JPH08268377A - 液体と接する構造物の表面構造 - Google Patents
液体と接する構造物の表面構造Info
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- JPH08268377A JPH08268377A JP7076474A JP7647495A JPH08268377A JP H08268377 A JPH08268377 A JP H08268377A JP 7076474 A JP7076474 A JP 7076474A JP 7647495 A JP7647495 A JP 7647495A JP H08268377 A JPH08268377 A JP H08268377A
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- F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
- F15D1/00—Influencing flow of fluids
- F15D1/002—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer
- F15D1/0025—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using passive means, i.e. without external energy supply
- F15D1/003—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using passive means, i.e. without external energy supply comprising surface features, e.g. indentations or protrusions
- F15D1/0035—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using passive means, i.e. without external energy supply comprising surface features, e.g. indentations or protrusions in the form of riblets
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C2230/00—Boundary layer controls
- B64C2230/26—Boundary layer controls by using rib lets or hydrophobic surfaces
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
【目 的】 液体と接する構造物の表面に供給した空気
を効果的に保持する表面を提供する。 【構 成】 表面に微細な凹凸１０，１１を有し、かつ
前記凹凸部の頂部を撥水性材料で形成した膜体３で液体
の流れ方向に平行に配置した多数の細溝６を被覆した液
体と接する構造物の表面構造。
を効果的に保持する表面を提供する。 【構 成】 表面に微細な凹凸１０，１１を有し、かつ
前記凹凸部の頂部を撥水性材料で形成した膜体３で液体
の流れ方向に平行に配置した多数の細溝６を被覆した液
体と接する構造物の表面構造。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は船舶、液体輸送路、水中
杭等の液体と接する構造物の表面構造に関するものであ
る。
杭等の液体と接する構造物の表面構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に船舶や液体輸送路又は水中杭等の
如き液体と接する表面を有する構造物においては、その
表面に沿った流れがある場合に流体摩擦抵抗が生じる。
また、このような流れがない場合には水中生物がその表
面に付着したり、あるいは腐食が生じる等の問題があ
る。
如き液体と接する表面を有する構造物においては、その
表面に沿った流れがある場合に流体摩擦抵抗が生じる。
また、このような流れがない場合には水中生物がその表
面に付着したり、あるいは腐食が生じる等の問題があ
る。
【０００３】従来、流体摩擦抵抗の低減をするために船
舶では船底に枠状の空気室を設け、この空気室内に空気
を供給して船底表面に空気層を形成する方法や船底に空
気を噴出し、この表面を多数の微細な気泡で覆う、所謂
マイクロバブル法等が提案されている。また、船舶や液
体輸送路では、流体が流れる方向にリブレットと呼ばれ
る細長いリブを多数その表面上に形成する方法が、例え
ば特開昭６１−２７８５００号等で提案されている。
舶では船底に枠状の空気室を設け、この空気室内に空気
を供給して船底表面に空気層を形成する方法や船底に空
気を噴出し、この表面を多数の微細な気泡で覆う、所謂
マイクロバブル法等が提案されている。また、船舶や液
体輸送路では、流体が流れる方向にリブレットと呼ばれ
る細長いリブを多数その表面上に形成する方法が、例え
ば特開昭６１−２７８５００号等で提案されている。
