JP2966739B2 - 建設機械の作業機制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル等の建設
機械の作業機制御装置およびその制御方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】油圧パイロット式制御弁により動作制御
される油圧ショベルにより、例えば半自動的にバケット
歯先を直線的に移動させて掘削を行う直線掘削において
は、図７に示されるように、作業機リンケージの関節部
等に取付けられたセンサにより作業機リンケージの姿勢
を検出してマイクロコンピュータ（マイコン）にて閉ル
ープ制御を行うことが通常であり、手動操作と自動モー
ド（自動直線掘削モード）とを切替える際は、オン・オ
フ動作形の切替弁を用いて油圧シリンダ制御用の主制御
弁を動作させるパイロット油圧を切替えるようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この場合、自動モード
では作業機の稼働範囲を予め設定しておくことにより、
作業機の稼働範囲を制限する領域への侵入を防止できる
が、手動操作時においては作業機の稼働範囲を制限する
機能を追加することは、パイロット油圧の切替構成上、
困難である。

【０００４】このため、オペレータが作業機を手動操作
しているときは、作業機を誤って周囲の構造物などに衝
突させないように気を配るとともに、衝突により建設機
械自体または相手構造物などを破壊するおそれや危険性
が伴っている。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、手動操作時においても作業機の稼働範囲を自動的
に制限制御できる建設機械の作業機制御装置およびその
制御方法を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、作業機を作動する油圧アクチュエータに供給され
る作動油を、一方または他方のパイロット室に供給され
るパイロット圧にて作動される主制御弁により制御する
建設機械の作業機制御装置において、前記主制御弁のい
ずれか一方のパイロット室に供給されるパイロット圧を
手動操作により制御する手動操作弁と、作業機の稼働範
囲を制限する稼働範囲制限領域への到達により主制御弁
の他方のパイロット室に一方のパイロット室と等しいパ
イロット圧を供給する電磁比例弁と、この電磁比例弁お
よび前記手動操作弁の一方からのパイロット圧を選択し
て主制御弁のいずれか一方のパイロット室に出力すると
ともに、他方からのパイロット圧を選択して主制御弁の
他方のパイロット室に出力する電磁切替弁とを具備した
構成の建設機械の作業機制御装置である。

【０００７】請求項２に記載された発明は、作業機を作
動する油圧アクチュエータに供給される作動油を、一方
または他方のパイロット室に供給されるパイロット圧に
て作動される主制御弁により制御する建設機械の作業機
制御装置において、前記パイロット圧の供給を常時受け
主制御弁に供給されるパイロット圧を手動操作により制
御する手動操作弁と、前記パイロット圧を選択的に取出
す電磁安全弁と、この電磁安全弁から供給されたパイロ
ット圧を電気信号に応じた開度に制御される弁体を経て
出力し、主制御弁のいずれか一方のパイロット室にパイ
ロット圧を供給する手動操作弁に対し、作業機の稼働範
囲を制限する稼働範囲制限領域への到達により主制御弁
の他方のパイロット室に一方のパイロット室と等しいパ
イロット圧を供給する電磁比例弁と、この電磁比例弁お
よび前記手動操作弁の一方からのパイロット圧を選択し
て主制御弁のいずれか一方のパイロット室に出力すると
ともに、他方からのパイロット圧を選択して主制御弁の
他方のパイロット室に出力する電磁切替弁と、前記電磁
安全弁、電磁比例弁および電磁切替弁を電気信号により
制御するコントローラと、このコントローラに作業機の
作動量を検出して入力する作業機センサおよび手動操作
弁による手動操作状態を検出して入力する手動操作セン
サとを具備した構成の建設機械の作業機制御装置であ
る。

【０００８】請求項３に記載された発明は、作業機を作
動する油圧アクチュエータに供給される作動油を、一方
または他方のパイロット室に供給されるパイロット圧に
て作動されるスプールを有する主制御弁により制御する
建設機械の作業機制御方法において、手動操作時に主制
御弁のいずれか一方のパイロット室を電磁切替弁により
選択してこのパイロット室に手動操作されたパイロット
圧を供給して、変位された前記スプールにより油圧アク
チュエータに供給される作動油を制御し、作業機がその
稼働範囲を制限する稼働範囲制限領域に達した時点で前
記主制御弁の他方のパイロット室を電磁切替弁により選
択して、手動操作されたパイロット圧と等しい圧に電気
的に昇圧制御されたパイロット圧をこの他方のパイロッ
ト室に印加することにより、主制御弁のスプールを中立
位置に戻して油圧アクチュエータを停止させ、自動制御
時は、手動操作時に対し電磁切替弁を切替状態にして手
動操作されたパイロット圧を遮断するとともに電気的に
制御されたパイロット圧を用いて主制御弁を自動制御す
る構成の建設機械の作業機制御方法である。

