JP2014091942A - 建設機械の操作装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操作レバーの操作方向が異なっても、所定ストロークを越える際のレバー操作を確実に行える操作装置を提供すること。
【解決手段】中立位置を基準とし前後左右に操作される操作レバー10と、操作レバー10が取り付けられる比例制御弁としての圧力比例制御弁20とを備えるとともに、操作レバー10を中立位置から所定ストロークまで操作した際に得られる第1反力よりも、所定ストロークを越えて操作しようとする際に得られる第2反力の方が不連続的に大きく設定されている建設機械の操作装置2において、操作レバー10の前後方向のレバー操作時に生じる第2反力と、左右方向のレバー操作時に生じる第2反力とが異なる大きさである。
【選択図】図2
【解決手段】中立位置を基準とし前後左右に操作される操作レバー10と、操作レバー10が取り付けられる比例制御弁としての圧力比例制御弁20とを備えるとともに、操作レバー10を中立位置から所定ストロークまで操作した際に得られる第1反力よりも、所定ストロークを越えて操作しようとする際に得られる第2反力の方が不連続的に大きく設定されている建設機械の操作装置2において、操作レバー10の前後方向のレバー操作時に生じる第2反力と、左右方向のレバー操作時に生じる第2反力とが異なる大きさである。
【選択図】図2
Description
本発明は、建設機械の操作装置に関する。
従来、建設機械では、作業機を駆動するための油圧アクチュエータへの作動油は、油圧ポンプによりコントロールバルブを介して圧送される。この際、コントロールバルブのスプールの動きは、圧力比例制御(PPC:Pilot Pressure Control)弁等から出力されるパイロット圧により制御される。このパイロット圧は、傾倒操作可能に設けられた操作レバーの操作量(角度)に応じてPPCバルブで生成される。
一方、建設機械の操作レバーにおいて、通常操作時のストローク範囲を100%とした場合、これを越えた110%前後まで操作可能とし、100%を越えると、操作レバー側からの反力が大きくなる機構を設けることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような機構を設けた場合、100%のストロークまでの操作力よりも一段と大きな操作力を加えることで、100%を越えて操作レバーを動かすことができる。
そして、特許文献1では、建設機械としての例えば油圧ショベルにおいて、ブーム操作時に100%を越えて操作レバーを操作し、このことを任意の検出手段にて検出することで、作業モードをブーム優先モードに変更したり、また、旋回操作時に100%を越えて操作レバーを操作し、このことを検出することで、作業モードを旋回優先モードに変更したりすることが示されている。このことにより、優先させたい作業が生じた場合には、操作レバーから手を離すことなく作業モードを変更できるとしている。
なお、ブーム優先モードでは、ブームを駆動するための油圧アクチュエータ(油圧シリンダ)に優先的に作動油が供給され、ブームをより高速で動かすことができる。同様に、旋回優先モードでは、上部旋回体を旋回させるための油圧アクチュエータ(旋回油圧モータ)に優先的に作動油が供給され、上部旋回体をより高速で旋回させることが可能である。
ところで、そのような作業モード変更の技術は、省エネ対応に絡んだ設定にも適用可能である。すなわち、100%までのストロークで操作レバーが操作されている場合をエコノミーモードとし、100%を越えた操作が行われた場合をパワーモードに設定する。このような設定では、軽負荷や通常負荷の作業時には、作業機がエコノミーノードで駆動されるよう、操作レバーを100%のストローク範囲内で操作する。
これに対して、重負荷を伴う作業時には、その作業で用いられる操作レバーを一旦100%を越えて操作し、これを検出することで、必要な油圧アクチュエータに優先的に作動油を供給し、操作性を向上させる。このような場合でもやはり、エコノミーモードとパワーモードとの切換を、操作レバーから手を離すことなく実現可能である。
例えば、油圧ショベルの場合では、シートに着座したオペレータに対して、操作レバーが左右一対設けられ、操作レバーのそれぞれがオペレータを基準にして前後方向および左右方向に操作可能になっている。さらには、前後方向と左右方向に同時に操作することで、斜め方向にも操作可能になる。具体的には、左側の操作レバーにあっては、前後方向に操作することでアームを動かすことができ、左右方向に操作することで上部旋回体を旋回動作できる。前後方向と左右方向を複合した斜め方向に操作することで、アームを動かすと同時に上部旋回体の旋回動作を行うことができる。右側の操作レバーにあっては、前後方向に操作することでブームを動かすことができ、左右方向に操作することでバケットを動かすことができる。同様に、前後方向と左右方向を複合した斜め方向に操作することで、ブームを動かすと同時にバケットを動かすことができる。
しかしながら、オペレータとしては一般的に、操作レバーを左右方向に操作する場合よりも、前後方向に操作する場合の方が大きな操作力を発揮し易いなど、その操作方向によって力の入り具合が異なることが多い。しかも、操作力が異なって発揮されることは、オペレータが無意識のうちに行われる。
このため、例えば前後に操作することでアームが動き、左右に操作することで上部旋回体が旋回する左側の操作レバーでは、100%を越えて操作する際に生じる反力の大きさとして、前後に操作する場合に丁度よい反力設定がそのまま左右に操作する場合にも採用されていると、次の問題が生じる。すなわち、左右に操作するにあたって、オペレータとしては前後方向と同じ力の入れ様で操作しているつもりでも、実際には操作力がさほど発揮されないから、100%のストロークを越えて操作レバーを操作することが難しく、上部旋回体に係るモードを思い通りに切り換えできないという問題がある。
