(57)【要約】【課題】ボスの分割部を最大応力が加わらない箇所に設定し、使用時に分割部から破断等するのを防止する。【解決手段】スクリュープロペラが生成する後流を整流化する、環状のボス２の周囲に複数のフィンＦ１〜Ｆ９が放射状に一体に設けられるステータフィン１の製造方法であって、整流時に最大応力が加わる箇所以外の箇所からボス２が少なくとも２つに分割されるように、全体を少なくとも２つに分割して製造し、製造後に分割部を溶接により一体に接合する。使用時に、ボスの分割部（溶接部）に最大応力が加わることがないので、応力によってボスの分割部から破断するようなことはなく、長期的に安定した性能が得られる。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュープロペラが生成する後流を整流化する、環状のボスの周囲に複数のフィンが放射状に一体に設けられるステータフィンの製造方法であって、整流時に最大応力が加わる箇所以外の箇所から前記ボスが少なくとも２つに分割されるように、全体を少なくとも２つに分割して製造し、製造後に分割部を溶接により一体に接合することを特徴とする特徴とするステータフィンの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のステータフィンの製造方法であって、整流時に作用する応力が可及的に小となる箇所から前記ボスが少なくとも２つに分割されるように、全体を少なくとも２つに分割して製造することを特徴とするステータフィンの製造方法。
【請求項３】
スクリュープロペラが生成する後流を整流化するステータフィンであって、整流時に加わる応力が最大となる箇所以外の箇所から少なくとも２つに分割されるとともに、分割部が溶接により一体に接合される環状のボスと、該ボスの周囲に放射状に一体に設けられるフィンとを備えてなることを特徴とするステータフィン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータフィンの製造方法及びステータフィンに関し、特に、船舶の推進用のスクリュープロペラが生成する後流を整流化するためのステータフィンの製造方法及びステータフィンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、船舶には、航行中に水中に捨てられる損失エネルギーを減少させて推進効率を高める手段が設けられている。例えば、推進用のスクリュープロペラの回転により生成される回転流を含む後流を整流化し、損失エネルギーを減少させるために、船体の舵部にステータフィンが設けられている。
【０００３】
その一例を図６に示す。このステータフィン１０は、船体の舵部が装着される支柱であるラダーホーン１２に取り付けられ、船体の推進源となるスクリュープロペラ１４の船尾側後方に位置している。
【０００４】
図６においては、ステータフィン１０が存在しない場合に、スクリュープロペラ１４が生成する水の流れが示されている。すなわち、スクリュープロペラ１４が生成する後流は実線及びこれを延長する破線の矢印Ｘで示されている。さらに、後流がステータフィン１０により整流化された流れは実線矢印Ｙで示されている。
【０００５】
スクリュープロペラ１４の後流は、回転流であり、図６に示すように流線を描いている。このような回転流が生じると、流れが下流に向かう過程で船体の推進エネルギーの損失を招致させる。エネルギーが損失することは、船舶の推進力を減退させることを意味する。このエネルギー損失は、回転流を層流類似に整流化させることにより回避できることは周知である。
【０００６】
ステータフィン１０は、上記の整流化の方法として、スクリュープロペラ１４の後流と半周期ずれた後流を発生させることにより、スクリュープロペラ１４の後流とステータフィン１０の後流とを干渉させ、ステータフィン１０下流の流れを略層流にさせている。すなわち、ステータフィン１０は、スクリュープロペラ１４からの回転流に対する整流要素のじゃま板の役割を有する。従って、ステータフィン１０は、層流化させる際に大きな応力を受容することになる。特に、図６に示すようなラダーホーン１２に固定されるタイプのものは、力を逃がすことができないために大きな強度が必要となる。
【０００７】
図６に示すステータフィン１０は、環状のボス１５の周囲に複数のフィン１０を放射状に一体に設けて構成されており、このステータフィン１０は、適宜の鋳造方法により全体が一体に鋳造されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大型船舶用のステータフィン１０の場合には、全体が大型化するために、鋳造能力、輸送方法等の問題からボス１５の部分から全体を２つに分割して鋳造し、鋳造後に分割部を溶接により一体に接合する。
【０００９】
この場合、ボス１５の分割部（溶接部）は、使用時に作用する応力が小さい箇所に設けることが望ましいが、適正な位置を見つけるのに有効な手段は未だ提案されていない。
