(57)【要約】      （修正有）【課題】特性が向上したプロペラを提供する。【解決手段】中心軸２０６に１枚以上のブレード２０２，２０４が接続されている。プロペラは湾曲矢印に示したように反時計回りに回転する。これにより、左右の側にある３つの矢印で示したように、その両側からプロペラ中心に向かう空気流が生じる。空気は又、反時計回りのプロペラの回転に伴い、図示した形態により紙面の中（前後）へと流動することになる。即ち、ブレードの側部からプロペラの回転軸線に向かって内側に空気を引き、推力が生まれるようにプロペラの回転軸の中心の近傍領域に圧力を発生させる。【選択図】図２
2016222242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラであって：
回転軸線と一致する中心軸と；
夫々が遠位端と近位端を有する１枚以上のブレードであって、前記１枚以上のブレードの夫々は上部と下部と側部とを有し、前記側部は前記遠位端の位置、或いは遠位端に向かって配置され、前記１枚以上のブレード夫々の前記上部と前記下部は、前記近位端において前記中心軸に接続されて中心軸から半径方向外方に延びるような、前記１枚以上のブレードと；及び
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードの上部と下部が前記中心軸と接続する各接続部間にある間隙であって、その中ではプロペラの回転に伴って空気が圧縮されるような前記間隙と；を有し、
前記１枚以上のブレードは、前記ブレードの側部からプロペラの回転軸線に向かって内側に、そしてプロペラの前方から後方へと空気を引くように構成されている、
ことを特徴とするプロペラ。
【請求項２】
前記ブレードはループの形態をとり、ループ形態なる前記ブレードの各々は、同じ回転平面内で回転する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項３】
前記ブレード各部の少なくとも１つはゼロではないブレード角を呈する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項４】
前記１枚以上のブレードの上部又は下部の内の少なくとも一方の断面は実質的に翼のような形状をしている、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項５】
更に、前記回転軸線周りで互いに対向する少なくとも１組のブレードを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項６】
対向する前記ブレードの組は単一の連続ループを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。
【請求項７】
前記ブレードの組は第１のブレード交点で前記中心軸と交差する第１ブレードと、第２のブレード交点で前記中心軸と交差する第２の対向ブレードとを有し、
前記回転軸線に対する前記第１ブレード交点の角度は、回転軸線に対する前記第２ブレード交点の角度と異なる、ことを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。
【請求項８】
前記回転軸線に対する第１ブレード交点の角度と回転軸線に対する第２ブレード交点の角度との差の範囲は約４０°〜約６０°の範囲である、ことを特徴とする請求項７に記載のプロペラ。
【請求項９】
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードは、その遠位端がその近位端と比較して幅広である、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１０】
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードの、ブレード上部、下部又は側部の少なくとも１つは湾曲した中線を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１１】
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードの上部、下部及び側部の各々は湾曲している、ことを特徴とする請求項１０に記載のプロペラ。
【請求項１２】
前記ブレードの曲率を形成する捩りは約３０°〜約４０°の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１０に記載のプロペラ。
【請求項１３】
前記ブレードの曲率を形成する捩りは約３５°である、ことを特徴とする請求項１２に記載のプロペラ。
【請求項１４】
更に、前記プロペラに対して積層構造に配置された１枚以上の追加ブレードを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１５】
前記ブレードは、ブレードを横切って横方向に、その厚さが徐々に変化している、ことを特徴とする請求項１０に記載のプロペラ。
【請求項１６】
前記ブレードは、近位端での小さな幅から遠位端での大きな幅へと、その幅が徐々に変化している、ことを特徴とする請求項１５に記載のプロペラ。
【請求項１７】
少なくとも上ブレード部と下ブレード部は前記回転軸線近傍において疎ピッチを呈しており、回転軸線から半径方向外方にかけて減少するピッチを呈する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１８】
前記側部はゼロでないピッチを呈する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１９】
前記ブレードの内の少なくとも１つのブレードの少なくとも上部と下部は、実質的に直線状の中線を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項２０】
