JP5483976B2

JP5483976B2 - ロータリーべーン舵取機

Info

Publication number: JP5483976B2
Application number: JP2009225670A
Authority: JP
Inventors: 幸雄冨田; 喬之若林; 敏郎生田目
Original assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Current assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011073526A

Description

本発明はロータリーベーン舵取機に関し、特に集合弁と油圧システムの技術に係るものである。

従来の舵取機には、ラム式やピストン式の油圧舵取機があり、例えば図１４に示すようなラム式の油圧舵取機がある。この舵取機１では、ラム式の油圧アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）２ａ、２ｂのロッド３を軸心方向へ往復駆動することにより舵柄４が揺動して舵軸５を軸心回りに回動させる。左右の油圧アクチュエータ２ａ、２ｂにはそれぞれ油圧ポンプユニット６ａ、６ｂが接続している。

この構成では、油圧アクチュエータ２ａ、２ｂがラム式であり、シリンダーの油圧のシールにグランドシールを採用できるので、高圧作動油の採用が可能である。従って、少油量の作動油で油圧アクチュエータ２を作動させて舵取機１を駆動できる。このため、油圧ポンプユニット６にはアキシャルポンプを使用したクローズドサイクルの油圧回路を採用することができる。

このクローズドサイクルの油圧回路では、例えば面舵のときに、一方の油圧ポンプユニット６ａから一方の油圧アクチュエータ２ａへ作動油管７ａを通して作動油を送油する。そして、他方の油圧アクチュエータ２ｂから作動油が作動油管８ｂを通して一方の油圧ポンプユニット６ａの油圧ポンプの吸込側に戻る。

他方の油圧ポンプユニット６ｂを使用する場合は、他方の油圧ポンプユニット６ｂから一方の油圧アクチュエータ２ａへ作動油管８ａを通して作動油を送油する。そして、他方の油圧アクチュエータ２ｂから作動油が作動油管７ｂを通して他方の油圧ポンプユニット６ｂの油圧ポンプの吸込側に戻る。

他の舵取機としては、図１５に示すように、ロータリーベーン舵取機がある。このロータリーベーン舵取機１１の油圧アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）１２は、ハウジング１３の中にロータ１４を備え、ロータ１４と一体の可動ベーン１５およびハウジング１３と一体のセグメント１６を有しており、ロータ１４の外周面とハウジング１３の内周面との間に可動ベーン１５とセグメント１６とで仕切った複数の作動油室１７を形成している。トップカバー１８とロータ１４の間にはリングシール１９を配置し、可動ベーン１５には横シール２０および縦シール２１を装着し、セグメント１６には縦シール２８を装着してあり、油圧アクチュエータ１２には油圧ポンプユニット２２が接続している。

この構成では、作動油室１７に作動油を送油し、可動ベーン１５に作動油圧を与えてロータ１４を回転駆動する。上述した各シールには高分子材料のフラットシールを使用するので、作動油圧を高圧にすることができず、作動油量が多くなる。

従って、油圧ポンプユニット２２には低圧大容量の油圧ポンプを使用し、油圧回路にはオープンサイクルのものを採用することになる。また、オープンサイクルの油圧回路を採用する他の理由としては、高分子材料からなる各シールの劣化により残滓が発生するので、密閉された作動油室１７から残滓を取り出すためには、オープンサイクルの油圧回路が取扱いの点で便利である。

図１５に示すように、オープンサイクルのシステムをなす従来の油圧ポンプユニット２２は、油タンク２３の内部に油圧ポンプ２４を装備し、油タンク２３の上に制御弁２５を設置しており、油圧アクチュエータ１２に装着したオートロック弁２６と制御弁との間に連結管２７を設けている。なお、制御弁２５を作動させるために必要な制御油圧は油圧ポンプ２４の出口から得ており、この出口には常に油圧を発生させている。

制御弁２５は、制御装置（図示省略）から指示する操舵指令に従って、即ち停止、左操舵、右操舵のそれぞれの操舵指令に対応して作動し、油圧ポンプ２４から送られる作動油の流れを制御して油圧アクチュエータ１２へ送油する。

オートロック弁２６は、制御弁２５が中立状態となって作動油が油圧アクチュエータ１２に送り込まれなくなったときに、逆止弁作用により自動的にポートを閉鎖して油圧アクチュエータ１２の作動油室１７から油が抜け出することを防止する機能を持つとともに、油圧アクチュエータ１２が舵に作用する水流の力によって回されるような条件になったときに、ポートを閉鎖して水流に抗する力を維持する機能を持つ。

