特許 7514060 水力発電装置の水車翼取付け構造および水力発電装置

(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】2024-07-02

(45)【発行日】2024-07-10

(54)【発明の名称】水力発電装置の水車翼取付け構造および水力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/12 20060101AFI20240703BHJP

   F03B 3/04 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

F03B3/12

F03B3/04

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019054824

(22)【出願日】2019-03-22

(65)【公開番号】P2020153346

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-09-22

【審判番号】

【審判請求日】2022-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】後藤 知美

(72)【発明者】

【氏名】近藤 博光

【合議体】

【審判長】北村 英隆

【審判官】伊藤 秀行

【審判官】長馬 望

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００８９９２４（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２４１３９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】実開昭５５－４６７５０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F03B3/12

F03B3/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、
前記水車翼は中心部に中実のハブを有し、このハブに設けられた貫通孔に前記水車軸が挿通され、
前記ハブの両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記ハブおよび前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記ハブと前記一対のフランジ部材とが締結され、
前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、
前記一対のフランジ部材は、前記ボルトの長さ方向の厚さが互いに同じで、かつ前記ハブとの接触面積が互いに同じである水車翼取付け構造において、
前記ハブの前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に、前記ハブの軸方向幅よりも長さが短く、前記ボルトの締付けにより両端が前記一対のフランジ部材に当接する締付力保持部材が介在し、前記ハブと前記一対のフランジ部材とを締結する前記ボルトを締め付けると、前記ハブが弾性変形してその軸方向幅が狭くなることにより、前記締付力保持部材の両端が一対のフランジ部材に当接することを特徴とする水力発電装置の水車翼取付け構造。

【請求項2】

請求項１に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記締付力保持部材は、前記ハブの前記ボルト孔の内周面に接着剤により固定されている水力発電装置の水車翼取付け構造。

【請求項3】

請求項１または２に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記水車翼は、複数の羽根を有するプロペラ水車である水力発電装置の水車翼取付け構造。

【請求項4】

請求項３に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記プロペラ水車である水車翼は、回転軸心が水流方向と平行である水力発電装置の水車翼取付け構造。

【請求項5】

繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置であって、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水車翼取付け構造によって、前記水車翼が水車軸に対して一体回転するように取り付けられた水力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼を備え、水路に設置されて水の力で発電する水力発電装置の水車翼取付け構造、および水力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水力発電装置は、水のエネルギーを回転エネルギーに変換する水車翼と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備える。他に、必要に応じて、水車翼の回転を増速して発電機に伝達する増速機、発電機を制御する制御装置等が設けられる。

【0003】

小出力の水力発電装置の水車翼を繊維強化プラスチック材とし、増速機の入力軸となる水車軸に取り付ける場合、従来、図１０に示す水車翼取付け構造が採用されていた。この水車翼取付け構造は、まず、一対のフランジ部材５１，５２で水車翼１のハブ１０の両側面を挟み込み、これら一対のフランジ部材５１，５２とハブ１０とをボルト５３で締め付けて固定する。そして、この水車翼１と一対のフランジ部材５１，５２とからなるアッセンブリを、フランジ部材５１，５２の部分で水車軸２０に軸方向に移動不能かつ回転不能に取り付ける。水車翼１が水の力を受けて回転すると、その回転トルクが摩擦力によりフランジ部材５１，５２に伝達されて、水車軸２０が回転する。

【0004】

特許文献１は垂直軸型水力発電装置に関し、垂直回転軸と３枚のブレードとをボルトおよびナットを用いて締結固定することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－８９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

水路に設置される水力発電装置では、水車翼が流水から様々な変動荷重を受ける。例えば、流水の流速変化による変動荷重を受ける。また、水車翼が、回転軸心が水流方向と平行なプロペラ水車である場合、水路の水位低下により水車翼の上部が水面より上に出た状態となると、水車翼の回転に伴って、水車翼の放射状に延びる羽根が水に没している状態と水から出ている状態とを繰り返すことにより、大きな交番荷重を受ける。

【0007】

なお、水路の水位低下は、降水量が少ない場合や、灌漑のために水路の水が使用される場合に起きる。また、梅雨時期、台風等で集中豪雨が予想される場合に、水路からの溢水を避けるために、水路の流量を制限することもある。

