JPH072179A - 鉛直軸風車型帆船 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正面からの向い風でも容易に又、安全に帆走
することが出来、追い風の時に風の速度より速く帆走し
得る操縦の易しい帆船を提供する。 【構成】 鉛直な回転軸の周りに回転する複数の鉛直翼
の前縁付近を揺動自在に支持し、後縁付近を該鉛直軸に
揺動自在に支持された複数の揺動ア−ムと棒状のロッド
を介して夫々回転自在に接続し、該揺動ア−ムが、鉛直
翼に働く風力によって風下に揺動するごとくなし、該鉛
直な回転軸を水中の回転推進装置に接続するごとく構成
した鉛直軸風車型帆船。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は風車を利用して走る帆船
に関するものであり、特に正面から吹く風でも前進する
ことの出来ると共に、追い風の時に風速より速く走るこ
とを可能とする帆船に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、帆船としてはいわゆるヨットが最
も多く用いられているが、その他プロペラ型、又はダリ
ウス型風車を利用して水中のプロペラを回転して進むも
の等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとき帆船は、
主として次の３つの問題がある。これらを解決するのが
本発明の課題である。以下その内容を具体的に述べる。

【０００４】第１の問題として、いわゆるヨットについ
ては正面からの風では前に進む事が出来ない為に、ジグ
ザグにタッキングを繰り返しながら進まなくてはなら
ず、操縦が難しい事である。

【０００５】又、第２の問題はプロペラ型風車を利用し
たものでは、風の向きによりプロペラの方向を制御し
又、風による抵抗が少なく、回転力が大きくなるように
プロペラのピッチを変化させるなどの制御が必要であり
構造が複雑なだけでなく操縦も難しい。

【０００６】又、第３の問題としては、ダリウス型と呼
ばれるピッチ変化の無い垂直軸型風車を利用したもの
は、その特性上風速と回転数との関係が微妙でこの関係
が崩れると、効率が大幅の悪化し正面からの風で進めな
いばかりか、横風でも帆走速度が低下する。これを補う
為には、推進プロペラのピッチを変えたり又、駆動部に
変速機を設けこれを微妙に制御しなくてはならないもの
であり構造も複雑で操縦も非常に難しい。

【０００７】更に、上記のいずれの方法でも今まで追い
風の時に風速より速く走ることは不可能であった。 そ
の為に、帆を補助推進装置として使用する船では、追い
風の風速が弱い時には帆を畳んで走らなければならなか
った為、帆の利用頻度は少なく、補助推進装置としての
価値は小さかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の手段を以下に述べる。

【０００９】第１の手段として、 鉛直な回転軸の周り
に回転する複数の鉛直翼の前縁付近を揺動自在に支持
し、後縁付近を該鉛直軸に揺動自在に支持された複数の
揺動ア−ムと棒状のロッドを介して夫々回転自在に接続
し、該揺動ア−ムが、鉛直翼に働く風力によって風下に
揺動するごとくなし、該鉛直な回転軸を水中の回転推進
装置に接続するごとく構成したことを特徴とする鉛直軸
風車型帆船を提供するものである。

【００１０】第２の手段として、 揺動ア−ムの支持部
に外部から揺動可能な揺動角度制限部材を設けたことを
特徴とする第１の手段記載の鉛直軸風車型帆船を提供す
るものである。

【００１１】又、第３の手段として、 上記複数の鉛直
翼の後縁部とロッドとの接続部の内、少なくとも１つを
係脱自在になしたことを特徴とする第１の手段記載の鉛
直軸風車型帆船を提供するものである。

【００１２】又、第４の手段として、 上記水中の回転
推進装置を、鉛直な回転軸の周りに回転する複数の鉛直
翼の前縁付近を揺動自在に支持し、後縁付近を該鉛直軸
に揺動自在に支持された複数の揺動ア−ムと棒状のロッ
ドを介して夫々回転自在に接続し、該揺動ア−ムを外部
より揺動可能なごとく支持し、該鉛直翼を水中に没入す
るごとき構造となした第１、２及び３の手段記載の鉛直
軸風車型帆船を提供するものである。