【００１０】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、大型のものを製造する場合に、適正な箇所からボスを容易に分割することができ、これにより、使用中にボスの分割部の強度が不足し、ボスが分割部から破断してしまうようなことがなく、長期的に安定した性能を発揮することができるステータフィンの製造方法及びステータフィンを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。すなわち、請求項１に係る発明は、スクリュープロペラが生成する後流を整流化する、環状のボスの周囲に複数のフィンが放射状に一体に設けられるステータフィンの製造方法であって、整流時に最大応力が加わる箇所以外の箇所から前記ボスが少なくとも２つに分割されるように、全体を少なくとも２つに分割して製造し、製造後に分割部を溶接により一体に接合することを特徴とする。
この発明によるステータフィンの製造方法によれば、最大応力が加わる箇所以外の箇所からボスが少なくとも２つに分割され、その分割部を溶接により一体に接合することにより、環状のボスの周囲に複数のフィンが一体に設けられる形状に形成されることになる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のステータフィンの製造方法であって、整流時に作用する応力が可及的に小となる箇所から前記ボスが少なくとも２つに分割されるように、全体を少なくとも２つに分割して製造することを特徴とする。
この発明によるステータフィンの製造方法によれば、整流時に作用する応力が可及的に小となる箇所からボスが少なくとも２つに分割され、この分割部を溶接により一体に接合することにより、環状のボスの周囲に複数のフィンが一体に設けられる形状に製造されることになる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、スクリュープロペラが生成する後流を整流化するステータフィンであって、整流時に加わる応力が最大となる箇所以外の箇所から少なくとも２つに分割されるとともに、分割部が溶接により一体に接合される環状のボスと、該ボスの周囲に放射状に一体に設けられるフィンとを備えてなることを特徴とする。
このステータフィンによれば、スクリュープロペラが生成する後流を整流化する際に、溶接により一体に接合されるボスの分割部以外の箇所に最大応力が加わることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５には、本発明のステータフィンの製造方法の一実施の形態が示されていて、このステータフィンの製造方法は、船舶の推進用のスクリュープロペラが生成する回転流を含む後流を整流化するために船舶の舵部に設けられるステータフィン、特に大型船舶用の大型のステータフィンに適用したものである。
【００１５】
すなわち、この実施の形態において対象としている大型のステータフィン１は、図１に示すように、環状のボス２と、ボス２の周囲に周方向に向かって所定の間隔ごとに放射状に一体に設けられる複数枚（この実施の形態においては９枚）の流線形状のフィン（Ｆ１〜Ｆ９）とを備えているが、鋳造能力、輸送方法等の問題を考慮して、ボス２の部分から全体を２つに分割して鋳造し、鋳造後に分割部を溶接により一体に接合している
【００１６】
ここで、本願発明者は、ボス２の分割部を決定するために、以下のような計算及び実験を行った。まず、図１に示すように、ボス２の分割部ＡをフィンＦ９とフィンＦ１との間に設定し、フィンＦ１からフィンＦ９の内の１つのフィンにある荷重Ｘを加え、ボス２の分割部Ａに加わる応力を求めた。
【００１７】
この結果、図２に示すように、ボス２の分割部Ａに加わる応力は、フィンＦ１に荷重を加えたときが最大となり、フィンＦ２、フィンＦ３、フィンＦ４に行くに従って小さくなり、フィンＦ５に加えたときが最小となり、フィンＦ６、フィンＦ７、フィンＦ８に行くに従って大きくなり、フィンＦ９に荷重を加えたときが最大（フィンＦ１とは向きが逆）となることを見出した。すなわち、分割部（溶接部）に作用する応力は、溶接部に隣接するフィンに作用する荷重によって発生する成分が支配的であることを見出した。ここで、●はボス２の外周側の応力、○は内周側の応力を示している。この結果から、分割部Ａの両側のフィンＦ１、Ｆ９に荷重を加えたときに、分割部Ａに最大の応力が加わることが分かるので、分割部の両側のフィンにどれだけの荷重が加わるかを求めれば、ボス２のどの部分に分割部を設ければ良いかが分かることになる。
【００１８】
ステータフィン１がスクリュープロペラからの後流を整流する場合、全てのフィンＦ１〜Ｆ９に同じ大きさの荷重が加わる訳ではなく、各フィンＦ１〜Ｆ９にはそれぞれ異なる荷重が加わる。従って、各フィンＦ１〜Ｆ９に加わる荷重をそれぞれ求め、さらに上述した計算結果を用いてボス２の分割部を決定すれば良いことになる。具体的には、静的な条件におけるボスの適正な分割部の位置、及び動的な条件におけるボスの適正な分割部の位置を求め、それらを総合して最も適正なボスの分割部の位置を求める。
【００１９】
（１）　　静的な条件
まず、静的な各条件（平水中の右旋回、平水中の左旋回、波浪中の向波、波浪中の横波、波浪中の追波など）におけるボス２の適正な分割部の位置を求める。ここで、図３は、静的な各条件において、各フィンＦ１〜Ｆ９に加わる荷重Ｘ１〜Ｘ９、及びその荷重の方向の例を示している。また、図４は、静的な各条件において、Ｆ９〜Ｆ１間、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる荷重Ａ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ９、Ｃ１〜Ｃ９、Ｄ１〜Ｄ９、Ｅ１〜Ｅ９、及びその最大値Ｇ１〜Ｇ９、並びにＦ９〜Ｆ１間及びそれに対向するＦ５〜Ｆ６間、……、Ｆ８〜Ｆ９間及びそれに対向するＦ４〜Ｆ５間のボスの部分に加わる荷重の最大値の和Ｈ１〜Ｈ９を示している。
