JP4462544B2 - 操向装置 - Google Patents

Description

本発明は、手動操向と自動操向を切換可能とする、所謂、半自動の操向制御を可能とする田植機の操向装置に関する。

従来、田植機が圃場を自動的に直進走行できるように、ステアリングを微調整する自動操向装置を搭載するものがある。しかしながら、このような田植機はハンドルシャフトと自動操向用のアクチュエータとが連結されているため、自動操向時においては、該アクチュエータの動作によってハンドルも動いてしまう不具合が生じていた。そこで、特許文献１に示すように、自動操向時においては、ハンドルシャフトと自動操向用のアクチュエータとの連結を解くための電磁クラッチを設けるものがある。このように構成することで、手動操作においては電磁クラッチを「入」としてハンドルシャフトと該アクチュエータとを連結し、他方、自動操向時においては該電磁クラッチを「切」として該連結を解いて、上記不具合が発生することを解消していた。
特開平５−２８４８０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載される技術でも以下のような問題があった。例えば、水田等の圃場においては、手動操作時に操作者がハンドルに入力する操作量は大きく力強いものである。そのため、上記電磁クラッチの適正としては、上述のような大きく力強い操作に対して耐えうる大容量の電磁クラッチを必要する。このような大容量の電磁クラッチは、サイズも大きくコスト高の原因となるので好ましいとは言えない。また、上述のようにハンドルシャフト、電磁クラッチ、自動操向用のアクチュエータ等の従来のステアリング系統の構成においては、連続的に上下方向に接続する必要があるため、設計上の自由度が小さかった。そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上述のような電磁クラッチを設けることなく、田植機に搭載できる、構成上の自由度の大きい操向装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

手動操向と自動操向を切換可能とし、半自動の操向制御を可能とした操向装置において、ステアリングハンドル（１４）の中心部分と接続するハンドル接続部（４２）を上部の先端部分としたハンドルシャフト（４１）の下端側を、パワーステアリングユニット（５１）の入力軸と接続し、該パワーステアリングユニット（５１）の内部には、前記ステアリングハンドル（１４）の操作により油圧モータ（７１）の駆動を制御する方向制御弁（５２）を配置し、該パワーステアリングユニット（５１）の下方側には、前記油圧モータ（７１）を設け、該油圧モータ（７１）の下部には、ステアリングギアボックス（８１）を設け、該ステアリングギアボックス（８１）内には、ステアリングギアを内蔵し、該ステアリングギアは、前記油圧モータ（７１）の出力軸と連動し、該油圧モータ（７１）の回転を減速して、最終的に前輪（６・６）を左右方向に操向操作し、該パワーステアリングユニット（５１）の前方側には、電磁バルブユニット（６１）を設け、該電磁バルブユニット（６１）内には電磁切換弁（６２）を配置し、該電磁切換弁（６２）はコントロールユニット（２００）からの情報に応じて切り換えられて、前記油圧モータ（７１）を駆動して自動操向し、前記ハンドルシャフト（４１）とパワーステアリングユニット（５１）と油圧モータ（７１）とステアリングギアボックス（８１）とを、連続的に上下の位置関係において連結固定したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明は、手動操向と自動操向を切換可能とし、半自動の操向制御を可能とした操向装置において、ステアリングハンドル（１４）の中心部分と接続するハンドル接続部（４２）を上部の先端部分としたハンドルシャフト（４１）の下端側を、パワーステアリングユニット（５１）の入力軸と接続し、該パワーステアリングユニット（５１）の内部には、前記ステアリングハンドル（１４）の操作により油圧モータ（７１）の駆動を制御する方向制御弁（５２）を配置し、該パワーステアリングユニット（５１）の下方側には、前記油圧モータ（７１）を設け、該油圧モータ（７１）の下部には、ステアリングギアボックス（８１）を設け、該ステアリングギアボックス（８１）内には、ステアリングギアを内蔵し、該ステアリングギアは、前記油圧モータ（７１）の出力軸と連動し、該油圧モータ（７１）の回転を減速して、最終的に前輪（６・６）を左右方向に操向操作し、該パワーステアリングユニット（５１）の前方側には、電磁バルブユニット（６１）を設け、該電磁バルブユニット（６１）内には電磁切換弁（６２）を配置し、該電磁切換弁（６２）はコントロールユニット（２００）からの情報に応じて切り換えられて、前記油圧モータ（７１）を駆動して自動操向し、前記ハンドルシャフト（４１）とパワーステアリングユニット（５１）と油圧モータ（７１）とステアリングギアボックス（８１）とを、連続的に上下の位置関係において連結固定したことにより、ステアリング系統の省スペース化を図ることが可能となり、ステアリング系統の設計やレイアウトの自由度を高めることが可能となる。

