JP4838045B2 - トラクタの作業機昇降制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラクタの作業機昇降制御装置に関し、詳しくはポジションレバーまたはモータを用いて、機械的に動作するポジション制御バルブを制御して作業車の作業機を昇降制御する技術に関する。

従来、ポジション制御バルブを機械的なリンクを介してポジションレバーを操作することによって昇降可能とし、また、モータを駆動して同様の機械的なリンク機構をポジションレバー側と連係させて融通機構の範囲内で独立して昇降可能とする技術は、例えば、特許文献１に開示されており公知となっている。また、ポジション設定器とポジション制御用のリンクを独立させて電動モータによりポジション制御リンクを動作させて昇降速度を最適なものにする技術も、例えば、特許文献２に開示されており公知となっている。また、トラクタ等の農用作業車は、対地作業機のリヤカバーを感知体として利用し、耕深を一定に保つ制御を行っている。一般的に機械的なポジション制御バルブを用いてこの耕深制御を行う場合には、ポジション制御バルブとリヤカバーをワイヤ等で連繋し、機械的なリンクのフィードバックによって昇降させるようにしている。
特開２００５−８７１６９号公報 特公平６−５７０８２号公報 特公平７−２８５６９号公報

しかし、従来の技術によれば、このポジション制御バルブにはポジションレバー、モータの出力軸に連結された操作具（モータ操作具）、耕深制御系の３つのリンクが連繋されることになる。そのため、システムが複雑になり、メンテナンス性も悪く、経済的でない。また、３つの目的を１つのポジション制御バルブで行うため、その調整が困難である。バルブが持つ機械的特性に耕深制御と昇降位置制御が共に依存するため、耕深位置を良好なものにする特性を持つバルブを用いた場合には、作業者の操作による昇降速度が良好でない（またはその逆も有り得る）など、動作速度の調整が困難である。これに対して、特許文献１などのように、ポジション制御用のリンクの片側方向に融通機構を持たせて一方向にはポジションレバーと連繋させ、融通機構を持った方向にはモータ操作具と連係させる方法がある。同文献にモータを用いて耕深制御もモータ操作具を用いて行う例が示されているが、現実には耕深の変動により発生する耕深偏差をポジション位置の偏差に変換することは困難である。すなわち、同様のポジション位置においても作業圃場の耕深は異なることがあるため、適切なフィードバックが行えないからである。つまり、リヤカバーより検知される耕深の偏差と、リフトアーム角度などから検知される昇降位置の偏差は対象が異なるものであり、どちらか一方を調整するべく製作されたリンクで双方を良好に制御することは不可能である。また、特許文献２のように、機械的制御バルブはモータに連繋されるが、ポジションレバーに直接連繋されず、代わりに電気的なポジション設定器を設けている。この場合、機械的に連繋されたリンクによりポジション制御を行うことを放棄するものであって、この方式では電気的に昇降速度を調整することが可能になるなど電気制御による状況に応じた自由な仕様での動作が可能になる反面、メンテナンス性が優れ故障が少ない機械的リンクによる構造の利点が損なわれる。この問題を解決するために、機械的に作動するポジション制御バルブの代わりに電磁比例制御弁などを用い、ポジションレバー位置、昇降切換ＳＷ、対地高さ等の検知装置を制御装置（コントローラ）に接続し、状況に応じた制御動作を行うという手段があるが、これはコストが増大するという課題がある。また、このようなシステムは機械的なリンク構造を持つポジション制御バルブに比べて故障時の対応（原因の究明と修理）が困難である。機械的ポジション制御バルブを用いてシステムを簡略化するには、特許文献２の如くポジションレバーを電気的な入力要素に置き換えて、モータ操作具を用いた機構に昇降制御を統一するか、または特許文献１の実施例に記載されるような耕深の感知体であるリヤカバーの動きを電気的な信号に置き換えてモータ操作具の働きによる昇降で耕深に関する制御を行うことが一般に考えられる。ただし、前者はメンテナンスが簡便で故障の少ない機械的なポジションレバーの利点を放棄するものである。また、ポジションレバーを電気的な信号に変換する装置が必要となり経済的ではない。また、後者は、作業機の昇降位置を定めることを目的としたリンクを用いて、リヤカバーの動作を収束させる制御を行おうとするものであり、システムに矛盾が生じる。つまり、もともとモータは昇降位置を定めた位置に停止させようとする目的をもったリンクであり、常に変動するリヤカバーから検知される耕深の変動に対して追従動作を行うには無用に複雑になっている。よって、その昇降の動作量、動作速度が不安定になりやすく、現実的には用いられない。本発明は、斯かる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安価な機械的ポジション制御バルブを用いて、昇降に関わるシステムを簡便で自由度の高い作業車の作業機昇降制御装置として提供することにある。

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。

請求項１においては、ポジションレバー（２０）を制御リンク機構を介して、ポジション制御バルブ（９０）と機械的に連繋し、トラクタに支持された作業機（１４）を、前記ポジションレバー（２０）の操作位置に対応して、前記ポジション制御バルブ（９０）を切り換え、油圧シリンダ（６）を作動して作業機を昇降自在に制御するトラクタの作業機昇降制御装置において、リフトアーム（７）の角度を検出し、該作業機（１４）の昇降高さを検出するリフト角度センサ（２３）と、耕深制御を行う場合に耕深を設定する耕深設定器（５１）と、リヤカバー（３６）の回動を検知する耕深センサ（３７）と、前記ポジション制御バルブ（９０）にリンクを介して連繋した正逆転可能なモータ（９５）と、該モータ（９５）と接続された上昇スイッチ（８１）および下降スイッチ（８２）よりなる昇降レバーとを設け、該ポジション制御バルブ（９０）の近傍上部に第一リンク軸（７５）の一端を固定し、該第一リンク軸（７５）上に前記ポジションレバー（２０）のレバーアーム（２２）中途部と、前記モータ（９５）に連繋される第二連動リンク（１００）の上端を共通の軸心として軸支し、前記レバーアーム（２２）の下端に枢支ピン（２２ａ）を突設し、該枢支ピン（２２ａ）を、第一連動リンク（９１）の上部に形成した溝部と係合し、該ポジションレバー（２０）に連繋された第一連動リンク（９１）の上下中途部が、前記ポジション制御バルブ（９０）のスプール（９０ａ）に枢支された第二リンク軸（７６）に枢支され、該第一連動リンク（９１）の下部は、前記リフトアーム（７）と連動して回動するリンクレバー（９２）の上部に突設した枢支ピン（９２ｂ）と当接した構成とし、前記モータ（９５）に連繋した第２連動リンク（１００）に、略長方形の孔（１００ａ）を開口し、該孔長方形の孔（１００ａ）に、前記スプール（９０ａ）の第二リンク軸（７６）を挿通し、該長方形の孔（１００ａ）内で第二リンク軸（７６）が前後方向に所定量移動可能とし、前記ポジションレバー（２０）に連繋された第一連動リンク（９１）と、前記モータ（９５）に連繋した第２連動リンク（１００）を独立して操作回動可能とし、耕深制御は、リヤカバー（３６）の回動を耕深センサ（３７）により検知して、該モータ（９５）を作動させ、ポジション制御バルブ（９０）を切り換えて行う構成とし、前記ポジションレバー（２０）により最下降位置を設定し、該最下降位置より上昇側の範囲において、昇降スイッチ（８１・８２）、または、耕深設定器（５１）と耕深センサ（３７）値を制御装置（６０）で比較演算して、前記モータ（９５）を作動させ、該ポジション制御バルブ（９０）を切り換えて、耕深制御と昇降制御を行うものである。

