JPH06102905B2 - ブーム型作業機の作業具姿勢検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ブーム型作業機の作業具姿勢検出装置に関す
るものである。

（従来の技術） トラクタ等の車体に装着して使用するブーム型作業機、
例えばフロントローダ等において、車体側に横軸により
上下回動自在に枢支された左右一対のブームを横方向の
連結パイプで連結すると共に、ブームの先端部にバケッ
トの対地傾斜角を検出する第１センサ、ブームに対する
バケットの傾斜角を検出する第２センサ等の制御用セン
サを備え、作業時に制御用センサからの信号によりバケ
ットの姿勢を制御するようにしたものが提供されてい
る。

この種の作業機では、各センサは外部に露出した状態で
作業機の適当箇所に取付けるのが一般的である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来はセンサを外部に露出状態で取付けていたので、作
業中にセンサに障害物、土砂等が当たって損傷すること
があり、強度その他信頼性に不安要因がある。また信頼
性を確保するためにセンサを保護部材で保護する構造に
よれば、別途、保護部材が必要となり、構造的に複雑化
してコストアップの要因ともなる。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑み、既存の作業
機の一部を利用してセンサを保護する構造として、セン
サの信頼性を確保すると共に、製作コストのアップを防
止することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、そのための第１の手段として、車体１側に横
軸12により回動自在に枢支された左右一対のブーム13を
横方向の連結パイプ18で連結すると共に、ブーム13の先
端部に作業具16を横軸15により回動自在に備え、制御用
センサ19,20からの信号により作業具16の姿勢を制御す
るようにしたブーム型作業機において、連結パイプ18内
に制御用センサ19,20を格納したものであり、また第２
の手段として、車体１側に横軸12により回動自在に枢支
された左右一対のブーム13を横方向の連結パイプ18で連
結すると共に、ブーム13の先端に作業具16を横軸15にり
回動自在に備え、作業具16の対地傾斜角を検出するため
の第１センサ19と、ブーム13に対する作業具16の傾斜角
を検出するための第２センサ20とを備え、第１及び第２
センサ19,20からの信号により作業具16の姿勢を制御す
るようにしたブーム型作業機において、第１及び第２セ
ンサ19,20を連結パイプ18内に格納すると共に、前記連
結パイプ18の外端開口を外方側から閉塞する取付板23
に、作動リンク26を有しかつ前記第１及び第２センサー
19,20に連動する横軸22をこの軸心廻りに回動自在とし
て設け、前記作動リンク26と前記作業具16とを連結する
ロッド45を備えているのである。

（作用） 第１及びセンサ19,20は連結パイプ18内に格納している
ため、連結パイプ18により保護される。

作業時に作業具（バケット）16が横軸15廻りに回動する
と、ロッド45、作動リンク26、横軸22を介して第１及び
第２センサ19,20が働く。そして、第１センサ19は作業
具（バケット）16の対地傾斜角を検出し、第２センサ20
はブーム13に対する作業具（バケット）16の相対的な傾
斜角を検出する。

（実施例） 以下、図示の実施例について本発明を詳述すると、第１
図において、１はトラクタ車体、２は前輪、３は後輪、
４はボンネット、５は後輪フェンダ、６は運転席、７は
ハンドルである。８はフロントローダで、取付台９を介
してトラクタ車体１の両側に着脱自在に立設されたマス
ト10、マスト10から前方に延びてトラクタ車体１の前端
部に着脱自在に固定されたブレース11、マスト10の上端
部に横軸12により上下回動自在に枢支されたブーム13、
ブーム13を昇降させるためのブームシリンダ14、ブーム
13の先端部に横軸15により回動自在に枢支されたバケッ
ト（作業具）16、バケット16を回動させるためのバケッ
トシリンダ17等から成る。マスト10、ブレース11、ブー
ム13、ブームシリンダ14、バケットシリンダ17は左右に
一対あり、その左右一対のブーム13は、第３図乃至第６
図に示すように、ボンネット４よりも前方側で横方向の
連結パイプ18により連結されている。なお、連結パイプ
18はブーム13を横方向に貫通しており、その外端部はブ
ーム13よりも外方に若干突出せしめられている。