特開２００８−３７１８７

上記した構成において、舵位置をある舵角に保持する状態において、制御弁２５はその弁が中立の位置にある中立状態となり、オートロック弁２６は全てのポートを閉鎖している。制御弁２５とオートロック弁２６はそれぞれが油圧ポンプユニット２２と油圧アクチュエータ１２とに分離して装備されているので、制御弁２５が中立状態にあると、油圧ポンプユニット２２では油圧ポンプ２４によって送油する作動油が制御弁２５を出ることなく制御弁２５から油タンク２３に戻油され、作動油が油圧ポンプユニット２２の中で循環する。

油圧ポンプ２４は制御弁２５を作動させるのに必要な制御油圧を常に作動油の全量に対して発生させている。このため、作動油が油圧ポンプユニット２２の中で循環すると、制御油圧を発生させる機構において生じる熱が油タンク２３の中の作動油に蓄熱されて作動油の温度上昇が発生し、次に舵を制御する際に作動油による油圧アクチュエータ１２の動作が阻害される恐れがある。また、制御弁２５とオートロック弁２６との連結管２７は送油、戻油のいずれの用途にも使用されるので、連結管２７には高圧管が必要である。

ところで、ロータリーベーン舵取機はシール材として高分子材を採用しており、作動油は低圧の油圧で使用する必要があり、作動油の油量は大油量となる。このような低圧大油量のロータリーベーン舵取機の油圧システムは、汎用高圧小油量の標準油圧品の各種の弁を使用することができず、油圧ポンプも大油量を供給する型式のものを使用する。また、油圧回路はオープンサイクルのものとなる。

オープンサイクルの油圧回路は、使用油圧が４０ｋｇ／ｃｍ^２〜６０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲では大容量の制御弁とオートロック弁を採用することでロータリーベーン舵取機として求められる必要十分な機能を実現することができた。

ところで、最近ではシール材としての高分子材の性能が向上し、さらにシール材の断面形状の改良、及びシール材に供給するシール油の油圧システムの改良によって使用油圧を８０ｋｇ／ｃｍ^２〜１００ｋｇ／ｃｍ^２に上げることが可能となった。

しかしながら、従来のオープンサイクルの油圧回路において、使用油圧を８０ｋｇ／ｃｍ^２〜１００ｋｇ／ｃｍ^２とすると、舵に発生する急激な負荷変動および舵特有の負トルクに対応することができず、チャタリング現象やウォーターハンマ現象の発生を防ぐことができない。これらの現象に起因する高音と振動は使用上の不安のみならず、メンテナンスにおいても問題となる。

この現象を防ぐために、オープンサイクルの油圧回路においては、油圧アクチュエータ１２からの作動油の出口部位にオリフィス又は流量調整逆止弁を設けて背圧を与えることが必要である。

しかし、従来のオープンサイクルの油圧回路において、マニホールドをベースとして、電磁弁、制御弁、オートロック弁、流量調整逆止弁および安全弁の各要素弁を組み合わせて使用する場合に、別個の流量調整逆止弁を設けることは大型化と複雑化を招いて不安定な構成となることが避けられない。

つまり、高圧小油量のクローズドサイクルの油圧回路ではマニホールドに各要素弁を接続して組み合わせることが可能であるが、大油量に対応するマニホールドは大型で複雑な内部通路を有するものとなり、このマニホールドに安全弁、調整弁等の要素弁を装着する構成は大型化と複雑化を招いて不安定な構成となることが避けられない。

さらに、舵取機を駆動するオープンサイクルの油圧回路においては、舵に発生する負荷の大きさの瞬時的変動、および負荷方向の変化に伴う作動油の油圧の変動、および油圧の方向変化が各弁に作用する。このため、弁と弁との間に配管等による緩衝的容積がないと、上記の油圧変動と油圧の方向変化が緩衝的に吸収されず、相互作用的に各弁に影響が及び、作動が不安定になり易いという問題があった。

また、従来のオープンサイクルの油圧回路においては、制御弁２５を作動させるのに必要なパイロット油圧は作動油圧ポンプ２４の作動油吐出ラインから取り出しているので、上述した作動油の油圧の変動の影響を受け、制御弁２５の作動が不安定になり易く、その不安定さが他のオートロック弁２６などの作動の不安定さに影響することがあるという問題があった。

