(57)【要約】【課題】  耐摩耗性に優れた船舶用のプロペラを提供する。【解決手段】本発明の船舶用プロペラは、羽根部およびハブ部を有するプロペラ本体２７ｂであって、アルミニウム合金の鋳造により成形されたプロペラ本体２７ｂと、前記プロペラ本体の表面を覆うように設けられた陽極酸化皮膜２７ｃであって、前記プロペラ本体の表面を研掃処理後、前記表面を陽極酸化することにより得られた陽極酸化皮膜２７ｃとを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根部およびハブ部を有するプロペラ本体であって、アルミニウム合金の鋳造により成形されたプロペラ本体と、
前記プロペラ本体の表面を覆うように設けられた陽極酸化皮膜であって、前記プロペラ本体の表面を研掃処理後、前記表面を陽極酸化することにより得られた陽極酸化皮膜と、を備えた船舶用プロペラ。
【請求項２】
前記アルミニウム合金はケイ素を含み、前記プロペラ本体の前記陽極酸化皮膜との界面において、共晶シリコン粒子を含む共晶領域の長さが１８μｍ以下である請求項１に記載の船舶用プロペラ。
【請求項３】
前記陽極酸化皮膜の表面粗さＲｚが２５μｍ以上４０μｍ以下である請求項２に記載の船舶用プロペラ。
【請求項４】
前記陽極酸化皮膜は、２０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する請求項３に記載の船舶用プロペラ。
【請求項５】
前記陽極酸化皮膜は、３５０Ｈｖ以上４５０Ｈｖ以下の硬度を有する請求項４に記載の船舶用プロペラ。
【請求項６】
前記プロペラ本体は前記アルミニウム合金を用いてダイカスト鋳造法により成形されている請求項１に記載の船舶用プロペラ。
【請求項７】
前記界面において、前記共晶領域中の共晶シリコン粒子の粒径が０．８μｍ以下である請求項２に記載の船舶用プロペラ。
【請求項８】
前記アルミニウム合金は０．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のケイ素を含むＡｌ−Ｍｇ系合金である請求項４に記載の船舶用プロペラ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに規定される船舶用プロペラを備えた船外機。
【請求項１０】
請求項９に規定される船舶用プロペラを備えた船舶。
【請求項１１】
ケイ素を０．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下の割合で含むアルミニウム合金のダイカストにより得られたプロペラ本体と、
前記プロペラ本体の表面に設けられた陽極酸化皮膜と、
を備え、
前記陽極酸化皮膜は２０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有し、前記陽極酸化皮膜の最大厚さと最小厚さとの差が２５μｍ以下である船舶用プロペラ。
【請求項１２】
前記陽極酸化皮膜は、３５０Ｈｖ以上４５０Ｈｖ以下の硬度を有する請求項１１に記載の船舶用プロペラ。
【請求項１３】
羽根部およびハブ部を有するプロペラ本体をアルミニウム合金の鋳造により成形する工程（Ａ）と、
前記プロペラ本体の表面を研掃処理する工程（Ｂ）と、
前記研掃処理されたプロペラ本体を陽極酸化することにより、前記プロペラ本体の表面を覆うように陽極酸化皮膜を形成する工程（Ｃ）と、
を包含する船舶用プロペラの製造方法。
【請求項１４】
前記アルミニウム合金はケイ素を含み、前記プロペラ本体の前記陽極酸化皮膜との界面において、ケイ素を含む共晶領域の長さが１８μｍ以下となるように、工程（Ｂ）における研掃処理を行う請求項１３に記載の船舶用プロペラの製造方法。
【請求項１５】
前記陽極酸化皮膜の表面粗さＲｚが２５μｍ以上４０μｍ以下となるように工程（Ｂ）における研掃処理を行う請求項１３に記載の船舶用プロペラの製造方法。
【請求項１６】
工程（Ｃ）において、２０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する前記陽極酸化皮膜が形成するように前記陽極酸化の時間を調節する請求項１３に記載の船舶用プロペラの製造方法。
【請求項１７】
工程（Ｃ）において、３５０Ｈｖ以上４５０Ｈｖ以下の硬度を有する前記陽極酸化皮膜が形成されるように前記陽極酸化の電解浴の濃度および温度を調節する請求項１３に記載の船舶用プロペラの製造方法。
【請求項１８】
前記工程（Ａ）は、前記プロペラ本体をダイカスト鋳造法により成形する請求項１３に記載の船舶用プロペラの製造方法。
【請求項１９】
前記界面において、前記共晶領域中のケイ素の粒径が０．８μｍ以下となるように、工程（Ａ）における成形を行う請求項１４に記載の船舶用プロペラの製造方法。
【請求項２０】
前記アルミニウム合金は０．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のケイ素を含むＡｌ−Ｍｇ系合金である請求項１３に記載の船舶用プロペラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は船舶用のプロペラおよび船外機に関する。
【背景技術】
【０００２】
船外機は、船舶の船尾に引っ掛けるだけで船体に取り付けられ、船内にスペースを占有しないため、プレジャボートや小型漁船などの小型の船舶に広く使用される。船体の大きさや用途に応じて、種々の出力の船外機が今日使用されている。
