作業機械
【課題】重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して揺動可能な作業機械を提供する。
【解決手段】パワーショベル１は、旋回台６と、基端ブーム１３と、先端ブーム１５と、ブームシリンダ１４と、アジャストシリンダ１６とを有し、基端ブーム１３は、旋回台６との枢結部を揺動中心として前上方に延び、ブームシリンダ１４は、先端部が基端ブーム１３の先端側下面部に枢結されるとともに基端部が旋回台６に枢結されて、ブームシリンダ１４の伸作動および縮作動に応じて基端ブーム１３が押し上げおよび引き下げられ、アジャストシリンダ１６は、先端部が先端ブーム１５に枢結されるとともに基端部が基端ブーム１３の先端側下面部とブームシリンダ１４の先端部との枢結位置より上面側において基端ブーム１３の先端部に枢結され、アジャストシリンダ１６の伸作動および縮作動に応じて先端ブーム１５が押し下げおよび引き上げられるように構成される。
【解決手段】パワーショベル１は、旋回台６と、基端ブーム１３と、先端ブーム１５と、ブームシリンダ１４と、アジャストシリンダ１６とを有し、基端ブーム１３は、旋回台６との枢結部を揺動中心として前上方に延び、ブームシリンダ１４は、先端部が基端ブーム１３の先端側下面部に枢結されるとともに基端部が旋回台６に枢結されて、ブームシリンダ１４の伸作動および縮作動に応じて基端ブーム１３が押し上げおよび引き下げられ、アジャストシリンダ１６は、先端部が先端ブーム１５に枢結されるとともに基端部が基端ブーム１３の先端側下面部とブームシリンダ１４の先端部との枢結位置より上面側において基端ブーム１３の先端部に枢結され、アジャストシリンダ１６の伸作動および縮作動に応じて先端ブーム１５が押し下げおよび引き上げられるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として掘削作業等を行うために用いられる作業機械に関し、さらに詳細には、アームの先端部に揺動自在に取り付けられた作業装置により掘削作業等を行うように構成された作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記作業機械の一例として、車体に揺動自在に取り付けられたブームの先端部に揺動自在にアームを取り付け、このアームの先端部にバケット等の作業装置を備えて構成されるパワーショベルが知られている。このようなパワーショベルは、駆動源としての例えばエンジン（ディーゼルエンジン）を備え、このエンジンにより油圧ポンプを回転駆動して得られる作動油（圧油）を、コントロールバルブを介して油圧アクチュエータに供給することで、ブーム、アームおよびバケットを作動させて所要の掘削作業が行われるように構成されている。例えば特許文献１には、揺動自在なブームの先端部に揺動自在にアームを取り付け、このアームの先端部にバケットを取り付けて構成される油圧ショベルが開示されている。なお、最近においては、エンジンから排出される排気ガスの周囲環境に与える影響を考慮して、エンジンに代えて電動モータを用いたパワーショベルの開発も行われている。
【０００３】
図７には、従来構成のパワーショベル５００の側面図を示している。パワーショベル５００は、走行装置５１０を有して走行可能に構成されており、この走行装置５１０の上部に旋回可能に旋回台５２０が設けられている。旋回台５２０の上部には、運転者が搭乗するためのオペレータキャビン５３０が備えられている。旋回台５２０の前部にはブームシリンダ５４１により揺動される基端ブーム５４０が枢結され、基端ブーム５４０の先端部にはアジャストシリンダ５５１により揺動される先端ブーム５５０が枢結され、先端ブーム５５０の先端部にはアームシリンダ５６１により揺動されるアーム５６０が枢結され、アーム５６０の先端部にはバケットシリンダ５７１により揺動されるバケット５７０が取り付けられている。各シリンダ５４１，５５１，５６１，５７１として、シリンダチューブ内がピストンによってロッド側油室およびボトム側油室に仕切られて構成され、このロッド側油室およびボトム側油室の各々に対して圧油を供給制御することで、シリンダチューブに対してロッドが突出入して伸縮動する複動形の油圧シリンダが用いられる。
【０００４】
このように構成されるパワーショベル５００は、運転者の操作に応じて各シリンダを伸縮させて基端ブーム５４０，先端ブーム５５０、アーム５６０およびバケット５７０を揺動させることで、例えば路面等を掘削する掘削作業を行うことができる。掘削作業を行う場合、バケット５７０の先端部を路面に押し付けるようにして掘削が行われるが、このとき、バケット５７０の揺動方向（矢印Ａの方向）に対して反対方向（矢印Ｂの方向）に反力（以下、掘削反力と称する）が作用することとなる。そのため、掘削作業時には、基端ブーム５４０，先端ブーム５５０、アーム５６０およびバケット５７０を矢印Ｂの方向に揺動させないように掘削反力に抗しつつ、矢印Ａの方向に揺動させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９５２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図７に示すパワーショベル５００のアジャストシリンダ５５１は、基端ブー
ム５４０と先端ブーム５５０との間に跨るように取り付けられ、アジャストシリンダ５５１と基端ブーム５４０との枢結部５５２が、基端ブーム５４０と先端ブーム５５０との枢結部５５３よりも前側に設けられている。このような枢結部５５２と枢結部５５３との位置関係により、アジャストシリンダ５５１においては、ロッド側油室に圧油を供給することで縮小させて先端ブーム５５０を矢印Ａの方向に揺動させ、反対にボトム側油室に圧油を供給することで伸長させて先端ブーム５５０を矢印Ｂの方向に揺動させる構成になっている。そのため、掘削反力に抗しつつ先端ブーム５５０を矢印Ａの方向に揺動させるためには、アジャストシリンダ５５１のロッド側油室に圧油を供給して、アジャストシリンダ５５１を縮小させるように作動させる必要がある。
【０００７】
しかし、ロッド側油室内にはロッドが伸縮方向に延びて挿入されているため、ピストンにおけるロッド側油室の油圧が実際に作用する部分の面積（ロッドの縮小に寄与する部分の面積）は、ピストンの面積からロッドの断面積を差し引いたリング状部分の面積となる。よって、ロッド側油室に油圧を作用させても、ロッドを縮小させる力を十分にピストンに作用させることが難しく、従来、大型のアジャストシリンダを用いたり２つのアジャストシリンダを設ける必要があった。このように、大型のアジャストシリンダを用いる等することで掘削反力に抗して揺動可能な構成となるが、一方で、パワーショベルの重量増加に繋がるとともに製造コストの増加を招くこととなる。このように、パワーショベルの重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して揺動可能な構成とすることが難しいという課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して揺動可能な作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る作業機械は、車体（例えば、実施形態における旋回台６）と、前記車体に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第１ブーム（例えば、実施形態における基端ブーム１３）と、前記第１ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第２ブーム（例えば、実施形態における先端ブーム１５）と、前記第２ブームの先端部に取り付けられた作業装置と、前記車体と前記第１ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第１ブームシリンダ（例えば、実施形態におけるブームシリンダ１４）と、前記第１ブームと前記第２ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第２ブームシリンダ（例えば、実施形態におけるアジャストシリンダ１６）と、を有して構成される作業機械（例えば、実施形態におけるパワーショベル１）であって、前記第１ブームは、前記基端部における前記車体との枢結部を揺動中心として前上方に延びるように設けられ、前記第１ブームシリンダは、先端部が前記第１ブームの先端側下面部に枢結されるとともに基端部が前記車体に枢結されて前記第１ブームの下面に沿って取り付けられ、前記第１ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第１ブームが押し上げおよび引き下げられるようにして上下揺動するように構成され、前記第２ブームシリンダは、先端部が前記第２ブームに枢結されるとともに基端部が前記第１ブームの先端側における前記第１ブームの先端側下面部と前記第１ブームシリンダの先端部との枢結位置より上面側において前記第１ブームの先端部に枢結され、前記第２ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第２ブームが押し下げおよび引き上げられるようにして上下揺動するように構成されることを特徴とする。
【００１０】
