WO2014042154A1 - 船舶のヘルム装置 - Google Patents

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WO2014042154A1
WO2014042154A1 PCT/JP2013/074392 JP2013074392W WO2014042154A1 WO 2014042154 A1 WO2014042154 A1 WO 2014042154A1 JP 2013074392 W JP2013074392 W JP 2013074392W WO 2014042154 A1 WO2014042154 A1 WO 2014042154A1
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steering
cylindrical portion
pin
control pin
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圭史 鷲野
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日本発條株式会社
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    • B63H20/12—Means enabling steering
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    • B63H25/02—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring
    • B63H2025/022—Steering wheels; Posts for steering wheels

Definitions

  • the present invention relates to an electric helm device used for steering a ship, and more particularly to a helm device provided with a stop mechanism capable of giving resistance to the rotation of a steering wheel.
  • a steering device including a hydraulic pump and a hydraulic actuator is known as an outboard motor steering device.
  • the hydraulic pump is provided on a steering wheel (helm).
  • the hydraulic actuator is disposed in the outboard motor and is driven by the hydraulic pump.
  • This type of steering device changes the direction of the outboard motor by the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump.
  • a mechanical steering device is also known.
  • the mechanical steering device transmits the rotational movement of the steering wheel to the outboard motor via a push-pull cable. All the steering devices are operated by a so-called manual (manipulator's force). For this reason, there is room for improvement in that a considerably large operating force is required depending on the state of maneuvering.
  • the electric steering device includes a helm device including a sensor that detects an operation angle of the steered wheel, and an actuator unit that is driven by an electrical signal output from the helm device. Since the electric steering device detects the movement of the steering wheel by a sensor, the force for rotating the steering wheel is extremely small. However, since it is dangerous to rotate the steering wheel too much with a small force, a resistance is given to the rotation of the steering wheel by providing a friction mechanism in the helm part.
  • the friction mechanism includes a plurality of fixed disks, a plurality of rotating disks, and an electromagnet. These fixed disks and rotating disks are alternately stacked.
  • These disks are configured to be pressed against each other by the electromagnet.
  • the tooth part formed in the outer peripheral part of the fixed disk is fitted to the fixed spline member.
  • the teeth formed on the inner periphery of the rotating disk are fitted to a rotating spline member that rotates integrally with the steering shaft.
  • the steered wheel when the steered wheel is operated to the maximum by the rudder or steering, the steered wheel is controlled by maximizing the power supplied to the electromagnet in order to prevent the steered wheel from rotating further. It is locked. However, when the steering wheel is rotated in the opposite direction, it is necessary to release the locked state. For this reason, play is given to the meshing portion between the tooth portion of the disk and the spline member.
  • the present invention provides a ship helm device that can reliably release the lock when the steering shaft is reversed.
  • a helm device includes a case fixed to a hull, a steering shaft that is rotatably provided on the case, to which a steering wheel is attached, a sensor that detects rotation of the steering shaft, and the steering wheel up to a maximum steering angle. And a stop mechanism for stopping the rotation of the steering shaft in the rotated state.
  • the stop mechanism includes a cylindrical portion that is rotatable relative to the steering shaft in the circumferential direction and a reverse control pin mechanism.
  • the reverse control pin mechanism includes a reverse control pin and first and second pin receiving stopper walls provided at both ends of the slit.
  • the inversion control pin is provided in a radial direction of the steering shaft over both the cylindrical portion and the steering shaft, and is fixed to either the steering shaft or the cylindrical portion.
  • the slit is formed in one of the steering shaft and the cylindrical portion, and the reverse control pin is inserted so as to be movable in the circumferential direction.
  • the first pin receiving stopper wall is formed at one end of the slit in the circumferential direction, and contacts the reversal control pin when the steering shaft rotates in the first direction, thereby causing the cylindrical portion to move toward the first portion.
  • the second pin receiving stopper wall is formed at the other end of the slit in the circumferential direction, and contacts the reversal control pin when the steering shaft rotates in the second direction, thereby causing the cylindrical portion to move to the first portion.
  • An example of the stop mechanism is a rotating member having the cylindrical portion, a fixed disk accommodated in the case, a rotating disk that is disposed to face the fixed disk and rotates together with the rotating member, and the fixed And an electromagnet that generates the frictional force by pressing the disk and the rotating disk against each other.
  • the reverse control pin is fixed to the steering shaft, and the first and second pin receiving stopper walls are formed in the cylindrical portion.
  • the reverse control pin made of a screw member is fixed to the steering shaft, and the first and second pin receiving stopper walls are formed in the cylindrical portion.
  • the inversion control pin may be fixed to the cylindrical portion, and the first and second pin receiving stopper walls may be formed on the steering shaft.
  • the reverse control pin made of a screw member may be fixed to the cylindrical portion, and the first and second pin receiving stopper walls may be formed on the steering shaft.
  • the reversal control pin moves from the one pin receiving stopper wall to the other pin receiving stopper wall within the range of the reversal allowable angle. For this reason, the reversal of the steering shaft can be detected by the sensor. Thereby, the lock
  • the reversal allowable angle can be adjusted by changing the diameter of the reversal control pin or by changing the distance between the first and second pin receiving stopper walls.
  • FIG. 1 is a side view of a ship equipped with a helm device.
  • FIG. 2 is a plan view of the ship shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the helm device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a stop mechanism of the helm device shown in FIG.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the stop mechanism of the helm device shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the stop mechanism taken along line F6-F6 in FIG.
  • FIG. 8 is a side view of a portion of the helm device shown in FIG. 7.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a part of the outboard motor and the actuator portion of the ship shown in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a plan view of the actuator portion and the bracket shown in FIG. 10 is a cross-sectional view of the actuator unit shown in FIG. 8 along the axial direction.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a part of the helm device according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a part of the helm device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a part of the helm device according to the fourth embodiment.
  • FIGS. 1 and 2 show an example of the ship 10.
  • the ship 10 includes a hull 11, an outboard motor 12, and a steering device 13.
  • the steering device 13 includes a helm device 16 having a steered wheel 15, an electric actuator unit 17 that changes the rudder angle of the outboard motor 12, and a control unit 18.
  • the control unit 18 is electrically connected to the helm device 16 and the actuator unit 17.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the helm device 16.
  • the helm device 16 includes a waterproof case 21, a steering shaft 22 inserted in the case 21, a stop mechanism 23 provided in the case 21, an assist spring 24, and a sensor that detects rotation of the steering shaft 22. (Helm sensor) 25 and the like.
  • the case 21 includes a first case member 21a and a second case member 21b.
  • the second case member 21 b is fixed to the first case member 21 a by a fixing member 30.
  • a cover member 31 is inserted inside the second case member 21b.
  • the cover member 31 is fixed to the second case member 21b by a fixing member 32.
  • the first case member 21 a is formed with a hole 35 into which the steering shaft 22 is inserted, a chamber 36 that houses the stop mechanism 23, and a spring receiving surface 37 that supports the assist spring 24. Oil is contained in the chamber 36. The stop mechanism 23 is immersed in this oil.
  • the steering shaft 22 is rotatably supported by the bearing members 38 and 39, and can rotate in the first direction A and the second direction B about the axis X 0 (shown in FIG. 3).
  • a sealing material 40 is provided between the steering shaft 22 and the inner peripheral surface of the hole 35.
  • One end of the steering shaft 22 protrudes outside the case 21.
  • a fitting portion 41 is formed at the end of the steering shaft 22.
