JPWO2013042670A1 - 作業機械 - Google Patents

Abstract

アーム（５）の先端にグラップル（６）が取り付けられる。グラップル（６）はバケットシリンダ（９）により駆動され、アーム（５）はアームシリンダ（８）により駆動される。切替機構（８０）は、バケットシリンダ（９）とアームシリンダ（８）の少なくとも一方を、油圧で作動する制御状態と外力で作動する非制御状態との間で切り替える。バケットシリンダ（９）とアームシリンダ（８）の少なくとも一方を非制御状態とすることで、グラップル（６）がアーム（５）の先端から鉛直下方に吊り下げられた状態に設定することができる。

Description

本発明はアームの先端に取り付けられたアタッチメントを操作して作業を行なう作業機械に関する。

廃材や木材等の被運搬物を拾い上げて移動するために、グラップルを有する作業機械が用いられる。グラップルは油圧シリンダで駆動されて廃材や木材等の被運搬物を掴むためのアタッチメントである。グラップルは、バケットの代わりにショベルのアームの先端に取り付けられることが多い。グラップルが取り付けられる機械はショベルに限られず、ショベルのように移動旋回可能なアームを有する作業機械であればよい。アームの先端にグラップルが取り付けられた作業機械を、以降「グラップル仕様機」と称する。

グラップル仕様機で、大きな地下ピット内の被運搬物を拾い上げて移動する作業を行なうことがある。アームの先端に取り付けられたグラップルを地下ピット内に入れて被運搬物を掴み、油圧シリンダを作動してブーム、アーム、グラップルを駆動させることで、グラップルで掴んだ被運搬物を移動する。

このような作業において、例えば、地下ピットの内壁に近い部分で被運搬物を掴んでブーム、アームを駆動させる場合、地下ピットからの被運搬物の取り出しの際には、ブーム上げ、アーム開き動作を行なう頻度が多くなる。この場合、ブーム上げとブーム開きのどちらの動作を行なっても、グラップルがアームの先端より外側へ出る量が大きくなってしまう。したがって、アームの先端に取り付けられたグラップルの角度によっては、グラップルが地下ピット内壁に接触してしまうおそれがある。例えば、グラップル仕様機の運転者が作業に熟練しておらず、ブーム、アームを駆動する際に目測を誤ってグラップルを地下ピット内壁に接触させてしまうことがあり得る。

グラップルを地下ピット内壁に接触させないようにするためには、グラップルで被運搬物を掴んだ後、グラップルを駆動してアームの先端でのグラップルの位置を調整する必要がある。通常、ブーム、アームを駆動したグラップルを持ち上げることでグラップルを地下ピットから外へ出すため、アームの先端から鉛直下方にグラップルを向けることが好ましい。しかしながら、地下ピット内に配置されたグラップルを正確に目視することができないため、ブーム、アームを駆動させた時にグラップルの角度を調整できないことが多い。

ここで、グラップルをアームの先端に吊り下げ式に取り付けた建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この建設機械によれば、グラップルはアームの先端に吊り下げされた状態で取り付けられるので、グラップルはアームの先端から常に鉛直下方に向いた状態となる。

特開平０８−４０６８１号公報

特許文献１に開示された建設機械のグラップルは常に鉛直下方に向いているので、被運搬物をグラップルで掴む際には、グラップルは上方からしか被運搬物を掴むことができない。例えば、選別作業を含む作業工程においては、グラップルを適当な角度にして掴む必要があることが多く、このような用途において吊り下げ式のグラップルを用いることは好ましく無い。また、被運搬物を上方に積み上げる際にも、グラップルを適切な角度に向ける必要がある。

そこで、グラップルの角度を変えて被運搬物を効率的に掴んだり、離したりすることができ、且つグラップルの移動時にはグラップルがアームの先端から吊り下げられた状態に設定できる作業機械の開発が望まれている。

