JP3459741B2 - バックホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機台に対してブー
ム、アーム、バケットを一連に連結し、ブームを駆動す
る複動型のブームシリンダ、アームを駆動する複動型の
アームシリンダ、バケットを駆動する複動型のバケット
シリンダ夫々を備え、バケットの先端を機台の水平方向
と平行となる姿勢の直線軌跡に沿って移動させる水平掘
削制御を行うよう前記ブームシリンダと、前記アームシ
リンダとを制御する制御装置を備えたバックホウに関
し、詳しくは、ブームシリンダ、アームシリンダ等に対
する制御弁をパイロット圧の作用で開度を調節して作動
油の給排量を調節するよう油圧系が構成されたものの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のように構成されたバックホ
ウとして、パイロット圧操作型でないものであるが特開
平４‐３１９１２８号公報に示されるものが存在する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記水平掘削制御につ
いて考えるに、バケットの先端を直線軌跡に沿って移動
させるにはブームとアームとを高精度で制御して作動さ
せる必要があり、パイロット圧の制御で開度が調節され
る制御弁を用いたものではパイロット圧の微妙な調節を
可能にするようパイロット圧の調圧系が採用されると共
に、この調圧系を制御する制御装置を必要とするものと
なる。しかし、ブームシリンダ、アームシリンダに作動
油を供給するポンプはエンジンで駆動されるものであ
り、このエンジンは負荷の増大によって回転数が低下す
るものであることから、エンジンの回転数が変動した場
合には制御弁が適正な開度を維持していても油量変化に
起因してバックホウ装置を適正に制御できない場合もあ
る。

【０００４】本発明の目的は、エンジン回転数が変動し
ても精度の高い水平掘削制御を可能にするバックホウを
合理的に構成する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴（請
求項１）は冒頭に記したように、バケットの先端を機台
の水平方向と平行となる姿勢の直線軌跡に沿って移動さ
せる水平掘削制御を行うようブームシリンダと、アーム
シリンダとを制御する制御装置を備えたバックホウにお
いて、前記ブームシリンダを制御する制御弁、及び、ア
ームシリンダを制御する制御弁夫々を一対の圧力作用部
の一方へ印加されるパイロット圧に対応した開度で作動
油を制御してシリンダを伸長させ、他方へ印加されるパ
イロット圧に対応した開度で作動油を制御してシリンダ
を収縮させるパイロット圧操作型に構成し、夫々の制御
弁の圧力作用部と人為操作具で操作されるパイロット圧
調節手段とを一対のパイロット油路を介して連係すると
共に、前記ブーム制御弁のパイロット油路、及び、前記
アーム制御弁のパイロット油路夫々に、パイロット油路
のパイロット圧を調節する電磁操作型の調圧弁を介装
し、前記水平掘削制御時には前記ブームシリンダ、ある
いは、アームシリンダのうちの一方のシリンダの作動に
対応する速度で他方のシリンダを作動させるよう前記調
圧弁を操作する制御動作を設定し、作動油供給用の作動
油ポンプを駆動するエンジンの回転速度を計測する計測
手段を備え、前記水平掘削制御時には前記計測手段の計
測結果に基づいて制御特性を変更する制御特性設定手段
を備えた点にあり、その作用は次の通りである。

【０００６】本発明の第２の特徴（請求項２）は請求項
１において、前記制御特性設定手段が、エンジン回転数
に対応したブームの最大作動速度、あるいは、アームの
最大作動速度を越えない速度領域で制御を行うよう動作
が設定されている点にあり、その作用は次の通りであ
る。

【０００７】本発明の第３の特徴（請求項３）は請求項
１において、前記制御特性設定手段が、前記計測手段の
計測結果に基づいて前記調圧弁を操作して前記ブーム、
あるいは、アームの作動速度を設定するよう制御動作が
設定されている点にあり、その作用は次の通りである。

【０００８】本発明の第４の特徴（請求項４）は請求項
１において、前記水平掘削制御の動作が、人為制御され
る前記アームの作動に従って、このアームの作動速度と
対応する速度でブームを作動させるよう設定されると共
に、前記アーム制御弁の一対のパイロット油路のうちア
ームシリンダを掻込み側に作動させる側の油路の圧力を
計測する圧力センサを備え、前記水平掘削制御時には、
この圧力センサの計測値と前記計測手段で計測されるエ
ンジンの回転速度とに基づいてアームの作動速度を求
め、このように求めた作動速度からブームの目標作動速
度を設定するよう前記制御装置の制御動作が設定されて
いる点にあり、その作用は次の通りである。

【０００９】本発明の第５の特徴（請求項５）は請求項
１において、前記水平掘削制御の動作が、人為制御され
る前記アームの作動に従って、このアームの作動速度と
対応する速度でブームを作動させるよう設定されると共
に、前記アーム制御弁の一対のパイロット油路のうちア
ームシリンダを掻込み側に作動させる側の油路の圧力を
計測する圧力センサを備え、前記水平掘削制御が可能な
状態で圧力センサが所定値以上の圧力の発生を検出する
と水平掘削制御を開始するよう前記制御装置の制御動作
が設定されている点にあり、その作用は次の通りであ
る。

