(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船尾に取付けた複数の推進機と、走行中にトー角を自動的に変更可能とするトー角変更手段と、走行状態検出手段と、トー角制御装置とを備えた多機掛け推進機型小型船舶であって、
前記トー角制御装置は、走行状態に応じて目標トー角を設定するとともに、該目標トー角となるように前記トー角変更手段を駆動するものであり、
前記目標トー角が異なる複数の走行モードを有し、
前記走行モードは、少なくとも短時間で加速する加速性能と、最高速度を高くする最高速度性能とを含む複数の走行性能から操船者が選択可能であり、
前記加速性能を優先する走行モードが選択された場合は加速性能が最大となる目標トー角（θ１）に設定され、前記最高速度性能を優先する走行モードが選択された場合は最高速度が最大となる目標トー角（θ２）が設定されるように、各走行性能に応じて、その走行性能に適したトー角に設定されることを特徴とする多機掛け推進機型小型船舶。
【請求項２】
各推進機は電動舵切り装置により転舵され、該電動舵切り装置が前記トー角変更手段を構成することを特徴とする請求項１に記載の多機掛け推進機型小型船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船尾に複数の船外機やスターンドライブなどの推進機（以下単に船外機という）を備えた多機掛け船外機型の小型船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、トー角の説明図である。
（Ａ）に示すように、船体１の船尾板２に２機の船外機３ａ，３ｂが取付けられる。船外機３ａ，３ｂは、後方が内側になるようにハ字状に傾斜して取付けられる。このように対称に傾斜した両船外機３ａ，３ｂが相互になす角θがトー角である。したがって、中立位置（直進状態）では、各船外機３ａ，３ｂの転舵角（船尾板２に対する角度）の大きさはθ／２（方向は相互に逆）である。
【０００３】
（Ｂ）はトー角と加速時間との関係を示す。図示したように、トー角に応じて加速時間が変化し、加速性能が最大となるトー角（最短時間で所望の速度まで加速されるトー角）θ１が存在する。
【０００４】
（Ｃ）はトー角と最高速度との関係を示す。図示したように、トー角に応じて最高速度が変化し、最高速度が最大となるトー角（最速となるトー角）θ２が存在する。
【０００５】
このように、加速時間や最高速度といった走行性能に応じて、その走行性能を最大限に発揮できるトー角が存在する。従来の多機掛け船外機型の小型船舶では、対称位置の船外機のトー角は地上で（通常は工場からの出荷前に）調整され、あるトー角（通常は１度以下）に固定され、走行中はそのトー角に固定保持されていた。すなわち、走行中のハンドル操作に応じて各船外機３ａ，３ｂが一定開き角のハ字状（実際にはほとんど平行に近いハ字状）のまま、中立位置でのトー角を保った状態で転舵されていた。
【０００６】
図９は、走行中の船外機の方向変化の説明図である。
船舶においては、プロペラの回転に起因して、船外機に対しプロペラ反力が作用し、船外機の方向を変化させ一定方向に偏って進ませようとするパドルラダー効果あるいはジャイロ効果と呼ばれる偏倚力が作用する（特許文献１）。図９において、船外機３はステアリングブラケット５を介して、船尾板２に取付けられた舵切り装置１５に連結される。ハンドルによる舵切り操作により船外機３はスイベル軸６廻りに回転して転舵動作する。中立位置の直進走行状態で、プロペラ反力Ｆが作用して船外機３に偏倚力を与え船外機３の方向が変化する。（Ａ）は、低速走行状態を示す。この場合は、プロペラ反力Ｆが小さく、船外機３の方向変位θは小さい。（Ｂ）は、高速走行状態あるいは高負荷走行状態を示す。この場合は、プロペラ反力Ｆが大きく、船外機３の方向変位θは大きい。実際の構造においては、船外機と舵切り装置との間にゴムの防振マウントが介装されている。したがって、ハンドル操作に応じた目標転舵角となるように舵切り装置を駆動しても、実際の推進力の方向は、プロペラ反力により防振マウントが弾性変形するため、目標転舵角とは僅かに異なる。この推進力の方向変化は、速度や負荷あるいはプロペラの形状や水圧などにより変わる。
【０００７】
