JP2008002172A - 浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】車体本体に俯仰可能に取付けられたブームの浮き上がりを防止する機能を備えた建設機械を提供する。
【解決手段】走行中、ブームシリンダ２８のロッド１８がブーム２０側から力ｆで突き上げられたとき、ロッド側油室１６の作動油は急激に高圧となる同時に、ブームシリンダ２８のヘッド側油室３２は負圧となるのでオーバーロード・メイクアップバルブ４６を作動させることによってタンクラインＴＬから吸い上げられた作動油は、シリンダポート４２を介してヘッド側油室３２へ供給される。突き上げ後、ブームは僅かながら上方へ浮き上がった状態となるが、パイロットポンプＰＭ２からの圧油が開閉弁５８に与えられるのでそのポペット弁体５８Ｂが開き、ヘッド側油室の作動油は、重力によりピストンＰＳが降下し始めと、シリンダポート４２からシリンダポートコア５２を通り、タンクラインＴＬへ流れ、ブーム２０は、下がり続け、支持手段で停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体本体に俯仰可能に取付けられたブーム等の駆動体の浮き上がりを防止する機能を備えた油圧ショベル等の建設機械に係り、特に浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械に関する。

図７は、現在一般に利用されている典型的な油圧ショベル１００を示しており、車体本体１００Ａの下部には旋回台１０４を介して進行時に前側のホイール１０２Ｆ、後ろ側のホイール１０２Ｒが取付けられている。車体本体１００Ａには運転操縦室１１０が設けられ、その後方には、原動機、ポンプ、制御弁ユニット１１２Ａ等を備えた油圧ユニットが配置されている。運転操縦室１１０の背面側において、車体本体１００Ａにはブーム１１４およびブームシリンダ１１６の一端側が水平方向に対し俯仰可能に取付けられている。ブーム１１４の他端側にはアーム１１８が揺動可能に取付けられ、さらに、同アーム１１８の先端部にはバケット１２２が揺動可能に取付けられている。

参照符号１２０、１２４は、それぞれアームシリンダ、バケットシリンダである。参照符号１０６は、走行時にバケット１２２を搭載支持する支持部、参照符号１０８は、所定位置での建設作業時の傾倒防止用コラムである。なお、図示のように、走行時は上方へ引き上げられている。(非特許文献１)

また図示しないが、走行時にバケット１２２のフォーク１２６を支持する支持装置を有するホイールタイプの油圧ショベルもある。（非特許文献２）

図７に示すように、一般に、建設機械特に、ホイール１０２Ｆ、１０２Ｒを有するタイプの油圧ショベル１００においては、一般路を走行する際、道路上の凹凸部の凸部により車体本体１００Ａが突き上げられことがある。

この時、ブーム１１４にはアーム１１８、バケット１２２など質量の大きい部材が結合されているため、突き上げられたときの慣性力によりブームシリンダ１１６のロッド側に高圧が発生するため、そのときの衝撃を吸収するように制御弁ユニット１１２Ａに設けられているブームシリンダ１１６用制御弁内に設けたリリーフ弁が作動し、ブーム１１４全体が僅かではあるが持ち上げられる。同時にブームシリンダ１１６のヘッド側油室は負圧になるため当該制御弁に設けられているメイクアップ弁が作動し、その負圧を補うようにタンクから当該ブームシリンダ１１６のヘッド側油室すなわち、ボトム側に作動油が供給される。したがって、ブームシリンダ１１６のロッド１１６Ａは伸び側に出たままその位置を保持することとなる。

この様子を第８図により説明する。図８において、ブームシリンダ１１６の底部は車体本体１００Ａにピンを介して揺動機構１１４Ａにより揺動可能に取付けられている。

参照符号ＣＶはブームシリンダ１１４用の制御弁を機能的に簡略化して示しており、参照符号ＶＬＢは当該弁のメインスプールを有する弁本体主要部であり、上側にシリンダポートＰＴ１、ＰＴ２、下側に圧油供給ポートＰ、タンクポートＴをそれぞれ示す。シリンダポートＰＴ１、ＰＴ２は、それぞれブームシリンダ１１６のロッド側室、ヘッド側室(ボトム室ＢＲＭ)に接続されている。同図の左右には、メイクアップ弁ＭＫ１、リリーフ弁ＲＦ１、およびメイクアップ弁ＭＫ２、リリーフ弁ＲＦ２が対になってそれぞれオーバーロード・メイクアップバルブを形成している。

参照符号Ｌ１、Ｌ２は前記各オーバーロード・メイクアップバルブの戻り側流路で、弁本体主要部ＶＬＢのタンクポートＴから弁外のタンクＴＫに接続されている。前記圧油供給ポートＰには、原動機ＥＮＧにより駆動される可変吐出ポンプＰＭ１からの圧油が供給される。参照符号はＰＭ２パイロット操作圧を発生するためのパイロットポンプである。また、参照符号ＲＣ１、ＲＣ２は、ブーム１１４用の制御弁ＣＶに対するパイロット操作圧信号の受圧部である。

図８において、今走行状態にあるとき、スプールは中立位置に保持されているため、各シリンダポートＰＴ１、ＰＴ２は、ポートＰ、Ｔと遮断されている。この状態で、ロッド１１６Ａの反ピストン側端部に結合されているブーム１１４から矢視のように急激な突き上げ力ｆが作用しロッド１１６ＡがΔＬ上昇すると、前述したように、ロッド側油室ＲＤＭの圧力は急上昇する。このため左側のオーバーロード・メイクアップバルブを構成しているリリーフ弁ＲＦ１が作動し、流路Ｌ１を介してタンクＴＫに圧油を流し、ロッド側油室ＲＤＭの圧力上昇をリリーフ設定圧に保持する。