なお、上述の作業機械において、前記第２ブームシリンダが、円筒状シリンダ空間を有するシリンダチューブ、前記円筒状シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に配設されたピストンおよび前記ピストンに繋がって前記シリンダチューブから軸方向外方に延びるロッドから構成され、前記ピストンにより前記円筒状シリンダ空間が分割画成された前記ロッドが通るロッド側油室および反対側に位置するボトム側油室への油圧供給制御により前記第
２ブームシリンダが伸縮作動するように構成され、前記第２ブームシリンダは、前記ロッドの先端部が前記先端部として前記第２ブームに枢結され、前記シリンダチューブの前記ロッドの延びる方向と反対側の基端部が前記基端部として前記第１ブームの先端部に枢結されて設けられることが好ましい。
【００１１】
また、前記作業装置が、前記第２ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられたアームと、前記アームの先端部に上下揺動自在に取り付けられたバケットとを備えて構成され、前記バケットは、前記第２ブームシリンダの前記ボトム側油室に油圧を作用させることで掘削方向に揺動される向きで前記アームの先端部に取り付けられることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記第１ブームにおける前記第１ブームと前記第２ブームとの枢結部が、前記第１ブームと前記第１ブームシリンダの先端部との枢結部と同一位置に設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る作業機械は、第２ブームシリンダの基端部が、第１ブームの先端側における第１ブームの先端側下面部と第１ブームシリンダの先端部との枢結位置より上面側において第１ブームの先端部に枢結されて構成される。そのため、第２ブームシリンダを伸作動させて第２ブームが押し下げられ、反対に第２ブームシリンダを縮作動させて第２ブームが引き上げられるように構成できる。よって、ボトム側油室に油圧が作用されて伸作動する第２ブームシリンダを用いた場合には、この第２ブームシリンダにより大きな力を第２ブームに作用させて揺動させることが可能となり、例えば小型の第２ブームシリンダを用いることで重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して第２ブームを揺動させることができる。
【００１４】
なお、第２ブームシリンダが、ロッド側油室およびボトム側油室への油圧供給制御により伸縮作動するように構成され、ロッドの先端部が第２ブームに枢結され、シリンダチューブの基端部が第１ブームの先端部に枢結された構成が好ましい。このように構成した場合、第２ブームシリンダのボトム側油室へ油圧を作用させることで、ピストンの表面全体に油圧を作用させて大きな力でロッドを伸長させて第２ブームを揺動させることができる。そのため、小型のアジャストシリンダを用いることで、重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して第２ブームを揺動させることが可能となる。
【００１５】
また、作業装置がアームとバケットとを備えて構成され、このバケットが、第２ブームシリンダのボトム側油室に油圧を作用させることで掘削方向に揺動される向きで取り付けられた構成が好ましい。このように構成すると、第２ブームシリンダのボトム側油室に油圧を作用させて掘削反力に抗することができるようになるので、掘削反力に抗して確実に第２ブームを揺動させることが可能となる。
【００１６】
さらに、第１ブームと第２ブームとの枢結部が、第１ブームと第１ブームシリンダの先端部との枢結部と同一位置に設けられる構成が好ましい。このように構成した場合には、第１ブームに設けられる枢結部の個数を減らして構成を簡素化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用したパワーショベルの斜視図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ部分を示す断面図である。
【図３】上記パワーショベルを構成する先端ブームの斜視図である。
【図４】先端ブームシリンダを示す図であって、（ａ）は側面図（一部断面図）を、（ｂ）は図４（ａ）中のＩＶ（ｂ）−ＩＶ（ｂ）部分の断面図を、（ｃ）は図４（ａ）中のＩＶ（ｃ）−ＩＶ（ｃ）部分の断面図をそれぞれ示す。
【図５】上記パワーショベルの油圧回路構成を示す概略図である。
【図６】上記パワーショベルの側面図である。
【図７】従来構成のパワーショベルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１には、本発明を適用した作業機械の一例としてのクローラ型のパワーショベル１の斜視図を示している。まず、図１〜図５を参照しながら、このパワーショベル１の全体構成について説明する。説明の便宜上、各図面において矢印方向でパワーショベル１の前後、左右および上下方向を示し、以下この方向を用いて説明を行う。
【００１９】
パワーショベル１は、図１に示すように、平面視略Ｈ字状の走行台車２の左右に走行機構３，３が設けられて構成される走行装置４と、走行台車２の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード５と、走行台車２の上部に旋回可能に設けられた旋回台６と、旋回台６の前部に設けられたショベル機構７と、旋回台６の上部に立設された運転者搭乗用のオペレータキャビン８とから構成されている。
【００２０】
走行装置４を構成する左右一対の走行機構３，３は、走行台車２の左右前部に設けられた駆動用スプロケットホイール９と、走行台車２の左右後部に設けられたアイドラホイール１０との間に履帯１１が巻き掛けられて構成される。駆動用スプロケットホイール９は、油圧駆動式の走行油圧モータ９ａにより回転駆動される（図５参照）。ブレード５は油圧駆動式のブレードシリンダ５ａの作動により揺動され，旋回台６は旋回油圧モータ２３により旋回動される（図５参照）。
【００２１】
ショベル機構７は、図１に示すように、ショベル側スイングポスト１２に揺動自在に枢結された基端ブーム１３と、基端ブーム１３の先端部に基端ブーム１３の揺動面内で上下に揺動自在に枢結された先端ブーム１５と、先端ブーム１５の先端部に先端ブーム１５の揺動面内で上下に揺動自在に枢結されたアーム１７と、アーム１７の先端部に上下に揺動自在に取り付けられたバケット１９と、油圧駆動式のブームシリンダ１４と、アジャストシリンダ１６と、アームシリンダ１８と、バケットシリンダ２０とから構成されている。
【００２２】
ショベル側スイングポスト１２は、旋回台６の前部に突出して形成された旋回台側スイングポスト６ａに枢結されており、旋回台６に設けられたスイングシリンダ６ｂ（図５参照）を伸縮させることにより、鉛直方向に延びるスイング軸Ｎを中心として、旋回台側スイングポスト６ａに対してショベル側スイングポスト１２を所定の角度範囲内で左右に振ることができるようになっている。
【００２３】
基端ブーム１３は、図１に示すように、掘削作業等に耐えうる強度を有して前側上方に延びて形成されており、その基端部がショベル側スイングポスト１２の後部に設けられた基端ブーム用枢結部１２ａに枢結されて、上下に揺動自在となっている。ブームシリンダ１４は、ボトム側端部がショベル側スイングポスト１２の前部に設けられたブームシリンダ用枢結部１２ｂに枢結され、ロッド側端部１４ａ（図２参照）が取付部材１４ｂを介して基端ブーム１３の先端前部に形成されたブームシリンダ用枢結部１３ａに枢結されて、基端ブーム１３の前側下面１３ｃに沿って上下に延びて取り付けられている（図２参照）。そのため、ブームシリンダ１４を伸長させることで、基端ブーム用枢結部１２ａを中心として基端ブーム１３を後側上方に押し上げるように揺動させることができ、反対にブームシリンダ１４を縮小させることで、基端ブーム１３を前側下方に引き下げるように揺動させることができる。
【００２４】
先端ブーム１５は、図２および図３に示すように、上壁部４０Ｕ、下壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒから構成され、掘削作業等に耐えうる強度を有して前後に延びて形成されている。先端ブーム１５の内部には、これら上壁部４０Ｕ、下壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒによって囲まれるとともに後方に開放されたシリンダ収容空間４０が形成されている。左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒの前部には、左右に貫通したアーム用枢結部１５ａが形成され、このアーム用枢結部１５ａの後方部分には、左右に貫通したアジャストシリンダ用枢結部１５ｂが形成されている。
【００２５】
左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒの後部には、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒの後端部に繋がって上下に広がる左基端接続部４１Ｌおよび右基端接続部４１Ｒが形成されている。左基端接続部４１Ｌおよび右基端接続部４１Ｒの下端部には、左右に貫通した基端ブーム用枢結部４５が形成され、左基端接続部４１Ｌおよび右基端接続部４１Ｒの上端部には、左右に貫通したアームシリンダ用枢結部１５ｃが形成されている。基端ブーム１３と先端ブーム１５とは、基端ブーム１３のブームシリンダ用枢結部１３ａの位置と先端ブーム１５の基端ブーム用枢結部４５の位置とを一致させておき、この部分をブームシリンダ１４のロッド側端部１４ａを用いて枢結される。そのため、先端ブーム１５は、基端ブーム１３の揺動面内において基端ブーム用枢結部４５（ブームシリンダ用枢結部１３ａ）を中心として上下に揺動自在となっている。
