JP4292098B2 - 小型船舶用パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、船外機や舵の操舵を電動モータでパワーアシストするようにした小型船舶用パワーステアリング装置に関するものである。

従来から船外機付きボートのパワーステアリング装置として電動モータによりパワーアシストする技術が提案されている（特許文献１参照）。

これは、運転席に配置されたステアリングハンドルの操作をワイヤを介してボート後部に操舵可能に支持したエンジン付き船外機に伝達してステアリングハンドルの操舵量に応じて船外機を回動するよう構成する一方、電動モータの回転力を減速ギヤを介して船外機を回動させるパワーアシスト機構を備える。前記ワイヤ部分に作用する操舵力により操舵トルクを感知するトルクセンサよりの操舵トルク信号および船外機のエンジン回転数信号等に応じてコントローラ（ＥＣＵ）により電動モータによるアシスト力を制御するようにしている。
特許第２６５２７８８号明細書

しかしながら、上記従来例では、船外機を１機装備したボートにおいて、運転者が直進しようとしても意に反して、ボートが旋回してしまう問題があった。これはステアリングハンドルを直進状態に保持しようとしても、スクリューの回転力によりハンドルを操舵する力が生じ、船外機が回動してボートに旋回力を生じるためである。例えば、ボート後方から見てスクリューが時計方向に回転する場合には、ボートは右旋回するという現象を生じる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ボートの直進性を向上する小型船舶用パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、運転席のステアリングハンドルにより操作され、操舵操作を行うギヤ装置と、前記ギヤ装置を操舵トルクに応じて操舵操作方向にアシスト駆動する電動アクチュエータと、前記ステアリングハンドルからギヤ装置に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの検出信号を取り込み、演算して電動アクチュエータを駆動するコントローラと、からなる小型船舶用パワーステアリング装置において、前記電動アクチュエータと前記ギヤ装置の間にクラッチ装置を設け、このクラッチ装置は２組のクラッチから構成され、一方のクラッチは、前記電動アクチュエータと前記ギヤ装置との係合を制御し、他方のクラッチは、前記ギヤ装置と固定側の制動部材との係合を制御し、前記コントローラは、前記トルクセンサの検出値に応じて前記クラッチ装置の係合を選択的に制御する。

第２の発明は、第１の発明において、前記コントローラが、前記トルクセンサの検出値が、所定値以下の場合には前記他方のクラッチを係合して、前記ギヤ装置を固定する。

第３の発明は、第１の発明において、前記コントローラが、前記トルクセンサの検出値が、所定値を越える場合には前記一方のクラッチを係合して、前記電動アクチュエータの出力を前記ギヤ装置に伝達する。

第４の発明は、第１の発明において、前記コントローラが、前記トルクセンサの検出値が、所定値以下となる状態が所定時間以上維持された場合には、前記他方のクラッチを係合して前記ギヤ装置を固定する。

第５の発明は、第１の発明において、前記クラッチ装置を構成するそれぞれのクラッチが、摩擦係合式のクラッチであって、ドライブプレートとドリブンプレートと有し、前記ドライブプレートを共有する。

したがって、第１から３の発明では、検出された操舵トルクが所定値を越えていれば前記電動アクチュエータとギヤ装置を係合して、電動アクチュエータの駆動力をギヤ装置に伝達して操舵をアシストすることができる。また操舵トルクが所定値以下であればギヤ装置を制動部材に係合して、ギヤ装置の動きを拘束し、したがって、ギヤ装置に接続したステアリングハンドルの操舵を禁止できる。これにより、例えば直進時にスクリューの回転力によりステアリングハンドルに操舵力が伝達された場合でも、ギヤ装置が固定されているため、運転者がステアリングハンドルを操作しなくても直進状態を維持できる。

第４の発明では、操舵トルクが所定値以下でかつ所定時間継続した時にギヤ装置と制動部材とを接続するため、確実に直進状態を判断することができる。

第５の発明では、クラッチのドライブプレートを二つのクラッチで供給するため、クラッチ装置の小型化、省スペース化を図り、かつコスト低減も可能である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した小型船舶用パワーステアリング装置を示す斜視図であり、舵取り手段として船外機を備えるものを示す。以下では舵取り手段として船外機を備える小型船舶用パワーステアリングについて説明するが、推進装置を船体に備えて舵取りのみ（推進装置を内蔵しないもの）に利用される舵を装備する小型船舶用パワーステアリングに対しては、船外機を舵に代替することによりそのまま適用できるものである。

