JP2009192043A - 船舶推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト力の変動があっても音および衝撃を小さく抑制できる船舶推進装置を提供する。
【解決手段】ドライブシャフト１２の下端に固定された駆動ベベルギア１５と、プロペラシャフト１４に回動自在にはめ込まれ駆動ベベルギア１５と噛み合っている前進ベベルギア１６および後進ベベルギア１７と、プロペラシャフト１４に取り付けられ、プロペラシャフト１４と一緒に回転するとともに、プロペラシャフト軸方向に移動して、前進ベベルギア１６または後進ベベルギア１７と噛み合ってプロペラシャフト１４を回転させるドッグクラッチ１８とを備えており、プロペラシャフト１４は、前進ベベルギア１６と皿ばね７を構成部材とする前進側緩衝部材９を介して接触可能な船舶推進装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、船舶推進装置に関するものである。

船外機等に搭載される船舶推進装置は、例えば特許文献１に記載されているように、鉛直方向に延びるドライブシャフトをエンジンにより回転させ、そのドライブシャフトの回転をベベルギアを用いた回転方向変換機構によって水平方向に延びるプロペラシャフトの回転に変換し、そのプロペラシャフトに取り付けられたプロペラを回転駆動させて所要の推進力を発生させるものである。

上記の回転方向変換機構においては、前進側のベベルギアまたは後進側のベベルギアがドッグクラッチに噛み合うことよってプロペラシャフトに前進側の回転または後進側の回転を与えるようになっている。すなわち、回転方向変換機構の一部である前後進シフト機構によって、ドッグクラッチを前進後進いずれのベベルギアにも噛み合っていないニュートラルの状態から何れか一方のベベルギアに噛み合わせて船舶を前進または後進させるのである。
特開平９−３０１２８２号公報 特開平１１−１２９９８８号公報

上述のような従来技術では、エンジンの駆動力変動によってプロペラシャフトに掛かるスラスト力が変動することが課題となっている。このスラスト力の変動というのは、エンジンを所定の回転数で駆動させ続ける運転をしたときに、エンジンの回転変動及びトルク変動が生じ、プロペラの駆動力に変動が生じるため発生するものである。このようなスラスト力の変動が生じると、ベベルギアとプロペラシャフトとの接触する部分が接触したり離れたりして、接触する際に音及び振動が発生し、快適さを損なってしまうことが判明した。特に２サイクルエンジンの場合はエンジンの音および振動が大きいため、スラスト力変動による音および振動は気にならなかったが、４サイクルエンジンではエンジン音が小さく振動も小さいため、スラスト力変動による音および振動が気になるようになってきた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スラスト力の変動があっても音および衝撃を小さく抑制できる船舶推進装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の船舶推進装置は、一方向に回転するドライブシャフトの下端に固定された駆動ベベルギアと、プロペラシャフトに回動自在にはめ込まれ前記駆動ベベルギアと噛み合っている前進ベベルギアおよび後進ベベルギアと、前記プロペラシャフトに取り付けられ、該プロペラシャフトと一緒に回転するとともに、プロペラシャフト軸方向に移動して、前記前進ベベルギアまたは後進ベベルギアと噛み合ってプロペラシャフトを回転させるドッグクラッチとを備え、前記プロペラシャフトは、前記前進ベベルギアと前進側緩衝部材を介して接触可能であり、前記前進側緩衝部材は、前記プロペラシャフトと前記前進ベベルギアとの間で弾性変形する弾性部材を構成部材として少なくとも含んでいる構成とした。

このような構成によりスラスト力変動が生じたときに、プロペラシャフトと前進ベベルギアとの間の衝突による衝撃を弾性部材が吸収し弱める。

本発明によれば、プロペラシャフトと前進ベベルギアとの間に弾性変形する弾性部材を配置しているので、スラスト力変動が生じても衝撃・振動や音の発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に実施形態１に係る船舶推進装置を備えた船外機１の概略を示す。

＜船外機１の構成＞
この船外機１は推進ユニット２を有し、そのハウジング部分がカウル３とアッパーケース４とロアーケース５により構成されていて、上方のカウル３にはクランク軸１０ａを縦置きにしたエンジン１０が収納され、下方のロアーケース５にはエンジン１０によって回転駆動されるプロペラ６が設けられている。エンジン１０は、気筒１０ｂがクランク軸１０ａに対して船体２０と反対側に位置するように配置されている。アッパーケース４からロアーケース５にはエンジン１０のクランク軸１０ａからの動力伝達機構１１や排気通路など（図示せず）が収納されていて、エンジン１０によって動力伝達機構１１を介してプロペラ６が回転駆動される。動力伝達機構１１はドライブシャフト１２、シフト切換機構１３及びプロペラシャフト１４などから構成され、エンジン１０の回転がドライブシャフト１２に伝えられ、シフト切換機構１３においてドライブシャフト１２の回転を９０°変換した回転にしてプロペラシャフト１４を回転させる。