【００２０】
例として、船舶が平水中、右旋回状態にある場合、図３に示すように、ステータフィン１のフィンＦ１〜Ｆ９に、矢印の方向から荷重Ｘ１〜Ｘ９が加わるとする。この時隣接するフィンＦ９〜Ｆ１間、……、フィンＦ８〜Ｆ９間に位置するボス２の部分には、その両側のフィンＦ９〜Ｆ１、……、フィンＦ８〜Ｆ９に加わる荷重を加算又は減算したものが加わる。従って、加算又は減算を行うことにより、図４の「平水中、右旋回」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる荷重Ｘ９−Ｘ１＝Ａ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる荷重Ｘ８−Ｘ９＝Ａ９を求めることができる。
【００２１】
また、船舶が平水中、左旋回状態にある場合には、フィンＦ１〜フィンＦ９に加わる荷重を求めて同様に計算を行うことにより、図４の「平水中、左旋回」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる荷重Ｂ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる荷重Ｂ９を求めることができる。
【００２２】
さらに、船舶が波浪中、向波の状態にある場合には、フィンＦ１〜フィンＦ９に加わる荷重を求めて同様に計算を行うことにより、図４の「波浪中、向波」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる荷重Ｃ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる荷重Ｃ９を求めることができる。
【００２３】
さらに、船舶が波浪中、横波の状態にある場合には、フィンＦ１〜フィンＦ９に加わる荷重を求めて同様に計算を行うことにより、図４の「波浪中、横波」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる荷重Ｄ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる荷重Ｄ９を求めることができる。
【００２４】
さらに、船舶が波浪中、追波の状態にある場合には、フィンＦ〜フィンＦ９に加わる荷重を求めて同様に計算を行うことにより、図４の「波浪中、追波」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる荷重Ｅ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる荷重Ｅ９を求めることができる。
【００２５】
そして、図４の「最大値」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる加重Ａ１〜Ｅ１の内の最大値Ｇ１求める。以下、Ｆ１〜Ｆ２間……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる最大値Ｇ２〜Ｇ９を求める。そして、図４の「最大値の和」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間とそれに対向するＦ５〜Ｆ６間、……Ｆ８〜Ｆ９間とそれに対向するＦ４〜Ｆ５間のボスの部分に加わる最大値の和Ｈ１〜Ｈ９を求める。
【００２６】
（２）動的な条件
次に、動的な各条件（波浪中の向波における変動荷重、波浪中の横波における変動荷重、波浪中の追波における変動荷重）におけるボス２の適正な分割部の位置を求める。ここで、図５は、動的な各条件において、Ｆ９〜Ｆ１間、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる変動荷重Ｉ１〜Ｋ９、及びその最大値Ｍ１〜Ｍ９、並びにＦ９〜Ｆ１間及びそれに対向するＦ５〜Ｆ６間、……、Ｆ８〜Ｆ９間及びそれに対向するＦ４〜Ｆ５間のボスの部分に加わる荷重の最大値の和Ｎ１〜Ｎ９を示している。
【００２７】
まず、船舶が波浪中、向波の状態にある場合には、静的の場合と同様の計算を行うことにより、図５の「波浪中、向波」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる変動荷重Ｉ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる変動荷重Ｉ９を求めることができる。
【００２８】
さらに、船舶が波浪中、横波の状態にある場合には、静的の場合と同様の計算を行うことにより、図５の「波浪中、横波」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる変動荷重Ｊ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボスの部分に加わる変動荷重Ｊ９を求めることができる。
【００２９】
