JP7424370B2 - 作業機 - Google Patents
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Description
伸縮式のブームを伸縮させるアクチュエータと、
アクチュエータに設けられ、電源からの給電に基づいて駆動する電気的駆動源と、
電気的駆動源の動力に基づいて作動する作動部と、
電源から電気的駆動源への給電を許可し、電気的駆動源を駆動する駆動状態と、電源から電気的駆動源への給電を停止し、電気的駆動源に付与する制動力を生成する制動状態と、を切り換え可能な電気回路と、
駆動状態と制動状態との切り換えを制御する制御部と、を備える。
上述のような作業機を実施する場合に、作業機は、伸縮可能に重なる第一ブーム要素及び第二ブーム要素を有する伸縮式のブームを備えてよい。
又、アクチュエータは、固定側部材及び可動側部材を有し、ブームを伸縮させる伸縮シリンダであってよい。
又、作業機は、可動側部材に設けられたハウジングを備えてよい。
又、作動部は、第一連結機構及び第二連結機構を有してよい。
この場合、第一連結機構は、ハウジングに収容され、電気的駆動源の動力に基づいて作動し、第一ブーム要素と可動側部材との連結状態と非連結状態とを切り換えるように構成されてよい。
又、第二連結機構は、ハウジングに収容され、電気的駆動源の動力に基づいて作動し、第一ブーム要素と第二ブーム要素との連結状態と非連結状態とを切り換えるように構成されてよい。
図1は、本実施形態に係る移動式クレーン1(図示の場合、ラフテレーンクレーン)の模式図である。移動式クレーン1は、作業機の一例に該当する。
図1に示すように、移動式クレーン1は、走行体10と、アウトリガ11と、旋回台12と、伸縮式ブーム14と、アクチュエータ2(図1には省略)と、電気回路6(図16A~図16D参照)と、起伏シリンダ15と、ワイヤ16と、フック17と、を有する。
次に、図1、図2A~図2Eを参照して、伸縮式ブーム14について説明する。図2A~図2Eは、伸縮式ブーム14の構造及び伸縮動作を説明するための模式図である。
先端ブーム要素141は、図2A~図2Eに示すような筒状である。先端ブーム要素141は、アクチュエータ2を収容可能な内部空間を有する。先端ブーム要素141は、基端部に、一対のシリンダピン受部141a及び一対のブームピン受部141bを有する。
中間ブーム要素142は、図2A~図2Eに示すような筒状である。中間ブーム要素142は、先端ブーム要素141を収容可能な内部空間を有する。中間ブーム要素142は、基端部に、一対のシリンダピン受部142a、一対の第一ブームピン受部142b、に一対の第二ブームピン受部142c、及び一対の第三ブームピン受部142dを有する。
以下、図3A~図19Cを参照して、アクチュエータ2について説明する。アクチュエータ2は、上述したような伸縮式ブーム14(図1及び図2A~図2E参照)を伸縮させるアクチュエータである。
伸縮シリンダ3は、ロッド部材31(固定側部材ともいう。図2A~図2E参照)及びシリンダ部材32(可動側部材ともいう。)を有する。伸縮シリンダ3は、後述のシリンダ連結ピン454a、454bを介してシリンダ部材32に連結されたブーム要素(例えば、先端ブーム要素141又は中間ブーム要素142)を伸縮方向に移動させる。伸縮シリンダ3の構造は、従来から知られている伸縮シリンダの構造とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
ピン移動モジュール4は、ハウジング40、電動モータ41、ブレーキ機構42、伝達機構43、位置情報検出装置44、シリンダ連結機構45、ブーム連結機構46、及び、ロック機構47を有する(図7参照)。
ハウジング40は、伸縮シリンダ3のシリンダ部材32に固定されている。ハウジング40は、内部空間に、シリンダ連結機構45及びブーム連結機構46を収容している。ハウジング40は、伝達機構43を介して電動モータ41を支持している。さらに、ハウジング40は、後述のブレーキ機構42も支持している。このようなハウジング40は、上述の各エレメントをユニット化している。このような構成は、ピン移動モジュール4の小型化、生産性の向上、及び、システムの信頼性の向上に寄与する。
電動モータ41は、電気的駆動源の一例に該当し、伝達機構43の減速機431を介して、ハウジング40に支持されている。具体的には、電動モータ41は、出力軸(図示省略)がX方向(シリンダ部材32の長手方向ともいう。)に平行な状態で、シリンダ部材32の周囲(例えば、Z方向+側)かつ第二ハウジング要素401の周囲(例えば、X方向-側)に配置されている。このような配置は、Y方向及びZ方向におけるピン移動モジュール4の小型化に寄与する。
