JP2007030687A - キャビン昇降装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した速度でキャビンを昇降させることができるキャビン昇降装置を提供すること。
【解決手段】 キャビン３と、ブラケット４と、これらキャビン３とブラケット４との間に設けられた平行リンク機構５と、ロッド１１の伸縮動作によってリンク機構５のリンク５ａをブラケット４に対して回動させる油圧シリンダ６とを備え、リンク５ａの回動動作に応じてキャビン３をブラケット４に対して昇降させる昇降装置１であって、ロッド１１の伸縮範囲のうち少なくとも一部の範囲について、前記キャビン３の昇降速度が一定の目標速度となるように、ロッド１１の伸縮速度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油圧ショベルや破砕機、クレーン等の作業機械において、作業状況等に応じてキャビンを昇降させるキャビン昇降装置に関するものである。

一般に、前記キャビン昇降装置としては、作業機械の上部旋回体とキャビンとの間に設けられた平行リンク機構と、この平行リンク機構の一対のリンクを回動させる回動用油圧シリンダとを備え、この回動用油圧シリンダのロッドの伸縮運動によって前記各リンクを上部旋回体に対して回動させてキャビンを昇降させるものが知られている（例えば、特許文献１）。

この種のキャビン昇降装置では、平行リンク機構により上部旋回体に対しキャビンを昇降させるようにしているので、当該キャビンを略水平の姿勢で維持しながら昇降させることができる。
特開２００３−１８４１２７号公報

しかしながら、前記特許文献１のキャビン昇降装置は、油圧シリンダのロッドの伸縮による直線運動をリンクの回転運動に変換することによりキャビンを昇降させるようにしているので、ロッドが一定速度で伸縮している場合であってもキャビンの速度が不安定となり、当該キャビン内の乗員に違和感を与えていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安定した速度でキャビンを昇降させることができるキャビン昇降装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、キャビンと、ブラケットと、これらキャビンとブラケットとの間に設けられた平行リンク機構と、ロッドの伸縮動作によって前記リンク機構のリンクをブラケットに対して回動させる油圧シリンダとを備え、前記リンクの回動動作に応じて前記キャビンをブラケットに対して昇降させるキャビン昇降装置であって、
前記ロッドの伸縮範囲のうち少なくとも一部の範囲について、前記キャビンの昇降速度が一定の目標速度となるように、前記ロッドの伸縮速度を調整する昇降制御手段を備えたことを特徴とするキャビン昇降装置を提供する。

本発明によれば、ロッドの伸縮範囲のうち少なくとも一部の範囲についてロッドの伸縮速度を制御することによりキャビンを一定の目標速度で昇降させることができるので、この制御の間、乗員に与える違和感を緩和することができる。

したがって、本発明によれば、安定した速度でキャビンを昇降させることができるので、乗り心地の向上につながる。

前記昇降制御手段の具体的態様としては、前記ロッドの伸縮位置を特定可能な情報を検出する検出手段と、前記油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変化させる調整手段と、前記キャビンの昇降速度が前記目標速度となるように前記ロッドの伸縮位置に対応する作動油の流量を規定する目標流量マップと、前記検出手段により検出された情報とに基づいて前記調整手段を操作することにより前記キャビンの昇降速度が前記ロッドの伸縮位置にかかわらず前記目標速度となるように前記油圧シリンダへの作動油供給流量を調整する流量操作手段とを備えたことが好ましい。

この構成によれば、ロッドの伸縮位置を特定可能な情報を検出することにより、この情報と目標流量マップとに基づいて、検出時点のロッドの伸縮位置に対応する作動油の流量を特定することができるので、この流量に基づいて調整手段を操作することによりキャビンの昇降速度を目標速度に制御することができる。

前記ロッドの伸縮位置を特定可能な情報としては、例えば、ストロークセンサによりロッドの伸縮位置自体を検出するようにしてもよいし、キャビンが一定時間継続して上昇又は下降する昇降範囲内においては、当該キャビンが前記昇降範囲内での作動を開始した時点からの経過時間を検出するようにしてもよい。この構成においても、キャビンが昇降範囲内での作動を開始した時点からの経過時間を検出することにより、この経過時間におけるロッド伸縮位置を推定することができるので、このロッド伸縮位置と前記目標流量マップとに基づいてキャビンの昇降速度を制御することができる。

