JP5462724B2

JP5462724B2 - 建設機械のクイックカプラー回路

Info

Publication number: JP5462724B2
Application number: JP2010140514A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎横畠; 耕太巽
Original assignee: キャタピラーエスエーアールエル
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: KR101400509B1; KR20130062322A; EP2584099A4; JP2012002034A; EP2584099B1; US20130160441A1; CN103119223A; CN103119223B; WO2011162233A1; EP2584099A1

Description

本発明は、バケットやブレーカなどのアタッチメントを容易に着脱するための建設機械のクイックカプラー回路に関する。

従来、油圧ショベル（建設機械）１は、図３に示すように、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３上に上下方向に起倒自在に取り付けられた作業機４とを備えて構成されている。また、作業機４は、後端が上部旋回体３に回動自在に支持されたブーム５と、ブーム５の先端に後端が回動自在に支持されたアーム６と、アーム６の先端側に回動自在に取り付けられたバケット（アタッチメント）７とを備えて多関節状に形成されている。そして、オペレータのレバー操作に応じて作動油が給排されることにより、ブームシリンダ８とアームシリンダ９とバケットシリンダ１０（作業用アクチュエータ）がそれぞれ伸縮駆動し、ブーム５とアーム６とバケット７がそれぞれ回動するように構成されている。

一方、アーム６の先端にバケット、ブレーカ、クラッシャなどの各種アタッチメント７を着脱できるように構成し（アタッチメント７を交換可能に構成し）、一台の建設機械１を多目的・多機能で使用できるようにしたものがある。さらに、クイックカプラー回路を備え、オペレータのスイッチ操作によって容易に且つ素早くアタッチメント７の着脱を行えるようにしたものがある。

そして、一般に、クイックカプラー回路（クイックカプラーＢ）は、アーム６の先端とアタッチメント７の間に設けられ、作動油の給排によって伸縮駆動してアタッチメント７を保持／脱離させるクイックカプラーシリンダと、油圧ポンプと、油圧ポンプから供給される作動油の供給方向を作業用アクチュエータ（ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０）側あるいはクイックカプラーシリンダ側に切り替える電磁切替バルブと、クイックカプラーシリンダに対する作動油の供給方向を切り替えてクイックカプラーシリンダを伸縮駆動させるためのカプラー切替バルブと、スイッチ操作によって出力されたパイロット信号（操作信号）に基づいて電磁切替バルブとカプラー切替バルブをそれぞれ切替制御する制御装置とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３２７２９１号公報

ここで、クイックカプラーシリンダの伸縮動作（アタッチメント７の着脱）を確実なものにするためには、オペレータによるポンプ昇圧操作が必要になる。このため、上記従来のクイックカプラー回路においては、電磁切替バルブを使用し、ポンプ強制昇圧のためのパイロット信号を制御して、油圧ポンプを強制昇圧させるように構成されている。また、上記従来のクイックカプラー回路は、電磁切替バルブ及びカプラー切替バルブがスイッチ操作に応じて切替駆動するように構成され、これら２つのバルブを制御するために３ポジションスイッチとリレー回路を必要としている。

すなわち、従来のクイックカプラー回路では、作業用アクチュエータを伸縮駆動させて作業を行う際のワーキングポジション、クイックカプラーシリンダを伸長（あるいは縮長）させてアタッチメント７を保持（装着）する際のロックポジション、クイックカプラーシリンダを縮長（あるいは伸長）させてアタッチメント７を脱離させる際のアンロックポジションの３つのポジションで操作されるスイッチと、リレー回路の組み合わせによって、油圧ポンプを昇圧させる制御を行っている。そして、アタッチメント７の交換時には、ロックポジションとアンロックポジションを使用し、これらロックポジションとアンロックポジションにある間は、常に油圧ポンプが昇圧されるように構成されている。

このため、スイッチのポジションによって常にクイックカプラーシリンダを伸長（あるいは縮長）させるように昇圧しているか、常にクイックカプラーシリンダを縮長（あるいは伸長）させるように昇圧しているか、または常に昇圧していないかの制御しかできず、昇圧の時間やタイミングまで制御することができない。これにより、ポンプ昇圧中の各作業用アクチュエータ８、９、１０（作業機４）の動きが不安定になったり、無駄なポンプ昇圧時間が生じて燃費の悪化を招くという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、昇圧の時間やタイミングを制御することを可能にし、油圧ポンプ昇圧中の作業機の動作の安定化、燃費の向上を図ることを可能にした建設機械のクイックカプラー回路を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

