(57)【要約】【課題】  直進操縦を容易に行えるとともに、急激な機体方向転換も軽快に行える作業機のステアリング構造を提供する。【解決手段】  ステアリング操作具の直進状態からの初期操作域においてはステアリング操作具の操作量に対する操向車輪の操向量が略正比例する線形の関係となり、以降の操作域においてはステアリング操作具の操作量の変化率よりも操向車輪の操向量の変化率が大きくなる非線形の関係となるように、ステアリング操作具と操向車輪とを非線形伝動機構を介して連動連結してある。【選択図】        図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング操作具の直進状態からの初期操作域においてはステアリング操作具の操作量に対して操向車輪の操向量が略正比例する線形の関係となり、以降の操作域においてはステアリング操作具の操作量の変化率よりも操向車輪の操向量の変化率が大きくなる非線形の関係となるように、ステアリング操作具と操向車輪とを非線形伝動機構を介して連動連結してあることを特徴とする作業機のステアリング構造。
【請求項２】
前記非線形伝動機構と操向車輪との間に増速伝動機構を介在してある請求項１記載の作業機のステアリング構造。
【請求項３】
前記非線形伝動機構と操向車輪との間にトルクジェネレータを介在してある請求項２記載の作業機のステアリング構造。
【請求項４】
前記トルクジェネレータを前記増速伝動機構の伝動下手に配備してある請求項３に記載の作業機のステアリング構造。
【請求項５】
前記非線形伝動機構を偏芯ギヤ伝動機構で構成してある請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業機のステアリング構造。
【請求項６】
前記偏芯ギヤ伝動機構を変速ギヤケースに収容配備するとともに、この変速ギヤケースにギヤ周部が監視可能な開口を備えてある請求項５記載の作業機のステアリング構造。
【請求項７】
前記非線形伝動機構による操向用伝動と、前記非線形伝動機構を介さない線形の操向用伝動とを選択可能に構成してある請求項１〜６のいずれか一項に記載の作業機のステアリング構造。
【請求項８】
走行伝動系の変速装置が作業用の低速変速状態にある時には前記非線形伝動機構による操向用伝動状態となり、走行伝動系の変速装置が移動走行用の高速変速状態にある時には非線形伝動機構を介しない線形の操向用伝動状態がもたらされるように構成してある請求項７記載の作業機のステアリング構造。
【請求項９】
ステアリング操作具に連動連結された左右移動部材と操向車輪を操向させるナックルアームとをタイロッドで連動連結したステアリング機構を、ステアリング操作具の直進状態からの初期操作域においてはステアリング操作具の操作量に対する操向車輪の操向量とが略正比例する線形の関係となり、以降の操作域においてはステアリング操作具の操作量の変化率よりも操向車輪の操向量の変化率が大きくなる非線形の関係となる特性に設定してある請求項１〜８のいずれか一項に記載の作業機のステアリング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、田植機や農用トラクタなどの作業機のステアリング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機の一例である乗用型の田植機においては、ステアリング操作具としてのステアリングハンドルの回動操作によって左右に直線移動されるラック杆の左右両端部と、左右の操向車輪を操向させるナックルアームとを、タイロッドで連動連結したステアリング構造が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１７０２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記ステアリング構造においては、直進状態からステアリングハンドルを左方あるいは右方に約２回転だけ回動操作すると、前輪が最大に操向されるように構成されている。これにより、ステアリングハンドルの単位操作量に対する前輪の操向角度が小さく、植付け走行を行う場合に過剰に操向するおそれがなく、直進性のよい操縦を行うことができる。その反面、畦際で機体をＵターン旋回させて方向転換を行うのに、前輪を大きく操向するためにステアリングハンドルを素早く回転操作する必要があり、煩わしい操作となっていた。
