(57)【要約】【課題】操作部材の操作量が微小であるときには、オペレータが操作部材を所望の位置に静止させやすく、また、操作部材の操作範囲全体では、オペレータの肉体的な疲労を十分に軽減できる油圧操作装置の提供。【解決手段】操作レバー５と、切換弁１４と、操作レバー５と切換弁１４の間に介在して操作レバー５に与えれた操作力を伝達されてスプール１８を操作するロッド９と、ロッド９を初期位置へ付勢するリターンスプリング１１とを備えた油圧操作装置において、ロッド９に受圧面２２を設け、この受圧面２２に出力ポート１７の圧力Ｐｏを導く油路２３を設けて、圧力Ｐｏでロッド９をリターンスプリング１１のばね力Ｆｓに抗する方向へ押圧するようにした。【選択図】図１
2007078085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械に備えられ、手動操作される操作部材と、この操作部材に対応して設けられ弁体を操作されて出力ポートから圧力を出力する切換弁と、前記操作部材と前記切換弁の間に介在して前記切換弁の前記弁体を操作するロッドと、このロッドを初期位置へ付勢するリターンスプリングとを備えた作業機械の油圧操作装置において、
前記リターンスプリングのばね力に抗する方向へ前記ロッドを押圧する力を、前記出力ポートの圧力に応じて生じさせる操作補助手段を備えたことを特徴とする作業機械の油圧操作装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、
前記操作補助手段が、前記ロッドに設けられ、前記出力ポートの圧力が与えられる受圧面と、この受圧面に前記出力ポートの圧力を導く油路とを備えたことを特徴とする作業機械の油圧操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に備えられ、手動操作される操作部材の操作力が伝達されるロッドと、このロッドを初期位置へ付勢するリターンスプリングとを備えた作業機械の油圧操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械の油圧操作装置としては、特許文献１に示す従来技術がある。この従来技術は、手動操作される操作部材、すなわち操作レバーと、この操作レバーに対応して設けられ弁体を操作されて出力ポートから圧力を出力する切換弁と、操作レバーと切換弁の間に介在し、切換弁の弁体を操作するロッドと、このロッドを初期位置へ付勢するリターンスプリングとを備えている。
【０００３】
このように構成された従来技術では、操作レバーが操作されると、この操作レバーに与えられた操作力がロッドに伝達され、ロッドがリターンスプリングを圧縮しつつ切換弁の弁体を操作し、これにより、操作レバーの操作量に対応した圧力が切換弁の出力ポートから出力される。切換弁の出力ポートから出力される圧力は、操作レバーの操作量の増大に伴って高くなる。
【特許文献１】特開２００１−１２４０８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで一般に、油圧操作装置では、操作部材の操作に伴うオペレータの肉体的な疲労を軽減できるようにすることが要望されている。前述した従来技術では、前記要望に応じる処置として、ばね力の小さなリターンスプリングを使用して操作レバー（操作部材）に抗する抵抗力を小さく設定することで、操作レバーの操作に必要な最低限度の力、すなわち操作力を小さく設定することが考えられる。
【０００５】
しかし、このようにすると、操作レバーの操作範囲全体における操作力を均一に小さく設定することになるため、操作レバーの操作量が最大のときの操作力を十分に小さく設定すると、操作量が微小であるときの操作力が小さくなりすぎて、操作レバーの微小操作時にオペレータが操作レバーを所望の位置に静止させにくくなるという不具合が生じる。
【０００６】