また逆に、100%を越えて操作する際に生じる反力の大きさとして、左右に操作する場合に丁度よい反力設定がそのまま前後に操作する場合にも採用されていると、次の問題が生じる。すなわち、前後に操作するにあたって、オペレータとしては左右方向と同じ力の入れ様で操作しているつもりでも、実際には操作力が思いの外発揮されるから、100%のストロークを簡単に越えてしまい、アームに係るモードを不用意に切り換えてしまうという問題がある。
右側の操作レバーにあって、前後に操作することでブームを動かし、左右に操作することでバケットを動かす場合でも、同様な問題が生じる。
本発明の目的は、操作レバーの操作方向が異なっても、所定ストロークを越える際のレバー操作を確実に行える建設機械の操作装置を提供することにある。
第1発明に係る建設機械の操作装置は、中立位置を基準とし前後左右に操作される操作レバーと、前記操作レバーが取り付けられる比例制御弁とを備えるとともに、前記操作レバーを中立位置から所定ストロークまで操作した際に生じる第1反力よりも、前記所定ストロークを越えて操作しようとする際に生じる第2反力の方が不連続的に大きく設定可能とされた建設機械の操作装置において、前記操作レバーの前記前後方向のレバー操作時に生じる前記第2反力と、前記左右方向のレバー操作時に生じる前記第2反力とが異なる大きさであることを特徴とする。
第2発明に係る建設機械の操作装置では、前後方向のレバー操作時に生じる前記第2反力は、前記左右方向のレバー操作時に生じる前記第2反力より大きいことを特徴とする。
第3発明に係る建設機械の操作装置では、前記比例制御弁は、圧力比例制御弁であり、前記第1反力および第2反力は、前記圧力比例制御弁へ供給される圧油によって生じ、前記第2反力は、操作方向によって調整自在であることを特徴とする。
第4発明に係る建設機械の操作装置では、前記第2反力は、前記操作レバーが前記所定ストロークを越えた直後に急減することを特徴とする。
第3発明に係る建設機械の操作装置では、前記比例制御弁は、圧力比例制御弁であり、前記第1反力および第2反力は、前記圧力比例制御弁へ供給される圧油によって生じ、前記第2反力は、操作方向によって調整自在であることを特徴とする。
第4発明に係る建設機械の操作装置では、前記第2反力は、前記操作レバーが前記所定ストロークを越えた直後に急減することを特徴とする。
第5発明に係る建設機械の操作装置では、前記建設機械は、シートに着座したオペレータを基準にして前記操作レバーが前後方向および左右方向の2方向に操作可能に設けられた油圧ショベルであり、前記比例制御弁は、圧力比例制御弁であり、前記圧力比例制御弁は、前記操作レバーが前側、後側、左側、および右側に傾倒操作されることでそれぞれ押圧されるピストンが設けられた4つの比例減圧弁を備え、前記比例減圧弁には、ボディと、前記ボディに設けられたシリンダ室と、前記シリンダ室内に下方から順に収容されて前記ピストンが摺動自在に貫通する下部固定ブロック、スライドピストン、および上部固定ブロックとが設けられ、前記スライドピストンは、前記下部固定ブロックおよび前記上部固定ブロックの間を前記ピストンに押圧されながら下方に摺動するように設けられるとともに、前記下部固定ブロックとの間に形成された下側圧油室に供給される圧油によって上方へ摺動するように設けられ、かつ下側圧油室および前記上部固定ブロックとの間に形成された上側圧油室を連通させる内部油路を有し、前記スライドピストンおよび前記上部固定ブロックの少なくともいずれか一方には、他方に当接することで前記上側圧油室を内側および外側に2分する遮断部が設けられ、前記第2反力は、前記下側圧油室へ供給される圧油によって生じるとともに、前記操作レバーの傾倒操作により前記遮断部による前記上側圧油室の2分状態が解除されることで急減し、前記スライドピストンの前記下側圧油室での受圧面積は、前記上側圧油室での受圧面積よりも大きく、かつそれらの受圧面積の差は、前記前後方向のレバー操作で用いられる一対の前記比例減圧弁の方が、前記左右方向のレバー操作で用いられる一対の前記比例減圧弁よりも大きいことを特徴とする。
第1発明によれば、所定ストロークを越えて操作する場合に生じる大きな第2反力を、操作レバーが前後方向へ操作される場合と左右方向へ操作される場合とで異ならせるので、操作方向により操作力の発揮の仕方が違うオペレータでも、そのような第2反力よりもさらに大きな操作力を不用意に発揮して、誤って所定ストロークを越える操作を行ったり、思ったほどの操作力が発揮されないことで、所定ストロークを越える操作がスムーズにできなかったりするなどの不都合を生じ難くでき、レバー操作を確実に行える。
第2発明によれば、前後方向のレバー操作における第2反力が左右方向のレバー操作における第2反力より大きくなる。一般的なオペレータの傾向としては、前後方向へのレバー操作時において、無意識のうちに大きな操作力を発揮してしまう。そのような多くのオペレータとしても、レバー操作を確実に行うことができ、例えば前後方向および左右方向に操作可能な操作レバーを有することが通常である油圧ショベルにおいて、顕著な効果を発揮できる。
第3発明によれば、比例制御弁として圧油が供給される圧力比例制御弁が用いられるので、その圧油を利用して第1、第2反力を生じさせることができ、第1、第2反力を生じさせるための構造を簡略化して操作装置の組立性を良好にできる。しかも、第2反力の大きさは、操作レバーが前後方向へ操作される場合と左右方向へ操作される場合とで任意に調整可能であるから、操作レバーの操作感をオペレータの好みに調整でき、操縦性をより向上させることができる。
第4発明によれば、所定ストロークを越える際の大きな反力は、越えた直後に急減するので、操作レバーの操作感としてクリック感を付与でき、操作感を向上させることができる。
第5発明によれば、本発明を実現するためのより具体的な構成を備えており、本発明の目的をより確実に達成できる。
第4発明によれば、所定ストロークを越える際の大きな反力は、越えた直後に急減するので、操作レバーの操作感としてクリック感を付与でき、操作感を向上させることができる。
