JP2015020660A - 操舵装置の異常検出装置及び異常検出装置付き操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量型液圧ポンプの傾転角を変更して舵取機を転舵させる操舵装置に適用することができる操舵装置の異常検出装置を提供する。【解決手段】操舵部からの指令転舵信号ＳＳによってサーボ切換弁５６を介してサーボピストン３８を移動させ、このサーボピストン３８と連結する操舵用油圧ポンプ（可変容量型液圧ポンプ）３２の傾転角を変更して舵取機５７を転舵させる操舵装置の異常検出装置５５において、サーボピストン３８の移動方向及び移動の有無を検出して動作検出信号を出力する動作検出部５２と、指令転舵信号ＳＳと動作検出信号とが予め定めた対応関係にあるか否かを比較して、サーボピストン３８の移動が正常に行われたか否かを判定する異常判定部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば船舶用操舵装置の舵取機を制御する油圧系統の異常の有無を検出することができる操舵装置の異常検出装置、及び異常検出装置付き操舵装置に関する。

従来の船舶用操舵装置の一例を図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。図７（ａ）に示す船舶用操舵装置１は、第１及び第２油圧系統２、３を並列運転して舵取機４を制御することができるものである。この舵取機４の旋回アーム５が取り付けられている舵軸６には、図示しない舵板が設けられ、図７（ｂ）に示すように、舵板駆動部７が旋回アーム５を揺動させることによって、舵角を変更することができるようになっている。

この船舶用操舵装置１は、操舵者が、図示しない操舵部を操舵することによって舵角を変更することができる。そして、操舵部が操舵されると、この操舵部から出力される指令転舵信号に基づき第１及び第２切換弁８、９の各スプールが、図７（ａ）に示す中立位置から図７（ｂ）に示す第１切換位置に切り換わり、第１及び第２油圧ポンプ１０、１１から吐出される圧油が舵板駆動部７の第１シリンダ７ａに供給される。これによって、舵板駆動部７のラム１２が図７（ｂ）において、左方向に移動して舵板を所望の方向に揺動させて所望の舵角となるように設定することができる。

しかし、この船舶用操舵装置１によると、図７（ｃ）に示すように、第１切換弁８は、指令転舵信号に基づき第１切換位置に切り換わっているが、第２切換弁９は、指令転舵信号に対応した第１切換位置に切り換わらず、この切換操作の前の例えば第２切換位置のままの状態となっている場合がある。その原因の１つとして、例えば第２切換弁９内に異物が混入してスプールの移動が阻害されていることがある。このような状態となると、図７（ｃ）に示すように、舵取機４の操作が不能となり、ハイドロロック現象が発生した危険な状態となる。

そこで、このハイドロロック現象が発生したことを検出するための舵取機のハイドロロック検出装置が提案されている（特許文献１参照。）。

このハイドロロック検出装置は、第１及び第２油圧系統の並列運転時に、操舵部が指令転舵信号を出力すると、各系統の第１及び第２電磁弁の電磁コイルが励磁される。このとき例えば第２油圧系統の第２切換弁が故障でスプールが中立位置のままであるときは、第２磁気センサーが作動せずＯＦＦとなっている。このとき、異常判断回路は、第２電磁弁に対する指令信号ＯＮであるのに対して第２磁気センサーがＯＦＦであるので、第１及び第２油圧系統にハイドロロック現象が発生していると判断して警報ランプを点灯させる。操舵者は、警報ランプが点灯すると、モータ停止スイッチを操作して第２油圧系統の電動モータを停止させ、他の正常な第１油圧系統での単独運転による操舵制御を続行することができる。

特開平９−７６９９７号公報

しかし、上記特許文献１に掲載されているハイドロロック検出装置は、第１及び第２定容量型油圧ポンプから吐出される圧油の方向を第１及び第２切換弁で切換えることによって、舵取機を転舵させる操舵装置に適用するものであるが、可変容量型液圧ポンプの傾転角を変更して舵取機を転舵させる操舵装置に適用するためのものではなく、このような後者の操舵装置に適用することができる異常検出装置の開発が望まれている。

その理由は、第１及び第２切換弁を使用する操舵装置では、舵板駆動部を作動させることができる大きな容量の第１及び第２切換弁が必要であるので、その分の費用及び設置スペースが嵩むという問題があるからである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、可変容量型液圧ポンプの傾転角を変更して舵取機を転舵させる操舵装置に適用することができる操舵装置の異常検出装置及び異常検出装置付き操舵装置を提供することを目的としている。

本発明に係る操舵装置の異常検出装置は、操舵部からの指令転舵信号によってサーボ切換弁を介してサーボピストンを移動させ、このサーボピストンと連結する可変容量型液圧ポンプの傾転角を変更して舵取機を転舵させる操舵装置の異常検出装置において、前記サーボピストンの移動方向及び移動の有無、前記可変容量型液圧ポンプの傾転方向及び傾転の有無、又は前記サーボ切換弁のスプールの移動方向及び移動の有無を検出して動作検出信号を出力する動作検出部と、前記指令転舵信号と前記動作検出信号とが予め定めた対応関係にあるか否かを比較して、前記サーボピストンの移動、前記可変容量型液圧ポンプの傾転、又は前記サーボ切換弁のスプールの移動が正常に行われたか否かを判定する異常判定部とを備えることを特徴とするものである。

