JP6812057B2 - 船舶用推進装置及びそれを備えた船舶 - Google Patents

Description

本発明は、船舶用推進装置及びそれを備えた船舶に関する。

従来、スクリュープロペラのプロペラボスに取り付けるキャップにフィンを設け、スクリュープロペラの推進性能を向上する船舶用推進装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の船舶用推進装置においては、キャップに設けられるフィンの形状を、後半部において後縁側をカットした形状とすることにより、プロペラ後方の縮流に対するフィン効果を維持しながら、フィンの抵抗を少なくして推進効率を増加させている。

特許第５４０５８７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の船舶用推進装置においては、主にキャップの側面から側方に向けてフィンが延出して設けられている。このため、スクリュープロペラの回転軸を基準とした、フィンの径方向の外周端がプロペラボスの外周面から外側に大きく突出している。このため、フィンの外周端周辺からキャビテーションが生じ、このキャビテーションが騒音の原因となり得る。

このようなフィンから生じるキャビテーションに起因する騒音は、航行時における静穏性の確保が要請される船舶において特に問題となる。近年、乗船時における快適性等の観点から、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶が要請されている。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶用推進装置及びそれを備えた船舶を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の船舶用推進装置は、複数のブレードが外周面に設けられるプロペラボスと、複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けた船舶用推進装置であって、前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径の小径部分と、前記小径部分に連続して前記キャップの後端に位置する後端面とを有し、前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられ、前記フィンの基端部の一部が前記後端面に連結し、前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられ、当該フィンの後縁部分が前記キャップの前記後端面よりも後方側の位置に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、キャップから複数のフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンを側方側に延出させる場合に比べて、フィンの外径をコンパクト化することができる。これにより、フィンの構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、プロペラボスの後方側の水流がフィンにより調整されることから、プロペラボスの後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。また、プロペラボスの外径よりも内側に配置されたキャップの一部からフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンの開始点を流速が低い部分に配置することができる。これにより、フィンの後方側（背面側）における圧力を低くできるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。さらに、フィンは、プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられることから、フィンの全体を流速が低い部分に配置できるので、更に効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、装置本体の回転軸を基準としたフィンの外径寸法をコンパクト化することができるので、フィンの外径寸法が反映されるキャビテーション数を大きくでき、キャビテーションを更に発生し難くすることができる。

また、本発明の船舶用推進装置は、複数のブレードが外周面に設けられるプロペラボスと、複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けた船舶用推進装置であって、前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径の小径部分を有し、前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられ、前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられ、当該フィンの後縁部分が前記キャップの後端部分よりも後方側の位置に配置され、前記キャップは、後端部に平面部分を有し、前記フィンの後縁部分は、側面視にて、前記キャップの平面部分より後方側の位置で、当該平面部分を含む平面と平行に延在することを特徴とする。

さらに、本発明の船舶用推進装置において、前記フィンは、装置本体の回転軸を基準とした径方向の外周端部に円弧部分を設けることが好ましい。この構成によれば、フィンの外周端部周辺での圧力の低下を軽減でき、当該外周端部から発生するキャビテーションを抑制することができる。

本発明の一態様の船舶は、上述したいずれかの船舶用推進装置を備えることを特徴とする。この構成によれば、上述した船舶用推進装置により奏する効果を船舶で得ることができるので、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能が向上された船舶を提供することができる。

本発明によれば、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる。

本実施の形態に係る船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラの斜視図である。 本実施の形態に係るスクリュープロペラの側面図である。 本実施の形態に係るスクリュープロペラが有するフィンの構成を説明するための模式図である。 本実施の形態に係るスクリュープロペラが有するフィンの構成を説明するための模式図である。 本実施の形態に係るスクリュープロペラの周辺の流速分布の説明図である。 本実施の形態に係るスクリュープロペラが有するフィンの前縁部分周辺の拡大図である。 本実施の形態に係るスクリュープロペラの周辺の圧力分布の説明図である。 本実施の形態に係るスクリュープロペラに発生する揚力の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラについて説明する。なお、本実施の形態に係るスクリュープロペラは、可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ：Controllable Pitch Propeller）に好適に使用されるが、その適用対象はＣＰＰに限定されるものではなく、固定ピッチプロペラ（ＦＰＰ：Fixed Pitch Propeller）にも使用することができる。

