JP2021062712A - 船舶用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船体に対する舵取り機構の搭載性を向上させることができる船舶用操舵装置を提供する。【解決手段】転舵アクチュエータ１３の舵取り機構３１は、ハウジング４０、ボールねじ軸４１、ボールねじナット４２、セクターシャフト４４、セクターギヤ４５を有する。ボールねじ軸４１はハウジング４０の内部に設けられてモータ３３の駆動に伴い回転する。ボールねじナット４２はボールねじ軸４１に複数のボール４３を介して螺合される。ボールねじナット４２の外周面にはラック歯４２ａが設けられている。セクターシャフト４４はボールねじ軸４１に対して直交するとともにハウジング４０に対して回転可能に支持されている。セクターギヤ４５はセクターシャフト４４と一体回転可能に連結されるとともに、ボールねじナット４２のラック歯４２ａに噛み合っている。セクターギヤ４５はボールねじナット４２の移動に伴いセクターシャフト４４を中心として揺動する。【選択図】図４

Description

本発明は、船舶用操舵装置に関する。

従来、たとえば特許文献１に記載される船舶用の操舵装置が存在する。この操舵装置は、舵取り機構（転舵機構）およびコントローラを有している。舵取り機構は、船体の船尾に対してステアリング軸を中心として回転可能に支持された船外機を船体の進行方向に対する左右方向へ揺動させる。コントローラは、船体の運転席に設けられるステアリングホイールの操作に応じて舵取り機構の動作を制御する。

舵取り機構は、船尾に設けられた左右一対の支持部材、ボールねじ軸、ボールねじナット、および転舵用モータを有している。ボールねじ軸は２つの支持部材の間に連結されている。ボールねじナットはボールねじ軸に螺合されている。転舵用モータは、ボールねじナットを回転可能に収容するハウジング、およびハウジングの内部に固定されたステータを有している。このステータに通電されることによりロータとしてのボールねじナットが回転する。

ハウジングには、船外機へ向かって延びる転舵用アームが設けられている。転舵用アームは、連結用ピンを介して船外機に連結されたステアリングブラケットの第１の端部に対して回転自在に連結されている。ステアリングブラケットの第２の端部は、船尾に設けられたステアリング軸に対して回転可能に支持されている。

転舵用モータの駆動を通じてボールねじナットが回転するとき、ボールねじナットがハウジングと一体的にボールねじ軸に沿って左右方向へ移動する。これにより、転舵用アームに連結されたステアリングブラケットがステアリング軸を中心として左右方向へ揺動する。その結果、ステアリングブラケットに連結された船外機が左右方向へ転舵される。

特開２０１０−１４３４１３号公報

特許文献１の操舵装置においては、船外機を転舵させる際、ボールねじナットと共にハウジングがボールねじ軸に沿って左右方向へ移動する。このため、船体にはハウジングの移動スペースを確保する必要がある。また、ハウジングの移動経路上から干渉物を排除する必要がある。したがって、船体に対する舵取り機構の搭載性について改善の余地がある。

本発明の目的は、船体に対する舵取り機構の搭載性を向上させることができる船舶用操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る船舶用操舵装置は、船舶の船尾に設けられる舵を動かす舵取り機構と、前記舵取り機構の駆動源と、を備えている。前記舵取り機構は、前記船体に固定されるハウジングと、前記ハウジングに対して回転可能に支持された出力軸と、前記ハウジングの内部に設けられて前記駆動源の動力を前記出力軸の回転に変換する第１の変換機構と、前記ハウジングの外部に設けられて前記出力軸の回転を前記舵の動作に変換する第２の変換機構と、を有している。

船舶用操舵装置として、舵取り機構のハウジングを船体に対して移動可能に設け、このハウジングの移動を利用して舵を動作させる構成が存在する。しかし、この構成を採用する場合、ハウジングの移動スペースを船体に確保する必要がある。この点、上記の船舶用操舵装置によれば、船舶の舵を動作させる際には舵取り機構の出力軸を回転させるのみでよいため、舵取り機構のハウジングは船体に固定される。このため、ハウジングの移動スペースを船体に確保する必要がない。したがって、船体に対する舵取り機構の搭載性を向上させることができる。

上記の船舶用操舵装置において、前記第１の変換機構は、前記ハウジングの内部において回転可能に支持されて前記駆動源の動作に伴い回転するボールねじ軸と、前記ボールねじ軸に複数のボールを介して螺合されるとともに外周面にはラック歯が軸線方向に沿って設けられているボールねじナットと、前記出力軸に対して一体回転可能に連結されるとともに前記ボールねじナットのラック歯に噛み合って前記ボールねじナットの軸線方向への移動に伴い前記出力軸を中心として揺動するセクターギヤと、を有していてもよい。

この構成によれば、駆動源の動力をボールねじ軸、ボールねじナットおよびセクターギヤを介して出力軸の回転に変換することができる。
上記の船舶用操舵装置において、前記駆動源はモータであってもよい。この構成によれば、舵取り機構に対する電動化の要求に応えることができる。

上記の船舶用操舵装置において、前記駆動源がモータである場合、前記モータの回転を減速し、その減速された回転を前記ボールねじ軸に伝達する減速機を有していてもよい。
この構成によれば、モータのトルクは減速機の減速比に応じて増大されるとともに、この減速機の減速比に応じたより大きい値のトルクがボールねじ軸に伝達される。このため、舵をより確実に動作させることができる。