本発明に係る操舵装置の異常検出装置によると、動作検出部は、サーボピストンの移動方向及び移動の有無、可変容量型液圧ポンプの傾転方向及び傾転の有無、又はサーボ切換弁のスプールの移動方向及び移動の有無を検出して動作検出信号を出力することができる。そして、異常判定部は、指令転舵信号と動作検出信号とが予め定めた対応関係にあるか否かを比較して、サーボピストンの移動、可変容量型液圧ポンプの傾転、又はサーボ切換弁のスプールの移動が正常に行われたか否かを判定することができる。

この発明に係る操舵装置の異常検出装置において、前記指令転舵信号と前記動作検出信号とが予め定めた対応関係でないと前記異常判定部が判定したときに、その旨の異常信号を出力する信号出力部を備えるものとするとよい。

このようにすると、異常判定部が、指令転舵信号と動作検出信号とが予め定めた対応関係でないと判定したときに、信号出力部がその旨の異常信号を出力することができる。この異常信号によって、操舵者は、操舵装置の異常を的確に認識することができるので、その異常の原因に関係するサーボピストン、液圧ポンプ、又はサーボ切換弁等を点検して異常個所を修理することができる。また、この異常検出装置が適用されている操舵装置が、当該異常に対して適切な処置を自動的に行うように、当該操舵装置を構成することができる。

この発明に係る操舵装置の異常検出装置において、前記サーボピストン、前記可変容量型液圧ポンプ、又は前記スプールには、前記動作検出部によって検出される被検出部が設けられ、前記動作検出部は、固定側部に設けられているものとするとよい。

このようにすると、動作検出部は、被検出部を検出することによって、サーボピストンの移動方向及び移動の有無、前記可変容量型液圧ポンプの傾転方向及び傾転の有無、又は前記スプールの移動方向及び移動の有無を表す動作検出信号を出力することができる。これによって、構造が簡単で故障が生じ難い操舵装置の異常検出装置を提供することができる。

この発明に係る操舵装置の異常検出装置において、前記動作検出部は、前記サーボピストン、前記可変容量型液圧ポンプ、又は前記スプールが中立位置にあるときに、その旨を表す前記動作検出信号を出力し、前記中立位置である旨の前記動作検出信号を基準として、前記サーボピストン若しくは前記スプールの移動方向及び移動の有無、又は前記可変容量型液圧ポンプの傾転方向及び傾転の有無を表す前記動作検出信号を前記異常判定部に出力するものとするとよい。

このようにすると、動作検出部は、サーボピストン、可変容量型液圧ポンプ、又はスプールが中立位置にあるときに、その旨の動作検出信号を異常判定部に出力することができる。これによって、次に、動作検出部が被検出部を検出したときに、中立位置を基準としてサーボピストン若しくはスプールの移動方向及び移動の有無、又は可変容量型液圧ポンプの傾転方向及び傾転の有無を表す動作検出信号を異常判定部に出力することができる。従って、異常判定部は、操舵部からの指令転舵信号がサーボピストン、可変容量型液圧ポンプ、又はスプールをいずれの方向に移動又は傾転させようとしたときに、異常が起こったかを認識することができる。この情報は、故障の原因究明に利用することができる。

この発明に係る操舵装置の異常検出装置において、前記被検出部は、前記サーボピストン、前記可変容量型液圧ポンプ、又は前記スプールの移動方向又は傾転方向に沿って順番に、中径部、小径部、及び大径部を有し、前記動作検出部は、前記中径部、前記小径部、及び前記大径部に応じた前記動作検出信号を出力すると共に、前記小径部を検出したときに、前記中立位置にある旨の前記動作検出信号を出力するものとするとよい。

このように、被検出部が中径部、小径部、及び大径部として形成されているので、動作検出部としてのギャップセンサは、中径部、小径部、及び大径部を検出したときに、その検出した被検出部に対応した動作検出信号を出力することができる。

本発明に係る異常検出装置付き操舵装置は、並列運転により前記舵取機を制御する２系統の第１及び第２油圧系統、又は前記舵取機を制御する１系統の油圧系統を備え、前記第１及び第２のそれぞれの油圧系統、又は１系統の油圧系統には、本発明に係る操舵装置の異常検出装置が設けられていることを特徴とするものである。

本発明に係る異常検出装置付き操舵装置によると、２系統の第１及び第２油圧系統を並列運転して舵取機を制御することができるし、１系統の油圧系統を運転して舵取機を制御することができる。これら第１及び第２のそれぞれの油圧系統に設けられている第１及び第２操舵装置の異常検出装置、及び１系統の油圧系統に設けられている操舵装置の異常検出装置は、上記と同様に作用する。

