JP2613254B2 - オフセット機構付きバックホーの操作装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は旋回台の旋回円の中にブームとアームとバケ
ットを格納可能とした小旋回形バックホーにおいて、更
にアームをブームに対して左右にオフセット回動可能と
した場合の操作の安全装置に関するものである。

（ロ）従来技術 従来から、バックホーにおいてバケットが近接した場
合にアームを停止する技術は公知とされているのであ
る。例えば実公昭58−12926号公報の如くである。

またバックホーにおいてブームに対してアームの部分
を左右に平行位置へオフセットする技術も公知とされて
いるのである。例えば特公昭40−20789号公報の如くで
ある。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 このように旋回台の旋回円の内部においてアームとブ
ームとバケットを格納した状態で小旋回を可能としたバ
ックホーにおいて、更にアームを左右にオフセット回動
可能に構成した場合には、キャビンの側にオフセットし
たままで、アームやブームを引き寄せ操作した場合に
は、バケットがキャビンやオペレーターに干渉して人身
事故を発生する危険があるのである。

本発明においては、このような危険性を無くすべく、
操作レバーの操作によりアームやブームを引き寄せ側に
回動した場合に、バケットがキャビンの周囲の危険領域
内に入った場合には、自動的にブームやアームやオフセ
ットアームの回動を停止すべく構成したものである。

また上記の安全装置は危険領域内に入る恐れのある場
合には回動を停止すべく構成したものであるが、それに
加えてバケットを引き寄せる操作をした場合には、自動
的にバケットが基準格納位置に戻り乍ら格納される自動
オフセット制御装置をも併設したものである。

またこれらの操作を、操作レバーにより操作する手動
操作制御弁と、これにタンデムに配置した略同様のポー
トを有する自動制御電磁比例弁を設けることにより、２
種類の操作を併設可能に構成したものである。

（ニ）問題を解決する為の手段 本発明の目的は以上の如くであり、次に該目的を達成
する為の構成を説明すると。

旋回台12上に上下回動可能に枢支したブーム６の先端
に、左右の平行位置へアーム４をオフセット可能に支持
し、該アーム４の先端にバケット１を掬い取り回動可能
に付設し、旋回時において、ブーム６とアーム４を折畳
んでキャビン２の側部にバケット１を収納可能とした構
成において、操作レバー９またはオフセットペダル29の
格納側への操作により、バケット１がキャビン２の周囲
の危険領域内に入った場合には、ブーム６またはアーム
４またはオフセットアーム22の回動を停止する安全機構
を構成し、またブーム６またはアーム４を格納側に回動
することにより、自動的に格納位置へオフセット移動す
る自動制御装置をも併置したものである。

また他の実施態様として、１本の油圧シリンダーを、
タンデム回路に配置され内部回路が略同一のポンプ側の
手動操作制御弁と油圧シリンダー側の自動制御電磁比例
弁により制御すべく構成し、手動操作制御弁から油圧シ
リンダーへの油路と、自動制御電磁比例弁から油圧シリ
ンダーへの油路は同一方向への油路を合流すべく構成
し、手動操作制御弁は操作レバー９またはオフセットペ
ダル29により操作し、自動制御電磁比例弁は各部のセン
サーと操作レバー９との論理積により操作すべく構成し
たものである。

（ホ）実施例 本発明の目的・構成は以上の如くであり、次に添付の
図面に示した実施例の構成を説明すると。

第１図は本発明の小旋回形バックホーの平面図、第２
図は同じく作業状態の側面図、第３図はバケット１を交
換したことを信号として伝達するバケット幅認識体25と
バケットセンサー26の部分の斜視図、第４図はバックホ
ーの各部に配置したセンサーとコントローラ21と電磁比
例弁20と操作ボックス27を示す図面である。

バックホーは、排土板10を付設したクローラー式走行
装置11の上に旋回台軸受13を配置し、該旋回台軸受13の
上に旋回台12を配置している。該旋回台12は360度水平
回動を可能としているのである。