【００２６】
アジャストシリンダ１６は、図４（ａ）に示すように、いわゆる複動形の油圧シリンダであって、内部に円筒状の油室が形成されたシリンダチューブ５１と、シリンダチューブ５１に対し軸方向に突出入自在に挿入されたロッド５２と、シリンダチューブ５１の内部においてロッド５２の基端部に取り付けられるとともに軸方向に摺動自在なピストン５５とから構成される。ロッド５２の先端部には枢結可能なロッド側端部５３が、シリンダチューブ５１の基端部（ロッド５２が挿入された側とは反対側の端部）には枢結可能なボトム側端部５４がそれぞれ形成されている。
【００２７】
シリンダチューブ５１内に形成された油室は、ピストン５５によって、ボトム側油室５１ａとロッド５２が挿入されて位置するロッド側油室５１ｂとに区分けされている。ピストン５５の外周部には、例えばゴム等の可撓性材料を用いてリング状に形成されたピストンパッキン５５ａが取り付けられており、ボトム側油室５１ａとロッド５２との間での油漏れが防止されるようになっている。シリンダチューブ５１の先端側におけるロッド５２が挿入される部分には、例えばゴム等の可撓性材料を用いてリング状に形成されたロッドパッキン５１ｃが取り付けられており、このロッドパッキン５１ｃにより、ロッド側油室５１ｂ内の圧油が外部に漏れ出さないようにシールされている。
【００２８】
また、シリンダチューブ５１には、ボトム側油室５１ａに連通するボトム側ポート５６、およびロッド側油室５１ｂに連通するロッド側ポート５７が設けられている。このボトム側ポート５６が、ボトム側油路３４ａを介してコントロールバルブ３３と接続され、ロッド側ポート５７が、ロッド側油路３４ｂを介してコントロールバルブ３３と接続されている（図５参照）。
【００２９】
このように構成されるアジャストシリンダ１６は、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させることにより、ピストン５５をロッド側端部５３の方へ摺動させてロッド５２を伸長させることができ、反対にロッド側油室５１ｂに油圧を作用させることにより、ピストン５５をボトム側端部５４の方へ摺動させてロッド５２を縮小させることができるようになっている。なお、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１８およびバケットシリンダ２０も、このアジャストシリンダ１６と同様に構成された複動形の油圧シリンダが用いられる。
【００３０】
アジャストシリンダ１６は、先端ブーム１５のシリンダ収容空間４０に挿入されて、ロッド側端部５３がアジャストシリンダ用枢結部１５ｂに枢結され、一方、ボトム側端部５４が基端ブーム１３の先端部においてブームシリンダ用枢結部１３ａよりも後方且つ上方に形成されたアジャストシリンダ用枢結部１３ｂに、取付部材５９を介して枢結される（図２参照）。そのため、アジャストシリンダ１６を伸長させることで、ブームシリンダ用枢結部１３ａ（基端ブーム用枢結部４５）を中心として先端ブーム１５を前側下方に押し下げるように揺動させることができ、反対にアジャストシリンダ１６を縮小させることで、先端ブーム１５を後側上方に引き上げるように揺動させることができる。なお、アジャストシリンダ１６の伸長量には予め上限値が設定されており、アジャストシリンダ１６を大きく伸長させた場合であっても、アジャストシリンダ１６のシリンダチューブ５１とブームシリンダ１４のロッド側端部１４ａとが干渉しないようになっている。
【００３１】
アーム１７は、掘削作業等に耐えうる強度を有して上下に延びて形成されており、その基端部が先端ブーム１５の先端部に形成されたアーム用枢結部１５ａに枢結されて、先端ブーム１５の揺動面内において上下に揺動自在となっている。アームシリンダ１８は、ボトム側端部１８ａが先端ブーム１５に形成されたアームシリンダ用枢結部１５ｃに取付部材１８ｂを介して枢結され（図２参照）、ロッド側端部がアーム１７の基端部に形成されたアームシリンダ用枢結部１７ａに枢結されている。そのため、アームシリンダ１８を伸長させることで、アーム用枢結部１５ａを中心としてアーム１７を下方に押し下げるように揺動させることができ、反対にアームシリンダ１８を縮小させることで、アーム１７を上方に引き上げるように揺動させることができる。
【００３２】
バケット１９は、リンク機構１７ｂを介してアーム１７の先端部に取り付けられており、アーム１７の揺動面内において上下に揺動自在となっている。バケットシリンダ２０は、ボトム側端部がアーム１７に形成されたバケットシリンダ用枢結部１７ｃに枢結され、ロッド側端部がリンク機構１７ｂに枢結されている。そのため、バケットシリンダ２０を伸長させることで、リンク機構１７ｂを中心としてバケット１９を旋回台６側に向けて揺動させることができ、反対にバケットシリンダ２０を縮小させることで、バケット１９を旋回台６に対して遠ざかる向きに揺動させることができる。
【００３３】
このように、パワーショベル１のショベル機構７は、ブームが基端ブーム１３と先端ブーム１５とに分割されて構成され、基端ブーム１３に対して先端ブーム１５が揺動自在となっている。そのため、分割されることなく一体的に構成されたブームを備えたパワーショベルと比較して、先端ブーム１５を旋回台６側に引き寄せることで最小旋回半径を小さくすることができるので、例えば裏路地のような狭い作業場所においても掘削作業を行うことが可能となる。また、ブームが一体的に構成されたパワーショベルと比較して、バケット１９の稼動範囲を広げて、掘削作業の作業範囲を拡大することが可能である。さらには、先端ブーム１５を旋回台６側に引き寄せておくことで、走行装置４で走行する際の運転者の視界を十分に確保することができる。
【００３４】
図５に示すように、パワーショベル１は、エンジンＥにより可変容量型油圧ポンプ３１を回転駆動させることで、作動油タンク３２に貯留された作動油が吸い上げられて圧油としてコントロールバルブ３３に供給される。可変容量型油圧ポンプ３１からコントロールバルブ３３に供給された圧油は、コントロールバルブ３３内に収容されたスプール（図示せず）の位置に応じてブレードシリンダ５ａ等に供給制御される。なお、以降の説明では、ブレードシリンダ５ａ、スイングシリンダ６ｂ、走行油圧モータ９ａ、ブームシリンダ１４、アジャストシリンダ１６、アームシリンダ１８、バケットシリンダ２０および旋回油圧モータ２３を纏めて、油圧アクチュエータ３０と称する。
【００３５】
オペレータキャビン８は、図１に示すように、上下前後左右が囲まれた矩形箱状に形成
されており、内部に運転者が着座するためのオペレータシート２１と、走行装置４やショベル機構７の作動操作を行うための操作装置２２とが設けられている。この操作装置２２には、パワーショベル１の走行、掘削等の操作を行うための操作レバー（図示せず）が設けられている。運転者により操作レバーが操作されると、その操作に応じてコントロールバルブ３３内のスプールが移動され、スプールの移動位置に応じた油圧アクチュエータ３０に圧油が供給制御されて、操作レバーの操作に応じた作動をさせることができるようになっている。
【００３６】
以上ここまでは、パワーショベル１の全体構成について説明した。このように構成されるパワーショベル１を用いて、例えば路面の掘削作業を行う場合、先端ブーム１５等を下方に揺動させてバケット１９の先端部を路面に食い込ませるようにして作業が行われる。このとき、先端ブーム１５においては、掘削方向に対して反対方向（先端ブーム１５を上方に揺動させる方向）に掘削反力が作用するので、バケット１４を確実に路面に食い込ませるためには、この掘削反力に抗して先端ブーム１５を下方に揺動させる必要がある。
【００３７】
ところで、図７に示す従来構成のパワーショベル５００においては、基端ブームと先端ブームとの間に跨ってアジャストシリンダが設けられ、アジャストシリンダのロッド側油室に油圧を作用させることで掘削反力に抗するように構成されていた。ここで、ピストンにおけるロッド側油室の油圧が実際に作用する部分の面積は、ロッドの断面積分だけ少ないため、ロッドを縮小させる力を十分にピストンに作用させることが難しく、大型のアジャストシリンダを用いたり２つのアジャストシリンダを設ける必要があり、重量増加や製造コストの増加を招いていた。これに対し、本発明に係るパワーショベル１は、重量増加や製造コストの増加を抑えながらも、掘削反力に抗することが可能な構成を特徴構成として有している。それでは、この特徴構成について、図６を追加参照して以下に説明する。
【００３８】
図６に示すパワーショベル１の側面図において、矢印Ａの掘削方向にショベル機構７全体を揺動させて掘削作業を行う場合、バケット１９およびアーム１７を介して、先端ブーム１５には矢印Ｂの方向（掘削方向とは反対方向）に掘削反力が作用する。そのため、先端ブーム１５を揺動させるアジャストシリンダ１６に対しては、掘削反力に屈して先端ブーム１５を矢印Ｂの方向に揺動させずに先端ブーム１５を矢印Ａの方向に揺動させる圧油の供給制御が行われる。
【００３９】
