JP2024049877A - ステアリング装置および作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】操作が容易なステアリング装置および作業車両を提供する。【解決手段】ロッド４５ｃは、ブラケット４５ａを介在してフロントフレーム２ａに回動可能に接続されている。リンク部材４５ｅは、第１端部４５ｅ１においてロッド４５ｃに回動可能に接続され、第２端部４５ｅ２において回転軸４５ｆを有する。伝達部材ＴＭは、リンク部材４５ｅの回転時における回転軸４５ｆの回転方向を維持しながらベース部材４３に回転力を伝達する。上面視において、フロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対してアーティキュレートにより第１方向に回転する場合、リンク部材４５ｅは第１方向と逆方向である第２方向に回転する。【選択図】図５

Description

本開示は、ステアリング装置および作業車両に関する。

特開２０２０－２６２３０号公報（特許文献１）および特開２０２０－２６２３３号公報（特許文献２）には、フロントフレームとリアフレームとが連結されたアーティキュレート式の作業車両におけるステアリング装置が開示されている。当該ステアリング装置においては、リアフレームに対するフロントフレームの回動角度に基づく回転が逆転ギアにより逆方向の回転とされてベース部材に伝達される。

特開２０２０－２６２３０号公報 特開２０２０－２６２３３号公報

これらの公報に記載のステアリング装置においては、レバーユニットに上記逆転ギアが付いてる。この逆転ギアにおけるバックラッシュにより操作レバーの中立位置における遊びが大きくなり、作業車両の操作が難しくなる。

本開示の目的は、操作が容易なステアリング装置および作業車両を提供することである。

本開示のステアリング装置は、リアフレームと、リアフレームに対してアーティキュレートするように接続されたフロントフレームとを有する作業車両のステアリング装置である。このステアリング装置は、レバーユニットと、ロッドと、リンク部材と、伝達部材とを備えている。レバーユニットは、ベース部材を含む。ロッドは、フロントフレームに回動可能に接続されている。リンク部材は、第１端部と第２端部とを有し、第１端部においてロッドに回動可能に接続され、第２端部において回転軸を有する。伝達部材は、リンク部材の回転時における回転軸の回転方向を維持しながらベース部材に回転力を伝達する。上面視において、フロントフレームがリアフレームに対してアーティキュレートにより第１方向に回転する場合、リンク部材は回転軸を中心として第１方向と逆方向である第２方向に回転するよう構成されている。

本開示の作業車両は、リアフレームと、フロントフレームと、レバーユニットと、ロッドと、リンク部材と、伝達部材とを備えている。フロントフレームは、リアフレームに対してアーティキュレートするように接続されている。レバーユニットは、ベース部材を含む。ロッドは、フロントフレームに回動可能に接続されている。リンク部材は、第１端部と第２端部とを有し、第１端部においてロッドに回動可能に接続され、第２端部において回転軸を有する。伝達部材は、リンク部材の回転時における回転軸の回転方向を維持しながらベース部材に回転力を伝達する。上面視において、フロントフレームがリアフレームに対してアーティキュレートにより第１方向に回転する場合、リンク部材は回転軸を中心として第１方向と逆方向である第２方向に回転するよう構成されている。

本開示によれば、操作が容易なステアリング装置および作業車両を実現することができる。

作業車両の一例としてのホイールローダの側面図である。 図１に示すホイールローダにおけるキャブ内の構成を示す図である。 図１に示すホイールローダにおけるステアリングシステムを示す図である。 実際の車体フレーム角度θs_realの情報をレバーユニットのベース部材へ伝達する伝達機構の構成を示す斜視図である。 図４に示す伝達機構の構成を示す側面図（Ａ）および上面図（Ｂ）である。 伝達機構の変形例の構成を示す上面図である。 図１に示すホイールローダにおけるステアリング装置の操作と車体フレームの状態を示す図（Ａ）～（Ｆ）である。 レバーユニットを跳ね上げた様子を示す側面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、実施の形態と変形例との少なくとも一部は、互いに任意に組み合わされてもよい。

＜ホイールローダ１の全体構成＞
実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ１について説明する。図１は、作業機械の一例としてのホイールローダの側面図である。図２は、図１に示すホイールローダにおけるキャブ内の構成を示す図である。

図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置４と、キャブ５とを備えている。車体フレーム２、キャブ５などからホイールローダ１の車体が構成されている。ホイールローダ１の車体には、作業機３および走行装置４が取り付けられている。ホイールローダ１の本体は、車体と、走行装置４とを有している。

走行装置４は、ホイールローダ１の車体を走行させるものであり、走行輪４ａ，４ｂを含んでいる。ホイールローダ１は、車体の左右方向の両側に走行用回転体として走行輪４ａ，４ｂを備える装輪車両である。ホイールローダ１は、走行輪４ａ，４ｂが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。

本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ１の左右方向とは、平坦な地面上にあるホイールローダ１を平面視したときに前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

車体フレーム２は、フロントフレーム２ａとリアフレーム２ｂとを含んでいる。フロントフレーム２ａは、リアフレーム２ｂの前方に配置されている。フロントフレーム２ａとリアフレーム２ｂとは、連結軸２ｃ（図３）により、互いに左右方向に回動可能（アーティキュレート可能）に連結されている。

フロントフレーム２ａとリアフレーム２ｂとに亘って、一対のステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂが取り付けられている。ステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの各々は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂがステアリングポンプからの作動油によって伸縮することによって、ホイールローダ１の進行方向が左右に変更される。

フロントフレーム２ａとリアフレーム２ｂとにより、アーティキュレート構造の車体フレーム２が構成されている。ホイールローダ１は、フロントフレーム２ａとリアフレーム２ｂとが屈曲動作可能に連結されたアーティキュレート式の作業機械である。

