(57)【要約】  本発明は、建設機械にも搭載可能であり、十分な推進力を有する電動リニアアクチュエータを搭載した建設機械を提供するものである。  本発明の建設機械は、ブーム、アーム、バケットの少なくとも一つを駆動する電動リニアアクチュエータが、ブームまたは／およびアームに対向して設置され、送りねじ軸と直動ナットとを有する送りねじ装置と、送りねじ装置の直動ナットの移動に伴って往復運動するピストンと、送りねじ装置を駆動し、回転軸を有する電動機と、を有し、電動機の回転軸は、対向するブームまたは／およびアームに対して、送りねじ装置の送りねじ軸より離れた位置に設置されることを特徴とするものある。
2013114451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブーム、アーム、バケットの少なくとも一つを駆動する電動リニアアクチュエータを有し、
前記電動リニアアクチュエータは、前記ブームまたは／および前記アームに対向して設置され、送りねじ軸と直動ナットとを有する送りねじ装置と、前記送りねじ装置の直動ナットの移動に伴って往復運動するピストンと、前記送りねじ装置を駆動し、回転軸を有する電動機と、を有し、
前記電動機の回転軸は、対向する前記ブームまたは／および前記アームに対して、前記送りねじ装置の送りねじ軸より離れた位置に設置されることを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械において、
前記電動リニアアクチュエータは、送りねじ軸と直動ナットとを有する送りねじ装置を並列に二つと、二つの前記送りねじ装置の直動ナットの移動に伴って往復運動する一つのピストンと、二つの前記送りねじ装置を駆動し、回転軸を有する一つの電動機と、を有すること特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項２に記載の建設機械において、
前記電動機の回転軸は、二つの前記送りねじ装置の送りねじ軸に並列に形成されることを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項２に記載の建設機械において、
前記電動機の回転軸は、二つの前記送りねじ装置の送りねじ軸の間の中央法線上に形成されること特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項２に記載の建設機械において、
二つの前記送りねじ装置の送りねじ軸と一つの前記電動機の回転軸とを接続する歯車を有することを特徴とする建設機械。
【請求項６】
請求項５に記載の建設機械において、
前記歯車は、前記電動機の回転軸の回転数を減速して前記送りねじ装置の送りねじ軸の回転数とする減速歯車であることを特徴とする建設機械。
【請求項７】
請求項２に記載の建設機械において、
前記送りねじ装置の稼動時に前記直動ナットへの荷重を緩和する衝撃緩和制御を備える制御装置を有することを特徴とする建設機械。
【請求項８】
請求項７に記載の建設機械において、
前記衝撃緩和制御は、前記直動ナットの速度および加速度に基づいて、前記バケットが掘削対象に衝突する際に必要なブレーキ力を算出し、前記直動ナットの荷重を前記直動ナットの荷重限界値以内に抑制する制御であることを特徴とする建設機械。
【請求項９】
請求項８に記載の建設機械において、
前記衝撃緩和制御は、前記直動ナットの速度および加速度に基づいて、衝突時間を演算し、前記衝突時間および衝突時速度から前記直動ナットの荷重を演算することを特徴とする建設機械。
【請求項１０】
送りねじ軸と直動ナットとを有する送りねじ装置を並列に二つと、二つの前記送りねじ装置の直動ナットの移動に伴って往復運動する一つのピストンと、二つの前記送りねじ装置を駆動し、回転軸を有する一つの電動機と、を有し、