このため、オープンサイクルの油圧回路においては、各要素弁を分離して配置するとともに、流量調整逆止弁を使用せずにオリフィスを採用していた。しかしながら、オリフィスを配置する場合に、オリフィスにおいては正逆双方向に作動油が流れるので、オリフィスを正方向へ流れる作動油、つまり油圧アクチュエータ１２から出る作動油には背圧を与えることができるが、逆方向へ流れる作動油、つまり油圧アクチュエータ１２へ入る作動油には抵抗となって舵取機としての出力が低下する。したがって、定格出力を得るために、より大出力の舵取機を採用する必要がある。

本発明は上記した課題を解決するものであり、油タンクに貯溜する作動油の温度上昇を抑制することができ、一体のバルブブロックの内部に各要素弁を組み込むことで圧力損失の少ないシステム構成とし、強固で安定した性能を発揮できる集合弁を有するロータリーベーン舵取機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のロータリーベーン舵取機は、舵軸を軸心廻りに回転駆動する油圧アクチュエータと油を貯溜する油タンクとの間にオープンサイクル油圧回路を備えたロータリーベーン舵取機において、オープンサイクル油圧回路は作動油圧系統と制御油圧系統とに分割してなり、作動油圧系統が、油圧アクチュエータにおける作動油の出入を制御する作動油制御手段と、油タンクの油を作動油として圧送する作動油圧ポンプと、作動油圧ポンプから送り出す作動油を作動油制御手段へ供給する作動油送り管と、油圧アクチュエータから排出する作動油を油タンクへ戻す作動油戻り管を有し、制御油圧系統が、作動油制御手段において制御油の出入を制御する制御油制御手段と、作動油圧ポンプとタンデムに連結して油タンクの油を制御油として圧送する制御油圧ポンプと、制御油圧ポンプから送り出す制御油を制御油制御手段へ供給するパイロット配管と、制御油圧を一定に保つ調圧手段を有し、
油圧アクチュエータは作動油制御手段をなす集合弁を備え、集合弁は一体のバルブブロックに、作動油送り管に連通する送油ポートと、作動油戻り管に連通する戻油ポートと、油圧アクチュエータに連通する複数の作動油ポートと、全ポート間に形成する内部回路を有し、かつ内部回路に、作動油ポートを開閉する制御弁部と、作動油圧ポンプの所定圧負荷時に開くオートロック弁部と、油圧アクチュエータから排出する作動油に所定背圧を与える流量調整逆止弁部と、作動油圧ポンプの最高吐出圧を規制する安全弁を有することを特徴とする。

本発明によれば、作動油圧系統と制御油圧系統とがそれぞれ独立することで作動油の温度上昇を抑制できる。すなわち、従来においては作動油圧と制御油圧が同源であるために、作動油の全量に対して常にその作動油圧を、制御油圧として必要な最低圧力に維持する必要がある。

このため、作動油の全量に対して常に制御油圧を与えることになって作動油の温度上昇が起きたが、本発明では制御油圧系統を独立させることで、作動油圧は作動油圧として必要な圧力に維持すればよくなり、作動油の温度上昇を抑制できる。

また、制御油圧系統が作動油圧系統から独立することにより、常時安定した制御油圧で制御弁を作動させることができるので、舵に発生する負荷の大きさの瞬間的変動、および負荷の方向変化に伴う作動油の油圧変動、方向変化の影響を受けて制御弁の作動が不安定になることがなく、したがって制御弁の作動の不安定さが他のオートロック弁などの作動の不安定さを引き起こす恐れもなくなる。

作動油制御手段が油圧アクチュエータに対する作動油の出入を遮断する状態で、油圧ポンプにより送油する作動油は、無負荷で作動油送り管を通して作動油制御手段へ流れた後に、作動油制御手段の内部回路を通り、作動油戻り管を通して油タンクへ戻る。このため、油タンクに貯溜する作動油が作動油送り管および作動油戻り管を循環する間に作動油の熱が管壁を介して放熱され、作動油の昇温が抑制される。よって、次回に舵を制御する際に作動油の熱が作動油による油圧アクチュエータの動作を阻害することがなくなる。

また、各要素弁をマニホールドを介してつなぎ合わせるのでなく、マニホールドを採用せずに、一体構造のボディーをなすバルブブロックの中に制御弁部、オートロック弁部、流量調整逆止弁部の各弁、および安全弁を合理的に組み込むことで、作動油制御手段として必要な総ての要素弁の弁機能をバルブブロックの内部に一体化して油圧アクチュエータに装着することができる。

よって、システム構成が単純化でき、構造的に強固なものとなり、かつ安全で取り扱い易く、補修が容易になる。また、流量調整逆止弁部において戻油だけに背圧を与えることで、舵に発生する急激な負荷変動および舵特有の負トルクに対応することができ、チャタリング現象やウォーターハンマ現象の発生を防ぐことができ、かつ流量調整逆止弁部において送り油に圧力損失を与えない。

