JP2014046877A - 船舶用プロペラ - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス等に際してプロペラをプロペラ軸から抜き易くするために船尾とプロペラとの間を短くしているために推進性能が低下するのを防止できるブレードを組立式とした複合材料製のプロペラを提供する。
【解決手段】軽量素材からなるブレード４をプロペラボス３と別体の組立式にするとともに、ブレードの位置を通常のプロペラボス一体型のブレードの位置よりも後方に変移させてプロペラボスに対して取付け、取外しを可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進効率が高い上に軽量にできる船舶用プロペラに関するものである。

船舶用のプロペラ（以下、プロペラ）は船尾管から突出しているプロペラ軸に対して舵の前に取り付けられている。この場合、メンテナンス等に際してプロペラをプロペラ軸から抜かなければならことがあり、その際に舵との間にプロペラの厚みだけのスペースを必要とする。したがって、船尾とプロペラとの間隔（プロペラフロントエリア）はいきおい狭いものとなり（ブロペラを前方に設置する意）、プロペラの水流によってこの空間が負圧になる。而して、この負圧はフロントエリアが小さいほど大きなものとなる。この現象が生ずると、船体をプロペラ側に引き寄せようとする力が発生し、プロペラの前進機能が低下する。

つまり、船体の抵抗をＲとすれば、ΔＲだけ抵抗が増えることになる。今プロペラのスラストをＴとすると、
Ｔ＝Ｒ＋ΔＲ‥（１）
の関係が発生する。
一方、ΔＲの抵抗増加分はプロペラのスラストＴの減少と捉えることができ、この減少分をΔｔとすれば、
Ｒ＝Ｔ−ΔＴ＝Ｔ（１−Δ）＝Ｔ（１−ｔ）‥（２）
となる。［Δ＝ｔ（スラスト減少率）］

ところで、船体の推進効率ηは、プロペラ単独効率η_o プロペラ効率比η_r 、船殻効率η_h で表され、これらの値が大きいほど推進効率の高い船となる。上記で船殻効率η_h はスラスト減少率ｔと傍流係数Ｗ_s の比で表される。つまり、
η＝η_o ^* η_r ^* η_h ＝η_o ^* η_r ^* （１−ｔ）／（１−Ｗ_s ）‥（３）
すなわち、スラスト減少率ｔが小さくなるようなプロペラ配置を実現すれば、プロペラのスラスト、つまり、推力Ｔを船の推進に有効に使うことができ、船体の推進効率ηが増加する。

一般的には、舵の抵抗が増加しない範囲であれば、ブロペラ（特にブレード）を船体からできるだけ離して船体がフロントエリアにあまり影響しないものとすれば、スラスト減少率ｔを減らすことができる。しかし，通常のボス一体型のブロペラでは、そのボスやブレードの配置も決まっており、しかも、上記したとおり、メンテナンス時等にプロペラを軸から引き抜く必要があり、その際に舵と干渉しないためにある程度前方に寄せて設置せざるを得ず、スラスト減少率ｔの上昇が避けられない事態になっている。

本発明と似て非なる先行技術として下記特許文献１がある。これは、フロントエリアにフィンを設け、これでプロペラサクションによるプロペラ側への水の流れを止め、かつ、整流化して遅い流れを作り、この遅い流れをプロペラに作用させて推進効率を上げようとするものである。しかし、このようなフィンの存在は船体抵抗の増大になる懸念があり、実際問題はどうなのかという疑問が生ずる。

特開２００３−２４６２９３号公報

本発明は、ブレードをプロペラボスと分離できるようにしてプロペラを極力後方側へ設置してもプロペラ軸からの引抜きを可能にするとともに、プロペラを後方へ設置したが故にモーメントによってプロペラ軸に大きなモーメントがかかるのをプロペラを複合材料等の軽い材料で構成してそれに対処したものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、軽量素材からなるブレードをプロペラボス（以下、ボス）と別体の組立式にするとともに、ブレードの位置を通常のボス一体型のブレードの位置よりも後方に変移させてボスに対して取付け、取外しが可能にしたことを特徴とする船舶用プロペラを提供したものである。また、請求項４に記載した、ブレードの素材がアルミ青銅鋳物等に代えて炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維で強化された複合材料である手段を提供する。

請求項１の発明によると、組立式のブレードを用いることでボスに対して分離できる。このとき、ブレードはピッチと称される斜めに形成されているから、ボスに対しても斜めに抜き差しすることになる。この点で、舵に邪魔され難い。つまり、舵と接近して設けていても、抜き差し（組立、分解）ができるのである。この場合、請求項４の素材を用いれば、軽量になるから、取扱いがより容易である。