この船外機１は船体２０の後端部に取付けられるが、船体２０の後尾板２０ａにはクランプブラケット２１が固定され、このクランプブラケット２１にはスイベルブラケット２２がチルト軸２３によって回動自在に枢着され、このスイベルブラケット２２には推進ユニット２が操舵軸２４回りに回動自在に枢着されている。

＜シフト切換機構１３＞
図２はシフト切換機構１３およびその周辺の断面図である。シフト切換機構１３では、ドライブシャフト１２の下端に固定された駆動ベベルギア１５に常に噛み合っている前進ベベルギア１６及び後進ベベルギア１７のいずれかに、プロペラシャフト１４と一緒に回転するドッグクラッチ１８が噛み合うようになることによって前進と後進とを切り換える。この切換は船体内にあるシフトレバーの操作によって行われ、シフトレバーが操作されると船外機１の前方側に設けられたシフトロッド３０が時計方向あるいは反時計方向に回転する。この回転によって、プロペラシャフト１４の前に置かれたシフトスリーブ４０およびピン３２，ドッグクラッチ１８がプロペラシャフト１４の軸方向に沿って、前あるいは後に移動して前進・中立・後進を切り換える。なお図２では、ドッグクラッチ１８は前進ベベルギア１６及び後進ベベルギア１７のいずれにも噛み合っていないニュートラルな状態を示している。なお本実施形態の船舶推進装置は、駆動ベベルギア１５と前進ベベルギア１６と後進ベベルギア１７とドッグクラッチ１８とを備えている。

ドッグクラッチ１８はプロペラシャフト１４の外周面に対してスプライン係合によって、前後方向に摺動可能に且つプロペラシャフト１４に対しては回転不能に設置されている。そしてプロペラシャフト１４に設けられた長孔３３内に挿通されたピン３２の両端がドッグクラッチ１８に連結されており、このピン３２をプロペラシャフト１４内に配置されたプランジャ３１が後方または前方に移動させることによってドッグクラッチ１８が前進ベベルギア１６または後進ベベルギア１７に噛み合うようになる。なお、長孔３３はプロペラシャフト１４軸方向に長く開いている。

プロペラ６が回転することによって生じるプロペラシャフト１４軸方向の推力は、プロペラシャフト１４から前進ベベルギア１６または後進ベベルギア１７を介して船体２０に伝えられる。この推力を伝える際にプロペラシャフト１４は、前進ベベルギア１６とは前進側緩衝部材９を介して接触し、後進ベベルギア１７とは後進側緩衝部材１９を介して接触する。即ち、プロペラシャフト１４が前進側緩衝部材９に直接接触し、前進側緩衝部材９が前進ベベルギア１６と直接接触しており、プロペラシャフト１４と前進ベベルギア１６とは直接接触していない。プロペラシャフト１４と後進ベベルギア１７との関係も同様である。これら前進側緩衝部材９および後進側緩衝部材１９により、プロペラシャフト１４と、前進ベベルギア１６および後進ベベルギア１７とが直接接触して摩耗することが防止される。ドッグクラッチ１８が前進ベベルギア１６及び後進ベベルギア１７のいずれにも噛み合っていないニュートラルな状態では、ドッグクラッチ１８と両ベベルギア１６，１７との間にはトルクが伝達されず、２つの緩衝部材９，１９もドッグクラッチ１８またはベベルギア１６，１７に接触していないか接触していても連れ回りをしているだけの状態である。

＜前進側緩衝部材９＞
前進側緩衝部材９について図３を参照にしてさらに説明を行う。

図３に示すように、本実施形態においては前進側緩衝部材９は弾性部材である皿ばね７とシム部材８とから構成されている。シム部材８とは２つの物体間のスペース（空隙）を調整するため、その２つの物体間に挟み込む部材のことである。ここではシム部材８は平板からなるドーナツ状（中央に孔が設けられた）の円板である。前進側緩衝部材９は、前進ベベルギア１６、皿ばね７、シム部材８、プロペラシャフト１４の順番で配置されている。