請求項１の建設機械のクイックカプラー回路は、アタッチメントを作業機に着脱するための建設機械のクイックカプラー回路であって、伸縮駆動してアタッチメントを作業機に保持／脱離させるクイックカプラーシリンダと、油圧ポンプと、油圧ポンプの強制昇圧を切り替える電磁切替バルブと、クイックカプラーシリンダに対する作動油の供給方向を切り替えてクイックカプラーシリンダを伸縮駆動させるためのカプラー切替バルブと、電磁切替バルブとカプラー切替バルブをそれぞれ切替制御する制御装置とを備え、電磁切替バルブとカプラー切替バルブを切替操作するためのスイッチが、クイックカプラーシリンダを伸縮させてアタッチメントを保持する際のロックポジションと、クイックカプラーシリンダを伸縮させてアタッチメントを脱離させる際のアンロックポジションの２つのポジションで操作するように構成され、制御装置は、スイッチをロックポジションあるいはアンロックポジションに操作して出力された操作信号を受けて、カプラー切替バルブを切替制御するとともに、スイッチの操作によって油圧ポンプの昇圧が始まるように、且つ所定の時間が経過した段階で油圧ポンプの昇圧が終了するように、電磁切替バルブを切替制御することを特徴とする。

請求項１の建設機械のクイックカプラー回路においては、クイックカプラー回路がスイッチの操作信号を制御装置を経由して電磁切替バルブに伝えるように構成されているため、油圧ポンプを昇圧させるように電磁切替バルブが切り替わっている時間を制御することが可能になる。すなわち、制御装置が、スイッチをロックポジションあるいはアンロックポジションに操作して出力された操作信号に基づいて、油圧ポンプを昇圧させるように電磁切替バルブを切替制御した後、所定の時間が経過した段階で油圧ポンプの昇圧を完了するように電磁切替バルブを切替制御することで、ポンプ昇圧時間やタイミングを制御することが可能になる。

これにより、ロックポジションとアンロックポジションの２ポジションで操作されるスイッチを操作して、クイックカプラーシリンダが動いている間のみ油圧ポンプを昇圧させるように制御することが可能になる。よって、従来のクイックカプラー回路と比較し、昇圧時間を最小限にすることが可能になり、ポンプ昇圧中に各アクチュエータ（作業機）の動きが不安定になることを最小限に抑制することが可能になる。また、無駄なポンプ昇圧時間を減らすことが可能になるため、燃費の向上を図ることも可能になる。

本発明の一実施形態に係る建設機械のクイックカプラー回路を示す図である。本発明の一実施形態に係る建設機械のクイックカプラー回路の変形例を示す図である。油圧ショベル（建設機械）を示す図である。

以下、図１及び図３を参照し、本発明の一実施形態に係る建設機械のクイックカプラー回路について説明する。

本実施形態の建設機械１は、油圧ショベル（図３参照）であり、アーム６（作業機）の先端にバケットやブレーカ等の各種アタッチメント７を容易に着脱するためのクイックカプラー回路Ａを備えている。

そして、本実施形態のクイックカプラー回路Ａは、図１に示すように、クイックカプラーシリンダ１１と、油圧ポンプ（例えば、可変容量ポンプ）１２と、電磁切替バルブ（ソレノイドバルブ）１３と、カプラー切替バルブ１４と、スイッチ１５と、制御装置１６とを備えて構成されている。

クイックカプラーシリンダ１１は、作動油を給排することによって伸縮駆動し、アタッチメント７をアーム６の先端に保持（装着）／脱離させるためのものであり、アーム６の先端に取り付けられる着脱装置に内蔵し、アーム６の先端とアタッチメント７の間に設けられている。また、本実施形態のクイックカプラー回路Ａにおいては、クイックカプラーシリンダ１１を伸ばすとアタッチメント７が固定され、クイックカプラーシリンダ１１を縮めるとアタッチメント７が取り外されるように、クイックカプラーシリンダ１１のピストン室１１ａとロッド室１１ｂにそれぞれ油圧配管が繋げられている。

電磁切替バルブ１３は、油圧源の油圧ポンプ１２によって供給された作動油の供給方向を作業機４の作業用アクチュエータ（ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０）側あるいはクイックカプラーシリンダ１１側に切替可能に構成されており、油圧配管を介して、油圧ポンプ１２、各作業用アクチュエータ８、９、１０、カプラー切替バルブ１４に繋げられている。