【００１３】

【作用】下記に本発明の帆船の作用を説明する。

【００１４】前縁を揺動自在に支持された鉛直翼に風が
当たるとその風圧によって後縁が風下側に傾く。 そう
すると、風は翼面に沿って前縁から後縁に向かって流
れ、その反動によって鉛直翼は中央の鉛直な回転軸の周
りに前縁方向に向かって回転する。該回転力を回転伝達
機構を介して水中の回転推進装置に伝えてこれを回転す
る。鉛直翼の後縁が風下に傾く角度は中央の揺動ア−ム
の揺動角に応じた角度となる。

【００１５】一般に後からの風のときは鉛直翼に生じる
風の抵抗力が船の前進を助けるので、水中の回転推進装
置は小さなトルクで軽く回すことができるので、前記後
縁の風下への傾き角度は小さくてよい。

【００１６】又、船体の抵抗が小さい場合や、帆の他に
他の動力を回転推進装置駆動の為に使用している船の場
合には、船の前進速度によって回転推進装置が水力によ
って回転する水車となり、その回転力によって鉛直翼を
回転することができる。この様な状態で、鉛直翼の後縁
を逆に風上に向けると、鉛直翼によって生じた後向きの
空気流と、前記の追い風との衝突によって生ずる力で進
むこととなり、船の速度は理想的には前記の後向きの空
気流と追い風の風速の和となる。 これが本方式が風速
より速く走れる理由である。

【００１７】逆に、前方からの風で前進しようとする場
合は鉛直翼に働く抗力に逆らって進むことになるため水
中の回転推進装置を回転するために必要なトルクは前記
の状態に比べて大きく、従って前記の傾き角度を大きく
しなければならない。横風に対してはこの中間である
が、一般にこの場合には船の速度によって風の強さの変
化が少ないので帆走には有利であり、風速より速く走る
ことは容易である。

【００１８】本発明において前述の手段によって揺動ア
−ムと揺動角度制限部材の風向きによる角度関係の変化
によって風の角度に応じた鉛直翼の傾き角度が実現され
る。

【００１９】又停船する場合には、揺動ア−ムの揺動角
を大きくすることと、少なくとも１つの鉛直翼とロッド
との接続部を外すことによって全ての鉛直翼が完全に風
下を向くごとくして、回転速度を０にして鉛直翼の回転
を停止する事ができる。以下構造及び作用の詳細を図に
ついて説明する。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の１実施例の構造を示す部分
側断面図、図２は、その部分上面図である。

【００２１】図１、図２において、船体１は左側が船
首、右側が船尾である。船体１には中空な鉛直軸２が固
着され、該鉛直軸２には軸受け３を介して複数の腕４、
５を持つ回転軸６が回転自在に設けられている。各腕
４、５の先端には軸受け７、８を介して鉛直翼９がその
前縁部１０で長手方向の軸１１のまわりに揺動自在に取
り付けられている。

【００２２】又、鉛直軸２の中間部には球面体１２が取
り付けられ、球面体１２の外周には内球面１３を介して
揺動角度制限部材１４が一定角度揺動自在に設けられ該
揺動角度制限部材１４には操作レバ−１５が固着されて
いる。操作レバ−１５には回転及び、摺動自在にバ−１
６が植設され、該バ−１６は船体の内部に摺動自在に貫
通している。 スプリング５０、５１は鉛直翼９に過大
な風力が加わった時に後縁部２６を風下側に揺動させる
為のものである。尚、揺動角度制限部材１４の揺動方向
は基本的には前後方向のみでもよい。

