JP2020107006A

JP2020107006A - 建設機械の電気式操作レバー装置

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Publication number: JP2020107006A
Application number: JP2018243904A
Authority: JP
Inventors: 村上　良昭; Yoshiaki Murakami; 良昭村上
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-09

Abstract

【課題】センサを操作レバーの動きに対して確実に追従させ、正確なセンシングを行うことが可能な電気式操作レバー装置の提供。【解決手段】油圧ショベルの電気式操作レバー装置１は、センターシャフト２５と、センターシャフト２５に対して回動可能に取り付けられる操作レバー支持体３と、操作レバー支持体３に対して取り付けられる操作レバー２と、操作レバー２の操作量を検知する測長センサ６３を含むセンサユニット６と、操作者による操作レバー２の操作に応じて伸縮し、操作後の操作レバー２を所定の中立位置に復帰させるための中立復帰ユニット７と、を備える。操作レバー支持体３は、操作レバー２の軸方向に対して直交する方向に延在する被取付アーム３０を有する。被取付アーム３０のうち、左端側にはセンサユニット６が取り付けられ、右端側には中立復帰ユニット７が取り付けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に設けられる電気式操作レバー装置に関する。

従来、プッシャ及び変位センサ等をセンサ組立体として予め組み立てる構成の電気式操作レバー装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

具体的には、特許文献１の図２に示されるように、筒状ケース（２２）、ブッシング（２３）、プッシャ（２４）、スプリング（２９）および変位センサ（３０）等からなるセンサ組立体（２１）が予めユニット化されて組立てられている。

そして、特許文献１の図３に示されるように、操作レバー（１７）が傾転操作された場合に、カム板（１６）によってプッシャ（２４）が下向きに押動され、このときのプッシャ（２４）の変位量が変位センサ（３０）によって検出される。

特開２００３−００５８５２号公報

しかし、特許文献１では、ばね受（２８）と共にプッシャ（２４）を常時上向きに付勢することにより、カム板（１６）を介して操作レバー（１７）に操作反力を与える構成になっている。そのため、ブッシング（２３）内を軸方向下向きに延びるプッシャ（２４）に潤滑不足等による固着が発生した場合は、操作レバー（１７）が中立位置に戻らず、正確にセンシングできないという問題が生じる。

また、特許文献１では、プッシャ（２４）の軸部（２４Ａ）の下側に変位センサ（３０）が配置されているため、プッシャ（２４）に施される潤滑剤が変位センサ（３０）に滴下する可能性がある。また、プッシャ（２４）及び変位センサ（３０）がユニット化されているため、何れか一方が故障した場合であっても、ユニット全体を交換する必要があるため、コストが増加するという問題もある。

さらに、特許文献１では、カム板（１６）と４本のプッシャ（２４）との接触部分の高さ寸法にばらつきが発生しやすく、結果として、操作レバーの中立時にガタが発生しやすいという問題もある。

そこで、本発明は、センサを操作レバーの動きに対して確実に追従させ、正確なセンシングを行うことが可能な電気式操作レバー装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、建設機械の電気式操作レバー装置であって、センターシャフトと、前記センターシャフトに対して回動可能に取り付けられる操作レバー支持体と、前記操作レバー支持体に対して設けられる操作レバーと、前記操作レバーの操作量を検知する測長センサを含むセンサユニットと、操作者による前記操作レバーの操作に応じて伸縮し、操作後の前記操作レバーを所定の中立位置に復帰させるための中立復帰ユニットと、を備え、前記操作レバー支持体は、前記操作レバーの軸方向に対して直交する方向に延在する被取付アームを有し、前記被取付アームのうち、一端側には前記センサユニットが取り付けられ、前記一端側とは反対側の他端側には前記中立復帰ユニットが取り付けられることを特徴とする建設機械の電気式操作レバー装置を提供している。

