(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵者側には操舵手段としての舵輪１３と該舵輪１３の操作方向に且つ操作量に対応した量だけ回転してその回転量に対応する液量を吐出するヘルムポンプ１０とを設け、一方、船の舵２７側には舵２７を実際に動かす手段としてシリンダ２０とピストン２１及びピストンロッド２２からなる複動シリンダ手段を設け、それら操舵手段と複動シリンダ手段との間を液圧回路で接続することで、前記ヘルムポンプ１０から吐出された液量の全量が前記液圧回路を介して前記複動シリンダ手段のシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記液圧回路を介してヘルムポンプ１０に流入されることで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路を構成すると共に、前記シリンダ２０内に導入される液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにした操舵装置であって、
前記舵輪１３の操作によるヘルムポンプ１０の回転に対して発生する液圧回路からの液抵抗圧に対して、該液抵抗圧に応じた液吐出圧を前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段を、前記完全密閉式閉回路からなる液圧回路の一部に直列に配置し、該ポンプ手段による補助によって舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の構成において、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、双方向吐出可能な液圧ポンプ３０を少なくとも備え、該双方向吐出可能な液圧ポンプ３０を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の一方の液圧路１４ｂに直列に配置し、該液圧ポンプ３０を含むポンプ手段によって舵輪１３操作に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで、舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを特徴とする操舵装置。
【請求項３】
請求項２に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に液吐出圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３０のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項４】
請求項２に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に液吐出圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３０のモータ電流を検出する電流検出器とを備え、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３０の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３０のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項５】
請求項１に記載の構成において、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、一対の双方向吐出可能な液圧ポンプ３０、３１を少なくとも備え、該双方向吐出可能な一対の液圧ポンプ３０、３１を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂに直列にそれぞれ配置し、該一対の液圧ポンプ３０、３１を含むポンプ手段によって、舵輪１３操作に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを特徴とする操舵装置。
【請求項６】
請求項５に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を一対の液圧ポンプ３０、３１の共通のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項７】
請求項５に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、一対の液圧ポンプ３０、３１のモータ電流を検出する電流検出器とを備え、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３０、３１の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を一対の液圧ポンプ３０、３１のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項８】
請求項１に記載の構成において、前記ポンプ手段として、単方向にのみ液吐出が可能な液圧ポンプ３２を少なくとも備え、該液圧ポンプ３２を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１５の一部に直列に配置し、一方、前記ヘルムポンプ１０からの液量の吐出方向に応じて前記液圧回路１５における途中の通路を切り替えることで前記ヘルムポンプ１０の吐出方向が何れの場合にもヘルムポンプ１０からの液流を前記液圧ポンプ３２の吸い込み側に接続する通路切替手段を、前記液圧ポンプ３２と前記ヘルムポンプ１０との間に設け、前記液圧ポンプ３２を含むポンプ手段と通路切替手段とにより舵輪１３操舵に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを特徴とする操舵装置。
【請求項９】
請求項８に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に吐出液圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３２のモータ電流を検出する電流検出器とを備え、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３２の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の構成に加えて、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、単方向にのみ液吐出が可能な液圧ポンプ３２を少なくとも備え、該液圧ポンプ３２を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方に直列に配置し、一方、前記ヘルムポンプ１０からの液量の吐出方向に応じて前記液圧回路１４における途中の通路を切り替えることで前記ヘルムポンプ１０の吐出方向が何れの場合にもヘルムポンプ１０からの液流を前記液圧ポンプ３２の吸い込み側に接続する一対の通路切替手段を、前記液圧ポンプ３２と前記ヘルムポンプ１０との間及び液圧ポンプ３２とシリンダ２０との間とに設け、前記液圧ポンプ３２を含むポンプ手段と前記一対の通路切替手段とにより舵輪１３操舵に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを特徴とする操舵装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に吐出液圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３２のモータ電流を検出する電流検出器と、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３２の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の構成において、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、一対の単方向吐出可能な液圧ポンプ３３、３４を少なくとも備え、該単方向吐出可能な一対の液圧ポンプ３３、３４を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂに直列にそれぞれ配置し、舵輪１３操作によるヘルムポンプ１０の液吐出方向に応じて前記一対の液圧ポンプ３３、３４の何れか一方を駆動させると共に、前記ヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧を前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを特徴とする操舵装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の構成において、ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に吐出液圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３３、３４のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３３、３４のモータ電流を検出する電流検出器と、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３３、３４の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３３、３４のモータ駆動回路４１に負荷させることを特徴とする操舵装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は操舵装置に関し、主として船舶用の操舵装置として好ましく用いることができる操舵装置に関する。
背景技術
（１）．ヘルムポンプを用いた手動式操舵装置
先ず、第２８図に沿って、正逆転可能で且つ回転数に比例して液量（油量）を吐出することができるポンプ（以下ヘルムポンプと称する）を用いた従来の手動操舵装置を説明する。この装置は、操舵者側には操舵手段としてステアリングホイール（舵輪）１３とヘルムポンプ１０を有し、一方、船の舵側には舵２７を実際に動かす駆動手段として複動シリンダ機構が設けられている。そしてそれら操舵手段と複動シリンダ機構との間を一対の液圧路１４ａ、１４ｂからなる液圧路１４で接続し、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路を構成したものである。