上記構成によって、スラスト力変動が生じたときに衝撃や音が発生するのを防止したり小さくなるよう抑制したりすることができる。即ち、エンジン１０の回転数やトルクの変動が生じた場合、プロペラシャフト１４に掛かっている前進側のスラスト力（推力）が変動し、それによりプロペラシャフト１４と前進ベベルギア１６との間の距離が変動する。そのため、前進ベベルギア１６、皿ばね７、シム部材８およびプロペラシャフト１４が互いに離れたり、逆に互いに接触して押し付けられたりして衝撃や音が発生する原因となるのであるが、弾性部材である皿ばね７が変形することにより上記距離の変動をかなりの程度吸収することができる。衝撃や音は、互いに離れたプロペラシャフト１４と前進ベベルギア１６とが再び前方側へのスラスト力によって距離を縮めて前進側緩衝部材９を介して衝突するときに発生するのであるが、この衝突力を皿ばね７が変形することによって吸収するため衝撃や音の発生を防止・抑制することができるのである。

エンジン１０の回転数変動（むら）やトルクの変動（むら）によるスラスト力変動（むら）はシフトインの状態のときに最も大きくなるので、次にシフト切換とシフトインについて説明する。

＜シフト切換とシフトインについて＞
図４は運転者がシフト切換操作を行うシフトレバー７０を示す概略図である。シフトレバー７０が図に実線で示されている位置あるときは、シフト切換機構１３がニュートラルな状態であってドッグクラッチ１８は前進ベベルギア１６及び後進ベベルギア１７のいずれにも噛み合っていない。シフトレバー７０を図の左側の方に傾けていくと、ニュートラルの位置から約２０度傾いた符号８０で示す位置において前進側のシフトインの状態になる。

シフトインとはドッグクラッチ１８がニュートラルな状態から前進ベベルギア１６あるいは後進ベベルギア１７にちょうど噛み合った状態のことであり、シフトインの状態ではエンジン１０の回転数は比較的低回転の所定の回転数（本実施形態では約７００ｒｐｍ）に保持され、ドライブシャフト１２も同様にある回転数で回転する。さらに左側にシフトレバー７０を傾けていくと、ドッグクラッチ１８が前進ベベルギア１６に噛み合ったままエンジン１０の回転数が大きくなっていき、その回転数に合わせてプロペラシャフト１４が前進側に回転する。

逆にシフトレバー７０をニュートラルの位置から図の右側に傾けていくと、約２０度傾いた符号８１の位置で後進側のシフトインの状態になる。さらに右側にシフトレバー７０を傾けていくと、ドッグクラッチ１８が後進ベベルギア１７に噛み合ったままエンジン１０の回転数が大きくなっていき、その回転数に合わせてプロペラシャフト１４が後進側に回転する。

シフトレバー７０が前進側のシフトインの位置８０と後進側のシフトインの位置８１との間にあるときには、エンジン１０およびドライブシャフト１２は一定の低い回転数で回転している。ニュートラルの状態からシフトインの状態になるときには、回転している前進ベベルギア１６あるいは後進ベベルギア１７に停止しているドッグクラッチ１８が噛み合うため、このときのエンジン回転数をできるだけ低回転にしてドッグクラッチ１８がはじかれて噛み合わなかったり、傷ついたりすることを防いでいる。

シフトインのときにはエンジン１０の回転数が低いため、回転数が少し変わったりエンジン１０トルクが少し変わっただけでもプロペラ６から生じる推力の変動度合い（むら）が、エンジン１０の回転数が高いときに比べて相対的に大きくなる。さらにエンジン１０回転数が低いためエンジン音が相対的に小さく、従ってスラスト力変動によって生じる衝撃や音がエンジン１０の回転数が高いときに比較して大きく感じられるのである。このため、本実施形態の皿ばね７を含む前進側緩衝部材９の衝撃や音の発生を防止・抑制する効果はシフトインの状態のときにより大きく発揮される。

＜緩衝部材の詳細＞
前進側緩衝部材９は皿ばね７の他にシム部材８を有している。このシム部材８によってニュートラルな状態における、前進ベベルギア１６、前進側緩衝部材９、プロペラシャフト１４の間のそれぞれの間隙を調整することができる。即ち、船舶推進装置の各部品の寸法および組み付け精度に所定の誤差範囲があるため、皿ばね７だけでは前進ベベルギア１６と前進側緩衝部材９との間隙、および前進側緩衝部材９とプロペラシャフト１４との間の間隙が大きくなりすぎて、スラスト力変動によって発生する衝撃力が皿ばね７の弾性変形では吸収しきれない場合が発生する。しかし本実施形態では、シム部材８により間隙を調整しているので、皿ばね７による衝撃力の吸収が最も効果的に行われる。

