(57)【要約】【課題】  歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を備えた動力伝達装置の軸系に発生する軸方向変位を軸継手にて吸収可能として、かかる軸方向変位による歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を防止した、歯部の破損を回避した軸継手を備えた動力伝達装置及び船舶用減速装置を提供する。【解決手段】  歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置において、前記軸継手は、外歯と内歯との噛み合いにより該入力軸と出力軸との間の回転力を伝達する歯車軸継手からなり、該歯車軸継手は、前記外歯と内歯との噛み合いピッチ円直径Ｄを、歯車軸継手の伝達トルクをＴ、外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数をμ、歯車軸継手に作用するスラスト荷重をＦとしたとき、Ｄ＞（２μＴ）／Ｆに構成する。【選択図】  図１
2007085467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置において、前記軸継手は、外歯と内歯との噛み合いにより該入力軸と出力軸との間の回転力を伝達する歯車軸継手からなり、該歯車軸継手は、前記外歯と内歯との噛み合いピッチ円直径Ｄを、
歯車軸継手の伝達トルクをＴ、
外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数をμ、
歯車軸継手に作用するスラスト荷重をＦ、
としたとき、
Ｄ＞（２μＴ）／Ｆ
になるように設定して構成されたことを特徴とする軸継手を備えた動力伝達装置。
【請求項２】
歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置の製作方法であって、前記軸継手を、外歯と内歯との噛み合いにより該入力軸と出力軸との間の回転力を伝達する歯車軸継手で構成し、該歯車軸継手における前記外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数μを、
前記外歯と内歯との噛み合いピッチ円直径をＤ、
歯車軸継手の伝達トルクをＴ、
歯車軸継手に作用するスラスト荷重をＦ、
としたとき
μ＜（ＦＤ）／（２Ｔ）
になるように設定することを特徴とする軸継手を備えた動力伝達装置の製作方法。
【請求項３】
歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置において、前記軸継手は、前記入力軸側と出力軸側との間にダイヤフラムを介装してなるダイヤフラム軸継手からなり、前記ダイヤフラム軸継手は、前記ダイヤフラムの軸方向剛性を、該ダイヤフラム軸継手の軸方向剛性により発生するスラスト荷重が許容スラスト荷重以下になるように設定して構成されたことを特徴とする軸継手を備えた動力伝達装置。
【請求項４】
歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置において、前記軸継手は、外歯と内歯との噛み合いにより該入力軸と出力軸との間の回転力を伝達する歯車軸継手と、前記入力軸側と出力軸側との間にダイヤフラムを介装してなるダイヤフラム軸継手とを直列に連結してなることを特徴とする軸継手を備えた動力伝達装置。
【請求項５】
前記歯車軸継手は請求項１に記載の歯車軸継手からなり、前記ダイヤフラム軸継手は請求項３に記載のダイヤフラム軸継手からなることを特徴とする請求項４記載の軸継手を備えた動力伝達装置。
【請求項６】
船舶の原動機と該原動機の回転を所定の減速比で減速する減速機との間に軸継手を設置してなる船舶用減速装置であって、請求項１に記載の軸継手、請求項３に記載の軸継手、請求項４に記載の軸継手、請求項５に記載の軸継手のいずれかをそなえたことを特徴とする船舶用減速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置及びその製作方法、並びに前記軸継手をそなえた船舶用減速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる動力伝達装置は、たとえば特許文献１（特開平１１−２７０５７１号公報）にて提供されているような、原動機（蒸気タービン）の回転を歯車軸継手を介して減速機に伝達し、該減速機で所定の減速比で減速して発電機を駆動する蒸気タービン発電装置や、特許文献２（特開平８−６１４７３号公報）にて提供されているような、船舶用蒸気タービンの回転を歯車軸継手を介して減速機に伝達し、該減速機で所定の減速比で減速してプロペラを駆動する船舶用減速装置等に多く適用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７０５７１号公報