【００２３】揺動角度制限部材１４には外周に球面１７
が形成され、これに緩く嵌合する内球面１８を持つベア
リング内輪１９が転動体２０、外輪２１と共に揺動自在
に支持されている。 外輪２１には複数個の揺動ア−ム
２２が斜め上向きに植設されている。 揺動ア−ム２２
の１つには軸２３を介してロッド２４が緩く結合され、
該ロッド２４の他端には球面軸受２５を介して、前記鉛
直翼９の後縁部２６に揺動自在に結合されている。又、
他の揺動ア−ム２２の先端には球面軸受２７を介してロ
ッド２４が縦横共揺動自在に結合され、その他端には前
記と同様に球面軸受２５を介して鉛直翼９の後縁部２６
が揺動自在に結合されている。尚、鉛直な回転軸６は図
示しない水中の回転推進装置に直接、又は増減速機、逆
転機構、クラッチ等を介して結合されている。

【００２４】以上のごとく構成した本発明の作用を説明
する。図３は本発明の帆船が後方からの風を受けたとき
の状態を示す模式上面図である。 図３において、鉛直
翼９に風Ｗ１が当たると後縁部２６はその風圧によって
風下すなはち船首側に移動するがロッド２４によって結
合された揺動ア−ム２２は揺動角度制限部材１４に嵌合
しており、一定角度揺動する。しかし該揺動角度制限部
材１４が後方に傾いているので揺動ア−ム２２が揺動出
来る角度は少なく、従って鉛直翼９の移動角α１も小さ
い。この状態では風速Ｗ１に対して鉛直翼９の回転速度
は大きく、回転力は小さい。

【００２５】一方後方からの風を受けるとその抵抗で船
体１は前進するのでその速度に応じて風と鉛直翼９との
相対速度は小さくなるのに、水中では回転推進装置は船
体１の速度に応じて速く回転する必要があるので比較的
弱い風でも鉛直翼９が高速で回転する上記の関係で都合
のよい状態である。しかもこの状態ではもともと風の抵
抗で船体は前進するので回転推進装置が前進の為に負担
する力は小さいもので良く、従ってこの回転力は小さく
て良いこととなるのでまさに好都合であり効率良く進む
事ができる。

【００２６】更に、船体の抵抗が小さい場合は、船体の
前進速度により回転推進装置が逆に水車として回転し、
その回転により、鉛直翼９が回転するので、この状態で
後縁部２６を風上に揺動させると鉛直翼９によって後ろ
向きの空気流が発生する。又、他にエンジン等の動力を
使用する場合に於いては、そのエンジンの回転力に余裕
が出来るのでこの回転力で鉛直翼９を駆動することが出
来る。このようにして発生した空気流と追い風が衝突し
て大きな推進力となり結果的に追い風の速度より速く進
むことが出来るものである。言い換えれば、追い風のエ
ネルギ−を船体の速度に関係なく利用しようとするもの
であり、それを可能にするものである。

【００２７】図４は本発明の帆船が前方からの風を受け
たときの状態を示す模式上面図である。 図４におい
て、鉛直翼９に風Ｗ２が当たると後縁部２６はその風圧
によって風下すなはち船尾側に移動するがロッド２４に
よって結合された揺動ア−ム２２は揺動角度制限部材１
４に嵌合しており、この制限角度内で一定角度揺動す
る。しかし該揺動角度制限部材１４が船尾方向に傾いて
いるので揺動ア−ム２２が揺動出来る角度は船首側に比
べて大きく、従って鉛直翼９の移動角α２も大きい。こ
の状態では風速Ｗ２に対して鉛直翼９の回転速度は小さ
く、回転力は大きい。

【００２８】一方、前方からの風を受けると、その抵抗
で船体１は後進しようとするのでこれに反して前進する
ためには、水中で回転する回転推進装置は向かい風の抵
抗に対抗して強く回転する必要がある。又、船体１が前
進するとその速度に応じて風Ｗ２と鉛直翼９との相対速
度は大きくなるので結果的にはα２が大きいにも拘ら
ず、その分鉛直翼９の回転は速くなり上記の図４に示す
関係で効率良く進むことが出来る。

【００２９】図５は、船体１の側面から風を受けて帆走
する状態を示す模式上面図である。図５においては、揺
動角度制限部材１４の傾きは横方向には０なので揺動ア
−ム２２の揺動角度は図３と図４の中間となる。従って
移動角α３も図３と図４の中間の値となる。

