JP3174279B2 - バケット付き建設機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックホウ等のバ
ケット付き建設機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バックホウ等のバケット付き建設機械
は、機体の前部にブームを上下揺動自在に枢支し、該ブ
ームの先端にアームを前後揺動自在に枢支し、該アーム
の先端にバケットを揺動自在に枢支して構成されてい
る。そして、ブームはブームシリンダにより昇降揺動
し、アームはアームシリンダにより屈伸揺動し、バケッ
トはバケットシリンダにより掻き込み動作又はダンプ動
作を行うための揺動をする。

【０００３】この種、建設機械において、例えば機体を
定位置の停車させたまま機体に対して遠い側から手前側
に向けて水平掘削したり、また逆方向へ地均ししたりす
るような場合、ブーム，アーム及びバケットにおける３
つの揺動を複合的に組み合わせて操縦を行う必要がある
が、このような操縦の容易化、自動化を行うために、機
体に対してブームが成すブーム角、ブームに対してアー
ムが成すアーム角、アームに対してバケットが成すバケ
ット角を、ポテンショメータ等の角度検出器によってそ
れぞれ検出し、これら検出角に基づいて油圧回路を制御
し、ブーム、アーム、バケットを揺動動作するようにし
たものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、バケッ
ト角を検出する角度検出器は、通常、アームの先端部に
おけるバケットの揺動枢支部分に取り付けられている
が、この部位は土塊等による直接的な振動や衝撃又は水
没等の悪条件にさらされるため、それだけブーム角やア
ーム角を検出する角度検出器に比べて故障する可能性が
高いという問題がある。

【０００５】このように、上記角度検出器が故障すれ
ば、当然にバケット角の検出に信頼性がなくなり、場合
によっては角度検出ができなくなるので、上記したよう
な水平掘削等をするにあたって正確な掘削深さで掘削が
できなかったり、最適なバケット爪位置で掘削できなく
なることがあり、作業に多大な悪影響を及ぼす恐れがあ
った。

【０００６】なお、バケットシリンダとして内部にスト
ロークセンサを備えたものを利用することでバケット角
を検出し、上記のような土塊等による悪影響を回避する
ことも可能ではあるが、このようなバケットシリンダは
非常に高価であり、建設機械のコストアップを招来する
ものである。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、バケット角の検出に高い信頼性が得られるよ
うにして、操縦の容易化や自動化を確実なものとし、且
つ作業性を損なわないようにしたバケット付き建設機械
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明は、機体にブーム及びアームを介してバケットが揺動
自在に枢支され、前記アームにバケットの揺動に用いら
れるバケットシリンダが揺動自在に枢支されたバケット
付き建設機械において、前記バケットシリンダのアーム
への枢支部分に、アームに対するバケットシリンダの角
度を検出する角度検出器が設けられ、該角度検出器によ
って検出したバケットシリンダの角度を、該角度に対応
したバケットのアームに対する角度へ変換する変換手段
が備えられ、バケットシリンダの角度に対応するバケッ
トの角度が２つの値をとる場合に、この２つの値から正
規のバケット角度を判別する判別手段が備えられること
を特徴としている。

【０００８】これによれば、角度検出器をバケットの作
業域から離れたバケットシリンダのアームへの枢支部分
に設けることで、アームに対するバケットシリンダの角
度から変換手段を介してバケットの角度を求めることが
できるので、この角度検出器が振動、衝撃、水没等の影
響を受けることが少なくなる。このようなことから、バ
ケット角を検出する角度検出器が破損し難くなるので、
バケット角の検出値に高い信頼性が得られ操縦の容易化
や自動化が確実なものとなり、自動水平掘削等を行う場
合において正確なバケット深さ、掘削に最適なバケット
爪位置が得られ、掘削作業性の向上を図ることが可能で
ある。

