舶用プロペラ
【課題】 推進効率の向上を図るとともに、主機にかかる負荷を低減することができる舶用プロペラを提供する。
【解決手段】 主機から回転駆動力が伝達されるボス部２と、ボス部２から回転軸線を中心とした径方向外側に延び、周方向等間隔に配置された複数のプロペラ翼３と、が設けられ、プロペラ翼３の後縁側スキュー角θＳＴが前縁側スキュー角θＳＬよりも大きく、プロペラ翼３に働く負荷に基づき、プロペラ翼３におけるピッチ角が変化することを特徴とする。
【解決手段】 主機から回転駆動力が伝達されるボス部２と、ボス部２から回転軸線を中心とした径方向外側に延び、周方向等間隔に配置された複数のプロペラ翼３と、が設けられ、プロペラ翼３の後縁側スキュー角θＳＴが前縁側スキュー角θＳＬよりも大きく、プロペラ翼３に働く負荷に基づき、プロペラ翼３におけるピッチ角が変化することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用プロペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、舶用プロペラはＮｉＡｌＢｚ（ニッケル、アルミニウム、ブロンズ）などの合金を材料とした一体構造として製作され、かつ、剛に製作された舶用プロペラが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
一方で、舶用プロペラのボス部とプロペラ翼とを別個に製作し、ボス部にプロペラ翼を取り付けて構成されるプロペラ翼も製作されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載された舶用プロペラでは、スキュー角を有するプロペラ翼自体を一体構造として剛に製作し、プロペラ翼のピッチ角が変化しないように、プロペラ翼をボス部に取り付けている。
【０００３】
上述の舶用プロペラでは、プロペラに働く負荷の変化により、プロペラのプロペラ翼は変形しない構成、またはプロペラ翼のピッチ角は変化しない構成とされている。
もし、プロペラ翼が当該負荷の変化により変形したとしても、変形による影響が無視できるほど微小な変形にとどまるように構成されている。プロペラ翼のピッチ角についても、変化しても、変化による影響が無視できるほど微小な変化にとどまるように構成されている。
【特許文献１】特公昭６０−１８５９９号公報
【特許文献２】特表２０００−５０００８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、上述の特許文献１におよび２に記載された舶用プロペラを備えた船舶においては、就航後に波浪中を航行するなど、抵抗が増大するとプロペラに働く負荷も増大し、主機の負荷が増大することになる。舶用プロペラは、このように主機の負荷が増大したときに備えて、予めプロペラ翼のピッチ角が低めに設計され、回転数が上がるように余裕が見込まれている。このような設計にすることにより、主機の負荷増大が防止されている。
【０００５】
しかしながら、上述の方法では、船舶の航行時に使用される条件、つまり本来の設計点ではプロペラ翼のピッチ角は最適な値よりも小さくなるため、プロペラは、最も推進効率の高い条件では使用されず、それよりも効率の悪い条件で使用されるという問題があった。
【０００６】
さらに、舶用プロペラにおいては、船底側でプロペラ翼が受ける負荷と、側方でプロペラ翼が受ける負荷とが異なるため、舶用プロペラが一回転する間にもプロペラ翼が受ける負荷が変化していた。すると、主機にかかる負荷も舶用プロペラの回転にともない変動し、主機に負荷がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、推進効率の向上を図るとともに、主機にかかる負荷を低減することができる舶用プロペラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の舶用プロペラは、主機から回転駆動力が伝達されるボス部と、該ボス部から回転軸線を中心とした径方向外側に延び、周方向等間隔に配置された複数のプロペラ翼と、が設けられ、前記プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きく、前記プロペラ翼に働く負荷に基づき、前記プロペラ翼におけるピッチ角が変化することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きいため、プロペラ翼に働く負荷により、プロペラ翼にはピッチ角を小さくするトルクが作用する。そのため、例えば、プロペラ翼に働く負荷が大きくなると、プロペラ翼におけるピッチ角が小さくなるため、プロペラ翼に働く負荷が小さくなる。その結果主機に係る負荷が小さくなる。一方、プロペラ翼に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼におけるピッチ角大きくなり元の角度に戻るため、プロペラ翼が発生する推力が大きくなり元の推力に戻る。
【００１０】
以上のことから、プロペラ翼に働く負荷が小さいとき、例えば船舶が平水中を航行する場合に、プロペラ翼の推進効率が最も高くなるようにピッチ角を設定し、舶用プロペラの推進効率の向上を図ることができる。一方で、プロペラ翼に働く負荷が大きいとき、例えば船舶が波浪中を航行する場合には、プロペラ翼に働く負荷によりプロペラ翼のピッチ角が小さくなるため、主機への負荷を低減することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記後縁側スキュー角は、前記前縁側スキュー角の約２倍の角度より大きいことが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、後縁側スキュー角が前縁側スキュー角の約２倍の角度以下の場合と比較して、プロペラ翼に働く負荷が大きくなったときに、より確実にプロペラ翼のピッチ角を小さくすることができる。
【００１３】
上記発明においては、前記プロペラ翼に働く負荷により、前記プロペラ翼が変形して前記ピッチ角が変化することが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、プロペラ翼が径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動する方法と比較して、プロペラ翼自体が変形するため、より少ない構成でプロペラ翼のピッチ角を変化させることができる。