連結パイプ18は両端開口の円筒状であって、この連結パ
イプ18内には、第３図乃至第６図に示すように、バケッ
ト16の対地傾斜角を検出する第１センサ19と、バケット
16のブーム13に対する相対傾斜角を検出する第２センサ
20とが格納されている。第１センサ19は磁性流体を利用
したものであり、また第２センサ20はポテンショメータ
を利用したものであって、第１センサ19はＵ字状のブラ
ケット21に取付けられている。ブラケット21は横軸22の
内端に固定され、また横軸22は取付板23に固定されたボ
ス部24,25に回動自在に挿支されると共に、外端に作動
リンク26を有する。ブラケット21の横軸22と反対側に
は、これと同一軸心上に位置する横軸27が固定されてい
る。第２センサ20はコ字状のブラケット28に取付けられ
ており、これの回動軸29は横軸27に連結されている。横
軸27はコ字状のブラケット28に固定されたボス部30に回
動自在に挿入され、またブラケット28は取付板23に固定
されている。取付板23は略矩形状であって、第１及び第
２センサ19,20を連結パイプ18内に格納した状態で、ブ
ーム13の外側面に溶接された一対のボス部31に２本のボ
ルト32により取付けられている。取付板23は、四隅に切
欠部33を有し、その四隅の切欠部33の内、一箇所の切欠
部33aは他の切欠部33よりも大きく形成されている。取
付板23は土砂等が入らないように連結パイプ18の外端開
口を外方側から閉塞すると共に、下部側にチューブ取出
空間34ができるように取付けられている。第１及び第２
センサ19,20のリード線35,36はコネクタ37,38を介して
ハーネス39,40に接続され、またハーネス39,40は保護用
のコルゲートチューブ41により被覆されている。コルゲ
ートチューブ41は連結パイプ18内での第１センサ19等の
回動時に干渉しないように、連結パイプ18内に十分な余
裕を持たせた状態で、第１及び第２センサ19,20等の下
側を経てチューブ取出空間34から連結パイプ18の外部に
導き出されている。そして、このコルゲートチューブ41
は連結パイプ18と一方のボス部31との間で取付板23とブ
ーム13により挟持されてやや押付け気味に固定されると
共に、バケットシリンダ17の油圧パイプ42にクリップ43
で止められており、またブーム13内側の油圧配管等に沿
ってトラクタ車体１側に導かれている。

作動リンク26の先端にはピン44を介してロッド45の一端
の継手46に連結され、またロッド45の他端の継手47はピ
ン48を介してバケット16背面のブラケット49に連結され
ている。ロッド45はブーム13の上縁側に近接状態で略平
行に配置され、また横軸15,22、ピン46,48は平行リンク
機構の四節を構成するように配置されており、従って、
バケットシリンダ17の伸縮によりバケット17が横軸15廻
りに回動すれば、それと同角度だけ横軸22が回動するよ
うになっている。

第１センサ19は、第７図に示すように、非磁性材から成
る有底円筒状の容器50内に磁性流体51が封入されると共
に、容器50の外周に円筒状の永久磁石52と２個のコイル
53,54とが套嵌されており、横軸22廻りに回動した時
に、第８図の如く磁性流体52の分布が変化し、コイル5
3,54の出力電圧が対地傾斜角に比例して変化するように
なっている。なお、容器50には蓋55が嵌着され、またこ
の第１センサ19はケース56a内に収められている。

第２センサ20は、バケット16に連動して横軸22が回動す
れば、ブラケット21、横軸27を介して回動軸29が回動
し、バケット16のブーム13に対する傾斜角に比例して出
力電圧が変化するようになっている。

56は操作装置で、第９図乃至第12図に示すように、運転
席６の一側方で後輪フェンダ５上に取付けたケース57
に、前後、左右及び斜め方向に操作自在な操作レバー5
8、この操作レバー58に連動する第１及び第２ポテンシ
ョメータ59,60等が組込まれている。即ち、操作レバー5
8は可動枠61に横軸62を介して枢支され、また可動枠61
は前後軸63を介してケース57側に支持されており、従っ
て、操作レバー58は直交する横軸62及び前後軸63の二軸
を支点として、第12図のように任意の方向に操作できる
ようになっている。なお、操作レバー58は図外のバネに
よって中立位置に弾性的に保持されている。第１ポテン
ショメータ59はブーム13の昇降を指令するものであっ
て、横軸62を介して操作レバー58の前後動作に連動し、
かつ操作レバー58の操作量に応じた電圧の指令信号を出
力する。第２ポテンショメータ60はバケット16の回動を
指令するものであって、前後軸63、可動枠61を介して操
作レバー58の左右動作に連動し、かつ操作レバー58の操
作量に応じた電圧の指令信号を出力する。

