KR20150065798A

KR20150065798A - 조타기

Info

Publication number: KR20150065798A
Application number: KR1020157011279A
Authority: KR
Inventors: 겐스케 니시우라; 슈지 도바시
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-06-15
Also published as: KR101757567B1; CN104853987B; CN104853987A; WO2014104142A1; JP5826164B2; JP2014129068A

Abstract

타축의 동적인 거동에 의한 손상을 방지하는 것이 가능한 조타기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 조타기(100)는, 타축(1)과, 구동원(6a)과, 구동원(6a)의 구동력을 타축(1)으로 전달하는 기어기구를 구비하고, 타축(1)은, 축선방향에 대하여 수직방향 또는 사선방향으로 이동 가능한 클러치기구(40)를 가진다.

Description

조타기{STEERING DEVICE}

본 발명은, 조타기에 관한 것이다.

선박의 타를 작동시키는 조타기는, 유압식의 것이 있지만, 유압식 조타기는, 전력을 유압으로 변환하기 때문에, 에너지 효율이 악화되거나, 작동유가 외부에 누출되어 해양 오염을 일으킬 가능성이 있다.

따라서, 예를 들면 특허문헌 1과 같이, 타축에 고정된 선회링을, 피니언을 통하여 전동기에 의하여 직접 회전시키는 기술이 제안되고 있다. 이로써, 유압을 사용하지 않고 타를 작동시킬 수 있어, 오일에 의한 해양 오염을 방지할 수 있다.

일본 공개특허공보 2007-8189호

그러나, 기어(피니언)를 이용하여 전동기의 구동력을 타축으로 전달하는 기어 식의 조타기에서는, 타축으로부터 과대한 동적하중이 입력되면, 기어기구에 손상이 발생할 우려가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 타축의 동적인 거동에 의한 손상을 방지하는 것이 가능한 조타기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 관한 조타기는, 타축과, 전동기와, 상기 전동기의 구동력을 상기 타축으로 전달하는 기어기구를 구비하고, 상기 타축은, 축선방향에 대하여 수직방향 또는 사선방향으로 이동 가능한 클러치기구를 가진다.

이 구성에 의하면, 타축에 필요 이상의 하중이 입력되었을 때, 클러치기구가 슬라이드되기 때문에, 타축으로부터 기어기구에 대한 힘의 전달을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 타축의 동적인 거동에 의한 기어기구의 손상을 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 관한 조타기는, 타축과, 전동기와, 상기 전동기의 구동력을 상기 타축으로 전달하는 기어기구와, 상기 타축 둘레에 설치되어, 상기 타축의 축선 둘레의 회전을 완충시키는 댐퍼를 구비한다.

이 구성에 의하면, 댐퍼가 타축의 축선 둘레의 회전을 완충시키기 때문에, 타축의 급격한 회전방향의 변화에 의하여 기어기구에 입력되는 동적하중의 영향을 완화시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 타축의 동적인 거동에 의한 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 조타기를 나타내는 부분 종단면도이다.
도 2는 도 1을 A-A선으로 절단한 횡단면도이다.
도 3은 도 1을 B-B선으로 절단한 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 조타기를 나타내는 부분 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 조타기의 댐퍼의 제1 실시예를 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 조타기의 댐퍼의 제2 실시예를 나타내는 횡단면도이다.

[제1 실시형태]

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 조타기(100)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 관한 조타기(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 선박의 타(도시하지 않음)를, 타에 연결된 타축(1)을 통하여 구동하는 장치이다. 조타기(100)는, 타축(1)과, 타축기어(2)와, 고정축(3)과, 고정축기어(4)와, 캐리어(5)와, 구동장치(6)를 구비한다. 또, 본 실시형태에 관한 선박은, 내연기관(도시하지 않음)에 의하여 구동되는 스크루에 의하여 추진력을 얻어 추진되는 것이다. 그리고, 본 실시형태에 관한 선박에는, 조타기(100)가 선체에 고정되어 있어, 조타기(100)에 의하여 타를 조작함으로써, 선박의 진행방향을 임의로 제어할 수 있다.

