JPH08105076A - 旋回式作業機の旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作業装置の俯仰位置のいかんにかかわらず上
部旋回体の旋回時に発生する振動を緩和でき、旋回時の
操作性の向上を図る。 【構成】 ブーム，アームおよびバケットからなる作業
装置に設けられたブーム角センサ３１，アーム角センサ
３２によってブーム角，アーム角を検出し、コントロー
ラ３５がこれらの検出結果から作業装置の俯仰位置に基
づく旋回半径を算出し、この旋回半径に対応する制御信
号をパイロット管路２４Ａ，２４Ｂの途中に設けられた
絞り制御弁３３，３４に出力する。そして、絞り制御弁
３３，３４はこの制御信号に基づいてパイロット管路２
４Ａ，２４Ｂに絞りを付与し、パイロット圧力を変化さ
せる。これにより、作業装置が上部旋回体の上方に位置
し、旋回半径が小さいときには、パイロット圧力の伝播
を遅らせることによって方向切換弁２３の切換速度を遅
くし、上部旋回体の急旋回等による振動を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば油圧ショベル，
油圧クレーン等のように下部走行体上に上部旋回体が旋
回可能に設けられ、該上部旋回体に作業装置が俯仰動可
能に設けられた旋回式作業機の旋回制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術による旋回式作業機の旋回制御
装置として油圧ショベルの旋回制御装置を例に挙げ、図
７ないし図１１に基づいて説明する。

【０００３】図において、１は油圧ショベルを示し、該
油圧ショベル１は、下部走行体２と、該下部走行体２に
旋回可能に搭載された上部旋回体３と、該上部旋回体３
と下部走行体２との間に設けられ、該上部旋回体３に旋
回を制御する旋回装置４と、前記上部旋回体３に俯仰動
可能に設けられた作業装置５とから大略構成されてい
る。そして、前記上部旋回体３は、骨組みを構成する旋
回フレーム６上に設けられた運転室７，機械室８および
カウンタウェイト９から構成されている。

【０００４】また、前記作業装置５は、基端側から先端
側に向けて順に、ブーム１０，アーム１１，バケット１
２がそれぞれ連結された構成となっている。即ち、前記
ブーム１０の基端側は上部旋回体３に第１結合部１３
で、該ブーム１０の先端側と前記アーム１１の基端側は
第２結合部１４で、該アーム１１の先端側とバケット１
１は第３結合部１５でそれぞれ俯仰動可能にピン結合さ
れている。さらに、上部旋回体３とブーム１０との間に
はブームシリンダ１６が、ブーム１０とアーム１１との
間にはアームシリンダ１７が、アーム１１とバケット１
２との間にはバケットシリンダ１８がそれぞれ設けら
れ、前記ブームシリンダ１６，アームシリンダ１７，バ
ケットシリンダ１８を圧油によって伸縮させることによ
り、ブーム１０，アーム１１，バケット１２が第１結合
部１３，第２結合部１４，第３結合部１５を支点に俯仰
動するようになっている。

【０００５】そして、当該作業装置５の俯仰位置、即
ち、ブーム１０，アーム１１，バケット１２のそれぞれ
の屈曲状態は、運転者が運転室７内に設けられた作業装
置用操作レバー（図示せず）を操作することによって自
由に操作することが可能であり、例えば、図７に示すよ
うに、作業装置５を上部旋回体３の前方に伸長させた状
態（以下、この状態を「俯仰位置Ａ」とする）とするこ
とができ、または、図８に示すように、作業装置５を上
部旋回体３の上方に位置させる状態（以下、この状態を
「俯仰位置Ｂ」とする）とすることもできる。これによ
り、当該油圧ショベル１によって土砂等の掘削作業を行
う場合において、通常の掘削作業をするときには、主に
俯仰位置Ａであり、上部旋回体３を旋回させるときに
は、旋回半径を小さくするために俯仰位置Ｂに変更する
ことが多い。

【０００６】次に、当該油圧ショベル１の旋回制御装置
について説明するに、該旋回制御装置は、図９に示す如
く、旋回モータ１９，メインポンプ２０，方向切換弁２
３および減圧弁型パイロット弁２６等から大略構成さ
れ、旋回装置４の旋回を制御するものである。

【０００７】即ち、図９中、１９は下部走行体２に対し
て上部旋回体３を旋回させる動力源である旋回モータを
示し、該旋回モータ１９は、主油圧源としてのメインポ
ンプ２０とタンク２１に一対の主管路２２Ａ，２２Ｂに
よって接続され、メインポンプ２０から出力される駆動
圧力に応じて回転する。また、該旋回モータ１９は、減
速装置（図示せず）等と共に、旋回フレーム６上に固定
され、旋回モータ１９の回転を前記減速装置等を介し
て、上部旋回体３を下部走行体２に対して旋回させるよ
うになっている。

【０００８】２３は各主管路２２Ａ，２２Ｂの途中に設
けられ、メインポンプ２０から旋回モータ１９に給排す
る駆動圧力の方向を切り換える方向切換弁を示し、該方
向切換弁２３は、一対のパイロット部２３Ａ，２３Ｂを
有する６ポート３位置の油圧パイロット式の方向切換弁
によって構成されている。

【０００９】また、該方向切換弁２３の各パイロット部
２３Ａ，２３Ｂには、一対のパイロット管路２４Ａ，２
４Ｂがそれぞれ接続され、該各パイロット管路２４Ａ，
２４Ｂを介してパイロット油圧源としてのパイロットポ
ンプ２５とタンク２１に接続されている。

【００１０】そして、該方向切換弁２３は、パイロット
ポンプ２５から出力されるパイロット圧力をパイロット
部２３Ａ，２３Ｂで受承することによって、中立位置
（ａ）から切換位置（ｂ）または切換位置（ｃ）に切り
換わるようになっている。

