JPH11158930A - 多関節建設機械の操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多関節建設機械の操作装置において、油圧ア
クチュエータが停止することをオペレータに事前に確実
に知らせることができ、優れた操作性が得られるように
する。 【解決手段】 操作レバー装置５ａは、操作レバー５１
と、この操作レバー５１の操作に応じて作動する１対の
比例減圧弁５２ｊ，５２ｋと、操作レバー５１に操作反
力を与える１対の電磁アクチュエータ５３ｊ，５３ｋと
を有している。操作レバー装置５ａの操作レバー５１を
操作している時に、ブームシリンダ３ａのストローク変
位Ｓが最大ストローク手前のストロークＳ₁に達する
と、制御ユニット７から操作レバー装置５ａの電磁アク
チュエータ５３ｊに一定量の操作反力指令値Ｆ₀が電流
信号として出力され、操作レバー５１にはその指令値Ｆ
₀に応じた操作反力が与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブーム、アーム、
バケットなど上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成されるフロント装置を備えた多関節建設機械
の操作装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多関節建設機械の代表例として油圧ショ
ベルがある。この油圧ショベルは、下部走行体と、この
下部走行体に旋回可能に連結された上部旋回体と、この
上部旋回体の前部に設けられ、上下方向にそれぞれ回動
可能なブーム、アーム、バケットにより構成されるフロ
ント装置と、ブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動
するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリン
ダとを備えている。

【０００３】このような油圧ショベルにおいて、特開平
４−１３６３２４号公報には、フロント装置と予め設定
した侵入不可領域との距離が所定値以下になると、当該
距離が短くなるに従って徐々に０に近づくようなレバー
ゲインをレバー操作信号に乗じてアクチュエータ駆動手
段に出力する作業領域制限制御装置が記載されている。
また、特開平５−２８００７５号公報には、操作レバー
装置の制御弁と方向切換弁との間に電磁比例弁を設け、
スイッチをオンにしたときにフロント装置が予め設定さ
れた停止位置に達すると、電磁比例弁を制御して方向切
換弁を強制的に中立位置に切り換える干渉防止制御装置
が記載されている。

【０００４】また、特開平５−１９６００４号公報に
は、シリンダがストロークエンドに達したときのショッ
クを防止するクッション御御装置が記載されている。こ
のクッション御御装置は、シリンダのストローク位置及
びシリンダの伸縮移動方向を検出し、これらの検出値に
基づきストロークエンドまでの距離を演算すると共に、
ストロークエンドに近づく方向の時にストロークエンド
までの距離に応じて１から徐々に０に近づくようなレバ
ー装置のレバー信号に対するレバーゲインを演算し、レ
バー装置のレバー信号に上記レバーゲインを乗じてシリ
ンダ制御信号を作成し、このシリンダ制御信号により油
圧シリンダの駆動を制御するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】多関節建設機械の代表
例である油圧ショベルでは、フロント装置の作業姿勢に
よっては運転席からシリンダのストロークエンドが見に
くい場合があり、オペレータの意志に反してシリンダが
ストロークエンドで急に止まり、オペレータに不快感を
与えることがある。

【０００６】特開平４−１３６３２４号公報に記載され
ている作業領域制限制御や特開平５−２８００７５号公
報に記載されている干渉防止制御では、制御上フロント
装置の停止すべき位置が設定されており、フロント装置
がこの設定位置に達するとシリンダが停止する。しか
し、この場合も、その設定位置はオペレータには不明で
あるため、シリンダはオペレータの意志に反し設定位置
で急に止まることとなり、上記と同様の問題を生じる。

【０００７】このようなシリンダの急停止による不具合
を解消する方法として、例えば、シリンダがストローク
エンドに近づいたり、フロント装置が制御上の設定位置
に近づくと、警報を発してそのことをオペレータに知ら
せることが考えられる。しかし、この方法では、回りの
騒音が大きいと警報音が聞こえないことがあり、この場
合には、オペレータはシリンダがストロークエンドに近
づいたり、フロント装置が制御上の設定位置に近づいた
ことが分からないため、シリンダをそのまま動かし続け
てしまい、このためシリンダの急停止は避けがたい。

【０００８】また、特開平５−１９６００４号公報に記
載されているクッション御御装置では、シリンダのスト
ロークエンドにおけるショックを防止する効果はある
が、シリンダのストロークエンド直前でシリンダを減速
するものであり、シリンダが減速したことはオペレータ
からは分かりにくいので、シリンダが停止することを事
前にオペレータに知らせることはできない。このため、
オペレータから見ればやはりシリンダが急停止したとい
うように感じられ、上記と同様の問題が生じる。

【０００９】本発明の目的は、油圧アクチュエータが停
止することをオペレータに事前に確実に知らせることが
でき、優れた操作性が得られる多関節建設機械の操作装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）上記の目的を達成
するために、本発明は、上下方向に回動可能な複数のフ
ロント部材により構成されるフロント装置と、前記複数
のフロント部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュ
エータと、この複数の油圧アクチュエータに供給される
圧油の流量をそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、こ
の複数の流量制御弁を切り換え操作する複数の操作手段
とを備えた多関節建設機械の操作装置において、（ａ）
前記複数の油圧アクチュエータのうちの少なくとも１つ
の油圧アクチュエータが停止すべき位置に近づいたかど
うかを監視する監視手段と、（ｂ）前記油圧アクチュエ
ータに対応する操作手段に操作反力を与える操作反力発
生手段と、（ｃ）前記監視手段により油圧アクチュエー
タが停止すべき位置に近づいたと判断されると、前記操
作手段に操作反力を与えるよう前記操作反力発生手段を
操作する制御手段とを備えるものとする。

【００１１】このように監視手段と操作反力発生手段と
制御手段とを設けることにより、油圧アクチュエータが
停止すべき位置に近づくと、その油圧アクチュエータに
対応する操作手段に操作反力が与えられ、オペレータに
操作手段を押し戻すような操作感が与えられる。このた
め回りに大きな騒音があっても、オペレータは油圧アク
チュエータが停止することを事前に確実に知ることがで
き、オペレータの意志に反した停止動作を回避できる。

【００１２】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記油圧アクチュエータは油圧シリンダであり、前記監
視手段は、この油圧シリンダがストロークエンドに近づ
いたかどうかを監視する手段である。

【００１３】これによりオペレータは油圧アクチュエー
タがストロークエンドに達することを事前に確実に知る
ことができる。

【００１４】（３）上記（２）において、好ましくは、
前記監視手段は、前記油圧アクチュエータに対応するフ
ロント部材の角度を検出する角度センサと、この角度セ
ンサの信号から前記油圧シリンダのストロークを計算す
る演算手段とを有し、この演算手段の計算結果に基づき
前記油圧シリンダがストロークエンドに近づいたかどう
かを監視する。

【００１５】（４）また、上記（２）において、前記監
視手段は、前記油圧シリンダのストロークを検出するス
トロークセンサを有し、このストロークセンサの検出結
果に基づき前記油圧シリンダがストロークエンドに近づ
いたかどうかを監視してもよい。

【００１６】（５）更に、上記（２）において、前記監
視手段は、前記油圧シリンダのストロークエンドを検出
するストロークエンドセンサを有し、このストロークエ
ンドセンサの検出結果に基づき前記油圧シリンダがスト
ロークエンドに近づいたかどうかを監視してもよい。

【００１７】（６）また、上記（１）において、好まし
くは、前記監視手段は、前記油圧アクチュエータが制御
上の停止位置に近づいたかどうかを監視する手段であ
る。

【００１８】これによりオペレータは油圧アクチュエー
タが制御上の停止位置に達することを事前に確実に知る
ことができる。

【００１９】（７）更に、上記（１）において、好まし
くは、前記制御手段は、前記停止すべき位置までの距離
に比例した操作反力を発生するよう前記操作反力発生手
段を操作する。

【００２０】これにより停止すべき位置までの距離が短
くなるに従って操作手段に付与される操作反力が徐々に
大きくなるので、オペレータは手に受ける操作反力の程
度から停止すべき位置に近づいた程度を予測できる。ま
た、油圧アクチュエータが停止すべき位置の直前まで近
づくと、操作反力で操作手段が押し戻されるようにな
り、油圧アクチュエータは自動的に減速され、油圧アク
チュエータの停止時のショックが軽減される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を多関節
建設機械として油圧ショベルを例にとり図面を参照して
説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図６
により説明する。図１において、本実施形態が適用され
る油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２
からの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、アー
ムシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃを含む複数の油
圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータ３ａ〜３
ｃに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁４ａ〜
４ｃとを有している。