【0008】

図１０に示すように、水車翼１が変動荷重Ｆ１を受けると、羽根が荷重方向に撓み、その撓みが羽根の根元部からハブ１０に伝わる。すると、両側をフランジ部材５１，５２に挟まれたハブ１０が、両フランジ部材５１，５２から圧縮力Ｆ２を継続的に受ける。これにより、ハブ１０がクリープ変形して軸方向幅が狭くなり、水車翼１とフランジ部材５１，５２とを締結しているボルト５３が緩み、その締付力が低下する。

【0009】

また、交番荷重により、ハブ１０とフランジ部材５１，５２との間に隙間ができたり、その隙間が閉じたりすることで、ハブ１０におけるフランジ部材５１，５２との接触面にフレッティング摩耗等を起こすことがある。繊維強化プラスチック材の樹脂材、例えばビニルエステル樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂と比較して、耐水性に優れ、水との接触でも強度劣化し難い。一方、繊維強化プラスチック材の繊維材は、水との接触により強度劣化に繋がる。水車翼の外皮は樹脂材であるため、水と接触しても強度低下が促進されないが、ハブ１０にフレッティング摩耗等が発生すると、その部分から水車翼の繊維材が水と接触し、水車翼１の強度低下に繋がる。

【0010】

水車翼１を金属材にすれば、上記ハブ１０のクリープ変形を防止することができる。しかし、繊維強化プラスチック材を用いた場合と同等の強度を金属材で確保しようとすると、水車翼１の重量が大きくなる。そのため、水車軸２０を支持するギヤの剛性を高める必要があり、コスト高となる。

【0011】

また、水車翼１を比較的軽量なアルミ材とすることも考えられる。しかし、水車軸２０や増速機には主に鋼材が使用されているため、水車翼１がアルミ材であると、異種金属であるアルミ材と鋼材とが水に浸かることとなり、電食が発生する可能性がある。このため、アルミ材の適用は難しい。

【0012】

この発明の目的は、繊維強化プラスチック材で作られた水車翼が流水からの変動荷重を受けることにより、水車翼のハブがクリープ変形やフレッティング摩耗して起きる強度低下を防止することができる水力発電装置の水車翼取付け構造、および水力発電装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、
前記水車翼は中心部に中実のハブを有し、このハブに設けられた貫通孔に前記水車軸が挿通され、
前記ハブの両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記ハブおよび前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記ハブと前記一対のフランジ部材とが締結され、
前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、
前記一対のフランジ部材は、前記ボルトの長さ方向の厚さが互いに同じで、かつ前記ハブとの接触面積が互いに同じである。
この場合、ハブが両側のフランジ部材から受ける圧縮力の大きさをほぼ同じにすることができるため、ハブと各フランジ部材との間に均等な摩擦力が作用し、バランスが良い。

【0014】

この発明において、前記フランジ部材における前記ハブとの接触面の縁に面取り部が設けられているのが好ましい。
上記面取り部が設けられていると、エッジロードが軽減され、フレッティング摩耗の発生を防止することができる。

【0015】

また、前記ハブの前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に、前記ハブの軸方向幅よりも長さが短く、前記ボルトの締付けにより両端が前記一対のフランジ部材に当接する締付力保持部材が介在していると良い。

【0016】

この構成によると、ハブと一対のフランジ部材とを締結するボルトを締め付けると、ハブが弾性変形してその軸方向幅が狭くなることにより、締付力保持部材の両端が一対のフランジ部材に当接する。この状態では、水車翼が変動荷重を受けて一対のフランジ部材から水車翼の中心部に対して圧縮力が作用した場合、その圧縮力を締付力保持部材が受けてハブには大きな圧縮力がかからないため、ハブがクリープ変形することが防止される。このように、ハブのクリープ変形を防止することで、ボルトの緩みを防いで、ハブとフランジ部材の締付力の低下を回避することができる。

【0017】

また、ハブとフランジ部材の締付力が確保されているため、水車翼に交番荷重が作用しても、ハブとフランジ部材との間に隙間ができたり、その隙間が閉じたりすることがなく、ハブにおけるフランジ部材との接触面にフレッティング摩耗が起きない。そのため、水車翼の繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制され、繊維強化プラスチック材の材料劣化による水車翼の強度低下を防止することができる。

