JPH07300093A - 水ジェット推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】本発明は回転体を外部に露出しない密閉構造
にして水中の物体に対する信頼性や安全性を高める共に
小型軽量化を図り，キャビテーションの発生をなくして
効率や静粛性を高め，排気ガスで大気汚染されることの
ない電動機使用を可能にした渦巻き式水ジェット推進装
置を提供することを目的とする。 【構 成】厚板に２対の渦巻き状溝を設けた固定渦巻き
要素と端板に２対の渦巻き状突起を設けた可動渦巻き要
素を互いに噛み合わせて２組のポンプ部を形成し，固定
渦巻き要素に吸入口と吐出口及びノズルを設けて水の流
路とすると共にノズル内に方向舵を設け，駆動ギアと２
個以上の従動ギアを噛み合わせて旋回運動させ，偏心量
可変機構やスラストシール機構を設けて密封性を高めて
液圧縮を避ける構造にすると共に，これらをハウジング
等で被って密封構造として船尾に設置したことを特徴と
する渦巻き式水ジェット推進装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，液体に圧力または運動
エネルギーを与える水力機械としての容積式液体ポンプ
に係わり，特に水面及び水中で水力を利用して船舶を推
進する水ジェット推進装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の推進装置としてはプロペラを用い
た推進装置が最も一般的である。大半の船舶が船尾下部
の船外に設けたプロペラを回転させて推進していた。そ
の他の従来例として，船底と船尾を連通させて開口する
ダクトを設け，そのダクト内に設けたプロペラで水を後
方に噴出させて推進する水ジェット推進装置があった。
プロペラを船外に設けた推進装置の公知例として，特公
昭５９−３７２７８や特開平４−５００９６などが挙げ
られる。これらの公知例が示すように，船尾下部の船外
に露出させて設けられたプロペラを水中でエンジン等を
駆動源として軸と一体に回転させ，プロペラの翼に生じ
る水を押す力から得られる推進力により船を推進する。
船の進路変更は後流側となるプロペラの後に設けたおよ
そ矩形状をした翼により行なわれていた。次にプロペラ
をダクト内に設けた水ジェット推進装置の公知例とし
て，特公平１−５０６３９や特開平４−５５１９２など
か挙げられる。これらの公知例が示すように，船底と船
尾に開口した太くて長いダクトが船内後部に設けられ，
そのダクト内に噴流を発生させるプロペラとその流れを
整流するための固定翼が設置され，そしてダクト出口近
傍には船の進路方向を操作する舵装置が設けられてい
る。そして，船底のダクト開口部から水を導入し，船尾
の開口部から水を噴出そて船を推進していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】プロペラを船尾の船外
で水中に露出させて取り付け推進する装置の場合，付近
に浮遊している物体又は水の底にある物体が回転してい
るプロペラに接触して，その物体を破損させるか，プロ
ペラが破損して航行不能となることがあった。その物体
が人間のような生物の場合，その生物がプロペラの先端
に接触もしくは巻き込まれて大怪我ないしは死亡するこ
ともあり，極めて危険性が高い推進装置であった。一方
プロペラをダクト内に設け，水を導入して噴流を発生さ
せて推進する水ジェット推進装置の場合には，プロペラ
や整流用の固定翼などを収納し水を導入するための太く
て長いダクトが必要となる。この場合危険なプロペラが
露出しない替わりに多くの設置スペースが必要となると
ともに設置の自由度が大幅に制約されていた。プロペラ
を用いた推進装置共通の課題として，プロペラ外周での
周速が早くキャビテーションの発生やカルマン渦の発生
に伴う推進効率の大幅な低下や騒音振動の発生が問題と
なっていた。また，プロペラ式の推力は回転数の２乗に
比例して増加するとともにトルクも回転数の２乗に比例
して増加するので，高速運転時駆動源に大きな負担を強
いることになり，電動機による駆動を困難にしていた。
このため大半がエンジン駆動であり，排気ガスによる大
気汚染や大きな騒音が発生して問題となっていた。さら
に，プロペラ式では公知例に記載されているように，プ
ロペラ単独の損失，船体との干渉による損失，水の流れ
による損失など多くの損失があり推進効率が大幅に低下
するなどの問題もあった。本発明が解決しようとしてい
る課題として，プロペラを外部に露出した危険な構造，
ダクト方式に係わる船体内の有効スペースの減少と設置
自由度の大幅な制約及びキャビテーション発生に伴う推
進効率低下や騒音振動の増大などがある。加えて，排気
ガスによる大気汚染や騒音の問題が解消できる電動機を
いかにして駆動源に容易に使用するかなどがある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記従来例の課題を解決
するために船の推進装置として水または海水の噴流によ
るジェット推進力を利用した渦巻き式水ジェット推進装
置を用いる。これは容積式ポンプを用いており，回転体
を外部に露出させない密閉構造になっている。本発明の
水ジェット推進装置の容積式ポンプ部は厚板に渦巻き状
溝を設けた固定渦巻き要素と端板に渦巻き状突起を設け
た可動渦巻き要素の互いの渦巻き形状部を噛み合わせて
ポンプ部を形成する渦巻き式を用いている。固定渦巻き
要素は船体に固定され，可動渦巻き要素は駆動軸の回転
に連動して旋回運動する仕組みになっている。回転体な
どの可動部分は船体に固定されたハウジング等で被われ
て露出しておらず，ポンプ内に水を導入する入口と噴出
させる出口は推進装置に直接設けられ，その大きさも比
較的小さく，ポンプ部を内設するような大きなダクトは
必要ない。本発明は，このように回転体が船外に露出し
ない密閉構造でダクト用いないで船尾に設置でき容積式
ポンプを用いた渦巻き式水ジェット推進装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【作 用】本発明の渦巻き式水ジェット推進装置のポン
プ部は前記の如く固定渦巻き要素に設けた渦巻き状溝に
外周から水を吸い込み可動渦巻き要素の渦巻き状突起と
の間に封じ込めて回転させ，強制的に中央へと移動させ
て固定渦巻き要素のほぼ中央に設けた吐出口からノズル
を通り後方に噴出させ，その噴流のジェット推進力によ
り船舶を推進させる。その推進力は次式で表される。 推進力＝水の密度×噴出流量×速度差×係数 ここで速度差とは水の噴出速度と船の速度の差を表し，
係数は効率と置き換えることができる。噴出流量は前記
渦巻き状溝と渦巻き状突起との間で形成される最大密閉
空間の大きさに軸回転数を掛けて求められる。回転体で
ある可動渦巻き要素の旋回速度はどの場所でも同じで，
駆動軸中心に対する旋回中心の偏心量に軸回転数を掛け
て求められる。その大きさはプロペラ先端の速度に比べ
ると極めて小さい。従って，キャビテーションの発生も
なく，高速回転時に摺動摩擦損失が大幅に増大すること
もない。軸トルクは効率により多少変動するが，ポンプ
内の最大密閉空間の大きさにほぼ比例するので，軸回転
数が増大しても軸トルクが大きく増すことはない。よっ
て，プロペラ式の軸トルクが軸回転数の２乗に比例して
急激に増加するのに比べて渦巻き式の場合はほとんど増
加しない。このように渦巻き式のトルクは電動機のトル
クに近い特性を示すので電動機駆動が容易となる。エン
ジン駆動の場合にはエンジンの小型化が図れる。さらに
回転体含めた可動部分は全て船体に固定されたハウジン
グ等の容器内に収納されており，水中の浮遊物が回転部
等に直接接触することはない。固定渦巻き要素のほぼ中
央に設けた吐出口後流側のノズル部に方向変換機構を設
けることにより噴流の方向を直接制御でき，船の機動性
が高まる。停止または後進する場合には可動渦巻き要素
の回転方向を逆転させて，噴流を逆噴射させることによ
り実現できる。船の速度を上げるには噴出速度を早くす
れば良い。噴出速度を早くする方法として，軸の回転速
度を高める方法や吐出孔の面積を可変とする方法に空気
をポンプ室に吹き込む方法などが考えられる。