本発明の一実施態様によれば、先端に作業アタッチメントが取り付けられたアームと、該作業アタッチメントを駆動する第１の油圧シリンダと、該アームを駆動する第２の油圧シリンダと、該第１の油圧シリンダと該第２の油圧シリンダの少なくとも一方を、油圧で作動する制御状態と外力で作動する非制御状態との間で切り替える切替機構とを有することを特徴とする作業機械が提供される。
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の発明の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。

上述の発明によれば、作業アタッチメントを移動する時に、作業アタッチメントが鉛直下方に吊り下げられた状態に設定することができる。

作業現場で稼働しているグラップル仕様機の側面図である。 バケットシリンダの油圧回路に切替機構が設けられたグラップル仕様機の油圧システムの構成を示すブロック図である。 切替機構を構成する油圧回路の一例を示す図である。 切替機構を構成する油圧回路の他の例を示す図である。 アームシリンダの油圧回路にも切替機構が設けられたグラップル仕様機の油圧システムの構成を示すブロック図である。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は作業現場で稼働しているグラップル仕様機の側面図である。グラップル仕様機１００は、ショベルのアームの先端に作業アタッチメントとしてグラップルを取り付けた作業機械である。作業機械としてショベルの本体を用いることに限定されず、駆動可能なアームを有する作業機械であればどのような作業機械を用いてもよい。

図１に示す作業現場では、大きな切断機２００により切断した廃材３００を収容部４００の取り出し口から拾い上げて運搬する作業が行なわれる。

グラップル仕様機１００の本体部分を構成するショベルは、走行するための駆動部として下部走行体１を有する。下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にグラップル６が取り付けられている。ブーム４及びアーム５は、ブームシリンダ７及びアームシリンダ８によりそれぞれ油圧駆動される。

グラップル６は、対象物を把持できるように対向する２本を一組として、把持方向を９ ０度ずらして設けられた２組（計４本）の把持爪６Ａを含む。把持爪６Ａの間に廃材３００が挟まれて保持される。グラップル６はアーム５の先端に回動可能に取り付けられ、リンク９Ａを介してバケットシリンダ９に接続されている。バケットシリンダ９に油圧を供給してバケット用ピストン９ａを駆動することにより、アーム５に対するグラップル６の角度を変えることができる。グラップル６を駆動する油圧シリンダをバケットシリンダ９と称している。グラップル仕様にしない場合は、作業アタッチメントとしてバケットがアーム５の先端に取り付けられる。このため、バケットシリンダ９は特にバケットを駆動するための油圧シリンダのみを意味するものではない。グラップル仕様機１００の場合は、バケットシリンダ９の代わりにグラップルシリンダ９と称することとしてもよい。本明細書では、グラップル６を駆動するための油圧シリンダをバケットシリンダ９と称する。

上部旋回体３には、運転席及び操縦装置が配置された運転室としてキャビン１０が設けられる。上部旋回体３には、キャビン１０の後ろ側にエンジン等の動力源や油圧ポンプや油圧回路などが搭載される。

本実施形態では、アーム５の先端に取り付けられたグラップル６を操作して廃材３００を掴んだ後、アーム５を駆動してグラップル６を移動する前に、グラップル６が鉛直下方に向いた姿勢となるように設定する。すなわち、アーム６の先端を上昇させてグラップル６を持ち上げる際に、グラップル６がアーム５の先端の外方向に角度がつかないようにすることで、グラップル６が周囲の壁面等に接触しにくくする。

なお、本実施形態では、被運搬物を掴むための作業アタッチメントとしてグラップル６を用いているが、作業アタッチメントはグラップルに限定されず、例えばフォークや、リフティングマグネット等を作業アタッチメントとして用いることとしてもよい。

上述のようにグラップル６の角度はバケットシリンダ９により変えることができる。作業機械の運転者がバケットシリンダ９を操作してグラップル６を鉛直下方に向いた姿勢に設定してもよいが、操作者が目測を誤ったり、他の操作に集中してグラップル６の操作がおろそかになる場合がある。そこで、本実施形態では、グラップル６の角度を操作するバケットシリンダ９を非制御状態に設定することで、グラップル６がバケットシリンダ９により拘束されずに自由に動けるようにする。バケットシリンダ９による拘束が無くなると、操縦者が操作しなくてもグラップル６は自然と鉛直下方に向くこととなる。

