JP5571991B2 - 舶用推進軸のリーマボルト結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、船舶の推進軸に使用されるリーマボルト結合構造に関する。

従来、船舶においては、主機（エンジン）の固定ボルトや推進軸の結合フランジの固定ボルト等にリーマボルトが使用されている。例えば、エンジンのクランク軸からプロペラ軸ヘ動力を伝達する推進軸系には、これらクランク軸とプロペラ軸とを連結する中間軸が設けられ、これらの軸の結合フランジを結合する固定ボルトにリーマボルトが使用されている。

図３は、この種の船舶推進軸系の概略を示す側面図であり、エンジン（主機）１００のクランク軸１０１に設けられた結合フランジ１０２と、プロペラ軸１０３に設けられた結合フランジ１０４との間に上記中間軸１０５が設けられている。このような推進軸系１１５により、エンジン１００のクランク軸１０１からの大きな動力を中間軸１０５、プロペラ軸１０３を介してプロペラ１１１に伝達するとともに、プロペラ１１１からの大きな推力をプロペラ軸１０３、中間軸１０５及びクランク軸１０１を介してエンジン１００を固定した船体１１２に伝えている。

そして、上記大きな動力と推力の伝達を行う上記結合フランジ１０２，１０６、及び１０４，１０７の結合には、トルク伝達を確実にするため、平行リーマボルト１０８を用いて正確且つ強固に結合されている。このような軸系において用いられるリーマボルト１０８は、一般的に結合フランジ１０２，１０６，１０４，１０７のボルト穴径に対して所定の締めしろを有するように大径に機械加工されたものが冷しばめ又は圧入されて、ボルトとボルト穴が密着した状態で締結されている。

図４に示すように、リーマボルト１０８の冷しばめによる結合フランジ１０２，１０６（１０４，１０７）の結合構造としては、リーマボルト１０８をドライアイスなどで冷やして冷却収縮させた状態でボルト穴１１３に挿入し、常温復帰後にナット１１４で締付けることで結合フランジ１０２，１０６を結合した後、回り止め（図示略）を設けて緩み防止を図っている。なお、このようなリーマボルト１０８は、一般的に頭部１０８ａおよびねじ部１０８ｃとリーマ部１１０との間に機械加工時の逃し１０８ｂが設けられている。

この種の先行技術として、リーマボルトの径をボルト穴径とほぼ同一に仕上げ、リーマボルトの表面に被膜厚さを調整した固体潤滑被膜を形成することで、所要の締めしろが得られるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の先行技術として、２つの部材を固定するためにテーパ付きリーマボルトを用い、２つの部材の合せ面にテーパ部を位置させるようにしたボルトの結合構造もある（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２１０３３８号公報 特開昭２００２−３７２０１６号公報

ところで、上記した推進軸系１１５は、上記したようにエンジン１００からの動力を伝達するとともに、プロペラ１１１からの推力を受ける。従って、上記結合フランジ１０２，１０６、及び１０４，１０７を連結するリーマボルト１０８は、前進時には、動力伝達時のせん断力と推力とを同時に受け、後進時には、せん断力と引張力とを同時に受けることとなり、苛酷な使用条件となっている。そのため、上記したように冷しばめでボルト穴１１３に圧入されたリーマボルト１０８も、例えば、１０年毎の点検時等に取外して点検されている。

しかしながら、上記したように冷しばめによってボルト穴１１３に圧入されたリーマボルト１０８を取外すためには、例えば、油圧ジャッキで３０ｋＮ〜１００ｋＮ程度の力をリーマボルト１０８に作用させて抜き取る必要があり、その取外し作業に時間と労力を要している。

また、取外したリーマボルト１０８で再び結合フランジ１０２，１０６、及び１０４，１０７を結合する場合には、リーマボルト１０８を冷却収縮させて挿入するとしても、ボルト穴１１３の内径とは微少な径差しかないため、結合作業に多くの時間と労力を要する。さらに、冷却収縮させることなく圧入する場合には、リーマボルト１０８を圧入する距離がリーマ部全長の距離ｈであるため、圧入によって徐々に接触面積が増加することで圧入力も徐々に大きな力を要することとなり、結合作業に多くの時間と労力を要する。