カプラー切替バルブ１４は、クイックカプラーシリンダ１１を伸縮駆動させるためのものであり、クイックカプラーシリンダ１１に油圧配管で繋げられ、油圧ポンプ１２から供給された作動油のクイックカプラーシリンダ１１に対する供給方向を切替可能に構成されている。

スイッチ１５は、アタッチメント７を交換（着脱）する際に、オペレータによって、電磁切替バルブ１３とカプラー切替バルブ１４を切替操作するためのものであり、ワイヤーハーネスを用いて制御装置１６に繋げられている。また、本実施形態のスイッチ１５は、クイックカプラーシリンダ１１を伸長させてアタッチメント７を保持する際のロックポジションと、クイックカプラーシリンダ１１を縮長させてアタッチメント７を取り外す際のアンロックポジションの２つのポジションで操作するように構成されている。

制御装置１６は、電磁切替バルブ１３とカプラー切替バルブ１４をそれぞれ切替制御するためのものであり、ワイヤーハーネスを用いて電磁切替バルブ１３、カプラー切替バルブ１４にそれぞれ繋げられている。本実施形態の制御装置１６は、スイッチ１５をロックポジションあるいはアンロックポジションに操作して出力された操作信号を受けて、カプラー切替バルブ１４を切替制御する。また、これとともに、スイッチ１５の操作によって油圧ポンプ１２の昇圧が始まるように、且つ所定の時間が経過した段階で油圧ポンプ１２の昇圧が終了するように、電磁切替バルブを切替制御する。

上記構成からなる本実施形態のクイックカプラー回路Ａでアタッチメント７を交換（着脱）する際には、はじめに、オペレータがレバー操作して、作業用アクチュエータ８、９、１０を駆動させ、アーム６の先端に取り付けられているアタッチメント７を所定の位置に配置する。

次に、オペレータがアンロックポジションにスイッチ操作すると、操作信号が制御装置１６に入力され、この操作信号に基づいて制御装置１６から電磁切替バルブ１３とカプラー切替バルブ１４にそれぞれ切替信号が出力される。そして、制御装置１６から出力された切替信号によって、電磁切替バルブ１３が切り替わり、油圧ポンプ１２が昇圧する。また、制御装置１６から出力された切替信号によって、カプラー切替バルブ１４が切り替わり、クイックカプラーシリンダ１１が縮長するように作動油が給排される。このようにしてクイックカプラーシリンダ１１が縮長することで、アーム６の先端に取り付けられているアタッチメント７の保持状態が解除され、このアタッチメント７がアーム６の先端から脱離する。

また、このとき、本実施形態においては、制御装置１６によって、電磁切替バルブ１３を切替制御した後（オペレータがアンロックポジションにスイッチ操作した後）、例えば１０秒程度の所定の時間が経過した段階で、電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧ポンプ１２の昇圧が終わる。すなわち、オペレータがアンロックポジションにスイッチ操作して、クイックカプラーシリンダ１１が縮長し、アタッチメント７がアーム６の先端から脱離すると、制御装置１６によって自動的に電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧が作業時の通常圧に戻る。

これにより、従来のクイックカプラー回路のように、スイッチ１５をアンロックポジションにすると、常にクイックカプラーシリンダ１１を縮長させるように昇圧している状態になることがなく、油圧ポンプ１２の昇圧時間が最小限でよくなる。このため、各作業用アクチュエータ８、９、１０を駆動させた際に不安定な動きになることも最小限に抑制され、また、無駄なポンプ昇圧時間がなくなる（削減される）。

次に、新たなアタッチメント７をアーム６の先端に取り付ける際には、はじめに、オペレータのレバー操作によって新たなアタッチメント７がアーム６の先端側の所定位置に配されるように作業機４を駆動させる。このとき、各作業用アクチュエータ８、９、１０が不安定な動きになることないため、好適にアーム６の先端側を所定位置に配することが可能である。

そして、このようにアーム６の先端側を所定位置に配した状態で、オペレータがロックポジションにスイッチ操作すると、操作信号が制御装置１６に入力され、この操作信号に基づいて制御装置１６から電磁切替バルブ１３とカプラー切替バルブ１４にそれぞれ切替信号が出力される。制御装置１６から出力された切替信号によって、油圧ポンプ１２が昇圧する。また、制御装置１６から出力された切替信号によって、カプラー切替バルブ１４が切り替わり、クイックカプラーシリンダ１１が伸長するように作動油が給排される。このようにしてクイックカプラーシリンダ１１が伸長することで、新たなアタッチメント７の連結ピン又はウェッジを掴み、新たなアタッチメント７がアーム６の先端に連結して保持（装着）される。