また、ステアリング系統の省スペース化を図ることが可能となり、組立、分解、製造時における作業量を減らすことが可能となり、整備性に優れたステアリング系統を提供することが可能となる。

また、従来の機械的に接続されるステアリング系統の設計と同様の設計とすることが可能となり、従来の設計思想を有効に活用することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。

尚、以下の本発明を実施するための最良の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は本発明の実施の形態に係る田植機の外観を示す概略構成図（側面図）、図２は本発明の実施の形態に係る田植機の外観を示す概略構成図（平面図）、図３は本発明の実施の形態に係る田植機の操作部の構成を示した図、図４は本発明の実施の形態に係る田植機のステアリングに関する部位の概略構成図（側面図）、図５は本発明の実施の形態に係る田植機のステアリングに関する部位の概略構成図（後方側から見た図）、図６は本発明の実施の形態に係る田植機のステアリングに関する部位の油圧回路図、図７は本発明の実施の形態に係る田植機の制御系に関するブロック図、である。

＜全体構成＞
先ず、本発明を実施するための最良の形態に係る田植機の全体構成について、図１及び図２を用いて説明する。ここで説明する田植機１は、例えば６条植えの乗用田植機とし、機体の後部に昇降リンク機構２７を介して植付部４を装着している。また、車体フレーム３の前部上方にエンジン２を搭載し、前下部にフロントアクスルケース６ａを介して前輪６を支持するとともに、後部にリアアクスルケース８ａを介して後輪８を支持している。上記エンジン２はボンネット９に覆われ、該ボンネット９の両側に予備苗載台１０・１０を配設し、該ボンネット９の後部のダッシュボード５上にハンドル１４を配置している。該ボンネット９の両側とその後部の車体フレーム３上は車体カバー１２で覆われている。ハンドル１４の後方位置には座席１３を配置し、ボンネット９の両側と座席１３の前部、座席１３の左右両側、及び座席１３の後方をステップとしている。

＜植付部４＞
田植機１の後部に設けられる植付部４には、ここでは６条分の苗載台１６が設けられ、植付爪支持部となる植付伝動ケースの後部に設けるロータリーケース２２・２２・・・や該ロータリーケース２２に取り付けられる植付爪や、センターフロート３４や、サイドフロート３５等が設けられている。前記苗載台１６は前高後低に配設して、苗載台１６の下部は下ガイドレール１８、前面の上部は上ガイドレール１９によって左右往復摺動自在に支持されている。この下ガイドレール１８及び上ガイドレール１９は、植付センターケース２０や植付フレーム２３等を介して支持されている。また、植付センターケース２０より左右両側方へ連結パイプ（不図示）を突設して、伝動ケース（不図示）を固設し、該伝動ケースを平行に後方へ突出させて、該伝動ケースの後部両側に一方向に回転させるロータリーケース２２・２２・・・を配置し、該ロータリーケース２２・２２・・・に植付爪を設けている。尚、ロータリーケース２２・２２・・・は、１条分の苗載台１６に対して１組配設されるので、上記６条用の田植機の場合には６つ設けられている。更に、前記植付センターケース２０の前部にはローリング支点軸を介して前記昇降リンク機構２７と連結され、該昇降リンク機構２７はトップリンク２５やロワーリンク２６等より構成され、座席１３下方に配置したアクチュエータと油圧シリンダとからなる昇降シリンダ（不図示）によって植付部４を昇降できるようにしている。センターフロート３４及びサイドフロート３５は、上述した昇降リンク機構２７の後部に連結される植付センターケース２０や植付伝動ケースの下方にリンク機構を介して支持されている。このセンターフロート３４又はサイドフロート３５には、角度センサが設けられ、後述する昇降用等のコントロールユニットに接続されている。これにより、該コントロールユニットは、該角度センサより得られるフロートの角度に応じて、昇降シリンダを作動させて昇降リンク機構２７を上下動させることによって、植付部４の昇降制御を行って適切に植付作業を行えるようにしている。左右両側方の苗載台１６の下方に設けられるパイプにはマーカ３６・３６設けられており、該パイプを回動させることでマーカ３６・３６を左右両側へ突出させることが可能となり圃場にマーキングが可能となる。

