(57)【要約】【課題】掘削力を有効に高められる重心可変装置を提供すること。【解決手段】自走する走行体６と、走行体６の上部に設けられて傾倒中心軸Ｇに対して旋回する旋回体７と、旋回体７の前部に設けられて掘削動作する掘削体１０と、を備える掘削機５に搭載される重心可変装置１００であって、走行体６と旋回体７との間に設けられて、走行体６に対して旋回体７を傾倒させる傾倒機構１０１で構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走する走行体と、前記走行体の上部に設けられて旋回中心軸に対して旋回する旋回体と、前記旋回体の前部に設けられて掘削動作する掘削体と、を備える掘削機に搭載される重心可変装置であって、
前記走行体と前記旋回体との間に設けられて、前記走行体に対して前記旋回体を傾倒させる傾倒機構で構成されることを特徴とする重心可変装置。
【請求項２】
前記走行体に支持されて前記傾倒中心軸に対して回動するターンテーブルを更に備え、
前記傾倒機構は、
前記ターンテーブルの上方に設けられ、前記ターンテーブルに対して傾倒する傾倒テーブルと、
前記ターンテーブルと前記傾倒テーブルとの間に設けられ、伸縮駆動するアクチュエータと、
前記ターンテーブルと前記傾倒テーブルとを、水平方向に延びる傾倒中心軸に対して回動自在に支持する回転支持部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の重心可変装置。
【請求項３】
前記掘削体は、流体圧により駆動する駆動シリンダを含み、
前記アクチュエータの伸縮駆動を制御するコントローラと、
前記駆動シリンダが駆動する際の流体圧を検出する駆動圧検出器と、を更に備え、
前記コントローラは、
前記駆動圧検出器によって検出された流体圧が所定の流体圧以上であった場合に、前記アクチュエータを伸長させることを特徴とする請求項２に記載の重心可変装置。
【請求項４】
前記アクチュエータの伸縮駆動を制御するコントローラと、
前記掘削機の姿勢を検出する姿勢検出器と、を更に備え、
前記コントローラは、
前記姿勢検出器によって検出された姿勢が水平面に対して所定の角度以上であった場合に、前記アクチュエータを伸長させることを特徴とする請求項２に記載の重心可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の掘削機に搭載される重心可変装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルには、走行する下部走行体の上部に上部旋回体が旋回可能に設けられる。上部旋回体には、掘削作業を行う掘削体が設けられるとともに、掘削体と釣り合う重量を持つカウンタウェイトが設けられる。これにより、油圧ショベルは、重量の釣り合いがとられ、掘削体が前方に振り出されても転倒しないようになっている。
【０００３】
特許文献１には、油圧ショベルの上部旋回体とカウンタウェイトの間にダンパシリンダが介装され、カウンタウェイトが上下動するのに伴ってダンパシリンダが伸縮作動して上部旋回体の揺れを抑える装置が開示されている。
【０００４】
上記装置は、上部旋回体の後部に取り付けられる加速度センサと、加速度センサからの信号に応じてダンパシリンダの油室に導かれる圧力を制御するコントローラと、を備えている。コントローラは、加速度センサからの信号に応じて上部旋回体の揺れを検出したときに、ダンパシリンダの油室に油圧源から供給される加圧作動油を導くように制御する。これにより、掘削作業時に上部旋回体の揺れが生じたときに、カウンタウェイトがダンパシリンダによって下方向に動かされ、上部旋回体の揺れを抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の装置にあっては、カウンタウェイトが上下方向に動かされて油圧ショベルの重心が上下方向に移動するが、掘削力を有効に高められないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、掘削力を有効に高められる重心可変装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、自走する走行体と、走行体の上部に設けられて旋回中心軸に対して旋回する旋回体と、旋回体の前部に設けられて掘削動作する掘削体と、を備える掘削機に搭載される重心可変装置であって、走行体と旋回体との間に設けられて、走行体に対して旋回体を傾倒させる傾倒機構で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、傾倒機構が走行体に対して旋回体を傾倒させるので、重心可変装置が搭載される掘削機の重心を前後左右方向（水平面方向）に移動させることができる。