同時にブームシリンダ１１６のボトム側油室ＢＲＭはピストンＰＳがロッド１１６Ａと共に上方へΔＬ移動するので同油室ＢＲＭは負圧状態となり、右側のオーバーロード・メイクアップバルブを構成しているメイクアップバルブＭＫ２を介してタンクＴＫから作動油が油室ＢＲＭへ供給される。その状態で、突き上げ力Ｆがなくなると、ロッド１１６Ａしたがって、ブーム１１４はΔＬだけ上方へ突き上げられた状態のまま保持されることとなる。

日立建機（株式会社）「ZAXIS125W」 カタログＮｏ.KS-471Ｑ 日本国 日立建機株式会社 ２００４年９月 コマツ建設建機事業本部（株式会社） 「JUST MEET」 カタログＮｏ.DJSS417000、日本国 コマツ建設建機事業本部

走行中、道路事情により、こうした現象が繰り返されると、ブームシリンダ１１６のロッド１１６Ａは伸び側に出続けるので、ブーム１１６を伏せた状態で走行することに支障をきたすこととなり、安全のため一時停止して、ブーム１１６を下ろす作業が必要となる。また、走行運転中の運転者が、ロッド１１６Ａが伸び側に出続けていることに気づかず走行を続けると、油圧ショベル１００が橋桁、トンネル等高さ制限の設けられている箇所に進入し、橋桁、トンネル等を損壊し、また走行している油圧ショベル１００自体にも大きな損傷を与え、さらには、油圧ショベルの操縦者が怪我をすることもある。

なお、走行中、前述した場合とは逆に、道路上の凹部により突き下げられることがある。この場合は前述した支持部１０６で支持されているため、仮に連続して突き下げが生じてもブーム１１４がそのまま下降することは防止される。またその場合、突き下げ時にリリーフ弁に作用する圧力は、ロッド１１６ＡとピストンＰＳの断面積差（Ｓ２−Ｓ１）分だけ突き上げ時よりも小さいので実際の降下量は前述したΔＬよりかなり小さくなる。

本願発明者は上述した浮き上がり現象の問題を解決すべく鋭意分析、検討および努力した結果、ブームシリンダのボトム側に接続されるシリンダポートを走行中はタンクラインに接続することによって前記問題点が基本的に解決できることを見出した。

従って、本発明の目的は、車体本体に俯仰可能に取付けられたブーム等の駆動体の浮き上がりを防止する機能を備えた油圧ショベル等の建設機械を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による駆動体の浮き上がりを防止する機能を備えた建設機械は、運転操縦室を搭載する車体本体、同車体本体の下部に装着され同車体本体を搭載して移動せしめる走行手段、同走行手段に対し前記車体本体を旋回せしめる旋回手段、前記車体本体に一端側が俯仰可能に結合された第１の駆動体ユニットを含み、同第１の駆動体ユニットに順次連結された駆動体および油圧アクチュエータの対からなる複数対の駆動体ユニット、前記車体本体に配設され前記各油圧アクチュエータへの圧油の給排を制御する複数の制御弁からなる制御弁ユニット、および前記制御弁ユニットを介して前記各アクチュエータに供給される圧油を発生する第１の油圧源と前記各制御弁の操作圧信号用の圧油を発生する第２の油圧源および油圧タンクを備えた油圧ユニットを有する建設機械において、前記第１の駆動体ユニットの油圧アクチュエータが油圧シリンダで構成されており、同油圧シリンダへの圧油の給排を制御する制御弁は、前記油圧シリンダのヘッド側油室およびロッド側油室に接続される第１および第２のシリンダポートと、前記制御弁の各シリンダポートとタンクポートの間にそれぞれ設けられた第１および第２のオーバーロード・メイクアップバルブと、前記第１のシリンダポートとタンクポートとの間で前記第１のオーバーロード・メイクアップバルブと並列に形成された第１油路、および同第１油路上に設けられ前記建設機械の運転操作状態に応じて前記第１油路を開閉する第１開閉弁と、を備えたことを特徴とする。

その場合、前記走行手段はホイールタイプの走行手段で構成されることができる。

またその場合、前記第１の駆動体ユニットを含む各駆動体ユニットの各駆動体は、ブーム、アームおよびバケットであり、それぞれの油圧アクチュエータは油圧シリンダで形成されており、前記車体本体には前記バケットを支持する支持手段を設けて構成されることができる。

さらにその場合、前記第１油路を開閉する第１開閉弁の弁体の開閉操作は前記第２油圧源からの供給圧油を用いることができる。

その場合、前記建設機械が走行モード状態のとき、前記第１油路を開閉する第１開閉弁は前記第２油圧源からの供給圧油により開状態とされることができる。

また前記目的を達成するための、本発明による駆動体の浮き上がりを防止する機能を備えた建設機械は、運転操縦室を搭載する車体本体、同車体本体の下部に装着され同車体本体を搭載して移動せしめる走行手段、同走行手段に対し前記車体本体を旋回せしめる旋回手段、前記車体本体に一端側が俯仰可能に結合された第１の駆動体ユニットを含み、同第１の駆動体ユニットに順次連結された駆動体および油圧アクチュエータの対からなる複数対の駆動体ユニット、前記車体本体に配設され前記各油圧アクチュエータへの圧油の給排を制御する複数の制御弁からなる制御弁ユニット、および前記制御弁ユニットを介して前記各アクチュエータに供給される圧油を発生する第１の油圧源と前記各制御弁の操作圧信号用の圧油を発生する第２の油圧源および油圧タンクを備えた油圧ユニットを有する建設機械において、前記第１の駆動体ユニットの油圧アクチュエータが油圧シリンダで構成されており、同油圧シリンダへの圧油の給排を制御する制御弁は、前記シリンダのヘッド側油室およびロッド側油室に接続される第１および第２のシリンダポートと、前記制御弁の各シリンダポートとタンクポートの間にそれぞれ設けられた第１および第２のオーバーロード・メイクアップバルブと、前記第１のシリンダポートとタンクポートとの間で前記第１のオーバーロード・メイクアップバルブと並列に形成された第１油路、および同第１油路に設けられ前記建設機械の運転操作状態に応じて前記第１油路を開閉する第１開閉弁と、からなり、さらに前記建設機械は、前記第１の駆動体の俯仰状態を検知する検知手段と、前記建設機械が走行状態に入る前の前記第１の駆動体の俯仰状態を第１の角度位置として記憶し、走行中は、前記第１の駆動体が前記第１の角度位置と異なる予め設定された第２の角度位置に達したとき前記第１油路を開閉する第１開閉弁を開とするよう指令する第１指令信号を与え、当該第１指令信号の存在下で前記第１の駆動体が前記第１の角度位置に復帰したとき、前記第１油路を開閉する第１開閉弁を閉とするよう指令する第２指令信号を与える制御手段と、を有することを特徴とする。

