JP5390387B2 - 安全プロペラ - Google Patents

Description

本発明は、安全プロペラに関する。
本発明は、特に船舶用安全プロペラに適しているが、これに限定されるものではない。
「船舶」という用語は、船外モータが装着される付属船又は補給船程度の小型船から；船内／船外モータを備えたレジャー用ボート及び高速モータボート；貨物船、タンカー、及び軍用艦艇等の大型船までを含む。

回転する船舶用プロペラは常に、これらのプロペラと接触する人間（例えばスキーヤー）又は動物（例えばジュゴン又は他の海洋動物）にとって危険源であった。
また、浅水において、プロペラの羽根は、河床、湖底、又は海底を掘り返しがちであり、プロペラを破損させると共に、これらの底への環境破壊を引き起こす。

問題を最小にするための解決法の一つは、羽根の前縁と障害物との間の接触を阻止又は最小にするために、羽根の先端の周りに、連続的又は断続的なリングを有する所謂「リングプロペラ」の開発であった。しかしながら、このリングプロペラは概して、逆方向に作動させられた時に、性能が著しく低下する。

本発明の目的は、好適には船舶用の安全プロペラを提供することであり、プロペラの羽根の前縁による障害物への被害を最小にする。
本発明の好適な目的は、安全部材が、羽根の前縁と一体形成或いは羽根の前縁に嵌合される安全プロペラを提供することである。

本発明の更なる好適な目的は、従来のプロペラと比較された時に、プロペラの性能に対するマイナス効果が、たとえあるとしても僅かであるプロペラを提供することである。
更に別の好適な目的は、羽根が障害物に突き当たった場合に、たとえあるとしても羽根への損傷が最小であるプロペラを提供することである。

更に別の好適な目的は、プロペラの性能を最大にするために、羽根に耐キャビテーション溝を備えたプロペラを提供することである。
本発明の別の好適な目的は、以下の説明から明白になる。

一態様において、本発明は、ハブ及び複数の羽根を有する種類の、好適には船舶用安全プロペラに関し、各羽根は、ハブに隣接する基端から、ハブから離間する先端に延出する前縁を有し、夫々の安全部材が、各羽根の前縁の長さの少なくとも５０パーセントに亘って設けられ、各安全部材は、前縁よりも大きい厚み及び／又は高さを有し、また安全部材の少なくとも一部は、羽根のスラスト面、即ち駆動面から、プロペラの回転方向前方に延出する。

ＮＢ：（ハブの後端から見た時に）右回りに回転するプロペラでは、羽根の各スラスト面、即ち駆動面上の安全部材は、プロペラの後端へ向かうように見える。
好適には、安全部材は、羽根の前縁の全長の５０パーセントよりも長く延出すると共に、安全部材が設けられていない前縁の残りの部分よりも先に安全手段が障害物に突き当たるように、より大きな高さを有する。

安全部材は、前縁上に一定の高さを有してよいが、羽根の先端へ向けて、相対的に高さが増加してもよい。
安全部材は、前縁と実質的に平行な、或いは前縁と一直線に整列させられた中心軸を備えて配置されてもよいが、中心軸は、羽根の基端から先端に向かう方向に羽根の前縁を次第に導くのが好ましい。

好適には、安全部材は、羽根の隣接部まで、平滑に輪郭がつけられる。
安全部材は、羽根に（例えば溶接又はろう接によって）据え付けられ、或いは羽根と一体形成されてよい。

安全部材の羽根前縁と相対的な高さ、安全部材の羽根厚みと相対的な厚さ、及び／又は安全部材の中心軸が羽根前縁に至る相対角度は、安全プロペラの特定の使用目的に適するように変えられてよい。

好適には、少なくとも１個の耐キャビテーション溝が、各羽根に設けられる。
各キャビテーション溝は、平面視において、円形、正方形、矩形、又は変形矩形（即ち、半円端を備えた矩形）形状であってよい。

好適には、耐キャビテーション溝の側壁又はその各々は、プロペラの回転軸と実質的に平行に延出する。
第２態様において、本発明は、ハブ及び複数の羽根を有する種類の、好適には船舶用プロペラに関し、各羽根は、ハブに隣接する羽根の夫々の基端から、ハブから離間させられた先端に延出する夫々の前縁及び後縁を有し、少なくとも１個の耐キャビテーション溝は、各羽根を貫通し、羽根の夫々の前縁及び後縁から離間して延出する。

耐キャビテーション溝又はその各々は、平面視において、円形、正方形、矩形、変形矩形（即ち半円端を備えた矩形）、又は他の形状であってよい。
好適には、各耐キャビテーション溝の側壁又はその各々は、ハブの回転軸と実質的に平行に位置する。

好適には、耐キャビテーション溝又はその各々は、ハブにおいて測定されると、羽根の前縁と後縁との間の距離の少なくとも５０パーセントの間隔があけられている。
好適には、耐キャビテーション溝又はその各々は、ハブから羽根の先端までの距離の２０パーセントから７０パーセントの間隔があけられる。