船体１の運転席に設置されてステアリングハンドル２の操舵操作をプッシュプルケーブル３の押引き動作に変換するギヤ装置４およびパワーアシスト装置５と、舵取り手段としての船外機６が取付けられた船体１の後部に配置されてプッシュプルケーブル３の押引き動作に応じて船外機６を旋回操舵させるリンク機構７とから構成している。

前記船外機６は、図２に示すように、エンジンハウジング１０に内蔵する図示しないエンジンの回転をドライブシャフトハウジング１１に内蔵する図示しないドライブシャフトを介してギヤハウジング１２に内蔵した図示しないかさ歯車を介してプロペラ１３に伝達するよう構成した船外機本体６Ａを備え、プロペラ１３の回転により小型船舶の推進力を発生させる。船外機本体６Ａは、スイベルブラケット１４に設けた上下方向軸１４Ａ（パイロットシャフト）により水平面内で転回可能に支持される。スイベルブラケット１４は水平方向軸１５Ａ（クランプブラケットシャフト）を介して船体１のトランサムを把持して船体１に固定されるクランプブラケット１５に支持され、スイベルブラケット１４および船外機本体６Ａは船舶側面から見て図中反時計方向に跳ね上げ可能である。

前記リンク機構７は、図３に示すように、船外機本体６Ａに固定されて船体１側に延びたステアリングブラケット１６にドラッグリンク１７を介してプッシュプルケーブル３の押引き作動を伝達することにより、船外機６を操舵回動させる。このため、プッシュプルケーブル３のアウターケーブル３Ａの端部金具３Ｂは、クランプブラケット１５に固定され、アウターケーブル３Ａの端部金具３Ｂから突出するプッシュプルケーブル３のインナーケーブルの先端ロッド３Ｃがドラッグリンク１７に連結される。図示例では、アウターケーブル３Ａの端部金具３Ｂは、クランプブラケット１５およびスイベルブラケット１４を共に貫通してナットによりクランプブラケット１５に固定されることでクランプブラケットシャフト１５Ａを兼用するよう構成している。したがって、プッシュプルケーブル３のインナーケーブルの押引き移動により、ドラッグリンク１７およびステアリグブラケット１６を介して船外機本体６Ａが上下方向軸１４Ａを介し水平面内で回動され、操舵される。ドラッグリンク１７およびステアリングブラケット１６はリンク機構７を構成している。

前記ギヤ装置４は、図４〜図１０、特に、図８に示すように、ラックアンドピニオンにより構成している。前記ラックギヤ２０は、その移動によりプッシュプルケーブル３のインナーワイヤを押引き作動させる。ピニオンギヤ２１は出力軸２２に一体に設けられている。出力軸２２は、ステアリングハンドル２に連結されるステアリング軸２３にトーションバー２４を介して連結され、ウォームギヤ２５およびウォームホイール２６を介して電動アクチュエータとしての電動モータ２７よりの駆動力を受けるよう構成している。即ち、出力軸２２は、ピニオンギヤ２１の両端である先端側軸受け２２Ａおよび大径軸受け２２Ｂによりギヤケース１９に回転可能に支持され、大径軸受け２２Ｂに隣接してウォームホイール２６を一体に固定して備え、後端（ステアリングハンドル２）側には、ステアリング軸２３の先端を回転可能に支持し、トーションバー２４の先端をセレーション等により固定して備える。また、出力軸２２の後端には、トルクピン２８が外方へ突出して配置されている。前記ギヤケース１９は、運転席のダッシュボードＤＢに取付けねじ等により固定される。

前記ステアリング軸２３は、軸受け２９によってもギヤケース１９に回転可能に支持され、後端部はステアリングハンドル２に連結され、中空状内部にはその後端をピンにより固定したトーションバー２４を内蔵して備える。ステアリング軸２３の外周には、ヘリカルスプライン若しくはインボリュートヘリカルセレーションにより係合するトルクリング３０が装着されている。

前記トルクリング３０は、図９に示すように、外周に設けた円周方向溝３１と、軸方向に対して平行な前記出力軸２２のトルクピン２８に係合する溝３２とを備え、内周には前記ステアリング軸２３外周と係合するヘリカルスプライン若しくはインボリュートヘリカルセレーションとを備え、円周方向溝３１にはトルクセンサ３５として機能する位置検出装置の検出ピン３６が嵌合している。このため、トルクリング３０は出力軸２２に対して、前記トルクピン２８と溝３２との係合により、軸方向に移動可能且つ一体に回転する。