前記電動機の回転軸は、二つの前記送りねじ装置の送りねじ軸の間の中央法線上であって二つの前記送りねじ装置の送りねじ軸を結ぶ直線よりずれて形成されると共に、二つの前記送りねじ装置の送りねじ軸に並列に形成される電動リニアアクチュエータを搭載した建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動リニアアクチュエータを直動駆動部分に用いた建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動リニアアクチュエータを直動駆動部分に用いた建設機械が、特許文献１に記載されている。【０００３】
特許文献１には、駆動源を油圧シリンダで構成するパワーショベル等の掘削機能を有する建設装置において、油圧シリンダを電動機で駆動する電動リニアアクチュエータに置き換えることが記載されている。【０００４】
また、建設機械に関するものではないが、一つの電動機を用いて二つの送りねじ装置を駆動した電動リニアアクチュエータが、特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３００１３１号公報
【特許文献２】特開２００２−３０２３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電動リニアアクチュエータをパワーショベルのような建設機械の直動駆動部分に用いる場合、直動駆動部分の推進力を得るため、大きな電動機トルクが必要となる。【０００７】
電動機の電動機トルクを大きくするために、電動機の尺方向（軸方向）を大きくすると、パワーショベルのブームやアームに搭載することが難しくなる。構造上、パワーショベルのブームやアーム上ではその設置長さに制限があるため、必要な軸長が確保できないためである。【０００８】
また、電動機の電動機トルクを大きくするために、電動機の径方向を大きくしても、やはり、パワーショベルのブームやアームに搭載することが難しい。構造上、パワーショベルのブームやアーム上ではその設置幅にも制限があるため、必要な径方向の大きさが確保できないためである。【０００９】
特許文献１には、電動リニアアクチュエータが建設機械として十分な推進力が得られるか否か、の記載はない。【００１０】
また、特許文献２は電動式テーブルリフト装置に関するものであり、当然ながら、電動リニアアクチュエータがパワーショベルのブームやアーム上に設置できるか否か、の記載はない。【００１１】
そこで、本発明は、建設機械に搭載可能であり、十分な推進力を有する電動リニアアクチュエータを搭載した建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施態様は、ブーム、アーム、バケットを有する建設機械であって、これらブーム、アーム、バケットのうち少なくとも一つを、電動リニアアクチュエータを用いて駆動するものである。【００１３】
そして、電動リニアアクチュエータは、送りねじ軸と直動ナットとを有する送りねじ装置と、送りねじ装置の直動ナットの移動に伴って往復運動するピストンと、送りねじ装置を駆動し、回転軸を有する電動機と、を有する。【００１４】
こうした電動リニアアクチュエータを建設機械に搭載する場合には、電動リニアアクチュエータはブームまたは／およびアームに対向して設置され、電動機の回転軸は、対向するブームまたは／およびアームに対して、送りねじ装置の送りねじ軸より離れた位置に設置される。こうすることにより、構造上、特に設置幅の制限をクリアし、パワーショベルのブームやアームに搭載可能となる。【００１５】
また、電動機の回転軸を送りねじ装置の送りねじ軸に並列に形成する。こうすることにより、構造上、特に設置長さの制限をクリアし、パワーショベルのブームやアームに搭載可能となる。【００１６】
