JP2008121404A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の作業腕の過負荷からの保護と、作業効率の低下防止を両立する。
【解決手段】オンオフスイッチ３７がオンされて電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが連通されると、コントロール弁３８は、油路４１ｂ，４２ｂのうち、圧力が高圧となった方の油路を油路４５を介してアキュムレータ３９と接続し、圧力が低圧となった方の油路を油路４６に接続する。これにより把持爪１９と作業対象物との接触力に応じて上昇するいずれかの油室１４ａ，１４ｂの圧油が、その圧力に応じてアキュムレータ３９で吸収・蓄積および放出される。オンオフスイッチ３７がオフされて電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが遮断されている場合、ブームシリンダ１４の挙動はコントロール弁３８およびアキュムレータ３９の影響を受けない。
【選択図】図３

Description

本発明は、作業腕を有する作業機械に関する。

油圧ショベルをベースとして、様々な作業具を取り付けることで種々の作業を行うことができる作業機械が知られている。また、この作業機械に取り付けられる作業具として、作業機械のアームへの過負荷による破損を防止するために、作業具からアームへ作用する負荷を緩和するスプリング装置が取り付けられた作業具が知られている（特許文献１参照）。

特開平５−２９５９０１号公報

しかし、従来の作業具は、アームの先端にピンで連結され、ピンを中心とする回動をスプリング装置で規制しつつ作業具からアームへ作用する負荷を緩和する構造となっている。そのため、作業機械で作業を行う場合、作業具に対してピンを中心に回動させるような外力が働くと常に作業具がアームに対して回動してしまうため、作業力の応答が遅れるとともに操作性が悪化し、作業効率が低下してしまう。

（１） 請求項１の発明による作業機械は、作業機本体に対して、回動可能に取り付けられた作業腕と、作業腕に取り付けられる作業具と、作業機本体に対する作業腕の姿勢を決定する姿勢決定手段と、作業腕の姿勢を決定する姿勢決定手段で決定される作業腕の姿勢を変更することで、作業具に接触して外力を与える接触物の動きに作業腕を追従させる追従可能化手段と、作業腕を追従させる追従可能化手段によって接触物の動きに作業腕を追従させるか否かを切り替える切換手段とを備えることを特徴とする。
（２） 請求項２の発明による作業機械は、作業機本体に対して、回動可能に取り付けられた作業腕と、作業腕に取り付けられる作業具と、作業機本体に対する作業具の姿勢を決定する姿勢決定手段と、作業具の姿勢を決定する姿勢決定手段で決定される作業具の姿勢を変更することで、作業具に接触して外力を与える接触物の動きに作業具を追従させる追従可能化手段と、作業具を追従させる追従可能化手段によって接触物の動きに作業具を追従させるか否かを切り替える追従切換手段とを備えることを特徴とする。
（３） 請求項３の発明は、請求項１または請求項2に記載の作業機械において、姿勢決定手段は、シリンダロッドを伸縮させることで姿勢を決定する油圧シリンダであり、追従可能化手段は、油圧シリンダに供給される圧油を吸収または放出することで、シリンダロッドを伸縮させて姿勢を変更するアキュムレータであることを特徴とする。
（４） 請求項４の発明は、請求項３に記載の作業機械において、追従切換手段は、油圧シリンダとアキュムレータとを接続する油路に設けられて、油圧シリンダとアキュムレータとの間の圧油の流通を許可または禁止する切替弁であることを特徴とする。
（５） 請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載の作業機械において、油圧シリンダの油室であるボトム室またはロッド室のうち、圧油の圧力が高い方の油室を選択してアキュムレータと接続する油室選択手段をさらに備えることを特徴とする。
（６） 請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の作業機械において、作業機本体を旋回可能に保持する走行体をさらに備えることを特徴とする。
（７） 請求項７の発明は、請求項１または請求項２に記載の作業機械において、追従可能化手段による追従特性を変更する追従特性変更手段をさらに備えることを特徴とする。
（８） 請求項８の発明は、請求項２に記載の作業機械において、姿勢決定手段は、シリンダロッドを伸縮させることで作業具の姿勢を決定する油圧シリンダであり、油圧シリンダのボトム側油室とロッド側油室と連通する油路と、油路を連通もしくは遮断する切替弁とをさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、作業腕や作業具への過負荷による破損を防止できるとともに、作業力の応答遅れを防止でき、操作性が悪化しないので、作業効率の低下を防止できる。

−−−第１の実施の形態−−−
図１〜３を参照して、本発明による作業機械の第１の実施の形態を説明する。図１に示すように、油圧ショベルをベースとした作業機械１００においては、走行体１２に旋回体１１が旋回可能に取り付けられている。旋回体１１の前部には運転室１１ａが取り付けられている。運転室１１ａの後方にはエンジンおよび油圧ポンプを含む主要駆動装置１１ｂが設けられている。

旋回体１１には多関節の腕を有するフロント作業腕１０が取り付けられている。フロント作業腕１０は、ブームシリンダ１４により上下方向に揺動自在に旋回体１１に取り付けられたブーム１３と、ブーム１３に連結されてアームシリンダ１６により上下方向に揺動自在に取り付けられたアーム１５と、アーム１５の先端部分に連結されて作業具シリンダ１８により上下方向に回動自在に取り付けられた作業具である把持装置１０１とを有する。

