JP2552811Y2 - 船舶のトランクピストン型操舵装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、船舶のトランクピスト
ン型操舵装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】船舶の操舵装置のうち比較的大型の船舶
の操舵装置では、一般に油圧式のラプソンスライド型操
舵装置やトランクピストン型操舵装置が用いられてお
り、前者は舵柄の両端部のフォーク部に係合させたピン
部材を夫々１対の油圧シリンダでつまり４つの油圧シリ
ンダで駆動する形式のものであり、また後者は舵柄の両
端部に１対の複動型油圧シリンダを連結し、これら１対
の油圧シリンダのシリンダ本体の基端部を夫々回動自在
にピン結合し、両油圧シリンダにより駆動する形式のも
のである。前記ラプソンスライド型操舵装置における流
量制御方式には、通常バルブ制御方式とポンプ制御方式
とが適用される。例えば、実開平１−７６３９７号公報
には、ラプソンスライド型操舵装置の流量制御をポンプ
制御方式で行うようにしたものが記載されている。

【０００３】一方、トランクピストン型操舵装置におけ
る流量制御方式には、通常バルブ制御方式が適用され、
このトランクピストン型操舵装置は通常±３５度程度の
比較的小さい舵角で使用される。ところで、このトラン
クピストン型操舵装置を大舵角（±４５度以上）の操舵
装置に適用すると、大舵角の時に油圧低下を招くことか
ら、この操舵装置の油圧回路の要部は、例えば図８に示
すように構成される。可変容量型油圧ポンプ１００の吐
出量は舵角指令信号に従って吐出量制御装置１０１によ
り制御され、油圧ポンプ１００の吐出ポート１０１ａが
１対の油圧シリンダ１０２・１０３の油室１０２ａ・１
０３ｂに接続されまた吐出ポート１０１ｂが１対の油室
１０２ｂ・１０３ａに接続され、圧油は両シリンダ１０
２・１０３とポンプ１００とに亙って循環する。同一回
動角に対し前記シリンダ１０２のストロークとシリンダ
１０３のストロークとが等しくないことから、油室１０
２ａ・１０３ｂの容積と油室１０２ｂ・１０３ａの容積
とが等しくなく、その容積差の変動に起因して、シリン
ダ内容量に過不足を来す。不足に対してはブーストポン
プ１０４からリリーフ型の減圧弁とチェック弁を介して
油圧シリンダ１０２・１０３への油圧回路へブースト油
圧が供給され、また過剰に対してはフラッシングバルブ
と減圧弁を介してタンクへリリーフされる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】油圧ポンプから略一定
の吐出量を供給して舵角を変化させていくものとする
と、トランクピストン型の構造により、舵角角速度は実
施例に係る図７の曲線ＦとＧに示すように、大舵角にな
るのに応じて急激に増大する。そして、この舵角角速度
の増大は操舵装置にとって特に必要ではなく、またトラ
ンクピストン型操舵装置の機械的機構の制約から生じる
ものであるにもかかわらず、この舵角角速度の増大に応
じて充填側の油室の油圧低下が著しくなるので、それを
防ぐ為にそれだけブーストポンプを大型化しなければな
らないという問題がある。

