JP2021062712A - Steering gear for ship - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶用操舵装置に関する。 The present invention relates to a marine steering device.
従来、たとえば特許文献1に記載される船舶用の操舵装置が存在する。この操舵装置は、舵取り機構(転舵機構)およびコントローラを有している。舵取り機構は、船体の船尾に対してステアリング軸を中心として回転可能に支持された船外機を船体の進行方向に対する左右方向へ揺動させる。コントローラは、船体の運転席に設けられるステアリングホイールの操作に応じて舵取り機構の動作を制御する。 Conventionally, for example, there is a steering device for a ship described in Patent Document 1. This steering device has a steering mechanism (steering mechanism) and a controller. The steering mechanism swings the outboard motor, which is rotatably supported around the steering axis with respect to the stern of the hull, in the left-right direction with respect to the traveling direction of the hull. The controller controls the operation of the steering mechanism according to the operation of the steering wheel provided in the driver's seat of the hull.
舵取り機構は、船尾に設けられた左右一対の支持部材、ボールねじ軸、ボールねじナット、および転舵用モータを有している。ボールねじ軸は2つの支持部材の間に連結されている。ボールねじナットはボールねじ軸に螺合されている。転舵用モータは、ボールねじナットを回転可能に収容するハウジング、およびハウジングの内部に固定されたステータを有している。このステータに通電されることによりロータとしてのボールねじナットが回転する。 The steering mechanism includes a pair of left and right support members, a ball screw shaft, a ball screw nut, and a steering motor provided at the stern. The ball screw shaft is connected between the two support members. The ball screw nut is screwed onto the ball screw shaft. The steering motor has a housing that rotatably accommodates the ball screw nut, and a stator fixed inside the housing. When the stator is energized, the ball screw nut as a rotor rotates.
ハウジングには、船外機へ向かって延びる転舵用アームが設けられている。転舵用アームは、連結用ピンを介して船外機に連結されたステアリングブラケットの第1の端部に対して回転自在に連結されている。ステアリングブラケットの第2の端部は、船尾に設けられたステアリング軸に対して回転可能に支持されている。 The housing is provided with a steering arm that extends toward the outboard motor. The steering arm is rotatably connected to the first end of the steering bracket connected to the outboard motor via a connecting pin. The second end of the steering bracket is rotatably supported with respect to a steering shaft provided at the stern.
転舵用モータの駆動を通じてボールねじナットが回転するとき、ボールねじナットがハウジングと一体的にボールねじ軸に沿って左右方向へ移動する。これにより、転舵用アームに連結されたステアリングブラケットがステアリング軸を中心として左右方向へ揺動する。その結果、ステアリングブラケットに連結された船外機が左右方向へ転舵される。 When the ball screw nut rotates through the drive of the steering motor, the ball screw nut moves in the left-right direction along the ball screw shaft integrally with the housing. As a result, the steering bracket connected to the steering arm swings in the left-right direction around the steering shaft. As a result, the outboard motor connected to the steering bracket is steered in the left-right direction.
特許文献1の操舵装置においては、船外機を転舵させる際、ボールねじナットと共にハウジングがボールねじ軸に沿って左右方向へ移動する。このため、船体にはハウジングの移動スペースを確保する必要がある。また、ハウジングの移動経路上から干渉物を排除する必要がある。したがって、船体に対する舵取り機構の搭載性について改善の余地がある。 In the steering device of Patent Document 1, when the outboard motor is steered, the housing moves in the left-right direction along the ball screw axis together with the ball screw nut. Therefore, it is necessary to secure a moving space for the housing on the hull. In addition, it is necessary to eliminate the interfering material from the moving path of the housing. Therefore, there is room for improvement in the mountability of the steering mechanism on the hull.
本発明の目的は、船体に対する舵取り機構の搭載性を向上させることができる船舶用操舵装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a marine steering device capable of improving the mountability of a steering mechanism on a hull.
上記目的を達成し得る船舶用操舵装置は、船舶の船尾に設けられる舵を動かす舵取り機構と、前記舵取り機構の駆動源と、を備えている。前記舵取り機構は、前記船体に固定されるハウジングと、前記ハウジングに対して回転可能に支持された出力軸と、前記ハウジングの内部に設けられて前記駆動源の動力を前記出力軸の回転に変換する第1の変換機構と、前記ハウジングの外部に設けられて前記出力軸の回転を前記舵の動作に変換する第2の変換機構と、を有している。 A marine steering device capable of achieving the above object includes a steering mechanism for moving a rudder provided at the stern of a ship and a drive source for the steering mechanism. The steering mechanism has a housing fixed to the hull, an output shaft rotatably supported with respect to the housing, and a drive source provided inside the housing to convert the power of the drive source into rotation of the output shaft. It has a first conversion mechanism for converting the rotation of the output shaft into the operation of the rudder, which is provided outside the housing.
船舶用操舵装置として、舵取り機構のハウジングを船体に対して移動可能に設け、このハウジングの移動を利用して舵を動作させる構成が存在する。しかし、この構成を採用する場合、ハウジングの移動スペースを船体に確保する必要がある。この点、上記の船舶用操舵装置によれば、船舶の舵を動作させる際には舵取り機構の出力軸を回転させるのみでよいため、舵取り機構のハウジングは船体に固定される。このため、ハウジングの移動スペースを船体に確保する必要がない。したがって、船体に対する舵取り機構の搭載性を向上させることができる。 As a marine steering device, there is a configuration in which a housing of a steering mechanism is provided so as to be movable with respect to the hull, and the rudder is operated by utilizing the movement of the housing. However, when adopting this configuration, it is necessary to secure a moving space for the housing on the hull. In this regard, according to the above-mentioned ship steering device, the housing of the steering mechanism is fixed to the hull because it is only necessary to rotate the output shaft of the steering mechanism when operating the steering of the ship. Therefore, it is not necessary to secure a moving space for the housing on the hull. Therefore, it is possible to improve the mountability of the steering mechanism on the hull.