【０００４】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、直進操縦を容易に行えるとともに、急激な機体方向転換も軽快に行えるようにすることを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、ステアリング操作具の直進状態からの初期操作域においてはステアリング操作具の操作量に対する操向車輪の操向量が略正比例する線形の関係となり、以降の操作域においてはステアリング操作具の操作量の変化率よりも操向車輪の操向量の変化率が大きくなる非線形の関係となるように、ステアリング操作具と操向車輪とを非線形伝動機構を介して連動連結してあることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によると、直進あるいは略直進での作業走行を行う場合、ステアリング操作具の単位操作量に対する操向車輪の操向角度が比較的小さくなり、操向車輪が過剰に操向されるおそれがなく、蛇行の少ない操縦を行うことができる。機体をＵターン旋回させて方向転換を行う場合には、ステアリング操作具の単位操作量に対する操向車輪の操向角度が比較的大きくなり、ステアリング操作具を大きく操作することで、操向車輪が効率よく大きく操向されて、いわゆる、利きのよい小回り旋回を行うことができる。
【０００７】
従って、第１の発明によると、直進操縦を容易に行えるとともに、急激な機体方向転換も軽快に行えるようになった。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、
非線形伝動機構と操向車輪との間に増速伝動機構を介在してあるものである。
【０００９】
上記構成によると、増速伝動機構を介在しない場合に比べて、ステアリング操作具の操作量を少なくして操向車輪を同じ量だけ操向することができ、直進操縦を容易に行えるとともに、機体方向転換時における操向車輪の急速、かつ、大きい操向を一層速やかに行うことができる。
【００１０】
第３の発明は、上記第２の発明において、
非線形伝動機構と操向車輪との間にトルクジェネレータを介在してあるものである。
【００１１】
上記構成によると、操向車輪を急速、かつ、大きく操向させる際に大きい操向反力が働くが、ステアリング操作具の操作力は小さくてすみ、機体方向転換を軽快かつ速やかに行うことができる。
【００１２】
第４の発明は、上記第３の発明において、
トルクジェネレータを増速伝動機構の伝動下手に配備してあるものである。
【００１３】
上記構成によると、増速伝動機構に働く操作負荷を軽減することができるので、ギヤなどの伝動部材を小型のものとすることができ、増速伝動機構の小型化を図る上にも有効となる。
【００１４】
第５の発明は、上記第１〜４のいずれか一つの発明において、
非線形伝動機構を偏芯ギヤ伝動機構で構成してあるものである。
【００１５】
上記構成によると、円形に加工したギヤの回転軸心を偏らせるだけで、非線形伝動を行う伝動ギヤを構成することができ、楕円ギヤや非円形ギヤを用いて同様な非線形伝動を行う場合に比べてギヤの加工が容易で、安価に製作することができる。
【００１６】
第６の発明は、上記第５の発明において、
偏芯ギヤ伝動機構を変速ギヤケースに収容配備するとともに、この変速ギヤケースにギヤ周部が監視可能な開口を備えてあるものである。
【００１７】
上記構成によると、変速ギヤケースに偏芯ギヤを組み込む際に、回転位相合わせなどが容易となり、組み立て作業性に優れたものとなるとともに、点検整備などにも便利なものとなる。
【００１８】
第７の発明は、上記第１〜６のいずれか一つの発明において、
非線形伝動機構による操向用伝動と、非線形伝動機構を介さない線形の操向用伝動とを選択可能に構成してあるものである。
【００１９】
上記構成によると、直進走行と急激な機体方向転換を頻繁に行うことの多い作業走行においては非線形伝動を選択することで、直進操縦性および旋回操作性に優れた状態での操縦を行うことができる。急激な機体方向転換を頻繁に行うことのない移動走行においては線形伝動を選択することで、操向開始から最大操向まで一定した操向特性での操縦を行うことができ、過剰な操向をもたらすことなく軽快に操縦することができる。
【００２０】
第８の発明は、上記第７の発明において、
走行伝動系の変速装置が作業用の低速変速状態にある時には非線形伝動機構による操向用伝動状態となり、走行伝動系の変速装置が移動走行用の高速変速状態にある時には非線形伝動機構を介しない線形の操向用伝動状態がもたらされるように構成してあるものである。
【００２１】
上記構成によると、作業走行と移動走行に好適な操向状態が自動的にもたらされることになり、操縦者が作業走行と移動走行に対応して操向状態を選択しなくてもすみ、操作性に一層優れたものとなる。
【００２２】
第９の発明は、上記第１〜８のいずれか一つの発明において、
