JP2019055745A - 作業車両用電動操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータがロックしたり、ギヤ間に異物が噛み込まれた場合であっても、ステアリングハンドルによる手動操舵を許容する。【解決手段】電動モータ１０１の駆動力でステアリング軸１５を回転させる作業車両用電動操舵装置１００であって、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３と噛み合うことで電動モータ１０１の駆動力をステアリング軸１５側に伝達する第１減速ギヤ１１２と、第１減速ギヤ１１２を、軸回り方向に回転可能で、且つ軸方向に移動可能に支持するギヤ軸１１２ｃと、を備え、第１減速ギヤ１１２の軸方向の移動範囲には、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３と噛み合う第１位置と、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３との噛み合いが解除される第２位置と、が含まれる。【選択図】図１１

Description

本発明は、トラクタなどの作業車両に設けられる作業車両用電動操舵装置に関する。

電動モータの駆動力でステアリング軸を回転させる作業車両用電動操舵装置が知られている。例えば、特許文献１に示される作業車両用電動操舵装置は、作業車両の直進走行などを補助する自動操舵制御に用いられる。

特開２０１４−２１３６１５号公報

この種の作業車両用電動操舵装置は、電動モータの駆動力を複数のギヤを介してステアリング軸に伝達するとともに、電動モータによる自動操舵と、ステアリングハンドルによる手動操舵と、を許容するように構成されているが、電動モータがロックしたり、ギヤ間に異物が噛み込まれた場合、電動モータによる自動操舵が困難になるだけでなく、ステアリングハンドルによる手動操舵も困難になるので、緊急時の適応性において改善の余地があった。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、電動モータの駆動力でステアリング軸を回転させる作業車両用電動操舵装置であって、前記電動モータから前記ステアリング軸に至る伝動経路に介設され、上流側ギヤ及び下流側ギヤと噛み合うことで前記電動モータの駆動力を前記ステアリング軸側に伝達する中間ギヤと、前記中間ギヤを、軸回り方向に回転可能で、且つ軸方向に移動可能に支持するギヤ軸と、前記軸方向の一端側で前記中間ギヤの移動を規制するストッパ部材と、前記中間ギヤを前記ストッパ部材に向けて付勢する付勢部材と、を備え、前記中間ギヤの前記軸方向の移動範囲には、前記上流側ギヤ及び前記下流側ギヤと噛み合う第１位置と、前記上流側ギヤ及び前記下流側ギヤの少なくとも一方との噛み合いが解除される第２位置と、が含まれ、前記付勢部材の付勢力に抗した前記中間ギヤの前記第１位置から前記第２位置への移動操作が許容されることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の作業車両用電動操舵装置であって、少なくとも前記中間ギヤの一部を覆うケース体を備え、該ケース体は、ケース体外部から前記中間ギヤを軸方向に移動操作するための開口部を有することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の作業車両用電動操舵装置であって、前記ギヤ軸は、上下方向に沿って配置され、前記ストッパ部材は、前記ギヤ軸の下側に配置され、前記付勢部材は、前記ギヤ軸の上側に配置されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、中間ギヤの第１位置から第２位置への移動操作に基づいて中間ギヤの噛み合いを解除できるので、電動モータがロックしたり、ギヤ間に異物が噛み込まれた場合であっても、ステアリングハンドルによる手動操舵を許容でき、その結果、緊急時における適応性を向上させることができる。
また、請求項２の発明によれば、作業車両用電動操舵装置のケース体は、ケース体外部から中間ギヤを軸方向に移動操作するための開口部を有するので、緊急時における中間ギヤの操作性を向上させることができる。
また、請求項３の発明によれば、付勢部材による中間ギヤの付勢方向が重力方向に一致するので、付勢部材の付勢力を可及的に小さくでき、その結果、緊急時における中間ギヤの操作性をさらに向上させることができる。

