JPH08297026A - 上部旋回式建設機械のピッチング制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 車体全体を大型化することなくピッチングを
抑えることができると共に、効果的な制振作用が得ら
れ、また整備性も損なわれない上部旋回式建設機械のピ
ッチング制振用ジャイロスタビライザ装置を提供する。 【構成】 下部走行体３上に旋回軸Ｓを中心にして水平
に旋回自在な上部旋回体２と、上部旋回体２の前方にモ
ーメントが掛かるように取着された作業機とを有する上
部旋回式建設機械１において、大きな慣性モーメントを
有し、かつ駆動モータ１２によってジャイロ軸Ｊ回りに
高速回転している回転体１１と、回転体１１のジャイロ
軸Ｊに直交するプリセッション軸Ｐの回りに回転体１１
を揺動自在に支持する支持部材１３とを備えたジャイロ
スタビライザ１０を上部旋回体２上に取着し、かつ、ジ
ャイロ軸Ｊ及びプリセッション軸Ｐのいずれか一方を前
記旋回軸Ｓと平行にすると共に、他の一方を上部旋回体
２の前後方向と平行に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上部旋回式建設機械の
ピッチングを制振するために適用されるジャイロスタビ
ライザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の車体上に旋回軸の回りに旋回
自在な上部旋回体を有すると共に、上部旋回体に作業機
を備えている、例えば油圧ショベルや移動式クレーン等
のいわゆる上部旋回式建設機械が、市場で多く使用され
ている。このような上部旋回式建設機械においては、作
業機による作業時に上部旋回体の前方にモーメントが掛
かり、これによって前後方向の振れ、すなわちピッチン
グが発生する。この様子を油圧ショベルを例にとって説
明すると、油圧ショベルは、通常図３３に示すような構
成となっている。この図において、油圧ショベル１は下
部走行体３上に旋回自在な上部旋回体２を有し、上部旋
回体２の前端側に鉛直面内に揺動可能なブーム４を備え
ている。また、ブーム４の先端にアーム５を、さらにア
ーム５の先端にバケット６をそれぞれ鉛直面内に揺動可
能なように備えている。そして、油圧ショベル１で掘削
作業時には、オペレータは上記ブーム４、アーム５及び
バケット６の各作業機操作レバーを操作して作業機を駆
動する。このとき、掘削作業に伴って作業機を鉛直方向
に揺動したり停止させたりするので、車体全体がピッチ
ングの振動をする。このピッチングは図３３の矢印Ｂで
示すように、旋回軸Ｓが地表面と交わった点Ｃを支点に
し、作業機の向いている上部旋回体２の前後方向に振動
する。

【０００３】このような車体の振動は、オペレータにと
って乗り心地が悪いばかりでなく作業機を操作しにくい
ので、作業性が良くなく疲労し易い。また、振動によっ
て車体各部品の取り付け部の緩み、磨耗等を招き易いと
いう問題がある。従来は、このピッチングを小さくする
ために、上部旋回体２の後端部にカウンタウェイト７を
設け、ピッチングに対する車体の慣性イナーシャを大き
くしている。従って、ピッチングをできるだけ抑えるに
はカウンタウェイト７の重量が大きいほど良い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カウン
タウェイト７の重量を大きくすると、旋回駆動用の油圧
モータや油圧ポンプ等の出力も大きくしなければなら
ず、これに伴い各部品が大型化して車体全体が大型にな
り、高価なものとなる。また、油圧ショベルにおいては
後方の重量が大きくなり、バケット刃先の掘削力が減少
したり、後方転倒の危険性が増加する等の問題が生じ
る。本発明は、上記課題を解決するために、車体全体を
大型化することなくピッチングを抑えることができると
共に、効果的な制振作用が得られ、また整備性も損なわ
れない上部旋回式建設機械のピッチング制振装置を提供
することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わる上部旋回式建設機械のピッチング制
振装置は、下部走行体３上に旋回軸Ｓを中心にして水平
に旋回自在な上部旋回体２と、上部旋回体２にモーメン
トが掛かるように取着された作業機とを有する上部旋回
式建設機械１において、大きな慣性モーメントを有し、
かつ駆動モータ１２によってジャイロ軸Ｊ回りに高速回
転している回転体１１と、回転体１１のジャイロ軸Ｊに
直交するプリセッション軸Ｐの回りに回転体１１を揺動
自在に支持する支持部材１３とを備えたジャイロスタビ
ライザ１０を上部旋回体２上に取着し、かつ、ジャイロ
軸Ｊ及びプリセッション軸Ｐのいずれか一方を前記旋回
軸Ｓと平行にすると共に、他の一方を上部旋回体２の作
業機モーメント軸方向と平行に配置している。

【０００６】また、ジャイロモーメントの旋回成分及び
左右方向（いわゆる、ローリング）成分をキャンセルし
てピッチングの制振に係わるモーメントのみを生かすこ
とにより、効果的な制振モーメントが得られる。よっ
て、上記の上部旋回式建設機械のピッチング制振装置に
おいて、 前記ジャイロスタビライザ１０は少なくとも
２個以上設け、その中の少なくとも１個のジャイロスタ
ビライザ１０の回転体１１は、ジャイロ軸Ｊ回りの回転
方向を他の回転体１１と反対方向に回転させても良い。

【０００７】ジャイロスタビライザ装置が持っている大
きな質量（慣性モーメント）は、カウンタウェイトの一
部として利用することができる。よって、上記の上部旋
回式建設機械のピッチング制振装置において、ジャイロ
スタビライザ１０は、旋回軸Ｓから後方の上部旋回体２
上に設けた方が良い。さらに、小型のジャイロスタビラ
イザ装置を少なくとも２個以上分散して使用し、車体後
方の視界性を得るようにしても良い。よって、上記ジャ
イロスタビライザ１０を２個以上設けたときは、ジャイ
ロスタビライザ１０は、旋回軸Ｓから後方で、かつ上部
旋回体２の側端部又は後端部に設けた方が望ましい。

【０００８】また、制御目標値に近づくようにプリセッ
ション軸回りの角速度をアクティブに制御すると、より
安定的に制振することができる。よって、上記の上部旋
回式建設機械のピッチング制振装置において、前記ジャ
イロスタビライザ１０の支持部材１３に取着され、ピッ
チング角速度を検出するピッチング角速度検出器１６
と、前記回転体１１のプリセッション軸Ｐ回りの回転角
度を検出するプリセッション角度検出器１５と、ピッチ
ング角速度検出器１６が検出したピッチング角速度とプ
リセッション角度検出器１５が検出したプリセッション
角度とを入力し、このピッチング角速度、ピッチング角
速度の微分値及びピッチング角速度の積分値の内の少な
くとも一つ以上から求められるプリセッション軸回転角
速度の指令値を演算すると共に、入力した前記プリセッ
ション角度が予め決められた所定の大きさの許容最大値
より小さいときは前記演算された値のプリセッション軸
回転角速度指令を出力する演算装置２０と、このプリセ
ッション軸回転角速度指令に基づいて、動力信号を出力
するモータ駆動装置３０と、この動力信号によってプリ
セッション軸Ｐの回りに回転体１１を回転させるプリセ
ッション軸駆動モータ１４とを付設しても良い。

【０００９】また、上記のプリセッション軸回りの角速
度をアクティブに制御するとき、その角速度をフィード
バック制御によって精度良く制御した方が、安定したジ
ャイロモーメントを得ることができる。よって、上記の
上部旋回式建設機械のピッチング制振装置は、前記回転
体１１のプリセッション軸Ｐ回りの回転速度を検出する
回転速度検出器(19)と、前記演算装置２０からのプリセ
ッション軸回転角速度指令と回転速度検出器(19)からの
回転速度とを比較し、この偏差が小さくなるようなプリ
セッション軸駆動モータ１４の動力信号を出力するモー
タ駆動装置３０とを備えた方が好ましい。

【００１０】また、ジャイロスタビライザ装置に使用す
る回転体自転用の油圧モータへの圧油供給を一時的に停
止して、この分を他の作業機や走行の油圧アクチュエー
タへ供給することによって、一時的な負荷の増加に対応
できる。よって、上記の上部旋回式建設機械のピッチン
グ制振装置は、前記駆動モータ１２が油圧モータ１２ａ
であるピッチング制振装置であって、この油圧モータ１
２ａと前記回転体１１の間に加設されたクラッチ４０
と、作業機用又は走行用のアクチュエータ６６と、アク
チュエータ６６の負荷状態を表す信号を出力する運転状
態入力手段４１と、油圧ポンプ３３から吐出される圧油
を油圧モータ１２ａに供給するか否かを切り換える方向
切換弁４２と、運転状態入力手段４１から入力された前
記負荷状態を表す信号によって、少なくともアクチュエ
ータ６６の出力の増加が必要と判断したときに、クラッ
チ４０に切断指令を出力すると共に、油圧ポンプ３３か
らの圧油をタンクへ、あるいは、油圧ポンプ３３からの
圧油をアクチュエータ６６へ切り換えるように方向切換
弁４２に指令を出力する演算装置５０とを備えた方が好
ましい。

【００１１】また、上記のように油圧モータへの圧油供
給を一時的に停止してジャイロスタビライザを惰性運転
させるときには、その回転数を検出して監視して所定の
範囲以内の入るようにすると、ジャイロモーメントの大
きさを安定させることができる。よって、上記の上部旋
回式建設機械のピッチング制振装置は、前記回転体１１
に取着され、回転体１１の回転速度を検出する回転速度
検出器５５と、前記クラッチ４０の切断状態で、かつ回
転速度検出器５５から入力された回転速度が予め決めら
れた所定の最小回転速度より小さいときは、クラッチ４
０に接続指令を出力して回転体１１の回転を加速させ、
また前記回転速度が予め決められた所定の最大回転速度
より大きいときは、クラッチ４０に切断指令を出力して
回転体１１を惰性回転させる演算装置５０とを備えた方
が望ましい。

【００１２】また、前述のジャイロスタビライザ装置に
使用する回転体自転用の油圧モータを一時的に油圧ポン
プとして使用し、これをメインのポンプの補助的なもの
に利用すると、他の作業機や走行の油圧アクチュエータ
からの一時的な負荷の増加に容易に対応し易い。よっ
て、上記の上部旋回式建設機械のピッチング制振装置
は、前記駆動モータ１２が油圧モータ１２ａであるピッ
チング制振装置であって、作業機用又は走行用のアクチ
ュエータ６６と、アクチュエータ６６の負荷状態を表す
信号を出力する運転状態入力手段４１と、油圧ポンプ３
３から吐出される圧油を油圧モータ１２ａに供給する
か、あるいは、油圧モータ１２ａが駆動されるときに生
じる圧油をアクチュエータ６６に供給するかのいずれか
に切り換える方向切換弁４３と、運転状態入力手段４１
から入力された前記負荷状態を表す信号によって、少な
くともアクチュエータ６６の出力の増加を必要と判断し
たときに、油圧モータ１２ａが駆動されるときに生じる
圧油をアクチュエータ６６に供給するように方向切換弁
４３に指令を出力する演算装置５０とを備えた方が望ま
しい。

【００１３】また、上記ジャイロスタビライザ装置に使
用する回転体自転用の油圧モータを油圧ポンプとして使
用する場合も、この回転体の回転速度が所定の範囲を越
えたときは、その回転数を検出して監視して所定の範囲
以内に入るようにすると、ジャイロモーメントの大きさ
を安定させることができる。よって、上記の上部旋回式
建設機械のピッチング制振装置は、前記油圧モータ１２
ａと前記回転体１１の間に加設されたクラッチ４０と、
回転体１１に取着され、回転体１１の回転速度を検出す
る回転速度検出器５５と、回転体１１によって油圧モー
タ１２ａが駆動されているとき、かつ回転速度検出器５
５から入力された回転速度が予め決められた所定の最小
回転速度より小さいとき、あるいは、前記回転速度が予
め決められた所定の最大回転速度より大きいときは、回
転体１１を惰性回転させるようにクラッチ４０に切断指
令を出力する演算装置５０とを備えた方が好ましい。

