JP5019404B2 - 船外機の操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は船外機の電動式の操舵装置に係り、特に、舵輪によって操作されるヘルム部を有する操舵装置に関する。

船外機の操舵装置として、従来より、例えば舵輪（ヘルム）に油圧ポンプを設けるとともに、船外機付近に前記油圧ポンプによって駆動される油圧アクチュエータを配置した操舵装置が知られている。この操舵装置では、前記油圧ポンプによって発生させた油圧によって船外機の方向を変える。また、舵輪の回転運動をプッシュプルケーブルを介して船外機に伝えることにより、船外機の方向を変える機械式の操舵装置も知られている。これらの操舵装置は、いわゆるマニュアル（操船者の力）によって操作されるため、操船状況によってはかなり大きな操作力を必要とする点で改善の余地があった。

そこで、例えば特許文献１に開示されているように、舵輪の操作量を検出するためのセンサをヘルム部に配置した操舵装置も考えられている。このセンサから出力される電気信号によって、操舵の駆動源である電動式のアクチュエータ部が駆動される。この種の操作装置では、前記センサの出力に基いて前記アクチュエータ部が駆動されるため、舵輪を回転させる力が小さくてすむ。しかし舵輪が小さな力で回転し過ぎることが好ましくないこともあるため、ヘルム部に摩擦発生機構が設けられている。

米国特許第７１３７３４７明細書

特許文献１に記載された操舵装置の摩擦発生機構は、電磁アクチュエータによって摩擦力を発生させている。このため電源トラブル等によって前記電磁アクチュエータに通電不良が生じたとき、舵輪が突然小さな力で回転することがある。その場合、舵輪の操作にとまどうだけでなく、操船を誤る原因ともなる。

従ってこの発明は、舵輪を操作する際に適度な抵抗を発生させることができる船外機の操舵装置を提供する。

本発明は、ヘルム装置を有する船外機の操舵装置であって、前記ヘルム装置は、ケースと、前記ケースに回転自在に設けられ、舵輪によって回転するステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転を検出するヘルムセンサと、前記ケース内に収容された摩擦発生機構とを有している。この摩擦発生機構は、前記ステアリングシャフトと共に回転するインナーディスクと、前記インナーディスクと対向して配置されたアウターディスクと、電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータに電力が供給されると前記インナーディスクとアウターディスクとを互いに押付ける方向に移動するアーマチュアと、前記インナーディスクとアウターディスクとを互いに押付ける方向に前記アーマチュアを常時付勢するアシストばねとを具備している。

本発明の１つの実施形態では、前記電磁アクチュエータを制御する制御部を有し、該制御部は、前記電磁アクチュエータに供給する電力を変化させることによって前記摩擦発生機構の前記インナーディスクとアウターディスクとの間に生じる摩擦力を変化させる手段を有している。また、前記摩擦発生機構の摩擦力を設定可能な調整用操作部を有してもよい。

前記制御部は、前記舵輪の中立位置からの回転数が予め設定された回転数に達したときに前記インナーディスクとアウターディスクとをロック状態にする電力を前記電磁アクチュエータに供給する手段を有してもよい。また、前記舵輪が前記中立位置から前記ロック状態となる間に回転できる舵輪回転数を設定可能な調整用操作部を有してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記ステアリングシャフトと共に回転する回転体と、前記回転体に形成されたスプラインと、前記インナーディスクに形成され前記スプラインに係合する歯部と、前記スプラインと前記歯部との間に規定され前記インナーディスクとアウターディスクとが前記ロック状態にあるとき前記ステアリングシャフトが前記インナーディスクに対して前記ヘルムセンサの角度検出の分解能を越える角度以上に相対回動することを許容する隙間とを有する。さらに前記インナーディスクが前記ステアリングシャフトの軸線方向に複数枚配置され、各インナーディスクの前記歯部の位置を互いに揃えるための整列用部材を有してもよい。

本発明の他の実施形態では、ステアリングシャフトの端部に設けられ前記ステアリングシャフトの軸線方向に移動可能なホルダ部材と、前記ホルダ部材に設けられた被検出部材と、前記ステアリングシャフトに設けられ前記ホルダ部材を前記ヘルムセンサに向けて付勢することにより前記被検出部材から前記ヘルムセンサまでの距離を一定に保つばね部材とを有している。

本発明の１つの実施形態では、前記ケースに収容された回路基板と、前記ケースに形成され船体側のヘルム取付壁に支持される端面と、前記ヘルム取付壁に形成された第１および第２の貫通孔と、前記ケースの前記端面から前記ヘルム取付壁に向かって突出しかつ前記第１の貫通孔に挿入される取付用ボルトと、前記回路基板に電気的に接続されかつ前記第２の貫通孔に挿入される配線部材とを有している。

本発明によれば、ヘルム装置に設けられた電磁アクチュエータによって摩擦発生機構を操作することにより、舵輪の操作力（抵抗力）を調整することができる。しかも電磁アクチュエータの電源トラブル等による無通電時に、アシストばねによってある程度の大きさの抵抗力を舵輪に与えることができるため、舵輪が突発的に軽くなることによる問題を回避できる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る操舵装置を備えた船舶の側面図である。 図２は図１に示された船舶の平面図である。 図３は図１に示された船舶のヘルム装置の断面図である。 図４は図３に示されたヘルム装置の摩擦発生機構の一部を示す分解斜視図である。 図５は図４に示された摩擦発生機構の一部を示す断面図である。 図６は図４に示された摩擦発生機構の一部を示す斜視図である。 図７は図１に示された船舶のヘルム部の調整用操作部の正面図である。 図８は図１に示された船舶の船外機の一部と操舵用のアクチュエータ部を示す斜視図である。 図９は図８に示されたアクチュエータ部とブラケットの平面図である。 図１０は図８に示されたアクチュエータ部が面舵側に操作された状態を示す平面図である。 図１１は図８に示されたアクチュエータ部の水平方向に沿う断面図である。 図１２は図１に示された操舵装置の電源投入時の処理の流れを示すフローチャートである。 図１３は図１に示された操舵装置の電源投入後の処理の流れを示すフローチャートである。 図１４は本発明の第２の実施形態に係るヘルム装置の断面図である。 図１５は図１４に示されたヘルム装置の一部の拡大断面図である。 図１６は本発明の第３の実施形態に係る操舵装置を備えた船舶の平面図である。

