JP2011051515A - 船舶用プロペラ - Google Patents

Abstract

【課題】船舶用プロペラとして高い制振特性を得る。
【解決手段】船舶用プロペラは、ハブと、ハブに対してそれぞれ固定される複数のブレードＢと、を備える。各ブレードＢは、互いに材料又は構造の異なる複数の層を積層した積層構造によって構成されており、制振層１３，１７，１９，２０を含む。複数の層の内の少なくとも１つの層が粘弾性を示すエラストマーを含んで構成されることによって、特定の材料の特性に依存することのない制振特性が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、船舶用プロペラに関する。

船舶用プロペラは、その要求特性に応じて種々の材料及び構造が採用されている。例えば特許文献１には、繊維強化プラスチックを用いることによって軽量化を図った船舶用プロペラが開示されている。

特表昭６３−５０２５７５号公報

ところで、船舶用プロペラに、特に振動低減及びそれに伴う騒音低減特性が求められる場合には、船舶用プロペラを制振合金製とすることが従来から行われている。しかしながら、制振合金製のプロペラは、その制振特性が材料の制振特性に依存し、プロペラの制振特性をそれ以上に向上させることは難しい。また、制振合金製のプロペラは、疲労強度が低いという別の問題もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、船舶用プロペラとして高い制振特性を得ることにある。

本願発明者らは、制振合金製プロペラのような単一材料のプロペラではなく、船舶用プロペラのブレードを、互いに材料の異なる複数の層を積層した積層構造を含んで構成することに着目して検討を重ねたところ、積層構造を構成する複数の層の内の少なくとも１つの層を、粘弾性を示す粘弾性体を含んで構成することによって、ブレードの高い制振特性が得られる点を見出した。

ここに開示する船舶用プロペラは、ハブと、当該ハブに対して固定されると共に、当該ハブからラジアル方向に延びる複数のブレードと、を備え、前記各ブレードは、互いに材料又は構造の異なる複数の層を積層した積層構造を含んで構成されている。そして、前記複数の層の内の少なくとも１つの層は、粘弾性を示すエラストマーを含んで構成されることによって前記ブレードの振動を抑制する制振層であるとする。ここで「構造の異なる層」には、例えば繊維強化プラスチックにおいては、その繊維の配向方向が異なることも含み得る。

プロペラのブレードに、粘弾性を示すエラストマーを含んで構成される制振層を設けることによって、ブレードの制振特性が向上する。また、単一材料の場合にはプロペラの特性が当該材料の特性に依存するのに対し、前記の構成では材料又は構造の異なる複数の層を積層しているため、プロペラの特性が、特定の材料の特性に依存することがなくなる。その結果、ブレードのさらに高い制振特性が実現し得る。

前記エラストマーの損失係数は、０．０２〜０．８である、としてもよい。こうすることで、ブレードの高い制振特性が得られる。

前記制振層は、前記積層構造において隣り合う層の間に介在して、当該２つの層を互いに接着する接着層である、としてもよい。

制振層と接着層との兼用化はブレード構造を簡略化させる。このことはまた、ブレードの軽量化の点でも有利である。接着層の接着強度は、５ＭＰａ以上であることが好ましく、この場合において接着層の損失係数は、０．０２〜０．２、好ましくは０．０２〜０．１、より好ましくは０．０２〜０．０８であるとしてもよい。接着層はこのように、所定の損失係数と接着強度とを併せ持つことが好ましい。

前記接着層は、アクリル樹脂系接着剤、又は、ウレタン樹脂系接着剤を含んで構成されている、としてもよい。

アクリル樹脂系接着剤及びウレタン樹脂系接着剤は、所望の粘弾性を示すと共に、必要な接着性能を満たすことができる。このため、高い制振特性を備えたブレードを実現する点で特に有効である。

前記接着層の厚みは、２〜１０ｍｍに設定されている、としてもよい。接着層の厚みを比較的分厚くすることによって、高い制振特性を得る上で有利になる。また、粘弾性を示すエラストマーは弾性率が比較的低いが、この厚みの範囲であれば、ブレードに適用しても固有振動数に悪影響を及ぼさないことを見出した。また、接着層の厚みを分厚くしたときには接着強度が低下するため、接着強度の点から前記の上限が規定され得る。また、接着の施工作業の観点からも、前記の下限値以上とすることが好ましい。

