JP2006528310A - 単一クラッチ変速装置 - Google Patents

Abstract

２速度変速装置は、入力シャフト、入力シャフトから離隔された副シャフト、入力シャフトを副シャフトに接続する第１ギヤトレイン、ワンウェイクラッチを含み副シャフトを出力シャフトに接続する第２ギヤトレイン、および入力シャフトを出力シャフトに係合させるクラッチを備える。この変速装置では、出力シャフトが入力シャフトから係合解除されると動力がギヤトレインと副シャフトを介して出力シャフトへ伝達される。クラッチが係合解除されると、動力が入力シャフトからギヤトレインと副シャフト、ワンウェイクラッチを介して出力シャフトへ伝達され、その出力シャフトは、第１ギヤあるいは、低速操作においてあるいはより大きいトルクが必要であるときに使用するための低速ギヤを提供する。クラッチが係合されると、動力は、入力シャフトから出力シャフトへ伝達されて、船舶が巡航するときの第２ギヤを提供する。
【選択図】図２

Description

発明の分野

本発明は単一クラッチ変速装置に関するものであり、さらに詳しくは、本発明は、特に海洋用途における使用に適している単一クラッチ自動手動型変速装置に関するものである。

関連出願への相互参照

本発明は、オーストラリア仮出願第２００３９０３７８８号からの、さらにまた米国仮出願第６０／５０７００５号からの優先権を主張するものである。両方の文書の全内容は参照として組み入れられている。優先権はまた、同一の出願人／譲受人により提出された関連仮出願であるオーストラリア仮出願第２００４９０１１６７号からも主張される。この全内容もまた参照として組み入れられている。

発明の背景

船舶における現行の大部分の海洋用駆動装置にあっては、海洋用エンジンが、単一ギヤ比を提供するギヤボックスを介してプロペラに連結されている。船舶の速度は、スロットルを介してエンジン速度を制御することによって制御される。一般的に言えば、船舶は、それらがそれらの所期巡航速度で最も効率的に動くようにギヤが噛み合わされている。大きいヨットは、３５〜４０ノットで巡航するように設計することができ、したがって、その速度であるいはその速度前後で最も効率的かつ制御可能であるようにギヤが噛み合わされている。しかしながら、この構成に伴う問題は、そのような船舶を、例えば船舶をドックに入れるときに必要である低い速度で作動させることが極めて難しいということである。例えば、船が満足のいくように進む最低速度が１０ノット前後であるときには、船を安全にドックに入れることは極めて難しい。いくつかの場合には、高速作動のためのより高いギヤ比とともに、増大したトルクが必要である用途のための低いギヤ比を有することもまた望ましい。

いくつかの多段速度駆動変速装置が船舶のために提案されてきたが、それらにはいくつかの問題が含まれている。例えば、米国特許第６，３５０，１６５号には、２つの前進速度に加え１つの後退速度の変速装置を組み入れている船舶が開示されている。この変速装置は、遊星ギヤ器具に基づいており、その結果、コストが比較的高い。この変速装置には、ギヤの噛み合いが構成されている方式のせいでさらに別の問題があり、すべてのギヤホイールを変更しなければならないため、ギヤ比を簡単に変えることはできない。したがって、相異なる用途、エンジン寸法などに適する遊星ギヤ噛み合いシステムをまとめるとともに適合させることは、いっそう困難である。

本発明の目的は、従来技術の諸問題の少なくともいくつかを扱うかあるいは軽減することである。

この明細書に含まれた、文書、作用、材料、装置、物品などについてのどのような検討も、本発明についての状況を提供する目的のためだけのものである。それは、これらの事柄のうちのどれかあるいはすべてが、従来技術の基礎の一部を形成するか、あるいはそれがこの出願のそれぞれの請求項の優先日以前に存在したように本発明に関連した分野における一般常識であるということの承認と受け止めるべきではない。