今、操舵手が舵輪１３を、例えばヘルムポンプ１０の右口１１が液流の吐出側になるように回すと、ヘルムポンプ１０の右口１１から吐出した液流は液圧路１４ａを通って複動シリンダ２０の右口２３からシリンダ右室２５に入って、ピストン２１を図面上、左に押し動かす。これによってピストンロッド２２を介して舵２７が回動され、舵取りが行われる。
前記ピストン２１が複動シリンダ２０内を左に押動されると、その分だけシリンダ左室２６内の液が左口２４から液圧路１４ｂに押し出され、液圧路１４ｂの液がヘルムポンプ１０の左口１２を通ってヘルムポンプ１０内に入る。このヘルムポンプ１０に入る液量は前記吐出された液量と同量である。
一方、舵輪１３を前記と逆に回す場合には上記とは逆方向に液流が生じて、同様の作用が逆方向に行われる。
このヘルムポンプ１０を用いた手動操舵装置では、舵輪１３の回転角度とピストンロッド２２の移動距離が一定の比例関係にあり、よって舵輪１３の回転角度と舵２７の位置とが一定の関係を構成する。よって舵輪１３を一定の回転角度にまで回すことにより、舵２７の角度を一定の角度に制御して、舵取りを行うことができる。
また上記の場合、舵輪１３の回転速度に比例した速度で舵２７が移動されることになる。
ところが上記した手動操舵装置の場合には、舵２７に抗して手動で舵輪１３を回転させる必要があることから、小型の船舶の場合等、舵２７側から受ける抵抗力が比較的小さい場合はよいが、大型の船舶の場合等、舵２７側からの抵抗力が大きくなると、舵輪１３を回転操作するのに大きな力を必要とする欠点がある。
（２）．メータリング装置を用いた従来のパワーステアリング操舵装置
一方、上記のような手動操舵装置における問題点を解消するために、操舵に必要な力を軽減することができるパワーステアリング操舵装置が提供されている。このパワーステアリング操舵装置の最新の例を、第２９図〜第３１図を参照して説明する。
第２９図は回転式切替弁１３０が中立位置（舵が作用していない状態）、第３０図は回転式切替弁１３０が左に移動し、液流によりピストンロッド２２が右側に移動している状態、第３１図は回転式切替弁１３０が右に移動し、液流によりピストンロッド２２が左側に移動している状態を示している。なお以下の説明においては、ピストンロッド２２に連結している舵２７を省略している。
このパワーステアリング操舵装置は、メータリング装置１００と、余剰の液流をリターンさせて溜めるタンク１１０を備えた液流供給用の液圧ポンプ１２０等を有する機構からなる。
第３０図も参照して、装置の動作を説明しつつその構成を説明する。
今、舵輪１０３を中立位置より一方向に回すと、舵輪１０３の回転に連動して機械的に結合されている回転式切替弁１３０が第２９図の状態から左側に移動して第３０図に示す状態となる。そしてこの状態において、圧力スイッチ１２３がメータリングポンプ１００からの液流の液圧上昇によりオンし、液圧ポンプ１２０と機械的に結合しているポンプ用モータ１２１が起動する。液圧ポンプ１２０の液流は液圧ポンプ下口１２０ｂより吐出し、回転切替弁右室１３２のポート１３２ｂとポート１３２ｃを経由してメータリング装置１００の右口１０１に流入する。ただし、流入する量は舵輪１０３の回転数により定まる計量された量だけである。余った液流は回転式切替弁１３０の中に用意されている右バイパス通路１３２ｇを通過し、回転切替弁右室１３２のポート１３２ａを経てタンク１１０に戻る。メータリング装置１００の中の液流はメータリング装置左口１０２から吐出して再度回転式切替弁１３０の回転切替弁右室１３２のポート１３２ｄとポート１３２ｆを経由してシリンダ２０の左口２４からシリンダ左室２６に流入し、ピストン２１及びピストンロッド２２を動かす。シリンダ右室２５から出てきた液流は回転式切替弁１３０の回転切替弁右室１３２のポート１３２ｅからポート１３２ａを通過してタンク１１０に戻る。
舵輪１０３が上記とは反対方向に回転した場合は、第３１図に示すような液路構成になり、ピストン２１とピストンロッド２２は上記とは反対の方向に移動する。
この従来のパワーステアリング操舵装置では、ポンプ用モータ１２１はその回転数が一定とされ、舵２７が必要とする液流量のうちの最大液流量が常に液圧ポンプ１２０から吐出する。そしてシリンダ２０が要求する液流量が前記最大液流量よりも少ない場合には、不要の余剰液流量は全て回転式切替弁１３０の右バイパス通路１３２ｇ、又は左バイパス通路１３３ｇを通ってタンク１１０に戻される構成となっている。
即ちこの従来のパワーステアリング操舵装置では、操舵者に要求される力は軽減されるものの、液圧ポンプ１２０は大半の時間において無駄な液流量を供給し続けており、大きなエネルギーの浪費となっている。また操舵者は舵２７側からの抵抗力、即ち舵２７が外力に抗して動いていく感触を得ることができない欠点がある。
そこで本発明は、上記従来のパワーステアリング操舵装置の欠点を解消し、操舵者が容易に舵輪を操作することができ、且つ無駄なエネルギーの消費が少ないパワーステアリングの操舵装置の提供を目的とする。
また手動式操舵装置の場合のように、操舵者が舵輪操作中に舵に加わる外界からの抵抗力を感じ取ることができる、より操舵性の良いパワーステアリング操舵装置の提供を目的とする。
発明の開示
上記目的を達成するため、本発明の操舵装置では、操舵に必要な力を軽減するために用いられる液圧ポンプは、上記した従来のパワーステアリング装置の液圧ポンプのように無駄な液量を吐出することはなく、ヘルムポンプから吐出した液流量と同等の液量を吐出する方式である。即ち、装置全体の液路を完全な閉回路とし、ヘルムポンプから吐出した液流量と同等の流量を吸い込んで増圧し、これをシリンダに送り込むことで舵を動かす方式である。
ヘルムポンプから吐出される液量は舵輪操作によるヘルムポンプの回転数に依存するため、液流量の変化に対応できるように、本発明における液圧ポンプの駆動モータは可変速度モータを使用する（従来の駆動モータは一定速度モータを使用）。具体的には、可変速度モータを駆動させるためのモータ駆動回路に対する入力としての電圧或いは周波数を変化させることで可変とする。
本発明装置において用いる液圧ポンプの前記モータに負荷する制御量は、ヘルムポンプが回転して液流を吐出する際に該ヘルムポンプに加わる液抵抗圧、例えばヘルムポンプの液流の吐出側と流入側の圧力差に対応（比例、その他の相関した関係）する値とした。前記抵抗圧はヘルムポンプを回転させるために必要な力（トルク）と対応している。即ち、液圧ポンプのモータに負荷する制御量はヘルムポンプが回転する際のトルクに対応することになる。
よって本発明では、未だ舵輪が操作されずにヘルムポンプが停止されているときには、液圧ポンプも駆動されることはない。舵輪操作によりヘルムポンプが回転される時のみ液圧ポンプ駆動が駆動されることになる。
しかも前記液圧ポンプの駆動は、ヘルムポンプ回転の際に生じた液抵抗圧（ヘルムポンプを回転させるのに必要なトルクと同等）に対応した制御量で行われるので、常に必要以上の能力で流量を流すようにした従来のパワーステアリング操舵装置における液圧ポンプ手段と比べて、多大な省エネルギー化を図ることができる。
また本発明装置では、舵を動かす際に、外界からの抵抗力が舵側から液圧回及びヘルムポンプを介して舵輪に伝わることができ、手動操舵の感触を得ることが可能である。このような手動操舵の感触は上記従来のパワーステアリング操舵装置では決して味わうことができない。
以上のような基本的な考え方及び作用に基づいて、本発明の操舵装置は次の様な特徴を有する。
即ち、本発明の操舵装置は、操舵者側には操舵手段として舵輪１３と該舵輪１３の操作方向に且つ操作量に対応した量だけ回転してその回転量に対応する液量を吐出するヘルムポンプ１０とを設け、一方、船の舵２７側には舵２７を実際に動かす手段としてシリンダ２０とピストン２１及びピストンロッド２２からなる複動シリンダ手段を設け、それら操舵手段と複動シリンダ手段との間を液圧回路で接続することで、前記ヘルムポンプ１０から吐出された液量の全量が前記液圧回路を介して前記複動シリンダ手段のシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記液圧回路を介してヘルムポンプ１０に流入されることで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路を構成すると共に、前記シリンダ２０内に導入される液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにした操舵装置であって、
前記舵輪１３操作によるヘルムポンプ１０の回転に対して発生する油圧回路からの液抵抗圧に対して、該液抵抗圧に応じた液吐出圧を前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段を、前記完全密閉式閉回路からなる液圧回路の一部に直列に配置し、該ポンプ手段による補助によって舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを第１の特徴としている。
上記第１の特徴においては、舵輪１３が操作されることでヘルムポンプ１０が正逆の一方向に回転され、これによってヘルムポンプ１０が液を液圧回路内に吐出しようとすると、該ヘルムポンプ１０の回転及び液吐出に対する液圧回路からの液抵抗圧が生じる。よってこの発生する液圧抵抗が大きくなる場合には舵輪１３操作が容易ではなくなる（これが従来の手動操舵装置である。）。第１の特徴においては、ヘルムポンプ１０の回転に伴って発生する前記液抵抗圧に対して、同じ液圧回路に直列に配されたポンプ手段が前記液抵抗圧に応じた液吐出圧を且つヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生するように構成されているため、舵輪１３に加わる操舵抵抗は、前記ポンプ手段が発生する液吐出圧分だけ軽減されることになり、操舵が軽く、容易になる。
第１の特徴に係る装置においては、装置全体が完全密閉式の閉回路とされているため、ヘルムポンプ１０が液圧回路に吐出した液量と同量が正確にシリンダ２０に導入にされ、前記吐出液量に正確に対応した舵２７の移動量を確保することができる。即ち、舵輪１３の回転方向や回転速度、回転量に対応して舵２７の移動方向、移動速度、移動量（舵角度）を正確に定めることができる。
そして特に装置全体を完全密閉式の閉回路とすることで、舵輪１３操作に伴って生じる操舵抵抗を液圧回路に発生する液抵抗圧として正確に反映させることができることから、前記操舵抵抗が発生した間だけ且つその発生した操舵抵抗に応じただけの操舵補助圧をポンプ手段により出力させることで、無駄なエネルギーの消費なく操舵抵抗を確実に軽減させることができる。
また第１の特徴に係る装置では、操舵者が舵輪１３を操作する際に受ける操舵抵抗は、ヘルムポンプ１０の回転速度の他、舵２７の移動に対する外界からの抵抗を液圧回路１４を通じて反映させることができ、よって操舵者は操舵抵抗を軽減されながら且つ手動操舵の感触を得ることができる。