本発明は、前述の従来技術の実状を考慮してなされたもので、その目的は、操作部材の操作量が微小であるときに、オペレータが操作部材を所望の位置に静止させやすく、また、操作部材の操作範囲全体では、オペレータの肉体的な疲労を十分に軽減できる作業機械の油圧操作装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔１〕本発明は、前述の目的を達成するために、作業機械に備えられ、手動操作される操作部材と、この操作部材に対応して設けられ弁体を操作されて出力ポートから圧力を出力する切換弁と、前記操作部材と前記切換弁の間に介在して前記切換弁の前記弁体を操作するロッドと、このロッドを初期位置へ付勢するリターンスプリングとを備えた作業機械の油圧操作装置において、前記リターンスプリングのばね力に抗する方向へ前記ロッドを押圧する力を、前記出力ポートの圧力に応じて生じさせる操作補助手段を備えたことを特徴とする。なお、操作部材は、足で操作されるものも含む。
【０００８】
このように構成した本発明では、従来技術と同様に、操作部材が操作されると、この操作部材に与えられた操作力がカムを介してロッドに伝達され、ロッドがリターンスプリングを押し縮めつつ切換弁の弁体を操作し、これにより、操作部材の操作量に対応する圧力が切換弁の出力ポートから出力される。切換弁の出力ポートから出力される圧力は、操作部材の操作量の増大に伴って高くなる。
【０００９】
特に本発明では、操作補助手段が、切換弁の出力ポートの圧力によって、リターンスプリングのばね力に抗する方向へロッドを押圧する。前述したように切換弁の出力ポートの圧力は操作部材の操作量の増大に伴って高くなるから、リターンスプリングのばね力に抗する方向へロッドを押圧する力、すなわち、操作補助手段による操作部材の操作を補助する力は、操作部材の操作量の増大に伴って大きくなる。
【００１０】
つまり、本発明では、操作部材の操作量が微小であるときには、操作補助手段による操作部材の操作を補助する力が小さいから、オペレータが操作部材を所望の位置に静止させやすい十分な操作力を確保でき、また、操作部材の操作範囲全体では、操作部材を補助する力が操作部材の操作量の増大に伴って大きくなるから、オペレータの肉体的な疲労を十分に軽減できる。
【００１１】
〔２〕本発明は、〔１〕記載の発明において、前記操作補助手段が、前記ロッドに設けられ、前記出力ポートの圧力が与えられる受圧面と、この受圧面に前記出力ポートの圧力を導く油路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、操作部材の操作量が微小であるときには、オペレータが操作部材を所望の位置に静止させやすいから、操作部材の操作性を向上させることができる。また、操作部材の操作範囲全体では、オペレータの肉体的な疲労を十分に軽減できるから、作業機械による作業の能率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の油圧操作装置の一実施形態について図１〜５を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す要部断面図、図２は図１に示す実施形態におけるレバー操作量に対する出力ポートの圧力の特性を示す図、図３は図１に示す実施形態におけるレバー操作量に対するリターンスプリングのばね力の特性を示す図、図４は図１に示す実施形態におけるレバー操作量に対する操作力の特性を示す図、図５は図１に示す実施形態が動作した状態の一例を示す要部断面図である。
【００１４】
本実施形態は、図１に示す油圧操作装置１であり、作業機械、例えば油圧ショベルに備えられる。図１に示すように、この油圧操作装置１は、上部ブロック３と下部ブロック４を結合して形成されたハウジング２を備えている。上部ブロック３には、手動操作される操作部材、例えば操作レバー５が、図１の左方向（矢印Ａ方向）へ回動可能に結合されている。また、この上部ブロック３には、ロッド９が図１の上下方向へ摺動可能となるように挿入されている。ロッド９は、上部ブロック３から上方へ突出している。
【００１５】
操作レバー５とロッド９の間には、カム６が介在している。このカム６は、操作レバー５の下方で操作レバー５と一体的に回動するように設けられた原動部７と、上部ブロック３から突出したロッド９の上端部に固着された球状の従動部８をと備えている。原動部７の下部には、外側方に向って登り勾配になっているテーパ面７ａが形成されていて、このテーパ面７ａに従動部８が接触している。
【００１６】