好適には、正方形、矩形、及び変形形状の耐キャビテーション溝では、耐キャビテーション溝の対向側壁は、ハブから実質的に半径方向に延びる溝の中心軸と実質的に平行に延出する。

第３態様において、本発明は、第１態様の安全プロペラに第２態様の耐キャビテーション溝を組み入れている。
本発明が完全に理解され得るように、好適な実施形態を、添付の図面を参照しつつ、以下に説明する。

本発明に係るプロペラの第１実施形態の前面図。 本発明に係るプロペラの第１実施形態の後面図。 第１実施形態の斜視図。 第１実施形態の側面図。 １個の羽根のＡ−Ａ線からＥ―Ｅ線における断面夫々を示す第１実施形態の前斜視図。 本発明に係るプロペラの第２実施形態の前面図。 第２実施形態の斜視図。 第２実施形態の側面図。 図８のａ−ａ線における断面図。 第２実施形態の耐キャビテーション溝の３個の代替形状を示す前面図。

図１から図５に示される第１実施形態において、「規格品（ｏｆｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｆ）」プロペラは、本発明の安全部材を組み入れるように変形させられた３個の羽根各々を有している。

当業者であれば容易に理解できるが、安全部材は羽根と一体的に造られてよく、また、プロペラにおける羽根の数、寸法、及び形状は、本発明に従い製造される特定の安全プロペラの使用目的に依存する。

図示される特定の実施形態において、プロペラ１０は、３個の等しく間隔があけられた羽根４０を備えたハブ２０を有しており、以下に更に詳細に説明される。
ハブ２０は、後端２２へ向けて外方に張り出した外側管状体２１を有する。

内側管状体２３は、３個の間隔があけられたリブ２４によって、外側管状体２１に連結されており、外側体２１、内側体２３、及びリブ２４は、ハブ２０を通る３個の排気通路２５を画定する。

内側体２３は、管状制振体２６を有しており、適当な動力源（例えば船外モータ／船内／船外駆動体、或いは船内モータの駆動軸又はプロペラ軸）の出力軸（図示なし）に取り付け可能な溝付管状駆動体２７を支持する。

各羽根４０は湾曲状前縁４１を有しており、ハブ２０に隣接する基端４２と、羽根４０の周縁部にある先端４３とを備え、先端４３は羽根の後縁４４に至る。
凹部４５は、羽根の前縁４１において、前縁の全長の約７０〜８０パーセントに亘って加工される。以下に説明される特定の例において、凹部４５の深さは、約４〜５ミリメートルであり、以下に説明される安全部材５０は、直径６ミリメートルのロッド即ち円柱状体から形成される。

当業者であれば理解できるように、凹部４５の深さは、例えば１ミリメートル程度の深さでもよく、そのため、羽根４０の前縁４１に対する安全部材５０の相対高さは、安全部材５０が特定の厚み又は直径の材料から作られる時に、特定の使用目的に適するように変えられてよい。

本例の安全部材５０は、凹部４５に載置される所定長さの直径６ミリメートルのアルミニウムロッドから形成され、また安全部材５０の中心軸は、基端４２から先端４３の方向において、羽根４０の前縁４１の前方へ連続して進む。（以下に説明されるように、側面視において、安全部材５０は、羽根４０のスラスト面、即ち駆動面の後方に、即ちハブ２０の後端２２に向かって延出する）。

反回転プロペラでは、プロペラは、図示されるプロペラの「鏡像」である。
安全部材５０の中心軸は、基端４２から先端４３への方向において、羽根４０の前縁４１から連続して延びることが好ましいが、これは本発明には必須ではなく、また中心軸は、羽根の前縁４１と平行であり、或いは前縁４１と一直線に整列させられてもよい。

図面の図１から図５に示される第１実施形態のプロペラで行われた実験において、変更前のプロペラと比較すると、前方向における性能損失はなかった（また実際のところ、速度の極僅かな増加があった）。また、逆方向に作動した時に、変更プロペラにおいて、たとえあったとしても僅かな効率損失が存在した。

好適には、安全部材５０の輪郭は、安全部材５０に隣接する羽根４０の輪郭に「調和させられ」或いは「合うように形成される」。
本実施形態の安全部材５０は、中実ロッドから製造されているが、例えば挽材（ｔｉｍｂｅｒ）又はＵ字断面材料から製造されてもよい。

当業者であれば容易に理解できることであるが、安全部材５０は、製造時に各羽根と一体形成されてもよい。
安全部材５０は、プロペラと同じ材料、例えば金属（例えばアルミニウム）、樹脂（繊維強化されてよい）「ケブラー」（商標名）、炭素繊維、又は他の適当な材料から製造されてよく；或いは、例えば衝撃強さについて選択された材料から作られてもよい。

極めて浅い水中で行われた実験において、羽根４０は水底に食い込むことなく、また、プロペラ１０は、より深い水中に到達するまで、底の上方を「歩くように進む」傾向にあることが分かった。また、たとえあるとしても僅かな羽根４０（又は安全部材５０）への損傷が見られたが、プロペラ１０のアンバランス又は潜在的な羽根の破損部位が最小であった。