【００１５】
上記発明においては、前記プロペラ翼は、前記径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動可能に配置され、前記プロペラ翼と前記ボス部との間には、前記プロペラ翼における前記中心軸線回りの回動を規制する弾性部が配置されていることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、プロペラ翼が変形する方法と比較して、弾性部によりプロペラ翼の回動を規制するため、ピッチ角の変化をより適切に調節することができる。
つまり、プロペラ翼を変形させてピッチ角を変化させる方法と比較して、ピッチ角の変化の範囲を広く設定することができる。さらに、プロペラ翼に働く負荷に対するピッチ角の変化の割合をより適切に設定することができる。
【００１７】
上記発明においては、前記前縁側スキュー角と、前記後縁側スキュー角との和であるスキュー角が、約１０°から約６０°の範囲内の角度であることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、このような角度範囲とすることで、プロペラ翼を回動させてピッチ角を変更させるスピンドルトルクが発生する。その一方で、プロペラ翼に働く応力を、プロペラ翼の許容応力より低く抑えられる。
なお、スキュー角の範囲としては、上述のように約１０°から約６０°の範囲内の角度であってもよいし、好ましくは、約２５°から約６０°の範囲内の角度、より好ましくは、約３０°から約６０°の範囲内の角度であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の舶用プロペラによれば、プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きいため、プロペラ翼に働く負荷が大きくなると、プロペラ翼におけるピッチ角が小さくなる一方、プロペラ翼に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼におけるピッチ角大きくなり元の角度に戻る。そのため、プロペラ翼の推進効率が最も高くなるようにピッチ角を設定して推進効率の向上を図ることができ、同時に、プロペラ翼に働く負荷が大きい場合には、ピッチ角を小さくして主機にかかる負荷を低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る舶用プロペラついて図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。図１は舶用プロペラを船尾側から船首側に向いて見た図である。
【００２１】
本実施形態の舶用プロペラ１には、図１に示すように、主機（図示せず）から回転駆動力が伝達されるボス部２と、回転駆動されることにより推進力を発生させる複数のプロペラ翼３とが設けられている。
【００２２】
ボス部２には、回転軸線を中心として径方向外側に延びるプロペラ翼３が、周方向等間隔に配置されている。本実施形態では、４枚のプロペラ翼３がボス部２に取り付けられた例に適用して説明する。
なお、ボス部２に取り付けられるプロペラ翼３の枚数は、上述のように４枚であってもよいし、それよりも多くてもよいし、少なくてもよく、特に限定するものではない。
【００２３】
図２は、図１のプロペラ翼の形状を説明する模式図である。
プロペラ翼３は、図２に示すように、前縁側スキュー角θＳＬおよび後縁側スキュー角θＳＴからなるスキュー角θＳを有するスキュー型のプロペラ翼である。スキュー角θＳ、前縁側スキュー角θＳＬおよび後縁側スキュー角θＳＴの関係は以下の式（１）に示すとおりである。
θＳ＝θＳＬ＋θＳＴ ・・・（１）
スキュー角θＳは、約１０°から約６０°の範囲内、好ましくは約２５°から約６０°の範囲内、より好ましくは約３０°から６０°の範囲内の角度で設定されている。
【００２４】
ここで、前縁側スキュー角θＳＬは、舶用プロペラ１の回転中心線から羽幅中心線Ｍへ引いた接線Ｌと、プロペラ翼３の根元側における羽幅中心線Ｍの端部と舶用プロペラ１の回転中心線とを結んだプロペラ中心線Ｃとの間の角度である。一方、後縁側スキュー角θＳＴは、舶用プロペラ１の回転中心線からプロペラ翼３の翼端側の端部を結んだ線Ｔと、プロペラ中心線Ｃとの間の角度である。
【００２５】
さらに、前縁側スキュー角θＳＬと後縁側スキュー角θＳＴとは以下の式（２）の関係を満たしている。
θＳＴ＞２θＳＬ ・・・（２）
【００２６】
本実施形態では、プロペラ翼３が繊維強化プラスチックなど、従来の剛に製造されたプロペラ翼と比較して弾性を有する材料で形成された場合に適用して説明する。なお、プロペラ翼３の材料としては、上述の繊維強化プラスチックに限られることなく、従来から用いられているＮｉＡｌＢｚからなる合金であってもよく、特に限定するものではない。このような合金を用いてプロペラ翼３を製造した場合には、プロペラ翼３が負荷により変形可能な形状とすることが望ましい。
【００２７】
図３は、図２のプロペラ翼に働くスピンドルトルクを説明するＡ−Ａ断面図である。
プロペラ翼３は、図３に示すように、船首側（図３の上側）のフェイス面４および船尾側（図３の下側）のバック面５から構成され、回転方向（図３の左方向）に向かってピッチ角βを有するように配置されている。
ここで、プロペラ翼３に働くスピンドルトルクＭＳＰは、図３に示すように、ピッチ角βを増減させるトルクである。
【００２８】
次に、上記の構成からなる舶用プロペラ１における作用について説明する。
本実施形態における舶用プロペラ１は、主機（図示せず）により回転駆動されることにより推進力を発生させる。
プロペラ翼３に働く負荷が高くなると、プロペラ翼３における前縁側（図３の右側）に働く負荷と比較して、後縁側（図３の左側）に働く負荷が高くなる。そのため、プロペラ翼３には、ピッチ角βを小さくする（図３における時計回りに働く）スピンドルトルクＭＳＰが働く。すると、プロペラ翼３自体が変形することによりピッチ角βが小さくなり、舶用プロペラ１に働く負荷が小さくなる。
【００２９】