各ブレードの上部と下部を接続するウイング部を有し、前記ウイング部は、回転軸線の中心に向かって内方に空気を引き込むべく、前記中心軸から放射状に間隔をおいて形成配置される、ことを特徴とする請求項１８に記載のプロペラ。
【請求項２１】
前記上ブレード部は前記下ブレード部と対称ではない、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項２２】
前記ブレード上部は、ブレード上部交差角で前記中心軸と交差し、前記ブレード下部はブレード下部交差角で中心軸と交差し、プロペラの長手軸線に垂直な線からの測定で、前記ブレード下部交差角は前記ブレード上部交差角よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項２３】
前記上ブレード部と下ブレード部との間の交差角の差は５°〜約２０°の範囲内にある、ことを特徴とする請求項２２に記載のプロペラ。
【請求項２４】
前記ブレード上部交差角は約２５°であり、前記ブレード下部交差角は１５°である、ことを特徴とする請求項２２に記載のプロペラ。
【請求項２５】
飛行機、船舶、風力タービン、冷却装置、加熱装置、自動車エンジン及び空気循環装置からなる群から選択された装置であって、前記装置は請求項１に記載の少なくとも１つのプロペラを有する、ことを特徴とする装置。
【請求項２６】
プロペラ製造方法であって：
所望の空気流を選択し；
所望量の推進力を選択し；
ブレードの曲率、ブレード同士の組み合わせ、及びブレード交差角を選択して前記所望の空気流と推進力を達成する、
ことを特徴とするプロペラ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプロペラのようなブレード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プロペラは回転運動を推進力や流体流れに変換することにより動力を伝達するような多岐にわたる形態において、例えば飛行機、船、タービン、その他の類似装置に使用されてきた。
【０００３】
プロペラは通常、中心軸やハブに取り付けられた２枚以上のブレードからなり、ブレードは、ブレードを通る水や空気などの流体に推進力を与えるべくブレードの前・後面間に圧力差を生じるために、湾曲状になったり、ねじられたり、或いはその他の形状となっている。
そのブレードの形状、ピッチ及び捩れの全てがプロペラの作業効率の要因となっている。
【０００４】
プロペラ性能を高めるに当たってはブレードデザインを変更することにより数多くの試みがなされてきた。
そのようなアプローチはある程度の効果を奏するものではあるが、例えば限定された達成可能傾斜角とピッチのように、結果としてプロペラに制限特性を伴うものとなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のプロペラと比較して、それらの特性が向上したプロペラを提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態では、ブレードの側部からプロペラの回転軸線に向けて内側に、更にプロペラの前方から後方へと空気を引き込むプロペラを提供する。
そのプロペラは回転軸線に一致する中心軸と、中央軸線の周囲に配置された１枚以上のブレードとを有する。
各ブレードは遠位端と近位端を有する。
ブレードは上部、下部及び側部を備え、側部は遠位端の位置か、或いは遠位端に向かって配置される。
１枚以上のブレードの上部と下部は、それらの近位端において中心軸に接続され、中心軸から半径方向外方に延びる。
ブレードの上部と下部が中心軸と接続する各接続部の間には間隙があり、間隙内ではプロペラの回転に伴って空気が圧縮される。
ブレード上部は、ブレード上部交差角で中心軸と交差し、ブレード下部はブレード下部交差角で中心軸と交差する。
プロペラの長手軸線に垂直な線からの測定で、ブレード下部交差角はブレード上部交差角よりも大きい。
上ブレード部は下ブレード部と非対称とすることができる。
【０００７】
ブレードはループの形態をとることができ、ループ形態なるブレードの各々は、同じ回転平面内で回転する。
前記ブレード各部の少なくとも１つはゼロではないブレード角を呈することができる。
ブレードの断面は翼の形状を持つことができる。
ブレードは、その遠位端がその近位端と比較して幅広とすることができる。
ブレードは、ブレードの捩れとは関係なく、真っすぐであったり、湾曲しても良い中線を有している。
【０００８】
プロペラは回転軸線周りで互いに対向する１組以上のブレードを有することができる。
対向するブレードの組は単一の連続ループを形成することができる。
回転軸線に対する各交差角は、対向するブレード間で異なる場合もある。
【０００９】
プロペラ同士は、それらの間に空間を開けたり、或いは空間無しで互いの上部に積層することが可能である。
更に、プロペラを、中心軸の周りで螺旋状に配置された複数のブレードから構成することが可能である。
【００１０】
プロペラブレードは回転軸線近傍において疎ピッチを有し、回転軸線から半径方向外方にかけて減少するピッチを有することができる。
ブレードの側部はゼロでないピッチを呈する。
【００１１】
本発明は又、開示されたプロペラのいずれかを有する装置を含んでいる。
本発明は更に、プロペラ製造方法であって：所望の空気流を選択し、所望量の推進力を選択し、ブレードの曲率、ブレード同士の組み合わせ、及びブレード交差角を選択して所望の空気流と推進力を達成するようなプロペラ製造方法を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の実施形態の更なる詳細については、以下の図面に関連して以下に掲げた詳細なる説明を参照されたい。
【００１３】
【図１】本発明の実施形態によるプロペラを示す概略的側面図である。
