JP4483681B2 - 作業車両のリフトアーム装置、及び作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、例えばスキッドステアローダのような作業車両において、先端にバケット等の作業具を取り付けたリフトアームを昇降させる技術に関する。

特許文献１では、スキッド操縦積込み機（スキッドステアローダ）の構成において、単一の枢軸によってローダの枠に装着されている従来のローダブームが昇降したとき、その外側先端部が弧を描いて移動すること、その結果、上昇位置においてブーム組立体のバケットの前方への動作距離（リーチ）が短縮される傾向があること、を指摘する。

そして特許文献１では、そのような問題を解消するために、以下のような構成を開示する。先端にバケットを取り付けた主リフトアーム部が、２本のリンク（後部リフトアームリンクと固定リンク）、及び、アクチュエータを介して、車両の主枠に連結されている。上記の２本のリンク及びアクチュエータは、いずれもその一端を主リフトアーム部側に、他端を車両の主枠側に、それぞれピンを用いて結合している。特許文献１では、この構成により、主リフトアーム部の動作軌道の上方部分において、より長いリーチを得て、トラックへの荷おろしや高い位置への積み上げを容易にできるとしている。

また、特許文献２では、リフトトラックにおいて、ブームの基端を車両側のフレームに直接枢支せず、フレームに対して前後水平方向に移動し得るように設けたサポートに枢支し、一方のシリンダでブームの昇降を行う際に、他方のシリンダでフレームを変位させる構成を開示する。これによってブームの前端がほぼ垂直な軌道（an almost vertical path）に沿って移動し、積載荷重を向上させ得るとしている。２本のシリンダは何れも、一端をフレームに枢支する一方、他端をブーム又はサポートに対し枢支している。
特許第３１３３７９３号公報（段落番号０００４、０００９、００２２、図４等、主リフトアーム部３０、後部リフトアームリンク３２、固定リンク６６、アクチュエータ５８） 米国特許第６７０５８２６号公報（FIG.5，boom 3，support 5，cylinder 7，cylinder 8）

上記特許文献１の構成は、確かにリフトアームの上昇位置でのリーチ量を大きくできるものの、リフトアームの移動軌跡に自由度がなく、一度設定した移動軌跡を変更しようとすると、リフトアーム部分の大幅な改造が必要となっていた。従って、作業車両の様々な使用態様に対応することが難しかった。

また、特許文献２の構成は、サポートを変位させるためのシリンダの駆動が、他方のシリンダによりブームが持ち上げられる量に応じて、特許文献２のFIG.6〜FIG.10に例示されているような制御により定められてしまっており、リフトアームの移動軌跡に自由度を持たせることは困難であった。

課題を解決するための手段及び効果

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とその効果を説明する。

◆本発明の第１の観点によれば、以下のように構成する、作業車両におけるリフトアーム装置が提供される。先端に作業具が取り付けられるリフトアームと、それぞれの一端側が前記リフトアームに連結され、他端側が車両側に連結された第１シリンダ及び第２シリンダと、上記の第１シリンダ及び第２シリンダに対する圧力流体の供給を制御するバルブと、前記バルブを操作するための操作手段と、を備える。

これにより、リフトアームの先端ひいては前記作業具を、自由な軌跡をもって移動させることができ、幅広い用途に適用可能な汎用性の高いリフトアーム装置を提供することができる。

◆前記の作業車両におけるリフトアーム装置においては、以下のように構成することが好ましい。前記作業具の位置を決定する状態量を検出可能な検出器と、前記検出器により検出した状態量に基づいて前記作業具の位置を演算して求め、上記操作手段の操作方向に対応する方向に上記作業具を移動させるように、前記バルブを制御する、制御装置と、を備える。

これにより、操作手段の操作方向に対応した方向に作業具を移動させるように制御装置が２つのシリンダを制御するから、操作に熟練を要することなく、簡単な操作で作業具を所望の方向に移動させることができる。

