JP6889033B2 - 作業車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操向操作を制御できる作業車両の操舵装置に関する。

ステアリング軸をモータによって回転駆動させる作業車両の操舵装置であって、ステアリングハンドルと、該ステアリングコラムと、ステアリングハンドルと、ステアリングコラムとの間に着脱自在に装着されるように構成されて前記ステアリングコラム内のステアリング軸を回転駆動させる駆動ユニットとを備え、該駆動ユニットによってステアリング操作をアシストできる特許文献１に記載の作業車両の操舵装置が従来公知である。

特開２０１４−２１３６１５号公報

上記文献では、ステアリング軸に設けたモータの駆動を制御することによって、走行機体の直進走行を補助することができるものであるが、前記モータが上下方向のステアリングコラム中途部内側に設けられているため、ステアリング軸側に前記モータ及び制御部を設置するためにはステアリングコラムの一部を解体する必要があり、設置作業に手間が掛かるとともに、走行機体の種類によってはモータの設置が困難な場合があるという課題があった。

本発明は、前記駆動ユニットをよりコンパクトに構成するとともに、該駆動ユニットを様々な大きさ、種類の走行機体のステアリング軸側に容易に後付けすることができる作業車両の操舵装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明は、第１に、ステアリング軸２１をモータ２３によって回転駆動させる作業車両の操舵装置であって、ステアリングハンドル１２と、ステアリングコラム２２と、ステアリングハンドル１２とステアリングコラム２２との間に着脱自在に装着されるように構成されて前記ステアリングコラム２２内のステアリング軸２１を回転駆動させる駆動ユニット２０とを備え、前記駆動ユニット２０は、モータ２３と、該モータ２３の動力を減速して上記ステアリング軸２１に伝動する減速ギヤ２４と、前記モータ２３と前記減速ギヤ２４とが内部に収容されてユニット化されるユニットケース２６とを有し、前記モータ２３と、減速ギヤ２４と、ステアリングハンドル１２とは、ステアリング軸２１の軸方向視で、少なくとも一部が重複するように配置され、前記ユニットケース２６は、モータ２３及び減速ギヤ２４をカバーする上部ケース体２６Ａと、下部ケース体２６Ｂとによって上下に分割形成され、前記上部ケース体２６Ａは、全体が前記下部ケース体２６Ｂの上面及び外周を覆う皿状に形成されるとともに、前記ステアリングハンドル１２が取付けられるステアリング取付軸３６が挿通される挿通孔３８が設けられ、該上部ケース体２６Ａの下部側に、ステアリングハンドル１２の周辺に配置される操作具である、前後進の切換操作をする前後進レバー１４、エンジンの回転数を操作するアクセルレバー１６又は、走行機体８に昇降可能に設けられた作業機の昇降作動を操作する昇降レバー１７の揺動操作を許容する切欠状の凹部４７，４８，４９が形成されたことを特徴としている。

第２に、前記モータ２３としてステッピングモータを用いたことを特徴としている。

前記モータと、前記減速ギヤの少なくとも一部がステアリング軸の軸方向視でラップすることにより、該モータ及び減速ギヤが収容される前記ユニットケースのステアリング軸を軸とする半径方向をよりコンパクトに形成することができるとともに、前記駆動ユニットの厚さ方向をよりコンパクトに形成することができるため、前記駆動ユニットをステアリングハンドルのステアリングコラムとの間に後付けできるとともに、作業者が後付けされた駆動ユニットに違和感を感じることなくステアリング操作をすることができる。

また、前記駆動ユニットは、モータ及び減速ギヤをカバーする上部ケース体を有し、該上部ケース体に、ステアリングハンドルの周辺に配置される操作具である、前後進の切換操作をする前後進レバー、エンジンの回転数を操作するアクセルレバー又は、走行機体に昇降可能に設けられた作業機の昇降作動を操作する昇降レバーの揺動操作を許容する切欠状の凹部が形成されたものによれば、該凹部によって、前記駆動ユニットが、ステアリングハンドルの近傍に配置されるケースが多い各操作具の操作に干渉すること防止することができるため、後付け可能な駆動ユニットの汎用性がより向上する。