次に、本発明の操舵装置は、上記第１の特徴による構成に加えて、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、双方向吐出可能な液圧ポンプ３０を少なくとも備え、該双方向吐出可能な液圧ポンプ３０を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の一方の液圧路１４ｂに直列に配置し、該液圧ポンプ３０を含むポンプ手段によって舵輪１３操作に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで、舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを第２の特徴としている。
上記第２の特徴においては、舵輪１３の操作によってヘルムポンプ１０から吐出した液量は完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通って、前記吐出液量と同量がシリンダ２０の一方の室に入り、ピストン２１を押動して、舵２７を動かす。それにつれてシリンダ２０の他の室から同量が排出され、前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他の液圧路を通って、ヘルムポンプ１０に吸い込まれる。一方、ポンプ手段として、双方向吐出可能な液圧ポンプを備えて、これを前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの何れか一方に直列に配置している。
今、舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０が何れか一方に回転されることで該ヘルムポンプ１０による液吐出に対する液抵抗圧が発生すると、前記双方向吐出可能な液圧ポンプ３０が駆動され、液をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に且つ前記液抵抗圧に応じた吐出液圧で吐出する。これによって、舵輪１３に加わる操舵抵抗は前記ポンプ手段が発生する吐出液圧分だけ軽減されることになり、操舵がし易くなる。
前記液圧ポンプ３０は双方向吐出が可能なものとしているので、１個のポンプで、舵輪１３の何れの方向への操作にも対応することができる。勿論、上記第１の特徴の場合と同様に、装置全体が完全密閉式の閉回路とされているため、ヘルムポンプ１０が吐出した液量に正確に対応した舵２７の移動量を確保することができると共に、特に舵輪１３操作によるヘルムポンプ１０の回転等の状況を正確に反映した液抵抗圧を得ることができることから、ポンプ手段による吐出液圧についても必要なだけの出力でよく、またポンプ手段は舵輪１３が操作されヘルムポンプ１０が回転される間だけ駆動されることになるので、省エネルギーである。
また操舵者が舵輪１３を操作する際に受ける操舵抵抗は、ヘルムポンプ１０の回転速度の他、舵２７の移動に対する外界からの抵抗を液圧回路１４を通じて反映したものとなり、操舵者は操舵抵抗を軽減されながらも手動操舵の感触を得ることができる。
また本発明の操舵装置は、上記第２の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に液吐出圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３０のモータ駆動回路４１に負荷させることを第３の特徴としている。
この第３の特徴によれば、上記第２の特徴による作用効果に加えて、舵輪１３操作によるヘルムポンプ１０の液吐出に対して液抵抗圧が発生すると、ポンプ手段の圧力検出器がこの液抵抗圧を検出する。そして検出した液抵抗圧に応じた制御量を液圧ポンプ３０のモータ駆動回路に負荷する。これによって液圧ポンプ３０が前記液抵抗圧の方向及び程度に応じた吐出圧で駆動され、舵輪１３に加わる操舵抵抗を軽減する。
この第３の特徴によれば、ヘルムポンプ１０の回転に対して生じる液抵抗圧に応じた制御量で液圧ポンプ３０を制御することで、軽くて快適な操舵性を得ることができる。
他の省エネ効果や手動操舵の感触を得る効果は、上記第２の特徴による効果と同様である。
また本発明の操舵装置は、上記第２の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に液吐出圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３０のモータ電流を検出する電流検出器とを備え、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３０の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３０のモータ駆動回路４１に負荷させることを第４の特徴としている。
この第４の特徴によれば、上記第２の特徴による作用効果に加えて、舵輪１３操作中において、ヘルムポンプ１０の液吐出に対して発生する液抵抗圧がポンプ手段の圧力検出器で検出され、一方、駆動中の液圧ポンプ３０のモータ電流が電流検出器で検出される。前記液圧ポンプ３０が駆動しているときのモータ電流は該液圧ポンプ３０の実際の液吐出圧に対応することから、前記圧力検出手段で検出された値と電流検出手段で検出された値とは、圧力に関する同じ単位の換算値に変換することで、容易に比較することができる。即ち、舵輪１３操作に対する液抵抗圧と液圧ポンプ３０の実際の吐出圧とが比較され、その差に応じた制御量が液圧ポンプ３０のモータ駆動回路４１に負荷される。これによって、液圧ポンプ３０の吐出圧が速やかに適正値へと補正され、舵輪１３に加わる操舵抵抗が速やかに軽減されて安定する。また前記差に応じた制御量を調整することで、操舵者の好みに合わせて操舵補助の程度を調整することも可能である。
この第４の特徴によれば、操舵抵抗の軽減が、ヘルムポンプ１０の回転に対して生じる液抵抗圧と液圧ポンプ３０の実際の吐出圧との差に基づいた制御で行われることで、より速やかに操舵抵抗の軽減が図れると共に、軽減された状態で安定させることができる。
他の省エネ効果や手動操舵の感触を得る効果は、上記第２の特徴による効果と同様である。
また本発明の操舵装置は、上記第１の特徴による構成に加えて、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、一対の双方向吐出可能な液圧ポンプ３０、３１を少なくとも備え、該双方向吐出可能な一対の液圧ポンプ３０、３１を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂに直列にそれぞれ配置し、該一対の液圧ポンプ３０、３１を含むポンプ手段によって、舵輪１３操作に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを第５の特徴としている。
上記第５の特徴によれば、舵輪１３の操作によってヘルムポンプ１０から吐出した液量は完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通って、前記吐出液量と同量がシリンダ２０の一方の室に入り、ピストン２１を押動して、舵２７を動かす。それにつれてシリンダ２０の他の室から同量が排出され、前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他の液圧路を通って、ヘルムポンプ１０に吸い込まれる。
一方、ポンプ手段として、一対の双方向吐出可能な液圧ポンプを備えて、これを前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂのそれぞれに直列に配置している。
今、舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０が何れか一方に回転されることで該ヘルムポンプ１０による液吐出に対する液抵抗圧が発生すると、前記双方向吐出可能な一対の液圧ポンプ３０、３１が駆動され、液をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に且つ前記液抵抗圧に応じた吐出液圧で吐出する。これによって、舵輪１３に加わる操舵抵抗は前記ポンプ手段が発生する吐出液圧分だけ軽減されることになり、操舵がし易くなる。
前記液圧ポンプ３０、３１は双方向吐出が可能なものとしているので、各ポンプのそれぞれが舵輪１３の何れの方向への操作にも対応することができる。特に、一対の液圧ポンプ３０、３１を用いることで、各ポンプ３０、３１の出力は必要なトータル出力の半分ですみ、各ポンプ３０、３１にかかる負担が軽減される。また一対の液圧ポンプ３０、３１を用いることで、一対の液圧路１４ａ、１４ｂ間における液の搬送をより均一に安定化させることができる。
また万が一、片方の液圧ポンプが故障したような場合においても、残る他方の液圧ポンプによる運転の継続も可能となる。
勿論、上記第１の特徴の場合と同様に、舵輪１３操作によって操舵抵抗が生じたときにのみ、その操舵抵抗に応じた出力で液圧ポンプ３０、３１を駆動させればよいので、省エネルギーである。また操舵者は操舵抵抗を軽減されながらも手動操舵の感触を得ることができる。
また本発明の操舵装置は、上記第５の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を一対の液圧ポンプ３０、３１の共通のモータ駆動回路４１に負荷させることを第６の特徴としている。
上記第６の特徴によれば、ヘルムポンプ１０の回転に対して生じる液抵抗圧に応じた制御量で液圧ポンプ３０、３１を制御することで、軽くて快適な操舵性を得ることができる。
他の省エネ効果や手動操舵の感触を得る効果は、上記第５の特徴による効果と同様である。
また本発明の操舵装置は、上記第５の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、一対の液圧ポンプ３０、３１のモータ電流を検出する電流検出器とを備え、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３０、３１の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を一対の液圧ポンプ３０、３１のモータ駆動回路４１に負荷させることを第７の特徴としている。
この第７の特徴によれば、上記第５の特徴による作用効果に加えて、上記第４の特徴による作用効果と同様に、舵輪１３操作に対する液抵抗圧と液圧ポンプ３０、３１の実際の吐出圧とが比較され、その差に応じた制御量が液圧ポンプ３０、３１のモータ駆動回路４１に負荷される。これによって、液圧ポンプ３０、３１の吐出圧が速やかに適正値へと補正され、舵輪１３に加わる操舵抵抗が速やかに軽減されて安定する。
この第７の特徴によれば、操舵抵抗の軽減が、ヘルムポンプ１０の回転に対して生じる液抵抗圧と液圧ポンプ３０、３１の実際の吐出圧との差に基づいた制御で行われることで、より速やかに操舵抵抗の軽減が図れると共に、軽減された状態で安定させることができる。