【００１１】２６はパイロット管路２４Ａ，２４Ｂの途
中に設けられ、前記パイロットポンプ２５から前記方向
切換弁２３の各パイロット部２３Ａ，２３Ｂに供給する
パイロット圧力を制御する減圧弁型パイロット弁を示
し、該減圧弁型パイロット弁２６は、パイロット管路２
４Ａの途中に設けられた減圧弁２６Ａと、パイロット管
路２４Ｂの途中に設けられた減圧弁２６Ｂとから構成さ
れ、該各減圧弁２６Ａ，２６Ｂを選択的に操作する旋回
用操作レバー２７が設けられている。また、該旋回用操
作レバー２７は運転室７に配設されており、運転者が該
旋回用操作レバー２７を傾転操作することにより、これ
に連動して減圧弁２６Ａまたは２６Ｂが作動し、パイロ
ット管路２４Ａ，２４Ｂのいずれか一方にパイロット圧
力を選択的に発生させるようになっている。即ち、旋回
用操作レバー２７を一方に傾転すれば、減圧弁２６Ａが
作動し、パイロット管路２４Ａ側にパイロット圧力が発
生し、旋回用操作レバー２７を他方に傾転すれば、減圧
弁２６Ｂが作動し、パイロット管路２４Ｂ側にパイロッ
ト圧力が発生するようになっている。

【００１２】従来技術による油圧ショベルの旋回制御装
置は上述のような構成を有するもので、次に、油圧ショ
ベルの旋回制御装置の動作について図９の油圧回路に基
づき説明する。

【００１３】まず、上部旋回体３を例えば左方向に旋回
させるべく運転者が旋回用操作レバー２７を一方に傾転
操作すると、減圧弁型パイロット弁２６の減圧弁２６Ａ
が作動し、パイロット圧力がパイロット管路２４Ａを介
して方向切換弁２３のパイロット部２３Ａに供給され
る。これにより、方向切換弁２３は中立位置（ａ）から
切換位置（ｂ）に切り換わる。従って、メインポンプ２
０から出力される駆動圧力は主管路２２Ａを介して旋回
モータ１９に作用するため、旋回モータ１９が一の方向
に回転し、これにより上部旋回体３が左方向に旋回す
る。

【００１４】一方、上部旋回体３を例えば右方向に旋回
させるべく運転者が旋回用操作レバー２７を他方に傾転
操作すると、減圧弁型パイロット弁２６の減圧弁２６Ｂ
が作動し、パイロット圧力がパイロット管路２４Ｂを介
して方向切換弁２３のパイロット部２３Ｂに供給され
る。これにより、方向切換弁２３は中立位置（ａ）から
切換位置（ｃ）に切り換わる。従って、メインポンプ２
０から出力される駆動圧力は主管路２２Ｂを介して旋回
モータ１９に作用するため、旋回モータ１９が他の方向
に回転し、上部旋回体３が右方向に旋回する。

【００１５】このように、運転者は、旋回用操作レバー
２７を一方または他方に傾転操作することにより、上部
旋回体３を左，右方向に旋回させ、さらに、作業装置用
操作レバーを操作することにより前記作業装置５を動作
させ、土砂の掘削作業等を行う。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、図７に示す俯仰位置Ａの状態で、旋回用操
作レバー２７を操作して上部旋回体３を旋回させた場合
と、図８に示す俯仰位置Ｂの状態で、旋回用操作レバー
２７を操作して上部旋回体３を旋回させた場合とでは、
上部旋回体３の慣性モーメントに大きな差がある。

【００１７】即ち、図７に示す俯仰位置Ａの状態では、
上部旋回体３が旋回する際の軸である旋回軸Ｏと、この
旋回軸Ｏから最も離間した作業装置５の先端部位までの
距離（旋回半径Ｒ）が大きいため、慣性モーメントが大
きくなる。一方、図８に示す俯仰位置Ｂの状態では、作
業装置５が上部旋回体３の旋回軸Ｏの近傍に位置してい
るため、旋回半径Ｒは油圧ショベル１の後端旋回半径Ｒ
0 と等しくなる。これにより、俯仰位置Ａと比較して旋
回半径が大幅に小さくなり、慣性モーメントも大幅に小
さくなる。

【００１８】この結果、旋回半径Ｒの大きい俯仰位置Ａ
では、旋回時に旋回モータ１９にかかる負荷が大きいた
め、旋回開始時に加速または旋回停止が減速が滑らかで
あり、旋回開始時または旋回停止時の振動は比較的少な
い。

【００１９】しかし、旋回半径Ｒの小さい俯仰位置Ｂで
は、旋回時に油圧モータにかかる負荷が大幅に小さくな
るため、上部旋回体３の旋回開始または旋回停止の応答
が鋭敏となる。この結果、旋回用操作レバー２７の操作
により上部旋回体３が急旋回または急停止し、その都度
大きな振動が発生するという問題がある。

【００２０】ここで、図１０は、俯仰位置Ａ，Ｂの両姿
勢における旋回速度の変化をパイロット圧力の変化に対
応させて示した特性線図である。図１０の横軸は時間を
示しており、そのうち、時点Ｔ1 は旋回用操作レバー２
７を傾転操作してパイロット圧力を出力させた時点であ
り、時点Ｔ2 は旋回用操作レバー２７を戻してパイロッ
ト圧力の出力を中止させた時点を示している。また、図
１０上段の特性線Ｐはパイロット圧力、中段の特性線Ｑ
1 は俯仰位置Ａにおける旋回速度、下段の特性線Ｑ2 は
俯仰位置Ｂにおける旋回速度をそれぞれ示している。

【００２１】そして、時点Ｔ1 に着目すると、パイロッ
ト圧力（特性線Ｐ）の立ち上がりに対して、俯仰位置Ａ
の旋回速度（特性線Ｑ1 ）の変化は滑らかだが、俯仰位
置Ｂの旋回速度（特性線Ｑ2 ）の変化は急峻であること
がわかる。また、時点Ｔ2 に着目すると、パイロット圧
力（特性線Ｐ）の立ち下がりに対して、俯仰位置Ａの旋
回速度（特性線Ｑ1 ）の変化は滑らかだが、俯仰位置Ｂ
の旋回速度（特性線Ｑ2 ）の変化は急峻であることがわ
かる。これにより、俯仰位置Ｂでは、旋回用操作レバー
２７を操作した時点Ｔ1 ，Ｔ2 で旋回速度が急変するこ
とがわかる。