一方、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼３における前縁側および後縁側に働く負荷の差が小さくなる。そのため、プロペラ翼３に働くスピンドルトルクＭＳＰが小さくなり、プロペラ翼３は自らの弾性により変形量が小さくなり、プロペラ翼３のピッチ角βが大きくなる、つまり元のピッチ角βに戻る。
【００３０】
ここで、プロペラ翼３に働く負荷が高くなる場合とは、例えば船舶が波浪中を航行する場合や、プロペラ翼３が回転する際に船底の近傍を通過する場合などを例示することができる。一方、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなる場合とは、例えば船舶が平水中を航行する場合や、プロペラ翼３が回転する際に船底から離れた側方などを通過する場合などを例示することができる。
【００３１】
ここで、プロペラ翼３のピッチ角βの変化と、主機の馬力の変化との関係について説明する。つまり、主機にかかる負荷の変化が所定の範囲内に収まるような、プロペラ翼３のピッチ角βの変化について説明する。このようにプロペラ翼３のピッチ角βを変化させることにより、例えば、平水中を航行する場合と、波浪中を航行する場合との間で、主機の馬力の変化が所定の範囲内に収まる。あるいは、プロペラ翼３が１回転する間における主機の馬力の変化が所定の範囲内に収まる。
【００３２】
以下では、船舶が平水中を航行する場合と、波浪中を航行する場合との間での、ピッチ角βの変化と、主機の馬力の変化との関係について説明する。
プロペラ翼３のピッチと、主機の馬力との間には以下の関係式（３）が成立している。
【数１】
ここで、△Ｐはピッチ比の増減量であり、Ｋは定数であり、Ｎは主機または舶用プロペラ１の回転数であり、ＢＨＰは主機の馬力であり、△ＢＨＰは主機の馬力の増減量である。さらに添え字のＯは平水中を表し、Ｓは波浪中を表している。
【００３３】
図４は、図３のプロペラ翼におけるピッチ角の変化量と、主機の馬力変化との関係を示すグラフである。
上述の関係式（３）をグラフにして表したのが、図４に示すグラフである。このグラフでは、主機の馬力の増減量を、平水中における主機の馬力で無次元化した値（△ＢＨＰ／ＢＨＰＯ）が増加するにともない、ピッチ比（△Ｐ）が低下している。
本実施形態では、△ＢＨＰ／ＢＨＰＯが約＋０．２から約＋０．５の範囲内に収まるようにピッチ比（△Ｐ）を設定している。言い換えると、△ＢＨＰ／ＢＨＰＯが約＋０．２から約＋０．５の範囲内に収まるように、プロペラ翼３のピッチ角βが変化している。
【００３４】
上記の構成によれば、プロペラ翼３の後縁側スキュー角θＳＴが、前縁側スキュー角θＳＬの２倍の角度よりも大きいため、プロペラ翼３に働く負荷により、プロペラ翼３にはピッチ角βを小さくするスピンドルトルクＭＳＰが作用する。そのため、例えば、プロペラ翼３に働く負荷が大きくなると、プロペラ翼３におけるピッチ角βが小さくなるため、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなる。その結果、主機に係る負荷が小さくなる。一方、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼３におけるピッチ角βが大きくなり、元の角度に戻るため、プロペラ翼３が発生する推力が大きくなり、元の推力に戻る。
【００３５】
以上のことから、プロペラ翼３に働く負荷が小さいとき、例えば船舶が平水中を航行する場合に、プロペラ翼３の推進効率が最も高くなるようにピッチ角βを設定し、舶用プロペラ１の推進効率の向上を図ることができる。一方で、プロペラ翼３に働く負荷が大きいとき、例えば船舶が波浪中を航行する場合には、プロペラ翼３に働く負荷によりプロペラ翼３のピッチ角βが小さくなるため、主機への負荷を低減することができる。
【００３６】
プロペラ翼３自体が変形することによりピッチ角βが変化するため、プロペラ翼３が径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動する方法と比較して、より少ない構成でプロペラ翼３のピッチ角を変化させることができる。
【００３７】
図５は、図１のプロペラ翼に働くスピンドルトルクと、スキュー角との関係を説明するグラフである。図６は、図１のプロペラ翼に働く応力と、スキュー角との関係を説明するグラフである。
さらに、プロペラ翼３におけるスキュー角θＳの範囲を、約１０°から約６０°までの範囲内の角度、好ましくは、約２５°から約６０°までの範囲内の角度、より好ましくは約３０°から約６０°の範囲内の角度とすることで、図５に示すように、プロペラ翼３を回動させてピッチ角βを変更させるスピンドルトルクＭＳＰが発生する。
その一方で、図６に示すように、プロペラ翼３に働く応力をプロペラ翼３の許容応力ＡＳより低く抑えられる。
【００３８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図７から図１０を参照して説明する。
本実施形態の舶用プロペラの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ピッチ角の変更に係る構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７から図１０を用いてピッチ角の変更に係る構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図７は、本実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の舶用プロペラ１０１には、図７に示すように、主機（図示せず）から回転駆動力が伝達されるボス部２と、回転駆動されることにより推進力を発生させる複数のプロペラ翼１０３と、が設けられている。
【００４０】
プロペラ翼１０３は、第１の実施形態のプロペラ翼３と略同一な形状に形成されたものであって、従来のプロペラ翼と同様に、プロペラ翼１０３に働く負荷によりプロペラ翼１０３自体が変形しない、または変形してもその影響が無視できる程度の変形となる剛性を有するものである。
プロペラ翼１０３には、ボス部２に対してプロペラ翼１０３を回動可能に支持する回動支持部１１０が設けられている。
【００４１】
図８は、図７の回動支持部の構成を説明する部分拡大図である。図９は、図８の回動支持部の構成を説明するＢ−Ｂ断面図である。