【００１４】さらに、上記回転体自転用の油圧モータと
して、斜板又は斜軸の傾斜角を変更することによって回
転速度を制御できる油圧モータを使用すると、精度良く
回転速度を一定に制御でき、ジャイロモーメントの大き
さを安定させることができる。よって、上記の上部旋回
式建設機械のピッチング制振装置は、前記油圧モータ１
２ａ又は前記駆動モータ１２がその斜板又は斜軸の傾斜
角を変更することによってその回転速度を制御できる油
圧モータ１２ｂであるピッチング制振装置であって、前
記回転体１１に取着され、回転体１１の回転速度を検出
する回転速度検出器５５と、回転速度検出器５５から入
力された回転速度が予め決められた所定の最大回転速度
より大きくなったときは、前記回転速度がこの最大回転
速度を越えないように、油圧モータ１２ｂの斜板又は斜
軸の傾斜角を制御する指令を出力する演算装置５０とを
備えた方が好ましい。

【００１５】また、上記回転体自転用の油圧モータとし
て、斜板又は斜軸の傾斜角を変更することによって回転
速度を制御できる油圧モータを使用し、かつこれを一時
的に油圧ポンプに利用する場合、上記斜板又は斜軸の傾
斜角を制御してこの油圧モータからの吐出量が一定にな
るように制御した方が良い。よって、上記の上部旋回式
建設機械のピッチング制振装置は、前記油圧モータ１２
ａがその斜板又は斜軸の傾斜角を変更することによって
回転速度を制御できる油圧モータ１２ｂであるピッチン
グ制振装置であって、前記回転体１１に取着され、回転
体１１の回転速度を検出する回転速度検出器５５と、回
転体１１の惰性回転により駆動された油圧モータ１２ｂ
が圧油を吐出しているとき、油圧モータ１２ｂからの吐
出量が一定になるように、回転速度検出器５５より入力
した回転速度の変化に対応して油圧モータ１２ｂの斜板
又は斜軸の傾斜角を制御する指令を出力する演算装置５
０とを備えた方が好ましい。

【００１６】また、上記の上部旋回式建設機械のピッチ
ング制振装置において、前記回転体１１又は前記駆動モ
ータ１２は、前記ジャイロスタビライザ１０の構成機器
と異なった、大きな慣性モーメントを有して高速回転し
ている建設機械搭載機器６０であっても良い。

【００１７】また、上記の上部旋回式建設機械のピッチ
ング制振装置において、前記建設機械搭載機器６０はエ
ンジン６３であっても良い。

【００１８】

【作用】ジャイロスタビライザ装置を上部旋回体上に設
け、そのジャイロ軸及びプリセッション軸に直交する軸
が上部旋回体のピッチング軸と平行になるようにジャイ
ロスタビライザ装置の支持部材を取着する。建設機械の
ピッチングにより生じる外力モーメントがジャイロ軸を
ピッチング軸回りに回転させると、ジャイロ効果により
プリセッション軸回りにジャイロスタビライザの回転体
が回転させられる。さらに、このプリセッション軸回り
の回転体の回転によって、ピッチング軸回りに上記外力
モーメントと逆方向にこれと釣り合うようなジャイロモ
ーメントが受動的に発生する。このジャイロモーメント
が、ピッチングを抑えるように作用する。

【００１９】複数個のジャイロスタビライザ装置を配置
し、この内の少なくとも一個以上のジャイロスタビライ
ザ装置の回転体の自転方向を他と反対にすると、それぞ
れのジャイロモーメントのピッチング方向以外の成分を
お互いに打ち消し合うようにできる。このとき、ピッチ
ングを制振する方向のそれぞれのモーメントを合成した
モーメントだけが作用し、効果的な制振が可能となる。

【００２０】また、大きな質量を有するジャイロスタビ
ライザ部を旋回軸より後部の上部旋回体上に配置する
と、カウンタウェイトの一部として利用できるので、車
体全体の重量を軽量化でき、全体として小型化できる。
特にカウンタウェイトの近傍に設けると、その効果も大
きくなり、また車体後部からの整備性も良い。さらに、
ジャイロスタビライザ装置を複数個の小型なジャイロス
タビライザを使用して構成し、これらを分散して上部旋
回体の後端部及び後部側面端部に配置すると、車体後方
の視界性を損なうことが無く、また側面及び後部からの
整備性も改善される。

【００２１】また、ジャイロスタビライザ装置のプリセ
ッション軸を駆動モータで回転させると、これにより前
述と同様にジャイロモーメントがジャイロ軸及びプリセ
ッション軸に直交する軸の回りに発生する。このよう
に、アクティブにジャイロモーメントを発生させてアク
ティブにピッチングを制振することができる。このとき
は、プリセッション軸角速度を制御して、ピッチング角
度、ピッチング角速度及びピッチング角加速度等が所定
の制御目標値になるように最適なジャイロモーメントを
発生できるので、ピッチングをより効果的に制振するこ
とができる。プリセッション軸角速度を制御する際、プ
リセッション角度が所定値以上になったら、この角速度
制御を停止する。これにより、作業中に旋回方向のジャ
イロモーメントによって上部旋回体が大きく旋回するこ
とを防止する。

【００２２】回転体の自転用駆動モータとして油圧モー
タを使用するとき、回転体と駆動モータ間にクラッチを
設け、かつ油圧モータへの圧油の供給又は供給停止を切
り換える方向切換弁を設ける。建設機械の作業機や走行
の一時的な出力増加の要求があったら、上記油圧モータ
への圧油の供給を停止し、この分の油量を作業機や走行
の方へ供給する。これにより、作業機や走行の一時的な
出力増加が可能となり、作業を効率的に行うことができ
る。尚、このとき、クラッチを切断すると上記回転体は
惰性運転で角運動量を維持できるので、この角運動量で
ジャイロモーメントを発生させ、これによるピッチング
の制振が可能となる。

【００２３】また、回転体の自転用油圧モータへの圧油
の供給方向を正方向又は逆方向に切り換える方向切換弁
を設け、上記油圧モータが圧油を供給されてモータとし
て回転中に上記方向切換弁を逆方向に切り換える。する
と、この油圧モータはフライホイール効果で回転体に蓄
積されたエネルギーによって惰性回転を継続し、タンク
から油を吸引し、それを圧油として吐出するようにな
る。このとき、この油圧モータは油圧ポンプとして作用
している。よって、前述のように建設機械の作業機や走
行の一時的な出力増加の要求があったとき、油圧モータ
をメインポンプの補助的なポンプとして使用して上記一
時的な出力増加の要求に対してさらに効果的に対応でき
る。

【００２４】上記回転体の惰性運転中又は上記油圧ポン
プモードで運転中に、回転体の回転速度が所定値以下に
なったとき、これらのモード運転を解除して通常の油圧
モータによる加速運転を行なう。これにより、回転体の
回転速度が低下してピッチングの制振能力が低下するこ
とを防止できる。また、回転体の回転速度が所定値以上
になったときは、回転体の惰性運転を行なって回転体の
回転速度がそれ以上上がらないようにする。よって、回
転体の角運動量を一定に維持できる。この結果、ジャイ
ロモーメントが回転体の速度変化によって受ける影響が
小さくなり、ピッチングを安定的に制振できる。また、
回転速度が所定値以上になり機器が損傷するのを防止で
きる。

【００２５】さらに、回転体の自転用油圧モータとして
その斜板や斜軸を制御できる油圧モータを用いると、斜
板や斜軸を制御することによって回転体の回転速度をよ
り精度良く安定させることができる。よって、ジャイロ
モーメントが回転体の速度変化によって受ける影響を小
さくでき、この結果ピッチングをさらに安定的に制振で
きる。また、同じく斜板や斜軸を制御できる油圧モータ
を油圧ポンプモードで使用するとき、回転体の回転速度
の変化に伴って上記斜板や斜軸を制御すると、そのポン
プの吐出量を一定にすることができる。よって、回転体
の回転速度の変化が上記ポンプの吐出量に与える影響を
無くすことができる。したがって、油圧ポンプモードで
使用しても作業機や走行の速度安定性が良い。

【００２６】また、プリセッション軸の角速度指令をピ
ッチング角加速度の大きさに比例定数を掛けて演算で求
めるような制御アルゴリズムにおいて、回転体の回転速
度の変化によってジャイロモーメントの大きさが影響を
受けないように、上記比例定数の大きさを回転体の回転
速度の変化に対応して補正する。この結果、発生するジ
ャイロモーメントを精度良く制御できるので、ピッチン
グの制振効果がさらに向上する。

【００２７】通常高速回転で使用されている建設機械搭
載の電気機器や制御機器及び他の回転機器等をジャイロ
スタビライザとして利用することにより、搭載する機器
の数を減少することができるので、車体の軽量化や整備
性向上を図れる。

【００２８】

【実施例】以下に、図を参照しながら油圧ショベルの例
を用いて実施例を説明するが、他の上部旋回式建設機械
の場合でも作用及び効果は同じである。また、以下の油
圧ショベルの図では履帯式の下部走行体を示している
が、ホイール式走行体であっても良い。第一実施例から
第四実施例は、ジャイロスタビライザの自転軸がその軸
に垂直な軸の回りにモーメントを受けると、それと釣り
合うようなモーメント（いわゆる、ジャイロモーメン
ト）がパッシブに発生するので、そのパッシブなジャイ
ロモーメントを利用してピッチングを抑える例を示して
いる。まず、図１から図３に基づいて第一実施例を説明
する。図１及び図２はそれぞれ、上部旋回体２上にジャ
イロスタビライザ１０を備えた油圧ショベル１の側面図
及び平面図を表している。本実施例では、１個のジャイ
ロスタビライザ１０を備えており、そのジャイロ軸Ｊは
旋回軸Ｓと平行になっている。

【００２９】図３は、ジャイロスタビライザ１０の詳細
を表した斜視図である。図３において、回転体１１は大
きな慣性モーメントを持っており、駆動モータ１２によ
ってジャイロ軸Ｊの回りに高速回転している。また回転
体１１は、ジャイロ軸Ｊに直交する軸Ｐ（以後、プリセ
ッション軸と呼ぶ）の回りに回転自在なように支持部材
１３によって支持されている。いま、外力によってモー
メントＭが生じ、ジャイロ軸Ｊ及びプリセッション軸Ｐ
に直交した軸Ｑの回りにジャイロ軸Ｊが角速度ωq で回
転させられたとする。このとき、ジャイロモーメントＭ
J は、回転体１１の持つ角運動量及び角速度ωq の積に
比例した大きさで、かつ上記モーメントＭと逆方向に発
生する。

【００３０】図１及び図２に示すように、本実施例では
ジャイロ軸Ｊが旋回軸Ｓと平行になり、かつプリセッシ
ョン軸Ｐが旋回軸Ｓと直交するように、ジャイロスタビ
ライザ１０の支持部材１３を上部旋回体２に取着してい
る。このとき、ジャイロモーメントＭJ が発生する軸Ｑ
は、上部旋回体２及び作業機の長手方向に対して直交す
る水平な軸（以後、ピッチング軸と呼ぶ）と平行にな
る。図示されたＢの方向に油圧ショベル１がピッチング
すると、ジャイロ軸ＪにモーメントＭが作用し、ジャイ
ロ軸Ｊが軸Ｑの回りに回転するので、このモーメントＭ
と釣り合うジャイロモーメントＭJ が逆方向に発生す
る。このジャイロモーメントＭJ によって、油圧ショベ
ル１のピッチングを制振することができる。尚、プリセ
ッション軸に適当なバネ要素とダンパー要素（共に図示
せず）を設けることにより、さらに有効にピッチングを
制振できる。

【００３１】またジャイロスタビライザ１０は、ジャイ
ロ軸Ｊが旋回軸Ｓと直交し、かつプリセッション軸Ｐが
旋回軸Ｓと平行になるように、その支持部材１３を上部
旋回体２に取着されても良い。図４及び図５にはこの実
施例を示しており、前記実施例に対してジャイロスタビ
ライザ１０の取着方向のみが異なっている。この取着方
向のときでも、軸Ｑはピッチング軸と平行になり、図６
に示すように、ジャイロ軸Ｊに作用するモーメントＭと
釣り合うジャイロモーメントＭJ が軸Ｑの回りに逆方向
に発生するのは前記と同様である。したがって、ジャイ
ロモーメントＭJ によって、油圧ショベル１のピッチン
グを制振することができる。

