JP5916582B2 - 舵取機及びこれを備えた船舶 - Google Patents

Description

本発明は、舵取機及びこれを備えた船舶に関する。

従来から、船舶の舵を動作する舵取機として、ラプソンスライド型の舵取機等の油圧式の舵取機が知られている。油圧式の舵取機は、舵に連結される舵軸に大きな回転力を与えることができる利点があるものの、電動モータ等を用いて電力を油圧に変換するため、エネルギー効率が悪化するという欠点がある。また、油圧式の舵取機は、作動油が外部に漏れだして海洋汚染を引き起こす可能性がある。

以上のような油圧式の舵取機の問題点を鑑みて、油圧式とは異なる他の方式の舵取機が提案されている。
例えば、特許文献１には、船舶の舵軸に固定された旋回輪に設けられた歯車を、電動機に取り付けられたピニオンを介して回転させる舵取機が開示されている。

特開２００７−８１８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された舵取機には、例えば以下のような問題がある。
舵軸に対して十分なトルクを伝達するために、旋回輪に設けられた歯車の回転数に対する電動機に取り付けられたピニオンの回転数の比（減速比）を十分に大きくする必要がある。しかしながら、減速比を大きくするには、旋回輪に設けられた歯車の歯数をピニオンの歯数よりも十分に多くする必要がある。そうすると、旋回輪に設ける歯車が大型化し、その結果、舵取機全体が大型化してしまうという問題がある。

また、特許文献１に開示された舵取機は、電動機のピニオンと旋回輪に設けられた歯車とで１段の減速を行うので、複数段の減速を行う場合に比べ、電動機の駆動軸に大きな力（反力）がかかる。そのため、駆動軸を十分に太くしたり、電動機を収納するケースの強度を高める等の対策が必要となる。更に、電動機が設置される座台にも大きな力がかかるため、座台の補強も必要となる。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、小型であり、かつ高い減速比で舵を駆動する舵取機及びこれを備えた船舶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、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係る舵取機は、船舶の舵を該舵に連結された舵軸を介して駆動する舵取機であって、前記舵軸の端部に固定された舵軸歯車と、前記舵軸と同一軸線を有して設けられるとともに船体側に固定された固定軸の端部に固定された固定軸歯車と、前記固定軸の周りに回転可能に設置され、外周にキャリア歯車が設けられたキャリアと、前記キャリア歯車に駆動力を伝達し該キャリアを前記固定軸の周りに回転させる駆動歯車と、前記駆動歯車を駆動する駆動源とを備え、前記キャリアが、複数の遊星軸を有し、前記複数の遊星軸の各々が、前記固定軸歯車とかみ合う第１遊星歯車と、前記舵軸歯車とかみ合う第２遊星歯車を回転自在に支持し、前記第２遊星歯車がかみ合う前記舵軸歯車のかみ合いピッチ円直径と、前記第１遊星歯車がかみ合う前記固定軸歯車のかみ合いピッチ円直径とが異なることを特徴とする。

本発明に係る舵取機は、舵軸の端部に固定された舵軸歯車と、舵軸と同一軸線を有して設けられるとともに船体側に固定された固定軸の端部に固定された固定軸歯車と、固定軸の周りに回転可能に設置され、外周にキャリア歯車が設けられたキャリアと、キャリア歯車に駆動力を伝達しキャリアを固定軸の周りに回転させる駆動歯車と、駆動歯車を駆動する駆動源とを備える。また、キャリアが、複数の遊星軸を有し、複数の遊星軸の各々が、固定軸歯車とかみ合う第１遊星歯車と、舵軸歯車とかみ合う第２遊星歯車を回転自在に支持する。さらに、第２遊星歯車がかみ合う舵軸歯車のかみ合いピッチ円直径と、第１遊星歯車がかみ合う固定軸歯車のかみ合いピッチ円直径とが異なる。

本発明に係る舵取機によれば、駆動源の駆動力が駆動歯車からキャリア歯車に伝達され、キャリアが有する複数の遊星軸により支持される第２遊星歯車から舵軸歯車に駆動力が伝達される。このように駆動源の駆動力を２段階で舵軸に伝達する構成にすることで、各歯車が小型化される、その結果、舵取機が小型化される。また、第２遊星歯車がかみ合う舵軸歯車のかみ合いピッチ円直径と第１遊星歯車がかみ合う固定軸歯車のかみ合いピッチ円直径とが異なるので、キャリアが固定軸周りに回転するのに応じて固定軸に対して舵軸が相対的に回転する。このように、駆動源が２段階の歯車を介して舵軸に駆動力を伝達するとともに、舵軸が固定軸に対して相対的に回転するので、高い減速比で舵を駆動する舵取機を提供することができる。

また、本発明の第１態様の舵取機は、前記舵軸歯車、前記固定軸歯車、前記第１遊星歯車、及び前記第２遊星歯車のモジュールが等しく、前記固定軸歯車と前記第１遊星歯車の歯数の合計が、前記舵軸歯車と前記第２遊星歯車の歯数の合計と等しいことを特徴とする。このようにすることで、モジュールが等しい歯車を用いる際に、第１遊星歯車と第２遊星歯車とを同一の遊星軸により適切に支持することができる。

また、本発明の第２態様の舵取機は、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の歯数が等しく、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の転位量が異なることを特徴とする。このようにすることで、第１遊星歯車と第２遊星歯車の歯数を等しくしつつ、固定軸歯車と舵軸歯車の歯数を異ならせることができる。

