JP6302244B2

JP6302244B2 - 推進軸用ダンパ

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Publication number: JP6302244B2
Application number: JP2013271154A
Authority: JP
Inventors: 卓山田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP2015124858A

Description

本発明は、小型船舶における船外機のプロペラ軸や、自動車のプロペラシャフトあるいは自動二輪車の駆動軸等、推進軸に装着される推進軸用ダンパに関する。

例えば小型船舶の船尾部に取り付けられる船外機において、プロペラボスとプロペラ軸の間には、プロペラダンパと呼ばれるブッシュ状のダンパが介装されている。

図９に示すように、この種のプロペラダンパ１００は、不図示のプロペラ軸にスプライン１１１により結合されるスリーブ１１０と、その外周に一体成形されプロペラボスのトルク伝達部材に掛合されるゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる弾性体１２０とで構成され、この弾性体１２０には、軸方向へ延びると共に円周方向肉厚が軸方向一端１２１ａで相対的に大きく他端１２１ｂで小さくなる多数の弾性リブ１２１が円周方向所定間隔で形成されている。

そしてこのプロペラダンパ１００は、各弾性リブ１２１が、図１０に示すように、プロペラボス側に弾性リブ１２１と対応する円周方向間隔で設けられたトルク伝達リブ２００と接触することによりプロペラ軸からの駆動力をプロペラへ伝達すると共に、弾性リブ１２１の弾性的な変形によってショック入力などのトルク変動を吸収するようになっている。なお、この種のプロペラダンパの典型的な従来技術としては、下記の特許文献のようなものがある。

特開２００８−２１５４４５号公報

この種のプロペラダンパ１００では、トルク伝達機能だけでなく、ギアチェンジ時などの衝撃音などのショック低減機能が求められる。そしていずれの機能もフィーリングによるところが大きく、トルクが所定未満ではばね定数を低くすることで衝撃を低減し、トルクが所定以上ではばね定数が高くなるようにすることでトルク伝達力を確保するというように、ばね定数を二段特性にすることが有効である。

しかしながら従来構造によれば、図１０に示すように、弾性リブ１２１が円周方向肉厚の大きい軸方向一端１２１ａ側でのみトルク伝達リブ２００と接触した初期トルク入力状態から、トルク増大に伴って圧接領域が軸方向他端１２１ｂ側へ拡大して行くので、図１１に示すように、トルクに対する弾性リブ１２１とトルク伝達リブ２００との円周方向相対変位量（弾性リブ１２１の変形量）は線形的に変化することになり、すなわちばね定数ｋがほぼ一定であるため、弾性リブ１２１の形状やゴム状弾性材料の硬度の調整などで二段特性を実現することは困難であった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、トルクが所定未満ではばね定数を低くすることでショックを緩和し、トルクが所定以上ではばね定数が高くなるようにすることでトルク伝達力を確保するといった、二段特性を実現したプロペラダンパなどの推進軸用ダンパを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る推進軸用ダンパは、トルク入力側及びトルク出力側のうち一方に取り付けられるスリーブと、その外周にゴム状弾性材料で一体に設けられて互いに軸方向へ分離した第一弾性突起及び第二弾性突起とを備え、前記第一弾性突起及び前記第二弾性突起のトルク伝達リブとの対向面が、前記第一弾性突起側で相対的にこれらの第一弾性突起及び第二弾性突起の円周方向肉厚が大きくなるように傾斜しており、前記第一弾性突起及び前記第二弾性突起は、前記トルク入力側及びトルク出力側のうち他方に設けられたトルク伝達リブと円周方向へ接触可能であって、トルク増大過程で前記第一弾性突起が前記第二弾性突起に先行して前記トルク伝達リブと接触されるものである。なお、ゴム状弾性材料とは、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料のことである。

上記構成を備える推進軸用ダンパは、トルク入力側とトルク出力側の間に介在してトルクを伝達するものである。そして通常回転では、第一弾性突起のみがトルク伝達リブと接触することによって円周方向ばね定数が低く抑えられているので、ギアチェンジ時などによるショックを有効に吸収することができる。また、トルク入力側とトルク出力側の間での伝達トルクが所定以上に増大すると、第一弾性突起の変形量の増大によって第二弾性突起も前記トルク伝達リブと接触し、すなわち第一弾性突起及び第二弾性突起の双方によってトルク伝達を行うので、円周方向ばね定数が高くなり、トルク伝達力が増大する。