そして、第１及び第２操舵装置の異常検出装置は、それぞれと対応する第１及び第２油圧系統の異常の有無を判定することができる。これによって、第１及び第２油圧系統のうちのいずれか一方又は両方に何らかの異常が発生したことによりハイドロロック現象が生じたか否かを判定することができる。

この発明に係る異常検出装置付き操舵装置において、前記２つの異常判定部のうちのいずれか一方が異常であると判定したときに、当該異常と判定された前記第１又は第２油圧系統の使用を停止させ、異常と判定されていない前記第２又は第１油圧系統を使用して前記舵取機を制御させる油圧系統設定部を備えるものとするとよい。

このようにすると、２つの異常判定部のうちのいずれか一方が異常であり、ハイドロロック現象が発生したと判定したときに、油圧系統設定部は、当該異常と判定された第１又は第２油圧系統の使用を停止させ、異常と判定されていない第２又は第１油圧系統を使用して舵取機を制御させることができる。これによって、操舵者は、この操舵装置を継続して使用して操舵することができる。

本発明に係る操舵装置の異常検出装置及び異常検出装置付き操舵装置によると、可変容量型液圧ポンプの傾転角を変更して舵取機を転舵させる操舵装置に適用することができる。そして、このような型式の操舵装置は、舵取機に設けられている舵板駆動部を作動させるための油圧切換弁が不要であり、その分の費用及び設置スペースを低減することができるものである。従って、本発明は、当該型式の操舵装置の利用の拡大を図ることができ、その利用価値が高い。

この発明の第１実施形態に係る異常検出装置付き操舵装置の油圧回路図である。 図１に示す同操舵装置のブロック図である。 図１に示す同操舵装置のサーボピストン及び動作検出部を示す部分拡大図である。 同発明の第２実施形態に係る同操舵装置のブロック図である。 図４に示す同操舵装置の動作状態を示す図であり、（ａ）は、舵取の運転をしている正常状態を示す回路図、（ｂ）は、ハイドロロックが発生した状態を示す回路図である。 同発明の他の実施形態に係る同操舵装置のブロック図である。 従来の操舵装置の動作状態を示す図であり、（ａ）は、第１及び第２切換弁が中立位置にあり、舵取の運転を停止している状態を示す回路図、（ｂ）は、第１及び第２切換弁が第１切換位置にあり、舵取の運転をしている正常状態を示す回路図、（ｃ）は、ハイドロロックが発生した状態を示す回路図である。

以下、本発明に係る操舵装置の異常検出装置及び異常検出装置付き操舵装置の第１実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。

この図１に示す異常検出装置付き操舵装置１６は、操舵部５１（図２参照）からの指令転舵信号ＳＳによってサーボ切換弁５６を介してサーボピストン３８を移動させ、このサーボピストン３８と連結する操舵用油圧ポンプ３２（可変容量型油圧ポンプ）の傾転角を変更して舵取機５７を転舵させるものである。

この操舵装置１６は、図１に示すように、舵取機５７を備えている。この舵取機５７は、船舶の船尾に回動自在に取付けられる舵柄１７を備え、この舵柄１７に、舵軸１７ａを介して舵板１８が固定されている。また、舵柄１７には旋回アーム１９の一端部が固定され、この旋回アーム１９の他端部に、略Ｕ字状の凹部から形成された受部２０が設けられている。

また、この操舵装置１６は、舵柄１７を回動駆動するための舵板駆動部２１を備えている。この舵板駆動部２１は、一対の第１及び第２シリンダ機構２２、２３と、第１及び第２シリンダ機構２２、２３の出力部を構成するラム２４とを有している。第１及び第２シリンダ機構２２、２３は、相互に対向して配置された第１及び第２シリンダ２５、２６を有し、一方の第１シリンダ２５にラム２４の一端部が挿入され、また他方の第２シリンダ２６にラム２４の他端部が挿入されている。これにより、ラム２４が図１において左右方向に移動可能となる
このラム２４の軸線方向中央部にはラムピン２７が設けられ、このラムピン２７が旋回アーム１９の受部２０に装着されている。従って、ラム２４が矢印２８で示す方向（図１において右方向）に移動すると、これと共にラムピン２７が移動し、これによって旋回アーム１９、舵柄１７、舵軸１７ａ、及び舵板１８が一体的に矢印２９で示す反時計方向に回動される。そしてこれとは逆に、ラム２４が矢印３０で示す方向（図１において左方向）に移動すると、これと共にラムピン２７が移動し、これによって旋回アーム１９、舵柄１７、舵軸１７ａ、及び舵板１８が一体的に矢印３１で示す時計方向に回動される。

そして、この操舵装置１６は、図１に示すように、舵板駆動部２１（第１及び第２シリンダ機構２２、２３）を駆動するための操舵用油圧ポンプ３２を備えている。この操舵用油圧ポンプ３２は、例えば可変容量型、両傾転型の斜軸型油圧ポンプである。

