JP4344836B2 - 電気式操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等に備えられ、オペレータによって操作される操作部材の揺動操作に伴って回動する回動アームと、この回動アームを中立に保持するねじりコイルばねとを備えた回転式ポテンショメータを有する電気式操作装置に関する。

この種の従来技術として特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に示される従来技術は、オペレータによって所定の一方向に、またはこの所定の一方向とは逆方向に揺動操作される操作部材すなわち操作レバーと、この操作レバーの揺動に伴って揺動するジンバル及びカムから成る揺動部材と、この揺動部材を支持する支持軸とを備えると共に、揺動部材の揺動に伴って回動する回動軸を有し、この回動軸の回動に応じた回動角信号を出力する回転式ポテンショメータを備えている。

また、支持軸に一体に設けられ、回転式ポテンショメータ方向に延設される延長アームと、この延長アームの回動領域が含まれる平面と平行な鉛直面内で回動可能にこの延長アームと連結されると共に、回転式ポテンショメータの回動軸に一体に設けた回動アームとを備えている。

さらに、回転式ポテンショメータの回動アームを中立位置に保持するねじりコイルばねと、回転式ポテンショメータの本体に設けられ、中立位置におけるねじりコイルばねのアーム部の動きを規制するストッパと、回動アームに設けられ、回動アームの回動に際しねじりコイルばねを拡開させる拡開部、すなわち突起状のストッパとを備えている。

このように構成される特許文献１に記載される従来技術は、操作レバーを例えば所定の一方向に揺動操作すると、支持軸を中心に延長アームが回動し、これに伴って回動アームが回動する。したがって、回動アームに一体に設けられた回転式ポテンショメータの回動軸が回転し、操作レバーの操作量に応じた回動角信号が出力される。この回動角信号に応じて、油圧ショベルに備えられるアームシリンダ等のアクチュエータが駆動されるようになっている。
特開２００３−１５７１２２公報

ところで、上述した特許文献１に示されるようなねじりコイルばねを備えた従来技術にあっては、以下に述べるような不具合が生じていた。

図８，９は従来技術において生じる不具合を説明する図であって、図８は操作時の状態を示す図、図９は中立復帰時の状態を示す図である。この図９の（ａ）図は所定の一方向に操作レバーを操作したときに生じる不具合を示す図、（ｂ）図は所定の一方向とは逆方向に操作レバーを操作したときに生じる不具合を示す図である。

図８は回転式ポテンショメータ付近を示しており、上述したように、回転式ポテンショメータ１１の本体に設けられる保持軸２０と、この保持軸２０にコイル部２１ｃが保持されるねじりコイルばね２１と、回転式ポテンショメータ１１の回動軸１３と、この回転式ポテンショメータ１１の本体に設けられ、中立位置におけるねじりコイルばねのアーム部２１ａ，２１ｂの動きを規制するストッパ１８と、回動軸１３に一体的に設けられる上述の回動アーム１４に形成され、ねじりコイルばね２１を拡開させる拡開部、すなわちピン１９とが示されている。ピン１９は、上述した特許文献１に示される拡開部を構成する突起状のストッパに相当する。なお、回動アーム１４には、図示しない延長アームが連設されるリンク部を構成する長溝１５が形成されている。

この図８に示すように、特許文献１等に示される従来技術では、中立位置においては、回動アーム１４に設けたピン１９の周側面の一点を形成する点ａと、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａの側縁の一点を形成する点ｂとが接触していたものが、図示しない操作レバーの例えば所定の一方向への揺動操作に伴う回動アーム１４の角度θ２の回動によって、この回動アーム１４に設けたピン１９に対するねじりコイルばね２１の接触点が、上述の点ｂから点ｃへと移行する。すなわち、繰り返し行なわれる操作レバーの揺動操作に伴って、回動アーム１４のピン１９と、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａとの相互間の摺動動作が繰り返され、その結果、摺動部分に摩耗を生じやすかった。