＜操作部＞
また、図１及び図２においては図面の縮尺の関係上明示していないが、ダッシュボード５の近傍は、詳しくは図３に示すようなレバーやスイッチ等の操作部９０が設けられている。図３に示すように、ダッシュボード５の後部側（座席１３側）で左右方向の中央部分にはハンドル１４が設けられ、該ハンドル１４近傍には植付部４の植付作業に関わるスイッチ類とレバー類が配設されている。このスイッチ類の具体例としては、植付深さ設定ＳＷ１６１と圃場硬度設定ＳＷ１６２と作業選択ＳＷ１６３と苗継ＳＷ１６４が配置されている（ここで、「ＳＷ」とは「スイッチ」を意味している。以下同様）。上記レバー類としては、ハンドル１４に対して、ダッシュボード５の左側の近傍には主変速レバー９４等の操作領域９０ｂが設けられ、他方、ハンドル１４に対して、ダッシュボード５の右側の近傍にはクルーズコントロールレバー９２、アクセルレバー９３、ユーザによって植付部４を手動で昇降操作するための昇降レバー９１等の操作領域９０ａが設けられている。上記操作領域９０ａ・９０ｂには、図３に示すように、上記各々のレバーの揺動範囲や保持位置を規定するガイド溝９１ａ・９２ａ・９３ａ・９４ａが設けられている。また、操作領域９０ａ・９０ｂは、図３に示すようにダッシュボード５とは分離された部材よりなるものであってもよいし、或いは、ダッシュボード５と一体に形成されるものであってもよい。また、ダッシュボード５の下部の座席１３側面には、エンジン２を始動入力するためのキーＳＷ１６５が設けられている。

＜ステアリング系統の構成＞
次に、ハンドル１４の操作によって前輪６の方向を変化させるためのステアリング系統の概略構成について、図４及び図５を用いて説明する。尚、図４及び図５に示すステアリング系統の概略構成は、図１等に示す田植機１のダッシュボード５等によって隠される部分を露出させた状態を示している。先ず、ハンドル１４の中心部分と接続するためのハンドル接続部４２を上部の先端部分とするハンドルシャフト４１が、上下方向でやや後方側に傾けられて設けられている。このハンドルシャフト４１の下端側は、パワーステアリングユニット５１の入力軸と接続されている。このパワーステアリングユニット５１の下方側には、油圧アクチュエータの一例である油圧モータ７１が設けられている。この油圧モータ７１は、別途設けられる油圧ポンプ（不図示）から送出される圧油によって駆動するものである。更に、該油圧モータ７１の下部にはステアリングギアボックス８１が設けられている。このステアリングギアボックス８１は、油圧モータ７１の出力軸と接続されるものであり、油圧モータ７１の回転を減速して最終的に前輪６を左右方向に操向操作するためのステアリングギアが内蔵されるものである。また、電磁バルブユニット６１が、図４に示すようにパワーステアリングユニット５１の前後一側（本実施例では前方側）に設けられている。この電磁バルブユニット６１は、既に上述した油圧モータ７１を駆動するための油圧ポンプからの圧油の送出や停止を制御する方向制御弁から成るものであって、パワーステアリングユニット５１の回動に応じて、該方向制御弁を制御するものである。このように構成されているので、手動操作時においては、ハンドル１４が操作されると、パワーステアリングユニット５１の方向制御弁５２が制御され、圧油の送出や停止の制御がなされるので、油圧モータ７１を制御することが可能となる。他方、自動制御時においては、コントローラユニットの指令によって電磁バルブユニット６１の方向制御弁を制御することによって、油圧ポンプからの圧油の送出や停止を制御して、油圧モータ７１の制御を行っている。このような、操作や制御が行われる仕組みを、図６を用いて詳しく説明する。