  • the steering wheel 15 is fixed to the fitting portion 41.
  • the other end of the steering shaft 22 is located inside the case 21.
  • a magnet 45 is provided as a detection object that forms part of the sensor 25.
  • the circuit board 52 is accommodated in the recess 50 formed in the cover member 31.
  • the circuit board 52 is fixed to the cover member 31 by a fixing member 53.
  • An element 55 for detecting the magnet 45 is disposed on the circuit board 52.
  • the magnet 45 and the element 55 constitute a sensor (helm sensor) 25 for detecting the amount and direction of rotation of the steering shaft 22.
  • An electrical signal related to the operation amount (operation angle) of the steering shaft 22 detected by the sensor 25 is output to the control unit 18 via the wiring member 56.
  • the case 21 is fixed to a helm mounting wall 60 that is a part of the hull 11 by mounting bolts 61 and nuts 62.
  • the mounting bolt 61 is provided on the case 21.
  • the mounting bolt 61 protrudes from the end surface 63 of the case 21 into the region S of the hull.
  • the mounting bolt 61 is inserted into a through hole 64 formed in the helm mounting wall 60.
  • a through hole 65 through which the wiring member 56 is passed is formed in the helm mounting wall 60.
  • An elastic member 70 made of, for example, a disc spring is disposed in the vicinity of the end portion of the steering shaft 22 located inside the case 21.
  • the steering shaft 22 is urged by the elastic member 70 in a direction protruding from the case 21 (a direction indicated by an arrow H in FIG. 3).
  • Elastic member 70 since flexing when subjected to a load to be input in the axial X 0 direction of the steering shaft 22, and also functions to absorb axial X 0 direction of the vibration or the like.
  • a holder member 71 is provided at the end of the steering shaft 22 located inside the case 21.
  • the holder member 71 is inserted into a recess 72 formed at the center of the cover member 31.
  • the holder member 71 is supported by a support seat 73 so as to be rotatable about the axis X 0 of the steering shaft 22.
  • a magnet 45 that is an example of an object to be detected is provided on an end surface of the holder member 71. Magnet 45 is located on an extension of the axis X 0 of the steering shaft 22.
  • a sensor 25 including an element 55 is disposed on the circuit board 52. The element 55 of the sensor 25 detects the rotational position of the steering shaft 22 by the magnetism generated by the magnet 45.
  • a pin 75 is provided on the holder member 71.
  • the pin 75 extends in the radial direction of the holder member 71.
  • the steering shaft 22 and the holder member 71 are connected to each other by a pin 75.
  • the holder member 71 can rotate together with the steering shaft 22.
  • a spring 76 made of, for example, a compression coil spring is accommodated at the end of the steering shaft 22.
  • the holder member 71 is always urged from the steering shaft 22 toward the sensor 25 by the spring 76. Therefore, the holder member 71 is held with respect to the sensor 25 so that the position in the axis X0 direction is always constant regardless of the position of the steering shaft 22 in the axis X0 direction. Accordingly, even if misalignment of the steering shaft 22 in the axial X 0 direction can be kept constant the distance from the detection object (magnet 31) to the sensor 25. For this reason, the sensor 25 can always output a stable signal.
  • the stop mechanism 23 is accommodated in the chamber 36 inside the case 21.
  • 4 is a perspective view of the stop mechanism 23, and
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a part of the stop mechanism 23.
  • 6 is a sectional view taken along line F6-F6 in FIG. 4, and
  • FIG. 7 is a side view of a part of the stop mechanism 23. As shown in FIG.
  • the stop mechanism 23 includes a rotating member 80 attached to the steering shaft 22, a plurality of rotating disks 81 that rotate integrally with the rotating member 80, and a plurality of fixed disks 82 that are disposed to face the rotating disk 81.
  • the electromagnet 83 and the armature 84 are included.
  • the rotating disk 81 and the fixed disk 82 are alternately arranged in the thickness direction.
  • the stop mechanism 23 is in contact with the oil stored in the chamber 36.
  • the rotation member 80 can be relatively rotated with respect to the steering shaft 22 within the range of the allowable reversal angle ⁇ by a reversal control pin mechanism 125 described in detail later.
  • the rotating member 80 has a cylindrical portion 80a and a disk mounting portion 80b having a diameter larger than that of the cylindrical portion 80a.
  • a tooth portion 86 that fits into the spline 85 is formed on the inner peripheral portion of the rotating disk 81. Therefore the rotary disk 81 is held movably in the axial X 0 direction relative to the pivot member 80, and can rotate integrally with the rotating member 80.
  • the electromagnet 83 includes a yoke 90 and a coil 91.
  • the coil 91 is supplied with electric power from a power source (not shown) via the control unit 18.
  • a sealing material 92 is provided between the outer peripheral surface of the yoke 90 and the inner peripheral surface of the case 21.
  • Armature 84 is movable in the direction along the axis X 0 of the steering shaft 22. The armature 84 is attracted to the yoke 90 by the magnetic force generated when power is supplied to the coil 91. That is, the armature 84 can move in the direction in which the rotating disk 81 and the fixed disk 82 are pressed against each other.
  • the yoke 90 is fixed to the case 21 by a fixing member 93.
  • a convex portion 95 is formed on the outer peripheral portion of the yoke 90.
  • a concave portion 96 formed on the outer peripheral portion of the fixed disk 82 is fitted into the convex portion 95.
  • the assist spring 24 is disposed between the spring receiving surface 37 of the case 21 and the armature 84 in a state of being bent by applying an initial load.
  • the armature 84 is constantly urged toward the yoke 90 by the repulsive load generated by the assist spring 24.
  • the electromagnet 83 attracts the armature 84 only when electric power is supplied to the coil 91. In other words, when the electromagnet 83 is not excited, the rotating disk 81 and the fixed disk 82 are sandwiched between the armature 84 and the yoke 90 by the repulsive load of the assist spring 24 to generate a frictional force (friction).
  • the electromagnet 83 attracts the armature 84 by generating a magnetic force corresponding to the magnitude of the electric power supplied to the coil 91. For this reason, when the electromagnet 83 is energized, the rotating disk 81 and the fixed disk 82 are sandwiched between the armature 84 and the yoke 90 by the combined force of the repulsive load of the assist spring 24 and the attractive force of the electromagnet 83. It is. That is, the frictional force of the stop mechanism 23 can be changed according to the amount of power supplied to the electromagnet 83. As a result, the steering force (resistance force) of the steered wheels 15 can be changed.
  • the control unit 18 incorporates a computer program capable of changing the power supplied to the coil 91 in accordance with the ship operator's desire or the ship operation situation.
  • the electric power supplied to the electromagnet 83 can be changed by operating the adjustment operation unit 98 disposed near the steering seat of the ship 10.
  • the adjustment operation unit 98 When it is desired to increase the resistance force (steering force) when the steering wheel 15 is operated, the adjustment operation unit 98 is operated in the direction of “large friction”. As a result, the electric power supplied to the electromagnet 83 increases, and the magnetic field of the electromagnet 83 increases. For this reason, when the armature 84 is sucked with a larger force, the friction of the stop mechanism 23 increases. Therefore, the steering force can be increased. In order to reduce the steering force, the adjustment operation unit 98 is operated in the direction of “small friction”. Then, the electric power supplied to the electromagnet 83 is reduced, the magnetic field of the electromagnet 83 is reduced, and the friction of the stop mechanism 23 is reduced, thereby reducing the steering force.
