JP7415645B2 - 高所作業車 - Google Patents

Description

本発明は、高所作業車の技術に関する。

従来、高所作業を行うための作業車両として、伸縮可能なブームの先端に作業者が搭乗可能なバケットを備えた高所作業車が知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

従来の高所作業車は、アウトリガを張り出して、車両を所定位置に固定した状態で、ブームの伸縮動作、起伏動作、旋回動作を組み合わせて、バケットを高所の作業位置に配置することができるように構成されている。このような高所作業車では、バケットに搭乗した作業員が、バケットに設けられた操作具を操作することによって、作業半径（作業可能な範囲）の内側において、所望の作業位置にバケットを移動できるように構成されている。

特開２０１８－０１６４７６号公報

従来の高所作業車では、バケットに作用する荷重と、アウトリガの張り出し量、ブームの伸縮長さおよび起伏角度等によって作業半径が定められる。例えば、ある場所に高所作業車を設置して、複数の作業位置を移動して作業するような場合において、全ての作業位置を作業半径内に包含できない場合には、作業の途中で高所作業車を移動させる必要が生じる。幾つかの作業位置が少しだけ作業半径から外れているような場面も多い。このため、一時的に作業半径を増大させることができれば、作業の途中で高所作業車を移動させる手間が減り、作業性が向上されるものと考えられる。

本発明は、斯かる現状の課題に鑑みてなされたものであり、一時的に作業半径を増大させることが可能な高所作業車を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明に係る高所作業車は、伸縮、起伏および旋回可能に構成されたブームと、前記ブームを移動可能に支持する車両部と、前記ブームの先端に配置されたバケットと、を備えた高所作業車であって、前記車両部に作用するモーメントを検出するコントローラと、前記車両部に作用するモーメントに抗する逆モーメントを発生させる推力発生手段とを備え、前記コントローラは、前記バケットの高さを検出可能に構成され、前記バケットの高さが所定の第３閾値以上である場合に前記推力発生手段を起動させるものである。

このように構成された高所作業車によれば、一時的に作業半径を増大させることができる。これにより、バケットにより多くの荷物を積載することや、より遠くの作業位置にアプローチすることが可能になる。また、推力発生手段が所定の第３閾値よりも低い位置にある場合には自動的に起動させないようにすることができる。

また、本発明に係る高所作業車は、前記コントローラは、前記車両部の最大許容モーメントに対する前記モーメントの比率であるモーメント負荷率を算出し、前記モーメント負荷率が所定の閾値以上となる場合に前記推力発生手段を起動させるものである。

このように構成すれば、バケットの積載量の変動や作業位置の変化に応じて、推力発生手段を自動的に起動させることができる。これにより、運転状況に応じて自動的に、作業半径を一時的に増大させることができる。

また、本発明に係る高所作業車において、前記コントローラは、前記前記モーメント負荷率が所定の閾値未満となる場合に前記推力発生手段を停止させるものである。

このように構成すれば、バケットの積載量の変動や作業位置の変化に応じて、推力発生手段を自動的に起動させた場合において、推力発生手段を安全に停止させることができる。

また、本発明に係る高所作業車において、前記推力発生手段は、回転駆動されて推力を発生するプロペラと、前記プロペラを回転駆動するモータと、を備えるものである。

このような構成によれば、揚力発生手段を簡易に構成することができる。

また、本発明に係る高所作業車において、前記推力発生手段は、前記バケットの下端よりも下方に配置されるものである。

このように構成すれば、バケットに搭乗する作業者にダウンウォッシュの影響が及ぶことを抑制できる。

また、本発明に係る高所作業車において、前記推力発生手段は、前記バケットに付設されるものである。

このように構成すれば、車両部に生じるモーメントに抗する逆モーメントを効率よく発生させることができる。

本発明に係る高所作業車によれば、一時的に作業半径を増大させることができる。

本発明の一実施形態に係る高所作業車の全体構成を示す左側面図。 本発明の一実施形態に係る高所作業車の制御ブロック図。 作業状態の高所作業車を示す左側面図。 推力発生手段をバケットに取り付けた高所作業車を示す左側面図。 推力発生手段をブームに取り付けた高所作業車を示す左側面図。 高所作業車における推力発生手段の運転フロー図。 別実施形態に係る高所作業車（推力発生手段をブームの各段に取り付けた場合）を示す左側面図。

