JPH1179094A - 船舶の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリュー軸への伝動を係断する油圧クラッ
チの係断による定位置を保っての航行が、油圧クラッチ
及びスクリュー軸の耐久性を損なうことなく実施できる
ようにする。 【解決手段】 エンジンＥからスクリュー軸８への伝動
系の中途に油圧クラッチＣを備えた船舶の駆動装置にお
いて、スクリュー軸８と機械的に連結され、その角加速
度に応じた油圧を角加速度制御弁１を設ける。この角加
速度制御弁１の発生油圧をパイロット圧Ｐ_f として減圧
弁83に与え、この減圧弁83の動作により油圧ポンプＰの
発生油圧Ｐ₀ を減圧して油圧クラッチＣに与え、この油
圧クラッチＣの係合が、スクリュー軸８の角加速度の過
剰な増大を招くことなく行えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、舶用機関からスク
リュー軸への伝動系の中途に、両者間での伝動を係断す
る油圧クラッチを備える船舶の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】漁船等の小型船舶においては、通常の航
行の外に、漁撈等の所定の作業中に、潮の流れ及び風力
に逆らって洋上での定位置を保っての航行等が要求され
ることから、舶用機関としてのエンジンからスクリュー
軸への伝動系の中途に油圧クラッチを設け、この油圧ク
ラッチを係断することにより、エンジンからスクリュー
軸への伝動を断続的に行わせて、前述した航行を実現し
得るように構成された駆動装置が設けられている。

【０００３】前記油圧クラッチの係断は、該油圧クラッ
チと係合用の油圧を発生する油圧源との間に方向切換弁
を配し、これを排出側に切換えることにより油圧クラッ
チを遮断し、供給側に切換えることにより油圧クラッチ
を係合するようにしてある。前記方向切換弁の切換え
は、レバー等の操作手段の手動操作により行わせるよう
にした構成が一般的に採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、船舶の
推進用スクリューには、水の攪拌抵抗が定常的に作用し
ており、前記油圧クラッチが遮断されたとき、スクリュ
ー軸の回転速度は、前記攪拌抵抗の作用により低下し、
この状態で油圧クラッチが再係合されたとき、スクリュ
ー軸の回転速度が急激に増大する結果、該スクリュー軸
には、加速慣性イナーシャトルクと、係合に伴って発生
する速度の二乗に比例するトルクとが加わり、前記方向
切換弁の操作の繰り返しに応じて前記トルクの断続的な
作用によりスクリュー軸に疲労が蓄積するという問題が
あり、これに伴う破損を防ぐべく、スクリュー軸の大径
化及び高コスト化が避けられないという難点があった。

【０００５】また、前記油圧クラッチにおいても、大な
る速度差を有するエンジン側とスクリュー側の係合の繰
り返しに耐える耐久性が要求され、小型化が難しい上、
ペーパ摩擦材等の安価な摩擦材からなる摩擦板を使用す
ることができず、コスト高となることが避けられないと
いう問題があった。

【０００６】以上の問題は、前記油圧クラッチの係合用
油圧の送給用の油圧回路に電磁比例弁等の調圧手段を設
ける一方、スクリュー軸の角加速度を検出し、この検出
結果に基づいて前記調圧手段を制御して得られる油圧を
油圧クラッチに送給して、該油圧クラッチを緩やかに係
合せしめることにより解消される。

【０００７】しかしながら、この構成においては、加速
度センサ、及び該加速度センサの検出結果に基づいて前
記電磁比例弁を連続的に開閉制御する複雑な構成の制御
手段が必要であり、これらのコストアップにより、スク
リュー軸及び油圧クラッチの低コスト化が相殺される難
点があり、また、電気的な制御を介在させてあることか
ら、電磁ノイズ、水等の環境の影響により誤動作が発生
する虞れがあり、信頼性に欠けるという問題があった。

【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、電気的な制御手段に頼ることなくスクリュー軸
の目標角加速度に応じた油圧を発生し、この油圧をスク
リュー軸への伝動を係断する油圧クラッチの係合用油圧
として利用することにより、前記油圧クラッチの係断
が、該油圧クラッチ及びスクリュー軸の耐久性を損なう
ことなく全機械式にて実施可能な船舶の駆動装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る船舶の駆動
装置は、舶用機関からスクリュー軸への伝動系の中途に
介装された油圧クラッチと、該油圧クラッチに係合用の
油圧を給排する方向切換弁とを備え、該方向切換弁の手
動操作により前記油圧クラッチを係断して、洋上での略
定位置を保っての航行を可能とした船舶の駆動装置にお
いて、前記スクリュー軸と連動回転し、該スクリュー軸
の目標角加速度に応じた油圧を発生する角加速度制御弁
と、該角加速度制御弁の発生油圧をパイロット圧として
動作し、油圧源からの供給油圧を減圧して送出する減圧
弁とを備え、該減圧弁の送出油圧を前記方向切換弁を経
て前記油圧クラッチに送給する構成としてあることを特
徴とする。

