JP7118564B2

JP7118564B2 - 作業機械

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Publication number: JP7118564B2
Application number: JP2019163634A
Authority: JP
Inventors: 昭稲元; 誠治関; 香純磯貝; 賢一高野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: JP2021042538A

Description

本発明は、クレーン作業と掘削作業等とを選択的に行うことができるＭＬクレーン仕様の作業機械に関する。

走行体の上部に配置した旋回体に対し、ブームやアーム等を含んで構成された多関節型の作業機（いわゆるフロント作業機）を取り付けた油圧ショベル等の作業機械がある。この種の作業機械の一種に、クレーン作業と掘削作業とを選択的に行えるいわゆるＭＬクレーン仕様機がある（特許文献１等参照）。

特開２００７－０２３６０７号公報

ＭＬクレーン仕様機は、通常の移動式クレーンが投入できない狭い現場でもバケットを装着した状態でクレーン作業が行える汎用性がある反面、作業姿勢の制約が大きい。例えばバケットの背側に配置された荷吊用のフックがバケットと干渉しないように、クレーン作業時には一定角度を超えてアームを上向き姿勢にすることができず、アームが水平程度か下を向いた姿勢に作業機の姿勢が制限される。そのため、車体近くで荷を吊る場合には必然的にアームを下向きにせざるを得ず、荷を高く吊り上げることができない。ある程度荷を高く吊り上げようとすれば、吊り位置を必然的に車体から一定以上離さなければならない。

このような制限により、例えば構造物に挟まれた狭隘な場所、或いは建築物やトンネルの内部において、従来のＭＬクレーン仕様機では、荷役作業や荷を吊った状態での旋回作業が困難な場合がある。ＭＬクレーン仕様機は一般的な移動式クレーンが投入できない狭隘地で柔軟に運用できることが１つの長所であるところ、作業姿勢の制約の大きさからその長所を活かしきれない場合があるのが実情である。

本発明の目的は、クレーン作業時の作業範囲を拡大し、車体付近で従来よりも荷を高く吊り上げることができるＭＬクレーン仕様の作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、走行体と、前記走行体の上部に旋回可能に設けられた旋回体と、前記旋回体に回動自在に連結したブーム、前記ブームの先端に連結したアーム、前記アームの先端に連結したアタッチメント、前記ブームを回動させるブームシリンダ、前記アームを回動させるアームシリンダ、前記アタッチメントを回動させるアタッチメントシリンダ、及び前記アタッチメントの背側に配置したクレーン作業用のフックを含んで構成された作業機とを備えた作業機械において、前記ブームが、前記旋回体に連結した第１ブームと、前記第１ブームの先端に連結した第２ブームと、前記第１ブーム及び前記第２ブームの腹側に配置され、前記第１ブームに対する前記第２ブームの角度を変更するポジショニングシリンダとを含んで構成されており、前記第１ブームが起立した状態で、前記ポジショニングシリンダの伸長に伴って前記第１ブームに対して前記第２ブームが後方に回動し、前記ポジショニングシリンダが最伸長状態に伸長した場合に、前記第２ブームの先端側のピンを、前記第１ブームの基端側のピンと前記第１ブームの先端側のピンとを結ぶ仮想線を通る平面に対し後側に位置させたことを特徴とする。

本発明によれば、クレーン作業時の作業範囲を拡大し、車体付近で従来よりも荷を高く吊り上げることができる。

本発明の一実施形態の作業機械の側面図本発明の一実施形態の作業機械に備わったブーム及びポジショニングシリンダの関節の位置関係を抜き出して表した図本発明の一実施形態の作業機械に備わった運転室の内部の平面図本発明の一実施形態の作業機械に搭載された油圧システムの要部を抜き出して表す油圧回路図本発明の一実施形態の作業機械によるクレーン作業の作業範囲を表す図モノブームのＭＬクレーン仕様機によるクレーン作業の作業範囲を表す図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

－作業機械－
図１は本発明の一実施形態の作業機械の側面図である。以降、特に断り書きのない場合、運転席に座った作業者の正面方向（図１中の左方向）を旋回体の前方とする。また、後述する作業機２０について、例えばこの作業機２０を前方に伸ばした状態で下（上方に伸ばした状態で前）にくる側を作業機２０の腹側、同じく前方に伸ばした状態で上（上方に伸ばした状態で後）にくる側を作業機２０の背側と適宜記載する。図１に示した作業機械は油圧ショベルをベースマシンとし、作業用のアタッチメント２２としてバケットを装着した形態を例示している。但し、アタッチメント２２としては、解体現場で用いる小割用の破砕機、或いは岩盤やコンクリート等の掘削や破砕に用いられるブレーカ等といった他の作業具も適宜装着可能である。

図１に示した作業機械は、車体１０及び作業機（フロント作業機）２０を含んで構成されている。車体１０は、走行体１１及び旋回体１２を含んで構成されている。

走行体１１は作業機械の支持構造体をなすものであり、左右の履帯を備えたクローラ式である。左右の履帯は左右個別の走行モータ（不図示）により駆動される。左右の走行モータは油圧モータである。本実施形態では支持構造体としてクローラ式の走行体１１を備えた作業機械を適用対象として例示したが、ホイール式の走行体を備えた作業機械を適用対象とすることもできる。

