JP2004231109A - 船外機付きボートのパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホィールから手を放しても船体の直進性を保つことができ、そのために馬力の大きな駆動機構を搭載する必要がなく、しかも、エンジンやスクリューなどを付け替えたときの手間を簡略化することができる。
【解決手段】ステアリングホィール２に接続したシャフト１８に操舵トルクを検出するトルクセンサ１９を設け、この検出信号をコントローラ２０に入力する。トルクセンサ１９には、減速機構を構成する小ギア２１を接続し、この小ギア２１には大ギア２２をかみ合わせている。上記大ギア２２の入力シャフト２３を、ハイポイドギアの大ギア２４に接続し、この大ギア２４には、小ギア２５をかみ合わせ、これら両ギア２４，２５でこの発明のギア機構を構成している。このギア機構は、非可逆的な特性を有し、電動モータＭの駆動力が小ギア２５に作用したときにだけ、大ギア２４が回転する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンなどの駆動機構を搭載した船外機の操舵を、電動モータでパワーアシストするようにした船外機付きボートのパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の船外機付きボートのパワーステアリング装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来のパワーステアリング装置を図３に示している。
図示したように、船体１のステアリングホィール２には、このステアリングホィール２の回転に応じて引っ張られたり押されたりするステアリングケーブル３の一端を接続している。また、このステアリングケーブル３の他端をリンク部材４に接続している。そして、上記ステアリングケーブル３が引っ張られたり押されたりすることによって、このリンク部材４が図の左右に移動するようにしている。
【０００３】
上記リンク部材４には、揺動レバー５を連係し、このリンク部材４の移動に応じて、揺動レバー５が揺動するようにしている。また、この揺動レバー５を船外機７に固定しているが、この船外機７には、スクリュー６と、このスクリュー６を駆動する図示しないエンジンとを搭載している。そして、上記揺動レバー５が揺動したとき、船外機７が回動するようにしている。
したがって、上記ステアリングホィール２を回転させれば、ステアリングケーブル３→リンク部材４→揺動レバー５→船外機７とその操舵力が伝達され、船体の進行方向を変更することができる。
【０００４】
また、この船体１では以下のような構成によってアシスト力を発揮する。
すなわち、リンク部材４には、筒状のギアケース８を接続している。このギアケース８には、ラック部材９を摺動自在に設け、このラック部材９の一方にラック１０を形成し、このラック１０にピニオン１１がかみ合うようにしている。そして、このピニオン１１には電動モータｍを接続し、この電動モータｍをコントローラＣで制御している。
【０００５】
さらに、上記ラック部材９の両端をギアケース８から突出させている。そして、上記ラック部材９の片側突出端には、上記リンク部材４の基端を固定している。したがって、このラック部材９が軸方向に移動すれば、リンク部材４が移動し、このリンク部材４に接続している揺動レバー５を揺動させる。
【０００６】
また、この船体１にはステアリングホィール２の操舵トルクを検出するトルクセンサ１２を備え、このトルクセンサ１２を上記コントローラＣに接続している。
上記トルクセンサ１２を接続したコントローラＣには、スクリューが回転しているかどうかを検出するニュートラルセンサ１５と、スクリューの回転方向を検出するリバースセンサ１６と、エンジンの回転数を検出する回転数センサ１７とを接続している。
【０００７】
したがって、ステアリングホィール２を回すと、その操舵力が、ステアリングケーブル３→リンク部材４→揺動レバー５を介して船外機７に伝達されるとともに、その操舵力がトルクセンサ１２にも伝達され、このトルクセンサ１２でトルクを検出し、この検出信号をコントローラＣに入力する。
コントローラＣでは、上記トルクセンサ１２の出力信号に応じてパワーアシストすべき操舵力を演算し、その演算信号に応じて電動モータｍの出力とその回転方向を制御する。
【０００８】
上記のように制御された出力で電動モータｍが駆動すると、その駆動力がピニオン１１に伝達され、このピニオン１１を回転させる。このようにピニオン１１が回転すれば、ラック部材９がピニオン１１の回転方向に応じて左右何れかにスライドし、リンク部材４を可動させる。リンク部材４が可動されれば、揺動レバー５が揺動するとともに、船外機７を所定の方向に回動して、アシスト力を発揮することができる。
【０００９】
また、上記のようなスクリュー６を搭載した船体１では、このスクリュー６の回転反力の影響で、例えば、前進時には、船体を右方向に回そうとする力が常に作用するが、これをジャイロ効果という。このようにジャイロ効果が発生するので、直進走行時にステアリングホィール２を保舵している状態でも、操舵トルクが発生することになる。このように、操舵トルクが発生すれば、これがトルクセンサ１２で検出され、アシスト力が発揮されるので、軽い力で船体の直進性を維持することができる。