【００３２】次に、第二実施例において、複数個のジャ
イロスタビライザを上部旋回体２に設ける場合を説明す
る。まず、２個のジャイロスタビライザを設ける例を説
明するが、図７はその油圧ショベル１の平面図を表し、
図８は２個のジャイロスタビライザ１０の説明図であ
る。この実施例では２個のジャイロスタビライザ１０
は、それぞれのジャイロ軸Ｊが旋回軸Ｓと平行になり、
かつそれぞれの軸Ｑがピッチング軸と平行になるよう
に、その支持部材１３を上部旋回体２に取着される。こ
のとき、２つのプリセッション軸Ｐは互いに平行とな
り、かつ旋回軸Ｓと直交する。

【００３３】２個のジャイロスタビライザ１０は、前述
同様にそれぞれ各ジャイロ軸Ｊ回りに高速回転する回転
体１１とこれを駆動するモータ１２を有し、この回転体
１１はそれぞれ各プリセッション軸Ｐの回りに回転自在
なように支持部材１３によって支持されている。ここ
で、２つの回転体１１の各ジャイロ軸Ｊ回りの回転方向
はお互いに逆にする。このとき、ピッチングによってそ
れぞれのジャイロ軸Ｊに軸Ｑ回りのモーメントＭが作用
すると、２つの回転体１１はそれぞれのプリセッション
軸Ｐの回りにお互いに逆方向にプリセッションされる。
そして、それぞれのジャイロモーメントＭJ1及びＭJ2を
合成したモーメントが上記モーメントＭに釣り合うよう
に、ＭJ1及びＭJ2が発生する。上述のように２つの回転
体１１がお互いに逆方向にプリセッションされるので、
ジャイロモーメントＭJ1及びＭJ2のピッチング方向以外
の成分はお互いに打ち消し合って、ピッチングを制振す
る方向のモーメントが残る。

【００３４】上記の如く、２個のジャイロスタビライザ
１０を設けても、ピッチングを制振できる。このとき、
それぞれの回転体１１の各ジャイロ軸Ｊ回りの回転方向
をお互いに逆にした方が、よりピッチングの制振効果が
大きくなる。尚、２個のジャイロスタビライザ１０を、
第一実施例の図４で示した例と同様に、それぞれのプリ
セッション軸Ｐが旋回軸Ｓと平行になり、かつそれぞれ
の軸Ｑがピッチング軸と平行になるように、支持部材１
３を上部旋回体２に取着しても良い。このとき、２つの
ジャイロ軸Ｊは互いに平行となり、かつ旋回軸Ｓと直交
する。この場合の作用及び効果は、上記と変わらない。

【００３５】また、３個以上のジャイロスタビライザを
上部旋回体２に設けることもできる。ジャイロスタビラ
イザを取着する方向は、上述の２個の場合と同様に２通
りの方向が有り、それぞれのジャイロ軸Ｊを旋回軸Ｓと
平行にしても、又はそれぞれのプリセッション軸Ｐを旋
回軸Ｓと平行にしても良い。このときの作用及び効果
も、上記同様で変わらない。さらに、複数個の回転体１
１の内の１個以上を、他と逆の方向に各ジャイロ軸Ｊ回
りに回転させると、上述同様プリセッション時に発生す
る各ジャイロモーメントＭJ のピッチング方向以外の成
分をお互いに打ち消すことができるので、ピッチングの
制振効果をより大きくできる。

【００３６】次に、第３実施例を図９から図１２に基づ
いて説明する。前述のように、大きなジャイロモーメン
トを発生するには、ジャイロスタビライザは大きな角運
動量を持っていることが必要であり、このために比較的
大きな慣性モーメントを持つ回転体を高速回転させてい
る。よって、建設機械のピッチングを制振できるような
ジャイロスタビライザは比較的大きな質量を有してい
る。本実施例は、この大きな質量をカウンタウェイトの
一部として利用する例を示している。図９及び図１０
は、ジャイロスタビライザの設置可能範囲を示してお
り、それぞれ油圧ショベル１の側面図及び平面図を表し
ている。ここで、設置可能範囲Ｒは斜線で縁取りされた
領域で示されており、旋回軸Ｓより後部の上部旋回体２
の部分である。ジャイロスタビライザをカウンタウェイ
トの一部として利用する場合は、この設置可能範囲Ｒの
中のなるべくカウンタウェイト７に近い後部にジャイロ
スタビライザを設けた方が効果が大きくなる。

【００３７】図１１及び図１２は、上記の理由に基づい
て、一個のジャイロスタビライザ１０をカウンタウェイ
ト７に近い後部に設けた実施例を示しており、それぞれ
その側面図及び平面図を表している。図にはジャイロス
タビライザ１０のジャイロ軸Ｊを旋回軸Ｓに平行にした
場合を示しているが、これに限定するものではなく、前
実施例で示したような、プリセッション軸Ｐを旋回軸Ｓ
に平行にした場合でも作用及び効果は同じである。ジャ
イロスタビライザ１０をこのように配置すると、カウン
タウェイト７を軽量化することができるので車体全体の
軽量化を図れると共に、後方から近く配置されるので整
備性も改善される。

【００３８】第四実施例は、ジャイロスタビライザを上
部旋回体の後部に設けたことによる車体後方の視界性悪
化を無くし、視界性を改善する例を示す。図１３及び図
１４は、それぞれ本実施例の側面図及び平面図を表して
いる。この図において、小型なジャイロスタビライザ１
０を２個設けると同時に、この２個を上部旋回体２の後
部の側面端部に分けて取着している。このとき、ジャイ
ロスタビライザ１０を取着する方向はこれまでの説明と
同様の方向で良く、作用も同様である。また、３個以上
の小型なジャイロスタビライザ１０を設けるときは、そ
れぞれを上記同様に上部旋回体２の後部近傍及び後部側
面端部に分けて取着しても良い。

【００３９】１個のジャイロスタビライザだけでピッチ
ングを制振するには前述のごとくそれが大型になる傾向
があるので、その配置によって車体後方の視界性が悪化
することが多い。これを解決するために、上記のごと
く、１個のジャイロスタビライザを複数個のより小型な
ジャイロスタビライザに代用させて配置すると共に、こ
れらによって合成されるジャイロモーメントが等価的に
１個の場合のジャイロモーメントと同等になるように分
散させることができる。この結果、上部旋回体２の上部
の出っ張りが小さくなり、また各ジャイロスタビライザ
間から後方の視野を確保できるので、車体後方の視界性
が改善される。

【００４０】また、複数個の小型なジャイロスタビライ
ザ１０を車体後方のカウンタウェイト７近傍及び後部側
面端部に分散して設けたので、前述同様に車体全体の軽
量化を図れると共に、後方及び側面からの整備性も改善
される。

【００４１】次に、第五実施例を図１５から図２４に基
づいて説明する。第五実施例は、ジャイロスタビライザ
のプリセッション軸の角速度を制御し、ピッチングを制
振するようなジャイロモーメントをアクティブに制御す
る場合を示している。図１５はこの場合のジャイロスタ
ビライザ部を表しており、また図１６はそのときのプリ
セッション軸を制御するための制御構成ブロック図の一
実施例を表している。まず、図１５を参照しながらジャ
イロスタビライザ部を説明する。ジャイロスタビライザ
１０は前実施例と同様なのでここでの説明は省略し、こ
れまでと異なる構成を説明する。プリセッション軸駆動
モータ１４はジャイロスタビライザ１０の回転体１１を
プリセッション軸Ｐ回りに回転駆動するもので、例えば
油圧モータや電動モータを使用することができる。ピッ
チング角速度検出器１６は、ピッチングによって生じる
モーメントＭがジャイロ軸Ｊを軸Ｑ回りに回転させたと
きの、ジャイロ軸Ｊの軸Ｑ回り回転角度θq の角速度ω
q を検出するものである。

【００４２】ここで、ジャイロ効果に基づくジャイロス
タビライザ１０の作動を簡単に説明すると、ジャイロ軸
Ｊをプリセッション軸Ｐ回りに所定の方向に角速度ωp
で回転させたとき、ジャイロ軸Ｊ及びプリセッション軸
Ｐに直交している軸Ｑ回りに、数式「ＭJ ＝ωp ×Ｉ×
ωk 」で表されるジャイロモーメントＭJ が上記角速度
ωp の方向に対応した方向に発生する。ここに、Ｉは回
転体１１の慣性モーメントで、ωk は回転体１１の角速
度であって、「Ｉ×ωk 」は回転体１１の角運動量を表
している。したがって、回転体１１の角運動量が一定の
とき、ジャイロ軸Ｊの上記プリセッション軸Ｐ回りに回
転する角速度ωp の大きさを制御することによって、発
生するジャイロモーメントＭJ の大きさが制御可能とな
る。

【００４３】本実施例は、上記のジャイロ効果に基づく
作用をピッチングのアクティブな制振に適用するもので
ある。ただし、ジャイロ軸Ｊのプリセッション軸Ｐ回り
の回転角度θp （以後、プリセッション角度と呼ぶ）が
９０度近傍になると、言い換えるとジャイロ軸Ｊが水平
に近くなると、上記ジャイロモーメントＭJ は水平面内
でのみ作用する。よって、ピッチングの制振効果は全く
無くなってピッチング方向以外の成分、この場合は旋回
方向（いわゆる、ヨーイング）成分だけが発生する。し
たがって、プリセッション角度を許容される所定の最大
角度以内に制御する必要がある。

【００４４】以下に、図１６に基づいてプリセッション
軸を制御するための制御構成を説明する。ピッチング角
速度検出器１６はピッチングの角速度を検出してこの角
速度信号を演算装置２０へ出力し、またプリセッション
角度検出器１５はプリセッション角度を検出してこの角
度信号を演算装置２０へ出力する。演算装置２０は、上
記ピッチング角速度信号及びプリセッション角度信号を
基にして、回転体１１をプリセッション軸Ｐ回りに回転
駆動するプリセッション軸駆動モータ１４の回転指令を
演算し、この回転指令をモータ駆動装置３０へ出力す
る。モータ駆動装置３０は、この回転指令に基づいてプ
リセッション軸駆動モータ１４の駆動動力信号を出力す
る。

【００４５】次に、本実施例の具体的な構成及び作動に
ついて、図１７及び図１８を参照して詳細に説明する。
図１７は、プリセッション軸を油圧モータによって制御
するための制御回路ブロック図の一実施例を表してい
る。本実施例では、ピッチング角速度検出器１６及びプ
リセッション角度検出器１５として、それぞれジャイロ
スコープ及びポテンショメータを使用しているが、これ
に限定するものではなく、機能が同等の他の検出器であ
っても良い。

【００４６】演算装置２０は、例えばマイクロコンピュ
ータ（以下、ＣＰＵと言う）を中枢にして構成されたマ
イクロコンピュータシステムである。ＣＰＵ２１は一般
的なマイクロコンピュータであって、その内部に記憶装
置、演算処理装置、実行制御装置及び入出力インターフ
ェース部等を備えている。また演算装置２０はその他
に、システムプログラム等を記憶するＲＯＭ２２、演算
結果や制御データを記憶するＲＡＭ２３、前記ジャイロ
スコープ及びポテンショメータからのアナログ信号を入
力するＡ／ＤコンバータのＡ／Ｄ２４及びＡ／Ｄ２５、
油圧モータ駆動用の方向切換弁３１へ指令信号を出力す
るための出力レジスタ２６、及びＣＰＵ２１がデータ入
出力するためのバス２７等から構成されている。

【００４７】油圧モータ１４ａはジャイロ軸Ｊをプリセ
ッション軸Ｐ回りに回転させるためのプリセッション軸
駆動モータ１４であり、方向切換弁３１は油圧モータ１
４ａを駆動する圧油の方向を切り換えるものである。ま
た、油圧ポンプ３３は油圧モータ１４ａへ圧油を供給す
るもので、油圧ショベル等に搭載されている作業機及び
走行装置駆動用油圧ポンプを使用しても良い。

【００４８】上記出力レジスタ２６から出力されたモー
タ正回転指令Ｓ1 は方向切換弁３１の操作ソレノイド３
１ｄに接続され、同じくモータ負回転指令Ｓ2 は方向切
換弁３１の操作ソレノイド３１ｅに接続される。モータ
正回転指令Ｓ1 及びモータ負回転指令Ｓ2 が共に出力さ
れてないときは、方向切換弁３１は中立位置３１ｂにあ
るので、油圧ポンプ３３から吐出される圧油は油圧モー
タ１４ａに供給されず、よって油圧モータ１４ａは停止
している。モータ正回転指令Ｓ1 が操作ソレノイド３１
ｄに出力されたときは、方向切換弁３１が３１ａの位置
に切り換わり、油圧ポンプ３３からの圧油は管路３５を
介して油圧モータ１４ａの正回転側ポートに流入し、そ
の流出油は管路３６を介してタンク３４へドレーンされ
る。このとき、油圧モータ１４ａは流入する油量に比例
した所定の角速度で正回転する。また、モータ負回転指
令Ｓ2 が操作ソレノイド３１ｅに出力されたときは、方
向切換弁３１が３１ｃの位置に切り換わり、油圧ポンプ
３３からの圧油は管路３６を介して油圧モータ１４ａの
負回転側ポートに流入し、その流出油は管路３５を介し
てタンク３４へドレーンされる。このとき、油圧モータ
１４ａは流入する油量に比例した所定の角速度で負回転
する。

