JP5628781B2 - 歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチ付きの歯車装置に関する。

船舶などのスクリュー駆動機構においては、図９に示すように原動機とスクリューを連結する歯車装置にクラッチを設け、クラッチの嵌脱によって船舶の推進速度を調整する構造のものがある（詳細は後述する）。

このようなクラッチ付き歯車装置は、駆動歯車が入力軸の外表面に固定されたラジアル軸受と油膜領域となるラジアル軸受隙間を介して挿入されている。この駆動歯車はクラッチの脱着によって駆動と停止が制御されるようになっている。

しかしながらこの駆動歯車はラジアル軸受隙間があることによって歳差運動を起こしてしまう場合がある。

このような問題に対して、例えば特許文献１に示されているように、円錐面を持つスラスト軸受を用いれば、クラッチ嵌合時にラジアル軸受隙間の範囲内で駆動歯車が歳差運動を抑制することが可能である。

特開２００９-２８７５９０公報

上記特許文献１においては、ラジアル荷重が円錐面に作用すると円錐角が大きくなるに従い、円錐面に作用する法線荷重が大きくなってしまう。一方、スラスト荷重が円錐面に作用する場合、円錐角が小さくなるに従い、円錐面に作用する法線荷重は大きくなる。

このため、円錐面に作用する法線荷重を小さくするためには、ラジアル荷重が作用する場合は円錐角を小さく、スラスト荷重が作用する場合は円錐角を大きくすればよい。しかし、はすば歯車では、ラジアル荷重とスラスト荷重の両方が作用するため、いかなる円錐角においても、通常の軸受よりも大きな荷重が作用するため、通常の軸受材料では十分な信頼性が得られない可能性がある。

従って、クラッチ嵌合時に駆動歯車１０１の歳差運動を抑止し、はすば歯車に起因するラジアル荷重とスラスト荷重を支持する信頼性の高い構造が必要である。

本発明の目的は、クラッチ嵌合時に駆動歯車の歳差運動を抑止し、はすば歯車に起因するラジアル荷重とスラスト荷重を支持する信頼性の高い歯車装置を提供することにある。

上記目的は、互いにかみ合う駆動歯車及び被動歯車と、前記駆動歯車の内径側に別体に設けられた入力軸と、前記被動歯車と同軸で一体に設けられた出力軸と、前記駆動歯車と前記入力軸との間に設けられたラジアル軸受と、前記入力軸上に設けられたスラスト軸受と、前記駆動歯車と前記入力軸との間に設けられたクラッチ機構を有する歯車装置において、前記駆動歯車を径方向に移動させて前記駆動歯車を回転中心に導くクランプ機構を設け、このクランプ機構は、前記クラッチ機構の嵌合時に、クラッチ動作用の油圧源を利用して前記駆動歯車を径方向に移動させ、荷重伝達による前記駆動歯車の前記入力軸に対する偏心を減少させて前記駆動歯車の回転軸を前記入力軸と同軸にすることにより達成される。

この構成において、前記クランプ機構は、入力軸上に設けられこの入力軸上を軸方向に移動可能な円錐部材と、この円錐部材と円錐角がほぼ同じ角度であって前記駆動歯車の側面に設けられた円錐部材受けとを有し、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記円錐部材をクラッチ動作用の油圧源により軸方向に移動させ、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することが好ましい。

上記構成において、前記クランプ機構は、入力軸上に設けられこの入力軸上を軸方向に移動可能な円錐部材と、この円錐部材と円錐角がほぼ同じ角度であって前記駆動歯車の側面に設けられた円錐部材受けとを有し、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記円錐部材をクラッチ動作用の油圧源により軸方向に移動させ、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することが好ましい。

また上記目的は、互いにかみ合う駆動歯車及び被動歯車と、前記駆動歯車の内径側に別体に設けられた入力軸と、前記被動歯車と同軸で一体に設けられた出力軸と、前記被動歯車と前記出力軸との間に設けられたラジアル軸受と、前記出力軸上に設けられたスラスト軸受と、前記被動歯車と出力軸との間に設けられたクラッチ機構を有する歯車装置において、前記駆動歯車を径方向に移動させて前記駆動歯車を回転中心に導くクランプ機構を設け、このクランプ機構は、前記クラッチ機構の嵌合時に、クラッチ動作用の油圧源を利用して前記駆動歯車を径方向に移動させ、荷重伝達による前記駆動歯車の前記入力軸に対する偏心を減少させて前記駆動歯車の回転軸を前記入力軸と同軸にすることにより達成される。

