(57)【要約】【課題】加工の煩雑化及び強度上の問題を招来することなく、旋回体の旋回角度を計測すること。【解決手段】建設機械の下部走行体１００に対して上部旋回体２００が旋回した場合にロータ１０とシャフト２０とが相対回転するようにスイベルジョイント１を配設し、ロータ１０及びシャフト２０を介して回転センサにより、下部走行体１００に対する上部旋回体２００の旋回角度を検出するようにした旋回角度計測装置において、シャフト２０にロータ１０の回転中心を軸心とした円周に沿う被検出面４１を設け、回転センサにはロータ１０及びシャフト２０が相対回転した場合の被検出面４１の変位を検出する回転検出部８０を設けた。【選択図】図１
2013023865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心孔を有したロータ及び前記ロータの中心孔に回転可能に配設したシャフトを備え、これら相対回転するロータ及びシャフトの間に渡って油を流通可能な油通路が設けられたスイベルジョイントと、
前記ロータ及び前記シャフトのいずれか一方に支持させ、かつ他方を検出対象として前記ロータ及び前記シャフトの相対回転角度を検出する回転センサと
を備え、建設機械の走行体に対して旋回体が旋回した場合に前記ロータと前記シャフトとが相対回転するように前記スイベルジョイントを配設し、前記ロータ及び前記シャフトを介して前記回転センサにより、前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度を検出するようにした建設機械の旋回角度計測装置において、
前記回転センサの検出対象となる前記ロータもしくは前記シャフトに前記ロータの回転中心を軸心とした円周に沿う被検出面を設け、前記回転センサには前記ロータ及び前記シャフトが相対回転した場合の前記被検出面の変位を検出する検出部を設けたことを特徴とする建設機械の旋回角度計測装置。
【請求項２】
前記ロータの外周面に前記被検出面を設けるとともに、前記シャフトに前記回転センサを支持させ、
前記回転センサは、外周面を介して前記ロータの被検出面を転動する転動ローラを備え、前記検出部は、前記転動ローラの回転変位を検出することを特徴とする請求項１に記載の建設機械の旋回角度計測装置。
【請求項３】
前記スイベルジョイントは、前記シャフトの外周面に前記ロータの開口端部を覆うカバー部材を備え、前記回転センサは、前記カバー部材の一部をセンサ収容体として前記シャフトに支持させたことを特徴とする請求項２に記載の建設機械の旋回角度計測装置。
【請求項４】
前記転動ローラの周面を前記被検出面に押圧する押圧手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の建設機械の旋回角度計測装置。
【請求項５】
中心孔を有したロータ及び前記ロータの中心孔に回転可能に配設したシャフトを備え、これら相対回転するロータ及びシャフトの間に渡って油を流通可能な油通路が設けられたスイベルジョイントと、
前記シャフトに支持させ、前記ロータが相対的に回転した場合に前記ロータ及び前記シャフトの相対回転角度を検出する回転センサと
を備え、建設機械の走行体に対して旋回体が旋回した場合に前記ロータと前記シャフトとが相対回転するように前記スイベルジョイントを配設し、前記ロータ及び前記シャフトを介して前記回転センサにより、前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度を検出するようにした建設機械の旋回角度計測装置において、
前記スイベルジョイントは、前記シャフトの外周面に前記ロータの開口端部を覆うカバー部材を備え、
前記ロータの外周面に前記ロータの回転中心を軸心とした円周に沿う被検出面を設けるとともに、前記カバー部材に前記回転センサを支持させ、
前記回転センサは、前記カバー部材に対して回転可能に配設し、外周面を介して前記ロータの被検出面を転動する転動ローラと、この転動ローラの回転変位を検出する検出部とを備え、
さらに前記転動ローラの周面を前記被検出面に押圧する押圧手段を設けたことを特徴とする建設機械の旋回角度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械において上部旋回体等の旋回体の旋回角度を計測するのに好適な旋回角度計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーショベルやクローラキャリア、クレーン等の建設機械では、下部走行体と上部旋回体との間に旋回角度計測装置が配設されており、この旋回角度計測装置の出力結果に基づいて下部走行体に対して上部旋回体を目標旋回角度に旋回させる制御が行われている。建設機械に用いられる旋回角度計測装置としては、例えば、特許文献１に記載されているように、下部走行体と上部旋回体との間に介在されるスイベルジョイントに、ロータリポテンショメータを付設したものが提供されている。
【０００３】
スイベルジョイントは、ロータの中心孔にシャフトを回転可能に配設するとともに、これら相対回転するロータ及びシャフトの間に渡って油通路を構成し、この油通路を介して上部旋回体及び下部走行体の間に油を流通させるものである。より具体的には、シャフトの回転中心が上部旋回体の旋回中心と一致する位置において、例えばロータが下部走行体に支持され、かつシャフトが上部旋回体に支持されており、下部走行体に対して上部旋回体が旋回した場合、シャフトがロータに対して回転するように配設されている。
