JP4900400B2

JP4900400B2 - 旋回角度検出装置及びそれを備えた旋回式作業機械

Info

Publication number: JP4900400B2
Application number: JP2009024147A
Authority: JP
Inventors: 克哉入枝; 泰志重成
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: JP2010180594A

Description

本発明は、旋回角度検出装置及びそれを備えた旋回式作業機械に関するものである。

従来より、クローラを有する下部走行対等の固定体に回転軸を中心に回転自在に支持された上部旋回体などの回転体の、この固定体に対する旋回角度を検出する旋回角度検出装置は知られている。

例えば、特許文献１では、油圧ショベルの下部走行体に被検出体を設け、上部旋回体に被検出体を検出して減速又は停止信号を発する近接センサである減速センサ及び停止センサを設け、減速センサからの減速信号に基づいて旋回駆動部に減速指令を出力し、停止センサからの停止信号に基づいて旋回駆動部に停止指令を出力することによって上部旋回体を予め設定された目標位置に停止させている。

特開２００７−１９１２８３号公報

しかしながら、従来の旋回角度検出装置では、近接センサの検知エリアに被検出体が出入りする旋回角度でアタッチメントを起伏させて作業しているときに、微妙な振動等によって近接センサが被検出体を検出したりしなかったりして機器が頻繁に切り換わってオペレータが煩わしい思いをすることがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、旋回角度検出装置において、近接センサが頻繁に検出と非検出とを切り換えるのを防いで、旋回角度検出装置の信頼性を向上させることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、被検出体の近接センサに検出される端部に傾斜を設けた。

具体的には、第１の発明では、固定体に回転軸を中心に回転自在に支持された回転体の該固定体に対する旋回角度を検出する旋回角度検出装置を対象とする。

そして、上記旋回角度検出装置は、
上記固定体及び回転体の一方に設けられた近接センサと、
上記固定体及び回転体の他方に設けられて上記近接センサに検出される被検出板とを備え、
上記被検出板における上記近接センサに検出される部分の、上記回転体の回転軸を中心とする周方向端部は、上記回転体の半径方向に延びる直線に対して傾斜している。

すなわち、非接触の近接センサは、接触式センサに比べて反応が素早いため、被検出板の周方向端部近傍の、近接センサの検知エリアに被検出体が出入りする旋回角度で作業を行うと、振動等により近接センサが被検出板を検知したり検知しなかったりするのを頻繁に繰り替えしてオペレータがとまどうおそれがあるが、上記の構成によると、被検出板の周方向端部を半径方向に対して斜めに形成しているので、近接センサは、旋回角度の変化に伴って徐々に被検出板を検出又は非検出するようになる。このため、従来のような被検出板の周方向端部が半径方向に沿って形成されているものに比べ、近接センサの検出結果で作動する機器の切り換えが頻繁に行われなくなる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記固定体には、旋回ベアリングの内輪が回転一体に固定され、
上記回転体には、旋回ベアリングの外輪が回転一体に固定されている。

上記の構成によると、旋回式作業機械等で広く利用されている旋回ベアリングにおいて、近接センサの検知感度を緩やかにすることができる。

第３の発明では、第２の発明において、
上記固定体は、上記内輪に回転一体に連結され、進行方向が長手方向と一致する下部走行体であり、
上記回転体は、上記外輪に回転一体に連結され、上記下部走行体上に旋回自在に搭載される上部旋回体であり、
上記上部旋回体の前側には、アタッチメントが起伏可能に連結され、
上記旋回角度検出装置の検出結果に基づいて上記アタッチメントの向きが上記下部走行体の長手方向に対して所定の旋回角度内に収まるときの縦長安定度と、該所定の角度に収まらず、該縦長安定度よりも許容安定度の低い横長安定度とを切り換える安定度切換装置と、
上記アタッチメントの作業半径が大きくなって上記安定度切換装置で切り換えられた縦長安定度又は横長安定度に基づいて計算された許容安定度を越えたときに警報を鳴らす警報手段とを備えている。

すなわち、非接触の近接センサは、接触式センサに比べて反応が素早いため、被検出板の周方向端部近傍の、近接センサの検知エリアに被検出体が出入りする旋回角度で作業を行うと、振動等により近接センサが被検出板を検知したり検知しなかったりするのを頻繁に繰り替えして安定度切換装置が頻繁に作動してオペレータがとまどうおそれがあるが、上記の構成によると、被検出板の周方向端部を半径方向に対して斜めに切り取っているので、近接センサは、旋回角度の変化に伴って徐々に被検出板を検出又は非検出するようになる。このため、被検出板の周方向端部が半径方向に沿って切り取られているものに比べ、縦長安定度と横長安定度との切り換えが頻繁に行われなくなる。