その上、上記リーマボルト１０８の抜取り時には、リーマボルト１０８のリーマ部全長の距離ｈで強固に接した状態で上記したような非常に大きな力を作用させて抜取ることになるため、リーマボルト１０８とボルト穴１１３との間に大きな摩擦熱を生じ、リーマ部１１０の表面とボルト穴１１３の表面との間が溶着して焼付きを起して表面を損傷することがある。このように抜取り時に表面を損傷した場合には、結合フランジ１０２，１０６（１０４，１０７）のボルト穴１１３を拡径する加工を行うとともに、リーマボルト１０８も大径の物を新たに製作する必要があり、多大な費用と時間を要する。

なお、上記特許文献１に記載の発明は、リーマボルトの表面に形成する固体潤滑被膜の膜厚で締めしろを調整するため、結合状態で固体潤滑被膜が弾性変形して正確且つ強固な連結状態を保つことが難しい。また、特許文献２に記載の発明は、リーマボルトにテーパ状部分を設けているが、本発明のように２つの部材の合せ面をリーマ部で位置決めするような構成ではない。

そこで、本発明は、船舶の推進軸系等における被結合物の結合を目的として、圧入及び抜取り作業が容易に行えるとともに、表面の焼付きを抑止できる舶用リーマボルトの結合構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、２つの被結合物を結合する舶用推進軸のリーマボルト結合構造であって、前記被結合物は、前記リーマボルトのリーマ部と所定の締めしろを有するボルト穴を有し、該ボルト穴は、前記リーマボルトの挿入始端部に、該リーマボルトのリーマ部外面と所定の隙間を具備するように拡径する穴逃し部を有し、前記リーマボルトは、前記リーマ部の挿入終端部に、前記ボルト穴の内面と所定の隙間を具備するように縮径するボルト逃し部を有し、前記リーマ部は、前記被結合物の接合面を中心に、前記リーマボルトの軸方向の両側に少なくとも該リーマボルトの直径と同じ寸法を有している。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「挿入始端部」は、リーマボルトの挿入開始方向部分をいい、「挿入終端部」は、挿入終了方向部分をいう。これにより、リーマボルトのリーマ部がボルト穴に圧入される部分が、リーマボルトのボルト逃し部における挿入始端部側がボルト穴の穴逃し部における挿入終端部側に位置した時から始まり、リーマボルトが完全に圧入されてリーマ部がボルト穴に接した状態で終わるので、リーマボルトのリーマ部とボルト穴とのリーマ結合される距離が短くなり、リーマ部の圧入距離及び引抜き距離が短くなることで、リーマボルトによる結合フランジ等の被結合物を結合する結合作業及び分解作業の労力を大幅に軽減することができる。しかも、リーマ部の圧入距離及び引抜き距離を短くすることで発熱量が減り、リーマボルトの焼付きを抑止することができる。その上、被結合物の接合面におけるせん断力をリーマ部で安定して受けるとともに、リーマ部をボルト穴に圧入する距離及び引抜く距離が少なくともリーマボルトの直径の２倍と同じ寸法となるので、接触面積が減って圧入力及び引抜き力を大幅に低減させて圧入及び引抜きエネルギを低減させることができる。しかも、それにより摩擦熱が減って表面が焼付くのを抑止することが可能となる。

また、前記穴逃し部は、前記ボルト穴のリーマ部挿入始端から前記リーマボルトの挿入始端部に向けて拡径するテーパ状に形成されていてもよい。このようにすれば、リーマボルトをボルト穴に圧入する時に、ボルト穴の穴逃し部によってリーマボルトがボルト穴軸心に案内されて位置決めされるので、リーマボルトの圧入作業を容易に行うことができる。

さらに、前記ボルト逃し部は、前記リーマ部挿入終端から前記リーマボルトの挿入終端部に向けて縮径するテーパ状に形成されていてもよい。このようにすれば、リーマボルトをボルト穴に圧入する時に、リーマボルトのボルト逃し部によってリーマボルトがボルト穴軸心に案内されて位置決めされるので、リーマボルトの圧入作業を容易に行うことができる。

また、前記リーマ部が前記ボルト穴と接する長さは、直径の２００％〜２５０％の範囲に設定されていてもよい。このようにしても、被結合物の接合面におけるせん断力を安定して受けるとともに、リーマボルトのリーマ部をボルト穴に圧入する距離及び引抜く距離を少なくできるので、接触面積が減って圧入力及び引抜き力を大幅に低減させて圧入及び引抜きエネルギを低減させることができ、それにより摩擦熱が減って表面が焼付くのを抑止することが可能となる。