【００１０】本発明においては、スクリュー軸と機械的
に連動回転する角加速度制御弁が、前記スクリュー軸の
目標角加速度に応じた油圧を発生し、この油圧をパイロ
ット圧とする減圧弁の動作により、油圧源からの供給油
圧を減圧して得られる油圧を油圧クラッチに送給して係
合用油圧として利用することにより、前記油圧クラッチ
の係合を緩やかに行わせる。

【００１１】更に加えて、前記スクリュー軸の回転速度
を検出する手段と、該手段による検出速度と予め設定さ
れた目標速度とを比較する比較手段と、この比較結果に
基づいて前記油圧源からの供給油圧を前記減圧弁にパイ
ロット圧として送給するバイパス油路とを備え、定速度
制御可能に構成してあることを特徴とする。

【００１２】この発明においては、角加速度制御弁の動
作により調圧された係合用油圧の送給により油圧クラッ
チが緩やかに係合し、スクリュー軸の回転速度が所定の
目標速度に達する。更に、定速度制御の設定により角加
速度制御弁の発生油圧が遮断され、これにより、バイパ
ス油路を介して送給される油圧源からの送給油圧により
減圧弁の減圧動作が目標回転速度との偏差に応じて実施
され、定速度制御が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る船舶
の駆動装置の構成を、油圧クラッチの係断用油圧回路の
構成と共に示すブロック図である。

【００１４】図中Ｅはエンジンであり、該エンジンＥの
出力は、油圧クラッチＣ、減速装置80（変速比ｉ_m ）を
経てスクリュー軸８に伝達され、該スクリュー軸８の先
端に取り付けたスクリュー81が回転し、図示しない船舶
に推進力を加える構成となっている。

【００１５】油圧クラッチＣの係断用油圧回路は、油圧
源としての油圧ポンプＰの発生油圧Ｐ₀ を、減圧弁83及
び方向切換弁84を介して油圧クラッチＣに送給する構成
となっている。方向切換弁84は、これに付設された操作
レバー85の手動操作により、図示の３位置の間にて切換
え操作される３位置切換弁であり、該方向切換弁84が図
の左位置に切換え操作されたとき、減圧弁83の出口側に
得られた油圧が油圧クラッチＣに送給され、該油圧クラ
ッチＣが前進側へ係合動作する一方、同じく右位置に切
換え操作されたとき、前記油圧クラッチＣが後進側へ係
合動作するようになしてある。

【００１６】これにより、エンジンＥを適宜の回転速度
に保った状態にて運転し、方向切換弁84の操作により油
圧クラッチＣの係断を繰り返すことにより、スクリュー
軸８及びこれの先端のスクリュー81を断続的に正逆転さ
せることができ、潮の流れ等の外乱要因に拘わらず洋上
での定位置を保っての航行が可能となる。

【００１７】油圧ポンプＰと方向切換弁84との間に配さ
れた減圧弁83は、油圧ポンプＰの発生油圧Ｐ₀ を減圧
し、方向切換弁84を介して油圧クラッチＣに係合用の油
圧として送給し、該油圧クラッチＣに緩やかな係合動作
を行わせる動作をなすものであり、導圧回路86を介して
与えられるパイロット圧Ｐ_f の低下に応じて前記減圧の
程度を大とする公知の構成を有している。

【００１８】導圧回路86内部のパイロット圧Ｐ_f は、ス
クリュー軸８と連動回転する角加速度制御弁１の動作に
より、油圧ポンプＰの発生油圧Ｐ₀ を減圧して得られる
ものであり、前記出力軸Ｓ₄ の目標角加速度に対応する
油圧となっている。

【００１９】図２は、角加速度制御弁１の構成を示す側
断面図である。本図に示す如く角加速度制御弁１は、固
定ハウジング２内側の筒状の空洞部に、その軸芯回りで
の回動自在に支承された回転軸３を備えている。該回転
軸３は、軸長方向に適長離隔した位置を前記固定ハウジ
ング２に内嵌固定された一対の玉軸受20，21に両持ち支
持されており、これらの玉軸受20，21間には、円筒形を
なす導油筒４が外嵌されている。