以下に本発明の第１の実施形態に係る操舵装置を備えた船舶について、図１から図１３を参照して説明する。
図１と図２は船舶１０の一例を示している。この船舶１０は、船体１１と、船外機１２と、操舵装置１３とを備えている。操舵装置１３は、舵輪１５を有するヘルム部１６と、船体１１の後部に配置された操舵用の電動式アクチュエータ部１７と、制御部１８と、電源スイッチ１９とを含んでいる。アクチュエータ部１７は、船外機１２の舵角を変えるための駆動源として機能する。制御部１８は、ヘルム部１６とアクチュエータ部１７とに電気的に接続されている。ヘルム部１６とアクチュエータ部１７と制御部１８は、電源スイッチ１９によって電源がオンあるいはオフされる。

ヘルム部１６は、舵輪１５によって操作されるヘルム装置２０を含んでいる。まず、ヘルム装置２０について、図３から図７を参照して説明する。
図３はヘルム装置２０の一例を示す断面図である。ヘルム装置２０は、防水仕様のケース２１と、ケース２１に挿入されたステアリングシャフト２２と、ケース２１の内部に設けられた湿式の摩擦発生機構２３と、アシストばね２４と、舵輪１５の操作角を検出するためのヘルムセンサ(helm sensor)２５を備えている。アシストばね２４は、例えば波形ばね、皿ばね、ウェーブワッシャなどから選択された弾性部材からなる
ステアリングシャフト２２の一方の端部に、舵輪１５が固定される嵌合部３０が形成されている。ステアリングシャフト２２の他方の端部には、ヘルムセンサ２５の一部をなす被検出部材としてのマグネット３１が設けられている。ステアリングシャフト２２は、軸線Ｘ_０（図３に示す）を中心に第１の方向Ａと第２の方向Ｂに回転することができる。

前記ケース２１には、ステアリングシャフト２２が挿入される孔３５と、摩擦発生機構２３を収容するチャンバ３６と、アシストばね２４を支持するばね受け面３７と、給油口３８などが形成されている。給油口３８は、チャンバ３６にオイルを注入する際に使用される。この給油口３８は、チャンバ３６内にオイルを供給したのち栓部材３９によって閉鎖される。

ケース２１の後部に、カバー部材５０がねじ等の固定用部材５１によって固定されている。カバー部材５０には、回路基板５２が固定用部材５３によって固定されている。回路基板５２に、前記マグネット（被検出部材）３１を検出する素子５５が配置されている。マグネット３１と素子５５とは、ステアリングシャフト２２の回転量と回転方向を検出するためのヘルムセンサ２５を構成している。ヘルムセンサ２５によって検出されたステアリングシャフト２２の操作量（操作角）に関する電気信号は、制御部１８に出力される。

ステアリングシャフト２２は、ケース２１に形成された孔３５に挿入されている。そしてこのステアリングシャフト２２は、軸受部材６０，６１によって回転自在に支持されている。ステアリングシャフト２２と孔３５の内周面との間に、シール材６２，６３が設けられている。

ケース２１の内部のチャンバ３６に、摩擦発生機構２３が収容されている。図４は、摩擦発生機構２３の一部を示す分解斜視図である。
摩擦発生機構２３は、回転体７０と、複数のインナーディスク７１と、複数のアウターディスク７２と、電磁アクチュエータ７３と、アーマチュア７４とを含んでいる。回転体７０は、ステアリングシャフト２２に取付けられている。インナーディスク７１は、回転体７０と一体に回転する。固定側のアウターディスク７２は、インナーディスク７１と対向して配置されている。インナーディスク７１とアウターディスク７２は、互いに板厚方向に交互に配置されている。この摩擦発生機構２３は、チャンバ３６内に収容された前記オイルに接している。

回転体７０の外周面に、軸線Ｘ_０（図３に示す）に沿うスプライン７５が形成されている。インナーディスク７１の内周部には、スプライン７５に嵌合する歯部７６が形成されている。このためインナーディスク７１は、回転体７０に対して軸線Ｘ_０方向に移動可能に保持され、かつ、回転体７０と一体に回転することができる。

回転体７０は、固定用部材８０によってステアリングシャフト２２に固定されている。固定用部材８０の一例は、ステアリングシャフト２２の径方向に挿入されたスプリングピンである。回転体７０は、軸線Ｘ_０回りにステアリングシャフト２２と一体に回転することができる。このステアリングシャフト２２は、皿ばね等の弾性部材８１によって、カバー部材５０の支持座８２に向けて付勢されている。

電磁アクチュエータ７３は、鉄系金属等の磁性体からなるヨーク９０と、銅線からなるコイル９１とを含んでいる。コイル９１には、図示しない電源からの電力が制御部１８を介して供給される。ヨーク９０の外周面とケース２１の内周面との間に、シール材９２が設けられている。アーマチュア７４は、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ_０に沿う方向に移動可能である。このアーマチュア７４は、コイル９１に電力を供給したときに生じる磁力によってヨーク９０に向けて吸引される。アーマチュア７４がヨーク９０に向けて吸引されると、インナーディスク７１とアウターディスク７２とが互いに押付けられる。

ヨーク９０は、固定用部材５１によって、ケース２１に固定されている。ヨーク９０の一部にスプライン９５が形成されている。スプライン９５に、歯部９６が嵌合している。歯部９６はアウターディスク７２の外周部に形成されている。このためアウターディスク７２は、ケース２１に対して、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ_０方向に移動可能である。しかもこのアウターディスク７２は、ケース２１に対し回転しないようにヨーク９０に保持される。

アシストばね２４は、ケース２１のばね受け面３７とアーマチュア７４との間に、初期荷重を与えて撓ませた状態で配置されている。アシストばね２４の一例は、ばね材料からなるウェーブワッシャである。アシストばね２４が発生する反発荷重によって、アーマチュア７４がヨーク９０に向けて常時付勢されている。

電磁アクチュエータ７３は、コイル９１に電力が供給されているときのみ、アーマチュア７４を吸引する。言い換えると、電磁アクチュエータ７３が励磁されていないとき、インナーディスク７１とアウターディスク７２とは、アシストばね２４の反発荷重のみによってアーマチュア７４とヨーク９０との間に挟まれて摩擦力（制動力）を生じる。

