JP6904647B2 - 作業車両の操舵装置および作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両の操舵装置および作業車両に関する。

作業車両の操舵装置としては、例えば特許文献１に記載のようなものが知られている。操舵輪を備えるナックルはキングピンの軸回りに回動可能に設けられており、ナックルアームとステアリングシリンダのピストンロッドとはタイロッドにより連結されている。タイロッドとナックルアームおよびピストンロッドとは、ピンを用いたピン連結により連結されている。

特開２００８−５６３７０号公報

上述のようなピン連結構造においては、一般に、ピンをピン連結状態に保持するためのキー部材が設けられる。ピン連結部においては、ナックルアーム等の連結された部材がピン軸芯回りに回動自在に連結されている。そのため、操舵動作に伴ってピンを回転させるような力が働き、ピン連結状態に保持するためのキー部材にもピンから力が加わることになるので、キー部材に関する強度面での対策、例えば、キー部材を固定するボルトの強度アップが必要となる。

本発明の第１の態様によれば、作業車両の操舵装置は、操舵輪が取り付けられるナックルと、前記ナックルおよび前記ナックルに操舵力を与える駆動軸のそれぞれにピン連結され、前記ナックルと前記駆動軸とを接続するタイロッドと、前記タイロッドと前記ナックルとをピン連結し、円筒面に第１の溝が形成された第１のピンと、前記タイロッドと前記駆動軸とをピン連結し、円筒面に第２の溝が形成された第２のピンと、前記タイロッドに固定されるとともに、前記第１の溝に当接する第１の当接部および前記第２の溝に当接する第２の当接部を有し、前記第１のピンおよび前記第２のピンをピン連結状態に保持するピン保持用プレートと、を備え、前記ピン保持用プレートは対向する一対の辺を有する板状部材であって、前記第１の当接部は前記一対の辺の一方に形成され、前記第２の当接部は前記一対の辺の他方に形成されている。
本発明の第２の態様によれば、作業車両は、前記作業車両の操舵装置と、前記操舵輪の操舵角を指令する操舵角指令装置と、前記操舵角指令装置により指令された操舵角に基づいて前記駆動軸を駆動する駆動装置と、を備える。

本発明によれば、ピンからピン保持用プレートに加わる力が互いに打ち消すような関係となり、例えば、プレート固定用ボルトに作用するせん断力を低減することができる。

図１は、作業車両を左側方から見た外観図である。 図２は、操舵装置を説明する図である。 図３は、タイロッドに関係する部分を詳細に示す図である。 図４は、キープレートの平面図である。 図５は、キープレートの装着手順を説明する図である。 図６は、比較例を示す図である。 図７は、操舵動作時にピンに作用する回転力を説明する図である。 図８は、ピンからキープレートに作用する力を説明する図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、作業車両１を左側方から見た外観図である。本実施の形態における作業車両１は、エンジン式フォークリフトである。

作業車両１は、車体２の前部に荷役マスト３を備える。荷役マスト３には昇降可能にフォーク８が設けられている。荷役マスト３は、車体２に備えられたチルトシリンダ４により図示左右方向に傾けられる。車体２は、運転室６と、前輪７Ａおよび後輪７Ｂと、原動機や油圧回路等が設けられた格納部９とを備える。運転室６の後方には排気管１１が設けられている。本実施の形態の作業車両１では、前輪７Ａは駆動輪として構成され、後輪７Ｂは操舵輪として構成されている。操舵輪である後輪７Ｂは、運転室６内のステアリングホイールの操作によって駆動される操舵装置（不図示）によって操舵される。

図２は、後輪７Ｂを操舵する操舵装置を説明する図である。図２（ａ）は操舵装置５の平面図であり、図２（ｂ）は操舵装置５をリア側から見た図である。アクスル５１の左右両端にはナックル５２ａ，５２ｂが設けられている。各ナックル５２ａ，５２ｂは、キングピン５８の軸芯回りに回動可能にアクスル５１に支持されている。各ナックル５２ａ，５２ｂには、後輪７Ｂのタイヤホールが装着される不図示のリアハブが、ベアリングを介して装着される。