【００１０】〔作用〕上記第１の特徴によると、水平掘
削制御を行う際には、ブーム、あるいは、アームの一方
のシリンダを作業者の意思に基づいて作動させることで
調節弁が他方側のパイロット圧を制御して他方側のシリ
ンダを追従する形態で作動させ得るものとなり、この制
御時に計測手段でエンジンの回転数が変化したことを計
測した場合には、制御特性設定手段が制御特性を変更す
る結果、エンジンの回転数の変化で作動油ポンプからの
作動油の供給量が変動しても、変動に対応した制御を可
能にするものとなる。

【００１１】上記第２の特徴によると、水平掘削制御時
にエンジンの回転数が変動した場合には、そのエンジン
の回転数に対応したブームの最大作動速度、アームの最
大作動速度を越えない速度領域で制御が行われることに
なるので、この最大作動速度を越える制御目標が設定さ
れることがなく制御不能に陥ることもない。

【００１２】上記第３の特徴によると、水平掘削制御時
には計測手段の計測結果に基づいて調節弁を操作するこ
とになるので、電気式の制御で容易にパイロット圧を調
節して制御弁を目標とする開度に設定し得るものとな
る。

【００１３】上記第４の特徴によると、水平掘削制御時
には、作業者の意思に基づいてアームを作動させること
で調節弁がブーム制御弁に対するパイロット圧を制御し
て、ブームシリンダを追従させる形態で作動させ得るも
のとなり、この制御時に計測手段の計測結果と、圧力セ
ンサの計測結果とに基づいてアームの作動速度を求める
ので、つまり、単位時間内に供給される作動油量を決め
るエンジン回転数と、制御弁の開度を決めるパイロット
圧とに基づいてアームの作動速度を求めるので、アーム
の作動速度をポテンショメータからの信号に基づいて作
動速度を求めるもののように単位時間内の計測値の変化
を求める必要がなく、計測結果そのものを作動速度の値
として扱うことが可能となって、ブームの目標作動速度
を求めるための処理速度を高め得るものとなる。

【００１４】上記第５の特徴によると、水平掘削制御を
行う場合には、水平掘削制御が可能な状態でアームを掻
込み側に操作するだけで圧力センサが所定値以上の圧力
を計測したタイミングで水平掘削制御が開始されるもの
となり、アームに対する操作レバー等を操作しながらス
イッチ類を操作する等の煩わしい操作を行わずとも済む
ものとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、ドーザ装置１
を有したゴムクローラ式の走行装置２に対して縦向き姿
勢の軸芯Ｙ周りに旋回自在に機台３を備え、この機台３
を旋回操作する油圧式の旋回モータＭを備えると共に、
機台３の前部位置にブーム４、アーム５、バケット６夫
々を一連に連結して成るバックホウ装置Ｂを備え、又、
機台３にエンジン７を有した原動部Ｅ、及び、運転座席
８、キャビン９を有した運転部Ｆを備えてバックホウを
構成する。

【００１６】前記ドーザ装置１はドーザシリンダＣ１で
駆動昇降自在に構成され、前記バックホウ装置Ｂはブー
ム４を基端部材４Ｅ、中間部材４Ｆ、先端部材４Ｇとの
３つの部材を縦向き姿勢の軸芯周りで平行４連リンク式
に揺動自在に連結することで基端部材４Ｅに対して先端
部材４Ｇを横方向に平行移動自在となるよう構成され、
機台３に対してブーム４を揺動駆動する油圧式のブーム
シリンダＣ４、ブーム４に対してアーム５を揺動駆動す
る油圧式のアームシリンダＣ５、アーム５に対してバケ
ット６を揺動駆動する油圧式のバケットシリンダＣ６を
備え、又、ブーム４の基端部材４Ｅに対して先端部材４
Ｇの横方向へ移動駆動する油圧式のオフセットシリンダ
Ｃ４Ｇを備えている。

【００１７】又、ブーム４の機台３に対する揺動量を計
測するポテンショメータ型のブームセンサ４Ｓ、ブーム
４に対するアーム５の揺動量を計測するポテンショメー
タ型のアームセンサ５Ｓ夫々を備えると共に、ブーム４
の基端部材４Ｅに対して先端部材４Ｇの横方向へのオフ
セット量を計測するポテンショメータ型のオフセットセ
ンサ４ＧＳ夫々を備えている。

【００１８】前記キャビン９は運転部Ｆは前面と右側面
とに透明樹脂、透明ガラス等の透明壁面と天井面とを有
し、図２に示すように、前記運転部Ｆには運転座席８の
前方位置に左右一対の走行制御レバー１０Ｌ，１０Ｒ
と、人為操作具としての左右一対の操作レバー１１Ｌ，
１１Ｒとを備え、又、運転部Ｆのステップ１２にはオフ
セットペダル１３を備え、運転座席８の右側位置にドー
ザ昇降レバー１４とエンジン７の回転数を設定するアク
セルレバー１５とを備えたパネル１６が配置されてい
る。前記走行制御レバー１０Ｌ，１０Ｒは、前後方向へ
の揺動操作によって、走行装置２の左右のクローラベル
トの駆動速度を独立して調節して走行速度の設定と操向
制御とを行い、右側の操作レバー１１Ｒは前方への操作
でブームシリンダＣ４を上げ側に制御し、後方への操作
でブームシリンダＣ４を下げ側に制御し、左方への操作
でバケットシリンダＣ６を掻込み側に制御し、右方への
操作でバケットシリンダＣ６を排出側に制御し、又、左
側の操作レバー１１Ｌは前方への操作でアームシリンダ
Ｃ５を排出側に制御し、後方への操作でアームシリンダ
Ｃ５を掻込み側に制御し、右方への操作で旋回モータＭ
を右旋回側に制御し、左方への操作で旋回モータＭを左
旋回側に制御し、図８に仮想線で示すように、オフセッ
トペダル１３は右方への踏込み操作でオフセットシリン
ダＣ４Ｇの作動でバケット６を右オフセット側に制御
し、左方への踏込み操作でオフセットシリンダＣ４Ｇの
作動でバケット６を左オフセット側に制御するものとな
っている。

