JP6231105B2 - 耐火性隔壁貫通部を有する、繊維複合材料から作製されたシャフト、及び、該シャフトを備える船舶 - Google Patents

Description

本発明は、隣接する船内区画を互いに分割しかつ船体の長手軸に対して横方向に組み込まれる隔壁を貫通して通されるトルク伝達シャフトであって、複合繊維材料（複合中空シャフトまたは繊維複合シャフトとも呼ばれる）から作製されたトルク伝達シャフト、好ましくは船舶の入力シャフトに関する。

隔壁は、一方では船体を個々の防水区画に分割する働きをし、他方では耐火区画を形成する働きをする。

特に、本発明は、主駆動装置と呼ばれることが多いモータとプロペラ、ギヤボックスまたはジェネレータとの間のトルク伝達入力シャフトに関する。

火災の際、繊維複合シャフトが配置されている船舶の一区画において、繊維複合シャフトが燃え始める危険がある。このため、そのようなシャフトを有する設備および隔壁貫通部は、ほとんどの場合、繊維複合シャフトおよび隔壁貫通部で消火するための水スプリンクラー設備を設置するという条件を課された場合に限り、船舶分類代理店によって承認される。

特別な場合、水スプリンクラー設備の設置でさえ不十分であり、分類代理店は、例えば駆動モータとギヤボックスまたはジェネレータとの間に、繊維複合材料から作製された実際に有利な軽量入力シャフトの設置を認めない。何故なら、スプリンクラー設備が故障し、繊維複合シャフトが完全に燃えた場合、難燃性の隔壁にシャフトの直径を有する穴があくからである。燃えている船舶区画から燃えていない隣接区画へ火が移動する危険がある。

従って、装置技術費用またはコスト、あるいは組立空間条件を最小化しながら、入力シャフト、および／または入力シャフトを耐火式に含む構成を形成することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１による入力シャフトおよび／または請求項１０による船舶によって達成される。

本発明は、繊維複合シャフトであって、隔壁を貫通する場所において入力側インターフェースおよび出力側インターフェースの間に少なくとも１つの不燃性部分を有する繊維複合シャフトを形成し、具体的には繊維複合シャフトに、好ましくはスチールから作製された薄肉軽量パイプ部分であって、同じく好ましくはスチールから作製された２つのクロージャ（具体的にはカバー）が設けられた薄肉軽量パイプ部分を取り付けることを提供する。従って、２つのクロージャを有するパイプ部分（これ以降、本明細書において「ロック」とも呼ばれる）が、繊維複合シャフトに好ましくは一体化される。繊維複合シャフトの、燃えている区画に位置する部分が燃え尽きた場合、不燃性材料および／またはスチールから作製されたロックは、隔壁に穴があくことは不可能なので、隔壁の防災性を保証することができる。

この部分は、繊維複合シャフトの外径より小さい外径を好ましくは有する。結果として、この部分は、繊維複合シャフトに差し込むことができ、また、半径方向ボルトで繊維複合シャフトに固定することができる。

有利な実施形態によれば、繊維複合材料は、繊維強化プラスチック、好ましくはガラス繊維強化プラスチック、特にガラス繊維強化エポキシ樹脂である。従って、低コスト材料を選択可能であり、同時に安全要件を満たすことができる。換言すると、この部分のおかげで、繊維複合材料は、繊維複合材料の燃焼性と無関係に広く選択可能である。エポキシを用いて高強度および長い耐用年数を得ることができる。

好ましくは、不燃性材料から作製された部分は、その両端部でそれぞれ、複合中空シャフトの部分に接続される。従って、この部分は、複合中空シャフトの軸方向部分として構成可能であり、もっぱらこの部分を有するシャフトによって防災性を保証することができる。

有利な実施形態によれば、不燃性材料から作製された部分は、金属パイプによって形成される。これにより低コスト、回転対称構成が可能になり、および隔壁に対する構造的に単純な密閉が可能になる。駆動伝達系から離れた追加の設備も安全装置も必要とすることなく、防災性を高めることができる。従来の複合中空シャフトと比べて、組立て空間条件は高くない。

有利な実施形態によれば、金属パイプは、片側または両側で、金属カバーによって閉鎖される。同様に、カバーは、非金属、不燃性材料から任意選択的に作製可能である。従って、防災性をさらに改善することができる。火はこの部分を通って移動できない。（関連する）カバーは、駆動シャフトの回転軸に対して横方向に好ましくは配置される。さらに、カバーは、その前側で前記部分のフランジに好ましくは接続され、詳細には、軸方向においてフランジにボルト締めされる。