本発明の第２態様の舵取機においては、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車が一体成形されているようにしてもよい。一体成形された歯車に、固定軸歯車にかみ合う部分と舵軸歯車にかみ合う部分の転位量を異ならせる加工を施すことで、第１遊星歯車と第２遊星歯車として機能させることができる。

また、本発明の第３態様の舵取機は、前記駆動源を複数備え、前記複数の駆動源の各々が、前記駆動歯車を介して前記キャリア歯車に駆動力を伝達することを特徴とする。このようにすることで、キャリアに伝達される駆動力が増強されるとともに、ある駆動源が故障した場合であっても他の駆動源を用いてキャリアに駆動力を伝達することができる。

また、本発明の第４態様の舵取機は、前記舵軸歯車と前記固定軸歯車の間に配置され、前記舵軸の軸方向の荷重を支持する軸受パッドを備えることを特徴とする。このようにすることで、舵軸の軸方向の荷重が適切に支持されるとともに、舵軸の軸方向の荷重を他の構造により支持する場合に比べて、舵取機を小型化することができる。

また、本発明の第５態様の舵取機は、前記舵軸と前記固定軸の間に配置され、前記舵軸を回転可能に支持するジャーナル軸受を備えることを特徴とする。このようにすることで、舵軸の軸方向に直交する半径方向に加わる荷重を適切に支持することを可能にした舵取機を提供することができる。

また、本発明の第６態様の舵取機は、前記駆動源が前記固定軸が設置される座台に設置されていることを特徴とする。このようにすることで、固定軸が設置される座台に駆動源を設置し、駆動源の駆動力を適切にキャリアに伝達することができる。

また、本発明の第７態様の舵取機は、前記舵軸歯車、前記固定軸歯車、前記キャリアを外部から保護する保護カバーを備え、前記駆動源が前記保護カバーの上部に設置されるとともに、前記駆動歯車を駆動する駆動軸が該保護カバーの上部から下方に向けて突出しており、前記キャリア歯車が前記キャリアの上部に配置されており、前記駆動軸により駆動される前記駆動歯車とかみ合うことを特徴とする。

このようにすることで、キャリアを外部から保護する保護カバー上部に駆動源が設置されるので、駆動源を固定軸が設置される座台に設置する場合に比べ、固定軸の長さを短くすることができる。

また、本発明の第８態様の舵取機は、前記キャリアが、前記舵軸歯車の上方に配置されたフランジ部を有し、前記舵軸歯車と前記フランジ部の間に配置され、前記キャリアの荷重を支持するスラスト軸受を備えることを特徴とする。このようにすることで、キャリアの荷重を、舵軸歯車とフランジ部の間に配置されたスラスト軸受で適切に支持することができる。

また、本発明に係る船舶は、前述した舵取機を備えることを特徴とする。

本発明によれば、小型であり、かつ高い減速比で舵を駆動する舵取機及びこれを備えた船舶を提供することができる。

第１実施形態の舵取機の部分縦断面図である。 図１に示される舵取機のＡ−Ａ矢視横断面図である。 図１に示される舵取機のＢ−Ｂ矢視横断面図である。 第１実施形態の舵軸歯車と第２遊星歯車の部分拡大図である。 第１実施形態の固定軸歯車と第１遊星歯車の部分拡大図である。 第２実施形態の舵取機の部分縦断面図である。 歯車の転位量を示す図であり、（ａ）がマイナス転位を示し（ｂ）がプラス転位を示す。 第３実施形態の舵取機の部分縦断面図である。 第４実施形態の舵取機の部分縦断面図である。 第５実施形態の舵取機の部分縦断面図である。 第６実施形態の舵取機の部分縦断面図である。 第７実施形態の舵取機の舵軸歯車を示す平面図である。 第８実施形態の舵取機の舵軸歯車を示す平面図である。

〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態の舵取機１００について、図１および図２を用いて説明する。図１は、第１実施形態の舵取機１００の部分縦断面図である。また、図２は、図１に示される舵取機１００のＡ−Ａ矢視横断面図である。

本実施形態にかかる舵取機１００は、図１に示されるように、船舶の舵（不図示）を、舵に連結された舵軸１を介して駆動する装置である。舵取機１００は、舵軸１と、舵軸歯車２と、固定軸３と、固定軸歯車４と、キャリア５と、駆動装置６とを備える。また、本実施形態に係る船舶は、内燃機関（不図示）により駆動されるスクリューにより推進力を得て推進するものである。そして、本実施形態に係る船舶には、舵取機１００が船体に固定されており、舵取機１００により舵を操作することにより、船舶の進行方向を任意に制御することができる。

舵軸１は、鉛直方向の中心軸Ｃに沿って配置される円筒状の部材であり、下端部には舵が連結されている。また、舵軸１の上端部には舵軸歯車２が固定されている。舵軸歯車２は、例えば、ボルト等により舵軸１と締結されており、舵軸歯車２が回転すると舵軸歯車２に固定された舵軸１も回転する。従って、舵軸歯車２が回転することにより、舵軸１に連結された舵が中心軸Ｃを中心に回転する。舵軸１には、舵軸１の直径よりも径の大きいフランジ部１ａが設けられており、舵軸１と一体となって回転する。