また、このアタッチメント７の装着時においても、制御装置１６によって、電磁切替バルブ１３を切替制御した後（オペレータがロックポジションにスイッチ操作した後）、例えば１０秒程度の所定の時間が経過した段階で、電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧ポンプ１２の昇圧が終わる。すなわち、オペレータがロックポジションにスイッチ操作して、クイックカプラーシリンダ１１が伸長し、アタッチメント７がアーム６の先端に装着されると、制御装置１６によって自動的に電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧が作業時の通常圧に戻る。

これにより、スイッチ１５をロックポジションにすると、常にクイックカプラーシリンダ１１を伸長させるように昇圧している状態になることがなく、油圧ポンプ１２の昇圧時間が最小限でよくなる。よって、アタッチメント７の装着時においても、各作業用アクチュエータ８、９、１０を駆動させた際に不安定な動きになることも最小限に抑制され、また、無駄なポンプ昇圧時間がなくなる（削減される）。

また、アタッチメント７の装着時においては、電磁切替バルブ１３を切替制御し、油圧を作業時の通常圧に戻した後、例えば５秒程度の所定の時間、制御装置１６によって作業用アクチュエータ８、９、１０を駆動させるように制御してもよい。この場合には、装着したアタッチメント７が確実に（好適に）連結して装着されているか否かを確認することが可能になる。

したがって、本実施形態の建設機械のクイックカプラー回路Ａにおいては、クイックカプラー回路Ａがスイッチ１５から出力された操作信号を制御装置１６を経由して電磁切替バルブ１３に伝えるように構成されているため、油圧ポンプ１２を昇圧させるように電磁切替バルブ１３が切り替わっている時間を制御することが可能になる。すなわち、制御装置１６が、スイッチ１５をロックポジションあるいはアンロックポジションに操作して出力された操作信号に基づいて、油圧ポンプ１２を昇圧させるように電磁切替バルブ１３を切替制御した後、所定の時間が経過した段階で油圧ポンプ１２の昇圧を完了するように電磁切替バルブ１３を切替制御することで、ポンプ昇圧時間やタイミングを制御することが可能になる。

これにより、ロックポジションとアンロックポジションの２ポジションで操作されるスイッチ１５を操作して、クイックカプラーシリンダ１１が動いている間のみ油圧ポンプ１２を昇圧させるように制御することが可能になる。よって、従来のクイックカプラー回路と比較し、昇圧時間を最小限にすることが可能になり、ポンプ昇圧中に各作業用アクチュエータ８、９、１０（作業機４）の動きが不安定になることを最小限に抑制することが可能になる。また、無駄なポンプ昇圧時間を減らすことが可能になるため、燃費の向上を図ることも可能になる。

以上、本発明に係る建設機械のクイックカプラー回路の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、建設機械１が油圧ショベルであるものとして説明を行ったが、本発明に係る建設機械は、ショベルローダなど他の建設機械であってもよい。

また、本実施形態のクイックカプラー回路Ａでは、クイックカプラーシリンダ１１を伸ばすとアタッチメント７が固定され、クイックカプラーシリンダ１１を縮めるとアタッチメント７が取り外されるように、クイックカプラーシリンダ１１のピストン室１１ａとロッド室１１ｂにそれぞれ油圧配管を繋げて構成されているものとした。これに対し、図２に示すように、クイックカプラーシリンダ１１を伸ばすとアタッチメント７が取り外され、クイックカプラーシリンダ１１を縮めるとアタッチメント７が固定されるように、本実施形態と逆に、クイックカプラーシリンダ１１のピストン室１１ａとロッド室１１ｂにそれぞれ油圧配管を繋げて、クイックカプラー回路Ａが構成されていてもよい。

そして、この場合には、本実施形態とは逆に、オペレータがアンロックポジションにスイッチ操作すると、制御装置１６から電磁切替バルブ１３とカプラー切替バルブ１４にそれぞれ切替信号が出力されて、電磁切替バルブ１３が切り替わり、油圧ポンプ１２が昇圧する。また、制御装置１６から出力された切替信号によってカプラー切替バルブ１４が切り替わり、クイックカプラーシリンダ１１が伸長するように作動油が給排される。このようにしてクイックカプラーシリンダ１１が伸長することで、アーム６の先端に取り付けられているアタッチメント７の保持状態が解除され、このアタッチメント７がアーム６の先端から脱離する。