また、前記モータとしてステッピングモータを用いたものによれば、ステアリングハンドルの操作位置を簡易な構成で制御することができる。

本発明を適用したトラクタの側面図である。 操縦部を示した要部斜視図である。 制御ユニットの着脱態様を示した要部斜視図である。 制御ユニットを示した斜視図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、制御ユニットを示した平面図、正面図、側面図である。 制御ユニットの取付状態を示した要部側断面図である。 減速機構の構成を示した制御ユニットの要部斜視図である。 ユニットケースの構成を示した分解図である。 ユニットケースの開状態を示した斜視図である。 制御ユニットの取付状態を示した要部側面図である。 取付部の構成を示した要部斜視図である。

図１は、本発明のステアリング制御装置を適用したトラクタの側面図であり、図２は、操縦部を示した要部斜視図であり、図３は、制御ユニットの着脱態様を示した要部斜視図である。本トラクタは、左右一対の前輪１及び後輪２によって支持される機体フレーム３と、該機体フレーム３の前側に設置されたエンジン（図示しない）の上面側をカバーするボンネット４と、該ボンネット４の後方に設置され、オペレータが乗込んで操縦等を行う操縦部６が設けられたキャビン７とを備えた走行機体８が構成されており、該走行機体８の後方に昇降リンク９を介してロータリ耕運機等の作業機（図示しない）が昇降可能に連結されている。

前記操縦部６は、オペレータが着座する座席１１と、該座席１１の前方側に配置された操向操作具であるステアリングハンドル１２と、該ステアリングハンドル１２の前方側に配置された表示パネル１３と、ステアリングハンドル１２の左側方側に配置された前後進切換えレバー（前後進レバー）１４と、ステアリングハンドル１２の右側に配置されたスロットルレバー（アクセルレバー）１６と、該スロットルレバー１６の手前に配置されて前記作業機の昇降作動を操作する昇降レバー１７と、該スロットルレバー１６の奥側に配置された方向指示器レバー１５と、座席１１とステアリングハンドル１２の間に設けられた床面であるフロアステップ１８とを備えている。

該ステアリングハンドル１２は、その回転軸側にステアリング操作を制御（アシスト）する制御ユニット２０が設けられている。該制御ユニット２０は、上下方向に延設されたステアリングシャフト（ステアリング軸）２１の上端側に装着されるとともに、該ステアリングシャフト２１を覆うステアリングコラム２２の上部側とに取付固定されている（図３参照）。

これにより、前記ステアリングシャフト２１は、前記ステアリングハンドル１２を介して作業者によって軸回転操作（操向操作）されるとともに、前記制御ユニット２０によって軸回転駆動されることによって操向操作が制御（アシスト）可能に構成されている。該制御ユニット２０については後述する。

次に、図３乃至図９に基づいて、前記制御ユニットについて説明する。図４は、制御ユニットを示した斜視図であり、図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、制御ユニットを示した平面図、正面図、側面図であり、図６は、制御ユニットの取付状態を示した要部側断面図であり、図７は、減速機構の構成を示した制御ユニットの要部斜視図であり、図８は、ユニットケースの構成を示した分解図であり、図９は、ユニットケースの開状態を示した斜視図である。

前記制御ユニット２０は、前記ステアリングシャフト２１を軸回転させる駆動モータ（モータ）２３と、該駆動モータ２３のモータ出力をギヤ減速する減速機構２４と、駆動モータ２３の駆動を制御する制御部２５とが、下部ケース体（下部体）２６Ｂ及び上部ケース体（上部体）２６Ａによって上下に分割されたユニットケース２６内に収容されることよってユニット化されている。また、該制御ユニット２０は、該ユニットケース２６の下面側が前記ステアリングシャフト２１（ステアリングコラム２２）の上端側に着脱可能に装着されるとともに、該ユニットケース２６の上面側に前記ステアリングハンドル１２が取付けられるように構成されている。

