JP5348822B2 - 横軸プロペラ - Google Patents

Description

本発明は、横軸プロペラに係り、特に、回転時に流体を押出して下流方向の軸心まわりに集束させて、通過させるようにした横軸プロペラに関する。

船舶等における従来のスクリューは、出力軸と直角にプロペラ翼が配設され、回転する前側に対して、後側が軸心方向へ傾斜されている。そのため回転時に、スクリューの押出面に沿って、遠心方向へ水が逃げ、水流が末広がりに散って、推進力が減少している。

本発明は、スクリューを含む横軸プロペラで掻かれた流体が、遠心方向へ拡散しないようにし、正面の軸心方向へ集合するようにした横軸プロペラを提供することを目的としている。

本発明は、横軸プロペラで掻かれた流体が、遠心方向へ散逸しないように、プロペラ翼の先端部を、下流方向へ傾斜する傾斜部とし、回転半径内の流体を軸心方向へ集合させるようにしたものであり、その具体的な構成内容は、次の通りである。

（１） 流体用横軸プロペラにおけるプロペラ翼の先端を、下流方向へ傾斜する傾斜部とし、側面視において、傾斜基端部から先端を次第に薄く形成し、かつ傾斜基端部はその回転半径上に設定され、平面視において、プロペラ翼における押出面を、前縁から後縁へかけて直線状に下流方向へ傾斜させ、その押出面の傾斜基端部を基点として、傾斜部の先端が回転軸心方向に向いて傾斜している横軸プロペラ。

（２） 前記傾斜部の押出面と連接する面は、プロペラ翼本体の押出面に対して、10度〜45度の範囲で、傾斜基端部を基点として傾斜している前記（1）に記載の横軸プロペラ。

（３） 前記傾斜部の傾斜基端部は、プロペラ翼の最大弦長部である前記（1）または（2）に記載の横軸プロペラ。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の横軸プロペラは、プロペラ翼の先端部が、翼端部に設けた最大弦長部の押出面を基点として、下流方向へ傾斜した傾斜部とされているので、回転に伴い、傾斜部で押出される流体は、傾斜している方向へ高速で押出されるので、流体が出力軸方向へ集合して強い流体となる。
従って、流体が風であれば、扇風機や換気扇などから高速風を出すことができる。流体が水であれば、強い水流が発生し、高い推進力を得ることができる。

前記(2)に記載のプロペラ翼の傾斜部は、本体の押出面に対して１０度〜４５度の範囲で傾斜しているので、回転に伴い、傾斜面に対して直交する方向へ向いて流体が押出され、流体の交叉点域に強い流体圧を作ることができる。

前記(3)に記載の横軸プロペラでは、傾斜基端部である最大弦長部が、その回転半径上に設定されているので、最大弦長部が回転時に抵抗になりにくい。

本発明を図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る横軸プロペラの背面図、図２は、プロペラ翼部分の側面図、図３は、図２における平面図、図４は、図２におけるＡ−Ａ線断面図、図５は、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。

図において、横軸プロペラ(1)は、例えば船舶の推進機用で、プロペラ軸（4）に固定したボス(2)に、プロペラ翼(3)が複数(図では３枚）固定されており、矢示方向へ回転させられ、押出面（3ｂ）で流体を押出すようになっている。
プロペラ翼(3)は、翼根部(3a)の弦長は小で、先端部は、弦長が、回転半径の約７０％と大である最大弦長部(3d)とされている。

図に示すように、側面視において、プロペラ翼(3)は、先端部が下流方向へ傾斜する傾斜部(3c)とされ、プロペラ翼（3）の厚さは、翼根部(3ａ)から傾斜部(3c)の傾斜基端部(3d)まではほぼ同厚とし、傾斜基端部(3d)から先端へかけて次第に薄く形成されている。
傾斜部(3c)の傾斜角度は、プロペラ軸（4）の軸心線（Ｌ）と直交するプロペラ翼の押出面（3b)に対して10度〜30度、好ましくは15度〜20度である。

ただし、弦長が大であれば、傾斜部(3c)の傾斜角度は45度までとされる。傾斜部(3c)の傾斜基端部(3d)は、最大弦長部(3d)とされ、その回転半径上にある円弧状とされているので、回転時における流体の抵抗は小さい。

図４、図５に示すように、プロペラ翼(3)は、押出面(3b)における図の右端である、回転方向の前方向にあたる前縁(3e)は、図の左方である回転方向の後方向にあたる後縁(3f)よりも上流方向へ傾斜しており、プロペラ翼(3)の翼根部分よりも先端の方が、押出面(3b)の傾斜度は緩やかとしてある。これは、厚さがほぼ一定で、翼根部の弦長が小、先端部の弦長が大であるためである。