旋回体１２は、走行体１１の上部に旋回輪１３を介して設けられており、旋回輪１３が旋回モータ（不図示）で駆動されると鉛直に延びる旋回中心線Ｏを中心にして走行体１１に対して旋回する。旋回モータも油圧モータである。旋回体１２は運転室１４や機械室１６を備えており、運転室１４内には、オペレータが座る運転席３１（図３）や、左右の操作レバー３２，３３（図３）、レバーペダル３４，３５（図３）等のオペレータが操作する操作装置が配置されている。

機械室１６は旋回フレーム１５における運転室１４の後側に配置されている。機械室１６には、原動機Ｅ、油圧ポンプＰ１，Ｐ２、熱交換器類等が収容されている。原動機Ｅにはエンジン（内燃機関）が用いられるが、電動モータが用いられる場合もある。油圧ポンプＰ１，Ｐ２は原動機Ｅにより駆動され、タンクから作動油を吸い込んで圧油として吐出する。油圧ポンプＰ１，Ｐ２から吐出された圧油は方向切換弁（図４）で方向や流量が制御され、対応する油圧アクチュエータに供給される。熱交換器類は、エンジン冷却水を冷却するラジエータや作動油を冷却するオイルクーラ（不図示）等を含んで構成される。

また、本実施形態においては、旋回体１２の前後方向と走行体１１の走行方向が一致した状態（図１の状態）で、旋回体１２の後端（カウンタウェイトの後端）が走行体１１の後端よりも前方に位置する。これにより旋回体１２の最大旋回半径が、例えば走行体１１の車幅と同程度かそれよりも若干（例えば２０％）大きい程度に抑えられている。そのため、狭い作業空間においても旋回体１２の後端が車幅から大きくはみ出ることなく旋回し、周囲の障害物との接触が抑えられる。こうした作業機械は後方小旋回機と称される。このように旋回体１２の後端の寸法制限により旋回体１２に搭載される機器レイアウトがより密となり、原動機Ｅが旋回輪１３と一部上下に重なるように配置されている。

作業機２０は、作業腕２１とアタッチメント２２を含んで構成されている。本実施形態における作業腕２１は、ブーム２３、アーム２４、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６、アタッチメントシリンダ２７及びポジショニングシリンダ２９を含む多関節型の作業装置である。ブーム２３は左右に延びるピン（フートピン）２３Ａｐ（図２）を介して旋回体１２のベースフレーム（旋回フレーム１５）の前部に上下方向に（前後に延びる鉛直な動作平面内で）回動するように連結されている。アーム２４は左右に延びるピン２４ｐを介してブーム２３（後述する第２ブーム２３Ｂ）の先端にダンプ／クラウド方向に（上記動作平面内で）回動するように連結されている。アタッチメント２２は左右に延びるピン２２ｐを介してアーム２４の先端にダンプ／クラウド方向に（上記動作平面内で）回動するように連結されている。

ブームシリンダ２５はブーム２３を駆動して回動させる油圧アクチュエータである。このブームシリンダ２５はブーム２３（第１ブーム２３Ａ）の腹側に配置されており、旋回フレーム１５に基端（本例ではボトム側）が、ブーム２３（第１ブーム２３Ａ）に先端（本例ではロッド側）が、それぞれピンを介して回動自在に連結されている。ブームシリンダ２５が伸長するとブーム２３が上げ方向に回動し、ブームシリンダ２５が収縮するとブーム２３が下げ方向に回動する。

アームシリンダ２６はアーム２４を駆動して回動させる油圧アクチュエータである。このアームシリンダ２６はブーム２３（第２ブーム２３Ｂ）の背側に配置されており、ブーム２３（第２ブーム２３Ｂ）に基端（本例ではボトム側）が、アーム２４に先端（ロッド側）が、それぞれピンを介して回動自在に連結されている。アームシリンダ２６が伸長するとアーム２４がクラウド方向に回動し、アームシリンダ２６が収縮するとアーム２４がダンプ方向に回動する。特に図示していないが、アームシリンダ２６のロッド側及びボトム側の油室のうちアームクラウド動作に伴って作動油が排出される側（本実施形態ではロッド側油室）に接続する油路には、ホールディングバルブが設けてある。ボトム側油圧ホースが損傷した場合に、作業機２０の先端に掛かる吊り荷の重量に抗してアーム２４と吊り荷の降下を防止するためである。

アタッチメントシリンダ２７はアタッチメント２２を駆動して回動させる油圧アクチュエータである。このアタッチメントシリンダ２７はアーム２４の背側に配置されており、基端（本例ではボトム側）がアーム２４の基部側に連結される一方で、先端（本例ではロッド側）がリンク２８を介してアーム２４の先端部とアタッチメント２２とに連結されている。アタッチメントシリンダ２７が伸長するとアタッチメント２２がクラウド方向に回動し、アタッチメントシリンダ２７が収縮するとアタッチメント２２がダンプ方向に回動する。

