(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の車体と、前記車体に俯仰動可能に設けられたフロントと、前記フロントの先端側に一の連結ピンを介して回動可能に設けられた作業具と、前記作業具を前記フロントに対して回動するため前記フロントと作業具との間にリンクを介して他の連結ピンにより回動可能にピン結合された油圧シリンダとを有してなる作業機械において、
前記作業具を前記フロントの先端側で前記一の連結ピンを中心として垂直に吊下した状態にするために、前記油圧シリンダの伸縮動作をフリーな状態とするフリー回路を備え、
前記一の連結ピンは、その両端側を前記作業具から突出させて設け、
前記一の連結ピンの突出端側には、前記作業具との間に位置して該作業具に作用する荷重を検出する荷重検出手段をそれぞれ設ける構成としたことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
前記荷重検出手段は、上端側が前記一の連結ピンに取付けられ下端側が荷重計支持部となった支持枠体と、前記支持枠体内に位置して前記荷重計支持部上に設けられたロードセルからなる荷重計と、前記作業具に設けられ前記支持枠体の荷重計支持部との間で前記荷重計を挟むことにより前記作業具に付加される前記荷重を前記荷重計に伝達する荷重伝達部材とにより構成してなる請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
作業機械の車体と、前記車体に俯仰動可能に設けられたフロントと、作業具連結用の連結手段を備え前記フロントの先端側に一の連結ピンを介して回動可能に取付けられた取付ブラケットと、該取付ブラケットに前記連結手段を介して着脱可能に連結される作業具と、前記作業具を前記フロントに対して回動するため前記フロントと取付ブラケットとの間にリンクを介して他の連結ピンにより回動可能にピン結合された油圧シリンダとを有してなる作業機械において、
前記作業具を前記フロントの先端側で前記一の連結ピンを中心として垂直に吊下した状態にするために、前記油圧シリンダの伸縮動作をフリーな状態とするフリー回路を備え、
前記一の連結ピンは、その両端側を前記取付ブラケットから突出させて設け、
前記一の連結ピンの突出端側には、前記取付ブラケットとの間に位置して前記作業具に作用する荷重を検出する荷重検出手段をそれぞれ設ける構成としたことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
前記荷重検出手段は、上端側が前記一の連結ピンに取付けられ下端側が荷重計支持部となった支持枠体と、前記支持枠体内に位置して前記荷重計支持部上に設けられたロードセルからなる荷重計と、前記取付ブラケットに設けられ前記支持枠体の荷重計支持部との間で前記荷重計を挟むことにより前記取付ブラケットに付加される前記荷重を前記荷重計に伝達する荷重伝達部材とにより構成してなる請求項３に記載の作業機械。
【請求項５】
前記油圧シリンダは、チューブと、前記チューブ内に摺動可能に挿嵌され前記チューブ内を２つの油室に画成するピストンと、一端側が前記ピストンに固定され他端側が前記チューブの外部に突出したロッドとにより構成し、
前記フリー回路は、前記油圧シリンダの２つの油室を油圧ポンプとタンクに接続する一対の主管路と、前記一対の主管路の途中に設けられ前記２つの油室を共にタンクに接続するフロート位置を有する方向制御弁とにより構成してなる請求項１，２，３または４に記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば材木等を把持するための把持装置、または掘削用バケット等の作業具をフロントの先端側に取付ける構成とした作業機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の作業機械は、下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体の前部に俯仰動可能に設けられた作業装置のフロント等とにより構成されている。
【０００３】
この種の従来技術による作業装置のフロントは、前記上部旋回体に俯仰動可能に設けられたブームと、前記ブームの先端側に俯仰動可能に設けられたアーム等とにより構成されている。また、前記アームの先端側には連結ピンを介して作業具に設けられるブラケットが回動可能に設けられる。なお、アームに対する作業具の着脱を容易にするため、アーム先端部と作業具との間に、例えば実開平５−３２４５０号公報等に示す着脱装置を有した取付ブラケットを介在させるものも知られている。
【０００４】
この場合、取付ブラケットは、上端側が前記アームの先端側には連結ピンを介して取付けられ、取付ブラケットの下端側には前記着脱装置を用いて作業具が交換可能に取付けられる。そして、前記アームと取付ブラケットとの間には作業具用シリンダ等の油圧シリンダがリンクを介して回動可能にピン結合され、この油圧シリンダは圧油が給排されることにより、前記作業具を取付ブラケットと共に前記アームに対して回動するものである。
【０００５】
また、前記作業具としては、土砂等の掘削作業を行う場合に前記取付ブラケットを介してアームの先端側に取付けられる掘削用バケット、川底の浚渫作業等に用いられるクラムシェルバケット、または材木や資材等を把持して移送作業等を行う場合に用いられるフォークグラップルと呼ばれる把持装置等が例に挙げられる。
【０００６】
そして、例えば船積みされた材木等の陸揚げ作業を行う場合には、作業具として前記把持装置が取付ブラケットに取付けられ、この把持装置は前記作業具用シリンダによりアームの先端側で取付ブラケットと共に回動されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、把持装置を用いて材木等の陸揚げ作業を行う場合に、把持装置の先端爪部等が船底に突き当たり、船底を損傷させる等の不具合が発生し易いという問題がある。
【０００８】