第5発明によれば、本発明を実現するためのより具体的な構成を備えており、本発明の目的をより確実に達成できる。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、建設機械としての油圧ショベル1の全体を示す側面図、図2は、油圧ショベル1に適用された本実施形態に係る左右の操作装置2(2A,2B)を上方から示す模式図である。図3は、シート3に着座したオペレータから見て左側の操作装置2Aの操作レバー10Aを右側(内側)に倒し込んだ状態で示す断面図であり、図2のIII-III線断面図である。なお、後述する第2〜第4実施形態において、以下に説明する第1実施形態と同じ部材、あるいは同じ機能を有する部材には同一符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、建設機械としての油圧ショベル1の全体を示す側面図、図2は、油圧ショベル1に適用された本実施形態に係る左右の操作装置2(2A,2B)を上方から示す模式図である。図3は、シート3に着座したオペレータから見て左側の操作装置2Aの操作レバー10Aを右側(内側)に倒し込んだ状態で示す断面図であり、図2のIII-III線断面図である。なお、後述する第2〜第4実施形態において、以下に説明する第1実施形態と同じ部材、あるいは同じ機能を有する部材には同一符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
図1において、油圧ショベル1は、一対の履帯を有する下部走行体4と、下部走行体4の上部に旋回機構を介して旋回可能に装着される上部旋回体5と、上部旋回体5に連設される作業機6とを備える。作業機6は、その基部が上部旋回体5に揺動可能に連結されるブーム7と、ブーム7の先端に揺動可能に連結されるアーム8と、アーム8の先端に揺動可能に連結されるバケット9とを備える。上部旋回体5は、油圧ショベル1を運転するオペレータが乗り込むキャブ1Aを備える。
キャブ1A内には、オペレータが着座するシート3の左右両脇に操作装置2(2A,2B)が設けられている。操作装置2A,2Bは共に、シート3に着座したオペレータを基準にして前後方向および左右方向の両方向に傾倒操作自在な操作レバー10(10A、10B)を備える。操作装置2A,2Bが油圧ショベル1に採用されている本実施形態では、左側の操作レバー10Aを前方向に操作することでアーム8の上げ動作、後方向に操作することでアーム8の掻き込み操作を行うことができ、左右に操作することで、上部旋回体5を旋回できる。また、右側の操作レバー10Bを前後に操作することで、ブーム7を動かすことができ、左右に操作することで、バケット9を動かすことができる。
図3に基づき、操作装置2Aを代表して説明する。操作装置2Bは、操作装置2Aの構成と略同じであるため、操作装置2Aを説明することで理解できるから、ここでの操作装置2Bに関する図示および説明を省略する。そして、図3では、操作装置2Aの操作レバー10Aが左右方向に傾倒される場合として図示されている。すなわち、操作レバー10Aの操作により上部旋回体5の旋回操作を行う場合である。
図3において、操作装置2Aは、操作レバー10Aと、操作レバー10Aの下端が前後左右へのレバー操作を許容するジョイント11を介して取り付けられた比例制御弁としての圧力比例制御弁(PPCバルブ)20とを備える。
圧力比例制御弁20は、ジョイント11が取り付けられるボディ21を備える。ボディ21は、上部ボディ22および下部ボディ23をボルト等の適宜な連結手段にて上下に連結した構造である。上部ボディ22および下部ボディ23のそれぞれには、左右方向への操作用に供される一対の縦孔状の上部シリンダ室22A,22Bおよび下部シリンダ室23A,23Bが設けられている。上部シリンダ室22Aと下部シリンダ室23Aとは、上下に連通し、上部シリンダ室22Bと下部シリンダ室23Bとは、上下に連通している。
上部シリンダ室22Aおよび下部シリンダ室23A内には、左側比例減圧弁30Aが作り込まれており、上部シリンダ室22Bおよび下部シリンダ室23B内には、右側比例減圧弁30Bが作り込まれている。下部ボディ23の下部シリンダ室23A,23B間の下部側位置には、図示しないパイロット油圧ポンプからのパイロット圧油が流入する圧油室24が設けられている。
下部ボディ23において、下部シリンダ室23A,23Bは、圧油室24の上方に設けられたドレン室26と連通している。下部シリンダ室23Aの下方には、圧油室24と連通した左側圧油室24Aが設けられ、下部シリンダ室23Bの下方には、同様に圧油室24と連通した右側圧油室24Bが設けられている。また、下部ボディ23の下側には、左側圧油室24Aと連通したパイロット圧出力ポート25A、および右側圧油室24Bと連通したパイロット圧出力ポート25Bが設けられている。さらに、下部ボディ23のドレン室26の下方には、圧油室24が設けられている。
各比例減圧弁30A,30Bは、上端が上部ボディ22の上方から突出した状態で上部シリンダ室22A,22B内に収容されたピストンとしてのロッド状の上部ピストン31と、下部シリンダ室23A,23B内に収容された有天筒状の下部ピストン32と、下部ピストン32を上下に貫通して設けられたパイロットスプール33とを備える。
上部ピストン31の下端は、下部ピストン32の上面に当接されている。上部ピストン31の上端には、操作レバー10Aの下端に設けられて一体に動作するディスク12が当接する。
下部ピストン32の内部には、コイルばね34が設けられている。コイルばね34の上端は下部ピストン32内部の天井部32Aに当接し、下端は下部シリンダ室23A,23Bの底面のばね座に置かれている。
パイロットスプール33の上端は上部ピストン31に設けられた内部空間内に位置し、下端はパイロット圧出力ポート25A,25Bまで達している。パイロットスプール33の上下方向の途中にはばね座が設けられ、このばね座と下部ピストン32内部の天井部32Aとの間に小径のコイルばね35が設けられている。つまり、コイルばね35は、コイルばね34の内側に位置している。