上記構成によれば、伝達トルクの増大によってトルク伝達リブに対する第一弾性突起又は第二弾性突起の接触領域が、相対的に第一弾性突起又は第二弾性突起の円周方向肉厚が小さくなる側へ拡大して行くので、ばね定数の非線形的上昇が抑えられる。

請求項２の発明に係る推進軸用ダンパは、請求項１に記載の構成において、第一弾性突起及び第二弾性突起のトルク伝達リブとの対向面の径方向立ち上がり角度が、第二弾性突起側で相対的に緩やかになるものである。

上記構成によれば、伝達トルクの増大によってトルク伝達リブに対する第一弾性突起又は第二弾性突起の接触領域が、相対的に第一弾性突起又は第二弾性突起のトルク伝達リブとの対向面の径方向立ち上がり角度が緩やかになる側へ拡大して行くので、ばね定数の非線形的上昇が抑えられる。

本発明に係る推進軸用ダンパによれば、トルク入力側とトルク出力側の間での伝達トルクが小さい通常回転では、第一弾性突起のみがトルク伝達リブと接触することによって円周方向ばね定数が低く抑えられているので、ショック入力を有効に吸収することができ、伝達トルクが所定以上に増大した場合は、第一弾性突起及び第二弾性突起の双方がトルク伝達リブと接触することによって円周方向ばね定数が高くなってトルク伝達力が増大するといった、二段特性を実現することができる。

本発明に係る推進軸用ダンパの第一の実施の形態を示す斜視図である。第一の実施の形態による作用を示す説明図である。第一の実施の形態によるばね特性を示す線図である。本発明に係る推進軸用ダンパの第二の実施の形態を示す斜視図である。第二の実施の形態によるばね特性を示す線図である。本発明に係る推進軸用ダンパの第三の実施の形態を示す斜視図である。第三の実施の形態による作用を示す説明図である。第三の実施の形態によるばね特性を示す線図である。従来技術に係る推進軸用ダンパの一例を示す斜視図である。従来技術に係る推進軸用ダンパによる作用を示す説明図である。従来技術に係る推進軸用ダンパによるばね特性を示す線図である。

以下、本発明に係る推進軸用ダンパの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１及び図２は、第一の実施の形態を示すものである。

すなわち第一の実施の形態は、本発明に係る推進軸用ダンパを、例えば小型船舶を推進させる船外機のプロペラ軸とプロペラボスのトルク伝達スリーブとの間に介装されるプロペラダンパ１として適用したものであって、このプロペラダンパ１は、スリーブ１０と、その外周に一体に設けられた弾性体２０からなる。なお、この実施の形態において、プロペラ軸はトルク入力側に相当し、プロペラボスはトルク出力側に相当するものである。

スリーブ１０は金属等からなる円筒状のものであって、その内周面にはスプライン１１が形成されており、このスプライン１１において、不図示のプロペラ軸の外周面に形成されたスプラインに嵌合された状態に装着されるものである。

弾性体２０は、スリーブ１０における軸方向中間部の外周に、ゴム状弾性材料で加硫成形と共に一体に加硫接着されたものであって、軸方向中央部を円周方向へ延びる環状溝２３によって互いに軸方向へ分離した第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２と、この第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の内径部から軸方向両側へ延在されてスリーブ１０の外周面を覆うように加硫接着された筒状膜部２４とを備える。

詳しくは、第一弾性突起２１は円周方向等間隔で設けられており、円周方向へ隣接する第一弾性突起２１，２１の間は、それぞれ軸方向へ延びる第一係合溝２５となっている。また、第二弾性突起２２は円周方向等間隔でかつ第一弾性突起２１と対応する円周方向位置に設けられており、円周方向へ隣接する第二弾性突起２２，２２の間は、それぞれ軸方向へ延びる第二係合溝２６となっている。また、第一弾性突起２１と第二弾性突起２２の間の環状溝２３は、第一弾性突起２１，２１の間の第一係合溝２５及び第二弾性突起２２，２２の間の第二係合溝２６よりも深く形成されている。