  • the control unit 18 also has a function of locking the steering shaft 22 so that the steering wheel 15 does not rotate any more when the steering wheel 15 rotates from the neutral position to the maximum steering angle. That is, when the rudder wheel 15 is rotated to the maximum by the surface rudder or the rudder, the control unit 18 maximizes the power supplied to the electromagnet 83 and maximizes the magnetic field of the electromagnet 83. For this reason, the rotating disk 81 and the fixed disk 82 are locked to each other. Thereby, the steering wheel 15 will be in a locked state, and the steering wheel 15 is prevented from rotating further.
  • control unit 18 supplies power to the electromagnet 83 to lock the disks 81 and 82 to each other in a state where the rotation speed of the steering wheel 15 (rotation amount from the neutral position) reaches a preset steering wheel rotation speed.
  • the control unit 18 supplies power to the electromagnet 83 to lock the disks 81 and 82 to each other in a state where the rotation speed of the steering wheel 15 (rotation amount from the neutral position) reaches a preset steering wheel rotation speed.
  • a radial through hole 100 is formed in the steering shaft 22.
  • a reverse control pin 110 is inserted into the through hole 100.
  • the inversion control pin 110 may be fixed to the steering shaft 22 by press-fitting into the through hole 100, for example. Both ends of the reversal control pin 110 protrude from the outer peripheral surface of the steering shaft 22 in the radial direction of the steering shaft 22.
  • the rotating member 80 has a cylindrical portion 80a and a disk mounting portion 80b.
  • the pivot member 80 is relatively rotatable about the axis X 0 in the circumferential direction with respect to the steering shaft 22.
  • a pair of slits 120 are formed at 180 ° symmetrical positions in the circumferential direction of the cylindrical portion 80a. These slits 120 have a long shape in the circumferential direction of the cylindrical portion 80a, and have an oval shape when viewed from the side surface direction of the cylindrical portion 80a.
  • a first pin receiving stopper wall 121 is formed at one end of the slit 120 in the circumferential direction.
  • a second pin receiving stopper wall 122 is formed at the other circumferential end of the slit 120.
  • the pin receiving stopper walls 121 and 122 are each formed in a semicircular shape corresponding to the shape (circular shape) of the outer peripheral surface of the cylindrical inversion control pin 110.
  • a distance L1 (shown in FIG. 7) between the inner surfaces 123 and 124 of the slit 120 is slightly larger than the outer diameter of the inversion control pin 110.
  • the reverse control pin 110 extends in the radial direction between the steering shaft 22 and the cylindrical portion 80a.
  • the inversion control pin 110 extends over the steering shaft 22 and the cylindrical portion 80a. Both ends of the inversion control pin 110 are inserted into the pair of slits 120 so as to be movable in the circumferential direction.
  • the reversal control pin 110 can move between the first and second pin receiving stopper walls 121 and 122 within the range of the permissible reversal angle ⁇ . Therefore, the rotating member 80 can rotate relative to the steering shaft 22 within the range of the reversal allowable angle ⁇ .
  • the allowable reversal angle ⁇ is larger than the minimum detection angle of the sensor 25.
  • the reversal control pin mechanism 125 is configured by the reversal control pin 110, the slit 120 having the inner side surfaces 123 and 124, the first and second pin receiving stopper walls 121 and 122, and the like.
  • FIG. 8 shows a part of the outboard motor 12 and the actuator unit 17.
  • the outboard motor 12 is supported on the rear wall 11 a of the hull 11 by a bracket 130.
  • FIG. 9 is a plan view of the actuator unit 17 and the bracket 130 as viewed from above.
  • the bracket 130 includes fixed bracket portions 131 a and 131 b fixed to the hull 11 and a moving bracket portion 133.
  • the moving bracket part 133 is movable in the vertical direction about the rotation shaft 132 with respect to the fixed bracket parts 131a and 131b.
  • An example of the pivot shaft 132 is a tilt shaft that becomes the center when the outboard motor 12 is tilted up, and extends in the width direction of the hull 11, that is, in the horizontal direction.
  • the outboard motor 12 is attached to the moving bracket 133.
  • the moving bracket unit 133 can be moved in the vertical direction across a tilt-down position and a tilt-up position by a tilt drive source such as a hydraulic actuator (not shown). That is, the outboard motor 12 has a tilt-up function.
  • the moving bracket portion 133 is provided with a steering arm 135 for changing the steering direction of the outboard motor 12.
  • the steering arm 135 can be rotated in the left-right direction around a turning shaft 136 (FIG. 9) provided on the moving bracket portion 133.
  • the outboard motor 12 can be moved in the surface steering direction or the steering direction with respect to the hull 11.
  • FIG. 9 shows the case where the steering arm 135 is in the neutral position.
  • the outboard motor 12 is in the neutral position where the steering angle is zero, so the ship 10 goes straight.
  • the steering arm 135 can be moved in the surface steering direction and the steering direction.
  • a receiving portion 139 made of, for example, a hole is provided.
  • the actuator unit 17 includes a first support arm 140 and a second support arm 141.
  • the first support arm 140 is fixed to one end of a rotation shaft (tilt shaft) 132 by a fastener 142 such as a nut.
  • the second support arm 141 is fixed to the other end of the rotating shaft 132 by a fastener 144 such as a nut.
  • the actuator unit 17 includes an electric actuator 150.
  • the electric actuator 150 is fixed to both ends of the rotating shaft 132 via the first and second support arms 140 and 141.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the electric actuator 150 along the axial direction.
  • the electric actuator 150 includes a cylindrical cover member 151, a first electric motor 152, a second electric motor 153, a feed screw 154, a nut member 155, and the like.
  • the cover member 151 extends in the width direction of the hull 11.
  • the first electric motor 152 is attached to one end of the cover member 151.
  • the second electric motor 153 is attached to the other end of the cover member 151.
  • the feed screw 154 is rotated by electric motors 152 and 153.
  • the cover member 151 has a slit 151a formed along the axis X1.
  • the first electric motor 152 has a motor body 156 and a rotating body 157 that is rotated by electric power.
  • the motor body 156 is fixed to the first support arm 140 by a fastener 158 such as a nut.
  • the second electric motor 153 includes a motor body 160 and a rotating body 161 that rotates by electric power.
  • the motor body 160 is fixed to the second support arm 141 by a fastener 163 such as a nut.
  • a plurality of (for example, four) connecting rods 165 are provided in parallel to each other. These connecting rods 165 are located outside the cover member 151 and extend along the axis X1 (shown in FIG. 10) of the cover member 151. By these connecting rods 165, the motor body 156 of the first electric motor 152 and the motor body 160 of the second electric motor 153 are coupled to each other.
  • a feed screw 154 is disposed inside the cover member 151.
  • the feed screw 154 is along the axis X1 of the cover member 151.
  • the feed screw 154 can be rotated in a first direction R1 and a second direction R2 (shown in FIG. 10) by torque generated by the first electric motor 152 and the second electric motor 153.
  • a nut member 155 is accommodated inside the cover member 151.
  • the nut member 155 is rotatably engaged with the feed screw 154.
  • the feed screw 154 rotates relative to the nut member 155, the nut member 155 reciprocates within the cover member 151 in the first direction F1 or the second direction F2 (shown in FIG. 10) along the axis X1. .
  • a driving arm 171 is provided on the nut member 155.
  • the drive arm 171 moves along the slit 151a in the first direction F1 or the second direction F2 together with the nut member 155.
  • a long hole 172 is formed in the drive arm 171.