このような摩耗を生じると、図示しない操作レバーが中立位置に戻された際に、摩耗によってピン１９の周側面に形成される凹部に、摩耗によって形成されるねじりコイルばね２１のアーム部２１ａの凹部が入り込み、これによって図９の（ａ）図に示す回動アーム１４が、本来の中立位置に復帰する手前の角度ηで停止してしまう事態を生じる。

このように回動アーム１４が角度ηだけ中立位置まで戻りきらない状態を生じると、図１０に示されるように、回転式ポテンショメータ１１からの出力電圧は、中立位置において本来０Ｖとなるべきところが、出力誤差ΔＶとなってしまう。

なお、図示しない操作レバーが、上述の一方向とは逆方向に揺動操作された場合も同様であり、図９の（ｂ）図に示されるように、中立位置に操作レバーが戻されても、上述と同様に回動アーム１４のピン１９と、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ｂとの摩耗に伴って、回動アーム１４が本来の中立位置に対して角度ηだけ戻りきらない事態を生じてしまう。

すなわち、特許文献１に示される技術も含めて、ねじりコイルばねを備えた従来技術にあっては、繰り返し行なわれる操作レバーの揺動操作による回転式ポテンショメータ１１の回動アーム１４の回動に伴って、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ，２１ｂと、これらのアーム部２１ａ，２１ｂを拡開させる回動アーム１４のピン１９との間に摩耗を生じやすく、この摩耗によって操作レバーが中立位置に戻された際に、回動アーム１４の本来の中立位置に対する位置ずれを生じ、これによって出力特性が劣化してしまう問題があった。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、回転式ポテンショメータに備えられる回動アームを中立に保持するねじりコイルばねを備えたものにあって、回動アームを本来の中立位置に確実に復帰させることができる電気式操作装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、オペレータによって揺動操作される操作部材と、この操作部材の揺動操作に伴って揺動する揺動部材と、この揺動部材を支持する支持軸と、上記揺動部材の揺動に伴って回動する回動軸を有し、この回動軸の回動に応じた回動角信号を出力する回転式ポテンショメータと、上記支持軸に一体に設けられ、上記回転式ポテンショメータ方向に延設される延長アームと、この延長アームの回動領域が含まれる平面と平行な鉛直面内で回動可能にこの延長アームと連結されると共に、上記回転式ポテンショメータの上記回動軸に一体に設けた回動アームと、上記回転式ポテンショメータの上記回動アームを中立位置に保持するねじりコイルばねと、中立位置におけるねじりコイルばねのアーム部の動きを規制するストッパと、上記回動アームの回動に際し上記ねじりコイルばねの上記アーム部を拡開させる拡開部とを備えた電気式操作装置において、上記拡開部が、回転体から成ることを特徴としている。

このように構成した本発明は、中立状態から操作部材が操作されると、支持軸を中心に延長アームが回動し、これに伴って回転式ポテンショメータの回動アームが回動し、この回動アームと一体に設けられる回動軸が回動する。これにより、操作部材の操作量に応じた回動角信号が出力される。この間、拡開部を構成する回転体によってねじりコイルばねのアーム部が拡開される。このねじりコイルばねのアーム部の拡開に伴って、アーム部に当接している回転体が回転する。したがって、繰り返し行なわれる操作部材の揺動操作に伴うベアリングと、ねじりコイルばねのアーム部との間における摩耗の発生が抑えられる。

また、上述した操作部材の操作状態から、この操作部材を中立に復帰させると、回動アームの回転体を介してねじりコイルばねのアーム部に与えられていた力が除かれることから、ねじりコイルばねは中立形態に復帰し、このねじりコイルばねのアーム部の動きがストッパによって規制される状態となる。この場合、上述したように、繰り返し行なわれる操作部材の揺動操作に伴う回転体と、ねじりコイルばねのアーム部との摩耗の発生が、回転体の回転によって抑えられることから、回転体及びねじりコイルばねのアーム部に摩耗による凹部が形成されてしまうことはなく、これらの回転体及びねじりコイルばねのアーム部は、長期間にわたって本来の形状に保たれる。したがって、中立位置における回動アームも本来の立設形態に保持され、回転式ポテンショメータの回動軸を正しい中立位置まで確実に戻すことができる。