ハウジング２の内部には、上部ブロック３と下部ブロック４とによってばね室１０が形成されて、ロッド９の下部に形成された円筒部９ａが摺動可能に配置されている。この円筒部９ａ内には、ロッド９を初期位置（図１に示す位置）に付勢するリターンスプリング１１が配置されている。円筒部９ａ内の上端には、リターンスプリング１１の上端を受けて円筒部９ａ内におけるリターンスプリング１１の伸縮をガイドするスプリングガイド１２が配置されている。リターンスプリング１１の下端を受けるばね座１３は、ばね室１０の底部を形成する下部ブロック４の上面部分からなる。
【００１７】
また、ハウジング２内には、切換弁１４が設けられている。この切換弁１４は、下部ブロック４に形成されるタンクポート１５、入力ポート１６および出力ポート１７と、出力ポート１７に連通させるポートをタンクポート１５および入力ポート１６の一方に切換えるスプール１８（弁体）とを備えていて、スプール１８が操作されると出力ポート１７から圧力Ｐｏを出力するようになっている。
【００１８】
スプール１８は、その本体である大径部１８ａと、この大径部１８ａよりも径寸法を小さく形成された小径部１８ｅとからなる。大径部１８ａは、出力ポート１７を入力ポート１６やタンクポート１５に連通させるために、大径部１８ａの外周面および下端面のそれぞれに形成された開口部１８ｃ，１８ｄと、これら開口部１８ｃと１８ｄを繋ぐ内部通路１８ｂとを有していて、下部ブロック４に摺動可能に配置されている。小径部１８ｅは、下部ブロック４の上部に形成された小径孔４ａに摺動可能に挿通されて、ロッド９の円筒部９ａ内に突出している。また、小径部１８ｅの上部は前記スプリングガイド１２に摺動可能に挿通されていて、小径部１８ｅの下部にはばね座２０が固定されている。スプリングガイド１２とばね座２０との間には、出力ポート１７の圧力Ｐｏとスプール１８の位置との対応関係を安定させるためのバランススプリング１９が配置されている。また、スプリングガイド１２の上方に位置するロッド９の部分には穴９ｂが形成されていて、この穴９ｂに小径部１８ｅの上部が挿入されている。小径部１８ｅの上端面と穴９ｂの底面とは所定寸法離れている。
【００１９】
特に本実施形態は、リターンスプリング１１のばね力Ｆｓに抗する方向へロッド９を押圧する力を、出力ポート１７の圧力Ｐｏに応じて生じさせる操作補助手段２１を備えている。この操作補助手段２１は、ロッド９に設けられ、出力ポート１７の圧力Ｐｏを与えられる受圧面２２と、この受圧面２２に出力ポート１７の圧力Ｐｏを導く油路２３とからなる。
【００２０】
受圧面２２は、例えば、上部ブロック３内において円筒部９ａよりも上方に位置するロッド９の部分に小径部９ｃを形成し、この小径部９ｃが摺動する摺動壁３ａを上部ブロック３に形成することによって設けられている。また、受圧面２２の上方および下方のそれぞれには、受圧面２２に導かれた圧油が漏れないようにシール部２４，２５が設けられている。
【００２１】
油路２３は、下部ブロック４内に形成される油路下部２３ａと、上部ブロック３内に形成される油路上部２３ｂとからなる。油路下部２３ａは出力ポート１７と連続していて、油路上部２３ｂはロッド９が下方向へ移動したときに開口するようになっている。油路下部２３ａと油路上部２３ｂとの接続部の外周側には、圧油が漏れないようにシール部２６が設けられている。
【００２２】
レバー操作量に対する出力ポート１７の圧力Ｐｏは、図２に特性線３０で示すように、設定圧力Ｐｓ以上の状態において操作レバー５の矢印Ａ方向への回動角度θ（レバー操作量θ）に比例する特性を有している。なお、図２では、レバー操作量θが僅かであって出力ポート１７の圧力Ｐｏが設定圧力Ｐｓに達しない領域、すなわち不感帯に対応する部分については省略してあり、設定圧力Ｐｓが出力されるレバー操作量θを０としている。また、レバー操作量θが最大になった状態（フルレバー操作）に対応する部分についても省略してある。
【００２３】
レバー操作量θに対するリターンスプリング１１のばね力Ｆｓは、図３に特性線３１（実線）で示すように、ばね力Ｆ１以上の状態においてレバー操作量θに比例する特性を有している。なお、本実施形態では、特性線３１の比例定数と図２に示す特性線３０の比例定数とが等しくなっている。
【００２４】
このように構成された本実施形態は次のように動作する。
【００２５】
＜中立時＞
図１に示すように、操作レバー５が初期位置にある状態では、カム６によるロッド９の操作が行われていないので、ロッド９もスプール１８も初期位置にある。この状態では、スプール１８の外周面により入力ポート１６が塞がれているとともに、スプール１８の内部通路１８ｂにより出力ポート１７とタンクポート１５とが連通している。したがって、出力ポート１７の圧力Ｐｏはタンク圧と等しくなっている。