  • An engaging member 173 is inserted into the long hole 172. The engaging member 173 can move in the front-rear direction of the drive arm 171 along the long hole 172, and the movement in the left-right direction is restricted.
  • the engaging member 173 is connected to the receiving portion 139 of the steering arm 135.
  • the engaging member 173 moves in the same direction as the drive arm 171.
  • the steering arm 135 moves in the surface steering direction or the steering direction.
  • the feed screw 154 is covered with protective boots 180 and 181 that can expand and contract in the direction of the axis X1.
  • the actuator unit 17 includes a neutral position detection sensor 190 and a rudder angle sensor 191.
  • the neutral position detection sensor 190 has a function of detecting that the steering arm 135 is in the neutral position.
  • the steering angle sensor 191 has a function of detecting the steering angle of the steering arm 135. When the steering arm 135 is in the neutral position, a signal indicating the neutral position is output from the neutral position detection sensor 190 to the control unit 18.
  • the operation of the steering device 13 including the helm device 16 and the actuator unit 17 will be described below.
  • the rotation amount (steering angle) of the steering wheel 15 is detected by the sensor 25, and an electrical signal related to the direction of the steering angle and the steering angle amount is sent to the control unit 18.
  • the control unit 18 controls the first and second electric motors so that the target rudder angle output from the sensor 25 to the control unit 18 matches the actual rudder angle of the outboard motor 12 detected by the rudder angle sensor 191.
  • the motors 152 and 153 are rotated.
  • the position of the nut member 155, that is, the steering angle of the steering arm 135 is detected by the steering angle sensor 191.
  • the control unit 18 sets the neutral position of the steering arm 135 detected by the neutral position detection sensor 190 as the reference position of the steering angle.
  • the control unit 18 controls the electric motors 152 and 153 so that the actual steering angle of the steering arm 135 detected by the steering angle sensor 191 matches the output (target steering angle) of the sensor 25 of the steering wheel 15. To do.
  • the motors 152 and 153 rotate in the first direction R1 (shown in FIG. 10). Therefore, the drive arm 171 moves in the first direction F1, and the steering arm 135 moves toward the surface rudder position indicated by Q1 in FIG.
  • the motors 152 and 153 are stopped, and the drive arm 171 is also stopped.
  • the electromagnet 83 of the stop mechanism 23 provided in the helm device 16 is controlled by the control unit 18. Then, the operating force (resistance force) of the steering wheel 15 can be adjusted by the operator operating the adjustment operation unit 98. Further, the helm device 16 can be adjusted so as to be in a state suitable for the ship maneuvering condition by automatically controlling the electromagnet 83 based on signals from various sensors input to the control unit 18.
  • the steering shaft 22 is reversed relative to the rotating member 80. It can rotate relatively within the range of the allowable angle ⁇ . Therefore, even when the disks 81 and 82 are locked to each other by the electromagnet 83 at the maximum rudder angle position, the steering shaft 22 has a reversal allowable angle ⁇ range that exceeds the minimum detection angle (detection resolution) of the sensor 25. Can be rotated in the opposite direction. Therefore, the sensor 25 can output a signal for releasing the lock.
  • the inversion allowable angle ⁇ can be easily adjusted by changing the diameter (thickness) of the inversion control pin 110 or changing the distance between the pin receiving stopper walls 121 and 122.
  • FIG. 11 shows a stop mechanism 23A according to the second embodiment.
  • the inversion control pin mechanism 125 of the stop mechanism 23A includes a pair of inversion control pins 110 ′ made of screw members. These inversion control pins 110 ′ are fixed by screwing into both sides of the steering shaft 22.
  • a pair of slits 120 is formed in the cylindrical portion 80 a of the rotating member 80.
  • First and second pin receiving stopper walls 121 and 122 are formed in each slit 120, respectively.
  • a reversal control pin 110 ′ is inserted into each slit 120.
  • the steering shaft 22 can rotate relative to the rotating member 80 in the range of the inversion allowable angle ⁇ .
  • FIG. 12 shows a stop mechanism 23B according to the third embodiment.
  • this stop mechanism 23B portions common to the stop mechanism 23 (FIGS. 3 to 7) of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the stop mechanism 23 of the first embodiment, and description thereof is omitted.
  • the inversion control pin 110 of the stop mechanism 23B is fixed to the cylindrical portion 80a of the rotating member 80.
  • the steering shaft 22 is formed with a slit 120 through which the reverse control pin 110 is inserted.
  • First and second pin receiving stopper walls 121 and 122 are formed at both ends of the slit 120.
  • the steering shaft 22 can rotate relative to the rotating member 80 in the range of the inversion allowable angle ⁇ .
  • FIG. 13 shows a stop mechanism 23C according to the fourth embodiment.
  • the reversal control pin mechanism 125 of the stop mechanism 23C has a reversal control pin 110 ′ composed of a pair of screw members. These inversion control pins 110 ′ are fixed by screwing into both sides of the cylindrical portion 80 a of the rotating member 80.
  • a pair of slits 120 are formed in the steering shaft 22. Each slit 120 is formed with first and second pin receiving stopper walls 121 and 122, respectively. Reversal control pins 110 ′ are inserted into the slits 120, respectively.
  • the steering shaft 22 can rotate relative to the rotating member 80 in the range of the inversion allowable angle ⁇ .
  • the components of the helm device including the case and steering shaft of the helm device, the disk and electromagnet of the stop mechanism, the reverse control pin, the slit, and the first and second pin receiving stopper walls are included. Needless to say, the configuration, shape, arrangement, and the like can be variously changed.
  • the present invention can be applied to an electric helm device for various devices having a steering device, including a helm device used for steering a ship.