また、本実施の形態に係るスクリュープロペラは、プロペラ前進率Ｊが０．８以上の高速航行が可能な船舶に好適に使用される。しかしながら、その適用対象は、上記に該当する船舶に限定されるものではなく、プロペラ前進率Ｊが０．８より小さい船舶にも適用することができる。なお、プロペラ前進率Ｊは、以下の式１により求められる。式中の「Ｖａ」はプロペラ前進速度［ｍ／ｓ］を示し、「ｎ」はプロペラの回転数［ｒｐｓ］を示し、「Ｄ」はプロペラの直径［ｍ］を示す。
Ｊ ＝ Ｖａ ／ ｎ×Ｄ （式１）

図１は、本実施の形態に係る船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラ１の斜視図である。図２は、本実施に係る形態のスクリュープロペラ１の側面図である。以下の説明においては、図１及び図２に示す前後方向を、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１及びこのスクリュープロペラ１が搭載される船舶の前後方向と呼ぶものとする。なお、図２においては、説明の便宜上、後述するキャップ４の前端部分４１と小径部分４２との境界を破線で示している。なお、図３〜図５においても同様である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１は、図示しない駆動源からの推進力が伝達されるプロペラ軸に固定されるプロペラボス（以下、単に「ボス」という）２と、ボス２の外周面に設けられる複数（本実施の形態では５枚）のブレード３と、ボス２の後端部に取り付けられるキャップ４とを含んで構成される。ボス２、ブレード３及びキャップ４は、駆動源からの推進力により一体的に回転可能に構成される。本実施の形態に係るスクリュープロペラ１は、回転軸Ａを基準として矢印Ｂ方向に回転する（図１参照）。

ボス２は、概して円筒形状を有し、例えば、図示しないプロペラ軸の外周部に固定される。ボス２は、正面視にて、円形状を有する外周面２１を備える。ボス２の外周面２１には、複数のブレード３が設けられる。なお、複数のブレード３がボス２と別部品として構成される場合、外周面２１には、複数のブレード３が嵌合される複数の溝部が形成される。これらの溝部は、ブレード３の嵌合部分における断面形状に一致した形状を有している。

複数のブレード３は、ボス２の外周面２１にて周方向に等間隔を空けて配置される。複数のブレード３は、それぞれボス２の外周面２１から径方向外側に向かって延びるように設けられている。ボス２及びブレード３は、銅合金等の金属材料を鋳造することで一部品として形成することができる。しかしながら、ボス２及びブレード３の構成については、これに限定されるものではなく任意の構成を採用できる。例えば、ボス２を銅合金で形成する一方、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等で製造したブレード３をボス２の外周面２１に嵌合させてもよい。

キャップ４は、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材料で成形されるが、これに限定されない。キャップ４は、ボス２の後端部２２に取り付けられ、ボス２の外周面２１に一体化されると共に、緩やかにキャップ４の中央側（スクリュープロペラ１の回転軸Ａ側）に湾曲して後方側に平坦面が形成される外面形状を有している。より具体的にいうと、キャップ４は、ボス２の後端部２２の外径と同径の前端部分４１と、この前端部分４１の後方側に連続して配置され、前端部分４１の外径よりも小径の小径部分４２と、この小径部分４２の後縁部分に連続して配置され、スクリュープロペラ１の回転軸Ａと直交して延在する平面部分４３とを有している（図２参照）。

なお、小径部分４２は、前端部分４１の外周縁から後方側に行くに連れて内側に湾曲しながら次第に小径となる構成を有する。この小径部分４２は、湾曲部分と呼んでもよい。また、前端部分４１及び平面部分４３は、必ずしも必要ない。例えば、前端部分４１及び平面部分４３を省略し、キャップ４全体をボス２の外周面２１よりも小径の小径部分４２（湾曲部分）で構成してもよい。この場合には、小径部分４２の前端縁部がボス２の外周面２１と同径とされることが好ましい。また、平面部分４３を省略し、キャップ４の後端側部分を小径部分４２（湾曲部分）で構成してもよい。さらに、前端部分４１を省略し、小径部分４２及び平面部分４３でキャップ４を構成してもよい。