【図２】本発明の実施形態による、２枚の対向ブレードを備えたプロペラを示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態によるブレードのループ形態の側面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、図３Ａに示したブレードの代替的断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による、図３Ａに示したブレードの代替的断面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による、図３に示したブレードの代替図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態による、図３に示したブレードの代替図である。
【図４】本発明の実施形態による、２枚の対向ブレードを備えたプロペラの断面図である。
【図５】本発明の実施形態による、上・下ブレード部分を取り付ける直立部を備えたプロペラを示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による３ループプロペラを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による３ループプロペラの側面図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による４ループプロペラを示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による４ループプロペラの側面図である。
【図８】本発明の実施形態による多重ループプロペラを示す図である。
【図９】下ブレード部を取り付けない２ループプロペラの等角図である。
【図１０】本発明の実施形態による積層プロペラの等角図である。
【図１１】本発明の実施形態によるプロペラを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による積層プロペラを示す図である。
【図１３Ａ】本発明の実施形態による、オープンループブレードを備えたプロペラの上面図である。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態による、オープンループブレードを備えたプロペラの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般に、本発明は１枚以上の“ブレード”を備えたプロペラを包含しており、ここではブレードはプロペラ側部から内方に回転軸線に向かって、例えば回転軸線に垂直な面において空気流を生成すると共に、例えばプロペラの“前方”から“後方”へと、回転軸線の長手方向に沿う空気流を生成するように形成されている。
ブレードは、空気がブレードの外方部分によって内側か“サポート”に向けて引き込まれ、そしてプロペラの中心近傍で圧縮されるように形成される。
結果的には、プロペラの回転に伴ってブレードは中央域に圧力を生み、より大きな推進力もたらすことになる。
反対に、反対方向に回転すると、プロペラは逆の推進力を生成することになる。
本発明の実施形態では、逆推進力の量は生成された推進力の量と等しくない場合もある。
【００１５】
ここでは“ブレード”という用語は、単に、軸線周りに回転することで所望の空気流を生成する構成要素を示すものとして用いられ、例えば「平坦」のような特定形状を示すこと目的とするものではない。
【００１６】
本発明の実施形態において、ブレードは３つの部分、即ち上部と下部と側部とを含んでいる。
プロペラは様々な角度で配置することができるため、各用語の使用例を図１に示しており、例えば仮にプロペラ１０２が垂直な平面内で回転している場合、“上部”及び“下部”はこれら用語の従来の意味と一致しなくなる場合があることに留意されたい。
プロペラ１０２は２枚のブレード１０４、１０６を有する。
ブレード１０６は上部、その上部１０８に対向する下部１１０、及び側部１１２を有する。
側部１１２はブレード１０８の遠位端に位置し、上部１０８を下部１１０に接続している。
この特定実施形態において、側部１１２は上部と下部との間の大まかな領域である。
他の実施形態では、ブレードの側部は、図５の側部５１６のようにブレードの個別的部分となる可能性もある。
【００１７】
ここで使用され、〜°の単位で測られる“ブレード角度”なる用語は、ブレードの側方断面と回転面との間の角度として定義される。
“ピッチ”なる用語は、ここでは“ブレード角度”と代用できるものとして用いられる。
本発明の各実施形態では、ゼロでないブレード角度を示す少なくとも１つの部分を有するブレードが提供される。
【００１８】
プロペラに関して使用される“前方”という用語はプロペラの側／面を表わすものであり、それは図で見てプロペラの左回りの動作が見えることになる側／面である。
プロペラの“後方”はこれとは反対側となる。
プロペラ回転に伴い、空気流の方向は前方から後方へと流れることが好ましい。
【００１９】
本発明の実施形態では、中心軸からブレードの前縁１１４の遠位端までの距離は、中心軸からブレードの後縁の遠位端１１６までの距離よりも大きい。
ブレードの遠位前縁での長さからブレードの遠位後縁での長さまでのブレード長の減少は、この特徴がない比較対象としてのプロペラ設計に比較して、より大きな空気圧縮とより大きな推進力をもたらすことができる。
【００２０】
図２は本発明の実施形態によるプロペラの前方図である。
この実施形態は互いに対向するループ形態の２枚のブレード２０２、２０４を含んでいる。
ここで使用される“ループ”は連続した湾曲面を有するブレードを定義している。
プロペラは各ブレードを連結する中心軸２０６を備えている。
中心軸はプロペラ回転軸線と一致している。
尚、ここで用いた“ポスト”なる用語は特定形状や形態を指すものではなく、単にブレードを取り付けたり、それによって各ブレードが互いに固定されるような構成要素を指していることに留意されたい。
この実施形態では、各ループの近位部分２１０の幅は遠位部分２１２の幅より小さい。
これら幅の比の具体例としては約２：１である。
図示したように、プロペラは湾曲矢印に示したように反時計回りに回転する。