図２に示すように、第一弾性突起２１の円周方向両側の側面（第一係合溝２５の内側面と言い換えることもできる）２１ａは、第二弾性突起２２側へ向けて第一弾性突起２１の円周方向肉厚ｔ１が減少するように、すなわち第一係合溝２５の溝幅が第二係合溝２６側へ向けて広くなるように、軸方向に対して傾斜しており、第二弾性突起２２の円周方向両側の側面（第二係合溝２６の内側面と言い換えることもできる）２２ａも同様に、第一弾性突起２１と反対側へ向けて第二弾性突起２２の円周方向肉厚ｔ２が減少するように、すなわち第二係合溝２６の溝幅が第一係合溝２５と反対側へ向けて広くなるように、軸方向に対して傾斜している。また、側面２１ａ，２２ａは、その延長面が互いに同一となるように形成されている。

図１に示すように、第一弾性突起２１の径方向高さは、第二弾性突起２２の径方向高さよりも僅かに高く、第一弾性突起２１の外周面と第二弾性突起２２の外周面は、その延長面が互いに同一の円錐面となるように形成されている。

図２に示すように、互いに軸方向に隣り合う第一係合溝２５と第二係合溝２６には、その双方に跨って、プロペラボスのトルク伝達スリーブに設けられたトルク伝達リブ２が遊嵌されるようになっており、すなわち第一弾性突起２１の側面２１ａ及び第二弾性突起２２の側面２２ａは、このトルク伝達リブ２と円周方向へ接触可能となっている。なお、側面２１ａ，２２ａは、トルク伝達リブとの対向面に相当するものである。

トルク伝達リブ２は、軸方向に延びると共にその円周方向幅が全長にわたって同等に形成されており、かつ弾性体２０の第一係合溝２５及び第二係合溝２６と対応する円周方向間隔で形成されている。したがって、トルク変動によってプロペラ軸とプロペラボスが円周方向相対変位する過程で、円周方向肉厚の大きい第一弾性突起２１の側面２１ａが第二弾性突起２２に先行してトルク伝達リブ２と接触し、かつ第一弾性突起２１の側面２１ａは、円周方向肉厚ｔ１が大きい端部２１ｂ寄りの部分がその反対側の端部２１ｃ寄りの部分に先行してトルク伝達リブ２と接触し、トルクが所定値以上に増大した場合は、第二弾性突起２２の側面２２ａも、円周方向肉厚ｔ２が大きい端部２２ｂ寄りの部分がその反対側の端部２２ｃ寄りの部分に先行してトルク伝達リブ２と接触するようになっている。

以上のように構成されたプロペラダンパ１は、スリーブ１０が、その内周面に形成されたスプライン１１において、船外機のプロペラ軸のスプラインと嵌合した状態に装着されると共に、弾性体２０がプロペラボス側のスリーブの内周面に挿入されることによって、プロペラ軸とプロペラボスを弾性的に結合するものである。

このため、船外機のエンジンを駆動させると、プロペラ軸の駆動トルクは、プロペラダンパ１を介してプロペラボスへ伝達される。その際に、ニュートラルから前進（又は後進）にシフトチェンジした時の衝撃（シフトショック）や、プロペラボスの外周の回転翼からの振動は、弾性体２０によって有効に吸収される。

詳しくは、通常回転時には、弾性体２０における第一弾性突起２１の一方の側面２１ａは、円周方向肉厚ｔ１が大きい端部２１ｂ寄りの部分が先行してトルク伝達リブ２と接触しており、第一弾性突起２１の側面２１ａが軸方向に対して（トルク伝達リブ２に対して）傾斜していることによって、トルクの増大に伴い、トルク伝達リブ２に対する第一弾性突起２１の側面２１ａの接触領域が、相対的に円周方向肉厚ｔ１が小さくなる側へ拡大して行く。このため、トルクの増大に伴って変形を受ける部分の体積増大が抑制され、図３に示すように、ばね定数ｋ１の非線形的上昇が抑えられ、低ばね状態に保持される。

しかも、弾性体２０の軸方向長さや径方向肉厚、第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の側面２１ａ，２２ａの傾斜角度などが、例えば従来技術として先に説明した図９のプロペラダンパ１００の弾性体１２０の軸方向長さや径方向肉厚、弾性突起１２１の側面の傾斜角度などと同様である場合、第一弾性突起２１の軸方向長さは図９の弾性突起１２１よりも短いため、第一弾性突起２１によるばね定数ｋ１は、図９の弾性突起１２１によるばね定数ｋよりも低くなる。したがって緩衝性が向上し、ギアチェンジ時などのシフトショックやそれによる衝撃音を有効に緩和することができる。