さらに好ましい本発明の一実施態様は、電動リニアアクチュエータが、送りねじ軸と直動ナットとを有する送りねじ装置を並列に二つと、二つの送りねじ装置の直動ナットの移動に伴って往復運動する一つのピストンと、二つの送りねじ装置を駆動し、回転軸を有する一つの電動機と、を有するものである。こうすることにより、つまり、一つのピストンを二つの送りねじ装置で往復運動させることにより、パワーショベルのブームやアームやバッケットを駆動するために十分な推進力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、パワーショベル等の建設機械における直動駆動部分に搭載することができ、十分な推進力を有する電動リニアアクチュエータを搭載した建設機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】パワーショベルの外観構成図である。
【図２】パワーショベルのシステムの概略図である。
【図３】電動リニアアクチュエータの構成図である。
【図４】パワーショベルに搭載される制御装置の概略ブロック図である。
【図５】衝撃緩和制御部の概略ブロック図である。
【図６】衝撃緩和制御の動作説明図である。
【図７】衝撃緩和制御の有無における動作比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【００２０】
本実施例では、電動リニアアクチュエータを直動駆動部分に用いる建設機械の例として、パワーショベルを説明する。
【００２１】
図１は、パワーショベルの外観構成図である。
【００２２】
パワーショベル１０の移動部分は、主に、ブーム１０１、アーム１０２、バケット１０３、クローラ１０４、旋回体１０５である。
【００２３】
ブーム１０１、アーム１０２、バケット１０３は、直動駆動する電動リニアアクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃによってそれぞれ駆動する。
【００２４】
電動リニアアクチュエータ２０ａはブーム１０１の側面に、電動リニアアクチュエータ２０ｂはブーム１０１の上面に、電動リニアアクチュエータ２０ｃはアーム１０２の上面にそれぞれ対向して設置されている。
【００２５】
なお、本実施例では、電動リニアアクチュエータ２０ａはブーム１０１の側面に対向して設置されているが、パワーショベルの機種によっては、電動リニアアクチュエータ２０ａがブーム１０１の裏面（下面）に対向して設置される場合もある。
【００２６】
また、電動リニアアクチュエータ２０ｂにおいて、ブーム１０１の上面に対して、近い位置に送りねじ装置２０ｂａが設置され、離れた位置に電動機２０ｂｃが設置されている。同様に、電動リニアアクチュエータ２０ｃにおいて、アーム１０２の上面に対して、近い位置に送りねじ装置２０ｃａが設置され、離れた位置に電動機２０ｃｃが設置されている。なお、電動リニアアクチュエータ２０ａにおいては、図示されていないが、アーム１０２の側面に対して、近い位置（紙面奥）に送りねじ装置が設置され、離れた位置（紙面手前）に電動機が設置されている。
【００２７】
つまり、電動機は、対向するブームまたは／およびアームに対して、送りねじ装置よりも離れた位置に設置されている。
【００２８】
なお、ブーム１０１を駆動する電動リニアアクチュエータ２０ａは、旋回体１０５とブーム１０１とに接続され、電動リニアアクチュエータ２０ａが駆動することにより、ブーム１０１は上下に運動する。
【００２９】
また、アーム１０２を駆動する電動リニアアクチュエータ２０ｂは、ブーム１０１とアーム１０２とに接続され、電動リニアアクチュエータ２０ｂが駆動することにより、アーム１０２が運動する。
【００３０】
また、バケット１０３を駆動する電動リニアアクチュエータ２０ｃは、アーム１０２とバケット駆動関節１０３１とに接続され、電動リニアアクチュエータ２０ｃが駆動することにより、バケット１０３が運動する。
【００３１】