フロントフレーム２ａには、作業機３および一対の走行輪（前輪）４ａが取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の本体の前方に取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の車体によって支持されている。作業機３は、ブーム１４と、バケット６とを含んでいる。バケット６は、作業機３の先端に配置されている。バケット６は、掘削・積込用の作業具である。

ブーム１４の基端部は、ブームピン９によってフロントフレーム２ａに回転自在に取付けられている。バケット６は、ブーム１４の先端に位置するバケットピン１７によって、回転自在にブーム１４に取付けられている。

作業機３は、ベルクランク１８と、リンク１５とをさらに含んでいる。ベルクランク１８は、ブーム１４のほぼ中央に位置する支持ピン１８ａによって、ブーム１４に回転自在に支持されている。リンク１５は、ベルクランク１８の先端部に設けられた連結ピン１８ｃに連結されている。リンク１５は、ベルクランク１８とバケット６とを連結している。

フロントフレーム２ａとブーム１４とは、一対のブームシリンダ１６により連結されている。ブームシリンダ１６は、油圧シリンダである。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を、ブームピン９を中心として上下に回転駆動する。ブームシリンダ１６の基端は、フロントフレーム２ａに取り付けられている。ブームシリンダ１６の先端は、ブーム１４に取り付けられている。

バケットシリンダ１９は、ベルクランク１８とフロントフレーム２ａとを連結している。バケットシリンダ１９の基端は、フロントフレーム２ａに取り付けられている。バケットシリンダ１９の先端は、ベルクランク１８の基端部に設けられた連結ピン１８ｂに取り付けられている。バケットシリンダ１９は、バケット６をブーム１４に対し上下に回動させる油圧アクチュエータである。

リアフレーム２ｂには、オペレータが搭乗するキャブ５、および一対の走行輪（後輪）４ｂが取り付けられている。箱状のキャブ５は、ブーム１４の後方に配置されている。キャブ５は、車体フレーム２上に載置されている。キャブ５は、リアフレーム２ｂ上に載置されている。

図２に示されるように、キャブ５内には、ホイールローダ１のオペレータが着座する運転席７が配置されている。運転席７の側方には、操作レバー４１と、コンソールボックス１２と、アームレスト１３とが配置されている。

操作レバー４１は、たとえばステアリング操作のための操作レバーであって、オペレータにより操作される。操作レバー４１は、コンソールボックス１２の前先端部から上方に向かって延びるように配置されている。

アームレスト１３は、運転席７に着座したオペレータが自らの肘を載せる部分である。アームレスト１３は、操作レバー４１の後方であって、コンソールボックス１２の上側に配置されている。この配置により、運転席７に着座したオペレータは、たとえば左手の肘をアームレスト１３に載せた状態で、左手で操作レバー４１を把持して操作することができる。

＜ステアリングシステム１０＞
次に、図１に示すホイールローダにおけるステアリングシステム１０について図３を用いて説明する。

図３は、図１に示すホイールローダにおけるステアリングシステムを示す図である。図３に示されるように、本実施形態のステアリングシステム１０は、調整機構２１と、ステアリング装置２２と、コントローラ２３と、車速センサ２４とを有している。

調整機構２１は、ステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの駆動出力を調整する。ステアリング装置２２は、操作レバー４１などを有し、オペレータによってホイールローダ１のステアリングの回動指示角度が入力される。コントローラ２３は、ステアリング装置２２に入力されたステアリングの回動指示角度に基づいて、調整機構２１にステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの駆動出力を調整する指示を行う。車速センサ２４は、ホイールローダ１の車速Ｖを検出して検出信号としてコントローラ２３に送信する。

なお、図３では、電気に基づいた信号の伝達について点線で示し、油圧に基づいた伝達について実線で示す。また、センサによる検出については二点鎖線で示す。

（調整機構２１）
図３に示されるように、調整機構２１は、ステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂに供給する油の流量を調整する。調整機構２１は、油圧バルブ３１と、メインポンプ３２と、電磁パイロットバルブ３３と、パイロットポンプ３４とを有している。

油圧バルブ３１は、入力されるパイロット圧に応じてステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂに供給される油の流量を調整する流量調整弁である。油圧バルブ３１には、たとえばスプール弁が用いられる。メインポンプ３２は、ステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂを作動する作動油を油圧バルブ３１に供給する。

油圧バルブ３１は、左ステアリング位置、中立位置、および右ステアリング位置に移動可能な弁体（図示せず）を有している。油圧バルブ３１において弁体が左ステアリング位置に配置されている場合、ステアリングシリンダ１１ａが収縮し、ステアリングシリンダ１１ｂが伸長して、実際の車体フレーム角度θs_realが小さくなり車体は左に曲がる。

油圧バルブ３１において弁体が右ステアリング位置に配置されている場合、ステアリングシリンダ１１ｂが収縮し、ステアリングシリンダ１１ａが伸長して、実際の車体フレーム角度θs_realが大きくなり車体は右に曲がる。油圧バルブ３１において弁体が中立位置に配置されている場合は、実際の車体フレーム角度θs_realは変化しない。

なお実際の車体フレーム角度θs_realは、ホイールローダ１が直進する時には０（ゼロ）°であり、右方向へ進行する時には正の値であり、左方向へ進行する時には負の値である。

電磁パイロットバルブ３３は、コントローラ２３からの指令に応じて油圧バルブ３１に供給するパイロット油の流量または圧力を調整する流量調整弁である。パイロットポンプ３４は、油圧バルブ３１を作動させる作動油を電磁パイロットバルブ３３に供給する。電磁パイロットバルブ３３は、たとえばスプールバルブなどであって、コントローラ２３からの指令にしたがって制御される。

電磁パイロットバルブ３３は、左パイロット位置、中立位置、および右パイロット位置に移動可能な弁体（図示せず）を有する。電磁パイロットバルブ３３において弁体が左パイロット位置に配置されている場合、油圧バルブ３１は左ステアリング位置の状態をとる。電磁パイロットバルブ３３において弁体が右パイロット位置に配置されている場合、油圧バルブ３１は右ステアリング位置の状態をとる。電磁パイロットバルブ３３において弁体が中立位置に配置されている場合、油圧バルブ３１は中立位置の状態をとる。