他の省エネ効果や手動操舵の感触得る効果は、上記第５の特徴による効果と同様である。
また本発明の操舵装置は、上記第１の特徴による構成に加えて、前記ポンプ手段として、単方向にのみ液吐出が可能な液圧ポンプ３２を少なくとも備え、該液圧ポンプ３２を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１５の一部に直列に配置し、一方、前記ヘルムポンプ１０からの液量の吐出方向に応じて前記液圧回路１５における途中の通路を切り替えることで前記ヘルムポンプ１０の吐出方向が何れの場合にもヘルムポンプ１０からの液流を前記液圧ポンプ３２の吸い込み側に接続する通路切替手段を、前記液圧ポンプ３２と前記ヘルムポンプ１０との間に設け、前記液圧ポンプ３２を含むポンプ手段と通路切替手段とにより舵輪１３操舵に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを第８の特徴としている。
上記第８の特徴によれば、上記第１の特徴による作用効果に加えて、今、舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０から液が正逆の何れか一方向に吐出されると、そのヘルムポンプ１０からの液の吐出方向に応じて通路切替手段が働き、ヘルムポンプ１０からの吐出液が液圧ポンプ３２の吸い込み側に流れるように液圧回路１５の通路が切り替えられる。よって、ヘルムポンプ１０から正逆何れの方向に液が吐出されても、その液は液圧回路１５に設けられた通路切替手段を通って必ず前記液圧ポンプ３２の吸い込み側に吸い込まれる。そして更に吐出されて、液圧回路１５を通ってシリンダ２０の一方の室に入る。ピストン２１の移動に従ってシリンダ２０の他方の室からは同量の液が排出されて、液圧回路１５を通ってヘルムポンプ１０の吸い込み側に流れ込む。このようにして通路切替手段を用いることで、液圧ポンプとしては単方向吐出ポンプを用いることができる。よって安価な液圧ポンプを用いることができると共に、ポンプ手段の制御機構もより簡単で安価な機構とすることができる。
勿論、省エネ効果や手動操舵の感触得る効果は、上記第１の特徴による効果と同様に得ることができる。
また本発明の操舵装置は、上記第８の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に吐出液圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを第９の特徴としている。
この第９の特徴によれば、上記第８の特徴による作用効果に加えて、上記第３、第６の特徴による作用効果と同様に、ヘルムポンプ１０の回転に対して生じる液抵抗圧に応じた制御量で液圧ポンプ３２を制御することで、軽くて快適な操舵性を得ることができる。
また本発明の操舵装置は、上記第８の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３２のモータ電流を検出する電流検出器とを備え、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３２の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを第１０の特徴としている。
この第１０の特徴によれば、上記第８の特徴による作用効果に加えて、上記第４、第７の特徴による作用効果と同様に、操舵抵抗の軽減が、ヘルムポンプ１０の回転に対して生じる液抵抗圧と液圧ポンプ３０、３１の実際の吐出圧との差に基づいた制御で行われることで、より速やかに操舵抵抗の軽減が図れると共に、軽減された状態で安定させることができる。
また本発明の操舵装置は、上記第１の特徴による構成に加えて、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、単方向にのみ液吐出が可能な液圧ポンプ３２を少なくとも備え、該液圧ポンプ３２を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方に直列に配置し、一方、前記ヘルムポンプ１０からの液量の吐出方向に応じて前記液圧回路１４における途中の通路を切り替えることで前記ヘルムポンプ１０の吐出方向が何れの場合にもヘルムポンプ１０からの液流を前記液圧ポンプ３２の吸い込み側に接続する一対の通路切替手段を、前記液圧ポンプ３２と前記ヘルムポンプ１０との間及び液圧ポンプ３２とシリンダ２０との間とに設け、前記液圧ポンプ３２を含むポンプ手段と前記一対の通路切替手段とにより舵輪１３操舵に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧をヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを第１１の特徴としている。
この第１１の特徴によれば、上記第２の特徴による作用効果に加えて、通路切替手段を一対設けることで、通路切替手段を１個だけ設ける上記第１２の特徴の場合等と比べて、液圧回路１４の構成を十分に簡素化することができると共に、通路切替手段そのものの構成も簡単なものでよくなり、市販の安価な通路切替弁を使用することができる。
また本発明の操舵装置は、上記第１１の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に吐出液圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを第１２の特徴としている。
この第１２の特徴によれば、上記第１１の特徴による作用効果に加えて、上記第３、６、９の特徴による作用効果と同様の効果を奏することができる。
また本発明の操舵装置は、上記第１１の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３２のモータ電流を検出する電流検出器と、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３２の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３２のモータ駆動回路４１に負荷させることを第１３の特徴としている。
この第１３の特徴によれば、上記第１１の特徴による作用効果に加えて、上記第４、７、１０の特徴による作用効果と同様の効果を奏することができる。
また本発明の操舵装置は、上記第１の特徴による構成に加えて、前記液圧回路として、前記操舵手段と複動シリンダ手段との間に一対の液圧路１４ａ、１４ｂで接続した液圧回路１４を有し、これによって前記ヘルムポンプ１０から吐出した液量の全量が前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの一方を通ってシリンダ２０の一方の室に導入され、且つ同量がシリンダ２０の他の室から排除されて前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの他方を通ってヘルムポンプ１０に流入することで、全体として完全密閉密閉式の閉回路からなる液圧回路１４を構成すると共に、前記シリンダ２０内に受け入れた液量に対応した分だけ舵２７を移動させるようにし、
前記ポンプ手段として、一対の単方向吐出可能な液圧ポンプ３３、３４を少なくとも備え、該単方向吐出可能な一対の液圧ポンプ３３、３４を前記完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４の前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂに直列にそれぞれ配置し、舵輪１３操作によるヘルムポンプ１０の液吐出方向に応じて前記一対の液圧ポンプ３３、３４の何れか一方を駆動させると共に、前記ヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧に応じた液吐出圧を前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に付加させることで舵輪１３の操舵抵抗を自動的に軽減させるようにしたことを第１４の特徴としている。
この第１４の特徴によれば、上記第１の特徴による作用効果に加えて、双方向ポンプを一対用いる上記第５の特徴の場合よりも、液圧回路やポンプ制御は多少複雑になるが、液圧ポンプとして単方向吐出ポンプを用いることができるのでコスト低減を図ることができる。また単方向吐出ポンプと該ポンプを迂回するバイパスとの組み合わせにより、ポンプ故障等の際に有用な手動操舵機能をも容易に付加することができるメリットがある。
また本発明の操舵装置は、上記第１４の特徴による構成において、ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に吐出液圧を発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器が検出した液抵抗圧に応じた吐出圧を発生させる制御量を液圧ポンプ３３、３４のモータ駆動回路４１に負荷させることを第１５の特徴としている。
この第１５の特徴によれば、上記第１４の特徴による作用効果に加えて、上記第３、６、９の特徴による作用効果と同様の効果を奏することができる。
また本発明の操舵装置は、上記第１４の特徴に示す構成において、前記ヘルムポンプ１０の吐出方向と同方向に発生させるようにしたポンプ手段は、ヘルムポンプ１０が回転されて液量を吐出する際に受ける液抵抗圧を検出する圧力検出器と、液圧ポンプ３３、３４のモータ電流を検出する電流検出器と、前記圧力検出器で検出された液抵抗圧値と前記電流検出器で検出された液圧ポンプ３３、３４の実際の吐出圧とを比較して、その差に応じた制御量を液圧ポンプ３３、３４のモータ駆動回路４１に負荷させることを第１６の特徴としている。
この第１６の特徴によれば、上記第１４の特徴による作用効果に加えて、上記第４、７、１０の特徴による作用効果と同様の効果を奏することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明に係る好ましい操舵装置の一例を、第１図〜第２図に従って説明する。この第１図〜第２図に示す構成は上記の第２〜第５の特徴に対応している。
操舵装置の操舵者側には、操舵手段として舵輪１３とヘルムポンプ１０とが設けられている。前記ヘルムポンプ１０は正逆回転が可能で且つ回転した量に比例した液量を正確に吐出するポンプとして定義づけられる。即ち、舵輪１３の操作によって正方向或いは逆方向に回転され、回転された方向に回転された分量に比例した液量を正確に吐出する。例えば舵輪１３が右回転操作されると、ヘルムポンプ１０がその舵輪１３の操作量に応じた量だけ右回転され、ヘルムポンプ１０の回転量に比例した液量を前記右回転に伴う方向に吐出する。