【０００３】
一般に、比較的大きな船舶にはステンレスからなるプロペラと大出力（例えば１００馬力以上）のエンジンとを備えた船外機が用いられる。一方、比較的小さな船舶には、アルミニウムなどからなるプロペラと比較的出力の小さなエンジンとを備えた船外機が用いられる。アルミニウムからなるプロペラは軽量であり、また、低コストで製造することが可能であるため、出力の小さなエンジンを備えた船外機のプロペラとして適している。
【０００４】
船舶用プロペラをアルミニウムによって形成する場合、海水によるアルミニウム合金の腐食を防止する必要がある。このため、一般的には、アルミニウム合金からなるプロペラ本体の表面に防食のための塗装を施したプロペラが広く使用されている。
【０００５】
特許文献１は、プロペラ表面に設ける塗装膜によってプロペラのエッジが鈍くなり、プロペラが回転した際の水切れが悪くなるのを解決するため、アルミニウム合金からなるプロペラに硬質アルマイト処理を施し、プロペラのエッジの鋭さを確保することが開示されている。
【特許文献１】実用新案登録第３０２９２１５号公報明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
船外機を備えた小型船舶は、漁業や業務、レジャー等の目的で近海や河川で使用されることが多く、砂浜に引き上げて係留したり、川岸の砂地の浅瀬に係留したりすることがある。このため、船舶を係留する際あるいは係留場所から河川や海へ出航する際、砂を巻き上げ、砂を含んだ水中でプロペラを回転させることによって、プロペラの表面が摩耗しやすい。その結果、摩耗によりプロペラの表面の塗装が剥げ、プロペラ本体が腐食したり、プロペラ本体が研磨されたりする。塗装による皮膜は十分な硬度を有しないため、従来の船外機のプロペラは、摩耗による寿命が短いという問題があった。
【０００７】
特許文献１は、防食用の塗装膜の代わりにアルミニウムに対する防食性皮膜として知られているアルマイト層を形成することを開示しているに過ぎず、上述の課題については、なんら開示していない。また、プロペラのエッジが鈍くなるのを防ぐために、硬質アルマイト層を厚く形成することはできない。このため、特許文献１のプロペラの硬質アルマイト層の厚さはせいぜい１５μｍ程度であり、十分な耐摩耗性が得られないと考えられる。
【０００８】
また、アルミニウム合金製のプロペラは一般的にダイカストや重力鋳造によって成形される。しかし、成形後のプロペラにそのまま陽極酸化処理を施しても皮膜の厚さにバラつきが生じる。その結果、十分な耐摩耗性を得ることができなかった。また、十分な耐摩耗性を得る目的で、皮膜を厚く形成すると、長時間陽極酸化を施す必要があり、膜の硬度が低下する。結果として耐摩耗性が低下する。
【０００９】
こうした問題は、船外機を備えた船舶のみならず、エンジンが船内に設置される小型の船舶においても生じていた。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の課題を解決し、耐摩耗性に優れた船舶用のプロペラおよび船外機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】
本発明の船舶用プロペラは、羽根部およびハブ部を有するプロペラ本体であって、アルミニウム合金の鋳造により成形されたプロペラ本体と、前記プロペラ本体の表面を覆うように設けられた陽極酸化皮膜であって、前記プロペラ本体の表面を研掃処理後、前記表面を陽極酸化することにより得られた陽極酸化皮膜とを備える。
【００１２】
ある好ましい実施形態において、前記アルミニウム合金はケイ素を含み、前記プロペラ本体の前記陽極酸化皮膜との界面において、共晶シリコン粒子を含む共晶領域の長さが１８μｍ以下である。
【００１３】
ある好ましい実施形態において、前記陽極酸化皮膜の表面粗さＲｚが２５μｍ以上４０
μｍ以下である。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、前記陽極酸化皮膜は、２０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記陽極酸化皮膜は、３５０Ｈｖ以上４５０Ｈｖ以下の硬度を有する。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記プロペラ本体は前記アルミニウム合金を用いてダイカスト鋳造法により成形されている。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記界面における前記共晶領域中の共晶シリコン粒子の粒径が０．８μｍ以下である。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記アルミニウム合金は０．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のケイ素を含むＡｌ−Ｍｇ系合金である。
【００１９】
本発明の船外機は、上記いずれかに規定される船舶用プロペラを備える。
【００２０】
本発明の船舶は上記船舶用プロペラを備える。
【００２１】
