JP6752361B2 - 二重反転プロペラ装置とこれを用いた船舶 - Google Patents

Description

本発明は、２つのプロペラ（スクリュー）を同軸に配置し、それぞれを相互に逆方向に回転させる二重反転プロペラ装置とこれを用いた船舶に関する。

舶用の二重反転プロペラ装置は、２軸駆動方式と１軸駆動方式とに大別することができる。２軸駆動方式は、前プロペラと後プロペラを同心の２軸でそれぞれ駆動する。１軸駆動方式は、前プロペラと後プロペラの間に反転機構を備え両方のプロペラを１軸で駆動する。
１軸駆動方式は、さらに、後プロペラがプロペラ軸に直結された「１軸後プロペラ駆動方式」と、前プロペラがプロペラ軸に直結された「１軸前プロペラ駆動方式」とに区分することができる。

１軸前プロペラ駆動方式の二重反転プロペラ装置は、他の駆動方式と比較して、機関室内に大型の反転機構（二重軸構造、二重反転歯車装置、スリーブ軸継手等）が不要であり、装置のシンプル化及び軽量化が図れる利点がある。
かかる１軸前プロペラ駆動方式の二重反転プロペラ装置として、例えば特許文献１〜３が提案されている。

実開昭６０−９５３９７号公報 特許第５３３０３８２号公報 特開２００４−３０６９４７号公報

上述した従来の１軸前プロペラ駆動方式の二重反転プロペラ装置は、いずれもプロペラの後方に位置するラダーホーンに反転機構を備え、反転機構を介して後プロペラに作用する外力（反転トルク）をラダーホーンに伝達し、また、反転機構の一部の荷重をラダーホーンにて支持するようになっている。
そのため、反転機構を固定するラダーホーンの反転機構固定部を強固にする必要があり、ラダーホーンが大型化し、船舶の推進性能に悪影響を及ぼす可能性があった。

また、反転機構がラダーホーンに強固に固定する必要があり、プロペラ軸と反転機構の間に芯ずれを吸収しにくい構造であり、芯ずれとチャタリングにより反転歯車装置が短期間で損傷する可能性があった。

また、ラダーホーンを大幅に変更する必要があるため、就航船の１軸系の推進システムから１軸駆動方式の二重反転プロペラ装置への換装が困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するために、創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ラダーホーンを大型化することなく、プロペラ軸、反転機構間の芯ずれを防止し、かつ反転機構を小型化できる二重反転プロペラ装置とこれを用いた船舶を提供することにある。

本発明によれば、前プロペラの後部に反転機構を備え、前プロペラを１軸のプロペラ軸で駆動する二重反転プロペラ装置であって、
前記前プロペラのボスが、前記プロペラ軸に固定され、
後プロペラのボスが、前記プロペラ軸にその軸心を中心に自由回転可能に支持され、
前記反転機構は、前記後プロペラのボス内に収容され前記プロペラ軸の回転方向を反転させて前記後プロペラを駆動する二重反転歯車装置を有し、該二重反転歯車装置は、前記プロペラ軸に前記軸心を中心に回転可能に支持され、
さらに、前記二重反転歯車装置の一部を支持し、その前記軸心まわりの反転トルクに抵抗する反転トルク固定装置を備え、
前記反転トルク固定装置は、中心部から半径方向外方に放射状に延びる複数の翼を有する制動翼であり、
前記翼は、前記後プロペラと反対の回転トルクを発生する翼形を有する、二重反転プロペラ装置が提供される。

また、本発明によれば、上記の二重反転プロペラ装置を備えた船舶が提供される。

上記本発明によれば、二重反転歯車装置が後プロペラのボス内に収容されるので、反転機構を小型化できる。

また、後プロペラと二重反転歯車装置がプロペラ軸にその軸心を中心に回転可能に支持されるので、これらに作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力をプロペラ軸で支持することができ、かつプロペラ軸、反転機構間の芯ずれを本質的に防止できる。

従って、二重反転歯車装置の一部を介して反転トルク固定装置に作用する外力は、軸心を中心とする反転トルクのみ受ける機構とすることにより、反転トルク固定装置はラジアル方向及びスラスト方向の外力を受けない。これにより、反転トルクに抵抗する反転トルク固定装置を小型化でき、ラダーホーンの大型化を防止できる。

本発明による第１実施形態の二重反転プロペラ装置を備えた船舶の説明図である。 図１の主要部拡大図である。 図２の反転機構の拡大図である。 本発明による第２実施形態の二重反転プロペラ装置を備えた船舶の説明図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による第１実施形態の二重反転プロペラ装置１００を備えた船舶１の説明図である。