타축(1)은, 연직방향의 중심축(C)을 따라 배치되는 원통 형상의 부재이며, 하단부에는 타가 연결되어 있다. 또, 타축(1)의 상단부에는 타축기어(2)(대기어)가 고정되어 있다. 타축기어(2)는, 예를 들면, 볼트 등에 의하여 타축(1)과 체결되어 있어, 타축기어(2)가 회전하면 타축기어(2)에 고정된 타축(1)도 회전한다. 따라서, 타축기어(2)가 회전함으로써, 타축(1)에 연결된 타가 중심축(C)을 중심으로 회전한다. 타축(1)에는, 타축(1)의 직경보다 직경이 큰 플랜지부(1a)가 마련되어 있으며, 타축(1)과 일체가 되어 회전한다.

타축(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 축 상에 클러치기구(40)가 마련된다. 클러치기구(40)는, 타축(1)의 축선방향에 대하여 수직방향 또는 사선방향으로 이동 가능하다. 클러치기구(40)는, 예를 들면 디스크 클러치이지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다.

이로써, 타축(1)에 필요 이상의 하중이 입력되었을 때, 클러치기구(40)가 슬라이드되기 때문에, 타축(1)으로부터 기어기구에 대한 힘의 전달을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 타축(1)의 동적인 거동에 의한 기어기구의 손상을 방지할 수 있다.

이하, 도 1~도 3을 참조하여, 조타기(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

타축지지기구(18)는, 타베어링(15)과, 지지축(16)과, 좌대(17)를 구비한다.

지지축(16)은, 타축(1)과 동일 축선을 가지고 마련되는 통 형상의 부재이며, 하단부는 선체측인 좌대(17)에 대하여 볼트 등의 체결 부재에 의하여 고정되어 있다. 또, 지지축(16)의 상면과 플랜지부(1a)의 하면의 사이에는, 타축(1)의 축방향의 하중을 지지하는 타베어링(15)이 배치되어 있다. 타베어링(15)은, 지지축(16)의 상면의 외주 단부에 고정되어 있으며, 플랜지부(1a)의 하면과 접하고 있다. 타축(1)의 하중은, 타베어링(15)을 통하여 선체측의 좌대에 고정된 지지축(16)으로 전달된다.

고정축(3)은, 타축(1)과 동일 축선을 가지고 마련되는 통 형상의 부재이며, 하단부는, 선체측인 좌대(7)에 대하여 볼트 등의 체결 부재에 의하여 고정되어 있다. 또, 고정축(3)의 상단부에는, 고정축기어(4)가 볼트 등의 체결 부재에 의하여 고정되어 있다. 고정축(3)의 내주의 직경은, 타축(1)의 외주의 직경보다 크다.

고정축(3)의 외면에는, 캐리어(5)의 하중을 지지하는 캐리어 베어링(8)의 내륜 내면이, 압입 상태로 끼워 맞춰져 있다. 또, 고정축(3)의 외면에는, 환형 부재(9)의 내면이 압입 상태로 끼워 맞춰져 있으며, 환형 부재(9)는 캐리어 베어링(8)의 하방에 배치되어 있다. 환형 부재(9)의 하단은 좌대(7)에 의하여 지지되어 있고, 환형 부재(9)의 상단은 캐리어 베어링(8)의 내륜 하면과 접하고 있다.

캐리어 베어링(8)의 외륜 외면은, 캐리어(5)에 마련된 단부(段部)(5a)에 압입 상태로 끼워 맞춰져 있다. 캐리어 베어링(8)은, 구름 베어링이며, 상기 서술한 바와 같이, 내륜 내면이 고정축(3)의 외면에 압입 상태로 끼워 맞춰져 있다. 따라서, 캐리어(5)는, 고정축(3)의 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다.

캐리어 베어링(8)의 외륜 상면에는, 단부(5a)를 통하여 캐리어(5)의 하중이 가해지고 있다. 캐리어 베어링(8)의 외륜 상면에 가해진 캐리어(5)의 하중은, 캐리어 베어링(8)의 내륜 하면을 통하여 환형 부재(9)로 전달된다. 이와 같이, 캐리어 베어링(8)은, 캐리어(5)의 하중을 지지함과 함께, 캐리어(5)를 고정축(3)의 둘레로 회전 가능하게 설치한다는 기능을 구비한다.

캐리어(5)는, 중심축(C)방향의 단면 형상이 원형인 부재이며, 고정축(3)의 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 캐리어(5)는, 단부(5a)의 반경방향 바깥쪽인 외주면에, 캐리어기어(5b)가 마련되어 있다. 캐리어기어(5b)는, 캐리어(5)의 외주면을 가공함으로써 마련된 것이다.

