JP6619603B2 - 建設機械の作業腕装置 - Google Patents

Description

油圧ショベルの如き建設機械に装着される作業腕装置に関する。

近年の情報化施工の発達に伴い、作業中における建設機械の作業具、例えば油圧ショベルにおけるアームの先端側に回動自在に装着された作業具、の正確な位置を検出すること等が望まれるようになっている。油圧ショベルにおける作業具位置の検出は、アームに対する作業具の回動角度を検出すること等により行われる。この点に関して、下記特許文献１には、アームに対する作業具の回動角度が算出される建設機械が開示されている。この建設機械においては、アームに対する作業具シリンダの回動角度を検出する角度検出器が作業具から離間した作業具シリンダの基端側（ボトム側）に配設されている。そして、この建設機械によれば、角度検出器によって検出した角度からアームに対する作業具の回動角度が算出されると共に、作業具から離間した位置に角度検出器が配設されていることによって掘削作業等が行われる際に土砂等との接触により角度検出器が損傷してしまうことが防止される。

特開平１０−３０２４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている建設機械には、次のとおりの解決すべき課題がある。この課題について、代表的な建設機械である油圧ショベルを例に挙げ、図１１乃至図１３を参照して説明する。

図１１において全体を符号１００で示す油圧ショベルは、下部走行体１０２と、下部走行体１０２上に搭載された上部旋回体１０４と、上部旋回体１０４に装着された作業腕装置１０６とから大略構成されている。作業腕装置１０６は、上部旋回体１０４に回動自在にピン結合されたブーム１０８と、ブーム１０８の先端側に回動自在にピン結合されたアーム１１０と、アーム１１０の先端側に回動自在にピン結合された作業具１１２と、ブーム１０８を回動させるためのブームシリンダ１１４と、アーム１１０を回動させるためのアームシリンダ１１６と、第１のリンク１１８及び第２のリンク１２０を介して作業具１１２を回動させるための作業具シリンダ１２２とを含む。

図１２及び図１３を参照して説明する。図１２に示されている作業具１１２は、作業具シリンダ１２２が最縮退されることによって放出位置に位置付けられている。一方、図１３に示されている作業具１１２は、作業具シリンダ１２２が最伸長されることによって掘削位置に位置付けられている。ここで、作業具１１２が放出位置から掘削位置に回動されるまでの間において、アーム１１０に対する作業具シリンダ１２２の回動動作について説明する。作業具シリンダ１２２は、先ず図１２において実線で示す位置から二点鎖線で示す位置まで矢印Ｘで示す方向に回動する。次いで作業具シリンダ１２２は、図１３において二点鎖線で示す位置（図１２において二点鎖線で示す位置と同位置である。）から実線で示す位置まで矢印Ｙで示す方向に回動することとなる。従って、作業具１１２が放出位置から掘削位置まで一方向に回動するまでの間において、作業具シリンダ１２２は一方向にのみ回動するのではなく、一方向に回動した後に逆方向に回動する。このため、アーム１１０に対する作業具シリンダ１２２の回動角度からでは、アーム１１０に対する作業具１１２の回動角度を一義的に算出することが困難である。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、アームに対する作業具の回動角度が一義的に算出されると共に、掘削作業等が行われる際に土砂等との接触により角度検出手段が損傷してしまうことが防止される建設機械の作業腕装置を提供することである。