有利な実施形態によれば、金属パイプは、半径方向ボルトによって複合中空シャフトに接続される。従って、安全な組立体を保証することができる。この部分は、シャフトがすでにその最終位置に配置されている場合、シャフトに接続することもできる。ボルトを半径方向に配置することにより、隔壁を通して組み立てることは複雑でない。

有利な実施形態によれば、半径方向ボルトは、複合中空シャフトの半径方向貫通部に差し込まれ、複合中空シャフトの外側シェル表面に作用する。このタイプの接続は、中空シャフトのさらなるインデントも目標物も要求しない。

有利な実施形態によれば、１つのスリーブがそれぞれ、半径方向貫通部の中に配置され、前記部分と係合する。これにより軸方向における正確な位置決めが可能になり、また、シャフトの軸方向の力を、スリーブを介して伝達することができる。

有利な実施形態によれば、金属パイプは少なくとも一端にフランジを有し、金属パイプは、駆動シャフトに対して軸方向に配置されたねじ付きボルトによってフランジを介して複合中空シャフトに接続され、ねじ付きボルトは、複合中空シャフトの半径方向ボアに挿入されるクロスナットボルトによってボルト締めされる。

ボアは、複合中空シャフト中に改装されず、複合中空シャフトを製造する際に、例えば積層プロセス中に適切なスペーサ（プレースホルダ（ｐｌａｃｅｈｏｌｄｅｒ））を用いて、あらかじめ設けられる貫通部としても構成可能である。

有利な実施形態によれば、ねじ付きボルトは少なくとも１つのフランジにおいて前側に配置される。力の伝達を、ねじ付きボルトから、詳細にはボルトヘッド部から、金属材料で作製された部分へ直接実行可能であり、この際、力をさらに平面的に前記部分に広げるために、ワッシャを提供することが任意選択的に可能である。

本明細書において上に記載したように、目的は船舶によっても達成され、船舶は、船体、および船体の長手軸に対して横方向に延在する少なくとも１つの隔壁と、モータ、およびモータをギヤボックス、ジェネレータまたはプロペラにトルク伝達接続するための駆動シャフトとを有し、駆動シャフトは隔壁を貫通して通され、繊維複合材料から作製された少なくとも１つの複合中空シャフトから構成され、および隔壁を貫く貫通部の領域の駆動シャフトは、不燃性材料から作製されかつ複合中空シャフトに接続される少なくとも１つの部分を有する。

船舶は、本明細書において上に記載した実施形態の特有の特徴部を有する駆動シャフトを含んでもよい。

有利な実施形態によれば、前記部分は、隔壁が延在する面に対して対称的に構成される。

有利な実施形態によれば、不燃性材料の部分の駆動シャフトは隔壁密閉部を有し、隔壁密閉部は、隔壁に対する駆動シャフトの防水式密閉を提供する。従って、船舶の個々の区画は、制御された方法で浸水させることができる。

有利な実施形態によれば、隔壁密閉部は、前記部分の外側シェル表面に置かれる。それは主に半径方向に延在する。好ましくは環状の構成である。従って、低コストの頑丈な密閉を提供することが実行可能である。

本発明を、実例を用いて以下の図面においてさらに詳細に概説する。

本発明の実例によるロックが、半径方向スチールボルトを含む接続を介して、繊維複合シャフトの両方の部分に連結されている構成を示す。 本発明の別の実例によるロックと繊維複合シャフトの２つの部分との間の接続としてＴ字形ボルト（クロスナットボルトと組み合わされた軸方向ねじ付きボルト）を用いた特定の接続を示す。 ディーゼルエンジン（右側、不図示）とジェネレータ（左側、不図示）との間に導入された、本発明の実例による繊維複合材料から作製された駆動シャフトにおけるロックの適用を示す。