図２に把持装置１０１の構造を示す。把持装置１０１は、アーム１５の先端に取り付けられる把持装置本体１７と、先端側で対象物を把持できるように対向して設けられた一対の把持爪１９と、把持爪１９を開閉駆動するシリンダ２０とを有する。

図３は、作業機械１００のブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。以下の説明ではブームシリンダ１４を駆動する油圧回路について説明するが、作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路も同様の構成である。この油圧回路には、メインポンプ３１と、コントロール弁３０と、メインリリーフ弁３３と、作動油タンク３２と、作業負荷追従装置２００とが設けられている。また、この油圧回路には、コントロール弁３０を制御するために、不図示のパイロットポンプと、操作レバー３４とが設けられている。

メインポンプ３１は作業機械１００の各アクチュエータに圧油を供給するポンプであり、図示しないエンジンにより駆動されると作動油タンク３２の作動油をコントロール弁３０を介してブームシリンダ１４に供給する。メインポンプ３１から供給される圧油は、不図示の各コントロール弁を介してアームシリンダ１６、作業具シリンダ１８、シリンダ２０にも供給される。メインリリーフ弁３３は、この油圧回路の最高圧力を規定する。

作業負荷追従装置２００には、電磁切替弁３５と、コントロール弁３８と、アキュムレータ３９と、リリーフ弁４０とが設けられている。また、作業負荷追従装置２００には、電磁切替弁３５の作動位置を切り替えるための駆動回路３６と、オンオフスイッチ３７とが設けられている。電磁切替弁３５は油路４１，４２の途中に設けられ、油路４１，４２の上流（油路４１ａ，４２ａ）と下流（油路４１ｂ，４２ｂ）とを連通または遮断する。油路４１ａはブームシリンダ１４のボトム側油室１４ａと接続され、油路４２ａはブームシリンダ１４のロッド側油室１４ｂに接続されている。

コントロール弁３８は、油路４１ｂ，４２ｂの圧力に応じてスプールの位置を切り替えて、油路４１ｂ，４２ｂと油路４５，４６との接続状態を切り換えるバルブである。すなわち、コントロール弁３８では、油路４１ｂに接続された油路４３、および、油路４２ｂに接続された油路４４からの圧油をパイロット圧油としてスプールが駆動される。油路４１ｂおよび油路４２ｂの圧力がともに低圧である場合、もしくは、油路４１ｂおよび油路４２ｂの圧力が略等しい場合、コントロール弁３８のスプールは中立位置となり、油路４１ｂ，４２ｂと油路４５，４６とが遮断される。

油路４１ｂの圧力が高圧となり油路４２ｂの圧力が低圧となった場合、コントロール弁３８のスプールが中立位置から移動して、油路４１ｂと油路４５とが接続され、油路４２ｂと油路４６とが接続される。これとは逆に、油路４１ｂの圧力が低圧となり油路４２ｂの圧力が高圧となった場合、コントロール弁３８のスプールが中立位置から移動して、油路４１ｂと油路４６とが接続され、油路４２ｂと油路４５とが接続される。すなわち、コントロール弁３８は、油路４１ｂ，４２ｂの圧力が、いずれか一方が高圧となり、他方が低圧となった場合に、圧力が高圧となった方の油路を油路４５と接続し、圧力が低圧となった方の油路を油路４６に接続する。

アキュムレータ３９は、油路４５に接続されて、油路４５の圧油を吸収し、または吸収した圧油を油路４５に放出する。リリーフ弁４０は、油路４５の圧力が設定圧力を超えると油路４５の圧油を油路４６へ逃がす。リリーフ弁４０の設定圧力はメインリリーフ弁３３の設定圧力よりも低い圧力に設定されている。なお、油路４６は作動油タンク３２に接続されている。

駆動回路３６は、運転室１１ａに設けられたオンオフスイッチ３７のオンオフ状態に応じて電磁切替弁３５の作動位置を切り替える。オペレータの操作によってオンオフスイッチ３７がオンされると、駆動回路３６は、電磁切替弁３５のソレノイドを励磁して、油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとを連通するようにソレノイドを駆動させる。オペレータの操作によってオンオフスイッチ３７がオフされると、駆動回路３６は、電磁切替弁３５のソレノイドを消磁する。その結果、電磁切替弁３５のバネの力でスプールが駆動されて、油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが遮断される。

このように構成される作業機械１００では、各操作レバーが操作されると各油圧シリンダに対応する各コントロール弁のスプールが駆動され、各操作レバーの操作量に応じた速度で各油圧シリンダが駆動される。たとえば、ブームシリンダ１４は、操作レバー３４が操作されると、不図示のパイロットポンプからのパイロット圧油が操作レバー３４の操作量に応じた圧力でコントロール弁３０のスプールを駆動させる。その結果、ブームシリンダ１４が操作レバー３４の操作量に応じた速度で駆動される。

ブームシリンダ１４のボトム側油室１４ａに圧油が供給されると、ブーム１３は旋回体１１に対して上方向に揺動駆動され、ロッド側油室１４ｂに圧油が供給されると、ブーム１３は旋回体１１に対して下方向に揺動駆動される。アームシリンダ１６の図示しないボトム側油室に圧油が供給されると、アーム１５はブーム１３に対して下方向に揺動駆動され、図示しないロッド側油室に圧油が供給されると、アーム１５はブーム１３に対して上方向に揺動駆動される。