本発明の実施形態に係る作業車両用電動操舵装置が適用されたトラクタの側面図である。 トラクタの操縦部を示す斜視図である。 作業車両用電動操舵装置の取り外し状態を示す操縦部の斜視図である。 作業車両用電動操舵装置の斜視図である。 作業車両用電動操舵装置の３面図であり、（ａ）は作業車両用電動操舵装置の平面図、（ｂ）は作業車両用電動操舵装置の正面図、（ｃ）は作業車両用電動操舵装置の側面図である。 作業車両用電動操舵装置の分解斜視図である。 作業車両用電動操舵装置のカバー開放状態を示す斜視図である。 作業車両用電動操舵装置のフレームを示す斜視図である。 作業車両用電動操舵装置のフレームを示す３面図であり、（ａ）はフレームの平面図、（ｂ）はフレームの背面図、（ｃ）はフレームの側面図である。 作業車両用電動操舵装置の通常状態を示す要部斜視図である。 作業車両用電動操舵装置の噛み合い解除状態を示す要部斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１はトラクタ（作業車両）の走行機体であって、該走行機体１は、前輪２及び後輪３によって支持される機体フレーム４と、機体フレーム４の前側に搭載されるエンジン（図示せず）を覆うボンネット５と、ボンネット５の後方に設けられ、オペレータが乗車する操縦部６とを備え、走行機体１の後部には、昇降リンク機構７を介してロータリ等の作業機（図示せず）が昇降可能に連結される。

図１〜図３に示すように、操縦部６は、オペレータが着座する座席８と、座席８の前方側に配置されるステアリングハンドル９と、ステアリングハンドル９の前方に配置される表示パネル１０と、ステアリングハンドル９の左側方に配置される主変速レバー１１と、ステアリングハンドル９の右側方に配置されるスロットルレバー１２と、スロットルレバー１２の手前側に配置され、作業機の昇降操作等を行う作業機操作レバー１３と、座席８とステアリングハンドル９の間に設けられたフロアステップ１４と、を備える。

図３に示すように、ステアリングハンドル９の下方には、その回転に応じて前輪２を操舵させるステアリング軸１５が配置されており、ステアリング軸１５とステアリングハンドル９との間に、本発明の実施形態に係る作業車両用電動操舵装置１００が介設されている。作業車両用電動操舵装置１００は、電動モータ１０１の駆動力でステアリング軸１５を回転させる自動操舵を行うために設けられるが、電動モータ１０１のトルクをステアリングハンドル９の手動操作トルクよりも小さくすることで、ステアリングハンドル９による手動操舵も許容することができる。

図４〜図７に示すように、作業車両用電動操舵装置１００は、ステアリング軸１５を回転させる電動モータ１０１と、電動モータ１０１のモータ出力を減速してステアリング軸１５に伝達する減速機構１１０と、電動モータ１０１の駆動を制御する制御部１２０と、これらを収容するケース体１３０と、を備える。

減速機構１１０は、電動モータ１０１の動力を出力する出力ギヤ１１１（上流側ギヤ）と、ステアリング軸１５に一体回転可能に連結される第２減速ギヤ１１３（下流側ギヤ）と、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３と噛み合う第１減速ギヤ１１２（中間ギヤ）と、を備える。具体的に説明すると、第１減速ギヤ１１２は、同一軸心上に配置された大径ギヤ１１２ａ及び小径ギヤ１１２ｂを一体に有し、大径ギヤ１１２ａが出力ギヤ１１１と噛み合い、小径ギヤ１１２ｂが第２減速ギヤ１１３と噛み合っている。

つまり、電動モータ１０１の動力は、出力ギヤ１１１、第１減速ギヤ１１２及び第２減速ギヤ１１３を経ることにより減速され、第２減速ギヤ１１３と一体回転可能に連結されたステアリング軸１５に伝動される。これにより、電動モータ１０１による自動操舵が可能になる。

第２減速ギヤ１１３の上面側には、第２減速ギヤ１１３と一体回転可能にボルト固定された連結板１１４と、ステアリング軸１５と同一軸心上に位置するように連結板１１４に立設されたステアリングハンドル取付軸１１５と、が設けられている。