また、トルクリング３０は、ステアリングハンドル２の操作による操舵トルクをステアリング軸２３からトーションバー２４を介して出力軸２２に伝達する際に、ステアリング軸２３外周とのヘリカルスプライン若しくはヘリカルセレーションによる係合により、トーションバー２４に生ずる振じれ量、即ち、出力軸２２とステアリング軸２３との相対回動量に応じて軸方向に移動し、この軸方向移動は円周方向溝３１に係合した検出ピン３６を軸方向に移動させ、トルクセンサ３５により操舵トルクとして感知させる。

なお、前記トルクリング３０は、出力軸２２に対してトルクピン２８と軸方向溝３２とにより軸方向に移動可能であり且つ回転方向に一体回転するよう連結し、ステアリング軸２３に対して斜めとなるヘリカルスプライン若しくはヘリカルセレーションにより連結するものについて説明しているが、図示しないが、出力軸２２に対して斜めとなるヘリカルスプライン若しくはヘリカルセレーションにより連結し、ステアリング軸２３に対して軸方向に移動可能であり且つ回転方向に一体回転するよう連結するものであっても、前記と同様に作動させることができる。

前記ウォームホイール２６はウォームギヤ２５と係合している。前記ウォームギヤ２５は、図１０に示すように、ギヤケース１９に回転可能に支持され、その一端には、図１１に示すクラッチアッシー４０を介してアシストモータ２７が接続する。後述するクラッチアッシー４０の励磁状態に応じて、アシストモータ２７の駆動力をウォームギヤ２５に伝達したり、ウォームギヤ２５を固定したり、あるいはウォームギヤ２５をアシストモータ２７から切り離したりする。アシストモータ２７、ウォームギヤ２５、ウォームホイール２６、クラッチアッシー４０は、パワーアシスト装置５を構成する。

図１１は、ウォームギヤ２５とアシストモータ２７との接続状態を制御するクラッチアッシー４０の詳細構成図である。

クラッチアッシー４０は、アシストモータ２７をギヤケース１９に固定するブラケット（固定側制動部材）５０内に収装される。クラッチアッシー４０は、クラッチプレート（ドライブプレート）３３と、クラッチプレート３３と当接する駆動プレート（ドリブンプレート）３４と、同じくクラッチプレート３３と、駆動プレート３４とは反対面から、当接する制動プレート（ドリブンプレート）３６と、クラッチプレート３３と各プレートの係合を制御するための駆動／制動コイルアッシー３８、３７から構成される。駆動コイルアッシー３８と制動コイルアッシ３７とがドライブプレートであるクラッチプレート３３を共有することで、クラッチアッシー４０の部品点数を削減し、またスペースを低減することができる。

ブラケット５０の隔壁５０ａには第１ベアリング５１を介してアシストモータ２７の出力軸２７ａが回転自在に軸支される。出力軸２７ａは、第１ベアリング５１からウォームギヤ２５側に突出し、この突出部２７ｃにクラッチプレート３３を出力軸２７ａに対して回転自在に支持する第１ベアリング５２が固定される。さらにこれら第１、第２ベアリング間の出力軸２７ａにはセレーション２７ｂが形成され、このセレーション２７ｂに駆動プレート３４のハブ３４ｂが嵌合し、固定される。さらにクラッチプレート３３の中心のボス孔３３ｄには前述のウォームギヤ２５の軸部２５ａがセレーション結合により接続される。

この駆動プレート３４とブラケット５０の隔壁５０ａとの間に、環状の駆動コイルアッシー３８が設置される。駆動コイルアッシー３８は、ブラケット５０の内周に固定され、駆動プレート３４の端面とは一定の間隙を有し、駆動プレート３４は、駆動コイルアッシー３８に対して回転自在に構成される。駆動コイルアッシー３８は、コイル３８ａと、コイル３８ａを巻き付けるボビン３８ｂと、コイルボビン３８ｂをブラケット５０に固定するヨーク３８ｃから構成される。

