JP4912212B2

JP4912212B2 - 舵取機の舵角検出装置

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Publication number: JP4912212B2
Application number: JP2007124021A
Authority: JP
Inventors: 幸雄冨田; 健治郎鍋島; 喬之若林; 博敬山本
Original assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Current assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: EP1990274A3; US20080278714A1; EP1990274A2; JP2008279828A; US7872739B2

Description

本発明は、船舶の舵取機に備え付けられる舵角検出装置に関する。

船舶の舵取機の制御装置は一般に次のように構成されている。すなわち、図１０に示すように、オートパイロット操舵装置５１は自動制御系５２および手動舵輪操舵系５３の二つの操舵命令系統を有し、舵５４を作動させる舵取機５５はそれぞれ独立した第一油圧ポンプユニット５６ａあるいは第二油圧ポンプユニット５６ｂによって駆動され、そして、第一油圧ポンプユニット５６ａと第二油圧ポンプユニット５６ｂはそれぞれ第一制御増幅器５７ａと第二制御増幅器５７ｂによって制御されている。

舵５４すなわち舵取機５５の実際に回転した角度はそれぞれ第一舵角検出器５８ａおよび第二舵角検出器５８ｂによって検出され、それぞれ第一制御増幅器５７ａと第二制御増幅器５７ｂに追従制御のためにフィードバックしている。なお、第一制御増幅器５７ａは第二油圧ポンプユニット５６ｂの制御にも切り替えることができ、また、第二制御増幅器５７ｂは第一油圧ポンプユニット５６ａの制御にも切り替えることができる。

さらに、舵取機５５に対するその他の制御手段として、船橋から直接第一制御増幅器５７ａおよび第二制御増幅器５７ｂを追従制御なしで操作するノンフォローアップ制御系５９が設けられ、また、機側で第一油圧ポンプユニット５６ａおよび第二油圧ポンプユニット５６ｂを手動で操作する装置が設けられている。また、舵５４の実際に回転した角度は舵角発信器６０により検出して、舵角指示器６１に表示している。

オートパイロット操舵装置５１の自動制御系５２あるいは手動舵輪操舵系５３から、或る舵角命令信号δｉが発せられると、この信号は第一制御増幅器５７ａあるいは第二制御増幅器５７ｂに入力され、ここで増幅されて制御信号δｃを出力し、制御信号δｃにより、第一油圧ポンプユニット５６ａあるいは第二油圧ポンプユニット５６ｂを制御して、舵取機５５および舵５４を作動させている。

舵５４すなわち舵取機５５の回転した角度は、それぞれ第一舵角検出器５８ａおよび第二舵角検出器５８ｂによって検出されて、舵角フィードバック信号δｆとして第一制御増幅器５７ａと第二制御増幅器５７ｂにそれぞれフィードバックされる。第一制御増幅器５７ａと第二制御増幅器５７ｂにおいてそれぞれ、舵角命令信号δｉと舵角フィードバック信号δｆとが比較され、δｉ＝δｆとなれば、第一制御増幅器５７ａあるいは第二制御増幅器５７ｂは第一油圧ポンプユニット５６ａあるいは第二油圧ポンプユニット５６ｂの作動を停止させ、舵取機５５すなわち舵５４は命令された舵角（すなわち舵角命令信号δｉに相当する舵角）に保持される。

以上説明した舵取機５５の制御装置において、舵角の検出機構は、例えばロータリーベーン式舵取機の場合、図１１〜図１３に示すように構成されている。すなわち、舵軸６２と共に回転する構造体である舵取機ローター６３が舵軸６２に結合され、その結合がナット６４によって固定されている。ナット６４の上面に、舵軸６２の軸心ＣＲと同じ回転中心ＣＳを有するスタンド６５を設け、スタンド６５の上面にヨーク６６を取り付ける。ヨーク６６は二つの分枝６６ａ、６６ｂを有している。

他方、回転しない構造体であるところの舵取機５５のケーシングトップカバー６７の上面には、ヨーク６６の第一の分枝６６ａにより作動させられるように第一舵角検出器５８ａと舵角発信器６０とを、また、ヨーク６６の第二の分枝６６ｂにより作動させられるように第二舵角検出器５８ｂをそれぞれ取り付ける。ヨーク６６の第一の分枝６６ａの先端部にヨークピン６８を立て、ヨークピン６８と第一舵角検出器５８ａのレバー６９の先端部とを連接棒７０で連接し、同時に、ヨークピン６８と舵角発信器６０のレバー７１の先端部とを連接棒７２で連接する。また、ヨーク６６の第二の分枝６６ｂの先端部にヨークピン７３を立て、ヨークピン７３と第二舵角検出器５８ｂのレバー７４の先端部とを連接棒７５で連接する。

図１１に示すように、ヨークピン６８の回転腕長さ（すなわち回転中心ＣＳからヨークピン６８までの長さ）は、第一舵角検出器５８ａのレバー６９の長さ、および、舵角発信器６０のレバー７１の長さと同じである。また、ヨークピン７３の回転腕長さ（すなわち回転中心ＣＳからヨークピン７３までの長さ）は第二舵角検出器５８ｂのレバー７４の長さと同じである。各連接棒７０，７２，７５は連接長さを調節できる構造のものであり、これにより、ヨークピン６８の回転腕（すなわち回転中心ＣＳとヨークピン６８とを通る第一のラインＬ１）が第一舵角検出器５８ａのレバー６９および舵角発信器６０のレバー７１とそれぞれ平行になるように調節しており、また、ヨークピン７３の回転腕（すなわち回転中心ＣＳとヨークピン７３とを通る第二のラインＬ２）が第二舵角検出器５８ｂのレバー７４と平行になるように調節している。