【００２２】さらに、俯仰位置Ｂにおいて旋回速度が急
変することにより、下記に示す新たな問題が生じる。

【００２３】即ち、旋回半径Ｒの小さい俯仰位置Ｂのと
きに、運転者が上部旋回体３を旋回させるべく旋回用操
作レバー２７を傾転操作すると、上部旋回体３が急に旋
回を開始するため、大きな振動が運転者の身体に作用す
る。このときのショックにより運転者は、意に反して旋
回用操作レバー２７を戻してしまう。すると、今度は上
部旋回体３が急停止するため再び大きな振動が運転者の
身体に作用し、このときのショックにより運転者は、再
び旋回用操作レバー２７を傾転させてしまう。このよう
な事態が繰り返されることにより、旋回動作がガクガク
と振動する、いわゆるジャーキングが発生し、旋回時の
操作性を著しく悪化させるという問題がある。特に、こ
の問題は、俯仰位置Ａと俯仰位置Ｂとで旋回半径Ｒの差
が非常に大きい小型油圧ショベルにおいて生じ易い。

【００２４】ここで、図１１は上述したジャーキングが
発生した状態におけるパイロット圧力およびそれに対応
した旋回速度の変化を示した特性線図である。図１１は
上述した図１０とほぼ同様に、横軸は時間を示し、時点
Ｔ1 は運転者の意図により旋回用操作レバー２７を傾転
操作してパイロット圧力を出力させた時点であり、時点
Ｔ2 は運転者の意図により旋回用操作レバー２７を戻し
てパイロット圧力の出力を中止させた時点を示してい
る。また、図１１上段の特性線Ｐはパイロット圧力、下
段の特性線Ｑ2 は俯仰位置Ｂにおける旋回速度をそれぞ
れ示している。

【００２５】これによれば、上部旋回体３が旋回してい
る間（時点Ｔ1 と時点Ｔ2 の間）では、旋回用操作レバ
ー２７が運転者の意に反して振動的に操作されているた
め、パイロット圧力が振動し、これに伴って旋回速度が
振動的に変化し、ジャーキングが発生していることがわ
かる。

【００２６】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたものであり、本発明は、作業装置の俯仰位置のい
かんにかかわらず上部旋回体の旋回時に発生する振動を
抑制でき、旋回の操作性を向上させることができる旋回
式作業機の旋回制御装置を提供することを目的としてい
る。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明は、下部走行体と、該下部走行
体に旋回装置を介して旋回可能に搭載された上部旋回体
と、該上部旋回体に俯仰動可能に設けられた作業装置と
からなる旋回式作業機において、前記旋回装置によって
前記上部旋回体を旋回させる旋回モータと、該旋回モー
タと主油圧源との間を接続する主管路と、該主管路の途
中に設けられ、前記主油圧源から旋回モータに給排する
圧油の方向を切り換える油圧パイロット式の方向切換弁
と、該方向切換弁に設けられた一対のパイロット部をパ
イロット油圧源にそれぞれ接続する一対のパイロット管
路と、該各パイロット管路の途中に設けられ、前記パイ
ロット油圧源から前記方向切換弁の各パイロット部に供
給するパイロット圧力を制御するパイロット弁と、前記
各パイロット管路の途中にそれぞれ設けられ、前記作業
装置の俯仰位置に基づいてパイロット圧力を可変に制御
する絞り制御弁とからなる構成を採用したことを特徴と
する。

【００２８】この場合、請求項２の発明の如く、前記絞
り制御弁は、前記作業装置の旋回半径が小さいときには
絞り量を大きくし、旋回半径が大きいときには絞りを小
さくするように制御する構成とするのが好ましい。

【００２９】また、請求項３の発明の如く、前記旋回式
作業機は、前記作業装置が、上部旋回体に回動可能に連
結されたブームと、該ブームに回動可能に連結されたア
ームと、該アームに回動可能に連結されたバケットとか
らなる油圧ショベルであり、ブーム角を検出してブーム
角検出信号を出力するブーム角検出手段と、アーム角を
検出してアーム角検出信号を出力するアーム角検出手段
と、前記ブーム角検出手段およびアーム角検出手段から
それぞれ出力されるブーム角検出信号およびアーム角検
出信号に基づいて前記作業装置の俯仰位置を演算し、該
作業装置の俯仰位置に基づく該作業装置の旋回半径の大
小に対応した制御信号を前記絞り制御弁に向けて出力す
る俯仰位置演算手段とを備え、前記絞り制御弁は、該俯
仰位置演算手段から出力される制御信号に基づいてパイ
ロット圧力を可変に制御する構成とするのが好ましい。

【００３０】

【作用】請求項１の構成によれば、上部旋回体を旋回さ
せようとする場合には、まず、運転者が、例えば運転室
内に設けられた旋回用の操作レバーを操作し、例えば該
操作レバーに連動して作動するようになっているパイロ
ット弁を作動させる。これにより、パイロット圧力がパ
イロット管路を介して方向切換弁の一方のパイロット部
に供給され、該方向切換弁が前記パイロット圧力によっ
て中立位置から切換位置に切り換えられる。この結果、
旋回モータと主油圧源とが連通して旋回モータが回転
し、この回転力によって上部旋回体が旋回する。

【００３１】そして、絞り制御弁は、前記パイロット弁
の作動とは別に、作業装置の俯仰位置に基づいて前記方
向切換弁のパイロット部に供給する前記パイロット圧力
を可変に制御する。これにより、作業装置の俯仰位置に
基づいて方向切換弁の切換速度を可変に設定し、上部旋
回体の旋回開始時または旋回停止時における加速または
減速の度合いを調整する。

【００３２】例えば、油圧ショベル，油圧クレーン等の
旋回式作業機は、その時々の作業装置の俯仰位置によっ
て旋回半径が大きく異なるものであり、旋回半径の大小
によって旋回時の慣性モーメントが大きく異なることは
上述した通りである。