本実施形態では、皿ばね７がシム部材８よりも前進ベベルギア１６に近い位置に配置され、前進ベベルギア１６、皿ばね７、シム部材８、プロペラシャフト１４の順番に置かれている。プロペラシャフト１４はドッグクラッチ１８とのスプライン係合を行うためにスプライン加工がなされており、前進側緩衝部材９と接触する面にはその加工によるバリが存している場合がある。皿ばね７にバリが接触すると皿ばね７が傷つき、弾性が低下してしまう場合があるため、本実施形態においてはプロペラシャフト１４にシム部材８が接触する配置としている。

また、後進ベベルギア１７とプロペラシャフト１４との間には後進側緩衝部材１９を配置している。後進側緩衝部材１９はシム部材であり、後進ベベルギア１７とプロペラシャフト１４との間隙を小さくするとともに、後進ベベルギア１７とプロペラシャフト１４とが直接接触して摩擦しあわないようにするためのものである。後進ベベルギア１７とプロペラシャフト１４との衝突力は、前進ベベルギア１６とプロペラシャフト１４との衝突力よりも小さく、後進側緩衝部材１９に弾性部材が含まれていなくてもスラスト力変動によって発生する衝撃や音はシム部材によって間隙を小さくすることにより、十分小さくすることができる。

さらに、前進側緩衝部材９の皿ばね７とシム部材８とは鉄系の硬い合金からなっており、後進側緩衝部材１９は軸受け用等に用いられる銅系の柔らかい合金からなっていて、後進側緩衝部材１９の素材の方が前進側緩衝部材９の素材よりも硬度が小さく柔らかい。プロペラシャフト１４とベベルギア１６，１７との間の相対的な回転数は、前進側より後進側の方が高く、従って後進側の方が摩擦の対策が必要であるが、本実施形態では鉄系の合金からなるプロペラシャフト１４やベベルギア１６，１７とは異なる合金である銅系の合金を後進側緩衝部材１９に用いているので、焼き付きが起こりにくく、また潤滑油の保持性も高いため、潤滑性が高く保たれる。なお、後進側緩衝部材１９の厚み（プロペラシャフト軸方向に沿った厚み）は、前進側緩衝部材９の皿ばね７またはシム部材８の厚み（プロペラシャフト軸方向に沿った厚み）よりも大きい。具体的には、前進側緩衝部材９の皿ばね７とシム部材８とはＳＫ５（炭素工具鋼）からなっており、炭素鋼や合金鋼からなっていてもよい。

本実施形態のシフト切換機構１３において前進側のシフトイン状態である場合には、プロペラ６の回転により発生する前進側のスラスト力によってプロペラシャフト１４が前進側緩衝部材９を介して前進ベベルギア１６に接触して前進ベベルギア１６を押していくが、この状態では皿ばね７の弾性変形の度合いは１００％にまでは達しておらず、さらなる弾性変形が可能である。即ち、シフトインにおけるエンジン回転数では、プロペラ６の回転によるスラスト力は比較的小さいため、皿ばね７の弾性変形の度合いは１００％に達していないのである。従って、前進側のシフトインの状態においてスラスト力が変動しても、皿ばね７のさらなる変形によってその力の変動分を吸収することができる。そしてこのシフトインの状態からエンジン１０の回転数を上げていくと、スラスト力が大きくなって皿ばね７の弾性変形の度合いが段々大きくなっていき、エンジン１０の回転数が最大になる前に皿ばね７の弾性変形限界に達して皿ばね７は略平担になる。ここでエンジン１０が最大回転数になっても皿ばね７がまだ弾性変形する余裕があると仮定すると、回転数が低いときのスラスト力変動によって却って振動が大きくなったり振動が長時間続くようになってしまう。

（その他の実施形態）
上記の実施形態は本発明の例示であり、本発明はこの例に限定されない。例えば、後進側緩衝部材１９も前進側緩衝部材９と同じ構成にして皿ばね７を含むようにしても構わない。前進側緩衝部材９を皿ばね７だけで構成しても効果は実施形態１よりも劣るものの、実用上十分な効果は得られる。また前進側緩衝部材９の弾性部材としてウェーブワッシャなど、皿ばね７以外のものを用いてもよい。