ブレーキ機構42は、電動モータ41に対して制動力を付与する。ブレーキ機構42は、電動モータ41の停止状態において、電動モータ41の出力軸の回転を阻止する。これにより、電動モータ41の停止状態において、ピン移動モジュール4の状態が維持される。
伝達機構43は、シリンダ連結機構45及びブーム連結機構46に、電動モータ41の動力(つまり、回転運動)を伝達する。伝達機構43は、減速機431及び伝達軸432を有する(図8参照)。
位置情報検出装置44は、電動モータ41の出力(例えば、出力軸の回転)に基づいて、一対のシリンダ連結ピン454a、454b及び一対のブーム連結ピン144a(一対のブーム連結ピン144bでもよい。以下、同じ。)の位置に関する情報を検出する。位置に関する情報は、例えば、一対のシリンダ連結ピン454a、454b又は一対のブーム連結ピン144aの基準位置(図18A及び図19Aに示す位置)からの移動量であってよい。図18A及び図19Aに示す一対のシリンダ連結ピン454a、454bの位置を、シリンダ連結ピン454a、454bの基準位置と定義する。また、図18A及び図19Aに示す一対のブーム連結ピン144aの位置を、ブーム連結ピン144aの基準位置と定義する。
シリンダ連結機構45は、作動部の一例に該当し、電動モータ41の動力(つまり、回転運動)に基づいて作動し、拡張状態(第一状態ともいう。図8、図12参照)と、縮小状態(第二状態ともいう。図13参照)との間を状態遷移する。
第一欠歯歯車450(スイッチギヤともいう。)は、略円輪板状である。第一欠歯歯車450は、外周面の一部に第一歯部450a(図9参照)を有する。第一欠歯歯車450は、伝達軸432に外嵌固定され、伝達軸432とともに回転する。
第一ラックバー451は、第一欠歯歯車450の回転に応じて自身の長手方向(Y方向ともいう。)に移動する。第一ラックバー451は拡張状態(図8、図12参照)において、最もY方向-側に位置する。その一方で、第一ラックバー451は、縮小状態(図13参照)において、最もY方向+側に位置する。
第一歯車機構452は、それぞれが平歯車である複数(本実施形態の場合、3個)の歯車要素452a、452b、452c(図8参照)からなる。具体的には、歯車要素452aは、第一ラックバー451の第二ラック歯部451b及び歯車要素452bと噛合している。拡張状態(図8、図12参照)において、歯車要素452aは、第一ラックバー451の第二ラック歯部451bにおけるY方向+側の端部又は端部寄り部分の歯部と噛合する。
第二歯車機構453は、それぞれが平歯車である複数(本実施形態の場合、2個)の歯車要素453a、453b(図8参照)からなる。具体的には、歯車要素453aは、第一ラックバー451の第三ラック歯部451c及び歯車要素453bと噛合している。拡張状態において、歯車要素453aは、第一ラックバー451の第三ラック歯部451cにおけるY方向+側の端部と噛合する。
一対のシリンダ連結ピン454a、454bはそれぞれ、中心軸がY方向に一致し、かつ、互いに同軸である。以下、一対のシリンダ連結ピン454a、454bの説明において、先端部とは、互いに遠い側の端部であり、基端部とは互いに近い側の端部である。
第一付勢機構455は、シリンダ連結機構45の縮小状態において、電動モータ41が非通電状態となった場合に、シリンダ連結機構45を拡張状態に自動復帰させる。このために、第一付勢機構455は、一対のシリンダ連結ピン454a、454bを、互いに離れる方向に付勢している。なお、第一付勢機構455は、シリンダ連結ピン454a、454bに直接的に力を作用させてもよいし、他の部材を介して力を作用させてもよい。また、第一付勢機構455は、省略されてもよい。この場合には、シリンダ連結機構45は、電動モータ41の動力に基づいて、縮小状態から拡張状態へと状態遷移してよい。
次に、図16A~16Dを参照して、電気回路6について説明する。電気回路6は、いわゆるHブリッジ回路である。電気回路6は、制御部44bの制御下で、スイッチを切り換えることにより複数の状態を実現する。電気回路6が実現する複数の状態については後述する。
電気回路6の非通電状態は、図16Aに示すように、電動モータ41と電源装置61との接続が解除された状態(電源装置61から電動モータ41への給電が停止された状態ともいう。)である。電気回路6の非通電状態において、各スイッチ62、63、64、65は、OFF状態である。