캐리어기어(5b)에는 구동원(6a)에 구동축(6b)을 통하여 연결되어 있는 구동기어(6c)가 맞물려 있다. 구동원(6a)은, 전동모터와 감속기에 의하여 구성되며, 구동축(6b)을 통하여 구동기어(6c)를 회전시킨다. 구동기어(6c)는, 캐리어기어(5b)에 구동력을 전달하여 캐리어(5)를 고정축(3)의 둘레로 회전시킨다. 구동원(6a)은, 구동기어(6c)를 구동하여 캐리어기어(5b)에 구동력을 전달한다. 구동원(6a)은, 고정축(3)이 설치되는 좌대(7)에 설치되어 있다.

캐리어(5)는, 4개의 유성축(30a, 30b, 30c(도시하지 않음), 30d(도시하지 않음))을 가진다. 도 1은 조타기(100)의 부분 종단면도이기 때문에, 유성축(30a)과 유성축(30b)이 나타나 있다. 유성축(30a)은, 상단과 하단이 각각 캐리어(5)에 고정되어 있는 축 형상 부재이다. 유성축(30a)에는, 내륜이 압입 상태로 끼워 맞춰진 2개의 구름 베어링(도시하지 않음)이 설치되어 있으며, 유성기어(10a) 및 유성기어(20a)가 2개의 구름 베어링의 외륜에 압입 상태로 끼워 맞춰져 있다. 이와 같이 하여, 유성축(30a)이, 고정축기어(4)와 맞물리는 유성기어(10a)(제1 유성기어)와, 타축기어(2)와 맞물리는 유성기어(20a)(제2 유성기어)를 회전 가능하게 지지하고 있다.

마찬가지로, 유성축(30b)은, 유성기어(10b)와 유성기어(20b)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 마찬가지로, 유성축(30c)은, 유성기어(10c)(도시하지 않음)와 유성기어(20c)(도시하지 않음)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 마찬가지로, 유성축(30d)은, 유성기어(10d)(도시하지 않음)와 유성기어(20d)(도시하지 않음)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 유성기어(10a~10d)(제1 유성기어)는 고정축기어(4)와 맞물려 있고, 유성기어(20a~20d)는 타축기어(2)와 맞물려 있다.

도 2는, 도 1에 나타나는 조타기(100)의 A-A 화살표방향에서 본 횡단면도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 유성기어(20a~20d)는, 타축기어(2)의 원주방향의 4개소에, 각각 90°씩의 간격을 두고, 타축기어(2)와 맞물리도록 배치되어 있다. 유성기어(20)는, 캐리어(5)가 고정축(3)의 둘레를 회전함에 따라, 각각 90°씩의 간격을 유지한 채로 고정축(3)에 대하여 회전한다.

도 3은, 도 1에 나타나는 조타기(100)의 B-B 화살표방향에서 본 횡단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 유성기어(10a~10d)는, 고정축기어(4)의 원주방향의 4개소에, 각각 90°씩의 간격을 두고, 고정축기어(4)와 맞물리도록 배치되어 있다. 유성기어(10)(유성기어(10a~10d)의 총칭)는, 캐리어(5)가 고정축(3)의 둘레를 회전함에 따라, 각각 90°씩의 간격을 유지한 채로 고정축(3)에 대하여 회전한다.

여기에서, 본 실시형태에 있어서 구동기어(6c)로부터 타축기어(2)로 전달되는 구동력의 속도비(감속비)에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 고정축기어(4)가 유성기어(10)에 맞물리는 경우의, 고정축기어(4)의 모듈과 유성기어(10)의 모듈이 동일한 것으로 한다. 또, 타축기어(2)가 유성기어(20)에 맞물리는 경우의, 타축기어(2)의 모듈과 유성기어(20)의 모듈이 동일한 것으로 한다. 여기에서, 모듈이란, 피치원 직경을 치수(齒數)로 나눈 값을 말한다.

본 실시형태에 관한 조타기(100)는, 이하의 조건식을 충족하고 있다.

i0=(Zb·Zd)/(Za·Zc) (1)

i1=(1-i0)/i0 (2)

i2=Zf/Ze (3)

i3=i1·i2 (4)

Za+Zb=Zc+Zd (5)

Za≠Zd (6)

Zb≠Zc (7)

여기에서, Za: 고정축기어(4)의 치수, Zb: 유성기어(10)의 치수, Zc: 유성기어(20)의 치수, Zd: 타축기어(2)의 치수, Ze: 구동기어(6c)의 치수, Zf: 캐리어기어(5b)의 치수, i1: 캐리어(5)와 타축(1)의 속도비(감속비), i2: 구동기어(6c)와 캐리어(5)의 속도비(감속비), i3: 구동기어(6c)와 타축(1)의 속도비(감속비)이다.