なお、本実施形態の作業機械には、アタッチメント２２の背側に位置するように、クレーン作業時に吊り荷（不図示）を掛けるクレーン作業用のフック３０が備えられている。このフック３０はアタッチメント２２とリンク２８の連結部に回動自在に設けられており、リンク２８に収納可能である。フック３０の構成は適宜設計変更可能であるが、一例として特許第４２７１８１９号公報に記載されている構造が適用できる。

－ブーム－
本実施形態におけるブーム２３は折れ角θ（図２）が可変な２ピースブームであり、第１ブーム２３Ａ、第２ブーム２３Ｂ、及びポジショニングシリンダ２９を含んで構成されている。

第１ブーム２３Ａは、左右に延びる上記ピン２３Ａｐ（図２）を介して旋回体１２の旋回フレーム１５の前部に基端部が連結されている。この第１ブーム２３Ａは、ブームシリンダ２５の伸縮に伴ってピン２３Ａｐを支点にして上下に（上記動作平面内で）回動する。

第２ブーム２３Ｂは、左右に延びるピン２３Ｂｐを介して第１ブーム２３Ａの先端に回動自在に連結されており、ピン２３Ｂｐを支点にして前後に（上記動作平面内で）回動する。

ポジショニングシリンダ２９は、第１ブーム２３Ａに対する第２ブーム２３Ｂの角度（折れ角θ）を変更する油圧アクチュエータである。このポジショニングシリンダ２９は第１ブーム２３Ａ及び第２ブーム２３Ｂの腹側に配置されており、クレーン作業時の吊り荷の重量が受圧面積の広いボトム側の油室で受けられるようにしてある。ポジショニングシリンダ２９の基端（本例ではボトム側）は、第１ブーム２３Ａから腹側に突出したブラケット部２３Ｂａにピン２９ｐａを介して回動自在に連結されている。ポジショニングシリンダ２９の先端（本例ではロッド側）は、第２ブーム２３Ｂから腹側に突出したブラケット部２３Ｂｂにピン２９ｐｂを介して回動自在に連結されている。

特に図示していないが、ポジショニングシリンダ２９のロッド側及びボトム側の油室のうちブーム２３が折れ曲がる動作に伴って作動油が排出される側（本実施形態ではボトム側油室）に接続する油路には、ホールディングバルブが設けてある。ロッド側油圧ホースが損傷し場合に、作業機２０の先端に掛かる吊り荷の重量に抗して第２ブーム２３Ｂ、アーム２４及び吊り荷の降下を防止するためである。

図２はブーム２３及びポジショニングシリンダ２９の関節の位置関係を抜き出して表した図である。同図には、第１ブーム２３Ａの基端側のピン２３Ａｐ、第１ブーム２３Ａの先端側（第２ブーム２３Ｂの基端側）のピン２３Ｂｐ、第２ブーム２３Ｂの先端側のピン２４ｐ、ポジショニングシリンダ２９の両端のピン２９ｐａ，２９ｐｂの位置関係を表している。同図に示した各ピンの位置関係は、ブームシリンダ２５及びポジショニングシリンダ２９を最長に伸ばした状態における位置関係を表している。

図２において、ピン２３Ａｐ，２３Ｂｐの中心を結ぶ線分が第１ブーム２３Ａの基線Ｌａ、ピン２３Ｂｐ，２４ｐの中心を結ぶ線分が第２ブーム２３Ｂの基線Ｌｂである。また、第１ブーム２３Ａの基端側と先端側の２本のピン２３Ａｐ，２３Ｂｐの中心線を通る平面Ｓａ（同図では基線Ｌａの延長線）を二点鎖線で表している。平面Ｓａは、言い換えれば、第１ブーム２３Ａの基端側のピン２３Ａｐと第１ブーム２３Ａの先端側のピン２３Ｂｐとを結ぶ仮想線を通る面である。基線Ｌａ，Ｌｂの腹側の夾角をブーム２３の折れ角θ（第１ブーム２３Ａに対する第２ブーム２３Ｂの角度）とすると、折れ角θはポジショニングシリンダ２９が最収縮状態のときに最小、最伸長状態のときに最大となる。

例えば第１ブーム２３Ａが起立した状態において、ポジショニングシリンダ２９の伸長に伴って第１ブーム２３Ａに対して第２ブーム２３Ｂがピン２３Ｂｐを支点として後方に回動する。「第１ブーム２３Ａが起立した状態」とは、少なくとも第１ブーム２３Ａが旋回体１２に対し垂直に起き上がった状態を意味する。本願明細書では、第１ブーム２３Ａが旋回体１２に対し垂直に起き上がった状態からブームシリンダ２５を更に伸ばして（ブームシリンダ２５を最伸長状態として）第１ブーム２３Ａが僅かに後傾した状態も「第１ブーム２３Ａが起立した状態」に含むこととする。