請求項２においては、請求項１記載のトラクタの作業機昇降制御装置において、前記モータ（９５）とポジション制御バルブ（９０）との間に介装する第二連動リンク（１００）として、半月形孔（１００−２ａ）を持つ回転カム状の第２連動リンク（１００−２）を介装し、該回転カム状の第２連動リンク（１００−２）は、前記第一リンク軸（７５）とは別の第５リンク軸（７９）により枢支したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、比較的安価なポジション制御バルブをポジションレバーと直接電動モータで駆動するべく構成することで、機械的な昇降操作と、電気的な昇降制御と耕深制御とを簡便なリンク構造で行うことができる。
つまり、従来技術に比べてモータの出力軸に繋がるリンクと耕深制御にかかるリンクを２重に配置することなく構成することができるため、メンテナンス性が良く経済的である。また、部品点数の削減によって組立性も向上する。

また、耕深制御を行う際に、機械的なリンクとバルブの特性に依存することなく、状況に応じた特性で動作させることが出来、制御精度が向上する。さらに、電磁比例制御などを用いて昇降制御や耕深制御を行うものに比べて、制御が簡単で経済的である。

また、機械的なリンク構造でポジションレバーを用いて高さ設定ができる為、故障が少なく、故障時の対応（原因の究明と修理）が容易であり、万が一に電気系の故障が発生した時もポジションレバーによる最低限の操作が可能である。よって、特許文献２で示されるような従来技術に比べてシステムの信頼性が増し、メンテナンス性が向上する。
また、モータに連繋される制御用リンクは従来の如く昇降位置を決定する機械的なリンクとは切り離して設けられて直接ポジション制御バルブを作動させることから、昇降の動作スピードを適切なものにすることが可能となり、昇降位置制御、耕深制御の精度が向上する。よって特許文献１で示されるような従来技術などに比べて制御精度が向上する。

また、モータに関わる制御用リンクが従来の昇降位置を決定するリンクとは切り離して直接油圧流量に関わることから、安価な機械式の油圧バルブを用いて最適な下降速度特性を得ることができ、作業精度が向上する。また特許文献３に示されるような機械的な減速構造を省くことができ、組立調整を容易化するとともに経済的なシステムを供給できる。
また、モータに関わる制御用リンクと耕深制御に関わるリンクを同一リンクとしたことによって、組立が容易化し、部品点数の削減による経済的な効果がある。

請求項２においては、請求項１記載のトラクタの作業機昇降制御装置において、前記モータ（９５）とポジション制御バルブ（９０）との間に介装する第二連動リンク（１００）として、半月形孔（１００−２ａ）を持つ回転カム状の第２連動リンク（１００−２）を介装し、該回転カム状の第２連動リンク（１００−２）は、前記第一リンク軸（７５）とは別の第５リンク軸（７９）により枢支したことにより、モータにより駆動したリンク角度とスプール伸縮位置をカム形状によって任意に設定することが可能なため、モータの動作速度、制御精度に合わせて昇降システムを構成することが可能となり、昇降制御機能の制御精度が向上する。
更に、半月形孔を持つ回転カムを用いたことにより、摩擦を受けるリンク同士が接触する部分が広範囲であるため、耐磨耗性が向上し製品寿命を高める。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

尚、以下の実施の形態は、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は本発明の一実施例に係るトラクタ１の全体的な構成を示した右側面図、図２はトラクタ１の制御系に関するブロック図、図３はトラクタ１における油圧回路図である。

先ず、図１、図２および図３を用いて本発明の農用作業車の一例であるトラクタの概略構成について説明する。

１はトラクタで、機体の前後部に夫々前輪２・２と後輪３・３とを備え、ミッションケース４の後上部には油圧シリンダケース５を固着して設けている。該油圧シリンダケース５内には、単動式油圧シリンダ６が設けられており、油圧シリンダケース５の左右両側には該油圧シリンダ６の伸縮により回動するリフトアーム７・７を配置している。

また、トップリンク１０、ロワーリンク１１・１１からなる３点リンク機構１２の後端部には、対地作業機の一例であるロータリ耕耘装置１４がリフトアーム７・７にて昇降自在に連結されている。したがって、上記単動式油圧シリンダ６を伸縮させることによって、リフトアーム７・７に連結されるロータリ耕耘装置１４が上昇又は下降制御されることになる。リフトアーム７・７とロワーリンク１１・１１との間にはリフトロッド１５と傾倒シリンダ１８が介装されている。

また、傾倒シリンダ１８は複動式とし、後述する制御弁の切換で伸縮され、ロータリ耕耘装置１４をローリング方向（左右方向）に傾動させることが可能となり、ロータリ耕耘装置１４の水平（姿勢）制御を行うことが可能となる。また、１７は本機と作業機の間の左右相対を検出する手段であり、トラクタ１とロータリ耕耘装置１４との間の相対的回動量を検出するストロークセンサで構成して、具体的には直線式のポテンショメータで構成されている。このストロークセンサ１７は、上記傾倒シリンダ１８の横側部に配設され、該傾倒シリンダ１８の伸縮量を検出することによって、上記相対的回動量を検出するものである。１６は、本機の任意位置、例えば、油圧シリンダケース５の横側部に取り付けられた傾斜センサであって、トラクタ１の左右の傾斜角度（即ち対地角度）を検出する対地検出手段の一例である。