【０００６】

【実施例】水面や海面に浮かび水力を用いて推進する船
舶の推進装置に適用した場合について説明する。特に本
発明の渦巻き式水ジェット推進装置は安全性が高くて騒
音が低いので，海岸近辺や河川または湖などを航行する
小型船舶の推進装置に適している。以下実施例に基づき
具体的に説明する。図１は本発明の渦巻き式水ジェット
推進装置のポンプ部の原理説明図であり，ポンプ中心部
の横断面をモデル的に示している。（ａ）〜（ｄ）の４
枚の図は，可動渦巻き要素１に設けられた渦巻き状突起
１ａと固定渦巻き要素２に設けられた渦巻き状溝２ａが
互いに組み合わされて１組のポンプ部が形成される。固
定渦巻き要素２のほぼ中央部には溝加工の残りとして球
根状突起２ｂが形成されている。固定渦巻き要素２は船
体に固定されて動かないが，可動渦巻き要素１はほぼ一
定の偏心量で自転のない旋回運動をする。これら４枚の
図は軸回転位置が異なる状態を示し，（ａ）〜（ｄ）の
順すなはち→印が示す順序で軸が９０度づつ回転するに
伴い作動状態が変化していることを示している。このモ
デル図のように，ポンプ部は基本的に可動渦巻き要素１
と固定渦巻き要素２の２点で構成されている。可動渦巻
き要素１の渦巻き状突起１ａの厚さは，巻き始めと終わ
りを除きほぼ均一に形成されている。固定渦巻き要素２
の渦巻き状溝２ａの幅も同様に均一である。これら渦巻
き状突起１ａの壁面形状及び渦巻き状溝２ａの壁面形状
はインボリュート曲線または円弧で形成されている。渦
巻き状溝２ａの溝幅は可動渦巻き要素１の公転直径と渦
巻き状突起１ａの厚さを加えた値にほぼ等しくなる。渦
巻き状突起１ａ巻き長さはおよそ１巻きで，渦巻き状溝
２ａの巻き長さは１巻き強となる。それら渦巻き状の突
起と溝の互いの高さはほぼ等しく形成されている。ポン
プ内への水の取り入れは固定渦巻き要素渦巻き状溝２ａ
の外側終端部に連通し外壁に開口する吸入口２ｃから行
い，ほぼ中央にある球根状突起２ｂに設けられ渦巻き状
溝に開口する吐出口２ｄから外部へと噴出される。
（ａ）の状態は可動渦巻き要素１の渦巻き状突起１ａ巻
き終り端外側壁面と固定渦巻き要素２の渦巻き状溝２ａ
外壁間の接点Ｍ，それより半周内側に入った渦巻き状突
起１ａ中央近傍内側壁面と固定渦巻き要素２の渦巻き状
溝２ｂ内壁間の接点Ｌそしてさらに半周内側に入った渦
巻き状突起１ａ巻き始め端内側壁面と渦巻き状溝２ａ外
壁間の接点Ｋがそれぞれに接触ないしは隙間が最小とな
っている状態を示している。この図の場合，渦巻き状溝
２ａ内が水で満たされるポンプ部空間は渦巻き状突起１
ａにより３分割されている。渦巻き状突起１ａの内側で
渦巻き状溝２ａ外周側に形成されたポンプ部空間Ｒには
渦巻き状溝２ａの外側終端部に設けられた吸入口２ｃか
ら水が流入している吸入行程の状態を示してしる。一
方，渦巻き状突起１ａの外側で渦巻き状溝２ａ外壁側に
形成されたポンプ部空間Ｑは水が取り込まれて吸入行程
が終了した密封状態を示している。最内部に形成されて
いるポンプ部空間Ｐは，固定渦巻き要素２ほぼ中央で球
根状突起２ｂに設けられた吐出口２ｄから水を押し出さ
れる吐出行程の状態を示している。この（ａ）の状態か
ら軸が右回りに９０度回転して可動渦巻き要素１が９０
度右回りに旋回した状態図を（ａ）の右側に配置した
（ｂ）に示す。軸の回転に対して，可動渦巻き要素１は
前の述べたように自転のない偏心量一定の旋回運動をす
る。（ｂ）の場合，接点Ｍ，Ｌ及ひＫの移動に伴いポン
プ部空間Ｐは容積を小さくしながらさらに中に移動して
吐出口２ｄに水を送り込み，ポンプ部空間Ｑは密封状態
から吐出行程に入り容積を小さくしながら内部空間Ｐと
連通して吐出口２ｄに水を送り込んでいる。ポンプ部空
間Ｒは吸入行程の状態にあり容積を大きくしながら中に
移動することにより，吸入口２ｃからさらに水を取り入
れている。そして渦巻き状突起１ａ巻き終り側では渦巻
き状溝２ａ外壁との間で新たなポンプ部空間Ｓが形成さ
れ吸入行程に入っており，この空間へも吸入口２ｃから
水が流入している。（ｂ）からさらに軸が９０度回転す
ると（ｂ）の下の状態図（ｃ）になる。（ｃ）の場合，
ポンプ部空間Ｐは消滅し，これに入れ替わってポンプ部
空間Ｑは吐出行程の状態にあり吐出口２ｄに水を送り込
む主たる役目を担っている。一方，ポンプ部空間Ｒは吸
入行程か終了して閉じ込められて密封状態になってい
る。溝の外側に新たに形成されたポンプ部空間Ｓは吸入
行程の状態にあり容積を増大させつつ水を取り込んでい
る。（ｃ）からさらに軸が９０度回転すると（ｃ）の左
の状態図（ｄ）になる。（ｄ）の場合，ポンプ部空間Ｑ
の容積は大きく縮小し，ポンプ部空間Ｒは吐出行程の状
態にあり容積を小さくしながら内部空間へ連通して吐出
口２ｄへ水を送り込んでいる。そして，ポンプ部空間Ｓ
