JPH08319631A

JPH08319631A - 作業機器の安全操作構造

Info

Publication number: JPH08319631A
Application number: JP12510595A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakanishi; 鉄也中西; Takeaki Nozaki; 豪朗野崎; Yoshizo Sakamoto; 佳三坂本; Shuji Shiozaki; 修司塩崎
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】作業機器作動用のアクチュエーターを操作す
る操作レバーに中立位置に復帰させるバイラテラル力を
付与する構成において、作業機器の負荷の変動や作業機
器を具備する作業体の傾斜等により、適切なバイラテラ
ル力を操作レバーに付加して、オペレーターの意図に反
して操作レバーが傾倒する不具合を解消する。【構成】作業機器のアクチュエーターの作業付加Ｆの
検出に基づいて、また、加速度センサーＳ１・Ｓ２、或
いは二軸傾斜センサーＳ３の検出値に基づいて、バイラ
テラルアクチュエーターＢＡにバイラテラル力を付与す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばブーム、アー
ム、バケット等の作業機器を具備するバックホー等、作
業機器を具備する作業体において、作業機器の負荷変動
や本体の傾斜等に関わらず作業機器が突発的に誤作動し
ないようにするための操作レバーや油圧系における作業
機器の安全操作構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】作業機器の操作レバーとして、例えば前
後左右に傾倒可能とし、その傾倒方向及び傾倒角度に応
じて作業機器の作動方向及び作動速度を制御する油圧バ
ルブ操作機構は、例えば実開平３−１２１０８４等にて
公知となっており、この中で、操作レバーの中立位置へ
の復帰手段が設けられていることが開示されている。ま
た、実公昭６３−２９０００においては、作業機器を具
備する作業体の実施例として掘削作業車（バックホー）
が開示されており、この中で、作業機器自体の回動角を
検出する手段を設けて、この検出値を基に作業機器の高
さを精度良くする構成が開示されている。

【０００３】また、作業機器駆動用のアクチュエーター
制御系において、加減速時や制御特性の切換時に作業機
器に衝撃を与えることのないようにアクチュエーターの
作動量を制御する構造が特開平４−２５８５０２にて開
示されており、また、油圧アクチュエーターである場合
に、その油圧系において、駆動源の回転数や作業機器に
かかる負荷の変動に拘らず、操作レバーの操作量に比例
してアクチュエーター制御用のバルブを操作するため、
ポンプ吐出量を制御する構成は特開平４−２５８５０
３、特開平４−２８５３０１、特開平４−２８５３０２
にて開示されている。更に、作業機器を具備する作業体
であるバックホーのバケットの掘削深さを自動制御する
構成が、特公昭６３−３７２１０にて開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】操作レバーには中立位
置への戻し力が付与されるのは、前記の如く公知である
が、作業機器にかかる負荷が急に軽くなった場合に、そ
の戻し力も軽くなってしまって、不意に操作レバーの傾
倒角度が大きくなり、思った作動量以上に作業機器を作
動させてしまったりして、作業精度が狂うおそれがあっ
た。また、従来のバイラテラル力付与用のアクチュエー
ターは、２方向の傾倒操作レバーを姿勢制御しながらそ
れぞれの向きにて中立位置に復帰させるようにするた
め、前記特開平３−１２１０８４のように、二個のアク
チュエーターよりなっており、コスト高に繋がる。更
に、従来のバイラテラル力の付与は、作業機器を具備す
る作業体本体の傾斜に対応するものではなく、作業体が
一方に傾斜している場合に、下方傾斜側に操作レバーを
傾倒すると、思った以上に傾倒角度が大きくなるという
不具合を解消できなかった。

【０００５】また、作業機器作動用アクチュエーターの
油圧系においては、大容量のポンプ一つに対して複数の
アクチュエーターに分岐状に油圧回路を並設することが
あるが、例えば二個の分岐油圧回路を設けた場合におい
て、一個のアクチュエーター作動を停止し、もう一個の
アクチュエーターを作動させる場合には問題はないが、
同時に二個のアクチュエーターを作動させるべく、両分
岐回路に圧油供給する場合には、圧油流動量が二個のア
クチュエーターの負荷関係等にて変動するので、前記特
公昭６３−３７２１０の如くに自動制御で両アクチュエ
ーターの作動量を設定する場合に、設定値とアクチュエ
ーターの作動速度に誤差が生じるという事態が発生し、
アクチュエーターが思うような軌道を動作しない。ま
た、従来の分岐油圧回路においては、前記特開平４−２
５８５０３、特開平４−２８５３０１、特開平４−２８
５３０２等のように各アクチュエーター制御用に各分岐
回路に設けるバルブをクローズドセンター方式、即ち、
中立時に作動油流動を分断する構成となっており、片方
のアクチュエーターへの圧油流動を停止している場合に
は、片方の分岐回路に圧油を分流させ圧力補償するため
のバルブを必要としており、油圧系構造が複雑となり、
コスト高となっていた。

【０００６】また、特にブーム・アーム・バケットの作
業機器を具備する作業体であるバックホーにおいて、ブ
ーム・アームは別個の油圧ポンプより圧油供給されてお
り、前記特公昭６３−３７２１０の如く自動制御する場
合に、ブーム・アーム各々の作動用アクチュエーターを
同時に作動させても、互いに圧油を共有しないので、分
流による設定値と作動量との誤差は生じないが、バケッ
トはブームと同一操作レバーにて操作するものであり、
操作レバーの操作による手動時にはブーム・バケットが
同時に作動されることはないことから、バケット作動用
アクチュエーターへの油圧回路をブームへの油圧回路か
ら分岐させている。この状態で自動制御する場合、ブー
ムとバケットを同時に作動させる場合もあり、前記の弊
害を生じる。そして、従来の如くクローズドセンター方
式のバルブを使用している場合には、分流及び圧力補償
のための構成が必要となり、コスト高に繋がっていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
課題を解決するために、次のような手段を用いる。即
ち、操作レバーの傾倒角度に比例して、作業体の具備す
る作業機器の作動速度を変更可能とした構成において、
該作業機器の作動負荷の増減に応じて、傾倒する操作レ
バーを中立位置に戻すバイラテラル力を付与するアクチ
ュエーターの作動力を制御し、作業体の傾斜に拘らず、
バイラテラル力を常に一定になるように構成した。