これにより、例えば、傾倒機構によって走行体に対して旋回体を前方向に傾倒させると、掘削機の重心が前方に移動するので、掘削体による掘削力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削機の側面図である。
【図２】掘削作業時を示す掘削機の側面図である。
【図３】走行体及び傾倒機構の斜視図である。
【図４】掘削作業時を示す走行体及び傾倒機構の斜視図である。
【図５】重心可変装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１、図２に示すように、掘削機（油圧ショベル）５は、走行する走行体（下部走行体）６と、走行体６の上部で旋回する旋回体（上部旋回体）７と、旋回体７から前方に延びて土砂等を掘削する掘削体１０と、を備える。
【００１３】
走行体６は、左右のクローラ装置９と、左右のクローラ装置９を支持する車体４と、を備える。クローラ装置９は、クローラベルト（履帯）１９を循環させて走行する。
【００１４】
旋回体７は、後述するターンテーブル４０の作動によって走行体６に対して鉛直軸まわりに旋回する。旋回体７には、掘削体１０と、運転室２０と、カウンタウェイト２１と、図示しないエンジン、燃料タンク、バッテリ、油圧源等と、が搭載される。
【００１５】
なお、「鉛直軸」は、掘削機５が水平面上にある状態で、掘削機５の鉛直方向に延びる軸を意味する。
【００１６】
掘削体１０は、旋回体７の左右方向に延びる水平軸まわりに回動自在に支持されるブーム１１と、ブーム１１の先端部に回動自在に支持されるアーム１２と、アーム１２の先端部に回動自在に支持されて土砂等を掘削するバケット１３と、を備える。ブーム１１、アーム１２、バケット１３は、それぞれ駆動シリンダ（図示省略）によって駆動される。
【００１７】
なお、「水平軸」は、掘削機５が水平面上にある状態で、掘削機５の水平方向に延びる軸を意味する。
【００１８】
カウンタウェイト２１は、旋回体７の後方に固定して設けられる。カウンタウェイト２１の重量が掘削体１０及び運転室２０等の重量と釣り合うことにより、掘削機５の転倒が防止される。
【００１９】
掘削機５は、走行体６を駆動して走行し、掘削作業に際して足場となる場所に移動する。掘削作業時に、走行体６による走行を停止し、旋回体７を旋回させて掘削体１０を掘削する方向に向ける。旋回体７が旋回を停止した状態で、掘削体１０のブーム１１、アーム１２、バケット１３をそれぞれ作動させることによってバケット１３が土砂等に押し込まれた後に、バケット１３を回動させて掘削した土砂等をすくい取る。その後、旋回体７を旋回させて掘削体１０を他方向に向け、バケット１３を掘削時と逆方向に回動させることによってすくい取った土砂等を放出する。掘削作業時には、こうした掘削体１０の動作が繰り返し行われる。
【００２０】
上記バケット１３を土砂等に押し込む掘削時において、土砂等が固い場合には、バケット１３が土砂等から受ける反力によって掘削体１０と共に旋回体７の前部が上向きに回動して掘削機５の前部が浮き上がろうとする。
【００２１】
上記掘削機５の前部が浮き上がることを抑えるために、掘削機５には、掘削体１０の動作に連動して旋回体７の重心を可変とする重心可変装置１００が設けられる。重心可変装置１００は、図２に示すように旋回体７を水平軸まわりに傾倒させる傾倒機構１０１と、後述するコントローラ７０と、圧力センサ７５と、傾斜角度センサ７６と、を備える。
【００２２】
バケット１３を土砂等に押し込む掘削時に、傾倒機構１０１の作動によって旋回体７が前方に傾倒して停止する。このときに旋回体７の重心が前方に移動するので、掘削機５の前部が浮き上がることを抑えられるとともに、バケット１３を土砂等に押し込む掘削力が高められる。
【００２３】