発明の概要

本発明の第１の態様によれば、
海洋用船舶のためのコンパクトな２速度変速装置システムであって、
入力シャフトと、
出力シャフトと、
入力シャフトを出力シャフトに接続して第１ギヤにおける前記出力シャフトを駆動するための第１ギヤトレインと、
入力シャフトを出力シャフトに接続して第２ギヤにおける出力シャフトを駆動するための第２ギヤトレインと、
入力シャフトを出力シャフトに１対１以外のギヤ比で接続するための単一クラッチ手段と、
を備える２速度変速装置システムが提供される。

出力シャフトおよび入力シャフトは、平行であってもよく、また第１および第２ギヤに対するギヤトレインによって連結される。

本発明のさらに別の態様によれば、
２速度変速装置であって、
入力シャフトと、
入力シャフトから間隔を置いて配置された副シャフトと、
入力シャフトを副シャフトに接続する第１ギヤトレインと、
ワンウェイクラッチを含んでおり、副シャフトを出力シャフトに接続する第２ギヤトレインと、
入力シャフトを出力シャフトに係合させるためのクラッチであって、その構成は出力シャフトが入力シャフトから係合解除されると動力が第１および第２ギヤトレインおよび副シャフトを介して出力シャフトへ伝達されるようなものであるクラッチと、
を含む２速度変速装置が提供される。

副シャフトを逆に係合解除するためにはドッグクラッチが好ましく設けられる。

クラッチが係合解除されると、動力は、入力シャフトからギヤトレインおよび副シャフトを介しワンウェイクラッチを介して出力シャフトへ伝達されるが、その出力シャフトは典型的には、第１ギヤあるいは、低速操作においてあるいはより大きいトルクが必要であるときに使用するための低速ギヤを提供する。クラッチが係合されると、動力は、入力シャフトから出力シャフトへ直接伝達されて、船舶が巡航するときのための第２ギヤを提供する。

この伝達装置システムには、極めてコンパクトであるという利点と、単一クラッチだけが必要であるので、２つ以上のクラッチが組み入れられている変速装置システムに比べて減少した抗力が提供されるという利点とがある。この変速装置についての初期設定には、第１ギヤあるいは低速ギヤに、通常取り付けられたクラッチとともにワンウェイクラッチがあるのが都合よく、その結果、このシステムが故障すると、船のオーナーはその船をより低い速度ではあるが自宅へ送り届けることが常に可能である。

ある好ましい実施形態では、ワンウェイクラッチを係合解除するための手段が、出力シャフトを逆に動かすように設けられている。この手段は、機械的に、油圧的にまたは電気機械的に作動させることができる。

典型的には、クラッチの滑りを制御するための制御システムが設けられている。クラッチの滑り速度は、入力シャフトの速度および出力プロペラの速度の両方を監視することによって制御することができる。出力速度は、滑り速度を制御してクラッチの滑りを任意の速度およびトルクにするために、入力値として使用することができる。

本発明の特定の実施形態が、例示としてだけ、かつ、添付図面を参照して、これから説明される。

好ましい実施形態の詳細な説明

図面を参照すれば、図１は船体１２を有する船舶１０の船尾を示している。単一クラッチ自動手動型変速装置１８を組み入れている船尾駆動ユニット１６が、船舶の船尾梁２０の後方に位置決めされ、エンジン（図示略）が船体の内側に位置決めされているとともに、エンジンからの出力シャフト２２が船舶の船尾からほぼ水平に突出して、船尾駆動ユニット１６へ動力が提供されるようになっている。この型の海洋用推進システムは、「船内／船外駆動装置」としても広く称されている。

船舶の出力シャフト２２は、ほぼ水平な軸の周りに回転する。出力シャフトの端部にはベベルギヤ２４が固定されている。出力シャフトの端部に画成されたベベルギヤ２４は、前進および後退ベベルギヤ２６，２８にそれぞれ噛み合っており、また、ドッグあるいは類似したクラッチ３０は、右ねじプロペラが嵌められているか左ねじプロペラが嵌められているかによって決まるが、矢印「Ａ」の方向へ移動して垂直な出力シャフト３２を前進ベベルギヤ２６に接続し、あるいは方向「Ｂ」へ移動して垂直な出力シャフト３２を後退ベベルギヤ２８に接続するように、またはその逆となるように作用する。垂直な出力シャフトの下部３４はさらに、出力シャフト３４の垂直軸の移動をプロペラ４２の駆動のためのほぼ水平なシャフト４０へ変換する一対の噛み合いベベルギヤ３６，３８に作動可能に接続されている。上記構成は、現行の海洋用船尾駆動システムの典型的なものであり、いくつかの分野において「ブラボー」駆動装置として広く知られている。