【０００９】請求項４に記載された発明は、請求項３記
載の建設機械の作業機制御方法において、作業機が稼働
範囲制限領域に近付いた時点で、一方の手動操作された
パイロット圧に対し他方のパイロット圧を徐々に昇圧制
御し、作業機が前記稼働範囲制限領域に達した時点で両
方のパイロット圧を等しく制御して主制御弁を中立位置
に戻す建設機械の作業機制御方法である。

【００１０】

【作用】請求項１に記載された発明は、手動操作弁から
主制御弁のいずれか一方のパイロット室に供給されるパ
イロット圧により主制御弁を手動制御している手動操作
時であっても、作業機がその稼働範囲を制限される稼働
範囲制限領域へ到達した場合は、電磁比例弁から電磁切
替弁により選択された主制御弁の他方のパイロット室に
前記一方のパイロット室と等しいパイロット圧を供給す
ることにより、主制御弁を中立位置に戻して、作業機を
停止させる。

【００１１】請求項２に記載された発明は、手動操作時
は、手動操作弁より電磁切替弁を経てパイロット圧を主
制御弁に供給する。自動制御時は、コントローラにより
自動的に制御される電磁安全弁、電磁比例弁および電磁
切替弁を経てパイロット圧を主制御弁に供給する。手動
操作時に作業機を稼働範囲制限制御する場合は、その作
業機状態を作業機センサにより検出してコントローラに
入力し、このコントローラにより稼働範囲制限制御を行
う。すなわち、手動操作弁から主制御弁の一方のパイロ
ット室に供給された手動操作パイロット圧に対し、電磁
安全弁から供給されたパイロット圧をコントローラから
の電気信号に応じた弁開度の電磁比例弁により、手動操
作センサにより検出された手動操作パイロット圧と等し
いパイロット圧に昇圧制御して、電磁切替弁により主制
御弁の他方のパイロット室に供給することで、主制御弁
を自動的に中立位置に戻し作業機を停止させる。

【００１２】請求項３に記載された発明は、手動操作時
の主制御弁の一方のパイロット室に印加されたパイロッ
ト圧に対し、作業機が稼働範囲制限領域に達した時点で
電磁切替弁により選択された主制御弁の他方のパイロッ
ト室に、手動操作パイロット圧と等しい圧に電気的に昇
圧制御されたパイロット圧を印加することにより、主制
御弁のスプールを中立位置に戻して作業機を自動的に停
止させる。

【００１３】請求項４に記載された発明は、作業機が稼
働範囲制限領域への接近に応じて、一方の手動操作パイ
ロット圧に対し他方のパイロット圧を徐々に昇圧制御し
て主制御弁のスプールを漸次中立位置に戻し、作業機を
円滑に停止させる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図１乃至図６に示される油圧
ショベルに係る実施例を参照しながら詳細に説明する。

【００１５】図２は、本発明に係る建設機械の作業機制
御装置を備えた油圧ショベルのシステム構成図であり、
この油圧ショベルは、下部走行体11に上部旋回体12が設
けられ、この上部旋回体12にフロント作業機13が設けら
れている。

【００１６】この作業機13は、上部旋回体12にブームシ
リンダ14bmにより回動されるブーム15bmの基端が軸支さ
れ、このブーム15bmの先端にスティックシリンダ14stに
より回動されるスティック15stの基端近傍が軸支され、
このスティック15stの先端にバケットシリンダ14bkによ
り回動されるバケット15bkが軸支されている。ブームシ
リンダ14bm、スティックシリンダ14stおよびバケットシ
リンダ14bkは、作業機13を作動する主油圧回路の油圧ア
クチュエータである。

【００１７】前記ブーム15bm、スティック15stおよびバ
ケット15bkのそれぞれの回動角は作業機センサとしての
レゾルバなどの角度センサ16bm，16st，16bkにより検出
され、その角度検出信号は上部旋回体12に搭載された信
号変換器17を経て、マイクロコンピュータを含むコント
ローラ21に入力される。

【００１８】このコントローラ21には、入出力装置とし
ての表示器スイッチパネル22が接続され、入力端子に操
作レバーなどに設けられた自動制御開始用またはエンジ
ン回転速度制御用などの押しボタン式コントロールスイ
ッチ23、エンジン回転速度センサ24a により検出された
エンジン回転速度に基づきエンジンおよびポンプを制御
するエンジンポンプコントローラ24、作業機13を駆動す
る油圧回路の圧力を検出する多数の圧力センサ25、車両
の傾斜角を検出する傾斜角センサ26などがそれぞれ接続
されている。また、コントローラ21の出力端子に電磁比
例弁および電磁切替弁などの後述する多数の電磁弁が接
続されている。

