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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6643404
(24)【登録日】2020年1月8日
(45)【発行日】2020年2月12日
(54)【発明の名称】船舶用舵及び船舶
(51)【国際特許分類】
B63H 25/38 20060101AFI20200130BHJP
【ＦＩ】
B63H25/38 C
B63H25/38 102
【請求項の数】8
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2018-111254(P2018-111254)
(22)【出願日】2018年6月11日
(65)【公開番号】特開2019-214243(P2019-214243A)
(43)【公開日】2019年12月19日
【審査請求日】2019年8月19日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】502055377
【氏名又は名称】商船三井テクノトレード株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000144049
【氏名又は名称】株式会社三井造船昭島研究所
(73)【特許権者】
【識別番号】000107365
【氏名又は名称】ジャパン・ハムワージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001368
【氏名又は名称】清流国際特許業務法人
(74)【代理人】
【識別番号】100129252
【弁理士】
【氏名又は名称】昼間 孝良
(74)【代理人】
【識別番号】100155033
【弁理士】
【氏名又は名称】境澤 正夫
(72)【発明者】
【氏名】田中 良和
(72)【発明者】
【氏名】木村 校優
(72)【発明者】
【氏名】有井 俊彦
【審査官】
杉田 隼一
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１８−０２０７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−１９３０４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１４５２３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−２４０７９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ６３Ｈ ２５／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
舵板の舵下端面に下端渦流制御板を設け、
前記舵下端面における長手方向に関して、前記舵下端面における前記舵板のコード長を下端舵長さとし、前記舵下端面の前端の後方の前記下端舵長さの５％以上でかつ１５％以下の範囲を下端第１領域とし、前記舵下端面の最後端の前方の前記下端舵長さの５％以上でかつ５０％以下の範囲を下端第２領域として、
前記下端渦流制御板の前端を前記下端第１領域内に配置するとともに、
前記下端渦流制御板の後端を前記下端第２領域内に配置し、
かつ、
前記舵下端面における幅方向に関して、前記下端渦流制御板の長手方向の少なくとも８０%以上において、前記下端渦流制御板の幅を、その前後位置の前記舵下端面における舵幅の５％以上でかつ３０%以下にして、
前記下端渦流制御板を形成していることを特徴とする船舶用舵。
前記舵下端面における長手方向に関して、前記舵下端面における前記舵板のコード長を下端舵長さとし、前記舵下端面の前端の後方の前記下端舵長さの５％以上でかつ１５％以下の範囲を下端第１領域とし、前記舵下端面の最後端の前方の前記下端舵長さの５％以上でかつ５０％以下の範囲を下端第２領域として、
前記下端渦流制御板の前端を前記下端第１領域内に配置するとともに、
前記下端渦流制御板の後端を前記下端第２領域内に配置し、
かつ、
前記舵下端面における幅方向に関して、前記下端渦流制御板の長手方向の少なくとも８０%以上において、前記下端渦流制御板の幅を、その前後位置の前記舵下端面における舵幅の５％以上でかつ３０%以下にして、
前記下端渦流制御板を形成していることを特徴とする船舶用舵。
【請求項2】
前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点の上方のプロペラ直径の４０％以上で６０％以下の第１上下範囲に、上側水流制御板を設け、
前記上側水流制御板と前記舵板とが交差する前端を含む上側水平断面において、前記上側水流制御板を前記上側水平断面に上下方向から投影したときに、
前記上側水平断面における長手方向に関して、前記上側水平断面における前記舵板のコード長を上側舵長さとし、前記上側水平断面における前記舵板の前端の後方の前記上側舵長さの３％以上でかつ１５％以下の範囲を上側第１領域とし、前記上側水平断面における前記舵板の前端の後方の前記上側舵長さの２５％以上でかつ４５％以下の範囲を上側第２領域として、
前記上側水流制御板の前端を前記上側第１領域内に配置するとともに、
前記上側水流制御板の後端の投影位置を、前記上側第２領域内に配置し、
かつ、
前記上側水平断面における幅方向に関して、前記上側水流制御板の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上において、前記上側水平断面における前記上側水流制御板の投影幅を、その前後位置の前記上側水平断面における舵幅の３％以上でかつ２０%以下にして、
前記上側水流制御板を形成していることを特徴とする請求項１に記載の船舶用舵。
前記上側水流制御板と前記舵板とが交差する前端を含む上側水平断面において、前記上側水流制御板を前記上側水平断面に上下方向から投影したときに、
前記上側水平断面における長手方向に関して、前記上側水平断面における前記舵板のコード長を上側舵長さとし、前記上側水平断面における前記舵板の前端の後方の前記上側舵長さの３％以上でかつ１５％以下の範囲を上側第１領域とし、前記上側水平断面における前記舵板の前端の後方の前記上側舵長さの２５％以上でかつ４５％以下の範囲を上側第２領域として、
前記上側水流制御板の前端を前記上側第１領域内に配置するとともに、
前記上側水流制御板の後端の投影位置を、前記上側第２領域内に配置し、
かつ、
前記上側水平断面における幅方向に関して、前記上側水流制御板の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上において、前記上側水平断面における前記上側水流制御板の投影幅を、その前後位置の前記上側水平断面における舵幅の３％以上でかつ２０%以下にして、
前記上側水流制御板を形成していることを特徴とする請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項3】
吊舵で構成すると共に、
前記舵板の舵上端面に上端渦流制御板を設け、
前記舵上端面における長手方向に関して、前記舵上端面におけるコード長を上端舵長さとし、前記舵上端面の前端の後方の前記上端舵長さの５％以上でかつ１５％以下の範囲を上端第１領域とし、前記舵上端面の最後端の前方の前記上端舵長さの５％以上でかつ５０％以下の範囲を上端第２領域として、
前記上端渦流制御板の前端を前記上端第１領域内に配置するとともに、
前記上端渦流制御板の後端を前記上端第２領域内に配置し、
かつ、
前記舵上端面における幅方向に関して、
前記上端渦流制御板の幅を、その前後位置の前記舵上端面における舵幅の５％以上でかつ３０%以下にして、
前記上端渦流制御板を形成していることを特徴とする請求項１に記載の船舶用舵。
前記舵板の舵上端面に上端渦流制御板を設け、
前記舵上端面における長手方向に関して、前記舵上端面におけるコード長を上端舵長さとし、前記舵上端面の前端の後方の前記上端舵長さの５％以上でかつ１５％以下の範囲を上端第１領域とし、前記舵上端面の最後端の前方の前記上端舵長さの５％以上でかつ５０％以下の範囲を上端第２領域として、
前記上端渦流制御板の前端を前記上端第１領域内に配置するとともに、
前記上端渦流制御板の後端を前記上端第２領域内に配置し、
かつ、
前記舵上端面における幅方向に関して、
前記上端渦流制御板の幅を、その前後位置の前記舵上端面における舵幅の５％以上でかつ３０%以下にして、
前記上端渦流制御板を形成していることを特徴とする請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項4】
前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点よりも上の舵上方部分の前側部分と、この交点より下の舵下方部分の前側部分とを、互いに反対方向に捩じると共に、
前記舵板の上下方向の各水平断面における前記舵板の前後方向に関して、
その水平断面における舵の前端から後方の、その水平断面における舵長さの３０％以上でかつ５０％以下の範囲を中央第１領域として、
前記捩じり部分の前端を前記舵板の前端とするとともに、前記捩じり部分の後端をその水平断面における前記中央第１領域内に配置し、