また旋回台12の上の左半分にキャビン２を配置し、後
部にはエンジンやバランスウエイトを載置し、旋回台12
の略中央の位置にブーム６の基部を上下回動可能に枢支
している。

そしてブーム６と旋回台12との間にブームシリンダー
５を配置し、該ブームシリンダー５の伸縮によりブーム
６を上下に回動可能に構成している。

該ブーム６の先端には、オフセットアーム22と並行リ
ンク23が配置されており、該オフセットアーム22とブー
ム６との間にオフセットシリンダー３が介装されてい
る。該オフセットシリンダー３の伸縮によりオフセット
アーム22と並行リンク23が左右に回動しその先端に支持
されているアーム４は左右に平行状態でオフセット移動
するのである。

該オフセットアーム22の先端にアーム４が枢支されて
おり、オフセットアーム22と一体的に構成されたカバー
内に配置されたアームシリンダー24によりアームが上下
に回動されるのである。

またアーム４の先端にバケット１が枢支されており、
該バケット１はバケットシリンダー７により掬い取り回
動を可能としているのである。

以上のような全体的な構成において、ブーム６の基部
に該ブーム６の回動角を検出するブームセンサー15がポ
テンショメーター等により構成されて配置されており、
またオフセットアーム22の左右オフセット角を検出する
オフセットセンサー16が並行リンク23の基部にポテンシ
ョメーターにより構成されて配置されており、またアー
ム４の回動角を検出するアームセンサー17がオフセット
アーム22の先端のアーム４の枢支部に配置されているの
である。

また操作レバー９の基部にブーム６やアーム４を回動
する為に操作レバー９を操作したことを検出するレバー
センサー14が配置されているのである。また該操作レバ
ー９の下部に、アーム４のオフセットを操作するオフセ
ットペダル29が配置されており、該オフセットペダル29
の基部にオフセットペダルセンサー28が配置されてい
る。

電磁比例弁装置20はブーム電磁比例弁37とアーム電磁
比例弁38とオフセット電磁比例弁39を内部に配置してお
り、それぞれの電磁比例弁がブームシリンダー５とアー
ムシリンダー24とオフセットシリンダー３の送油経路に
介装されており、ショックレス停止等の自動制御を行う
ものである。

また座席８の下の位置にコントローラ21が配置されて
いる。

該コントローラ21の内部には、第４図の下部に記載し
たアナログ・デジタル変換回路A/Dや、中央演算回路CPU
や、インターフェイスI/Oや、バッファー回路やドライ
バー回路等やディスクリート回路や電源遮断回路や電源
回路が配置されて制御動作を行っているのである。

また第４図においてキャビン２の上部に、超音波セン
サー19とタッチセンサー18が付設されており、自動制御
が暴走して効かなくなり、バケット１がキャビン２に接
触する位置まで近付いた場合において、該バケット１の
格納位置への引き寄せを停止し、警報を発するように二
重・三重の安全装置を構成しているのである。

また第３図において示す如く、バケット１が交換され
た場合に、バケット幅を自動的に変更する為にバケット
センサー26がアーム４の先端に配置されており、該アー
ム４をバケット１毎に設けたバケット幅認識体25が変更
されることにより、自動的に切り換えるべく構成してい
るのである。バケット幅認識体25は磁性体で構成しても
良いものである。

第５図は自動オフセットとショックレス停止動作のフ
ローチャート図、第６図はショックレス停止動作と危険
域での停止のフローチャート図、第７図は小旋回形バッ
クホーの油圧回路図、第８図は各電磁弁の作動状態を示
す図面、第９図はブーム電磁比例弁37とブーム手動制御
弁40の部分を取り出して開示した油圧回路図、第10図は
ランプ回路により構成された流量の漸増・漸減状態を示
す図面である。

