JP2012171602A

JP2012171602A - 船外機の動力伝達装置

Info

Publication number: JP2012171602A
Application number: JP2011038905A
Authority: JP
Inventors: Yuki Eidome; 悠希栄留
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP5703830B2; EP2492187B1; EP2492187A1

Abstract

【課題】ベベルギアの製造コストを低減できると共に動力伝達効率を向上でき、更に従動ベベルギア全体としての歯強度の低下を防止できること。
【解決手段】ベベルギア機構２８を備えた船外機の動力伝達装置３０において、ベベルギア機構２８は、ドライブシャフト２１に装着された駆動ベベルギア２２と、プロペラシャフト２３に配置された前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５とを有し、前進用従動ベベルギア２４と後進用従動ベベルギア２５は、駆動ベベルギア２２に常時噛み合うと共に、ドッグクラッチ２７を介してプロペラシャフト２３に選択的に断続可能に構成され、前進用従動ベベルギア２４、後進用従動ベベルギア２５及び駆動ベベルギア２２が直歯型のベベルギアにて構成され、従動ベベルギアは、歯の側面における歯筋方向の形状が、前進用従動ベベルギア２４と後進用従動ベベルギア２５とで異なる諸元に形成されたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンからの駆動力をドライブシャフトからプロペラシャフトへ伝達する、ベベルギア機構を備えた船外機の動力伝達装置に関する。

船外機において、エンジンの駆動力は、エンジンのクランクシャフトに連結されて下方に延びるドライブシャフトから、後端にプロペラが取り付けられて水平に延びるプロペラシャフトへ伝達する必要があるため、ドライブシャフトとプロペラシャフトとの間にベベルギア機構が介在されている。

このベベルギア機構は、プロペラと共に水中に没するギアケース内に収容される。このギアケースは、航走中に水の抵抗が発生して動力損失になるため、水の抵抗を少なくするように、前方投影面積を小さくして小型に構成することが要請されている。

従って、従来の船外機におけるベベルギア機構では、特許文献１に記載のように、歯形状がスパイラル（曲がり歯）形状のグリーソン歯型のベベルギアが採用されて、ギアを小径化してギアケースの小型化の要請に対処している。

特開２００８−２５６０３号公報

ところが、スパイラルのグリーソン歯型を歯形状として採用したベベルギアは、ストレート歯形を歯形状とするベベルギアと比較して、互いに噛み合う歯間に生ずる摩擦による動力損失のために動力伝達効率が低くなり、動力性能の低下や燃費の悪化などの不具合が発生する恐れがある。この不具合は、特に小出力の船外機において大きな課題となっている。

また、スパイラルのグリーソン歯型を歯形状として採用したベベルギアは、製作に専用設備が必要になるため、製造コストが上昇してしまう。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ベベルギアの製造コストを低減できると共に、動力伝達効率を向上でき、更に、従動ベベルギア全体としての歯強度の低下を防止できる船外機の動力伝達装置を提供することにある。

本発明は、エンジンにより駆動されるドライブシャフトと、このドライブシャフトによりベベルギア機構を介して駆動されるプロペラシャフトとを備えた船外機の動力伝達装置において、前記ベベルギア機構は、前記ドライブシャフトに装着された駆動ベベルギアと、前記プロペラシャフトに互いに対向して配置され前記駆動ベベルギアに噛み合う前進用従動ベベルギア及び後進用従動ベベルギアとを有し、前記前進用従動ベベルギアと前記後進用従動ベベルギアは、前記駆動ベベルギアに常時噛み合うと共に、クラッチ機構を介して前記プロペラシャフトに選択的に断続可能に構成され、前記前進用従動ベベルギア及び前記後進用従動ベベルギアからなる従動ベベルギアと前記駆動ベベルギアが直歯型のベベルギアにて構成され、前記従動ベベルギアは、歯の側面における歯筋方向の形状が、前記前進用従動ベベルギアと前記後進用従動ベベルギアとで異なる諸元に形成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、駆動ベベルギア及び従動ベベルギアが直歯型のベベルギアにて構成されたので、スパイラルのグリーソン歯型の場合に比べ、ベベルギアの製造コストを低減できると共に、摩擦による動力損失が減少するので動力伝達効率を向上させることができる。

