特許 7518942 船舶用推進装置及びそれを備えた船舶

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-09

(45)【発行日】2024-07-18

(54)【発明の名称】船舶用推進装置及びそれを備えた船舶

(51)【国際特許分類】

   B63H 1/26 20060101AFI20240710BHJP

   B63H 1/20 20060101ALI20240710BHJP

【ＦＩ】

B63H1/26 Z

B63H1/20 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023053472

(22)【出願日】2023-03-29

【審査請求日】2023-03-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000110435

【氏名又は名称】ナカシマプロペラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100197147

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 雅美

(74)【代理人】

【識別番号】100110320

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 知子

(74)【代理人】

【識別番号】100224465

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 智加

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(72)【発明者】

【氏名】藤本 浩史

(72)【発明者】

【氏名】岡田 善久

(72)【発明者】

【氏名】蓮池 伸宏

(72)【発明者】

【氏名】片山 健太

(72)【発明者】

【氏名】立川 拓也

【審査官】福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３４８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８６６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１１１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０７４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００６２８１９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ １／２６

Ｂ６３Ｈ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のプロペラ羽根が外周面に設けられるプロペラボスと、
複数の翼が設けられ、該プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備えた船舶用推進装置であって、
該キャップの回転軸方向に見た該翼の形状は、該キャップの回転軸に対してフォワードスキューとなるように設定され、
さらに、該翼の形状は、該キャップへの該翼の根部から該翼の先端に至る該翼の中心線について、該回転軸からの半径の変化量に対するスキューの変化量を示すスキュー分布が、該翼の根部付近ではアフトスキューであり、該翼の先端付近ではフォワードスキューとなるＳ字型を有していることを特徴とする船舶用推進装置。

【請求項2】

複数のプロペラ羽根が外周面に設けられるプロペラボスと、
複数の翼が設けられ、該プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備えた船舶用推進装置であって、
該キャップの回転軸方向に見た該翼の形状は、該キャップの回転軸に対してフォワードスキューとなるように設定され、
さらに、該翼の形状は、該回転軸の軸方向に対して、該翼の該プロペラ羽根側の側端部で最も該プロペラ羽根に近い部分の位置は、該翼の付根の該プロペラ羽根側の端部の位置よりも該プロペラ羽根寄りに位置することを特徴とする船舶用推進装置。

【請求項3】

請求項１又は２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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船舶用推進装置及びそれを備えた船舶に関し、特に、複数のプロペラ羽根が外周面に設けられるプロペラボスと、複数の翼が設けられ、該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た船舶用推進装置及びそれを備えた船舶に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プロペラ羽根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効率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。

【0003】

特許文献１に代表される従来の船舶用推進装置においては、推進効率向上を目的としているが、フィン外周端から発生するキャビテーションの低減について解決手段を提供していない。

【0004】

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や海洋生物保護等の観点から、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。

【0005】

この課題を解決するため、本出願人は、特許文献２において、主としてプロペラ羽根外径に対するプロペラボス径の比率が大きくなる高速船用の可変ピッチプロペラに好適な構造として、キャップの後端面に繋がるフィンを設け、フィンの外径をコンパクト化し、キャビテーションの発生を抑制する構成を提案した。しかしながら、固定ピッチプロペラが採用される一般商船用プロペラにおいては、プロペラ羽根外径に対するプロペラボス径の比率が小さく、特許文献２によるフィンの配置では静穏性の確保は図れたとしても十分な推進効率改善が得られないため、異なる手段による静穏性と推進性能の向上を実現した船舶用推進装置の開発が期待されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第５４０５８７２号公報

【文献】特許第６８１２０５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、静穏性と推進性能の向上を図った船舶用推進装置を提供することである。また、この船舶用推進装置を備えた船舶を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の船舶用推進装置及びそれを備えた船舶は、以下の技術的特徴を有する。
（１） 複数のプロペラ羽根が外周面に設けられるプロペラボスと、複数の翼が設けられ、該プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備えた船舶用推進装置であって、該キャップの回転軸方向に見た該翼の平面形状は、該キャップの回転軸に対してフォワードスキューとなるように設定されていることを特徴とする。