【００１９】該バックホウの油圧図系は図３に示すよう
に構成され、同図に示すようにエンジン７で駆動される
作動油ポンプ１８とパイロット油ポンプ１９とを備える
と共に、作動油ポンプ１８から作動油路Ｐ１を介して供
給される作動油はバケットシリンダＣ６に対するバケッ
ト制御弁Ｖ６、ブームシリンダＣ４に対するブーム制御
弁Ｖ４、走行装置２の右側のクローラベルトを駆動する
油圧モータ２０Ｒに対する右モータ制御弁Ｖ２０Ｒ、左
側のクローラを駆動する油圧モータ２０Ｌに対する左モ
ータ制御弁Ｖ２０Ｌ、アームシリンダＣ５に対するアー
ム制御弁Ｖ５、該バックホウに油圧機器を別途備えた場
合に使用されるサービス制御弁ＶＳ、オフセットシリン
ダＣ４Ｇに対するオフセット制御弁Ｖ４Ｇ、ドーザシリ
ンダＣ１に対するドーザ制御弁Ｖ１、旋回モータＭに対
する旋回制御弁Ｖ２夫々に対して作動油を供給する作動
油路が形成されている。

【００２０】又、バケット制御弁Ｖ６、ブーム制御弁Ｖ
４、アーム制御弁Ｖ５、オフセット制御弁Ｖ４Ｇ、旋回
制御弁Ｖ２夫々は作用するパイロット圧に対応した開度
を得るパイロット圧操作型に構成され、右モータ制御弁
Ｖ２０Ｒ、左モータ制御弁Ｖ２０Ｌ、サービス制御弁Ｖ
Ｓ、ドーザ制御弁Ｖ１は機械操作型に構成され、又、前
記左右の操作レバー１１Ｌ，１１Ｒは非操作時に略垂直
となる中立姿勢に復帰するようバネ付勢され、前記オフ
セットペダル１３は非操作時にはその操作面が略水平と
なる中立姿勢に復帰するようバネ付勢され、パイロット
操作型の制御弁の操作系は次のように構成されている。

【００２１】図４に示す如く左側の操作レバー１１Ｌの
基端部には、左右方向への操作に基づいて前記パイロッ
ト油ポンプ１９からパイロット油路Ｐ２を介して作用す
る圧を調節するパイロット圧調節手段としての一対のパ
イロット弁２１，２１と、前後方向への操作に基づいて
前記パイロット油ポンプ１９からパイロット油路Ｐ２を
介して作用する圧を制御する一対のパイロット弁２１，
２１とを備え、夫々のパイロット弁２１，２１からのパ
イロット圧に基づいて旋回制御弁Ｖ２、アーム制御弁Ｖ
５夫々を制御するパイロット油路ＰＬ，ＰＬが形成され
ている。又、図５に示す如く右側の操作レバー１１Ｒの
基端部には、左右方向への操作に基づいて前記パイロッ
ト油ポンプ１９からパイロット油路Ｐ２を介して作用す
る圧を制御する一対のパイロット弁２１，２１と、前後
方向への操作に基づいて前記パイロット油ポンプ１９か
らパイロット油路Ｐ２を介して作用する圧を制御する一
対のパイロット弁２１，２１とを備え、夫々のパイロッ
ト弁２１，２１からのパイロット圧に基づいてバケット
制御弁Ｖ６、ブーム制御弁Ｖ４夫々を制御するパイロッ
ト油路ＰＬ，ＰＬが形成されている。又、図６に示す如
くオフセットペダル１３の基端部には左右方向への踏込
み操作に基づいてパイロット油ポンプ１９からパイロッ
ト油路Ｐ２を介して作用する圧を制御する一対のパイロ
ット弁２１，２１を備え、このパイロット弁２１，２１
からのパイロット圧に基づいてオフセット制御弁Ｖ４Ｇ
を制御するパイロット油路ＰＬ，ＰＬが形成されてい
る。

【００２２】図４、図５及び図６に示すように、アーム
制御弁Ｖ５とブーム制御弁Ｖ４とオフセット制御弁Ｖ４
Ｇに対する一対のパイロット油路ＰＬ，ＰＬ夫々に調圧
弁としての電磁操作型の圧力制御弁２２を備え、アーム
制御弁Ｖ５に対する一対のパイロット油路ＰＬ，ＰＬの
うちアーム掻込み側の油路ＰＬの圧力を計測する第１圧
力センサＰＳ１を備え、ブーム制御弁Ｖ４に対する一対
のパイロット油路ＰＬ，ＰＬのうちアーム上げ側の油路
ＰＬの圧力を計測する第２圧力センサＰＳ２を備え、更
に、ブーム制御弁Ｖ４に対する一対のパイロット油路Ｐ
Ｌ，ＰＬにはブーム上げ側のパイロット油路ＰＬの圧を
ブーム下げ側のパイロット油路ＰＬに作用させる電磁操
作型の反転操作弁２３を備えている。