【０００８】また、前記構成において、一体のアクチュ
エーターにて、中立位置を挟んで正負方向のバイラテラ
ル力を操作レバーに付与できる構成とした。

【０００９】また、複数の作業機器と複数の傾倒方向を
有する操作レバーを具備し、操作レバーの傾倒方向によ
って作動する作業機器の選択及びその作動方向を操作す
る構成の作業体において、該作業体に水平面上の直交二
軸方向の傾斜検出手段を設け、該検出に基づき、下方傾
斜側への操作レバーの傾倒に対して反力を付加するよう
構成した。

【００１０】また、油圧ポンプの下流側にて、油圧シリ
ンダーとその制御用の油圧切換バルブよりなる複数の油
圧回路を分岐的に並設した構造において、該切換バルブ
は、中立時に戻し油を流通自在の構成とし、各シリンダ
ーの流出入圧とポンプの吐出圧とを検出する手段を設
け、該検出値に基づいて油圧シリンダーの流入油量を保
持しながら、更に、これらの総和である全シリンダーの
流入油総量及び戻し油量と、油圧ポンプ吐出油量とを一
致すべくパイロット圧を制御する構成とした。

【００１１】また、ブーム、アーム及びバケットよりな
る作業機器を有する作業体であるバックホーに、各作業
機器の回動を設定位置にて停止させるための自動制御手
段を備えたものにおいて、ブーム回動、アーム回動、本
体旋回用の油圧アクチュエーターと各制御用バルブに、
独立した３個の油圧源より各々作動油を供給し、作業機
器の手動操作時はブーム・アーム回動用アクチュエータ
ーの油圧回路からの分岐回路に設けた制御用バルブに
て、自動制御用は本体旋回用アクチュエーターの油圧回
路からの分岐回路に設けた制御用バルブにてバケット回
動用アクチュエーターを制御する構成とした。

【００１２】

【作用】本発明は以上のように構成したので、作業機器
の作動負荷に対応してバイラテラル力付与用のアクチュ
エーターの作動量を返答させ、バイラテラル力を作業機
器の負荷変動に拘わらず一定にでき、作業機器の負荷が
急に低減した場合に急に操作レバーを傾倒させてしまう
という事態を回避する。

【００１３】また、このようなバイラテラル力を付与す
るアクチュエーターを一体とすることで、駆動源が省略
され、コスト低下に繋がる。

【００１４】また、作業体の水平面上における二軸方向
にて作業体の傾斜を検出し、その検出値を基に、下方傾
斜側へ操作レバーを傾倒する場合にバイラテラル力を付
与する構成とすることで、下方傾斜側へ操作レバーを傾
倒する速度が速まることがなく、安全に操作できる。

【００１５】また、作業機器作動用のアクチュエーター
の分岐油圧系において、アクチュエーター制御用の切換
バルブをオープンセンター方式、即ち中立時に戻し油を
流通可能とする方式とすることで、片方の分岐回路から
もう片方の分岐回路に分流させ、圧力を補償する構成は
不要となり、また、パイロット油圧は、シリンダー流出
入圧とポンプ吐出圧との関係から決定し、ポンプ吐出油
量も、シリンダー流入量との総和に一致するので、バル
ブへのパイロット圧油設定値とシリンダーの作動量に誤
差が生じない。

【００１６】また、ブーム・アーム・バケットの作業機
器を具備する作業体であるバックホーにおいて、自動制
御時にブーム回動用アクチュエーターへの圧油供給用の
油圧ポンプと、バケット回動用アクチュエーターへの圧
油供給用の油圧ポンプとは独立し、同時にブームとバケ
ットとを操作しても、設定値とアクチュエーターの実際
作動量とに誤差が生じない。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例について、図面より説明す
る。図１はバックホーにおける操作レバーのバイラテラ
ル力制御ブロック図、図２は作業負荷に対応してバイラ
テラル力ＢＦの発生信号の算出方法を示すグラフで、
（ａ）はシリンダー作動時において、圧力センサー検出
値の推移より検出されるシリンダーの作業負荷Ｆの時間
的推移を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）と同じ作動量にお
ける平均的なシリンダー作動時におけるシリンダー圧
Ｆ’の時間的推移を示すグラフ、（ｃ）はシリンダー作
動中における｜Ｆ−Ｆ’｜の時間的推移を示すグラフ、
図３は操作レバーに波動を付加する構成における波動振
幅の時間的推移を示すグラフ、図４は一つのモーターに
て正負方向にバイラテラル力を付与できるバイラテラル
アクチュエーターＢＡ’の側面一部断面図、図５は同じ
く平面一部断面図、図６は操作レバーＬ基端に加速度セ
ンサーＳ１・Ｓ２を設けたバックホーの側面図、図７は
加速度センサーの配置構成を示す操作レバーＬ付近の平
面図、図８は検出加速度α（β）に対するバイラテラル
力ＢＦの出力値を示すグラフ、図９は加速度センサー検
出に対応するバイラテラル力ＢＦとシリンダーの作業負
荷に対応するバイラテラル力ＢＦ’との総和を出力する
制御ブロック図、図１０は本体に二軸傾斜センサーＳ３
を配設したバックホーの側面図、図１１は二軸傾斜セン
サーＳ３の検出する傾斜角度ａ・ｂを示すＸ−Ｙ−Ｚ座
標を示す図、図１２はバイラテラルアクチュエーターＢ
Ａ１・ＢＡ２を付設した操作レバーＬ１・Ｌ２の正面略
図、図１３は操作レバーＬ１・Ｌ２の傾倒方向を示す平
面略図、図１４は従来のバックホーにおける作業機器ア
クチュエーターの油圧回路図、図１５はバケットシリン
ダーＣＹ３制御用のバルブを手動時と自動制御時で切り
換える構成の作業機器アクチュエーターの油圧回路図、
図１６は図１５の油圧回路を用いた場合の作業機器操作
手順を示すフローチャート、図１７は一つのポンプから
オープンセンター方式バルブとシリンダーを有する油圧
回路を分岐並設した油圧回路図、図１８は図１７におけ
る第一バルブのポート構成を示す図、図１９は第一バル
ブにおける指令値Ｖ₁に対するポート開口面積の変位を
示すグラフ、図２０は図１７の油圧回路におけるバルブ
制御指令値決定及びポンプ吐出流量制御を示すフローチ
ャートである。