上記の船舶用操舵装置において、前記駆動源は作動油を吐出する電動ポンプであること、および前記ボールねじナットは前記ハウジングに対して摺動可能に設けられるとともに前記ハウジングの内部は前記ボールねじナットによって２つの油室に区画されていることを前提として、前記２つの油室に対する作動油の供給または排出を制御するコントロールバルブを有していてもよい。この場合、前記コントロールバルブは、前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルの操作に応じて前記２つの油室のいずれか一方に対して前記電動ポンプから吐出される作動油を択一的に供給することによって前記ボールねじナットをピストンとして軸線方向に沿って移動させるようにしてもよい。

この構成によれば、ハンドルの操作に応じて２つの油室のいずれか一方に電動ポンプからの作動油が択一的に供給されることにより、２つの油室の間に圧力差が発生する。この圧力差に応じてボールねじナットがピストンとして機能してその軸線方向に沿って押圧されることにより、ボールねじナットはボールねじ軸に沿って移動する。このボールねじナットの移動は、セクターギヤを介して出力軸の回転に変換される。

上記の船舶用操舵装置において、前記舵は、船舶の推進装置として船尾の外側に転舵軸を中心として回転可能に設けられるとともに、前記転舵軸を中心として回転することにより船舶の舵としても機能する船外機であってもよい。

上記の船舶用操舵装置において、前記舵は、船舶の推進装置とは別個に、船尾の外側に支持軸を中心として回転可能に設けられていてもよい。
上記の船舶用操舵装置において、前記舵は、前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルとの間の動力伝達が分離されていてもよい。

上記の船舶用操舵装置において、前記舵には前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルが連結されていてもよい。この場合、前記駆動源は、前記ハンドルの操作を通じた前記舵の動きを補助するアシスト力を発生してもよい。

本発明の船舶用操舵装置によれば、船体に対する舵取り機構の搭載性を向上させることができる。

船舶用操舵装置の第１の実施の形態が搭載される船舶の平面図。 第１の実施の形態における船外機の側面図。 第１の実施の形態における転舵アクチュエータの平面図。 第１の実施の形態における転舵アクチュエータの平断面図。 第１の実施の形態における転舵アクチュエータの要部を示す平面図。 船舶用操舵装置の第２の実施の形態が搭載される船舶の平面図。 第２の実施の形態における転舵アクチュエータの平断面図。 第２の実施の形態におけるステアリングホイールと転舵アクチュエータとの間の動力伝達機構の概略構成図。 他の実施の形態の転舵アクチュエータの要部を示す平面図。 他の実施の形態における転舵アクチュエータの要部を示す平面図。 他の実施の形態における船舶の船内機を示す斜視図。

＜第１の実施の形態＞
以下、船舶用操舵装置の第１の実施の形態を説明する。
図１に示すように、船舶１０には、船外機１２、操舵装置としての転舵アクチュエータ１３、ハンドルとしてのステアリングホイール１４、および制御装置１５が設けられている。

船外機１２は、船体１０ａの船尾に設けられている。船外機１２は、船舶１０の推進装置の一例であって、エンジン１２ａおよびエンジン１２ａの駆動により回転するプロペラ１２ｂを有している。船外機１２は、船舶１０の進行方向に対する左右方向へ揺動可能である。船外機１２は、左右方向へ揺動することにより船舶１０の舵としても機能する。

転舵アクチュエータ１３は、船外機１２を船舶１０の進行方向に対する左右方向へ揺動させる。船外機１２が左右方向へ揺動することにより船舶１０の進行方向が変更される。
ステアリングホイール１４は、船舶１０の操船席に設けられている。ステアリングホイール１４は、ステアリングシャフト１６を介して船体１０ａに対して回転可能に支持されている。ステアリングシャフト１６には、回転角センサ１７が設けられている。回転角センサ１７は、ステアリングシャフト１６の回転角をステアリングホイール１４の回転角である操舵角θとして検出する。

制御装置１５は、回転角センサ１７を通じて検出される操舵角θに応じて転舵アクチュエータ１３の動作を制御する。ちなみに、エンジン１２ａの出力は、制御装置１５とは別個に設けられる他の制御装置により制御される。

つぎに、船体１０ａと船外機１２との連結構造を説明する。
図２に示すように、船外機１２は、スイベルブラケット２１、転舵軸２２、およびステアリングブラケット２３を有している。

スイベルブラケット２１は、船外機１２を船体１０ａに連結するためのものである。スイベルブラケット２１は、第１の連結部２１ａと第２の連結部２１ｂとから全体としてＬ字状をなしている。第１の連結部２１ａは、船体１０ａの前後方向（図２中の左右方向）に沿って延びている。第２の連結部２１ｂは、船体１０ａの上下方向に沿って延びている。第１の連結部２１ａは、船体１０ａの船尾に設けられた２つのクランプブラケット２４，２４（図１参照）の間に取り付けられる。また、第１の連結部２１ａの上面には、転舵アクチュエータ１３が設置される。第２の連結部２１ｂには、船体１０ａの上下方向に沿って延びる貫通孔２１ｃが設けられている。

