JP2000265497A - ２ピースブーム型作業機械の操作駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】２ピースブーム型作業機械の操作駆動装置にお
いて、第２ブームの操作を簡単に行え、かつ第２ブーム
の動作速度を調整しながらフロント作業装置の操作を行
えるようにする。 【解決手段】作業機械１は第２ブーム駆動装置３１と第
２ブーム操作装置３２とを備え、第２ブーム操作装置３
２は、力センサ２３、制御装置３８、１対のパイロット
管路３６ｂ，３７ｂ、電磁比例減圧弁３６，３７を備
え、電磁比例減圧弁３６，３７の比例ソレノイド３６
ａ，３７ａに制御装置３８から信号が送られる。力セン
サ２３は第１操作レバー２１の握り２１ａに設けられ
た、オペレータの指で一軸双方向ｍ−ｎに操作可能であ
り、前方向ｍの押し付け力を加えると第２ブームシリン
ダ１０が伸長し、第２ブーム６が下げ方向に操作され、
後方向ｎの押し付け力を加えると第２ブームシリンダ１
０が収縮し、第２ブーム６が上げ方向に操作される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２ピースブームを
含む多関節型のフロント作業装置を備えた２ピースブー
ム型作業機械に関わり、特に第２ブームの操作を容易に
する２ピースブーム型作業機械の操作駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に油圧ショベルはフロント作業装置
として、ブーム、アーム、バケットで構成されており、
これらはそれぞれのアクチュエータ、すなわちブームシ
リンダ、アームシリンダ、バケットシリンダにより駆動
される。これらのアクチュエータはコントロールバルブ
に内蔵された比例切換弁を制御することにより駆動さ
れ、この比例切換弁はオペレータが操作レバーを動かし
て直接にリンクもしくはケーブルにより操作するか、あ
るいはパイロット弁により２次的に操作している。ま
た、近年、オペレータのレバー入力を電気信号に変換
し、その信号をもとに電磁弁により比例切換弁を駆動す
る方法も採用されている。

【０００３】ところで、１本の操作レバーは前後方向お
よび左右方向の２軸方向に独立に動かすことができ、同
時に２つのアクチュエータを操作できるようになってい
る。このため、油圧ショベルにおいてはフロント作業装
置の３つのアクチュエータと上部旋回体を旋回する旋回
モータの合計４つのアクチュエータを操作するために２
本の操作レバーを備えており、この２本の操作レバーを
それぞれ左右の手腕で操作することにより、上部旋回体
の旋回とフロント作業装置を同時に操作することが可能
である。

【０００４】さて、近年油圧ショベルの用途が拡大し、
作業範囲の拡大や作業性の向上等の要求が強くなってき
ている。そのための新たなフロント構造を備えた作業機
械として、従来のブームを第１ブームと第２ブームに分
割し、第２ブームを第１ブームに対して上下方向に回動
可能に取付け、この第２ブームを動かすことによって作
業範囲を拡大できるようにした２ピースブーム型の油圧
ショベルがある。

【０００５】この油圧ショベルでは第２ブームのアクチ
ュエータを操作するための操作装置が必要である。この
第２ブームの操作装置についても、リンク、ケーブル、
パイロット油圧、電気信号等の差はあるものの、最終的
にはオペレータが操作入力を行う必要があり、現状では
第２ブームの操作装置としては足踏み式のペダルを用い
る例が多く、２本の操作レバーはモノブーム型油圧ショ
ベルに踏襲し、第１ブーム、アーム、バケット及び旋回
の操作駆動に用いている。

【０００６】ここで、操作レバー及びペダルによる入力
とは、中立からフル位置までメータリングを有し、アク
チュエータの速度制御を可能とするものである。

【０００７】第２ブームの操作装置としてペダルを用い
ない方法として、特開平１０−３７２３１号公報では、
第１操作レバーまたは第２操作レバーにオペレータの指
で操作可能なスイッチ手段を設置し、このスイッチ手段
の操作に応じて第２ブームシリンダの駆動と停止及び駆
動時の操作方向を制御する駆動制御手段を提案してい
る。