一方、電磁アクチュエータ７３は、コイル９１に供給される電力の大きさに応じた磁力を発生することによって、アーマチュア７４を吸引する。このため電磁アクチュエータ７３が励磁されているときには、インナーディスク７１とアウターディスク７２は、アシストばね２４の反発荷重と、電磁アクチュエータ７３の吸引力とを合わせた力によってアーマチュア７４とヨーク９０との間に挟まれる。このため摩擦発生機構２３は、電磁アクチュエータ７３が励磁されているときに、比較的大きな摩擦力を生じる。しかも電磁アクチュエータ７３に供給する電力の大きさに応じて、摩擦発生機構２３の摩擦力を変えることができるため、舵輪１５の操舵力（抵抗力）を変化させることができる。

図５は、回転体７０の一部とインナーディスク７１の一部を示している。図５に示されるように、回転体７０のスプライン７５とインナーディスク７１の歯部７６との間には、回転体７０の回転方向に所定の隙間（遊び）Ｇが形成されている。この隙間Ｇによって、回転体７０とインナーディスク７１とが微小な角度θだけ相対的に回動することが許容される。

前記隙間Ｇによって回転体７０とインナーディスク７１とが相対的に回動できる角度θは、ヘルムセンサ２５が検出するステアリングシャフト２２の回転角度の分解能よりも大きい。つまりステアリングシャフト２２は、インナーディスク７１に対して、ヘルムセンサ２５の検出分解能を越える角度範囲（角度θ）内で回動自在となっている。

このため、インナーディスク７１とアウターディスク７２とが電磁アクチュエータ７３によって互いに固定（ロック）された状態において、ステアリングシャフト２２は、インナーディスク７１に対し、ヘルムセンサ２５の検出分解能を越える角度θの範囲で回動することができる。

図６は、インナーディスク７１に設けられた整列用部材１００を示している。整列用部材１００の一例は、ばね性を有するばね部材であり、各インナーディスク７１にわたって配置されている。この整列用部材１００は、各インナーディスク７１の歯部７６の位置が互いに揃うように、各インナーディスク７１の回転方向の位置を規制している。整列用部材１００を設けたことにより、振動等の外乱によって各インナーディスク７１の歯部７６の位置が回転方向にずれることを防止できる。しかも整列用部材１００がインナーディスク７１の回転方向に多少撓むことができる。このため回転体７０にトルクが入力したときに各インナーディスク７１の歯部７６の微小な位置ずれが吸収される。整列用部材１００によって、各インナーディスク７１の歯部７６を、スプライン７５に均等に当接させることができる。

制御部１８は、操船者が操作する調整用操作部１１０によって、コイル９１に供給する電力を変化させることができる。図７は、ヘルム部１６の計器盤等に配置された調整用操作部１１０を示している。この調整用操作部１１０は、フリクション調整部１１１と、遊び調整部１１２と、舵輪回転数設定部１１３とを含んでいる。

フリクション調整部１１１を操作すると、その操作量に応じて、制御部１８は電磁アクチュエータ７３に供給する電力を変化させる。すなわちこの制御部１８は、摩擦発生機構２３の摩擦力を変化させる手段として、電磁アクチュエータ７３に供給する電力を変化させるコンピュータプログラムを備えている。

例えば舵輪１５を操作する際の抵抗力（操舵力）を重くしたい場合に、フリクション調整部１１１を「摩擦大」側に操作する。そうすると、電磁アクチュエータ７３に供給される電力が大きくなる。これにより、電磁アクチュエータ７３の磁界が増大し、アーマチュア７４がさらに大きな力で吸引されることにより、摩擦発生機構２３のフリクションが増加する。よって、操舵力を重くすることができる。逆に、操舵力を軽くしたい場合には、フリクション調整部１１１を「摩擦小」側に操作することにより、電磁アクチュエータ７３に供給される電力が小さくなる。これにより、電磁アクチュエータ７３の磁界が減少し、摩擦発生機構２３のフリクションが減少することにより、操舵力が軽くなる。

万一、電磁アクチュエータ７３の電源トラブル等によって、電磁アクチュエータ７３が無通電状態に陥ったとしても、アシストばね２４によってアーマチュア７４がヨーク９０に向けて常時付勢される。このため電源トラブル時にも摩擦発生機構２３がある程度の摩擦力を発生することができ、舵輪１５が小さな力で回転し過ぎることによる急激な舵角変化を回避できるものである。

遊び調整部１１２が操作されると、制御部１８は、舵輪１５が操作されてから実際にアクチュエータ部１７が動作するまでの遊びを変化させるように、アクチュエータ部１７に対する信号の出力を制御する。この遊びが小さくなるほど、舵輪１５の動きに対してアクチュエータ部１７が敏感に作動するようになる。

またこの制御部１８は、舵輪回転数設定部１１３が操作されたときに、舵輪回転数を変化させる手段（コンピュータプログラム）を有している。ここで舵輪回転数とは、舵輪１５が中立位置から最大舵角まで回転してロックされるまでの舵輪の回転数を意味する。すなわち制御部１８と舵輪回転数設定部１１３には、舵輪１５が中立位置からロック状態となる間に回転できる舵輪回転数を設定可能なコンピュータプログラムが組込まれている。

例えば、舵輪回転数設定部１１３によって舵輪回転量を増やすと、船舶１０が高速で航行しているときなどにおいて、舵輪１５の操作角に対するアクチュエータ部１７の作動量が減る。このため高速時に進路が急に変わることを抑制できる。逆に、舵輪回転数設定部１１３によって舵輪回転数を小さくすると、船舶１０が低速で移動しているときに、舵輪１５の操作角に対するアクチュエータ部１７の作動量が増える。この場合、舵輪１５の操作角が小さくても大きく舵を切ることができる。

制御部１８は、例えばエンジン回転数などを検出するセンサからの信号に基いて、自動で電磁アクチュエータ７３を制御するような機能を有していてもよい。たとえば船舶１０が低速で移動しているときには、比較的小さな電力を電磁アクチュエータ７３に供給して操舵力を軽くする。そして船舶１０の速度が増すにつれて、電磁アクチュエータ７３に供給する電力を増加させることにより操舵力を増加する、といったコンピュータプログラムが組込まれていてもよい。

