(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶用船外推進システム（１）の変速機（６）であって、
エンジン（４）に接続される入力軸（７）と、前記入力軸（７）と平行に配置された副軸（１９）と、前記入力軸（７）の回転を前記副軸（１９）に伝達する複数のギヤ対（１５、１６；１７、１８）と、ギヤ（１５、１６、１７、１８、３８）を選択的に係合させて少なくとも２つの前進ギヤ比及び１つの後退ギヤ比を可能にするスイッチング要素（２３、２５、３０）と、を備え、
前記変速機（６）が、前記入力軸（７）と同軸に配置された出力軸（８）と、少なくとも１つのＰＴＯ装置（９、１０）を駆動するよう適合されたＰＴＯ副軸（３１）と、を備え、
前記変速機（６）が、前記入力軸（７）と平行に配置されて前記入力軸（７）と常に駆動接続するリバースギヤ軸（２９）を備え、前記ＰＴＯ副軸（３１）が前記リバースギヤ軸（２９）と常に駆動接続し、
第１摩擦クラッチ（２３）の第１ディスクキャリア（２４）は前記入力軸（７）に固定され、リバース摩擦クラッチ（３０）のリバースディスクキャリア（２７）は前記リバースギヤ軸（２９）に固定され、第１リバースギヤ（２６）は前記第１ディスクキャリア（２４）に堅固に配置されて第２リバースギヤ（２８）と常に噛み合い、前記第２リバースギア（２８）が前記リバースディスクキャリア（２７）に堅固に配置されることを特徴とする、変速機（６）。
【請求項２】
請求項１に記載の変速機であって、前記ＰＴＯ副軸（３１）が前記入力軸（７）と平行に配置されることを特徴とする、変速機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の変速機であって、前記変速機（６）が、第１ベベルギヤ機構（３４）を用いて前記ＰＴＯ副軸（３１）と連結された第１ＰＴＯ駆動軸（３５）を備えることを特徴とする、変速機。
【請求項４】
請求項３に記載の変速機であって、前記変速機（６）が、第２ベベルギヤ機構（３６）を用いて前記ＰＴＯ副軸（３１）と連結された第２ＰＴＯ駆動軸（３７）を備えることを特徴とする、変速機。
【請求項５】
請求項１に記載の変速機であって、前記第１リバースギヤ（２６）が前記第１ディスクキャリア（２４）と一体に成形され、及び／又は前記第２リバースギヤ（２８）が前記リバースディスクキャリア（２７）と一体に成形されることを特徴とする、変速機。
【請求項６】
請求項１又は５に記載の変速機であって、前記変速機（６）が、前記副軸（１９）に回転可能に固定された第１固定ギヤ（１６）を備え、前記第１固定ギヤ（１６）が、前記入力軸（７）上に取り付けられた第１アイドラギヤ（１５）と、及び前記リバースギヤ軸（２９）上に取り付けられたリバースアイドラギヤ（３８）と、常に噛み合うことを特徴とする、変速機。
【請求項７】
エンジン（４）と、請求項１〜６の何れか一項に記載の変速機（６）と、前記第１ＰＴＯ駆動軸（３５）に駆動可能に接続された第１油圧ポンプ（９）と、を備える船舶用船外推進システム（１）。
【請求項８】
請求項７に記載の船舶用船外推進システム（１）であって、前記第２ＰＴＯ駆動軸（３７）に駆動可能に接続された第２油圧ポンプ（１０）を備えることを特徴とする、船舶用船外推進システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの前進速及び１つの後退速を可能にする船舶用船外推進システムの変速機、及び対応する船舶用船外推進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の船舶用船外推進システムは変速機を備える。変速機は、燃焼エンジンとプロペラシャフトとの間に挿入されて燃焼エンジンの出力速度を変更し、それをプロペラシャフトに伝達する。