［高所作業車の全体構成］
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る高所作業車１は、主に車両部２と作業装置３により構成されている。なお、高所作業車１に対しては、図１に示す矢印のように前後方向および上下方向を規定して、以下の説明を行う。

車両部２は、左右一対の前輪４と後輪５を備えている。また、車両部２は、高所作業を行う際に接地させて安定を図るアウトリガ６を備えている。

作業装置３は、その後部から前方へ突き出すようにブーム７を備えている。そして、ブーム７の先端部分には、バケット８を備えている。バケット８は、ブーム７に対してパン・チルト・スイング等の動作が可能となっている。また、バケット８は、ブーム７に対して、図示しないレベリング機構を介して支持されており、バケット８の姿勢を水平に保持することができるように構成されている。そしてブーム７は、車両部２によって、所望の作業位置に移動可能に構成されている。

［高所作業車の運転制御］
高所作業車１は、図２に示す如く、コントローラ１０を備えている。コントローラ１０には、図２に示すように、各種操作具５１～５３が接続されている。また、コントローラ１０には、各種バルブ６１～６３が接続されている。さらに、コントローラ１０には、各種センサ８１～８４が接続されている。

図２に示す如く、ブーム７は、アクチュエータである旋回用油圧モータ７１によって旋回自在となっている（図１における矢印Ａ参照）。旋回用油圧モータ７１は、方向制御弁である旋回用バルブ６１によって適宜に稼動される。つまり、旋回用油圧モータ７１は、旋回用バルブ６１が作動油の流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、旋回用バルブ６１は、オペレータによる旋回操作具５１の操作に基づいて稼動される。また、ブーム７の旋回角度は、旋回用センサ８１によって検出される。そのため、コントローラ１０は、ブーム７の旋回角度を認識することができる。

また、ブーム７は、アクチュエータである伸縮用油圧シリンダ７２によって伸縮自在となっている（図１における矢印Ｂ参照）。伸縮用油圧シリンダ７２は、方向制御弁である伸縮用バルブ６２によって適宜に稼動される。つまり、伸縮用油圧シリンダ７２は、伸縮用バルブ６２が作動油の流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、伸縮用バルブ６２は、オペレータによる伸縮操作具５２の操作に基づいて稼動される。また、ブーム７の伸縮長さは、伸縮用センサ８２によって検出される。そのため、コントローラ１０は、ブーム７の伸縮長さ（以降、「ブーム長Ｌ」（図１参照）とする）を認識することができる。

また、ブーム７は、アクチュエータである起伏用油圧シリンダ７３によって起伏自在となっている（図１における矢印Ｃ参照）。起伏用油圧シリンダ７３は、方向制御弁である起伏用バルブ６３によって適宜に稼動される。つまり、起伏用油圧シリンダ７３は、起伏用バルブ６３が作動油の流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、起伏用バルブ６３は、オペレータによる起伏操作具５３の操作に基づいて稼動される。また、ブーム７の起伏角度は、起伏用センサ８３によって検出される。そのため、コントローラ１０は、ブーム７の起伏角度を認識することができる。

さらに、ブーム７には、バケット８に積載されている荷物や作業者等の重量を検出する荷重センサ８４が設けられている。荷重センサ８４は、コントローラ１０に接続されており、荷重センサ８４により検出した荷重をコントローラ１０に出力するように構成している。

そして、コントローラ１０は、旋回用センサ８１によって検出されるブーム７の旋回角度、伸縮用センサ８２によって検出されるブーム長Ｌ、起伏用センサ８３によって検出されるブーム７の起伏角度、荷重センサ８４によって検出される荷重、アウトリガ６の張り出し量を含む高所作業車１の運転情報に基づいて、高所作業車１の車両部である車両部２におけるモーメント負荷率ＭＲを算出する。モーメント負荷率ＭＲは、そのときのアウトリガ６の張り出し状態およびバケット８の位置において許容可能な最大許容モーメントＭｘに対する、現状の高所作業車１に生じているモーメントＭの比率である。コントローラ１０は、最大許容モーメントＭｘおよびモーメントＭを算出し、モーメント負荷率ＭＲを算出することができる。

