(57)【要約】      （修正有）【課題】航走速度や燃費等を有効且つ効果的に改善あるいは向上し得る船外機のロアユニットを提供する。【解決手段】脚部２９の下部に砲弾状を呈するギヤケース２５を有し、ギヤケース２５内に回転可能に支持されたプロペラシャフト３６の後端にプロペラ２４が結合する。ギヤケース２５を後方へ延長するように、ギヤケース径の６０〜８０％程度の延長率で突出させてなる延長体１を付設する。延長体１は、その径が後方へ向けて漸減するように形成され、その後端部における縮径率が５〜１０％程度に設定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚部の下部に砲弾状を呈するギヤケースを有し、該ギヤケース内に回転可能に支持されたプロペラシャフトの後端にプロペラが結合してなる船外機のロアユニットであって、
前記ギヤケースを後方へ延長するように、該ギヤケース径の６０〜８０％程度の延長率で突出させてなる延長体を付設したことを特徴とする船外機のロアユニット。
【請求項２】
前記延長体は、その径が後方へ向けて漸減するように形成され、その後端部における縮径率が５〜１０％程度に設定されることを特徴とする請求項１に記載の船外機のロアユニット。
【請求項３】
前記延長体は、前記ギヤケースに対して着脱可能に構成され、前記ギヤケースとは滑らかに連接する外形形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の船外機のロアユニット。
【請求項４】
前記延長体は、前記ギヤケースに対して螺着結合することを特徴とする請求項３に記載の船外機のロアユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船外機のロアユニット、特にプロペラシャフト等が収容されるギヤケースまわりに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の船外機においてエンジン出力トルクをドライブシャフトからプロペラシャフトに伝達させ、船外機後部に配置されたプロペラを回転させることで推力を得る。プロペラは円筒状のボスを有し、このボス部分でプロペラシャフトに取り付けられる。船外機の推力に関して、単なるエンジンのパワーアップによる速度向上等の手法は近年、受け入れ難くなってきている。即ち、エンジンの燃焼効率の向上や航走抵抗の低減等の技術開発により、従来よりも低燃費でありながら性能向上を図った製品が期待されている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示される船外機のように、プロペラシャフトを収容するギヤケースの特に先端部まわりの形状等に着目し、航走速度や燃費等を向上させるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８２１３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１２２４号公報
【特許文献３】特公昭５８−４８３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ギヤケースは一般に先端が先細の概略砲弾状に形成され、その後端部が該砲弾形状の最大径部に対応する。これは、ギヤケースの最大径を決定するギヤケース内の部品が、組付け等の際にギヤケースの後端部から出し入れされるためである。このため従来ではギヤケースの後端部側はそのままにせざるを得ず、即ち後端部まわりにおいて流体力学的な検討を加えることはなく、むしろできないのが実情であった。
【０００６】