は吸入行程の状態にあり容積を増大させながら吸入口２
ｃから水を取り込んでいる。（ｄ）からさらに軸が９０
度回転すると，再び（ａ）の状態に戻って空間Ｓの吸入
行程が終了して空間Ｑとなり同じサイクルを繰り返すこ
とになる。このようにして，吸入口２ｃから水を連続し
てポンプ内に取り込み，吐出口２ｄから水を連続的に流
出させることになる。この流出のエネルギーを利用して
船を推進させる。渦巻き状突起１ａと渦巻き状溝２ａの
平面形状はいずれもインボリュート曲線で形成されてお
り基礎円半径をρ，巻き角度をλと置くと，曲線上の座
標（Ｘｏ，Ｙｏ）は次式で表される。 Ｘｏ＝ρ（ｃｏｓλ＋λｓｉｎλ） Ｙｏ＝ρ（ｓｉｎλ−λｃｏｓλ） 突起の厚さをＴとすると，そのインボリュート曲線の開
始点Ｆは点Ｅより巻き角にしてＴ／ρラジアンより進ん
だ位置にくる。その内側のインボリュート曲線の座標
（Ｘｉ，Ｙｉ）は次式で表される。 Ｘｉ＝ρ（ｃｏｓλ＋（λ−Ｔ／ρ）ｓｉｎλ） Ｙｉ＝ρ（ｓｉｎλ−（λ−Ｔ／ρ）ｃｏｓλ） 図１の可動渦巻き要素の渦巻き状突起１ａの場合，巻き
角λはおよそ６ラジアンから１２ラジアンまでの曲線に
なっている。固定渦巻き要素の渦巻き状溝２ａの巻き角
は前記突起形状の旋回運動に対する包絡線として求めら
れる巻き角に流路として必要な長さをプラスアルファし
て求められる。図１に示した空間Ｓの吸入行程における
容積変化及び空間Ｑの吐出行程における容積変化を巻き
角を横軸にして図２に示す。図中の記号で示すとＡから
Ｂが空間Ｓの吸入行程であり，ＢからＣが空間Ｑの吐出
行程である。密閉空間となるＢ点の手前で容積は最大と
なる。また図１で示した接点ＭとＫの隙間の大きさを巻
き角を横軸にして図３に示す。図中記号のＡからＢを経
てＣに至る点線が巻き終り側である接点Ｍの変化を示
し，ＣからＤを経てＥにる実線が巻き始め側である接点
Ｋの変化を示す。これより空間の容積が最大となる図２
のＢ点近傍では隙間は図３のＣ点近傍となり隙間は最小
となって密封性が高められることになる。図１の動作原
理を用いた本発明の渦巻き式水ジェット推進装置３を船
尾に装着した実施例を横から見た外観図を図４に，後ろ
正面から見た外観図を図５に示す。水ジェット推進装置
３は外観的に固定渦巻き要素２，ハウジング４，２ケ所
水平に設けたノズル２ｅと方向舵５及び導入管６から概
略構成されて船尾に固定されたハウジング台座７にノッ
クピン等で位置決めされてボルト固定されている。この
推進装置３は駆動軸８を介して接続されたエンジンない
しは電動機などの駆動源９から動力が伝達されて駆動さ
れる。水ジェット推進装置３が駆動されると２ケ所の導
入管６からそれぞれのポンプ部に水が取り込まれ固定渦
巻き要素２に設けられた２ケ所のノズル２ｅから水を噴
出させて船を推進する。船の進路を変更する手段として
２ケ所のノズル２ｅ内それぞれに方向舵５が設けられて
いる。そして，それら方向舵５は１セットの舵取り機構
１６で同時に繰舵される。尚，導入管６内には金網や格
子状の板などで構成された異物進入防止構造が設けられ
る。次に水ジェット推進装置３の内部構造について説明
する。図５のＡ−Ａ断面図を第６図に示す。水ジェット
推進装置３は板の上に渦巻き状突起１ａを設けた可動渦
巻き要素１，段付き厚肉板に渦巻き状溝２ａを設けると
ともに前記溝２ａに連通する吸入口２ｃや吐出口２ｄを
設けた固定渦巻き要素２，駆動源から動力を伝達して従
動軸１１を介して可動渦巻き要素１を駆動する駆動軸
８，固定渦巻き要素２をノックピンなどで位置決めして
固定する座面を有するとともに可動渦巻き要素１や各部
の軸等の可動部を内側に抱え込んで軸受で支えるハウジ
ング４さらには固定渦巻き要素２の吐出口２ｄに連なる
ノズル２ｅの出口に設けられた方向舵５などで構成され
る２組のポンプ部から概略構成されている。可動渦巻き
要素１の端板１ｂ上に２対の渦巻き状突起１ａを設け，
その反対側である端板１ｂ裏側に２ケ所可動軸１ｃが設
けられている。端板１ｂは２対の渦巻き状溝２ａを設け
た固定渦巻き要素２とハウジング４内側との間で，上下
面側で微小隙間を設けて挟み込まれいる。可動渦巻き要
素端板１ｂ裏面とハウジング４内側座面との間には２ケ
所設けた可動軸１ｃ回りにそれぞれスラストシール機構
１５が設けられているので，吸入口２ｃに通じるポンプ
部の水が可動軸１ｃなどの軸側に流入することはない。
２ケ所の可動軸１ｃはそれぞれ従動軸１１に内設された
偏心量可変機構１４に挿入され，従動軸１１はハウジン
グ４に設けた従動軸受１３で支えられている。２ケ所の
従動軸１１には駆動軸８端部に設けた駆動ギア８ａに噛
み合う従動ギア１１ａとバランスウェイト１２が固定さ
れている。駆動軸８はハウジング４に設けた主軸受１０
で支えられている。尚可動軸１ｃとその軸受には無潤滑
用軸受材を用いるか転がり軸受を用い，さらにスラスト