【０００４】しかしながら空気層を形成する方法は、液
体の流れに伴ってこの空気室内の空気が流出するため、
この空気の補給に大きな動力が必要になる。また、マイ
クロバブル法においても構造物の表面を微細な気泡で覆
うために大量の空気を供給しなければならず、その結
果、大きな動力が必要になるという問題がある。表面に
リブを形成する方法においても、流れの条件に応じてリ
ブの間隔や高さを調整して表面近傍に生ずる渦を制御し
たとしても、抵抗低減効果は文献によれば高々８％程度
で、リブの形状、寸法と流れの条件のマッチングが悪い
と抵抗増加の要因となることが知られており、実際には
この方法を実施することは困難である。
体の流れに伴ってこの空気室内の空気が流出するため、
この空気の補給に大きな動力が必要になる。また、マイ
クロバブル法においても構造物の表面を微細な気泡で覆
うために大量の空気を供給しなければならず、その結
果、大きな動力が必要になるという問題がある。表面に
リブを形成する方法においても、流れの条件に応じてリ
ブの間隔や高さを調整して表面近傍に生ずる渦を制御し
たとしても、抵抗低減効果は文献によれば高々８％程度
で、リブの形状、寸法と流れの条件のマッチングが悪い
と抵抗増加の要因となることが知られており、実際には
この方法を実施することは困難である。
【０００５】一方、構造物の表面に水中生物等の付着を
防止する手段として防汚・防食塗料を塗布することが行
なわれている。しかし、この方法によると塗膜の維持管
理が面倒なばかりでなく、塗膜中の有害物質が溶出して
公害の問題が発生する恐れがあった。このような公知技
術の問題点を考慮して本発明者等は、液体と接する構造
物、即ち、没水体の表面に微細な凹凸を有し、かつ少な
くとも前記凹凸の凸部の頂部を撥水材料で形成した膜体
で被覆し、この膜体表面に空気を供給してこの膜体表面
と液体との間に空気膜を形成することを先に提案した
（特願平５−１０６９５３号）。
防止する手段として防汚・防食塗料を塗布することが行
なわれている。しかし、この方法によると塗膜の維持管
理が面倒なばかりでなく、塗膜中の有害物質が溶出して
公害の問題が発生する恐れがあった。このような公知技
術の問題点を考慮して本発明者等は、液体と接する構造
物、即ち、没水体の表面に微細な凹凸を有し、かつ少な
くとも前記凹凸の凸部の頂部を撥水材料で形成した膜体
で被覆し、この膜体表面に空気を供給してこの膜体表面
と液体との間に空気膜を形成することを先に提案した
（特願平５−１０６９５３号）。
【０００６】即ち、このような膜体で構造物を被覆する
と、液中において膜体表面に薄い空気膜を形成し、この
空気膜に外部から空気を供給すると空気膜は安定して保
持され、この空気膜が液体と構造物との直接の接触を防
ぎ、大幅に流体摩擦抵抗を低減するとともに防汚や防食
を図ることができるのである。
と、液中において膜体表面に薄い空気膜を形成し、この
空気膜に外部から空気を供給すると空気膜は安定して保
持され、この空気膜が液体と構造物との直接の接触を防
ぎ、大幅に流体摩擦抵抗を低減するとともに防汚や防食
を図ることができるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで本発明者等
は、この微細な凹凸を有する表面の特性について更に研
究を進めた。その結果、構造物の表面、具体的には膜体
表面に沿う液体の流れが速くなると空気膜は液体流れか
ら大きなせん断力を受けて次第に不安定化し、例えば流
速が３〜４ｍ／ｓになると、この表面が下向きであって
も空気膜の一部が気泡となって表面から剥離し、空気膜
が薄くなる傾向がでてくることが分かった。このことか
ら周囲の液体の流れが速い構造物に前記方法を適用する
ときは、表面から剥離する空気を補うため余分な空気を
供給する必要があり、その結果、動力費が増加すること
となる。
は、この微細な凹凸を有する表面の特性について更に研
究を進めた。その結果、構造物の表面、具体的には膜体
表面に沿う液体の流れが速くなると空気膜は液体流れか
ら大きなせん断力を受けて次第に不安定化し、例えば流
速が３〜４ｍ／ｓになると、この表面が下向きであって
も空気膜の一部が気泡となって表面から剥離し、空気膜
が薄くなる傾向がでてくることが分かった。このことか
ら周囲の液体の流れが速い構造物に前記方法を適用する
ときは、表面から剥離する空気を補うため余分な空気を
供給する必要があり、その結果、動力費が増加すること
となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来技術
の問題点を解決するためになされたものであって、表面
に微細な凹凸を有し、かつ少なくとも前記凹凸部の頂部
を撥水性材料で形成した膜体で液体の流れ方向に平行に
配置した多数の細溝を被覆した液体と接する構造物の表
面構造を提供するものである。
の問題点を解決するためになされたものであって、表面
に微細な凹凸を有し、かつ少なくとも前記凹凸部の頂部
を撥水性材料で形成した膜体で液体の流れ方向に平行に
配置した多数の細溝を被覆した液体と接する構造物の表
面構造を提供するものである。
【０００９】そしてこの細溝は、好ましくは断面がＶ型
となるよう構成され、開口部の間隔ｓが２．５ｍｍ以下
であり、更に深さｈと前記ｓとの比ｓ／ｈが２以下とな
るように構成される。また、Ｖ型細溝の効果は開口部の