【００１９】図１（Ａ）は、同上作業機制御装置のシス
テム全体の構成図であり、外部ターミナル28および電源
回路29を備えたコントローラ21に種々の検出信号入力ラ
インおよび電磁弁駆動信号出力ラインが接続されてい
る。この図１において、点線はパイロット圧回路であ
り、特に太線の点線は本発明にて付加されたパイロット
圧回路である。

【００２０】前記主油圧回路は、車載エンジン31により
駆動される第１主ポンプ32a または第２主ポンプ32b か
ら、前記ブームシリンダ14bm、スティックシリンダ14st
およびバケットシリンダ14bkに供給される作動油の供給
回路中に、パイロット圧作動式のブーム用主制御弁33b
m、スティック用主制御弁33stおよびバケット用主制御
弁33bkがそれぞれ設けられている。

【００２１】前記パイロット圧回路は、車載エンジン31
により主ポンプ32a ，32b とともに駆動されるパイロッ
トポンプ41が設けられ、このパイロットポンプ41の吐出
ライン42に、ブーム用、スティック用およびバケット用
の各操作レバー43bm，43st，43bkの手動操作によりパイ
ロットポンプ吐出圧を比例減圧制御するブーム上げ用手
動操作弁44up，ブーム下げ用手動操作弁44dn，スティッ
ク外向き作動用手動操作弁44ot，スティック内向き作動
用手動操作弁44in，バケット閉じ作動用手動操作弁44c
l，バケット開き作動用手動操作弁44dpが接続されてい
る。

【００２２】一方、前記パイロットポンプ41の前記吐出
ライン42とは別の吐出ラインに、前記パイロット圧を前
記手動操作弁44up，44dn，44ot，44in，44cl，44dpを経
ずに制御するための電磁安全弁45が接続されている。

【００２３】この電磁安全弁45を経たパイロット圧ライ
ン46に、パイロット圧を電気信号に応じたスプール開度
に比例して減圧制御するためのブーム上げ用電磁比例弁
47up，ブーム下げ用電磁比例弁47dn，スティック外向き
作動用電磁比例弁47ot，スティック内向き作動用電磁比
例弁47in，バケット閉じ作動用電磁比例弁47cl，バケッ
ト開き作動用電磁比例弁47dpがそれぞれ接続されてい
る。

【００２４】これらの電磁比例弁は電磁比例減圧弁であ
り、例えば、スティック内向き作動用電磁比例弁47in
は、前記スティック外向き作動用手動操作弁44otから出
力されたパイロット圧に対し、図１（Ｂ）に示されるス
プール開度が得られるように、コントローラ21から電磁
比例弁47inに出力される電流値がコントローラ内のマイ
クロコンピュータにより演算制御される。

【００２５】ブーム上げ用電磁比例弁47upの出力ライン
と、ブーム上げ用手動操作弁44upの出力ラインとに、そ
れらの一方を選択してブーム用主制御弁33bmのブーム上
げ側パイロット室upにパイロット圧を出力するブーム上
げ用電磁切替弁48upが接続されている。

【００２６】ブーム下げ用電磁比例弁47dnの出力ライン
と、ブーム下げ用手動操作弁44dnの出力ラインとに、そ
れらの一方を選択してブーム用主制御弁33bmのブーム下
げ側パイロット室dnにパイロット圧を出力するブーム下
げ用電磁切替弁48dnが接続されている。

【００２７】スティック外向き作動用電磁比例弁47otの
出力ラインと、スティック外向き作動用手動操作弁44ot
の出力ラインとに、それらの一方を選択してスティック
用主制御弁33stのスティック外向き作動側パイロット室
otにパイロット圧を出力するスティック外向き作動用電
磁切替弁48otが接続されている。

【００２８】スティック内向き作動用電磁比例弁47inの
出力ラインと、スティック内向き作動用手動操作弁44in
の出力ラインとに、それらの一方を選択してスティック
用主制御弁33stのスティック内向き作動側パイロット室
inにパイロット圧を出力するスティック内向き作動用電
磁切替弁48inが接続されている。

【００２９】バケット閉じ作動用電磁比例弁47clの出力
ラインと、バケット閉じ作動用手動操作弁44clの出力ラ
インとに、それらの一方を選択してバケット用主制御弁
33bkのバケット閉じ作動側パイロット室clにパイロット
圧を出力するシャトル弁49clが接続されている。