なお、特許文献２や特許文献３にはこの種の船外機においてギヤケースまわり、もしくはその付近の構成、構造等が開示されている。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、航走速度や燃費等を有効且つ効果的に改善あるいは向上し得る船外機のロアユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の船外機のロアユニットは、脚部の下部に砲弾状を呈するギヤケースを有し、該ギヤケース内に回転可能に支持されたプロペラシャフトの後端にプロペラが結合してなる船外機のロアユニットであって、前記ギヤケースを後方へ延長するように、該ギヤケース径の６０〜８０％程度の延長率で突出させてなる延長体を付設したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の船外機のロアユニットにおいて、前記延長体は、その径が後方へ向けて漸減するように形成され、その後端部における縮径率が５〜１０％程度に設定されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の船外機のロアユニットにおいて、前記延長体は、前記ギヤケースに対して着脱可能に構成され、前記ギヤケースとは滑らかに連接する外形形状を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の船外機のロアユニットにおいて、前記延長体は、前記ギヤケースに対して螺着結合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ギヤケースの後端部において延長体を設けることで、その形状を流体力学的に最適化して航走抵抗を低減すると共に、プロペラへの水の流入状態を改善し、これらにより低燃費化や高速航行を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る船外機の概略構成例を示す左側面図である。
【図２】本発明に係る船外機のロアユニットの後方斜視図である。
【図３】本発明に係る船外機のロアユニットのプロペラ軸方向に沿った縦断面図である。
【図４】本発明に係る船外機におけるロアユニットのケーシングまわりの分解斜視図である。
【図５】本発明に係る船外機のロアユニットにおける延長体及びプロペラまわりを示す要部断面図である。
【図６】本発明に係る船外機のロアユニットにおけるギヤケースの後部開口まわりを示す正面図である。
【図７】本発明に係るギヤケースの延長体の断面図及び正面図である。
【図８】本発明に係る船外機のロアユニットにおけるギヤケース乃至プロペラの領域での流れの状態を従来のものとの関係で表す図である。
【図９】本発明に係る船外機のロアユニットにおけるギヤケース乃至プロペラの領域での圧力分布を従来のものとの関係で表す図である。
【図１０】本発明に係る船外機のロアユニットにおける船舶直進時での延長体の延長率と抗力の関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る船外機のロアユニットにおける操舵角での延長体の延長率と抗力の関係を示す図である。
【図１２】本発明に係る船外機のロアユニットにおける延長体の延長率７０％及び延長率１００％でのギヤケースまわりの圧力分布状態を従来のものとの関係で示す図である。
【図１３】本発明に係る船外機のロアユニットにおける船舶直進時での延長体の縮径率と抗力の関係を示す図である。
【図１４】本発明に係る船外機のロアユニットにおける船舶スピードとプロペラ推力の関係を従来のものとの関係で表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づき、本発明による船外機のロアユニットにおける好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る船外機１０の概略構成例を示す左側面図である。この場合、船外機１０は図示のように、その前部側にて船体の後尾板Ｐに固定されている。なお、以下の説明中で各図において必要に応じて、船外機１０の前方を矢印Ｆｒにより、また後方を矢印Ｒｒによりそれぞれ示し、また船外機１０の側方右側を矢印Ｒにより、側方左側を矢印Ｌによりそれぞれ示す。
【００１５】
船外機１０の全体構成において、上部から下部へエンジンユニットもしくはパワーユニット１１、ミッドユニット１２及びロアユニット１３が順に配置構成される。エンジンユニット１１においてエンジン１４はエンジンベースを介して、そのクランクシャフト１５が鉛直方向を向くように縦置きに搭載支持される。なお、エンジン１４としては、例えばＶ型多気筒エンジン等を採用可能である。ミッドユニット１２は、アッパマウント１６及びロアマウント１７を介して、スイベルブラケット１８に設定された支軸１９のまわりに一体に回動可能となるように支持される。スイベルブラケット１８の左右両側にはクランプブラケット２０が設けられ、このクランプブラケット２０を介して船体の後尾板Ｐに固定される。スイベルブラケット１８は、左右方向に設定されたチルト軸２１のまわりに上下方向に回動可能に支持される。