安全部材５０は、各羽根４０の前縁の全長に亘って設けられ得るが、安全部材５０は、前縁４１の安全部材以外の部分が障害物と接触する前に、障害物に突き当たるように、前縁４１の一部に沿って延出するのが好ましい。

望ましくは、安全部材５０は、羽根４０の先端４３を越えて延出し、ひいては後縁４４に沿って短い距離だけ延出してもよい。
図６から図９は、プロペラ１１０の第２実施形態を示しており、（ハブ１２０の周りの）３個の羽根１４０は、略直線状の後縁１４４を有する。

安全部材１５０は、各羽根１４０の前縁１４３に沿って、図１から図４の第１実施形態を参照して上記に説明されたように延出する。
図７及び図８に示されるように、安全部材１５０は、側面視において、羽根１４０の前縁１４３からハブ１２０の後端１２２に向かって延出するように、各羽根１４０のスラスト面、即ち駆動面１４９から延出する。

本実施形態において、夫々の耐キャビテーション溝１６０が、各羽根１４０において、前縁１４３と後縁１４４との間の略中間点に、またハブ１２０から半径方向約５０パーセントの距離に設けられる。

各耐キャビテーション溝１６０は、ハブ１２０の中心線（即ち回転軸）に対して略放射状に延びる長手軸を有する。
本実施形態において、各耐キャビテーション溝１６０は、変形矩形形状を有し、平行な側壁１６１，１６２は、半円形端壁１６３，１６４によって相互に連結される。

図９に示すように、側壁１６１，１６２は、ハブ１２０の中心線と実質的に平行に位置すると共に、羽根１４０の対向面に対して傾斜する。
本実施形態に係るプロペラ１１０に関して行われた試験において、このプロペラは、広範囲な作動状態において、たとえあるとしても僅かなキャビテーションを受け、それ故、キャビテーション、例えば高エンジン回転数又は突然の加速時等に起因する性能損失が最小になることが分かった。また、プロペラは、逆転時に優れた性能を有する。

図１０は、矩形（２６０）、正方形（３６０）、及び円形（４６０）を含む耐キャビテーション溝の代替形状を示す。
図示されていない別の代替物において、キャビテーション溝は、「鉤形状」であってよく、また羽根の形状に従ってもよい。

羽根１４０，２４０，３４０，４４０上における耐キャビテーション溝１６０，２６０，３６０，４６０の寸法、形状、及び位置は、特別に意図された位置に適するように変えられ得る。

また、耐キャビテーション溝の側壁は、羽根の対向面に対して、前方又は後方に傾斜させられてよく、或いは直交してもよい。
プロペラ１１０は、操作において安全であって、既存のプロペラと比較して、性能の損失がない、或いは性能が改良されたプロペラを提供するという、耐キャビテーション溝１６０を備えた安全部材１５０の２つの利点を有する。

説明及び図示される実施形態には、添付の請求項において定義される本発明から逸脱することなく、様々な変更及び変形がなされてもよい。

Claims (9)

1. ハブ及び複数の羽根を有する船舶用安全プロペラであって、各羽根は、前記ハブに隣接する基端から、該ハブから離間した先端へ延出する前縁及び後縁を有しており、
   安全部材であって、前記羽根の前縁の全長の５０パーセントよりも長く延出すると共に、前縁よりも厚みを有し、また、該安全部材が設けられていない前縁の残りの部分よりも先に該安全部材が障害物に突き当たるような高さを有し、更に、前記羽根の先端へ向けて相対的に高さが増加する安全部材を備え、
   前記安全部材の少なくとも一部は、前記羽根のスラスト面、即ち駆動面から、前記プロペラの回転方向前方に延出することと、
   前記安全部材は、前記羽根の隣接部まで平滑に輪郭が形成されることとを特徴とするプロペラ。
2. （前記ハブの後端から見たときに）右方向に回転するプロペラに対して、前記羽根の各スラスト面、即ち駆動面上の安全部材は、前記ハブの前端へ向けられるように見えることを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
3. 前記安全部材は、前記羽根に取り付けられること、及び該羽根と一体形成されることのいずれかの状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロペラ。
4. 少なくとも１個の耐キャビテーション溝が、各羽根に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプロペラ。
5. 各耐キャビテーション溝は、平面視において、円形、正方形、矩形及び変形矩形形状のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のプロペラ。
6. 前記耐キャビテーション溝の側壁は、前記羽根を貫通して、前記プロペラの回転軸と平行に延出することを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。
7. 各耐キャビテーション溝の側壁は、前記ハブの回転軸と平行に位置することを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。
8. 前記耐キャビテーション溝は、前記羽根の前縁と後縁との間の中間点で、ハブから羽根の先端までの径方向の距離の少なくとも５０％の距離ハブから離間することを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。
9. 正方形、矩形、及び変形形状をなす前記耐キャビテーション溝に対して、該耐キャビテーション溝の対向側壁は、前記ハブから半径方向に延びる該溝の中心軸と平行に延出することを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。

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