JP4491824B2 - 作業用推進装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば水田、畑、沼地、雪原、凍結湖面など人が直接踏み込むことが困難か不可能な種々の場所での各種の作業を行うのに用いて好適であるし、人が踏み込める場所であっても効率的に作業を行うことができる作業用推進装置に関する。

従来、上述した条件の異なる種々の場所での各種の作業に使用する推進型作業船には、所謂ホバークラフト型のものが用いられている。ホバークラフト型の作業船は、フレキシブルスカートを設けた船体と、該船体上に搭載した駆動源と、該駆動源に軸支されて後向きに設けられた推進用回転翼と、該推進用回転翼の後方に配置した方向安定板と、前記駆動源に軸支され、前記フレキシブルスカート内に浮上用空気を送り込むための送風翼とから大略構成してある（特許文献１）。
特開平４−２５７７６３号公報

上述した従来のホバークラフト型の作業船は、船体上に方向安定板を設けてあるため、船体上面のうち作業等に使用できるスペースに制約を受けるという問題、方向転換には方向安定板又は推進用回転翼の向きを変える操縦系統が必要であるために機構が複雑になるし、重量の増加を招くという問題、また前進後退の変換や方向転換の性能に俊敏さを欠くという問題がある。

本発明は上述した従来技術の諸問題に鑑みなされたもので、駆動源を中心に回転翼等の駆動系統を集約してコンパクトに構成してあるので積載能力に優れているし、前進後退、停止及び方向転換の性能に優れているので作業能力が高く、操縦も容易であり、かつ遠隔操作が可能に構成してあるから、作業現場が劣悪であっても作業者を危険等から守ることのできる作業用推進装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために構成された請求項１に係る発明の手段は、基台の下面外周にエアクッションを設けてなる基体と、該基体の上側略中央に位置して搭載した駆動源と、前記基体に対して略垂直状態で該駆動源により駆動され、回転するブレードのピッチ角を増減することにより基体の前進後退及び停止を行い、また１回転する間にピッチ角を旋回方向への迎え角とマイナスの迎え角に変化させることにより左右への方向転換を行う可変ピッチ型主回転翼と、前記基体の左右に横向きに配置され、前記駆動源により駆動されることにより基体の横流れを防止する可変ピッチ型スラスターと、前記基台の開口部に臨んで配設され、前記駆動源により駆動されることにより前記基体を浮揚させる可変ピッチ型リフトファンとから構成し、前記可変ピッチ型主回転翼、可変ピッチ型スラスター及び可変ピッチ型リフトファンは前記駆動源に近接して前記基体の上側略中央の位置に配置したものからなる。

そして、前記リフトファンにより、前記エアクッションを膨張させるようにするとよい。

また、請求項３に係る発明を構成する手段は、底面を平坦に形成した船体と、該船体の上面略中央に位置して搭載した駆動源と、前記船体に対して略垂直状態で該駆動源により駆動され、回転するブレードのピッチ角を増減することにより船体の前進後退及び停止を行い、また１回転する間にピッチ角を旋回方向への迎え角とマイナスの迎え角に変化させることにより左右への方向転換を行う可変ピッチ型主回転翼と、前記船体の左右に横向きに配置され、前記駆動源により駆動されることにより船体の横流れを防止する可変ピッチ型スラスターとから構成し、前記可変ピッチ型主回転翼及び可変ピッチ型スラスターは前記駆動源に近接して前記船体の上側略中央の位置に配置したものからなる。