【００１６】
ミッドユニット１２において、クランクシャフト１５の下端部に連結するドライブシャフト２２が上下方向に貫通配置され、このドライブシャフト２２の駆動力が、ロアユニット１３のギヤケース内の後述するプロペラシャフトに伝達されるようになっている。ドライブシャフト２２の前側には、前後進の切換等を行うためのシフトロッド２３が上下方向に平行配置される。シフトロッド２３は、上部シフトロッド３０と下部シフトロッド３１を含む。なお、ミッドユニット１２は、ドライブシャフト２２を収容するドライブシャフトハウジングを有している。また、ミッドユニット１２にはエンジンユニット１１を潤滑するためのオイルを貯留するオイルパンが配設される。
【００１７】
ロアユニット１３において、ドライブシャフト２２の駆動力によりプロペラ２４を回転駆動する複数のギヤ等を含むギヤケース２５を有する。ミッドユニット１２からそれぞれ下方へ延出したドライブシャフト２２はそれ自体に取り付けたギヤが、ギヤケース２５内のギヤと噛合することで最終的にプロペラ２４を回転させるが、シフトロッド２３の作用でギヤケース２５内のギヤ装置の動力伝達経路を切り換える、即ちシフトするようになっている。
【００１８】
図２〜図４は、ロアユニット１３の具体的な構成例を示している。図２はロアユニット１３の後方斜視図、図３はロアユニット１３のプロペラ軸方向に沿った縦断面図、図４はロアユニット１３のケーシングまわりの分解斜視図である。先ず、図２あるいは図４のように一体形成されたケーシング２６においてミッドユニット１２との合せ面付近にて上下に配置されたアンチスプラッシュプレート２７及びアンチキャビテーションプレート２８を有し、これらの下方へ延出した脚部２９の下部には、前後方向に弾丸状もしくは砲弾状を呈するように配置されたギヤケース２５を有する。
【００１９】
ケーシング２６におけるギヤケース２５の砲弾状の尖端部側にシフトロッド２３が上下に挿通支持される。なお、シフトロッド２３はエンジンユニット１１からミッドユニット１２までの領域に延設される上部シフトロッド３０と、図３のようにロアユニット１３内に配置される下部シフトロッド３１とで実質的に２分割構成される。上部シフトロッド３０は、エンジンユニット１１側に設けた図示しないアクチュエータの駆動力によりリンク機構を介して回転駆動され、その回転が更に一対のドライブギヤ３２及びドリブンギヤ３３からなる連結ギヤ３４を介して下部シフトロッド３１に伝達される。上部シフトロッド３０及び下部シフトロッド３１相互の連結部は、ケーシング２６の上面に固定されるシフトロッドハウジング３５によって保持されるようになっている。図３に示されるようにシフトロッド２３、即ち下部シフトロッド３１は、プロペラシャフト３６の軸線延長線と交差する位置まで垂設される。
【００２０】
また、図３に示されるようにケーシング２６における脚部２９の前後方向の略中央部付近には、ドライブシャフト２２が挿通支持される。この場合、ドライブシャフト２２は、脚部２９の上部付近にて例えば背合せ型テーパローラベアリング３７を介して、ケーシング２６内で回転自在に支持され、その下端部がギヤケース２５内に到達するように垂設される。ドライブシャフト２２におけるテーパローラベアリング３７の下方部位には、螺旋状もしくはスパイラル状の凹溝３８が刻設されており、この凹溝３８の周囲にはドライブシャフト２２の外周面との間に微少隙間をあけてカラー３９が嵌着する。
【００２１】
ドライブシャフト２２が回転することでスパイラル状の凹溝３８は、オイル送給もしくはオイルポンプ機能を有し、ケーシング２６内の潤滑を要する主要部位、部材に潤滑オイルを供給すべくオイル循環経路が形成される。なお、エンジンユニット１１に対する潤滑用オイルポンプは、この凹溝３８によるものとは別個に配置構成される。
【００２２】