【０００４】
ロータリポテンショメータは、本体に対して入力軸が回転した場合に回転角に応じた検出信号を出力するもので、本体がスイベルジョイントのシャフトに支持され、入力軸が連結軸を介してスイベルジョイントのロータに連結されている。
【０００５】
この旋回角度計測装置では、下部走行体に対して上部旋回体が旋回すると、スイベルジョイントのロータ及びシャフトを介してロータリポテンショメータの本体と入力軸とが相対的に回転するため、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角度を検出信号として出力することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６２−７４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ロータの回転をロータリポテンショメータの入力軸に伝達する連結軸は、シャフトの回転中心上、つまりシャフトの中心部を貫通しなければならない。このため、上述の旋回角度計測装置を構成するには、スイベルジョイントのシャフトに対してその中心部に連結軸を貫通させるための貫通孔を設ける必要がある。
【０００８】
上述したように、スイベルジョイントは、ロータ及びシャフトの間に渡って油通路を有したものであり、特にシャフトには軸方向に沿って複数の油通路が形成されている。従って、内部に油通路を有したシャフトに対して、さらにその中心部に貫通孔を設けた場合には、加工の煩雑化を招来するばかりでなく、スイベルジョイントの強度上の問題を招来する恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みて、加工の煩雑化及び強度上の問題を招来することなく、旋回体の旋回角度を計測することのできる建設機械の旋回角度計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る建設機械の旋回角度計測装置は、中心孔を有したロータ及び前記ロータの中心孔に回転可能に配設したシャフトを備え、これら相対回転するロータ及びシャフトの間に渡って油を流通可能な油通路が設けられたスイベルジョイントと、前記ロータ及び前記シャフトのいずれか一方に支持させ、かつ他方を検出対象として前記ロータ及び前記シャフトの相対回転角度を検出する回転センサとを備え、建設機械の走行体に対して旋回体が旋回した場合に前記ロータと前記シャフトとが相対回転するように前記スイベルジョイントを配設し、前記ロータ及び前記シャフトを介して前記回転センサにより、前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度を検出するようにした建設機械の旋回角度計測装置において、前記回転センサの検出対象となる前記ロータもしくは前記シャフトに前記ロータの回転中心を軸心とした円周に沿う被検出面を設け、前記回転センサには前記ロータ及び前記シャフトが相対回転した場合の前記被検出面の変位を検出する検出部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上述した建設機械の旋回角度計測装置において、前記ロータの外周面に前記被検出面を設けるとともに、前記シャフトに前記回転センサを支持させ、前記回転センサは、外周面を介して前記ロータの被検出面を転動する転動ローラを備え、前記検出部は、前記転動ローラの回転変位を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上述した建設機械の旋回角度計測装置において、前記スイベルジョイントは、前記シャフトの外周面に前記ロータの開口端部を覆うカバー部材を備え、前記回転センサは、前記カバー部材の一部をセンサ収容体として前記シャフトに支持させたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上述した建設機械の旋回角度計測装置において、前記転動ローラの周面を前記被検出面に押圧する押圧手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る建設機械の旋回角度計測装置は、中心孔を有したロータ及び前記ロータの中心孔に回転可能に配設したシャフトを備え、これら相対回転するロータ及びシャフトの間に渡って油を流通可能な油通路が設けられたスイベルジョイントと、前記シャフトに支持させ、前記ロータが相対的に回転した場合に前記ロータ及び前記シャフトの相対回転角度を検出する回転センサとを備え、建設機械の走行体に対して旋回体が旋回した場合に前記ロータと前記シャフトとが相対回転するように前記スイベルジョイントを配設し、前記ロータ及び前記シャフトを介して前記回転センサにより、前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度を検出するようにした建設機械の旋回角度計測装置において、前記スイベルジョイントは、前記シャフトの外周面に前記ロータの開口端部を覆うカバー部材を備え、前記ロータの外周面に前記ロータの回転中心を軸心とした円周に沿う被検出面を設けるとともに、前記カバー部材に前記回転センサを支持させ、前記回転センサは、前記カバー部材に対して回転可能に配設し、外周面を介して前記ロータの被検出面を転動する転動ローラと、この転動ローラの回転変位を検出する検出部とを備え、さらに前記転動ローラの周面を前記被検出面に押圧する押圧手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転センサの検出対象となるロータもしくはシャフトに、ロータの回転中心を軸心とした円周に沿う被検出面を設け、回転センサとしてはロータ及びシャフトが相対回転した場合の被検出面の変位を検出するものを適用しているため、被検出面に対向する部位に回転センサを設ければ良く、シャフトやロータに対して複雑で強度に影響を与えるような加工を要することなく、旋回体の旋回角度を計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である建設機械の旋回角度計測装置を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した旋回角度計測装置の要部拡大断面側面図である。
【図３】図３は、図１に示した旋回角度計測装置の平面図である。
【図４】図４は、図１における矢視Ｘ図である。
【図５】図５は、図１に示した旋回角度計測装置を適用した建設機械を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る建設機械の旋回角度計測装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１〜図４は、本発明の実施の形態である旋回角度計測装置を示したものである。ここで例示する旋回角度計測装置は、図５に示すように、パワーショベルやバックホー等の建設機械において下部走行体１００に対する上部旋回体２００の旋回角度を計測するためのものである。
【００１９】
旋回角度計測装置の適用対象となる建設機械には、下部走行体１００と上部旋回体２００との間に旋回サークル３００が設けてある。旋回サークル３００は、互いに回転可能となる内外２つのサークル部３０１，３０２を備えて構成した環状部材である。この旋回サークル３００は、内方サークル部３０１が下部走行体１００に固定され、かつ外方サークル部３０２が上部旋回体２００に固定されており、下部走行体１００に対して上部旋回体２００を鉛直方向に沿った軸心を中心として旋回させることが可能である。この建設機械には、下部走行体１００と上部旋回体２００との間にスイベルジョイント１が配設してある。
【００２０】
スイベルジョイント１は、図１〜図４に示すように、中心孔１１を有し上端が開口するとともに下端が閉塞したロータ１０と、ロータ１０の中心孔１１に回転可能に配設したシャフト２０とを備えて構成したものである。このスイベルジョイント１は、下部走行体１００に対して上部旋回体２００が旋回した場合に、ロータ１０に対してシャフト２０が回転するように、図５に示すように、シャフト２０の回転中心を上部旋回体２００の旋回中心に合致させた状態で、ロータ１０を下部走行体１００に取り付け、かつシャフト２０を上部旋回体２００に取り付けてある。
【００２１】
図１〜図４に示すように、スイベルジョイント１には、ロータ１０及びシャフト２０の間に渡って複数の油通路３０が設けてある。本実施の形態では、ロータ１０に４つの環状油路部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ及び４つのロータ側ポート部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを設けるとともに、シャフト２０に４つのシャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄを設けることによって互いに独立した４つの油通路３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが構成してある。
【００２２】
環状油路部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、図１に示すように、それぞれシャフト２０の回転中心を軸心とした環状を成し、個々の内周がロータ１０の中心孔１１に開口するもので、互いの間に間隔を確保した状態でシャフト２０の回転中心に沿って並設してある。ロータ側ポート部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄは、個々の環状油路部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄからロータ１０の径方向に沿って延在したもので、図４に示すように、個々の延在端部がロータ１０の外表面に開口している。シャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、図３に示すように、シャフト２０の回転軸心を中心とした円周上に等間隔に配設し、それぞれシャフト２０の回転軸心に沿って延在したものである。シャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄの基端部は、それぞれシャフト２０の端面に開口している。シャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄの先端部は、図２に示すように、それぞれシャフト２０の径方向に沿って外方に屈曲した後、シャフト２０の外周面に開口している。シャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄがシャフト２０の外周面に開口する位置は、シャフト２０の回転中心に沿って互いにずれており、それぞれが個別の環状油路部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄに対向している。