本発明の実施の形態におけるロータリーベーン舵取機を示す斜視図同ロータリーベーン舵取機の構成を示す模式図同ロータリーベーン舵取機の集合弁を示す油圧回路図同ロータリーベーン舵取機の集合弁を示す正面図同ロータリーベーン舵取機の集合弁を示す側面図同ロータリーベーン舵取機の集合弁を示す平面図図６のＡ−Ａ矢視断面図図４のＣ−Ｃ矢視断面図図４のＢ−Ｂ矢視断面図図６のＤ−Ｄ矢視断面図集合弁のアイドリング状態を示す作動説明図集合弁の転舵状態を示す作動説明図集合弁における安全弁の作動状態を示す作動説明図従来のラム式やピストン式の油圧舵取機を示す模式図従来のロータリーベーン舵取機の構成を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態を図１から図１３に基づいて説明する。図１において、ロータリーベーン舵取機は油圧アクチュエータ５０と油圧ポンプユニット６０を備えている。油圧アクチュエータ５０は作動油の出入を制御する作動油制御手段をなす集合弁５１０がハウジング５０１の外周面に取り付けてある。

油圧ポンプユニット６０は油圧アクチュエータ５０に作動油を送油し、かつ油圧アクチュエータ５０から作動油が戻るものであり、油圧アクチュエータ５０と油圧ポンプユニット６０の間に、作動油圧系統と制御油圧系統とに分割したオープンサイクル油圧回路を備えている。

油圧ポンプユニット６０は、作動油を貯溜する油タンク６０１を有し、作動油圧系統として油タンク６０１の油を作動油として圧送する作動油圧ポンプ６０２を天面に配置しており、制御油圧系統として油タンクの油を制御油として圧送する制御油圧ポンプ６０８を作動油圧ポンプ６０２とタンデムに連結して配置している。

ここでは作動油圧ポンプ６０２および制御油圧ポンプ６０８がベーンポンプからなり、作動油圧ポンプ６０２の吸込口に接続した吸込配管６０３が油タンク６０１の内部で開口している。集合弁５１０は、高圧管からなる作動油送り管６０４を介して作動油圧ポンプ６０２と接続するとともに、パイロット配管６０５を介して制御油圧ポンプ６０８と接続し、作動油戻り管６０６およびリターンフィルタ６０７を介して油タンク６０１と接続している。

図２に示すように、油圧アクチュエータ５０はハウジング５０１の中にロータ５０２を備えており、ロータ５０２は操舵対象の舵の舵軸５０３を保持して舵軸５０３の軸心廻りに回動する。ロータ５０２にはロータ５０２と一体の可動ベーン５０４が設けてあり、ハウジング５０１にはハウジング５０１と一体のセグメント５０５が設けてあり、ロータ５０２の外周面とハウジング５０１の内周面との間に可動ベーン５０４とセグメント５０５とで仕切る複数の作動油室５０７を形成している。可動ベーン５０４とセグメント５０５のシール対象面にはそれぞれシール材が配置してあり、ここでは可動ベーン５０４およびセグメント５０５の縦シール５０８のみを表示している。

図３から図１０に示すように、集合弁５１０は油圧アクチュエータ５０に装着するバルブブロック５１１にパイロット圧制御弁部５２０、制御弁部５３０、安全弁５３５、オートロック弁部５４０、流量調整逆止弁部５５０を一体的に設けている。

バルブブロック５１１は、油圧アクチュエータ５０のセグメント５０５を隔てた異なる作動油室５０７に連通する複数の作動油ポート５１２を有するとともに（図２参照）、作動油送り管６０４に連通する送油ポート５１３および作動油戻り管６０６に連通する戻油ポート５１４を有しており（図２参照）、かつ作動油ポート５１２と送油ポート５１３と戻油ポート５１４との間に形成する内部回路５１５を有している（図７参照）。戻油ポート５１４は送油ポート５１３の両側に設けるが何れか一方の戻油ポート５１４を使用し、他方は蓋体によって閉塞する。

図７から図９に示すように、バルブブロック５１１の内部回路５１５の途中に制御弁部５３０、安全弁５３５、オートロック弁部５４０、流量調整逆止弁部５５０が介装してあり、バルブブロック５１１の上部にパイロット圧制御弁部５２０が装着してある。