ここで、アジャストシリンダ１６のロッド側油室５１ｂに油圧を作用させる場合について説明すると、図４（ｂ）に示すように、ピストン５５におけるロッド側油室５１ｂの油圧が実際に作用する部分の面積は、ピストン５５の面積からロッド５２の断面積を差し引いたリング状部分の面積となる。これに対し、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させる場合には、図４（ｃ）に示すように、ピストン５５の表面全体に対してボトム側油室５１ａの油圧を作用させることができる。このことから分かるように、ロッド側油室５１ｂに油圧を作用させるよりも、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させる方が、ピストン５５を介して大きな力をロッド５２に作用させることが可能である。
【００４０】
掘削作業時においては、掘削反力に抗しつつ掘削方向（矢印Ａの方向）に揺動させることとなるため、先端ブーム１５を矢印Ｂの方向に揺動させる場合よりも矢印Ａの方向に揺動させる場合の方が、より大きな力を先端ブーム１５に作用させる必要がある。そこで本発明に係るパワーショベル１は、上述したように、基端ブーム１３における先端ブーム１５の揺動中心（ブームシリンダ用枢結部１３ａ、基端ブーム用枢結部４５）を、基端ブーム１３におけるアジャストシリンダ１６のボトム側端部５４の枢結位置（アジャストシリンダ用枢結部１３ｂ）よりも前側下部に設けることにより、アジャストシリンダ１６のボトム側油室５１ａに油圧を作用させて大きな力でロッド５２を伸長させ、先端ブーム１５を矢印Ａの方向に揺動させることができるように構成されている。
【００４１】
そのため、ロッド側油室に油圧を作用させて矢印Ａの方向の先端ブームを揺動させる従来構成と比較して、より小型のアジャストシリンダ１６を用いながらも、掘削反力に抗して先端ブーム１５を矢印Ａの方向に揺動させて掘削作業を行うことが可能なパワーショベル１を構成できる。このようにして、より小型のアジャストシリンダ１６を用いることで、パワーショベル１の軽量化が図れると同時に製造コストを低減できる。
【００４２】
また、本発明に係るパワーショベル１においては、基端ブーム１３の先端前部に先端ブーム１５が枢結されているので、図７の基端ブームの先端後部に先端ブームが枢結された従来構成と比較して、同一の作業範囲を確保しつつ先端ブーム１５の全長を短くしてパワーショベル１の軽量化を図ることが可能である。このようにパワーショベル１を軽量化することで、エンジンＥでの燃料消費を抑えることができる。また、旋回台６の前方に突出したショベル機構７が軽量化されるので、走行時および掘削作業時のパワーショベル１のふらつきを抑えて安定性を高めることができる。
【００４３】
ところで、先端ブーム１５を大きく前側下方に揺動させた状態でバケット１９により土砂をすくう掘削作業を行う場合、先端ブーム１５の近傍に土砂が巻き上げられることがある。もし、巻き上げられた土砂がアジャストシリンダ１６（アジャストシリンダ１６のロッド５２）に付着すると、この付着した状態のままロッド５２がシリンダチューブ５１に突出入されることで、ロッドパッキン５１ｃが損傷して油漏れの原因となる虞がある。このことに対して本発明に係るパワーショベル１は、上述したように、アジャストシリンダ１６が先端ブーム１５に形成されたシリンダ収容空間４０内に収容された状態で、先端ブーム１５および基端ブーム１３に枢結されて構成されている。そのため、アジャストシリンダ１６のロッド５２に対して巻き上げられた土砂が付着することを効果的に防止でき、アジャストシリンダ１６の油漏れを防止可能となる。
【００４４】
また、従来構成においては、例えば先端ブームを大きく下方へ揺動させることで、アジャストシリンダが路面等に直接接触してロッドが損傷して油漏れの原因となる虞があったが、一方、本発明に係るパワーショベル１においては、アジャストシリンダ１６がシリンダ収容空間４０内に収容されているので、アジャストシリンダ１６が直接路面等と接触して損傷を受けることが防止され、油漏れを効果的に防ぐことができる。
【００４５】
上述の実施形態においては、アジャストシリンダ１６のロッド側端部５３が先端ブーム１５のアジャストシリンダ用枢結部１５ｂに枢結され、ボトム側端部５４が基端ブーム１３のアジャストシリンダ用枢結部１３ｂに枢結された構成例について説明したが、本発明はこの構成例に限定されない。例えば、アジャストシリンダ１６のロッド側端部５３とボトム側端部５４とを反対に向けて、ロッド側端部５３をアジャストシリンダ用枢結部１３ｂに枢結し、ボトム側端部５４をアジャストシリンダ用枢結部１５ｂに枢結する構成も可能である。この構成の場合にも、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させて掘削反力に抗する構成とすることができる。
【００４６】
また、上述の実施形態においては、基端ブーム１３、先端ブーム１５およびアーム１７の３段構成のショベル機構７を備えたパワーショベル１に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこの例に限定して適用されるものではない。例えば４段構成以上のショベル機構を備えた作業機械や、２段構成のショベル機構を備えた作業機械にも適用可能である。
【００４７】
上述の実施形態において、上壁部４０Ｕ、下壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒから構成された先端ブーム１５を例示して説明したが、掘削作業に耐えうる強度を有していれば先端ブーム１５はこの構成に限定されない。例えば、上壁部４０Ｕを省いて下
壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒから構成された断面視コの字状の先端ブームを用いることも可能である。この構成の先端ブームを用いた場合には、バケット１９で巻き上げられた土砂等が、アジャストシリンダ１６のロッド５２に付着することを効果的に防止しつつ、パワーショベルを軽量化することができる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜改良可能である。例えば、上述の実施形態においては、エンジンＥを駆動源とするパワーショベル１に本発明を適用した構成例について説明したが、この構成例以外にも例えば電動モータを駆動源としたパワーショベルに対しても同様に本発明を適用可能である。
【００４９】
上述の実施形態では、クローラ型のパワーショベルに対して本発明を適用した例について説明したが、これに限定されることはなく、例えばホイール型のパワーショベルやショベルローダ等の他の作業機械に本発明を適用させることも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ パワーショベル（作業機械）
６ 旋回台（車体）
１３ 基端ブーム（第１ブーム）
１４ ブームシリンダ（第１ブームシリンダ）
１５ 先端ブーム（第２ブーム）
１６ アジャストシリンダ（第２ブームシリンダ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として掘削作業等を行うために用いられる作業機械に関し、さらに詳細には、アームの先端部に揺動自在に取り付けられた作業装置により掘削作業等を行うように構成された作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記作業機械の一例として、車体に揺動自在に取り付けられたブームの先端部に揺動自在にアームを取り付け、このアームの先端部にバケット等の作業装置を備えて構成されるパワーショベルが知られている。このようなパワーショベルは、駆動源としての例えばエンジン（ディーゼルエンジン）を備え、このエンジンにより油圧ポンプを回転駆動して得られる作動油（圧油）を、コントロールバルブを介して油圧アクチュエータに供給することで、ブーム、アームおよびバケットを作動させて所要の掘削作業が行われるように構成されている。例えば特許文献１には、揺動自在なブームの先端部に揺動自在にアームを取り付け、このアームの先端部にバケットを取り付けて構成される油圧ショベルが開示されている。なお、最近においては、エンジンから排出される排気ガスの周囲環境に与える影響を考慮して、エンジンに代えて電動モータを用いたパワーショベルの開発も行われている。
【０００３】
図７には、従来構成のパワーショベル５００の側面図を示している。パワーショベル５００は、走行装置５１０を有して走行可能に構成されており、この走行装置５１０の上部に旋回可能に旋回台５２０が設けられている。旋回台５２０の上部には、運転者が搭乗するためのオペレータキャビン５３０が備えられている。旋回台５２０の前部にはブームシリンダ５４１により揺動される基端ブーム５４０が枢結され、基端ブーム５４０の先端部にはアジャストシリンダ５５１により揺動される先端ブーム５５０が枢結され、先端ブーム５５０の先端部にはアームシリンダ５６１により揺動されるアーム５６０が枢結され、アーム５６０の先端部にはバケットシリンダ５７１により揺動されるバケット５７０が取り付けられている。各シリンダ５４１，５５１，５６１，５７１として、シリンダチューブ内がピストンによってロッド側油室およびボトム側油室に仕切られて構成され、このロッド側油室およびボトム側油室の各々に対して圧油を供給制御することで、シリンダチューブに対してロッドが突出入して伸縮動する複動形の油圧シリンダが用いられる。
【０００４】