ここで、前記操作レバー支持体は、ユニバーサルジョイントを支軸として前記センターシャフトに対して回動可能に取り付けられ、前記被取付アームは、機械左右方向に延在すると共に機械前後方向に延在し、前記センサユニットは、第１センサユニットと第２センサユニットとを含み、前記中立復帰ユニットは、第１中立復帰ユニットと第２中立復帰ユニットとを含み、前記被取付アームのうち、前記機械左右方向の一端側には前記第１センサユニットが取り付けられ、前記機械左右方向の他端側には前記第１中立復帰ユニットが取り付けられ、前記被取付アームのうち、前記機械前後方向の一端側には前記第２センサユニットが取り付けられ、前記機械前後方向の他端側には前記第２中立復帰ユニットが取り付けられているのが好ましい。

また、前記第１センサユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第１取付ジョイントを介して前記機械左右方向の一端側に取り付けられ、前記第１中立復帰ユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第２取付ジョイントを介して前記機械左右方向の他端側に取り付けられ、前記第２センサユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第３取付ジョイントを介して前記機械前後方向の一端側に取り付けられ、前記第２中立復帰ユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第４取付ジョイントを介して前記機械前後方向の他端側に取り付けられるのが好ましい。

本発明によれば、操作レバー支持体の一部を構成する被取付アームのうち、一端側にはセンサユニットが取り付けられ、他端側には中立復帰ユニットが取り付けられている。そのため、操作レバーの動きが操作レバー支持体を介してセンサユニットにダイレクトに伝達される。したがって、センサユニットの測長センサを操作レバーの動きに確実に追従させ、正確なセンシングを行うことが可能である。また、中立復帰ユニットが潤滑不足等の影響で中立位置への復帰機能が衰えたとしても、レバー操作によって確実に中立位置に戻すことが可能である。

建設機械の運転席を示す側面図。本実施形態による電気式操作レバー装置を示す図。操作レバー支持体を示す平面図。中立復帰ユニットの内部を示す図。

＜１．実施形態＞
本発明の実施の形態による建設機械の電気式操作レバー装置について図１から図４に基づき説明する。以下、電気式操作レバー装置の一例として、図１に示す電気式操作レバー装置１を例示する。なお、説明の都合上、各図面においては、機械前後方向及び機械左右方向を適宜定義している。

図１に示されるように、油圧ショベル等の建設機械では、キャブ内部に運転席１０が設けられている。

運転席１０の左右両側にはコンソール１０Ｌ（左側のみ図示）が設けられており、コンソール１０Ｌの前部側には電気式操作レバー装置１が取り付けられている。電気式操作レバー装置１は、例えば、ブームやバケットを操作したり、アームや旋回用の油圧モータを操作したりするためのレバー装置である。

図２に示されるように、電気式操作レバー装置１は、縦フレーム１１と、縦フレーム１１を連結する横フレーム１３と、縦フレーム１１の上端に設けられるブーツ１５とを備えている。

また、電気式操作レバー装置１は、横フレーム１３の略中央から鉛直方向に延びるセンターシャフト２１と、センターシャフト２１の上端に設けられるユニバーサルジョイント２１Ｊと、ユニバーサルジョイント２１Ｊを介して回動可能に取り付けられる操作レバー支持体３とを備えている。

図３に示されるように、操作レバー支持体３は、上面視において略正方形状の被取付アーム３０を有している。被取付アーム３０は、その対角線が機械左右方向及び機械前後方向にそれぞれ一致するように配置されている。すなわち、被取付アーム３０は、機械左右方向及び機械前後方向に延在している。

被取付アーム３０のうち、機械左右方向の左端側には図２に示す取付ジョイント４Ｌを挿通して取り付けるための挿通孔３１Ｈが形成され、機械左右方向の右端側には図２に示す取付ジョイント４Ｒを挿通して取り付けるための挿通孔３２Ｈが形成されている。

また、被取付アーム３０のうち、機械前後方向の前端側には不図示の取付ジョイントを挿通して取り付けるための挿通孔３３Ｈが形成され、機械前後方向の後端側には不図示の取付ジョイントを挿通して取り付けるための挿通孔３４Ｈが形成されている。