【００２３】夫々のパイロット弁２１，２１は操作レバ
ー１１Ｌ，１１Ｒ、あるいは、オフセットペダル１３の
操作量に応じてパイロット油路ＰＬ，ＰＬに作用するパ
イロット圧を調節するよう構成され、前記パイロット操
作型の制御弁Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ４，Ｖ４Ｇは一対の
圧力作用部の一方に対するパイロット圧の作用で切換作
動してパイロット圧に比例した開度を得るよう構成され
ると共に、一対の圧力作用部に対して圧力が作用しない
状態で中立位置に保持されるよう構成され、圧力制御弁
２２は、その電磁ソレノイドを駆動する電流値に比例し
た開度を得るものであり、制御時には電磁ソレノイドに
対する間歇信号のデューティ比の調節でＰＷＭ式に電力
を調節して該電磁ソレノイドの開度を変更して制御弁の
圧力作用部に対するパイロット圧を調節し得るよう構成
されている。

【００２４】このバックホウでは、バックホウ装置Ｂの
操作時には常に干渉防止制御を行うと共に、水平掘削制
御を選択して行い得るものとなっている。つまり、図２
に示すように、前記パネル１６には水平掘削制御を選択
する水平掘削モードスイッチ２５と、このモードが選択
されたことを報知する水平掘削モードランプ２６と、燃
料残量、エンジン回転数等の各種の表示を行う表示部２
７を備え、図３に示すように、エンジン７にはエンジン
７の回転数を計測する計測手段としてオルタネータ２８
を用いており、その制御系は図１０に示すように、マイ
クロプロセッサを備えた制御装置２９に対して、水平掘
削モードスイッチ２５、ブームセンサ４Ｓ、アームセン
サ５Ｓ、オフセットセンサ４ＧＳ、第１、第２圧力セン
サＰＳ１，ＰＳ２、オルタネータ２８夫々からの入力系
と、水平モードランプ２６、６つの圧力制御弁２２の電
磁ソレノイド、反転操作弁２３の電磁ソレノイド夫々に
対する出力系が形成されている。

【００２５】干渉防止制御は、作業時に運転部Ｆに対し
てバケット６が接近し過ぎる状態を回避する制御であ
り、図７及び図８に示す如く、運転部Ｆのキャビン９の
前面を基準にして所定距離外方位置に停止位置Ｓと、減
速域Ｄとを形成し、又、キャビン９の右側面を基準にし
て所定距離外方位置に停止位置Ｓと、減速域Ｄとを形成
してある。そして、制御時にはアーム５の先端にバケッ
ト６を連結するバケットピン６Ｐの位置をブームセンサ
４Ｓ、アームセンサ５Ｓ、オフセットセンサ４ＧＳから
の信号に基づいて計測すると共に、ブームシリンダＣ
４、アームシリンダＣ５の作動に起因してバケットピン
６Ｐが運転部前方の減速域Ｄの域内に達した際には、バ
ケット６が運転部Ｆの側に接近するほど速度を大きく減
じ、更に接近する作動でバケットピン６Ｐが停止位置Ｓ
に達した際には、バケット６の接近作動を停止させる制
御を行う。これと同様に、オフセットシリンダＣ４Ｇの
作動に起因して運転部側方の減速域Ｄの域内にバケット
ピン６Ｐが達した際には、バケット６が運転部Ｆの側に
接近するほど速度を大きく減じ、更に接近する作動でバ
ケットピン６Ｐが停止位置Ｓに達した際には、バケット
６の接近作動を停止させる制御を行うものとなってい
る。

【００２６】具体的には、制御干渉防止制御では前記ブ
ームセンサ４Ｓ、アームセンサ５Ｓ、オフセットセンサ
４ＧＳからの信号に基づいてアーム５とバケット６とを
連結するバケットピン６Ｐの位置を計測しておき、この
バケットピン６Ｐが減速域Ｄに達すると、制御装置２９
が接近操作側の圧力制御弁２２を操作する間歇信号のデ
ューティ比の調節で制御弁に対するパイロット圧を低減
して、該制御弁の開度を小さくしてバケット６が運転部
Ｆに接近する作動の減速を行うものとなっている。次
に、アーム５、あるいは、ブーム６の作動でバケットピ
ン６Ｐが停止位置Ｓに達した場合には、制御装置２９
が、アーム掻込み側のパイロット油路ＰＬの圧力制御弁
２２を閉じ操作することで制御弁を中立位置に復元操作
してバケット６の接近作動を停止するものとなってい
る。

【００２７】これと同様に、ブーム４の中間部材４Ｆ、
先端部材４Ｇのオフセット作動でバケットピン６Ｐが停
止位置Ｓに達した場合には、制御装置２９がブーム４の
中間部材４Ｆ、先端部材４Ｇを接近側に作動させるパイ
ロット油路ＰＬの圧力制御弁２２を閉じ状態に操作し
て、オフセットペダル１３の操作が継続してもバケット
６の移動を停止させるものとなっている。

【００２８】又、このように停止した後にバケット６を
反運転部Ｆの側に作動させた場合には減速域Ｄにおいて
バケットピン６Ｐの位置が運転部Ｆから離間するほど制
御弁に対するパイロット圧の増大を図ってバケット６の
移動速度の増大を図り、減速域Ｄから外方の域に達した
場合に圧力制御弁２２を開放状態に設定して操作レバー
１１Ｌ，１１Ｒ、オフセットペダル１３の操作に対応し
た速度でバケット６の移動を行うよう制御動作が設定さ
れている。