以上のように、コントローラ２３からの指令に応じて電磁パイロットバルブ３３からのパイロット圧またはパイロット流量が制御されることにより、油圧バルブ３１が制御されてステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂが制御される。

（コントローラ２３）
図３に示されるように、コントローラ２３は、プロセッサおよびメモリなど（図示せず）を有している。以下の処理などは、プロセッサを用いて行われる。

コントローラ２３には、レバー角度センサ４６の検出値θi_detectと、車体フレーム角度センサ４７の検出値θs_detectと、車速センサ２４によって検出された車速Ｖ_detectが入力される。コントローラ２３は、これらの値に基づいて電磁パイロットバルブ制御電流出力ｉを出力し、電磁パイロットバルブ３３を制御する。

コントローラ２３は、検出されたレバー角度の検出値θi_detectと、車体フレーム角の検出値θs_detectと、車速センサ２４による検出信号Ｖ_detectとに基づいて電磁パイロットバルブ制御電流出力ｉを決定する。コントローラ２３は、決定した電磁パイロットバルブ制御電流出力ｉに基づいて、電磁パイロットバルブ３３に指令を行う。

（ステアリング装置２２）
図３に示されるように、ステアリング装置２２は、レバーユニット２５と、伝達機構４５と、レバー角度センサ４６と、車体フレーム角度センサ４７とを有している。

［レバーユニット２５］
レバーユニット２５は、操作レバー４１と、支持部４２と、ベース部材４３と、付勢部材４４と、規制部４８とを有している。

支持部４２は、コンソールボックス１２のフレーム１２ｆに固定されている。支持部４２は、コンソールボックス１２のフレームの一部であってもよい。

ベース部材４３は、支持部４２に回動可能に支持されている。ベース部材４３は、軸４３ａを有している。軸４３ａは、支持部４２に回動可能に支持されている。これによりベース部材４３は、軸４３ａを中心に支持部４２に対して回動することが可能である。また、支持部４２が軸を有し、ベース部材４３に貫通孔が形成され、支持部４２の軸がベース部材４３の貫通孔を挿通するような構成によっても、ベース部材４３が支持部４２に対して回動可能に構成することができる。

操作レバー４１は、ベース部材４３または支持部４２に対して回動可能に配置されている。操作レバー４１は、たとえば、その基端部に貫通孔が形成され、軸４３ａが貫通孔に挿入されることにより、ベース部材４３に対して回動可能に構成される。また、支持部４２が軸を有し、その軸が操作レバー４１の基端部の貫通孔を挿通することにより、支持部４２に対して操作レバー４１が回動可能に構成することができる。

付勢部材４４は、たとえばバネ部材であって、操作レバー４１とベース部材４３との間に介在している。付勢部材４４は、操作レバー４１をベース部材４３に対してベース基準位置４３ｂに付勢する。操作レバー４１は、ベース基準位置４３ｂから右方向に回動させた場合およびベース基準位置４３ｂから左方向に回動させた場合の双方に対して反力を付与する。オペレータが操作レバー４１を把持していない状態では、操作レバー４１は左右の回動方向からの付勢力によってベース基準位置４３ｂに位置する。

規制部４８は、ベース部材４３に設けられている。規制部４８は、当接部４８１、４８２を有している。当接部４８１、４８２は、操作レバー４１のベース部材４３に対する回動範囲を所定角度範囲内に規制する。操作レバー４１の長手方向がベース基準位置４３ｂに配置されている状態が、操作レバー４１のベース部材４３に対する回動角度がゼロの状態とされる。操作レバー４１がベース部材４３に対して右方向に回動された場合、操作レバー４１のベース部材４３に対する回動角度はプラスで表わされる。操作レバー４１がベース部材４３に対して左方向に回動された場合、操作レバー４１のベース部材４３に対する回動角度はマイナスで表わされる。操作レバー４１のベース部材４３に対する実際の相対角度はθr_realで示されている。

操作レバー４１をベース部材４３に対して右方向Ｙｒに回動し、ベース部材４３に対する操作レバー４１の実際の相対角度θr_realがθ１（正の値）に達すると、操作レバー４１は、ベース部材４３の当接部４８１に当接し、それ以上右方向に回動できなくなる。また、操作レバー４１をベース部材４３に対して左方向Ｙｌに回動し、相対角度θr_realがθ１’（負の値）に達すると、操作レバー４１は、ベース部材４３の当接部４８２に当接し、それ以上左方向に回動できなくなる。すなわち操作レバー４１は、ベース部材４３に対してθ１’～θ１の角度の範囲内で回動可能に設定されている。所定角度θ１’、θ１はたとえば－１０度、１０度に設定されている。所定角度θ１の絶対値と所定角度θ１’の絶対値は同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。

また、操作レバー４１は、ベース部材４３に加えて支持部４２によっても規制される。支持部４２は、操作レバー４１が当接する当接部４９を有している。当接部４９は、右側当接部分４９１および左側当接部分４９２を有している。支持部４２は、支持基準位置４２ｂに対してθ２’（負の値）～θ２（正の値）の所定角度の範囲内でベース部材４３を規制する。所定角度θ２’、θ２の値はたとえば、－２０度、２０度に設定されている。所定角度θ２の絶対値と所定角度θ２’の絶対値は同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。

伝達機構４５によりフロントフレーム２ａとベース部材４３とが接続されている。これにより伝達機構４５を介在して、リアフレーム２ｂに対するフロントフレーム２ａの回動角度である実際の車体フレーム角度θs_realの情報がベース部材４３に機械的に入力される。これにより、実際の車体フレーム角度θs_realに基づいた回動角度がベース部材４３に伝達される。

