とで構成される揺動部が前記２分割した船体とは独立して横揺れできるように分割間に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の揺動式横ヒレ推進人力船

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