キャップ４には、その表面に沿って複数（本実施の形態では５枚）のフィン４４が立設されている。例えば、これらのフィン４４は、後面視にて、ボス２に設けられた隣接するブレード３の間の位置に配置されるが、これに限定されない。フィン４４は、ブレード３の回転に伴ってボス２の後方側に発生する渦（以下、適宜「ハブ渦」という）の発生を抑制することを前提として、キャップ４における周方向の任意の位置に配置することができる。

このような構成を有するスクリュープロペラ１において、駆動源から推進力を得てブレード３及びフィン４４が回転すると、フィン４４がボス２の後方側の水流を調整することで、ボス２の後方側に発生するハブ渦が除去される。これにより、ハブ渦に起因するエネルギーのロスを軽減すると同時に推進力を増大することができる。なお、ハブ渦は、渦キャビテーションと呼ばれることもある。

ところで、キャップ４に設けられるフィン４４は、スクリュープロペラ１の回転軸Ａを基準とした、径方向の外周端の寸法（外径）を大きくすると、推進力を確保できる一方で、フィン４４の構成に基づくキャビテーション数が小さくなる。すなわち、フィン４４の構成に基づくキャビテーションは、フィン４４の表面上の圧力係数−Ｃｐがキャビテーション数σｎよりも大きくなる場合に発生する。このため、フィン４４の外径が大きくなると、フィン４４の外周端周辺からキャビテーションが生じ易くなる。

ここで、圧力係数Ｃｐは、一般に以下の式２により求められる。式中の「Ｐ」は表面上の圧力を示し、「Ｐ∞」は無限遠の圧力（実船では大気圧）を示し、「ρ」は海水の密度を示し、「ｎ」はプロペラの回転数［ｒｐｓ］を示し、「Ｄ」はプロペラの直径［ｍ］を示す。ここでは、「ｎ」、「Ｄ」は、フィン４４の回転数及び直径に置換される。
Ｃｐ ＝ （Ｐ−Ｐ∞） ／ ０．５×ρ×ｎ^２×Ｄ^２ （式２）

また、キャビテーション数σｎは、一般に以下の式３により求められる。式中の「Ｐ∞」は無限遠の圧力（実船では大気圧）を示し、「Ｐｖ」は海水の蒸気圧を示し、「ρ」は海水の密度を示し、「ｎ」はプロペラの回転数［ｒｐｓ］を示し、「Ｄ」はプロペラの直径［ｍ］を示す。ここでは、「ｎ」、「Ｄ」は、フィン４４の回転数及び直径に置換される。
σｎ ＝ （Ｐ∞−Ｐｖ） ／ ０．５×ρ×ｎ^２×Ｄ^２ （式３）

フィン４４から発生したキャビテーションは、スクリュープロペラ１におけるエネルギーのロスの原因となるだけでなく、航行に伴う騒音の原因となる。このため、特に航行時における静穏性が要請される船舶においては、フィン４４からのキャビテーションの発生を極力抑制する必要がある。

本発明者等は、ハブ渦の除去に寄与するフィン４４の構成が、船舶の航行時における静穏性を阻害する原因となっている点に着目した。そして、キャップ４に設けるフィン４４をキャップ４の側方側（図１及び図２における上下方向側）ではなく、キャップ４の後方側に延出させることが航行時における静穏性の確保に寄与することを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の骨子は、複数のブレード３が外周面に設けられるボス２と、複数のフィン４４が設けられ、ボス２の後端部に取り付けられるキャップ４とを備えるスクリュープロペラ１において、複数のフィン４４をキャップ４から後方側に延出して設けることである。

この構成によれば、キャップ４から複数のフィン４４が後方側に延出して設けられることから、フィン４４を側方側（図１及び図２における上下方向側）に延出させる場合に比べて、フィン４４の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン４４の構成に基づくキャビテーション数を大きくすることができるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス２の後方側の水流がフィン４４により調整されることから、ボス２の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。

以下、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１が有するフィン４４の構成について、図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１が有するフィン４４の構成を説明するための模式図である。図３においては、キャップ４を側方から示し、図４においては、キャップ４を上方側から示している。また、図３及び図４においては、説明の便宜上、単一のフィン４４を示している。