【００３０】バケット開き作動用電磁比例弁47dpの出力
ラインと、バケット開き作動用手動操作弁44dpの出力ラ
インとに、それらの一方を選択してバケット用主制御弁
33bkのバケット閉じ作動側パイロット室dpにパイロット
圧を出力するシャトル弁49dpが接続されている。

【００３１】ブーム上げ用手動操作弁44up，ブーム下げ
用手動操作弁44dn，スティック外向き作動用手動操作弁
44otおよびスティック内向き作動用手動操作弁44inの各
出力ラインには、手動操作状態を検出する手動操作セン
サとしての圧力センサ25up，25dn，25otおよび25inおよ
び圧力スイッチ50がそれぞれ設けられている。

【００３２】圧力センサ25up，25dn，25otおよび25in
は、手動操作弁44up，44dn，44otおよび44inより出力さ
れたパイロット圧を検出し、圧力スイッチ50は、手動操
作の有無を検出し、それぞれの検出された信号をコント
ローラ21に入力する手動操作センサである。

【００３３】また、ブームシリンダ14bmおよびスティッ
クシリンダ14stは、大流量を必要とするので、その必要
量に応じて第１主ポンプ32a および第２主ポンプ32b の
両方の吐出油を合流させるためのブーム用合流弁51bmお
よびスティック用合流弁51stが、ブームシリンダ14bmお
よびスティックシリンダ14stへの作動油供給回路に対し
それぞれ設けられている。

【００３４】ブーム用合流弁51bmは、ブーム上げ用手動
操作弁44upから出力されてシャトル弁52を経たパイロッ
ト圧、または電磁安全弁45から出力されてパイロット圧
ライン46から分岐されたパイロット圧ライン53、電磁比
例減圧弁54および前記シャトル弁52を経たパイロット圧
を受けて、第２主ポンプ32b からブームシリンダ14bmへ
の管路55を連通するとともにスティック用主制御弁33st
からタンクへの管路56を遮断する位置に切替わるパイロ
ット式切替弁である。

【００３５】そして、このブーム用合流弁51bmがパイロ
ット圧により切替わると、第１主ポンプ32a から管路5
7、ブーム用主制御弁33bmおよび管路58を経てブームシ
リンダ14bmのヘッド側（ブーム上げ側）に供給される作
動油に、第２主ポンプ32b から管路55、このブーム用合
流弁51bmおよび管路59を経た作動油が合流する。

【００３６】スティック用合流弁51stは、スティック外
向き作動用手動操作弁44otおよびスティック内向き作動
用手動操作弁44inのいずれが操作されてもシャトル弁61
からパイロットライン62および電磁切替弁63を経たパイ
ロット圧、または電磁安全弁45からパイロット圧ライン
46、パイロット圧ライン64、電磁比例減圧弁65および前
記電磁切替弁63を経たパイロット圧を受けて、第１主ポ
ンプ32a からセレクタバルブ66を経てタンクに連通する
管路67を遮断する位置に切替わるパイロット式切替弁で
ある。

【００３７】そして、このスティック用合流弁51stがパ
イロット圧により切替わると、第２主ポンプ32b からス
ティック用主制御弁33stを経てスティックシリンダ14st
に供給される作動油に、第１主ポンプ32a から前記セレ
クタバルブ66および管路68を経た作動油が合流する。

【００３８】前記セレクタバルブ66は、電磁切替弁69か
ら出力されたパイロット圧により制御される。例えば、
ブーム上げ操作を優先させる時は、ブーム上げ用手動操
作弁44upまたはブーム上げ用電磁比例弁47upからブーム
上げ用電磁切替弁48upを経てブーム用主制御弁33bmのブ
ーム上げ側にパイロット圧が供給されるが、同時に前記
電磁切替弁69を経たパイロット圧によりセレクタバルブ
66を閉じる位置に切替え、第１主ポンプ32a から管路6
7，68への作動油の流出を防ぐ。

【００３９】一方、スティック操作時は前記電磁切替弁
69を切替えることによりセレクタバルブ66のパイロット
圧をドレンして、セレクタバルブ66を図示された絞り連
通位置に復帰させ、前述したように第１主ポンプ32a か
ら吐出された作動油をこのセレクタバルブ66および管路
68を経てスティック用主制御弁33stへ供給する。