【００２９】尚、キャビン９の前方側の停止位置Ｓにバ
ケットピン６Ｐが達した状態ではバケット６がどのよう
な姿勢にあってもバケット６の先端が運転部Ｆのキャビ
ン９の前面に接触しない位置に該停止位置Ｓが設定さ
れ、減速域Ｄで人為的に停止させた後、停止位置Ｓで停
止した後に減速域Ｄの域内で運転部Ｆから離間する方向
にバケット６を移動させる場合には運転部Ｆから離間す
るほど圧力制御弁２２の開度を拡大して制御弁に対する
パイロット圧の増大でバケット６の移動速度の増大を図
り、減速域Ｄから外方の域に達した場合に圧力制御弁２
２を開放状態に設定して操作レバー１１Ｌ，１１Ｒ、オ
フセットペダル１３の操作に対応した速度でバケット６
の移動を行うよう制御動作が設定されている。

【００３０】又、水平掘削制御は、図９に示す如くバケ
ット６を任意の掘削深さに設定した状態で、その掘削深
さを維持した状態で機台２と平行姿勢（クローラベルト
の接地面と平行の姿勢）の直線軌跡ＨＬに沿って自動的
にバケット６を移動させて掘削深さを略一定に維持した
状態での掘削作業を目的とするものであり、その制御動
作は次のように設定されている。

【００３１】つまり、作業時には図９（イ）に示すよう
に、バックホウ装置Ｂの制御でバケット６を任意の掘削
深さに設定し、アーム５に対するバケット６の姿勢を同
図に示す如くアーム５の長手方向の延長上にバケット爪
６Ｎの先端が位置するよう設定した後に、前記水平掘削
モードスイッチ２５をＯＮ操作することで水平掘削制御
が開始されるものであり、この制御では、図１２のフロ
ーチャートに示すように、前記水平掘削モードスイッチ
２５がＯＮ操作されると、制御装置２９は先ず、水平掘
削モードランプ２６を点灯させ、次に、前記ブームセン
サ４Ｓ、アームセンサ５Ｓ、オフセットセンサ４ＧＳか
らの信号に基づいてバケット爪６Ｎの先端の位置を計測
し、この計測結果から前記直線軌跡ＨＬを求め、このバ
ケット爪６Ｎの先端の位置を直線軌跡ＨＬに沿って移動
させた際にブーム４を上げ方向に作動させる形態から下
げ方向に作動させる形態への切換えるための反転座標を
求め、この後に、左側の操作レバー１１Ｌが後方に操作
される（アーム５を掻込み側に作動させる操作形態）と
同時に、右側の操作レバー１１Ｒが前方に操作された
（ブーム４を上げ側に作動させる操作形態）ことが第
１、第２圧力センサＰＳ１，ＰＳ２からの計測結果に基
づいて判別した際に、アーム制御弁Ｖ５のパイロット圧
を予め設定された特性で上昇させる制御を行う（＃１０
１〜＃１０７ステップ）。

【００３２】尚、圧力センサ第１、第２ＰＳ１，ＰＳ２
でパイロット圧の上昇が計測されない状態で水平掘削モ
ードスイッチ２５がＯＦＦ操作された場合には制御動作
を停止するものとなっている（＃１０６ステップ）。
又、前述のようにアーム制御弁Ｖ５に対するパイロット
圧を予め設定された特性で上昇させる理由は、このバッ
クホウのようにパイロット圧に基づいて制御弁の開度を
調節する構造のものでは、操作レバー１１Ｌ，１１Ｒの
操作の初期にパイロット弁２１の個体差、あるいは、油
温によって操作レバー１１Ｌ，１１Ｒの操作に追従した
パイロット圧の昇圧を得難いことから、この操作の開始
時には、電気制御で開度の設定が可能な圧力制御弁２２
を電気的に制御することで予め設定された特性でパイロ
ット圧を制御して制御弁の開度の増大を図って急激な作
動、あるいは、脈動的に作動速度が変化する現象を回避
するためである。

【００３３】そして、アーム５の作動が開始されると第
１、第２圧力センサＰＳ１，ＰＳ２で計測されるパイロ
ット圧が解除されるまで補正処理ルーチンと水平掘削ル
ーチンとの制御を継続するものとなっている（＃２０
０、＃３００、＃１０８ステップ）。尚、この補正処理
ルーチン（＃２００ステップ）と、水平掘削ルーチン
（＃３００ステップ）においてはエンジン７の回転速度
に基づいて制御特性を変化させるものであり、この制御
動作を行う処理系で請求項１の制御特性設定手段Ｖが構
成されている。

【００３４】前記補正処理ルーチン（＃２００ステッ
プ）と水平掘削ルーチン（＃３００ステップ）はサブル
ーチンの形でセットされ、補正処理ルーチンの制御動作
は図１２のフローチャートに示すように、制御時には、
前記オルタネータ２８からの信号（電圧値）に基づいて
エンジン７の現在の回転速度（Ｅｒ）を計測すると共
に、このエンジン７の現在の回転速度（Ｅｒ）と、制御
装置２９のメモリに予め保存された特性のグラフ（Ｈ）
とに基づいて、このエンジン回転速度（Ｅｒ）に対応す
るブーム４の最大作動速度（ＭＡＸｂ）を設定し、この
設定値を制御装置２９のメモリ、レジスタ等に保持する
（＃２０１〜＃２０３ステップ）。

