JP7197625B2 - シリンダリンク機構及びこれを備えた産業用機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル、ロボット等の産業用機械に使用することのできるシリンダリンク機構及びこれを備えた産業用機械に関する

現在、産業用機械として、一般的に使用されている油圧ショベルの構造は、図９に示すように、一般的にその動作部であるア－ム４５、ブーム４６に、それぞれシリンダ４７、４８を設置し、これを伸縮させて個別に作業するようになっている。
このような油圧ショベルにおける作業機の動力源はブーム、アームにそれぞれ接続された油圧シリンダであるが、それぞれ単体で使用するものであるため、その力は、設置されたシリンダの能力に依存する。また、一般的に使用されている油圧ショベルの構造では、ブーム、アームの駆動を個別に操作する必要があるため、操作に十分な経験を必要とし、特には、アームの水平方向の操作に熟練の技術が必要となる上、アームの動力源であるシリンダが一つであるため、押出力が弱くなるという問題があった。

そこで、本発明者は、上記課題を解決する手段を特許第６６７８６２５号において提案した。

特許第６６７８６２５号公報

ただし、この先願発明においては、操作部が２つの部分に分離している構造であるため、産業用機械等に搭載された場合には、２つの操作部の特性を理解し、かつ、両手での操作が必要となる。そこで、本発明者は、先願発明の操作部を１つの部分に統合し、２つのシリンダを連結する連結部材を設け、この連結部材のみを操作することより、ブーム及びアームに接続されたシリンダを共に操作することで、直感的な操作を行えるようにし、経験や技能に依存することなく作業に必要な動きを提供することを目的としてなされたものである。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、以下の構成により問題点を解決することができることを見出し、本発明に到達した。

すなわち本発明は、動作部とその動作部を駆動操作するための操作部とを有し、前記動作部は、ブームと、アームと、前記ブーム支持部と、第一のシリンダと、第二のシリンダと、を有し、前記操作部は、第三のシリンダと、第四のシリンダと、操作部支持部と、前記第三のシリンダと前記第四のシリンダとを連結する連結具と、を有し、前記アームと前記第一のシリンダの作動端部は、前記アーム先端部に回動可能に枢支され、前記アームと前記ブームは、前記アームに回動可能に枢支され、前記ブームと前記第二のシリンダの作動端部は、前記ブーム端部に回動可能に枢支され、第一のシリンダの基端部、第二のシリンダの基端部及び前記ブーム他方端部は、前記ブーム支持部に回動可能に枢支され、前記第三のシリンダの作動端部と前記第四のシリンダの作動端部は、前記操作部支持部に回動可能に枢支され、前記第三のシリンダの基端部と前記第四のシリンダの基端部は、前記連結具によって連結され、前記第一のシリンダの基端部と、前記第四のシリンダの基端部とが中空管を用いて接続され、前記第二のシリンダの基端部と、前記第三の基端部とが中空管を用いて接続されることを特徴とする。

本発明のシリンダリンク機構によれば、ブーム及びアーム操作を容易にし、経験や技能に依存することなく作業に必要な動きを提供することができる。

本発明に係る動作部についての側面図である。 本発明に係る操作部についての側面図である。 本発明に係る全体斜視図である。 第三のシリンダと第四のシリンダを最も縮めた状態から第四のシリンダのみについて一連の操作をしたと仮定したときの動作部の軌跡を示す図である。 第三のシリンダと第四のシリンダを最も縮めた状態から第三のシリンダのみについて一連の操作をしたと仮定したときの動作部の軌跡を示す図である。 第三のシリンダと第四のシリンダを最も縮めた状態から第三のシリンダと第四のシリンダを共に操作して一連の操作をしたと仮定したときの動作部の軌跡を示す図である。 図６の始期状態を変化させた場合の図である。 本発明に係るシリンダリンク機構の一連の動作をしたときの軌跡を示した図である。 現在一般的に使用されている油圧ショベルの構造図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１を用いて、動作部１について詳細に説明する。第一のシリンダ４及び第二のシリンダ５は、それぞれ、作動端部９、１２及び基端部１０、１１を有している。
動作部１は、ブーム２と、アーム３と、ブーム支持部７と、第一のシリンダ４と、第二のシリンダ５を有している。
ブーム２は、ブーム支持部７に回動可能に支持軸８を用いて枢支され、ブーム２とアーム３は、相互に回動可能に支持軸６を用いて枢支される。
第一のシリンダ４の基端部１０及び第二のシリンダ５の基端部１１は、ブーム支持部７に支持軸１３、１４を用いて回動可能に枢支される。
第一のシリンダ４の作動端部９は、アーム３に支持軸１５を用いて回動可能に枢支される。
第二のシリンダ５の作動端部１２は、ブーム２に支持軸１６を用いて回動可能に枢支される。
このとき、支持軸１３と支持軸８との間の距離、支持軸１４と支持軸８との間の距離及び支持軸１５と支持軸６との間の距離はそれぞれ等しいことが好ましい。
また、支持軸８と支持軸６との間の距離と支持軸６と軸１７との間の距離は等しいことが好ましい。
なお、本発明に用いるシリンダの基端部とは、ピストンが収納されているケース側の端部であり、作動端部とは、ピストン側の端部のことである。また、基端部は、中空管を接続することができる構造となっている。