以上説明したように、本発明によれば、被検出板の周方向端部を回転体の半径方向に延びる直線に対して傾斜させたことにより、近接センサの検知感度を緩やかにして近接センサの検出結果で作動する機器の切り換えが頻繁に行われるのを防ぐことができるので、旋回角度検出装置の信頼性を向上させることができる。

上記第２の発明によれば、固定体を旋回ベアリングの内輪に回転一体に固定し、回転体を旋回ベアリングの外輪に回転一体に固定したことにより、旋回ベアリングを利用する旋回式作業機械等において近接センサの検知感度が緩やかになってオペレータが快適に運転操作をすることができる。

上記第３の発明によれば、旋回角度検出装置の検出結果から、安定度切換装置が、下部走行体と上部旋回体とが所定の旋回角度内にある縦長状態では安定度の高い縦長安定度に、それ以外の旋回角度の横長状態では安定度の低い横長安定度に適宜切り換えるようにしたことにより、近接センサによる被検出板の検出感度を弱めて縦長安定度と横長安定度との切り換えが頻繁に行われるのを防ぐことができるので、旋回式作業機械の快適な操作を行うことができる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの旋回角度検出装置を拡大して示す図６のＩ−Ｉ線断面図である。縦長姿勢における最大半径での作業を示す側面図である。横長姿勢における最大半径での作業を示す側面図である。旋回角度検出装置及びその周辺を示す底面図である。旋回角度検出装置及びその周辺を拡大して示す底面図である。旋回角度検出装置及びその周辺を拡大して示す正面図である。旋回角度検出装置及びその周辺を拡大して示す斜視図である。旋回角度検出装置、安定度切換装置及び警報ブザーの構成を示すブロック図である。旋回角度と油圧ショベルの最大作業半径を示す平面図である。被検出板を拡大して示す平面図である。斜めに切り欠かない従来例に係る被検出板の両端と近接センサとの位置関係を説明するための平面図であり、（ａ）が近接センサが端部にかかり始めたときと完全に重なったときとの旋回角度の変化量を示し、（ｂ）が近接センサが端部にかかり始めたときと完全に重なったときとの移動距離の変化量を示す。実施形態に係る被検出板の図１１相当図である。実施形態に係る被検出板と従来例に係る被検出板との、旋回角度に対する重なり合う割合を比較するグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の実施形態の旋回式作業機械としての油圧ショベル１を示し、この油圧ショベル１は、進行方向が長手方向と一致する下部走行体２を備えている。具体的には、下部走行体２は、左右一対の縦長のクローラ３と左右のクローラ３をつなぐカーボディ４とを備えている。このカーボディ４の上端の台座４ａには、旋回ベアリング５が装着されている。旋回ベアリング５は、外輪６と、内輪７と、これら外輪６と内輪７との間に収容されたボール８とを備えている。

図５〜図７にも示すように、上記旋回ベアリング５を介し、カーボディ４上には、縦軸Ｘ（垂直軸）回りに上部旋回体１０が旋回自在に搭載されている。つまり、内輪７が、周方向に所定の距離をあけて配置された複数の下部旋回ボルト１１によって適正トルクでカーボディ４の台座４ａに回転一体に締結されている。そして、内輪７の外径よりも外径の大きい外輪６が、周方向に所定の距離をあけて配置された複数の上部旋回ボルト１２によって適正トルクで上部旋回体１０の下面に対して回転一体に締結されている。

そして、上部旋回体１０のブームフット１３には、破砕機１４（図２及び図３にのみ示す）が装着された長尺のアタッチメント１５が、起伏可能に連結されている。本実施形態は、破砕機１４を備えたロングブームが支持された油圧ショベル１を例示しているがこれに限定されない。

図１，図４〜図７に示すように、油圧ショベル１は、上部旋回体１０の下部走行体２に対する旋回角度を検出する旋回角度検出装置２０を備えている。この旋回角度検出装置２０は、例えば、カーボディ４の正面側に設けられ、上部旋回体１０側に設けられた近接センサ２１と、下部走行体２側の正面及び背面に設けられた被検出板２２とを備えている。近接センサ２１は、内輪７の外方かつ外輪６の真下に設けられ、外輪６に上部旋回ボルト１２によって外輪６の下面に共締めされた上部共締めプレート２３を介して取り付けられている。図５及び図６に拡大して示すように、上部共締めプレート２３は、例えば、上部旋回ボルト１２が挿通される一対のボルト挿通孔（図示せず）を有する円弧帯状の鋼板よりなり、一対のボルト挿通孔の間に、ネジ穴２３ａが形成されている。このネジ穴２３ａに取付ボルト２３ｂによってセンサ取付用ブラケット２４が脱着可能に締結されている。なお、このネジ穴２３ａは、複数設けてもよい。このセンサ取付用ブラケット２４は、先端が左右前後いずれかに直角に（本実施形態では図６に示すように正面から見て右側に）折り曲げられ、この先端に設けたセンサ取付孔（図示せず）に近接センサ２１が取り付けられている。