また、片側のリフトアーム７の回動基部にはポテンショメータからなるリフト角度センサ２３（図２参照）が設けられている。該リフト角度センサ２３は回転型のポテンショメータにより、ロータリ耕耘装置（作業機）１４の高さと３点リンク機構１２の状態を検出するようにしている。

＜ロータリ耕耘装置１４に関して＞
ロータリ耕耘装置１４について簡単に説明すると、ロータリ耕耘装置１４は、耕耘爪を回動して耕耘する耕耘部３４と、耕耘部３４の上方を覆う耕耘カバー３５と、耕耘カバー３５の後部にリヤカバー３６を上下回動自在に枢支している。該リヤカバー３６の回動基部には、ミッションケース４の側面に配置された耕深センサ３７側にリヤカバー３６の回動を伝達するプッシュプルワイヤ３８の一端が取り付けられている。そして図１１に示す如く、耕深センサ３７は、前述のプッシュプルワイヤ３８の他端と連係するレバー１０８の回転角度を検知することにより、リヤカバー３６の回動量すなわち、耕深量を検知している。

次に、油圧回路について図３を用いて説明する。
＜ロータリ耕耘装置１４の左右の傾動に関する油圧系統＞
油圧ポンプ２５から送り出された作動圧油は、分流弁２６により一部は上述した水平制御用の傾倒シリンダ１８側に送られ、他はトラクタ１の後部に連結可能な作業機（例えば、上述したロータリ耕耘装置１４）を昇降するためのリフトアーム７・７に連結される単動式油圧シリンダ６側に送油可能としている。ロータリ耕耘装置１４の水平制御用の切換弁２７は、３位置４ポート式の弁にて構成され、左側のソレノイド２７ａが励磁されると傾倒シリンダ１８は伸長し、逆に右側のソレノイド２７ｂが励磁されると短縮する。前記切換弁２７は、制御装置６０（図２参照）からパルス信号を受信した場合に、ソレノイド２７ａ又はソレノイド２７ｂにパルス信号を流すことによって、制御される比例式電磁弁であって、電流値に比例するものである。また、上記切換弁２７は常態においては中立位置を保っており、傾斜センサ１６によってトラクタ１の傾斜が検出された場合に、制御装置６０は、ロータリ耕耘装置１４を水平に維持すべく、上記何れかのソレノイド（２７ａ・２７ｂ）を励磁することによって切換弁２７を切り替える。

制御系の構成としては、トラクタ１においてロータリ耕耘装置１４の相対角度のローリング制御等を行うための制御手段の一例である制御装置６０には、図２に示すように、トラクタ１の左右の傾斜角度の変化速度を計測する角速度センサ１９を具備している。その他、制御装置６０には、トラクタ１の後部に取り付けられるロータリ耕耘装置１４等の対地作業機の取り付け幅等の連結状態に応じて切り替えを設定するための設定手段の一例である取付切替スイッチ５９、作業機の下降時に下降減速を開始するタイミングを決定する下降速度設定器５６、対地作業機の昇降を簡便に行うための運転操作部に配置する昇降レバーの基部に設ける昇降スイッチとしての上昇スイッチ８１および下降スイッチ８２が接続されている（以下、「スイッチ」を「ＳＷ」と記する）。更に、トラクタ１とロータリ耕耘装置１４との相対角度やトラクタ１の傾斜角度を予め設定するための傾斜設定器５２も接続されている。また、上記取付切替ＳＷ５９、傾斜設定器５２、上昇ＳＷ８１、下降ＳＷ８２等は、トラクタ１の運転席近傍のダッシュボードやメータパネルに設けられても良い。

また、制御装置６０の入力側にはＡ／Ｄ変換器５５が設けられており、該Ａ／Ｄ変換器５５を介して、モータ位置センサ８５、傾斜設定器５２、下降速度設定器５６、耕深設定器５１、リフト角度センサ２３、ストロークセンサ１７、傾斜センサ１６、角速度センサ１９、耕深センサ３７等が制御装置６０に接続されている。なお、上記Ａ／Ｄ変換器５５を介さずに該制御装置６０に接続されるものとしては、取付切替ＳＷ５９、モードＳＷ６１、上昇ＳＷ８１、下降ＳＷ８２等がある。また、上記制御装置６０は、ＭＰＵやＣＰＵやメモリや入出力装置等を備えるものである。

＜ポジションレバーリンクについて＞
図４乃至図６に示す如く、油圧弁（ポジション制御バルブ）９０が油圧シリンダ６を収納する油圧シリンダケース５近傍（本実施例では側面）に付設され、該油圧弁９０は前後方向に伸縮動作可能とするスプール９０ａを具備しており、該スプール９０ａの一側が油圧弁９０内に挿入されて油路を切換可能とし、他端にリンク機構を介して作業機１４を昇降操作するポジションレバー２０や昇降アクチュエータ（モータ９５）と連結され、更に、フィードバックするためのリンク機構１０１を介してリフトアーム７に連結されている。耕深はリヤカバー３６の回動を検知してモータ９５を作動させて油圧弁９０を切り換える構成とし、後述するリンク動作に用いるモータ９５と、モータ位置センサ８５が制御装置６０に接続される構成としている。このスプール９０ａが後方に移動（短縮）したときにはリフトアーム７が下降方向に回動駆動され、また前方に伸長されたときにはリフトアーム７が上昇方向に油圧シリンダ６により回動駆動される。このスプール９０ａは油圧弁９０に内蔵された図示しないバネの作用により、常時短縮方向に力が付勢されている。またスプール９０ａの先端にはトラクタ１の左右方向に貫通する孔９０ｂが形成されており、この貫通孔９０ｂに挿通したスプリングピン（第二リンク軸７６）により後述する第一連動リンク９１および第二連動リンク１００を回動可能に枢支している。尚、油圧弁９０はスプール９０ａの短縮時または伸長時に、中立位置からの移動量が一定以内である場合は油圧シリンダ６に供給される油量が少なく、一定以上である場合は多く供給されるように製作されている。つまり、スプール９０ａの摺動量（切換位置）により作動油の流量が変更される構成としている。