【００３５】次に、エンジン回転速度に対応して、制御
装置２９のメモリに予め保存された複数種の電流補正特
性曲線（フローチャート中にはＥｒ１〜Ｅｒ４の４つの
特性曲線のみを表している）のうちの１つを選択すると
共に、選択された電流補正特性曲線〔ｆ(s) 〕の式を保
存するメモリのアドレスをメモリ、レジスタ等に保持す
るものとなっている（＃２０４、＃２０５ステップ）。

【００３６】水平掘削ルーチン（＃３００ステップ）の
制御動作は図１４のフローチャートと図１５のフローチ
ャートとに分割して表記してあり、制御時には図１４の
フローチャートに示すように、アーム角速度計測ルーチ
ン（＃４００ステップ）の処理でアーム５の作動速度と
しての角速度（ωａ）を求め、このように求めたアーム
角速度（ωａ）に基づいて、ブーム４の目標角速度（ω
ｂ）を演算し、このブーム４の目標角速度（ωｂ）が前
記＃２０２ステップで求めたブーム４の最大作動速度
（ＭＡＸｂ）より大きい場合にのみアーム５を掻込み側
に作動させるパイロット油路ＰＬに介装した圧力制御弁
２２の開度を小さくする減圧操作する（＃３０１〜＃３
０３ステップ）。

【００３７】具体的には図１１の模式図に示すようにア
ーム５の基端部からバケット爪６Ｎの先端までの距離を
Ｌａとし、アーム５の揺動姿勢をθａとし、アーム５の
角速度をωａとし、ブーム４の基端部からバケット爪６
Ｎの先端までの距離をＬｂとし、ブーム４の揺動姿勢を
θｂとし、ブーム４の角速度をωｂと設定すると、バケ
ット爪６Ｎが直線軌跡ＨＬ上で移動するために必要な条
件はアーム５の作動に起因するバケット爪６Ｎの先端の
水平方向への移動速度（ωａ・Ｌａ・ｓｉｎθａ）と、
ブーム４の作動に起因するバケット爪６Ｎの先端の水平
方向への移動速度（ωｂ・Ｌｂ・ｓｉｎθｂ）とが一致
することが必須であるので「ωｂ・Ｌｂ・ｓｉｎθｂ＝
ωａ・Ｌａ・ｓｉｎθａ」の式が成立し、アーム５の角
速度ωａに基づいてこの式を解くとこで、前述したブー
ム４の目標角速度ωｂを得るものとなる。

【００３８】次に、ブーム４の目標角速度（ωｂ）が前
記ブーム４の最大作動速度（ＭＡＸｂ）より小さい状態
で前記＃２０４ステップで選択した電流補正特性曲線
〔ｆ(s) 〕の式とブーム４の目標角速度（ωｂ）とに基
づいてブーム４を上げ方向に作動させる側のパイロット
油路ＰＬに介装した圧力制御弁２２を制御するための目
標電流値（Ｉｓ）を求め、この目標電流値（Ｉｓ）で該
圧力制御弁２２の電磁ソレノイドを駆動する（＃３０
４、＃３０５ステップ）。

【００３９】次に、このようにアーム５の作動と連動し
てブーム４の作動が開始されると、図１５のフローチャ
ートに示すように、ブームセンサ４Ｓからの信号に基づ
いてブーム４の角速度を計測し、このブーム４の角速度
と前記目標角速度（ωｂ）の値を基準に設定された不感
帯と比較し、ブーム４の角速度が不感帯の域内に存在し
ない場合には適正な速度を得るように前記目標電流値
（Ｉｓ）の補正を行い（＃３０６〜＃３０８ステッ
プ）、この後、ブーム４の角速度が不感帯の域内に存在
する場合には、ブームセンサ４Ｓとアームセンサ５Ｓと
のからの信号に基づいてバケット爪６Ｎの先端の座標を
計測し、この先端の座標と前記直線軌跡ＨＬを基準に設
定された不感帯と比較し、バケット爪６Ｎの先端の座標
が不感帯の域内に存在しない場合には前記目標電流値
（Ｉｓ）の補正を行い（＃３０９〜＃３１１ステッ
プ）、バケット爪６Ｎの先端の座標が不感帯の域内に存
在する場合には、この後、ブームセンサ４Ｓとアームセ
ンサ５Ｓからの信号に基づいてバケット爪６Ｎの先端が
前記＃１０４ステップで設定された反転座標、つまり、
図９（ロ）に示すようにアーム５の姿勢が略垂直姿勢に
達したことが判別されると前記反転操作弁２３を切換え
操作してブーム４を逆方向、つまり、上げ作動から下げ
作動に切り換えて図９（ロ）に示すように、バケット爪
６Ｎの先端を直線軌跡ＨＬ上に位置する制御を継続させ
るものとなっている。

【００４０】尚、反転操作弁２３を操作する理由は、こ
の水平掘削制御では図９（イ）に示す如く掘削作業の初
期にはブーム４は上げ方向に作動させ、アーム５は掻込
み側に作動させるものであるが、ブーム４、アーム５が
図９（ロ）に示す反転姿勢に達した後にはアーム５を掻
込み側に作動させ乍らブーム４を下げ方向に作動させる
必要があることから、ブーム制御弁Ｖ４に対するパイロ
ット圧を切換えることでブーム制御弁Ｖ４を切換え作動
させて図９（ハ）に示すように、ブーム４を逆方向に作
動させる目的からである。

