(57)【要約】【課題】角度検出器のヒステリシス及び回転トルクを低減するために設けた振動モータの長寿命化を図った角度検出装置の提供。【解決手段】  外殻を形成する筐体２１内に設けたポテンショメータ２２、及びポテンショメータ２２の軸２３に装着される振子２４を備え、水平面に対する角度である対地角を検出するものにおいて、筐体２１内に振動モータ２５を設けた構成にし、タワーブーム２、タワージブ３を起伏動作するタワー起伏ウインチ８、ジブ起伏ウインチ９を操作している間、すなわち角度検出器のヒステリシス除去が必要な場合のみ振動モータ２５を駆動してヒステリシス及び回転トルクを低減させることで、振動モータ２５の長寿命化を図る。【選択図】  図３
2005189211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動可能な作業装置と、
前記作業装置を操作する操作手段と、
前記作業装置の操作状態を検出する操作状態検出手段と、
前記作業装置の回動角度を検出する角度検出手段とを備えた作業機械に用いられ、
前記角度検出手段は、回転センサと振動発生手段とを備え、
前記操作状態検出手段により検出される前記作業装置の操作状態に基づき、前記振動発生手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする作業機械の角度検出装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、前記操作状態検出手段により、前記アクチュエータの操作の開始を検出すると所定時間のパルス信号を出力し、その後、操作の継続中は間歇パルス信号を出力し、操作が終了すると所定時間経過後にパルス信号を停止することを特徴とする請求項１記載の作業機械の角度検出装置。
【請求項３】
前記角度検出手段は、回転センサに振子が設けられて対地角度を検出する構成を有し、前記振動発生手段は、前記振子に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械の角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーンや油圧ショベル等の各種の作業機械に備えられる回動可能な作業装置の回動角度を検出する作業機械の角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械、例えばクレーンには、吊荷荷重による転倒防止のための過負荷防止装置が設けられている。この過負荷防止装置は、作業装置としてのブームに吊下される吊荷の荷重が、ブームの角度（作業半径）毎に予め設定される限界荷重（転倒を防止するための許容吊荷重）を越えないように監視する安全装置であり、限界荷重を超えようとするときは警報を発したり、作業半径がそれ以上大きくならないようにブームの動作を制限したりする。そして、この過負荷防止装置のためのブームの回動角度を検出するために、ブームの回動部付近には、角度検出器が設けられている。この角度検出器は、外殻を形成する筐体内に設けたポテンショメータあるいはエンコーダから成る回転センサと、この回転センサの軸に装着される振子とを備えている。そして、ブームの回動に伴って筐体が回動したとき、振子が重力方向すなわち鉛直方向を維持するように回動し、これに伴って回転センサの軸が回転し、ブームの水平面に対する角度である対地角が検出される。
【０００３】
この角度検出器のポテンショメータあるいはエンコーダから成る回転センサは、他の磁気抵抗素子を有する非接触タイプの回転センサに比べると、温度の変化に伴う出力電圧の変動、すなわち温度特性を考慮しなくて済むとともに、回転角度に対する出力電圧の偏差の程度、すなわち直線性に優れている。したがって、温度変化の大きい環境で作業をおこなったり、ブームやアームの角度を高精度に検出することが要望されているクレーンや油圧ショベル等の作業機械に設けるのに好適である。
【０００４】
しかしながら、ポテンショメータあるいはエンコーダから成る回転センサは、その構造に起因する静摩擦を生じ、この静摩擦によるヒステリシスによって検出角度に誤差を招いていた。この誤差を小さくする技術として、本出願人は先に、振動モータを内蔵させ、ポテンショメータの回転トルクを軽減してヒステリシスを小さくした角度検出装置を出願した。（特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００２−１０７１４３号公報
【０００５】