【００２２】油圧ショベルは、図２に示すように、下部
走行体１ｅ、この下部走行体１ｅに旋回可能に連結され
た上部旋回体１ｄから成る車体１Ｂと、上部旋回体１ｄ
に設けられ、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３
ｂ、バケットシリンダ３ｃにより上下方向にそれぞれ回
動可能なブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃから成
るフロント装置１Ａとを有し、ブーム１ａの基端は上部
旋回体１ｄの前部に回動可能に支持されている。

【００２３】以上のような油圧ショベルに本実施形態の
操作装置が設けられている。この操作装置は、流量制御
弁４ａ〜４ｃをそれぞれ切り換え操作する油圧式の操作
レバー装置５ａ〜５ｃと、この操作レバー装置５ａ〜５
ｃに圧油を供給するパイロットポンプ８と、ブーム１
ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃの回動支点に設けられ、
フロント装置１Ａの姿勢に関する状態量としてそれぞれ
の回動角を検出する角度検出器６ａ〜６ｃと、この角度
検出器６ａ〜６ｃの検出信号を入力し、所定の演算を行
い、操作レバー装置５ａ〜５ｃに指令信号を出力する制
御ユニット７とを有している。

【００２４】図３に操作レバー装置５ａ〜５ｃの構造を
示す。図３において、操作レバー装置５ａは、操作レバ
ー５１と、１対の比例減圧弁５２ｊ，５２ｋと、１対の
電磁アクチュエータ５３ｊ，５３ｋとを有している。比
例減圧弁５２ｊ，５２ｋは、入力側がパイロットポンプ
８に接続され、出力側が流量制御弁４ａのパイロット操
作部４ａｊ，４ａｋに接続されており、操作レバー５１
を図示Ａ方向に操作すると、パイロットポンプ８の圧力
を減圧してその操作量に応じたパイロット圧を生成し、
これが流量制御弁４ａのパイロット操作部４ａｊに導か
れ、操作レバー５１を図示Ｂ方向に操作すると、同様に
その操作量に応じたパイロット圧を生成し、これが流量
制御弁４ａのパイロット操作部４ａｋに導かれる。

【００２５】電磁アクチュエータ５３ｊ，５３ｋは、ソ
レノイド部５３ｊｂ，５３ｋｂと、ピストン５３ｊａ，
５３ｋａとを有し、ソレノイド部５３ｊｂに電気信号
（電流信号）が供給されると、ピストン５３ｊａが上方
に移動して操作レバー５１に図示Ａ方向と反対方向の操
作反力を与え、ソレノイド部５３ｋｂに電気信号が供給
されると、ピストン５３ｋａが上方に移動して操作レバ
ー５１に図示Ｂ方向と反対方向の操作反力を与える。操
作レバー装置５ｂ，５ｃの構造も同様である。

【００２６】図４に制御ユニット７の制御機能のうちブ
ーム１ａ用の操作レバー装置５ａを制御する機能ブロッ
クを示す。図４において、制御ユニット７は、変換演算
部７ａと、操作反力演算部７ｂ，７ｃと、アンプ部７
ｄ，７ｅとを有しており、変換演算部７ａは、角度検出
器６ａの検出したブーム１ａの回動角度θを入力し、こ
の角度θからブームシリンダ３ａのストローク変位Ｓを
演算する。

【００２７】操作反力演算部７ｂ，７ｃは、図示のよう
なストローク変位と操作反力指令値との関係を持つ特性
に基づいて変換演算部７ａで演算したストローク変位に
対応する操作反力指令値を演算する。ここで、操作反力
演算部７ｂの特性は、ストローク変位Ｓが最大ストロー
ク（伸び側ストロークエンド）手前のストロークＳ₁以
下では操作反力指令値Ｆｊがゼロであり、ストロークＳ
₁以上では操作反力指令値Ｆｊが設定値Ｆ₀となるように
設定され、操作反力演算部７ｃの特性は、ストローク変
位Ｓが最小ストローク（縮み側ストロークエンド）手前
のストロークＳ₂以上では操作反力指令値Ｆｋがゼロで
あり、ストロークＳ₂以下では操作反力指令値Ｆｋが設
定値Ｆ₀となるように設定されている。

【００２８】アンプ部７ｄ，７ｅは、操作反力演算部７
ｂ，７ｃで演算した操作反力指令値Ｆｊ，Ｆｋを電流信
号に変換して操作レバー装置５ａの電磁アクチュエータ
５３ｊ，５３ｋに出力する。

【００２９】上記の制御ユニット７の制御処理手順の詳
細を図５に示す。図５において、まず角度検出器６ａで
検出したブーム１ａの回動角度θを入力し（手順１０
０）、変換演算部７ａによりブームシリンダ３ａのスト
ローク変位Ｓを演算し（手順１１０）、次いで操作反力
演算部７ｂ，７ｃによりそのストローク変位Ｓに対応す
る操作反力指令値Ｆｊ，Ｆｋを演算し（手順１２０）、
次いでアンプ部７ｄ，７ｅによりその操作反力指令値Ｆ
ｊ，Ｆｋを操作レバー装置５ａの電磁アクチュエータ５
３ｊ，５３ｋに出力する（手順１３０）。

【００３０】なお、図４及び図５では操作レバー装置５
ａの制御系しか示していないが、操作レバー装置５ｂ，
５ｃの制御系についても同様であり、角度検出器６ｂ，
６ｃで検出したアーム１ｂ及びバケット１ｃの回動角度
を入力し、操作反力指令値を演算し、これを操作レバー
装置５ｂ，５ｃの電磁アクチュエータ５３ｊ，５３ｋに
出力する。

【００３１】以上のように構成した本実施形態におい
て、フロント装置１Ａが図６の実線にある状態からブー
ム上げを行うべく、オペレータが操作レバー装置５ａの
操作レバー５１を図３のＡ方向に操作すると、操作レバ
ー５１の操作量に応じたパイロット圧が流量制御弁４ａ
のパイロット操作部４ａｊに導かれ、流量制御弁４ａが
中立位置から図示左位置に切り換えられ、ブームシリン
ダ３ａが伸長しブーム１ａが上がっていく。このとき、
ブームシリンダ３ａのストローク変位Ｓが最大ストロー
ク手前のストロークＳ₁に達するまでは、操作反力演算
部７ｂ，７ｃで生成される操作反力指令値Ｆｊ，Ｆｋは
ともにゼロであるため、操作レバー装置５ａの電磁アク
チュエータ５３ｊ，５３ｋには電流信号が供給されず、
操作レバー５１には操作反力がかからない。

【００３２】その後、ブームシリンダ３ａのストローク
変位Ｓが図６の２点鎖線で示すような最大ストローク手
前のストロークＳ₁に達すると、操作反力演算部７ｂで
生成される操作反力指令値Ｆｊが設定値Ｆ₀となるた
め、操作レバー装置５ａの電磁アクチュエータ５３ｊに
はその設定値Ｆ₀に応じた電流信号が供給され、ピスト
ン５３ｊａが上方に移動して操作レバー５１にはその電
流値に応じた図示Ａ方向と逆方向の操作反力が与えられ
る。

【００３３】以上のように本実施形態にあっては、ブー
ムシリンダ３ａがストロークエンドに近づくと、操作レ
バー装置５ａの操作レバー５１には操作反力が付与され
るので、オペレータには操作レバー５１を押し戻すよう
な操作感が与えられ、このため回りに大きな騒音があっ
ても、オペレータはブームシリンダ３ａがストロークエ
ンドで停止することを事前に確実に知ることができる。
したがって、ブームシリンダ３ａが停止する前に操作レ
バー装置５ａの操作レバー５１を戻すなど適切な措置を
とることによって、オペレータの意志に反したブームシ
リンダ３ａの急停止を回避することができ、操作性や作
業効率が向上する。また、そのようにブームシリンダ３
ａの急停止を回避できるので、オペレータの意志に反し
た停止動作に対する不快感を軽減できるとともに、例え
ばバケット１ｃに積まれている土砂等の落下を防止で
き、安全な作業が行える。更に、ブームシリンダ３ａが
ストロークエンドに達する前にブームシリンダ３ａを停
止させることができるので、ブームシリンダ３ａに接続
されたリリーフ弁（図示せず）が作動し続けることを防
止でき、リリーフ弁におけるエネルギ損失を抑えること
ができる。また、仮にブームシリンダ３ａがストローク
エンドで停止したとしても、オペレータはそのことを予
めわかっているので安心である。

【００３４】本発明の第２の実施形態を図７及び図８に
より説明する。本実施形態は、第１の実施形態において
操作反力を与える手段を変えたものである。図中、図３
及び図４と同等の部材には同じ符号を付し、その説明を
省略する。