前記制振層は、前記ブレードの最外層を構成するコーティング層である、としてもよい。最外層のコーティング層は、前記の接着層と比較して、接着強度レベルの低いエラストマーを適用可能であり、そのことにより、より大きな損失係数を有するエラストマーを選択し得る。具体的にコーティング層の損失係数は、０．０２〜０．８としてもよい。

制振層とコーティング層とを兼用させることは、ブレード構造を簡略化させると共に、ブレードの軽量化の点で有利になる。

前記コーティング層は、ポリウレタン樹脂を含んで構成されている、としてもよい。ポリウレタン樹脂は、ブレードの高い制振特性を得る上で有効であり、しかも、ポリウレタン樹脂コーティングは、ブレード内部への浸水を抑制し得る。

前記各ブレードは、前記ラジアル方向に延びる桁と、前記桁を覆うように配設される外皮と、を含んで構成され、前記制振層は、少なくとも前記桁と前記外皮との間に介在している、としてもよい。

桁及び外皮を備えたブレードにおいては、桁は、曲げ荷重及び引っ張り荷重を主として分担する部材となり、外皮は、ねじり荷重を主として分担する部材となる。また、桁が外皮に覆われ、さらにその桁と外皮との間に、低弾性率の制振層が介在することによって、たとえ外皮が損傷したとしても桁が損傷を受けることは抑制され、プロペラとしての致命的な損傷が回避し得る点で有利な構造になる。その桁と外皮との間に介在する制振層は、ブレードの制振特性を効果的に向上させる。

前記桁は、第１の桁と、当該第１の桁の外側に重ね合わされる第２の桁とを含んで構成され、前記制振層の１つは、前記第１及び第２の桁の間に介在している、としてもよい。第１及び第２の桁の間に制振層をさらに介在させることによって、ブレードの制振特性がさらに向上する。

前記各ブレードは、その前縁部に配置される前縁保護シースをさらに含んで構成されている、としてもよい。

以上説明したように、本発明によると、積層構造を含んで構成されるブレードに、粘弾性を示すエラストマーを含んで構成される制振層を設けることにより、ブレードの制振特性を向上させることができ、低騒音のプロペラを実現することができる。また、単一材料によってプロペラを構成するのではなく、材料又は構造の異なる複数の層を積層することによってプロペラを構成しているため、プロペラの特性が材料特性に依存することが抑制され、材料特性に起因する不利益を極小化することができると共に、例えば各層の材料や構造を適宜選択することによって、制振特性の大幅な向上は勿論のこと、船舶用プロペラの軽量化等といった新たな利点を得ることができる。

船舶用プロペラＰの正面図である。 図１のII−II断面図である。 図２に示すブレードの前縁付近を拡大して示す断面図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの後縁付近を拡大して示す断面図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの構造を示す図２対応図である。 変形例に係るブレードの前縁付近を拡大して示す断面図である。 接着層の構成材料に関して行った実施例に係る制振特性の計測結果を示す図である。 コーティング層に使用し得るポリウレタン樹脂材料の特性を示す図である。 積層構造についての実施例に係る試験片の構成を示す断面図である。 積層構造に関して行った実施例に係る制振特性の計測結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、船舶用プロペラＰの一例を示す図である。この船舶用プロペラＰは、図１においては紙面に直交する回転中心軸回りに回転可能なハブＨと、ハブＨに対して回転一体に固定された複数の（図例では３枚の）ブレードＢと、を備えて構成されている。３枚のブレードＢは、周方向に等間隔を空けて配設されていると共に、各ブレードＢは、ハブＨから径方向の外方に向かってラジアル方向に延びるように配設されている。尚、ブレードＢの枚数及び各ブレードＢの平面形状は、特に限定されるものではない。

図２は、前記ブレードＢの横断面を示している。図３は、当該ブレードＢの前縁近傍を拡大して示している。ブレードＢは、単一の材料によって中実に形成されているのではなく、複数の材料を組み合わせて構成されている。尚、図２に示す翼型は例示であり、その翼型を限定するものではない。また、図２においては、ブレードＢを構成する各層（部材）を理解容易のために模式的に示しており、そこに示される厚み等は相対的な厚みの相違を示すものではない。各層の厚みは適宜設定されるものである。

