(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
走行体、前記走行体の上部に旋回可能に設けた旋回体、前記旋回体に取り付けた作業機、前記作業機を駆動する油圧アクチュエータ、前記油圧アクチュエータを駆動する圧油を吐出する油圧ポンプ、及び前記油圧ポンプを駆動する原動機である電動機を備え、外部電源からケーブルを介して供給される電力で前記電動機が駆動される電気駆動式作業機械に取り付けられるケーブルブラケットにおいて、
前記旋回体の上部に取り付けられたベースと、
前記ケーブルを支持するものであって前記ベースに対して旋回可能に取り付けられて前記ベースに対して片持ち梁状に斜め上に延びるアームと、
前記ベースに取り付けられて前記アームの回転範囲を制限するストッパを備え、
前記ストッパを取り付ける複数のボルト穴が前記ベースにおける前記アームの旋回中心を中心とする円弧上に形成されており、前記ベースに対する前記ストッパの取り付け位置を前記円弧上で変更することで前記アームの回転範囲が選択的に変更可能であり、
前記アームには、前記複数のボルト穴を形成した前記円弧上に来る位置に貫通孔が設けられており、前記貫通孔を通して前記複数のボルト穴のいずれかにボルトをねじ込むことによって前記ベースに対して前記アームが回転不能に固定されるように構成されていることを特徴とする電気駆動式作業機械のケーブルブラケット。
請求項1の電気駆動式作業機械のケーブルブラケットにおいて、前記アームの少なくとも基部が板状であり、前記アームと前記ベースとが互いの水平な摺動面で接触し前記ベースに対して前記アームが摺動して旋回することを特徴とする電気駆動式作業機械のケーブルブラケット。
請求項2の電気駆動式作業機械のケーブルブラケットにおいて、前記アームと前記ベースの互いの摺動面間に樹脂製の摺動材が介在していることを特徴とする電気駆動式作業機械のケーブルブラケット。
請求項1の電気駆動式作業機械のケーブルブラケットにおいて、前記ストッパと前記アームの衝突を和らげる緩衝部材を備えたことを特徴とする電気駆動式作業機械のケーブルブラケット。
請求項1の電気駆動式作業機械のケーブルブラケットにおいて、前記ベースが上下に伸縮可能に構成されていることを特徴とする電気駆動式作業機械のケーブルブラケット。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
(第1実施形態)
1.システム
図1は本発明の第1実施形態に係る電気駆動式作業機械を用いたシステムの全体構成を表す側面図である。同図に示したシステムは、電気駆動式作業機械(以下、作業機械)100及び電源200を備えている。以下の説明において断り書きのない場合は作業機械100の運転席の前方(
図1中では左)を前方とする。
【0011】
2.電気駆動式作業機械
作業機械100は、油圧ポンプを駆動する原動機としてエンジン(内燃機関)に代えて電動機を搭載し、外部電源から供給される電力で電動機を駆動する作業機械である。この作業機械100は電動機駆動用のバッテリが備わっているものであっても良いが、本実施形態においては電動機駆動用のバッテリは備わっていないものとする。作業機械100は、車体110及びこの車体110に取り付けた作業機(フロント作業機)150を備えている。車体110は、走行体120及び旋回体130を含む。
【0012】
・走行体
走行体120はホイール式の走行体でも良いが本実施形態ではクローラ式の走行体であり、トラックフレーム121、従動輪(アイドラ)122、駆動輪123、クローラ(履帯)124及び走行駆動装置125を備えている。
【0013】
トラックフレーム121は、図示していないが上方から見てH型に形成されており、左右両側の前部に従動輪122、後部に駆動輪123を回転自在に支持している。左右の駆動輪123の軸にはそれぞれ走行駆動装置125の出力軸が連結されている。クローラ124は左右両側において従動輪122及び駆動輪123に掛け回されている。また、トラックフレーム121の上部には旋回輪126を介して旋回体130が旋回可能に設けられている。走行駆動装置125は油圧モータを含む。走行駆動装置125は運転室内の操作レバー装置(不図示)の操作に応じて駆動される。
【0014】
・旋回体