【０００８】また、特開平１０−３７２３２号公報で
は、特開平１０−３７２３１と同様、操作レバーにスイ
ッチ手段を設けるとともに、スイッチ手段とは別にコン
ソールパネルに第２ブームシリンダの駆動速度を調整す
る操作手段を設置して、駆動時の速度を変更させること
を可能としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】現状の第２ブームを操
作するためのペダルは、足による操作のため微妙な操作
が困難であり、アクチュエータの駆動速度を思惑どおり
に制御することが難しい。

【００１０】特開平１０−３７２３１号公報に提案のも
のでは、スイッチ手段によるＯＮ，ＯＦＦ的操作である
ため、駆動時の速度指令値を変更することが不可能であ
る。

【００１１】また、特開平１０−３７２３２号公報に提
案のものでは、スイッチ手段とは別に操作手段で、駆動
時の速度を変更させることを可能としているが、操作手
段は操作レバーから離れたコンソールパネルに設けられ
ているため、作業内容に合わせて事前に操作して駆動速
度を調整する使用方法に限られ、第２ブームシリンダの
駆動速度を調整、制御しながら、フロント作業装置の操
作を行うことができず作業効率が良くない。

【００１２】本発明の目的は、第２ブームの操作を簡単
に行え、かつ第２ブームの動作速度を調整しながら、フ
ロント作業装置の操作を行うことができる２ピースブー
ム型作業機械の操作駆動装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、作業機械本体と、作業機械本体に
回動可能に取付けられた第１ブーム、第１ブームに回動
可能に取付けられた第２ブーム、第２ブームに回動可能
に取付けられたアーム、第１ブームを駆動するための第
１ブームシリンダ、第２ブームを駆動するための第２ブ
ームシリンダ、アームを駆動するためのアームシリンダ
を含む多関節型のフロント作業装置とを備えた２ピース
ブーム型作業機械に設けられ、前記第１ブームを操作す
るための第１操作レバー装置及び前記アームを操作する
ための第２操作レバー装置とを有する操作駆動装置にお
いて、前記第１操作レバー装置及び第２操作レバー装置
のいずれか一方の操作レバーに設けられ、オペレータの
指で一軸双方向に操作可能であり、それぞれの方向で操
作量に応じた信号を出力する入力操作装置を有する第２
ブーム操作手段と、この第２ブーム操作手段から出力さ
れる信号に応じて前記第２ブームシリンダの駆動方向と
駆動速度を制御する第２ブーム駆動手段とを備えるもの
とする。

【００１４】このように第２ブーム操作手段と第２ブー
ム駆動手段とを設けることにより、オペレータの指で入
力操作装置を操作すると、その操作方向と操作量に応じ
た速度で第２ブームシリンダが駆動され、レバーまたは
ペダルによらず簡単に第２ブームを駆動でき、かつ第２
ブームの動作速度を調整しながら第２ブームを操作する
ことができる。また、入力操作装置は操作レバーに設け
られているので、オペレータは操作レバーを操作しなが
ら入力操作装置を指で操作することができ、第２ブーム
の動作速度を調整しながら、フロント作業装置の操作を
行うことができる。

【００１５】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記入力操作装置はスティック型の力センサである。

【００１６】これにより入力操作装置は、双方向のそれ
ぞれでオペレータの指で加えた力の大きさを操作量と
し、この操作量に応じた信号を出力するものとなる。

【００１７】（３）上記（１）において、前記入力操作
装置はポテンショメータを内蔵したシーソー型の操作入
力装置であってもよい。

【００１８】これにより入力操作装置は、双方向のそれ
ぞれでオペレータの指で加えた動きの大きさを操作量と
し、この操作量に応じた信号を出力するものとなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施形態による２ピース
ブーム型作業機械の操作駆動装置を作業機械と共に示す
図である。

【００２１】図１において、１は２ピースブーム型作業
機械（油圧ショベル）であり、作業機械１は多関節型の
フロント作業装置４を備えている。フロント作業装置４
は、上部旋回体３に上下方向に回動可能に取付けられた
第１ブーム５と、この第１ブーム５に上下方向に回動可
能に取付けられた第２ブーム６と、この第２ブーム６に
上下方向に回動可能に取付けられたアーム７と、このア
ーム７に上下方向に回動可能に取付けられた作業装置、
例えばバケット８とで構成されている。また、第１ブー
ム５は第１ブームシリンダ９で駆動され、第２ブーム６
は第２ブームシリンダ１０で駆動され、アーム７はアー
ムシリンダ１１で駆動され、バケット８はバケットシリ
ンダ１２で駆動される。更に、上部旋回体３は図示しな
い旋回モータにより下部走行体２上を旋回駆動される。
下部走行体２と上部旋回体３は作業機械本体を構成して
いる。