次いで、図２を用いて、本発明に係る操作部２８について説明する。
第三のシリンダ１９、第四のシリンダ２０は、それぞれ作動端部２３、２４及び基端部２１、２２を有している。操作部２８は、操作部支持部１８と、第三のシリンダ１９及び第四のシリンダ２０を有している。
第三のシリンダ１９の作動端部２３及び第四のシリンダ２０の作動端部２４は、操作部支持部１８に支持軸２５、２６を用いて回動可能に枢支される。
また、第三のシリンダ１９の基端部２１と第四のシリンダ２０の基端部２２は、連結部材２７を用いて連結される。

次いで、図３を用いて、前記動作部１、前記操作部２８との連結状態について説明する。 動作部１における第一のシリンダ４の基端部１０と、操作部２８における第四のシリンダ２０の基端部２２とを中空管３０を用いて接続する。
また、動作部１における第二のシリンダ５の基端部１１と、操作部２８における第三のシリンダ１９の基端部２１とを中空管２９を用いて接続する。
このように、動作部１、操作部２８を中空管２９、３０を用いて接続することで、連結部材２７を片手で操作することにより、第三のシリンダ１９及び第四のシリンダ２０を同時にピストン運動させることが可能となる。その結果、第一のシリンダ４及び第二のシリンダ５を同時にピストン運動させることができる。
より具体的には、第三のシリンダ１９の作動端部２１を固定し（微小に動作してしまう場合も概念的に含む）、第四のシリンダ２０の作動端部２２のみをピストン運動させること、
また、この操作方向の逆方向の、すなわち、第四のシリンダ２０の作動端部２２を固定し（微小に動作してしまう場合も概念的に含む）、第三のシリンダ１９の作動端部２１のみをピストン運動させること、
さらに、第三のシリンダ１９と第四のシリンダ２０の作動端部の双方を伸縮方向に同時にピストン運動させることができる。

次に、本発明に係るシリンダリンク機構の操作部の動作及び動作部の軌跡をこれを模式化した図４～図８を用いて説明する。なお、説明のために操作部及び動作部が同一平面上に接地されているが、同一平面上に操作部及び動作部が設置されていなくても良いことはいうもでもない。また、アーム先端部が動作部と同一平面上に接地するように動作部を設置しなくても良いこともいうまでもない。

図４は、第三のシリンダ３１と第四のシリンダ３２を最も縮めた状態（ａ）から第三のシリンダ３１を固定して、第四のシリンダ３２のみについて一連の操作（最も縮めた状態（ａ）から最も伸ばした状態（ｃ）を経て最も縮めた状態（ｅ））をしたと仮定したときの操作部の動作及び動作部の軌跡を示したものである。
以下に、図４（ａ）から図４（ｃ）までのアーム先端部３７及び３８の軌跡について説明し、次いで、図４（ｃ）から図４（ｅ）までのアーム先端部３７及び３８の軌跡について説明する。
まず、図４（ａ）から図４（ｃ）における前記アーム先端部の軌跡は、以下の通りとなる。
第四のシリンダ３２を伸ばす方向に（第四のシリンダ３２内の体積を増加させる方向に）操作すると、中空管（図示せず）と接続されている第一のシリンダ３３は、第一のシリンダ３３を縮める方向に（第一のシリンダ３３内の体積を減少させる方向に）動作する。
この時、第二のシリンダ３４には力が加わらないから、アーム３６の先端部３７の図４（ａ）から図４（ｃ）までの軌跡は、支持軸３５を中心としてＡ方向に、一方、アーム３６の他の先端部３８の軌跡は、支持軸３５を中心としてＢ’方向に回転する軌跡となる。
一方、図４（ｃ）から図４（ｅ）までの前記アーム先端部の軌跡は、前記図４（ａ）から図４（ｃ）の動作と逆の方向に動作し、以下の通りとなる。
第四のシリンダ３２を縮める方向に操作すると、中空管（図示せず）と接続されてる第一のシリンダ３３は、第一のシリンダ３３を伸ばす方向に動作する。
この時、第二のシリンダ３４には力が加わらないから、アーム３６の先端部３７の図４（ｃ）から図４（ｅ）までの軌跡は、支持軸３５を中心としてＡ’方向に、一方、アーム３６の他の先端部３８の軌跡は、支持軸３５を中心としてＢ方向に回転する軌跡となる。