【特許文献２】特開平８−６１４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５は、前記のような入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる動力伝達装置のうち、軸継手として歯車軸継手を装備した船舶用減速装置におけるスラスト荷重による減速歯車の局部的歯当たり発生状態を示す模式図である。
図において、１は蒸気タービン、ガスタービン等のタービン（原動機）、２は第１段減速機で、該第１段減速機２は１個のピ二オンギヤ２１に2個のホイールギヤ２２，２２が噛み合って構成される。４は前記タービン１とピ二オンギヤ２とを連結する歯車軸継手で、接続軸４２の両端部に形成された外歯４４，４５と、前記タービン１の出力軸及び前記ピ二オンギヤ２の入力軸にそれぞれ設けられた内歯４１，４３との噛み合いによりタービン１の出力軸とピ二オンギヤ２の入力軸との間に回転力を伝達するように構成されている。
７，７は前記ホイールギヤ２２，２２と第１段減速機２の出力軸２２ａ，２２ａとを連結する軸継手で、前記第１段減速機２で減速後の回転力は、該軸継手７，７から出力軸２２ａ，２２ａを経て、図示しない第２段減速機に伝達される。
【０００５】
このような歯車軸継手を装備した船舶用減速装置においては、船舶の推進力に伴う軸系の移動、船体変形、軸系の熱伸び等によって軸方向変位が発生する。かかる軸方向変位によるスラスト荷重は、プロペラ軸に設けたスラスト軸受やタービン１側に設けたスラスト軸受で吸収するようになっている。
しかしながら、歯車軸継手４が設置されているタービン１と第１段減速機２のピ二オンギヤ２１との間の軸系の軸方向変位については、従来は、前記歯車軸継手４にかかる軸方向変位を吸収する手段が講じられていなかったため、図５のように、この軸系の軸方向変位によってピ二オンギヤ２１と２個のホイールギヤ２２，２２との噛み合い部に局部的に強い歯当たり６１，６２が発生し、第１段減速機２における歯部の破損を引き起こす可能性がある。
前記特許文献１，２には、かかる不具合に対処する手段は示されていない。
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を備えた動力伝達装置の軸系に発生する軸方向変位を軸継手にて吸収可能として、かかる軸方向変位による歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を防止した、歯部の破損を回避した軸継手を備えた動力伝達装置及び船舶用減速装置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】
【０００７】
本発明はかかる目的を達成するもので、歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置において、前記軸継手は、外歯と内歯との噛み合いにより該入力軸と出力軸との間の回転力を伝達する歯車軸継手からなり、該歯車軸継手は、前記外歯と内歯との噛み合いピッチ円直径Ｄを、
歯車軸継手の伝達トルクをＴ、
外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数をμ、
歯車軸継手に作用するスラスト荷重をＦ、
としたとき、
Ｄ＞（２μＴ）／Ｆ    （１）
になるように設定して構成されたことを特徴とする。
【０００８】
また、歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置の製作方法の発明は、前記軸継手を、外歯と内歯との噛み合いにより該入力軸と出力軸との間の回転力を伝達する歯車軸継手で構成し、該歯車軸継手における前記外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数μを、
前記外歯と内歯との噛み合いピッチ円直径をＤ、
歯車軸継手の伝達トルクをＴ、
歯車軸継手に作用するスラスト荷重をＦ、
としたとき、
μ＜（ＦＤ）／（２Ｔ）  （２）
になるように設定する。
【０００９】