【０００３】
そうした変速機は、米国特許出願公開ＵＳ２０１４／００４５３９３Ａ１号において開示される。この変速機は、燃焼エンジンに接続される入力軸、及び入力軸と平行に配置された副軸を備える。変速機は、さらに、入力軸の回転を副軸に伝達するための３つのギヤ対を備える。スイッチング要素が備えられ、上述のギヤを選択的に係合させて、２つの前進ギヤ比及び１つの後退ギヤ比を可能にする。この変速機の副軸は、出力軸としても機能し、動力と回転をプロペラシャフトに伝達する。
【０００４】
推進システムの全体サイズのコンパクト化を可能にするために、一般的に、船舶用船外推進システムにおける変速機は、サイズを小さくすることが不可欠である。他の目的は、変速機及び船外推進システムの高い機能性及び信頼性である。
【０００５】
前進ギヤ比及び後退ギヤ比を備え、比較的小さいサイズの他の船舶用船外推進システムは、米国特許出願公開ＵＳ２００９／０１６３０９４Ａ１号に開示される。垂直に配置されたエンジンのクランクシャフトから、遊星ギヤ機構を通り、下のベベルギヤ機構に至る直線状の推進トレインによって、推進システム全体が、スリムでコンパクトな配置となっている。しかしながら、この船外推進システムの変速機は遊星ギヤ機構を備える。遊星ギヤ機構は、一般的に、副軸型変速機と比較して構造がより複雑であり、エネルギ効率がより低い。さらに、遊星ギヤ機構を備えた船外推進システムの垂直方向のサイズは、依然として、かなり広範なものである。冷却水ポンプ用のポンプ駆動機構は、変速機の上に配置される。これによって、この船舶用船外推進システムの垂直方向のサイズが、さらに拡大される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開ＵＳ２０１４／００４５３９３Ａ１号
【特許文献２】米国特許出願公開ＵＳ２００９／０１６３０９４Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、少なくとも２つの前進速及び１つの後退速を可能にする船舶用船外推進システムの変速機を提供することである。この変速機によって、全体のサイズが小さく、効率、機能性及び信頼性が高い、対応する船舶用船外推進システムが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの課題は、本発明によって達成される。本発明は、船舶用船外推進システムの変速機を提供する。変速機は、エンジンに接続される入力軸と、入力軸と平行に配置された副軸と、を備える。変速機は、入力軸の回転を副軸に伝達する複数のギヤ対と、ギヤを選択的に係合させて少なくとも２つの前進ギヤ比及び１つの後退ギヤ比を可能にするスイッチング要素と、を備える。このスイッチング要素は、例えば、１つ又は複数の摩擦クラッチを含んでよい。そうした摩擦クラッチは、アイドラギヤを、アイドラギヤがその上に回転可能に配置された軸に接続し、駆動トルクをこれらギヤ及び軸に伝達するために使用できる。典型的に、そうした摩擦クラッチは多板クラッチであってよい。
【０００９】
本発明による変速機は、さらに、入力軸と同軸に配置された出力軸と、少なくとも１つのＰＴＯ装置を駆動するよう適合されたＰＴＯ副軸と、を備える。ＰＴＯは、よく知られた技術用語であり、ｐｏｗｅｒ‐ｔａｋｅ‐ｏｆｆ（動力取出装置）を意味する。変速機において入力軸と出力軸を同軸に配置することによって、垂直に配置された燃焼エンジンのクランクシャフトから、入力軸及び出力軸を経て、水平に配置されたプロペラシャフトに回転を伝達するベベルギヤに至る、推進トレインの直線状の配置が可能になる。
