JP2009227015A - 産業機械の振動減衰装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動検出器が検出した設定値以上の振動に対してアクチュエータを駆動させて振動を減衰する、アクチュエータの制御手段を備えることで、防振すべき部位内の居住性や安定性を向上させた産業機械の振動減衰装置を提供する。
【解決手段】制御手段は、振動検出器３０が検出した設定値ａ以上の変位をアクチュエータ２６の駆動タイミングとするとともに、変位の許容変化幅ｂ内の変位をアクチュエータ２６の停止タイミングとする。
【選択図】図９

Description

本発明は、機体を構成する上部体および下部体の間に設けた、弾性体を備えたリンク機構からなる、機体の上下方向に摺動可能とした防振支持部材と、上部体または下部体の振動を検出する手段と、防振支持部材を弾性体とは別個に機体の上下方向に摺動させるアクチュエータと、からなる、上部体または下部体に加わる振動を減少させる産業機械の振動減衰装置に関するものであり、より詳細には、振動減衰装置は、振動を検出する手段が検出した設定値以上の変位に対してアクチュエータを駆動させて振動を減衰する、アクチュエータの制御手段を備えることに関する。

従来の産業機械の車両には、例えば、走行時に路面などの凹凸（路面反力）に起因して車体へ入力される振動から、運転席を防振するアクティブシートとして、運転シートと、床面との間に昇降リンク機構を介在させるとともに、この昇降リンク機構の空間には、エアバネなどの弾性体および電動モータなどのアクチュエータを設置し、振動検出器からの路面反力に応じた、例えば加速度信号に基づいて、コントローラがアクチュエータを介してボールねじなどを駆動させ、路面反力による前記加速度を打ち消すだけの上下逆方向の加速度をこの運転シートに付加して、運転シートが受ける路面反力を低減させるものがある。（例えば特許文献１）

特開平１１−１２３９７２号公報

しかし、このような車両のアクティブシートでは、振動検出器により検出された、車両が受ける大小あらゆる振動に対して、昇降リンク機構に備えるコイルバネなどの弾性体の伸縮とともに、アクチュエータを駆動制御してボールねじなどを作動させ、アクティブシートに加わる振動を減衰させるが、振動により上下方向に変位するアクティブシートは、どの大きさの振動においてもこれら弾性体およびボールねじ双方の弾性力が作用するため、このアクティブシートに着座している乗員は、大小あらゆる振動を受けている間の座り心地が硬い感触となり、不快感や疲労感を生じ、居住性が悪いという問題があった。
そこで、この発明の目的は、振動検出器が検出した設定値以上の振動に対してアクチュエータを駆動させて振動を減衰する、アクチュエータの制御手段を備えることで、防振すべき部位内の居住性や安定性を向上させた産業機械の振動減衰装置を提供することにある。

このため、請求項１に記載の発明は、機体を構成する上部体および下部体の間に設けた、弾性体を備えたリンク機構からなる、前記機体の上下方向に摺動可能とした防振支持部材と、前記上部体または前記下部体の振動を検出する手段と、前記防振支持部材を前記弾性体とは別個に前記機体の上下方向に摺動させるアクチュエータと、からなる、前記上部体または前記下部体に加わる振動を減少させる産業機械の振動減衰装置において、前記振動減衰装置は、前記振動を検出する手段が検出した設定値以上の変位に対して前記アクチュエータを駆動させて振動を減衰する、アクチュエータの制御手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の産業機械の振動減衰装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータの駆動タイミングを、前記振動を検出する手段が検出した設定値以上の変位とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の産業機械の振動減衰装置において、前記振動を検出する手段は、設定した前記変位の許容変化幅内に有する変位を検出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１および３に記載の産業機械の振動減衰装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータの停止タイミングを、前記変位の許容変化幅内の変位とする。