更に、歯の側面における歯筋方向の形状が、前進用従動ベベルギアと後進用従動ベベルギアとで異なる諸元、つまり伝達トルクの小さな後進用従動ベベルギアを、伝達トルクの大きな前進用従動ベベルギアよりも歯厚の減少量が少ない諸元の歯側面形状とすることで、従動ベベルギア全体としての歯強度の低下を防止できる。

本発明に係る船外機の動力伝達装置における一実施形態が適用されたエンジン駆動の船外機を示す左側面図。図１のギアケース内を破断して動力伝達装置のベベルギア機構を示す断面図。図２の駆動ベベルギアを示す断面図。図２の前進側従動ベベルギアまたは後進側従動ベベルギアを示す断面図。図４における前進側従動ベベルギアの基準ピッチ円錐の母線に沿って切断した歯の断面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る船外機の動力伝達装置における一実施形態が適用された船外機を示す左側面図である。この図１に示す船外機１０はエンジンホルダ１２を備え、このエンジンホルダ１２にエンジン１１が搭載される。エンジンホルダ１２の下部にオイルパンブロック１３、ドライブシャフトハウジング１４及びギアケース１５が順次組み付けられている。図中符号１６は、エンジン１１、エンジンホルダ１２及びオイルパンブロック１３を覆うエンジンカバーである。

船外機１０は、図示しないパイロットシャフトがスイベルブラケット１７に枢支されることで水平方向に回動自在に支持され、このスイベルブラケット１７がスイベルシャフト１８を介してクランプブラケット１９に対し鉛直方向に回動自在に支持され、クランプブラケット１９が船体の船尾部２０に固定される。これにより、船外機１０は、船体に対し、水平方向及び鉛直方向に旋回可能に取り付けられる。

この船外機１０は、エンジン１１により駆動されるドライブシャフト２１と、このドライブシャフト２１によりベベルギア機構２８（後述の駆動ベベルギア２２、前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５）を介して駆動されるプロペラシャフト２３と、を備えた動力伝達装置３０を有する。

つまり、エンジン１１は、そのクランクシャフト２９を鉛直方向に向けて縦置きに設置される。このエンジン１１におけるクランクシャフト２９の回転力は、エンジンホルダ１２、オイルパンブロック１３、ドライブシャフトハウジング１４及びギアケース１５内を鉛直方向に延在するドライブシャフト２１に伝達される。このドライブシャフト２１の下端部には、図２に示すように駆動ベベルギア２２が固定して装着される。この駆動ベベルギア２２は、ギアケース１５内で水平方向に配置されたプロペラシャフト２３に互いに対向して回転自在に遊嵌された前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５に常時噛み合う。

また、プロペラシャフト２３には、一端部にプロペラ２６が固定されると共に、ドッグクラッチ２７が回転一体、且つ軸方向にスライド可能に嵌合される。即ち、ドッグクラッチ２７は、プロペラシャフト２３の軸方向に移動可能に、このプロペラシャフト２３にスプライン結合されると共に、ドッグピン３４を介してプロペラシャフト２３と回転一体に設けられ、且つ軸方向両端にドッグ２７Ａを備える。

ドッグクラッチ２７はクラッチ機構として機能し、前進用従動ベベルギア２４と後進用従動ベベルギア２５をプロペラシャフト２３に選択的に断続させる。つまり、ドッグクラッチ２７のドッグ２７Ａが、前進用従動ベベルギア２４のドッグ２４Ａまたは後進用従動ベベルギア２５のドッグ２５Ａに択一に噛み合うことで、ドライブシャフト２１及び駆動ベベルギア２２を経て前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５に伝達されたエンジン１１の回転力は、ドッグクラッチ２７を介してプロペラシャフト２３へ伝達され、プロペラ２６が正転または逆転する。これにより、船体は前進（フォワード）側または後進（リバース）側の推進力を得る。