また、図１に示すように、この操舵用油圧ポンプ３２には、シリンダブロック３３（斜体）の傾転角を制御するための傾転角制御装置３４が設けられ、この傾転角制御装置３４には、補助油圧ポンプ３５が設けられている。そして、これら操舵用油圧ポンプ３２及び補助油圧ポンプ３５は、電動モータ等の駆動部３６、３７によって回転駆動される。従って、各駆動部３６、３７が作動すると、それぞれと連結する操舵用油圧ポンプ３２及び補助油圧ポンプ３５が所定方向に回転する。

この傾転角制御装置３４は、図１に示すように、操舵用油圧ポンプ３２のシリンダブロック３３（斜体）と連結するサーボピストン３８を備えている。このサーボピストン３８が図１の左右方向に進退移動することによって、シリンダブロック３３の傾転角を変更することができ、このシリンダブロック３３の傾転角を変更すると、操舵用油圧ポンプ３２の圧油の吐出流量及び吐出方向を変更することができる。そして、操舵用油圧ポンプ３２からの圧油の吐出流量及び吐出方向を変更すると、舵板駆動部２１によって舵板１８を所望の方向及び速度で回動させることができる。

そして、この傾転角制御装置３４は、ケーシング（図示せず）の内部にサーボ切換弁５６を備えている。このサーボ切換弁５６は、スリーブ３９を有し、このスリーブ３９の内部にスプール４０が内蔵されている。このスプール４０は、例えばトルクモータ等の制御モータ４１によって、図１の左右方向に進退移動されるようになっている。

また、スリーブ３９には、図１に示すように、入力ポート４２、タンクポート４３、Ａポート４４、及びＢポート４５が形成されている。この入力ポート４２は、補助油圧ポンプ３５の吐出口と接続し、タンクポート４３はタンク４６と接続している。そして、Ａポート４４は、サーボピストン３８を収容するシリンダ部４７に形成されているロッド室４８と接続し、Ｂポート４５は、シリンダ部４７に形成されているヘッド室４９と接続している。

更に、スリーブ３９とサーボピストン３８とは、フィードバックレバー５０によって互いに固定して結合されている。これによって、サーボピストン３８が、図１の左右方向に所定距離Ｘだけ移動すると、スリーブ３９は、サーボピストン３８に伴ってこれと同方向に所定距離Ｙだけ移動するようになっている。

上記のように構成された傾転角制御装置３４によると、入力ポート４２に供給された圧油（補助油圧ポンプ３５から吐出された圧油）をＡポート４４、又はＡポート４４及びＢポート４５に導き、更にその圧油をサーボピストン３８に導くことによってサーボピストン３８を進退移動させるようになっている。

つまり、この傾転角制御装置３４によると、図１に示すように、例えば制御モータ４１が中立位置にあり、スプール４０も中立位置にあるときは、サーボピストン３８及びスリーブ３９は、同図に示す中立位置に保持される。

そして、制御モータ４１が所定方向に所定角度だけ駆動して、スプール４０が図１に示す位置から右方向（又は左方向）に所定距離だけ移動すると、補助油圧ポンプ３５から吐出された圧油がシリンダ部４７のロッド室４８（又はロッド室４８及びヘッド室４９）に流入し、ヘッド室４９（又はロッド室４８）内の作動油がタンク４６に戻される。このとき、サーボピストン３８、及びこれと結合するスリーブ３９が、スプール４０と同じ右方向（又は左方向）に移動する。そして、サーボピストン３８及びスリーブ３９が、スプール４０と同じ右方向（又は左方向）に移動すると、スリーブ３９とスプール４０との位置関係が図１に示す中立状態に戻り、サーボピストン３８の右方向（又は左方向）への移動が停止してその位置で保持される。

このように、図１に示す制御モータ４１が所定方向に所定角度だけ駆動することによって、サーボピストン３８を左右方向に所望の距離だけ進退移動させることができ、これによって、このサーボピストン３８と連結する操舵用油圧ポンプ３２のシリンダブロック３３（斜体）の傾転角を所望の角度だけ変更することができる。これによって、舵板駆動部２１は、舵板１８を所望の方向及び速度で所望の角度だけ回動させることができる。

つまり、例えば操舵者が所望の舵角となるように操舵部５１の操舵輪（図示せず）を操作すると、図１に示す傾転角制御装置３４が操舵用油圧ポンプ３２を駆動制御して、舵板１８を所望の舵角となるように回動させることができる。そして、図には示さないが、舵板１８が所望の舵角となると、舵板１８の舵角を舵角検出部（図示せず）が検出して、舵角検出部が舵角検出信号を出力するようになっている。そしてこの舵角検出信号が制御モータ４１に入力して、スプール４０、スリーブ３９、及びサーボピストン３８が図１に示す中立位置に自動的に戻され、操舵用油圧ポンプ３２のシリンダブロック３３（斜体）の傾転角が零度、又はそれに近い所定の角度範囲（不感帯角度範囲）内に設定される。

このように、シリンダブロック３３の傾転角が所定の不感帯角度範囲内に設定されると、操舵用油圧ポンプ３２から吐出されて舵板駆動部２１に供給される圧油の流量を所定の許容流量範囲内に制限することができる。これによって、舵板１８を所望の舵角、又は許容角度範囲内のそれに近い舵角で保持することができる。