【００４０】前記各種の電磁弁は、電磁作動式スプール
弁であり、そのスプールは、前記コントローラ21から出
力された電気信号により変位制御される。

【００４１】次に、図１に示された回路に基づき、手動
操作、自動掘削および作業機稼働範囲制限制御の作用を
説明する。

【００４２】図１（Ａ）は、通常の手動操作時の油圧回
路状態を示し、全ての電磁弁が非励磁状態となってい
る。そのため、操作レバー43bm，43st，43bkの操作量に
応じて手動操作弁44up，44dn，44ot，44in，44cl，44dp
から出力されたパイロット圧が、電磁切替弁48up，48d
n，48ot，48inまたはシャトル弁49cl，49dpを経て主制
御弁33bm，33st，33bkのパイロット室up，dn，ot，in，
cl，dpに作用し、そのパイロット圧に応じたスプール方
向および開度の主制御弁33bm，33st，33bkを経て、主ポ
ンプ32a ，32b より油圧シリンダ14bm，14st，14bkのヘ
ッド側またはロッド側に作動油が供給され、各油圧シリ
ンダが伸縮動作される。

【００４３】次に、図３（Ａ）に示されるようにバケッ
ト15bkの歯先を自動的に直線移動させながら掘削を行う
直線掘削時や、図３（Ｂ）に示されるようにこの直線掘
削機能にバケット角保持機能を加えた自動掘削を行う場
合は、コントローラより出力された電気信号により各種
の電磁弁を自動制御する。

【００４４】すなわち、この自動掘削時は、電磁切替弁
48up，48dn，48ot，48inを励磁切替状態にして手動操作
弁44up，44dn，44ot，44inからのパイロット圧を遮断す
るとともに、電磁比例弁47up，47dn，47ot，47in，47c
l，47dpからのパイロット圧を使用できる状態とし、電
磁安全弁45を励磁状態にしてパイロットポンプ41からパ
イロット圧ライン46に吐出されたパイロット圧を電磁比
例弁47up，47dn，47ot，47in，47cl，47dpに印加する。

【００４５】そして、コントローラ21からの信号により
電磁比例弁47up，47dn，47ot，47in，47cl，47dpのスプ
ール開度を制御し、これらの電磁比例弁を経たパイロッ
ト圧を前記電磁切替弁48up，48dn，48ot，48inまたはシ
ャトル弁49cl，49dpを経て主制御弁33bm，33st，33bkの
パイロット室up，dn，ot，in，cl，dpに供給し、主制御
弁33bm，33st，33bkのスプール方向および開度を制御し
て、油圧シリンダ14bm，14st，14bkの動作方向および速
度を制御する。

【００４６】次に、図４および図５は、手動操作時に作
業機13の稼働範囲を制限制御する場合の作業状態を示
し、図４は、トンネル内作業時などにおける作業機13の
上昇高さが制限される場合および下降深さが制限される
場合を示し、図５は、壁面に対する作業機13のリーチ長
さが制限される場合を示す。

【００４７】このような作業機稼働範囲の制限制御時
は、レゾルバなどの角度センサ16bm，16st，16bkにより
検出される作業機13の稼働姿勢が予め設定された許容範
囲内である間は、通常の手動操作時と同様に手動操作弁
44up，44dn，44ot，44in，44cl，44dpから非励磁状態の
電磁切替弁48up，48dn，48ot，48inまたはシャトル弁49
cl，49dpを経て主制御弁33bm，33st，33bkを制御する。

【００４８】一方、作業機13が予め設定された稼働制限
領域の限界（以下、これを制限域端という）に近付く
と、その状態を角度センサ16bm，16st，16bkにより検知
したコントローラ21は、電磁安全弁45を励磁して電磁比
例弁47up，47dn，47ot，47in，47cl，47dpにもパイロッ
ト圧を供給するとともに、手動操作によりパイロット圧
供給された主制御弁33bm，33st，33bkのスプールの反対
側のパイロット室に対応する電磁比例弁47up，47dn，47
ot，47in，47cl，47dpを開度制御する。さらに、手動側
と反対側のパイロット室に対応する電磁切替弁48up，48
dn，48ot，48inを励磁し、手動パイロット圧と対抗する
制動パイロット圧を電磁比例弁47up，47dn，47ot，47i
n，47cl，47dpより主制御弁33bm，33st，33bkのスプー
ルの反対側に印加することにより、主制御弁33bm，33s
t，33bkを中立位置に戻し、作業機13を自動的に停止さ
せる。

【００４９】例えば、図４に示されるように、作業機13
を下げるために手動操作弁44dnから電磁切替弁48dnを経
て主制御弁33bmのパイロット室dnにパイロット圧を供給
しているが、作業機13が深さ制限に近付くと、コントロ
ーラ21から自動的に出力された電気信号により電磁安全
弁45を励磁して開くとともにブーム上げ用の電磁切替弁
48upを励磁して切替え、同時に、ブーム上げ用の電磁比
例弁47upをブーム下げ用の圧力センサ25dnで検出された
手動パイロット圧に応じて開くように制御することによ
り、主制御弁33bmのパイロット室dnに供給されている手
動パイロット圧と、反対側のパイロット室upにて電気的
に昇圧制御されたパイロット圧とを等しく制御すること
により、主制御弁33bmのスプールを中立位置に戻し、オ
ペレータの不注意などによる作業機13の下げ動作を自動
的に停止させる。