【００４９】プリセッション軸Ｐ回りの回転を制御して
ピッチングを安定的に抑えるには、ピッチング角θq 、
ピッチング角速度ωq 及びピッチング角加速度αq 等に
基づく予め設定された制御目標関数を最小にするような
制御出力を得ることによって可能となる。例えば、一般
的に良く知られているＰＩＤ制御により、ピッチング角
θq 、ピッチング角速度ωq 及びピッチング角加速度α
q 等が所定の目標値になるように制御する方法がある。
以下に、このＰＩＤ制御による一実施例を具体的に説明
するが、制御方法及びそのアルゴリズム等がこれに限定
されないことは言うまでもない。

【００５０】まず、説明の簡単のためにピッチング角速
度ωq を制御対象とする場合を説明し、この場合の制御
目標は例えば「ピッチング角速度ωq ＝０」に設定され
ていると仮定する。図１８はこの制御の一実施例を説明
するためのＣＰＵ２１の演算処理フローチャートを表し
ており、以下図１８を参照して制御フローを説明する。

【００５１】（ステップ１００）ピッチング角速度検出
器１６からピッチング角速度ωq を入力し、ステップ１
０１へ進む。 （ステップ１０１）ピッチング角速度ωq と予めメモリ
（ＲＯＭ２２又はＲＡＭ２３）に記憶している不感帯設
定値とを比較する。この不感帯設定値は、ピッチング角
速度ωq がある程度小さい範囲のときは、プリセッショ
ン軸Ｐの角速度ωp の制御によるピッチングの制振は行
わないようにするためのものであり、予めピッチング角
速度の０値を含む所定の範囲に設定される。このステッ
プでは、ピッチング角速度ωq の極性が正で、かつピッ
チング角速度ωq の絶対値が不感帯設定値より大きいと
きはステップ１０５へ進み、そうでないときはステップ
１０２へ進む。

【００５２】（ステップ１０２）ピッチング角速度ωq
と上記不感帯設定値とを比較し、ピッチング角速度ωq
の極性が負で、かつピッチング角速度ωq の絶対値が不
感帯設定値より大きいときはステップ１０３へ進み、そ
うでないときはステップ１０７へ進む。 （ステップ１０３）プリセッション角度検出器１５から
プリセッション角度θp を入力し、このプリセッション
角度θp と予めメモリ（ＲＯＭ２２又はＲＡＭ２３）に
記憶している許容最大値θpMAXとを比較する。この許容
最大値θpMAXは、前述したようなジャイロモーメントＭ
J のピッチング方向以外の成分をなるべく小さくしてピ
ッチングの制振効果を大きくするために、プリセッショ
ン角度が許容される所定角度以内に入っているかを判定
できるように設定されるものである。プリセッション角
度θp が許容最大値θpMAX以下のときはステップ１０４
へ進み、そうでないときはステップ１０７へ進む。

【００５３】（ステップ１０４）この時点での状態は、
ピッチング角速度ωq が負の大きな値になっていて、か
つプリセッション角度θp が上記許容最大値θpMAX以下
の制御可能範囲にある状態である。よって、このステッ
プでは、ピッチング角速度ωq と反対方向にジャイロモ
ーメントＭJ を発生させるように、油圧モータ１４ａの
負回転指令Ｓ2 を出力する。この結果、方向切換弁３１
が３１ｃの位置に切り換わり、油圧モータ１４ａは所定
の大きさのプリセッション軸回転角速度ωp で負回転す
る。ただし、ここでは、油圧モータ１４ａが負回転した
ときにジャイロモーメントＭJ が負のピッチング角速度
ωq と反対方向に発生するように、各制御の極性が設定
されているものとする。この後、処理は先頭のステップ
１００へ戻って以上を繰り返す。

【００５４】（ステップ１０５）プリセッション角度検
出器１５からプリセッション角度θp を入力し、このプ
リセッション角度θp と前記許容最大値θpMAXとを比較
する。プリセッション角度θp が上記許容最大値θpMAX
以下のときはステップ１０６へ進み、そうでないときは
ステップ１０７へ進む。

【００５５】（ステップ１０６）この時点での状態は、
ピッチング角速度ωq が正の大きな値になっていて、か
つプリセッション角度θp が上記許容最大値θpMAX以下
の制御可能範囲にある状態である。よって、このステッ
プでは、ピッチング角速度ωq と反対方向にジャイロモ
ーメントＭJ を発生させるように、油圧モータ１４ａの
正回転指令Ｓ1 を出力する。この結果、方向切換弁３１
が３１ａの位置に切り換わり、油圧モータ１４ａは所定
の大きさのプリセッション軸回転角速度ωp で正回転す
る。この後、処理は先頭のステップ１００へ戻って以上
を繰り返す。同じく、油圧モータ１４ａが正回転したと
きにジャイロモーメントＭJ が正のピッチング角速度ω
q と反対方向に発生するように、各制御の極性が設定さ
れているものとする。

【００５６】（ステップ１０７）ステップ１０２からこ
のステップに来たときの状態は、ピッチング角速度ωq
が前記不感帯設定値の範囲以内に入っているので、プリ
セッション軸Ｐの回転制御を停止する必要がある。ま
た、ステップ１０３又はステップ１０５からこのステッ
プに来たときの状態は、プリセッション角度θp が許容
最大値θpMAX以上になっているので、プリセッション軸
Ｐの回転制御を一時的に停止する必要がある。よってこ
のステップでは、油圧モータ１４ａの正回転指令Ｓ1 及
び負回転指令Ｓ2 の出力を停止する。この後、処理は先
頭のステップ１００へ戻って以上を繰り返す。

【００５７】上記のステップ１０４及び１０６におい
て、油圧モータ１４ａが回転駆動されることによりプリ
セッション軸が所定の大きさの角速度ωp で回転し、角
速度ωp に比例したジャイロモーメントＭJ がピッチン
グ角速度ωq と反対方向に発生する。そして、ステップ
１０１及びステップ１０２では、ピッチング角速度ωq
が極小さい０近傍の値になるまで油圧モータ１４ａが回
転駆動され、０近傍の値になったらステップ１０７で油
圧モータ１４ａの回転が停止されてジャイロモーメント
ＭJ の発生を停止する。このようにして、以上の演算処
理フローに従って制御が行われると、ピッチング角速度
ωq を小さくする方向にジャイロモーメントＭJ を発生
し、ピッチングが制振できる。

【００５８】次に、プリセッション軸駆動モータ１４と
して電動モータを使用する場合の一実施例を説明する。
図１９に、そのプリセッション軸制御回路ブロック図を
示す。本実施例では、電動モータとして直流モータを使
用した例を上げるが、交流モータでも作用及び効果は変
わらない。ここでは、上記の油圧モータの場合の構成と
異なっている直流モータ１４ｂと直流モータ駆動アンプ
３２について説明する。直流モータ１４ｂは、前述の油
圧モータ１４ａと同様にプリセッション軸の回転制御用
であり、その電機子コイルＡの端子Ａ１及びＡ２間に印
加される直流電圧の大きさに比例した角速度でモータが
回転するものである。ここでは、端子Ａ１がＡ２に対し
て正となる電圧が印加されると直流モータ１４ｂは正回
転し、また端子Ａ１がＡ２に対して負となる電圧が印加
されると直流モータ１４ｂは負回転するものと仮定す
る。

【００５９】直流モータ駆動アンプ３２は直流モータ１
４ｂを駆動するパワーアンプであり、演算装置２０から
出力されるモータの正回転指令Ｓ1 及び負回転指令Ｓ2
の信号を入力し、この指令信号に対応した回転方向に直
流モータ１４ｂが回転するようにモータ駆動する。演算
装置２０からモータの正回転指令Ｓ1 が出力されると、
直流モータ駆動アンプ３２は予め設定された角速度で直
流モータ１４ｂが正回転するように、端子Ａ１がＡ２に
対して正の所定の電圧を印加する。また、モータの負回
転指令Ｓ2 が出力されると、電動モータ駆動アンプ３２
は予め設定された角速度で直流モータ１４ｂが負回転す
るように、端子Ａ１がＡ２に対して負の所定の電圧を印
加する。

【００６０】さて、このような構成で直流モータ１４ｂ
を制御する場合の制御目標を前述同様に「ピッチング角
速度ωq ＝０」に設定したとき、ＣＰＵ２１の演算処理
フローチャートは上記で説明した図１８と全く同じにし
ても良い。このときの、作用及び効果は変わらない。
尚、以上の制御フローの説明の中で、複数個のジャイロ
スタビライザを設けてその内の１個以上の回転体の回転
方向を他と反対方向にしている場合は、ピッチング角速
度ωq を小さくするためのプリセッション軸駆動モータ
１４の回転指令の極性を考慮する必要がある。すなわ
ち、回転体の回転方向が他と反対方向であるジャイロス
タビライザに対しては、これまで説明したプリセッショ
ン軸駆動モータ１４の回転指令Ｓ1 及びＳ2 をお互いに
逆に出力すれば良い。

【００６１】次に、図１６と同じ構成において、プリセ
ッション軸の角速度ωp の指令値がピッチング角加速度
αq に比例するようにプリセッション軸を制御する場合
の一実施例について説明する。この場合の制御目標は、
Ｋを比例定数とすると、数式「角速度ωp −Ｋ×角加速
度αq ＝０」で表される。このことは、以下の理由で説
明される。前述したように、ピッチングによって発生す
るモーメントＭはピッチング角加速度αq に比例してお
り、一方プリセッション軸の回転制御により発生するジ
ャイロモーメントＭJ は角速度ωp に比例している。し
たがって、モーメントＭとジャイロモーメントＭJ が比
例するように、言い換えると大きさが等しくかつ反対方
向になるように角速度ωp を制御すれば、前実施例のよ
うなピッチング角速度ωq を制御目標にした場合に比べ
てより安定的にピッチングを制振できる。

【００６２】図２０は、ピッチング角加速度αq に比例
するように角速度ωp を制御するための、油圧モータに
よる制御回路ブロック図の一実施例を表している。この
図で前述の図１７と異なる構成について、以下に説明を
加える。Ｄ／Ａ２８は、角速度ωp の指令信号Ｓ3 を出
力するＤ／Ａコンバーターであり、ＣＰＵ２１から出力
されたＮビット（Ｎは２以上の自然数とする）のディジ
タルデータをアナログ信号に変換する。Ｎが大きいほ
ど、角速度ωp の制御は滑らかになる。サーボアンプ３
８は、上記角速度ωp の指令信号Ｓ3 を入力すると同時
に、油圧モータ１４ａの回転速度（これは、プリセッシ
ョン軸の角速度ωp に相当）信号Ｓ４を入力し、この２
つの信号の偏差が０になるように出力電流を制御するも
のである。この出力電流信号は、流量制御サーボ弁３７
の操作ソレノイド３７ｄに接続されている。

【００６３】流量制御サーボ弁３７はその出力する流量
を制御するもので、操作ソレノイド３７ｄに入力された
上記サーボアンプ３８の出力電流信号の大きさに比例し
てその内部にあるスプールの変位量を制御することによ
り、流量を制御する。ここで、操作ソレノイド３７ｄの
電流信号が０のときは流量制御サーボ弁３７は中立位置
３７ｂにあって、このとき油圧ポンプ３３から吐出され
た圧油は圧油入力ポートから入力され、そのまま戻りポ
ートからタンク３４へドレーンされる。アクチュエータ
側の２つのポートは、それぞれ管路３５及び管路３６を
介して油圧モータ１４ａの正回転時の流入ポート及び負
回転時の流入ポートに接続されている。