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Abstract

　ヘルム装置(16)のストップ機構(23)は、ステアリングシャフト(22)に対し相対回転可能な回動部材(80)と、回転ディスク(81)と、回転ディスク(81)と対向する固定ディスク(82)と、これらディスク(81,82)を互いに押付ける電磁石(83)とを有している。ステアリングシャフト(22)に反転制御ピン(110)が設けられている。円筒部(80a)にスリット(120)が形成されている。反転制御ピン(110)の両端がスリット(120)に挿入されている。スリット(120)は、円筒部(80a)の周方向に長い形状である。スリット(120)の一端に第１のピン受けストッパ壁(121)が形成されている。スリット(120)の他端に第２のピン受けストッパ壁(122)が形成されている。反転制御ピン(110)は、ピン受けストッパ壁(121,122)間において、反転許容角(θ)の範囲で移動することができる。

Description

船舶のヘルム装置
　この発明は船舶の操舵に使用される電動式のヘルム装置に係り、特に舵輪の回転に抵抗力を与えることができるストップ機構を備えたヘルム装置に関する。
　船外機の操舵装置として、従来より、油圧ポンプと油圧アクチュエータとを備えた操舵装置が知られている。油圧ポンプは舵輪（ヘルム）に設けられている。油圧アクチュエータは船外機に配置され、前記油圧ポンプによって駆動される。この種の操舵装置は、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、機械式の操舵装置も知られている。機械式の操舵装置は、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。いずれの操舵装置も、いわゆるマニュアル（操船者の力）によって操作される。このため、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、特許文献１，２に開示されているような電動式の操舵装置も考えられている。電動式の操舵装置は、舵輪の操作角を検出するセンサを備えたヘルム装置と、このヘルム装置から出力される電気信号によって駆動されるアクチュエータ部とを備えている。電動式の操舵装置は、舵輪の動きをセンサによって検出するため、舵輪を回転させる力がきわめて小さい。しかし舵輪が小さな力で回転し過ぎることはかえって危険であるため、ヘルム部に摩擦機構を設けることによって、舵輪の回転に抵抗を与えている。この摩擦機構は、複数の固定ディスクと、複数の回転ディスクと、電磁石とを備えている。これら固定ディスクと回転ディスクとが、交互に重ね合わされている。そしてこれらディスクが前記電磁石によって互いに押し付けられるように構成されている。固定ディスクの外周部に形成された歯部は、固定スプライン部材に嵌合している。回転ディスクの内周部に形成された歯部は、ステアリングシャフトと一体に回転する回転スプライン部材に嵌合している。
　前記電動式のヘルム装置では、舵輪が面舵または取り舵に最大に操作されたとき、舵輪がそれ以上回転することを阻止するために、前記電磁石に供給する電力を最大にすることによって、舵輪をロックさせている。しかし舵輪を反対側に回転させる際には、前記ロック状態を解除する必要がある。このためディスクの歯部とスプライン部材との噛み合い部分に遊びをもたせている。
米国特許第７１３７３４７明細書 ＷＯ ２０１２／０２３３１３Ａ１
　前記従来の摩擦機構では、ディスクの歯部とスプライン部材との噛み合い部分に遊びをもたせている。この場合、全てのディスクの回転方向の位置が互いに揃っていれば、ディスクがスプライン部材に対して前記遊びの範囲で反転することが可能である。しかし操船中にヘルム装置に加わる振動等によって、スプライン部材に対して個々のディスクの回転方向の位置がディスクごとにずれてしまうことがある。その場合、スプライン部材に対してディスクが前記遊び分を回転できなくなってしまう。この問題を解決するために、特許文献２に記載されているように、各ディスクの回転方向の位置を揃えるための整列機構を設けることが考えられた。しかしそのような整列機構を備えた摩擦機構は構造が複雑となり、部品数も増えるといる問題があった。
　従ってこの発明は、ステアリングシャフトの反転時に前記ロックを確実に解除できる船舶のヘルム装置を提供する。
　本発明のヘルム装置は、船体に固定されるケースと、該ケースに回転自在に設けられ、舵輪が取付けられ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センサと、前記舵輪が最大舵角まで回転した状態において前記ステアリングシャフトの回転を止めるストップ機構とを有している。該ストップ機構は、前記ステアリングシャフトに対し周方向に相対回転可能な円筒部と反転制御ピン機構とを具備している。該反転制御ピン機構は、反転制御ピンと、スリットの両端に設けられた第１および第２のピン受けストッパ壁とを含んでいる。前記反転制御ピンは、前記円筒部と前記ステアリングシャフトとの双方にわたり該ステアリングシャフトの径方向に設けられ、前記ステアリングシャフトと前記円筒部のいずれか一方に固定されている。前記スリットは、前記ステアリングシャフトと前記円筒部のいずれか他方に形成され、前記反転制御ピンが前記周方向に移動可能に挿入される。前記第１のピン受けストッパ壁は、前記スリットの前記周方向の一端に形成され、前記ステアリングシャフトが第１の方向に回転すると前記反転制御ピンに当接することによって前記円筒部を前記第１の方向に回転させ、前記ステアリングシャフトが第２の方向に回転すると前記反転制御ピンから前記センサの最小検出角以上離間する。前記第２のピン受けストッパ壁は、前記スリットの前記周方向の他端に形成され、前記ステアリングシャフトが前記第２の方向に回転すると前記反転制御ピンに当接することによって前記円筒部を前記第２の方向に回転させ、前記ステアリングシャフトが前記第１の方向に回転すると前記反転制御ピンから前記センサの最小検出角以上離間する。
　前記ストップ機構の一例は、前記円筒部を有する回動部材と、前記ケースに収容された固定ディスクと、前記固定ディスクと対向して配置されかつ前記回動部材と共に回転する回転ディスクと、前記固定ディスクと前記回転ディスクとを互いに押付けることにより前記摩擦力を発生させる電磁石と具備している。
　１つの実施形態では、前記反転制御ピンが前記ステアリングシャフトに固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁が前記円筒部に形成されている。他の実施形態では、ねじ部材からなる前記反転制御ピンが前記ステアリングシャフトに固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁が前記円筒部に形成されている。また前記反転制御ピンが前記円筒部に固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁が前記ステアリングシャフトに形成されていてもよい。あるいは、ねじ部材からなる前記反転制御ピンが前記円筒部に固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁が前記ステアリングシャフトに形成されていてもよい。
　本発明によれば、最大舵角位置でロックされたステアリングシャフトを反転させる際、反転制御ピンが一方のピン受けストッパ壁から他方のピン受けストッパ壁に向かって反転許容角の範囲を移動する。このためステアリングシャフトの反転をセンサによって検出することができる。これにより、ストップ機構によるステアリングシャフトのロックを解除することができる。前記反転許容角は、前記反転制御ピンの径を変えるとか、第１および第２のピン受けストッパ壁間の距離を変えることなどにより、調整することができ。
図１は、ヘルム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、第１の実施形態に係る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ストップ機構を示す斜視図である。 図５は、図３に示されたヘルム装置のストップ機構の分解斜視図である。 図６は、図４中のＦ６－Ｆ６線に沿うストップ機構の断面図である。 図７に示されたヘルム装置の一部の側面図である。 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の軸線方向に沿う断面図である。 図１１は、第２の実施形態に係るヘルム装置の一部の断面図である。 図１２は、第３の実施形態に係るヘルム装置の一部の断面図である。 図１３は、第４の実施形態に係るヘルム装置の一部の断面図である。
　以下に第１の実施形態に係るヘルム装置を備えた船舶について、図１から図１０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。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を有するヘルム装置１６と、船外機１２の舵角を変える電動式のアクチュエータ部１７と、制御部１８を含んでいる。制御部１８は、ヘルム装置１６とアクチュエータ部１７とに電気的に接続されている。
　図３は、ヘルム装置１６の一例を示す断面図である。ヘルム装置１６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ストップ機構２３と、アシストばね２４と、ステアリングシャフト２２の回転を検出するセンサ（ヘルムセンサ）２５などを備えている。
　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３０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３１が挿入されている。カバー部材３１は固定用部材３２によって第２ケース部材２１ｂに固定されている。