次に、舵軸１の自重を支持する舵軸支持機構１８について説明する。舵軸支持機構１８は、舵軸受１５と、支持軸１６と、座台１７とを備える。
支持軸１６は、舵軸１と同一軸線を有して設けられる筒状の部材であり、下端部は船体側である座台１７に対してボルト等の締結部材により固定されている。また、支持軸１６の上面とフランジ部１ａの下面の間には、舵軸１の軸方向の荷重を支持する舵軸受１５が配置されている。舵軸受１５は、支持軸１６の上面の外周端部に固定されており、フランジ部１ａの下面と接している。舵軸１の荷重は、舵軸受１５を介して船体側の座台に固定された支持軸１６に伝達される。

固定軸３は、舵軸１と同一軸線を有して設けられる筒状の部材であり、下端部は、船体側である座台７に対してボルト等の締結部材により固定されている。また、固定軸３の上端部には、固定軸歯車４がボルト等の締結部材により固定されている。固定軸３の内周の径は、舵軸１の外周の径よりも大きい。

固定軸３の外面には、キャリア５の荷重を支持するキャリア軸受８の内輪内面が、圧入状態で嵌合している。また、固定軸３の外面には、環状部材９の内面が圧入状態で嵌合しており、環状部材９はキャリア軸受８の下方に配置されている。環状部材９の下端は座台７により支持されており、環状部材９の上端はキャリア軸受８の内輪下面と接している。

キャリア軸受８の外輪外面は、キャリア５に設けられた段部５ａに圧入状態で嵌合している。キャリア軸受８は、転がり軸受であり、前述したように、内輪内面が固定軸３の外面に圧入状態で嵌合している。従って、キャリア５は、固定軸３の周りに回転可能に設置されている。

キャリア軸受８の外輪上面には、段部５ａを介してキャリア５の荷重がかかっている。キャリア軸受８の外輪上面にかかったキャリア５の荷重は、キャリア軸受８の内輪下面を介して環状部材９に伝達される。このように、キャリア軸受８は、キャリア５の荷重を支持するとともに、キャリア５を固定軸３の周りに回転可能に設置するという機能を備える。

キャリア５は、中心軸Ｃ方向の断面形状が円形の部材であり、固定軸３の周りに回転可能に設置されている。キャリア５は、段部５ａの半径方向外方の外周面に、キャリア歯車５ｂが設けられている。キャリア歯車５ｂは、キャリア５の外周面を加工することにより設けられたものである。

キャリア歯車５ｂには駆動源６ａに駆動軸６ｂを介して連結されている駆動歯車６ｃがかみ合っている。駆動源６ａは、電動モータと減速機により構成され、駆動軸６ｂを介して駆動歯車６ｃを回転させる。駆動歯車６ｃは、キャリア歯車５ｂに駆動力を伝達しキャリア５を固定軸３の周りに回転させる。駆動源６ａは、駆動歯車６ｃを駆動してキャリア歯車５ｂに駆動力を伝達する。駆動源６ａは、固定軸３が設置される座台７に設置されている。

キャリア５は、４本の遊星軸３０ａ,３０ｂ,３０ｃ（不図示）,３０ｄ（不図示）を有する。図１は舵取機１００の部分縦断面図であるため、遊星軸３０ａと遊星軸３０ｂが示されている。遊星軸３０ａは、上端と下端がそれぞれキャリア５に固定されている軸状部材である。遊星軸３０ａには、内輪が圧入状態で嵌合した２つの転がり軸受（不図示）が設置されており、遊星歯車１０ａ及び遊星歯車２０ａが２つの転がり軸受の外輪に圧入状態で嵌合している。このようにして、遊星軸３０ａが、固定軸歯車４とかみ合う遊星歯車１０ａ（第１遊星歯車）と、舵軸歯車２とかみ合う遊星歯車２０ａ（第２遊星歯車）を回転自在に支持している。

同様に、遊星軸３０ｂは、遊星歯車１０ｂと遊星歯車２０ｂを回転自在に支持している。同様に、遊星軸３０ｃは、遊星歯車１０ｃ（不図示）と遊星歯車２０ｃ（不図示）を回転自在に支持している。同様に、遊星軸３０ｄは、遊星歯車１０ｄ（不図示）と遊星歯車２０ｄ（不図示）を回転自在に支持している。遊星歯車１０ａ〜１０ｄ（第１遊星歯車）は固定軸歯車４とかみ合っており、遊星歯車２０ａ〜２０ｄ（第２遊星歯車）は舵軸歯車２とかみ合っている。

図２は、図１に示される舵取機１００のＡ−Ａ矢視横断面図である。図２に示されるように、遊星歯車２０ａ〜２０ｄは、舵軸歯車２の円周方向の４箇所に、それぞれ９０°ずつの間隔を空けて、舵軸歯車２とかみ合うように配置されている。遊星歯車２０（遊星歯車２０ａ〜２０ｄの総称）は、キャリア５が固定軸３の周りを回転するのに従い、それぞれ９０°ずつの間隔を維持したまま固定軸３に対して回転する。

図３は、図１に示される舵取機１００のＢ−Ｂ矢視横断面図である。図３に示されるように、遊星歯車１０ａ〜１０ｄは、固定軸歯車４の円周方向の４箇所に、それぞれ９０°ずつの間隔を空けて、固定軸歯車４とかみ合うように配置されている。遊星歯車１０（遊星歯車１０ａ〜１０ｄの総称）は、キャリア５が固定軸３の周りを回転するのに従い、それぞれ９０°ずつの間隔を維持したまま固定軸３に対して回転する。