【００１８】図１より作業体であるバックホーにおいて
の操作レバーのバイラテラル力制御構造について説明す
る。バックホーには、ブーム１・アーム２・バケット３
の作業機器が具備されており、各作業機器には、それぞ
れの作動用アクチュエーターで、油圧シリンダーのブー
ムシリンダーＣＹ１、アームシリンダーＣＹ２、バケッ
トシリンダーＣＹ３が付設されていて、各シリンダーの
伸縮駆動により各作業機器が上下に回動可能となってい
る。各シリンダーＣＹ１〜ＣＹ３の操作は、操作レバー
Ｌ（後記操作レバーＬ１・Ｌ２を総称したもの。）の回
動量をレバー角度検出器Ｓにて検出して、コントローラ
ーＣに入力し、該コントローラーＣにて入力値を基にサ
ーボアンプＳＡ１・ＳＡ２・ＳＡ３を制御して、各シリ
ンダーＣＹ１〜ＣＹ３の制御バルブである比例式油圧バ
ルブのブーム制御バルブＶ１・アーム制御バルブＶ２・
バケット制御バルブＶ３に圧油を供給する。この中で、
操作レバーＬは中立位置（鉛直方向位置）より正負の方
向に傾倒可能となっている。なお、図１では開示してい
ないが、図６等のように、後記の如く、ブーム１・アー
ム２・バケット３の作業機器を水平方向に回動させる旋
回操作をすべく、ブーム１基端を枢支するブームブラケ
ット４がバックホー本体に対して水平方向に回動可能に
枢支されており、該ブームブラケット４の水平方向回動
駆動を、図１４にて示した各シリンダーＣＹ１〜ＣＹ３
と同様のスイングシリンダーにて行うようにしている。

【００１９】この操作レバーＬの基端近傍には、中立位
置への復帰力（バイラテラル力）を付与すべく、バイラ
テラルアクチュエーターＢＡが付設されている。本実施
例では、油圧シリンダーとなっており、その伸縮駆動に
て、傾倒する操作レバーＬにバイラテラル力を付与する
構成となっているが、その他、モーター制御にてリンク
を作動させる構成のもの等もある。そして、本実施例で
は、単に初期設定されたピストン位置にピストンを復帰
させることでバイラテラル力を発生させる構成ではな
く、作業機器の負荷を検出し、それに基づいて、作動力
を制御するよう、コントローラーＣからの指令によるサ
ーボアンプＳＡ４の制御にて伸縮駆動されるものであ
る。

【００２０】このバイラテラルアクチュエーターＢＡの
制御用入力信号として、ブーム１・アーム２・バケット
３の各作業機器の各基端回動角度θ₁・θ₂・θ₃、及
び各シリンダーＣＹ１・ＣＹ２・ＣＹ３のシリンダー圧
（本実施例では、ブーム１のシリンダー圧Ｐ₁・Ｐ₂の
検出のみ開示している。）がコントローラーＣに入力さ
れる。シリンダー圧Ｐ₁・Ｐ₂は、シリンダーにかかる
負荷、即ち作業機器アクチュエーターにかかる負荷力を
表示するものであり、これを作業負荷Ｆとし、作業機器
（ブーム１）の一定量の回動中に発生した作業負荷Ｆの
時間的推移をグラフ化すると、例えば図２（ａ）のよう
になる。また、作業機器が同一の回動量で回動する時の
作業負荷の平均値Ｆ’の時間的推移は、図２（ｂ）に示
す如くになる。つまり図２（ｂ）の如くに作業負荷が推
移する場合は、作業負荷Ｆは０であり、バイラテラル力
を増加する必要はない。しかし、平均値以上に負荷がか
かって、作業負荷Ｆが図２（ａ）のように推移する時
に、バイラテラル力の増加が必要なのである。そこで、
作業負荷Ｆと作業負荷平均値Ｆ’との作業の絶対値｜Ｆ
−Ｆ’｜に比例する値（Ｋ・｜Ｆ−Ｆ’｜）をバイラテ
ラル力の増加値ＢＦ’とし（図９に示すバイラテラル力
ＢＦ’と同じ）、その作動方向によって、中立位置を挟
んで正の向き又は負の向きに操作レバーＬを押す（又は
引く）よう、バイラテラルアクチュエーターＢＡを駆動
制御するのである。