ステアリング操作具に連動連結された左右移動部材と操向車輪を操向させるナックルアームとをタイロッドで連動連結したステアリング機構を、ステアリング操作具の直進状態からの初期操作域においてはステアリング操作具の操作量に対する操向車輪の操向量とが略正比例する線形の関係となり、以降の操作域においてはステアリング操作具の操作量の変化率よりも操向車輪の操向量の変化率が大きくなる非線形の関係となる特性に設定してあるものである。
【００２３】
上記構成によると、左右移動部材を非線形伝動で移動させることに加えて、ステアリングリンク機構でも非線形で操向車輪を操向作動させることで、直進操縦を一層容易に行えるとともに、急激な機体方向転換も軽快に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１に、本発明に係る作業機の一例としての田植機の全体側面が、また、図２に、その全体平面がそれぞれ示されている。この田植機は、操向車輪としての前輪１と操向不能な後輪２を備えた四輪駆動型の走行機体３の後部に、油圧シリンダ４で駆動される平行四連リンク構造の昇降リンク機構５を介して苗植付け装置６が連結され、走行機体３の後部に設けた運転座席７の後側に施肥装置８が配備されるとともに、走行機体３の前部にボンネット９で覆われたエンジン１０、フロントパネル１１、ステアリング操作具としてのステアリングハンドル１２、等が備えられた構造となっている。
【００２５】
前記苗植付け装置６は４条植え仕様に構成されており、苗を載置して一定ストロークで往復横移動する苗のせ台１５、この苗のせ台１５の下端から１株分ずつ苗を切り出して田面に植付けてゆく４組の回転式の植付け機構１６、田面の植付け箇所を均平整地する３個の整地フロート１７、等を備えて構成されている。
【００２６】
前記施肥装置８は、肥料ホッパ１８に貯留した粉粒状の肥料をホッパ下端部に備えられた繰出し機構１９によって設定量ずつ繰出し、繰出された肥料を電動ブロワ２０からの搬送風によって４本の供給ホース２１に送り出し、前記整地フロート１７に取り付けた４個の作溝器２２にまで風力搬送し、作溝器２２によって植付け苗の横側近傍の田面に形成した施肥溝に肥料を送り込んで埋設するように構成されている。
【００２７】
前記走行機体３の前部にはミッションケース２５が配備され、このミッションケース２５の前部左右から横向きに突設した前車軸ケース部２５ａの端部に、前輪１を軸支した回動ケース２６が縦軸心Ｐ周りに操向回動可能に装備されている。ミッションケース２５の後部には、サスペンション機構２７で弾性支持された左右一対のスイングケース２８が基端支点ａ周りに独立上下揺動可能に装着され、各スイングケース２８の後端に後輪２がそれぞれ軸支されている。
【００２８】
図３に示すように、前記エンジン１０は横軸型の空冷ガソリンエンジンが利用されており、クランクケース部１０ａの上部に連設したシリンダ部１０ｂが後方に傾斜された嵩低いものに構成され、前記ミッションケース２５から前方に突設された前フレーム２９に防振状態に搭載支持されている。
【００２９】
前記ミッションケース２５の左側面には主変速装置として油圧式の無段変速装置（ＨＳＴ）３０が連結されて、エンジン１０にベルト掛け連動されている。無段変速装置３０の変速出力がミッションケース２５に伝達されて走行系と植付け系に分岐され、走行系動力が左右の前輪１に伝達されるとともに、スイングケース２８を介して左右の後輪２に伝達され、分岐された植付け系の動力が機体後方に取り出されて苗植付け装置６に軸伝達されるようになっている。
【００３０】
次に前輪１を操向操作するステアリング構造について説明する。図４に示すように、前輪１を軸支した左右の回動ケース２６にはナックルアーム３１が取り付けられており、左右のナックルアーム３１がラック・ピニオン式のステアリング機構３２に連動連結されている。図５に示すように、ステアリング機構３２は、ミッションケース２５における前端下部の角部に配備されており、ミッションケース２５に左右移動可能に貫通横架されたラック杆３３と、ラック杆３３の後面に形成されたラックギヤ３３ａに咬合するピニオンギヤ３４とで構成されている。図４，図６に示すように、ミッションケース２５から左右に突設されたラック杆３３の両端部と左右のナックルアーム３１とがタイロッド３５で連動連結されるとともに、ラック杆３３の両端部とミッションケース２５のラック杆挿通ボス部２５ｃとに亘って蛇腹状の伸縮ブーツ３６が装着されて、ラック杆３３が泥水などから保護されている。
【００３１】
前記ピニオンギヤ３４は、ミッションケース２５の前部に縦姿勢で挿通配備されたピニオン操作軸３７の下部に一体形成されており、このピニオン操作軸３７の上端が、ミッションケース２５の上端に取り付けられた油圧式のトルクジェネレータ３８の出力操作軸３９に連結され、トルクジェネレータ３８の上面に備えられた入力操作軸４０と前記ステアリングハンドル１２とが以下のように連動されている。
【００３２】