作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａに圧油が供給されると、把持装置１０１はアーム１５に対して下方向に揺動駆動され、ロッド側油室１８ｂに圧油が供給されると、把持装置１０１はアーム１５に対して上方向に揺動駆動される。シリンダ２０の図示しないボトム側油室に圧油が供給されると、一対の把持爪１９は把持方向に駆動され、図示しないロッド側油室に圧油が供給されると、一対の把持爪１９は開放方向に駆動される。

−−−作業負荷追従装置２００およびブームシリンダ１４の動作について−−−
オンオフスイッチ３７がオンされている場合、上述したように、電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが連通されるので、ブームシリンダ１４のボトム側油室１４ａおよびロッド側油室１４ｂの圧油は電磁切替弁３５の下流に流入する。したがって、ブームシリンダ１４の挙動はコントロール弁３８およびアキュムレータ３９の影響を受ける。ブーム１３は上述したように、操作レバー３４の操作に従い、ボトム側油室１４ａに圧油が供給された場合には、旋回体１１に対して上方向に揺動駆動され、ロッド側油室１４ｂに圧油が供給された場合には、旋回体１１に対して下方向に揺動駆動される。

操作レバー３４が操作された状態のまま、把持爪１９が作業対象物と接触してブーム１３の揺動が停止された状態となると、コントロール弁３０を介して圧油が供給されるいずれかの油室１４ａ，１４ｂの圧力は把持爪１９と作業対象物との接触力（作業負荷）に応じて上昇する。そして、油室１４ａ，１４ｂと連通する油路４１ｂ，４２ｂの圧力が、いずれか一方が高圧となり、他方が低圧となると、コントロール弁３８は圧力が高圧となった方の油路を油路４５と接続し、圧力が低圧となった方の油路を油路４６に接続する。その結果、油室１４ａ，１４ｂのうち高圧となった方の油路と連通する油室（以下、高圧側油室と呼ぶ）の圧油がアキュムレータ３９に吸収される。これにより、アキュムレータ３９が作業負荷に対するバネ要素として作用するので、作業負荷の急激な上昇を防止できる。

把持爪１９が作業対象物と接触した後も操作レバー３４が操作された状態のままであれば、高圧側油室の圧油（またはコントロール弁３０から高圧側油室に向かって流れる圧油）は、圧力がリリーフ弁４０の設定圧力に上昇するまではアキュムレータ３９に吸収・蓄積される。高圧側油室の圧油（またはコントロール弁３０から高圧側油室に向かって流れる圧油）は、圧力がリリーフ弁４０の設定圧力に上昇するとリリーフ弁４０から作動油タンク３２に解放される。すなわち、リリーフ弁４０はアキュムレータ３９に作用する圧油の圧力を規制してアキュムレータ３９を保護する。またリリーフ弁４０は設定圧に応じた任意の作業負荷（接触力）によって把持爪１９が作業対象物へ接触することを可能とする。

操作レバー３４が操作されない状態で、たとえばアーム１５が揺動されるなどして把持爪１９が作業対象物と接触すると、ブームシリンダ１４のいずれかの油室１４ａ，１４ｂの圧力は作業負荷に応じて上昇する。操作レバー３４が操作されない状態では、高圧側油室の圧油がコントロール弁３０を介して外部に流出することはない。しかし、電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂと連通されているので、上述したように高圧側油室の圧油はコントロール弁３８を介してアキュムレータ３９へ流入する。

その結果、高圧側油室の圧油が作業負荷に応じてアキュムレータ３９で吸収・蓄積されるので、アキュムレータ３９による圧油の蓄積量に応じてブームシリンダ１４が伸縮してブーム１３が揺動する。作業負荷が低減すると、アキュムレータ３９で蓄積されていた圧油が高圧側油室に戻るので、ブームシリンダ１４が伸縮する。したがって、ブーム１３は作業負荷の大小に応じて揺動する。すなわち、高圧側油室の圧油を作業負荷に応じてアキュムレータ３９で吸収・蓄積し、および放出することによって、ブーム１３が揺動するので、把持爪１９に接触して外力を与える作業対象物の動きに把持装置１０１が追従する。

作業負荷の作用時の油路４５の圧力がリリーフ弁４０の設定圧力以下であれば、高圧側油室の圧油はリリーフ弁４０を介して作動油タンク３２に戻っていない。この場合、作業負荷が作用しなくなってアキュムレータ３９に蓄積されていた圧油が高圧側油室に戻ると、ブームシリンダ１４のシリンダロッドは作業負荷の作用前の伸縮位置に復帰する。

作業負荷の作用時の油路４５の圧力がリリーフ弁４０の設定圧力を超えていれば、高圧側油室の圧油はリリーフ弁４０を介して作動油タンク３２に戻る。この場合、作業負荷が作用しなくなってアキュムレータ３９に蓄積されていた圧油が高圧側油室に戻ると、ブームシリンダ１４のシリンダロッドは作業負荷の作用前の伸縮位置に近づくように復帰するが、作動油タンク３２に戻った圧油の分だけ復帰量が減少する。

このように、電磁切替弁３５で油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとを連通することで作業負荷追従装置２００がブームシリンダ１４の動作に影響を与えるので、作業負荷を与える作業対象物の動きにブーム１３を追従させる場合には、オンオフスイッチ３７をオンとすればよい。

オンオフスイッチ３７がオフされている場合、上述したように、電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが遮断されるので、ブームシリンダ１４のボトム側油室１４ａおよびロッド側油室１４ｂの圧油は電磁切替弁３５の下流には流入しない。したがって、ブームシリンダ１４の挙動はコントロール弁３８およびアキュムレータ３９の影響を受けない。これにより、ブーム１３は上述したように、操作レバー３４の操作に従い、ボトム側油室１４ａに圧油が供給された場合には、旋回体１１に対して上方向に揺動駆動され、ロッド側油室１４ｂに圧油が供給された場合には、旋回体１１に対して下方向に揺動駆動される。