ブーム２３の折れ角θは最小値が１８０度より小さく、最大値が１８０度よりも大きく設定されている。つまりブーム２３は、ポジショニングシリンダ２９が最収縮状態から最伸長状態に伸びる過程で、第２ブーム２３Ｂの先端側のピン２４ｐが平面Ｓａを超えて後側に変位するように構成されている。第１ブーム２３Ａが起立した状態においては、ポジショニングシリンダ２９が最伸長状態に伸長した場合に第２ブーム２３Ｂは後傾し、第２ブーム２３Ｂの先端側のピン２４ｐは前述した平面Ｓａよりも後側に位置する。このとき、５つのピン２３Ａｐ，２３Ｂｐ，２４ｐ，２９ｐａ，２９ｐｂの中心を結んだ図形は、図２に示したように弓形になる。このように本実施形態では、ポジショニングシリンダ２９が最伸長状態に伸長した場合に、第２ブーム２３Ｂの先端側のピン２４ｐを、平面Ｓａに対し後側に位置させた。

但し、ブームシリンダ２５及びポジショニングシリンダ２９の双方が最伸長状態のときに第２ブーム２３Ｂの先端側のピン２４ｐが最も後方に変位するところ、本実施形態においてはこの状態でもピン２４ｐが旋回体１２の後端より前方に位置する。つまり、作業機２０の姿勢によらずピン２４ｐが旋回体１２の後端を超えて後方に移動することがないように構成されている。特に本実施形態においては、ブームシリンダ２５及びポジショニングシリンダ２９の双方が最伸長状態のときでも、折れ角θによらずアーム２４の全部が旋回体の後端よりも前方に位置するように構成されている。図１はブームシリンダ２５及びポジショニングシリンダ２９の双方を最長に伸ばした様子を表しており、この状態でもアーム２４の後縁（同図ではアームシリンダ２６の先端のピン付近）が旋回体１２の後端より前側に位置することが分かる。

－運転室－
図３は運転室の内部の平面図である。運転室１４は前述したように旋回フレーム１５（図１）の上部における前側の領域に支持され、作業機２０に対して左右方向の一方側（本例では左側）に位置している。但し、運転室１４を作業機２０の右側に配置した構成としても良い。

運転室１４の内部には、運転席３１、操作レバー３２，３３、レバーペダル３４，３５、アタッチメントペダル３６、ポジショニングペダル３７、ゲートロックレバー３８、出力装置３９、コントローラ４０等が配置されている。

左右の操作レバー３２，３３は、オペレータが座る運転席３１のそれぞれ左右に配置されている。左側の操作レバー３２は、アームシリンダ２６と旋回モータ（不図示）を駆動するための操作入力装置である。例えば操作レバー３２を左手で握って左に倒すとアームダンプ、右に倒すとアームクラウド、前に倒すと右旋回、後に倒すと左旋回の動作が指令される。右側の操作レバー３３は、ブームシリンダ２５とアタッチメントシリンダ２７を駆動するための操作入力装置である。例えば操作レバー３３を右手で握って左に倒すとアタッチメントクラウド、右に倒すとアタッチメントダンプ、前に倒すとブーム下げ、後に倒すとブーム上げの動作が指令される。

左右のレバーペダル３４，３５は、運転席３１の前方に左右に並べて配置されており、手でも足でも操作し易いように共にレバー部とペダル部を備えている。左側のレバーペダル３４は、左側のクローラの走行モータ（不図示）を駆動するための操作入力装置である。例えばレバーペダル３４を前に倒すと左側のクローラの前進、後に倒すと後進の動作が指令される。右側のレバーペダル３５は、右側のクローラの走行モータ（不図示）を駆動するための操作入力装置である。例えばレバーペダル３５を前に倒すと右側のクローラの前進、後に倒すと後進の動作が指令される。

アタッチメントペダル３６はオプションの油圧アクチュエータ（例えばアタッチメント２２に搭載された油圧アクチュエータ）を駆動するための操作入力装置である。油圧アクチュエータを搭載したアタッチメントを装着した場合、例えばアタッチメントペダル３６に右足を乗せ、このアタッチメントペダル３６を前後に倒すとアタッチメントの動作が指令される。このアタッチメントペダル３６は運転席３１の前側でレバーペダル３４，３５の右側に並べて設けられている。

ポジショニングペダル３７は、ポジショニングシリンダ２９を駆動してブーム２３の有効長さの設定を変更するための操作入力装置である。例えばポジショニングペダル３７に左足を乗せ、このポジショニングペダル３７を前後の一方側前に倒すとブーム２３の折れ角θの減少、他方側に倒すと折れ角θの増大が指令される。このポジショニングペダル３７は運転席３１の前側でレバーペダル３４，３５の左側に並べて配置されている。左右の操作レバー３２，３３や左右のレバーペダル３４，３５が手で操作可動であるのに対し、ポジショニングペダル３７はアタッチメントペダル３６と同様に足でしか操作できないように構成されている。

ゲートロックレバー３８は、寝かせた倒伏姿勢でオペレータの降車を妨げるように運転席３１の乗降側（本実施形態では左側）に設置されたレバー状のゲートである。このゲートロックレバー３８を引き上げて運転席３１に対する乗降部を開放しなければ、オペレータが降車できないようになっている。ゲートロックレバー３８は作業機械の操作系のインターロックの操作部材を兼ねており、運転席３１の乗降部が開放された状態では作業機械が動作せず、着席してゲートロックレバー３８を押し下げないと作業機械が運転できないように構成されている。