旋回体130は、旋回フレーム131、運転室132、カウンタウェイト133、動力室134等を備えている。
【0015】
旋回フレーム131は旋回体130のベースフレームであり、旋回輪126を介してトラックフレーム121の上部に設けられており、旋回体130が旋回中心Cを中心にして走行体120に対して旋回可能である。旋回フレーム131には、旋回輪126の付近に旋回モータ(不図示)が搭載されており、旋回モータの出力軸が旋回輪126に設けた歯車と噛み合うことで、走行体120に対して旋回体130が旋回する。旋回モータには電動モータを用いることもできるが、本実施形態では油圧モータが用いてある。
【0016】
運転室132は旋回中心Cに対して左右方向の一方側(本実施形態では左側)にオフセットした位置に配置されている。カウンタウェイト133は作業機150との重量のバランスをとるための錘であり、旋回フレーム131の後端に設けられている。動力室134は運転室132とカウンタウェイト133の間に位置している。この動力室134には、電動機135や油圧ポンプ136の他、図示していないがラジエータやオイルクーラ等の熱交換器、油圧ポンプ136から油圧アクチュエータに供給する圧油の流れを制御するバルブユニット、作動油タンクや燃料タンク等が収容されている。電動機135は原動機であり、油圧ポンプ136は電動機135により駆動され、作動油タンクの作動油を吸い込んで圧油として吐出する。油圧ポンプ136を駆動するエンジン(内燃機関)は、作業機械100には搭載されていない。油圧ポンプ136は電動機135の右側に位置している。
【0017】
旋回体130には、例えば油圧ポンプ9の前方の位置に制御盤(不図示)が配置されている。エンジン駆動式の油圧ショベルでは油圧ポンプの前方に燃料タンクが配置される場合があるが、作業機械100では燃料タンクが省略されているため、ここに制御盤を設置することができる。この制御盤は、電源200及びその他の外部電源から受電する装置であり、特に図示していないが、外部電源を必要に応じて遮断及び投入するブレーカ、入力された電力の周波数を電気的に調整して出力可能なインバータ装置を備えている。電動機135の回転数に相当する周波数にインバータで調整された電力が、制御盤を介して電動機135に供給されるようになっている。旋回体130の上部には、走行体120との接触による給電用のケーブル201を支持するためのケーブルブラケット1(後述)が取り付けられている。
【0018】
・作業機
作業機150は、作業腕151及び作業具であるバケット154を含む多関節型のフロント作業機である。作業腕151は、ブーム152、アーム153、ブームシリンダ155、アームシリンダ156及び作業具シリンダ157を備えている。ブーム152は旋回体130の前部に上下方向に回動可能に連結され、アーム153はブーム152の先端に、バケット154はアーム153の先端に、それぞれ回動可能に連結されている。ブームシリンダ155は旋回体130及びブーム152に、アームシリンダ156はブーム152及びアーム153に、それぞれ両端が連結されている。作業具シリンダ157は、基端がアーム153に連結される一方、先端がリンク158を介してアーム153の先端部及びバケット154に連結されている。ブームシリンダ155、アームシリンダ156及び作業具シリンダ157はいずれも油圧アクチュエータであり、油圧ポンプ136から吐出される圧油で駆動され、伸縮動作により作業機150を駆動する。作業腕151には、ブレーカやバケット、マグネット、クラムシェルバケット等の他の作業具がバケット154に代えて装着されることもある。
【0019】
3.電源
電源200は作業機械100の電動機135に電力を供給する外部電源であって、作業機械100とは別に地面等の適宜の場所に設置されている。この電源200は例えば発電機であり、内蔵した原動機(内燃機関)により駆動されて電力を生成する。電源200と作業機械100とは
図1に示したようにケーブル201を介して接続される。具体的には、ケーブル201の一端は電源200の出力部に接続され、他端は作業機械100の前述した制御盤との接続部に接続される。ケーブル201の長さは作業機械100の動作を妨げない程度に調整されている。
【0020】
4.ケーブルブラケット
