(57)【要約】【課題】プロペラ翼の表面を流れる水流にカルマン渦が発生することによるプロペラ翼の共振および共鳴音の発生を防止する。【解決手段】プロペラ翼３の、少なくとも後縁部３ａの外表面に、該プロペラ翼３を形成する材料よりも減衰能が高い材質からなる減衰被装材５を被装した。プロペラ翼３は金属材料により一体に形成されていることが望ましく、減衰被装材５が被装される範囲は表面仕上げを行わずに表面祖度を粗くしておくのが好ましい。減衰被装材５の材質としては、強化繊維を含有させた繊維強化プラスチックや、ゴム等の動的粘弾性材料を用いることが好ましい。ゴムの場合は、フェライトを配合して着磁した磁性ゴムであればなお好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進軸に嵌合する翼根部と、該翼根部から半径方向に広がるプロペラ翼とを備えた舶用プロペラであって、
前記プロペラ翼の、少なくとも後縁部の外表面に、該プロペラ翼を形成する材料よりも減衰能が高い材質からなる減衰被装材を被装したことを特徴とする舶用プロペラ。
【請求項２】
前記プロペラ翼は金属材料により一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の舶用プロペラ。
【請求項３】
前記減衰被装材は、強化繊維を含有させた繊維強化プラスチックであ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】
前記減衰被装材は、動的粘弾性材料であ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】
前記動的粘弾性材料は、フェライトを配合して着磁した磁性ゴムであることを特徴とする請求項４に記載の舶用プロペラ。
【請求項６】
前記プロペラ翼の、前記減衰被装材が被装される範囲は表面仕上げが行われないことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の舶用プロペラ。
【請求項７】
推進軸に嵌合する翼根部と、該翼根部から半径方向に広がるプロペラ翼とを備えた舶用プロペラの改修方法であって、
前記プロペラ翼の、少なくとも後縁部の外表面に、該プロペラ翼を形成する材料よりも減衰能が高い材質からなる減衰被装材を被装することを特徴とする舶用プロペラの改修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロペラ翼の表面を流れる水流にカルマン渦が発生することによるプロペラ翼の共振および共鳴音の発生を防止するようにした舶用プロペラおよび舶用プロペラの改修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶のプロペラが水中で回転すると、水流がプロペラ翼の後縁部から剥離する際にカルマン渦と呼ばれる規則的な渦流（剥離渦）が発生し、この渦流の発生周波数がプロペラ翼自体の固有振動数と一致すると共振して振動や共鳴音を発生させる。このような振動や共鳴音は、プロペラやその駆動系の故障を誘発したり、乗客や乗員に不快感を与えたりするため、極力その発生を阻止しなければならない。
【０００３】
従来では、カルマン渦列の発生周波数をプロペラ翼の固有振動数からずらすために、プロペラ翼の後縁端部をシャープエッジとする薄肉方式や、逆に厚くする厚肉方式、あるいはこれらを組み合わせたものが利用されていた。
【０００４】
さらに、従来では、カルマン渦の励振力を低下させるプロペラ翼後縁部の形状変更とともに、励振力を受けた際にプロペラの応答を下げる構造が考案されている。例えば、プロペラ翼の後縁部に複数の突起体を配置することによりカルマン渦の発生を抑制したもの（特許文献１参照）、プロペラ翼の内部に粘弾性層を設けたもの（特許文献２参照）、プロペラ翼の後縁部を制振合金で構成したもの（特許文献３参照）、プロペラ翼を複合材の積層構造としたもの（特許文献４参照）、樹脂発泡体を複合材で包んでプロペラ翼を形成したもの（特許文献５参照）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１８８２９６号公報
【特許文献２】実開平１−１２５２９８号公報
【特許文献３】実開昭６２−１８１４９８号公報