次に、操舵装置の異常検出装置５５について説明する。この異常検出装置５５は、動作検出部５２と、異常判定部（図示せず）と、信号出力部５３とを備えている。

図１に示す動作検出部５２は、サーボピストン３８の移動方向及び移動の有無を検出して動作検出信号ＤＳを出力するものであり、固定側に設けられた例えばギャップセンサである。

異常判定部は、操舵部５１から出力された指令転舵信号ＳＳと、動作検出部５２から出力された動作検出信号ＤＳとが予め定めた対応関係にあるか否かを比較して、サーボピストン３８の移動が正常に行われたか否かを判定するものである。

この異常判定部は、制御部（中央演算処理装置）に設けられ、制御部には、操舵部５１、動作検出部５２及び信号出力部５３等が電気的に接続されている。そして、操舵者が所望の舵角となるように操舵部５１の操舵輪（図示せず）を操作したときに、操舵部５１は、その操作方向、操作速度及び操作量に応じた指令転舵信号ＳＳを出力するものであり、その指令転舵信号ＳＳは、制御部に入力する。

信号出力部５３は、指令転舵信号ＳＳと動作検出信号ＤＳとが予め定めた対応関係でないと異常判定部が判定したときに、その旨の異常信号を出力するものである。例えばこの異常信号によって表示部に異常を表示させたり、スピーカに警報音を出力させることができる。

次に、図１に示す動作検出部５２が、サーボピストン３８の移動方向及び移動の有無を検出して動作検出信号ＤＳを出力する方法の一例を説明する。

サーボピストン３８には、図３に示すように、第１被検出部５８、第２被検出部５９、及び第３被検出部６０が設けられ、これら第１〜第３被検出部５８、５９、６０は、サーボピストン３８に対してその順番にその移動方向（図１に示す右矢印の方向）に沿って配置されている。そして、第１被検出部５８が中径部であり、その直径がＤ１、中径部の外周面と動作検出部５２との間隔がＳ１である。第２被検出部５９は、小径部であり、その直径がＤ２、小径部の外周面と動作検出部５２との間隔がＳ２である。第３被検出部６０は、大径部であり、その直径がＤ３、大径部の外周面と動作検出部５２との間隔がＳ３である。そして、Ｄ２＜Ｄ１＜Ｄ３、Ｓ３＜Ｓ１＜Ｓ２の関係がある。

そして、図３に示す動作検出部５２は、固定側に設けられた例えばギャップセンサであり、第１、第２、又は第３被検出部５８、５９、６０を検出したときに、その検出した被検出部に対応した動作検出信号ＤＳを出力することができるものである。

つまり、動作検出部５２は、図１に示す第２被検出部５９（小径部）を検出したときは、サーボピストン３８が中立位置にある旨の中立動作検出信号ＤＳ（動作検出部５２と小径部の外面との間隔Ｓ２に応じた信号）を出力するように構成されている。このように、サーボピストン３８が中立位置にあるときは、操舵用油圧ポンプ３２のシリンダブロック３３（斜体）の傾転角が零度であり、操舵用油圧ポンプ３２から圧油が吐出されていない状態である。従って、舵板１８は、真っ直ぐな位置で停止した状態で保持されており、この操舵装置１６の制御部は、この状態を認識することができる。

そして、動作検出部５２が第１被検出部５８（中径部）を検出したときは、図１に示すサーボピストン３８が中立位置を基準にしてその位置よりも、図３において右方向に移動した旨の右動作検出信号ＤＳ（動作検出部５２と中径部の外面との間隔Ｓ１に応じた信号）を出力することができる。このとき、操舵用油圧ポンプ３２のシリンダブロック３３（斜体）の傾転角が零度から所定方向に傾転し、舵取機５７のラムが所定方向に移動して舵板が所定方向に回動する。そして、操舵装置１６の制御部は、この状態を認識することができる。

また、動作検出部５２が第３被検出部６０（大径部）を検出したときは、図１に示すサーボピストン３８が中立位置を基準にしてその位置よりも左方向に移動した旨の動作検出信号ＤＳ（動作検出部５２と大径部の外面との間隔Ｓ３に応じた信号）を出力することができる。このとき、操舵用油圧ポンプ３２のシリンダブロック３３（斜体）の傾転角が零度から所定方向と逆の方向に傾転し、舵取機５７のラムも所定方向と逆の方向に移動して舵板が所定方向と逆の方向に回動する。そして、操舵装置１６の制御部は、この状態を認識することができる。

このように、操舵装置１６の制御部は、中立位置（第２被検出部５９）を基準にして、サーボピストン３８の移動方向及びその移動の有無を認識することができるし、更に、動作検出部５２が第１又は第３被検出部５８又は６０を検出している各位置を基準にして、サーボピストン３８の移動方向及びその移動の有無を認識することができる。