また、トルクの増大によって第一弾性突起２１の側面２１ａの軸方向全域がトルク伝達リブ２と接触した後も、さらにトルクが増大した場合は、このトルクが所定以上になった時点で第二弾性突起２２の側面２２ａもトルク伝達リブ２と接触し、第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の双方によってトルク伝達を行うので、図３に示すように、ばね定数ｋ２が高くなり、トルク伝達力が増大する。また、第二弾性突起２２の側面２２ａも軸方向に対して（トルク伝達リブ２に対して）傾斜しているため、まず円周方向肉厚ｔ２が大きい端部２２ｂ寄りの部分が先行してトルク伝達リブ２と接触し、トルクの増大に伴って接触領域が、相対的に円周方向肉厚ｔ２が小さくなる側へ拡大して行くので、ばね定数ｋ２を線形的に急激に立ち上げることができる。

したがってこのプロペラダンパ１によれば、トルクが小さい通常回転では、第一弾性突起２１のみがトルク伝達リブ２と接触することによってばね定数ｋ１が低いものとなっているので、シフトショック等を有効に緩和することができ、トルクが所定以上に増大した場合は、第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の双方がトルク伝達リブ２と接触することによって高ばね定数ｋ２へ遷移するので、十分なトルク伝達力が確保されるといった、二段特性を実現することができる。

次に図４は、本発明に係る推進軸用ダンパを船外機のプロペラダンパ１として適用した第二の実施の形態を示すものである。

この第二の実施の形態において、先に説明した第一の実施の形態と異なるところは、環状溝２３が弾性体２０の軸方向中央部よりも第二弾性突起２２側に偏在しており、すなわち第一弾性突起２１のほうが第二弾性突起２２より長いものとした点にある。

上記構成によれば、弾性体２０の軸方向長さや径方向肉厚、第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の側面２１ａ，２２ａの傾斜角度など、環状溝２３の軸方向位置以外は第一の実施の形態と同様の仕様である場合、図５に示すように、第一弾性突起２１によるばね定数ｋ１’から、第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の双方の接触によるばね定数ｋ２’への遷移点Ｐ’が、第一の実施の形態におけるばね定数ｋ１からｋ２への遷移点Ｐよりも高いトルク値へ移動することになる。

また、第一弾性突起２１の軸方向長さが第一の実施の形態よりも長くなるため、ばね定数ｋ１’は、第一の実施の形態におけるばね定数ｋ１より高くなるのに対し、その一方で第二弾性突起２２の軸方向長さは第一の実施の形態よりも短くなるため、ばね定数ｋ２’によるトルク伝達力の上昇幅は、第一の実施の形態におけるばね定数ｋ２より小さくすることができる。

すなわち本発明によれば、弾性体２０における環状溝２３による第一弾性突起２１と第二弾性突起２２の互いの分離位置を変更することで、ばね特性を要求に応じて適切にチューニングすることができる。

次に図６及び図７は、本発明に係る推進軸用ダンパを船外機のプロペラダンパ１として適用した第三の実施の形態を示すものである。

この第三の実施の形態によるプロペラダンパ１において、先に説明した第一の実施の形態と異なるところは、弾性体２０における第一弾性突起２１の円周方向両側の側面（第一係合溝２５の内側面と言い換えることもできる）２１ａ、及び第二弾性突起２２の円周方向両側面２２ａの円周方向両側の側面（第一係合溝２６の内側面と言い換えることもできる）２２ａの形状にある。

詳しくは、軸方向に対する第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の側面２１ａ，２２ａの傾斜角度は、第一の実施の形態における第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の側面２１ａ，２２ａの傾斜角度よりも大きく、第一係合溝２５と第二係合溝２６の溝底からの前記側面２１ａ，２２ａの立ち上がり角度は、第一弾性突起２１の端部２１ｂから第二弾性突起２２の端部２２ｃへ向けて漸次緩やかになるように形成されている。なお、この形態でも、第一弾性突起２１の円周方向両側の側面２１ａと、第二弾性突起２２の円周方向両側の側面２２ａは、その延長面が互いに同一となるように形成されている。

上記構成によれば、第一の実施の形態と同様、弾性体２０における第一弾性突起２１の一方の側面２１ａのうち、円周方向肉厚ｔ１が大きい端部２１ｂ近傍がトルク伝達リブ２と接触している通常回転状態において、トルクの増大に伴い、トルク伝達リブ２に対する第一弾性突起２１の側面２１ａの接触領域は、相対的に円周方向肉厚ｔ１が小さくなる側へ拡大して行く。このため、トルクの増大に伴って変形を受ける部分の体積増大が抑制されるので、図８に示すように、第一弾性突起２１によるばね定数ｋ１”の非線形的上昇が抑えられ、低ばね状態に保持される。