上記公報記載の技術は、ポテンショメータが収容された筐体内に振動モータを設け、角度検出時に振動モータを作動させて、ポテンショメータの各摺動接触部を動摩擦とすることにより、ヒステリシス及び回転トルクを静摩擦時の、すなわち従来の数分の１にするものである。これにより精度向上を図りつつ、安価な角度検出器を提供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記公報の技術には以下のような改善の余地があった。
すなわち、上記振動モータとしては、携帯電話の着信通知等で使用されている振動モータを利用することが価格や寸法の面からみて有利であるが、この携帯電話等で用いられている小型の振動モータは、その用途に特殊性（非連続使用）があるため、そもそも連続使用に絶え得る構造になっておらず、連続的に駆動した場合に寿命の点で不十分であった。
【０００７】
本発明の目的は、連続駆動での寿命に制限のある振動モータを使った角度検出器であっても、モータの寿命を延長できる角度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の作業機械の角度検出装置は、回動可能な作業装置と、前記作業装置を操作する操作手段と、前記作業装置の操作状態を検出する操作状態検出手段と、前記作業装置の回動角度を検出する角度検出手段とを備えた作業機械に適用され、請求項１に記載の発明では、前記角度検出手段は、回転センサと振動発生手段とを備え、前記操作状態検出手段により検出される前記作業装置の操作状態に基づき、前記振動発生手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備えた構成にしたものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記駆動制御手段は、前記操作状態検出手段により、前記アクチュエータの操作の開始を検出すると所定時間のパルス信号を出力し、その後、操作の継続中は間歇パルス信号を出力し、操作が終了すると所定時間経過後にパルス信号を停止するものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記角度検出手段は、回転センサに振子が設けられて対地角度を検出する構成を有し、前記振動発生手段は、前記振子に設けられるものである。
【００１１】
これにより、角度検出器が設置されたアクチュエータの角度が変化しているときのみ振動モータが駆動され、かつ振動モータが振子に内蔵されているので、定常的には間歇パルスにより必要最小限の駆動でヒステリシスを除去することが可能となり、振動モータの寿命時間を延長し、これにより角度検出器に振動モータを使用した場合の作業機の角度検出装置としての寿命時間を延長することが可能となる。
【００１２】
また、アクチュエータが非操作状態になっても所定時間モータを駆動するので、ヒステリシスが残留することが無い。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、角度検出器が設置された作業機のアクチュエータを操作している期間、すなわち角度検出器のヒステリシス除去が必要な場合のみ振動モータを駆動するので、振動モータの寿命を延長することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明によれば、振動モータの駆動を間歇パルスで行うことにより、ヒステリシス除去のために必要最小限の回転速度とすることが可能となり、さらに振動モータの寿命を延長することができる。
【００１５】
さらに請求項3の発明によれば、振動モータを振子に内蔵させたので、小さな加振力でヒステリシス除去のための必要最小限の回転速度を達成することが可能となり、振動モータの寿命をより延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の対地角検出装置の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の作業機械の角度検出装置が設けられる作業機械の一例であるタワークレーンを示す側面図である。
【００１７】
図１に示すタワークレーンは、走行体、運転室を含む本体１と、この本体１に回動可能に設けられるタワーブーム２（作業装置）と、このタワーブーム２の上端に回動可能に設けられるタワージブ３（作業装置）と、このタワージブ３の先端に吊り下げられる巻上ロープ５と、この巻上ロープ５の下端に設けられ荷の吊り上げ下げに用いられるフック４と、本体１上に設けられ、タワーブーム２、タワージブ３の俯仰回動を行なうタワー起伏ロープ６、ジブ起伏ロープ７の巻き取り、繰り出しを行なうタワー起伏ウインチ８，ジブ起伏ウインチ９を備えている。また、タワーブーム２の下端付近には、水平面に対する対地角を検出する対地角検出器、すなわちタワーブーム角度検出器１０設けられ、タワージブ３の下端付近には、同じく対地角検出器であるタワージブ角度検出器１１が設けられている。タワーブーム２の起伏ロープ（不図示）の端部にはフック４で吊り上げ下げされる荷の重量を検出する荷重検出器１２が設けられている。なお、このタワーブーム角度検出器１０、タワージブ角度検出器１１は、後述する図２のような構造を有する。
