JP6451553B2 - 産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、産業車両に関するものである。

特許文献１に開示の産業車両においては、耐圧防爆ケース内に、計器類、ディレクションスイッチ、ウインカースイッチおよびキースイッチを組み込んでいる。また、ステアリングのシャフトとの干渉を避けるための逃げ部を有している。

特開平１０−１２０３８６号公報

ところで、電動式パワーステアリングを有する防爆仕様の車両では、ステアリング操作を検出する機構も防爆性能を有している必要があるため、特許文献１に記載の耐圧防爆ケースの他にステアリング操作を検出する機構のための防爆構造が必要となり、防爆構造が複数に別れることで、スペース面で不利となる虞がある。

本発明の目的は、電動式パワーステアリングのための機器を有する場合にも大型化を招くことなく防爆することができる産業車両を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、運転席に配備されたステアリングホイールと、前記ステアリングホイールの操舵に基づいて操舵輪を舵角する電動モータと、前記運転席に配置された計器類と、前記運転席に配置されたスイッチ類と、を備えた産業車両であって、一つの防爆ケースを備え、前記防爆ケース内に、前記計器類、前記スイッチ類、前記ステアリングホイールの操舵を検出するためのステアリング操作検出機構、前記電動モータを制御するためのコントローラ、および、前記電動モータを駆動するためのモータドライバを配置してなることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、防爆ケース内に、計器類、スイッチ類、ステアリング操作検出機構、コントローラおよびモータドライバが配置され、小型なる防爆構造となる。その結果、産業車両は電動式パワーステアリングのための機器を有する場合にも大型化を招くことなく防爆することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の産業車両において、前記防爆ケース内において、前記計器類、前記スイッチ類、前記ステアリング操作検出機構、前記コントローラおよび前記モータドライバが、少なくとも１つの防爆性能のない接続手段によって接続され、配置されているとよい。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の産業車両において、前記ステアリング操作検出機構は、回転軸方向変更手段とトルク検出器を有し、前記ステアリングホイールの回転が伝達されるステアリングシャフトが前記回転軸方向変更手段を介して前記トルク検出器に接続されているとよい。

請求項４に記載のように、請求項３に記載の産業車両において、前記回転軸方向変更手段は自在継手であるとよい。
請求項５に記載のように、請求項３または４に記載の産業車両において、前記防爆ケースは、上面に第１ベアリングホルダと、下面に第２ベアリングホルダとを有し、前記トルク検出器は前記第１ベアリングホルダより前記第２ベアリングホルダの近くに設けられているとよい。

請求項６に記載のように、請求項３に記載の産業車両において、前記トルク検出器は、前記ステアリングシャフトの回転により回転する上側ブラケットと、前記操舵輪の舵角により回転する下側ブラケットと、回転可能に支持された回転ロッドを有するポテンショメータと、前記ポテンショメータの回転ロッドに固定され、前記下側ブラケットが静止している状態において前記上側ブラケットがスプリングのバネ力に抗して回転すると回転するレバーと、を備え、防爆性能を有さない構成とするとよい。

本発明によれば、電動式パワーステアリングのための機器を有する場合にも大型化を招くことなく防爆することができる。

リーチ型フォークリフトの側面図。 リーチ型フォークリフトの平面図。 耐圧防爆ケースの斜視図。 ステアリング操作検出機構を示す斜視図。 （ａ）はステアリング操作検出機構の正面図、（ｂ）はステアリング操作検出機構の一部正面図、（ｃ）はステアリング操作検出機構の一部正面図。 （ａ）はステアリング操作検出機構の平面図、（ｂ）はステアリング操作検出機構の斜視図、（ｃ）はステアリング操作検出機構の斜視図。 （ａ）はステアリング操作検出機構の平面図、（ｂ）はステアリング操作検出機構の斜視図、（ｃ）はステアリング操作検出機構の斜視図。 （ａ）はステアリング操作検出機構の平面図、（ｂ）はステアリング操作検出機構の斜視図、（ｃ）はステアリング操作検出機構の斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１，２に示すように、産業車両としてのリーチ型フォークリフト１０（以下、フォークリフトという）は、前輪と後輪を有している。車体１１の前部には左右一対のリーチレグ１２が前方へ延出している。車体１１の後部右部分には立席タイプの運転席（運転室）１３が設けられている。運転席１３において前側のインストルメントパネル１１ａには荷役操作等のための操作レバー１４が設けられている。また、運転席１３において左側に立設された収容ボックス１１ｂの上面にはステアリングホイール（ハンドル）１５が配備されている。