図３に示すように、実施形態１では前側緩衝部材９の皿ばね７は中央に穴が開いた円板であり、その外周側が前進ベベルギア１６に接触するように配置されているが、逆に内周側が前進ベベルギア１６に接触するように配置しても構わない。実施形態１のように皿ばね７の外周側が前進ベベルギア１６に接触するように配置すると、逆の配置に比べて皿ばね７にかかる引っ張り力が小さくなり皿ばね７が破壊されにくいので好ましい。

また、本発明は船外機にはもちろん、船内機、船内外機（いわゆるスタンドライブ）にも適用することができる。

以上説明したように、本発明に係る船舶推進装置は、スラスト力変動による衝撃や音の発生を防止・抑制し、船外機等に有用である。

実施形態１に係る船舶推進装置を備えた船外機の概略図である。 実施形態１に係るシフト切換機構及びその周辺の断面図である。 図２の中央部分の拡大図である。 シフトレバーの操作概略図である。

符号の説明

７ 皿ばね（弾性部材）
８ シム部材
９ 前進側緩衝部材
１２ ドライブシャフト
１４ プロペラシャフト
１５ 駆動ベベルギア
１６ 前進ベベルギア
１７ 後進ベベルギア
１８ ドッグクラッチ
１９ 後進側緩衝部材

Claims (12)

1. 一方向に回転するドライブシャフトの下端に固定された駆動ベベルギアと、
   プロペラシャフトに回動自在にはめ込まれ前記駆動ベベルギアと噛み合っている前進ベベルギアおよび後進ベベルギアと、
   前記プロペラシャフトに取り付けられ、該プロペラシャフトと一緒に回転するとともに、プロペラシャフト軸方向に移動して、前記前進ベベルギアまたは後進ベベルギアと噛み合ってプロペラシャフトを回転させるドッグクラッチとを備え、
   前記プロペラシャフトは、前記前進ベベルギアと前進側緩衝部材を介して接触可能であり、
   前記前進側緩衝部材は、前記プロペラシャフトと前記前進ベベルギアとの間で弾性変形する弾性部材を構成部材として少なくとも含んでいる、船舶推進装置。
2. 請求項１に記載されている船舶推進装置であって、
   前記前進側緩衝部材はシム部材を構成部材として含んでいる、船舶推進装置。
3. 請求項２に記載されている船舶推進装置であって、
   前記弾性部材は、前記シム部材よりも前記前進ベベルギアに近い位置に配置されている、船舶推進装置。
4. 請求項２に記載されている船舶推進装置であって、
   前記プロペラシャフトは、前記後進ベベルギアと後進側緩衝部材を介して接触可能である、船舶推進装置。
5. 請求項４に記載されている船舶推進装置であって、
   前記弾性部材およびシム部材は鉄系の合金からなり、前記後進側緩衝部材は銅系の合金からなっており前記弾性部材よりも硬度が小さい、船舶推進装置。
6. 請求項４に記載されている船舶推進装置であって、
   前記後進側緩衝部材の、プロペラシャフト軸方向に沿った厚みは、前記弾性部材または前記シム部材の、プロペラシャフト軸方向に沿った厚みよりも大きい、船舶推進装置。
7. 請求項１に記載されている船舶推進装置であって、
   前記プロペラシャフトは、前記後進ベベルギアと後進側緩衝部材を介して接触可能である、船舶推進装置。
8. 請求項７に記載されている船舶推進装置であって、
   前記弾性部材は鉄系の合金からなり、前記後進側緩衝部材は銅系の合金からなっており前記弾性部材よりも硬度が小さい、船舶推進装置。
9. 請求項１に記載されている船舶推進装置であって、
   前記ドッグクラッチが前記前進ベベルギアと噛み合っており、且つ前記ドライブシャフトがシフトイン状態の回転数によって回転している状態において、前記弾性部材の変形度合いはさらなる弾性変形可能な変形度合いである、船舶推進装置。
10. 請求項９に記載されている船舶推進装置であって、
    前記ドッグクラッチが前記前進ベベルギアと噛み合っている状態において、前記ドライブシャフトの回転数がシフトイン状態の回転数よりも大きくなり最大回転数に達する前に前記弾性部材は弾性変形限界に達する、船舶推進装置。
11. 請求項１に記載されている船舶推進装置であって、
    前記弾性部材は皿ばねである、船舶推進装置。
12. 請求項１１に記載されている船舶推進装置であって、
    前記ドッグクラッチが前記前進ベベルギアと噛み合っている状態において、前記ドライブシャフトの回転数がシフトイン状態の回転数よりも大きくなり最大回転数に達する前に前記皿ばねは略平担な状態になる、船舶推進装置。

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