次に、図４乃至図６および図１０を用いて、ポジションレバー２０によってリフトアーム７を昇降回動する方法について説明をする。図４乃至図６および図１０に示す如く、油圧弁９０の側面に取付プレート８９が固設されて前方に突出され、該取付プレート８９の上部に第一リンク軸７５の一端が固定されている。そして、該第一リンク軸７５上に前記ポジションレバー２０が取り付けられるレバーアーム２２中途部とモータ９５に連繋される第二連動リンク１００の上端が共通の軸心として回動自在に軸支されている。但し、レバーアーム２２は第一リンク軸７５上に外嵌した皿バネにより付勢されて、回動した位置を維持できるようにしている。前記レバーアーム２２の下端には、枢支ピン２２ａが突設されており、該枢支ピン２２ａによって、第一連動リンク９１の上部に形成したＵ字状の溝部を係合している。該第一連動リンク９１の該連動リンク９１の下部がリンクレバー９２の上部に突設した枢支ピン９２ｂに当接されている。

また、前記リンクレバー９２の上端部は、前記取付プレート８９の略中央部に固定された第三リンク軸７７（図１０参照）を軸心として回動自在に枢支されており、該リンクレバー９２の下端には第四リンク軸７８を突設して第一リンクロッド９３の前端を枢支している。一方、リフトアーム７の回動基部には軸支部７ａが下方に突設されており、該軸支部７ａにはピン孔７ｂが開口されている。そして、前記第一リンクロッド９３後端に設けた枢支ピン９３ａの先端を前記ピン孔７ｂに挿入して回動自在に支持している。こうして、第一リンクロッド９３の両端が各々回動自在に枢支されリンク機構１０１を構成している。このように構成することにより、第一リンクロッド９３はリフトアーム７の上昇回動時には後方へ引っ張られ、反対にリフトアーム７の下降回動時には前方へ押されるようにしている。

このような構成において、ポジションレバー２０（即ちレバーアーム２２）を図５の如く反時計回りに回動させた場合、即ち、上昇方向に回動すると、枢支ピン２２ａを介して第一連動リンク９１を前方へ回動して、スプール９０ａをバネ力に抗して上昇側（前方）へ摺動させる。そして、このスプール９０ａの摺動により油圧弁であるポジション制御バルブ９０が切り換えられてリフトアーム７が上昇回動して作業機１４が持ち上げられる。このリフトアーム７の上昇回動に伴って、第一リンクロッド９３が後方へ引っ張られ、リンクレバー９２が後方へ回動され、該リンクレバー９２に連結された第一連動リンク９１も後方へ回動され、スプール９０ａが後方へ摺動され、油圧弁９０が中立位置に切り換えられると、リフトアーム７の上昇回動が停止される。つまり、ポジションレバー２０により設定した高さまでリフトアーム７は回動して停止されるのである。また、図６に示す如く、ポジションレバー２０（即ちレバーアーム２２）を時計回り（下降側）に回動させた場合、第一連動リンク９１が後方へ回動されて、該第一連動リンク９１に連結されたスプール９０ａも後方へ摺動されて、油圧弁９０が下降側に切り換えられる。前記油圧弁９０の切り換えによりリフトアーム７が、図５の如く、下降すると、第一リンクロッド９３は前方に押され、リンクレバー９２が前方へ回動され、第一連動リンク９１も前方へ回動してスプール９０ａは中立側に摺動され、油圧弁９０が中立位置となると、下降は停止され、ポジションレバー２０により設定した高さで停止されるのである。

＜モータによる昇降動作について＞
次に、図７乃至図９および図１０を用いて、モータ動作による昇降の制御について説明する。図７乃至図９に示す如く、第１リンク軸７５軸上に第二連動リンク１００の上部が回転自在に枢支されている。また、上下方向に配置した第二連動リンク１００の上下略中央部には略長方形の孔１００ａが開口されており、該孔１００ａに前記油圧弁９０のスプール９０ａに枢支される第２リンク軸７６が挿通されている。孔１００ａは第２リンク軸７６が前方向に所定量移動可能な大きさとしている。第二連動リンク１００の下部はＵ字状の溝部を形成してモータアーム９７の一端に固定されたピン９７ａを摺動可能に係合している。該モータアーム９７は下端がモータ９５の出力軸９５ａ上に固設され、該出力軸９５ａを中心に上部が回転される。前記モータ９５はミッションケース側面等油圧弁９０の下方に配置されており、モータアーム９７の回転角度はモータ９５自体またはその近傍に設けた角度センサ等より構成したモータ位置センサ８５により検知され、その出力信号は制御装置６０に伝えられる。このような構成において、モータアーム９７を回動することにより前記スプール９０ａの前後位置を変更することができる。すなわち、モータアーム９７の位置によって、第２リンク軸７６を設けたスプール９０ａを長方形孔１００ａの端面により許容され、若しくは、規制されて上昇または下降方向に摺動させる。まず、耕深設定器５１により耕深を設定して、リヤカバー３６の回動を耕深センサ３７により検知して耕深制御を行う場合、ポジションレバー２０は最下降位置に回動して、作業機１４を下降させた状態では、図７の如く、スプール９０ａが中立状態にあり、リフトアーム７は停止した状態にある。昇降レバーを操作して上昇ＳＷ８１がＯＮされるとモータ９５が駆動されてモータアーム９７が、図８の如く時計方向に回転し、第２連動リンク１００が反時計方向に回転すると、孔１００ａが前方に移動することによりスプール９０ａも前方まで移動する。その結果、油圧弁９０が上昇側に切り換えられてリフトアーム７は上昇方向に動作する。逆に、昇降レバーの操作で下降ＳＷ８２がＯＮされると、図８から図９の如くモータ９５が反時計方向に回転し、第２連動リンク１００が時計方向に回転し、スプール９０ａはバネの付勢力により短縮し、第２リンク軸７６は孔１００ａ内の端面に規制されながら後方に移動する。その結果、油圧弁９０が下降側に切り換えられてリフトアーム７は下降方向に回動する。