ステアリングハンドル取付軸１１５は、ステアリング軸１５の上端部と略同様の形状となるように形成されており、専用又は既存のステアリングハンドル９が着脱可能に取り付けられるように構成されている。専用のステアリングハンドル９は、既存のステアリングハンドル（図示せず）に比べてステアリング軸方向の寸法が小さくなるように形成されており、作業車両用電動操舵装置１００を装着したことによるステアリングハンドル９の高さ位置の変化を抑え、ステアリング操作時の違和感を軽減している。

上記のような構成によれば、ステアリングハンドル取付軸１１５に装着されたステアリングハンドル９を回転操作することにより、ステアリングハンドル取付軸１１５、連結板１１４及び第２減速ギヤ１１３を介してステアリング軸１５が回転操作されるため、ステアリングハンドル９による手動操舵も行うことができる。

ケース体１３０は、電動モータ１０１、減速機構１１０及び制御部１２０を支持するメインフレーム１３１と、メインフレーム１３１の下側に設けられるサブフレーム１３２と、メインフレーム１３１の上方を覆う上面カバー１３３と、メインフレーム１３１及びサブフレーム１３２の正面側下部を覆う正面カバー１３４と、を備える。

上面カバー１３３の正面側上部には、作業車両用電動操舵装置１００の電源をＯＮ／ＯＦＦ操作する電源スイッチ１３５や、各種の操作具を備える操作パネル１３６が設けられている。操作パネル１３６には、作業車両用電動操舵装置１００による自動操舵制御の制御モードを切換える複数の切換スイッチ１３６ａと、自動操舵制御の感度を調整する複数の調整スイッチ１３６ｂと、自動操舵制御の制御状態等を表示する複数の表示ランプ１３６ｃと、が設けられている。

ちなみに、本実施形態の制御部１２０は、機体前方を撮影するカメラ（図示せず）や前輪２の操舵角を検出する舵角センサ（図示せず）からの入力信号に基づいて電動モータ１０１を制御する自動操舵制御を行うにあたり、遠くの目標地点に向けて走行機体１を直進走行させる遠景直進制御モードや、走行機体１の側方の畦、作業跡、走行跡などに沿って走行機体１を走行させる追従走行制御モードを有しており、操作パネル１３６の操作に応じて各種の制御モードが選択的に実行される。

上記のように構成された作業車両用電動操舵装置１００は、電動モータ１０１の駆動力を複数のギヤ１１１、１１２、１１３を介してステアリング軸１５に伝達するとともに、電動モータ１０１による自動操舵と、ステアリングハンドル９による手動操舵と、を許容できる。しかしながら、電動モータ１０１がロックしたり、ギヤ間に異物が噛み込まれた場合、電動モータ１０１による自動操舵が困難になるだけでなく、ステアリングハンドル９による手動操舵も困難になる可能性がある。本発明の実施形態に係る作業車両用電動操舵装置１００は、電動モータ１０１がロックしたり、ギヤ間に異物が噛み込まれた場合であっても、ステアリングハンドル９による手動操舵を許容する特有の構成を有し、この特有の構成によって緊急時における適応性を向上させる。以下、この特有の構成について、図６〜図１１を参照して説明する。

減速機構１１０の第１減速ギヤ１１２は、電動モータ１０１からステアリング軸１５に至る伝動経路に介設され、上流側ギヤである出力ギヤ１１１及び下流側ギヤである第２減速ギヤ１１３と噛み合うことで電動モータ１０１の駆動力をステアリング軸１５側に伝達する。

