JP2004125137A

JP2004125137A - 弾性継手

Info

Publication number: JP2004125137A
Application number: JP2002293699A
Authority: JP
Inventors: Teruhito Fukuoka; 福岡　輝人; Shigeaki Nakagawa; 中川　茂明
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】従来、船舶等において、原動機と作業機間に一定のバネ定数を有する弾性継手を配置した場合には、原動機のトルク変動もしくは回転変動が大きくなる低トルク域では、ギヤの歯打ち音等の不快音を生じるという不具合があった。また、その弾性継手のバネ定数が大きい場合には、高トルク域において、原動機の出力変動を効率的に吸収できないという問題があった。
【解決手段】エンジン２とドライブ装置３の間を連結する弾性継手を、弾性継手の被駆動側体となるパイプ９と駆動側体となるフランジ１２の間にバネにより付勢される係合部を設けるとともに、パイプ９とフランジ１２に所定間隔をおいて円周方向にそれぞれ被駆動側突起１５と駆動側突起１４を設けて両者の間で係合可能に配置し、被駆動側突起１５と駆動側突起１４の間に弾性体１３を配置することによって構成した。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機と作業機間を連結軸と弾性継手を介して連結する継手の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、船舶等においては、原動機（エンジン）側のフライホイール等と作業機（船舶の場合には、ドライブ装置）との間に設けた連結軸を介して、原動機の動力を作業機へ伝達していた。そして、連結軸の一端または両端に配置した弾性継手を介して、原動機と作業機間の連結を行っており、この場合に、配置される弾性継手としては、一定のバネ定数のものが採用され、また、配置される弾性継手のバネ定数は大きいものが採用されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６６０７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、原動機と作業機間に一定のバネ定数を有する弾性継手を配置した場合には、原動機のトルク変動もしくは回転変動が大きくなる低トルク（低回転）域では、ギヤの歯打ち音等の不快音を生じるという不具合があった。
また、バネ定数の大きな弾性継手を採用した場合には、高回転域において、バネ定数が大きすぎることにより、原動機の出力変動を効率的に吸収できないという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、原動機と作業機の間を弾性継手を介して連結する構成において、弾性継手の被駆動側体と駆動側体の間にバネにより付勢される係合部を設けるとともに、被駆動側体と駆動側体に所定間隔をおいて円周方向にそれぞれ被駆動側突起と駆動側突起を設けて両者の間で係合可能に配置し、該被駆動側突起と駆動側突起の間に弾性部材を配置したものである。
【０００６】
請求項２においては、前記係合部を、バネにより付勢されるボールと、対向面に形成される凹部より構成したものである。
【０００７】
請求項３においては、前記係合部を、バネにより付勢される摩擦体と、対向面に形成される摺動面より構成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の弾性継手を適用した船舶後部を示す側面図、図２は第一実施例の継手を示す正面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は第一実施例の継手のバネ特性を示す図、図５は第二実施例の継手を示す正面図、図６は図５のＢ−Ｂ断面図、図７は第二実施例の継手のバネ特性を示す図、図８はギヤ間の相対角速度と継手のネジリ固有振動数との関係を示す図である。
【０００９】
まず、本発明の弾性継手の一実施例を適用した船舶についての概略構成を説明する。
図１に示すように、船舶の船体１後部の内外にわたって船内外機が搭載されており、該船内外機は船体１内に搭載された原動機であるエンジン２、船体１後端部に装着された作業機としてのドライブ装置３等から構成され、エンジン２の回転力をフライホイール５、連結軸６、ドライブ入力軸７等を介してドライブ装置３へ伝達可能としている。ドライブ装置３は船体１の後尾板に対して上下方向および水平方向に回動可能に装着されており、該ドライブ装置３の下部にプロペラ８が回転可能に取り付けられている。
【００１０】