図３に示すように、フィン４４は、キャップ４に連結される基端部が小径部分４２から平面部分４３に回り込んで配置されている。フィン４４の前縁部分４４１の基端部（以下、適宜「前縁基端部」という）４４ａは、小径部分４２（より具体的には、小径部分４２の中央部分近傍）に連結されている。一方、フィン４４の最も内側に配置される基端部（以下、適宜「内側基端部」という）４４ｂは、スクリュープロペラ１の回転軸Ａの近傍の平面部分４３に連結されている。キャップ４の外面形状は、径方向の外側（前端部分４１）から内側（平面部分４３）に進むにつれて回転軸Ａに対する傾斜が大きくなっている。回転軸Ａに対する傾斜が４５度である仮想線Ｅを図３に示した。キャップ４の外面のうち、仮想線Ｅが小径部分４２に接する箇所よりも後方側且つ内径側の領域が、船舶の後進側に面して回転軸Ａに対する傾斜が４５度以上の後面側領域である。フィン４４は、キャップ４の外面に連結する基端部（前縁基端部４４ａから内側基端部４４ｂまでの範囲）の長さの半分以上（図３の構成では略全体）が、キャップ４の外面のうち前記の後面側領域に位置している。

スクリュープロペラ１においては、このように前縁基端部４４ａを小径部分４２に配置する一方、内側基端部４４ｂを回転軸Ａの近傍に配置することにより、キャップ４に対するフィン４４の連結部分を長く確保している。これにより、フィン４４自体の強度を確保することができる。この結果、フィン４４の厚み寸法を小さくすることできるので、キャップ４の軽量化を通じてスクリュープロペラ１の推進性能を改善することができる。

フィン４４の前縁部分４４１は、前縁基端部４４ａよりも後方側に延出して設けられている。すなわち、前縁部分４４１は、ボス２の外周面２１よりも内側（回転軸Ａ側）の位置に開始点が配置されている。図３に示すフィン４４では、前縁部分４４１がキャップ４の後方側であって上方側に延出する場合について示している。なお、前縁部分４４１は、前縁基端部４４ａよりも後方側に延出することを条件として、その延出角度については任意に変更が可能である。例えば、スクリュープロペラ１の回転軸Ａと平行に後方側に延出する構成であってもよい。

フィン４４の後縁部分４４２は、側面視にて、キャップ４の平面部分４３より後方側の位置で、平面部分４３を含む平面と平行に延在している。図示しない他のフィン４４の後縁部分４４２も同様の構成を有している。すなわち、全てのフィン４４の後縁部分４４２は、側面視にて、同一平面上に配置されている。このようにフィン４４の後縁部分４４２をキャップ４の平面部分４３と平行にする配置することにより、キャップ４の後方側で水流が撹拌されキャップ４の後方側での負圧領域の形成を防止することができる。この結果、負圧領域の発生に伴う抵抗を除去でき、スクリュープロペラ１における推進性能を向上することができる。なお、後縁部分４４２の構成については、これに限定されるものではなく、平面部分４３を含む平面と交差する方向に延在していてもよい。

前縁部分４４１と後縁部分４４２との間には、円弧部分４４３が形成されている。すなわち、フィン４４は、前縁部分４４１がキャップ４の後方側に延出すると共に、キャップ４の上下方向の中心側に緩やかに湾曲する円弧部分４４３を介して後縁部分４４２に連なっている。なお、円弧部分４４３は、スクリュープロペラ１の回転軸Ａを基準とした、フィン４４の径方向の外周端部を構成する。

また、円弧部分４４３で構成されるフィン４４の外周端部は、ボス２の外周面２１に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Ｃの内側領域内に配置されている。図示しない他のフィン４４の円弧部分４４３も同様の構成を有している。すなわち、すなわち、キャップ４に設けられた複数のフィン４４は、後面視にて、その全体がボス２の外周面２１よりも内側の領域内に収容されている。

フィン４４の前縁部分４４１には、図４に示すように、両面に円弧形状部４４１ａ、４４１ｂが形成されている。円弧形状部４４１ａは、船舶の前進時におけるフィン４４の回転方向の後面側に配置され、円弧形状部４４１ｂは、フィン４４の回転方向の前面側に配置されている。前縁部分４４１における円弧形状部４４１ｂの形成領域は、円弧形状部４４１ａよりも大きく構成されている。円弧形状部４４１ｂは、円弧形状部４４１ａよりも大きなＲ形状を有している。詳細について後述するように、これらの円弧形状部４４１ａ、４４１ｂは、ブレード３からの水流がフィン４から剥離するのを抑制する役割を果たす。