よって、操舵者が操舵輪を操舵しているいずれの状態においても、動作検出部５２が第１、第２、又は第３被検出部５８、５９、６０を検出したときに、制御部は、サーボピストン３８の移動前の位置を基準にして、その移動方向及び移動の有無を認識することができる。

次に、上記のように構成された操舵装置の異常検出装置５５、及び異常検出装置付き操舵装置１６の作用を説明する。この異常検出装置付き操舵装置１６によると、動作検出部５２は、第１、第２、又は第３被検出部５８、５９、６０を検出したときに、サーボピストン３８の移動方向及び移動の有無を検出して動作検出信号ＤＳを出力することができる。そして、異常判定部は、指令転舵信号ＳＳと動作検出信号ＤＳとが予め定めた対応関係にあるか否かを比較して、サーボピストン３８の移動が正常に行われたか否かを判定することができる。

そして、異常判定部が、指令転舵信号ＳＳと動作検出信号ＤＳとが予め定めた対応関係でないと判定したときに、信号出力部５３がその旨の異常信号を出力することができる。

例えば指令転舵信号ＳＳがサーボピストン３８を中立位置から図１の右方向に移動させる旨の右側指令転舵信号ＳＳであるのに対して、サーボピストン３８が中立位置にあり、動作検出部５２の出力する動作検出信号ＤＳが中立位置動作検出信号ＤＳであるときは、異常判定部は、両者が不一致であり、予め定めた対応関係でないと判定して、信号出力部５３がその旨の異常信号を出力することができる。

この異常信号によって、操舵者は、操舵装置１６の異常を的確に認識することができるので、その異常の原因に関係するサーボピストン３８を点検して異常個所を修理することができる。また、この異常検出装置５５が適用されている操舵装置１６が、当該異常に対して適切な処置を自動的に行うように、当該操舵装置１６を構成することができる。

また、図１に示すように、この異常検出装置付き操舵装置１６は、可変容量型液圧ポンプ（操舵用油圧ポンプ３２）の傾転角を変更して舵取機５７を転舵させる操舵装置に適用することができる。そして、このような型式の操舵装置１６は、舵取機５７に設けられている舵板駆動部２１を作動させるための油圧切換弁が不要であり、その分の費用及び設置スペースを低減することができるものである。従って、図１に示す操舵装置１６は、当該型式の操舵装置の利用の拡大を図ることができ、その利用価値が高い。

更に、図１に示すように、動作検出部５２は、第１、第２、又は第３被検出部５８、５９、６０を検出したときに、サーボピストン３８の図１における左右の移動方向及び移動の有無を表す動作検出信号ＤＳを出力することができるので、構造が簡単で故障が生じ難い操舵装置の異常検出装置５５を提供することができる。

そして、図１に示すように、動作検出部５２は、サーボピストン３８が中立位置にあるときに、第２被検出部５９を検出してその旨の動作検出信号ＤＳを異常判定部に出力することができる。これによって、次に、動作検出部５２が第１又は第３被検出部５８、６０を検出したときに、中立位置を基準としてサーボピストン３８の移動方向及び移動の有無を異常判定部に出力することができる。従って、異常判定部は、操舵部５１からの指令転舵信号ＳＳがサーボピストン３８をいずれの方向に移動させようとしたときに、異常が起こったかを認識することができる。この情報は、故障の原因究明に利用することができる。

次に、本発明に係る操舵装置の異常検出装置及び異常検出装置付き操舵装置の第２実施形態を、図４を参照して説明する。この図４に示す第２実施形態の異常検出装置付き操舵装置６１と、図２に示す第１実施形態の異常検出装置付き操舵装置１６とが相違するところは、図２に示す第１実施形態では、舵取機５７を１系統の油圧系統６２で制御する構成としたのに対して、図４に示す第２実施形態では、舵取機５７を２系統の第１及び第２油圧系統６２、６２で制御する構成としたところである。それ以外は、同等の構成であり同様に作用するので、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。

この図４に示す第２実施形態の異常検出装置付き操舵装置６１は、並列運転により舵取機５７を制御する２系統の第１及び第２油圧系統６２、６２を備えている。そして、第１油圧系統６２には、第１操舵装置の異常検出装置５５（第１異常検出装置）が設けられ、第２油圧系統６２には、第２操舵装置の異常検出装置５５（第２異常検出装置）が設けられている。

そして、この異常検出装置付き操舵装置６１は、図示しない油圧系統設定部を備えている。この油圧系統設定部は、第１異常検出装置５５の第１異常判定部及び第２異常検出装置５５の第２異常判定部のうちのいずれか一方が異常であると判定したときに、当該異常と判定された第１又は第２油圧系統６２の使用を停止させ、異常と判定されていない第２又は第１油圧系統６２を使用して舵取機５７を制御させるためのものである。

この図４に示す異常検出装置付き操舵装置６１によると、２系統の第１及び第２油圧系統６２、６２を並列運転して舵取機５７を制御することができる。これら第１及び第２のそれぞれの油圧系統６２に設けられている第１及び第２異常検出装置５５は、図１及び図２に示す操舵装置の異常検出装置５５と同様に作用する。