請求項１に記載の発明によれば、機体を構成する上部体および下部体の間に設けた、弾性体を備えたリンク機構からなる、機体の上下方向に摺動可能とした防振支持部材と、上部体または下部体の振動を検出する手段と、防振支持部材を弾性体とは別個に機体の上下方向に摺動させるアクチュエータと、からなる、上部体または下部体に加わる振動を減少させる産業機械の振動減衰装置において、振動減衰装置は、振動を検出する手段が検出した設定値以上の変位に対してアクチュエータを駆動させて振動を減衰する、アクチュエータの制御手段を備えるので、機体に加振された、振動を検出する手段が検出した設定値以上の振動のみ、弾性体とともに、アクチュエータによる防振支持部材を摺動させた両者の作用で、振動を迅速に減衰することができる。また、この設定値よりも小さな振動に対しては、弾性体の作用のみで減衰させるため、防振すべき部位に柔らかな座り心地などの感触を与えるなど、防振すべき部位の居住性を快適にすることができる。
従って、防振すべき部位内の居住性や安定性を向上させた産業機械の振動減衰装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、制御手段は、アクチュエータの駆動タイミングを、振動を検出する手段が検出した設定値以上の変位とするので、機体に加振された、振動を検出する手段の検出による設定値以上の大きな振動にのみ、弾性体の伸縮とともに、アクチュエータによる防振支持部材を摺動させた両者の作用で、振動を迅速に減衰することができる。従って、防振すべき部位内の居住性や安定性を向上させた産業機械の振動減衰装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、振動を検出する手段は、設定した変位の許容変化幅内に有する変位を検出するので、コントローラは、アクチュエータの駆動の停止タイミングを、この変位の許容変化幅内の変位を有する振動時とすることができる。従って、防振すべき部位内の居住性や安定性、燃費を向上させた産業機械の振動減衰装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、制御手段は、アクチュエータの停止タイミングを、変位の許容変化幅内の変位とするので、振動を検出する手段の検出による設定値よりも小さな振動に対しては、弾性体の伸縮のみで減衰させるため、シートに着座する乗員に柔らかな座り心地の感触を与えるなど、防振すべき部位の居住性を快適にすることができる。従って、防振すべき部位内の居住性や安定性を向上させるとともに、迅速に振動を減衰できる産業機械の振動減衰装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図１は本発明の上部体および下部体を備える産業機械の一実施例を示す、作業車両としてのホイール式トラクタの左側面図、図２は同トラクタの平面図である。

この産業機械として例示する、作業車両のトラクタ１は、車体フレーム２の前後に、前輪３および後輪４を備え、前輪３の上方にボンネット５を形成するとともに、その内側には原動機部としてのエンジン６およびクラッチハウジング７が配置され、さらにこのクラッチハウジング７の後部にはミッションケース８が配設されており、エンジン６からの動力が前輪３および後輪４に伝達される。このような構成を有する下部体１Ｂのボンネット５の後部に連続して車体フレーム２上にはキャビン９が設けられる。なお、トラクタ１は、上述したようなキャビン仕様のほか、ロプス仕様であってもよい。

次いで、キャビン９内には、操縦部として、ブレーキペダルやクラッチペダルなどの操作ペダル１０、ステアリングハンドル１１、後述する上部体１Ａとしてのシート１２が設けられる。また、シート１２の両側方に有する一部不図示の左右フェンダには、例えば、主変速レバー１４や副変速レバー、ＰＴＯ変速レバーなどの各種操作レバーが突設されている。また、キャビン９の外周は、それぞれフロントガラス１５、リヤガラス１６、ドア１７、屋根１８などを取付けてもよい。

そして、エンジン６の動力は、ミッションケース８から前後に突出した不図示のＰＴＯ軸に伝達され、このＰＴＯ軸の駆動により三点リンク式などの作業機装着装置１９を介して車両後端に装着された図示しない作業機が駆動される。

次に、本願発明の振動減衰装置について、その具体的構成を説明する。図３は上部体を左側面から見た斜視図、図４は振動減衰装置を下方に備える上部体の左側面模式図、図５は振動減衰装置の左側面模式図、図６は振動減衰装置の背面模式図である。

まず、図３に示すように、シート１２などの上部体１Ａ（車体フレーム２上のキャビン９などの操縦部をはじめ、乗員の乗る部位が上部体１Ａであるが、本発明では、シート１２の振動減衰を説明するため、以後このシート１２を上部体１Ａとする）は、車体フレーム２などの下部体１Ｂ上に、図示しないが通常用いられる弾性材などの防振部材を介して下部体１Ｂの一部として取付けた、例えば台座２１上に設置することができる。そして、この上部体１Ａの下方は、その四方にカバー２２を覆設してもよい。

上部体１Ａの下方には、図４に示すように、上部体１Ａと、下部体１Ｂとの間に、走行時に路面などの凹凸に起因して車両の下部体１Ｂなどへ入力される振動から、上部体１Ａを防振する振動減衰装置２３が備えられる。なお、図４では、振動減衰装置２３が見えるように、上述したカバー２２を取り外したものである。また、図６では、弾性体２０の図示を省略する。