その場合、前記検知手段にはポテンショメータを設けることができる。

またその場合、前記走行手段はホイールタイプの走行手段で構成することができる。

またその場合、前記走行手段はキャタピラータイプの走行手段で構成することができる。

さらにその場合、前記第１の駆動体ユニットを含む各駆動体ユニットの各駆動体は、ブーム、アームおよびバケットであり、それぞれの油圧アクチュエータは油圧シリンダで形成されており、前記車体本体には前記バケットを支持する支持手段を設けて構成されることができる。

さらにその場合、前記制御手段からの第１および第２指令信号は電気信号として与えられ、前記第１油路を開閉する第１開閉弁の弁体が前記第１および第２の電気信号により、それぞれ開動作、閉動作するよう構成することができる。

その場合、前記第１油路を開閉する第１開閉弁の弁体の開閉操作は前記第２油圧源からの供給圧油を用いることができる。

またその場合、前記制御手段は、前記第１および第２指令信号にそれぞれ応答する電気・油圧変換部を有し、同電気・油圧変換部からの圧油信号を前記供給圧油として前記第１開閉弁に供給するよう構成することができる。

さらにその場合、前記電気・油圧変換部は前記第２油圧源と接続された第２開閉弁を有し、同第２開閉弁の弁開閉の操作は電気信号である前記第１および第２指令信号により行われるよう構成することができる。

またその場合、前記電気・油圧変換部は、前記第２油圧源と接続された第２開閉弁を有し、さらに、前記第１および第２指令信号にそれぞれ応答する第１および第２圧油信号を生成し、前記第２開閉弁の弁開閉の操作は前記第１および第２圧油信号によって行われるよう構成することができる。

また前記目的を達成するための、本発明による駆動体の浮き上がりを防止する機能を備えた建設機械は、運転操縦室を搭載する車体本体、同車体本体の下部に装着され同車体本体を搭載して移動せしめる走行手段、同走行手段に対し前記車体本体を旋回せしめる旋回手段、前記車体本体に一端側が俯仰可能に結合された第１の駆動体ユニットを含み、同第１の駆動体ユニットに順次連結された駆動体および油圧アクチュエータの対からなる複数対の駆動体ユニット、前記車体本体に配設され前記各油圧アクチュエータへの圧油の給排を制御する複数の制御弁からなる制御弁ユニット、および前記制御弁ユニットを介して前記各アクチュエータに供給される圧油を発生する第１の油圧源と前記各制御弁の操作圧信号用の圧油を発生する第２の油圧源および油圧タンクを備えた油圧ユニットを有する建設機械において、前記第１の駆動体ユニットの油圧アクチュエータが油圧シリンダで構成されており、さらに前記建設機械は、前記第１の駆動体の俯仰状態が浮き上がり許容限に達した状態にあることおよび／または浮き下がり許容限に達した状態にあることを検知する検知手段と、前記検知手段の検知信号に応答して第１の駆動体が浮き上がり許容限に達した状態にあることおよび／または浮き下がり許容限に達した状態にあることを操縦者に警告する警告手段と、を有するよう構成されることを特徴とする。

その場合、前記第１の駆動体ユニットの油圧シリンダへの圧油の給排を制御する制御弁は、前記油圧シリンダのヘッド側油室およびロッド側油室に接続される第１および第２のシリンダポートと、前記制御弁の各シリンダポートとタンクポートの間にそれぞれ設けられた第１および第２のオーバーロード・メイクアップバルブと、前記第１のシリンダポートとタンクポートとの間で前記第１のオーバーロード・メイクアップバルブと並列に形成された第１油路、および同第１油路に設けられ前記建設機械の運転操作状態に応じて前記第１油路を開閉する第１開閉弁と、からなり、さらに前記建設機械は、前記建設機械が走行状態に入る前の前記第１の俯仰状態を第１の角度位置として記憶し、走行中は、前記第１の駆動体の俯仰状態が前記浮き上がり許容限に対応する角度位置に達したとき前記第１油路を開閉する第１開閉弁を開とするよう指令する第１信号を与え、当該第１指令信号の存在下で前記第１の駆動体が前記第１の角度位置に復帰したとき、前記第１油路を開閉する第１開閉弁を閉とするよう指令する第２指令信号を与える制御手段と、を有するよう構成することができる。

請求項１に記載された本発明によれば、第１の駆動体ユニットの油圧アクチュエータが油圧シリンダで構成されており、同油圧シリンダへの圧油の給排を制御する制御弁は、前記油圧シリンダのヘッド側油室およびロッド側油室に接続される第１および第２のシリンダポートと、前記制御弁の各シリンダポートとタンクポートの間にそれぞれ設けられた第１および第２のオーバーロード・メイクアップバルブと、前記第１のシリンダポートとタンクポートとの間で前記第１のオーバーロード・メイクアップバルブと並列に形成された第１油路、および同第１油路上に設けられ建設機械の運転操作状態に応じて前記第１油路を開閉する第１開閉弁と、を備えているので、前記建設機械の運転操作状態が走行モードの場合、前記第１油路を開閉する第１開閉弁を開状態とすることにより前記第１の駆動体ユニットの浮き上がりを防止することができる。