＜油圧回路図（手動操作時）＞
図６は、主に上述したパワーステアリングユニット５１、電磁バルブユニット６１、油圧モータ７１、ステアリングギアボックス８１、油圧ポンプ１０１等を符号で示した油圧回路図である。先ず、パワーステアリングユニット５１は、主として６ポート３位置切換の方向制御弁５２と、メータリングポンプ５３とを具備するものである。方向制御弁５２の一次側は、オイルタンク１０２で貯溜する油を送出するための油圧ポンプ１０１に接続される油路１０３と、電磁バルブユニット６１の電磁切換弁６２に接続される油路６５とに接続される。更に、油路１０３は途中にカウンタバランス弁１０５を介して油路６４と接続し、他の油圧機器に送油可能としている。また、方向制御弁５２には、ハンドルシャフト４１の回転に連動するコントロール軸４９が接続され、該コントロール軸４９の回動に応じてスプールが左右に移動して弁が切り換えられるものである。尚、図６は、方向制御弁５２が中立位置ある場合を示している。 メータリングポンプ５３は、方向制御弁５２の２次側に設けられ、方向制御弁５２のスプールが左右のいずれかに位置した場合に油圧ポンプ１０１からの圧油によって回転されると共に、油路５６・５７を介して該圧油を油圧モータ７１に伝達するものである。また、メータリングポンプ５３の回転量に相当する圧油を送出又は吸入するフィードバック配管５４は、方向制御弁５２のスプールに対して上記コントロール軸４９とは反対側に接続されている。このように構成されているので、手動によるハンドル１４の操作に応じて方向制御弁５２は左右何れかの作用位置に切り換えられ、油圧ポンプ１０１からの圧油で油圧モータ７１が回転されてステアリングギアボックス８１が作動されることにより、前輪６の旋回角度を変化させることが可能となる。

＜油圧回路図（自動操向時）＞
電磁バルブユニット６１は、主として電磁切換弁６２が設けられ、ここでは電磁切換弁６２は比例ソレノイド等を用いた電磁比例弁である。電磁切換弁６２の一次側には、上記油路６５と、他の油圧回路等に接続される油路６４とに接続される。更に、油路６５の中途部には、バルブ６３が設けられる。このバルブ６３は、基本的には図６に示すようにバネによって常時開側に付勢されるものであるが、電磁切換弁６２が中立位置のときはブロックされているので、パイロット油路からの油圧によってスプールは閉側に移動され、油路６４を介して他の油圧回路へ流れるようにしている。そして、バルブ６３は、電磁切換弁６２が作動されて切り換わると、前記パイロット油路の油圧が減少してバネ力により開側に切り換えられる。また更に、２次側の油路６６ａ・６６ｂの圧力差によりシャトル弁６７ｃが切り換えられると、パイロット油路を介してバルブ６３が開側に付勢されてその状態が維持される。 電磁切換弁６２の２次側に接続される油路６６ａ・６６ｂの各々は、上述した油圧モータ７１に接続される油路５６・５７に合流点６８ａ・６８ｂで接続される。更に、油路６６ａ・６６ｂの中途部には、逆止弁６７ａ・６７ｂが設けられ、圧油が電磁切換弁６２から油圧モータ７１へのみ流れるように構成されている。また、自動操向時には、後述するコントロールユニット等によって上記電磁切換弁６２のスプールの位置が変更されて切り換えられる。このように構成されているので、手動によるハンドル操作がなされない自動操向時には方向制御弁５２は中立の状態となり、油圧ポンプ１０１から送出される圧油は、油路１０３、方向制御弁５２の中立位置、油路６５、バルブ６３の順で送油されて、電磁切換弁６２によって送出方向が切り換えられ、油圧モータ７１が駆動される。この電磁切換弁６２によって切り換えられるのは、合流点６８ａ・６８ｂで油路５６・５７に接続される油路６６ａ・６６ｂにおける圧油の送出方向なので、油圧モータ７１の回転方向を切り換えることが可能となり、最終的にステアリングギアボックス８１の作動方向を切り換えて、前輪６の旋回角度を変化させることが可能となる。また、上述の構成においては、ハンドル１４とステアリングギアボックス８１とは、図６に示すように、パワーステアリングユニット５１等の油圧系統を介して接続されており、直接機械的には接続されていない。更に、自動操向時において、方向制御弁５２は中立状態のため、ステアリングギアボックス８１や油圧モータ７１等の操舵用アクチュエータの変化の影響はハンドル１４に及ばないため、従来のようにハンドルシャフトと操舵用アクチュエータとの縁を切るための電磁クラッチ等も必要としない構成となっている。