◆前記の作業車両におけるリフトアーム装置においては、前記制御装置は、前記操作手段の操作量に応じた速度で上記作業具を移動させるように、前記バルブを制御することが好ましい。

これにより、オペレータが所望する移動速度で作業具を容易に移動させることができるので、作業具を用いた作業の効率を向上させることができる。

◆前記の作業車両におけるリフトアーム装置においては、前記操作手段は単一で設けられており、この操作手段の操作によって前記第１シリンダ及び第２シリンダの両方を同時に伸張又は縮退させることが可能であることが好ましい。

これにより、単一の操作手段による簡素な操作で２つのシリンダの伸張／縮退動作を制御し、作業具を様々に移動させることができる。即ち、作業具の移動操作性を良好とすることができる。

◆前記の作業車両におけるリフトアーム装置においては、以下のように構成することが好ましい。前記作業具の角度を検出するための第２検出器と、前記作業具の角度を変更可能な作業具シリンダと、この作業具シリンダに対する圧力流体の供給を制御する角度制御バルブとを備える。前記操作手段によって前記作業具の位置が変更されるときは、前記制御装置が、前記第２検出器の検出値に基づいて前記作業具の対地角を一定に保持するように前記作業具シリンダを自動的に制御する。

これにより、前述のように作業具を様々な位置へ移動させても、作業具のいわゆる対地角保持制御を実現することができる。

◆本発明の第２の観点によれば、前述のリフトアーム装置を備える作業車両が提供される。

これにより、自由な軌跡をもって作業具を移動させることができる、汎用性に優れた作業車両とすることができる。

［第１実施形態］
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は第１実施形態に係るスキッドステアローダの全体側面図、図２は第１実施形態におけるリフトアームの昇降操作の構成を示す図である。

図１において、作業車両としてのスキッドステアローダ１は、枠体状のフレーム２に前輪３及び後輪４を懸架するとともに、前記フレーム２に備えられた図示しないエンジンによって前輪３及び後輪４を駆動できるようになっている。上記フレーム２の前部には、オペレータの運転座席を収容する図略のキャビンが固設されるとともに、その後部には、図略のカウンタウェイトや、前記エンジンが設置されている。

前記スキッドステアローダ１はリフトアーム１１を昇降自在に備え、このリフトアーム１１の先端にはバケット（作業具）７がピン３８を介して回動自在に備えられている。上記リフトアーム１１の先端側には、前記バケット７をピン３８まわりに回動させることによりその角度を変更させるためのダンプシリンダ（作業具シリンダ）８が取り付けられている。また、上記リフトアーム１１は、以下に説明する昇降装置１０の構成によって昇降自在とされている。なお図１は、リフトアーム１１を中上段程度の位置まで上昇させた状態を示している。

スキッドステアローダ１のフレーム２の後端部には、コンロッド（後部リンク）２３の下端が、ピン３１を介して回動自在に連結されている。一方、コンロッド２３の上端は、リフトアーム１１の最基端部に対しピン３３を介して回動自在に連結されている。

また、前記フレーム２には、第１シリンダ２１のシリンダ側の端部が、ピン３４を介して回動自在に連結されている。一方、第１シリンダ２１の可動ロッド側の端部は、リフトアーム１１の基端部近傍のカウンタアーム部１１ａに対し、ピン３５を介して回動自在に連結されている。

また、前記フレーム２の後部の下部には、第２シリンダ２２のシリンダ部側の端部がピン３６を介して回動自在に連結されている。一方、第２シリンダ２２の可動ロッド側の端部は、リフトアーム１１の基端側の部位に対し、ピン３７を介して回動自在に連結されている。

なお、前述したリフトアーム１１、第１シリンダ２１、第２シリンダ２２、コンロッド２３等は、車体の両脇に左右一対で設けられている。従って、本実施形態のスキッドステアローダ１の右側面図は、図示しないが、図１の左側面図とほぼ対称に現れる。本実施形態においてリフトアーム装置は、リフトアーム１１、第１シリンダ２１、第２シリンダ２２、及びコンロッド２３を少なくとも備えた構成になっている。