即ち、把持装置はアームの先端側で作業具用シリンダにより回動されるため、作業装置のブーム、アームを下向きに俯仰動させつつ、把持装置を船底に向けて下降させるときに、把持装置の先端爪部が船底に対して斜めに傾いた状態で船底に突き当たると、先端爪部が船底を引き掻き、もしくはえぐり込むような状態となり、この場合には把持装置により船底を損傷させる可能性が高くなる。
【０００９】
一方、把持装置を船底に対して垂直となるように姿勢を保って、把持装置を船底に向けて下降させた場合には、先端爪部が船底に突き当たる可能性を小さく減じることができる。しかし、このためには作業具用シリンダを微妙に伸縮させて把持装置を垂直姿勢に保つ必要があり、オペレータの熟練が要求され、作業性を向上するのが難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、作業具が自重により垂直姿勢を保つように油圧シリンダを制御でき、例えば材木等の陸揚げ時における作業性を向上できるようにした作業機械を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、作業機械の車体と、前記車体に俯仰動可能に設けられたフロントと、前記フロントの先端側に一の連結ピンを介して回動可能に設けられた作業具と、前記作業具を前記フロントに対して回動するため前記フロントと作業具との間にリンクを介して他の連結ピンにより回動可能にピン結合された油圧シリンダとを有してなる作業機械に適用される。
【００１２】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記作業具を前記フロントの先端側で前記一の連結ピンを中心として垂直に吊下した状態にするために、前記油圧シリンダの伸縮動作をフリーな状態とするフリー回路を備え、前記一の連結ピンは、その両端側を前記作業具から突出させて設け、前記一の連結ピンの突出端側には、前記作業具との間に位置して該作業具に作用する荷重を検出する荷重検出手段をそれぞれ設ける構成としたことにある。
【００１３】
このように構成することにより、フリー回路を用いて油圧シリンダの伸縮動作をフリーに設定したときには、作業具が自重によって垂直に吊下された状態となる。そして、例えば船底等に向けて把持装置等の作業具を下降するためフロントを下向きに動かしても、作業具は船底に対して垂直な姿勢を自動的に保ち、作業具が船底に対して斜めに傾いた姿勢となるのを防止することができる。
【００１４】
この場合、一の連結ピンは、その両端側を前記作業具から突出させて設け、前記連結ピンの突出端側には、前記作業具との間に位置して該作業具に作用する荷重を検出する荷重検出手段をそれぞれ設ける構成としているので、フロントの先端側で作業具を垂直に吊下した状態では、例えば材木等の吊荷を作業具により把持したときに、その吊荷荷重を荷重検出手段によって検出でき、吊荷の重量を容易に計測することができる。そして、作業具から突出する一の連結ピンの両端側にそれぞれ荷重検出手段を設けることにより、吊荷等の荷重の検出精度を高め、計測誤差を小さく減じることができる。
【００１５】
また、請求項２の発明によると、前記荷重検出手段は、上端側が前記一の連結ピンに取付けられ下端側が荷重計支持部となった支持枠体と、前記支持枠体内に位置して前記荷重計支持部上に設けられたロードセルからなる荷重計と、前記作業具に設けられ前記支持枠体の荷重計支持部との間で前記荷重計を挟むことにより前記作業具に付加される前記荷重を前記荷重計に伝達する荷重伝達部材とにより構成している。
【００１６】
これにより、作業具による吊荷の荷重は作業具から荷重伝達部材を介して荷重計に伝わり、このときに荷重計は支持枠体の荷重計支持部と荷重伝達部材との間で上，下方向から挟持されるので、この挟持力に従って吊荷等の荷重を検出することができる。そして、荷重計にロードセルを用いることにより、全体をコンパクトにして小型化を図り、検出精度を高めることができる。
【００１７】
一方、請求項３の発明は、作業機械の車体と、前記車体に俯仰動可能に設けられたフロントと、作業具連結用の連結手段を備え前記フロントの先端側に一の連結ピンを介して回動可能に取付けられた取付ブラケットと、該取付ブラケットに前記連結手段を介して着脱可能に連結される作業具と、前記作業具を前記フロントに対して回動するため前記フロントと取付ブラケットとの間にリンクを介して他の連結ピンにより回動可能にピン結合された油圧シリンダとを有してなる作業機械に適用される。
【００１８】
そして、請求項３の発明が採用する構成の特徴は、前記作業具を前記フロントの先端側で前記一の連結ピンを中心として垂直に吊下した状態にするために、前記油圧シリンダの伸縮動作をフリーな状態とするフリー回路を備え、前記一の連結ピンは、その両端側を前記取付ブラケットから突出させて設け、前記一の連結ピンの突出端側には、前記取付ブラケットとの間に位置して前記作業具に作用する荷重を検出する荷重検出手段をそれぞれ設ける構成としたことにある。
【００１９】
この場合には、連結手段を用いることにより、例えば掘削バケット、クラムシェルまたは把持装置等の作業具をフロントの先端側に取付ブラケットを介して取付け、取外しでき、作業具の交換作業を容易に行うことができる。そして、前記一の連結ピンと取付ブラケットとの間には、作業具に作用する荷重を検出するための荷重検出手段を設けることにより、フロントの先端側で作業具を垂直に吊下した状態で、例えば材木等の吊荷を作業具により把持したときに、その吊荷荷重を荷重検出手段によって検出でき、吊荷の重量を容易に計測することができる。しかも、連結ピンの両端側にそれぞれ荷重検出手段を設けることにより、吊荷等の荷重の検出精度を高め、計測誤差を小さく減じることができる。
【００２０】
また、請求項４の発明によると、前記荷重検出手段は、上端側が前記一の連結ピンに取付けられ下端側が荷重計支持部となった支持枠体と、前記支持枠体内に位置して前記荷重計支持部上に設けられたロードセルからなる荷重計と、前記取付ブラケットに設けられ前記支持枠体の荷重計支持部との間で前記荷重計を挟むことにより前記取付ブラケットに付加される前記荷重を前記荷重計に伝達する荷重伝達部材とにより構成している。