電気回路6の第一駆動状態は、図16Bに示すように、電動モータ41と電源装置61とが接続された状態(電源装置61から電動モータ41への給電が許可された状態ともいう。)である。電気回路6の第一駆動状態において、電流は、図16Bに太線で示す回路を流れる。
電気回路6の第二駆動状態は、図16Cに示すように、電動モータ41と電源装置61とが接続された状態(電源装置61から電動モータ41への給電が許可された状態ともいう。)である。電気回路6の第二駆動状態において、電流は、図16Cに太線で示す回路を流れる。
電気回路6の制動状態は、図16Dに示すように、電動モータ41と電源装置61との接続が解除され(電源装置61から電動モータ41への給電が停止され)、かつ、電気回路6に閉回路66(図16Dにおいて太線で示される部分)が形成された状態である。つまり、電気回路6は、制動状態において、閉回路66を有する。閉回路66は、電動モータ41、第二スイッチ63、及び、第四スイッチ65を含む閉回路である。
図18A~図18Cを参照しつつ、上述のシリンダ連結機構45の動作の一例について簡単に説明する。図18A~図18Cは、シリンダ連結機構45の動作を説明するための模式図である。
ブーム連結機構46は、作動部の一例に該当し、電動モータ41の回転に基づいて、拡張状態(第一状態ともいう。図8、図13参照)と、縮小状態(第二状態ともいう。図12参照)との間を状態遷移する。
第二欠歯歯車460(スイッチギヤともいう。)は、略円輪板状であって、外周面における周方向の一部に第二歯部460aを有する。
一対の第二ラックバー461a、461bはそれぞれ、第二欠歯歯車460の回転にともなってY方向(軸方向ともいう。)に移動する。一方(X方向+側ともいう。)の第二ラックバー461aと他方(X方向-側ともいう。)の第二ラックバー461bとは互いに、Y方向において反対方向に移動する。
第二付勢機構463は、ブーム連結機構46の縮小状態において、電動モータ41が非通電状態となった場合に、ブーム連結機構46を拡張状態に自動復帰させる。なお、ブレーキ機構42が作動している場合には、ブーム連結機構46は自動復帰しない。また、第二付勢機構463は、省略されてもよい。この場合には、ブーム連結機構46は、電動モータ41の動力に基づいて、縮小状態から拡張状態へと状態遷移してよい。
図19A~図19Cを参照しつつ、上述のブーム連結機構46の動作の一例について簡単に説明する。図19A~図19Cは、ブーム連結機構46の動作を説明するための模式図である。
以上のように、本実施形態に係るアクチュエータ2は、ブーム連結機構46及びシリンダ連結機構45の構成に基づいて、一つのブーム要素(例えば、先端ブーム要素141)において、シリンダ連結ピンの抜き状態とブーム連結ピンの抜き状態とが、同時に実現されない。このような構成は、電動モータ41の動力に基づいて、ブーム連結機構46とシリンダ連結機構45とが同時に作動することを防止する。
次に、電気回路6の動作について説明する。電気回路6は、制御部44b(図1参照)の制御下で、上述の非通電状態、第一駆動状態、第二駆動状態、及び、制動状態の何れか一つの状態を取り得る。
具体的には、電気回路6は、シリンダ連結機構45(第一連結機構ともいう。)が拡張状態から縮小状態に状態遷移(以下、「シリンダ連結機構45の抜き動作」ともいう。)する場合に、第一駆動状態(図16B参照)となる。換言すれば、制御部44bは、シリンダ連結機構45の抜き動作において、電気回路6を第一駆動状態に切り換える。
また、電気回路6は、ブーム連結機構46(第二連結機構ともいう。)が拡張状態から縮小状態へと状態遷移(以下、「ブーム連結機構46の抜き動作」ともいう。)する場合に、第二駆動状態(図16C参照)となる。換言すれば、制御部44bは、ブーム連結機構46の抜き動作において、電気回路6を第二駆動状態に切り換える。
また、電気回路6は、ブーム連結機構46が縮小状態(図19C参照)から拡張状態(図19A参照)へと状態遷移(以下、「ブーム連結機構46の入り動作」ともいう。)する際、制動状態となる。換言すれば、制御部44bは、ブーム連結機構46の入り動作において、電気回路6を制動状態に切り換える。
さらに、電気回路6は、シリンダ連結機構45が縮小状態(図18C参照)から拡張状態(図18A参照)へと状態遷移(以下、「シリンダ連結機構45の入り動作」ともいう。)する際、制動状態となる。換言すれば、制御部44bは、シリンダ連結機構45の入り動作において、電気回路6を制動状態に切り換える。
