JP6406086B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関するものである。

従来より、下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、上部旋回体の前側に起伏可能に搭載されたアタッチメントとを備えた作業機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、バケットがキャブに干渉するのを防止するために、基端ブームの仰角やアームの揺動角度を検出しながら、基端ブームを上昇させる際にアームを自動的に前方に押し出すアーム回避動作を行うようにした構成が記載されている。

そして、アーム回避動作と同時にバケットを自動的に掘削方向に回動させることにより、基端ブームの上昇とアームの前方への押し出しが同時に続けられてもバケットの姿勢をほぼ水平に維持するようにしている。これにより、バケット内部に貯蔵された土がブーム上昇中に落下してしまうのを防止している。

特許第４４４６０４２号公報

ところで、バケットの代わりに、マグネット装置が設けられたアタッチメントでは、マグネット装置に吸着されたスクラップ等を搬送するのにあたって、マグネット装置を、吸着面が水平となる水平姿勢に維持することが好ましい。そのため、マグネット装置が設けられたアタッチメントにおいても、特許文献１に記載された制御を適用することが考えられる。

しかしながら、実際の作業現場では、マグネット装置でスクラップ等を吸着していない場合には、作業者がマグネット装置を自由に操作したいという要望があり、特許文献１の発明のように、常時、マグネット装置を水平姿勢に維持するようにフィードバック制御する構成では、操作性が悪くなるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マグネット装置でスクラップ等を吸着した場合にのみ、マグネット装置を自動的に水平姿勢に維持できるようにすることにある。

本発明は、下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、マグネット装置が設けられて該上部旋回体の前側に起伏可能に搭載されたアタッチメントとを備えた作業機械を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、シリンダロッドの伸縮動作に伴って前記マグネット装置を揺動させることで、該マグネット装置の傾斜角度を調整するフロントシリンダと、
前記マグネット装置の傾斜角度を検出する角度検出部と、
前記マグネット装置が、吸着面に吸着対象物を吸着している吸着状態であるか、又は該吸着面に該吸着対象物を吸着していない非吸着状態であるかを判定する吸着判定部と、
前記吸着判定部によって前記吸着状態であると判定された場合に、前記角度検出部で検出された傾斜角度に基づいて、前記マグネット装置の吸着面が水平な水平姿勢となるように前記シリンダロッドを伸縮させる姿勢制御を行う一方、前記非吸着状態であると判定された場合に該マグネット装置の姿勢制御を解除する油圧制御部とを備えたことを特徴とするものである。

第１の発明では、マグネット装置でスクラップ等の吸着対象物を吸着した場合に、マグネット装置の姿勢制御が行われる。これにより、作業者が手動でマグネット装置の姿勢調整を行うことなく、マグネット装置を自動的に水平姿勢に維持することができる。

一方、マグネット装置で吸着対象物を吸着していない場合には、マグネット装置の姿勢制御が解除される。これにより、非吸着状態において作業者がマグネット装置を自由に操作することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記マグネット装置を励磁状態又は消磁状態に切り換える吸着ボタンを備え、
前記吸着判定部は、前記吸着ボタンによって前記マグネット装置が励磁状態に切り換えられ且つ前記アタッチメントのブームが持ち上げられた場合に、前記吸着状態であると判定することを特徴とするものである。

第２の発明では、マグネット装置を励磁状態にして吸着対象物を吸着させ、アタッチメントのブームを持ち上げるといった通常のスクラップ搬送作業を行うだけで、マグネット装置が吸着状態であると判定されるので、作業者が特別な操作をすることなく、マグネット装置の姿勢制御を行うことができる。

第３の発明は、第１の発明において、
前記マグネット装置を前記アタッチメントのアームに対して揺動可能に支持するアームトップピンに設けられたロードセルを備え、
前記吸着判定部は、前記マグネット装置に吸着された前記吸着対象物の荷重が前記ロードセルによって検出された場合に、前記吸着状態であると判定することを特徴とするものである。

第３の発明では、アタッチメントのアームトップピンにロードセルを設けることで、吸着対象物の荷重を検出するようにしたから、マグネット装置が吸着状態であることを確実に判定することができる。

第４の発明は、第１乃至第３の発明のうち何れか１つにおいて、
前記マグネット装置の姿勢制御を行うか、又は姿勢制御を解除するかを選択的に切り換える切換スイッチを備えたことを特徴とするものである。