【００６４】油圧モータ１４ａにその回転速度を検出す
るモータ角速度検出器１９を取着し、このモータ角速度
検出器１９が出力したモータ角速度信号Ｓ4 を前記サー
ボアンプ３８のフィードバック入力端子へ接続する。モ
ータ角速度検出器１９は、例えばタコジェネレータやパ
ルスジェネレータ等を使用することができる。

【００６５】ここで、サーボアンプ３８と流量制御サー
ボ弁３７と油圧モータ１４ａの作動について説明する。
角速度ωp の指令信号Ｓ3 は、０Ｖを中心にして正と負
に振れるアナログ電圧信号とする。油圧モータ１４ａを
正回転させるときは指令信号Ｓ3 に正の電圧信号を出力
し、負回転させるときは指令信号Ｓ3 に負の電圧信号を
出力するものと仮定する。いま、サーボアンプ３８に正
の電圧信号の指令信号Ｓ3 が入力されると、この指令信
号Ｓ3 と油圧モータ１４ａの回転速度Ｓ4 との偏差が小
さくなるように、サーボアンプ３８は流量制御サーボ弁
３７の操作ソレノイド３７ｄに電流信号を出力する。

【００６６】このとき電流信号は正の電流信号となり、
流量制御サーボ弁３７のスプールは３７ａ側に電流信号
の大きさに従った変位量だけ移動する。よって、この変
位量に比例した流量の圧油が管路３５を介して油圧モー
タ１４ａの正回転時の流入ポートに流入し、反対側のポ
ートから流出して管路３６を介してタンク３４にドレー
ンする。油圧モータ１４ａは上記流量に比例した回転速
度で正回転し、この回転速度信号（プリセッション軸の
角速度ωp に相当）Ｓ４がサーボアンプ３８にフィード
バックされる。このようにして、正回転の指令信号Ｓ3
に追従して油圧モータ１４ａが正回転するように、油圧
モータ１４ａがフィードバック制御される。

【００６７】反対に、サーボアンプ３８に負の電圧信号
の指令信号Ｓ3 が入力されると、この指令信号Ｓ3 と油
圧モータ１４ａの回転速度Ｓ4 との偏差が小さくなるよ
うに、サーボアンプ３８は流量制御サーボ弁３７の操作
ソレノイド３７ｄに電流信号を出力する。このとき電流
信号は負の電流信号となり、流量制御サーボ弁３７のス
プールは３７ｃ側に電流信号の大きさに従った変位量だ
け移動する。よって、この変位量に比例した流量の圧油
が管路３６を介して油圧モータ１４ａの負回転時の流入
ポートに流入し、反対側のポートから流出して管路３５
を介してタンク３４にドレーンする。油圧モータ１４ａ
は上記流量に比例した回転速度で負回転し、この回転速
度信号Ｓ４がサーボアンプ３８にフィードバックされ
る。このようにして、同様に負回転の指令信号Ｓ3 に追
従して油圧モータ１４ａが負回転するように、油圧モー
タ１４ａがフィードバック制御される。

【００６８】上記構成による制御目標を数式「角速度ω
p −Ｋ×角加速度αq ＝０」で表した場合の演算処理フ
ローチャートを図２１に示している。これに基づいて、
制御フローを説明する。 （ステップ１１０）ピッチング角速度検出器１６からピ
ッチング角速度ωq を入力し、ステップ１１１へ進む。 （ステップ１１１）ピッチング角速度ωq からピッチン
グ角加速度αq を演算する。ピッチング角加速度αq を
求めるには例えば、微小時間Δｔの間にピッチング角速
度ωq がΔωq だけ変化したとき、数式「αq ＝Δωq
÷Δｔ」によって近似的に求めることができる。この
後、ステップ１１２へ進む。

【００６９】（ステップ１１２）プリセッション角度検
出器１５からプリセッション角度θp を入力し、このプ
リセッション角度θp と予めメモリ（ＲＯＭ２２又はＲ
ＡＭ２３）に記憶している許容最大値θpMAXとを比較す
る。この許容最大値θpMAXは、前述したものと同じであ
る。プリセッション角度θp が許容最大値θpMAX以下の
ときはステップ１１３へ進み、そうでないときはステッ
プ１１５へ進む。 （ステップ１１３）プリセッション軸の角速度指令値Ｖ
θを数式「Ｖθ＝Ｋ×αq 」によって求める。ここに、
αq は前ステップで求めたピッチング角加速度であり、
Ｋは安定的に制振できるように所定値に設定された正の
定数とする。この後、ステップ１１４へ進む。

【００７０】（ステップ１１４）ピッチング角加速度α
q と反対方向にジャイロモーメントＭJ を発生させるよ
うに、上記で求めた角速度指令値Ｖθに相当する油圧モ
ータ１４ａの角速度指令信号Ｓ3 を出力する。この結
果、例えばピッチング角加速度αq が正のときは、正の
角速度指令信号Ｓ3 がサーボアンプ３８へ出力される。
これによって、正の角速度指令信号Ｓ3 の大きさに比例
した角速度で、しかもこの指令信号Ｓ3 に追従して油圧
モータ１４ａが正回転する。ここで、油圧モータ１４ａ
が正回転したときにジャイロモーメントＭJ が正のピッ
チング角加速度αq と反対方向に発生するように、各制
御の極性が設定されているものとする。ピッチング角加
速度αq が負のときも、上記と同様である。この後、処
理は先頭のステップ１１０へ戻って以上を繰り返す。

【００７１】（ステップ１１５）プリセッション角度θ
p が許容最大値θpMAX以上になっているので、プリセッ
ション軸Ｐの回転制御を一時的に停止する。よってこの
ステップでは、油圧モータ１４ａの角速度指令信号Ｓ3
を出力停止する。この後、処理は先頭のステップ１１０
へ戻って以上を繰り返す。

【００７２】上記のステップ１１３においてピッチング
角加速度αq に比例したプリセッション軸の角速度指令
値Ｖθが求められ、またステップ１１４においてこの角
速度指令値Ｖθに相当する角速度指令信号Ｓ3 がサーボ
アンプ３８へ出力される。サーボアンプ３８及び流量制
御サーボ弁３７は、この角速度指令信号Ｓ3 の符号に合
った回転方向で、かつその大きさに比例した角速度で油
圧モータ１４ａが回転するように制御する。これによっ
て、プリセッション軸Ｐがピッチング角加速度αq に比
例した大きさの角速度ωp で回転し、角速度ωp に比例
した大きさのジャイロモーメントＭJ がピッチング角加
速度αq と反対方向に発生する。このようにして、以上
の演算処理フローに従って制御が行われると、ピッチン
グ角加速度αq を小さくする方向にジャイロモーメント
ＭJ を発生し、ピッチングがより安定的に制振できる。

【００７３】上記実施例の油圧モータ１４ａの代わりに
電動サーボモータ１４ｂを使用することもでき、次にそ
の一実施例を示す。図２２は、直流サーボモータ１４ｂ
及びその駆動用のサーボアンプ３９を使用した一実施例
の制御回路ブロック図であり、前実施例と異なる構成に
ついて以下に説明する。直流サーボモータ１４ｂはプリ
セッション軸の回転制御用であり、その電機子コイルＡ
の端子Ａ１及びＡ２間に印加される直流電圧の大きさに
比例した角速度でモータが回転する。ここでは、端子Ａ
１がＡ２に対して正となる電圧が印加されると直流サー
ボモータ１４ｂは正回転し、また端子Ａ１がＡ２に対し
て負となる電圧が印加されると直流サーボモータ１４ｂ
は負回転するものと仮定する。サーボアンプ３９は、演
算装置２０のＤ／Ａ２８から出力されるプリセッション
軸角速度ωp の指令信号Ｓ3 を入力すると同時に、直流
サーボモータ１４ｂの回転速度（これは、プリセッショ
ン軸の角速度ωp に相当）信号Ｓ４を入力し、この２つ
の信号の偏差が０になるように出力電圧を制御するもの
である。この出力電圧信号は、直流サーボモータ１４ｂ
の電機子コイルＡの端子Ａ１及びＡ２に接続されてい
る。

【００７４】このような構成で直流サーボモータ１４ｂ
を制御する場合の制御目標を前述同様に「角速度ωp −
Ｋ×角加速度αq ＝０」に設定したとき、ＣＰＵ２１の
演算処理フローチャートは上記で説明した図２１と全く
同じにしても良い。このとき、作用及び効果は変わらな
い。また、複数個のジャイロスタビライザを設けてその
内の１個以上の回転体の回転方向を他と反対方向にする
場合においても、回転体の回転方向が他と反対方向であ
るジャイロスタビライザに対しては、これまで説明した
制御フローのプリセッション軸駆動モータ１４の回転指
令Ｓ3 の極性を逆に出力すれば良い。

【００７５】これまでの説明では、ピッチング角速度ω
q 又はピッチング角加速度αq を所定値にすることを制
御目標にしてプリセッション軸Ｐ回りの回転速度を制御
する実施例を示した。この他に、ピッチング角θq を所
定値にすることを制御目標にすることもでき、この場合
の制御構成ブロック図は図２３で表される。図２３の例
では、ピッチング角度検出器１７をジャイロスタビライ
ザ部に設け、これにより検出したピッチング角度信号を
演算装置２０に入力し、演算装置２０はピッチング角θ
q が所定値になるようにジャイロ軸Ｊのプリセッション
軸Ｐ回りの角速度ωp を制御する。この結果、発生する
ジャイロモーメントＭJ がピッチングを制振することが
できる。ここでピッチング角度検出器１７は、例えば傾
斜計やジャイロコンパス等であっても良いし、または前
実施例のピッチング角速度検出器１６から出力されたピ
ッチング角速度信号を積分して得るようにしても良い。

【００７６】一般的に、ピッチング角θq 、ピッチング
角速度ωq 及びピッチング角加速度αq 等に基づく制御
目標を組み合わせて予め設定された制御目標関数を最小
にするような制御出力を得ることによって、ピッチング
をより安定的に抑えられることは良く知られている。図
２４にはその場合の一実施例の制御構成ブロック図を示
しており、この例ではピッチング角θq 、ピッチング角
速度ωq 及びピッチング角加速度αq をそれぞれピッチ
ング角度検出器１７、ピッチング角速度検出器１６及び
ピッチング角加速度検出器１８で検出するようにしてい
る。これらの検出器は、例えば前述のようにピッチング
角速度信号を積分してピッチング角を得るようにしても
良く、またピッチング角速度信号を微分してピッチング
角加速度を得るようにしても良い。そして、他の構成は
前述と同様であるが、演算装置２０は例えばマイクロコ
ンピュータシステムであって、その演算結果に基づくモ
ータ角速度指令信号を出力し、モータ駆動装置３０はモ
ータ駆動用サーボアンプであり、プリセッション軸駆動
モータ１４はジャイロ軸Ｊをプリセッション軸Ｐ回りに
回転駆動するサーボモータである。

【００７７】上記構成によってピッチング角θq 、ピッ
チング角速度ωq 及びピッチング角加速度αq 等に基づ
く制御目標を組み合わせた制御目標関数を使用してプリ
セッション軸Ｐ回りの角速度ωp を制御する場合の演算
処理フローチャートは、具体的にはここでは示していな
い。しかしながら、前述のごとく一般的に良く知られて
いるＰＩＤ制御によって各種の補正をしながら角速度ω
p の最適な制御信号を得ることができる。またさらに、
その他の制御手法、例えば統計的手法による最適制御ア
ルゴリズムやファジー理論による制御アルゴリズム等を
用いれば、より効果的にかつ安定してピッチングを制振
できる角速度ωp の最適制御信号を得られる。

【００７８】次の第六実施例は、ジャイロスタビライザ
駆動モータ１２に油圧モータを使用している場合で、作
業機用や走行用の油圧アクチュエータが出力増加を必要
とするときに、ジャイロスタビライザ駆動用の前記油圧
モータへの圧油供給を一時的に停止するか、あるいは、
前記油圧モータを油圧ポンプとして使用することができ
る例を示す。これは、ジャイロスタビライザの回転体が
大きな慣性モーメントを有しているので、高速回転して
いる回転体がフライホイール効果で大きなエネルギーを
蓄積していることを利用している。例えば、上記ジャイ
ロスタビライザ駆動用油圧モータに圧油を供給する油圧
ポンプは、通常、建設機械の作業機用や走行用の油圧ア
クチュエータへ圧油を供給しているメイン油圧ポンプと
共用する方が、経済性や設置スペースの面で望ましい。
この場合に、作業機や走行の出力増加が必要になったと
き、ジャイロスタビライザ駆動用油圧モータへの供給を
一時的に停止させ、この余った油圧ポンプ出力を作業機
用や走行用の油圧アクチュエータへ回すことができる。
あるいは、ジャイロスタビライザの回転体の蓄積エネル
ギーを利用して上記油圧モータを油圧ポンプとして作動
させ、この出力を作業機用や走行用の油圧アクチュエー
タへ回すことによって出力を増加することができる。