操作レバー３４が操作された状態のまま、把持爪１９が作業対象物と接触してブーム１３の揺動が停止された状態となると、ブームシリンダ１４に供給される圧油の圧力はメインリリーフ弁３３で規定される圧力まで上昇する。操作レバー３４が操作されない状態で、たとえばアーム１５が揺動されるなどして把持爪１９が作業対象物と接触すると、ブームシリンダ１４のいずれかの油室１４ａ，１４ｂの圧力は作業負荷に応じて上昇する。操作レバー３４が操作されない状態では、ブームシリンダ１４の油室１４ａ，１４ｂの圧油の外部への流出がコントロール弁３０および電磁切替弁３５で遮られるため、ブーム１３が揺動することはない。

このように、電磁切替弁３５で油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとを遮断することで作業負荷追従装置２００がブームシリンダ１４の動作に影響しなくなるので、作業負荷を与える作業対象物の動きにブーム１３を追従させない場合には、オンオフスイッチ３７をオフとすればよい。

本実施の形態の作業機械１００では、作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路にも作業負荷追従装置２００が接続されている。作業具シリンダ１８の動作については上述したブームシリンダ１４の動作と同様であるので説明は省略する。ブームシリンダ１４を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能とするか否か、および、作業具シリンダ１８を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能とするか否かはそれぞれ任意に設定可能である。たとえば、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８の双方を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能とした場合、作業対象物の動きに追従して回動する関節が２箇所となり、２自由度となるので、より広範な作業対象物の動きに対してフロント作業腕１０が追従可能となる。

ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８の双方を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従しないようにした場合、作業負荷追従装置２００を設けていない従来の作業機械と同様に作業を行うことができる。また、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８のいずれか一方のみを作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能としてもよく、作業内容に応じて、それぞれのオンオフスイッチ３７の操作で適宜設定すればよい。

上述した第１の実施の形態の作業機械１００では次の作用効果を奏する。
（１） 作業負荷を与える作業対象物の動きにフロント作業腕１０が追従するように作業負荷追従装置２００を設けるとともに、オンオフスイッチ３７のオンオフによって作業負荷を与える作業対象物の動きにフロント作業腕１０を追従させるか否かを選択できるように構成した。これにより、フロント作業腕１０への過負荷による破損を防止できるとともに、作業力の応答遅れを防止でき、操作性が悪化しないので、作業効率の低下を防止できる。また、作業負荷を与える作業対象物の動きにフロント作業腕１０を追従させることができるので、把持装置１０１を壁面や床面等に対して倣い動作をさせることも可能となり利便性が高い。たとえば、作業具として把持装置１０１に代えてバケットを取り付けた場合、地ならしなどの倣い動作が容易となる。

（２） ブームシリンダ１４を駆動する油圧回路に作業負荷追従装置２００を接続することで、作業負荷を与える作業対象物の動きにブーム１３が追従するように構成した。また、作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路に作業負荷追従装置２００を接続することで、作業負荷を与える作業対象物の動きに把持装置１０１が追従するように構成した。作業具にスプリング装置を取り付けた従来の作業具では可搬重量が増加するとともに操作性も悪化するので結果として作業効率が低下してしまうが、本発明による作業機械ではそのような悪影響がない。また、簡単な構成で把持爪１９に作用する作業負荷によるフロント作業腕１０の破損を防止できるので、コスト増を低減できる。なお、既存の作業機械に対しては、油圧シリンダへの油路の途中に作業負荷追従装置２００を接続するだけでよいので、既存の作業機械に対して、作業負荷を与える作業対象物の動きに追従する機能を低コストで付加できる。

（３） ブームシリンダ１４を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能とするか否か、および、作業具シリンダ１８を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能とするか否かをそれぞれ任意に設定可能とした。ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８の双方を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能とした場合、作業対象物の動きに追従して回動する関節が２箇所となり、２自由度となるので、より広範な作業対象物の動きに対してフロント作業腕１０が追従可能となり、フロント作業腕１０の破損の可能性を大幅に低減できる。また、作業内容に応じて、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８のいずれか一方のみを作業負荷を与える作業対象物の動きに追従可能としてもよく、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８の双方を作業負荷を与える作業対象物の動きに追従しないように設定することもできるので、作業内容に柔軟に対応できる。

（４） ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８の高圧側油室の圧油をアキュムレータ３９で吸収・蓄積および放出することで、フロント作業腕１０が作業負荷を与える作業対象物の動きに追従するように構成した。また電磁切替弁３５によって高圧側油室の圧油をアキュムレータ３９で吸収させるか否かを切り替えるように構成した。これにより、作業負荷を与える作業対象物の動きに追従したブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８のシリンダロッドの伸縮、および、作業負荷を与える作業対象物の動きに追従したブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８のシリンダロッドの伸縮の許可／禁止を簡単な油圧回路で実現できる。したがって、動作が確実で信頼性が高く、コストも安価である。

（５） コントロール弁３８によって高圧側油室の圧油をアキュムレータ３９に導くように構成したので、アキュムレータ３９が１つで済み、コスト低減に寄与できる。また、高圧側油室の圧油をパイロット圧油としてコントロール弁３８のスプールを駆動するようにしたので、簡単な構成で動作の信頼性が高い。