【０００９】なお、バケットシリンダの角度に対応した
バケットの角度が２つの値をとる場合が生じるが、これ
を判別手段で判別することで正確なバケット角度が得ら
れるようになる。上記の判別手段としては、バケットの
揺動方向と、バケットシリンダの角度の増減状態とに基
づいてバケットの角度を判別するものとしたり、バケッ
トシリンダの角度が最大角度である場合のバケットシリ
ンダの伸縮長さを基準として、バケットシリンダが伸長
又は収縮のいずれの状態にあるかに基づいてバケットの
角度を判別するものとすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図５に示すように、バックホウ等
の建設機械１は、左右一対のクローラ走行装置２と、該
クローラ走行装置２上に縦軸廻り回動自在に搭載した略
円形の旋回台３とを有する機体４を備え、前記旋回台３
の前部右側に掘削装置５を装着し、前部左上側に操縦ボ
ックス６を配置し、操縦ボックス６の後方に運転席７を
配置し、クローラ走行装置２の前方にはドーザ８を突出
配置して構成されている。

【００１１】前記掘削装置５は、旋回台３に上下揺動自
在に支持されていてブームシリンダ９によって揺動され
るブーム１０と、該ブーム１０の先端に左右方向のアー
ム支軸１１を介して連結されかつアームシリンダ１２に
よって揺動されるアーム１３と、アーム１３の先端に左
右方向のバケット支軸１４を介して連結されかつバケッ
トシリンダ１５によって掻き込み動作及びダンプ動作さ
れるバケット１６とを有する。

【００１２】図１に示すように、前記バケットシリンダ
１５は、ボトム側１５ａが、アーム１３の基端部寄り
（バケット１６の枢支端部と反対側）に左右方向のシリ
ンダ支軸１８を介して枢支され、またロッド１５ｂの先
端部が、バケットリンク１９を介してバケット１６及び
アーム１３の先端部にそれぞれ連結されるようになって
いる。

【００１３】旋回台３の後部にはエンジン２１が搭載さ
れ、このエンジン２１の一側にはラジエータを配置し、
他側には油圧ポンプ２２が設けられている。そして、旋
回台３の前部側内部には、ブームシリンダ９用、アーム
シリンダ１２用、バケットシリンダ１５用及び旋回台３
の旋回モータ用の制御弁を重合して構成した制御弁ブロ
ック２３が設けられ、前記操縦ボックス６内には、上記
各制御弁に対応してこれらを操作する複数の操作弁を重
合して構成した操作弁ブロック２５が設けられている。
そして、前記油圧ポンプ２２によって制御弁、操作弁に
それぞれ作動油を供給するようになっている。

【００１４】前記操作弁ブロック２５を構成する各操作
弁は、２本の操作レバー２７の前後，左右揺動によって
切り換え操作され、パイロット油路を介して制御弁ブロ
ック２３を構成するブームシリンダ９用、アームシリン
ダ１２用、バケットシリンダ１５用、旋回モータ用の各
制御弁をそれぞれ制御操作可能となっている。図３に示
すようにバケットシリンダ１５用の操作弁２６と制御弁
２４とを結ぶパイロット油路２８には圧力スイッチ２９
が設けられている。これにより、操作レバー２７の操作
によってバケットシリンダ１５用の操作弁２６が開放作
動されると、バケット１６の掻き込み動作側、ダンプ動
作側のいずれかのパイロット油路２８内の圧が立ち上が
り制御弁２４を操作するとともに、圧力スイッチ２９に
よって掻き込み動作又はダンプ動作のどちらを操作して
いるか（バケット１６が掻き込み方向，ダンプ方向のい
ずれに揺動しているか）が検出されるようになってい
る。

【００１５】なお、このようなバケット１６の揺動方向
は、操作レバー２７の左右又は前後揺動に対して直接的
にレバー２７の移動を検知するリミットスイッチ，近接
スイッチ等３０を設けてやることで検出可能としてもよ
い。バケットシリンダ１５のアーム１３側の枢支部分
（シリンダ支軸１８部分）には、ポテンショメータ等の
角度検出器３１が設けられている。この角度検出器３１
は、バケット１６を揺動させるためにバケットシリンダ
１５を伸縮させた際に、シリンダ支軸１８を中心とした
アーム１３に対するバケットシリンダ１５の角度を検出
するようになっている。

【００１６】図例では、バケットシリンダ１５のシリン
ダ支軸１８とバケット１６のバケット支軸１４とを結ぶ
線分をアーム１３の基準線Ｘとし、この基準線Ｘに対し
てバケットシリンダがなす角度β（以下、シリンダ角と
いう）を角度検出器３１で検出するようにしている。な
お、バケット１６のアーム１３に対する角度（以下、バ
ケット角αという）は、バケット１６のバケット支軸１
４とバケット爪１６ａ先端とを結ぶ線分がアーム１３の
基準線Ｘに対して成す角度αとして表している。