舵輪１５を面舵(starboard)側あるいは取り舵(port)側に、前記舵輪回転数までいっぱいに回転させると、制御部１８は電磁アクチュエータ７３に供給する電力を最大とする。これにより、電磁アクチュエータ７３の磁界が最大となり、インナーディスク７１とアウターディスク７２とが互いにロックされる。これにより、舵輪１５がロック状態となり、舵輪１５がそれ以上回転することが阻止される。すなわち制御部１８には、舵輪１５の中立位置からの回転量が予め設定された舵輪回転数に達した状態において、インナーディスク７１とアウターディスク７２とをロックさせる電力を電磁アクチュエータ７３に供給する手段（コンピュータプログラム）が組込まれている。

ステアリングシャフト２２を一方向に回転させることにより前記ロック状態になると、舵輪１５をそれ以上回転させることができなくなる。しかし舵輪１５を逆方向に回転させると、ステアリングシャフト２２は前記隙間（遊び）Ｇに基く角度θの範囲で動くことができる。この逆方向の回動、すなわちステアリングシャフト２２がロック状態から逆方向に戻されたことが、ヘルムセンサ２５によって検出される。このときのヘルムセンサ２５からの信号に基いて、制御部１８は摩擦発生機構２３のロックを解除する。このため舵輪１５は逆方向に回転することができる。

次に、操舵用のアクチュエータ部１７について説明する。
図８は、船外機１２の一部とアクチュエータ部１７を示している。船外機１２は、船体１１の後部壁１１ａにブラケット１３０によって支持されている。図９と図１０は、アクチュエータ部１７とブラケット１３０を上方から見た平面図である。

ブラケット１３０は、船体１１に固定された固定ブラケット部１３１ａ，１３１ｂと、移動ブラケット部１３３とを含んでいる。移動ブラケット部１３３は、固定ブラケット部１３１ａ，１３１ｂに対してチルト軸１３２を中心に上下方向に移動可能である。チルト軸１３２は、船外機１２をチルトアップさせる際の中心となる軸である。チルト軸１３２は船体１１の幅方向すなわち水平方向に延びている。

船外機１２は移動ブラケット部１３３に取付けられている。移動ブラケット部１３３は図示しない油圧アクチュエータ等のチルト駆動源によって、チルトダウン位置とチルトアップ位置とにわたって、上下方向に移動させることができる。すなわちこの船外機１２はチルトアップ機能を有している。

移動ブラケット部１３３には、船外機１２の操舵方向を変えるための操舵アーム１３５が設けられている。操舵アーム１３５は、移動ブラケット部１３３に設けられた旋回軸１３６（図９と図１０に示す）を中心に、左右方向に回動させることができる。操舵アーム１３５を左右方向に動かすことにより、船体１１に対して船外機１２を面舵(starboard)側あるいは取り舵(port)側に移動させることができる。

図９は、操舵アーム１３５が中立位置にあるときを示している。操舵アーム１３５が中立位置にあるとき、船外機１２は舵角ゼロの中立位置にあるため、船舶１０は直進する。図１０は操舵アーム１３５が面舵側に移動した状態を示している。図１０に２点鎖線で示すように、操舵アーム１３５を取り舵側に移動させることもできる。操舵アーム１３５の先端部付近には、例えば孔からなる受け部１３９が設けられている。

アクチュエータ部１７は、第１の支持アーム１４０と第２の支持アーム１４１とを含んでいる。第１の支持アーム１４０は、ナット等の締結具１４２によって、チルト軸１３２の一端に固定されている。第１の支持アーム１４０とチルト軸１３２との間に、皿ばね等のばね定数の大きな弾性部材１４３が配置されている。第２の支持アーム１４１は、ナット等の締結具１４４によってチルト軸１３２の他端に固定されている。第２の支持アーム１４１とチルト軸１３２との間に、皿ばね等のばね定数の大きな弾性部材１４５が配置されている。

アクチュエータ部１７は電動アクチュエータ１５０を備えている。この電動アクチュエータ１５０は、第１および第２の支持アーム１４０，１４１を介して、前記チルト軸１３２の両端部に固定されている。図１１は電動アクチュエータ１５０の断面を示している。電動アクチュエータ１５０は、船体１１の幅方向に延びる筒形のカバー部材１５１と、第１の電動モータ１５２と、第２の電動モータ１５３と、送りねじ１５４と、後述するナット部材１７０などを含んでいる。第１の電動モータ１５２は、カバー部材１５１の一端付近に取付けられている。第２の電動モータ１５３は、カバー部材１５１の他端付近に取付けられている。送りねじ１５４は、電動モータ１５２，１５３によって回転する。カバー部材１５１はチルト軸１３２と平行に設けられている。送りねじ１５４の軸線Ｘ１に沿ってスリット１５１ａが形成されている。

図１１に示すように第１の電動モータ１５２は、モータボディ１５５と、電力によって回転する回転体１５６とを有している。モータボディ１５５は、皿ばね等のばね定数の大きな弾性部材１５７を介して、ナット等の締結具１５８によって、第１の支持アーム１４０に固定されている。

第２の電動モータ１５３は、モータボディ１６０と、電力によって回転する回転体１６１とを有している。モータボディ１６０は、皿ばね等のばね定数の大きな弾性部材１６２を介して、ナット等の締結具１６３によって第２の支持アーム１４１に固定されている。これらの電動モータ１５２，１５３が互いに同期して同じ方向に回転することにより、送りねじ１５４の両端から送りねじ１５４にトルクを与えることができる。

第１の電動モータ１５２のモータボディ１５５と、第２の電動モータ１５３のモータボディ１６０との間に、４本の連結ロッド１６５が互いに平行に設けられている。これらの連結ロッド１６５は、カバー部材１５１の外側に位置し、送りねじ１５４の軸線Ｘ１（図１１に示す）に沿って延びている。これら連結ロッド１６５によって、第１の電動モータ１５２のモータボディ１５５と、第２の電動モータ１５３のモータボディ１６０が互いに結合されている。

