JP2017083184A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械において、接続ピンの軸方向のずれに追従してアングルセンサとマーカーとの位置関係を保てるようにする。【解決手段】アングルセンサ装置２０において、アーム６（第１部材）に設けた接続ピン１２の一端にマーカー２１を設け、このマーカー２１の対向する位置に所定距離をあけてマーカー２１の回動角度を検出するアングルセンサ２２を設ける。アングルセンサ２２を接続ピンの一端から隙間を保って配置されるピン当接面（嵌合用凹部２３ｂ）を有するセンサ取付ブラケット２３に固定し、このセンサ取付ブラケット２３に、センサ取付ブラケット２３を接続ピン１２の一端に向かって付勢する板バネ３２（弾性部材）を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、アングルセンサ装置を有する作業機械に関し、特にそのアングルセンサの取付構造に関する。

従来より、油圧ショベル、破砕機のような作業機械のアタッチメントにアングルセンサを設けてアタッチメントの回動角度を検出するものが知られている。

例えば、特許文献１のように、軸と、この軸を軸受部で支持するハウジングと、複数の磁気センサを実装された回路基板とを備え、永久磁石は軸の一端に固定され、軸の他端はハウジングの外部に露出し、ハウジングは、永久磁石及び複数の磁気センサを内包し、かつ軸の一端と軸方向に対向する平坦部をもったハウジング蓋を有し、回路基板は、ハウジング蓋の平坦部に固定された回転角度検出センサが知られている。

特開２０１１−５８８７０号公報

上記特許文献１においては、軸と磁気センサを取り付けるハウジングとが固定されていることを前提とし、軸方向の磁気センサのずれや軸のガタ等による円周方向ずれが生じないことが前提となっている。

しかし、油圧ショベル等の作業機械において、回動する部材を接続する接続ピンの鍔部と、この接続ピンを回り止めする回り止めピンとの間の軸方向寸法は、この接続ピンが挿通されるリンク、軸受（ブッシュ）、スペーサその他部品のそれぞれの寸法公差を吸収できるように、鍔部と回り止めピンとで調整される接続ピンの軸方向への移動規制は、余裕をもって設計されている。また経年劣化、摩耗等によるガタのためにアングルセンサとマーカーとが正確な位置に設けられず、検知精度が低下するという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接続ピンの軸方向のずれに追従してアングルセンサとマーカーとの位置関係を保てるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、アングルセンサ又はマーカーを固定した検知部材取付ブラケットを接続ピンの一端側に付勢する弾性部材を設けた。

具体的には、第１の発明では、第１部材と、該第１部材に対して接続ピンを中心に回動可能に結合された第２部材と、該第２部材の上記第１部材に対する回動角度を検出するアングルセンサ装置とを備えた作業機械であって、
上記接続ピンは、上記第２部材と回動一体に上記第１部材に設けられており、
上記アングルセンサ装置は、
上記接続ピンの一端及び該接続ピンの一端から隙間を保って配置されるピン当接面を有する取付ブラケットの一方に設けられたマーカーと、
上記マーカーの対向する位置に所定距離をあけて上記接続ピンの一端及び上記取付ブラケットの他方に設けられ、該マーカーの回動角度を検出するアングルセンサとを備え、
上記検知部材取付ブラケットは、上記第１部材に対して上記接続ピンの軸方向に移動可能に取り付けられ、弾性部材により上記接続ピンの一端に向かって付勢されている。

すなわち、接続ピンは、寸法公差の関係等により、軸方向にある程度隙間があるように設計されており、また経年劣化等によりガタが生じる。しかし上記の構成によると、弾性部材が、アングルセンサ又はマーカーを取り付けた検知部材取付ブラケットを接続ピンの一端側へ押し付けることで、検知部材取付ブラケットが第１部材に対して接続ピンの軸方向に移動し、この余裕やガタが吸収される。これにより、マーカーとアングルセンサとの間隔が所定の間隔に保たれるので、正確な回動角度の検出が可能となる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記検知部材取付ブラケットは、上記第１部材に固定された保護部材によって隙間をあけて覆われており、
上記弾性部材は、上記保護部材の内面と上記検知部材取付ブラケットとの間の上記隙間に設けられている。

上記の構成によると、検知部材取付ブラケットと保護部材内面との間の隙間に設けた弾性部材により、接続ピンを押し付けて接続ピンの回り止め部材と接続ピンの鍔部との間の寸法誤差が効果的に吸収される。