かかる発明によれば、前記（１）式のように、歯車軸継手の外歯と内歯との噛み合いピッチ円直径Ｄと歯車軸継手に作用するスラスト荷重Ｆとは反比例関係にあり、前記噛み合いピッチ円直径Ｄを、スラスト荷重Ｆの許容値（許容スラスト荷重）Ｆａに対応するピッチ円直径Ｄ０＝（２μＴ）／Ｆａを超えるピッチ円直径Ｄに設定した歯車軸継手に構成し、あるいは、歯車軸継手の外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数μを前記（２）のように設定することにより、噛み合い歯部の噛み合い摩擦力を許容スラスト荷重Ｆａ以下に抑えることができ、従って、歯車減速装置の軸系の軸方向変位に伴うスラスト荷重による歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を防止できる。
【００１０】
また本発明は、歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置において、前記軸継手は、前記入力軸側と出力軸側との間にダイヤフラムを介装してなるダイヤフラム軸継手からなり、前記ダイヤフラム軸継手は、前記ダイヤフラムの軸方向剛性を、該ダイヤフラム軸継手の軸方向剛性により発生するスラスト荷重が許容スラスト荷重以下になるように設定して構成されたことを特徴とする（請求項３）。
【００１１】
かかる発明によれば、ダイヤフラム軸継手のダイヤフラムの軸方向剛性（軸方向ばね定数）を、該ダイヤフラム軸継手の軸方向剛性により発生するスラスト荷重Ｆｓ、つまり（Ｆｓ＝軸方向剛性×軸継手の軸方向変位）が許容スラスト荷重Ｆａ以下（Ｆｓ≦Ｆａ）になるように設定しておけば、ダイヤフラム軸継手においてダイヤフラムの軸方向剛性によってスラスト荷重Ｆｓを吸収できて、該スラスト荷重Ｆｓによる歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を防止できる。
【００１２】
また本発明は、歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を設置してなる、軸継手を備えた動力伝達装置において、前記軸継手は、外歯と内歯との噛み合いにより該入力軸と出力軸との間の回転力を伝達する歯車軸継手と、前記入力軸側と出力軸側との間にダイヤフラムを介装してなるダイヤフラム軸継手とを直列に連結してなることを特徴とする（請求項４）。
かかる発明によれば、歯車軸継手とダイヤフラム軸継手とを直列に連結してスラスト荷重Ｆｓを受持つので、予め軸方向剛性を正確に設定可能で軸系の熱伸びを確実に吸収可能なダイヤフラム軸継手を、歯車軸継手に直列に連結することによって、歯車軸継手で熱伸びによるスラスト荷重の吸収が完全にできない場合でも、該ダイヤフラム軸継手によって熱伸びによるスラスト荷重を確実に吸収できる。
【００１３】
またかかる発明において、前記歯車軸継手を請求項１のようなピッチ円直径（Ｄ＞（２μＴ）／Ｆ）に設定するとともに、前記ダイヤフラム軸継手を請求項３のようなダイヤフラムの軸方向剛性つまり（スラスト荷重Ｆｓ＝軸方向剛性×軸継手の軸方向変位）が許容スラスト荷重Ｆａ以下（Ｆｓ≦Ｆａ）になるように設定するように構成すれば（請求項５）、前記歯車軸継手とダイヤフラム軸継手を組み合わせたスラスト荷重の吸収効果をさらに確実に発揮できる。
【００１４】
また本発明は、船舶の原動機と該原動機の回転を所定の減速比で減速する減速機との間に軸継手を設置してなる船舶用減速装置に、請求項１に記載の軸継手、請求項３に記載の軸継手、請求項４に記載の軸継手、請求項５に記載の軸継手のいずれか、またはこれらを組み合わせて構成れば（請求項６）、船舶用減速装置を構成する歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を確実に防止でき、歯部の破損を確実に回避した軸継手を備えた船舶用減速装置が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を備えた動力伝達装置において、ピッチ円直径ＤをＤ＝（２μＴ）／Ｆａを超えるピッチ円直径に設定した歯車軸継手に構成し、あるいはスラスト荷重Ｆｓ＝軸方向剛性×軸継手の軸方向変位）が許容スラスト荷重Ｆａ以下（Ｆｓ≦Ｆａ）になるようなダイヤフラム軸継手を用い、あるいは熱伸びを確実に吸収可能なダイヤフラム軸継手を歯車軸継手に直列に連結することによって、減速装置の軸系に発生する軸方向変位を軸継手にて確実に吸収可能なって、かかる軸方向変位による歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を防止でき、減速装置の軸継手における歯部の破損を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は本発明が適用される船舶の推進装置の構成図である。
図１において、１は主機関である蒸気タービン、ガスタービン等のタービン（原動機）、２は第１段減速機、３は第２段減速機、３３はプロペラ軸、３４はプロペラ、１００は前記タービン１の出力側と前記第１段減速機２の入力側との間に介装され後述する構成をそなえた軸継手である。１ａはタービン主軸、８はタービン側スラスト軸受、３５はプロペラ側スラスト軸受である。