以下、図2A~図2E、及び、図17を参照して、伸縮式ブーム14の伸縮動作、及び、当該伸縮動作の際のアクチュエータ2の動作について説明する。
ブレーキ機構42 : OFF
電動モータ41 : OFF
シリンダ連結機構45 : 拡張状態
ブーム連結機構46 : 拡張状態
シリンダ連結ピン454a、454b : 入り状態
ブーム連結ピン144a : 入り状態
ブレーキ機構42 : OFF
電動モータ41 : ON
シリンダ連結機構45 : 拡張状態
ブーム連結機構46 : 拡張状態→縮小状態
シリンダ連結ピン454a、454b : 入り状態
ブーム連結ピン144a : 入り状態→抜き状態
ブレーキ機構42 : ON
電動モータ41 : OFF
シリンダ連結機構45 : 拡張状態
ブーム連結機構46 : 縮小状態
シリンダ連結ピン454a、454b : 入り状態
ブーム連結ピン144a : 抜き状態
ブレーキ機構42 : OFF
電動モータ41 : OFF
シリンダ連結機構45 : 拡張状態
ブーム連結機構46 : 縮小状態→拡張状態
シリンダ連結ピン454a、454b : 入り状態
ブーム連結ピン144a : 抜き状態→入り状態
ブレーキ機構42 : OFF
電動モータ41 : OFF
シリンダ連結機構45 : 拡張状態
ブーム連結機構46 : 拡張状態
シリンダ連結ピン454a、454b : 入り状態
ブーム連結ピン144a : 入り状態
ブレーキ機構42 : OFF
電動モータ41 : ON
シリンダ連結機構45 : 拡張状態→縮小状態
ブーム連結機構46 : 拡張状態
シリンダ連結ピン454a、454b : 入り状態→抜き状態
ブーム連結ピン144a : 入り状態
ブレーキ機構42 : ON
電動モータ41 : OFF
シリンダ連結機構45 : 縮小状態
ブーム連結機構46 : 拡張状態
シリンダ連結ピン454a、454b : 抜き状態
ブーム連結ピン144a : 入り状態
以上のような構成を有する本実施形態の移動式クレーン1の場合、ブーム連結機構46の入り動作において、既述の電気回路6は、制動状態(図16D参照)である。そして、電気回路6が閉回路66に切り換わることにより、電動モータ41において上述のような制動力が生成される。この制動力が、電動モータ41に作用すると、一対のブーム連結ピン144aはそれぞれ、図19Aに示す基準位置で停止する。このように、ブーム連結機構46の第二欠歯歯車460(図19A参照)のオーバーランが防止されるため、シリンダ連結機構45に、拡張状態から縮小状態に状態遷移する方向の力が作用することもない。
本発明に係る作業機は、
伸縮式のブームを伸縮させるアクチュエータと、
アクチュエータに設けられ、電源からの給電に基づいて駆動する電気的駆動源と、
電気的駆動源の動力に基づいて作動する作動部と、を基本的な構成として備えている。
電源から電気的駆動源への給電を許可し、電気的駆動源を駆動する駆動状態と、電源から電気的駆動源への給電を停止し、電気的駆動源に付与する制動力を生成する制動状態と、を切り換え可能な電気回路と、
駆動状態と制動状態との切り換えを制御する制御部と、を備えてもよい。
電気的駆動源の動力に基づいて作動し、第一ブーム要素とアクチュエータとの連結状態と非連結状態とを切り換える第一連結機構と、
電気的駆動源の動力に基づいて作動し、第一ブーム要素と第二ブーム要素との連結状態と非連結状態とを切り換える第二連結機構と、を備えてもよい。
10 走行体
101 車輪
11 アウトリガ
12 旋回台
14 伸縮式ブーム
141 先端ブーム要素
141a シリンダピン受部
141b ブームピン受部
142 中間ブーム要素
142a シリンダピン受部
142b 第一ブームピン受部
142c 第二ブームピン受部
142d 第三ブームピン受部
143 基端ブーム要素
144a、144b ブーム連結ピン
144c ピン側受部
15 起伏シリンダ
16 ワイヤ
17 フック
2 アクチュエータ
3 伸縮シリンダ
31 ロッド部材
32 シリンダ部材
4 ピン移動モジュール
40 ハウジング
400 第一ハウジング要素
400a、400b 貫通孔
401 第二ハウジング要素
401a、401b 貫通孔
41 電動モータ
410 手動操作部
42 ブレーキ機構
43 伝達機構
431 減速機
431a 減速機ケース
432 伝達軸
44 位置情報検出装置