前記フライホイール５の後面に継手１０を介して連結軸６が連結され、また、該フライホイール５の後面に駆動側体となる出力側のフランジ１２が固着されており、該フランジ１２はフランジ１２と後方同一軸心上に配置される連結軸６の一端に取り付けられる被駆動側体となる入力側のパイプ９と連結されている（図３）。該連結軸６の他端とドライブ入力軸７の一端とが継手１１を介して連結されている。ドライブ入力軸７の他端はドライブ装置３に接続されている。なお、フランジ１２を介さずに、継手１０とフライホイール５とを直接、連結する構成とすることもできる。また、連結軸６の先端をパイプ状に形成して、パイプ９を設けない構成としてもよい。
そして、ドライブ装置３内には、ユニバーサルジョイント、ピニオン軸、ベベルギアやクラッチ機構や変速機構等が備えられ、これらを介してエンジン２からの動力を伝達してプロペラ８を回転するようにしている。
【００１１】
次に、エンジン２からの動力を伝達するために、連結軸６の両端に取り付けられている継手１０・１１について説明する。なお、以下では、エンジン２側に取り付けられる継手１０の構成ついて説明するが、同様の構成を、エンジン２側の継手１０の代わりにドライブ装置３側の継手１１に適用することが可能であり、また、両継手１０・１１に適用することもできる。
【００１２】
まず、図２、図３を用いてパイプ９とフランジ１２との固定手段としてバネと機械固定具とを用いた第一実施例の継手１０Ａについて説明する。なお、本実施例では、機械固定具としてボールを用いているが、爪状の係止部等を用いてもよい。
継手１０Ａをフランジ１２とパイプ９とに連結固定することにより、継手１０Ａを介してフランジ１２と、パイプ９および連結軸６とを連結し、エンジン２の動力（トルク）を、継手１０Ａを介してドライブ装置３へ伝達可能としている。
【００１３】
継手１０Ａは、弾性部材である弾性体１３と、フランジ１２より軸心と平行（アキシャル方向）に突出した駆動側突起１４と、パイプ９より半径方向（ラジアル方向）に突出した被駆動側突起１５等よりなり、該駆動側突起１４は扇形のブロック体にアキシャル方向にボルト孔を穿設してフランジ１２の外周側面部に第二ボルト１７により固定したものであり、被駆動側突起１５は扇形のブロック体にラジアル方向にボルト孔を穿設してパイプ９の外周に第一ボルト１６により固定して構成される。
該駆動側突起１４と被駆動側突起１５とは、それぞれ複数個ずつ（本実施例では四個ずつ）備えられ、略同一周上で等間隔で交互に配置されている。そして、両突起１４・１５間に合成樹脂やゴム等で形成される弾性体１３が挟装されており、両突起１４・１５と弾性体１３とは接着されている。両突起１４・１５はアルミニウム等の材質で形成されている。ただし、ボルト孔の部分のみをアルミニウム等の芯材として形成し、その周囲のゴム等の弾性体と接着して一体成形する構成としてもよい。また、駆動側をパイプに、被駆動側をフランジに構成することもできる。
【００１４】
前記フランジ１２は円板状に構成して中心部に後方へ突出する中空に形成された管状部１２ａが形成され、円板状部の外周部にはボルト孔が複数箇所（本実施例では四箇所）、同一円周上に所定間隔で前後方向に穿設されており、該ボルト孔と前記継手１０Ａの駆動側突起１４のボルト孔との位置は対応して配置しているため、位置合わせをして、第二ボルト１７を駆動側突起１４のボルト孔とフランジ１２のボルト孔に螺挿して、フランジ１２と継手１０Ａとをアキシャル方向に連結固定する。ボルト締め付けの際に、連れ回り等して曲がって固定されないように、スプリングピン１８をフランジ１２に打ち込んでいる。
同様にパイプ９および連結軸６の外周にもボルト孔が、前記継手１０Ａの被駆動側突起１５のボルト孔の位置に対応して、半径方向に穿設されており、第一ボルト１６を前記ボルト孔に螺挿してパイプ９と継手１０Ａとをラジアル方向に連結固定する。このとき、ラジアル方向の第一ボルト１６を締め付けることにより弾性体１３に圧縮がかかることとなる。
また、管状部１２ａの外周はブッシュ１９を介してパイプ９の内周と嵌合している。
【００１５】
そして、パイプ９の前端部には、凹部９ａが複数箇所（本実施例では四箇所）設けられ、ちょうど該凹部９ａとフランジ１２中心と前記駆動側突起１４とが略直線上に位置するように設けられる。該凹部９ａにバネ２１が挿入され、該バネ２１の一端は凹部９ａの底面９ｂに当接し、他端はボール（硬質ボール）２２と当接する。
フランジ１２の後面には係合穴１２ｂが、前記凹部９ａの位置に対応して設けられ、つまり対向して設けられており、該係合穴１２ｂにボール２２の一部が嵌まることとなる。該ボール２２はバネ２１により突出方向に付勢されているため、係合穴１２ｂとボール２２とが係合した状態で維持されるように係合部が形成されている。