前記舵上方部分の前側部分と前記舵下方部分の前側部分の捩じりに関しては、
プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成し、
プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶用舵。
前記舵板の上下方向の各水平断面における前記舵板の前後方向に関して、
その水平断面における舵の前端から後方の、その水平断面における舵長さの３０％以上でかつ５０％以下の範囲を中央第１領域として、
前記捩じり部分の前端を前記舵板の前端とするとともに、前記捩じり部分の後端をその水平断面における前記中央第１領域内に配置し、
前記舵上方部分の前側部分と前記舵下方部分の前側部分の捩じりに関しては、
プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成し、
プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶用舵。
【請求項5】
前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点よりも上の舵上方部分の前側部分と、この交点より下の舵下方部分の前側部分とを、互いに反対方向に捩じると共に、
前記舵板の上下方向の各水平断面における前記舵板の前後方向に関して、
その水平断面における舵の前端から後方の、その水平断面における舵長さの３０％以上でかつ５０％以下の範囲を中央第１領域として、
前記捩じり部分の前端を前記舵板の前端とするとともに、前記捩じり部分の後端をその水平断面における前記中央第１領域内に配置し、
前記舵上方部分の前側部分と前記舵下方部分の前側部分の捩じりに関しては、
プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成し、
プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成して構成し、
さらに、前記舵板をラダーホーンで支持すると共に、
前記ラダーホーンを前記舵上方部分の前側部分と同じ方向に捩じって形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用舵。
前記舵板の上下方向の各水平断面における前記舵板の前後方向に関して、
その水平断面における舵の前端から後方の、その水平断面における舵長さの３０％以上でかつ５０％以下の範囲を中央第１領域として、
前記捩じり部分の前端を前記舵板の前端とするとともに、前記捩じり部分の後端をその水平断面における前記中央第１領域内に配置し、
前記舵上方部分の前側部分と前記舵下方部分の前側部分の捩じりに関しては、
プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成し、
プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、
前記舵上方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成して構成し、
さらに、前記舵板をラダーホーンで支持すると共に、
前記ラダーホーンを前記舵上方部分の前側部分と同じ方向に捩じって形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用舵。
【請求項6】
前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点からプロペラ直径の１０％下の位置と１０％上の位置との間の第２上下範囲に、右舷側フィンと左舷側フィンを設け、
プロペラ軸の方向から見て、プロペラ軸心を中心する同心円で、プロペラ直径の１５％の直径の円を第１円とし、プロペラ直径の２２％の直径の第２円とし、プロペラ直径の３０％の直径の円を第３円とした場合に、
プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、前記右舷側フィンを、その先端が前記第２円と前記第３円との間に入り、その前端が上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度γを有して形成し、前記左舷側フィンを、その先端が前記第１円と前記第２円との間に入り、その前端が上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度δを有して形成し、
プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、前記右舷側フィンを、その先端が前記第１円と前記第２円との間に入り、その前端が上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度γを有して形成し、前記左舷側フィンを、その先端が前記第２円と前記第３円との間に入り、その前端が上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度δを有して形成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の船舶用舵。
プロペラ軸の方向から見て、プロペラ軸心を中心する同心円で、プロペラ直径の１５％の直径の円を第１円とし、プロペラ直径の２２％の直径の第２円とし、プロペラ直径の３０％の直径の円を第３円とした場合に、
プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、前記右舷側フィンを、その先端が前記第２円と前記第３円との間に入り、その前端が上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度γを有して形成し、前記左舷側フィンを、その先端が前記第１円と前記第２円との間に入り、その前端が上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度δを有して形成し、
プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、前記右舷側フィンを、その先端が前記第１円と前記第２円との間に入り、その前端が上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度γを有して形成し、前記左舷側フィンを、その先端が前記第２円と前記第３円との間に入り、その前端が上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度δを有して形成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の船舶用舵。
【請求項7】
前記舵板のプロペラボスの後方部位にラダーバルブを設け、
前記ラダーバルブの前部を平坦に形成すると共に、
前記ラダーバルブの前方の外周の形状を、前記プロペラボスの直径の１０５％の直径を持つ内包円筒と、前記プロペラボスの直径の１２０％の直径を持つ外包円筒との間に収まる大きさに形成していることを特徴とする請求項６に記載の船舶用舵。
前記ラダーバルブの前部を平坦に形成すると共に、
前記ラダーバルブの前方の外周の形状を、前記プロペラボスの直径の１０５％の直径を持つ内包円筒と、前記プロペラボスの直径の１２０％の直径を持つ外包円筒との間に収まる大きさに形成していることを特徴とする請求項６に記載の船舶用舵。
【請求項8】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の船舶用舵を備えていることを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、舵力を維持しつつ、船舶の直進時における抵抗が小さく、プロペラの回転流を回収して推進力を得て、省エネルギーを図ることができる船舶用舵及び船舶に関する。
【背景技術】
【0002】
船舶においては、船尾に配置されるプロペラの後方に舵を設けて、航行中に、操舵により舵を切って舵角を取ったときに生じる舵の横力により、船体を前進方向に対して回頭させて船体を旋回させている。
【0003】
この舵の種類の一つに、前縁部が半円形で、後縁部が魚尾後縁部（後端側で断面幅が最小幅に達した後方で徐々に増大する形状）の舵板（舵ブレード）に、整流板としての頂端板と底端板とを左右両舷側に張り出して取り付けた構造のシリング・ラダーがある。
【0004】
このシリング・ラダーでは、舵板の上端と下端に頂端板と底端板を設けて、この頂端板と底端板の間にプロペラから水流を封じ込めて効率よく舵板に誘導して、この水流を舵板に当てて偏向させることで大きな舵力を得ると共に、大きな舵角（例えば、最大で７０度程度）まで舵力を発揮できる。
【0005】
このシリング・ラダーでは、頂端板と底端板は、大きな舵角を取った場合でも、プロペラ後流が舵板の外方に逸流することを防止して舵面に誘導するために、舵板の幅に比べて同程度まで左右に大きく張り出している（例えば、特許文献１〜６参照）。
【0006】