前記減速機構２４は、前記下部ケース体２６Ｂ側に支持された複数の減速ギヤから構成されている。具体的には、大径ギヤ部３１ｂと小径ギヤ部３１ａとが同一軸芯上に配置されるように一体形成されて、大径ギヤ部３１ｂが前記駆動モータ２３側の出力軸に設けた出力ギヤ２９と噛合する第１減速ギヤ３１と、該第１減速ギヤ３１の小径ギヤ部３１ａと噛合して、前記第１減速ギヤ３１の大径ギヤ部３１ｂよりも大径に形成された第２減速ギヤ３２とを備えている（図７参照）。

これにより、前記駆動モータ２３によるモータ出力は、出力ギヤ２９→第１減速ギヤ３１→第２減速ギヤ３２と伝動することによって減速されて、該第２減速ギヤ３２と一体回転するように連結された前記ステアリングシャフト２１側へと伝動される。

具体的に説明すると、該第２減速ギヤ３２の下面側には、その軸芯側に第２減速ギヤ３２と一体回転するボス部材３３が設けられており、該ボス部材３３に前記ステアリングシャフト２１の上端側が挿通されることにより、第２減速ギヤ３２とステアリングシャフト２１とが一体回転するように連結される（図６参照）。

該ボス部材３３は、その内周面側が下端側から上方に向かって幅狭となるように形成されており、該ボス部材３３に挿通されたステアリングシャフト２１は、その上端側が第２減速ギヤ３２の軸芯側を貫通した所定位置で保持されるように構成されている（図６参照）。また、該ボス部材３３の内周面側には、ステアリングシャフトの上端側に軸方向に沿って形成されたリブ状の突起部が嵌合される溝部が形成されているため、前記第２減速ギヤ３２と、ボス部材３３に挿通されたステアリングシャフト２１とか一体回転されるように構成されている。

該構成によれば、前記制御ユニット２０は、操縦部６側のステアリングシャフト２１上端側を前記ボス部材３３に挿通することによって、ステアリングシャフト２１の延設方向に沿って着脱可能に取付けることができるとともに、前記駆動モータ２３のモータ出力により、ステアリングシャフト２１を軸回転させることによってステアリング操作を制御することができる（図６参照）。

また、該第２減速ギヤ３２の上面側には、該第２減速ギヤ３２と一体回転するようにボルト３５で固定された連結板３４と、該連結板３４と一体的に軸回転するとともに前記ボス部材３３に挿通されるステアリングシャフト２１の延設方向に沿って延設されたステアリング取付軸３６とが設けられている（図４乃至図７参照）。

該ステアリング取付軸３６は、ステアリングシャフト２１の上端側と略同様の形状となるように形成されており、前記ボス部材３３と同様の構成で既存のステアリングハンドル１２が着脱可能に取付けることができるように構成されている。なお、該ステアリング取付軸３６は、既存のステアリングハンドル１２の着脱がスムーズにできるように、ステアリング取付軸３６側に嵌合させたステアリングハンドルをネジ止めする構成としても良い。

該構成によれば、ステアリング取付軸３６に装着されたステアリングハンドル１２を回転操作することにより、ステアリング取付軸３６→連結板３４→第２減速ギヤ３２→ボス部材３３を介して、ボス部材３３に挿通されたステアリングシャフト２１が軸回転操作されるため、通常のステアリングハンドル１２と同様にステアリング操作を行うことができる。

なお、該ステアリング取付軸３６に装着されるステアリングハンドル１２として、ステアリング軸方向の厚さを薄く形成した専用品を用いても良い。これにより、前記制御ユニット２０を装着したことによって、ステアリングシャフト１２の軸方向に沿って減速機構２４の分上方にずれたステアリングハンドル１２の位置を元の設置位置に近づけることができるため、よりステアリング操作時の違和感が少なくなる。

前記駆動モータ２３は、ステッピングモータが用いられている。これにより、該駆動モータ２３を小型且つ高出力なものにできるため、駆動モータ２３が収容されるユニットケース２６内のスペースを効率的に利用できるとともに、ユニットケース２６をよりコンパクトにすることができる。さらに、駆動モータ２３によって軸回転されるステアリングシャフト２１（ステアリングハンドル１２）の操作位置を細かく制御することが容易になる。

