(57)【要約】【課題】複雑な構造及び設置空間が不要であり、適当な重さを感じながら、操舵部材を操作することができ、また、制限角の変更を容易に可能とする航行用操舵装置の提供。【解決手段】船体８を操舵する操舵部材１４の操舵角を検出する操舵角検出器１５と、操舵部材１４から機械的に分離され、船体８を転舵する舵取機構３，３０と、操舵角検出器１５が検出した操舵角に応じて、舵取機構３，３０を駆動する転舵アクチュエータ１１とを備える航行用操舵装置。操舵角検出器１５が検出した操舵角に応じて、操舵部材１４に操舵反力を与える反力アクチュエータ９を備える構成である。【選択図】図１
2007203840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータとを備える航行用操舵装置において、
前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータを備えることを特徴とする航行用操舵装置。
【請求項２】
前記操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上になったときは、前記操舵部材による操舵が禁止されるように、前記反力アクチュエータが操舵部材に操舵反力を与えるように構成してある請求項１記載の航行用操舵装置。
【請求項３】
前記操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定角度以上であると判定したときは、所定角度以上でないと判定したときよりも不連続的に大きい操舵反力を、前記操舵部材に与える手段とを備える請求項１記載の航行用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船外機等の航行用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船外機を推進装置として利用するモータボート等の小型船舶では、舵は付いておらず、船外機が舵取機構であり、船外機本体の向きを変えることにより、舵取りが行われる。特に小型の場合には、船外機本体にハンドルバーを取付けて、運転者が直接操舵するようになっている。その他の場合では、運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材、ハンドル）の回転を、ロープと滑車、プッシュプルケーブル又は油圧プランジャにより伝達して、船外機本体を操舵している。
【０００３】
このような船外機の操舵を行わせる為の航行用操舵装置として、近年、運転席のステアリングホイールを船外機との機械的な連結なしに配すると共に、船外機に操舵用のアクチュエータを付設し、このアクチュエータを、ステアリングホイールの操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、船外機を操向させて、ステアリングホイールの操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離型の航行用操舵装置が、特許文献１等で提案されている。
【特許文献１】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】
【０００４】
上述したような航行用操舵装置では、ステアリングホイールは、舵取機構とリンクレスである為、無制限に自由に回転可能であり、自由な回転を制限するには制動手段及びストッパが必要である。しかし、ステアリングホイールは、通常複数回転して操舵する為、機械機構でストッパを設ける場合は、減速機構等が必要で複雑な構造となり、サイズが大きくなり、また、制限角を変更するのも容易でないという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、複雑な構造及び設置空間が不要であり、適当な重さを感じながら、操舵部材を操作することができ、また、制限角の変更を容易に可能とする航行用操舵装置を提供することを目的とする。
第２、３発明では、複雑な構造及び設置空間が不要であり、また、制限角を変更するのが容易である操舵部材のストッパを備えた航行用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る航行用操舵装置は、船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータとを備える航行用操舵装置において、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータを備えることを特徴とする。
【０００６】
第２発明に係る航行用操舵装置は、前記操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上になったときは、前記操舵部材による操舵が禁止されるように、前記反力アクチュエータが操舵部材に操舵反力を与えるように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
第３発明に係る航行用操舵装置は、前記操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定角度以上であると判定したときは、所定角度以上でないと判定したときよりも不連続的に大きい操舵反力を、前記操舵部材に与える手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明に係る航行用操舵装置によれば、操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、反力アクチュエータが操舵部材に操舵反力を与えるので、複雑な構造及び設置空間が不要であり、適当な重さを感じながら、操舵部材を操作することができ、また、制限角の変更を容易に可能とする航行用操舵装置を実現することができる。
【０００９】