第３の発明では、第２の発明において、
上記検知部材取付ブラケットは、上記保護部材に対して回転不能に設けられている。

上記の構成によると、アングルセンサ側を固定してマーカー側を回転させることで、アングルセンサの配線が容易となり、また、接続ピンからシャフトを延ばして回動角度を計測する必要がなくなるので、アングルセンサ又はマーカーの全周保護も可能となる。

第４の発明では、第２又は第３の発明において、
上記検知部材取付ブラケットには、上記ピン当接面が形成され、上記接続ピンの一端に嵌まり込む嵌合用凹部が形成されている。

上記の構成によると、嵌合用凹部が接続ピンの一端に嵌まり込むことで、検知部材取付ブラケットが接続ピンの一端に設けたマーカー又はアングルセンサに対して芯ずれしにくくなる。

第５の発明では、第２又は第３の発明において、
上記検知部材取付ブラケットには、先端に上記ピン当接面が形成され、上記接続ピンが挿入されるピン挿通孔に嵌まり込む環状リブが形成されている。

上記の構成によると、環状リブがピン挿通孔に嵌まり込むことで、検知部材取付ブラケットが接続ピンの一端に設けたアングルセンサ又はマーカーに対して芯ずれしにくくなる。

第６の発明では、第１から第５のいずれか１つの発明において、
上記弾性部材は、上記検知部材取付ブラケットに固定された板バネである。

上記の構成によると、狭いスペースでも取付が簡単で安価な構成が可能となる。

第７の発明では、第１から第６のいずれか１つの発明において、
上記第１部材は、アームであり、
上記第２部材は、先端アタッチメントが取り付けられるアイドラリンクである。

上記の構成によると、土砂や金属片が接触しやすい先端部分においてもセンサが保護可能である上に、先端アタッチメントの回動角度が確実に検知されるので、例えば、先端アタッチメントが運転室などと接触するのを確実に防止でき、できるだけ広範囲での先端アタッチメントの安全な使用が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、弾性部材がアングルセンサ又はマーカーが固定された検知部材取付ブラケットをマーカー又はアングルセンサが設けられた接続ピンの一端に向かって付勢するようにしたことにより、接続ピンの軸方向のずれに追従してアングルセンサとマーカーとの位置関係を保てるようにすることができる。

アングルセンサ装置及びその周辺を拡大して示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。 アームを示す斜視図である。 アーム先端を拡大して示す側面図である。 アーム先端をさらに拡大して示す側面図である。 図５のVI−VI線断面図である。 図６のVII部拡大断面図である。 筒状外周壁及び取付部を拡大して示す側面図である。 筒状外周壁、取付部及び蓋部材を拡大して示す正面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る図７相等図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−油圧ショベルの構成−
図２は本発明の実施形態に係る作業機械としての油圧ショベル１を示し、この油圧ショベル１は、下部走行体２と、この下部走行体２上で旋回可能な上部旋回体３を備えている。上部旋回体３には、アタッチメントとしてのブーム４がブームシリンダ５で起伏可能に支持されている。上部旋回体３の前側には、運転室３ａが設けられている。ブーム４の先端には、第１部材としてのアーム６が回動可能に接続され、アームシリンダ７を伸縮させることにより回動されるようになっている。

アーム６の先端には、先端アタッチメントとしての破砕装置８が、先端シリンダ９、第２部材としてのアイドラリンク１０及びバケットリンク１１により、回動可能に連結されている。なお、先端アタッチメントは、この破砕装置８に限定されず、各種バケット、リフティングマグネット、グラップル等でもよい。図５等にも示すように、破砕装置８は、アーム６に対してアーム側連結ピン１３で連結され、バケットリンク１１に対してリンク側連結ピン１４で連結されている。

図４に回動範囲を示すように、アイドラリンク１０は、左右に一対設けられてアーム６に対して接続ピン１２を中心に回動可能に結合されている。本実施形態では、接続ピン１２は、アイドラリンク１０と回動一体にアーム６に設けられている。そして、アーム６には、アイドラリンク１０のアーム６に対する回動角度を検出するアングルセンサ装置２０が設けられている。