即ち、高所作業車１は、車両部２に作用するモーメントＭを検出するコントローラ１０をさらに備えており、コントローラ１０は、車両部２の最大許容モーメントＭｘに対するモーメントＭの比率であるモーメント負荷率ＭＲを算出する。

［推力発生手段］
高所作業車１は、推力発生手段２０を備えている。推力発生手段２０は、高所作業車１に生じるモーメントＭを減ずる方向に作用するモーメント（以下、逆モーメントＭｆと呼ぶ）を発生させるための推力Ｆを発生させる手段である。推力Ｆは、バケット８を上向きに推進させるように作用する力である。

本実施形態の推力発生手段２０は、プロペラ２１とモータ２２を備えている。推力発生手段２０は、高所作業車１に備えられたバッテリー（図示せず）よりモータ２２に電力が供給され、プロペラ２１をモータ２２で回転駆動することによって、推力Ｆを生じさせるように構成されている。推力発生手段２０が自転しようとする力を打ち消し合うように、プロペラ２１とモータ２２は偶数個を備えていることが望ましい。

このように、高所作業車１における推力発生手段２０は、回転駆動されて推力Ｆを発生するプロペラ２１と、プロペラ２１を回転駆動するモータ２２と、を備えている。このように構成した高所作業車１では、揚力発生手段２０を簡易に構成することができる。なお、本実施形態では、モータ２２で回転駆動されるプロペラ２１によって推力Ｆを生じさせる構成であるが、推力発生手段の構成はこれに限定されるものではない。

高所作業車１では、車両部２に対するブーム７の取り付け位置（支点）から推力発生手段２０の取り付け位置（力点）までの長さと、力点に作用させる推力Ｆとの関係により、逆モーメントＭｆを発生させることができる。高所作業車１では、推力発生手段２０によって発生させた推力Ｆをバケット８に付与することによって、逆モーメントＭｆを発生させる構成としている。

コントローラ１０は、車両部２に作用するモーメントＭと、推力Ｆによって車両部２に作用する逆モーメントＭｆと、をそれぞれ区別して算出することができるように構成されている。

［推力発生手段の動作制御］
高所作業車１では、モーメント負荷率ＭＲが所定の第１閾値Ｘ１以上となったときに、コントローラ１０によって、推力発生手段２０を起動させるように構成している。例えば、閾値Ｘを６０％に設定した場合において、コントローラ１０は、モーメント負荷率ＭＲが６０％以上であることを検出したときに、推力発生手段２０を起動させる。

即ち、高所作業車１におけるコントローラ１０は、算出したモーメント負荷率ＭＲが第１閾値Ｘ１以上となる場合に推力発生手段２０を起動させる。このような構成とすれば、バケット８の積載量や作業位置の変化に応じて、推力発生手段２０を自動的に起動させることができる。これにより、運転状況に応じて自動的に、作業半径を一時的に増大させることができる。

なお、高所作業車１では、コントローラ１０によってモーメント負荷率ＭＲの変化を監視し、モーメント負荷率ＭＲが増加傾向にあるか、あるいは減少傾向にあるかを検知し、モーメント負荷率ＭＲが増加傾向にあり、かつ、第１閾値Ｘ１以上となったときに、推力発生手段２０を起動させる構成としてもよい。ここで、モーメント負荷率ＭＲが増加傾向になるときとは、ブーム７の伸張動作、伏せ動作、モーメントＭが増大する方向への旋回動作、等が該当する。

推力発生手段２０が起動すると、推力ＦによってモーメントＭの抑制に寄与する逆モーメントＭｆが生じ、車両部２に作用するモーメントＭが減少され、ひいては、モーメント負荷率ＭＲも減少する。推力発生手段２０を起動している状態では、モーメント負荷率ＭＲに若干の余裕が生まれるため、例えば、ブーム長Ｌをさらに伸ばした位置にバケット８を配置することができ、一時的に作業半径を増大させることが可能になる。

また、高所作業車１では、モータ２２を定回転で運用するのではなく、モータ２２の回転数を制御（例えば、インバータ制御）することによって、推力Ｆを無段階に調整可能に構成してもよい。このような構成とすれば、バケット８の積載量や位置の変化に応じて、必要な推力Ｆを発生させつつ、モータ２２の消費電力を抑制することが可能になる。