【００３５】図７及び図８において、本実施形態の操作
装置は、図１に示す操作レバー装置５ａ〜５ｃ及び制御
ユニット７の代わりに、操作レバー装置５Ａａ〜５Ａｃ
及び制御ユニット７Ａを有している。操作レバー装置５
Ａａ〜５Ａｃは、図３に示すオン・オフ的に動作する電
磁アクチュエータ５３ｊ，５３ｋの代わりに、比例的に
動作する電磁比例アクチュエータ５３Ａｊ，５３Ａｋを
有しており、この電磁比例アクチュエータ５３Ａｊ，５
３Ａｋは、ソレノイド部５３ｊｃ，５３ｋｃに供給され
る電気信号の電流値に応じて駆動部５３ｊａ，５３ｋａ
が上方に移動し、操作レバー５１に操作反力を与える。

【００３６】制御ユニット７Ａは、図３に示す操作反力
演算部７ｂ，７ｃの代わりに、操作反力演算部７Ａｂ，
７Ａｃを有している。操作反力演算部７Ａｂの特性は、
ストローク変位Ｓが最大ストローク（伸び側ストローク
エンド）手前のストロークＳ₁以下では操作反力指令値
Ｆｊがゼロであり、ストロークＳ₁以上では操作反力指
令値Ｆｊがストローク変位Ｓの増加に応じて増加するよ
うに設定され、操作反力演算部７Ａｃの特性は、ストロ
ーク変位Ｓが最小ストローク（縮み側ストロークエン
ド）手前のストロークＳ₂以上では操作反力指令値Ｆｋ
がゼロであり、ストロークＳ₂以下では操作反力指令値
Ｆｋがストローク変位Ｓの減少に応じて増加するように
設定されている。

【００３７】以上において、図６で示したようなブーム
上げを行うべく、操作レバー装置５Ａａの操作レバー５
１を図７のＡ方向に操作してブームシリンダ３ａを伸長
させた場合、ブームシリンダ３ａのストローク変位Ｓが
最大ストローク手前のストロークＳ₁に達すると、ブー
ムシリンダ３ａが伸び側ストロークエンドに近づくに従
って操作反力指令値Ｆｊが徐々に大きくなるため、操作
レバー装置５Ａａの操作レバー５１に付与される操作反
力も徐々に大きくなる。

【００３８】以上のように本実施形態においては、ブー
ムシリンダ３ａがストロークエンドに近づくと、操作レ
バー装置５Ａａの操作レバー５１には徐々に大きくなる
ような操作反力が与えられるので、第１の実施形態と同
様に、オペレータはブームシリンダ３ａがストロークエ
ンドで停止することを事前に確実に知ることができ、優
れた操作性が得られる。

【００３９】また、本実施形態においては、ブームシリ
ンダ３ａがストロークエンドに近づくに従って操作レバ
ー５１に与えられる操作反力は徐々に大きくなるので、
オペレータは手に受ける操作反力の程度からストローク
エンドに近づいた程度を予測できる。また、ブームシリ
ンダ３ａがストロークエンドの直前まで近づくと、操作
反力で操作レバー５１が押し戻されるようになり、ブー
ムシリンダ３ａは自動的に減速されるため、ブームシリ
ンダ３ａの停止時のショックを軽減できる。

【００４０】本発明の第３の実施形態を図９により説明
する。本実施形態も、第２の実施形態と同様に操作反力
を与える手段を変えたものである。図中、図７と同等の
部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００４１】図９において、本実施形態の操作装置は、
第２の実施形態の図７に示す操作レバー装置５Ａａ〜５
Ａｃの代わりに操作レバー装置５Ｂａ〜５Ｂｃを有して
おり、その他の構成は第２の実施形態と同じである。操
作レバー装置５Ｂａ〜５Ｂｃは、図７に示す電磁比例ア
クチュエータ５３Ａｊ，５３Ａｋの代わりに、反力シリ
ンダ５５ｊ，５５ｋと電磁比例減圧弁５４ｊ，５４ｋと
を有している。

【００４２】反力シリンダ５５ｊ，５５ｋは、受圧室５
５ｊｂ，５５ｋｂ及びピストン５５ｊａ，５５ｋａを有
し、電磁比例減圧弁５４ｊ，５４ｋは、パイロットポン
プ８と反力シリンダ５５ｊ，５５ｋの受圧室５５ｊｂ，
５５ｋｂとの間にそれぞれ配置されている。

【００４３】電磁比例減圧弁５４ｊ，５４ｋのソレノイ
ド部５４ｊａ，５４ｋａに制御ユニット７Ａからの電流
信号がないときは、パイロットポンプ８から受圧室５５
ｊｂ，５５ｋｂへの圧油の供給を遮断し受圧室５５ｊ
ｂ，５５ｋｂとタンクを連通する。ソレノイド部５４ｊ
ａ，５４ｋａに制御ユニット７Ａからの電流信号が供給
されると、パイロットポンプ８の圧力を減圧して供給電
流に応じたパイロット圧力を発生し、この圧力が反力シ
リンダ５５ｊ，５５ｋの受圧室５５ｊｂ，５５ｋｂに出
力される。受圧室５５ｊｂにパイロット圧力が供給され
ると、ピストン５５ｊａが伸長して操作レバー５１に図
示Ａ方向と反対方向のパイロット圧力に比例した操作反
力を与え、受圧室５５ｋｂにパイロット圧力が供給され
ると、ピストン５５ｋａが伸長して操作レバー５１に図
示Ｂ方向と反対方向のパイロット圧力に比例した操作反
力を与える。

【００４４】したがって、この場合も第１の実施形態と
同様に、オペレータはブームシリンダ３ａがストローク
エンドで停止することを事前に確実に知ることができ、
優れた操作性が得られる。

【００４５】また、本実施形態においては、反力シリン
ダ５５ｊ，５５ｋ及び電磁比例減圧弁５４ｊ，５４ｋを
設け、油圧により操作レバー５１に操作反力を与えるよ
うにしたので、電磁アクチュエータで操作反力を与える
場合に比べて大きな操作反力を発生させることができ
る。

【００４６】本発明の第４の実施形態を図１０〜図１２
により説明する。本実施形態も、第２及び第３の実施形
態と同様に操作反力を与える手段を変えたものである。
図中、第１の実施形態と同等の部材には同じ符号を付
し、その説明を省略する。

【００４７】図１０において、本実施形態の操作装置
は、図１に示す操作レバー装置５ａ〜５ｃ及び制御ユニ
ット７の代わりに、操作レバー装置５Ｄａ〜５Ｄｃ及び
制御ユニット７Ｄを有し、かつ図１に示す構成に加えて
圧力センサ２２ａｊ〜２２ｃｊ，２２ａｋ〜２２ｃｋを
有している。

【００４８】図１１に操作レバー装置５Ｄａの構造を示
す。図１１において、操作レバー装置５Ｄａは、操作レ
バー５１と、パイロット弁５９と、１対の反力シリンダ
５７ｊ，５７ｋと、電磁比例減圧弁１８とを有してい
る。

【００４９】パイロット弁５９は、入力側が管路４１を
介してパイロットポンプ８と接続され、出力側がパイロ
ット管路２１ａｊ，２１ａｋを介して流量制御弁４ａの
パイロット操作部４ａｊ，４ａｋと接続されている。ま
た、パイロット弁５９の上部には上下動可能なプッシャ
５６ａ，５６ｂが設けられており、操作レバー５１を図
示Ａ方向に傾けると、プッシャ５６ａが下がり、操作レ
バー５１の操作量に応じたパイロット圧が生成されてパ
イロット管路２１ａｊを介してパイロット操作部４ａｊ
に導かれ、操作レバー５１を図示Ｂ方向に傾けると、プ
ッシャ５６ｂが下がり、操作レバー５１の操作量に応じ
たパイロット圧が生成されてパイロット管路２１ａｋを
介してパイロット操作部４ａｋに導かれる。

【００５０】反力シリンダ５７ｊ，５７ｋはパイロット
弁５９の上端部に設けられ、ピストン５７ｊａ，５７ｋ
ａ及び受圧室５７ｊｂ，５７ｋｂを有しており、操作レ
バー５１が中立位置の時には、ピストン５７ｊａ，５７
ｋａは操作レバー５１の両端部に当接し、この状態から
操作レバー５１を図示Ａ方向に傾けると、ピストン５７
ｋａが操作レバー５１から離れてピストン５７ｊａのみ
が操作レバー５１に当接し、操作レバー５１を図示Ｂ方
向に傾けると、ピストン５７ｊａが操作レバー５１から
離れてピストン５７ｋａのみが操作レバー５１に当接す
る。また、反力シリンダ５７ｊ，５７ｋは、受圧室５７
ｊｂ，５７ｋｂにパイロットポンプ８からの圧油が供給
されると、ピストン５７ｊａ，５７ｋａが伸長する。こ
のとき、操作レバー５１が図示Ａ方向に傾けられている
状態で受圧室５７ｊｂ，５７ｋｂにパイロットポンプ８
の圧油が供給されると、ピストン５７ｊａのみが操作レ
バー５１に作用して図示Ａ方向と反対方向の反力を付与
し、操作レバー５１が図示Ｂ方向に傾けられている状態
で受圧室５７ｊｂ，５７ｋｂにパイロットポンプ８の圧
油が供給されると、ピストン５７ｋａのみが操作レバー
５１に作用して図示Ｂ方向と反対方向の反力を付与す
る。