＜ポジションレバーリンクとモータリンクの関係について＞
図４乃至図６に示す如く、ポジションレバー２０に繋がるリンクは第一連動リンク９１、第二連動リンク１００の形状から、下降方向へのスプール９０ａの短縮を規制する。すなわち、第一連動リンク９１、第二連動リンク１００は共に下降方向にスプール９０ａを規制し、上昇方向に伸長することを規制しない。つまり、作業機１４の昇降はポジションレバー２０にて設定した昇降高さを下限として、モータ９５を動作させて昇降自在である。例えば、ポジションレバー２０が最下降位置に設定されていれば、モータ９５を駆動させて第二連動リンク１００を回動すると、孔１００ａの後内面に当接した第２リンク軸７６とともにスプール９０ａは自在に伸縮できる。ポジションレバー２０が最上昇位置に設定されていれば、モータアーム９７の位置が中立、または下降すべき位置にあろうとも第２連動リンク１００の長方形孔１００ａ中で第２リンク軸７６が移動して、第二連動リンク１００に接触することなく、作業機１４は上昇位置となっている。一般に、耕深制御を用いて耕耘作業を行う場合には前記ポジションレバー２０は最下降位置に回動しておく。また、下降限界を設定する場合（土壌が軟弱でリヤカバーが耕耘圃場表面に安定しない場合には、耕耘深さの下限を設定する場合がある。）には、ポジションレバー２０にて最下降位置を設定する。これによって、ポジションレバー２０により設定された最下降位置より上昇側の範囲において、昇降スイッチ、または、耕深設定値と耕深センサ値を制御装置６０で比較演算して、モータ９５を作動させてモータアーム９７を回動して比較的安価なポジション制御バルブ９０を切り換えて、耕深制御と昇降制御を行うことができる。また、モータアーム９を回動して直接スプール９０ａを伸縮させて位置を決定するため、従来のようなモータ９５の駆動軸に繋がるリンクと耕深制御にかかるリンクを２重に配置することなく構成することができ、メンテナンス性が良く経済的である。さらに、部品点数の削減によって組立性も向上する。また、ポジションレバー２０に機械的リンク機構を介して油圧弁９０を切り換える構成のため、故障が少なく、故障時の対応（原因の究明と修理）が容易であり、万が一に電気系の故障が発生した時もポジションレバー２０による最低限の操作が可能である。また、モータ９５に関わる制御リンクが従来の昇降位置を決定する機械的なリンクとは切り離して直接油圧流量に関わることから、昇降の動作スピードを適切なものにすることが可能となり、昇降位置制御、耕深制御の精度が向上する。よって特許文献１で示されるような従来技術などに比べて制御精度が向上する。また、モータ９５に関わる制御リンクが従来の昇降位置を決定するリンクとは切り離して直接油圧流量に関わることから、安価な機械式の油圧弁９０を用いて最適な下降速度特性を得ることができるため、作業精度が向上する。また特許文献３に記載されているような機械的な減速構造を省くことができ、組立調整を容易化するとともに経済的なシステムを供給できる。また、モータ９５に関わる制御リンクと耕深制御に関わるリンクを同じくしたことによって、組立が容易化し、部品点数の削減による経済的な効果がある。また、比例電磁弁等を用いたシステムに対しても同様に、部品点数を削減するとともに経済的な効果がある。

＜制御系が行う一連の処理＞
図１２及び図１３は昇降制御処理の全体図、図１４は作業機が接地状態か否かの判定処理のフロー図、図１５は減速下降処理を解除するか否かの判定処理のフロー図、図１６は減速下降のパラメータ演算処理のフロー図、図１７はモータ出力処理のフロー図を示す。本発明の昇降制御処理は「昇降位置（リフト角度位置）制御」、「下降減速制御」、「耕深制御」の３つの制御処理を選択して行う。「昇降位置制御」は、目標の作業機昇降位置にリフトアーム７を動作させるために、リフト角度センサ２３によってリフトアーム７の角度を検出してフィードバックし、所望の高さに昇降制御する処理である。「下降減速制御」は、作業機１４を下降ＳＷ８２の操作によって下降させる時に、緩やかなスピードで下降させる処理である。作業機１４が下降する際には、作業機１４と地面と接触するショックが起こる。そのため、ロータリ作業機などはその回転によって車体が前に押し出されること（ダッシング現象）が発生したり、耕耘開始時に作業圃場面を荒らしてしまったり、作業車両を操作するオペレータに過大な衝撃を与えるなどの不具合が生じる。そのため、作業機１４と地面が接触するショックを軽減する為に、この制御を行う。「耕深制御」は耕深設定器５１によって設定された一定の耕耘深さを維持するべく、耕深センサ３７（図１１）から検知される耕深が深くなれば作業機１４を上昇させ、浅くなれば作業機１４を下降させる制御である。