−−−第２の実施の形態−−−
図４を参照して、本発明による作業機械の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、作業負荷追従装置２００内の油路４５と油路４６との間にさらにもう一組のアキュムレータとリリーフ弁が設けられている点で、第１の実施の形態と異なる。

図４は、第２の実施の形態の作業機械１００のブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。以下の説明ではブームシリンダ１４を駆動する油圧回路について説明するが、作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路も同様の構成である。本実施の形態における作業負荷追従装置２００には、電磁切替弁３５と、コントロール弁３８と、アキュムレータ３９と、リリーフ弁４０と、電磁切替弁３０１と、アキュムレータ３０２と、リリーフ弁３０３とが設けられている。また、作業負荷追従装置２００には、電磁切替弁３５，３０１の作動位置を切り替えるための駆動回路３６と、オンオフスイッチ３７，３０４とが設けられている。

油路４５と油路４６と結ぶ油路４７には、油路４５側から順に電磁切替弁３０１とリリーフ弁３０３とが直列に配設されている。アキュムレータ３０２は、電磁切替弁３０１とリリーフ弁３０３との間の油路４７に接続されている。すなわち、電磁切替弁３０１と、アキュムレータ３０２と、リリーフ弁３０３は、油路４５と油路４６との間に、アキュムレータ３９およびリリーフ弁４０と並列に配設されている。

電磁切替弁３０１は、油路４５からアキュムレータ３０２およびリリーフ弁３０３への圧油の流れを許可または禁止する切替弁である。電磁切替弁３０１の作動位置は、運転室１１ａに設けられたオンオフスイッチ３０４のオンオフ状態に応じて駆動回路３６によって切り替えられる。アキュムレータ３０２は、電磁切替弁３０１を介して油路４５に接続されて、油路４５の圧油を吸収し、または吸収した圧油を油路４５に放出する。アキュムレータ３０２には、その作動特性としてアキュムレータ３９よりも低圧側で圧油を吸収するものが用いられている。

リリーフ弁３０３は、アキュムレータ３９におけるリリーフ弁４０の場合と同様に、主にアキュムレータ３０２の保護のために配設されている。リリーフ弁３０３の設定圧力は、リリーフ弁４０の設定圧力よりも低い圧力に設定されている。

このように構成される本実施の形態における作業負荷追従装置２００では、オンオフスイッチ３７がオンされ、かつ、オンオフスイッチ３０４がオフされている場合には、電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが連通されるが、油路４５と電磁切替弁３０１の下流側の油路４７とが遮断される。この場合には、本実施の形態における作業負荷追従装置２００の動作は、第１の実施の形態における作業負荷追従装置２００の動作と同じとなる。

オンオフスイッチ３７，３０４がいずれもオンされている場合には、電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが連通され、油路４５と電磁切替弁３０１の下流側の油路４７とが連通される。その結果、油路４５の圧油は、アキュムレータ３０２に流入可能となる。この場合には、上述したように、アキュムレータ３０２がアキュムレータ３９よりも低圧側で圧油を吸収するため、油路４５の圧油は、アキュムレータ３９よりもアキュムレータ３０２で優先的に吸収されることとなる。

また、上述したように、リリーフ弁３０３の設定圧力は、リリーフ弁４０の設定圧力よりも低い圧力に設定されているため、油路４５の圧力が上昇すると、油路４５の圧油はリリーフ弁３０３を介して油路４６へ逃げる。

したがって、オンオフスイッチ３７，３０４がいずれもオンされている場合には、オンオフスイッチ３７がオンされ、かつ、オンオフスイッチ３０４がオフされている場合と比べて、より小さな作業負荷領域で、作業負荷を与える作業対象物の動きに対してブーム１３を追従させることができる。すなわち、オンオフスイッチ３０４のオンオフ操作によって電磁切替弁３０１を開閉することで、作業負荷に対するブーム１３の追従特性を切り替える（変更する）ことができる。

本実施の形態の作業機械１００では、第１の実施の形態と同様に、作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路にも作業負荷追従装置２００が接続されている。作業具シリンダ１８の動作については上述したブームシリンダ１４の動作と同様であるので説明は省略する。

本実施の形態の作業機械１００では、たとえば、アキュムレータ３９の作動特性およびリリーフ弁４０の設定圧力を、作業負荷によるフロント作業腕１０の破損防止を目的として比較的高い圧力範囲に設定してもよい。また、アキュムレータ３０２の作動特性およびリリーフ弁３０３の設定圧力を、把持対象物の破損防止や作業具の倣い動作（位置誤差吸収）を目的として比較的低い圧力範囲に設定してもよい。

上述した第２の実施の形態の作業機械１００では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１） 電磁切替弁３０１と、アキュムレータ３０２と、リリーフ弁３０３とを追加することによって、より小さな作業負荷領域であっても、作業負荷を与える作業対象物の動きに対してフロント作業腕１０を追従させることができるように構成した。これにより、オペレータは、作業状況に合わせてオンオフスイッチ３０４を操作することで、作業負荷に対するフロント作業腕１０の追従特性を変更できるので、作業性および作業効率が向上する。

（２） 目的に応じてアキュムレータ３９，３０２の作動特性およびリリーフ弁４０，３０３の設定圧力をそれぞれ設定すれば、作業機械１００の耐久性や利便性を向上できる。

−−−第３の実施の形態−−−
図５を参照して、本発明による作業機械の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１および第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１および第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、作業負荷追従装置２００内の油路４５と油路４６との間に電磁切替弁が設けられている点、および、作業負荷追従装置２００が作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路にのみ設けられている点で、第１の実施の形態と異なる。