操作レバー58の上端には押ボタン式の自動切換スイッチ
64が取付けられている。操作レバー58の下端には半球状
の作動部65が設けられ、またケース57内の底部側には、
作動部65を中心にして前後左右に上昇スイッチ66、下降
スイッチ67、ダンプスイッチ68、すくいスイッチ69が設
けられている。これら各スイッチ66〜69は操作レバー58
を最大量操作した時に作動部65によって作動するように
なっている。なお、70は可撓カバーである。

71はスタンドで、フロントローダ８をトラクタ車体１か
ら取外した後、バケット16底面が接地した状態で支持し
ておくためのものであり、マスト10の上端部間を連結す
るための連結杆72と、別の支杆73とから成る。連結杆27
はバケット16のブラケット49にピン74で着脱自在に取付
けられ、また支杆73は連結杆72の中途部とブーム13の中
途部にピン75,76で着脱自在に取付けられている。な
お、取付板23の切欠部33aは、取付板23を取付ける際に
上下を間違わないため、及びスタンド71の使用時に、支
杆73と干渉しないために他よりも大きく切欠かれてい
る。

第14図はリフトシリンダ14及びバケットシリンダ17の油
圧回路を示し、77はリフトシリンダ14を制御する第１電
磁弁で、上昇ソレノイド78と下降ソレノイド79とを有す
る。80はバケットシリンダ17を制御する第２電磁弁で、
すくいソレノイド82とダンプソレノイド81とを有する。
これら電磁弁77,80は何れも比例型のものが使用されて
いる。

第15図は電磁弁77,80を駆動制御する制御回路を示す。
第15図において、83は第１ポテンショメータ59からの電
圧信号の正負によりブーム13の動作方向を弁別する上昇
・下降弁別回路であって、操作レバー58を上昇方向に操
作した正の時に上昇、下降方向に操作した負の時に下降
を弁別する。84は第１ポテンショメー59からの電圧信号
を電流信号に変換する第１電圧−電流変換回路で、上昇
・下降弁別回路83により弁別された方向に上昇ソレノイ
ド78又は下降ソレノイド79を駆動するようになってい
る。85は傾斜記憶回路で、自動切換スイッチ64をオンし
て操作レバー58を上昇方向に操作する時に、自動切換ス
イッチ64のオン時点における第１センサ19からの傾斜信
号は読込んで記憶するようになっている。86は第１偏差
・増幅回路で、第１センサ19からの傾斜信号と傾斜記憶
回路85からの傾斜記憶信号との偏差を求めて増幅するも
のである。87は目標値設定回路で、バケット16の底面が
地面に平行に接地する水平接地時の目標値を設定するた
めのものである。88は第２偏差・増幅回路で、第２セン
サ20からの角度信号と設定回路87からの目標値の偏差を
求めて増幅するものである。89は自動手動の切換回路
で、操作レバー58の自動切換スイッチ64を押してオンさ
せた時に手動から自動に切換え、かつ上昇・下降弁別回
路83からの上昇信号により第１偏差・増幅回路86を選択
して姿勢保持制御を行なわせ、下降信号により第２偏差
・増幅回路88を選択して水平接地制御を行なわせるよう
になっている。90はすくい・ダンプ弁別回路で、第２ポ
テンショメータ60、第１偏差・増幅回路86又は第２偏差
・増幅回路88から切換回路89を介して送られる電圧信号
の正負によりバケット16の動作方向を弁別するようにな
っており、切換回路89からの信号が正の時にすくい、負
の時にダンプを弁別する。91は切換回路89からの電圧信
号を電流信号に変換する第２電圧−電流変換回路で、す
くい・ダンプ弁別回路90により弁別された方向にすくい
ソレノイド82又はダンプソレノイド81を駆動するように
なっている。

上記構成において、手動制御に際して操作レバー58を上
昇又は下降方向に操作すると、第１ポテンショメータ59
から正又は負の電圧信号が出力し、上昇・下降弁別回路
83が上昇又は下降を弁別すると共に、第１電圧−電流変
換回路84が電圧信号を電流信号に変換し、第１電磁弁77
の上昇ソレノイド78又は下降ソレノイド79を駆動する。
この時、第１電磁弁77は比例型であるので、電圧信号の
絶対値に比例して上昇又は下降に切換わり、ブーム13が
操作レバー58の操作量に比例した速度で上昇又は下降す
る。

操作レバー58をすくい又はダンプ方向に操作した場合に
は、第２ポテンショメータ60からの正又は負の電圧信号
により、すくい・ダンプ弁別回路90、第２電圧−電流変
換回路91を介して第２電磁弁80がすくい又はダンプ方向
に切換わり、バケット16が前述と同様にしてすくい又は
ダンプする。