出力装置３９は、コントローラ４０の指令により情報を出力する装置である。本実施形態では出力装置３９として表示出力装置（モニタ）を採用した場合を例示的に図示しており、運転室１４の内部において運転席３１の右前方に出力装置３９が配置してある。出力装置３９には、例えばポジショニングペダル３７や左右の操作レバー３２，３３の操作に連動して例えば機体安定度に関する情報が表示出力される。出力装置３９としては、モニタに代えて又はモニタに加えて、ランプ等のその他の表示出力装置、スピーカやブザー等の音声出力装置を採用することもできる。

コントローラ４０は車載コンピュータであり、本実施形態では運転室１４の内部において運転席３１の後側に設置されている。コントローラ４０は、例えば作業機２０の関節部に設けた角度センサ（不図示）の信号を基に作業機２０の姿勢を演算したりする。例えば作業機２０の姿勢に基づいて演算した機体重心位置が規定領域の外に出たら運転室１４の警報装置に指令してオペレータに警報する機能をコントローラ４０に実装することができる。また、クレーン作業時にアタッチメント２２とフック３０が干渉する姿勢に作業機２０がなったら運転室１４の警報装置に指令してオペレータに警報する機能をコントローラ４０に実装することもできる。また、作業機２０の姿勢を演算しつつ、機体重心位置が規定領域から出そうな場合、或いはフック３０とアタッチメント２２が干渉しそうな場合に、作業機２０の動作を停止させる機能をコントローラ４０に実装することもできる。また、クレーン作業時にアーム２４が下方に向かって車体側に傾斜した姿勢を保持する場合、アームシリンダ２６のボトム側の油室に吊り荷の重量がかかる。この場合はアームシリンダ２６のボトム側油室に接続する油路にホールディングバルブを設けることもできるが、クレーン作業においてアーム２４が下方に向かって車体側に傾斜した姿勢を保持する場面は稀であり費用対効果が低い。そこでホールディングバルブを設ける代わりに、クレーン作業時にアーム２４が鉛直を超えて車体側に傾斜しないようにアーム２４の姿勢を制限する機能をコントローラ４０に実装することもできる。

－油圧システム－
ブームがＬ字型の一体構造に形成された通常の作業機械（本実施形態では「モノブーム仕様機」と記載する）と異なり、本実施形態の作業機械では、不用意にブーム２３の折れ角θが変化しないように油圧回路が構成されている（後述）。第２ブーム２３Ｂを駆動するポジショニングシリンダ２９はあくまで作業範囲の調整用であり、他の油圧アクチュエータとの複合動作が回路的に不能としてある（油圧的にインターロックされている）。つまり、ポジショニングシリンダ２９は、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６、アタッチメントシリンダ２７、旋回モータ、及び左右の走行モータとの複合操作が油圧的に禁止されている。操作系についても、ポジショニングシリンダ２９の操作はポジショニングペダル３７（図３）に割り当てられ、作業機２０の操作に用いられる左右の操作レバー３２，３３ではできないようになっている。

図４は作業機械に搭載された油圧システムの要部を抜き出して表す油圧回路図である。図４に示した油圧回路は、走行体１１、旋回体１２及び作業機２０を駆動する回路部分であり、代表的な構成要素として、油圧ポンプＰ１，Ｐ２、パイロットポンプＰ３、方向切換弁Ｖ１～Ｖ１０等を抜き出して同図に示してある。油圧ポンプＰ１，Ｐ２は油圧アクチュエータを駆動する圧油を吐出する例えば可変容量型のポンプであり、旋回体１２に搭載された原動機（内燃機関又は電動機）により駆動される。パイロットポンプＰ３は方向切換弁Ｖ１～Ｖ１０を駆動するパイロット圧の元圧を出力する固定容量型のポンプ（ギヤポンプ等）である。

方向切換弁Ｖ１～Ｖ１０は、対応する油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブである。これら方向切換弁Ｖ１～Ｖ１０は、パイロットポンプＰ３の吐出圧を元圧として対応する操作装置で生成されたパイロット圧により駆動され、対応する油圧アクチュエータに対する圧油の供給方向（又は供給方向及び流量）を制御する。

例えば方向切換弁Ｖ１０は第２ブーム２３Ｂを駆動するポジショニングシリンダ２９を制御するコントロールバルブである。この方向切換弁Ｖ１０のスプールの両側に設けられた受圧室には、それぞれ減圧弁Ｖｓ１，Ｖｓ２を介してパイロットポンプＰ３が接続している。減圧弁Ｖｓ１，Ｖｓ２はポジショニングペダル３７（図３）で操作される。ポジショニングペダル３７を一方側に倒して減圧弁Ｖｓ１を開けば、パイロットポンプＰ３の吐出圧を元圧として減圧弁Ｖｓ１で生成されたパイロット圧が方向切換弁Ｖ１０の図４における左側の受圧室に入力される。これにより方向切換弁Ｖ１０のスプールが同図中で右側に移動して左側の切換位置に切り換わり、油圧ポンプＰ２の吐出油がポジショニングシリンダ２９のロッドポートに供給される。そして、ポジショニングシリンダ２９が収縮しブーム２３の折れ角θが減少する。反対にポジショニングペダル３７を他方側に倒して減圧弁Ｖｓ２を開けば、方向切換弁Ｖ１０の右側の受圧室にパイロット圧が入力され、方向切換弁Ｖ１０のスプールが左側に移動してポジショニングシリンダ２９のボトムポートに圧油が供給される。これによりポジショニングシリンダ２９が伸長しブーム２３の折れ角θが増加する。ポジショニングペダル３７を中立に戻せば方向切換弁Ｖ１０へのパイロット圧の入力が停止され、方向切換弁Ｖ１０のスプールが中立位置（中央の切換位置）に復帰する。これによりポジショニングシリンダ２９が油圧ポンプＰ１，Ｐ２やタンクＴから回路的に切り離され、保持圧によりポジショニングシリンダ２９のストロークが固定される。特に図示していないが、前述した通り、ポジショニングシリンダ２９のロッド側及びボトム側の油室のうち少なくともボトム側油室に接続する油路には、ホールディングバルブが設けてある。