本発明によれば、上記技術的課題を解決する建設機械の作業腕装置として、アームと、片端部が該アームの先端側に回動自在に連結された第１のリンクと、片端部が該第１のリンクの他端部に回動自在に連結された第２のリンクと、該第２のリンクの他端部に回動自在に連結されると共に、該第１のリンクの片端部よりも更に該アームの先端側において該アームに回動自在に連結された作業具とを具備し、該第１のリンクは該アームの幅方向片側壁よりも幅方向外方に位置する建設機械の作業腕装置において、該第１のリンクの内面と該アームの該片側壁の外面との間には、該アームに対する該第１のリンクの回動角度を検出するための角度検出手段が配設されており、該角度検出手段は、該第１のリンクの内面と該アームの該片側壁の外面との一方に装着された磁石、及び該第１のリンクの内面と該アームの該片側壁の外面との他方に装着された磁気検出器から構成されており、該アームには幅方向に延び且つ該片側壁から突出する円筒状のリンク連結ボスが配設され、該リンク連結ボスには円柱状のリンク連結ピンが回動自在に挿通されていて、該リンク連結ピンに該第１のリンクの片端部が固定されており、該磁気検出器は該リンク連結ボスの外周面に沿って円弧状に延びる円弧状検出部を有し、該磁石は該リンク連結ボスの外周面と該円弧状検出部との間に位置する、ことを特徴とする建設機械の作業腕装置が提供される。

該磁石は該第１のリンクの内面に固定されており、該磁気検出器はカバー部材に固定されていて該カバー部材が該アームの該片側壁の外面に装着されているのが好都合である。該カバー部材は該アームの該片側壁の外面と幅方向に間隔をおいて配置されたカバー板から構成され、該磁気検出器は該カバー板の内面に固定されているのが好ましい。該カバー板には貫通開口が形成されていて、該貫通開口の内周縁は該磁気検出器の該円弧状検出部に沿って円弧状に延びる円弧状内周縁を有し、該磁気検出器が該カバー板の内面に固定された状態において該磁気検出器の該円弧状検出部は該円弧状内周縁を越えて該貫通開口内へ突出しているのが好適である。該カバー板には外周縁から幅方向内方に突出して外周縁に沿って延びるリブが配設されているのが好都合である。該第１のリンクの内面には幅方向内方に突出する一対の突出片が配設されており、該リンク連結ピンの周方向にみて該磁石は該一対の突出片間に位置するのが好ましい。該第１のリンクの内面には幅方向内方に突出する環状突条が配設され、該環状突条の径方向中心は該リンク連結ピンの中心軸線上に位置付けられており、該磁石は該環状突条内に埋設されているのが好適である。

本発明によって提供される建設機械の作業腕装置においては、アーム、第１のリンク、第２のリンク及び作業具は互いに回動自在に連結されていてリンク機構を構成していることから、第１のリンクはアームに対して作業具と同一方向に回動するため、角度検出手段によって検出されたアームに対する第１のリンクの回動角度からアームに対する作業具の回動角度が一義的に算出される。又、第１のリンクの内面とアームの片側壁の外面との間に角度検出手段が配設されていることによって、角度検出手段は第１のリンクによって覆われることとなる。従って、本発明に係る建設機械の作業腕装置においては、掘削作業等が行われる際に土砂等との接触により角度検出手段が損傷してしまうことが防止される。

本発明に従って構成された作業腕装置を具備する油圧ショベルの側面図。 図１に示すアームの斜視図。 図１に示す作業腕装置の斜視図。 図１に示す作業腕装置の側面図。 図４に示す左リンク片の斜視図。 図４に示す作業腕装置からリンク片が離脱された状態におけるアームの側面図。 図４中のＡ−Ａ方向からみた断面図。 図４に示す磁気検出器の位置決め用治具を示す斜視図。 図８に示す治具によって磁気検出器が位置決めされている状態を示す側面図。 本発明に従って構成された作業腕装置の他の形態における左リンク片の斜視図。 従来技術を説明するための油圧ショベルの側面図。 図１１に示す作業具シリンダが最縮退された状態における作業腕装置の側面図。 図１１に示す作業具シリンダが最縮退された状態における作業腕装置の側面図。