そして、前記作業用推進装置は、遠隔操作で操縦するようにするとよい。

本件出願に係る発明は上述の如く構成したから、下記の諸効果を奏する。
（１）請求項１に係る作業用推進装置は、駆動源を中心に可変ピッチ型主回転翼、可変ピッチ型スラスター及び可変ピッチ型リフトファンを集約して基体の重心となる略中心の位置に配置してあるから、１基の駆動源でこれら主回転翼、スラスター及びリフトファンを駆動することができるし、基体の略中心に位置しているので基体の安定性に優れている。
（２）請求項３に係る作業用推進装置は、駆動源を中心に可変ピッチ型主回転翼及び可変ピッチ型スラスターを集約して船体の重心となる略中心の位置に配置してあるから、１基の駆動源でこれら主回転翼及びスラスターを駆動することができるし、船体の略中心に位置しているので船体の安定性に優れている。
（３）上記１、２と同様の理由により、作業用推進装置は全体がコンパクトな構成になり、基体及び船体の搭載能力に優れている。
（４）可変ピッチ型スラスターは、基体及び船体の重心となる略中心に位置しているから、該スラスターのみで基体や船体の真横方向への推力を得ることができ、操縦が極めて容易である。
（５）請求項１に係る作業用推進装置は、可変ピッチ型の主回転翼、スラスター及びリフトファンにより前進後退、停止、方向転換、横流れ防止及び浮揚の各作動を行うことができるから、機能性に優れているので作業能力が高く、操縦も容易である。
（６）請求項３に係る作業用推進装置は、可変ピッチ型の主回転翼及びスラスターにより前進後退、停止、方向転換及び横流れ防止の各作動を行うことができるから、機能性に優れているので作業能力が高く、操縦も容易である。
（７）請求項３に係る作業用推進装置は、底面を平坦に形成した船体に構成してあるから、水田、畑、沼地、雪原、凍結湖面、平坦な陸地などの様々な場所で、前進後退、停止及び左右の方向転換が可能であるから、作業性に優れている。
（８）作業用推進装置は遠隔操作により操縦可能にしたから、作業現場が劣悪な場合でも作業者は安全に作業を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。図１乃至図１１は第１の実施の形態を示す。図において、１は作業用推進装置を構成する基体、２は該基体１を構成し、繊維強化プラスチックで成形した平板状の基台で、該基台２は先端側２Ａを湾曲状に、後端側２Ｂを略直線状に形成してあり、外縁に沿って下面２Ｃには枠体３が突設してある。４は基台２の略中央に立設し、流線型のカバーを設けた支持体、５は該支持体４の前側に位置して基台２に形成して下面２Ｃに開口する円形の開口部で、該開口部５には環状のガードリング５Ａが設けてある。６は前記枠体３から下面２Ｃにかけて基台２の全周に設けたエアクッションで、該エアクッション６はゴム、軟質合成樹脂等の強度性のある軟質材で半円形のチューブ状に形成したものからなっている。７、７は基台２の下面２Ｃに左右対称に設けられた空気誘導板で、該各空気誘導板７は開口部５からエアクッション６内にかけて配設してあり、空気を導入してエアクッション６を膨張させるものである。

次に、作業用推進装置の駆動系統について説明する。８は支持体４に搭載した空冷レシプロエンジンからなる駆動源で、該駆動源８の前方に減速機構９が設けてある。１０は基体１の前進及び後進、停止、左右への方向転換を行うための主回転翼を示し、該主回転翼１０は該減速機構９の出力軸９Ａに連結した４個の翼根取付部１０Ａに取着することにより、基台２に対して略垂直状態の４枚のブレード１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅによって構成してあり、各ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・は可変ピッチ機構１１によってピッチ角を自在に増減可能になっている。

ここで、可変ピッチ機構１１は、下部リンク１１Ａ、該下部リンク１１Ａが連結したスワッシュプレート１１Ｂ、該スワッシュプレート１１Ｂに連結した上部リンク１１Ｃ、該上部リンク１１Ｃと翼根取付部１０Ａの間に連結したピッチホーン１１Ｄとから大略構成してあり、この構成はヘリコプターに用いられている公知の可変ピッチ機構と基本的に同じである。そして、下部リンク１１Ａはサーボモータを有する制御部１２にピン結合してあり、制御部１２により可変ピッチ機構１１を作動することにより、各ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・のピッチ角を増減するようにしてある。そして、該制御部１２は無線による遠隔操作を可能に構成してある。

１３は前記減速機構９に傘歯車を含む歯車群１４を介して連結され、基台２の開口部５に向けて略垂直に設けられた回転伝達軸、１５、１５は該回転伝達軸１３に傘歯車１６を介して連結することにより基体１の左右両側に横向きに設けた一対のスラスターを示す。該各スラスター１５は基体１の横流れを防止するもので、４枚のブレード１５Ａ、１５Ｂ、・・で構成してあり、各ブレード１５Ａ、１５Ｂ、・・は制御部１２によって制御される可変ピッチ機構１７によってピッチ角が増減可能になっている。

更に、図６において、１８は基体１を浮揚させるためのリフトファンを示す。該リフトファン１８は４枚のフレード１８Ａ、１８Ｂ、・・により構成してあり、開口部５のガードリング５Ａ内に位置して回転伝達軸１３の下端に設けてある。そして、制御部１２によって制御される可変ピッチ機構１９によってピッチ角が増減可能になっている。

本実施の形態は上述の構成からなるが、次にその作動について図５乃至図１１を参照しつつ説明する。先ず、基体１を浮揚した状態で前進させる場合は、浮上方向に迎え角のピッチ角を付与したリフトファン１８を回転して基体１の下方に向けて空気を噴出し、揚力を発生させる（図５参照）。また、空気の一部は空気誘導板７、７によりエアクッション６内に導入してエアクッション６を膨張させることにより、空気の逃げを防止して基体１を効率的に浮揚させるようにしてある。