【００２３】
上記のように構成したスイベルジョイント１の油通路３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、ロータ１０に対してシャフト２０が回転した場合にも、シャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄにおいてシャフト２０の外周面に開口する位置が対応する環状油路部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄに対向した状態に維持される。これにより、ロータ１０に対するシャフト２０の回転角度に関わらず、ロータ１０の外周面に開口するロータ側ポート部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄとシャフト２０の端面に開口するシャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄとの間に常に油を流通させることが可能となる。図には明示していないが、ロータ１０の外周面に開口するロータ側ポート部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄには、走行モータとの間に油を流通させる油圧配管１０１（図５）が接続され、またシャフト２０の端面に開口するシャフト側ポート部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄには、油圧ポンプとの間に油を流通させる油圧配管２０１（図５）が接続される。尚、図２中の符号３４は、ロータ１０の中心孔１１において各環状油路部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄの両側となる位置に配設したオイルシールである。
【００２４】
図１及び図２に示すように、このスイベルジョイント１には、旋回角度計測装置を構成すべく、ロータ１０の上端部に被検出面４１が設けてあるとともに、シャフト２０の外周面において被検出面４１に隣接する部位にカバー部材５０が設けてある。ロータ１０の被検出面４１は、ロータ１０の上端部外周に中空円筒状のガイド部材４０を装着することによってガイド部材４０の外周面に構成したものである。この被検出面４１は、シャフト２０の回転中心を軸心とした円周に沿って設けてある。カバー部材５０は、図３に示すように、平面視が多角形状を成し、嵌合孔５１ａを介してシャフト２０の外周面に嵌合した基準プレート部５１と、円筒状を成し、基準プレート部５１においてロータ１０側に位置する端面からガイド部材４０を覆う態様で配設した外周カバー部５２とを有したものである。このカバー部材５０は、ロータ１０の開口端部を覆うものである。外周カバー部５２の下端部には、ロータ１０の被検出面４１との間に異物が進入するのを防止するためのダストシール部材５３が設けてある。
【００２５】
図１〜図４に示すように、カバー部材５０には、その一部にセンサ収容体５４が構成してある。センサ収容体５４は、カバー部材５０における外周カバー部５２の一部から外方に膨出するように設けた中空部分であり、ロータ１０の被検出面４１に対向する部位にのみ開口している。図１に示すように、このセンサ収容体５４には、プッシャ６０、転動ローラ（回転センサ）７０及び回転検出部（回転センサ）８０が配設してある。
【００２６】
図２に示すように、プッシャ６０は、センサ収容体５４の内部においてロータ１０の被検出面４１に近接離反する方向に沿って移動可能に配設した筒状部材である。このプッシャ６０には、センサ収容体５４を構成するカバー部材５０との間にプッシャ６０をロータ１０の被検出面４１に向けて常時押圧する押圧スプリング（押圧手段）６１が介在させてある。
【００２７】
転動ローラ７０は、中心孔７１にセンサシャフト７２を嵌着したものであり、センサシャフト７２の両端部とユニットケース７３との間にそれぞれベアリング７４を介在させることにより、ユニットケース７３に回転可能に支持させてある。この転動ローラ７０は、センサシャフト７２の軸心がシャフト２０の回転中心と平行となる状態で、ユニットケース７３を介してプッシャ６０とガイド部材４０との間に位置する部位に支持させてある。図１からも明らかなように、転動ローラ７０の外周面は、ユニットケース７３から外部に露出しており、押圧スプリング６１の押圧力により、プッシャ６０、ユニットケース７３、ベアリング７４及びセンサシャフト７２を介してロータ１０の被検出面４１に常時押圧された状態に維持されている。
【００２８】