バケット16に土砂をすくい込む際には、バケット16を底
面水平に接地させた後、操作レバー58をすくい方向に若
干回動させ、第１図の仮想線の状態にする。この時、バ
ケット16が横軸15廻りにａ矢示方向に回動するので、ロ
ッド45を介して作動リンク26が横軸22廻りに第３図のｂ
矢示方向に回動し、第１センサ19が第８図に示すように
傾斜状態となり、バケット16の対地傾斜角に応じた負の
電圧信号を出力する。

そこで、操作レバー58の自動切換スイッチ64を押して上
昇方向に操作すると、バケット16が第１図の仮想線の姿
勢を保持したままで、ブーム13が上昇し、バケット16か
らの土砂のこぼれを防止する。即ち、自動切換スイッチ
64を押すと、切換回路89が自動側に切換わると共に、傾
斜記憶回路85が第１センサ19からの傾斜信号、つまり上
昇開始時点におけるバケット16の傾斜姿勢を記憶する。
また操作レバー58を上昇方向に操作しているため、上昇
・下降弁別回路83が上昇を弁別し、切換回路89が第１偏
差・増幅回路86側を選択する。そして、ブーム13が上昇
し始めると、バケット16が固定状態のままであれば、第
１センサ19が更に傾斜し、その傾斜信号が負側に大とな
るので、第１偏差・増幅回路86が第１センサ19からの傾
斜信号と傾斜記憶回路85からの傾斜記憶信号との偏差を
求めて増幅する。この時の偏差信号は負であるので、す
くい・ダンプ弁別回路90がダンプを弁別し、第２電圧・
電流変換回路91を介して第２電磁弁80のダンプソレノイ
ド81を駆動し、バケット16がダンプ方向に回動する。バ
ケット16がダンプ方向に回動すれば、ロッド45を介して
作動リンク26が横軸22廻りに反ｂ矢示方向に回動し、第
１センサ19が第８図の状態に戻るので、第１センサ19か
らの傾斜信号が傾斜記憶回路85の傾斜記憶信号と一致し
た時点でバケット16のダンプ動作が止まる。以下、同様
の働きによってバケット16の姿勢を修正しながらブーム
13が上昇する。

ブーム13の上昇位置でバケット16をダンプさせて土砂を
排出した後、ブーム13を下降させる際には、自動切換ス
イッチ64を押して操作レバー58を下降方向に操作すれ
ば、バケット16の底面が水平に接地する。即ち、操作レ
バー58を下降方向に操作すると、上昇・下降弁別回路83
が下降を弁別するので、切換回路89が第２偏差・増幅回
路88側を選択する。するとバケット13がダンプ状態であ
れば、ロッド45、作動リンク26、横軸22等を介して第２
センサ20がバケット16のブーム13に対する傾斜角を検出
しており、その時の傾斜信号と設定回路87の目標値との
偏差を第２偏差・増幅回路88で求める。この場合の偏差
信号は正であるので、すくい・ダンプ弁別回路90がすく
いを弁別し、第２電圧−電流変換回路91を介して第２電
磁弁80のすくいソレノイド82を駆動し、バケット16がす
くい側に回動する。バケット16がすくい方向に回動すれ
ば、ロッド45を介して作動リンク26が横軸22廻りにｂ矢
示方向に回動し、第２センサ20の傾斜信号が目標値に近
づいて行く。そして、第２センサ20からの傾斜信号が目
標値に一致すると、バケット16のブーム13に対する傾斜
角が、ブーム13の下降位置でバケット16の底面が地面に
水平に接地する角度となり、バケット16がすくい方向の
動作を停止する。従って、単にブーム13を下降させて行
くだけでバケット16を底面水平に接地させることができ
る。

第１センサ19、第２センサ20は連結パイプ18の内部に格
納しているので、土砂、その他の障害物と接触すること
がなく、信頼性が著しく向上する。また連結パイプ18で
センサ19,20を保護する構造であって、既存の部材をそ
のまま利用しているため、別途、保護部材を設ける必要
がなく、コストアップも防止できる。

更にバケット16の対地傾斜角を検出する第１センサ19
と、ブーム13に対するバケット16の傾斜角を検出する第
２センサ20とを横軸22の同一軸心上に配置し、作動リン
ク26、ロッド45を介してバケット16に連動させているた
め、構造が簡単であり、特にロッド45等の連動系統を１
個で共用できる利点がある。またロッド45はブーム13の
上縁側に近接して略平行に配置しているので、障害物と
の接触が少なく、仮りに接触した場合でも、ブーム13か
ら大きく離れていないので、ロッド45の僅かな変形程度
にとどめることができる。この場合、ブーム13とロッド
45との間隔は、取外した際のスタンド71の連結杆72と干
渉しない程度にする。なお、連結杆72はロッド45の内外
何れに配置するようにしても良い。

