JP6600119B2 - 船舶用プロペラおよびハブキャップのハブへの取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、新規な船舶用プロペラおよびハブキャップのハブへの取り付け方法に関する。より具体的には、本発明は、固定ピッチプロペラおよび制御可能ピッチプロペラの両方に関連して使用するハブキャップに関する。

船舶の推進装置は、通常、ハブと、そのハブに配置されたプロペラブレードとを備えている。ハブは駆動手段を含み、駆動手段は、例えば、駆動軸、アングルギア、トランスミッション、または電気式もしくは油圧式駆動装置であり得る。プロペラは、いわゆる固定ピッチプロペラ（ＦＰＰ）または制御可能ピッチプロペラ（ＣＰＰ）とすることができる。前者は環状ハブ本体に固定されたブレードを有し、後者はブレードのピッチを制御する手段に配置されたブレードを有し、制御手段は推進ユニットのハブ内に配置されている。

プロペラブレードのピッチを制御する手段は、ハブ内に配置された実際の機械的回転装置と、その機械的回転装置を作動させる手段とを含む。機械的回転装置は、各プロペラブレード用のクランクリングを備える。

基本的に２つのタイプの作動手段、すなわち機械的なものと油圧（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）のものとがある。機械的なものは、駆動手段からハブの内側へ、駆動シャフトの中央ボアに沿って延びるロッドを含む。油圧作動手段に関して、ハブの内側の可動部材は油圧シリンダ内のピストンとして働くように構成されている。

プロペラに関する問題は、プロペラブレードの根元部が比較的大きな直径で構成されていることである。ハブの直径が大きいと、プロペラハブが流体力学的に非効率的な物体を形成することになるが、これはプロペラブレードから出る流れが、ハブの下流の開放キャビティを満たさなければならないからである。換言すれば、ハブの直径に対応する直径を有する実質的に放射状の面で終わっているハブは、ハブの下流側に減圧領域を作り出す。これは実際には、プロペラの推力と反対方向の力が生じること、すなわちプロペラの正味推力が減少することを意味する。水が開放された空洞を満たす時、いわゆるハブ渦が発生する。渦がキャビテーションを起こし始めるとき、すなわち渦の中に気泡を形成するとき、ハブ渦はよりはっきりした形で見ることができる。ハブ渦の実際的な問題は、それがプロペラの作用可能な推力を大幅に減少させるということである。当然のことながら、この問題は、それらのハブの直径が大きいために、制御可能ピッチプロペラにおいてより大きな規模で見られる。

ハブ渦に関する問題は、ハブの下流端にハブキャップを配置し、ハブキャップ上にフィンを配置し、ハブキャップとフィンがプロペラと共に回転することによって解決しようと試みられてきた。このような構成により、平均２〜３％、プロペラの推力が増加し、あるいは燃料消費量が減少した。ハブキャップはハブの円筒形の延長部であってもよいが、通常は収束する延長部である。収束は円錐形でも曲線形でもよい。

プロペラが固定ピッチ型、または時には制御可能ピッチ型であるとき、同時係属中の特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０５８３１１号に記載されているように、ハブキャップはその内側からハブの端部まで容易に固定され得る。しかし、プロペラが油圧作動手段を有する制御可能ピッチプロペラであり、それらの油圧シリンダが、ハブと一体部分として、またはハブの後端部に取り付けられた別部品として、プロペラハブの後端部、すなわちハブの駆動端部の反対側端部、またはハブの前端部に配置されているとき、さらに問題が現れる可能性がある。ブレードの根元部におけるハブ半径が油圧シリンダの外径より明らかに大きいので、ハブキャップは、好ましくは、ハブ後部の最大直径から収束する多少なりとも流線型の表面により、半径方向の差をカバーするように構成される。しかし、ハブキャップを外面または油圧シリンダの端部に近接させることは流体力学的に効率的であるので、ハブキャップを内側から固定するための余地はなく、固定はハブキャップの外側から構成する必要がある。同じ問題は、機械的作動手段を有する制御可能ピッチプロペラにおいても見ることができる。言い換えれば、ハブ本体は、その後端部において、ハブ本体の他の部分の直径よりも小さい直径を有する軸方向延長部を有し、この軸方向延長部は、ハブキャップの内部を満たす。