一方、船の舵２７側には、該舵２７を実際に動作させる手段として、複動シリンダ手段が設けられる。この複動シリンダ手段は、ピストンを双方向に移動させることが可能なシリンダ２０と、ピストン２１とピストンロッド２２からなり、前記ピストンロッド２１の移動に連動して舵２７が移動される。
前記舵輪１３やヘルムポンプ１０からなる操舵手段と複動シリンダ手段のシリンダ２０との間は液圧回路で接続される。該液圧回路は全体として完全密閉式の閉回路から構成される。即ち、液圧回路内の液が外部へ導出されることも無く、また液が外部から液圧回路内に導入されることもない。
そして前記液圧回路にはその一部にポンプ手段が直列に配置される。該ポンプ手段は、前記ヘルムポンプ２０の回転に対する液抵抗圧に対応する吐出圧を、ヘルムポンプ２０による液吐出方向と同方向に発生させる手段で、ヘルムポンプ１０の回転に対する抵抗圧、即ち操舵抵抗を軽減する役割を果たす。
前記液圧回路は、本例では一対の液圧路１４ａ、１４ｂを有する完全密閉式の閉回路からなる液圧回路１４としている。なおこの明細書において、液圧回路とは主として油圧回路であり、液とは油である。また液圧回路は、例えばゴム製の配管機材を用いることで、船舶等への取り付けの際における配管の自由度を持たせるようにしている。
また前記ポンプ手段として、双方向吐出可能な液圧ポンプ３０を備え、該液圧ポンプ３０を前記一対の液圧路１４ａ、１４ｂの何れか一方（本例では１４ｂ）に直列に配置している。
液圧ポンプ３０は、それを駆動するポンプ用モータ４０と該ポンプ用モータ４０に対するモータ駆動回路４１と組み合わされている。
また液圧ポンプ３０のポンプ用モータ４０は、例えば直流モータとすることができるが、三相誘導モータでも良い。前記直流モータの場合には、モータ電流とポンプ吐出圧（モータ軸トルク）とが比例関係にある。また三相誘導モータの場合にも、モータ電流とモータ軸トルク（ポンプ吐出圧）とはほぼ比例関係にある。モータ電流とポンプ吐出圧との関係を対応付けることができる種類のポンプ用モータ４０を用いることが重要である。
また前記ポンプ手段は、前記ヘルムポンプ１０が回転して、液を吐出する際に該ヘルムポンプ１０に対して生じる液圧回路からの液抵抗圧を検出するための圧力検出器を備えている。
この圧力検出器は、本例の場合は、へルムポンプ１０の前後の圧力を検出する一対の圧力検出器５０、５１からなり、両検出器５０、５１で検出した値の差を圧力減算回路５２で演算することで、ヘルムポンプ１０の回転（液吐出）に対する液抵抗圧を得ることができる。
今、例えば舵輪１３が左回転操作されることで、ヘルムポンプ１０が左回転されると、その回転に伴って時々刻々と液量がヘルムポンプ１０の左口１２から一方の液圧路１４ｂに吐出される。この吐出液の全量が液圧ポンプ３０を介してシリンダ左口２４からシリンダ左室２６内に入り、前記吐出液全量に対応した量だけピストン２１を右方向に移動させさせる。と同時に、シリンダ右室２５からはシリンダ右口２３を通って同量が液圧路１４ａに排出され、該液圧路１４ａを通って同量がヘルムポンプ右口１１からヘルムポンプ１０内に吸い込まれる。即ち、ヘルムポンプ１０から吐出された液量と同量がシリンダ２０での舵２７の移動に使用され、また同量がヘルムポンプ１０に吸入され、トータルとしてそれらの間に過不足が生じることがない。即ち、完全密閉式の閉回路を構成する。
前記ヘルムポンプ１０が正逆の何れかに回転されることで生じるヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧は、ヘルムポンプ１０の回転に伴って時々刻々と変化する。また舵輪１３の操作を速く行う程（ヘルムポンプ１０の回転が速くなるほど）液抵抗圧が急激に増加する傾向となる。また舵２７の移動に対する外界からの抵抗が大きいほど前記ヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧が大きくなるという性質を持っている。この液抵抗圧は前記一対の圧力検出器５０、５１によりヘルムポンプ１０の左右の口１１、１２付近の液圧を検出することにより知ることができる。そしてまた左圧力検出器５０の検出値から右圧力検出器５１の検出値を差し引いた値がプラス値であれば、ヘルムポンプ１０からの液吐出が左口１２から行われていると判断され、この場合は液圧ポンプ３０の吐出方向が図面上において下方向になるようにポンプ用モータ４０の回転方向が切り替えられる。
前記圧力検出器５０、５１による検出値の差からヘルムポンプ１０に対する液抵抗圧が演算されると、その演算された液抵抗圧に応じた制御量がモータ駆動回路４０で形成され、モータ４０に加えられる。これによって、ポンプ３０は前記ヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧に応じて適当な液吐出圧を構成して、液をヘルムポンプ１０側から吸い込み、シリンダ２０側に押し出す。よってその液圧ポンプ３０による液吐出圧の分だけヘルムポンプ１０に加わる抵抗が減じられ、舵輪１３操作が軽くなる。
液圧ポンプ３０の液吐出圧とモータ４０の電流値、モータ４０電流値とモータ４０の駆動電圧（モータの回転数に略比例する）の関係を予め得ておくことで、前記液圧ポンプ３０に発生させるべき適当な液吐出圧に対し、負荷させる制御量を電圧値として与えることができる。
前記液圧ポンプ３０に対する制御の間隔は短時間サイクルであればあるほど、より木目細やかな操舵補助ができることになる。
第１図に示すポンプ手段においては、ヘルムポンプ１０による液吐出方向と同方向に、且つ検出された液抵抗圧に関連付けられた制御量でもって、液圧ポンプ３０のモータ４０が制御されることになる。
上記において、ヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧は、例えば圧力検出器５０、５１において電圧値として検出することができる。一方、前記液圧ポンプ３０の液吐出圧はモータ４０電流と対応させることができる。従って前記電圧値として検出された液圧抵抗に応じて発生させるべき液圧ポンプ３０の液吐出圧が決まると、液吐出圧に対応する電流値を演算することができ、この演算された電流値を制御量としてモータ駆動回路４１からポンプ用モータ４０に加えることで、前記発生させるべき所定の液吐出圧を液圧ポンプ３０に発生させることができる。
前記液圧ポンプ３０に発生させる液吐出圧はヘルムポンプ１０に生じる液抵抗圧と同圧になるように調整することができる。これにより時々刻々とヘルムポンプ１０から吐出される液量に追従するようにして同量の液を液圧ポンプ３０に吸い込んでシリンダ２０側に吐出させることができる。
前記液圧ポンプ３０として運転停止時において液圧路１４ｂを閉塞するようなポンプ、例えば閉塞性のギアポンプを用いる場合には、該液圧ポンプ３０が駆動を開始するまでは、前記舵２７からシリンダ２０、液圧路１４ａを通じて伝わってくる外界からの抵抗圧は液圧ポンプ３０で遮断された状態となるが、一旦液圧ポンプ３０が駆動状態に入って液圧路がシリンダ２０のピストン２１まで通じると、舵２７の移動に対する外界からの抵抗圧が液圧ポンプ３０の吐出圧に対して加わり、更にはヘルムポンプ１０に対する液抵抗圧となって、舵輪１３操作を行う者に伝わる。
今、非駆動状態において液圧路１４ｂを閉塞するギアポンプを液圧ポンプ３０として用いた場合には、初期状態としてヘルムポンプ１０と液圧ポンプ３０との間の液路が閉塞状態となっている（この状態では舵２７を介した外界からの抵抗は液圧ポンプ３０で遮断されている。）そしてこの状態から舵輪１３操作がなされ、ヘルムポンプ１０の左口１２から液が吐出開始されると、左口１２前方における閉塞液路の液圧が液抵抗圧として上昇する。よってこの液圧を圧力検出器５０、５１が検出し、液圧ポンプ３０の駆動が開始される。液圧ポンプ３０の駆動開始後は、前記外界からの抵抗が液圧ポンプ３０を介して、ヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧として加わり、舵輪１３操作に影響を及ぼすことになる。
なお舵輪１３を上記と反対に右回転操作した場合には、ヘルムポンプ１０の右口１１から液が吐出されることになる。この場合には圧力検出器５０、５１の検出する値の差がマイナスとなって、ポンプ用モータ４０が上記とは逆に回転し、液圧ポンプ３０が図面上において上向きに液を吐出する。即ち、ヘルムポンプ１０の吸い込み側（左口１２）に向けて液を吐出し、ヘルムポンプ１０の吸い込み側に生じる負圧を軽減することで、舵輪１３の操作抵抗を軽減することになる。ポンプ手段による制御の仕方は上記ヘルムポンプ１０を左回転操作する場合とモータ４０の回転方向が反対になるだけで、その他は同様である
第２図のポンプ手段においては、双方向吐出可能な液圧ポンプ３０、ポンプ用モータ４０、モータ駆動回路４１、一対の圧力検出器５０、５１、圧力減算回路５２の他に、前記ポンプ用モータ４０の電流値（モータ４０の駆動トルクを反映する）を検出するモータ電流検出器４３と、該モータ電流検出器４３による検出値と前記圧力減算回路５２からの出力値とを比較し、その差に応じた値をモータ駆動回路４１に出力する比較回路４２とを有する。
この例は上記本発明の第４の特徴に対応するものである。他の構成は上記第１図で説明した構成と同様である。
前記モータ電流検出器４３で検出される電流値はポンプ用モータ４０のトルクに対応した値であり、モータ４０のトルクは液圧ポンプ３０の実際の液吐出圧に対応した値である。一方、圧力減算回路５２から比較回路４２に入力される値は液抵抗圧であるが、この液抵抗圧はヘルムポンプ１０を回転させる際のトルクでもある。よって比較回路４２では、圧力減算回路５２から入力した値とモータ電流検出器４３から入力した値とを、同じトルクに関する単位を持つ値として正確に比較することができる。そしてモータ駆動回路４１では前記比較された２つの値の差（偏差）に応じた制御量を構成して、ポンプ用モータ４０を制御する。
上記制御においては、ヘルムポンプ１０に対する液抵抗圧（ヘルムポンプ回転に必要なトルク）と液圧ポンプ３０の実際の液吐出圧（ポンプ用モータ４０の駆動トルク）との差に応じて、液圧ポンプに負荷させる制御量（制御電圧）を変えるようにしているので、その差が大きい場合には速やかに液圧ポンプの液吐出量が増減されて適切な液吐出圧状態に移行させることができる。また一旦適切な液吐出圧になるとその状態で安定し易くなる。
本発明に係る好ましい操舵装置の他の一例を、第３図〜第４図に従って説明する。この第３図〜第４図に示す構成は上記の第６〜９の特徴に対応している。
既述した第１図に示す構造においては、１個の液圧ポンプ３０を用いたが、この第３図に示す装置においては、ポンプ手段として一対の双方向吐出可能な液圧ポンプ３０、３１を設けたものである。この一対の液圧ポンプ３０、３１に対して共通のポンプ用モータ４０及びポンプ用駆動回路４１を設けている。一対の液圧ポンプ３０、３１は、例えば一方の液圧ポンプ３０が図面上で下方に（下口３０ｂから）液を吐出する場合には他方の液圧ポンプ３１は図面上で上方に（上口３１ａから）液を吐出し、また一方の液圧ポンプ３０が上口３０ａから液を吐出する場合には他方の液圧ポンプ３１が下口３１ｂから液を吐出するように構成されている。これによってヘルムポンプ１０が何れの口１１又は１２から液を吐出しても、液の流れの方向が液圧回路１４を一方向にループ状に生じるようになされている。