【００５１】電磁比例減圧弁１８はパイロットポンプ８
と反力シリンダ５７ｊ，５７ｋの受圧室５７ｊｂ，５７
ｋｂとの間に配置され、ソレノイド部１８ａに制御ユニ
ット７Ｄからの電流信号がないときは、パイロットポン
プ８をタンクを連通し、ソレノイド部１８ａに制御ユニ
ット７Ｄからの電流信号が供給されると、パイロットポ
ンプ８の圧力を減圧してその電流値に応じたパイロット
圧力を生成し、この圧力を受圧室５７ｊｂ，５７ｋｂに
供給する。

【００５２】図１０に戻り、圧力センサ２２ａｊ，２２
ａｋ〜２２ｃｊ，２２ｃｋは、操作レバー装置５Ｄａ〜
５Ｄｃと流量制御弁４ａ〜４ｃのパイロット操作部４ａ
ｊ，４ａｋ〜４ｃｊ，４ｃｋとを接続するパイロット管
路２１ａｊ，２１ａｋ〜２１ｃｊ，２１ｃｋ内のパイロ
ット圧を検出する。制御ユニット７Ｄは、角度検出器６
ａ〜６ｃ及び圧力センサ２２ａｊ，２２ａｋ〜２２ｃ
ｊ，２２ｃｋの検出信号を入力し、所定の演算を行い、
操作レバー装置５Ｄａ〜５Ｄｃに指令信号を出力する。
なお、ブーム１ａ制御系のみの構成を図１１に示してい
る。

【００５３】図１２に制御ユニット７Ｄの制御機能のう
ちブーム１ａ用の操作レバー装置５Ｄａを制御する機能
ブロックを示す。図１２において、制御ユニット７Ｄ
は、図８に示す変換演算部７ａ及び操作反力演算部７Ａ
ｂ，７Ａｃに加えて、比較部７ｆ，７ｇと信号切換部７
ｈとを有し、かつアンプ部７ｄ，７ｅの代わりにアンプ
部７ｉを有している。

【００５４】比較部７ｆ，７ｇは、圧力センサ２２ａ，
２２ｂの検出値が設定圧力値Ｐ₀以上かどうかを判断
し、設定圧力値Ｐ₀以上のときはＯＮ信号を出力する。
信号切換部７ｈは、比較部７ｆ，７ｇからＯＮ信号が出
力されていないときは中立位置にあり、比較部７ｆから
ＯＮ信号が出力されるとＳ側に切り換えられ、操作反力
演算部７Ａｂで作成した操作反力指令値Ｆｊを選択し、
比較部７ｇからＯＮ信号が出力されるとＴ側に切り換え
られ、操作反力演算部７Ａｃで作成した操作反力指令値
Ｆｋを選択する。アンプ部７ｉは、信号切換部７ｈで選
択された操作反力指令値を電流信号に変換して操作レバ
ー装置５Ｄａの電磁比例減圧弁１８のソレノイド部１８
ａに出力する。

【００５５】以上のように構成した本実施形態におい
て、図６で示したようなブーム上げを行うべく、操作レ
バー装置５Ｄａの操作レバー５１をＡ方向に傾けると、
プッシャ５６ａが下がり、操作レバー５１の操作量に応
じたパイロット圧が生成され、このパイロット圧がパイ
ロット管路２１ａｊを介して流量制御弁４ａのパイロッ
ト操作部４ａｊに導かれ、ブームシリンダー３ａが伸び
る。この時のパイロット圧は設定値Ｐ₀以上となるた
め、制御ユニット７Ｄの信号切換部７ｈはＳ側に切り換
えられ、操作反力演算部７Ａｂで生成した操作反力指令
値Ｆｊが電流信号として操作レバー装置５Ｄａの電磁比
例減圧弁１８のソレノイド部１８ａに送られる。このと
き、ブームシリンダ３ａのストローク変位Ｓが最大スト
ローク手前のストロークＳ₁に達するまでは、操作反力
指令値Ｆｊはゼロであるため、ソレノイド部１８ａには
電流信号が供給されず、電磁比例減圧弁１８は図示位置
のままであり、操作レバー５１には操作反力がかからな
い。

【００５６】ブームシリンダ３ａのストローク変位Ｓが
最大ストローク手前のストロークＳ₁に達すると、操作
反力指令値Ｆｊが徐々に大きくなっていくため、ソレノ
イド部１８ａには徐々に大きくなる電流信号が供給さ
れ、電磁比例減圧弁１８は図示位置から切り換わり、パ
イロットポンプ８の圧油が反力シリンダ５７ｊ，５７ｋ
の受圧室５７ｊｂ，５７ｋｂに供給され、ピストン５７
ｊａ，５７ｋａが伸長し、ピストン５７ｊａのみが操作
レバー５１に作用して操作レバー５１には図示Ａ方向と
反対方向の操作反力が付与される。このとき、受圧室５
７ｊｂ，５７ｋｂにはソレノイド部１８ａへの供給電流
に応じた圧力が導かれ、操作レバー５１にはその圧力に
応じた操作反力が付与される。

【００５７】以上のように本実施形態においては、ブー
ムシリンダ３ａがストロークエンドに近づくと、操作レ
バー装置５Ｄａの操作レバー５１に操作反力が与えられ
るので、第１の実施形態と同様に、オペレータはブーム
シリンダ３ａがストロークエンドで停止することを事前
に確実に知ることができ、優れた操作性が得られる。

【００５８】また、本実施形態においては、操作レバー
５１に操作反力を与える手段として用いる電磁比例減圧
弁が１個で済む。

【００５９】本発明の第５の実施形態を図１３により説
明する。本実施形態は、第４の実施形態においてブーム
シリンダ３ａのストロークエンドを検出する手段を変え
たものである。図中、図１２に示すものと同等の部材、
機能には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００６０】図１３において、本実施形態の操作装置
は、図１２に示す角度検出器６ａ及び制御ユニット７Ｄ
の代わりにストロークセンサ８２及び制御ユニット７Ｅ
を有し、ストロークセンサ８２はブームシリンダ３ａの
ストロークを検出し、その検出信号を制御ユニット７Ｅ
に出力する。制御ユニット７Ｅは、図１２に示す変換演
算部７ａが省略された構成となっており、ストロークセ
ンサ８２の検出信号が直接操作反力演算部７Ａｂ，７Ａ
ｃに送られる。

【００６１】本実施形態においては、ストロークセンサ
８２によりブームシリンダ３ａがストロークエンドに近
づいたかどうかを監視し、ブームシリンダ３ａがストロ
ークエンドに近づくと、操作レバー５１に操作反力を付
与するので、この場合も第１の実施形態と同様に、オペ
レータはブームシリンダ３ａがストロークエンドで停止
することを事前に確実に知ることができ、優れた操作性
が得られる。

【００６２】また、本実施形態においては、ストローク
センサ８２により直接ブームシリンダ３ａのストローク
を検出するので、角度検出器６ａの検出値を用いてブー
ムシリンダ３ａのストロークを計算する場合に比べて、
制御ユニットの制御機能を簡単化できる。

【００６３】本発明の第６の実施形態を図１４及び図１
５により説明する。本実施形態も、第５の実施形態と同
様にブームシリンダ３ａのストロークエンドを検出する
手段を変えたものである。図中、図１２に示すものと同
等の部材、機能には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。

【００６４】図１４において、本実施形態の操作装置
は、図１２に示す角度検出器６ａ及び制御ユニット７Ｄ
の代わりにストロークエンドセンサ８３ａ，８３ｂ及び
制御ユニット７Ｆを有している。

【００６５】ストロークエンドセンサ８３ａ，８３ｂ
は、図１５に示すように、ブームシリンダ３ａのシリン
ダチューブ３ｒの伸び側及び縮み側のストロークエンド
の手前位置に設けられた近接スイッチであり、ブームシ
リンダ３ａの伸び側及び縮み側のストロークエンドを検
出し、その検出信号を制御ユニット７Ｆに出力する。こ
こで、ピストン３ｓを伸ばしたときにはピストン３ｓが
伸び側のストロークエンドに達する直前でストロークエ
ンドセンサ８３ａがオンし、ピストン３ｓを縮めたとき
にはピストン３ｓが縮み側のストロークエンドに達する
直前でストロークエンドセンサ８３ｂがオンするように
構成されている。