［レバー角度センサ４６］
レバー角度センサ４６は、たとえばポテンショメータによって構成されている。レバー角度センサ４６は、支持部４２に対する操作レバー４１の実際のレバー角度θi_realをレバー角度の検出値θi_detectとして検出する。

操作レバー４１の長手方向が支持基準位置４２ｂに維持されている状態では、実際の車体フレーム角度θs_realは０°となるように調整機構２１によって制御される。この状態では、フロントフレーム２ａはリアフレーム２ｂに対して前後方向に沿って配置される状態となる。

操作レバー４１が支持基準位置４２ｂに配置されている状態は、操作レバー４１の支持部４２に対する回動角度がゼロの状態とされる。操作レバー４１が支持部４２に対して右方向に回動された場合、操作レバー４１の支持部４２に対する回動角度はプラスで表わされる。操作レバー４１が支持部４２に対して左方向に回動された場合、操作レバー４１の支持部４２に対する回動角度はマイナスで表わされる。

操作レバー４１の支持基準位置４２ｂからの実際のレバー角度θi_realに対応した実際の車体フレーム角度θs_realになるようにコントローラ２３による制御が行われる。なお、ベース部材４３の支持部４２に対する実際のベース角度はθb_realとされる。実際のベース角度θb_realは、ベース部材４３のベース基準位置４３ｂの支持基準位置４２ｂからの回動角度に相当する。

また、ベース基準位置４３ｂが支持基準位置４２ｂに配置されている状態は、ベース部材４３の支持部４２に対する回動角度がゼロの状態とされる。ベース部材４３が支持部４２に対して右方向に回動された場合、ベース部材４３の支持部４２に対する回動角度はプラスで表わされる。ベース部材４３が支持部４２に対して左方向に回動された場合、ベース部材４３の支持部４２に対する回動角度はマイナスで表わされる。

［車体フレーム角度センサ４７］
車体フレーム角度センサ４７は、実際の車体フレーム角度θs_realを車体フレーム角度の検出値θs_detectとして検出する。車体フレーム角度センサ４７は、ステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの間に配置されている連結軸２ｃの近傍または後述する伝達機構４５に含まれるベース部材４３のベース部材用軸４５ｎに配置されている。車体フレーム角度センサ４７は、たとえばポテンショメータによって構成されている。車体フレーム角度センサ４７は、検出した車体フレーム角度の検出値θs_detectを検出信号としてコントローラ２３に送る。

なお、ステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの各々に、シリンダのストロークを検出するシリンダストロークセンサが設けられてもよい。これらシリンダストロークセンサの検出値がコントローラ２３に送られることにより、車体フレーム角度の検出値θs_detectが検出されてもよい。

また、後述する伝達機構４５によって、車体フレーム角度θs_realと、支持部４２に対するベース部材４３の回動角度であるベース角度θb_realとは対応する位置関係になる。このため、車体フレーム角度センサ４７がベース部材４３の軸４３ａに設けられてもよい。支持部４２に対するベース部材４３の回動角度を検出することで、車体フレーム角度を検出することができるためである。

［伝達機構４５］
図４は、実際の車体フレーム角度θs_realの情報をレバーユニットのベース部材へ伝達する伝達機構の構成を示す斜視図である。図５は、図４に示す伝達機構の構成を示す側面図（Ａ）および上面図（Ｂ）である。

図４に示されるように、伝達機構４５は、実際の車体フレーム角度θs_realの情報をベース部材４３に伝達し、実際の車体フレーム角度θs_realに対応した位置にベース部材４３を回動させる。

伝達機構４５は、リンクを含む機構である。伝達機構４５は、回転軸４５ｂと、ロッド４５ｃと、接続部４５ｄと、リンク部材４５ｅと、回転軸４５ｆと、伝達部材ＴＭとを有している。

フロントフレーム２ａには、たとえばボルトなどによりブラケット４５ａが取り付けられている。ブラケット４５ａは、フロントフレーム２ａに対して位置が固定されている。ブラケット４５ａは、フロントフレーム２ａの上面から上方へ立ち上がっている。

ロッド４５ｃは、プッシュプルロッドである。ロッド４５ｃは、回転軸４５ｂを介在してブラケット４５ａに接続されている。これによりロッド４５ｃは、ブラケット４５ａに回動可能に接続されている。回転軸４５ｂはたとえば上下方向に延びている。これによりロッド４５ｃは、フロントフレーム２ａに対して、たとえば前後左右の平面内で回動可能である。

リンク部材４５ｅは、たとえば平板などからなっている。リンク部材４５ｅは、その長手方向において互いに対向する第１端部４５ｅ１と第２端部４５ｅ２とを有している。リンク部材４５ｅは、第１端部４５ｅ１において接続部４５ｄを介在してロッド４５ｃに接続されている。接続部４５ｄはたとえばボールジョイントよりなっている。これによりリンク部材４５ｅは、ロッド４５ｃに対して回動可能である。

リンク部材４５ｅは、第２端部４５ｅ２に回転軸４５ｆを有している。回転軸４５ｆは、リンク部材４５ｅから上方に延びている。回転軸４５ｆはリンク部材４５ｅに取付固定されており、リンク部材４５ｅに対して位置を固定されている。このためリンク部材４５ｅが回転すると回転軸４５ｆもリンク部材４５ｅとともに回転する。

伝達部材ＴＭは、リンク部材４５ｅの回転時における回転軸４５ｆの回転方向を維持しながらベース部材４３（図３）に回転力を伝達する。伝達部材ＴＭは、第１軸４５ｈと、回動部４５ｊと、第２軸４５ｌと、ベース部材用軸４５ｎと、自在継手４５ｇ、４５ｉ、４５ｋ、４５ｍとを有している。