以下、本発明に係る建設機械の作業腕装置の実施形態について、代表的な建設機械である油圧ショベルを例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１を参照して説明する。全体を符号２で示す油圧ショベルは、自走可能な下部走行体４と、下部走行体４上に旋回自在に搭載された上部旋回体６と、上部旋回体６に回動自在に装着された作業腕装置８とから大略構成されている。上部旋回体６の骨組み構造体をなす旋回フレーム１０上には、運転員が搭乗するキャブ１２、エンジンや油圧ポンプ等の各種機器が収容されている機器収容室１４及び作業腕装置８に対して重量バランスをとるためのカウンタウエイト１６等が搭載されている。尚、本明細書の説明で用いられている前後方向及び左右方向（幅方向）は、図１に示すキャブ１２内に搭乗した運転員から見た前後方向及び左右方向（幅方向）である。

作業腕装置８は、基端側が上部旋回体６の前部に回動自在にピン結合されたブーム１８と、基端側がブーム１８の先端側に回動自在にピン結合されたアーム２０と、アーム２０の先端側に回動自在にピン結合された作業具２２と、ブーム１８を回動させるための左右一対のブームシリンダ２４（左側のみ図示されている。）と、アーム２０を回動させるためのアームシリンダ２６と、第１のリンク２８及び第２のリンク３０を介して作業具２２を回動させるための作業具シリンダ３２とを含む。そして、油圧ショベル２においては、作業腕装置８のブーム１８、アーム２０及び作業具２２が回動されることによって、土砂の掘削作業の如き各種作業が行われる。

図２を参照して説明する。アーム２０は、幅方向に間隔おいて配置された左右一対の側面壁３４（左側のみ図示されている。）、図２において各側面壁３４の上端側に延在する上面壁３６、及び図２において各側面壁３４の下端側に延在する下面壁３８を有し、箱形状に形成されている。アーム２０には、幅方向に延び且つ各側面壁３４の外面から幅方向外方に突出する円筒状の連結ボスが複数個配設されている。連結ボスは、アーム２０の基端側に配設されたブーム連結ボス４０と、アーム２０の先端側に配設されたリンク連結ボス４２と、リンク連結ボス４２よりも更にアーム２０の先端側に配設された作業具連結ボス４４とを含む。そして、アーム２０は、ブーム連結ボス４０においてブーム１８の先端側に回動自在にピン結合される。又、アーム２０には、リンク連結ボス４２において第１のリンク２８が回動自在にピン結合されると共に、作業具連結ボス４４において作業具２２が回動自在にピン結合される。

図２に示すとおり、下面壁３８には、基端側外面から外方に突出するアームシリンダブラケット４６が幅方向に間隔をおいて左右一対配設されている。各アームシリンダブラケット４６には円形開口４８が形成されている。又、上面壁３６には、基端側外面から外方に突出する作業具シリンダブラケット５０が幅方向に間隔をおいて左右一対配設されている。各作業具シリンダブラケット５０にも、円形開口５２が形成されている。そして、アーム２０には、各アームシリンダブラケット４６の各円形開口４８においてアームシリンダ２６の先端側（ロッド側）が回動自在にピン結合されると共に、各作業具シリンダブラケット５０の各円形開口５２において作業具シリンダ３２の基端側（ボトム側）が回動自在にピン結合される。

図２と共に図３を参照して説明する。図示された実施形態においては、図３に示すとおり、第１のリンク２８は各側面壁３４の幅方向外方に配置された左右一対のリンク片５４から構成されている。各リンク片５４の片端部は、円柱状のリンク連結ピン５６の軸方向端部に固定されている。リンク連結ピン５６は、リンク連結ボス４２に回動自在に挿通されている。図３に示すとおり、各リンク片５４の他端部は、作業具シリンダ３２の先端側（ロッド側）及び第２のリンク３０の片端部と回動自在にピン結合されている。作業具２２は、第２のリンク３０の他端部と回動自在にピン結合されていると共に、作業具連結ボス４４に挿通された円柱状の作業具連結ピン５８を介して回動自在にアーム２０に連結されている。そして、作業具シリンダ３２が伸張すると、作業具２２は作業具連結ピン５８の中心軸を中心として左方からみて反時計回りに回動し、各リンク片５４はリンク連結ピン５６の中心軸を中心として左方からみて反時計回りに回動する。一方、作業具シリンダ３２が縮退すると、作業具２２は作業具連結ピン５８の中心軸を中心として左方からみて時計回りに回動し、各リンク片５４はリンク連結ピン５６の中心軸を中心として左方からみて時計回りに回動する。従って、各リンク片５４は、作業具シリンダ３２の伸縮に応じて作業具２２と同一方向に回動することとなる。