ナックル５２ａに形成されたナックルアーム５２０は、タイロッド５３を介して操舵用のパワーシリンダ（以下では、操舵シリンダと呼ぶ）５７によって往復運動するピストンロッド５７０の左端に連結されている。一方、ナックル５２ｂに形成されたナックルアーム５２０は、タイロッド５３を介してピストンロッド５７０の右端に連結されている。タイロッド５３とナックルアーム５２０とはピン５５により回動可能に連結されており、タイロッド５３とピストンロッド５７０とはピン５６により回動可能に連結されている。タイロッド５３の上面（外側の面）に固定されたキープレート５４は、ピン５５，５６が抜け落ちるのを防止するピン保持用プレートである。

操舵装置５は、操舵信号出力装置１００および操舵弁１０１によって駆動される。操舵信号出力装置１００は、不図示のステアリングホイールの操作量に応じて操舵信号であるパイロット圧を出力する。操舵弁１０１は、操舵信号出力装置１００から出力されるパイロット圧により操作され、操舵シリンダ５７への圧油の流れを制御する。その結果、駆動軸であるピストンロッド５７０が図示左右に駆動される。例えば、ピストンロッド５７０が矢印で示すように図示左方向に駆動されると、左右のナックル５２ａ，５２ｂは、キングピン５８の軸芯回りに時計方向に回動される。それぞれ角度θ１，θ２だけ回動される。

図３はタイロッド５３に関係する部分を詳細に示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図（作業車両１のリア側から見た図）である。なお、図３は、図２に示す左側のタイロッド５３を示したものであり、図２の右側のタイロッド５３は図３に示す形状を左右反転した形状を成す。

タイロッド５３は、ほぼ平行に配置された一対のプレート５３１を支柱５３２により接続した構造を有する。各プレート５３１には、ピン５５が挿入されるピン穴５３３と、ピン５６が挿入されるピン穴５３４とがそれぞれ形成されている。一方のプレート５３１の外側の面にはキープレート５４がボルト６０，６１により固定されている。キープレート５４の図示左側の当接部５４３はピン５５の円筒面５５ａに形成された溝５５０に挿入されている。一方、キープレート５４の図示右側の当接部５４４はピン５６の円筒面５６ａに形成された溝５６０に挿入されている。

図４は、図３に示すキープレート５４の平面図である。キープレート５４は互いに対向する一対の辺Ｓ１、Ｓ２を有する板状部材であり、辺Ｓ１にはピン５５の溝５５０の底面に当接する当接部５４３が形成され、辺Ｓ２にはピン５６の溝５６０の底面に当接する当接部５４４が形成されている。直線Ｌ１，Ｌ２は、各辺Ｓ１，Ｓ２の図示下端を通り図示上下方向（車両前後方向）に延在する互いに平行な直線である。各辺Ｓ１，Ｓ２は、すなわち、ピン５５の溝５５０およびピン５６の溝５６０に挿入される各当接部５４３，５４４は、平行線を成す直線Ｌ１，Ｌ２の内側に傾くような形状とされている。

キープレート５４には、ボルト固定用の孔５４１，５４２が形成されている。キープレート５４のキングピン５８に対向するFront側の側面には、Rear側に窪んだ円弧形状領域Ａが形成されている。この円弧形状領域Ａは、操舵によりナックル５２ａ，５２ｂがキングピン５８の軸芯回りに回転した際に、タイロッド５３に固定されたキープレート５４がナックル５２ａ，５２ｂに干渉しないようにするために設けられたものであり、タイロッド５３の対応する部分にも同様の形状が形成されている。