【００６６】制御ユニット７Ｆは、図１２に示す変換演
算部７ａ及び操作反力演算部７Ａｂ，７Ａｃの代わり
に、操作反力指令値出力部７ｊ，７ｋを有している。こ
の操作反力指令値出力部７ｊ，７ｋは、ストロークエン
ドセンサ８３ａ，８３ｂの検出信号を入力し、検出信号
がオンのときは予め設定された操作反力指令値Ｆ_j0，Ｆ
_k0を出力する。

【００６７】本実施形態においては、ストロークエンド
センサ８３ａ，８３ｂによりブームシリンダ３ａがスト
ロークエンドに近づいたかどうかを監視し、ブームシリ
ンダ３ａがストロークエンドに近づくと、操作レバー５
１に操作反力を付与するので、この場合も第１の実施形
態と同様に、オペレータはブームシリンダ３ａがストロ
ークエンドで停止することを事前に確実に知ることがで
き、優れた操作性が得られる。

【００６８】本発明の第７の実施形態を図１６〜図１９
により説明する。以上説明してきた実施形態は、油圧シ
リンダがストロークエンドに近づくと操作レバーに操作
反力を与えるものであるが、本実施形態は、フロント装
置が制限作業範囲の境界に近づくと操作レバーに操作反
力を与えるものである。図中、第１の実施形態と同等の
部材、機能には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００６９】図１６において、本実施形態が適用される
油圧ショベルは、図１で示した流量制御弁４ａ〜４ｃの
代わりに電磁比例流量制御弁１２ａ〜１２ｃを有し、本
実施形態の操作装置は、図１で示した操作レバー装置５
ａ〜５ｃ及び制御ユニット７の代わりに、流量制御弁１
２ａ〜１２ｃをそれぞれ切り換え操作する電気式の操作
レバー装置１４ａ〜１４ｃと、この操作レバー装置１４
ａ〜１４ｃの操作信号及び角度検出器６ａ〜６ｃの検出
信号を入力し、所定の演算を行い、流量制御弁１２ａ〜
１２ｃ及び操作レバー装置１４ａ〜１４ｃに指令信号を
出力する制御ユニット７Ｇとを有している。

【００７０】図１７に操作レバー装置１４ａ〜１４ｃの
構造を示す。図１７において、操作レバー装置１４ａ
は、操作レバー６１と、操作レバー６１を中立位置に戻
すように付勢するバネ６２と、操作レバー６１の操作角
度を検出しこれを電気信号として出力するポテンショメ
ータ６３と、制御ユニット７Ｇからの指令信号（電流信
号）に応じて操作レバー６１に操作反力を与えるための
回転トルクを発生するトルク発生器６４とで構成されて
いる。操作レバー装置１４ｂ，１４ｃの構造も同様であ
る。

【００７１】図１８に制御ユニット７Ｇの制御機能のう
ち代表してアーム１ｂ用の流量制御弁１２ｂ及び操作レ
バー装置１４ｂを制御する機能ブロックを示す。図１８
において、制御ユニット７Ｇは、変換演算部７ｒと、制
限値演算部７ｕと、バルブ指令値演算部７ｓ，７ｔと、
最小値選択部７ｌと、操作反力ゲイン演算部７ｍと、乗
算部７ｎと、アンプ部７ｕ，７ｗ，７ｏとを有してい
る。

【００７２】変換演算部７ｒは、角度検出器６ａ，６ｂ
で検出したブーム１ａ及びアーム１ｂの回動角度θ₁及
びθ₂を入力し、この角度θ₁，θ₂を用いて図１９に示
すような、バケット１ｃを動かしたときのバケット１ｃ
先端の最大高さ位置から予め上方に設定された制限作業
範囲の境界位置（制御上の停止位置）までの距離ΔＸを
演算する。

【００７３】バルブ指令値演算部７ｓ，７ｔは、操作レ
バー装置１４ｂのポテンショメータ６３で検出したレバ
ー操作角度Ｕを入力し、作業範囲制限制御が行われない
場合のバルブ指令値Ｕａ，Ｕｂを演算する。ここで、操
作レバー装置１４ｂは、アーム１ｂをクラウドさせると
きは操作レバー６１を図１７のＡ方向に操作し、アーム
１ｂをダンプさせるときは操作レバー６１を図１７のＢ
方向に操作するようになっており、バルブ指令値演算部
７ｓが操作レバー６１をＡ方向に操作したときのバルブ
指令値Ｕａを演算し、バルブ指令値演算部７ｔが操作レ
バー６１をＢ方向に操作したときのバルブ指令値Ｕｂを
演算する。

【００７４】制限値演算部７ｕは、制限作業範囲の境界
までの距離ΔＸが所定値ΔＸ₀以上ではバルブ指令値の
制限値Ｕmaxが設定値Ｕ₀であり、所定値ΔＸ₀以下にな
ると境界に近づくに従って設定値Ｕ₀から徐々に小さく
なるようなバルブ指令値の制限値Ｕmaxを演算する。最
小値選択部７ｌは、バルブ指令値演算部７ｔで演算した
バルブ指令値Ｕｂと制限値演算部７ｕで演算した制限値
Ｕmaxとを比較し、その最小値を選択してバルブ指令値
Ｕｂ’とする。なお、設定値Ｕ₀はバルブ指令値Ｕｂの
最大値と同じかあるいはそれよりも大きい値に設定され
ており、制限値Ｕmaxが設定値Ｕ₀のときは、最小値選択
部７ｌではバルブ指令値Ｕｂが選択される。

【００７５】操作反力ゲイン演算部７ｍは、制限作業範
囲の境界までの距離ΔＸが所定値ΔＸ₀以上では操作反
力ゲインＫがゼロであり、距離ΔＸが所定値ΔＸ₀以下
になると境界に近づくに従ってゼロから徐々に大きくな
るような操作反力ゲインＫを演算する。乗算部７ｎは、
その操作反力ゲインＫとバルブ指令値演算部７ｔで演算
したバルブ指令値Ｕｂとを乗算して操作反力指令値（ト
ルク指令値）Ｆを演算する。

【００７６】アンプ部７ｕは、バルブ指令値演算部７ｓ
で演算したバルブ指令値Ｕａを電流信号に変換して流量
制御弁１２ｂの電磁比例操作部１２ｂｊに出力し、アン
プ部７ｑは、最小値選択部７ｌで選択したバルブ指令値
Ｕｂ’を電流信号に変換して流量制御弁１２ｂの電磁比
例操作部１２ｂｋに出力する。アンプ部７ｏは、乗算部
７ｎで演算したトルク指令値Ｆを電流信号に変換して操
作レバー装置１４ｂのトルク発生器６４に出力する。

【００７７】上記の制御ユニット７Ｇの制御処理手順の
詳細を図２０に示す。図２０において、まず入力処理と
して、角度検出器６ａ，６ｂで検出した回動角度θ₁，
θ₂及び操作レバー装置１４ｂのポテンショメータ６３
で検出したレバー操作角度Ｕを入力する（手順２００、
２１０）。次いで初期演算処理として、バルブ指令値演
算部７ｓ，７ｔにより作業範囲制限制御を行わない場合
のバルブ指令値Ｕａ，Ｕｂを演算し（手順２２０）、変
換演算部７ｒにより制限作業範囲の境界までの距離ΔＸ
を演算する（手順２３０）。次いで範囲制限制御演算処
理として、制限値演算部７ｕによりバルブ指令値の制限
値Ｕmaxを演算し（手順２４０）、最小値選択部７ｌに
よりバルブ指令値Ｕａと制限値Ｕmaxの最小値Ｕｂ’を
求める（手順２５０）。次いで、操作反力演算処理とし
て、操作反力ゲイン演算部７ｍにより操作反力ゲインＫ
を演算し（手順２６０）、乗算部７ｎにより操作反力ゲ
インＫとバルブ指令値Ｕａを乗算して操作反力指令値Ｆ
を演算する（手順２７０）。次いで、出力処理として、
アンプ部７ｕ，７ｗにより流量制御弁１２ｂの電磁比例
操作部１２ｂｊ，１２ｂｋにバルブ指令値Ｕａ’，Ｕｂ
を出力する（手順２８０）とともに、アンプ部７ｏによ
り操作レバー装置１４ｂのトルク発生器６４に操作反力
指令値Ｆを出力する（手順２９０）。