【００７９】図２５は本実施例のジャイロスタビライザ
部を示しており、この図においてジャイロスタビライザ
駆動モータ１２は油圧モータであり、クラッチ４０を介
して回転体１１を高速回転させる。図２６はこの場合の
上記油圧モータの制御回路ブロック図の一例を表してお
り、この図に従って詳細に説明する。演算装置５０は例
えばマイクロコンピュータシステムで構成されていて、
その主要部は前述の演算装置２０と同様の構成である。
よって、演算装置５０と演算装置２０の構成の主要部を
共用しても良い。方向切換弁４２の操作ソレノイド部４
２ｃに出力する切り換え信号Ｓ5 及びクラッチ４０に出
力するクラッチ接続及び切断の切り換え信号Ｓ6 は、共
に演算装置５０の出力レジスタ（図示せず）から出力さ
れる信号で、それぞれ例えば１ビットのオン又はオフ信
号である。

【００８０】方向切換弁４２は油圧ポンプ３３から吐出
される圧油を油圧モータ１２ａへ供給するか又は供給停
止するかを切り換えるもので、その操作ソレノイド部４
２ｃに上記切り換え信号Ｓ5 が入力される。方向切換弁
４２の油圧モータ１２ａ側の出力ポートは、管路４５を
介して油圧モータ１２ａの流入ポートに接続されてい
る。また、油圧ポンプ３３から吐出される圧油は、管路
４７を介して方向切換弁４２の入力ポートへ導かれると
共に、管路４９を介して例えば走行用の方向切換弁４４
の入力ポートへ導かれる。尚ここで、方向切換弁４４は
走行用の油圧アクチュエータ６６を駆動するものであ
り、作業機用の方向切換弁及び油圧アクチュエータにつ
いても同様とする。

【００８１】切り換え信号Ｓ5 が圧油供給信号のとき
は、方向切り換え弁４２は４２ａの位置に切り換わり、
油圧ポンプ３３から吐出される圧油は管路４５を介して
油圧モータ１２ａへ流入し、油圧モータ１２ａから流出
する圧油はタンク３４へドレーンされる。このとき、油
圧モータは所定方向へ回転する。切り換え信号Ｓ5 が圧
油供給停止信号のときは、方向切り換え弁４２は４２ｂ
の位置に切り換わり、油圧ポンプ３３から吐出される圧
油は方向切り換え弁４２から先へは供給されず、油圧モ
ータ１２ａの回転が停止する。このとき、油圧モータ１
２ａへ供給されていた油量の分が管路４９を介して作業
機用や走行用の方向切換弁及び作業機用や走行用の油圧
アクチュエータへ供給される。尚、方向切り換え弁４２
の入力ポートの圧力が規定値より大きくならないよう
に、リリーフ弁６７を設けている。

【００８２】クラッチ４０は、油圧モータ１２ａの駆動
力を回転体１１に伝達又は遮断するものであり、演算装
置５０から出力されるクラッチ接続及び切断の切り換え
信号Ｓ6 によって作動する。クラッチ４０が切断される
と、回転体１１はそのフライホイール効果で惰性回転す
ることができる。運転状態入力手段４１は、建設機械の
作業機や走行の負荷状態を表す信号を演算装置５０に入
力するものである。この入力された負荷状態信号は、作
業機や走行の現在の出力状況及びその出力増加必要性、
エンジン回転数検出による油圧ポンプ出力状況等を表
す。また、この運転状態入力手段４１は、オペレータが
作業機や走行の出力増加が必要と判断したとき操作でき
るようなスイッチであっても良い。

【００８３】本実施例における演算処理フローチャート
を、図２７によって説明する。 （ステップ１２０）運転状態入力手段４１から負荷状態
信号を入力し、ステップ１２１に進む。 （ステップ１２１）入力された負荷状態信号により、ジ
ャイロスタビライザ駆動油圧モータ１２ａへの圧油供給
を停止するかどうかを判断し、停止するときはステップ
１２２へ進み、そうでないときはステップ１２３へ進
む。 上記判断の仕方として、例えば油圧ショベルの作業機掘
削力が不足して来たとき、走行速度をさらに増速したい
とき、エンジン回転数が低下して来たとき等に油圧モー
タ１２ａへの圧油供給を停止すると判断する。 （ステップ１２２）クラッチ４０の切断指令を出力する
と同時に、ジャイロスタビライザ駆動油圧モータ１２ａ
への圧油供給停止指令を出力する。 （ステップ１２３）ジャイロスタビライザ駆動油圧モー
タ１２ａへの圧油供給指令を出力すると同時に、クラッ
チの接続指令を出力する。

【００８４】このような構成における作用は、次のよう
になる。もし、作業機や走行の負荷が一時的に増加して
それに伴う出力の増加が必要になったとき、クラッチ４
０を切断すると同時に、切換弁４２にジャイロスタビラ
イザ駆動油圧モータ１２ａへの圧油供給停止指令を出力
する。これによって、油圧ポンプ３３が油圧モータ１２
ａへ供給していた圧油を上記作業機用又は走行用の油圧
アクチュエータに供給することができる。この結果、作
業機又は走行の出力が増加され、効率よい作業ができ
る。また、このときジャイロスタビライザ１０は回転体
１１の慣性モーメントによって惰性回転する（以後、惰
性運転と呼ぶ）ので、ジャイロモーメントによるピッチ
ングの制振制御が可能となる。尚、惰性運転中に長い間
制振制御を行うと、回転体１１の蓄積エネルギが消耗さ
れて回転数が低下して来る。よって、惰性運転は必要な
ときのみ短時間だけ行なうようにする。

【００８５】さらに次の実施例として、上記のごとくジ
ャイロスタビライザ駆動油圧モータ１２ａへの圧油供給
を停止するだけでなく、この油圧モータを油圧ポンプと
して使用してメインの油圧ポンプ３３の補助機能を持た
せた例を説明する。この場合のジャイロスタビライザ部
を図２８に、また油圧モータの制御回路ブロック図の一
例を図２８に示し、以下に、前記実施例と異なる構成に
ついて説明する。回転速度検出器５５は回転体１１の回
転速度を検出するものであり、クラッチ４０から見て回
転体１１側に取着される。この回転速度信号Ｓ9 は、演
算装置５０へ入力される。

【００８６】また、クラッチ４０が切断されているとき
は回転体１１及び回転速度検出器５５が惰性運動を行
い、これによってジャイロスタビライザのジャイロモー
メントは発生できる。油圧モータ１２ｂは、斜板又は斜
軸の傾斜角制御によってその回転速度を制御できるもの
であり、この斜板又は斜軸の傾斜角は流量制御サーボ弁
６８が出力する流量に比例するようになっている。この
流量制御サーボ弁６８の操作ソレノイド６８ａへ演算装
置５０から出力される傾斜角制御指令信号Ｓ8 が接続さ
れ、この傾斜角制御指令信号Ｓ8 の電流の大きさに比例
して、流量制御サーボ弁６８の出力流量が制御される。

【００８７】方向切換弁４３は、油圧モータ１２ｂをポ
ンプモード又はモータモードに切り換える切換弁で、そ
の操作ソレノイド部４３ｃに演算装置５０から出力され
る切り換え信号Ｓ7 が入力される。方向切換弁４３の油
圧モータ１２ｂ側の２つの出力ポートは、それぞれ管路
４５及び４６を介して油圧モータ１２ｂの流入ポート及
び流出ポートに接続される。切り換え信号Ｓ7 がモータ
モードのときは、方向切換弁４３は４３ｂの位置に切り
換わり、油圧ポンプ３３から吐出される圧油は管路４７
を通って方向切換弁４３に流入し、さらに管路４５を介
して油圧モータ１２ｂへ流入する。そして、油圧モータ
１２ｂから流出する圧油は管路４６、管路４８ｂ及び管
路４８ａを介してタンク３４へドレーンされる。こうし
て、油圧モータ１２ｂは所定方向に回転する。このと
き、油圧ポンプ３３から吐出される圧油は管路４９を介
して例えば走行用の方向切換弁４４及び油圧モータ６６
に導かれ、４８ａを介してタンク３４へドレーンされ
る。

【００８８】また、切り換え信号Ｓ7 がポンプモードの
ときは、方向切り換え弁４３は４３ａの位置になる。こ
れと共にクラッチ４０が接続されているときは、回転体
１１がその蓄積エネルギーによって惰性運動を行ってい
るので、油圧モータ１２ｂは駆動させられて上記モータ
モード時と同じ方向に回転を継続する。この結果、タン
ク３４の中の油が管路４８ａ、管路４８ｂ、方向切り換
え弁４３ａ及び管路４５を経由して油圧モータ１２ｂの
流入ポートへ吸引され、惰性運動している油圧モータ１
２ｂによって圧油として流出される。これは油圧モータ
１２ｂが油圧ポンプとして作動していることを表し、こ
の油圧モータ１２ｂから吐出される圧油は管路４６、方
向切り換え弁４３ａ及び管路４７へ導かれ、この圧油と
油圧ポンプ３３から吐出される圧油とは合流し、管路４
９を介して作業機用や走行用の方向切り換え弁に流入す
る。

【００８９】上記構成の場合の演算装置５０の一実施例
の演算処理フローチャートを、図３０によって説明す
る。 （ステップ１３０）回転速度検出器５５から回転体１１
の回転速度信号Ｓ9 を入力し、ステップ１３１へ進む。 （ステップ１３１）回転体の回転速度信号Ｓ9 の大きさ
が、予め決められた最低回転速度ωKLより小さいかどう
か判定し、小さいときはステップ１３２へ進み、そうで
ないときはステップ１３７へ進む。 （ステップ１３２）このときの状態がポンプモードなら
ば、クラッチ４０への指令信号Ｓ6 としてクラッチ切断
を出力し、回転体１１は惰性運転を行なう。油圧モータ
１２ｂは回転体１１から切断されるので圧油を吐出する
のに回転エネルギを失って停止し、ポンプモードが解除
される。またこのときの状態がモータモードならば、そ
のまま油圧モータ１２ｂをモータモードで回転させる。
ステップ１３３へ進む。

【００９０】（ステップ１３３）運転状態入力手段４１
から負荷状態信号を入力し、ステップ１３４に進む。 （ステップ１３４）負荷状態信号をみて、走行又は作業
機の出力増加の要求はあるか判定する。要求があるとき
はステップ１３５へ進み、無いときはステップ１３６へ
進む。 （ステップ１３５）上記惰性運転又はモータモード運転
の継続を行なう。この後、ステップ１３０へ戻り以上を
繰り返す。 （ステップ１３６）惰性運転のときは、方向切り換え弁
４３の操作ソレノイド部４３ｃへの切り換え信号Ｓ7 と
してモータモードを出力した後、クラッチ４０への指令
信号Ｓ6 としてクラッチ接続を出力してモータモードに
し、回転体１１を加速する。この後、ステップ１３０へ
戻り以上を繰り返す。

【００９１】（ステップ１３７）回転体１１の回転速度
信号Ｓ9 の大きさが、予め決められた最高回転速度ωKH
より大きいかどうか判定し、多きいときはステップ１３
８へ進み、そうでないときはステップ１３９へ進む。 （ステップ１３８）傾斜角制御指令信号Ｓ8 を出力して
油圧モータ１２ｂの斜板又は斜軸の傾斜角を制御し、油
圧モータ１２ｂの回転速度が所定速度になるようにす
る。尚、油圧モータ１２ｂがその斜板又は斜軸の傾斜角
を制御できないタイプのときは、クラッチ４０への指令
信号Ｓ6 にクラッチ切断を出力し、惰性運転を行なって
も良い。この後、ステップ１３９へ進む。