車体１１にはマスト装置１６が左右一対のリーチレグ１２に沿って前後方向に移動可能に装備されている。マスト装置１６には車体１１の底部車幅方向中央に配設されたリーチ用駆動装置としてのリーチシリンダ（油圧シリンダ）１７のピストンロッド１７ａが連結されている。操作レバー１４のうちリーチレバーを操作することで荷役用電動モータ（図示略）の駆動によりオイルポンプからオイルコントロールバルブを介してリーチシリンダ１７に作動油が供給されてピストンロッド１７ａが伸縮駆動されることにより、マスト装置１６は所定ストローク範囲内で前後に移動する。

左右の前輪１８は従動輪で左右のリーチレグ１２の先端部にそれぞれ取付けられている。後側一輪が操舵輪と駆動輪を兼ねた駆動操舵輪１９となっており、駆動操舵輪１９は車幅方向左寄りにオフセットされて位置し、所定距離離れたその右隣には駆動操舵輪１９と左右で対をなす従動輪としてのキャスタ２０が設けられている。したがって本実施形態のフォークリフト１０は、走行用電動モータ（図示略）の駆動により駆動操舵輪１９が回転して走行する。

フォークリフト１０は電動式パワーステアリングを有する車両であって、電動モータ（パワーステアリングモータ）２７の駆動によりステアリングホイール１５の操舵に基づいて駆動操舵輪１９が舵角される。つまり、電動式パワーステアリングは、ステアリングホイール１５の操作位置に対し駆動操舵輪１９の向きの差を検出して、駆動操舵輪１９の向きがステアリングホイール１５の操作位置になるようにその差分だけ電動モータ２７でアシストするものである。また、フォークリフト１０は防爆仕様のフォークリフトである。

ステアリングホイール１５の下には、一つの耐圧防爆ケース２１が配置され、耐圧防爆ケース２１は全閉構造となっている。耐圧防爆ケース２１は略四角箱型をなし、側面が鉛直方向となる状態で車体（基台）１１に固定されている。

図３に示すように、耐圧防爆ケース２１内に、計器類（ディスプレイ）２２、ステアリング操作検出機構２３（図４参照）、コントローラ２４、モータドライバ（インバータ）２５、スイッチ類としてのキースイッチ２６が配置されている。計器類２２は、運転席１３に配置される。キースイッチ２６は、運転席１３に配置される。ステアリング操作検出機構２３は、ステアリングホイール１５の操舵を検出するためのものである。コントローラ２４は、車載の機器（走行モータ、荷役モータ、電動モータ２７を含む）を制御するためのものである。モータドライバ２５は、走行モータ、荷役モータおよび電動モータ２７を駆動するためのものである。

つまり、計器類２２、スイッチ類としてのキースイッチ２６に加え、ステアリング操作検出機構２３、コントローラ２４、モータドライバ２５を１つの耐圧防爆ケース２１内に、モジュール化された状態で配置されている。耐圧防爆ケース２１内の機器は耐圧防爆ケース２１内で配線（結線）されており、配線材には防爆構造は不要であり、少なくとも１つの防爆性能のない接続手段（リード線等）によって接続されている。これにより、省スペース、低コストの防爆制御モジュール構造となっている。