図５は、第三のシリンダ３１と第四のシリンダ３２を最も縮めた状態（ａ）から第四のシリンダ３２を固定して、第三のシリンダ３１のみについて一連の操作（最も縮めた状態（ａ）から最も伸ばした状態（ｃ）を経て最も縮めた状態（ｅ））をしたと仮定したときの操作部の動作並びに動作部の軌跡を示したものである。
以下に、図５（ａ）から図５（ｃ）までのブーム４０とアーム３６の軌跡について説明し、次いで、図５（ｃ）から図５（ｅ）までのブーム４０とアーム３６の軌跡について説明する。
まず、図５（ａ）から図５（ｃ）における前記ブーム及び前記アームの軌跡は、以下の通りとなる。
第三のシリンダ３１を伸ばす方向に（第三のシリンダ３１内の体積を増加させる方向に）操作すると、中空管（図示せず）と接続されている第二のシリンダ３４は、第二のシリンダ３４を縮める方向に（第二のシリンダ３４内の体積を減少させる方向に）動作する。
このとき、ブーム４０の図５（ａ）から図５（ｃ）までの軌跡は、支持軸４２を中心としてＣ’方向に回転する軌跡となる。また、アーム３６の図５（ａ）から図５（ｃ）までの軌跡は、支持軸４２を中心としてＤ’方向に回転する軌跡となる。なお、この時、第一のシリンダ３３自体は伸縮しないが、第一のシリンダ３３自身がシリンダリンクの一部として機能している。
一方、図５（ｃ）から図５（ｅ）における前記ブーム及び前記アームの軌跡は、前記図５（ａ）から図５（ｃ）の軌跡と逆方向の軌跡であり、以下の通りとなる。
第三のシリンダ３１を最も伸ばした状態（ｃ）から、第三のシリンダ３１を縮める方向に操作すると、中空管（図示せず）と接続されている第二のシリンダ３４は、第二のシリンダ３４を伸ばす方向に（第二のシリンダ３４内の体積を増加させる方向に）動作する。 このとき、ブーム４０の図５（ｃ）から図５（ｅ）までの軌跡は、支持軸４２を中心としてＣ方向に回転する軌跡となる。また、アーム３６の図５（ｃ）から図５（ｅ）までの軌跡は、支持軸４２を中心としてＤ方向に回転する軌跡となる。なお、この時、第一のシリンダ３３自体は伸縮しないが、第一のシリンダ３３自身がシリンダリンクの一部として機能している。

図６は、第三のシリンダと第四のシリンダを最も縮めた状態（ａ）から第三のシリンダと第四のシリンダを共に操作して一連の操作をしたと仮定したときの操作部の動作並びに動作部の軌跡を示す図である。
以下に、図６（ａ）から図６（ｃ）までのブーム４０とアーム先端部３７及び３８の軌跡について説明し、次いで、図６（ｃ）から図６（ｅ）までのブーム４０とアーム先端部３７及び３８の軌跡について説明する。
まず、図６（ａ）から図６（ｃ）における前記ブーム及び前記アーム先端部の軌跡は、以下の通りとなる。
第三のシリンダ３１及び第四のシリンダ３２を同時に伸ばす方向（第三のシリンダ３１及び第四のシリンダ３２内の体積を増加させる方向）に操作すると、中空管（図示せず）と接続されている第一のシリンダ３３及び第二のシリンダ３４は、それぞれ、第一のシリンダ３３及び第二のシリンダ３４を縮める方向に（第一のシリンダ３３及び第二のシリンダ３４内の体積を減少させる方向に）動作する。
この時、ブーム４０とアーム先端部３７及び３８の軌跡は、図４及び図５におけるアーム３６とブーム４０の軌跡が合成されたものとなる。
すなわち、第一のシリンダ３３は縮まる方向に動作するから、アーム３６の先端部３７は支持軸３５を中心としてＦ方向に回転する軌跡となり、アーム３６の他の先端部３８は支持軸３５を中心としてＥ’方向に回転する軌跡となる。また、ブーム４０は、第二のシリンダ３４が縮まる方向に動作するため、支持軸４２を中心としてＣ’方向に回転する軌跡となる。
一方、図６（ｃ）から図６（ｅ）における前記ブーム及び前記アーム先端部の動作は、前記図６（ａ）から図６（ｃ）と逆方向の軌跡であり、以下の通りとなる。
第三のシリンダ３１及び第四のシリンダ３２を同時に縮める方向（第三のシリンダ３１及び第四のシリンダ３２内の体積を減少させる方向）に操作すると、中空管（図示せず）と接続されている第一のシリンダ３３及び第二のシリンダ３４は、それぞれ、第一のシリンダ３３及び第二のシリンダ３４を伸ばす方向に（第一のシリンダ３３及び第二のシリンダ３４内の体積を増加させる方向に）動作する。
この時、ブーム４０とアーム先端部３７及び３８の軌跡は、図４及び図５におけるアーム３６とブーム４０の軌跡が合成されたものとなる。
すなわち、第一のシリンダ３３は伸びる方向に動作するから、アーム３６の先端部３７は支持軸３５を中心としてＦ’方向に回転する軌跡となり、アーム３６の他の先端部３８は支持軸３５を中心としてＥ方向に回転する軌跡となる。また、ブーム４０は、第二のシリンダ３４が縮まる方向に動作するため、支持軸４２を中心としてＣ方向に回転する軌跡となる。