すなわち、ブーム１０１は、旋回体１０５とブーム１０１とに接続された電動リニアアクチュエータ２０ａのピストン２０ａａが直動駆動することにより動作する。同様に、アーム１０２は、ブーム１０１とアーム１０２とに接続された電動リニアアクチュエータ２０ｂのピストン２０ｂｂが直動駆動することにより動作する。同様に、バケット１０３は、アーム１０２とバケット１０３とに接続された電動リニアアクチュエータ２０ｃのピストン２０ｃｃが直動駆動することにより動作する。
【００３２】
なお、クローラ１０４、旋回体１０５は、図１には図示していない電動モータによって、または／および、図１には図示していない油圧モータによって駆動する。
【００３３】
図２は、パワーショベルのシステムの概略図である。
【００３４】
クローラ１０４、旋回体１０５は、電動モータ３０ａ、３０ｂで駆動する。ここでは、クローラ１０４、旋回体１０５が、油圧モータではなく、電動モータ３０ａ、３０ｂで駆動する場合を示している。
【００３５】
電動リニアアクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃと電動モータ３０ａ、３０ｂとは、原動機４０によって発電機５０を回転させて発電した電力を、各電動リニアアクチュエータおよび各電動モータを駆動するインバータ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅへ供給することにより駆動する。なお、発電機５０と各インバータとを接続する線は電力線である。
【００３６】
また、各インバータに対する制御は、制御装置７０が司る。制御装置７０は、オペレータのレバー操作量やペダル操作量から、各インバータを介して、各電動リニアアクチュエータおよび各電動モータへ、トルク指令を伝達する。なお、制御装置７０と各インバータとを接続する線は信号線である。
【００３７】
図３は、電動リニアアクチュエータの構成図である。
【００３８】
なお、図３（Ａ）は電動リニアアクチュエータ２０の上面概略図であり、図３（Ｂ）は電動リニアアクチュエータ２０の底面概略図であり、図３（Ｃ）は電動リニアアクチュエータ２０の横面概略図である。
【００３９】
以下、図３（Ａ）の電動リニアアクチュエータ２０の上面概略図を用いて説明する。
【００４０】
電動リニアアクチュエータ２０は、送りねじ軸２１と送りねじ軸２１上を直動駆動する直動ナット２２とを有する送りねじ装置を並列に二つ形成する。
【００４１】
つまり、送りねじ軸２１を２本並行に配置し、送りねじ軸２１の１本ずつに、送りねじ軸２１の回転運動を直線運動に変換する直動ナット２２を螺合して備える。直動ナット２２は、例えばボールやロール等を備え、螺旋状に溝が形成された送りねじ軸２１上を往復運動する。例えば、送りねじ軸２１が右回転した場合、直動ナット２２が前進し、送りねじ軸２１が左回転した場合、直動ナット２２が後進する。
【００４２】
そして、一つのピストン２３は、二つの直動ナット２２の移動に伴って往復運動する。ピストン２３は、例えば、パワーショベル１０のブーム１０１やアーム１０２やバケット１０３を駆動するピストン（図１上の２０ａｂ、２０ｂｂ、２０ｃｂ）となる。
【００４３】
本実施例で説明する電動リニアアクチュエータ２０は、送りねじ軸２１を複数本（説明上は２本）配置することにより、大きい推力を発生することができる。
【００４４】
また、電動機２４は、二つの送りねじ軸２１に並列に形成される。並列とは、電動機２４の回転軸２５と二つの送りねじ軸２１とを接続する歯車２６の設置位置に対して、二つの送りねじ軸２１と同方向に形成するとの意味である。
【００４５】
これにより、電動機２４の尺方向を大きくすることができるため、電動機２４の電動機トルクを大きくすることもできる。また、パワーショベル１０のブーム１０１やアーム１０２の長さを有効に利用することができるため、搭載も可能になる。
【００４６】
なお、ピストン２３との関係を考慮すると、電動機２４の回転軸２５の軸方向の長さは、二つの送りねじ軸２１の軸長以下とすることが好ましい。