カバー部材１５１の内側に送りねじ１５４が配置されている。送りねじ１５４はカバー部材１５１の長手方向に沿う軸線Ｘ１を有している。送りねじ１５４は、第１の電動モータ１５２と第２の電動モータ１５３の双方が発生するトルクによって、第１の方向Ｒ１あるいは第２の方向Ｒ２（図１１に示す）とに回転することができる。

カバー部材１５１の内部にナット部材１７０が収容されている。ナット部材１７０は、その内部に形成された螺旋形の循環路と、この循環路を循環する多数のボールとを有している。ナット部材１７０は前記ボールを介して、送りねじ１５４に回転自在に螺合している。送りねじ１５４がナット部材１７０に対して相対回転すると、送りねじ１５４の回転方向と回転量に応じて、ナット部材１７０が移動する。すなわちナット部材１７０は、カバー部材１５１の内部を、軸線Ｘ１に沿って第１の方向Ｆ１または第２の方向Ｆ２（図１１に示す）に往復移動する。送りねじ１５４とナット部材１７０とによって、ボールねじ機構が構成されている。

ナット部材１７０に駆動アーム１７１が設けられている。駆動アーム１７１は、カバー部材１５１に形成されたスリット１５１ａに沿って、ナット部材１７０と一体に第１の方向Ｆ１あるいは第２の方向Ｆ２に移動する。駆動アーム１７１に形成された長孔１７２に、例えばピンあるいはボルトからなる係合部材１７３が挿入されている。係合部材１７３は長孔１７２に沿って駆動アーム１７１の前後方向に移動することができる。

係合部材１７３は操舵アーム１３５の受け部１３９に接続されている。駆動アーム１７１が第１の方向Ｆ１または第２の方向Ｆ２に移動すると、係合部材１７３が駆動アーム１７１と同じ方向に移動することにより、操舵アーム１３５が面舵側または取り舵側に移動する。

カバー部材１５１の内側に、一対の保護ブーツ１８０，１８１が収容されている。保護ブーツ１８０，１８１は、合成樹脂あるいはゴムからなる。一方の保護ブーツ１８０は、第１の電動モータ１５２とナット部材１７０との間に設けられている。他方の保護ブーツ１８１は、第２の電動モータ１５３とナット部材１７０との間に設けられている。これら保護ブーツ１８０，１８１は蛇腹状に成形され、送りねじ１５４の軸線Ｘ１方向に伸縮自在である。保護ブーツ１８０，１８１は送りねじ１５４を覆っている。

本実施形態のアクチュエータ部１７は、操舵アーム１３５が中立位置にあることを検出するための中立位置検出センサ１９０と、操舵アーム１３５の舵角を検出するための舵角センサ１９１とを備えている。操舵アーム１３５が中立位置にあるときに、中立位置を示す信号が中立位置検出センサ１９０から制御部１８に出力される。

以下に操舵装置１３の作用について説明する。
舵輪１５を回転させると、その回転量（舵角）がヘルムセンサ２５によって検出され、舵角の方向と舵角量に関する電気信号が制御部１８に送られる。制御部１８は、ヘルムセンサ２５から制御部１８に出力された目標舵角と、舵角センサ１９１によって検出された船外機１２の実際の舵角とが一致するように、第１および第２の電動モータ１５２，１５３を回転させる。

第１および第２の電動モータ１５２，１５３が互いに同一の方向に回転することにより、送りねじ１５４の両端から、電動モータ１５２，１５３のトルクが送りねじ１５４に入力する。送りねじ１５４が回転すると、送りねじ１５４の回転量と回転方向に応じて、ナット部材１７０と駆動アーム１７１が、第１の方向Ｆ１または第２の方向Ｆ２（図１１に示す）に移動する。

駆動アーム１７１の位置すなわち操舵アーム１３５の舵角が舵角センサ１９１によって検出される。制御部１８は、中立位置検出センサ１９０によって検出される操舵アーム１３５の中立位置を舵角の基準位置として使用する。そして舵角センサ１９１によって検出される操舵アーム１３５の実際の舵角が、ヘルムセンサ２５から送られる目標舵角と一致するように電動モータ１５２，１５３を制御する。

例えば舵輪１５が面舵方向に操舵されると、第１および第２の電動モータ１５２，１５３が第１の方向Ｒ１（図１１に示す）に回転する。このため、駆動アーム１７１が第１の方向Ｆ１に移動する。そして舵角センサ１９１によって検出された舵角が目標舵角と一致したところで第１および第２の電動モータ１５２，１５３が停止し、駆動アーム１７１も停止する。このとき一方の保護ブーツ１８０は縮み、他方の保護ブーツ１８１は伸びる。

逆に、舵輪１５が取り舵方向に操舵されたときには、第１および第２の電動モータ１５２，１５３が第２の方向Ｒ２に回転する。このため、駆動アーム１７１が第２の方向Ｆ２（図１１に示す）に移動する。そして舵角センサ１９１によって検出された舵角が目標舵角と一致したところで第１および第２の電動モータ１５２，１５３が停止し、駆動アーム１７１も停止する。このとき一方の保護ブーツ１８０が延び、他方の保護ブーツ１８１が縮む。

本実施形態の操舵装置１３によれば、ヘルム装置２０に内蔵された摩擦発生機構２３の電磁アクチュエータ７３が制御部１８によって制御される。操船者が調整用操作部１１０を操作することにより、舵輪１５の操作力（抵抗力）や遊びを調整したり、舵輪回転数を調整したりすることができる。また、制御部１８に入力される各種センサからの信号に基いて電磁アクチュエータ７３が制御されるため、操船状況に適した状態となるようにヘルム部１６を自動調整することができる。

しかも電磁アクチュエータ７３の電源トラブルによる無通電時には、アシストばね２４によって舵輪１５の回転に抵抗を与えることができる。このため舵輪１５が予期せずに急に軽くなることによる問題も回避できる。

本実施形態のヘルム装置２０は、電源スイッチ１９がオフになると、船外機１２の向きとは無関係に舵輪１５が自由に回転できるようになる。このため電源オフ時には、船外機１２の向きと舵輪１５の舵位置とが対応しない。そこで制御部１８は、図１２に示す電源投入時の処理を実行するコンピュータプログラムと、図１３に示す電源投入後の処理を実行するコンピュータプログラムとを含んでいる。まず図１２を参照して、電源投入時の処理について説明する。