図２において符号１１は、ハブＨからラジアル方向に延びると共に、その基端部においてハブＨに結合される第１の桁である。第１の桁１１は、その上面側（負圧面側）が上向きに湾曲する一方、その下面側（圧力面側）が略平坦とされて、全体としては、その横断面形状が、その前後両端がそれぞれ切り落とされたような概略翼形状とされている。第１の桁１１は、後述するように、ブレードＢに作用する曲げ荷重や引っ張り荷重に対抗するための構造部材を構成し、必要強度を確保する観点からは、第１の桁１１は、金属、又は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製とすることが好ましい。ＦＲＰ製の桁はブレードＢを軽量化する上で特に好ましい。ＦＲＰを採用する場合は、強度確保の観点から、その繊維の方向を異ならせながら積層した積層板構造、又は、平織り、綾織り等の織り構造において、その厚み方向にも繊維を補強した三次元織物構造とすることが望ましい。ブレードＢに作用する曲げモーメントが特に大きいときには、積層板構造においては積層板同士が剥離してしまう虞があるため、三次元織物構造を採用することが特に好ましい。

図２において符号１２は、第１の桁１１の外側に配設される第２の桁である。第２の桁１２は、第１の桁１１の上面側に配設される上側の桁１２１と、第１の桁１１の下面側に配設される下側の桁１２２とに分離されている。上側の桁１２１は、第１の桁１１の上面の湾曲形状に沿うように湾曲すると共に、第１の桁１１に沿ってラジアル方向に延びる湾曲板状である一方、下側の桁１２２は、第１の桁の下面の平坦形状に沿うように平坦であると共に、ラジアル方向に延びる平板状である。上側の桁１２１及び下側の桁１２２の厚みは、例えば１０〜１５ｍｍ程度に設定すればよい。第２の桁１２はまた、ＦＲＰ製であることが好ましい。このことによりブレードＢの軽量化が図られる。また、ＦＲＰ製の第２の桁１２としては、積層板構造又は三次元織物構造のいずれをも採用することが可能である。例えば第１の桁１１を三次元織物構造のＦＲＰ製とした場合に、第２の桁１２は積層板構造のＦＲＰ製とすることによって、プロペラＰのコストダウンを図る上で有利になる。

第１の桁１１及び第２の桁１２は、その間に介在する接着層１３によって互いに接着されている。接着層１３は、粘弾性を示す粘弾性体としてのエラストマーによって構成されている。具体的には、接着機能を有するエラストマーとして、接着層１３は、アクリル樹脂系接着剤又はウレタン樹脂系接着剤により構成されている。接着層１３を構成するエラストマーの特性値として、その弾性率は１００〜１０００ＭＰａ程度であることが好ましく、損失係数Ｑ^−１（損失係数η）は０．０２〜０．２程度が好ましい。また、その接着強度は、約１０ＭＰａ程度が望ましい。例えばアクリル樹脂系接着剤の具体例としては、アイ・ティー・ダブリュー・インダストリー社製、プレクサス構造用接着剤ＭＡ４２５，ＭＡ５６０，ＭＡ１０２０，ＭＡ３９４０等を挙げることができる。

接着層１３はまた、その厚みが比較的分厚く設定されている。具体的にその厚みは２〜１０ｍｍ程度、より好ましくは５〜１０ｍｍである。こうすることにより、ブレードＢの高い制振特性が得られる。また、接着層１３を構成するエラストマーの弾性率が比較的低いことから、この厚みに関する数値範囲は、固有振動数についての検討を行うと共に、接着施工性を考慮した結果、見出した数値範囲である。

従来、こうした積層構造における層間の接着には、例えばエポキシ樹脂系接着剤（弾性率：３０００〜５０００ＭＰａ）が採用されており、その接着層の厚みは、極めて薄く（例えば０．１ｍｍ程度）設定されていた。これに対し、本構成では、前述したように、層間接着にアクリル樹脂系接着剤又はウレタン樹脂系接着剤を採用し、またその厚みも比較的分厚く設定している点が大きく相違する。この相違によって、接着層１３は、耐振動衝撃効果を有するとともにエラストマーの粘弾性特性によってブレードＢの振動を抑制する制振効果を発揮し、従来の接着層とは異なり、この耐振動衝撃効果を有する接着層１３は制振層として機能することになる。

このブレードＢでは、接着層１３によって互いに接合された第１及び第２の桁１１，１２が、ブレードＢに作用する曲げ荷重及び引っ張り荷重に対抗することになる。以下の説明においては、第１及び第２の桁１１，１２を総称して、単に桁１０と呼ぶ場合がある。尚、接着層を省略し、単一の材料によって第１及び第２の桁を一体化して構成してもよい。

