WO2014104142A1

WO2014104142A1 - 舵取り機

Info

Publication number: WO2014104142A1
Application number: PCT/JP2013/084763
Authority: WO
Inventors: 謙佑西浦; 修司土橋
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-07-03
Also published as: KR101757567B1; CN104853987B; JP5826164B2; CN104853987A; JP2014129068A; KR20150065798A

Abstract

舵軸の動的な挙動による損傷を防止することが可能な舵取り機を提供することを目的とする。舵取り機（１００）は、舵軸（１）と、駆動源（６ａ）と、駆動源（６ａ）の駆動力を舵軸（１）に伝達する歯車機構とを備え、舵軸（１）は、軸線方向に対して垂直方向又は斜め方向に移動可能なクラッチ機構（４０）を有する。

Description

舵取り機

　本発明は、舵取り機に関するものである。

　船舶の舵を動かす舵取り機は、油圧式のものがあるが、油圧式舵取り機は、電力を油圧に変換するため、エネルギー効率が悪化したり、作動油が外部に漏れて海洋汚染を引き起こす可能性がある。
　そこで、例えば特許文献１のように、舵軸に固定された旋回環を、ピニオンを介して電動機によって直接回転させる技術が提案されている。これにより、油圧を使用しないで舵を動かすことができ、油による海洋汚染を防止できる。

特開２００７－８１８９号公報

　しかし、歯車（ピニオン）を用いて電動機の駆動力を舵軸に伝達する歯車式の舵取り機では、舵軸から過大な動荷重が入力すると、歯車機構に損傷が生じたりするおそれがある。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、舵軸の動的な挙動による損傷を防止することが可能な舵取り機を提供することを目的とする。

　本発明の第１態様に係る舵取り機は、舵軸と、電動機と、前記電動機の駆動力を前記舵軸に伝達する歯車機構とを備え、前記舵軸は、軸線方向に対して垂直方向又は斜め方向に移動可能なクラッチ機構を有する。

　この構成によれば、舵軸に必要以上の荷重が入力した際、クラッチ機構が滑るため、舵軸から歯車機構への力の伝達を低減できる。その結果、舵軸の動的な挙動による歯車機構の損傷を防止できる。

　本発明の第２態様に係る舵取り機は、舵軸と、電動機と、前記電動機の駆動力を前記舵軸に伝達する歯車機構と、前記舵軸周りに設置され、前記舵軸の軸線周りの回転を緩衝するダンパーとを備える。

　この構成によれば、ダンパーが舵軸周りの回転を緩衝するため、舵軸の急激な回転方向の変化によって歯車機構に入力する動荷重の影響を緩和できる。

　本発明によれば、舵軸の動的な挙動による損傷を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る舵取り機を示す部分縦断面図である。図１のＡ－Ａ線で切断した横断面図である。図１のＢ－Ｂ線で切断した横断面図である。本発明の第２実施形態に係る舵取り機を示す部分縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る舵取り機のダンパーの第１実施例を示す横断面図である。本発明の第２実施形態に係る舵取り機のダンパーの第２実施例を示す横断面図である。

［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態に係る舵取り機１００について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る舵取り機１００は、図１に示されるように、船舶の舵（不図示）を、舵に連結された舵軸１を介して駆動する装置である。舵取り機１００は、舵軸１と、舵軸歯車２と、固定軸３と、固定軸歯車４と、キャリア５と、駆動装置６とを備える。また、本実施形態に係る船舶は、内燃機関（不図示）によって駆動されるスクリューによって推進力を得て推進するものである。そして、本実施形態に係る船舶には、舵取り機１００が船体に固定されており、舵取り機１００によって舵を操作することにより、船舶の進行方向を任意に制御することができる。

　舵軸１は、鉛直方向の中心軸Ｃに沿って配置される円筒状の部材であり、下端部には舵が連結されている。また、舵軸１の上端部には舵軸歯車２（大歯車）が固定されている。舵軸歯車２は、例えば、ボルト等によって舵軸１と締結されており、舵軸歯車２が回転すると舵軸歯車２に固定された舵軸１も回転する。従って、舵軸歯車２が回転することによって、舵軸１に連結された舵が中心軸Ｃを中心に回転する。舵軸１には、舵軸１の直径よりも径の大きいフランジ部１ａが設けられており、舵軸１と一体となって回転する。

　舵軸１は、図１に示すように、軸上にクラッチ機構４０が設けられる。クラッチ機構４０は、舵軸１の軸線方向に対して垂直方向又は斜め方向に移動可能である。クラッチ機構４０は、例えばディスククラッチであるが、本発明はこの例に限定されない。
　これにより、舵軸１に必要以上の荷重が入力した際、クラッチ機構４０が滑るため、舵軸１から歯車機構への力の伝達を低減できる。その結果、舵軸１の動的な挙動による歯車機構の損傷を防止できる。