このように構成されるパワーショベル５００は、運転者の操作に応じて各シリンダを伸縮させて基端ブーム５４０，先端ブーム５５０、アーム５６０およびバケット５７０を揺動させることで、例えば路面等を掘削する掘削作業を行うことができる。掘削作業を行う場合、バケット５７０の先端部を路面に押し付けるようにして掘削が行われるが、このとき、バケット５７０の揺動方向（矢印Ａの方向）に対して反対方向（矢印Ｂの方向）に反力（以下、掘削反力と称する）が作用することとなる。そのため、掘削作業時には、基端ブーム５４０，先端ブーム５５０、アーム５６０およびバケット５７０を矢印Ｂの方向に揺動させないように掘削反力に抗しつつ、矢印Ａの方向に揺動させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９５２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図７に示すパワーショベル５００のアジャストシリンダ５５１は、基端ブー
ム５４０と先端ブーム５５０との間に跨るように取り付けられ、アジャストシリンダ５５１と基端ブーム５４０との枢結部５５２が、基端ブーム５４０と先端ブーム５５０との枢結部５５３よりも前側に設けられている。このような枢結部５５２と枢結部５５３との位置関係により、アジャストシリンダ５５１においては、ロッド側油室に圧油を供給することで縮小させて先端ブーム５５０を矢印Ａの方向に揺動させ、反対にボトム側油室に圧油を供給することで伸長させて先端ブーム５５０を矢印Ｂの方向に揺動させる構成になっている。そのため、掘削反力に抗しつつ先端ブーム５５０を矢印Ａの方向に揺動させるためには、アジャストシリンダ５５１のロッド側油室に圧油を供給して、アジャストシリンダ５５１を縮小させるように作動させる必要がある。
【０００７】
しかし、ロッド側油室内にはロッドが伸縮方向に延びて挿入されているため、ピストンにおけるロッド側油室の油圧が実際に作用する部分の面積（ロッドの縮小に寄与する部分の面積）は、ピストンの面積からロッドの断面積を差し引いたリング状部分の面積となる。よって、ロッド側油室に油圧を作用させても、ロッドを縮小させる力を十分にピストンに作用させることが難しく、従来、大型のアジャストシリンダを用いたり２つのアジャストシリンダを設ける必要があった。このように、大型のアジャストシリンダを用いる等することで掘削反力に抗して揺動可能な構成となるが、一方で、パワーショベルの重量増加に繋がるとともに製造コストの増加を招くこととなる。このように、パワーショベルの重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して揺動可能な構成とすることが難しいという課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して揺動可能な作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る作業機械は、車体（例えば、実施形態における旋回台６）と、前記車体に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第１ブーム（例えば、実施形態における基端ブーム１３）と、前記第１ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第２ブーム（例えば、実施形態における先端ブーム１５）と、前記第２ブームの先端部に取り付けられた作業装置と、前記車体と前記第１ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第１ブームシリンダ（例えば、実施形態におけるブームシリンダ１４）と、前記第１ブームと前記第２ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第２ブームシリンダ（例えば、実施形態におけるアジャストシリンダ１６）と、を有して構成される作業機械（例えば、実施形態におけるパワーショベル１）であって、前記第１ブームは、前記基端部における前記車体との枢結部を揺動中心として前上方に延びるように設けられ、前記第１ブームシリンダは、先端部が前記第１ブームの先端側下面部に枢結されるとともに基端部が前記車体に枢結されて前記第１ブームの下面に沿って取り付けられ、前記第１ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第１ブームが押し上げおよび引き下げられるようにして上下揺動するように構成され、前記第２ブームシリンダは、先端部が前記第２ブームに枢結されるとともに基端部が前記第１ブームの先端側における前記第１ブームの先端側下面部と前記第１ブームシリンダの先端部との枢結位置より上面側において前記第１ブームの先端部に枢結され、前記第２ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第２ブームが押し下げおよび引き上げられるようにして上下揺動するように構成されることを特徴とする。
【００１０】
なお、上述の作業機械において、前記第２ブームシリンダが、円筒状シリンダ空間を有するシリンダチューブ、前記円筒状シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に配設されたピストンおよび前記ピストンに繋がって前記シリンダチューブから軸方向外方に延びるロッドから構成され、前記ピストンにより前記円筒状シリンダ空間が分割画成された前記ロッドが通るロッド側油室および反対側に位置するボトム側油室への油圧供給制御により前記第
２ブームシリンダが伸縮作動するように構成され、前記第２ブームシリンダは、前記ロッドの先端部が前記先端部として前記第２ブームに枢結され、前記シリンダチューブの前記ロッドの延びる方向と反対側の基端部が前記基端部として前記第１ブームの先端部に枢結されて設けられることが好ましい。
【００１１】
また、前記作業装置が、前記第２ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられたアームと、前記アームの先端部に上下揺動自在に取り付けられたバケットとを備えて構成され、前記バケットは、前記第２ブームシリンダの前記ボトム側油室に油圧を作用させることで掘削方向に揺動される向きで前記アームの先端部に取り付けられることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記第１ブームにおける前記第１ブームと前記第２ブームとの枢結部が、前記第１ブームと前記第１ブームシリンダの先端部との枢結部と同一位置に設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る作業機械は、第２ブームシリンダの基端部が、第１ブームの先端側における第１ブームの先端側下面部と第１ブームシリンダの先端部との枢結位置より上面側において第１ブームの先端部に枢結されて構成される。そのため、第２ブームシリンダを伸作動させて第２ブームが押し下げられ、反対に第２ブームシリンダを縮作動させて第２ブームが引き上げられるように構成できる。よって、ボトム側油室に油圧が作用されて伸作動する第２ブームシリンダを用いた場合には、この第２ブームシリンダにより大きな力を第２ブームに作用させて揺動させることが可能となり、例えば小型の第２ブームシリンダを用いることで重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して第２ブームを揺動させることができる。
【００１４】
なお、第２ブームシリンダが、ロッド側油室およびボトム側油室への油圧供給制御により伸縮作動するように構成され、ロッドの先端部が第２ブームに枢結され、シリンダチューブの基端部が第１ブームの先端部に枢結された構成が好ましい。このように構成した場合、第２ブームシリンダのボトム側油室へ油圧を作用させることで、ピストンの表面全体に油圧を作用させて大きな力でロッドを伸長させて第２ブームを揺動させることができる。そのため、小型のアジャストシリンダを用いることで、重量増加や製造コストの増加を抑えつつ、掘削反力に抗して第２ブームを揺動させることが可能となる。
【００１５】
また、作業装置がアームとバケットとを備えて構成され、このバケットが、第２ブームシリンダのボトム側油室に油圧を作用させることで掘削方向に揺動される向きで取り付けられた構成が好ましい。このように構成すると、第２ブームシリンダのボトム側油室に油圧を作用させて掘削反力に抗することができるようになるので、掘削反力に抗して確実に第２ブームを揺動させることが可能となる。
【００１６】
さらに、第１ブームと第２ブームとの枢結部が、第１ブームと第１ブームシリンダの先端部との枢結部と同一位置に設けられる構成が好ましい。このように構成した場合には、第１ブームに設けられる枢結部の個数を減らして構成を簡素化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用したパワーショベルの斜視図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ部分を示す断面図である。
【図３】上記パワーショベルを構成する先端ブームの斜視図である。
【図４】先端ブームシリンダを示す図であって、（ａ）は側面図（一部断面図）を、（ｂ）は図４（ａ）中のＩＶ（ｂ）−ＩＶ（ｂ）部分の断面図を、（ｃ）は図４（ａ）中のＩＶ（ｃ）−ＩＶ（ｃ）部分の断面図をそれぞれ示す。
【図５】上記パワーショベルの油圧回路構成を示す概略図である。
【図６】上記パワーショベルの側面図である。