図１に示すように、回転検出部８０は、センサシャフト７２の端部に配設した永久磁石７５の磁力に応じた電気信号を出力するもので、例えばホール素子によって構成してある。図には明示していないが、本実施の形態では、２つのホール素子をセンサシャフト７２の回転方向に沿って９０°位相をずらして配設し、これら位相が異なるホール素子からの２つの出力信号に基づいて、センサシャフト７２の絶対角度及び回転方向を検出するように回転検出部８０が構成してある。尚、図２中の符号９０は、信号ケーブル９１を接続するための端子台である。この端子台９０には、上部旋回体２００に搭載された図示せぬ制御手段との間に電気信号を送受信する信号ケーブル９１が接続されている。
【００２９】
上記のように構成した旋回角度計測装置では、図示せぬ旋回アクチュエータの駆動により下部走行体１００に対して上部旋回体２００が旋回すると、下部走行体１００を基準とした場合、スイベルジョイント１のロータ１０に対してシャフト２０が同方向に同一角度だけ回転することになる。ロータ１０に対してシャフト２０が回転すると、ロータ１０の被検出面４１に押圧された転動ローラ７０がロータ１０及びシャフト２０の相対回転角度に応じて回転し、転動ローラ７０の回転変位が回転検出部８０によって検出されて電気信号が出力される。
【００３０】
ここで、上記の旋回角度計測装置によれば、押圧スプリング６１の押圧力によって転動ローラ７０がロータ１０の被検出面４１に押圧された状態となる。従って、ロータ１０とシャフト２０との間に多少のがたつきが発生した場合にも、常にロータ１０及びシャフト２０の相対回転変位に応じて転動ローラ７０を回転させることが可能となり、下部走行体１００に対する上部旋回体２００の旋回角度を、より正確に検出することが可能となる。上述したように、ロータ１０の中心孔１１とシャフト２０の外周面との間には、オイルシール３４を介在させることが必須となり、ロータ１０とシャフト２０との間に隙間を設けなければならないため、ロータ１０とシャフト２０とのがたつきに応じて転動ローラ７０が追従できる構成はきわめて有効である。
【００３１】
これらの結果、回転検出部８０から出力される電気信号に基づいて旋回アクチュエータ（図示せず）の駆動を制御すれば、下部走行体１００に対して上部旋回体２００を所望の旋回角度に正確に旋回させることが可能となる。
【００３２】
しかも、上述の旋回角度計測装置では、ロータ１０に設けたガイド部材４０の外周面を被検出面４１とし、この被検出面４１を転動する転動ローラ７０の回転変位を回転検出部８０によって検出するように構成しているため、シャフト２０やロータ１０に対して複雑で強度に影響を与えるような加工を何ら施す必要がない。従って、加工の煩雑化及び強度上の問題を招来することなく、下部走行体１００に対する上部旋回体２００の旋回角度を正確に検出することが可能となる。
【００３３】
尚、上述した実施の形態では、回転センサを構成する転動ローラ７０及び回転検出部８０をシャフト２０に支持させるようにしているが、転動ローラ７０及び回転検出部８０をロータ１０に支持させるように構成しても良い。この場合、被検出面４１をシャフト２０に設ける必要があるのはいうまでもない。また、スイベルジョイント１のロータ１０を下部走行体１００に支持させ、かつシャフト２０を上部旋回体２００に支持させるようにしているが、逆の態様でロータ１０及びシャフト２０を建設機械に搭載しても良い。
【００３４】
さらに、上述した実施の形態では、ガイド部材４０の外周面を被検出面４１として構成したものを例示しているが、ガイド部材４０の内周面を被検出面４１として旋回角度計測装置を構成することも可能である。
【００３５】
またさらに、上述した実施の形態では、回転センサとして被検出面４１を転動する転動ローラ７０を備えるとともに、転動ローラ７０の回転変位を検出する回転検出部８０を備えたものを例示しているが、必ずしもこれに限定されない。例えば、転動ローラを要することなく、ロータ及びシャフトが相対回転した場合の被検出面の変位を光学的に検出したり、磁気的に検出する検出部を設けて回転センサを構成することも可能である。尚、転動ローラ７０の回転変位を検出する回転センサを適用した場合に上述した実施の形態では、センサシャフト７２の端部に配設した永久磁石７５の磁力に応じた電気信号を出力するものを例示しているが、転動ローラの回転変位を光学的に検出するように回転センサを構成しても構わない。
【符号の説明】
【００３６】
１      スイベルジョイント
１０      ロータ
１１      中心孔
２０      シャフト
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ      油通路
４０      ガイド部材
４１      被検出面
５０      カバー部材
５１      基準プレート部
５２      外周カバー部
５３      ダストシール部材
５４      センサ収容体
６０      プッシャ
６１      押圧スプリング
７０      転動ローラ
７５      永久磁石
８０      回転検出部
１００      下部走行体
２００      上部旋回体
３００      旋回サークル
【図１】
2013023865.tif 000003
【図２】
2013023865.tif 000004
【図３】
2013023865.tif 000005
【図４】
2013023865.tif 000006
【図５】
2013023865.tif 000007