　第１ケース部材２１ａには、ステアリングシャフト２２が挿入される孔３５と、ストップ機構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が形成されている。チャンバ３６の内部にオイルが収容されている。ストップ機構２３はこのオイルに漬かっている。ステアリングシャフト２２は、軸受部材３８，３９によって回転自在に支持され、軸線Ｘ０（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。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４０が設けられている。
　ステアリングシャフト２２の一方の端部がケース２１の外側に突き出ている。このステアリングシャフト２２の端部に、嵌合部４１が形成されている。嵌合部４１に舵輪１５が固定されている。ステアリングシャフト２２の他方の端部は、ケース２１の内側に位置している。この端部に、センサ２５の一部をなす被検出体としてのマグネット４５が設けられている。
　カバー部材３１に形成された凹部５０に、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３１に固定されている。回路基板５２に、マグネット４５を検出する素子５５が配置されている。マグネット４５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センサ（ヘルムセンサ）２５を構成している。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、配線部材５６を介して制御部１８に出力される。
　図３に示されるように、ケース２１は、船体１１の一部であるヘルム取付壁６０に、取付用ボルト６１とナット６２によって固定される。取付用ボルト６１はケース２１に設けられている。取付用ボルト６１は、ケース２１の端面６３から船体の領域Ｓに突出している。取付用ボルト６１は、ヘルム取付壁６０に形成された貫通孔６４に挿入されている。ヘルム取付壁６０には、配線部材５６を通すための貫通孔６５が形成されている。
　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、例えば皿ばねからなる弾性部材７０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７０によって、ケース２１から突き出る方向（図３に矢印Ｈで示す方向）に付勢されている。弾性部材７０は、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ０方向に入力する荷重を受けたときに撓むため、軸線Ｘ０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７１が設けられている。ホルダ部材７１は、カバー部材３１の中央部に形成された凹部７２に挿入されている。このホルダ部材７１は、支持座７３によってステアリングシャフト２２の軸線Ｘ０回りに回転自在に支持されている。
　ホルダ部材７１の端面に、被検出体の一例であるマグネット４５が設けられている。マグネット４５は、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ０の延長線上に位置している。回路基板５２に、素子５５を含むセンサ２５が配置されている。センサ２５の素子５５は、マグネット４５が発する磁気によって、ステアリングシャフト２２の回転位置を検出する。
　ホルダ部材７１に、ピン７５が設けられている。ピン７５は、ホルダ部材７１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７１とは、ピン７５によって互いに接続されている。ホルダ部材７１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７１は、ステアリングシャフト２２に対して、軸線Ｘ０方向に相対移動可能である。
　ステアリングシャフト２２の端部に、例えば圧縮コイルばねからなるばね７６が収容されている。ホルダ部材７１は、このばね７６によって、ステアリングシャフト２２からセンサ２５に向けて常時付勢されている。このためホルダ部材７１は、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ０方向の位置にかかわらず、センサ２５に対して軸線Ｘ０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Ｘ０方向にずれても、被検出体（マグネット３１）からセンサ２５までの距離を一定に保つことができる。このためセンサ２５は常時安定した信号を出力することができる。
　ケース２１の内部のチャンバ３６にストップ機構２３が収容されている。図４はストップ機構２３の斜視図、図５はストップ機構２３の一部を示す分解斜視図である。図６は図４中のＦ６－Ｆ６線に沿う断面図、図７はストップ機構２３の一部の側面図である。
　ストップ機構２３は、ステアリングシャフト２２に取付けられた回動部材８０と、回動部材８０と一体に回転する複数の回転ディスク８１と、回転ディスク８１と対向して配置された複数の固定ディスク８２と、電磁石８３と、アーマチュア８４とを含んでいる。回転ディスク８１と固定ディスク８２は、互いに板厚方向に交互に配置されている。ストップ機構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。回動部材８０は、後に詳しく説明する反転制御ピン機構１２５によって、ステアリングシャフト２２に対して反転許容角θの範囲内で相対回転が可能となっている。
　回動部材８０は、円筒部８０ａと、該円筒部８０ａよりも大径なディスク取付部８０ｂとを有している。ディスク取付部８０ｂの外周面に、軸線Ｘ０に沿うスプライン８５が形成されている。回転ディスク８１の内周部には、スプライン８５に嵌合する歯部８６が形成されている。このため回転ディスク８１は、回動部材８０に対して軸線Ｘ０方向に移動可能に保持され、かつ、回動部材８０と一体に回転することができる。
　電磁石８３は、ヨーク９０とコイル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８４は、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ０に沿う方向に移動可能である。このアーマチュア８４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に吸引される。すなわちアーマチュア８４は、回転ディスク８１と固定ディスク８２とを互いに押付ける方向に移動することができる。
　ヨーク９０は、固定用部材９３によって、ケース２１に固定されている。ヨーク９０の外周部に凸部９５が形成されている。この凸部９５に、固定ディスク８２の外周部に形成された凹部９６が嵌合している。すなわち固定ディスク８２は、ケース２１に対して、ステアリングシャフト２２の軸線Ｘ０方向に移動可能で、かつ、ケース２１に対して回転しないようにヨーク９０に保持されている。
　前記アシストばね２４は、ケース２１のばね受け面３７とアーマチュア８４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。このアシストばね２４が発生する反発荷重によって、アーマチュア８４がヨーク９０に向けて常時付勢されている。
　電磁石８３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８４を吸引する。言い換えると、回転ディスク８１と固定ディスク８２とは、電磁石８３が励磁されていないとき、アシストばね２４の反発荷重によってアーマチュア８４とヨーク９０との間に挟まれて摩擦力（フリクション）を生じる。
　電磁石８３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８４を吸引する。このため電磁石８３が励磁されているとき、回転ディスク８１と固定ディスク８２は、アシストばね２４の反発荷重と、電磁石８３の吸引力とを合わせた力によって、アーマチュア８４とヨーク９０との間に挟まれる。すなわち電磁石８３に供給する電力の大きさに応じて、ストップ機構２３の摩擦力を変えることができる。このことにより、舵輪１５の操舵力（抵抗力）を変化させることができる。
　制御部１８には、操船者の希望あるいは操船状況に応じてコイル９１に供給する電力を変化させることが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、船舶１０の操舵席付近に配置された調整用操作部９８を操作することにより、電磁石８３に供給する電力を変化させることができる。
　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は、調整用操作部９８を「摩擦大」の方向に操作する。そうすると、電磁石８３に供給される電力が大きくなることにより、電磁石８３の磁界が増大する。このためアーマチュア８４がより大きな力で吸引されることにより、ストップ機構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。操舵力を軽くしたい場合には、調整用操作部９８を「摩擦小」の方向に操作する。そうすると、電磁石８３に供給される電力が小さくなることにより、電磁石８３の磁界が減少し、ストップ機構２３のフリクションが減少することによって、操舵力が軽くなる。
　またこの制御部１８は、舵輪１５が中立位置から最大舵角まで回転したときに、舵輪１５がそれ以上回転しないように、ステアリングシャフト２２をロックする機能を有している。すなわち、舵輪１５を面舵あるいは取り舵に前記舵輪回転数まで最大に回転させると、制御部１８は電磁石８３に供給する電力を最大とし、電磁石８３の磁界を最大とする。このため回転ディスク８１と固定ディスク８２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の回転数（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、ディスク８１，８２を互いにロックさせる電力を電磁石８３に供給する手段としてのコンピュータプログラムが組込まれている。