このように本発明は、繰り返し行なわれる操作部材の揺動操作に伴うねじりコイルばねのアーム部と、このアーム部を拡開させる回転体との間の摩耗を、回転体が回転することによって抑えることができるので、操作部材が操作状態から中立位置に戻された際に、ねじりコイルばねに係合する回転式ポテンショメータの回動アームを、傾くことなく本来の中立位置に復帰させることができる。

また本発明は、上記発明において、上記回転体が、ベアリングから成ることを特徴としている。

また本発明は、上記発明において、上記ストッパを上記回転式ポテンショメータの本体に設け、上記ベアリングを上記回転式ポテンショメータの上記回動アームに形成した軸部に回転自在に装着したことを特徴としている。

また本発明は、上記発明において、上記ストッパを上記回転式ポテンショメータの上記回動アームに設け、上記ベアリングを上記回転式ポテンショメータの本体に形成した軸部に回転自在に装着したことを特徴としている。

本発明は、操作部材の揺動操作に伴う回転式ポテンショメータの回動アームの回動によって、ねじりコイルばねのアーム部を回転体が拡開させる際に、回転体が回転する。したがって、繰り返し行なわれる操作部材の揺動操作に伴う回転体と、ねじりコイルばねのアーム部との摩耗を、上述した回転体の回転によって抑えることができる。これにより、回転体及びねじりコイルばねのアーム部を長期間にわたって変形を生じない本来の形状に保持でき、ねじりコイルばねが係合する回転式ポテンショメータの回動アームを正規の中立位置に確実に復帰させることができる。すなわち、操作部材が中立位置に戻された際の、回動アームの正規の中立位置からの位置ずれを防止でき、従来に比べて精度の高い出力特性を得ることができる。

以下，本発明に係る電気式操作装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

［本実施形態の基本構成］
図１は本発明に係る電気式操作装置の一実施形態を示す図で、（ａ）図は操作レバーを省略して示した平面図、（ｂ）図は操作レバーを想像線で示した正面図、図２は本実施形態に備えられる回転式ポテンショメータの要部構成を示す図で、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＧ１断面に相応する図、（ｃ）図は（ｂ）図のＧ２断面に相応する図、図３は図２の（ｂ）図を拡大して示した要部断面図である。

本実施形態は、例えば油圧ショベルに備えられる各種油圧シリンダ、または油圧モータ等の油圧アクチュエータを操作する操作装置として活用されるもので、図１の（ａ）（ｂ）図に示すように、本体１と、オペレータによって揺動操作される操作部材、例えば操作レバー２と、この操作レバー２に連結されるユニバーサルジョイント３と、本体１に回動可能に支持され、操作レバー２の例えばＸ方向の揺動操作に伴って回動する第１ジンバル４と、この第１ジンバル４の延設方向と直交する方向に延設されると共に、本体１に回動可能に支持され、操作レバー２の例えばＹ方向の揺動操作に伴って回動する第２ジンバル５と、操作レバー２のＸ方向、Ｙ方向の揺動操作、あるいはＸ方向とＹ方向の中間の方向の揺動操作に応じて揺動するカム６と、このカム６の揺動に応じて上下動すると共に、カム６に中立復帰力を伝える複数のプッシュロッド７とを備えている。

上述した第１ジンバル４、第２ジンバル５、及びカム６は、操作レバー２の揺動操作に伴って揺動する揺動部材を構成している。

図１の（ｂ）図の正面側を形成する本体１の一面側には、上述の揺動部材としてのジンバル４，５を支持する支持軸８を備えている。また、本体１の下方に固定されるブラケット１０には、上述の揺動部材の揺動に伴って回動する回動軸１３を有し、この回動軸１３の回動に応じた回動角信号を出力する回転式ポテンショメータ１１を取付けてある。本体１の一面側に直交する他面側にも、上述と同様の支持軸８、ブラケット１０、及び回転式ポテンショメータ１１を備えている。