【0018】

この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、前記水車翼が複数の羽根を有するプロペラ水車である場合に適する。特に、前記プロペラ水車である水車翼が、回転軸心が水流方向と平行である場合に適する。いずれの場合も、水車翼が大きな変動荷重を受けるため、この発明の水車翼取付け構造を採用することによる効果が大きい。

【0019】

この発明の水力発電装置は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置であって、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の水車翼取付け構造によって、前記水車翼が水車軸に対して一体回転するように取り付けられている。
この構成の水力発電装置によると、繊維強化プラスチック材で作られた水車翼が流水からの変動荷重を受けることにより、水車翼のハブがクリープ変形やフレッティング摩耗して起きる強度低下を防止することができて、水力発電装置の耐久性に優れ、保守の為に運転休止する時間が短縮でき、稼働率が向上する。

【発明の効果】

【0020】

この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、前記水車翼は中心部に中実のハブを有し、このハブに設けられた貫通孔に前記水車軸が挿通され、前記ハブの両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記ハブおよび前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記ハブと前記一対のフランジ部材とが締結され、前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、前記一対のフランジ部材は、前記ボルトの長さ方向の厚さが互いに同じで、かつ前記ハブとの接触面積が互いに同じであるため、水車翼が流水からの変動荷重を受けることにより、水車翼のハブがクリープ変形やフレッティング摩耗して起きる強度低下を防止することができる。

【0021】

この発明の水力発電装置は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置であって、この発明の車翼取付け構造によって、前記水車翼が水車軸に対して一体回転するように取り付けられているため、繊維強化プラスチック材で作られた水車翼が流水からの変動荷重を受けることにより、水車翼のハブがクリープ変形やフレッティング摩耗して起きる強度低下を防止することができて、水力発電装置の耐久性に優れ、保守の為に運転休止する時間が短縮でき、稼働率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】この発明の第１の実施形態に係る水車翼取付け構造が適用された水力発電装置の正面図である。

【図2】同水力発電装置の側面図である。

【図3】図２の主要部を示す側面図であり、一部を断面で表している。

【図4】図３の部分拡大図である。

【図5】（Ａ）は図４のVIIＡ部拡大図、（Ｂ）は図４のVIIＢ部拡大図である。

【図6】この発明の第２の実施形態に係る水車翼取付け構造を示す断面図である。

【図7】水車翼のハブと締付力保持部材の断面図である。

【図8】この発明の第３の実施形態に係る水車翼取付け構造を示す断面図である。

【図9】この発明の第４の実施形態に係る水車翼取付け構造を示す断面図である。

【図10】従来の水車翼取付け構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

［第１の実施形態］
＜水力発電装置＞
図１、図２は第１の実施形態に係る水車翼取付け構造が適用された水力発電装置の正面図および側面図である。この水力発電装置は、水路に設置されて水の力で発電を行うものであり、水車翼１、増速機２、発電機３、および支持装置４を備える。他に、発電機３を制御する制御装置（図示せず）等が設けられる。

【0024】

水車翼１は、中心部に位置するハブ１０の外周から複数（例えば５つ）の羽根１１が放射状に延びるプロペラ水車であって、回転軸心Ｏが水路の水流の方向Ａと平行になるように設けられる。各羽根１１の先端部は、上流側に向けて傾斜している。ハブ１０と羽根１１とは一体に形成されている。上流側となるハブ１０の前面には、スピナ１２が取り付けられている。これらハブ１０、羽根１１、およびスピナ１２は、繊維強化プラスチック材で作られている。

【0025】

増速機２は、水車翼１の回転を増速するものである。増速機２の入力軸となる水車軸２０が増速機２から上流側に突出しており、この水車軸２０に水車翼１が一体回転するように固定される。

【0026】

図３に示すように、増速機２の増速機構２１は、互いに噛み合う一対の傘歯車２２，２３からなる。入力側の傘歯車２２は水車軸２０に取り付けられ、出力側の傘歯車２３は鉛直方向に延びる回転伝達軸２４に取り付けられている。回転伝達軸２４は、増速機２１で増速された回転力を発電機３に伝達する軸であり、支柱２５の内部に設けられている。図２に示すように、支柱２５は、上端が支持装置４に固定され、下端に増速機２が支持されている。