例示的な従来技術の構成（例えば図１参照）によれば、ハブキャップはその外面にフィンが設けられた収束部から形成されている。ハブキャップの収束部は、ハブの後端部に面する端部に、ハブキャップをハブに固定するために使用されるボルトまたはねじのための孔を備えた内方に延びるフランジを有する。したがって、ハブキャップの固定は、ハブキャップの内側から容易に行うことができる。しかしながら、ハブキャップの内部がハブ本体の軸方向の広がりで多かれ少なかれ満たされると、内側からのハブキャップの固定は不可能である。

したがって、本発明の目的は、簡単な構造を有し、製造コストを低くすることができる新規なハブキャップを設計することである。

本発明の他の目的は、軽量構造および設置容易な新規なハブキャップを設計することである。

本発明のさらに別の目的は、ハブキャップの外側からハブの後端部に固定することができる新規なハブキャップを設計することである。

本発明のさらに別の目的は、既存のプロペラに最新のハブキャップを提供する可能性を提供することである。

本発明の目的の少なくとも１つは、船舶用のプロペラであって、ハブ本体を有するハブと、プロペラブレードと、前記ハブ本体の後端部に取り付けられ、フィンが設けられた外面を有するハブキャップとを有し、前記ハブキャップは、前記ハブ本体と同軸の別個の円形接続リングによって前記ハブ本体に固定される、プロペラによって満たされる。

本発明の目的の少なくとも１つは、プロペラのハブの後端部にハブキャップを取り付ける方法であって、前記プロペラは、ハブ本体を有するハブと、プロペラブレードと、フィンを備えた外面と、内径を有する内面とを有するハブキャップとを有し、前記方法は、
ａ） 前記ハブキャップの内径に等しい外径を有する円形の接続リングを製造するステップと、
ｂ） 前記ハブキャップに半径方向貫通孔を設けるステップと、
ｃ） 前記接続リングに半径方向に延びる盲孔を設けるステップと、
ｄ）前記接続リングに軸方向貫通孔を設けるステップと、
ｅ） 前記ハブ本体に関連してねじ孔を設けるステップと、
ｆ） ねじ孔にねじ込まれたボルトによって、前記接続リングを前記ハブ本体の後端部に固定するステップと、
ｇ）前記ハブキャップを前記接続リングに取り付けるステップと、
ｈ）前記ハブキャップを前記円形接続リングに固定するために、ダボを前記孔に押し込むステップと、を含む方法により満たされる。

本発明の他の特徴は特許請求の範囲に見ることができる。

本発明は、なかんずく、以下の利点をもたらす：
・単純かつそれにより安価な構造、
・設置がより簡単な軽量構造、
・容易な別個の取付けステップによる容易な取付け。

以下では、添付の例示的な概略図を参照しつつ本発明を説明する。
先行技術の船舶の推進ユニットのハブを示す軸方向断面図である。 本発明の第１の好ましい実施形態による船舶のプロペラのハブを示す軸方向断面図である。 図２ａのハブを示す部分拡大図である。 本発明の第２の好ましい実施形態による船舶のプロペラのハブを示す軸方向断面図である。 図３ａのハブを示す部分拡大図である。

図１は、先行技術による船舶の制御可能ピッチプロペラのハブ１０を示す軸方向断面図である。以下の説明では、定義「船尾」および「前方」は、「船尾」が船舶の船尾端または船尾に面しているかまたは向いている要素または要素の一部を指し、「前方」が船舶の前端または船首に面しているかまたは向いている要素または要素の一部を指すように使用されている。ハブ１０は、ハブ本体１２と、ハブ本体１２の後端にある後端部カバー１４と、ハブ本体１２の前端にある前端部カバー１６と、シリンダヨーク１８と、クランクリング２０と、プロペラブレード２２と、ハブキャップ２４とを備える。ハブ本体１２の前端にある前端部カバー１６は、駆動軸を受ける開口部を有しており、この駆動軸はシリンダヨーク１８の中央の円筒形開口部２６まで延びている。駆動軸（図示せず）には、ハブ本体１２を回転させるために、ハブ本体１２の前端にあるねじ孔２８にボルト締めされたフランジが設けられている。駆動軸には、シリンダヨーク１８を軸方向に移動させるため、シリンダヨーク１８の開口部３０に固定される手段が設けられている。シリンダヨーク１８は、軸方向に移動されるが、プロペラブレード２２のピッチを制御するため、クランクリング２０と協働する。後端部カバー１４は、ボルト３２によってハブ本体１２の後端に固定される。