【００２１】
これにより、作業具による吊荷の荷重は取付ブラケットから荷重伝達部材を介して荷重計に伝わり、このときに荷重計は支持枠体の荷重計支持部と荷重伝達部材との間で上，下方向から挟持されるので、この挟持力に従って吊荷等の荷重を検出することができる。そして、荷重計にロードセルを用いることにより、全体をコンパクトにして小型化を図り、検出精度を高めることができる。
【００２２】
さらに、請求項５の発明によると、前記油圧シリンダは、チューブと、前記チューブ内に摺動可能に挿嵌され前記チューブ内を２つの油室に画成するピストンと、一端側が前記ピストンに固定され他端側が前記チューブの外部に突出したロッドとにより構成し、前記フリー回路は、前記油圧シリンダの２つの油室を油圧ポンプとタンクに接続する一対の主管路と、前記一対の主管路の途中に設けられ前記２つの油室を共にタンクに接続するフロート位置を有する方向制御弁とにより構成している。
【００２３】
これにより、例えば作業機械のオペレータがスイッチ操作等でフリー制御用の方向制御弁をフロート位置に切換えたときには、油圧シリンダの２つの油室が共にタンクに接続され、油圧シリンダのロッドがチューブからフリーに伸縮可能となるので、フロントの先端側で作業具を自重によって垂直に吊下した状態に設定できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による作業機械を油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２５】
ここで、図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は装軌式の下部走行体、２は下部走行体１上に旋回可能に搭載された上部旋回体で、上部旋回体２は下部走行体１と共に作業機械の車体を構成している。
【００２６】
そして、上部旋回体２は、旋回フレーム３と、旋回フレーム３の前部左側に設けられ運転室を画成するキャブ４と、キャブ４の後側に位置して旋回フレーム３上に設けられ、後述の油圧ポンプ４２をエンジン（図示せず）等と共に収容した建屋カバー５と、建屋カバー５の後側に位置して旋回フレーム３の後端側に搭載されたカウンタウエイト６とから大略構成されている。
【００２７】
７は上部旋回体２の前部中央に設けられた作業装置で、この作業装置７は、旋回フレーム３の前部中央に俯仰動可能に設けられたブーム８と、このブーム８の先端側に俯仰動可能に設けられたアーム９と、アーム９の先端側に回動可能に設けられた後述の取付ブラケット１３およびグラップル２４等とにより構成されている。そして、本実施の形態では、前記ブーム８およびアーム９等が、本発明に係るフロントを構成している。
【００２８】
そして、作業装置７のブーム８はブームシリンダ１０により旋回フレーム３に対して上，下に俯仰動され、アーム９はアームシリンダ１１によりブーム８に対して上，下に俯仰動されるものである。また、アーム９の先端側には、図５に示すようにボス部１２が設けられ、ボス部１２の内周側は後述の連結ピン１６が摺動可能に挿嵌されるピン挿嵌穴１２Ａとなっている。
【００２９】
１３はグラップル２４等の作業具をアーム９の先端側に着脱可能に取付けるための取付ブラケットで、この取付ブラケット１３は全体としてコ字形状をなす枠体として形成されている。そして、取付ブラケット１３は、図５に示すように平板材からなり左，右方向に離間した一対のブラケット部１４，１４と、図２に示す如くブラケット部１４の下端側に溶接され各ブラケット部１４間をコ字形状をなして一体に接合した接合板１５とにより大略構成されている。
【００３０】
また、取付ブラケット１３のブラケット部１４，１４には、図５に示す如く連結ピン１６が挿通されるピン穴１４Ａが穿設され、このピン穴１４Ａは連結ピン１６よりも僅かに大きい穴径をもって、例えば僅かに楕円形状をなす挿通穴として形成されている。さらに、取付ブラケット１３のブラケット部１４には、図３、図４に示すように後述する連結装置２５の可動アーム２７等が設けられ、接合板１５には可動アーム２７が図４に示す矢示Ｃ1 ，Ｃ2 方向に揺動するのを許す開口部（図示せず）が形成されている。
【００３１】
１６はアーム９の先端側に取付ブラケット１３を連結した一の連結ピンで、該一の連結ピン１６は、図２ないし図５に示すようにアーム９側のボス部１２を取付ブラケット１３のブラケット部１４，１４間に回動可能に連結している。そして、連結ピン１６の両端側はブラケット部１４のピン穴１４Ａから突出し、その突出端側には後述の計測用ハンガ３２が抜止めピン１７等を用いて固定されている。
【００３２】
１８は連結ピン１６から前側に離間して取付ブラケット１３に設けられた他の連結ピンで、この連結ピン１８は後述のリンク２０を取付ブラケット１３のブラケット部１４に回動可能に連結しているものである。
【００３３】
１９は油圧シリンダとしての作業具用シリンダで、この作業具用シリンダ１９は、アーム９と取付ブラケット１３との間にリンク２０，２１を介して回動可能にピン結合されている。そして、作業具用シリンダ１９は、図７に示すようにチューブ１９Ａと、チューブ１９Ａ内に摺動可能に挿嵌されチューブ１９Ａ内をロッド側油室Ａとボトム側油室Ｂとに画成したピストン１９Ｂと、一端側がピストン１９Ｂに固定され他端側がチューブ１９Ａの外部に突出したロッド１９Ｃとにより構成されている。
【００３４】
ここで、作業具用シリンダ１９は、チューブ１９Ａのボトム側がアーム９にピン結合され、ロッド１９Ｃの先端側がリンク２０，２１に図２に示す如く連結ピン２２を介してピン結合されている。そして、リンク２０は先端側が取付ブラケット１３に連結ピン１８を介してピン結合され、リンク２１はアーム９に連結ピン２３を介してピン結合されている。
【００３５】
２４は作業具を構成する把持装置としてのグラップルで、このグラップル２４は、アーム９の先端側に取付ブラケット１３を介して着脱可能に取付けられている。そして、グラップル２４は、グラップルヘッド２４Ａと、グラップルヘッド２４Ａの下端側に開，閉可能に設けられたフォーク２４Ｂ，２４Ｂとから大略構成され、グラップルヘッド２４Ａ内にはフォーク２４Ｂを開，閉操作するための油圧アクチュエータ（図示せず）が配設されている。