図６に示すように、接続ピン１２は、ボルトなどよりなる回り止め部材１２ｂにより、回り止めされると共に、鍔部１２ａと回り止め部材１２ｂとの間の軸方向寸法Ｌが設定されている。これら鍔部１２ａと回り止め部材１２ｂとの間に一対のアイドラリンク１０、一対のブッシュ１２ｃ、スペーサ１２ｄが設けられている。図示しないシム等により、ある程度隙間の調整は可能であるが、これらの部材の寸法誤差を吸収できるように、鍔部１２ａと回り止め部材１２ｂとの間の軸方向寸法Ｌは、ある程度余裕をもって設定されている。

アングルセンサ装置２０は、接続ピン１２の例えば運転室３ａから見た左端部に設けたマーカー２１と、アーム６に設けられてマーカー２１の回動角度を検出するアングルセンサ２２とを備えている。

マーカー２１は、例えば、円板状又は円柱状のポジションマーカーであり、磁石が埋め込まれている。マーカー２１は、接続ピン１２の一端に嵌め込み等により、回動一体に固定されている。

アングルセンサ２２は、例えば、磁界の向きを集積回路で捕捉し、算出された角度をアナログ信号として出力する磁気式非接触ロータリセンサよりなる。アングルセンサ２２のセンサ本体とマーカー２１との間の芯ずれや距離は、許容範囲内にあることが必要である。このアングルセンサ２２は、アーム６に対して回動不能に取り付けられている。

具体的には、アングルセンサ２２は、断面円形キャップ状の検知部材取付ブラケットとしてのセンサ取付ブラケット２３に取り付けられている。このセンサ取付ブラケット２３の周囲は、保護部本体２４及びこの保護部本体２４をアーム６に固定する取付部２５を有する保護部材２６で覆われている。この保護部本体２４は、例えば、鋼板を略八角形状に折り曲げ形成した筒状外周壁２７と、この筒状外周壁２７に固定された蓋部材２８とを備えている。例えば、筒状外周壁２７の両端に取付部２５がそれぞれ形成されている。この取付部２５は、そのボルト挿通孔２５ａに挿通した取付ボルト３０によって、アーム６に設けたタップドブロック１５に締結されるようになっている。なお、この筒状外周壁２７は、八角筒状ではなく、六角筒状、四角筒状など他の多角形筒状でもよく、円筒状、楕円筒状でもよい。

板状の蓋部材２８は、例えば保護部本体２４の内周に合わせて略八角形であり、保護部本体２４の内面に突設された固定部２７ａに固定ボルト３１で固定されている。蓋部材２８の裏面側には、回り止めピン２８ａが突設されており、この回り止めピン２８ａをセンサ取付ブラケット２３に設けた係合穴２３ａに挿入することで、アングルセンサ２２が蓋部材２８に対して回り止めされている。そして、図７に拡大して示すように、センサ取付ブラケット２３には、例えば双腕形状の弾性部材としての板バネ３２がバネ取付ネジ３２ａで取り付けられている。なお、図９に破線で示すように、固定ボルト３１は、蓋部材２８を固定部２７ａに取り付けた状態で、筒状外周壁２７からはみ出さない位置としている。このため、固定ボルト３１のボルト頭が異物に当たって固定ボルト３１及びその周辺が損傷することはない。

センサ取付ブラケット２３は、アーム６に固定された保護部材２６によって隙間をあけて覆われており、板バネ３２は、保護部材２６の内面とセンサ取付ブラケット２３との間の隙間Ｃ３に設けられている。この板バネ３２の弾性を有する双腕部が蓋部材２８の裏面側に当接することで、センサ取付ブラケット２３の嵌合用凹部２３ｂが接続ピン１２の鍔部１２ａに押し付けられてセンサ取付ブラケット２３がぐらつかず、また、芯ずれしにくくなっている。

そして、アイドラリンク１０には、保護部本体２４の移動を規制する移動規制部材２９が設けられている。本実施形態では、移動規制部材２９は、アイドラリンク１０の左側面に溶接等により設けられたリング状突起よりなる。移動規制部材２９の外径は、筒状外周壁２７の最小内径よりも小さく、移動規制部材２９の外周を筒状外周壁２７が覆うような形状となっている。すなわち、移動規制部材２９は、筒状外周壁２７の内側に配置されている。