【００１８】
また、運転室には、タワー起伏ウインチ８、ジブ起伏ウインチ９を操作する操作レバー（不図示）が設けられ、このタワー起伏ウインチ８、ジブ起伏ウインチ９の操作状態を検出する操作状態検出手段３５、３６が設けられる。この操作状態検出手段３５、３６は、前述の操作レバーの操作により切り換わるスイッチ（リミットスイッチ等）、操作レバーから各起伏ウインチ８，９への操作指令（例えば、油圧パイロット信号）を検出するセンサ、起伏ウインチ８，９の動作（回転）を直接検出するセンサなどが用いられる。
【００１９】
さらに本体１内にはタワーブーム角度検出器１０、タワージブ角度検出器１１、及び荷重検出器１２から出力される信号に基づいて、このタワークレーンの転倒を防止する演算処理を実行する過負荷防止装置を構成する制御装置１３が備えられている。
【００２０】
この図１に示すタワークレーンの制御装置１３は、タワーブーム２の回動に伴ってタワーブーム角度検出器１０から出力される角度信号と、タワージブ３の回動に伴ってタワージブ角度検出器１１から出力される角度信号とに基づいてこのタワークレーンの作業半径を演算し、その作業半径で許容される限界荷重、すなわち転倒防止の限界値である限界荷重を演算する。そして、荷重検出器１２から出力される荷重信号により現実にフック４にかかっている荷重を求め、この実際の荷重と前述の限界荷重とを比較する。この比較の結果、例えば実際の荷重が限界荷重を超えようとするときは、警報器を作動させる警報信号を出力したり、作業半径がそれ以上大きくならないように自動的に制御する処理を実施する。
【００２１】
図２は、上述した本発明の対地角検出器であるタワーブーム角度検出器１０、タワージブ角度検出器１１を示す図で、（ａ）は前側部分を取り除いた状態を示す正面図、（ｂ）は側断面図である。このタワーブーム角度検出器１０、タワージブ角度検出器１１は同様の構造を有するため、タワーブーム角度検出器１０について説明する。この角度検出器１０は、外殻を形成する筐体２１と、この筐体２１内に設けた回転センサ、例えばポテンショメータ２２と、このポテンショメータ２２の軸２３に装着される振子２４とを備えるとともに、ポテンショメータ２２に与える振動を発生させる振動発生手段、例えば振動モータ２５を振子２４に備えている。この振動モータ２５は、例えば振子２４に凹部を形成しこの凹部に収容するか、振子２４に予め内蔵して設けることが出来る。
【００２２】
このタワーブーム角度検出器１０は、前述した図１に示すタワーブーム２の回動に伴って一体的に筐体２１が回動したとき、振子２４が重力方向すなわち鉛直方向を維持するように回動し、これに伴ってポテンショメータ２２の軸２３が回転し、タワーブーム２の水平面に対する角度である対地角を検出する。
【００２３】
また、図３は、角度検出器を含む振動モータ２５の駆動を制御する駆動制御装置を含む角度検出装置の構成を示すブロック図、図４は図３に示す駆動制御装置に含まれるマイクロコントローラ等で実施される処理手順を示す出力タイムチャートである。
【００２４】
図３に示すように角度検出装置は、ポテンショメータ２２の電源３１と、ポテンショメータ２２から出力された角度信号、すなわちアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３２と、振動モータ２５を駆動するパルス信号を出力する振動モータ駆動手段３３と、Ａ／Ｄ変換器３２から入力される信号に応じて、所定の演算をおこなうとともに、適宜、振動モータ駆動手段３３を作動させる制御信号、あるいは振動モータ駆動手段３３を停止させる制御信号を出力するマイクロコントローラ３４とを含む制御装置３０と、マイクロコントローラ３４に接続される操作状態検出手段３５（３６）とからなり、操作状態検出手段３５（３６）が角度検出器１０（１１）が設置されたタワーブーム２（タワージブ３）を起伏動作させるタワー起伏ウインチ８、（ジブ起伏ウインチ９））が操作されたことを検出すると、マイクロコントローラ３４は、振動モータ駆動手段３３を作動させる制御信号を出力し、振動モータ駆動手段３３は、操作状態検出手段３５（３６）によって検出された操作状態に応じて後述のような駆動パルスを出力し、振動モータ２５を駆動する。
