JP4767028B2 - 航行用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、船外機等の航行用操舵装置に関するものである。

船外機を推進装置として利用するモータボート等の小型船舶では、舵は付いておらず、船外機が舵取機構であり、船外機本体の向きを変えることにより、舵取りが行われる。特に小型の場合には、船外機本体にハンドルバーを取付けて、運転者が直接操舵するようになっている。その他の場合では、運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材、ハンドル）の回転を、ロープと滑車、プッシュプルケーブル又は油圧プランジャにより伝達して、船外機本体を操舵している。

このような船外機の操舵を行わせる為の航行用操舵装置として、近年、運転席のステアリングホイールを船外機との機械的な連結なしに配すると共に、船外機に操舵用のアクチュエータを付設し、このアクチュエータを、ステアリングホイールの操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、船外機を操向させて、ステアリングホイールの操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離型の航行用操舵装置が特許文献１等で提案されている。
特許第２９５９０４４号公報

上述したような航行用操舵装置では、ステアリングホイールの操舵角を制限するストッパが設けられていない場合（電気式ストッパ機構）、電源オフ時又は反力モータ故障時には、何回転でも回転可能である。その為、ポテンショメータのように回転角に制限が有る角度検出器を付設している場合には、電源オフ時又は反力モータ故障時に、ステアリングホイールを回し過ぎて、角度検出器を壊す可能性があるという問題がある。また、電気式ストッパ機構では、ストッパ位置でステアリングホイールを保持した場合、消費電流及び発熱量が過大になるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、電流を消費せずに、ステアリングホイールの操舵角を制限することができる航行用操舵装置を提供することを目的とする。

本発明に係る航行用操舵装置は、船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータとを備える航行用操舵装置において、前記操舵角検出器が検出する操舵角が所定角度以上にならないように、前記操舵部材の操舵範囲を制限する制限機構を備え、該制限機構は、前記操舵部材に連結された操舵軸と、該操舵軸に形成され、ボールナットが、回動不能に、また、該操舵軸方向に移動可能に前記船体側に支持されたボールネジ機構と、前記ボールナットの前記操舵軸方向の移動を、前記操舵範囲に合わせて制限する部材とを備えることを特徴とする。

本発明に係る航行用操舵装置によれば、制限機構は、ボールネジ機構が、操舵部材に連結された操舵軸に形成され、そのボールナットが、回動不能に、また、操舵軸方向に移動可能に船体側に支持され、制限する部材が、ボールナットの操舵軸方向の移動を、操舵範囲に合わせて制限するので、電流を消費せずに、ステアリングホイールの操舵角を制限することができる航行用操舵装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図であり、図２は、本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。
この航行用操舵装置は、船体８前部の運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材）１４の操舵シャフト３７に、操舵角検出器１５、モータ駆動回路４４、反力モータ９、ロータ角検出器１２、ストッパ（制限する部材）４７ａ，ボールネジ機構４６及びストッパ（制限する部材）４７ｂが付設されている。操舵角検出器１５が検出した操舵角信号は操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。

操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号に基づき、反力モータ９を駆動制御して、ステアリングホイール１４に操舵反力を与えると共に、ケーブル３９により、操舵角信号を船体８後部に設けられた転舵用コントローラ４２に与える。
ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、ブラシレスモータである反力モータ９を駆動する為の３相電圧を発生させるのに使用される。

船外機１は、船体８後尾部のトランサム（横材）７に、船外機懸架ブラケット４及び一対のクランプブラケット５（図２）を介して取付けられている。船外機本体３（舵取機構）は、船外機本体３に固定された後述する転舵シャフト４５（図２）を介して、船外機懸架ブラケット４回りに水平方向へ回動可能に支持されている。
船外機懸架ブラケット４は、一対のクランプブラケット５間に渡されたクランプブラケットシャフト６により、鉛直方向に回動可能に、つまり、チルト及びトリム可能に軸支されている。
船外機本体３の図示しないプロペラは、船外機本体下部のドライブシャフトが収納されたドライブシャフトハウジングの下方に取付けられている。