これにより、例えば図面の左右の側にある３つの矢印で示したように、その両側からプロペラ中心に向かう空気流が生じる。
空気は又、反時計回りのプロペラの回転に伴い、図示した形態によりページの中（前後）へと流動することになる。
【００２１】
ブレードの湾曲化により、平坦なブレードに比べて空気流の指向性を高めた様々な例が図示されている。
図面は凡そ完全ループ形態のブレードを示しているが、所望の空気流が作られるという条件で、閉じループが作られないようなより少ない程度でブレードが湾曲されてもよい。
【００２２】
図３Ａは本発明の実施形態によるループブレードを示している。
図３Ａは本発明の実施形態によるプロペラの中心軸３０６に取り付けられたブレード３０２を示している。
ブレード３０２の回転軸線は本実施形態の中心軸３０６の長手軸線に一致している。
ブレード３０２は上部３０８と下部３１０を有する。
中線ブレード３０２は、ブレード３０２の近位端３１２から遠位端３２０へと走る点線３１６によって示されたように、ブレード前縁３１２とその後縁３１４との間の中間点の軌跡として定義される。
ブレード形態によっては、その中線は上部から側部を経て下部へと連続しないであろう。
ブレード３０２中線は湾曲することでブレード部に湾曲した外観を与える。
他の実施形態において、ブレード部は上反りとなったり、違うように湾曲化されたり、角が設けられたり平坦であったり、或いはこれらを組み合わせたものであっても良い。
例えば、以下に更に論じる図５は、ブレード部が実質的に直線状で、場合によっては非連続の中線を有する実施形態を示している。
【００２３】
プロペラの回転に伴って空気は中心軸３０６の近傍で圧縮される。
図３Ｂに示すようにブレード３０２の下部３１０と上部３１２との間にある間隙３４２によって、間隙が存在しない時よりも大量の空気が圧縮される。
空気はブレード３０２の内面で捕捉され、ひいては空気を引き込み、上述したように側部からの空気流を形成する一方、ブレード３０２の外面はプロペラの後方に向けて空気を押し出す働きをする。
【００２４】
図３Ｂ及び図３Ｃは図３Ａの線Ａ−Ａと線Ｂ−Ｂに沿ったブレード３０２の断面を夫々示している。
断面Ｂ−Ｂは飛行機の翼断面に相当するエアフォイル型を示している。
図３Ｃに示すように、ブレード３０２の表面３３２は湾曲しているのに対し、反対側の表面３３０は平坦である。
ブレード３０２の断面は、これも又飛行機の翼に対応し、第１の領域３３４では、第２の反対側の領域３３６よりも断面がより薄くなるように、横方向にテーパが付いている。
他のブレード形態も本発明の範囲内であり、それはある程度、プロペラにかかる所望の負荷に依存することになる。
【００２５】
図３Ｂを参照するに、ブレード３０２は中心軸３０６に対し、第１ブレード交点３３８と第２ブレード交点３４０で交差する。
発明の本実施形態では、第１及び第２ブレード交点３３８、３４０は中心軸３０６と交差するが、それらは中心軸３０６の長手軸線に垂直な線でかつ図３Ｂで“水平”線として現れるものを指定基準線とした場合、この線から反時計周りで測定して、ほぼ同じ角度θで交差することができる。
交差の事例的角度は約２５°であり、その事例的範囲は約１０°〜約３５°である。
更に具体的交差角度範囲は約１５°〜約２５°である。
【００２６】
本発明の模範的実施形態では、ブレード下部と中心軸との交差角はブレード上部と中心軸との交差角よりもより極端なものである。
通常、交差角は約１°〜８９°の範囲内とすることができる。
“極端”とはより垂直に向けたものという意味である。
ブレード上部の交差角とブレード下部の交差角との事例的差は約１０°である。
実例となる範囲は約５°〜約２０°であり、さらに具体的な範囲としては約７°〜約１５°である。
本発明の特定実施形態では、ブレード上部の交差角は約３０°であり、ブレード下部の交差角は約４０°である。
本発明の更なる実施形態では、ブレード上部の交差角は約７５°であり、ブレード下部の交差角は約８５°である。
【００２７】
図３Ａ乃至図３Ｃに示したようなブレード３０２は、回転軸線近傍では疎のブレード角又はピッチを呈し、そのピッチは回転軸線から半径方向外方に減少している。
この下降勾配にもかかわらず、ブレードの最外点は依然としてノンゼロピッチを呈することになる。
本発明の代替的実施形態として、ブレードは回転軸線から最も離れた地点ではよりより疎なブレード角を有するかもしれない。
【００２８】
図３Ｄ及び図３Ｅは中心軸３０６が紙面に対して垂直となる状態で見たブレード３０２を示している。
図３Ｄでは、ブレード３０２は時計周りに回転することになり、前縁３４６と後縁３４４を有する。
図３Ｅではブレード３０２は反時計周りに回転することになる。
【００２９】
図２のブレード２０２、２０４のように２枚のブレードが対向する実施形態では、回転軸線の両側の対向するブレード交点のピッチは互いに異なる。
故に、例えば図４では、第１ブレード４０２は角度θAの第１ブレード交点４０４と角度θBの第２ブレード交点４０６を有し、これと対向するブレードは夫々、θA±XとθB±Xとなる第１ブレード交差角と第２ブレード交差角を有することになる。
故に、言い換えれば対向するブレード交点のピッチが異なる。
対向するブレード交点間の実例的ピッチ差は約５０°であって、例えば一方のブレード交点は２５°ピッチを有し、これに対向するブレードは−２５°ピッチの交点を有する。
これらの差は均等に分配しても、或いは不均等に分配することが可能である。
対向ブレードのピッチ間差の通常の範囲は約４０°〜約６０°である。
対向するブレード交点のピッチは、前出の例のように回転面から均等である必要はない。
【００３０】
図５は、実質的に湾曲していない中線を伴う２枚のブレード５０２、５０４を含んだ実施形態を示している。
ブレード５０２の上ブレード部５０８の中線５０６と下ブレード部５１２の中線５１０は実質的に直線状であり、平行であってもなくても良い。
ブレード５０４も実質的に直線状の中線を有する。