また、これらの船舶用舵の一つでは、この頂端板と底端板に変えて、舵ブレードの前縁部に前方へ張出し、かつ、舵ラダーの前半部のみに設けられている円盤状の頂部クラブフィンと底部クラブフィンを設けている（例えば、特許文献６参照）。
【0007】
また、この舵の種類の一つに、船体の後方から見て右回転（時計方向回転）のプロペラでは、プロペラ回転流により、舵の上方に対して左舷から右舷へ、舵下方に対しては逆に右舷から左舷に向かう流れが存在するため、舵板の上半分と下半分を逆方向に捩じり、水流に対して舵面の迎角が正になるようして、舵板に推力を発生させるリアクション舵がある。このようなリアクション舵では、舵板の上下の境目に、バルブとフィンを設けたリアクション舵も提案されている（例えば、特許文献７）。
【0008】
また、舵ブレードの前縁部に、プロペラボスの後端と対向するラダーバルブ（最大径がプロペラボス径の１．３０倍以下）を設け、ハブ渦を生じるべき部位に水空間が存在しないようにすることで、ハブ渦の消去により推進効率を向上させたりこのラダーバルブに左右対称の水平フィンを設けて、この水平フィンの揚力により推進効率を向上させたりしている（例えば、特許文献５及び特許文献８参照）。
【0009】
このように、船舶用舵においては、舵を切って舵角を取ったときに大きな揚力を発生させて舵力を大きくすることが望ましく、様々な工夫がなされてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平５−３９０８９号公報
【特許文献2】特開２００２−１７８９９１号公報
【特許文献3】特開２００２−２７４４９０号公報
【特許文献4】特開２０１１−２４０７９３号公報
【特許文献5】特開２０１５−１４５２３０号公報
【特許文献6】特開２０１６−７４３０３号公報
【特許文献7】特開２０１８−５８５６８号公報
【特許文献8】特開２０１５−１３１６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、上記の構成の船舶用舵においては、舵を切って舵角を取った時の舵力を大きくすることができる反面、船体直進時における舵角が小さいときの抵抗が大きくなってしまうという問題がある。
【0012】
本発明者らは、多くの水槽実験や流体シミュレーション計算の結果から、船舶用舵の形状の工夫次第では、舵を切って舵角を取ったときの舵力をある程度確保しつつ、直進時の抗力を減少できるとの知見を得た。
【0013】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、舵を切って舵角を取ったときの舵力を比較的大きくできると共に、船舶の直進時における抵抗が小さく、省エネルギーを図ることができる船舶用舵及び船舶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記の目的を達成するための本発明の船舶用舵は、舵板の舵下端面に下端渦流制御板を設け、前記舵下端面における長手方向に関して、前記舵下端面における前記舵板のコード長を下端舵長さとし、前記舵下端面の前端の後方の前記下端舵長さの５％以上でかつ１５％以下の範囲を下端第１領域とし、前記舵下端面の最後端の前方の前記下端舵長さの５％以上でかつ５０％以下の範囲を下端第２領域として、前記下端渦流制御板の前端を前記下端第１領域内に配置するとともに、前記下端渦流制御板の後端を前記下端第２領域内に配置し、かつ、前記舵下端面における幅方向に関して、前記下端渦流制御板の長手方向の少なくとも８０%以上において、前記下端渦流制御板の幅を、その前後位置の前記舵下端面における舵幅の５％以上でかつ３０%以下にして、前記下端渦流制御板を形成していることを特徴とする。
【0015】
この構成によれば、幅広の板で形成されて、プロペラ後流が舵板の外方に逸流することを防止して舵面に誘導するシリング・ラダーの底端板とは異なり、この底端板に比べて長さも短く、幅も狭い下端渦流制御板を舵板の下端面に設けているので、舵板の下端部分で発生する翼端渦の発生を制御することができ、直進時も舵を取った時も、舵板の抵抗を減少できるとともに、舵板で発生する揚力を大きくすることができ、この揚力の船体前後方向の成分から推進力を効果的に得ることができる。
【0016】
また、この下端渦流制御板は、シリング・ラダーの幅広の底端板よりも幅が狭く、厚さも構造的にも薄くて済むので、舵における抵抗の増加量が小さくて済み、舵全体としての抵抗が小さくなる。このように、この下端渦流制御板は、シリング・ラダーの幅広の底端板とはその構成もその構成が目的とする機能も異なるものである。
【0017】
つまり、この下端渦流制御板を舵板の前縁より後退して設置することで、抵抗の著しい増加を防ぐことができる一方で、推力の増加は後退していない場合と同程度に得ることができる。同様に下端渦流制御板を舵板の後縁より前進させて設けることで、抵抗の増加を防ぎつつ、推力の増加はそのまま得ることができる。
【0018】
上記の船舶用舵において、前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点の上方のプロペラ直径の４０％以上で６０％以下の第１上下範囲に、上側水流制御板を設け、前記上側水流制御板と前記舵板とが交差する前端を含む上側水平断面において、前記上側水流制御板を前記上側水平断面に上下方向から投影したときに、前記上側水平断面における長手方向に関して、前記上側水平断面における前記舵板のコード長を上側舵長さとし、前記上側水平断面における前記舵板の前端の後方の前記上側舵長さの３％以上でかつ１５％以下の範囲を上側第１領域とし、前記上側水平断面における前記舵板の前端の後方の前記上側舵長さの２５％以上でかつ４５％以下の範囲を上側第２領域として、前記上側水流制御板の前端を前記上側第１領域内に配置するとともに、前記上側水流制御板の後端の投影位置を、前記上側第２領域内に配置し、かつ、前記上側水平断面における幅方向に関して、前記上側水流制御板の長手方向の少なくとも８０%以上において、前記上側水平断面における前記上側水流制御板の投影幅を、その前後位置の前記上側水平断面における舵幅の３％以上でかつ２０%以下にして、前記上側水流制御板を形成していると、次のような効果を得ることができる。
【0019】
この構成によれば、プロペラの先端部の回転円の最上端部分に設けた上側水流制御板により、プロペラ先端からの先端渦（チップボルテックス）などで乱れた水流を整流して、舵板の表面に流すことができるので、舵板の舵力を増加できると共に、舵板の抵抗を減少できる。また、上側水流制御板自体の抵抗も小さいので、舵全体の抵抗を小さくし、推進力を得ることができる。
【0020】
この上側水流制御板は、幅広の板で形成されて、プロペラ後流が舵板の外方に逸流することを防止して舵面に誘導するシリンダ・ラダーの頂端板とは異なり、長さも短く、幅も狭いので、直進時も舵を取った時も、舵板の抵抗を減少できる。つまり、この上側水流制御板は、シリンダ・ラダーの幅広の上端板とはその構成もその構成が目的とする機能も異なるものである。この上側水流制御板はシリンダ・ラダーの頂端板に比べて長さも幅も狭いが、有効に左右舵面の圧力差を高めて舵板で発生する揚力を大きくでき、結果的に揚力の船体前後方向の成分である推進力を得ることができる。
【0021】
この上側水流制御板を舵板の前縁より後退して設置することで、抵抗の著しい増加を防ぐことができる一方で、推力の増加は後退していない場合と同程度に得ることができる。同様に上側水流制御板を舵板の後縁より大きく前進させて設けることで、抵抗の増加を防ぎつつ、推力の増加はそのまま得ることができる。
【0022】
上記の船舶用舵において、吊舵で構成すると共に、前記舵板の舵上端面に上端渦流制御板を設け、前記舵上端面における長手方向に関して、前記舵上端面におけるコード長を上端舵長さとし、前記舵上端面の前端の後方の前記上端舵長さの５％以上でかつ１５％以下の範囲を上端第１領域とし、前記舵上端面の最後端の前方の前記上端舵長さの５％以上でかつ５０％以下の範囲を上端第２領域として、前記上端渦流制御板の前端を前記上端第１領域内に配置するとともに、前記上端渦流制御板の後端を前記上端第２領域内に配置し、かつ、前記舵上端面における幅方向に関して、前記上端渦流制御板の幅を、その前後位置の前記舵上端面における舵幅の５％以上でかつ３０%以下にして、前記上端渦流制御板を形成していると、次のような効果をえることができる。
【0023】
この構成によれば、幅広の板で形成されて、プロペラ後流が舵板の外方に逸流することを防止して舵面に誘導するシリング・ラダーの頂端板とは異なり、この頂端板に比べて長さも短く、幅も狭い上端渦流制御板を舵板の上端面に設けているので、舵板の上端部分で発生する翼端渦の発生を制御することができ、直進時も舵を取った時も、舵板の抵抗を減少できる。
【0024】
また、この上端渦流制御板は、シリング・ラダーの幅広の頂端板よりも幅が狭く、厚さも構造的にも薄くて済むので、舵における抵抗の増加量が小さくて済み、舵全体としての抵抗が小さくなる。このように、この上端渦流制御板は、シリング・ラダーの幅広の底端板とはその構成もその構成が目的とする機能も異なるものである。
【0025】