転舵軸２２は、船外機１２の揺動中心となる。転舵軸２２は、スイベルブラケット２１における第２の連結部２１ｂの貫通孔２１ｃに挿通されている。転舵軸２２は、スイベルブラケット２１に対して相対的に回転可能である。転舵軸２２の上端は、スイベルブラケット２１における第２の連結部２１ｂの上部から突出している。転舵軸２２の上端は、ステアリングブラケット２３を介して転舵アクチュエータ１３に連結されている。転舵軸２２におけるステアリングブラケット２３とスイベルブラケット２１との間の部分は、ブラケット２５を介して船外機１２のケース１２ｃに固定されている。転舵軸２２の下端は、スイベルブラケット２１の下部から突出している。転舵軸２２の下端は、ブラケット２６を介して船外機１２のケース１２ｃに固定されている。２つのブラケット２５，２６はそれぞれ転舵軸２２に固定されている。転舵軸２２のブラケット２５，２６に対する相対的な回転が規制されるため、船外機１２は転舵軸２２を中心としてスイベルブラケット２１に対して相対的に回転可能である。

つぎに、転舵アクチュエータ１３の構成を詳細に説明する。
図３に示すように、転舵アクチュエータ１３は、舵取り機構３１、減速機３２、駆動源としてのモータ３３、および回転角センサ３４を有している。舵取り機構３１としては、いわゆるＲＢＳ（リサーキュレーティングボール式ステアリングギヤ）が採用される。モータ３３および回転角センサ３４は減速機３２を介して舵取り機構３１に連結されている。

図４に示すように、舵取り機構３１はハウジング４０を有している。ハウジング４０の内部には、ボールねじ軸４１、ボールねじナット４２、複数のボール４３、出力軸としてのセクターシャフト４４、およびセクターギヤ４５が設けられている。ボールねじ軸４１は、２つの軸受４６，４７を介してハウジング４０に対して回転可能に支持されている。ボールねじナット４２は、循環可能とされた複数のボール４３を介してボールねじ軸４１に螺合されている。ボールねじナット４２の外周面には、その軸線方向に沿ってラック歯４２ａが設けられている。セクターシャフト４４は、ボールねじナット４２の軸線に対して直交する方向（図４中の紙面に対する直交方向）に沿って延びている。セクターシャフト４４は、図示しない軸受を介してハウジング４０に対して回転可能に支持されている。セクターギヤ４５は、セクターシャフト４４に対して一体回転可能に設けられている。セクターギヤ４５の歯４５ａは、ボールねじナット４２のラック歯４２ａに噛み合っている。

図３に示すように、セクターシャフト４４の上端部は、ハウジング４０の外部に露出している。セクターシャフト４４の上端部には、レバー４８の第１の端部が固定されている。レバー４８の第２の端部には、リンク４９の第１の端部が回転可能に軸支されている。リンク４９の第２の端部には、船外機１２に設けられたステアリングブラケット２３の転舵軸２２と反対側の端部が回転可能に軸支されている。

図４に示すように、減速機３２は、ハウジング５０を有している。ハウジング５０は、舵取り機構３１のハウジング４０に連結されている。これらハウジング４０，５０の内部は互いに連通している。ハウジング５０の外部には、モータ３３が取り付けられている。モータ３３の出力軸３３ａは、ボールねじ軸４１の軸線に対して直交する方向に沿って延びている。モータ３３の出力軸３３ａは、ハウジング５０の周壁を貫通してその内部に挿入されている。また、ハウジング５０の舵取り機構３１と反対側の部分には、回転角センサ３４が取り付けられている。

ハウジング５０の内部には、シャフト５１、ウォームホイール５２、およびウォーム５３が設けられている。シャフト５１は、２つの軸受５４，５５を介してハウジング５０に対して回転可能に支持されている。シャフト５１の第１の端部（図４中の左端部）は、ボールねじ軸４１に対して一体回転可能に連結されている。シャフト５１の第２の端部（図４中の右端部）は、回転角センサ３４の検出素子が収容されるケースに対して回転可能に支持される。回転角センサ３４は、シャフト５１の回転角を検出する。ウォームホイール５２は、シャフト５１に対して一体回転可能に設けられている。ウォーム５３は、モータ３３の出力軸３３ａに対して一体回転可能に設けられている。ウォーム５３は、ウォームホイール５２と噛み合っている。

つぎに、転舵アクチュエータ１３の動作を説明する。
制御装置１５は、モータ３３の駆動制御を通じて船外機１２をステアリングホイール１４の操作量に応じて転舵させる転舵制御を実行する。制御装置１５は、回転角センサ１７を通じて検出されるステアリングホイール１４の操舵角θに基づき、船外機１２の転舵量の目標値を演算する。また、制御装置１５は、回転角センサ３４を通じて検出されるシャフト５１の回転角に基づき船外機１２の転舵量を演算する。そして制御装置１５は、船外機１２の転舵量の目標値と船外機１２の実際の転舵量との差を求め、その差を無くすようにモータ３３に対する給電を制御する。ちなみに、制御装置１５は、船外機１２の転舵量に代えて、船外機１２の転舵量が反映される状態変数の１つであるセクターシャフト４４の回転角に基づきモータ３３への給電を制御するようにしてもよい。

図４に示すように、モータ３３の回転は、減速機３２を介してボールねじ軸４１に伝達される。ボールねじ軸４１の回動に伴い、ボールねじナット４２がその軸線方向に沿って移動する。このボールねじナット４２の移動に伴い、ラック歯４２ａと噛み合うセクターギヤ４５がセクターシャフト４４を中心として左右方向へ揺動する。このセクターギヤ４５の揺動に伴い、セクターシャフト４４はセクターギヤ４５の揺動方向と同じ方向へ向けて、かつセクターギヤ４５の揺動量に応じて回転する。