この図において、１は船舶、１ａは船尾、１ｂは船底、１ｃは二重床、２ａは前プロペラ、２ｂは後プロペラ、３は船尾管、４ａ，４ｂは船尾管軸受、５はプロペラ軸、６は中間軸、７は中間軸受、８はラダーホーン、９は舵板である。
プロペラ軸５、中間軸６、及び図示しない主機出力軸は、水平方向に延びる軸心Ｚ−Ｚを中心に回転する。軸心Ｚ−Ｚは水平軸に限定されず、水平に対し傾斜した傾斜軸であってもよい。

図１において、二重反転プロペラ装置１００は、前プロペラ２ａと後プロペラ２ｂの間に反転機構１０を備え、前プロペラ２ａを１軸のプロペラ軸５で駆動する１軸前プロペラ駆動方式の装置である。

図１において、前プロペラ２ａのボス（以下、「前プロペラボス１１」）が、プロペラ軸５の末端部に固定され、一体的に回転するようになっている。
前プロペラ２ａは、この例ではキーレス方式にてプロペラ軸５に取り付けられる。前プロペラ２ａより前側の軸系は、上述したように二重反転プロペラを備えない従来船と同様である。すなわち、前プロペラ２ａは、主機により駆動され中間軸受７で支持された中間軸６と、その後側の船尾管軸受４ａ，４ｂで支持されたプロペラ軸５により駆動される。
船尾管軸受４ａ，４ｂは、船尾管内を循環する潤滑油により潤滑され、潤滑油は船尾管シール装置４ｃ，４ｄにより液密にシールされている。

図２は、図１の主要部拡大図である。

この図において、後プロペラ軸１４が、プロペラ軸５の後部端に後プロペラ取付ボルト（図示せず）により同軸に固定されている。なおプロペラ軸５と後プロペラ軸１４を一体軸としてもよい。

図３は、図２の反転機構１０の拡大図である。
後プロペラ２ｂのボス（以下、「後プロペラボス１２」）は、後プロペラ軸１４を介してプロペラ軸５にその軸心Ｚ−Ｚを中心に自由回転可能に支持されている。

この例で、後プロペラ２ｂは、前後の軸受２１ａ，２１ｂにより後プロペラ軸１４に自由回転可能に支持されている。
前側の軸受２１ａは、例えばスラストコロ軸受であり前進時のスラストを後プロペラ軸１４を介してプロペラ軸５に伝達する。また、後側の軸受２１ｂは、例えば自動調心コロ軸受であり、後プロペラ２ｂに作用するラジアル荷重と後進時のスラスト荷重を、後プロペラ軸１４を介してプロペラ軸５に伝達する。

上述した構成により、後プロペラ２ｂに作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力は後プロペラ軸１４を介してプロペラ軸５により支持される。

図３において、反転機構１０は、二重反転歯車装置２０、及び反転トルク固定装置４０を有する。

二重反転歯車装置２０は、後プロペラ２ｂのボス（後プロペラボス１２）の内部（以下、「ボス内」）に収容され、プロペラ軸５（すなわち後プロペラ軸１４）の回転方向に対して反転させて後プロペラ２ｂを駆動する。
反転トルク固定装置４０は、二重反転歯車装置２０の一部（後述するキャリヤ３０）を支持し、回転しない状態でその軸心Ｚ−Ｚまわりの反転トルクに抵抗し、かつその振動を減衰させる。なお、「反転トルク」とは、キャリヤ３０に作用するプロペラ軸５と反対方向の回転トルクを意味する。

この例で、二重反転歯車装置２０は、遊星歯車装置であり、単一の太陽歯車２２、複数の遊星歯車２４、単一のリング歯車２６、及びキャリヤ３０を有する。

太陽歯車２２は、メンテナンスを考慮して後プロペラ軸１４にアダプタースリーブ２２ａを介して固定され、軸心Ｚ−Ｚを中心にプロペラ軸５と同一速度で同一方向に回転する。

複数の遊星歯車２４は、単一のキャリヤ３０にそれぞれの軸心を中心に回転可能に支持される。

上述した構成により、太陽歯車２２に作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力は後プロペラ軸１４を介してプロペラ軸５により支持される。