以下、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１の構成によって得られる、キャビテーションの抑制効果及び推進性能の改善効果について説明する。まず、スクリュープロペラ１で得られるキャビテーションの抑制効果について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１の周辺の流速分布の説明図である。図５においては、スクリュープロペラ１の周辺の流速の概要を斜線間の幅で示している。斜線間の幅が狭いほど流速が早いことを示し、斜線間の幅が広いほど流速が遅いことを示している。

図５に示す領域Ａには、流速５ｍ／ｓ以上の水流が形成されている。領域Ｂには、流速３．５〜５ｍ／ｓの水流が形成されている。領域Ｃには、流速１．５〜３．５ｍ／ｓの水流が形成されている。領域Ｄには、流速０〜１．５ｍ／ｓの水流が形成されている。なお、図５に示すこれらの領域Ａ〜Ｄの流速は一例を示すものであり、スクリュープロペラ１が搭載される船舶の航行速度等に応じて適宜変化する。

図５に示すように、ボス２の外周面２１の周囲に位置する領域では、外周面２１からの距離が大きくなるほど流速が速くなっている。ボス２の外周面２１の近傍には、流速１．５〜３．５ｍ／ｓの領域Ｃが形成されている。一方、キャップ４の後方側には、流速１．５〜３．５ｍ／ｓの領域Ｃ及び流速０〜１．５ｍ／ｓの領域Ｄが形成されている。特に、キャップ４の中央部周辺（スクリュープロペラ１の回転軸Ａの周辺：図２参照）の後方側に流速０〜１．５ｍ／ｓの領域Ｄが形成されている。

このようにキャップ４の後方側の領域（言い換えると、ボス２の外周面よりも内側の領域）は、ボス２の外周面２１より外側の領域よりも流速が低い。ここで、フィン４４からのキャビテーションの発生には、フィン４４の背面側（後方側）の圧力が影響する。すなわち、フィン４４の背面側の圧力が低くなるほどキャビテーションが発生し易くなる。フィン４４の背面側の圧力は、フィン４４に流入する流れが速ければ速いほど低くなる。

スクリュープロペラ１においては、このような観点から、フィン４４の背面側の圧力の低下を防止し、キャビテーションの発生を抑制するため、フィン４４の前縁部分４４１の基端部４４ａをキャップ４の小径部分４２に配置し、前縁部分４４１を基端部４４ａよりも後方側に延出させている。これにより、フィン４４の前縁部分４４１の基端部４４ａを相対的に流速の低い部分に配置することができ、フィン４４からのキャビテーションの発生を効果的に抑制することができる。

特に、プロペラ３の回転軸Ａを基準としたフィン４４の径方向の外周端部には、上述したように円弧部分４４３が設けられている。このようにフィン４４の外周端部に緩やかに湾曲する円弧部分４４３を設けることにより、フィン４４の外周端部周辺での圧力の低下を軽減することができ、当該外周端部から発生するキャビテーションを更に抑制することができる。

また、フィン４４の前縁部分４４１には、円弧形状部４４１ａ、４４１ｂが設けられている（図４参照）。図６は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１が有するフィン４４の前縁部分４４１周辺の拡大図である。図６Ａにおいては、本実施の形態に係るフィン４４の前縁部分４４１を示し、図６Ｂにおいては、前縁部分に円弧形状部を設けていない参照例に係るフィン４４´の前縁部分４４１´を示している。なお、図６Ｂでは、説明の便宜上、本実施の形態に係るフィン４４と同一の符号を付与している。

図６Ｂに示すフィン４４´の周辺に前方側のブレード３からの水流が流入すると、前縁部分４４１´の近傍にて水流の向きが急激に変化することとなる。このため、前縁部分４４１´の近傍で水流が前縁部分４４１´の表面から剥離（離間）する領域（剥離領域）ＳＡが発生する。例えば、剥離領域ＳＡは、前縁部分４４１´の両面に発生し得る。このような剥離領域ＳＡでは、圧力が低下し、キャビテーションが発生し易くなる。