図５に示すように、セクターシャフト４４の回転に伴いレバー４８がセクターシャフト４４を中心として左右方向へ揺動する。たとえば、セクターシャフト４４が反時計方向へ向けて回転するとき、レバー４８はセクターシャフト４４を中心として反時計方向へ回転する。これに伴い、リンク４９は、レバー４８との連結部分を中心として時計方向へ向けて回転しようとする。このリンク４９の時計方向へ向けた回転に伴い、ステアリングブラケット２３は転舵軸２２を中心として反時計方向へ向けて回転する。転舵軸２２はステアリングブラケット２３に固定されているため、ステアリングブラケット２３の反時計方向へ向けた回転に伴い、転舵軸２２には反時計方向へ向けたトルクが加わる。転舵軸２２は船外機１２のケース１２ｃに固定されているため、転舵軸２２の反時計方向へ向けた回転に伴い、船外機１２は転舵軸２２を中心として反時計方向へ向けて回転する。

セクターシャフト４４が時計方向へ向けて回転する場合には、セクターシャフト４４が反時計方向へ向けて回転するときと同様に、セクターギヤ４５、レバー４８およびリンク４９を介して、ステアリングブラケット２３が転舵軸２２を中心として時計方向へ向けて回転することにより、転舵軸２２には時計方向へ向けたトルクが加わる。転舵軸２２の時計方向へ向けた回転に伴い、船外機１２は転舵軸２２を中心として時計方向へ向けて回転する。

なお、ボールねじ軸４１、ボールねじナット４２およびボール４３は、ボールねじ機構を構成する。また、このボールねじ機構（４１〜４３）およびセクターギヤ４５は、転舵アクチュエータ１３の駆動源であるモータ３３の動力を出力軸であるセクターシャフト４４の回転に変換する第１の変換機構を構成する。また、レバー４８およびリンク４９は、出力軸であるセクターシャフト４４の回転を船外機１２の転舵動作に変換する第２の変換機構を構成する。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）舵取り機構３１は、モータ３３の回転をセクターギヤ４５の回転に変換し、このセクターギヤ４５の回転を船外機１２の転舵軸２２に対するトルクとして伝達する。ここで、舵取り機構のハウジングをボールねじナットと共に船体に対して移動可能に設け、このハウジングの移動を利用して船外機を転舵させる構成が存在するところ、この構成を採用する場合にはハウジングの移動スペースを船体に確保する必要がある。この点、本実施の形態の舵取り機構３１によれば、船外機１２を転舵させる際にはセクターシャフト４４を回転させるのみでよい。舵取り機構３１のハウジング４０を船体１０ａに対して移動させる必要がないため、ハウジング４０は船体１０ａに固定される。このため、舵取り機構３１のハウジング４０が移動するためのスペースを船体１０ａに確保する必要がない。したがって、船体１０ａに対する舵取り機構３１の搭載性を向上させることができる。

（２）セクターギヤ４５の回転は、セクターシャフト４４、レバー４８、リンク４９およびステアリングブラケット２３を介して船外機１２の回転中心である転舵軸２２に伝達される。船外機１２は転舵軸２２を中心として回転するものであるため、船外機１２を転舵させるためのトルクを転舵軸２２に対して効率的に付与することができる。ちなみに、前述したように舵取り機構のハウジングの直線運動を船外機の転舵軸を中心とした回転運動に変換する構成も考えられるところ、この構成を採用する場合、転舵軸２２に対するトルクの伝達効率が本実施の形態の舵取り機構３１に比べて低下することが懸念される。

（３）転舵アクチュエータ１３として、セクターギヤ４５の回転をセクターシャフト４４、レバー４８、リンク４９およびステアリングブラケット２３を介して船外機１２の回転中心である転舵軸２２に伝達する構成が採用されている。このため、前述した舵取り機構のハウジングの直線運動を転舵軸の回転運動に変換する構成を採用する場合に比べて、舵取り機構３１としての無駄な動作が少ない。また、前述した舵取り機構のハウジングを直線運動させる場合におけるハウジングの移動範囲に比べて、セクターギヤ４５に連動するレバー４８およびリンク４９の動作範囲をより狭い範囲に設定することが可能である。レバー４８およびリンク４９を大きく動かす必要がないため、舵取り機構３１の設置スペースをより狭く設定することができる。

（４）舵取り機構３１の駆動源としてモータ３３が採用されている。このため、転舵アクチュエータ１３に対する電動化の要求に応えることができる。また、船舶１０の速度（低速〜高速）、および環境（波、風）にかかわらず、より高い応答性かつ安定した転舵力を得ることができる。たとえばエンジンにより駆動される油圧ポンプが舵取り機構３１の駆動源として採用される場合、船舶１０の速度および環境によって油圧ポンプの吐出量、ひいては船外機１２に付与される転舵力が変動するおそれがある。

（５）転舵アクチュエータ１３を電動化したことによって、舵取り機構３１の駆動源として油圧装置を採用する場合と異なり、作動油を給排するための油圧配管を船体１０ａに設ける必要がない。このため、転舵アクチュエータ１３の構成の簡素化が図られる。また、油圧配管を設ける必要がない分だけ、船体１０ａにおけるスペースを節約することができる。