第１軸４５ｈは、回転軸４５ｆおよび自在継手４５ｇを介在してリンク部材４５ｅの第２端部４５ｅ２に接続されている。回転軸４５ｆと第１軸４５ｈとの間に自在継手４５ｇが接続されている。これにより第１軸４５ｈは回転軸４５ｆとともに回動可能であり、第１軸４５ｈと回転軸４５ｆとの接合角度は変化可能である。第１軸４５ｈは、たとえばテレスコピックの構造を有している。これにより第１軸４５ｈは、軸方向に伸縮可能である。

回動部４５ｊは、自在継手４５ｉを介在して第１軸４５ｈに接続されている。これにより回動部４５ｊは第１軸４５ｈとともに回動可能であり、回動部４５ｊと第１軸４５ｈとの接合角度は変化可能である。

第２軸４５ｌは、自在継手４５ｋを介在して回動部４５ｊに接続されている。これにより第２軸４５ｌは回動部４５ｊとともに回動可能であり、回動部４５ｊと第２軸４５ｌとの接合角度は変化可能である。第２軸４５ｌは、たとえばテレスコピックの構造を有している。これにより第２軸４５ｌは、軸方向に伸縮可能である。

ベース部材用軸４５ｎは、自在継手４５ｍを介在して第２軸４５ｌに接続されている。これによりベース部材用軸４５ｎは第２軸４５ｌとともに回動可能であり、第２軸４５ｌとベース部材用軸４５ｎとの接合角度は変化可能である。ベース部材用軸４５ｎは、ベース部材４３に固定されている。これによりベース部材４３はベース部材用軸４５ｎとともに回転する。

図５（Ａ）に示されるように、伝達機構４５はキャブ５の外部に配置された部分と、キャブ５の内部に配置された部分とを有している。伝達機構４５の回転軸４５ｂ、ロッド４５ｃ、接続部４５ｄおよびリンク部材４５ｅは、キャブ５の外部であって、キャブ５の下方に配置されている。

回転軸４５ｆは、キャブ５の外部と内部との双方に亘って配置されている。回転軸４５ｆは、キャブ５の床５Ｆの貫通孔に挿入されている。回転軸４５ｆは、キャブ５の床５Ｆに軸受を介在して取り付けられている。これにより回転軸４５ｆはキャブ５の床５Ｆに対して回動可能である。

伝達機構４５の伝達部材ＴＭはキャブ５の内部に配置されている。伝達機構４５の自在継手４５ｇは、キャブ５の内部に位置する回転軸４５ｆの端部（上端部）に接続されている。伝達機構４５の自在継手４５ｋ、第２軸４５ｌ、自在継手４５ｍおよびベース部材用軸４５ｎは、コンソールボックス１２の内部に配置されている。

なおコンソールボックス１２は、軸ＢＣを中心として回動可能である。これによりコンソールボックス１２は、オペレータが操作レバーを操作するための操作状態と、コンソールボックスが跳ね上げられた跳ね上げ状態との間で回動する。

図５（Ｂ）に示されるように、上面視において、アーティキュレートによりフロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対して回転する第１方向は、リンク部材４５ｅが回転軸４５ｆを中心に回転する第２方向とは逆方向である。上面視において、フロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対して連結軸２ｃを中心にたとえば反時計回りＲ１に回転する場合、リンク部材４５ｅは回転軸４５ｆを中心に時計回りＲ３に回転する。また上面視において、フロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対して連結軸２ｃを中心にたとえば時計回りＲ２に回転する場合、リンク部材４５ｅは回転軸４５ｆを中心に反時計回りＲ４に回転する。

上面視において、回転軸４５ｆは、ロッド４５ｃに対して、リアフレーム２ｂとフロントフレーム２ａとのアーティキュレート中心ＡＣの反対側に位置している。ここで、アーティキュレート中心ＡＣとは、連結軸２ｃの軸中心を意味する。本実施形態においては、回転軸４５ｆがロッド４５ｃに対して左側（図５（Ｂ）中下側）に位置し、アーティキュレート中心ＡＣはロッド４５ｃに対して右側（図５（Ｂ）中上側）に位置する。

上面視において、ロッド４５ｃとリンク部材４５ｅとの接続部４５ｄから回転軸４５ｆまでの距離ＬＢは、アーティキュレート中心ＡＣからロッド４５ｃとフロントフレーム２ａ（ブラケット４５ａ）との接続部（回転軸４５ｂ）までの距離ＬＡよりも大きい。

なお図５（Ｂ）においては上面視においてブラケット４５ａがアーティキュレート中心ＡＣに対して左に配置された場合について説明したが、図６に示されるように、上面視においてブラケット４５ａはアーティキュレート中心ＡＣに対して右に配置されてもよい。図６に示される構成においては、回転軸４５ｆがロッド４５ｃに対して右側（図６中上側）に位置し、アーティキュレート中心ＡＣはロッド４５ｃに対して左側（図６中下側）に位置している。

上述したように伝達部材ＴＭは、リンク部材４５ｅの回転時における回転軸４５ｆの回転方向を維持しながらベース部材４３（図３）に回転力を伝達する。ここで「回転方向」とは、回転する部材において回転力が伝えられる先（伝達先）の端部から回転力を伝える元（伝達元）の端部を見た場合の回転方向を意味する。

たとえば図５（Ｂ）に示される状態の場合、上面視においてフロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対して左側（反時計回りＲ１）に回動し、リンク部材４５ｅが時計回りＲ３に回動した場合、第１軸４５ｈも上面視で時計回りに回動し、第２軸４５ｌおよびベース部材用軸４５ｎも前面視において時計回りに回動する。これによりベース部材４３も前面視において時計回り（図３における左側）に回動する。

また、たとえば図５（Ｂ）に示される状態の場合、上面視においてフロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対して右側（時計回りＲ２）に回動し、リンク部材４５ｅが反時計回りＲ３に回動した場合、第１軸４５ｈも上面視で反時計回りに回動し、第２軸４５ｌおよびベース部材用軸４５ｎも前面視において反時計回りに回動する。これによりベース部材４３も前面視において反時計回り（図３における右側）に回動する。