そして、筒状外周壁２７のアイドラリンク１０側の端部とアーム６の側面との間の隙間を第１隙間Ｃ１とすると、移動規制部材２９の高さＨは、第１隙間Ｃ１よりも高い（Ｈ＞Ｃ１）。マーカー２１とアングルセンサ２２との間の第２隙間Ｃ２は、アングルセンサ２２の機能を発揮するために予め許容範囲が定められている。板バネ３２が設けられる蓋部材２８とセンサ取付ブラケット２３との間の隙間Ｃ３は、これらの隙間Ｃ１，Ｃ２に比べて大きく設定されている。本実施形態では、移動規制部材２９の外径を筒状外周壁２７の最小径よりも小さくし、移動規制部材２９の外周を筒状外周壁２７で覆うようにしたが、逆に移動規制部材２９が筒状外周壁２７の外周を覆うようにしてもよい。また、移動規制部材２９は、連続したリング状突起ではなく、途中が途切れた円弧状の突起の集合であってもよい。

図４に示すように、アングルセンサ２２のケーブル２２ａは、アーム６の左側面に取り付けたケーブル保護ブラケット２２ｂに覆われている。

−アングルセンサ装置の作動−
上記のように構成した油圧ショベル１における接続ピン１２では、回り止め部材１２ｂと鍔部１２ａとの間に設けられる、アイドラリンク１０、ブッシュ１２ｃ、スペーサ１２ｄなどの部品の製造公差の関係等により、軸方向にある程度隙間があるように、回り止め部材１２ｂと鍔部１２ａとの間の軸方向寸法Ｌが設計されている。また経年劣化等により、各部品がすり減ったり変形したりするなどにより、ガタが生じる。しかし、本実施形態では、板バネ３２が、アングルセンサ２２を取り付けたセンサ取付ブラケット２３を接続ピン１２の一端側へ押し付け、センサ取付ブラケット２３がアーム６に対して接続ピン１２の軸方向に移動することで、軸方向寸法Ｌの寸法誤差やガタが吸収される。これにより、マーカー２１とアングルセンサ２２との間隔が所定の間隔に保たれるので、正確な回動角度が検出される。

本実施形態では、アングルセンサ２２側を固定してマーカー２１側を回転させることで、アングルセンサ２２の配線が容易となり、また、接続ピン１２からシャフトを延ばして回動角度を計測する必要がなくなるので、アングルセンサ２２の全周保護も可能となる。

そして、破砕装置８の作動中に先端シリンダ９が伸縮してアイドラリンク１０が回動すると、アイドラリンク１０と回動一体の接続ピン１２がマーカー２１と共に回動し、その回動角度をアーム６に回動不能に取り付けたアングルセンサ２２が検知する。これにより、破砕装置８の作業姿勢も把握できるので、その作業姿勢を元にブーム４の起伏角度制御と合わせて運転室３ａ等との接触防止をすればよくなる。このため、従来のように常に破砕装置８が最も運転室３ａ等に当たりやすい作業姿勢とみなして接触防止制御を行うのではなく、破砕装置８の姿勢を把握しながらできるだけ広い範囲での作業が可能となるように接触防止制御を行えばよい。

したがって、本実施形態に係る作業機械によると、板バネ３２がアングルセンサ２２の固定されたセンサ取付ブラケット２３をマーカー２１が設けられた接続ピン１２の一端に向かって付勢するようにしたことにより、接続ピン１２の軸方向のずれに追従してアングルセンサ２２とマーカー２１との位置関係を保てるようにすることができる。

−変形例−
図１０は本発明の実施形態の変形例を示し、接続ピン１１２とセンサ取付ブラケット１２３との当接構造が異なる点で上記実施形態と異なる。なお、本変形例では、図１〜図９と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

本変形例では、接続ピン１１２の鍔部がなく、センサ取付ブラケット１２３から突出して形成された環状リブ１２３ｂの先端がピン挿通孔１０ａに挿通されて、そのピン当接面１２３ｃが接続ピン１１２の先端に当接している。センサ取付ブラケット１２３の環状リブ１２３ｂの外側周縁とアイドラリンク１０の側面との間に第４隙間Ｃ４が保たれている。