【００３６】
そして、グラップル２４は、例えば木材の陸揚げ作業等を行うときに、前記油圧アクチュエータでフォーク２４Ｂを開，閉操作することにより、このフォーク２４Ｂを用いて材木を把持または開放し、この状態で作業装置７により材木を任意の場所に移送するものである。なお、グラップル２４はフォーク２４Ｂにより材木等を把持している間、その吊荷荷重Ｆが図１中の矢示方向に作用するものである。
【００３７】
また、取付ブラケット１３とグラップル２４は、図１に示す状態で後述の如く作業具用シリンダ１９の伸縮動作をフリーな状態に設定した場合に、連結ピン１６を中心として自重により垂直に吊下された状態におかれ、この状態ではグラップル２４を船底等に対して垂直な姿勢に保つことができる。
【００３８】
一方、グラップルヘッド２４Ａの上端側には、図２ないし図４に示すように２本の固定ピン２４Ｃ，２４Ｄが前，後に離間して設けられ、これらの固定ピン２４Ｃ，２４Ｄは連結ピン１６，１８とほぼ平行に左，右方向へと延びている。そして、グラップル２４を取付ブラケット１３に取付けるときには、後述する固定アーム２６と可動アーム２７の爪部２６Ａ，２７Ａが固定ピン２４Ｃ，２４Ｄに係合することにより、グラップル２４は取付ブラケット１３に連結されるものである。
【００３９】
２５はグラップル２４を取付ブラケット１３に連結するための連結手段を構成する連結装置で、この連結装置２５は、取付ブラケット１３の接合板１５等に溶接等の手段を用いて固着され、グラップル２４の固定ピン２４Ｃに係脱可能に係合する爪部２６Ａを有した固定アーム２６と、グラップル２４の固定ピン２４Ｄに係脱可能に係合する爪部２７Ａを有した可動アーム２７と、可動アーム２７を図４中の矢示Ｃ1 ，Ｃ2 方向に駆動するため取付ブラケット１３内に配設された駆動ねじ機構（図示せず）等とにより構成されている。
【００４０】
ここで、可動アーム２７は上端側が連結ピン１８により取付ブラケット１３のブラケット部１４に揺動可能に取付けられ、可動アーム２７の下端側は前記接合板１５の開口部を介して接合板１５の下方へと突出している。
【００４１】
そして、連結装置２５は、前記駆動ねじ機構を用いて可動アーム２７を図３、図４に示す矢示Ｃ1 ，Ｃ2 方向に揺動することにより、固定アーム２６の爪部２６Ａをグラップル２４の固定ピン２４Ｃに係脱可能に係合すると共に、可動アーム２７の爪部２７Ａを固定ピン２４Ｄに係脱可能に係合させるものである。
【００４２】
また、作業具としてグラップル２４に代えて、例えば図８に例示する掘削バケット２８を用いる場合には、この掘削バケット２８が連結装置２５により取付ブラケット１３に着脱可能に連結される。そして、この場合には作業装置７により土砂等の掘削作業が行われるものである。
【００４３】
３１，３１は連結ピン１６と取付ブラケット１３との間に設けられた荷重検出手段として計測装置で、この計測装置３１は、図５、図６に示す如く上端側が連結ピン１６の突出端側に取付けられ下向きに垂下された支持枠体としての計測用ハンガ３２と、後述の荷重伝達板３８、ロードセル４０および保護カバー４１等とにより構成されている。
【００４４】
ここで、計測用ハンガ３２は、図６に示すように前，後に離間した一対の側板３３，３３と、これらの側板３３の下端側に接合された荷重計支持部としての底板３４と、各側板３３の上端側に介挿され複数のボルト３５，３５，…を用いて側板３３に固定された直方体状の嵌合ブロック３６とにより構成され、底板３４と嵌合ブロック３６との間は四角形状の収容空間３７となっている。
【００４５】
そして、嵌合ブロック３６の中央部には連結ピン１６の突出端側が挿嵌される挿嵌穴３６Ａが穿設され、図５に示すように連結ピン１６の突出端側は、この挿嵌穴３６Ａ内で抜止めピン１７により計測用ハンガ３２に抜止め状態に保持されている。
【００４６】
３８は取付ブラケット１３のブラケット部１４に溶接等の手段で接合された荷重伝達板で、この荷重伝達板３８は鋼板等の金属板からなり、その上面側には図６に示す如くブラケット部１４との間に補強リブ３８Ａ，３８Ａが設けられ、下面側にもブラケット部１４との間に補強リブ３８Ｂ，３８Ｂが設けられている。そして、荷重伝達板３８は、計測用ハンガ３２の収容空間３７内に隙間をもって挿入され、収容空間３７内では底板３４の上面と嵌合ブロック３６の下面との間にほぼ平行に配置されるものである。
【００４７】
３９は荷重伝達板３８と共に荷重伝達部材を構成するスペーサで、このスペーサ３９は鋼板等の金属板により長方形状の平板として形成されている。そして、スペーサ３９は、計測用ハンガ３２の収容空間３７内に隙間をもって挿入され、収容空間３７内では後述のロードセル４０と荷重伝達板３８との間の隙間調整を行うものである。
【００４８】
この場合、図５に示す連結ピン１６は、ブラケット部１４のピン穴１４Ａ内に微小な隙間（図示せず）を介して挿通されているので、取付ブラケット１３はグラップル２４からの吊荷荷重Ｆに従って、図５中の矢示方向に前記隙間の範囲内で荷重伝達板３８と共に相対移動する。これに対し、計測用ハンガ３２は連結ピン１６の突出端側から垂下されているので、吊荷荷重Ｆに従って図５中の矢示方向に相対移動することはない。
【００４９】
このため、吊荷荷重Ｆが荷重伝達板３８からスペーサ３９を介してロードセル４０に伝えられると、計測用ハンガ３２の底板３４は吊荷荷重Ｆを下側から受承し、ロードセル４０に対して図５中の矢示Ｆ′方向に反力を与える。そして、ロードセル４０は計測用ハンガ３２の底板３４とスペーサ３９との間で、吊荷荷重Ｆに対応する挟持力をもって上，下方向から強く挟持されるものである。
【００５０】
４０は計測用ハンガ３２の底板３４上に配設された荷重計としてのロードセルで、このロードセル４０は歪ゲージ等を内蔵し、圧縮方向の外力に対応して僅かに歪変形することにより、その歪み量に対応した荷重検出信号を出力するものである。即ち、ロードセル４０は、計測用ハンガ３２の底板３４とスペーサ３９との間で上，下方向から挟持されることにより、これを吊荷荷重Ｆに対応した圧縮力として受承し、これに従って荷重検出信号を外部に出力する。