図４乃至図７を参照して説明する。本発明に従って構成された油圧ショベル２の作業腕装置８においては、リンク片５４の内面とアーム２０の側面壁３４の外面との間に、アーム２０に対するリンク片５４の回動角度を検出するための角度検出手段が配設されているのが重要である。上述したとおりリンク片５４はアーム２０に対して作業具２２と同一方向に回動することから、角度検出手段によって検出されたアーム２０に対するリンク片５４の回動角度からアーム２０に対する作業具２２の回動角度が一義的に算出される。又、リンク片５４の内面とアーム２０の側面壁３４の外面との間に角度検出手段が配設されていることによって、角度検出手段はリンク片５４によって覆われることとなる。従って、本発明に係る作業腕装置８においては、掘削作業等が行われる際に土砂等との接触により角度検出手段が損傷してしまうことが防止される。

図示された実施形態においては、角度検出手段は磁石６０及び磁気検出器６２から構成されている。図５に示すとおり、磁石６０は左リンク片５４の内面にボルト６４により固定されている。磁気検出器６２はカバー部材に固定されていて、カバー部材がアーム２０の左側面壁３４の外面に装着されているのが好都合である。これにより、磁気検出器６２が左側面壁３４の外面に直接装着される場合に比べて、掘削作業等が行われる際に磁気検出器６２に伝達される衝撃が低減される。図示された実施形態においては、図６及び図７に示すとおり、カバー部材はアーム２０の左側面壁３４の外面と幅方向に間隔をおいて配置されたカバー板６６から構成されている。そして磁気検出器６２は、カバー板６６の内面にボルト６８により固定されていて、カバー板６６がアーム２０の左側面壁３４の外面にボルト７０により固定されている。尚、図示された実施形態とは逆に、左リンク片５４の内面に磁気検出器６２が装着され、アーム２０の左側面壁３４の外面に磁石６０が装着されていてもよい。或いは、磁石６０及び磁気検出器６２はアーム２０の右側に配設されていてもよい。即ち、磁石６０が右リンク片５４の内面とアーム２０の右側面壁３４の外面との一方に装着され、磁気検出器６２が右リンク片５４の内面とアーム２０の右側面壁３４の外面との他方に装着されていてもよい。

機体制御用コントローラ（図示されていない。）と有線又は無線により電気的に接続されている磁気検出器６２は、図４及び図６を参照することによって理解されるとおり、リンク連結ボス４２の外周面に沿って円弧状に延びる円弧状検出部７２を有している。図４に示すとおり、磁石６０は、リンク連結ボス４２の外周面と磁気検出器６２の円弧状検出部７２との間に位置するのが好適である。油圧ショベル２において土砂の掘削作業の如き各種作業が行われる際、作業具シリンダ３２が伸縮されることによって作業具２２と共にリンク片５４が回動されると、これに伴って磁石６０はリンク連結ボス４２の外周面と円弧状検出部７２との間を円弧状に移動することとなる。従って、磁気検出器６２の検出部７２は円弧状であるのが角度検出にとって好適である。磁石６０の位置は、磁気検出器６２によって検出され、磁気検出器６２からコントローラに送信される。そして、コントローラにおいて、送信された磁石６０の位置からアーム２０に対するリンク片５４の回動角度が算出され、更にはアーム２０に対する作業具２２の回動角度が算出される。

