特許 7144001 推進装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-20

(45)【発行日】2022-09-29

(54)【発明の名称】推進装置

(51)【国際特許分類】

   B63H 1/18 20060101AFI20220921BHJP

【ＦＩ】

B63H1/18

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018081488

(22)【出願日】2018-04-20

(65)【公開番号】P2019188910

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-03-30

(73)【特許権者】

【識別番号】594147361

【氏名又は名称】狩野 治

(73)【特許権者】

【識別番号】315011175

【氏名又は名称】吉村 幸丞

(73)【特許権者】

【識別番号】515292727

【氏名又は名称】堀田 学

(73)【特許権者】

【識別番号】520081558

【氏名又は名称】井上 貴文

(74)【代理人】

【識別番号】230120499

【弁護士】

【氏名又は名称】藤江 和典

(74)【代理人】

【識別番号】100201385

【弁理士】

【氏名又は名称】中安 桂子

(72)【発明者】

【氏名】狩野 治

【審査官】福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６２－０２６７９６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０２８０３２１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１４７２０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２７８３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－００２４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１９３５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を吸入側から吸い込み、吐出側から吐出する推進装置であって、
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定され前記複数のブレードと一体で回転する管状ハウジングと、を有し、
前記管状ハウジングは、その前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する、
推進装置。

【請求項2】

前記管状ハウジングは、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第１半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第２半径よりも小さい、
請求項１記載の推進装置。

【請求項3】

前記管状ハウジングは、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第１半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第２半径よりも大きい、
請求項１記載の推進装置。

【請求項4】

前記管状ハウジングを回転自在に収納するケーシングをさらに有する、
請求項１～３記載の推進装置。

【請求項5】

前記ケーシングは、前記管状ハウジングの前記吐出側に対向して配置され、かつ、前記吐出側に先細りに突出して形成された整流突起を有する、
請求項４記載の推進装置。

【請求項6】

前記スクリューは、前記スクリューの回転軸上かつ前記吐出側に軸状突起を有し、
前記整流突起は、前記軸状突起を回転可能に支持する軸受を有する、
請求項５記載の推進装置。

【請求項7】

流体を吸入側から吸い込み、吐出側から吐出する撹拌機であって、
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定され前記複数のブレードと一体で回転する管状ハウジングと、を有し、
前記管状ハウジングは、その前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する、
撹拌機。

【請求項8】

前記管状ハウジングは、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第１半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第２半径よりも小さい、
請求項７記載の撹拌機。

【請求項9】

前記管状ハウジングは、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第１半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第２半径よりも大きい、
請求項７記載の撹拌機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体中で使用される推進装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、船舶等においては、流体中で使用される推進装置として、スクリュー等が使用されてきた。スクリューは流体中で回転することによって回転軸方向に推進力を発生させるものであり、一般に、回転軸となるボスと、ボスから伝達された回転によって推進力を発生させる複数のブレード部分から構成されている。

【0003】

このようなスクリューを使用する推進装置には、従来、キャビテーションの問題が知られている。キャビテーションとは、流体が飽和水蒸気圧以下に低下することによって、流体中に気泡が発生することをいう。特に、従来の船舶用スクリューでは、ブレードの端部から自由渦が放出され、その渦の中心部の圧力が低下することによって発生するキャビテーションであるチップボルテックスキャビテーションが知られている。キャビテーションが発生すると、船舶の推進力を低下させる、あるいは、ブレード表面に気泡が衝突することによって、ブレード表面を損傷させてしまう。

【0004】

このようなキャビテーションを解消するための技術として、様々な推進装置が開発されている。例えば、特許文献１に記載の推進装置は、回転駆動される回転基体内に流体を吸い込み、吸い込んだ流体を、回転基体内に設けられた流路に沿って流動させると共に遠心力を与えることにより加速させるように構成されている。この推進装置は、回転基体から流体を吐出する際に生じる反力から推進力を発生させている。
また、特許文献２に記載の推進装置も、回転体から流体を吐出する際に生じる反力から推進力を発生させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】ＷＯ２０１５１１５０７２