請求項６に記載された本発明によれば、第１の駆動体の俯仰状態を検知する検知手段と、建設機械が走行状態に入る前の第１の駆動体の水平方向に対する俯仰状態を第１の角度位置として記憶し、走行中は、前記第１の駆動体が前記第１の角度位置より所定角度だけ大きい予め設定された第２の角度位置に達したとき前記第１油路を開閉する第１開閉弁を開とするよう指令する第１信号を与え、当該第１指令信号の存在下で前記第１の駆動体が前記第１の角度位置に復帰したとき、前記第１油路を開閉する第１開閉弁を閉とするよう指令する第２指令信号を与える制御手段と、を有するよう構成されているので、前記第１の駆動体の浮き上がりを防止すると共に、浮き下がりを防止することができる。

請求項１６に記載された本発明によれば、建設機械には、前記第１の駆動体の俯仰状態が浮き上がり許容限に達した状態にあることおよび／または浮き下がり許容限に達した状態にあることを検知する検知手段と、前記検知手段の検知信号に応答して第１の駆動体が浮き上がり許容限に達した状態にあることおよび／または浮き下がり許容限に達した状態にあることを操縦者に警告する警告手段と、を有するよう構成されているので、建設機械の走行中、第１の駆動体が浮き上がり許容限に達した状態にあることおよび／または浮き下がり許容限に達した状態にあることを操縦者に警告するようになっているので、操縦者は警告のあった時点で走行を停止し、運転モードにより第１の駆動体の姿勢を正常な状態に戻すことができる。

請求項１７に記載された本発明によれば、請求項１６に記載された発明の効果に加え、第１の駆動体の浮き上がりを解除して正常な姿勢に戻す操作を自動的に遂行できるので、走行を停止して作業モードに切り替えるなどの操作が必要でなくなり、それだけ操縦者の負担を軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について添付図面の図１乃至図６を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態例）
図１は、本発明の第１実施形態に基づく実施例の主要部を示す図である。同図において、図の上部には建設機械である油圧ショベルＣＮＭを構成しているブーム、アーム、バケット等の各駆動体ユニットを示し、下部には各駆動ユニットのうちブームシリンダ用の制御弁４０の構成を示す。

参照符号１０は前記油圧ショベルＣＮＭの車体本体に固定された支持板であって、同支持板１０にはブーム２０の一端側が軸３０を介して揺動可能に取付けられている。支持板１０にはさらにブームシリンダ２８のボトム側が揺動可能に取付けられている。ブームシリンダ２８の他端はロッド１８の先端部がブーム２０に揺動可能に取付けられている。

ブーム２０の他端部にはアーム２４の一端側が揺動可能に取付けられ、さらにアーム２４の他端部にはバケット１４が揺動可能に取り付けられている。参照符号２２、２６はアーム駆動用のシリンダ、バケット駆動用のシリンダである。図示の状態は、油圧ショベルＣＮＭが走行する状態に対応しており、前記アーム２４、バケット１４はブーム２０の下方に折りたたまれた状態となっている。このときブームシリンダ２８のピストンＰＳは、図示のように、ロッド側油室１６とヘッド側油室３２との間に位置している。

参照符号１２は軸３０に結合されたポテンショメータであって、ブーム２０が揺動するときの揺動角を電気信号として図示しない制御部へ与えるようになっている。

参照符号Ｆは油圧ショベルＣＮＭが走行中、道路の凹凸の凸部によって突き上げられたときにブーム２０に作用する慣性力を表わす。参照符号ｆはこの慣性力によってロッド１６の軸方向に作用する突き上げ力を表わす。

ブームシリンダ２８用の制御弁４０にはシリンダポート４２、４４が設けられ、図示のように、それぞれヘッド側油室３２、ロッド側油室１６に接続されている。

参照符号４６、４８はそれぞれシリンダポート４２、４４から弁本体内部に形成されたシリンダポートコア５２の流路に連通するオーバーロード・メイクアップバルブであってそれぞれは同一の構造をしている。各オーバーロード・メイクアップバルブ４６、４８はさらにタンクポートコア５４の流路と連通されている。左右の各タンクポートコア５４はタンクラインＴＬを介してタンクＴＫに接続されている。参照符号５０は制御弁４０のメインスプールを示し、図示の状態は、中立位置に保持されていることを示す。

参照符号５８は、右方の一端部が前記シリンダポートコア５２と接続され、左方の他端部の油室６２には、走行モードのときパイロットポンプからの供給圧油ＰＳ２が与えられるよう構成された開閉弁である。同開閉弁５８は、供給圧油ＰＳ２が与えられると、前記シリンダポートコア５２がタンクポートコア５４に連通するように、ポペット弁体５８Ｂが移動しシート部を開くようになっている。

参照符号ＰＭ１はブームシリンダ２８へ供給される圧油を発生させる圧油供給源としての可変容量型のポンプである。また参照符号ＰＭ２は制御弁４０のメインスプール５０を駆動するパイロット操作圧信号を生成するための圧油供給源としてのパイロットポンプである。参照符号ＰＳ１、ＰＳ２はそれぞれのポンプＰＭ１、ＰＭ２からの供給圧油および供給圧油通路を表わしている。供給圧油ＰＳ１は弁本体の中央部圧油ポートに達している。スプール５０が左行または右行されるとこの供給圧油ＰＳ１は、流路４０Ａまたは４０Ｂを介して左右のシリンダポートコア５２、５３からそれぞれのシリンダポート４２、４４に与えられるようになっている。