近接センサ２１は、例えば誘導型の非接触センサよりなり、金属が所定範囲内に近付いたときにＯＮ信号を送信し、所定範囲よりも外にあるときには、ＯＦＦ信号を送信するように構成されている。近接センサ２１の検知信号は、ハーネス２５を介して上部旋回体１０（例えば運転席）に設けられた転倒警報装置５０（図８にのみ示す）に送信されるようになっている。

上部共締めプレート２３には、側面視Ｌ字状のカバー取付部材２６が締結されている。このカバー取付部材２６には、二対のボルト孔が形成され、これらボルト孔間にＵ字状切欠２６ａが形成されている。Ｕ字状切欠２６ａは、外輪６の正面側に形成されたグリースを給脂するための給脂孔６ａに対応して形成されている。給脂孔６ａには、グリースニップル６ｂが取り付けられている。なお、この給脂孔６ａがないときには、Ｕ字状切欠２６ａは必要ない。そして、このカバー取付部材２６の二対のボルト孔にボルト２６ｂ及びナット２６ｃを締結することで、センサカバー２７が取り付けられている。このセンサカバー２７は、近接センサ２１及びセンサ取付用ブラケット２４を旋回ベアリング５の半径方向外側（油圧ショベル１の前側）から覆っている。なお、図７では、見やすくするためにセンサカバー２７は二点鎖線で示している。センサカバー２７は、正面視で矩形状を有し、その左右側板は、内輪７外周近傍まで延びている。これら左右側板には、被検出板２２が出入り可能な前後方向に長細い、接触防止用切欠２７ａがそれぞれ形成されている。センサカバー２７の上端は、上部旋回体１０の底面近傍まで延びている。しかも、カーボディ４の上下に配置された鋼板４ｂにも下から覆われているので、近接センサ２１には物が極めて当たりにくくなっている。センサカバー２７における上記Ｕ字状切欠２６ａに対応する位置には、円形の露出孔２７ｂが形成され、この露出孔２７ｂの周縁の裏側には露出孔２７ｂの内径よりも内径が若干大きい丸パイプ２７ｃが溶接されている。この丸パイプ２７ｃは、グリースニップル６ｂへの給脂をし易くすると共に、センサカバー２７を押したときに内側へ撓むのを防止している。

さらに、センサカバー２７は、上部旋回体１０から近接センサ２１まで延びるハーネス２５を外輪６の半径方向外側から覆う延長部２８を備えている。延長部２８は、ハーネス２５が近接センサ２１から上部旋回体１０に沿う部分を覆うように側面視でＬ字状に形成されている。この延長部２８により、傷付きやすいハーネス２５が効果的に保護されている。なお、この延長部２８は必ずしも設ける必要はない。

一方、図５に示すように、被検出板２２は、内輪７の下面に下部旋回ボルト１１と共締めされた下部共締めプレート３０を介して取り付けられている。下部共締めプレート３０は、例えば、下部旋回ボルト１１が挿通される一対のボルト挿通孔（図示せず）を有する短い円弧状鋼板よりなり、一対のボルト挿通孔の他に被検出板２２を締結するための一対のネジ穴（図示せず）が周方向に間隔をあけて形成されている。油圧ショベル１は、合計４枚の下部共締めプレート３０を有している。本実施形態では、例えば図９に示すように、所定の旋回角度αとして下部走行体２の前後方向に対して左右に２５°の範囲内を検出している。このため、内輪７の前側に２枚及び後側に２枚の下部共締めプレート３０を締結している。