本発明によれば、リーマボルトの圧入距離及び引抜き距離が短くなるので、リーマボルトの圧入作業及び引抜き作業を容易に行うことができ、作業時間の短縮や労力の軽減を図ることが可能となる。また、摩擦熱を抑止して焼付きを抑止することができる。

本発明の第１実施形態に係るリーマボルト結合構造を示す図面であり、(a) は断面図、(b) は圧入開始時の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るリーマボルト結合構造を示す図面であり、(a) は断面図、(b) は圧入開始時の断面図である。 船舶推進軸系の概略を示す側面図である。 従来のリーマボルト結合構造を示す断面図であり、図３に示すIV部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、上述した図３に示すエンジン１００とプロペラ１１１との間の推進軸系１１５における結合フランジ１０２，１０６（被結合物）を例に説明する。また、この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「リーマボルトの挿入方向」は、図１に示す矢印Ｉの方向をいい、図示する左方向部分が「挿入始端部」であり、右方向部分が「挿入終端部」である。

図１(a) に示す第１実施形態に係るリーマボルトの結合構造１は、結合フランジ１０２，１０６のボルト穴１０にリーマボルト２０が圧入された状態を示している。この実施形態では、リーマボルト２０に形成されたリーマ部２２の挿入終端部に、結合フランジ１０２のボルト穴１０との間に所定の隙間３０を具備する縮径部２１が設けられている。また、結合フランジ１０２，１０６のボルト穴１０には、リーマボルト２０の挿入始端部である結合フランジ１０６に、リーマ部２２の外径との間に所定の隙間３１を具備する拡径部１１が設けられている。

上記縮径部２１とボルト穴１０の内面との隙間３０、及び拡径部１１とリーマ部２２の外面との隙間３１としては、例えば、半径方向に約１ｍｍ程度の隙間に設定される。このリーマボルト２０の縮径部２１がボルト逃し部（以下、同一符号「２１」を付す）であり、ボルト穴１０の拡径部１１が穴逃し部（以下、同一符号「１１」を付す）である。

そして、これらボルト逃し部２１と穴逃し部１１とを具備させることにより、上記リーマボルト２０のリーマ部２２がボルト穴１０と接する長さを、結合フランジ１０２，１０６の接合面１２を中心に前後方向に所定距離Ｈとなるようにしている。

つまり、リーマボルト２０の挿入終端部にリーマ部２２の直径よりも縮径したボルト逃し部２１を形成するとともに、ボルト穴１０のリーマボルト挿入始端部にボルト穴１０の直径よりも拡径した穴逃し部１１を形成することにより、リーマボルト２０のリーマ部２２とボルト穴１０とが結合するリーマ区間が、リーマボルト２０がボルト穴１０に圧入された状態で、結合フランジ１０２，１０６の接合面１２を中心に、前後軸方向に所定接触距離Ｈとなるようにしている。

このリーマ部２２とボルト穴１０とが接する軸方向接触距離Ｈ（リーマ区間）としては、少なくともリーマボルト２０の直径Ｄの２倍の距離を有するように設定される。例えば、リーマボルト２０の直径が８０ｍｍの場合、接合面１２を中心に、結合フランジ１０２側に８０ｍｍ、結合フランジ１０６側に８０ｍｍの範囲が、軸方向接触距離Ｈのリーマ区間となる。この軸方向接触距離Ｈをリーマボルト２０の直径Ｄの２倍の距離とすることにより、結合フランジ１０２，１０６の接合面におけるせん断力に対する十分な強度を保つことができるとともに、後進時にせん断力と引張力を同時に受けても十分な強度を保つことができる。また、軸方向接触距離Ｈが長すぎると、上述した背景技術と同様に、リーマボルト２０の圧入距離及び引抜き距離が長くなって大きな力を要するとともに摩擦熱による焼付きを起すおそれがあるので、この軸方向接触距離Ｈとしては、リーマボルト２０の直径の２００％〜約２５０％程度の範囲に設定される。このように、ボルト穴１０に穴逃し部１１を設けるのみではなく、リーマボルト２０のリーマ部２２にもボルト逃し部２１を設けることで、軸方向接触距離Ｈ（リーマ区間）を短くしている。