また各液圧ポンプ３０、３１に発生させる液吐出圧は、必要な液吐出圧に対してトータルで同じになるように分担させる。分担の仕方としては１／２づつにすることもできるし、またヘルムポンプ１０の液吐出側と液吸引側にそれぞれ生じる液圧に応じて、ヘルムポンプ１０の液吐出側にある液圧ポンプの吐出圧を大きくし、ヘルムポンプ１０の吸引側にある液圧ポンプの吐出圧を小さくして、全体として必要な液吐出圧とすることができる。
第３図に示す装置においては、そのポンプ手段として、一対の圧力検出器５０、５１、圧力減算回路５２等を用いた制御を行う構成としている。この制御については、第１図の装置において既述したのと同様である。
第４図に示す装置においては、そのポンプ手段として、一対の圧力検出器５０、５１、圧力減算回路５２、比較回路４２、モータ電流検出器４３等を用いた制御を行う構成としている。この制御については、第２図の装置において既述したのと同様である。また一対の各液圧ポンプ３０、３１により液吐出圧を分担する点については上記第３図に示す装置においての説明と同様である。
上記の第３図、第４図に示す例においては、一対の液圧ポンプ３０、３１を用いることで、ヘルムポンプ１０からシリンダ２０への往路側とシリンダ２０からヘルムポンプ１０への復路側にそれぞれ分散して液吐出圧を加えることができ、液圧回路１４での液或いは液圧の移動をより平均化して、安定したものとすることが可能となる。また例えば一方の液圧ポンプが故障したような場合においても、残る液圧ポンプにより次善の運転を行うことができる。更に各液圧ポンプについては、その吐出能力が小さくてもよく、小型のポンプを用いて液圧回路１４に対してより容易にうまく適合して組み合わせることが可能になる。
本発明に係る好ましい操舵装置の他の一例を、第５図〜第１１図に従って説明する。この第５図〜第１１図に示す構成は上記の第１０〜第１４の特徴に対応している。
既述した第１図〜第２図に示す例では、ポンプ手段の液圧ポンプとして、双方向吐出可能な液圧ポンプ３０を用いたが、本例では単方向にのみ吐出可能な液圧ポンプ３２を用いて、これを液圧回路１５の一部に直列に配置している。
また通路切替手段として三位置パイロット切替弁６０を設けている。
液圧回路１５は、ヘルムポンプ１０とパイロット切替弁６０との間に一対のヘルムポンプ液路１５ａ、１５ｂを設け、パイロット切替弁６０と液圧ポンプ３２との間に一対の液圧ポンプ液路１５ｃ、１５ｄを設け、パイロット切替弁６０とシリンダ２０との間に一対のシリンダ液路１５ｅ、１５ｆを設けている。
前記三位置パイロット切替弁６０は、この例ではスライドスプール形６ポート切替弁で、ブロックセンタ型（オールポートブロック）としている。即ち、３つの切替弁室６１、６２、６３からなり、その切替弁中央室６１の６個のポートは、前記一対のヘルムポンプ液路１５ａ、１５ｂとの接続口を構成する一対のヘルムポンプポート６１ａ、６１ｂと、液圧ポンプ３２の一対の液圧ポンプ液路１５ｃ、１５ｄとの接続口を構成する一対の液圧ポンプポート６１ｃ、６１ｄと、前記一対のシリンダ液路１５ｅ、１５ｆとの接続口を構成する一対のシリンダポート６１ｅ、６１ｆとを有し、何れのポート６１ａ〜６１ｆも閉じた状態にされている。
切替弁右室６２には同様に一対のヘルムポンプポート６２ａ、６２ｂ、一対の液圧ポンプポート６２ｃ、６２ｄ、一対のシリンダポート６２ｅ、６２ｆを有する。ポート６２ａとポート６２ｄが通じ、ポート６２ｂとポート６２ｆが通じ、またポート６２ｃとポート６２ｅとが通じた構成になされている。
また切替弁左室６３にも同様に、一対のヘルムポンプポート６３ａ、６３ｂ、一対の液圧ポンプポート６３ｃ、６３ｄ、一対のシリンダポート６３ｅ、６３ｆを有する。ポート６３ａとポート６３ｅが通じ、ポート６３ｂとポート６３ｄが通じ、またポート６３ｃとポート６３ｆとが通じた構成になされている。
通路切替手段として一対のパイロット管路６５、６６と、復帰用付勢バネ６７、６８が設けられている。
今、舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０が左回転して、液を左口１２から吐出すると、ヘルムポンプ左口１２からヘルムポンプ液路１５ｂに液が吐出されることでパイロット管路６６内が加圧され、また他方のパイロット管路６５は負圧傾向となる。その結果としてパイロット圧が生じ、パイロット切替弁６０が第５図上において右方に移動し、第６図の状態となる。この場合には、ヘルムポンプ１０の左口１２からヘルムポンプ液路１５ｂに吐出された液の流れは、切替弁左室６３のヘルムポンプポート６３ｂ、液圧ポンプポート６３ｄ、液圧ポンプ液路１５ｄを経て、単方向にのみ吐出可能な液圧ポンプ３２の吸い込み側へと伝播する。よって液が液圧ポンプ３２の下口３２ｂからポンプ３２内に入り、上口３２ａから液圧ポンプ液路１５ｃに吐出されて、液圧ポンプポート６３ｃ、シリンダポート６３ｆ、シリンダ液路１５ｆへと伝播し、液がシリンダ左口２４からシリンダ左室２６に流入する。これによってピストン２１が第６図上において右方向に押動され、舵２７（第１図参照）が移動される。一方、シリンダ右室２５からは前記流入した液量と同量の液がシリンダ右口２３を経てシリンダ液路１５ｅに流出し、その流れはシリンダポート６３ｅ、ヘルムポンプポート６３ａを通ってヘルムポンプ液路１５ａに伝播し、液がヘルムポンプ右口１１からヘルムポンプ１０内に流入する。
一方、舵輪操作によりヘルムポンプ１０が右方向に回転され、液が右口１１からヘルムポンプ液路１５ａに吐出されると、パイロット管路６５が加圧され、またパイロット管路６６が負圧傾向となって、結果としてパイロット圧が生じ、パイロット切替弁６０が第５図上において左方に移動し、第７図の状態となる。この場合には、ヘルムポンプ１０の右口１１からヘルムポンプ液路１５ａに吐出された液の流れは切替弁右室６２のヘルムポンプポート６２ａ、液圧ポンプポート６２ｄ、液圧ポンプ液路１５ｄを経て、単方向にのみ吐出可能な液圧ポンプ３２の吸い込み側へと伝播される。そして液圧ポンプ３２から液圧ポンプ液路１５ｃに吐出された液の流れは、液圧ポンプポート６２ｃ、シリンダポート６２ｅ、シリンダ液路１５ｅへと伝播し、液がシリンダ右口２３からシリンダ右室２５に流入して、ピストン２１を第７図上において左方向に押動し、舵２７（第１図参照）を移動させる。一方、シリンダ左室２６からは前記流入した液量と同量の液がシリンダ左口２４を経てシリンダ液路１５ｆに流出し、その流れはシリンダポート６２ｆ、ヘルムポンプポート６２ｂを通ってヘルムポンプ液路１５ｂに伝播し、ヘルムポンプ左室１２からヘルムポンプ１０に流入する。
第５図〜第７図に示す装置においては、そのポンプ手段による制御の仕方は、第１図の装置において既述した仕方と同様である。ただしこの例では、ヘルムポンプ１０が何れの方向に回転させた場合においてもその吐出側と接続されることになる液圧ポンプ液路１５ｄにのみ、１個の圧力検出器５０を設けている。ヘルムポンプ１０を何れかの方向に回転させて液を吐出させる場合、ヘルムポンプ１０の流入側の圧力は負圧傾向となるが、流入側の圧力は実際には液圧回路による緩衝作用が適当に働くこと等により大気圧に近い状態となる、従ってヘルムポンプ１０の回転に伴って生じる液抵抗圧の検出は、必ずしも液吐出側と液流入側の両方に圧力検出器を設けなくとも、ヘルムポンプ１０の液吐出側にのみ圧力検出器を設けるだけで検出することができる。本例では圧力検出器５０を液圧ポンプ液路１５ｄに配置することで、いつもヘルムポンプ１０の液吐出側の液圧を検出することができるので、圧力検出器を１個と圧力減算回路を省略することができるのである。従って本例では、圧力検出器５０で検出された液圧がそのままヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧とされて、モータ駆動回路４１に入力される。モータ駆動回路４１では前記入力された液抵抗圧に応じた適切な制御量として、駆動電圧が構成され、ポンプ用モータ４０を駆動することになる。
なお上記第１図〜第４図に示す例の場合においても、ヘルムポンプ１０の吐出側の液圧だけを１個の圧力検出器で検出して液抵抗圧を得ることができる。ただし第１図〜第４図の場合は、ヘルムポンプ１０の回転の方向によって一対の液圧路１４ａ、１４ｂの何れもが液吐出側になり得るので、それぞれの液圧路１４ａ、１４ｂに圧力検出器が必要になるのである。
第８図〜第１０図に示す装置においては、そのポンプ手段による制御の仕方は、第２図の装置において既述した仕方と同様である。また圧力検出器５０を１個だけ設けた構成及び理由については、上記第５図〜第７図の装置において既に説明した。この例における制御においては、圧力検出器５０で検出された値とモータ電流検出器４３で検出された値とが比較回路４２で比較される。前記圧力検出器５０で検出された値はヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧に関する値であり、前記モータ電流検出器４３で検出された値は液圧ポンプ３２の吐出圧に関する値であることから、両者の値を同じ単位で比較することが可能である。よってその差を両者の圧力差に係る値として、その圧力差に応じた制御量で液圧ポンプ３２を比例制御することで、液圧ポンプ３２の吐出圧を速やかに適正圧力に調整することができると共に、適正圧力になったところで安定させることができる。
以上、第５図〜第１０図に示す例では、単方向にのみ吐出する液圧ポンプを用いることで、液圧回路の構成が多少複雑になり、また通路切替手段として多少複雑な６ポート切替弁を用いる必要があるが、その一方、液圧ポンプそのものを簡易で安価なものでまかなうことができると共に、単方向ポンプであるからポンプ駆動回路等の制御機構も単純なもので済むメリットがある。また圧力検出器５０が１個ですみ、圧力減算回路も不要となる。
また前記第５図〜第１０図に示す装置において、第１１図に示すように、液圧ポンプ３２に対しバイパス１６を設けた構成とすることができる。１６ａはヘルムポンプ１０からシリンダ２０の方向へ流れる液流が逆流するのを防止する逆止弁である。バイパス１６を設けることで、例え液圧ポンプ３２が故障して液路を閉塞するようなことがあっても、バイパス１６を用いた手動操舵を確保することができる。また非駆動時に液路を閉塞するポンプを液圧ポンプ３２として用いる場合においても、操舵抵抗の小さいときにこの逆止弁１６ａ付きのバイパス１６を利用して手動操舵を行い、操舵抵抗が大きくなると前記液圧ポンプ３２を用いたパワーステアリング操舵を行うことも可能となる。