第４の発明では、切換スイッチによって、マグネット装置の姿勢制御を行うか、又は解除するかを選択的に切り換えることで、マグネット装置の姿勢制御を行うタイミングを作業者が決定することができる。つまり、マグネット装置で吸着対象物を吸着したとしても、マグネット装置の姿勢制御を行わないようにすることが可能となる。

本発明によれば、マグネット装置でスクラップ等の吸着対象物を吸着した場合に、マグネット装置の姿勢制御が行われるので、作業者が手動でマグネット装置の姿勢調整を行うことなく、マグネット装置を自動的に水平姿勢に維持することができる。一方、マグネット装置で吸着対象物を吸着していない場合には、マグネット装置の姿勢制御が解除されるので、非吸着状態において作業者がマグネット装置を自由に操作することができる。

本実施形態１に係る作業機械の構成を示す側面図である。 マグネット装置の傾斜角度を調整するための油圧制御回路図である。 ブーム、アーム、及びマグネット装置の傾斜角度の関係を説明する側面図である。 本実施形態２に係るマグネット装置の構成を一部拡大して示す側面図である。 本実施形態３に係る角度検出部の構成を示す側面図である。 吸着面が後方を向くようにマグネット装置を傾けた状態を示す図５相当図である。 吸着面が前方を向くようにマグネット装置を傾けた状態を示す図５相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１は、本実施形態１に係る作業機械の構成を示す側面図である。図１に示すように、作業機械１０は、クローラ式の下部走行体１１と、下部走行体１１上に旋回可能に搭載された上部旋回体１２とを備えている。上部旋回体１２の左側前方には、キャブ１５が配設されている。上部旋回体１２の中央前方には、アタッチメント２０が起伏可能に搭載されている。

アタッチメント２０は、基端部が上部旋回体１２に回動可能に取り付けられたブーム２１と、ブーム２１の先端部に回動可能に取り付けられたアーム２５と、アーム２５の先端部に回動可能に取り付けられたマグネット装置３０とを有する。

ブーム２１は、ブームシリンダ２２を伸縮させることにより、ブームフットピン２３を中心に上部旋回体１２の上下方向に回動される（図３参照）。アーム２５は、アームシリンダ２６を伸縮させることにより、ブームトップピン２４を中心に上部旋回体１２の前後方向に回動される。マグネット装置３０は、フロントシリンダ３５を伸縮させることにより、アームトップピン２８を中心にアーム２５の前後方向に回動される。

マグネット装置３０は、本体部３１と、本体部３１の下端部に取り付けられたマグネット部３２とを有する。本体部３１は、アーム２５の先端部に設けられたアームトップピン２８を中心に揺動可能に支持されている。本体部３１とアーム２５とは、リンク部３４を介して連結されている。リンク部３４には、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６の先端部が連結されている。マグネット装置３０は、シリンダロッド３６の伸縮動作に伴ってリンク部３４を介して揺動されることで、その傾斜角度が調整される。

マグネット部３２は、押しボタン式の吸着ボタン５３（図２参照）を押すことにより、励磁状態又は消磁状態に切り換え可能となっている。具体的に、マグネット装置３０が消磁状態のときに吸着ボタン５３を押すと、マグネット装置３０が励磁状態に切り換えられる。また、マグネット装置３０が励磁状態のときに吸着ボタン５３を押すと、マグネット装置３０が消磁状態に切り換えられる。マグネット装置３０が励磁状態のときには、マグネット部３２の吸着面にスクラップ等の吸着対象物Ｓが吸着される。

図２は、マグネット装置の傾斜角度を調整するための油圧制御回路図である。図２に示す実線は、油圧の油路を示し、図２に示す点線は、メカトロコントローラ５０に入出力される信号の経路を示す。

図２に示すように、コントロールバルブ４０は、メインポンプ４１から吐出される作動油の給排方向を切り換えることで、フロントシリンダ３５を伸縮させる。ここで、コントロールバルブ４０は、非作業時においては、中立位置に切り換えられており、フロントシリンダ３５の伸縮動作は行われない。

パイロット弁４２は、操作レバー４３の操作によって、パイロットポンプ４４から吐出されるパイロット油の給排方向を切り換える。パイロット弁４２とコントロールバルブ４０とを繋ぐパイロットライン４５には、シャトル弁４６が接続されている。シャトル弁４６は、後述するマグネット装置３０の姿勢制御のための第１切換弁４７及び第２切換弁４８にも接続されている。シャトル弁４６は、圧力の高い側に連通するチェックバルブで構成されている。