さらに、上記船体を回そうとする力、すなわちジャイロ効果は、エンジンの特性や、スクリューの特性によって異なる。したがって、この特性を考慮して、発揮されるアシスト力を制御するためコントローラＣを設けている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０３−００５２９６号公報（第１〜３頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のパワーステアリング装置では、ステアリングホィール２を操舵したときの操舵トルクをトルクセンサ１２で検出し、操舵力をアシストするようにしていた。しかし、ステアリングホィール２を操舵していないときにはアシスト力が発揮されない。すなわち、ステアリングホィールから手を放した状態では、操舵トルクが発生しないので、アシスト力が発揮されない。
【００１２】
例えば、漁船などの場合、漁師が自ら船体１を操舵することもある。このような漁船では、漁師はエンジンを掛けた状態でステアリングホィール２から手を放し、船体１を走行させながら、漁の準備などをする。しかし、船体１にはスクリュー６の回転反力の影響でジャイロ効果が作用するので、船体１は左右何れかに回ってしまう。また、このとき船外機７は操舵トルクが作用していないフリーな状態である。このフリーな状態の船外機７に上記スクリュー６の反力が作用すると、この船外機７がより大きく傾いてしまう。船外機７が傾けば傾くほど、船体１はその円弧をさらに小さくして回ってしまうという問題があった。
【００１３】
一方では、上記のようにステアリングホィール２から手を放すと船体１が回ってしまい、その直進性を維持することができないので、常に、ステアリングホィール２を保持しなければならない。このように、ステアリングホィール２を保持している場合には、操舵トルクが発生し、この操舵トルクに応じて電動モータｍが駆動しパワーアシストされる。つまり、常に電動モータｍが駆動している状態になる。
上記電動モータｍの駆動に必要な電力は、エンジンによって発電するので、電動モータｍを駆動すれば、その分、エンジンの出力のうちパワーアシストに回される出力が低下してしまう。そのために、上記電動モータｍが常に駆動されれば、エンジンによって駆動される発電機の消費馬力が大きくなるという問題があった。また、上記電動モータｍに常時通電されることにより、この電動モータｍが加熱するという問題もあった。
【００１４】
また、上記直進時にもステアリングホィール２を保舵してアシスト力（保舵力）を発揮させなければならないが、その必要な保舵力は、エンジンの最大出力馬力などの特性やスクリューの特性等に応じて変わるものである。したがって、上記エンジンやスクリュー等を付け替えたときには、それらエンジン等に応じた保舵力を発揮させるために、上記コントローラＣの設定も変更しなければならない。エンジンやスクリューを付け替えるたびに、コントローラＣの設定を変更しなければならないので、上記付け替え時の手間が非常に煩雑になるという問題もあった。
この発明の目的は、ステアリングホィールから手を放しても船体の直進性を保つことができ、そのために馬力の大きな駆動機構を搭載する必要がない船外機付きボートのパワーステアリング装置を提供することである。さらに、他の目的は、エンジンやスクリューなどを付け替えたときの手間を簡略化することができる船外機付きボートのパワーステアリング装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ステアリングホィール操作に応じて船外機を回動させる船外機付きボートのステアリング装置を前提とする。そして、スクリューを駆動する駆動機構と、ステアリングホィールの操舵方向および操舵力に応じて上記駆動機構によって駆動する電動モータと、電動モータに接続した非可逆性の特性を有するギア機構と、ギア機構を介して電動モータの回転力を船外機に伝達する伝達機構と、操舵トルクを検出するトルクセンサと、上記トルクセンサに接続したコントローラとを備えた点に特徴を有する。
【００１６】
第２の発明は、ステアリングホィールおよびギア機構間に設け、上記ステアリングホィールの回転速度を減速してその回転力をギア機構に伝達する減速機構と、上記ギア機構および伝達機構間に設け、上記ギア機構の回転速度を増速してその回転力を駆動機構に伝達する増速機構とを備えた点に特徴を有する。
第３の発明は、増速機構は、減速機構の減速率に対応した増速率を有する点に特徴を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を図１に示している。