【００５１】
４１は計測用ハンガ３２内のロードセル４０を外側から保護するための保護カバーで、この保護カバー４１は、図６に示すように略台形状の平板からなり、一対のサイドプレート４１Ａ，４１Ａを介して取付ブラケット１３のブラケット部１４に溶接により接合されている。
【００５２】
そして、保護カバー４１は各サイドプレート４１Ａ間で計測用ハンガ３２を外側から挟み、飛び石等の飛散物からロードセル４０を保護すると共に、連結ピン１６を計測用ハンガ３２と共に廻止め状態に保持するものである。
【００５３】
なお、ロードセル４０のメンテナンス時等には、計測用ハンガ３２の側板３３から各ボルト３５を取外すことにより、嵌合ブロック３６と側板３３と分解できるので、例えば計測用ハンガ３２の側板３３と底板３４を保護カバー４１よりも下方へと抜き取ることができ、この状態でロードセル４０を外部に取出すことが可能となる。
【００５４】
次に、図７を参照して作業具用シリンダ１９の駆動回路および作業具用のフリー回路について説明する。
【００５５】
４２はタンク４３と共に油圧源を構成する油圧ポンプで、該油圧ポンプ４２は図１に示す建屋カバー５内に設けられ、後述のパイロットポンプ４８と共にエンジンにより駆動されるものである。
【００５６】
４４Ａ，４４Ｂは作業具用シリンダ１９の油室Ａ，Ｂを、油圧ポンプ４２，タンク４３に接続した一対の主管路、４５は主管路４４Ａ，４４Ｂの途中に設けられた作業具用の方向制御弁を示している。この方向制御弁４５は油圧パイロット式の方向制御弁からなり、左，右の油圧パイロット部４５Ａ，４５Ｂにパイロット圧が供給されることによって、中立位置（イ）から左，右の切換位置（ロ），（ハ）に切換操作されるものである。
【００５７】
そして、方向制御弁４５を切換位置（ロ）に切換えたときには、油圧ポンプ４２からの圧油が主管路４４Ａを介して作業具用シリンダ１９の油室Ａに供給し、油室Ｂ内の圧油（油液）を主管路４４Ｂを介してタンク４３に排出することにより、作業具用シリンダ１９はロッド１９Ｃがチューブ１９Ａ内に向けて縮小される。また、方向制御弁４５を切換位置（ハ）に切換えたときには、作業具用シリンダ１９はロッド１９Ｃがチューブ１９Ａ外に向けて伸長するものである。
【００５８】
４６Ａ，４６Ｂは作業具用シリンダ１９と方向制御弁４５との間に位置して主管路４４Ａ，４４Ｂから分岐した分岐管路で、この分岐管路４６Ａ，４６Ｂは、図７に示す接続点４６Ｃの位置で互いに接続されタンク４３に戻されている。
【００５９】
４７は接続点４６Ｃよりも上流側の位置で分岐管路４６Ａ，４６Ｂとタンク４３との間に設けられたフリー制御用の方向制御弁を示している。この方向制御弁４７は油圧パイロット部４７Ａとばね４７Ｂとを有し、常時はばね４７Ｂで遮断位置（ａ）に保持されることにより、分岐管路４６Ａ，４６Ｂを共にタンク４３から遮断する。
【００６０】
そして、方向制御弁４７は後述するパイロット管路４９からのパイロット圧に応じて遮断位置（ａ）からフロート位置（ｂ）に切換えられたときに、分岐管路４６Ａ，４６Ｂを共にタンク４３に接続し、作業具用シリンダ１９の油室Ａ，Ｂ内の圧力をタンク圧レベルまで下げるものである。これにより、作業具用シリンダ１９のロッド１９Ｃは、チューブ１９Ａからフリー（自由）に伸縮するようになる。
【００６１】
４８は油圧ポンプ４２と共にエンジンにより駆動されるパイロットポンプで、パイロットポンプ４８の吐出側はパイロット管路４９を介して方向制御弁４７の油圧パイロット部４７Ａに接続されている。
【００６２】
５０はパイロット管路４９の途中に設けられたパイロット圧制御弁で、この制御弁５０は例えば電磁弁からなり、ソレノイド部５０Ａとばね５０Ｂとを有している。そして、制御弁５０はばね５０Ｂによりパイロット圧の供給位置（ｃ）に通常は保持され、この供給位置（ｃ）ではパイロットポンプ４８からの圧油をパイロット圧として方向制御弁４７の油圧パイロット部４７Ａに供給させる。そして、方向制御弁４７はパイロット管路４９からのパイロット圧に応じて遮断位置（ａ）からフロート位置（ｂ）に切換えられる。
【００６３】
また、制御弁５０はソレノイド部５０Ａが励磁されたときに、ばね５０Ｂに抗して供給位置（ｃ）から排出位置（ｄ）に切換わり、この排出位置（ｄ）ではパイロット管路４９をタンク４３に接続する。このため、方向制御弁４７は油圧パイロット部４７Ａのパイロット圧がタンク圧レベルまで低下し、図７に示す遮断位置（ａ）に方向制御弁４７は復帰するものである。
【００６４】
５１は当該油圧ショベルのエンジンを始動，停止させる始動スイッチとしてのエンジンスイッチ、５２はバッテリ等からなる直流電源を示している。そして、エンジンスイッチ５１は油圧ショベルのオペレータが閉成操作することによりエンジンを始動させ、このエンジンによって油圧ポンプ４２、パイロットポンプ４８等を駆動させる。また、エンジンスイッチ５１の開成時にはエンジンの回転が停止することにより、油圧ポンプ４２、パイロットポンプ４８も停止され、圧油の供給はストップされるものである。
【００６５】
このため、図７に示すようにエンジンスイッチ５１が開成されている間は、パイロットポンプ４８から方向制御弁４７の油圧パイロット部４７Ａにパイロット圧が供給されることはなく、方向制御弁４７は、ばね４７Ｂにより遮断位置（ａ）に保持されるものである。
【００６６】
５３はエンジンスイッチ５１と制御弁５０のソレノイド部５０Ａとの間に設けられた操作手段としてのグラップルスイッチで、グラップルスイッチ５３は常閉のスイッチからなり、オペレータが開成操作を行わない限りは図７に示す如く閉成状態を保持するものである。そして、作業具用シリンダ１９の伸縮動作をフリーな状態に設定する場合には、オペレータがグラップルスイッチ５３を開成状態に切換操作するものである。
【００６７】
本実施の形態による油圧ショベルの作業装置７は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００６８】