＜油圧回路図（自動操向・手動操作）＞
上述より、手動操作時は、電磁切換弁６２は中立位置に保持されて方向制御弁５２が切り換わることによって、油圧モータ７１に接続される油路５６・５７を流れる圧油の方向を切り換えることが可能となる。他方、自動操向時には、方向制御弁５２は中立位置に保持されて電磁切換弁６２が切り換わることによって、油圧モータ７１に接続される油路５６・５７を流れる圧油の方向を切り換えることが可能となる。

＜ブロック図＞
次に、田植機１の制御系の概略構成について図７を用いて説明する。田植機１には、機体各部の情報と制御の統括行うためのコントロールユニット２００が設けられている。このコントロールユニット２００には、図７に示すように、操作部９０、電磁切換弁６２、地磁気センサ２１１、傾斜センサ２１２、角速度センサ２１３、舵角センサ２２１、車速センサ２２２、作業機各部２２３が接続されている。操作部９０は、上述したレバーやスイッチ等を意味している。電磁切換弁６２は、上述の図６を用いて説明したものであって、例えば比例ソレノイド等を用いた電磁比例弁であり、前輪６の旋回角度を変化させるアクチュエータの動作を切り換えるものである。地磁気センサ２１１は、地磁気を検知する検知手段の一例であって、方位磁石の機能を有するものである。傾斜センサ２１２は、田植機１の機体の前後左右方向の傾斜角度等を検知する検知手段の一例である。角速度センサ２１３は、田植機１の機体がヨー方向に傾く場合の強さを角速度で検知する検知手段の一例である。舵角センサ２２１は、ハンドル１４、油圧モータ７１、ステアリングギアボックス８１等の何れかの回転量に基づいて、前輪６の旋回角度を検知する検知手段の一例である。車速センサ２２２は、フロントアクスルケース６ａ、リアアクスルケース８ａ、プロペラシャフト等の回転速度等から田植機１の車速を検知する検知手段の一例である。作業機各部２２３は、植付部４の昇降制御や植付クラッチの入・切の状態等を知るための各部に設けたセンサや操作部位を意味している。このように構成されているので、コントロールユニット２００は、上記各部より情報を取得して、上記各部の操作や自動制御等を行うことが可能となる。

