(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機構の少なくとも一部を上部旋回体に対し左右方向に移動可能に取り付けてなる建設機械において、
前記作業機構の移動操作に連動して前記上部旋回体の旋回軸ブレーキを開放するブレーキ開放手段と、前記作業機構の停止操作時に前記上部旋回体に加わる旋回揺れを抑制する油圧ブレーキ手段とを備え、
前記ブレーキ開放手段が、前記作業機構の動作速度を検出する動作速度検出手段と、この動作速度検出手段により検出される動作速度の大きさに基づき前記旋回軸ブレーキを開放するか否かを判定する開放判定手段と、この開放判定手段からの出力信号に基づき前記旋回軸ブレーキに対してブレーキ開放油圧を差し向ける電磁弁により構成され、
前記開放判定手段は、前記動作速度検出手段により検出される動作速度の時間的変化率が閾値以上のときに前記旋回軸ブレーキを開放すると判定し、閾値未満のときに前記旋回軸ブレーキを開放しないと判定するものである
ことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
前記動作速度検出手段が、前記作業機構の左右方向への移動動作を電圧変化にて出力するポテンショメータである請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記動作速度検出手段が、前記作業機構の左右方向への移動動作をパイロット圧の油圧変化にて出力する圧力スイッチである請求項１に記載の建設機械。
【請求項４】
前記作業機構が、基端側ブーム部分に対して先端側ブーム部分を横方向に移動可能なオフセットブームである請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械。
【請求項５】
前記作業機構が、上部旋回体に対して横方向に揺動可能なスイング式ブームである請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機構の少なくとも一部を上部旋回体に対し左右方向に移動可能に取り付けてなる建設機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧掘削機等の建設機械において、上部旋回体に対し上下に揺動自在に取り付けられるブームを、前記上部旋回体に連結される基端側ブーム部分と、アームが連結される先端側ブーム部分とに分割形成し、先端側ブーム部分を基端側ブーム部分に対して上部旋回体の横方向に移動操作するオフセット機構（オフセット作業機）を備えたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記オフセット作業機のように、作業機構を上部旋回体に対し左右方向に移動可能に取り付けてなる建設機械においては、この作業機構の起動・停止時にその作業機の慣性によって上部旋回体に衝撃力が加わったり、あるいは旋回揺れ（揺れ戻し）現象が発生するといった問題点がある。なお、このような問題点に対処するために、前記作業機構を作動させるパイロット圧回路に電子比例制御弁を介挿し、この電子比例制御弁をコントローラからの指令信号によって制御することも考えられるが、このようにした場合には装置構成が複雑化するだけでなく、コスト高を招いてしまうという問題点がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、上部旋回体に対し左右方向に移動可能な作業機構を備える建設機械において、極めて安価な構成で、その作業機構の起動・停止時における上部旋回体の衝撃および旋回揺れを確実に防止することができるようにすることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による建設機械は、
作業機構の少なくとも一部を上部旋回体に対し左右方向に移動可能に取り付けてなる建設機械において、
前記作業機構の移動操作に連動して前記上部旋回体の旋回軸ブレーキを開放するブレーキ開放手段と、前記作業機構の停止操作時に前記上部旋回体に加わる旋回揺れを抑制する油圧ブレーキ手段とを備え、
前記ブレーキ開放手段が、前記作業機構の動作速度を検出する動作速度検出手段と、この動作速度検出手段により検出される動作速度の大きさに基づき前記旋回軸ブレーキを開放するか否かを判定する開放判定手段と、この開放判定手段からの出力信号に基づき前記旋回軸ブレーキに対してブレーキ開放油圧を差し向ける電磁弁により構成され、
前記開放判定手段は、前記動作速度検出手段により検出される動作速度の時間的変化率が閾値以上のときに前記旋回軸ブレーキを開放すると判定し、閾値未満のときに前記旋回軸ブレーキを開放しないと判定するものである
ことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明においては、例えばオフセット作業機のような作業機構を移動操作すると、その移動操作に連動してブレーキ開放手段により上部旋回体の旋回軸ブレーキが開放され、また作業機構を停止操作すると、油圧ブレーキ手段により上部旋回体に加わる旋回揺れが抑制される。こうして、上部旋回体の慣性に基づく旋回揺れの発生を確実に防止することができ、作業機構の位置決め性が向上して作業性の向上を図ることができる。
【０００７】
また、本発明によれば、動作速度検出手段により検出される作業機構の動作速度の時間的変化率が所定の閾値を越えたことが開放判定手段により判定されると、電磁弁の作動によってブレーキ開放油圧が旋回軸ブレーキに差し向けられ、この旋回軸ブレーキが開放される。こうすることで、作業機構のガタ等による誤作動を防止して、ブレーキ開放動作を確実に行うことができる。
【０００８】
ここで、前記動作速度検出手段は、前記作業機構の左右方向への移動動作を電圧変化にて出力するポテンショメータであっても良いし、あるいは、前記作業機構の左右方向への移動動作をパイロット圧の油圧変化にて出力する圧力スイッチであっても良い。
【０００９】
また、前記各発明において、前記作業機構は、基端側ブーム部分に対して先端側ブーム部分を横方向に移動可能なオフセットブームであり得る。また、前記作業機構は、上部旋回体に対して横方向に揺動可能なスイング式ブームであっても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による建設機械の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１には、本発明の一実施形態に係る油圧掘削機の側面図（ａ）および平面図（ｂ）が示されている。また、図２には、本実施形態の油圧掘削機の油圧回路図が示されている。
【００１２】
本実施形態の油圧掘削機１においては、履帯２を備える下部走行体３上に上部旋回体４が旋回自在に設けられ、この上部旋回体４上には、左側に運転室５が、後方に原動部６がそれぞれ設けられ、前部にフロント作業機７が設けられている。
【００１３】
前記フロント作業機７は、上部旋回体４に基端部が枢支されてブームシリンダ８の作動により水平軸心Ｙ１周りに上下方向に回動可能な第１ブーム９と、この第１ブーム９の先端部に基端部が枢支されてオフセットシリンダ１０の作動により前記水平軸心Ｙ１に直交する軸心Ｘ１周りに左右方向に回動可能な第２ブーム１１とを備えている。この第２ブーム１１の先端には、前記軸心Ｘ１に平行な軸心Ｘ２周りに相対揺動可能なアームステー１２が設けられ、このアームステー１２に対してアーム１３がアームシリンダ１４の作動により水平軸心Ｙ２周りに上下方向に回動可能に取り付けられている。そして、第１ブーム９とアームステー１２との間には相対揺動を許容する連結ロッド１５が配されて、第２ブーム１１、連結ロッド１５およびそれらの先端同士を連結するアームステー１２によって平行４連リンクが構成されている。また、前記アーム１３の先端には、バケット１６がバケットシリンダ１７の作動により水平軸心Ｙ３周りに上下方向に回動可能に取り付けられている。
【００１４】
このような構成のフロント作業機７においては、ブームシリンダ８、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１７の伸縮による通常の掘削動作以外に、オフセットシリンダ１０を伸縮させることにより、図１（ｂ）の実線および鎖線で示されるように、その作動方向を変えずに位置だけを左右方向に平行移動させることができ、これによって上部旋回体４を旋回させることなく溝の拡幅掘削等の作業を容易に行なうことができる。
【００１５】
図２に示されているように、前記オフセットシリンダ１０は、オペレータが運転室５内にある操作ペダル１８を足踏み操作することでパイロット圧制御弁（ＰＰＣ弁）１９が操作されて方向制御弁２０が制御され、油圧ポンプ２１からの圧油がヘッド側油室１０ａもしくはロッド側油室１０ｂのいずれか一方に供給されるとともに、ヘッド側油室１０ａもしくはロッド側油室１０ｂのいずれか他方の圧油がタンク２２に戻され、これによって伸縮作動されるように構成されている。なお、オペレータが操作ペダル１８から足を離すと、オフセットシリンダ１０が停止して作業機の操作が停止する。
【００１６】
前記第１ブーム９にはポテンショメータ２３が装着され、このポテンショメータ２３の出力電圧変化により前記オフセットシリンダ１０がオフセット操作されたことが検出され、この検出信号がコントローラ２４に入力される。コントローラ２４は、前記ポテンショメータ２３からの入力信号に基づき、前記上部旋回体４を旋回駆動する旋回モータ２５の旋回軸ブレーキ２５ｃに対してブレーキ開放油圧を差し向ける電磁弁２６に制御信号を出力する。なお、本実施形態におけるポテンショメータ２３が本発明における動作速度検出手段に、コントローラ２４が開放判定手段にそれぞれ対応し、これらポテンショメータ２３、コントローラ２４および電磁弁２６が、本発明におけるブレーキ開放手段に対応する。