図６は、図１に示されたブラボー駆動装置の代わりに、「アルファ」型駆動装置とともに使用するシステムを図示している。この場合において、出力シャフト２４はベベルギヤ２４および２８を介して入力シャフト３２へ直接接続されており、また、この駆動装置の下端には、ドッグクラッチ１２０あるいは類似物を介して選択されたプロペラ４０に隣接して前進および後退ベベルギヤが設けられている。本発明は、船舶のための２速度駆動装置を提供するだけでなく現行の海洋用変速装置システムに勝る他のいくつかの利点をも提供する変速装置システムと制御手段とに関するものである。

図２は、単一クラッチ自動手動型変速装置１８の第１実施形態を示している。ブラボー駆動装置３２からの垂直な出力シャフトは、本発明の変速装置器具のための入力シャフト３２である。ベアリング３４がこのシャフトを支持している。入力シャフト３２の外部にはギヤ３６が取り付けられている。ギヤ３６は、入力シャフト３２に対して平行に延びている副シャフト４０に取り付けられたギヤ３８に噛み合っている。このギヤは、シフト機構４２の位置によって決まるが、そのギヤとともに回転する副シャフトに係合してもよく、あるいはその副シャフトの周りに自由に回転してもよい。このシフト機構は、図２では、４４で係合する位置と４６で係合解除する位置との２つの位置に示されている。このシフト機構は、油圧的に、機械的に、あるいは電気的に、または他の任意の適切な手段によって作動することができる。

副シャフト４０の下端にはワンウェイクラッチ４８が固定されており、また、このワンウェイクラッチを取り囲むギヤ４９が、出力シャフト５２に固定されたギヤホイール５０に噛み合っている。このワンウェイクラッチは、一方方向ではトルクを保持し、かつ、他方方向では自由に回転すし得る。

出力シャフトの上端と入力シャフトの下端との間には、これら２つのシャフトに係合するクラッチ５４が位置決めされている。このクラッチが係合解除されると、動力が入力シャフトからギヤ３６，３８を介して副シャフト４０へ、そして、ワンウェイクラッチ４８を介して、ギヤ５０を介して出力ギヤシャフト５２へ伝達される。このことによって、低速操作におけるかあるいはいっそう大きいトルクが必要であるときに使用するための第１ギヤが提供される。このクラッチが係合すると、動力が入力シャフト３２から出力シャフト５２へ直接伝達される。このことによって、船舶が巡航するときのための第２ギヤが提供される。ギヤ３６，３８が噛み合ったままであり、かつ、副シャフトにおけるワンウェイクラッチ４８が依然としてギヤ５２に噛み合ったままであれば、この状態で、ワンウェイクラッチ４８はシャフト５２よりもいっそうゆっくりと回転してオーバーランする。

この変速装置に関しては、第１ギヤあるいは第２ギヤは、クラッチの位置によって決まるが、常に係合している。このことによって、トルク遮断の問題が回避される。

シャフトをブラボー型駆動装置に関して逆に動かすためには、ワンウェイクラッチを例えば機械的に、油圧的にあるいは電気機械的に係合解除する機械的手段あるいは他の手段を設けることが必要である。記載された実施形態では、この機能はシフト機構４２によって提供される。後退ギヤ５０では、ワンウェイクラッチが、ワンウェイクラッチを通して副シャフト４０を駆動するようになり得るが、シフト機構によって係合解除されたギヤ３８に関しては、副シャフト４０はそのまま自由に回転する。シフト機構は、第２ギヤが逆に作動するのを防止することが必要であり、また、ワンウェイクラッチが反対方向へ回転することと異なった速度で第２ギヤにおけるワンウェイクラッチまで回転するシャフト５２をロックすることとが必要である。