小型船舶における電動舵切り装置（ステアリング装置）が特許文献２に開示されている。この電動ステアリング装置は、油圧機構に代えて電動モータにより舵切り動作を行うものである。電動舵切り装置を用いることにより、円滑な動作と高精度な制御性が得られる。しかし、この特許文献２は、多機掛けにした場合の対称位置の左右船外機の相対角度については言及しない。
【０００８】
従来の多機掛け船外機における対称位置の両船外機間の取付け角度調整構造は、両船外機同士をタイバーで連結し、このタイバーの長さを調整することにより、両船外機間の相対角度を調整するものである。しかし、従来の角度調整構造は、船を停止して例えば地上に引き上げて調整するものであり、一旦調整して角度を固定したら、その状態で走行するものであって、走行中に水上で調整することはできない。
【０００９】
【特許文献１】特許第２７３９２０８号公報
【特許文献２】特許第２９５９０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、多機掛け船外機のトー角を走行中に変更可能とし、高速性、加速性、燃費性、旋回性などの操船者が望む走行性能について最大の性能が得られるトー角で走行できる多機掛け船外機型小型船舶の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、船尾に取付けた複数の推進機と、走行中にトー角を自動的に変更可能とするトー角変更手段と、走行状態検出手段と、トー角制御装置とを備えた多機掛け推進機型小型船舶であって、前記トー角制御装置は、走行状態に応じて目標トー角を設定するとともに、該目標トー角となるように前記トー角変更手段を駆動するものであり、前記目標トー角が異なる複数の走行モードを有し、前記走行モードは、少なくとも短時間で加速する加速性能と、最高速度を高くする最高速度性能とを含む複数の走行性能から操船者が選択可能であり、前記加速性能を優先する走行モードが選択された場合は加速性能が最大となる目標トー角（θ１）に設定され、前記最高速度性能を優先する走行モードが選択された場合は最高速度が最大となる目標トー角（θ２）が設定されるように、各走行性能に応じて、その走行性能に適したトー角に設定されることを特徴とする多機掛け推進機型小型船舶を提供する。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、各推進機は電動舵切り装置により転舵され、該電動舵切り装置が前記トー角変更手段を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、走行状態を検出し、その走行状態での走行性能が最大限に発揮できるような目標トー角が設定され、その目標トー角になるようにトー角が変更されるため、常に走行状態に適合した最適なトー角で走行することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、例えば高速性、加速性、燃費性などの走行性能に応じた走行モードを有し、操船者が最も望む走行性能に対応した走行モードを選択することにより、その走行性能が最大限に発揮できるトー角が設定されるため、操船者の意図に合った走行ができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、各船外機の電動舵切り装置を用いて容易に高精度でトー角を変更できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る２機掛け船外機型の小型船舶の全体平面構成図である。なお、この実施例は２機掛け船外機の場合を例として説明するが、本発明は、３機掛け、４機掛けあるいはそれ以上の多機掛け船外機に対しても同様に適用可能である。
船体１の船尾板２に２機の船外機３ａ，３ｂがそれぞれクランプブラケット４を介して取付けられる。各船外機３ａ，３ｂは、スイベル軸（鉛直軸）６廻りに回転可能である。スイベル軸６の上端部にステアリングブラケット５が固定される。ステアリングブラケット５の前端部に電動モータ式の舵切り装置１５（図３参照）が連結される。舵切り装置１５の電動モータが矢印Ａのようにスライドすることにより、ステアリングブラケット５を介して船外機３ａ，３ｂが転舵角に応じてスイベル軸６廻りに回転する。各船外機３ａ，３ｂ及び舵切り装置１５は、それぞれコントローラ１１を介して制御装置（ＥＣＵ）１２に連結され、制御装置１２により船外機のエンジン出力制御及び舵切り装置１５の転舵角制御が行われる。