また、高所作業車１では、推力発生手段２０を起動した後は、コントローラ１０によって、モーメント負荷率ＭＲが所定の第２閾値Ｘ２未満となったときに、推力発生手段２０を停止させることができるように構成している。具体的には、コントローラ１０は、推力発生手段２０を起動することによって生じている逆モーメントＭｆを考慮して、逆モーメントＭｆが無いものと仮定して算出したモーメント負荷率ＭＲが第２閾値Ｘ２未満となったときに推力発生手段２０を自動的に停止させる構成としている。

即ち、高所作業車１におけるコントローラ１０は、モーメント負荷率ＭＲが第２閾値Ｘ２未満となる場合に推力発生手段２０を停止させる構成としている。このような構成では、バケット８の積載量や作業半径の変化に応じて、推力発生手段２０を自動的に起動させた場合において、推力発生手段２０を安全に停止させることが可能になる。

なお、高所作業車１では、コントローラ１０によって、モーメント負荷率ＭＲが減少傾向にあり、かつ、第２閾値Ｘ２未満となったときに、推力発生手段２０を停止させる構成としてもよい。ここで、モーメント負荷率ＭＲが減少傾向になるときとは、ブーム７の縮小動作、起こし動作、モーメントＭが減少する方向への旋回動作、等が該当する。

［推力発生手段の取り付け位置］
高所作業車１における推力発生手段２０は、図３に示すように、ブーム７の先端部に設けることが好ましく、ブーム７の先端部に設けられているバケット８に取り付けることがより好ましい。推力発生手段２０をバケット８に取り付けることにより、車両部２に対するブーム７の取り付け位置（支点）から、推力発生手段２０の取り付け位置（力点）までの長さをより長く確保することができ、車両部２に作用させる逆モーメントＭｆをより大きくすることができる。

また、高所作業車１では、バケット８の下面でない位置に推力発生手段２０を設けてもよい。例えば、図４に示すように、バケット８の前方側における側面に推力発生手段２０を付設した場合には、車両部２に対するブーム７の取り付け位置（支点）から推力発生手段２０の取り付け位置（力点）までの長さをより長くすることができるため、より大きい逆モーメントＭｆを確保できる点で有利である。推力発生手段２０をバケット８の側面に取り付ける場合には、支持ステー２３を介して取り付けることが好ましく、支持ステー２３はレベリング機構を備える構成とすることがさらに好ましい。

また、バケット８に対する推力発生手段２０の取り付け位置は、バケット８の前方側の側面に限らず、左右の側面に設ける構成としてもよい。この場合には、左右のバランスがとれるように、バケット８の左右の側面に一対で推力発生手段２０を設けることが好ましい。また、バケット８の左右の側面に推力発生手段２０を設ける場合には、側面のできるだけ前方寄りの位置に推力発生手段２０を取り付けることがより好ましい。

即ち、高所作業車１における推力発生手段２０は、バケット８に付設されている。このような構成では、推力発生手段２０により発生させた推力Ｆによって、車両部２に生じるモーメントＭに抗する逆モーメントＭｆを効率よく発生させることが可能になる。

また、推力発生手段２０は、図５に示すように、ブーム７の先端部に直接取り付けてもよい。推力発生手段２０をブーム７に取り付ける場合には、支持ステー２３を介して取り付けることが好ましく、支持ステー２３はレベリング機構を備える構成とすることがさらに好ましい。

また、高所作業車１では、図１に示すように、バケット８よりも下方となる位置に推力発生手段２０を設けることが好ましい。このような構成では、バケット８に搭乗している作業者が、推力発生手段２０から生じる気流（ダウンウォッシュ）の影響を受けずに作業を行うことができる。なお、推力発生手段２０は、図３に示すように、バケット８の下面に直接取り付ける構成としてもよいし、図５に示すように、バケット８の直下に配置されるようにブーム７の先端部に取り付ける構成としてもよい。