【００１０】
ＰＴＯ副軸は、変速機の一部として、変速機の高度に統合された機能性を提供する。このＰＴＯ装置は、例えば冷却用の水ポンプ、操舵又は他の目的のための油圧オイルポンプのような、任意の種類のアセンブリであってよい。変速機の一部としてのＰＴＯ副軸は、ＰＴＯ駆動機構を船舶用船外推進システムの他の位置に配置する必要がないために、船舶用船外推進システムの全体サイズのコンパクト化を可能にする。変速機は、入力軸、副軸、ＰＴＯ副軸、出力軸、ギヤ対、及びスイッチング要素を少なくとも部分的に収容するハウジングを含むことができる。これらの軸は、ハウジング内に、例えばボールベアリング及び／又はローラベアリングを用いて支持される。
【００１１】
したがって、本発明の１つの着想は、ハウジング内の利用可能なスペースを効率的に利用する船舶用船外推進システムの変速機を創出することである。
【００１２】
ＰＴＯ副軸が入力軸と平行に配置される場合、変速機の更なる省スペース設計を達成することができる。駆動トルクは、１つ又は複数の平歯車対によってＰＴＯ副軸へ伝達することができる。ＰＴＯ副軸を駆動する適切な平歯車対を選択することによって、対応するＰＴＯ装置の特定用途のための有利なギヤ比を達成できる。
【００１３】
好適には、変速機は、第１ベベルギヤ機構を用いてＰＴＯ副軸と連結された第１ＰＴＯ駆動軸を備える。そのため、第１ＰＴＯ駆動軸はＰＴＯ副軸に対して垂直に配置される。対応するＰＴＯ装置は、ＰＴＯ副軸及び第１ＰＴＯ駆動軸によって駆動できる。第１ＰＴＯ装置は、変速機に直接に隣接して駆動されてよい。
【００１４】
第１ＰＴＯ駆動軸に加えて、変速機は、第２ベベルギヤ機構を用いてＰＴＯ副軸と連結された第２ＰＴＯ駆動軸を備えてもよい。そのため、第２ＰＴＯ駆動軸も、ＰＴＯ副軸に対して垂直に配置される。第２ＰＴＯ装置は、第２ＰＴＯ駆動軸によって駆動できる。第２ベベルギヤ機構は、ＰＴＯ副軸上で、第１ベベルギヤ機構に対して軸方向にオフセットして配置されてよい。そのように配置することによって、第１及び第２ＰＴＯ駆動軸を、上下に水平に配置することが可能である。水平及び垂直との用語は、水面を水平面としてボートに取り付けられて動作位置にある船舶用船外推進システムに関するものである。本明細書中の軸方向との用語は、特に明記しない限り、入力軸の回転軸の方向を指す。
【００１５】
第１及び第２ＰＴＯ駆動軸は、ハウジングの内側の対応する第１又は第２ベベルギヤ機構から、ハウジングの壁を通り、外側へと延在することができる。第１及び／又は第２ＰＴＯ装置は、変速機のハウジングに固定されてよい。
【００１６】
本発明の別の好適な実施形態により、変速機は、リバースギヤ軸を備える。リバースギヤ軸は、入力軸と平行に配置され、入力軸と常に駆動接続する。リバースギヤ軸は、平歯車対により入力軸によって駆動することができる。この平歯車対の２つの平歯車は、それぞれ、対応する軸に固定される。ＰＴＯ副軸は、リバースギヤ軸と常に駆動接続することできる。したがって、入力軸とＰＴＯ副軸との間の常時駆動接続が達成される。このようにして、船舶用船外推進システムのエンジンが作動するとすぐに、ＰＴＯ装置が確実に駆動される。
【００１７】
変速機のコンパクトな設計をさらに改良するために、第１摩擦クラッチの第１ディスクキャリアを入力軸に固定することができる。リバース摩擦クラッチのリバースディスクキャリアをリバースギヤ軸に固定することができる。第１リバースギヤは、第１ディスクキャリアに堅固に固定されてよく、常に第２リバースギヤと噛み合うことができる。第２リバースギヤを、リバースディスクキャリアに堅固に固定することができる。
【００１８】