ここで、図２で左側のパイロットライン４５からパイロット油が供給されると、コントロールバルブ４０は、フロントシリンダ３５のヘッド側（図２で右側）のシリンダ室に作動油が供給されるとともに、ロッド側（図２で左側）のシリンダ室の作動油がタンク４９に戻る位置に切り換えられる。これにより、シリンダロッド３６が伸びるので、マグネット部３２の吸着面が後方を向くようにマグネット装置３０が揺動する。

一方、図２で右側のパイロットライン４５からパイロット油が供給されると、コントロールバルブ４０は、フロントシリンダ３５のロッド側のシリンダ室に作動油が供給されるとともに、ヘッド側のシリンダ室の作動油がタンク４９に戻る位置に切り換えられる。これにより、シリンダロッド３６が縮むので、マグネット部３２の吸着面が前方を向くようにマグネット装置３０が揺動する。

パイロットポンプ４４から吐出されたパイロット油は、パイロット弁４２に向かう途中で分岐して、第１切換弁４７及び第２切換弁４８にも供給される。第１切換弁４７及び第２切換弁４８は、メカトロコントローラ５０からの制御信号を受けて、パイロット油の流通を許可又は遮断する位置に切り換え可能となっている。

ここで、メカトロコントローラ５０から第１切換弁４７に制御信号が出力されてパイロット油の流通が許可されると、フロントシリンダ３５のヘッド側のシリンダ室に作動油が供給される位置にコントロールバルブ４０が切り換えられ、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６が伸びる。

一方、メカトロコントローラ５０から第２切換弁４８に制御信号が出力されてパイロット油の流通が許可されると、フロントシリンダ３５のロッド側のシリンダ室に作動油が供給される位置にコントロールバルブ４０が切り換えられ、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６が縮む。

なお、第１切換弁４７及び第２切換弁４８の切り換えに伴うマグネット装置３０の自動的な姿勢制御については、後述する。

メカトロコントローラ５０は、油圧制御部５１と、吸着判定部５２とを有する。油圧制御部５１は、フロントシリンダ３５に対する作動油の給排を制御することで、マグネット装置３０の動作を制御する。

吸着判定部５２は、マグネット装置３０が、マグネット部３２の吸着面に吸着対象物Ｓを吸着している吸着状態であるか、又はマグネット部３２の吸着面に吸着対象物Ｓを吸着していない非吸着状態であるかを判定する。

具体的に、吸着判定部５２は、吸着ボタン５３が押されてマグネット装置３０が励磁状態に切り換えられ且つアタッチメント２０のブーム２１が持ち上げられた場合に吸着状態であると判定する。一方、吸着ボタン５３が押されてマグネット装置３０が消磁状態に切り替えられた場合に非吸着状態であると判定する。

角度検出部５５は、アングルセンサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃで構成されており、アタッチメント２０のブーム２１、アーム２５、及びマグネット装置３０を回動可能に支持するブームフットピン２３、ブームトップピン２４、及びアームトップピン２８の近傍に配設されている（図３参照）。アングルセンサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃで検出された傾斜角度を示す信号は、メカトロコントローラ５０に送信される。なお、角度検出部５５は、ブーム２１、アーム２５、及びマグネット装置３０を揺動させる各シリンダのストロークを計測するストローク計で構成してもよい。

ところで、マグネット装置３０を有するアタッチメント２０では、マグネット装置３０で吸着された吸着対象物Ｓを搬送するのにあたって、マグネット装置３０を吸着面が水平な水平姿勢に維持することが好ましい。そこで、本実施形態では、マグネット装置３０を自動的に水平姿勢に維持できるようにしている。

メカトロコントローラ５０では、吸着判定部５２において、マグネット装置３０が吸着状態であるか、又は非吸着状態であるかが判定される。マグネット装置３０が吸着状態であると判定された場合には、油圧制御部５１は、角度検出部５５で検出された傾斜角度に基づいて、第１切換弁４７又は第２切換弁４８に対して制御信号を出力する。