尚、舵取機がラム式あるいはピストン式の場合、ヨークは舵軸あるいは舵柄に設けられ、また、舵角検出器および舵角発信器はデッキ上に設けられることになるが、両者を連接する機構は、上記に説明したロータリーベーン式舵取機の場合と同様である。

さらに、舵取機５５には、フィードバック制御機構の不良などにより舵５４が各最大限度舵角を越えて作動することを防止するために、第一制御増幅器５７ａ用と第二制御増幅器５７ｂ用とにそれぞれ独立して作用する極限スイッチが設けられている。舵取機５５が航海モードとして例えば最大限度舵角を左舷に３５゜〜４５゜、右舷に３５゜〜４５゜で、また、出入港モードとして例えば最大限度舵角を左舷に７０゜、右舷に７０゜で作動するようにする場合は、極限スイッチは、舵角３５゜−３５゜（あるいは４５゜−４５゜）用と舵角７０゜−７０゜用とにそれぞれ独立して設けられる。而して、これら極限スイッチは、図示は省略するが、舵取機５５の外部に露出した運動部分にランダムに設けられている。

尚、下記特許文献１にはロータリーベーン式舵取機の構成が記載されている。
特開平１１−２５５１９７

ロータリーベーン式舵取機５５は、その本体の固有の特質として突起した運動部分が外部に露出せず、安全な操作ができること、また、外形が簡素な円柱体であって美的感覚を与えることを特徴の一つとしている。しかし、舵取機５５には、舵角を検出するための機構（極限スイッチを含めて）を舵取機５５の本体に付加することが必要であって、従来のものでは、図１１〜図１３に示すように、これが外部に露出する突起運動部分（ヨーク６６、レバー６９，７１，７４、連接棒７０，７２，７５等）となって、安全な操作の確保を損なうとともに、舵取機５５に対する美的感覚を低下させるという問題があった。さらに、上記したような舵角を検出するための機構（極限スイッチを含めて）が舵取機５５の外部に露出しているために、汚染環境の影響を受け易く、また、作業中の不測の機械的打撲による作動不良を生じることがあった。

また、上記した構成においては、舵取機５５を開放して点検するためにケーシングトップカバー６７を取り外すとき、あるいは、舵軸６２と舵取機ローター６３との結合を固定するナット６４を嵌脱させるとき、連接棒７０，７２，７５を取り外してヨーク６６と舵角検出器５８ａ、５８ｂおよび舵角発信器６０との間の連接を解除しなければならない。したがって、再組立する際、舵角が正確に舵角検出器５８ａ、５８ｂおよび舵角発信器６０に伝達されるようにするために、上記第一のラインＬ１と第一舵角検出器レバー６９および舵角発信器レバー７１とが正確に平行になるように、舵取機５５を運転して表示される舵角と照合しながら、連接棒７０，７２の長さをそれぞれ微細に調節しなければならなかった。同様に、上記第二のラインＬ２と第二舵角検出器レバー７４とが正確に平行になるように、舵取機５５を運転して表示される舵角と照合しながら、連接棒７５の長さを微細に調節しなければならなかった。このような各連接棒７０，７２，７５の長さ調節作業は非常に煩雑であり、多大な手間と時間を要するという問題があった。

また、舵取機５５が大きい舵角（例えば左舷側に７０゜、右舷側に７０゜）を取ることが要求される場合、舵角７０゜（大舵角）の状態では、連接棒７０と第一舵角検出器レバー６９とがなす角度、および、連接棒７２と舵角発信器レバー７１とがなす角度、および、連接棒７５と第二舵角検出器レバー７４とがなす角度がそれぞれ極端に小さくなるため、舵角検出器５８ａ、５８ｂおよび舵角発信器６０への正確な舵角の伝達が難しくなる上、かかる大舵角に対する連接棒７０，７２，７５の長さの調節はいっそう煩雑なものになるという問題があった。

さらに、舵取機５５のローター６３とケーシングトップカバー６７との間の上部ラジアル軸受７６あるいは下部ラジアル軸受（図示省略）の摩耗や、据付時の軸心調整の不備などのために舵軸６２が偏心運動を行うことがあり、その場合でも舵角検出機構における回転部分と固定部分との間に無理が生じないように設計上の配慮がなされているが、偏心運動により舵角検出の誤差が大きくなることが避けられないという問題があった。