【００１６】
トルクが０の無負荷時において、ボール２２のパイプ９側の一部が前記凹部９ａ内に嵌まり、フランジ１２側の一部が前記係合穴１２ｂに係合している。
エンジン２の回転数が少ない低トルク域（低負荷時）においては、フランジ１２とパイプ９とは一体的に回転する。このとき、バネ２１の付勢力（四箇所の合計）により剪断力（トルク）によるボールを凹部９ａ内に押し込もうとする力より大きく、低トルク域では、フランジ１２とパイプ９（連結軸６）とは一体的に回転する。
エンジン２の回転数を上げてトルクを徐々に大きくしていくと、ある一定のトルク以上では、バネ２１の付勢力にトルクが打ち勝った状態となる。このときから、ボール２２と係合穴１２ｂとの係合が外れ、これにより、フランジ１２とパイプ９との固定が解除される。
そして、このボール２２が外れた状態では、継手１０Ａの弾性体１３が弾性変形することにより、フランジ１２とパイプ９とは若干角度だけ相対的に回転する（ねじれる）ことが可能となる。
【００１７】
このように、継手１０Ａは、ある一定のトルクがかかるまでの低トルク域ではフランジ１２とパイプ９との固定を維持した固定継手として機能して、フランジ１２とパイプ９（連結軸６）とが一体的に回転し、弾性体１３を介さずにエンジン２の動力を伝達する。また、一定トルク以上かかった高トルク域ではフランジ１２とパイプ９との固定が解除されて、フランジ１２→駆動側突起１４→弾性体１３→被駆動側突起１５→パイプ９（連結軸６）のように、弾性体１３を介してトルクを伝動し、弾性継手として機能する構成としている。
【００１８】
図４に本実施例の継手１０Ａのバネ特性を実線にて示している。なお、破線は従来の弾性継手のバネ特性を表している。
図４においては、縦軸をトルク、横軸をネジレ角度としており、ネジレ角度はトルクＴ１がかかるまで０となっており、これはＴ１以下の低トルク域でフランジ１２とパイプ９とが固定されていることを示している。
トルクがＴ１を超えると、Ｔ１を超えただけのトルクに比例してネジレ角度が大きくなっている。これはＴ１以上の高トルク域でフランジ１２とパイプ９との固定が解除され、弾性体１３が弾性変形することにより、フランジ１２とパイプ９との間にネジレが発生して、継手１０Ａが弾性継手として機能することを示している。
なお、バネ２１のバネ定数を変更することにより、バネ２１の付勢力が変わり、フランジ１２とパイプ９との固定が解除されるトルクＴ１が変化する。また、バネ２１とボール２２の配設箇所数を変更することによっても、フランジ１２とパイプ９との固定が解除されるトルクＴ１が変化する。
【００１９】
このように、継手１０Ａを、ある一定のトルクまでの低トルク域においては固定継手として、ある一定トルク以上の高トルク域においては弾性継手として機能させている。
これにより、継手１０Ａを低トルク域では、固定継手として機能させることで、弾性体１３の変形を抑えることができ、エンジン２のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。
また、高トルク域では、バネ定数を低トルク域よりも小さくした弾性継手として機能させて、弾性体１３が弾性変形することで、駆動側の出力変動や、従動側の負荷変動、および装置間の取付誤差を少なくでき、エンジン２のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。
【００２０】
ギヤの噛み合いによる歯打ち音の大きさは、ドライブ装置３内のギヤ間の相対角速度の大きさに依存することが知られている。すなわち、相対角速度が大きいほど歯打ち衝撃力が大きくなり、歯打ち音は大きくなる。また、エンジン２の回転数を変化させると、継手に作用する負荷トルクが変わり、ネジリ固有振動数も変化する。
図８では、この相対角速度とネジリ固有振動数との関係を示しており、縦軸を相対角速度、横軸をネジリ固有振動数としている。ネジリ固有振動数は継手のネジリバネ定数が高いほど大きくなる。よって、相対角速度が小さくなるようなネジリバネ定数（ネジリ固有振動数）を有する継手をエンジン２とドライブ装置３間に用いれば、歯打ち音を小さく抑えることができる。
図８によれば、歯打ち音を低減するには、継手のネジリバネ定数を大きくすればよいことが分かる。
従来、この歯打ち音によるクラッチ中立時の不快音が大きくなるという問題があった。
本実施例では、継手１０Ａを、低トルク域においては固定継手として、高トルク域においては弾性継手として機能させることにより、特に、低トルク域におけるクラッチ中立時の歯打ち音を低減させることとしている。
【００２１】
次に、パイプ９とフランジ１２との係合部をバネと摩擦による固定具とを用いた第二実施例の継手１０Ｂについて説明する。