そして、基体１を前進させる場合は、主回転翼１０が時計方向（図５参照）に回転するとして、図７に示すように主回転翼１０のブレード１０Ｂは前縁１０Ｂ_１が後縁１０Ｂ_２に対して矢示イ方向の前進方向に迎え角のピッチ角に設定してあり、他のブレード１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅも同じ迎え角のピッチ角に設定してあることにより、基体１に前進方向の推力を付与している。

他方、基体１を矢示ロ方向に後退させる場合は、図８に示すように各部ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・は、図７と逆の向きに傾斜したピッチ角に設定する。これにより、基体１に矢示ロ方向の後退方向に推力を付与することができる。

また、図９は基体１を左旋回する場合の作動を示す平面図である。図において、可変ピッチ機構１１により、主回転翼１０のうち垂直状態にあるブレード１０Ｂの右側にある前進翼のブレード１０Ｃは、前縁１０Ｃ_１が後縁１０Ｃ_２に対して矢示イ方向の前進方向に迎え角のピッチ角になっており、基体１の右側部分に推力を働かせている。他方、ブレード１０Ｂの左側にある後退翼のブレード１０Ｅは前進方向に対してマイナスの迎え角(ブレード１０Ｃと逆向き)のピッチ角になっているので、基体１の左側後方に推力を働かせる結果、基体１は矢示イ方向の前進方向に対して左方向に旋回することができる。なお、各ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・は１回転する間に垂直状態の右側と左側で周期的なピッチ変化を行っている。また、一般に高速回転中のブレードにはジャイロのプリセッション運動が生じて飛行を不安定にするが、本実施の形態では主回転翼１０の回転数は２０００／毎分以下とし、ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・の素材にカーボン繊維強化プラスチックを用いて軽量化を図ることにより、プリセッション運動の影響を最小限にして基体１の運行に支障がないようにしている。

他方、図１０は基体１が右旋回する場合の作動を示す。各ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・は上記左旋回の場合と逆向きに作動し、図において垂直状態にあるブレード１０Ｂの左側にある前進翼のブレード１０Ｅは、前縁１０Ｅ_１が後縁１０Ｅ_２に対して矢示イ方向の前進方向に迎え角のピッチ角になっているので、基体１の左側部分に推力が働く。これに対し、ブレード１０Ｂの右側ある後退翼のブレード１０Ｃは前縁１０Ｃ_１が前進方向に対してマイナスの迎え角になっているので、基体１の右側後方に推力を働かせる結果、基体１は右方向に旋回することができる。なお、各ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・は、先にも述べたように、１回転する間に垂直状態の右側と左側で周期的なピッチ変化を行っている。また、基体１を停止するホバリングの状態にする場合は、各ブレード１０Ｂ、１０Ｃ、・・のピッチ角を０に設定して推力をゼロにする。

次に、図１１によりスラスター１５、１５の作用について説明する。スラスター１５、１５は横風等によって基体１が横流れするのを防止するためのもので、可変ピッチ機構１７によってピッチ角を０から所定の角度に増減可能になっている。なお、図において、右側のスラスター１５は、左側のスラスター１５と左右対称であり、図の煩雑を避けるために省略してある。図１１−Ａは、基体１に対する横風がない場合で、ピッチ角は０度の状態を示す。右方向から横風を受ける場合には、図１１−Ｂに示すように、スラスター１５には右方向の推力を生じるようにピッチ角を設定し、基体１の右方向に推力を働かせて横風の力を打ち消す。逆に、左方向から横風を受ける場合には、図１１−Ｃに示すように、スラスター１５のピッチ角を図１１−Ｂとは逆に設定することにより、基体１の左方向に推力を働かせて左方向からの横風の力を打ち消す。かくして、スラスター１５、１５を作動させることにより、基体１は直進性を維持することができるし、主回転翼１０と協働して方向転換を速やかに行うことが可能である。

なお、２０は主回転翼１０の外周を囲繞するカウリングで、該カウリング２０は支持台４及び支持台４から突設した３本の支持アーム４Ａ、４Ａ、４Ａにより支持してある。

以上詳述したように、主回転翼１０は可変ピッチ機構１１により、一対のスラスター１５、１５は可変ピッチ機構１７により、またリフトファン１８は可変ピッチ機構１９によってピッチ角を０から所定の角度に増減が可能であるから、前進後退、停止、左右の方向転換、横流れ防止、浮揚の作動を容易に、速やかに行うことが可能であり、作業性に優れている。