振動減衰装置２３は、図５〜６に示すように、パンタグラフなどの防振支持部材２４，２５（リンク機構）や、コイルバネなどの弾性体２０、電動モータなどのアクチュエータ２６などから構成される。この振動減衰装置２３は、例えば、上部体１Ａの底部に取り付けられた上部体１Ａの一部である上板２７と、下部体１Ｂ上に取り付けられた下部体１Ｂの一部である下板２８との間であって、これら上板２７および下板２８の車両左右方向の両側部には、それぞれ２本のアーム２４ａ，２４ｂおよび２５ａ，２５ｂを略Ｘ字状に回動支点ｋで連結し、アームの前部をボルト締結や溶接など適宜方法で上板２７および下板２８に固定するとともに、アームの後部を車両前後方向に摺動自在としたリンク機構で、上部体１Ａを、回動支点ｋを中心として車両の上下方向に摺動可能とする、防振支持部材２４，２５が、車両の前後方向に設置される。なお、防振支持部材２４，２５のパンタグラフ構造は周知の技術であるため、詳細な説明は省略する。

また、上板２７と、下板２８との間であって、これら上板２７および下板２８の前部には、弾性体２０が上下方向に伸縮自在に設置される。なお、弾性体２０は、コイルバネに限定されず、空気ダンパや油圧ダンパ、アキュムレータなどの付勢手段であってもよい。また、弾性体２０は、上板２７と、下板２８との間であり、かつその反力が機体上下方向に作用すれば、左右方向などその設置向きや設置位置は限定されない。

さらに、上板２７と、下板２８との間、かつ、防振支持部材２４，２５の中央近傍であって、防振支持部材２４，２５の回動支点ｋ近傍であって、例えば、防振支持部材２４の内側部に位置するアーム２４ｂには、アクチュエータ２６がボルト締結など適宜方法で取付けられる。なお、アーム２４ｂは、アクチュエータ２６の駆動軸２６ａが接触しないように、中央近傍を分断し、この分断した中央近傍を架橋するようにしてアクチュエータ２６が取付けられる。なお、アクチュエータ２６は、上記とは逆の防振支持部材２５に取付けてもよく、さらには防振支持部材２４，２５の両方に取付けてもよい。

このアクチュエータ２６の駆動軸２６ａを、防振支持部材２４におけるアーム２４ａの回動支点ｋと一体とすることで、駆動軸２６ａの回転によりアーム２４ａが駆動軸２６ａを中心として時計回りおよび反時計回りに回動するため、アーム２４ａの後端部が前後方向に摺動する。従って、アクチュエータ２６の駆動により、防振支持部材２４の上下方向の摺動が上板２７を介して防振支持部材２５も上下方向に摺動する構成とされる。そして、上部体１Ａは、これら弾性体２０や、防振支持部材２４，２５で支持される。なお、アクチュエータ２６は、上述した電動モータに限定されず、回転型のアクチュエータであればよい。

また、アクチュエータ２６は、後述するコントローラ３２を介して、上部体１Ａの適宜位置に取付けられた、上部体１Ａが受ける振動を検出する手段として、例えば、加速度検出器などの振動検出器３０に接続される。

なお、振動検出器３０は、加速度検出器に限定されず、変位検出器であってもよく、それらの検出器は、上部体１Ａもしくは下部体１Ｂに設置されることが好ましい。また、振動検出器３０は、上述以外にも回転センサや、ジャイロ、傾斜センサなどの回転検出器であってもよく、これら検出器の場合は、防振支持部材２４，２５に設置されることが好ましい。

このような振動減衰装置２３により、上部体１Ａが路面の凹凸などに起因する機体上下方向の振動を受けた場合、上部体１Ａは、弾性体２０の伸縮とともに、アクチュエータ２６の駆動による駆動軸２６ａの回転で、振動方向とは逆方向に与える防振支持部材２４，２５の上下摺動により、この防振支持部材２４，２５が上板２７に、変位に比例する弾性力や、速度に比例する減衰力、加速度に比例する慣性力などの力を作用させ、弾性体２０および防振支持部材２４，２５の両者の上述したような力により上部体１Ａが受ける振動を迅速に減衰することができる。なお、これら防振支持部材やアクチュエータの設置数や設置位置は、上述に限定されない。