ステアリング機構の概略構成について説明すると、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、可動部を大まかに分けると、ステアリングホイール１５に接続する部分Ａ１と、駆動操舵輪（タイヤ）１９に接続する部分Ａ２に分かれる。図５（ａ）に示すように、上側が、ステアリングホイール１５と機械的に接続している部分Ａ１であり、図５（ｂ）に示す下側が駆動操舵輪（タイヤ）１９と機械的に接続している部分Ａ２である。図５（ｃ）に示すように下側のスパイラルケーブルケース４３は耐圧防爆ケース２１に固定され動かない部分Ａ３である。

図４，５に示すように、ステアリングホイール１５にはステアリングシャフト４４が固定され、ステアリングシャフト４４にステアリングホイール１５の回転が伝達される。
ステアリング操作検出機構２３は、回転軸方向変更手段としての自在継手２８と、トルク検出器２９を有する。ステアリングシャフト４４は自在継手２８を介してトルク検出器２９と接続されている。トルク検出器２９は、トルクを検出するための検出軸４５（図５参照）を備えている。検出軸４５は鉛直方向に延び、ステアリングシャフト４４は鉛直方向に対し所定角度θ１だけ斜めに延びている。ステアリングホイール１５の回転は、自在継手２８によって回転軸方向を変えてステアリングシャフト４４の回転を検出軸４５に伝える。

自在継手２８は、自在軸継手を２組組み合わせて構成しており、中間にある中間軸２８ａの両端に自在軸継手（リンク）２８ｂ，２８ｃが設けられている。ステアリングシャフト４４が上側の自在軸継手２８ｂに連結され、検出軸４５が下側の自在軸継手２８ｃに連結されている。

図５に示すようにステアリングホイール１５が水平面に対し所定の角度θ２だけ斜めに配置されている。このように、ステアリングホイール１５が水平面に対し斜めに配置される場合において、耐圧防爆ケース２１内に省スペースで搭載でき、取り付け角度が検出部に対して斜めに配置される機台にも適応しやすい。つまり、防爆仕様のフォークリフトに適応しており、一つの耐圧防爆ケース２１内に計器類２２、スイッチ類としてのキースイッチ２６、ステアリング操作検出機構２３、コントローラ２４、モータドライバ２５を集約している。

図４，５に示すように、ステアリングホイール１５の下の耐圧防爆ケース２１の上面には防爆型の第１ベアリングホルダ３０が配置され、ステアリングシャフト４４は耐圧防爆ケース２１の上面を貫通するとともに第１ベアリングホルダ３０内のベアリングにより回転可能に支持されている。

図５に示すように、トルク検出器２９は、検出軸４５に連結された上側ブラケット３１と、下側ブラケット３２と、スプリング３３と、ポテンショメータ３４と、レバー３５を備え、防爆性能を有さない構成である。平板状の上側ブラケット３１と平板状の下側ブラケット３２とが水平に、かつ対向するように上下に配置されている。上側ブラケット３１は検出軸４５に連結されている。よって、ステアリングホイール１５の操舵により上側ブラケット３１が回転する。一方、下側ブラケット３２はシャフト４１に連結されている。ステアリング操作検出機構２３（トルク検出器２９）の下における耐圧防爆ケース２１の下面には防爆型の第２ベアリングホルダ４２が配置され、シャフト４１は耐圧防爆ケース２１の下面を貫通するとともに第２ベアリングホルダ４２内のベアリングにより回転可能に支持されている。シャフト４１は駆動操舵輪１９に機械的に連結されている。よって、駆動操舵輪１９の舵角により下側ブラケット３２が回転する。

このように、耐圧防爆ケース２１は、上面に第１ベアリングホルダ３０と、下面に第２ベアリングホルダ４２とを有し、トルク検出器２９は第１ベアリングホルダ３０より第２ベアリングホルダ４２の近くに設けられている。