この例で、キャリヤ３０は、複数の遊星歯車２４の回転軸２４ａ（以下、「遊星回転軸２４ａ」）をプロペラ軸５の軸心Ｚ−Ｚを中心に回転不能に支持する。
またキャリヤ３０は、軸受３２を介してプロペラ軸５に軸心Ｚ−Ｚを中心に回転可能に支持されている。軸受３２は、好ましくは滑り軸受であるが、その他の軸受であってもよい。
またキャリヤ３０は、軸受３３と太陽歯車２２により軸心Ｚ−Ｚ方向に位置決めされている。軸受３３は、好ましくは滑り軸受であるが、その他の軸受であってもよい。

上述した構成により、キャリヤ３０に作用するラジアル方向の外力は後プロペラ軸１４を介して、スラスト方向の外力は太陽歯車２２及び後プロペラ軸１４を介して、プロペラ軸５により支持される。

リング歯車２６は、後プロペラ２ｂのボス内に固定される。この例では、遊星歯車２４とリング歯車２６の間にインターナルギヤ２７が設けられ、遊星歯車２４にて反転された駆動力が、インターナルギヤ２７を介してリング歯車２６に伝えられ、後プロペラ２ｂをプロペラ軸５と反対方向に駆動する。
インターナルギヤ２７を備えることにより、軸方向の変位を吸収することができる。なお、インターナルギヤ２７は必須ではなく、これを省略してもよい。

上述した構成により、二重反転歯車装置２０が後プロペラ２ｂのボス内に収容され、かつ前プロペラ２ａよりも後プロペラ２ｂの回転速度が小さくなり、キャリヤ３０に作用する駆動トルク（反転トルク）が小さくなるため反転機構１０のコンパクト化が図れる。
なお、前プロペラ２ａと後プロペラ２ｂの速度比は、任意に設定することができる。

また、本発明の二重反転歯車装置２０は、遊星歯車装置に限定されず、その他の歯車装置、例えば、かさ歯歯車を用いた二重反転歯車装置であってもよい。また、二重反転歯車装置２０の代りに、油圧モータを用いた反転機構を用いてもよい。

図３において、１６は前部シール装置、１７は後部シール装置である。前部シール装置１６は、後プロペラ軸１４と外部との間を液密にシールする。後部シール装置１７は、キャリヤ３０と外部との間を液密にシールする。
また、この例でキャリヤ３０の中空穴の端面（図で左端）は、反転トルク固定装置４０により液密に閉鎖されている。

上述した構成により、二重反転歯車装置２０（遊星歯車装置）を構成する太陽歯車２２、遊星歯車２４、及びリング歯車２６は、前部シール装置１６、後部シール装置１７、及び反転トルク固定装置４０により液密に閉じられた単一のボス内空間に位置する。

また図３において、１８ａ，１８ｂはロープガード、１９は一部弾性構造を有する水密構造の反転トルク固定装置カバーである。ロープガード１８ａ，１８ｂは、その内側にロープなどが巻き付くのを防止する。反転トルク固定装置カバー１９は、異物からダンパー装置４４（後述する）を保護する。

図３において、二重反転歯車装置２０は、プロペラ軸５で駆動される循環ポンプ３５を備える。
この例で、二重反転歯車装置２０は、後プロペラ軸１４の後部端に同軸に固定された歯車３４、歯車３４で駆動される循環ポンプ３５、オイルフィルター３６ａ、及び潤滑油タンク３６ｂを備える。

この構成により、潤滑油を後プロペラ２ｂのボス内に溜め、歯車３４の駆動力を利用し循環ポンプ３５とオイルフィルター３６ａを介して、単一のボス内空間に潤滑油を供給する単独方式の潤滑油システムを形成することができる。
これにより、機関室側への複雑な配管を無くしたシンプルな潤滑油システムとなる。

上述した第１実施形態の構成により、太陽歯車２２は、プロペラ軸５にアダプタースリーブ２２ａを介して固定され、太陽歯車２２に作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力はプロペラ軸５で支持される。
また、後プロペラ２ｂは、軸受２１ａ，２１ｂにより後プロペラ軸１４に自由回転可能に支持され、後プロペラ２ｂに作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力はプロペラ軸５で支持される。
さらに、キャリヤ３０は、軸受３２を介してプロペラ軸５に軸心Ｚ−Ｚを中心に回転可能に支持され、キャリヤ３０に作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力はプロペラ軸５で支持される。

従って、後プロペラ２ｂ及び二重反転歯車装置２０に作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力をプロペラ軸５で支持することができ、かつプロペラ軸５と反転機構１０の間の芯ずれを本質的に防止できる。