回動支持部１１０は、プロペラ翼１０３の翼根側端部に配置され、舶用プロペラ１０１の回転軸線を中心とした径方向に沿った中心軸線Ｃ回りにプロペラ翼１０３を回動可能に支持するものである。
回動支持部１１０には、図８および図９に示すように、プロペラ翼１０３の翼根側端部に配置された略円柱状または円板状の台部１１１と、台部１１１とボス部２との間に配置されたバネ部（弾性部）１１２と、が設けられている。
【００４２】
台部１１１は、ボス部２に対して中心軸線Ｃ回りに回動可能に配置されたものである。台部１１１には、バネ部１１２が取り付けられる接続部１１３が設けられている。
接続部１１３は、図９に示すように、中心軸線Ｃから径方向に離れた位置であって、図８に示すように、台部１１１からボス部２の内側（図８の下側）に向かって延びる柱状の部材である。
【００４３】
バネ部１１２は、プロペラ翼１０３における中心軸線Ｃ回りの回動を規制することにより、プロペラ翼１０３に負荷が働いた際のピッチ角βの変化量を調節するものである。
回動支持部１１０には、一対のバネ部１１２が設けられている。バネ部１１２は、図９に示すように、接続部１１３における台部１１１の接線方向に沿って配置され、バネ部１１２の一方の端部が接続部１１３に取り付けられている。さらに、バネ部１１２の他方の端部はボス部２に取り付けられている。例えば、ボス部２における内壁などに取り付けられている。
【００４４】
図８および図９に示すように、接続部１１３を挟んで一対のバネ部１１２を配置することで、バネ部１１２は、ピッチ角βが大きくなる回転方向や小さくなる回転方向の区別なく、ピッチ角βの変化量を調節することができる。
【００４５】
次に、上記の構成からなる舶用プロペラ１０１における作用について説明する。
本実施形態における舶用プロペラ１０１は、主機（図示せず）により回転駆動されることにより推進力を発生させる。
プロペラ翼１０３に働く負荷が高くなると、プロペラ翼１０３には、ピッチ角βを小さくするスピンドルトルクＭＳＰが働く。すると、回動支持部１１０のバネ部１１２が、スピンドルトルクＭＳＰの大きさに応じて圧縮および伸張され、プロペラ翼１０３のピッチ角βが小さくなる。その結果、舶用プロペラ１０１に働く負荷が小さくなる。
【００４６】
一方、プロペラ翼１０３に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼１０３に働くスピンドルトルクＭＳＰが小さくなる。すると、回動支持部１１０のバネ部１１２は、その弾性力により圧縮および伸張し、プロペラ翼１０３のピッチ角βが大きくなる、つまり元のピッチ角βに戻る。
【００４７】
上記の構成によれば、第１の実施形態のようにプロペラ翼３を変形させてピッチ角βを変更する方法と比較して、バネ部１１２によりプロペラ翼１０３の回動を規制するため、ピッチ角βの変化をより適切に調節することができる。
つまり、プロペラ翼３を変形させてピッチ角βを変化させる方法と比較して、プロペラ翼１０３の剛性などを考慮することなくバネ部１１２の弾性率を選定できるため、ピッチ角βの変化の範囲を広く設定することができる。さらに、バネ部１１２の弾性率を適切に選定することができるため、プロペラ翼１０３に働く負荷に対するピッチ角βの変化の割合をより適切に設定することができる。
【００４８】
図１０は、図８の回動支持部の別の実施形態を説明する部分拡大図である。
なお、回動支持部１１０の構成としては、上述のようにバネ部１１２を用いた構成であってもよいし、図１０に示すように、バネ部１１２の代わりにゴム部（弾性部）１２２を用いた回動支持部１２０であってもよく、特に限定するものではない。
この構成の場合、ゴム部１２２は、プロペラ翼１０３の中心軸線Ｃを中心とした略円柱状または略円板状の部材であって、台部１２２とボス部１２２との間に配置されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。
【図２】図１のプロペラ翼の形状を説明する模式図である。
【図３】図２のプロペラ翼に働くスピンドルトルクを説明するＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３のプロペラ翼におけるピッチ角の変化量と、主機の馬力変化との関係を示すグラフである。
【図５】図１のプロペラ翼に働くスピンドルトルクと、スキュー角との関係を説明するグラフである。
【図６】図１のプロペラ翼に働く応力と、スキュー角との関係を説明するグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。
【図８】図７の回動支持部の構成を説明する部分拡大図である。
【図９】図８の回動支持部の構成を説明するＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図８の回動支持部の別の実施形態を説明する部分拡大図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１０１ 舶用プロペラ
２ ボス部
３，１０３ プロペラ翼
１１２ バネ部（弾性部）
１２２ ゴム部（弾性部）
θＳＬ 前縁側スキュー角
θＳＴ 後縁側スキュー角
θＳ スキュー角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用プロペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、舶用プロペラはＮｉＡｌＢｚ（ニッケル、アルミニウム、ブロンズ）などの合金を材料とした一体構造として製作され、かつ、剛に製作された舶用プロペラが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
一方で、舶用プロペラのボス部とプロペラ翼とを別個に製作し、ボス部にプロペラ翼を取り付けて構成されるプロペラ翼も製作されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載された舶用プロペラでは、スキュー角を有するプロペラ翼自体を一体構造として剛に製作し、プロペラ翼のピッチ角が変化しないように、プロペラ翼をボス部に取り付けている。
【０００３】
上述の舶用プロペラでは、プロペラに働く負荷の変化により、プロペラのプロペラ翼は変形しない構成、またはプロペラ翼のピッチ角は変化しない構成とされている。