次に、前記リフトアーム１１の昇降装置１０の昇降操作のための構成を、図２を参照して説明する。

上記第１シリンダ２１、第２シリンダ２２は、流体圧シリンダ、具体的には油圧シリンダとされている。これらのシリンダ２１・２２は、適宜の油圧源（例えば、前記エンジンに連結された図略のオイルポンプ）に対し、制御バルブ４１・４２を介して接続されている。この制御バルブ４１・４２は、それぞれのシリンダ２１・２２に対する圧油（圧力流体）の給排を制御する。

また、本実施形態のスキッドステアローダ１は、その図略のキャビン内に、前記制御バルブ４１・４２の開閉操作を通じてバケット７の位置を変更するための２つの操作レバー（操作手段）６１・６２を備えている。これら操作レバー６１・６２のそれぞれは、例えばセンター復帰式の２方向レバーとして構成されており、制御バルブ４１・４２に対し機械的に或いは電気的に連結されている。

以上の構成で、運転座席に着座しているオペレータが２つの操作レバーのうちの一方の操作レバー６１を一側に倒すと、一方側の制御バルブ４１が第１シリンダ２１に対して圧油を供給するので、第１シリンダ２１が伸張する。操作レバー６１を他側に倒すと、第１シリンダ２１が縮退する。また、他方の操作レバー６２を一側に倒すと、他方側の制御バルブ４２が第２シリンダ２２に対して圧油を供給するので、第２シリンダ２２が伸張する。操作レバー６２を他側に倒すと第２シリンダ２２は縮退する。

従って、オペレータが左手に一側の操作レバー６１を握り、右手に他側の操作レバー６２を握って同時に適宜操作することにより、図１に太線矢印で例示するような、リフトアーム１１の先端（バケット７）の様々な移動軌跡が可能になる。即ち、従来の円弧状の軌跡、垂直状の軌跡のみならず、斜め方向や水平前後方向等、バケット７を自由な軌跡で移動させることができる。

このように本実施形態のリフトアーム装置では、操作レバー６１・６２の操作の組み合わせ（２つのシリンダ２１・２２の伸縮動作の組み合わせ）によりリフトアーム１１の先端部を自由な軌跡をもって移動させ得るので、例えばオペレータの好みや作業の内容、障害物の存在等の事情に応じて、バケット７を自由に移動させて荷役作業を行うことができ、極めて便宜である。即ち、幅広い用途に適用可能で、汎用性の高いスキッドステアローダ１を提供できている。

なお、図２の構成において、制御バルブ４１・４２を電磁弁に構成し、更に操作レバー６１・６２と制御バルブ４１・４２の間にコントローラを配置して、操作レバー６１・６２から電気信号として入力される操作方向や操作量に応じて、前記コントローラが対応する制御バルブ４１・４２に電気信号を送り、バケット７を移動させる構成としても良い。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のスキッドステアローダ１を図３及び図４に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同様である構成については、前記第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。図３は第２実施形態に係るスキッドステアローダの全体側面図、図４は第２実施形態におけるリフトアームの昇降操作の構成を示す図である。

即ち、図３の第２実施形態のスキッドステアローダ１において、リフトアーム１１の基端部には、第１相対角検出器（検出器）５１が取り付けられている。本実施形態では、この第１相対角検出器５１はポテンショメータとされ、前記コンロッド２３とリフトアーム１１との相対角度を検出可能に構成されている。この第１相対角検出器５１は後述のコントローラ４５に対し電気的に接続される。

また、コンロッド２３の適宜位置には、第２相対角検出器（検出器）５２が取り付けられている。この第２相対角検出器５２もポテンショメータに構成されており、コンロッド２３とフレーム２との相対角度を検出可能に構成されている。この第２相対角検出器５２も、後述のコントローラ４５に対し電気的に接続されている。