図2は
図1に示した電気駆動式作業機械に備えられたケーブルブラケットの側面図、
図3は平面図、
図4は俯瞰図(斜視図)、
図5は仰瞰図(斜視図)である。これらの図に示したケーブルブラケット1は、ベース10、アーム30、ストッパ50を備えている。
【0021】
・ベース
ベース10は旋回体130の上部、特に本実施形態では旋回中心Cの近く(運転室132の上部)に取り付けられている。このベース10は、下部材11、上部材12及びピン13を備えている。
【0022】
図6は下部材の側面図である。
図6と先の各図を併せて参照して分かる通り、下部材11は起立して上下に延びる筒状の部材であって上部が開口している。下部材11の下部には水平な固定板14が溶接等によって取り付けられており、固定板14をボルト等の固定具で旋回体130の天井の上面に固定することで運転室132に下部材11が取り付けられる。固定板14と下部材11にはリブ15が立てられており、下部材11の構造強度が向上させてある。また下部材11には上下に並べて複数(本例では3つ)のピン穴16が設けられている。各ピン穴16は下部材11の中心を通って下部材11を水平に貫通している。つまり各ピン穴16は、
図2に示したように下部材11の周胴壁に下部材11の中心を挟んで2つ対向して存在する。
【0023】
図7は上部材の側面図、
図8は下面図である。
図7及び
図8と先の各図を併せて参照して分かる通り、上部材12も下部材11と同じく上下に延びる筒状の部材であって下部が開口している。上部材12の外径は下部材11の内径よりも僅かに小さい。上部材12には1つのピン穴21が設けられている。ピン穴21は上部材12の中心を通って上部材12を水平に貫通している。つまりピン穴21は、下部材11のピン穴16と同じように上部材12の周胴壁に上部材12の中心を挟んで2つ対向して存在する。また上部材12の上部には円形の天板22が上部材12と同心に溶接等で取り付けられている。天板22における上部材12の外側の部分には、上部材12と同心の円上(ピッチ円上)に一定間隔で複数(本例では45度の間隔で8つ)のボルト穴23が設けられている。また天板22の中心には上部材12と同心の円柱状のガイド24が取り付けられている。ガイド24は天板22の上面から上方向に突出しており、ボルト穴23のピッチ円と同心のボルト穴25が鉛直に貫通している。
【0024】
上記構成の上部材12が下部材11に挿入され、上部材12のピン穴21を下部材11の上下3段のピン穴16のいずれかに合わせてピン13(
図2)を挿し込むことにより、上部材12が下部材11に固定される。つまり下部材11に対して上部材12の上下に出し入れすることでベース10は上下に伸縮可能であり、高さが調節できるようになっている。ピン穴16,21に挿し込んだピン13は止めピン26(
図2)によって抜け止めされる。またピン13にはグリップ27が設けてある。
図2等のように下部材11の最も下のピン穴16に上部材12のピン穴21を合わせてベース10を縮めれば、トレーラ等の輸送車両の荷台に載せた状態でケーブルブラケット1を含めて作業機械100の全高が公道の輸送制限高さに収まるようになっている。
【0025】
・アーム
図9はケーブルブラケットの上部の分解図である。
図9と先の各図を併せて参照して分かる通り、アーム30はケーブル201(
図1)を支持するための部材であり、ベース10に対して旋回可能に取り付けられている。アーム30は長方形の鋼板で弓形に形成されており、基部31とアーム本体部32を備えている。
【0026】
基部31はベース10の天板22の上面に対面する水平な板状の部分であり、本実施形態では正方形状に形成されている。基部31の概ね中央部分には、天板22のガイド24が挿し込まれる貫通孔33が設けられている。ガイド24を貫通孔33に通してガイド24のボルト穴25にボルト34をねじ込むことでアーム30がベース10に装着される。その際、ボルト34には頭部の径が貫通孔33の径よりも大きいもの(鍔付きボルト等)を用いる。又は貫通孔33の径よりも外径の大きなワッシャを介してボルト34をねじ込む。アーム30をベース10に装着した状態でアーム30の基部31の上面から僅かに上にガイド24が突出するようにしてあるため、締め込んだボルト34でアーム30の基部31が抑えられることはない。つまりアーム30の基部31とベース10の天板22は互いの水平な摺動面(対向面)で面接触し、ガイド24を支点にしてベース10の天板22に対して基部31が摺動してアーム30が旋回する構成である。このとき、アーム30の基部31とベース10の天板22の摺動性を向上させるために、