１つ以上の実質上垂直なウイング部５１４、５１６は、中心軸５１８から、必ずしもそうとは限らないがブレード５０２の遠位端５２０まで放射状に広がる間隔で、上ブレード部５０８と下ブレード部５１０を接続する。
ブレード５０４は類似又は同一の垂直部を有しても良い。
ブレードはある程度平坦化され、必ずしも連続面を伴った“ループ”と見なされはしないだろうが、それでもウイング部５１４又はウイング部５１６、或いはその両方を付加することで所望の空気流が作られるかもしれない。
プロペラの回転に伴い、ウイング部５１４、５１６は側部から中心軸５１８に向けて空気を引き込み、ひいては所望の空気流を形成する。
【００３１】
図１１に示すような更なる実施形態では、上ブレード部１１０２と下ブレード部１１０４は互いに対称ではない。
これは、例えば、下部１１０４が上部１１０２よりも長く、側部１１０６がプロペラの前方に向かって傾斜し、短い上部１１０２と接続することで達成することができる。
これは、側部から引き込まれた空気流によってブレードを前方に推進させるのを容易にすることができる。
一般に、ブレードの側部と上部との間の角度をより極端なものにすると、ブレードの上部に対して、より大きな推進力とより高い前方レーキをもたらすことになる。
【００３２】
図６Ａ及び図６Ｂは本発明の実施形態による３枚のループ状ブレード６０２、６０４、６０６を備えたプロペラを示している。
図６Ａは反時計回りの回転により紙面内方向への空気流を生じるように回転するプロペラの図であり、図６Ｂはそのプロペラの側方図である。
ブレード６０２、６０４、６０６は中心軸６０８から放射状に延びている。
ブレード６０２、６０４、６０６はほぼ同一面上に位置する。
所望の空気流を得るために任意の数のループを組合わせることが可能である。
４枚のブレードを伴った図７Ａと図７Ｂ、及び８枚のブレードを伴った図８を参照されたい。
【００３３】
プロペラは異なる平面内で回転するように“積層”することが可能である。
この“積層”はそれらが必ず当接し合うという意味ではない。
積層されたプロペラ間に間隙があっても良い。
それらは同じサイズであっても、回転面に垂直な方向において後方から前方にかけて小さいものから大きなものへと変化するものであっても、或いはその方向で大きいものから小さなものへと変化するものであっても良い。
例えば、図１０は第１の回転面を有する８ループプロペラ１００２を第２の回転面を有する別の８ループプロペラ１００４に積層したものを示している。
プロペラ１００２の各ブレードは中心軸１００６に取り付けられており、プロペラ１００４のブレードは中心軸１００８に取り付けられている。
図１０では２つ別々の中心軸１００６、１００８を示しているが、プロペラは又、単一の中心軸上に積層するようにしても良い。
【００３４】
図１２は積み重ねプロペラの更なる実施形態を示している。
ブレードは中心軸の周りで螺旋状に配置されている。
【００３５】
図７Ａ及び図７Ｂは本発明の実施形態による４枚のブレード７０２、７０４、７０６、７０８を有するプロペラを示している。
ブレード７０２、７０４、７０６、７０８は中心軸７１０から放射状に延び、各ブレード７０２、７０４、７０６、７０８はその他と同じ面内を大まかに回転することになる。
図７Ａから明らかなように本実施形態では、各ブレードの上部と下部の取り付け位置の間には、回転軸線と一致する中心軸に沿って“間隙”７１２が存在する。
“間隙”という用語はここでは、ブレードの上・下部を中心軸又は回転軸線に沿った異なる長手方向位置に取り付けた際に作られる、中心軸とのブレード交点の中心間にあって回転軸線周りの空間を記述するのに使用される。
図３Ｂは線３４０によって示されるような間隙の位置を示している。
本発明の特定実施形態によっては、図９及び図１３Ａ、Ｂに示したようにブレード下部は中心軸に取り付けられなくとも良く、この場合、間隙は中心軸と交差する上ブレード部の中心と、仮に下ブレード部を中心軸まで延ばした場合に中心軸と交差する下ブレード部の中心との間の距離となる。
【００３６】
プロペラの回転と共に、空気が間隙７１２に向かって引かれ、その周囲で圧縮される。
プロペラを様々な間隙サイズを以て設計することが可能である。
実例的な間隙サイズ範囲はプロペラの長さのおおよそ約２％〜５５％である。
又、別の実例的な間隙サイズ範囲はプロペラのブレード長さの約２０％からプロペラのブレードの約３５％までとなる。
第３の実例的な間隙サイズ範囲はプロペラのブレード長さの約３０％からプロペラのブレード長さの約５５％までとなる。
通常は、間隙の増加に伴い大容量の空気を圧縮することができ、ひいてはプロペラの推進能力を増やすことができる。
【００３７】
ブレードが湾曲又は直線状の中線を持つ、持たないを問わず、それらは例えば、中線周りに捩れた形であっても良い。
例えば、捩れは図５で見ることかできる。
ブレード５０２の上部５０８と下部５１２の双方が見掛けの捩れを有している。
例えば図７Ａ、Ｂでも分かるように、或いは図４に示したようなブレード交差角θの差に由来するように、湾曲したブレードも又、付加的に捩れさすことも可能である。
本発明の実施形態では、プロペラは、ブレードの曲率又は対向するブレードの相対的曲率を形成する、約３５°の捩れを有する。
捩れの実例的な範囲としては約３０°〜約４０°の範囲である。
その他の捩れ角度も発明の範囲内に含まれ、様々な角度と方向の空気流を作ることができる。
【００３８】
図８は、僅かに傾斜するも半回転していない４つのサークルからなる８枚の“ブレード”８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６を伴った本発明の実施形態を示している。
【００３９】
本発明の模範的実施形態では、空気を切り開くためにループの少なくとも前縁は薄いが、他の端縁形状は所望の空気流パターンを達成するために有益なものであっても良い。
通常、所望の空気流パターンを作るために、特定の形状、数量、及び配置形態のループを選択することができる。
【００４０】