本発明は、舵取機の外部に突出する突起状の運動部分を無くして安全な運転をすることができるとともに、ロータリーベーン式舵取機本来の美的感覚に優れ、また、舵取機を開放点検および再組立する際に舵角検出のための煩雑な調節を必要とせず、また、舵角検出の精度が舵角の大小によって変化することはなく、大舵角を検出するための調節の難しさを無くすことができ、さらに、舵軸に偏心回転運動が発生した場合でも、舵角検出機構に無理を生じることなく、舵角を正確に検出することが可能な舵取機の舵角検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第一発明における舵取機の舵角検出装置は、舵軸の頂面上に、舵軸と同心に内筒体を設け、
内筒体の頂面にガジョンを設けるとともに、内筒体の下部外周面にカラーを突設し、
外筒体を内筒体に被せて配置し、
外筒体の頂裏面の中心にガジョンピンを設け、
ガジョンピンをガジョンの凹部に挿入するとともにガジョンに対して周方向に摺接せしめ、
外筒体の内周面をカラーの外周面に摺接せしめ、
舵取機のケーシングトップカバーに支柱を設け、
支柱に、筒状のチェストをケーシングトップカバーと同心に設け、
外筒体の頂面の中心に、チェストに挿入されるピンを突設し、
ピンがチェストに対して舵軸の回転方向に回転するのを阻止するとともに舵軸の径方向へ変位するのを許容する回り止め手段をチェスト内に設け、
内筒体の外周面にスケールを取り付け、
スケールに、円周方向に等間隔に所定のピッチをもって目盛を付し、
外筒体の内周面に、スケールに所定の間隙をあけて対向する舵角検出光センサーと舵角発信光センサーとゼロ点検出光センサーとを取り付け、
前記各光センサーの入出力ケーブルをケーブルコネクターを介して外筒体の内部から外部に取り出し、
前記各光センサーで読み取った移動目盛数をカウント演算器で積算して舵角信号に変換するものである。

これによると、舵軸が回転した場合、舵軸と共に内筒体も回転する。この際、外筒体はピンと共に回り止め手段によって回転を阻止されており、内筒体のガジョンがガジョンピンに対して摺動すると共に、内筒体のカラーが外筒体に対して摺動し、舵角検出光センサーがスケールの目盛を読み取ることにより、舵角が検出される。

スケールと各光センサーと内筒体とは外筒体の内部に収納されるため、舵取機の外部に突出する突起状の運動部分を無くすことができ、安全な操作が可能になる。また、舵取機全体として外形が簡素な円柱体となって美的感覚に優れたものになる。さらに、舵角検出機構が外部に露出しないことにより、汚染環境の影響を受け難くなり、また、作業中の不測の機械的打撲等による作動不良が生じることも低減される。

また、舵取機を開放して点検するに際して、従来は、舵角検出機構の各連接棒をいちいち取り外し、そして、舵取機の再組立に伴って再び各連接棒を取り付けた上、舵角検出機構に対する煩雑な調整を再度行う必要があったのに対し、本発明では、舵角検出装置はそのままで、支柱をケーシングトップカバーから取り外すだけでケーシングトップカバーを開放することができる。あるいは、支柱をケーシングトップカバーから取り外すとともに舵角検出装置全体をそのまま舵軸から取り外すことにより、舵軸と舵取機ローターとの結合を固定するナットをも嵌脱させることができる。さらに、舵取機の再組立に伴って舵角検出装置に対する煩雑な再調整を行う必要がなくなり、舵取機の開放点検作業が容易になる。

さらに、舵角検出の精度が舵角の大小によって変化することはなく、また、大舵角を検出するための調節の難しさを無くすことができる。
また、舵軸に偏心回転運動が発生し、内筒体が舵軸と共に舵軸の径方向へ変位しても、支柱に対するこの変位はチェスト内の回り止め手段において吸収されるため、上記舵軸の偏心回転運動が舵角検出装置に無理を生じることなく、且つ、スケールと各光センサーとの間隔が常に所定の間隙に保たれる。したがって、舵軸の偏心回転運動に関わり無く、正確に舵角を検出することができる。

本第二発明における舵取機の舵角検出装置は、内筒体の外周面の舵角ゼロに相当する位置にカムを突設し、
外筒体の内周面に、舵の左右舷方向の所定の各最大限度舵角に相当する位置にそれぞれ極限スイッチを取り付け、
各極限スイッチがカムにより作動させられるようにしたものである。

これによると、舵軸が回転して最大限度舵角に達した際、極限スイッチがカムにより作動され、舵軸が最大限度舵角に達したことが検出される。この検出により、最大限度舵角を越えないように舵軸を停止させることができる。

また、極限スイッチ機構についても、上記舵角検出機構と同様の効果を発揮する。すなわち、極限スイッチ機構が舵角検出装置の外筒体の内部に収納されることにより舵取機の外部に突出する突起状の運動部分がなくなるため、安全な運転が可能になるほか、ロータリーベーン式の舵取機の固有の美的間隔を損なうこともなくなる。さらに、極限スイッチ機構が汚染環境の影響を受けることがなくなり、作業中の不測の機械的打撲による作動不良が生じることも低減される。

以上のように本発明によると、舵取機の外部に突出する突起状の運動部分を無くすことができ、安全な操作が可能になる。また、舵取機全体として外形が簡素な円柱体となって美的感覚に優れたものになる。さらに、舵角検出機構が外部に露出しないことにより、汚染環境の影響を受け難くなり、また、作業中の不測の機械的打撲等による作動不良が生じることも低減される。

また、舵取機を開放して点検する際、舵角検出装置はそのままで、支柱をケーシングトップカバーから取り外すだけでケーシングトップカバーを開放することができ、あるいは、支柱をケーシングトップカバーから取り外すとともに舵角検出装置全体をそのまま舵軸から取り外すことにより、舵軸と舵取機ローターとの結合を固定するナットをも嵌脱させることができる。さらに、舵取機の再組立に伴って舵角検出装置に対する煩雑な再調整を行う必要がなくなり、舵取機の開放点検作業が容易になる。

