JPH0664590A - ウオータージェット推進器の操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吐出ノズルを構成する左右の可動側壁の操作
力の釣り合わせて、ウオータージェット推進器の操舵に
必要な力量の大幅低減化および吐出ノズルの開度を調節
して船速の変化に応じてウェブの最適化を計る。 【構成】 垂直な左右のヒンジ軸１３まわりにそれぞれ
スイング可能に可動側壁を有する吐出ノズルを備えたウ
オータージェット推進器において、左右の可動側壁にそ
れぞれヒンジ軸１３を介して一体動作する左右一対のヒ
ンジレバー１４を設け、この一対のヒンジレバー１４間
を連結リンク１５によって連結する。そして左右いずれ
かのヒンジ軸１３にスイングモーメントを与えるための
操舵用アクチュエータ１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ウオータージェット
推進器における操舵装置の改良に係り、詳しくは操舵に
要する力量を低減化するための手段および吐出ノズルの
開度を調節して船速に応じた最適化を計る手段を備えた
ウオータージェット推進器の操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種のウオータージェット推進
器は、ジェット流を吐出ノズルから後方へ噴出して推進
力を得ており、同時に吐出ノズルの端部に操舵機能を具
備している。例えば図６（吐出ノズル付近の水平断面
図）に示す実開平３−９３３００号公報記載のウオータ
ージェット推進器では、上下の固定壁５１と、この間に
挟まれた左右の可動側壁５２とで吐出ノズル５３が構成
され、左右の可動側壁５２の基端部が垂直なヒンジ軸５
４を介してウオータージェット推進器のケーシング５５
にスイング自在に支持されている。そして各可動側壁５
２とケーシング５５との間に操舵用アクチュエータ５６
が架設され、各アクチュエータ５６を伸縮動作させるこ
とによって両側可動側壁５２を水平面内において同一方
向にスイングさせ、操舵機能を発揮させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記操舵機構において
は、閉じ側の可動側壁５２を吐出ノズル５３から噴出す
る水の流体力に抗して閉じるためそのスイングモーメン
トが大きく、反対に開き側ではその流体力が開こうとす
る方向に働くためスイングモーメントが小さく或いは負
になるという特徴がある。しかし、従来例のように左右
の可動側壁５２をそれぞれ独立に駆動するようにした場
合には、各アクチュエータ５６の能力はモーメントの大
きい方に合わせておく必要があり、そのためアクチュエ
ータ５６のトータルの能力は過大なものになっており、
結果として不経済な装置を装備していることになってい
る。

【０００４】一方、ウオータージェット推進器（ポン
プ）は、その搭載船の船速の上昇と共に、そのウオータ
ージェット推進器への水の押し込みの圧力も上昇し（こ
れはポンプの吸込ヘッドを助勢する）、ウオータージェ
ット推進器の運転点は高流量側に移行し、最適点から多
少のズレを生じたり、ウオータージェット推進器の形式
によっては所要馬力が多少上昇するもの或いは低下する
ものがある。そこで船速の上昇とともに吐出ノズルの開
度を少しずつ小さくできる機構を具備しておれば、常時
ウオータージェット推進器の運転点を例えば設計点に保
ち定馬力とか高効率とかを維持することができる。しか
しながら従来のウオータージェット推進器では両側可動
側壁５２を同一方向にスイングさせることによる操舵機
構のみで、かかる吐出ノズルの開度調節機構が備わって
いないため、船速変化に応じて運転の最適点を維持する
ことができない。

【０００５】本発明のひとつの目的は、左右の可動側壁
をスイングさせるための操作力を、これを個別に操作す
る場合に比し小さくすることにあり、また他の目的は、
吐出ノズルの口径（開度）を調節可能として本船の船速
の変化に応じてウオータージェット推進器を最適状態で
運転できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、第
１発明のウオータージェット推進器の操舵装置は、ほぼ
垂直な左右のヒンジ軸まわりにそれぞれスイング可能に
構成した可動側壁を有する吐出ノズルを備えたウオータ
ージェット推進器において、前記左右の可動側壁にそれ
ぞれ前記ヒンジ軸を介して一体動作する一対のヒンジレ
バーと、この一対のヒンジレバー間を連結する連結リン
クと、前記左右ヒンジ軸の一方にスイングモーメントを
与えるためのアクチュエータとを具備したことを特徴と
する。