桁１０の前縁側（図２の左側）及び後縁側（図２の右側）には、前側及び後側の充填材（コア）１４，１５がそれぞれ配設されている。各コア１４，１５はブレードＢの中空部分を充填し、それによってブレードＢの横断面形状を保持する機能を有する。前側のコア１４、桁１０及び後側のコア１５によって、概略翼型形状が構成されることになる。各コア１４，１５は、例えばエポキシ樹脂、又はエポキシ樹脂に軽量バルーンやガラスビーズを含有させた樹脂組成物により構成することが可能である。また、硬質プラスチック発泡体（商品名ROHACELL（ロハセル)、Rohm社製）やグラファイト発泡材（商品名GRAFOAM、Graftech社製）を採用することも可能である。さらに、エポキシ樹脂にガラス繊維やアラミド繊維等の合成繊維を含有させた繊維強化プラスチック（例えばＧＦＲＰ、ＡＦＲＰ）とすることも可能である。ＧＦＲＰやＡＦＲＰは制振効果が高く、この場合はブレードＢの制振特性がさらに向上する。さらに、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維（商品名ザイロン、東洋紡製）強化プラスチックを採用することも可能である。

前記桁１０並びに前側及び後側のコア１４，１５は、第１の外皮１６によって覆われている。第１の外皮１６は、ブレードＢに作用するねじり荷重を主に分担する構造部材であり、ここでは上側（負圧面側）の外皮１６１と下側（圧力面側）の外皮１６２とに分離されて構成されている。分離された上側の外皮１６１と下側の外皮１６２とは、ブレードＢの前縁側及び後縁側のそれぞれにおいて互いに接合されている。すなわち、前側のコア１４よりも前側、及び、後側のコア１５よりも後側のそれぞれにおいて、上側の外皮１６１と下側の外皮１６２とは、翼弦方向（図２の左右方向）の所定範囲に亘って略上下方向（翼厚方向）に重ね合わされており、その重ね合わせた部分において両外皮１６１，１６２の間に介在する接着層１７１によって、上側の外皮１６１と下側の外皮１６２は互いに接着されている。また、桁１０並びに前側及び後側のコア１４，１５と、第１の外皮１６との間には接着層１７が介在しており、この接着層１７は、前記上側の外皮１６１と下側の外皮１６２とを互いに接着する接着層１７１と連続している。

ここで、第１の外皮１６は、例えばＦＲＰにより構成すればよい。また制振性に優れたフィルムを挟み込んだＦＲＰとしてもよい。特にＦＲＰ製の外皮としては、その繊維の配向方向をねじりを受ける方向、例えば図２において紙面に直交するラジアル方向の軸に対して４５°／−４５°だけ傾いた方向となるようにした積層板構造あるいは[±45/0/90]sの擬似等方性板等を採用すればよい。こうすることで、第１の外皮１６は、ブレードＢに作用するねじり荷重に効果的に対抗し得る。また、ＦＲＰ製の外皮はブレードＢの軽量化の点でも有利である。第１の外皮１６の厚みは、例えば５〜１０ｍｍ程度に設定すればよい。

また前述した第１の外皮１６を上下に分離する構成は、ブレードＢの製造が容易になる点で好ましい。つまり、こうした分離構成では、上側の外皮１６１と下側の外皮１６２とを個別に成形した後に、それらを互いに接合（接着）することが可能になる。上側及び下側の外皮１６１，１６２の成形方法としては、種々の公知の成形方法を適宜採用することが可能である。例えばプリプレグを利用して所定形状に成形した後に、オートクレーブにより焼き固める方法、予め繊維を配置した成形型内に樹脂を流し込んで固化させることによる樹脂注入成形（ＲＴＭ）法、成形型の片側にドライな織物等を固定する一方、ドライな織物等の他側はバギングフィルムによって構成し、それらによって構成された成形型内に樹脂を流し込む方法、及び、成形型に繊維を固定しておきそこに樹脂を積層するハンドレイアップ法又はスプレーアップ法等を採用することが可能である。

前記接着層１７，１７１もまた、前記桁１０の接着層１３と同様に、粘弾性を示す粘弾性体としてのエラストマーによって構成されている。具体的に、接着層１７，１７１は、アクリル樹脂系接着剤又はウレタン樹脂系接着剤により構成されている。この接着層１７，１７１も、その厚みが比較的分厚く設定されており、具体的には２〜１０ｍｍに設定されている。このことにより、この接着層１７，１７１も、ブレードの振動Ｂを抑制する制振効果を発揮し、制振層として機能する。