本実施形態で、バケットシリンダ９に油圧を供給する油圧回路に切替機構を設けて、バケットシリンダ９を制御状態（拘束状態）と非制御状態（非拘束状態）との間で切り替える。ここで、制御状態とは、コントロールバルブ１７からバケットシリンダ９に油圧が供給されてバケットシリンダ９のロッドが駆動、又は保持されている状態である。制御状態でバケットシリンダ９を駆動することで、グラップル６の角度を変えることができる。一方、非制御状態とは、コントロールバルブ１７からバケットシリンダ９への油圧供給は無くなり、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）が自由に動けるように油圧回路が設定された状態である。制御状態から非制御状態への切り替えは、コントロールバルブ１７とバケットシリンダ９の間の油圧回路に設けられた切替機構により行なわれる。

次に、切替機構について説明する。図２は図１に示すグラップル仕様機１００の油圧システムの構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系が二重線、油圧ラインが実線、電気系が太線、制御系が破線でそれぞれ示されている。

グラップル仕様機１００は、内燃機関からなるエンジン１１を備える。エンジン１１には、可変容量式油圧ポンプ２８（以下、第１の油圧ポンプ２８と称する）及び可変容量式油圧ポンプ１４（以下、第２の油圧ポンプ１４と称する）が機械的に接続される。

第１の油圧ポンプ２８は、例えば可変斜板式油圧ポンプであり、斜板の角度を変更することでポンプ出力を変更することができる。すなわち、第１の油圧ポンプ２８への制御電流を変更することにより斜板の角度を調整し、これにより第１の油圧ポンプ２８の出力を変更することができる。第１の油圧ポンプ２８は、エンジン１１の出力により駆動されて高圧の作動油を吐出する。

第２の油圧ポンプ１４は、例えば可変斜板式油圧ポンプであり、斜板の角度を変更することでポンプ出力を変更することができる。すなわち、第２の油圧ポンプ１４への制御電流を変更することにより斜板の角度を調整し、これにより第２の油圧ポンプ１４の出力を変更することができる。第２の油圧ポンプ１４は、エンジン１１の出力により駆動されて高圧の作動油を吐出する。

第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４は、コントロールバルブ１７を介して、それぞれ対応付けられた各種アクチュエータに油圧回路で接続される。図２に示す例では、各種アクチュエータは、グラップル仕様機１００の右側車輪を駆動するための走行右モータ１Ａ、左側車輪を駆動するための走行左モータ１Ｂ、旋回機構２を駆動するための旋回モータ２１、ブーム４の上げ・下げ駆動するためのブームシリンダ７、アーム５を開閉駆動するためのアームシリンダ８、及びグラップル６を駆動するためのバケットシリンダ９である。

コントロールバルブ１７は、複数の切換バルブ１７１−１７８を備える。複数の切換バルブ１７１−１７８は、第１の油圧ポンプ２８の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第１油路４２に設けられる切換バルブ１７１−１７４と、第２の油圧ポンプ１４の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第２油路４４に設けられる切換バルブ１７５−１７８とからなる。

切換バルブ１７１は、走行左モータ１Ｂによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える。切換バルブ１７３は、旋回モータ２１による旋回動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える。切換バルブ１７３は、ブームシリンダ７によるブーム上げ動作（２速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える。切換バルブ１７４はアームシリンダ８によるアーム開閉動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える。

切換バルブ１７５は、走行右モータ１Ａによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える。切換バルブ１７６は、バケットシリンダ９によるバケット開閉動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える。切換バルブ１７７、ブームシリンダ７によるブーム上げ・下げ動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える。切換バルブ１７８は、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（２速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える。