【００７８】以上のように構成した本実施形態におい
て、フロント装置１Ａが図１９の実線にある状態からア
ーム１ｂのダンプを行うべく、オペレータが操作レバー
装置１４ｂの操作レバー６１を図１７のＢ方向にフルレ
バー操作すると、そのレバー操作角度Ｕがポテンショメ
ータ６３で検出されて制御ユニット７Ｇに送られ、バル
ブ指令値演算部７ｓにてそのレバー操作角度Ｕに応じた
バルブ指令値Ｕｂが求められる。このとき、制限作業範
囲の境界までの距離ΔＸが所定値ΔＸ₀に達するまで
は、バルブ指令値の制限値Ｕmaxは設定値Ｕ₀であるた
め、最小値選択部７ｌではバルブ指令値Ｕｂが選択さ
れ、そのバルブ指令値Ｕｂが流量制御弁１２ｂの電磁比
例操作部１２ｂｊに送られ、その結果アームシリンダ３
ｂが収縮し、アーム１ｂがダンプしていく。このとき、
距離ΔＸが所定値ΔＸ₀に達していないため操作反力ゲ
インＫは０であり、このため操作反力指令値Ｆも０であ
り、操作レバー装置１４ｂのトルク発生器６４には電流
信号が供給されず、操作レバー６１に操作反力はかから
ない。

【００７９】その後、フロント装置１Ａが図１９の２点
鎖線で示すように制限作業範囲の境界に近づいていき、
境界までの距離ΔＸが設定値ΔＸ₀に達すると、バルブ
指令値の制限値Ｕmaxが設定値Ｕ₀よりも小さくなってい
く。このため、最小値選択部７ｌでは制限値Ｕmaxが選
択され、その制限値Ｕmaxが流量制御弁１２ｂの電磁比
例操作部１２ｂｊに送られ、アームシリンダ３ｂが徐々
に減速していき、制限作業範囲の境界に達すると停止す
るように制御される。これと同時に、操作反力ゲインＫ
は０から増加していくため、操作反力指令値Ｆも０から
増加していき、その操作反力指令値Ｆに応じた電流信号
が操作レバー装置１４ｂのトルク発生器６４に送られ、
その電流値に応じた操作反力が操作レバー６１に付与さ
れる。このため、オペレータにはその操作反力で押し戻
されるような操作感が与えられる。

【００８０】以上のように本実施形態にあっては、フロ
ント装置１Ａが制限作業範囲の境界位置（制御上の停止
位置）に近づくと、操作レバー装置１４ｂの操作レバー
６１には操作反力が付与されるので、オペレータには操
作レバー６１を押し戻すような操作感が与えられ、この
ため回りに大きな騒音があっても、オペレータは制限作
業範囲の境界位置でアームシリンダ３ｂが停止すること
を事前に確実に知ることができる。したがって、アーム
シリンダ３ｂが停止する前に操作レバー装置１４ｂの操
作レバー６１を戻すなど適切な措置をとることによっ
て、オペレータの意志に反したアームシリンダ３ｂの停
止を回避することができ、操作性や作業効率が向上す
る。また、そのようにアームシリンダ３ｂの停止を回避
できるので、オペレータの意志に反した停止動作に対す
る違和感を軽減できる。更に、仮に制限作業範囲の境界
位置でアームシリンダ３ｂが停止したとしても、オペレ
ータはそのことを予めわかっているので安心である。

【００８１】本発明の第８の実施形態を図２１〜図２３
により説明する。上記第７の実施形態では上方に制限作
業範囲を設定した場合について説明したが、本実施形態
は、下方に制限作業範囲が設定された場合に、フロント
装置がその制限作業範囲の境界に近づくと操作反力を与
えるものである。図中、第７の実施形態と同等の部材、
機能には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００８２】図２１において、本実施形態の操作装置
は、図１８で示した制御ユニット７Ｇの代わりに制御ユ
ニット７Ｈを有しており、この制御ユニット７Ｈは、図
１８で示した変換演算部７ｒの代わりに変換演算部７Ａ
ｒを有し、かつ図１８で示した機能に加えて、切換部７
ｐ₁，７ｐ₂，７ｑと最小値選択部７ｘとを有している。

【００８３】変換演算部７Ａｒは、角度検出器６ａ，６
ｂで検出したブーム１ａ及びアーム１ｂの回動角度θ₁
及びθ₂を入力し、この角度θ₁，θ₂を用いて、図２２
に示すようなバケット１ｃ先端から予め下方に設定され
た制限作業範囲の境界位置（制御上の停止位置）までの
距離ΔＹを演算するとともに、ブーム１ａの回動中心と
バケット１ｃ先端を結んだ線と制限作業範囲の境界との
なす角（以下、ブーム１ａが境界となす角）α₁の余弦
のマイナス値（−ｃｏｓα₁）、及びアーム１ｂの回動
中心とバケット１ｃ先端を結んだ線と制限作業範囲の境
界とのなす角（以下、アーム１ｂが境界となす角）α₂
の余弦（ｃｏｓα₂）を演算する。

【００８４】切換部７ｐ₁は、アーム１ｂが境界となす
角α₂が９０度以下（ｃｏｓα₂≧０）のときは図示の
（＋）位置にあり、制限値演算部７ｕで演算した制限値
Ｕmaxを伸び側のバルブ指令値の制限値Ｕａmaxとし、ア
ーム１ｂが境界となす角α₂が９０度以上（ｃｏｓα₂≦
０）のときは（−）位置に切り換わり、制限値Ｕａmax
を設定値Ｕ₀とする。切換部７ｐ₂は、アーム１ｂが境界
となす角α₂が９０度以下（ｃｏｓα₂≧０）のときは、
図示（＋）位置にあり、縮み側のバルブ指令値の制限値
Ｕｂmaxを設定値Ｕ₀とし、アーム１ｂが境界となす角α
₂が９０度以上（ｃｏｓα₂≦０）のときは図示（−）位
置に切り換わり、制限値演算部７ｕで演算した制限値Ｕ
maxを制限値Ｕｂmaxとする。切換部７ｑは、アーム１ｂ
が境界となす角α₂が９０度以下（ｃｏｓα₂≧０）のと
きは図示の（＋）位置にあり、バルブ指令値演算部７ｓ
で演算した伸び側のバルブ指令値Ｕａを乗算部７ｎに送
り、アーム１ｂが境界となす角α₂が９０度以上（ｃｏ
ｓα₂≦０）のときは（−）位置に切り換わり、バルブ
指令値演算部７ｔで演算した縮み側のバルブ指令値Ｕｂ
を乗算部７ｎに送る。

【００８５】最小値選択部７ｘは、バルブ指令値演算部
７ｓで演算したバルブ指令値Ｕａと切換部７ｐ₁で選択
した制限値Ｕａmaxとの最小値を選択し、これを新しい
バルブ指令値Ｕａ’として出力する。最小値選択部７ｌ
は、バルブ指令値演算部７ｔで演算したバルブ指令値Ｕ
ｂと切換部７ｐ₂で選択した制限値Ｕｂmaxとの最小値を
選択し、これを新しいバルブ指令値Ｕｂ’として出力す
る。

【００８６】上記のように構成した制御ユニット７Ｈの
制御手順を図２３に示す。図２３において、角度検出器
６ａ，６ｂで検出した回動角度θ₁，θ₂及び操作レバー
装置１４ｂのポテンショメータ６３で検出したレバー操
作角度Ｕを入力する（手順２００、２１０Ａ）。次い
で、バルブ指令値演算部７ｓ，７ｔにより作業範囲制限
制御を行わない場合のバルブ指令値Ｕａ，Ｕｂを演算し
た（手順２２０）後、変換演算部７Ａｒにより制限作業
範囲の境界までの距離ΔＹを演算する（手順２３０Ａ）
とともに、アーム１ｂが境界となす角α₂の余弦（ｃｏ
ｓα₂）を演算する（手順２３５）。次いで、制限値演
算部７ｕによりバルブ指令値の制限値Ｕmaxを演算した
（手順２４０）後、最小値選択部７ｘによりバルブ指令
値Ｕａと制限値Ｕａmaxの最小値Ｕａ’を求めるととも
に、最小値選択部７ｌによりバルブ指令値Ｕｂと制限値
Ｕｂmaxの最小値Ｕｂ’を求める（手順２５０Ａ）。次
いで、操作反力ゲイン演算部７ｍにより操作反力ゲイン
Ｋを演算した（手順２６０）後、乗算部７ｎにより操作
反力ゲインＫとバルブ指令値Ｕａまたはバルブ指令値Ｕ
ｂを乗算して操作反力指令値Ｆを演算し（手順２７０
Ａ）、次いで、アンプ部７ｕ，７ｗにより流量制御弁１
２ｂの電磁比例部１２ｂｊ，１２ｂｋにバルブ指令値Ｕ
ａ’，Ｕｂ’を出力する（手順２８０Ａ）とともに、ア
ンプ部７ｏにより操作レバー装置１４ｂのトルク発生器
６４に操作反力指令値Ｆを出力する（手順２９０）。