前記第１段減速機２は１個のピ二オンギヤ２１に２個のホイールギヤ２２，２２が噛み合って構成される。７，７は前記ホイールギヤ２２，２２と該第１段減速機２の出力軸２２ａ，２２ａとを連結する軸継手である。また前記第２段減速機３は、前記第１段減速機２の２本の出力軸２２ａ，２２ａにそれぞれ連結されるピ二オンギヤ３１，３１に１個のホイールギヤ３２が噛み合って構成される。
【００１８】
かかる船舶の推進装置において、前記タービン１の回転力は、軸継手１００を介して第１段減速機２に伝達され、該第１段減速機２において前記ピ二オンギヤ２１とホイールギヤ２２，２２との歯数比で以って第１段の減速がなされて、該第１段減速機２の２本の出力軸２２ａ，２２ａを通して第２段減速機３のピ二オンギヤ３１，３１に伝達され、該ピ二オンギヤ３１，３１とホイールギヤ３２との歯数比で以って第２段の減速がなされる。そして、かかる２段の減速がなされた回転力は、プロペラ軸３３からプロペラ３４に伝達される。
本発明は、前記のような船舶の推進装置に適用される軸継手１００に係るものである。
【実施例１】
【００１９】
図２は本発明の第１実施例に係る歯車軸継手４の軸心線に沿う断面図である。
図２において、４４は前記タービン１（図１参照）の出力端に連結される入力軸、４３ａは前記第１段減速機２のピ二オンギヤ２１に連結される出力軸、４２は接続軸で、該接続軸４２の入力側に形成された入力側外歯４４が前記入力軸４４の端部内周に形成された入力側内歯４１と噛み合い、該接続軸４２の出力側に形成された出力側外歯４５が前記出力軸４３ａの端部内周に形成された出力側内歯４３と噛み合うことにより、前記入力軸４４から出力軸４３ａに回転力を伝達するようになっている。
【００２０】
本発明の第１実施例においては、かかる構成をそなえた歯車軸継手４において、図２のように、
前記外歯（入力側外歯４４あるいは出力側外歯４５）と内歯（入力側内歯４１あるいは出力側内歯４３）との噛み合いピッチ円直径Ｄを、
歯車軸継手４の伝達トルクをＴ、
前記外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数をμ
歯車軸継手４に作用するスラスト荷重をＦ、
としたとき、
Ｄ＞（２μＴ）／Ｆ    （１）
になるように設定している。
【００２１】
また、図２のような歯車軸継手４を製作するにあたっては、該歯車軸継手４における前記外歯（入力側外歯４４あるいは出力側外歯４５）と内歯（入力側内歯４１あるいは出力側内歯４３）との噛み合い歯面の摩擦係数μを、
前記外歯と内歯との噛み合いピッチ円直径をＤ、
歯車軸継手４の伝達トルクをＴ、
歯車軸継手４に作用するスラスト荷重をＦ、
としたとき、
μ＜（ＦＤ）／（２Ｔ）  （２）
になるように設定して製作する。
【００２２】
かかる第１実施例によれば、前記（１）式のように、歯車軸継手４の外歯（入力側外歯４４あるいは出力側外歯４５）と内歯（入力側内歯４１あるいは出力側内歯４３）との噛み合いピッチ円直径Ｄと歯車軸継手４に作用するスラスト荷重Ｆとは反比例関係にあり、前記噛み合いピッチ円直径Ｄを、スラスト荷重Ｆの許容値（許容スラスト荷重）Ｆａに対応するピッチ円直径Ｄ０＝（２μＴ）／Ｆａを超えるピッチ円直径Ｄに設定した歯車軸継手４に構成し、
あるいは、歯車軸継手４の前記外歯と内歯との噛み合い歯面の摩擦係数μを前記（２）のように設定することにより、噛み合い歯部の噛み合い摩擦力を許容スラスト荷重Ｆａ以下に抑えることができ、従って、歯車減速装置の軸系の軸方向変位に伴うスラスト荷重による歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を防止できる。
【実施例２】
【００２３】
図３は本発明の第２実施例に係るダイヤフラム軸継手５の軸心線に沿う断面図である。
この第２実施例においては、図１に示される船舶の推進装置の軸継手１００として図３に示されるダイヤフラム軸継手５を用いている。
即ち、図３において、５６は前記タービン１（図１参照）の出力端に連結される入力軸、５７は前記第１段減速機２のピ二オンギヤ２１（図１参照）に連結される出力軸、５５は接続軸である。
５１は入力側ダイヤフラムで、入力側である外周部を前記入力軸５６のフランジ５２に固定され、出力側である内周部を前記接続軸５５の入力側フランジ５５ａに固定されている。５３は出力側ダイヤフラムで、入力側である内周部を前記接続軸５５の出力側フランジ５５ｂに固定され、出力側である外周部を前記出力軸５７のフランジ５４に固定されている。