　以下、図１～図３を参照して、舵取り機１００について詳細に説明する。
　舵軸支持機構１８は、舵軸受１５と、支持軸１６と、座台１７とを備える。
　支持軸１６は、舵軸１と同一軸線を有して設けられる筒状の部材であり、下端部は船体側である座台１７に対してボルト等の締結部材によって固定されている。また、支持軸１６の上面とフランジ部１ａの下面の間には、舵軸１の軸方向の荷重を支持する舵軸受１５が配置されている。舵軸受１５は、支持軸１６の上面の外周端部に固定されており、フランジ部１ａの下面と接している。舵軸１の荷重は、舵軸受１５を介して船体側の座台に固定された支持軸１６に伝達される。

　固定軸３は、舵軸１と同一軸線を有して設けられる筒状の部材であり、下端部は、船体側である座台７に対してボルト等の締結部材によって固定されている。また、固定軸３の上端部には、固定軸歯車４がボルト等の締結部材によって固定されている。固定軸３の内周の径は、舵軸１の外周の径よりも大きい。

　固定軸３の外面には、キャリア５の荷重を支持するキャリア軸受８の内輪内面が、圧入状態で嵌合している。また、固定軸３の外面には、環状部材９の内面が圧入状態で嵌合しており、環状部材９はキャリア軸受８の下方に配置されている。環状部材９の下端は座台７によって支持されており、環状部材９の上端はキャリア軸受８の内輪下面と接している。

　キャリア軸受８の外輪外面は、キャリア５に設けられた段部５ａに圧入状態で嵌合している。キャリア軸受８は、転がり軸受であり、前述したように、内輪内面が固定軸３の外面に圧入状態で嵌合している。従って、キャリア５は、固定軸３の周りに回転可能に設置されている。

　キャリア軸受８の外輪上面には、段部５ａを介してキャリア５の荷重がかかっている。キャリア軸受８の外輪上面にかかったキャリア５の荷重は、キャリア軸受８の内輪下面を介して環状部材９に伝達される。このように、キャリア軸受８は、キャリア５の荷重を支持するとともに、キャリア５を固定軸３の周りに回転可能に設置するという機能を備える。

　キャリア５は、中心軸Ｃ方向の断面形状が円形の部材であり、固定軸３の周りに回転可能に設置されている。キャリア５は、段部５ａの半径方向外方の外周面に、キャリア歯車５ｂが設けられている。キャリア歯車５ｂは、キャリア５の外周面を加工することによって設けられたものである。

　キャリア歯車５ｂには駆動源６ａに駆動軸６ｂを介して連結されている駆動歯車６ｃが噛み合っている。駆動源６ａは、電動モータと減速機によって構成され、駆動軸６ｂを介して駆動歯車６ｃを回転させる。駆動歯車６ｃは、キャリア歯車５ｂに駆動力を伝達しキャリア５を固定軸３の周りに回転させる。駆動源６ａは、駆動歯車６ｃを駆動してキャリア歯車５ｂに駆動力を伝達する。駆動源６ａは、固定軸３が設置される座台７に設置されている。

　キャリア５は、４本の遊星軸３０ａ，３０ｂ，３０ｃ（不図示），３０ｄ（不図示）を有する。図１は舵取り機１００の部分縦断面図であるため、遊星軸３０ａと遊星軸３０ｂが示されている。遊星軸３０ａは、上端と下端がそれぞれキャリア５に固定されている軸状部材である。遊星軸３０ａには、内輪が圧入状態で嵌合した２つの転がり軸受（不図示）が設置されており、遊星歯車１０ａ及び遊星歯車２０ａが２つの転がり軸受の外輪に圧入状態で嵌合している。このようにして、遊星軸３０ａが、固定軸歯車４と噛み合う遊星歯車１０ａ（第１遊星歯車）と、舵軸歯車２と噛み合う遊星歯車２０ａ（第２遊星歯車）を回転自在に支持している。

　同様に、遊星軸３０ｂは、遊星歯車１０ｂと遊星歯車２０ｂを回転自在に支持している。同様に、遊星軸３０ｃは、遊星歯車１０ｃ（不図示）と遊星歯車２０ｃ（不図示）を回転自在に支持している。同様に、遊星軸３０ｄは、遊星歯車１０ｄ（不図示）と遊星歯車２０ｄ（不図示）を回転自在に支持している。遊星歯車１０ａ～１０ｄ（第１遊星歯車）は固定軸歯車４と噛み合っており、遊星歯車２０ａ～２０ｄは舵軸歯車２と噛み合っている。