第２発明に係る航行用操舵装置によれば、操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上になったときは、操舵部材による操舵が禁止されるように、反力モータが操舵部材に操舵反力を与えるので、複雑な構造及び設置空間が不要であり、また、制限角を変更するのが容易である操舵部材のストッパを備えた航行用操舵装置を実現することができる。
【００１０】
第３発明に係る航行用操舵装置によれば、判定する手段が、操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上であるか否かを判定し、判定する手段が、所定角度以上であると判定したときは、所定角度以上でないと判定したときよりも不連続的に大きい操舵反力を、与える手段が操舵部材に与えるので、複雑な構造及び設置空間が不要であり、また、制限角を変更するのが容易である操舵部材のストッパを備えた航行用操舵装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図であり、図２は、本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。
この航行用操舵装置は、船体８前部の運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材）１４の操舵シャフト３７に、操舵角検出器１５、モータ駆動回路４４、反力モータ（反力アクチュエータ）９、及びロータ角検出器１２が付設されている。複数回転数の絶対操舵角を検出する操舵角検出器１５が検出した操舵角信号は操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。
【００１２】
操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号に基づき、反力モータ９を駆動制御して、ステアリングホイール１４に操舵反力を与えると共に、ケーブル３９により、操舵角信号を船体８後部に設けられた転舵用コントローラ４２に与える。
ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、ブラシレスモータである反力モータ９を駆動する為の３相電圧を発生させるのに使用される。
【００１３】
船外機１は、船体８後尾部のトランサム（横材）７に、船外機懸架ブラケット４及び一対のクランプブラケット５（図２）を介して取付けられている。船外機本体３（舵取機構）は、船外機本体３に固定された後述する転舵シャフト４５（図２）を介して、船外機懸架ブラケット４回りに水平方向へ回動可能に支持されている。
船外機懸架ブラケット４は、一対のクランプブラケット５間に渡されたクランプブラケットシャフト６により、鉛直方向に回動可能に、つまり、チルト及びトリム可能に軸支されている。
船外機本体３の図示しないプロペラは、船外機本体下部のドライブシャフトが収納されたドライブシャフトハウジングの下方に取付けられている。
【００１４】
転舵力を発生させる転舵モータ１１（転舵アクチュエータ）には、モータ駆動回路４３が付設され、モータ駆動回路４３には、転舵モータ１１を駆動制御する転舵用コントローラ４２がケーブルにより接続されている。転舵モータ１１に隣接してギアケース２７が設けられており、ギアケース２７はラックハウジング１８に付設されている。ラックハウジング１８にその中央部が収納された後述するラック１７（図２）の両端部は、各クランプブラケット５に取付けられた各取付けブラケット２２に支持されている。
【００１５】
ラックハウジング１８の側方には、ガイドプレート３０が固着されており、ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、転舵アーム３３が水平方向に回動自在に連結されている。
モータ駆動回路４３，４４、転舵用コントローラ４２、操舵／反力用コントローラ１６、操舵角検出器１５、反力モータ９等の電源は、船体８後部に設置されたバッテリ４０から供給される。
【００１６】
ラック（舵取機構）１７は、船体８の幅方向であるその長手方向の両端部が、各取付けブラケット２２に各ボルト２３により固定されている。各取付けブラケット２２は、船外機懸架ブラケット４をクランプブラケット５により軸支するクランプブラケットシャフト６の両端部に螺合される各ナット２４により、クランプブラケット５に共締めされている。
ラック（舵取機構）１７のラックハウジング１８に収納されない部分は、伸縮可能な防水の為のブーツ５０により被覆されている。
【００１７】
ラック１７のラックハウジング１８に収納された部分は、ラック１７に刻設された雄ネジ２５と、回転筒２６の内周面に刻設された雌ネジとの間を多数の鋼球が転動することにより、転舵モータ１１の回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構となっている。回転筒２６は、その外周面とラックハウジング１８の内周面との間に設けられた一対の軸受２８により、回動自在に支持されている。
ボールネジ機構は、転舵モータ１１のモータ軸２９の先端に取付けられた傘歯車２０と、回転筒２６の外周面に周設された傘歯車２１との噛合により、転舵モータ１１の回転運動が減速されて回転筒２６に伝達され、回転筒２６が回転する。
【００１８】
回転筒２６が回転することにより、ラックハウジング１８がラック１７の軸方向に移動し、ラックハウジング１８の側面に垂直方向へ回動自在に取付けられたガイドプレート（舵取機構）３０も同様に移動する。
ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、ラック１７の軸方向と垂直方向に長い長孔３２が穿設されており、転舵アーム（舵取機構）３３の一端部に突設されたガイドピン３４が、長孔３２を貫通している。
転舵アーム３３の図示しない他端部は、船外機本体３に固着されており、転舵アーム３３の他端部の向かう方向が、船外機本体３のプロペラの向かう方向となり、転舵が行われる。
【００１９】
船外機懸架ブラケット４の船外機本体３側先端部には、転舵シャフト４５（舵取機構）が突設されており、転舵シャフト４５は、転舵アーム３３の中間部に穿設された孔を貫通しており、転舵アーム３３は、転舵シャフト４５に軸支されている。