【００２２】また、上部旋回体３は運転室３ａを有し、
運転室３ａ内の運転席の前部左右には図２に示すような
第１及び第２操作レバー２１，２２が設けられ、旋回体
３、第１ブーム５、アーム７、バケット８はこれらの操
作レバー２１，２２を動かすことにより操作される。即
ち、操作レバー２１，２２は、各々、図示のように前後
方向ａ−ｂ，ｅ−ｆ及び左右方向ｃ−ｄ，ｇ−ｈに動か
すことができ、第１操作レバー２１を前後方向ａ−ｂに
動かすと第１ブームシリンダ９が伸縮し、第１ブーム５
が下げ方向及び上げ方向に操作され、第１操作レバー２
１を左右方向ｃ−ｄに動かすとバケットシリンダ１２が
伸縮し、バケット８がクラウド方向及びダンプ方向に操
作され、第２操作レバー２２を前後方向ｅ−ｆに動かす
と旅回モータ（図示せず）が回転し、第２操作レバー２
２を左右方向ｇ−ｈに動かすとアームシリンダ１１が伸
縮し、アーム７がダンプ方向及びクラウド方向に操作さ
れる。

【００２３】第１操作レバー２１と第２操作レバー２２
の一方、例えば第１操作レバー２１の上部の握り２１ａ
には、図１に示すようにオペレータの指で操作可能なス
ティック型の力センサ２３が設けられている。力センサ
２３は一軸双方向、即ち中立位置を挟んで前後方向ｍ−
ｎに操作可能であり、指により力センサ２３に前方向ｍ
の押し付け力を加えると第２ブームシリンダ１０が伸長
し、第２ブーム６が下げ方向に操作され、指により力セ
ンサ２３に後方向ｎの押し付け力を加えると第２ブーム
シリンダ１０が収縮し、第２ブーム６が上げ方向に操作
される。力センサ２３に押し付け力が作用していない場
合は中立位置にあり、第２ブームシリンダ１０は駆動さ
れず、第２ブーム６は動作しない。

【００２４】また、図１において、作業機械１は第２ブ
ーム駆動装置３１と第２ブーム操作装置３２とを備えて
おり、第２ブーム駆動装置３１は、油圧ポンプ３３と、
この油圧ポンプ３３から第２ブームシリンダ１０に供給
される圧油の流量と流れ方向を制御する油圧パイロット
式の比例切換弁３４とを有している。

【００２５】第２ブーム操作装置３２は、上記の力セン
サ２３と、力センサ２３からの信号を入力し所定の演算
処理を行う制御装置３８と、パイロット油圧源３５から
のパイロット圧を比例切換弁３４のパイロット操作部３
４ａ，３４ｂに導くための１対のパイロット管路３６
ｂ，３７ｂと、このパイロソト管路３６ｂ，３７ｂに設
けられた電磁比例減圧弁３６，３７とを備え、電磁比例
減圧弁３６，３７の比例ソレノイド３６ａ，３７ａに制
御装置３８から信号が送られる。

【００２６】力センサ２３は指による前後方向の押し付
け力の大きさを操作量として検出し、検出した力の方
向、大きさに応じた信号が制御装置３８に送られる。即
ち、力センサ２３による入力は中立から飽和値までメー
タリングを有し、アクチュエータの速度制御を可能とす
るものである。

【００２７】力センサ２３及び制御装置３８の機能の詳
細を図３に示す。力センサ２３はスティック２３ａと力
検出部２３ｂを有し、力検出部２３ｂは、図４に示すよ
うにスティック２３ａに加えられる前方向ｍの力がＦ₀
を超えて大きくなると、その力が大きくなるに従い大き
くなるプラス（＋）の電圧信号Ｅを出力し、スティック
２３ａに加えられる後方向ｎの力がＦ₀を超えて大きく
なると、その力が大きくなるに従い絶対値が大きくなる
マイナス（−）の電圧信号Ｅを出力する。