【０００５】本考案の目的は、前記ブーストポンプを小
型化でき且つ大舵角時の操舵精度を向上し得るような船
舶のトランクピストン型操舵装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る船舶のト
ランクピストン型操舵装置は、船舶の舵の舵柄の両端部
に連結された１対の複動型油圧シリンダと、これら油圧
シリンダに油圧を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダ
への油圧回路へブースト油圧を供給するブーストポンプ
と、油圧ポンプの吐出量を調整する為のレギュレータと
を備えた船舶のトランクピストン型操舵装置において、
前記レギュレータの制御入力部を操作するトルクモータ
と、舵角を検出する舵角検出手段と、外部からの舵角指
令信号と舵角検出手段からの舵角信号とを受けて舵角が
指令舵角となるようにトルクモータを介してレギュレー
タを制御する制御手段と、この制御手段からトルクモー
タへの出力回路に切換えスイッチを介して並列接続され
出力回路の出力信号に相互に異なるレベルの制限を付加
する為の複数のリミッタ回路と、舵角検出手段からの舵
角信号を受け且つ舵角の増大に応じて低いレベルの制限
を加えるように予め設定された舵角レンジとリミッタ回
路との対応関係に基づいて、舵角に対応するリミッタ回
路を選択するように切換えスイッチを切換える切換手段
とを備えたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】請求項１に係る船舶のトランクピストン型操舵
装置においては、船舶の舵の舵柄の両端部に１対の複動
型油圧シリンダが夫々連結され、これら油圧シリンダへ
は油圧ポンプから油圧が供給され、またブーストポンプ
からは油圧シリンダへの油圧回路へブースト油圧が供給
されるから大舵角時にも油圧低下が生じない。前記油圧
ポンプの吐出量はレギュレータにより調整されるが、こ
のレギュレータの制御入力部を操作する為のトルクモー
タが設けられている。

【０００８】そして、制御手段は、外部からの舵角指令
信号と舵角検出手段からの舵角信号とを受けて舵角が指
令舵角となるようにトルクモータを介してレギュレータ
を制御する。

【０００９】ここで、前記制御手段からトルクモータへ
の出力回路に切換えスイッチを介して並列接続され出力
回路の出力信号に相互に異なるレベルの制限を付加する
為の複数のリミッタ回路と、舵角検出手段からの舵角信
号を受け且つ舵角の増大に応じて低いレベルの制限を加
えるように予め設定された舵角レンジとリミッタ回路と
の対応関係に基づいて、舵角に対応するリミッタ回路を
選択するように切換えスイッチを切換える切換手段とが
設けられているので、舵角の増大に応じて、トルクモー
タへ供給される出力信号に低いレベルの制限が段階的に
付加されることになる。従って、舵角の増大に応じて舵
角角速度が段階的に低く切り換えられるから、ブースト
ポンプでバックアップすべき油圧低下の速度が小さくな
るため、ブーストポンプを小型化することが可能にな
る。

【００１０】このように、複数のリミッタ回路と切換え
スイッチと切換手段とを主体とする簡単な構成によって
ブーストポンプの小型化を実現し得る。一方、前記のよ
うにリミッタ回路を介して出力信号に制限を付加するの
で、大舵角時の油圧ポンプの先進角を大きくする必要は
なく、これにより操舵角全域での操舵精度を向上させる
ことが出来る。

【００１１】

【考案の効果】前記作用の項で説明したように、次のよ
うな効果が得られる。請求項１に係る船舶のトランクピ
ストン型操舵装置によれば、複数のリミッタ回路と切換
えスイッチと切換手段とを主体とする簡単な構成によっ
てブーストポンプの小型化を実現し得る。また、前記の
ようにリミッタ回路を介して出力信号に制限を付加する
ことにより、大舵角時の油圧ポンプの先進角を小さくで
き、大舵角時の操舵精度を向上させることが出来る。

【００１２】

【実施例】以下、本考案の実施例について図面に基づい
て説明する。図１は、船舶のトランクピストン型操舵装
置ＳＭを示し、この操舵装置ＳＭにおいて、舵Ｋの舵軸
１の上端部には舵柄２が固着され、舵柄２の両端部には
夫々複動型の油圧シリンダ３・４のピストンロッドが連
結され、舵Ｋはこの１対の油圧シリンダ３・４により回
動操作される。