したがって、プロペラを後方に設置することができ、その結果、プロペラフロントエリアを広くでき、プロペラの回転によるスラスト減少率を低く抑えることができ、推進効率を高くすることができる。もちろん、プロペラを後方に設置すれば、プロペラ軸に大きなモーメントがかかるから、軸径を太くしなければならないが、ブレードが軽量になることで太くしなくてもアライメントがとれる利点もある。このように、ブレードを軽量化することは、プロペラ軸の軸径にも影響する。

本発明の船舶用プロペラの側面図である。 本発明の船舶用プロペラの背面図（ボスキャップを外した状態）である。 本発明の船舶用プロペラの要部側面図である。 従来例の船舶用プロペラの側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、まず、プロペラ設置の状態を示す従来例について図４を基に説明しておく。船体の船尾１からはプロペラ軸２が突出しており、これにプロペラボス（ボス）３から複数のブレード（翼板）４が出たプロペラ５が取り付けられている。また、プロペラ５の後方には舵６が設けられている。

この場合、ブレード４の前方と船尾１との間はプロペラフロントエリア（以下、フロントエリア）７となっており、プロペラ５の回転によって起こる下流側への水流によって、このエリア７が負圧になり、スラスト減少率ｔを生じさせるのは上記したとおりである。このときのスラスト減少率ｔはフロントエリア７が狭いほど大きくなるが、メンテナンス等に際してプロペラ５をプロペラ軸２から抜くことを考えてフロットエリア７はある程度大きく（プロペラ５の位置を前方寄りにする）せざるを得なかった。

図１は本発明のプロペラ設置の側面図、図２は背面図であるが、本発明はブレード４とボス３とを別体にして組立式にしているものである。組立式の構造は、ブレード４は下端にベース４ａを有しており、これから翼板４ｂが起立しているものであるが、ブレード４は上記したようにポス３に対して斜めに取り付けられているから、ベース４ａもボス３に対しても斜めに取り付けられている。本例のベース４ａはアリ溝式であり、ボス３にアリ溝８を軸芯に対して斜めに形成し、このアリ溝８に対してベース４ａをスライド式で抜き差ししている。なお、アリ溝式に対してベース４ａをボルト等で止めるＣＰＰ（可変ピッチプロペラ）のような取付け方法が採用されることもある。

以上のボス３の材質は一般にはアルミ青銅鋳物やステンレスを用いている。また、ブレード４はアルミ青銅鋳物やステンレス或いはアルミニウム等の比較的軽量な金属を用いて軽量化を図っている。しかし、この他に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等で強化された複合材料を用いることが多い。強度が確保されるにもかかわらず大幅に軽量化できるからである。さらに、これらの複合材料はポス３に用いられることもある。とにかく、プロペラが軽量化されることはすべてにおいて大きなメリットとなる。

このプロペラ５の取外し（取付け）について説明しておくと、まず、ブレード４は個々に取り外せるから、それを行う。全部のブレード４を取り外しただけで目的が達成できる場合はそれでよいが、ボス３も取り外さなければならないときには、ボス３をプロペラ軸２の後方に引き抜かなければならない。しかし、多くの場合、舵６が邪魔をしてそれができない。そこで、船体内でプロペラ軸２を前方に移動させて引き抜くことになるのであるが、プロペラ５が後方に設置されている分、それが簡単である。

ボス３の後方にはボスキャップ９を取り付けてボス３が後方にずれるのを規制しなければならない。図４の従来例では、カップ形をしたキャップ９を用いていたが、これは相当に幅を取り、これを使用するためにもプロペラ５を前方に設置しなければならなかった。これに対して図１の本発明では、ブレード４はボス３と別体であるから、ベース４ａが抜けないだけの板状のキャップ９としてもよい。これによると、キャップ９を薄くでき、これだけでもプロペラ５の後方設置の理由ができたことになる。

図３の（ａ）〜（ｆ）は本発明の各種キャップ９を示すものであるが（符号は（ａ）のみに記す）、ボス３から外れたプロペラ軸２にボス３が後退しないためのナット１０を使用するから、このナット１０を包み込むキャップタイプとナット１０の空間の後側でボス３を押えている板状タイプとがあり、それぞれ目的に応じて使用されている。なお、（ｃ）と（ｆ）ではキャップ９又は板状ハウジング９がナット１０の代わりとなっている例である。

１ 船尾
２ プロペラ軸
３ プロペラボス
４ ブレード
４ａ ブレードのベース
４ｂ ブレードのベースから起立する翼板
５ プロペラ
６ 舵
７ フロントエリア
８ アリ溝
９ ボスキャップ
１０ ナット