이상의 조건식으로부터 명확한 바와 같이, 구동기어(6c)와 타축(1)의 감속비는, 고정축기어(4)의 치수 Za, 유성기어(10)의 치수 Zb, 유성기어(20)의 치수 Zc, 타축기어(2)의 치수 Zd, 구동기어(6c)의 치수 Ze, 캐리어기어(5b)의 치수 Zf에 의하여 정해진다.

다만, 유성기어(10)의 치수는, 각각 동일하며, Zb는 그 동일한 치수를 말한다. 또, 유성기어(20)의 치수는, 각각 동일하며, Zc는 그 동일한 치수를 말한다.

조건식 (5)는, 타축(1)과 고정축(3)이 동일 축선을 가지고 마련되어, 유성기어(10)와 유성기어(20)가 유성축(30)(유성축(30a~30d)의 총칭)에 지지되는 것을 가능하게 하는 조건이다. 이와 같은 조건을 충족하도록 함으로써, 타축(1)과 유성축(30)의 축간 거리와, 고정축(3)과 유성축(30)의 축간 거리를 동일하게 할 수 있다.

조건식 (6) 및 (7)은, 캐리어(5)가 고정축(3) 둘레로 회전함에 따라 고정축(3)에 대하여 타축(1)을 상대적으로 회전시키기 위한 조건이다. 조건식 (6) 및 (7)이 모두 충족되지 않는 경우, 고정축기어(4)의 치수 Za와 타축기어(2)의 치수 Zd가 동일하고, 또한, 유성기어(10)의 치수 Zb와 유성기어(20)의 치수 Zc가 동일해진다. 이 경우, 유성기어(20)는 타축기어(2)의 둘레를 둘레방향으로 회전하지만, 타축기어(2)는 고정축기어(4)에 대하여 상대적으로 회전하지 않고 정지한 상태가 된다. 조건식 (6) 및 (7)을 충족하도록 함으로써, 캐리어(5)가 고정축(3) 둘레로 회전함에 따라 고정축(3)에 대하여 타축(1)을 상대적으로 회전시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시형태에 관한 조타기(100)에 의하면, 구동원(6a)에 의한 구동력이 구동기어(6c)로부터 캐리어기어(5b)로 전달되며, 캐리어(5)가 가지는 복수의 유성축(30)에 의하여 지지되는 유성기어(20)로부터 타축기어(2)로 구동력이 더욱 전달된다. 이와 같이 구동원(6a)의 구동력을 2단계로 타축(1)으로 전달하는 구성으로 함으로써, 각 기어가 소형화된다. 그 결과, 조타기(100)가 소형화된다. 또, 유성기어(20)가 맞물리는 타축기어(2)의 맞물림 피치원 직경 2r1과 유성기어(10)가 맞물리는 고정축기어(4)의 맞물림 피치원 직경 2r3이 상이하므로, 캐리어(5)가 고정축(3) 둘레로 회전함에 따라 고정축(3)에 대하여 타축(1)이 상대적으로 회전한다. 이와 같이, 구동원(6a)이 2단계의 기어를 통하여 타축(1)으로 구동력을 전달함과 함께, 타축(1)이 고정축(3)에 대하여 상대적으로 회전하므로, 높은 감속비로 타를 구동하는 조타기(100)를 제공할 수 있다.

또, 본 실시형태의 조타기(100)에 있어서는, 타축기어(2), 고정축기어(4), 유성기어(10), 및 유성기어(20)의 모듈이 동일하고, 고정축기어(4)와 유성기어(10)의 치수의 합계가, 타축기어(2)와 유성기어(20)의 치수의 합계와 동일하다. 이와 같이 함으로써, 모듈이 동일한 기어를 이용할 때에, 유성기어(10)와 유성기어(20)를 동일한 유성축(30)에 의하여 적절히 지지할 수 있다.