ケーシング２６の上面においてドライブシャフト２２に軸着するかたちで、冷却水ポンプ４０が取り付けられる。この冷却水ポンプ４０は、船外機１０外部の水中から水を取り込んで、エンジンユニット１１側に冷却水を供給する。この場合、図４のようにケーシング２６の下部前側付近に水取入口４１が設けられ、詳細な図示は省略するが、ケーシング２６内部において冷却水ポンプ４０及び水取入口４１間が冷却水路によって接続される。なお、水取入口４１には異物等に対するフィルタ機能を有するカバー４２が被着する。水取入口４１は図３に示されるように、前後方向でドライブシャフト２２と下部シフトロッド３１との間に配置される。
【００２３】
冷却水ポンプ４０において図３及び図４に示すように、ドライブシャフト２２にインペラ４３が固定され、インペラ４３はポンプケース４４内に収容される。ドライブシャフト２２が回転することで冷却水ポンプ４０から加圧した冷却水が吐出され、その冷却水は冷却水パイプ４５を介して送給され、最終的にエンジンユニット１１側に供給される。
【００２４】
ギヤケース２５において、図３のようにプロペラシャフト３６が前後方向に沿って配置され、複数のベアリング４６，４７，４８を介して回転自在に支持される。なお、これらのうちベアリング４７，４８はベアリングハウジング４９内に保持される。ドライブシャフト２２の下端部下方にて、プロペラシャフト２１と同心且つ遊嵌状態で前後一対のフォワード（前進）ギヤ５０及びリバース（後進）ギヤ５１が、それぞれベアリング５２，５３を介して回転自在に支持される。これらは、ドライブシャフト２２の下端部に固定されたドライブギヤ５４と常時噛合している。この例ではフォワードギヤ５０は前方Ｆｒ側に、リバースギヤ５１は後方Ｒｒ側にそれぞれ配置され、これらの間にドッグクラッチ５５が配設される。
【００２５】
上記構成において船体を例えば前進させる場合、シフト操作によりドッグクラッチ５５を介してフォワードギヤ５０からプロペラシャフト３６への動力伝達経路が形成される。エンジン１４が始動すると、その出力トルクがドイブシャフト２２に伝達され、フォワードギヤ５０を介してプロペラシャフト３６が回転し、これによりプロペラ２４がそのプロペラボス２４Ａと一体回転することで船外機１０、従ってこれを搭載する船体が前進する。一方、後進する場合には上記とは逆に、シフト操作によりドッグクラッチ５５を介してリバースギヤ５１からプロペラシャフト３６への動力伝達経路が形成される。そして、エンジン１４の出力トルクがドイブシャフト２２からリバースギヤ５１を介してプロペラシャフト３６に伝達され、これによりプロペラ２４が逆回転して船体が後進する。
【００２６】
本発明において特に、図３のようにギヤケース２５を後方へ延長するように突出形成してなる延長体１が付設される。この延長体１はギヤケース２５とプロペラボス２４Ａとの間に配置され、ギヤケース２５とは滑らかに連接する外形形状を有し、両者の外周面は全体として一体化した外観形状を呈する。
【００２７】
即ち、延長体１の横断面形状は実質的に円形である。後述するように延長体１は、所定の長さＬを有する。
また、本実施形態において延長体１はその径が後方へ向けて漸減するように、即ち後方へと窄んで形成され、後述するように後端部においてギヤケース２５の径Ｄに対して所定の径Ｄ1を有する。
【００２８】
延長体１の具体的な寸法等について検証データと共に後述するが、延長体１がギヤケース２５から後方へ延長される長さＬは、ギヤケース２５の径Ｄに対して６０〜８０％程度の延長率（即ち、Ｌ／Ｄ）に設定される。この場合、延長率Ｌ／Ｄ＝７０％程度が最も好ましい。
また、延長体１の後端部で縮小化される径Ｄ1は、ギヤケース２５の径Ｄに対して５〜１０％程度の縮径率（即ち、（Ｄ−Ｄ1）／Ｄ）に設定される。この場合、縮径率は、１０％程度が最も好ましい。
【００２９】
更に延長体１は、ギヤケース２５に対して着脱可能に構成される。延長体１は上述したようにギヤケース２５に対して一体的に構成されるが、ギヤケース２５とは別体構造である。具体的には延長体１は、ギヤケース２５に対して螺着結合する。
【００３０】
ここで、図５は延長体１まわりの内部構造例を示している。プロペラボス２４Ａはプロペラシャフト３６の後端部に軸着し、ロックナットで締着固定される。延長体１はギヤケース２５とプロペラボス２４Ａとの間に配置される。プロペラシャフト３６が挿通配置されるギヤケース２５（ケーシング２６）の後部開口５６（図６参照）の内周面には、延長体１のネジ部が螺合するネジ部５７（雌ネジ）が形成されている。このようにギヤケース２５に螺着する延長体１は、プロペラシャフト３６と軸心が一致する。なお、フォワードギヤ５０やリバースギヤ５１等のギヤケース２５内に配置される各パーツは、後部開口５６からギヤケース２５に挿入される。