図１に示したように、ステアリングホィール２に接続したシャフト１８に操舵トルクを検出するトルクセンサ１９を設け、この検出信号をコントローラ２０に入力するようにしている。このトルクセンサ１９には、小ギア２１を接続し、この小ギア２１には大ギア２２をかみ合わせている。これら小ギア２１と大ギア２２とによって、この発明でいう減速機構を構成するが、この減速機構は、ステアリングホィール２の回転速度を減速して、その回転を後で説明するギア機構に伝達するものである。
【００１８】
また、上記大ギア２２の入力シャフト２３を、ハイポイドギアの大ギア２４に接続し、この大ギア２４には、小ギア２５をかみ合わせ、これら両ギア２４，２５でこの発明のギア機構を構成している。そして、ギア機構は、非可逆的な特性を有し、電動モータＭの駆動力が小ギア２５に作用したときにだけ、大ギア２４が回転するようにしている。言い換えると、大ギア２４側に作用した回転は、小ギア２５に伝わらないようにしている。
【００１９】
そして、このギア機構に上記減速機構を連係したのは、次の理由からである。すなわち、ギア機構の小ギア２５を駆動する電動モータＭは、ギア機構の減速比を大きくすればするほど、その回転数を上げて、ステアリングホィール２の回転数に大ギア２４の回転数が追いつくようにしなければならない。しかし、実際に高回転モータは高価であり、装置全体のコストを抑えるというテーマの基では、高価な高回転モータを使用することができない。
しかしながら、回転数が低い電動モータを利用すると、今度は、大ギア２４の回転数がステアリングホィール２の回転数に追いつかなくなり、ステアリングホィール２がスムーズに回転しなくなってしまう。そこで、この実施形態では、ステアリングホィール２の回転数を減速機構で減速して、ギア機構の大ギア２４の回転遅れを補うようにしている。
【００２０】
また、上記ギア機構の出力シャフト２６には、増速用ピニオン２７を接続し、この増速用ピニオン２７に増速用ラック２８をかみ合わせている。これら増速用ピニオン２７と増速用ラック２８とで、この発明の増速機構を構成している。
上記ギア機構に増速機構を連係したのは、次の理由からである。すなわち、減速機構でステアリングホィール２の回転数を減速し、このステアリングホィール２の回転と電動モータＭの回転との追従状態を一致させることによって、電動モータＭの回転数を低く抑えることができるようにしている。しかし、上記回転数を抑えた電動モータＭの回転に基づいて船外機７を回動させたのでは、船外機７を転舵するためのステアリングホィール２の操舵量が非常に大きくなり、操舵感および操舵性が著しく損なわれてしまう。そこで、この操舵感および操舵性を良好に維持するために、上記増速用ピニオン２７の直径を特定し、減速機構で減速した分、この増速機構で増速するようにしている。
【００２１】
また、上記増速用ラック２８は、ステアリングケーブル２９を介して、リンク部材４に接続しているが、このリンク部材４は従来例と同じものである。
そして、このリンク部材４が移動すれば、揺動レバー５が揺動され、船外機７が回動することも従来例と同様である。これらステアリングケーブル２９、リンク部材４、揺動レバー５がこの発明でいう伝達機構である。
【００２２】
上記のようなこの実施形態では、ステアリングホィール２を回転すれば、この回転がシャフト１８を介して減速機構の小ギア２１に伝達され、この小ギア２１の回転が大ギア２２に伝達される。このとき、上記シャフト１８に発生したトルクをトルクセンサ１９で検出して、この検出信号をコントローラＣに送信し、このコントローラＣは、上記検出信号に基づいて電動モータＭの回転数を制御する。
そして、上記電動モータＭの回転が小ギア２５および大ギア２４とからなるギア機構を介して増速用ピニオン２７に伝達され、この増速ピニオン２７の回転が増速用ラック２８に伝達され、増速用ラック２８の移動によってステアリングケーブル２９を引っ張ったり押し付けたりする。
上記ステアリングケーブル２９には、伝達機構が接続され、これによって船外機７が回動され、アシスト力が発揮される。
【００２３】
上記アシスト力が発揮された場合、減速機構を設けることによって、先に説明したように、電動モータＭを低回転にすることができる。また、増速機構を設けることによって、電動モータＭを低回転にしたとしても、ステアリングホィール２に対応する速度で船外機７を回動することができる。
【００２４】
一方、上記ギア機構として非可逆性のものを用いているので、ステアリングホィール２から手を放した状況でも、船外機７は固定されたままになり、船外機７がスクリュー６の反力等によってそれ以上傾いてしまうことがない。船外機７がそれ以上傾かないので、ステアリングホィール２から手を放しても、この船外機７が従来のように勝手に円弧を描いて回ってしまうことはない。すなわち、直進時にステアリングホィール２から手を放した場合には、直進性を維持することができる。また、ステアリングホィール２の回動状態で手を放した場合には、その回動角度を維持することができる。
【００２５】
また、上記手を放した場合でも、船外機７が回動することがないので、従来例のように、電動モータＭを回転させてアシスト力を発揮する必要がない。上記電動モータＭを回転していない間は当然のこととして、エンジンの動力を消費せず、その分、エンジンの駆動による発電機の消費馬力が大きくなるのを防止することができ、エネルギーロスを少なくできる。