図５は、キープレート５４をタイロッド５３に取り付ける際の手順を模式的に説明する図である。図５（ａ）は、キープレート５４をピン５５，５６の溝５５０，５６０に挿入する前の状態の一例を示す。キープレート５４の当接部５４３，５４４の間の間隔は図示下側ほど大きくなっているので、溝５５０，５６０に対して下側から挿入することになる。図５（ａ）では溝５５０，５６０が平行となるようにピン５５，５６の回転位置を設定しているが、下側ほど間隔が大きくなるようにピン５５，５６の回転位置を設定しても良い。

次いで、キープレート５４を符号Ｂ１で示す位置から符号Ｂ２で示す位置まで図示上方にスライドさせると、キープレート５４の当接部５４３がピン５５の溝５５０の底面に当接し、当接部５４４がピン５６の溝５６０の底面に接触する。さらに、キープレート５４を図示上方にスライドすると、溝５５０の底面がキープレート５４の当接部５４３に倣うように時計回りに回転する。一方、ピン５６に関しては、溝５６０の底面がキープレート５４の当接部５４４に倣うように反時計回りに回転する。

そして、図５（ｂ）に示すように、ピン５５が時計回りに角度θ３だけ回転すると共に、ピン５６が反時計回りに角度θ４だけ回転すると、溝５５０の底面全体と当接部５４３とが当接し、溝５６０の底面全体と当接部５４４とが当接する。この状態でキープレート５４をタイロッド５３（図３参照）にボルト固定することにより、当接部５４３，５４４と溝底面との間に隙間ができること無く、キープレート５４の両端を溝５５０，５６０に挿入することができる。さらに、当接部５４３，５４４の間隔や角度θ３，θ４に誤差があった場合でも、当接部５４３，５４４を隙間無く溝５５０，５６０に挿入することが可能である。

一方、角度θ３，θ４がゼロである場合には、すなわち当接部５４３，５４４が平行である場合には、当接部５４３，５４４の間隔を、図５（ａ）に示す溝５５０，５６０の底面間の間隔と精度良く一致させないと、図２の矢印のように操舵動作を行った際に、ピン５５，５６の溝５５０，５６０とキープレート５４の当接部５４３，５４４との間にガタが生じ易い。そのため、本実施の形態におけるキープレート５４では、図４に示すような傾き角度θ３，θ４を設けることでそのようなガタの発生を防止している。

また、図６に示す比較例のようにピン５５，５６毎にキープレート１５４を設ける構成の場合には、キープレート１５４をピン５５の溝５５０に挿入した状態で、ボルト１６０の位置決めをするためにピン５５を回転させて調整する必要がある。この場合、そのような調整をピン５５，５６毎に行う必要があるので、組立作業が煩雑となる。一方、本実施の形態ではキープレート５４をピン５５，５６の溝５５０，５６０に押し込むだけでキープレート５４がボルト固定位置に位置決めされるので、図６の比較例の場合のような煩雑さが無い。

前述したように、図２に示すピストンロッド５７０を操舵シリンダ５７によって左右に駆動することで、タイロッド５３により連結された左右のナックル５２ａ，５２ｂがキングピン５８の軸回りに回動される。このとき、操舵動作に伴って、ピン５５，５６に対してそれらを回転させるような力が働く。

図７は、操舵動作時にピン５５，５６に作用する回転力を説明する図である。図７（ａ）は、図２に示す舵角ゼロの状態のナックル５２ａ、タイロッド５３、ピストンロッド５７０等を示している。一方、図７（ｂ）は、ピストンロッド５７０を図示左方向に駆動して、ナックル５２ａを右方向へ操舵した場合を示す。

まず、ナックル５２ａがピン５５を回転させる力について説明する。図７（ａ）においては、ピン５５およびキングピン５８の各軸芯を通る直線Ｌ１１とピン５５およびピン５６の各軸芯を通る直線Ｌ１２との成す角度は、α１である。図７（ｂ）のようにピストンロッド５７０を図示左方向に繰り出すと、直線Ｌ１１と直線Ｌ１２との成す角度はα２（＜α１）に変化する。すなわち、ナックル５２ａが矢印で示すように時計回りに回転すると、ピン５５にはピン５５を時計回りに回転させる力が働く。