前記ユニットケース２６は、前記下部ケース体２６Ｂと、該下部ケース体２６Ｂの上方側を覆う前記上部ケース体２６Ａとによって上下に分割形成された箱状に形成されており、前記駆動モータ２３と、前記減速機構２４と、前記制御部２５とが収容されている。また、前記下部ケース体２６Ｂは、前記減速機構２４及び駆動モータが支持される支持部２６Ｂ１と、該支持部２６Ｂ１の下面側をカバーする下面カバー部２６Ｂ２と、該支持部２６Ｂの後部（手前）側を覆う化粧カバー部２６Ｂ３とから構成されている（図８参照）。これにより、前記ユニットケース２６がステアリングシャフト２１側から取外された際の見た目も良好に保たれるように構成されている。

前記上部ケース体２６Ａは、全体が前記下部ケース体２６Ｂの上面及び外周を覆う皿状に形成されて、ステアリングハンドル１２が取付けられる前記ステアリング取付軸３６が挿通される挿通孔３８と、該挿通孔３８の手前側（後部側）に配置された操作パネル３９とが設けられている。

また、該操作パネル３９の裏面側には、操作パネル３９に設けた各種操作スイッチの操作に基づいて、前記駆動モータ２３の駆動を制御する前記制御部２５を支持する支持部４２が形成されている（図６参照）。該支持部４２により、パネル状の制御部２５を樹脂で覆うことにより、振動等によって故障することを防止することができる。ちなみに、該操作パネル３９の左方側には、制御ユニット２０の電源のＯＮ・ＯＦＦを操作する電源スイッチ４３が設けられている。

該操作パネル３９は、前記制御ユニット２０によってステアリング操作を制御する複数の制御モードへの切換える切換スイッチ４１や、制御ユニット２０によるステアリング操作の感度を調整する調整スイッチ４４等からなる複数の操作スイッチ４１，４４と、各操作スイッチ４１，４４が操作されたことによって、制御ユニット２０の制御状態等を表示するランプ等からなる表示部４６とが設けられている（図４及び図５等参照）。

ちなみに、該制御ユニット２０は、例えば、遠くの目標地点に向けて直進走行させる遠景直進制御や、走行機体の側方側の畦や、作業跡・走行跡に沿って走行する追従走行制御を行うことができるように構成されており、前記操作パネル３９によって、各制御状態へと切換えることができる。

また、前記操作パネル３９及び電源スイッチ４３は、前記ステアリング取付軸３６の手前（後）側に配置されたことにより、該操作パネル３９及び電源スイッチ４３は、ステアリングシャフト２１の軸方向視で、ステアリングハンドル１２の回転軸と、ステアリングハンドル１２の持ち手との間に配置されるように構成されている。

該構成によれば、作業者は、前記操作パネル３９を目視し易い位置、具体的には、ステアリングハンドル１２の持ち手と回転軸との間に形成される隙間から視認することができる。これにより、作業者は、手元の表示部４６により制御ユニット２０の制御状態を常に視認することができるとともに、操作パネル３９側の各操作スイッチ４１，４４や、前記電源スイッチ４３の位置も見やすい位置に配置されるため、制御ユニット２０の操作もし易くなる。

また、前記上部ケース体２６Ａは、左側面側の一箇所と、右側面の手前側と奥側の２箇所の計３箇所に、ステアリングハンドル１２の周辺に配置されることの多い各種操作レバーの揺動操作を許容するための切欠状の凹部４７，４８，４９が形成されている。

具体的に説明すると、前記上部ケース体２６Ａは、右側面側の奥（前）側に、前記スロットルレバー１６の揺動操作を許容するための第１凹部４７が形成され、右側面の手前（後）側に、前記昇降レバー１７の揺動操作を許容するための第２凹部４８が形成され、左側面の中央側に、前記前後進切換えレバー１４の揺動操作を許容するための第３凹部４９が形成されている。

図示する例の作業車両のように、前後進切換えレバー１４がステアリングハンドル１２下側に装着された制御ユニット２０に干渉しないタイプの機種であって（図１乃至図３参照）、第３凹部４９を用いる必要がない場合には、該第３凹部４９に板状のカバー体４９Ａを取付けることによって該第３凹部４９を閉じることができる。前記第１凹部４７及び第２凹部４８についても使用されない場合には、それぞれにカバー体４７Ａ，４８Ａを取付けることができる。