船外機１０は、このように、ドッグクラッチ２７をフォワード位置（ドッグクラッチ２７のドッグ２７Ａを前進用従動ベベルギア２４のドッグ２４Ａに噛み合わせる位置）に切り換えてプロペラシャフト２３（プロペラ２６）を正転状態とし、またはドッグクラッチ２７をリバース位置（ドッグクラッチ２７のドッグ２７Ａを後進用従動ベベルギア２５のドッグ２５Ａに噛み合わせる位置）に切り換えてプロペラシャフト２３を逆転状態とし、またはドッグクラッチ２７をニュートラル位置（ドッグクラッチ２７のドッグ２７Ａを前進用従動ベベルギア２４のドッグ２４Ａ及び後進用従動ベベルギア２５のドッグ２５Ａに噛み合わせない位置）に切り換えてプロペラシャフト２３をニュートラル状態とするシフト機構を有し、このシフト機構がドッグクラッチ作動部３１を備える。

ドッグクラッチ作動部３１は、ドッグクラッチ２７を作動（直線移動）させるものであり、シフトロッド３３、シフトカム３６、プッシュロッド３７及びクラッチスプリング３８を有して構成される。

シフトロッド３３は、ギアケース１５内に上下方向に移動可能に設けられる。このシフトロッド３３は、図１に示すように、ドライブシャフトハウジング１４とギアケース１５との結合部付近でクラッチロッド３２に直接連結される。このクラッチロッド３２は、スイベルブラケット１７に枢支されたパイロットシャフト（不図示）内に挿通されると共に、船体に設置されたシフト操作レバー（不図示）により昇降操作される。

シフトカム３６は、図２に示すようにシフトロッド３３の下端部に結合され、カム面３５（後述）を備える。また、プッシュロッド３７は、プロペラシャフト２３内で、このプロペラシャフト２３の軸方向に移動可能に設けられ、シフトカム３６のカム面３５とドッグクラッチ２７のドッグピン３４との間に配設される。また、クラッチスプリング３８は、プロペラシャフト２３内に配設され、ドッグピン３４を介してプッシュロッド３７へ付勢力を付与し、このプッシュロッド３７をシフトカム３６のカム面３５に当接させる。

前記シフトカム３６のカム面３５には、上方から下方へ向かってフォワード位置３５Ｆ、ニュートラル位置３５Ｎ、リバース位置３５Ｒが順次連続して形成され、シフトカム３６はディテント機構３９によってこれらの各位置に位置決めされる。このカム面３５のフォワード位置３５Ｆ、ニュートラル位置３５Ｎ、リバース位置３５Ｒは、それぞれドッグクラッチ２７をフォワード位置、ニュートラル位置、リバース位置の各シフト位置に位置付けるものである。

シフト操作レバー（不図示）が操作されて、クラッチロッド３２を介しシフトロッド３３が上下方向に移動することで、シフトカム３６のカム面３５に倣ってプッシュロッド３７が軸方向に移動する。このプッシュロッド３７がシフトカム３６のカム面３５のフォワード位置３５Ｆに当接したときに、クラッチスプリング３８の作用でドッグクラッチ２７のドッグ２７Ａが前進用従動ベベルギア２４のドッグ２４Ａに噛み合って、ドッグクラッチ２７がフォワード位置に切り換えられる。これにより、ドライブシャフト２１の駆動力が駆動ベベルギア２２、前進用従動ベベルギア２４及びドッグクラッチ２７を経てプロペラシャフト２３へ伝達され、プロペラ２６が正転して船体が前進する。

また、プッシュロッド３７がシフトカム３６のカム面３５のリバース位置３５Ｒに当接したときには、このプッシュロッド３７の作用でドッグクラッチ２７のドッグ２７Ａが後進用従動ベベルギア２５のドッグ２５Ａに噛み合って、ドッグクラッチ２７がリバース位置に切り換えられ。これにより、ドライブシャフト２１の駆動力が駆動ベベルギア２２、後進用従動ベベルギア２５及びドッグクラッチ２７を経てプロペラシャフト２３へ伝達され、プロペラ２６が逆転して船体が後進する。