磁気検出器６２は、ＡＭＲ（Anisotropic-Magneto-Resistive）センサから構成されているのが好ましい。一般に磁気検出器としてはホールＩＣが多く採用されているが、ＡＭＲセンサはホールＩＣよりも感度領域を広く設定することができることから、組立誤差又はリンク連結ボス４２とリンク連結ピン５６とのガタ等によって磁石６０と円弧状検出部７２との距離が若干変化することがあっても、ＡＭＲセンサはホールＩＣよりも磁石６０の位置を正確に検出することができる。

図６に示すとおり、カバー板６６には貫通開口７４が形成されている。貫通開口７４の内周縁は、磁気検出器６２の円弧状検出部７２に沿って円弧状に延びる円弧状内周縁７６を有している。磁気検出器６２がカバー板６６の内面に固定された状態において、磁気検出器６２の円弧状検出部７２は円弧状内周縁７６を越えて貫通開口７４内へ突出しているのが好適である。これによって、組立作業員は図８に示すとおりの治具７８を用いることにより、磁気検出器６２の位置決めを容易に行い得ることとなる。治具７８は、磁気検出器６２の円弧状検出部７２に合致する円弧状外周縁８０を有する板状部材から形成されている。治具７８には、リンク連結ピン５６の外径に対応した円形開口８２が形成されている。この円形開口８２の中心は円弧状外周縁８０の円弧中心と整合している。そして、組立作業員が磁気検出器６２の位置決めを行う際は、図９に示すとおり、治具７８の円形開口８２にリンク連結ピン５６を挿通させ、次いで磁気検出器６２の円弧状検出部７２を治具７８の円弧状外周縁８０に当接させる。これによって、円弧状検出部７２の円弧中心がリンク連結ピン５６の中心軸線に整合される。従って、リンク連結ピン５６に固定された左リンク片５４の回動に伴って磁石６０が円弧状に移動する間、リンク連結ピン５６の径方向にみて磁石６０と円弧状検出部７２との距離が一定に保たれることとなる。この結果、磁気検出器６２によって磁石６０の位置が正確に検出される。

図６及び図７に示すとおり、カバー板６６には、外周縁から幅方向内方に突出して外周縁に沿って延びるリブ８４が配設されているのが好都合である。これにより、カバー板６６とアーム２０の左側面壁３４との間に土砂等の異物が侵入することが抑制される。リブ８４は磁石６０や磁気検出器６２の損傷を招く一定の大きさ以上の異物の侵入を防止することができればよいことから、リブ８４の突出端とアーム２０の左側面壁３４との間には間隙が存在していてもよい。この間隙が存在する場合、カバー板６６の貫通開口７４等から侵入した小さい異物が間隙から排出されるため、カバー板６６とアーム２０の左側面壁３４との間に異物が堆積することが防止される。

図５を参照して説明する。左リンク片５４には、リンク連結ピン５６の軸方向片端部が固定される円形開口８５が形成されている。図５に示すとおり、左リンク片５４の内面には幅方向内方に突出する一対の突出片８６が配設されており、円形開口８５の周方向、リンク連結ピン５６が左リンク片５４に固定された状態においてはリンク連結ピン５６の周方向、にみて磁石６０は突出片８６間に位置するのが好ましい。これによって、カバー板６６とアーム２０の左側面壁３４との間に異物が侵入した場合でも、左リンク片５４の回動に伴って磁石６０が円弧状に移動するとき、突出片８６によって磁石６０の回動経路から異物が掻き出されるため、磁石６０と異物との接触が防止される。