【００２８】制御装置３８は速度指令値関数３８ａと飽
和関数３８ｂ，３８ｃを有し、力センサ２３からの電圧
信号Ｅは速度指令値関数３８ａに導かれ、第２ブームの
速度指令値Ｘ2に変換される。速度指令値関数３８ａは
主に中立付近に不感帯を与えたり、力センサ２３の出力
と第２ブームシリンダ１０の速度指令値との間に直線的
でない関係を与えたりするためのものであり、場合によ
っては省略できる。

【００２９】飽和関数３８ｂ，３８ｃは、速度指令値Ｘ
2をは電磁比例減圧弁３６，３７への信号に振り分ける
ためのものである。即ち、第２ブーム６の速度指令値Ｘ
2は、第２ブーム６の下げ側を正、上げ側を負とする１
つの値で表している。これに対し実際の油圧回路では、
第２ブーム下げの場合には電磁比例減圧弁３６を励磁
し、上げの場合には電磁比例減圧弁３７を励磁する必要
がある。この変換を行うために飽和関数が使われる。

【００３０】第２ブーム速度指令値Ｘ2が正の場合、飽
和関数３８ｂはその指令値に応じた信号（電流）を電磁
比例減圧弁３６に送出するが、飽和関数３８ｃによって
電磁比例減圧弁３７には信号が送出されない（ＯＦＦ信
号が送出される。）また、第２ブーム速度指令値Ｘ2が
負の場合、飽和関数３８ｃはその指令値の正負を反転さ
せ、その反転した指令値の大きさに応じた信号（電流）
を電磁比例減圧弁３７に送出する。この時、飽和関数３
８ｂによって電磁比例減圧弁３６には信号が送出されな
い（ＯＦＦ信号が送出される）。

【００３１】以上のように構成した本実施形態の動作を
説明する。

【００３２】力センサ２３に前方向ｍの押し付け力が加
えられると、制御装置３８は、電磁比例減圧弁３７には
ＯＦＦの信号を、電磁比例減圧弁３６には、押し付け力
に応じた大きさの電流を通電する。これにより、電磁比
例減圧弁３６は電流の大きさに応じてパイロット油圧源
３５からのパイロット圧を減圧し、この減圧されたパイ
ロット圧は比例切換弁３４のパイロット操作部３４ａに
導かれる。比例切換弁３４は、パイロット操作部３４ａ
のパイロット圧の大きさに対応した変位分、図示左側の
位置に移動する。これより、油圧ポンプ３３からの圧油
が、比例切換弁３４の絞りの開度に応じた流量により第
２ブームシリンダ１０のボトム側に導かれるので、第２
ブームシリンダ１０は伸長し、第２ブーム６は流量に応
じた速度で下げ方向に回動する。

【００３３】力センサ２３に後方向ｎの押し付け力を加
えた場合も同様で、制御装置３８は、電磁比例減圧弁３
６にＯＦＦの信号を、電磁比例減圧弁３７に、押し付け
力に応じた大きさの電流を通電する。これにより、電磁
比例減圧弁３７は電流の大きさに応じてパイロット油圧
源３５からのパイロット圧を減圧し、この減圧されたパ
イロット圧は比例切換弁３４のパイロット操作部３４ｂ
に導かれる。比例切換弁３４は、パイロット操作部３４
ｂのパイロット圧の大きさに対応した変位分、図示右側
の位置に移動する。これより油圧ポンプ３３からの圧油
が、比例切換弁３４の絞りの開度に応じた流量により第
２ブームシリンダ１０のロッド側に導かれるので、第２
ブームシリンダ１０は収縮し、第２ブーム６は流量に応
じた速度で上げ方向に回動する。

【００３４】従って、本実施形態によれば、従来レバー
あるいは足踏み式のペダル、あるいはスイッチ手段にて
操作していた第２ブームを、入力操作装置である力セン
サ２３をオペレータの指先で操作することで、簡単かつ
的確に速度調整を行いつつ操作することができ、オペレ
ータの操作上の煩わしさを大幅に低減することができ
る。また、力センサ２３は操作レバー２１の握り２１ａ
に設けられているので、オペレータは操作レバー２１を
操作しながら力センサ２３を指で操作することができ、
第２ブーム６の動作速度を調整しながら、フロント作業
装置４の操作を行うことができる。