具体的に、マグネット装置３０が吸着面を前方に向けた姿勢となっていた場合には、マグネット装置３０を水平姿勢にするために、シリンダロッド３６を伸ばす必要があるので、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、第１切換弁４７に対して制御信号を出力する。

一方、マグネット装置３０が吸着面を後方に向けた姿勢となっていた場合には、マグネット装置３０を水平姿勢にするために、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６を縮める必要があるので、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、第２切換弁４８に対して制御信号を出力する。

ここで、マグネット装置３０の姿勢制御は、例えば、下記の（１）式を満たすように自動的にフィードバック制御することで行われる。図３に示すように、ブームフットピン２３及びブームトップピン２４の中心を繋ぐ第１の角度線Ｌ１とブームフットピン２３から車両前方に向かって水平に延びる水平線Ｈとの間の角度をθ１、ブームトップピン２４及びアームトップピン２８の中心を繋ぐ第２の角度線Ｌ２と第１の角度線Ｌ１との間の角度をθ２、第２の角度線Ｌ２とアームトップピン２８から車両前方に向かってマグネット装置３０の傾斜方向に延びる線Ｍとの間の角度をθ３としたときに、下記の（１）式を満たすように制御される。

θ３＝θ１＋θ２ ・・・（１）

このように、（１）式を満たすようにフロントシリンダ３５の伸縮動作を自動的に制御すると、作業者が手動でマグネット装置３０の姿勢調整を行うことなく、マグネット装置３０を自動的に水平姿勢に維持することができる。

一方、吸着判定部５２において、マグネット装置３０が非吸着状態であると判定された場合には、油圧制御部５１は、マグネット装置３０の姿勢制御を解除する。つまり、マグネット装置３０で吸着対象物Ｓを吸着していないときには、作業者が操作レバー４３を操作することで、マグネット装置３０を自由に操作できるようにしている。

このように、マグネット装置３０を励磁状態にして吸着対象物Ｓを吸着させ、アタッチメント２０のブーム２１を持ち上げるといった通常のスクラップ搬送作業を行うだけで、マグネット装置３０が吸着状態であると判定されるので、作業者が特別な操作をすることなく、マグネット装置３０の姿勢制御を行うことができる。

なお、本実施形態では、ブーム２１、アーム２５、及びマグネット装置３０の傾斜角度の関係に基づいてマグネット装置３０が水平姿勢となっているかを検出しているが、マグネット装置３０に電気式の傾斜計を搭載して、マグネット装置３０の傾斜角度を直接検出するようにしてもよい。

また、図２に示すように、メカトロコントローラ５０には、切換スイッチ５６が接続されている。切換スイッチ５６は、マグネット装置３０の姿勢制御を行うか、又は姿勢制御を解除するかを選択的に切り換えるためのものであり、マグネット装置３０の姿勢制御を行うタイミングを作業者が決定することができる。つまり、マグネット装置３０で吸着対象物Ｓを吸着したとしても、マグネット装置３０の姿勢制御を行わないようにすることが可能となる。

《実施形態２》
図４は、本実施形態２に係るマグネット装置の構成を一部拡大して示す側面図である。以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図４に示すように、マグネット装置３０は、本体部３１と、本体部３１の下端部に取り付けられたマグネット部３２とを有する。本体部３１は、アーム２５の先端部に設けられたアームトップピン２８を中心に揺動可能に支持されている。

アームトップピン２８には、ロードセル２９が設けられている。ロードセル２９は、マグネット装置３０に吸着対象物Ｓが吸着された場合に、その荷重を検出するためのものである。

吸着判定部５２は、マグネット装置３０が、マグネット部３２の吸着面に吸着対象物Ｓを吸着している吸着状態であるか、又はマグネット部３２の吸着面に吸着対象物Ｓを吸着していない非吸着状態であるかを判定する。

具体的に、吸着判定部５２は、マグネット装置３０に吸着された吸着対象物Ｓの荷重がロードセル２９によって検出された場合に、吸着状態であると判定する。一方、ロードセル２９によって荷重が検出されない場合には、非吸着状態であると判定する。

このように、アタッチメント２０のアームトップピン２８にロードセル２９を設けることで、吸着対象物Ｓの荷重を検出するようにしたから、マグネット装置３０が吸着状態であることを確実に判定することができる。

《実施形態３》
図５は、本実施形態３に係る角度検出部の構成を示す側面図である。図５に示すように、角度検出部５５は、検出レバー６１と、検出センサ６２と、ストッパ６３とを有する。