転舵シャフト４５の軸回りには、転舵角検出器４１が周設されており、転舵角検出器４１は、転舵アーム３３との回転角を転舵角として検出し、検出した転舵角信号を転舵用コントローラ４２へ与える。
【００２０】
上述した転舵モータ１１、ラック１７及び転舵アーム３３の連結関係から、転舵モータ１１が一方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに他方向へ回動し、船外機本体３が操向する。
また、転舵モータ１１が他方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに一方向へ回動し、船外機本体３が操向する。
【００２１】
図３は、本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
この制御系は、操舵角検出器１５が検出したステアリングホイール１４の操舵角信号が操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号に基づき、モータ駆動回路４４により反力モータ９を駆動制御する。また、ケーブル３９を通じて、操舵角信号を転舵用コントローラ４２に与える。
【００２２】
操舵角と反力トルクとは、図４に示すように、操舵角が０から、操舵が制限されるストッパ角迄は、反力トルクは徐々に増加し、ストッパ角を超えると、反力トルクは急激に最大トルクに増加する特性となっている。操舵／反力用コントローラ１６は、この特性を実現する操舵角とモータ電流との関係を示す参照テーブルを、メモリ１６ａに内蔵しており、操舵角信号でこの参照テーブルを参照することにより、目標モータ電流を定め、反力モータ９を駆動制御する。
【００２３】
ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、モータ駆動回路４４は、与えられたロータ角信号に基づき、反力モータ９を駆動する為の例えば３相電圧を発生させる。
転舵用コントローラ４２は、操舵／反力用コントローラ１６から与えられた操舵角信号に基づき目標転舵角を演算する。また、演算した目標転舵角、及び転舵角検出器４１が検出した転舵シャフト４５と転舵アーム３３との転舵角信号に基づき、モータ駆動回路４３により転舵モータ１１を駆動制御する。
尚、目標転舵角の演算は、操舵／反力用コントローラ１６で行なうことも可能である。
【００２４】
このような構成及び動作の航行用操舵装置では、操舵／反力用コントローラ１６は、操舵角検出器１５が検出した操舵角信号で、メモリ１６ａに内蔵してある、操舵角と反力トルク（＝モータ電流）との関係を示す図４のような参照テーブルを参照して目標モータ電流を定め、定めたモータ電流が反力モータ９に流れるように、モータ駆動回路４４をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。
操舵／反力用コントローラ１６は、操舵角信号がストッパ角以上のときは、反力トルクが最大となるように、目標モータ電流を定め、反力モータ９を駆動制御する。
【００２５】
図５は、本発明に係る航行用操舵装置の操舵反力制御の他の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートでは、操舵／反力用コントローラ１６は、先ず、操舵角検出器１５が検出した操舵角θを読込み（Ｓ１）、操舵角θ（例えば一方向の操舵角をプラスとすれば、他方向の操舵角はマイナスとなる）の絶対値が、ストッパ角である所定角度より大きいか否かを判定する（Ｓ３）。
【００２６】
操舵／反力用コントローラ１６は、操舵角θの絶対値が、所定角度より大きくなければ（Ｓ３）、目標モータ電流＝ａ｜θ｜（ａは正の比例定数）として（Ｓ５）、操舵角θのプラス／マイナスに基づく反力モータ９の回転方向と目標モータ電流とをモータ駆動回路４４に指示して（Ｓ７）リターンする。
操舵／反力用コントローラ１６は、操舵角θの絶対値が、所定角度より大きければ（Ｓ３）、目標モータ電流をａ｜θ｜の最大電流より数倍大きい電流として（Ｓ９）、操舵角θのプラス／マイナスに基づく反力モータ９の回転方向と目標モータ電流とをモータ駆動回路４４に指示して（Ｓ７）リターンする。
モータ駆動回路４４は、指示された回転方向及び目標モータ電流に基づき、反力モータ９をＰＷＭ制御する。
【００２７】
以上により、運転者は、ステアリングホイール１４をストッパ角以上の操舵角に操舵することが困難となり、ステアリングホイール１４が、ストッパ角以上に回転されることはなく、機械機構によるストッパと同様の機能を得ることができる。また、メモリ１６ａ内の参照テーブル又は操舵／反力用コントローラ１６のプログラムを書き換えることにより、ストッパ角を容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。
【図３】本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る航行用操舵装置の動作を説明する為の特性図である。
【図５】本発明に係る航行用操舵装置の操舵反力制御の他の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１  船外機、３  船外機本体（舵取機構）、４  船外機懸架ブラケット、５  クランプブラケット、８  船体、９  反力モータ（反力アクチュエータ）、１１  転舵モータ（転舵アクチュエータ）、１４  ステアリングホイール（操舵部材）、１５  操舵角検出器、１６  操舵／反力用コントローラ、１６ａ  メモリ、１７  ラック（舵取機構）、１８  ラックハウジング、２２  取付けブラケット、２６  回転筒（舵取機構）、３０  ガイドプレート（舵取機構）、３３  転舵アーム（舵取機構）、４１  転舵角検出器、４２  転舵用コントローラ、４５  転舵シャフト（舵取機構）
【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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