従来技術のハブ１０のハブキャップ２４は、その前側軸方向端部と後側軸方向端部との間に、その外側表面にフィン３６が固定される収束部３４が形成される。ハブキャップ２４の収束部３４は、その前端部に、ハブの後端部カバー１４に沿って半径方向内向きに延在し、ボルト又はねじ４０によってその上に固定されたフランジ３８を備えている。

ハブキャップの内部がその後端部で開放されているので、ハブキャップをハブ本体の後端部に固定することは容易である。しかし、前述したように、ハブキャップの内部がハブ構成要素、例えばプロペラのピッチを制御する油圧手段で満たされている場合、ハブキャップとハブ本体またはハブキャップの内側からのハブの後端部カバーとの間のインターフェースへのアクセスはなく、ハブキャップの固定は、他の方法でハブキャップの外側から行わなければならない。したがって、ハブキャップをハブ本体の後端部またはハブの後端部カバーに固定するために、以下の２つの実施形態を提案する。

図２は、本発明の第１の好ましい実施形態によるハブの軸方向断面図を示す概略図である。ハブ４０は、例えば、駆動軸４６の端部に配置されたフランジ４４に固定されたハブ本体４２を含む。ハブは、各ブレード４８をそのブレードフット５０を介してそれ自体の回転可能なクランクリング５２に、好ましくはボルトによって固定することにより、回転可能に構成された複数のプロペラブレード４８を有する。ブレードフット５０および／またはクランクリング５２は、ハブすなわち機械的ピッチ制御手段の内部を潤滑するために使用されるオイルが、運転中に、ハブ周囲の水に漏れないように、ハブ本体４２に対してシールされている。

ハブ４０の内部には、ピッチを制御する、またはプロペラのブレード角度を変える、すなわち図１に関連して既に述べたようにブレード角度位置を前方位置と後方位置との間で変える油圧手段が設けられる。駆動軸４６に対向する端部では、ハブ４０は、その半径方向に延びるフランジ５６を介してハブ本体４２の後端部に固定された軸方向延長部、すなわち後端部カバー５４を備えている。後端部カバー５４の内部には、後端部カバー５４の円筒形内部ボリュームを２つの室、すなわち後部油室６０と前部油室６２に分割するピストン５８が設けられている。ピストン５８はシリンダヨーク６４の端部に固定されて、ピストン５８を動かすと、クランクリング５２が回転し、プロペラブレード４８のピッチが変化する。また、図２ａは、フィン６８を有するハブキャップ６６を示し、ハブキャップ６６は固定手段７０によってハブ本体４２に固定されている。

図２ｂは、図２ａの細部Ａ、すなわち固定手段７０を拡大して示している。ハブキャップ６６をハブ本体４２に固定するために、後端部カバー５４をハブ本体４２に固定するボルト７６が使用される。固定手段７０は、ボルト７６の頭部のめねじ付き軸方向孔７８にねじ込まれたスタッドボルト７４によって、ハブ本体４２に同軸に取り付けられた円形接続リング７２から形成されている。円形接続リング７２の外径は、ハブキャップ６６の内径と等しく、円形接続リングは、その機能に適した、すなわちハブキャップをその後端部に支持するために適切である半径方向幅および軸方向厚さを有する。ヘッドレススタッドボルトの代わりに、例えば六角頭付きボルトのような通常のボルトも使用できる。ボルト７６の頭部が後端部カバー５４の後端面の下方に構成されている場合には、距離リング８０を使用して接続リング７２の位置を、スタッドボルト７４および距離リング８０の支持部まで上昇させる。接続リング７２は、スタッドボルト７４にねじ止めされたナット８４およびロックリング８２によって、距離リング８０およびボルト７６の頭部に対して押し付けられている。接続リング７２は、半径方向孔８６、必ずしもそうでなくてもよいが、好ましくは盲孔を有し、これは接続リング７２の外周からその内周に向かって延在している。ハブキャップ６６には、それらの軸線が接続リング７２の孔８６の軸線と一致するように構成された貫通孔８８が設けられている。言い換えると、ハブ本体４２の後端面から孔８６および８８の軸線の距離は同じであり、ハブキャップ６６と接続リング７２の周囲の孔８６と８８の数と位置は同じである。ハブキャップ６６は、孔８８、８６に圧入されたダボ（ｄｏｗｅｌｓ）９０によって接続リング７２に取り付けられている。ハブキャップ６６の孔８８には、孔８８のねじ部９２にねじ込まれるねじプラグ９４用のねじ部９２が設けられている。プラグ９４は、プロペラが作動しているときにダボに作用する遠心力によって、ダボが孔から出るのを防ぐために必要とされる。