（６）モータ３３の出力軸３３ａは、減速機３２を介して舵取り機構３１のボールねじ軸４１に連結されている。このため、モータ３３のトルクは減速機３２の減速比に応じて増大されるとともに、この減速比に応じたより大きい値のトルクがボールねじ軸４１に伝達される。船外機１２を転舵させるために必要とされる力が得られるため、船外機１２をより確実に転舵させることができる。

＜第２の実施の形態＞
つぎに、船舶用操舵装置の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、電動式の転舵アクチュエータに代えて油圧式の転舵アクチュエータが採用される点で第１の実施の形態と異なる。

図６に示すように、船舶１０には、船外機１２、ステアリングホイール１４、制御装置１５、および油圧式の転舵アクチュエータ６０が設けられている。転舵アクチュエータ６０は、駆動源としての電動ポンプ６１およびリザーバタンク６２を有している。また、転舵アクチュエータ６０は、船尾のスイベルブラケット２１に設けられる舵取り機構７１およびコントロールバルブ７２を有している。

リザーバタンク６２には作動油が貯留されている。リザーバタンク６２は吸入管６３を介して電動ポンプ６１に連結されている。電動ポンプ６１は吐出管６４を介してコントロールバルブ７２のポンプポートに連結されている。また、コントロールバルブ７２のタンクポートは、排出管６５を介してリザーバタンク６２に接続されている。

制御装置１５は、回転角センサ１７を通じて検出される操舵角θに基づき電動ポンプ６１を制御する。電動ポンプ６１が駆動されることによって、リザーバタンク６２内の作動油は吐出管６４を介してコントロールバルブ７２へ供給される。コントロールバルブ７２から排出される作動油は排出管６５を介してリザーバタンク６２に戻される。

つぎに、舵取り機構７１の構成を詳細に説明する。
図７に示すように、舵取り機構７１は、ハウジング８０を有している。ハウジング８０の内部には、ボールねじ軸８１、ボールねじナット８２、複数のボール８３、セクターシャフト８４、セクターギヤ８５、および有底筒状の閉塞部材８６が設けられている。

ボールねじナット８２は、その軸線に沿う方向においてハウジング８０（正確にはそのシリンダ部分）に対して摺動可能に設けられている。ボールねじナット８２の外周面には、その軸線方向に沿ってラック歯８２ａが設けられている。

閉塞部材８６は、ボールねじナット８２の第１の端部（図７中の左端部）に対して隙間なくはめ込まれている。閉塞部材８６は、ボールねじナット８２と一体的に移動する。
ボールねじ軸８１は、循環可能とされた複数のボール８３を介してボールねじナット８２に螺合されている。ボールねじ軸８１の第１の端部（図７中の左端部）は、閉塞部材８６の内部に挿入されている。ボールねじ軸８１の第１の端部と閉塞部材８６の底壁との間には所定の隙間が設けられている。ボールねじナット８２は、ボールねじ軸８１と閉塞部材８６の底壁との間の隙間の範囲内において、ボールねじ軸８１に対してその軸線方向に沿って相対的に移動可能である。ボールねじ軸８１の第２の端部（図７中の右端部）は、ボールねじナット８２の第２の端部（図７中の右端部）から突出している。ボールねじ軸８１の第２の端部は、コントロールバルブ７２に連結される。

セクターシャフト８４は、ボールねじナット８２の軸線に対して直交する方向（図７中の紙面に対する直交方向）に沿って延びている。セクターシャフト８４は、図示しない軸受を介してハウジング８０に対して回転可能に支持されている。

セクターギヤ８５は、セクターシャフト８４に対して一体回転可能に設けられている。セクターギヤ８５の歯８５ａは、ボールねじナット８２のラック歯８２ａに噛み合っている。セクターシャフト８４の上端部は、ハウジング８０の外部に露出している。セクターシャフト８４の上端部には、レバー４８およびリンク４９を介してステアリングブラケット２３の転舵軸２２と反対側の端部が連結される（図２参照）。

ハウジング８０の内部は、ボールねじナット８２および閉塞部材８６によって第１の油室８７と第２の油室８８とに区画されている。第１の油室８７は、ボールねじナット８２を基準とするコントロールバルブ７２側に位置している。第２の油室８８は、ボールねじナット８２を基準とするコントロールバルブ７２と反対側に位置している。

第１の油室８７および第２の油室８８には、コントロールバルブ７２を介して作動油が供給される。コントロールバルブ７２を介して第１の油室８７および第２の油室８８のうちいずれか一方に電動ポンプ６１からの作動油が択一的に供給されることにより、第１の油室８７と第２の油室８８との間に圧力差が発生する。この圧力差に応じてボールねじナット８２および閉塞部材８６がそれらの軸線方向に沿って押圧されることにより、ボールねじナット８２および閉塞部材８６はピストンとして機能してボールねじ軸８１に沿って移動する。ボールねじナット８２の移動に伴いセクターギヤ４５がセクターシャフト８４を中心として左右方向へ揺動する。このセクターギヤ４５の揺動に伴い、セクターシャフト４４はセクターギヤ４５の揺動方向と同じ方向へ向けて回転する。

つぎに、コントロールバルブ７２の構成を詳細に説明する。
図７に示すように、コントロールバルブ７２は、ハウジング９０を有している。ハウジング９０は、舵取り機構７１のハウジング８０に連結されている。ハウジング９０の内部には、中空の入力軸９１、トーションバー９２、インナーバルブ９３、およびアウターバルブ９４が設けられている。