【文献】特開２０１４－１９６０９９号公報

【文献】特表２０１５－５２５３２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１、２に記載の推進装置では、推進装置の構成部材と流体との接触面に負圧が生じにくく、キャビテーションが発生しにくい構成となっている。また、特許文献３にはキャビテーションについての言及がないが、特許文献３に記載の推進装置は、キャビテーションが発生しにくい構造となっていると考えられる。

【0007】

そこで、本発明の目的は、キャビテーションの発生を抑制しつつ、特許文献１乃至３に記載の推進装置よりもさらに高い推進力を発生させる推進装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下、本項において、発明とは、特許請求の範囲に記載されている発明をいう。
第１の発明は、
流体を吸入側から吸い込み、吐出側から吐出する推進装置であって、
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定されるとともに、前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する管状ハウジングと、
を有する推進装置である。

【0009】

第２の発明は、
前記管状ハウジングは、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第１半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第２半径よりも小さい、
第１の発明記載の推進装置である。

【0010】

第３の発明は、
流体を吸入側から吸い込み、吐出側から吐出する推進装置であって、
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定され、かつ、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第１半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第２半径よりも大きい、管状ハウジングと、
を有する推進装置、である。
「らせん状」とは、回転軸に対して傾斜して配置されていればよく、また、ブレードの全ての部分が傾斜している必要はない。
「固定」とは、ブレードと管状ハウジングとが接続された状態であればよい。すなわち、ブレードと管状ハウジングとは必ずしも別個の構成要素である必要はなく、ブレードと管状ハウジングとは一体成型された部材であってもよい。

【0011】

第４の発明は、
前記管状ハウジングは、前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する、
第３の発明記載の推進装置である。

【0012】

第５の発明は、
前記管状ハウジングを回転自在に収納するケーシングをさらに有する、
第１～４の発明記載の推進装置である。

【0013】

第６の発明は、
前記ケーシングは、前記管状ハウジングの前記吐出側に対向して配置され、かつ、前記吐出側に先細りに突出して形成された整流突起を有する、
第５の発明記載の推進装置である。

【0014】

第７の発明は、
前記スクリューは、前記スクリューの回転軸上かつ前記吐出側に軸状突起を有し、
前記整流突起は、前記軸状突起を回転可能に支持する軸受を有する、
第６の発明記載の推進装置である。

【発明の効果】

【0015】

本発明の推進装置によれば、キャビテーションの発生を抑制しつつ、従来のスクリューを用いた推進装置よりも高い推進力を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態１の推進装置の斜視図