図１２及び図１３のフロー図に示す通り、制御装置６０は、電源がＯＮされて制御システムが起動後に、スイッチやセンサ類の出力を読み込む（ステップＳ１０）。次に最後に操作されたのが（直近の操作が）下降ＳＷ８２であるか、上昇ＳＷ８１であるか、またはいずれの操作もなされていないか、を判別し（ステップＳ２０〜Ｓ４０）、上昇ＳＷ８１が最後に操作されていた場合は、後述の下降減速モードのカウントをリセットし（ステップＳ−３１）、リフト角度の目標値を再上昇位置にセットする。その後、ステップＳ１００において目標リフト角度と現在のリフト角度との偏差に応じて、適切な昇降の速度を決定するべくモータの目標位置を決定する。下降ＳＷ８２が最後に操作されていた場合には、まず耕深設定器５１と耕深センサ３７の情報から耕深制御を行う場合の偏差を演算する（ステップＳ−６０）。その後、後述の下降減速の処理を行っているか否かの判定を行い（ステップＳ−７０）、行っているならば下降減速の処理を判定するべくステップＳ９０に処理を移行する。もし現在、下降減速処理を行っていないならば、下降ＳＷ８２が新たにＯＦＦからＯＮに変化したか否かを判定し（ステップＳ−８０）、変化したのならば下降減速モードの処理を開始する。下降ＳＷ８２が新たにＯＦＦからＯＮに変化していないならば、耕深制御を行うべく、ステップＳ６０にて演算された耕深偏差に基づいてモータ位置を決定する。ここで、ステップＳ１００およびステップＳ１２０にて行われる各偏差に応じてモータ位置を決定する方法について述べる。図１８に目標の昇降位置または耕深位置に対するモータの目標位置の一例を示す。横軸が昇降偏差、縦軸が目標モータ位置である。モータ位置は上部に行くほど時計方向であり、下部に行くほど反時計方向である。中央のモータ位置が変化しない部分では、ポジション制御バルブ９０が上昇側にも下降側にも作動油を供給しないスプール９０ａ位置に対応するモータ９５の回転位置である。変化しない範囲が実質上の偏差に対する不感帯範囲である。図１８では説明を平易にするため一つのパターンのみ示すが、偏差が昇降位置より演算されるものと耕深より演算されるものと特性を変えても良い。また、耕深制御において耕深設定器５１によって設定される目標耕深や耕深センサ３７の変化速度など、条件に応じてこの特性を変化させて最適化することが可能である。これにより、機械的なリンクの特性に依存する耕深制御に比べて動作特性を自由に変更することができるため制御精度が向上する利点がある。ステップＳ８０にて下降ＳＷ８２が新たにＯＦＦからＯＮに変化したと判定された場合は、下降減速モードの処理を行うことを決定し、下降減速にかかる時間のカウントを行うためカウンタｔのカウントを開始する（ステップＳ−８５）。下降減速モードがセットされた状態ならば、次に下降減速モードを継続するか否かを判定する。下降減速モードの解除条件に該当する状態であるならば、下降減速モードを解除した後、ステップＳ１２０に処理を移行し耕深制御を行う。解除条件に該当しない場合は、ステップＳ１１０にて下降減速を行うためのモータ位置を演算する。

ここで、下降減速モードを解除する処理（ステップＳ−９０）と、下降減速を行うべくモータ位置を演算する（ステップＳ−１１０）方法について説明する。図１５にステップＳ９０の処理の詳細を記す。耕深偏差が上昇方向にあるか（ステップＳ−９１）、もしくはリフト角度が閾値Ｌ２より下降している位置である（ステップＳ−９２）場合には下降減速モードを解除しカウンタｔをリセットする。つまり、耕深偏差が上昇方向にある場合は、すでに作業機１４は地面と接触してリヤカバー３６が上昇方向に回動したことになるので、目標の耕深に達している。そのためこれ以上は作業機１４を下降させる必要が無いため、下降減速モードを解除する。また、リフト角度が閾値Ｌ２よりも下降している位置は、リフト角度が機械的に下降する限界付近の位置に達した位置なので、すでに作業機１４が地面と接地していると判断し、下降減速処理を行う必要は無いと判断して耕深制御を開始する。これらのいずれかの条件にも当てはまらない場合は下降減速処理を行うべくステップＳ１１０に処理を移行する。図１６に下降減速処理を行うための処理の詳細、図１８に下降減速処理を行うための時系列的なパラメータ特性を示す。図１９はカウンタｔにて計測される経過時間おきにモータ９５の回転位置を変化させる特性図である。図１８において縦軸が目標モータ位置で、上部が時計回り方向、下部が反時計回り方向のモータ位置になる。また図１９において一点鎖線部が油圧弁９０が上昇側にも下降側にも作動油を供給しないスプール９０ａ停止位置に対応するモータ９５の回転位置である。ｔが少ない場合、すなわち下降動作の最初は油圧弁９０が最大流量位置となるＭの位置となるようにモータ９５を動作させ、比較的早い速度で作業機１４を下降させる。その後徐々にスプール９０ａを中立位置に近い流量の少ない位置に動作させることで作業機１４の下降速度を減速する。下降速度の処理を開始したとき、リフト角度の位置が高い時と比較的リフト角度が低い時ではＭおよびＭの位置にモータ９５を動作させる時間Ｗ１、Ｗ２などの適切な量は異なる。すなわち、作業機１４が下降を開始して圃場面と接触する時間が異なるためである。また、下降速度設定器５６による設定によってこれらのパラメータを変更し、作業を行うオペレータが任意に下降速度減速の状態を変更することも可能である。よって、図１６の如く、ｔのカウントを開始した時のリフト角度センサ位置に応じて下降時に速度が最大となるモータ位置Ｍの値を決定し（ステップＳ−１１１）、Ｍの位置を保持する時間Ｗ１と徐々に減速位置に移動する時間Ｗ２を下降速度設定器５６の状態によって決定する（ステップＳ−１１２）。その後、それらのパラメータに応じて現在のカウントｔによって目標モータ位置を決定する。ここでは説明の簡略化のために下降速度減速を開始した時のリフト角度によってＭを、下降速度設定器５６による設定に応じてＷ１、Ｗ２を決定することとしたが、リフト角度と下降速度設定器５６双方を変数とした関数によってこれらのパラメータを算出してもよく、限定するものではない。また、下降時最大流量位置Ｍのパラメータを、下降減速モードが選択されたステップＳ８５にて決定されても良い。これらの下降減速処理は本発明特有の処理であり、例えば特許文献１で示されるようにモータ操作具の位置がリフト角度位置と対応する連繋機構であるならば、モータ操作具の位置に応じた動作速度に調整することで下降減速を行うことができるが、本発明はモータ９５の位置はポジション制御バルブ９０のスプール位置を決定するものであるため、時系列的にポジション制御バルブ９０のスプール位置を変更することで下降減速を実現するものである。これにより、作業機１４が下降して地面と接触する際のショックを軽減することができる。以上、上昇ＳＷ８１、下降ＳＷ８２が操作された場合の処理について述べたが、以下に、この制御システムが起動してから上昇ＳＷ８１、下降ＳＷ８２のどちらも操作されていない場合について述べる。作業機１４が上昇している状態の場合、何らかの人為的な操作がなされず作業機１４が昇降することがあったならば、事故に繋がる場合がある。車体の昇降制御システムに電源が投入された瞬間には、モータ９５およびスプール９０ａの位置はどのような状態にあるか分からない。モータ９５およびスプール９０ａが作業機の昇降を停止させる位置に無かった場合、作業機１４がスプール９０ａの位置によって任意の方向に動作することはトラブルの原因となる。よって電源起動時にオペレータが昇降に関わる操作を行っていない場合は、システムが起動した時のリフト角度を目標値にして作業機１４の昇降状態を変更させないようにする。すなわち、電源投入時にリフト角度センサ２３によりリフト角度を検知してメモリに読込み、そのリフト角度位置を目標値に設定し、上昇ＳＷ８１または下降ＳＷ８２のいずれかの操作が発生するまでは作業機１４の上下動を禁止するようにする。このようにシステム起動時に処理を行うことで周囲へ損傷等を及ぼすことを回避できるが、条件によってはこの処理のために目的の作業が阻害される恐れがある。例えば耕耘作業の途中であり、システムは耕深制御動作を行っている状態で作業車両がエンジンストップを起こしてしまったような場合が考えられる。このような場合、オペレータは直ぐに作業車両をスタートさせて作業を継続しようとするが、前述の処理のため、そのままでは耕深制御が行われないことになる。このような場合には作業機１４は圃場に接地しており、作業機の下降によって周囲のものを破壊する恐れも無く、システムの起動直後に耕深制御を行ってもよいと言える。よって、リフト角度センサ２３の情報から作業機１４が確実に接地していることが確認された場合は前述の処理による作業機１４の昇降位置の保持は行わず、耕深制御を行うことを選択する。