前記キャビン昇降装置においては、乗員の入力を受けることにより、停止状態にある前記キャビンの昇降動作を開始させる処理を前記流量操作手段に実行させる指令手段をさらに備え、前記流量操作手段は、この指令手段の入力操作に応じてキャビンの昇降動作を開始させる場合に予め設定された増加期間の間で作動油供給流量を徐々に増加することもできる。

一方、乗員の入力を受けることにより、前記キャビンの昇降動作期間中に当該昇降動作を停止させる処理を前記流量操作手段に実行させる指令手段をさらに備え、前記流量操作手段は、この指令手段の入力操作に応じてキャビンの昇降動作を停止させる場合に予め設定された減衰時間の間で徐々に作動油供給流量を低減することもできる。

これらの構成によれば、キャビンの昇降動作の開始時又は停止時に作動油流量を徐々に増減させることができるので、操作手段の入力操作に応じてキャビンが急激に始動又は停止することを防止して乗り心地をより向上させることができる。

前記目標流量マップをキャビンの上昇時及び下降時で共通に使用してもよいが、前記目標流量マップは、キャビン上昇用及びキャビン下降用にそれぞれ設定された２種類のマップを含み、前記キャビン下降用のマップは、キャビン上昇用のマップと比較して前記目標速度が低くなるように設定されていることが好ましい。

この構成によれば、キャビン上昇時と下降時、すなわちロッドの伸張時と短縮時とで異なる目標流量マップを使い分け、キャビン上昇時に比較してキャビン下降時の目標速度が低く設定されているので、キャビンを高速で上昇させて乗員の待機時間を低減させる一方、上昇時よりも低速でキャビンを下降させて乗員の不安感を低減することができる。

また、キャビン下降時には当該下降に伴うキャビンの慣性に応じた力がロッドに対し付与されることに伴い、油圧シリンダに対する負荷が大きくなる傾向にあるが、前記構成ではキャビンを低速で下降させるようにしているので前記慣性に応じた力を軽減して油圧シリンダに対する負荷を小さくすることもできる。

本発明によれば、安定した速度でキャビンを昇降させることができるので、乗り心地の向上につながる。

以下本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るキャビンの昇降装置を概略的に示す側面図であり、キャビンが上昇位置にある状態を示している。図２は、図１のキャビンの昇降装置が下降した状態を示しており、（ａ）は途中まで下降した状態、（ｂ）は下降位置まで下降した状態をそれぞれ示している。

各図を参照して、キャビンの昇降装置１は、作業機械の上部旋回体２の上部に取り付けられ、この上部旋回体２に対しキャビン３を昇降させるようになっている。

具体的に、昇降装置１は、キャビン３と、前記上部旋回体２上に立設されたブラケット４と、これらキャビン３とブラケット４との間に設けられた上部リンク５ａ及び下部リンク５ｂを有する平行リンク機構５と、上部リンク５ａをブラケット４に対して回動させる油圧シリンダ６と、この油圧シリンダ６へ作動油を供給する油圧回路７（図３参照）と、この油圧回路７による作動油の供給を制御するコントローラ（流量操作手段）８（図３参照）とを備えている。

ブラケット４は、前記上部旋回体２上で対をなすブラケット本体９（図では１つ示している）と、これらブラケット本体９の間に延びる軸Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３とを備えている。なお、前記ブラケット本体９が対向する方向（軸Ｊ１〜Ｊ３が延びる方向）を左右方向とし、この左右及び上下方向と直交する方向を前後方向として以下説明する。

軸Ｊ１及びＪ２は、前記ブラケット本体９の上部で上下に並んで配設され、軸Ｊ１は前記上部リンク５ａの基端部を、軸Ｊ２は前記下部リンク５ｂの基端部をそれぞれ回転自在に支持している。一方、軸Ｊ３は、ブラケット本体９の下部に設けられ、油圧シリンダ６の基端部を回転自在に支持している。