本実施例において、前述した第一実施例の場合の継手１０Ａと略同様の構成をしており、継手１０Ｂとフランジ１２との固定手段としてバネと摩擦による固定具を利用している点が異なる。
【００２２】
図５、図６に示すように、パイプ９の前端部には、凹部９ｃが複数箇所（本実施例では八箇所）同一円周上に所定間隔で設けられ、ちょうど該凹部９ｃとフランジ１２中心と前記両突起１４・１５とが略直線（半径方向）上に位置するように設けられる。該凹部９ｃにバネ３１とピストン３２とが介挿され、バネ３１の一端は凹部９ｃの底面９ｄに当接し、他端はピストン３２の一端面と当接する。ピストン３２の他端面は摩擦体３３の一端面と接着され、該摩擦体３３の他端面はフランジ１２後面と当接している。摩擦体３３は摩擦係数の大きいゴムや樹脂等からなっている。また、フランジ１２の後面は摩擦体３３の押圧により制動できるように、表面を粗状としたり、摩擦材を貼設または加工または処理したりすることによって、摩擦抵抗を有する摩擦面（摺動面）としている。
バネ３１の付勢力により、ピストン３２および摩擦体３３はフランジ１２側に向けて付勢されており、摩擦体３３がフランジ１２後面に圧接されている。これにより、摩擦体３３とフランジ１２との間に摩擦力（静摩擦力）が作用し、フランジ１２の回転方向に抵抗が加わることとなる。
なお、ピストン３２を介装せずに、バネ３１と摩擦体３３とを直接、連結する構成としてもよい。
【００２３】
トルクが０の無負荷時において、バネ３１の付勢力により摩擦体３３とフランジ１２とは圧接されている。エンジン２の回転数が少ない低トルク域（低負荷時）においても、バネ３１の付勢力、言い換えれば、摩擦体３３とフランジ１２との間の静摩擦力（八箇所の合計）がトルクに打ち勝っている。よって、低トルク域では、フランジ１２とパイプ９（連結軸６）とは一体的に回転する。
エンジン２の回転数を上げてトルクを徐々に大きくしていくと、ある一定のトルク以上では、摩擦体３３とフランジ１２間の静摩擦力にトルクが打ち勝った状態となる。このときから、摩擦体３３とフランジ１２との間には静摩擦力より小さい動摩擦力が作用するため、フランジ１２とパイプ９との固定が解除された状態となる。
そして、この状態では、継手１０Ｂの弾性体１３が弾性変形することにより、フランジ１２とパイプ９とは若干角度だけ相対的に回転する（ねじれる）ことが可能となる。
【００２４】
このように、継手１０Ｂは、ある一定のトルクがかかるまでの低トルク域ではフランジ１２とパイプ９との固定を維持した固定継手として機能して、フランジ１２とパイプ９（連結軸６）とが一体的に回転し、弾性体１３を介さずにエンジン２の動力を伝達し、一定トルク以上かかった高トルク域ではフランジ１２とパイプ９との固定を解除し、弾性継手として機能して、フランジ１２→駆動側突起１４→弾性体１３→被駆動側突起１５→パイプ９（連結軸６）のように、弾性体１３を介してトルクを伝動し、弾性継手として機能する構成としている。
【００２５】
図７に本実施例の継手１０Ｂのバネ特性を実線にて示している。なお、破線は従来の弾性継手のバネ特性を表している。
図７においては、縦軸をトルク、横軸をネジレ角度としており、ネジレ角度はトルクＴ２がかかるまで０となっており、これはＴ２以下の低トルク域でフランジ１２とパイプ９とが固定されていることを示している。
トルクがＴ２を超えると、Ｔ２を超えただけのトルクに比例してネジレ角度が大きくなっている。これはＴ２以上の高トルク域でフランジ１２とパイプ９との固定が解除され、弾性体１３が弾性変形することにより、フランジ１２とパイプ９との間にネジレが発生して、継手１０Ｂが弾性継手として機能することを示している。
なお、バネ３１のバネ定数を変更することにより、バネ３１の付勢力が変わり、フランジ１２とパイプ９との固定が解除されるトルクＴ２が変化する。また、摩擦体３３の材質を変更したり、摩擦体３３等の配設箇所数を変更したりすることによっても、フランジ１２とパイプ９との固定が解除されるトルクＴ２が変化する。
【００２６】
このように、継手１０Ｂを、ある一定のトルクまでの低トルク域においては固定継手として、ある一定トルク以上の高トルク域においては弾性継手として機能させている。
これにより、継手１０Ｂを低トルク域では、固定継手として機能させることで、弾性体１３の変形を抑えることができ、エンジン２のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。
また、高トルク域では、バネ定数を低トルク域よりも小さくした弾性継手として機能させて、弾性体１３が弾性変形することで、駆動側の出力変動や、従動側の負荷変動、および装置間の取付誤差を少なくでき、エンジン２のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。