この構成において、前記クランプ機構は分割されて前記入力軸に組込まれた前記ラジアル軸受を含み、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記ラジアル軸受の外径をクラッチ動作用の油圧源により増大させ、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することが好ましい。

上記構成において、前記クランプ機構は、入力軸上に設けられこの入力軸上を軸方向に移動可能な円錐部材と、この円錐部材と円錐角がほぼ同じ角度であって前記駆動歯車の側面に設けられた円錐部材受けとを有し、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記円錐部材をクラッチ動作用の油圧源により軸方向に移動させて前記塩水部材受けとを当接させて、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することが好ましい。

本発明によれば、クラッチ嵌合時に駆動歯車の歳差運動を抑止し、はすば歯車に起因するラジアル荷重とスラスト荷重を支持することで、クラッチ付き歯車装置の信頼性を向上させた歯車装置を提供できる。

実施例１に係る歯車装置主要部分の斜視図である。 実施例１に係る歯車装置主要部分の軸直角断面図である。 実施例１に係る歯車装置主要部分の軸直角断面図である。 実施例１に係る歯車装置主要部分の含軸断面図である。 実施例２に係る歯車装置主要部分の軸直角断面図である。 実施例２に係る歯車装置主要部分の軸直角断面図である。 実施例２に係る歯車装置主要部分の含軸断面図である。 実施例３に係る歯車装置主要部分の含軸断面図である。 一般的なクラッチ付き歯車装置の概略構成図である。 図９のクラッチ付き歯車装置の部分拡大図である。 図９の入力軸に対し駆動歯車が偏心する状態の説明図である。 図９に示した駆動歯車の歳差運動の軌跡を表す図である。

一般的なクラッチ付き歯車装置について図９〜図１２で説明する。

図９は一般的なクラッチ付き歯車装置の概略構成図である。
図１０は図９の駆動歯車と被動歯車の拡大図である。
図１１は図１０の入力軸に対し駆動歯車が偏心する状態の説明図である。
図１２は図１１に示した駆動歯車の歳差運動の軌跡を表した図である。

図９，図１０において、駆動歯車１０１は、軸受１０３a、１０３bに回転支持された入力軸１０２と同軸で別体に設けられている。駆動歯車１０１と入力軸１０２との間にはラジアル軸受１０７が設けられ、このラジアル軸受１０７により駆動歯車１０１が入力軸１０２に回転支持されている。また、駆動歯車１０１は、スラスト受け１０９を介してスラスト軸受１０８によって軸方向荷重が支持されている。

一方、駆動歯車１０１とかみ合う被動歯車１０４は、出力軸１０５と同軸かつ一体となっており、軸受１０６a、１０６bに回転支持されている。また、駆動歯車１０１と入力軸１０２との間には、クラッチ機構１１０が設けられており、このクラッチ機構１１０の嵌脱により入力軸１０２から出力軸１０５への動力伝達が制御される。

図９に示したように、スクリュー２０７は、エンジン２０１によって回転駆動されており、両者の間にはクラッチ付き歯車装置２０４が設置されている。このクラッチ付き歯車装置２０４はエンジン出力軸２０２と入力軸１０２、スクリュー軸２０６と出力軸１０５が、それぞれカップリング２０３、２０５を介して接続されている。

ここで、クラッチ付き歯車装置２０４は、概略以下の構造となっている。
駆動歯車１０１は、軸受１０３a、１０３bに回転支持された入力軸１０２と同軸かつ別体に設けられ、駆動歯車１０１と入力軸１０２との間に設けられたラジアル軸受１０７により回転支持されている。また、駆動歯車１０１は、スラスト受け１０９を介して、スラスト軸受１０８により、軸方向荷重を支持されている。一方、駆動歯車１０１とかみ合う被動歯車１０４は、出力軸１０５と同軸かつ一体となっており、軸受１０６a、１０６bに回転支持されている。また、駆動歯車１０１と入力軸１０２との間には、クラッチ機構１１０が設けられており、クラッチ機構１１０の嵌脱により、入力軸１０２から出力軸１０５への動力伝達を制御するようになっている。