【００４１】前記アーム角速度計測ルーチン（＃４００
ステップ）はサブルーチンの形でセットされ、この制御
動作は図１６のフローチャートに示すように、前記オル
タネータ２８からの信号に基づいてエンジン７の回転速
度（Ｅｒ）を計測し、このエンジン回転速度（Ｅｒ）に
対応して、制御装置２９のメモリに予め保存された複数
種のパイロット圧特性（フローチャート中にはＥｒ１〜
Ｅｒ４の４つの特性のみを表している）のうちの１つの
パイロット圧特性〔Ｇ(p) 〕を選択すると共に、このよ
うに選択されたパイロット圧特性〔Ｇ(p) 〕と第１圧力
センサＰＳ１とに基づいてアーム５の作動速度としての
角速度（ωａ）を演算によって求め、このように求めた
角速度（ωａ）をメモリ、レジスタ等にストアするもの
となっており、この処理ではアームセンサ５Ｓからの信
号を微分する等の複雑な処理を行わずにパイロット圧と
エンジン回転速度とから迅速にアーム５の作動速度を求
め得るものとなっている。

【００４２】このように、このバックホウでは干渉防止
制御時にはブーム４、アーム５の何れによる作動でもバ
ケット６が運転部Ｆのキャビン９の前面に接近して、バ
ケットピン６Ｐが減速域Ｄに達するとブーム４、アーム
５、あるいは、ブーム４のオフセット系の作動速度の減
速によってバケット６の移動速度を減じ、この後、停止
位置Ｓで自動的に停止させるものとなっている。特に、
水平掘削作業時には水平掘削モードスイッチ２５をＯＮ
操作した状態で、作業者が左側の操作レバー１１Ｌを掻
込み側に操作し、右側の操作レバー１１Ｒを上げ側に操
作する形態を維持することでアーム５の作動速度に対応
する速度でブーム４を作動させる制御が開始され、この
操作時には右側の操作レバー１１Ｒ（ブーム４に対する
操作レバー）を限界位置まで操作した状態でも、左側の
操作レバー１１Ｌ（アーム５に対する操作レバー）の操
作量を調節することでアーム５の作動速度に従ってブー
ム４の作動速度を制御する形態での水平掘削制御が継続
されるので操作が簡単になるばかりでなく、バケット爪
６Ｎの先端の座標を周期的にセンシングしてブーム４の
姿勢とアーム５の姿勢とを制御するものと比較すると、
バケット５を円滑に作動させて作業を行えるものとな
り、この作業時に前述のようにブーム４を上げ方向から
下げ方向へ切換える姿勢に達した場合には制御装置２９
が自動的に切換え作動を行うので、作業者は特別な操作
を行わずとも作業を継続し得るものであり、更に、この
水平掘削作業を終了する場合でも左右何れの操作レバー
１１Ｌ，１１Ｒの操作を中止することで済むものとなっ
ている。

【００４３】更に、本発明では、アーム５の作動速度を
アームセンサ５Ｓからの信号を用いずにエンジン７の回
転速度とアーム５を制御するためのパイロット圧とに基
づいて求めているので、アームセンサ５Ｓの信号を一定
周期毎にサンプリングして微分処理を行うものと比較し
て処理を高速で行えるものとなっており、又、エンジン
７の回転速度に基づいてブーム４の最大作動速度を求
め、ブーム４を所望の速度で作動させる際に圧力制御弁
２２の電磁ソレノイドを駆動する電流値をエンジン７の
回転速度に基づいて求めておくおことで制御不能に陥る
ことがなく、しかも、エンジン７の回転速度が変化して
も所望の速度でブーム４を作動させ、精度高く水平掘削
作業を行えるものとなっている。

【００４４】特に、本発明では、ブーム４の基端部から
バケット爪６Ｎの先端までの距離をＬｂがアーム５の揺
動角によって変化するものの、アーム５の基端部からバ
ケット爪６Ｎの先端までの距離をＬａを定数に設定し、
演算時には、アーム５の揺動姿勢をθａを求め、アーム
５の角速度をωａ求め、距離Ｌｂを求め、ブーム４の揺
動姿勢をθｂを求めて加減、乗除程度の単純な演算で１
つの未知数を求める処理を行うだけでブーム４の目標角
速度をωｂを求め得るものであることから、処理速度が
高速化するばかりで無く、処理を行うプログラムも小さ
なもので済むものとなっている。

【００４５】〔別実施の形態〕本発明は上記実施の形態
以外に、例えば、エンジンの回転数を計測するにエンジ
ンの回転系の部材の回転を計測する近接スイッチ等を用
いることが可能であり、又、パイロット圧を制御するに
電磁比例減圧形の制御弁を用いることも可能である。

【００４６】又、本発明ではブームの作動に従って、ブ
ームの作動速度に対応する速度でアームを作動させるよ
う制御動作を設定するとが可能であり、この制御時には
エンジン回転速度に基づいてアームの作動速度の制御目
標を設定するよう制御動作を設定することも可能であ
る。

【００４７】

【発明の効果】従って、エンジン回転数が変動してもブ
ーム、アームの一方の作動に追従して他方側を精度高く
制御する形態の水平掘削制御を可能にするバックホウが
合理的に構成された（請求項１）。又、水平掘削制御時
には高速作動を制限して無理のない作動を可能にし（請
求項２）、水平掘削制御時には制御系の複雑化を招くこ
となく電気式の制御を可能にし（請求項３）、水平掘削
制御時にはアームの人為制御に従ってアームを作動させ
ると共に、この制御時にはアームの作動速度を瞬時に把
握してブームを制御し得るものとなり（請求項４）、水
平掘削作業開始時にはアームに対する操作具を操作する
だけでアームの作動と同時にブームの制御を開始して、
制御の初期からアームの作動に追従してブームを精度高
く制御し得るものとなった（請求項５）。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックホウの全体側面図