【００１７】そして、本発明における建設機械１では、
角度検出器３１によって検出したシリンダ角βを、該シ
リンダ角βに対応するバケット角αへと変換する変換手
段が備えられている。図１に示すように、バケット１６
を図１（ａ）の状態（ダンプ位置）から図１（ｂ）の状
態を経て図１（ｃ）の状態（掻き込み位置）へと揺動動
作させると、バケット角はα１，α２，α３へと序々に
増加し、これに対し、シリンダ角は、β１からβ２へと
増加したのちβ２からβ３へと減少するようになってい
る。

【００１８】なお、このようにシリンダ角βとバケット
角αとが変化を生じるのは、バケットシリンダ１５の伸
縮で、バケットリンク１９がアーム１３に対する枢支部
分を中心として上下に回動することによって、バケット
リンク１９とバケットシリンダ１５との枢支部分が上下
移動し、バケット１６の１方向の動きでバケットシリン
ダ１５が上下に往復揺動するためである。

【００１９】従って、図２に示すように前記バケット角
αと前記シリンダ角βとは、縦軸にシリンダ角βを、横
軸にバケット角αを採った場合に上方に凸となるような
曲線で表され、所定の関係をもって常に対応する値をと
るようになっており、このような関係が変換手段として
用いられている。そして、図３に示すように、上記角度
検出器３１で検出したシリンダ角βは、演算部３３の第
１メモリー３４に入力される。また、この演算部３３の
第２メモリー３５には上記したようなシリンダ角βから
バケット角αへの変換プログラムが記憶されている。し
たがって、演算部３３の処理装置３６に変換プログラム
が読みだされ、角度検出器３１からの検出値が入力され
ると、バケット角αが図２で示す関係に基づいて算出さ
れるようになっている。

【００２０】ところで、図２で示すように、シリンダ角
βが図１（ｂ）で示す最大角度β２となる場合、これに
対応するバケット角は一つの値α２をとるようになって
いるので、上記の変換手段によってシリンダ角βに対応
する正確なバケット角αを算出することができるように
なっている。しかし、シリンダ角βが図１（ａ）又は図
１（ｃ）で示す最大角度β２より小さい角度β１（＝β
３）をとる場合は、これに対応するバケット角は２つの
値α１，α３をとり得るため、この２つの値のうちいず
れが正規であるかを判別する必要が生じる。

【００２１】したがって、本発明における建設機械で
は、これら２つの値から正規のバケット角αを判別する
判別手段が備えられ、これは、バケット１６の揺動方向
（圧力スイッチ２９による検出）及びシリンダ角βの増
減状態（角度検出器３１による検出）に基づいてバケッ
ト角αの判別をするように構成されている。すなわち、
図１及び図２において、シリンダ角がβ１（＝β３）で
ある場合で、バケット１６がダンプ位置から掻き込み方
向に動作（バケット角αが増加）し、しかもシリンダ角
βが増加状態である場合（矢示Ａ）は、バケット角度は
α１、α３のうちα１であると判別される（図１（ａ）
の状態）。また、バケット１６が掻き込み位置からダン
プ方向に動作（バケット角αが減少）し、しかもシリン
ダ角βが減少状態にある場合（矢示Ｂ）にも、バケット
角度はα１であると判別される。

【００２２】逆に、バケット１６が掻き込み位置からダ
ンプ方向に動作（バケット角αが減少）し、しかもシリ
ンダ角βが増加状態にある場合（矢示Ｃ）ならば、バケ
ット角はα３であると判別され（図１（ｃ）の状態）、
バケットがダンプ位置から掻き込み方向に動作（バケッ
ト角αが増加）し、シリンダ角βが減少状態にある場合
（矢示Ｄ）にも、バケット角度がα３であると判別され
るようになっている。