図３に図示された制御システムは、この変速装置を制御するために提供されている。この制御システムには、さまざまなセンサーにつながれた電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０が含まれている。このシステムには、入力シャフトおよび出力シャフトの速度をそれぞれ測定するセンサー６２および６４、ギヤの位置についての情報を提供するセンサー６８、エンジンのスロットル位置についての情報を提供するセンサー６６、およびこのシステムの油圧流体の温度に関する情報を提供するセンサー７０が含まれている。代わりに、この情報のいくつかは、共通の槽／エンジンＢＵＳあるいはＣＡＮ１００から収集することができる。

図３は、制御バルブを収容するバルブ本体８０と、以下でさらに詳しく説明されるように制御クラッチの滑りを活動的にする電子油圧ソレノイド８２とをもまた示している。ソレノイド８２の位置はＥＣＵ６０にも送り込まれている。図３は、このシステムの油圧制御における油圧を維持するために使用される油圧ポンプ８４もまた図示しているが、この油圧供給源は、現行のポンプ、油圧ポンプあるいは別のものを介して外部から供給することができる。このシステムには、ギヤ係合状態の位置を感知する位置センサーもまた含まれている。

このクラッチ滑りのシステムは、２〜３ノット程度の極めて低い速度が望ましいドック入れ機能のためにも使用することができ、クラッチ滑りは、出力シャフトの過剰な回転速度を消散させて、スロットル速度を維持しながら船のいっそうゆっくりした移動を可能にする。この制御システムは、電子油圧ソレノイド３６へ送られた電気信号を介するピストン圧力の制御を通して出力速度を制御する。このシステムは、このシステムがボタン、レバー、無線操縦などのような任意の適切な入力部から、ドック入れ、トローリング、進水のエネルギーのようなもので作動するさまざまなモードについての電子的要求を受けることもできる。

ワンウェイクラッチは、ローラークラッチ、スプラッグクラッチ、ラチェットクラッチあるいは類似物であってもよい。

この変速装置が、前進および後退ギヤの選択物がプロペラに隣接する出力シャフトの下端に設けられている図６の「アルファ」型船尾駆動装置とともに使用されるときには、ワンウェイクラッチを係合解除するための手段についての要求は存在しない。図４および図５は、構成要素が同一の参照符号を共有する変速装置１８のそれらと同一であるそのような変速装置１８ａを図示している。重要な相違点はシフト機構４２のないことだけである。

この変速装置システムには、極めてコンパクトであって、単一クラッチだけが必要であるので、２つ以上のクラッチが組み入れられている変速装置システムと比べて減少した抗力が提供されるという利点がある。この変速装置についての初期設定には、第１ギヤあるいは低速ギヤに、通常取り付けられたクラッチとともにこの変速装置があるのが都合よく、その結果、このシステムが故障すると、船のオーナーはその船をより低い速度ではあるが自宅へ送り届けることが常に可能である。

図７は、海洋用変速装置のさらに別の実施形態、この場合は単一クラッチ自動手動型変速装置１００を示している。先に説明した変速装置の場合と同じように、この変速装置もまた、船内／船外海洋用駆動装置の一部として示されている。

図示されていない船舶の出力シャフトは、ほぼ水平な軸の周りに回転するとともに、ベアリング１０３に取り付けられた変速装置の入力シャフト１０２と同軸であってこれを駆動させる。この海洋用変速装置の出力シャフト１０４は、ベアリング１０５に支持されており、また、入力シャフト１０２に対して平行であって入力シャフト１０２から間隔を置いて配置されている。

出力シャフト１０４の出力端部１０４ａに画成されたベベルギヤ１０６は、前進および後退ベベルギヤ１０８，１１０にそれぞれ噛み合っており、また、ドッグクラッチ１１２（あるいは類似した装置）は、右ねじプロペラが嵌められているか左ねじプロペラが嵌められているかによって決まるが、垂直方向へ移動して垂直な出力シャフト１１４を後退ベベルギヤ１１０かあるいは前進ベベルギヤ１０８かのいずれかに接続するように、またはその逆となるように作用する。