シール機構１５の固定及び可動スラスト軸受にカーボン
や鋼板のような無潤滑に強い材料を用いれば耐久性は一
層向上する。実施例では渦巻き状のポンプ部を２ケ所設
けているが，これが１ケ所ないしは３ケ所以上設けても
良い。図６のＡ−Ａ断面図を図７に示す。固定渦巻き要
素の２対ある渦巻き状溝２ａの形状は同じで，それぞれ
の巻き終り側の壁面には固定渦巻き要素２に固定された
導入管６内の通路６ａに連通する吸入口２ｃが開口し，
それぞれの巻き始め側の壁面には固定渦巻き要素２のほ
ぼ中央にある球根状突起２ｂに開けられた吐出口２ｄに
連通している。そして，それら渦巻き状溝２ａ内には可
動渦巻き要素１の渦巻き状突起１ａがそれぞれ収まり２
対のポンプ部を形成している。図６のＢ−Ｂ断面図を図
８に示す。可動渦巻き要素１の２つの円盤をつなげて瓢
箪形状をした端板１ｂ上に同一形状または同一旋回半径
の渦巻き状突起１ａが２組取り付けられて，端板１ｂか
ら下部がハウジング４の凹みの内側に収められている。
図６のＣ−Ｃ断面図を図９に示す。２ケ所の従動軸１１
外側にはそれぞれスラストシール機構１５を構成するリ
ング状の固定スラスト軸受が設けられ，その内側には偏
心量可変機構１４が内設されている。この偏心量可変機
構１４に挿入された可動軸１ｃにより可動渦巻き要素１
か駆動される。２ケ所の可動軸１ｃは１つの端板１ｂに
固定されているので，これら可動軸１ｃが同じ動きをす
るように偏心量可変機構１４および従動軸１１が配置さ
れる。図６のＤ−Ｄ断面図を図１０に示す。２ケ所の可
動軸に同じ動きをさせて可動渦巻き要素１を旋回運動さ
せる必要上，２ケ所の従動ギアの歯数を同一にして駆動
ギア８ａと２ケ所の従動ギア１１ａを同時に噛み合わせ
ることにより自転防止機構を兼ねている。そして，バラ
ンスウェイトの組付け位置はどちらも従動軸内の可動軸
の偏心方向とは反対方向に取り付けられる。実施例での
従動ギア１１ａの数は２ケであるが，これが３ケ以上で
も良い。またギアの替わりにチェーンを用いることもで
きる。図１１は固定渦巻き要素２の２ケ所ある渦巻き状
溝２ａ側から見た平面図を示している。図の渦巻き状溝
２ａ形状は合同であるが，旋回半径が同じであれば異な
る形状でも良い。但し，これに合わせて可動渦巻き要素
の渦巻き状突起の形状も変える必要がある。球根状突起
２ｂにはノズル２ｅ側から貫通しないようにして開けら
れ，渦巻き状溝２ａに連通している吐出口２ｄが設けら
れている。図２及び図３で説明したように，ポンプ部空
間が空間を形成する壁面間で微小隙間を有して密封状態
になる瞬間がある。この時，液圧縮を起こして異常高圧
が発生しないように渦巻き状溝２ａの巻き始めにその溝
幅を拡大した逃げ溝２ｆが図の如く渦巻き状溝それぞれ
の両側に設けられている。その取り付け位置は図１の
（ａ）の接点Ｋないしは（ｃ）の接点Ｌの隙間が最小に
なる巻き角を基準にした前後の幅から決められる。その
Ａ−Ａ断面を図１２に示すように，逃げ溝２ｆの深さは
渦巻き状溝の半分ほどであるが，逃げ溝２ｆの幅の大き
さに合わせて深さを変えても良い。渦巻き状溝２ａ底部
には，この溝と同じ形状で溝の上下方向に移動可能にし
て薄板状のＦスラスト板１７が設けられている。そのＦ
スラスト板１７の平面図を図１３に示す。図１４に可動
渦巻き要素１とそれに装着された各種部品の外観図を示
す。可動渦巻き要素１の瓢箪形状をした端板１ｂ上に設
けた渦巻き状突起１ａ側には，複数のＭバネ１９を端板
１ｂに内設しその上から前記突起１ａと同じ形状の突起
挿入孔１８ａを２ケ所開けたＭスラスト板１８が装着さ
れる。２個の可動軸１ｃを設けた端板１ｂの裏面側には
複数のＳバネ２３が内設されその上からスラストシール
機構１５の一部を構成する可動スラスト軸受２１を保持
部２２ｂに固定した軸受保持板２２が，固定部２２ａの
穴を可動軸１ｃに挿入固定されるようにして装着され
る。保持部２２ｂは端板側からＳバネ２３で押されて弾
性的変位し，可動スラスト軸受２１がハウジング４に固
定した固定スラスト軸受２０面に密着して摺動する。尚
可動渦巻き要素１は軽量化を図る目的からアルミニウム
や樹脂等の軽量材料が用いられる場合がある。図１５に
は従動軸１１に内設した偏心量可変機構１４の展開図を
示す。偏心量可変機構１４は偏心スライダー２４，押え
２５及びボルト２６を従動軸１１に設けた偏心角穴１１
ｂ，押え穴１１ｃ，ネジ穴１１ｄにそれぞれ収めて構成
される。角柱状の偏心スライダー２４は微小隙間を設け
て従動軸の偏心角穴１１ｂに挿入され，押え穴１１ｃと
２４ｂに嵌め込むようにして上から押え２５を挿入しそ
の上からボルト２６で押え２５を従動軸１１に固定し
て，偏心スライダー２４が偏心角穴１１ｂから抜け出な
いようにしている。偏心スライダー２４と偏心角穴１１