図５に示すように、被検出板２２は、縦軸Ｘを中心とする円弧帯状に形成され、近接センサ２１の所定範囲内に近付くと検出されるように、鋼板で構成されている。被検出板２２の半径方向内側には、下部共締めプレート３０に被検出板取付ボルト３１を締結するための４つの突出部２２ａが突設され、この突出部２２ａに被検出板取付ボルト３１を挿通するボルト孔（図示せず）が形成されている。一方、下部共締めプレート３０には、溶接等により丸パイプよりなるスペーサ３２が設けられている。なお、このスペーサ３２は、溶接等により被検出板２２に一体に取り付けてもよく、いずれにも固定されていない別体のものとしてもよい。スペーサ３２により、被検出板２２が、内輪７下面と距離を保つことで、他の下部旋回ボルト１１の頭部と接触するのが防止されると共に、被検出板２２の水平度を保つことで近接センサ２１の検出誤差の発生を防いでいる。このようにして被検出板２２は、アタッチメント１５が下部走行体２に対して前後いずれの方向に向いたときにも近接センサ２１が反応するように、内輪７の正面と背面とにそれぞれ脱着可能に締結されている。

このように、既存の上部旋回ボルト１２や下部旋回ボルト１１を利用して旋回角度検出装置２０を設けているので、部品点数の増加が抑えられている。

そして、図８に示すように、油圧ショベル１は安定度切換装置４０を備え、この安定度切換装置４０は、旋回角度検出装置２０の検出結果に基づいてアタッチメント１５が下部走行体２の長手方向に対して旋回角度α内に収まるときの縦長安定度と、旋回角度αに収まらず、縦長安定度よりも許容安定度の低い横長安定度とを切り換えるように構成されている。例えば、安定度切換装置４０は、転倒警報装置５０に内蔵されている。

さらに、油圧ショベル１は、安定度切換装置４０で切り換えられた縦長安定度又は横長安定度に基づいてアタッチメント１５が安定度を越えたときに警報を鳴らす警報ブザー４１を備えている。警報ブザー４１も転倒警報装置５０に内蔵されている。

そして、本発明の特徴として、被検出板２２は、図１０に示すように、半径方向に対して斜め（例えば４５°）に切り取られたテーパ形状を有している。この傾斜角度は、４５°に限定されない。また、傾斜方向は、本実施形態では、半径方向外側へ向かって周方向内側へ延びているが、逆に半径方向外側へ向かって周方向外側へ延びるようにしてもよい。

−作動−
次に、本実施形態にかかる油圧ショベル１の作動について説明する。

図９に示すように、上部旋回体１０が下部走行体２に対して所定旋回角度α内に位置しているときには、安定度切換装置４０が縦長安定度に切り換えて安定度計算を行う。この場合、図２に一点鎖線で示す範囲（最小作業半径Ｒ０から最大作業半径Ｒ１）内でアタッチメント１５の作動が可能となる。この範囲から外れると、警報ブザー４１が鳴る。

一方、上部旋回体１０が下部走行体２に対して所定旋回角度α内に位置しないときには、安定度切換装置４０が横長安定度に切り換えて安定度計算を行う。この場合、図３に二点鎖線で示す範囲（最小作業半径Ｒ０から最大作業半径Ｒ２、Ｒ２＜Ｒ１）内でアタッチメント１５の作動が可能となる。この範囲から外れると、警報ブザー４１が鳴る。

このように、安定度切換装置４０が、縦長状態では安定度の高い縦長安定度に、横長状態では安定度の低い横長安定度に切り換えるので、図９に示すように、旋回角度が前後２αの範囲内では、最大作業半径Ｒ１が大きくなり、それを以外の範囲では、切換を行っていなかった従来と同等の最大作業半径Ｒ２となる。このため、油圧ショベル１の能力を最大限に利用することができる。

次いで、被検出板２２の作用について、図１１乃至図１３を用いて、本実施形態の周方向端部にテーパを設けない従来例の被検出板１２２と、設けた被検出板２２との作動の相違について説明する。

すなわち、例えば図１１（ａ）に示す従来例のように、平面視で実線で示す近接センサ２１の検知エリアに被検出板１２２の直線端部１２２ｃが入り始める旋回角度から、二点鎖線で示す近接センサ２１の検知エリア内に完全に被検出板１２２が入り込む旋回角度までの変化量は、２．７１°となる。

一方、例えば図１２（ａ）に示すように、本実施形態の被検出板２２は、平面視で実線で示す近接センサ２１の検知エリアに被検出板２２のテーパ端部２２ｃが入り始める旋回角度から、二点鎖線で示す近接センサ２１の検知エリアに完全に被検出板２２が入り込む旋回角度までの変化量は、３．７３°となり、本実施形態の被検出板２２の方が、１．０２°大きくなっている。つまり、図１３からも明らかなように、テーパ端部２２ｃを有する被検出板２２の方が、直線端部１２２ｃを有する被検出板１２２よりも緩やかに近接センサ２１に検出されることがわかる。なお、近接センサ２１の種類により、その検出エリアは異なる。また、検出エリアにどの程度検出対象が入り込んだときにその存在を検知するかどうかは、どのような近接センサ２１を用いるかによっても異なる。