本実施形態の第１減速ギヤ１１２は、メインフレーム１３１に立設されるギヤ軸１１２ｃにより、軸回り方向に回転可能で、且つ軸方向に移動可能に支持されている。ギヤ軸１１２ｃの基端側（下端側）には、軸方向の一端側で第１減速ギヤ１１２の移動を規制するストッパ部材１１２ｄが設けられる一方、ギヤ軸１１２ｃの先端側（上端側）には、第１減速ギヤ１１２をストッパ部材１１２ｄに向けて付勢する付勢部材であるスプリング１１２ｅが設けられている。圧縮コイルスプリングからなる本実施形態のスプリング１１２ｅは、ギヤ軸１１２ｃの外周部において、ギヤ軸１１２ｃの先端部に設けられる抜け止めリング１１２ｆと第１減速ギヤ１１２との間に圧縮状態で介装されている。

第１減速ギヤ１１２の軸方向の移動範囲には、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３と噛み合う第１位置と、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３との噛み合いが解除される第２位置と、が含まれており、ストッパ部材１１２ｄは、第１減速ギヤ１１２の第１位置を規定し、スプリング１１２ｅは、第１減速ギヤ１１２を第２位置側から第１位置側に付勢している。

このように構成された作業車両用電動操舵装置１００によれば、スプリング１１２ｅの付勢力に抗した第１減速ギヤ１１２の第１位置から第２位置への移動操作が許容され、該移動操作に基づいて第１減速ギヤ１１２の噛み合いを解除することができる。これにより、電動モータ１０１がロックしたり、ギヤ間に異物が噛み込まれた場合であっても、ステアリングハンドル９による手動操舵を許容することが可能になる。

また、本実施形態では、ギヤ軸１１２ｃが上下方向に沿って配置され、ストッパ部材１１２ｄがギヤ軸１１２ｃの下側に配置され、スプリング１１２ｅがギヤ軸１１２ｃの上側に配置されている。このような配置構成によれば、スプリング１１２ｅによる第１減速ギヤ１１２の付勢方向が重力方向に略一致するので、スプリング１１２ｅの付勢力を可及的に小さくすることで、緊急時における第１減速ギヤ１１２の移動操作性を向上できる。

第１減速ギヤ１１２の第１位置から第２位置への移動操作には、第１減速ギヤ１１２の小径ギヤ１１２ｂとストッパ部材１１２ｄとの間にマイナスドライバなどの工具を差し込んで小径ギヤ１１２ｂを持ち上げる方法と、第１減速ギヤ１１２の大径ギヤ１１２ａの下面を持ち上げる方法がある。しかしながら、小径ギヤ１１２ｂの外側方は、メインフレーム１３１の側壁１３１ａで覆われ、大径ギヤ１１２ａは、全体が上面カバー１３３で覆われているため、緊急時における第１減速ギヤ１１２の移動操作が阻害される可能性がある。

そこで、本実施形態では、メインフレーム１３１の側壁１３１ａに、装置外部から第１減速ギヤ１１２を軸方向に移動操作するための開口部１３１ｂを形成している。このような開口部１３１ｂによれば、第１減速ギヤ１１２の小径ギヤ１１２ｂとストッパ部材１１２ｄとの間に、装置外部から開口部１３１ｂを介してマイナスドライバなどの工具を差し込んで小径ギヤ１１２ｂを持ち上げることができる。

ところで、上記のような緊急時では、第１減速ギヤ１１２を第２位置に保持することが求められる可能性がある。そこで、本実施形態では、大径ギヤ１１２ａの下面と対向するメインフレーム１３１のフランジ部１３１ｃに上下方向に貫通する貫通孔１３１ｄを形成するとともに、フランジ部１３１ｃの下面に貫通孔１３１ｄと連通するネジ孔１３１ｅを有するナット１３１ｆを溶着している。このような構成によれば、ネジ孔１３１ｅに下側からネジ１３１ｇをねじ込むと、ネジ１３１ｇの先端面（上端面）が大径ギヤ１１２ａの下面を押し上げるので、第１減速ギヤ１１２を第２位置に移動させることができるだけでなく、第１減速ギヤ１１２を第２位置に保持することが可能になる。