【００４７】
また、ピストン２３には、ピストン２３にかかる衝撃力を緩和する衝撃緩和装置２７が形成される。この衝撃緩和装置２７は、例えば、ばね等の弾性体で形成される。パワーショベル１０は、一般的に掘削作業をするが、この掘削作業の際にパワーショベル１０のバケット１０３は掘削対象に衝突し、ピストン２３、さらにはピストン２３と接続されている直動ナット２２に衝撃力がかかる。この衝撃力を衝撃緩和装置２７が緩和することになる。
【００４８】
なお、ピストン２３は、ピストン２３が伸びる場合（直動ナット２２が前進する場合）のみならず、ピストン２３が縮む場合（直動ナット２２が後進する場合）にも、負荷がかかる場合がある。こうしたいずれの場合にも、この衝撃緩和装置２７はピストン２３にかかる衝撃力を緩和することができる。
【００４９】
以下、図３（Ｂ）の電動リニアアクチュエータ２０の底面概略図を用いて説明する。
【００５０】
電動機２４の回転軸２５は、電動機２４の電動機トルクを、できる限り均等に、二つの送りねじ軸２１に伝達するため、二つの送りねじ軸２１の間の中央法線上に形成される。
【００５１】
そして、電動機２４の回転軸２５は、二つの送りねじ軸２１を結ぶ直線よりずれて形成される。なお、本実施例では、電動機２４の回転軸２５は、二つの送りねじ軸２１を結ぶ直線より、紙面上、左側にずれて形成されている。
【００５２】
言い換えると、送りねじ軸２１の設置点と回転軸２５の設置点とは、送りねじ軸２１の設置点を底辺の両側の点とし、回転軸２５の設置点を頂点とした２等辺三角形の関係にある。
【００５３】
電動リニアアクチュエータ２０を、パワーショベル１０のブーム１０１やアーム１０２に搭載する場合には、紙面上、右側にブーム１０１やアーム１０２が形成されることになる。つまり、電動機２４の回転軸２５は、対向するブーム１０１やアーム１０２に対して、二つの送りねじ軸２１を結ぶ直線より離れた位置に（ずれて）設置されることになる。
【００５４】
これにより、電動機２４の径方向を大きくすることができるため、電動機２４の電動機トルクを大きくすることもできる。また、パワーショベル１０のブーム１０１やアーム１０２の幅を有効に利用することができるため、搭載も可能になる。
【００５５】
さらに、二つの送りねじ軸２１と電動機２４の回転軸２５とは、歯車２６によって接続される。歯車２６は、電動機２４の電動機トルクを送りねじ軸２１に駆動トルクとして伝達するものである。
【００５６】
なお、本実施例では、回転軸２５に形成された歯車２６と二つの送りねじ軸２１に形成された歯車２６との間には、中間歯車２９が形成される。つまり、電動機２４の電動機トルクは、回転軸２５に形成された歯車２６、中間歯車２９、二つの送りねじ軸２１に形成された歯車２６を介して、送りねじ軸２１に伝達される。
【００５７】
そして、電動機２４のサイズ（尺方向及び径方向の大きさ）を縮小化し、より一層、駆動トルクを増加させるためには、歯車２６を減速歯車とすることが好ましい。つまり、回転軸２５の回転数よりも送りねじ軸２１の回転数を小さくする。回転軸２５の回転数は、回転軸２５に形成された歯車２６、中間歯車２９、二つの送りねじ軸２１に形成された歯車２６を介する過程で減速され、送りねじ軸２１の回転数となる。
【００５８】
また、一つのピストン２３と二つの直動ナット２２とは、部材２８により、結合される。
【００５９】
なお、図示はないが、この部材２８を、一つのピストン２３と、部材２８と二つの直動ナット２２とに、それぞれボルト等により回転可能に結合することもできる。部材２８が、一つのピストン２３や二つの直動ナット２２と回転可能に結合されることにより、二つの直動ナット２２の移動が、それぞれの送りねじ軸２１上で、万一、不均一になった場合にも、ピストン２３をバランスよく往復運動させることができるためである。
【００６０】