【図2】本発明の実施形態１の推進装置の正面図

【図3】本発明の実施形態１の推進装置の背面図

【図4】本発明の実施形態１の推進装置の側面図

【図5】本発明の実施形態１の推進装置の管状ハウジングに設けられた凹みの拡大図

【図6】従来のスクリューを用いた測定結果

【図7】本発明の実施形態１の推進装置を用いた測定結果

【図8】本発明の実施形態１の推進装置を用いた測定結果

【図9】本発明の実施形態１の変形例１の推進装置を示す図

【図10】本発明の実施形態１の変形例１の推進装置を用いた測定結果

【図11】本発明の実施形態１の変形例２の推進装置を示す図

【図12】本発明の実施形態２の推進装置の斜視図

【図13】本発明の実施形態２の推進装置の正面図

【図14】本発明の実施形態２の推進装置の背面図

【図15】本発明の実施形態２の推進装置の側面図

【図16】本発明の実施形態３における推進装置の斜視図

【図17】本発明の実施形態３における推進装置の正面図

【図18】本発明の実施形態３における推進装置の背面図

【図19】本発明の実施形態３における推進装置の側面図

【図20】本発明の実施形態３の推進装置を用いた測定結果

【図21】本発明の実施形態３の変形例１の推進装置の斜視図

【図22】本発明の実施形態３の変形例１の推進装置の正面図

【図23】本発明の実施形態３の変形例１の推進装置の背面図

【図24】本発明の実施形態３の変形例１の推進装置の側面図

【図25】本発明の実施形態３の変形例１の推進装置を示す図

【図26】本発明の実施形態３の変形例２の推進装置の斜視図

【図27】本発明の実施形態３の変形例２の推進装置の正面図

【図28】本発明の実施形態３の変形例２の推進装置の背面図

【図29】本発明の実施形態３の変形例２の推進装置の側面図

【図30】本発明の実施形態３の変形例２の推進装置を示す図

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本発明とは、特許請求の範囲又は課題を解決するための手段の項に記載された発明を意味するものであり、以下の実施形態に限定されるものではない。また、少なくともかぎ括弧内の語句は、特許請求の範囲又は課題を解決するための手段の項に記載された語句を意味し、同じく以下の実施形態に限定されるものではない。
特許請求の範囲の従属項に記載の構成及び方法、従属項に記載の構成及び方法に対応する実施形態の構成及び方法、並びに特許請求の範囲に記載がなく実施形態のみに記載の構成及び方法は、本発明においては任意の構成及び方法である。特許請求の範囲の記載が実施形態の記載よりも広い場合における実施形態に記載の構成及び方法も、本発明の構成及び方法の例示であるという意味で、本発明においては任意の構成及び方法である。いずれの場合も、特許請求の範囲の独立項に記載することで、本発明の必須の構成及び方法となる。
実施形態に記載した効果は、本発明の例示としての実施形態の構成を有する場合の効果であり、必ずしも本発明が有する効果ではない。
複数の実施形態がある場合、各実施形態に開示の構成は各実施形態のみで閉じるものではなく、実施形態をまたいで組み合わせることが可能である。例えば一の実施形態に開示の構成を、他の実施形態に組み合わせても良い。また、複数の実施形態それぞれに開示の構成を集めて組み合わせても良い。
発明が解決しようとする課題に記載した課題は公知の課題ではなく、本発明者が独自に知見したものであり、本発明の構成及び方法と共に発明の進歩性を肯定する事実である。

【0018】

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は実施形態１の推進装置１０の斜視図を、図２は推進装置１０の正面図を、図３は推進装置１０の背面図を、図４は推進装置１０の側面図を、それぞれ示している。
ここで、推進装置１０は、図１右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図１左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。

【0019】

推進装置１０は、スクリュー部１００および管状ハウジング１０１を備える。スクリュー部１００は、ボス１０２、複数のブレード１０３、及び整流突起１０４を有している。また、図１乃至図４に示す推進装置１０の流体吸入側には、モータ等の回転力を推進装置１０に伝達するための駆動軸１０５が取り付けられている。

【0020】

ボス１０２はスクリュー部１００の回転軸として機能する。ボス１０２の流体吸入側には駆動軸１０５が取り付けられており、モータ（図示せず）等によって生成された回転力を、駆動軸１０５を介して受け取る。
なお、図面に示すボス１０２は円柱形状を有しているが、後述する実施形態３、４に記載のボスと同様、流体吸入側から流体吐出側に向かって断面が増大するような形状、例えば円錐形状を有してもよい。

【0021】

ボス１０２の側面には、ボス１０２の回転軸方向に対してらせん状に配置された３枚のブレード１０３が取り付けられている。このブレード１０３は、従来のスクリュープロペラに設けられたブレードと同様、ボス１０２とともに回転することによって回転軸方向に揚力を生成し、これにより、推進装置１０に推進力を発生させる部分である。

【0022】

ブレード１０３は、流体吸入側から流体吐出側に向かって捻じれて形成されている。すなわち、ボス１０２に取り付けられるブレード１０３の縁部を内縁部１０６、内縁部１０６の反対側に位置するブレード１０３の縁部を外縁部１０７とすると、図４に示すように、ボス１０２の回転軸方向に対する内縁部１０６の取り付け角度αと、ボス１０２の回転軸方向に対する外縁部１０７の傾き角度βは異なっており、外縁部１０７の角度βの方が内縁部１０６の角度αよりも大きくなるように形成されている。

【0023】

なお、本明細書中では、スクリュー部１００が３枚のブレード１０３を有する構成を図示し、説明しているが、ブレードの枚数は任意の数とすることができる。

【0024】

ボス１０２の流体吐出側の端部には、吐出側に先細りに突出して形成された円錐形の整流突起１０４が設けられている。整流突起１０４は、スクリュー部１００の回転軸周囲で流体吐出側から吐出される流体を整流する。ただし、整流突起は必須の構成ではなく省略してもよい。