もし、プロペラ翼が当該負荷の変化により変形したとしても、変形による影響が無視できるほど微小な変形にとどまるように構成されている。プロペラ翼のピッチ角についても、変化しても、変化による影響が無視できるほど微小な変化にとどまるように構成されている。
【特許文献１】特公昭６０−１８５９９号公報
【特許文献２】特表２０００−５０００８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、上述の特許文献１におよび２に記載された舶用プロペラを備えた船舶においては、就航後に波浪中を航行するなど、抵抗が増大するとプロペラに働く負荷も増大し、主機の負荷が増大することになる。舶用プロペラは、このように主機の負荷が増大したときに備えて、予めプロペラ翼のピッチ角が低めに設計され、回転数が上がるように余裕が見込まれている。このような設計にすることにより、主機の負荷増大が防止されている。
【０００５】
しかしながら、上述の方法では、船舶の航行時に使用される条件、つまり本来の設計点ではプロペラ翼のピッチ角は最適な値よりも小さくなるため、プロペラは、最も推進効率の高い条件では使用されず、それよりも効率の悪い条件で使用されるという問題があった。
【０００６】
さらに、舶用プロペラにおいては、船底側でプロペラ翼が受ける負荷と、側方でプロペラ翼が受ける負荷とが異なるため、舶用プロペラが一回転する間にもプロペラ翼が受ける負荷が変化していた。すると、主機にかかる負荷も舶用プロペラの回転にともない変動し、主機に負荷がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、推進効率の向上を図るとともに、主機にかかる負荷を低減することができる舶用プロペラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の舶用プロペラは、主機から回転駆動力が伝達されるボス部と、該ボス部から回転軸線を中心とした径方向外側に延び、周方向等間隔に配置された複数のプロペラ翼と、が設けられ、前記プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きく、前記プロペラ翼に働く負荷に基づき、前記プロペラ翼におけるピッチ角が変化することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きいため、プロペラ翼に働く負荷により、プロペラ翼にはピッチ角を小さくするトルクが作用する。そのため、例えば、プロペラ翼に働く負荷が大きくなると、プロペラ翼におけるピッチ角が小さくなるため、プロペラ翼に働く負荷が小さくなる。その結果主機に係る負荷が小さくなる。一方、プロペラ翼に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼におけるピッチ角大きくなり元の角度に戻るため、プロペラ翼が発生する推力が大きくなり元の推力に戻る。
【００１０】
以上のことから、プロペラ翼に働く負荷が小さいとき、例えば船舶が平水中を航行する場合に、プロペラ翼の推進効率が最も高くなるようにピッチ角を設定し、舶用プロペラの推進効率の向上を図ることができる。一方で、プロペラ翼に働く負荷が大きいとき、例えば船舶が波浪中を航行する場合には、プロペラ翼に働く負荷によりプロペラ翼のピッチ角が小さくなるため、主機への負荷を低減することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記後縁側スキュー角は、前記前縁側スキュー角の約２倍の角度より大きいことが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、後縁側スキュー角が前縁側スキュー角の約２倍の角度以下の場合と比較して、プロペラ翼に働く負荷が大きくなったときに、より確実にプロペラ翼のピッチ角を小さくすることができる。
【００１３】
上記発明においては、前記プロペラ翼に働く負荷により、前記プロペラ翼が変形して前記ピッチ角が変化することが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、プロペラ翼が径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動する方法と比較して、プロペラ翼自体が変形するため、より少ない構成でプロペラ翼のピッチ角を変化させることができる。
【００１５】
上記発明においては、前記プロペラ翼は、前記径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動可能に配置され、前記プロペラ翼と前記ボス部との間には、前記プロペラ翼における前記中心軸線回りの回動を規制する弾性部が配置されていることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、プロペラ翼が変形する方法と比較して、弾性部によりプロペラ翼の回動を規制するため、ピッチ角の変化をより適切に調節することができる。
つまり、プロペラ翼を変形させてピッチ角を変化させる方法と比較して、ピッチ角の変化の範囲を広く設定することができる。さらに、プロペラ翼に働く負荷に対するピッチ角の変化の割合をより適切に設定することができる。
【００１７】
上記発明においては、前記前縁側スキュー角と、前記後縁側スキュー角との和であるスキュー角が、約１０°から約６０°の範囲内の角度であることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、このような角度範囲とすることで、プロペラ翼を回動させてピッチ角を変更させるスピンドルトルクが発生する。その一方で、プロペラ翼に働く応力を、プロペラ翼の許容応力より低く抑えられる。