クラッチプレート３３と駆動プレート３４は、対峙する平面部３３ａ、３４ａを有して、コイル３８ａが励磁されるとクラッチプレート３３の平面部３３ａが変位して、クラッチプレート３３と駆動プレート３４の平面部３３ａ、３４ａが当接し、励磁を解除すると平面部３３ａ、３４ａは当接を解除する。したがって、コイル３８ａに励磁して、クラッチプレート３３と駆動プレート３４を当接することで、アシストモータ２７の駆動力がウォームギヤ２５に伝達され、操舵力をアシストすることができる。

一方、クラッチプレート３３の平面部３３ａの反対面には平面部３３ｂが形成される。平面部３３ｂには、制動プレート３６の平面部３６ａが対面して設置される。制動プレート３６は、制動コイルアッシー３７に固定される。

制動コイルアッシー３７は、ブラケット５０の内周に固定され、コイル３７ａ、コイル３７ａを巻き付けるボビン３７ｂと、コイルボビン３７ｂをブラケット５０に固定するヨーク３７ｃから構成される。コイル３７ａが励磁されるとクラッチプレート３３が変位して、クラッチプレート３３と制動プレート３６の平面部３３ｂ、３６ａが当接し、励磁を解除すると平面部３３ｂ、３６ａは当接を解除する。したがって、コイル３７ａに励磁して、クラッチプレート３３と制動プレート３６を当接することで、ウォームギヤ２５が固定され、ウォームホイール２６に連結するステアリングハンドル２を固定することができる。したがって、ステアリングハンドル２を直進状態で固定することにより、スクリューの回転力による直進時の船体の意図しない旋回を防止することができる。

なお、駆動コイルアッシー３８と制動コイルアッシー３７のコイルへの励磁は、図示しない、パワーステアリング装置を統合制御するコントローラにより制御される。

図１２は、コントローラが実施するクラッチ制御を説明するフローチャートである。このクラッチ制御は一定の時間間隔で実施される。

まずステップＳ１で、トルクセンサを用いて操舵トルクＴを検出する。次にステップＳ２で、検出した操舵トルクＴと所定値Ｔｔとを比較し、所定値以下であれば直進状態であると判断して、ステップＳ３に進み、所定値を超えていれば、ステアリングハンドル２を操作していると判断して、ステップＳ５に進む。通常直進状態では、操舵トルクはほぼ０であり、船体が直進状態であることを判定するしきい値である所定値Ｔｔは０に近い値となる。ステップＳ３では、直進状態の時間ｔが所定時間ｔ１継続したかどうかを判定する。所定時間Ｔｔ以上継続した時は、最終的に直進状態であると判定する。

ステップＳ４では、船体が直進状態であることから、この直進状態を維持するようにクラッチ制御を行う。すなわち、制動コイルアッシー３７のコイル３７ａに励磁し、駆動コイルアッシー３８のコイル３８ａへの励磁を禁止、または低減する。したがって、クラッチプレート３３は制動コイルアッシー３７と係合し、ウォームホイール２６は、その位置で回転を拘束され、この場合にはステアリングハンドル２を保持しなくても、船体は直進状態を維持する。

ステップＳ５では、操舵トルクが生じており、操舵状態と判断できることから、この操舵状態をアシストするようにクラッチ制御を行う。すなわち、駆動コイルアッシー３８のコイル３８ａに励磁し、制動コイルアッシー３７のコイル３７ａへの励磁を禁止、または低減する。これによりアシストモータ２７の駆動力がウォームギヤ２５、ウォームホイール２６を介してステアリングホイール２に伝達され、操舵力を補助することができる。

したがって、本発明においては、ステアリングハンドル２の操舵力をアシストするためのアシストモータ２７とウォームホイール２６を駆動するウォームギヤ２５との間にウォームギヤ２５に結合するクラッチプレート３３を設置し、このクラッチプレート３３の両側に制動／駆動クラッチアッシー３７、３８を設け、一方の駆動クラッチアッシー３８は、クラッチプレート３３とアシストモータ２７との接続（係合）を制御し、他方の制動クラッチアッシー３７は、クラッチプレート３３とブラケット５０との接続を制御する。

一方の駆動クラッチアッシー３８が励磁され、他方の制動クラッチアッシー３７が非励磁の場合には、クラッチプレート３３は一方のクラッチアッシー３８と係合し、アシストモータ２７の駆動力がウォームギヤ２５を駆動し、ウォームホイール２６に伝達される。これによりステアリングハンドル２の操舵力がアシストされる。