そして、第１及び第２異常検出装置５５、５５は、それぞれと対応する第１及び第２油圧系統６２、６２の異常の有無を判定することができる。これによって、第１及び第２油圧系統６２、６２のうちのいずれか一方又は両方に何らかの異常が発生したことによりハイドロロック現象が生じたか否かの判定をすることができる。

そして、２つの異常判定部のうちのいずれか一方が異常であり、ハイドロロック現象が発生したと判定したときに、油圧系統設定部は、当該異常と判定された第１又は第２油圧系統６２の使用を停止させ、異常と判定されていない第２又は第１油圧系統６２を使用して舵取機５７を制御させることができる。これによって、操舵者は、この操舵装置６１を継続して使用して操舵することができる。

次に、図５（ａ）、（ｂ）を参照して、図４に示す同操舵装置６１の動作を説明する。図５（ａ）は、舵取の運転をしている状態を示す回路図であり、図５（ｂ）は、ハイドロロックが発生した状態を示す回路図である。

図５（ａ）は、図４に示す操舵装置において、操舵者が操舵部５１を操舵しており、この操舵部５１から出力される指令転舵信号ＳＳに基づき、第１及び第２傾転角制御装置が第１及び第２操舵用油圧ポンプ３２、３２の各シリンダブロック３３（斜体）の傾転角を所望の角度だけ変更するように制御している。これによって、第１及び第２操舵用油圧ポンプ３２、３２から吐出される圧油が舵板駆動部２１の第２シリンダ２６に供給され、舵板駆動部２１のラム２４が図５（ａ）において左方向に移動して、舵板１８を所望の方向に揺動させて所望の舵角となるように設定することができる。

図５（ｂ）は、左側の第１操舵用油圧ポンプ３２は、指令転舵信号ＳＳに基づき対応する傾転角に変更されているが、右側の第２操舵用油圧ポンプ３２は、指令転舵信号ＳＳに対応する傾転角に変更されておらず、操舵者による操舵前の状態となっている。その原因の１つとして、例えば第２サーボピストン３８が異物の混入によってその移動が阻害されていることがある。このような状態となると、図５（ｂ）に示すように、舵取機５７の操作が不能となる（ハイドロロック現象発生状態）。

この図４に示す操舵装置６１によると、上記のようにして、操舵装置６１を継続して使用して操舵することができる。

ただし、上記実施形態では、図３に示すように、サーボピストン３８に３つの第１〜第３被検出部５８、５９、６０を設け、これら第１〜第３被検出部５８、５９、６０を１つの動作検出部５２によって検出する例を示したが、これに代えて、サーボピストン３８に１つの被検出部（例えば凸部）を設け、この被検出部をサーボピストン３８の移動方向に沿う位置であって、被検出部の両側に設けた２つの第１及び第２動作検出部によって、サーボピストン３８の移動方向、移動の有無、及び中立位置を検出するようにしてもよい。更に、１つの被検出部のいずれか一方の側に設けた１つの動作検出部によって、サーボピストン３８の移動方向、移動の有無、及び中立位置を検出するようにしてもよい。

そして、上記実施形態では、図３に示すように、サーボピストン３８に第１〜第３被検出部５８、５９、６０を設け、これら第１〜第３被検出部５８、５９、６０を動作検出部５２によって検出する例を示したが、これに代えて、図６に示すように、操舵用油圧ポンプ３２の斜体に第１〜第３被検出部５８、５９、６０を設け、これら第１〜第３被検出部５８、５９、６０を動作検出部５２によって検出するようにしてもよい。更に、図６に示すように、サーボ切換弁５６のスプールに第１〜第３被検出部５８、５９、６０を設け、これら第１〜第３被検出部５８、５９、６０を動作検出部５２によって検出するようにしてもよい。

また、上記のように、操舵用油圧ポンプ３２の斜体、又はサーボ切換弁５６のスプールに３つの第１〜第３被検出部５８、５９、６０を設け、これら第１〜第３被検出部５８、５９、６０を１つの動作検出部５２によって検出する例を示したが、これに代えて、斜体又はスプールに１つの被検出部（例えば凸部）を設け、この被検出部を斜体又はスプールの傾斜方向又は移動方向に沿う位置であって、被検出部の両側に設けた２つの第１及び第２動作検出部によって、斜体又はスプールの傾斜方向又は移動方向、傾斜又は移動の有無、及び中立位置を検出するようにしてもよい。更に、１つの被検出部のいずれか一方の側に設けた１つの動作検出部によって、斜体又はスプールの傾斜方向又は移動方向、傾斜又は移動の有無、及び中立位置を検出するようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、作動検出部としてギャップセンサを使用したが、これ以外の検出器を使用してもよい。例えば作動トランスのように、被検出部の変位量と対応する動作検出信号を出力する検出器を使用してもよいし、又は、被検出部の変位によってＯＮ、ＯＦＦに切り換わる検出器を使用してもよい
そして、上記実施形態では、図１に示すように、動作検出部５２が第１〜第３被検出部５８、５９、６０を検出して動作検出信号ＤＳを出力する構成としたが、これに代えて、例えば動作検出部として圧力センサを使用し、この動作検出部がサーボピストン３８のシリンダ部４７のロッド室４８やヘッド室４９の油圧を検出して動作検出信号ＤＳを出力する構成としてもよい。このようにしても、操舵用油圧ポンプ３２の傾転方向及び傾転の有無を検出することができる。