【００２０】回転軸３の両端は、固定ハウジング２の外
側に突出させてあり、一側の突出端には、平歯車30が一
体形成されている。該平歯車30は、図１に示す如く、ス
クリュー軸８の中途部に嵌着された平歯車31に噛合させ
てあり、前記回転軸３は、平歯車31及び平歯車30を介し
て伝達される前記スクリュー軸８の回転に応じて軸回り
に回転するようになしてある。なお、スクリュー軸８か
ら回転軸３への伝動手段としては、チェーン、ベルト等
の他の伝動手段を用いてもよい。

【００２１】回転軸３の他側の突出端は、固定ハウジン
グ２の外側面に同軸的に固定されたカバーキャップ22
に、玉軸受23によって支持させてあり、該玉軸受23と前
記玉軸受21とによる支持位置間にフライホイール５及び
回転板６が取付けられている。厚肉円板形をなすフライ
ホイール５は、回転軸３に外嵌された玉軸受50，51によ
り、該回転軸３と同軸上での相対回転自在に支持されて
いる。また回転板６は、フライホイール５と略等しい外
形を有する円板であり、回転軸３の端部外周に形成され
たスプラインとの係合により周方向の回転を拘束すると
共に、前記玉軸受23の端面との当接により、フライホイ
ール５から離反する向きの移動を拘束して取付けてあ
り、回転軸３の回転に伴って回転するようになしてあ
る。

【００２２】フライホイール５の回転板６との対向面に
は、半径方向に適宜の幅を有する凹所52が全周に亘って
形成されている。また回転板６のフライホイール５との
対向面には、円環状の支持環61が突設されており、該支
持環61は、その内外に適宜の間隙を有して前記凹所52の
内部に侵入させてある。

【００２３】前記支持環61には、円環状をなす摩擦環62
が外嵌保持されている。該摩擦環62は、係合ピン63によ
り支持環61と係合され、周方向の回転を拘束し、軸長方
向の移動を許容すると共に、その一端面と回転板６の側
面との間に介装されたコイルばね64により、他側面をフ
ライホイール５の側面に押し付けた状態に取り付けてあ
る。またフライホイール５と回転板６とは、前記支持環
61の内側に配置された捩ればね７を介して連結されてお
り、両者の相対角変位を、前記捩ればね７の捩れにより
許容するようになしてある。

【００２４】また回転板６の外周面は、所定数の歯が形
成された歯面とされ、カバーキャップ22の周壁を貫通し
て形成されたセンサ座24の内側に臨ませてあり、前記回
転軸３の回転は、図中に２点鎖線により示す如く、前記
センサ座24に取付けた磁電式の回転センサにより、前記
回転円板６外周の歯数を媒介として検出し得るようにな
っている。

【００２５】以上の構成により、固定ハウジング２に支
持された回転軸３が前記スクリュー軸８の回転に応じて
回転するとき、該回転軸３に玉軸受50，51を介して支持
されたフライホイール５には、回転軸３と一体回転する
回転円板６に保持された摩擦環62の押し付けにより、該
回転円板６及び回転軸３の回転方向と同向きの摩擦抵抗
が作用し、該フライホイール５は、回転軸３が略一定の
回転速度を保つ定常回転中には、前記摩擦抵抗の作用に
より回転円板６及び回転軸３と等しい速度を有して回転
する。

【００２６】一方、スクリュー軸８及び回転軸３の回転
速度が時間的に変動した場合、フライホイール５は、自
身の慣性により現状の回転速度を保とうとすることか
ら、回転軸３と一体に回転する回転円板６との間に捩れ
ばね７の捩れを伴って相対角変位が生じる。この相対角
変位は、摩擦環62の押し付け部に加わる摩擦力と、捩れ
ばね７の捩れ復元力に抗して生じるから、回転軸３に発
生する角加速度の大小に対応する変位量を有することと
なる。

【００２７】図２に示す如く、回転軸３の軸心部には、
導油孔32が形成されており、該導油孔32の中途部には、
固定絞り環34が嵌着固定され、この嵌着位置の両側は、
回転軸３を半径方向に貫通する給油孔35及び送油孔36に
より、回転軸３の外周に周設された各別の環状溝に連通
させてある。これらの環状溝は、前記導油筒４の該当位
置に貫通形成された連通孔40，41を介して固定ハウジン
グ２に形成された給油孔25及び送油孔26に夫々連通され
ている。

【００２８】フライホイール５との嵌合部に達する導油
孔32の先端部39は、半径方向外向きに延びる導油孔37に
より回転軸３の外周面に連通させてある。この連通位置
に嵌合するフライホイール５の内周面には、その周方向
の所定位置にて形成されたドレン長溝53によりフライホ
イール５の一側を支持する玉軸受51の配設室に連通させ
てあり、該ドレン長溝53と前記導油孔37とにより可変絞
りが構成されている。