図１は、薄肉スチールパイプ１およびカバー２を含む、本発明の実例による駆動シャフト１０のセクションおよび／またはロック１１および／またはパイプセクションを示し、スチールパイプ１は、半径方向ボルト５によって、（左および右に隣接する）繊維複合シャフト１０に接続されている。半径方向ボルト５はそれぞれ、シャフト１０に設けられた貫通部１０ａに差し込まれる。カバー２は、軸方向においてボルト２ａによってセクション１１に対してそれぞれ接続される。ボルト２ａは前面においてフランジ１２と係合する。半径方向ボルト５は、セクション１１の関連フランジ１２に固定される、詳細にはボルト締めされる。関連フランジ１２は環状の構造であり、内側に向かって半径方向に延在し、および関連する半径方向ボルト５のために、ポケットホールボア１３およびその中心に配置された雌ボア１３ａを有する。関連ポケットホールボア１３の中に配置されるのはスリーブ５ａであり、それにより、シャフト１０に対するセクション１１の、シャフト軸周りでの正確な角度的配置および／または軸方向位置を保証することができる。従って、スリーブ５ａは、ボルト５を損傷することなくセクション１１とシャフト１０の間で力を伝達可能であり、また、ボルト締めされた接続部が、振動またはシャフト１０に対するセクション１１のわずかな関連移動のせいで、時間の経過とともに緩むことを防止することができる。スリーブ５ａはリム５ａ．１を有し、そこで、ボルト５のヘッド部からシャフト１０に対してかけられた半径方向の力を、シャフト１０に平面的に導入することができる。スチールパイプ１は外側シェル表面１４を含み、そこに２つのインデント１４ａが形成される。シャフト１０は、これらインデントにおいてそれぞれ心合わせすることができる。インデント１４ａはフランジ１２と軸方向において重なる。互いに差し込まれるこの一体構成により、高い強度を得ることができる。

図２は、薄肉スチールパイプ１およびカバー２を含む、本発明の別の実例による駆動シャフトおよび／または繊維複合シャフトのロック１１を示し、スチールパイプ１はＴ字形ボルト接続部６、６ａによって繊維複合シャフト１０に接続されている。カバー２は、軸方向においてボルトによってセクション１１に対してそれぞれ接続される。Ｔ字形ボルト接続部６、６ａは、軸方向ボルト６および半径方向に配置された係合要素６ａ（クロスナットボルト）によってそれぞれ形成され、係合要素６ａはそれぞれ、シャフト１０に設けられた貫通部１０ａに差し込まれている。関連する係合要素６ａに形成されているのは雌ねじであり、その中に、対応する軸方向ボルト６が係合可能である。この方法において、繊維複合材料から作製されたシャフト１０にねじを形成する必要性を回避することができる。係合要素６ａは、対応する貫通部１０ａに単に差し込まれる。シャフト１０の肉厚との関連において、係合要素６ａは、相対的に大きい直径を有してもよく、その結果、軸方向ボルト６からかけられる引張力を、広い領域に、従って相対的に小さい圧縮力で、シャフト１０および／または対応するシャフト部分とセクション１１の間で伝達することができる。

セクション１１の関連フランジ１２が環状に形成され、半径方向外側に延在し、関連するボルト６の軸方向貫通ボア１３を含む。ボルト２ａが前面においてフランジ１２と係合する。スチールパイプ１は外側シェル表面１４を有し、外側シェル表面１４は繊維複合シャフト１０の外径より小さい外径を有する。さらに、シャフトをそこで心合わせすることができる２つのインデント１２ａが、フランジ１２に形成される。インデント１２ａにおいて、セクション１１はシャフト１０および／または関連するシャフトセクションに差し込まれ、それにより、少なくとも部分的にシャフト１０に一体化される。フランジ１２は半径方向においてシャフト１０と重なる。互いに当接するこの一体構成により、高い強度を得ることができ、特に、せん断力の発生なしに、高い軸方向力を伝達することができる。

図３は、隔壁３に挿入される本発明の実例によるロック１１を有する繊維複合シャフト１０を示し、ここでディーゼルエンジン（不図示）が、隔壁３の右側に位置付けられた区画に配置され、および繊維複合シャフト１０は、ディーゼルエンジンのフライホイールに取り付けられたゴム製結合部２０と接続される。繊維複合シャフト１０が隔壁３に挿入される地点において、ロック１１はシャフト１０と一体化され、従って繊維複合シャフト１０の防災性を保証する。繊維複合シャフト１０の左側に配置されているのは、ジェネレータシャフト（不図示）に接続される膜結合部３０である。