【００２１】なお、バイラテラルアクチュエーターＢＡ
に付与するバイラテラル力は、人に知覚させるだけの量
とするには、相当量を必要とする。即ち、アクチュエー
ターを大容量としたり、レバーのリンク機構を大がかり
にする等の必要があったが、バイラテラル力に代えて、
操作レバーＬに振動を付与する方法もある。即ち、前記
の実施例と同様に、各作業機器の回動量θ₁〜θ₂やシ
リンダー圧Ｐ₁、Ｐ₂等を検出して、各作業機器の操作
方向や作業負荷を検出し、バイラテラル力の増加量に相
当する振幅量で、図３のように、操作レバーＬの傾倒側
と同一方向には緩い位相の振動を、傾倒側と逆向きには
急位相の振動を付与し、操作レバーＬを握る作業者に、
操作レバーＬの傾倒側と逆側に負荷がかかるように知覚
させるのである。振動を発生させる力はバイラテラル力
よりも弱くてすみ、また、大きなバイラテラル力により
思わぬ方向に操作レバーＬを誤操作するような事態も回
避される。なお振幅量ｄは、作業負荷に対応させて増減
させるものとしてもよい。

【００２２】ところで、図１に示したバイラテラルアク
チュエーターＢＡは、シリンダーのピストンロッドの伸
縮駆動にて操作レバーＬを中立位置を挟んで正負方向に
動かすことができ、即ち、アクチュエーター一体でこの
動きが可能なのであるが、このようなシリンダー一本の
制御では操作レバーＬの姿勢が覚束ないので、通常はバ
イラテラル力を正の向きに付与するアクチュエーターと
負の向きに付与するアクチュエーターの二体のアクチュ
エーターより構成している。従って、コストが高くな
る。そこで、一体のアクチュエーターにて正確な姿勢で
操作レバーＬにバイラテラル力を付与できる構成が望ま
れる。

【００２３】図４及び図５のバイラテラルアクチュエー
ターＢＡ’は、これを実現するものである。この構成を
説明すると、まず、操作レバーＬの操作対称であるパイ
ロットコントロールバルブＣＶが、下部固定板６に垂設
されており、その上部において、操作レバーＬの基端が
押えカム５に固定されて、操作レバーＬが上方突設して
いる。

【００２４】下部固定板６は、パイロットコントロール
バルブＣＶ取付部分より一方が延出しており、この部分
にて、上方に縦状フレーム７・７・７が立設されてい
る。中央の縦状フレーム７からはモーター取付板８を水
平方向に延設して、モーター９（ＤＣモーター）を水平
方向に取り付けており、モーター軸９ａに減速機１０が
環設されていて、該減速器１０に下部リンク１１の一端
が固設されている。また、両端の縦状フレーム７・７の
各上部に軸受１２・１２が固設されていて、両軸受１２
・１２間に回動軸１３が枢支横設されており、該回動軸
１３に、平行状の上部リンク１４・１４の各一端が固設
されている。

【００２５】そして、操作レバーＬの基端部の該押えカ
ム５の直上方において、操作レバーＬの傾倒量を許容す
る広さの嵌装孔１５ａを穿設し、その中に操作レバーＬ
を嵌装している押えプレート１５が配置されており、該
押えプレート１５の下方に垂設する軸受１８・１８間に
回動軸１９を枢支横設して、該回動軸１９に下部リンク
１１の他端を固設している。また、該押えプレート１５
より上方に突設する軸受１６・１６間に回動軸１７を枢
支横設して、該回動軸１７に上部リンク１４・１４の他
端を固設して、該上部リンク１４・１４と該下部リンク
１１にて上下平行の平行リンクを形成して、リンク回動
により、押えプレート１５を正確に上下方向に移動可能
としている。また、モーター軸９ａの回転方向は、下部
リンク１１を下方に回動させる方向、即ち、押えプレー
ト１５を下方に移動させる方向である。

【００２６】このような構成で、操作レバーＬを傾倒さ
せると、それと一体に傾倒する押えカム５の一部が、押
えプレート１５の下面に押当して、下方より押えプレー
ト１５を押し上げようとする。この時、モーター９にト
ルクを発生させて、平行リンク１１・１４を回動し、押
えプレート１５を下方に押し下げる力を付与する。これ
にて、押えプレート１５が下方に押えカム５を押し下げ
て、水平の姿勢にしようとするので、操作レバーＬに、
直立の状態、即ち、中立位置に復帰しようとするバイラ
テラル力がかかるのである。

【００２７】次に、図６乃至図１１の実施例について説
明する。本実施例は、バックホー本体の傾斜に対して操
作レバーに安全上のバイラテラル力を付与する構成であ
る。この実施例を示す前に、まず、これらの実施例に使
用される操作レバーＬ１・Ｌ２の構造を、図１２及び図
１３より説明すると、前後方向に傾倒するとブーム操
作、左右方向に操作するとバケット操作となる操作レバ
ーＬ１と、前後方向に傾倒するとアーム操作、左右方向
に操作すると旋回操作、即ち、ブーム１基端を枢支する
ブームブラケット４のバックホー本体に対する水平回動
操作となる操作レバーＬ２とを左右に配設しており、各
基端ブームには、バイラテラルアクチュエーターＢＡ１
・ＢＡ２が付設されている。

【００２８】なお、図６乃至図１１に開示する操作レバ
ーＬは操作レバーＬ１・Ｌ２を総称するものである。従
って、操作レバーＬという時は、両操作レバーＬ１・Ｌ
２を表す。

【００２９】加速度センサーＳ１・Ｓ２の検出値に基づ
いてバイラテラルアクチュエーターＢＡ１・ＢＡ２を制
御する構成を図６乃至図９より説明する。図６及び図７
の如く、操作レバーＬの基端部において、レバーの前部
（後部でも可）に、バックホー本体の前後方向の回動加
速度を検出する加速度センサーＳ１と、その左右片側に
は、バックホー本体の左右宝庫の回動加速度を検出する
加速度センサーＳ２を配設する。

【００３０】このバイラテラル力制御構造に関してコン
トローラーＣに入力される信号は、ブーム１・アーム２
・バケット３の各基端回動角度θ₁・θ₂・θ₃、及び
ブームブラケット４の左右回動角度θ_Sと、作業機器作
動用アクチュエーターＣＹ１・ＣＹ２・ＣＹ３及び旋回
モーターＭの各油圧、そして、加速度センサーＳ１・Ｓ
２の各検出加速度α・βである。