取付板23を取付ける際に、ボルト32の締付けによってコ
ルゲートチューブ41を軽くブーム13側に押付けて固定す
る。従って、コルゲートチューブ41を固定具なしで固定
できる。取付板23はチューブ取出空間34を残して連結パ
イプ18の開口端を塞ぐので、連結パイプ18内に土砂等に
侵入し難く、また侵入しても中にたまらず、フロントロ
ーダ８の左右の揺動中に自然に排出できる。またチュー
ブ取出空間34から連結パイプ18内部のハーネス39,40等
を確認できるため、分解の手間が省ける。

なお、実施例では、作動リンク26とバケット16とをロッ
ド45で連結しているが、プッシュプルケーブル等を利用
しても良い。またバケット16に代替して、作業具として
フォーク等を取付けても良いし、フロントローダ８に限
らず、バックホー等においても同様に実施できる。

また第14図では、ブームシリンダ14とバケットシリンダ
17とが並列接続される油圧回路を例示したが、第16図に
示すように直列接続される油圧回路でも同様に実施でき
る。

（発明の効果） 本発明によれば、左右のブーム13を連結する連結パイプ
18内にセンサ19,20を格納しているので、センサ19,20の
信頼性が向上すると共に、別に保護部材を設ける必要が
なく、製作コストのアップを防止できる。

また作業具16の対地傾斜角を検出するための第１センサ
19と、ブーム13に対する作業具16の傾斜角を検出するた
めの第２センサ20とを横軸22に連動させ、この横軸22を
作動リンク26を介して作業具16に連動連結しているの
で、作業具16と作動リンク26との連動系統を兼用して、
第１及び第２センサ19,20から異種の検出信号を取出す
ことができ、構造を簡単にし安価に実施できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであって、第１図は
全体の側面図、第２図はフロントローダ前部の傾斜図、
第３図はセンサ取付部の側面図、第４図は第３図のＡ−
Ａ矢視図、第５図は第３図のＢ−Ｂ矢視図、第６図はセ
ンサ取付部の分解斜視図、第７図は第１センサの断面
図、第８図は同動作説明図、第９図は操作装置の背面
図、第10図は同断面背面図、第11図は第10図のＣ−Ｃ矢
視図、第12図は第10図のＤ−Ｄ矢視図、第13図は操作位
置の説明図、第14図は油圧回路図、第15図は制御回路
図、第16図は油圧回路図である。 １……トラクタ車体、８……フロントローダ、13……ブ
ーム、16……バケット、18……連結パイプ、19……第１
センサ、20……第２センサ、22……横軸、23……取付
板、26……作動リンク、45……ロッド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体（１）側に横軸（12）により回動自在
   に枢支された左右一対のブーム（13）を横方向の連結パ
   イプ（18）で連結すると共に、ブーム（13）の先端部に
   作業具（16）を横軸（15）により回動自在に備え、制御
   センサー（19）（20）からの信号により作業具（16）の
   姿勢を制御するようにしたブーム型作業機において、連
   結パイプ（18）内に制御用センサー（19）（20）を格納
   したことを特徴とするブーム型作業機の作業具姿勢検出
   装置。
2. 【請求項２】車体（１）側に横軸（12）により回動自在
   に枢支された左右一対のブーム（13）を横方向の連結パ
   イプ（18）で連結すると共に、ブーム（13）の先端部に
   作業具（16）を横軸（15）により回動自在に備え、作業
   具（16）の対地傾斜角を検出するための第１センサー
   （19）と、ブーム（13）に対する作業具（16）の傾斜角
   を検出するための第２センサー（20）とを備え、第１及
   び第２センサー（19）（20）からの信号により作業具
   （16）の姿勢を制御するようにしたブーム型作業機にお
   いて、第１及び第２センサー（19）（20）を連結パイプ
   （18）内に格納すると共に、 前記連結パイプ（18）の外端開口を外方側から閉塞する
   取付板（23）に、作動リンク（26）を有しかつ前記第１
   及び第２センサー（19）（20）に連動する横軸（22）を
   この軸心廻りに回動自在として設け、前記作動リンク
   （26）と前記作業具（16）とを連結するロッド（45）を
   備えていることを特徴とするブーム型作業機の作業具姿
   勢検出装置。