【００９２】（ステップ１３９）運転状態入力手段４１
から負荷状態信号を入力し、ステップ１４０に進む。 （ステップ１４０）負荷状態信号をみて、走行又は作業
機の出力増加の要求はあるか判定する。要求があるとき
はステップ１４１へ進み、無いときはステップ１４２へ
進む。 （ステップ１４１）方向切り換え弁４３の操作ソレノイ
ド部４３ｃへの切り換え信号Ｓ7 としてポンプモードを
出力した後、クラッチ４０への指令信号Ｓ6 としてクラ
ッチ接続を出力してポンプモードにする。次に、ステッ
プ１４２へ進む。 （ステップ１４２）油圧ポンプとして吐出する量が一定
になるように、回転体１１の回転速度信号Ｓ9 の変化量
に合わせて傾斜角制御指令信号Ｓ8 を出力し、油圧モー
タ１２ｂの斜板又は斜軸の傾斜角を制御する。ここで、
油圧モータ１２ｂの回転速度が最高回転速度ωKHより小
さくなるようにする。

【００９３】尚、前述したように、ジャイロ軸Ｊをプリ
セッション軸Ｐ回りに角速度ωp で回転したとき発生す
るジャイロモーメントＭJ の大きさは、回転体１１の角
運動量に比例する。よって、回転体１１の回転速度が変
化すると、発生するジャイロモーメントＭJ の大きさも
変化するので、安定したジャイロモーメントが得られな
い。このため、ピッチングを安定的に制振することがで
きない。このような場合は、回転体１１の回転速度の変
化の影響を小さくするように、前実施例における角速度
ωp の指令値を求めるための前述の比例定数Ｋの大きさ
を変化させることによって、この影響を小さくできる。

【００９４】さて第七実施例は、建設機械等に搭載され
ている機器６０の内、例えば電気機器の中で、通常高速
回転している状態で使用されている機器をジャイロスタ
ビライザとして利用する例を示している。これらの回転
機器の中である程度大きな角運動量を有するものは、そ
の自転軸（ジャイロ軸Ｊとする）に直交するプリセッシ
ョン軸Ｐを設けることによって、ジャイロスタビライザ
として利用可能となる。図３１にその実施例を示してお
り、以下これについて説明を行なう。油圧モータ６１に
よって発電機６２を駆動している場合、発電機６２は通
常慣性モーメントの大きな回転子を有しているので、前
記ジャイロスタビライザ１０の回転体１１として利用可
能である。また反対に、電動モータで油圧ポンプを駆動
している場合には、電動モータの電機子をジャイロスタ
ビライザ１０の回転体１１として利用することができ
る。このような電気機器の回転軸をジャイロ軸Ｊとし、
これに直交する軸の回りに電気機器が揺動自在になるよ
うに支持し、これをプリセッション軸Ｐとする。

【００９５】このようにして、通常使用している高速回
転電気機器をジャイロスタビライザとして利用すると、
建設機械に搭載する電気機器や制御機器の数を減らすこ
とができ、車体の軽量化や機器間のスペースの確保によ
る整備性の向上を図れる。

【００９６】また、建設機械搭載機器６０の中で、他の
回転機器を利用した実施例を図３２に示しているが、こ
の例はエンジンを利用している。エンジン６３はメイン
エンジンとは別に補助的な機能を持つために設けられて
おり、例えば油圧ポンプ６４や発電機等を駆動するため
に設けられる。エンジン６３及び油圧ポンプ６４の自転
軸をジャイロ軸Ｊとし、これに直交する軸の回りにエン
ジン６３及び油圧ポンプ６４等が揺動自在になるように
支持し、これをプリセッション軸Ｐをする。この構成に
よって、エンジン６３をジャイロスタビライザ１０の回
転体１１として利用することが可能となる。この例にお
いても、新たに他のジャイロスタビライザを設けずに済
むので、車体の軽量化や整備性の向上を図れる。

【００９７】

【発明の効果】ジャイロスタビライザ装置を上部旋回体
上に設け、建設機械のピッチングにより生じる外力のモ
ーメントと逆方向に、ジャイロモーメントを受動的に発
生させるようにしたので、ジャイロモーメントがピッチ
ングを抑えられる。この結果、カウンタウェイト等を大
きくしてピッチングを抑えるよりも車体の大きさを小型
化できる。複数個のジャイロスタビライザ装置を配置す
るとき、この内の少なくとも一個以上のジャイロスタビ
ライザ装置の回転体の自転方向を他と反対にすると、そ
れぞれのジャイロモーメントのピッチング方向以外の成
分がお互いに打ち消し合う。よって、ピッチングを制振
する方向のそれぞれのモーメントを合成したモーメント
だけが作用し、効果的な制振が可能となる。

【００９８】また、大きな質量を有するジャイロスタビ
ライザ部を旋回軸より後部の上部旋回体上に配置する
と、カウンタウェイトの一部として利用できるので、車
体全体の重量を軽量化でき、全体として小型化できる。
特にカウンタウェイトの近傍に設けると、その効果も大
きくなり、また車体後部からの整備性も良い。さらに、
ジャイロスタビライザ装置を複数個の小型なジャイロス
タビライザを使用して構成し、これらを分散して上部旋
回体の後端部及び後部側面端部に配置すると、車体後方
の視界性を損なうことが無く、また側面及び後部からの
整備性も改善される。

【００９９】また、ジャイロスタビライザ装置のプリセ
ッション軸を駆動モータで回転させ、これによりジャイ
ロモーメントをアクティブに発生させてピッチングを制
振させることができる。このときは、ピッチング角度、
ピッチング角速度及びピッチング角加速度等が所定の制
御目標値になるように、プリセッション軸角速度を制御
して最適なジャイロモーメントを発生できるので、ピッ
チングをより効果的に制振することができる。プリセッ
ション軸角速度を制御する際、プリセッション角度が所
定値以上になったら、この角速度制御を停止する。これ
により、作業中に旋回方向のジャイロモーメントによっ
て上部旋回体が急に旋回する等の危険性が少なくなる。

【０１００】回転体の自転用駆動モータとして油圧モー
タを使用するとき、回転体と駆動モータ間にクラッチを
設け、かつ油圧モータへの圧油の供給又は供給停止を切
り換える方向切り換え弁を設けたので、建設機械の作業
機や走行の一時的な出力増加の要求に答えることができ
る。すなわち、上記一時的な出力増加の要求があった
ら、上記油圧モータへの圧油の供給を停止し、この分の
油量を作業機や走行の方へ供給できるので、作業が効率
的になる。尚、このとき、クラッチを切断するので上記
回転体は惰性運転して角運動量を維持でき、この角運動
量でジャイロモーメントを発生させ、これによるピッチ
ングの制振が可能となる。

【０１０１】また、回転体の自転用油圧モータへの圧油
の供給方向を正方向又は逆方向に切り換える方向切り換
え弁を設けると、この油圧モータを油圧ポンプとして利
用できる。よって、上記のように建設機械の作業機や走
行の一時的な出力増加の要求があったとき、油圧モータ
をメインポンプの補助的なポンプとして使用し、上記一
時的な出力増加の要求に対してさらに効果的に対応でき
る。

【０１０２】上記回転体の惰性運転中又は上記油圧ポン
プモードで運転中に、回転体の回転速度が所定値以下に
なったとき、これらのモード運転を解除して通常の油圧
モータ加速運転を行なうようにしたので、回転体の回転
速度が低下してピッチングの制振能力が低下することを
防止できる。また、回転体の回転速度が所定値以上にな
ったとき、回転体の惰性運転を行なって回転体の回転速
度がそれ以上上がらないようにしたので、回転体の角運
動量を一定に維持できる。これによって、ジャイロモー
メントが回転体の速度変化によって受ける影響を小さく
でき、この結果ピッチングを安定的に制振できる。

【０１０３】さらに、回転体の自転用油圧モータとして
その斜板や斜軸を制御できる油圧モータを用いると、斜
板や斜軸を制御することによって回転体の回転速度をよ
り精度良く安定させることができる。よって、ジャイロ
モーメントが回転体の速度変化によって受ける影響を小
さくでき、この結果ピッチングをさらに安定的に制振で
きる。また、同じく斜板や斜軸を制御できる油圧モータ
を用いると、この油圧モータを油圧ポンプモードで使用
するときに回転体の回転速度の変化によってそのポンプ
の吐出量が変化するのを防止できる。したがって、油圧
ポンプモードで使用しても作業機や走行の速度安定性が
良い。

【０１０４】そして、プリセッション軸の角速度指令を
ピッチング角加速度の大きさに比例定数を掛けて演算で
求めるような制御アルゴリズムにおいて、回転体の回転
速度の変化によってジャイロモーメントの大きさが影響
を受けないように、上記比例定数の大きさを回転体の回
転速度の変化に対応して補正するようにした。この結
果、発生するジャイロモーメントの精度が良くなり、ピ
ッチングの制振効果がさらに向上する。

【０１０５】通常高速回転で使用されている建設機械搭
載の電気機器や制御機器及び他の回転機器等をジャイロ
スタビライザとして利用することにより、搭載する機器
の数を減少することができるので、車体の軽量化や整備
性向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第一実施例のジャイロスタビラ
イザ装置が取着された油圧ショベルの側面図である。