上部リンク５ａ及び下部リンク５ｂはそれぞれ板状に形成され、下部リンク５ｂには後述する油圧シリンダ６を挿通するための孔（図示せず）が適所に設けられている。また、上部リンク５ａ及び下部リンク５ｂの先端部は、キャビン３後部に形成されたキャビンブラケット３ａに対し軸Ｊ４、Ｊ５によりそれぞれ回転自在に軸支されている。

油圧シリンダ６は、前記軸Ｊ３によりブラケット本体９に軸支されたシリンダ本体１０と、このシリンダ本体１０に対して伸縮自在とされたロッド１１と、このロッド１１の伸縮位置を検出可能なストロークセンサ（検出手段）２０とを備え、前記ロッド１１の先端部が左右方向に沿った軸Ｊ６により前記上部リンク５ａの途中部に対し軸支されている。

したがって、油圧シリンダ６のロッド１１が伸張することにより、キャビン３が図１に示す上昇位置まで上昇する一方、前記ロッド１１が短縮することにより、キャビン３が図２の（ａ）に示すように下降し、終には、図２の（ｂ）に示すように当該キャビン３が前記上部旋回体２の上面位置まで下降した下降位置まで下降することになる。

以下、前記昇降装置１の油圧回路７及びコントローラ８について図３を参照して説明する。

油圧回路７は、前記油圧シリンダ６を駆動する駆動用ポンプ１２と、この駆動用ポンプ１２から油圧シリンダ６への作動油流量を調整するためのパイロットポンプ１４とを備えている。

駆動用ポンプ１２は、パイロット方式の３位置切換弁（調整手段）１５を介して作動油を油圧シリンダ６に供給するようになっている。

３位置切換弁１５は、パイロットポート１５ａ、１５ｂのいずれにも作動油が供給されていないときには中立位置Ｂに維持され、パイロットポート１５ａに対し作動油が供給されると切換位置Ａに切換られ、パイロットポート１５ｂに対し作動油が供給されると切換位置Ｃに切換られるようになっている。そして、切換位置Ａでは駆動用ポンプ１２からの作動油を油圧シリンダ６のロッド１１短縮側のポートへ供給し、中立位置Ｂでは駆動用ポンプ１２から油圧シリンダ６への作動油の供給を停止し、切換位置Ｃでは駆動用ポンプ１２からの作動油を油圧シリンダ６のロッド１１伸張側のポートへ供給するようになっている。

さらに、前記３位置切換弁１５は、パイロットポート１５ａ又は１５ｂに対する作動油のパイロット圧の高低によって中立位置Ｂから切換位置Ａ又はＣへのストロークが変化することにより、油圧シリンダ６への作動油の供給流量を調整することが可能となっている。

一方、パイロットポンプ１４は、前記パイロットポート１５ａに対し電磁式切換弁１６ａ及び電磁式比例弁１７ａを介して作動油を供給するとともに、前記パイロットポート１５ｂに対し電磁式切換弁１６ｂ及び電磁式比例弁１７ｂを介して作動油を供給することが可能とされている。

電磁式切換弁１６ａ及び１６ｂは、それぞれソレノイドに電流が供給されていないときに切換位置Ｄに維持される一方、ソレノイドに電流が供給されると切換位置Ｅに切り換えられるようになっている。そして、切換位置Ｄでは電磁式比例弁１７ａ及び１７ｂに対する作動油の供給を停止する一方、切換位置Ｅでは電磁式比例弁１７ａ及び１７ｂに対して作動油を供給するようになっている。

電磁式比例弁１７ａ及び１７ｂは、ソレノイドに供給される電流値に応じて前記パイロットポンプ１４から供給された作動油の圧力（パイロット圧）を調整した上で、当該作動油を前記パイロットポート１５ａ及び１５ｂに対しそれぞれ供給するようになっている。

なお、１８は、３位置切換弁１５の中立時に油圧シリンダ６の背圧を所定値に保持する背圧保持弁であり、電磁式切換弁１６ａが切換位置Ｅとされ、作動油が供給されることにより油圧シリンダ６のヘッド側からの戻り油をタンクに排出することが可能とされている。