間隔ｓが２．５〜０．３ｍｍ、好ましくは１．５〜０．
５ｍｍ、深さｈとの比ｓ／ｈが２〜０．５、好ましくは
１．５〜０．７である。
となるよう構成され、開口部の間隔ｓが２．５ｍｍ以下
であり、更に深さｈと前記ｓとの比ｓ／ｈが２以下とな
るように構成される。また、Ｖ型細溝の効果は開口部の
間隔ｓが２．５〜０．３ｍｍ、好ましくは１．５〜０．
５ｍｍ、深さｈとの比ｓ／ｈが２〜０．５、好ましくは
１．５〜０．７である。
【００１０】そしてこの細溝が断面において平坦又は円
弧状に形成されるのが好ましい。また、この細溝が構造
物の傾斜又は植立する角θの表面に配置される場合、こ
の細溝の断面形状が底辺の下部角をαとするとき、α＞
θとなるように構成するのが良い。
弧状に形成されるのが好ましい。また、この細溝が構造
物の傾斜又は植立する角θの表面に配置される場合、こ
の細溝の断面形状が底辺の下部角をαとするとき、α＞
θとなるように構成するのが良い。
【００１１】
【作 用】前記液体と接する構造物の表面構造によれ
ば、微細な凹凸を有する膜体表面に形成された細溝の作
用により細溝凹部の液体の流れが遅くなり、膜体表面に
形成された空気膜からの空気の剥離が大巾に減少する。
そのため，細溝のない平坦な表面構造の場合と比較して
空気の供給量を少なくしても流体摩擦抵抗を低減させる
ことができるとともに水中生物の付着をも防止できるの
である。
ば、微細な凹凸を有する膜体表面に形成された細溝の作
用により細溝凹部の液体の流れが遅くなり、膜体表面に
形成された空気膜からの空気の剥離が大巾に減少する。
そのため，細溝のない平坦な表面構造の場合と比較して
空気の供給量を少なくしても流体摩擦抵抗を低減させる
ことができるとともに水中生物の付着をも防止できるの
である。
【００１２】
【実 施 例】以下図１乃至図１０を参照して本発明に
よる液体と接する構造物の表面構造の実施例を説明す
る。図１は液体と接する構造物が船舶である場合におい
てその船舶の概略側面図であり、１は船体で、この船体
１の底部２及び船側部２ａの没水表面は膜体３，３ａで
被覆され、その前方から後方に向って空気を噴出するよ
うにノズル４が配設され、コンプレッサ５から供給され
た空気がこのノズル４から膜体３，３ａに沿って噴出す
るように供給されるようになっている。
よる液体と接する構造物の表面構造の実施例を説明す
る。図１は液体と接する構造物が船舶である場合におい
てその船舶の概略側面図であり、１は船体で、この船体
１の底部２及び船側部２ａの没水表面は膜体３，３ａで
被覆され、その前方から後方に向って空気を噴出するよ
うにノズル４が配設され、コンプレッサ５から供給され
た空気がこのノズル４から膜体３，３ａに沿って噴出す
るように供給されるようになっている。
【００１３】この膜体３，３ａについて詳述すれば、底
部２を被覆する膜体３は、その表面が図２に断面で示す
ように底部２の前後方向、即ち、略流れ方向に沿って配
置された多数の断面がＶ型の細溝６を平行に配置してい
る。そしてこのＶ型細溝６は、図２のように塗料を塗布
した膜体３自体で構成することもできるが、図３に示す
ようにあらかじめ底部２表面にＶ型細溝６ａを直接ある
いは細溝加工をした表面部材を底部２の表面に積層し、
その表面に塗料を塗布して細溝型の膜体３で構成するこ
ともできる。
部２を被覆する膜体３は、その表面が図２に断面で示す
ように底部２の前後方向、即ち、略流れ方向に沿って配
置された多数の断面がＶ型の細溝６を平行に配置してい
る。そしてこのＶ型細溝６は、図２のように塗料を塗布
した膜体３自体で構成することもできるが、図３に示す
ようにあらかじめ底部２表面にＶ型細溝６ａを直接ある
いは細溝加工をした表面部材を底部２の表面に積層し、
その表面に塗料を塗布して細溝型の膜体３で構成するこ
ともできる。
【００１４】このＶ型細溝６はノズル４から噴出する空
気あるいは気体を細溝内に保持する機能を持たせる必要
がある。従って、この細溝６は、その開口部７の間隔ｓ
（山と山の間の距離）が２．５ｍｍ以下で、深さ（山の
高さ）ｈとの比である、ｓ／ｈが２以下となるよう構成
する。寸法比ｓ／ｈを２以下としたのは、この値を超え
ると溝凹部に保持されている空気が液体流れのせん断力
により持ち去られ易くなるためである。また、前記開口
部７の間隔ｓは、液体の流速が大きくなるほど小さくす
る必要がある。
気あるいは気体を細溝内に保持する機能を持たせる必要
がある。従って、この細溝６は、その開口部７の間隔ｓ
（山と山の間の距離）が２．５ｍｍ以下で、深さ（山の
高さ）ｈとの比である、ｓ／ｈが２以下となるよう構成
する。寸法比ｓ／ｈを２以下としたのは、この値を超え
ると溝凹部に保持されている空気が液体流れのせん断力
により持ち去られ易くなるためである。また、前記開口
部７の間隔ｓは、液体の流速が大きくなるほど小さくす
る必要がある。
【００１５】細溝６を形成する膜体３は、図４に示され
るように粉体粒子８と塗膜層９から構成され、この粉体
粒子８が塗膜層９の表面に突出し、凹部１０と凸部１１
とにより微細な凹凸構造を形成する。前記粉体粒子とし
ては、表面に疎水性処理を施した無機系粒子、例えばシ
リカ、アルミナ、チタニア等の粒子、あるいは有機系の
ポリテトラフルオロエチレン粒子が用いられる。
るように粉体粒子８と塗膜層９から構成され、この粉体