【００２９】図３（ａ）は、導油孔37及びドレン長溝53
の形成位置における回転軸３及びフライホイール５の嵌
合部の横断面図である。図示の如く導油孔37とドレン長
溝53とは、回転軸３に対するフライホイール５の相対角
変位θが生じていない定常状態において半径方向に相対
向する位置に形成してあり、前記相対角変位θが、予め
設定されている目標角加速度に対応する大きさ（＝θ_r
＝θ_f ）に達し、導油孔37の方向が図中に破線により示
すようになったとき相互に連通し、この後は、図３
（ｂ）に示す如く、目標角加速度に対する偏差の増大に
応じた相対角変位の増大に伴って絞り面積を増す可変絞
りＳとして作用する。

【００３０】以上の如く構成された固定絞り環34及び可
変絞りＳは、図１中に油圧回路記号により示してあり、
固定絞り環34の上流側は、前記給油孔25、連通孔40、及
び給油孔35を介して油圧源たる油圧ポンプＰの吐出側に
接続されており、該油圧ポンプＰが発生する略一定の油
圧Ｐ₀ が導入されている。また、ドレン長溝53によりカ
バーキャップ22の内部に連通された可変絞りＳの下流側
は、図２に示す如く、カバーキャップ22の内側下部に連
通するように固定ハウジング２に穿設された排油孔27に
より油タンクＴに連通されている。

【００３１】以上の構成により、可変絞りＳが開口状態
にあるとき、前述の如く、Ｐ₀ なる圧力を有して導油孔
32に導入される圧油は、固定絞り環34の通過により減圧
されて先端部39に導かれ、導油孔37とドレン長溝53とに
より形成された可変絞りＳの通過により減圧されて前記
玉軸受50，51の配設室内に流れ込み、該玉軸受50，51を
潤滑し、カバーキャップ22内に滞留した後、前記排油孔
27を経て油タンクＴに排出される。

【００３２】このとき、固定絞り環34と可変絞りＳとの
間においては、固定絞り環34の通過後の油圧Ｐ_f を取り
出すことができ、この油圧Ｐ_f は、下流側の可変絞りＳ
の絞り面積の増加、即ち、回転軸３に発生する角加速度
の目標角加速度からの偏差の増加に伴って低下する油圧
となり、この油圧Ｐ_f が、前記送油孔26、連通孔41及び
送油孔36を介して固定ハウジング２の外部に取り出さ
れ、図１に示す如く、導圧回路86を介して前記減圧弁83
に与えられている。

【００３３】従って、本発明に係る船舶の駆動装置にお
いては、前述の如く方向切換弁84の操作により油圧クラ
ッチＣの係断を繰り返す運転を行っている間、その係合
初期には、角加速度制御弁１の出力油圧Ｐ_f が、スクリ
ュー軸８に発生する角加速度と目標角加速度との偏差に
応じて低下するから、これをパイロット圧とする減圧弁
83の動作により、前記油圧クラッチＣに送給される作動
油圧が調圧され、該油圧クラッチＣは半係合状態とな
る。

【００３４】そしてこの状態は、半係合下にある油圧ク
ラッチＣ、及び減速装置80を経た伝動によりスクリュー
軸８の回転速度が等加速度にて増大し、該スクリュー軸
８の同期が完了して角加速度制御弁１の可変絞りＳが閉
止されるまで継続される。

【００３５】これにより、油圧クラッチＣの遮断後に方
向切換弁84の操作に応じて行われる油圧クラッチＣの係
合が緩やかに行われ、これに伴うスクリュー軸８の角加
速度が前記目標角加速度に保たれるから、方向切換弁84
の単純な操作の繰り返しにより、洋上での定位置を保つ
航行が容易に行われる。またこのとき、角加速度制御弁
１の出力油圧Ｐ_f を減圧弁83のパイロット圧として利用
し、油圧クラッチＣの係合用の作動油は、減圧弁83の動
作により得ているから、十分な作動制御油量を確保する
ことができ高い応答性が得られる。

【００３６】そしてこの間、スクリュー81の攪拌抵抗に
よりスクリュー軸８に加わる速度の二乗に比例するトル
クと、加速慣性イナーシャトルクとの和を低レベルに保
つことができ、このトルクの繰り返しに伴うスクリュー
軸８の破損を、該スクリュー軸８を大径とすることなく
未然に防止することができる。また、油圧クラッチＣ内
部の摩擦板に加わる熱負荷も適度に保つことができるか
ら、ペーパ摩擦材等の安価な摩擦材からなる摩擦板を使
用することができ、油圧クラッチＣの小型化及び低コス
ト化を実現することができる。