以下、本発明の第一の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、先に背景技術において説明したものと同じ部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
図１〜図３に示すように、舵軸６２の頂面に、舵軸６２と同心に内筒体１が設けられている。内筒体１は、下部にフランジ１ａを有し、複数のボルト３０によって舵軸６２に着脱自在に連結されている。

内筒体１は頂面１ｂを有し、頂面１ｂの上には、舵軸６２と同心で且つ円筒状のガジョン１ｃが設けられている。このガジョン１ｃは上方に開口した凹部３１を有している。また、内筒体１の下部で且つフランジ１ａよりも上方の外周面には、カラー１ｄが全周にわたり突設されている。

外筒体２は、下端が開放され、頂蓋２ａを有しており、内筒体１に被せられて舵軸６２（すなわち内筒体１）と同心に配置されている。外筒体２の内側の面は内筒体１の外周面および頂面１ｂに対向している。頂蓋２ａの裏面（頂裏面）には、舵軸６２と同心にガジョンピン２ｂが下向きに突設されている。ガジョンピン２ｂは、横断面形状が円形であり、ガジョン１ｃの凹部３１に挿入されているとともに、ガジョン１ｃに対して周方向へ摺接自在である。また、外筒体２の下部内周面はカラー１ｄの外周面に対して周方向へ摺接自在である。外筒体２の頂蓋２ａの上面（頂面）には、舵軸６２と同心にピン２ｃが上向きに立設されている。図４に示すように、ピン２ｃの横断面形状は円形に形成されている。

ケーシングトップカバー６７の上面には、一対の支柱４がボルト３２によって着脱自在に取り付けられている。両支柱４の相対向する上端部間にはチェスト３が配設され、チェスト３と支柱４とはボルト３３によって着脱自在に連結固定されている。チェスト３は、上下両方に開口した円筒状の筒部３ａと、筒部３ａの内周面下部から径方向内側へ突出した鍔部３ｂと、筒部３ａ内に形成された収納部３ｃと、鍔部３ｂに形成された貫通孔３ｄとを有している。

上記ピン２ｃは、下方からチェスト３の貫通孔３ｄに遊貫され、収納部３ｃに挿入されている。尚、ピン２ｃの外周面と貫通孔３ｄの内周面との間には所定の隙間が形成されている。図２，図４，図５に示すように、チェスト３の収納部３ｃには、ピン２ｃがチェスト３に対して舵軸６２の回転方向Ｂに回転するのを阻止するとともに舵軸６２の径方向へ変位するのを許容する回り止め手段３４が収納されている。

回り止め手段３４は回り止め板２ｄと円環状のゴム等からなる弾性材５で構成されている。回り止め板２ｄは、ピン２ｃの外周面に１８０°振り分けられて一対設けられ、チェスト３の収納部３ｃに収納されている。弾性材５は半円状の弾性分割部材５ａ，５ｂに二分割されて収納部３ｃに収納されており、各弾性分割部材５ａ，５ｂはピン２ｃの外周面と筒部３ａの内周面との間に嵌め込まれている。両回り止め板２ｄは一方の弾性分割部材５ａと他方の弾性分割部材５ｂとの間に挟み込まれている。両弾性分割部材５ａ，５ｂの縦断面形状はそれぞれＶ形に形成されている。

両弾性分割部材５ａ，５ｂの外周面にはそれぞれ、径方向内側に向かって陥没する凹部３５が形成されている。チェスト３の筒部３ａの内周面の二箇所には、径方向内側に向かって突出する凸部３６が形成されている。これら凸部３６が凹部３５に嵌め込まれており、これにより、両弾性分割部材５ａ，５ｂがチェスト３に対して舵軸６２の回転方向Ｂに回転することは阻止される。

また、上記のように回り止め板２ｄが両弾性分割部材５ａ，５ｂ間に挟み込まれているため、ピン２ｃがチェスト３に対して舵軸６２の回転方向Ｂに回転することは阻止される。さらに、弾性材５が径方向に拡縮することによって、図４の仮想線に示すように、ピン２ｃの径方向への変位が許容される。

内筒体１の外周面には、円周方向に等ピッチの目盛を付したスケール６が取り付けられている。スケール６には、円周方向に等間隔に所定のピッチをもって目盛６ａが付記されている。スケール６の目盛６ａのピッチの数が舵５４の角度を表しており、すなわち、スケール６の取り付け直径をｄ、目盛のピッチをｐとすれば、スケール６の目盛６ａの１ピッチが舵角にして３６０ｐ／πｄ度に相当する。

外筒体２の内周面には、スケール６に所定の間隙Ａをあけて対向する第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出光センサー８と舵角発信光センサー９とゼロ点検出光センサー１０とが取り付けられている。尚、第一舵角検出光センサー７は第一制御増幅器５７ａに舵角信号δｆをフィードバックするものであり、第二舵角検出光センサー８は第二制御増幅器５７ｂに舵角信号δｆをフィードバックするものであり、舵角発信光センサー９は舵角指示器６１に舵角信号を送るものである。また、ゼロ点検出光センサー１０は、上記各光センサー７〜９のそれぞれのゼロ点が若しずれた場合に自動的にゼロ点に復帰補正するためのものである。尚、上記スケール６と上記各光センサー７〜１０とによって舵角検出機構が構成されている。