この海洋用船舶のプロペラの、前進あるいは後退の方向の選択は、この海洋用変速装置の出力の後にドッグクラッチ１１２によって実行され、それゆえ、海洋用変速装置の入力シャフトおよび出力シャフトは、常に同じ向きに回転し、また、変速装置１００は、入力シャフトあるいは出力シャフトを２つ以上の方向に回転させるように対処することを要求されない。

当分野において標準であるように、図示されていない垂直な出力シャフトの下部が、垂直な出力シャフト１１４の垂直軸の移動をプロペラ駆動用水平シャフトのほぼ水平軸の移動に変換するさらに別の一対の噛み合いベベルギヤに作動可能に接続されている。

第１ギヤのためのギヤホイール１２０が出力シャフト１１４に取り付けられ、これは次には、入力シャフト１０２に取り付けられたワンウェイクラッチを組み入れるギヤホイール１２２に噛み合っている。第２ギヤおよび関連クラッチ１２６のためのギヤホイール１２４が、第１ギヤに隣接する出力シャフトに、かつ、第１ギヤ１２０の、出力シャフトの出力端部１０４ａとは反対側に取り付けられている。第２ギヤ１２４は、ワンウェイクラッチ１２２に隣接する入力シャフトに取り付けられたギヤホイール１２８に噛み合っている。

クラッチが係合しないときには、それは海洋用船舶がクラッチの故障の場合に第１ギヤで進むことができるような初期設定状態であるが、入力シャフトは、ドック入れおよび低速操作のために使用される第１ギヤ１２０を介して出力シャフトを駆動する。ギヤが回転すると、第１クラッチパックを横切って滑りが生じる。クラッチ１２６の主要部は出力シャフトとともに回転する。

クラッチ１２６が係合すると、第２ギヤが係合し、かつ、クラッチ１２６と第２ギヤとが出力シャフトとともに回る。第１ギヤ１２０は、第２ギヤ１２４と同じ速度、同じ角速度で回転させられ、また、ワンウェイクラッチ１２２はオーバーランする。

現行の海洋用変速装置とは対照的に、ギヤ比を２つのギヤホイールであるいは第１比および第２比の両方が変更される（第２比が通常は１：１であっても）ときには４つのギヤホイールで単に置き換えることによって変更することは比較的簡単な事柄である、ということは認識される。

さらに別の利点は、この駆動装置が、２つの相異なるギヤを提供するためにはただ１つのクラッチだけを必要とし、また、それゆえ、いっそうコンパクトであるということである。

この変速装置には、電子制御部１３０、油圧ポンプ１３２および先に説明された実施形態に関して説明されたものと同じ型のセンサーを含む制御システムが組み入れられている。

図８には、図７に示されているものに類似した構成が示されているが、ただし、この構成では、第１ギヤホイール１０４および第２ギヤホイール１２６の相対位置は入力シャフトおよび出力シャフトにおいて逆になっており、また、クラッチは出力シャフトの出力端部に隣接して位置決めされている。この構成には、全体の変速装置が上部でいっそう短くされており、図１１を参照して以下でいっそう詳しく検討するように、変速装置がスイミングプラットフォームを取り除くことができるということを保証するのに役立つという利点がある。図８では、図７の実施形態と共通である構成要素には同じ参照符号が付けられている。

本発明の変速装置は、船尾駆動装置の状況において説明されており、また、とりわけ海洋用途のために適しているが、任意の乗物における変速装置システムの一部として使用することができるとともに、寸法および空間が重んじられる場合と海洋用船外機付きボートのようなコストおよび簡便さがとりわけ有利である場合とにとりわけ適している、ということは認識される。このシステムは、フォークリフトトラック、産業上の用途などのための２速度変速装置を提供するために特に適し得るということもまた予見される。