【００１３】斜軸型のアキシャルピストンポンプからな
る可変容量ポンプ５は、モータ９５で駆動されるが、こ
のポンプ５のポート５ａは油路６によりシリンダ３のロ
ッド側油室３ａとシリンダ４のヘッド側油室４ｂとに接
続され、またポート５ｂは油路７によりシリンダ３のヘ
ッド側油室３ｂとシリンダ４のロッド側油室４ａとに接
続され、油路６・７には供給位置と非供給位置とに切り
換え可能なパイロット式の切換弁８が介設され、切換弁
８は電磁パイロット弁９により切り換えられる。油圧ポ
ンプ５の傾転角を変えてその吐出量を調整する為の後述
のレギュレータ４０にサーボ油圧を供給する為のサーボ
ポンプとシリンダ３・４の油路６・７の油圧低下を防ぐ
為のブースト圧を供給するブーストポンプとを兼ねるブ
ースト兼サーボポンプ２０は、ギヤポンプからなり、モ
ータ２１で駆動されるが、その吐出路１１に接続された
ブースト油路２２には、絞り弁２３と減圧弁２４とが介
設され、油路２２はチェック弁２５を有する油路２６に
より油路６に接続されるとともにチェック弁２７を有す
る油路２８により油路７に接続され、所定圧（例えば、
１ＭＰａ）のブースト圧が油路６・７に供給される。一
方、シリンダの低圧側圧力制御用にフラッシングバルブ
２９が油路２２に接続され、その１次側は油路３０・３
１を介して夫々油路２６・２８に接続され、２次側は減
圧弁２４に接続されている。また、舵Ｋに作用する外部
負荷などによりシリンダ３・４の油圧が異常上昇したと
きにその異常圧をリリーフさせる為のリリーフ弁９０・
９１が設けられている。尚、前記パイロット弁９は油路
１０により油路１１に接続されている。

【００１４】次に、油圧ポンプ５の吐出量を変える為の
レギュレータ４０について説明すると、レギュレータ４
０は、スプール・スリーブ弁機構からなるパイロット部
４１と、油圧ポンプ５の傾転ピンに連結されたサーボピ
ストン４３を有するサーボシリンダ４２を備えている。
サーボシリンダ４２において、そのサーボピストン４３
のピストン部４３ａのロッド側には小室４２ａがまたヘ
ッド側には大室４２ｂが形成され、ピストンロッド４３
ｂは油圧ポンプ５の傾転ピンに連結されている。

【００１５】パイロット部４１において、スプール４４
はスリーブ４６内に摺動自在に装着され、スリーブ４６
はハウジング内に摺動自在に装着され、スプール４４は
弱いバネ力の１対の中立復帰バネ４７・４８により中立
位置に付勢され、スプール４４の途中部にはランド部４
４ａがまた左端部には制御入力部としてのパイロットピ
ストン部４５が形成され、ポート５９は油路１１に接続
された油路５７により小室４２ａに接続され、またポー
ト６０は油路５８により大室４２ｂに接続され、フィー
ドバックレバー５０の上端部はピン５１によりハウジン
グに連結され、レバー５０の途中部のピン５２はスリー
ブ４６の外周溝に係合され、レバー５０の下端部のピン
５３はピストンロッド４３ｂの外周溝に係合されてい
る。更に、パイロットピストン部４５を操作する操作レ
バー５４の上端部のピン５５はハウジングに枢支される
とともにトルクモータ８３で回動駆動されるようにモー
タ８３の出力軸に機械的に連結され、操作レバー５４の
下端部のピン５６はパイロットピストン部４５の外周溝
に係合されている。尚、リリーフ弁４９はサーボポンプ
吐出圧を設定圧に調節する為のものであり、スプール４
４の右端部には、その移動ストロークを電気的に検出す
る為の差動トランス７５が設けられている。

【００１６】次に制御系について説明する。操舵室の操
舵輪７０からの信号に基づいて操舵方向と指令舵角θｃ
とを指令する舵角指令信号Ｓθｃを発生させる指令信号
発生回路７１が設けられ、また舵Ｋの実際の舵角θを検
出する為ポテンショメータからなる舵角センサ７２が舵
軸１に連係して設けられ、舵角指令信号Ｓθｃと舵角セ
ンサ７２で検出された舵角信号Ｓθとの偏差信号ＳΔθ
が減算器７３からサーボ増幅器７４に供給される。減算
器７６において、サーボ増幅器７４からのトルクモータ
傾転角信号Ｓｓから差動トランス７５からのストローク
信号Ｓｔが減算されてトルクモータ駆動回路７７に供給
され、この駆動回路７７はモータ駆動信号Ｍｄをトルク
モータ８３へ出力する。トルクモータ８３は駆動信号Ｍ
ｄで指令される角度と方向に右回りまたは左回りに回動
して操作レバー５４を回動させる。