【0025】

管状ハウジング１０１は、スクリュー部１００の周囲に配置されており、その内側側面には３枚のブレード１０３の外縁部１０７が固定される。図１乃至４に示す構成では、内側側面には、ブレード１０３の外縁部１０７がその全長にわたって固定されている。しかしながら、管状ハウジング１０１とブレード１０３とが一体回転できるようにブレード１０３の外縁部１０７が管状ハウジング１０１の内側側面に固定されていればよく、ブレード１０３の外縁部１０７の一部のみが内側側面に固定される構成であってもよい。

【0026】

また、スクリュー部１００と管状ハウジング１０１は、それぞれ別個の構成要素として形成した後、溶接等によってスクリュー部１００が管状ハウジング１０１の内側側面に固定することができる。しかしながら、上述したとおり、スクリュー部１００と管状ハウジング１０１とは一体回転できるように固定されていればよく、例えば、スクリュー部１００と管状ハウジング１０１とを鋳造等によって一体的に形成してもよい。

【0027】

管状ハウジング１０１は、スクリュー部１００の回転軸に対して垂直方向に円形の断面を有している。そして、流体吐出側の円形断面は、回転軸から内側側面まで半径ｒ_１１（本発明における「第１半径」）を有し、流体吸入側の円形断面は、回転軸から内側側面まで半径ｒ_１２（本発明における「第２半径」）を有しており、流体吐出側の半径ｒ_１１は流体吸入側の半径ｒ_１２よりも小さくなるように構成されている。

【0028】

さらに、管状ハウジング１０１は、吸入側の縁部、かつ、隣接する２つのブレード１０３の間に配置された凹み１０８を有する。図５は、凹み１０８の拡大図を示している。図５に示すとおり、凹み１０８は、管状ハウジング１０１の流体吐出側の縁部から凹み１０８の底部までの距離ｘ_１が、管状ハウジング１０１の流体吐出側の縁部から流体吸入側の縁部までの距離ｘ_２よりも短くなるような方向、すなわち、回転軸の方向に設けられている。なお、図１乃至図３においては、凹み１０８の構成は省略されている。

【0029】

凹み１０８は、本発明の推進装置の推進力を増大させるため、管状ハウジング１０１内に流体が流入しやすくすることを意図して設けられている。図５に示す実施形態では、凹み１０８は略半楕円形状を有し、さらに、ブレード１０３の周囲により多くの流体が吸入されるように、管状ハウジング１０１の流体吸入側の縁部から凹み１０８の底部までの傾斜が、ブレード１０３の近位側では、ブレード１０３の遠位側よりも急な傾斜となっている。しかしながら、凹み１０８の形状は、図示する形状に限定されるものではない。
なお、凹み１０８は任意の構成であって、管状ハウジング１０１は、凹み１０８を有していなくともよい。

【0030】

流体が円筒中を流れる場合、ベルヌーイの定理より、円筒の断面積が小さくなるにつれて流速は増加する。つまり、推進装置１０では、流体速度が流体吸入側よりも流体吐出側で速くなり推進装置内で流体が加速されるため、推進装置１０では高い推進力を得ることが可能となる。

【0031】

図６は従来のスクリューによって得られる推力の測定結果を、図７は本実施形態１の推進装置１０によって得られる推力の測定結果を示している。図６、７に示す測定値は、駆動軸１０５の先端にモータを取り付けた推進装置を水中に配置し、モータを駆動させた場合に推進装置が前進しようとする力（以下、牽引力という）をばね測りで測定するとともに、その時点でのモータの消費電力を測定したものである。回転数６００ｒｐｍと１１１０ｒｐｍそれぞれについて１５回の測定を行い、その平均値を算出した。

【0032】

図６は、４枚のブレードを有し、回転軸からスクリューブレードの最外縁までの半径が３０ｍｍのスクリューの測定結果を示している。また、図７は、流体吐出側の半径ｒ_１１が３０ｍｍ、流体吸入側の半径ｒ_１２が３５ｍｍ、４枚のブレードを有し、整流突起および吸入側の縁部に凹みを有しない仕様の推進装置１０の測定結果を示している。