上記の船舶用操舵装置において、前記第1の変換機構は、前記ハウジングの内部において回転可能に支持されて前記駆動源の動作に伴い回転するボールねじ軸と、前記ボールねじ軸に複数のボールを介して螺合されるとともに外周面にはラック歯が軸線方向に沿って設けられているボールねじナットと、前記出力軸に対して一体回転可能に連結されるとともに前記ボールねじナットのラック歯に噛み合って前記ボールねじナットの軸線方向への移動に伴い前記出力軸を中心として揺動するセクターギヤと、を有していてもよい。 In the above-mentioned marine steering device, the first conversion mechanism has a ball screw shaft rotatably supported inside the housing and rotated by the operation of the drive source, and a plurality of balls on the ball screw shaft. It is screwed through the ball screw nut and has rack teeth provided along the axial direction on the outer peripheral surface. The ball screw nut is integrally rotatably connected to the output shaft and is connected to the rack tooth of the ball screw nut. It may have a sector gear that meshes and swings around the output shaft as the ball screw nut moves in the axial direction.
この構成によれば、駆動源の動力をボールねじ軸、ボールねじナットおよびセクターギヤを介して出力軸の回転に変換することができる。
上記の船舶用操舵装置において、前記駆動源はモータであってもよい。この構成によれば、舵取り機構に対する電動化の要求に応えることができる。
According to this configuration, the power of the drive source can be converted into the rotation of the output shaft via the ball screw shaft, the ball screw nut and the sector gear.
In the above-mentioned marine steering device, the drive source may be a motor. According to this configuration, it is possible to meet the demand for electrification of the steering mechanism.
上記の船舶用操舵装置において、前記駆動源がモータである場合、前記モータの回転を減速し、その減速された回転を前記ボールねじ軸に伝達する減速機を有していてもよい。
この構成によれば、モータのトルクは減速機の減速比に応じて増大されるとともに、この減速機の減速比に応じたより大きい値のトルクがボールねじ軸に伝達される。このため、舵をより確実に動作させることができる。
In the above-mentioned marine steering device, when the drive source is a motor, a speed reducer that decelerates the rotation of the motor and transmits the decelerated rotation to the ball screw shaft may be provided.
According to this configuration, the torque of the motor is increased according to the reduction ratio of the reduction gear, and a larger value torque corresponding to the reduction ratio of the reduction gear is transmitted to the ball screw shaft. Therefore, the rudder can be operated more reliably.
上記の船舶用操舵装置において、前記駆動源は作動油を吐出する電動ポンプであること、および前記ボールねじナットは前記ハウジングに対して摺動可能に設けられるとともに前記ハウジングの内部は前記ボールねじナットによって2つの油室に区画されていることを前提として、前記2つの油室に対する作動油の供給または排出を制御するコントロールバルブを有していてもよい。この場合、前記コントロールバルブは、前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルの操作に応じて前記2つの油室のいずれか一方に対して前記電動ポンプから吐出される作動油を択一的に供給することによって前記ボールねじナットをピストンとして軸線方向に沿って移動させるようにしてもよい。 In the marine steering device, the drive source is an electric pump that discharges hydraulic oil, and the ball screw nut is slidably provided with respect to the housing, and the inside of the housing is the ball screw nut. A control valve for controlling the supply or discharge of hydraulic oil to the two oil chambers may be provided on the premise that the oil chambers are divided into two oil chambers. In this case, the control valve selectively selects the hydraulic oil discharged from the electric pump to either one of the two oil chambers according to the operation of the handle operated when changing the direction of the hull. The ball screw nut may be moved along the axial direction as a piston by supplying the ball screw nut to the piston.
この構成によれば、ハンドルの操作に応じて2つの油室のいずれか一方に電動ポンプからの作動油が択一的に供給されることにより、2つの油室の間に圧力差が発生する。この圧力差に応じてボールねじナットがピストンとして機能してその軸線方向に沿って押圧されることにより、ボールねじナットはボールねじ軸に沿って移動する。このボールねじナットの移動は、セクターギヤを介して出力軸の回転に変換される。 According to this configuration, the hydraulic oil from the electric pump is selectively supplied to one of the two oil chambers according to the operation of the handle, so that a pressure difference is generated between the two oil chambers. .. In response to this pressure difference, the ball screw nut functions as a piston and is pressed along its axial direction, so that the ball screw nut moves along the ball screw shaft. This movement of the ball screw nut is converted into rotation of the output shaft via the sector gear.
上記の船舶用操舵装置において、前記舵は、船舶の推進装置として船尾の外側に転舵軸を中心として回転可能に設けられるとともに、前記転舵軸を中心として回転することにより船舶の舵としても機能する船外機であってもよい。 In the above-mentioned ship steering device, the rudder is rotatably provided on the outside of the stern as a propulsion device for a ship about a steering shaft, and can also be used as a rudder for a ship by rotating around the steering shaft. It may be a functioning outboard unit.
上記の船舶用操舵装置において、前記舵は、船舶の推進装置とは別個に、船尾の外側に支持軸を中心として回転可能に設けられていてもよい。
上記の船舶用操舵装置において、前記舵は、前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルとの間の動力伝達が分離されていてもよい。
In the above-mentioned ship steering device, the rudder may be rotatably provided on the outside of the stern around a support shaft, separately from the ship propulsion device.
In the above-mentioned marine steering device, the rudder may be separated from the power transmission between the rudder and the steering wheel operated when changing the direction of the hull.
上記の船舶用操舵装置において、前記舵には前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルが連結されていてもよい。この場合、前記駆動源は、前記ハンドルの操作を通じた前記舵の動きを補助するアシスト力を発生してもよい。 In the above-mentioned marine steering device, the rudder may be connected to a handle operated when the hull is turned. In this case, the drive source may generate an assist force that assists the movement of the rudder through the operation of the steering wheel.
本発明の船舶用操舵装置によれば、船体に対する舵取り機構の搭載性を向上させることができる。 According to the marine steering device of the present invention, it is possible to improve the mountability of the steering mechanism on the hull.