【００３０】この様な状態が最も帆走し易いのはヨット
の場合と同じである。これは船の速度が変化しても風と
の相対速度の変化が小さいためである。因みに、風速が
毎秒１０ｍであれば、従来のヨットでは、これが追い風
であれば帆走速度Ｖ１は約毎秒７．５ｍ、 向い風であ
れば帆走速度Ｖ２は０，斜め４５度の向かい風なら帆走
速度Ｖ３は６ｍ、 横風であれば帆走速度Ｖ４は１２〜
１４ｍとなる。しかし、本発明の場合には夫々の状態の
帆走速度は、Ｖ１は１０〜１４ｍ、Ｖ２は６〜８ｍ、Ｖ
３は７〜１０ｍ、Ｖ４は１２〜１４ｍとなる。但し向い
風の時の速度は改良により増加しつつある。

【００３１】又、図３、４、５のいずれの場合に於いて
も、瞬間的な強い風が吹くと、従来の帆船、及びヨット
では各部に大きな力が加わり、大きく傾いたり又、場合
によっては帆や船体が破損することがある。 本発明に
おいては、このような場合でも安全に帆走する事が出来
る。 即ち、上記のような場合に鉛直翼９に大きな風力
が加わると、揺動角度制限部材１４の操作レバ−１５と
バ−１６との結合部に設けられたスプリング５０、５１
のいずれかが撓んで、バ−１６が動かなくとも操作レバ
−１５がベアリング内輪１９と共に揺動し、揺動ア−ム
２２の揺動角が増加する。 そうすると、ロッド２４で
結合された後縁部２６の移動角度も増加して、風を逃が
すので風力の増加を押さえることが出来る。この動作の
応答速度は中間にいわゆるサ−ボ機構等の駆動機構がな
く直接風力によって動作するので極めて速く応答遅れに
よる問題が生ずることはない。従ってかなり荒れた天候
の中でも安全に帆走する事が出来る。 尚、図１におい
ては操作レバ−１５及び、バ−１６は船尾側に１個しか
見えていないが、船体の左右に２個ならんでいることが
望ましい。

【００３２】図６は、停船状態を示す模式上面図であ
る。 図６において、バ−１６を充分に船内に引き込み
揺動角度制限部材１４の揺動角を大きくしておく。 こ
うして前方から風を受けるようにすると、揺動ア−ム２
２の揺動角は最大となり図６の上側の２つの鉛直翼９の
角度は風の方向とほぼ一致する。 下側の１つの鉛直翼
９のロッド２４と後縁部２６との結合部を係脱式として
これを外すと、鉛直翼９は軸１１の回りに反転して前方
からの風と平行な状態となる。 こうなると、鉛直翼９
は回転せず、又風と翼面が平行になっているので風の抵
抗も小さく安全な状態で停船していることが出来る。

【００２９】バ−１６を押すと、揺動角度制限部材１４
の揺動角は減少し鉛直翼９の角度も風に対して平行でな
くなるので、鉛直翼９は風の力でゆっくりと回転を始め
る。そうすると、下側にあった鉛直翼９も矢印方向に回
転し、外れていた係脱機構が復旧して正規の帆走状態と
なる。 この間に行う人為的な操作はバ−１６を動かす
だけであり極めて簡単な操作である。

【００３０】図７は、上記の係脱機構一実施例の詳細を
示す部分上断面図である。図７において、鉛直翼９の前
縁部１０に設けられた軸３０には、回動自在に反転レバ
−３１が嵌合し、該反転レバ−３１の中間部３２には軸
３３を介して揺動自在にロッド２４が結合されている。
ロッド２４の先端部は爪３４を形成している。 反転レ
バ−３１の先端の軸支持部３５には軸３６により回動自
在に係止部材３７が取り付けられている。 係止部材３
７には段部３８、フック４０、バネ掛けピン４２が設け
られており、段部３８は反転レバ−３１の先端に形成さ
れた突起３９と係合して、一定角度回転可能な状態にな
され、突起３９とバネ掛けピン４２とに掛けられたスプ
リング４３によって時計回りに付勢されている。 ４１
はフック受け部である。