次に、コントローラ８について図１〜図４を参照して説明する。

コントローラ８は、各電磁式切換弁１６ａ及び１６ｂ、各電磁式比例弁１７ａ及び１７ｂ、前記ストロークセンサ２０及び、キャビン３の上昇指示、下降指示又は停止指示を個別に入力操作可能な操作スイッチ１９（操作手段）に対しそれぞれ電気的に接続され、この操作スイッチ１９による入力操作に応じて３位置切換弁１５を制御して油圧シリンダ６に対する作動油の供給流量を調整するようになっている。

さらに、コントローラ８には、図４に示す目標流量マップＬ１及びＬ２が記憶されている。すなわち、前記平行リンク機構５ではロッド１１の直線動作を各リンク５ａ及び５ｂの回転動作に変換しているため油圧シリンダ６のロッド伸縮速度が一定でもキャビン３の速度は時間変化することになる（速度Ｖ１参照）が、その速度Ｖ１に基づき逆にキャビン３の速度を一定の目標速度Ｖ２、Ｖ３にするための作動油流量をロッド１１のストロークごとにそれぞれ設定し、これをマップにしたものが目標流量マップＬ１及びＬ２である。なお、以下の説明では、前記目標流量マップＬ１を、キャビン３の昇降速度を上昇目標速度Ｖ２とするための上昇流量マップと称し、前記目標流量マップＬ２を、キャビン３の昇降速度を前記上昇目標速度よりも遅い下降目標速度Ｖ３とするための下降流量マップと称する。

以下、コントローラ８により実行される処理を、操作スイッチ１９による入力操作の種類ごとにそれぞれ説明する。

１）上昇指示の入力操作がされた場合
コントローラ８は、操作スイッチ１９による上昇指示の入力操作に応じて、電磁式切換弁１６ｂを切換位置Ｅに切換えるとともに電磁式比例弁１７ｂのパイロット圧を予め設定された上昇流量マップＬ１に基づき設定し、このパイロット圧に応じて電磁式比例弁１７ｂを制御する。

すなわち、コントローラ８は、上昇流量マップＬ１と前記ストロークセンサ２０により検出されたロッドストロークとに基づいて現ストロークにおける油圧シリンダ６に対する作動油流量を特定するとともに、この作動油流量に調整するための前記パイロットポート１５ｂに対するパイロット圧を特定し、このパイロット圧に基づき電磁式比例弁１７ｂを制御する。

２）下降指示の入力操作がされた場合
コントローラ８は、操作スイッチ１９による下降指示の入力操作に応じて、電磁式切換弁１６ａを切換位置Ｅに切換えるとともに電磁式比例弁１７ａのパイロット圧を予め設定された下降流量マップＬ２に基づき設定し、このパイロット圧に応じて電磁式比例弁１７ａを制御する。

すなわち、コントローラ８は、前記下降流量マップＬ２と前記ストロークセンサ２０により検出されたロッドストロークとに基づいて、現ロッドストロークにおける油圧シリンダ６に対する作動油流量を特定するとともに、この流量に基づき電磁式比例弁１７ａのパイロット圧を特定し、このパイロット圧に基づき電磁式比例弁１７ａを制御する。

３）停止指示の入力操作がされた場合
コントローラ８は、キャビン３の昇降動作中に操作スイッチ１９による停止指示の入力操作がされると、３位置切換弁１５を切換位置Ｂへ駆動して油圧シリンダ６に対する作動油の供給を停止させることにより、上昇又は下降の過程にあるキャビン３を停止させる。このとき、前記コントローラ８は、前記操作スイッチ１９の入力操作の後直ちに３位置切換弁１５を切換位置Ｂに操作するのではなく、予め設定された減衰時間（例えば、０．５秒間）の間で徐々に中立位置Ｂへ戻すようにしている。具体的に、コントローラ８は、操作スイッチ１９の入力操作の時点における３位置切換弁１５の切換位置Ａ又はＣから中立位置Ｂへ操作する時間が前記減衰時間となるように電磁式比例弁１７ａ又は１７ｂへの供給電流を徐々に減少させる。

一方、１）又は２）のように、操作スイッチ１９により上昇又は下降指示が入力操作された場合、上述したように、コントローラ８は、前記目標流量マップＬ１又はＬ２とストロークセンサ２０により検出されたロッドストロークとに基づいて特定された流量で油圧シリンダ６に作動油を供給することになるが、このときには、前記操作スイッチ１９の入力操作の後直ちに３位置切換弁１５を操作するのではなく、予め設定された増加時間（例えば、１秒間）の間で徐々に切換位置Ａ又はＣへ操作するようにしている。具体的に、コントローラ８は、操作スイッチ１９の入力操作の時点における中立位置Ｂから切換位置Ａ又はＣへ操作する時間が前記増加時間となるように電磁式比例弁１７ａ又は１７ｂへの供給電流を徐々に増加させる。

以上説明したように、前記昇降装置１によれば、ロッド１１の伸縮速度を制御することによりキャビン３を一定の目標速度Ｖ２又はＶ３で昇降させることができるので、乗員に与える違和感を緩和することができる。

前記実施形態のように、ストロークセンサ２０により検出されたロッド１１のストロークと目標流量マップＬ１又はＬ２とに基づいて、検出時点のロッドストロークにおいて油圧シリンダ６に供給すべき作動油の流量を特定することができるので、この流量に基づいて３位置切換弁１５を操作することによりキャビン３の昇降速度を目標速度Ｖ２又はＶ３に制御することができる。

なお、前記実施形態ではストロークセンサ２０によりロッド１１のストロークを直接検出してロッドストロークを特定するようにしているが、以下のようにストロークセンサ２０を省略し、時間的な要素をもってロッドストロークを推定することもできる。

例えば、前記上昇位置（図１参照）と下降位置（図２（ｂ）参照）との間の昇降範囲において、キャビンが限られた時間で継続的に上昇又は下降する（上昇位置と下降位置との間で停止させることなく動作する）ようにした場合、上昇位置又は下降位置からキャビン３が作動を開始した時点からの経過時間を検出するセンサを設け、検出された経過時間に基づいてロッド伸縮位置を推定することができる。

すなわち、この実施形態では、キャビン３が一定時間継続して上昇又は下降する昇降範囲内で経過時間を検出するようにしているので、当該昇降範囲においてはロッド１１も一定時間継続して伸張又は短縮することになり、この昇降範囲内においては経過時間とロッド１１のストロークとが一対一に対応する関係となるため、当該経過時間に基づいてロッド１１のストロークを推定することができる。

したがって、このようにした場合、前記経過時間に基づき推定されたロッドストロークと前記目標流量マップＬ１及びＬ２とに基づいて、当該経過時間に対応する油圧シリンダ６への作動油流量を特定することができる。

なお、前記昇降範囲は、上昇位置と下降位置に限定されることはなく、これら両位置間の特定の範囲に設定することもできる。この場合、ストロークセンサ２０とタイマとの双方を設け、前記ストロークセンサ２０によるロッドストロークの検出と、タイマによる経過時間の計測とをキャビン３の昇降位置に応じて使い分けることができる。

また、前記実施形態のように操作スイッチ１９の停止又は昇降指示の入力操作に応じて所定の減衰時間又は増加時間の間で徐々に作動油流量を増減させる構成によれば、操作スイッチ１９の入力操作に応じてキャビン３が急激に始動又は停止することを防止して乗り心地をより向上させることができる。

さらに、前記実施形態のように、上昇流量マップＬ１に加えて上昇目標速度Ｖ２よりも遅く設定された下降目標速度Ｖ３に基づく下降流量マップＬ２を使用するようにした構成によれば、キャビン３を上昇流量マップＬ１に基づき高速で上昇させて乗員の待機時間を低減させる一方、上昇時よりも遅い速度でキャビン３を下降させて乗員の不安感を低減することができる。

また、キャビン３の下降時には当該下降に伴うキャビン３の慣性に応じた力がロッド１１に対し付与されることに伴い、油圧シリンダ６に対する負荷が大きくなる傾向にあるが、前記実施形態ではキャビン３を低速で下降させるようにしているので前記慣性に応じた力を軽減して油圧シリンダ６に対する負荷を小さくすることもできる。

なお、前記実施形態では、ストロークセンサ２０によりロッドストロークを検出するようにしているが、前記軸Ｊ１周りの上部リンク５ａの回転角を検出する角度センサにより検出された角度から換算してロッドストロークを検出してもよい。

また、前記実施形態では、３位置切換弁１５により油圧シリンダ６に対する作動油流量を調整するようにしているが、この調整手段は前記駆動用ポンプ１２の吐出流量を調整可能な可変ポンプにより構成してもよい。

本発明の実施形態に係るキャビンの昇降装置を概略的に示す側面図であり、キャビンが上昇位置にある状態を示している。 図１のキャビンの昇降装置が下降した状態を示しており、（ａ）は途中まで下降した状態、（ｂ）は下降位置まで下降した状態をそれぞれ示している。 図１のキャビンの昇降装置における油圧回路及び電気的な回路を示す図である。 図３のコントローラが参照する目標流量マップを示す図である。

符号の説明

Ｌ１ 相関データ
Ｌ２ 上昇流量マップ（目標流量マップ）
Ｌ３ 上昇目標速度（目標速度）
Ｌ４ 下降流量マップ（目標流量マップ）
Ｌ５ 下降目標速度（目標速度）
１ 昇降装置
３ キャビン
４ ブラケット
５ 平行リンク機構
５ａ 上部リンク
５ｂ 下部リンク
６ 油圧シリンダ
７ 油圧回路
８ コントローラ（制御手段）
１１ ロッド
１５ ３位置切換弁（調整手段）
１９ 操作スイッチ（操作手段）
２０ ストロークセンサ（検出手段）

Claims (7)

1. キャビンと、ブラケットと、これらキャビンとブラケットとの間に設けられた平行リンク機構と、ロッドの伸縮動作によって前記リンク機構のリンクをブラケットに対して回動させる油圧シリンダとを備え、前記リンクの回動動作に応じて前記キャビンをブラケットに対して昇降させるキャビン昇降装置であって、
   前記ロッドの伸縮範囲のうち少なくとも一部の範囲について、前記キャビンの昇降速度が一定の目標速度となるように、前記ロッドの伸縮速度を調整する昇降制御手段を備えたことを特徴とするキャビン昇降装置。
2. 前記昇降制御手段は、
   前記ロッドの伸縮位置を特定可能な情報を検出する検出手段と、
   前記油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変化させる調整手段と、
   前記キャビンの昇降速度が前記目標速度となるように前記ロッドの伸縮位置に対応する作動油の流量を規定する目標流量マップと、前記検出手段により検出された情報とに基づいて前記調整手段を操作することにより前記キャビンの昇降速度が前記ロッドの伸縮位置にかかわらず前記目標速度となるように前記油圧シリンダへの作動油供給流量を調整する流量操作手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のキャビン昇降装置。
3. 前記検出手段は、前記ロッドの伸縮位置を検出するストロークセンサにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載のキャビン昇降装置。
4. 前記検出手段は、キャビンが一定時間継続して上昇又は下降する昇降範囲内において、当該キャビンが前記昇降範囲内での作動を開始した時点からの経過時間を検出することを特徴とする請求項２又は３に記載のキャビンの昇降装置。
5. 乗員の入力を受けることにより、停止状態にある前記キャビンの昇降動作を開始させる処理を前記流量操作手段に実行させる指令手段をさらに備え、前記流量操作手段は、この指令手段の入力操作に応じてキャビンの昇降動作を開始させる場合に予め設定された増加期間の間で作動油供給流量を徐々に増加することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のキャビン昇降装置。
6. 乗員の入力を受けることにより、前記キャビンの昇降動作期間中に当該昇降動作を停止させる処理を前記流量操作手段に実行させる指令手段をさらに備え、前記流量操作手段は、この指令手段の入力操作に応じてキャビンの昇降動作を停止させる場合に予め設定された減衰時間の間で徐々に作動油供給流量を低減することを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載のキャビン昇降装置。
7. 前記目標流量マップは、キャビン上昇用及びキャビン下降用にそれぞれ設定された２種類のマップを含み、前記キャビン下降用のマップは、キャビン上昇用のマップと比較して前記目標速度が低くなるように設定されていることを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載のキャビン昇降装置。

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