JP6435949B2 - 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、グラップルやマグネット装置等の作業装置が設けられたアタッチメントでは、作業装置でスクラップ等を搬送するのにあたって、作業装置を水平姿勢に維持することが好ましい。そのため、作業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、特許文献１の発明では、アタッチメントの角度を検出しながら、この検出角度に基づいて、作業装置が水平姿勢となるようにフロントシリンダを自動的に伸縮動作させるという非常に複雑な制御を行う必要があるので、より簡単な構成で、作業装置を水平姿勢に維持できるようにしたいという要望があった。

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、比較的簡単な構成で、作業装置を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、保持対象物を保持する作業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作業装置を揺動させることで、該作業装置の傾斜角度を調整するフロントシリンダと、
前記作業装置の傾斜角度を検出する角度検出部と、
前記フロントシリンダを、油圧によって前記シリンダロッドを伸縮させて前記作業装置の傾斜角度を調整可能な操作状態と、該フロントシリンダのヘッド側及びロッド側のシリンダ室をタンクに連通させて該作業装置の自重によって該シリンダロッドが伸縮するのを許容する連通状態とに切り換える油圧制御部と、
前記作業装置が、前記保持対象物を保持している保持状態であるか、又は該保持対象物を保持していない非保持状態であるかを判定する保持判定部とを備え、
前記作業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の中心位置と、該作業装置の重心位置とが、垂直方向に並ぶように配設され、
前記油圧制御部は、前記角度検出部によって前記作業装置が所定角度よりも傾斜していることが検出され且つ前記保持判定部によって前記保持状態であると判定された場合に、前記フロントシリンダを前記連通状態に切り換えて該作業装置を自重によって揺動させた後で、該フロントシリンダを前記操作状態に切り換えることを特徴とするものである。

第１の発明では、アタッチメントのブームやアームを揺動させて作業装置が所定角度よりも傾斜した場合に、フロントシリンダを連通状態にする。これにより、作業者が手動で作業装置の姿勢調整を行ったり、複雑な制御を行うことなく、作業装置の自重によって自動的に水平姿勢に維持することができる。また、作業装置を自重によって揺動させた後は、再び、フロントシリンダを操作状態に戻すことで、作業者が作業装置を自由に操作することができる。

また、作業装置が傾斜していたとしても、作業装置が保持対象物を保持していない場合には、作業装置を水平姿勢に維持する必要が無いため、保持状態であると判定された場合にのみ、連通状態に切り換えるようにしている。これにより、非保持状態において作業者が作業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、
前記フロントシリンダを前記操作状態とするか、又は前記連通状態と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２の発明では、切換スイッチによって、フロントシリンダを操作状態とするか、又は連通状態とするかを選択的に切り換えることで、作業装置の操作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、作業装置が保持状態で且つ傾斜していたとしても、フロントシリンダを連通状態に切り換えることなく、作業装置を操作可能な状態に維持することもできる。

本発明によれば、作業装置が所定角度よりも傾斜した場合に、フロントシリンダを連通状態にすることで、作業者が手動で作業装置の姿勢調整を行ったり、複雑な制御を行うことなく、作業装置の自重によって自動的に水平姿勢に維持することができる。また、作業装置を自重によって揺動させた後は、再び、フロントシリンダを操作状態に戻すことで、作業者が作業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。 角度検出部の構成を示す側面図である。 マグネット装置を傾斜させた状態を示す側面図である。 マグネット装置を連通状態にしたときの側面図である。 本実施形態２に係るブーム、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。

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作業装置としてのマグネット装置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（図示省略）を中心に上部旋回体１２の上下方向に回動される。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。

アームトップピン２８の中心位置と、マグネット装置３０の重心位置Ｇとは、垂直方向に並ぶように配設されている（図３参照）。これにより、フロントシリンダ３５を後述する連通状態に切り換えたときに、マグネット装置３０が自重によって揺動して、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。

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（保持対象物）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とは、パイロットライン４５で繋がっている。

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。

コントロールバルブ４０とフロントシリンダ３５とを繋ぐ油圧配管４６は、配管途中で分岐して切換弁４７に接続されている。切換弁４７は、メカトロコントローラ５０からの制御信号を受けて、フロントシリンダ３５及び油圧配管４６内の作動油がタンク４９に戻るのを許可又は遮断するように切り換え可能となっている。

具体的に、メカトロコントローラ５０から切換弁４７に制御信号が出力されていない場合には、切換弁４７は、フロントシリンダ３５及び油圧配管４６内の作動油がタンク４９に戻るのを遮断する位置に切り換えられる。これにより、フロントシリンダ３５は、油圧によってシリンダロッド３６を伸縮させてマグネット装置３０の傾斜角度を調整可能な操作状態となる。

一方、メカトロコントローラ５０から切換弁４７に制御信号が出力された場合には、切換弁４７は、フロントシリンダ３５及び油圧配管４６内の作動油がタンク４９に戻るのを許可する位置に切り換えられる。これにより、フロントシリンダ３５は、マグネット装置３０の自重によってシリンダロッド３６が伸縮するのを許容する連通状態となる。