さらに、被取付アーム３０の略中央には、図２に示す操作レバーシャフト２５を装着するための被装着部３５が形成されている。ここでは、操作レバーシャフト２５の外周には雄ネジが形成され、被装着部３５の内周には雌ネジが形成されているものとする。

図２に示されるように、操作レバー支持体３には、図３に示す被装着部３５を介して操作レバーシャフト２５が連結されている。そして、操作レバーシャフト２５には、作業者によって把持されるグリップ部２７が設けられている。すなわち、操作レバー２は、操作レバーシャフト２５とグリップ部２７とから構成されている。本実施形態では、操作レバー支持体３の回動支軸としてユニバーサルジョイント２１Ｊを採用しているため、操作レバー２は、３６０度、何れの方向にも操作可能に構成されている。

また、操作レバー支持体３には、図３に示す挿通孔３１Ｈを介して取付ジョイント４Ｌが装着されると共に、図３に示す挿通孔３２Ｈを介して取付ジョイント４Ｒが装着されている。

なお、操作レバー支持体３には、図３に示す挿通孔３３Ｈ，３４Ｈを介して機械前後方向にも取付ジョイントが装着されるが、説明の都合上、図２においては図示を省略している。また、機械前後方向に関しては、取付ジョイントに接続される後述のセンサユニット６や中立復帰ユニット７の図示も省略している。ただし、これらの省略した構成は、以下で説明する機械左右方向の構成と同じである。

取付ジョイント４Ｌには、回動部４１Ｌを回動支点としてセンサユニット６が回動可能に連結されている。

取付ジョイント４Ｒには、回動部４１Ｒを回動支点として中立復帰ユニット７が回動可能に連結されている。

なお、回動部４１Ｌ，４１Ｒは、いずれも、操作レバー支持体３の回動支点であるユニバーサルジョイント２１Ｊと同じ高さに配置されている。

センサユニット６は、センサ軸６１と、センサ軸６１の下側に配置される公知の測長センサ（長さ検出器）６３とを備えて構成される。

測長センサ６３は、操作レバー２の操作に伴うセンサ軸６１の前後方向及び左右方向の変化量をレバーの操作量として検知するセンサである。

なお、センサユニット６は、回動部５１Ｌを回動支点とする取付ジョイント５Ｌを介して横フレーム１３に接続されている。

図４に示されるように、中立復帰ユニット７は、軸部７１と、軸部７１の外周に配置されるバネ部７３と、調整ボス７５と、軸部７１及びバネ部７３を内部に収容するケース７２とを備えて構成される。

軸部７１は、上下方向に長尺な筒状部材として構成され、上端側から下端側に向かって内側に屈曲する２箇所の段差を有している。軸部７１に形成される上側の段差は、後述のスライドカラー７６のＬ字形状に沿って内側に屈曲している。軸部７１に形成される下側の段差は、ナット７４の上面及び挿通穴内側に沿って内側に屈曲している。軸部７１のうち、上端は上述の取付ジョイント４Ｒに接続されている。

バネ部７３には、操作レバー２の操作に伴って圧縮するスプリング（バネ）７３１が設けられている。また、スプリング７３１の上端側にはスライドカラー７６が配置され、スプリング７３１の下端側にはスライドカラー７７が配置される。スライドカラー７６は軸部７１の上側の段差に当接するように構成されている。スライドカラー７７はナット７４を締め付けていくと、徐々に上側にスライドするように構成されている。スライドカラー７７が上側にスライドすると、スライドカラー７６，７７の間に配置されるスプリング７３１は圧縮される。

ナット７４を締め付けていき、止まったところが、スプリング７３１のセット長に設定される。セット長とは、操作レバー２が操作されていない状態（無負荷状態あるいは中立状態とも称する）におけるスプリング７３１の長さである。セット長に圧縮されたスプリング７３１の反発力がセット荷重になる。なお、操作レバー２が操作されていない状態の操作レバー２の位置を中立位置という。操作レバー２が中立位置にある場合（すなわち、操作レバー２が操作されていない場合）、スプリング７３１はセット長に圧縮された状態を維持する。