　図２は、図１に示される舵取り機１００のＡ－Ａ矢視横断面図である。図２に示されるように、遊星歯車２０ａ～２０ｄは、舵軸歯車２の円周方向の４箇所に、それぞれ９０°ずつの間隔を空けて、舵軸歯車２と噛み合うように配置されている。遊星歯車２０は、キャリア５が固定軸３の周りを回転するのに従い、それぞれ９０°ずつの間隔を維持したまま固定軸３に対して回転する。

　図３は、図１に示される舵取り機１００のＢ－Ｂ矢視横断面図である。図３に示されるように、遊星歯車１０ａ～１０ｄは、固定軸歯車４の円周方向の４箇所に、それぞれ９０°ずつの間隔を空けて、固定軸歯車４と噛み合うように配置されている。遊星歯車１０（遊星歯車１０ａ～１０ｄの総称）は、キャリア５が固定軸３の周りを回転するのに従い、それぞれ９０°ずつの間隔を維持したまま固定軸３に対して回転する。

　ここで、本実施形態において駆動歯車６ｃから舵軸歯車２に伝達される駆動力の速度比（減速比）について説明する。以下の説明においては、固定軸歯車４が遊星歯車１０に噛み合う場合の、固定軸歯車４のモジュールと遊星歯車１０のモジュールが等しいものとする。また、舵軸歯車２が遊星歯車２０に噛み合う場合の、舵軸歯車２のモジュールと遊星歯車２０のモジュールが等しいものとする。ここで、モジュールとは、ピッチ円直径を歯数で除した値のことをいう。

　本実施形態に係る舵取り機１００は、以下の条件式を満たしている。
　　ｉ０＝（Ｚｂ・Ｚｄ）／（Ｚａ・Ｚｄ）　　（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）
　ここで、Ｚａ：固定軸歯車４の歯数、Ｚｂ：遊星歯車１０の歯数、Ｚｃ：遊星歯車２０の歯数、Ｚｄ：舵軸歯車２の歯数、Ｚｅ：駆動歯車６ｃの歯数、Ｚｆ：キャリア歯車５ｂの歯数、ｉ１：キャリア５と舵軸１の速度比（減速比）、ｉ２：駆動歯車６ｃとキャリア５の速度比（減速比）、ｉ３：駆動歯車６ｃと舵軸１の速度比（減速比）である。

　以上の条件式から明らかなように、駆動歯車６ｃと舵軸１の減速比は、固定軸歯車４の歯数Ｚａ、遊星歯車１０の歯数Ｚｂ、遊星歯車２０の歯数Ｚｃ、舵軸歯車２の歯数Ｚｄ、駆動歯車６ｃの歯数Ｚｅ、キャリア歯車５ｂの歯数Ｚｆによって定まる。
　なお、遊星歯車１０の歯数は、それぞれ同一であり、Ｚｂはその同一の歯数をいう。また、遊星歯車２０の歯数は、それぞれ同一であり、Ｚｃはその同一の歯数をいう。

　条件式（５）は、舵軸１と固定軸３が同一軸線を有して設けられ、遊星歯車１０と遊星歯車２０が遊星軸３０（遊星軸３０ａ～３０ｄの総称）に支持されることを可能にする条件である。このような条件を満たすようにすることで、舵軸１と遊星軸３０の軸間距離と、固定軸３と遊星軸３０の軸間距離を等しくすることができる。

　条件式（６）及び（７）は、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１を相対的に回転させるための条件である。条件式（６）及び（７）が共に満たされない場合、固定軸歯車４の歯数Ｚａと舵軸歯車２の歯数Ｚｄが等しく、かつ、遊星歯車１０の歯数Ｚｂと遊星歯車２０の歯数Ｚｃが等しくなる。この場合、遊星歯車２０は舵軸歯車２の周りを周方向に回転するものの、舵軸歯車２は固定軸歯車４に対して相対的に回転することはなく静止したままとなる。条件式（６）及び（７）を満たすようにすることで、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１を相対的に回転させることができる。

　このように本実施形態係る舵取り機１００によれば、駆動源６ａによる駆動力が駆動歯車６ｃからキャリア歯車５ｂに伝達され、キャリア５が有する複数の遊星軸３０によって支持される遊星歯車２０から舵軸歯車２に駆動力が更に伝達される。このように駆動源６ａの駆動力を２段階で舵軸１に伝達する構成にすることで、各歯車が小型化される、その結果、舵取り機１００が小型化される。また、遊星歯車２０が噛み合う舵軸歯車２の噛み合いピッチ円直径２ｒ１と遊星歯車１０が噛み合う固定軸歯車４の噛み合いピッチ円直径２ｒ３とが異なるので、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１が相対的に回転する。このように、駆動源６ａが２段階の歯車を介して舵軸１に駆動力を伝達するとともに、舵軸１が固定軸３に対して相対的に回転するので、高い減速比で舵を駆動する舵取り機１００を提供することができる。