つまり、この上端渦流制御板を舵板の前縁より後退して設置することで、抵抗の著しい増加を防ぐことができる一方で、推力の増加は後退していない場合と同程度に得ることができる。同様に上端渦流制御板を舵板の後縁より前進させて設けることで、抵抗の増加を防ぎつつ、推力の増加はそのまま得ることができる。
【0026】
上記の船舶用舵において、前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点よりも上の舵上方部分の前側部分と、この交点より下の舵下方部分の前側部分とを、互いに反対方向に捩じると共に、前記舵板の上下方向の各水平断面における前記舵板の前後方向に関して、その水平断面における舵の前端から後方の、その水平断面における舵長さの３０％以上でかつ５０％以下の範囲を中央第１領域として、前記捩じり部分の前端を前記舵板の前端とするとともに、前記捩じり部分の後端をその水平断面における前記中央第１領域内に配置し、前記舵上方部分の前側部分と、前記舵下方部分の前側部分の捩じりに関しては、プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、前記舵上方部分の前側部分を左舷側に５度（ｄｅｇｒｅｅ）以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成し、プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、前記舵上方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成していると、次のような効果を得ることができる。
【0027】
この構成によれば、リアクション舵としての舵板の捩じりによる舵の揚力効果を得ることができる。また、上記の下端渦流制御板又は／及び上流水流制御板との組み合わせにより、これらの下端渦流制御板又は／及び上流水流制御板により、シリング・ラダーの底端板や頂端板で得られる「プロペラ後流の舵面への誘導効果」も得ることができる。そのため、上記の下端渦流制御板又は／及び上流水流制御板の効果をリアクション舵との組み合わせにより大きくすることができる。
【0028】
上記の船舶用舵において、前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点よりも上の舵上方部分の前側部分と、この交点より下の舵下方部分の前側部分とを、互いに反対方向に捩じると共に、前記舵板の上下方向の各水平断面における前記舵板の前後方向に関して、その水平断面における舵の前端から後方の、その水平断面における舵長さの３０％以上でかつ５０％以下の範囲を中央第１領域として、前記捩じり部分の前端を前記舵板の前端とするとともに、前記捩じり部分の後端をその水平断面における前記中央第１領域内に配置し、前記舵上方部分の前側部分と前記舵下方部分の前側部分の捩じりに関しては、プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、前記舵上方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成し、プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、前記舵上方部分の前側部分を右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、前記舵下方部分の前側部分を左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成して構成し、さらに、前記舵板をラダーホーンで支持すると共に、前記ラダーホーンを前記舵上方部分の前側部分と同じ方向に捩じって形成していると、次のような効果を得ることができる。
【0029】
この構成によれば、舵板の前方に位置するラダーホーンを舵上方部分の前側部分と同じ方向に捩じって形成しているので、このラダーホーンの部分でも、舵上方部分の前側部分と同様に揚力を発生して舵全体における推力を増加させることができる。
【0030】
なお、ラダーホーンの捩じり角の大きさに関しては、舵上方部分の前側部分と同じ大きさにして形成すると、ラダーホーンの形状と舵上方部分の前側部分の形状とが段差なく連続するので、水流が円滑に流れて抵抗が少なくなる。
【0031】
また、プロペラの先端円より上側の水流が主に流入するラダーホーンにおいては、船底の影響で、この部位の水流は、舵上方部分の前側部分よりも回転方向の流速が遅くなっている場合が多いので、この部分の水流の方向に適合させて、ラダーホーンの捩じり角度を舵上方部分の前側部分より小さく形成したり、上方に行くにつれて小さくして形成したりすることが好ましい。
【0032】
また、上側水流整流板と組み合わせる場合は、舵板に対するラダーホーンの形状及び配置にもよるが、この上側水流整流板は、舵板でなく、ラダーホーンに設けられる場合もある。
【0033】
上記の船舶用舵において、前記舵板の上下方向に関して、前記舵板の前端とプロペラ軸心の延長線との交点からプロペラ直径の１０％下の位置と１０％上の位置との間の第２上下範囲に、右舷側フィンと左舷側フィンを設け、プロペラ軸の方向から見て、プロペラ軸心を中心する同心円で、プロペラ直径の１５％の直径の円を第１円とし、プロペラ直径の２２％の第２円とし、プロペラ直径の３０％の直径の円を第３円とした場合に、プロペラが船体後方から見て時計回りのときにおいては、前記右舷側フィンを、その先端が前記第２円と前記第３円との間に入り、その前端が上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度を有して形成し、前記左舷側フィンを、その先端が前記第１円と前記第２円との間に入り、その前端が上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度を有して形成し、プロペラが船体後方から見て反時計回りのときにおいては、前記右舷側フィンを、その先端が前記第１円と前記第２円との間に入り、その前端が上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度を有して形成し、前記左舷側フィンを、その先端が前記第２円と前記第３円との間に入り、その前端が上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度を有して形成していると、次のような効果を得ることができる。
【0034】
この構成によれば、右舷側フィンと左舷側フィンの幅方向の長さを短くして、右舷側フィンと左舷側フィンの揚力による推進力の発生をある程度確保しつつも、これらの右舷側フィンと左舷側フィンによる抵抗増加を抑制でき、推進力の発生と抵抗増加とのバランスを適切なバランスにすることができる。また、船尾ビルジ渦とプロペラの回転流の干渉がプロペラ中央部に有り、右舷側フィンに比べて左舷側フィンの舵板の幅方向の長さを短くすることで有効に揚力を得て、推進力の発生を促すことができる。
【0035】
また、リアクション舵に適用した場合には、これらの右舷側フィンと左舷側フィンにより、プロペラ後流を舵上方部分への流れと舵下方部分への流れに切り分けて流すことができるようになるので、リアクション舵としての推力をより効率よく得られるようになる。
【0036】
上記の船舶用舵において、前記舵板のプロペラボスの後方部位にラダーバルブを設け、前記ラダーバルブの前部を平坦に形成すると共に、前記ラダーバルブの前方の外周の形状を、前記プロペラボスの直径の１０５％の直径を持つ内包円筒と、前記プロペラボスの直径の１２０％の直径を持つ外包円筒との間に収まる大きさに形成する。
【0037】
この構成によれば、比較的小さな径のラダーバルブにより、プロペラボスからの水流を整流しながら舵面に導くことができる。ボス径より大きい前部の平坦面の角にはハブ渦を消滅させる効果があり、プロペラ効率を向上させることができる。これにより、ハブ渦の発生を抑制しつつ、舵板における抵抗を減少できる。
【0038】
特に、ラダーバルブの前部の平坦面に対して、プロペラボスの後部を平坦面で形成し、互いの平坦面を対向させた構成では、プロペラボスとラダーバルブの間の距離を狭くして、この空間でハブ渦が発生することをより効果的に抑制できるので、船体全体としての抵抗を少なくすることができる。
【0039】
また、リアクション舵を採用している場合には、舵下方部分の前側部分と舵上方部分の前側部分とが接する水平断面において、舵板の形状の段差部が生じるが、この段差部をラダーバルブで覆うことができるので、この段差部で渦流が発生するのを回避でき、プロペラ後流の流れをラダーバルブの表面を経由してその後方の舵面に円滑に流すことができ、舵の抵抗を小さくすることができる。
【0040】
それらの効果と共に、ラダーバルブと右舷側フィンと左舷側フィン、下端渦流整流板、上側水流整流板、リアクション舵がプロペラの旋回流を回収し、推進力に変える相乗効果を生むことができる。
【0041】
上記のような目的を達成するための本発明の船舶は、上記の船舶用舵を備えていることを特徴とし、上記の船舶用舵の作用効果と同じ作用効果を発揮できる。
【発明の効果】
【0042】