ハブキャップ６６をハブ本体４２の後端に取り付ける準備をするとき、ボルト７６の一部または全部に、ボルト７４、好ましくはスタッドボルトを固定するためのねじ山をつけた盲孔７８が設けられる。ハブキャップ６６の内径に対応する外径とボルト７６を覆うように延びる半径方向寸法とを有する接続リング７２には、ボルト７６の盲孔７８を有する、同じ寸法を有する軸方向の孔９６（同じ円周上に同じ間隔で同じ数の孔）が設けられている。接続リング７２には、ハブキャップ６６の半径方向孔８８と好ましくは同じ（だが必ずしもそうでなくてもよい）穿孔段階で、半径方向孔８６も設けられる。

図３ａは、本発明の第２の好ましい実施形態によるハブ４０’およびハブキャップ４２’を示す概略図である。ここで、ハブの基本構造は、本発明に関しては、図２ａおよび図２ｂで説明した第１の実施形態と全く同じである。実際、本発明の観点における唯一の違いは、この実施形態のハブ本体は別個の後端部カバーとしての軸方向延長部を有していないので、すなわち油圧シリンダを含むハブの一部はハブ本体４２’の一体部分であるので、ハブ本体４２’に見ることができる。いずれにしても、ハブキャップ６６’は、図３ｂに拡大して示されている、詳細Ｂに示されている固定手段７０’によって、ハブ本体の後端部に固定されている。

図３ａのハブ本体４２’の後端にハブキャップ６６’を取り付ける準備をするとき、その外径がハブキャップ６６’の内径に対応し、半径方向と軸方向の両方に十分な厚さを有するように、接続リング７２’を製造する。その後、接続リング７２’には、好ましくは、しかし必ずしも必要ではないが、例えば接続の軸から同じ半径上に互いに１８度離れて配置された２０個の孔からなる所望の数の軸方向貫通孔９６’が設けられる。次に、距離リング７２’の外周には半径方向の盲孔８４’が設けられる。やはり、孔８６’は、必ずしも必要ではないが、距離リング７２’内に等間隔であることが好ましい。次に、接続リング７２’を孔あけテンプレートとして使用するためにハブ本体４２’と連通させる。接続リング７２’には、ハブ本体４２’に対してリング７２’を集中させるための少なくとも３つの特定の位置合わせツールが設けられており、ハブ本体４２’に軸方向盲孔７８’が穿孔されている。これにより接続リング７２’の孔９６’とハブ本体の孔７８’は互いに一致することが保証される。そして最後に、ハブ本体４２’の盲孔７８’にねじが切られる。

ハブキャップ６６’の取り付けを開始するために、接続リング７２’を、所望ならば固定リングと共に、ボルト７４’によってハブ本体４２’に固定する。次に、場合によっては接続リング７２’内の半径方向盲孔８６’の穿孔と同時に、半径方向貫通孔８８’を備えたハブキャップ６６’を接続リング７２’上に位置決めし、ダボ９０を孔８８’および８６’にプレスする。その後、ねじ部９２’を備えたハブキャップ６６’の孔８８’を、ねじプラグ９４’で閉じ、好ましくは後部ハブキャップ６６’に対してＯリングでシールする。プラグ９４’は、一方では、水が孔に入り込んで孔および／またはダボを腐食するのを防止し、他方では、プロペラが作動しているときにダボに遠心力が作用して、ダボが孔から出るのを防止するために必要である。