ここで、本実施形態において駆動歯車６ｃから舵軸歯車２に伝達される駆動力の速度比（減速比）について説明する。以下の説明においては、固定軸歯車４が遊星歯車１０にかみ合う場合の、固定軸歯車４のモジュールと遊星歯車１０のモジュールが等しいものとする。また、舵軸歯車２が遊星歯車２０にかみ合う場合の、舵軸歯車２のモジュールと遊星歯車２０のモジュールが等しいものとする。ここで、モジュールとは、ピッチ円直径を歯数で除した値のことをいう。

本実施形態に係る舵取機１００は、以下の条件式を満たしている。
ｉ_０＝（Ｚｂ・Ｚｄ）／（Ｚａ・Ｚｄ） （１）
ｉ_１＝（１−ｉ_０）／ｉ_０ （２）
ｉ_２＝Ｚｆ／Ｚｅ （３）
ｉ_３＝ｉ_１・ｉ_２ （４）
Ｚａ＋Ｚｂ＝Ｚｃ＋Ｚｄ （５）
Ｚａ≠Ｚｄ （６）
Ｚｂ≠Ｚｃ （７）
ここで、Ｚａ：固定軸歯車４の歯数、Ｚｂ：遊星歯車１０の歯数、Ｚｃ：遊星歯車２０の歯数、Ｚｄ：舵軸歯車２の歯数、Ｚｅ：駆動歯車６ｃの歯数、Ｚｆ：キャリア歯車５ｂの歯数、ｉ_１：キャリア５と舵軸１の速度比（減速比）、ｉ_２：駆動歯車６ｃとキャリア５の速度比（減速比）、ｉ_３：駆動歯車６ｃと舵軸１の速度比（減速比）である。

以上の条件式から明らかなように、駆動歯車６ｃと舵軸１の減速比は、固定軸歯車４の歯数Ｚａ、遊星歯車１０の歯数Ｚｂ、遊星歯車２０の歯数Ｚｃ、舵軸歯車２の歯数Ｚｄ、駆動歯車６ｃの歯数Ｚｅ、キャリア歯車５ｂの歯数Ｚｆにより定まる。
なお、遊星歯車１０の歯数は、それぞれ同一であり、Ｚｂはその同一の歯数をいう。また、遊星歯車２０の歯数は、それぞれ同一であり、Ｚｃはその同一の歯数をいう。

条件式（５）は、舵軸１と固定軸３が同一軸線を有して設けられ、遊星歯車１０と遊星歯車２０が遊星軸３０（遊星軸３０ａ〜３０ｄの総称）に支持されることを可能にする条件である。このような条件を満たすようにすることで、舵軸１と遊星軸３０の軸間距離と、固定軸３と遊星軸３０の軸間距離を等しくすることができる。

条件式（６）及び（７）は、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１を相対的に回転させるための条件である。条件式（６）及び（７）が共に満たされない場合、固定軸歯車４の歯数Ｚａと舵軸歯車２の歯数Ｚｄが等しく、かつ、遊星歯車１０の歯数Ｚｂと遊星歯車２０の歯数Ｚｃが等しくなる。この場合、遊星歯車２０は舵軸歯車２の周りを周方向に回転するものの、舵軸歯車２は固定軸歯車４に対して相対的に回転することはなく静止したままとなる。条件式（６）及び（７）を満たすようにすることで、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１を相対的に回転させることができる。

以上においては、固定軸歯車４が遊星歯車１０にかみ合う場合の、固定軸歯車４のモジュールと遊星歯車１０のモジュールが等しいものとして説明した。また、舵軸歯車２が遊星歯車２０にかみ合う場合の、舵軸歯車２のモジュールと遊星歯車２０のモジュールが等しいものとして説明した。しかしながら、本実施形態は、これらのモジュールが異なる場合であっても適用可能である。この場合の舵取機１００は、前述した条件式（５）〜（７）の代わりに以下の条件式（８）〜（１０）を満たすものとなる。

ｒ_１＋ｒ_２＝ｒ_４＋ｒ_５ （８）
ｒ_１≠ｒ_３ （９）
ｒ_２≠ｒ_４ （１０）
ここで、図４及び図５に示されるように、ｒ_１：舵軸歯車２の中心Ｏ_１からかみ合い点Ｐ_１の距離、ｒ_２：遊星歯車２０（遊星歯車２０ａ）の中心Ｏ_２からかみ合い点Ｐ_１の距離、ｒ_３：固定軸歯車４の中心Ｏ_３からかみ合い点Ｐ_２の距離、ｒ_４：遊星歯車１０（遊星歯車１０ａ）の中心Ｏ_４からかみ合い点Ｐ_２の距離である。

ｒ_１の２倍の距離である２ｒ_１が舵軸歯車２のかみ合いピッチ円直径であり、ｒ_３の２倍の距離である２ｒ_３が固定軸歯車４のかみ合いピッチ円直径である。また、ｒ_２の２倍の距離である２ｒ_２が遊星歯車２０のかみ合いピッチ円直径であり、ｒ_４の２倍の距離である２ｒ_４が遊星歯車１０のかみ合いピッチ円直径である。

条件式（８）は、舵軸１と固定軸３が同一軸線を有して設けられ、遊星歯車１０と遊星歯車２０が遊星軸３０に支持されることを可能にする条件である。このような条件を満たすようにすることで、舵軸１と遊星軸３０の軸間距離と、固定軸３と遊星軸３０の軸間距離を等しくすることができる。