なお、切換弁４７の切り換えに伴うマグネット装置３０の操作状態又は連通状態の切り換えタイミング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。なお、ロードセル等を用いて、吸着対象物Ｓの荷重を検出することで、吸着状態を判定するようにしてもよい。

図３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。検出レバー６１の下端部には、切欠部６１ｂが形成されている。

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の切欠部６１ｂ内に位置している。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、メカトロコントローラ５０に出力する。

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。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４参照）。

一方、前側のストッパ６３は、吸着面が後側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。

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。

図２に示すように、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。

そして、図４に示すように、角度検出部５５によってマグネット装置３０が所定角度よりも傾斜していることが検出センサ６２で検出され、且つ吸着判定部５２によってマグネット装置３０が吸着状態であると判定された場合に、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、切換弁４７に対して制御信号を出力する。

切換弁４７に対して制御信号が出力されると、フロントシリンダ３５が連通状態に切り換えられ、マグネット装置３０が自重によってアームトップピン２８を中心に自由に揺動可能となる（図５参照）。

これにより、作業者が手動でマグネット装置３０の姿勢調整を行ったり、複雑な制御を行うことなく、マグネット装置３０の自重によって自動的に水平姿勢に維持することができる。

そして、マグネット装置３０が水平姿勢に維持されると、角度検出部５５の検出レバー６１が垂直姿勢に戻るので、検出センサ６２から検出信号が出力されなくなる。このとき、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、切換弁４７に対して制御信号を出力しない。これにより、フロントシリンダ３５が操作状態に切り換えられ、作業者がマグネット装置３０を自由に操作することができる。

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５４が接続されている。切換スイッチ５４は、フロントシリンダ３５を操作状態とするか、又は連通状態と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の操作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が吸着状態で且つ吸着面が傾斜していたとしても、フロントシリンダ３５を連通状態に切り換えることなく、マグネット装置３０を操作可能な状態に維持することもできる。

《実施形態２》
図６は、本実施形態２に係るブーム、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。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６に示すように、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。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。

図６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）式を満たしている場合には、マグネット装置３０が水平姿勢となっている。

θ３＝θ１＋θ２ ・・・（１）
つまり、（１）式を満たしていない場合には、マグネット装置３０が所定角度よりも傾斜していると判断することができる。このように、角度検出部５５によってマグネット装置３０が所定角度よりも傾斜していることが検出され、且つ吸着判定部５２によってマグネット装置３０が吸着状態であると判定された場合に、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、切換弁４７に対して制御信号を出力する。

切換弁４７に対して制御信号が出力されると、フロントシリンダ３５が連通状態に切り換えられ、マグネット装置３０が自重によってアームトップピン２８を中心に自由に揺動可能となる。

一方、マグネット装置３０を自重によって揺動させた後で、マグネット装置３０が水平姿勢に維持されると、（１）式が満たされることとなり、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、切換弁４７に対して制御信号を出力しない。これにより、フロントシリンダ３５が操作状態に切り換えられ、作業者がマグネット装置３０を自由に操作することができる。

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。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、アタッチメント２０に設けられる作業装置として、吸着対象物Ｓを吸着するマグネット装置３０について説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、作業装置として、複数の把持爪を有するグラップルを用いた場合にも、本実施形態のような連通状態又は操作状態に切り換える制御を適用することができる。

以上説明したように、本発明は、比較的簡単な構成で、作業装置を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
２５ アーム
２８ アームトップピン
３０ マグネット装置（作業装置）
３５ フロントシリンダ
３６ シリンダロッド
４９ タンク
５１ 油圧制御部
５２ 吸着判定部（保持判定部）
５４ 切換スイッチ
５５ 角度検出部
Ｓ 吸着対象物（保持対象物）
Ｇ 重心位置

Claims (2)

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、保持対象物を保持する作業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作業装置を揺動させることで、該作業装置の傾斜角度を調整するフロントシリンダと、
   前記作業装置の傾斜角度を検出する角度検出部と、
   前記フロントシリンダを、油圧によって前記シリンダロッドを伸縮させて前記作業装置の傾斜角度を調整可能な操作状態と、該フロントシリンダのヘッド側及びロッド側のシリンダ室をタンクに連通させて該作業装置の自重によって該シリンダロッドが伸縮するのを許容する連通状態とに切り換える油圧制御部と、
   前記作業装置が、前記保持対象物を保持している保持状態であるか、又は該保持対象物を保持していない非保持状態であるかを判定する保持判定部とを備え、
   前記作業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の中心位置と、該作業装置の重心位置とが、垂直方向に並ぶように配設され、
   前記油圧制御部は、前記角度検出部によって前記作業装置が所定角度よりも傾斜していることが検出され且つ前記保持判定部によって前記保持状態であると判定された場合に、前記フロントシリンダを前記連通状態に切り換えて該作業装置を自重によって揺動させた後で、該フロントシリンダを前記操作状態に切り換えることを特徴とする作業機械。
2. 請求項１において、
   前記フロントシリンダを前記操作状態とするか、又は前記連通状態と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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