このような比例減圧弁30A,30Bでは、操作レバー10Aが中立位置(図3の場合での左右方向の中間位置)にある時、上部ピストン31は、コイルばね34の付勢力により、下部ピストン32を介して最も上方に位置している(図3中の左側の状態を参照)。この状態では、コイルばね34は、天井部32Aとばね座の間で予圧縮されている。左右のパイロットスプール33はいずれも、下部側に設けられた流入ポート33Aが左側圧油室24Aおよび右側圧油室24Bの上方に位置し、閉じた状態にある。
この状態から、操作レバー10Aを例えば図3のように右側にレバー操作すると、右側比例減圧弁30Bでは、上部ピストン31が押され、コイルばね34の付勢力に抗して下方に移動し、併せて下部ピストン32も下方に移動する。また、下部ピストン32が下方に移動することで、この段階で何ら上方への付勢力を受けていないパイロットスプール33も下方に移動する。すると、パイロットスプール33の流入ポート33Aが右側圧油室24Bに開口することとなる。
流入ポート33Aが開くと、この開口量に応じたパイロット圧油が右側圧油室24Bから流入ポート33Aに流入し、パイロットスプール33内の油路33Bを通ってパイロット圧出力ポート25Bに流れ、コントロールバルブ側の油圧回路に出力される。この際、パイロットスプール33は、流入ポート33Aの開口量に応じて流入するパイロット圧油の油圧によって上方へ付勢され、コイルばね35の下方への付勢力とつり合う位置で停止する。従って、操作レバー10Aの傾倒量に応じて流入ポート33Aの開口量が決まり、この開口量に見合ったパイロット圧が生成される。このような動作は、パイロット圧出力ポート25A側でも同様である。
ところで、右側比例減圧弁30Bでは、図3に示す状態が操作レバー10Aを右側への所定ストロークとなるストロークS1だけ傾倒させた場合である。通常操作では、中立位置からこのストロークS1に達するまでに反力が徐々に大きくなり、この反力に抗して操作レバー10Aが操作される。
そして、本実施形態ではさらに、より大きな操作力を発揮することで、ストロークS1を越えて操作レバー10Aを操作できる構成が設けられている。この構成について、以下に説明する。
そして、本実施形態ではさらに、より大きな操作力を発揮することで、ストロークS1を越えて操作レバー10Aを操作できる構成が設けられている。この構成について、以下に説明する。
図3に示すシリンダとしての上部シリンダ室22A,22B内には、下方から上方に向けて順に、下部固定ブロック41と、下部固定ブロック41の上方に配置されたスライドピストン42と、スライドピストン42の上方に配置された上部固定ブロック43とが収容されている。これら上下の固定ブロック41,43およびスライドピストン42は環状とされ、その孔部分を上部ピストン31が摺動自在に貫通している。このうち、下部固定ブロック41の下面は、上下のボディ22,23間に介装されたシールプレート13上に当接されている。
下部固定ブロック41およびスライドピストン42との間には、下側圧油室44が設けられ、スライドピストン42と上部固定ブロック43との間には、上側圧油室45が設けられている。スライドピストン42の上面には、上部固定ブロック43の下面に垂設された円筒状の遮断部43Aの下端に当接する傾斜面42A、および下方に移動した上部ピストン31の段差部31Aが当接する当接面42Bが設けられている。なお、遮断部をスライドピストン側に設けてもよい。
ここで、ボディ21の中央には、上下のボディ22,23に跨って圧油室形成部材46が収容されている。圧油室形成部材46の内部には、パイロット圧油が供給される中央圧油室47および絞り47Aが設けられている。また、上部シリンダ室22A,22Bの下側圧油室44と中央圧油室47とは、左右の中央油路48で連通している。
そして、スライドピストン42には、下側圧油室44と上側圧油室45の外周側とを連通させる内部油路49(図4をも参照)が設けられている。内部油路49は、下側圧油室44に開口した下部ポート49A、および上側圧油室45に開口した上部ポート49Bを有している。また、内部油路49の上部ポート49B側には、絞り49Cが設けられている。
このような構成では、操作レバー10Bが中立位置にある時、中央圧油室47内のパイロット圧油は、中央油路48を通して下側圧油室44に流入している。この際、下側圧油室44は、スライドピストン42が下部固定ブロック41から高さH1だけ上方に位置して、上部固定ブロック43の遮断部43Aに当接していることにより、所定の容量を有した状態とされている。
加えて、パイロット圧油は、下側圧油室44、スライドピストン42の下部ポート49A、内部油路49、絞り49C、および上部ポート49Bを通して上側圧油室45にも供給されている。ただし、上側圧油室45は、遮断部43Aにスライドピストン42が当接していることで、内周側と外周側とに2分されていることから、外周側の部分にのみ圧油が供給されることになる。内周側に存在していた圧油は、上部ピストン31に設けられたドレンポート31B、内部ドレン油路31Cを通って下部シリンダ室23A,23Bに入り込み、ここからドレン室26を通してドレンされている。
このような構成において、図3に示すように、操作レバー10Aを例えば中立位置から右側に傾倒させると、最上位置にあった上部ピストン31がコイルばね34により生じる反力(第1反力)に抗して下方に移動する。操作レバー10AがストロークS1(通常操作での最大ストローク)まで傾倒した時点で上部ピストン31は、その段差部31Aがスライドピストン42の当接面42Bに当接する。この当接により、通常の操作力ではそれ以上操作レバー10Aを操作できない程度の反力(第2反力)が生じる。従って、通常の旋回操作では、このストロークS1の範囲内で操作レバー10Aを操作し、燃費効率を良い状態に制御するエコモード等の旋回を実施することになる。
図4には、操作レバー10AをストロークS1を越えて傾倒操作し、より旋回動作を高速で行ったりするなど、旋回優先モードや燃費効率はエコモードより劣るが速度が大きいパワーモード等に対応した場合の状態が示されている。
また、図5には、操作レバー10Aのストロークを横軸、レバー操作時に生じる反力(オペレータが受ける反力)を縦軸にとった場合の関係が示されている。この図5において、上述したように、操作レバー10Aを中立位置からストロークS1まで傾倒させる通常操作では、反力は徐々に大きくなる。この間の反力が第1反力である。