以上のように、本発明に係る操舵装置の異常検出装置及び異常検出装置付き操舵装置は、可変容量型液圧ポンプの傾転角を変更して舵取機を転舵させる操舵装置に適用することができる優れた効果を有し、このような操舵装置の異常検出装置及び異常検出装置付き操舵装置等に適用するのに適している。

１６ 異常検出装置付き操舵装置
１７ 舵柄
１７ａ 舵軸
１８ 舵板
１９ 旋回アーム
２０ 受部
２１ 舵板駆動部
２２ 第１シリンダ機構
２３ 第２シリンダ機構
２４ ラム
２５ 第１シリンダ
２６ 第２シリンダ
２７ ラムピン
２８、２９、３０、３１ 矢印
３２ 操舵用油圧ポンプ
３４ 傾転角制御装置
３５ 補助油圧ポンプ
３６、３７ 駆動部
３８ サーボピストン
３９ スリーブ
４０ スプール
４１ 制御モータ
４２ 入力ポート
４３ タンクポート
４４ Ａポート
４５ Ｂポート
４６ タンク
４７ シリンダ部
４８ ロッド室
４９ ヘッド室
５０ フィードバックレバー
５１ 操舵部
５２ 動作検出部
５３ 信号出力部
５５ 操舵装置の異常検出装置
５６ サーボ切換弁
５７ 舵取機
５８ 第１被検出部
５９ 第２被検出部
６０ 第３被検出部
６１ 異常検出装置付き操舵装置
６２ 油圧系統、第１及び第２油圧系統
ＳＳ 指令転舵信号
ＤＳ 動作検出信号

Claims (7)

1. 操舵部からの指令転舵信号によってサーボ切換弁を介してサーボピストンを移動させ、このサーボピストンと連結する可変容量型液圧ポンプの傾転角を変更して舵取機を転舵させる操舵装置の異常検出装置において、
   前記サーボピストンの移動方向及び移動の有無、前記可変容量型液圧ポンプの傾転方向及び傾転の有無、又は前記サーボ切換弁のスプールの移動方向及び移動の有無を検出して動作検出信号を出力する動作検出部と、
   前記指令転舵信号と前記動作検出信号とが予め定めた対応関係にあるか否かを比較して、前記サーボピストンの移動、前記可変容量型液圧ポンプの傾転、又は前記サーボ切換弁のスプールの移動が正常に行われたか否かを判定する異常判定部とを備えることを特徴とする操舵装置の異常検出装置。
2. 前記指令転舵信号と前記動作検出信号とが予め定めた対応関係でないと前記異常判定部が判定したときに、その旨の異常信号を出力する信号出力部を備えることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置の異常検出装置。
3. 前記サーボピストン、前記可変容量型液圧ポンプ、又は前記スプールには、前記動作検出部によって検出される被検出部が設けられ、
   前記動作検出部は、固定側部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵装置の異常検出装置。
4. 前記動作検出部は、前記サーボピストン、前記可変容量型液圧ポンプ、又は前記スプールが中立位置にあるときに、その旨を表す前記動作検出信号を出力し、前記中立位置である旨の前記動作検出信号を基準として、前記サーボピストン若しくは前記スプールの移動方向及び移動の有無、又は前記可変容量型液圧ポンプの傾転方向及び傾転の有無を表す前記動作検出信号を前記異常判定部に出力することを特徴とする請求項３に記載の操舵装置の異常検出装置。
5. 前記被検出部は、前記サーボピストン、前記可変容量型液圧ポンプ、又は前記スプールの移動方向又は傾転方向に沿って順番に、中径部、小径部、及び大径部を有し、
   前記動作検出部は、前記中径部、前記小径部、及び前記大径部に応じた前記動作検出信号を出力すると共に、前記小径部を検出したときに、前記中立位置にある旨の前記動作検出信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の操舵装置の異常検出装置。
6. 並列運転により前記舵取機を制御する２系統の第１及び第２油圧系統、又は前記舵取機を制御する１系統の油圧系統を備え、
   前記第１及び第２のそれぞれの油圧系統、又は１系統の油圧系統には、請求項１乃至５のいずれかに記載の操舵装置の異常検出装置が設けられていることを特徴とする異常検出装置付き操舵装置。
7. 前記２つの異常判定部のうちのいずれか一方が異常であると判定したときに、当該異常と判定された前記第１又は第２油圧系統の使用を停止させ、異常と判定されていない前記第２又は第１油圧系統を使用して前記舵取機を制御させる油圧系統設定部を備えることを特徴とする請求項６に記載の異常検出装置付き操舵装置。

Images