【００２６】
＜レバー操作開始当初（不感帯）＞
操作レバー５の矢印Ａ方向への回動操作が開始されると、カム６の原動部７が傾いて従動部８を下方向へ押圧し、これによりロッド９が下方向へ押し込まれる。これに伴い、スプリングガイド１２はロッド９と一体となって、リターンスプリング１１を圧縮しつつ下方向へ移動する。今は、レバー操作が開始された直後であり、出力ポート１７の圧力Ｐｏがタンク圧と等しいままなので、バランススプリング１９の長さは変化しない。したがって、スプール１８は、ロッド９およびスプリングガイド１２と一体となって下方向へ移動して、出力ポート１７とタンクポート１５との間を遮断し、その後も下方向への移動を続ける。
【００２７】
＜減圧時＞
操作レバー５の矢印Ａ方向への回動操作が進行し、これに伴って前述したスプール１８の下方向への移動が進行すると、スプール１８の内部通路１８ｂを介して出力ポート１７が入力ポート１６に連通する。これに伴い、入力ポート１６の圧油が出力ポート１７に流入し、出力ポート１７の圧力Ｐｏが上昇する。この圧力Ｐｏはスプール１８の大径部１８ａの底部に作用する。つまり、スプール１８を上方向へ押圧する押上げ力が発生する。
【００２８】
バランススプリング１９がスプール１８を下方向へ押圧する押下げ力よりも前記押上げ力が小さい状態では、出力ポート１７の圧力Ｐｏは上昇し続ける。そして、押下げ力よりも押上げ力が大きくなると、スプール１８はバランススプリング１９を圧縮しつつ上方向へ移動して出力ポート１７と入力ポート１６との間を遮断した後、図５に示すように押上げ力と押下げ力とがつり合う位置に停止する。これにより、出力ポート１７の圧力Ｐｏの上昇が停止する。つまり、出力ポート１７の圧力Ｐｏは、図２の特性線３０で示すように、レバー操作量θが大きいほど高い値に定まる。
【００２９】
＜フルレバー操作時＞
操作レバー５が矢印Ａ方向へさらに回動操作されると、ロッド９の下端が下部ブロック４の上面に当接してロッド９の下方向への移動が規制され、これに伴って操作レバー５の矢印Ａ方向への回動も規制される。つまり、フルレバー操作が行われた状態となる。
【００３０】
この状態では、スプール１８の小径部１８ｅの上端面がロッド９の穴９ｂの底面に当接した状態となるため、出力ポート１７の圧力が上昇してもスプール１８は上方向へ移動しない。したがって、出力ポート１７は入力ポート１６と連通したままとなり、出力ポート１７の圧力は入力ポート１６の圧力と等しくなる。つまり、出力ポート１７の圧力Ｐｏが最大値に定まる。
【００３１】
＜レバー操作の補助＞
特に本実施形態では、前述したように操作レバー５が矢印Ａ方向へ回動操作されたことに伴ってロッド９が押し込まれると、図５に示すように受圧面２２と上部ブロック３との間に油室２７が形成され、出力ポート１７の圧力Ｐｏが油路２３を介して油室２７に導かれ受圧面２２に作用する。つまり、操作補助手段２１が、切換弁１４の出力ポート１７の圧力Ｐｏによって、リターンスプリング１１のばね力Ｆｓに抗する方向（下方向）へロッド９を押圧する。
【００３２】
この結果、操作力Ｆｃの特性は、図４に特性線３２（実線）で示すようになる。同図４に示す特性線３３（破線）は、リターンスプリング１１のばね力Ｆｓのすべてがレバー操作に対する抵抗力となった場合の、レバー操作量θに対する操作力の特性を示している。これらの特性線３２，３３を比較して分かるように、出力ポート１７の圧力Ｐｏがレバー操作量θの増大に伴って高くなるから、リターンスプリング１１のばね力Ｆｓに抗する方向へロッド９を押圧する力、すなわち操作補助手段２１によるレバー操作を補助する力Ｆａは、レバー操作量θの増大に伴って大きくなる。
【００３３】
なお、特性線３２は、操作力Ｆｃがレバー操作量θに関係なく一定値Ｆｃ１となる特性を示している。このような特性になる理由は、前述の図２，３に示すように出力ポート１７の圧力Ｐｏおよびリターンスプリング１１のばね力Ｆｓはどちらもレバー操作量θに比例する特性を有していて互いに比例定数が等しいからである。
【００３４】