本発明の船舶用プロペラはケイ素を０．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下の割合で含むアルミニウム合金のダイカストにより得られたプロペラ本体と、前記プロペラ本体の表面に設けられた陽極酸化皮膜とを備え、前記陽極酸化皮膜は２０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有し、前記陽極酸化皮膜の最大厚さと最小厚さとの差が２５μｍ以下である。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記陽極酸化皮膜は、３５０Ｈｖ以上４５０Ｈｖ以下の硬度を有する。
【００２３】
本発明の船舶用プロペラの製造方法は、羽根部およびハブ部を有するプロペラ本体をアルミニウム合金の鋳造により成形する工程（Ａ）と、前記プロペラ本体の表面を研掃処理する工程（Ｂ）と、前記研掃処理されたプロペラ本体を陽極酸化することにより、前記プロペラ本体の表面を覆うように陽極酸化皮膜を形成する工程（Ｃ）とを包含する。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記アルミニウム合金はケイ素を含み、前記プロペラ本体の前記陽極酸化皮膜との界面において、ケイ素を含む共晶領域の長さが１８μｍ以下となるように、工程（Ｂ）における研掃処理を行う。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記陽極酸化皮膜の表面粗さＲｚが２５μｍ以上４０μｍ以下となるように工程（Ｂ）における研掃処理を行う。
【００２６】
ある好ましい実施形態では、工程（Ｃ）において、２０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する前記陽極酸化皮膜が形成するように前記陽極酸化の時間を調節する。
【００２７】
ある好ましい実施形態では、工程（Ｃ）において、３５０Ｈｖ以上４５０Ｈｖ以下の硬度を有する前記陽極酸化皮膜が形成されるように前記陽極酸化の電解浴の濃度および温度を調節する。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記工程（Ａ）は、前記プロペラ本体をダイカスト鋳造法により成形する。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記界面における前記共晶領域中の共晶シリコン粒子の粒径が０．８μｍ以下となるように工程（Ａ）における成形を行う。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記アルミニウム合金は０．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のケイ素を含むＡｌ−Ｍｇ系合金である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、プロペラ本体の表面が硬度の高い陽極酸化皮膜によって覆われており、耐摩耗性に優れる。また、陽極酸化皮膜は、鋳造によって成形されたプロペラ本体の表面を研掃処理した後に表面を陽極酸化することによって得られる。このため、鋳造により析出した共晶組織など、プロペラ本体の表面近傍における組成の不均一性が研掃処理によって改善され、均一な膜厚を有する陽極酸化皮膜が得られる。したがって、部分的に摩耗が進んで腐食が生じるなどの不具合が発生しにくく、プロペラとしての製品の寿命も長い。このため、耐久性および経済性に優れた船舶用のプロペラが実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明による船舶用プロペラおよび船外機の実施形態を説明する。
【００３３】
図１（ａ）は、本発明による船外機を備えた船舶５０の側面図である。船舶５０は、船体５１と船外機５２とを備える。船外機５２は、クランプ１６、プロペラ２７および操舵ハンドル２２を含み、クランプ１６によって船体５１の船尾１２に取り付けられている。操縦者は操舵ハンドル２２により、船舶５０の進行方向を変えることができる。
【００３４】
図２は、船外機５２の側面図である。船外機５２は、エンジン４８を含み、エンジン４８の回転駆動力は、駆動ギア２３が取り付けられた駆動軸２１に伝達される。プロペラ２７の回転方向を変えることにより、船舶５０を前進または後退させるために、船外機５２は切換機構４１とクラッチ装置２５とを備えている。クラッチ装置２５は前進ギア３１および後退ギア３３を含み、切換機構４１に連結されたシフトレバー４９を操作することにより、前進ギア３１または後退ギア３３の一方を選択的に駆動ギア２３と噛み合わせる。これにより、出力軸２９に固定されたプロペラ２７が順方向または逆方向に回転する。エンジン４８およびこれらの駆動機構はケーシング１４およびカウリング１０の内部に収納されている。
【００３５】
本発明の船舶用プロペラは船外機に好適に用いられるが、エンジンが船体内に搭載される（インボードとも言う）船舶にも適している。図１（ｂ）は、本発明の船舶用のプロペラ２７を備えた船舶１５０の側面図である。船舶１５０の船体１５１内にエンジン１５２が設置されており、エンジン１５２の駆動力がシャフトを介して船底後部において回転可能なように支持されるプロペラ２７に伝達される。
【００３６】