これらの処理を行うため制御装置６０は次のような一連の処理を行う。図１４にステップＳ４０での処理の詳細を示す。制御システム起動後、上昇ＳＷ８１、下降ＳＷ８２のいずれの操作も無い場合は、先ずリフト角度センサ２３の検知信号が下降位置となる閾値Ｌ１以下であり作業機１４が接地している位置（リヤカバー３６が下端から上昇方向に回動している状態）にあるか否かを判定する（ステップＳ−４１）。次に耕深センサ３７の検出値により作業機が地面に入り込んでいるか否かを閾値Ｄ以上であるかにより判定する（ステップＳ−４２）。これらの判定により、作業機１４が接地していることが確認された場合にはステップＳ６０に処理を移行し耕深制御を行う。これらの判定により作業機１４が接地していることが確認されない場合はステップＳ４５に処理を移行し作業機１４の上下動を禁止する。

これらの処理より、システムが起動後人為的な昇降操作がなされていない場合には、システム起動時の昇降位置を保持することで周囲に損傷を及ぼすような動作を回避することができる。また、システム起動時に昇降高さが、作業機１４が接地している状態であると確認されたならば耕深制御を行うことでシステム再起動時に目的の作業が行われないという不具合を回避し、オペレータにとって扱いやすく作業性の良いシステムを供給することができる。

このように、各制御モードに対応する目標モータ位置が演算される。これらの演算結果に基づいてステップＳ２００においてモータ９５を目標の位置に動作させる出力を行う。ステップＳ２００の詳細処理を図１７に示す。モータ９５の目標位置と現在位置の差からモータ位置の偏差を求めそれが不感帯以内であるかを判定する（ステップＳ−２０１）。不感帯以内であればステップＳ２０５に処理を移行しモータ９５に出力信号を行わない。不感帯を超える偏差が発生しているならば偏差に対する出力量を演算し（ステップＳ−２０２）、出力方向によってモータに対する出力の電流方向を決定し（ステップＳ−２０３）、各方向へ出力を行う（ステップＳ−２０６、ステップＳ−２０７）。モータ９５に対する出力量はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって行う。図２０にモータ位置の偏差とＰＷＭ出力量の関係を示す。ここでは偏差ごとに比例直線的に出力量が変化する特性を示すが、偏差に応じて非線形的に出力量を決定する特性を持たせても良く、限定するものではない。

本発明の第１実施例の昇降制御においては、「モータ９５（モータアーム９７）回転位置」→「スプール９０ａ伸縮位置」→「バルブ９０制御流量」→「作業機１４昇降速度」と制御対象が多重に変換されて制御動作が行われることになる。目標の動作が行われるまでに制御に関わる要素の変換が多重に行われるために、制御の応答遅れが生じる恐れがある。つまり、目標の油圧流量を得るべくスプール９０ａを動作させるためにはモータ９５が目標の位置に到達しなければならず、到達するまでの間は応答遅れが生じることになる。また、油圧バルブスプール９０ａの伸縮に対するモータ角度は引張側または短縮側でモータ角度の変化量が異なりモータ角度と油圧流量は直線性のない関係であるため、制御システムを複雑にしやすい。また、もう一つの問題としてモータリンク（第二連動リンク）１００は第２リンク軸７６とは、スプール９０ａのバネ力で繰り返し擦り合わせられるたびに磨耗し、適切な流量調整ができなくなる恐れがある。図７から図９に示されるモータリンク１００では長方形孔１００ａの端面の短い領域で第２リンク軸７６と接触するため、モータリンク１００の材質が磨耗性に優れなければ使用するごとに初期のモータ位置とスプール９０ａの位置関係を維持できなくなるおそれがある。よって、以上のような問題を鑑みて、以下のようにリンクを構成することが可能である。

図２１乃至図２５に示す如く、ポジションレバーリンクについては、基本的な構成は、実施例１と同様である。第１リンク軸７５はポジションレバーアーム２２のみを枢支する。

＜モータによる昇降動作について＞
次に、図２１乃至図２５を用いて、モータ動作による昇降の制御について説明をする。取り付けプレート８９−２に固設された第５リンク軸７９を追加する。該第５リンク軸７９を回転軸としてモータリンク（カム）１００−２の中央部が枢支される。該モータリンク１００−２の一側には半月形の孔１００−２ａが開口されており、この開口部に第２リンク軸７６が挿通されている。該半月形の孔１００−２ａの外周側面、つまり、第２リンク軸７６が摺接する面は、第５リンク軸７９に対して徐々に半径が大きくなるように構成している。モータリンク１００−２の他側には第５リンク軸７９を挟んで半月形孔１００−２ａの反対側に軸受け１００−２ｂが固設されている。該軸受け１００−２ｂはリンクロッド９８の一端９８ｂを枢支している。リンクロッド９８の他端９８ａはモータ９５の出力軸に固設したモータアーム９７に枢支され、リンクロッド９８を介してモータアーム９７の回転をモータリンク１００−２に伝達している。このような構成において、モータリンク１００−２の回転位置によって半月形孔１００−２ａと第２リンク軸７６との接触位置が変化し、スプール９０ａを前後に伸縮することができる。スプール９０ａを伸長させるときの状態を図２２に、スプール９０ａを短縮させるときの状態を図２３に示す。半月形孔１００−２ａの内縁はスプール９０ａが任意に伸長できる位置まで開口しており、これによりポジションレバー２０による上昇操作を阻害しない構造になっている。なお、本実施例では回転カム１００−２とリンク軸７６が直接接触する構造であるが、例えばリンク軸７６に円形のベアリングやカラー等を介して耐磨耗性を向上させてもよい。また、ポジションレバーリンクとモータリンク１００−２の関係については、上述した実施例１と同様である。