本発明は、推進効率が高い上に軽量にできる船舶用プロペラに関するものである。

船舶用のプロペラ（以下、プロペラ）は船尾管から突出しているプロペラ軸に対して舵の前に取り付けられている。この場合、メンテナンス等に際してプロペラをプロペラ軸から抜かなければならことがあり、その際に舵との間にプロペラの厚みだけのスペースを必要とする。したがって、船尾とプロペラとの間隔（プロペラフロントエリア）はいきおい狭いものとなり（プロペラを前方に設置する意）、プロペラの水流によってこの空間が負圧になる。而して、この負圧はフロントエリアが小さいほど大きなものとなる。この現象が生ずると、船体をプロペラ側に引き寄せようとする力が発生し、プロペラの前進機能が低下する。

つまり、船体の抵抗をＲとすれば、ΔＲだけ抵抗が増えることになる。今プロペラのスラストをＴとすると、
Ｔ＝Ｒ＋ΔＲ‥（１）
の関係が発生する。
一方、ΔＲの抵抗増加分はプロペラのスラストＴの減少と捉えることができ、この減少分をΔｔとすれば、
Ｒ＝Ｔ−ΔＴ＝Ｔ（１−Δ）＝Ｔ（１−ｔ）‥（２）
となる。［Δ＝ｔ（スラスト減少率）］

ところで、船体の推進効率ηは、プロペラ単独効率η_o プロペラ効率比η_r 、船殻効率η_h で表され、これらの値が大きいほど推進効率の高い船となる。上記で船殻効率η_h はスラスト減少率ｔと傍流係数Ｗ_s の比で表される。つまり、
η＝η_o ^* η_r ^* η_h ＝η_o ^* η_r ^* （１−ｔ）／（１−Ｗ_s ）‥（３）
すなわち、スラスト減少率ｔが小さくなるようなプロペラ配置を実現すれば、プロペラのスラスト、つまり、推力Ｔを船の推進に有効に使うことができ、船体の推進効率ηが増加する。

一般的には、舵の抵抗が増加しない範囲であれば、プロペラ（特にブレード）を船体からできるだけ離して船体がフロントエリアにあまり影響しないものとすれば、スラスト減少率ｔを減らすことができる。しかし，通常のボス一体型のプロペラでは、そのボスやブレードの配置も決まっており、しかも、上記したとおり、メンテナンス時等にプロペラを軸から引き抜く必要があり、その際に舵と干渉しないためにある程度前方に寄せて設置せざるを得ず、スラスト減少率ｔの上昇が避けられない事態になっている。

本発明と似て非なる先行技術として下記特許文献１がある。これは、フロントエリアにフィンを設け、これでプロペラサクションによるプロペラ側への水の流れを止め、かつ、整流化して遅い流れを作り、この遅い流れをプロペラに作用させて推進効率を上げようとするものである。しかし、このようなフィンの存在は船体抵抗の増大になる懸念があり、実際問題はどうなのかという疑問が生ずる。

特開２００３−２４６２９３号公報

本発明は、ブレードをプロペラボスと分離できるようにしてプロペラを極力後方側へ設置してもプロペラ軸からの引抜きを可能にするとともに、プロペラを後方へ設置したが故にモーメントによってプロペラ軸に大きなモーメントがかかるのをプロペラを複合材料等の軽い材料で構成してそれに対処したものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、軽量素材からなるブレードをプロペラボス（以下、ボス）と別体の組立式にするとともに、ブレードの位置を通常のボス一体型のブレードの位置よりも後方に変移させてボスに対して取付け、取外しが可能にしたことを特徴とする船舶用プロペラを提供したものである。また、請求項４に記載した、ブレードの素材がアルミ青銅鋳物等に代えて炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維で強化された複合材料である手段を提供する。

請求項１の発明によると、組立式のブレードを用いることでボスに対して分離できる。このとき、ブレードはピッチと称される斜めに形成されているから、ボスに対しても斜めに抜き差しすることになる。この点で、舵に邪魔され難い。つまり、舵と接近して設けていても、抜き差し（組立、分解）ができるのである。この場合、請求項４の素材を用いれば、軽量になるから、取扱いがより容易である。

したがって、プロペラを後方に設置することができ、その結果、プロペラフロントエリアを広くでき、プロペラの回転によるスラスト減少率を低く抑えることができ、推進効率を高くすることができる。もちろん、プロペラを後方に設置すれば、プロペラ軸に大きなモーメントがかかるから、軸径を太くしなければならないが、ブレードが軽量になることで太くしなくてもアライメントがとれる利点もある。このように、ブレードを軽量化することは、プロペラ軸の軸径にも影響する。

本発明の船舶用プロペラの側面図である。 本発明の船舶用プロペラの背面図（ボスキャップを外した状態）である。 本発明の船舶用プロペラの要部側面図である。 従来例の船舶用プロペラの側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、まず、プロペラ設置の状態を示す従来例について図４を基に説明しておく。船体の船尾１からはプロペラ軸２が突出しており、これにプロペラボス（ボス）３から複数のブレード（翼板）４が出たプロペラ５が取り付けられている。また、プロペラ５の後方には舵６が設けられている。