<第1の実施の形態>
以下、船舶用操舵装置の第1の実施の形態を説明する。
図1に示すように、船舶10には、船外機12、操舵装置としての転舵アクチュエータ13、ハンドルとしてのステアリングホイール14、および制御装置15が設けられている。
<First Embodiment>
Hereinafter, the first embodiment of the marine steering device will be described.
As shown in FIG. 1, the
船外機12は、船体10aの船尾に設けられている。船外機12は、船舶10の推進装置の一例であって、エンジン12aおよびエンジン12aの駆動により回転するプロペラ12bを有している。船外機12は、船舶10の進行方向に対する左右方向へ揺動可能である。船外機12は、左右方向へ揺動することにより船舶10の舵としても機能する。
The
転舵アクチュエータ13は、船外機12を船舶10の進行方向に対する左右方向へ揺動させる。船外機12が左右方向へ揺動することにより船舶10の進行方向が変更される。
ステアリングホイール14は、船舶10の操船席に設けられている。ステアリングホイール14は、ステアリングシャフト16を介して船体10aに対して回転可能に支持されている。ステアリングシャフト16には、回転角センサ17が設けられている。回転角センサ17は、ステアリングシャフト16の回転角をステアリングホイール14の回転角である操舵角θとして検出する。
The steering
The
制御装置15は、回転角センサ17を通じて検出される操舵角θに応じて転舵アクチュエータ13の動作を制御する。ちなみに、エンジン12aの出力は、制御装置15とは別個に設けられる他の制御装置により制御される。
The
つぎに、船体10aと船外機12との連結構造を説明する。
図2に示すように、船外機12は、スイベルブラケット21、転舵軸22、およびステアリングブラケット23を有している。
Next, the connection structure between the
As shown in FIG. 2, the
スイベルブラケット21は、船外機12を船体10aに連結するためのものである。スイベルブラケット21は、第1の連結部21aと第2の連結部21bとから全体としてL字状をなしている。第1の連結部21aは、船体10aの前後方向(図2中の左右方向)に沿って延びている。第2の連結部21bは、船体10aの上下方向に沿って延びている。第1の連結部21aは、船体10aの船尾に設けられた2つのクランプブラケット24,24(図1参照)の間に取り付けられる。また、第1の連結部21aの上面には、転舵アクチュエータ13が設置される。第2の連結部21bには、船体10aの上下方向に沿って延びる貫通孔21cが設けられている。
The
転舵軸22は、船外機12の揺動中心となる。転舵軸22は、スイベルブラケット21における第2の連結部21bの貫通孔21cに挿通されている。転舵軸22は、スイベルブラケット21に対して相対的に回転可能である。転舵軸22の上端は、スイベルブラケット21における第2の連結部21bの上部から突出している。転舵軸22の上端は、ステアリングブラケット23を介して転舵アクチュエータ13に連結されている。転舵軸22におけるステアリングブラケット23とスイベルブラケット21との間の部分は、ブラケット25を介して船外機12のケース12cに固定されている。転舵軸22の下端は、スイベルブラケット21の下部から突出している。転舵軸22の下端は、ブラケット26を介して船外機12のケース12cに固定されている。2つのブラケット25,26はそれぞれ転舵軸22に固定されている。転舵軸22のブラケット25,26に対する相対的な回転が規制されるため、船外機12は転舵軸22を中心としてスイベルブラケット21に対して相対的に回転可能である。
The steering
つぎに、転舵アクチュエータ13の構成を詳細に説明する。
図3に示すように、転舵アクチュエータ13は、舵取り機構31、減速機32、駆動源としてのモータ33、および回転角センサ34を有している。舵取り機構31としては、いわゆるRBS(リサーキュレーティングボール式ステアリングギヤ)が採用される。モータ33および回転角センサ34は減速機32を介して舵取り機構31に連結されている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 3, the steering
図4に示すように、舵取り機構31はハウジング40を有している。ハウジング40の内部には、ボールねじ軸41、ボールねじナット42、複数のボール43、出力軸としてのセクターシャフト44、およびセクターギヤ45が設けられている。ボールねじ軸41は、2つの軸受46,47を介してハウジング40に対して回転可能に支持されている。ボールねじナット42は、循環可能とされた複数のボール43を介してボールねじ軸41に螺合されている。ボールねじナット42の外周面には、その軸線方向に沿ってラック歯42aが設けられている。セクターシャフト44は、ボールねじナット42の軸線に対して直交する方向(図4中の紙面に対する直交方向)に沿って延びている。セクターシャフト44は、図示しない軸受を介してハウジング40に対して回転可能に支持されている。セクターギヤ45は、セクターシャフト44に対して一体回転可能に設けられている。セクターギヤ45の歯45aは、ボールねじナット42のラック歯42aに噛み合っている。
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、セクターシャフト44の上端部は、ハウジング40の外部に露出している。セクターシャフト44の上端部には、レバー48の第1の端部が固定されている。レバー48の第2の端部には、リンク49の第1の端部が回転可能に軸支されている。リンク49の第2の端部には、船外機12に設けられたステアリングブラケット23の転舵軸22と反対側の端部が回転可能に軸支されている。
As shown in FIG. 3, the upper end portion of the
図4に示すように、減速機32は、ハウジング50を有している。ハウジング50は、舵取り機構31のハウジング40に連結されている。これらハウジング40,50の内部は互いに連通している。ハウジング50の外部には、モータ33が取り付けられている。モータ33の出力軸33aは、ボールねじ軸41の軸線に対して直交する方向に沿って延びている。モータ33の出力軸33aは、ハウジング50の周壁を貫通してその内部に挿入されている。また、ハウジング50の舵取り機構31と反対側の部分には、回転角センサ34が取り付けられている。
As shown in FIG. 4, the
ハウジング50の内部には、シャフト51、ウォームホイール52、およびウォーム53が設けられている。シャフト51は、2つの軸受54,55を介してハウジング50に対して回転可能に支持されている。シャフト51の第1の端部(図4中の左端部)は、ボールねじ軸41に対して一体回転可能に連結されている。シャフト51の第2の端部(図4中の右端部)は、回転角センサ34の検出素子が収容されるケースに対して回転可能に支持される。回転角センサ34は、シャフト51の回転角を検出する。ウォームホイール52は、シャフト51に対して一体回転可能に設けられている。ウォーム53は、モータ33の出力軸33aに対して一体回転可能に設けられている。ウォーム53は、ウォームホイール52と噛み合っている。
A
つぎに、転舵アクチュエータ13の動作を説明する。