【図２】本発明に係わる第一実施例のジャイロスタビラ
イザ装置が取着された油圧ショベルの平面図である。

【図３】本発明に係わる第一実施例のジャイロスタビラ
イザ装置の説明図である。

【図４】本発明に係わる第一実施例の他の例を表す油圧
ショベルの側面図である。

【図５】本発明に係わる第一実施例の他の例を表す油圧
ショベルの平面図である。

【図６】本発明に係わる第一実施例の他の例を表すジャ
イロスタビライザ装置の説明図である。

【図７】本発明に係わる第二実施例のジャイロスタビラ
イザ装置が取着された油圧ショベルの平面図である。

【図８】本発明に係わる第二実施例のジャイロスタビラ
イザ装置の説明図である。

【図９】本発明に係わる第三実施例を説明する油圧ショ
ベルの側面図である。

【図１０】本発明に係わる第三実施例を説明する油圧シ
ョベルの平面図である。

【図１１】本発明に係わる第三実施例のジャイロスタビ
ライザ装置が取着された油圧ショベルの側面図である。

【図１２】本発明に係わる第三実施例のジャイロスタビ
ライザ装置が取着された油圧ショベルの平面図である。

【図１３】本発明に係わる第四実施例のジャイロスタビ
ライザ装置が取着された油圧ショベルの側面図である。

【図１４】本発明に係わる第四実施例のジャイロスタビ
ライザ装置が取着された油圧ショベルの平面図である。

【図１５】本発明に係わる第五実施例のジャイロスタビ
ライザ装置の説明図である。

【図１６】本発明に係わる第五実施例のプリセッション
軸制御機能ブロック図である。

【図１７】本発明に係わる第五実施例の油圧モータによ
るプリセッション軸制御回路ブロック図である。

【図１８】本発明に係わる第五実施例のプリセッション
軸制御フローチャートである。

【図１９】本発明に係わる第五実施例の電動モータによ
るプリセッション軸制御回路ブロック図である。

【図２０】本発明に係わる第五実施例の他の例の油圧モ
ータによるプリセッション軸制御回路ブロック図であ
る。

【図２１】本発明に係わる第五実施例の他の例のプリセ
ッション軸制御フローチャートである。

【図２２】本発明に係わる第五実施例の他の例の電動モ
ータによるプリセッション軸制御回路ブロック図であ
る。

【図２３】本発明に係わる第五実施例の二番目の例のプ
リセッション軸制御機能ブロック図である。

【図２４】本発明に係わる第五実施例の三番目の例のプ
リセッション軸制御機能ブロック図である。

【図２５】本発明に係わる第六実施例のジャイロスタビ
ライザ装置の説明図である。

【図２６】本発明に係わる第六実施例の油圧モータによ
る回転体回転制御回路ブロック図である。

【図２７】本発明に係わる第六実施例の油圧モータによ
る回転体回転制御フローチャートである。

【図２８】本発明に係わる第六実施例の他の例のジャイ
ロスタビライザ装置の説明図である。

【図２９】本発明に係わる第六実施例の他の例の油圧モ
ータによる回転体回転制御回路ブロック図である。

【図３０】本発明に係わる第六実施例の他の例の油圧モ
ータによる回転体回転制御フローチャートである。

【図３１】本発明に係わる第七実施例の電気機器をジャ
イロスタビライザ装置として利用する例の説明図であ
る。

【図３２】本発明に係わる第八実施例のエンジンをジャ
イロスタビライザ装置として利用する例の説明図で有
る。

【図３３】従来の油圧ショベルの掘削時ピッチングの説
明図である。

【符号の説明】

１…建設機械、２…上部旋回体、３…下部走行体、４…
ブーム、５…アーム、６…バケット、７…カウンターウ
ェイト、１０…ジャイロスタビライザ、１１…回転体、
１２…ジャイロスタビライザ駆動モータ、１２ａ…ジャ
イロスタビライザ駆動油圧モータ、１３…ジャイロスタ
ビライザ支持部材、１４…プリセッション軸駆動モー
タ、１４ａ…油圧モータ、１４ｂ…電動モータ、１５…
プリセッション角度検出器、１６…ピッチング角速度検
出器、１７…ピッチング角度検出器、１８…ピッチング
角加速度検出器、１９…回転速度検出器、２０…演算装
置、２１…ＣＰＵ、２２…ＲＯＭ、２３…ＲＡＭ、２４
…Ａ／Ｄ、２５…Ａ／Ｄ、２６…出力レジスタ、２７…
バス、２８…Ｄ／Ａ、３０…モータ駆動装置、３１…方
向切換弁、３２…直流モータ駆動アンプ、３３…油圧ポ
ンプ、３４…タンク、３５…管路、３６…管路、３７…
流量制御サーボ弁、３８…サーボアンプ、３９…サーボ
アンプ、４０…クラッチ、４１…運転状態入力手段、４
２…方向切換弁、４３…方向切換弁、４４…方向切換
弁、４５…管路、４６…管路、４７…管路、４８…管
路、４９…管路、５０…演算装置、５５…回転体回転速
度検出器、６０…油圧モータ、６１…発電機、６２…エ
ンジン、６３…油圧ポンプ、６６…油圧アクチュエー
タ、６７…リリーフ弁、６８…流量制御サーボ弁 Ｊ…ジャイロ軸、Ｐ…プリセッション軸、Ｓ…旋回軸、
Ｃ…旋回軸の接地点、Ｂ…ピッチング方向、Ｑ…ジャイ
ロモーメント軸（ピッチング軸）、Ｍ…モーメント、Ｍ
J …ジャイロモーメント、ＭJ1，ＭJ2…ジャイロモーメ
ント、Ｒ…設置可能範囲、θq …ピッチング角、ωq …
ピッチング角速度、αq …ピッチング角加速度、θp …
プリセッション角、ωp …プリセッション角速度、ωk
…回転体回転角速度

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部走行体(3) 上に旋回軸(S) を中心に
   して水平に旋回自在な上部旋回体(2) と、上部旋回体
   (2) にモーメントが掛かるように取着された作業機とを
   有する上部旋回式建設機械(1) において、 大きな慣性モーメントを有し、かつ駆動モータ(12)によ
   ってジャイロ軸(J) 回りに高速回転している回転体(11)
   と、 回転体(11)のジャイロ軸(J) に直交するプリセッション
   軸(P) の回りに回転体(11)を揺動自在に支持する支持部
   材(13)とを備えたジャイロスタビライザ(10)を上部旋回
   体(2) 上に取着し、かつ、 ジャイロ軸(J) 及びプリセッション軸(P) のいずれか一
   方を旋回軸(S) と平行にすると共に、他の一方を上部旋
   回体(2) の作業機モーメント軸方向と平行に配置したこ
   とを特徴とする上部旋回式建設機械のピッチング制振装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記ジャイロスタビライザ(10)は少なくとも２個以上設
   け、その中の少なくとも１個のジャイロスタビライザ(1
   0)の回転体(11)は、ジャイロ軸(J) 回りの回転方向を他
   の回転体(11)と反対方向に回転させることを特徴とする
   上部旋回式建設機械のピッチング制振装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記ジャイロスタビライザ(10)は、旋回軸(S) から後方
   の上部旋回体(2) 上に設けたことを特徴とする上部旋回
   式建設機械のピッチング制振装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、 前記ジャイロスタビライザ(10)は、旋回軸(S) から後方
   で、かつ上部旋回体(2) の側端部又は後端部に設けたこ
   とを特徴とする上部旋回式建設機械のピッチング制振装
   置。
5. 【請求項５】 前記ジャイロスタビライザ(10)の支持部
   材(13)に取着され、ピッチング角速度を検出するピッチ
   ング角速度検出器(16)と、 前記回転体(11)のプリセッション軸(P) 回りの回転角度
   を検出するプリセッション角度検出器(15)と、 ピッチング角速度検出器(16)が検出したピッチング角速
   度とプリセッション角度検出器(15)が検出したプリセッ
   ション角度とを入力し、このピッチング角速度、ピッチ
   ング角速度の微分値及びピッチング角速度の積分値の内
   の少なくとも一つ以上から求められるプリセッション軸
   回転角速度の指令値を演算すると共に、入力した前記プ
   リセッション角度が予め決められた所定の大きさの許容
   最大値より小さいときは前記演算された値のプリセッシ
   ョン軸回転角速度指令を出力する演算装置(20)と、 このプリセッション軸回転角速度指令に基づいて、動力
   信号を出力するモータ駆動装置(30)と、 この動力信号によってプリセッション軸(P) の回りに回
   転体(11)を回転させるプリセッション軸駆動モータ(14)
   とを付設したことを特徴とする請求項１、２、３又は４
   記載の上部旋回式建設機械のピッチング制振装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記回転体(11)のプリセッション軸(P) 回りの回転速度
   を検出する回転速度検出器(19)と、 前記演算装置(20)からのプリセッション軸回転角速度指
   令と回転速度検出器(19)からの回転速度とを比較し、こ
   の偏差が小さくなるようなプリセッション軸駆動モータ
   (14)の動力信号を出力するモータ駆動装置(30)とを備え
   たことを特徴とする上部旋回式建設機械のピッチング制
   振装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか一つの請求項
   において、前記駆動モータ(12)が油圧モータ(12a) であ
   るピッチング制振装置であって、 この油圧モータ(12a) と前記回転体(11)の間に加設され
   たクラッチ(40)と、 作業機用又は走行用のアクチュエータ(66)と、 アクチュエータ(66)の負荷状態を表す信号を出力する運
   転状態入力手段(41)と、 油圧ポンプ(33)から吐出される圧油を油圧モータ(12a)
   に供給するか否かを切り換える方向切換弁(42)と、 運転状態入力手段(41)から入力された前記負荷状態を表
   す信号によって、少なくともアクチュエータ(66)の出力
   の増加が必要と判断したときに、クラッチ(40)に切断指
   令を出力すると共に、油圧ポンプ(33)からの圧油をタン
   クへ、あるいは、油圧ポンプ(33)からの圧油をアクチュ
   エータ(66)へ切り換えるように方向切換弁(42)に指令を
   出力する演算装置(50)とを備えたことを特徴とする上部
   旋回式建設機械のピッチング制振装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記回転体(11)に取着され、回転体(11)の回転速度を検
   出する回転速度検出器(55)と、 前記クラッチ(40)の切断状態で、かつ回転速度検出器(5
   5)から入力された回転速度が予め決められた所定の最小
   回転速度より小さいときは、クラッチ(40)に接続指令を
   出力して回転体(11)の回転を加速させ、また前記回転速
   度が予め決められた所定の最大回転速度より大きいとき
   は、クラッチ(40)に切断指令を出力して回転体(11)を惰
   性回転させる演算装置(50)とを備えたことを特徴とする
   上部旋回式建設機械のピッチング制振装置。
9. 【請求項９】 請求項１から６のいずれか一つの請求項
   において、前記駆動モータ(12)が油圧モータ(12a) であ
   るピッチング制振装置であって、 作業機用又は走行用のアクチュエータ(66)と、 アクチュエータ(66)の負荷状態を表す信号を出力する運
   転状態入力手段(41)と、 油圧ポンプ(33)から吐出される圧油を油圧モータ(12a)
   に供給するか、あるいは、油圧モータ(12a) が駆動され
   るときに生じる圧油をアクチュエータ(66)に供給するか
   のいずれかに切り換える方向切換弁(43)と、 運転状態入力手段(41)から入力された前記負荷状態を表
   す信号によって、少なくともアクチュエータ(66)の出力
   の増加を必要と判断したときに、油圧モータ(12a) が駆
   動されるときに生じる圧油をアクチュエータ(66)に供給
   するように方向切換弁(43)に指令を出力する演算装置(5
   0)とを備えたことを特徴とする上部旋回式建設機械のピ
   ッチング制振装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記油圧モータ(12a) と前記回転体(11)の間に加設され
    たクラッチ(40)と、 回転体(11)に取着され、回転体(11)の回転速度を検出す
    る回転速度検出器(55)と、 回転体(11)によって油圧モータ(12a) が駆動されている
    とき、かつ回転速度検出器(55)から入力された回転速度
    が予め決められた所定の最小回転速度より小さいとき、
    あるいは、前記回転速度が予め決められた所定の最大回
    転速度より大きいときは、回転体(11)を惰性回転させる
    ようにクラッチ(40)に切断指令を出力する演算装置(50)
    とを備えたことを特徴とする上部旋回式建設機械のピッ
    チング制振装置。
11. 【請求項１１】 請求項７又は９において、前記油圧モ
    ータ(12a) がその斜板又は斜軸の傾斜角を変更すること
    によってその回転速度を制御できる油圧モータ(12b) で
    あるピッチング制振装置であって、 前記回転体(11)に取着され、回転体(11)の回転速度を検
    出する回転速度検出器(55)と、 回転速度検出器(55)から入力された回転速度が予め決め
    られた所定の最大回転速度より大きくなったときは、前
    記回転速度がこの最大回転速度を越えないように、油圧
    モータ(12b) の斜板又は斜軸の傾斜角を制御する指令を
    出力する演算装置(50)とを備えたことを特徴とする上部
    旋回式建設機械のピッチング制振装置。
12. 【請求項１２】 請求項１から６のいずれか一つの請求
    項において、前記駆動モータ(12)がその斜板又は斜軸の
    傾斜角を変更することによって回転速度を制御できる油
    圧モータ(12b) であるピッチング制振装置であって、 前記回転体(11)に取着され、回転体(11)の回転速度を検
    出する回転速度検出器(55)と、 回転速度検出器(55)から入力された回転速度が予め決め
    られた所定の最大回転速度より大きくなったときは、前
    記回転速度がこの最大回転速度を越えないように、油圧
    モータ(12b) の斜板又は斜軸の傾斜角を制御する指令を
    出力する演算装置(50)とを備えたことを特徴とする上部
    旋回式建設機械のピッチング制振装置。
13. 【請求項１３】 請求項９において、前記油圧モータ(1
    2a) がその斜板又は斜軸の傾斜角を変更することによっ
    て回転速度を制御できる油圧モータ(12b) であるピッチ
    ング制振装置であって、 前記回転体(11)に取着され、回転体(11)の回転速度を検
    出する回転速度検出器(55)と、 回転体(11)の惰性回転により駆動された油圧モータ(12
    b) が圧油を吐出しているとき、油圧モータ(12b) から
    の吐出量が一定になるように、回転速度検出器(55)より
    入力した回転速度の変化に対応して油圧モータ(12b) の
    斜板又は斜軸の傾斜角を制御する指令を出力する演算装
    置(50)とを備えたことを特徴とする上部旋回式建設機械
    のピッチング制振装置。
14. 【請求項１４】 請求項１０において、前記油圧モータ
    (12a) がその斜板又は斜軸の傾斜角を変更することによ
    って回転速度を制御できる油圧モータ(12b)であるピッ
    チング制振装置であって、 前記回転体(11)の惰性回転により駆動された油圧モータ
    (12b) が圧油を吐出しているとき、油圧モータ(12b) か
    らの吐出量が一定になるように、回転速度検出器(55)よ
    り入力した回転速度の変化に対応して油圧モータ(12b)
    の斜板又は斜軸の傾斜角を制御する指令を出力する演算
    装置(50)を備えたことを特徴とする上部旋回式建設機械
    のピッチング制振装置。
15. 【請求項１５】 請求項１から１４のいずれか一つの請
    求項において、 前記回転体(11)又は前記駆動モータ(12)は、前記ジャイ
    ロスタビライザ(10)の構成機器と異なった、大きな慣性
    モーメントを有して高速回転している建設機械搭載機器
    (60)であることを特徴とする上部旋回式建設機械のピッ
    チング制振装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５において、 前記建設機械搭載機器(60)はエンジン(63)であることを
    特徴とする上部旋回式建設機械のピッチング制振装置。