この航行用操舵装置は、転舵力を発生させる為に転舵モータ１１（転舵アクチュエータ）を備えている。転舵モータ１１には、モータ駆動回路４３が付設され、モータ駆動回路４３には、転舵モータ１１を駆動制御する転舵用コントローラ４２がケーブルにより接続されている。転舵モータ１１に隣接してギアケース２７が設けられており、ギアケース２７はラックハウジング１８に付設されている。ラックハウジング１８にその中央部が収納された後述するラック１７（図２）の両端部は、各クランプブラケット５に取付けられた各取付けブラケット２２に支持されている。

ラックハウジング１８の側方には、ガイドプレート３０が固着されており、ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、転舵アーム３３が水平方向に回動自在に連結されている。
モータ駆動回路４３，４４、転舵用コントローラ４２、操舵／反力用コントローラ１６、操舵角検出器１５、反力モータ９、転舵モータ１１等の電源は、船体８後部に設置されたバッテリ４０から供給される。

ラック（舵取機構）１７は、船体８の幅方向であるその長手方向の両端部が、各取付けブラケット２２に各ボルト２３により固定されている。各取付けブラケット２２は、船外機懸架ブラケット４をクランプブラケット５により軸支するクランプブラケットシャフト６の両端部に螺合される各ナット２４により、クランプブラケット５に共締めされている。
ラック（舵取機構）１７のラックハウジング１８に収納されない部分は、伸縮可能な防水の為のブーツ５０により被覆されている。

ラック１７のラックハウジング１８に収納された部分は、ラック１７に刻設された雄ネジ２５と、回転筒２６の内周面に刻設された雌ネジとの間を多数の鋼球が転動することにより、転舵モータ１１の回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構となっている。回転筒２６は、その外周面とラックハウジング１８の内周面との間に設けられた一対の軸受２８により、回動自在に支持されている。
ボールネジ機構は、転舵モータ１１のモータ軸２９の先端に取付けられた傘歯車２０と、回転筒２６の外周面に周設された傘歯車２１との噛合により、転舵モータ１１の回転運動が減速されて回転筒２６に伝達され、回転筒２６が回転する。

回転筒２６が回転することにより、ラックハウジング１８がラック１７の軸方向に移動し、ラックハウジング１８の側面に垂直方向へ回動自在に取付けられたガイドプレート（舵取機構）３０も同様に移動する。
ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、ラック１７の軸方向と垂直方向に長い長孔３２が穿設されており、転舵アーム（舵取機構）３３の一端部に突設されたガイドピン３４が、長孔３２を貫通している。
転舵アーム３３の図示しない他端部は、船外機本体３に固着されており、転舵アーム３３の他端部の向かう方向が、船外機本体３のプロペラの向かう方向となり、転舵が行われる。

船外機懸架ブラケット４の船外機本体３側先端部には、転舵シャフト４５（舵取機構）が突設されており、転舵シャフト４５は、転舵アーム３３の中間部に穿設された孔を貫通しており、転舵アーム３３は、転舵シャフト４５に軸支されている。
転舵シャフト４５の軸回りには、転舵角検出器４１が周設されており、転舵角検出器４１は、転舵アーム３３との回転角を転舵角として検出し、検出した転舵角信号を転舵用コントローラ４２へ与える。

上述した転舵モータ１１、ラック１７及び転舵アーム３３の連結関係から、転舵モータ１１が一方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに他方向へ回動し、船外機本体３が操向する。
また、転舵モータ１１が他方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに一方向へ回動し、船外機本体３が操向する。

図３は、本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
この制御系は、操舵角検出器１５が検出したステアリングホイール１４の操舵角信号が操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号に基づき、モータ駆動回路４４により反力モータ９を駆動制御する。また、ケーブル３９を通じて、操舵角信号を転舵用コントローラ４２に与える。

ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、モータ駆動回路４４は、与えられたロータ角信号に基づき、反力モータ９を駆動する為の例えば３相電圧を発生させる。
転舵用コントローラ４２は、操舵／反力用コントローラ１６から与えられた操舵角信号に基づき目標転舵角を演算する。また、演算した目標転舵角、及び転舵角検出器４１が検出した転舵シャフト４５と転舵アーム３３との転舵角信号に基づき、モータ駆動回路４３により転舵モータ１１を駆動制御する。
尚、目標転舵角の演算は、操舵／反力用コントローラ１６で行なうことも可能である。