以上の構成において、エンジン２０１が回転すると、入力軸１０２が回転駆動され、クラッチ１１０を嵌合すると、入力軸１０２と駆動歯車１０１が連結され、駆動歯車１０１、被動歯車１０４、出力軸１０５、スクリュー２０７、の順に回転駆動されて駆動力を得ることができる。

このようなクラッチ付き歯車装置において、ラジアル軸受１０７がすべり軸受である場合、以下のような問題があり、特に駆動歯車１０１及び被動歯車１０４がはすば歯車である場合は、より顕著に以下の問題が発生する。

つまり、クラッチ嵌合時は駆動歯車１０１と入力軸１０２が同じ速度で回転しているが、図１１に示す様に、ラジアル軸受１０７と駆動歯車１０１との間には、ラジアル軸受隙間１２０（実際は油膜領域）が存在する。そのため、被動歯車１０４へ伝達する荷重の反力により、駆動歯車１０１がラジアル軸受隙間１２０内で入力軸１０２に対し偏心してしまう。そして、駆動歯車１０１は回転しながら荷重を受けるため、入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の偏心方向は変化し、図１２に示すような歳差運動を起こしてしまう場合がある。

この時、スラスト受け１０９はスラスト軸受１０８に密着し、ほとんど相対運動を行わないため、摺動面に油膜が形成されにくい状態となる。この状態で、駆動歯車１０１が上記の歳差運動を起こすと、スラスト受け１０９の表面とスラスト軸受１０８の表面との間に微動摩耗が生じる可能性がある。

そこで、本発明の発明者らはラジアル軸受隙間を閉塞して歳差運動の発生を防止する構造を種々検討した結果、以下のような実施例を得たので図にしたがって説明する。

本発明のクラッチ付き歯車装置の実施例１を図１、２に示す。
図１は実施例１に係る歯車主要部分の斜視図である。
図２は実施例１に係る歯車主要部分の軸直角方向断面図である。

図３は実施例１に係る歯車装置主要部分の軸直角断面図である。
図４は実施例１に係る歯車装置主要部分の含軸断面図である。

図１において、入力軸１０２は、軸径が異なる段付き部２１を有している。この段付き部２１部分にラジアル軸受７a〜７cが収納設置され、このラジアル軸受７a〜７cの外周部には駆動歯車１０１が設置されている。このラジアル軸受７ａ〜７ｃによってクランプ機構１５０が形成されている。

ここで、ラジアル軸受７a〜７ｃは、地金９a〜９ｃに軸受材料８a〜８ｃが鋳込まれたものである。また、このラジアル軸受７a〜７ｃは円筒を３分割した形状で、分割面には矩形の凹凸が形成されており、それぞれの凸と凹が組み合わせられる形状となっている。

図２において、入力軸１０２には、給油孔１２とこれと連通する給油ポート１１a〜１１ｃが設けられている。この給油ポート１１ａ〜１１ｃは入力軸１０２の段付き部２１の表面に繋がっており、それぞれがラジアル軸受７a〜７ｃに覆われる配置となっている。そして、図示しないスナップリングなどにより、ラジアル軸受７a〜７ｃは径方向に拘束されている。その他の構造については、図１０に示した例と同様である。

クラッチは、入力軸１０２内部に設けられた給油孔（図示せず）に通油し、クラッチ機構１１０に油圧を与えることにより嵌合する構造となっている。しかし、その過渡期において、駆動歯車１０１は入力軸１０２に対し相対的に回転し、被動歯車１０４へ荷重伝達する反力により、入力軸１０２に対し偏心している。

図３、図４において、クラッチ嵌合後はクラッチ動作用の油圧源を利用して、給油ポート１１a〜７ｃに通油することによりラジアル軸受７a〜７ｃは径方向に広がる。広がることによってラジアル軸受７a〜７ｃと駆動歯車１０１との隙間１２０は概略ゼロとなるため、駆動歯車１０１が回転中心に導かれて入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の偏心量を小さくすることができる。その結果、入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の歳差運動を抑止することができ、スラスト受け１０９の表面とスラスト軸受１０８の表面との間の微動摩耗を抑えることができる。