図３に示すように、ステアリングハンドル１２は、トルクジェネレータ３８の上部に立設したハンドルポスト４１の上部に、ハンドル支軸４２を介して回動可能に支持されており、ハンドル支軸４２と前記入力操作軸４０とが一対の自在継ぎ手４３，４４を介して軸連動されるとともに、その軸連動系に変速ギヤケース４５が介在されている。
【００３３】
図７〜図９に示すように、変速ギヤケース４５は上部ケース４５ａと下部ケース４５ｂをボルト連結して構成されて、横断面形状がコの字形のハンドルポスト４１の内部に連結支持されており、変速ギヤケース４５の前後には内部を監視可能に開放した開口ｋが形成されている。変速ギヤケース４５の後寄り箇所には、上向き入力軸４６と下向き出力軸４７とが相対回転可能に同心に装備されるとともに、変速ギヤケース４５の前寄り箇所には中間軸４８が装備されている。上向き入力軸４６とハンドル支軸４２とが上方の自在継ぎ手４３で連動連結されるとともに、下向き出力軸４７とトルクジェネレータ３８の入力操作軸４０とが、中間操作軸４９と下方の自在継ぎ手４４を介して連動連結されている。
【００３４】
上向き入力軸４６と中間軸４８とが非線形伝動機構Ａで連動連結されるとともに、中間軸４８と下向き出力軸４７とが増速伝動機構Ｂで連動連結されている。前記非線形伝動機構Ａは、上向き入力軸４６に連結固定された偏芯ギヤ５１と、中間軸４８に連結固定された同歯数の偏芯ギヤ５２とを咬合させた偏芯ギヤ伝動機構で構成されており、上向き入力軸４６の１回転に対して中間軸４８が不等速で１回転するようになっている。
【００３５】
前記増速伝動機構Ｂは、中間軸４８に固着した大径ギヤ５３と、下向き出力軸４７に固着した小径ギヤ５４とを咬合させて、中間軸４８の回転を２倍に増速して下向き出力軸４７に伝達するよう構成されている。
【００３６】
上記構成によると、ステアリングハンドル１２を中立位置（直進位置）から左方あるいは右方に回動操作することで、トルクジェネレータ３８の入力操作軸４０および出力操作軸３９を倍速回転させ、出力操作軸３９と一体回動するピニオン操作軸３７によってラック杆３３が左方あるいは右方に移動され、前輪１が直進姿勢から左方あるいは右方に操向されることになる。
【００３７】
この場合、ステアリングハンドル１２の直進位置から左方あるいは右方への回動操作角度θに対する前輪１の操向角度αは、図１１に示す特性で変化する。つまり、ステアリングハンドル１２の直進位置から約９０度の回動操作範囲においては、ステアリングハンドル１２の回動操作角度θに対して前輪１の操向角度αが略正比例する線形の関係となり、それ以降のハンドル操作域においてはステアリングハンドル１２の回動操作角度θの変化率よりも前輪１の操向角度αの変化率が大きくなる非線形の関係となり、ステアリングハンドルを略１回転だけ回動操作することで前輪１が最大に操向されるように設定されている。
【００３８】
従って、直進あるいは略直進しての植付け走行時には、ステアリングハンドル１２の回動操作に対して前輪１の操向角度αの変化が少ないので、過剰な前輪１の操向が起こりにくく、直進操縦が容易となる。畦際での機体方向転換においては、ステアリングハンドル１２を大きく回動操作することでハンドル回動操作に対して前輪１が大きく操向され、機体向きを速やかに変えることができる。
【００３９】
この例では、前輪１が大きく操向されると、機体旋回特性が小回り旋回モードに自動的に切り換えられるようになっている。つまり、図４に示すように、ミッションケース２５には、左右の後輪２への動力伝達を各別に断続する左右一対のサイドクラッチ５５が備えられており、左右の各サイドクラッチ５５と左右の前記ナックルアーム３１とが以下のように連係されている。
【００４０】
すなわち、左右のナックルアーム３１と左右のサイドクラッチ５５を入り切りするクラッチレバー５６とが、長孔融通ｃを備えた連係ロッド５７で交叉状に連動連結して構成されており、前輪１が直進位置にある時には左右のサイドクラッチ５５が共に「クラッチ入り」状態にあり四輪駆動での直進走行が行われる。この直進状態から前輪１が設定角度（例えば、３０°）未満で操向された場合には、ナックルアーム３１の回動変位が長孔融通ｃによって吸収されて連係ロッド５７が操作されることはなく、左右のサイドクラッチ５５は共に「クラッチ入り」状態に維持される。畦際でのＵターン旋回、等のために前輪１が直進状態から前記設定角度以上に大きく操向された場合には、旋回内側のクラッチレバー５６に連係された一方の連係ロッド５７だけが前方に引っ張り操作されて旋回内側のサイドクラッチ５５が「クラッチ切り」状態に切り換えられる。従って、この場合は、旋回内側の後輪２は遊転状態となり、大きく操向された左右の前輪１と旋回外側の後輪２による３輪駆動で機体は小さい旋回半径でハンドル回動操作方向に旋回するのである。
【００４１】