その他、方向切換弁Ｖ１は左側のクローラを駆動する走行モータを制御するコントロールバルブであり、レバーペダル３４（図３）の操作に応じて駆動されて左の走行モータに対する圧油の流れを制御する。方向切換弁Ｖ２は右側のクローラを駆動する走行モータを制御するコントロールバルブであり、レバーペダル３５（図３）の操作に応じて駆動されて右の走行モータに対する圧油の流れを制御する。方向切換弁Ｖ３，Ｖ４はブームシリンダ２５を制御するコントロールバルブであり、操作レバー３３（図３）の操作に応じて駆動されてブームシリンダ２５に対する圧油の流れを制御する。方向切換弁Ｖ５，Ｖ６はアームシリンダ２６を制御するコントロールバルブであり、操作レバー３２（図３）の操作に応じて駆動されてアームシリンダ２６に対する圧油の流れを制御する。方向切換弁Ｖ７はアタッチメントシリンダ２７を制御するコントロールバルブであり、操作レバー３３（図３）の操作に応じて駆動されてアタッチメントシリンダ２７に対する圧油の流れを制御する。方向切換弁Ｖ８は旋回モータを制御するコントロールバルブであり、操作レバー３２（図３）の操作に応じて駆動されて旋回モータに対する圧油の流れを制御する。方向切換弁Ｖ９は、油圧アクチュエータを搭載したアタッチメント（不図示）を作業腕２１に装着した場合にアタッチメントに搭載された油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブである。この方向切換弁Ｖ９はアタッチメントペダル３６（図３）の操作に応じて駆動され、アタッチメントに搭載された油圧アクチュエータに対する圧油の流れを制御する。方向切換弁Ｖ１～Ｖ９に対するパイロット圧の入力系統や圧油の供給系統は繁雑防止のために図示省略してあるが、方向切換弁Ｖ１０と同様の構成である。

ここで、方向切換弁Ｖ１，Ｖ９，Ｖ５，Ｖ３，Ｖ８は、油圧ポンプＰ１からタンクＴに繋がるポンプラインＬ１上に、上流側からこの順で直列に接続されている。従って、左走行操作、アタッチメントの操作、アーム２４の回動操作、ブーム２３の回動操作、旋回操作の順で操作が優先される。また、方向切換弁Ｖ２，Ｖ７，Ｖ６，Ｖ４，Ｖ１０は、油圧ポンプＰ２からタンクＴに繋がるポンプラインＬ２上に、上流側からこの順で直列に接続されている。従って、右走行操作、アタッチメント２２の回動操作、アーム２４の回動操作、ブーム２３の回動操作、ブーム２３の折れ角θの設定操作の順で操作が優先される。そのため、右走行操作、アタッチメント２２の回動操作、アーム２４の回動操作、ブーム２３の回動操作の少なくとも１つがされていればポジショニングシリンダ２９には圧油は供給されないようになっている。また、油圧ポンプＰ１から吐出された圧油は方向切換弁Ｖ８を通過するとタンクＴに導かれ、ポジショニングシリンダ２９には供給されない。なお、方向切換弁Ｖ１０を最下流に配置する限りにおいては、方向切換弁Ｖ２，Ｖ７，Ｖ６，Ｖ４の順序は必要に応じて変更可能である。方向切換弁Ｖ１０をポンプラインＬ１上に配置する場合においても、方向切換弁Ｖ１，Ｖ９，Ｖ５，Ｖ３，Ｖ８の順序に関わらず、方向切換弁Ｖ１０を最下流に配置する。

加えて、ポンプラインＬ２には、カットオフ弁Ｖｃが方向切換弁Ｖ１０と並列に接続されている。カットオフ弁Ｖｃはノーマルオープン型の遮断弁であり、カットオフ弁Ｖｃの受圧室にはシャトル弁Ｖｓを介して減圧弁Ｖｓ１，Ｖｓ２の出力ポートが接続している。ポジショニングペダル３７が操作されるとシャトル弁Ｖｓを介してカットオフ弁Ｖｃの受圧室にパイロット圧が導かれる。これによりカットオフ弁Ｖｃが閉じ、方向切換弁Ｖ２，Ｖ７，Ｖ６，Ｖ４のセンターバイパス通路を通過した圧油が方向切換弁Ｖ１０を介してポジショニングシリンダ２９に供給され、ブーム２３の折れ角θが変更される。反対に、ポジショニングペダル３７が操作されていない状態ではカットオフ弁Ｖｃが開放される。そのため、作業機２０の動作や旋回、走行の操作がされていなくても、油圧ポンプＰ１，Ｐ２から吐出された圧油はタンクＴに戻り、ポジショニングシリンダ２９に圧油が供給されることはない。