　図３から図７に示されるように、ステアリングシャフト２２に径方向の貫通孔１００が形成されている。そしてこの貫通孔１００に反転制御ピン１１０が挿入されている。反転制御ピン１１０は、例えば貫通孔１００に圧入することによって、ステアリングシャフト２２に固定されてもよい。反転制御ピン１１０の両端は、ステアリングシャフト２２の外周面からステアリングシャフト２２の径方向に突出している。
　回動部材８０は、円筒部８０ａと、ディスク取付部８０ｂとを有している。この回動部材８０は、ステアリングシャフト２２に対して軸線Ｘ０を中心として周方向に相対回転可能である。回動部材８０には、一対のスリット１２０が円筒部８０ａの周方向１８０°対称位置に形成されている。これらスリット１２０は、円筒部８０ａの周方向に長い形状であり、円筒部８０ａの側面方向から見て長円形をなしている。スリット１２０の前記周方向の一端に、第１のピン受けストッパ壁１２１が形成されている。スリット１２０の前記周方向の他端に、第２のピン受けストッパ壁１２２が形成されている。
　ピン受けストッパ壁１２１，１２２は、円柱形の反転制御ピン１１０の外周面の形状（円形）に対応して、それぞれ半円形に形成されている。スリット１２０の内側面１２３，１２４間の距離Ｌ１（図７に示す）は、反転制御ピン１１０の外径よりも僅かに大きい寸法としている。これにより、反転制御ピン１１０が前記周方向に移動することが許容されるとともに、反転制御ピン１１０が軸線Ｘ０方向に移動することが抑制される。
　反転制御ピン１１０は、ステアリングシャフト２２と円筒部８０ａとの径方向に延びている。この反転制御ピン１１０は、ステアリングシャフト２２と円筒部８０ａとにわたっている。一対のスリット１２０に、反転制御ピン１１０の両端が前記周方向に移動可能に挿入されている。反転制御ピン１１０は、第１および第２のピン受けストッパ壁１２１，１２２間を、反転許容角θの範囲内で移動することができる。このため回動部材８０は、ステアリングシャフト２２に対して反転許容角θの範囲内で相対的に回転することが可能である。反転許容角θは、センサ２５の最小検出角よりも大きい。これら反転制御ピン１１０と、内側面１２３，１２４を有するスリット１２０と、第１および第２のピン受けストッパ壁１２１，１２２などによって、反転制御ピン機構１２５が構成されている。
　次に、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、回動軸１３２を中心に上下方向に移動可能である。回動軸１３２の一例は、船外機１２をチルトアップさせる際の中心となるチルト軸であり、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）を中心に左右方向に回動させることができる。この操舵アーム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を面舵方向あるいは取り舵方向に移動させることができるようになっている。
　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９に２点鎖線Ｑ１，Ｑ２で示すように、操舵アーム１３５を面舵方向および取り舵方向に移動させることができる。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、回動軸（チルト軸）１３２の一端に固定されている。第２の支持アーム１４１は、ナット等の締結具１４４によって回動軸１３２の他端に固定されている。
　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、回動軸１３２の両端部に固定されている。図１０は、電動アクチュエータ１５０の軸線方向に沿う断面図である。電動アクチュエータ１５０は、円筒形のカバー部材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、ナット部材１５５などを含んでいる。カバー部材１５１は船体１１の幅方向に延びている。第１の電動モータ１５２はカバー部材１５１の一端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には、軸線Ｘ１に沿ってスリット１５１ａが形成されている。
　第１の電動モータ１５２は、モータボディ１５６と、電力によって回転する回転体１５７とを有している。モータボディ１５６は、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、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。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１５６と、第２の電動モータ１５３のモータボディ１６０との間に、複数（例えば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、カバー部材１５１の軸線Ｘ１（図１０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１５６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。この送りねじ１５４は、カバー部材１５１の軸線Ｘ１に沿っている。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が発生するトルクによって、第１の方向Ｒ１と第２の方向Ｒ２（図１０に示す）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１５５が収容されている。ナット部材１５５は、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１５５に対して相対回転すると、ナット部材１５５がカバー部材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１０に示す）に往復移動する。
　ナット部材１５５に駆動アーム１７１が設けられている。駆動アーム１７１は、スリット１５１ａに沿って、ナット部材１５５と一体に第１の方向Ｆ１または第２の方向Ｆ２に移動する。駆動アーム１７１に長孔１７２が形成されている。この長孔１７２に係合部材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の前後方向に移動可能で、かつ、左右方向の移動が規制されている。
　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。このことにより、操舵アーム１３５が面舵方向または取り舵方向に移動する。送りねじ１５４は、軸線Ｘ１方向に伸縮自在な保護ブーツ１８０，１８１によって覆われている。
　アクチュエータ部１７は、中立位置検出センサ１９０と、舵角センサ１９１とを備えている。中立位置検出センサ１９０は、操舵アーム１３５が中立位置にあることを検出する機能を有している。舵角センサ１９１は、操舵アーム１３５の舵角を検出する機能を有している。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。
　以下にヘルム装置１６とアクチュエータ部１７とを備えた操舵装置１３の作用について説明する。　
　舵輪１５を回転させると、舵輪１５の回転量（舵角）がセンサ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、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によって検出される船外機１２の実際の舵角が一致するように、第１および第２の電動モータ１５２，１５３を回転させる。
　モータ１５２，１５３が互いに同じ方向に回転すると、モータ１５２，１５３のトルクが、送りねじ１５４の両端から、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１５５と駆動アーム１７１とが、カバー部材１５１の軸線Ｘ１に沿って、第１の方向Ｆ１または第２の方向Ｆ２（図１０に示す）に移動する。
　ナット部材１５５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によって検出された操舵アーム１３５の中立位置を舵角の基準位置とする。そしてこの制御部１８は、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、舵輪１５のセンサ２５の出力（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、モータ１５２，１５３が第１の方向Ｒ１（図１０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に移動するとともに、操舵アーム１３５が図９にＱ１で示す面舵位置に向かって移動する。舵角センサ１９１によって検出された舵角が目標舵角に達すると、モータ１５２，１５３が停止し、駆動アーム１７１も停止する。
　逆に、舵輪１５が取り舵方向に操舵されたときには、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１０に示す）に移動するとともに、操舵アーム１３５が図９にＱ２で示す取り舵位置に向かって移動する。舵角センサ１９１によって検出された舵角が目標舵角に達すると、モータ１５２，１５３が停止し、駆動アーム１７１も停止する。
　本実施形態の操舵装置１３によれば、ヘルム装置１６に設けられたストップ機構２３の電磁石８３が制御部１８によって制御される。そして操船者が調整用操作部９８を操作することにより、舵輪１５の操作力（抵抗力）を調整することができる。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石８３を自動で制御することにより、操船状況に適した状態となるようにヘルム装置１６を調整することもできる。