この場合、ブレード４の前方と船尾１との間はプロペラフロントエリア（以下、フロントエリア）７となっており、プロペラ５の回転によって起こる下流側への水流によって、このエリア７が負圧になり、スラスト減少率ｔを生じさせるのは上記したとおりである。このときのスラスト減少率ｔはフロントエリア７が狭いほど大きくなるが、メンテナンス等に際してプロペラ５をプロペラ軸２から抜くことを考えてフロントエリア７はある程度大きく（プロペラ５の位置を前方寄りにする）せざるを得なかった。

図１は本発明のプロペラ設置の側面図、図２は背面図であるが、本発明はブレード４とボス３とを別体にして組立式にしているものである。組立式の構造は、ブレード４は下端にベース４ａを有しており、これから翼板４ｂが起立しているものであるが、ブレード４は上記したようにポス３に対して斜めに取り付けられているから、ベース４ａもボス３に対しても斜めに取り付けられている。本例のベース４ａはアリ溝式であり、ボス３にアリ溝８を軸芯に対して斜めに形成し、このアリ溝８に対してベース４ａをスライド式で抜き差ししている。なお、アリ溝式に対してベース４ａをボルト等で止めるＣＰＰ（可変ピッチプロペラ）のような取付け方法が採用されることもある。

以上のボス３の材質は一般にはアルミ青銅鋳物やステンレスを用いている。また、ブレード４はアルミ青銅鋳物やステンレス或いはアルミニウム等の比較的軽量な金属を用いて軽量化を図っている。しかし、この他に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等で強化された複合材料を用いることが多い。強度が確保されるにもかかわらず大幅に軽量化できるからである。さらに、これらの複合材料はポス３に用いられることもある。とにかく、プロペラが軽量化されることはすべてにおいて大きなメリットとなる。

このプロペラ５の取外し（取付け）について説明しておくと、まず、ブレード４は個々に取り外せるから、それを行う。全部のブレード４を取り外しただけで目的が達成できる場合はそれでよいが、ボス３も取り外さなければならないときには、ボス３をプロペラ軸２の後方に引き抜かなければならない。しかし、多くの場合、舵６が邪魔をしてそれができない。そこで、船体内でプロペラ軸２を前方に移動させて引き抜くことになるのであるが、プロペラ５が後方に設置されている分、それが簡単である。

ボス３の後方にはボスキャップ９を取り付けてボス３が後方にずれるのを規制しなければならない。図４の従来例では、カップ形をしたキャップ９を用いていたが、これは相当に幅を取り、これを使用するためにもプロペラ５を前方に設置しなければならなかった。これに対して図１の本発明では、ブレード４はボス３と別体であるから、ベース４ａが抜けないだけの板状のキャップ９としてもよい。これによると、キャップ９を薄くでき、これだけでもプロペラ５の後方設置の理由ができたことになる。

図３の（ａ）〜（ｆ）は本発明の各種キャップ９を示すものであるが（符号は（ａ）のみに記す）、ボス３から外れたプロペラ軸２にボス３が後退しないためのナット１０を使用するから、このナット１０を包み込むキャップタイプとナット１０の空間の後側でボス３を押えている板状タイプとがあり、それぞれ目的に応じて使用されている。なお、（ｃ）と（ｆ）ではキャップ９又は板状ハウジング９がナット１０の代わりとなっている例である。

１ 船尾
２ プロペラ軸
３ プロペラボス
４ ブレード
４ａ ブレードのベース
４ｂ ブレードのベースから起立する翼板
５ プロペラ
６ 舵
７ フロントエリア
８ アリ溝
９ ボスキャップ
１０ ナット

Claims (5)

1. 軽量素材からなるブレードをプロペラボスと別体の組立式にするとともに、ブレードの位置を通常のプロペラボス一体型のブレードの位置よりも後方に変移させてプロペラボスに対して取付け、取外しが可能にしたことを特徴とする船舶用プロペラ。
2. ブレードとプロペラボスとの組立をアリ溝嵌合式やボルト取付け式にした請求項１の船舶用プロペラ。
3. ブレードの素材がアルミ青銅鋳物、ステンレス、アルミニウム及びこれらを組み合わせたものであり、プロペラボスの素材がアルミ青銅鋳物又はステンレスである請求項１又は２の船舶用プロペラ。
4. ブレードの素材が請求項３のものに代えて炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維で強化された複合材料である船舶用プロペラ。
5. ブレードの後方への抜け止めを図る押え板が薄い板状をしている請求項１〜４いずれかの船舶用プロペラ。