本発明の小旋回形バックホーの自動オフセット機構の
構成は以上の如くであり、次に第５図・第６図の制御フ
ローチャートに沿って、本発明の作用を説明すると。

第５図は自動オフセットとショックレス停止制御の部
分のフローチャートを主に示したものである。

エンジンのキーによる始動と共に、押込みロック式の
スイッチにより構成した自動スイッチ35がONにされる
と、本発明の小旋回形バックホーの自動制御が開始され
るのである。

これと共に、コントローラ21と電磁比例弁装置20の回
路電源がONとされる。

次に各部の角度センサーを構成しているポテンショメ
ータの作動が正常であるかどうかがチェックされ、自動
制御状態でポテンショメータに異常がある場合には、操
作パネル27上の警報ランプ30と警報ブザー31がONとなり
オペレーターに危険を知らせるのである。

次にバケット１の幅が標準であるかどうかがチェック
されるのである。該バケット１が標準であるか広幅であ
るかをノンロック式の押込みスイッチで構成されたバケ
ット幅スイッチ33で入力するものであり、通常の自動開
始状態では広幅のバケット１にセットされており、標準
のバケットである場合、バケット幅スイッチ33を押込む
と、バケット１の格納位置が広幅バケットと同じように
最もキャビン２に近付いた位置にセットされるように制
御が開始されるのである。

標準バケットを装着して、バケット幅スイッチ33を広
幅のバケット１の位置にしておくと、標準のバケット
は、広幅バケット１の収納される位置でキャビン２との
間を開けた状態の安全側の位置で格納されているのであ
る。

次にバケット高さ設定スイッチ34により制御開始高さ
が設定されているかどうかがチェックされるのである。

該バケット高さ設定スイッチ34はロータリー式スイッ
チに構成されており、最低高さの下にオフセット制御を
OFFとする位置も設けられており、該自動スイッチ35がO
Nされない場合には、オフセットはオフセットペダル29
の操作によりオペレーターの意図的な操作の元に行われ
るのである。

また前記自動スイッチ35がONで、バケット高さ設定ス
イッチ34がOFFの場合には、超音波センサー19やタッチ
センサー18による危険表示や、ブーム６やアーム４やオ
フセットアーム22のショックレス停止等は行われるので
あるが、オフセット位置自動制御は行われないのであ
る。

掘削作業を開始し、ブーム６やアーム４やオフセット
アーム22を回動操作を開始すると、まずブーム操作レバ
ー9bかまたはアーム操作レバー9aがフル操作されている
かどうかがチェックされるのである。

そしてどちらかの操作レバー９がオペレーターにより
フル操作されている場合には、ブーム電磁比例弁37また
はアーム電磁比例弁38は、Ａポート側がONとなり、各ブ
ームシリンダー５とアームシリンダー24に、第７図のブ
ーム手動制御弁40とアーム手動制御弁41で制御された通
りに圧油を送油することが可能となるのである。

これによりブーム６かアーム４が、操作レバー９の操
作した方向に回動を開始するのであるが、オペレーター
がどちらかの操作レバー９を握ってフル操作の状態から
レバーを中立に戻した場合には、手動操作制御弁による
油路が切換られて回動が停止しようとするが、ブーム電
磁比例弁37かアーム電磁比例弁38のＡポートの状態が中
立位置に戻ろうとして、この電磁比例弁による制御が介
在される為に、比例弁の操作により徐々に油量を調節し
て、ショックレス状態として停止するのである。

即ち、それまでアーム電磁比例弁38かブーム電磁比例
弁37がソレノイドのONによりＡポート側に切り替わって
いたのであるが、操作レバー９を中立位置近辺にするこ
とにより、Ａポート側のソレノイドがOFFとなり、手動
弁よりやや遅れて比例弁が一定スピードで中立位置に戻
る為徐々に停止するのである。