【図２】運転部の平面図

【図３】作動油系の油圧回路図

【図４】左側の操作レバーと連動するパイロット油圧系
の油圧回路図

【図５】右側の操作レバーと連動するパイロット油圧系
の油圧回路図

【図６】オフセットペダルと連動するパイロット油圧系
の油圧回路図

【図７】減速域、停止位置の概略を示す側面図

【図８】減速域、停止位置の概略を示す平面図

【図９】水平掘削制御時のバックホウ装置の姿勢を順次
示す図

【図１０】制御系のブロック回路図

【図１１】水平掘削制御時のブームの作動速度の関係を
示す模式図

【図１２】水平掘削制御のメインのフローチャート

【図１３】補正処理設定ルーチンのフローチャート

【図１４】掘削制御ルーチンの前半を表すフローチャー
ト

【図１５】掘削制御ルーチンの後半を表すフローチャー
ト

【図１６】アーム角速度計測ルーチンのフローチャート

【符号の説明】

３ 機台 ４ ブーム ５ アーム ６ バケット ７ エンジン １８ 作動油ポンプ １１Ｌ，１１Ｒ 人為操作具 ２１ パイロット圧調節手段 ２２ 調圧弁 ２８ 計測手段 ２９ 制御装置 Ｃ４ ブームシリンダ Ｃ５ アームシリンダ Ｃ６ バケットシリンダ ＨＬ 直線軌跡 ＰＬ パイロット油路 ＰＳ１ 圧力センサ Ｖ 制御特性設定手段 Ｖ４ 制御弁 Ｖ５ 制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機台に対してブーム、アーム、バケット
   を一連に連結し、ブームを駆動する複動型のブームシリ
   ンダ、アームを駆動する複動型のアームシリンダ、バケ
   ットを駆動する複動型のバケットシリンダ夫々を備え、
   バケットの先端を機台の水平方向と平行となる姿勢の直
   線軌跡に沿って移動させる水平掘削制御を行うよう前記
   ブームシリンダと、前記アームシリンダとを制御する制
   御装置を備えたバックホウであって、 前記ブームシリンダを制御する制御弁、及び、アームシ
   リンダを制御する制御弁夫々を一対の圧力作用部の一方
   へ印加されるパイロット圧に対応した開度で作動油を制
   御してシリンダを伸長させ、他方へ印加されるパイロッ
   ト圧に対応した開度で作動油を制御してシリンダを収縮
   させるパイロット圧操作型に構成し、夫々の制御弁の圧
   力作用部と人為操作具で操作されるパイロット圧調節手
   段とを一対のパイロット油路を介して連係すると共に、
   前記ブーム制御弁のパイロット油路、及び、前記アーム
   制御弁のパイロット油路夫々に、パイロット油路のパイ
   ロット圧を調節する電磁操作型の調圧弁を介装し、前記
   水平掘削制御時には前記ブームシリンダ、あるいは、ア
   ームシリンダのうちの一方のシリンダの作動に対応する
   速度で他方のシリンダを作動させるよう前記調圧弁を操
   作する制御動作を設定し、 作動油供給用の作動油ポンプを駆動するエンジンの回転
   速度を計測する計測手段を備え、前記水平掘削制御時に
   は前記計測手段の計測結果に基づいて制御特性を変更す
   る制御特性設定手段を備えたバックホウ。
2. 【請求項２】 前記制御特性設定手段が、エンジン回転
   数に対応したブームの最大作動速度、あるいは、アーム
   の最大作動速度を越えない速度領域で制御を行うよう動
   作が設定されている請求項１記載のバックホウ。
3. 【請求項３】 前記制御特性設定手段が、前記計測手段
   の計測結果に基づいて前記調圧弁を操作して前記ブー
   ム、あるいは、アームの作動速度を設定するよう制御動
   作が設定されている請求項１記載のバックホウ。
4. 【請求項４】 前記水平掘削制御の動作が、人為制御さ
   れる前記アームの作動に従って、このアームの作動速度
   と対応する速度でブームを作動させるよう設定されると
   共に、前記アーム制御弁の一対のパイロット油路のうち
   アームシリンダを掻込み側に作動させる側の油路の圧力
   を計測する圧力センサを備え、前記水平掘削制御時に
   は、この圧力センサの計測値と前記計測手段で計測され
   るエンジンの回転速度とに基づいてアームの作動速度を
   求め、このように求めた作動速度からブームの目標作動
   速度を設定するよう前記制御装置の制御動作が設定され
   ている請求項１記載のバックホウ。
5. 【請求項５】 前記水平掘削制御の動作が、人為制御さ
   れる前記アームの作動に従って、このアームの作動速度
   と対応する速度でブームを作動させるよう設定されると
   共に、前記アーム制御弁の一対のパイロット油路のうち
   アームシリンダを掻込み側に作動させる側の油路の圧力
   を計測する圧力センサを備え、前記水平掘削制御が可能
   な状態で圧力センサが所定値以上の圧力の発生を検出す
   ると水平掘削制御を開始するよう前記制御装置の制御動
   作が設定されている請求項１記載のバックホウ。