図７は、アーム３６の先端部３７が操作部支持部４４の接地面と接している状態を始期状態（ａ）として、第三のシリンダ３１と第四のシリンダ３２を同時に操作する一連の操作（始期状態（ａ）から第三のシリンダ３１と第四のシリンダ３２を同時に操作し、最も第三のシリンダ３１を伸ばした状態（ｃ）を得て前記始期状態（ｅ））をしたと仮定したときの動作部の軌跡を示したものである。
第三のシリンダ３１と第四のシリンダ３２の操作に伴う、第一のシリンダ３３と第二のシリンダ３４の動作は、図６の時と同様に説明することができる。任意の始期状態によって、アーム３６の軌跡を変化させることができる。

図８は、本発明に係るシリンダリンク機構の一連の動作をしたときの軌跡を示した図である。図８（ａ）から図８（ｃ）において、アーム３６の先端部３７が操作部支持部４４の接地面と接している状態を始期状態（ａ）として、第三のシリンダ３１を縮める方向に、第四のシリンダ３２を伸ばす方向に操作することによって、アーム３６の先端部３７をＹ方向の最高地点へ到達させる。
次いで、図８（ｃ）から図８（ｆ）においては、アーム３６の先端部３７の最高地点から、第三のシリンダ３１を伸ばす方向に、第四のシリンダ３２を縮める方向に操作することによって、アーム３６の先端部３７をＸ方向に移動させ、アーム３６の先端部３７を操作部支持部４４との接地面に接地させる。
次いで、図８（ｆ）から図８（ｈ）において、前記図８（ｆ）の状態から、第三のシリンダ３１と第四のシリンダ３２を共に縮める方向に操作することによって、アーム３６の先端部３７を移動させることができる。

本発明に係るシリンダリンク機構を油圧ショベル、ロボット等の産業用機械に適用して、適宜、利用することも可能である。

Claims (2)

1. 動作部とその動作部を駆動操作するための操作部とを有し、
   前記動作部は、ブームと、アームと、ブーム支持部と、第一のシリンダと、第二のシリンダと、を有し、
   前記操作部は、第三のシリンダと、第四のシリンダと、操作部支持部と、前記第三のシリンダと前記第四のシリンダとを連結する連結具と、を有し、
   前記アームと前記第一のシリンダの作動端部は、前記アームの端部に回動可能に枢支され、
   前記アームと前記ブームは、前記アームに回動可能に枢支され、
   前記ブームと前記第二のシリンダの作動端部は、前記ブームに回動可能に枢支され、
   第一のシリンダの基端部、第二のシリンダの基端部及び前記ブームの端部は、前記ブーム支持部に回動可能に枢支され、
   前記第三のシリンダの作動端部と前記第四のシリンダの作動端部は、前記操作部支持部に回動可能に枢支され、
   前記第三のシリンダの基端部と前記第四のシリンダの基端部は、前記連結具によって連結され、
   前記第一のシリンダの基端部と、前記第四のシリンダの基端部とが中空管を用いて接続され、
   前記第二のシリンダの基端部と、前記第三のシリンダの基端部とが中空管を用いて接続されることを特徴とするシリンダリンク機構。
2. 請求項１に記載のシリンダリンク機構を用いた産業用機械
   

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