本発明の船舶用舵及び船舶によれば、舵を切って舵角を取ったときの舵力を比較的大きくできると共に、船舶の直進時における抵抗が小さく、プロペラの回転流を回収して推進力を得て、省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の第１の実施の形態の船舶用舵の構成を模式的に示す、右舷側上方から見下ろした斜視図である。
【図10】下端渦流整流板の寸法関係を示す底面図である。
【図11】上側水流整流板の寸法関係を示す上側水平断面図である。
【図12】リアクション舵の舵板の捩じり部分を示す右側面図である。
【図13】リアクション舵の舵板の捩じり部分を示す水平断面図である。
【図14】ラダーバルブの寸法関係を示す中央水平断面図である。
【図15】右舷側フィンの寸法関係を示す右側面図である。
【図16】左舷側フィンの寸法関係を示す左側面図である。
【図17】右舷側フィンと左舷側フィンの寸法関係を示す中央水平断面図である。
【図18】右舷側フィンと左舷側フィンの寸法関係を示す正面図である。
【図19】本発明の第２の実施の形態の船舶用舵の構成を模式的に示す、右側面図である。
【図20】上端渦流整流板の寸法関係を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
以下、本発明に係る船舶用舵及び船舶について、図面を参照しながら説明する。なお、舵角をゼロとしたときの、船舶用舵及び船舶の前後方向をＸ方向（前方向がプラス）とし、左右方向をＹ方向（左舷方向がプラス）とし、上下方向をＺ方向（上方向がプラス）とする。また、図面は模式的に示すもので、図面における寸法の比率は必ずしも実機とは同じでは無い。また、本発明の説明用の図であるため、必ずしも、全ての図面相互間で、寸法や寸法比等に整合性を維持できているとは限らない。
【0045】
本発明に係る第１の実施の形態の船舶用舵１０は、図１〜図１８に示すように、可動部の舵板１１と非可動部のラダーホーン１２とからなるマリナー型である。この船舶用舵１０は、舵板１１に下端渦流制御板２１、上側水流制御板２２、ラダーバルブ２４、右舷側フィン２５、及び、左舷側フィン２６を設けて構成されている。
【0046】
この下端渦流制御板２１は、図９及び図１０に示すように、船舶用舵１０の舵板１１の舵下端面Ｓｄに設けられている。この舵下端面Ｓｄにおける長手方向Ｘに関して、舵下端面Ｓｄにおける舵板１１のコード長を下端舵長さＬｄとする。また、舵下端面Ｓｄの前端１１ｄｆの後方の下端舵長さＬｄの５％以上でかつ１５％以下の範囲、より好ましくは、７％以上でかつ１０％以下の範囲を下端第１領域Ｒｄ１とする。さらに、舵下端面Ｓｄの最後端１１ｄａの前方の下端舵長さＬｄの５％以上でかつ５０％以下の範囲、より好ましくは、３０％以上でかつ４５％以下の範囲を下端第２領域Ｒｄ２とする。
【0047】
そして、この下端渦流制御板２１は、その前端２１ｆを下端第１領域Ｒｄ１内に配置するとともに、その後端２１ａを下端第２領域Ｒｄ２内に配置して構成される。
【0048】
さらに、図１０に示すように、舵下端面Ｓｄにおける幅方向Ｙに関しては、下端渦流制御板２１の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上かつ９０％以下において、下端渦流制御板２１の幅（張り出し量）Ｂｄｂ（ｘ）を、その前後位置ｘの舵下端面Ｓｄにおける舵幅Ｂｄ（ｘ）の５％以上でかつ３０%以下、より好ましくは１０％以上でかつ２０%以下にして形成されている。つまり、「０．０５×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）≦０．３０×Ｂｄ（ｘ）」、より好ましくは「０．１０×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）≦０．２０×Ｂｄ（ｘ）」とする。なお、この下端渦流制御板２１の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上かつ９０％以下とするのは、下端渦流制御板２１の前側と後側において徐々に幅が狭くなる形状では、「０．０５×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）」又は「０．１０×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）」を維持できなくなるので、これらの形状も含めるためである。
【0049】
この船舶用舵１０の舵板１１の舵下端面Ｓｄに設けられている部材としては、従来技術のシリング・ラダーにおいて、舵が切られて、舵角が大きくなっても、プロペラ後流が舵板１１の外方に逸流しないようにして舵面に誘導するための、幅広の板で形成されている底端板がある。この底端板は、舵板１１の舵上端面に設ける頂端板と協働して、大きな舵角でも舵力を発揮させている。
【0050】
一方、この下端渦流制御板２１は、この底端板に比べて長さも短く、幅も狭い形状をしており、その機能も、舵板の下端部分で発生する翼端渦の発生を制御することを目的とし、下端渦流制御板２１の大きさが底端板に比べて小さく、直進時も舵を取った時も、舵全体として抵抗を比較的小さくしたままで、舵力を向上することができる。
【0051】
この下端渦流制御板２１は、舵板１１の下端から流出する翼端渦の発生の制御を目的としているため、舵板１１よりも前後方向に関してはみ出ることなく、舵板１１の前端１１ｄｆよりも後側の部位から、最後端１１ｄａよりも前側の部位までの間に設けられる。また、下端渦流制御板２１の上下方向Ｚから見た平面の外形は、舵板１１の翼形状の外周に沿って膨らんだ翼形に形成されている。
【0052】
この下端渦流制御板２１における、比較的簡単に設計するための平面形状としては、下端渦流制御板２１の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上かつ９０％以下において、Ｆ１を０．０５以上で０．３０以下、より好ましくは０．１０以上で０．２０以下の間の一定の値として、Ｂｄｂ（ｘ）＝Ｆ１×Ｂｄ（ｘ）とする形状を選択し、前側と後側のＢｄｂ（ｘ）をそれぞれゼロに漸近させていく形状がある。
【0053】
なお、「Ｂｄｂ（ｘ）＜０．０５×Ｂｄ（ｘ）」となると、翼端渦の整流効果が小さくなり、また、０．３０×Ｂｄ（ｘ）＜Ｂｄｂ（ｘ）」となると、舵板１１の抵抗が大きくなり、翼端渦の整流効果と抵抗増加とのバランスが悪くなる。さらに、「０．１０×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）≦０．２０×Ｂｄ（ｘ）」とすると、翼端渦の整流効果と抵抗増加とのバランスを良い状態とすることができる。
【0054】
なお、この下端渦流制御板２１に関しての長手方向Ｘに関しての配置位置、長さと幅Ｂｄｂ（ｘ）等は、右舷側と左舷側とで必ずしも同じである必要はない。これらの下端渦流制御板２１の配置位置や長さや幅は実験的に求めることができる。
【0055】
そして、上側水流制御板２２は、図９及び図１１に示すように、舵板１１の上下方向Ｚに関して、舵板１１の前端１１ｆとプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐとの交点Ｐ１の上方のプロペラ直径Ｄｐの４０％以上で６０％以下、より好ましくは４５％以上で５０％以下の第１上下範囲Ｒｚ１に設けられている。これらの範囲を外れるとプロペラ先端渦の流出範囲から外れてしまい、上側水流制御板２２による圧力分離効果が小さくなり、上側水流制御板２２による抵抗増加のデメリットが大きくなってしまう。
【0056】
そして、上側水流制御板２２と舵板１１とが交差する前端２２ｈｆを含む上側水平断面Ｓｈにおいて、上側水流制御板２２を上側水平断面Ｓｈに上下方向Ｚから投影したときに、上側水平断面Ｓｈにおける長手方向Ｘに関して、上側水平断面Ｓｈにおける舵板１１のコード長を上側舵長さＬｈとする。
【0057】
また、上側水平断面Ｓｈにおける舵板１１の前端１１ｆの後方の上側舵長さＬｈの３％以上でかつ１５％以下、より好ましくは５％以上かつ８％以下の範囲を上側第１領域Ｒｈ１とし、上側水平断面Ｓｈにおける舵板１１の前端１１ｆの後方の上側舵長さＬｈの２５％以上でかつ４５％以下、より好ましくは３０％以上でかつ４０％以下の範囲を上側第２領域Ｒｈ２とする。
【0058】
また、上側水流制御板２２の前端２２ｈｆを上側第１領域Ｒｈ１内に配置するとともに、上側水流制御板２２の後端２２ａの投影位置２２ａｐを、上側第２領域Ｒｈ２内に配置する。なお、この第１の実施の形態の船舶用舵１０においては、上側水流制御板２２を水平に設けており、上側水流制御板２２の後端２２ａと後端２２ａの投影位置２２ａｐは一致している。しかしながら、必ずしも水平に設ける必要は無く、水平面に対して前後方向Ｘである程度傾斜していてもよい。
【0059】
さらに、図１１に示すように、上側水平断面Ｓｈにおける幅方向Ｙに関しては、上側水流制御板２２の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上かつ９０％以下において、上側水平断面Ｓｈにおける上側水流制御板２２の投影幅（張り出し量）Ｂｈｂ（ｘ）を、その前後位置の上側水平断面Ｓｈにおける舵幅Ｂｈ（ｘ）の３％以上でかつ２０%以下、より好ましくは１０％以上でかつ１５%以下にして、上側水流制御板２２を形成して構成している。つまり、「０．０３×Ｂｈ（ｘ）≦Ｂｈｂ（ｘ）≦０．２０×Ｂｈ（ｘ）」、より好ましくは「０．１０×Ｂｈ（ｘ）≦Ｂｈｂ（ｘ）≦０．１５×Ｂｈ（ｘ）」とする。