また、図5には、操作レバー10Aのストロークを横軸、レバー操作時に生じる反力(オペレータが受ける反力)を縦軸にとった場合の関係が示されている。この図5において、上述したように、操作レバー10Aを中立位置からストロークS1まで傾倒させる通常操作では、反力は徐々に大きくなる。この間の反力が第1反力である。
上部ピストン31がスライドピストン42に当接された図3の状態から、さらに操作レバー10Aを倒し込もうとすると、つまり、図5に示すように、それ以上は倒し込めない最終位置であるストロークS2に向けて倒し込もうとすると、倒し込むのと略同時に大きな反力Nmaxが生じる。これは、操作レバー10Aの操作力を下側圧油室44の圧油で受けることで、より大きな反力Nmaxが不連続的に生じるからである。図5でのこの反力Nmaxが第2反力である。そして、そのような反力Nmaxを上回る操作力を発揮することにより、図4に示すように、スライドピストン42が下方に押しやられ、上部固定ブロック43の遮断部43Aから離れる。
すると、スライドピストン42と上部固定ブロック43との遮断が解除されるから、上側圧油室45の外周側にあった圧油が内側に入り込み、上部ピストン31内を通ってドレン室26へドレンされる。これと同時に、下側圧油室44内にあった圧油がスライドピストン42の内部油路49を通して上側圧油室45に移動し、同様にドレン室26へドレンされる。このため、下側圧油室44の油圧が瞬時に抜け、反力が急減してスライドピストン42が下方に移動する。
この移動時には、コイルばね34,35が一層圧縮するうえ、内部油路49中に絞り49Cが設けられていること、および下側圧油室44に常時圧油が流入しようとすることから、ある程度の上方への大きな付勢力がスライドピストン42を介して上部ピストン31に作用する。従って、ストロークS1を越えた時、この付勢力に抗して操作レバー10BをストロークS2で示す最終位置まで傾倒させることになる。
最終位置であるストロークS2にて操作レバー10Aは、スライドピストン42が下部固定ブロック41に当接し、高さH1はゼロ「0」となる。そして、パイロットスプール33の流入ポート33Aがより大きく開き、一層大きなパイロット圧が生成される。このことから、コントロールバルブ側のスプールが大きく動くことになり、上部旋回体5(図1)を旋回駆動する旋回油圧モータに大量の作動油が供給される。
なお、スライドピストン42を遮断部43Aから離間させるのに必要な操作力、つまりストロークS1を越える際の操作力は、下側圧油室44内の圧力による反力Nmaxを越える必要があることから、瞬間ではあるが、ピーク的に最も大きくなる。このことから、ストロークS1を越える際には、オペレータはピーク圧を乗り越える際レバーに小さい衝撃を伴う所謂クリック感を感じることになる。
この後、操作レバー10AをストロークS1内に戻すと、コイルばね34の付勢力によって下部ピストン32および上部ピストン31が上方に移動するとともに、これに伴ってコイルばね35が初期設定長へ伸びながらパイロットスプール33も上方に戻る。また、スライドピストン42は、中央油路48を通して下側圧油室44に圧油が供給されることで上方に移動し、上部固定ブロック43の遮断部43Aに当接される。
以上は、操作レバー10Aを右側にレバー操作する場合で説明したが、操作レバー10Aを左側にレバー操作する場合でも、同様である。
操作レバー10Aを左右方向の右側に傾倒させた時の以上の説明に対し、図6には、前後方向にも傾倒可能な操作レバー10Aを後方側に傾倒させた場合について図示されている。この図6は、図2でのVI−VI線断面図である。図6に示す前側比例減圧弁30Cおよび後側比例減圧弁30Dでは、図3で説明した左右の比例減圧弁30A,30Bの部材と同じ部材、あるいは同一の機能を有する部材には同一の符号を付してある。
図6に示す下部ボディ23において、下部シリンダ室23Aの下方には、圧油室24と連通した前側圧油室24Cが設けられ、下部シリンダ室23Bの下方には、同様に圧油室24と連通した後側圧油室24Dが設けられている。また、下部ボディ23の下側には、前側圧油室24Cと連通したパイロット圧出力ポート25C、および後側圧油室24Dと連通したパイロット圧出力ポート25Dが設けられている。
そして、図3での操作レバー10Aを左右方向に傾倒させるための構成と、図6において前後方向に傾倒させるための構成とでは、上部固定ブロック43の形状が大きく異なる。他の構成は同じである。
すなわち、図6に示す上部固定ブロック43では、図3に示す上部固定ブロック43と比較し、遮断部43Aがより外周側の位置に設けられている。このことにより、遮断部43Aで仕切られる上側圧油室45の外周側の部屋は、図3の場合よりも小さい。この外周側の部屋には、操作レバー10BがストロークS1を越える直前まで圧油が充填されているが、遮断部43Aが外側に位置することにより、スライドピストン42の傾斜面42Aにおける圧油の受圧面積も図3の場合に比して小さい。
このため、スライドピストン42にあって、下側圧油室44での圧油の受圧面積は、図3と図6とで同じであるのに対して、上側圧油室45での圧油の受圧面積のみがより小さいことから、図6の場合では、スライドピストン42の上下において受圧面積の差分が大きくなり、スライドピストン42を下方に押しやる際の反力Nmaxが大きくなる。
つまり、操作レバー10Aの前後方向の傾倒時において、操作レバー10AをストロークS1を越えてさらに後方側に傾倒させる場合に生じる反力Nmaxは、左右方向の傾倒時において、ストロークS1を越えてレバー操作する場合に生じる反力Nmaxよりも大きく、より大きな操作力を発揮する必要がある。操作レバー10Aを前側にレバー操作する場合も、同様である。
ところが、無意識にオペレータは、前後方向のレバー操作時の方が左右方向のレバー操作時よりも大きな操作力を発揮する。これにより、前後操作の場合により大きな反力が生じるように構成した本実施形態では、左右方向へストロークS1を越えてレバー操作したい場合に、思い通りに越えなかったりする心配がないうえ、前後方向へストロークS1を越えてレバー操作したくない場合に、不用意に越えてしまったりする心配がなく、レバー操作を確実に行える。