さらに、このシステムは、船内／船外海洋用推進システムの船尾駆動ユニットに組み入れられて説明されているが、このシステムはエンジンおよび変速装置システムがそのコンパクトな寸法と軽い重量とに起因して船尾梁の後方にすべて位置決めされている船外機付きボートシステムに組み入れることもできる、ということは認識される。このシステムは、エンジンとプロペラとの間におけるシャフト駆動、ｖ駆動および表面駆動の海洋用推進システムの変形例にもまた使用することができる。この変速装置は「ジェット駆動装置」用途でインペラを駆動するために使用することもできる。

広く説明されたように本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく特定の実施形態に関して多数の変更および／または修正を本発明に行うことができるということは、当業者に明らかである。これらの実施形態はそれゆえ、すべての点で例示的なものであって限定的なものではないとみなされる。

いくつかの製造業者によってブラボー駆動装置と広く称されている型の船尾駆動変速装置を含む船舶の船尾の模式図である。 本発明を具体化する変速装置の第１実施形態の模式図である。 重ね合わされた制御システムの備わった図２の変速装置を示している。 本発明を具体化する変速装置の第２実施形態の模式図である。 重ね合わされた制御システムの備わった図４の変速装置を示している。 いくつかの製造業者によってブラボー駆動装置と広く称されている型の船尾駆動変速装置を有する船舶の船尾の模式図である。 単一クラッチを有する２速度変速装置であって、出力ギヤがこの変速装置の出力部に近接して位置決めされている２速度変速装置の模式図である。 単一クラッチのある２速度変速装置であって、そのクラッチが出力部に近接して位置決めされている２速度変速装置を示している。

Claims (7)

1. 入力シャフトと、
   前記入力シャフトから間隔を置いて配置された副シャフトと、
   前記入力シャフトを前記副シャフトに接続する第１ギヤトレインと、
   ワンウェイクラッチを含んでおり、前記副シャフトを出力シャフトに接続する第２ギヤトレインと、
   前記入力シャフトを前記出力シャフトに係合させるためのクラッチであって、その構成が、前記出力シャフトが前記入力シャフトから係合解除されると動力が前記第１および第２ギヤトレインおよび前記副シャフトを介して前記出力シャフトへ伝達されるようなものであるクラッチと、
   を含む２速度変速装置。
2. 前記副シャフトを係合解除するためのドッグクラッチをさらに含む、請求項１に記載の２速度変速装置。
3. 前記クラッチが係合解除されると動力が前記入力シャフトから前記ギヤトレインおよび前記副シャフトを介し、前記ワンウェイクラッチを介して前記出力シャフトへ伝達され、その出力シャフトが第１ギヤを提供するように、かつ、前記クラッチが係合されると動力が前記入力シャフトから前記出力シャフトへ直接伝達されて比較的高速の第２ギヤを提供するように構成されている、請求項１または２に記載の２速度変速装置。
4. 前記ワンウェイクラッチを係合解除するための手段が、前記出力シャフトを逆に動かすように設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の２速度変速装置。
5. 前記クラッチの滑りを制御するために設けられた制御システムをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の２速度変速装置。
6. 前記入力シャフトの速度と前記出力プロペラの速度との両方を監視するための手段をさらに含んでおり、前記制御システムが、前記クラッチの滑り速度をその滑り速度を制御する入力値として出力速度を使用することで制御し、任意の速度およびトルクで前記クラッチを滑らせるように構成されている、請求項５に記載の２速度変速装置。
7. 海洋用船舶のための２速度変速装置システムであって
   入力シャフトと、
   出力シャフトと、
   前記入力シャフトを前記出力シャフトに接続して第１ギヤにおける前記出力シャフトを駆動するための第１ギヤトレインと、
   前記入力シャフトを前記出力シャフトに接続して第２ギヤにおける前記出力シャフトを駆動するための第２ギヤトレインと、
   前記入力シャフトを前記出力シャフトに１対１以外のギヤ比で接続するための単一クラッチ手段と、
   を備える２速度変速装置システム。

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