条件式（９）は、遊星歯車２０がかみ合う舵軸歯車２のかみ合いピッチ円直径２ｒ_１と、遊星歯車１０がかみ合う固定軸歯車４のかみ合いピッチ円直径２ｒ_３とが異なることを示す条件式である。また、条件式（１０）は、舵軸歯車２がかみ合う遊星歯車２０のかみ合いピッチ円直径２ｒ_２と、固定軸歯車４がかみ合う遊星歯車１０のかみ合いピッチ円直径２ｒ_４とが異なることを示す条件式である。

条件式（９）及び（１０）は、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１を相対的に回転させるための条件である。条件式（９）及び（１０）が共に満たされない場合、舵軸歯車２の中心Ｏ_１からかみ合い点Ｐ_１の距離ｒ_１と固定軸歯車４の中心Ｏ_３からかみ合い点Ｐ_２の距離ｒ_３が等しく、遊星歯車２０の中心Ｏ_２からかみ合い点Ｐ_１の距離ｒ_２と遊星歯車１０ａの中心Ｏ_４からかみ合い点Ｐ_２の距離ｒ_４が等しくなる。この場合、遊星歯車２０は舵軸歯車２の周りを周方向に回転するものの、舵軸歯車２は固定軸歯車４に対して相対的に回転することはなく静止したままとなる。条件式（９）及び（１０）を満たすようにすることで、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１を相対的に回転させることができる。

このように本実施形態係る舵取機１００によれば、駆動源６ａによる駆動力が駆動歯車６ｃからキャリア歯車５ｂに伝達され、キャリア５が有する複数の遊星軸３０により支持される遊星歯車２０から舵軸歯車２に駆動力が更に伝達される。このように駆動源６ａの駆動力を２段階で舵軸１に伝達する構成にすることで、各歯車が小型化される、その結果、舵取機１００が小型化される。また、遊星歯車２０がかみ合う舵軸歯車２のかみ合いピッチ円直径２ｒ_１と遊星歯車１０がかみ合う固定軸歯車４のかみ合いピッチ円直径２ｒ_３とが異なるので、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１が相対的に回転する。このように、駆動源６ａが２段階の歯車を介して舵軸１に駆動力を伝達するとともに、舵軸１が固定軸３に対して相対的に回転するので、高い減速比で舵を駆動する舵取機１００を提供することができる。

また、本実施形態の舵取機１００においては、舵軸歯車２、固定軸歯車４、遊星歯車１０、及び遊星歯車２０のモジュールが等しく、固定軸歯車４と遊星歯車１０の歯数の合計が、舵軸歯車２と遊星歯車２０の歯数の合計と等しい。このようにすることで、モジュールが等しい歯車を用いる際に、遊星歯車１０と遊星歯車２０とを同一の遊星軸３０により適切に支持することができる。

また、本実施形態の舵取機１００は、舵軸歯車２と固定軸歯車４の間に配置され、舵軸１の軸方向の荷重を支持する軸受パッド４０を備える。このようにすることで、舵軸１の軸方向の荷重が適切に支持されるとともに、舵軸１の軸方向の荷重を他の構造により支持する場合に比べて、舵取機１００を小型化することができる。

また、本実施形態の舵取機１００は、固定軸３が設置される座台７に駆動源６ａが設置されている。このようにすることで、固定軸３が設置される座台７に駆動源６ａを設置し、駆動源６ａの駆動力を適切にキャリア５に伝達することができる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態の舵取機２００について、図６を用いて説明する。図６は、第２実施形態の舵取機２００の部分縦断面図である。
第１実施形態は、遊星歯車１０と、遊星歯車２０とを、それぞれ独立した歯車としたものである。それに対して、第２実施形態は、遊星軸３０に一体成形された単一の遊星歯車を配置し、遊星歯車の軸方向における歯車の転位量を異ならせたものである。
なお、第２実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、他の構成は第１実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。また、図６には、第１実施形態の舵軸支持機構１８が示されていないが、第１実施形態と同様の舵軸支持機構１８が備わっているものとする。

図６に示されるように、遊星軸３０ａ,３０ｂにより支持される遊星歯車１１ａ,１１ｂは、一体成形された単一の部材であり、一定の歯数の歯車である。一方で、舵軸歯車２と固定軸歯車４は、第１実施形態と同様に歯数が異なる。
同一軸線を有した舵軸歯車２と固定軸歯車４の歯数が異なるので、それぞれの歯車がかみ合う相手が標準的な歯車であれば、遊星軸３０ａ,３０ｂに配置された遊星歯車１１ａ,１１ｂとのかみ合いが成立しないこととなる。そこで、本実施形態では、成形する際に、舵軸歯車２とかみ合う位置の転位量と、固定軸歯車４とかみ合う位置の転位量を異ならせた遊星歯車１１ａ,１１ｂを用いている。

ここで、図７を用いて転位量について説明する。転位とは、標準歯車よりも歯車の歯厚や歯形を変形させることをいう。図７（ａ）に示すマイナス転位とは、標準歯車よりも歯車の歯厚を薄くし、歯面を歯車の中心方向に後退させることをいう。また、図７（ｂ）に示すプラス転位とは、標準歯車よりも歯車の歯厚を厚くし、歯面を歯車の中心方向から遠ざかる方向に前進させることをいう。