まず、アーム９の先端側に図８に示す如く掘削バケット２８を取付けている状態で土砂等の掘削作業を行う場合には、作業装置７のブーム８をブームシリンダ１０により俯仰動しつつ、アーム９をアームシリンダ１１により俯仰動し、掘削バケット２８を作業具用シリンダ１９により回動する。
【００６９】
この場合、作業具用シリンダ１９は図７に示す駆動回路により作動し、方向制御弁４５を中立位置（イ）から切換位置（ロ）に切換えたときには、油圧ポンプ４２からの圧油が主管路４４Ａを介して作業具用シリンダ１９の油室Ａに供給され、油室Ｂ内の圧油は主管路４４Ｂを介してタンク４３に排出されることにより、作業具用シリンダ１９はロッド１９Ｃがチューブ１９Ａ内に向けて縮小される。
【００７０】
また、方向制御弁４５を中立位置（イ）から切換位置（ハ）に切換えたときには、作業具用シリンダ１９は圧油の給排方向が逆転することによりロッド１９Ｃがチューブ１９Ａ外に向けて伸長する。これによって、掘削バケット２８はアーム９の先端側で取付ブラケット１３と一緒に上，下に回動され、土砂等の掘削を行うものである。
【００７１】
一方、作業装置７による作業内容を変更するため、作業具を掘削バケット２８から図１に示すグラップル２４に取替える場合には、図４に示す如く連結装置２５の可動アーム２７を矢示Ｃ2 方向に駆動ねじ機構等を用いて回動し、取付ブラケット１３の下端側から掘削バケット２８を取外す。
【００７２】
次に、グラップル２４を取付ブラケット１３の下端側に取付ける場合には、固定アーム２６と可動アーム２７の爪部２６Ａ，２７Ａを固定ピン２４Ｃ，２４Ｄの内側に挿入した状態で、可動アーム２７を図４中の矢示Ｃ1 方向へと徐々に回動する。
【００７３】
この場合、可動アーム２７の爪部２７Ａは固定ピン２４Ｄに向けて押付けられるため、このときの反力によって固定アーム２６の爪部２６Ａを図３に示すように固定ピン２４Ｃに向けて押動させる。これにより、固定アーム２６と可動アーム２７の爪部２６Ａ，２７Ａをそれぞれ固定ピン２４Ｃ，２４Ｄに強く係合させることができる。
【００７４】
そして、グラップル２４を図１に示す如く取付ブラケット１３の下端側に取付けた状態で、例えば船積みされた材木等の陸揚げ作業を行う場合には、前述の掘削作業とほぼ同様にブーム８、アーム９を俯仰動しつつ、グラップル２４を作業具用シリンダ１９により回動して材木等の把持作業を行う。
【００７５】
しかし、グラップル２４を用いて材木等の陸揚げ作業を行う場合に、グラップル２４を図１中に二点鎖線で示すように斜めに傾斜させたまま、グラップル２４を船底に向けて下降させると、グラップル２４のフォーク２４Ｂ先端が船底に対して斜めに傾いた状態で船底に突き当たることがあり、この場合には船底を損傷させる可能性が高くなる。
【００７６】
一方、グラップル２４を船底に対して垂直となるように姿勢を保って、グラップル２４を船底に向け下降させた場合には、フォーク２４Ｂの先端が船底に突き当たる可能性を小さく減じることができる。しかし、このためにはオペレータが図７に示す方向制御弁４５を頻繁に切換操作して、作業具用シリンダ１９を微妙に伸縮させてグラップル２４を垂直姿勢に保つ必要があり、オペレータの熟練が要求され、作業性を向上するのが難しくなる。
【００７７】
そこで、本実施の形態では、作業具用シリンダ１９と方向制御弁４５との間で、主管路４４Ａ，４４Ｂの途中部位から分岐管路４６Ａ，４６Ｂをタンク４３に向けて分岐させ、この分岐管路４６Ａ，４６Ｂとタンク４３との間には作業具のフリー制御用の方向制御弁４７を設ける構成としている。
【００７８】
そして、方向制御弁４７の油圧パイロット部４７Ａをパイロットポンプ４８に接続するパイロット管路４９の途中には、パイロット管路４９内のパイロット圧を切換制御するパイロット圧制御弁５０を設け、この制御弁５０をグラップルスイッチ５３の開，閉操作により切換制御する構成としている。
【００７９】
即ち、図７に示すエンジンスイッチ５１を投入してエンジンを駆動し、油圧ポンプ４２、パイロットポンプ４８から圧油を吐出している稼働状態では、グラップルスイッチ５３が閉成している限り、制御弁５０のソレノイド部５０Ａが励磁され、制御弁５０はばね５０Ｂに抗して供給位置（ｃ）から排出位置（ｄ）に切換わるため、この排出位置（ｄ）ではパイロット管路４９がタンク４３に接続され、方向制御弁４７は、ばね４７Ｂにより遮断位置（ａ）に保持されることになる。
【００８０】
しかし、エンジンスイッチ５１を閉成している状態で、グラップルスイッチ５３を開成させると、制御弁５０のソレノイド部５０Ａが消磁されることにより、制御弁５０は供給位置（ｃ）に復帰し、この供給位置（ｃ）ではパイロットポンプ４８からのパイロット圧が方向制御弁４７の油圧パイロット部４７に供給されるため、方向制御弁４７は遮断位置（ａ）からフロート位置（ｂ）に切換わる。
【００８１】
そして、方向制御弁４７がフロート位置（ｂ）に切換わったときには、作業具用シリンダ１９の主管路４４Ａ，４４Ｂが分岐管路４６Ａ，４６Ｂと共にタンク４３に接続されるので、作業具用シリンダ１９は油室Ａ，Ｂ内の圧力が共にタンク圧レベルまで低下し、作業具用シリンダ１９のロッド１９Ｃをチューブ１９Ａからフリー（自由）に伸縮させる作業具フリーな状態に設定することができる。
【００８２】
この結果、グラップル２４は図１中に実線で示す如くアーム９の先端側で取付ブラケット１３と共に自重によって垂直に吊下された状態におかれるので、グラップル２４を船底に対して垂直な姿勢に簡単に保つことができ、グラップル２４を船底に向けて下降させた場合に、フォーク２４Ｂの先端が船底等に突き当たるような可能性を小さく減じることができる。
【００８３】
また、アーム９の先端側では取付ブラケット１３と連結ピン１６との間に、図５、図６に示すロードセル４０等からなる計測装置３１を設けているので、グラップル２４を前述の如く垂直姿勢に保っている限り、グラップル２４からの吊荷荷重Ｆを荷重伝達板３８からスペーサ３９を介してロードセル４０へと安定して伝えることができ、グラップル２４のフォーク２４Ｂで把持した材木等の吊荷荷重Ｆを計測装置３１により確実に計測できる。
【００８４】