またどちらかの操作レバー９をたとえ微操作状態であ
ってもブーム６かアーム４が回動状態で、バケット１の
位置が、そのまま回動すればキャビン２と干渉する左右
の危険位置であるかどうかをチェックし、該オフセット
位置が左右の危険区域にある場合には、ブーム電磁比例
弁37またはアーム電磁比例弁38を、手動操作制御弁と逆
の側のポートであるＢポート側をONして、手動操作制御
弁からの送油をタンク側に案内し、ショックレス状態で
OFFとして、オフセット位置が安全位置に復帰するま
で、ブーム６とアーム４の回動を停止するのである。

この設定された危険区域であるオフセット禁止区域ａ
に近付いた際において、一旦ブーム電磁比例弁37とアー
ム電磁比例弁38をＢポート側に切換えて回動を停止さ
せ、オフセット電磁比例弁39のみON状態として、バケッ
ト１を格納可能な基準位置まで復帰させるのである。こ
の状態のスイッチのON−OFFの状態が第８図においし開
示されているのである。

次にバケット１の高さをチェックし、バケット高さ設
定スイッチ34により設定した高さ以上である場合にの
み、オフセットの基準格納位置１″への自動復帰が開始
されるのである。

更にアーム操作レバー9aがブーム操作レバー9bがフル
操作された状態で、オフセット自動復帰の為にオフセッ
ト電磁比例弁39がONとなることにより格納位置への自動
復帰が開始し、基準位置に復帰した時点でオフセット電
磁比例弁39は中立へ切り替わるのである。

そして該バケット１のオフセット基準位置への復帰が
終了後に、アーム操作レバー9aかブーム操作レバー9b
が、バケット１のオフセット基準位置へ復帰するのを待
機する為に、手動操作制御弁と逆の側のＢポートをONに
している場合には、この逆の側のポートをOFFとして、
再度ブーム６かアーム４の回動を開始するものである。

即ち、第１図に示したオフセット禁止区域ａの線上ま
でバケット１が引き寄せられた際において、未だバケッ
ト１が１′の位置に復帰していない場合には、ブーム６
かアーム４の回動を中止して、バケット１が１′の位置
に復帰するのを待つのである。

逆に、該オフセット禁止区域ａの位置に至るまでの間
には、バケット１の基準位置への復帰動作と、ブーム６
またはアーム４の引き寄せ動作は並行して行われるので
ある。

第６図はショックレス停止と危険域での停止制御のフ
ローチャートを主として示したものである。

第５図においては、ブーム６とアーム４の引き寄せ動
作により、バケット１を基準格納位置１″に自動オフセ
ットする構成を示したが、第６図の場合には、自動オフ
セット制御はしない場合において、バケット１がキャビ
ン２の周囲の危険領域に近付いた場合において、アーム
４とブーム６とオフセットアーム22の回動を停止して安
全を確保する場合を示しているのである。

該フローチャートに示す如く、ブーム６とアーム４と
オフセットアーム22毎に、危険角が決定されており、手
動操作にてそれぞれ危険角度に達すると、ブーム電磁比
例弁37かアーム電磁比例弁38の、手動操作制御弁と逆の
側のポートがONとなり、或いはオフセット電磁比例弁39
及びアンロード比例弁50手動操作制御弁の操作位置に関
わらず、ブームシリンダー５とアームシリンダー24の伸
縮が停止し安全状態を得るのである。

即ち、バケット１が右オフセット状態であるかどうか
をチェックし、右オフセット状態で、オフセット角が危
険角でない場合には、ブーム６やアーム４の回動位置を
チェックしなくとも、バケット１がキャビン２に干渉す
ることはないので、そのまま作業が続けられるのであ
る。

バケット１が左側にオフセットされている場合には、
ブーム６の角度が危険角以下であるか、アーム４の角度
が危険角以下であるかどうかをチェックし、両方とも危
険角以下の場合においては、操作レバー９のうち、アー
ム操作レバー9aが操作されているか、ブーム操作レバー
9bが操作されているかをチェックするのである。