【００１７】
前記旋回モータ２５は第１ポート２５ａと第２ポート２５ｂとを備え、これら各ポート２５ａ，２５ｂに第１油路２７および第２油路２８がそれぞれ接続され、これら第１油路２７および第２油路２８がメインバルブ２９を介して油圧ポンプ３０の吐出路３１もしくはタンク３２のいずれかに連通され、または遮断されるように構成されている。前記メインバルブ２９は、操作レバー２９Ａの操作によって、吐出路３１とタンク３２を連通するとともに第１油路２７および第２油路２８を遮断する中立位置Ａと、吐出路３１を第１油路２７に連通するとともに第２油路２８をタンク３２に連通する第１切換位置Ｂと、吐出路３１を第２油路２８に連通するとともに第１油路２７をタンク３２に連通する第２切換位置Ｃに切り換え操作される。
【００１８】
前記第１油路２７には逆止弁３３を介してリリーフ弁３４と第１吸込弁３５とが接続され、第１油路２７内の圧力がリリーフ弁３４のセット圧以上にならないようにされるとともに、第１油路２７内が負圧になると第１吸込弁３５にてタンク３２Ａ内の圧油を吸い込んで負圧にならないようにされている。同様に、前記第２油路２８には逆止弁３７を介してリリーフ弁３４と第２吸込弁３８とが接続され、第２油路２８内の圧力がリリーフ弁３４のセット圧以上にならないようにされるとともに、第２油路２８内が負圧になると第２吸込弁３８にてタンク３２Ａ内の圧油を吸い込んで負圧にならないようにされている。
【００１９】
また、前記第１油路２７と第２油路２８との間には、第１弁３９と第２弁４０にて構成される反転防止弁（本発明における油圧ブレーキ手段に対応する。）４１が配されている。前記第１弁３９は、第１ポート４２、第２ポート４３、第３ポート４４、第４ポート４５を遮断する遮断位置Ｄにスプリング４６にて保持され、受圧部４７に圧油が加えられることによって、第１ポート４２と第２ポート４３とが、第３ポート４４と第４ポート４５とがそれぞれ連通する連通位置Ｅに切り換えられる。同様に、前記第２弁４０は、第１ポート４８、第２ポート４９、第３ポート５０、第４ポート５１を遮断する遮断位置Ｄにスプリング５２にて保持され、受圧部５３に圧油が加えられることによって、第１ポート４８と第２ポート４９とが、第３ポート５０と第４ポート５１とがそれぞれ連通する連通位置Ｅに切り換えられる。
【００２０】
前記第１弁３９の第１ポート４２は第１油路２７に接続されるとともに受圧部４７に接続され、第２ポート４３は第２弁４０の第４ポート５１に接続され、第３ポート４４はドレーン路５４に接続され、第４ポート４５は第２弁４０の第２ポート４９に接続されている。また、前記第２弁４０の第１ポート４８は第２油路２８に接続されるとともに受圧部５３に接続され、第３ポート５０はドレーン路５４に接続されている。こうして、第１弁３９および第２弁４０は、第１油路２７および第２油路２８の圧力Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ設定圧より低い場合には遮断位置Ｄとなり、設定圧以上になると連通位置Ｅに切り換えられる。
【００２１】
次に、本実施形態の油圧回路の作動について説明する。
【００２２】
操作レバー２９Ａの操作によってメインバルブ２９を第１切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ３０の吐出油圧は第１油路２７から旋回モータ２５の第１ポート２５ａに供給されるとともに、第２ポート２５ｂが第２油路２８を介してタンク３２に連通される。これにより、旋回モータ２５は矢印ａ方向に回転する。
【００２３】
このとき、第１油路２７の圧力Ｐ１が設定圧力以上になるので、第１弁３９が連通位置Ｅになるが、第２油路２８はタンク３２に連通しているので、その圧力Ｐ２はほぼゼロであって、第２弁４０は遮断位置Ｄにあって反転防止弁４１は機能しない。
【００２４】
この状態からメインバルブ２９を中立位置Ａに切り換え操作すると、第２油路２８の圧力Ｐ２が上昇する。この圧力Ｐ２は、旋回モータ２５により駆動される上部旋回体４の慣性エネルギーが大きいため、リリーフ弁３４の設定圧以上となり、第２油路２８内の高圧油がリリーフ弁３４よりタンク３２Ａにリリーフして慣性エネルギーを吸収する。このとき、第２弁４０は連通位置Ｅとなるが第１油路２７内の圧力がほぼゼロであるから第１弁３９は遮断位置Ｄにあって反転防止弁４１は機能しない。
【００２５】