特にアームの掘削作業を行う時に掘削の意思がレバー操作に反映される。そのため、アームの掘削に相当する左側の操作装置2Aの後方向の反力を大きくすることが好ましい。
特にアームの掘削作業を行う時に掘削の意思がレバー操作に反映される。そのため、アームの掘削に相当する左側の操作装置2Aの後方向の反力を大きくすることが好ましい。
また、前後操作に対する反力が大きく、左右操作に対する反力が小さいことで、前後操作時に無意識に大きな操作力を発揮するオペレータにとっては、かえってそのような反力の違いを認識することがない。従って、オペレータは、操作方向が異なっても、ストロークS1を越える際のレバー操作を同じ操作感覚で実施できる。
[第2実施形態]
図7には、本発明の第2実施形態が示されている。
本実施形態では、前記第1実施形態と比較して、スライドピストン42および上部固定ブロック43など、操作レバー10AをストロークS1を越えて操作できるようにする機構の構成が異なる。その他の構成は、第1実施形態と略同じである。従って以下には、第1実施形態と相違する部分について説明する。
図7には、本発明の第2実施形態が示されている。
本実施形態では、前記第1実施形態と比較して、スライドピストン42および上部固定ブロック43など、操作レバー10AをストロークS1を越えて操作できるようにする機構の構成が異なる。その他の構成は、第1実施形態と略同じである。従って以下には、第1実施形態と相違する部分について説明する。
図7において、本実施形態のスライドピストン42には、第1実施形態のような内部油路が設けられていない。このため、スライドピストン42の上部側の部屋は、圧油室ではなく、単なる空気室である。また、スライドピストン42の上面には、第1実施形態のような傾斜面や当接面が設けられておらず、上部固定ブロック43には、そのような傾斜面が当接する遮断部が設けられていない。
その代わりに、本実施形態の上部固定ブロック43の下面には、下方に向かって拡開した傾斜面43Bが設けられている。この傾斜面43Bと、径方向においてフラットとされたスライドピストン42の上面との間には、上部ピストン31の外周に沿って鋼球あるいはセラミック球などの複数のボール51が介装されている。また、上部ピストン31の段差部31Aは、上方に向かって徐々に拡径した傾斜面からなり、ボール51と当接する。
本実施形態によれば、操作レバー10AがストロークS1の範囲内でレバー操作される場合には、下側圧油室44に流入している圧油により、スライドピストン42が上方に位置している。その上面と上部固定ブロック43の傾斜面43Bとの間に挟持されたボール51は、上部固定ブロック43の傾斜面43Bに当接していることで内方側に位置し、上部ピストン31の小径部分(段差部31Aよりも下方部位)に接触している。
そして、図7中の右側に示すように、操作レバー10AをストロークS1まで100%レバー操作すると、上部ピストン31が下方に移動するとともに、移動した上部ピストン31の段差部31Aがボール51に当接する。この状態になると、下側圧油室44内の圧力に抗してボール51およびスライドピストン42を下方に押圧することになるので、それまでの操作力では、操作レバー10AをストロークS1を越えて操作することができなくなる。
そこで、本実施形態では、図8に示すように、下側圧油室44内の圧力に抗したより大きな操作力を発揮して操作レバー10Aを傾倒させる。こうすることで、ボール51が外方側に移動しつつ、スライドピストン42が下方側に移動する。そして、本実施形態では、下部ピストン32が下部シリンダ室23Bの底部分に達するまで、操作レバー10Aを傾倒させることが可能である。
ただし、下部ピストン32が下部シリンダ室23Bの底部分に達した時点でも、ボール51は上部ピストン31の段差部31Aの傾斜面を完全に乗り越えることはない。このため、本実施形態では、ストロークS1を越えてからも、大きな操作力のまま操作レバー10Aを操作することになり、オペレータは、クリック感を感じることがない。なお、下部ピストン32が下部シリンダ室23Bの底部分に達する以前に、ボール51が段差部31Aの傾斜面を乗り越える設定とすれば、クリック感を付与できる。
一方、図9には、操作レバー10Aを前後方向の後側にレバー操作した場合が示されている。前後方向へレバー操作するための前側比例減圧弁30Cおよび後側比例減圧弁30Dの構造としては、図7、図8に示す左右方向へレバー操作するための左右の比例減圧弁30A,30Bと比較し、以下の点が異なっている。
すなわち、図9では、上部シリンダ室22A、22Bの径寸法が、図7、図8に示す上部シリンダ室22A,22Bの径寸法よりも、下端側から上端へ向けての途中位置まで大きくなっている。これに伴い、上部シリンダ室22A,22B内に配置されている下部固定ブロック41およびスライドピストン42の外径寸法も大きく、下側圧油室44の容積も大きい。
従って、下側圧油室44へはより多くの圧油が流入することとなり、圧油による抗力がより大きい。このため、操作レバー10Aの前後の操作時において、ストロークS1を越えてより傾倒させたい場合には、左右の操作時にストロークS1を越えて傾倒させる場合よりも、より大きな操作力を必要とする。この結果、オペレータにとっては、第1実施形態で説明したように、操作レバー10Aの操作方向が異なっても、ストロークS1を越える際のレバー操作を確実に行えるとともに、同じ操作感覚で操作できるのである。操作レバー10B側でも、同様である。
[第3実施形態]
図10には、本発明の第3実施形態が示されている。
図10は、左右方向および前後方向へ傾倒自在な操作レバー10Aを右側にレバー操作した場合の図である。前記第1、第2実施形態では、ストロークS1を越えてレバー操作する場合の反力を油圧によって生じさせていたが、本実施形態では、コイルばね61によって生じさせている点が大きく異なる。
図10には、本発明の第3実施形態が示されている。