参照符号６６は、油圧ショベルＣＮＭの走行と、作業すなわち、バケット１４等を動作させる掘削等の作業との作業モードの選択部を示しており、パイロットポンプＰＭ２からの供給圧油ＰＳ２は、同選択部６６で走行モードが選択されたとき開閉弁５８に与えられるようになっている。参照符号ＨＳＬは開閉弁５８に対する圧油供給ラインを示す。

図２は前記開閉弁５８近傍の拡大図である。同図で、圧油供給ラインＨＳＬに接続される油室６２にはピストン５８Ｄが配置され、その右方に伸びるロッド部５８Ａは途中が径小に形成されさらに右端部にはポペット弁体５８Ｂが形成されている。開閉弁５８の本体右端部には油室５８Ｅが形成されており、同油室５８Ｅに前記ポペット弁体５８Ｂが収納されている。また、ポペット弁体５８Ｂの背面を左方に付勢するバネ５８Ｃが配置されている。油室５８Ｅは右端部が開口されており図示のようにシリンダポートコア５２と連通している。

参照符号Ｚは、ブームシリンダ２８のヘッド側油室３２からの戻り油がポペット弁体５８Ｂを介して、ロッド５８Ａの径小部を通りタンクポートコア５４へ流れる様子を示す。なお、このロッド５８Ａの径小部には、オーバーロード・メイクアップバルブ４６に通じるタンクポートコア５４の流路６０が連通している。

図３は、前記開閉弁５８の変形例の開閉弁５８’であって、ポペット弁体５８Ｂの開閉動作を電磁ソレノイド６４によって行う例を示す。この場合は供給圧油ラインＨＳＬは不要となる。

図４はオーバーロード・メイクアップバルブ４６、４８の動作を説明するものであって、同図の（ａ）はリリーフバルブが機能している状態を示し、（ｂ）はメイクアップバルブが機能している状態を示す。

図４の（ａ）において、シリンダポートＰＣＹ側が高圧になると圧油はピストンＰＳＴの端部オリフィスを通り、油室Ｒ１に入り、ｄ１＜ｄ２、ｄ３＜ｄ４となっているので、最初、メインポペットＰＰ３、ポペットＰＰ２はシートされているが、やがてパイロットポペットＰＰ１が油室Ｒ１からの圧油により左方へ移動し、横穴ＨＬからタンク通路ＴＬへの流れが形成されると、前記オリフィスでの圧力降下が生じ、ピストンＰＳＴは左方へ移動しパイロットポペットＰＰ１の端部に接触する。そして、メインポペットＰＰ３は左方へ移動し、図示のように、シリンダポートＰＣＹからタンク通路ＴＬへの流れすなわち、リリーフ動作が行われる。

図４の（ｂ）において、シリンダポートＰＣＹ側がタンク通路ＴＬ側より圧力が低くなるとポペットＰＰ２は左方へ移動してシートが開くので図示のように、タンク通路ＴＬ側からシリンダポートＰＣＹ側への流れが形成され、メイクアップ動作が行われる。

ここで図１に戻り、その作用、動作について説明する。

走行中、ブームシリンダ２８のロッド１８がブーム２０側から力ｆで突き上げられたとき、ロッド側油室１６の作動油は急激に高圧となり、図４（ａ）で説明したように、シリンダポート４４からオーバーロード・メイクアップバルブ４８のリリーフバルブを作動させることによってタンクラインＴＬへ流れる。同時に、ブームシリンダ２８のヘッド側油室３２は負圧となるので、図４（ｂ）で説明したように、オーバーロード・メイクアップバルブ４６のメイクアップバルブを作動させることによってタンクラインＴＬから吸い上げられた作動油は、シリンダポート４２を介してヘッド側油室３２へ供給される。参照符号Ｘ、Ｙは、突き上げが生じたときのオーバーロード・メイクアップバルブ４８、４６を作動油が流れる様子を示す。

突き上げが終わったとき、ブーム２０は僅かながら上方へ浮き上がった状態となるが、モード選択部６６からはパイロットポンプＰＭ２からの供給圧油が開閉弁５８に与えられるので開閉弁５８のポペット弁体５８Ｂが開く。したがって、一旦ヘッド側油室３２へ供給された作動油は、その後ブーム２０等の重力によりピストンＰＳが降下し始めるにつれて、シリンダポート４２からシリンダポートコア５２、５３を通り、さらに図２で説明したように、モード選択により予め開かれている前記ポペット弁体５８Ｂを通ってタンクポートコア５４を介してタンクラインＴＬへ流れる。その結果、ブーム２０は、下がり続け、油圧ショベルＣＮＭに設けられた支持手段のところで降下は停止されることとなる。

（第２実施形態例）
前述した第１実施形態例では、突き上げによるブームの浮き上がりは、突き上げが終わると、ブーム等の重力により直ちに修正され、バケットを支持する支持手段のところまでブームが降下しそこで停止されるということになる。したがって、ブームは、結局支持手段のところで停止された状態で走行が行われる。

一方、ホイールタイプの建設機械でも、土木・建設作業を効率よく進めるため支持手段を設けていない場合、あるいは設けてあっても支持手段にバケットを搭載しないで走行することがある。また、運転モードと走行モードの区別をしていないキャタピラータイプの建設機械では、支持手段は、通常設けられていない。