【0027】

図２において、発電機３は下方に延びる発電機軸３０を有し、この発電機軸３０が回転連結具３１を介して前記回転伝達軸２４と連結されている。これにより、水車翼１の回転が増速機２により増速して発電機３に伝達されて、発電機３が発電する。発電機３は、例えば３相交流発電機である。

【0028】

図１、図２に示すように、支持装置４は、水路の両側の側壁５の間に架け渡して設けられた２本の梁４０と、これら梁４０の上に載置された架台４１と、この架台４１に設置された２本の発電機スタンド４２と、これら２本の発電機スタンド４２の上部を繋ぐように設けられたベース板４３とを有する。発電機３は、架台４１とベース板４３との間に配置され、ベース板４３に固定される。

【0029】

＜水車翼取付け構造＞
前記水車軸２０への前記水車翼１の取付け構造について説明する。
図３に示すように、水車軸２０は、増速機２よりも上流側（図３の左側）に突出した大径部２０ａと、この大径部２０ａの先端から上流側に延びる小径部２０ｂとを有し、小径部２０ｂの基端を除く外周面に雄ねじ２０ｃが形成されている。

【0030】

水車翼１は、ハブ１０の上流側および下流側の両側面に、一対の環状のフランジ部材５１，５２がボルト５３により締付け固定されている。ハブ１０は、中央部に貫通孔５０を有する筒状で、中実に成形されている。
上流側のフランジ部材５１は、ハブ１０の貫通孔５０よりも内径が小さく、水車軸２０の小径部２０ｂに嵌合可能である。下流側のフランジ部材５２は、内周面が水車軸２０の大径部２０ａに嵌合可能で、かつ外周面がハブ１０の貫通孔５０に嵌合可能な筒状部５４を有する。

【0031】

図４に示すように、前記ボルト５３は、水車翼１のハブ１０および一対のフランジ部材５１，５２に軸方向にそれぞれ設けられたボルト孔１０ａ，５１ａ，５２ａにわたって挿通される。この実施形態の場合、下流側のフランジ部材５２のボルト孔５２ａがねじ孔となっており、上流側からボルト孔５１ａ，１０ａに挿入したボルト５３のねじ部５３ａをねじ孔であるボルト孔５２ａに螺合させることで、水車翼１と一対のフランジ部材５１，５２とが締結される。別の例として、下流側のフランジ部材５２のボルト孔５２ａねじ孔ではなく、ボルト孔５２ａを貫通させたボルト５３のねじ部５３ａにナット（図示せず）を螺着することで、水車翼１と一対のフランジ部材５１，５２とを締結してもよい。

【0032】

この水車翼取付け構造は、水車翼１のハブ１０に締結される一対のフランジ部材５１，５２が、前記ボルト５３の長さ方向の厚さ、つまり水車翼１の軸方向の厚さが互いに同じで、かつハブ１０との接触面積が互いに同じとされている。前記両フランジ部材５１，５２は、下流側のフランジ部材５２に設けられた筒状部５４よりも外径側の部分の全体が均一な厚さの平板状とされている。図示の例では、上流側のフランジ部材５１は、外径側端から内径側端の全体に渡って均一な厚さとされている。ただし、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、各フランジ部材５１，５２におけるハブ１０との接触面の縁に、断面円弧状の面取り部６１，６２が設けられている。面取り部６１，６２は、他の断面形状であってもよい。例えば、２次曲線等の曲線形状であってもよい。場合によっては、直線状に切り欠いた形状であってもよい。

【0033】

水車軸２０への水車翼１の取付方法について説明する。
まず、図４のようにハブ１０のボルト孔１０ａにハブ１０の両側面にフランジ部材５１，５２をボルト５３により締結してアッセンブリとする。このアッセンブリを、図３に示すように、ハブ１０の貫通孔５０に水車軸２０を挿通した状態で、水車軸２０に取り付ける。