第１の油圧ポンプ２８側の第１油路４２において、切換バルブ１７４より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４６（負帰還用の絞り）が挿入されている。ネガコン絞り４６を介して、ネガコン圧（ネガコン絞り４６の上流側圧力）Ｐｎ１がレギュレータ５４に負帰還される。第１油路４２には、第１油路４２のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５０が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５４は、ネガコン圧Ｐｎ１に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第１の油圧ポンプ２８の吐出流量の損失を低減する態様で、第１の油圧ポンプ２８を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。

同様に、第２の油圧ポンプ１４の第２油路４４において、切換バルブ１７８より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４８（負帰還用の絞り）が挿入されている。ネガコン絞り４８を介して、ネガコン圧（ネガコン絞り４８の上流側圧力）Ｐｎ２がレギュレータ５６に負帰還される。第２油路４４には、第２油路４４のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５２が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５６は、ネガコン圧Ｐｎ２に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第２の油圧ポンプ１４の吐出流量の損失を低減する態様で、第２の油圧ポンプ１４を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。このように、第１の油圧ポンプ２８と第２の油圧ポンプ１４とは機械的に分離されている。

また、第１油路４２及び第２油路４４には、油圧回路の最高圧を制限するリリーフ弁６０が接続されている。リリーフ弁６０は、油圧回路内の圧力が所定の設定圧を超えると作動し、リザーバタンク６２に油圧回路を連通させる。

次に、切替機構について説明する。切替機構８０は、図２に示す油圧システムにおいて、コントロールバルブ１７とバケットシリンダ９との間の油圧回路に設けられる。切替機構８０は、上述のように、バケットシリンダ９を制御状態と非制御状態との間で切り替えるための機構である。

図３は切替機構８０を構成する油圧回路の一例を示す図である。図３に示す例では、切替機構８０は、短絡用開閉弁８２と、タンク側開閉弁８４と、これら開閉弁を切り替え操作する切替スイッチ８６とを含む。短絡用開閉弁８２と、タンク側開閉弁８４とは、油圧、又は電気で開閉制御が行なわれる開閉弁であり、制御用の油圧は切替スイッチ８６から供給される。

短絡用開閉弁８２は、コントロールバルブ１７とバケットシリンダ９のロッド側とを接続する油圧ライン９０Ａと、コントロールバルブ１７とバケットシリンダ９のボトム側とを接続する油圧ライン９０Ｂとの間に設けられる。短絡用開閉弁８２を開くと、油圧ライン９０Ａと油圧ライン９０Ｂとが接続され、バケットシリンダ９のロッド側とボトム側を繋ぐ閉回路が形成される。

タンク側開閉弁８４は、油圧ライン９０Ａとリザーバタンク４０との間に設けられる。タンク側開閉弁８４を開くと、油圧ライン９０Ａとリザーバタンク４０とが接続される。これにより、油圧ライン９０Ａからリザーバタンク４０に作動油を流すことができ、逆にリザーバタンク４０から油圧ライン９０Ａに作動油を供給することができる。タンク側開閉弁８４を接続する位置は、油圧ライン９０Ａに限られない。短絡用開閉弁８２を開いて形成される上述の閉回路であれば、タンク側開閉弁８４をどこに接続してもよい。

ここで、切替スイッチ８６を操作して、バケットシリンダ９を非制御状態に切り替えた際のバケットシリンダ９への作動油の流れについて説明する。

図３−（ａ）は、非制御状態に切り替えられたときにグラップル６が機体側に回動して鉛直下方につり下がるようになる際の作動油の流れを矢印で示す図である。すなわち、図３−（ａ）は、グラップル６が鉛直方向より前側に位置するような角度にバケットシリンダ９で支持されている状態で、切替スイッチ８６が操作されてバケットシリンダ９が非制御状態に設定された場合の作動油の流れを示している。この場合、まず、短絡用開閉弁８２が開くので、バケットシリンダ９のロッド側とボトム側とを接続する閉回路が形成される。このとき、グラップル６が重力により機体側に戻るように回動しようとして、バケットシリンダ９のロッドに引張り方向の外力が加わっている。このため、図３−（ａ）の矢印で示すように、閉回路を通じてバケットシリンダ９のロッド側の作動油は、短絡用開閉弁８２を通じてボトム側に流れる。