この実施形態において、第１リバースギヤは第１ディスクキャリアと一体に成形することができる。及び／又は第２リバースギヤはリバースディスクキャリアと一体に成形することができる。このようにしてディスクキャリアが、二重の機能、つまり、対応するクラッチのディスクを担持する本来の機能と、後退速用のギヤとしての追加的な機能と、を有する。
【００１９】
第１摩擦クラッチの横で、第２摩擦クラッチを入力軸に配置し、各ギヤ比用に１つのギヤ対を用いて、第１及び第２ギヤ比を実現することができる。
【００２０】
本発明の別の態様は、共通部品構想に関する。この構想は、複数の同一部品を変速機において使用可能であることを意味する。これは、製造費用及び保管費用が低減するために、低コスト要件の充足を助ける。この目的のために、変速機は、副軸に回転可能に固定された第１固定ギヤを備えることができる。第１固定ギヤは、入力軸上に取り付けられた第１アイドラギヤと、及びリバースギヤ軸上に取り付けられたリバースアイドラギヤと、常に噛み合う。この第１アイドラギヤを入力軸に回転連結させることで第１前進速を係合させる場合に、動力を第１固定ギヤへ伝達するために、第１アイドラギヤを使用することができる。これは、第１摩擦クラッチを用いて行うことができる。リバースアイドラギヤをリバースギヤ軸に回転連結させることで後退速を係合させる場合に、動力を第１固定ギヤへ伝達するために、このリバースアイドラギヤを使用することができる。これは、リバース摩擦クラッチを用いて行うことができる。第１固定ギヤを後退速及び第１前進速用に使用することで、副軸上の別個のリバースギヤを省略し、それによって狭いスペース要件の充足を助け、第１アイドラギヤ及びリバースアイドラギヤ用に同一の部品を使用することでコストを節約する。
【００２１】
さらに本発明は、エンジンと、上述の変速機と、変速機の第１ＰＴＯ駆動軸に駆動可能に接続された第１油圧ポンプと、を備える船舶用船外推進システムに関する。そうしたシステムは、さらに、変速機の第２ＰＴＯ駆動軸に駆動可能に接続された第２油圧ポンプを備えることが好適である。第１油圧ポンプは、例えば、プロペラ推力方向を調整すべくプロペラシャフトを旋回させる操舵用ポンプであってよい。第２ポンプは、船舶用船外推進システムのコンポーネントを冷却するための水ポンプであってよい。
【００２２】
以下の、添付の図面に関連する本発明の好適な実施形態の詳細な説明は、本発明の課題、特徴、及び利点を理解する助けとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による船舶用船外推進システムの概略図である。
【図２】本発明による船舶用船外推進システムの変速機の概略図である。
【図３】図２の変速機の概略的なパワーフロー図である。
【図４】ＰＴＯ駆動軸においてベベルギヤ機構が異なって配置された、図２の変速機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、船舶用船外推進システム１を示す。船舶用船外推進システム１は、水面３を水平面として、船舶用船外推進システム１の動作位置で、船体２の船尾に取り付けられる。船舶用船外推進システム１は、垂直方向のクランクシャフト５を有する燃焼エンジン４を備える。クランクシャフト５は、変速機６の入力軸７に接続される。変速機６は、エンジン４の下に位置する。
【００２５】
別の実施形態において、エンジン４及び変速機６は、相互に直接隣接してはならない。エンジンと変速機との間には、推進システムの他の部品が配置される場合がある。
【００２６】