なお上記において「上面視」とは、ホイールローダ１の上方から下方を見る視点を意味する。また上記において「前面視」とは、ホイールローダ１を前方から後方を見る視点を意味する。

＜ホイールローダ１の制御動作＞
次に、本実施の形態のホイールローダ１の制御動作について説明する。

図７（Ａ）～図７（Ｆ）は、ステアリング装置の操作と車体フレームの状態を示す図である。

図７（Ａ）に示されるように、ベース部材４３のベース基準位置４３ｂは支持部４２の支持基準位置４２ｂに一致している。また操作レバー４１の長手方向も支持基準位置４２ｂに一致している。

図３に示されるように、この状態（初期位置ともいう）においては、操作レバー４１による実際のレバー角度θi_realはゼロである。このとき、電磁パイロットバルブ３３は中立位置の状態となっている。また油圧バルブ３１も中立位置となっている。このため、左右のステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの油の供給または排出が行われておらず、実際の車体フレーム角度θs_realはゼロに維持される。このように、実際の車体フレーム角度θs_realもゼロであるため、ベース部材４３も初期位置に位置している。

そして、オペレータが操作レバー４１を支持基準位置４２ｂからたとえば右側に回転させるために操作力を加える。この操作力が付勢部材４４の初期付勢力を越えると、図７（Ｂ）に示されるように、操作レバー４１が右方向に回転して実際のレバー角度θi_realが増大する。なお、右方向に移動させるにしたがって、ベース部材４３との相対角度θr_realが増大するため、付勢部材４４によって操作レバー４１に付与される反力は大きくなる。

レバー角度センサ４６（図３）は、オペレータによって操作された操作レバー４１の実際のレバー角度θi_realをレバー角度の検出値θi_detectとして検出する。次に、車体フレーム角度センサ４７（図３）は、実際の車体フレーム角度θs_realを車体フレーム角度の検出値θs_detectとして検出する。

このとき、左右のステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの反応の遅れのために、実際の車体フレーム角度θs_realはゼロの状態である。このため、車体フレーム角度センサ４７による検出値である車体フレーム角度の検出値θs_detectはゼロとなっている。実際の車体フレーム角度θs_realがほぼゼロであるため、ベース部材４３も回動していない。そのため、図７（Ｂ）に示されるように、操作レバー４１を右方向に回動した状態では、操作レバー４１は、ベース部材４３のベース基準位置４３ｂに対して右方向に回動した状態となっている。また、付勢部材４４によって、操作レバー４１は、ベース基準位置４３ｂ（図７（Ｂ）の状態では支持基準位置４２ｂともいえる）に戻るように付勢されている。

次に、コントローラ２３（図３）が、検出されたレバー角度の検出値θi_detectと、車体フレーム角の検出値θs_detectと、車速センサ２４による検出信号Ｖ_detectとに基づいて電磁パイロットバルブ制御電流出力ｉを決定する。コントローラ２３は、決定した電磁パイロットバルブ制御電流出力ｉに基づいて、電磁パイロットバルブ３３に指令を行う。

操作レバー４１を右回転させたため、電磁パイロットバルブ３３は右パイロット位置をとり、電磁パイロットバルブ３３によって制御されたパイロット圧が油圧バルブ３１に供給される。パイロット圧の供給により、油圧バルブ３１は右ステアリング位置をとり、ステアリングシリンダ１１ａを伸長させ、ステアリングシリンダ１１ｂを収縮させるようにステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂにメイン油圧が供給される。

これにより実際の車体フレーム角度θs_realが除々に増大し、フロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対して右方向に回動する。この実際の車体フレーム角度θs_realの変化は、伝達機構４５を介してベース部材４３の角度に反映される。

すなわち、図７（Ｃ）に示されるように、車体フレーム角度θs_realに対応した位置にベース部材４３の角度も回動する。このように、ベース部材４３が操作レバー４１の回動位置に向かって回動すると、実際のレバー角度θi_realと実際のベース角度θb_realとの偏差角度θr_realが小さくなるため、付勢部材４４による付勢力は小さくなる。

図７（Ｄ）に示されるように、オペレータが操作レバー４１を所定の実際のレバー角度θi_real＝θａで停止させると、実際の車体フレーム角度θs_realは除々に増大しているため、差分角度θdiffは小さくなる。

そして、図７（Ｅ）に示されるように、実際の車体フレーム角度θs_realが動いてベース角度θb_realがθａとなると、差分角度θdiffがゼロになる。このとき、電磁パイロットバルブ３３は中立位置をとり、油圧バルブ３１も中立位置となる。このため、左右のステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂへの油の供給または排出は行われていない。またベース角度θb_realは車体フレーム角度θs_realと比例関係を有しているため、この比例関係に基づいて回転角θａを変換したθｃに、実際の車体フレーム角度θs_realは維持される。また、図７（Ｅ）に示されるように、ベース部材４３も支持部４２に対してθａ分、右方向に回動し、操作レバー４１が、ベース部材４３のベース基準位置４３ｂに位置する。

次に、オペレータが操作レバー４１を右側位置（θi_real＝θａ）から支持基準位置４２ｂ（θi_real＝ゼロ）に向けて戻す。図７（Ｆ）に示されるように、操作レバー４１が支持基準位置４２ｂに位置するように操作レバー４１が左回転される。

なお、操作レバー４１を支持部４２に対して支持基準位置４２ｂに戻す前（図７（Ｅ）に示す状態）は、操作レバー４１とベース部材４３との位置関係は、図７（Ａ）と同様の位置関係となっている。そのため、操作レバー４１を動かす際には、動き出しの反力は初期位置からの動き出しと同じ反力となっている。すなわち、本実施形態では、ベース部材４３が実際の車体フレーム角度θs_realに対応した位置に回動するため、操作レバー４１の位置にかかわらず電磁パイロットバルブ３３の状態（中間位置、右パイロット位置、左パイロット位置）に対応して、操作に対して付与される反力が決められる。