図９は互いに向かい合うループ形態のブレード９０２、９０４を有するプロペラを示しており、ここではブレードの９０２、９０４の下ブレード部９０６、９０８は中心軸９１０には取り付けられていない。
その代わり、“支柱”９１２が下ブレード部９０６を上ブレード部９１４に柔軟につないでいる。
同様に支柱９１６は下ブレード部９０８を上ブレード部９１８に柔軟につないでいる。
ここで使用される“支柱”は異種のブレード部同士を柔軟につなぐために使用されるブレード構成部品である。
支柱はスチール、アルミニウム、カーボンガラス繊維のような複合材料、その他の適当なブレード材から作ることができる。
支柱９１２、９１６はプロペラの回転に伴い、空気を回転軸線に向けて引き込み、ひいては抗力を作るように回転面に対して傾斜付けられている。
支柱は所望の空気流を達成するためにブレード側部と同じように角度付けられても良い。
更に、支柱の厚み、長さ、幅、その他の特性は、例えば飛行といったような特定のブレード用途の所望作動を達成するために設計される。
ブレード９０２、９０４は、それらのピッチを調整することの柔軟性を提供するような形で中心軸９１０に対して配置される。
限定しない実例として、飛行機のプロペラとして使用された際には、支柱があることで、例えば離陸や飛行や着陸のような活動の際にピッチを変えるためのブレード９０２、９０４の操作を可能にする。
プロペラは、上ブレード部９１４、９１８と下ブレード部９０６、９０８との間に夫々形成された間隙において選択可能な変動を可能にする調整機構を備えることができる。
【００４１】
図１３Ａ、Ｂは本発明の実施形態による開放ループブレードを伴ったプロペラの更なる実施形態の上面図及び側面図を夫々、示している。
このバージョンは図９で設けられたような支柱を備えない。
【００４２】
本発明は様々な装置を含んでおり、それらは様々な実施形態の開示プロペラを採用する。
例えば、本発明は以下に掲げる実例的装置、即ち：飛行機、船舶、風力タービン、冷却装置、加熱装置、自動車エンジン及び空気循環装置を含んでいる。
本発明は又、ここで説明したり、図解したり、或いは請求した実施形態のいずれかに沿ってプロペラを製造する方法；上述したプロペラのいずれかを有する装置を製造する方法；及び上述したプロペラのいずれかを含む装置を装着するステップを含んで、製品を製造する方法を含んでいる。
【００４３】
本発明の様々な実施形態を説明してきたが、実施形態の夫々は様々な組合わせの要素を有している。
本発明は特定の実施形態に限定されず、開示された要素を様々に組み合わせたり、そのような構造物の中の幾つかの要素や同等物を削除したりするかもしれない。
【００４４】
本発明を実施形態により説明してきたが、当業者であるならば追加の長所や変更が想起されるだろう。
従って、広い解釈において本発明はここに図示・説明した特定の詳細に限定されない。
例えば、ブレードの数やブレードの曲率についても、本発明の精神と範囲から逸脱することなく変更が可能である。
即ち、本発明は特定の実施形態に限定されず、添付された請求の全範囲及びそれらと等価なものの中で解釈されることを目的としている。
【図１】
2016222242.tif 000003
【図２】
2016222242.tif 000004
【図３Ａ】
2016222242.tif 000005
【図３Ｂ】
2016222242.tif 000006
【図３Ｃ】
2016222242.tif 000007
【図３Ｄ】
2016222242.tif 000008
【図３Ｅ】
2016222242.tif 000009
【図４】
2016222242.tif 000010
【図５】
2016222242.tif 000011
【図６Ａ】
2016222242.tif 000012
【図６Ｂ】
2016222242.tif 000013
【図７Ａ】
2016222242.tif 000014
【図７Ｂ】
2016222242.tif 000015
【図８】
2016222242.tif 000016
【図９】
2016222242.tif 000017
【図１０】
2016222242.tif 000018
【図１１】
2016222242.tif 000019
【図１２】
2016222242.tif 000020
【図１３Ａ】
2016222242.tif 000021
【図１３Ｂ】
2016222242.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月20日(2016.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の実施形態において、ブレードは３つの部分、即ち上部と下部と側部とを含んでいる。
プロペラは様々な角度で配置することができるため、各用語の使用例を図１に示しており、例えば仮にプロペラ１０２が垂直な平面内で回転している場合、“上部”及び“下部”はこれら用語の従来の意味と一致しなくなる場合があることに留意されたい。
プロペラ１０２は２枚のブレード１０４、１０６を有する。
ブレード１０６は上部１０８、その上部１０８に対向する下部１１０、及び側部１１２を有する。
側部１１２は上部１０８の遠位端に位置し、上部１０８を下部１１０に接続している。
この特定実施形態において、側部１１２は上部と下部との間の大まかな領域である。
他の実施形態では、ブレードの側部は、図５の側部５１６のようにブレードの個別的部分となる可能性もある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明の実施形態では、中心軸からブレードの前縁１１４の遠位端までの距離１１４は、中心軸からブレードの後縁の遠位端１１６までの距離よりも大きい。
ブレードの遠位前縁での長さからブレードの遠位後縁での長さまでのブレード長の減少は、この特徴がない比較対象としてのプロペラ設計に比較して、より大きな空気圧縮とより大きな推進力をもたらすことができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図３Ａは本発明の実施形態によるループブレードを示している。