【特許文献４】特開２０１１−５１５１５号公報
【特許文献５】特開２００９−２８６２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
舶用のプロペラでは、プロペラ翼の各半径位置によって流速や後縁部の厚みの推奨値が異なり、運転条件（プロペラ回転数）も多種多様であるため、カルマン渦が発生する周波数も様々となる。これに加え、プロペラ翼には多数の固有振動数が存在することから、カルマン渦の発生周波数との離調にも限界がある。
【０００７】
したがって、前述のように、プロペラ翼の後縁端部の肉厚を加減してカルマン渦列の発生周波数をプロペラ翼の固有振動数からずらしたり、特許文献１のようにプロペラ翼の後縁部に複数の突起体を配置することによりカルマン渦の発生を抑制したりする方法では、船舶が進水してから数度の試運転を行って、その都度プロペラ翼後縁部の形状や突起体の位置を修正する要があり、プロペラ翼のセッティングに手間が掛かるという課題があった。
【０００８】
また、プロペラ翼は船体推進時に非常に大きな荷重を受けるが、特許文献２のように、プロペラ翼の内部に粘弾性層を設けるためには、プロペラ翼の外面、即ち高荷重を受ける金属面に、粘弾性層を形成する制振材を注入する穴を開けるか、もしくはプロペラ翼を表裏二分割構造にして粘弾性層を挟み込むといった構造にしなければならず、プロペラ翼の強度が大幅に低下してしまうという懸念がある。
【０００９】
さらに、特許文献３のように、プロペラ翼の後縁部を制振合金で構成する構造は、材料の不連続が生じて材料界面での応力が大きくなる。また、特許文献４のように、プロペラ翼を複合材の積層構造とした場合、プロペラ翼は曲率を持つ３次元構造であるため、強度を持たせるために複合材の種類や繊維の積層方向等に多大な注意を払う必要があり、プロペラの設計・製作が困難になる。同じく、特許文献５のように、樹脂発泡体を複合材で包んでプロペラ翼を形成したものも、プロペラ翼の強度設計の難易度が上がるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プロペラ翼の表面を流れる水流にカルマン渦が発生することによるプロペラ翼の共振および共鳴音の発生を防止することができ、且つ、強度設計が容易な舶用プロペラおよび舶用プロペラの改修方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る舶用プロペラは、推進軸に嵌合する翼根部と、該翼根部から半径方向に広がるプロペラ翼とを備えた舶用プロペラであって、前記プロペラ翼の、少なくとも後縁部の外表面に、該プロペラ翼を形成する材料よりも減衰能が高い材質からなる減衰被装材を被装したことを特徴とする。
【００１２】
このように、プロペラ翼の少なくとも後縁部の外表面に、プロペラ翼を形成する材料よりも減衰能が高い材質からなる減衰被装材が被装されることにより、プロペラ翼の後縁部の振動減衰性が高められる。
【００１３】
このため、プロペラが水中で回転して水流がプロペラ翼の後縁部から剥離する際にカルマン渦が発生し、仮にプロペラ翼の固有振動数とカルマン渦の励振力（周波数）とが一致したとしても、プロペラ翼の後縁部がカルマン渦の励振力に共振しにくくなり、これによって共鳴音の発生を防止することができる。
【００１４】
また、この舶用プロペラにおいて、前記プロペラ翼は金属材料により一体に形成されていることが好ましい。
金属材料で一体に形成されたプロペラ翼は、穴や継ぎ目等の強度低下部が存在しないため、強度が高い。このため、強度計算や振動解析等が容易である。そして、この全金属製のプロペラ翼の少なくとも後縁部の外表面に減衰被装材が被装されるので、プロペラ翼の後縁部の振動減衰性が高められ、カルマン渦の発生に伴う共振および共鳴音の発生を効果的に抑制できる。
【００１５】
前記減衰被装材としては、強化繊維を含有させた繊維強化プラスチックを用いることができる。強化繊維を含有させた繊維強化プラスチックは、その施工が容易であるとともに、軽量かつ強靭である。そして、プロペラ翼が金属製である場合には、その金属材料に比べて格段に減衰能が高い。このため、プロペラ翼がカルマン渦に共振して共鳴音が発生することを効果的に防止することができる。
【００１６】