図３は、プロペラ２７を示す平面図である。プロペラ２７は羽根部６１と羽根部６１が接続されたハブ部６２とを含む。ハブ部６２は本実施形態では、外側ハブ７０、内側ハブ７１および外側ハブ７０と内側ハブ７１とを接続するリブ７２を含んでいる。本実施形態では、船外機５２が、エンジン４８の排気ガスを内側ハブ７１と外側ハブ７０との間の空隙７２ｈからプロペラ２７の後方へ噴出する構造を採用している。このようにハブが二重になっている。しかし、船外機５２が他の場所から排気ガスを放出する場合には、ハブ部６２は一重構造を採用していてもよい。羽根部６１の数や形状に特に制限はなく、図３に示す形状以外の形状をプロペラ２７は備えていてもよい。
【００３７】
ハブ部６２の内側ハブ７１は円筒状の内空間を規定しており、この内空間内にブッシュ７３が圧入されている。ブッシュ７３はゴムなどの弾性体からなり、ブッシュ７３と内側ハブ７１との摩擦により内側ハブ７１内においてブッシュ７３が固定されている。ブッシュ７３の中心には穴７３ｃが設けられており、穴７３ｃに出力軸２９が挿入される。
【００３８】
ブッシュ７３と内側ハブ７１とは摩擦により固定されているため、プロペラ２７が回転中に流木などに衝突した場合、ブッシュ７３が内側ハブ７１内においてスリップすることにより、出力軸２９は回転しながらプロペラ２７は停止することができる。これにより、各種のギアが破損したり、エンジン４８が故障したりするのを防止する。
【００３９】
本発明では、プロペラ２７の表面は陽極酸化皮膜で覆われている。本願発明者は、船舶用のアルミニウム合金からなるプロペラの耐摩耗特性を高めるため、プロペラ表面に陽極酸化皮膜を形成することを検討した。アルミニウムの陽極酸化皮膜は一般に硬度が高いため、耐摩耗特性を高めるためには適していると考えられるからである。しかし、詳細な検討を行った結果、プロペラを構成するアルミニウム合金には、アルミニウム以外の添加元素が含まれるため、均一な厚さを有する陽極酸化皮膜を得ることが難しいことが分かった。
【００４０】
図４は、ダイカスト鋳造法により成形したプロペラ本体の表面に陽極酸化による陽極酸化皮膜を形成したプロペラ９０の断面構造を模式的に示している。図４に示すように、アルミニウム合金からなるプロペラ本体９２の表面に陽極酸化皮膜９１が形成されている。
【００４１】
プロペラ本体９２は、製造コストを低減し、羽根部とハブ部との接合強度を高めるため、鋳造によって一体的に成形される。また、鋳造の際、鋳型の隅々にまで溶湯が行き渡るように、一般的にケイ素がアルミニウム合金に添加され、アルミニウム合金の溶湯の流動性が高められる。しかし、溶湯が冷却される際、初晶アルミニウムが晶出し、合金相９６が形成された後、共晶シリコン粒子９４を含む共晶組織が析出する。この共晶組織の凝集部を共晶領域９３と呼ぶ。共晶領域９３は合金相９６に比べて陽極酸化されにくく、表面近傍での分布が不均一である。このため、共晶領域９３が多く存在する部分における陽極酸化皮膜の厚さｔ1と共晶領域９３が少ない部分における厚さｔ2との差が大きく、陽極酸化皮膜９１全体において厚さのばらつきが大きくなることが分かった。
【００４２】
また、鋳造により成形されたプロペラ本体９２の表面には自然酸化膜が形成される場合がある。自然酸化膜は陽極酸化皮膜の生成を阻害するため、陽極酸化皮膜の膜厚がばらつく原因となる。
【００４３】
本願発明者は、この厚さのばらつきを低減するためには、陽極酸化を行う前に、プロペラ本体９２の表面に研掃処理を施し、プロペラ本体９２の表面近傍に析出している共晶領域９３を破砕することによって、共晶領域９３のサイズを小さくし、共晶領域９３の分布を均一にすればよいことを見出した。ここで、研掃処理とはショットブラストなど、ショット材を対象物に投射して対象物表面を機械的に研削したり、対象物表面にショット材の運動エネルギーを与える処理をいう。
【００４４】
プロペラ本体の表面に研掃処理を施した場合、プロペラ本体の表面粗さは大きくなる。形成した陽極酸化皮膜の表面は陽極酸化前のプロペラ本体の表面粗さを反映するため、陽極酸化皮膜が形成されたプロペラの表面も粗くなってしまう。従来より、特開昭６０−３３１９２号公報に開示されているように、プロペラの推進力はプロペラの表面粗さに大きく影響され、プロペラの表面が粗くなると、推進力は大きく低下すると考えられていた。
【００４５】
このため、例えば、特開平０９−００１３１９号公報に開示されるように、美感に優れた装飾用陽極酸化皮膜を形成するために、アルミニウム合金の表面をエッチングしたり、ショットブラスト処理を施したりすることが知られていたとしても、陽極酸化皮膜形成のために、プロペラ本体に研掃処理を施すことは、推進力の低下につながり、不適切であると考えられていた。しかし、本願発明者の検討によれば、表面粗さが所定の値以下であれば、研掃処理によってプロペラの表面が粗くなっても推進力の低下は、ほとんど生じないことが分かった。以下、プロペラ２７の構造をより詳細に説明する。
【００４６】
図５は、プロペラ２７の羽根部６１における一方の表面近傍の断面を示している。プロペラ２７は、羽根部６１およびハブ部６２において、プロペラ本体２７ｂと、プロペラ本体２７ｂの表面に設けられた陽極酸化皮膜２７ｃとを含む。図示しないが、羽根部６１およびハブ部６２において、プロペラ本体２７ｂの他方の表面にも陽極酸化皮膜２７ｃが設けられている。
【００４７】