図４は、ステアリングホイール１４に連結された操舵シャフト３７に設けられた、操舵角を制限する制限機構の構成を模式的に示す部分縦断面図である。
この制限機構は、先端部が、支持部材４８に支持された軸受４９に軸支された操舵シャフト３７にボールネジ機構４６が形成され、支持部材４８は、図示しない船体８側に固着されている。

ボールネジ機構４６は、操舵シャフト３７の周面に刻設された雄ネジ４６ｂと、雄ネジ４６ｂを覆うボールナット４６ａとを備えており、雄ネジ４６ｂ及びボールナット４６ａ間に形成された管状隙間には多数の鋼球が保持されている。ボールナット４６ａは、船体８側に固着された図示しない支持部材により、回動不能に、また、操舵シャフト３７の軸方向へは移動可能なように支持されている。
操舵シャフト３７上のボールネジ機構４６の上下端部から各適長離隔した位置には、ボールナット４６ａの移動を制限するストッパ（制限する部材）４７ａ，４７ｂが各周設されている。

ステアリングホイール１４が操舵されたとき、雄ネジ４６ｂ及びボールナット４６ａ間の管状隙間を多数の鋼球が転動することにより、操舵シャフト３７の回転運動がボールナット４６ａの直線運動に変換される。ステアリングホイール１４の操舵方向により、ボールナット４６ａは、操舵シャフト３７に沿って上方又は下方へ移動する。
ストッパ４７ａ，４７ｂは、ステアリングホイール１４の各操舵方向の制限角に対応するように、位置決めされており、ステアリングホイール１４の複数回転範囲の操舵を可能にすると共に、所定の操舵角以上には操舵されないように、ステアリングホイール１４の回転動作を制限する。

図５は、ステアリングホイール１４に連結された操舵シャフト３７に設けられた、操舵角を制限する他の制限機構の構成を模式的に示す部分縦断面図（ａ）、及び部分縦断面図（ａ）のＢ−Ｂにおける部分横断面図である。
この制限機構は、先端部が、支持部材４８に支持された軸受４９に軸支された操舵シャフト３７の中間部分に、突起物５２が垂設され、支持部材４８は、図示しない船体８側に固着されている。船体８側の壁面５０には、突起物５２の操舵シャフト３７回りの回転軌道を横切るように、ストッパ５１が固着されている。

ステアリングホイール１４が操舵されたとき、突起物５２が回転し、ストッパ５１の何れかの面に衝止される。突起物５２及びストッパ５１は、ステアリングホイール１４の各操舵方向の制限角に対応するように、位置決めされており、所定の操舵角以上には操舵されないように、ステアリングホイール１４の回転動作を制限する。

本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図である。 本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。 本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 操舵シャフトに設けられた、操舵角を制限する制限機構の構成を模式的に示す部分縦断面図である。 操舵シャフトに設けられた、操舵角を制限する他の制限機構の構成を模式的に示す部分断面図である。

符号の説明

１ 船外機、３ 船外機本体（舵取機構）、４ 船外機懸架ブラケット、５ クランプブラケット、８ 船体、９ 反力モータ、１１ 転舵モータ（転舵アクチュエータ）、１４ ステアリングホイール（操舵部材）、１５ 操舵角検出器、１６ 操舵／反力用コントローラ、１７ ラック（舵取機構）、１８ ラックハウジング、２２ 取付けブラケット、２６ 回転筒（舵取機構）、３０ ガイドプレート（舵取機構）、３３ 転舵アーム（舵取機構）、３７ 操舵シャフト、４１ 転舵角検出器、４２ 転舵用コントローラ、４５ 転舵シャフト（舵取機構）、４６ ボールネジ機構、４６ａ ボールナット、４６ｂ 雄ネジ、４７ａ，４７ｂ ストッパ（制限する部材）、４８ 支持部材、４９ 軸受雄ネジ４６ｂ、５１ ストッパ、５２ 突起物

Claims (1)

1. 船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータとを備える航行用操舵装置において、
   前記操舵角検出器が検出する操舵角が所定角度以上にならないように、前記操舵部材の操舵範囲を制限する制限機構を備え、該制限機構は、前記操舵部材に連結された操舵軸と、該操舵軸に形成され、ボールナットが、回動不能に、また、該操舵軸方向に移動可能に前記船体側に支持されたボールネジ機構と、前記ボールナットの前記操舵軸方向の移動を、前記操舵範囲に合わせて制限する部材とを備えることを特徴とする航行用操舵装置。

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