ｂとの側壁間の隙間は矩形状の辺の短い側がミクロンオ
ーダーと小さく，辺の長い側すなはち押え穴２４ｂのあ
る長手方向はミリオーダーと大きく，その隙間内での移
動を可能にしている。偏心スライダー２４には従動軸１
１に対し軸心か並行で偏心している可動軸受２４ａが円
筒状に貫通して設けられている。この可動軸受２４ａに
可動渦巻き要素の可動軸１ｃが挿入される。よって，こ
の従動軸軸心に対する可動軸受２４ａ軸心の偏心量が可
動渦巻き要素１の旋回半径となる。図１６は固定渦巻き
要素のノズル２ｅ部に設けた進路変更装置に係わる方向
舵５と舵取り機構１６の断面詳細図である。進路変更装
置はノズル２ｅ出口に設けた矩形状の方向舵５，この方
向舵５を縦に貫通している支持棒１６ａと舵棒１６ｂさ
らにはこれら２本の棒を連結している下連結板１６ｃ，
上連結板１６ｄ及び連動板１６ｅなどから構成されてい
る。方向舵５は支持棒１６ａ中心の回転を可能にして取
り付けられ，その回転角は舵取り機構１６に連動する舵
棒１６ｂで制動される。方向舵５の断面は図２２のＡ−
Ａ断面である図１７に示すように，ノズル２ｅ内側は細
くして水の抵抗を減らしている。図１８は図１６のＢ−
Ｂ矢視図である。舵取り機構１６は上下の連結板１６
ｃ，１６ｄやギヤ付きの連動板１６ｅとこれに噛み合う
操舵ギア１６ｆなどで構成されている。操舵ギア１６ｆ
の回転に伴い連動板１６ｅが揺動すると２枚の上連結板
１６ｄが支持棒１６ａ回りに回転して，舵棒１６ｂが回
転するの方向舵の傾き角が変わることになる。方向舵の
傾き角が変わるとノズル内の噴流が方向舵に衝突して噴
流の方向か変わるので船の進路も変わることになる。以
上の如く構成された渦巻き式水ジェット推進装置の働き
について以下まとめて説明する。エンジン又は電動機を
動力源として駆動軸８が作動すると，駆動軸に直結した
駆動ギア８ａに連動して２ケ所の従動ギア１１ａが同時
に駆動され，従動軸１１内の偏心スライダーに挿入され
た可動軸１ｃと共に一体固定された可動渦巻き要素１が
自転のない公転のみの旋回運動をする。その旋回半径は
従動軸１１の軸心に対する可動軸軸心の偏心量として与
えられる。可動渦巻き要素１の旋回運動に伴い，２組あ
る渦巻き状突起１ａと渦巻き状溝２ａとで形成された幾
つかのポンプ部空間がその容積を変化させながら外側か
ら中心へ向けて移動する。そのポンプ部容積の変化に応
じて，導入管６から水を取り込んで吸入口２ｃからポン
プ部空間内に流入する吸入行程から，前記ポンプ部空間
の中心への移動に伴い吐出行程に入って水が固定渦巻き
要素の吐出口に押し出されてノズル２ｅから船外に噴出
する。その反動で船が推進される。ノズルの出口を水面
上に開口させれば抵抗が減ってその力はより高まる。ま
た，導入管６入口には網状または格子状のカバーが設け
られており，水以外の固形物がポンプ内に進入してポン
プ部が損傷するのを防止している。ポンプ部空間の微小
隙間部における密封性は，可動と固定渦巻き要素それぞ
れに設けたＭスラスト板１８とＦスラスト板１７で互い
のスラスト面からの漏れを防止し，偏心量可変機構１４
と可動渦巻き要素の遠心力を利用して渦巻き状突起の側
壁を固定渦巻き要素側に押し付けて側壁間の漏れを防止
して密封性を高め，高効率を達成している。一方ポンプ
部空間は最大容積前後の密封状態から軸が回転した時，
その開口面積が小さいと液圧縮を起こして圧力の異常上
昇をまねくが，逃げ溝２ｆを設けることにより異常高圧
になることなくスムーズに吐出口側に流出される。推進
装置は水面下にあり，ポンプ内は水で満たされている。
しかし，可動渦巻き要素端板の背面にスラストシール機
構１５が設けられており，停止時や運転中においても水
が従動軸１１側の船体内に侵入することはない。さら
に，軸を支持する主軸受１０や可動軸受１ｃ及びその周
辺が水に浸されてサビや腐食等により軸受が損傷する心
配はなく信頼性は高い。船の進路を変更する場合は，固
定渦巻き要素ノズル２ｅ部に設けた方向舵５を舵取り機
構１６で作動させ，ノズルからの噴流の向きを直接変
え，効果的に進路を変える。船を後進又は停止させる場
合は，駆動軸を逆転させる。するとノズルから吐出口を
経て水がポンプ内に流入し前向きに開口した吸入口から
水が噴出するので後進または制動される。吸込口から流
入した水は固定及び可動渦巻き要素で形成されるポンプ
部密閉空間に一瞬閉じ込まれて後吐出口側に圧送され，
その圧力エネルギーが運動エネルギーに変換されてジェ
ット噴流となるので，ポンプ内の圧力は周囲より高くな
る。その圧力に伴う流体力や回転に伴う可動渦巻き要素
の遠心力及び水の慣性力などが可動渦巻き要素に作用す
る。これらの力が軸トルクの主要な要因となる。そして
これらの力は従動軸受や固定スラスト軸受で受け止めら
れ，主軸受にはほとんど負担は掛からない。