制御装置15は、モータ33の駆動制御を通じて船外機12をステアリングホイール14の操作量に応じて転舵させる転舵制御を実行する。制御装置15は、回転角センサ17を通じて検出されるステアリングホイール14の操舵角θに基づき、船外機12の転舵量の目標値を演算する。また、制御装置15は、回転角センサ34を通じて検出されるシャフト51の回転角に基づき船外機12の転舵量を演算する。そして制御装置15は、船外機12の転舵量の目標値と船外機12の実際の転舵量との差を求め、その差を無くすようにモータ33に対する給電を制御する。ちなみに、制御装置15は、船外機12の転舵量に代えて、船外機12の転舵量が反映される状態変数の1つであるセクターシャフト44の回転角に基づきモータ33への給電を制御するようにしてもよい。
Next, the operation of the
The
図4に示すように、モータ33の回転は、減速機32を介してボールねじ軸41に伝達される。ボールねじ軸41の回動に伴い、ボールねじナット42がその軸線方向に沿って移動する。このボールねじナット42の移動に伴い、ラック歯42aと噛み合うセクターギヤ45がセクターシャフト44を中心として左右方向へ揺動する。このセクターギヤ45の揺動に伴い、セクターシャフト44はセクターギヤ45の揺動方向と同じ方向へ向けて、かつセクターギヤ45の揺動量に応じて回転する。
As shown in FIG. 4, the rotation of the
図5に示すように、セクターシャフト44の回転に伴いレバー48がセクターシャフト44を中心として左右方向へ揺動する。たとえば、セクターシャフト44が反時計方向へ向けて回転するとき、レバー48はセクターシャフト44を中心として反時計方向へ回転する。これに伴い、リンク49は、レバー48との連結部分を中心として時計方向へ向けて回転しようとする。このリンク49の時計方向へ向けた回転に伴い、ステアリングブラケット23は転舵軸22を中心として反時計方向へ向けて回転する。転舵軸22はステアリングブラケット23に固定されているため、ステアリングブラケット23の反時計方向へ向けた回転に伴い、転舵軸22には反時計方向へ向けたトルクが加わる。転舵軸22は船外機12のケース12cに固定されているため、転舵軸22の反時計方向へ向けた回転に伴い、船外機12は転舵軸22を中心として反時計方向へ向けて回転する。
As shown in FIG. 5, the
セクターシャフト44が時計方向へ向けて回転する場合には、セクターシャフト44が反時計方向へ向けて回転するときと同様に、セクターギヤ45、レバー48およびリンク49を介して、ステアリングブラケット23が転舵軸22を中心として時計方向へ向けて回転することにより、転舵軸22には時計方向へ向けたトルクが加わる。転舵軸22の時計方向へ向けた回転に伴い、船外機12は転舵軸22を中心として時計方向へ向けて回転する。
When the
なお、ボールねじ軸41、ボールねじナット42およびボール43は、ボールねじ機構を構成する。また、このボールねじ機構(41〜43)およびセクターギヤ45は、転舵アクチュエータ13の駆動源であるモータ33の動力を出力軸であるセクターシャフト44の回転に変換する第1の変換機構を構成する。また、レバー48およびリンク49は、出力軸であるセクターシャフト44の回転を船外機12の転舵動作に変換する第2の変換機構を構成する。
The ball screw
<実施の形態の効果>
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)舵取り機構31は、モータ33の回転をセクターギヤ45の回転に変換し、このセクターギヤ45の回転を船外機12の転舵軸22に対するトルクとして伝達する。ここで、舵取り機構のハウジングをボールねじナットと共に船体に対して移動可能に設け、このハウジングの移動を利用して船外機を転舵させる構成が存在するところ、この構成を採用する場合にはハウジングの移動スペースを船体に確保する必要がある。この点、本実施の形態の舵取り機構31によれば、船外機12を転舵させる際にはセクターシャフト44を回転させるのみでよい。舵取り機構31のハウジング40を船体10aに対して移動させる必要がないため、ハウジング40は船体10aに固定される。このため、舵取り機構31のハウジング40が移動するためのスペースを船体10aに確保する必要がない。したがって、船体10aに対する舵取り機構31の搭載性を向上させることができる。
<Effect of embodiment>
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)セクターギヤ45の回転は、セクターシャフト44、レバー48、リンク49およびステアリングブラケット23を介して船外機12の回転中心である転舵軸22に伝達される。船外機12は転舵軸22を中心として回転するものであるため、船外機12を転舵させるためのトルクを転舵軸22に対して効率的に付与することができる。ちなみに、前述したように舵取り機構のハウジングの直線運動を船外機の転舵軸を中心とした回転運動に変換する構成も考えられるところ、この構成を採用する場合、転舵軸22に対するトルクの伝達効率が本実施の形態の舵取り機構31に比べて低下することが懸念される。
(2) The rotation of the
(3)転舵アクチュエータ13として、セクターギヤ45の回転をセクターシャフト44、レバー48、リンク49およびステアリングブラケット23を介して船外機12の回転中心である転舵軸22に伝達する構成が採用されている。このため、前述した舵取り機構のハウジングの直線運動を転舵軸の回転運動に変換する構成を採用する場合に比べて、舵取り機構31としての無駄な動作が少ない。また、前述した舵取り機構のハウジングを直線運動させる場合におけるハウジングの移動範囲に比べて、セクターギヤ45に連動するレバー48およびリンク49の動作範囲をより狭い範囲に設定することが可能である。レバー48およびリンク49を大きく動かす必要がないため、舵取り機構31の設置スペースをより狭く設定することができる。
(3) As the
(4)舵取り機構31の駆動源としてモータ33が採用されている。このため、転舵アクチュエータ13に対する電動化の要求に応えることができる。また、船舶10の速度(低速〜高速)、および環境(波、風)にかかわらず、より高い応答性かつ安定した転舵力を得ることができる。たとえばエンジンにより駆動される油圧ポンプが舵取り機構31の駆動源として採用される場合、船舶10の速度および環境によって油圧ポンプの吐出量、ひいては船外機12に付与される転舵力が変動するおそれがある。
(4) A
(5)転舵アクチュエータ13を電動化したことによって、舵取り機構31の駆動源として油圧装置を採用する場合と異なり、作動油を給排するための油圧配管を船体10aに設ける必要がない。このため、転舵アクチュエータ13の構成の簡素化が図られる。また、油圧配管を設ける必要がない分だけ、船体10aにおけるスペースを節約することができる。
(5) By electrifying the
(6)モータ33の出力軸33aは、減速機32を介して舵取り機構31のボールねじ軸41に連結されている。このため、モータ33のトルクは減速機32の減速比に応じて増大されるとともに、この減速比に応じたより大きい値のトルクがボールねじ軸41に伝達される。船外機12を転舵させるために必要とされる力が得られるため、船外機12をより確実に転舵させることができる。
(6) The
<第2の実施の形態>
つぎに、船舶用操舵装置の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、電動式の転舵アクチュエータに代えて油圧式の転舵アクチュエータが採用される点で第1の実施の形態と異なる。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the marine steering device will be described. The present embodiment is different from the first embodiment in that a hydraulic steering actuator is adopted instead of the electric steering actuator.