以上のように、作業機２０を用いた作業や旋回及び走行と、ブーム２３の折れ角θの設定とは、同時に実行できない回路構成となっている。なお、ポンプラインＬ１，Ｌ２には、方向切換弁Ｖ１，Ｖ２よりも上流側の位置にリリーフ弁Ｖｒが設けられており、ポンプラインＬ１，Ｌ２の圧力の最大値がリリーフ弁Ｖｒのリリーフ圧により規定されている。リリーフ圧はポンプラインＬ１，Ｌ２の保護を始めとして種々の観点で設定される。本実施形態においては、作業機２０により車体に作用するモーメント荷重が許容値を超える場合（ブームシリンダ２５のボトム側油室の圧力が一定値を超える場合）にも、リリーフ弁Ｖｒが開いてブーム２３が下降するようにリリーフ圧が設定されている。

－動作－
図５は本実施形態の作業機械によるクレーン作業の作業範囲を表す図である。同図ではクレーン作業で許容される作業機２０の動作範囲の外形をフック３０の軌跡（実線）で表している。クレーン作業をする場合には、例えばアタッチメント２２を抱え込んだ（クラウドさせた）姿勢でフック３０をリンク２８から出して下向きに下げる。このフック３０に例えば荷（不図示）を吊るしたワイヤ等を掛け、作業機２０を駆動して荷を持ち上げて旋回や走行の動作をして荷を移動させる。掘削等の作業についてはポジショニングシリンダ２９を例えば最収縮状態にして作業機２０を操作する。

掘削作業と同様にポジショニングシリンダ２９を最も収縮させた状態でクレーン作業をする場合、フック３０の可動範囲の後縁位置は同図に示したポジションＸ１である。例えばポジショニングシリンダ２９を最収縮状態とし、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６及びアタッチメントシリンダ２７を最伸長状態とすることで、フック３０がポジションＸ１に位置する。

本実施形態の場合、フック３０がポジションＸ１にある状態でポジショニングシリンダ２９を伸ばしていくと、フック３０がアタッチメント２２に干渉することなくポジションＸ１から鉛直上方に円弧軌道を描いて上昇する。例えばポジショニングシリンダ２９、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６及びアタッチメントシリンダ２７を全て最長に伸ばした状態では、フック３０はポジションＸ２に位置する。ポジションＸ２はポジションＸ１に比べて若干後方であり、ポジションＸ１に比べて高位置である。

なお、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６及びアタッチメントシリンダ２７を最長に伸ばした状態でポジショニングシリンダ２９の伸縮に伴ってフック３０が描く軌道は、ポジションＸ１，Ｘ２を始点及び終点とする円弧である。本実施形態では、この円弧の中点Ｘ０がピン２３Ｂｐ（第２ブーム２３Ｂの回動支点）の前方に位置するように構成されている。ブームシリンダ２５が最伸長状態のとき中点Ｘ０の高さはピン２３Ｂｐの高さと同程度である。これにより、ポジションＸ１，Ｘ２間で昇降するフック３０の前後の変位量を抑えられ、鉛直に近い軌道でフック３０が上下に移動する。

－比較例－
図６はモノブームのＭＬクレーン仕様機によるクレーン作業の作業範囲を表す図である。同図では図５と同様にクレーン作業で許容される作業機の動作範囲の外形をフックの軌跡（実線）で表している。モノブーム作業機の場合、クレーン作業時のフックの可動範囲の後縁位置は同図に示したポジションＸ１’である。ブームの折れ角を変えることができないため、ポジションＸ’から更にフック３０を後方に移動させたり鉛直上方に引き上げたりすることはできない。ポジションＸ１’にあるフックから荷を吊るした状態では吊り荷の高さが不十分で、車体を自由に移動させることができないと、例えば障害物があって旋回動作で荷を移動させることが難しい場合がある。また、荷を吊ったフックをポジションＸ１’に移動させるとフックの高さが足りずに吊り荷が運転室のすぐ前方にくる場合があり、この状態で荷振れすると運転室に吊り荷が干渉する恐れがある。このような場合、運転室から吊り荷を遠ざけて作業する必要があり、旋回半径が大きくなってしまう。

ポジションＸ１’からアームシリンダを最収縮状態まで縮めればフックは高位置に変位するが、その過程でフックとバケットとが干渉するためアームを上向き姿勢にすることができず、クレーン作業時のフックの可動範囲の上限はポジションＸ３に制限される。ポジションＸ３はポジションＸ１’に比べて高位置ではあるがかなり前方にあり、フックがポジションＸ３にある状態では作業機械の旋回半径が大き過ぎて狭い現場では作業できない場合がある。