また、前記減衰被装材としては、ゴム等の動的粘弾性材料を用いてもよい。ゴム等の動的粘弾性材料は、金属はもとより、繊維強化プラスチックよりもさらに減衰能が高い。このため、プロペラ翼が金属や繊維強化プラスチック等でできていても、カルマン渦に共振して共鳴音が発生することを非常に効果的に抑制することができる。
【００１７】
さらに、前記減衰被装材として動的粘弾性材料を用いる場合には、フェライトを配合して着磁した磁性ゴムとすることが望ましい。このような磁性ゴムは、ゴム自身の弾性による制振効果に加え、配合されたフェライトの磁力吸着による摩擦エネルギーロスも加わるため、普通のゴムに比べて減衰能が高い。このため、プロペラ翼の共振および共鳴音の発生を特に効果的に防止することができる。
【００１８】
そして、前記プロペラ翼の、前記減衰被装材が被装される範囲は表面仕上げを行わないことが好ましい。これにより、プロペラ翼の表面に対する減衰被装材の接着性を高めて減衰被装材の剥離を防止し、長期間に亘ってプロペラ翼の共振および共鳴音の発生を防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る舶用プロペラの改修方法は、推進軸に嵌合する翼根部と、該翼根部から半径方向に広がるプロペラ翼とを備えた舶用プロペラにおいて、前記プロペラ翼の、少なくとも後縁部の外表面に、該プロペラ翼を形成する材料よりも減衰能が高い材質からなる減衰被装材を被装することを特徴とする。
【００２０】
このような舶用プロペラの改修方法によれば、既存の船舶のプロペラにおいて、そのプロペラ翼の少なくとも後縁部の外表面に減衰被装材を被装するという比較的簡単な改修方法により、プロペラ翼の表面を流れる水流に発生するカルマン渦の振動にプロペラ翼が共振すること、および共振による共鳴音の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明に係る舶用プロペラによれば、プロペラ翼の表面を流れる水流にカルマン渦が発生することによるプロペラ翼の共振および共鳴音の発生を防止することができる。
また、本発明に係る舶用プロペラの改修方法によれば、既存の船舶のプロペラをカルマン渦の発生に伴う振動に対して共振しにくくし、共鳴音の発生を防止してプロペラやその駆動系の故障を抑制するとともに、船舶の乗客や乗員の快適性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】舶用プロペラの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のII-II線に沿うプロペラ翼の横断面により本発明の第１実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すプロペラ翼の横断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示すプロペラ翼の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る船用プロペラの一例を示す斜視図である。
この舶用プロペラ１は、図示しない推進軸に嵌合する翼根部（ハブ）２と、この翼根部２から半径方向に広がる複数のプロペラ翼３とを備えている。翼根部２は図示しないエンジンからの推進力が伝達される推進軸の後端部に固定され、推進軸の回転と共に一体回転し、プロペラ翼３が推力を発生させる。
【００２５】
［第１実施形態］
図２は、図１のII-II線に沿うプロペラ翼３の横断面により本発明の第１実施形態を示す図である。
【００２６】
プロペラ翼３は、継ぎ目や穴等が無く、金属材料により一体に形成されたものであることが好ましい。例えば、海水への耐食性があり、軽量で丈夫なニッケルアルミニウム合金（ＮｉＡｌ）等を例示することができる。
【００２７】
プロペラ翼３は、その表裏全面が、プロペラ翼３を形成する金属材料よりも減衰能が高い減衰被装材５によって覆われており、その制振性が高められている。なお、減衰被装材５によってプロペラ翼３を全面的に覆うことが好ましいが、全面的に覆うことは必須ではなく、少なくともプロペラ翼３の後縁部３ａの外表面が覆われていれば所定の制振効果を得ることができる。
【００２８】