入力軸９１は、ハウジング９０を貫通している。入力軸９１は軸受９５を介してハウジング９０に対して回転可能に支持されている。入力軸９１の第１の端部（図７中の左端部）は、ボールねじ軸８１の第２の端部（図７中の右端部）に設けられた挿入部としての凹部８１ａに対して相対回転可能に挿入されている。入力軸９１の第２の端部（図７中の右端部）には、回転角センサ３４が設けられている。

トーションバー９２は、入力軸９１を貫通している。トーションバー９２の第１の端部（図７中の左端部）は、ボールねじ軸８１の第２の端部（図７中の右端部）に設けられた凹部８１ａの底部に固定されている。トーションバー９２の第２の端部（図７中の右端部）は、入力軸９１の第２の端部（図７中の右端部）に固定されている。

インナーバルブ９３は、ハウジング９０の内部において、入力軸９１の外周に設けられている。アウターバルブ９４は、ハウジング９０の内周に設けられている。
入力軸９１に加わるトルクに応じてトーションバー９２が捻れ、このトーションバー９２の捻れに伴ってインナーバルブ９３とアウターバルブ９４との回転方向における位置関係（相対角）が変化する。このインナーバルブ９３とアウターバルブ９４との回転方向における位置関係の変化を利用して、コントロールバルブ７２は作動油の流路を切り替える。また、コントロールバルブ７２は入力軸９１、すなわちインナーバルブ９３の回転角とアウターバルブ９４の回転角との差（バルブ作動角）に応じて絞りを形成することにより第１の油室８７および第２の油室８８へ供給する作動油の流量を調整する。

電動ポンプ６１から吐出管６４を介して供給される作動油は、インナーバルブ９３とアウターバルブ９４との間の相対角変位に応じて第１の油室８７および第２の油室８８のいずれか一方に振り分けられる。ここでは、入力軸９１の軸線方向からみて入力軸９１が時計方向へ向けてするとき、電動ポンプ６１と第１の油室８７とが連通する。これに対して、入力軸９１の軸線方向からみて入力軸９１が反時計方向へ回転するとき、電動ポンプ６１と第２の油室８８とが連通する。

たとえば、第２の油室８８に作動油が供給される場合、この作動油の圧力を受けてボールねじナット８２および閉塞部材８６は第１の油室８７側へ向けて移動する。このボールねじナット８２の移動に伴い、第１の油室８７の内部の作動油は、第１の油室８７から押し出される。この第１の油室８７から押し出される作動油は、排出管６５を介してリザーバタンク６２に排出される。

また、第１の油室８７に作動油が供給される場合、この作動油の圧力を受けてボールねじナット８２および閉塞部材８６は第２の油室８８側へ向けて移動する。このボールねじナット８２の移動に伴い、第２の油室８８の内部の作動油は、第２の油室８８から押し出される。この第２の油室８８から押し出される作動油は、排出管６５を介してリザーバタンク６２に排出される。

このように、入力軸９１に印加されるトルク、すなわち入力軸９１の回転に応じて、第１の油室８７および第２の油室８８に対する作動油の供給または排出が制御される。
ちなみに、入力軸９１は、ステアリングホイール１４の操作に連動して回転する。ステアリングホイール１４から入力軸９１へ動力を伝達するための構成として、たとえばつぎの構成が採用される。

図８に示すように、ステアリングシャフト１６には、駆動プーリ１０１が一体回転可能に設けられている。また、コントロールバルブ７２の入力軸９１には、従動プーリ１０２が一体回転可能に設けられている。駆動プーリ１０１と従動プーリ１０２との間は、２本の操作ケーブル１０３，１０４により互いに連結されている。駆動プーリ１０１の回転に連動して従動プーリ１０２、ひいては入力軸９１が回転する。

２本の操作ケーブル１０３，１０４は、それらの第１の端部が駆動プーリ１０１の軸線方向において互いに対向する２つの側面に固定された状態、かつ駆動プーリ１０１の外周面に設けられた螺旋溝に沿って互いに接近する方向に巻き付けられた状態で、駆動プーリ１０１の軸線に対して交わる方向へ引き出されている。

また、２本の操作ケーブル１０３，１０４の第２の端部は、操作ケーブル１０３，１０４の第１の端部と同様に、従動プーリ１０２の軸線方向において互いに対向する２つの側面に固定された状態、かつ従動プーリ１０２の外周面に設けられた螺旋溝に沿って互いに接近する方向に巻き付けられた状態で、従動プーリ１０２の軸線に対して交わる方向へ引き出されている。

船舶１０を旋回させる際にはステアリングホイール１４が操作されるところ、このステアリングホイール１４の操作に連動して駆動プーリ１０１が回転する。この駆動プーリ１０１の回転に伴い、駆動プーリ１０１に巻き付けられた２本の操作ケーブル１０３，１０４のうち一方の操作ケーブルが引かれ、他方の操作ケーブルが弛められる。これにより、駆動プーリ１０１の回転が従動プーリ１０２に伝達される。この従動プーリ１０２の回転に連動してコントロールバルブ７２の入力軸９１が回転するとともに、この入力軸９１の回転に応じてセクターギヤ８５が揺動する。このセクターギヤ８５の揺動がセクターシャフト８４、レバー４８、リンク４９およびステアリングブラケット２３を介して転舵軸２２へ伝達されることにより、船外機１２が転舵される。