【図７】従来構成のパワーショベルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１には、本発明を適用した作業機械の一例としてのクローラ型のパワーショベル１の斜視図を示している。まず、図１〜図５を参照しながら、このパワーショベル１の全体構成について説明する。説明の便宜上、各図面において矢印方向でパワーショベル１の前後、左右および上下方向を示し、以下この方向を用いて説明を行う。
【００１９】
パワーショベル１は、図１に示すように、平面視略Ｈ字状の走行台車２の左右に走行機構３，３が設けられて構成される走行装置４と、走行台車２の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード５と、走行台車２の上部に旋回可能に設けられた旋回台６と、旋回台６の前部に設けられたショベル機構７と、旋回台６の上部に立設された運転者搭乗用のオペレータキャビン８とから構成されている。
【００２０】
走行装置４を構成する左右一対の走行機構３，３は、走行台車２の左右前部に設けられた駆動用スプロケットホイール９と、走行台車２の左右後部に設けられたアイドラホイール１０との間に履帯１１が巻き掛けられて構成される。駆動用スプロケットホイール９は、油圧駆動式の走行油圧モータ９ａにより回転駆動される（図５参照）。ブレード５は油圧駆動式のブレードシリンダ５ａの作動により揺動され，旋回台６は旋回油圧モータ２３により旋回動される（図５参照）。
【００２１】
ショベル機構７は、図１に示すように、ショベル側スイングポスト１２に揺動自在に枢結された基端ブーム１３と、基端ブーム１３の先端部に基端ブーム１３の揺動面内で上下に揺動自在に枢結された先端ブーム１５と、先端ブーム１５の先端部に先端ブーム１５の揺動面内で上下に揺動自在に枢結されたアーム１７と、アーム１７の先端部に上下に揺動自在に取り付けられたバケット１９と、油圧駆動式のブームシリンダ１４と、アジャストシリンダ１６と、アームシリンダ１８と、バケットシリンダ２０とから構成されている。
【００２２】
ショベル側スイングポスト１２は、旋回台６の前部に突出して形成された旋回台側スイングポスト６ａに枢結されており、旋回台６に設けられたスイングシリンダ６ｂ（図５参照）を伸縮させることにより、鉛直方向に延びるスイング軸Ｎを中心として、旋回台側スイングポスト６ａに対してショベル側スイングポスト１２を所定の角度範囲内で左右に振ることができるようになっている。
【００２３】
基端ブーム１３は、図１に示すように、掘削作業等に耐えうる強度を有して前側上方に延びて形成されており、その基端部がショベル側スイングポスト１２の後部に設けられた基端ブーム用枢結部１２ａに枢結されて、上下に揺動自在となっている。ブームシリンダ１４は、ボトム側端部がショベル側スイングポスト１２の前部に設けられたブームシリンダ用枢結部１２ｂに枢結され、ロッド側端部１４ａ（図２参照）が取付部材１４ｂを介して基端ブーム１３の先端前部に形成されたブームシリンダ用枢結部１３ａに枢結されて、基端ブーム１３の前側下面１３ｃに沿って上下に延びて取り付けられている（図２参照）。そのため、ブームシリンダ１４を伸長させることで、基端ブーム用枢結部１２ａを中心として基端ブーム１３を後側上方に押し上げるように揺動させることができ、反対にブームシリンダ１４を縮小させることで、基端ブーム１３を前側下方に引き下げるように揺動させることができる。
【００２４】
先端ブーム１５は、図２および図３に示すように、上壁部４０Ｕ、下壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒから構成され、掘削作業等に耐えうる強度を有して前後に延びて形成されている。先端ブーム１５の内部には、これら上壁部４０Ｕ、下壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒによって囲まれるとともに後方に開放されたシリンダ収容空間４０が形成されている。左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒの前部には、左右に貫通したアーム用枢結部１５ａが形成され、このアーム用枢結部１５ａの後方部分には、左右に貫通したアジャストシリンダ用枢結部１５ｂが形成されている。
【００２５】
左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒの後部には、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒの後端部に繋がって上下に広がる左基端接続部４１Ｌおよび右基端接続部４１Ｒが形成されている。左基端接続部４１Ｌおよび右基端接続部４１Ｒの下端部には、左右に貫通した基端ブーム用枢結部４５が形成され、左基端接続部４１Ｌおよび右基端接続部４１Ｒの上端部には、左右に貫通したアームシリンダ用枢結部１５ｃが形成されている。基端ブーム１３と先端ブーム１５とは、基端ブーム１３のブームシリンダ用枢結部１３ａの位置と先端ブーム１５の基端ブーム用枢結部４５の位置とを一致させておき、この部分をブームシリンダ１４のロッド側端部１４ａを用いて枢結される。そのため、先端ブーム１５は、基端ブーム１３の揺動面内において基端ブーム用枢結部４５（ブームシリンダ用枢結部１３ａ）を中心として上下に揺動自在となっている。
【００２６】
アジャストシリンダ１６は、図４（ａ）に示すように、いわゆる複動形の油圧シリンダであって、内部に円筒状の油室が形成されたシリンダチューブ５１と、シリンダチューブ５１に対し軸方向に突出入自在に挿入されたロッド５２と、シリンダチューブ５１の内部においてロッド５２の基端部に取り付けられるとともに軸方向に摺動自在なピストン５５とから構成される。ロッド５２の先端部には枢結可能なロッド側端部５３が、シリンダチューブ５１の基端部（ロッド５２が挿入された側とは反対側の端部）には枢結可能なボトム側端部５４がそれぞれ形成されている。
【００２７】
シリンダチューブ５１内に形成された油室は、ピストン５５によって、ボトム側油室５１ａとロッド５２が挿入されて位置するロッド側油室５１ｂとに区分けされている。ピストン５５の外周部には、例えばゴム等の可撓性材料を用いてリング状に形成されたピストンパッキン５５ａが取り付けられており、ボトム側油室５１ａとロッド５２との間での油漏れが防止されるようになっている。シリンダチューブ５１の先端側におけるロッド５２が挿入される部分には、例えばゴム等の可撓性材料を用いてリング状に形成されたロッドパッキン５１ｃが取り付けられており、このロッドパッキン５１ｃにより、ロッド側油室５１ｂ内の圧油が外部に漏れ出さないようにシールされている。
【００２８】
また、シリンダチューブ５１には、ボトム側油室５１ａに連通するボトム側ポート５６、およびロッド側油室５１ｂに連通するロッド側ポート５７が設けられている。このボトム側ポート５６が、ボトム側油路３４ａを介してコントロールバルブ３３と接続され、ロッド側ポート５７が、ロッド側油路３４ｂを介してコントロールバルブ３３と接続されている（図５参照）。
【００２９】
このように構成されるアジャストシリンダ１６は、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させることにより、ピストン５５をロッド側端部５３の方へ摺動させてロッド５２を伸長させることができ、反対にロッド側油室５１ｂに油圧を作用させることにより、ピストン５５をボトム側端部５４の方へ摺動させてロッド５２を縮小させることができるようになっている。なお、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１８およびバケットシリンダ２０も、このアジャストシリンダ１６と同様に構成された複動形の油圧シリンダが用いられる。
【００３０】
アジャストシリンダ１６は、先端ブーム１５のシリンダ収容空間４０に挿入されて、ロッド側端部５３がアジャストシリンダ用枢結部１５ｂに枢結され、一方、ボトム側端部５４が基端ブーム１３の先端部においてブームシリンダ用枢結部１３ａよりも後方且つ上方に形成されたアジャストシリンダ用枢結部１３ｂに、取付部材５９を介して枢結される（図２参照）。そのため、アジャストシリンダ１６を伸長させることで、ブームシリンダ用枢結部１３ａ（基端ブーム用枢結部４５）を中心として先端ブーム１５を前側下方に押し下げるように揺動させることができ、反対にアジャストシリンダ１６を縮小させることで、先端ブーム１５を後側上方に引き上げるように揺動させることができる。なお、アジャストシリンダ１６の伸長量には予め上限値が設定されており、アジャストシリンダ１６を大きく伸長させた場合であっても、アジャストシリンダ１６のシリンダチューブ５１とブームシリンダ１４のロッド側端部１４ａとが干渉しないようになっている。
【００３１】
アーム１７は、掘削作業等に耐えうる強度を有して上下に延びて形成されており、その基端部が先端ブーム１５の先端部に形成されたアーム用枢結部１５ａに枢結されて、先端ブーム１５の揺動面内において上下に揺動自在となっている。アームシリンダ１８は、ボトム側端部１８ａが先端ブーム１５に形成されたアームシリンダ用枢結部１５ｃに取付部材１８ｂを介して枢結され（図２参照）、ロッド側端部がアーム１７の基端部に形成されたアームシリンダ用枢結部１７ａに枢結されている。そのため、アームシリンダ１８を伸長させることで、アーム用枢結部１５ａを中心としてアーム１７を下方に押し下げるように揺動させることができ、反対にアームシリンダ１８を縮小させることで、アーム１７を上方に引き上げるように揺動させることができる。
【００３２】