そして、木材等の吊荷を船積みする積込み作業を行う場合には、グラップル２４のフォーク２４Ｂで把持した材木等の吊荷荷重Ｆを逐一計測することにより、船積みされた吊荷荷重Ｆの総重量を容易に把握（確認）することができ、例えば船底側等に特別な重量計測装置等を設ける必要がなくなり、船積み重量の計測作業を効率的に行うことができる。
【００８５】
また、荷重検出用の計測装置３１は、取付ブラケット１３のブラケット部１４から突出する連結ピン１６の両端側にそれぞれ配設しているので、連結ピン１６の両端側でそれぞれ吊荷荷重Ｆを検出でき、吊荷荷重Ｆの計測精度（検出精度）を確実に高めることができると共に、計測誤差を小さく減じることができる。
【００８６】
さらに、荷重検出用の計測装置３１は、荷重計としてロードセル４０を用いているので、計測装置３１全体をコンパクトに形成して小型、軽量化を図ることができ、その計測精度も確実に向上できる。
【００８７】
従って、本実施の形態によれば、例えばグラップル２４等の作業具が自重により垂直姿勢を保つように作業具用シリンダ１９を伸縮動作がフリーとなる状態に制御でき、例えば材木等の陸揚げ時における作業性を向上することができる。
【００８８】
また、アーム９の先端側には取付ブラケット１３と連結ピン１６との間にロードセル４０等からなる計測装置３１を設けることにより、グラップル２４のフォーク２４Ｂで把持した材木等の吊荷荷重Ｆを計測装置３１により高精度に計測でき、例えば船積みされた吊荷荷重Ｆの総重量を容易に把握することができる。
【００８９】
次に、図９は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。しかし、本実施の形態の特徴は、作業具用シリンダ１９と油圧ポンプ４２、タンク４３との間に位置して一対の主管路４４Ａ，４４Ｂの途中に作業具用の方向制御弁６１を設け、この方向制御弁６１によりフリー制御用の方向制御弁を兼用させる構成としたことにある。
【００９０】
ここで、方向制御弁６１は、第１の実施の形態で述べた方向制御弁４５とほぼ同様に構成され、左，右の油圧パイロット部６１Ａ，６１Ｂにパイロット圧が供給されることにより中立位置（イ）から左，右の切換位置（ロ），（ハ）に切換操作される。
【００９１】
しかし、方向制御弁６１は例えば４位置切換式の方向制御弁からなり、中立位置（イ）、切換位置（ロ），（ハ）の他に、フロート位置（ニ）が追加して設けられている。また、方向制御弁６１には操作手段としての操作レバー６２が設けられ、この操作レバー６２を傾転操作することにより方向制御弁６１をフロート位置（ニ）に切換える構成となっている。
【００９２】
そして、方向制御弁６１は、操作レバー６２を傾転操作でフロート位置（ニ）に切換えたときに、作業具用シリンダ１９の油室Ａ，Ｂを共にタンク４３に接続することにより、作業具用シリンダ１９のロッド１９Ｃをチューブ１９Ａからフリー（自由）に伸縮させるフリー制御を実行するものである。
【００９３】
かくして、このように構成される本実施の形態にあっても、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に本実施の形態では、方向制御弁６１によりフリー制御用の方向制御弁を兼用させる構成としているので、作業具用シリンダ１９の駆動回路全体を簡素化でき、配管接続作業等を簡略化することができる。
【００９４】
なお、前記各実施の形態では、アーム９の先端側に取付ブラケット１３を介してグラップル２４または掘削バケット２８を取付けるものとして述べたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１０に示す変形例のようにアーム９の先端側に連結ピン１６等を用いてグラップル２４′のグラップルヘッド２４Ａ′を直接的に取付け、取付ブラケット等を省略する構成としてもよい。この場合にも、グラップル２４′は、グラップルヘッド２４Ａ′と、グラップルヘッド２４Ａ′の下端側に開，閉可能に設けられたフォーク２４Ｂ′，２４Ｂ′とから大略構成されるものである。
【００９５】
また、前記各実施の形態では、アーム９の先端側に取付ブラケット１３を介してグラップル２４または掘削バケット２８を取付けるものとして述べたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば川底の浚渫作業等に用いられるクラムシェルバケット、鉄筋や鉄屑等を吸着してトラック等に積込むためのリフティングマグネット、地面等の穴開け作業を行うブレーカ等の作業具を着脱可能に取付ける構成としてもよい。
【００９６】
また、前記各実施の形態では、作業機械として装軌式の油圧ショベルを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばホイール式の油圧ショベル、船の甲板上に上部旋回体等を設ける構成とした作業船等の他の作業機械にも適用することができる。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の発明によれば、フロントの先端側で作業具を回動するための油圧シリンダに対してフリー回路を設け、前記油圧シリンダの伸縮動作をフリーな状態とすることにより、前記フロントの先端側で一の連結ピンを中心として前記作業具を垂直に吊下した状態に保つ構成とし、前記一の連結ピンの両端側を前記作業具から突出させると共に、一の連結ピンの突出端側には、前記作業具との間に位置して該作業具に作用する荷重を検出する荷重検出手段をそれぞれ設ける構成としているので、例えば船底等に向けてグラップル（把持装置）等の作業具を下降するためフロントを下向きに移動させても、作業具は船底に対して垂直な姿勢を自動的に保ち、この作業具が船底に対して斜めに傾いた姿勢となるのを防止できる。従って、フリー回路によって作業具が自重により垂直姿勢を保つように油圧シリンダを制御でき、例えば材木等の陸揚げ時における作業性を向上することができる。
【００９８】