【０００７】第２発明のウオータージェット推進器の操
舵装置は、ウオータージェット推進器の吐出ノズルを構
成する左右の可動側壁をほぼ垂直に配置されたヒンジ軸
でスイング可能に支持し、この左右の可動側壁をそれぞ
れ流体圧サーボアクチュエータにより駆動する方式のも
のにおいて、前記左右の流体圧サーボアクチュエータの
一方を上流側、他方を下流側とし、上流側の流体圧サー
ボアクチュエータに対して設けた制御弁の排出側ポート
からの流体管路を下流側の流体圧サーボアクチュエータ
に対して設けた制御弁の供給圧側ポートに連絡して前記
左右の流体圧サーボアクチュエータを回路的に直列に接
続したことを特徴とする。

【０００８】第３発明のウオータージェット推進器の操
舵装置は、第１発明における操舵機能に加えて、吐出ノ
ズルの開度を調節できる吐出ノズル開度調節機構を具備
せしめたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】第１発明の構成においては、中立直進状態で左
右の可動側壁に働く力は等しいため連結リンクによって
釣り合っている。操舵の際にはアクチュエータを作動す
ることによって一方のヒンジ軸にスイングモーメントが
付与されるが、この場合、開き側の可動側壁に対しては
モーメントがゼロ或いは負になるから、これが他方の閉
じ側の可動側壁を閉じ方向に助勢するよう働き、結果的
に両者の不釣り合いモーメントだけを閉じ側の可動側壁
に付与すればよく、アクチュエータの操作力は小さくて
すむ。

【００１０】第２発明のように、吐出ノズルの左右の可
動側壁を個別に駆動する流体圧サーボアクチュエータを
回路的にシリーズに連絡した場合、左右の可動側壁をス
イングさせるための負荷力は開き側でゼロ（負圧）にな
るため、閉じ側のみをスイングさせる負荷力となり、結
果として圧力流体の流量は概ね半分ですみ、個別に操作
する従来の場合に比し操舵装置の力量を半減させること
ができる。

【００１１】第３発明では、上記第１発明のように左右
の可動側壁のスイングモーションを同じ方向にして操舵
機能を発揮させるだけでなく、吐出ノズルの開度を開度
調節機構によって量は小さいが互いに反対方向に同じ量
だけスイングできるようにして調節すれば、例えば本船
の船速の変化に応じてウオータージェット推進器を最適
状態で運転できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は船体に取付けたウオータージェット推進器
を軸心付近で水平に分断して判り易く図示した断面図で
ある。図示の如く、ウオータージェット推進器Ｊのケー
シング２が船尾の船体Ｈに取付けられている。このケー
シング２は、船底側に取水口１を有し、船尾船体に沿っ
て後方へ延び船体Ｈの船尾端に突き出た長い筒状に形成
されている。このケーシング２内には駆動軸３とこれと
一体連結された流線形のボス４が設けられている。ボス
４の周面には放射状に突設された羽根車５と、この羽根
車５に近接してステータ６とが配置されている。ステー
タ６の先端はケーシング２内面に固定されており、駆動
軸３を支持する軸受を内包したボス４ａをケーシング２
側に支持している。ステータ６は羽根車４／５の回転に
よって生じた旋回流を圧力に変換するよう働く。駆動軸
３がケーシング２を貫通する位置に軸受箱７とカップリ
ング８を有しており、これに図示しない駆動原動機が中
間軸を介して一体に接続される。軸受箱７は、駆動軸３
を回転自在に支持する軸受や、羽根車４の回転によって
発生する軸推力を支える推力軸受などを備えると共に、
海水−軸受潤滑用油−船内間の軸封装置を内包してい
る。