図6に示すように、船舶10には、船外機12、ステアリングホイール14、制御装置15、および油圧式の転舵アクチュエータ60が設けられている。転舵アクチュエータ60は、駆動源としての電動ポンプ61およびリザーバタンク62を有している。また、転舵アクチュエータ60は、船尾のスイベルブラケット21に設けられる舵取り機構71およびコントロールバルブ72を有している。
As shown in FIG. 6, the
リザーバタンク62には作動油が貯留されている。リザーバタンク62は吸入管63を介して電動ポンプ61に連結されている。電動ポンプ61は吐出管64を介してコントロールバルブ72のポンプポートに連結されている。また、コントロールバルブ72のタンクポートは、排出管65を介してリザーバタンク62に接続されている。
Hydraulic oil is stored in the
制御装置15は、回転角センサ17を通じて検出される操舵角θに基づき電動ポンプ61を制御する。電動ポンプ61が駆動されることによって、リザーバタンク62内の作動油は吐出管64を介してコントロールバルブ72へ供給される。コントロールバルブ72から排出される作動油は排出管65を介してリザーバタンク62に戻される。
The
つぎに、舵取り機構71の構成を詳細に説明する。
図7に示すように、舵取り機構71は、ハウジング80を有している。ハウジング80の内部には、ボールねじ軸81、ボールねじナット82、複数のボール83、セクターシャフト84、セクターギヤ85、および有底筒状の閉塞部材86が設けられている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 7, the
ボールねじナット82は、その軸線に沿う方向においてハウジング80(正確にはそのシリンダ部分)に対して摺動可能に設けられている。ボールねじナット82の外周面には、その軸線方向に沿ってラック歯82aが設けられている。
The ball screw
閉塞部材86は、ボールねじナット82の第1の端部(図7中の左端部)に対して隙間なくはめ込まれている。閉塞部材86は、ボールねじナット82と一体的に移動する。
ボールねじ軸81は、循環可能とされた複数のボール83を介してボールねじナット82に螺合されている。ボールねじ軸81の第1の端部(図7中の左端部)は、閉塞部材86の内部に挿入されている。ボールねじ軸81の第1の端部と閉塞部材86の底壁との間には所定の隙間が設けられている。ボールねじナット82は、ボールねじ軸81と閉塞部材86の底壁との間の隙間の範囲内において、ボールねじ軸81に対してその軸線方向に沿って相対的に移動可能である。ボールねじ軸81の第2の端部(図7中の右端部)は、ボールねじナット82の第2の端部(図7中の右端部)から突出している。ボールねじ軸81の第2の端部は、コントロールバルブ72に連結される。
The closing
The ball screw shaft 81 is screwed into the
セクターシャフト84は、ボールねじナット82の軸線に対して直交する方向(図7中の紙面に対する直交方向)に沿って延びている。セクターシャフト84は、図示しない軸受を介してハウジング80に対して回転可能に支持されている。
The
セクターギヤ85は、セクターシャフト84に対して一体回転可能に設けられている。セクターギヤ85の歯85aは、ボールねじナット82のラック歯82aに噛み合っている。セクターシャフト84の上端部は、ハウジング80の外部に露出している。セクターシャフト84の上端部には、レバー48およびリンク49を介してステアリングブラケット23の転舵軸22と反対側の端部が連結される(図2参照)。
The
ハウジング80の内部は、ボールねじナット82および閉塞部材86によって第1の油室87と第2の油室88とに区画されている。第1の油室87は、ボールねじナット82を基準とするコントロールバルブ72側に位置している。第2の油室88は、ボールねじナット82を基準とするコントロールバルブ72と反対側に位置している。
The inside of the
第1の油室87および第2の油室88には、コントロールバルブ72を介して作動油が供給される。コントロールバルブ72を介して第1の油室87および第2の油室88のうちいずれか一方に電動ポンプ61からの作動油が択一的に供給されることにより、第1の油室87と第2の油室88との間に圧力差が発生する。この圧力差に応じてボールねじナット82および閉塞部材86がそれらの軸線方向に沿って押圧されることにより、ボールねじナット82および閉塞部材86はピストンとして機能してボールねじ軸81に沿って移動する。ボールねじナット82の移動に伴いセクターギヤ45がセクターシャフト84を中心として左右方向へ揺動する。このセクターギヤ45の揺動に伴い、セクターシャフト44はセクターギヤ45の揺動方向と同じ方向へ向けて回転する。
Hydraulic oil is supplied to the
つぎに、コントロールバルブ72の構成を詳細に説明する。
図7に示すように、コントロールバルブ72は、ハウジング90を有している。ハウジング90は、舵取り機構71のハウジング80に連結されている。ハウジング90の内部には、中空の入力軸91、トーションバー92、インナーバルブ93、およびアウターバルブ94が設けられている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 7, the
入力軸91は、ハウジング90を貫通している。入力軸91は軸受95を介してハウジング90に対して回転可能に支持されている。入力軸91の第1の端部(図7中の左端部)は、ボールねじ軸81の第2の端部(図7中の右端部)に設けられた挿入部としての凹部81aに対して相対回転可能に挿入されている。入力軸91の第2の端部(図7中の右端部)には、回転角センサ34が設けられている。
The
トーションバー92は、入力軸91を貫通している。トーションバー92の第1の端部(図7中の左端部)は、ボールねじ軸81の第2の端部(図7中の右端部)に設けられた凹部81aの底部に固定されている。トーションバー92の第2の端部(図7中の右端部)は、入力軸91の第2の端部(図7中の右端部)に固定されている。
The