さらに、減衰被装材５によってプロペラ翼３のみを被覆するだけでなく、翼根部２までも包み込むように被覆させれば、航行時における激しい水流によって減衰被装材５がプロペラ翼３から剥離することを防止することができる。
【００２９】
減衰被装材５の材質としては、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を含有させた繊維強化プラスチックを用いることができる。特にアラミド繊維は高靭性であり、耐衝撃性が高いため、プロペラ翼３の表面を保護および強化し、異物や氷等との衝突等からプロペラ翼３を保護することができる。
【００３０】
あるいは、減衰被装材５の材質として、ゴムや軟質樹脂、シリコン等の動的粘弾性材料を用いてもよい。この場合には、シート状のものをプロペラ翼３の表面に接着する工法とすることにより、型を用いて成形したりすることなく簡単にプロペラ翼３の表面に被着させることができる。さらに、ゴムを用いる場合においては、フェライトを配合して着磁した磁性ゴムを用いることが特に有効である。
【００３１】
表１に、各材質の減衰能の参考値を示す。
【表１】
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ところで、プロペラ翼３の、減衰被装材５が被装される範囲は表面仕上げを行わないのが望ましい。これにより、プロペラ翼３の表面に対する減衰被装材５の接着性を高めて減衰被装材５の剥離を防止することができる。
【００３２】
以上のように構成された舶用プロペラ１は、そのプロペラ翼３の外表面が、該プロペラ翼３を形成する材料よりも減衰能が高い材質からなる減衰被装材５によって覆われている。
【００３３】
このため、プロペラ翼３の、特に後縁部３ａにおける振動減衰性が高められている。したがって、舶用プロペラ１が水中で回転して水流がプロペラ翼３の後縁部３ａから剥離する際にカルマン渦が発生し、仮にプロペラ翼３の固有振動数とカルマン渦の励振力（周波数）とが一致したとしても、プロペラ翼３の後縁部３ａがカルマン渦の励振力に共振しにくくなり、これによって共鳴音の発生を防止することができる。これにより、舶用プロペラ１自体や、その駆動系の故障を防止するとともに、船舶の乗客や乗員の快適性を高めることができる。
【００３４】
また、プロペラ翼３が金属材料により一体に形成されているため、穴や継ぎ目等の強度低下部が存在しない。このため、プロペラ翼３の強度が高く、強度計算や振動解析等が容易である。そして、この全金属製のプロペラ翼３の少なくとも後縁部３ａの外表面に減衰被装材５が被装されるので、プロペラ翼３の後縁部３ａの振動減衰性が高められ、カルマン渦の発生に伴う共振および共鳴音の発生を一層有効に防止することができる。
【００３５】
減衰被装材５として強化繊維を含有させた繊維強化プラスチックを用いれば、その施工が容易なものとなり、且つ、減衰被装材５がプロペラ翼３の形状に密着した強靭なものとなる。そして、プロペラ翼３が金属製である場合には、その金属材料に比べて繊維強化プラスチックは減衰能が格段に高い。このため、プロペラ翼がカルマン渦に共振して共鳴音が発生することを効果的に防止することができる。
しかも、繊維強化プラスチックは軽量かつ強靭であるため、前述したようにプロペラ翼３の表面を保護および強化し、異物や氷等との衝突等からプロペラ翼３を保護することができる。
【００３６】
また、減衰被装材５としてゴム等の動的粘弾性材料を用いた場合には、減衰被装材５の減衰能が、金属はもとより、繊維強化プラスチックよりもさらに高くなる。このため、プロペラ翼３が金属や繊維強化プラスチック等でできていても、カルマン渦に共振して共鳴音が発生することを非常に効果的に防止することができる。
【００３７】
さらに、減衰被装材５として、フェライトを配合して着磁した磁性ゴムを用いれば、ゴム自身の弾性による制振効果に加え、配合されたフェライトの磁力吸着による摩擦エネルギーロスも加わるため、普通のゴムに比べて減衰能が高くなる。このため、プロペラ翼３の共振および共鳴音の発生を特に効果的に防止することができる。
【００３８】
