JP5285562B2 - 小型船舶用パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
この一例として、船室の計器等を取付けるインパネにハンドルを回転自在に支持するとともに、ハンドルのハンドル軸にパワーステアリング装置と油圧ポンプ装置を直列に取付け、アシスト出力で油圧ポンプ装置を駆動して油圧を発生し、この油圧により船外機を回動させて操舵するものがある(特許文献1参照)。
このパワーステアリング装置は、電動モータにより駆動されるウォームギヤと、これに噛み合ってハンドル軸を回転させるウォームホイールとを備えた電動アシスト装置であり、ハンドルに手動で加えられるトルクをトルクセンサで検出し、この検出値に基づいて適切なアシスト力を加えるように電動モータを制御している。
油圧ポンプ装置はヘルムポンプであり、斜板式アキシャルピストンポンプとして構成され、電動アシスト装置の出力に応じた油圧を発生するようになっている。
さらに、ハンドルはインパネに対する傾斜角度を調節自在にするチルト機構を備えたものが公知である(特許文献2参照)。
本願は、この要望の実現を目的とする。
船体後部に水平方向へ回動可能に配置された舵取り手段と、
この舵取り手段を油圧駆動するため運転席のハンドル操作で油圧を発生するポンプ装置と、
ハンドル操作による操舵トルクにアシスト力を加える電動アシスト装置とを備えた、小型船舶用パワーステアリング装置において、
前記電動アシスト装置(26)と前記ポンプ装置(27)は並列に配置され、
前記電動アシスト装置の出力軸(33)と、前記ポンプ装置の駆動軸(46)が平行し、
前記電動アシスト装置の回転出力を前記ポンプ装置の駆動軸へ伝動機構(34)を介して
伝達するとともに、
前記ポンプ装置は斜板式アキシャルピストンポンプであり、
前記伝動機構は前記電動アシスト装置の回転出力を前記ポンプ装置へ増速で伝達することを特徴とする。
また、請求項5の発明のように、変速手段を設ければ、操舵力の伝達比率を広範囲に変化させることができ、好みのレスポンス性が得られるように自由に調整でき、快適な走行を実現できる。
図1は本願発明の適用された動力付小型ボートの平面図である。以下の説明において、前後・左右・上下とは、船体の直進時状態を基準とし、進行方向を前方、進行方向に向かって左右を左右方向とする。
船体の中央には船室1が設けられ、その底部は船底2になっている。船室1の前部にはインパネ3が設けられ、ここにチルト機構4を介してハンドル5が回転自在に、かつ傾斜角度を調節自在に支持されている。ハンドル5は輪状のステアリングホイールである。ハンドル5及びインパネ3の近傍かつ後方で、船室1の右前方位置は運転席になっている。ハンドル5の位置は比較的低く、その結果、運転席も低い位置に設けられ、低重心化を実現している。
ハンドル5はそのボス20がインパネ3の上面へチルト機構4を介して取付けられている。チルト機構4はハンドル5の中心から下方へ延びるハンドル軸21と操舵油圧発生ユニット6に接続するジョイント軸22とをボールジョイント23で連結することにより、ハンドル5の中心線Cがインパネ3に対して左右方向の水平軸線Lの回りに紙面の表裏方向へ傾動自在であり、ハンドル5のインパネ3に対する傾斜角度を運転者の好みに応じて調節自在になっている。
操舵油圧発生ユニット6は電動アシスト装置26とヘルムポンプ27とを並列配置して共通ベース28上に一体化したものであり、電動アシスト装置26の入力部が入力軸25になっている。ヘルムポンプ27は公知の斜板式アキシャルピストンポンプである。
なお、プロペラ18が一つだけの単軸形式の場合は、船体がプロペラ18の回転方向へまがる傾向を有するため、予め右回転と左回転で発生するアシスト力に差がでるようにプログラムしておくこともできる。
ボール43は外周部の球面部が球面受部42bへ摺動自在に支持されるとともに、中心部には、ハンドル軸21の下端部が嵌合し、ボール43及びソケット42と共に、中心線Cと直交する水平軸線Lに沿うチルト軸45により連結一体化され、中心線Cの軸回りへ一体回転可能かつチルト軸45の回りにボール43及びハンドル軸21が回動自在になっている。