インナーバルブ93は、ハウジング90の内部において、入力軸91の外周に設けられている。アウターバルブ94は、ハウジング90の内周に設けられている。
入力軸91に加わるトルクに応じてトーションバー92が捻れ、このトーションバー92の捻れに伴ってインナーバルブ93とアウターバルブ94との回転方向における位置関係(相対角)が変化する。このインナーバルブ93とアウターバルブ94との回転方向における位置関係の変化を利用して、コントロールバルブ72は作動油の流路を切り替える。また、コントロールバルブ72は入力軸91、すなわちインナーバルブ93の回転角とアウターバルブ94の回転角との差(バルブ作動角)に応じて絞りを形成することにより第1の油室87および第2の油室88へ供給する作動油の流量を調整する。
The
The
電動ポンプ61から吐出管64を介して供給される作動油は、インナーバルブ93とアウターバルブ94との間の相対角変位に応じて第1の油室87および第2の油室88のいずれか一方に振り分けられる。ここでは、入力軸91の軸線方向からみて入力軸91が時計方向へ向けてするとき、電動ポンプ61と第1の油室87とが連通する。これに対して、入力軸91の軸線方向からみて入力軸91が反時計方向へ回転するとき、電動ポンプ61と第2の油室88とが連通する。
The hydraulic oil supplied from the
たとえば、第2の油室88に作動油が供給される場合、この作動油の圧力を受けてボールねじナット82および閉塞部材86は第1の油室87側へ向けて移動する。このボールねじナット82の移動に伴い、第1の油室87の内部の作動油は、第1の油室87から押し出される。この第1の油室87から押し出される作動油は、排出管65を介してリザーバタンク62に排出される。
For example, when the hydraulic oil is supplied to the
また、第1の油室87に作動油が供給される場合、この作動油の圧力を受けてボールねじナット82および閉塞部材86は第2の油室88側へ向けて移動する。このボールねじナット82の移動に伴い、第2の油室88の内部の作動油は、第2の油室88から押し出される。この第2の油室88から押し出される作動油は、排出管65を介してリザーバタンク62に排出される。
When the hydraulic oil is supplied to the
このように、入力軸91に印加されるトルク、すなわち入力軸91の回転に応じて、第1の油室87および第2の油室88に対する作動油の供給または排出が制御される。
ちなみに、入力軸91は、ステアリングホイール14の操作に連動して回転する。ステアリングホイール14から入力軸91へ動力を伝達するための構成として、たとえばつぎの構成が採用される。
In this way, the supply or discharge of hydraulic oil to the
By the way, the
図8に示すように、ステアリングシャフト16には、駆動プーリ101が一体回転可能に設けられている。また、コントロールバルブ72の入力軸91には、従動プーリ102が一体回転可能に設けられている。駆動プーリ101と従動プーリ102との間は、2本の操作ケーブル103,104により互いに連結されている。駆動プーリ101の回転に連動して従動プーリ102、ひいては入力軸91が回転する。
As shown in FIG. 8, the steering
2本の操作ケーブル103,104は、それらの第1の端部が駆動プーリ101の軸線方向において互いに対向する2つの側面に固定された状態、かつ駆動プーリ101の外周面に設けられた螺旋溝に沿って互いに接近する方向に巻き付けられた状態で、駆動プーリ101の軸線に対して交わる方向へ引き出されている。
The two
また、2本の操作ケーブル103,104の第2の端部は、操作ケーブル103,104の第1の端部と同様に、従動プーリ102の軸線方向において互いに対向する2つの側面に固定された状態、かつ従動プーリ102の外周面に設けられた螺旋溝に沿って互いに接近する方向に巻き付けられた状態で、従動プーリ102の軸線に対して交わる方向へ引き出されている。
Further, the second ends of the two
船舶10を旋回させる際にはステアリングホイール14が操作されるところ、このステアリングホイール14の操作に連動して駆動プーリ101が回転する。この駆動プーリ101の回転に伴い、駆動プーリ101に巻き付けられた2本の操作ケーブル103,104のうち一方の操作ケーブルが引かれ、他方の操作ケーブルが弛められる。これにより、駆動プーリ101の回転が従動プーリ102に伝達される。この従動プーリ102の回転に連動してコントロールバルブ72の入力軸91が回転するとともに、この入力軸91の回転に応じてセクターギヤ85が揺動する。このセクターギヤ85の揺動がセクターシャフト84、レバー48、リンク49およびステアリングブラケット23を介して転舵軸22へ伝達されることにより、船外機12が転舵される。
When the
したがって、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の(1)〜(3)と同様の効果を得ることができる。また、油圧ポンプとして電動ポンプ61を採用している。このため、船体に10aに油圧配管を設ける必要はあるものの、第1の実施の形態の(4)と同様の効果を得ることもできる。
Therefore, according to the second embodiment, the same effects as those of (1) to (3) of the first embodiment can be obtained. Further, the
<他の実施の形態>
なお、第1および第2の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第1の実施の形態では、制御装置15を船体10aにおける適宜の箇所に設けたが、制御装置15をモータ33と一体的に設けてもよい。
<Other embodiments>
The first and second embodiments may be modified as follows.