次に、第２の実施の形態に係る作業用推進装置について、図１２乃至図１６を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態において第１の実施の形態の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して援用し、その説明を省略する。図において、２１は船体で、該船体２１は上面を形成する略平坦な上板２２及び底面を形成する略平坦な底板２３と、側板２４とからなり、先端側２１Ａを湾曲状に、後端側２１Ｂを略直線状に形成すると共に、底板２３の前側２３Ａは湾曲状に起立させて推進抵抗を小さくしてある。

本実施の形態における駆動系統は、駆動源８、減速機構９、主回転翼１０、回転伝達軸１３及び一対のスラスター１５、１５で構成してある点で、第１の実施の形態と同じである。但し、回転伝達軸１３の下端は第１の実施の形態のリフトファン１８を設けずに、船体２１の上板２２に設けた軸受け２５によって支持してあり、回転伝達軸１３の振れを防止している。

本実施の形態は上述の構成からなり、船体２１が前進後退、停止、左右の方向転換の各動作を主回転翼１０によって行い、船体２１の横流れは左右一対の横向きのクラスター１５，１５で防止する点では、第１の実施の形態と同じである。但し、本実施の形態による作業用推進装置は平坦な底板２３の船体２１に構成することにより、水上での作業に限られることなく、水田、沼地、雪原、凍結湖面、平坦な陸地などで円滑に滑走することが可能であり、浮揚型の作業用推進装置と同等の作業を行うことができる。

図１乃至図１１は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は作業用推進装置の正面図である。 作業用推進装置の左側面図である。 作業用推進装置の一部を破断にして示す平面図である。 作業用推進装置の底面図である。 図２中のＶ−Ｖ矢示方向断面図である。 作業用推進装置の駆動系統を示す説明図である。 前進時における主回転翼の作動を示す説明図である。 後退時における主回転翼の作動を示す説明図である。 左旋回時における主回転翼の作動を平面で示す説明図である。 右旋回時における主回転翼の作動を平面で示す説明図である。 図１１はスラスターの各作用を示し、図１１−Ａは推力が０の場合を示す説明図である。 スラスターが基体に右方向の推力を付与する説明図である。 スラスターが基体に左方向の推力を付与する説明図である。 図１２乃至図１６は第２の実施の形態に係り、図１２は作業用推進装置の正面図である。 作業用推進装置の左側面図である。 作業用推進装置の一部を破断にして示す平面図である。 作業用推進装置の底面図である。 作業用推進装置の駆動系統を示す説明図である。

符号の説明

１ 基体
２ 基台
２Ｃ 下面
５ 開口部
６ エアクッション
８ 駆動源
１０ 主回転翼
１１ 可変ピッチ機構
１５ スラスター
１７ 可変ピッチ機構
１８ リフトファン
１９ 可変ピッチ機構
２１ 船体
２３ 底板

Claims (4)

1. 基台の下面外周にエアクッションを設けてなる基体と、該基体の上側略中央に位置して搭載した駆動源と、前記基体に対して略垂直状態で該駆動源により駆動され、回転するブレードのピッチ角を増減することにより基体の前進後退及び停止を行い、また１回転する間にピッチ角を旋回方向への迎え角とマイナスの迎え角に変化させることにより左右への方向転換を行う可変ピッチ型主回転翼と、前記基体の左右に横向きに配置され、前記駆動源により駆動されることにより基体の横流れを防止する可変ピッチ型スラスターと、前記基台の開口部に臨んで配設され、前記駆動源により駆動されることにより前記基体を浮揚させる可変ピッチ型リフトファンとから構成し、前記可変ピッチ型主回転翼、可変ピッチ型スラスター及び可変ピッチ型リフトファンは前記駆動源に近接して前記基体の上側略中央の位置に配置してあることを特徴とする作業用推進装置。
2. 前記リフトファンにより、前記エアクッションを膨張させるようにしてあることを特徴とする請求項１記載の作業用推進装置。
3. 底面を平坦に形成した船体と、該船体の上側略中央に位置して搭載した駆動源と、前記船体に対して略垂直状態で該駆動源により駆動され、回転するブレードのピッチ角を増減することにより船体の前進後退及び停止を行い、また１回転する間にピッチ角を旋回方向への迎え角とマイナスの迎え角に変化させることにより左右への方向転換を行う可変ピッチ型主回転翼と、前記船体の左右に横向きに配置され、前記駆動源により駆動されることにより船体の横流れを防止する可変ピッチ型スラスターとから構成し、前記可変ピッチ型主回転翼及び可変ピッチ型スラスターは前記駆動源に近接して前記船体の上側略中央の位置に配置してあることを特徴とする作業用推進装置。
4. 請求項１又は３記載の作業用推進装置は、遠隔操作で操縦するようにしてあることを特徴とする作業用推進装置。

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