図１２中のステップＳ１において、電源スイッチ１９をオン操作すると、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、舵角センサ１９１によって、操舵アーム１３５の舵位置すなわち「アクチュエータ舵位置」が検出される。そののちステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、ヘルムセンサ２５によって、舵輪１５の回転角すなわち「ヘルム回転角」が検出される。ステップＳ４では、前記「ヘルム回転角」と、予め回転数設定部１１３によって設定された「舵輪回転数設定値」とに基いて、「ヘルム舵位置」が算出される。

ステップＳ５において、前記「ヘルム舵位置」と前記「アクチュエータ舵位置」とが一致したか否かが判断される。「ヘルム舵位置」と「アクチュエータ舵位置」とが一致した場合、ステップＳ６に進む。「ヘルム舵位置」と「アクチュエータ舵位置」とが一致しない場合には、舵輪１５を回転させることにより、ステップＳ５に戻る。舵輪１５が回転する途中で「ヘルム舵位置」と「アクチュエータ舵位置」とが一致するため、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、「ヘルム舵位置」を制御部１８のＣＰＵ（central processing unit）に送信する。

本実施形態では、以上説明した電源投入時の処理を実行することにより、電源スイッチ１９がオン操作されたときに、舵輪１５の位置（ヘルム舵位置）と船外機１２の向き（アクチュエータ舵位置）とを対応させることができる。電源投入時の処理が終了したのち、図１３に示す電源オン後の通常処理に移行する。

次に、図１３に示す電源オン後の処理（通常処理）について説明する。
図１３中のステップＳ１０において、舵角センサ１９１によって、操舵アーム１３５の舵位置すなわち「アクチュエータ舵位置」が検出される。そののちステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ヘルムセンサ２５によって、舵輪１５の回転角すなわち「ヘルム回転角」が検出される。ステップＳ１２では、前記「ヘルム回転角」と、予め回転数設定部１１３によって設定された「舵輪回転数設定値」とに基いて、「ヘルム舵位置」が算出される。

ステップＳ１３において、前記「ヘルム舵位置」と前記「アクチュエータ舵位置」とが一致したか否かが判断される。「ヘルム舵位置」と「アクチュエータ舵位置」とが一致しなければ、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１３において「ヘルム舵位置」と「アクチュエータ舵位置」とが一致すれば、実際の舵角が目標舵角と一致しているため、電動モータ１５２，１５３を停止させ、終了となる。

ステップＳ１４では、アクチュエータ部１７の電動モータ１５２，１５３を回転させたのち、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、電動モータ１５２，１５３に供給される駆動電流が正常の範囲を越えているか否かが判断される。駆動電流が正常の範囲内であれば、ステップＳ１３に戻る。

アクチュエータ部１７に何らかのトラブルが生じ、電動モータ１５２，１５３が正常に回転しないと、駆動電流が正常時よりも大きくなる。そこでステップＳ１５において、駆動電流が正常の範囲を越えていると判断された場合には、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、ヘルム装置２０の電磁アクチュエータ７３に供給する電流を大きくすることにより、摩擦発生機構２３の摩擦力を正常時よりも大きくする。これにより、舵輪１５を回転させるのに要する力が増加するため、操船者はアクチュエータ部１７に何らかのトラブルが生じていることを認識でき、必要な対策を講じることができる。

ステップＳ１７では、電動モータ１５２，１５３の駆動電流を抑制することにより、電動モータ１５２，１５３に過剰な電流が流れることを回避する。これにより、電動モータ１５２，１５３を保護することができる。

図１４と図１５は、本発明の第２の実施形態に係るヘルム装置２０Ａを示している。図１５は、ヘルム装置２０Ａの一部を拡大した断面図である。以下にこのヘルム装置２０Ａについて説明する。なお、このヘルム装置２０Ａについて、第１の実施形態のヘルム装置２０（図１〜図７）と共通の部位には第１の実施形態のヘルム装置２０と共通の符号を付してある。

ヘルム装置２０Ａのケース２１は、第１ケース部材２１ａと第２ケース部材２１ｂとによって構成されている。第２ケース部材２１ｂは、固定用部材５１ａによって第１ケース部材２１ａに固定されている。第２ケース部材２１ｂの内側にカバー部材５０が挿入されている。カバー部材５０は固定用部材５１ｂによって第２ケース部材２１ｂに固定されている。カバー部材５０に形成された凹部２００に、ヘルムセンサ２５を有する回路基板５２が収容されている。回路基板５２は、固定用部材５３によってカバー部材５０に固定されている。回路基板５２には、配線部材２０５（図１４に一部を示す）が電気的に導通している。

ケース２１の内側に位置するステアリングシャフト２２の端部付近に、例えば皿ばね等からなる弾性部材２１０が配置されている。ステアリングシャフト２２は、この弾性部材２１０によって、ケース２１から突き出る方向（図１４に矢印Ｈで示す方向）に付勢されている。弾性部材２１０は、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ_０方向に入力する荷重を受けたときに撓むため、軸線Ｘ_０方向の振動等を吸収する機能も兼ねている。

ケース２１の内側に位置するステアリングシャフト２２の端部に、ホルダ部材２２０が設けられている。ホルダ部材２２０は、カバー部材５０の中央部に形成された凹部２２１に挿入されている。このホルダ部材２２０は、支持座８２によってステアリングシャフト２２の軸線Ｘ_０回りに回転自在に支持されている。ホルダ部材２２０は、ケース２１に対して軸線Ｘ_０回りに相対回転自在である。

ホルダ部材２２０の端面に被検出部材の一例であるマグネット３１が設けられている。マグネット３１はステアリングシャフト２２の軸線Ｘ_０の延長線上に位置している。回路基板５２にヘルムセンサ２５が配置されている。ヘルムセンサ２５は、マグネット３１の磁気によってステアリングシャフト２２の回転位置を検出する素子５５を備えている。

ホルダ部材２２０に、ピン等からなるロッド状の接続部材２２５が設けられている。この接続部材２２５は、ホルダ部材２２０の径方向に延びている。ステアリングシャフト２２とホルダ部材２２０とは、接続部材２２５によって互いに接続されている。ホルダ部材２２０は、ステアリングシャフト２２と共に回転可能である。しかもこのホルダ部材２２０は、ステアリングシャフト２２に対して軸線Ｘ_０方向に相対移動することができる。