ところで、前記上部旋回体４が慣性力によって回転する時に旋回モータ２５が抵抗となることにより弾性エネルギーが蓄えられ、この弾性エネルギーが慣性力より大きくなると旋回モータ２５が矢印ａと反対方向回転し、第２油路２８の圧力Ｐ２が低下し、第１油路２７の圧力Ｐ１が上昇する。そして、弾性エネルギーが上部旋回体の慣性力より小さくなると旋回モータ２５は矢印ａ方向に回転する。この動作（反転揺り戻し動作）を繰り返して旋回モータ２５は停止する。前記反転防止弁４１は、この反転揺り戻し動作を早く収束させる役目をする。
【００２６】
すなわち、前述のように旋回モータ２５のポンプ作用により第２油路２８の圧力Ｐ２が上昇すると第２弁４０が連通位置Ｅとなり、その状態で前記弾性エネルギーにより旋回モータ２５が逆転すると第１油路２７の圧力Ｐ１が前記設定圧以上に上昇する。このとき、第２油路２８内の圧力Ｐ２は若干低下するが前記設定圧以上となっている。これにより、第１弁３９が連通位置Ｅとなり、第２弁４０が連通位置Ｅのままであるから、第１油路２７が第１弁３９の第１ポート４２、第２ポート４３および第２弁４０の第４ポート５１、第３ポート５０よりドレーン路５４に連通し、第１油路２７内の高圧油がタンク３２Ｂに流出し、第２油路２８が第２弁４０の第１ポート４８、第２ポート４９、第１弁３９の第４ポート４５、第３ポート４４よりドレーン路５４に連通して第２油路２８内の高圧油がタンク３２Ｂに流出し第２油路２８内の圧力が低下する。そして、前述の弾性エネルギーが慣性力よりも小さくなって旋回モータ２５がポンプ作用する方向（矢印ａ方向）に回転すると第１油路２７の圧力Ｐ１が前記設定圧以下となって第１弁３９が遮断位置Ｄとなると第２油路２８内の高圧油がタンク３２Ｂに流出しなくなる。
【００２７】
前述のように旋回モータ２５が再びポンプ作用する方向に回転した時に、第２油路２８内の圧力が前述のように低下しているので、上部旋回体４が慣性力により回転する際に旋回モータ２５が抵抗となる力が小さくなり、蓄えられる弾性エネルギーが小さくなる。これにより、旋回モータ２５を停止する時の上部旋回体４の慣性力が小さい時には旋回モータ２５が再び逆転することなしに停止し、反転揺り戻し動作が早く終了する。
【００２８】
次に、本実施形態においてオフセットシリンダ作動時の旋回軸ブレーキ制御のフローを、図３に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２９】
Ｓ１：オペレータが操作ペダル１８を足踏み操作すると、オフセットシリンダ１０が伸縮操作され、フロント作業機７がオフセット動作を行う。このとき、ポテンショメータ２３が回転することにより、このポテンショメータ２３の出力電圧が変化する。この電圧変化信号がコントローラ２４に入力される。
【００３０】
Ｓ２〜Ｓ３：コントローラ２４においては、ポテンショメータ２３の出力電圧の時間的変化率（ΔＶ／Δｔ）が所定の閾値以上であるか否かを判定し、所定の閾値以上になっている場合には、電磁弁２６に指令信号を出力し、旋回モータ２５の旋回軸ブレーキ２５ｃに対してブレーキ開放油圧を差し向ける。ここで、電磁弁２６に対する指令信号の入力と電磁弁２６の作動との間には一定時間のディレイタイマーが設定されている。一方、前記出力電圧の時間的変化率が所定の閾値未満である場合には、ステップＳ１へ戻る。こうして、旋回モータ２５の旋回軸ブレーキ２５ｃが開放され、反転防止機能がスタンバイ状態となる。なお、この旋回軸ブレーキ２５ｃの作動に閾値を設けているのは、作業機のガタによる誤作動を防止するためである。
【００３１】
Ｓ４：ポテンショメータ２３の電圧変化信号を再び検出する。
Ｓ５〜Ｓ６：オペレータが操作ペダル１８から足を離すことによってオフセットシリンダ１０の伸縮操作が停止すると、フロント作業機７のオフセット動作が停止する。このとき、ポテンショメータ２３の出力電圧の時間的変化率（ΔＶ／Δｔ）が所定の閾値未満になるので、電磁弁２６に指令信号を出力し、旋回モータ２５の旋回軸ブレーキ２５ｃを作動させる。ここで、作業機の慣性により上部旋回体４が揺れて油圧が発生するが、この発生した油圧は前述のように反転防止弁４１にて反対側のポートへ流されることにより、上部旋回体４の揺れが防止される。
【００３２】
このように、本実施形態の油圧掘削機１によれば、オフセットシリンダ１０の起動・停止時に上部旋回体４の慣性に基づき旋回揺れが発生しても、この揺れを確実に防止することができるので、フロント作業機７の位置決め性を向上させることができて作業性を向上させることができる。
【００３３】
本実施形態においては、フロント作業機７の左右方向の移動動作（オフセット動作）をポテンショメータ２３の電圧変化によって検出するものを説明したが、この検出手段としては、パイロット圧の油圧変化を出力する圧力スイッチを用いても良い。
【００３４】