このような前縁部分４４１におけるキャビテーションの発生を抑制すべく、本実施の形態に係るフィン４４においては、図６Ａに示すように、前縁部分４４１に円弧形状部４４１ａ、４４１ｂを設けている。これらの円弧形状部４４１ａ、４４１ｂにより、前方側のブレード３から流入した水流は、向きを急激に変化させることなく後方側に案内される。これにより、前縁部分４４１の周辺で水流が剥離する事態を回避できるので、キャビテーションの発生を効果的に抑制することができる。

次に、スクリュープロペラ１で得られる推進性能の改善効果について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１の周辺の圧力分布の説明図である。図７においては、スクリュープロペラ１の周辺の圧力の概要を斜線間の幅で示している。斜線間の幅が狭いほど圧力が高いことを示し、斜線間の幅が広いほど圧力が低いことを示している。図７Ａにおいては、本実施の形態に係るキャップ４を示し、図７Ｂにおいては、フィン４４を設けていない参照例に係るキャップ４´を示している。なお、図７Ｂでは、説明の便宜上、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１と同一の符号を付与している。

図７において領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄには、プロペラ遠方の基準圧力に対する差圧領域を示している。領域Ａには、基準圧力に対して６００Ｐａより大きい圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Ｂには、基準圧力に対して０Ｐａ〜６００Ｐａの圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Ｃには、基準圧力に対して−１０００〜０Ｐａの圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Ｄには、基準圧力に対して−１０００Ｐａより低い圧力差がある圧力領域が形成されている。なお、図７に示すこれらの領域Ａ〜Ｄの基準圧力に対する圧力差は一例を示すものであり、スクリュープロペラ１が搭載される船舶の航行速度等に応じて適宜変化する。

図７Ｂに示すように、キャップ４´にフィン４４が設けられていない場合には、キャップ４´の後方側で水流がキャップ４´の表面から剥離（離間）する。この剥離に伴って対応する領域の圧力が低下し、キャップ４´の後方には圧力領域Ｄが形成されている。圧力領域Ｄは、負圧領域を構成することとなり、スクリュープロペラ１を後方側に引っ張る力を作用させる。この結果、スクリュープロペラ１における推進性能を低下させる。

本実施の形態に係るスクリュープロペラ１においては、このような観点から、キャップ４の後方側における負圧領域の発生を抑制するため、図７Ａに示すように、キャップ４の後方側にフィン４４が張り出すように延出させている。このため、キャップ４の後方側で水流がフィン４４により撹拌される。これにより、キャップ４の後方側で水流がキャップ４の表面から剥離することが抑制されるので、キャップ４の後方側に負圧領域が形成されるのを防止することができる。この場合、キャップ４の後方には、図７Ａに示すように圧力領域Ａが形成されている。この結果、負圧領域の発生に伴う抵抗を除去でき、スクリュープロペラ１における推進性能を向上することができる。

また、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１においては、キャップ４から複数のフィン４４が後方側に延出して設けられることから、フィン４４を側方側（図１及び図２における上下方向側）に延出させる場合に比べて、フィン４４の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン４４の構成に基づくキャビテーション数を大きくすることができるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。

さらに、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１において、ブレード３及びフィン４４には図８に示す揚力が作用している。図８は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１に発生する揚力の説明図である。図８においては、ブレード３及びフィン４４の断面を示している。なお、以下においては、説明の便宜上、図８に示すブレード３の上面をブレード上面３１と呼び、ブレード３の下面をブレード下面３２と呼ぶものとする。

図８に示すように、前方側からブレード３の周辺に流入した水流は、ブレード３の上下に分かれて流れる。この場合において、ブレード上面３１の近傍の水流は、ブレード下面３２の近傍の水流よりも速く流れる。このため、相対的にブレード上面３１の近傍の圧力が低くなる一方、ブレード下面３２の圧力が高くなる。これにより、ブレード３には、図８に示す揚力ａが発生する。

図８に示す揚力ａは、スクリュープロペラ１の推進方向ベクトルと回転方向ベクトルとに分解することができる。すなわち、揚力ａは、スクリュープロペラ１を前方側に推進する推進方向成分ａ（スラストａ）と、ブレード３を回転させる回転方向成分ａ（トルクａ）で表される。ここで、スラストａの変化量に対してトルクａの変化量が大きい場合に、スクリュープロペラ１の推進性能は低下する。