ステアリングシャフト２２の端部に、軸線Ｘ_０に沿う孔２３０が形成されている。この孔２３０に、例えば圧縮コイルばねからなるばね部材２３１が収容されている。ばね部材２３１は、孔２３０の奥壁と接続部材２２５との間に圧縮された状態で設けられている。ホルダ部材２２０は、ばね部材２３１によって、ヘルムセンサ２５に向けて付勢されている。

このためホルダ部材２２０は、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ_０方向の位置にかかわらず、ヘルムセンサ２５に対して軸線Ｘ_０方向の位置が常に一定となるように保持される。よって、ステアリングシャフト２２の位置が軸線Ｘ_０方向にずれても、被検出部材（マグネット３１）からヘルムセンサ２５までの距離Ｉ（図１５に示す）を一定に保つことができ、ヘルムセンサ２５は常時安定した信号を出力することができる。

図１４に示されるように、ケース２１の端面２４０が船体側のヘルム取付壁２４１に当接した状態で支持されている。このヘルム装置２０Ａは、ヘルム取付壁２４１に向かって突出する複数本の取付用ボルト２４２と、ボルト２４２に螺合するナット部材２４３によって、ヘルム取付壁２４１に固定される。取付用ボルト２４２はケース２１に設けられている。取付用ボルト２４２は、ケース２１の端面２４０から船体側の領域Ｓ（図１４に示す）に突出している。取付用ボルト２４２は、ヘルム取付壁２４１に形成された第１の貫通孔２５０に挿入されている。

ケース２１の端面２４０がヘルム取付壁２４１に当接している。端面２４０とヘルム取付壁２４１との間に防水パッキン等を設けてもよい。ヘルム取付壁２４１の内側から取付用ボルト２４２にナット部材２４３を螺合させる。ナット部材２４３を締付けることにより、ヘルム装置２０Ａがヘルム取付壁２４１に固定される。ヘルム取付壁２４１には、配線部材２０５を通すための第２の貫通孔２５１が形成されている。

このヘルム装置２０Ａは、回路基板５２に実装された各種電気回路部品がケース２１の内側の凹部２００に収容されている。言い換えると、ケース２１の端面２４０からヘルム取付壁２４１に向かって突出する部材は、配線部材２０５と取付用ボルト２４２のみである。このためヘルム取付壁２４１に開ける孔は、取付用ボルト２４２を通すための小さな貫通孔２５０と、配線部材２０５を通すための小さな貫通孔２５１で足りる。このためヘルム取付壁２４１に形成する貫通孔２５０，２５１は、従来の油圧式ヘルム装置を取付けるためにヘルム取付壁に形成されていた大径な孔と比べて小さくてすみ、貫通孔２５０，２５１のための機械加工等が簡単となる。

以上説明したヘルム装置２０Ａの上記以外の構成と作用は、第１の実施形態のヘルム装置２０（図１〜図７）と共通であるため、両者に共通の部位に共通の符号を付して説明を省略する。

図１６は、本発明の第３の実施形態に係る操舵装置を備えた船舶１０Ａを示している。船外機１２の向きを変える駆動源であるアクチュエータ部１７は、第１の実施形態のアクチュエータ部１７と同様に構成されている。この船舶１０Ａは、第１のヘルム部１６ａを含む第１の制御系と、第２のヘルム部１６ｂを含む第２の制御系とを備えている。第１のヘルム部１６ａに、第１のヘルム装置２０ａと、第１のリモートコントロール式機関制御装置３００ａと、第１の切換スイッチ３０１ａとが配置されている。第２のヘルム部１６ｂには、第２のヘルム装置２０ｂと、第２のリモートコントロール式機関制御装置３００ｂと、第２の切換スイッチ３０１ｂが配置されている。

第１のヘルム装置２０ａと第２のヘルム装置２０ｂは、それぞれ前記ヘルム装置２０Ａと同様に構成されている。第１の切換スイッチ３０１ａをオンにすると、第１のヘルム装置２０ａと第１の機関制御装置３００ａの信号が制御部１８に入力されるようになる。つまり第１の制御系が有効となる。第１の制御系が有効になると、第１のヘルム装置２０ａによるアクチュエータ部１７の制御と、第１の機関制御装置３００ａによる船外機１２の機関制御（シフト操作とスロットル制御）がなされる。

第２の切換スイッチ３０１ｂをオンにすると、第２のヘルム装置２０ｂと第２の機関制御装置３００ｂの信号が制御部１８に入力されるようになる。つまり第２の制御系に切換わる。第２の制御系が有効になると、第２のヘルム装置２０ｂによるアクチュエータ部１７の制御と、第２の機関制御装置３００ｂによる船外機１２の機関制御（シフト操作とスロットル制御）がなされる。

このように本実施形態の船舶１０Ａの操舵装置によれば、第１および第２の制御系のうち、操船者が使用する制御系が有効となるように切換スイッチ３０１ａ，３０１ｂによって切換えることができる。それ以外の構成について、この船舶１０Ａの操舵装置は、第１および第２の実施形態の船舶１０の操舵装置１３と共通であるため、第１および第２の実施形態と共通の部位に共通の符号を付して説明を省略する。

本発明の操舵装置は、船外機を有する様々な形態の船舶に適用することができる。また本発明を実施するに当たり、ヘルム装置のケースやステアリングシャフト、摩擦発生機構、アシストばね、ヘルムセンサ、インナーディスク、アウターディスク、電磁アクチュエータ、制御部をはじめとして、操舵装置を構成する各部材の構成や配置などを種々に変更して実施できることは言うまでもない。

１２…船外機
１３…操舵装置
２０，２０Ａ…ヘルム装置
２１…ケース
２２…ステアリングシャフト
２３…摩擦発生機構
２４…アシストばね
２５…ヘルムセンサ
７０…回転体
７１…インナーディスク
７２…アウターディスク
７３…電磁アクチュエータ
７４…アーマチュア
１１０…調整用操作部
１５２，１５３…電動モータ

Claims (12)