【００３１】各回動角度θ₁・θ₂・θ₃・θ_sの入力
信号及び各アクチュエーターの油圧は、作業機器の作業
負荷Ｆの算出に用いられ、前記と同様に、該作業負荷Ｆ
に応じてバイラテラル力ＢＦ’を負荷するためのもので
あるが、検出加速度α・βは、その大きさに応じて、バ
イラテラルアクチュエーターＢＡ１又はＢＡ２にバイラ
テラル力ＢＦを付与する。これは図８のグラフに表され
る。即ち、操作レバーＬ１又は操作レバーＬ２（操作レ
バーＬ）を前後方向に傾倒しているのであれば、加速度
センサーＳ１の検出値αを基に、左右方向傾倒している
のであれば、加速度センサーＳ２の検出値βを基に、該
グラフを基に、レバー傾倒側と反対側にバイラテラル力
ＢＦを付与するのである。従って、図９のように、作業
負荷に基づいてのバイラテラル力ＢＦ’と加速度センサ
ー検出値に基づくバイラテラル力ＢＦを合計し、バイラ
テラルアクチュエーターＢＡ１又はＢＡ２を駆動制御す
るのである。

【００３２】この制御は、バックホー本体が傾斜してい
るか否かに拘らず、操作レバーＬ１・Ｌ２の傾倒中の加
速を基にバイラテラル力を付与するので、例えば、作業
機器を速く作動させたいために作業者が操作レバーＬ１
・Ｌ２を速く傾倒操作した場合にも、それに対応したバ
イラテラル力が発生することとなり、作業の効率性は悪
くなるが、常に一定の速度で操作レバーを操作できるこ
ととなる

【００３３】次に、二軸傾斜センサーＳ３を用いた場合
のバイラテラル力負荷構造について図１０及び図１１よ
り説明する。この場合は、バックホー本体の傾斜を基に
バイラテラル力を付与するものであるから、作業者が作
業機器を速く作動させるべく、操作レバーＬを速く傾倒
操作しても、それに比例してバイラテラル力が発生する
ことはなく、作業効率性が保持できる。

【００３４】二軸傾斜センサーＳ３は、図１０のように
バックホー本体に配設されており、該センサーにおける
水平方向の検出軸は、図１１の如く、前後方向をＸ軸
（前方を正）、左右方向をＹ軸（左方を正）としてお
り、各Ｘ軸・Ｙ軸において、鉛直方向のＺ軸（上方を
正）に対する傾斜角度ａ・ｂを検出する。検出角度ａ＜
０の時には、バックホー本体の前部が下方傾斜してお
り、ａ＞０の時には後部が下方傾斜していることとな
る。この場合に、操作レバーＬ１にてブーム操作する
時、又は操作レバーＬ２にてアーム操作をする時には、
ａ＜０の場合はレバーを前方に傾倒する時に、ａ＞０の
場合はレバーを後方に傾倒する時に、作業負荷Ｆの検出
に基づくバイラテラル力ＢＦ’に加えて、傾斜によるレ
バー傾倒速度の増速を回避すべく、バイラテラル力を付
加する。この場合におけるその反対側への傾斜時、或い
はａ＝０の場合においては、作業負荷に基づくバイラテ
ラル力ＢＦ’のみが付加される。

【００３５】また、ｂ＜０の時には、バックホー本体の
左部が下方傾斜しており、ｂ＞０の場合には右部が下方
傾斜している。従って、前者の場合、操作レバーＬ１に
てバケット操作をする時、又は操作レバーＬ２にて旋回
操作をする時に、ｂ＜０の場合はレバーを左方傾倒する
時のみ、ｂ＞０の場合には右方傾倒する時のみ傾斜時の
バイラテラル力ＢＦを付加するのである。二軸傾斜セン
サーＳ３の出力α・βからバックホー本体が最大に傾斜
している方向をδとすると、δは、数１より求められ、
その時の最大傾斜角度γは、数２より求められ

【００３６】

【数１】

【００３７】

【数２】

【００３８】今、バックホー本体の許容最大傾斜角度を
θ_MAXとし、その際にレバーに発生させる力（トルク）
をＦ_MAX（Ｔ_MAX）とすると、現実の傾斜角度γに対し
ては、数３の如く求められる力Ｆ又はトルクＴをレバー
に発生させるものである。

【００３９】

【数３】

【００４０】次に、油圧駆動式の作業機器アクチュエー
ターにおける手動設定と自動制御設定の切換構造につい
て図１４乃至図１６より説明する。従来の作業機器アク
チュエーターであるブームシリンダーＣＹ１・アームシ
リンダーＣＹ２・バケットシリンダーＣＹ３及び旋回モ
ーターＭにおける油圧系の構造は、図１４の如くであ
り、油圧ポンプＰ１からはアーム制御バルブＶ２を介し
てアームシリンダーＣＹ２に、油圧ポンプＰ３からは旋
回制御バルブＶ４を介して旋回モーターＭに圧油供給し
ており、油圧ポンプＰ２からは、分岐状に、ブーム制御
バルブＶ１を介するブームシリンダーＣＹ１への油路
と、バケット制御バルブＶ３を介するバケットシリンダ
ーＣＹ３への油路を設けている。