ここで、ロッドがシリンダから延出していくときにシリンダのロッド側の容積変化量は、ボトム側の容積変化量より少ない。したがって、ロッド側から流出する作動油に、容積変化の差分に相当する量の作動油を加える必要がある。そこで、図３に示す例では、タンク側開閉弁８４を開くことで、リザーバタンク４０から作動油を供給できるようになる。したがって、バケットシリンダ９のロッドが延出する方向に移動してロッド側から流出した作動油に、リザーバタンク４０から供給された作動油が加わり、バケットシリンダ９のボトム側に流入する。すなわち、ロッド側の容積変化量とボトム側の容積変化量の差分に相当する量の作動油がリザーバタンク４０から閉回路に吸い込まれる。これにより、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）は、グラップル６により引っ張られることで、ほとんど抵抗無く延出方向に移動することができる。

グラップル６の自重による回動力によりバケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）が引っ張られて、グラップル６が回動可能に取り付けられた位置に対して鉛直下方に吊り下げられた状態となると、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）を引っ張る力は無くなる。したがって、グラップル６は、鉛直下方に吊り下げられた状態で停止する。バケットシリンダ９を非制御状態に維持しておけば、アーム５が移動してその角度が変わっても、グラップル６は常に鉛直下方に吊り下げられた状態を維持することができる。

なお、本実施形態では、タンク側開閉弁８４とリザーバタンク４０との間の油圧ラインに絞り９２が設けられる。リザーバタンク４０から閉回路に流入する作動油の量、又はリザーバタンク４０に流出する作動油の量を、絞り９２により調整することで、バケットシリンダ９のロッド側とボトム側との間での作動油の移動速度を調整することができる。結果としてグラップル６の移動速度が調整される。バケットシリンダ９を非制御状態に設定したときにグラップル６が急激に移動すると、アーム５に衝撃が伝わったり、グラップル６が振り子のように揺動するおそれがある。そのような現象の発生を防止するため、グラップル６がゆっくりと回動するように絞り９２でグラップル６の回動速度を調整する。

絞り９２を設ける位置は、タンク側開閉弁８４とリザーバタンク４０との間の油圧ラインに限られない。閉回路の途中のどの位置に絞り９２を配置しても、グラップル６の回動速度を調整することができる。また、絞り９２を設けることで、グラップル６が吊り下げ状態となったときのグラップル６の揺動を抑制することができる。

図３−（ｂ）は、グラップル６が鉛直方向より機体側に位置するような角度にバケットシリンダ９で支持されている状態で、切替スイッチ８６が操作されてバケットシリンダ９が非制御状態に設定された場合の作動油の流れを示している。この場合、まず、短絡用開閉弁８２が開くので、バケットシリンダ９のロッド側とボトム側とを接続する閉回路が形成される。このとき、グラップル６が重力により前側に戻るように回動しようとして、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）に押し込む方向の外力が加わっているため、図３−（ｂ）の矢印で示すように、閉回路を通じてバケットシリンダ９のボトム側の作動油は、短絡用開閉弁８２を通じてロッド側に流れることとなる。

ここで、ロッドがシリンダから延出していくときにシリンダのボトム側の容積変化量は、ロッド側の容積変化量より多い。したがって、ボトム側から流出する作動油から、容積変化の差分に相当する量の作動油を減じる必要がある。そこで、図３−（ｂ）に示す例では、タンク側開閉弁８４を開くことで、閉回路からリザーバタンク４０に作動油を流すことができるようになる。したがって、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）が押し込まれる方向に移動してボトム側から流出した作動油の一部は、リザーバタンク４０へと流れ、残りの作動油がバケットシリンダ９のロッド側に流入する。すなわち、ボトム側の容積変化量とロッド側の容積変化量の差分に相当する量の作動油が閉回路からリザーバタンク４０に流出する。これにより、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）は、グラップル６により押し込まれることで、ほとんど抵抗無く押し込む方向に移動することができる。