【００３３】そこで、作業装置の旋回半径が小さくなる
ような俯仰位置で旋回時の慣性モーメントが小さい場合
には、絞り制御弁がパイロット圧力の伝播が遅くなるよ
うに抑制する。これにより、方向切換弁の切換速度が比
較的遅くなるため、上部旋回体の加速または停止が滑ら
かになり、旋回開始時または旋回停止時の振動を緩和す
ることができる。

【００３４】一方、作業装置の旋回半径が大きくなるよ
うな俯仰位置で旋回時の慣性モーメントが大きい場合に
は、絞り制御弁がパイロット圧力の伝播が速くなるよう
に制御する。これにより、方向切換弁の切換が比較的速
くなるため、旋回動作の鈍化を防止することができる。

【００３５】また、請求項２の構成によれば、作業装置
の旋回半径が小さくなるような俯仰位置のときには、絞
り制御弁による絞り量を大きくして管路面積を縮小する
ことにより、パイロット圧力の伝播が遅くなるように制
御する。一方、作業装置の旋回半径が大きくなるような
俯仰位置のときには、絞り制御弁による絞り量を小さく
して管路面積を拡張することにより、パイロット圧力の
伝播が速くなるように制御する。

【００３６】さらに、請求項３の構成によれば、ブーム
角検出手段によってブーム角を検出し、これに基づくブ
ーム角検出信号を俯仰位置演算手段に向けて出力する。
また、アーム角検出手段によってアームの俯仰位置を検
出し、これに基づくアーム角検出信号を俯仰位置演算手
段に向けて出力する。そして、該俯仰位置演算手段は、
ブーム角検出信号およびアーム角検出信号に基づいて作
業装置の俯仰位置を演算し、作業装置の俯仰位置に基づ
く旋回半径の大小に対応した制御信号を絞り制御弁に向
けて出力する。そして、該絞り制御弁は、前記俯仰位置
演算手段から出力される制御信号に基づいて、作業装置
の旋回半径が小さい場合には、パイロット圧力の伝播が
遅くなるように制御し、作業装置の旋回半径が大きい場
合には、パイロット圧力の伝播が速くなるように制御す
る。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図６に基
づいて説明する。なお、本実施例では、前述した従来技
術と同様に、旋回式作業機の旋回制御装置として油圧シ
ョベルの旋回制御装置を例に挙げ、従来技術と同一の構
成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。

【００３８】３１はブーム角検出手段としてのブーム角
センサを示し、該ブーム角センサ３１は、上部旋回体３
とブーム１０の基端側とを連結させている第１結合部１
３に設けられた角度センサであり、例えば、回転角形ポ
テンショメータ等によって構成されている。また、該ブ
ーム角センサ３１は、後述するコントローラ３５と電気
的な接続がなされている。そして、該ブーム角センサ３
１は、図１に示す如く、上部旋回体３とブーム１０との
間の角度α（以下、これをブーム角αという）を検出
し、このブーム角αに対応したブーム角検出信号をコン
トローラ３５に出力する。

【００３９】３２はアーム角検出手段としてのアーム角
センサを示し、該アーム角センサ３２は、ブーム１０の
先端側とアーム１１の基端側とを連結させている第２結
合部１４に設けられた角度センサであり、例えば、回転
角形ポテンショメータ等によって構成されている。ま
た、該アーム角センサ３２は、後述するコントローラ３
５と電気的な接続がなされている。そして、該アーム角
センサ３２は、図１に示す如く、ブーム１０とアーム１
１の間の角度β（以下、これをアーム角βという）を検
出し、このアーム角βに対応したアーム角検出信号をコ
ントローラ３５に出力する。

【００４０】３３は減圧弁型パイロット弁２６と方向切
換弁２３のパイロット部２３Ａとの間に位置してパイロ
ット管路２４Ａの途中に設けられた一の絞り制御弁を示
し、該絞り制御弁３３は、ノーマル位置（ｅ）と絞り位
置（ｆ）とからなる２ポート２位置の電磁パイロット式
切換弁（電磁比例式切換弁）によって構成され、絞り位
置（ｆ）には絞り部３３Ａが形成されている。また、該
絞り制御弁３３の電磁パイロット部３３Ｂは、コントロ
ーラ３５に電気的に接続されており、該絞り制御弁３３
はコントローラ３５から出力される制御信号の電圧Ｅに
比例してノーマル位置（ｅ）から絞り位置（ｆ）に連続
的に切り換えられるようになっている。例えば、制御信
号の電圧Ｅが最小のときにはノーマル位置（ｅ）とな
り、制御信号の電圧Ｅが最大のときには絞り位置（ｆ）
となる。

【００４１】そして、該絞り制御弁３３は、ノーマル位
置（ｅ）では、減圧弁型パイロット弁２６の制御によっ
てパイロット管路２３Ａをパイロットポンプ２５から方
向切換弁２３のパイロット部２３Ａに供給されるパイロ
ット圧力をそのまま通過させる。一方、絞り位置（ｆ）
では、前記パイロット管路２４Ａに絞りを付与し、前記
パイロット圧力を抑制する。

【００４２】３４は減圧弁型パイロット弁２６と方向切
換弁２３のパイロット部２３Ｂとの間に位置してパイロ
ット管路２４Ｂの途中に設けられた他の絞り制御弁を示
し、該絞り制御弁３４は前記絞り制御弁３３と同様に、
ノーマル位置（ｅ）と絞り位置（ｆ）とからなる２ポー
ト２位置の電磁パイロット式切換弁（電磁比例式切換
弁）によって構成され、絞り位置（ｆ）には絞り部３４
Ａが形成されている。また、該絞り制御弁３４の電磁パ
イロット部３４Ｂはコントローラ３５に電気的に接続さ
れており、コントローラ３５から出力される制御信号の
電圧Ｅに比例してノーマル位置（ｅ）から絞り位置
（ｆ）に連続的に切り換えられるようになっている。即
ち、制御信号の電圧Ｅが最小のときにはノーマル位置
（ｅ）となり、制御信号の電圧Ｅが最大のときには絞り
位置（ｆ）となる。