本変形例では、環状リブ１２３ｂがピン挿通孔１０ａに嵌まり込むことで、センサ取付ブラケット１２３が接続ピン１１２の一端に設けたマーカー２１に対して芯ずれしにくくなる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、検知部材取付ブラケットとしてのセンサ取付ブラケット２３にアングルセンサ２２を設け、接続ピン１２にマーカー２１を設けたが、逆に接続ピン１２にアングルセンサ２２を設け、センサ取付ブラケット２３にマーカー２１を取り付けてもよい。この場合、ケーブル２２ａが接続ピン１２の回動を阻害しないようにする必要があるが、例えば、無線式のアングルセンサ２２を用いればケーブル２２ａが不要となる。

上記実施形態では、第１部材をアーム６とし、第２部材をアイドラリンク１０としたが、これに限定されない。例えば、第１部材をブームとし、第２部材をアームとしてもよい。

上記実施形態では、弾性部材を板バネ３２としたが、これに限定されず、圧縮コイルバネ、ゴム部材等で構成してもよい。

上記実施形態では、アングルセンサ２２は、磁界により角度位置を検出するセンサとしたが、赤外線センサ他の光学センサなどの非接触式センサを用いてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 油圧ショベル（作業機械）
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
３ａ 運転室
４ ブーム
５ ブームシリンダ
６ アーム（第１部材）
７ アームシリンダ
８ 破砕装置（先端アタッチメント）
９ 先端シリンダ
１０ アイドラリンク（第２部材）
１０ａ ピン挿通孔
１１ バケットリンク
１２ 接続ピン
１２ａ 鍔部
１２ｂ 回り止め部材
１２ｃ ブッシュ
１２ｄ スペーサ
１３ アーム側連結ピン
１４ リンク側連結ピン
１５ タップドブロック
２０ アングルセンサ装置
２１ マーカー
２２ アングルセンサ
２２ａ ケーブル
２２ｂ ケーブル保護ブラケット
２３ センサ取付ブラケット（検知部材取付ブラケット）
２３ａ 係合穴
２３ｂ 嵌合用凹部
２４ 保護部本体
２５ 取付部
２６ 保護部材
２７ 筒状外周壁
２７ａ 固定部
２８ 蓋部材
２８ａ 回り止めピン
２９ 移動規制部材
３０ 取付ボルト
３１ 固定ボルト
３２ 板バネ（弾性部材）
３２ａ バネ取付ネジ
１１２ 接続ピン
１２３ センサ取付ブラケット
１２３ｂ 環状リブ
１２３ｃ ピン当接面
Ｈ 接続ピンの軸方向寸法

Claims (7)

1. 第１部材と、該第１部材に対して接続ピンを中心に回動可能に結合された第２部材と、該第２部材の上記第１部材に対する回動角度を検出するアングルセンサ装置とを備えた作業機械であって、
   上記接続ピンは、上記第２部材と回動一体に上記第１部材に設けられており、
   上記アングルセンサ装置は、
   上記接続ピンの一端及び該接続ピンの一端から隙間を保って配置されるピン当接面を有する検知部材取付ブラケットの一方に設けられたマーカーと、
   上記マーカーの対向する位置に所定距離をあけて上記接続ピンの一端及び上記検知部材取付ブラケットの他方に設けられ、該マーカーの回動角度を検出するアングルセンサとを備え、
   上記検知部材取付ブラケットは、上記第１部材に対して上記接続ピンの軸方向に移動可能に取り付けられ、弾性部材により上記接続ピンの一端に向かって付勢されている
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   上記検知部材取付ブラケットは、上記第１部材に固定された保護部材によって隙間をあけて覆われており、
   上記弾性部材は、上記保護部材の内面と上記検知部材取付ブラケットとの間の上記隙間に設けられている
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械において、
   上記検知部材取付ブラケットは、上記保護部材に対して回転不能に設けられている
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項２又は３に記載の作業機械において、
   上記検知部材取付ブラケットには、上記ピン当接面が形成され、上記接続ピンの一端に嵌まり込む嵌合用凹部が形成されている
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項２又は３に記載の作業機械において、
   上記検知部材取付ブラケットには、先端に上記ピン当接面が形成され、上記接続ピンが挿入されるピン挿通孔に嵌まり込む環状リブが形成されている
   ことを特徴とする作業機械。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の作業機械において、
   上記弾性部材は、上記検知部材取付ブラケットに固定された板バネである
   ことを特徴とする作業機械。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の作業機械において、
   上記第１部材は、アームであり、
   上記第２部材は、先端アタッチメントが取り付けられるアイドラリンクである
   ことを特徴とする作業機械。

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