図9に想像線(二点鎖線)で示したように基部31と天板22の互いの摺動面間に樹脂製の摺動材35を介在させることもできる。摺動材35は極薄いシート状のもので足りる。但し、摺動材35を介在させることでアーム30の上面からガイド24が突出しなくなる場合、ボルト34とガイド24の間に挟んでボルト34でアーム30が拘束されないようにする。例えば設計変更によりガイド24を延ばしたり貫通孔33よりも外径が小さなワッシャやシムをボルト34とガイド24の間に挟んだりして、ボルト34とアーム30の接触を防ぐ。
【0027】
アーム本体部32は基部31から(ベース10に対して)片持ち梁状に斜め上に延びる部分であり、本実施形態では正方形状の2枚の鋼板を基部31に対して一方向に連ねて溶接等で繋ぎ合せたような構成をしている。本実施形態においては基部31に溶接された1枚目の鋼板が水平に対して所定角度で、2枚目の鋼板が更に大きな角度で傾斜しており、これによりアーム本体部32が全体として弓形に形成されている。アーム本体部32の2枚の鋼板と基部31には、それぞれ1つずつホルダー36が設けられている。ホルダー36は下半部37と上半部38からなる上下半割れ構造をしている。下半部37と上半部38はアーム本体部32の上面に溶接等で固定した台座39にボルト41によって固定されている。下半部37と上半部38の対向面には対向する半円状の窪みが形成されており、これら窪みが合わさって円形の孔42を構成する。各ホルダー36の孔42は中心線がアーム本体部32の長手方向に延びるように開口しており、それらの中心線で描かれる折れ線はアーム本体部32に沿った弓形になる。また各孔42にはケーブル201が通されるが、孔42の内径はケーブル201の外径よりも大きく、ケーブル201を拘束しないようになっている。
【0028】
なお、アーム30の下面にはリブ43が立てられており、アーム30の構造強度が高められている。またアーム30の基部31には、ベース10の天板22のボルト穴23のピッチ円上に来る位置に1カ所の貫通孔44が設けられている。作業機械100の輸送時やアーム30が動くことが好ましくないような場面では、
図2等のように貫通孔44を通してボルト45をいずれかのボルト穴23にねじ込むことによってベース10に対してアーム30を回転不能に固定することができる。
【0029】
・ストッパ
ストッパ50はベース10に対するアーム30の回転範囲を制限するものであり、ベース10に取り付けられている。
【0030】
図10はストッパの平面図、
図11はベース10の下部材11を除いた部分の下面図である。
図10及び
図11と先の各図を併せて参照して分かる通り、ストッパ50は、取り付け部51とピン52を備えている。取り付け部51は板状の部材であり、ベース10の天板22のボルト穴23のピッチ円上に来る位置に複数の貫通孔53が設けられている。貫通孔53のピッチは天板22のボルト穴23に合わせてある。これにより天板22の下面に取り付け部51を対面させて各貫通孔53に通したボルト54(
図2等)を対応するボルト穴23にねじ込むことにより、ストッパ50を天板22に固定することができるようになっている。本実施形態においてストッパ50の取り付け部51は、ピン52がアーム30の基部31に向かって突出する向き(上側に突出する向き)で天板22の下面に固定される。ストッパ50を天板22に固定した状態でピン62は天板22の外周より外側に位置し、アーム30の基部31に設けた長穴46(
図4等)に挿し込まれる。長穴46はボルト穴23のピッチ円と同心の円弧状に形成されている。従って長穴46が描く円弧の中心角にアーム30の回転範囲が制限される。本実施形態では長穴46が描く円弧の中心角は90度程度である。
【0031】