動力は、出力軸８を介して下部ベベルギヤ１１に伝達される。下部ベベルギヤ１１は、水平方向のプロペラシャフト１２を駆動する。プロペラシャフト１２はプロペラ１３を備える。入力軸７は、ハウジング２２の上側でハウジング２２内に入る。出力軸８は、ハウジング２２の下側でハウジング２２から出る。クランクシャフト５、入力軸７、及び出力軸８は、全て相互に同軸で垂直軸１４に配置される。このようにして、比較的スリムな設計の船舶用船外推進システム１が達成される。２つのＰＴＯ装置９及び１０が、変速機６のハウジング２２に取り付けられる。
【００２７】
図１は、変速機６のハウジング２２、入力軸７、出力軸８、及び第１ＰＴＯ装置９と第２ＰＴＯ装置１０のみを示す。変速機６の他の要素は、図２に示され、以下で説明される。
【００２８】
第１アイドラギヤ１５及び第２アイドラギヤ１７は、入力軸７上に回転可能に支持される。第１アイドラギヤ１５は、副軸１９に固定された第１固定ギヤ１６と、永久に噛み合う。第２アイドラギヤ１７は、同様に副軸１９に固定された第２固定ギヤ１８と、永久に噛み合う。したがって、第１アイドラギヤ１５は、第１固定ギヤ１６と共に第１ギヤ対を構成する。第２アイドラギヤ１７は、第２固定ギヤ１８と共に第２ギヤ対を構成する。第１ギヤ対１５、１６は、異なる比を有する第１及び第２前進速Ｆ１、Ｆ２を確立するために、第２ギヤ対１７、１８とは異なるギヤ比を有する。
【００２９】
副軸１９は、入力軸７と平行に配置される。第３固定ギヤ２０も、副軸１９に固定され、出力軸８に固定された第４固定ギヤ２１と永久に噛み合う。出力軸８は入力軸７と同軸に配置される。
【００３０】
第１摩擦クラッチ２３及び第２摩擦クラッチ２５は、スイッチング要素として入力軸７上に配置され、第１及び第２前進ギヤ比の選択を可能とする。第１ディスクキャリア２４は、入力軸７に固定され、第１及び第２摩擦クラッチ２３、２５の外側ディスクを担持する。第１及び第２摩擦クラッチ２３、２５は、両方が多板クラッチとして形成される。
【００３１】
変速機６は、さらにリバースギヤ軸２９を備える。リバースギヤ軸２９は、入力軸７と平行に配置され、入力軸７と常に駆動接続する。
【００３２】
第１リバースギヤ２６は、第１ディスクキャリア２４の外側に堅固に配置され、常に第２リバースギヤ２８と噛み合う。第２リバースギヤ２８は、リバースディスクキャリア２７の外側に堅固に配置される。第１リバースギヤ２６と第２リバースギヤ２８との間の、この常時噛合は、図２において、２つのギヤ２６及び２８の間の点線で示される。
【００３３】
リバースディスクキャリア２７は、リバースギヤ軸２９に固定され、リバース摩擦クラッチ３０の一部である。したがって、変速機全体は、摩擦クラッチ２３、２５及び３０の形態の３つのスイッチング要素を備え、選択的にギヤを係合させて、２つの前進ギヤ比及び１つの後退ギヤ比を可能にする。第１リバースギヤ２６は、第１ディスクキャリア２４と一体に形成される。第２リバースギヤ２８は、リバースディスクキャリア２７と一体に形成される。リバースアイドラギヤ３８を、リバース摩擦クラッチ３０を閉じることによって、リバースギヤ軸２９と接続させることができる。リバースアイドラギヤ３８は、常に第１固定ギヤ１６と噛み合うため、副軸１９及び出力軸８と常に駆動接続する。第１固定ギヤ１６を後退速及び第１前進速用に使用することで、副軸１９上の別個のリバースギヤを省略し、それによって狭いスペース要件の充足を助ける。
【００３４】
変速機は、さらに、入力軸７と平行に配置されたＰＴＯ副軸３１を備える。ＰＴＯ副軸３１は、ハウジング２２の内側に配置され、リバースギヤ軸２９を介して入力軸７と常に駆動接続する。このために、リバースギヤ軸２９に固定された第５固定ギヤ３２は、ＰＴＯ副軸３１に固定された第６固定ギヤ３３と永久に噛み合う。
【００３５】