【0009】

（２） 上記（１）に記載の船舶用推進装置において、該翼の平面形状は、該キャップへの該翼の根部から該翼の先端に至る該翼の中心線について、該回転軸からの半径の変化量に対するスキューの変化量を示すスキュー分布が、該翼の根部付近でアフトスキューであり、該翼の先端付近ではフォワードスキューとなるＳ字型を有することを特徴とする。

【0010】

（３） 上記（１）に記載の船舶用推進装置において、該翼の形状は、該回転軸の軸方向に対して、該翼の該プロペラ羽根側の側端部で最も該プロペラ羽根に近い部分の位置は、該翼の付根の該プロペラ羽根側の端部の位置よりも該プロペラ羽根寄りに位置することを特徴とする。

【0011】

（４） 上記（１）に記載の船舶用推進装置において、該翼の該回転軸から同じ半径の位置における翼断面は、前縁から後縁の直前まで曲率が連続で変化し、かつキャンバーをもつ翼断面形状となることを特徴とする。

【0012】

（５） 上記（１）乃至（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である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、複数のプロペラ羽根が外周面に設けられるプロペラボスと、複数の翼が設けられ、該プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備えた船舶用推進装置であって、該キャップの回転軸方向に見た該翼の平面形状は、該キャップの回転軸に対してフォワードスキューとなるように設定されているため、翼の先端付近で発生するチップボルテックスキャビテーションを低減させることができる。

【0014】

しかも、該翼の該回転軸から同じ半径の位置における翼断面を、前縁から後縁の直前まで曲率が連続で変化し、かつキャンバーをもつ翼断面形状を併せて採用することで、翼面上の圧力分布をフラットにでき、翼外周端にキャビテーションを生じに難くくさせることができる。これらによって静穏性を高めると同時に、翼の外周側をプロペラ羽根直後に配置することができ、推進性能の向上も図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の船舶用推進装置に係るスクリュープロペラの一例を示す斜視図である。

【図2】本発明の船舶用推進装置に係るスクリュープロペラの一例を示す側面図である。

【図3】本発明で使用する翼に適用するＳ字型フォワードスキューを説明する図である。

【図4】図３の翼における半径ｒに対するスキュー角の変化を示すグラフである。

【図5】本発明の船舶用推進装置に係るスクリュープロペラの一例を示す、根部の断面図である。

【図6】従来の板状フィンにおける周辺の流れを示す図である。

【図7】従来の不連続曲率を有するフィンにおける周辺の流れを示す図である。

【図8】本発明で使用する翼における周辺の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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

【0017】

図１は、本発明の船舶用推進装置に係るスクリュープロペラ１の斜視図である。図２は、該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に示す前後方向は、当該スクリュープロペラ１が搭載される船舶の前後方向と同じ意味を示す。

【0018】

図１及び図２に示すように、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のプロペラ羽根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、プロペラ羽根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。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）。

【0019】

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、回転軸Ａ方向に見ると、円形状を有する外周面を備える。ボス２の外周面には、複数のプロペラ羽根３が設けられる。なお、複数のプロペラ羽根３がボス２と別部品として構成される場合、ボス２の外周面には、複数のプロペラ羽根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、プロペラ羽根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。

【0020】

複数のプロペラ羽根３は、ボス２の外周面にて周方向に等間隔を空けて配置される。複数のプロペラ羽根３は、それぞれボス２の外周面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及びプロペラ羽根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及びプロペラ羽根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）等で製造したプロペラ羽根３をボス２の外周面に嵌合させてもよい。

【0021】

図１及び２では、４枚のプロペラ羽根３と、７枚の翼５で構しているが、プロペラ羽根の数や翼の数はこれらに限定されない。また、回転軸Ａ方向に見て、翼５をプロペラ羽根３と重ねて配置しても良いし、隣接するプロペラ羽根３の間の位置に配置しても良い。翼５は、プロペラ羽根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）の発生を抑制するとともに、翼５外周端から発生するチップボルテックスキャビテーションの低減を前提として、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。