【００２３】なお、圧力スイッチ２９によるバケット１
６の揺動方向の情報及び角度検出器３１によるシリンダ
角βの増減状態の情報は、演算部３３において第１メモ
リー３４にシリンダ角βとともに入力され、処理装置３
６にて演算処理されるようになっている。上記のような
変換、判別が行われることで、シリンダ角βからバケッ
ト角αが正確に得られることとなり、このバケット角α
は、例えば、機体４に対してブーム１０が成すブーム角
や、ブーム１０に対してアーム１３が成すアーム角の検
出値と共に、バケット１６の位置を制御する場合等の制
御因子の一つとして用いることができる。したがって、
自動水平掘削等を行う場合において、正確なバケット深
さ、最適なバケット爪位置を得ることができ、掘削作業
性の向上を図ることができるようになる。

【００２４】そして、バケットシリンダ１５のアーム１
３への枢支部分に角度検出器３１を設けることで、アー
ム１３に対するバケット１６の揺動枢支部分に角度検出
器を設ける場合に比べて、バケット１６の作業領域から
遠い位置に配されたものとなり、バケットの作動中に、
この角度検出器３１を故障させるほどの直接的な振動や
衝撃、又は水没等が及ぶということは少なくなる。従っ
て、この角度検出器３１の耐久性が向上され、バケット
角検出の信頼性が向上される。

【００２５】なお、算出されたバケット角αは、演算部
３３において不揮発性のＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等で構成
される書き込み、消去可能な第３メモリー３７に保存さ
れるようになっている。したがって電源オフ時に前のデ
ータは消去されず、再び電源オンした場合に、保存され
た前のデータを新たなバケット角算出に用いるようにし
ている。

【００２６】ところで、作業の中断等でバケット１６を
操作しないときには、油圧回路のリーク等に起因してバ
ケット１６が自重で揺動する場合がある。しかし、この
揺動は、操作レバー２７によるものではないのでバケッ
ト１６の揺動方向を圧力スイッチ２９で検出することが
できず、従って、自重による揺動でバケットシリンダ１
５の角度が変化しても上記に説明したバケット角αの判
別ができなくなるという問題が生じる。

【００２７】この場合、図２に示すように、自重揺動前
のシリンダ角βが最大角β２よりもよりも小さい角度
（例えばβ１）であるときは、揺動前のバケット角（例
えばα１）から、バケット１６の自重揺動でシリンダ角
βが増加したか減少したかによって揺動後のシリンダ角
βから新たなバケット角αを算出ことは容易であるが、
揺動前のシリンダ角βが最大角β２である場合は、自重
揺動によりシリンダ角βは減少するのみであるので、バ
ケット１６が掻き込み方向又はダンプ方向のどちらへ揺
動したかが判断できなくなる。

【００２８】そこで、本実施形態では、自重でバケット
１６が揺動する前のバケット角αと、アーム角，ブーム
角を利用してバケット１６の自重揺動の方向を判断し、
この情報と揺動後のシリンダ角βから正確なバケット角
αを得るようにしている。具体的には、図４に示すよう
に、バケット１６のバケット支軸１４とバケット１６の
重心Ｇを結ぶ線分が鉛直方向Ｙに対して成す角度γが正
である場合、即ち、図４においてバケット１６の重心Ｇ
が、バケット支軸１４を通る鉛直線Ｙよりも左側にある
場合は、自重によってバケット１６が掻き込み方向（矢
示Ｅ）に揺動したと判断できる。またγが負である場
合、即ち、バケット１６の重心Ｇが鉛直線Ｙよりも右側
にある場合（２点鎖線）は、自重によってバケット１６
がダンプ方向（矢示Ｆ）に揺動したと判断できる。従っ
て、このように判断されたバケット１６の揺動方向と、
揺動後のシリンダ角βから新たなバケット角αを算出す
ることができるようになっている。

【００２９】なお、上記の鉛直線Ｙはブーム角，アーム
角から設定可能である。バケット重心Ｇと鉛直線Ｙとの
角度γは、揺動前のバケット角αと上記鉛直線Ｙとから
設定される。また、バケット重心Ｇは、バケット１６自
体の重心とするか、バケットで土砂を掬った状態の重心
として設定するか、または両方の重心位置を考慮してそ
の平均位置を重心Ｇとしてもよい。

【００３０】図６及び図７は、本発明の第２の実施形態
を示している。本実施形態は、シリンダ角βに対応した
バケット角αが２つの値をとる場合に、この判別をバケ
ットシリンダ１５のロッド１５ｂの伸縮状態によって行
うようにしたものである。バケットシリンダ１５のボト
ム１５ａ側には、近接スイッチ，リミットスイッチ等の
センサ４０が設けられており、これに対する感応板４１
がロッド１５ｂ側に設けられている。