第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出センサー８と舵角発信光センサー９とはそれぞれ、図６に示すように、投光ダイオードａと投光レンズｂと受光レンズｃとラインセンサーｄとで構成される。

ラインセンサーｄは、読み取りの精度を高め、かつ、スケール６の汚れ、ごみ付着等による誤読み取りを防ぐために、図７に示すように、スケール６の目盛６ａの１ピッチ（例えば０．５ｍｍ）を例えば２０ピッチに細分（すなわち１ピッチが２５μｍ）しており、さらに、スケール６の読み取り方向を検出するために、例えば、ラインセンサーｄの２ピッチを単位としてオンオフ信号を発するようにし、かつ、このオンオフ信号を、二つの相、すなわち、基準オンオフ信号相（Ａ相）と、基準オンオフ信号相から１ピッチ分だけ位相をずらせたＢ相とに分解して信号を出力するようにしたものである。

第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出光センサー８と舵角発信光センサー９とゼロ点検出光センサー１０から出力された電気信号を伝えるそれぞれの舵角検出用の入出力ケーブル１１は、外筒体２の円筒部を貫通するケーブルコネクター１２を介して外筒体２の内部から外部に取り出され、外部に設置したそれぞれのカウント演算器１３ａ，１３ｂ，１３ｃに接続される。これらのカウント演算器１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出光センサー８と舵角発信光センサー９からそれぞれ出力された電気信号に対してカウント演算を行い、第一制御増幅器５７ａと第二制御増幅器５７ｂにそれぞれ追従制御のためのフィードバック用の舵角信号δｆを送り、舵角指示器６１に舵角指示用の舵角信号を出力する。

さらに、フィードバック機構の不調などの場合に舵５４が舵角制御値を越えて作動するのを防ぐための極限スイッチ群が外筒体２の内周面に設けられている。以下、舵５４を航海モード（最大限度舵角を例えば左舷３５゜あるいは４５゜、右舷３５゜あるいは４５゜に制限）と出入港モード（最大限度舵角を例えば左舷７０゜、右舷７０゜に制限）との二つのモードで作動させるようにした場合の極限スイッチ群の構成について説明する。

図２および図３に示すように、内筒体１の外周面の舵角ゼロに相当する位置には、上下方向に四つのカム１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが並べられて突設されている。このうち、第一および第二のカム１４ａ、１４ｂは航海モード（例えば最大限度舵角３５゜あるいは４５゜）において第一制御増幅器５７ａおよび第二制御増幅器５７ｂに対するそれぞれの極限スイッチ１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂを作動させるものであり、第三および第四のカム１４ｃ、１４ｄは出入港モード（例えば最大限度舵角７０゜）において第一制御増幅器５７ａおよび第二制御増幅器５７ｂに対するそれぞれの極限スイッチ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを作動させるものである。

上記第一制御増幅器５７ａ用の極限スイッチ１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂと第二制御増幅器５７ｂ用の極限スイッチ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂとは外筒体２の内周面に設けられている。このうち、第一の極限スイッチ１５ａ，１５ｂは左舷方向３５゜（あるいは４５゜）および右舷方向３５゜（あるいは４５゜）に相当する位置で第一のカム１４ａによって作動させられるように構成されている。第二の極限スイッチ１６ａ，１６ｂは左舷方向３５゜（あるいは４５゜）および右舷方向３５゜（あるいは４５゜）に相当する位置で第二のカム１４ｂによって作動させられるように構成されている。第三の極限スイッチ１７ａ，１７ｂは左舷方向７０゜および右舷方向７０゜に相当する位置で第三のカム１４ｃによって作動させられるように構成されている。第四の極限スイッチ１８ａ，１８ｂは左舷方向７０゜および右舷方向７０゜に相当する位置で第四のカム１４ｄによって作動させられるように構成されている。尚、上記各極限スイッチ１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂとカム１４ａ〜１４ｄとによって極限スイッチ機構が構成されている。

また、舵取機５５が第一制御増幅器５７ａによって航海モードで運転されているとき、第一の極限スイッチ１５ａ，１５ｂのみが有効となり、舵取機５５が第二制御増幅器５７ｂによって同じく航海モードで運転されているとき、第二の極限スイッチ１６ａ，１６ｂのみが有効となるように構成されている。

また、舵取機５５が第一制御増幅器５７ａによって出入港モードで運転されているとき、第三の極限スイッチ１７ａ，１７ｂのみが有効となり、舵取機５５が第二制御増幅器５７ｂによって同じく出入港モードで運転されているとき、第四の極限スイッチ１８ａ，１８ｂのみが有効となるように構成されている。

これら極限スイッチ群１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂから出力される電気信号を伝えるケーブル１９は、外筒体２の筒部を貫通するケーブルコネクター２０を介して、第一制御増幅器５７ａおよび第二制御増幅器５７ｂに接続される。

以下、上記構成における作用を説明する。
舵軸６２が回転した場合、舵軸６２と共に内筒体１も回転する。この際、ピン２ｃは回り止め手段３４によって回転を阻止されているため、外筒体２も、ピン２ｃと共に回転を阻止され、チェスト３を介してケーシングトップカバー６７側に固定されている。また、内筒体１のガジョン１ｃはガジョンピン２ｂに対して摺動するとともに、内筒体１のカラー１ｄが外筒体２に対して摺動するため、内筒体１に対する外筒体２の相対位置が一定に保たれる。したがって、舵軸６２が回転しても、各光センサー７〜１０とスケール６との間隙が所定の間隙Ａに保たれて不変であり、また、極限スイッチ群１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂとカム１４ａ〜１４ｄとの間の位置関係も不変である。