以上のように構成された、この横軸プロペラ(1)を回転させると、図６に示すように、傾斜部(3c)によって後方へ押出される傾斜流体(ａ)は、軸心線(Ｌ)に向かって集合することとなる。

図６において、垂直な押出面(3b)で押出される水平の流体(ｂ)に対して、傾斜部(3c)によって押出される求心方向の傾斜流体(ａ)は、回転周速の大きい翼端ほど時間的に早く押出される。

そのため、図６において、水平流体(ｂ)に対して、傾斜して合流する傾斜流体(ａ)は、斜め外方から水平流体(ｂ)に流体圧をかけることになる。
従って、このプロペラ翼(3)をスクリューとして使用すると、図６におけるＸ矢示の常圧の水圧があるため、傾斜流体(ａ)は、この水圧の反動として、横軸プロペラ(1)を前方向へ押すことになり、推進力が高まる。

図６において、傾斜部(3c)は、プロペラ軸（4）と直交するプロペラ翼３に対して傾斜しているため、周辺の流体をＡ矢示方向へ直接呼び込み、点Ｏ−ＰよりもＰ−Ｑの長さが長いので、ＰＱーＯＰだけ余分に、傾斜流体(ａ)が水平流体(ｂ)に対して、流体圧をかけることになる。

しかして、図１でわかるように、傾斜部(3c)の弦長は大であり、かつ遠心部にあるため、プロペラ軸(4)に近い部分よりも高速の周速で回転し、高速の傾斜流体(ａ)は、水平流体(ｂ)を円錐状に包み込んでＸ矢示の常圧水に当り、横軸プロペラ(1)の直径を有する垂直の円の面積に対して、横軸プロペラ(1)の直径を有する円の円錐面の面積が大きく、横軸プロペラ(1)の推進力として有効に作用する。

図７は、本発明の横軸プロペラの実施例２の背面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して、説明を省略する。
この実施例は、図１の横軸プロペラ(1)と比較して、先端の最大弦長部(3d)の長さが小とされている。
すなわち横軸プロペラ(1)の回転半径に対して、最大弦長は５０％、翼根部3aの弦長は３０％としてあり、高速回転に適している。

最大弦長部(3d)は、その回転弧に沿って形成され、最大弦長部(3d)の、押出面（3b）を基点として、先端部が下流方向へ約45度傾斜する傾斜部(3c)としてある。すなわち最大弦長部(3d)が、図１のものより小であるのに対して、傾斜部(3c)の傾斜角度が大とされている。

プロペラ翼(3)は、中央線(S)の左右が均等に配分され、傾斜部(3c)は、前縁部(3e)（図の左方）の面積を広く、後縁部(3f)（図の右方）は次第に狭く形成されている。

また、図９に示すように、プロペラ翼(3)の押出面(3b)における、基部の傾斜面は、プロペラ軸(4)と直交する前縁(3e)に対して約17度の傾斜で、先端になるに従って、緩やかに形成されている。

以上のように構成された実施例２において、横軸プロペラ(1)が正回転すると、図８において、傾斜部(3c)でａ矢示傾斜流が生じ、ｂ矢示水平流を押さえる反動として、推進力が大きくなる。

図１０に示すように、プロペラ翼(3)の前縁(3e)と後縁(3f)との間には、翼厚同等分のギャップ(α)がある。
従って、３枚のプロペラ翼(3)を有する横軸プロペラ(1)が１回転させると、３αの幅相当分の流体が押される。

この実施例２は、弦長が短く、回転方向に対する押出面(3b)の傾斜角度（迎角）が小であるので、高速回転をさせることができる。また、翼根部3aにおける渦流が小さいので、水面の波立ちが生じにくく、そのため水泡が生じない。
更に傾斜部(3c)により押出流が拡散されず、プロペラ軸（4）方向へ集合するため、押出流が水面に波を立てず、水泡が生じない。

回転が円滑で波を立てないので、プロペラ翼(3)の回転音(撹拌音)が静かである。また、傾斜部(3c)により、押出効率が良いので、原動機を小型にすることができる。更に、低速回転でも推進力が優れ、前記回転音の静かな点と併せて、潜水艦に適している。

図１１は、本発明の横軸プロペラの実施例３を示す側面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例３は、プロペラ翼(3)全体が、翼根部3aから、垂直に対して下流方向へ傾斜しているものである。更に先端部が下流方向へやや大きく傾斜する傾斜部(3c)とされている。

このように構成された、この横軸プロペラ(1)の回転に伴って、傾斜部(3c)によって送り出される流体は、ａ矢示方の求心方向を向き、基部の傾斜面から送り出される流体はｂ矢示の水平方向を向いて、ａ矢示流体は、ｂ矢示流体を包み込むようにして、軸心線（Ｌ）を中心として円錐形状に押出される。