【００２５】
図４は図３に示す制御装置に含まれるマイクロコントローラ等で処理される駆動手段３３の出力タイムチャートを示す図である。操作状態検出手段３５（３６）によってタワー起伏ウインチ８（タワージブ起伏ウインチ９）の操作が起動されたことを検出すると、図中モータ駆動出力（ａ）に示すように駆動手段３３は振動モータ２５が所定の回転になるような所定の時間幅（Ｔ１）のモータ起動パルスP１を出力する。起動パルスが終了してもタワー起伏インチ８（タワージブ起伏ウインチ９）の操作が継続している場合、駆動手段３３は出力を間歇パルスＰ２に切替える。間歇パルスＰ２は振動モータ２５が継続して回転を維持でき、かつヒステリシスを除去できるような必要最小限の回転速度となるようなパルス（期間Ｔ２で時間幅Ｔ３）に設定されている。
【００２６】
さらにタワー起伏インチ８（タワージブ起伏ウインチ９）の操作が停止されたことを検出すると、駆動手段３３は、残留ヒステリシスを除去するため、所定の時間（Ｔ４ａ）経過後に間歇パルスＰ２を停止する。
【００２７】
なお、図中モータ駆動出力（ｂ）に示すように上記所定の時間（Ｔ４ａ）経過後の間歇パルスＰ２の停止に代えて、タワー起伏インチ８の操作が停止したことを検出して間歇パルスＰ２の出力を停止し、所定の時間幅（Ｔ４ｂ）のパルスＰ３を出力してもよく、これによって応答性をさらに良くすることが出来る。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、タワーブーム２の角度を検出するタワーブーム角度検出器１０の場合について説明したが、タワージブ３の角度を検出するタワージブ角度検出器１１の場合は、タワージブ３がタワークレーンの構造上、その単独動作のみならず、タワーブーム２の起伏動作によっても角度変化するため、タワー起伏ウインチ８およびジブ起伏ウインチ９のいずれかが操作された場合に上記のような制御を行なうようにする。
【００２９】
このように構成した角度検出装置の一実施形態にあっては、出願人が先に出願した上記特許文献１に記載の効果に加え、角度検出器が設置されるタワーブーム２、タワージブ３を起伏動作するタワー起伏ウインチ８、ジブ起伏ウインチ９を操作している間、すなわち角度検出器のヒステリシス除去が必要な場合のみ振動モータ２５を駆動し、かつ振動モータ２５の駆動を間歇パルスで行うことにより、ヒステリシス除去のために必要最小限の回転速度とすることが可能となるため、振動モータの寿命を大幅に伸ばすことができる。さらに長寿命化とともに小型の振動モータを使用できるから、携帯電話の着信通知などで使用される小型の振動モータを使用することが可能となり低コストの角度検出装置を実現できる。
【００３０】
また、振動モータを振子に取り付けたので、小さな加振力でヒステリシス除去のための必要最小限の回転速度を達成することが可能となり、振動モータの長寿命化をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の角度検出装置が設けられた作業機械の一例を示すタワークレーンの側面図である。
【図２】対地角検出器の一実施形態を示す図で、（ａ）は前側部分を取り除いた状態を示す正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】図１に示す対地角検出器を含む角度検出装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図４】図２に示す制御装置に含まれるマイクロコントローラ等で処理される駆動手段の出力タイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  本体
２  タワーブーム（作業装置）
３  タワージブ（作業装置）
６  タワー起伏ロープ
７  ジブ起伏ロープ
８  タワー起伏ウインチ
９  ジブ起伏ウインチ
１０  タワーブーム角度検出器
１１  タワージブ角度検出器
２１  筐体
２２  ポテンショメータ
２３  軸
２４  振子
２５  振動モータ
３０  制御装置
３１  電源
３２  Ａ／Ｄ変換器
３３  振動モータ駆動手段
３４  マイクロコントローラ
３５  操作状態検出手段（タワーブーム）
３６  操作状態検出手段（タワージブ）
【図１】
2005189211.tif 000003
【図２】
2005189211.tif 000004
【図３】
2005189211.tif 000005
【図４】
2005189211.tif 000006