【００１３】上記ケーシング２の先端には先細り形状を
した２次元的に可変の吐出ノズル９が形成されている。
すなわち、図２にも示すように、吐出ノズル９は、上下
に形成した固定壁１０と、この上下固定壁１０の間を水
平方向にスイングする左右一対の可動側壁１１とで構成
され、これらで先端角形の水流の噴出口（吐出ノズル口
径）１２を形成している。これら左右の可動側壁１１は
垂直のヒンジ軸１３の回りにスイング可能に枢支されて
おり、後述するアクチュエータを作動させることによっ
て所定の角度スイングするようになっている。

【００１４】上記構成においては、駆動軸３の作動によ
って羽根車５が回転すると、取水口１から海水がケーシ
ング２内に吸引され、水に運動エネルギが付与され、ス
テータ６で圧力変換されて吐出ノズル９の先端開口１２
からジェット流となって噴出し、これによって推進力を
得るようになっている。ジェット流が図１の実線のよう
に真っ直ぐ後方に噴出される時は直進の推進力が得ら
れ、吐出ノズル９の左右可動側壁１１が仮想線のように
垂直なヒンジ軸１３を支点としてスイングしてジェット
流が斜めに噴出される時は横方向の力が発生し本船が旋
回する。つまり、吐出ノズル９が水平面内でスイングす
ることによって操舵機能が発揮されるようになってい
る。

【００１５】図３において第１発明にかかるモーメント
釣合わせ機構について説明する。図１に示す左右可動側
壁１１のスイングの支点となっているヒンジ軸１３に
は、これと一体となった一対のヒンジレバー１４が平行
に設けられ、両ヒンジレバー１４の先端が一つの連結リ
ンク１５で連結されている。従ってヒンジレバー１４は
可動側壁１１とヒンジ軸１３を介して一体動作するよう
になっている。また、ヒンジ軸１３の一方にはこれと一
体に動くヒンジアーム１６の一端が連結され、他端に操
舵用アクチュエータ１７が接続されている。従ってこの
アクチュエータ１７を作動してヒンジアーム１６を駆動
すると、ヒンジ軸１３を介してヒンジレバー１４がスイ
ングし、他方のヒンジレバー１４も連結リンク１５を介
して同じ方向に同じ角度だけスイングする。これによっ
て例えば図１の仮想線で示す如く、吐出ノズル９の左右
の可動側壁１１も同じ方向に同じ角度だけスイングす
る。

【００１６】この第１実施例の方式によれば左右の可動
側壁１１に働く力は、中立直進状態では等しいため連結
リンク１５によって力が釣り合い、結果として、この付
近での操舵にはアクチュエータ１７を支えている軸受
（図示せず）の摩擦力以上の操作力は要らなくなる。操
舵角度が大きくなって図１の仮想線で示すような状態に
なると、左右の可動側壁１１の間に不釣り合いが生じる
が、その操作力は、その不釣り合い分だけの操作力でよ
いため非常に小さくなる。これは可動側壁１１の開き側
にかかる流体力によるスイングモーメントが連結リンク
１５を介して他方の閉じ側の可動側壁１１側に伝達さ
れ、閉じ側の可動側壁１１に必要なスイングモーメント
を助勢するからである。この方式は操作力低減効果が最
高であるが、可動側壁１１の動きがヒンジレバー１４、
連結リンク１５の寸法によって幾何学的に一義的に決定
されるため舵として必ずしも最適化できないかも知れな
い。

【００１７】この点を流体圧回路で工夫改良したものが
図４に示す第２実施例である。この例では流体圧サーボ
アクチュエータ１８、１９はそれぞれヒンジアーム１８
ａ、１９ａを介してヒンジ軸１３に対して個別に設けて
ある。各流体圧サーボアクチュエータ１８、１９に対し
て制御弁２０、２１が設けられ、この制御弁２０、２１
と流体圧サーボアクチュエータ１８、１９との間がそれ
ぞれ流体圧ライン２２、２３で接続されている。制御弁
２０、２１としては３位置型の電磁切換弁、電磁比例弁
などが使用される。この制御弁２０、２１を介して流体
圧サーボアクチュエータ１８、１９に圧力流体を送給す
るための流体圧発生ポンプ２４が設置されている。