図５は、第３の実施の形態の作業機械１００の作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。上述したように、作業負荷追従装置２００は作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路にのみ設けられている。本実施の形態における作業負荷追従装置２００には、電磁切替弁３５と、コントロール弁３８と、アキュムレータ３９と、リリーフ弁４０と、電磁切替弁３０１とが設けられている。また、作業負荷追従装置２００には、電磁切替弁３５，３０１の作動位置を切り替えるための駆動回路３６と、オンオフスイッチ３７，３０４とが設けられている。なお、上述した第２の実施に形態のおける作業負荷追従装置２００と比べると、本実施の形態の作業負荷追従装置２００は、アキュムレータ３０２およびリリーフ弁３０３が設けられていない点が異なっている。

油路４７は、油路４５と油路４６とを結ぶ油路である。電磁切替弁３０１は、油路４７における油路４５から油路４６への圧油の流れを許可または禁止する切替弁である。電磁切替弁３０１の作動位置は、運転室１１ａに設けられたオンオフスイッチ３０４のオンオフ状態に応じて駆動回路３６によって切り替えられる。

このように構成される本実施の形態における作業負荷追従装置２００では、オンオフスイッチ３７がオンされ、かつ、オンオフスイッチ３０４がオフされている場合には、電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが連通されるが、油路４５と電磁切替弁３０１の下流側の油路４７とが遮断される。この場合には、本実施の形態における作業負荷追従装置２００の動作は、第１の実施の形態における作業負荷追従装置２００の動作と同じとなる。

オンオフスイッチ３７，３０４がいずれもオンされている場合には、電磁切替弁３５によって油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが連通され、油路４５と油路４６とが連通され、油路４５の圧油は、油路４６に流入可能となる。

作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａとロッド側油室１８ｂとで圧力差が生じると、コントロール弁３８の働きにより、油路４１は油路４５または油路４６のいずれか一方と連通し、油路４２は油路４５または油路４６のいずれか他方と連通する。油路４１はボトム側油室１８ａと連通し、油路４２はロッド側油室１８ｂと連通しているので、ボトム側油室１８ａとロッド側油室１８ｂとで圧力差が生じると、ボトム側油室１８ａが油路４５または油路４６のいずれか一方と連通し、ロッド側油室１８ｂが、油路４５または油路４６のいずれか他方と連通する。この場合、油路４７は、作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａとロッド側油室１８ｂとを連通することとなる。

そのため、アーム１５先端の把持装置１０１の回動中心の鉛直下方ではない位置に把持装置１０１の重心が位置していた場合には、把持装置１０１の自重によってボトム側油室１８ａとロッド側油室１８ｂとの圧力に差が生じる。この場合には、圧力の高い方の油室の圧油が電磁弁３５およびコントロール弁３８を経由して、油路４５から油路４７および電磁切替弁３０１を介して油路４６へ逃げることができる。その結果、作業具シリンダ１８が把持装置１０１の自重によって伸縮可能となるので、把持装置１０１はその自重によってアーム１５先端で鉛直下方に吊り下げられた状態となる。すなわち、ブーム１３およびアーム１５の姿勢に関わらず、把持装置１０１が常に鉛直下方に向くこととなる。

したがって、オンオフスイッチ３７，３０４がいずれもオンされている場合には、作業機械１００を把持装置１０１による把持対象物の吊り下げ作業に適した状態にできる。オンオフスイッチ３７がオンされ、かつ、オンオフスイッチ３０４がオフされている場合には、第１の実施の形態の場合と同様に、作業負荷を与える作業対象物の動きに把持装置１０１を追従させることができる。オンオフスイッチ３７，３０４がいずれもオフされている場合には、従来の作業機械と同様に、作業負荷を与える作業対象物の動きに把持装置１０１が追従しない。

上述した第３の実施の形態の作業機械１００では、第１および第２の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１） 油路４５と油路４６とを結ぶ油路４７、および、油路４７における圧油の流れを許可または禁止する電磁切替弁３０１とを設け、オンオフスイッチ３０４により電磁切替弁３０１を開閉できるように構成した。これにより、ブーム１３およびアーム１５の姿勢に関わらず、把持装置１０１を自重にて常に鉛直下方に向けることができるので、把持装置１０１による把持対象物の吊り下げ作業に適し、吊り下げ作業における作業性および作業効率を向上できる。

−−−変形例−−−
（１） 上述の説明では、パイロット圧油を操作レバー３４で制御することでコントロール弁３０のスプールを駆動しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図６，７に示すように、いわゆる電気レバーを用いてコントロール弁５０を制御するようにしてもよい。図６において、５１は電気式操作レバーである。１３６は制御回路であり、電気式操作レバー５１の操作量に応じた指令値をコントロール弁５０のソレノイドに出力するとともに、オンオフスイッチ３７のオンオフ状態に応じて電磁切替弁３５の作動位置を切り替える。図７において、５１は電気式操作レバーである。３３６は制御回路であり、電気式操作レバー５１の操作量に応じた指令値をコントロール弁５０のソレノイドに出力する。なお、図６における作業負荷追従装置２００は、一例として第１の実施の形態の作業負荷追従装置２００に対応する例として記載し、図７における作業負荷追従装置２００は一例として第２の実施の形態の作業負荷追従装置２００に対応する例として記載しているが、本発明はこれに限定されない。