本発明の第２実施形態例では、こうした場合でも浮き上がり防止を好適に行うと共に、ブーム２０の降下位置を所定の降下位置に設定することができるようにするものである。

図５は、本発明の第２実施形態例を説明するための制御ブロック図である。

同図５において、参照符号７０はブーム角度位置の検知手段を示しており、同検知手段として、例えば図１に示したポテンショメータ１２を用いることができる。検知手段７０による検知信号ＤＳは制御部８０に与えられる。同制御部８０において、参照符号８２は、第１の角度位置θ１の設定部であって、油圧ショベルＣＮＭ等の建設機械を走行させる際にブーム２０が所定の角度位置θ１に保持されることを示す。参照符号８４は検知信号ＤＳに対応するブーム２０の現在の角度位置θの設定部である。参照符号８６は、第２の角度位置設定部であって、ブーム２０の突き上げによる浮き上がりが所定の角度位置θ２に達したときブーム２０の降下を開始させる角度位置として定められる。

なお、前記設定部８２への角度位置θ１の設定は設定部８４の現在の角度位置θを用いてプリセットすることができる。参照符号８８は判定部であって、走行モード８８Ａの条件下において、浮き上がりの累積量が第２の角度位置θ２に達したか否かを判定する。すなわち、θがθ２と等しくなったか否かを判別する。現在の角度位置θが第２の角度位置θ２に達したとき判定部８８は第１指令信号ＣＭＤ１を出力する。同信号ＣＭＤ１は電気・油圧変換部９０に与えられ、同電気・油圧変換部９０から制御弁４０の第１開閉弁５８の油室６２(図１参照)に供給圧油ＨＳＬ(高圧)が与えられる。

これにより、前述したようにブーム２０は降下を始める。降下によりブーム２０の角度位置が第１の角度位置θ１に戻ったことを判定部８８が判定すると、同判定部８８は第１指令信号ＣＭＤ１に代わって第２指令信号ＣＭＤ２を発生し、電気・油圧変換部９０へ与える。第２指令信号ＣＭＤ２に対応する電気・油圧変換部９０から第１開閉弁５８に与えられる供給圧油ＨＳＬは低圧すなわち、タンク圧である。したがって、前記第１開閉弁５８は閉状態とされる。すなわち、図２に示されるように、油室６２の圧油がなくなるのでバネ５８Ｃによってポペット弁体５８Ｂは左方へ移動し作動油の戻りの流れＺは遮断される。

なお、破線で示したように、ソレノイドしきの第１開閉弁５８’を利用する場合、前記指令信号ＣＭＤ１、ＣＭＤ２はＯＲゲート９２を介して電気信号として第１開閉弁５８’に与えられる。ただし同図では電力増幅は省略して表示してある。

図６は、電気・油圧変換部９０の具体例であって、図の（ａ）は前記２位置切換弁９０Ａのスプール切換信号として、前記指令信号ＣＭＤ１、ＣＭＤ２を直接利用する場合、（ｂ）は電油変換器９０Ｄを介して間接的に指令信号ＣＭＤ１、ＣＭＤ２を利用する場合をそれぞれ示す。図６（ａ）において、参照符号９０Ｂはソレノイド式のスプール駆動部である。

２位置切換弁９０ＡにはパイロットポンプＰＭ２からの供給圧油ＰＳ２が与えられ、第１指令信号ＣＭＤ１によって供給圧油ＰＳ２は供給圧油ＨＳＬ(高圧)として第１開閉弁５８へ与えられる。また、この供給圧油ＰＳ２は第１指令信号ＣＭＤ１によって遮断され、したがって、第１開閉弁５８へは供給圧油ＨＳＬ(低圧)が与えられるようになっている。

図６（ｂ）において、参照符号９０Ｃはパイロット圧油信号の受圧部であって、公知の電油変換器９０Ｄにより電気信号である前記ＣＭＤ１、ＣＭＤ２にそれぞれ対応して形成された圧油信号が与えられる。その場合、この圧油信号を形成するため前述した供給圧油ＰＳ２を用いることができる。

以上説明した本発明の第２実施形態例では、第２の角度位置θ２は適宜設定することができるので、浮き上がり状態がある程度累積した状態になったときブーム２０の降下を開始させることができる。また、第１の角度位置θ１は、走行状態に対応して設定することができ、さらにブーム２０の降下を第１の角度位置θ１で停止することができるので、走行時にブーム２０の角度位置を最初に設定した第１の角度位置θ１に保持することができ、それ以上ブーム２０が降下することがない。

（第３実施形態例）
図５において、検知信号ＤＳは鎖線で示すように、制御部７２に与えられる。同制御部７２において、参照符号７２Ａはブーム２０の浮き上がり限界値θ３の設定部である。参照符号７２Ｂはブーム２０の現在の角度位置θの設定部である。また、参照符号７２Ｃはブーム２０の浮き下がり限界値θ４の設定部である。さらに、参照符号７２Ｄは判定部であって、走行モード７２Ｅの条件下で検知手段７０から与えられるブーム２０の現在の角度位置θが浮き上がり限界値θ３浮き下がり限界値θ４に達したか否かを判定する。判定の結果は警告表示部７４に与えられ、操縦者に対し、音声および／または点滅、あるいは表示画面等により限界値θ３またはθ４に達したことを知らせるようになっている。したがって、操縦者は、警告表示部７４の警告を受けて、走行モードを運転モードに切り替えて、ブーム２０の角度位置を適宜の位置に戻るよう操作を行うことができる。

なお、この場合、操縦者がモードを運転モードにしてブーム２０の角度位置を正常値に戻す操作を行うので、図１に示した第１開閉弁５８は必要ないが、ブーム２０の浮き上がりを降下させるには、走行モードを運転モードに変更しなければならず、走行を一旦停止しなければならない。したがって、警告表示を機能させながら、前述した制御部８０の機能を発揮させることができれば、操縦者の負担をそれだけ軽減することができる。

以上本発明の好適な実施形態例について図１乃至図６を参照して説明したが、本発明はこれら例示された内容、範囲に限定されるものではない。例えば図１、図５では検知手段としてポテンショメータを用いているが、近接スイッチを用いて各角度位置を設定することも可能である。そして現在の角度位置を連続的に検知する必要はなく、ブームの実際の角度位置が、近接スイッチによって、各設定された角度位置に達したか否かを検知し判定することが可能である。また、図６では第２開閉弁９０Ａはスプールタイプの２位置切換弁の例を示したが、ポペット弁タイプの２位置弁であってもよい。