叙述の如く構成された本実施形態によれば、電動モータ１０１の駆動力でステアリング軸１５を回転させる作業車両用電動操舵装置１００であって、電動モータ１０１からステアリング軸１５に至る伝動経路に介設され、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３と噛み合うことで電動モータ１０１の駆動力をステアリング軸１５側に伝達する第１減速ギヤ１１２と、第１減速ギヤ１１２を、軸回り方向に回転可能で、且つ軸方向に移動可能に支持するギヤ軸１１２ｃと、軸方向の一端側で第１減速ギヤ１１２の移動を規制するストッパ部材１１２ｄと、第１減速ギヤ１１２をストッパ部材１１２ｄに向けて付勢するスプリング１１２ｅと、を備え、第１減速ギヤ１１２の軸方向の移動範囲には、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３と噛み合う第１位置と、出力ギヤ１１１及び第２減速ギヤ１１３との噛み合いが解除される第２位置と、が含まれ、スプリング１１２ｅの付勢力に抗した第１減速ギヤ１１２の第１位置から第２位置への移動操作が許容されるので、電動モータ１０１がロックしたり、ギヤ間に異物が噛み込まれた場合であっても、ステアリングハンドル９による手動操舵を許容でき、その結果、緊急時における適応性を向上させることができる。

また、ケース体１３０は、ケース体外部から第１減速ギヤ１１２を軸方向に移動操作するための開口部１３１ｂを有するので、緊急時における第１減速ギヤ１１２の操作性を向上させることができる。

また、ギヤ軸１１２ｃは、上下方向に沿って配置され、ストッパ部材１１２ｄは、ギヤ軸１１２ｃの下側に配置され、スプリング１１２ｅは、ギヤ軸１１２ｃの上側に配置されるので、スプリング１１２ｅによる第１減速ギヤ１１２の付勢方向を重力方向に一致させることができ、その結果、スプリング１１２ｅの付勢力を可及的に小さくし、緊急時における第１減速ギヤ１１２の操作性をさらに向上させることができる。

１ 走行機体
２ 前輪
３ 後輪
９ ステアリングハンドル
１５ ステアリング軸
１００ 作業車両用電動操舵装置
１０１ 電動モータ
１１０ 減速機構
１１１ 出力出力ギヤ
１１２ 第１減速ギヤ
１１２ｃ ギヤ軸
１１２ｄ ストッパ部材
１１２ｅ スプリング
１１３ 第２減速ギヤ
１２０ 制御部
１３０ ケース体
１３１ メインフレーム
１３１ｂ 開口部

Claims (3)

1. 電動モータの駆動力でステアリング軸を回転させる作業車両用電動操舵装置であって、
   前記電動モータから前記ステアリング軸に至る伝動経路に介設され、上流側ギヤ及び下流側ギヤと噛み合うことで前記電動モータの駆動力を前記ステアリング軸側に伝達する中間ギヤと、
   前記中間ギヤを、軸回り方向に回転可能で、且つ軸方向に移動可能に支持するギヤ軸と、
   前記軸方向の一端側で前記中間ギヤの移動を規制するストッパ部材と、
   前記中間ギヤを前記ストッパ部材に向けて付勢する付勢部材と、を備え、
   前記中間ギヤの前記軸方向の移動範囲には、前記上流側ギヤ及び前記下流側ギヤと噛み合う第１位置と、前記上流側ギヤ及び前記下流側ギヤの少なくとも一方との噛み合いが解除される第２位置と、が含まれ、
   前記付勢部材の付勢力に抗した前記中間ギヤの前記第１位置から前記第２位置への移動操作が許容されることを特徴とする作業車両用電動操舵装置。
2. 少なくとも前記中間ギヤの一部を覆うケース体を備え、該ケース体は、ケース体外部から前記中間ギヤを軸方向に移動操作するための開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の作業車両用電動操舵装置。
3. 前記ギヤ軸は、上下方向に沿って配置され、
   前記ストッパ部材は、前記ギヤ軸の下側に配置され、
   前記付勢部材は、前記ギヤ軸の上側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の作業車両用電動操舵装置。

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