【００１７】減算器７６からトルクモータ８３へ至る出
力ライン８４のうち駆動回路７７より上流側部分には、
切換えスイッチ８０を介して第１リミッタ回路８１と第
２リミッタ回路８２とが並列接続され、舵角センサ７２
の舵角信号Ｓθを受ける判別回路７８によりリレーコイ
ル７９が操作され、リレーコイル７９により切換えスイ
ッチ８０が切り換え操作されるようになっている。第１
リミッタ回路８１は、モータ駆動信号Ｍｄに対して、図
２に実線Ａで示すように０〜θａ（例えば、θａ＝±５
５度）の舵角レンジにおいて通常と同様の高い第１リミ
ット値Ｋθ１の上限ガードを付加する為のものであり、
第２リミッタ回路８２は、モータ駆動信号Ｍｄに対し
て、図２に鎖線Ｂで示すようにθａ超の舵角レンジにお
いて上記第１リミット値Ｋθ１の１／２〜１／３の低い
第２リミット値Ｋθ２の上限ガードを付加する為のもの
であり、判別回路７８は、リレーコイル７９を介して舵
角θが０〜θａの範囲のときには第１リミッタ回路８１
をまた舵角θがθａより大のときには第２リミッタ回路
８２を接続するように切換えスイッチ８０を切り換え操
作する。

【００１８】次に、以上説明した操舵装置ＳＭの作用に
ついて説明する。先ず、油圧ポンプ５は、操舵方向に対
応して士の両方向に傾転され、モータ９５は所定の一方
向に回転駆動され、操舵装置の電源の投入によりパイロ
ット弁９は、切換弁８を供給位置にする位置に切り換え
られる。切換弁８が供給位置にあるとき、油圧ポンプ５
の吐出ポート５ａから吐出されると舵Ｋは図１にて右回
りに操舵され、また吐出ポート５ｂから吐出されると舵
Ｋは左回りに操舵される。

【００１９】次に、レギュレータ４０に関して、これは
可変容量型油圧ポンプの傾転角（吐出量）を制御する一
般的なレギュレータと同様に作動するものなので簡単に
説明すると、図１の状態において、スプール４４のラン
ド部４４ａによりポート孔４６ａは塞がれており、例え
ばトルクモータ８３が右回りに回動して操作レバー５４
を介してスプール４４が左方へ移動すると、ポート孔４
６ａが開いてサーボ油圧が油路５８から大室４２ｂへ追
加充填されてサーボピストン４３が左方へ移動して傾転
角が増加し、その傾転角増加分に相当する油量がシリン
ダ３・４へ供給され舵角θが増加するが、モータ８３の
操作トルクに相当するストロークだけサーボピストン４
３が移動した後には、フィードバックレバー５０のフィ
ードバック作用によりスリーブ４６が左方へ移動してポ
ート孔４６ａは再びランド部４４ａにより封鎖され、そ
の後モータ８３により操作レバー５４が原位置（左回り
に）へ復帰操作されると、ポート孔４６ａはドレン側へ
開かれ、大室４２ｂの圧油の一部は油路５８とポート６
０とポート孔４６ａとを経てドレンポート４６ｂへ排出
され、サーボピストン４３は原位置へ復帰し、その後フ
ィードバックレバー５０のフィードバック作用によりス
リーブ４６が右方へ移動してポート孔４６ａは再びラン
ド部４４ａにより封鎖され、このように転舵後の舵Ｋの
位置は保持される。但し、図１の状態において、モータ
８３が左回りに操作されると、上記とは逆の作用により
油圧ポンプ５は上記と反対方向へ傾転することになる。