【００５０】同様に、手動上げ操作により作業機13が高
さ制限に近付くと、圧力センサ25upからの信号に応じて
コントローラ21はブーム下げ用の電磁比例弁47dnを開く
ように制御し、主制御弁33bmのパイロット室upの手動設
定パイロット圧と、反対側のパイロット室dnにて電気的
に昇圧制御されたパイロット圧とをバランスさせること
により、主制御弁33bmのスプールを中立位置に戻し、作
業機13の上げ動作を自動的に停止させる。

【００５１】また、スティック外向き作動用手動操作弁
44otから出力された手動設定のパイロット圧によりステ
ィック用主制御弁33stのスプールを制御して、図５に示
されるように、スティック15stを伸ばす手動操作を行っ
ているときに、作業機13がリーチ制限に近付くと、コン
トローラ21は電磁安全弁45を励磁して開くとともにステ
ィック内向き作動用の電磁切替弁48inを励磁して切替
え、同時に、スティック外向き用の圧力センサ25otから
の信号に応じてスティック内向き作動用の電磁比例弁47
inのスプール開度を図１（Ｂ）に示される関係で制御
し、主制御弁33stのパイロット室otの手動設定パイロッ
ト圧と、反対側のパイロット室inにて電気的に昇圧制御
されたパイロット圧とをバランスさせることにより、主
制御弁33stのスプールを中立位置に戻し、作業機13の伸
し動作を自動的に停止させる。

【００５２】次に、図６（Ａ）は図４に示される作業機
13の下降深さが制限される場合にブーム15bmの手動によ
る下降動作を制限制御するフローチャートを示す。

【００５３】先ず、ブーム下げ制御であるから、ブーム
上げ用電磁比例弁47upをオフにして比例弁47upを完全に
閉じておき（ステップ）、手動操作弁44dnの出力ライ
ンに設けられた圧力センサ25dnまたは圧力スイッチ50に
より、ブーム15bmを下げる操作か否かを判断し（ステッ
プ）、下げる操作であれば、レゾルバなどの角度セン
サ16bm，16st，16bkにより検出されたブーム15bm、ステ
ィック15stおよびバケット15bkの回動角から常に位置を
監視されているバケット歯先が、予め設定された稼働制
限された領域の限界（以下、これを制限域端という）に
接近したかどうかを判断する（ステップ）。

【００５４】そして、バケット歯先が制限域端に接近し
た場合は、ブーム用操作レバー43bmのブーム下げレバー
位置に対応するブーム下げパイロット圧Ｐを圧力センサ
25dnにより検出し（ステップ）、マイクロコンピュー
タを内蔵したコントローラ21は、このブーム下げパイロ
ット圧Ｐよりブーム用主制御弁33bmのブーム下げ側への
スプール変位量Ｘを、メモリ内の図６（Ｂ）に示された
関係より推定し（ステップ）、前記電磁安全弁45およ
びブーム上げ側の電磁切替弁48upを励磁して切替えると
ともに、前記ブーム下げ側へのスプール変位量Ｘより割
出した電流により反対側（ブーム上げ側）の電磁比例弁
47upを励磁してそのスプールを開くように制御し、ブー
ム用主制御弁33bmのスプールを中立位置に戻すように手
動ブーム下げ側と対向するブーム上げ側パイロット圧を
漸増させて、前記ブーム下げ側スプール変位量Ｘを減少
させる（ステップ）。

【００５５】このとき、コントローラ21に内蔵されたマ
イクロコンピュータは、図６（Ｃ）に示される関係か
ら、角度センサ16bm，16st，16bkにより位置検出された
バケット歯先と、予め設定された深さ制限域端との間の
距離Ｌに比例する主制御弁33bmのスプール変位減少値Ｄ
を演算し、前記スプール変位量Ｘに対する修正スプール
変位値Ｃ＝Ｘ−Ｄを演算し、図６（Ｄ）に示されるよう
にこの修正スプール変位値Ｃに応じた関数の電流Ｉo ＝
ｆ（Ｃ）を演算して、前記距離Ｌの減少に応じてブーム
上げ側の電磁比例弁47upに供給される電流Ｉo を漸増さ
せる。