【００４１】手動設定は、操作レバーＬ１・Ｌ２の傾倒
操作にて各作業機器アクチュエーターを作動させるもの
であり、自動制御設定は、操作レバーＬ１・Ｌ２の操作
に依らず、圧力設定器に各作業機器アクチュエーターの
圧力を設定して、一定の位置にアクチュエーターを位置
決め制御するものである。この手動設定と自動制御設定
の切換構成については後述するとして、従来の油圧回路
構造の場合、油圧ポンプＰ２にて圧油供給されるブーム
シリンダーＣＹ１とバケットシリンダーＣＹ３への分岐
油圧回路において、自動制御設定時に、シリンダーへの
負荷や作動状態によって、各制御バルブの流動量が変動
するので、圧力設定器にて設定した圧力では正確な位置
決めにならないケースが生じる。特に、ブーム１とバケ
ット３とを同時作動させる場合にこの傾向が顕著となる
（手動の場合には、両者は同一の操作レバーＬ１にて傾
倒方向の違う向きに操作されるので、同時に操作される
ことはない。）。これを防止するには、各分岐油路への
圧油を補償したり一方への圧油供給を停止したりする構
造を必要とするが、構造が複雑になり、コスト高に繋が
るのである。

【００４２】そこで、本実施例においては、図１５の如
き油圧回路構成とする。即ち、油圧ポンプＰ２からは、
従来通りに分岐回路を設け、一方をブーム制御バルブＶ
１を介するブームシリンダーＣＹ１への油路とする一
方、もう一方を、手動設定時に制御される第１バケット
制御バルブＶ３を介するバケットシリンダーＣＹ３への
油路としており、更に、従来は、旋回モーターＭへの圧
油供給のみであった油圧ポンプＰ３からの油圧回路に分
岐回路を設け、自動制御設定時に制御される第二バケッ
ト制御バルブＶ３’を介するバケットシリンダーＣＹ３
への油路としている。この構成とすることにより、自動
制御設定時には、バケットシリンダーＣＹ３への圧油供
給ポンプは油圧ポンプＰ３となり、ブームシリンダーＣ
Ｙ１への圧油供給ポンプである油圧ポンプＰ２とは独立
する。従って、ブームシリンダーＣＹ１とバケットシリ
ンダーＣＹ３は圧油を共有せずに、別個に圧力設定可能
となる。従って、油圧ポンプＰ３の圧油供給は、自動制
御時に、第二バケット制御バルブＶ３’及びバケットシ
リンダーＣＹ３のみへの圧油供給となって、第二バケッ
ト制御バルブＶ３’における圧油流動量は安定してい
る。従って、ブームシリンダーＣＹ１、バケットシリン
ダーＣＹ３ともに自動制御精度を向上させることができ
るのである。

【００４３】次に、手動設定と自動制御設定の切換構造
について、図１５より説明する。操作レバーＬ１にて操
作されるパイロットコントロールバルブＣＶ１より、ブ
ーム制御バルブＶ１と第一バケット制御バルブＶ３にパ
イロット油圧を、操作レバーＬ２にて操作されるパイロ
ットコントロールバルブＣＶ２より、アーム制御バルブ
Ｖ２と旋回制御バルブＶ４にパイロット油圧を供給す
る。このうち、ブーム制御バルブＶ１とアーム制御バル
ブＶ２へのパイロット油路に電磁弁ＳＶ１・ＳＶ２を各
々介設しており、各電磁弁ＳＶ１・ＳＶ２には圧力設定
器ＰＭ１・ＰＭ２からも油圧供給されていて、非通電時
には、電磁弁ＳＶ１がパイロットコントロールバルブＣ
Ｖ１とブーム制御バルブＶ１とを連通させ、また、電磁
弁ＳＶ２がパイロットコントロールバルブＣＶ２とアー
ム制御バルブＶ２とを連通させており、自動制御設定時
において、各電磁弁ＳＶ１・ＳＶ２が通電し、圧力設定
器ＰＭ１とブーム制御バルブＶ１とが連通し、また圧力
設定器ＰＭ２とアーム制御バルブＶ２とが連通する。こ
うして、ブーム・アームにおいては、手動設定時に操作
レバーＬ１・Ｌ２の操作にて、自動制御設定時に圧力設
定器ＰＭ１・ＰＭ２にて設定された圧力になるように、
ブームシリンダーＣＹ１・アームシリンダーＣＹ２が作
動されるのである。

【００４４】次に、第一バケット制御バルブＶ３へのパ
イロット油路には、非通電時に連通状態、通電時に分断
状態となる電磁弁ＳＶ３が介設されている。また、圧力
設定器ＰＭ３より第二バケット制御バルブＶ３’にパイ
ロット油圧が供給させていて、手動設定時には電磁弁Ｓ
Ｖ３、圧力設定器ＰＭ３が非通電時で、パイロットコン
トロールバルブＣＶ１から第一バケット制御バルブＶ３
にパイロット圧が供給され、自動制御設定時には電磁弁
ＳＶ３、圧力設定器ＰＭ３が通電状態となって、圧力設
定器ＰＭ３にて設定されたパイロット圧が第二バケット
制御バルブＶ３’に供給されるのである。なお、自動制
御設定時においても、操作レバーＬ２にて旋回操作は可
能となっている。手動設定及び自動制御設定の制御手順
は、図１６に示す通りである。

【００４５】また、このようにバケットシリンダーＣＹ
３制御用のバルブを二つ設けるのではなく、従来通り、
図１４の如く、一つのバケット制御バルブＶ３にて制御
する構成とし、油圧ポンプから、ブーム制御バルブＶ１
とブームシリンダーＣＹ１を有する回路と、バケット制
御バルブＶ３とバケットシリンダーＣＹ３を有する回路
とを分岐状に並設した構成にして、自動制御時の分流構
成における弊害を除去し、両バルブ及びシリンダーへの
作動油流量と、両バルブへのパイロット圧を安定するた
めの実施例を図１７乃至図２０にて説明する。