本実施の形態に係るスクリュープロペラ１においては、ブレード３の後方であって、ブレード上面３１に沿って流れる水流の流路上にフィン４４を配置している。これにより、ブレード上面３１に沿って流れた水流は、フィン４４の近傍に流入する。言い換えると、ブレード上面３１から吹き降ろされた水流がフィン４４の近傍に流入している。このとき、フィン４４は、ブレード３から流れ込む水流を受け、ブレード３とは逆方向の揚力ｂを発生させる。

図８に示す揚力ｂは、揚力ａと同様に、推進方向ベクトルと回転方向ベクトルとに分解することができる。すなわち、揚力ｂは、スクリュープロペラ１を後方側に推進する推進方向成分ｂ（スラストｂ）と、ブレード３を回転させる回転方向成分ｂ（トルクｂ）で表される。ここで、トルクｂは、トルクａと反対方向に向けられている。

本実施の形態に係るスクリュープロペラ１においては、ブレード３からの水流に応じてフィン４４に発生する揚力（揚力ｂ）を利用して、ブレード３に発生するトルク（トルクａ）を相殺している。これにより、ブレード３に発生するトルクが低減されるので、スクリュープロペラ１の推進性能を向上することができる。このとき、フィン４４には、後方側に推進するスラストｂが発生するが、ブレード３に発生するスラストａと比べ、十分小さいので無視することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るスクリュープロペラ１においては、キャップ４から複数のフィン４４が後方側に延出して設けられることから、フィン４４を側方側に延出させる場合に比べて、フィン４４の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン４４の構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス２の後方側の水流がフィン４４により調整されることから、ボス２の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。

特に、キャップ４は、ボス２の後端部２２の外径よりも小径の小径部分４２を有し、フィン４４は、前縁基端部４４ａがキャップ４の小径部分４２に配置されると共に、前縁部分４４１が前縁基端部４４ａよりも後方側に延出して設けられている。これにより、ボス２の外径よりも内側に配置されたキャップ４の一部からフィン４４が後方側に延出して設けられることから、フィン４４の開始点を流速が低い部分に配置することができる。これにより、フィン４４の後方側（背面側）における圧力を低くできるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。

また、フィン４４は、ボス２の外周面２１に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Ｃの内側領域にて、後方側に延出して設けられている（図３参照）。これにより、フィン４４の全体を流速が低い部分に配置できるので、更に効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、スクリュープロペラ１の回転軸Ａを基準としたフィン４４の外径寸法をコンパクト化することができるので、フィン４４の外径寸法が反映されるキャビテーション数を大きくでき、キャビテーションを更に発生し難くすることができる。

さらに、フィン４４には、スクリュープロペラ１の回転軸Ａを基準とした径方向の外周端部に円弧部分４４３が設けられている。これにより、フィン４４の外周端部周辺での圧力の低下を軽減でき、当該外周端部から発生するキャビテーションを抑制することができる。

なお、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

例えば、上記実施の形態においては、ボス２の後端部に取り付けられるキャップ４に複数のフィン４４を設ける場合について説明している。しかしながら、複数のフィン４４が形成される位置については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、キャップ４ではなく、ボス２の後端部分に直接フィン４４を設ける構成としてもよい。この場合におけるボス２からのフィン４４の延出方向については、上記実施の形態と同様である。

この構成によれば、ボス２の後端部分から複数のフィン４４が後方側に延出して設けられることから、フィン４４を側方側に延出させる場合に比べて、フィン４４の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン４４の構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス２の後方側の水流がフィン４４により調整されることから、ボス２の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。

また、上記実施の形態において、フィン４４は、ボス２の外周面２１に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Ｃの内側領域内で後方側に延出する場合について説明している。しかしながら、フィン４４の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、フィン４４は、ボス２の外周面２１に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Ｃの内側領域内に配置される部分の割合が、仮想線Ｃの外側領域に配置される部分よりも大きい構成としてもよい。この場合には、フィン４４の大部分を流速が低い部分に配置できるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。

一方、フィン４４の一部をボス２の外周面２１よりも外側に配置できるので、上記実施の形態と比べ、フィン４４による推進力を確保することができる。ボス２の外周面２１よりも外側に突出するフィン４４の突出量は、任意の長さに設定することができる。スクリュープロペラ１の回転に伴ってブレード３の外周端部からキャビテーションが発生するタイミングよりも、フィン４４の外周端部からキャビテーションが発生するタイミングが遅くなるようにフィン４４の突出量を設定することは実施の形態として好ましい。