【0022】

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プロペラ羽根３及び翼５が回転すると、翼５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、ハブ渦キャビテーションと呼ばれることもある。

【0023】

翼５の外周端から発生したチップボルテックスキャビテーションは、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、翼５からのチップボルテックスキャビテーションの発生を極力抑制する必要がある。

【0024】

本発明の船舶用推進装置では、翼５で発生するキャビテーションを抑制するため、図３に示すように、キャップ４の回転軸（Ａ）方向に見た翼５の平面形状を、翼が取り付けられたキャップ４の回転軸Ａに対して、フォワードスキューとなるように設定している。

【0025】

フォワードスキューとは、図３に示すように、翼５のキャップ４への根部ＲＴから翼の先端ＴＰに至る翼５の翼幅中心線ＣＬに着目し、回転軸Ａから該翼幅中心線ＣＴへの接線Ｌ０と回転軸Ａと先端ＴＰを結ぶ直線Ｌ１とが形成する角度（スキュー）θが、接線Ｌ０を基準に、翼５の回転方向（矢印Ｂ）側に位置している状態である。本発明では、スキュー角θを１５度以上に設定することが好ましい。

【0026】

本発明においては、特に、翼幅中心線ＣＬの分布形状は「Ｓ字型」とする。このＳ字型のフォワードスキューの構成を採用することで、翼５の先端ＴＰ付近で発生するキャビテーション（チップボルテックス・キャビテーション）を効果的に抑制することが可能となる。これにより、水中の騒音レベルを低減できる。

【0027】

図３は、本発明の船舶用推進装置に係る一実施例を示す翼５の平面形状を示す図である。図３では、中心軸Ａからの距離（半径）ｒを、翼５の先端ＴＰの位置の中心軸Ａからの距離（基準半径）Ｒで規格化（ｒ／Ｒ）した数値で表示している。

【0028】

図３で示した翼５の平面形状では、翼幅中心線ＣＬは、翼５の根部ＲＴからアフトスキューとなり、回転方向Ｂに対して反対方向に変化する。その後、接線Ｌ０の位置からは、翼の先端ＴＰに進むについて、フォワードスキューとなる。フォワードスキューの変化も、翼５の中心部付近（図４のＣＰの範囲を参照）、例えば半径位置ｒ／Ｒの値が０．６５～０．９の範囲では、半径位置ｒ／Ｒの変化量に対してスキューの変化量が大きく変化している。そして、翼５の先端ＴＰ付近ではスキューの変化量が緩やかとなっている。

【0029】

この翼の形状をより分かり易く示すため、図４では、半径位置ｒ／Ｒに対して、スキューθの変化をグラフで示している。回転軸Ａからの半径ｒ／Ｒの変化量に対するスキューの変化量の大きさは、図４のグラフの傾きとして表すことができる。図４を見ると、翼の根部ＲＴが０．５（ｒ／Ｒ）付近の位置にあり、根部ＲＴからスキューが上昇するアフトスキューとなり、翼５の中央部付近ＣＰ（例えば、０．６５～０．９ｒ／Ｒ）では、フォワードスキューとなり、スキューの変化（グラフの傾き）も大きくなっている。そして、翼５の先端ＴＰ付近では、フォワードスキューにおけるスキューの変化は緩やかになっている。このように、図４のグラフの形状から、半径位置に対するスキューの変化は略「Ｓ字」を描くように変化している。本発明では、図４のようなスキューの変化形状を「Ｓ字型」又は「Ｓ字型フォワードスキュー」と称している。

【0030】

図３及び図４に示すように、半径位置に対するスキューの変化を、翼の根部付近ではアフトスキューとし、翼の中心部付近で大きくフォワードスキューで変化し、翼の先端付近ではフォワードスキューの変化を小さくすることによって、翼の強度を十分確保しながら、キャビテーションの発生を抑制することが可能となる。