【0033】

実施形態１と従来のスクリューとを比較してみると、実施形態１の牽引力は、回転数が６００ｒｐｍ、１１１０ｒｐｍいずれの場合にも従来のスクリューに対して２倍以上増加している。これに対し、推進装置１０の測定時の消費電力は、回転数が６００ｒｐｍ、１１１０ｒｐｍいずれの場合も従来のスクリューより増加するが、その増加率はそれぞれ約２０％、約７８％であり、牽引力の増加率に対して消費電力の増加率は低い。したがって、推進装置１０では、従来のスクリューよりもエネルギー効率が向上する。
すなわち、推進装置１０によれば、従来のスクリューと比較してエネルギー効率を改善することができ、さらに、スクリューの周囲に管状ハウジングを設けることにより、ブレードの端部にキャビテーションが発生するのを防ぐことが可能となる。

【0034】

さらに、図８は、実施形態１の推進装置１０について、凹み１０８を有しない場合（ａ）と凹み１０８を有する場合（ｂ）の構成を、同じ条件下（回転数５７５ｒｐｍ）で測定したときの測定結果を示している。凹みを有しない推進装置１０（ａ）と、凹みを有する推進装置１０（ｂ）とを比較してみると、推進装置１０（ｂ）は推進装置１０（ａ）と比較して、消費電力が約７％低下し、さらに牽引力が約１５％増加している。
以上のことから、推進装置の吸入側の縁部に凹みを設けることにより、エネルギー効率の向上を図るとともに、牽引力を向上させることが可能となる。

【0035】

（変形例１）
本実施形態１における推進装置１０はさらに、推進装置１０の流体吸入側において、駆動軸１０５の周囲を流れる流体が管状ハウジング１０１内に流入しやすくなるように、流体吸入側に導流板を有してもよい。

【0036】

図９は、ブレード１０３の流体吸入側の縁部と駆動軸１０５の間を滑らかに接続するように設けられた導流板１０９を有する推進装置１０を示している。すなわち、導流板１０９は、ブレード１０３と一体となって広義のブレードとして機能する。このような導流板１０９を設けた場合、流体は流体吸入側から導流板１０９に沿って管状ハウジング１０１内に流入することができる。

【0037】

図１０は、回転数が１１１０ｒｐｍ、流体吐出側の半径ｒ_１１が３０ｍｍ、流体吸入側の半径ｒ_１２が３５ｍｍであって、３枚のブレードを有し、整流突起および吸入側の縁部に凹みを有する仕様の推進装置１０の測定結果を示している。

【0038】

ここで、図６に示す測定では、スクリューが４枚のブレードを有する装置を使用しているのに対し、図１０に示す測定では、スクリューが３枚のブレードを有する推進装置を使用しているため、これらの測定結果を単純に比較することはできないが、一般に、ブレードの枚数が少ない場合、ブレードの回転によって発生する推進力は小さくなるため、得られる牽引力は小さくなると考えられる。しかしながら、図１０に示す測定結果によれば、本変形例の推進装置は従来のスクリューに対して約１．９倍の牽引力が発生している。消費電力は従来のスクリューより増加するが、その増加率は約６０％であり、牽引力の増加率に対して消費電力の増加率は低い。すなわち、本変形例の推進装置によれば、エネルギー効率が向上する。

【0039】

（変形例２）
上述したとおり、図１乃至図４に示す推進装置１０では、推進装置１０の流体吸入側から吐出側へと流体を吐出することによって高い推進力を得ることができる。しかしながら、推進装置１０を取り付けた船舶等の移動速度が増加した場合、推進装置１０周囲の流体と管状ハウジング１０１との間に生じる抵抗が増加してしまうことが考えられる。このような抵抗を低減させるため、推進装置１０はさらに、管状ハウジング１０１の外側に、管状ハウジング１０１を回転自在に収納するケーシング１１０を有してもよい。