【0060】
この船舶用舵１０の舵板１１の舵上端側に設けられている部材としては、従来技術のシリング・ラダーにおいて、舵が切られて、舵角が大きくなっても、プロペラ後流が舵板１１の外方に逸流しないようにして舵面に誘導するための、幅広の板で形成されている頂端板がある。この頂端板は、舵板１１の舵下端面に設ける底端板と協働して、大きな舵角でも舵力を発揮させている。
【0061】
一方、この上側水流制御板２２は、この頂端板に比べて長さも短く、幅も狭い形状をしており、その機能も、プロペラ２の先端で発生する先端渦を整流することと、この上側水流制御板２２の上と下における圧力分離を行うことを目的とし、上側水流制御板２２の大きさが頂端板に比べて著しく小さく、直進時も舵を取った時も、舵全体として抵抗を比較的小さくしたままで、舵力を向上することができる。
【0062】
この上側水流制御板２２は、舵板１１よりも前方向にはみ出ることなく、舵板１１の前側半分程度の範囲に配設される。また、上側水流制御板２２の平面の外形は、舵板１１の翼形状の外周に沿って膨らんだ翼形状に形成されている。
【0063】
この上側水流制御板２２における、比較的簡単に設計するための平面形状としては、上側水流制御板２２の長手方向Ｘの少なくとも８０％以上かつ９０％以下において、Ｆ２を０．０３以上０．２０以下、より好ましくは０．１０以上０．１５以下の間の一定の値として、Ｂｈｂ（ｘ）＝Ｆ２×Ｂｈ（ｘ）とする形状を選択し、前側と後側のＢｈｂ（ｘ）をそれぞれゼロに漸近させていく形状がある。
【0064】
なお、「Ｂｈｂ（ｘ）＜０．０３×Ｂｈ（ｘ）」となると、先端渦に対する整流効果が小さくなり、また、０．２０×Ｂｄ（ｘ）＜Ｂｄｂ（ｘ）」となると、上側水流制御板２２の抵抗が大きくなり、先端渦の整流効果と抵抗増加とのバランスが悪くなる。そして、「０．１０×Ｂｈ（ｘ）≦Ｂｈｂ（ｘ）≦０．１５×Ｂｈ（ｘ）」とすると、整流効果と抵抗増加とのバランスを良い状態とすることができる。
【0065】
なお、この上側水流制御板２２に関しての長手方向Ｘに関しての配置位置、長さと幅Ｂｈｂ（ｘ）等は、右舷側と左舷側とで必ずしも同じである必要はない。これらの上側水流制御板２２の配置位置や長さや幅は実験的に求めることができる。
【0066】
次に舵板１１について説明する。この舵板１１は次のような形状で形成されている。まず、舵板１１の上下方向Ｚに関しては、図１２に示すように、舵板１１の前端１１ｆとプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐとの交点Ｐ１より上の舵上方部分１１ａの前側部分（ハッチイング部分）１１ａｆと、この交点Ｐ１よりも下の舵下方部分１１ｂの前側部分（ハッチイング部分）１１ｂｆとを、互いに反対方向に捩じったリアクション舵として形成されている。
【0067】
この実施の形態の船舶用舵１０では、舵板１１の水平断面形状の一例として、前縁部が半円形で、これに連続する中間部分が前後方向の後方（マイナスＸ方向）に向って流線形状で断面幅を徐々に増大して最大幅に達し、その後に徐々に断面幅を減じて最小幅に達し、その後に舵板１１の後縁１１ａに至る比較的短い区間にわたって断面幅を徐々に増大する形状、いわゆる魚尾後縁部を持つ形状を図示しているが、本発明では、必ずしも、この形状に限定する必要はない。
【0068】
そして、舵板１１の上下方向Ｚの高さｚの位置の各水平断面Ｓ（ｚ）における舵板１１の前後方向ｘに関して、その水平断面Ｓ（ｚ）における舵の前端１１ｆ（ｚ）から後方の、その水平断面Ｓ（ｚ）における舵長さＬ（ｚ）の３０％以上でかつ５０％以下の範囲、より好ましくは３５％以上でかつ４５％以下の範囲を中央第１領域Ｒｍ１（ｚ）とする。また、捩じり部分１１ａｆ、１１ｂｆの前端を舵板１１の前端１１ｆ（ｚ）とするとともに、捩じり部分１１ａｆ、１１ｂｆの後端１１ｍ（ｚ）を中央第１領域Ｒｍ１（ｚ）内に配置する。
【0069】
また、図１３に示すように、舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆと舵下方部分１１ｂの前側部分１１ｂｆの捩じりに関しては、次のように構成する。プロペラ２が船体後方から見て時計回りのときにおいては、舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆを左舷側に５度（ｄｅｇｒｅｅ）以上２０度以下の範囲（角度α）で捩じって形成するとともに、舵下方部分１１ｂの前側部分１１ｂｆを右舷側に５度以上２０度以下の範囲（角度β）で捩じって形成する。なお、図１３等の図面では捩じり角度α、βを分かり易くするために、実際よりも大きくして図示している。
【0070】
一方、プロペラ２が船体後方から見て反時計回りのときにおいては、図示しないが、舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆを図１３とは反対側の右舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成するとともに、舵下方部分１１ｂの前側部分１１ｂｆを図１３とは反対側の左舷側に５度以上２０度以下の範囲で捩じって形成する。
【0071】
この舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆと舵下方部分１１ｂの前側部分１１ｂｆを捩じる構成によれば、リアクション舵としての舵板１１の捩じりによる舵の揚力効果を得ることができる。また、この構成と下端渦流制御板２１又は／及び上流水流制御板２２との組み合わせにより、これらの下端渦流制御板２１又は／及び上流水流制御板２２により、シリング・ラダーの底端板や頂端板で得られる「プロペラ後流の舵面への誘導効果」も得ることができる。そのため、上記の下端渦流制御板２１又は／及び上流水流制御板２２の効果をこのリアクション舵の構成との組み合わせにより、より大きくすることができる。
【0072】
そして、舵板１１をこの第１の実施の形態の船舶用舵１０のようにラダーホーン１２で支持している場合は、従来技術同じようにこのラダーホーン１２を捩じることなく、左右面対称に形成してもよいが、図７に示す船舶用舵１０のように、プロペラ２により回転速度を伴うようになったプロペラ後流をより効率よく利用して少しでもラダーホーン１２の揚力による推進力を得るために、このラダーホーン１２を、図７に示すように、舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆと同じ方向に捩じって形成する。
【0073】
なお、ラダーホーン１２の捩じり角の大きさに関しては、舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆと同じ大きさにして形成すると、ラダーホーン１２の形状と舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆの形状とが上下方向Ｚに段差なく連続するので、水流が円滑に流れて抵抗が少なくなる。
【0074】
また、プロペラ２の先端円Ｃｐの上側の水流が主に流入するラダーホーン１２においては、船底の影響で、この部位の水流の方向は、舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆの平均的な水流の方向と異なっている場合もあるので、この部分の水流の方向に適合させて、ラダーホーンの捩じり角度を設定することがより好ましい。
【0075】
また、上側水流整流板２２と組み合わせる場合は、舵板１１に対するラダーホーン１２の形状及び配置にもよるが、この上側水流整流板２２は、舵板１１でなく、ラダーホーン１２に設けられる場合もある。
【0076】
次に、ラダーバルブ２４について説明する。この舵板１１においては、ラダーバルブ２４を舵板１１のプロペラボス２ｂの後方部位に設けている。このラダーバルブ２４の前部２４ｆは平坦に形成されている。つまり、ラダーバルブ２４の前端はプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに垂直な平面となっている。
【0077】
それと共に、後述する右舷側フィン２５と左舷側フィン２６を設ける場合は、図１４に示すように、ラダーバルブ２４の前方の外周２４ｃの形状を、プロペラボス２ｂの直径Ｄｂの１０５％の直径Ｄｃ１を持つ内包円筒Ｃ１と、プロペラボス２ｂの直径Ｄｂの１２０％の直径Ｄｃ２を持つ外包円筒Ｃ２との間に収まる大きさに形成する。
【0078】
一方、ラダーバルブ２４の後方の形状は、舵板１１の前端１１ｆの辺りから徐々に径が小さくなる回転楕円体等の回転体の形状に形成され、舵板１１の舵面と交差している。舵板の前後方向Ｘに関して、このラダーバルブ２４の最後端（舵板１１との交点）の位置は、上側水流制御板２２の後端２２ａと略同じ位置とする。
【0079】