【００３１】
延長体１は図７に示すように概して筒状を呈し、その前端部外周にはギヤケース２５の後部開口５６に形成したネジ部５７と螺合するネジ部２（雄ネジ）が形成されている。延長体１が図３あるいは図５のようにギヤケース２５の後部開口５７に螺着した際には、両者は隙間なくぴったりと結合し、実質的に一体化する。延長体１の外周面は前述のように緩いカーブを描いて後方へ窄むように形成され、その後端開口３には図５のようにプロペラボス２４Ａの前端部が入り込むようになっている。
【００３２】
上記の場合、延長体１の中空内部でプロペラシャフト３６が前後方向に貫通するが、プロペラシャフト３６を回転可能にガイドする支持機構（図示せず）を設けることができる。この支持機構としてラジアルベアリング等の軸受手段を含み、延長体１を付設したことで長尺化するプロペラシャフト３６を延長体１内で支持することで、円滑且つ適正なプロペラシャフト３６の回転を保証する。
【００３３】
次に、上記構成でなる船外機１０、特にそのロアユニット１３の主要な作用等について説明する。
先ず、本実施形態におけるロアユニット１３においてギヤケース２５の後部に滑らかに繋がる延長体１を設けることで、ギヤケース２５後方の水流に対して高い整流効果を得ることができ、これにより水流抵抗を大幅に低減することが可能となる。図８（Ａ）及び図９（Ａ）はギヤケース２５乃至プロペラ２４の領域における流れの状態、特に流速又は圧力（負圧）分布を従来のもの（図８（Ｂ）及び図９（Ｂ））との関係で表している。なお、これらの図において対応する部材には同一符号を付している。また、図８においてクロスハッチングがその目の密度もしくはピッチにより負圧の大小を表し、図９においてドットの密度が負圧の大小を表している。
【００３４】
これらの図から分かるように、ギヤケース２５あるいはケーシング２６の直後ではキャビテーション等が極めて発生し易くなる。その部分の流れに乱れが生じ、従来のものではプロペラ２４がギヤケース２５の直後に配置されているため、そのような乱れた流れがプロペラ２４に与える影響が極めて大きく、推進時の抗力となる。これに対して、本発明では延長体１を設けることでプロペラ２４はギヤケース２５から後退して配置され、乱れた流れが実質的にプロペラ２４に直接当たらず、従ってその影響は極めて小さい。また、ギヤケース２５まわりに生じ得るその絶対値の大きな負圧領域Ｓを激減させて低抵抗化を図り、これらによりギヤケース２５、従ってロアユニット１３に対する抗力を格段に減少することができる。
【００３５】
更に、延長体１の形態等に係わる具体的な寸法等のパラメータにおいて、延長体１がギヤケース２５から後方へ延長される長さＬに関し、その延長率は典型的には７０％程度が好適である。図１０は、延長体１の延長率につき船舶直進時においてギヤケース２５に対して前後方向に作用する抗力の検証結果を従来のものとの関係で示している。
延長体１を設けることにより上述したように水流を整流するが、図１０のように延長体１の長さＬを長くするのに従って、ギヤケース２５まわりに及ぼす抗力は減少する。この場合、図１０に示されるように延長率７０％乃至８０％付近で抗力減少効果は略飽和し、即ち延長体１の長さＬをそれ以上長くしても減少し得る抗力は実質的に変化しない。従って延長体１の延長率としては７０％付近が好適である。
【００３６】
一方、延長体１の延長率を大きくする、即ち延長体１の長さＬを長くし過ぎると、旋回時に抗力が増大して効率を悪化させる原因となる。図１１は、操舵角１０°とした場合の延長率と抗力の関係を示している。延長体１の延長率７０％付近までは抗力は若干増加するものの、その増加量は許容される程度である。これに対して延長率８０％以上になると抗力の増加量がかなり大きくなる。
また、図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は操舵角１０°で左旋回したときの延長率７０％、延長率１００％及び従来のものにおけるギヤケース２５まわりの圧力分布状態を示している。なお、この例ではギヤケース２５の右舷側に正圧が、左舷側に負圧が発生する。延長率１００％になると、正圧及び負圧共に延長率７０％の場合に比べてかなり増加する。