第１の外皮１６の外側には、接着層２０を介して第２の外皮１８が配設されており、この第２の外皮１８によって第１の外皮１６は、その全体が覆われている。尚、第１の外皮１６における、前後の接着部分と第２の外皮１８との間に形成される空間には、コア１４１，１５１がそれぞれ充填されている。このコア１４１，１５１は、前記のコア１４，１５と同様の材料によって構成すればよい。また、接着層２０は、第１の外皮１６用の接着層１７，１７１と同様に、粘弾性を示す粘弾性体としてのエラストマーによって構成されている。具体的に、接着層２０は、アクリル樹脂系接着剤又はウレタン樹脂系接着剤により構成されていると共に、その厚みが、２〜１０ｍｍに設定されている。このことにより、この接着層２０も、ブレードの振動Ｂを抑制する制振効果を発揮し、制振層として機能し得る。尚、この接着層２０は、省略することも可能である。

第２の外皮１８は、ここでは、第１の外皮１６とは異なり上下に分離しておらず、その全周に亘って連続している。第２の外皮１８は、特にブレードＢに衝撃荷重が作用したときに、第１の外皮１６における上側の外皮１６１と下側の外皮１６２との接着部分が剥離して開口することを防止する機能を有する。第２の外皮１８は、繊維強化プラスチック製とすることが好ましく、特に衝撃強度を高める上で、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアラレート繊維（商品名ベクトラン、クラレ製）又はポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維（商品名ザイロン、東洋紡製）強化プラスチックとすることが望ましい。ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアラレート繊維及びポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維は制振効果が高くブレードの制振特性の向上に寄与する。これに対し、第１の外皮１６は剛性を高めるべく、弾性率の高いアラミド繊維、ポリアラレート繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維又は炭素繊維強化プラスチックとすることが好ましい。アラミド繊維、ポリアラレート繊維及びポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維強化プラスチックは制振効果が高く、第１の外皮への適用によってブレードの制振特性の向上に寄与する。このように第１の外皮１６と第２の外皮１８との材料を互いに異ならせ、それによってその特性を互いに異ならせることによって、ブレードＢにおける材料効率が向上する。

第２の外皮１８の弾性率を、第１の外皮１６の弾性率、又は桁１０の弾性率よりも低く設定することによって、第２の外皮１８に外傷が生じたときにでも、その傷が第１の外皮１６及び桁１０にまで進展してしまうことを防止することができる。同様の効果は、接着層１７，１７１の厚みを分厚くしたり、接着層１７，１７１の弾性率を低く設定したりすることによっても達成し得る。

全周に亘って連続している第２の外皮１８は、例えば第１の外皮１６に対してプリプレグを貼り付けると共に、それをオートクレーブにより焼き固める方法、又は、成形型内に、前記第１の外皮１６まで形成した中間体を入れると共に繊維を固定した状態にし、そこに樹脂を流し込んで固化する方法等、種々の方法を採用することによって成形可能である。

第２の外皮１８の外表面には、当該第２の外皮１８を被覆して、ブレードＢの最外層を構成するコーティング層１９が形成されている。コーティング層１９は、粘弾性を示す粘弾性体としてのエラストマーによって形成されている。ブレードＢ内部への水分の浸入を防止する防水機能を得る上では、例えばポリウレタン樹脂コーティングとすることが好ましい。こうすることによって、接着層１３，１７と同様に、コーティング層１９がブレードＢの制振特性を向上させる制振層として機能する。コーティング層１９の厚みは、例えば２〜３ｍｍ前後に設定することが好ましい。

以上説明したように、このブレードＢは、互いに材料の異なる複数の層を積層した積層構造を含んで構成されると共に、その複数の層の内の少なくとも１つの層、図２に示す例では、３つの層１３，１７，１９，２０を、粘弾性を示すエラストマーを含んで構成される制振層とすることにより、ブレードＢの制振特性を向上させている。

また、その制振層は、接着層１３，１７又はコーティング層１９を兼用しているため、ブレードＢの構造が、その分、簡略化すると共に、ブレードＢの軽量化の点で有利になる。

また、単一材料の場合にはプロペラの特性が、当該材料の特性に依存するのに対し、前記の構成では、ブレードＢを、材料の異なる複数の層を積層して構成しているため、プロペラＰの特性が特定の材料の特性に依存することがなくなる。

それらの結果として、従来の金属製プロペラでは減衰係数が０．５％以下であったのに対し、この構成のプロペラＰでは減衰係数を向上させ得る。そうして、このブレードＢを備えたプロペラＰは、低騒音のプロペラＰとなる。