【００３５】上記実施形態では、第２ブーム操作装置３
２の入力操作装置として力センサを用いたが、図５に示
すように回動可能な操作部２３ａとポテンショメータ２
３ｂを有する角度センサ２４を使用し、操作部２３ａの
操作角度をポテンショメータ２３ｂで検出して操作角度
に応じて第２ブームシリンダ１０の駆動方向と駆動速度
を制御するようにしてもよい。また、図６の如く、操作
レバー２１の握り部２１ａにシーソー式の入力操作装置
２５を取付け、内蔵のポテンショメータで操作量（操作
角度）を検出するようにしてもよい。このように入力操
作装置としては操作レバーに設けられ、オペレータの指
で一軸双方向に操作可能であり、それぞれの方向で操作
量に応じた信号を出力するものであればよく、また、入
力操作装置は操作レバーに取付け可能なものであっても
よいし、操作レバーに一体化したものであってもよい。
更に、入力操作装置は第１操作レバー２１でなく第２操
作レバー２２に設けられていてもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、レバーまたはペダル操
作に頼らずオペレータの指先の操作で簡単に第２ブーム
を駆動することができ、オペレータの操作上の煩わしさ
を低減することができる。

【００３７】また、第２ブームの動作速度を、フロント
作業装置の操作中に指先の操作で簡単に調整でき、更に
オペレータの操作上の煩わしさを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による２ピースブーム型作
業機械の操作駆動装置を示す図である。

【図２】操作レバーの外観と操作方法を示す図である。

【図３】力センサの構成と制御装置の処理機能を示す図
である。

【図４】力センサの特性を示す図である。

【図５】第２ブームの操作装置の別の形態を示す図であ
る。

【図６】第２ブームの操作装置の更に別の形態を示す図
である。

【符号の説明】

１ ２ピースブーム型作業機械 ４ フロント作業装置 ５ 第１ブーム ６ 第２ブーム ７ 第３ブーム ８ バケット ９ 第１ブームシリンダ １０ 第２ブームシリンダ １１ アームシリンダ １２ バケットシリンダ ２１，２２ 操作レバー ２３ 第２ブーム操作手段 ２４ 第２ブーム操作手段 ２５ 第２ブーム操作手段 ３１ 第２ブーム駆動装置 ３２ 第２ブーム操作装置 ３４ 比例切換弁 ３６，３７ 電磁比例減圧弁 ３８ 制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業機械本体と、作業機械本体に回動可能
   に取付けられた第１ブーム、第１ブームに回動可能に取
   付けられた第２ブーム、第２ブームに回動可能に取付け
   られたアーム、第１ブームを駆動するための第１ブーム
   シリンダ、第２ブームを駆動するための第２ブームシリ
   ンダ、アームを駆動するためのアームシリンダを含む多
   関節型のフロント作業装置とを備えた２ピースブーム型
   作業機械に設けられ、 前記第１ブームを操作するための第１操作レバー装置及
   び前記アームを操作するための第２操作レバー装置とを
   有する操作駆動装置において、 前記第１操作レバー装置及び第２操作レバー装置のいず
   れか一方の操作レバーに設けられ、オペレータの指で一
   軸双方向に操作可能であり、それぞれの方向で操作量に
   応じた信号を出力する入力操作装置を有する第２ブーム
   操作手段と、 この第２ブーム操作手段から出力される信号に応じて前
   記第２ブームシリンダの駆動方向と駆動速度を制御する
   第２ブーム駆動手段とを備えることを特徴とする２ピー
   スブーム型作業機械の操作駆動装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の２ピースブーム型作業機械
   の操作駆動装置において、前記入力操作装置はスティッ
   ク型の力センサであることを特徴とする２ピースブーム
   型作業機械の操作駆動装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の２ピースブーム型作業機械
   の操作駆動装置において、前記入力操作装置はポテンシ
   ョメータを内蔵したシーソー型の操作入力装置であるこ
   とを特徴とする２ピースブーム型作業機械の操作駆動装
   置。