以下、傾倒機構１０１の具体的な構成について説明する。
【００２４】
傾倒機構１０１は、走行体６に支持されて旋回中心軸Ｏを中心として回動するターンテーブル４０と、ターンテーブル４０の前部に支持されて水平方向に延びる傾倒中心軸Ｇを中心として回動する傾倒テーブル５０と、を備える。
【００２５】
図３及び図４に示すように、ターンテーブル４０は、車体４にベアリング（図示省略）を介して旋回中心軸Ｏを中心として回動自在に支持される。
【００２６】
ターンテーブル４０を回動させる駆動機構として、車体４に固定される環状のラック４２と、ラック４２に噛み合うピニオン（図示省略）を回転駆動する油圧モータ４３（図５参照）と、が設けられる。油圧モータ４３によってピニオンが回転駆動されることにより、ラック４２に噛み合うピニオンが周方向に移動し、ターンテーブル４０が旋回中心軸Ｏを中心として回動する。
【００２７】
プレート状の傾倒テーブル５０には、旋回体７が搭載されるとともに、左右の支持板５７、５８が上方向に突出するように設けられる。左右の支持板５７の間にブーム１１の基端部が回動自在に支持される。支持板５７、５８の間にブーム１１を駆動する油圧シリンダの基端部が回動自在に支持される。
【００２８】
ターンテーブル４０の前端部には、傾倒テーブル５０を回動自在に支持する回転支持部として左右のヒンジ５９が設けられる。傾倒テーブル５０は、左右のヒンジ５９を介して水平左右方向に延びる傾倒中心軸Ｇを中心として回動自在に支持される。
【００２９】
傾倒テーブル５０を回動させる回動機構６０として、ターンテーブル４０の後部と傾倒テーブル５０の後部との間で伸縮する左右の油圧シリンダ５３が設けられる。傾倒テーブル５０の後部には、左右の支持柱５６が上方向に突出するように設けられる。左右の油圧シリンダ５３は、シリンダ基端部がターンテーブル４０の後部に連結され、ロッド先端部が左右の支持柱５６に連結される。左右の油圧シリンダ５３が同期して伸縮作動することにより、傾倒テーブル５０が傾倒中心軸Ｇを中心として回動する。
【００３０】
走行体６に対して旋回体７を傾倒させる傾倒機構は、上述した構成に限らず、傾倒テーブル５０がヒンジ５９を介して回動する構成に限らず、例えば傾倒テーブルを４本の油圧シリンダによって支持する構成としてもよい。
【００３１】
図５に示すように、油圧モータ４３、左右の油圧シリンダ５３には、油圧源（図示省略）に通じた油圧通路４５、５５がそれぞれ接続される。油圧通路４５、５５には、電磁切換弁４４、５４がそれぞれ介装される。
【００３２】
電磁切換弁４４は、ポジションａ、ｂ、ｃを有し、油圧モータ４３に対する作動油の給排を切換える。作動ポジションａでは、油圧源からの作動油が油圧通路４５を通じて油圧モータ４３を一方向に回転させるように導かれる。停止ポジションｂでは、油圧通路４５が遮断されることにより、油圧モータ４３の回転作動が停止される。作動ポジションｃでは、油圧源からの作動油が油圧通路４５を通じて油圧モータ４３を逆方向に回転させるように導かれる。
【００３３】
油圧モータ４３に給排される油圧通路４５における作動油の流れ方向が電磁切換弁４４によって切り換えられることにより、油圧モータ４３が正逆両方向に回転作動する。油圧モータ４３は、前述したように、ラック４２に噛み合うピニオンを介してターンテーブル４０を回動させる。
【００３４】
電磁切換弁５４は、ポジションｄ、ｅ、ｆを有し、油圧シリンダ５３に対する作動油の給排を切換える。作動ポジションｄでは、油圧源からの作動油が油圧通路５５を通じて油圧シリンダ５３を伸長作動させるように導かれる。停止ポジションｅでは、油圧通路５５が遮断されることにより、油圧シリンダ５３の伸縮作動が停止される。作動ポジションｆでは、油圧源からの作動油が油圧通路５５を通じて油圧シリンダ５３を収縮作動させるように導かれる。
【００３５】
左右の油圧シリンダ５３に給排される油圧通路５５における作動油の流れ方向が電磁切換弁５４によって切り換えられることにより、左右の油圧シリンダ５３が伸縮作動する。左右の油圧シリンダ５３は、前述したように、傾倒テーブル５０が傾倒中心軸Ｇを中心として回動させる。
【００３６】
なお、上述した構成に限らず、油圧モータ４３、油圧シリンダ５３の代わりに電動アクチュエータを設けてもよい。