本体１の上述した一面側に備えられる支持軸８、回転式ポテンショメータ１１等を含む構成と、本体１の上述した他面側に備えられる支持軸８、回転式ポテンショメータ１１等を含む構成は同じであるので、以下にあっては主に本体１の一面側に備えられる構成について説明する。

本体１の一面側、すなわち図１の（ｂ）図の正面側に備えられる支持軸８には、回転式ポテンショータ１１方向に延設される延長アーム９を一体に設けてあり、この延長アーム９の下端には突起１６を形成してある。また、回転式ポテンショメータ１１は、延長アーム９の回動領域が含まれる平面と平行な鉛直面内で回動可能に延長アーム９と連結され、回転式ポテンショメータ１１の回動軸１３に一体に設けられる回動アーム１４を有している。この回動アーム１４の上端には長溝１５を形成してあり、この長溝１５内に延長アーム９の突起１６が収容されている。

この突起１６と長溝１５とによって、回動アーム１４と延長アーム９とを、操作レバー２が操作される例えばＸ方向の鉛直面内において、操作レバー２の所定の一方向、例えば図１の（ｂ）図の左方向、及び所定の一方向とは逆方向、すなわち図１の（ｂ）図の右方向のそれぞれに対し、所定の隙間を介して連結させるリンク部が構成されている。

［本実施形態の要部構成］
また、本実施形態は、図２，３等に示すように、回転式ポテンショメータ１１の回動アーム１４を中立位置に保持するねじりコイルばね２１を備えている。このねじりコイルばね２１は、コイル部２１ｃと、このコイル部２１ｃに連設される一対のアーム部２１ａ，２１ｂとを有する。例えば回動アーム１４には軸部３０を設けてあり、この軸部３０に、回動アーム１４の回動に際し、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ、あるいは２１ｂを拡開させる拡開部を構成する回転体、例えばベアリング３１を回転自在に装着させてある。また、回転式ポテンショメータ１１の本体には、上述したねじりコイルばね２１のコイル部２１ｃを保持する保持軸２０と、中立位置において、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ，２１ｂの互いに対向する方向の動きを規制するストッパ１８とを設けてある。

なお、上述した保持軸２０の外径を、ねじりコイルばね２１のコイル部２１ｃの内径よりも十分に小さく設定してあると共に、保持軸２０にはねじ部を形成してある。また、ストッパ１８の外径と、ベアリング３１の外径とを同じ径寸法に設定してある。

また、本実施形態は、ねじりコイルばね２１の、上述した図１に示すＸ方向の鉛直面内における所定の一方向、及び逆方向のそれぞれに対して直交する方向の動きを規制し、例えば金属材料から成るカバー部材２２と、保持軸２０のねじ部に螺合し、カバー部材２２を保持軸２０に締結するねじ２３とを備えている。

［本実施形態の動作］
図４は本実施形態の動作を示す図、図５は図４に示す動作に伴って拡開されるねじりコイルばねを示す図、図６は本実施形態で得られる回転式ポテンショメータの出力特性を示す図である。

上述した図１の（ｂ）図に示すように、操作レバー２が中立に保たれている状態では、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ，２１ｂの、同図１に示すＸ方向の鉛直面内における所定の一方向及び逆方向の動きが、図２の（ｃ）図に示すように、回転式ポテンショメータ１１に設けたストッパ１８によって規制される。これにより、ねじりコイルばね２１は傾くことなく正しい形態に保持され、これに伴って回転式ポテンショメータ１１の回動アーム１４が傾くことのない正規の立設形態に保持される。したがって、回動アーム１４と一体に設けられる回動軸１３も正しい中立位置に保持される。この状態においては、回動アーム１４の長溝１５内に位置する延長アーム９の突起１６の両側に等しい隙間が形成される。これらの隙間によって、操作レバー２の揺動操作に対する不感帯が形成されている。したがって、操作レバー２が揺動角度θに相応する不感帯内で微動しても、回転式ポテンショメータ１１から回動角信号が出力されることがなく、本実施形態が装備される油圧ショベルに備えられるエンジンの駆動に伴う振動等による油圧アクチュエータの誤作動が防止される。