つまり、クランプ機構１５０はラジアル軸受７a〜７ｃを油圧によって径方向に広げるため、駆動歯車１０１の回転軸を入力軸１０２の回転軸と同軸となるように補正することになる。そのため、入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の歳差運動が抑止され、スラスト受け１０９の表面とスラスト軸受１０８の表面との間の微動摩耗を抑えるものである。

なお、本実施例ではラジアル軸受を３分割としたが、異なる分割数としてもよい。また、ラジアル軸受に設けた矩形の凹凸は、組み合わせられる形状であれば、円弧等でも同様の効果を得ることができる。

続いて、実施例１に対し、製造コスト低減を達成することを目的とした、実施例２を図５〜図７に示す。

図５は実施例２に係る歯車装置主要部分の軸直角断面図である。
図６は実施例２に係る歯車装置主要部分の軸直角断面図である。
図７は実施例２に係る歯車装置主要部分の含軸断面図である。

図５において、実施例２は実施例１と同様に、ラジアル軸受１７a〜１７ｃは地金１９a〜１９ｃに軸受材料１８a〜１８ｃが鋳込まれたものである。また、ラジアル軸受１７a〜７ｃは、円筒を３分割した形状となっており、分割面には矩形の凹凸形状を有している。それぞれの凸と凹は組み合わせられる形状となっており、円筒内面にはポケット２３a〜２３ｃが設けられている。

入力軸１０２の軸方向には、給油孔１２が設けられており、入力軸１０２の段付き部２１に設けられた円周方向溝２２の表面に連通している。そして、図示しないスナップリングなどにより、ラジアル軸受１７a〜１７ｃは径方向に拘束されている。その他の構造については、図１０に示した構造と同様である。

図５に示したように、クラッチ嵌合の過渡期において、駆動歯車１０１は入力軸１０２に対し相対的に回転し、被動歯車１０４へ荷重伝達する反力により入力軸１０２に対し偏心している。

図６、図７において、クラッチ嵌合後はクラッチ動作用の油圧源を利用して、給油孔１２に通油することによりラジアル軸受１７a〜７ｃが径方向に広がる。広がることによりラジアル軸受１７a〜７ｃと駆動歯車１０１の隙間が概略ゼロとなることにより、駆動歯車１０１が回転中心に導かれて入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の偏心量が小さくなる。その結果、入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の歳差運動が抑止され、スラスト受け１０９の表面とスラスト軸受１０８の表面との間の微動摩耗を抑えることができる。

なお、本実施例ではラジアル軸受を３分割としたが、異なる分割数としてもよい。また、ラジアル軸受に設けた矩形の凹凸は、組み合わせられる形状であれば、円弧等でも同様の効果を得られる。

次に、実施例３を図８に示す。
図８は実施例３に係る歯車装置主要部分の含軸断面図である。
図８において、概略構造は図１０と同じであり、円錐部材３１が入力軸１０２上に設けられ、円錐部材受け３２が駆動歯車１０１側面に固定されている。ここで、円錐部材３１と円錐部材受け３２が対向する面は、円錐形状であり、それぞれの円錐角は概略同じ角度である。また、円錐部材３１は、入力軸に設けられた図示しない給油孔と連通しており、油圧を与えると入力軸上を駆動歯車の方向へ変位可能となっており、それとは逆方向にバネによる予圧が与えられている。

クラッチ嵌合の過渡期において、駆動歯車１０１は、入力軸１０２に対し相対的に回転し、被動歯車１０４へ荷重伝達する反力により、入力軸１０２に対し偏心している。クラッチ嵌合後は、クラッチ動作用の油圧源を利用して、図示しない給油孔に通油することにより、円錐部材３１が駆動歯車１０１の方向へ押し込まれ、円錐部材３１の円錐面と、円錐部材受け３２の円錐面が当接し、駆動歯車１０１が回転中心に導かれ、入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の偏心量を小さくすることができる。その結果、入力軸１０２に対する駆動歯車１０１の歳差運動を抑止することができる。

なお、実施例１〜３において、クラッチ機構は駆動歯車と入力軸の間に設けられているが、被動歯車と出力軸との間に設けてもよい。

ところで、各実施例においては油圧源としてクラッチ動作用の油圧源を利用するように記載したが、クランプ機構用の油圧源を別途設けることによっても同様の効果を得ることも可能である。