グラップル６の自重による回動力によりバケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）は押し込まれて、グラップル６が回動可能に取り付けられた位置に対して鉛直下方に吊り下げられた状態となると、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）を押し込む力は無くなる。したがって、グラップル６は、鉛直下方に吊り下げられた状態で停止する。バケットシリンダ９を非制御状態に維持しておけば、アーム５が移動してその角度が変わっても、グラップル６は常に鉛直下方に吊り下げられた状態を維持することができる。

以上のように、図３に示す構成の切替機構８０により、バケットシリンダ９を非制御状態に設定することで、グラップル６は自重の作用により鉛直下方に吊り下げられた状態に維持される。この状態は、グラップル６がアーム５の先端から鉛直方向に降ろした線から横にはみ出す部分の長さが最も短くなる状態であり、アーム５の移動中にグラップル６が側壁等に接触する可能性が最も低くなる。

次に、本願発明を用いた作業機械の動作について説明する。

アタッチメントを収容部４００の外から収容部４００の中へ入れる際には、把持する対象物にグラップル６を精度よく近づけるため、運転者は切替スイッチ８６を操作してバケットシリンダ９を制御状態にする。その後、通常は、グラップル６で対象物を把持する際には、対象物をグラップル６で押し付けた状態で把持している。このため、グラップル６で対象物を把持する際も、運転者はバケットシリンダ９を制御状態に維持している。このように、バケットシリンダ９を押し付けて把持することができるので、一回の動作で大量の対象物を把持することができる。グラップル６による把持後、運転者はブーム４及び旋回機構２を操作して、把持した対象物を収容部４００の中から収容部４００の外へ取り出す。この際に、運転者は切替スイッチ８６を操作してバケットシリンダ９を非制御状態にする。これにより、グラップル６の位置が、アーム５の下方で定まった状態となるので、アーム５を移動させてもグラップル６が収容部４００の側壁等に接触することを防止することができ、収容部４００からの取り出し作業の効率を向上させることができる。

対象物を収容部４００から取り出した後、対象物を遠くに放出したい場合には、運転者はバケットシリンダ９を非制御状態にしたまま、ブーム等を操作し、対象物を遠くへ放出する。逆に、対象物をトラックの荷台などに精度よく配置したい場合には、運転者は切替スイッチ８６を操作してバケットシリンダ９を制御状態にする。これにより、トラックの荷台にグラップル６を近づけた後、グラップル６から精度よく対象物を放すことができる。

図４は切替機構８０を構成する油圧回路の他の例を示す図である。図４において、図３に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。図４に示す例では、切替機構８０は、短絡用開閉弁８２の代わりにもう一つのタンク側開閉弁８８を含む。タンク側開閉弁８８は、油圧で開閉制御が行なわれる開閉弁であり、制御用の油圧は切替スイッチ８６から供給される。

図４に示す例では、タンク側開閉弁８４を第１のタンク側開閉弁８４と称し、タンク側開閉弁８８を第２のタンク側開閉弁８８と称する。第１のタンク側開閉弁８４は図３に示すタンク側開閉弁８４と同等の機能を有するが、接続位置は油圧ライン９０Ａとリザーバタンク４０との間に限定される。

第２のタンク側開閉弁８８は、油圧ライン９０Ｂとリザーバタンク４０との間に設けられる。第２のタンク側開閉弁８８を開くと、油圧ライン９０Ｂとリザーバタンク４０とが接続される。これにより、油圧ライン９０Ｂからリザーバタンク４０に作動油を流すことができ、逆にリザーバタンク４０から油圧ライン９０Ｂに作動油を供給することができる。