【0034】

具体的には、上流側のフランジ部材５１を水車軸２０の小径部２０ｂの基端に嵌合させ、かつ下流側のフランジ部材５２の筒状部５４を水車軸２０の大径部２０ａに嵌合させる。そして、上流側のフランジ部材５１を大径部２０ａと小径部２０ｂとの段面２０ｄに当接させ、小径部２０ｂの雄ねじ２０ｃに螺着したナット５６により、上流側のフランジ部材５１を水車軸２０に対し軸方向に移動不能に取り付ける。また、水車軸２０の大径部２０ａおよび下流側のフランジ部材５２の筒状部５４に設けられたキー溝にキー５７を係合させることで、下流側のフランジ部材５２を水車軸２０に回転不能に取り付ける。

【0035】

＜水車翼取付け構造の作用＞
このように、一対のフランジ部材５１，５２の軸方向厚さが互いに同じで、かつハブ１０との接触面積が互いに同じであると、ハブ１０が両側のフランジ部材５１，５２から受ける圧縮力の大きさをほぼ同じにすることができ、そのためハブ１０と各フランジ部材５１，５２との間に均等な摩擦力が作用し、バランスが良い。結果、変動荷重に対しても、フランジ部材５１，５２の片側が過大な圧縮力を受けることが無く、そのためクリープ変形し難い。また、フランジ部材５１，５２におけるハブ１０との接触面の縁に面取り部６１，６２が設けられていると、エッジロードが軽減され、フレッティング摩耗の発生を防止することができる。

【0036】

［第２の実施形態］
図６は水車翼取付け構造の第２の実施形態を示す。ハブ１０のボルト孔１０ａはフランジ部材５１，５２のボルト孔５１ａ，５２ａよりも内径が大きく、ハブ１０のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に締付力保持部材５５が介在している。締付力保持部材５５は、水車翼１の繊維強化プラスチック材よりも硬度が高く、かつ水中で錆び難い材料、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属材からなる。この実施形態の締付力保持部材５５は、ボルト孔１０ａの内周に嵌合する円筒状である。

【0037】

図７に示すように、締付力保持部材５５の長さはハブ１０の軸方向幅よりも若干短くしてある。詳しくは、以下のように締付力保持部材５５の長さが定められている。すなわち、締付力保持部材５５の長さをl、ハブ１０の軸方向幅をＬとした場合、
ｌ＝Ｌ－ｄｌ・・・（式１）
の関係が成り立つ。ここで、ｄｌは、ハブ１０の弾性変形上限の変位量である。なお、図７ではｄｌの寸法を誇張して表示しているが、実際のｄｌの寸法は視認が困難な程度に微小である。

【0038】

締付力保持部材５５は、ハブ１０のボルト孔１０ａの内周面に単に嵌合させただけでもよいが、接着剤により固定してもよい。締付力保持部材５５を接着剤により固定する場合、図７のように、ボルト孔１０ａの中央部に締付力保持部材５５が位置するように固定するとよい。

【0039】

ハブ１０と一対のフランジ部材５１，５２とを締結するボルト５３を締め付けると、ハブ１０が弾性変形してその軸方向幅が狭くなることにより、締付力保持部材５５の両端が一対のフランジ部材５１，５２に当接する。この状態では、水車翼１が変動荷重を受けて一対のフランジ部材５１，５２から水車翼１の中心部に対して圧縮力が作用した場合、その圧縮力を締付力保持部材５５が受けてハブ１０には大きな圧縮力がかからないため、ハブ１０のクリープ変形が抑制される。このように、ハブ１０のクリープ変形を抑制することで、ボルト５３の緩みを防いで、ハブ１０とフランジ部材５１，５２の締付力の低下を回避することができる。

【0040】

締付力保持部材５５の長さｌを、式１を満たす長さとした場合、ボルト５３を締め付けた状態で、ハブ１０が弾性変形の上限まで変形する。このため、ボルト５３の締付けが強固となり、ボルト５３がより一層緩み難くなる。

【0041】

なお、締付力保持部材５５は、式１の寸法関係とすることでボルト５３の締付力を強化できる形状、寸法であればよく、必ずしも円筒状でなくてもよい。例えば、断面形状がＵ字形や溝形の部材であってもよい。

【0042】

また、ハブ１０とフランジ部材５１，５２の締付力が確保されているため、水車翼１に交番荷重が作用しても、ハブ１０とフランジ部材５１，５２との間に隙間ができたり、その隙間が閉じたりすることがなく、ハブ１０におけるフランジ部材５１，５２との接触面にフレッティング摩耗が起きない。そのため、水車翼１の繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制され、水車翼１の材料劣化による強度低下を防止することができる。