更に、プッシュロッド３７がシフトカム３６のカム面３５のニュートラル位置３５Ｎに当接したときには、プッシュロッド３７またはクラッチスプリング３８の作用で、ドッグクラッチ２７のドッグ２７Ａが前進用従動ベベルギア２４のドッグ２４Ａ及び後進用従動ベベルギア２５のドッグ２５Ａのいずれにも噛み合わなくなり、ドッグクラッチ２７がニュートラル位置に切り換えられる。これにより、ドライブシャフト２１の駆動力はプロペラシャフト２３及びプロペラ２６へ伝達されず、プロペラ２６は船体の推進を停止する。

ところで、前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５は、図４に示すように、プロペラシャフト２３が挿入される軸孔４１を有する軸部４２に傘部４３が一体に設けられ、この傘部４３に複数の歯４４が、周方向に所定間隔で形成されている。これらの複数の歯４４は、歯形がストレート形状の直歯型に構成され、基準ピッチ円錐４５の母線Ｎが、従動ベベルギア２４、２５の軸線Ｘに対して角度αだけ傾斜して設けられている。これらの前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５に噛み合う駆動ベベルギア２２も、後述のクラウニング部４６を除き、図３に示すように従動ベベルギア２４及び２５と略同様に構成されている。

前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５は、駆動ベベルギア２２よりも前記角度αが大きく設定されて鍛造成形されやすいため、精密鍛造工程にて製造される。また、駆動ベベルギア２２は歯切り加工工程、または前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５と同様に精密鍛造工程にて製造される。

更に、前進用従動ベベルギア２４と後進用従動ベベルギア２５は、図５に示すように、歯４４の側面（一側面４７Ａと他側面４７Ｂ）における歯筋方向の形状、即ち歯４４の側面を歯筋方向の中間部で歯幅方向外方へ膨らませるクラウニング部４６の形状が、異なる諸元（クラウニング部４６無しも含む）に形成されている。本実施形態では、例えば前進用従動ベベルギア２４の歯４４のみにクラウニング部４６が形成され、更にこのクラウニング部４６は、前進用従動ベベルギア２４における歯４４の一側面４７Ａにのみ形成され、他側面４７Ｂには形成されていない。歯４４の一側面４７Ａにのみクラウニング部４６を設けるのは、この一側面４７Ａのみが駆動ベベルギア２２の歯４４に当接するからである。

図５における符号４８は、歯４４の基本歯形状である。前進用従動ベベルギア２４の歯４４における他側面４７Ｂと、後進用従動ベベルギア２５の歯４４の一側面４７Ａ及び他側面４７Ｂと、駆動ベベルギア２２の歯４４における一側面４７Ａ及び他側面４７Ｂは、上記基本歯形状４８で形成されている。

また、前進用従動ベベルギア２４の歯４４における一側面４７Ａに形成されるクラウニング部４６は、半径Ｒの単一の円弧で形成され、その円弧中心（クラウニング中心Ｏ）が前進用従動ベベルギア２４の小径端４４Ｂ側に片寄って設定されている。即ち、クラウニング中心Ｏを含み歯幅方向に平行な直線Ｍが、歯４４の大径端４４Ａ、小径端４４Ｂからの距離をそれぞれａ、ｂとしたとき、ａ＞ｂに設定される。尚、直線Ｍと、前進用従動ベベルギア２４のギア中心Ｐ（即ち前記基準ピッチ円錐の頂点）との距離Ｌ（図４、図５）は、前進用従動ベベルギア２４のギア中心Ｐを基準とした「クラウニング中心位置」として設定される。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（６）を奏する。

（１）駆動ベベルギア２２、前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５が直歯型のベベルギアにて構成されたので、スパイラルのグリーソン歯型の場合に比べ、ベベルギアの製造コストを低減できると共に、駆動ベベルギア２２の歯４４と従動ベベルギア２４及び２５の歯４４との間に生ずる摩擦による動力損失が減少するので動力伝達効率を向上させることができる。