또, 본 실시형태의 조타기(100)는, 타축기어(2)와 고정축기어(4)의 사이에 배치되어, 타축(1)의 축방향의 하중을 지지하는 베어링 패드(40)를 구비한다. 이와 같이 함으로써, 타축(1)의 축방향의 하중이 적절히 지지됨과 함께, 타축(1)의 축방향의 하중을 다른 구조에 의하여 지지하는 경우에 비하여, 조타기(100)를 소형화할 수 있다.

또, 본 실시형태의 조타기(100)는, 고정축(3)이 설치되는 좌대(7)에 구동원(6a)이 설치되어 있다. 이와 같이 함으로써, 고정축(3)이 설치되는 좌대(7)에 구동원(6a)을 설치하여, 구동원(6a)의 구동력을 적절히 캐리어(5)에 전달할 수 있다.

[제2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 대하여, 도 4~도 6을 이용하여 설명한다.

본 실시형태는, 제1 실시형태와 비교하여, 타축(1)에 클러치기구(40)가 마련되는 것이 아니라, 타축(1) 둘레에 댐퍼(50)가 마련되는 점에서 상이하다. 그 이외의 조타기(100)의 구성은 동일하기 때문에, 중복되는 설명은 생략한다.

댐퍼(50)는, 도 4 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 타축(1)과 선체(60)에 연결된 기계적 기구를 가지는 댐퍼장치이다. 댐퍼장치는, 통상 알려져 있는 장치를 적용할 수 있다. 타축(1)과 선체(60)와의 사이에 댐퍼(50)가 마련됨으로써, 댐퍼(50)가 타축(1)의 축선 둘레의 회전을 완충시킨다. 따라서, 타축(1)의 급격한 회전방향의 변화에 의하여 기어기구에 입력되는 동적하중의 영향을 완화시킬 수 있다.

또, 댐퍼(50)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 타축(1)과 선체(60)와의 사이에 오일(51)을 가득 채움으로써 실현되어도 된다. 오일(51)에 의하여, 타축(1)의 회전 시에 점성 저항을 얻을 수 있다. 타축(1)의 축방향의 적어도 일부에 있어서, 타축(1)이 오일(51)에 의하여 점성 저항을 받도록 해 두면 된다. 이 경우에도, 타축(1)과 선체(60)와의 사이에 오일(51)에 의한 댐퍼(50)가 마련됨으로써, 댐퍼(50)가 타축(1)의 축선 둘레의 회전을 완충시킨다. 따라서, 타축(1)의 급격한 회전방향의 변화에 의하여 기어기구에 입력되는 동적하중의 영향을 완화시킬 수 있다. 그리고, 타축(1)의 동적인 거동에 의한 조타기(100)의 손상을 방지하는 것이 가능해진다.

다만, 상기 서술한 제1 및 제2 실시형태에서는, 구동원(6a)의 구동력을 2단계로 타축(1)으로 전달하는 구성에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이 예에 한정되지 않는다. 구동원의 구동력을 1단계로 타축으로 전달하는 구성인 경우에도, 타축기어와 맞물리는 유성기어에 있어서, 상기 서술한 제1 기어와 제2 기어를 가지도록 해도 된다.

또, 유성기어기구에 대해서도, 상기 서술한 예에 한정되지 않고, 다른 구성을 가지는 유성기어기구여도 되며, 이 때, 타축기어와 맞물리는 유성기어에 있어서, 상기 서술한 제1 기어와 제2 기어를 가지도록 해도 된다.

1 타축
1a 플랜지부
2 타축기어
3 고정축
4 고정축기어
5 캐리어
5b 캐리어기어
6 구동장치
6a 구동원
6b 구동축
6c 구동기어
7 좌대
10a, 10b, 10c, 10d 유성기어
15 타베어링
16 지지축
17 좌대
18 타축지지기구
20a, 20b, 20c, 20d 유성기어
30a, 30b, 30c, 30d 유성축
40 클러치기구
50 댐퍼
100 조타기

Claims

타축과,
전동기와,
상기 전동기의 구동력을 상기 타축으로 전달하는 기어기구를 구비하고,
상기 타축은, 축선방향에 대하여 수직방향 또는 사선방향으로 이동 가능한 클러치기구를 가지는 조타기.
타축과,
전동기와,
상기 전동기의 구동력을 상기 타축으로 전달하는 기어기구와,
상기 타축 둘레에 설치되어, 상기 타축의 축선 둘레의 회전을 완충시키는 댐퍼를 구비하는 조타기.