繊維複合シャフト１０は、トルクを、ディーゼルエンジンに配置される結合器（例えば膜オフセット結合器を有するゴム製結合器）から、ジェネレータシャフトに接続された結合器（例えば膜オフセット結合器）まで伝達する。繊維複合シャフト１０が隔壁３を貫く地点において、ロック１１は半径方向ボルト接続部５によってシャフトと一体化される。ロック１１の外径に配置されるのは隔壁密閉部４であり、これは、回転するシャフト１０を、ロックおよび／またはセクション１１において、隔壁３に対して防水式に密閉する。隔壁３によって分割された区画のどちらかに水が侵入する場合、隔壁密閉部４は、水が浸水区画から乾燥区画へ流出することを防止する。従って、有利な方法で、隔壁密閉部４は、ロック１１の対応する防水性外径上に延在する、および／または置かれることができる。

Claims (14)

1. 入力側から出力側にトルクを伝達するために繊維複合材料から作製された複合中空シャフトを有する入力シャフト（１０）であって、
   前記入力シャフト（１０）が、船体の船内区画を互いに分割する隔壁（３）を貫通するものであって、不燃性材料から作製された部分（１１）を有し、該不燃性材料から作製された部分（１１）は、前記隔壁（３）に位置するとともに、その両端部でそれぞれ、入力側複合中空シャフト部と出力側複合中空シャフト部に接続されていることを特徴とする入力シャフト（１０）。
2. 前記繊維複合材料が、強化繊維プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の入力シャフト。
3. 前記部分（１１）が、金属パイプ（１）によって不燃性材料から形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の入力シャフト。
4. 前記金属パイプ（１）が、片側または両側で金属カバー（２）によって閉鎖されることを特徴とする請求項３に記載の入力シャフト。
5. 前記金属パイプ（１）が、半径方向ボルト（５）によって前記複合中空シャフトに接続されることを特徴とする請求項３または４に記載の入力シャフト。
6. 前記半径方向ボルト（５）が、前記複合中空シャフトの半径方向貫通部（１０ａ）に差し込まれ、前記複合中空シャフトの外側シェル表面に作用することを特徴とする請求項５に記載の入力シャフト。
7. １つのスリーブ（５ａ）がそれぞれ、前記半径方向貫通部（１０ａ）に配置され、前記スリーブが前記部分（１１）と係合することを特徴とする請求項６に記載の入力シャフト。
8. 前記金属パイプ（１）が少なくとも一端にフランジ（１２）を有し、前記金属パイプ（１）が前記フランジ（１２）を介して、前記入力シャフト（１０）に対して軸方向に向けられたねじ付きボルト（６）を用いて前記複合中空シャフトに接続され、前記ねじ付きボルト（６）が、前記複合中空シャフトの半径方向ボアに挿入されたクロスナットボルト（６ａ）によってボルト締めされることを特徴とする請求項３または４に記載の入力シャフト。
9. 前記ねじ付きボルト（６）が、前記少なくとも１つのフランジ（１２）において前面に置かれることを特徴とする請求項８に記載の入力シャフト。
10. 船体および前記船体の長手軸に対して横方向に延在する隔壁（３）と、モータと、モータおよびギヤボックスをトルク伝達接続するための入力シャフト（１０）とを含む船舶であって、前記入力シャフト（１０）が、前記隔壁（３）を貫通して通され、繊維複合材料から作製された入力側複合中空シャフト部と出力側複合中空シャフト部を有するものである船舶において、
    前記入力シャフト（１０）が不燃性材料から作製された１つの部分（１１）を有し、前記１つの部分（１１）が、前記隔壁（３）を貫く貫通部の領域に配置され、両端部でそれぞれ、前記入力側複合中空シャフト部と前記出力側複合中空シャフト部に接続されていることを特徴とする船舶。
11. 請求項２から９のいずれか一項に記載の入力シャフト（１０）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の船舶。
12. 前記部分（１１）は、前記隔壁（３）が延在する面に関して対称的形状を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の船舶。
13. 不燃性材料から作製された前記部分（１１）において、前記入力シャフト（１０）が隔壁密閉部（４）を有し、該隔壁密閉部（４）が前記入力シャフト（１０）を前記隔壁（３）に対して防水式に密閉することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の船舶。
14. 前記隔壁密閉部（４）が前記部分（１１）の外側シェル表面に置かれ、主に半径方向に延在することを特徴とする請求項１３に記載の船舶。

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