粒子８が塗膜層９の表面に突出し、凹部１０と凸部１１
とにより微細な凹凸構造を形成する。前記粉体粒子とし
ては、表面に疎水性処理を施した無機系粒子、例えばシ
リカ、アルミナ、チタニア等の粒子、あるいは有機系の
ポリテトラフルオロエチレン粒子が用いられる。
【００１６】また、前記塗膜層９としては、水との接触
角が９０°以上の撥水性樹脂、例えばシリコーン樹脂、
フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹
脂等が用いられる。図５は本発明にかかる表面構造の表
面に薄い空気膜を形成する状態の説明図であるが、この
図に示すように、微細な凹部１０及び凸部１１のある膜
体表面１２を有する船舶等の没水体を水に浸漬した状態
で前記膜体表面１２に空気ａを供給すると、この空気ａ
は容易に凹部１０内に入り保持された状態となる。
角が９０°以上の撥水性樹脂、例えばシリコーン樹脂、
フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹
脂等が用いられる。図５は本発明にかかる表面構造の表
面に薄い空気膜を形成する状態の説明図であるが、この
図に示すように、微細な凹部１０及び凸部１１のある膜
体表面１２を有する船舶等の没水体を水に浸漬した状態
で前記膜体表面１２に空気ａを供給すると、この空気ａ
は容易に凹部１０内に入り保持された状態となる。
【００１７】このように凹部１０内に空気ａが薄いフイ
ルムのように保持された状態で、その膜体表面１２の表
面に空気ａ’を図１のようにノズル４より噴出して供給
すると、この空気ａ’は容易に空気膜１３を形成する。
なお、この図５は説明の都合で天地が逆転して描かれて
いるが、この空気膜１３を介して船体１の底部２あるい
は船側部２ａの表面に沿って水１４が矢印Ｘのように流
れることになる。この図には示されていないが、Ｖ型細
溝６は前記矢印Ｘの方向に形成されており、その表面に
微細な凹凸が形成されているのである。
ルムのように保持された状態で、その膜体表面１２の表
面に空気ａ’を図１のようにノズル４より噴出して供給
すると、この空気ａ’は容易に空気膜１３を形成する。
なお、この図５は説明の都合で天地が逆転して描かれて
いるが、この空気膜１３を介して船体１の底部２あるい
は船側部２ａの表面に沿って水１４が矢印Ｘのように流
れることになる。この図には示されていないが、Ｖ型細
溝６は前記矢印Ｘの方向に形成されており、その表面に
微細な凹凸が形成されているのである。
【００１８】そしてこのような作用をする微細な凹凸を
有する膜体表面１２を、液体の流れの方向に沿って形成
したＶ型細溝６の表面に形成することにより、図３に示
すように、このＶ型細溝６内及びこのＶ型細溝６を形成
する頂部６ｂ上にも空気膜１５が形成されることにな
る。このようにして形成された空気膜１５は流体である
水１４が速く流れたとしても（船速が増加）、Ｖ型細溝
６の凹部では遅い流れが形成され、水１４の流れによる
空気膜１５は剥離が極めて少なくなるのである。
有する膜体表面１２を、液体の流れの方向に沿って形成
したＶ型細溝６の表面に形成することにより、図３に示
すように、このＶ型細溝６内及びこのＶ型細溝６を形成
する頂部６ｂ上にも空気膜１５が形成されることにな
る。このようにして形成された空気膜１５は流体である
水１４が速く流れたとしても（船速が増加）、Ｖ型細溝
６の凹部では遅い流れが形成され、水１４の流れによる
空気膜１５は剥離が極めて少なくなるのである。
【００１９】本発明によれば、Ｖ型細溝６を形成してい
る表面に微細な凹凸を形成してある膜体表面１２によっ
て図４に示すように薄い空気ａの層を保持し、更に図５
のようにその空気ａの表面に空気ａ’を流すことによっ
てこの空気ａと空気ａ’とが合体した空気膜１５を図３
のように形成する。そしてＶ型細溝６がその凹部６ａで
水の流れを遅くして空気膜１５の剥離を抑制することに
よって、この空気膜１５によって水１４と船体１の底部
あるいは船側部２ａ（図１）とが直接に接触しない状態
を安定して保持することができるのである。
る表面に微細な凹凸を形成してある膜体表面１２によっ
て図４に示すように薄い空気ａの層を保持し、更に図５
のようにその空気ａの表面に空気ａ’を流すことによっ
てこの空気ａと空気ａ’とが合体した空気膜１５を図３
のように形成する。そしてＶ型細溝６がその凹部６ａで
水の流れを遅くして空気膜１５の剥離を抑制することに
よって、この空気膜１５によって水１４と船体１の底部
あるいは船側部２ａ（図１）とが直接に接触しない状態
を安定して保持することができるのである。
【００２０】図６乃至図８はＶ型細溝６の構造の他の実
施例で、図６は膜体３で被覆されたＶ型細溝６が、その
頂部６ｂにおいて平坦部６ｂ−１を形成した場合であ
る。また、図７は同様に膜体３により被覆されたＶ型細
溝６の頂部６ｂが円弧部６ｂ−２とした例である。これ
らは例えばこの膜体３の頂部６ｂを平坦部６ｂ−１ある
いは円弧部６ｂ−２に形成することによって尖った頂部
６ｂに比較してより強度を有することとなり、障害物等
に接したとしても破損する割合は少なく実用的なものと
なる。また、図８はＶ型細溝６の底部６ｃに丸みを持た
せた他の実施例である。
施例で、図６は膜体３で被覆されたＶ型細溝６が、その