図３Ａは本発明の実施形態によるプロペラの中心軸３０６に取り付けられたブレード３０２を示している。
ブレード３０２の回転軸線は本実施形態の中心軸３０６の長手軸線に一致している。
ブレード３０２は上部３０８と下部３１０を有する。
中線ブレード３０２は、ブレード３０２の近位端３１２から遠位端３２０へと走る点線３１６によって示されたように、ブレード前縁３１２とその後縁３１４との間の中間点の軌跡として定義される。
ブレード形態によっては、その中線は上部から側部を経て下部へと連続しないであろう。
ブレード３０２の中線は湾曲することでブレード部に湾曲した外観を与える。
他の実施形態において、ブレード部は上反りとなったり、違うように湾曲化されたり、角が設けられたり平坦であったり、或いはこれらを組み合わせたものであっても良い。
例えば、以下に更に論じる図５は、ブレード部が実質的に直線状で、場合によっては非連続の中線を有する実施形態を示している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
プロペラの回転に伴って空気は中央ポスト３０６の近傍で圧縮される。
図３Ａ、図３Ｂに示すようにブレード３０２の下部３１０と上部３１２との間にある間隙３４２によって、間隙が存在しない時よりも大量の空気が圧縮される。
空気はブレード３０２の内面で捕捉され、ひいては空気を引き込み、上述したように側部からの空気流を形成する一方、ブレード３０２の外面はプロペラの後方に向けて空気を押し出す働きをする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図３Ｂ及び図３Ｃは図３Ａの線Ｂ−Ｂと線Ｃ−Ｃに沿ったブレード３０２の断面を夫々示している。
断面Ｂ−Ｂは飛行機の翼断面に相当するエアフォイル型を示している。
図３Ｃに示すように、ブレード３０２の表面３３２は湾曲しているのに対し、反対側の表面３３０は平坦である。
ブレード３０２の断面は、これも又飛行機の翼に対応し、第１の領域３３４では、第２の反対側の領域３３６よりも断面がより薄くなるように、横方向にテーパが付いている。
他のブレード形態も本発明の範囲内であり、それはある程度、プロペラにかかる所望の負荷に依存することになる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図２のブレード２０２、２０４のように２枚のブレードが対向する実施形態では、回転軸線の両側の対向するブレード交点のピッチは互いに異なる。
故に、例えば図４では、第１ブレード４０２は角度θAの第１ブレード交点４０４と角度θBの第２ブレード交点４０６を有し、これと対向するブレード４１０は夫々、θA±XとθB±Xとなる第１ブレード交差角と第２ブレード交差角を有することになる。
故に、言い換えれば対向するブレード交点のピッチが異なる。
対向するブレード交点間の実例的ピッチ差は約５０°であって、例えば一方のブレード交点は２５°ピッチを有し、これに対向するブレードは−２５°ピッチの交点を有する。
これらの差は均等に分配しても、或いは不均等に分配することが可能である。
対向ブレードのピッチ間差の通常の範囲は約４０°〜約６０°である。
対向するブレード交点のピッチは、前出の例のように回転面から均等である必要はない。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図７Ａ及び図７Ｂは本発明の実施形態による４枚のブレード７０２、７０４、７０６、７０８を有するプロペラを示している。
ブレード７０２、７０４、７０６、７０８は中央ポスト７１０から放射状に延び、各ブレード７０２、７０４、７０６、７０８はその他と同じ面内を大まかに回転することになる。
図７Ｂから明らかなように本実施形態では、各ブレードの上部と下部の取り付け位置の間には、回転軸線と一致する中央ポストに沿って“間隙”７１２が存在する。
“間隙”という用語はここでは、ブレードの上・下部を中央ポスト又は回転軸線に沿った異なる長手方向位置に取り付けた際に作られる、中央ポストとのブレード交点の中心間にあって回転軸線周りの空間を記述するのに使用される。
図３Ｂは線３４２によって示されるような間隙の位置を示している。
本発明の特定実施形態によっては、図９及び図１３Ａ、Ｂに示したようにブレード下部は中央ポストに取り付けられなくとも良く、この場合、間隙は中央ポストと交差する上ブレード部の中心と、仮に下ブレード部を中央ポストまで延ばした場合に中央ポストと交差する下ブレード部の中心との間の距離となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラであって：
回転軸線と一致する中心軸と；
夫々が遠位端と近位端を有する１枚以上のブレードであって、前記１枚以上のブレードの夫々は上部と下部と側部とを有し、前記側部は前記遠位端の位置、或いは遠位端に向かって配置され、
前記側部は、流体を側部からプロペラの回転軸線に向けて内側に引き込ませるノンゼロブレード角を有し、下部は上部よりも粗いブレード角を有し、１枚以上のブレード夫々の前記上部と前記下部は、前記近位端において前記中心軸に接続されて中心軸から半径方向外方に延びるような、前記１枚以上のブレードと；
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードの上部と下部が前記中心軸と接続する各接続部間にある間隙と；を有し、
前記ブレードは、プロペラの前方からその後方へと流体を引くように構成されている、
ことを特徴とするプロペラ。
【請求項２】
前記ブレードはループの形態をとり、ループ形態なる前記ブレードの各々は、同じ回転平面内で回転する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項３】
前記ブレード各部の少なくとも１つはゼロではないブレード角を呈する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項４】