【００５６】このような制御を行いながら、バケット歯
先が制限域端に達したか否かを常にチェックし（ステッ
プ）、バケット歯先が制限域端に接近するにしたがっ
て（前記距離Ｌの減少に応じて）、スプール変位減少値
Ｄを小さくし、修正スプール変位値Ｃ（＝Ｘ−Ｄ）を実
際の手動パイロット圧によるスプール変位量Ｘに近付け
るように漸増させ、この修正スプール変位値Ｃに応じて
漸増する電流Ｉo を、手動側（ブーム下げ側）とは反対
側（ブーム上げ側）の電磁比例弁47upのソレノイドに供
給して、この電磁比例弁47upのスプール開度を徐々に開
く。

【００５７】すなわち、ブーム用主制御弁33bmにおける
手動設定されたパイロット圧が作用する側と反対側のパ
イロット圧を、手動設定パイロット圧からマイクロコン
ピュータにより算出された電流にて電気的に制御される
電磁比例弁47upによって徐々に昇圧制御することで、ブ
ーム用主制御弁33bmのスプールを徐々に中立位置に戻す
ようにする。

【００５８】これにより、ブームシリンダ14bmの縮み動
作速度を徐々に遅く制御し、ブーム15bmの下降速度を減
速する。この制御はバケット歯先が制限域端に達するま
で繰返し行い、電磁比例弁47upのスプール開度を徐々に
開いていくことにより、ブーム15bmの下降速度を漸次減
少させる。

【００５９】そして、バケット歯先が制限域端に達した
時点で（ステップでYES ）、ブーム用主制御弁33bmの
スプールを中立位置に戻して変位０とし（ステップ
）、ブーム15bmの下降を停止する。

【００６０】以上は、ブーム下げ時の深さ制限域端にお
いてブーム15bmを停止する制御方法の説明であるが、ブ
ーム上げ時の高さ制限域端においてブーム15bmを停止す
る場合、スティック15stを内側および外側に回動する際
の制限域端においてスティック15stを停止する場合、バ
ケット15bkを開動作および閉動作する際の制限域端にお
いてバケット15bkを停止する場合においても、同様の制
御を行うとよい。

【００６１】このようにして、作業機を手動操作してい
るときでも、作業機の稼働範囲を自動的に制限制御でき
るから、オペレータの不注意により建設機械や相手構造
物などを破壊するおそれがない。

【００６２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、作業機の
稼働範囲を制限する稼働範囲制限領域への到達により主
制御弁の手動操作弁側パイロット室と反対側のパイロッ
ト室を電磁切替弁により選択して、このパイロット室に
対し、電磁比例弁より手動パイロット圧と等しいパイロ
ット圧を供給するようにしたから、手動操作時において
も作業機の稼働範囲を制限制御する機能を容易に追加す
ることができ、オペレータが作業機を手動操作するとき
に、作業機が周囲の構造物などに衝突するなどのおそれ
がなく、手動操作が簡単であるとともに安全性も高い。

【００６３】請求項２記載の発明によれば、作業機の手
動操作、自動制御、稼働範囲制限制御の三つの機能を実
現できる建設機械の作業機制御装置を提供できる。特
に、稼働範囲制限制御では、手動操作弁から主制御弁の
一方のパイロット室に供給されたパイロット圧に対し、
この手動側パイロット圧とつりあうパイロット圧をコン
トローラからの電気信号により開度制御される電磁比例
弁より主制御弁の他方のパイロット室に供給すること
で、オペレータの手動操作時でも、作業機の稼働範囲制
限領域への進入を自動的に防止できる。

【００６４】請求項３記載の発明によれば、作業機が稼
働範囲制限領域に達した時点で主制御弁のスプールにか
かる手動パイロット圧を、電磁切替弁により選択された
反対側から、電気的に昇圧制御されたパイロット圧によ
り打消すようにして、主制御弁を中立位置に戻し作業機
を停止させるようにしたから、手動操作時においても作
業機の稼働範囲を容易に制限することができ、手動操作
の容易性と安全性とを確保できる。

【００６５】請求項４記載の発明によれば、作業機が稼
働範囲制限領域に近付いた時点で、一方の手動操作され
たパイロット圧に対し他方のパイロット圧を徐々に昇圧
制御し、作業機が前記稼働範囲制限領域に達した時点で
両方のパイロット圧を等しく制御して主制御弁を中立位
置に戻すから、作業機の慣性負荷を徐々に制動して、作
業機が前記稼働範囲制限領域に達した時点で作業機を円
滑に停止でき、停止時の衝撃による振動の発生などを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る建設機械の作業機制御装
置の一例を示すシステム構成図、（Ｂ）はその電磁比例
弁の一つの動作特性を示すグラフである。

【図２】同上作業機制御装置を備えた油圧ショベルのシ
ステム構成図である。

【図３】（Ａ）は同上作業機制御装置によるバケット歯
先直線掘削モードを示す説明図、（Ｂ）はその直線掘削
モードにバケット角保持機能を付加した場合の動作を示
す説明図である。