ハブキャップは、ハブ本体とは反対側の反対側端部、すなわち後端部が全く閉じられないように、ハブ本体の後端部に取り付けられるが、開放内部を有する切頭収束シェルの一般形状を有する。しかし、ハブキャップの内部は、その大部分において、軸方向の延長部、すなわちハブ本体の後端部カバーまたはハブ本体自体によって閉じられている。第１の選択肢によれば、ハブキャップの軸方向長さは軸方向延長部のそれよりも小さい。言い換えれば、ハブキャップは軸方向延長部を部分的にしか覆わず、それによりハブキャップはその後端部でそれ自体と軸方向延長部との間にギャップを残し、そのギャップは、好ましくは、しかし必ずしもそうではないが、１０〜３０ｍｍ程度であり、好ましくは約２０ｍｍである。このようなギャップの主な理由は、少なくとも軸方向の延長部、場合によってはハブキャップも鋳造によって作られ、そのため表面の質がより近いギャップを許容しないことである。さらに、そのようなギャップは、自由な水の循環、すなわちハブキャップの内部の効率的なフラッシングを確実にするために適切であると考えられる。

第２の選択肢によれば、ハブキャップは、軸方向延長部の軸方向全長にわたって延在し、それによって上記と同様のギャップが軸方向延長部とハブキャップとの間に残される。第３の選択肢によれば、ハブキャップは、軸方向延長部よりもハブから遠くまで延在している。そのような場合にも、ハブキャップの内面と軸方向延長部の最外縁との間に同様のギャップが残る。

言うまでもなく、様々な任意的構成に関して、図２ａおよび図２ｂの接続リング７２をハブ本体４２の後端部に、すなわち固定ボルト７６に締結するために使用されるスタッドボルトは、通常の六角頭ボルトに置き換えられてもよく、それによって、ハブ本体の後端部への接続リングの設置を容易にするための１つ以上の別個のガイドピンの使用が好ましい。当然、ガイドピンはスタッドボルトの使用に関連して使用されてもよい。また、言うまでもなく、ダボ９０および９０’は、ハブキャップをハブから取り外すときにダボの取り外しを容易にする中央ねじ付き盲孔その他の適切な手段を設けるのが好ましい。さらに別の代替案は、接続リングに対してハブのギャップを締め付けるために、ダボおよびプラグの代わりにボルトを使用することである。そのような場合、接続リングにねじ山を使用することが好ましい。本発明のさらなる実施形態によれば、接続リングは、締付けボルト用の少なくとも２つの孔を含むリングセクタと交換するか、または各締付けボルト用に１つずつ別々の接続部材と交換することができる。しかし、ハブ本体と同軸の、接続リング、セクターまたは別々の接続部材、あるいは実際にはそれらの外周面を位置決めする観点から、完全一体型リングの使用は、その位置決めが容易なため、最も好ましい選択肢である。

本発明を、現時点で最も好ましい実施形態であると考えられるものに関連して例として本明細書中に説明したが、言うまでもなく本発明は開示された実施形態に限定されず、添付した特許請求の範囲に規定したように、本発明の範囲内に含まれるその特徴の組合せまたは修正、および他のいくつかの応用をカバーするものである。そのような組み合わせが技術的に実現可能である場合、上記の任意の実施形態に関連して述べられた詳細は、他の実施形態に関連して使用されてもよい。

Claims (20)