1. ヘルム装置(20)を有する船外機の操舵装置(13)であって、
   前記ヘルム装置(20)は、
   ケース(21)と、
   前記ケース(21)に回転自在に設けられ、舵輪(15)によって回転するステアリングシャフト(22)と、
   前記ステアリングシャフト(22)の回転を検出するヘルムセンサ(25)と、
   前記ケース(21)内に収容された摩擦発生機構(23)とを有し、
   前記摩擦発生機構(23)は、
   前記ステアリングシャフト(22)と共に回転するインナーディスク(71)と、
   前記インナーディスク(71)と対向して配置されたアウターディスク(72)と、
   電磁アクチュエータ(73)と、
   前記電磁アクチュエータ(73)に電力が供給されると前記インナーディスク(71)とアウターディスク(72)とを互いに押付ける方向に移動するアーマチュア(74)と、
   前記インナーディスク(71)とアウターディスク(72)とを互いに押付ける方向に前記アーマチュア(74)を付勢するアシストばね(24)とを具備している。
2. 請求項１に記載の操舵装置において、
   前記電磁アクチュエータ(73)を制御する制御部(18)を有し、
   前記制御部(18)は、前記電磁アクチュエータ(73)に供給する電力を変化させることによって前記摩擦発生機構(23)の前記インナーディスク(71)とアウターディスク(72)との間に生じる摩擦力を変化させる手段を有する。
3. 請求項２に記載の操舵装置において、
   前記摩擦発生機構(23)の前記摩擦力を設定可能な調整用操作部(110)を有する。
4. 請求項２に記載の操舵装置において、
   前記制御部(18)は、前記舵輪(15)の中立位置からの回転数が予め設定された回転数に達したときに前記インナーディスク(71)とアウターディスク(72)とをロック状態にする電力を前記電磁アクチュエータ(73)に供給する手段を有する。
5. 請求項４に記載の操舵装置において、
   前記舵輪(15)が前記中立位置から前記ロック状態となる間に回転できる舵輪回転数を設定可能な調整用操作部(110)を有する。
6. 請求項４に記載の操舵装置において、
   前記ステアリングシャフト(22)と共に回転する回転体(70)と、
   前記回転体(70)に形成されたスプライン(75)と、
   前記インナーディスク(71)に形成され、前記スプライン(75)に係合する歯部(76)と、
   前記スプライン(75)と前記歯部(76)との間に規定された隙間(G)であって、前記インナーディスク(71)とアウターディスク(72)とが前記ロック状態にあるとき前記ステアリングシャフト(22)が前記インナーディスク(71)に対して前記ヘルムセンサ(25)の角度検出の分解能を越える角度以上に相対回動することを許容する隙間(G)とを有する。
7. 請求項６に記載の操舵装置において、
   前記インナーディスク(71)が前記ステアリングシャフト(22)の軸線(X_０)方向に複数枚配置され、さらに、
   各インナーディスク(71)の前記歯部(76)の位置を互いに揃えるための整列用部材(100)を有する。
8. 請求項１に記載の操舵装置において、
   前記ステアリングシャフト(22)の端部に設けられ、前記ステアリングシャフト(22)の軸線(X_０)方向に移動自在なホルダ部材(220)と、
   前記ホルダ部材(220)に設けられた被検出部材(31)と、
   前記ステアリングシャフト(22)に設けたばね部材(231)であって、前記ホルダ部材(220)を前記ヘルムセンサ(25)に向けて付勢することにより前記被検出部材(31)から前記ヘルムセンサ(25)までの距離を一定に保つばね部材(231)とを有する。
9. 請求項１に記載の操舵装置において、
   前記ケース(21)に収容された回路基板(52)と、
   前記ケース(21)に形成され、船体側のヘルム取付壁(241)に支持される端面(240)と、
   前記ヘルム取付壁(241)に形成された第１および第２の貫通孔(250)(251)と、
   前記ケース(21)の前記端面(240)から前記ヘルム取付壁(241)に向かって突出しかつ前記第１の貫通孔(250)に挿入される取付用ボルト(242)と、
   前記回路基板(52)に電気的に接続されかつ前記第２の貫通孔(251)に挿入される配線部材(205)とを有する。
10. 請求項１に記載の操舵装置において、
    操舵用のアクチュエータ部(17)と制御部(18)と電源スイッチ(19)とをさらに有し、
    前記制御部(18)は、
    前記電源スイッチ(19)がオン操作されたときに前記アクチュエータ部(17)の舵位置を検出する手段(S2)と、
    前記ヘルムセンサ(25)によって検出されたヘルム回転角と予め設定された舵輪回転数設定値とに基いてヘルム舵位置を算出する手段(S4)と、
    前記ヘルム舵位置と前記アクチュエータ部(17)の前記舵位置とが一致したか否かを判定する手段(S5)と、
    前記ヘルム舵位置と前記アクチュエータ部(17)の前記舵位置とが一致したとき前記ヘルム舵位置を該制御部(18)のＣＰＵに送信する手段(S6)とを有する。
11. 請求項１０に記載の操舵装置において、
    前記制御部(18)は、
    前記ヘルム舵位置と前記アクチュエータ部(17)の前記舵位置とが一致しないとき前記アクチュエータ部(17)に駆動電流を供給する手段(S14)と、
    前記駆動電流が正常の範囲を越えたか否かを判断する手段(S15)と、
    前記駆動電流が正常の範囲を越えたときに前記摩擦発生機構(23)の摩擦力を増大させる手段(S16)とを有する。
12. 請求項１に記載の操舵装置において、
    操舵用のアクチュエータ部(17)と、
    第１のヘルム装置(20a)および第１の機関制御装置(300a)および第１の切換スイッチ(301a)が配置された第１のヘルム部(16a)と、
    第２のヘルム装置(20b)および第２の機関制御装置(300b)および第２の切換スイッチ(301b)が配置された第２のヘルム部(16b)と、
    前記第１の切換スイッチ(301a)がオン操作されると前記第１のヘルム装置(20a)および前記第１の機関制御装置(300a)による制御を有効とし、前記第２の切換スイッチ(301b)がオン操作されると前記第２のヘルム装置(20b)および前記第２の機関制御装置(300b)による制御を有効とする切換手段とを有する。

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