【００３１】今、揺動ア−ム２２が大きく傾くとロッド
２４は、図７に於いて下向きに移動し、鉛直翼９は反時
計回りに回転する。 そうすると揺動ア−ム２２と鉛直
翼９とのなす角度βは小さくなり、爪３４が係止部材３
７を押すので係止部材３７は反時計回りに回転してフッ
ク４０がフック受け部４１から外れる。 そうすると、
風Ｗ４の力により鉛直翼９は矢印Ａの方向に大きく反転
し風Ｗ４と平行になる。 揺動ア−ム２２の角度が小さ
くなれば角度βも小さくなり、前述のように鉛直翼９全
体が回転し、フック４０とフック受け部４１が元どうり
係合する。

【００３２】図８は水中の回転推進装置の１実施例の構
造を示す側断面図であり、図９はその水上部分の模式上
面図、図１０はその水中部分の模式上面図である。 構
造は、図１及び、図２に示すものとほぼ同様であり各部
材の機能、名称は番号の下２桁を共通にして説明の重複
を避ける。 異なる部分は、船体１が双胴船の形状とな
っていること、揺動角度制限部材１４とこれに関する球
面１７、内球面１８が省略されていることと、後縁部２
６は、後縁ア−ム１２６に置き換えられていることであ
る。

【００３３】図８において、バ−１１６を船内から引き
上げればア−ム１２２の揺動角度は大きくなり、後縁ア
−ム１２６により水中の鉛直翼１０９の揺動角度も大き
くなり、図１０の矢印Ｒ方向に鉛直翼１０９が回転すれ
ば、図１０における右向きの水流が発生しその反動で船
体は左方向に前進する。 逆に、バ−１１６を押し下げ
れば水中の鉛直翼１０９の揺動方向は逆になり船体は後
進する。 同様の機能を持つ推進装置としてはシュナイ
ダ−型のものがあるが構造が複雑であり、特に動作時の
摩擦抵抗が大きいので本発明のように風の小さなエネル
ギ−を有効に利用して帆走する船には適さない。 これ
に対し上記の構造の水中推進装置は動作抵抗が極めて小
さく又、回転軸６と１０６を直接結合できる為、構造も
簡単になり本発明の帆走用に使用した時、極めて効率が
よい。

【００３４】次に、図９、図１０について、本発明の帆
船が追い風のときに風を追い越して走ることができる事
を説明する。 図９において、鉛直翼９の後縁部１０は
バ−１６を船内に引き込むことによって中立点を越えて
やや風上側に揺動している。この場合、後ろからの風Ｗ
５を受けると鉛直翼９は逆回転するような力を生ずるが
一般に鉛直翼９の翼断面は前縁が円く後縁が尖った形と
なっているので逆向きの風を受けたときには空気の流れ
が乱れるためこの逆回転力は小さい。

【００３５】図１０においては、水中の鉛直翼１０９は
通常の前進状態となっている。この状態で、後からの風
Ｗ５を受けると鉛直翼９に生ずる風の抵抗で船体は前進
するが、このときに水中の鉛直翼１０９生ずる前方から
の水の流れＱ１によって鉛直翼１０９は水車となって矢
印Ｒの方向に回転する。 この回転により鉛直翼９が回
転すると、その後縁部２６が風上をむいている為に、追
い風の向きとは逆の空気流Ｗ６が生じ、Ｗ５と衝突する
ことになる。このようになると鉛直翼９は実質的にはＷ
５とＷ６を加算した速さの風を受けた時と同じ状態とな
り、仮に風の速さの８５％の速さで走ることの出来る船
でＷ６がＷ５の４０％であれば船の速度は１．４×０．
８５＝１．１９となり、風の速さの約１２０％の速度で
走ることが出来る。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなごとく、本発明の
鉛直軸風車型帆船は、これまで実質的に不可能だった正
面からの風での帆走を可能にすることによりヨットのよ
うにジグザグにタッキングをしながら進む必要が無いの
で操縦が非常に簡単であり又、追い風の時に風を追い越
して走ることを可能にするものであり、帆船の実用速度
を大幅に向上する事が出来、プロペラ型風車を利用した
もののように風向きに応じてプロペラの角度やピッチを
変える必要もなく、ダリウス型風車を利用したもののよ
うに風速に応じて水中のプロペラのピッチや変速機等を
微妙にコントロ−ルしなければならない様な難しさもな
い。その上、突風による破損や転覆もなく安全性の高い
ものでる。 更に構造が簡単なので安価に製作すること
が出来るので、レジャ−用の船、漁船、輸送船など利用
範囲も極めて拡くその産業上の効果は極めて著しい。
尚、図は、本発明の１実施例を示すものであり、部分的
な構造、形状の変更によって本発明の主旨を逸脱するも
のでない事は云までもない。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構造を示す部分側断面図