（２） 上述の説明では、高圧側油室の圧油を１つのアキュムレータ３９で吸収・蓄積するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば図８に示すように、電磁切替弁３５の下流の油路４１ｂ，４２ｂにそれぞれアキュムレータ６０，６１とパイロットチェック弁６２，６３とを並列に配設し、アキュムレータ６０，６１の下流にリリーフ弁６４，６５を直列に配設してもよい。油路４１ａ，４２ａと油路４１ｂ，４２ｂとが連通されると、ブームシリンダ１４の各油室１４ａ，１４ｂがそれぞれアキュムレータ６０，６１と接続されることとなる。いずれかの油室が高圧となると、高圧側油室の圧油がいずれかのアキュムレータ６０，６１に吸収・蓄積されることとなる。すなわち、アキュムレータ６０，６１は作業負荷追従装置２０１のバネ要素として作用し、作業負荷を与える作業対象物の動きにブーム１３を追従させることができる。これにより、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。なお、図８に示すように作業負荷追従装置２０１を構成した場合には、コントロール弁３８は不要である。

（３） 上述の説明では、アキュムレータ３９の種類については特に言及していないが、たとえばプラダ形アキュムレータであってもよく、バネ式アキュムレータやピストン式アキュムレータであってもよい。

（４） 上述の説明では、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８へ圧油を供給する油圧回路に作業負荷追従装置２００を接続しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば図９に示すように、追従用シリンダ８２を別途設け、旋回体１１のフレーム８０に固定する。ブーム１３の基端部１３ａをスライド溝８３に沿って作業機械１００の前後方向（図示左右方向）にスライド可能とするブラケット８１をフレーム８０の先端に設ける。追従用シリンダ８２のシリンダロッド先端をブーム１３の基端部１３ａとピン接続するとともに、作業負荷追従装置２００を追従用シリンダ８２へ圧油を供給する油圧回路に接続する。

このように構成することで、作業負荷を与える作業対象物の動きに応じてブーム１３の姿勢が変化するように、ブーム１３の基端部１３ａがスライド溝８３に沿って移動可能となる。これにより上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。

（５） 上述の説明では、油路４１ｂに接続された油路４３、および、油路４２ｂに接続された油路４４からの圧油をパイロット圧油としてコントロール弁３８のスプールを駆動するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１０，１１に示すように、コントロール弁３８の代わりに電磁式のコントロール弁１３８を設け、油路４１，４２に圧力センサ９１，９２を配設する。そして、圧力センサ９１，９２の検出圧力およびオンオフスイッチ３７のオンオフ状態に応じて制御回路２３６がコントロール弁１３８のソレノイドを励磁／消磁することで、コントロール弁１３８のスプールの位置を切り替えてもよい。これにより、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。図１０，１１に示すように作業負荷追従装置２０２を構成した場合には、電磁切替弁３５は不要である。なお、図１０における作業負荷追従装置２０２は、一例として第１の実施の形態の作業負荷追従装置２００に対応する例として記載し、図１１における作業負荷追従装置２０２は一例として第２の実施の形態の作業負荷追従装置２００に対応する例として記載しているが、本発明はこれに限定されない。

（６） 上述の説明では、作業負荷を与える作業対象物の動きにフロント作業腕１０を追従させるために油圧シリンダへ圧油を供給する油圧回路上で高圧側油室の圧油を吸収・蓄積および放出しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、機械的なバネをシリンダとフロント作業腕１０との間に介在させて、このバネの伸縮によって作業負荷を与える作業対象物の動きにフロント作業腕１０を追従させるように構成してもよい。

（７） 上述の説明では、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８に対して作業負荷追従装置２００による高圧側油室の圧油の吸収・蓄積および放出を行うように構成したが、本発明はこれに限定されない。ブームシリンダ１４およびアームシリンダ１６に対して作業負荷追従装置２００による高圧側油室の圧油の吸収・蓄積および放出を行うように構成してもよく、アームシリンダ１６および作業具シリンダ１８に対して作業負荷追従装置２００による高圧側油室の圧油の吸収・蓄積および放出を行うように構成してもよい。

（８） 上述の説明では、オンオフスイッチ３７のオンオフ操作によって電気的に電磁切替弁３５を操作するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、電磁切替弁３５の代わりに手動切替弁を用いて、オペレータが直接手動で操作するように構成してもよい。また、図３において油路４１ａ，４２ａに圧力センサをそれぞれ配設し、この圧力センサの検出圧力値に応じて、駆動回路３６が電磁切替弁３５を切替操作するように構成してもよい。この場合には、圧力センサ、駆動回路３６および電磁切替弁３５が作業負荷に追従させるか否かを切り替える切換手段として機能する。

（９） 上述の説明では、リリーフ弁４０によって油路４５の圧油を油路４６へ逃がすように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、リリーフ弁４０の代わりに比例電磁式圧力制御弁を配設してもよい。この場合には、アキュムレータ３９に作用する圧油の圧力の最大値が任意に設定可能となるので、作業機械１００で行う作業の汎用性を高めることができる。