操作レバー４１が支持基準位置４２ｂに位置するように左回転されるとき、左右のステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂの反応の遅れのために、実際の車体フレーム角度θs_realはθｃの状態である。また、実際の車体フレーム角度θs_realと同様に実際のベース角度θb_realはθａであるため、付勢部材４４は、図７（Ｆ）の状態になるようにベース部材４３に対して操作レバー４１を付勢している。

上記のように実際の車体フレーム角度θs_realがθｃの状態であるため、差分角度θdiffはゼロから減少してマイナスになる。すると、電磁パイロットバルブ３３は、左パイロット位置をとり、油圧バルブ３１にパイロット圧が供給され、油圧バルブ３１が左ステアリング位置をとる。これにより、ステアリングシリンダ１１ｂが伸長し、ステアリングシリンダ１１ａが収縮するように油圧が供給される。

この油圧の供給により実際の車体フレーム角度θs_realが回転角θｃから除々に減少する。この実際の車体フレーム角度θs_realの変化は、伝達機構４５を介してベース部材４３に反映され、実際の車体フレーム角度θs_realの変化と同様に、ベース部材４３も回動する。

そして、実際の車体フレーム角度θs_realがゼロになると、実際のレバー角度θi_real（＝０）との差分がゼロとなる。このとき、電磁パイロットバルブ３３は中立位置をとり、油圧バルブ３１も中立位置となっている。このため、左右のステアリングシリンダ１１ａ、１１ｂへの油の供給または排出が行われておらず、実際の車体フレーム角度θs_realもゼロに戻って維持される。これによって、フロントフレーム２ａはリアフレーム２ｂに対して前後方向に沿った向きに戻される。

また、実際の車体フレーム角度θs_realの減少とともに、実際のベース角度θb_realもゼロになるようにベース部材４３は回動し、図７（Ａ）に示すような初期位置（θb_real＝０）に戻る。

なお、操作レバー４１を左側に回転させた場合は、上記と同様であるため省略する。

＜効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態においては図５（Ｂ）に示されるように、上面視において、フロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対してアーティキュレートにより回転する方向とリンク部材４５ｅが回転軸４５ｆを中心に回転する方向とは互いに逆方向である。また伝達部材ＴＭは、回転軸４５ｆの回転方向を維持しながらベース部材４３に回転力を伝達する。このため回動方向を逆転させる逆転ギアを用いることなく、フロントフレーム２ａの回動方向と同じ方向にベース部材４３を軸４３ａを中心として回転させることが可能となる。よって逆転ギアに起因したバックラッシュによる操作レバーの中立位置における遊びが大きくなることは防止でき、ホイールローダ１の操作が容易となる。

また逆転ギアが不要となるため、逆転ギアと逆転ギアを支持する軸受とを追加することによる重量の増加、コストの増加および配置スペースの増加を防止することができる。

また逆転ギアが大きく重い。このため逆転ギアを設けると、逆転ギアを収納するとコンソールボックス１２のサイズも大きくなるとともに重量も増加し、図８に示すようなコンソールボックス１２の跳ね上げが困難になる。しかし本実施形態においては逆転ギアが不要となるためコンソールボックス１２の跳ね上げも容易である。

また本実施形態においては図５（Ｂ）に示されるように、上面視において、回転軸４５ｆは、ロッド４５ｃに対してアーティキュレート中心ＡＣの反対側に位置している。このような各部材の配置とすることにより、上記のように上面視において、フロントフレーム２ａがリアフレーム２ｂに対してアーティキュレートにより回転する方向とリンク部材４５ｅが回転軸４５ｆを中心に回転する方向とを互いに逆方向にすることが可能となる。

フロントフレーム２ａは、リアフレーム２ｂに対して左右に４０°程度回動する。仮にベース部材４３がフロントフレーム２ａと同じように左右に４０°程度回動すると、人間の手の快適に使用できるねじり範囲を超えてしまう。

これについて本実施形態においては図５（Ｂ）に示されるように、上面視において、ロッド４５ｃとリンク部材４５ｅとの接続部４５ｄから回転軸４５ｆまでの距離ＬＢは、アーティキュレート中心ＡＣからロッド４５ｃとフロントフレーム２ａとの接続部４５ｄまでの距離ＬＡよりも大きく設定されている。これによりリンク比調整用ギアを別途設けることなく、リンク比を調整することができる。このためフロントフレーム２ａの回動角度よりもベース部材４３の回動角度を小さくすることができ、オペレータが快適に操作レバー４１を操作することが可能となる。

また本実施形態においては図５（Ｂ）に示されるように、第１軸４５ｈおよび第２軸４５ｌの各々は伸縮可能である。また伝達部材ＴＭにおける第１軸４５ｈと回動部４５ｊとの間および第２軸４５ｌと回動部４５ｊとの間の各々は自在継手４５ｉ、４５ｋにより接続されている。これにより図８に示されるように、回動部４５ｊ付近における伝達機構４５の変形の自由度が高くなり、コンソールボックス１２の跳ね上げが容易となる。コンソールボックス１２を跳ね上げることにより、キャブ５内におけるオペレータの移動通路を広く確保することができる。

また本実施形態においては図８に示されるように、コンソールボックス１２を跳ね上げる際のコンソールボックス１２の回動中心ＢＣが回動部４５ｊおよび自在継手４５ｉ、４５ｋの近くに配置されている。このため第１軸４５ｈおよび第２軸４５ｌがテレスコピック構造を有する場合における第１軸４５ｈおよび第２軸４５ｌの長さ変化を一定範囲内に抑えることができる。