　操舵の際に、舵輪１５によってステアリングシャフト２２を第１の方向Ａ（図３と図６に示す）に回転させると、反転制御ピン１１０が第１のピン受けストッパ壁１２１に当接する。このため回動部材８０がステアリングシャフト２２と一体に第１の方向Ａに回転する。このとき反転制御ピン１１０は、第２のピン受けストッパ壁１２２からセンサ２５の最小検出角以上離間する。舵輪１５が第１の方向Ａに最大舵角位置まで回転すると、制御部１８は電磁石８３に供給する電力を最大にする。このためディスク８１，８２が互いにロックされる。このロック状態において、舵輪１５を逆側に回転（反転）させると、ステアリングシャフト２２を反転制御ピン１１０の反転許容角θ内で反転させることができる。この反転方向の動きがセンサ２５によって検出される。このとき制御部１８は、センサ２５からの信号に基いてストップ機構２３のロックを解除する。こうして舵輪１５は逆方向に回転することができる。
　舵輪１５によってステアリングシャフト２２を第２の方向Ｂ（図３と図６に示す）に回転させると、反転制御ピン１１０が第２のピン受けストッパ壁１２２に当接する。このため回動部材８０がステアリングシャフト２２と一体に第２の方向Ｂに回転する。このとき反転制御ピン１１０は、第１のピン受けストッパ壁１２１からセンサ２５の最小検出角以上離間する。舵輪１５が第２の方向Ｂに最大舵角位置まで回転すると、制御部１８は電磁石８３に供給する電力を最大にする。このためディスク８１，８２が互いにロックされる。このロック状態において、舵輪１５を逆側に回転（反転）させると、ステアリングシャフト２２を反転制御ピン１１０の反転許容角θ内で反転させることができる。この反転方向の動きがセンサ２５によって検出される。このとき制御部１８は、センサ２５からの信号に基いてストップ機構２３のロックを解除する。こうして舵輪１５は逆方向に回転することができる。
　このように、反転制御ピン１１０はスリット１２０内において第１のピン受けストッパ壁１２１と第２のピン受けストッパ壁１２２との間を移動できるため、ステアリングシャフト２２は回動部材８０に対して反転許容角θの範囲で相対的に回転することができる。このため最大舵角位置にてディスク８１，８２同士が電磁石８３によって互いにロックされた状態のもとでも、ステアリングシャフト２２は、センサ２５の最小検出角（検出分解能）を越える反転許容角θの範囲で逆方向に回動することができる。よってセンサ２５は、ロックを解除させるための信号を出力することができる。この反転許容角θは、反転制御ピン１１０の径（太さ）を変えたり、あるいはピン受けストッパ壁１２１，１２２間の距離を変えたりすることにより、容易に調整することができる。
　図１１は第２の実施形態に係るストップ機構２３Ａを示している。このストップ機構２３Ａにおいて、第１の実施形態のストップ機構２３（図３～図７）と共通の部位には第１の実施形態のストップ機構２３と共通の符号を付して説明を省略する。このストップ機構２３Ａの反転制御ピン機構１２５は、ねじ部材からなる一対の反転制御ピン１１０´を備えている。これら反転制御ピン１１０´は、ステアリングシャフト２２の両側にねじ込むことによって固定されている。回動部材８０の円筒部８０ａに一対のスリット１２０が形成されている。各スリット１２０にそれぞれ第１および第２のピン受けストッパ壁１２１，１２２が形成されている。各スリット１２０に、それぞれ反転制御ピン１１０´が挿入されている。ステアリングシャフト２２は、回動部材８０に対し前記反転許容角θの範囲で相対回転することができる。
　図１２は第３の実施形態に係るストップ機構２３Ｂを示している。このストップ機構２３Ｂにおいて、第１の実施形態のストップ機構２３（図３～図７）と共通の部位には第１の実施形態のストップ機構２３と共通の符号を付して説明を省略する。このストップ機構２３Ｂの反転制御ピン１１０は、回動部材８０の円筒部８０ａに固定されている。ステアリングシャフト２２には、反転制御ピン１１０が挿通するスリット１２０が形成されている。スリット１２０の両端に、第１および第２のピン受けストッパ壁１２１，１２２が形成されている。ステアリングシャフト２２は、回動部材８０に対し前記反転許容角θの範囲で相対回転することができる。
　図１３は第４の実施形態に係るストップ機構２３Ｃを示している。このストップ機構２３Ｃにおいて、第１の実施形態のストップ機構２３（図３～図７）と共通の部位には第１の実施形態のストップ機構２３と共通の符号を付して説明を省略する。このストップ機構２３Ｃの反転制御ピン機構１２５は、一対のねじ部材からなる反転制御ピン１１０´を有している。これらの反転制御ピン１１０´は、回動部材８０の円筒部８０ａの両側にねじ込むことによって固定されている。ステアリングシャフト２２に一対のスリット１２０が形成されている。各スリット１２０には、それぞれ第１および第２のピン受けストッパ壁１２１，１２２が形成されている。これらスリット１２０に、それぞれ反転制御ピン１１０´が挿入されている。ステアリングシャフト２２は、回動部材８０に対し前記反転許容角θの範囲で相対回転することができる。
　なお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、ストップ機構のディスクや電磁石、反転制御ピン、スリット、第１および第２のピン受けストッパ壁をはじめとして、ヘルム装置を構成する各部の構成や形状、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。
　この発明は船舶の操舵に使用されるヘルム装置をはじめとして、操舵装置を有する各種機器のための電動式のヘルム装置に適用することが可能である。
　１２…船外機、１３…操舵装置、１６…ヘルム装置、２１…ケース、２２…ステアリングシャフト、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…ストップ機構、２５…センサ、８０…回動部材、８０ａ…円筒部、８１…回転ディスク、８２…固定ディスク、８３…電磁石、８４…アーマチュア、１１０，１１０´…反転制御ピン、１２０…スリット、１２１…第１のピン受けストッパ壁、１２２…第２のピン受けストッパ壁、１２３，１２４…内側面、１２５…反転制御ピン機構。

Claims (6)

  1. 　船体に固定されるケース(21)と、
    　前記ケース(21)に回転自在に設けられ、舵輪(15)が取付けられ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)の回転を検出するセンサ(25)と、
    　前記舵輪(15)が最大舵角まで回転した状態において前記ステアリングシャフト(22)の回転を止めるストップ機構(23,23A,23B,23C)とを有し、
    　前記ストップ機構(23,23A,23B,23C)は、
    　前記ステアリングシャフト(22)に対し周方向に相対回転可能な円筒部(80a)と、
    　前記円筒部(80a)と前記ステアリングシャフト(22)との双方にわたり該ステアリングシャフト(22)の径方向に設けられ、前記ステアリングシャフト(22)と前記円筒部(80a)のいずれか一方に固定された反転制御ピン(110,110')と、
    　前記ステアリングシャフト(22)と前記円筒部(80a)のいずれか他方に形成され、前記反転制御ピン(110,110')が前記周方向に移動可能に挿入されたスリット(120)と、
    　前記スリット(120)の前記周方向の一端に形成され、前記ステアリングシャフト(22)が第１の方向(A)に回転すると前記反転制御ピン(110,110')に当接することによって前記円筒部(80a)を前記第１の方向(A)に回転させ、前記ステアリングシャフト(22)が第２の方向(B)に回転すると前記反転制御ピン(110,110')から前記センサ(25)の最小検出角以上離間する第１のピン受けストッパ壁(121)と、
    　前記スリット(120)の前記周方向の他端に形成され、前記ステアリングシャフト(22)が前記第２の方向(B)に回転すると前記反転制御ピン(110,110')に当接することによって前記円筒部(80a)を前記第２の方向(B)に回転させ、前記ステアリングシャフト(22)が前記第１の方向(A)に回転すると前記反転制御ピン(110,110')から前記センサ(25)の最小検出角以上離間する第２のピン受けストッパ壁(122)と、
    　を具備したことを特徴とする船舶のヘルム装置。
  2. 　前記ストップ機構(23,23A,23B,23C)が、
    　前記円筒部(80a)を有する回動部材(80)と、
    　前記ケース(21)に収容された固定ディスク(82)と、
    　前記固定ディスク(82)と対向して配置されかつ前記回動部材(80)と共に回転する回転ディスク(81)と、
    　前記固定ディスク(82)と前記回転ディスク(81)とを互いに押付けることにより前記摩擦力を発生させる電磁石(83)と、
    　を具備したことを特徴とする請求項１に記載の船舶のヘルム装置。
  3. 　前記反転制御ピン(110')が前記ステアリングシャフト(22)に固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁(121,122)が前記円筒部(80a)に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の船舶のヘルム装置。
  4. 　ねじ部材からなる前記反転制御ピン(110')が前記ステアリングシャフト(22)に固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁(121,122)が前記円筒部(80a)に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の船舶のヘルム装置。
  5. 　前記反転制御ピン(110)が前記円筒部(80a)に固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁(121,122)が前記ステアリングシャフト(22)に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の船舶のヘルム装置。
  6. 　ねじ部材からなる前記反転制御ピン(110')が前記円筒部(80a)に固定され、前記第１および第２のピン受けストッパ壁(121,122)が前記ステアリングシャフト(22)に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の船舶のヘルム装置。
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