次に、図７は、振動検出器により上部体の上下振動を変位として検出した経時変化の一例を概略的に示したグラフである。この図７に示すように、本願発明の振動検出器３０は、例えば、上部体１Ａに、機体の上下方向に変位する振動が加振されたとき、通常の中程度以下の振動検出以外にも、特に予め設定しておいた、振動の大きさを検出する変位の一例として示す相対速度が、設定値ａ以上となった大きな振動を最初の衝撃（パンチング）として検出することができる。また、この大きな振動の減衰に伴い、その変位の変化幅が徐々に縮小してゆくが、振動検出器３０は、予め設定しておいた変位の許容変化幅ｂ以内に入った変位を、減衰され収束した振動として検出することができる。そして、これら変位の設定値ａや許容変化幅ｂは、適宜設定を変更することができる。この設定値ａの変位は、許容変化幅ｂの変位よりも大きい変位とする。なお、上述したパンチングとは、機体が突起物などを乗り越えた後の最初の大きな落下衝撃を指す。また、設定値ａは、上述したパンチングとする他に、パンチングの予兆としてもよい。

ここで、本願発明の特徴である、上部体１Ａが大きな振動を受けた場合の振動減衰装置２３におけるアクチュエータ２６の制御手段を、図８〜９を用いて説明する。なお、図８はアクチュエータの制御手段を示すブロック図、図９はコントローラの処理を説明するフローチャートである。

図８に示すように、振動検出器３０は、コントローラ３２に接続するとともに、コントローラ３２をアクチュエータ２６に接続することで、振動検出器３０の検出情報によりコントローラ３２がアクチュエータ２６の駆動を制御する。

以下、アクチュエータ２６の制御手段を詳述する。図９に示すように、まずコントローラ３２は、ステップｓ１において、振動検出器３０が上部体１Ａの振動を検出したとき、ステップｓ２に進み、その振動の大きさが設定値ａ以上の変位である大きな振動の場合には、この設定値ａをアクチュエータ２６の駆動タイミングとして、アクチュエータ２６を駆動させる。その結果、上部体１Ａは、減衰装置２３の弾性体２０と、アクチュエータ２６における駆動軸２６ａの回転に伴う防振支持部材２４，２５の摺動による、両者の前記した力の作用で、振動を迅速に減衰することができる。

次いで、コントローラ３２は、ステップｓ３において、振動検出器３０の検出により、振動に伴う上部体１Ａの変位が、予め設定したその変位の許容変化幅ｂ以内に入った場合、アクチュエータ２６を停止させる。その結果、振動の大きさを示す変位が、許容変化幅ｂ以内に入るまで振動が減衰されたため、この変位が、許容変化幅ｂ以内に入ったところをアクチュエータ２６の駆動の停止タイミングとして、アクチュエータ２６の駆動を停止させる。

また、このとき、許容変化幅ｂの設定値にもよるが、変位が許容変化幅ｂ以内で生じる上部体１Ａの小さな振動に対しては、アクチュエータ２６を停止させているため、この小さな振動を弾性体２０の伸縮のみにより吸収でき、振動時に上下変位する上部体１Ａの乗員は、弾性体２０および防振支持部材２４，２５の両者の弾性力を受けることによる、座り心地などの硬さに起因した不快さや疲労感を生じることがない。従って、乗員は座り心地の柔らかい快適な上部体１Ａに居住することができる。なお、上述のときに、コントローラ３２は、アクチュエータ２６を、図示しない別のモードで駆動制御させてもよい。これは、変位が許容変化幅ｂ以内になったとき、コントローラ３２がアクチュエータ２６を、パンチングによる振動を減衰させる作動から、通常走行時における通常のシート特性にするための作動に切換える結果、変位が許容変化幅ｂ以内に入った比較的小さな振動を含む振動収束時において、弾性体２０およびアクチュエータ２６による防振支持部材２４，２５両者の前記した力を上板２７に作用させて、上部体１Ａの座り心地など居住性をやや硬くすることで、上部体１Ａの安定性を向上させることができる。

なお、コントローラ３２は、ステップｓ４において、上記した上部体１Ａの変位が、その許容変化幅ｂ以内に入っていない場合には、アクチュエータ２６のパンチングによる振動を減衰させる作動を継続させ、上部体１Ａの変位がその許容変化幅ｂ以内に入るまで、減衰装置２３により振動を減衰する。

以上のような構成にすることで、上部体１Ａが、振動検出器３０による設定値ａ以上の変位を有する大きな振動を受けた場合には、弾性体２０とともに、アクチュエータ２６を駆動させて防振支持部材２４，２５を摺動させるため、これら両者の作用により振動を迅速に減衰することができる。