-In the first embodiment, the
・第1の実施の形態では、減速機32としてウォーム53およびウォームホイール52を有するウォーム減速機を採用したが、このウォーム減速機に代えてベルト伝動機構を採用してもよい。すなわち、図10に示すように、モータ33はその出力軸33aが減速機32のシャフト51に対して並行をなす姿勢で減速機32のハウジング50に取り付けられる。モータ33の出力軸33aには、駆動プーリ111が一体回転可能に設けられている。また、減速機32のシャフト51には、従動プーリ112が一体回転可能に設けられている。駆動プーリ111と従動プーリ112との間には無端状のベルト113が巻き掛けられている。モータ33の回転は、駆動プーリ111、ベルト113および従動プーリ112を介して、シャフト51、ひいてはボールねじ軸41に伝達される。
-In the first embodiment, a worm reducer having a
・第2の実施の形態では、ステアリングホイール14からコントロールバルブ72の入力軸91へ動力を伝達するための構成として、駆動プーリ101、従動プーリ102、および2本の操作ケーブル103,104を採用したが、これらに代えてモータを採用してもよい。この場合、モータの出力軸は、入力軸91に対して一体回転可能に連結してもよいし、ウォーム減速機あるいはベルト伝動機構などの減速機を介して入力軸91に対してトルク伝達可能に連結してもよい。制御装置15は、回転角センサ17を通じて検出される操舵角θに応じてモータへの給電を制御する。モータは入力軸91を回転させることのみに使用されるため、より小型、かつより低出力のモータを採用することができる。
In the second embodiment, a
・第1および第2の実施の形態において、制御装置15は転舵アクチュエータ13,60および船外機12におけるエンジン12aの双方を制御するようにしてもよい。
・第1および第2の実施の形態では、セクターシャフト44の回転をレバー48およびリンク49を介してステアリングブラケット23に伝達するようにしたが、セクターシャフト44とステアリングブラケット23との間の動力伝達機構として、つぎの構成を採用してもよい。
-In the first and second embodiments, the
-In the first and second embodiments, the rotation of the
図9に示すように、セクターギヤ45の上面(図9における紙面手前側の面)において、歯45aの近傍位置には連動軸44aが設けられている。この連動軸44aは、セクターシャフト44に対して並行をなしている。このため、連動軸44aは、セクターギヤ45に連動してセクターシャフト44を中心として左右方向へ揺動する。連動軸44aの上端は、ハウジング40,80を貫通して外部に露出する。この連動軸44aの上端は、ステアリングブラケット23に設けられた長孔23aに対して摺動可能に係合されている。したがって、セクターギヤ45に連動してステアリングブラケット23は連動軸44aを中心として左右方向へ揺動する。これにより、船外機12は転舵軸22を中心として左右方向へ転舵される。このようにすれば、転舵アクチュエータ13としてレバー48およびリンク49を割愛した構成を採用できることにより、転舵アクチュエータ13の構成をより簡単にすることができる。
As shown in FIG. 9, on the upper surface of the sector gear 45 (the surface on the front side of the paper surface in FIG. 9), an interlocking
・第1および第2の実施の形態では、転舵アクチュエータ13,60を船外機12が搭載される船舶10に適用したが、たとえば船内機を有する船舶10に適用してもよい。
図11に示すように、船体10aの内部には船内機としてエンジン12aが設けられている。エンジン12aの出力は、エンジン12aから船尾へ向けて延びるプロペラシャフト121を介してプロペラ12bに伝達される。プロペラシャフト121のエンジン12aと反対側の端部は、船体10aの底部を貫通して船体10aの外に位置している。プロペラシャフト121のエンジン12aと反対側の端部には、プロペラ12bが一体回転可能に連結されている。船体10aの船尾には、舵122が支持軸123を介して回転可能に支持されている。また、船体10aの船尾付近には、転舵アクチュエータ13,60が設けられている。転舵アクチュエータ13,60のレバー48は、2つのリンク124,125を介して支持軸123に連結されている。リンク124は、船舶10の進行方向に対する左右方向へ延びている。リンク125は、船体10aの前後方向に沿って延びている。リンク124の第1の端部は、レバー48に対して回転可能に連結されている。リンク124のレバー48と反対側の端部である第2の端部は、リンク125の第1の端部に対して回転可能に連結されている。リンク125の第2の端部は、舵122の支持軸123に固定されている。したがって、レバー48のセクターシャフト44,84を中心とする左右方向への揺動は、2つのリンク124,125を介して支持軸123の回転に変換される。支持軸123を中心として舵122が左右方向へ揺動することにより、船舶10の進行方向が変更される。
-In the first and second embodiments, the steering
As shown in FIG. 11, an
ちなみに、転舵アクチュエータ13,60を船内外機が搭載される船舶10に適用してもよい。船内外機は、エンジンおよびドライブユニットが一体化されてなる。ドライブユニットは、船外のプロペラおよびエンジンの出力をプロペラに伝達するための機構が一体化されたものである。エンジンは船内の船尾付近に設けられる。ドライブユニットは、船尾に対して船外へはみ出すかたちで設けられる。ドライブユニットは、船体10aに対して左右方向へ揺動可能であって船舶10の舵としても機能する。転舵アクチュエータ13,60の舵取り機構31,71のセクターシャフト44,84の回転を、ドライブユニットを転舵させるための転舵力としてドライブユニットに伝達することによってドライブユニットを転舵させることができる。
Incidentally, the steering
・第1の実施の形態では、船舶用操舵装置をステアリングホイール14と船外機12との間の動力伝達を分離したバイワイヤ式の転舵アクチュエータ13として具体化したが、船外機12の手動操作を補助するパワーステアリング装置として具体化してもよい。この場合、船舶10として、ステアリングホイール14、ステアリングシャフト16および回転角センサ17を割愛した構成を採用することが可能である。図2に二点鎖線で示すように、船外機12のケース12cには、船体10aの前方へ向けて延びるハンドル12dが一体的に設けられる。操船者は、ハンドル12dを左右方向へ操作することにより船外機12を転舵させる。また、船外機12あるいはハンドル12dには、ハンドル12dに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられる。制御装置15は、トルクセンサを通じて検出される操舵トルクに応じてモータ33への給電を制御する。モータ33のトルクが減速機32および舵取り機構31を介してアシスト力として転舵軸22に伝達されることにより、ハンドル12dを介した船外機12の転舵が補助される。ちなみに、第2の実施の形態の転舵アクチュエータ60をパワーステアリング装置として具体化することもできる。この場合、制御装置15は、トルクセンサを通じて検出される操舵トルクに応じて電動ポンプ61への給電を制御する。
-In the first embodiment, the marine steering device is embodied as a bi-wire