また本実施形態においては図５（Ａ）に示されるように、第１軸４５ｈと回転軸４５ｆとの間および第２軸４５ｌとベース部材４３との間の各々は自在継手４５ｇ、４５ｍにより接続されている。これにより回転方向を維持しながらベース部材４３に回転力を伝達することが可能となる。

また本実施形態においては図５（Ａ）に示されるように、第１軸４５ｈおよび第２軸４５ｌの各々が伸縮可能であるため、運転席７のシートサスペンションの動きを吸収することができる。また第１軸４５ｈおよび第２軸４５ｌの各々が伸縮可能であるため、コンソールボックス１２の前後方向のスライド調整も可能となる。なお第１軸４５ｈおよび第２軸４５ｌの各々は、テレスコピックではなく、パンタグラフ式回転伝達機構を有していてもよい。

また本実施形態においては図５（Ａ）に示されるように、接続部４５ｄはたとえばボールジョイントよりなっている。このため車体フレーム２に対してビスカスマウントで半固定されたキャブ５が微少に動いた場合でも、キャブ５の振動を吸収することができる。

また本実施形態においては図８に示されるように、コンソールボックス１２が使用状態にある場合、第２軸４５ｌは後端で自在継手４５ｉ、４５ｋなどを介在して第１軸４５ｈに接続され、前端で自在継手４５ｍなどを介在してベース部材４３に接続されている。これにより第２軸４５ｌの後端側を起点としてコンソールボックス１２を跳ね上げることができる。このため、運転席７の前方に広い通路を確保することができ、通行が容易となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ホイールローダ、２ 車体フレーム、２ａ フロントフレーム、２ｂ リアフレーム、２ｃ 連結軸、３ 作業機、４ 走行装置、４ａ，４ｂ 走行輪、５ キャブ、５Ｆ 床、６ バケット、７ 運転席、９ ブームピン、１１ａ，１１ｂ ステアリングシリンダ、１０ ステアリングシステム、１２ コンソールボックス、１２ｆ フレーム、１３ アームレスト、１４ ブーム、１５ リンク、１６ ブームシリンダ、１７ バケットピン、１８ ベルクランク、１８ａ 支持ピン、１８ｂ，１８ｃ 連結ピン、１９ バケットシリンダ、２１ 調整機構、２２ ステアリング装置、２３ コントローラ、２４ 車速センサ、２５ レバーユニット、３１ 油圧バルブ、３２ メインポンプ、３３ 電磁パイロットバルブ、３４ パイロットポンプ、４１ 操作レバー、４２ 支持部、４３ ベース部材、４３ａ 軸、４４ 付勢部材、４５ 伝達機構、４５ａ ブラケット、４５ｂ，４５ｆ 回転軸、４５ｃ ロッド、４５ｄ 接続部、４５ｅ リンク部材、４５ｅ１ 第１端部、４５ｅ２ 第２端部、４５ｇ，４５ｉ，４５ｋ，４５ｍ 自在継手、４５ｈ 第１軸、４５ｊ 回動部、４５ｌ 第２軸、４５ｎ ベース部材用軸、４６ レバー角度センサ、４７ 車体フレーム角度センサ、４８ 規制部、４９，４８１，４８２ 当接部、４９１，４９２ 当接部分、ＡＣ アーティキュレート中心、ＢＣ 回動中心、ＴＭ 伝達部材。

Claims (6)

1. リアフレームと、前記リアフレームに対してアーティキュレートするように接続されたフロントフレームとを有する作業車両のステアリング装置であって、
   ベース部材を含むレバーユニットと、
   前記フロントフレームに回動可能に接続されたロッドと、
   第１端部と第２端部とを有し、前記第１端部において前記ロッドに回動可能に接続され、前記第２端部において回転軸を有するリンク部材と、
   前記リンク部材の回転時における前記回転軸の回転方向を維持しながら前記ベース部材に回転力を伝達する伝達部材と、を備え、
   上面視において、前記フロントフレームが前記リアフレームに対してアーティキュレートにより第１方向に回転する場合、前記リンク部材は前記回転軸を中心として前記第１方向と逆方向である第２方向に回転するよう構成されている、ステアリング装置。
2. 上面視において、前記回転軸は、前記ロッドに対して、前記リアフレームと前記フロントフレームとのアーティキュレート中心の反対側に位置している、請求項１に記載のステアリング装置。
3. 上面視において、前記ロッドと前記リンク部材との接続部から前記回転軸までの距離は、前記リアフレームと前記フロントフレームとのアーティキュレート中心から前記ロッドと前記フロントフレームとの接続部までの距離よりも大きい、請求項１に記載のステアリング装置。
4. 前記伝達部材は、第１軸と、回動部と、第２軸とを有し、
   前記第１軸および前記第２軸は伸縮可能であり、
   前記第１軸と前記回動部との間は第１自在継手により接続され、前記第２軸と前記回動部との間は第２自在継手により接続されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステアリング装置。
5. 前記第１軸と前記回転軸との間は第３自在継手により接続され、前記第２軸と前記ベース部材との間は第４自在継手により接続されている、請求項４に記載のステアリング装置。
6. リアフレームと、
   前記リアフレームに対してアーティキュレートするように接続されたフロントフレームと、
   ベース部材を含むレバーユニットと、
   前記フロントフレームに回動可能に接続されたロッドと、
   第１端部と第２端部とを有し、前記第１端部において前記ロッドに回動可能に接続され、前記第２端部において回転軸を有するリンク部材と、
   前記リンク部材の回転時における前記回転軸の回転方向を維持しながら前記ベース部材に回転力を伝達する伝達部材と、を備え、
   上面視において、前記フロントフレームが前記リアフレームに対してアーティキュレートにより第１方向に回転する場合、前記リンク部材は前記回転軸を中心として前記第１方向と逆方向である第２方向に回転するよう構成されている、作業車両。
   

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