本実施形態においてはベース10の天板22のボルト穴23がストッパ50を取り付けるための取り付け部を構成する。本実施の形態ではボルト穴23がガイド24(アーム30の旋回中心)の周囲360度に45度ピッチで設けられているので、ベース10に対するストッパ50の取り付け位置が8カ所存在する。ストッパ50の取り付け位置をボルト穴23のピッチ円上で変更することで、作業機械100の旋回体130に対するアーム30の回転範囲の位置関係が選択的に変更可能である。また本実施形態においては、ストッパ50(ピン52)とアーム30(長穴46の端部)の衝突を和らげる緩衝部材47(
図5等)がアーム30の基部31の下面に突出させて設けてある。
図2、
図4、
図9及び
図11では緩衝部材47は取り外されている。緩衝部材47は長穴46を挟んでアーム30の回転方向の両側に位置し、ストッパ50のピン52が長穴46の一方側の端部又は他方側の端部に当たるよりも前に
図12に示したようにストッパ50の取り付け部51に衝突するようになっている。
【0032】
5.動作
本実施形態に係る作業機械100は、代表的にはトンネル坑内や屋内、立坑、地下等の閉鎖的な空間で掘削作業等を行う場面で用いられる。作業機械100を運転する場合、まずケーブル201で電源200と作業機械100を接続する。その際、ケーブルブラケット1の各ホルダー36の上半部38を着脱し、ケーブル201を孔42に通した状態とする。また作業機械100の作業位置において、ケーブルブラケット1のストッパ50をベース10に対して電源200に近い取り付け部に取り付け、アーム30が平均して電源200の方を向くようにセットする。その後、電源200を運転して作業機械100への電力の供給を開始し、オペレータは作業機械100の運転室132の運転席に座って操作装置(不図示)を適宜操作する。これにより走行体120によって作業機械100を移動させたり、作業機150によって掘削作業をしたり旋回体130を旋回させたりすることができる。
【0033】
6.効果
(1)掘削作業等をするに当たって作業機械100は掘削場所の近辺で小刻みに移動したり旋回したりするので、電源200に対する旋回体130の向きの変化に従動する形でケーブルブラケット1のアーム30が水平方向に揺動する。これにより電源200に対する旋回体130の向きの変化に対して、電源200に対するケーブルブラケット1のアーム30の向きの変化は小さくなる。また、上記の通り本実施形態ではストッパ50を取り付けるボルト穴23がベース10におけるアーム30の旋回中心を中心とする円弧上に複数形成されている(ボルト穴23のピッチ円の中心がアーム30の旋回中心に一致している)。ストッパ50を取り付けるボルト穴23を変えればアーム30の向きが変えられるのは本構成によるところも大きい。アーム30の向きを変えるのにベース10を運転室132から取り外し、ケーブルブラケット1のそのものの向きを変えて運転室132に装着し直す必要がない。従って作業機械100と電源200の位置関係に応じてアーム30の向きは容易に変更できる。よって作業機械100の運転に伴うケーブル201の動きが抑えられ、必要以上にケーブル201を弛ませる必要がなく、旋回体130や作業機150にケーブル201が引っ掛かり難くすることができる。加えてケーブルブラケット1のアーム30が斜め上に延びているので、作業機械100から見てケーブル201が一旦上向きに立ち上がり機体に干渉し難いこともメリットである。そしてアーム30の傾斜によってケーブルブラケット1の付近でケーブル201が立ち上がるので、作業中に仮に旋回体130が一回転してもケーブルブラケット1のベース10にケーブル201が巻き付き難い。以上の総合的効果により、本実施形態によればケーブル201を有効に保護することができる。
【0034】
(2)基部31とベース10と互いの水平な摺動面で接触しベース10に対してアーム30が平面で摺動して旋回する構成であるため、回転機構にベアリングが用いられず給脂する必要がないのでメンテナンスの手間も抑えられる。またベアリングで回転軸を支持する構造とするとベアリングで支持するための回転軸の相応の長さが必要になって曲げモーメントが大きくなるが、本実施形態では長尺の回転軸が不要であるため曲げモーメントも抑えられる。
【0035】
(3)アーム30の基部31が板状で薄いため、ケーブルブラケット1をコンパクトに構成でき重量も抑えられる。
【0036】