また、他方の制動クラッチアッシー３７が励磁され、一方の駆動クラッチアッシー３８が非励磁の場合には、クラッチプレート３３は他方のクラッチアッシー３７と係合し、ウォームギヤ２５は制動部材５０に係合され、ウォームギヤ２５およびウォームホイール２６の回転が禁止され、操舵ができない。つまり、船舶直進状態において、スクリューの回転力による操舵力がステアリングハンドル２に作用しても、ウォームホイール２６が固定されているため、ステアリングハンドル２は直進状態を維持し、運転者がステアリングハンドル２を操舵しなくても、船体は直進状態を維持することができる。

船体直進状態のハンドル操作を容易にするパワーステアリング装置であり、特に船外機を備えた小型船舶に有用である。

本発明の一実施形態を示す小型船舶用パワーステアリング装置の斜視図。 同じく舵取り手段としての船外機を示す側面図。 同じくリンク機構の平面図。 パワーステアリング装置のギヤ装置およびパワーアシスト装置の平面図。 パワーステアリング装置のギヤ装置およびパワーアシスト装置の側面図。 パワーステアリング装置のギヤ装置およびパワーアシスト装置のハンドル側からの側面図。 パワーステアリング装置のギヤ装置およびパワーアシスト装置のギヤ装置側の側面図。 パワーステアリング装置のギヤ装置およびパワーアシスト装置の断面図。 パワーステアリング装置のトルクリングの拡大図。 パワーステアリング装置のパワーアシスト装置の断面図。 クラッチアッシーの詳細図。 クラッチアッシーの制御内容を説明するフローチャート。

符号の説明

１ 船体
２ ステアリングハンドル
３ プッシュプルケーブル（連結手段）
４、４Ａ ギヤ装置
５ パワーアシスト装置
６ 舵取り手段としての船外機
７ リンク機構
２０ ラック
２１ ピニオン
２２ 出力軸
２３ ステアリング軸
２４ トーションバー
２５ ウォームギヤ
２６ ウォームホイール
２７ 電動モータ（電動アクチュエータ）
３０ トルクリング
３３ クラッチプレート
３４ 駆動プレート
３４ａ 平面部
３５ トルクセンサ
３６ 制動プレート
３６ａ 平面部
３７ 制動コイルアッシー
３７ａ コイル
３７ｂ ボビン
３７ｃ ヨーク
３８ 駆動コイルアッシー
３８ａ コイル
３８ｂ ボビン
３８ｃ ヨーク
４０ クラッチアッシー

Claims (5)

1. 運転席のステアリングハンドルにより操作され、操舵操作を行うギヤ装置と、
   前記ギヤ装置を操舵トルクに応じて操舵操作方向にアシスト駆動する電動アクチュエータと、
   前記ステアリングハンドルからギヤ装置に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記トルクセンサの検出信号を取り込み、演算して電動アクチュエータを駆動するコントローラと、からなる小型船舶用パワーステアリング装置において、
   前記電動アクチュエータと前記ギヤ装置の間にクラッチ装置を設け、
   このクラッチ装置は２組のクラッチから構成され、一方のクラッチは、前記電動アクチュエータと前記ギヤ装置との係合を制御し、他方のクラッチは、前記ギヤ装置と固定側の制動部材との係合を制御し、
   前記コントローラは、前記トルクセンサの検出値に応じて前記クラッチ装置の係合を選択的に制御することを特徴とする小型船舶用パワーステアリング装置。
2. 前記コントローラは、前記トルクセンサの検出値が、所定値以下の場合には前記他方のクラッチを係合して、前記ギヤ装置を固定することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用パワーステアリング装置。
3. 前記コントローラは、前記トルクセンサの検出値が、所定値を越える場合には前記一方のクラッチを係合して、前記電動アクチュエータの出力を前記ギヤ装置に伝達することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用パワーステアリング装置。
4. 前記コントローラは、前記トルクセンサの検出値が、所定値以下となる状態が所定時間以上維持された場合には、前記他方のクラッチを係合して前記ギヤ装置を固定することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用パワーステアリング装置。
5. 前記クラッチ装置を構成するそれぞれのクラッチは、摩擦係合式のクラッチであって、ドライブプレートとドリブンプレートと有し、前記ドライブプレートを共有することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用パワーステアリング装置。

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