また、舵軸６２の軸心がケーシングトップカバー６７に対して径方向へずれて偏心し、舵軸６２が偏心回転した場合、内筒体１が舵軸６２と共に径方向へ変位し、図４の仮想線で示すように、ピン２ｃが外筒体２と共に舵軸６２の径方向へ変位する。この際、ピン２ｃの径方向への変位は、弾性材５がピン２ｃに押されて弾性変形することにより、許容される。これにより、舵軸６２の偏心運動、すなわち内筒体１と外筒体２との偏心運動がケーシングトップカバー６７に固定された支柱４に対して許容され、且つ、舵軸６２の偏心に応じて、内筒体１と外筒体２とが共に舵軸６２の径方向へ変位するため、スケール６と各光センサー７〜１０との間隔が常に所定の間隙Ａに保たれる。したがって、舵軸６２の偏心回転運動に関わり無く、正確に舵角を検出することができ、内筒体１と外筒体２との間の相対関係に偏心の影響が及ぶことはない。また、舵軸６２の偏心回転が舵角検出装置４０に無理を及ぼすこともない。

舵５４すなわち舵軸６２が中立位置にあるとき、ゼロ点検出光センサー１０はスケール６のゼロ点を検出しており、このゼロ点信号により、各カウント演算器１３ａ，１３ｂ，１３ｃにおいて第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出センサー８と舵角発信光センサー９に対するゼロ点がそれぞれ設定される。

この状態において、オートパイロット操舵装置５１の指令により、命令された回転方向に舵５４が回転を始めると、第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出光センサー８と舵角発信光センサー９はそれぞれ、図６および図７に示すように、投光ダイオードａと投光レンズｂと受光レンズｃとラインセンサーｄを介して、舵軸６２と共に回転する内筒体１のスケール６の移動（通過）する目盛６ａを検出する。各光センサー７〜９から出力された検出信号によって、カウント演算器１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、移動（通過）した目盛数を積算し、この積算値を舵角に変換して、それぞれ舵角信号として出力する。そして、第一舵角検出光センサー７および第二舵角検出光センサー８により検出された舵角信号はそれぞれ、第一制御増幅器５７ａおよび第二制御増幅器５７ｂに舵角フィードバック信号δｆとして送られ、舵角発信光センサー９により検出された舵角信号は舵角指示器６１に送られる。

また、舵５４の回転方向の検出については、第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出光センサー８と舵角発信光センサー９からの各出力信号は、図７に示すように、基準オンオフ信号相（Ａ相）と基準オンオフ信号相（Ａ相）から１ピッチ分だけ位相をずらせたＢ相との二つの相に分解されているため、舵５４が左回転であれば、スケール６の目盛６ａの通過においてＡ相とＢ相との読みの組合せが、例えば、Ａ相オンかつＢ相オンの後、Ａ相オンかつＢ相オフとなる。また、舵５４が右回転であれば、スケール６の目盛６ａの通過においてＡ相とＢ相との読みの組合せが、例えば、Ａ相オンかつＢ相オンの後、Ａ相オフかつＢ相オンとなる。このようなＡ相とＢ相との読みの組合せの違いに基づいて、舵５４の回転方向を検出することができる。

なお、舵５４すなわち舵軸６２が中立位置を通過するたびに、ゼロ点検出光センサー１０がゼロ点を検出して、その検出信号により、第一舵角検出光センサー７と第二舵角検出光センサー８と舵角発信光センサー９のそれぞれのゼロ点がもしずれていた場合に自動的にゼロ点に復帰補正するとともに、カウント誤差の累積による検出誤差の発生が低減される。

次に、極限スイッチ群１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂの作用について説明する。
例えば、舵取機５５が第一制御増幅器５７ａによって運転され、かつ、最大限度舵角が左舷方向３５゜（あるいは４５゜）、および、右舷方向３５゜（あるいは４５゜）に制限される航海モードで運転されている場合、舵軸６２と共に内筒体１が回転して第一のカム１４ａが一方の第一の極限スイッチ１５ａ又は他方の第一の極限スイッチ１５ｂに当接すると、一方の第一の極限スイッチ１５ａ又は他方の第一の極限スイッチ１５ｂがオンに切換えられて、舵角が最大限度舵角に達したことが検出される。この検出に基づいて、第一制御増幅器５７ａは最大限度舵角を越えないように舵軸６２を停止させる。

また、舵取機５５が第二制御増幅器５７ｂによって同じく航海モードで運転されている場合、舵軸６２と共に内筒体１が回転して第二のカム１４ｂが一方の第二の極限スイッチ１６ａ又は他方の第二の極限スイッチ１６ｂに当接すると、一方の第二の極限スイッチ１６ａ又は他方の第二の極限スイッチ１６ｂがオンに切換えられて、舵角が最大限度舵角に達したことが検出される。この検出に基づいて、第二制御増幅器５７ｂは最大限度舵角を越えないように舵軸６２を停止させる。