尚、ブレードＢの構造に関しては、種々の変形を行うことが可能である。次に、図４〜図１４を参照しながら、ブレードＢの構造の各種変形例について説明する。以下の説明においては、図２に示すブレードＢと対応する構成について同じ符号を付し、その説明を適宜省略する場合がある。

図４に示すブレードＢは、図２に示すブレードＢと比較して、第２の外皮２１の後縁側をファスナ２２で固定するようにしている。この第２の外皮２１は、全周に亘って連続していない一枚のシート状であって、そのシート状の第２の外皮２１を、ブレードＢの後縁側から第１の外皮１６の上側、前縁、及び第１の外皮１６の下側を通って再び後縁側に至るように配設している。そうして、ブレードＢの後縁側において、上下方向（翼厚方向）に重なって配置される第２の外皮２１の端部同士を互いに接着させると共に、概略Ｃ字状のファスナ２２によって上下方向に挟み込んで固定している。この構成は、第２の外皮２１を全周に亘って連続させる必要がないため、ブレードＢの製造が容易になるという利点がある。また、図５に示すブレードＢは、図４に示すブレードＢと比較して、第２の外皮２１をブレードの前縁側でファスナ２３により固定している点が異なる。

図６に示すブレードＢは、図２に示すブレードＢと比較して、第２の外皮１８を省略している。第２の外皮１８を省略するに伴い、第１の外皮１６よりも前側及び後側のそれぞれに配置されるコア１４２，１５２の形状が変更される。このブレードＢでは、第１の外皮１６が最外周の外皮となるため、衝撃強度を高めるべく、例えば炭素繊維と、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアラレート繊維若しくはポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維とのハイブリッド強化プラスチック製、又は、アラミド繊維、ポリアラレート繊維若しくはポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維強化プラスチック製としてもよい。

図７に示すブレードは、図６に示す第２の外皮を省略したブレードＢに対し、第１の外皮１６の前後両端にファスナ２４，２５をそれぞれ取り付けている。例えば図２に示すように、第１の外皮１６と第２の外皮１８とを重ねて配設する場合には、後退角のついたブレードのように幾何学形状によっては、第２の外皮１８における繊維の配向方向を制御することが困難になる場合がある。第２の外皮を省略することによって、そうした製造上の困難性は解消される一方で、第２の外皮が有する、２つに分離した第１の外皮１６同士の接着部分の剥離を防止する機能は得られない。そこで、第２の外皮を省略した構成においては、第１の外皮１６を構成する上側の外皮１６１と下側の外皮１６２との接着部分にファスナ２４，２５を取り付け、それによって当該接着部分が剥離して開口することを防止するようにしてもよい。尚、例えば図８に示すように、ブレードＢにおける後縁側にのみ、ファスナ２５を取り付けてもよいし、図９に示すように、前縁側にのみ、ファスナ２４を取り付けてもよい。

図１０に示すブレードＢは、図６に示すブレードＢに対して、第１の外皮１６を分離構造とせずに、全周に亘って連続する構成としている。

図１１に示すブレードＢは、図１０等に示すブレードＢと比較して、コア１４，１５を省略する一方で、第１の桁１１を翼弦方向に延ばして概略翼形状に形成し、それに応じて第２の桁１２を全周に亘って連続する構成としている。こうしたブレードＢは、軽量化の点では不利になる一方で、ブレードＢに作用する曲げ荷重及び引っ張り荷重に対しては高い強度が得られるという利点がある。従って、ブレードＢに作用する荷重が比較的大きい場合に採用し得る構造である。また、プロペラＰが比較的小型であるときには、そもそもプロペラＰの重量はそれほど大きくないため、こうした構造も採用し得る。

尚、図１１に示すブレードＢでは、第１の外皮１６を全周に亘って連続する構成にしているが、例えば図１２に拡大して示すように、第１の外皮１６を一枚のシート状に構成し、ブレードＢの後縁側において、第１の外皮１６の端部同士を互いに接合するようにしてもよい。また図示は省略するが、ブレードＢの前縁側において第１の外皮１６の端部同士を互いに接合するようにしてもよいし、第１の外皮１６を上下に分離させる構造を採用してもよい。またそれらの構成を採用した場合に、第１の外皮１６の接着部分にファスナを取り付けるようにしてもよい。