以下、図３（Ｃ）の電動リニアアクチュエータ２０の底面概略図を用いて説明する。
【００６１】
ブーム１０１やアーム１０２は、電動リニアアクチュエータ２０に対して、紙面上、下側に形成される。そして、電動機２４の回転軸２５は、対向するブーム１０１やアーム１０２に対して、送りねじ軸２１より離れた位置に設置される。つまり、電動機２４の回転軸２５は、二つの送りねじ軸２１を結ぶ直線（この直線は紙面に対して垂直方向に存在する）よりずれて形成される。
【００６２】
なお、二つの送りねじ軸２１と電動機２４の回転軸２５とは、本方向から俯瞰した場合にも、並列に形成される。
【００６３】
次に、パワーショベル１０に搭載される制御装置７０の機能について説明する。特に、ここで説明する制御装置７０の機能は、ピストン２３にかかる衝撃力を緩和するためのものである。つまり、制御装置７０は、送りねじ装置が稼動している時に、直動ナット２２への荷重を緩和する衝撃緩和制御を備えるものである。
【００６４】
図４はパワーショベルに搭載される制御装置７０の概略ブロック図である。
【００６５】
なお、回転軸２５と一方の送りねじ軸２１との間に形成する歯車２６と回転軸２５と他方の送りねじ軸２１との間に形成する歯車２６との慣性モーメントを等しくすることにより、二つの送りねじ軸２１の間の総合慣性モーメントを等しくすることができ、制御上、一つの送りねじ軸とみなすことができる。
【００６６】
本実施例では、こうした条件に基づいて、電動リニアアクチュエータ２０のトルク指令を制御する。
【００６７】
本実施例におけるパワーショベル１０は、ブーム１０１やアーム１０２やバケット１０３の駆動に電動リニアアクチュエータ２０が使用されているが、ここでは、代表してアーム１０２の駆動用の電動リニアアクチュエータ２０のトルク指令の制御方法について説明する。
【００６８】
制御装置７０は、操作レバーの操作量から、アーム１０２の駆動用の電動リニアアクチュエータ２０のトルク指令１を演算するトルク指令変換部７０ａと、直動ナット２２の速度ｖｎから、ピストン２３の衝突状態を判定し、衝突信号を演算する衝突検知部７０ｂと、ピストン２３が衝突状態であるとき、直動ナット２２への荷重を限界値以内に制御するため最終的なトルク指令２（インバータ５１ｂに対するトルク指令）を演算する衝撃緩和制御部７０ｃと、を備えている。
【００６９】
こうした構成を有する制御装置７０を用いることにより、電動リニアアクチュエータ２０の動作時の直動ナット２２への衝撃力を緩和することができる。
【００７０】
ここでは、直動ナット２２およびピストン２３を前方に追い出したときの衝撃緩和制御について説明する。
【００７１】
ここで、直動ナット２２の速度ｖｎは、電動機２４の回転軸２５の回転数に基づいて演算されるものである。回転数とは、単位時間あたりの回転数であり、回転速度と言い換えることもできる。この回転速度と直動ナット２２が直動する速度とは比例する。
【００７２】
衝突検知部７０ｂは、直動ナット２２の速度ｖｎを入力し、直動ナット２２の速度ｖｎ（以下、ナット速度ｖｎと称する）から、直動ナット２２の速度ｖｎを微分して得られる直動ナット２２の加速度ａｎ（以下、ナット加速度ａｎと称する）を算出する。
【００７３】
ナット加速度ａｎは、ナット速度ｖｎを、例えば制御周期ごとにサンプリングし、速度の現在値と速度の前回値との差分を、制御周期（周期時間）で除算し、算出する。
【００７４】
制御周期をΔｔ、現在のナット速度をｖｎ、前回のナット速度をｖｎ−１とすると、ナット加速度ａｎは次式で算出される。
ａｎ＝(ｖｎ−(ｖｎ−１))／Δｔ
【００７５】
また、衝突検知部７０ｂは、トルク指令１を入力する。
【００７６】
そして、算出されたナット加速度ａｎがトルク指令１に反して低下したときには、バケット１０３が掘削対象に衝突したと判定して、衝突の有無を示す衝突信号を出力する。なお、この際、直動ナット２２の速度ｖｎがゼロになるまで、衝突信号は解除しないものとする。