なお、スキュー角の範囲としては、上述のように約１０°から約６０°の範囲内の角度であってもよいし、好ましくは、約２５°から約６０°の範囲内の角度、より好ましくは、約３０°から約６０°の範囲内の角度であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の舶用プロペラによれば、プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きいため、プロペラ翼に働く負荷が大きくなると、プロペラ翼におけるピッチ角が小さくなる一方、プロペラ翼に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼におけるピッチ角大きくなり元の角度に戻る。そのため、プロペラ翼の推進効率が最も高くなるようにピッチ角を設定して推進効率の向上を図ることができ、同時に、プロペラ翼に働く負荷が大きい場合には、ピッチ角を小さくして主機にかかる負荷を低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る舶用プロペラついて図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。図１は舶用プロペラを船尾側から船首側に向いて見た図である。
【００２１】
本実施形態の舶用プロペラ１には、図１に示すように、主機（図示せず）から回転駆動力が伝達されるボス部２と、回転駆動されることにより推進力を発生させる複数のプロペラ翼３とが設けられている。
【００２２】
ボス部２には、回転軸線を中心として径方向外側に延びるプロペラ翼３が、周方向等間隔に配置されている。本実施形態では、４枚のプロペラ翼３がボス部２に取り付けられた例に適用して説明する。
なお、ボス部２に取り付けられるプロペラ翼３の枚数は、上述のように４枚であってもよいし、それよりも多くてもよいし、少なくてもよく、特に限定するものではない。
【００２３】
図２は、図１のプロペラ翼の形状を説明する模式図である。
プロペラ翼３は、図２に示すように、前縁側スキュー角θＳＬおよび後縁側スキュー角θＳＴからなるスキュー角θＳを有するスキュー型のプロペラ翼である。スキュー角θＳ、前縁側スキュー角θＳＬおよび後縁側スキュー角θＳＴの関係は以下の式（１）に示すとおりである。
θＳ＝θＳＬ＋θＳＴ ・・・（１）
スキュー角θＳは、約１０°から約６０°の範囲内、好ましくは約２５°から約６０°の範囲内、より好ましくは約３０°から６０°の範囲内の角度で設定されている。
【００２４】
ここで、前縁側スキュー角θＳＬは、舶用プロペラ１の回転中心線から羽幅中心線Ｍへ引いた接線Ｌと、プロペラ翼３の根元側における羽幅中心線Ｍの端部と舶用プロペラ１の回転中心線とを結んだプロペラ中心線Ｃとの間の角度である。一方、後縁側スキュー角θＳＴは、舶用プロペラ１の回転中心線からプロペラ翼３の翼端側の端部を結んだ線Ｔと、プロペラ中心線Ｃとの間の角度である。
【００２５】
さらに、前縁側スキュー角θＳＬと後縁側スキュー角θＳＴとは以下の式（２）の関係を満たしている。
θＳＴ＞２θＳＬ ・・・（２）
【００２６】
本実施形態では、プロペラ翼３が繊維強化プラスチックなど、従来の剛に製造されたプロペラ翼と比較して弾性を有する材料で形成された場合に適用して説明する。なお、プロペラ翼３の材料としては、上述の繊維強化プラスチックに限られることなく、従来から用いられているＮｉＡｌＢｚからなる合金であってもよく、特に限定するものではない。このような合金を用いてプロペラ翼３を製造した場合には、プロペラ翼３が負荷により変形可能な形状とすることが望ましい。
【００２７】
図３は、図２のプロペラ翼に働くスピンドルトルクを説明するＡ−Ａ断面図である。
プロペラ翼３は、図３に示すように、船首側（図３の上側）のフェイス面４および船尾側（図３の下側）のバック面５から構成され、回転方向（図３の左方向）に向かってピッチ角βを有するように配置されている。
ここで、プロペラ翼３に働くスピンドルトルクＭＳＰは、図３に示すように、ピッチ角βを増減させるトルクである。
【００２８】
次に、上記の構成からなる舶用プロペラ１における作用について説明する。
本実施形態における舶用プロペラ１は、主機（図示せず）により回転駆動されることにより推進力を発生させる。
プロペラ翼３に働く負荷が高くなると、プロペラ翼３における前縁側（図３の右側）に働く負荷と比較して、後縁側（図３の左側）に働く負荷が高くなる。そのため、プロペラ翼３には、ピッチ角βを小さくする（図３における時計回りに働く）スピンドルトルクＭＳＰが働く。すると、プロペラ翼３自体が変形することによりピッチ角βが小さくなり、舶用プロペラ１に働く負荷が小さくなる。
【００２９】
一方、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼３における前縁側および後縁側に働く負荷の差が小さくなる。そのため、プロペラ翼３に働くスピンドルトルクＭＳＰが小さくなり、プロペラ翼３は自らの弾性により変形量が小さくなり、プロペラ翼３のピッチ角βが大きくなる、つまり元のピッチ角βに戻る。
【００３０】
ここで、プロペラ翼３に働く負荷が高くなる場合とは、例えば船舶が波浪中を航行する場合や、プロペラ翼３が回転する際に船底の近傍を通過する場合などを例示することができる。一方、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなる場合とは、例えば船舶が平水中を航行する場合や、プロペラ翼３が回転する際に船底から離れた側方などを通過する場合などを例示することができる。
【００３１】
ここで、プロペラ翼３のピッチ角βの変化と、主機の馬力の変化との関係について説明する。つまり、主機にかかる負荷の変化が所定の範囲内に収まるような、プロペラ翼３のピッチ角βの変化について説明する。このようにプロペラ翼３のピッチ角βを変化させることにより、例えば、平水中を航行する場合と、波浪中を航行する場合との間で、主機の馬力の変化が所定の範囲内に収まる。あるいは、プロペラ翼３が１回転する間における主機の馬力の変化が所定の範囲内に収まる。
【００３２】
以下では、船舶が平水中を航行する場合と、波浪中を航行する場合との間での、ピッチ角βの変化と、主機の馬力の変化との関係について説明する。
プロペラ翼３のピッチと、主機の馬力との間には以下の関係式（３）が成立している。
【数１】
ここで、△Ｐはピッチ比の増減量であり、Ｋは定数であり、Ｎは主機または舶用プロペラ１の回転数であり、ＢＨＰは主機の馬力であり、△ＢＨＰは主機の馬力の増減量である。さらに添え字のＯは平水中を表し、Ｓは波浪中を表している。
【００３３】
図４は、図３のプロペラ翼におけるピッチ角の変化量と、主機の馬力変化との関係を示すグラフである。
上述の関係式（３）をグラフにして表したのが、図４に示すグラフである。このグラフでは、主機の馬力の増減量を、平水中における主機の馬力で無次元化した値（△ＢＨＰ／ＢＨＰＯ）が増加するにともない、ピッチ比（△Ｐ）が低下している。