【図４】同上作業機制御装置による手動操作時における
作業機の高さ制限状態および深さ制限状態を示す説明図
である。

【図５】同上作業機制御装置による手動操作時における
作業機のリーチ制限状態を示す説明図である。

【図６】同上作業機制御装置の制御方法を示すフローチ
ャートである。

【図７】従来の作業機制御装置を示す構成図である。

【符号の説明】 13 作業機 14 油圧アクチュエータ 16 作業機センサ 21 コントローラ 25，50 手動操作センサ 33 主制御弁 44 手動操作弁 45 電磁安全弁 47 電磁比例弁 48 電磁切替弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/20 E02F 9/22 E02F 9/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機を作動する油圧アクチュエータに
   供給される作動油を、一方または他方のパイロット室に
   供給されるパイロット圧にて作動される主制御弁により
   制御する建設機械の作業機制御装置において、 前記主制御弁のいずれか一方のパイロット室に供給され
   るパイロット圧を手動操作により制御する手動操作弁
   と、 作業機の稼働範囲を制限する稼働範囲制限領域への到達
   により主制御弁の他方のパイロット室に一方のパイロッ
   ト室と等しいパイロット圧を供給する電磁比例弁と、 この電磁比例弁および前記手動操作弁の一方からのパイ
   ロット圧を選択して主制御弁のいずれか一方のパイロッ
   ト室に出力するとともに、他方からのパイロット圧を選
   択して主制御弁の他方のパイロット室に出力する電磁切
   替弁と を具備したことを特徴とする建設機械の作業機制
   御装置。
2. 【請求項２】 作業機を作動する油圧アクチュエータに
   供給される作動油を、一方または他方のパイロット室に
   供給されるパイロット圧にて作動される主制御弁により
   制御する建設機械の作業機制御装置において、 前記パイロット圧の供給を常時受け主制御弁に供給され
   るパイロット圧を手動操作により制御する手動操作弁
   と、 前記パイロット圧を選択的に取出す電磁安全弁と、 この電磁安全弁から供給されたパイロット圧を電気信号
   に応じた開度に制御される弁体を経て出力し、主制御弁
   のいずれか一方のパイロット室にパイロット圧を供給す
   る手動操作弁に対し、作業機の稼働範囲を制限する稼働
   範囲制限領域への到達により主制御弁の他方のパイロッ
   ト室に一方のパイロット室と等しいパイロット圧を供給
   する電磁比例弁と、 この電磁比例弁および前記手動操作弁の一方からのパイ
   ロット圧を選択して主制御弁のいずれか一方のパイロッ
   ト室に出力するとともに、他方からのパイロット圧を選
   択して主制御弁の他方のパイロット室に出力する電磁切
   替弁と、 前記電磁安全弁、電磁比例弁および電磁切替弁を電気信
   号により制御するコントローラと、 このコントローラに作業機の作動量を検出して入力する
   作業機センサおよび手動操作弁による手動操作状態を検
   出して入力する手動操作センサとを具備したことを特徴
   とする建設機械の作業機制御装置。
3. 【請求項３】 作業機を作動する油圧アクチュエータに
   供給される作動油を、一方または他方のパイロット室に
   供給されるパイロット圧にて作動されるスプールを有す
   る主制御弁により制御する建設機械の作業機制御方法に
   おいて、 手動操作時に主制御弁のいずれか一方のパイロット室を
   電磁切替弁により選択してこのパイロット室に手動操作
   されたパイロット圧を供給して、変位された前記スプー
   ルにより油圧アクチュエータに供給される作動油を制御
   し、 作業機がその稼働範囲を制限する稼働範囲制限領域に達
   した時点で前記主制御弁の他方のパイロット室を電磁切
   替弁により選択して、手動操作されたパイロット圧と等
   しい圧に電気的に昇圧制御されたパイロット圧をこの他
   方のパイロット室に印加することにより、主制御弁のス
   プールを中立位置に戻して油圧アクチュエータを停止さ
   せ、 自動制御時は、手動操作時に対し電磁切替弁を切替状態
   にして手動操作されたパイロット圧を遮断するとともに
   電気的に制御されたパイロット圧を用いて主制御弁を自
   動制御する ことを特徴とする建設機械の作業機制御方
   法。
4. 【請求項４】 作業機が稼働範囲制限領域に近付いた時
   点で、一方の手動操作されたパイロット圧に対し他方の
   パイロット圧を徐々に昇圧制御し、 作業機が前記稼働範囲制限領域に達した時点で両方のパ
   イロット圧を等しく制御して主制御弁を中立位置に戻す
   ことを特徴とする請求項３記載の建設機械の作業機制御
   方法。