さらに、上記電動モータＭが回転させないので、従来例のように電動モータが加熱するのを防止することができる。
【００２６】
さらに、上記従来例では、直進時のアシスト力をエンジンの特性やスクリューの特性に応じて、コントローラＣの設定をおこなっていた。しかし、この実施形態では、操舵トルクが小さい場合には、電動モータＭを回転させないで、アシスト力が発揮されないようにしている。このようにアシスト力が発揮されないので、このアシスト力をエンジンやスクリューの特性に応じて設定する必要がない。
したがって、たとえ上記エンジンやスクリューを付け替えたときでも、コントローラＣの設定をやり直す必要がなく、上記エンジンやスクリューを付け替えるときの手間を簡略化することができる。
【００２７】
また、上記実施形態では、減速機構を設けることによって、電動モータＭがステアリングホィール２の操舵速度についていけなくなるのを防止することができる。
【００２８】
なお、この実施形態では、減速機構として、小ギアと大ギアとを用いた平歯車を用いているが、遊星ギアを用いるようにしても良く、入力側の速度を減速できるものであれば何でも良い。また、ギア機構としてハイポイドギアを用いているが、非可逆性の特性を実現できれば、ウォームギアなどの他のギア機構を用いてもよい。
また、増速機構としてラックとピニオンとを用いているが、ワイヤの巻き取り機構を利用して増速させるようにしてもよい。この場合には、ワイヤを巻き取るロールの径によって、増速率を調整することができる。
さらに、上記増速機構として、油圧ポンプと、この油圧ポンプで動作する油圧シリンダとを用いることもできる。この場合には、油圧ポンプの吐出量と、油圧シリンダの受圧面積とで増速率を調整することができる。
【００２９】
【発明の効果】
第１の発明によれば、電動モータと駆動機構との間にギア機構を設け、このギア機構を非可逆性としたので、船外機に外力が作用しても、この外力によって駆動機構が動いてしまうことがない。駆動機構が動かないので、手を放しても、船外機が傾いてしまうことがなく、船体がジャイロ効果で意に反して旋回してしまうのを防止することができる。
例えば、直進時に手を放した場合には、直進性をある程度維持することができ、旋回時に手を放した場合には、旋回角度をある程度維持することができる。
しかも、電動モータを常時通電させて、上記直進性を維持する必要がないので、駆動機構の消費馬力が大きくなるのを防止することができる。さらに、電動モータに常時通電されることによる、この電動モータの加熱も防止することができる。
【００３０】
第２の発明によれば、ステアリングホィールの回転速度を減速してこのステアリングホィールの回転力をギア機構に伝達する減速機構を設けたので、電動モータの回転がステアリングホィールの操舵速度についていけなくなるのを防止することができる。
また、ギア機構の回転速度を増速してこのギア機構の回転力を駆動機構に伝達する増速機構とを備えたので、減速機構で減速した回転速度を増速することができる。したがって、ステアリングホィールの操舵量を著しく増大させることなく駆動機構側に伝達することができる。上記ステアリングホィールの操舵量が増大しないので、良好な操舵感および操舵性を得ることができる。
【００３１】
第３の発明によれば、増速機構の増速率を、減速機構の減速率に対応させたので、ステアリングホィール側からの入力と、駆動機構側に伝達する出力とを同じにすることができ、より一層、快適な操舵フィーリングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の全体概要図である。
【図２】従来例の全体概要図である。
【符号の説明】
２ ステアリングホィール
７ 船外機
１９ トルクセンサ
２０ コントローラ
２１ 小ギア
２２ 大ギア
２４ 大ギア
２５ 小ギア
２６ 増速用ピニオン
２８ 増速用ラック
Ｍ 電動モータ

Claims (3)

1. ステアリングホィール操作に応じて船外機を回動させる船外機付きボートのステアリング装置において、スクリューを駆動する駆動機構と、ステアリングホィールの操舵方向および操舵力に応じて上記駆動機構によって駆動する電動モータと、電動モータに接続した非可逆性の特性を有するギア機構と、ギア機構を介して電動モータの回転力を船外機に伝達する伝達機構と、操舵トルクを検出するトルクセンサと、上記トルクセンサに接続したコントローラとを備えた船外機付きボートのパワーステアリング装置。
2. ステアリングホィールおよびギア機構間に設け、上記ステアリングホィールの回転速度を減速してその回転力をギア機構に伝達する減速機構と、上記ギア機構および伝達機構間に設け、上記ギア機構の回転速度を増速してその回転力を駆動機構に伝達する増速機構とを備えた請求項１記載の船外機付きボートのパワーステアリング装置。
3. 増速機構は、減速機構の減速率に対応した増速率を有することを特徴とする請求項２記載の船外機付きボートのパワーステアリング装置。

Images