図4は操舵油圧発生ユニット6の外観斜視図、図5は側面図、図6は底面図、図7は中心線Cに沿う縦断面図(但し、ヘルムポンプ27、ポンプ軸46、ボルト93は非断面で表示してある。)、図8はトルクセンサ部分を詳細に説明する拡大図である。
図4及び7に明らかなように、操舵油圧発生ユニット6は入力軸25の軸線であるアシスト装置中心軸線C1とヘルムポンプ27における回転軸であるポンプ軸46の軸線であるポンプ中心軸線C2が平行するよう並列配置されて一体化されたユニットであり、ジョイント軸22へ加えられたハンドル5の手動入力トルクを電動アシスト装置26のアシスト力で増力した操舵力とし、これに対応する油圧をヘルムポンプ27の上部に設けられた吐出口47R又は47Lから吐出するようになっている。
なお、ポンプ軸46は出力軸33と平行である。出力軸33は入力軸25及びジョイント軸22と同軸であり、入力軸25及び出力軸33のアシスト装置中心軸線C1はハンドル5の中心線Cと一致する。
このギヤ機構の変速比(駆動ギヤ50のギヤ数/従動ギヤ51のギヤ数)は1より大きく、出力軸33の回転出力を増速してポンプ軸46へ伝達する。なお、変速比は1より大きな増速できるものであれば、その比は任意に設定できる。
そのうえ、伝動機構34をギヤ機構としてギヤ列で構成したので、ポンプ装置へ操舵力を正確かつ迅速に伝達できる。
そのうえ、ポンプ軸46と電動アシスト装置の出力軸33とを平行に配置したので、各軸を連結する伝動機構34の構造が簡単になる。
また、電動アシスト装置26の出力軸33を挟んで電動モータ32とヘルムポンプ27を左右に配置したので、電動アシスト装置26の上部を出力軸33の上方でインパネ3に支持させたとき、左右の重量バランスをとりやすくなり、パワーステアリング装置をインパネに安定して吊り下げ支持できる。
そのうえ、操舵油圧発生ユニット6は全体がユニット化しているため、電動アシスト装置26をアッパーホルダ35及びロアホルダ36を介してインパネ3に支持させることでユニット全体の支持ができる。
図7及び8に示すように、入力軸25は中空軸であり、その軸穴内にトーションバー60が長手方向を軸方向と一致させて配置されている。トーションバー60の上端部60aはピン61により入力軸25の上端部と一体化されている。入力軸25の上端部はセレーションによりジョイント24と結合一体化され、軸回りに一体回転する。
上端部33aは入力軸25の下端部外周へ外嵌し、相対的に回動可能になっている。このため、ハンドル5へ加えられた手動操舵力と出力軸33のヘルムポンプ27側から加わる負荷との間にトルク差が生じ、入力軸25と出力軸33は相対回転してトーションバー60が捩れる。そこでこの捩れ量をトルクセンサ30が検出することにより、必要なトルクを検出することができる。
ウォームホイール65及びウォームギヤ66を収容するギヤケース67は、ベアリング68,69で出力軸33の外周に支持される。
また、トルクリング53はコイルスプリング58により上方へ移動付勢され、トルクピン56は、螺旋溝54の中央に位置している(中立時)。
そこで、トルクリング53はコイルスプリング58に抗して軸方向下方へ移動する。この移動量はトーションバー60の捩れ量に比例するため、コイル30a及び30bにおける電圧変化でコア52の移動量を検出し、これをトルク量に換算することで操舵トルクを検出できる。
なお、トルクセンサ30は必ずしもこの例のようなものでなくてもよく、要は、トルクセンサ30の検出部と入力軸25及び出力軸33側とが非接触になっていれば足り、公知の磁気式センサや光学式センサ等が適宜利用できる。
そのうえ、入力軸25を支持する電動アシスト装置26の上へトルクセンサ30を固定することで、トルクセンサ30と入力軸25間の位置関係を一定にできる。
しかも、入力軸25と出力軸33が同軸上に位置し、それぞれベアリング68、69を介してギヤケース67へ支持されるとともに、トルクセンサ30のベアリング64を、ギヤケース67のベアリング68及び69の上方に位置させたので、トルクセンサ30を入力軸25の最も振れの少ない部位に配置することができる。
また、筒状のロアホルダ36の内部へトルクセンサ30を配置したので、ロアホルダ36によってトルクセンサ30をガードできる。