また、このとき、制御装置１６によって電磁切替バルブ１３を切替制御した後（オペレータがアンロックポジションにスイッチ操作した後）、例えば１０秒程度の所定の時間が経過した段階で、電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧ポンプ１２の昇圧が終わる。すなわち、オペレータがアンロックポジションにスイッチ操作して、クイックカプラーシリンダ１１が伸長し、アタッチメント７がアーム６の先端から脱離すると、制御装置１６によって自動的に電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧が作業時の通常圧に戻る。

これにより、油圧ポンプ１２の昇圧時間が最小限でよくなるため、各作業用アクチュエータ８、９、１０を駆動させた際に不安定な動きになることも最小限に抑制され、また、無駄なポンプ昇圧時間がなくなる（削減される）。

また、新たなアタッチメント７をアーム６の先端に取り付ける際においても、本実施形態とは逆に、アーム６の先端側を所定位置に配した状態で、オペレータがロックポジションにスイッチ操作すると、制御装置１６から電磁切替バルブ１３とカプラー切替バルブ１４にそれぞれ切替信号が出力され、油圧ポンプ１２が昇圧する。また、制御装置１６から出力された切替信号によって、カプラー切替バルブ１４が切り替わり、クイックカプラーシリンダ１１が縮長するように作動油が給排される。このようにしてクイックカプラーシリンダ１１が縮長することで、新たなアタッチメント７の連結ピン又はウェッジを掴み、新たなアタッチメント７がアーム６の先端に連結して保持（装着）される。

また、このアタッチメント７の装着時においても、制御装置１６によって、電磁切替バルブ１３を切替制御した後、例えば１０秒程度の所定の時間が経過した段階で、電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧ポンプ１２の昇圧が終わる。すなわち、オペレータがロックポジションにスイッチ操作して、クイックカプラーシリンダ１１が縮長し、アタッチメント７がアーム６の先端に装着されると、制御装置１６によって自動的に電磁切替バルブ１３が切替制御され、油圧が作業時の通常圧に戻る。

これにより、スイッチ１５をロックポジションにすると、常にクイックカプラーシリンダ１１を縮長させるように昇圧している状態になることがなく、油圧ポンプ１２の昇圧時間が最小限でよくなる。よって、アタッチメント７の装着時においても、各作業用アクチュエータ８、９、１０を駆動させた際に不安定な動きになることも最小限に抑制され、また、無駄なポンプ昇圧時間がなくなる（削減される）。

１油圧ショベル（建設機械）
２下部走行体
３上部旋回体
４作業機
５ブーム
６アーム
７バケット（アタッチメント）
８ブームシリンダ（作業用アクチュエータ）
９アームシリンダ（作業用アクチュエータ）
１０バケットシリンダ（作業用アクチュエータ）
１１クイックカプラーシリンダ
１１ａピストン室
１１ｂロッド室
１２油圧ポンプ
１３電磁切替バルブ
１４カプラー切替バルブ
１５スイッチ
１６制御装置
Ａ建設機械のクイックカプラー回路
Ｂクイックカプラー

Claims

アタッチメントを作業機に着脱するための建設機械のクイックカプラー回路であって、
伸縮駆動してアタッチメントを作業機に保持／脱離させるクイックカプラーシリンダと、油圧ポンプと、油圧ポンプの強制昇圧を切り替える電磁切替バルブと、クイックカプラーシリンダに対する作動油の供給方向を切り替えてクイックカプラーシリンダを伸縮駆動させるためのカプラー切替バルブと、電磁切替バルブとカプラー切替バルブをそれぞれ切替制御する制御装置とを備え、
電磁切替バルブとカプラー切替バルブを切替操作するためのスイッチが、クイックカプラーシリンダを伸縮させてアタッチメントを保持する際のロックポジションと、クイックカプラーシリンダを伸縮させてアタッチメントを脱離させる際のアンロックポジションの２つのポジションで操作するように構成され、
制御装置は、スイッチをロックポジションあるいはアンロックポジションに操作して出力された操作信号を受けて、カプラー切替バルブを切替制御するとともに、スイッチの操作によって油圧ポンプの昇圧が始まるように、且つ所定の時間が経過した段階で油圧ポンプの昇圧が終了するように、電磁切替バルブを切替制御することを特徴とする建設機械のクイックカプラー回路。