44b 制御部
45 シリンダ連結機構
450 第一欠歯歯車
450a 第一歯部
450b 位置決め歯
451 第一ラックバー
451a 第一ラック歯部
451b 第二ラック歯部
451c 第三ラック歯部
451d 第一端面
452 第一歯車機構
452a、452b、452c 歯車要素
453 第二歯車機構
453a、453b 歯車要素
454a、454b シリンダ連結ピン
454c、454d ピン側ラック歯部
455 第一付勢機構
455a、455b コイルばね
46 ブーム連結機構
460 第二欠歯歯車
460a 第二歯部
460b 位置決め歯
461a、461b 第二ラックバー
461c 駆動用ラック歯部
461d 第一端面
461e、461f 同期用ラック歯部
461g、461h 係止爪部
462 同期歯車
463 第二付勢機構
463a、463b コイルばね
47 ロック機構
470 第一凸部
471 第二凸部
472 カム部材
472a 第一カム受部
472b 第二カム受部
48 ストッパ面
49 一体型欠歯歯車
49a 歯部
500A 位置情報検出装置
501A 第一検出装置
50A 第一被検出部
50f3、50f5 第三小径部
51A 第一センサ部
502A 第二検出装置
52A 第二被検出部
6 電気回路
61 電源装置
62 第一スイッチ
63 第二スイッチ
64 第三スイッチ
65 第四スイッチ
66 閉回路
6L1 第一ライン
6L2 第二ライン
6L3 第三ライン
Claims (7)
- 伸縮可能に重なる第一ブーム要素及び第二ブーム要素を有する伸縮式のブームと、
固定側部材及び可動側部材を有し、前記ブームを伸縮させる伸縮シリンダと、
前記可動側部材に設けられたハウジングと、
前記ハウジングに支持され、電源からの給電に基づいて駆動する電気的駆動源と、
前記ハウジングに収容され、前記電気的駆動源の動力に基づいて作動し、前記第一ブーム要素と前記可動側部材との連結状態と非連結状態とを切り換える第一連結機構と、
前記ハウジングに収容され、前記電気的駆動源の動力に基づいて作動し、前記第一ブーム要素と前記第二ブーム要素との連結状態と非連結状態とを切り換える第二連結機構と、
前記電源から前記電気的駆動源への給電を許可し、前記電気的駆動源を駆動する駆動状態と、前記電源から前記電気的駆動源への給電を停止し、前記電気的駆動源に付与する制動力を生成する制動状態と、を切り換え可能な電気回路と、
前記駆動状態と前記制動状態との切り換えを制御する制御部と、を備える、
作業機。 - 前記第一連結機構は、
第一付勢機構を有し、
前記電気的駆動源の動力に基づいて、前記第一ブーム要素と前記可動側部材とを連結状態から非連結状態へと切り換え、
前記第一付勢機構の付勢力に基づいて、前記第一ブーム要素と前記可動側部材とを非連結状態から連結状態へと切り換える、請求項1に記載の作業機。 - 前記第二連結機構は、
第二付勢機構を有し、
前記電気的駆動源の動力に基づいて、前記第一ブーム要素と前記第二ブーム要素とを連結状態から非連結状態へと切り換え、
前記第二付勢機構の付勢力に基づいて、前記第一ブーム要素と前記第二ブーム要素とを非連結状態から連結状態へと切り換える、請求項1又は2に記載の作業機。 - 前記制御部は、前記第一連結機構が、前記第一付勢機構の付勢力に基づいて、前記第一ブーム要素と前記可動側部材とを非連結状態から連結状態へと切り換える場合に、前記電気回路を前記制動状態とする、請求項2に記載の作業機。
- 前記制御部は、前記第二連結機構が、前記第二付勢機構の付勢力に基づいて、前記第一ブーム要素と前記第二ブーム要素とを非連結状態から連結状態へと切り換える場合に、前記電気回路を前記制動状態とする、請求項3に記載の作業機。
- 前記駆動状態は、前記電気的駆動源を第一方向に回転させる第一駆動状態と、前記電気的駆動源を第二方向に回転させる第二駆動状態と、を含み、
前記第一駆動状態において、前記電気的駆動源の出力に基づいて前記第一連結機構が作動し、
前記第二駆動状態において、前記電気的駆動源の出力に基づいて前記第二連結機構が作動する、請求項1~5の何れか一項に記載の作業機。 - 前記電気回路は、前記制動状態において、前記電気的駆動源を含む閉回路を有し、
前記制動力は、前記電気的駆動源の回転に基づいて発生する電力が、前記閉回路で消費されることにより生成される、請求項1~6の何れか一項に記載の作業機。
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