【0031】

さらに本発明の船舶用推進装置においては、翼の形状をスキュー角θを１５度以上のフォワードスキューにすることを利用して、図２に示すように、翼５のプロペラ羽根３側の側端部で最もプロペラ羽根３に近い部分の位置は、翼５の根部のプロペラ羽根３側の端部の位置よりもプロペラ羽根３寄りに設定している。この配置により翼５の根部ではキャップ取り付けに必要となるボルトを組み付けるクリアランスを確保するとともに、推進効率向上への寄与が大きい翼５の外周部についてはプロペラ羽根３との間隔Ｇをより狭くすることで、効率改善効果が最も大きくなるプロペラ翼直後に配置することが可能となる。

【0032】

図５は、プロペラ羽根３のボス2への付根であるプロペラ羽根３の根部Ｓ３や、翼５のキャップ４への付根である翼５の根部Ｓ５の形状を示すものである。翼５の同じ半径位置（ｒ／Ｒ）における断面形状は、図５に示すような前縁から後縁の直前まで曲率が連続で変化し、かつキャンバーをもつ翼断面形状をしている。この構成により、キャビテーションの発生をより効果的に抑制することが可能となる。

【0033】

従来のフィンにおいては、図６及び図７のフィン６の前縁部の断面図が示すように、前縁部が水の流れ（流線）Ｆに対して垂直な面（図６参照）、あるいは単純なＲ形状（図７参照）を備えており、このため、流線Ｆが急に曲げられ、剥離領域Ｄを形成する。剥離領域Ｄでは圧力が低くなり、キャビテーションが発生し易い。このため、図８に示すように、翼５の前縁から後縁までを曲率が連続で変化し、かつキャンバー（符号Ｃで示すように、翼の断面の幅の中心線（点線）が、翼の前縁と後縁とを結ぶ直線（実線）から外れていること）を有する翼断面形状とすることで、翼面上の圧力分布を平坦にして、キャビテーションの発生を抑制している。特許文献２では、翼５の後方側の側面のみに円弧形状部を設けているが、図８のように、翼５では断面は前縁から後縁の直前まで曲率が連続で変化し、かつキャンバーを有する形状にすることで、より一層のキャビテーションを抑制することが可能となる。

【0034】

以上説明したように、本発明の船舶用推進装置を構成するスクリュープロペラ１においては、キャップ４に設ける複数の翼５をＳ字型のフォワードスキューとすることで、翼５の半径を大きくしながら、チップボルテックス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の後方側の水流が翼５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も抑制できるので、推進性能を向上することができる。さらに、翼５の外周部をプロペラ羽根直後に配置できることから推進力もより大きくなる。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。

【0035】

以上の説明では、ボス２とキャップ４とを別体で設ける例を中心に説明したが、これに限らず、ボス２とキャップ４とを一体的に設けることも可能である。また、翼５を設けたキャップ４の側面を図２に示すように、キャップの直径が徐々に減少するテーパー形状とすることも可能である。さらには、テーパー形状の部分とその後側の部分とを分けて構成したり、テーパー形状の部分だけ、ボス２と一体的に構成することも可能である。

【0036】

また、キャップ４は、後方側に凸の円錐形状を有してもよい。また、この円錐形状の先端に平面部分を配置する形状（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翼５の形状を調整することにより、同様の作用及び効果を得ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

以上説明したように、本発明は、静穏性と推進性能の向上を図った船舶用推進装置を提供することが可能となる。また、この船舶用推進装置を備えた船舶を提供することができる。

【符号の説明】

【0038】

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 プロペラ羽根（ブレード）
４ キャップ
５ 翼（フィン）

【要約】

【課題】
静穏性と推進性能の向上を図った船舶用推進装置を提供すること。
【解決手段】
複数のプロペラ羽根３が外周面に設けられるプロペラボス２と、複数の翼５が設けられ、該プロペラボス２の後端部に取り付けられるキャップ４と、を備えた船舶用推進装置であって、該キャップ４の回転軸方向に見た該翼５の平面形状は、該キャップの回転軸に対してＳ字型のフォワードスキューとなるように設定されていることを特徴とする。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】