【００３７】
重心可変装置１００は、電磁切換弁４４、５４のポジション及び開度を制御するコントローラ７０を備える。
【００３８】
コントローラ７０は、運転者によって操作される操作レバー７４から出力される旋回指令信号Ｔ、掘削指令信号Ｓを受信するとともに、圧力センサ７５から出力される駆動圧検出信号Ｐ、傾斜角度センサ７６から出力される傾斜角度検出信号Ａを受信し、これらの信号に応じて傾倒機構１０１の作動を制御する。
【００３９】
旋回指令信号Ｔは、運転者による操作レバー７４の操作に基づいて旋回体７を旋回作動させるときに出力される。
【００４０】
コントローラ７０は、旋回指令信号Ｔに基づいて指令される旋回方向及び旋回速度に応じて電磁切換弁４４のポジション及び開度を制御し、油圧モータ４３の回転方向及び回転速度を制御する。
【００４１】
これにより、傾倒機構１０１では、油圧モータ４３が回転作動することによってターンテーブル４０が旋回中心軸Ｏを中心に回動し、旋回体７を指令された旋回方向及び旋回速度で旋回させる。
【００４２】
掘削指令信号Ｓは、運転者による操作レバー７４の操作に基づいて掘削体１０を掘削作動させるときに出力される。
【００４３】
圧力センサ７５は、土砂等を掘削するバケット１３を駆動する油圧シリンダに導かれる駆動油圧（流体圧）を検出し、駆動油圧に応じた駆動圧検出信号Ｐを出力する。
【００４４】
コントローラ７０は、掘削指令信号Ｓに応じてバケット１３が掘削部に向かう動作時を判定し、駆動圧検出信号Ｐが高まってバケット１３が掘削部（切り羽）に押し込まれる掘削動作に連動して電磁切換弁５４のポジション及び開度を制御し、左右の油圧シリンダ５３を互いに同期して伸長作動させる。こうして傾倒機構１０１が旋回体７及び掘削体１０をピッチング前方向に回動させて、旋回体７及び掘削体１０を図１、図３に示す姿勢から図２、図４に示す姿勢に切換えて停止させる。これにより、旋回体７及び掘削体１０に働くピッチング方向の慣性力によって掘削機５の前部が浮き上がることを抑えられ、バケット１３を土砂等に押し込む掘削力が高められる。
【００４５】
また、コントローラ７０は、掘削指令信号Ｓに応じてバケット１３が掘削部から離れる動作時を判定し、旋回体７をピッチング後方向に回動させて元の姿勢に戻す制御を行う。これにより、鉛直線Ｃと旋回中心軸Ｏとが同軸上に延び、掘削機５が掘削体１０等の重量によって前方へ転倒することが防止される。
【００４６】
なお、コントローラ７０は圧力センサ７５の駆動圧検出信号Ｐに応じて旋回体７及び掘削体１０の動作状態を判定する構成に限らず、旋回体７がピッチング方向に回動する加速度センサの検出信号に応じて旋回体７及び掘削体１０の動作状態を判定する構成としてもよい。
【００４７】
傾斜角度センサ７６は、走行体６が地盤の鉛直線に対して傾斜する傾斜方向及び傾斜角度を検出し、傾斜方向及び傾斜角度に応じた傾斜角度検出信号Ａを出力する。
【００４８】
コントローラ７０は、走行体６の傾斜角度検出信号Ａに応じて傾倒テーブル５０の傾斜角度を制御し、旋回体７の重心移動によって旋回体７を回転中心軸Ｏと地盤の鉛直線Ｃに対する傾斜角度を小さくする方向に傾倒させる。掘削機５が坂を上るときには掘削機５の後方に重心がかかる。その場合には、旋回体７を前方に傾倒させることにより、バランスを維持して掘削機５の転倒を未然に防止できる。また、掘削機５が坂を下るときには掘削機５の前方に重心がかかる。その場合であっても、旋回体７を後方に回動させることにより、バランスを維持して掘削機５の転倒を未然に防止できる。
【００４９】
上記制御システムでは、掘削機５の姿勢を検出する検出器として、走行体６が地盤の鉛直線Ｃに対して傾斜する傾斜角度を検出する傾斜角度センサ７６を用いる。なお、これに限らず、掘削機５の姿勢を検出する検出器として、旋回体７が地盤の鉛直線Ｃに対して傾斜する傾斜角度を検出する傾斜角度センサを用いてもよい。
【００５０】
以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【００５１】
〔１〕掘削機５の重心可変装置１００は、走行体６と旋回体７との間に設けられて、走行体６に対して旋回体７を傾倒させる傾倒機構１０１で構成されるものとした。
【００５２】