図４の操作構成を示す図において、本実施形態のスキッドステアローダ１は、前述の２つの制御バルブ４１・４２を制御するためのコントローラ（制御手段）４５を備えている。このコントローラ４５は公知のマイクロコンピュータ式に構成されており、演算手段としてのＣＰＵや、記憶手段としてのＲＯＭやＲＡＭ等を備えている。また、本実施形態では、制御バルブ４１・４２は電磁弁として構成されている。

また図４において、操作レバー６３は、前述の第１実施形態の操作レバー６１・６２とは異なり、３６０°どの方向に倒して操作することも可能に構成され、また、その倒れ角度（操作量）を検出可能なアナログ式のレバーに構成されている。本実施形態で操作レバー６３は単一で設けられており、前記コントローラ４５に電気的に接続されている。

以上の構成で、前記コントローラ４５は、２つの相対角検出器５１・５２が検出する２つの上記相対角（状態量）に基づき、リフトアーム１１の先端の現在位置（バケット７の現在位置）を演算して求める。そして更に、操作レバー６３の操作されている方向及び操作量に応じて、リフトアーム１１の先端（バケット７）の目標位置を演算して求め、更に、その目標位置を実現するための前記２つのシリンダ２１・２２の伸張量を演算して求める。そして、それぞれのシリンダ２１・２２が上記の演算された伸張量となるように、コントローラ４５は制御バルブ４１・４２に信号を送って開閉操作を行い、バケット７の位置を変更する。

これにより、例えばオペレータが操作レバー６３を手前に倒せばバケット７が上昇し、奥に倒せば下降し、左に倒せばバケット７が車両前方へ移動し、右に倒せば車両後方へ移動する、というように、簡単な操作でバケット７を自由自在に移動させることができる。また、コントローラ４５の演算によって、操作レバー６３の操作方向に応じた方向にリフトアーム１１の先端（バケット７）を移動させ得るので、操作レバー６１・６２で制御バルブ４１・４２を直接的に操作する第１実施形態と比較して、操作に熟練が不要で、より簡単で直感的な操作が可能になる。

また、オペレータが操作レバー６３を左手前に倒せばバケット７が斜め前方へ上昇するというように、操作レバー６３の倒す方向を変えることで、自由度の高い操作が可能になる。更には、操作レバー６３をアナログ式に構成しているので、操作レバー６３を少し倒すとバケット７がゆっくり動き、大きく倒すと速く動くといったような制御も可能になり、バケット７を用いた作業効率を向上させることができる。なお、上記の操作方法は一例であり、バケット７の前後上下移動をどのような操作方法で行うかについては任意に設定できることはいうまでもない。

特に本実施形態では、リフトアーム１１の先端のバケット７を移動させる操作手段が、単一の操作レバー６３とされている。そして、この操作レバー６３の操作を検知したコントローラ４５は、その操作方向にもよるが、例えば２本のシリンダ２１・２２を同時に伸張させたり、あるいは第１シリンダ２１を伸張させると同時に第２シリンダ２２は縮退させるといった制御を行っている。従って、単一の操作レバー６３を用いる簡素な操作で２つのシリンダ２１・２２の伸張／縮退動作を制御し、バケット７を様々に移動させることができる。即ち、バケット７の移動操作性を良好とすることができる。

なお、上記の操作レバー６３は、３６０°どの方向にも操作できる必要は必ずしもなく、例えば８方向レバーであっても良い。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態のスキッドステアローダ１を図５及び図６に基づいて説明する。なお、第２実施形態と同様である構成については同じ符号を付して説明を省略する。図５は第３実施形態に係るスキッドステアローダの全体側面図、図６は第３実施形態におけるリフトアームの昇降操作の構成を示す図である。