【００１８】
操縦席にハンドル７が備わる。ハンドル７の回転操作による操舵角は、ハンドル軸８を介して操舵角センサ９により検出される。検出された操舵角はケーブル１０を介して制御装置１２に送られる。ハンドル軸８には反力モータ１４が連結され、操舵角や外力状態に応じた反トルクが制御装置１２で演算され、この反トルクが反力モータ１４によりハンドル７に付与される。これにより、操船者に対し、船の走行状態に合せてハンドル操作に応じた反力が付与され、ハンドル操作したときの重い感じや軽い感じ等の運転感覚が得られる。
【００１９】
制御装置１２には、走行状態検出手段１６が接続される。走行状態検出手段１６は、速度センサ、姿勢センサ、ヨーレートセンサ、横加速度センサ、エンジン状態センサ、シフト位置センサ、アクセルセンサなどで構成される。速度センサによる速度の検出は、船底に設けた羽根車で直接水に対する速度を検出してもよいし、ＧＰＳにより地上に対する位置を計測して速度を演算してよいし、あるいはエンジンの回転数やスロットル開度から速度を予測して求めてもよい。姿勢センサは、ジャイロ等を用いて船体のロール角やピッチ角を検出して船の姿勢を検出する。ヨーレートセンサは、船の旋回状態を検出する。横加速度センサは、旋回時の遠心力を検出する。エンジン状態センサは、スロットル開度やエンジン回転数を検出する。シフト位置センサは、前進後進のシフト位置を検出する。アクセルセンサは、アクセルレバーからスロットル開度状態を検出する。走行状態としてさらに、加速度状態を速度データから演算して求めてもよい。また、各船外機の舵切り装置に荷重センサを設け、転舵時に船体に作用する外力を検出してもよい。外力は、舵切り装置のモータに設けたトルクセンサから検出してもよい。さらに、各船外機のエンジン出力軸あるいはプロペラ軸にトルクセンサを設け、各船外機の推力を走行状態データとして検出してもよい。このような走行状態検出手段１６により船の走行状態が検出され、そのデータは制御装置１２に送られる。
【００２０】
図２は、本発明に係る小型船舶の操舵制御系の要部構成図である。
ハンドル７の回転操作角度は操舵角センサ９で検出され、操舵角データが制御装置１２に入力される。制御装置１２には、前述の走行状態検出データが入力される。制御装置１２は、操舵角や走行状態データに応じてハンドルへの反力の目標トルクを算出し、反力モータ１４を駆動してハンドル７に反力を付与する。
【００２１】
制御装置１２にはさらに、トリム角やプロペラのサイズなどの船の情報が入力される。
【００２２】
２機の船外機３ａ，３ｂが船体の船尾板２（図１）に取付けられる。各船外機３ａ，３ｂの舵切り装置１５は、制御装置１２に接続され、制御装置１２から転舵角の指令値を受け、電動モータ（図示しない）を駆動して転舵動作させる。制御装置１２は、さらに各船外機３ａ，３ｂのエンジン（図示しない）に接続され、エンジンのスロットル開度や燃料噴射及び点火時期を制御して各船外機ごとに出力を制御する。
各船外機３ａ，３ｂには、前述（図９）のように、プロペラ反力Ｆが作用する。
【００２３】
図３は、舵切り装置の構成図である。
舵切り装置１５を構成する電動モータ２０は、ＤＤ（Direct Drive）型モータであり、ネジ棒１９に装着され、このネジ棒１９に沿って摺動する。ネジ棒１９の両端は支持部材２２により船尾板（図示しない）に固定される。２３はクランプブラケットのクランプ部分であり、２４はチルト軸である。船外機３ａ，３ｂ（図１）のスイベル軸６にステアリングブラケット５が固定され、このステアリングブラケット５の前端部５ａに、連結ブラケット２１を介して電動モータ２０が連結される。
【００２４】
このような構成において、ハンドル操舵量に応じて電動モータ２０をネジ棒１９に沿って摺動させることにより、船外機がスイベル軸６廻りに回動して転舵することができる。
【００２５】
本発明では、各船外機３ａ，３ｂに備わるこのような電動舵切り装置１５により、走行中に、走行状態に応じて中立位置（直進方向）での相対角度位置（トー角）を変更し、変更したトー角でハンドル操作に応じた転舵動作が行われる。
【００２６】
図４は、本発明に係るトー角変更動作のフローチャートである。
ステップＳ１