前記１枚以上のブレードの上部又は下部の内の少なくとも一方の断面は実質的に翼のような形状をしている、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項５】
更に、前記回転軸線周りで互いに対向する少なくとも１組のブレードを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項６】
対向する前記ブレードの組は単一の連続ループを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。
【請求項７】
前記ブレードの組は第１のブレード交点で前記中心軸と交差する第１ブレードと、第２のブレード交点で前記中心軸と交差する第２の対向ブレードとを有し、
前記回転軸線に対する前記第１ブレード交点の角度は、回転軸線に対する前記第２ブレード交点の角度と異なる、ことを特徴とする請求項５に記載のプロペラ。
【請求項８】
前記回転軸線に対する第１ブレード交点の角度と回転軸線に対する第２ブレード交点の角度との差の範囲は約４０°〜約６０°の範囲である、ことを特徴とする請求項７に記載のプロペラ。
【請求項９】
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードは、その遠位端がその近位端と比較して幅広である、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１０】
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードの、ブレード上部、下部又は側部の少なくとも１つは湾曲した中線を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１１】
前記１枚以上のブレードの内の少なくとも１つのブレードの上部、下部及び側部の各々は湾曲している、ことを特徴とする請求項１０に記載のプロペラ。
【請求項１２】
前記ブレードの曲率を形成する捩りは約３０°〜約４０°の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１０に記載のプロペラ。
【請求項１３】
前記ブレードの曲率を形成する捩りは約３５°である、ことを特徴とする請求項１２に記載のプロペラ。
【請求項１４】
更に、前記プロペラに対して積層構造に配置された１枚以上の追加ブレードを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１５】
前記ブレードは、ブレードを横切って横方向に、その厚さが徐々に変化している、ことを特徴とする請求項１０に記載のプロペラ。
【請求項１６】
前記ブレードは、近位端での小さな幅から遠位端での大きな幅へと、その幅が徐々に変化している、ことを特徴とする請求項１４に記載のプロペラ。
【請求項１７】
少なくとも上ブレード部と下ブレード部は前記回転軸線近傍において疎ピッチを呈しており、回転軸線から半径方向外方にかけて減少するピッチを呈する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１８】
前記ブレードの内の少なくとも１ブレードの少なくとも上部と下部は、実質的に直線状の中線を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１９】
各ブレードの上部と下部を接続するウイング部を有し、前記ウイング部は、回転軸線の中心に向かって内方に空気を引き込むべく、前記中心軸から放射状に間隔をおいて形成配置される、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項２０】
前記上ブレード部は前記下ブレード部と対称ではない、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項２１】
前記ブレード上部は、ブレード上部交差角で前記中心軸と交差し、前記ブレード下部はブレード下部交差角で中心軸と交差し、プロペラの長手軸線に垂直な線からの測定で、前記ブレード下部交差角は前記ブレード上部交差角よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項２２】
前記上ブレード部と下ブレード部との間の交差角の差は５°〜約２０°の範囲内にある、ことを特徴とする請求項２２に記載のプロペラ。
【請求項２３】
前記ブレード上部交差角は約２５°であり、前記ブレード下部交差角は１５°である、ことを特徴とする請求項２２に記載のプロペラ。
【請求項２４】
飛行機、船舶、風力タービン、冷却装置、加熱装置、自動車エンジン及び空気循環装置からなる群から選択された装置であって、前記装置は請求項１に記載の少なくとも１つのプロペラを有する、ことを特徴とする装置。
【請求項２５】
プロペラ製造方法であって：
空気流の所望の方向を選択し；
所望量の推進力を選択し；
ブレードの曲率、ブレード同士の組み合わせ、及びブレード交差角を選択して前記選択された流体流れと推進力を達成し；
前記選択されたブレード曲率とブレード交差角を伴って請求項１に記載のプロペラを作る、
ことを特徴とするプロペラ製造方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ａ】
2016222242.tif 000023
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｂ】
2016222242.tif 000024
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｃ】
2016222242.tif 000025
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2016222242.tif 000026
【外国語明細書】
2016222242000001.pdf