【００４３】そして、該絞り制御弁３４は、前記絞り制
御弁３３と同様に、ノーマル位置（ｅ）では、減圧弁型
パイロット弁２６の制御によってパイロット管路２４Ｂ
をパイロットポンプ２５から方向切換弁２３のパイロッ
ト部２３Ｂに供給されるパイロット圧力をそのまま通過
させる。一方、絞り位置（ｆ）では、前記パイロット管
路２４Ｂに絞りを付与し、前記パイロット圧力を抑制す
る。

【００４４】３５は俯仰位置演算手段としてのコントロ
ーラを示し、該コントローラ３５はＣＰＵ，メモリ等を
内蔵したＭＰＵ（マルチプロセッシングユニット）によ
って構成され、該コントローラ３５の入力側には、ブー
ム角センサ３１，アーム角センサ３２がそれぞれ接続さ
れ、出力側は絞り制御弁３３，３４にそれぞれ接続され
ている。また、該コントローラ３５のメモリには、俯仰
位置を演算して絞り制御弁３３，３４の切換制御を行う
ために、図３に示す弁制御処理プログラムと、図４に示
すデータ変換テーブル３６とが格納されている。

【００４５】そして、該コントローラ３５は、油圧ショ
ベル１の作動中、前記弁制御処理プログラムを実行す
る。これにより、該コントローラ３５は、ブーム角セン
サ３１から出力されるブーム角検出信号とアーム角セン
サ３２から出力されるアーム角検出信号とから、予め定
められた演算式によって作業装置５全体の俯仰位置に基
づく作業装置５の旋回半径Ｒを演算し、この旋回半径Ｒ
に対応した電圧Ｅを有する制御信号を絞り制御弁３３，
３４に出力する。なお、旋回半径Ｒとは、図１に示すよ
うに上部旋回体３が旋回する際の軸となる旋回軸Ｏから
最も離間した作業装置５の先端部位までの距離である。

【００４６】ここで、該コントローラ３５の弁制御処理
プログラムによる作業装置５の俯仰位置の算出および絞
り制御弁３３，３４の切換制御について図３の流れ図に
沿って説明する。

【００４７】まず、ステップ１では、ブーム角センサ３
１，アーム角センサ３２から出力されるブーム角検出信
号，アーム角検出信号の読込を行う。

【００４８】次に、ステップ２では、ブーム角検出信
号，アーム角検出信号に基づいて作業装置５の俯仰位置
を演算し、作業装置５の俯仰位置に基づく旋回半径Ｒを
演算する。

【００４９】ここで、図１は、油圧ショベル１の作業装
置５が前述した俯仰位置Ａのとき（図７）、または俯仰
位置Ｂのとき（図８）の状態を簡略化して図示したもの
であり、俯仰位置Ａにおける作業装置５の俯仰位置を実
線で示し、俯仰位置Ｂにおける作業装置５の俯仰位置を
二点鎖線で示している。

【００５０】図１によれば、作業装置５が俯仰位置Ａの
状態では、作業装置５が上部旋回体３の前方に伸長した
状態であるため旋回半径Ｒは大きくなる。そして、この
状態におけるブーム角αは小さくなり、アーム角βは大
きくなる。一方、作業装置５が俯仰位置Ｂの状態では、
作業装置５が上部旋回体３の上方に位置するため、旋回
半径Ｒは後端旋回半径Ｒ0 と等しくなる。そして、この
状態におけるブーム角α′は大きくなり、アーム角β′
は小さくなる。

【００５１】従って、ブーム角αをブーム角センサ３１
で検出し、アーム角βをアーム角センサ３２で検出し、
これら各センサから出力されるブーム角検出信号，アー
ム角検出信号に基づいて、コントローラ３５によって演
算処理することによって、作業装置５の俯仰位置に基づ
く旋回半径Ｒを演算することができる。

【００５２】次に、ステップ３では、コントローラ３５
のメモリに格納されたデータ変換テーブル３６の読込を
行い、このデータ変換テーブル３６を参照して旋回半径
Ｒに対応した制御信号の電圧Ｅを設定する。

【００５３】ここで、データ変換テーブル３６とは、図
４に示すように、旋回半径Ｒに対応した制御信号の電圧
Ｅを設定するためのテーブルであり、コントローラ３５
のメモリに格納されている。このデータ変換テーブル３
６によって、旋回半径Ｒが小さいときには制御信号の電
圧Ｅは大きく設定され、旋回半径Ｒが大きいときには制
御信号の電圧Ｅは小さく設定される。例えば、俯仰位置
Ａの状態では、旋回半径Ｒがほぼ最大のＲmax であるた
め、制御信号の電圧Ｅは最小のＥmin に設定される。ま
た、俯仰位置Ｂの状態では、旋回半径Ｒは後端旋回半径
Ｒ0 と等しいため、制御信号の電圧Ｅは最大のＥmax に
設定される。

【００５４】次に、ステップ４では、制御信号を絞り制
御弁３３，３４に出力する。これにより、絞り制御弁３
３，３４は、制御信号の電圧Ｅに応じて切換制御され
る。即ち、上述したように、絞り制御弁３３，３４は制
御信号の電圧Ｅに比例してノーマル位置（ｅ）から絞り
位置（ｆ）に切り換わるようになっている。従って、旋
回半径Ｒが大きいため電圧Ｅの小さい制御信号が出力さ
れた場合には、絞り制御弁３３，３４はノーマル位置
（ｅ）寄りの位置に切り換えられる。これにより、絞り
制御弁３３，３４はパイロット管路２４Ａ，２４Ｂの絞
り量を小さくし、パイロットポンプ２５から方向切換弁
２３のパイロット部２３Ａ，２３Ｂに供給されるパイロ
ット圧力を抑制しないようにする。例えば、作業装置５
が俯仰位置Ａのときには、旋回半径Ｒがほぼ最大である
ため、絞り制御弁３３，３４はノーマル位置（ｅ）とな
り、パイロット圧力は全く抑制されずに方向切換弁２３
のパイロット部２３Ａ，２３Ｂに供給されるようにな
る。