【０００７】第２例 その他の発明を図１９から図２２に示す。この発明は図
１の（ａ）に図示した空間Ｑないしは（ｃ）に図示した
密封状態にある空間Ｒの前後で生じる液圧縮に伴う異常
高圧を防止する機構に関し，図１１の逃げ溝２ｆの代替
としての発明である。この発明の構造は図１９に示すよ
うに可動渦巻き要素３０の渦巻き状突起３０ａの巻き始
めに設けた逃がし弁機構Ａ３２と逃がし弁機構Ｂ３３の
２ケ所からなる。これら逃がし弁機構は図１９のＡ−Ａ
断面である図２０に示すように，どちらも渦巻き状突起
３０ａに設けた深溝，逃がし通路，均圧孔及び深溝内に
収納される弁バネとプレート弁で構成される。そして，
プレート弁は弁バネで押し上げられ通常は固定渦巻き要
素３１渦巻き状溝３１ａ底部に設けたＦスラスト板１７
に押し付けられている。図１９のＢ−Ｂ断面に示した図
２１は逃がし弁機構Ａ３２の縦断面図である。深溝Ａ３
０ｂの底部に設けた均圧孔Ａ３０ｆにより空間Ｐと深溝
Ａ３０ｂのプレート弁Ａ３４下部空間とが連通してい
る。そして，プレート弁Ａ３４の上端面には空間Ｑの圧
力が作用できるように片側テーパ３４ａになり一方の空
間の圧力を受けてプレート弁Ａ３４は上下の圧力差とバ
ネ力の差により上下に作動する。図２１ではテーパ上の
圧力が弁バネ力と下部空間の圧力を加えた力より大きく
なりプレート弁Ａが作動して押し下げされた状態を示し
ている。そうすると逃がし通路Ａ３０ｄを介して空間Ｐ
と空間Ｑが連通され，空間Ｑの大きな圧力が空間Ｐ側に
逃げて，異常高圧の発生を未然に防止することになる。
図１９のＣ−Ｃ断面に示した図２２の逃がし弁機構Ｂ３
３の縦断面図である。深溝Ｂ３０ｃの底部に設けた均圧
孔Ａ３０ｅにより空間Ｑとプレート弁Ｂ３５下部の深溝
Ｂ３０ｃとが連通し，プレート弁Ｂ３５の上端面は空間
Ｐの圧力が作用できるように片側テーパ３５ａになって
おり，プレート弁Ｂ３５は上下の圧力差とバネ力の差で
作動する。図２１ではテーパ上の圧力が弁バネ力より小
さくプレート弁Ｂが弁バネ力で押し上げられＦスラスト
板１７に押し付けられた状態を示している。逃がし通路
Ｂ３０ｅの間にプレート弁Ｂ３５が入り，空間Ｑと空間
Ｐの間を塞ぐ役目をしている。このように，空間Ｑの大
きな圧力上昇に対しては逃がし弁機構Ａ３２が作動し
て，その圧力を空間Ｐに逃がす。一方空間Ｐに相当する
図１の（ｃ）に示した空間Ｒの大きな圧力上昇に対して
は逃がし弁機構Ｂ３３が作動して，その圧力を空間Ｑに
逃がして異常高圧の発生を未然に防止することができ
る。