頂部６ｂにおいて平坦部６ｂ−１を形成した場合であ
る。また、図７は同様に膜体３により被覆されたＶ型細
溝６の頂部６ｂが円弧部６ｂ−２とした例である。これ
らは例えばこの膜体３の頂部６ｂを平坦部６ｂ−１ある
いは円弧部６ｂ−２に形成することによって尖った頂部
６ｂに比較してより強度を有することとなり、障害物等
に接したとしても破損する割合は少なく実用的なものと
なる。また、図８はＶ型細溝６の底部６ｃに丸みを持た
せた他の実施例である。
【００２１】船側部２ａを被覆する膜体３ａはその表面
を前記したような断面において左右対称のＶ型細溝６で
構成するが、図９に船側部２ａを拡大して示すように左
右非対称の変形Ｖ型細溝６ｄに形成することができる。
この図のように船側部２ａが水平面に対して傾斜角がθ
であるとき、前記のように縦面６ｄ−２と横面６ｄ−１
からなる変形Ｖ型細溝６ｄを形成することによってこの
横面６ｄ−１が浮力による空気ａの流出を阻止すること
ができる。
を前記したような断面において左右対称のＶ型細溝６で
構成するが、図９に船側部２ａを拡大して示すように左
右非対称の変形Ｖ型細溝６ｄに形成することができる。
この図のように船側部２ａが水平面に対して傾斜角がθ
であるとき、前記のように縦面６ｄ−２と横面６ｄ−１
からなる変形Ｖ型細溝６ｄを形成することによってこの
横面６ｄ−１が浮力による空気ａの流出を阻止すること
ができる。
【００２２】このように変形Ｖ型細溝６ｄを形成する際
の留意点は、空気ａを十分に保持することができるよう
に底部イが頂部ロより高くなるように横面６ｄ−１が傾
いていることが必要である。その条件を具体的に示す
と、変形Ｖ型細溝６ｄの断面において、その頂部の角を
γ、上部の角β、更に下部の角をαとするとき、α＞θ
を満足するように角度と縦面６ｄ−２と横面６ｄ−１の
長さを設計することが必要となる。
の留意点は、空気ａを十分に保持することができるよう
に底部イが頂部ロより高くなるように横面６ｄ−１が傾
いていることが必要である。その条件を具体的に示す
と、変形Ｖ型細溝６ｄの断面において、その頂部の角を
γ、上部の角β、更に下部の角をαとするとき、α＞θ
を満足するように角度と縦面６ｄ−２と横面６ｄ−１の
長さを設計することが必要となる。
【００２３】以上の実施例においては液体と接する構造
物あるいは没水体を船舶として説明したが、本発明は勿
論これに限定されるものではなく、例えば水中に打設さ
れた杭や発電所の取水路に適用することができる。水中
に植立した杭の場合は海洋生物や汚れの付着に伴う壁面
粗さの増加による摩擦抵抗の増加を防止すると共に、腐
食も防止できる。
物あるいは没水体を船舶として説明したが、本発明は勿
論これに限定されるものではなく、例えば水中に打設さ
れた杭や発電所の取水路に適用することができる。水中
に植立した杭の場合は海洋生物や汚れの付着に伴う壁面
粗さの増加による摩擦抵抗の増加を防止すると共に、腐
食も防止できる。
【００２４】また、発電所の取水路の場合は貝類や藻類
の付着による壁面粗さの増加、および取水路の横断面積
の減少に起因した摩擦抵抗の増大、それに伴う冷却水の
減少やポンプ動力の増大を防止することができる。本発
明は船舶や水中杭や取水路のように水と接する構造物、
ないしは没水構造物に効果的に適用することができるも
のである。 （実験例）次に本発明の作用効果を確認するために次の
実験を行なった。
の付着による壁面粗さの増加、および取水路の横断面積
の減少に起因した摩擦抵抗の増大、それに伴う冷却水の
減少やポンプ動力の増大を防止することができる。本発
明は船舶や水中杭や取水路のように水と接する構造物、
ないしは没水構造物に効果的に適用することができるも
のである。 （実験例）次に本発明の作用効果を確認するために次の
実験を行なった。
【００２５】イ）水槽：高さが６０ｃｍ、幅が６０ｃｍ
の矩形断面で、平行部の長さが３ｍの試験部を有する密
閉型回流水槽を用いた。 ロ）試験装置は図１０に示すように試験部天井２０から
下方に断面が翼形をしたステー２１を前後に設け、これ
の下端に試験平板本体２２を支持した。この試験平板本
体２２は全長が２．１４ｍ、幅が０．４５ｍ，厚さが２
５ｍｍの平板である。
の矩形断面で、平行部の長さが３ｍの試験部を有する密
閉型回流水槽を用いた。 ロ）試験装置は図１０に示すように試験部天井２０から
下方に断面が翼形をしたステー２１を前後に設け、これ
の下端に試験平板本体２２を支持した。この試験平板本
体２２は全長が２．１４ｍ、幅が０．４５ｍ，厚さが２
５ｍｍの平板である。
【００２６】この試験平板本体２２の前後端部２３，２
４を水の抵抗を減少するためにくさび型に上下面を削除
し、下面の前端縁から１７０ｍｍの位置に空気供給用の
スリット型ノズル（スリット幅が０．５ｍｍ、吹き出し
角１０°）２５を設けた。また、その後方に全長が１．
８５ｍ、幅が０．４ｍ、厚さが５ｍｍのアルミ製の供試
平板２６を、前記試験平板本体２２と表面が連続するよ
うに取付けた。
４を水の抵抗を減少するためにくさび型に上下面を削除
し、下面の前端縁から１７０ｍｍの位置に空気供給用の
スリット型ノズル（スリット幅が０．５ｍｍ、吹き出し
角１０°）２５を設けた。また、その後方に全長が１．
８５ｍ、幅が０．４ｍ、厚さが５ｍｍのアルミ製の供試