したがって、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる。また、油圧ポンプとして電動ポンプ６１を採用している。このため、船体に１０ａに油圧配管を設ける必要はあるものの、第１の実施の形態の（４）と同様の効果を得ることもできる。

＜他の実施の形態＞
なお、第１および第２の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第１の実施の形態では、制御装置１５を船体１０ａにおける適宜の箇所に設けたが、制御装置１５をモータ３３と一体的に設けてもよい。

・第１の実施の形態では、減速機３２としてウォーム５３およびウォームホイール５２を有するウォーム減速機を採用したが、このウォーム減速機に代えてベルト伝動機構を採用してもよい。すなわち、図１０に示すように、モータ３３はその出力軸３３ａが減速機３２のシャフト５１に対して並行をなす姿勢で減速機３２のハウジング５０に取り付けられる。モータ３３の出力軸３３ａには、駆動プーリ１１１が一体回転可能に設けられている。また、減速機３２のシャフト５１には、従動プーリ１１２が一体回転可能に設けられている。駆動プーリ１１１と従動プーリ１１２との間には無端状のベルト１１３が巻き掛けられている。モータ３３の回転は、駆動プーリ１１１、ベルト１１３および従動プーリ１１２を介して、シャフト５１、ひいてはボールねじ軸４１に伝達される。

・第２の実施の形態では、ステアリングホイール１４からコントロールバルブ７２の入力軸９１へ動力を伝達するための構成として、駆動プーリ１０１、従動プーリ１０２、および２本の操作ケーブル１０３，１０４を採用したが、これらに代えてモータを採用してもよい。この場合、モータの出力軸は、入力軸９１に対して一体回転可能に連結してもよいし、ウォーム減速機あるいはベルト伝動機構などの減速機を介して入力軸９１に対してトルク伝達可能に連結してもよい。制御装置１５は、回転角センサ１７を通じて検出される操舵角θに応じてモータへの給電を制御する。モータは入力軸９１を回転させることのみに使用されるため、より小型、かつより低出力のモータを採用することができる。

・第１および第２の実施の形態において、制御装置１５は転舵アクチュエータ１３，６０および船外機１２におけるエンジン１２ａの双方を制御するようにしてもよい。
・第１および第２の実施の形態では、セクターシャフト４４の回転をレバー４８およびリンク４９を介してステアリングブラケット２３に伝達するようにしたが、セクターシャフト４４とステアリングブラケット２３との間の動力伝達機構として、つぎの構成を採用してもよい。

図９に示すように、セクターギヤ４５の上面（図９における紙面手前側の面）において、歯４５ａの近傍位置には連動軸４４ａが設けられている。この連動軸４４ａは、セクターシャフト４４に対して並行をなしている。このため、連動軸４４ａは、セクターギヤ４５に連動してセクターシャフト４４を中心として左右方向へ揺動する。連動軸４４ａの上端は、ハウジング４０，８０を貫通して外部に露出する。この連動軸４４ａの上端は、ステアリングブラケット２３に設けられた長孔２３ａに対して摺動可能に係合されている。したがって、セクターギヤ４５に連動してステアリングブラケット２３は連動軸４４ａを中心として左右方向へ揺動する。これにより、船外機１２は転舵軸２２を中心として左右方向へ転舵される。このようにすれば、転舵アクチュエータ１３としてレバー４８およびリンク４９を割愛した構成を採用できることにより、転舵アクチュエータ１３の構成をより簡単にすることができる。

・第１および第２の実施の形態では、転舵アクチュエータ１３，６０を船外機１２が搭載される船舶１０に適用したが、たとえば船内機を有する船舶１０に適用してもよい。
図１１に示すように、船体１０ａの内部には船内機としてエンジン１２ａが設けられている。エンジン１２ａの出力は、エンジン１２ａから船尾へ向けて延びるプロペラシャフト１２１を介してプロペラ１２ｂに伝達される。プロペラシャフト１２１のエンジン１２ａと反対側の端部は、船体１０ａの底部を貫通して船体１０ａの外に位置している。プロペラシャフト１２１のエンジン１２ａと反対側の端部には、プロペラ１２ｂが一体回転可能に連結されている。船体１０ａの船尾には、舵１２２が支持軸１２３を介して回転可能に支持されている。また、船体１０ａの船尾付近には、転舵アクチュエータ１３，６０が設けられている。転舵アクチュエータ１３，６０のレバー４８は、２つのリンク１２４，１２５を介して支持軸１２３に連結されている。リンク１２４は、船舶１０の進行方向に対する左右方向へ延びている。リンク１２５は、船体１０ａの前後方向に沿って延びている。リンク１２４の第１の端部は、レバー４８に対して回転可能に連結されている。リンク１２４のレバー４８と反対側の端部である第２の端部は、リンク１２５の第１の端部に対して回転可能に連結されている。リンク１２５の第２の端部は、舵１２２の支持軸１２３に固定されている。したがって、レバー４８のセクターシャフト４４，８４を中心とする左右方向への揺動は、２つのリンク１２４，１２５を介して支持軸１２３の回転に変換される。支持軸１２３を中心として舵１２２が左右方向へ揺動することにより、船舶１０の進行方向が変更される。