【０００８】

【発明の効果】以上の如く構成された船舶の推進に用い
られる渦巻き式水ジェット推進装置は回転体などの可動
部がハウジングなどの容器内に収められて外部に露出し
ておらず，可動部が水中にある物体に接触して推進装置
が破損するとか，近くにいる人間などに危害を加える心
配がなく安全性が極めて高い。また推進装置内に水を導
入して噴出させるにはポンプ部に直結した比較的小さな
通路を設ければ良いので，小型軽量化が図れて設置の自
由度も高い。さらには，シール機構を有した容積式ポン
プ機構のために漏れ損失が少ないのと可動渦巻き要素の
動きが旋回運動であるためにその摺動速度はかなり小さ
くキャビテーションが発生することも無いので高効率が
達成できると同時に静粛性が確保できる効果がある。ま
たその軸トルクは軸回転数にはあまり依存しないので，
電動機の使用を容易にして，エンジン使用時の排気ガス
の発生をなくして公害防止などの効果がある。船の進路
はノズル内に設けた方向舵で噴流の向きを直接変えて行
うので，機動性が高い。また，船を停止，逆進させる場
合には軸を逆転させて水をノズル側から吸い込み導入口
から噴出させることにより達成できるなど機動性が高ま
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 渦巻き流体機械の原理図