また、舵取機５５が第一制御増幅器５７ａによって運転され、かつ、最大限度舵角が左舷方向７０゜および右舷方向７０゜に制限される出入港モードで運転されている場合、舵軸６２と共に内筒体１が回転して第三のカム１４ｃが一方の第三の極限スイッチ１７ａ又は他方の第三の極限スイッチ１７ｂに当接すると、一方の第三の極限スイッチ１７ａ又は他方の第三の極限スイッチ１７ｂがオンに切換えられて、舵角が最大限度舵角に達したことが検出される。この検出に基づいて、第一制御増幅器５７ａは最大限度舵角を越えないように舵軸６２を停止させる。

また、舵取機５５が第二制御増幅器５７ｂによって同じく出入港モードで運転されている場合、舵軸６２と共に内筒体１が回転して第四のカム１４ｄが一方の第四の極限スイッチ１８ａ又は他方の第四の極限スイッチ１８ｂに当接すると、一方の第四の極限スイッチ１８ａ又は他方の第四の極限スイッチ１８ｂがオンに切換えられて、舵角が最大限度舵角に達したことが検出される。この検出に基づいて、第二制御増幅器５７ｂは最大限度舵角を越えないように舵軸６２を停止させる。

舵取機５５を開放して点検するために、ケーシングトップカバー６７を取り外すときは、舵角検出装置４０の支柱４をチェスト３およびケーシングトップカバー６７から取り外すだけで、その他の舵角検出機構および極限スイッチ機構はそのままの状態でケーシングトップカバー６７を開放することができる。そして、ケーシングトップカバー６７を再装着し、支柱４をチェスト３およびケーシングトップカバー６７に再装着した後、従来のような舵角検出機構の再調整は必要としない。

さらに、舵軸６２と舵取機ローター６３との結合を固定するナット６４を嵌脱させるときは、舵角検出装置４０の支柱４をケーシングトップカバー６７から取り外すとともに、その他の舵角検出装置４０全体をそのまま舵軸６２から取り外すことでナット６４を嵌脱させることができる。そして、ナット６４を再装着し、支柱４をケーシングトップカバー６７に再装着し、その他の舵軸検出装置４０全体を舵軸６２に再装着した後、従来のような舵角検出機構の再調整は必要としない。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、舵取機５５の舵角検出装置４０において、舵角検出機構を構成するスケール６と各光センサー７〜１０および極限スイッチ機構を構成する極限スイッチ群１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂとカム群１４ａ〜１４ｄとは、全て外筒体２の内部に収納され、従来のように舵取機５５の外部に突起状の運動部分が突出することがなくなるので、安全な操作が可能になるほか、舵取機５５全体として外形が簡素な円柱体となって美的感覚に優れたものになる。さらに、舵角検出装置４０の各構成要素が外部に露出しないことにより、汚染環境の影響を受け難くなり、また、作業中の不測の機械的打撲などによる作動不良が生じることも低減される。

さらに、舵角の検出が各光センサー７〜９によるスケール６の目盛６ａの積算読み取りにより行われるので、舵角検出の精度が舵角の大小によって変化することはなく、また、従来のような大舵角検出における調節の難しさを無くすることができる。

また、舵取機５５を開放して点検するためにケーシングトップカバー６７を取り外すとき、舵角検出装置４０の支柱４のみを取り外すだけで、その他の舵角検出装置４０はそのままの状態でケーシングトップカバー６７を取り外すことができる。さらに、舵軸６２と舵取機ローター６３との結合を固定するナット６４を嵌脱させるときは、舵角検出装置４０の支柱４をケーシングトップカバー６７から取り外すとともに、その他の舵角検出装置４０全体をそのまま舵軸６２から取り外すことでナット６４の嵌脱が可能である。而して、上記いずれの場合でも、ケーシングトップカバー６７あるいはナット６４を再装着し、その上で舵角検出装置４０を再装着した後、従来のような舵角検出機構の再調整を行うことを必要としない。

上記第一の実施の形態では、舵５４の左右舷方向の最大限度舵角の一例として、３５゜（あるいは４５゜）および７０°を挙げたが、これらの舵角に限定されるものではなく、上記の数値以外の舵角を最大限度舵角にしてもよい。

上記第一の実施の形態では、ピン２ｃに二枚の回り止め板２ｄを設けているが、二枚以外の複数枚又は単数枚設けてもよい。また、弾性材５を二個の弾性分割部材５ａ，５ｂに分割しているが、二個以外の複数個の弾性分割部材に分割してもよい。また、弾性材５の一箇所のみを分断してもよい。

以下、本発明の第二の実施の形態を図８，図９に基づいて説明する。
図８，図９に示すように、ピン２ｃの横断面形状が四角形に形成されている。また、回り止め手段３４は、中央部に貫通した四角形の角孔５ｃを有する円環状の弾性材５からなる。弾性材５の材質にはゴム等が用いられている。弾性材５はチェスト３の収納部３ｃに収納されており、弾性材５の縦断面形状はＶ形に形成されている。ピン２ｃは、下方からチェスト３の貫通孔３ｄに遊貫され、弾性材５の角孔５ｃに挿入されている。

弾性材５の外周面には、径方向内側に向かって陥没する凹部３５が複数形成されている。チェスト３の筒部３ａの内周面には、径方向内側に向かって突出する凸部３６が複数形成されている。これら凸部３６が凹部３５に嵌め込まれ、これにより、弾性材５がチェスト３に対して舵軸６２の回転方向Ｂに回転することは阻止される。