本発明に係る好ましい操舵装置の他の一例を、第１２図〜第１８図に従って説明する。この第１２図〜第１８図に示す構成は上記の第１５〜１９の特徴に対応している。
本例では、液圧回路を上記第１図〜第２図及び第３図〜第４図の例に示す液圧回路１４の場合と同様に、一対の液路１４ａ、１４ｂからなる液圧回路１４としている。
またポンプ手段としては、上記第５図〜第１０図に示す液圧ポンプ３２と同様に、単方向吐出が可能な液圧ポンプ３２を一個用いる。この液圧ポンプ３２はその液吐出方向を図面上において下向きにシリンダ２０の方向に向けて配置している。
一方、通路切換手段として、一対の三位置切替弁７０、８０を、それぞれヘルムポンプ１０と液圧ポンプ３２との間と、液圧ポンプ３２とシリンダ２０との間に設けている。三位置切替弁７０、８０が２個用いられることで、液圧回路１４の構成が一対の液圧路１４ａ、１４ｂからなる非常に簡単な構成にすることができると共に、三位置切替弁７０、８０そのものを市販されている４ポート式の切替弁でまかなうことができ、コスト低減の効果も大きい。
前記一対の三位置切替弁７０、８０は、本例では４ポートのブロックセンタ（オールポートブロック）形で、且つスライドスプール形の切替弁を用いている。勿論、前記スライドスプール形についてはこれに限定されるものではなく、ロータリー形などの他形式のものであってもよい。
また三位置切替弁７０、８０はソレノイドを一対用いた電磁切替弁を用いている。即ち、三位置切替弁７０は、切替弁中央室７１と切替弁右室７２と切換弁左室７３とを有し、各室７１、７２、７３にはそれぞれヘルムポンプポート７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂと液圧ポンプポート７１ｃ、７１ｄ、７２ｃ、７２ｄ、７３ｃ、７３ｄを設けている。中央室７１の４ポートは全ポートが閉じられている。右室７２ではポート７２ａとポート７２ｄとがクロスして通じ、またポート７２ｂと７２ｃとがクロスして通じている。また左室７３ではポート７３ａと７３ｃが、及びポート７３ｂと７３ｄとが平行に通じている。
同様にもう１つの三位置切替弁８０は、切替弁中央室８１と切替弁右室８２と切換弁左室８３とを有し、各室８１、８２、８３にはそれぞれシリンダポート８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂと液圧ポンプポート８１ｃ、８１ｄ、８２ｃ、８２ｄ、８３ｃ、８３ｄを設けている。中央室８１の４ポートは全ポートが閉じられている。右室８２ではポート８２ａとポート８２ｄとがクロスして通じ、またポート８２ｂと８２ｃとがクロスして通じている。また左室８３ではポート８３ａと８３ｃが、及びポート８３ｂと８３ｄとが平行に通じている。
前記一対の三位置切替弁７０、８０の位置を切り替えるための一対の圧力スイッチ９０、９１が設けられている。該圧力スイッチ９０、９１は三位置切替弁７０のソレノイド７６、７７及び三位置切替弁８０のソレノイド８６、８７をスイッチング操作するためのスイッチである。
今、舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０が左回転し、左口１２から液が吐出されて液圧が増加すると、左圧力スイッチ９１がオンされ、ソレノイド７７、８７が電磁駆動されて、三位置切替弁７０、８０を第１２図上で右方向に移動させ、第１３図に示す配置にさせる。第１３図に示す切替弁７０、８０の配置においては、液路が途中でクロスすること無く、ヘルムポンプ１０の左口１２から吐出した液の流れは、矢印に示すように、三位置切替弁７０のポート７３ｂ、７３ｄ、液圧ポンプ３２の吸込側である上口３２ａ、吐出側の下口３２ｂ、三位置切替弁８０のポート８３ｃ、８３ａを経て、シリンダ２０の左室２６側に伝播し、ピストン２１を図上において右方向に押動する。ピストン２１の移動に伴って右室２５から流出した液の流れは、三位置切替弁８０のポート８３ｂ、８３ｃ、三位置切替弁７０のポート７３ｃ、７３ａを経てヘルムポンプ１０の流入側に伝播し、右口１１からヘルムポンプ１０に流入する。
次に、舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０が右回転し、右口１１から液が吐出されて液圧が増加すると、右圧力スイッチ９０がオンされ、ソレノイド７６、８６を電磁駆動させて、三位置切替弁７０、８０を第１２図上で右方向に移動させ、第１４図に示す配置にさせる。第１４図に示す三位置切替弁７０、８０の配置においては、液路が２度クロスされる。即ち、ヘルムポンプ１０の右口１１から吐出した液の流れは、矢印に示すように、三位置切替弁７０のポート７２ａからポート７２ｄへと液路がクロスされて液圧ポンプ３２の吸込側に伝播し、そして液圧ポンプ３２の上口３２ａから流入して下口３２ｂから吐出される。この吐出された液流は、再度、三位置切替弁８０のポート８２ｃからポート８２ｂへと液路がクロスされて、シリンダ２０の右室２５側に伝播し、ピストン２１を図上において左方向に押動する。ピストン２１の移動に伴って左室２６から流出した液の流れは、三位置切替弁８０のポート８２ａからポート８２ｄへと液路をクロスして伝播し、更に三位置切替弁７０でポート７２ｃからポート７２ｂへと再度液路をクロスして、ヘルムポンプ１０の流入側に伝播し、左口１２からヘルムポンプ１０に流入する。
第１２図〜第１４図に示す装置では、そのポンプ手段による制御の仕方や作用効果は、第１図の装置や第５図〜第７図に示す装置において既述したのと同様である。この例では第５図〜第７図に示す装置の場合と同様に１個の圧力検出器５０を設けている。
第１５図〜第１７図に示す装置においては、そのポンプ手段による制御の仕方や作用効果は、第２図の装置や第８図〜第１０図において既述したのと同様である。
また前記第１２図〜第１７図に示す装置において、第１８図に示すように、液圧ポンプ３２に対しバイパス１６を設けた構成とすることができる。１６ａはヘルムポンプ１０からシリンダ２０の方向へ流れる液流が逆流するのを防止する逆止弁である。バイパス１６を設けることで、第１１図に示す装置において既述したのと同様に、液圧ポンプ３２が故障して液路を閉塞するようなことがあっても、バイパス１６を用いた手動操舵を確保することができる。また非駆動時に液路を閉塞するポンプを液圧ポンプ３２として用いる場合においても、操舵抵抗の小さいときにこの逆止弁１６ａ付きのバイパス１６を利用して手動操舵を行い、操舵抵抗が大きくなると前記液圧ポンプ３２を用いたパワーステアリング操舵を行うことが可能となる。
本発明に係る好ましい操舵装置の他の一例を、第１９図〜第２０図に従って説明する。この第１９図〜第２０図に示す構成は上記の第２０〜２４の特徴に対応している。
本例では、液圧回路を上記第１図〜第２図の場合、第３図〜第４図の場合及び第１２図〜第１７図に示す液圧回路１４の場合と同様に、一対の液路１４ａ、１４ｂからなる液圧回路１４を設けている。
一方、ポンプ手段としては、単方向にのみ吐出可能な一対の液圧ポンプ３３、３４を設けている。この一対の液圧ポンプ３３、３４はその液吐出方向が図面上において何れも下向きに配置している。また両ポンプ３３、３４はポンプ用モータ４０、ポンプ駆動回路４１を共用している。が、例えばポンプ用モータ４０が正回転した場合には一方の液圧ポンプ３３のみが駆動し、ポンプ用モータ４０が逆回転した場合には他方の液圧ポンプ３４のみが駆動するように構成されている。
前記一対の液圧ポンプ３３、３４にはそれぞれバイパス１７、１８が設けられ、該バイパス１７、１８にはそれぞれパイロット逆止弁１７ａ、１８ａが設けられている。また各パイロット逆止弁１７ａ、１８ａに対してパイロット操作管１７ｂ、１８ｂが設けられている。前記パイロット逆止弁１７ａは、通常時は普通の逆止弁の役割を果たすが、パイロット操作管１８ｂからのパイロット圧がパイロット逆止弁１７ａに加わった場合には逆止作用がなくなって通路と化す性質を持たせている。同様にパイロット逆止弁１８ａもパイロット操作管１７ｂからのパイロット圧がパイロット逆止弁１８ａに加わった場合には逆止作用がなくなって通路と化す性質を持たせている。
今、舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０が左回転して左口１２から液が吐出されると、一対の圧力検出器５０、５１で検出され、圧力減算回路５２で演算された値が正の液抵抗圧となって、ポンプ用モータ４０が正回転し、液圧路１４ｂの液圧ポンプ３３だけが駆動し、液をヘルムポンプ１０側からシリンダ２０の左室２６側に向けて吐出する。これによってシリンダ左室２６に入った液はピストン２１を図面上で右に移動させる。このピストン２１の移動に伴ってシリンダ右室２５から液圧路１４ａに液が流出する。このとき液圧ポンプ３４は停止状態にあり、よって停止状態において液路を閉塞するポンプを用いる場合、前記液圧ポンプ３４を通過してヘルムポンプ１０側へは流れることができない。その一方において、バイパス１８の逆止弁１８ａに対して液圧路１４ｂからパイロット操作管１７ｂを介してパイロット圧が加わるため、逆止弁１８ａが通常の通路と化し、その結果として液がバイパス１８を介してヘルムポンプ１０の吸込側に流れ、右口１１からヘルムポンプ１０内に流入される。
舵輪１３操作によりヘルムポンプ１０が右回転されて右口１１から液が吐出された場合には、上記ヘルムポンプ１０が左回転された場合と全く逆に液圧路１４ａの液圧ポンプ３４だけが駆動する。この場合には、バイパス１７の逆止弁１７ａに対して液圧路１４ａからパイロット操作管１８ｂを介してパイロット圧が加わるため、逆止弁１７ａが通常の通路と化し、その結果として液がバイパス１７を介してヘルムポンプ１０の吸込側に流れ、左口１２からヘルムポンプ１０内に流入される。
第１９図にはヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧を得て、その液抵抗圧に応じた制御量をもって制御を行う構成が示されている。
また第２０図には、ヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧とポンプ用モータ４０の電流値を得て、これを比較し、その差に応じた制御量をモータ駆動回路４１に与えて制御を行う構成が示されている。これらの制御は既述の例において既に説明したものと同様である。
また第１９図、第２０図に示す装置において、バイパス１７、１８、逆止弁１７ａ、１８ａ等を用いてヘルムポンプ１０の回転に対する液抵抗圧が一定圧以上になった場合にのみポンプ手段を駆動してパワーステアリング操舵とし、一定圧未満では手動操舵とすることもできる。
以上の第１９図、第２０図に示す例の場合には、ポンプ３３、３４やポンプ用モータ４０が故障して液路を閉塞した場合にも、バイパス１７、１８、逆止弁１７ａ、１８ａ等を用いることで、手動操舵に切り替えることができる。
本発明によるパワーステアリング操舵の基本的な考え方について以下に更に説明を加える。