図１３に示すブレードＢは、桁３０の形状が、前記の各ブレードＢとは異なる。このブレードＢにおける桁３０は、それぞれラジアル方向に延びると共に、上下（翼厚方向）に分離した一対の桁部材３１，３２によって構成されている。一対の桁部材３１，３２は、その基端部においてハブＨに接合されている。そうして、その一対の桁部材３１，３２の間を含む空所に充填材としてのコア３３が充填されて、概略翼形状が形成されている。尚、桁３０は、前記のブレードＢにおける桁１０と同様に、金属、又は繊維強化プラスチック製とすればよい。同様にコア３３も、前記のブレードＢにおけるコア１４，１５と同様に、合成樹脂、樹脂組成物、硬質プラスチック発泡体、又は繊維強化プラスチック製とすればよい。

そうして、桁部材３１，３２の上面（負圧面側の面）及び下面（圧力面側の面）に対して接着層１７がそれぞれ設けられ、この接着層１７により、桁３０及びコア３３を覆うように配設された第１の外皮１６が桁部材３１，３２に対し接着されている。

図１４に示すブレードＢは、図１３に示すブレードＢに対して、上下に分離した桁部材３１，３２同士を互いに接続するウェブ３４を設けた構造を示している。ウェブ３４は、桁部材３１，３２における翼弦方向の略中央位置に配設されている。ウェブ３４の数は特に限定されるものではなく２個以上であってもよいが、１又は２個が適当である。こうしたウェブ３４は、上下の桁部材３１，３２間でせん断力の伝達を可能にするため、例えばコア３３にクラック等の損傷が発生した場合でも、桁３０による曲げ荷重の負担能力が低下しないという利点がある。つまり、この構造は、コア３３に多少の損傷が生じることを許容し得る構造である。

また、図２〜１４に示す各ブレードＢにおいて、例えば図１５に示すように、その前縁部に、金属製の前縁保護シース１９１を取り付けるようにしてもよい。

次に、接着層の構成材料として、アクリル樹脂、ウレタン樹脂による制振効果を確認するために行った実施例について説明する。ここでは、高剛性の基材を複数用意し、その表面に、アクリル樹脂層又はポリウレタン樹脂層を形成したものを実施例とし、エポキシ樹脂層又はそうした合成樹脂層を形成しないものを比較例とした。そうして各試験片に対し加振試験を行い、その損失係数Ｑ^−１を計測した。

具体的に実施例として、基材の片面にアクリル樹脂コーティング層を形成したもの（アクリル）、及び、基材の片面にポリウレタン樹脂コーティング層を形成したもの（ポリウレタン）をそれぞれ用意した。これに対し比較例としては、基材の片面にエポキシ樹脂コーティング層を形成したもの（エポキシ）、ステンレス鋼製の板状試験片（ステンレス）、炭素繊維を±４５°に織った織物を含むＣＦＲＰ製試験片（ＣＦＲＰ±４５°）、ＣＦＲＰ−ＵＤからなる試験片（ＣＦＲＰ−ＵＤ）、ポリパラフェニレンベンズオキサゾールの短繊維をエポキシ樹脂に混合した繊維強化プラスチックからなる試験片（ザイロン（R））及び、制振合金製の板状試験片（制振合金）をそれぞれ用意した。尚、コーティング層を形成した試験片についての加振試験は、当該試験片におけるコーティング層側の面に加速度センサを取り付ける一方、コーティング層を形成していない側の面に振動を与えるようにして行った。

図１６に、各例についての計測結果を、横軸を周波数、縦軸を損失係数として示す。これによると、各比較例（エポキシ、ＣＦＲＰ±４５°、ＣＦＲＰ−ＵＤ、制振合金及びステンレス）は損失係数が相対的に低く（０．０２以下）、制振効果が低いのに対し、各実施例（アクリル、ポリウレタン）は、損失係数が相対的に高く（０．０２〜０．２）、高い制振効果が得られている。ポリウレタンは特に、高周波数側において高い制振効果が得られている。従って、アクリル樹脂又はポリウレタン樹脂は、ブレードにおける制振層（接着層）として利用し得る。また、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維強化プラスチックもまた、制振効果が高いため、前述したように外皮やコアの構成材料として使用することにより、ブレードの制振特性が向上する。

また、コーティング層の構成材料としては、接着層ほどの接着強度を確保する必要がないため、より大きな損失係数を有する材料を選択することも可能である。例えば図１７は、ブレードのコーティング層を構成し得るポリウレタン樹脂コーティングの一例としての、商品名ノンブレンコートＡＣ−６（株式会社枚方技研製）の温度に対する損失係数の特性（周波数１１Ｈｚ）を示している。この材料は０．８程度の大きい損失係数を有している。従って、コーティング層の構成材料としては、接着層の構成材料とは異なり、その損失係数を０．０２〜０．８に設定してもよい。