【0043】

締付力保持部材５５がハブ１０のボルト孔１０ａの内周面に接着剤により固定されていると、締付力保持部材５５がボルト孔１０ａの中で動くことによるボルト孔１０ａの内周面の損傷を抑制される。それにより、ボルト孔１０ａの内周面からの繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透も抑制される。
締付力保持部材５５を接着剤により固定する場合、図７に示すように、ボルト孔１０ａの中央部に締付力保持部材５５を固定すると、ボルト５３の締付けによるハブ１０の弾性変形が軸方向の両側で均等に行われるので好ましい。

【0044】

上記のように水車翼１の繊維強化プラスチック材への水の浸透が抑制されるため、耐水性の高い高価な繊維強化プラスチック材を使用しなくて済む。また、締付力保持部材５５が円筒状であるため、締付力保持部材５５自体の加工が容易であるだけでなく、ボルト孔１０ａの加工も容易である。このため、低コストで水車翼１の強度低下防止を実現できる。

【0045】

また、ハブ１０のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に締付力保持部材５５を介在させたことにより、ボルト５３がボルト孔１０ａの内周面に接触しなくなる。そのため、水車翼１が水から受けるスラスト方向の変動荷重が発生しても、ボルト孔１０ａの内周面表層部の摩耗を防止できる。その結果、水車翼１の材料である繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制され、水車翼１の材料劣化による強度低下を防止することができる。

【0046】

［第３の実施形態］
第１の実施形態（図４）および第２の実施形態（図６）では、ボルト５３のねじ部５３ａがハブ１０のボルト孔１０ａと軸方向に重なっていないが、図８に示す第３の実施形態のように、ボルト５３のねじ部５３ａの一部がハブ１０のボルト孔１０ａと軸方向に重なっていてもよい。この場合、ねじ孔であるボルト孔５２ａの軸方向全域にボルト５３のねじ部５３ａが螺合するため、大きな締結力が得られる。

【0047】

［第４の実施形態］
しかし、図８のようにボルト５３のねじ部５３ａの一部がハブ１０のボルト孔１０ａと軸方向に重なっていると、ねじ部５３ａが締付力保持部材５５と接触して締付力保持部材５５が摩耗する懸念がある。このような締付力保持部材５５の摩耗を防止するために、図９のように構成するとよい。図９に示す第４の実施形態は、下流側のフランジ部材５２の軸方向内側面に、ボルト孔５２ａの外周に拡がる断面円形の凹部５８が設けられ、この凹部５８に締付力保持部材５５の上流側端が嵌まり込んでいる。ボルト５３のねじ部５３ａは、ねじ孔であるボルト孔５２ａに螺合している。ねじ部５３ａの基端位置は、凹部５８またはボルト孔５２ａの軸方向範囲内にある。つまり、ボルト５３のねじ部５３ａは、水車翼１よりも軸方向の外側に位置している。これにより、ボルト５３のねじ部５３の一部が締付力保持部材５５と接触することがなく、締付力保持部材５５の摩耗が軽減される。

【0048】

第２ないし第４の各実施形態において、特に説明した事項の他は、第１の実施形態と同様である。
上記各実施形態は、ハブ１０の両フランジ５１，５２の軸方向の厚さをそれぞれ均等としたが、両フランジ５１，５２は、軸方向に対向する部分の厚さが互いに同じであれば、必ずしも均等な厚さでなくてもよい。
上記各実施形態は、水車翼１がプロペラ水車であり、かつその回転軸心Ｏが水流方向と平行である水力発電装置に適用された水車翼取付け構造を示すが、この発明は、水車翼１の回転軸心Ｏが水流方向と平行でない場合にも適用できる。また、水車翼１がプロペラ水車でない水力発電装置にも適用できる。

【0049】

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0050】

１…水車翼
３…発電機
１０…ハブ
１０ａ，５１ａ，５２ａ…ボルト孔
１１…羽根
２０…水車軸
５０…貫通孔
５１，５２…フランジ部材
５３…ボルト
５５…締付力保持部材
６１，６２…面取り部
Ｏ…回転軸心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】