【００４６】まず、図１７の如く、一つのポンプより分
岐状に第一バルブ（ブーム制御バルブＶ１に相当）と第
一シリンダー（ブームシリンダーＣＹ１に相当）を有す
る油路と、第二バルブ（バケット制御バルブＶ３に相当
９と第二シリンダー（バケットシリンダーＣＹ３に相
当）を有する油路を並設した構造において、両バルブ
は、オープンセンター方式、即ち中立時にポンプからの
吐出圧油をブリードオフする構成となっている。従来
は、バルブをクローズドセンター方式、即ち中立時に圧
油流動を分断する構成のバルブとし、ポンプの供給油量
を両バルブの必要油量に制御することにより、圧油を補
償する構成としていたが、この場合、圧油供給量を制御
するための分流制御用バルブや、圧力補償のためのバル
ブ・ポンプ等の配設が必要となり、複雑でコスト高とな
っていた。この点、本実施例においては、両バルブは必
要油量のみをシリンダーに供給し、余剰油量をブリード
オフするよう制御されるため、前記の圧力補償のための
特殊機器の配設は必要がない。

【００４７】このような構成において、自動制御設定の
場合には、各シリンダーへの圧油の目標流入量Ｑ₁・Ｑ
₂に対応して、各バルブへのパイロット圧設定用のバル
ブ指令値Ｖ₁・Ｖ₂を設定する（図１５の実施例におい
ては、圧力設定器ＰＭ１・ＰＭ３における設定値に該当
する。）。ここで、目標流入量Ｑ₁・Ｑ₂は、各シリン
ダーの断面積Ａ_1A・Ａ_1B、Ａ_2A・Ａ_2B、各バルブのポー
ト開口面積Ｒ_1A・Ｒ_1B、Ｒ_2A・Ｒ_2B、及び油圧ポンプ吐
出圧Ｐ_Sと各シリンダーへの流入（流出）圧Ｐ _1A，
Ｐ_1B，Ｐ_2A，Ｐ_2Bより求められるシリンダー負荷Ｆ₁，
Ｆ₂を基にして、数４及び数５にて求まる（Ｋは定
数）。なお、図１８、図１９には第一バルブの実施例の
み開示されているが、第二バルブも同様であり、第二バ
ルブの場合は、指令値Ｖ₁をＶ₂に、ポート開口面積Ｒ
_1A・Ｒ_1BをＲ_2A・Ｒ_2Bに置き換えている。

【００４８】

【数４】

【００４９】

【数５】

【００５０】この数４、数５より、目標流入量Ｑ₁・Ｑ
₂を設定すれば、各バルブのポート開口面積Ｒ_1A・
Ｒ_1B、Ｒ_2A・Ｒ_2Bを求めることができ、これを、バルブ
指令値に対するポート開口面積の変位を示す図１９のグ
ラフに照らして、各バルブ指令値Ｖ₁・Ｖ₂を決定する
ものである。

【００５１】更に、ポンプ吐出流量Ｑ_Sと、各シリンダ
ー流入量及びブリードオフ流量の総和Ｑ₁＋Ｑ₂＋Ｑ₃
とが異なる場合には、自動制御時に、指令値とシリンダ
ー流入量とに誤差が生じる。従って、ブリードオフ流量
Ｑ₃を、数６によって算出し、Ｑ₁＋Ｑ₂＋Ｑ₃＝Ｑ_S
とするよう、バルブ指令値Ｖ₁，Ｖ₂を修正した後、出
力する。

【００５２】

【数６】

【００５３】以上のパイロット圧設定用のバルブ指令値
Ｖ₁・Ｖ₂決定及び出力と、ポンプ吐出流量Ｑ_Sの制御
手順は、図２０に示す通りである。負荷Ｆ₁，Ｆ₂の変
動が小さくポンプ吐出圧Ｐ_Sが安定している場合には、
図２０において、※を付した過程を省略してもよい。

【００５４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、次
のような効果を奏する。即ち、請求項１の如く構成した
ので、例えば作業機器に対する負荷が急に低減した場合
に、従来は操作レバーの傾倒に対する反力が低減して不
意にレバーの傾倒操作が軽くなり、これによって、必要
以上の作動量で作業機器を作動させてしまって作業精度
に誤差を生じる不具合があったが、本発明においては、
操作レバーに、該負荷の変動に対応したバイラテラル力
が付加されるので、作業機器に対する負荷が急に低減し
た場合にも不意に操作レバーが傾倒してしまうことがな
く、作業精度を安定できる。

【００５５】また、請求項２の如く構成することによ
り、バイラテラル力を付与するアクチュエーターが一体
であり、駆動源が省略され、コスト低下、配設スペース
省略に貢献する。

【００５６】また、請求項３の如く構成することによ
り、作業体が傾斜した場合に、傾斜側に操作レバーを傾
倒しても、その際に強いバイラテラル力が付与されるの
で、傾倒速度が速くなってしまうことがなく、したがっ
て、作業機器が不意に傾斜方向に急激に作動して作業精
度に誤差が生じるという不具合を回避できる。

【００５７】また、請求項４の如く構成することによ
り、多くのバルブを配設せずに、簡単な油圧回路構成
で、分流並設された油圧回路における分流流量を正常に
コントロールでき、バルブを自動切換制御とした場合に
も、バルブ切換量とシリンダーの作動量に誤差を生じ
ず、自動制御精度が向上する。

【００５８】また、請求項５の如く構成することによ
り、従来はブーム回動用アクチュエーターとバケット回
動用アクチュエーターへの圧油供給用油圧ポンプを同一
としており、自動制御時には両アクチュエーターを同時
に作動する場合もあり、分岐並設した両アクチュエータ
ーへの油圧回路間にて流量が変動するので、設定値とア
クチュエーターの実際の作動量に誤差が生じるという不
具合があったが、本発明では、自動制御時にブーム回動
用アクチュエーターへの圧油供給用の油圧ポンプと、バ
ケット回動用アクチュエーターへの圧油供給用の油圧ポ
ンプとは独立するので、同時にブームとバケットとを操
作しても、設定値とアクチュエーターの実際作動量とに
誤差が生じず、自動制御精度が向上するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックホーにおける操作レバーのバイラテラル
力制御ブロック図である。