（１０） なお、上述した作業負荷追従装置２００をシリンダ２０へ圧油を供給する油圧回路に接続してもよい。このように構成することで、オンオフスイッチ３７がオンされていれば、作業対象物（把持対象物）を把持することでシリンダ２０の図示しないボトム側油室の圧力が上昇すると、当該ボトム室が電磁切替弁３５およびコントロール弁３８を介してアキュムレータ３９と連通される。これにより把持爪１９が作業対象物を把持した後に把持力が急激に増大することを防止できるので、把持力の過多による把持対象物の破損を防止できる。すなわち、ソフトな把持が可能となる。また、予期せず作業対象物が把持爪１９に接触しても、接触力に応じて把持爪１９が閉じ、または、開くこととなるので、作業対象物および把持爪１９の破損を防止できる。

（１１） 上述した第３の実施の形態では、作業負荷追従装置２００は作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路にのみ設けられているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、アームシリンダ１６など作業腕１０を駆動する他の油圧シリンダの油圧回路に作業負荷追従装置２００を設けてもよい。また、油圧シリンダを駆動する複数の油圧回路に作業負荷追従装置２００を設けてもよい。
（１２） 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

上述の実施の形態およびその変形例において、たとえば、作業腕はフロント作業腕１０に、姿勢決定手段はブームシリンダ１４、作業具シリンダ１８、および追従用シリンダ８２に、追従可能化手段はアキュムレータ３９，６０，６１に、切換手段は電磁切替弁３５およびコントロール弁１３８に、油室選択手段はコントロール弁３８およびコントロール弁１３８に対応する。追従特性変更手段は、電磁切替弁３０１、アキュムレータ３０２、リリーフ弁３０３に対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、作業負荷に応じて高圧となった油室の圧油を吸収・蓄積し、作業負荷がなくなったら（または減ったら）吸収・蓄積した圧油を放出してもとの油室に戻すという構成と、このような圧油の吸収・蓄積を許可／禁止する構成とを備える各種構造の作業機械を含むものである。

作業機械１００の外観図である。 把持装置１０１の構造を示す図である。 作業機械１００のブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。 第２の実施の形態の作業機械１００のブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。 第３の実施の形態の作業機械１００のブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。 油圧回路の変形例を示す図である。 油圧回路の変形例を示す図である。 油圧回路の変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 油圧回路の変形例を示す図である。 油圧回路の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ フロント作業腕 １３ ブーム
１４ ブームシリンダ １８ 作業具シリンダ
３０，３８，５０，１３８ コントロール弁 ３５，３０１ 電磁切替弁
３６ 駆動回路 ３７，３０４ オンオフスイッチ
３９，６０，６１，３０２ アキュムレータ ４０、６４，６５，３０３ リリーフ弁
８２ 追従用シリンダ １００ 作業機械
１０１ 把持装置 １３６，２３６，３３６ 制御回路
２００〜２０２ 作業負荷追従装置

Claims (8)

1. 作業機本体に対して、回動可能に取り付けられた作業腕と、
   前記作業腕に取り付けられる作業具と、
   前記作業機本体に対する前記作業腕の姿勢を決定する姿勢決定手段と、
   前記作業腕の姿勢を決定する姿勢決定手段で決定される前記作業腕の姿勢を変更することで、前記作業具に接触して外力を与える接触物の動きに前記作業腕を追従させる追従可能化手段と、
   前記作業腕を追従させる追従可能化手段によって前記接触物の動きに前記作業腕を追従させるか否かを切り替える切換手段とを備えることを特徴とする作業機械。
2. 作業機本体に対して、回動可能に取り付けられた作業腕と、
   前記作業腕に取り付けられる作業具と、
   前記作業機本体に対する前記作業具の姿勢を決定する姿勢決定手段と、
   前記作業具の姿勢を決定する姿勢決定手段で決定される前記作業具の姿勢を変更することで、前記作業具に接触して外力を与える接触物の動きに前記作業具を追従させる追従可能化手段と、
   前記作業具を追従させる追従可能化手段によって前記接触物の動きに前記作業具を追従させるか否かを切り替える追従切換手段とを備えることを特徴とする作業機械。
3. 請求項１または請求項２に記載の作業機械において、
   前記姿勢決定手段は、シリンダロッドを伸縮させることで前記姿勢を決定する油圧シリンダであり、
   前記追従可能化手段は、前記油圧シリンダに供給される圧油を吸収または放出することで、前記シリンダロッドを伸縮させて前記姿勢を変更するアキュムレータであることを特徴とする作業機械。
4. 請求項３に記載の作業機械において、
   前記追従切換手段は、前記油圧シリンダと前記アキュムレータとを接続する油路に設けられて、前記油圧シリンダと前記アキュムレータとの間の圧油の流通を許可または禁止する切替弁であることを特徴とする作業機械。
5. 請求項３または請求項４に記載の作業機械において、
   前記油圧シリンダの油室であるボトム室またはロッド室のうち、圧油の圧力が高い方の油室を選択して前記アキュムレータと接続する油室選択手段をさらに備えることを特徴とする作業機械。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の作業機械において、
   前記作業機本体を旋回可能に保持する走行体をさらに備えることを特徴とする作業機械。
7. 請求項１または請求項２に記載の作業機械において、
   前記追従可能化手段による追従特性を変更する追従特性変更手段をさらに備えることを特徴とする作業機械。
8. 請求項２に記載の作業機械において、
   前記姿勢決定手段は、シリンダロッドを伸縮させることで前記作業具の姿勢を決定する油圧シリンダであり、
   前記油圧シリンダのボトム側油室とロッド側油室と連通する油路と、
   前記油路を連通もしくは遮断する切替弁とをさらに備えることを特徴とする作業機械。

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