図10は、左右方向および前後方向へ傾倒自在な操作レバー10Aを右側にレバー操作した場合の図である。前記第1、第2実施形態では、ストロークS1を越えてレバー操作する場合の反力を油圧によって生じさせていたが、本実施形態では、コイルばね61によって生じさせている点が大きく異なる。
本実施形態では、油圧を使用しないために、第1、第2実施形態のような中央圧油室47や、中央油路48、および下部圧油室44等が設けられていないうえ、上部シリンダ室22A,22B内には上部固定ブロック43に相当する部材が存在しない。
その代わりとして、スライドピストン42の上面と上部シリンダ室22A,22Bの天井部分との間にはコイルばね61が配置されている。コイルばね61は、スライドピストン42と下部固定ブロック41との間のボール51を、スライドピストン42を介して下方に押圧している。ボール51は、操作レバー10AがストロークS1の間で操作される時、スライドピストン42の傾斜面42Cにより上部ピストン31の小径部分に接触している。上部ピストン31には、第2実施形態と同様、傾斜面で構成された段差部31Aが設けられている。操作レバー10AがストロークS1まで操作されると、下方に移動する上部ピストン31の段差部31Aがボール51に当接する。
この状態から、ストロークS1を越えて操作レバー10AをストロークS2まで操作する際には、コイルばね61の付勢力に抗してより大きな操作力で傾倒させる。こうすることで、上部ピストン31の段差部31Aにてボール51が外方に押しやられつつ、スライドピストン42がコイルばね61に抗して上方に移動する。この結果、上部ピストン31がより下方に移動可能となり、操作レバー10AがストロークS1を越えて操作されることとなる。
ところで、本実施形態では、ボール51が段差部31Aの傾斜面を乗り越えた後、上部ピストン31が僅かに下方に移動することで、下部ピストン32が下部シリンダ室23A,23Bの底部分に達するようになっている。このため、ボール51が段差部31Aを乗り越えた時点で、ボール51を介して上部ピストン31に作用する抗力(反力)が急減するため、オペレータは、ストロークS1を越えた時、瞬間的にクリック感を感じることとなる。
図11は、操作レバー10Aを後側にレバー操作した場合の図である。従って、図11に示されている比例減圧弁30は、前側比例減圧弁30Cおよび後側比例減圧弁30Dである。図11において、前後の比例減圧弁30C,30Dで用いられるコイルばね61の線径は、左右の比例減圧弁30A,30Bで用いられるコイルばね61の線径よりも大きい。
従って、より太い線材からなるコイルばね61を使用している本実施形態によれば、ストロークS1を越えて操作レバー10Aを操作する場合に、より大きな反力を生じさせることができ、油圧を用いなくとも第1、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。操作レバー10B側についても、同様である。
[第4実施形態]
図12には、本発明の第4実施形態に係る操作装置2(操作装置2Aのみを図示)の回路図が模式的に示されている。
本実施形態で用いられる操作装置2Aの比例減圧弁30としては、左右方向および前後方向のレバー操作に用いられる全てが、例えば第2実施形態の図7で示したものと略同じである。つまり、比例減圧弁30A,30B,30C,30Dが全て同じ構成であり、図7と図9との比較で説明したような相違はない。これらの比例減圧弁30では、ストロークS1を越えてレバー操作する場合の抗力は、下側圧油室44(図7)に供給されるパイロット圧油による油圧によって生じている。
図12には、本発明の第4実施形態に係る操作装置2(操作装置2Aのみを図示)の回路図が模式的に示されている。
本実施形態で用いられる操作装置2Aの比例減圧弁30としては、左右方向および前後方向のレバー操作に用いられる全てが、例えば第2実施形態の図7で示したものと略同じである。つまり、比例減圧弁30A,30B,30C,30Dが全て同じ構成であり、図7と図9との比較で説明したような相違はない。これらの比例減圧弁30では、ストロークS1を越えてレバー操作する場合の抗力は、下側圧油室44(図7)に供給されるパイロット圧油による油圧によって生じている。
そして、本実施形態では、左側比例減圧弁30Aの下側圧油室44および右側比例減圧弁30Bの下側圧油室44へ圧油を供給する中央圧油室47へは、パイロット油圧ポンプPを有する油路71から分岐した油路72が接続されている。同様に、前側比例減圧弁30Cの下側圧油室44および後側比例減圧弁30Dの下側圧油室44へ圧油を供給する中央圧油室47へは、油路71から分岐した油路73が接続されている。すなわち、本実施形態では、互いに独立した中央圧油室47が一対設けられている。油路71から分岐したもう1つの油路74は、圧油室24(図7をも参照)に接続されている。なお、図12においては、点線にてパイロット圧の油路が示されており、また、ドレンに関する油路は、省略されている。
油路72,73の各々には、下側圧油室44へ供給されるパイロット圧油の油圧を調整する調整手段として、圧力調整弁75,76が設けられている。このため、左右方向のレバー操作に関して、ストロークS1を越す際に生じさせる反力を小さくする場合には、圧力調整弁75のダイヤル等を操作して、左右の比例減圧弁30A,30Bの下側圧油室44の油圧を小さく設定すればよい。また、前後方向のレバー操作に関して、ストロークS1を越す際に生じさせる反力を大きくする場合には、圧力調整弁76のダイヤル等を操作等して、前後の比例減圧弁30C,30Dの下側圧油室44の油圧を大きく設定すればよい。