【図２】作業負荷に対応してバイラテラル力ＢＦの発生
信号の算出方法を示すグラフ図で、（ａ）はシリンダー
作動時において、圧力センサー検出値の推移より検出さ
れるシリンダーの作業負荷Ｆの時間的推移を示すグラフ
図、（ｂ）は（ａ）と同じ作動量における平均的なシリ
ンダー作動時におけるシリンダー圧Ｆ’の時間的推移を
示すグラフ図、（ｃ）はシリンダー作動中における｜Ｆ
−Ｆ’｜の時間的推移を示すグラフ図である。

【図３】操作レバーに波動を付加する構成における波動
振幅の時間的推移を示すグラフ図である。

【図４】一つのモーターにて正負方向にバイラテラル力
を付与できるバイラテラルアクチュエーターＢＡ’の側
面一部断面図である。

【図５】同じく平面一部断面図である。

【図６】操作レバーＬ基端に加速度センサーＳ１・Ｓ２
を設けたバックホーの側面図である。

【図７】加速度センサーの配置構成を示す操作レバーＬ
付近の平面図である。

【図８】検出加速度α（β）に対するバイラテラル力Ｂ
Ｆの出力値を示すグラフ図である。

【図９】加速度センサー検出に対応するバイラテラル力
ＢＦとシリンダーの作業負荷に対応するバイラテラル力
ＢＦ’との総和を出力する制御ブロック図である。

【図１０】本体に二軸傾斜センサーＳ３を配設したバッ
クホーの側面図である。

【図１１】二軸傾斜センサーＳ３の検出する傾斜角度ａ
・ｂを示すＸ−Ｙ−Ｚ座標を示す図である。

【図１２】バイラテラルアクチュエーターＢＡ１・ＢＡ
２を付設した操作レバーＬ１・Ｌ２の正面略図である。

【図１３】操作レバーＬ１・Ｌ２の傾倒方向を示す平面
略図である。

【図１４】従来のバックホーにおける作業機器アクチュ
エーターの油圧回路図である。

【図１５】バケットシリンダーＣＹ３制御用のバルブを
手動時と自動制御時で切り換える構成の作業機器アクチ
ュエーターの油圧回路図である。

【図１６】図１５の油圧回路を用いた場合の作業機器操
作手順を示すフローチャート図である。

【図１７】一つのポンプからオープンセンター方式バル
ブとシリンダーを有する油圧回路を分岐並設した油圧回
路図である。

【図１８】図１７における第一バルブのポート構成を示
す図である。

【図１９】第一バルブにおける指令値Ｖ₁に対するポー
ト開口面積の変位を示すグラフ図である。

【図２０】図１７の油圧回路におけるバルブ制御指令値
決定及びポンプ吐出流量制御を示すフローチャート図で
ある。

【符号の説明】

ＢＡ（ＢＡ’・ＢＡ１・ＢＡ２）バイラテラルアクチ
ュエーターＬ（Ｌ１・Ｌ２）操作レバーＣＹ１ブームシリンダーＣＹ２アームシリンダーＣＹ３バケットシリンダーＭ旋回モーターＶ１ブーム制御バルブＶ２アーム制御バルブＶ３（第一）バケット制御バルブＶ３’ 第二バケット制御バルブＶ４旋回制御バルブＳＶ１〜ＳＶ３電磁弁ＰＭ１〜ＰＭ３圧力設定器１ブーム２アーム３バケット４ブームブラケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩崎修司大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作レバーの傾倒角度に比例して、作業
体の具備する作業機器の作動速度を変更可能とした構成
において、該作業機器の作動負荷の増減に応じて、傾倒
する操作レバーを中立位置に戻すバイラテラル力を付与
するアクチュエーターの作動力を制御し、作業体の傾斜
に拘らず、バイラテラル力を常に一定になるように構成
したことを特徴とする作業機器の安全操作構造。
【請求項２】請求項１記載の作業機器の安全操作構造
において、一体のアクチュエーターにて、中立位置を挟
んで正負方向のバイラテラル力を操作レバーに付与でき
る構成としたことを特徴とする作業機器の安全操作構
造。
【請求項３】複数の作業機器と複数の傾倒方向を有す
る操作レバーを具備し、操作レバーの傾倒方向によって
作動する作業機器の選択及びその作動方向を操作する構
成の作業体において、該作業体に水平面上の直交二軸方
向の傾斜検出手段を設け、該検出に基づき、下方傾斜側
への操作レバーの傾倒に対して反力を付加することを特
徴とする作業機器の安全操作構造。
【請求項４】油圧ポンプの下流側にて、油圧シリンダ
ーとその制御用の油圧切換バルブよりなる複数の油圧回
路を分岐的に並設した構造において、該切換バルブは、
中立時に戻し油を流通自在の構成とし、各シリンダーの
流出入圧とポンプの吐出圧とを検出する手段を設け、該
検出値に基づいて算出される各油圧シリンダーの流入油
量を保持しながら、更に、これらの総和である全シリン
ダーの流入油総量と、油圧ポンプ吐出油量とを一致すべ
くパイロット油圧を制御することを特徴とする作業機器
の安全操作構造。
【請求項５】ブーム、アーム及びバケットよりなる作
業機器を有する作業体であるバックホーに、各作業機器
の回動を設定位置にて停止させるための自動制御手段を
備えたものにおいて、ブーム回動、アーム回動、本体旋
回用の油圧アクチュエーターと各制御用バルブに、独立
した３個の油圧源より各々作動油を供給し、作業機器の
手動操作時はブーム、アーム回動用アクチュエーターの
油圧回路からの分岐回路に設けた制御用バルブにて、自
動制御時は本体旋回用アクチュエーターの油圧回路から
の分岐回路に設けた制御用バルブにてバケット回動用ア
クチュエーターを制御する構成としたことを特徴とする
作業機器の安全操作構造。