例えば、固定軸歯車４の歯数が舵軸歯車２の歯数よりも多い場合、舵軸歯車２とかみ合う位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂをプラス転位された遊星歯車（第２遊星歯車）とし、固定軸歯車４とかみ合う位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂをマイナス転位された遊星歯車（第１遊星歯車）とする。この場合、マイナス転位された位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂとプラス転位された位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂの歯数が等しく、マイナス転位された位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂとプラス転位された位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂの標準歯車に対する転位量が異なったものとなる。

このようにすれば、プラス転位された位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂ（第２遊星歯車）がかみ合う舵軸歯車２のかみ合いピッチ円直径２ｒ_１とマイナス転位された位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂ（第１遊星歯車）がかみ合う固定軸歯車４のかみ合いピッチ円直径２ｒ_３とが異なるので、キャリア５が固定軸３周りに回転するのに応じて固定軸３に対して舵軸１が相対的に回転する。

以上の説明においては、舵軸歯車２とかみ合う位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂをプラス転位された遊星歯車（第２遊星歯車）とし、固定軸歯車４とかみ合う位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂをマイナス転位された遊星歯車（第１遊星歯車）としたが、他の態様であっても良い。
例えば、第１実施形態の条件式（８）〜（１０）を満たすようにすれば、舵軸歯車２と固定軸歯車４の形状に合わせて、種々の転位量の遊星歯車１１ａ,１１ｂを採用しても良い。転位量は、一方をプラス転位とし、他方をマイナス転位するものだけに限られず、双方をプラス転位あるいはマイナス転位としても良い。双方をプラス転位あるいはマイナス転位とする場合は、舵軸歯車２とかみ合う位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂと固定軸歯車４とかみ合う位置の遊星歯車１１ａ,１１ｂの転位量を異ならせるようにすればよい。

このように本実施形態係る舵取機２００によれば、遊星歯車の歯数が等しく、遊星歯車において転位量の異なる部分（第１遊星歯車と第２遊星歯車）がある。このようにすることで、転位量の異なる部分を備える遊星歯車の歯数を等しくしつつ、固定軸歯車と舵軸歯車の歯数を異ならせることができる。
また、遊星軸３０に配置される遊星歯車を単一の部材とすることで、軸方向の高さを低く抑えて、舵取機２００を小型化することができる。また、第２実施形態においては、第１実施形態と異なり、キャリア歯車５ｂをキャリア５の外周面に設けたので、駆動源をキャリア５の下方に設置する第１実施形態に比べ、軸方向の高さを低く抑えて、舵取機２００を小型化することができる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態の舵取機３００について、図８を用いて説明する。図８は、第３実施形態の舵取機３００の部分縦断面図である。
第１実施形態は、キャリア歯車５ｂに駆動力を伝達する駆動装置として単一の駆動装置を設けたものであった。それに対して第２実施形態は、キャリア歯車５ｂに駆動力を伝達する駆動装置として複数の駆動装置を設けたものである。
なお、第３実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、他の構成は第１実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。

図８に示されるように、キャリア歯車５ｂには駆動源６ａに駆動軸６ｂを介して連結されている駆動歯車６ｃがかみ合っている。駆動源６ａは、電動モータと減速機により構成され、駆動軸６ｂを介して駆動歯車６ｃを回転させる。駆動歯車６ｃは、キャリア歯車５ｂに駆動力を伝達しキャリア５を固定軸３の周りに回転させる。駆動源６ａは、駆動歯車６ｃを駆動してキャリア歯車５ｂに駆動力を伝達する。駆動源６ａは、固定軸３が設置される座台７に設置されている。

同様に、キャリア歯車５ｂには駆動源６０ａに駆動軸６０ｂを介して連結されている駆動歯車６０ｃがかみ合っている。駆動源６０ａは、電動モータと減速機により構成され、駆動軸６０ｂを介して駆動歯車６０ｃを回転させる。駆動歯車６０ｃは、キャリア歯車５ｂに駆動力を伝達しキャリア５を固定軸３の周りに回転させる。駆動源６０ａは、駆動歯車６０ｃを駆動してキャリア歯車５ｂに駆動力を伝達する。駆動源６０ａは、固定軸３が設置される座台７に設置されている。

このように本実施形態に係る舵取機３００は、駆動源を複数備え、複数の駆動源６ａ,６０ａの各々が、駆動歯車６ｃ,６０ｃを介してキャリア歯車５ｂに駆動力を伝達する。このようにすることで、キャリア５に伝達される駆動力が増強されるとともに、ある駆動源が故障した場合であっても他の駆動源によりキャリア５に駆動力を伝達することができる。

〔第４実施形態〕
次に、第４実施形態の舵取機４００について、図９を用いて説明する。図９は、第４実施形態の舵取機４００の部分縦断面図である。
第３実施形態の舵取機３００は、舵軸１の自重を支持する舵軸支持機構１８を備えるものであった。それに対して第４実施形態の舵取機４００は、舵軸１の自重を支持するための軸受パッド４０を備えるものである。
なお、第４実施形態は、第３実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、他の構成は第３実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。

第４実施形態の舵取機４００は、舵軸１の自重を支持するための第３実施形態の舵軸支持機構１８を備えない。その代わりに、舵軸１の自重を支持するための軸受パッド４０を備える。軸受パッド４０は、舵軸１の軸方向の荷重を支持するものであり、舵軸歯車２と固定軸歯車４の間に配置されている。軸受パッド４０は、固定軸歯車４の外周端部の上面に固定されており、舵軸歯車２の外周端部の下面と接している。