プロペラ本体２７ｂは、上述したようにアルミニウム合金を用いた鋳造によって一体的に成形されている。このため、鋳造に適した組成のアルミニウム合金によってプロペラ本体は構成されている。アルミニウム合金を溶解したとき、溶湯が十分な流動性を有するように、アルミニウム合金はケイ素を含んでいることが好ましく、０．３ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のケイ素を含んでいることがより好ましい。ケイ素の含有量が０．３ｗｔ％より少ない場合、溶湯の流動性が十分ではないため鋳造性が悪くなる。また、ケイ素の含有量が２．０ｗｔ％より多いと、以下で説明するように共晶シリコン粒子が大きくなり、所定の研掃処理を施しても均一な陽極酸化皮膜を得ることが困難となる。
【００４８】
プロペラ本体２７ｂの成形は、好ましくはダイカスト鋳造法によって行われる。ダイカスト鋳造法を用いることによって鋳型へ溶湯を注入した後、溶湯が急速に冷却され、共晶領域を小さくすることができる。また、共晶シリコン粒子の粒径も小さくできる。
【００４９】
アルミニウム合金は、より好ましくは、さらに０．５ｗｔ％以上１．８ｗｔ％以下の鉄およびマンガンの少なくとも一方を含む。鉄およびマンガンの少なくとも一方を上述の割合で含むことにより、ダイカスト成形時に鋳型からの離型性が向上し、鋳型への焼き付きを防止することができる。また、マグネシウムを２．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の割合で含むことによって、強度、伸び、耐衝撃性といった機械的性質を向上させ、耐食性を向上させることができる。
【００５０】
アルミニウム合金として、例えば、Ａｌ−４Ｍｇ−０．８Ｆｅ−０．４Ｍｎ、Ａｌ−５
Ｍｇ−１．３Ｓｉ−０．８Ｆｅ−０．８Ｍｎ、Ａｌ−６．５Ｍｇ−１．１Ｆｅ−０．７Ｍｎなどの組成を有するＡｌ−Ｍｇ系合金を用いることができる。
【００５１】
陽極酸化皮膜２７ｃは、プロペラ本体２７ｂの表面を研掃処理後、表面を陽極酸化することにより得られる。図５に示すように、陽極酸化皮膜２７ｃの表面２７ｔの粗さＲｚは好ましくは、４０μｍ以下である。陽極酸化皮膜２７ｃはプロペラ本体２７ｂの表面を陽極酸化することによって得られているので、表面２７ｔは、陽極酸化前のプロペラ本体２７ｂの表面に対応している。このため、表面２７ｔの粗さは、プロペラ本体２７ｂを研掃処理した後の表面の粗さとおおよそ一致している。
【００５２】
一般にアルミニウム合金の陽極酸化皮膜２７ｃは、高い硬度を有する。このため、陽極酸化皮膜２７ｃが形成されたプロペラ２７は高い耐摩耗性を備える。陽極酸化皮膜はより好ましくは、３５０Ｈｖ以上４５０Ｈｖ以下の硬度を有する。３５０Ｈｖよりも陽極酸化皮膜の硬度が小さい場合、十分な耐摩耗特性が得られない。一方、陽極酸化皮膜の硬度は大きいほど好ましい。しかし、４５０Ｈｖよりも大きい硬度を有する陽極酸化皮膜を得ようとする場合、特殊な処理液を用いなければならず、陽極酸化皮膜の製造コストが上昇する。
【００５３】
陽極酸化皮膜２７ｃは、好ましくは、２０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する。ここで厚さとは、ＪＩＳ  Ｈ８６８０に規定される顕微鏡断面測定方により求めた厚さをいう。陽極酸化皮膜の最小膜厚が２０μｍより小さい場合、耐摩耗特性が十分に得られない。一方、陽極酸化皮膜は厚いほど耐摩耗性は向上する。しかし、陽極酸化皮膜２７ｃの最大膜厚が１００μｍを超えると、陽極酸化皮膜の形成に時間を要し、生産性が低下する。
【００５４】
陽極酸化皮膜２７ｃの硬度は陽極酸化に用いる電解浴の濃度および温度を変化させることにより、調節することができる。陽極酸化皮膜２７ｃの厚さは、陽極酸化の時間により調整することができる。陽極酸化皮膜２７ｃを形成するための陽極酸化処理方法としては、硬質皮膜を形成する処理方法を用いることが好ましく、硫酸やしゅう酸等の電解液を用いることができる。
【００５５】
図６は、プロペラ本体２７ｂの陽極酸化皮膜２７ｃとの界面２７ｓにおける結晶構造を模式的に示している。図６に示すようにプロペラ本体２７ｂの界面２７ｓには、合金相６７中に共晶シリコン粒子６５を含む共晶領域６６が析出している。共晶領域６６の長さは１８μｍ以下であることが好ましい。ここで、共晶領域６６の長さとは、界面を顕微鏡断面測定法により測定した共晶領域の長さのうち、最大のものをいう。共晶領域６６の長さが１８μｍよりも大きいと、研掃処理を行っても陽極酸化皮膜の膜厚が不均一になってしまう。その結果、膜厚の小さい部分において、耐摩耗特性が十分には得られず、プロペラ本体が露出して腐食などが生じやすくなる。
【００５６】
共晶領域６６中の共晶シリコン粒子６５の粒径は０．８μｍ以下であることが好ましい。共晶シリコン粒子６５の粒径が０．８μｍよりも大きいと、陽極酸化皮膜の膜厚が不均一になってしまう。共晶シリコン粒子の粒径とは、電子顕微鏡により共晶シリコン粒子の長辺および短辺を計測し、計測値を用いて（長辺＋短辺）／２を求めた値をいう。
【００５７】
界面２７ｓにおける共晶領域６６の長さは、陽極酸化前の研掃処理によって鋳造直後の共晶領域よりも小さくなっている。この研掃処理を以下、詳細に説明する。
【００５８】
図７（ａ）および（ｂ）は、鋳造により成形したプロペラ本体８１の断面および表面８１ｓから深さｔの位置における組織の構造を模式的に示している。鋳造により、プロペラ本体８１の表面８１ｓ近傍において、合金相８２中に共晶領域８３が析出している。共晶領域８３には共晶シリコン粒子８４が含まれている。ダイカスト鋳造法によりプロペラ本体８１を形成した場合、共晶領域８３の長さは、１０μｍから５０μｍ程度である。