本発明の第１実施形態に基づく実施例の主要部を示す図である。 図１の第１開閉弁近傍の拡大図である。 第１開閉弁の変形例であって、ポペット弁体の開閉動作を電磁ソレノイドによって行う例を示す図である。 オーバーロード・メイクアップバルブの動作を説明する図であって、（ａ）はリリーフバルブが機能している状態を示し、（ｂ）はメイクアップバルブが機能している状態を示す。 本発明の第２実施形態例を説明するための制御ブロック図である。 電気・油圧変換部の具体例であって、（ａ）は２位置切換弁のスプール切換信号として、第１、第２指令信号を直接利用する場合、（ｂ）は電油変換器を介して間接的に第１、第２指令信号を利用する場合をそれぞれ示す。 現在一般に利用されている典型的な油圧ショベルの正面図である。 従来のブームシリンダと対応する制御弁の関係を示す図である。

符号の説明

１０ 支持板
１２ ポテンショメータ
１４ バケット
１６ ロッド側油室
１８ ロッド
２０ ブーム
２２ アームシリンダ
２４ アーム
２６ バケットシリンダ
２８ ブームシリンダ
３０ 軸
３２ ヘッド側油室
４０ 制御弁
４０Ａ、４０Ｂ 流路
４２、４４ シリンダポート
４６、４８ オーバーロード・メイクアップバルブ
５０ メインスプール
５２、５３ シリンダポートコア
５４ タンクポートコア
５８、５８’ 第１開閉弁
５８Ａ ロッド
５８Ｂ ポペット弁体
５８Ｃ バネ
５８Ｄ ピストン
５８Ｅ 油室
６０ 流路
６２ 油室
６４ ソレノイド
６６ モード選択部
７０ 検知手段
７２ 制御部
８０ 制御部
８２ 第１の角度位置設定部
８４ 現在の角度位置設定部
８６ 第２の角度位置設定部
８８ 判定部
９０、９０’ 電気・油圧変換部
９０Ａ 第２開閉弁
９０Ｄ 電油変換器
９２ ＯＲゲート
ＣＭＤ１ 第１指令信号
ＣＭＤ２ 第２指令信号
ＣＮＭ 油圧ショベル
ＨＳＬ 圧油供給
ＰＣＹ シリンダポート
ＰＭ１ 可変容量型ポンプ
ＰＭ２ パイロットポンプ
ＰＰ１ パイロットポペット
ＰＰ２ ポペット
ＰＰ３ メインポペット
ＰＳ１、ＰＳ２ 供給圧油

Claims (17)