このように、第４実施形態の舵取機４００は、舵軸歯車２と固定軸歯車４の間に軸受パッド４０を配置することで、第３実施形態のように舵軸支持機構１８を設けなくても適切に舵軸１の自重を支持することができる。

〔第５実施形態〕
次に、第５実施形態の舵取機５００について、図１０を用いて説明する。図１０は、第５実施形態の舵取機５００の部分縦断面図である。
第５実施形態は第４実施形態の変形例であり、舵軸１と固定軸３の間に、舵軸１を回転可能に支持するジャーナル軸受５０を設けた点が異なる。
ジャーナル軸受５０を設けることで、舵軸１の軸方向に直交する半径方向に加わる荷重を適切に支持することが可能となる。

〔第６実施形態〕
次に、第６実施形態の舵取機６００について、図１１を用いて説明する。図１１は、第６実施形態の舵取機６００の部分縦断面図である。
第３実施形態は、複数の駆動源を座台に設置してキャリア歯車を駆動するものであった。それに対して、第６実施形態は、キャリア５を外部から保護する保護カバーを設け、保護カバーの上部に複数の駆動源を設置したものである。
なお、第６実施形態は、第３実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、他の構成は第３実施形態及び第１実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。

図１１に示されるように、第６実施形態の舵取機６００は、キャリア５を外部から保護する保護カバー７０を備えている。また、駆動源６ａを含む駆動装置６は、保護カバー７０の上部に設置されるとともに、駆動歯車６ｃを駆動する駆動軸６ｂが保護カバー７０の上部から下方に向けて突出している。同様に、駆動源６０ａを含む駆動装置６０は、保護カバー７０の上部に設置されるとともに、駆動歯車６０ｃを駆動する駆動軸６０ｂが保護カバー７０の上部から下方に向けて突出している。本実施形態のキャリア５において、キャリア歯車５ｂは、キャリア５の上部に配置されており、駆動軸６ｂ,６０ｂにより駆動される駆動歯車６ｃ,６０ｃとかみ合っている。

このように、本実施形態に係る舵取機６００は、舵軸歯車２、固定軸歯車４、キャリア５を外部から保護する保護カバー７０を備え、駆動源が保護カバー７０の上部に設置されるとともに、駆動歯車を駆動する駆動軸が保護カバー７０の上部から下方に向けて突出しており、キャリア歯車５ｂがキャリア５の上部に配置されており、駆動軸６ｂ,６０ｂにより駆動される駆動歯車６ｃ,６０ｃとかみ合う。

このようにすることで、キャリア５を外部から保護する保護カバー７０上部に駆動源６ａ,６０ａが設置されるので、駆動源６ａ,６０ａを固定軸３が設置される座台７に設置する場合に比べ、固定軸３の長さを短くすることができる。

〔第７実施形態〕
次に、第７実施形態の舵取機７００について、図１２を用いて説明する。図１２は、第７実施形態の舵取機７００の部分縦断面図である。
第７実施形態は、第６実施形態の変形例であり、キャリア５の上部にフランジ部５ｃが設けられており、舵軸歯車２とフランジ部５ｃの間にスラスト軸受８０が配置されている点が異なる。
なお、第７実施形態は、第６実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、他の構成は第６実施形態及び第１実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。

図１２に示されるように、第７実施形態の舵取機７００では、舵軸歯車２の上方にキャリア５に含まれるフランジ部５ｃが配置されている。また、舵取機７００は、舵軸歯車２とフランジ部５ｃの間に配置され、キャリア５の荷重を支持するスラスト軸受８０を備える。このようにすることで、キャリア５の荷重を、舵軸歯車２とフランジ部５ｃの間に配置されたスラスト軸受８０で適切に支持することができる。

〔第８実施形態〕
次に、第８実施形態の舵取機の舵軸歯車について、図１３を用いて説明する。
第８実施形態は、第１実施形態の変形例であり、舵軸歯車に、舵に外力が加わった場合の安全機構が備わっている点に特徴がある。
図１３に示されるように、第８実施形態の舵軸歯車２は、中心軸Ｃから半径方向外側に設けられた舵軸歯車部２ａと半径方向内側に設けられた円板状の舵軸連結部２ｂと、舵軸歯車部２ａと舵軸連結部２ｂを連結する複数の連結ピン２ｃにより構成されている。

舵軸連結部２ｂは、舵軸１と連結される部材であり、舵軸１に連結される舵に、海底や岩礁に衝突した場合等の外力が加わった場合に舵軸１を介して外力が伝達される部材である。そして、舵軸連結部２ｂに外力が伝達された場合、予め定められた許容範囲の外力であれば舵軸歯車部２ａと舵軸連結部２ｂを連結する複数の連結ピン２ｃは連結されたままとなる。一方、予め定められた許容範囲を超える外力が舵に加えられた場合、複数の連結ピン２ｃが破断し、舵軸歯車部２ａと舵軸連結部２ｂとの連結が断たれる。このようにすることで、予め定められた許容範囲を超える外力が舵に加えられた場合、舵軸歯車２が損傷するものの、舵取機の他の部分に損傷を与えないようにすることができる。つまり、予め定められた許容範囲を超える外力が舵に加えられた場合、その外力による衝撃により舵取機全体が損傷してしまうことを防ぐことができる。