ちなみに、転舵アクチュエータ１３，６０を船内外機が搭載される船舶１０に適用してもよい。船内外機は、エンジンおよびドライブユニットが一体化されてなる。ドライブユニットは、船外のプロペラおよびエンジンの出力をプロペラに伝達するための機構が一体化されたものである。エンジンは船内の船尾付近に設けられる。ドライブユニットは、船尾に対して船外へはみ出すかたちで設けられる。ドライブユニットは、船体１０ａに対して左右方向へ揺動可能であって船舶１０の舵としても機能する。転舵アクチュエータ１３，６０の舵取り機構３１，７１のセクターシャフト４４，８４の回転を、ドライブユニットを転舵させるための転舵力としてドライブユニットに伝達することによってドライブユニットを転舵させることができる。

・第１の実施の形態では、船舶用操舵装置をステアリングホイール１４と船外機１２との間の動力伝達を分離したバイワイヤ式の転舵アクチュエータ１３として具体化したが、船外機１２の手動操作を補助するパワーステアリング装置として具体化してもよい。この場合、船舶１０として、ステアリングホイール１４、ステアリングシャフト１６および回転角センサ１７を割愛した構成を採用することが可能である。図２に二点鎖線で示すように、船外機１２のケース１２ｃには、船体１０ａの前方へ向けて延びるハンドル１２ｄが一体的に設けられる。操船者は、ハンドル１２ｄを左右方向へ操作することにより船外機１２を転舵させる。また、船外機１２あるいはハンドル１２ｄには、ハンドル１２ｄに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられる。制御装置１５は、トルクセンサを通じて検出される操舵トルクに応じてモータ３３への給電を制御する。モータ３３のトルクが減速機３２および舵取り機構３１を介してアシスト力として転舵軸２２に伝達されることにより、ハンドル１２ｄを介した船外機１２の転舵が補助される。ちなみに、第２の実施の形態の転舵アクチュエータ６０をパワーステアリング装置として具体化することもできる。この場合、制御装置１５は、トルクセンサを通じて検出される操舵トルクに応じて電動ポンプ６１への給電を制御する。

１０…船舶、１０ａ…船体、１２…船外機（舵、推進装置）、１３，６０…転舵アクチュエータ（船舶用操舵装置）、１４…ステアリングホイール（ハンドル）、１５…制御装置、２２…転舵軸、２３…ステアリングブラケット、３１，７１…舵取り機構、３２…減速機、３３…モータ（駆動源）、４０，５０…ハウジング、４１…第１の変換機構を構成するボールねじ軸、４２…第１の変換機構を構成するボールねじナット、４２ａ…ラック歯、４３…第１の変換機構を構成するボール、４４…セクターシャフト（出力軸）、４５…第１の変換機構を構成するセクターギヤ、４８…第２の変換機構を構成するレバー、４９…第２の変換機構を構成するリンク、６１…電動ポンプ（駆動源）、７２…コントロールバルブ、８７…第１の油室、８８…第２の油室、１２２…舵、１２３…支持軸。

Claims (9)

1. 船舶の船尾に設けられる舵を動かす舵取り機構と、
   前記舵取り機構の駆動源と、を備え、
   前記舵取り機構は、船体に固定されるハウジングと、
   前記ハウジングに対して回転可能に支持された出力軸と、
   前記ハウジングの内部に設けられて前記駆動源の動力を前記出力軸の回転に変換する第１の変換機構と、
   前記ハウジングの外部に設けられて前記出力軸の回転を前記舵の動作に変換する第２の変換機構と、を有している船舶用操舵装置。
2. 前記第１の変換機構は、
   前記ハウジングの内部において回転可能に支持されて前記駆動源の動作に伴い回転するボールねじ軸と、
   前記ボールねじ軸に複数のボールを介して螺合されるとともに外周面にはラック歯が軸線方向に沿って設けられているボールねじナットと、
   前記出力軸に対して一体回転可能に連結されるとともに前記ボールねじナットのラック歯に噛み合って前記ボールねじナットの軸線方向への移動に伴い前記出力軸を中心として揺動するセクターギヤと、を有している請求項１に記載の船舶用操舵装置。
3. 前記駆動源はモータである請求項１または請求項２に記載の船舶用操舵装置。
4. 前記駆動源はモータであって、
   前記モータの回転を減速し、その減速された回転を前記ボールねじ軸に伝達する減速機を有している請求項２に記載の船舶用操舵装置。
5. 前記駆動源は作動油を吐出する電動ポンプであること、および
   前記ボールねじナットは前記ハウジングに対して摺動可能に設けられるとともに前記ハウジングの内部は前記ボールねじナットによって２つの油室に区画されていることを前提として、
   前記２つの油室に対する作動油の供給または排出を制御するコントロールバルブを有し、
   前記コントロールバルブは、前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルの操作に応じて前記２つの油室のいずれか一方に対して前記電動ポンプから吐出される作動油を択一的に供給することによって前記ボールねじナットをピストンとして軸線方向に沿って移動させる請求項２に記載の船舶用操舵装置。
6. 前記舵は、船舶の推進装置として船尾の外側に転舵軸を中心として回転可能に設けられるとともに、前記転舵軸を中心として回転することにより船舶の舵としても機能する船外機である請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の船舶用操舵装置。
7. 前記舵は、船舶の推進装置とは別個に、船尾の外側に支持軸を中心として回転可能に設けられている請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の船舶用操舵装置。
8. 前記舵は、前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルとの間の動力伝達が分離されている請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の船舶用操舵装置。
9. 前記舵には前記船体の向きを変える際に操作されるハンドルが連結されていて、
   前記駆動源は、前記ハンドルの操作を通じた前記舵の動きを補助するアシスト力を発生する請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の船舶用操舵装置。

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