ここで、切替スイッチ８６を操作して、バケットシリンダ９を非制御状態に切り替えた際のバケットシリンダ９への作動油の流れについて説明する。

図４−（ａ）は、非制御状態に切り替えられたときにグラップル６が機体側に回動して鉛直下方につり下がるようになる際の作動油の流れを矢印で示す図である。すなわち、図４−（ａ）は、グラップル６が鉛直方向より前側に位置するような角度にバケットシリンダ９で支持されている状態で、切替スイッチ８６が操作されてバケットシリンダ９が非制御状態に設定された場合の作動油の流れを示している。この場合、第１のタンク側開閉弁８４及び第２のタンク側開閉弁８８の両方が開き、バケットシリンダ９のロッド側は油圧ライン９０Ａ及び第１のタンク側開閉弁８４を通じてリザーバタンク４０に接続され、バケットシリンダ９のボトム側は油圧ライン９０Ｂ及び第２のタンク側開閉弁８８を通じてリザーバタンク４０に接続された状態となる。

このとき、グラップル６が重力により機体側に戻るように回動しようとして、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）に引張り方向の外力が加わっているため、図４−（ａ）の矢印で示すように、バケットシリンダ９のロッド側の作動油は、油圧ライン９０Ａ及び第１のタンク側開閉弁８４を通じてリザーバタンク４０に流出する。一方、バケットシリンダ９のロッド側には、第２のタンク側開閉弁８８及び油圧ライン９０Ｂを通じてリザーバタンク４０から作動油が流れ込む。したがって、バケットシリンダ９のロッドが延出する方向に移動してロッド側から流出した作動油はリザーバタンク４０に流出し、且つリザーバタンク４０内の作動油がボトム側に流入する。これにより、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）は、グラップル６により引っ張られることで、ほとんど抵抗無く延出方向に移動することができる。

グラップル６の自重による回動力によりバケットシリンダ９のロッドが引っ張られて、グラップル６が回動可能に取り付けられた位置に対して鉛直下方に吊り下げられた状態となると、バケットシリンダ９のロッドを引っ張る力は無くなる。したがって、グラップル６は、鉛直下方に吊り下げられた状態で停止する。バケットシリンダ９を非制御状態に維持しておけば、アーム５が移動してその角度が変わっても、グラップル６は常に鉛直下方に吊り下げられた状態を維持することができる。

図４−（ｂ）は、グラップル６が鉛直方向より機体側に位置するような角度にバケットシリンダ９で支持されている状態で、切替スイッチ８６が操作されてバケットシリンダ９が非制御状態に設定された場合の作動油の流れを示している。この場合、第１のタンク側開閉弁８４及び第２のタンク側開閉弁８８の両方が開き、バケットシリンダ９のロッド側は油圧ライン９０Ａ及び第１のタンク側開閉弁８４を通じてリザーバタンク４０に接続され、バケットシリンダ９のボトム側は油圧ライン９０Ｂ及び第２のタンク側開閉弁８８を通じてリザーバタンク４０に接続された状態となる。

このとき、グラップル６が重力により機体側に戻るように回動しようとして、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）に押し込む方向の外力が加わっているため、図４−（ｂ）の矢印で示すように、バケットシリンダ９のボトム側の作動油は、油圧ライン９０Ｂ及び第２のタンク側開閉弁８８を通じてリザーバタンク４０に流出する。一方、バケットシリンダ９のロッド側には、第１のタンク側開閉弁８４及び油圧ライン９０Ａを通じてリザーバタンク４０から作動油が流れ込む。これにより、バケットシリンダ９のロッドは、グラップル６により押し込まれることで、ほとんど抵抗無く延出方向に移動することができる。

グラップル６の自重による回動力によりバケットシリンダ９のロッドは押し込まれて、グラップル６が回動可能に取り付けられた位置に対して鉛直下方に吊り下げられた状態となると、バケットシリンダ９のロッド（ピストン９ａ）を押し込む力は無くなる。したがって、グラップル６は、鉛直下方に吊り下げられた状態で停止する。バケットシリンダ９を非制御状態に維持しておけば、アーム５が移動してその角度が変わっても、グラップル６は常に鉛直下方に吊り下げられた状態を維持することができる。