パイロット圧制御弁部５２０はパイロット配管６０５（図２、図３参照）に接続しており、制御弁部５３０に与える制御油圧であるパイロット圧を電磁弁５２１で切替操作し、調圧手段をなす調圧弁６０９（図３参照）を介して一定圧のパイロット圧（制御油圧）を制御弁部５３０に与える。

図７に示すように、制御弁部５３０はロッド５３１を軸心方向へ往復動自在に配置し、ロッド５３１に一対の弁体５３２が形成してあり、送油ポート５１３と戻油ポート５１４が弁体５３２を隔てた位置にあり、ロッド５３１が軸心方向へ移動することで一対の弁体５３２が内部回路５１５の流路を切り替える。この切替操作については詳述する。バルブブロック５１１にはロッド５３１の両側のそれぞれに対応するシリンダ室５３３が設けてあり、シリンダ室５３３に配置した付勢スプリング５３４の付勢力を受けて弁体５３２が中立位置を保ち、シリンダ室５３３に作用するパイロット圧を受けてロッド５３１および弁体５３２が中立位置から作動位置へ移動する。

双方の弁体５３２の間において内部回路５１５には安全弁５３５が設けてある。図１０に示すように、安全弁５３５は安全弁調整弁５３６によって安全弁５３５に対するパイロット圧を調整することにより、設定圧力を調整可能である。

オートロック弁部５４０は制御弁部５３０と流量調整逆止弁部５５０の間にあり、図７に示すように、一対のロック弁体５４１のそれぞれを各作動油室５０７に連通する作動油ポート５１２ごとに対応して設けており、各ロック弁体５４１は内部回路５１５の途中において流路を開閉する。

ロック弁体５４１の背部にはロック弁体５４１を閉鎖位置に付勢する押圧スプリング５４２が配置してあり、双方のロック弁体５４１の間には移動体５４３が往復移動可能に設けてある。移動体５４３は双方のロック弁体５４１にそれそれ復帰用スプリング５４４を介して接続しており、双方の復帰用スプリング５４４が釣り合うとともに、双方のロック弁体５４１の押圧スプリング５４２が釣り合うことで移動体５４３が中立位置を保持する。

一方のロック弁体５４１が作動油の圧力を受けると押圧スプリング５４２の付勢力に抗してロック弁体５４１が開方向へ移動するとともに、作動油の圧力を受ける移動体５４３が復帰用スプリング５４４の引張力、およびロック弁体５４１の押圧スプリング５４２に抗して他方のロック弁体５４１の側に移動し、移動体５４３が他方のロック弁体５４１を開方向へ押圧する。このため、ロック弁体５４１の何れかが作動油の圧力を受けて開動すると他方のロック弁体５４１も同期的に開動する。

流量調整逆止弁部５５０は、図９に示すように、オートロック弁部５４０と各作動油ポート５１２の間にあり、一対の流量調整弁体５５１のそれぞれを各作動油室５０７に連通する作動油ポート５１２ごとに対応して設けており、各流量調整弁体５５１は内部回路５１５の途中において流路を開閉する。流量調整弁体５５１の背部には流量調整弁体５５１を閉方向に付勢する流量調整スプリング５５２が配置してあり、流量調整弁体５５１を貫通して配置したニードル５５３に沿って流量調整弁体５５１が出退する。無負荷状態で流量調整弁体５５１は先端開口５５４にニードル５５３のテーパ状をなす先端部５５５が挿入されており、先端開口５５４と先端部５５５の間にオリフィスを形成している。

以下、上記した構成における作用を説明する。図１１から図１３は、集合弁５１０のバルブブロック５１１に設けたパイロット圧制御弁部５２０、制御弁部５３０、オートロック弁部５４０、流量調整逆止弁部５５０を、便宜的に平面的に展開した模式図である。

図１１はアイドリング状態を示しており、操舵指示がなくて舵が「舵中央」に位置する状態、あるいは舵および油圧アクチュエータ５０が操舵指示を受けて指示舵角に達して後に油圧アクチュエータ５０への送油が止まった状態での操舵機における作動油の流れを説明するものである。

アイドリング状態では、何れのシリンダ室５３３にもパイロット圧が作用せず、制御弁部５３０のロッド５３１は付勢スプリング５３４の付勢力を受けて中立位置にあり、双方の弁体５３２も中立位置にあって送油ポート５１３と戻油ポート５１４が内部流路５１５で直接に連通している。