本実施形態では、△ＢＨＰ／ＢＨＰＯが約＋０．２から約＋０．５の範囲内に収まるようにピッチ比（△Ｐ）を設定している。言い換えると、△ＢＨＰ／ＢＨＰＯが約＋０．２から約＋０．５の範囲内に収まるように、プロペラ翼３のピッチ角βが変化している。
【００３４】
上記の構成によれば、プロペラ翼３の後縁側スキュー角θＳＴが、前縁側スキュー角θＳＬの２倍の角度よりも大きいため、プロペラ翼３に働く負荷により、プロペラ翼３にはピッチ角βを小さくするスピンドルトルクＭＳＰが作用する。そのため、例えば、プロペラ翼３に働く負荷が大きくなると、プロペラ翼３におけるピッチ角βが小さくなるため、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなる。その結果、主機に係る負荷が小さくなる。一方、プロペラ翼３に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼３におけるピッチ角βが大きくなり、元の角度に戻るため、プロペラ翼３が発生する推力が大きくなり、元の推力に戻る。
【００３５】
以上のことから、プロペラ翼３に働く負荷が小さいとき、例えば船舶が平水中を航行する場合に、プロペラ翼３の推進効率が最も高くなるようにピッチ角βを設定し、舶用プロペラ１の推進効率の向上を図ることができる。一方で、プロペラ翼３に働く負荷が大きいとき、例えば船舶が波浪中を航行する場合には、プロペラ翼３に働く負荷によりプロペラ翼３のピッチ角βが小さくなるため、主機への負荷を低減することができる。
【００３６】
プロペラ翼３自体が変形することによりピッチ角βが変化するため、プロペラ翼３が径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動する方法と比較して、より少ない構成でプロペラ翼３のピッチ角を変化させることができる。
【００３７】
図５は、図１のプロペラ翼に働くスピンドルトルクと、スキュー角との関係を説明するグラフである。図６は、図１のプロペラ翼に働く応力と、スキュー角との関係を説明するグラフである。
さらに、プロペラ翼３におけるスキュー角θＳの範囲を、約１０°から約６０°までの範囲内の角度、好ましくは、約２５°から約６０°までの範囲内の角度、より好ましくは約３０°から約６０°の範囲内の角度とすることで、図５に示すように、プロペラ翼３を回動させてピッチ角βを変更させるスピンドルトルクＭＳＰが発生する。
その一方で、図６に示すように、プロペラ翼３に働く応力をプロペラ翼３の許容応力ＡＳより低く抑えられる。
【００３８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図７から図１０を参照して説明する。
本実施形態の舶用プロペラの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ピッチ角の変更に係る構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７から図１０を用いてピッチ角の変更に係る構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図７は、本実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の舶用プロペラ１０１には、図７に示すように、主機（図示せず）から回転駆動力が伝達されるボス部２と、回転駆動されることにより推進力を発生させる複数のプロペラ翼１０３と、が設けられている。
【００４０】
プロペラ翼１０３は、第１の実施形態のプロペラ翼３と略同一な形状に形成されたものであって、従来のプロペラ翼と同様に、プロペラ翼１０３に働く負荷によりプロペラ翼１０３自体が変形しない、または変形してもその影響が無視できる程度の変形となる剛性を有するものである。
プロペラ翼１０３には、ボス部２に対してプロペラ翼１０３を回動可能に支持する回動支持部１１０が設けられている。
【００４１】
図８は、図７の回動支持部の構成を説明する部分拡大図である。図９は、図８の回動支持部の構成を説明するＢ−Ｂ断面図である。
回動支持部１１０は、プロペラ翼１０３の翼根側端部に配置され、舶用プロペラ１０１の回転軸線を中心とした径方向に沿った中心軸線Ｃ回りにプロペラ翼１０３を回動可能に支持するものである。
回動支持部１１０には、図８および図９に示すように、プロペラ翼１０３の翼根側端部に配置された略円柱状または円板状の台部１１１と、台部１１１とボス部２との間に配置されたバネ部（弾性部）１１２と、が設けられている。
【００４２】
台部１１１は、ボス部２に対して中心軸線Ｃ回りに回動可能に配置されたものである。台部１１１には、バネ部１１２が取り付けられる接続部１１３が設けられている。
接続部１１３は、図９に示すように、中心軸線Ｃから径方向に離れた位置であって、図８に示すように、台部１１１からボス部２の内側（図８の下側）に向かって延びる柱状の部材である。
【００４３】
バネ部１１２は、プロペラ翼１０３における中心軸線Ｃ回りの回動を規制することにより、プロペラ翼１０３に負荷が働いた際のピッチ角βの変化量を調節するものである。
回動支持部１１０には、一対のバネ部１１２が設けられている。バネ部１１２は、図９に示すように、接続部１１３における台部１１１の接線方向に沿って配置され、バネ部１１２の一方の端部が接続部１１３に取り付けられている。さらに、バネ部１１２の他方の端部はボス部２に取り付けられている。例えば、ボス部２における内壁などに取り付けられている。
【００４４】
図８および図９に示すように、接続部１１３を挟んで一対のバネ部１１２を配置することで、バネ部１１２は、ピッチ角βが大きくなる回転方向や小さくなる回転方向の区別なく、ピッチ角βの変化量を調節することができる。
【００４５】
次に、上記の構成からなる舶用プロペラ１０１における作用について説明する。
本実施形態における舶用プロペラ１０１は、主機（図示せず）により回転駆動されることにより推進力を発生させる。
プロペラ翼１０３に働く負荷が高くなると、プロペラ翼１０３には、ピッチ角βを小さくするスピンドルトルクＭＳＰが働く。すると、回動支持部１１０のバネ部１１２が、スピンドルトルクＭＳＰの大きさに応じて圧縮および伸張され、プロペラ翼１０３のピッチ角βが小さくなる。その結果、舶用プロペラ１０１に働く負荷が小さくなる。