【００５９】
このプロペラ本体８１の表面８１ｓからショット材を投射し、プロペラ本体８１を研掃処理する。ショット材がプロペラ本体８１の表面８１ｓに衝突することにより、プロペラ本体８１の表面８１ｓ近傍に運動エネルギーが与えられ、表面８１ｓ近傍に位置している共晶領域８３が破砕される。これにより、図８（ａ）に示すように、微細化した共晶領域８３’が表面８１ｓ’近傍に分布しているプロペラ本体８１’が得られる。ショット材は、プロペラ本体８１’の表面８１ｓ’を研磨するため、表面８１ｓ’の粗さは大きくなる。
【００６０】
陽極酸化皮膜２７ｃ（図５）は、プロペラ本体８１’の表面近傍領域が酸化されることによって形成されるため、少なくとも陽極酸化皮膜２７ｃに変換される領域にある共晶領域８３’は研掃処理によって破砕され、小さくなっていることが好ましい。図８（ａ）に示すように、表面８１ｓ’から深さｔまでの領域が、陽極酸化皮膜に変換されるとすれば、深さｔの位置において、陽極酸化皮膜とプロペラ本体８１’との界面が形成される。したがって、図８（ｂ）に示すように、表面８１ｓ’から深さｔの位置において、共晶領域８３’が上述した範囲の長さを有するように、表面８１ｓ’から深さｔまでの位置にある共晶領域８３’が破砕されていることが好ましい。
【００６１】
研掃処理によって共晶領域８３’は破砕されるが、共晶領域８３’内の共晶シリコン粒子８４はほとんど破砕されない。
【００６２】
研掃処理は、表面８１ｓ’から深さｔの位置において、共晶領域８３’が破砕され、上述した範囲の長さを有するような条件で行われる。例えば、ショット材として、０．４ｍｍから１．２ｍｍ大きさを有する鋼球などを用いる。
【００６３】
研掃処理が過剰に施されると、プロペラ本体の内部にある共晶領域も破砕される。均一な厚さの陽極酸化皮膜を形成するという観点からは、プロペラ本体の内部にある共晶領域が破砕されていても問題はない。しかし、このような条件下では表面８１ｓ’がショット材によって大きく削られ、表面の粗さが大きくなってしまう。その結果、陽極酸化皮膜を形成した後のプロペラ表面の粗さＲｚが４０μｍを超えてしまい、船外機にプロペラを取り付けた場合、十分な推進力が得られない。したがって、研掃処理は、表面８１ｓ’の粗さＲｚが４０μｍを超えない範囲で行うことが好ましい。また、本願発明者の詳細な検討によれば、研掃処理後の陽極酸化膜の表面粗さＲｚが２５μｍより小さい場合、研掃処理が十分ではなく、均一な陽極酸化皮膜が得られるほど共晶領域は小さくなっていないことが分かった。
【００６４】
共晶領域の長さが１８μｍ以下となるように研掃処理を施し、陽極酸化皮膜を、最小膜厚が２０μｍ以上となるように形成した場合、陽極酸化皮膜の最大厚さと最小厚さとの差は２５μｍ以下となり、陽極酸化膜の膜厚を均一にすることができる。
【００６５】
本発明のプロペラは、例えば、以下の手順により製造される。図９に示すように、まず、例えばＡｌ−４Ｍｇ−０．８Ｆｅ−０．４Ｍｎの組成を有するアルミニウム合金を溶解し（ステップＳ１０１）、溶湯をダイカスト法によって、図３に示す形状の鋳型に注入する（ステップＳ１０２）。冷却後、鋳型から取り出したプロペラ本体から溶湯注入のためのゲートを切断し、羽根部の厚さや形状の調整など、プロペラ本体が所定の形状となるように切削加工する（ステップＳ１０３）。
【００６６】
次にプロペラ本体に上述したように研掃処理を施す（ステップＳ１０４）。研掃処理の前または後に、機械的、化学的あるいは電気的な処理によって、プロペラ本体の表面の異物などを除去する処理をおこなってもよい。その後、プロペラ本体表面の脱脂およびエッチングを行って（ステップＳ１０５）、プロペラ表面を清浄にした後、陽極酸化を行う（ステップＳ１０６）。例えば、１７％の硫酸浴を用い、プロペラ本体を陽極とし、浴温度４℃を保ちながら、４Ａ／ｄｍ2の定電流で３０分間酸化を行う。これにより、４０μｍの厚さおよび４００Ｈｖの硬度を有する陽極酸化皮膜が得られる。
【００６７】
次に、必要に応じて染色を行う（ステップＳ１０７）。染色は、染料による着色、電界着色などを利用することができ、陽極酸化皮膜の微細孔中に染料や金属酸化物を析出させることによって行う。その後、脱色や耐食不良が生じないように、微細孔の封孔処理を行う（ステップＳ１０８）。
【００６８】
その後、プロペラのハブにブッシュを圧入し（Ｓ１０９）、完成検査（Ｓ１１０）を経て、プロペラが完成する。
【００６９】
このような構造を有するプロペラ２７は、表面が硬度の高い陽極酸化皮膜によって覆われているため、耐摩耗性に優れる。また、陽極酸化皮膜は、鋳造によって成形されたプロペラ本体の表面を研掃処理した後に表面を陽極酸化することによって得られる。このため、鋳造により析出した共晶など、プロペラ本体の表面近傍における組成の不均一性が研掃処理によって改善され、均一な膜厚を有する陽極酸化皮膜が得られる。したがって、部分的に摩耗が進んで腐食が生じるなどの不具合が発生しにくく、プロペラとしての製品の寿命も長い。特に砂などが混じった水中でもプロペラ表面の摩耗を防止することができる。このため、経済性にも優れる。さらに、陽極酸化皮膜の厚さが均一であるため、プロペラの外観上、色むらなどが生じにくく、美観にも優れたプロペラが得られる。
【００７０】