このため、油圧ポンプユニット６０の作動油圧ポンプ６０２により油タンク６０１から作動油送り管６０４を通して集合弁５１０に流入する作動油は、バルブブロック５１１の送油ポート５１３から内部流路５１５へ流入し、戻油ポート５１４から作動油戻り管６０６およびリターンフィルタ６０７を通して油タンク６０１に戻る。この状態で、内部流路５１５の圧力は低く、オートロック弁部５４０のロック弁体５４１は閉状態を維持している。そして、オートロック弁部５４０が全ての作動油ポート５１２を遮断し、作動油送り管６０４から内部回路５１５を介して作動油戻り管６０６に作動油が流れることで、油タンク６０１に貯溜する作動油が作動油送り管６０４および作動油戻り管６０６を循環し、この間に作動油の熱が管壁を介して放熱され、作動油の昇温が抑制される。よって、次に舵を制御する際に作動油の熱が作動油による油圧アクチュエータ５０の動作を阻害することがなくなる。また、作動油戻り管６０６は常に戻油が流れるので高圧管を使用する必要がない。

図１２は転舵状態を示している。転舵時には、図２に示すように、取舵Ｐもしくは面舵Ｓの何れかの方向へ操舵指示が出されるが、図１２は、面舵Ｓの操舵指示が出されたときの作動油の流れを示している。

この転舵状態では、転舵指示によりパイロット圧制御弁部５２０において電磁弁５２１が切替操作されて、パイロット配管６０５に接続しているパイロット圧が、調圧手段をなす調圧弁６０９を介して一定圧のパイロット圧（制御油圧）として、制御弁部５３０の一方のシリンダ室５３３に与えられる。

パイロット圧が作用することで、制御弁部５３０のロッド５３１が他方のシリンダ室５３３の付勢スプリング５３４の付勢力に抗して移動し、弁体５３２の移動により内部回路５１５の流路を切り替える。

この状態で送油ポート５１３と戻油ポート５１４の直接の連通が遮断されており、油圧ポンプユニット６０の作動油圧ポンプ６０２により油タンク６０１から作動油送り管６０４を通して集合弁５１０に流入する作動油は、バルブブロック５１１の送油ポート５１３から内部流路５１５へ流入し、オートロック弁部５４０の一方のロック弁体５４１が送油ポート５１３から流入する作動油の圧力を受けて押圧スプリング５４２の押圧力に抗して開動する。このとき、一方のロック弁体５４１が開方向へ移動するとともに、移動体５４３が作動油の圧力を受けて復帰用スプリング５４４の引張力、および他方のロック弁体５４１の押圧スプリング５４２に抗して他方のロック弁体５４１の側に移動し、移動体５４３が他方のロック弁体５４１を開方向へ押圧し、結果として双方のロック弁体５４１が作動油の圧力を受けて開動する。

この状態で、送油ポート５１３から流入する作動油は、流量調整逆止弁部５５０の一方の流量調整弁体５５１を流量調整スプリング５５２の付勢力に抗して開方向へ押圧しつつ一方の作動油ポート５１２から油圧アクチュエータ５０のセグメント５０５で隔てる一方の作動油室５０７に流入する。

セグメント５０５で隔てる一方の作動油室５０７に作動油が流入することで、可動ベーン５０４に作用する油圧を受けてロータ５０２が回動して舵軸５０３および舵が面舵Ｓ方向に操舵され、ロータ５０２および可動ベーン５０４の回動により他方の作動油室５０７の作動油が他方の作動油ポート５１２を通して押し出される。この作動油は他方の作動油ポート５１２に対応する流量調整弁体５５１とニードル５５３とのオリフィスを通して一定の背圧を受けながら内部回路５１５へ流れ、戻油ポート５１４から作動油戻り管６０６を通して油タンク６０１に戻る。

図１３は安全弁５３５の作動状態を示している。安全弁５３５は、弁座部に作用する送油ポート５１３の作動油の油圧による力と安全弁５３５の背面に導かれた作動油の油圧による力との差、およびスプリングの力によって弁座に押し付けられて、内部回路５１５における送油ポート５１３と戻油ポート５１４との間を遮断している。安全弁５３５の背面の作動油は安全弁調整弁５３６にも作用している。

作動油圧ポンプ６０２から作動油を集合弁５１０に送油する状態で、オートロック弁部５４０、流量調整逆止弁部５５０および油圧アクチュエータ５０においてスチック等の何等かの障害が発生して油圧が過度に上昇した時、あるいは舵に過度の負荷がかかった時には、その過度に上昇した油圧によって安全弁調整弁５３６が押し開かれ、安全弁５３５の背面に作用していた油圧が安全弁調整弁５３６を通って戻油ポート５１４、すなわち作動油戻り管６０６に逃げる。