（２）本実施形態の前進用従動ベベルギア２４では、歯４４の一側面４７Ａにクラウニング部４６が設けられているため、以下の効果を有する。

つまり、駆動ベベルギア２２から前進用従動ベベルギア２４、後進用従動ベベルギア２５に駆動力を伝達する際、これらの前進用従動ベベルギア２４、後進用従動ベベルギア２５から駆動ベベルギア２２に作用する駆動反力（駆動力の反力）は、駆動ベベルギア２２の軸線Ｘに沿うスラスト方向分力の他、ラジアル方向分力となって駆動ベベルギア２２に作用する。直歯型のベベルギアでは、グリーソン歯型のベベルギアに比べ上述のラジアル方向分力が大きいので、このラジアル方向分力によって駆動ベベルギア２２は、前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５からラジアル方向に離間して位置ずれする。

このとき、駆動ベベルギア２２の歯４４と前進用従動ベベルギア２４、後進用従動ベベルギア２５の歯４４においては、小径端４４Ｂ側の接触面積が少なくなって、歯４４の全体の接触面積が減少し、このため特に大径端４４Ａ側の接触面圧が増大して、駆動ベベルギア２２、前進用従動ベベルギア２４、後進用従動ベベルギア２５の耐久性が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、前進用従動ベベルギア２４の歯４４における一側面４７Ａにクラウニング部４６を形成することによって、駆動ベベルギア２２の歯４４と前進用従動ベベルギア２４の歯４４との接触面積を増大させることができ、従って、これらの駆動ベベルギア２２の歯４４と前進用従動ベベルギア２４の歯４４との接触面圧を減少させることができる。この結果、駆動ベベルギア２２と前進用従動ベベルギア２４の耐久性を向上させることができる。

これにより、駆動ベベルギア２２の位置ずれを防止するために駆動ベベルギア２２、前進用従動ベベルギア２４及び後進用従動ベベルギア２５を収容するギアケース１５の剛性を高める必要がなく、従ってこのギアケース１５を大型化する必要がない。

（３）前進用従動ベベルギア２４の歯４４における一側面４７Ａに形成されるクラウニング部４６は、クラウニング中心Ｏを歯４４の小径端４４Ｂ側に片寄らせて設定されている。これにより、前進用従動ベベルギア２４の歯４４における一側面４７Ａの大径端４４Ａ側を大きくクラウニングして、この一側面４７Ａにおける大径端４４Ａ側の接触面積を増大させることができる。この結果、この歯４４の一側面４７Ａにおける大径端４４Ａ側の接触面圧を減少させることができ、前進用従動ベベルギア２４の耐久性を向上させることができる。

（４）本実施形態では、従動ベベルギア（特に前進用従動ベベルギア２４）における歯４４の側面（一側面４７Ａ）にクラウニング部４６が形成されている。前進用従動ベベルギア２４は、基準ピッチ円錐４５の母線Ｎが軸線Ｘに対してなす角度αが、駆動ベベルギア２２の場合に比べて大きく設定されているので鍛造成形し易い。しかも、前進用従動ベベルギア２４を精密鍛造する場合には、歯型を容易に調整できるので、この前進用従動ベベルギア２４の歯４４の側面にクラウニング部４６を形成し易く、このクラウニング部４６を含めた歯型の成形精度を向上させることができる。

（５）本実施形態では、前進用従動ベベルギア２４と後進用従動ベベルギア２５とで、歯４４の側面における歯筋方向の形状が異なる諸元、つまり、前進用従動ベベルギア２４の歯４４の側面（一側面４７Ａ）にクラウニング部４６が形成され、後進用従動ベベルギア２５の歯４４の側面がクラウニング部４６のない基本歯形状４８で形成されている。このため以下の効果を有する。