なお、上記リーマボルト２０も、頭部２０ａとリーマ部２２との間に機械加工時の逃し２０ｂが設けられており、結合フランジ１０２，１０６に圧入された後、ナット２３によって固定される。

以上のようなリーマボルトの結合構造１によれば、図１(b) に示すように、リーマボルト２０の圧入作業時には、ボルト穴１０の穴逃し部１１における挿入終端部側にリーマボルト２０のボルト逃し部２１における挿入始端部側が位置してリーマボルト２０のリーマ部２２がボルト穴１０に接した状態から圧入作業が始まり、リーマボルト２０が完全に圧入されて頭部２０ａが結合フランジ１０６に接する状態まで圧入される。この圧入作業の距離としては、上記軸方向接触距離Ｈとなるため、リーマ部２２とボルト穴１０との接触面積が少ない状態で行われ、リーマボルト２０を圧入するための力が少なくなり、リーマ部２２とボルト穴１０との接触面における焼付きを抑止して表面が傷つくのを抑止することができる。

つまり、上記リーマボルト２０をボルト穴１０に圧入する距離Ｈ及び引抜く距離Ｈが従来に比べて大幅に短くなってリーマ部２２とボルト穴１０との接触面積を少なくすることができるので、リーマボルト２０の圧入作業及び引抜き作業を容易に行うことが可能となる。例えば、リーマ部２２とボルト穴１０との接触面積を半分にすることで引抜く力を半分にすることができ、引抜く距離を半分にすることで、エネルギ的には従来の１／４程度とすることができ、リーマボルト２０の圧入及び引抜きに要するエネルギを大幅に削減して作業の効率化を図ることができる。

図２(a) に示す第２実施形態に係るリーマボルトの結合構造２は、上述した第１実施形態に係るリーマボルトの結合構造１における、リーマボルト２０のボルト逃し部たる縮径部２１と、ボルト穴１０の穴逃し部たる拡径部１１とが、断面テーパ状に形成されたものである。

図示するように、リーマボルト５０は、結合フランジ１０２，１０６のボルト穴４０との間に所定の隙間６０を具備するようにリーマボルト５０の挿入終端部に形成するボルト逃し部たる縮径部５１が、リーマ部５２からボルト挿入方向Ｉの前方に向けて漸次縮径するテーパ状に形成されている。つまり、この縮径部５１は、リーマ部５２の挿入終端からリーマボルト５０の挿入終端部に向けて縮径するように形成されている。また、ボルト穴４０は、リーマボルト５０のリーマ部５２との間に所定の隙間６１を具備するように結合フランジ１０６のボルト穴４０に形成する穴逃し部たる拡径部４１が、リーマボルト５０の挿入始端部からボルト穴４０に向けて漸次縮径するテーパ状に形成されている。つまり、この拡径部４１は、ボルト穴４０のリーマ部５２の挿入始端からリーマボルト５０の挿入始端部に向けて拡径するように形成されている。この縮径部５１とボルト穴４０の内面との隙間６０、及び拡径部４１とリーマ部５２の外面との隙間６１としては、例えば、最大部分で半径方向に約１ｍｍ程度の隙間に設定され、そのテーパ比としては、半径方向の寸法に対して軸方向の寸法が２倍以上の寸法になる、１：２以上に設定される。このリーマボルト５０の縮径部５１がボルト逃し部（以下、同一符号「５１」を付す）であり、ボルト穴４０の拡径部４１が穴逃し部（以下、同一符号「４１」を付す）である。

これにより、リーマボルト５０の縮径部５１とボルト穴４０の拡径部４１とに接しないリーマ部５２を、結合フランジ１０２，１０６の接合面４２から前後方向に所定の軸方向接触距離Ｈとなるようにしている。

しかも、このように、リーマボルト５０の挿入方向Ｉにテーパ状の拡径部４１、縮径部５１を形成することにより、リーマボルト５０の挿入時にリーマボルト先端をボルト穴４０の軸心に向けて案内して自動的に位置決めをすることができるので、圧入作業を迅速に行うことが可能となる。特に、冷しばめではなく圧入によってリーマボルト５０をボルト穴４０に挿入する場合には、リーマボルト５０が倒れるのを防ぐことができるので、圧入時の位置決め用ガイドが不要となる。