ＰＴＯ副軸３１は、第１ＰＴＯ装置９及び第２ＰＴＯ装置１０を駆動する。第１ＰＴＯ装置９は、第１ベベルギヤ機構３４及び第１ＰＴＯ駆動軸３５を介して駆動される。一方第２ＰＴＯ装置１０は、第２ベベルギヤ機構３６及び第２ＰＴＯ駆動軸３７を介して駆動される。第１及び第２ベベルギヤ機構３４及び３６は、それぞれ、ベベルギヤ対を備える。対応するＰＴＯ駆動軸３５、３７を駆動する適切なベベルギヤ対３４、３６を選択することによって、対応するＰＴＯ装置９、１０の特定用途のための有利なギヤ比を達成できる。
【００３６】
図３のパワーフロー図は、３つの異なる速度、つまり第１前進速Ｆ１、第２前進速Ｆ２、及び後退速Ｒにおける、入力軸７から出力軸８へのパワーフローを示す。
【００３７】
第１前進速Ｆ１を係合させるために、第１摩擦クラッチ２３が閉じられ、一方第２摩擦クラッチ２５及びリバース摩擦クラッチ３０が開かれる。この場合動力は、入力軸７から、第１摩擦クラッチ２３、第１アイドラギヤ１５、第１固定ギヤ１６、副軸１９、第３固定ギヤ２０、及び第４固定ギヤ２１を経て、出力軸８に流れる。
【００３８】
第２前進速Ｆ２を係合させるために、第２摩擦クラッチ２５が閉じられ、一方第１摩擦クラッチ２３及びリバース摩擦クラッチ３０が開かれる。この場合動力は、入力軸７から、第２摩擦クラッチ２５、第２アイドラギヤ１７、第２固定ギヤ１８、副軸１９、第３固定ギヤ２０、及び第４固定ギヤ２１を経て、出力軸８に流れる。
【００３９】
後退速Ｒを係合させるために、第１摩擦クラッチ２３及び第２摩擦クラッチ２５が開かれ、一方リバース摩擦クラッチ３０が閉じられる。この場合動力は、入力軸７から、第１リバースギヤ２６、第２リバースギヤ２８、リバースクラッチ３０、リバースアイドラギヤ３８、第１固定ギヤ１６、副軸１９、第３固定ギヤ２０、及び第４固定ギヤ２１を経て、出力軸８に流れる。
【００４０】
図４に示す変速機６は、図２に示す変速機６とよく似ている。そのため、変速機の同一の要素は、図２及び図４で同一の符号を付記されている。図４の変速機６の唯一の差異は、ベベルギヤ機構３４及び３６のＰＴＯ副軸３１での配置である。一方又は両方のベベルギヤ機構３４、３６で、従動ベベルギヤに関連する駆動ベベルギヤの駆動側を交換することにより、対応するＰＴＯ駆動軸３５、３７の回転方向を変更することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  船舶用船外推進システム
２  船体
３  水面
４  エンジン
５  クランクシャフト
６  変速機
７  入力軸
８  出力軸
９  ＰＴＯ装置
１０  ＰＴＯ装置
１１  下部ベベルギヤ
１２  プロペラシャフト
１３  プロペラ
１４  垂直軸
１５  第１アイドラギヤ
１６  第１固定ギヤ
１７  第２アイドラギヤ
１８  第２固定ギヤ
１９  副軸
２０  第３固定ギヤ
２１  第４固定ギヤ
２２  ハウジング
２３  第１摩擦クラッチ
２４  第１ディスクキャリア
２５  第２摩擦クラッチ
２６  第１リバースギヤ
２７  リバースディスクキャリア
２８  第２リバースギヤ
２９  リバースギヤ軸
３０  リバース摩擦クラッチ
３１  ＰＴＯ副軸
３２  第５固定ギヤ
３３  第６固定ギヤ
３４  第１ベベルギヤ機構
３５  第１ＰＴＯ駆動軸
３６  第２ベベルギヤ機構
３７  第２ＰＴＯ駆動軸
３８  リバースアイドラギヤ
Ｆ１  第１前進速
Ｆ２  第２前進速
Ｒ  後退速
【図１】
0006978521.tif 000002
【図２】
0006978521.tif 000003
【図３】
0006978521.tif 000004
【図４】
0006978521.tif 000005