この比較的小さな径のラダーバルブ２４により、プロペラボス２ｂからの水流を整流しながら舵面に導くことができ、ハブ渦の発生を抑制しつつ、舵板１１における抵抗を減少できる。また、ボス径より大きい前部２４ｆの平坦面の角にはハブ渦を消滅させる効果が有り、プロペラ効率を向上させることができる。特に、ラダーバルブ２４の前部２４ｆの平坦面に対して、プロペラボス２ｂの後部を平坦面で形成し、互いの平坦面を対向させた構成では、プロペラボス２ｂとラダーバルブ２４の間の距離を狭くすることができ、この平坦面の間の空間でハブ渦が発生することをより効果的に抑制できるので、船体全体としての抵抗を少なくすることができる。
【0080】
また、このようにリアクション舵を採用している場合には、舵上方部分１１ａの前側部分１１ａｆと舵下方部分１１ｂの前側部分１１ｂｆとが接する水平断面において、舵板１１の形状の段差部が生じるが、この段差部をラダーバルブ２４で覆うことができるので、この段差部で渦流が発生するのを回避でき、プロペラ後流の流れをラダーバルブ２４の表面を経由してその後方の舵面に円滑に流すことができ、舵の抵抗を小さくすることができる。そして、舵板１１の舵上方部分１１ａと舵下方部分１１ｂとの圧力差が有る部分を分離することで、舵上方部分１１ａと舵下方部分１１ｂで異なる方向から流入する水流（プロペラの回転による）により生じる圧力差を有効に使い、揚力を発生し、結果的に推進力を引き出すことができる。また、ラダーバルブ２４自体が比較的小さいので、舵全体としての抵抗増加を抑制でき、舵全体の抵抗を小さくすることができる。
【0081】
次に、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６について説明する。図１５及び図１６に示すように、これらの右舷側フィン２５と左舷側フィン２６は、ラダーバルブ２４からそれぞれ右舷側と左舷側に略水平方向に延びて設けられている。より詳細には、舵板１１の上下方向Ｚに関して、舵板１１の前端１１ｆとプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐとの交点Ｐ１からプロペラ直径Ｄｐの１０％下の位置と１０％上、より好ましくは５％下の位置と５％上の位置との間の第２上下範囲Ｒｚ２に、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６が設けられている。これらの範囲を外れると、プロペラ後流における流れの方向がフィン根元部とフィン先端部とで変化してしまい、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６の揚力による推進力の発生効果が小さくなり、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６による抵抗増加のデメリットが大きくなってしまう。
【0082】
そして、図１５〜図１８に示すように、舵板１１の長手方向Ｘに関して、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６の設置位置の設置水平断面Ｓｆにおける舵板１１のコード長を設置舵長さＬｆとする。また、設置水平断面Ｓｆの前端１１ｆの後方の設置舵長さＬｆの０％以上でかつ６０％以下の範囲を設置第１領域Ｒｆ１とする。そして、この設置第１領域Ｒｆ１内に右舷側フィン２５と左舷側フィン２６が配置される。
【0083】
また、図１８に示すように、プロペラ軸の方向Ｘから見て、プロペラ軸心Ｐｃを中心するプロペラ直径Ｄｐの１５％の直径Ｄｔ１の円を第１円Ｃｔ１とし、プロペラ軸心Ｐｃを中心するプロペラ直径Ｄｐの２２％の直径Ｄｔ２の第２円Ｃｔ２とし、プロペラ軸心Ｐｃを中心するプロペラ直径Ｄｐの３０％の直径Ｄｔ３の円を第３円Ｃｔ３とする。
【0084】
そして、プロペラ２が船体後方から見て時計回りのときにおいては、図１７及び図１８に示すように、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６は、次のように構成される。つまり、図１８に示すように、右舷側フィン２５の先端２５ｔが、第２円Ｃｔ２と第３円Ｃｔ３との間に入るように右舷側フィン２５を形成する。また、左舷側フィン２６の先端２６ｔが、第１円Ｃｔ１と第２円Ｃｔ２との間に入るように左舷側フィン２６を形成する。さらに、右舷側フィン２５の幅方向長さを左舷側フィン２６の幅方向長さよりも長く形成する。また、右舷側フィン２５を、その前端２５ｆが上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度（迎角）γを有して形成する。また、左舷側フィン２６を、その前端２６ｆが上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度（迎角）δを有して形成する。
【0085】
また、図１７に示すように、この右舷側フィン２５は船舶用舵１０の上下方向Ｚから見て、前端２５ｆがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して７０度〜９０度の傾斜角（例えば８０度）で延びており、先端２５ｔがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに略平行になり、後端２５ａがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して４０度〜７０度の傾斜角（例えば、５５度）を持つ台形形状に形成されている。
【0086】
また、左舷側フィン２６も同様に、船舶用舵１０の上下方向Ｚから見て、前端２６ｆがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して６０度〜９０度の傾斜角（例えば７５度）で延びており、先端２６ｔがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに略平行になり、後端２６ａがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して４０度〜７０度の傾斜角（例えば、４５度）を持つ台形形状に形成されている。
【0087】
そして、プロペラ２が船体後方から見て反時計回りのときにおいては、図示しないが、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６は、次のように構成される。
【0088】
右舷側フィン２５の先端２５ｔが、第１円Ｃｔ１と第２円Ｃｔ２との間に入るように右舷側フィン２５を形成する。また、左舷側フィン２６の先端２６ｔが、第２円Ｃｔ２と第３円Ｃｔ３との間に入るように左舷側フィン２６を形成する。さらに、右舷側フィン２５の幅方向長さを左舷側フィン２６の幅方向長さよりも短く形成する。また、右舷側フィン２５を、その前端２５ｆが上がる０度以上でかつ５度以下の範囲の角度（迎角）γを有して形成する。また、左舷側フィン２６を、その前端２６ｆが上がる５度以上でかつ１０度以下の範囲の角度（迎角）δを有して形成する。
【0089】
なお、この場合の右舷側フィン２５は、船舶用舵１０の上下方向Ｚから見て、前端２５ｆがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して６０度〜９０度の傾斜角（例えば７５度）で延びており、先端２５ｔがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに略平行になり、後端２５ａがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して４０度〜７０度の傾斜角（例えば、４５度）を持つ台形形状に形成される。
【0090】
また、左舷側フィン２６は、船舶用舵１０の上下方向Ｚから見て、前端２６ｆがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して７０度〜９０度の傾斜角（例えば８０度）で延びており、先端２６ｔがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに略平行になり、後端２６ａがプロペラ軸心Ｐｃの延長線Ｌｃｐに対して４０度〜７０度の傾斜角（例えば、５５度）を持つ台形形状に形成される。
【0091】
この構成によれば、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６の幅方向Ｙの長さを短くして、右舷側フィン２５と左舷側フィン２６の揚力による推進力の発生をある程度確保しつつも、これらの右舷側フィン２５と左舷側フィン２６による抵抗増加を抑制でき、推進力の発生と抵抗増加とのバランスを適切なバランスにすることができる。
【0092】
また、リアクション舵に適用した場合には、これらの右舷側フィン２５と左舷側フィン２６により、プロペラ後流を舵上方部分１１ａへの流れと舵下方部分１１ｂへの流れに切り分けて流すことができるようになるので、リアクション舵としての推力をより効率よく得られるようになる。
【0094】