なお、舵軸連結部２ｂの半径は、固定軸歯車の内周の半径Ｌよりも長いものとする。このようにすることで、舵軸歯車部２ａと舵軸連結部２ｂとの連結が断たれた場合であっても、舵軸連結部２ｂが固定軸歯車４の上部に残留するので、舵軸１が下方に落下してしまうことを防止することができる。

〔他の実施形態〕
以上説明した実施形態において、駆動源を電動モータとし、電動モータの回転数を検知するセンサを設けるようにしてもよい。この場合、センサの検出値が入力される制御部を更に設けるようにし、制御部が入力されたセンサの検出値に基づいて、舵角を制御するようにする。このようにすることで、舵角の制御を精度良く実行することができる。
また、第５実施形態及び第６実施形態に示したように、舵取機にキャリアを保護する保護カバーを設ける場合、保護カバー内部に潤滑油を充填するようにしてもよい。この場合、潤滑油とは、グリースを歯車に塗布する方法、歯車全体を浸漬する方法、給油ポンプ等から直接的に給油する方法等、種々の方法を採用することができる。
また、保護カバーを設けない実施形態おいては、駆動源の故障等の際に操作者が自らの操作で舵を操作できるようにするため、キャリア５の外部にレバーを設ける望ましい。このようにすることで、駆動源の故障等があっても、舵を操作することができる。
また、舵に予め定められた許容範囲の外力が加わった場合に、駆動装置が備える駆動軸あるいは駆動軸と駆動歯車の連結部分が破断するように、それらの部分の強度を設定するようにしてもよい。このようにすることで、舵に予め定められた許容範囲の外力が加わった場合に、駆動源や駆動源が備える減速機が損傷してしまうことを適切に防止することができる。

１ 舵軸
１ａ フランジ部
２ 舵軸歯車
３ 固定軸
４ 固定軸歯車
５ キャリア
５ｂ キャリア歯車
６，６０ 駆動装置
６ａ，６０ａ 駆動源
６ｂ，６０ｂ 駆動軸
６ｃ，６０ｃ 駆動歯車
７ 座台
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 遊星歯車（第１遊星歯車）
１５ 舵軸受
１６ 支持軸
１７ 座台
１８ 舵軸支持機構
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 遊星歯車（第２遊星歯車）
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 遊星軸
４０ 軸受パッド
５０ ジャーナル軸受
７０ 保護カバー
８０ スラスト軸受
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００ 舵取機

Claims (11)

1. 船舶の舵を該舵に連結された舵軸を介して駆動する舵取機であって、
   前記舵軸の端部に固定された舵軸歯車と、
   前記舵軸と同一軸線を有して設けられるとともに船体側に固定された固定軸の端部に固定された固定軸歯車と、
   前記固定軸の周りに回転可能に設置され、外周にキャリア歯車が設けられたキャリアと、
   前記キャリア歯車に駆動力を伝達し該キャリアを前記固定軸の周りに回転させる駆動歯車と、
   前記駆動歯車を駆動する駆動源とを備え、
   前記キャリアが、複数の遊星軸を有し、
   前記複数の遊星軸の各々が、前記固定軸歯車とかみ合う第１遊星歯車と、前記舵軸歯車とかみ合う第２遊星歯車を回転自在に支持し、
   前記第２遊星歯車がかみ合う前記舵軸歯車のかみ合いピッチ円直径と、前記第１遊星歯車がかみ合う前記固定軸歯車のかみ合いピッチ円直径とが異なることを特徴とする舵取機。
2. 前記舵軸歯車、前記固定軸歯車、前記第１遊星歯車、及び前記第２遊星歯車のモジュールが等しく、
   前記固定軸歯車と前記第１遊星歯車の歯数の合計が、前記舵軸歯車と前記第２遊星歯車の歯数の合計と等しいことを特徴とする請求項１に記載の舵取機。
3. 前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の歯数が等しく、
   前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の転位量が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の舵取機。
4. 前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車が一体成形されていることを特徴とする請求項３に記載の舵取機。
5. 前記駆動源を複数備え、
   前記複数の駆動源の各々が、前記駆動歯車を介して前記キャリア歯車に駆動力を伝達することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の舵取機。
6. 前記舵軸歯車と前記固定軸歯車の間に配置され、前記舵軸の軸方向の荷重を支持する軸受パッドを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の舵取機。
7. 前記舵軸と前記固定軸の間に配置され、前記舵軸を回転可能に支持するジャーナル軸受を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の舵取機。
8. 前記駆動源が前記固定軸が設置される座台に設置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の舵取機。
9. 前記舵軸歯車、前記固定軸歯車、前記キャリアを外部から保護する保護カバーを備え、
   前記駆動源が前記保護カバーの上部に設置されるとともに、前記駆動歯車を駆動する駆動軸が該保護カバーの上部から下方に向けて突出しており、
   前記キャリア歯車が前記キャリアの上部に配置されており、前記駆動軸により駆動される前記駆動歯車とかみ合うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の舵取機。
10. 前記キャリアが、前記舵軸歯車の上方に配置されたフランジ部を有し、
    前記舵軸歯車と前記フランジ部の間に配置され、前記キャリアの荷重を支持するスラスト軸受を備えることを特徴とする請求項９に記載の舵取機。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の舵取機を備えることを特徴とする船舶。

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