【0040】

図１１は、推進装置１０の周囲にケーシング１１０を配置した構成を示している。図１１に示す例では、ケーシング１１０は、推進装置１０の管状ハウジング１０１の外形に沿った形状を有し、流体吸入側から流体吐出側に向かって円形断面の半径が小さくなるような形状を有するフロントケーシング１１１と、フロントケーシング１１１の流体吐出側の端部に接続され、流体吸入側から流体吐出側とで同一半径の円筒形状を有するリアケーシング１１２とから構成されている。ケーシング１１０の内部には、管状ハウジング及びスクリュー部が配置されており、固定部１１３等によって船底などに固定される。フロントケーシング１１１の流体吸入側から流入する流体は管状ハウジング１０１内へと吸入され、管状ハウジング１０１から吐出された流体は、リアケーシング１１２の流体吐出側の開口から吐出される。
なお、ケーシング１１０は、管状ハウジング１０１を回転自在に収納できればよく、ケーシング１１０の形状は図１１に示す形状や構成に限定されるものではない。例えば、ケーシング１１０はさらに、ケーシング１１０内を通過する流体の流れを整えるための整流板を備えてもよく、あるいは、後述するように整流突起等を有してもよい。

【0041】

（実施形態２）
実施形態１では、推進装置１０の管状ハウジング１０１の円形断面の半径が、流体吸入側から流体吐出側に向かって小さくなる形状を有する構成を説明した。本実施形態２は、管状ハウジングの円形断面の半径が、流体吸入側から流体吐出側に向かって大きくなる形状を有するという点で、推進装置１０の構成とは異なっている。以下に、実施形態２の推進装置２０について、実施形態１との相違点を中心に説明する。

【0042】

図１２は実施形態２の推進装置２０の斜視図を、図１３は推進装置２０の正面図を、図１４は推進装置２０の背面図を、図１５は推進装置２０の側面図をそれぞれ示している。実施形態１に係る図１と同様、推進装置２０は図１２右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図１２左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。

【0043】

推進装置２０の管状ハウジング２０１は、流体吐出側の円形断面が、回転軸から内側側面まで半径ｒ_２１を有し、流体吸入側の円形断面が、回転軸から内側側面まで半径ｒ_２２を有しており、流体吸入側の半径ｒ_２１は流体吸入側の半径ｒ_２２よりも大きくなるように構成されている。

【0044】

さらに、図１５に示すように、本実施形態２における管状ハウジング２０１は、実施形態１と同様、吸入側の縁部、かつ、２つの隣接するブレード間に、図５で図示するような凹み２０８を任意で有する。

【0045】

ベルヌーイの定理によれば、流体が円筒中を流れる場合、円筒の断面積が大きくなるにつれて流速が低下するため、推進装置によって発生する推進力は低下する。これに対し、本実施形態２の構成によれば、スクリュー２００及び管状ハウジング２０１の回転によって遠心力が加わることにより、推進装置１０に吸入される流体速度が増加する。さらに、この遠心力は、流体吸入側から流体吐出側に向かって増大するため、その内部を流れる流体もまた流体吸入側から流体吐出側に向けて加速することができるため、実施形態１の原理とは異なる原理により、推進装置２０の推進力を高めることが可能となる。

【0046】

（実施形態３）
実施形態１，２では、管状ハウジングの流体吸入側と流体吐出側とで円形断面の半径が異なる構成を示した。本実施形態３では、管状ハウジングの流体吸入側と流体吐出側における円形断面の半径が等しい構成を説明する。

【0047】

図１６は実施形態３の推進装置３０の斜視図を、図１７は推進装置３０の正面図を、図１８は推進装置３０の背面図を、図１９は推進装置３０の側面図をそれぞれ示している。実施形態１、２と同様、推進装置３０は、図１６右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図１６左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。

【0048】

図１６乃至図１９に示すように、推進装置３０の管状ハウジング３０１では、流体吐出側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径ｒ_３１と、流体吸入側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径ｒ_３２とが等しくなるように構成されている。

【0049】

また、図１９に示す側面図では、管状ハウジング３０１が、吸入側の縁部、かつ、２つの隣接するブレード間に、凹み３０８を有しているが、凹み３０８は任意の構成である。なお、本実施形態３におけるボス３０２は、円筒形を有している。また、図１６に示す推進装置３０は整流突起を有していないが、任意で整流突起を設けてもよい。
また、推進装置３０は、実施形態１、２と同様、管状ハウジング３０を回転自在に収納するケーシング（図示せず）を有してもよい。