【００７７】
図５は、衝撃緩和制御部の概略ブロック図である。図５を用いて衝撃緩和制御部７０ｃの信号処理を説明する。
【００７８】
衝撃緩和制御部７０ｃでは、衝突信号、ナット速度ｖｎ、および、ナット加速度ａｎから、ブレーキトルク指令演算部７０ｃ１において、ブレーキトルク指令を演算する。
【００７９】
判断部７０ｃ２では、ブレーキトルク指令があるかないか、衝突信号があるかないかを判断し、その結果を切替部７０ｃ３に出力する。
【００８０】
切替部７０ｃ３では、判断部７０ｃ２の判断に基づいて、ブレーキトルク指令またはトルク指令１をトルク指令２として出力する。
【００８１】
つまり、ブレーキトルク指令がゼロではなく、正または負の指令が出力されており、衝突信号がある場合には、トルク指令１に代えて、ブレーキトルク指令をトルク指令２として出力する。
【００８２】
ブレーキトルク指令がゼロではなく、正または負の指令が出力されており、衝突信号がない場合、または、ブレーキトルク指令がゼロであり、衝突信号がある場合には、トルク指令１をトルク指令２として出力する。
【００８３】
この衝撃緩和制御は、直動ナット２２への荷重が、直動ナット２２の衝撃限定を超えない範囲で最大となるように制御するものであり、直動ナット２２への荷重を最大限掘削に利用するものである。
【００８４】
このように、制御装置７０によって生成されたトルク指令２は、制御装置７０に接続されるインバータ５１ｂによって、電流指令を介して電圧指令に変換され、電動リニアアクチュエータ２０の電動機２４に付与される。
【００８５】
図６は、衝撃緩和制御の動作説明図である。図６を用いて、図５に記載されるブレーキトルク指令演算部７０ｃ１におけるブレーキトルク指令の演算方法を説明する。図６は、ナット速度ｖｎ、ナット加速度ａｎ、ナット荷重Ｆｎを模式的に示したものである。
【００８６】
時間ｔ１で、バケット１０３が掘削対象に衝突し、ナット加速度ａｎが減少し始め、ナット荷重Ｆｎが上昇し始める。
【００８７】
時間ｔ２で、衝突信号が入力され、ブレーキトルク指令の演算を始める。時間ｔ１と時間ｔ２との間隔に特に関連性は無く、動作としてバケット１０３が掘削対象に衝突した時間が時間ｔ１であり、制御装置７０の衝突検知部７０ｂが衝突と認識した時間が時間ｔ２である。
【００８８】
時間ｔ２のときのナット速度ｖ２から、ナット加速度ａ２を演算し、さらに、時間ｔ２より一定時間が経過した時間ｔ３におけるナット加速度ａ３を演算する。ここで、一定時間は、制御装置７０の制御周期Δｔまたは予め設定された時間であり、数ミリ秒程度である。
【００８９】
そして、ナット加速度ａ２とナット加速度ａ３とを用いて、衝突時のナット加速度の近似式ａ(ｔ)を、式（１）を用いて求める。
ａ(ｔ)＝(Δａ／Δｔ)ｔ＋ａ２
＝(ａ３−ａ２)／(ｔ３−ｔ２)×ｔ＋ａ２         …式（１）
【００９０】
次に、ナット加速度の近似式ａ（ｔ）からナット速度の近似式ｖ（ｔ）を、式（２）を用いて求める。
ｖ(ｔ)＝ｖ２＋∫ａ(ｔ)ｄｔ
＝ｖ２＋(１／２)×(Δａ／Δｔ)ｔ2＋ａ２ｔ      …式（２）
【００９１】
衝突信号が入力される時間ｔ２からナット速度ｖｎがゼロとなる時間ｔ４までの時間を、衝突時間Δｔｉとすると、衝突時間Δｔｉは、時間ｔ２のときのナット速度がｖ２、時間ｔ４のときのナット速度が０（ゼロ）であることから演算することができる。
【００９２】
つまり、衝突時間Δｔｉは、次式で算出される。
Δｔｉ＝[−ａ２−√((ａ２)2−２(Δａ／Δｔ)ｖ２)]／(Δａ／Δｔ)
【００９３】
この衝撃緩和制御は、直動ナット２２の速度および加速度に基づいて、衝突時間Δｔｉを演算し、衝突時間Δｔｉおよび衝突時のナット速度ｖ２から直動ナット２２の荷重を演算するものである。
【００９４】
一方、衝撃緩和制御無しのときに推定される衝突時のナット荷重（衝突時に直動ナット２２にかかる荷重）Ｆｎを、式（３）を用いて求める。