さらに、上記振動を、振動減衰装置２３により、変位の許容変化幅ｂ以内まで減衰させたところで、アクチュエータ２６の駆動を停止させるため、無駄なエネルギーの消費を避けることができるとともに、変位が許容変化幅ｂ以内で生じる上部体１Ａの比較的小さな振動を弾性体２０の伸縮のみにより吸収するので、このような比較的小さな振動が上部体１Ａに加わっている場合、上部体１Ａの乗員は、弾性体２０および防振支持部材２４，２５の両者の作用により、座り心地などの硬さに起因する不快さや疲労感を生じることがない。従って、乗員は座り心地の柔らかい快適な上部体１Ａに居住することができる。

以上詳述したように、この例の産業機械の振動減衰装置２３は、機体を構成する上部体１Ａおよび下部体１Ｂの間に設けた、弾性体２０を備えたリンク機構からなる、機体の上下方向に摺動可能とした防振支持部材２４，２５と、上部体１Ａまたは下部体１Ｂの振動を検出する手段（振動検出器３０）と、防振支持部材２４，２５を弾性体２０とは別個に機体の上下方向に摺動させるアクチュエータ２６と、からなる、上部体１Ａまたは下部体１Ｂに加わる振動を減少させ、振動減衰装置２３は、振動検出器３０が検出した設定値以上の変位に対してアクチュエータ２６を駆動させて振動を減衰する、アクチュエータ２６の制御手段を備えるものである。

加えて、制御手段は、振動検出器３０が検出した設定値ａ以上の変位をアクチュエータ２６の駆動タイミングとするとともに、変位の許容変化幅ｂ内の変位をアクチュエータ２６の停止タイミングとする。

以上は、産業機械の一例として、ホイール式トラクタについて説明してきたが、この発明はこれに限定されるものではなく、クローラ式トラクタやコンバイン、田植機など農作業車両のほか、建設作業車両として、バックホーやブルトーザなど、また除雪車や救急車などの車両のほか、航空機、船舶など防振すべき部位を備えたあらゆる産業機械に適用することができる。

さらに、この振動減衰装置２３は、上述してきたような、機体の上部体１Ａの防振に限定して適用されるものではなく、例えば、操縦部や客室などを機体の下部体１Ｂに備える吊り下げ式モノレールなど、防振すべき部位が機体の下部体１Ｂに有するあらゆる産業機械にも適用することができる。

本発明の上部体および下部体を備える産業機械の一実施例を示す、作業車両としてのホイール式トラクタの左側面図である。 同トラクタの平面図である。 上部体を左側面から見た斜視図である。 振動減衰装置を下方に備える上部体の左側面模式図である。 振動減衰装置の左側面模式図である。 振動減衰装置の背面模式図である。 振動検出器により検出した、機体上下方向の振動による上部体における相対速度の経時変化の一例を概略的に示したグラフである。 アクチュエータの制御手段を示すブロック図である。 コントローラの処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１Ａ 上部体
１２ シート
２０ 弾性体
２３ 振動減衰装置
２４，２５ 防振支持部材
２６ アクチュエータ
２６ａ 駆動軸
２７ 上板
３０ 振動検出器
３２ コントローラ
ａ 設定値
ｂ 変位幅
ｋ 回動支点
ｓ１〜ｓ３ ステップ

Claims (4)

1. 機体を構成する上部体および下部体の間に設けた、弾性体を備えたリンク機構からなる、前記機体の上下方向に摺動可能とした防振支持部材と、前記上部体または前記下部体の振動を検出する手段と、前記防振支持部材を前記弾性体とは別個に前記機体の上下方向に摺動させるアクチュエータと、からなる、前記上部体または前記下部体に加わる振動を減少させる産業機械の振動減衰装置において、
   前記振動減衰装置は、前記振動を検出する手段が検出した設定値以上の変位に対して前記アクチュエータを駆動させて振動を減衰する、アクチュエータの制御手段を備えることを特徴とする産業機械の振動減衰装置。
2. 前記制御手段は、前記アクチュエータの駆動タイミングを、前記振動を検出する手段が検出した設定値以上の変位とする、請求項１に記載の産業機械の振動減衰装置。
3. 前記振動を検出する手段は、設定した前記変位の許容変化幅内に有する変位を検出することを特徴とする、請求項１に記載の産業機械の振動減衰装置。
4. 前記制御手段は、前記アクチュエータの停止タイミングを、前記変位の許容変化幅内の変位とする、請求項１および３に記載の産業機械の振動減衰装置。

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