スプリング３３は円筒状のコイルスプリングであって、上側ブラケット３１の中心部と下側ブラケット３２の中心部との間に立設された状態で配置されている。図５，６に示すように、上側ブラケット３１の外周部には、下方に向かって延びるピン３６が固定されている。一方、下側ブラケット３２の外周部には、上方に向かって延びるピン３７が固定されている。図６に示すように、スプリング３３の一端はピン３６に係合するとともにスプリング３３の他端がピン３７に係合している。駆動操舵輪１９に機械的に連結されている下側ブラケット３２に対し、ステアリングホイール１５に機械的に連結されている上側ブラケット３１はステアリングホイール１５の操舵に伴い回転する。スプリング３３のバネ力に抗して上側ブラケット３１と下側ブラケット３２とは相対的な角度を広げることができる。

図４に示すように、下側ブラケット３２の上面における外周部にはブラケット３８が立設されている。ブラケット３８は帯板をＵ字状に曲げることにより構成され、両端が下側ブラケット３２の上面に固定されている。ブラケット３８の上面においてポテンショメータ３４が取り付けられている。図４に示すように、ポテンショメータ３４は、回転可能に支持された回転ロッド３９を有し、回転ロッド３９はブラケット３８を貫通して下方に延びている。回転ロッド３９にはレバー３５（図６参照）が固定されている。レバー３５は水平方向に延び、先端にはＵ字状の切欠き３５ａが形成されている。一方、上側ブラケット３１の外周部には、下方に延びるピン４０が固定されている。図６（ａ）に示すように、ピン４０はレバー３５の切欠き３５ａに挿入されている。下側ブラケット３２が静止している状態において上側ブラケット３１がスプリング３３のバネ力に抗して回転すると、ピン４０も回転して、レバー３５が回転してこの回転がポテンショメータ３４において電気信号に変換される。ポテンショメータ３４は、耐圧防爆ケース２１に固定されたスパイラルケーブルケース４３内のスパイラルケーブルと接続されている。

そして、ステアリングホイール１５が操舵されるとステアリングシャフト４４が回転し、その回転は自在継手２８を介して回転軸方向が変えられて上側ブラケット３１が回転する。一方、駆動操舵輪１９が電動モータ２７により舵角されると下側ブラケット３２も回転する。ポテンショメータ３４は、上側ブラケット３１と下側ブラケット３２との相対位置を検出し、その検出結果に基づいて上側ブラケット３１と下側ブラケット３２との相対位置を一致させるべくコントローラ２４は電動モータ２７をフィードバック制御する。詳しくは、コントローラ２４はモータドライバ２５に指令信号を送出してモータドライバ２５により電動モータ２７が駆動される。

次に、作用について説明する。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ニュートラル時（中立位置）である。つまり、ステアリングホイール１５と駆動操舵輪（タイヤ）１９の位置が一致している状態である。

図６（ｂ）に示すように、中立位置では、上側ブラケット３１と下側ブラケット３２が共に動いていない状態である。図６（ｃ）に示すように、レバー３５も中立位置となる。
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ステアリングホイール１５を例えば左へ１０度回転した状態を示している。即ち、図４においてＰ１で示す位置からＰ２で示す位置にステアリングホイール１５を角度θ２０だけ回転した状態を示している。

図７（ｂ）に示すように、上側ブラケット３１のみ回転して上側ブラケット３１と下側ブラケット３２とが１０度開く。このとき、スプリング３３のバネ力に抗してステアリングホイール１５を回すことによりスプリング３３の両端が開く。つまり、ステアリングホイール１５を回すのに力が必要になる。図７（ｃ）に示すように、下側ブラケット３２は駆動操舵輪（タイヤ）１９に繋がっているため、動かない。つまり、ポテンショメータ３４の位置もそのままである。一方、上側ブラケット３１はステアリングホイール１５と共に左へ回るため、レバー３５は右へ回る。これによりポテンショメータ３４の出力（電圧）が変化する。

そして、ポテンショメータ３４の出力（電圧）の変化をコントローラ２４が検知し、ポテンショメータ３４の出力がニュートラル時となるように、電動モータ２７が動作し駆動操舵輪（タイヤ）１９が回る。