【0050】

図２０は、実施形態３の推進装置３０によって得られる推力の測定結果を示しており、実施形態１の場合と同じ測定方法を用いて牽引力を測定した。

【0051】

ここでは、管状ハウジングの半径ｒ_３１、ｒ_３２を３０ｍｍとし、４枚のブレードを有する推進装置３０の測定結果を示している。

【0052】

図２０に示す実施形態３の測定結果と、図６に示す従来のスクリューとの測定結果とを比較してみると、実施形態３の推進装置３０の牽引力は、回転数が６００ｒｐｍ、１１１０ｒｐｍいずれの場合にも従来のスクリューに対して約１．５倍増加している。推進装置３０の消費電力は、回転数が１１１０ｒｐｍの場合には約６８％増加するが、回転数が６００ｒｐｍの場合には約１０％しか増加していない。すなわち、本実施形態３では、特に低回転において、エネルギー効率が向上する。

【0053】

（変形例１）
本変形例１では、上記実施形態３に示す推進装置３０とは異なり、ボスの断面が、流体吸入側から流体吐出側に向けて、半径方向外側に増大するような形状に構成された推進装置４０を説明する。本変形例１による推進装置４０を、図２１乃至図２４に示す。図２４の側面図から明らかなとおり、回転軸に対して垂直方向の、管状ハウジング４０１が形成する流体の経路の断面積は、流体吸入側から流体吐出側に向かって減少するとともに、管状ハウジング４０１内の流体の経路は、流体吸入側から流体吐出側に向かって回転軸から離れる方向に形成される。その結果、管状ハウジング４０１の流体吐出側は、管状ハウジング４０１の内側側面に沿って周方向に延びた形状の流体吐出口４１４を有する。

【0054】

このように、管状ハウジング４０１内の流体の経路を、流体吸入側から流体吐出側に向かって回転軸から離れる方向に形成することにより、管状ハウジング４０１内で流体吸入側に発生する遠心力よりも、流体吐出側に発生する遠心力を高めることができる。
そして、管状ハウジング４０１内を通過する流体の速度は、遠心力の増加に合わせて、流体吸入側から流体吐出側に向けて加速されるため、実施形態２における効果と同様、推進力を高める効果を得ることが可能となる。

【0055】

なお、本変形例１の推進装置４０には、ボス４０２の流体吐出側の端部に、吐出側に先細りに突出して形成された円錐形の整流突起４０４が設けられている。図２１に示す例では、整流突起４０４の流体吸入側は、ボス３０２の流体吐出側の断面と同じ面積の円形断面を有しており、実施形態１、２における整流突起１０４、２０４と比較して、大きく構成されている。しかしながら、整流突起は、任意の大きさに構成してもよい。

【0056】

また、推進装置４０は、実施形態１、２と同様、管状ハウジング４０１を回転自在に収納するケーシング４１０を有してもよい。図２５は、本変形例１の推進装置４０とケーシング４１０の構成を示している。図２５に示すケーシング４１０では、フロントケーシング４１１とリアケーシング４１２を有し、固定部４１３によって、船底等に固定される。さらに、図２５のケーシング４１０は、リアケーシング４１２に、流体の流れを整えるための整流板４１５を有しているが、整流板４１５は任意の構成である。

【0057】

（変形例２）
実施形態１、２、及び実施形態３の変形例１では、推進装置が、スクリューの流体吐出側に、先細りに突出して形成された整流突起を有する構成を示した。本変形例２では、整流突起に代わり、軸状突起を有する構成を説明する。

【0058】

図２６は変形例２の推進装置５０の斜視図を、図２７は推進装置５０の正面図を、図２８は推進装置５０の背面図を、図２９は推進装置５０の側面図を、それぞれ示している。その他の実施形態と同様、推進装置５０は、図２６右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図２６左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。

【0059】

図２６乃至図２９に示す推進装置５０の管状ハウジング５０１は、流体吐出側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径ｒ_５１と、流体吸入側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径ｒ_５２とが等しくなるように構成されている。