図５に示すように、第３実施形態のスキッドステアローダ１は、前述の第２実施形態の構成に加え、前記バケット７の適宜位置に、その対地角を検出するためのバケット対地角検出器（第２検出器）５５が取り付けられている。このバケット対地角検出器５５の構成としては様々に考えられるが、例えば、自重で鉛直下方へ向くように回動自在に支持されたウェイトと、そのウェイトの角度を検出するポテンショメータとを組み合わせたものを採用することができる。

このバケット対地角検出器５５は、図６に示すように、コントローラ４５に対し電気的に接続されている。また、前記コントローラ４５は、バケット７を回動させる前記ダンプシリンダ８に対して圧油の給排を制御する電磁弁としてのダンプ制御バルブ（角度制御バルブ）４３に対し、信号を送って制御するように構成されている。

オペレータの運転座席には、前記ダンプシリンダ８を操作するために、ダンプ操作レバー６４が設けられている。このダンプ操作レバー６４はコントローラ４５に対し電気的に接続されている。

本実施形態のコントローラ４５は、前記ダンプ操作レバー６４の操作に応じてダンプ制御バルブ４３を制御し、バケット７の角度を変更できるようになっている。また、操作レバー６３の操作によるバケット７の上述のような前後上下移動の際は、コントローラ４５は、バケット対地角検出器５５により検出されるバケット７の対地角を一定に保持するように、ダンプ制御バルブ４３を介してダンプシリンダ８を自動的に制御するようになっている。これにより、バケット７を様々な位置へ移動させても、バケット７のいわゆるレベリング制御（対地角保持制御）を実現することができ、従来必要とされていた所謂レベリングバルブを不要とすることができ、また従来よりもレベリング制御の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態においてバケット対地角検出器５５は対地角を直接検出する構成としているが、この構成に代えて、例えば、リフトアーム１１との相対角を検出する単なるポテンショメータを設置しても良い。この場合、コントローラ４５は、前記相対角検出器５１・５２の検出値及び当該ポテンショメータの検出値に基づいてバケット７の対地角を演算し、その対地角が一定となるようにダンプ制御バルブ４３を介してダンプシリンダ８を制御する構成とすれば良い。

以上に本発明の好適な複数の実施形態を示したが、上記の実施形態は例えば以下のように変更することもできる。

（１）第２実施形態及び第３実施形態において、前述の第１相対角検出器５１はコンロッド２３とリフトアーム１１との相対角を検出し、第２相対角検出器５２はコンロッド２３とフレーム２との相対角を検出するものとしたが、これに代えて、それぞれのシリンダ２１・２２とリフトアーム１１との相対角を検出するように構成しても良いし、それぞれのシリンダ２１・２２とフレーム２との相対角を検出するように構成しても良い。更には、上記の相対角検出器５１・５２に代えて、それぞれのシリンダ２１・２２の伸張量を検出する２つの長さ検出器を設けても良い。また、上記長さ検出器と相対角検出器とを１つずつ組み合わせても良い。要は、それに基づいてリフトアーム１１の先端（バケット７）の位置を求めることが可能な状態量を検出器で検出し、コントローラ４５がその検出値に基づいてバケット７の位置を演算して求めるように構成されていれば良い。

（２）また、第３実施形態のバケット対地角検出器５５及びダンプ制御バルブ４３を、第１実施形態に組み合わせることも可能である。

（３）バケット７の移動操作のための手段としては、上記で例示したようなレバーとすることに限らず、ペダル式、或いは他の形式のものを採用することができる。

（４）作業具としては、例示したバケット７に限らず、例えばフォーク等を採用することができる。また、作業具は、リフトアーム１１の先端に着脱可能に取り付けられていても良い。

（５）上記実施形態に示す第１シリンダ２１、第２シリンダ２２、コンロッド２３の向きや配設位置は、実現したいリフトアーム１１先端の軌跡やリフト量などに応じて、適宜変更可能であることはいうまでもない。また、第１シリンダ２１や第２シリンダ２２の何れか一方の角度を変更しないように拘束すること等により、コンロッド２３を省略することも可能である。