【図２】 容積変化図

【図３】 隙間変化図

【図４】 本発明の推進装置の船舶取り付け外観図

【図５】 図４の後ろ正面図

【図６】 図５のＡ−Ａ断面図

【図７】 図６のＡ−Ａ断面図

【図８】 図６のＢ−Ｂ断面図

【図９】 図６のＣ−Ｃ断面図

【図１０】 図６のＤ−Ｄ断面図

【図１１】 固定渦巻き要素の正面図

【図１２】 図１１のＡ−Ａ断面図

【図１３】 Ｆスラスト板の平面図

【図１４】 可動渦巻き要素の分解図

【図１５】 偏心量可変装置の分解図

【図１６】 進路変更装置の断面詳細図

【図１７】 図１６のＡ−Ａ断面図

【図１８】 図１６のＢ−Ｂ矢視図

【図１９】 その他の発明の逃がし弁機構の平面図

【図２０】 図１９のＡ−Ａ断面図

【図２１】 図１９のＢ−Ｂ断面図

【図２２】 図１９のＣ−Ｃ断面図

【符号の説明】

１は可動渦巻き要素 １ａは渦巻き状突起 １ｂは
端板 １ｃは可動軸受 ２は固定渦巻き要素 ２ａは渦巻
き状溝 ２ｂは球根状突起 ２ｃは吸入口 ２ｄは吐出口
２ｅはノズル ２ｆは逃げ溝 ３は水ジェット推進装置 ４はハウ
ジング ４ａは固定座面 ５は方向舵 ６は導入管 ７は
ハウジング台座 ８は駆動軸 ８ａは駆動ギア ９は駆動源 １０
は主軸受 １１は従動軸 １１ａは従動ギア １１ｂは偏心角
穴 １１ｃは押え穴 １１ｄはネジ穴 １２はバランス
ウエイト １３は従動軸受 １４は偏心量可変機構 １５はス
ラストシール機構１６ は舵取り機構 １６ａは支持棒 １６ｂは舵棒 １６ｃは下連結板 １６ｄは上連結板 １６ｅは連
動板 １６ｆは躁舵ギア １６ｇは繰舵軸 １６ｈは軸支
え １７はＦスラスト板 １８はＭスラスト板 １８ａ
は突起挿入孔 １９はＭバネ ２０は固定スラスト軸受 ２１は可
動スラスト軸受 ２２は軸受保持板 ２２ａは固定部 ２２ｂは保持
部 ２３はＳバネ ２４は偏心スライダー ２５は押え
２６はボルト ３０は可動渦巻き要素 ３０ａは渦巻き状突起 ３
０ｂは深溝Ａ ３０ｃは深溝Ｂ ３０ｄは逃がし通路Ａ ３０ｅは
逃がし通路Ｂ ３０ｆは均圧孔Ａ ３０ｇは均圧孔Ｂ ３１は固定
渦巻き要素 ３１ａは渦巻き状溝壁面 ３２は逃がし弁機構Ａ３３ は逃がし弁機構Ｂ ３４はプレート弁Ａ ３４
ａはテーパ ３５はプレート弁Ｂ ３５ａはテーパ ３６は弁バ
ネ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水力を利用した船舶の推進装置において， （１） 厚板に渦巻き状溝を設けた固定渦巻き要素２と
   端板に渦巻き状突起を設けた可動渦巻き要素１の渦巻き
   形状部を互いに噛み合わせて形成するポンプ部を同一の
   固定渦巻き要素と可動渦巻き要素内に１組ないしは可動
   渦巻き要素の旋回半径が同等なポンプ部を複数組設け
   る。 （２） １組ないしは複数組のポンプ部や可動渦巻き要
   素１の駆動系などの可動部を固定渦巻き要素２とハウジ
   ング４で覆った密閉構造とする。 （３） 水の流路として，固定渦巻き要素２の渦巻き状
   溝の外側に連通して外周壁に開口する吸入口と前記溝の
   内側に連通して球根状突起に開けられた吐出口とその吐
   出口に連なり外部に開口するノズルをポンプ部それぞれ
   に設ける。 （４） 駆動軸から可動渦巻き要素１へ動力を伝達する
   と同時に可動渦巻き要素１の旋回機構を兼ねる方式とし
   て，可動軸を駆動する複数の従動軸と前記駆動軸との間
   をギアないしはチェーンで同時に噛み合わせて駆動する
   構造とする。 （５）可動渦巻き要素端板１ｂの可動軸側とハウジング
   ４内側平坦部との間に，円盤状の固定スラスト軸受と同
   じ円盤状の可動スラスト軸受とその可動スラスト軸受を
   保持する軸受保持板にその板を押すＳバネで構成された
   スラストシール機構を設ける。 （６） 固定渦巻き要素２のノズル内に矩形板状の方向
   舵５を設けると共に方向舵の傾き角を操作する棒やギヤ
   付き部材などから構成された舵取り機構１６を設ける。 以上の如く構成されたことを特徴とする渦巻き式水ジェ
   ット推進装置。
2. 【請求項２】固定渦巻き要素の渦巻き状溝２ａの巻き始
   め部分の溝幅を拡大した逃げ溝２ｆを両側に設けて液圧
   縮時の異常高圧を防止したことを特徴とする請求項１の
   渦巻き式水ジェット推進装置。
3. 【請求項３】可動渦巻き要素の渦巻き状突起巻き始め側
   に渦巻き形状に沿った細長くて深い深溝を２ケ所設けた
   それぞれの深溝の上端両側に逃がし通路と深溝下端にポ
   ンプ空間に連通する均圧孔を設けると共に，この２ケ所
   の均圧孔は渦巻き状突起を隔てて互いに異なる内側と外
   側のポンプ空間に連通させ，さらに前記深溝内に互いに
   傾き方向の異なるテーパを上端に付けたプレート弁とこ
   の弁を押し上げる弁バネを収納して構成される２種類の
   逃がし弁機構を設けたことを特徴とする請求項１の渦巻
   き式水ジェット推進装置。