＜レイアウト；ハンドルシャフトとパワーステアリングユニット＞
上述で説明したハンドルシャフト４１と、パワーステアリングユニット５１と、電磁バルブユニット６１との構成は、図４に示すように、連続的に連結されるように構成されている。換言すれば、ハンドルシャフト４１と、パワーステアリングユニット５１と、電磁バルブユニット６１とは、パワーステアリングユニット５１を中心として一体的に構成されている。両者の左右中心は一致させている。このように構成されているので、ステアリング系統の省スペース化を図ることが可能となり、ステアリング系統の設計やレイアウトの自由度を高めることが可能となる。また、図４に示すように、パワーステアリングユニット５１と油圧モータ７１との中心を、前後方向に長さＬだけずらして設けても良い。このように構成することで、電磁バルブユニット６１をパワーステアリングユニット５１の前方側に一体的に設ける場合に、ダッシュボード５内において電磁バルブユニット６１のスペースを確保することが可能となる。つまり、パワーステアリングユニット５１の前後幅は油圧モータ７１の前後幅よりも短く、電磁バルブユニット６１をパワーステアリングユニット５１の前方側に配置する場合に、パワーステアリングユニット５１と油圧モータ７１の中心軸を側面視で一致させると電磁バルブユニット６１の前方への突出量は大きくなってしまう。しかし、パワーステアリングユニット５１と油圧モータ７１の前後長さ差の長さに近いＬだけパワーステアリングユニット５１を後方へ移動させることにより、電磁バルブユニット６１を油圧モータ７１の前後幅よりも長いステアリングギアボックス８１の前後幅内に略納めることが可能となるのである。

＜レイアウト；ステアリングギアボックス８１と油圧モータ７１＞
また、ステアリングギアボックス８１と油圧モータ７１との構成は、図４に示すように、連続的に連結されるように構成されている。換言すれば、ステアリングギアボックス８１と油圧モータ７１とは、一体的に構成されている。このように構成することで、ステアリング系統の省スペース化を図ることが可能となり、組立、分解、製造時における作業量を減らすことが可能となり、整備性に優れたステアリング系統を提供することが可能となる。

＜レイアウト；略上下方向の配置＞
また、ハンドルシャフト４１と、パワーステアリングユニット５１と、ステアリングギアボックス８１と、油圧モータ７１との構成は、図４に示すように、連続的で略上下の位置関係となるように構成されている。このように構成することで、従来の機械的に接続されるステアリング系統の設計と同様の設計とすることが可能となり、従来の設計思想を有効に活用することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る田植機の外観を示す概略構成図（側面図）。 本発明の実施の形態に係る田植機の外観を示す概略構成図（平面図）。 本発明の実施の形態に係る田植機の操作部の構成を示した図。 本発明の実施の形態に係る田植機のステアリングに関する部位の概略構成図（側面図）。 本発明の実施の形態に係る田植機のステアリングに関する部位の概略構成図（後方側から見た図）。 本発明の実施の形態に係る田植機のステアリングに関する部位の油圧回路図。 本発明の実施の形態に係る田植機の制御系に関するブロック図。

１ 田植機
１４ ハンドル
５１ パワーステアリングユニット
５２ 方向制御弁
６１ 電磁バルブユニット
６２ 電磁切換弁
７１ 油圧モータ
８１ ステアリングギアボックス

Claims (1)

1. 手動操向と自動操向を切換可能とし、半自動の操向制御を可能とした操向装置において、ステアリングハンドル（１４）の中心部分と接続するハンドル接続部（４２）を上部の先端部分としたハンドルシャフト（４１）の下端側を、パワーステアリングユニット（５１）の入力軸と接続し、該パワーステアリングユニット（５１）の内部には、前記ステアリングハンドル（１４）の操作により油圧モータ（７１）の駆動を制御する方向制御弁（５２）を配置し、該パワーステアリングユニット（５１）の下方側には、前記油圧モータ（７１）を設け、該油圧モータ（７１）の下部には、ステアリングギアボックス（８１）を設け、該ステアリングギアボックス（８１）内には、ステアリングギアを内蔵し、該ステアリングギアは、前記油圧モータ（７１）の出力軸と連動し、該油圧モータ（７１）の回転を減速して、最終的に前輪（６・６）を左右方向に操向操作し、該パワーステアリングユニット（５１）の前方側には、電磁バルブユニット（６１）を設け、該電磁バルブユニット（６１）内には電磁切換弁（６２）を配置し、該電磁切換弁（６２）はコントロールユニット（２００）からの情報に応じて切り換えられて、前記油圧モータ（７１）を駆動して自動操向し、前記ハンドルシャフト（４１）とパワーステアリングユニット（５１）と油圧モータ（７１）とステアリングギアボックス（８１）とを、連続的に上下の位置関係において連結固定したことを特徴とする操向装置。

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