しかも、前記作業具から突出する一の連結ピンの両端側には、前記作業具との間に位置して荷重検出手段を設ける構成としているので、フロントの先端側で作業具を垂直に吊下した状態では、例えば材木等の吊荷を作業具により把持したときに、吊荷等の荷重を荷重検出手段によって検出でき、吊荷の重量を容易に計測することができる。そして、連結ピンの両端側にそれぞれ荷重検出手段を設けることにより、吊荷等の荷重の検出精度を高め、計測誤差を小さく減じることができる。
【００９９】
また、請求項２に記載の発明は、荷重検出手段を、支持枠体、ロードセルからなる荷重計および荷重伝達部材等により構成しているので、作業具による吊荷等の荷重は作業具から荷重伝達部材を介して荷重計に伝わり、このときに荷重計を支持枠体の荷重計支持部と荷重伝達部材との間で上，下方向から挟持できると共に、この挟持力に従って吊荷等の荷重を検出することができる。そして、荷重計にロードセルを用いることにより、荷重検出手段全体をコンパクトに形成でき、小型、軽量化を図ることができると共に、吊荷の荷重等の検出精度を向上することができる。
【０１０１】
一方、請求項３に記載の発明は、フロントと作業具との間に、前記フロントの先端側に一の連結ピンにより回動可能に連結されると共に油圧シリンダにリンクを介してピン結合され、前記作業具を着脱可能に連結する連結手段を備えた取付ブラケットを設けてなる構成としているので、連結手段を用いることにより、例えば掘削バケット、クラムシェルまたはグラップル等の作業具をフロントの先端側に取付ブラケットを介して取付け、取外しでき、作業具の交換作業を容易に行うことができる。そして、フリー回路を用いることによって作業具が自重により垂直姿勢を保つように油圧シリンダを制御でき、例えば材木等の陸揚げ時における作業性を向上することができる。
【０１０２】
そして、この場合でも、一の連結ピンと取付ブラケットとの間には作業具に作用する荷重を検出するための荷重検出手段を設けることにより、フロントの先端側で作業具を垂直に吊下した状態で、作業具を用いて例えば材木等の吊荷を把持したときに、吊荷等の荷重を荷重検出手段によって検出でき、吊荷の重量を容易に計測することができる。しかも、一の連結ピンの両端側にそれぞれ荷重検出手段を設けることにより、吊荷等の荷重の検出精度を高め、計測誤差を小さく減じることができる。
【０１０３】
また、請求項４に記載の発明は、荷重検出手段を、支持枠体、ロードセルからなる荷重計および荷重伝達部材等により構成しているので、作業具による吊荷等の荷重は取付ブラケットから荷重伝達部材を介して荷重計に伝わり、このときに荷重計を支持枠体の荷重計支持部と荷重伝達部材との間で上，下方向から挟持できると共に、この挟持力に従って吊荷等の荷重を検出することができる。そして、荷重計にロードセルを用いることにより、荷重検出手段全体をコンパクトに形成でき、小型、軽量化を図ることができると共に、吊荷の荷重等の検出精度を向上することができる。
【０１０４】
さらに、請求項５に記載の発明によると、油圧シリンダは、チューブ、ピストンおよびロッド等からなり、フリー回路は、一対の主管路と、前記油圧シリンダの２つの油室を共にタンクに接続するフロート位置を有したフリー制御用の方向制御弁とにより構成しているので、例えば作業機械のオペレータがスイッチ操作等でフリー制御用の方向制御弁をフロート位置に切換えたときには、前記２つの油室を共にタンクに接続し油圧シリンダのロッドをチューブからフリーに伸縮可能とすることができ、フロントの先端側で作業具を自重によって垂直に吊下した状態に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による油圧ショベルを示す全体図である。
【図２】図１中の取付ブラケット、計測装置等を部分的に拡大して示す要部拡大図である。
【図３】取付ブラケットとグラップルヘッドとの間に設けた連結装置等を図２とほぼ同様の位置からみた一部破断の要部拡大図である。
【図４】連結装置により取付ブラケットとグラップルヘッドとを分離した状態を示す一部破断の要部拡大図である。
【図５】取付ブラケットと連結ピンとの間に設けた計測装置を図２中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた拡大断面図である。
【図６】図５に示す計測装置の分解斜視図である。
【図７】フリー回路を含む作業具用シリンダの駆動用油圧回路図である。
【図８】アームの先端側に取付ブラケットを介して掘削バケットを取付けた状態を示す油圧ショベルの全体図である。
【図９】第２の実施の形態による油圧ショベルのフリー回路を含む作業具用シリンダの駆動用油圧回路図である。
【図１０】アームの先端側にグラップルを回動可能に設けた本発明の変形例による油圧ショベルを示す全体図である。
【符号の説明】
１  下部走行体
２  上部旋回体（車体）
７  作業装置
８  ブーム（フロント）
９  アーム（フロント）
１２  ボス部
１３  取付ブラケット
１４  ブラケット部
１６  連結ピン
１９  作業具用シリンダ（油圧シリンダ）
１９Ａ  チューブ
１９Ｂ  ピストン
１９Ｃ  ロッド
２４，２４′  グラップル（作業具）
２４Ｃ，２４Ｄ  固定ピン
２５  連結装置（連結手段）
２６  固定アーム
２７  可動アーム
２８  掘削バケット（作業具）
３１  計測装置（荷重検出手段）
３２  計測用ハンガ（支持枠体）
３３  側板
３４  底板（荷重計支持部）
３６  嵌合ブロック
３７  収容空間
３８  荷重伝達板（荷重伝達部材）
３９  スペーサ（荷重伝達部材）
４０  ロードセル（荷重計）
４１  保護カバー
４２  油圧ポンプ
４３  タンク
４４Ａ，４４Ｂ  主管路
４５  方向制御弁
４６Ａ，４６Ｂ  分岐管路
４７  方向制御弁
４８  パイロットポンプ
５０  パロット圧制御弁
５１  エンジンスイッチ
５３  グラップルスイッチ（操作手段）
６１  方向制御弁
６２  操作レバー（操作手段）
【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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