前記ダイヤフラム軸継手５は、前記ダイヤフラム５１，５３の軸方向剛性を、該ダイヤフラム軸継手５の軸方向剛性により発生するスラスト荷重Ｆｓが許容スラスト荷重Ｆ０以下になるように設定して構成されている。
【００２４】
かかる第２実施例によれば、ダイヤフラム軸継手５のダイヤフラム５１，５３の軸方向剛性（軸方向ばね定数）を、該ダイヤフラム軸継手５の軸方向剛性により発生するスラスト荷重Ｆｓ（Ｆｓ＝軸方向剛性×軸継手の軸方向変位）が許容スラスト荷重Ｆａ以下（Ｆｓ≦Ｆａ）になるように設定しておけば、ダイヤフラム軸継手５においてダイヤフラム５１，５３の軸方向剛性によってスラスト荷重Ｆｓを吸収できて、該スラスト荷重Ｆｓによる前記第１段減速機２及び第２段減速機３の局部的な強い歯当たりの発生を防止できる。
【実施例３】
【００２５】
図４は本発明の第３実施例に係る船舶の推進装置の模式図である。
かかる第３実施例においては、図１における軸継手１００として、図２に示される歯車軸継手４の出力側と図３に示されるダイヤフラム軸継手５の入力側とを接続軸６０を介して接続している。
尚、該接続軸６０を省略して、歯車軸継手４とダイヤフラム軸継手５とを直接接続してもよく、あるいは前記とは逆に、ダイヤフラム軸継手５の出力側に歯車軸継手４の入力側を接続してもよい。
【００２６】
かかる第３実施例によれば、歯車軸継手４とダイヤフラム軸継手５とを直列に連結してスラスト荷重Ｆｓを受持つので、予め軸方向剛性を正確に設定可能で軸系の熱伸びを確実に吸収可能なダイヤフラム軸継手５を歯車軸継手４に直列に連結することによって、該歯車軸継手４で熱伸びによるスラスト荷重の吸収が完全にできない場合でも、該ダイヤフラム軸継手５によって熱伸びによるスラスト荷重を確実に吸収できる。
【実施例４】
【００２７】
また本発明の第４実施例においては、前記歯車軸継手４を前記第１実施例のようなピッチ円直径（Ｄ＞（２μＴ）／Ｆ）に設定するとともに、前記ダイヤフラム軸継手５を前記第１実施例のようなダイヤフラム５１，５３の軸方向剛性つまり（スラスト荷重Ｆｓ＝軸方向剛性×ダイヤフラム軸継手５の軸方向変位）が許容スラスト荷重Ｆａ以下（Ｆｓ≦Ｆａ）になるように設定する。
かかる第４実施例によれば、前記歯車軸継手４とダイヤフラム軸継手５を組み合わせたスラスト荷重の吸収効果をさらに確実に発揮できる。
【００２８】
前記各実施例は、船舶の原動機と該原動機の回転を所定の減速比で減速する減速機との間に軸継手を設置してなる船舶用減速装置に本発明を適用したものであるが、本発明に係る軸継手はこれに限られることなく、歯車式増、減速装置に介装される軸継手に広く適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、歯車減速装置が介装された軸系の入力軸と出力軸との間に軸継手を備えた動力伝達装置の軸系に発生する軸方向変位を軸継手にて吸収可能となり、かかる軸方向変位による歯車減速装置の局部的な強い歯当たりの発生を防止して、歯部の破損を回避した軸継手を備えた動力伝達装置及び船舶用減速装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明が適用される船舶の推進装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る歯車軸継手の軸心線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第２実施例に係るダイヤフラム軸継手の軸心線に沿う断面図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る船舶の推進装置の模式図である。
【図５】軸継手として歯車軸継手を装備した船舶用減速装置におけるスラスト荷重による減速歯車の局部的歯当たり発生状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    タービン（原動機）
２    第１段減速機
３    第２段減速機
４    歯車軸継手
５    ダイヤフラム軸継手
８    タービン側スラスト軸受
２１，３１    ピ二オンギヤ
２２，３２    ホイールギヤ
３３    プロペラ軸
３４    プロペラ
３５    プロペラ側スラスト軸受
４２    接続軸
４４，５６    入力軸
４５，５７    出力軸
５４    フランジ
５５    接続軸
１００    軸継手
Ｄ    ピッチ円直径
【図１】
2007085467.tif 000003
【図２】
2007085467.tif 000004
【図３】
2007085467.tif 000005
【図４】
2007085467.tif 000006
【図５】
2007085467.tif 000007