【図２】本発明の１実施例の構造を示す部分上面図

【図３】本発明の作用を示す為の模式上面図

【図４】本発明の作用を示す為の模式上面図

【図５】本発明の作用を示す為の模式上面図

【図６】本発明の作用を示す為の模式上面図

【図７】本発明の１実施例の構造を示す部分上断面図

【図８】本発明の１実施例の構造を示す部分側断面図

【図９】本発明の作用を示す為の模式部分上面図

【図１０】本発明の作用を示す為の模式部分上面図

【符号の説明】

１ 船体 ２ 鉛直軸 ３ 軸受け ４、５ 複数の腕 ６ 回転軸 ７、８ 軸受け ９、１０９ 鉛直翼 １０、１１０ 前縁部 １１、１１１ 軸 １２、１１２ 球面体 １３、１１３ 内球面 １４ 揺動角度制限部材 １５、１１５ 操作レバ− １６、１１６ バ− １７、 球面 １８ 内球面 １９、１１９ ベアリング内輪 ２０、１２０ 転動体 ２１、１２１ 外輪 ２２、１２２ ア−ム ２３、１２３ 軸 ２４、１２４ ロッド ２５、１２５ 球面軸受 ２６、 後縁部 ２７、１２７ 球面軸受け ３０ 軸 ３１ 反転レバー ３２ 中間部 ３３ 軸 ３４ 爪 ３５ 軸支持部 ３６ 軸 ３７ 係止部材 ３８ 段部３８ ３９ 突起 ４０ フック ４１ フック受け部 ４２ バネ掛けピン ４３ バネ掛けピン ５０、５１ スプリング １２６ 後縁ア−ム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉛直な回転軸の周りに回転する複数の鉛
   直翼の前縁付近を揺動自在に支持し、後縁付近を該鉛直
   軸に揺動自在に支持された複数の揺動ア−ムと棒状のロ
   ッドを介して夫々回転自在に接続し、該揺動ア−ムが、
   鉛直翼に働く風力によって風下に揺動するごとくなし、
   該鉛直な回転軸を水中の回転推進装置に接続するごとく
   構成したことを特徴とする鉛直軸風車型帆船。
2. 【請求項２】 揺動ア−ムの支持部に外部から揺動可能
   な揺動角度制限部材を設けたことを特徴とする請求項１
   記載の鉛直軸風車型帆船。
3. 【請求項３】 上記複数の鉛直翼の後縁部とロッドとの
   接続部の内、少なくとも１つを係脱自在になしたことを
   特徴とする請求項１記載の鉛直軸風車型帆船。
4. 【請求項４】 水中の回転推進装置を、鉛直な回転軸の
   周りに回転する複数の鉛直翼の前縁付近を揺動自在に支
   持し、後縁付近を該鉛直軸に揺動自在に支持された複数
   の揺動ア−ムと棒状のロッドを介して夫々回転自在に接
   続し、該揺動ア−ムを外部より揺動可能なごとく支持
   し、該鉛直翼を水中に没入するごとき構造となしたこと
   を特徴とする請求項１、２及び３記載の鉛直軸風車型帆
   船。