本実施形態では、左右方向に移動動作を行う作業機構として、オフセットブームを例にして、言い換えれば作業機構の一部が上部旋回体に対し左右方向に移動可能に取り付けられたものについて説明したが、本発明は、作業機構が上部旋回体に対し左右方向に移動可能に取り付けられたもの、例えばスイング式のフロント作業機を有する油圧掘削機に対しても適用することができる。
【００３５】
図４には、このスイング式のフロント作業機を有する油圧掘削機に適用した本発明の他の実施形態に係る油圧掘削機の側面図（ａ）および平面図（ｂ）が示されている。
【００３６】
本実施形態の油圧掘削機１'においては、履帯２'を備える下部走行体３'上に上部旋回体４'が旋回自在に設けられ、この上部旋回体４'上には、左側に運転室５'が、後方に原動部６'がそれぞれ設けられ、前部にフロント作業機７'が設けられている。
【００３７】
前記フロント作業機７'は、上部旋回体４'の前部に鉛直向きに配置されるスイングピン（連結ピン）５５によってスイングシリンダ６５（図５にのみ示す。）の作動によって前記上部旋回体４'に対して横方向に揺動可能なスイングブラケット５６と、このスイングブラケット５６の上部の枢支部５７に枢支されてブームシリンダ５８の作動により上下方向に回動可能なブーム５９と、このブーム５９の先端に枢支されてアームシリンダ６０の作動により上下方向に回動可能なアーム６１と、このアーム６１の先端に枢支されてバケットシリンダ６２の作動により上下方向に回動可能なバケット６３とを備えて構成されている。ここで、前記ブームシリンダ５８はその基端部がスイングブラケット５６の下部の枢支部６４に枢支されている。
【００３８】
このような構成のフロント作業機７'においては、ブームシリンダ５８、アームシリンダ６０およびバケットシリンダ６２の伸縮による通常の掘削動作以外に、スイングシリンダ６５を伸縮させることにより、ブーム５９、アーム６１およびバケット６３を同時に上部旋回体４'に対して横方向に揺動（スイング）させることができ、上部旋回体４'を旋回させることなく所要の掘削作業を容易に行うことができる。
【００３９】
本実施形態の油圧掘削機における油圧回路図が図５に示されている。この図５に示されているように、本実施形態では、スイングシリンダ６５はオペレータが運転室５'内にある操作ペダル１８を足踏み操作することで、先の実施形態と同様、油圧ポンプ２１からの圧油がヘッド側油室６５ａもしくはロッド側油室６５ｂのいずれか一方に供給されるとともに、ヘッド側油室６５ａもしくはロッド側油室６５ｂのいずれか他方の圧油がタンク２２に戻され、これによって伸縮作動されるように構成されている。また、ポテンショメータ２３はブーム５９に装着されている。これ以外の油圧回路構成およびその作動については、図２および図３に示されている先の実施形態と基本的に異なるところがない。したがって、先の実施形態と共通する部分についてはその説明を省略することとする。
【００４０】
本実施形態のようなスイング式のフロント作業機を有する油圧掘削機においても、先の実施形態と同様、スイングシリンダ６５の起動・停止時に上部旋回体４'の慣性に基づき旋回揺れが発生しても、この揺れを確実に防止することができるので、フロント作業機７'の位置決め性を向上させることができて作業性を向上させることができるという効果を奏する。
【００４１】
前記各実施形態では、油圧掘削機を例にして説明したが、本発明は、その他の各種建設機械に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、油圧掘削機の側面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図２】図２は、油圧掘削機の油圧回路図である。
【図３】図３は、オフセットシリンダ作動時の旋回軸ブレーキ制御を示すフローチャートである。
【図４】図４は、他の実施形態に係る油圧掘削機の側面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図５】図５は、他の実施形態に係る油圧掘削機の油圧回路図である。
【符号の説明】
１，１'        油圧掘削機
４，４'        上部旋回体
７，７'        フロント作業機
１０            オフセットシリンダ
１８            操作ペダル
２３            ポテンショメータ
２４            コントローラ
２５            旋回モータ
２５ｃ          旋回軸ブレーキ
２６            電磁弁
４１            反転防止弁
６５            スイングシリンダ
【図１】
0003995560.tif 000002
【図２】
0003995560.tif 000003
【図３】
0003995560.tif 000004
【図４】
0003995560.tif 000005
【図５】
0003995560.tif 000006