このような中立状態から、例えば図１のＸ方向の鉛直面内において、同図１の（ｂ）図に示す操作レバー２が、所定の一方向に、例えば同図１の（ｂ）図の左方向に向って上述の不感帯を超えるように操作されると、図４に示すように、支持軸８を中心に延長アーム９が回動する。これに伴って、延長アーム９の突起１６と回動アーム１４の長溝１５を介して回転式ポテンショメータ１１の回動アーム１４がねじりコイルばね２１の付勢力に抗して、例えば図５に示すように角度θ２回動し、この回動アーム１４と一体に設けられる回動軸１３が回動する。これにより、操作レバー２の操作量に応じた回動角信号が出力される。この間、回動アーム１４の軸部３０に装着したベアリング３１によって、同図５に示すように、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａが拡開され、ねじりコイルばね２１のコイル部２１ｃが収縮する。この間、アーム部２１ａの拡開動作に伴ってベアリング３１が回転する。

また、上述のような操作レバー２の操作状態から、この操作レバー２を中立に復帰させると、回動アーム１４のベアリング３１を介してねじりコイルばね２１に与えられていた力が除かれることから、ねじりコイルばね２１は中立状態に復帰する。この際、ベアリング３１及びねじりコイルばね２１のアーム部２１ａは、上述したベアリング３１の回転に伴って、摩耗を生じることがない。すなわち、変形を生じない本来の形状に保持されることから、ねじりコイルばね２１は傾くことなく正しい形態に復帰し、これに伴って回動アーム１４も本来の立設形態に保持され、回転式ポテンショメータ１１の回動軸１３は正しい中立位置まで確実に戻される。このようにして本実施形態は、図５に示す出力誤差を生じない出力特性を得ることができる。

なお、上記では操作レバー２が図１のＸ方向に操作された場合について説明したが、図１のＹ方向に操作された場合も上記と同様の動作が実施される。また、図１のＸ方向とＹ方向の中間の方向に操作された場合には、２つの回転式ポテンショメータ１１のそれぞれから、上述と同様の動作によって該当する回転角信号が出力される。

［本実施形態の効果］
以上のように構成した本実施形態によれば、操作レバー２の揺動操作に伴う回転式ポテンショメータ１１の回動アーム１４の回動によって、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａあるいは２１ｂをベアリング３１が拡開させる際に、ベアリング３１が回転する。したがって、繰り返し行なわれる操作レバー２の揺動操作に伴うベアリング３１と、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ，２１ｂとの摩耗を抑えることができる。これにより、ベアリング３１と、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ，２１ｂを長期間にわたって変形を生じない本来の形状に保持でき、ねじりコイルばね２１が係合する回転式ポテンショメータ１１の回動アーム１４を本来の中立位置に確実に復帰させることができる。すなわち、操作レバー２が中立位置に戻された際の回動アーム１４の本来の中立位置に対する位置ずれを防止でき、図５に示すように出力誤差を生じない精度の高い出力特性を得ることができる。

［別の実施形態］
図７は本発明の別の実施形態を示す図で、（ａ）図は中立時における回転式ポテンショメータの要部構成を示す図、（ｂ）図は操作時における回転式ポテンショメータの要部構成を示す図である。

この図７に示す別の実施形態は、中立位置におけるねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ，２１ｂの動きを規制するストッパ３２を、回転式ポテンショメータ１１の回動アーム１４に設け、ねじりコイルばね２１のアーム部２１ａ，２１ｂを拡開させる拡開部を構成する回転体、例えばベアリング３４を、回転式ポテンショメータ１１の本体に形成した軸部３３に回転自在に装着した構成にしてある。その他の構成は、上述した実施形態と同等である。

このように構成した別の実施形態も、繰り返し行なわれる操作レバー２の揺動操作に際し、ベアリング３４によってねじりコイルばね２１のアーム部２１ｂ等が拡開される間、その拡開動作に伴ってベアリング３４が回転する。したがって、ベアリング３４と、このベアリング３４に接触するねじりコイルばね２１のアーム部２１ｂ等との間の摩耗の発生を抑えることができ、操作レバー２の中立復帰時には、回動アーム１４を正規の中立位置に復帰させることができ、上述した実施形態と同等の作用効果が得られる。