【００２０】次に、制御系と関連づけた作用について説
明する。舵Ｋの舵角θが図示のように零の状態から、仮
に操舵輪７０から舵Ｋを右回りに指令舵角θｃまで転舵
する指令が入ると、それに対応する舵角信号Ｓθｃが減
算器７３に出力されるが、当初検出される舵角θが小さ
く、指令舵角θｃと舵角θとの偏差Δθが大きいので、
また判別回路７８により第１リミッタ回路８１が接続さ
れているので、駆動回路７７からは大きなモータ駆動信
号Ｍｄが出力される。駆動信号Ｍｄは図２の実線Ａに対
応する第１リミット値Ｋθ１で制限され、その後駆動信
号Ｍｄにより信号Ｍｄに対応するトルクでモータ８３は
右回りに回動され、前記の如くレギュレータ４０のサー
ボピストン４３が左方へ移動し、ポンプ５の傾転角は略
最大に操作されて、舵角θは図３のように増加してい
く。その後舵角θの増大により偏差信号ＳΔθが低減し
ていくのでトルクモータ傾転角信号Ｓｓも低減して、ポ
ンプ傾転角は徐々に減少し、最後には、偏差信号ＳΔθ
が零となり、トルクモータ８３は中立に復帰し前記の如
くスプール４４は再び図１の状態に復帰して整定し、ポ
ンプ５の傾転角は再び零となり、舵Ｋは指令舵角θｃの
位置を保持することになる。ここで、指令舵角θｃがθ
ａよりも大きい場合には前記と同様にして舵角θが指令
舵角θｃとなるようにフィードバック制御されるが、舵
角θがθａを越えた時点において切換えスイッチ８０が
第２リミッタ回路８２の方へ切り換えられ、駆動信号Ｍ
ｄは大幅に低い第２リミット値Ｋθ２で制限されるの
で、モータ８３のトルクは小さく切り換えられてポンプ
５の傾転角も小さく切り換えられる。

【００２１】次に、ブースト油圧について説明すると、
トランクピストン型操舵装置ＳＭでは、１対のシリンダ
３・４を図１・図４に示すように逆「ハ」字状に配置す
ることになるが、シリンダ３・４の回動角が対称でない
ことから、図４において充填側油室３ｂ・４ａの容積Ｖ
１と排出側油室３ａ・４ｂの容積Ｖ２との容積差ΔＶ＝
Ｖ１−Ｖ２は、舵角θを変数として図５の実線Ｃのよう
になり、それを時間微分したブースト必要油量及び排出
必要油量が図６の実線Ｄのように得られる。即ち、舵角
θがθａ以下のとき容積差ΔＶの時間微分が正となるの
で、ポンプ５を介してシリンダ３・４へ過剰の油量が供
給されるためシリンダ３・４内の油圧が上昇し前記フラ
ッシングバルブ２９と減圧弁２４を介してリリーフされ
る。これに対して、舵角θがθａより大のときには、容
積差ΔＶの時間微分が負となるので、油圧シリンダ内へ
十分な油量を供給出来なくなる。そこで、ポンプ２０か
らブースト油圧が油室３ａ・４ｂ又は３ｂ・４ａに供給
されることになる。図６から判るように、舵角θがθａ
より大のとき舵角θの増大に応じてブースト必要油量が
急増するが、前記のようにこのとき第２リミッタ回路８
２に切り換えることで、ポンプ５の傾転角を小さくして
舵角角速度を小さくできるから、ブースト必要油量を鎖
線Ｅのような特性にできる。尚、図７は所定のモータ駆
動信号Ｍｄにより転舵するときの舵角角速度を示し、第
１リミッタ回路８１だけの場合には実線ＦとＧのように
なるが、第２リミッタ回路８２に切り換えることで鎖線
Ｈのようになる。