そしてブーム操作レバー9bが操作されている場合に
は、ブーム電磁比例弁37のアンロードポートＢをONに
し、ブーム６の回動を停止するのである。

またアーム操作レバー9aが操作されているのであれ
ば、アーム電磁比例弁38のアンロードポートＢをONし
て、アーム４の回動を停止するのである。

また両方が操作されている場合には、ブーム電磁比例
弁37とアーム電磁比例弁38の両方の、アンロードポート
ＢをONにして回動を停止するのである。

またオフセットペダル29が足により操作されて、オフ
セットアーム22が回動しバケット１がキャビン２の側方
の危険領域に近付いた場合には、オフセット電磁比例弁
39及びアンロード弁50のアンロードポートがONとされ
て、オフセット回動が停止するのである。

該手動操作弁と逆の側のポートのON状態はレバー操作
又はペダル操作が続けられている限り続行し、レバー操
作又はペダル操作が停止すると手動操作弁と逆の側のポ
ートはOFFとなるのである。

これにより、危険域にバケット１が近付くとブーム６
やアーム４の回動が停止し、バケット１が基準位置に復
帰した場合にのみ、危険角度以下への回動が可能となる
のである。

次に本発明の作業機のショックレス停止機構について
詳細な作用を説明すると。

第９図はブーム電磁比例弁37とブーム手動制御弁40の
部分を取り出して開示した油圧回路図、第10図は中央演
算回路CPU内に介装されたランプ回路により、電磁比例
弁がONした直後と、OFFした直後において圧油の流量が
漸増・漸減するように電圧が比例的に上昇・下降すべく
構成した状態を示している。

第９図において、ブーム手動制御弁40をブーム操作レ
バー9bを操作して中立側からＵポート側にフル操作する
と、該ブーム操作レバー9bの微小回動をレバーセンサー
14により検出し、ブーム電磁比例弁37も同じ側のＡポー
ト側に駆動されるのである。

前記の状態ではポンプＰからの圧油はブーム手動制御
弁40によりブームシリンダー５へ送油されると共に、ブ
ーム電磁比例弁37へも送油されるのである。そしてブー
ム電磁比例弁37の油路は開いているが、ブーム手動制御
弁40からブームシリンダー５の方向を回ってブーム電磁
比例弁37に至った圧油は、チェック弁55により行き止ま
りとなるので、ブームシリンダー５内に流入し伸縮させ
るのである。

ブームシリンダー５からの戻り油はブーム電磁比例弁
37とブーム手動制御弁40の両方の油路を通過してタンク
に戻るのである。

次にブーム手動制御弁40を急激にレバー操作により中
立位置へ戻すと、レバーセンサー14による信号により、
ブーム手動制御弁40が中立に戻り、遅れてゆっくりとブ
ーム電磁比例弁37を中立位置に戻す信号が第10図に示す
如く電気回路から送信されているのである。

先に中立位置に戻ったブーム手動制御弁40は中立位置
となっているのでブームシリンダー５への圧油の送油は
無いが、中立の為に開いた油路から下流のブーム電磁比
例弁37に至った圧油がチェック弁55を開けて、ブームシ
リンダー５へ送られており、これが電磁比例弁の作用に
より徐々に減少していくので、駆動状態から停止状態へ
の移行がショックレス状態で行われるのである。

また、以上のショックレス機構は、手動制御弁が操作
された場合の、ショックレス機構であるが、オフセット
自動制御の場合に、オフセット用手動操作制御弁が中立
位置であり乍ら、オフセット用電磁比例弁が自動で切り
替わる場合、及び操作レバー９の操作に対して、バケッ
ト１がオフセット禁止区域ａ内に入った為に非常停止さ
れる場合には、ブーム操作レバー9bの操作側と逆の側の
ポートに、ブーム電磁比例弁37が切換えられて、自動的
に停止するのであるが、この両者の場合の駆動・停止時
のショックレス効果をも発揮できるのである。