また、図１１（ｂ）に示すように、近接センサ２１の検知エリアに直線端部１２２ｃが入り始める位置から旋回角度で１°進んだときの周方向の移動距離を調べると、被検出板２２では、１１．０８ｍｍとなっている。これに対し、本実施形態の被検出板２２では、図１２（ｂ）に示すように、近接センサ２１の検知エリアにテーパ端部２２ｃが入り始めた位置から旋回角度で１°進んだときのテーパ端部２２ｃに垂直な方向の移動距離を調べると８．１２ｍｍとなっている。

なお、このテーパ端部２２ｃの傾斜角度を図示した４５°よりも小さくすることにより、さらに近接センサ２１が緩やかに被検出板２２を検出するようにすることができる。

この比較結果により、上記実施形態では、近接センサ２１が被検出板２２を検出していない状態から検出する状態に切り換わるため、又は検出した状態から検出しなくなる状態に切り換わるために、より大きな角度だけ旋回しなければならないことがわかる。

このように、非接触の近接センサ２１は、接触式センサに比べて反応が素早いため、被検出板２２の周方向両端近傍の旋回角度で作業を行うと、振動等により安定度切換装置４０が頻繁に作動してオペレータがとまどうおそれがある。

しかし、本実施形態では、被検出板２２の周方向両端を半径方向に対して斜めに切り取っているので、近接センサ２１は、旋回角度の変化に伴って徐々に被検出板２２を検出又は非検出するようになる。このため、被検出板２２の周方向両端が半径方向に沿って切り取られているものに比べ、縦長安定度と横長安定度との切り換えが頻繁に行われなくなる。このため、オペレータは、油圧ショベル１の快適且つ最適な安定度で操作を行うことができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、近接センサ２１は、誘導型の非接触センサとしたが、これに限定されず、接触式センサではない静電容量型や磁気式のものであってもよい。

上記実施形態では、近接センサ２１を上部旋回体１０側に設け、被検出板２２を下部走行体２側に設けたが、逆に近接センサ２１を下部走行体２側に設け、被検出板２２を上部旋回体１０側に設けてもよい。但しこの場合には、旋回ベアリング５で上部旋回体１０と下部走行体２とが連結されていることから、転倒警報装置５０は、下部走行体２側に設ける必要がある。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１油圧ショベル（旋回式作業機械）
２下部走行体（固定体）
５旋回ベアリング
６外輪
７内輪
１０上部旋回体（回転体）
１５アタッチメント
２０旋回角度検出装置
２１近接センサ
２２被検出板
４０安定度切換装置
４１警報ブザー（警報手段）

Claims

固定体に回転軸を中心に回転自在に支持された回転体の該固定体に対する旋回角度を検出する旋回角度検出装置において、
上記固定体及び回転体の一方に設けられた近接センサと、
上記固定体及び回転体の他方に設けられて上記近接センサに検出される被検出板とを備え、
上記被検出板における上記近接センサに検出される部分の、上記回転体の回転軸を中心とする周方向端部は、上記回転体の半径方向に延びる直線に対して傾斜している
ことを特徴とする旋回角度検出装置。
請求項１に記載の旋回角度検出装置において、
上記固定体には、旋回ベアリングの内輪が回転一体に固定され、
上記回転体には、旋回ベアリングの外輪が回転一体に固定されている
ことを特徴とする旋回角度検出装置。
請求項２に記載の旋回角度検出装置を備えた旋回式作業機械において、
上記固定体は、上記内輪に回転一体に連結され、進行方向が長手方向と一致する下部走行体であり、
上記回転体は、上記外輪に回転一体に連結され、上記下部走行体上に旋回自在に搭載される上部旋回体であり、
上記上部旋回体の前側には、アタッチメントが起伏可能に連結され、
上記旋回角度検出装置の検出結果に基づいて上記アタッチメントの向きが上記下部走行体の長手方向に対して所定の旋回角度内に収まるときの縦長安定度と、該所定の角度に収まらず、該縦長安定度よりも許容安定度の低い横長安定度とを切り換える安定度切換装置と、
上記アタッチメントの作業半径が大きくなって上記安定度切換装置で切り換えられた縦長安定度又は横長安定度に基づいて計算された許容安定度を越えたときに警報を鳴らす警報手段とを備えている
ことを特徴とする旋回式作業機械。