安全弁５３５は、背圧がなくなることにより、作動油によって弁座が押し上げられる。このため、内部回路５１５は送油ポート５１３が戻油ポート５１４に直接に連通した状態となる。この結果、送油ポート５１３の過度に上昇した油圧が瞬時に戻油ポート５１４、すなわち作動油戻り管６０６に抜けて、送油ポート５１３の過度に上昇した油圧が低下する。この油圧が低下すれば、安全弁調整５３６は閉に戻り、安全弁５３５も弁座に再び押し付けられ、送油ポート５１３と戻油ポート５１４との直接の連通が妨げられる。

ところで、上述したようなオープンサイクルのシステムにおいては、舵の負荷変動に対応して舵を制御するために、オートロック弁部５４０が短時間のうちに開閉を自動的に繰り返している。この負荷変動が正負にわたって大きく変化する場合には、しばしば高音の発生と作動油の圧力変動が発生する。制御弁部５３０とオートロック弁部５４０を一体的に組み合わせて制御弁部５３０とオートロック弁部５４０の間隔が無い構造では、上述した現象が大きく、且つ頻度が増すと考えられる。

このため、本実施の形態では、舵の負荷変動がオートロック弁部５４０へ直接に及ぶことを緩和するために、油圧アクチュエータ５０の作動油室５０７とオートロック弁部５４０の間に流量調整逆止弁部５５０を装備している。すなわち、流量調整弁体５５１は先端開口５５４にニードル５５３のテーパ状をなす先端部５５５が挿入されており、先端開口５５４と先端部５５５の間にオリフィスを形成しており、オリフィスにより戻油に背圧を与えることができ、舵の負荷変動に対応できる。

次に、制御弁部５３０とオートロック弁部５４０を一体的に組み合わせる構造において、制御弁部５３０を制御するために必要なパイロット圧として作動油の油圧を採用する場合は、作動油の油圧が不安定であることが制御弁部５３０の作動が安定しない要因となる。これを防ぐためには制御弁部５３０に作動油を供給するためのパイロット油システムを作動油圧ポンプ６０２とは別途に設けなければならない。

しかしながら、本実施の形態では、作動油圧ポンプ６０２および制御油圧ポンプ６０８にベーンポンプを採用し、作動油圧ポンプ６０２と制御油圧ポンプ６０８をタンデムに配置することで、１台のモータで制御弁部５３０へ与えるパイロット圧と油圧アクチュエータ５０へ送油する作動油をそれぞれ独立して供給することができる。

また、本実施の形態では、システムを更にコンパクトにするために安全弁５３５を集合弁５１０の一部として装着しており、安全弁５３５を組み込むためにパイロット圧制御弁部５２０の電磁弁５２１をバルブブロック５１１の中心から外れた位置に配置している。

本実施の形態では、集合弁５１０がバルブブロック５１１において制御弁部５３０とオートロック弁部５４０を垂直方向に配列して一体的に組み合わせ、オートロック弁部５４０と流量調整逆止弁部５５０を水平方向に配列して一体的に組み合わせた構造をなす（図５、図８参照）ことで、制御弁部５３０とオートロック弁部５４０と流量調整逆止弁部５５０を合理的に備える集合弁５１０を油圧アクチュエータ５０に対して安定して装着することができる。

また、本実施の形態において集合弁５１０を油圧アクチュエータ５０に装着することで、ロータリーベーン舵取機は以下の効果を奏する。
１．従来においては作動油圧と制御油圧が同源であるために、作動油圧を制御油圧として必要な最低圧力に維持する必要があり、作動油の全量を常に最低圧力に保つことに伴って作動油の温度上昇が起きた。しかしながら、本実施の形態では、作動油圧ポンプ６０２および制御油圧ポンプ６０８にベーンポンプを採用し、作動油圧ポンプ６０２と制御油圧ポンプ６０８をタンデムに配置することで、１台のモータで制御弁部５３０へ与えるパイロット圧と油圧アクチュエータ５０へ送油する作動油をそれぞれ独立して供給することができる。よって、作動油は油圧アクチュエータ５０の負荷に対応するだけでよく、常に最低油圧に維持される必要がなくなり、作動油の温度上昇を抑制できる。

２．油圧ポンプユニット６０と油圧アクチュエータ５０の集合弁５１０を接続する作動油送り管６０４と作動油戻り管６０６の長い配管中に常に作動油を循環させることで作動油の冷却効果を得ることができ、ロータリーベーン舵取機として必要な冷却能力を実現できる。