【００８７】また、ブーム１ａの制御系にも、図２１の
変換演算部７Ａｒを除く点線Ｚで示したものと同様の機
能ブロックが設けられており、操作レバー装置１４ａの
ポテンショメータ６３で検出したレバー操作角度Ｕ’
と、変換演算部７Ａｒで演算したブーム１ａが境界とな
す角α₁の余弦のマイナス値（−ｃｏｓα₁）とに基づい
て図２３と同様の演算処理を行い、流量制御弁１２ａの
電磁比例操作部１２ａｊ，１２ａｋ及び操作レバー装置
１４ａのトルク発生器６４に指令信号を出力する。ここ
で、ブーム１ａが境界となす角α₁が９０度以下のとき
は、−ｃｏｓα₁≦０となるため、上記アーム１ｂの制
御系の切換部７ｐ₁，７ｐ₂，７ｑに相当する部分は
（−）位置にある。

【００８８】以上のように構成した本実施形態におい
て、図２２に示すようにアーム１ｂが境界となす角α₂
が９０度以下にある状態からアーム１ｂの引き動作を行
うべく、操作レバー装置１４ｂの操作レバー６１を図１
７のＡ方向に操作すると、そのレバー操作角度Ｕはポテ
ンショメータ６３で検出されて制御ユニット７Ｈに送ら
れ、バルブ指令値演算部７ｓにてそのレバー操作角度Ｕ
に応じたバルブ指令値Ｕａが求められる。ここで、アー
ム１ｂが境界となす角α₂が図２２のように９０度以下
の時は、上述したように切換部７ｐ₁，７ｐ₂，７ｑは図
示の（＋）位置にある。従って、制限作業範囲の境界と
の距離ΔＹが所定値ΔＹ₀に達するまでは、バルブ指令
値の制限値Ｕａmaxは設定値Ｕ₀であり、最小値選択部７
ｘではバルブ指令値Ｕａが選択され、そのバルブ指令値
Ｕａが流量制御弁１２ｂの電磁比例操作部１２ｂｊに送
られ、その結果アームシリンダ３ｂが伸長し、アーム１
ｂがクラウドしていく。また、このとき、制限作業範囲
の境界との距離ΔＹが所定値ΔＹ₀に達していないため
操作反力ゲインＫは０であり、このため操作反力指令値
Ｆも０であり、操作レバー装置１４ｂのトルク発生器６
４には電流信号が供給されず、操作レバー６１に操作反
力はかからない。

【００８９】その後、バケット１ｃが制限作業範囲の境
界に近づいていき、その境界までの距離ΔＹが設定値Δ
Ｙ₀以下になると、バルブ指令値の制限値Ｕａmaxは設定
値Ｕ₀から徐々に下がっていく。このため、最小値選択
部７ｌではバルブ指令値Ｕａに代わって制限値Ｕａmax
が選択され、その制限値Ｕａmaxが流量制御弁１２ｂの
電磁比例操作部１２ｂｊに送られ、アームシリンダ３ｂ
が徐々に減速していき、制限作業範囲の境界に達すると
停止するように制御される。また、このとき、操作反力
ゲインＫは０から増加していくため、操作反力指令値Ｆ
も０から増加していき、その操作反力指令値Ｆに応じた
電流信号が操作レバー装置１４ｂのトルク発生器６４に
送られ、その電流値に応じた操作反力が操作レバー６１
に付与される。

【００９０】一方、アーム１ｂのダンプ動作を行うべ
く、操作レバー装置１４ｂの操作レバー６１を図１７の
Ｂ方向に操作すると、バルブ指令値演算部７ｔにてその
レバー操作角度Ｕに応じたバルブ指令値Ｕｂが求められ
る。このとき、切換部７ｐ₁，７ｐ₂，７ｑは図示の
（＋）位置にあるため、制限作業範囲の境界との距離Δ
Ｙに係わらずバルブ指令値の制限値Ｕｂmaxは設定値Ｕ₀
であり、最小値選択部７ｌでは常にバルブ指令値Ｕｂが
選択され、そのバルブ指令値Ｕｂが流量制御弁１２ｂの
電磁比例操作部１２ｂｋに送られ、アーム１ｂが作業範
囲制限制御されることなくダンプしていく。また、この
とき、バルブ指令値Ｕｂは乗算部７ｎに送られないた
め、操作反力指令値Ｆは常に０であり、操作レバー６１
に操作反力はかかることはない。

【００９１】また、図２２に示すようにブーム１ａが境
界となす角α₁が９０度以下にある状態からブーム１ａ
の下げ動作を行うべく、操作レバー装置１４ａの操作レ
バー６１を図１７のＢ方向に操作すると、そのレバー操
作角度Ｕ’はポテンショメータ６３で検出されて制御ユ
ニット７Ｈに送られ、バルブ指令値演算部７ｓに相当す
る部分にてそのレバー操作角度Ｕ’に応じたバルブ指令
値Ｕｂが求められる。ここで、ブーム１ａが境界となす
角α₁が９０度以下の時は、上述したように切換部７
ｐ₁，７ｐ₂，７ｑに相当する部分は図示の（−）位置に
ある。従って、制限作業範囲の境界との距離ΔＹが所定
値ΔＹ₀に達するまでは、バルブ指令値Ｕｂが流量制御
弁１２ａの電磁比例操作部１２ａｋに送られ、ブームシ
リンダ３ａが等速で収縮してブーム１ａが下がっていく
とともに、操作反力指令値Ｆは０であり、操作レバー装
置１４ａの操作レバー６１に操作反力はかからない。そ
の後、距離ΔＹが所定値ΔＹ₀に達すると、制限値Ｕｂm
axが流量制御弁１２ａの電磁比例操作部１２ａｋに送ら
れ、ブームシリンダ３ａが徐々に減速していき、制限作
業範囲の境界に達すると停止するように制御されるとと
もに、操作反力指令値Ｆが０から増加し始め、操作レバ
ー６１に操作反力が付与される。

【００９２】一方、ブーム１ａの上げ動作を行うべく、
操作レバー装置１４ａの操作レバー６１を図１７のＡ方
向に操作すると、バルブ指令値演算部７ｓに相当する部
分にてそのレバー操作角度Ｕ’に応じたバルブ指令値Ｕ
ａが求められる。このとき、切換部７ｐ₁，７ｐ₂，７ｑ
は図示の（−）位置にあるため、制限作業範囲の境界と
の距離ΔＹに係わらず、そのバルブ指令値Ｕａが流量制
御弁１２ａの電磁比例操作部１２ａｊに送られ、ブーム
１ｂが作業範囲制限制御されることなく上がっていく。
また、このときの操作反力指令値Ｆは常に０であり、操
作レバー６１に操作反力はかかることはない。

【００９３】また、図２２に示すようにブーム１ａが境
界となす角α₁及びアーム１ｂが境界となす角α₂が９０
度以下にある状態から、制限作業範囲の境界に沿ってブ
ーム１ａの上げ及びアーム１ｂの引きによる水平引き作
業を行うべく、操作レバー装置１４ａ，１４ｂの操作レ
バー６１，６１を図１７のＡ方向に操作すると、そのレ
バー操作角度Ｕ，Ｕ’は各ポテンショメータ６３，６３
で検出されて制御ユニット７Ｈに送られ、この制御ユニ
ット７Ｈにて上述したブーム１ａの上げ制御及びアーム
１ｂの引き制御が同時に行われ、バケット１ｃが制限領
域の境界の近傍で水平に移動する。

【００９４】このような水平引き作業において、例えば
ブーム１ａの上げに比べてアーム１ｂの引きが大きいた
めに、バケット１ｃが制限作業範囲の境界に近づき、そ
の境界までの距離ΔＸが設定値ΔＸ₀以下になると、上
述したようにバケット１ｃが制限作業範囲外に侵入しな
いようにアームシリンダ３ｂが減速制御されるととも
に、アーム１ｂ用の操作レバー装置１４ｂの操作レバー
６１にのみ操作反力が付与される。

【００９５】以上のように本実施形態にあっては、ブー
ム１ａまたはアーム１ｂを単独操作する場合、フロント
装置１Ａが制限作業範囲の境界位置（制御上の停止位
置）に近づくと、対応する操作レバー装置の操作レバー
６１に操作反力が付与されるので、第７の実施形態と同
様に、オペレータは制限作業範囲の境界位置でフロント
装置１Ａが停止することを事前に確実に知ることがで
き、優れた操作性が得られる。

【００９６】また、ブーム１ａとアーム１ｂの複合操作
を行う場合、フロント装置１Ａが制限作業範囲の境界位
置に近づくと、対応する操作レバー装置の操作レバー６
１にのみ操作反力が付与されるので、どのシリンダをど
の方向に動かすとフロント装置１Ａが制限作業範囲の境
界に達するかということが把握でき、このためオペレー
タの意志に反したシリンダの停止を回避でき、操作性や
作業効率が向上する。