また電磁比例弁の漸増部・漸減部の時間は、ランプ回
路により自由に調節することができるのである。

（ヘ）発明の効果 本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を
奏するものである。

第１に、旋回台12の旋回円の中にアーム４とブーム６
とバケット１を格納可能とした、小旋回形バックホーに
おいて、更にアーム４をオフセット回動可能とした場合
には、オペレーターの操作ミスにより、オフセットした
状態のバケット１がキャビン２やオペレーターに干渉
し、人身事故を発生する可能性があるのである。

これに対して、本発明においてはキャビン２の周囲の
危険領域内にバケット１が近付いた場合には、各部のセ
ンサーによりの信号により、ブーム６やアーム４やオフ
セットアーム22のそれ以上の回動を停止すべく構成した
ので、ミス操作をしても安全な構成とすることが出来た
ものである。

第２に、キャビン２の周囲の危険領域内にバケット１
が至った場合に停止するだけでなく、ブーム６やアーム
４を引き寄せ回動すると、自動的にバケット１が基準格
納位置１″の位置に戻るように自動制御装置をも設けた
ことにより、掬い込みと排土の動作を何度も繰り換す場
合において、オフセットの操作は省くことができるの
で、作業能率を向上することが出来たものである。

第３に、このようにバケット１の自動オフセット制御
と、安全制御を手動操作制御弁とタンデム位置に電磁比
例弁を介装することにより構成することが出来たので、
オフセット操作が不可能で手動操作制御弁のみのバック
ホーに、電磁比例弁を付設してオフセット回動を可能と
するという仕様の向上を簡単に行うことが出来たもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の小旋回形バックホーの平面図、第２図
は同じく作業状態の側面図、第３図はバケット１を交換
したことを信号として伝達するバケット幅認識体25とバ
ケットセンサー26の部分の斜視図、第４図はバックホー
の各部に配置したセンサーとコントローラ21と電磁比例
弁20と操作パネル27を示す図面、第５図は自動オフセッ
トとショックレス停止動作のフローチャート図、第６図
はショックレス停止と危険域での停止のフローチャート
図、第７図は小旋回形バックホーの油圧回路図、第８図
は各電磁弁の作動状態を示す図面、第９図はブーム電磁
比例弁37とブーム手動制御弁40の部分を取り出して開示
した油圧回路図、第10図はランプ回路により構成された
流量の漸増・漸減状態を示す図面である。 １……パケット ３……オフセットシリンダー ４……アーム ５……ブームシリンダー ６……ブーム 9a……アーム操作レバー 9b……ブーム操作レバー 37……ブーム電磁比例弁 40……ブーム手動制御弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】旋回台12上で上下回動可能に枢支したブー
   ム６の先端に、左右の平行位置へアーム４をオフセット
   可能に支持し、該アーム４の先端にバケット１を掬い取
   り回動可能に付設し、旋回時において、ブーム６とアー
   ム４を折畳んでキャビン２の側部にバケット１を収納可
   能とした構成において、操作レバー９またはオフセット
   ペダル29の操作により、バケット１がキャビン２の周囲
   の危険領域内に入った場合には、ブーム６またはアーム
   ４またはオフセットアーム22の回動を停止する安全機構
   を構成し、またブーム６またはアーム４を格納側に回動
   することにより、自動的に格納位置へオフセット移動す
   る自動制御装置をも併置したことを特徴とするオフセッ
   ト機構付きバックホーの操作装置。
2. 【請求項２】１本の油圧シリンダーを、タンデム回路に
   配置され内部回路が略同一のポンプ側の手動操作制御弁
   と油圧シリンダー側の自動制御電磁比例弁により制御す
   べく構成し、手動操作制御弁から油圧シリンダーへの油
   路と、自動制御電磁比例弁から油圧シリンダーへの油路
   は同一方向への油路を合流すべく構成し、手動操作制御
   弁は操作レバー９またはオフセットペダル29により操作
   し、自動制御電磁比例弁は各部のセンサーと操作レバー
   との論理積により操作すべく構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のオフセット機構付きバック
   ホーの操作装置。