したがって、本発明の船外機を備えた船舶によれば、砂地の浅瀬を航行してもプロペラの摩耗が防止できる。このため、漁業や業務、レジャー等の目的で近海や河川で使用される場合に、本発明の船外機を備えた船舶は優れた耐久性を示し、経済性に優れる。
【００７１】
（実験例１）
本願発明による効果を確認するため、２つの鋳造方法により成形したプロペラ本体の表面に種々の条件で研掃処理を施し、その後、陽極酸化皮膜を形成することによって試料を作製し、物理的特性等を調べた。また、比較のために、研掃処理を行わない試料を作製し、特性を比較した。結果を以下の表１に示す。
【００７２】
試料１〜５のプロペラ本体は、Ａｌ−４Ｍｇ−０．８Ｆｅ−０．４Ｍｎ−０．３Ｓｉの組成を有するアルミニウム合金を用い、ダイカスト鋳造法により作製した。試料６〜８のプロペラ本体は、Ａｌ−７Ｓｉ−０．４Ｆｅ−０．３Ｍｇの組成を有するアルミニウム合金を用い、重力鋳造法により作製した。
【００７３】
試料２〜５、７および８のプロペラ本体に対して、異なる条件で研掃処理を施した。比較のため試料１および６のプロペラ本体には研掃処理を施さなかった。
【００７４】
作製した試料の特性を以下のように評価した。
【００７５】
（共晶シリコン粒子径および共晶領域の大きさ）
プロペラ本体の陽極酸化皮膜との界面におけるそれぞれの大きさを、ＳＥＭ観察によって求めた。
【００７６】
（表面粗さ）
ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される方法によって、陽極酸化皮膜の表面の粗さＲｚ（十点平均粗さ）を表面粗さ測定器を用いて計測した。
【００７７】
（膜厚）
陽極酸化皮膜の断面を金属顕微鏡により観察することによって、陽極酸化皮膜の厚さを求めた。
【００７８】
（外観）
拡散昼光によって試料表面から３００ｍｍ離間した位置において外観の良否を目視によって判定した。○および×は、それぞれ外観が均一および不均一であったことを示している。
【００７９】
（耐摩耗特性）
ＪＩＳ  Ｈ８５０１に規定される砂落とし摩耗試験を一定時間行い、外観によって判定した。○は素地であるプロペラ本体が露出していないことを示し、×はプロペラ本体が露出したことを示している。
【００８０】
（性能テスト）
所定の出力を有する船外機に試料を取り付け、一定区間を所定の回転数でエンジンを駆動させて走行し、所要時間を計測した。また、塗装による皮膜を有する従来のプロペラを用いて同様の方法により所要時間を計測した。○は従来のプロペラによる所要時間と同程度の結果が得られたことを示し、×は従来のプロペラによる所要時間に比べて著しく所要時間が長かったことを示している。
【００８１】
（判定）
耐摩耗特性および性能テストの評価において、１つ以上×と判定された評価項目のある試料を×と判定した。
【００８２】
【表１】
2008074389.tif 000003
【００８３】
表１から分かるように、研掃処理を行うことにより、共晶領域の大きさは小さくなる。また、研掃処理時間が長くなるほど、概ね共晶領域は小さくなることが分かる。ただし、試料４と５とでは、研掃処理時間が異なるが共晶領域の大きさはほとんど同じである。したがって、１２０秒程度で研掃処理による共晶領域を破砕する効果は飽和していると考えられる。試料７と８とでも同様の結果が得られている。
【００８４】
一方、共晶シリコン粒子の大きさは、研掃処理に関わらず変化しない。つまり、共晶シリコン粒子は研掃処理によって破砕されないと考えられる。
【００８５】
陽極酸化皮膜の表面粗さは、研掃処理時間が長くなるほど大きくなっている。陽極酸化皮膜の最大膜厚と最小膜厚との差δは、概ね共晶領域が小さいほど差δも小さくなっている。したがって、共晶領域のサイズを研掃処理によって小さくすることにより、陽極酸化皮膜の膜厚の均一性を向上させることができると言える。ただし、試料４、５と試料７、８とを比較した場合、試料７、８の共晶領域の方が小さいにもかかわらず、最大膜厚と最小膜厚との差δは試料４、５よりも大きくなっている。これは、共晶シリコン粒子の粒径が試料７、８の方が大きくなっていることから、試料７、８の方が共晶領域中のケイ素含有量が多く、陽極酸化皮膜が生成しにくくなっているためであると思われる。
【００８６】
得られた試料のうち試料１および６の外観が不均一であった。これは、共晶領域が大きいことによって、陽極酸化皮膜の膜厚が不均一になっていることが影響していると考えられる。
【００８７】
耐摩耗特性については、陽極酸化皮膜における最小膜厚が２０μｍ以上ある試料４、５、７、８が良好な結果を示した。試料１や２においても陽極酸化処理の時間を長くし、最小膜厚が２０μｍ以上になるように陽極酸化皮膜を形成すれば、耐摩耗特性における評価がよくなるとも考えら得るが、膜厚が不均一であるため、最小膜厚を２０μｍ以上にするためにはきわめて長時間、陽極酸化を行う必要があると考えられる。
【００８８】
性能テストについては、試料７、８の評価が悪くなっている。これは、プロペラの表面の粗さが４０μｍを超えているため、十分な推進力が得られないことが原因であると考え
られる。特に試料８については、研掃処理によってプロペラが変形したり、所定の厚さを有しないほど研削されていた。
【００８９】
これらの結果から、陽極酸化膜の膜厚を均一にするためには、研掃処理によって共晶領域を小さくすることが有効であることが分かる。特に、共晶領域の長さが１８μｍ以下であり、共晶シリコン粒子の粒径が０．８μｍ以下である試料４、５が、耐摩耗性に優れており、耐久性のある船舶用プロペラとして好適であることがわかる。