また、キャリヤ３０を介して回転しない状態で反転トルク固定装置４０に作用する外力は、軸心Ｚ−Ｚを中心とする反転トルクのみであり、反転トルク固定装置４０はラジアル方向及びスラスト方向の外力を受けない。これにより、反転トルクに抵抗する反転トルク固定装置４０を小型化でき、ラダーホーン８の大型化を防止できる。

図２において、反転トルク固定装置４０は、船尾側のラダーホーン８に固定されたストラット４２の前面に固定されたダンパー装置４４である。

ストラット４２は、上端部がラダーホーン８に着脱可能に取り付けられ、下方に延びる部材である。また、ストラット４２のダンパー装置４４を取り付ける部分は、ラダーバルブの前半部分４２ａを構成し、舵板９に設けたラダーバルブの後半部分９ｂと併せてラダーバルブを形成することが好ましい。

ダンパー装置４４は回転せずに固定され、この例では、前後のフランジ４４ａ，４４ｂの間に弾性部材４４ｃ（例えばゴム材）が固定された弾性継手である。ダンパー装置４４は、キャリヤ３０の反転トルクに抵抗してその回転を停止させ、かつ弾性部材４４ｃの弾性により芯ずれを吸収し、捩り振動による二重反転歯車装置２０のチャタリングを防止する。

なお、ダンパー装置４４はこの例に限定されず、芯ずれを吸収しチャタリングを防止するその他のダンパー装置（例えば板ばね式ダンパー）でもよい。
また、二重反転歯車装置２０のチャタリングの影響が無視しえる場合（例えば主機の捩り振動が小さかったり、主機に代えて電動機にてプロペラ軸５を駆動する場合）には、ダンパー装置４４に代えて、回転方向のみを拘束する機能をもつ装置（例えばギアカップリング）でもよい。

図４は、本発明による第２実施形態の二重反転プロペラ装置１００を備えた船舶１の説明図である。
この図において、反転トルク固定装置４０は、キャリヤ３０に固定され、中心部（そのボス）から半径方向外方に放射状に延びる複数の翼４６ａを有する制動翼４６である。
翼４６ａは、後プロペラ２ｂと反対の回転トルクを発生する翼形を有する。

また、この例で、二重反転プロペラ装置１００は、制動翼４６のボス内に設けられた角度調整装置４８を備える。角度調整装置４８は、翼４６ａの迎角を自動調整する事により、低速域での後プロペラ２ｂとの連れ回りを防止できる装置である。

角度調整装置４８は、低速時等で制動翼４６のまわりの流れが弱い時に、後プロペラ２ｂとのバランスがとれる方向に付勢する付勢装置（例えばバネ）を有する。

この例において、制動翼４６は、第１実施形態と相違しラダーホーン８に連結されていない。
従ってこの構成により、第１実施形態におけるストラット４２及びダンパー装置４４を無くすことができ、これらによる流体抵抗を低減することができ、更に高効率化が図れる。

また、翼４６ａがプロペラ軸５と反対の回転方向に揚力を発生するので、この揚力により、キャリヤ３０に作用する反転トルクに抵抗し、キャリヤ３０の回転を停止させ、或はキャリヤ３０をプロペラ軸５と反対の回転方向に回転させることができる。

この構成により、キャリヤ３０をプロペラ軸５と反対の回転方向に回転させることで、前プロペラ２ａと後プロペラ２ｂの速度差を小さくすることができる。

さらに、この例では、第１実施形態における循環ポンプ３５、オイルフィルター３６ａ、及び潤滑油タンク３６ｂを省略し、潤滑油を後プロペラ２ｂのボス内に溜め、後プロペラ２ｂの回転（公転）によりその内部で潤滑油を循環するようになっている。

この構成により、単独方式の潤滑油システムをさらに簡略化することができる。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述した本発明の実施形態によれば、二重反転歯車装置２０が後プロペラ２ｂのボス内に収容されるので、反転機構１０を小型化できる。

また、後プロペラ２ｂと二重反転歯車装置２０がプロペラ軸５にその軸心Ｚ−Ｚを中心に回転可能に支持されるので、これらに作用するラジアル方向及びスラスト方向の外力をプロペラ軸５で支持することができ、かつプロペラ軸５と反転機構１０の間の芯ずれを本質的に防止できる。
後部シール装置１７のライナーを、キャリヤ３０に固定するための二つ割れ型のクランプリング４９を設ける。
更に制動翼４６の後部に、キャップ５０を設けて制動翼４６のボス後部の水流を改善することにより抵抗を低減する。