【００５５】一方、旋回半径Ｒが小さいため電圧Ｅの大
きい制御信号が出力された場合には、絞り制御弁３３，
３４は絞り位置（ｆ）寄りの位置に切り換えられる。こ
れにより、絞り制御弁３３，３４はパイロット管路２４
Ａ，２４Ｂの絞り量を大きくし、パイロットポンプ２５
から方向切換弁２３のパイロット部２３Ａ，２３Ｂに向
けて供給されるパイロット圧力を抑制する。例えば、作
業装置５が俯仰位置Ｂのときには、旋回半径Ｒが後端旋
回半径Ｒ0 と等しくなり最小となるため、絞り制御弁３
３，３４は絞り位置（ｆ）となって、パイロット管路２
４Ａ，２４Ｂの管路面積が最小となり、パイロット圧力
は遅れをもって方向切換弁２３のパイロット部２３Ａ，
２３Ｂに供給されるようになる。

【００５６】最後に、ステップ５でリターンする。な
お、コントローラ３５は、この弁制御処理プログラム
を、油圧ショベル１の作動中は常時に実行する。また、
該コントローラ３５によって、この弁制御処理プログラ
ムを周期的に、または作業装置５の俯仰位置に変化があ
ったとき随時に実行するようにしてもよい。

【００５７】本実施例による油圧ショベルの旋回制御装
置は上述のような構成を有するもので、次に、該油圧シ
ョベルの旋回制御装置の動作について説明する。

【００５８】まず、上部旋回体３を旋回させるべく運転
者が旋回用操作レバー２７を傾転操作すると、減圧弁型
パイロット弁２６の減圧弁２６Ａ（２６Ｂ）が作動し、
パイロットポンプ２５からパイロット管路２４Ａ（２４
Ｂ）を介して方向切換弁２３のパイロット部２３Ａ（２
３Ｂ）にパイロット圧力が供給される。これにより、方
向切換弁２３は中立位置（ａ）から切換位置（ｂ）（切
換位置（ｃ））に切り換わる。従って、メインポンプ２
０から出力される駆動圧力は主管路２２Ａ（２２Ｂ）を
介して旋回モータ１９に供給されるため、旋回モータ１
９が回転し、これにより上部旋回体３が旋回する。

【００５９】このとき、パイロット管路２４Ａ（２４
Ｂ）の途中に設けられた絞り制御弁３３（３４）によっ
て、パイロット管路２４Ａ（２４Ｂ）には絞りが付与さ
れており、パイロットポンプ２５から方向切換弁２３の
パイロット部２３Ａ（２３Ｂ）に供給されるパイロット
圧力の伝播スピードがこの絞り制御弁３３（３４）の絞
りの大きさに応じて制御される。

【００６０】即ち、上述した如く、絞り制御弁３３（３
４）は、ブーム角センサ３１，アーム角センサ３２およ
びコントローラ３５の弁制御処理プログラムにより、作
業装置５の俯仰位置（旋回半径Ｒの大小）に対応してノ
ーマル位置（ｅ）と絞り位置（ｆ）との間で切換制御さ
れており、パイロット管路２４Ａ（２４Ｂ）には、作業
装置５の旋回半径Ｒに対応した絞りが付与されている。
これにより、パイロット圧力は、旋回用操作レバー２７
の傾転操作量のいかんにかかわらず、その圧力伝播スピ
ードが作業装置５の旋回半径Ｒに対応して抑制される。

【００６１】そして、パイロット圧力の伝播スピードの
大小は、方向切換弁２３の切換速度と対応するため、絞
り制御弁３３（３４）によってパイロット圧力を可変に
制御することにより、結果的にはメインポンプ２０から
主管路２２Ａ（２２Ｂ）を介して旋回モータ１９に供給
する駆動圧力の立ち上がりまたは立ち下がりを調整する
ことができ、上部旋回体３の旋回開始時，旋回停止時に
おける加速，減速の度合いを調整することができる。

【００６２】例えば、図８に示す作業装置５が俯仰位置
Ｂにあり、旋回半径Ｒが後端旋回半径Ｒ0 と等しい最小
の状態では、絞り制御弁３３（３４）は絞り位置（ｆ）
に切り換えられている。従って、パイロット圧力の伝播
スピードは絞り弁３３（３４）の絞り部３３Ａ（３４
Ａ）によって抑制されて最も遅くなるため、方向切換弁
２３の切換速度が最も遅くなる。この結果、メインポン
プ２０から旋回モータ１９に供給される駆動圧力の立ち
上がりまたは立ち下がりが若干鈍くなり、上部旋回体３
の旋回開始時または旋回停止時における加速または減速
を滑らかなものとすることができる。即ち、作業装置５
が俯仰位置Ｂの状態では、旋回半径が小さいため、旋回
時の慣性モーメントが小さくなり、旋回モータ１９にか
かる負荷が小さくなる。このような状態のときには、絞
り制御弁３３（３４）によってパイロット圧力の伝播ス
ピードを最小とすることによって上部旋回体３の急旋
回，急停止を防止することができる。

【００６３】一方、図７に示す作業装置５が俯仰位置Ａ
にあり、旋回半径Ｒがほぼ最大の状態では、絞り制御弁
３３（３４）はノーマル位置（ｅ）に切り換えられてい
る。従って、パイロット圧力はそのままパイロット管路
２４Ａ（２４Ｂ）を介して方向切換弁２３のパイロット
部２３Ａ（２３Ｂ）に供給されるため、方向切換弁２３
の切換速度が最も速くなる。この結果、メインポンプ２
０から旋回モータ１９に供給される駆動圧力の立ち上が
りまたは立ち下がりが鋭くなり、上部旋回体３の旋回開
始または停止の応答性が鈍るのを防止することができ
る。即ち、作業装置５が俯仰位置Ａの状態では、旋回半
径Ｒが最大であるため、旋回時の慣性モーメントが大き
くなり、旋回モータ１９にかかる負荷が最大となる。こ
のような状態のときには、駆動圧力の立ち上がりまたは
立ち下がりを鋭くすることによって、旋回モータ１９に
瞬時に大きな駆動圧力を供給し、旋回動作の応答性をよ
くすることができる。