また、上記実施の形態において、キャップ４は、前端部分４１にてボス２の後端部２２に取り付けられ、ボス２の外周面２１に一体化されると共に、小径部分４２にて緩やかにキャップ４の中央側（スクリュープロペラ１の回転軸Ａ側）に湾曲し、後方側に平面部分４３が形成される外周形状を有する場合について説明している。しかしながら、キャップ４の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。

例えば、キャップ４は、小径部分４２が後方側に凸の円錐形状を有し、平面部分４３を省略する形状であってもよい。また、この円錐形状の先端に平面部分４３を配置する形状（すなわち、円錐台形状）であってもよい。このように構成される場合であっても、上記実施の形態のようにフィン４４を配置することにより、同様の作用及び効果を得ることができる。

さらに、上記実施の形態においては、外周面２１が平行に配置された円筒形状を有するボス２を備える場合について説明している。しかしながら、ボス２の形状については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、ボス２は、前方側部分よりも後方側部分の径方向の寸法が小さい円筒形状を有していてもよい。このように変更される場合であっても、上記実施の形態のようにキャップ４に前縁部分４１及び小径部分４２を有し、小径部分４２の一部からフィン４４を後方側に延出させることにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明は、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができるという効果を有し、特に、静穏性が要請される船舶に搭載される船舶用推進装置に有用である。

１ スクリュープロペラ（船舶用推進装置）
２ プロペラボス（ボス）
３ ブレード
４ キャップ
４１ 前端部分
４２ 小径部分
４３ 平面部分
４４ フィン
４４ａ 基端部（前縁基端部）
４４ｂ 基端部（内側基端部）
４４１ 前縁部分
４４１ａ、４４１ｂ 円弧形状部
４４２ 後縁部分
４４３ 円弧部分

Claims (6)

1. 複数のブレードが外周面に設けられるプロペラボスと、
   複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、
   前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けた船舶用推進装置であって、
   前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径の小径部分と、前記小径部分に連続して前記キャップの後端に位置する後端面とを有し、
   前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられ、前記フィンの基端部の一部が前記後端面に連結し、
   前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられ、当該フィンの後縁部分が前記キャップの前記後端面よりも後方側の位置に配置されることを特徴とする船舶用推進装置。
2. 複数のブレードが外周面に設けられるプロペラボスと、
   複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、
   前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けた船舶用推進装置であって、
   前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径で後方側に進むにつれて径を小さくし、且つ径方向の外側よりも内側の方が前記プロペラボスの回転軸に対する傾斜が大きくなる外面形状を有し、
   前記フィンは、前記キャップの外面に連結する基端部の長さの半分以上が、前記キャップの外面のうち、船舶の後進側に面して前記回転軸に対する傾斜が４５度以上である後面側領域に位置し、
   前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられ、当該フィンの後縁部分が前記キャップの後端部分よりも後方側の位置に配置されることを特徴とする船舶用推進装置。
3. 複数のブレードが外周面に設けられるプロペラボスと、
   複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、
   前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けた船舶用推進装置であって、
   前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径の小径部分を有し、
   前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられ、
   前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられ、当該フィンの後縁部分が前記キャップの後端部分よりも後方側の位置に配置され、
   前記キャップは、後端部に平面部分を有し、
   前記フィンの後縁部分は、側面視にて、前記キャップの平面部分より後方側の位置で、当該平面部分を含む平面と平行に延在することを特徴とする船舶用推進装置。
4. 前記フィンは、装置本体の回転軸を基準とした径方向の外周端部に円弧部分を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の船舶用推進装置。
5. 前記フィンの前縁部分は、前記プロペラボスの回転方向の後面側に配置された円弧状の断面形状の第１の円弧形状部と、前記プロペラボスの回転方向の前面側に配置された円弧状の断面形状の第２の円弧形状部とを有し
   前記第２の円弧形状部の形成領域は前記第１の円弧形状部の形成領域よりも大きく、且つ、前記第１の円弧形状部は前記第２の円弧形状部よりも曲率が大きいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の船舶用推進装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の船舶用推進装置を備えることを特徴とする船舶。

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