(4)アーム30とベース10の互いの摺動面間に樹脂製の摺動材35を介在させれば、アーム30の旋回動作をより円滑なものとすることができる。
【0037】
(5)また緩衝部材47を設ければストッパ50とアーム30の衝突を和らげられるので、ケーブルブラケット1の構成要素の部品寿命を延ばすことができ、ケーブルブラケット1のメンテナンスの負担も軽減できる。
【0038】
(6)ベース10が上下に伸縮可能であるため、トレーラ等の輸送車両で作業機械100を輸送する際にケーブルブラケット1を取り付けたままでも公道の輸送制限寸法に納めることができ、輸送に伴うケーブルブラケット1の着脱の手間を省くことができる。
【0039】
(第2実施形態)
図13は本発明の第2実施形態に係る電気駆動式作業機械を用いたシステムの全体構成を表す側面図である。本実施形態において第1実施形態と同様の部分には
図13で
図1と同符号を付して説明を省略する。本実施形態のシステムはレール装置202を介してケーブル201を作業機械100に接続しており、電源200のケーブル201を電源200から直接作業機械100に接続した
図1のシステムとこの点で相違する。その他の点については、本実施形態に係るシステムと
図1のシステムは同様の構成である。
【0040】
本実施形態のシステムは、例えば建物の内部や坑内等の天井のある現場で稼働する。レール装置202は現場の天井にケーブル支持具として設けられている。レール装置202は、現場の天井に設けたレール203と、レール203に沿って移動可能な複数の吊り具204を備えている。ケーブル201は複数の吊り具204で支持されている。レール装置202を用いたことにより、本実施形態に係るシステムにおいてはケーブル201の緩みが許容する範囲で作業機械100がレール203の下でレール203に沿って移動することができる。本例においては、ケーブル201におけるレール装置202から作業機械100に下りる部分の長さは一定である。このようなシステムにおいても本発明は適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【0041】
(第3実施形態)
図14は本発明の第3実施形態に係る電気駆動式作業機械を用いたシステムの全体構成を表す側面図である。本実施形態において第1及び第2実施形態と同様の部分には
図14で
図1及び
図13と同符号を付して説明を省略する。本実施形態が
図1及び
図13のシステムと相違する点は、作業機械100に対するケーブルブラケット1の設置位置である。本実施形態においては、作業機械100の旋回体130におけるカウンタウェイト133の上部にケーブルブラケット1が設置してある。その他の点は
図1及び
図13のシステムと同様である。
図14では
図13のシステムと同様にレール装置202を用いたシステムを例示しているが、レール装置202のない
図1のシステムでもケーブルブラケット1を同様に移設できることは言うまでもない。
【0042】
第1実施形態では旋回体130の旋回中心Cの近くに設置する意図でケーブルブラケット1を運転室132の上部に設置した場合を例に挙げて説明したが、ケーブルブラケット1の位置は旋回体130の上部において適宜変更可能である。本実施形態で例示したようにカウンタウェイト133の上部にケーブルブラケット1を設置しても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0043】
(変形例)
以上の実施形態では、上記効果(3)を得るためにアーム30を板状に形成したが、本質的な上記効果(1)を得る限りにおいては、アーム30が板状である必要はない。また上記効果(4)を得るために摺動材35を設置する例を説明したが、本質的な上記効果(1)を得る限りにおいては摺動材35は省略可能である。上記効果(5)を得るために緩衝部材47を設置する例を説明したが、本質的な上記効果(1)を得る限りにおいては緩衝部材47は省略可能である。加えて効果(6)を得るためにベース10に伸縮機構を持たせたが、本質的な上記効果(1)を得る限りにおいてはベース10の伸縮機構は省略可能である。
【0044】
また、油圧ショベルを電気駆動式作業機械の例として説明したが、走行体上に旋回体を設置した作業機械であれば、電気駆動式のクレーン等の他の種類の電気駆動式作業機械にも本発明は適用可能である。