また、前述した第一実施例の場合と同様に、クラッチ中立時の歯打ち音を低減させることができる（図８参照）。
【００２７】
なお、以上に実施例の他に、継手におけるフランジ１２とパイプ９との固定手段として、油圧（空圧）と機械的もしくは摩擦による固定具を利用した油圧（空圧）式の固定手段、磁石、ソレノイド等の電磁力を利用した電磁力式の固定手段、遠心力を利用して機械的固定具の固定・分離を行う遠心式の固定手段等を採用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、原動機と作業機の間を弾性継手を介して連結する構成において、弾性継手の被駆動側体と駆動側体の間にバネにより付勢される係合部を設けるとともに、被駆動側体と駆動側体に所定間隔をおいて円周方向にそれぞれ被駆動側突起と駆動側突起を設けて両者の間で係合可能に配置し、該被駆動側突起と駆動側突起の間に弾性部材を配置したので、原動機のトルクがある一定のトルクまでの低トルク域では固定継手として作用し、一定トルク以上の高トルク域では弾性継手として機能する。よって、低トルク域では、継手の弾性体の変形を抑えて、原動機のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができ、また、高トルク域では、継手の弾性体が弾性変形することで、駆動側の出力変動や、従動側の負荷変動、および装置間の取付誤差を少なくでき、原動機のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。
【００２９】
請求項２に示す如く、前記係合部を、バネにより付勢されるボールと、対向面に形成される凹部より構成したので、継手を、バネの付勢力によってある一定のトルクまでの低トルク域においては固定継手として作用させ、ある一定トルク以上の高トルク域においては弾性継手として機能させることにより、低トルク域では、継手の弾性体の変形を抑えて、原動機のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。また、高トルク域では、継手の弾性体が弾性変形することで、駆動側の出力変動や、従動側の負荷変動、および装置間の取付誤差を少なくでき、原動機のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。
【００３０】
請求項３に示す如く、前記係合部を、バネにより付勢される摩擦体と、対向面に形成される摺動面より構成したので、継手を、駆動側体となるフランジと摩擦体との摩擦力によってある一定のトルクまでの低トルク域においては固定継手として作用させ、ある一定トルク以上の高トルク域においては弾性継手として機能させることにより、低トルク域では、継手の弾性体の変形を抑えて、原動機のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。また、高トルク域では、継手の弾性体が弾性変形することで、駆動側の出力変動や、従動側の負荷変動、および装置間の取付誤差を少なくでき、原動機のトルクもしくは回転変動による歯打ち音等の不快音を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性継手を適用した船舶後部を示す側面図。
【図２】第一実施例の継手を示す正面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】第一実施例の継手のバネ特性を示す図。
【図５】第二実施例の継手を示す正面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。
【図７】第二実施例の継手のバネ特性を示す図。
【図８】ギヤ間の相対角速度と継手のネジリ固有振動数との関係を示す図。
【符号の説明】
１　　船体
２　　エンジン
３　　ドライブ装置
６　　連結軸
９　　パイプ
１０・１１　継手
１２　フランジ
１３　弾性体
１４　駆動側突起
１５　被駆動側突起
１６　第一ボルト
１７　第二ボルト

Claims

原動機と作業機の間を弾性継手を介して連結する構成において、弾性継手の被駆動側体と駆動側体の間にバネにより付勢される係合部を設けるとともに、被駆動側体と駆動側体に所定間隔をおいて円周方向にそれぞれ被駆動側突起と駆動側突起を設けて両者の間で係合可能に配置し、該被駆動側突起と駆動側突起の間に弾性部材を配置したことを特徴とする弾性継手。
前記係合部を、バネにより付勢されるボールと、対向面に形成される凹部より構成したことを特徴とする請求項１に記載の弾性継手。
前記係合部を、バネにより付勢される摩擦体と、対向面に形成される摺動面より構成したことを特徴とする請求項１に記載の弾性継手。