JPH0634431Y2 - ブーム型作業機の作業具姿勢検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、ブーム型作業機の作業具姿勢検出器に関する
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は、車体側にブームを横軸に
より回動自在に枢支すると共に、ブームの先端部にバケ
ット（作業具）を横軸により回動自在に枢支し、ブーム
の中途に上方突出したブラケットとバケットとを連結す
るようにバケット用シリンダを設け、このバケット用シ
リンダの伸縮によりバケットを角度調整するようにした
ものがあり、この種のブーム型作業機では、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センサを設け、作業時にこ
れら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。

しかし、この種の従来の作業機では、第１センサを、車
体にブームを取付ける支柱に、第２センサはバケット背
面のブラケット等に取付けるのが一般的であった（例え
ば特願昭30222号）。

（考案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った。また、制
御性能を向上させるためにはセンサの分解能が高いこと
が必要であるが、分解能を高めるためシリンダストロー
クを直接検知するようにすると、現状では大変な高価な
センサが必要となるという問題があった。

本考案は、上記問題点に鑑み、センサの強度その他の信
頼性を高めると共に、安価なセンサでも十分な制御性能
を発揮し得るようにしたものである。

（問題点を解決するための手段） この技術的課題を解決するための本考案の技術的手段
は、車体１側にブーム13が横軸12により回動自在に枢支
されると共に、ブーム13の先端部に作業具16が横軸15に
より回動自在に枢支され、ブーム13の中途部にブラケッ
ト101が上方突設され、ブーム13の上側に、前記ブラケ
ット101と作業具16とを連結するように、作業具16を角
度調整する作業具用シリンダ17が設けられ、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、 ブーム13上の前記ブラケット101の後側に、センサケー
ス18が設けられ、該センサケース18内に前記第１及び第
２センサ19,20が格納されると共に、第１及び第２セン
サ19,20を横軸22に連動させ、この横軸22を作動リンク2
6を介して作業具16に連動連結した点にある。

（作用） 第１及び第２センサ19,20はセンサケース18内に格納し
ているため、センサケース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考案を詳述すると、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は後輪フエンダ、６は運転席、７は
ハンドルである。８はフロントローダで、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は左右に一対ある。

ブーム13の中途部にはブラケット101が上方突設され、
ブーム13の前側中途部に横軸102廻りに回動自在に枢着
した連結板103が設けられ、この連結板103の上端とバケ
ット16の上部後端とは連結杆104により連結されてい
る。またブラケット101と連結板103の上部後端との間に
前記バケットシリンダ17が連結され、これによりバケッ
トシリンダ17の前端は連結板103及び連結杆104を介して
バケット16に連結され、バケットシリンダ17の伸縮によ
りバケット16を横軸15廻りに角度調整できるようになっ
ている。

18はブーム13の中途部に設けたセンサケースで、ブーム
13の上側でかつ前記ブラケット101の後側に配置され、
溶接或いはボルト等によってブーム13又はブラケット10
1に固着されている。このセンサケース18は第２図乃至
第４図に示すように一端開口の有底円筒状であって、セ
ンサケース18内には、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は蓋板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は蓋板23に固定されている。蓋板23は円板形状で
あって、第１及び第２センサ19,20をセンサケース18内
に格納した状態で、センサケース18に突設した一対の取
付片31にボルトナット32により取付けられている。蓋板
23はチューブ取出用の切欠部33を有し、土砂等が入らな
いように、センサケース18の外端開口を外方側を閉塞し
ている。第１及び第２センサ19,20のリード線はコネク
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はセンサケース18内で
の第１センサ19等の回動時に干渉しないように、センサ
ケース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用切欠部33
からセンサケース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の先端はピン44を介してロッド45の一端に
連結され、またロッド45の他端はピン48を介して連結板
103の中途部に連結されている。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15,2
2、ピン44,48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16が横軸15廻りに回動すれば、それに対応
する角度だけ横軸22が回動するようになっている。

第１センサ19は、第５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６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56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。

107は作動リンク26に設けた表示器で、作動リンク26上
端から上方突出した起立部108と、起立部108上端からＬ
字状に前方屈曲した表示部109とを備える。表示器107は
バケット16の回動に連動して横軸22廻りに回動し、表示
部109の傾斜がバケット16の底面の傾斜角度と常に一致
するようになっている。従ってオペレータはこの表示器
107を見ることによってバケット16の傾斜角度を容易に
知ることができる。

Ａは操作装置で、第７図乃至第10図に示すように、運転
席６の一側方で後輪フエンダ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10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。

第12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13図は電磁弁77,80を駆動制御する制御回路を示す。
第13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もの
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ポテンショメータ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
傾斜信号を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からの目標値と
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２図のｂ
矢示方向に回動し、第１センサ19が第６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６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16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はセンサケース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。

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等の運動系統を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。蓋板23はセンサケース18の開
口端を塞ぐので、センサケース18内に土砂等が侵入し難
い。

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12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14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。

（考案の効果） 本考案によれば、ブーム13上のブラケット101後側に、
センサケース18が設けられ、該センサケース18内に第１
及び第２センサ19,20が格納されているので、センサケ
ース18をブーム13の昇降動作や作業員16のダンプ及びチ
ルト動作の際に他の物と干渉する惧れがなく、作業に全
く邪魔にならないスペースを利用してセンサケース18を
設置し、ブーム13又はブラケット101を利用してセンサ
ケース18を簡単に取付けでき、しかもこのセンサケース
18によってセンサ19,20を確実に保護することができ、
センサ19,20の信頼性が向上する。

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。しかも
各センサ19,20は作動リンク26の回動角を検出すればよ
いので、作業具用シリンダ17等のシリンダストロークを
直接検知する必要がなくなり、安価なセンサを使用して
制御性能を向上させることができるようになり、その実
用的効果は著大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案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図はセンサ取付部の側面図、第３図
は第２図のＡ−Ａ矢視図、第４図は第２図のＢ−Ｂ矢視
図、第５図は第１センサの断面図、第６図は同動作説明
図、第７図は操作装置の背面図、第８図は同断面背面
図、第９図は第８図のＣ−Ｃ矢視図、第10図は第８図の
Ｄ−Ｄ矢視図、第11図は操作位置の説明図、第12図は油
圧回路図、第13図は制御回路図、第14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……センサケース、19……第
１センサ、20……第２センサ、22……横軸、26……作動
リンク、45……ロッド、101……ブラケット。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】車体１側にブーム13が横軸12により回動自
   在に枢支されると共に、ブーム13の先端部に作業具16が
   横軸15により回動自在に枢支され、ブーム13の中途部に
   ブラケット101が上方突設され、ブーム13の上側に、前
   記ブラケット101と作業具16とを連結するように、作業
   具16を角度調整する作業具用シリンダ17が設けられ、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、 ブーム13上の前記ブラケット101の後側に、センサケー
   ス18が設けられ、該センサケース18内に前記第１及び第
   ２センサ19,20が格納されると共に、第１及び第２セン
   サ19,20を横軸22に連動させ、この横軸22を作動リンク2
   6を介して作業具16に連動連結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器。