【００２２】以上説明したように、本実施例のトランク
ピストン型操舵装置ＳＭにおいては、ポンプ２０からシ
リンダ３・４へブースト油圧を供給するように構成して
あるので、舵角θが大きな大舵角時における油圧低下を
防止できる。また、大舵角時に第２リミッタ回路８２に
切り換えることで大舵角時のブースト必要油量を少なく
して、ポンプ２０の小型化を図ることが出来る。また、
差動トランス７５のストローク信号Ｓｔを減算器７６に
供給してモータ２０の駆動信号Ｍｄの形成に用いるの
で、ポンプ５に対する傾転角制御の応答性を向上でき
る。また、小舵角時に第１リミッタ回路８１を適用しま
た大舵角時に大舵角時に第２リミッタ回路８２を適用す
るので、小舵角時のポンプ先進角αを適正に設定してハ
ンチングや応答遅れを防止しつつ、大舵角時のポンプ先
進角βを小さくして操舵の応答性つまり操舵精度を高め
ることが出来る。更に、フラッシングバルブ２９を設け
たので、前記容積差ΔＶの変動によりシリンダ３・４に
発生する異常に高い油圧をリリーフできる。尚、前記リ
ミッタ回路としては、相互に異なるリミット値の３つ以
上のリミッタ回路を前記同様に並列接続して設け、舵角
θの増大に応じて段階的に小さいリミット値に切り換え
るように構成してもよい。 尚、前記サーボ弁４１の代わ
りに、ロータリ式のサーボ弁機構を用いることができる
ことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】トランクピストン型操舵装置の全体構成図であ
る。

【図２】舵角偏差に対するポンプ傾転量の特性を示す線
図である。

【図３】指令舵角に制御する時の舵角のタイムチャート
である。

【図４】舵と舵軸と舵柄と操舵用油圧シリンダの配置説
明図である。

【図５】油圧シリンダの油室の容積差の線図である。

【図６】ブースト必要油量の線図である。

【図７】舵角に対する舵角角速度の特性を示す線図であ
る。

【図８】従来技術に係るトランクピストン型操舵装置の
要部構成図である。

【符号の説明】

ＳＭ トランクピストン型操舵装置 Ｋ 舵 １ 舵軸 ２ 舵柄 ３・４ 油圧シリンダ ５ 油圧ポンプ ６・７ 油路 ２０ ブースト兼サーボポンプ ４０ レギュレータ ４５ パイロットピストン部 ７２ 舵角センサ ７３ 減算器 ７４ サーボ増幅器 ７６ 減算器 ７７ トルクモータ駆動回路 ７８ 判別回路 ７９ リレーコイル ８０ 切換えスイッチ ８１ 第１リミッタ回路 ８２ 第２リミッタ回路 ８３ トルクモータ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶の舵の舵柄の両端部に連結された１
   対の複動型油圧シリンダと、これら油圧シリンダに油圧
   を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダへの油圧回路へ
   ブースト油圧を供給するブーストポンプと、油圧ポンプ
   の吐出量を調整する為のレギュレータとを備えた船舶の
   トランクピストン型操舵装置において、 前記レギュレータの制御入力部を操作するトルクモータ
   と、舵角を検出する舵角検出手段と、外部からの舵角指
   令信号と舵角検出手段からの舵角信号とを受けて舵角が
   指令舵角となるようにトルクモータを介してレギュレー
   タを制御する制御手段と、この制御手段からトルクモー
   タへの出力回路に切換えスイッチを介して並列接続され
   出力回路の出力信号に相互に異なるレベルの制限を付加
   する為の複数のリミッタ回路と、舵角検出手段からの舵
   角信号を受け且つ舵角の増大に応じて低いレベルの制限
   を加えるように予め設定された舵角レンジとリミッタ回
   路との対応関係に基づいて、舵角に対応するリミッタ回
   路を選択するように切換えスイッチを切換える切換手段
   とを備えたことを特徴とする船舶のトランクピストン型
   操舵装置。