バケット１９は、リンク機構１７ｂを介してアーム１７の先端部に取り付けられており、アーム１７の揺動面内において上下に揺動自在となっている。バケットシリンダ２０は、ボトム側端部がアーム１７に形成されたバケットシリンダ用枢結部１７ｃに枢結され、ロッド側端部がリンク機構１７ｂに枢結されている。そのため、バケットシリンダ２０を伸長させることで、リンク機構１７ｂを中心としてバケット１９を旋回台６側に向けて揺動させることができ、反対にバケットシリンダ２０を縮小させることで、バケット１９を旋回台６に対して遠ざかる向きに揺動させることができる。
【００３３】
このように、パワーショベル１のショベル機構７は、ブームが基端ブーム１３と先端ブーム１５とに分割されて構成され、基端ブーム１３に対して先端ブーム１５が揺動自在となっている。そのため、分割されることなく一体的に構成されたブームを備えたパワーショベルと比較して、先端ブーム１５を旋回台６側に引き寄せることで最小旋回半径を小さくすることができるので、例えば裏路地のような狭い作業場所においても掘削作業を行うことが可能となる。また、ブームが一体的に構成されたパワーショベルと比較して、バケット１９の稼動範囲を広げて、掘削作業の作業範囲を拡大することが可能である。さらには、先端ブーム１５を旋回台６側に引き寄せておくことで、走行装置４で走行する際の運転者の視界を十分に確保することができる。
【００３４】
図５に示すように、パワーショベル１は、エンジンＥにより可変容量型油圧ポンプ３１を回転駆動させることで、作動油タンク３２に貯留された作動油が吸い上げられて圧油としてコントロールバルブ３３に供給される。可変容量型油圧ポンプ３１からコントロールバルブ３３に供給された圧油は、コントロールバルブ３３内に収容されたスプール（図示せず）の位置に応じてブレードシリンダ５ａ等に供給制御される。なお、以降の説明では、ブレードシリンダ５ａ、スイングシリンダ６ｂ、走行油圧モータ９ａ、ブームシリンダ１４、アジャストシリンダ１６、アームシリンダ１８、バケットシリンダ２０および旋回油圧モータ２３を纏めて、油圧アクチュエータ３０と称する。
【００３５】
オペレータキャビン８は、図１に示すように、上下前後左右が囲まれた矩形箱状に形成
されており、内部に運転者が着座するためのオペレータシート２１と、走行装置４やショベル機構７の作動操作を行うための操作装置２２とが設けられている。この操作装置２２には、パワーショベル１の走行、掘削等の操作を行うための操作レバー（図示せず）が設けられている。運転者により操作レバーが操作されると、その操作に応じてコントロールバルブ３３内のスプールが移動され、スプールの移動位置に応じた油圧アクチュエータ３０に圧油が供給制御されて、操作レバーの操作に応じた作動をさせることができるようになっている。
【００３６】
以上ここまでは、パワーショベル１の全体構成について説明した。このように構成されるパワーショベル１を用いて、例えば路面の掘削作業を行う場合、先端ブーム１５等を下方に揺動させてバケット１９の先端部を路面に食い込ませるようにして作業が行われる。このとき、先端ブーム１５においては、掘削方向に対して反対方向（先端ブーム１５を上方に揺動させる方向）に掘削反力が作用するので、バケット１４を確実に路面に食い込ませるためには、この掘削反力に抗して先端ブーム１５を下方に揺動させる必要がある。
【００３７】
ところで、図７に示す従来構成のパワーショベル５００においては、基端ブームと先端ブームとの間に跨ってアジャストシリンダが設けられ、アジャストシリンダのロッド側油室に油圧を作用させることで掘削反力に抗するように構成されていた。ここで、ピストンにおけるロッド側油室の油圧が実際に作用する部分の面積は、ロッドの断面積分だけ少ないため、ロッドを縮小させる力を十分にピストンに作用させることが難しく、大型のアジャストシリンダを用いたり２つのアジャストシリンダを設ける必要があり、重量増加や製造コストの増加を招いていた。これに対し、本発明に係るパワーショベル１は、重量増加や製造コストの増加を抑えながらも、掘削反力に抗することが可能な構成を特徴構成として有している。それでは、この特徴構成について、図６を追加参照して以下に説明する。
【００３８】
図６に示すパワーショベル１の側面図において、矢印Ａの掘削方向にショベル機構７全体を揺動させて掘削作業を行う場合、バケット１９およびアーム１７を介して、先端ブーム１５には矢印Ｂの方向（掘削方向とは反対方向）に掘削反力が作用する。そのため、先端ブーム１５を揺動させるアジャストシリンダ１６に対しては、掘削反力に屈して先端ブーム１５を矢印Ｂの方向に揺動させずに先端ブーム１５を矢印Ａの方向に揺動させる圧油の供給制御が行われる。
【００３９】
ここで、アジャストシリンダ１６のロッド側油室５１ｂに油圧を作用させる場合について説明すると、図４（ｂ）に示すように、ピストン５５におけるロッド側油室５１ｂの油圧が実際に作用する部分の面積は、ピストン５５の面積からロッド５２の断面積を差し引いたリング状部分の面積となる。これに対し、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させる場合には、図４（ｃ）に示すように、ピストン５５の表面全体に対してボトム側油室５１ａの油圧を作用させることができる。このことから分かるように、ロッド側油室５１ｂに油圧を作用させるよりも、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させる方が、ピストン５５を介して大きな力をロッド５２に作用させることが可能である。
【００４０】
掘削作業時においては、掘削反力に抗しつつ掘削方向（矢印Ａの方向）に揺動させることとなるため、先端ブーム１５を矢印Ｂの方向に揺動させる場合よりも矢印Ａの方向に揺動させる場合の方が、より大きな力を先端ブーム１５に作用させる必要がある。そこで本発明に係るパワーショベル１は、上述したように、基端ブーム１３における先端ブーム１５の揺動中心（ブームシリンダ用枢結部１３ａ、基端ブーム用枢結部４５）を、基端ブーム１３におけるアジャストシリンダ１６のボトム側端部５４の枢結位置（アジャストシリンダ用枢結部１３ｂ）よりも前側下部に設けることにより、アジャストシリンダ１６のボトム側油室５１ａに油圧を作用させて大きな力でロッド５２を伸長させ、先端ブーム１５を矢印Ａの方向に揺動させることができるように構成されている。
【００４１】
そのため、ロッド側油室に油圧を作用させて矢印Ａの方向の先端ブームを揺動させる従来構成と比較して、より小型のアジャストシリンダ１６を用いながらも、掘削反力に抗して先端ブーム１５を矢印Ａの方向に揺動させて掘削作業を行うことが可能なパワーショベル１を構成できる。このようにして、より小型のアジャストシリンダ１６を用いることで、パワーショベル１の軽量化が図れると同時に製造コストを低減できる。
【００４２】
また、本発明に係るパワーショベル１においては、基端ブーム１３の先端前部に先端ブーム１５が枢結されているので、図７の基端ブームの先端後部に先端ブームが枢結された従来構成と比較して、同一の作業範囲を確保しつつ先端ブーム１５の全長を短くしてパワーショベル１の軽量化を図ることが可能である。このようにパワーショベル１を軽量化することで、エンジンＥでの燃料消費を抑えることができる。また、旋回台６の前方に突出したショベル機構７が軽量化されるので、走行時および掘削作業時のパワーショベル１のふらつきを抑えて安定性を高めることができる。
【００４３】
ところで、先端ブーム１５を大きく前側下方に揺動させた状態でバケット１９により土砂をすくう掘削作業を行う場合、先端ブーム１５の近傍に土砂が巻き上げられることがある。もし、巻き上げられた土砂がアジャストシリンダ１６（アジャストシリンダ１６のロッド５２）に付着すると、この付着した状態のままロッド５２がシリンダチューブ５１に突出入されることで、ロッドパッキン５１ｃが損傷して油漏れの原因となる虞がある。このことに対して本発明に係るパワーショベル１は、上述したように、アジャストシリンダ１６が先端ブーム１５に形成されたシリンダ収容空間４０内に収容された状態で、先端ブーム１５および基端ブーム１３に枢結されて構成されている。そのため、アジャストシリンダ１６のロッド５２に対して巻き上げられた土砂が付着することを効果的に防止でき、アジャストシリンダ１６の油漏れを防止可能となる。
【００４４】
また、従来構成においては、例えば先端ブームを大きく下方へ揺動させることで、アジャストシリンダが路面等に直接接触してロッドが損傷して油漏れの原因となる虞があったが、一方、本発明に係るパワーショベル１においては、アジャストシリンダ１６がシリンダ収容空間４０内に収容されているので、アジャストシリンダ１６が直接路面等と接触して損傷を受けることが防止され、油漏れを効果的に防ぐことができる。
【００４５】
上述の実施形態においては、アジャストシリンダ１６のロッド側端部５３が先端ブーム１５のアジャストシリンダ用枢結部１５ｂに枢結され、ボトム側端部５４が基端ブーム１３のアジャストシリンダ用枢結部１３ｂに枢結された構成例について説明したが、本発明はこの構成例に限定されない。例えば、アジャストシリンダ１６のロッド側端部５３とボトム側端部５４とを反対に向けて、ロッド側端部５３をアジャストシリンダ用枢結部１３ｂに枢結し、ボトム側端部５４をアジャストシリンダ用枢結部１５ｂに枢結する構成も可能である。この構成の場合にも、ボトム側油室５１ａに油圧を作用させて掘削反力に抗する構成とすることができる。
【００４６】