次に、ブレードの構造に関して、前述したような積層構造（実施例）と、制振合金製の単一構造（比較例）との比較を行った。図１８は、実施例として、ブレードの積層構造を模擬した試験片４の断面構造を示している。この実施例は、ＳＳ４００製（厚み９．１ｍｍ）の基材４１の両面に、アクリル樹脂系接着剤による接着層（厚み２．２ｍｍ）４２を設けて、ＣＦＲＰ／ＵＤ板（厚み２．２ｍｍ）４３をそれぞれ接合している。そのＣＦＲＰ／ＵＤ板４３の表面に対してさらに、アクリル樹脂系接着剤による接着層（厚み１．５ｍｍ）４４を設けて、ＣＦＲＰ／平織板（厚み１．１ｍｍ）４５を接合した上で、そのＣＦＲＰ／平織板４５の表面に、ポリウレタン樹脂コーティング（厚み１．０ｍｍ）４６を形成している。

この実施例と、比較例とに対してそれぞれ加振試験を行った結果を、図１９に示す。この図によると、実施例は、低周波数域から高周波数域の全域に亘って、比較例よりも高い損失係数を有し、制振特性が高いことがわかる。特に高周波数域においては、実施例と比較例との間の、損失係数の差が拡大する（例えば３〜４倍程度）傾向があり、実施例に係る積層構造は、高周波数域において特に制振効果が高くなることがわかる。

これらの結果より、アクリル樹脂又はポリウレタン樹脂を含んで構成される層をブレードに設けることによって、ブレード及びそれを備えたプロペラの制振特性を向上させ得ることがわかる。

以上説明したように、本発明は、高い制振特性を得ることができ、各種船舶のプロペラとして有用である。

１０ 桁
１１ 第１の桁
１２ 第２の桁
１３ 接着層（制振層）
１４ コア
１４１ コア
１５ コア
１５１ コア
１６ 第１の外皮
１６１ 外皮
１６２ 外皮
１７ 接着層（制振層）
１７１ 接着層（制振層）
１８ 第２の外皮
１９ コーティング層（制振層）
１９１ 前縁保護シース
２０ 接着層
２１ 第２の外皮
２２ ファスナ
３０ 桁
３１ 桁部材
３２ 桁部材
３３ コア
３４ ウェブ
Ｂ ブレード
Ｈ ハブ
Ｐ 船舶用プロペラ

Claims (10)

1. ハブと、当該ハブに対して固定されると共に、当該ハブからラジアル方向に延びる複数のブレードと、を備えた船舶用プロペラであって、
   前記各ブレードは、互いに材料又は構造の異なる複数の層を積層した積層構造を含んで構成されており、
   前記複数の層の内の少なくとも１つの層は、粘弾性を示すエラストマーを含んで構成されることによって前記ブレードの振動を抑制する制振層である船舶用プロペラ。
2. 請求項１に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記エラストマーの損失係数は、０．０２〜０．８である船舶用プロペラ。
3. 請求項１又は２に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記制振層は、前記積層構造において隣り合う層の間に介在して、当該２つの層を互いに接着する接着層である船舶用プロペラ。
4. 請求項３に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記接着層は、アクリル樹脂系接着剤、又は、ウレタン樹脂系接着剤を含んで構成されている船舶用プロペラ。
5. 請求項３又は４に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記接着層の厚みは、２〜１０ｍｍに設定されている船舶用プロペラ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記制振層は、前記ブレードの最外層を構成するコーティング層である船舶用プロペラ。
7. 請求項６に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記コーティング層は、ポリウレタン樹脂を含んで構成されている船舶用プロペラ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記各ブレードは、前記ラジアル方向に延びる桁と、前記桁を覆うように配設される外皮と、を含んで構成され、
   前記制振層は、少なくとも前記桁と前記外皮との間に介在している船舶用プロペラ。
9. 請求項８に記載の船舶用プロペラにおいて、
   前記桁は、第１の桁と、当該第１の桁の外側に重ね合わされる第２の桁とを含んで構成され、
   前記制振層の１つは、前記第１及び第２の桁の間に介在している船舶用プロペラ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の船舶用プロペラにおいて、
    前記各ブレードは、その前縁部に配置される前縁保護シースをさらに含んで構成されている船舶用プロペラ。

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