【００４６】
一方、プロペラ翼１０３に働く負荷が小さくなると、プロペラ翼１０３に働くスピンドルトルクＭＳＰが小さくなる。すると、回動支持部１１０のバネ部１１２は、その弾性力により圧縮および伸張し、プロペラ翼１０３のピッチ角βが大きくなる、つまり元のピッチ角βに戻る。
【００４７】
上記の構成によれば、第１の実施形態のようにプロペラ翼３を変形させてピッチ角βを変更する方法と比較して、バネ部１１２によりプロペラ翼１０３の回動を規制するため、ピッチ角βの変化をより適切に調節することができる。
つまり、プロペラ翼３を変形させてピッチ角βを変化させる方法と比較して、プロペラ翼１０３の剛性などを考慮することなくバネ部１１２の弾性率を選定できるため、ピッチ角βの変化の範囲を広く設定することができる。さらに、バネ部１１２の弾性率を適切に選定することができるため、プロペラ翼１０３に働く負荷に対するピッチ角βの変化の割合をより適切に設定することができる。
【００４８】
図１０は、図８の回動支持部の別の実施形態を説明する部分拡大図である。
なお、回動支持部１１０の構成としては、上述のようにバネ部１１２を用いた構成であってもよいし、図１０に示すように、バネ部１１２の代わりにゴム部（弾性部）１２２を用いた回動支持部１２０であってもよく、特に限定するものではない。
この構成の場合、ゴム部１２２は、プロペラ翼１０３の中心軸線Ｃを中心とした略円柱状または略円板状の部材であって、台部１２２とボス部１２２との間に配置されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。
【図２】図１のプロペラ翼の形状を説明する模式図である。
【図３】図２のプロペラ翼に働くスピンドルトルクを説明するＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３のプロペラ翼におけるピッチ角の変化量と、主機の馬力変化との関係を示すグラフである。
【図５】図１のプロペラ翼に働くスピンドルトルクと、スキュー角との関係を説明するグラフである。
【図６】図１のプロペラ翼に働く応力と、スキュー角との関係を説明するグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る舶用プロペラの構成を説明する模式図である。
【図８】図７の回動支持部の構成を説明する部分拡大図である。
【図９】図８の回動支持部の構成を説明するＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図８の回動支持部の別の実施形態を説明する部分拡大図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１０１ 舶用プロペラ
２ ボス部
３，１０３ プロペラ翼
１１２ バネ部（弾性部）
１２２ ゴム部（弾性部）
θＳＬ 前縁側スキュー角
θＳＴ 後縁側スキュー角
θＳ スキュー角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主機から回転駆動力が伝達されるボス部と、
該ボス部から回転軸線を中心とした径方向外側に延び、周方向等間隔に配置された複数のプロペラ翼と、が設けられ、
前記プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きく、
前記プロペラ翼に働く負荷に基づき、前記プロペラ翼におけるピッチ角が変化することを特徴とする舶用プロペラ。
【請求項２】
前記後縁側スキュー角は、前記前縁側スキュー角の約２倍の角度より大きいことを特徴とする請求項１記載の舶用プロペラ。
【請求項３】
前記プロペラ翼に働く負荷により、前記プロペラ翼が変形して前記ピッチ角が変化することを特徴とする請求項１または２に記載の舶用プロペラ。
【請求項４】
前記プロペラ翼は、前記径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動可能に配置され、
前記プロペラ翼と前記ボス部との間には、前記プロペラ翼における前記中心軸線回りの回動を規制する弾性部が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の舶用プロペラ。
【請求項５】
前記前縁側スキュー角と、前記後縁側スキュー角との和であるスキュー角が、約１０°から約６０°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の舶用プロペラ。
【請求項１】
主機から回転駆動力が伝達されるボス部と、
該ボス部から回転軸線を中心とした径方向外側に延び、周方向等間隔に配置された複数のプロペラ翼と、が設けられ、
前記プロペラ翼の後縁側スキュー角が前縁側スキュー角よりも大きく、
前記プロペラ翼に働く負荷に基づき、前記プロペラ翼におけるピッチ角が変化することを特徴とする舶用プロペラ。
【請求項２】
前記後縁側スキュー角は、前記前縁側スキュー角の約２倍の角度より大きいことを特徴とする請求項１記載の舶用プロペラ。
【請求項３】
前記プロペラ翼に働く負荷により、前記プロペラ翼が変形して前記ピッチ角が変化することを特徴とする請求項１または２に記載の舶用プロペラ。
【請求項４】
前記プロペラ翼は、前記径方向に沿って延びる中心軸線回りに回動可能に配置され、
前記プロペラ翼と前記ボス部との間には、前記プロペラ翼における前記中心軸線回りの回動を規制する弾性部が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の舶用プロペラ。
【請求項５】
前記前縁側スキュー角と、前記後縁側スキュー角との和であるスキュー角が、約１０°から約６０°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の舶用プロペラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−６７２２６（Ｐ２００９−６７２２６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３７８１４（Ｐ２００７−２３７８１４）
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
[ Back to top ]