従って、二重反転歯車装置２０の一部（キャリヤ３０）を介して反転トルク固定装置４０に作用する外力は、軸心Ｚ−Ｚを中心とする反転トルクのみであり、反転トルク固定装置４０はラジアル方向及びスラスト方向の外力を受けない。これにより、反転トルクに抵抗する反転トルク固定装置４０を小型化でき、ラダーホーン８の大型化を防止できる。

また、反転トルク固定装置４０が二重反転歯車装置２０（キャリヤ３０）の振動を減衰させるので、二重反転歯車装置２０のチャタリングを防止することができる。

さらに、本発明は、以下の付随する効果を有する。
（１）単一のボス内空間に潤滑油を供給する単独方式の潤滑油システムを形成するので、機関室側への複雑な配管を無くすことができる。
（２）舵板９にもラダーバルブの後半部分９ｂを設け、ストラット４２に設けられたラダーバルブの前半部分４２ａと併せてラダーバルブを形成することができる。
（３）就航船の１軸系の推進システムに対して機関室側は変更する必要がなく、プロペラ軸５から船尾側を改造することにより、推進効率の良い二重反転プロペラ装置１００に換装が可能となる。

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ｚ−Ｚ 軸心、１ 船舶、１ａ 船尾、１ｂ 船底、１ｃ 船内床、２ａ 前プロペラ、２ｂ 後プロペラ、３ 船尾管、４ａ，４ｂ 船尾管軸受、４ｃ，４ｄ 船尾管シール装置、５ プロペラ軸、６ 中間軸、７ 中間軸受、８ ラダーホーン、９ 舵板、９ｂ ラダーバルブの後半部分、１０ 反転機構、１１ 前プロペラボス、１２ 後プロペラボス、１４ 後プロペラ軸、１６ 前部シール装置、１７ 後部シール装置、１８ａ，１８ｂ ロープガード、１９ 反転トルク固定装置カバー、２０ 二重反転歯車装置、２１ａ，２１ｂ 軸受、２２ 太陽歯車、２２ａ アダプタースリーブ、２４ 遊星歯車、２４ａ 回転軸（遊星回転軸）、２６ リング歯車、２７ インターナルギヤ、３０ キャリヤ、３２ 滑り軸受、３３ 滑り軸受、３４ 歯車、３５ 循環ポンプ、３６ａ オイルフィルター、３６ｂ 潤滑油タンク、４０ 反転トルク固定装置、４２ ストラット、４２ａ ラダーバルブの前半部分４４ ダンパー装置、４４ａ，４４ｂ フランジ、４４ｃ
弾性部材、４６ 制動翼、４６ａ 翼、４８ 角度調整装置、４９ クランプリング、５０ キャップ、１００ 二重反転プロペラ装置

Claims (5)

1. 前プロペラの後部に反転機構を備え、前プロペラを１軸のプロペラ軸で駆動する二重反転プロペラ装置であって、
   前記前プロペラのボスが、前記プロペラ軸に固定され、
   後プロペラのボスが、前記プロペラ軸にその軸心を中心に自由回転可能に支持され、
   前記反転機構は、前記後プロペラのボス内に収容され前記プロペラ軸の回転方向を反転させて前記後プロペラを駆動する二重反転歯車装置を有し、該二重反転歯車装置は、前記プロペラ軸に前記軸心を中心に回転可能に支持され、
   さらに、前記二重反転歯車装置の一部を支持し、その前記軸心まわりの反転トルクに抵抗する反転トルク固定装置を備え、
   前記反転トルク固定装置は、中心部から半径方向外方に放射状に延びる複数の翼を有する制動翼であり、
   前記翼は、前記後プロペラと反対の回転トルクを発生する翼形を有する、二重反転プロペラ装置。
2. 前記二重反転歯車装置は、遊星歯車装置であり、単一の太陽歯車、複数の遊星歯車、単一のキャリヤ及び単一のリング歯車を有し、
   前記太陽歯車は、前記プロペラ軸に固定され、
   前記リング歯車は、前記後プロペラの前記ボス内に固定され、
   複数の前記遊星歯車は、単一の前記キャリヤにそれぞれの軸心を中心に回転可能に支持され、
   前記キャリヤは、前記プロペラ軸にその軸心を中心に回転可能に支持される、請求項１に記載の二重反転プロペラ装置。
3. 前記制動翼のボス内に設けられ、前記翼の迎角を自動調整する角度調整装置を備える、請求項１に記載の二重反転プロペラ装置。
4. 前記プロペラ軸で駆動される循環ポンプを備える、請求項１に記載の二重反転プロペラ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載した二重反転プロペラ装置を備えた船舶。
   

Images