【００９７】つまり、掘削中よく行われるアーム引き及
びブーム上による水平引き作業を制限作業範囲の境界近
傍で行った場合に、例えばアーム引きがブーム上げに比
べて大きいと、そのままでは作業範囲制限制御により最
終的にアーム１ｂが停止し、水平引きが行えなくなる
が、アーム１ｂ用の操作レバー装置１４ｂの操作レバー
６１にかかる操作反力に応じてフロント装置１Ａが制限
作業範囲の境界から離れるようにブーム１ａ用の操作レ
バー装置１４ａを操作し、ブーム上げ動作を大きくすれ
ば、制限作業範囲の境界に沿った水平引きが確実に行え
る。

【００９８】なお、以上説明してきたいくつかの実施形
態においては、油圧シリンダがストロークエンドに近づ
いたり、フロント装置が予め設定した制限作業範囲の境
界等の制御上の停止位置に近づくと、操作レバーに操作
反力を付与するものとしたが、特にこれらに限らず、要
は油圧アクチュエータが停止すべき位置に近づくと操作
レバーに操作反力を付与するようにすればよい。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、油圧アクチュエータが
停止することをオペレータに事前に確実に知らせること
ができるので、オペレータの意志に反した油圧アクチュ
エータの停止動作を回避することができ、操作性や作業
効率が向上するとともに、オペレータの意志に反した停
止状態に対する不快感を軽減できる。また、仮に油圧ア
クチュエータが停止したとしても、オペレータはそのこ
とを予めわかっているので安心である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による油圧ショベルの
操作装置をその油圧駆動装置とともに示す図である。

【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観図であ
る。

【図３】図１に示す操作レバー装置の詳細構成図であ
る。

【図４】図１に示す制御ユニットの制御機能のうちブー
ム用の操作レバー装置の制御系の詳細を示す機能ブロッ
ク図である。

【図５】図１に示す制御ユニットの制御処理手順を示す
フローチャートである。

【図６】図２に示す油圧ショベルがブーム上げ動作を行
う様子を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態による操作装置の操作
レバー装置の詳細構成図である。

【図８】本発明の第２の実施形態による操作装置の制御
ユニットの制御機能のうちブーム用の操作レバー装置の
制御系の詳細を示す機能ブロック図である。

【図９】本発明の第３の実施形態による操作装置の操作
レバー装置の詳細構成図である。

【図１０】本発明の第４の実施形態による油圧ショベル
の操作装置をその油圧駆動装置とともに示す図である。

【図１１】図１０に示す操作レバー装置の詳細及びブー
ム制御系の油圧駆動装置を示す図である。

【図１２】図１０に示す制御ユニットの制御機能のうち
ブーム用の操作レバー装置の制御系の詳細を示す機能ブ
ロック図である。

【図１３】本発明の第５の実施形態による操作装置の制
御ユニットの制御機能のうちブーム用の操作レバー装置
の制御系の詳細を示す機能ブロック図である。

【図１４】本発明の第６の実施形態による操作装置の制
御ユニットの制御機能のうちブーム用の操作レバー装置
の制御系の詳細を示す機能ブロック図である。

【図１５】図１４に示すストロークエンドセンサの取付
位置を示す図である。

【図１６】本発明の第７の実施形態による油圧ショベル
の操作装置をその油圧駆動装置とともに示す図である。

【図１７】図１６に示す操作レバー装置の詳細構成図で
ある。

【図１８】図１６に示す制御ユニットの制御機能のうち
アーム制御系の詳細を示す機能ブロック図である。

【図１９】図２に示す油圧ショベルがアームダンプ動作
を行う様子を示す図である。

【図２０】図１６に示す制御ユニットの制御処理手順を
示すフローチャートである。

【図２１】本発明の第８の実施形態による操作装置の制
御ユニットの制御機能のうちブーム及びアーム制御系の
詳細を示す機能ブロック図である。

【図２２】図２に示す油圧ショベルが水平引き動作を行
う様子を示す図である。

【図２３】図２１に示す制御ユニットの制御処理手順を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１Ａ フロント装置 １ａ ブーム １ｂ アーム １ｃ バケット ３ａ〜３ｃ 油圧アクチュエータ ４ａ〜４ｃ 流量制御弁 ５ａ〜５ｃ 操作レバー装置 ５Ｄａ〜５Ｄｃ 操作レバー装置 ６ａ〜６ｃ 角度検出器（監視手段） ７，７Ａ，７Ｄ〜７Ｈ 制御ユニット（制御手段） ７ａ 変換演算部 ７ｂ，７ｃ 操作反力演算部 ７Ａｂ，７Ａｃ 操作反力演算部 ７ｄ，７ｅ アンプ部 ７ｆ，７ｇ 比較部 ７ｈ 信号切換部 ７ｉ アンプ部 ７ｊ，７ｋ 操作反力指令値出力部 ７ｒ，７Ａｒ 変換演算部 ７ｓ，７ｔ バルブ指令値演算部 ７ｕ 制限値演算部 ７ｌ，７ｘ 最小値選択部 ７ｍ 操作反力ゲイン演算部 ７ｎ 乗算部 ７ｏ，７ｖ，７ｗ アンプ部 ７ｐ₁，７ｐ₂，７ｑ 切換部 １２ａ〜１２ｃ 流量制御弁 １４ａ〜１４ｃ 操作レバー装置 １８ 電磁比例減圧弁（操作反力発生手段） ２２ａｊ，２２ａｋ 圧力センサ（制御手段） ５１ 操作レバー ５２ｊ，５２ｋ 比例減圧弁 ５３ｊ，５３ｋ 電磁アクチュエータ（操作反力発生手
段） ５３Ａｊ，５３Ａｋ 比例電磁アクチュエータ（操作反
力発生手段） ５４ｊ，５４ｋ 電磁比例減圧弁（操作反力発生手段） ５５ｊ，５５ｋ 反力シリンダ（操作反力発生手段） ５７ｊ，５７ｋ 反力シリンダ（操作反力発生手段） ５９ パイロット弁 ６１ 操作レバー ６２ バネ ６３ ポテンショメータ ６４ トルク発生器（操作反力発生手段） ８２ ストロークセンサ（監視手段） ８３ａ，８３ｂ ストロークエンドセンサ（監視手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園田 光夫 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 大平 修司 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 加藤 英世 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 津村 淳二 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 佐竹 英敏 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
   により構成されるフロント装置と、前記複数のフロント
   部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、
   この複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量
   をそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、この複数の流
   量制御弁を切り換え操作する複数の操作手段とを備えた
   多関節建設機械の操作装置において、 （ａ）前記複数の油圧アクチュエータのうちの少なくと
   も１つの油圧アクチュエータが停止すべき位置に近づい
   たかどうかを監視する監視手段と、 （ｂ）前記油圧アクチュエータに対応する操作手段に操
   作反力を与える操作反力発生手段と、 （ｃ）前記監視手段により油圧アクチュエータが停止す
   べき位置に近づいたと判断されると、前記操作手段に操
   作反力を与えるよう前記操作反力発生手段を操作する制
   御手段とを備えることを特徴とする多関節建設機械の操
   作装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の多関節建設機械の操作装置
   において、前記油圧アクチュエータは油圧シリンダであ
   り、前記監視手段は、この油圧シリンダがストロークエ
   ンドに近づいたかどうかを監視する手段であることを特
   徴とする多関節建設機械の操作装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の多関節建設機械の操作装置
   において、前記監視手段は、前記油圧アクチュエータに
   対応するフロント部材の角度を検出する角度センサと、
   この角度センサの信号から前記油圧シリンダのストロー
   クを計算する演算手段とを有し、この演算手段の計算結
   果に基づき前記油圧シリンダがストロークエンドに近づ
   いたかどうかを監視することを特徴とする多関節建設機
   械の操作装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の多関節建設機械の操作装置
   において、前記監視手段は、前記油圧シリンダのストロ
   ークを検出するストロークセンサを有し、このストロー
   クセンサの検出結果に基づき前記油圧シリンダがストロ
   ークエンドに近づいたかどうかを監視することを特徴と
   する多関節建設機械の操作装置。
5. 【請求項５】請求項２記載の多関節建設機械の操作装置
   において、前記監視手段は、前記油圧シリンダのストロ
   ークエンドを検出するストロークエンドセンサを有し、
   このストロークエンドセンサの検出結果に基づき前記油
   圧シリンダがストロークエンドに近づいたかどうかを監
   視することを特徴とする多関節建設機械の操作装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の多関節建設機械の操作装置
   において、前記監視手段は、前記油圧アクチュエータが
   制御上の停止位置に近づいたかどうかを監視する手段で
   あることを特徴とする多関節建設機械の操作装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の多関節建設機械の操作装置
   において、前記制御手段は、前記停止すべき位置までの
   距離に比例した操作反力を発生するよう前記操作反力発
   生手段を操作することを特徴とする多関節建設機械の操
   作装置。