1. 運転操縦室を搭載する車体本体、同車体本体の下部に装着され同車体本体を搭載して移動せしめる走行手段、同走行手段に対し前記車体本体を旋回せしめる旋回手段、前記車体本体に一端側が俯仰可能に結合された第１の駆動体ユニットを含み、同第１の駆動体ユニットに順次連結された駆動体および油圧アクチュエータの対からなる複数対の駆動体ユニット、前記車体本体に配設され前記各油圧アクチュエータへの圧油の給排を制御する複数の制御弁からなる制御弁ユニット、および前記制御弁ユニットを介して前記各アクチュエータに供給される圧油を発生する第１の油圧源と前記各制御弁の操作圧信号用の圧油を発生する第２の油圧源および油圧タンクを備えた油圧ユニットを有する建設機械において、
   前記第１の駆動体ユニットの油圧アクチュエータが油圧シリンダで構成されており、同油圧シリンダへの圧油の給排を制御する制御弁は、
   前記油圧シリンダのヘッド側油室およびロッド側油室に接続される第１および第２のシリンダポートと、
   前記制御弁の各シリンダポートとタンクポートの間にそれぞれ設けられた第１および第２のオーバーロード・メイクアップバルブと、
   前記第１のシリンダポートとタンクポートとの間で前記第１のオーバーロード・メイクアップバルブと並列に形成された第１油路、および
   同第１油路上に設けられ前記建設機械の運転操作状態に応じて前記第１油路を開閉する第１開閉弁と、
   を備えた浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
2. 前記走行手段はホイールタイプの走行手段であることを特徴とする請求項１に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
3. 前記第１の駆動体ユニットを含む各駆動体ユニットの各駆動体は、ブーム、アームおよびバケットであり、それぞれの油圧アクチュエータは油圧シリンダで形成されており、前記車体本体には前記バケットを支持する支持手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
4. 前記第１油路を開閉する第１開閉弁の弁体の開閉操作は前記第２油圧源からの供給圧油を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
5. 前記建設機械が走行モード状態のとき、前記第１油路を開閉する第１開閉弁は前記第２油圧源からの供給圧油により開状態とされることを特徴とする請求項３または４に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
6. 運転操縦室を搭載する車体本体、同車体本体の下部に装着され同車体本体を搭載して移動せしめる走行手段、同走行手段に対し前記車体本体を旋回せしめる旋回手段、前記車体本体に一端側が俯仰可能に結合された第１の駆動体ユニットを含み、同第１の駆動体ユニットに順次連結された駆動体および油圧アクチュエータの対からなる複数対の駆動体ユニット、前記車体本体に配設され前記各油圧アクチュエータへの圧油の給排を制御する複数の制御弁からなる制御弁ユニット、および前記制御弁ユニットを介して前記各アクチュエータに供給される圧油を発生する第１の油圧源と前記各制御弁の操作圧信号用の圧油を発生する第２の油圧源および油圧タンクを備えた油圧ユニットを有する建設機械において、
   前記第１の駆動体ユニットの油圧アクチュエータが油圧シリンダで構成されており、同油圧シリンダへの圧油の給排を制御する制御弁は、
   前記油圧シリンダのヘッド側油室およびロッド側油室に接続される第１および第２のシリンダポートと、前記制御弁の各シリンダポートとタンクポートの間にそれぞれ設けられた第１および第２のオーバーロード・メイクアップバルブと、前記第１のシリンダポートとタンクポートとの間で前記第１のオーバーロード・メイクアップバルブと並列に形成された第１油路、および同第１油路に設けられ前記建設機械の運転操作状態に応じて前記第１油路を開閉する第１開閉弁と、からなり、さらに前記建設機械は、
   前記第１の駆動体の俯仰状態を検知する検知手段と、
   前記建設機械が走行状態に入る前の前記第１の駆動体の俯仰状態を第１の角度位置として記憶し、走行中は、前記第１の駆動体が前記第１の角度位置と異なる予め設定された第２の角度位置に達したとき前記第１油路を開閉する第１開閉弁を開とするよう指令する第１指令信号を与え、当該第１指令信号の存在下で前記第１の駆動体が前記第１の角度位置に復帰したとき、前記第１油路を開閉する第１開閉弁を閉とするよう指令する第２指令信号を与える制御手段と、
   を有するよう構成された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
7. 前記検知手段にはポテンショメータを設けたことを特徴とする請求項６に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
8. 前記走行手段はホイールタイプの走行手段であることを特徴とする請求項６または７に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
9. 前記走行手段はキャタピラータイプの走行手段であることを特徴とする請求項６または７に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
10. 前記第１の駆動体ユニットを含む各駆動体ユニットの各駆動体は、ブーム、アームおよびバケットであり、それぞれの油圧アクチュエータは油圧シリンダで形成されており、前記車体本体には前記バケットを支持する支持手段を設けたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
11. 前記制御手段からの第１および第２指令信号は電気信号として与えられ、前記第１油路を開閉する第１開閉弁の弁体が前記第１および第２の電気信号により、それぞれ開動作、閉動作するよう構成したことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
12. 前記第１油路を開閉する第１開閉弁の弁体の開閉操作は前記第２油圧源からの供給圧油を用いることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
13. 前記制御手段は、前記第１および第２指令信号にそれぞれ応答する電気・油圧変換部を有し、同電気・油圧変換部からの圧油信号を前記供給圧油として前記第１開閉弁に供給するよう構成したことを特徴とする請求項１２に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
14. 前記電気・油圧変換部は前記第２油圧源と接続された第２開閉弁を有し、同第２開閉弁の弁開閉の操作は電気信号である前記第１および第２指令信号により行われるよう構成したことを特徴とする請求項１３に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
15. 前記電気・油圧変換部は、前記第２油圧源と接続された第２開閉弁を有し、さらに、前記第１および第２指令信号にそれぞれ応答する第１および第２圧油信号を生成し、前記第２開閉弁の弁開閉の操作は前記第１および第２圧油信号によって行われるよう構成したことを特徴とする請求項１３に記載された浮き上がり防止機能を有する制御弁を備えた建設機械。
16. 運転操縦室を搭載する車体本体、同車体本体の下部に装着され同車体本体を搭載して移動せしめる走行手段、同走行手段に対し前記車体本体を旋回せしめる旋回手段、前記車体本体に一端側が俯仰可能に結合された第１の駆動体ユニットを含み、同第１の駆動体ユニットに順次連結された駆動体および油圧アクチュエータの対からなる複数対の駆動体ユニット、前記車体本体に配設され前記各油圧アクチュエータへの圧油の給排を制御する複数の制御弁からなる制御弁ユニット、および前記制御弁ユニットを介して前記各アクチュエータに供給される圧油を発生する第１の油圧源と前記各制御弁の操作圧信号用の圧油を発生する第２の油圧源および油圧タンクを備えた油圧ユニットを有する建設機械において、
    前記第１の駆動体ユニットの油圧アクチュエータが油圧シリンダで構成されており、さらに前記建設機械には、
    前記第１の駆動体の俯仰状態が浮き上がり許容限に達した状態にあることおよび／または浮き下がり許容限に達した状態にあることを検知する検知手段と、
    前記検知手段の検知信号に応答して第１の駆動体が浮き上がり許容限に達した状態にあることおよび／または浮き下がり許容限に達した状態にあることを操縦者に警告する警告手段と、
    を有するよう構成された浮き上がりおよび／または浮き下がりの警告機能を有する建設機械。
17. 前記第１の駆動体ユニットの油圧シリンダへの圧油の給排を制御する制御弁は、
    前記油圧シリンダのヘッド側油室およびロッド側油室に接続される第１および第２のシリンダポートと、前記制御弁の各シリンダポートとタンクポートの間にそれぞれ設けられた第１および第２のオーバーロード・メイクアップバルブと、前記第１のシリンダポートとタンクポートとの間で前記第１のオーバーロード・メイクアップバルブと並列に形成された第１油路、および同第１油路に設けられ前記建設機械の運転操作状態に応じて前記第１油路を開閉する第１開閉弁と、からなり、さらに前記建設機械は、
    走行状態に入る前の前記第１の駆動体の俯仰状態を第１の角度位置として記憶し、走行中は、前記第１の駆動体の俯仰状態が前記浮き上がり許容限に対応する角度位置に達したとき前記第１油路を開閉する第１開閉弁を開とするよう指令する第１信号を与え、当該第１指令信号の存在下で前記第１の駆動体が前記第１の角度位置に復帰したとき、前記第１油路を開閉する第１開閉弁を閉とするよう指令する第２指令信号を与える制御手段、
    を有する請求項１６に記載された浮き上がりおよび／または浮き下がりの警告機能を有する建設機械。

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