この第２実施形態では、リーマボルト５０にテーパ状の縮径部５１を設け、ボルト穴４０にテーパ状の拡径部４１を設けた例を説明したが、リーマボルト５０の縮径部５１又はボルト穴４０の拡径部４１の一方をテーパ状に形成すれば同様の作用効果を得ることができるので、テーパ状の縮径部５１及び拡径部４１はいずれか一方又は両方のいずれでもよく、上記実施形態に限定されるものではない。

以上のようなリーマボルトの結合構造２によっても、図２(b) に示すように、リーマボルト５０の圧入作業時には、ボルト穴４０の穴逃し部４１における挿入終端部側にリーマボルト５０のボルト逃し部５１における挿入始端部側が位置してリーマボルト５０のリーマ部５２がボルト穴４０に接した状態から圧入作業が始まり、リーマボルト５０が完全に圧入されて頭部５０ａが結合フランジ１０６に接するまで圧入される。この圧入作業の距離としては、上記軸方向接触距離Ｈとなるため、リーマ部５２とボルト穴４０との接触面積が少ない状態で行われ、リーマボルト５０を圧入するための力が少なくなり、リーマ部５２とボルト穴４０との接触面における焼付きを抑止して表面が傷つくのを抑止することができる。

つまり、上記リーマボルト５０をボルト穴４０に圧入する距離Ｈ及び引抜く距離Ｈが従来に比べて大幅に短くなってリーマ部５２とボルト穴４０との接触面積を少なくすることができるので、リーマボルト５０の圧入作業及び引抜き作業を容易に行うことが可能となる。従って、リーマボルト５０の圧入及び引抜きに要するエネルギを大幅に削減することができ、作業の効率化を図ることができる。

しかも、この実施形態によれば、テーパ状のボルト逃し部５１又は穴逃し部４１でリーマボルト５０の圧入時にリーマボルト５０の先端をボルト穴４０の軸心に案内して位置決めすることができるので、この点でも作業の効率化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、エンジン１００のクランク軸１０１と中間軸１０５、及び中間軸１０５とプロペラ軸１０３との結合フランジ１０２，１０６、及び１０７，１０４を連結するリーマボルト２０，５０を例に説明したが、圧縮、引張、せん断の力を受ける他のリーマボルト結合構造にも適用でき、上記実施形態の軸系に限定されるものではない。

また、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明に係る舶用リーマボルトの結合構造は、中間軸を介してプロペラ軸に出力する船舶の推進軸系等に利用できる。

１ 結合構造
２ 結合構造
１０ ボルト穴
１１ 拡径部（穴逃し部）
１２ 接合面
２０ リーマボルト
２１ 縮径部（ボルト逃し部）
２２ リーマ部
３０，３１ 隙間
４０ ボルト穴
４１ 拡径部（穴逃し部）
４２ 接合面
５０ リーマボルト
５１ 縮径部（ボルト逃し部）
５２ リーマ部
６０，６１ 隙間
Ｄ 直径
Ｈ 軸方向接触距離
Ｉ 挿入方向

Claims (4)

1. ２つの被結合物を結合する舶用推進軸のリーマボルト結合構造であって、
   前記被結合物は、前記リーマボルトのリーマ部と所定の締めしろを有するボルト穴を有し、
   該ボルト穴は、前記リーマボルトの挿入始端部に、該リーマボルトのリーマ部外面と所定の隙間を具備するように拡径する穴逃し部を有し、
   前記リーマボルトは、前記リーマ部の挿入終端部に、前記ボルト穴の内面と所定の隙間を具備するように縮径するボルト逃し部を有し、
   前記リーマ部は、前記被結合物の接合面を中心に、前記リーマボルトの軸方向の両側に少なくとも該リーマボルトの直径と同じ寸法を有していることを特徴とする舶用推進軸のリーマボルト結合構造。
2. 前記穴逃し部は、前記ボルト穴のリーマ部挿入始端から前記リーマボルトの挿入始端部に向けて拡径するテーパ状に形成されている請求項１に記載の舶用推進軸のリーマボルト結合構造。
3. 前記ボルト逃し部は、前記リーマ部挿入終端から前記リーマボルトの挿入終端部に向けて縮径するテーパ状に形成されている請求項１又は２に記載の舶用推進軸のリーマボルト結合構造。
4. 前記リーマ部が前記ボルト穴と接する長さは、直径の２００％〜２５０％の範囲に設定されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の舶用推進軸のリーマボルト結合構造。

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