今、第１図に示す装置において、ヘルムポンプ１０を舵輪１３操作によってあるトルクで回転させ、回転数に対応した液流量がトルクに対応した圧力に増圧されてヘルムポンプ左口１２から吐出した場合を考える。
この発生した圧力（差圧）は左圧力検出器５０、右圧力検出器５１と圧力減算回路５２より検出し、モータ駆動回路４１に加え、増幅した信号でポンプ用モータ４０を駆動する。ここでトルクを大きくして差圧が増加すると、ポンプ用モータ４０の回転数が増加するような仕組を構成する。
ポンプ用モータ４０が回転すると、液圧ポンプ３０の下口３０ｂより液流が吐出してシリンダ２０の左口２４を経由してシリンダ左室２６に送られ、ピストン２１及びピストンロッド２２は右方向に移動して操舵が行われる。
ここで、左圧力検出器５０と右圧力検出器５１とで検出した差圧信号により駆動されるポンプ用モータ４０の回転数、即ち液圧ポンプ３０の回転数により吐出する液流量が舵２７の移動速度に必要とする液流量に等しければそのままの状態、即ち現在回転している舵輪１３のトルクと回転数を維持した状態で舵２７は移動を続ける状態になる。
舵２７の移動速度を速めるためにトルクを大きくして舵輪１３を早く回転すると、ヘルムポンプ１０の液流の吐出側の圧力が上昇して差圧が大きくなる。この結果、ポンプ用モータ４０の回転数が上昇して液圧ポンプ３０より吐出する液流量は増加し、舵２７の移動速度を速める。ある程度舵２７の移動速度が速くなると、上昇した差圧の大きさと平衡した速度になり、その速度を維持する。
舵２７の移動速度を遅くするためにトルクを小さくして舵輪１３を遅く回転させると、ヘルムポンプ１０の液流の吐出側の圧力が下がり差圧が小さくなる。この結果、ポンプ用モータ４０の回転数が下降して液圧ポンプ３０より吐出する液流量は減少し、舵２７の移動速度は遅くなって平衡する。
ここで問題になるのは、２つの圧力検出器５０、５１により検出した差圧信号の値に対してポンプ用モータ４０の回転数（負荷電圧）をどのように対応させるかである。以下にこれについて説明する。
あるトルクと回転数で舵輪１３を回転させるとヘルムポンプ１０内の液流は増圧され、この値は左圧力検出器５０と右圧力検出器５１とから差圧信号として検出できる。この信号で液圧ポンプ３０に機械的に結合しているポンプ用モータ４０を駆動する。ここで検出した差圧値に対して駆動すべき回転数の値が小さいと、ポンプ用モータ４０の回転数は低い。この状態では液圧ポンプ３０の吐出液流量が少なく（従って流入量も少ない）、ヘルムポンプ１０の吐出液流量の方が多くなり、余分の液量は行き場がなくなってヘルムポンプ１０の回転が進むにつれてヘルムポンプ１０の吐出側と液圧ポンプ３０の流入側との間の圧力が高くなってゆく。逆に差圧信号に対して回転数の値が大きくなると液圧ポンプ３０の吐出液流量が大きくなり、ヘルムポンプ１０の吐出液流量がこれに追いつかなくなってヘルムポンプ１０の吐出側と液圧ポンプ３０の流入側との間の圧力が低くなってゆく。
更に、以下に定量的な説明を加える。
第２１図に、一般的な液圧ポンプの回転数Ｎをパラメータにした吐出液流量と負荷圧力との関係を示す。液圧ポンプの回転数Ｎ（電圧Ｖ）が高くなるほど吐出液流量は増加する。一方、回転数Ｎは一定であっても負荷圧力が大きくなるほど吐出液流量は減少する。ここで負荷圧力Ｐｒが必要な時に、吐出液流量Ｑｒ（ヘルムポンプの吐出液流量と等しい）でピストンロッドを移動させたいとすると、第２２図に示すように、横軸で負荷圧力Ｐｒ、縦軸で吐出液流量Ｑｒの値の交点を通過する回転数Ｎｒを与えれば良いことになる。
次に回転数Ｎｒを与えるために入力となる圧力検出器の信号の値を求める。ポンプ用モータと液圧ポンプとを含めた機器において、ポンプ用モータの入力信号である２台の圧力検出器の差圧Ｐｉと負荷圧力Ｐｒ及び必要回転数Ｎｒ（ヘルムポンプの回転数に関係する）との関係を制御性能を解析する場合に用いる制御ブロック線図を用いて求める。
第２３図は差圧Ｐｉと負荷圧力Ｐｒ及び回転数Ｎｒとの関係を表わす制御ブロック図である。ｓはラプラス演算子、Ａ、Ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｍ、ｋは機器固有の定数、ｃが設定できる定数で、この数値を変えることにより必要な差圧Ｐｉを求めることが可能となる。ヘルムポンプを一定速度で回転している状態（定常状態と称する）で差圧Ｐｉと負荷圧力Ｐｒ及び回転数Ｎｒの関係を求めると下記の数式１のようになる（定常状態ではラプラス演算子ｓ＝０となるため数式１には現れない）。この式は負荷がＰｒのときにヘルムポンプをある回転数で廻して吐出液流量を定める場合に、この液流量を吐出する液圧ポンプの回転数Ｎｒを与えるための差圧Ｐｉを決めていることになっている。
数式１
Ｐｉ＝｛Ｎｒ（ｍｅ＋ｄｋ）＋Ｐｒｆｋ｝／ｃｍ
Ｐｉの定常状態の値（ｓ→０）
第２３図においては、差圧Ｐｉに定数ｃを掛けた値を直接ポンプ用モータの入力としている。この差圧Ｐｉはヘルムポンプを回転することによりヘルムポンプ内に発生する圧力であり、差圧Ｐｉが大きいことは大きなトルクでヘルムポンプの舵輪を回転する必要があることを意味している。
一方、数式１からわかるように差圧Ｐｉは負荷圧力Ｐｒの影響をうける。即ち、負荷圧力Ｐｒは操舵手に舵輪のトルクとなって伝えられる。ポンプ用モータとして機器固有の定数が５００Ｗクラスの直流サーボモータを用い、回転数は５０００回転／分で一定とし、ｃの値として１０、２０及び５０を選び、差圧Ｐｉと負荷圧力Ｐｒとの関係をグラフにまとめた結果を第２４図に示す。この結果の意味することは、
（１）．ヘルムポンプが出す差圧Ｐｉに対応する舵輪のトルクは、ｃにより任意に決めることができる。
（２）．ヘルムポンプが出す差圧Ｐｉに対応する舵輪のトルクは、ｃが大きくなるほど小さくなる。
（３）．ｃの値が一定であれば負荷の変動に対して差圧Ｐｉの変動は小さい。
しかし場合によっては、負荷圧力Ｐｒの変動を大きく感じるほうが操舵しやすい場合がある。即ち、操舵中に負荷圧力Ｐｒが大きくなってもその変動が操舵手に舵輪のトルクの変化としてあまり感じないと、ヘルムポンプを早く回しすぎて大きな舵を切る危険性がある。特に船の速度が速くなると舵の「利き」がよくなるが舵に加わる抵抗が大きくなり、手動操舵の場合には操舵手がこの反力を感じて大きな舵を取らないようにしている。しかしこの方式では、操舵手に反力の変動が少ないために大きな舵を取る危険性が生じてくる。
このような場合に負荷の変動を上述の方式よりも大きな反力として感じる制御方式を第２５図に示す。
第２５図のａ、ｂは設定可能な定数で、他の記号の意味は第２３図と同じである。第２５図においては、差圧信号をポンプ用モータの電流値と比較してその差の信号でポンプ用モータを回転させる場合のブロック図である。ポンプ用モータの電流と比較することの意味は、電流はモータの出力トルクに比例する物理量で、この量と差圧信号（液抵抗圧）を比較することは差圧信号をポンプ用モータの出すべきトルクの量に変換し、これをポンプ用モータの指令信号とした制御方式である。ここで定常状態における差圧Ｐｉと回転数Ｎｒ及び負荷圧力Ｐｒの関係を求めると、次の数式２のようになる。
数式２
Ｐｉ＝［Ｎｒ｛ｍｅ＋ｄ（ｂ＋ｋ）｝＋Ｐｒｆ（ｂ＋Ｋ）］／ａｂｍ
Ｐｉの定常状態の値（ｓ→０）
同じ特性のモータを用いて第２３図で求めたものと同じ条件、即ちモータは５００Ｗの直流サーボモータ、回転数は５０００回転／分、ａ＝１０と固定にして、ｂを５、１０及び２０と変えた場合の差圧Ｐｉと回転数Ｎｒ及び負荷圧力Ｐｒとの関係を第２６図に示す。
第２４図と第２６図は縦軸も横軸も同じ範囲であり、これを比較してみると第２６図では負荷圧力Ｐｒの変動に対して差圧Ｐｉが大きく変化していることがわかる。即ち、操舵手は負荷圧力Ｐｒの変化である舵に加えられた負荷の変化を舵輪のトルクの変化として第２４図の場合より大きく感じることを意味している。
理由を数式１と数式２を用いて説明する。負荷圧力Ｐｒにかかる係数を第２３図と第２５図とで比較すると、第２３図がｆｋに対して、第２５図ではｆ（ｋ＋ｂ）になっている。ｆ、ｋが機器固有の定数で変更不可能であるが、ｂは任意に設定できる定数であり、この定数ｂを適当に設定することにより、操舵手に好ましい舵輪のトルクの変化を与えることが可能になる。この方式の原理図は第２図のように表現できる。
以上の結果から、舵にかかる負荷の変動をあまり感じない制御を望む場合には第２３図に示した方式を、舵にかかる負荷の変動を大きく感じる制御を望む場合には第２５図に示した方式を採用すれば良い。ここでは以下の説明に第２３図の方式を圧力制御方式、第２５図の方式をトルク制御方式と呼ぶことにする。
第２３図或いは第２５図に示した制御ブロック図は、圧力検出器の出力信号である差圧Ｐｉを指令値として舵２７の移動速度を一定にする制御系を構成している。この制御系において、ヘルムポンプ１０を一定回転数で回転させている状態で、舵２７に加わる負荷圧力Ｐｒが変動した場合の制御系としての応答を、第２７図を用いて説明する。
今、ヘルムポンプ１０をある回転数で回転させたときの吐出流量がＱｒで、舵２７の負荷圧力がＰｒで、その時の液圧ポンプの回転数をＮｒとする（第２７図の符号Ａ点）。ここで負荷圧力がＰｈに増加したとすると、この時点では回転数Ｎｒは変化しないため流量は回転数Ｎｒの線上を矢印のように減少する（第２７図の符号Ｂ点）。液圧ポンプの吐出流量Ｑｒが減少すると、ヘルムポンプ１０の回転数が不変であるためヘルムポンプ１０の吐出側の圧力が上昇する。このため差圧Ｐｉが大きくなり、ポンプ用モータ４０の回転数Ｎｒが上昇して液圧ポンプの吐出流量Ｑｒが増加し、元の流量（第２７図の符号Ｃ点）に戻る制御が行われる。この制御が満足に行われるためには常に一定の回転数でヘルムポンプ１０を廻し続けることが重要である。即ち負荷圧力Ｐｒが増加した時に、ヘルムポンプ１０の吐出側の圧力の上昇に伴うエネルギーは操舵手が供給する必要がある。従って負荷圧力Ｐｒの増加にも関わらず、回転数Ｎｒを一定に保つためにはトルクを増加しなければならない。この増加の量は第２４図及び第２６図に示したように、圧力制御方式はトルク制御方式に比較すると非常に少ない。負荷圧力がＰｉに減少した場合は、第２７図の符号Ａ→Ｄ→Ｅの軌跡を辿る。
上記の説明では、ヘルムポンプ１０で発生した差圧Ｐｉを検出するために、ヘルムポンプ１０の液流の吐出側と流入側とに設置した２台の圧力検出器５０、５１の信号の差として検出している。しかし装置の構成を工夫することによりヘルムポンプ１０の液流の流入側の圧力を大気圧（圧力＝０ｋｇ／ｃｍ２）にすることが可能になる。この場合には圧力検出器１個と圧力減算回路が省略できる。
産業上の利用可能性
以上のように本発明の操舵装置は、船舶の油圧式、その他の液圧式の操舵装置として用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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