前記下部ケース体２６Ｂは、その中央奥側に最も大径である前記第２減速ギヤ３２を回転自在に軸支し、該第２減速ギヤ３２に設けた前記ステアリング取付軸３６が上部ケース体２６Ａ側の前記挿通孔３８からユニットケース２６の上方側に突出するように構成されている。また、該第２減速ギヤ３２に連結されるステアリングシャフト２１を軸回転させる前記駆動モータ２３は、下部ケース体２６Ｂの手前（後）側の左右一方（図示する例では左）側に寄せた位置に配置されており、該駆動モータ２３と第２減速ギヤ３２との間に、前記第１減速ギヤ３１がそれぞれに噛合うように配置されている。

このとき、該第１減速ギヤ３１は、その大径部３１ｂがステアリングシャフト２１の軸方向視で、前記駆動モータ２３とラップするように配置されている（図７乃至図９参照）。該構成によれば、下部ケース体２６Ｂの手前側への突出量が抑えられるため、ユニットケース２６の前記ステアリング取付軸３６から手前方向をよりコンパクトに構成することができる。

さらに、該第１減速ギヤ３１の大径部３１ｂ側は、前記駆動モータ２３及び第２減速ギヤ３２の上方側に配置されているため、駆動モータの出力ギヤと第１減速ギヤ３１と第２減速ギヤ３２とを上下方向に並べて配置する場合と比較して、前記駆動モータ２３及び減速機構２４の上下方向がよりコンパクトに配置される。該構成により、制御ユニット２０の厚さ方向をよりコンパクトに構成することができる。

また、図８及び図９に示されるように、前記下部ケース体２６Ｂの後端側には、左右一対の下部取付片５１，５１が形成され、前記上部ケース体２６Ａの後端側に、左右一対の上部取付片５２，５２が形成されており、該下部取付片５１と上部取付片５２とが固定ボルト５３により共締めされることによって、下部ケース体２６Ｂと上部ケース体２６Ａとが後端側の２カ所で着脱可能に連結されている。

このとき、下部ケース体２６Ｂと上部ケース体２６Ａとを後端側で連結する左右一対の前記固定ボルト５３，５３は、その軸芯方向が左右方向に向けられるとともに、各固定ボルト５３の軸芯が同一軸芯上に配置されるように構成されている。

これにより、前記ユニットケース２６は、前記固定ボルト５３による下部取付片５１と上部取付片５２との締付けを緩めることによって、前記固定ボルト５３の軸芯を軸として、前記上部ケース体２６Ａの前端側を、下部ケース体２６Ｂに対して上下方向に開閉させることができるようになる（図９参照）。ちなみに、ユニットケース２６の前端側には、上部ケース体２６Ａと下部ケース体２６Ｂとを連結固定する固定ボルト５４と、該固定ボルト５４が締付固定される固定部５５とが設けられており、前記ユニットケース２６を閉状態で固定することができるように構成されている。

該構成によれば、前記制御ユニット２０は、上部ケース体２６Ａを上方回動させて開状態とすることによって、ユニットケースを分解することなく、制御ユニット内を視認することができる。

また、上述の構成によって、前記制御ユニット２０は、上部ケース体２６Ａ側に制御部２５及び操作パネル３９等の制御系が支持され、下部ケース体２６Ｂ側に前記駆動モータ２３及び減速機構２４等の駆動系が支持されているため、ユニットケース２６の組付作業をスムーズ且つ容易にすることができるとともに、メンテナンスもし易い。

次に、図１０及び図１１に基づいて、制御ユニットのステアリングコラム側への取付態様について説明する。図１０は、制御ユニットの取付状態を示した要部側面図であり、図１１は、取付部の構成を示した要部斜視図である。

前記下部ケース体２６Ｂは、その前端側に下方に向かって延設された板状の取付部５６が設けられており、該取付部５６は、その下端側に上方に向かって凹設された左右一対の凹部５６ａ，５６ａが形成されている（図１１参照）。また、該取付部５６が取付けられる前記ステアリングコラム２２側には、予め左右一対の取付ボルト５７，５７が固定されている。