従って、図１に示す横軸プロペラ(1)よりも、実施例２の横軸プロペラ(1)の方が、傾斜部(3c)によるａ矢示流体が、早く軸心線（Ｌ）とに交わり、横軸プロペラ(1)の流体押出し力が高まる。
この実施例３は、前記図１、図７のものにも応用することができる。また、これらの横軸プロペラ(1)は、扇風機、換気扇などに応用することができる。

図１２は、横軸プロペラの実施例４の側面図、図１３は、その平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例４では、側面視においてプロペラ翼(3)は、全体的に上流側へ緩く傾斜しており、かつ、先端部が下流側へ大きく傾斜する傾斜部(3c)とされている。

図１３に示すように、プロペラ翼(3)の押出面(3b)の前縁は膨出している。従って、横軸プロペラ(1)が回転すると、前縁(3e)に負圧が生じて回転推力が生じる。図１２において、傾斜部(3c)によってａ矢示流が生じ、押出面(3b)により生じるｂ矢示流を、軸心方向へ押す。

傾斜部(3c)は、回転時の遠心部にあるため、プロペラ翼(3)の翼根部（3a）よりも回転周速が速い。そのため、傾斜部(3c)によって軸心（Ｌ）方向へ押されるａ矢示流は、ｂ矢示流よりも早く静圧流体Ａに接して、ｂ矢示流を囲む。

またプロペラ翼(3)は、全体的に上流側へ傾斜しているため、ｂ矢示流は、早くａ矢示流体と合流して、静圧流体Ａに突当るため、流体の押出し力が高まる。
更に傾斜部(3c)は、斜め外方からも流体を引込み、回転中心よりも速度が早いため、押出量は大きく、流体押出し力は高められる。

図１４は、横軸プロペラの実施例５の側面図、図１５は、その平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。この横軸プロペラ(1)は、プロペラ翼(3)の傾斜部(3c)を、上流方向へ傾斜させて形成されている。

回転時において、プロペラ翼(3)の前縁(3e)に当る流体は、傾斜部(3c)により、基部の方へ押されて、後縁(3f)から後方へ流れる。すなわち、傾斜部(3c)は遠心部にあって、回転周速が大であるから、傾斜部(3c)で掻き集められた流体は、傾斜基端方向へ滑って後縁方向へ抜けて、押出面(3b)で押出される流体と合流して、推進力になる。

この傾斜部(3c)は、流体を軸心線（Ｌ）方向へ寄せる作用があり、軸心域に集合して後縁方向へ抜ける流体は、プロペラ翼(3)を回転方向へ反動として押し、回転力の増大に寄与する。

qs
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、目的に沿って適宜設計変更をすることができる。用途として、例えば水力発電機に応用することができる。各実施例は、相互に組合わせることができる。

この横軸プロペラは、流体を軸心方向へ集合させて、下流へ押出すことができ、押出力が向上するので、小型で高能率のものとすることができ、推進機、送風機等に有効に利用することができる。

本発明に係る横軸プロペラの実施例１の背面図である。 図１の横軸プロペラの側面図である。 図２における平面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１の横軸プロペラの作用を示す側面図である。 本発明に係る横軸プロペラの実施例２の背面図である。 図７の側面図である。 図７の平面図である。 プロペラ翼の要部平面図である。 本発明に係る横軸プロペラの実施例３の側面図である。 本発明に係る横軸プロペラの実施例４の側面図である。 図１２における平面図である。 本発明に係る横軸プロペラの実施例５の側面図である。 図１４における平面図である。

(1)横軸プロペラ
(2)ボス
(3)プロペラ翼
(3a)翼根部
(3b)押出面
(3c)傾斜部
(3d)傾斜基端部（最大弦長部）
(3e)前縁
(3f)後縁
(4)プロペラ軸
（ａ）傾斜流
（ｂ）水平流
（Ｌ）軸心線

Claims (3)

1. 流体用横軸プロペラにおけるプロペラ翼の先端を、下流方向へ傾斜する傾斜部とし、側面視において、傾斜基端部から先端を次第に薄く形成し、かつ傾斜基端部はその回転半径上に設定され、平面視において、プロペラ翼における押出面を、前縁から後縁へかけて直線状に下流方向へ傾斜させ、その押出面の傾斜基端部を基点として、傾斜部の先端を回転軸心方向に向けて傾斜させていることを特徴とする横軸プロペラ。
2. 前記傾斜部の押出面と連接する面は、プロペラ翼本体の押出面に対して、10度〜45度の範囲で、傾斜基端部を基点として傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の横軸プロペラ。
3. 前記傾斜部の傾斜基端部は、プロペラ翼の最大弦長部であることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸プロペラ。

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