【００６４】かくして、本実施例によれば、ブーム角α
を検出してブーム角検出信号を出力するブーム角センサ
３１と、アーム角βを検出してアーム角検出信号を出力
するアーム角センサ３２と、前記ブーム角センサ３１お
よびアーム角センサ３２からそれぞれ出力されるブーム
角検出信号およびアーム角検出信号に基づいて前記作業
装置５の俯仰位置を演算し、該作業装置５の俯仰位置に
基づく該作業装置５の旋回半径Ｒの大小に対応した電圧
Ｅを有する制御信号を絞り制御弁３３，３４に出力する
コントローラ３５とを備え、前記絞り制御弁３３，３４
は、該コントローラ３５から出力される制御信号の電圧
Ｅに基づいて切り換わり、パイロット圧力を変化させる
構成としたから、下記の効果を奏する。

【００６５】即ち、本実施例によれば、例えば作業装置
５が図８に示す俯仰位置Ｂの状態のときには、ブーム角
センサ３１，アーム角センサ３２およびコントローラ３
５によって、俯仰位置Ｂであることを演算し、絞り制御
弁３３，３４を絞り位置（ｆ）に切り換えることによ
り、パイロット圧力の伝播スピードが最小となるように
制御し、上部旋回体３の旋回開始時，旋回停止時におけ
る加速，減速を滑らかなものとすることができる。これ
により、上部旋回体３が急旋回，急停止するのを確実に
防止でき、旋回時の振動を大幅に緩和することができ
る。

【００６６】従って、上部旋回体３が急旋回するときの
振動によって運転者が旋回用操作レバー２７を意に反し
て振動的に操作してしまうことにより発生するいわゆる
ジャーキングを確実に防止することができ、旋回時の操
作性，快適性を大幅に向上させることができる。

【００６７】一方、本実施例によれば、例えば作業装置
５が図７に示す俯仰位置Ａの状態のときには、ブーム角
センサ３１，アーム角センサ３２およびコントローラ３
５によって、俯仰位置Ａであることを算出し、絞り制御
弁３３，３４をノーマル位置（ｅ）に切り換えることに
より、パイロット圧力の伝播スピードを最大となるよう
に制御し、上部旋回体３の旋回動作が鈍化するのを確実
に防止することができる。

【００６８】ここで、図５は、本実施例によるパイロッ
ト圧力の変化とそれに対応する旋回速度の変化を示した
特性線図である。また、図５は図１０と同様に、横軸が
時間を示し、そのうち、時点Ｔ1 は旋回用操作レバー２
７を傾転操作してパイロット圧力を出力させた時点であ
り、時点Ｔ2 は旋回用操作レバー２７を戻してパイロッ
ト圧力の出力を中止させた時点を示している。また、図
５中の上段の特性線Ｐはパイロット圧力、中段の特性線
Ｑ1 は俯仰位置Ａにおける旋回速度、下段の特性線Ｑ2
は俯仰位置Ｂにおける旋回速度を示している。

【００６９】図５において、まず、時点Ｔ1 に着目する
と、パイロット圧力（特性線Ｐ）の立ち上がりに対し
て、俯仰位置Ａの旋回速度（特性線Ｑ1 ）の変化と、俯
仰位置Ｂの旋回速度（特性線Ｑ2 ）の変化は双方とも滑
らかであることがわかる。また、時点Ｔ2 に着目する
と、これも同様に、パイロット圧力（特性線Ｐ）の立ち
下がりに対して、俯仰位置Ａの旋回速度（特性線Ｑ1 ）
の変化と俯仰位置Ｂの旋回速度（特性線Ｑ2 ）の変化は
双方とも滑らかであることがわかる。これにより、作業
装置５が俯仰位置Ａ，Ｂのどちらの状態でも、上部旋回
体３は滑らかに旋回を開始し、滑らかに旋回を停止する
ことがわかる。

【００７０】従って、本実施例によれば、絞り制御弁３
３，３４が作業装置５の俯仰位置に基づいてパイロット
圧力の伝播スピードを可変に制御することにより、作業
装置５の俯仰位置（旋回半径の大小）にかかわらず、常
に、ほぼ一定の滑らかさをもって上部旋回体３が旋回す
るように調整することができる。

【００７１】即ち、作業装置５の俯仰位置は、ブーム角
α，アーム角βの大きさによって様々に変化し、旋回半
径Ｒ，旋回時の慣性モーメントの影響を受けて様々に変
化するが、絞り制御弁３３，３４によってパイロット圧
力の伝播スピードをアナログ的に調整することによっ
て、上部旋回体３が、常にほぼ一定の滑らかさをもって
旋回するように調整することができる。これにより、ジ
ャーキングの発生を防止して、旋回時の操作性を大幅に
向上することができる。

【００７２】なお、前記実施例では、ブーム角センサ３
１，アーム角センサ３２の２個の角度センサによって、
ブーム角α，アーム角βを検出し、これに基づいて作業
装置５の俯仰位置を算出するものとして述べたが、本発
明はこれに限るものでなく、ブームシリンダ１６，アー
ムシリンダ１７のロッドの伸縮を例えば直線形ポテンシ
ョメータで検出することによって作業装置５の俯仰位置
を算出する構成としてもよい。また、ブームシリンダ１
６，アームシリンダ１７に供給される圧油を制御する制
御弁のポジションをセンサによって検出することによっ
て作業装置５の俯仰位置を算出する構成としてもよい。

【００７３】また、前記実施例では、旋回式作業機の旋
回制御装置を油圧ショベルの旋回制御装置に用いた場合
を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、油圧
クレーン等の他の作業機にも適用することができる。

【００７４】例えば、図６に示す油圧クレーン４１に、
本発明による旋回制御装置を適用すれば、油圧クレーン
４１の上部旋回体４２に俯仰動可能に設けられたブーム
４３の俯仰位置が、実線に示す状態であると、二点鎖線
で示す状態であるとにかかわらず、上部旋回体４２の旋
回動作が常時に滑らかになるように調整することができ
る。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、絞り制御弁によって、作業装置の俯仰位置に基づ
いて前記方向切換弁のパイロット部に供給する前記パイ
ロット圧力の伝播スピードを可変に制御する構成とした
から、作業装置の旋回半径が小さくなるような俯仰位置
の場合には、絞り制御弁によってパイロット圧の伝播ス
ピードを比較的遅くなるように制御し、上部旋回体の旋
回開始時または旋回停止時における加速または減速を滑
らかにすることができる。従って、旋回開始時または旋
回停止時における振動を緩和することができ、旋回時に
おける操作性を大幅に向上させることができる。特に、
上部旋回体が急旋回するのを防止することによって、い
わゆるジャーキングの発生をなくし、作業の快適化を図
ることができる。