10…船舶、10a…船体、12…船外機(舵、推進装置)、13,60…転舵アクチュエータ(船舶用操舵装置)、14…ステアリングホイール(ハンドル)、15…制御装置、22…転舵軸、23…ステアリングブラケット、31,71…舵取り機構、32…減速機、33…モータ(駆動源)、40,50…ハウジング、41…第1の変換機構を構成するボールねじ軸、42…第1の変換機構を構成するボールねじナット、42a…ラック歯、43…第1の変換機構を構成するボール、44…セクターシャフト(出力軸)、45…第1の変換機構を構成するセクターギヤ、48…第2の変換機構を構成するレバー、49…第2の変換機構を構成するリンク、61…電動ポンプ(駆動源)、72…コントロールバルブ、87…第1の油室、88…第2の油室、122…舵、123…支持軸。 10 ... Ship, 10a ... Hull, 12 ... Outer unit (steering, propulsion device), 13, 60 ... Steering actuator (steering device for ships), 14 ... Steering wheel (steering wheel), 15 ... Control device, 22 ... Rolling Steering wheel, 23 ... Steering bracket, 31,71 ... Steering mechanism, 32 ... Reducer, 33 ... Motor (drive source), 40, 50 ... Housing, 41 ... Ball screw shaft constituting the first conversion mechanism, 42 ... Ball screw nuts constituting the first conversion mechanism, 42a ... rack teeth, 43 ... balls constituting the first conversion mechanism, 44 ... sector shafts (output shafts), 45 ... sector gears constituting the first conversion mechanism , 48 ... Lever constituting the second conversion mechanism, 49 ... Link constituting the second conversion mechanism, 61 ... Electric pump (drive source), 72 ... Control valve, 87 ... First oil chamber, 88 ... First 2 oil chambers, 122 ... steering wheels, 123 ... support shafts.
Claims (9)
前記舵取り機構の駆動源と、を備え、
前記舵取り機構は、船体に固定されるハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に支持された出力軸と、
前記ハウジングの内部に設けられて前記駆動源の動力を前記出力軸の回転に変換する第1の変換機構と、
前記ハウジングの外部に設けられて前記出力軸の回転を前記舵の動作に変換する第2の変換機構と、を有している船舶用操舵装置。 A rudder mechanism that moves the rudder installed at the stern of a ship,
The driving source of the steering mechanism is provided.
The steering mechanism includes a housing fixed to the hull and
An output shaft rotatably supported with respect to the housing
A first conversion mechanism provided inside the housing to convert the power of the drive source into rotation of the output shaft, and
A marine steering device provided outside the housing and having a second conversion mechanism for converting the rotation of the output shaft into the operation of the rudder.
前記ハウジングの内部において回転可能に支持されて前記駆動源の動作に伴い回転するボールねじ軸と、
前記ボールねじ軸に複数のボールを介して螺合されるとともに外周面にはラック歯が軸線方向に沿って設けられているボールねじナットと、
前記出力軸に対して一体回転可能に連結されるとともに前記ボールねじナットのラック歯に噛み合って前記ボールねじナットの軸線方向への移動に伴い前記出力軸を中心として揺動するセクターギヤと、を有している請求項1に記載の船舶用操舵装置。 The first conversion mechanism is
A ball screw shaft that is rotatably supported inside the housing and rotates with the operation of the drive source.
A ball screw nut that is screwed onto the ball screw shaft via a plurality of balls and has rack teeth provided along the axial direction on the outer peripheral surface.
A sector gear that is integrally rotatably connected to the output shaft and meshes with the rack teeth of the ball screw nut and swings around the output shaft as the ball screw nut moves in the axial direction. The marine steering device according to claim 1.
前記モータの回転を減速し、その減速された回転を前記ボールねじ軸に伝達する減速機を有している請求項2に記載の船舶用操舵装置。 The drive source is a motor
The marine steering device according to claim 2, further comprising a speed reducer that decelerates the rotation of the motor and transmits the decelerated rotation to the ball screw shaft.
前記ボールねじナットは前記ハウジングに対して摺動可能に設けられるとともに前記ハウジングの内部は前記ボールねじナットによって2つの油室に区画されていることを前提として、
前記2つの油室に対する作動油の供給または排出を制御するコントロールバルブを有し、
前記コントロールバルブは、前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルの操作に応じて前記2つの油室のいずれか一方に対して前記電動ポンプから吐出される作動油を択一的に供給することによって前記ボールねじナットをピストンとして軸線方向に沿って移動させる請求項2に記載の船舶用操舵装置。 The drive source is an electric pump that discharges hydraulic oil, and the ball screw nut is slidably provided with respect to the housing, and the inside of the housing is partitioned into two oil chambers by the ball screw nut. Assuming that
It has a control valve that controls the supply or discharge of hydraulic oil to the two oil chambers.
The control valve selectively supplies hydraulic oil discharged from the electric pump to one of the two oil chambers in response to an operation of a handle operated when changing the direction of the hull. The marine steering device according to claim 2, wherein the ball screw nut is moved along the axial direction as a piston.
前記駆動源は、前記ハンドルの操作を通じた前記舵の動きを補助するアシスト力を発生する請求項1〜請求項7のうちいずれか一項に記載の船舶用操舵装置。 A handle that is operated when changing the direction of the hull is connected to the rudder.
The marine steering device according to any one of claims 1 to 7, wherein the drive source generates an assist force that assists the movement of the rudder through the operation of the steering wheel.
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