７a〜７ｃ…ラジアル軸受、８a〜８ｃ…軸受材料、９a〜９ｃ…地金、１１a〜１１ｃ…給油ポート、１２…給油孔、１７a〜１７ｃ…ラジアル軸受、１８a〜１８ｃ…軸受材料、１９a〜１９ｃ…地金、２１…段付き部、２２…円周方向溝、２３a〜２３ｃ…ポケット、３１…円錐部材、３２…円錐部材受け、１０１…駆動歯車、１０２…入力軸、１０３a,１０３b…軸受、１０４…被動歯車、１０５…出力軸、１０６a、１０６b…軸受、１０７…ラジアル軸受、１０８…スラスト軸受、１０９…スラスト受け、１１０…クラッチ機構、１２１…軸直角平面、１２２…円錐面、１２３…軸直角平面、１２４…円錐面、１３１…円筒面、１３２…円筒面、１５０…クランプ機構、２０１…エンジン、２０２…エンジン出力軸、２０３…カップリング、２０４…クラッチ付き歯車装置、２０５…カップリング、２０６…スクリュー軸、２０７…スクリュー。

Claims (6)

1. 互いにかみ合う駆動歯車及び被動歯車と、前記駆動歯車の内径側に別体に設けられた入力軸と、前記被動歯車と同軸で一体に設けられた出力軸と、前記駆動歯車と前記入力軸との間に設けられたラジアル軸受と、前記入力軸上に設けられたスラスト軸受と、前記駆動歯車と前記入力軸との間に設けられたクラッチ機構を有する歯車装置において、
   前記駆動歯車を径方向に移動させて前記駆動歯車を回転中心に導くクランプ機構を設け、このクランプ機構は、前記クラッチ機構の嵌合時に、クラッチ動作用の油圧源を利用して前記駆動歯車を径方向に移動させ、荷重伝達による前記駆動歯車の前記入力軸に対する偏心を減少させて前記駆動歯車の回転軸を前記入力軸と同軸にすることを特徴とした歯車装置。
2. 請求項１記載の歯車装置において、
   前記クランプ機構は分割されて前記入力軸に組込まれた前記ラジアル軸受を含み、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記ラジアル軸受の外径をクラッチ動作用の油圧源により増大させ、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することを特徴とした歯車装置。
3. 請求項１記載の歯車装置において、前記クランプ機構は、入力軸上に設けられこの入力軸上を軸方向に移動可能な円錐部材と、この円錐部材と円錐角がほぼ同じ角度であって前記駆動歯車の側面に設けられた円錐部材受けとを有し、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記円錐部材をクラッチ動作用の油圧源により軸方向に移動させ、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することを特徴とした歯車装置。
4. 互いにかみ合う駆動歯車及び被動歯車と、前記駆動歯車の内径側に別体に設けられた入力軸と、前記被動歯車と同軸で一体に設けられた出力軸と、前記被動歯車と前記出力軸との間に設けられたラジアル軸受と、前記出力軸上に設けられたスラスト軸受と、前記被動歯車と出力軸との間に設けられたクラッチ機構を有する歯車装置において、
   前記駆動歯車を径方向に移動させて前記駆動歯車を回転中心に導くクランプ機構を設け、このクランプ機構は、前記クラッチ機構の嵌合時に、クラッチ動作用の油圧源を利用して前記駆動歯車を径方向に移動させ、荷重伝達による前記駆動歯車の前記入力軸に対する偏心を減少させて前記駆動歯車の回転軸を前記入力軸と同軸にすることを特徴とした歯車装置。
5. 請求項４記載の歯車装置において、
   前記クランプ機構は分割されて前記入力軸に組込まれた前記ラジアル軸受を含み、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記ラジアル軸受の外径をクラッチ動作用の油圧源により増大させ、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することを特徴とした歯車装置。
6. 請求項４記載の歯車装置において、前記クランプ機構は、入力軸上に設けられこの入力軸上を軸方向に移動可能な円錐部材と、この円錐部材と円錐角がほぼ同じ角度であって前記駆動歯車の側面に設けられた円錐部材受けとを有し、前記クラッチ機構の嵌合時に、前記円錐部材をクラッチ動作用の油圧源により軸方向に移動させて前記塩水部材受けとを当接させて、前記入力軸に対する前記駆動歯車の変位を拘束することを特徴とした歯車装置。

Images