図１２に、本発明の発展した実施例が示されている。この例では、非線形伝動機構Ａを構成する偏芯ギヤ機構の偏芯ギヤ５１を上向き入力軸４６に対して遊転自在に装着するとともに、上向き入力軸４６にキー連動されてスライド可能に外嵌した爪クラッチ６１を、偏芯ギヤ５１と小径ギヤ５４との間に介在させている。この構成によると、図１２に示すのように爪クラッチ６１を付勢バネ６２で上方にスライド移動させて偏芯ギヤ５１に係合させることで、上向き入力軸４６と偏芯ギヤ５１を一体化して、上記のように、非線形伝動機構Ａおよび増速伝動機構Ｂを介して上向き入力軸４６の回動操作力を、図１３の「イ」に示す特性で下向き出力軸４７に伝達することができる。逆に、爪クラッチ６１を付勢バネ６２に抗して下方にスライド移動させて小径ギヤ５４に係合させることで、上向き入力軸４６と下向き出力軸４７を一体化して、非線形伝動機構Ａおよび増速伝動機構Ｂを介することなく、上向き入力軸４６の回動操作力を直接に下向き出力軸４７に伝達することができる。
【００４２】
上記のように上向き入力軸４６と下向き出力軸４７とを直結した場合には、ステアリングハンドル１２を約２回転だけ回動操作することで前輪１を最大操向角度まで操向することができる。この場合のステアリングハンドル１２の直進位置から左方あるいは右方への回動操作角度θに対する前輪１の操向角度αは、図１３の「ロ」で示す特性で変化する。
【００４３】
図１２に示すように、前記爪クラッチ６１をミッションケース２５内で走行系の副変速を行う副変速レバー１３にワイヤ連係し、副変速レバー１３を「低」に切り換える植付け作業走行時には爪クラッチ６１を偏芯ギヤ５１に係合させて、非線形伝動機構Ａおよび増速伝動機構Ｂを介した操向伝動を行い、副変速レバー１３を「高」に切り換える移動走行時には爪クラッチ５６小径ギヤ５４に係合させて、非線形伝動機構Ａおよび増速伝動機構Ｂを介さない操向伝動を行うようにすると、走行形態に好適な操向状態を自動的に現出することができる。
【００４４】
〔他の実施例〕
（１）非線形伝動機構Ａとして、クランク式の伝動構造を利用することもできる。
【００４５】
（２）増速伝動機構Ｂを等速伝動機構に変更して実施することもできる。この場合は、ステアリングハンドル１２を略２回転だけ回動操作して前輪１を最大操向角度まで操向することになる。
【００４６】
（３）ステアリング機構３２として、トルクジェネレータ３８でトルクアップされて左右回動されるピットマンアーム（図示せず）を、左右移動部材とした形態のものを利用することもできる。
【００４７】
（４）図１４に示すように、前記ステアリング機構３２を、ステアリングハンドル１２の直進状態からの初期操作域においては、ステアリングハンドル１２の回動操作角度θに対する前輪１の操向角度αが略正比例する線形の関係となり、以降の操作域においてはステアリングハンドル１２の回動操作角度θの変化率よりも前輪１の操向角度αの変化率が大きくなる非線形の関係となるようにリンク特性に設定しておくことで、一層直進操縦が容易になるとともに、機体旋回時の操作性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】田植機の全体側面図
【図２】田植機の全体平面図
【図３】走行機体の前部の側面図
【図４】走行系の平面図
【図５】ミッションケース前部の縦断側面図
【図６】ステアリング構造の一部を示す縦断正面図
【図７】変速ギヤケースの縦断側面図
【図８】変速ギヤケースの平面図
【図９】変速ギヤケースの縦断正面図
【図１０】変速ギヤケースのギヤ連係を示す展開平面図
【図１１】ステアリングハンドルの回動操作角度と前輪の操向角度との関係を示す特性線図
【図１２】別実施例の変速ギヤケースを示す縦断側面図
【図１３】別実施例におけるステアリングハンドルの回動操作角度と前輪の操向角度との関係を示す特性線図
【図１４】その他の実施例におけるステアリング機構を示す平面図
【符号の説明】
【００４９】
１              操向車輪（前輪）
１２            ステアリング操作具（ステアリングハンドル）
３１            ナックルアーム
３２            ステアリング機構
３３            左右移動部材（ラック杆）
３５            タイロッド
３８            トルクジェネレータ
４５            変速ギヤケース
Ａ              非線形伝動機構
Ｂ              増速伝動機構
ｋ              開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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