1. 船舶用のプロペラであって、
   ハブ本体を有するハブと、
   プロペラブレードと、
   前記ハブ本体の後端部に取り付けられ、フィンが設けられた外面を有するハブキャップとを有し、
   前記ハブキャップは、前記ハブ本体と同軸の別個の円形の接続リングにより前記ハブ本体に固定され、
   前記接続リングは、ハブキャップと接続リングそれぞれに同軸の半径方向孔に圧入されたダボによって、ハブキャップの内側に固定され、
   前記ハブキャップの孔がねじ部を有し、前記孔が、前記孔のねじ部にねじ込まれたプラグにより閉じられ封止されることを特徴とする、
   プロペラ。
2. 前記接続リングは前記ハブキャップの外側から前記ハブキャップの内側に固定されることを特徴とする、
   請求項１に記載のプロペラ。
3. 前記接続リングはボルトによって前記ハブ本体に固定されることを特徴とする、
   請求項１または２に記載のプロペラ。
4. 前記ハブは、固定ボルトによって前記ハブ本体の後端部に取り付けられた後端部カバーを有し、前記固定ボルトの少なくとも一部には軸方向ねじ孔が設けられ、前記ハブキャップを前記ハブ本体に固定するボルトは、前記固定ボルトの少なくとも一部のねじ孔にねじ込まれる、
   請求項１ないし３いずれか一項に記載のプロペラ。
5. 距離リングが、前記固定ボルトの頭部と前記接続リングとの間のボルト上に配置されることを特徴とする、請求項４に記載のプロペラ。
6. 前記ボルトはスタッドボルトであることを特徴とする、
   請求項４または５に記載のプロペラ。
7. 前記接続リングの軸方向貫通孔を通って前記ハブ本体のねじ孔に延びるボルトによって、前記接続リングが前記ハブ本体に直接固定されることを特徴とする、
   請求項１ないし６いずれか一項に記載のプロペラ。
8. 前記ハブキャップは、前記ハブ本体から離れる方向に収束することを特徴とする、
   請求項１ないし７いずれか一項に記載のプロペラ。
9. 前記ハブキャップは、概して回転対称の切頭収束形であることを特徴とする、
   請求項８に記載のプロペラ。
10. 前記ハブ本体は軸方向延長部を有し、前記ハブキャップは前記軸方向延長部を少なくとも部分的に覆うことを特徴とする、請求項８または９に記載のプロペラ。
11. 前記ハブキャップは、その後端において、前記軸方向延長部に対して半径方向のギャップを残すことを特徴とする、請求項１０に記載のプロペラ。
12. 前記軸方向延長部が軸方向長さを有し、前記ハブキャップが前記軸方向延長部の軸方向全長に延びることを特徴とする、
    請求項１０または１１に記載のプロペラ。
13. 前記軸方向延長部は、前記ハブキャップよりも前記ハブ本体から遠くに延びることを特徴とする、
    請求項１０または１１に記載のプロペラ。
14. 前記プロペラは、固定ピッチプロペラおよび制御可能ピッチプロペラのうちの一方であることを特徴とする、
    請求項１ないし１３いずれか一項に記載のプロペラ。
15. プロペラのハブの後端部にハブキャップを取り付ける方法であって、
    前記プロペラは、
    ハブ本体を有するハブと、
    プロペラブレードと、
    フィンを備えた外面と、内径を有する内面とを有するハブキャップとを有し、
    ａ） 前記ハブキャップの内径に等しい外径を有する円形の接続リングを製造するステップと、
    ｂ） 前記ハブキャップに半径方向の貫通孔を設けるステップと、
    ｃ） 前記接続リングに半径方向に延びる盲孔を設けるステップと、
    ｄ） 前記接続リングに軸方向貫通孔を設けるステップと、
    ｅ） 前記ハブ本体に関連してねじ孔を設けるステップと、
    ｆ） 前記ねじ孔にねじ込まれたボルトによって、前記接続リングを前記ハブ本体の後端部に固定するステップと、
    ｇ） 前記ハブキャップを前記接続リングに取り付けるステップと、
    ｈ） 前記ハブキャップを前記接続リングに固定するために、ダボを孔に押し込むステップとを含む、
    方法。
16. ステップｂ）の後に、ねじ部を有する孔を設けるステップと、ステップｈ）の後、前記ねじ部にプラグを設けるステップとを含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. ステップｂ）およびｃ）を同時に実施することを特徴とする、
    請求項１５に記載の方法。
18. ステップｅ）において、後端部カバーを前記ハブ本体の後端に固定するために使用されるボルトの少なくとも一部に、ねじ孔を設けることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
19. ステップｅ）の後、ネジ孔内にスタッドボルトを通すことを特徴とする、
    請求項１８に記載の方法。
20. ステップｆ）の前に、距離リングをスタッドボルトに挿入することを特徴とする、
    請求項１９に記載の方法。

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