【００７６】一方、作業装置の旋回半径が大きくなるよ
うな俯仰位置の場合には、絞り制御弁によってパイロッ
ト圧の伝播スピードを比較的速くなるように制御し、旋
回動作の鈍化を防止することができる。

【００７７】また、請求項２の発明によれば、前記絞り
制御弁によって、前記作業装置の旋回半径が小さいとき
には絞り量を大きくし、旋回半径が大きいときには絞り
量を小さくするように制御する構成としたから、絞りの
大小によってパイロット圧力の伝播スピードを可変に制
御することができる。これにより、作業装置の俯仰位置
に基づく旋回半径に対応してパイロット圧力の伝播スピ
ードを可変に制御することができる。従って、旋回時に
おけるいわゆるジャーキングを防止して旋回の操作性を
向上させることができる一方で、旋回動作の鈍化を防止
することができる。

【００７８】さらに、請求項３の発明によれば、ブーム
角検出手段によって検出されるブーム角と、アーム角検
出手段によって検出されるアーム角とに基づき、俯仰位
置演算手段が作業装置の俯仰位置を演算し、この結果に
基づいて絞り制御弁を制御することとしたから、作業装
置の俯仰位置を正確に算出することができ、作業装置の
俯仰位置に基づく旋回半径に対応してパイロット圧力の
伝播スピードを可変に制御することができる。従って、
油圧クレーンの操作性を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による油圧ショベルにおける作
業装置の俯仰位置を簡略化して示す全体図である。

【図２】本発明の実施例による油圧ショベルの旋回制御
装置を示す油圧回路図である。

【図３】弁制御処理プログラムを示す流れ図である。

【図４】データ変換テーブルを示す説明図である。

【図５】本実施例によるパイロット圧力，２通りの作業
装置の俯仰位置における旋回速度を示す特性線図であ
る。

【図６】油圧クレーンにおけるブームの俯仰位置を簡略
化して示す全体図である。

【図７】従来技術による油圧ショベルの全体図である。

【図８】従来技術による油圧ショベルにおいて作業装置
を立ち上げた状態を示す全体図である。

【図９】従来技術による油圧ショベルの旋回制御装置を
示す油圧回路図である。

【図１０】従来技術によるパイロット圧力，２通りの作
業装置の俯仰位置における旋回速度を示す特性線図であ
る。

【図１１】ジャーキングが発生した状態におけるパイロ
ット圧力および旋回速度を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ 油圧ショベル（旋回式作業機） ２ 下部走行体 ３ 上部旋回体 ４ 旋回装置 ５ 作業装置 １０ ブーム １１ アーム １２ バケット １９ 旋回モータ ２０ メインポンプ（主油圧源） ２２Ａ，２２Ｂ 主管路 ２３ 方向切換弁 ２３Ａ，２３Ｂ パイロット部 ２４Ａ，２４Ｂ パイロット管路 ２５ パイロットポンプ（パイロット油圧源） ２６ 減圧弁型パイロット弁 ３１ ブーム角センサ（ブーム角検出手段） ３２ アーム角センサ（アーム角検出手段） ３３，３４ 絞り制御弁 ３５ コントローラ（俯仰位置演算手段） ４１ 油圧クレーン（旋回式作業装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１５Ｂ 11/04 11/08 Ａ 9026−3Ｊ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部走行体と、該下部走行体に旋回装置
   を介して旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋
   回体に俯仰動可能に設けられた作業装置とからなる旋回
   式作業機において、前記旋回装置によって前記上部旋回
   体を旋回させる旋回モータと、該旋回モータと主油圧源
   との間を接続する主管路と、該主管路の途中に設けら
   れ、前記主油圧源から旋回モータに給排する圧油の方向
   を切り換える油圧パイロット式の方向切換弁と、該方向
   切換弁に設けられた一対のパイロット部をパイロット油
   圧源にそれぞれ接続する一対のパイロット管路と、該各
   パイロット管路の途中に設けられ、前記パイロット油圧
   源から前記方向切換弁の各パイロット部に供給するパイ
   ロット圧力を制御するパイロット弁と、前記各パイロッ
   ト管路の途中にそれぞれ設けられ、前記作業装置の俯仰
   位置に基づいてパイロット圧力を可変に制御する絞り制
   御弁とから構成したことを特徴とする旋回式作業機の旋
   回制御装置。
2. 【請求項２】 前記絞り制御弁は、前記作業装置の旋回
   半径が小さいときには絞り量を大きくし、旋回半径が大
   きいときには絞り量を小さくするように制御するもので
   ある請求項１記載の旋回式作業機の旋回制御装置。
3. 【請求項３】 前記旋回式作業機は、前記作業装置が、
   上部旋回体に俯仰動可能に連結されたブームと、該ブー
   ムに俯仰動可能に連結されたアームと、該アームに俯仰
   動可能に連結されたバケットとからなる油圧ショベルで
   あり、ブーム角を検出してブーム角検出信号を出力する
   ブーム角検出手段と、アーム角を検出してアーム角検出
   信号を出力するアーム角検出手段と、前記ブーム角検出
   手段およびアーム角検出手段からそれぞれ出力されるブ
   ーム角検出信号およびアーム角検出信号に基づいて前記
   作業装置の俯仰位置を演算し、該作業装置の俯仰位置に
   基づく該作業装置の旋回半径の大小に対応した制御信号
   を前記絞り制御弁に向けて出力する俯仰位置演算手段と
   を備え、前記絞り制御弁は、該俯仰位置演算手段から出
   力される制御信号に基づいてパイロット圧力を可変に制
   御する構成としてなる請求項１または２記載の旋回式作
   業機の旋回制御装置。