このとき、ステアリングコラム２２側に固定された前記取付ボルト５７は、ネジ部がステアリングコラム側にねじ込まれた状態で固定されており、ステアリングコラム２２から前方に向かって取付ボルト５７の円筒部及び頭部が突出するように固定されている。また、該状態の取付ボルト５７には、一対のグロメットやワッシャ等からなる嵌合部材５８，５８が挿通されており、一対の嵌合部材５８，５８の間に前記取付部側の凹部５６ａが差込まれるように構成されている（図１０参照）。

これにより、前記制御ユニット２０は、前記ステアリングシャフト２１の上端側を、前記第２減速ギヤ３２側のボス部材３３を嵌合・連結するとともに、制御ユニット２０の前端側に設けられた前記取付部５６の凹部５６ａを、予めステアリングコラム２２の上端側に固定した取付ボルト５７側に、上方側から差込むことによって、前記制御ユニット２０が所定位置で装着された状態となる。

該構成によれば、前記取付部５６によって制御ユニット２０の前端側をステアリングコラム２２側に係止したことにより、駆動モータ２３がモータ出力された際に、制御ユニット２０全体がステアリングシャフト２１の軸回りに連れ周りする事態を防止することができるとともに、制御ユニット２０の振動やガタツキを抑制することができる。また、前記制御ユニット２０のステアリングシャフト２１側への装脱作業もスムーズに行うことができる。

１２ ステアリングハンドル
１４ 主変速レバー（前後進レバー）
１６ スロットルレバー（アクセルレバー）
１７ 昇降レバー
２０ 制御ユニット（駆動ユニット）
２１ ステアリングシャフト（ステアリング軸）
２２ ステアリングコラム
２３ 駆動モータ（モータ）
２４ 減速機構（減速ギヤ）
２６ ユニットケース
２６Ａ 上部ケース体（上部体）
２６Ｂ 下部ケース体（下部体）
４７ 第１凹部（凹部）
４８ 第２凹部（凹部）
４９ 第３凹部（凹部）

Claims (2)

1. ステアリング軸（２１）をモータ（２３）によって回転駆動させる作業車両の操舵装置であって、
   ステアリングハンドル（１２）と、
   ステアリングコラム（２２）と、
   ステアリングハンドル（１２）とステアリングコラム（２２）との間に着脱自在に装着されるように構成されて前記ステアリングコラム（２２）内のステアリング軸（２１）を回転駆動させる駆動ユニット（２０）とを備え、
   前記駆動ユニット（２０）は、モータ（２３）と、該モータ（２３）の動力を減速して上記ステアリング軸（２１）に伝動する減速ギヤ（２４）と、前記モータ（２３）と前記減速ギヤ（２４）とが内部に収容されてユニット化されるユニットケース（２６）とを有し、
   前記モータ（２３）と、減速ギヤ（２４）と、ステアリングハンドル（１２）とは、ステアリング軸（２１）の軸方向視で、少なくとも一部が重複するように配置され、
   前記ユニットケース（２６）は、モータ（２３）及び減速ギヤ（２４）をカバーする上部ケース体（２６Ａ）と、下部ケース体（２６Ｂ）とによって上下に分割形成され、
   前記上部ケース体（２６Ａ）は、全体が前記下部ケース体（２６Ｂ）の上面及び外周を覆う皿状に形成されるとともに、前記ステアリングハンドル（１２）が取付けられるステアリング取付軸（３６）が挿通される挿通孔（３８）が設けられ、
   該上部ケース体（２６Ａ）の下部側に、ステアリングハンドル（１２）の周辺に配置される操作具である、前後進の切換操作をする前後進レバー（１４）、エンジンの回転数を操作するアクセルレバー（１６）又は、走行機体（８）に昇降可能に設けられた作業機の昇降作動を操作する昇降レバー（１７）の揺動操作を許容する切欠状の凹部（４７，４８，４９）が形成された
   作業車両の操舵装置。
2. 前記モータ（２３）としてステッピングモータを用いた
   請求項１に記載の作業車両の操舵装置。

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