調整ボス７５は、軸部７１の外周を包囲するように配置される。調整ボス７５にはロックナット７５１が装着（嵌合）されている。調整ボス７５の下端部は、ケース７２に挿入し易くするため、テーパ形状で構成されている。

調整ボス７５は、調整ボス７５の下端がスライドカラー７６の上端に当接するまでねじ込まれ、当接した位置においてロックナット７５１を締め付けることでケース７２に固定される。

操作レバー２が操作されると、軸部７１が上下方向に移動し、スプリング７３１が圧縮される。具体的には、軸部７１が下側に移動すると、上側に配置されたスライドカラー７６が下側に移動し、スプリング７３１が下側に圧縮される。逆に、軸部７１が上側に移動すると、下側に配置されたスライドカラー７７が上側に移動し、スプリング７３１が上側に圧縮される。

操作レバー２の操作が終了すると、スプリング７３１には上述したセット長に復帰しようする弾性復帰力が働き、圧縮状態からセット長（中立状態）へと復帰する。これに伴って、操作レバー２も中立位置に復帰する。

なお、中立復帰ユニット７は、回動部５１Ｒを回動支点とする取付ジョイント５Ｒを介して横フレーム１３に接続されている。

本実施形態によれば、操作レバー支持体３の一部を構成する被取付アーム３０のうち、左端側にはセンサユニット６が取り付けられ、右端側には中立復帰ユニット７が取り付けられている。そして、中立復帰ユニット７は、操作レバー２に対するレバー操作終了後のレバーの戻り作動を担っている。

そして、センサユニット６は操作レバー支持体３を介して中立復帰ユニット７に接続されているため、操作レバー２の動き（操作時の作動及び操作後の戻り作動）が操作レバー支持体３を介してセンサユニット６にダイレクトに伝達される構成になっている。したがって、センサユニット６の測長センサ６３を操作レバー２の動きに確実に追従させ、正確なセンシングを行うことが可能である。また、中立復帰ユニット７が潤滑不足等の影響で中立位置への復帰機能が衰えたとしても、操作レバー２のレバー操作によって確実に中立位置に戻すことが可能である。

また、本実施形態では、センサユニット６と中立復帰ユニット７とが完全に独立した構成になっている。そのため、センサユニット６と中立復帰ユニット７との何れか一方が故障した場合、故障したユニットのみを個別に交換すればよく、センサと中立復帰構造とが一体化された上述の先行技術に比べ、コストを低減することが可能である。また、中立復帰ユニット７がセンサユニット６と独立しているため、上述の先行技術のように潤滑油がセンサへ浸透する可能性がなく、中立復帰ユニット７に十分な潤滑油を施すことが可能である。

さらに、本実施形態では、センサユニット６及び中立復帰ユニット７の回動支点からの挿通孔３１Ｈ〜３４Ｈの寸法は設計自由度が高く、操作レバー荷重ストロークや検出分解度を調整及び設定することが可能である。

また、本実施形態では、中立復帰ユニット７においては、調整ボス７５の下端がスライドカラー７６の上端部に当接するまでねじ込まれ、当接した位置でロックナット７５１を締め付けることで、調整ボス７５がケース７２に固定される。そのため、軸部７１とバネ部７３との隙間が無くなり、中立位置における操作レバー２のガタを低減することが可能である。

また、本実施形態では、回動部４１Ｌ，４１Ｒは、いずれも、操作レバー支持体３の回動支点であるユニバーサルジョイント２１Ｊと同じ高さに配置されているため、測長センサ６３によるセンシングを正確に行うことが可能である。

＜２．変形例＞
本発明による建設機械の電気式操作レバー装置は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

例えば、上記実施形態では、操作レバー支持体３の回動支点としてユニバーサルジョイント２１Ｊが用いられる場合を例示したが、これに限定されない。走行レバーのように一方向のみの操作で足りる電気式操作レバー装置においては、一方向にのみ回動する回動部材を操作レバー支持体３の回動支点として用いるようにしてもよい。