（６）第１シリンダ２１やコンロッド２３、第２シリンダ２２のフレーム２やリフトアーム１１への連結方法としては、ピンによる連結に限られない。また、リフトアーム１１や２つのシリンダ２１・２２、リフトアーム１１は車両の左右一対に設けられることに限らず、例えば二対以上設けられていても良い。

（７）上記実施形態ではスキッドステアローダを例示したが、これに限定されるものではなく、昇降可能なリフトアームを備える作業車両全般に本発明を適用することが可能である。

第１実施形態に係るスキッドステアローダの全体側面図。 第１実施形態におけるリフトアームの昇降操作の構成を示す図。 第２実施形態に係るスキッドステアローダの全体側面図。 第２実施形態におけるリフトアームの昇降操作の構成を示す図。 第３実施形態に係るスキッドステアローダの全体側面図。 第３実施形態におけるリフトアームの昇降操作の構成を示す図。

符号の説明

１ スキッドステアローダ（作業車両）
２ フレーム
３ 前輪
４ 後輪
７ バケット（作業具）
８ ダンプシリンダ（作業具シリンダ）
１０ 昇降装置
１１ リフトアーム
２１ 第１シリンダ
２２ 第２シリンダ
２３ コンロッド
４１・４２ 制御バルブ（バルブ）
４５ コントローラ（制御装置）
５１・５２ 相対角検出器（検出器）
５５ バケット対地角検出器（第２検出器）
６１・６２，６３ 操作レバー

Claims (6)

1. 先端に作業具が取り付けられるリフトアームと、
   一端側が前記リフトアームに連結され、他端側が車両側に連結された第１シリンダと、
   一端側が側面視において前記第１シリンダと異なる位置で前記リフトアームに連結され、他端側が側面視において前記第１シリンダと異なる位置で車両側に連結された第２シリンダと、
   一端側が側面視において回動自在に車両側に連結され、他端側が側面視において回動自在に前記リフトアームに連結された後部リンクと、
   上記の第１シリンダ及び第２シリンダに対する圧力流体の供給を制御するバルブと、
   前記バルブを操作するための操作手段と、
   を備えることを特徴とする、作業車両におけるリフトアーム装置。
2. 請求項１に記載の作業車両におけるリフトアーム装置であって、
   前記作業具の位置を決定する状態量を検出可能な検出器と、
   前記検出器により検出した状態量に基づいて前記作業具の位置を演算して求め、上記操作手段の操作方向に対応する方向に上記作業具を移動させるように、前記バルブを制御する、制御装置と、
   を備えることを特徴とする、作業車両におけるリフトアーム装置。
3. 請求項２に記載の作業車両におけるリフトアーム装置であって、
   前記制御装置は、前記操作手段の操作量に応じた速度で上記作業具を移動させるように、前記バルブを制御することを特徴とする、作業車両におけるリフトアーム装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の作業車両におけるリフトアーム装置であって、前記操作手段は単一で設けられており、この操作手段の操作によって前記第１シリンダ及び第２シリンダの両方を同時に伸張又は縮退させることが可能であることを特徴とする、作業車両におけるリフトアーム装置。
5. 請求項２から請求項４までの何れか一項に記載の作業車両におけるリフトアーム装置であって、
   前記作業具の角度を検出するための第２検出器と、前記作業具の角度を変更可能な作業具シリンダと、この作業具シリンダに対する圧力流体の供給を制御する角度制御バルブとを備え、
   前記操作手段によって前記作業具の位置が変更されるときは、前記制御装置が、前記第２検出器の検出値に基づいて前記作業具の対地角を一定に保持するように前記作業具シリンダを自動的に制御することを特徴とする、作業車両におけるリフトアーム装置。
6. 請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のリフトアーム装置を備える作業車両。

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