また、上記のように横断面形状が四角形のピン２ｃが角孔５ｃに挿入されているため、ピン２ｃがチェスト３に対して舵軸６２の回転方向Ｂに回転することは阻止される。さらに、弾性材５が径方向に拡縮することによって、図８の仮想線で示すように、ピン２ｃの径方向への変位が許容される。

これによると、舵軸６２が回転した場合、舵軸６２と共に内筒体１も回転する。この際、ピン２ｃは回り止め手段３４によって回転を阻止されているため、外筒体２も、ピン２ｃと共に回転を阻止され、チェスト３を介してケーシングトップカバー６７側に固定されている。

また、舵軸６２が偏心回転した場合、内筒体１が舵軸６２と共に径方向へ変位し、ピン２ｃが外筒体２と共に舵軸６２の径方向へ変位する。この際、図８の仮想線で示すように、ピン２ｃの径方向への変位は、弾性材５がピン２ｃに押されて弾性変形することにより、許容される。このように、舵軸６２の偏心運動、すなわち内筒体１と外筒体２との偏心運動がケーシングトップカバー６７に固定された支柱４に対して許容され、且つ、舵軸６２の偏心に応じて、内筒体１と外筒体２とが共に舵軸６２の径方向へ変位するため、スケール６と各光センサー７〜１０との間隔が常に所定の間隙Ａに保たれる。これにより、舵軸６２の偏心回転運動に関わり無く、正確に舵角を検出することができ、内筒体１と外筒体２との間の相対関係に偏心の影響が及ぶことはない。また、舵軸６２の偏心回転が舵角検出装置４０に無理を及ぼすことがない。

上記第二の実施の形態では、ピン２ｃの横断面形状と弾性材５の角孔５ｃとをそれぞれ四角形にしているが、四角形以外の多角形であってもよい。
上記第一および第二の実施の形態では、図４および図８に示すように、凹部３５を弾性材５に形成するとともに、凸部３６をチェスト３に形成しているが、凹部３５をチェスト３の筒部３ａの内周面に形成し、凸部３６を弾性材５の外周面に形成してもよい。

本発明の第一の実施の形態における舵取機の舵角検出装置の縦断面図である。同、舵角検出装置の拡大縦断面図である。図１におけるａ−ａ矢視図である。図１におけるｂ−ｂ矢視図である。同、舵角検出装置の回り止め手段の構成を示す平面図である。同、舵角検出装置の各光センサーの構成を示す図である。同、舵角検出装置のスケールと舵角検出光センサーのラインセンサーとの関係を示す説明図である。本発明の第二の実施の形態における舵取機の舵角検出装置のチェスト部分の拡大平面図である。同、舵角検出装置の回り止め手段の構成を示す平面図であり、（ａ）は弾性材の平面図、（ｂ）はピンの平面図を示す。従来の舵取機の制御系統を示すブロック図である。同、舵取機の舵角検出装置の平面図である。図１１におけるａ−ａ矢視図である。図１１におけるｂ−ｂ矢視図である。

符号の説明

１内筒体
１ｃガジョン
１ｄカラー
２外筒体
２ｂガジョンピン
２ｃピン
３チェスト
４支柱
６スケール
６ａ目盛
７第一舵角検出光センサー
８第二舵角検出光センサー
９舵角発信光センサー
１０ゼロ点検出光センサー
１１舵角検出用入出力ケーブル
１２ケーブルコネクター
１３ａ〜１３ｃカウント演算器
１４ａ〜１４ｄカム
１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂ極限スイッチ
３１凹部
３４回り止め手段
４０舵角検出装置
５４舵
５５舵取機
６２舵軸
６７ケーシングトップカバー

Claims

舵軸の頂面上に、舵軸と同心に内筒体を設け、
内筒体の頂面にガジョンを設けるとともに、内筒体の下部外周面にカラーを突設し、
外筒体を内筒体に被せて配置し、
外筒体の頂裏面の中心にガジョンピンを設け、
ガジョンピンをガジョンの凹部に挿入するとともにガジョンに対して周方向に摺接せしめ、
外筒体の内周面をカラーの外周面に摺接せしめ、
舵取機のケーシングトップカバーに支柱を設け、
支柱に、筒状のチェストをケーシングトップカバーと同心に設け、
外筒体の頂面の中心に、チェストに挿入されるピンを突設し、
ピンがチェストに対して舵軸の回転方向に回転するのを阻止するとともに舵軸の径方向へ変位するのを許容する回り止め手段をチェスト内に設け、
内筒体の外周面にスケールを取り付け、
スケールに、円周方向に等間隔に所定のピッチをもって目盛を付し、
外筒体の内周面に、スケールに所定の間隙をあけて対向する舵角検出光センサーと舵角発信光センサーとゼロ点検出光センサーとを取り付け、
前記各光センサーの入出力ケーブルをケーブルコネクターを介して外筒体の内部から外部に取り出し、
前記各光センサーで読み取った移動目盛数をカウント演算器で積算して舵角信号に変換することを特徴とする舵取機の舵角検出装置。
内筒体の外周面の舵角ゼロに相当する位置にカムを突設し、
外筒体の内周面に、舵の左右舷方向の所定の各最大限度舵角に相当する位置にそれぞれ極限スイッチを取り付け、
各極限スイッチがカムにより作動させられるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の舵取機の舵角検出装置。