なお、上記実施形態では、拡開部を構成する回転体がベアリングから成っているが、本発明は、このようにベアリングを備えることには限られない。例えば回転体が回転ローラから成る構成であってもよい。

本発明に係る電気式操作装置の一実施形態を示す図で、（ａ）図は操作レバーを省略して示した平面図、（ｂ）図は操作レバーを想像線で示した正面図である。 本実施形態に備えられる回転式ポテンショメータの要部構成を示す図で、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＧ１断面に相応する図、（ｃ）図は（ｂ）図のＧ２断面に相応する図である。 図２の（ｂ）図を拡大して示した要部断面図である。 本実施形態の動作を示す図である。 図４に示す動作に伴って拡開されるねじりコイルばねを示す図である。 本実施形態で得られる回転式ポテンショメータの出力特性を示す図である。 本発明の別の実施形態を示す図で、（ａ）図は中立時における回転式ポテンショメータの要部構成を示す図、（ｂ）図は操作時における回転式ポテンショメータの要部構成を示す図である。 従来技術において生じる不具合を説明する図であって、特に、操作時の状態を示す図である。 従来技術において生じる不具合を説明する図であって、特に、中立復帰時の状態を示す図であり、（ａ）図は所定の一方向に操作レバーを操作したときに生じる不具合を示す図、（ｂ）図は所定の一方向とは逆方向に操作レバーを操作したときに生じる不具合を示す図である。 従来技術における回転式ポテンショメータの出力特性を示す図である。

符号の説明

１ 本体
２ 操作レバー（操作部材）
３ ユニバーサルジョイント
４ 第１ジンバル（揺動部材）
５ 第２ジンバル（揺動部材）
６ カム（揺動部材）
７ プッシュロッド
８ 支持軸
９ 延長アーム
１０ ブラケット
１１ 回転式ポテンショメータ
１３ 回動軸
１４ 回動アーム
１５ 長溝（リンク部）
１６ 突起（リンク部）
１８ ストッパ
２０ 保持軸
２１ ねじりコイルばね
２１ａ アーム部
２１ｂ アーム部
２１ｃ コイル部
３０ 軸部
３１ ベアリング（回転体）〔拡開部〕
３２ ストッパ
３３ 軸部
３４ ベアリング（回転体）〔拡開部〕

Claims (4)

1. オペレータによって揺動操作される操作部材と、この操作部材の揺動操作に伴って揺動する揺動部材と、この揺動部材を支持する支持軸と、
   上記揺動部材の揺動に伴って回動する回動軸を有し、この回動軸の回動に応じた回動角信号を出力する回転式ポテンショメータと、
   上記支持軸に一体に設けられ、上記回転式ポテンショメータ方向に延設される延長アームと、この延長アームの回動領域が含まれる平面と平行な鉛直面内で回動可能にこの延長アームと連結されると共に、上記回転式ポテンショメータの上記回動軸に一体に設けた回動アームと、
   上記回転式ポテンショメータの上記回動アームを中立位置に保持するねじりコイルばねと、中立位置におけるねじりコイルばねのアーム部の動きを規制するストッパと、上記回動アームの回動に際し上記ねじりコイルばねの上記アーム部を拡開させる拡開部とを備えた電気式操作装置において、
   上記拡開部が、回転体から成ることを特徴とする電気式操作装置。
2. 上記請求項１記載の発明において、
   上記回転体が、ベアリングから成ることを特徴とする電気式操作装置。
3. 上記請求項２記載の発明において、
   上記ストッパを上記回転式ポテンショメータの本体に設け、上記ベアリングを上記回転式ポテンショメータの上記回動アームに形成した軸部に回転自在に装着したことを特徴とする電気式操作装置。
4. 上記請求項２記載の発明において、
   上記ストッパを上記回転式ポテンショメータの上記回動アームに設け、上記ベアリングを上記回転式ポテンショメータの本体に形成した軸部に回転自在に装着したことを特徴とする電気式操作装置。

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