【００１８】そして、左右の流体圧サーボアクチュエー
タ１８、１９が回路的に直列に接続してある。つまり、
ポンプ２４の流体圧ライン２５を上流側に位置する制御
弁２０の供給圧側ポート２０ａに接続し、その排出側ポ
ート２０ｂからの流体管路２６を他方の下流側に位置す
る制御弁２１の供給圧側ポート２１ａに調圧弁２７を介
して連絡してある。この下流側の制御弁２１の排出側ポ
ート２１ｂから出た流体管路２８は調圧弁２９を介して
サンプタンク３０まで導設されている。これら調圧弁２
７、２９は可動側壁１１の暴走防止の役目をする。すな
わち、開き側の可動側壁１１は勝手に開く方向に力を受
けているので、その方向に操作すると勝手に暴走してし
まう。そこで、制御弁２０又は２１の上流側の流体圧力
を検出してこれが所定圧以下の場合（例えば負圧）、制
御弁２０又は２１の排出側を絞ってやることによって、
この暴走を阻止する。なお、図中、３１は制御弁２０、
２１の上流側と調圧弁２７、２９をそれぞれ結ぶパイロ
ットラインを示す。

【００１９】この第２実施例では、流体圧サーボアクチ
ュエータ１８、１９の位置と操舵室の操舵ハンドルの位
置を或る関係に関係付けておき、両者に差が生じると、
その差に応じて制御弁２０、２１を作動させ流体圧サー
ボアクチュエータ１８、１９を所定の位置に保持するよ
う構成されている。そして例えば図１の如く左側の可動
側壁１１を閉じ側、右側の可動側壁１１を開き側とする
と、開側の流体圧サーボアクチュエータ１８は勝手に開
き方向に動作するので流体圧は不要、つまり負荷ゼロな
いし負圧になる。この時、制御弁２０は中立位置、制御
弁２１はＡ位置に切換わり流体圧サーボアクチュエータ
１９を所定方向に作動させる。このため左右の可動側壁
１１をそれぞれ個別に操作する場合と比較すると、圧力
流体の流量が概略５０％になり、操舵機としての力量を
中立付近で概略５０％にすることができる。この方式は
前記方式に較べて、操舵機の力量低減効果は小さいが、
左右の可動側壁１１の関係位置を任意に選ぶことができ
るため舵としての最適化ができる可能性がある。

【００２０】図５は第３実施例で、上記第１実施例の連
結リンク１５を中央で２分割し、この分割部をヒンジ点
３２として屈折可能に構成し、第１実施例の操舵機構に
吐出ノズル開度調節機構Ｋを具備せしめたものである。
すなわち、ヒンジ点３２にレバー３３の一端が枢着され
他端は移動ネジ３４が支点３５において連結されてい
る。レバー３３は通常の運航状態では図示する位置（連
結リンク１５が一直線になる位置）で固定されている。
移動ネジ３４の端部に形設したネジ部３４ａには外歯を
有するナット３６が噛合し、ナット３６の外歯に駆動モ
ータ（油圧モータないし電動モータ）３７により駆動さ
れるピニオンギヤ３８が噛合している。３９はナットの
移動を阻止するためのナット押え、４０はナット押え兼
ガイドである。上記構成においては、駆動モータ３７を
作動してピニオンギヤ３８を回転させるとナット３６は
その場で回転しこれと噛合している移動ネジ３４はガイ
ド４０に案内されつつ軸方向に移動し、これと連結され
ているレバー３３も軸方向に変位する。なお、ガイド４
０は移動ネジ３４の回り止めとしても働く。

【００２１】操舵用アクチュエータ１７に導設されてい
る流体圧回路にはパイパス弁４１が介装されている。こ
れは、駆動モータ３７を作動させた場合アクチュエータ
１７と干渉を起こすため、このバイパス弁４１を開にし
て流体圧ラインと戻りラインとを連通しておき、アクチ
ュエータ１７が移動ネジ３４の動きに応じて自由に動き
得るようにするためである。なお、アクチュエータ１７
はこのように変位するから、この制御系に関し、図示し
ないがゼロ点の調整が別途必要となる。