図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、駆動操舵輪（タイヤ）１９が所定量だけ回転して状態を示している。
下側ブラケット３２は駆動操舵輪（タイヤ）１９に繋がっているため、駆動操舵輪（タイヤ）１９と共に左へ回り、レバー３５は元の角度、即ち、中立位置に戻る。

このようにして、ステアリングホイール１５の操舵に基づいて電動モータ２７により駆動操舵輪１９が舵角される。
一般的には、ステアリングホイールのすぐ下にトルク検出器が搭載される。しかし、防爆仕様では、ポテンショメータを防爆構造としなければならない。

ポテンショメータ単体を防爆構造とするのは困難で、ステアリング操作検出機構（トルク検出器）のみを防爆構造とするのはスペース・コスト面でも不利となる。
本実施形態では、ステアリングホイール１５とステアリング操作検出機構２３（トルク検出器２９）の間に、自在継手２８を配置し、耐圧防爆ケース２１は、コントローラ２４、モータドライバ２５と共用することにより、耐圧防爆ケース２１内に集約できる機構としている。

これにより、省スペース、低コストが図られる。また、制御にかかわる電気機器が１つの耐圧防爆ケース２１のみで搭載が可能である。さらに、耐圧防爆ケース２１内の機器の接続は、防爆構造で要求されるキャブタイヤケーブルを使用しなくて済む。さらには、単体で防爆仕様を満たしていないセンサ（トルク検出用のポテンショメータ３４）も使用可能である。

また、ステアリングホイール１５が検出部に対して斜めに配置される機台にも適応しやすい。具体的には、ポテンショメータ３４、上下のブラケット３１，３２を水平に設置する場合において、自在継手２８で回転軸方向を変えて回転軸方向を鉛直方向にしてトルク検出器２９につなぐことができる。そして、ポテンショメータ３４、上下のブラケット３１，３２を耐圧防爆ケース２１内に収容する上で耐圧防爆ケース２１のコンパクト化が図られる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）フォークリフト１０の構成として、ステアリングホイール１５と、ステアリングホイール１５の操舵に基づいて操舵輪としての駆動操舵輪１９を舵角する電動モータ２７と、計器類２２と、スイッチ類としてのキースイッチ２６を備える。フォークリフト１０は、一つの防爆ケースとしての耐圧防爆ケース２１を備え、耐圧防爆ケース２１内に、計器類２２、キースイッチ２６、ステアリング操作検出機構２３、電動モータ２７を制御するためのコントローラ２４、および、電動モータ２７を駆動するためのモータドライバ２５が配置されている。よって、小型なる防爆構造となる。その結果、電動式パワーステアリングのための機器を有する場合にも大型化を招くことなく防爆することができる。これにより、省スペース、コストダウンを図ることができるとともにモジュール化が達成される。

（２）本実施形態では、コントローラ２４は、走行モータ、荷役モータ、電動式パワーステアリング用の電動モータ２７を含む車載の機器を制御するためのものであり、モータドライバ２５は、走行モータ、荷役モータおよび電動モータ２７を駆動するためのものである。よって、以下の効果を奏する。従来、フォークリフトを動作させるためには、コントローラ、モータドライバ（インバータ）が構成として必須であるため、別に防爆構造が必要となる。さらに、電動式パワーステアリングを有する車両では、ステアリング操作を検出する機構も必須であるため、更に別で防爆構造が必要となる。防爆構造が複数に別れることで、スペース・コスト面で不利となる。本実施形態では、車両動作のための機器および電動式パワーステアリングのための機器を有する場合にも大型化を招くことなく防爆することができる。

（３）耐圧防爆ケース２１内において、計器類２２、キースイッチ２６、ステアリング操作検出機構２３、コントローラ２４およびモータドライバ２５が、少なくとも１つの防爆性能のない接続手段によって接続され、配置されている。よって、モジュール化（共通化）された状態で配置でき、さらに、安価な接続手段で必要な防爆性能を達成できる。即ち、耐圧防爆ケース２１内の部品間の接続が容易となるとともに小型化を容易に行うことができる。