【００３１】上記センサ４０及び感応板４１は、シリン
ダ角βが最大β２をとる場合（図６（ｂ）参照）のバケ
ットシリンダ１５のロッド１５ｂの伸縮位置を基準とし
て、バケットシリンダ１５が収縮状態にある場合（バケ
ット１６がダンプ位置にある場合）にはセンサ４０をオ
ンし、伸長状態にある場合（バケット１６が掻き込み位
置にある場合）にはセンサ４１をオフするように設定さ
れている。また、このセンサ４０のオン，オフの情報
は、上記第１の実施形態におけるバケット１６の揺動方
向及びシリンダ角βの増減状態に代えて、演算部３３に
おける第１メモリー３４に入力されるようになってい
る。

【００３２】したがって、図７に示すシリンダ角βとバ
ケット角αとの対応線図において、シリンダ角が最大β
２にある場合は、上記第１の実施形態と同様に変換手段
のみによりバケット角α２を得るようになっており、シ
リンダ角（β１＝β３）に対応するバケット角が２値α
１，α３をとる場合は、上記センサ４０がオンしている
際には、バケット角がα１であると判別され、センサ４
０がオフの場合にはバケット角がα３であると判別され
る。

【００３３】このように、本実施形態においてもシリン
ダ角βから正確なバケット角αを得ることができ、上記
第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、バケッ
トシリンダ１５の伸縮状態の検出だけでバケット角αの
判別が行うことができるため、演算処理を容易なものと
できる。ところで、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。

【００３４】例えば、シリンダ角βを検出する角度検出
器３１は、光学的なセンサ又は機械接触型のスイッチ等
に置換することが可能である。建設機械１としては、上
記実施形態で図例したような所謂超小旋回型バックホウ
に限らず、所謂後方小旋回型バックホウ、パワーショベ
ル、フロントローダーなどバケットを具備するものであ
れば、特に限定されるものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、バケット角の検出に高い信頼性が得られるよう
になるので、操縦の容易化や自動化が確実に行え、正確
なバケット深さや、掘削に最適なバケット爪位置を得る
ことができるので作業性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るバケット、アー
ム部分を示す側面図である。

【図２】同シリンダ角とアーム角との対応線図である。

【図３】同油圧回路及び演算部を模式的に示した図であ
る。

【図４】同バケット，アーム部分を示す側面図である。

【図５】建設機械の一例を示す側面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係るバケット，アー
ム部分を示す側面図である。

【図７】同シリンダ角とバケット角との対応線図であ
る。

【符号の説明】

１ 建設機械 ４ 機体 １０ ブーム １３ アーム １５ バケットシリンダ １６ バケット １８ シリンダ支軸 ３１ 角度検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 9/26 G01B 21/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機体にブーム及びアームを介してバケッ
   トが揺動自在に枢支され、該バケットの揺動に用いられ
   るバケットシリンダが前記アームに揺動自在に枢支され
   たバケット付き建設機械において、 前記バケットシリンダのアームへの枢支部分に、アーム
   に対するバケットシリンダの角度を検出する角度検出器
   が設けられ、該角度検出器によって検出したバケットシ
   リンダの角度を、該角度に対応したバケットのアームに
   対する角度へ変換する変換手段が備えられ、バケットシ
   リンダの角度に対応するバケットの角度が２つの値をと
   る場合に、この２つの値から正規のバケット角度を判別
   する判別手段が備えられることを特徴とするバケット付
   き建設機械。
2. 【請求項２】 前記判別手段は、バケットの揺動方向
   と、バケットシリンダの角度の増減状態とに基づいて正
   規のバケットの角度を判別するように構成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のバケット付き建設機
   械。
3. 【請求項３】 前記判別手段は、バケットシリンダの角
   度が最大角度である場合のバケットシリンダの伸縮長さ
   を基準として、バケットシリンダが伸長又は収縮のいず
   れの状態にあるかに基づいて正規のバケットの角度を判
   別するように構成されていることを特徴とする請求項１
   に記載のバケット付き建設機械。