この第２の実施の形態の船舶用舵１０Ａでは、舵板１１が支柱１３で支持されているため、舵板１１の上側に舵上端面Ｓｕが形成されている。この舵板１１の舵上端面Ｓｕに上端渦流制御板２３を設けていて、上側水流制御板２２が設けられていない点が、第１の実施の形態の船舶用舵１０の構成と異なるだけであり、他の構成は同じである。また、この上端渦流制御板２３は、下端渦流制御板２１と同じ考え方で設けられている。
【0095】
この上端渦流制御板２３は、図１９及び図２０に示すように、船舶用舵１０Ａの舵板１１の舵上端面Ｓｕに設けられている。この舵上端面Ｓｕにおける長手方向Ｘに関して、舵上端面Ｓｕにおける舵板１１のコード長を上端舵長さＬｕとする。また、舵上端面Ｓｕの前端１１ｆの後方の上端舵長さＬｕの５％以上でかつ１５％以下、より好ましくは、５％以上でかつ１０％以下の範囲の範囲を上端第１領域Ｒｕ１とする。さらに、舵上端面Ｓｕの最後端１１ｕａの前方の上端舵長さＬｕの５％以上でかつ５０％以下、より好ましくは、３０％以上でかつ４５％以下の範囲を上端第２領域Ｒｕ２とする。
【0096】
そして、この上端渦流制御板２３は、その前端２３ｆを上端第１領域Ｒｕ１内に配置するとともに、その後端２３ａを上端第２領域Ｒｕ２内に配置して構成される。
【0097】
さらに、図２０に示すように、舵上端面Ｓｕにおける幅方向Ｙに関しては、下端渦流制御板２１の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上かつ９０％以下において、上端渦流制御板２３の幅（張り出し量）Ｂｕｂ（ｘ）を、その前後位置ｘの舵上端面Ｓｕにおける舵幅Ｂｕ（ｘ）の５％以上でかつ３０%以下、より好ましくは１０％以上でかつ２０%以下にして形成されている。つまり、「０．０５×Ｂｕ（ｘ）≦Ｂｕｂ（Ｘ）≦０．３０×Ｂｕ（ｘ）」、より好ましくは「０．１０×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）≦０．２０×Ｂｄ（ｘ）」とする。なお、この下端渦流制御板２１の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上かつ９０％以下とするのは、下端渦流制御板２１の前側と後側において徐々に幅が狭くなる形状では、「０．０５×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）」又は「０．１０×Ｂｄ（ｘ）≦Ｂｄｂ（ｘ）」を維持できなくなるので、これらの形状も含めるためである。
【0098】
この船舶用舵１０の舵板１１の舵上端面Ｓｕに設けられている部材としては、従来技術のシリング・ラダーにおいて、舵が切られて、舵角が大きくなっても、プロペラ後流が舵板１１の外方に逸流しないようにして舵面に誘導するための、幅広の板で形成されている頂端板がある。この頂端板は、舵板１１の舵下端面に設ける底端板と協働して、大きな舵角でも舵力を発揮させている。
【0099】
一方、この上端渦流制御板２３は、この頂端板に比べて長さも短く、幅も狭い形状をしており、その機能も、舵板の上端部分で発生する翼端渦の発生を制御することを目的とし、上端渦流制御板２３の大きさが頂端板に比べて小さく、直進時も舵を取った時も、舵全体として抵抗を比較的小さくしたままで、舵力を向上することができる。
【0100】
この上端渦流制御板２３は、舵板１１の上端から流出する翼端渦の発生の制御を目的としているため、舵板１１よりも前後方向に関してはみ出ることなく、舵板１１の前端１１ｆよりも後側の部位から、最後端１１ｕａよりも前側の部位までの間に設けられる。また、上端渦流制御板２３の上下方向Ｚから見た平面の外形は、舵板１１の翼形状の外周に沿って膨らんだ翼形に形成されている。
【0101】
この上端渦流制御板２３における、比較的簡単に設計するための平面形状としては、上端渦流制御板２３の長手方向Ｘの少なくとも８０%以上かつ９０％以下において、Ｆ３を０．０５以上で０．３０以下、より好ましくは０．１０以上で０．２０以下の間の一定の値として、Ｂｕｂ（ｘ）＝Ｆ３×Ｂｕ（ｘ）とする形状を選択し、前側と後側のＢｕｂ（ｘ）をそれぞれゼロに漸近させていく形状がある。
【0102】
なお、「Ｂｕｂ（ｘ）＜０．０５×Ｂｕ（ｘ）」となると、翼端渦の整流効果が小さくなり、また、０．３０×Ｂｕ（ｘ）＜Ｂｕｂ（ｘ）」となると、舵板１１の抵抗が大きくなり、翼端渦の整流効果と抵抗増加とのバランスが悪くなる。さらに、「０．１０×Ｂｕ（ｘ）≦Ｂｕｂ（ｘ）≦０．２０×Ｂｕ（ｘ）」とすると、翼端渦の整流効果と抵抗増加とのバランスを良い状態とすることができる。
【0103】
なお、この上端渦流制御板２３に関しての長手方向Ｘに関しての配置位置、長さと幅Ｂｕｂ（ｘ）等は、右舷側と左舷側とで必ずしも同じである必要はない。これらの上端渦流制御板２３の配置位置や長さや幅は実験的に求めることができる。
【0104】
上記の本発明の第１及び第２の実施の形態の船舶用舵１０、１０Ａでは、上記の下端渦流制御板２１、上側水流制御板２２又は上端渦流制御板２３、ラダーバルブ２４、右舷側フィン２５、及び、左舷側フィン２６の全てを設けて構成されている。
【0105】
しかし、これらの構成の内のいずれか１つ又は、幾つかの組み合わせで構成してもよい。なお、ラダーバルブ２４を設けずに、右舷側フィン２５、又は/及び、左舷側フィン２６を設ける場合は、舵板１１に直接設けることになる。
【0106】
これらの構成の内のいずれか１つであっても上記したような効果を発揮でき、また、２つ以上の効果的な組み合わせ、例えば、下端渦流制御板２１と、上側水流制御板２２又は上端渦流制御板２３の組み合わせや、ラダーバルブ２４と、右舷側フィン２５又は左舷側フィン２６との組み合わせによっても、それぞれの効果を発揮できる。
【0107】
そして、本発明の実施の形態の船舶は、上記の船舶用舵１０、１０Ａ及び上記の下端渦流制御板２１、上側水流制御板２２又は上端渦流制御板２３、ラダーバルブ２４、右舷側フィン２５、及び、左舷側フィン２６のいずれか１つ又はいくつかの組み合わせの構成を有する船舶用舵を備えて構成される。
【0108】
上記の構成の船舶用舵１０、１０Ａ、及び、上記の下端渦流制御板２１、上側水流制御板２２又は上端渦流制御板２３、ラダーバルブ２４、右舷側フィン２５、及び、左舷側フィン２６のいずれか１つ又はいくつかの組み合わせの構成を有する船舶用舵、並びに、船舶１、１Ａによれば、舵を切って舵角を取ったときの舵力を比較的大きくできると共に、船舶の直進時における抵抗が小さく、省エネルギーを図ることができる。
【0109】
特に、下端渦流制御板２１、上側水流制御板２２又は上端渦流制御板２３を舵板１１の前縁１１ｆより後退して設置することで、抵抗の著しい増加を防ぐことができる一方で、推力の増加は後退していない場合と同程度に得ることができる。同様に下端渦流制御板２１、上側水流制御板２２又は上端渦流制御板２３を舵板１１の後縁１１ａより前進させて設けることで、抵抗の増加を防ぎ、推力の増加はそのまま得ることができる。
【符号の説明】
【0110】
１、１Ａ 船舶２ プロペラ
２ｂ プロペラボス
１０ 船舶用舵（マリナー舵）
１０Ａ 船舶用舵（吊舵）
１１ 舵板
１１ａ 舵上方部分
１１ａｆ 舵上方部分の前側部分
１１ｂ 舵下方部分
１１ｂｆ 舵下方部分の前側部分
１１ｄｆ 舵下端面の前端
１１ｆ 舵板の前端
１１ｍ（ｚ） 捩じり部分（上下位置ｚ）の後端
１２ ラダーホーン
１３ 支柱
２１ 下端渦流制御板
２１ａ 下端渦流制御板の後端
２１ｆ 下端渦流制御板の前端
２２ 上側水流制御板
２２ａ 上側水流制御板の後端
２２ａｐ 上側水流制御板の後端の投影位置
２２ｈｆ 上側水流制御板の前端
２２ｈｆ 上側水流制御板と舵板とが交差する前端
２３ 上端渦流制御板
２４ ラダーバルブ
２４ｆ ラダーバルブの前部
２４ｃ ラダーバルブの前方の外周
２５ 右舷側フィン
２５ａ 右舷側フィンの後縁
２５ｆ 右舷側フィンの前端
２５ｔ 右舷側フィンの先端
２６ 左舷側フィン
２６ａ 左舷側フィンの後縁
２６ｆ 左舷側フィンの前端
２６ｔ 左舷側フィンの先端
Ｂｄ（ｘ） 舵下端面における舵幅
Ｂｄｂ（ｘ） 下端渦流制御板の幅（張り出し量）
Ｂｈ（ｘ） 上側水平断面における舵幅
Ｂｈｂ（ｘ） 上側水平断面における上側水流制御板の投影幅（張り出し量）
Ｂｕ（ｘ） 舵上端面における舵幅
Ｂｕｂ（ｘ） 上端渦流制御板の幅
Ｃ１ 内包円筒
Ｃ２ 内包円筒
Ｃｔ１ 第１円
Ｃｔ２ 第２円
Ｃｔ３ 第３円
Ｄｃ１ 内包円筒の直径
Ｄｃ２ 外包円筒の直径
Ｄｐ プロペラ直径
Ｌｃｐ プロペラ軸心の延長線
Ｌｄ 下端舵長さ（舵下端面における舵板のコード長）
Ｌｆ 設置舵長さ（設置水平断面における舵板のコード長）
Ｌｈ 上側舵長さ（上側水平断面における舵板のコード長）
Ｌｕ 上端舵長さ（舵板の舵上端面におけるコード長）
Ｌ（ｚ）水平断面舵長さ
Ｐ１ 交点
Ｐｃ プロペラ軸心
Ｒｄ１ 下端第１領域
Ｒｄ２ 下端第２領域
Ｒｆ１ 設置第１領域
Ｒｈ１ 上側第１領域
Ｒｈ２ 上側第２領域
Ｒｍ１（ｚ） 中央第１領域
Ｒｕ１ 上端第１領域
Ｒｕ２ 上端第２領域
Ｒｚ１ 第１上下範囲
Ｒｚ２ 第２上下範囲
Ｓｄ 舵下端面
Ｓｆ 設置水平断面
Ｓｈ 上側水平断面
Ｓｕ 舵板の舵上端面
Ｓ（ｚ） 舵板の上下方向Ｚの各水平断面
Ｘ 船舶の前方向
Ｙ 左舷方向
Ｚ 上方向
α、β 捩じり角度
γ 右舷側フィンの角度（迎角）
δ 左舷側フィンの角度（迎角）