かかる変形例においては、上述の実施形態のように、機械前後方向及び機械左右方向の双方にセンサユニット６及び中立復帰ユニット７をそれぞれ設ける必要がなく、一組のセンサユニット６及び中立復帰ユニット７を配置すれば足りる。

また、上記実施形態では、機械左右方向の左端側にセンサユニット６が配置され、機械左右方向の右端側に中立復帰ユニット７が配置される場合を例示したが、これに限定されない。機械左右方向の左端側に中立復帰ユニット７が配置され、機械左右方向の右端側にセンサユニット６が配置されるようにしてもよい。なお、機械前後方向に関してもセンサユニット６及び中立復帰ユニット７の前後位置が限定されないことは言うまでもない。

また、上記実施形態では、操作レバー２と操作レバー支持体３とが別部材で構成される場合を例示したが、これに限定されず、両者を一体物で構成するようにしてもよい。

以上のように本発明にかかる建設機械の電気式操作レバーは、油圧ショベル等の建設機械の操作対象を操作する操作レバーに適している。

１電気式操作レバー装置、２操作レバー、３操作レバー支持体、
４Ｌ取付ジョイント、４Ｒ取付ジョイント、５Ｌ，５Ｒ取付ジョイント、
６センサユニット、７中立復帰ユニット、１０運転席、１０Ｌコンソール、
１１縦フレーム、１３横フレーム、１５ブーツ、２１センターシャフト、
２１Ｊユニバーサルジョイント、２５操作レバーシャフト、２７グリップ部、
３０被取付アーム、３１Ｈ〜３４Ｈ挿通孔、３５被装着部、４１Ｌ，４１Ｒ回動部、
５１Ｌ，５１Ｒ回動部、６１センサ軸、６３測長センサ、７１軸部、７２ケース、
７３バネ部、７４ナット、７５調整ボス、７５１ロックナット、
７６，７７スライドカラー

Claims

建設機械の電気式操作レバー装置であって、
センターシャフトと、
前記センターシャフトに対して回動可能に取り付けられる操作レバー支持体と、
前記操作レバー支持体に対して設けられる操作レバーと、
前記操作レバーの操作量を検知する測長センサを含むセンサユニットと、
操作者による前記操作レバーの操作に応じて伸縮し、操作後の前記操作レバーを所定の中立位置に復帰させるための中立復帰ユニットと、
を備え、
前記操作レバー支持体は、前記操作レバーの軸方向に対して直交する方向に延在する被取付アームを有し、
前記被取付アームのうち、一端側には前記センサユニットが取り付けられ、前記一端側とは反対側の他端側には前記中立復帰ユニットが取り付けられることを特徴とする建設機械の電気式操作レバー装置。
前記操作レバー支持体は、ユニバーサルジョイントを支軸として前記センターシャフトに対して回動可能に取り付けられ、
前記被取付アームは、機械左右方向に延在すると共に機械前後方向に延在し、
前記センサユニットは、第１センサユニットと第２センサユニットとを含み、
前記中立復帰ユニットは、第１中立復帰ユニットと第２中立復帰ユニットとを含み、
前記被取付アームのうち、前記機械左右方向の一端側には前記第１センサユニットが取り付けられ、前記機械左右方向の他端側には前記第１中立復帰ユニットが取り付けられ、
前記被取付アームのうち、前記機械前後方向の一端側には前記第２センサユニットが取り付けられ、前記機械前後方向の他端側には前記第２中立復帰ユニットが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の電気式操作レバー装置。
前記第１センサユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第１取付ジョイントを介して前記機械左右方向の一端側に取り付けられ、
前記第１中立復帰ユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第２取付ジョイントを介して前記機械左右方向の他端側に取り付けられ、
前記第２センサユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第３取付ジョイントを介して前記機械前後方向の一端側に取り付けられ、
前記第２中立復帰ユニットは、前記操作レバーが前記中立位置にある場合に、前記ユニバーサルジョイントと同じ高さに回動支点が配置される第４取付ジョイントを介して前記機械前後方向の他端側に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の電気式操作レバー装置。