平板２６を、前記試験平板本体２２と表面が連続するよ
うに取付けた。
【００２７】前記供試平板２６の表面（下面）には開口
部の間隔ｓが１．０ｍｍ、深さｈが１．０ｍｍのＶ型溝
を形成した表面層と、比較用として表面が平坦な表面層
の２種類のものを用意して空気膜形成能を付与するため
に次のような表面処理を行なった。まず、市販のシリコ
ーン系樹脂を前記供試平板２６に膜厚が１００μｍ程度
になるようにスプレーガンで塗布し、室温で乾燥して塗
膜を形成した。
部の間隔ｓが１．０ｍｍ、深さｈが１．０ｍｍのＶ型溝
を形成した表面層と、比較用として表面が平坦な表面層
の２種類のものを用意して空気膜形成能を付与するため
に次のような表面処理を行なった。まず、市販のシリコ
ーン系樹脂を前記供試平板２６に膜厚が１００μｍ程度
になるようにスプレーガンで塗布し、室温で乾燥して塗
膜を形成した。
【００２８】次に、フッ素含有表面処理剤で疎水化処理
した平均粒径１．８μｍの疎水性シリカ粒子を有機溶媒
で分散させた混合液を前記塗膜の上にスプレーガンで吹
き付けることによって図４に示すような微細凹凸構造を
有する塗膜からなる表面層を形成した。そして次のよう
にして観察試験を行なった。
した平均粒径１．８μｍの疎水性シリカ粒子を有機溶媒
で分散させた混合液を前記塗膜の上にスプレーガンで吹
き付けることによって図４に示すような微細凹凸構造を
有する塗膜からなる表面層を形成した。そして次のよう
にして観察試験を行なった。
【００２９】密閉型回流水槽の試験部の流速を０〜８ｍ
／ｓの範囲で、０．５ｍ／ｓの単位で増加し、そのとき
試験平板と比較平板に沿って流れる空気の挙動を観察し
た。ノズル２５から供試平板２６に対して供給する空気
量は、供給空気が試験部流速と同一速度で一様に流れる
と仮定して空気膜の平均厚さが０．５ｍｍとなるように
設定し調整した。
／ｓの範囲で、０．５ｍ／ｓの単位で増加し、そのとき
試験平板と比較平板に沿って流れる空気の挙動を観察し
た。ノズル２５から供試平板２６に対して供給する空気
量は、供給空気が試験部流速と同一速度で一様に流れる
と仮定して空気膜の平均厚さが０．５ｍｍとなるように
設定し調整した。
【００３０】なお、試験部の流速は、供試平板２６の前
縁であって、平板２６の表面から１５０ｍｍ離れた位置
に設置したピトー管を使用して測定した。前記試験の観
察結果を表１に示す。この試験から表面にＶ型細溝を有
する供試平板上の表面層は、細溝のない平坦な表面層に
比較して高流速まで空気の剥離を抑制し、さらに空気が
剥離した場合でもその量が少なく、高流速域で空気膜保
持性に優れていることが確認できた。
縁であって、平板２６の表面から１５０ｍｍ離れた位置
に設置したピトー管を使用して測定した。前記試験の観
察結果を表１に示す。この試験から表面にＶ型細溝を有
する供試平板上の表面層は、細溝のない平坦な表面層に
比較して高流速まで空気の剥離を抑制し、さらに空気が
剥離した場合でもその量が少なく、高流速域で空気膜保
持性に優れていることが確認できた。
【００３１】前記のような多数の試験を行った結果、Ｖ
型細溝の効果は、開口部の間隔ｓが２．５〜０．３ｍ
ｍ、好ましくは１．５〜０．５ｍｍである上に、深さｈ
との比ｓ／ｈが２〜０．５、好ましくは１．５〜０．７
であることが多数の試験結果より得られている。
型細溝の効果は、開口部の間隔ｓが２．５〜０．３ｍ
ｍ、好ましくは１．５〜０．５ｍｍである上に、深さｈ
との比ｓ／ｈが２〜０．５、好ましくは１．５〜０．７
であることが多数の試験結果より得られている。
【００３２】
【００３３】
【発明の効果】本発明に係る液体と接する構造物の表面
は、表面に微細な凹凸を有し かつ前記凹凸部に頂部を
撥水性材料で形成した膜体で液体の流れ方向に平行に配
置した多数の細溝、あるいはリブレット状の細長い溝を
被覆した構造となっている。この構造物の表面は外部か
ら供給された空気を取り込んで容易に空気膜を形成し、
そしてその細溝の空気層を保持する作用により、液体の
流速が大となっても空気層が容易に表面から剥離するこ
ともなく、その結果、細溝のない平坦な表面の場合と比
較して少ない動力でもって大幅な流体摩擦抵抗を低減で
きる。
は、表面に微細な凹凸を有し かつ前記凹凸部に頂部を
撥水性材料で形成した膜体で液体の流れ方向に平行に配
置した多数の細溝、あるいはリブレット状の細長い溝を
被覆した構造となっている。この構造物の表面は外部か
ら供給された空気を取り込んで容易に空気膜を形成し、
そしてその細溝の空気層を保持する作用により、液体の
流速が大となっても空気層が容易に表面から剥離するこ
ともなく、その結果、細溝のない平坦な表面の場合と比
較して少ない動力でもって大幅な流体摩擦抵抗を低減で
きる。
【００３４】また、液体と接する構造物の表面が傾斜面
である場合は、その表面に形成した細溝内に供給された
空気を浮力を利用して保持するため、厚い空気膜を安定
して維持でき、表面が水との接触から保護され、汚れや
腐食を防止ないしは減少させることができる。また、空
気を案内あるいは保持する細溝を持つ表面に物が衝突し
た場合でも溝の頂部が損傷しても溝の凹部は保護されて
空気を保持する能力を維持することができる。
である場合は、その表面に形成した細溝内に供給された
空気を浮力を利用して保持するため、厚い空気膜を安定
して維持でき、表面が水との接触から保護され、汚れや