（４）ステアリング操作検出機構２３は、回転軸方向変更手段としての自在継手２８とトルク検出器２９を有し、ステアリングホイール１５の回転が伝達されるステアリングシャフト４４が自在継手２８を介してトルク検出器２９に接続されているので、ステアリングホイール１５が斜めに配置される場合にも対応できる。

（５）耐圧防爆ケース２１は、上面に第１ベアリングホルダ３０と、下面に第２ベアリングホルダ４２とを有し、トルク検出器２９は第１ベアリングホルダ３０より第２ベアリングホルダ４２の近くに設けられている。よって、体格の比較的大きなトルク検出器２９を耐圧防爆ケース２１の下部に設けることで、耐圧防爆ケース２１内における他部品の配置自由度が向上する。

（６）トルク検出器２９は、ステアリングシャフト４４の回転により回転する上側ブラケット３１と、駆動操舵輪１９の舵角により回転する下側ブラケット３２と、回転可能に支持された回転ロッド３９を有するポテンショメータ３４と、ポテンショメータ３４の回転ロッド３９に固定され、下側ブラケット３２が静止している状態において上側ブラケット３１がスプリング３３のバネ力に抗して回転すると回転するレバー３５と、を備え、防爆性能を有さない。よって、トルク検出器２９自体を防爆にしなくてもよいため、コスト上有利である。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・耐圧防爆構造のケース２１としたが、耐塵構造や耐水構造のケースであってもよい。
・産業車両としてリーチ型フォークリフト１０に適用したが、例えば建設機械等の他の産業車両に適用してもよい。

１０…フォークリフト、１３…運転席、１５…ステアリングホイール、１９…駆動操舵輪、２１…耐圧防爆ケース、２２…計器類、２３…ステアリング操作検出機構、２４…コントローラ、２５…モータドライバ、２６…キースイッチ、２７…電動モータ、２８…自在継手、２９…トルク検出器。

Claims (6)

1. 運転席に配備されたステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールの操舵に基づいて操舵輪を舵角する電動モータと、
   前記運転席に配置された計器類と、
   前記運転席に配置されたスイッチ類と、
   を備えた産業車両であって、
   一つの防爆ケースを備え、
   前記防爆ケース内に、前記計器類、前記スイッチ類、前記ステアリングホイールの操舵を検出するためのステアリング操作検出機構、前記電動モータを制御するためのコントローラ、および、前記電動モータを駆動するためのモータドライバを配置してなることを特徴とする産業車両。
2. 前記防爆ケース内において、前記計器類、前記スイッチ類、前記ステアリング操作検出機構、前記コントローラおよび前記モータドライバが、少なくとも１つの防爆性能のない接続手段によって接続され、配置されていることを特徴とする請求項１に記載の産業車両。
3. 前記ステアリング操作検出機構は、回転軸方向変更手段とトルク検出器を有し、前記ステアリングホイールの回転が伝達されるステアリングシャフトが前記回転軸方向変更手段を介して前記トルク検出器に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の産業車両。
4. 前記回転軸方向変更手段は自在継手であることを特徴とする請求項３に記載の産業車両。
5. 前記防爆ケースは、上面に第１ベアリングホルダと、下面に第２ベアリングホルダとを有し、前記トルク検出器は前記第１ベアリングホルダより前記第２ベアリングホルダの近くに設けられたことを特徴とする請求項３または４に記載の産業車両。
6. 前記トルク検出器は、
   前記ステアリングシャフトの回転により回転する上側ブラケットと、
   前記操舵輪の舵角により回転する下側ブラケットと、
   回転可能に支持された回転ロッドを有するポテンショメータと、
   前記ポテンショメータの回転ロッドに固定され、前記下側ブラケットが静止している状態において前記上側ブラケットがスプリングのバネ力に抗して回転すると回転するレバーと、
   を備え、防爆性能を有さないことを特徴とする請求項３に記載の産業車両。