【0060】

さらに、実施形態３の変形例１と同様、本変形例２のボス５０２は、その断面が流体吸入側から流体吐出側に向けて半径方向外側に増大するような形状に構成されており、管状ハウジング５０１の流体吐出側は、管状ハウジング５０１の内側側面に沿って周方向に延びた形状の流体吐出口５１４を有している。

【0061】

また、図２９に示す側面図では、管状ハウジング５０１が、吸入側の縁部、かつ、２つの隣接するブレード間に、凹み５０８を有しているが、凹み５０８は任意の構成である。

【0062】

図２６および図２９に示すように、スクリュー５００は、スクリュー５００の回転軸上に、流体吐出側に突出する軸状突起５１６を有している。ここで、図２６等に示す軸状突起５１６は、ボス５０２と一体的に形成されたものとして構成されている。しかしながら、ボス５０２の流体吸入側においてボス５０２と接続している駆動軸５０５が、ボス５０２を貫通するように構成され、ボス５０２の流体吐出側から突出した駆動軸５０５の端部を軸状突起５１６としてもよい。

【0063】

図３０はさらに、本変形例２の推進装置５０の管状ハウジング５０１を回転自在に収納したケーシング５１０を示している。ケーシング５１０は、ケーシング１１１と同様、フロントケーシング５１１とリアケーシング５１２を有する。ケーシング５１０は、固定部５１３によって、船底等に固定される。

【0064】

リアケーシング５１２は、管状ハウジング５０１の吐出側に対向して配置されるとともに、流体吐出側に先細りに突出する整流突起５０４を有する。このような整流突起５０４を有することにより、管状ハウジング４０１から吐出された流体のうち、回転軸の周辺に位置する流体を整流することができる。図３０に示す例では、整流突起５０４は、整流板５１５によってリアケーシング５１２の内側側面に固定されている。しかしながら、整流板５１５に代えて、簡単な支持部によってリアケーシング５１２の内側側面に固定してもよい。

【0065】

さらに、整流突起５０４の流体吸入側には、切り欠き部５１７が設けられており、切り欠き部５１７の内側には軸受５１８が配置されている。つまり、スクリュー５００の流体吐出側に突出する軸状突起５１６が、リアケーシング５１２の整流突起５０４に設けられた切り欠き部５１７に挿入されると、切り欠き部５１６の内側に配置された軸受５１８によって回転可能に支持される。

【0066】

（総括）
以上、本発明の各実施形態における推進装置の特徴について説明した。

【0067】

なお、複数の実施形態およびその変形例を説明したが、各実施形態あるいは変形例の特徴を２以上含むようにしてもよい。つまり、各実施形態は、実施形態または変形例同士で組み合わせることが可能である。例えば、実施形態１と実施形態４とを組み合わせ、推進装置１０のスクリュー部１００の流体吐出側から軸状突起が突出するように形成し、ケーシング１１２に整流突起を設けるとともに、整流突起が軸状突起を回転可能に支持する軸受を有するように構成してもよい。

【0068】

また、各実施形態に開示の構成、方法は、その要素を本発明に適宜組み合わせることができる。つまり、各実施形態に開示の要素同士が必須の組み合わせという訳ではなく、各要素を適宜発明として組み込むことが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、主として船舶の推進装置に用いられるものであるが、本発明は推進装置の用途に限られるものではなく、例えば、撹拌機や発電機などに用いてもよい。

【符号の説明】

【0070】

１０、２０、３０、４０、５０ 推進装置
１００、２００、３００、４００、５００ スクリュー
１０１、２０１、３０１、４０１、５００ 管状ハウジング
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２ ボス
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ ブレード
１０４、２０４、４０４、５０２ 整流突起
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５ 駆動軸
１０６ 内縁部
１０７ 外縁部
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８ 凹み
１０９ 導流板
１１０、４１０、５１０ ケーシング
１１１、４１１、５１１ フロントケーシング
１１２、４１２、５１２ リアケーシング
１１３、４１３、５１３ 固定部
４１４、５１４ 流体吐出口
４１５、５１５ 整流板
５１６ 軸状突起
５１７ 切り欠き部
５１８ 軸受

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】