これにより半月形孔１００−２ａを持つ回転カムとしてモータリンク１００−２を用いたことにより以下の効果がある。モータ角度とスプール伸縮位置をカム形状によって任意に設定することが可能なため、モータ９５の動作速度、制御精度に合わせて昇降システムを構成することが可能なため、昇降制御機能の制御精度が向上する。また、リンクが接触する部分が制御位置によって広範囲であるため、耐磨耗性が向上し製品の寿命を高める。

本発明の一実施例に係るトラクタ１の全体的な構成を示した右側面図。 トラクタ１の制御系に関するブロック図。 トラクタ１における油圧回路図。 トラクタ１のポジションリンク図。 トラクタ１の上昇操作時ポジションリンク図。 トラクタ１の下降操作時ポジションリンク図。 トラクタ１のモータリンク図。 トラクタ１の上昇操作時モータリンク図。 トラクタ１の耕深リンク図。 トラクタ１の耕深リンク図。 トラクタ１の耕深検出手段の一例を示すシリンダケース側面図。 制御系が行う一連の処理の一例を示したフロー図。 制御系が行う一連の処理の一例を示したフロー図。 図１２及び図１３に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。 図１２及び図１３に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。 図１２及び図１３に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。 図１２及び図１３に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。 制御装置６０が昇降偏差に対して決定する目標モータ位置を表したグラフ図。 制御装置６０が作業機下降の際時系列的に目標モータ位置を変更する方法を示したグラフ図。 制御装置６０がモータ９５に出力するＰＷＭ出力量の一例を示したグラフ図。 トラクタ１の第２実施例におけるポジションリンク及びモータリンク図。 トラクタ１の第２実施例における上昇操作時のモータリンク図。 トラクタ１の第２実施例における下降操作時のモータリンク図。 トラクタ１の第２実施例におけるリンク機構の正面図。 トラクタ１の第２実施例におけるリンク機構の正面図。

１ トラクタ
１４ 作業機
２０ ポジションレバー
２３ リフト角度センサ
３７ 耕深センサ
６０ 制御装置
９０ ポジション制御バルブ
９１ 第一連動リンク
９５ モータ
１００ 第二連動リンク
１０１ リンク機構
１００−２ モータリンク

Claims (2)

1. ポジションレバー（２０）を制御リンク機構を介して、ポジション制御バルブ（９０）と機械的に連繋し、トラクタに支持された作業機（１４）を、前記ポジションレバー（２０）の操作位置に対応して、前記ポジション制御バルブ（９０）を切り換え、油圧シリンダ（６）を作動して作業機を昇降自在に制御するトラクタの作業機昇降制御装置において、リフトアーム（７）の角度を検出し、該作業機（１４）の昇降高さを検出するリフト角度センサ（２３）と、耕深制御を行う場合に耕深を設定する耕深設定器（５１）と、リヤカバー（３６）の回動を検知する耕深センサ（３７）と、前記ポジション制御バルブ（９０）にリンクを介して連繋した正逆転可能なモータ（９５）と、該モータ（９５）と接続された上昇スイッチ（８１）および下降スイッチ（８２）よりなる昇降レバーとを設け、該ポジション制御バルブ（９０）の近傍上部に第一リンク軸（７５）の一端を固定し、該第一リンク軸（７５）上に前記ポジションレバー（２０）のレバーアーム（２２）中途部と、前記モータ（９５）に連繋される第二連動リンク（１００）の上端を共通の軸心として軸支し、前記レバーアーム（２２）の下端に枢支ピン（２２ａ）を突設し、該枢支ピン（２２ａ）を、第一連動リンク（９１）の上部に形成した溝部と係合し、該ポジションレバー（２０）に連繋された第一連動リンク（９１）の上下中途部が、前記ポジション制御バルブ（９０）のスプール（９０ａ）に枢支された第二リンク軸（７６）に枢支され、該第一連動リンク（９１）の下部は、前記リフトアーム（７）と連動して回動するリンクレバー（９２）の上部に突設した枢支ピン（９２ｂ）と当接した構成とし、前記モータ（９５）に連繋した第２連動リンク（１００）に、略長方形の孔（１００ａ）を開口し、該孔長方形の孔（１００ａ）に、前記スプール（９０ａ）の第二リンク軸（７６）を挿通し、該長方形の孔（１００ａ）内で第二リンク軸（７６）が前後方向に所定量移動可能とし、前記ポジションレバー（２０）に連繋された第一連動リンク（９１）と、前記モータ（９５）に連繋した第２連動リンク（１００）を独立して操作回動可能とし、耕深制御は、リヤカバー（３６）の回動を耕深センサ（３７）により検知して、該モータ（９５）を作動させ、ポジション制御バルブ（９０）を切り換えて行う構成とし、前記ポジションレバー（２０）により最下降位置を設定し、該最下降位置より上昇側の範囲において、昇降スイッチ（８１・８２）、または、耕深設定器（５１）と耕深センサ（３７）値を制御装置（６０）で比較演算して、前記モータ（９５）を作動させ、該ポジション制御バルブ（９０）を切り換えて、耕深制御と昇降制御を行うことを特徴とするトラクタの作業機昇降制御装置。
2. 請求項１記載のトラクタの作業機昇降制御装置において、前記モータ（９５）とポジション制御バルブ（９０）との間に介装する第二連動リンク（１００）として、半月形孔（１００−２ａ）を持つ回転カム状の第２連動リンク（１００−２）を介装し、該回転カム状の第２連動リンク（１００−２）は、前記第一リンク軸（７５）とは別の第５リンク軸（７９）により枢支したことを特徴とするトラクタの作業機昇降制御装置。

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