なお、ギヤケース67には、ボス36b及びボス62がそれぞれ略120°間隔で設けられている。
ヘルムポンプ27のポンプケース80の中心を上下方向に配置されるポンプ軸46は、底部80aを貫通して下方へ突出するとともに、ポンプケース80内では外周部にロータ81が一体回転可能に一体化されている。ロータ81の下方にはアキシャルピストン82が下方へ突出するように付勢され、斜板83の上に設けられたベアリングであるシュー84の表面へ摺接している。また、シュー84は、斜板83に沿って傾斜している。
なお、このとき通し穴92を円弧状又は放射状の長穴にすれば、取付位置の異なる種々のヘルムポンプ27を単一の共通ベース28へ取付けできる。
このとき、共通ベース28上に予め多数のボス94を円周方向の間隔や径方向距離を異にして設けておけば、取付位置の異なる各種の電動アシスト装置26を単一の共通ベース28へ取付けできる。
また、共通ベース28は上方を電動アシスト装置26とヘルムポンプ27の支持空間とし、下方を伝動機構34の配置空間とすることにより、上下の空間を機能別に仕切ることができ、下方の空間に伝動機構34を効率よく収容できる。
また、変速比を種々に設定することも容易になる。
そのうえ、チェーンやベルトの長さを調整するため、任意数のアイドラーを設けることは自由にできる。
また、中間ギヤを設けた多段のギヤ列にすれば、変速比(増速比)を大きくしてしかも装置全体をコンパクト化できる。
さらに、ギヤ機構に遊星歯車機構を採用すれば、遊星歯車機構の入力側に電動アシスト装置26の出力軸33を接続し、遊星歯車機構の出力側にヘルムポンプ27のポンプ軸46を接続することで、操舵力を変速してヘルムポンプ27へ伝達できるとともに電動アシスト装置26及びヘルムポンプ27を直列にしてユニット化することができる。
さらに、チェーン駆動やベルト駆動においても変速比を可変とする変速機構を採用できる。チェーン駆動の場合は、大小にサイズの異なるスプロケットを多段に設け、スプロケットを選択してチェーンを巻き掛けるようにする。
ベルト駆動の場合は、公知のVプーリーを設け、V溝の幅を変化させることにより無断変速が可能になる。
このように変速機構を設けると、変速比(増速比)を自由に変更して、操舵力の伝達比率を広範囲に変化させることができ、好みのレスポンス性が得られるように調整でき、快適な走行を実現できる。
Claims (5)
- 船体後部に水平方向へ回動可能に配置された舵取り手段と、
この舵取り手段を油圧駆動するため運転席のハンドル操作で油圧を発生するポンプ装置と、
ハンドル操作による操舵トルクにアシスト力を加える電動アシスト装置とを備えた、小型船舶用パワーステアリング装置において、
前記電動アシスト装置(26)と前記ポンプ装置(27)は並列に配置され、
前記電動アシスト装置の出力軸(33)と、前記ポンプ装置の駆動軸(46)が平行し、
前記電動アシスト装置の回転出力を前記ポンプ装置の駆動軸へ伝動機構(34)を介して伝達するとともに、
前記ポンプ装置は斜板式アキシャルピストンポンプであり、
前記伝動機構は前記電動アシスト装置の回転出力を前記ポンプ装置へ増速で伝達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。 - 前記伝動機構はギヤ列で構成されていることを特徴とする請求項1に記載した小型船舶用パワーステアリング装置。
- 前記伝動機構は一対のスプロケットと、これらのスプロケット間に巻き掛けられる伝動部材であるチェーンとで構成されていることを特徴とする請求項1に記載した小型船舶用パワーステアリング装置。
- 前記伝動機構は一対のプーリーと、これらのプーリー間に巻き掛けられる伝動部材である無端ベルトとで構成されていることを特徴とする請求項1に記載した小型船舶用パワーステアリング装置。
- 前記伝動機構は、前記伝動機構に変速比を可変とする変速機構を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載した小型船舶用パワーステアリング装置。
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