－効果－
（１）本実施形態においては、ブーム２３が第１ブーム２３Ａ、第２ブーム２３Ｂ及びポジショニングシリンダ２９を含んで構成されている。第１ブーム２３Ａに対する第２ブーム２３Ｂの角度（ブーム２３の折れ角θ）を変更することで、クレーン作業で許容される作業範囲（フック３０の可動範囲）をモノブームの一般的なＭＬクレーン仕様機に比べて拡大することができる。特に車体１０の近くでフック３０をモノブーム仕様機よりも高く上げることができ、狭隘な場所で荷を高く吊り上げてかつ旋回半径を抑えて荷役作業をすることができる。このようにクレーン作業時の作業範囲を拡大し、車体付近で従来よりも荷を高く吊り上げることができ、ＭＬクレーン仕様機の長所を活かして、例えば構造物に挟まれた狭隘な場所や建築物やトンネルの内部においても柔軟に荷役作業を遂行することができる。

（２）特に本実施形態においては、２ピースブームのＭＬクレーン仕様機ということに止まらず、ポジショニングシリンダ２９を伸ばすと第２ブーム２３Ｂの先端側のピン２４ｐが第１ブーム２３Ａの基線Ｌａを超えて後側に変位する特徴を持つ。これによりフック３０をポジションＸ２（図５）にまで移動させることができる。

参考として、図６のモノブーム仕様機のクレーン作業範囲を図５に破線で重ねて表示した。図５に示した通り、モノブームのＭＬクレーン仕様機に比べて本実施形態の作業機械のクレーン作業範囲が拡大していることが分かる。

また、ブーム２３が反るので、吊り荷を車体１０の近くで高く吊り上げられるようにするために、ブーム２３を長尺化する、或いは第１ブーム２３Ａを後傾させることができるようにする必要がない。ブーム２３の長尺化が避けられるため機体安定性の低下を抑制できる。また、第１ブーム２３Ａを後傾させる必要がないため、第１ブーム２３Ａとの干渉を避けるための旋回体１２の搭載機器の必要以上のレイアウト変更も避けられる。

（３）また、ブームシリンダ２５及びポジショニングシリンダ２９の伸縮状態に関わらずブーム先端のピン２４ｐが旋回体１２の後端を超えて後方に移動することがないので、機体安定性の低下を抑制できる。

特に本実施形態ではアーム２４の全体が旋回体１２の後端を超えて後方に移動することがないように構成してあるため、クレーン作業時の後端旋回半径の拡大も避けられる。

１１…走行体、１２…旋回体、２０…作業機、２２…アタッチメント、２３…ブーム、２３Ａ…第１ブーム、２３Ｂ…第２ブーム、２３Ａｐ…第１ブームの基端側のピン、２３Ｂｐ…第１ブームの先端側のピン、２４…アーム、２４ｐ…ピン（第２ブームの先端側のピン）、２５…ブームシリンダ、２６…アームシリンダ、２７…アタッチメントシリンダ、２９…ポジショニングシリンダ、３０…フック、Ｓａ…平面（第１ブームの基端側と先端側の２本のピンの中心線を通る平面）、θ…折れ角（第１ブームに対する第２ブームの角度）

Claims

走行体と、
前記走行体の上部に旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体に回動自在に連結したブーム、前記ブームの先端に連結したアーム、前記アームの先端に連結したアタッチメント、前記ブームを回動させるブームシリンダ、前記アームを回動させるアームシリンダ、前記アタッチメントを回動させるアタッチメントシリンダ、及び前記アタッチメントの背側に配置したクレーン作業用のフックを含んで構成された作業機とを備えた作業機械において、
前記ブームが、
前記旋回体に連結した第１ブームと、
前記第１ブームの先端に連結した第２ブームと、
前記第１ブーム及び前記第２ブームの腹側に配置され、前記第１ブームに対する前記第２ブームの角度を変更するポジショニングシリンダと
を含んで構成されており、
前記第１ブームが起立した状態で、前記ポジショニングシリンダの伸長に伴って前記第１ブームに対して前記第２ブームが後方に回動し、前記ポジショニングシリンダが最伸長状態に伸長した場合に、前記第２ブームの先端側のピンを、前記第１ブームの基端側のピンと前記第１ブームの先端側のピンとを結ぶ仮想線を通る平面に対し後側に位置させたことを特徴とする作業機械。
請求項１に記載の作業機械において、前記ブームシリンダ及び前記ポジショニングシリンダの双方が最伸長状態のとき、前記第２ブームの先端側のピンが前記旋回体の後端よりも前方に位置することを特徴とする作業機械。
請求項２に記載の作業機械において、前記ブームシリンダ及び前記ポジショニングシリンダの双方が最伸長状態のとき、前記第２ブームに対する角度によらず前記アームの全部が前記旋回体の後端よりも前方に位置することを特徴とする作業機械。
請求項１に記載の作業機械において、前記ブームシリンダ及び前記ポジショニングシリンダの双方が最伸長状態のとき、前記第１ブーム及び前記第２ブームは、前記ポジショニングシリンダの基端側のピンを頂点として弓形になることを特徴とする作業機械。