即ち、高所作業車１における推力発生手段２０は、バケット８の下端よりも下方に配置されている。このような構成では、バケット８に搭乗する作業者に推力発生手段２０より生じた風によるダウンウォッシュの影響が及ぶことを抑制できる。なお、ここでいうバケット８の「下端」とは、バケット８の底面を構成する部材の下面の位置を意味している。

また、高所作業車１では、コントローラ１０によって、高所作業車１の運転情報（ブーム７のブーム長Ｌと起伏角度、アウトリガ６の伸張量等）に基づいて、バケット８の地上からの高さを算出し、その高さＨが所定の第３閾値Ｙ以上である場合に、推力発生手段２０の起動を許可するように構成している。このような構成では、推力発生手段２０が、例えば、バケット８が地上にいる作業員から十分離れた上空に位置している場合にのみ推力発生手段２０を起動させることが可能になる。これにより、推力発生手段２０のダウンウォッシュによって、地上の砂やほこり等を巻き上げることが抑制されるとともに、推力発生手段２０が、地上の作業員や物品等に接触することが抑制される。

即ち、高所作業車１におけるコントローラ１０は、バケット８の高さを検出可能に構成され、バケット８の高さＨが第３閾値Ｙ以上である場合に推力発生手段２０を起動させる構成としている。このような構成では、推力発生手段２０が低い位置にある場合には自動的に起動させないようにすることが可能になる。

また、高所作業車１では、モーメント負荷率ＭＲが第１閾値Ｘ１以上であるときに推力発生手段２０を起動する構成とすることで、推力発生手段２０を常時起動する場合に比べて電力の消費量を抑制することができる。これにより、推力発生手段２０の起動用として設けるバッテリーの容量を抑制することができる。なお、高所作業車１では、例えば、推力発生手段２０を常時起動することができるスイッチ等の別途設けておいて、状況に応じて、推力発生手段２０を常時起動できるように構成してもよい。

またさらに、高所作業車１においては、コントローラ１０によって、推力発生手段２０に電力を供給するバッテリー（図示せず）の容量を監視し、推力発生手段２０の運転可能時間を算出している。そして、コントローラ１０は、推力発生手段２０の運転可能時間が短くなってきたときに警報を発するように構成している。このような構成により、作業半径を一時的に増大させながら作業を行っている状況で警報が発せられたとき、作業員は警報に従って、推力発生手段２０が停止しても作業可能な作業位置にバケット８を移動させることができる。

［高所作業車における推力発生手段の制御状況］
図６に示すように、高所作業車１の運転が開始されると、コントローラ１０によって、バケット８の高さＨが第３閾値Ｙ以上であるか否かに基づく判定を行う（ＳＴＥＰ－１）。ここで、バケット８の高さＨが第３閾値Ｙ以上であれば、コントローラ１０は、推力発生手段２０が起動可能な状態であると判断し、さらに、モーメント負荷率ＭＲが第１閾値Ｘ１以上であるか否かに基づく判定を行う（ＳＴＥＰ－２）。

一方、（ＳＴＥＰ－１）において、バケット８の高さＨが第３閾値Ｙ未満であれば、コントローラ１０は、推力発生手段２０が起動できない状態であると判断する。このときコントローラ１０は、推力発生手段２０の起動を許可しない。

（ＳＴＥＰ－２）において、モーメント負荷率ＭＲが第１閾値Ｘ１以上であった場合、コントローラ１０は、推力発生手段２０を起動させる必要があると判断し、推力発生手段２０を起動する（ＳＴＥＰ－３）。

一方、（ＳＴＥＰ－２）において、モーメント負荷率ＭＲが第１閾値Ｘ１未満であれば、コントローラ１０は、推力発生手段２０を起動させる必要がないと判断し、推力発生手段２０を起動させずに（ＳＴＥＰ－１）の判定に戻る。

（ＳＴＥＰ－３）において、推力発生手段２０を起動させたとき、コントローラ１０は、モーメント負荷率ＭＲが第２閾値Ｘ２未満であるか否かに基づく判定をする（ＳＴＥＰ－４）。

（ＳＴＥＰ－４）において、モーメント負荷率ＭＲが第２閾値Ｘ２未満である場合、コントローラ１０は、推力発生手段２０を起動させる必要がなく、かつ、停止可能であると判断し、推力発生手段２０を停止する（ＳＴＥＰ－５）。そして、高所作業車１における推力発生手段２０の一連の制御動作を終了する。