上記構成に基づき、重心可変装置１００では、傾倒機構１０１が走行体６に対して旋回体７を傾倒させるので、重心可変装置１００が搭載される掘削機５の重心を前後左右方向（水平面方向）に移動させることができる。これにより、例えば、傾倒機構１０１によって走行体５に対して旋回体７を前方向に傾倒させると、掘削機５の重心が前方に移動するので、掘削体１０による掘削力を高めることができる。
【００５３】
〔２〕重心可変装置１００は、走行体６に支持されて傾倒中心軸Ｇに対して回動するターンテーブル４０を更に備え、傾倒機構１０１は、ターンテーブル４０の上方に設けられ、ターンテーブル４０に対して傾倒する傾倒テーブル５０と、ターンテーブル４０と傾倒テーブル５０との間に設けられ、伸縮駆動する油圧シリンダ５３（アクチュエータ）と、ターンテーブル４０と傾倒テーブル５０とを、水平方向に延びる傾倒中心軸Ｇに対して回動自在に支持するヒンジ５９（回転支持部）と、を備える構成とした。
【００５４】
上記構成に基づき、重心可変装置１００では、油圧シリンダ５３が伸縮駆動すると、傾倒テーブル５０がターンテーブル４０に対して傾倒中心軸Ｇまわりに回動する。これにより、油圧シリンダ５３が伸長すると、傾倒テーブル５０はターンテーブル４０に対して傾倒する方向に回動する。また、油圧シリンダ５３が収縮すると、傾倒テーブル５０はターンテーブル４０に対して近づく方向に回動する。この結果、傾倒機構１０１によって掘削機５の重心位置を前後方向に移動することができる。従って、掘削機５の姿勢に応じて重心位置を移動できるので、安定した走行及び掘削ができる。
【００５５】
〔３〕掘削体１０は、流体圧により駆動する駆動シリンダを含む。重心可変装置１００は、油圧シリンダ５３の伸縮駆動を制御するコントローラ７０と、駆動シリンダが駆動する際の流体圧を検出する圧力センサ７５（駆動圧検出器）と、を更に備える。コントローラ７０は、圧力センサ７５によって検出された流体圧が所定の流体圧以上であった場合に、油圧シリンダ５３を伸長させる構成とした。
【００５６】
上記構成に基づき、重心可変装置１００では、掘削体１０が例えば土砂等を掘削するときに、駆動シリンダの流体圧が所定の流体圧以上となる。そのときに、コントローラ７０が油圧シリンダ５３を伸長させる。これにより、掘削機５の重心が前方に移動するので、掘削体１０が掘削するときに掘削力を高めることができる。
【００５７】
〔４〕掘削体１０は、流体圧により駆動するシリンダを含む。重心可変装置１００は、油圧シリンダ５３の伸縮駆動を制御するコントローラ７０と、掘削機５の姿勢を検出する傾斜角度センサ７６（姿勢検出器）と、を更に備える。コントローラ７０は、傾斜角度センサ７６によって検出された姿勢が水平面に対して所定の角度以上であった場合に、油圧シリンダ５３を伸長させる構成とした。
【００５８】
上記構成に基づき、掘削機５が坂を上るときには掘削機５の後方に重心がかかる。その場合であっても、重心可変装置１００では、油圧シリンダ５３を伸長させることにより、バランスを維持して掘削機５の転倒を未然に防止できる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００６０】
例えば、重心可変装置１００は運転者に操作されるスイッチを備え、コントローラ７０はスイッチからの信号を受信し、運転者の指令に基づいて傾倒機構１０１の作動を制御する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
Ｃ    鉛直線
Ｏ    旋回中心軸
Ｇ    傾倒中心軸
５    掘削機
６    走行体
７    旋回体
１０    掘削体
４０    ターンテーブル
５０    傾倒テーブル
５３    油圧シリンダ（アクチュエータ）
５９    ヒンジ（回転支持部）
６０    回動機構
７０    コントローラ
７５    圧力センサ（駆動圧検出器）
７６    傾斜角度センサ（姿勢検出器）
１００    重心可変装置
１０１    傾倒機構
【図１】
2015078541.tif 000003
【図２】
2015078541.tif 000004
【図３】
2015078541.tif 000005
【図４】
2015078541.tif 000006
【図５】
2015078541.tif 000007