　また、本実施形態の舵取り機１００においては、舵軸歯車２、固定軸歯車４、遊星歯車１０、及び遊星歯車２０のモジュールが等しく、固定軸歯車４と遊星歯車１０の歯数の合計が、舵軸歯車２と遊星歯車２０の歯数の合計と等しい。このようにすることで、モジュールが等しい歯車を用いる際に、遊星歯車１０と遊星歯車２０とを同一の遊星軸３０によって適切に支持することができる。

　また、本実施形態の舵取り機１００は、舵軸歯車２と固定軸歯車４の間に配置され、舵軸１の軸方向の荷重を支持する軸受パッド４０を備える。このようにすることで、舵軸１の軸方向の荷重が適切に支持されるとともに、舵軸１の軸方向の荷重を他の構造によって支持する場合に比べて、舵取り機１００を小型化することができる。

　また、本実施形態の舵取り機１００は、固定軸３が設置される座台７に駆動源６ａが設置されている。このようにすることで、固定軸３が設置される座台７に駆動源６ａを設置し、駆動源６ａの駆動力を適切にキャリア５に伝達することができる。

［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について、図４～図６を用いて説明する。
　本実施形態は、第１実施形態と比べて、舵軸１にクラッチ機構４０が設けられるのではなく、舵軸１周りにダンパー５０が設けられる点で異なる。その他の舵取り機１００の構成は同一であるため、重複する説明は省略する。

　ダンパー５０は、図４及び図６に示すように、舵軸１と船体６０とに連結された機械的機構を有するダンパー装置である。ダンパー装置は、通常知られている装置を適用することができる。舵軸１と船体６０との間にダンパー５０が設けられることによって、ダンパー５０が舵軸１周りの回転を緩衝する。したがって、舵軸１の急激な回転方向の変化によって歯車機構に入力する動荷重の影響を緩和できる。

　また、ダンパー５０は、図５に示すように、舵軸１と船体６０との間に油５１を充満させることによって実現してもよい。油５１によって、舵軸１の回転時に粘性抵抗を得ることができる。舵軸１の軸方向の少なくとも一部において、舵軸１が油５１によって粘性抵抗を受けるようにしておけばよい。この場合も、舵軸１と船体６０との間に油５１によるダンパー５０が設けられることによって、ダンパー５０が舵軸１周りの回転を緩衝する。したがって、舵軸１の急激な回転方向の変化によって歯車機構に入力する動荷重の影響を緩和できる。そして、舵軸１の動的な挙動による舵取り機１００の損傷を防止することが可能となる。

　なお、上述した第１及び第２実施形態では、駆動源６ａの駆動力を２段階で舵軸１に伝達する構成について説明したが、本発明は、この例に限定されない。駆動源の駆動力を１段階で舵軸に伝達する構成の場合も、舵軸歯車と噛み合う遊星歯車において、上述した第１歯車と第２歯車を有するようにしてもよい。
　また、遊星歯車機構についても、上述した例に限定されず、他の構成を有する遊星歯車機構でもよく、このとき、舵軸歯車と噛み合う遊星歯車において、上述した第１歯車と第２歯車を有するようにしてもよい。

１　舵軸
１ａ　フランジ部
２　舵軸歯車
３　固定軸
４　固定軸歯車
５　キャリア
５ｂ　キャリア歯車
６　駆動装置
６ａ　駆動源
６ｂ　駆動軸
６ｃ　駆動歯車
７　座台
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ　遊星歯車
１５　舵軸受
１６　支持軸
１７　座台
１８　舵軸支持機構
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ　遊星歯車
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ　遊星軸
４０　クラッチ機構
５０　ダンパー
１００　舵取り機

Claims

　舵軸と、
　電動機と、
　前記電動機の駆動力を前記舵軸に伝達する歯車機構とを備え、
　前記舵軸は、軸線方向に対して垂直方向又は斜め方向に移動可能なクラッチ機構を有する舵取り機。
　舵軸と、
　電動機と、
　前記電動機の駆動力を前記舵軸に伝達する歯車機構と、
　前記舵軸周りに設置され、前記舵軸の軸線周りの回転を緩衝するダンパーと、
を備える舵取り機。