なお、図４に示す例では、第２のタンク側開閉弁８８とリザーバタンク４０との間の油圧ラインにも絞り９４が設けられている。絞り９４は絞り９２と同じ作用を有するものであり、絞り９２及び絞り９４のいずれか一方が設けられていれば、グラップルの回動速度を調整することができる。また、絞り９２及び絞り９４は無くてもよい。

以上のように、図４に示す構成の切替機構８０により、バケットシリンダ９を非制御状態に設定することで、グラップル６は自重の作用により鉛直下方に吊り下げられた状態に維持される。この状態は、グラップル６がアーム５の先端から鉛直方向に降ろした線から横にはみ出す部分の長さが最も短くなる状態であり、アーム５の移動中にグラップル６が側壁等に接触する可能性が最も低くなる。

上述の実施形態では、バケットシリンダ９の油圧回路に対して切替機構８０を設けてバケットシリンダを非制御状態にしているが、図５に示すように、同様な切替機構８０をアームシリンダ８の油圧回路にも設けることとしてもよく、いずれか一方に設けることとしてもよい。

切替機構８０をアームシリンダ８の油圧回路に設けた場合、アームシリンダ８を非制御状態とすることで、ブーム４の先端からアーム５を鉛直下方に吊り下げられた状態にすることができる。ブーム４を上昇させてグラップル６をアーム５と共に持ち上げるような場合には、アーム５も吊り下げられた状態にしておくことで、グラップル６を接触し難くすることができる。

なお、本実施形態では油圧ショベルのシステム構成図をもとに説明したが、本発明は油圧ショベルに限らず、エンジンの動力をもとに発電した電力を蓄電器に蓄電し、蓄電した電力をもとに電動機によりポンプを駆動するハイブリッド型ショベルにも適用することができる。

本明細書では油圧ショベルの実施形態により本発明を説明したが、本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形例及び改良例がなされるであろう。

本出願は、２０１１年９月２２日出願の優先権主張日本国特許出願第２０１１−２０８１４９号に基づくものであり、その全内容は本出願に援用される。

本発明は、アームの先端に取り付けられたアタッチメントを操作して作業を行なう作業機械に適用可能である。

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ グラップル
６Ａ 把持爪
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
９ａ ピストン
９Ａ リンク
１０ キャビン
１１ エンジン
１４，２８ 可変容量式油圧ポンプ
１７ コントロールバルブ
４０ リザーバタンク
８０ 切替機構
８２ 短絡用開閉弁
８４，８８ タンク側開閉弁
８６ 切替スイッチ
９０Ａ，９０Ｂ 油圧ライン
９２ 絞り
１００ グラップル仕様機
２００ 切断機
３００ 廃材
４００ 収容部

Claims (4)

1. 先端に作業アタッチメントが取り付けられたアームと、
   前記作業アタッチメントを駆動する第１の油圧シリンダと、
   前記アームを駆動する第２の油圧シリンダと、
   前記第１の油圧シリンダと前記第２の油圧シリンダの少なくとも一方を、油圧で作動する制御状態と外力で作動する非制御状態との間で切り替える切替機構と
   を有することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械であって、
   前記切替機構は、前記第１の油圧シリンダと前記第２の油圧シリンダの前記少なくとも一方のボトム側とロッド側とを接続して閉回路を形成する開閉弁を含むことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２記載の作業機械であって、
   前記切替機構は、前記閉回路と油圧タンクとの間に配置された開閉弁を更に含むことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１記載の作業機械であって、
   前記切替機構は、前記第１の油圧シリンダと前記第２の油圧シリンダの前記少なくとも一方のボトム側と油圧タンクとの間に配置された第１の開閉弁と、前記第１の油圧シリンダと前記第２の油圧シリンダの前記少なくとも一方のロッド側と前記油圧タンクとの間に配置された第２の開閉弁とを含むことを特徴とする作業機械。

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