【００３７】
上記に加え、延長体１の長さＬを長くすると、それに伴い延長体１自体の重量が増加する。このためギヤケース２５まわりが重くなり、そのことが推進性能や重心バランス等に影響する。これらの点を考慮すると、延長体１の延長率としては６０〜８０％程度、このうち７０％近辺が最も好ましいと言える。
【００３８】
次に、延長体１の径が後端部側で縮小化される縮径率５〜１０％程度に設定される。図１３は、延長体１の縮径率につき船舶直進時においてギヤケース２５に対して前後方向に作用する抗力の検証結果を従来のものとの関係で示している。
図１３のように延長体１の後端部の径Ｄ1を小さくする、即ち縮径率を大きくするのに従って、ギヤケース２５まわりに及ぼす抗力は減少する。この場合、図１３に示されるように縮径率１０％付近で抗力減少効果は略最小になり、即ち延長体１の径Ｄ1をそれ以上小さくすると抗力は実質的に増加する。これは縮径率を小さくし過ぎると、延長体１周囲の水の剥離現象が発生し、この剥離によって抗力は逆に増加するためである。従って延長体１の縮径率としては５〜１０％程度が好適であり、１０％付近が最も好ましい。
【００３９】
更に、プロペラ推力に関して船舶スピードが速くなる程、従来のものとの推力の差異が大きくなる。例えば図１４に示されるように本例では時速９０ｋｍ／ｈ程度では両者間でプロペラ推力の大小差異は殆んどないが、時速１００ｋｍ／ｈ程度になると両者間のプロペラ推力にかなりの差異が生じる。即ち、本発明におけるプロペラ推進力が格段に増大する。
【００４０】
上述のように本発明によれば、ギヤケース２５の後端部において延長体１を設けることで、その形状を流体力学的に最適化して航走抵抗を低減すると共に、プロペラ２４への水の流入状態を改善し、これらにより低燃費化や高速航行を可能にする。このようにエンジンの単なるパワーアップにはよらず、流体力学的検知から航走性能や燃費性能の問題を解決し、従来よりも大幅に性能向上を図った製品を実現することができる。
【００４１】
延長体１は前述のように、ギヤケース２５のネジ部５７と螺合するネジ部２を有し、ギヤケース２５に隙間なくぴったりと螺着する。一方、延長体１を取り外すことで、ギヤケース２５の後部開口５６が開放される。そして、組付けあるいは分解等の際にはギヤケース２５内へ又はギヤケース２５内から部品もしくはパーツを、ギヤケース２５の後端部から出し入れすることができる。このように延長体１を設けながらも、必要に応じて延長体１を適宜着脱し、実用的に優れた利便性を具備している。
【００４２】
なお、本発明の変形例として例えば、本実施形態では延長体１は後方へ窄んだ例としたが、そのように窄まず、即ちストレートな円筒状とすることも可能である。
また、本実施形態では延長体１は滑らかな曲線で後方へ窄む例としたが、緩い傾斜角度の裁頭円錐状とすることも可能である。
【００４３】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施形態で説明した延長率や縮径率の具体的数値は、最も好適な典型例を示すものであり、船外機１０の形式あるいは大きさ（馬力）等に応じて本発明の範囲内で適切なものを選択可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  延長体、２  ネジ部、３  後端開口、１０  船外機、１１  エンジンユニット、１２  ミッドユニット、１３  ロアユニット、１４  エンジン、２０  クランプブラケット、２２  ドライブシャフト、２３  シフトロッド、２４  プロペラ、２５  ギヤケース、２６  ケーシング、２９  脚部、４０  冷却水ポンプ、４６，４７，４８  ベアリング、４９  ベアリングハウジング、５０  フォワードギヤ、５１  リバースギヤ、５４  ドライブギヤ、５５  ドッグクラッチ、５６  後部開口、５７  ネジ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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