さらに、船舶が波浪中、追波の状態にある場合には、静的の場合と同様の計算を行うことにより、図５の「波浪中、追波」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間のボス２の部分に加わる変動荷重Ｋ１、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分に加わる変動荷重Ｋ９を求めることができる。
【００３０】
そして、静的の場合と同様に、図５の「最大値」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間、……、Ｆ８〜Ｆ９間のボス２の部分にかかる荷重の最大値Ｍ１〜Ｍ９を求める。そして、図５の「最大値の和」の欄に示すように、Ｆ９〜Ｆ１間及びそれに対向するＦ５〜Ｆ６間、……、Ｆ８〜Ｆ９間及びそれに対向するＦ４〜Ｆ５間のボス２の部分にかかる最大値の和Ｎ１〜Ｎ９を求める。
【００３１】
（２）　　分割部の決定
そして、静的な条件における「最大荷重の和」及び動的な条件における「最大荷重の和」を求めた後に、静的な条件における「最大荷重の和」を小さい順に順位をつけ、動的な条件における「最大荷重の和」を小さい順に順位をつける。その中で最大荷重の和が最大となる箇所以外の箇所を選択し、分割する。あるいは、静的、動的とも上位に位置するように適切なものを選択し、分割部とする。なお、図３の実施の形態においては、Ｆ９〜Ｆ１、Ｆ５〜Ｆ６を最適なものとして選択している。
【００３２】
そして、上記のような手順で求めた分割部からボス２が２つに分割されるように鋳型を形成し、この鋳型を用いて適宜の鋳造方法により２つの分割半部を鋳造し、鋳造後に分割半部のボス２の分割面同士を合わせ、分割部の内外周を溶接で一体に接合することで、環状のボス２の周囲に複数のフィン（Ｆ１〜Ｆ９）を放射状に一体に設けたステータフィン１を製造することができるものである。
【００３３】
上記のように構成したこの実施の形態によるステータフィンの製造方法にあっては、ボスの分割部を、スクリュープロペラにより生成される後流を整流する際に加わる荷重が最も厳しくない箇所、すなわち許容応力に対する余裕が最も大きい箇所に設定しているので、静的な条件においても、動的な条件においても、溶接部が作用する荷重に耐え切れなくなって破断してしまうようなことはなく、信頼性を高めることができ、長期的に安定した整流機能を発揮させることができる。また、溶接部に作用する応力が小さいので、溶接の深さを浅くすることもでき、これにより、溶接に要する手間を削減することもできる。
【００３４】
なお、前記の説明においては、ステータフィン１のボス２を２つに分割にした場合について説明したが、３つ以上に分割しても良いものであり、その場合にも本発明によるステータフィンの製造方法を適用しても良いものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明による請求項１に記載のステータフィンの製造方法によれば、ボスは、整流時に最大応力が加わる箇所以外の箇所から少なくとも２つに分割され、鋳造後に溶接により分割部が一体に接合されることになるので、整流時にボスの溶接部に最大応力が加わることはなく、応力によってボスの溶接部が破断等することはない。従って、長期的に安定した整流機能を発揮することができる。
【００３６】
また、請求項２に記載のステータフィンの製造方法によれば、整流時に作用する応力が可及的に小となる箇所から前記ボスが少なくとも２つに分割され、鋳造後に溶接により分割部が一体に接合させることになるので、整流時にボスの溶接部に許容応力を超える応力が加わることはなく、溶接部が応力によって破断するようなことはない。従って、長期的に安定した整流機能を発揮することができる。
【００３７】
さらに、請求項３に記載のステータフィンによれば、ボスは、整流時に加わる応力が最大となる箇所以外の箇所から少なくとも２つに分割され、鋳造後に分割部が溶接により一体に接合されることになるので、整流時にボスの溶接部に最大応力が加わることはなく、応力によってボスが溶接部から破断等することはない。従って、長期的に安定した整流機能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるステータフィンの製造方法により製造されるステータフィンの一例を示した説明図である。
【図２】図１のステータフィンの各フィンに同一の荷重を加えたときのボスの分割部（溶接部）の応力を示した説明図である。
【図３】静的な条件（平水中右旋回）において、ステータフィンの各フィンに加わる荷重を示した説明図である。
【図４】静的な各条件（平水中右旋回、平水中左旋回、波浪中向波、波浪中横波、波浪中追波）において、ステータフィンのボスの分割部に作用する荷重及びその最大値並びに最大値の和を示した説明図である。
【図５】動的な各条件（波浪中向波、波浪中横波、波浪中追波）において、ステータフィンのボスの分割部に作用する荷重及びその最大値並びに最大値の和を示した説明図である。
【図６】スクリュープロペラにより生成される回転流と、ステータフィンにより整流化される流れとの関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１　ステータフィン
２　ボス
Ｆ１〜Ｆ９　フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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