【００２２】図５において、駆動モータ３７を作動して
移動ネジ３４を軸方向に移動させ、レバー３３を図面上
右方向に変位させると、連結リンク１５は中央のヒンジ
点３２で屈折するからヒンジレバー１４は仮想線で示す
ように対称的に変位し、これによってヒンジ軸１３が回
転して左右の可動側壁１１がいずれも閉じ側に動く。

【００２３】すると、図１、図２の吐出ノズル９の先端
開口１２の開度が小さくなる。従って連結リンク１５が
一直線になる時最大開度となり、ヒンジ点３２が右にい
く程開度が小さくなる。このように第３実施例によれ
ば、スイングモーションを操舵に利用する場合のように
左右の可動側壁１１を同じ方向にスイグさせるだけでな
く、量は小さいが互いに反対方向に同じ量だけスイング
できるようにした、吐出ノズル開度調節機構Ｋを有する
から、吐出ノズル９の開度を調節することによって、例
えば本船の船速の変化に応じてウオータージェット推進
器を最適状態で運転できるようになる。

【００２４】

【発明の効果】 操舵装置としての力量を大幅に低減できる。 吐出ノズル開度調節機構を備えた場合には、吐出ノ
ズルの開口を調節してウオータージェット推進器の運転
の最適点の維持ないし主機関とのマッチングの維持等に
寄与できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される２次元的に可変する吐出ノ
ズルを備えたウオータージェット推進器の水平断面図で
ある。

【図２】同吐出ノズルの先端形状を船尾側からみた正面
図である。

【図３】本発明の第１実施例で、左右の可動側壁のスイ
ングモーメント釣り合い機構図である。

【図４】同釣り合い機構を回路的に構成した第２実施例
にかかる流体圧系統図ある。

【図５】本発明の第３実施例で、図３のスイングモーメ
ント釣り合い機構に吐出ノズル開度調節機構を備えた装
置の概略平面図である。

【図６】従来のウオータージェット推進器の吐出ノズル
による操舵装置の水平断面図である。

【符号の説明】

Ｊ…ウオータージェット推進器 ２…ケーシング ９…吐出ノズル １０…固定壁 １１…可動側壁 １２…吐出ノズル開口 １３…ヒンジ軸 １４…ヒンジレバー １５…連結リンク １６…ヒンジアーム １７…（操舵用）アクチュエータ １８、１９…流体圧サーボアクチュエータ ２０、２１…制御弁 Ｋ…吐出ノズル開度調節機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ほぼ垂直な左右のヒンジ軸まわりにそれ
   ぞれスイング可能に構成した可動側壁を有する吐出ノズ
   ルを備えたウオータージェット推進器において、前記左
   右の可動側壁にそれぞれ前記ヒンジ軸を介して一体動作
   する一対のヒンジレバーと、この一対のヒンジレバー間
   を連結する連結リンクと、前記左右ヒンジ軸の一方にス
   イングモーメントを与えるためのアクチュエータとを具
   備したことを特徴とするウオータージェット推進器の操
   舵装置。
2. 【請求項２】 ウオータージェット推進器の吐出ノズル
   を構成する左右の可動側壁をほぼ垂直に配置されたヒン
   ジ軸でスイング可能に支持し、この左右の可動側壁をそ
   れぞれ流体圧サーボアクチュエータにより駆動する方式
   のものにおいて、前記左右の流体圧サーボアクチュエー
   タの一方を上流側、他方を下流側とし、上流側の流体圧
   サーボアクチュエータに対して設けた制御弁の排出側ポ
   ートからの流体管路を下流側の流体圧サーボアクチュエ
   ータに対して設けた制御弁の供給圧側ポートに連絡して
   前記左右の流体圧サーボアクチュエータを回路的に直列
   に接続したことを特徴とするウオータージェット推進器
   の操舵装置。
3. 【請求項３】 請求項１における操舵機能に加えて、吐
   出ノズルの開度を調節できる吐出ノズル開度調節機構を
   具備せしめたことを特徴とする請求項１記載のウオータ
   ージェット推進器の操舵装置。