３．流量調整弁体５５１は先端開口５５４にニードル５５３のテーパ状をなす先端部５５５が挿入されており、先端開口５５４と先端部５５５の間にオリフィスを形成しており、オリフィスにより戻油に背圧を与えることができ、舵に発生する急激な負荷変動および舵特有の負トルクに対応することができず、チャタリング現象やウォーターハンマ現象の発生を防ぐことができ、安全運航を実現できる。しかも、流量調整弁体５５１は、送油に対しては抵抗損失を与えない。

４．一体構造のボディーをなすバルブブロック５１１の中に制御弁部５３０、オートロック弁部５４０、流量調整逆止弁部５５０の各弁を合理的に組み込むことで、必要な総ての要素弁の弁機能をバルブブロック５１１の内部に一体化して油圧アクチュエータ５０のハウジング５０１に装着することができる。よって、圧力損失の少ないシステム構成で安定した性能を発揮できる強固な構造の集合弁となり、かつ安全で取り扱い易く、補修が容易になる。

５．安全弁５３５をバルブブロック５１１の内部に装備し、集合弁５１０の機能として組み込むことができた。このため、大容量の安全弁を別途に設ける必要がなく、油圧システムとして複雑化を排除して油圧システムの合理化を実現できる。

５０油圧アクチュエータ
６０油圧ポンプユニット
５０１ハウジング
５０２ロータ
５０３舵軸
５０４可動ベーン
５０５セグメント
５０７作動油室
５０８縦シール
５１０集合弁
５１１バルブブロック
５１２作動油ポート
５１３送油ポート
５１４戻油ポート
５１５内部回路
５２０パイロット圧制御弁部
５２１電磁弁
５３０制御弁部
５３１ロッド
５３２弁体
５３３シリンダ室
５３４付勢スプリング
５３５安全弁
５３６安全弁調整弁
５４０オートロック弁部
５４１ロック弁体
５４２押圧スプリング
５４３移動体
５４４復帰用スプリング
５５０流量調整逆止弁部
５５１流量調整弁体
５５２流量調整スプリング
５５３ニードル
５５４先端開口
５５５先端部
６０１油タンク
６０２作動油圧ポンプ
６０３吸込配管
６０４作動油送り管
６０５パイロット配管
６０６作動油戻り管
６０７リターンフィルタ
６０８制御油圧ポンプ
６０９調圧弁

Claims

舵軸を軸心廻りに回転駆動する油圧アクチュエータと油を貯溜する油タンクとの間にオープンサイクル油圧回路を備えたロータリーベーン舵取機において、オープンサイクル油圧回路は作動油圧系統と制御油圧系統とに分割してなり、
作動油圧系統が、油圧アクチュエータにおける作動油の出入を制御する作動油制御手段と、油タンクの油を作動油として圧送する作動油圧ポンプと、作動油圧ポンプから送り出す作動油を作動油制御手段へ供給する作動油送り管と、油圧アクチュエータから排出する作動油を油タンクへ戻す作動油戻り管を有し、
制御油圧系統が、作動油制御手段において制御油の出入を制御する制御油制御手段と、作動油圧ポンプとタンデムに連結して油タンクの油を制御油として圧送する制御油圧ポンプと、制御油圧ポンプから送り出す制御油を制御油制御手段へ供給するパイロット配管と、制御油圧をー定に保つ調圧手段を有し、
油圧アクチュエータは作動油制御手段をなす集合弁を備え、集合弁はー体のバルブブロックに、作動油送り管に連通する送油ポートと、作動油戻り管に連通する戻油ポートと、油圧アクチュエータに連通する複数の作動油ポートと、全ポート間に形成する内部回路を有し、かつ内部回路に、作動油ポートを開閉する制御弁部と、作動油圧ポンプの所定圧負荷時に開くオートロック弁部と、油圧アクチュエータから排出する作動油に所定背圧を与える流量調整逆止弁部と、作動油圧ポンプの最高吐出圧を規制する安全弁を有することを特徴とするロータリーベーン舵取機。
流量調整逆止弁部は、内部回路の途中において流路を開閉する各流量調整弁体の背部に流量調整弁体を閉方向に付勢する流量調整スプリングを配置し、流量調整弁体を貫通して配置したニードルに沿って流量調整弁体が出退し、無負荷状態で流量調整弁体は先端開口にニードルのテーパ状をなす先端部が挿入されて、流量調整弁体の先端開口とニードルの先端部の間にオリフィスを形成することを特徴とする請求項１に記載のロータリーベーン舵取機。