そして、プロペラ翼３の、減衰被装材５が被装される範囲の表面仕上げを行わないようにすることにより、プロペラ翼３の表面に対する減衰被装材５の接着性を高めて減衰被装材５の剥離を防止することができる。これとともに、プロペラ翼３の表面仕上工程を省くことができるため、減衰被装材５を施工するための追加コストをある程度相殺することもできる。
【００３９】
ところで、プロペラ翼３に減衰被装材５が設けられていない既存の船舶においても、そのプロペラ翼３に減衰被装材５を被装する改修工事を後から行うことができる。この場合は、プロペラ翼３の、少なくとも後縁部３ａの外表面に、前述のように減衰被装材５を被装する。望ましくは、プロペラ翼３の、減衰被装材５を被装する範囲の表面を適度に粗くしておき、減衰被装材５の接着性を高めてから減衰被装材５を施工する。
【００４０】
このような舶用プロペラの改修方法によれば、既存の船舶プロペラ１において、そのプロペラ翼３の少なくとも後縁部３ａの外表面に減衰被装材５を被装するという比較的簡単な工程により、プロペラ翼３の表面を流れる水流に発生するカルマン渦の振動にプロペラ翼３が共振すること、および共振による共鳴音の発生を防止することができる。
【００４１】
さらに、キャビテーションや腐食等によって表面が粗くなってきたプロペラ翼３を減衰被装材５で被装することにより、プロペラ翼３の延命化を図ることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示すプロペラ翼３の横断面図である。
この実施形態では、プロペラ翼３の後縁部３ａ付近の両面のみに減衰被装材５が被装されている。減衰被装材５の材質としては、第１実施形態と同じく、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を含有させた繊維強化プラスチックを用いてもよいし、ゴムや軟質樹脂、シリコン等の動的粘弾性材料（磁性ゴム等）を用いてもよい。
【００４３】
このように、プロペラ翼３の後縁部３ａ付近の両面のみに減衰被装材５が被装する構成とすれば、減衰被装材５の被装面積および被装量を少なくして減衰被装材５の施工を容易にし、舶用プロペラ１の製造コストを低減することができる。
【００４４】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態を示すプロペラ翼３の横断面図である。
この実施形態では、プロペラ翼３の後縁部３ａ付近の片面のみが減衰被装材５によって被装されている。ここで言う片面とは、カルマン渦が発生しやすい方の面である。減衰被装材５の材質としては、第１実施形態および第２実施形態と同様である。
【００４５】
このように、プロペラ翼３の後縁部３ａ付近の片面のみにしか減衰被装材５を施工しなくても、後縁部３ａがカルマン渦に共振することを抑制することができる。本構成によれば、減衰被装材５の被装面積および被装量を第２実施形態の場合よりもさらに少なくして減衰被装材５の施工をより簡単にすることができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係る舶用プロペラ１によれば、プロペラ翼３の表面を流れる水流にカルマン渦が発生することによるプロペラ翼３の共振および共鳴音の発生を防止することができる。このため、舶用プロペラ１自体や、その駆動系の故障を防止するとともに、船舶の乗客や乗員の快適性を高めることができる。
【００４７】
また、本発明に係る舶用プロペラの改修方法によれば、既存の船舶においても、そのプロペラをカルマン渦の発生に伴う振動に対して共振しにくくし、共鳴音の発生を防止することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
【００４９】
例えば、減衰被装材５の材質としては、プロペラ翼３の材質よりも減衰能が高いものであれば、上記実施形態に記載した類の材料のみに限らず、他の材料を適用してもよい。また、舶用プロペラ１の形状やプロペラ翼３の枚数等も上記実施形態の態様に限定されることはない。
【符号の説明】
【００５０】
１  舶用プロペラ
２  翼根部
３  プロペラ翼
３ａ  プロペラ翼の後縁部
５  減衰被装材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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