次に、ピストンロッド５７０がピン５６を回転させる力について説明する。図７（ａ）においては、ピン５５およびピン５６の各軸芯を通る直線Ｌ１２とピストンロッド５７０の軸芯Ｌ２２との成す角度は、β１である。図７（ｂ）に示すように、ピストンロッド５７０を矢印のように図示左方向に繰り出すと、直線Ｌ１２と直線Ｌ２２との成す角度はβ２（＜β１）に変化する。すなわち、ピストンロッド５７０が図示左方向に繰り出されると、ピン５６にはピン５６を反時計回りに回転させる力が働く。

図８は、上記のような力がピン５５，５６に作用した場合の、ピン５５，５６からキープレート５４に作用する力を説明する図である。ここでは、簡単のために、ピン５５，５６が回転しようとした場合に当接部５４３，５４４に及ぼす力Ｆ１，Ｆ２は、回転が時計回り（ＣＷ）および反時計回り（ＣＣＷ）のいずれの場合も当接部５４３，５４４に対して垂直に作用するものとして説明する。図８では、図４に示したθ３，θ４をθ３＝θ４＝θ０とし、|Ｆ１|＝|Ｆ２|＝Ｆであるとする。

このように仮定した場合、力Ｆ１のｘ方向およびｙ方向の分力ｆ1x、ｆ1yおよび力Ｆ２のｘ方向およびｙ方向の分力ｆ2x，ｆ2yは、次式（１）〜（３）のように表される。
ｆ1x＝Ｆ・cos(θ0) …（１）
ｆ1y＝ｆ2y＝−Ｆ・sin(θ0) …（２）
ｆ2x＝−Ｆ・cos(θ0) …（３）

このように、ピン５５，５６からキープレート５４に作用する力は、ｘ方向に関しては力ｆ1xと力ｆ2xとが打ち消し合い、ｙ方向に関しては加算されて−２Ｆ・sin(θ0)となる。ｙ方向の力−２Ｆ・sin(θ0)は、キープレート５４を溝５５０，５６０から押し出すように働く。例えば、当接部５４３，５４４の角度θ３，θ４を５°に設定した場合には、|−２Ｆ・sin(θ0)|は、２Ｆの１０％以下に抑えることができ、ボルト６０，６１に作用する力を微少量とすることができる。すなわち、本実施の形態では、キープレート５４をタイロッド５３に固定しているボルト６０，６１に対するせん断力の低減、さらには固定用ボルトの本数の低減を図ることができる。

一方、図６に示す比較例の場合には、ピン５５，５６に対してキープレート１５４が個別に設けられていて、式（１）、（３）に示すように打ち消すような構成でない。そのため、大きな力ｆ1y，ｆ2yがボルト１６０のせん断力として作用することになる。

なお、図８では、θ０≠０の場合について、ｘ方向の力ｆ1xおよびｆ2xが互いに逆向きなためにボルト６０，６１に加わる力が低減されることを説明したが、ボルト６０，６１に加わる力を低減する効果はθ０＝０であっても生じる。

以上説明した実施の形態の操舵装置の作用効果について説明する。
（Ｃ１）操舵装置５は、タイロッド５３とナックル５２ａ，５２ｂとをピン連結し、円筒面５５ａに第１の溝５５０が形成された第１のピン５５と、タイロッド５３とピストンロッド５７０とをピン連結し、円筒面５６ａに第２の溝５６０が形成された第２のピン５６と、タイロッド５３に固定されるとともに、第１の溝５５０に当接する第１の当接部５４３および第２の溝５６０に当接する第２の当接部５４４を有し、第１のピン５５および第２のピン５６をピン連結状態に保持するピン保持用プレートであるキープレート５４と、を備える。そして、キープレート５４は対向する一対の辺を有する板状部材であって、第１の当接部５４３は一対の辺Ｓ１，Ｓ２の一方に形成され、第２の当接部５４４は一対の辺Ｓ１，Ｓ２の他方に形成されている。