Ｆｎ≒Ｍ×ｖ２×Δｔｉ                                …式（３）
【００９５】
式（３）において、Ｍは、衝突する物体の質量であり、ここでは電動リニアアクチュエータ２０の慣性モーメントを含めた動体質量である。
【００９６】
なお、ナット荷重Ｆｎは、ナット速度ｖｎが０（ゼロ）となる時間ｔ４の時の値を推定したものである。
【００９７】
直動ナット２２の荷重限界値Ｆｎmaxを予め設定すると、必要なブレーキ力Ｆｂは、荷重限界値Ｆｎmaxとナット荷重Ｆｎとの差で表現することができる。
【００９８】
つまり、必要なブレーキ力Ｆｂは、式（４）で算出される。
Ｆｂ＝−(Ｆｎ−Ｆｎmax)                              …式（４）
【００９９】
この衝撃緩和制御は、直動ナット２２の速度および加速度に基づいて、バケット１０３が掘削対象に衝突する際に、必要なブレーキ力Ｆｂを算出し、直動ナット２２の荷重を直動ナットの荷重限界値以内に抑制するものである。
【０１００】
そして、ブレーキ力Ｆｂと送りねじ軸２１のねじ軸ピッチＬとから、ブレークトルク指令Ｔｂを、式（５）を用いて求める。
Ｔｂ＝Ｆｂ×(Ｌ／２π)                                …式（５）
【０１０１】
以上のように、衝突時のブレーキトルク指令Ｔｂを演算することができる。
【０１０２】
こうしたブレーキトルク指令Ｔｂを、電動リニアアクチュエータ２０に対するトルク指令として用いることにより、直動ナット２２にかかる荷重を直動ナット２２の荷重限界値以内に抑えることができる。
【０１０３】
図７は、衝撃緩和制御の有無における動作比較図である。図７を用いて、衝撃緩和制御の効果について説明する。
【０１０４】
衝突があった時間ｔ１から衝撃緩和制御部におけるブレーキトルク指令が演算される時間ｔ３までは、トルク指令Ｔｎは、レバー操作量に基づいて求められるトルク指令、つまりトルク指令１Ｔ１である。
【０１０５】
時間ｔ３からブレーキトルクＴｂが指令されると、つまり「制御あり」の場合は、ナット速度ｖｎの減速度（負の加速度）が「制御なし」の場合より増加する。そして、「制御なし」におけるナット速度がゼロになる時間ｔ４より前の時間でナット速度がゼロになる。
【０１０６】
ナット荷重Ｆｎは、動体質量(Ｍ)×衝突時速度(ｖ２)×衝突時間(Δｔｉ)に基づいて求められるため、衝突時間を短縮することにより、ナット荷重Ｆｎを小さくすることができる。
【０１０７】
なお、ナット速度ｖｎが０（ゼロ）になった後は、衝撃緩和制御が解除され、レバー操作量に基づいて求められるトルク指令、つまり、トルク指令１に戻る。
【０１０８】
このような衝撃緩和制御を採用することにより、衝突時のナット荷重Ｆｎを小さくすることができるため、衝撃緩和装置２７を小型化することができると共に、電動リニアアクチュエータ２０を小型化することができる。
【０１０９】
たとえ、減速歯車２６を用いることにより、電動リニアアクチュエータ２０の慣性モーメントが増大し、衝突時のナット荷重Ｆｎが増大してしまう場合であっても、ナット荷重Ｆｎを小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、ブーム、アーム、バケットを有するパワーショベル等の建設機械に利用できる。
【符号の説明】
【０１１１】
１０  パワーショベル
２０  電動リニアアクチュエータ
７０  制御装置
【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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【国際調査報告】
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