腐食を防止ないしは減少させることができる。また、空
気を案内あるいは保持する細溝を持つ表面に物が衝突し
た場合でも溝の頂部が損傷しても溝の凹部は保護されて
空気を保持する能力を維持することができる。
【図１】本発明による液体と接する構造物の実施例を示
す船舶の概略側面図である。
す船舶の概略側面図である。
【図２】底部の一部を拡大した横断面図である。
【図３】底部の他の実施例における一部を拡大した横断
面図である。
面図である。
【図４】膜体を拡大して示す断面図である。
【図５】膜体表面の空気膜を保持する作用の説明図であ
る。
る。
【図６】Ｖ型溝の他の実施例の説明図である。
【図７】Ｖ型溝の他の実施例の説明図である。
【図８】Ｖ型溝の他の実施例の説明図である。
【図９】船側部あるいは船底部の一部を拡大して示す横
断面図である。
断面図である。
【図１０】試験平板の取付状態を示す側面図である。
【図１１】試験平板の下面図である。
１ 船舶 ２ 底部 ３ 膜体 ４ ノズル
５ コンプレッサ ６ Ｖ型溝 ７ 開口部 ８ 粉体粒子 ９ 塗
膜層 ９’ 頂部 １０ 凹部 １１ 凸部 １２ 膜体表面 １３
空気膜 １４ 水 １５ 空気膜 ２０ 試験部天井 ２
１ ステー ２２ 試験平板本体 ２３，２４ くさび型前後端部 ２５ スリット型ノズル ２６ 供試平板 ａ，
ａ’ 空気
５ コンプレッサ ６ Ｖ型溝 ７ 開口部 ８ 粉体粒子 ９ 塗
膜層 ９’ 頂部 １０ 凹部 １１ 凸部 １２ 膜体表面 １３
空気膜 １４ 水 １５ 空気膜 ２０ 試験部天井 ２
１ ステー ２２ 試験平板本体 ２３，２４ くさび型前後端部 ２５ スリット型ノズル ２６ 供試平板 ａ，
ａ’ 空気
Claims (5)
- 【請求項１】 表面に微細な凹凸を有し、かつ少なくと
も前記凹凸部の頂部を撥水性材料で形成した膜体で液体
の流れ方向に平行に配置した多数の細溝を被覆した液体
と接する構造物の表面構造。 - 【請求項２】 断面がＶ型となるよう構成した請求項１
記載の細溝。 - 【請求項３】 断面において開口部の間隔ｓが２．５ｍ
ｍ以下でかつ深さｈとの比ｓ／ｈが２以下となるよう構
成した請求項１記載の細溝。 - 【請求項４】 断面において膜体で被覆した細溝の頂部
が平坦又は円弧状に形成した請求項１記載の液体と接す
る構造物の表面構造。 - 【請求項５】 傾斜又は植立する角θを有する構造物の
表面であって膜体で被覆した細溝の断面形状の底辺の下
部角をαとするとき、α＞θとなるよう構成した請求項
１記載の液体と接する構造物の表面構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7076474A JPH08268377A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 液体と接する構造物の表面構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7076474A JPH08268377A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 液体と接する構造物の表面構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08268377A true JPH08268377A (ja) | 1996-10-15 |
Family
ID=13606188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7076474A Withdrawn JPH08268377A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 液体と接する構造物の表面構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08268377A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6237522B1 (en) | 1999-03-23 | 2001-05-29 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Bottom structure of personal watercraft |
| KR100539664B1 (ko) * | 2003-04-14 | 2006-01-11 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 유체 마찰력 감소장치 및 방법 |
| JP2007167892A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 金属シートおよび流体抵抗低減方法 |
| JP2011530443A (ja) * | 2008-08-05 | 2011-12-22 | アルコア インコーポレイテッド | 摩擦低減テクスチャ表面を有する金属シート及びプレート並びにそれらの製造方法 |
| JP2013216323A (ja) * | 2013-06-28 | 2013-10-24 | National Maritime Research Institute | 船舶の気泡保持装置 |