【００３７】図１に示す駆動装置においては、更に、角
加速度制御弁１から減圧弁83へパイロット圧Ｐ_f を導入
する導圧回路86の中途を油圧ポンプＰの吐出側にバイパ
スするバイパス油路87が設けてあり、このバイパス油路
87の中途には、電磁減圧弁88が介装されている。この電
磁減圧弁88は、ソレノイド89への通電に応じてバイパス
油路87を減圧する動作をなすものであり、前記ソレノイ
ド89は、サーボ演算器９の出力に応じて通電されるよう
になしてある。

【００３８】サーボ演算器９の入力側には、予め設定さ
れた漁撈上の目標速度に対応する電圧信号と、スクリュ
ー軸８の回転速度を検出する回転センサ10の出力信号と
が与えられている。この回転センサ10としては、図２中
に示す如く、角加速度制御弁１の回転軸３の回転を回転
円板６外周の歯数を媒介として検出する回転センサを用
いることができ、該回転センサ10の出力は、Ｆ／Ｖコン
バータ11を経て、回転軸３、即ち、スクリュー軸８の回
転速度に対応する電圧信号に変換され、前記サーボ演算
器９に入力されている。

【００３９】サーボ演算器９は、スクリュー軸８の回転
速度と前記目標回転速度との偏差を求め、この偏差が零
となるように作動するため、スクリュー軸８の回転速度
を前記目標速度に速やかに整定させることができ、スク
リュー軸８の回転速度を略一定に保っての定速度運転が
可能となる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る船舶の駆
動装置においては、スクリューへの伝動のためのスクリ
ュー軸と機械的に連動回転する角加速度制御弁を備えた
ことにより、前記スクリュー軸の目標角加速度に応じた
油圧が電気的な制御手段に頼ることなく得られ、この油
圧をパイロット圧とする減圧弁の動作により、油圧源か
らの供給油圧を減圧して得られる油圧を油圧クラッチの
係合用油圧として利用したから、前記油圧クラッチの係
合を角加速度の過剰な増大を伴うことなく緩やかに行わ
せることが可能であり、油圧クラッチの係断による定位
置を保っての航行が、該油圧クラッチ及びスクリュー軸
の耐久性を損なうことなく容易に実施できるようにな
る。

【００４１】更に、スクリュー軸の回転速度と所定の目
標速度との比較結果に基づいて油圧源の発生油圧を調圧
し、バイパス油路を経て減圧弁にパイロット圧として送
給する構成としたから、スクリュー軸の回転速度を前記
目標速度に速やかに整定させることができ、定速度を保
っての運転が容易に実施可能となる等、本発明は優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る船舶の駆動装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】角加速度制御弁の構成を示す側断面図である。

【図３】回転軸及びフライホイールの嵌合部の横断面図
である。

【符号の説明】

１ 角加速度制御弁 ３ 回転軸 ５ フライホイール ６ 回転円板 ７ 捩ればね ８ スクリュー軸 ９ サーボ演算器 10 回転センサ 62 摩擦環 64 コイルばね 81 スクリュー 83 減圧弁 84 方向切換弁 85 操作レバー 87 バイパス油路 Ｃ 油圧クラッチ Ｅ エンジン Ｐ 油圧ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 舶用機関からスクリュー軸への伝動系の
   中途に介装された油圧クラッチと、該油圧クラッチに係
   合用の油圧を給排する方向切換弁とを備え、該方向切換
   弁の手動操作により前記油圧クラッチを係断して、洋上
   での略定位置を保っての航行を可能とした船舶の駆動装
   置において、前記スクリュー軸と連動回転し、該スクリ
   ュー軸の目標角加速度に応じた油圧を発生する角加速度
   制御弁と、該角加速度制御弁の発生油圧をパイロット圧
   として動作し、油圧源からの供給油圧を減圧して送出す
   る減圧弁とを備え、該減圧弁の送出油圧を前記方向切換
   弁を経て前記油圧クラッチに送給する構成としてあるこ
   とを特徴とする船舶の駆動装置。
2. 【請求項２】 前記スクリュー軸の回転速度を検出する
   手段と、該手段による検出速度と予め設定された目標速
   度とを比較する比較手段と、この比較結果に基づいて前
   記油圧源からの供給油圧を前記減圧弁にパイロット圧と
   して送給するバイパス油路とを備え、定速度制御可能に
   構成してある請求項１記載の船舶の駆動装置。