図１０には、本発明に従って構成された作業腕装置の他の実施形態における左リンク片８８が図示されている。左リンク片８８の内面には、幅方向内方に突出する環状突条９０がネジ９２により固定されている。環状突条９０の径方向中心は円形開口８５の中心と整合しており、リンク連結ピン５６が左リンク片８８に固定されると、環状突条９０の径方向中心はリンク連結ピン５６の中心軸線上に位置付けられる。そして、磁石９４は環状突条９０内に埋設されている。これによって、カバー板６６とアーム２０の左側面壁３４との間に異物が侵入した場合でも、環状突条９０によって磁石９４の回動経路に異物が侵入することが防止されるため、磁石９４と異物との接触が防止される。

２：油圧ショベル
８：作業腕装置
２０：アーム
２２：作業具
２８：第１のリンク
３０：第２のリンク
３４：側面壁
４２：リンク連結ボス
５４：リンク片
５６：リンク連結ピン
６０：磁石
６２：磁気検出器
６６：カバー板
７２：円弧状検出部
７４：貫通開口
７６：円弧状内周縁
８４：リブ
８６：突出片
９０：環状突条

Claims (7)

1. アームと、片端部が該アームの先端側に回動自在に連結された第１のリンクと、片端部が該第１のリンクの他端部に回動自在に連結された第２のリンクと、該第２のリンクの他端部に回動自在に連結されると共に、該第１のリンクの片端部よりも更に該アームの先端側において該アームに回動自在に連結された作業具とを具備し、該第１のリンクは該アームの幅方向片側壁よりも幅方向外方に位置する建設機械の作業腕装置において、
   該第１のリンクの内面と該アームの該片側壁の外面との間には、該アームに対する該第１のリンクの回動角度を検出するための角度検出手段が配設されており、
   該角度検出手段は、該第１のリンクの内面と該アームの該片側壁の外面との一方に装着された磁石、及び該第１のリンクの内面と該アームの該片側壁の外面との他方に装着された磁気検出器から構成されており、
   該アームには幅方向に延び且つ該片側壁から突出する円筒状のリンク連結ボスが配設され、該リンク連結ボスには円柱状のリンク連結ピンが回動自在に挿通されていて、該リンク連結ピンに該第１のリンクの片端部が固定されており、
   該磁気検出器は該リンク連結ボスの外周面に沿って円弧状に延びる円弧状検出部を有し、該磁石は該リンク連結ボスの外周面と該円弧状検出部との間に位置する、ことを特徴とする建設機械の作業腕装置。
2. 該磁石は該第１のリンクの内面に固定されており、該磁気検出器はカバー部材に固定されていて該カバー部材が該アームの該片側壁の外面に装着されている、請求項１記載の建設機械の作業腕装置。
3. 該カバー部材は該アームの該片側壁の外面と幅方向に間隔をおいて配置されたカバー板から構成され、該磁気検出器は該カバー板の内面に固定されている、請求項２記載の建設機械の作業腕装置。
4. 該カバー板には貫通開口が形成されていて、該貫通開口の内周縁は該磁気検出器の該円弧状検出部に沿って円弧状に延びる円弧状内周縁を有し、
   該磁気検出器が該カバー板の内面に固定された状態において該磁気検出器の該円弧状検出部は該円弧状内周縁を越えて該貫通開口内へ突出している、請求項３記載の建設機械の作業腕装置。
5. 該カバー板には外周縁から幅方向内方に突出して外周縁に沿って延びるリブが配設されている、請求項３又は４記載の建設機械の作業腕装置。
6. 該第１のリンクの内面には幅方向内方に突出する一対の突出片が配設されており、該リンク連結ピンの周方向にみて該磁石は該一対の突出片間に位置する、請求項２から５までいずれかに記載の建設機械の作業腕装置。
7. 該第１のリンクの内面には幅方向内方に突出する環状突条が配設され、該環状突条の径方向中心は該リンク連結ピンの中心軸線上に位置付けられており、
   該磁石は該環状突条内に埋設されている、請求項２から５までいずれかに記載の建設機械の作業腕装置。