また、図３における特性線３４は、出力ポート１７の圧力Ｐｏの特性が本実施形態と同様なものであって操作補助手段２１が設けられていない油圧操作装置において、レバー操作量θが微小であるときに十分な操作力を確保できるように選定されるリターンスプリングのばね力の特性線の一例である。この特性線３４と特性線３１とを比較して分かるように、本実施形態のリターンスプリング１１は、レバー操作量θが微小であるときに、特性線３４に示されるばね力よりも大きなばね力Ｆ１以上のばね力を発揮するスプリングである。つまり、本実施形態では、リターンスプリング１１として、設定圧力Ｐｃが受圧面２２に作用する分だけ大きなばね力を発揮するものが選定されている。これにより、図４に示す操作力Ｆｃ１は、オペレータが操作レバー５を所望の位置（レバー操作量）に静止させるのに十分な大きさになる。
【００３５】
本実施形態によれば次の効果を得られる。
【００３６】
本実施形態では、操作補助手段２１が出力ポート１７の圧力Ｐｏによってロッド９をリターンスプリング１１のばね力Ｆｓに抗する方向へ押圧する。これにより、レバー操作量θが微小であるときには、レバー操作を補助する力が小さいから、オペレータが操作レバー５を所望の位置に静止させやすい十分な大きさの操作力を確保でき、また、操作部材の操作範囲全体では、操作部材を補助する力が操作部材の操作量の増大に伴って大きくなるのから、オペレータの肉体的な疲労を十分に軽減できる。この結果、操作レバー５の操作性を向上でき、また、油圧ショベルによる作業の能率を向上できる。
【００３７】
また、本実施形態では、操作補助手段２１が油路２３と受圧面２２とを備えた簡単な構造であり、製作が容易であるから、操作補助手段２１を設けることに伴う製作コストの増加が少なくて済む。
【００３８】
なお、本実施形態では、その要部として、操作レバー５の左方向（矢印Ａ方向）への回動操作に対応して設けられたロッド９、リターンスプリング１１、切換弁１４等を含む要部を例に挙げたが、操作レバー５は左方向だけでなく右方向や前後方向（紙面に直交する方向）への回動操作が可能であり、各方向への回動操作に対応してロッド９、リターンスプリング１１、切換弁１４等と同様の要部が設けられている。
【００３９】
また、本実施形態は、操作部材として、オペレータが手指で操作する操作レバー５を備える例であったが、本発明はこれに限ることなく、操作レバー５をオペレータが足で操作する操作ペダルに替えたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の作業機械の油圧操作装置の一実施形態を示す要部断面図である。
【図２】図１に示す実施形態におけるレバー操作量に対する出力ポートの圧力の特性を示す図である。
【図３】図１に示す実施形態におけるレバー操作量に対するリターンスプリングのばね力の特性を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態におけるレバー操作量に対する操作力の特性を示す図である。
【図５】図１に示す実施形態が動作した状態の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      油圧操作装置
２      ハウジング
３      上部ブロック
３ａ    摺動壁
４      下部ブロック
４ａ    小径孔
５      操作レバー（操作部材）
６      カム
９      ロッド
９ａ    円筒部
９ｂ    穴
９ｃ    小径部
１０    ばね室
１１    リターンスプリング
１２    スプリングガイド
１３    ばね座
１４    切換弁
１５    タンクポート
１６    入力ポート
１７    出力ポート
１８    スプール（弁体）
１８ａ  大径部
１８ｂ  内部通路
１８ｃ  開口部
１８ｄ  開口部
１８ｅ  小径部
１９    バランススプリング
２０    ばね座
２１    操作補助手段
２２    受圧面
２３    油路
２３ａ  油路下部
２３ｂ  油路上部
２４    シール部
２５    シール部
２６    シール部
【図１】
2007078085.tif 000003
【図２】
2007078085.tif 000004
【図３】
2007078085.tif 000005
【図４】
2007078085.tif 000006
【図５】
2007078085.tif 000007