つまり、船外機１０の前進時と後進時における駆動力の伝達トルク（最大トルク）は、前進時が後進時よりも圧倒的に大きい。前進用従動ベベルギア２４、後進用従動ベベルギア２５と駆動ベベルギア２２との歯４４における接触面積の不均一（歯４４の側面における小径端４４Ｂ側の接触面積が減少する不均一）は、駆動反力（駆動力の反力）によって生ずる駆動ベベルギア２２と前進用従動ベベルギア２４、後進用従動ベベルギア２５との相互の位置ずれによって発生するので、駆動力の伝達トルクが大きい程大きくなる。また、クラウニング部４６は、歯４４の基本歯形状４８に対して歯厚を薄くすることになる。

そこで、従動ベベルギアの歯４４において、伝達トルクの小さな後進用従動ベベルギア２５を、伝達トルクの大きな前進用従動ベベルギア２４よりも歯厚の減少量が少ない基本歯形状４８を有する側面に形成することで、従動ベベルギア２４、２５の全体的な歯強度の低下を防止できる。

（６）前進用従動ベベルギア２４は、歯４４の一側面４７Ａのみが駆動ベベルギア２２の歯４４に接触するので、この一側面４７Ａにのみクラウニング部４６が形成されている。このクラウニング部４６は、歯４４の歯厚を薄くすることになるので、前進用従動ベベルギア２４において歯４４の一側面４７Ａのみにクラウニング部４６を設け、他側面４７Ｂを基本歯形状４８とすることで、この歯４４の歯厚を良好に確保して前進用従動ベベルギア２４の強度低下を防止できる。

更に、前進用従動ベベルギア２４の歯４４における一側面４７Ａのみにクラウニング部４６を設けることで、前進用従動ベベルギア２４における歯４４の加工工数を半減でき、前進用従動ベベルギア２４の製造コストを低減できる。

尚、本実施形態では、従動ベベルギア７６の歯４４における一側面７７Ａにクラウニング部４６を形成するものを述べたが、後進用従動ベベルギア２５の歯４４において、駆動ベベルギア２２の歯４４に当接する一側面４７Ａにも、前進用従動ベベルギア２４のクラウニング部４６と同一または異なる諸元のクラウニング部４６を設けてもよい。

１０船外機
１１エンジン
２１ドライブシャフト
２２駆動ベベルギア
２３プロペラシャフト
２４前進用従動ベベルギア
２５後進用従動ベベルギア
２７ドッグクラッチ（クラッチ機構）
２８ベベルギア機構
３０動力伝達装置
４４Ａ大径端
４４Ｂ小径端
４６クラウニング部
４７Ａ一側面
４７Ｂ他側面
Ｏクラウニング中心
Ｒ半径

Claims

エンジンにより駆動されるドライブシャフトと、このドライブシャフトによりベベルギア機構を介して駆動されるプロペラシャフトとを備えた船外機の動力伝達装置において、
前記ベベルギア機構は、前記ドライブシャフトに装着された駆動ベベルギアと、前記プロペラシャフトに互いに対向して配置され前記駆動ベベルギアに噛み合う前進用従動ベベルギア及び後進用従動ベベルギアとを有し、
前記前進用従動ベベルギアと前記後進用従動ベベルギアは、前記駆動ベベルギアに常時噛み合うと共に、クラッチ機構を介して前記プロペラシャフトに選択的に断続可能に構成され、
前記前進用従動ベベルギア及び前記後進用従動ベベルギアからなる従動ベベルギアと前記駆動ベベルギアが直歯型のベベルギアにて構成され、
前記従動ベベルギアは、歯の側面における歯筋方向の形状が、前記前進用従動ベベルギアと前記後進用従動ベベルギアとで異なる諸元に形成されたことを特徴とする船外機の動力伝達装置。
前記前進用従動ベベルギアのみが、歯の側面を歯筋方向の中間部で歯幅方向外方に膨らませるクラウニング部を有することを特徴とする請求項１に記載の船外機の動力伝達装置。
前記クラウニング部は単一の円弧で形成され、円弧中心をベベルギアの小径端側に片寄らせて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の船外機の動力伝達装置。
前記前進用従動ベベルギアは、歯の一側面のみにクラウニング部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の船外機の動力伝達装置。