しかも、第一弾性突起２１の側面２１ａの傾斜角度が大きく、かつ第一係合溝２５の溝底からの前記側面２１ａの立ち上がり角度が、第二弾性突起２２側へ向けて漸次緩やかになるため、トルクの増大に伴って変形を受ける部分の体積増大が抑制され、したがって、図８に示すように、第一弾性突起２１による円周方向ばね定数ｋ１”は、第一の実施の形態の第一弾性突起２１による円周方向ばね定数ｋ１よりも、さらなる低ばね状態に保持される。このため、ギアチェンジ時などのシフトショックやそれによる衝撃音を一層緩和することができる。

また、トルクの増大によって第一弾性突起２１の側面２１ａの軸方向全域がトルク伝達リブ２と圧接した後も、さらにトルクが増大した場合は、このトルクが所定以上になった時点で第二弾性突起２２の側面２２ａもトルク伝達リブ２と接触する。このため、第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の双方によってトルク伝達を行うので、図８にｋ２”で示すように、円周方向ばね定数が高くなり、トルク伝達力が増大する。

そしてこの場合も、第二弾性突起２２の側面２２ａの傾斜角度が大きく、しかも第二係合溝２６の溝底からの前記側面２２ａの立ち上がり角度が漸次緩やかになるため、まず円周方向肉厚ｔ２が大きい端部２２ｂ近傍から、相対的に円周方向肉厚ｔ２が小さくなる側へ接触領域が拡大していく過程で、トルク伝達リブ２によって変形を受ける部分の体積増大が抑制される。したがって、図８に示すように、第二弾性突起２２による円周方向ばね定数ｋ２”の立ち上がりは、第一の実施の形態の円周方向ばね定数ｋ２に比較して緩やかなものとすることができる。

すなわち本発明によれば、弾性体２０における第一弾性突起２１及び第二弾性突起２２の側面２１ａ，２２ａの軸方向に対する傾斜角度や立ち上がり角度を変更することで、ばね特性を要求に応じて適切にチューニングすることができる。

なお、上述した各実施の形態は、トルクが内周のプロペラ軸からスリーブ１０へ入力され、弾性体２０を介してトルク伝達リブ２へ伝達されるものとして説明したが、その逆の場合、すなわちトルクがトルク伝達リブ２から弾性体２０へ入力され、スリーブ１０からその内周の軸へ伝達される場合であっても、本発明は同様に実施することができる。また本発明は、小型船舶用プロペラダンパ以外の推進軸用ダンパについても適用することができる。

また、図示の例では、スリーブ１０の内周面には相手軸との回り止め手段としてスプライン１１が形成されているが、キー溝とキーによるものなど、他の回り止め手段も適用可能である。

また、第一弾性突起２１と第二弾性突起２２の外周面は、その延長面が互いに同一の円筒面となるように形成されたものであっても良い。

１プロペラダンパ（推進軸用ダンパ）
２トルク伝達リブ
１０スリーブ
２０弾性体
２１第一弾性突起
２１ａ側面（トルク伝達リブとの対向面）
２２第二弾性突起
２２ａ側面（トルク伝達リブとの対向面）
２３環状溝
２５第一係合溝
２６第二係合溝

Claims

トルク入力側及びトルク出力側のうち一方に取り付けられるスリーブと、その外周にゴム状弾性材料で一体に設けられて互いに軸方向へ分離した第一弾性突起及び第二弾性突起とを備え、前記第一弾性突起及び前記第二弾性突起のトルク伝達リブとの対向面が、前記第一弾性突起側で相対的にこれらの第一弾性突起及び第二弾性突起の円周方向肉厚が大きくなるように傾斜しており、前記第一弾性突起及び前記第二弾性突起は、前記トルク入力側及びトルク出力側のうち他方に設けられたトルク伝達リブと円周方向へ接触可能であって、トルク増大過程で前記第一弾性突起が前記第二弾性突起に先行して前記トルク伝達リブと接触されることを特徴とする推進軸用ダンパ。
第一弾性突起及び第二弾性突起のトルク伝達リブとの対向面の径方向立ち上がり角度が、第二弾性突起側で相対的に緩やかになることを特徴とする請求項１に記載の推進軸用ダンパ。