| DE102012210294A1 (de) | 2012-06-19 | 2013-12-19 | Evonik Industries Ag | Bewuchsmindernde-Additive, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in Beschichtungen |
| CN105644750A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-06-08 | 武汉理工大学 | 复合节能的江海直达船 |
| EP3085970A1 (en) * | 2015-04-21 | 2016-10-26 | The Boeing Company | Actuatable microstructures and methods of making the same |
| JP2018035227A (ja) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 日本ペイントマリン株式会社 | 塗料組成物及びそれから形成される塗膜 |
| CN109606532A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-12 | 哈尔滨工程大学 | 基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮结构 |
| CN109983235A (zh) * | 2016-11-21 | 2019-07-05 | 戴森技术有限公司 | 压缩机叶片表面造型 |
| WO2019189412A1 (ja) | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 中国塗料株式会社 | 防汚塗膜及びその製造方法、防汚塗膜付き接水構造物、並びに防汚テープ及びその製造方法 |
| KR102165247B1 (ko) * | 2020-05-06 | 2020-10-13 | 국방과학연구소 | 수중 운동체 |
-
1995
- 1995-03-31 JP JP7076474A patent/JPH08268377A/ja not_active Withdrawn
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6237522B1 (en) | 1999-03-23 | 2001-05-29 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Bottom structure of personal watercraft |
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| DE102012210294A1 (de) | 2012-06-19 | 2013-12-19 | Evonik Industries Ag | Bewuchsmindernde-Additive, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in Beschichtungen |
| WO2013189699A1 (de) | 2012-06-19 | 2013-12-27 | Evonik Industries Ag | Bewuchsmindernde-additive, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung in beschichtungen |
| JP2013216323A (ja) * | 2013-06-28 | 2013-10-24 | National Maritime Research Institute | 船舶の気泡保持装置 |
| US9932481B2 (en) | 2015-04-21 | 2018-04-03 | The Boeing Company | Actuatable microstructures and methods of making the same |
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| KR20200124264A (ko) | 2018-03-28 | 2020-11-02 | 주고꾸 도료 가부시키가이샤 | 방오 도막 및 그의 제조 방법, 방오 도막 부가 접수 구조물, 및 방오 테이프 및 그의 제조 방법 |
| US11993727B2 (en) | 2018-03-28 | 2024-05-28 | Chugoku Marine Paints, Ltd. | Antifouling coating film and method of manufacturing same, water contacting structure with antifouling coating film, and antifouling tape and method of manufacturing same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |