JP2007224511A - ローダ型作業機械のバケット姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バケットから積荷がこぼれないように、バケットの積み込み作業中の姿勢を安定化させる。
【解決手段】バケット角度検出手段１００は、バケットの角度βを検出する。レベリング手段１１０は、バケット角度βに基づいて、バケットから積荷がこぼれ落ちないように、バケット用アクチュエータ１２０を制御する。レベリング制御手段１３０は、ブーム位置検出手段１４０によって検出されるブームの高さ位置θとバケット角度βとに基づいて、レベリング動作の作動をオンオフ制御する。強制ダンプ手段１５０は、バケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合に、バケットをダンプさせるための圧油をバケット用アクチュエータ１２０に供給し、バケットを強制的にダンプさせる。これにより、積み込み作業中のバケットの姿勢を安定させることができ、バケット内の積荷をダンプ側にのみ排出させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ホイールローダ等のローダ型作業機械に使用されるバケット姿勢制御装置に関する。

ホイールローダ等のローダ型作業機械は、上下方向に回動可能なブームの先端に、ダンプ方向またはチルト方向に回動可能なバケットを備えている。例えば、オペレータは、操作装置を操作することにより、バケットをダンプ方向に回動させて略水平にさせた後、バケットを土砂等の山に挿入させてバケット内に積荷を積み込む。そして、オペレータは、ブームまたは車体を旋回させて、ローダ型作業機械をダンプトラック等の運搬機械に対面させ、ブームを荷台の上方まで上げる。オペレータが、バケットをダンプ方向に回動させると、バケット内の積荷が荷台に落下し、運搬機械に積荷が移される。このようなサイクルを複数回繰り返すことにより、積み込み作業が行われる。

ここで、ブームが所定値にある場合にバケットの角度をダンプ方向に回動させるようにした技術は知られている（特許文献１）。また、ブームの動作に応じてバケットをダンプ方向に傾けさせ、バケットを略水平に保持させるようにした技術も知られている（特許文献２）。
米国特許出願公開第２００４／００６０７１１号明細書 特開２０００−２７３８９８号公報

前記各文献に記載の従来技術は、積み込み作業の開始時等の所定時点のみにおいて、バケットの姿勢を一時的に制御するに過ぎず、バケット内の積み荷がバケット外部にこぼれ落ちないように、積み込み状態のバケットの姿勢を自動的に制御するものではない。また、従来技術のものは、どのような状況においても、バケットの積荷をチルト方向に排出させずにダンプ方向にのみ排出可能な構成にもなっていない。

そこで、本発明の目的は、バケットによる積荷の運搬中にバケットから積荷がこぼれ落ちないように、バケットの姿勢を制御できるようにしたローダ型作業機械のバケット姿勢制御装置を提供することにある。本発明の他の目的は、ダンプ方向にのみ積荷を排出できるようにしたローダ型作業機械のバケット姿勢制御装置を提供することにある。

本発明に従うローダ型作業機械のバケット姿勢制御装置は、上下方向に回動可能に設けられたブームと該ブームの先端側にダンプ方向及びチルト方向に回動可能に設けられたバケットとを有するローダ型作業機械のバケット姿勢制御装置であって、入力されたブーム操作量に応じて、ブームを上下いずれかの方向に回動させるためのブーム用方向切替弁に圧油を供給するブーム操作弁と、入力されたバケット操作量に応じて、バケットをダンプ方向またはチルト方向のいずれかに回動させるためのバケット用方向切替弁に圧油を供給するバケット操作弁と、バケットの基準面に対する傾き角度を検出するバケット角度検出手段と、バケットから積荷がこぼれ落ちないように、バケット角度検出手段によって検出された傾き角度に応じて、バケットをダンプ方向またはチルト方向のいずれかに回動させるための圧油をバケット用方向切替弁に供給するレベリング用切替弁と、ブームの高さ位置を検出するブーム位置検出手段と、バケットの傾き角度及びブームの高さ位置に応じて、レベリング用切替弁のレベリング動作を作動または停止させるレベリング制御手段と、バケットの傾き角度が予め設定された閾値に達した場合には、バケットをダンプ方向に回動させるための圧油をバケット用方向切替弁に強制的に供給する強制ダンプ用切替弁と、を備える。

さらに、レベリング制御手段は、前記バケットの傾き角度が予め設定された所定角度未満であり、かつ、前記ブームの高さ位置が予め設定された所定高さ位置未満である場合に、レベリング用切替弁によるレベリング動作を停止させ、バケットの傾き角度が前記所定角度以上であるか、または、ブームの高さ位置が前記所定高さ位置以上である場合に、レベリング用切替弁によるレベリング動作を作動させるようになっている。

ここで、前記所定角度を、バケットが積荷を積み込むための荷積み角度として設定し、前記所定高さ位置を、ブームの最低高さ位置から最高高さ位置までの間の中間値として設定することができる。そして、レベリング制御手段は、バケット角度検出手段により検出される傾き角度をレベリング用切替弁に伝達するための伝達手段と、伝達手段による伝達動作を作動させるための作動位置及び伝達動作を停止させるための停止位置を有する伝達動作制御用切替弁と、バケット角度検出手段により検出される傾き角度が所定角度未満の場合に、伝達動作制御用切替弁にパイロット圧を供給し、伝達動作制御用切替弁を停止位置に切り替えさせるレベリング動作解除用切替弁と、ブーム位置検出手段によって検出される高さ位置が所定高さ位置に達した場合に、伝達動作制御用切替弁にパイロット圧を供給し、伝達動作制御用切替弁を作動位置に切り替えさせる電磁制御弁とを備えて構成し、さらに、伝達動作制御用切替弁は、レベリング動作解除用切替弁及び電磁制御弁からそれぞれパイロット圧が供給された場合には、予め設定されているバネ力により、作動位置に切り替わるように構成することができる。

図１は、ローダ型作業機械の一例としてのホイールローダ１の側面図である。なお、図１に示す構成はホイールローダ１の一例であって、図示の構成以外の構成を採用するホイールローダでもよい。
ホイールローダ１の車体２は、例えば、エンジンや油圧制御装置等を搭載した後部車体２Ａと、後部車体２Ａに連結部５を介して水平方向に旋回可能に設けられた前部車体２Ｂとを備えており、前部車体２Ｂには作業機３が設けられている。後部車体２Ａ，前部車体２Ｂには、それぞれ左右に一対のタイヤ４が回転自在に設けられており、各タイヤ４によってホイールローダ１は、作業現場や道路等を走行する。

後部車体２Ａの上方には、作業機３を操作するための操作装置６が運転席近傍に設けられている。作業機３は、車体前方に延びるようにして配置されたブーム８及びブーム８の先端に設けられたバケット９等を備えている。ブーム８の基端側は、前部車体２Ｂの前方に設けられた支持部７に上下動可能に支持されている。ブーム８の先端側には、回動ピン８１（図３参照）を介して、バケット９が所定方向に回動可能に設けられている。

ブームシリンダ８Ａは、その基端側が支持部７に回動可能に取り付けられており、その先端側がブーム８の中間部に回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ８Ａの伸縮動作は、後述のブーム操作装置６１（図３参照）によって操作される。ブームシリンダ８Ａが伸縮すると、ブーム８は、後述の基端側回動ピン８２（図３参照）を中心として図中の上方向または下方向に旋回する。図１に二点鎖線で示すように、ブーム８は、バケット９を最大高さ位置まで持ち上げることができる。

バケットシリンダ９Ａは、その基端側がブーム８の先端側寄りに回動可能に取り付けられており、その先端側がバケット９に回動可能に取り付けられている。バケットシリンダ９Ａの伸縮動作によって、バケット９の角度が調節される。バケットシリンダ９Ａの伸縮動作は、後述のバケット操作装置６２（図３参照）によって操作される。バケットシリンダ９Ａが伸縮すると、バケット９は、図１に垂直な軸を中心として左右いずれかに所定角度の範囲内で回動する。

図１中に実線で示すバケット姿勢は、例えば、土砂等の山にバケット９を挿入して、積み込みを開始する状態を示す。図１中に点線で示すバケット姿勢は、バケット９をチルトさせてバケット９内に土砂等を積み込む状態を示す。同様に、二点鎖線で示すバケット姿勢は、バケット９を最大ダンプ位置までダンプさせて、バケット９内の土砂等をダンプトラック等の荷台に排出させる状態を示す。

図２は、本実施形態のバケット姿勢制御装置が実現する機能構成を模式的に示す説明図である。各機能１００〜１５０の具体例はさらに後述する。バケット角度検出手段１００は、バケット９の角度βを検出するものである。レベリング手段１１０は、バケット角度βに基づいて、バケット９から積荷がこぼれ落ちないように、バケット用アクチュエータ１２０を制御するものである。

レベリング制御手段１３０は、レベリング手段１１０によるレベリング動作を作動させたり、または停止させたりするように制御するものである。レベリング制御手段１３０は、ブーム位置検出手段１４０によって検出されるブーム８の高さ位置θとバケット角度βとに基づいて、レベリング動作の作動をオンオフ制御する。

強制ダンプ手段１５０は、バケット角度検出手段１００により検出されたバケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合に、バケット９をダンプさせるための制御信号（圧油）をバケット用アクチュエータ１２０に供給し、バケット９を強制的にダンプさせる。

姿勢制御方法を説明するためのテーブルＴ１に示されているように、本実施形態では、ブーム８の高さ位置θ及びバケット９のバケット角度βに基づいて、作業機３の姿勢を第１領域〜第６領域の合計６領域に分類している。

各領域での詳細な動作は、さらに後述するが、先に簡単に説明すると、ブーム８の高さ位置θがθ１未満の場合（第１領域〜第３領域）と、ブーム８の高さ位置θがθ１以上の場合（第４領域〜第６領域）とに大別することができる。

ブーム８の高さ位置θがθ１未満であって、かつ、バケット角度βが所定角度β１未満の場合（第１領域）、レベリング制御手段１３０は、レベリング手段１１０によるレベリング動作を停止させる。ブーム８の高さ位置θがθ１未満であって、バケット角度θがβ１以上で閾値Ｔｈ未満の場合（第２領域）、レベリング制御手段１３０は、レベリング手段１１０によるレベリング動作を作動させる。ブーム８の高さ位置θがθ１未満であって、バケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合（第３領域）、レベリング制御手段１３０は、レベリング手段１１０によるレベリング動作を作動させる。また、第３領域において、強制ダンプ手段１５０は、バケット角度βがＴｈになった場合に、強制的にバケット９をダンプさせる。

ブーム８の高さ位置θがθ１以上であって、バケット角度βがβ１未満の場合（第４領域）、レベリング制御手段１３０は、レベリング手段１１０によるレベリング動作を作動させる。同様に、ブーム８の高さ位置θがθ１以上であって、バケット角度βがβ１以上Ｔｈ未満の場合（第５領域）、レベリング制御手段１３０は、レベリング手段１１０によるレベリング動作を作動させる。ブーム８の高さ位置θがθ１以上であって、バケット角度βがＴｈに達した場合（第６領域）、レベリング制御手段１３０は、レベリング手段１１０によるレベリング動作を作動させる。また、第６領域において、強制ダンプ手段１５０は、バケット角度βがＴｈになった場合に、強制的にバケット９をダンプさせる。

図３は、バケット姿勢を制御するための油圧制御回路図である。運転席近傍に配置される操作装置６は、少なくともブーム操作装置６１及びバケット操作装置６２を含んで構成される。

ブーム操作装置６１は、ブーム８を操作するためのもので、レバー６１Ａと、ブーム操作弁６１Ｂ及びブーム用切替弁６１Ｃを備えている。バケット操作装置６２は、バケット９を操作するためのもので、レバー６２Ａと、バケット操作弁６２Ｂ及びバケット用切替弁６２Ｃを備えている。各切替弁６１Ｃ，６２Ｃは、例えば、スプール式方向切替弁として構成される。また、各操作弁６１Ｂ，６２Ｂには、パイロット圧供給ポンプ１０（以下、ポンプ１０）からの圧油が、管路Ｐ１を介してそれぞれ供給されている。

ブーム操作弁６１Ｂは、レバー６１Ａの操作に応じて、ポンプ１０からの圧油をブーム用切替弁６１Ｃに供給する。オペレータによってレバー６１Ａがブーム８を上げる方向に操作されると、ブーム用切替弁６１Ｃの位置を「ブーム上げ方向」に切り替えさせるための圧油が、ブーム操作弁６１Ｂからブーム用切替弁６１Ｃに供給される。これにより、ブーム８は、上方に移動する。オペレータによってレバー６１Ａがブーム８を下げる方向に操作されると、ブーム用切替弁６１Ｃの位置を「ブーム下げ方向」に切り替えさせるための圧油が、ブーム操作弁６１Ｂからブーム用切替弁６１Ｃに供給される。これにより、ブーム８は、下方に移動する。

ブーム操作弁６１Ｂにはシャトル弁４１が接続されている。このシャトル弁４１は、ブーム上げ方向に位置を切り替える場合の戻り圧油、または、ブーム下げ方向に切り替える場合の戻り圧油のうちいずれか圧力の高い方の圧油を選択して出力させる。従って、ブーム操作弁６１Ｂが作動している場合は、いずれかの戻り圧油がシャトル弁４１から管路Ｐ２に出力される。そして、この戻り圧油は、管路Ｐ２を介して、レベリング動作解除用切替弁１２に接続された管路Ｐ３及びレベリング用切替弁１４に接続された管路Ｐ５に、それぞれ供給される。

バケット操作弁６２Ｂは、レバー６２Ａの操作に応じて、ポンプ１０からの圧油をバケット用切替弁６２Ｃに供給する。バケット操作弁６２Ｂにより操作されるバケット用切替弁６２Ｃ及びバケットシリンダ９Ａは、図２中のバケット用アクチュエータ１２０に対応する。

オペレータによってレバー６２Ａがダンプ方向に操作されると、バケット用切替弁６２Ｃの位置を「ダンプ」に切り替えさせるための圧油が、バケット操作弁６２Ｂからバケット用切替弁６２Ｃに供給される。これにより、バケット９は、ダンプ方向に回動する。オペレータによってレバー６２Ａがチルト方向に操作されると、バケット用切替弁６２Ｃの位置を「チルト」に切り替えさせるための圧油が、バケット操作弁６２Ｂからバケット用切替弁６２Ｃに供給される。これにより、バケット９は、チルト方向に回動する。なお、後述のように、バケット用切替弁６２Ｃには、バケット操作弁６２Ｂからの圧油以外に、別の切替弁１１，１４からも圧油が供給可能となっている。

バケット角度検出機構２０を説明する。バケット角度検出機構２０は、図２中のバケット角度検出手段１００に対応する。バケット角度検出機構２０は、ブーム８の動作に影響されることなく、バケット９のバケット角度βを機械的に検出するものである。

バケット角度検出機構２０は、先端側部材２１と、連結部材２２と、回転部材２３及び検知レバー２４からリンク機構として構成される。先端側部材２１は、バケットシリンダ９Ａとブーム８との間に取り付けられている。連結部材２２は、その一端側が先端側部材２１に回動可能に取り付けられており、その他端側は回転部材２３に回動可能に取り付けられている。回転部材２３は、ブーム８の回動中心である基端側回動ピン８２に、回転自在に取り付けられている。回転部材２３は、基端側回動ピン８２の回転運動に影響されずに、連結部材２２からの操作力のみに応じて回転する。

検知レバー２４は、その一端側が回転部材２３に回動可能に取り付けられており、その他端側は自由端となっている。バケット９がダンプ方向またはチルト方向に変化すると、この姿勢変化に応じて、検知レバー２４の自由端は上下方向に変位する。検知レバー２４の自由端近傍には、強制ダンプ用切替弁１１及びレベリング動作解除用切替弁１２がそれぞれ設けられている。これら各切替弁１１，１２は、バケット角度に応じて、それぞれ作動する。その詳細は後述する。

基端側回動ピン８２には、別の回転部材２５が相対回転不能に取り付けられている。この回転部材２５は、基端側回動ピン８２に固定されており、基端側回動ピン８２に追従して回転する。回転部材２５は、ブーム８の上下動を回転運動に変換するものである。この回転部材２５とバケット角度に追従する回転部材２３とは、互いに影響を与えない。

回転部材２５の外周側には、カム２５Ａが一体的に設けられている。回転部材２５の回転によって、カム２５Ａが所定位置に達すると、このカム２５Ａの存在がセンサ１６によって検出される。カムの所定位置とは、ブーム８の高さ位置θが所定高さ位置θ１に達した場合の位置である。回転板２５，カム２５Ａ及びセンサ１６は、図２中のブーム位置検出手段１４０に対応する。

検知レバー２４の略中間部には、バケット角度を伝達するためのシリンダ３０の一端３０Ａが取り付けられている。シリンダ３０の他端３０Ｂは、レベリング用切替弁１４に取り付けられている。このシリンダ３０は、後述のように、レベリング動作解除用切替弁１２，伝達動作制御用切替弁１３，電磁制御弁１５及びセンサ１６と共に、図２中のレベリング制御手段１３０を構成する。シリンダ３０は、伝達動作制御用切替弁１３によって、リジット状態またはフリー状態のいずれかの状態に設定される。

リジット状態とは、シリンダ３０の伸縮動作が固定されて、検知レバー２４の上下動をそのままレベリング用切替弁１４に伝達させる状態である。フリー状態とは、検知レバー２４の上下動に応じて、シリンダロッドを自由に移動させる状態である。従って、シリンダ３０がフリー状態に設定されている場合、検知レバー２４の変位は、シリンダ３０によって吸収され、レベリング用切替弁１４には伝達されない。

レベリング用切替弁１４は、例えば、ダンプ位置（ａ）、チルト位置（ｂ）及び中立位置（ｃ）を備えた３ポート３位置の油圧制御式切替弁として構成される。レベリング用切替弁１４は、図２中のレベリング手段１１０に対応する。本明細書では、バケット９から積荷がこぼれ落ちないように、バケット角度を制御することをレベリングと呼ぶ。

レベリング用切替弁１４の入力ポートには管路Ｐ５が接続されており、この管路Ｐ５は、管路Ｐ２及びシャトル弁４１を介して、ブーム操作弁６１Ｂに接続されている。従って、管路Ｐ５には、ブーム操作弁６１Ｂからの戻り圧油が供給される。レベリング用切替弁１４の一方の出力ポートは、管路Ｐ６に接続されており、他方の出力ポートは管路Ｐ７に接続されている。そして、管路Ｐ６は、シャトル弁４２に接続されており、このシャトル弁４２は、管路Ｐ９を介して別のシャトル弁４３に接続されている。

１段目のシャトル弁４２は、バケット操作弁６２Ｂから入力されるダンプ操作用の圧油と管路Ｐ６から入力されるブーム操作弁６１Ｂからの戻り圧油のうち、いずれか圧力の高い方の圧油を選択して出力する。２段目のシャトル弁４３は、シャトル弁４２から入力される圧油と強制ダンプ用切替弁１１から入力される圧油のうち、いずれか圧力の高い方の圧油を選択して出力する。シャトル弁４３から出力される圧油は、バケット用切替弁６２Ｃのダンプ操作側に供給される。

管路Ｐ７は、シャトル弁４４を介して、バケット用切替弁６２Ｃのチルト操作側に接続されている。シャトル弁４４は、バケット操作弁６２Ｂから入力されるチルト操作用の圧油とレベリング用切替弁１４から管路Ｐ７を介して入力される圧油のうち、いずれか圧力の高い方の圧油を選択して出力する。シャトル弁４４から出力される圧油は、バケット用切替弁６２Ｃのチルト操作側に供給される。

レベリング用切替弁１４は、バケット用切替弁６２Ｃ等と上述のように接続される。従って、シリンダ３０がリジット状態の場合において、レベリング用切替弁１４がダンプ位置（ａ）に切り替わると、ブーム操作弁６１Ｂからの戻り圧油が、管路Ｐ６及び各シャトル弁４２，４３を介して、バケット用切替弁６２Ｃのダンプ操作側に供給される。これにより、バケット用切替弁６２Ｃは、ダンプ位置に切り替わり、バケット９はダンプ方向に回動する。

同様に、シリンダ３０がリジット状態の場合において、レベリング用切替弁１４がチルト位置（ｂ）に切り替わると、ブーム操作弁６１Ｂからの戻り圧油は、管路Ｐ７及びシャトル弁４４を介して、バケット用切替弁６２Ｃのチルト操作側に供給される。これにより、バケット用切替弁６２Ｃは、チルト位置に切り替わり、バケット９はチルト方向に回動する。

レベリング用切替弁１４が中立位置（ｃ）に切り替わると、ブーム操作弁６１Ｂからの戻り圧油は、バケット用切替弁６２Ｃに供給されない。従って、レベリング用切替弁１４によるレベリングは行われず、バケット９の姿勢は変化しない。このように、バケット９のバケット角度は、検知レバー２４の上下動に変換され、リジット状態のシリンダ３０を介して、レベリング用切替弁１４に伝達される。レベリング用切替弁１４は、チルト位置またはダンプ位置に切り替わることにより、バケット９の姿勢を略水平に制御する。

レベリング用切替弁１４によるレベリング動作は、所定の場合に解除される。そこで、図２中のレベリング制御手段１３０に対応する構成を説明する。

伝達動作制御用切替弁１３は、シリンダ３０をリジット状態またはフリー状態のいずれかに設定するものである。伝達動作制御用切替弁１３は、例えば、ストップ位置（ａ）及びドレン位置（ｂ）を備えた３ポート２位置の油圧制御式切替弁として構成される。伝達動作制御用切替弁１３は、その入力ポートがタンク１７に接続されており、その各出力ポートはシリンダ３０の各油室にそれぞれ接続されている。

伝達動作制御用切替弁１３は、レベリング動作解除用切替弁１２からの第１のパイロット圧と電磁制御弁１５からの第２のパイロット圧及びバネ１３Ａによって、ストップ位置（ａ）とドレン位置（ｂ）とが切り替わるようになっている。

レベリング動作解除用切替弁１２から第１のパイロット圧のみが伝達動作制御用切替弁１３に入力されると、伝達動作制御用切替弁１３は、ドレン位置（ｂ）に切り替わる。これにより、シリンダ３０はフリー状態に設定され、検知レバー２４の変位はシリンダ３０で吸収される。従って、レベリング用切替弁１４は、レベリング動作を行わない。

電磁制御弁１５から第２のパイロット圧のみが伝達動作制御用切替弁１３に入力されると、伝達動作制御用切替弁１３は、ストップ位置（ａ）に切り替わる。これにより、シリンダ３０はリジット状態に設定され、検知レバー２４の変位がレベリング用切替弁１４に伝達される。従って、レベリング用切替弁１４は、レベリング動作を実行する。

第１のパイロット圧及び第２のパイロット圧の両方が伝達動作制御用切替弁１３にそれぞれ入力された場合、常時ストップ位置（ａ）に向けて付勢するバネ１３Ａのバネ力によって、伝達動作制御用切替弁１３は、ストップ位置（ａ）に切り替わる。

次に、レベリング動作解除用切替弁１２（以下、解除用切替弁１２と呼ぶ場合がある）について説明する。この解除用切替弁１２は、レベリング用切替弁１４によるレベリング動作を解除させるためのものである。解除用切替弁１２は、例えば、作動許可位置（ａ）及び解除位置（ｂ）を備えた３ポート２位置の油圧制御式切替弁として構成される。

解除用切替弁１２の出力ポートは、管路Ｐ４を介して、伝達動作制御用切替弁１３の第１パイロット圧ポートに接続されている。解除用切替弁１２の一方の入力ポートは、管路Ｐ３，Ｐ２及びシャトル弁４１を介して、ブーム操作弁６１Ｂに接続されている。解除用切替弁１２の他方の入力ポートは、タンク１７に接続されている。

解除用切替弁１２は、設定バネのバネ力により、常時作動許可位置（ａ）に付勢されている。しかし、バケット角度が所定角度β１未満である場合には、バネ力に抗して、検知レバー２４の自由端が解除用切替弁１２のプランジャ１２Ａを解除位置（ｂ）に向けて付勢するため、解除用切替弁１２は、解除位置（ｂ）に切り替わる。バケット角度がβ１以上になった場合、検知レバー２４の自由端はプランジャ１２Ａから離れるため、解除用切替弁１２は、作動許可位置（ａ）に切り替わる。

解除用切替弁１２が作動許可位置（ａ）に切り替わると、伝達動作制御用切替弁１３への第１のパイロット圧はタンク圧まで低下し、伝達動作制御用切替弁１３は、ストップ位置（ａ）に切り替わる。これによりレベリング動作が行われる。一方、解除用切替弁１２が解除位置（ｂ）に切り替わると、伝達動作制御用切替弁１３への第１のパイロット圧は、ブーム操作弁６１Ｂの戻り圧油の圧力まで上昇する。従って、電磁制御弁１５が作動していない場合、伝達動作制御用切替弁１３は、ドレン位置（ｂ）に切り替わる。これにより、レベリング動作は解除（または一時停止）される。

電磁制御弁１５について説明する。電磁制御弁１５は、例えば、連通位置（ａ）及び遮断位置（ｂ）を備えた２ポート２位置のソレノイド弁として構成される。電磁制御弁１５の入力ポートは、管路Ｐ３を介して解除用切替弁１２の出力ポートに接続されており、電磁制御弁１５の出力ポートは、伝達動作制御用切替弁１３の第２パイロット圧ポートに接続されている。また、電磁制御弁１５の出力ポートは、絞り１８を介して、タンク１７にも接続されている。

電磁制御弁１５は、常時遮断位置（ｂ）に切り替わっており、センサ１６から検出信号が入力された場合には、連通位置（ａ）に切り替わるようになっている。即ち、ブーム８の高さ位置が所定高さ位置θ１に達した場合、電磁制御弁１５は、連通位置（ａ）に切り替わり、解除用切替弁１２からの圧油を第２パイロット圧として、伝達動作制御用切替弁１３に入力させる。これにより、伝達動作制御用切替弁１３は、ストップ位置（ａ）に切り替わる。なお、解除用切替弁１２からの圧油は、絞り１８によってタンク１７にも排出される。

センサ１６からの検出信号が入力されなくなると、即ち、ブーム８がθ１未満の高さまで下げられると、電磁制御弁１５は、遮断位置（ｂ）に復帰し、伝達動作制御用切替弁１３の第２パイロット圧は、タンク圧まで低下する。

次に、強制ダンプ用切替弁１１について説明する。強制ダンプ用切替弁１１は、図２中の強制ダンプ手段１５０に対応する。この強制ダンプ用切替弁１１は、例えば、ダンプ割込位置（ａ）及び割込停止位置（ｂ）を備えた３ポート２位置の油圧制御式切替弁として構成される。強制ダンプ用切替弁１１は、その第１入力ポートがポンプ１０に接続されており、その第２入力ポートはタンク１７に接続されている。強制ダンプ用切替弁１１の出力ポートは、管路Ｐ８を介してシャトル弁４３に接続されている。

強制ダンプ用切替弁１１は、常時割込停止位置（ｂ）に切り替わっているが、バケット角度が閾値Ｔｈに達すると、検知レバー２４の自由端がプランジャ１１Ａを押圧するため、ダンプ割込位置（ａ）に切り替わる。強制ダンプ用切替弁１１がダンプ割込位置（ａ）に切り替わると、ポンプ１０からの圧油が管路Ｐ８，シャトル弁４３を介して、バケット用切替弁６２Ｃのダンプ操作側に入力される。これにより、バケット９は、ダンプ方向に回動する。バケット角度が閾値Ｔｈ未満の場合、強制ダンプ用切替弁１１は、割込停止位置（ｂ）に復帰し、管路Ｐ８の圧力はタンク圧まで低下する。従って、この場合は、バケット操作弁６２Ｂまたはレベリング用切替弁１４からの圧油により、バケット９は、ダンプ方向に回動する。

次に、図４〜図６を参照して、バケット姿勢の制御方法を説明する。図４及び図５は、各領域における作業機３の姿勢を簡略化して示す説明図である。図６は、各領域における各部の動作をテーブルとして示す説明図である。なお、図６中の「ブーム角ＳＷ」は、ブーム８の角度に応じてオンオフするセンサ１６を示す。

図４の最上段には、ブーム８が最低高さ位置にある場合が示されている。この状態では、ブーム８の先端は水平面（地面）に近接している。また、これにより、バケット９の前面９１は、水平面に略平行となっている。

本明細書では、ブーム８の先端が水平面に近接し、バケット９の前面９１が水平面に略平行となっている状態を基準状態とする。そして、この基準状態において、ブーム８の先端側回動ピン８１及び基端側回動ピン８２の中心を結ぶ線をθ基準線とする。また、バケット９のバケット角度βは、水平面に対するバケット９の前面９１の角度とする。

図４に示す第１領域は、ブーム８の高さ位置θが所定高さ位置θ１（図５の第４領域参照）未満であり、かつ、バケット角度βが所定角度β１未満の場合として定義される。この第１領域では、図６のテーブルＴ１にも示すように、解除用切替弁１２からの圧油によって、伝達動作制御用切替弁１３がドレン位置（ｂ）に切り替わる。従って、バケット９の姿勢変化はシリンダ３０により吸収されて、レベリング用切替弁１４に伝達されないため、レベリング動作は行われない。

ここで、所定角度β１は、バケット９が土砂等の積荷を積み込むための荷積み角度として設定することができ、例えば、５０°程度に設定される。また、所定高さ位置θ１は、ブーム８の最低高さ位置（θmin＝０）から最高高さ位置（θmax）までの中間の高さとして設定される。例えば、所定高さ位置θ１は、ブーム８が水平面に対して略平行になったときの値として定義され、２０°〜２５°程度に設定される。

図４に示す第２領域は、ブーム８の高さ位置θがθ１未満であって、かつ、バケット角度βがβ１以上閾値Ｔｈ未満の場合として定義される。ここで、閾値Ｔｈは、例えば、バケット９内の積荷がバケット９からダンプ側にこぼれ落ちる限界の角度、即ち、バケット９の上部開口面９２が水平面に対して略平行となる角度として定義可能であり、６５°程度に設定される。第２領域では、図６にも示すように、解除用切替弁１２は解除位置（テーブルでは「オフ」と表示）（ａ）に切り替わるため、ブーム操作弁６１Ｂからの戻り圧油を利用してバケット９のレベリング動作が行われる。

図４に示す第３領域は、ブーム８の高さ位置θがθ１未満であって、かつ、バケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合として定義される。この状態では、バケット９の上部開口面９２は、水平面に対して略平行となる。第３領域においても、レベリング用切替弁１４によるレベリング動作が行われる。また、バケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合、強制ダンプ用切替弁１１がダンプ割込位置（ａ）に切り替わり、バケット９は強制的にダンプ方向に回動される。

図５に示す第４領域は、ブーム８の高さ位置θがθ１以上であって、かつ、バケット角度βが所定角度β１未満の場合として定義される。この状態では、図６に示すように、電磁制御弁１５が連通位置（ａ）に切り替わり、解除用切替弁１２からの第１パイロット圧を打ち消す第２パイロット圧が伝達動作制御用切替弁１３に入力される。従って、伝達動作制御用切替弁１３は、ストップ位置（ａ）に切り替わり、検知レバー２４の変位がシリンダ３０を介してレベリング用切替弁１４に伝達され、レベリング動作が行われる。

図５に示す第５領域は、ブーム８の高さ位置θがθ１以上であって、かつ、バケット角度βがβ１以上Ｔｈ未満の場合として定義される。この状態においても、図６に示すように、レベリング動作が行われる。

図５に示す第６領域は、ブーム８の高さ位置θがθ１以上であって、かつ、バケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合として定義される。この状態では、第３領域の場合と同様に、バケット９は、レベリングされると共に、バケット角度βが閾値Ｔｈに達するたびに強制的にダンプ方向に回動される。

図５の最下段には、ブーム８が最高高さ位置θmaxに達した状態を示す。この状態で、バケット９をフルダンプさせると、バケット９内の積荷は、ダンプトラック等の荷台に落下する。

本実施例は、上述のように構成されるため、以下の効果を奏する。本実施例では、バケット角度β及びブーム８の高さ位置θに応じて、レベリング用切替弁１４のレベリング動作を作動または停止させるレベリング制御手段１３０と、バケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合には、バケット９を強制的にダンプ方向に回動させる強制ダンプ用切替弁１１と、を備え、レベリング制御手段１３０は、バケット角度βが所定角度β１未満であり、かつ、高さ位置θが所定高さ位置θ１未満の場合に、レベリング動作を停止させ、バケット角度βが所定角度β１以上であるか、または、高さ位置θが所定高さ位置θ１以上の場合に、レベリング動作を許可させる構成とした。
従って、積み込み作業中のバケット９の姿勢を常時安定させることができ、バケット９内から積荷がこぼれ落ちるのを防止することができる。また、バケット角度βが閾値Ｔｈに達した場合は、バケット９を強制的にダンプさせるため、バケット９内の積荷がチルト側に落下するのを防止することができ、ダンプ側にのみ落下させることができる。これらにより、ホイールローダ１の作業性を改善することができる。

本実施例では、レベリング制御手段１３０を、シリンダ３０，伝達動作制御用切替弁１３，解除用切替弁１２，センサ１６，電磁制御弁１５から構成するため、マイクロコンピュータ等を用いずに、バケット９の姿勢を制御することができる。従って、バケット姿勢制御装置の構成を簡素化して、製造コストを低減させることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、ホイールローダに以外に、バックホウやスキッドステアローダ等の他のローダ型作業機械にも適用可能である。

バケット姿勢制御装置が使用されるローダ型作業機械の側面図。 バケット姿勢制御装置の機能説明図。 バケット姿勢制御装置の油圧制御回路図。 ブーム及びバケットの姿勢状態を示す説明図。 図４に続く説明図。 バケット姿勢制御を行う場合の各部の動作を示す説明図。

符号の説明

１…ホイールローダ、２…車体、２Ａ…後部車体、２Ｂ…前部車体、３…作業機、４…タイヤ、５…連結部、６…操作装置、７…支持部、８…ブーム、８Ａ…ブームシリンダ、９…バケット、９Ａ…バケットシリンダ、１０…パイロット圧供給ポンプ、１１…強制ダンプ用切替弁、１１Ａ…プランジャ、１２…レベリング動作解除用切替弁、１２Ａ…プランジャ、１３…伝達動作制御用切替弁、１３Ａ…バネ、１４…レベリング用切替弁、１５…電磁制御弁、１６…センサ、１７…タンク、１８…絞り、２０…バケット角度検出機構、２１…先端側部材、２２…連結部材、２３…回転部材、２４…検知レバー、２５…回転部材、２５Ａ…カム、３０…シリンダ、３０Ａ…一端、３０Ｂ…他端、４１，４２，４３，４４…シャトル弁、６１…ブーム操作装置、６１Ａ…レバー、６１Ｂ…ブーム操作弁、６１Ｃ…ブーム用切替弁、６２…バケット操作装置、６２Ａ…レバー、６２Ｂ…バケット操作弁、６２Ｃ…バケット用切替弁、８１，８２…回動ピン、９１…バケット前面、９２…バケットの上部開口面、１００…バケット角度検出手段、１１０…レベリング手段、１２０…バケット用アクチュエータ、１３０…レベリング制御手段、１４０…ブーム位置検出手段、１５０…強制ダンプ手段

Claims (2)

1. 上下方向に回動可能に設けられたブーム（８）と該ブームの先端側にダンプ方向及びチルト方向に回動可能に設けられたバケット（９）とを有するローダ型作業機械（１）のバケット姿勢制御装置であって、
   入力されたブーム操作量に応じて、前記ブーム（８）を上下いずれかの方向に回動させるためのブーム用方向切替弁（６１Ｃ）に圧油を供給するブーム操作弁（６１Ｂ）と、
   入力されたバケット操作量に応じて、前記バケット（９）をダンプ方向またはチルト方向のいずれかに回動させるためのバケット用方向切替弁（６２Ｃ）に圧油を供給するバケット操作弁（６２Ｂ）と、
   前記バケット（９）の基準面に対する傾き角度（β）を検出するバケット角度検出手段（２０）と、
   前記バケット（９）から積荷がこぼれ落ちないように、前記バケット角度検出手段（２０）によって検出された前記傾き角度（β）に応じて、前記バケット（９）をダンプ方向またはチルト方向のいずれかに回動させるための圧油を前記バケット用方向切替弁（６２Ｃ）に供給するレベリング用切替弁（１４）と、
   前記ブーム（８）の高さ位置（θ）を検出するブーム位置検出手段（１６）と、
   前記バケット（９）の前記傾き角度（β）及び前記ブーム（８）の前記高さ位置（θ）に応じて、前記レベリング用切替弁（１４）のレベリング動作を作動または停止させるレベリング制御手段（１３０）と、
   前記バケット（９）の前記傾き角度（β）が予め設定された閾値（Ｔｈ）に達した場合には、前記バケット（９）をダンプ方向に回動させるための圧油を前記バケット用方向切替弁（６２Ｃ）に強制的に供給する強制ダンプ用切替弁（１１）と、を備え、
   前記レベリング制御手段（１３０）は、前記傾き角度（β）が予め設定された所定角度（β１）未満であり、かつ、前記高さ位置（θ）が予め設定された所定高さ位置（θ１）未満である場合に、前記レベリング用切替弁（１４）による前記レベリング動作を停止させ、前記傾き角度（β）が前記所定角度（β１）以上であるか、または、前記高さ位置（θ）が前記所定高さ位置（θ１）以上である場合に、前記レベリング用切替弁（１４）による前記レベリング動作を作動させるようになっている、
   ことを特徴とするローダ型作業機械のバケット姿勢制御装置。
2. 前記所定角度（β１）は、前記バケット（９）が前記積荷を積み込むための荷積み角度として設定されており、前記所定高さ位置（θ１）は、前記ブーム（８）の最低高さ位置から最高高さ位置までの間の中間値として設定されており、かつ、
   前記レベリング制御手段（１３０）は、
   前記バケット角度検出手段（２０）により検出される前記傾き角度（β）を前記レベリング用切替弁（１４）に伝達するための伝達手段（３０）と、
   前記伝達手段（３０）による伝達動作を作動させるための作動位置及び前記伝達動作を停止させるための停止位置を有する伝達動作制御用切替弁（１３）と、
   前記バケット角度検出手段（２０）により検出される前記傾き角度（β）が前記所定角度（β１）未満の場合に、前記伝達動作制御用切替弁（１３）にパイロット圧を供給し、前記伝達動作制御用切替弁（１３）を前記停止位置に切り替えさせるレベリング動作解除用切替弁（１２）と、
   前記ブーム位置検出手段（１６）によって検出される前記高さ位置（θ）が前記所定高さ位置（θ１）に達した場合に、前記伝達動作制御用切替弁（１３）にパイロット圧を供給し、前記伝達動作制御用切替弁（１３）を前記作動位置に切り替えさせる電磁制御弁（１５）とを備えて構成されており、さらに、
   前記伝達動作制御用切替弁（１３）は、前記レベリング動作解除用切替弁（１２）及び前記電磁制御弁（１５）からそれぞれパイロット圧が供給された場合には、予め設定されているバネ力により、前記作動位置に切り替わるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のローダ型作業機械のバケット姿勢制御装置。

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