目標走行性能を選択する。目標走行性能とは、最高速度性能（最高速度を極力高くする性能）、加速性能（短時間で加速する性能）、燃費性能（燃料消費量をなるべく少なくする性能）、旋回性能（安定して旋回できる性能）などの走行性能のうち、操船者が最も重要視して他の走行性能に優先して指定する走行性能である。これは、例えば走行性能モード切換スイッチにより選択可能とし、操船者がスイッチの切換えにより走行性能を選択する。前述（図８）のように、走行性能に応じて、その走行性能を最大限に発揮できるトー角が存在する。
【００２７】
ステップＳ２
走行状態を検知する。これは、走行状態検出手段１６（図１）により速度、加速度、エンジン運転状態などの走行状態を検出するものである。
【００２８】
ステップＳ３
制御装置１２（図２）により、目標トー角が設定される。目標トー角は、上記ステップＳ１の目標走行性能、ステップＳ２の走行状態及びトリム角やプロペラサイズ等の船の情報（図２）に基づいて設定される。トー角の設定は予め作成したマップを用いて行うことができる（図５参照）。
【００２９】
ステップＳ４
設定された目標トー角となるようにトー角を変更する。これは、制御装置１２からの指令により電動モータあるいはその他のトー角変更手段（図６参照）を駆動することにより自動的に行われる。
【００３０】
図５は、トー角設定マップの例を示す。
図は、目標走行性能モードが最高速度モード及び加速モードの場合の、速度に応じたトー角のマップである。このようなマップを用いて、走行性能モードが選択された場合に、速度データからその速度での最適なトー角を設定することができる。
【００３１】
図６は、トー角変更手段の例を示す。
（Ａ）は、両船外機３ａ，３ｂを連結するタイバー３０の長さを駆動装置３１で調整することによりトー角θを変更する構造である。これにより、中立位置におけるトー角が定まり、このトー角を保った状態でハンドル操作に応じて転舵動作が行われる。
【００３２】
（Ｂ）は、電動舵切り装置を用いてトー角を変更する構成である。設定した目標トー角θに対し、各船外機３ａ，３ｂの転舵角を相互に逆方向のθ／２とすることにより中立位置におけるトー角をθとすることができる。
【００３３】
図７は、本発明のトー角制御による効果の説明図である。
（Ａ）は、時間に対するエンジン回転を示す。図の例は、エンジン回転が増加している状態、すなわちアクセル操作によりスロットル開度を大きくして加速している状態を示す。時間ｔ１で所定の回転数に達しその後は一定回転数となる。
【００３４】
（Ｂ）は、時間ｔ０からｔ１までトー角が比例的に増加するように変更する例を示す。点線は従来例でありトー角は一定のままである。
【００３５】
（Ｃ）は、速度変化を示す。上記（Ｂ）のようにトー角を変化させることにより、従来（点線）に比べ、より早く最高速度に達することができ、加速性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、船外機やスターンドライブなどの船舶推進機を船尾に２機あるいはそれ以上並列して取付けた多機掛け推進機型小型船舶に対し適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用される小型船舶の全体平面図。
【図２】本発明に係る操舵制御系の要部構成図。
【図３】本発明に係る舵切り装置の構成図。
【図４】本発明に係るトー角設定動作のフローチャート。
【図５】本発明に係る走行性能モードの説明図。
【図６】本発明に係るトー角変更手段の説明図。
【図７】本発明に係るトー角制御の効果の説明図。
【図８】トー角と走行性能の関連性説明図。
【図９】船外機に対するプロペラ反力の説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１：船体、２：船尾板、３ａ，３ｂ：船外機、４：クランプブラケット、５：ステアリングブラケット、５ａ：前端部、６：スイベル軸、７：ハンドル、８：ハンドル軸、９：操舵角センサ、１０：信号ケーブル、１１：コントローラ、１２：制御装置、１４：反力モータ、１５：舵切り装置、１６：走行状態検出手段、１９：ネジ棒、２０：電動モータ、２１：連結ブラケット、２２：支持部材、２３：クランプ部、２４：チルト軸、３０：タイバー、３１：駆動装置
【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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