このように、当接部５４３，５４４はキープレート５４の対向する一対の辺Ｓ１，Ｓ２に形成されているので、図８に示すようにピン５５，５６から力Ｆ１，Ｆ２を受けた場合でも、対向する方向の力成分は互いに打ち消し合って合力は非常に小さく（ほぼゼロ）なる。そのため、ボルト６０，６１に加わるせん断力を低減することができ、例えば、ボルト本数の低減を図ることができる。

（Ｃ２）さらに、図４、５に示したように一対の辺Ｓ１，Ｓ２（すなわち、当接部５４３，５４４）を非平行に形成することで、ピン５５，５６の溝５５０，５６０への組み付け作業を簡単に行うことができる。また、辺Ｓ１，Ｓ２の間の距離寸法に寸法誤差があった場合でも、その誤差を吸収して当接部５４３，５４４を溝５５０，５６０の底面全体に当接させることができる。

（Ｃ３）作業車両１は、上述した操舵装置５と、操舵輪である後輪７Ｂの操舵角を指令する操舵信号出力装置１００と、操舵信号出力装置１００により指令された操舵角に基づいて駆動軸であるピストンロッド５７０を駆動する操舵シリンダ５７と、を備える。なお、駆動軸を駆動する方法は油圧式の操舵シリンダに限らず、例えば、ラック・アンド・ピニオンを介して電動モータで駆動しても良く、駆動形式は限定されない。

上記では、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、作業車両はフォークリフトに限定されず、種々の作業車両の操舵装置に適用することができる。

１…作業車両、５…操舵装置、７Ａ…前輪、７Ｂ…後輪、５１…アクスル，５２ａ，５２ｂ…ナックル、５３…タイロッド、５４…キープレート、５５，５６…ピン、５５ａ，５５ｂ…円筒面、５７…操舵シリンダ、５８…キングピン、１００…操舵信号出力装置、１０１…操舵弁、５４３，５４４…当接部、６０，６１…ボルト、５５０，５６０…溝、５７０…ピストンロッド、Ｓ１，Ｓ２…辺

Claims (4)

1. 操舵輪が取り付けられるナックルと、
   前記ナックルおよび前記ナックルに操舵力を与える駆動軸のそれぞれにピン連結され、前記ナックルと前記駆動軸とを接続するタイロッドと、
   前記タイロッドと前記ナックルとをピン連結し、円筒面に第１の溝が形成された第１のピンと、
   前記タイロッドと前記駆動軸とをピン連結し、円筒面に第２の溝が形成された第２のピンと、
   前記タイロッドに固定されるとともに、前記第１の溝に当接する第１の当接部および前記第２の溝に当接する第２の当接部を有し、前記第１のピンおよび前記第２のピンをピン連結状態に保持するピン保持用プレートと、を備え、
   前記ピン保持用プレートは対向する一対の辺を有する板状部材であって、前記第１の当接部は前記一対の辺の一方に形成され、前記第２の当接部は前記一対の辺の他方に形成されている、作業車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載の作業車両の操舵装置において、
   前記一対の辺は非平行に形成されている、作業車両の操舵装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の作業車両の操舵装置と、
   前記操舵輪の操舵角を指令する操舵角指令装置と、
   前記操舵角指令装置により指令された操舵角に基づいて前記駆動軸を駆動する駆動装置と、を備える作業車両。
4. 請求項３に記載の作業車両において、
   前記作業車両は四輪のフォークリフトであって、
   前記操舵装置は車両後側の操舵輪に設けられる作業車両。

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