また、上述の実施形態においては、基端ブーム１３、先端ブーム１５およびアーム１７の３段構成のショベル機構７を備えたパワーショベル１に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこの例に限定して適用されるものではない。例えば４段構成以上のショベル機構を備えた作業機械や、２段構成のショベル機構を備えた作業機械にも適用可能である。
【００４７】
上述の実施形態において、上壁部４０Ｕ、下壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒから構成された先端ブーム１５を例示して説明したが、掘削作業に耐えうる強度を有していれば先端ブーム１５はこの構成に限定されない。例えば、上壁部４０Ｕを省いて下
壁部４０Ｄ、左壁部４０Ｌおよび右壁部４０Ｒから構成された断面視コの字状の先端ブームを用いることも可能である。この構成の先端ブームを用いた場合には、バケット１９で巻き上げられた土砂等が、アジャストシリンダ１６のロッド５２に付着することを効果的に防止しつつ、パワーショベルを軽量化することができる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜改良可能である。例えば、上述の実施形態においては、エンジンＥを駆動源とするパワーショベル１に本発明を適用した構成例について説明したが、この構成例以外にも例えば電動モータを駆動源としたパワーショベルに対しても同様に本発明を適用可能である。
【００４９】
上述の実施形態では、クローラ型のパワーショベルに対して本発明を適用した例について説明したが、これに限定されることはなく、例えばホイール型のパワーショベルやショベルローダ等の他の作業機械に本発明を適用させることも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ パワーショベル（作業機械）
６ 旋回台（車体）
１３ 基端ブーム（第１ブーム）
１４ ブームシリンダ（第１ブームシリンダ）
１５ 先端ブーム（第２ブーム）
１６ アジャストシリンダ（第２ブームシリンダ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、前記車体に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第１ブームと、前記第１ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第２ブームと、前記第２ブームの先端部に取り付けられた作業装置と、前記車体と前記第１ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第１ブームシリンダと、前記第１ブームと前記第２ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第２ブームシリンダと、を有して構成される作業機械であって、
前記第１ブームは、前記基端部における前記車体との枢結部を揺動中心として前上方に延びるように設けられ、
前記第１ブームシリンダは、先端部が前記第１ブームの先端側下面部に枢結されるとともに基端部が前記車体に枢結されて前記第１ブームの下面に沿って取り付けられ、前記第１ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第１ブームが押し上げおよび引き下げられるようにして上下揺動するように構成され、
前記第２ブームシリンダは、先端部が前記第２ブームに枢結されるとともに基端部が前記第１ブームの先端側における前記第１ブームの先端側下面部と前記第１ブームシリンダの先端部との枢結位置より上面側において前記第１ブームの先端部に枢結され、前記第２ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第２ブームが押し下げおよび引き上げられるようにして上下揺動するように構成されることを特徴とする作業機械。
【請求項２】
前記第２ブームシリンダが、円筒状シリンダ空間を有するシリンダチューブ、前記円筒状シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に配設されたピストンおよび前記ピストンに繋がって前記シリンダチューブから軸方向外方に延びるロッドから構成され、前記ピストンにより前記円筒状シリンダ空間が分割画成された前記ロッドが通るロッド側油室および反対側に位置するボトム側油室への油圧供給制御により前記第２ブームシリンダが伸縮作動するように構成され、
前記第２ブームシリンダは、前記ロッドの先端部が前記先端部として前記第２ブームに枢結され、前記シリンダチューブの前記ロッドの延びる方向と反対側の基端部が前記基端部として前記第１ブームの先端部に枢結されて設けられることを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記作業装置が、前記第２ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられたアームと、前記アームの先端部に上下揺動自在に取り付けられたバケットとを備えて構成され、
前記バケットは、前記第２ブームシリンダの前記ボトム側油室に油圧を作用させることで掘削方向に揺動される向きで前記アームの先端部に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記第１ブームにおける前記第１ブームと前記第２ブームとの枢結部が、前記第１ブームと前記第１ブームシリンダの先端部との枢結部と同一位置に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の作業機械。
【請求項１】
車体と、前記車体に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第１ブームと、前記第１ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられた第２ブームと、前記第２ブームの先端部に取り付けられた作業装置と、前記車体と前記第１ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第１ブームシリンダと、前記第１ブームと前記第２ブームとの間に設けられて油圧力を受けて伸縮する第２ブームシリンダと、を有して構成される作業機械であって、
前記第１ブームは、前記基端部における前記車体との枢結部を揺動中心として前上方に延びるように設けられ、
前記第１ブームシリンダは、先端部が前記第１ブームの先端側下面部に枢結されるとともに基端部が前記車体に枢結されて前記第１ブームの下面に沿って取り付けられ、前記第１ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第１ブームが押し上げおよび引き下げられるようにして上下揺動するように構成され、
前記第２ブームシリンダは、先端部が前記第２ブームに枢結されるとともに基端部が前記第１ブームの先端側における前記第１ブームの先端側下面部と前記第１ブームシリンダの先端部との枢結位置より上面側において前記第１ブームの先端部に枢結され、前記第２ブームシリンダの伸作動および縮作動に応じて前記第２ブームが押し下げおよび引き上げられるようにして上下揺動するように構成されることを特徴とする作業機械。
【請求項２】
前記第２ブームシリンダが、円筒状シリンダ空間を有するシリンダチューブ、前記円筒状シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に配設されたピストンおよび前記ピストンに繋がって前記シリンダチューブから軸方向外方に延びるロッドから構成され、前記ピストンにより前記円筒状シリンダ空間が分割画成された前記ロッドが通るロッド側油室および反対側に位置するボトム側油室への油圧供給制御により前記第２ブームシリンダが伸縮作動するように構成され、
前記第２ブームシリンダは、前記ロッドの先端部が前記先端部として前記第２ブームに枢結され、前記シリンダチューブの前記ロッドの延びる方向と反対側の基端部が前記基端部として前記第１ブームの先端部に枢結されて設けられることを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記作業装置が、前記第２ブームの先端部に基端部が枢結されて上下揺動自在に取り付けられたアームと、前記アームの先端部に上下揺動自在に取り付けられたバケットとを備えて構成され、
前記バケットは、前記第２ブームシリンダの前記ボトム側油室に油圧を作用させることで掘削方向に揺動される向きで前記アームの先端部に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記第１ブームにおける前記第１ブームと前記第２ブームとの枢結部が、前記第１ブームと前記第１ブームシリンダの先端部との枢結部と同一位置に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４０８３３（Ｐ２０１２−１４０８３３Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７９（Ｐ２０１１−１２７９）
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（０００１５０１５４）株式会社竹内製作所 (50)
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（０００１５０１５４）株式会社竹内製作所 (50)
[ Back to top ]