本実施形態によれば、左右方向のレバー操作時の反力と、前後方向のレバー操作時の反力とを、それぞれ独立して任意に調整でき、前後方向の操作時の反力と左右方向の反力が異なるだけ等よりも、オペレータの好みに応じた操作感を実現できる。また、比例減圧弁30としては、4つの全てを同じ構成にでき、部品の種類を低減できて組立性を向上させることができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、操作レバー10が前後方向および左右方向に操作可能に設けられており、この際、中立位置は前後方向の中央であり、左右方向の中央でもある位置に設定されていたが、操作レバーとしては、中立位置から前側へ傾倒する場合と、中立位置から内側へ傾倒する場合との2方向に操作可能な場合であってもよく、中立位置から後側への傾倒操作や外側への傾倒操作ができない場合でも、本発明を適用できる。
例えば、前記実施形態では、操作レバー10が前後方向および左右方向に操作可能に設けられており、この際、中立位置は前後方向の中央であり、左右方向の中央でもある位置に設定されていたが、操作レバーとしては、中立位置から前側へ傾倒する場合と、中立位置から内側へ傾倒する場合との2方向に操作可能な場合であってもよく、中立位置から後側への傾倒操作や外側への傾倒操作ができない場合でも、本発明を適用できる。
前記各実施形態では、コイルばね34は、比例減圧弁30A,30B,30C,30Dにおいて全て同じ大きさの付勢力を生じるものとして説明したが、左右方向のレバー操作で用いられる左右の比例減圧弁のコイルばねの付勢力よりも、前後方向のレバー操作で用いられる前後の比例減圧弁のコイルばねの付勢力を大きくしてもよい。こうすることで、操作レバーを中立位置から所定ストロークまでの間で操作する場合にも、反力を異ならせることができ、前後方向へのレバー操作において無意識に大きな操作力を発揮してしまう一般的なオペレータとしては、より自然な操作感を得ることができる。
前記各実施形態では、操作装置2は、圧力比例制御弁20を備えていたが、そのような圧力比例制御弁の代わりに、電磁比例制御(EPC:Electric Pilot Control)弁を用いてもよい。
前記第各実施形態では、操作レバー10を前後方向に操作した際に生じる第2反力の方が左右方向に操作した際に生じる第2反力よりも大きい場合について説明したが、本発明は、左右方向への操作時に生じる第2反力が前後方向への操作時に生じる第2反力よりも大きい場合を排除するものではなく、このような場合でも本発明に含まれる。
本発明は、油圧ショベルに利用できる他、モータグレーダ等の前後左右の操作レバーを有する建設機械にも利用できる。
1…建設機械である油圧ショベル、2,2A,2B…操作装置、3…シート、10,10A,10B…操作レバー、20…比例制御弁である圧力比例制御弁、21…ボディ、22A,22B…シリンダ室である上部シリンダ室、31…ピストンで有る上部ピストン、30…比例減圧弁、30A…左側比例減圧弁、30B…右側比例減圧弁、30C…前側比例減圧弁、30D…後側比例減圧弁、41…下部固定ブロック、42…スライドピストン、43…上部固定ブロック、43A…遮断部、44…下側圧油室、45…上側圧油室、49…内部油路、S1…ストローク。
Claims (5)
- 中立位置を基準とし前後左右に操作される操作レバーと、前記操作レバーが取り付けられる比例制御弁とを備えるとともに、前記操作レバーを中立位置から所定ストロークまで操作した際に生じる第1反力よりも、前記所定ストロークを越えて操作しようとする際に生じる第2反力の方が不連続的に大きく設定可能とされた建設機械の操作装置において、
前記操作レバーの前記前後方向のレバー操作時に生じる前記第2反力と、前記左右方向のレバー操作時に生じる前記第2反力とが異なる大きさである
ことを特徴とする建設機械の操作装置。 - 請求項1記載の建設機械の操作装置において
前後方向のレバー操作時に生じる前記第2反力は、前記左右方向のレバー操作時に生じる前記第2反力より大きい
ことを特徴とする建設機械の操作装置。 - 請求項1または請求項2に記載の建設機械の操作装置において、
前記比例制御弁は、圧力比例制御弁であり、
前記第1反力および第2反力は、前記圧力比例制御弁へ供給される圧油によって生じ、
前記第2反力は、操作方向によって調整自在である
ことを特徴とする建設機械の操作装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の建設機械の操作装置において、
前記第2反力は、前記操作レバーが前記所定ストロークを越えた直後に急減する
ことを特徴とする建設機械の操作装置。 - 請求項1に記載の建設機械の操作装置において、
前記建設機械は、シートに着座したオペレータを基準にして前記操作レバーが前後方向および左右方向の2方向に操作可能に設けられた油圧ショベルであり、
前記比例制御弁は、圧力比例制御弁であり、
前記圧力比例制御弁は、前記操作レバーが前側、後側、左側、および右側に傾倒操作されることでそれぞれ押圧されるピストンが設けられた4つの比例減圧弁を備え、
前記比例減圧弁には、ボディと、前記ボディに設けられたシリンダ室と、前記シリンダ室内に下方から順に収容されて前記ピストンが摺動自在に貫通する下部固定ブロック、スライドピストン、および上部固定ブロックとが設けられ、
前記スライドピストンは、前記下部固定ブロックおよび前記上部固定ブロックの間を前記ピストンに押圧されながら下方に摺動するように設けられるとともに、前記下部固定ブロックとの間に形成された下側圧油室に供給される圧油によって上方へ摺動するように設けられ、かつ下側圧油室および前記上部固定ブロックとの間に形成された上側圧油室を連通させる内部油路を有し、
前記スライドピストンおよび前記上部固定ブロックの少なくともいずれか一方には、他方に当接することで前記上側圧油室を内側および外側に2分する遮断部が設けられ、
前記第2反力は、前記下側圧油室へ供給される圧油によって生じるとともに、前記操作レバーの傾倒操作により前記遮断部による前記上側圧油室の2分状態が解除されることで急減し、
前記スライドピストンの前記下側圧油室での受圧面積は、前記上側圧油室での受圧面積よりも大きく、かつそれらの受圧面積の差は、前記前後方向のレバー操作で用いられる一対の前記比例減圧弁の方が、前記左右方向のレバー操作で用いられる一対の前記比例減圧弁よりも大きい
ことを特徴とする建設機械の操作装置。
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