【００９０】
（実験例２）
船舶（ヤマハ発動機製：Ｗ-２３ＡＦ１）に搭載された船外機（ヤマハ発動機製：Ｆ４０ＢＷＨＤＬ-００００００８）に試料５のプロペラを取り付けた。エンジンの回転数が１０００、２０００、３０００、４０００および５０００ＲＰＭの各回転数で一定になるようにスロットルを操作し、それぞれの回転数における船舶の速度を測定した。この測定を数回繰り返し、各回転数における平均到達速度を求めた。比較のために、試料２の条件で研掃処理を施したプロペラ本体に陽極酸化皮膜の換わりに塗装による保護膜を形成した従来試料を作製し、同様の測定を行った。なお、従来試料の表面粗さはＲｚ＝１．５μｍであった。
【００９１】
また、これら２つの試料を船舶に搭載された船外機に取り付け、砂地の海岸を係留場所とする使用環境において、１６０日間船舶を使用するモニターテストを行った。モニターテスト後のそれぞれの試料について、上述した測定を再び行った。
【００９２】
【表２】
2008074389.tif 000004
【００９３】
表２から明らかなように、試料５のプロペラの表面粗さＲｚは４０μｍであるが、試料５は従来品とまったく同等の推進力が得られている。また、モニターテスト後の試料５は作製直後と同等の推進力が得られ、プロペラの磨耗がほとんど生じていないことが分かる。これに対し、従来品では、到達速度が低下している。特に高回転時（４０００、５０００ＲＰＭ）に到達速度が１０〜２０％程度低下しており、プロペラの磨耗による推進力の低下が生じている。
【００９４】
図１０は、モニターテスト後の試料５および従来試料のプロペラを軸と垂直な平面に投影した形状を示している。図１０において、試料作製直後の投影形状１００を実線で示している。モニターテスト後の試料５の投影形状１０１はほとんど試料作製直後の投影形状１００と一致している。これに対し、モニターテスト後の従来試料の投影形状１０２は、投影形状１００よりも小さくなっている。具体的には、羽根部の先端近傍が削られて小さくなっている。これは、砂などによって羽根部の先端が磨耗したものと考えられる。このように、羽根部の面積が小さくなると、プロペラの回転によって後方へ噴出する水の量が少なくなり、その結果、推進力を低下してしまう。その結果、燃費も悪化する。
【００９５】
これらの結果から、本発明のプロペラは、磨耗による推進力の低下を防止することができ、経済性にも優れていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の船舶用プロペラおよび船外機は種々の船舶に好適に用いられ、特に、漁業や業務、レジャー等種々の目的に使用される小型船舶に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】（ａ）本発明による船外機を備えた船舶を示す側面図であり、（ｂ）は本発明による船舶用プロペラを備えた船舶の側面図である。
【図２】本発明の船外機の実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明による船外機のプロペラの実施形態を示す平面図である。
【図４】研掃処理を行わずにプロペラ本体を陽極酸化した場合に得られる構造を模式的に示している。
【図５】図３のプロペラの羽根部における一部断面を示す図である。
【図６】図５において、プロペラ本体の陽極酸化皮膜との界面における組織の構造を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）は、鋳造後のプロペラ本体の断面の組織構造を模式的に示す図であり、（ｂ）は表面から深さｔの位置における組織構造を模式的に示す図である。
【図８】（ａ）は、研掃処理後のプロペラ本体の断面の組織構造を模式的に示す図であり、（ｂ）は表面から深さｔの位置における組織構造を模式的に示す図である。
【図９】図３に示すプロペラの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】モニターテスト後の実施例および従来のプロペラの投影図を示している。
【符号の説明】
【００９８】
１０    カウリング
１２    船尾
１４    ケーシング
１６    クランプ
２１    駆動軸
２２    操舵ハンドル
２５    クラッチ装置
２７    プロペラ
２７ｂ  プロペラ本体
２７ｃ  陽極酸化皮膜
３１    前進ギア
３３    後退ギア
５０    船舶
５１    船体
５２    船外機
６１    羽根部
６２    ハブ部
６５、８４、９４  共晶シリコン粒子
６６、８３、９３  共晶領域
８２    合金相
７３    ブッシュ
【図１】
2008074389.tif 000005
【図２】
2008074389.tif 000006
【図３】
2008074389.tif 000007
【図４】
2008074389.tif 000008
【図５】
2008074389.tif 000009
【図６】
2008074389.tif 000010
【図７】
2008074389.tif 000011
【図８】
2008074389.tif 000012
【図９】
2008074389.tif 000013
【図１０】
2008074389.tif 000014