一方、（ＳＴＥＰ－４）において、モーメント負荷率ＭＲが第２閾値Ｘ２未満でなければ、コントローラ１０は、推力発生手段２０が停止できない状態であると判断する。このときコントローラ１０は、推力発生手段２０の停止を許可せず、起動させた状態を継続する。

即ち、本実施形態に示した高所作業車１は、伸縮、起伏および旋回可能に構成されたブーム７と、ブーム７を支持する車両部たる車両部２と、ブーム７の先端に配置されたバケット８と、を備えたものであり、車両部２に作用するモーメントＭに抗する逆モーメントＭｆを発生させる推力発生手段２０を備えるものである。このように構成することで、高所作業車１における作業半径を一時的に増大させることが可能になる。そして、このような構成の高所作業車１では、バケット８により多くの荷物を積載することや、より遠くの作業位置にアプローチすることが可能になる。さらに、推力発生手段２０を起動することで、ブーム７の負荷が軽減されるため、高所作業車１におけるブーム７を軽量化したり、あるいは長尺化したりすることが可能になる。

［推力発生手段を備えた高所作業車の別実施形態］
さらに、高所作業車１では、図７に示すように、複数の推力発生手段２０をブーム７の各段の先端部に分散させて設ける構成としてもよい。このような構成では、複数の推力発生手段２０によって、推力Ｆ１、Ｆ２を付与し、逆モーメントＭｆ１、Ｍｆ２を発生させることができる。複数の推力発生手段２０、２０を備える構成では、ブーム７の伸縮状態や、バケット８の積載量や位置の変化等に応じて、必要な推力発生手段２０を選択して起動することができるため、推力Ｆ１による逆モーメントＭｆ１のみを発生させるか、推力Ｆ２による逆モーメントＭｆ２のみを発生させるか、あるいは両逆モーメントＭｆ１、Ｍｆ２を同時に発生させるか、を選択することが可能になる。このため、複数の推力発生手段２０をブーム７に分散させて配置した場合には、各推力発生手段２０のＯＮ－ＯＦＦを切り替えることによって、車両部２に作用させる逆モーメントＭｆの大きさを容易に調整することが可能になる。

１ 高所作業車
２ 車両部
７ ブーム
８ バケット
１０ コントローラ
２０ 推力発生手段
２１ プロペラ
２２ モータ
ＭＲ モーメント負荷率
Ｍ モーメント
Ｍｆ 逆モーメント
Ｍｘ 最大許容モーメント
Ｆ 推力
Ｘ１ 第１閾値
Ｘ２ 第２閾値
Ｙ 第３閾値

Claims (6)

1. 伸縮、起伏および旋回可能に構成されたブームと、
   前記ブームを移動可能に支持する車両部と、
   前記ブームの先端に配置されたバケットと、
   を備えた高所作業車であって、
   前記車両部に作用するモーメントを検出するコントローラと、
   前記車両部に作用するモーメントに抗する逆モーメントを発生させる推力発生手段とを備え、
   前記コントローラは、
   前記バケットの高さを検出可能に構成され、
   前記バケットの高さが所定の第３閾値以上である場合に前記推力発生手段を起動させる、
   ことを特徴とする高所作業車。
2. 前記コントローラは、
   前記車両部の最大許容モーメントに対する前記モーメントの比率であるモーメント負荷率を算出し、前記モーメント負荷率が所定の第１閾値以上となる場合に前記推力発生手段を起動させる、請求項１に記載の高所作業車。
3. 前記コントローラは、
   前記モーメント負荷率が所定の第２閾値未満となる場合に前記推力発生手段を停止させる、請求項２に記載の高所作業車。
4. 前記推力発生手段は、
   回転駆動されて推力を発生するプロペラと、
   前記プロペラを回転駆動するモータと、を備える、請求項１～３の何れか一項に記載の高所作業車。
5. 前記推力発生手段は、前記バケットの下端よりも下方に配置される、請求項１～４の何れか一項に記載の高所作業車。
6. 前記推力発生手段は、前記バケットに付設される、請求項１～５の何れか一項に記載の高所作業車。

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