検出レバー６１の上端部は、マグネット装置３０の本体部３１に設けられた中心軸６１ａを中心に回動可能に支持されている。これにより、検出レバー６１は、上端部から下端部にかけて垂直方向に沿って延びるように回動して、マグネット装置３０が揺動した場合でも垂直姿勢に維持される。

検出センサ６２は、本体部３１に埋め込まれた近接センサ等で構成されている。検出センサ６２は、マグネット装置３０が水平姿勢であるときに、検出レバー６１を挟んで前後にそれぞれ配設されている。ここで、マグネット装置３０の揺動動作に伴って検出レバー６１が回動すると、検出レバー６１の下端部が前後どちらか一方の検出センサ６２に重なり合う。このとき、検出センサ６２は、マグネット装置３０が傾いた姿勢となっていることを示す検出信号を出力する。

ストッパ６３は、検出レバー６１を挟んで前後にそれぞれ配設され、本体部３１に取り付けられている。前側のストッパ６３は、吸着面が後方を向くようにマグネット装置３０が傾いたときに検出レバー６１に当接して、検出レバー６１の下端部と前側の検出センサ６２とが重なり合う位置に検出レバー６１を規制する（図６参照）。

一方、後側のストッパ６３は、吸着面が前方を向くようにマグネット装置３０が傾いたときに検出レバー６１に当接して、検出レバー６１の下端部と後側の検出センサ６２とが重なり合う位置に検出レバー６１を規制する（図７参照）。

油圧制御部５１は、吸着判定部５２でマグネット装置３０が吸着状態であると判定され且つ検出センサ６２で検出レバー６１を検出した場合に、マグネット装置３０の姿勢制御を行う。具体的に、前側の検出センサ６２によって検出レバー６１を検出した場合には、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６を縮めるように制御する。一方、後側の検出センサ６２によって検出レバー６１を検出した場合には、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６を伸ばすように制御する。

以上説明したように、本発明は、マグネット装置でスクラップ等を吸着した場合にのみ、マグネット装置を自動的に水平姿勢に維持できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１０ 作業機械
１１ 下部走行体
１２ 上部旋回体
２０ アタッチメント
２１ ブーム
２５ アーム
２８ アームトップピン
２９ ロードセル
３０ マグネット装置
３５ フロントシリンダ
３６ シリンダロッド
５１ 油圧制御部
５２ 吸着判定部
５３ 吸着ボタン
５５ 角度検出部
５６ 切換スイッチ
Ｓ 吸着対象物

Claims (4)

1. 下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、マグネット装置が設けられて該上部旋回体の前側に起伏可能に搭載されたアタッチメントとを備えた作業機械であって、
   シリンダロッドの伸縮動作に伴って前記マグネット装置を揺動させることで、該マグネット装置の傾斜角度を調整するフロントシリンダと、
   前記マグネット装置の傾斜角度を検出する角度検出部と、
   前記マグネット装置が、吸着面に吸着対象物を吸着している吸着状態であるか、又は該吸着面に該吸着対象物を吸着していない非吸着状態であるかを判定する吸着判定部と、
   前記吸着判定部によって前記吸着状態であると判定された場合に、前記角度検出部で検出された傾斜角度に基づいて、前記マグネット装置の吸着面が水平な水平姿勢となるように前記シリンダロッドを伸縮させる姿勢制御を行う一方、前記非吸着状態であると判定された場合に該マグネット装置の姿勢制御を解除する油圧制御部とを備えたことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１において、
   前記マグネット装置を励磁状態又は消磁状態に切り換える吸着ボタンを備え、
   前記吸着判定部は、前記吸着ボタンによって前記マグネット装置が励磁状態に切り換えられ且つ前記アタッチメントのブームが持ち上げられた場合に、前記吸着状態であると判定することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１において、
   前記マグネット装置を前記アタッチメントのアームに対して揺動可能に支持するアームトップピンに設けられたロードセルを備え、
   前記吸着判定部は、前記マグネット装置に吸着された前記吸着対象物の荷重が前記ロードセルによって検出された場合に、前記吸着状態であると判定することを特徴とする作業機械。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
   前記マグネット装置の姿勢制御を行うか、又は姿勢制御を解除するかを選択的に切り換える切換スイッチを備えたことを特徴とする作業機械。

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