特許 7484180 油圧ショベル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】油圧ショベル

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/40 20060101AFI20240509BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20240509BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

E02F3/40 E

E02F9/20 M

E02F9/26 A

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020009063

(22)【出願日】2020-01-23

(65)【公開番号】P2021116547

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】三輪 敏明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】沼崎 孝義

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２８１７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１９３０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４５８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１４６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４９５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５０７５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１１７８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８３７４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／４０

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブームと、基端部がアームピンを介して前記ブームの先端部に回動可能に連結されたアームと、バケットピンを介して前記アームの先端部に回動可能に連結されたバケットとを作業装置として有し、ロッド側の端部がリンク機構を介して前記バケットに連結されたバケットシリンダの伸縮によって前記バケットを駆動する油圧ショベルであって、
前記バケットシリンダのボトム側の端部を前記アームに回動可能に連結するピン型ロードセルと、
前記ピン型ロードセルによる荷重検出値に基づいて、前記バケットに収容された収容物の重量を算出する重量算出装置と、を具備し、
前記ピン型ロードセルは、１軸方向のみを荷重検出方向とし、前記荷重検出方向とバケットクラウド状の前記バケットシリンダの軸方向とが一致する様に取り付けられていることを特徴とする油圧ショベル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バケット内の掘削物（土砂等）の重量を検出する機能を備えた油圧ショベルに関する。

【背景技術】

【0002】

ピン型ロードセルによってバケットとアームを連結し、ピン型ロードセルに加わるせん断力によって生じる歪を計測することで、バケット内の土砂等の収容物の重量を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２８１７８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術では、アームに対するバケットの回動状況に応じてピン型ロードセルに作用する荷重の方向が変化してしまう。そのため、使用することができるピン型ロードセルは、荷重の作用方向が変化しても高精度な測定を行うことができる特別なものに限定されてしまう。

【0005】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、荷重の作用方向の変化に対応していない汎用のピン型ロードセルを用いて、バケット内の収容物の重量を正確に検出することができる油圧ショベルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の油圧ショベルは、ブームと、基端部がアームピンを介して前記ブームの先端部に回動可能に連結されたアームと、バケットピンを介して前記アームの先端部に回動可能に連結されたバケットとを作業装置として有し、ロッド側の端部がリンク機構を介して前記バケットに連結されたバケットシリンダの伸縮によって前記バケットを駆動する油圧ショベルであって、前記バケットシリンダのボトム側の端部を前記アームに回動可能に連結するピン型ロードセルと、前記ピン型ロードセルによる荷重検出値に基づいて、前記バケットに収容された収容物の重量を算出する重量算出装置と、を具備し、前記ピン型ロードセルは、１軸方向のみを荷重検出方向とし、前記荷重検出方向とバケットクラウド状の前記バケットシリンダの軸方向とが一致する様に取り付けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、バケットが回動してもピン型ロードセルに作用する荷重方向がほとんど変化しないため、荷重の作用方向の変化に対応していない汎用のピン型ロードセルを用いて、バケット内の収容物の重量を正確に検出することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る油圧ショベルの構成を示す側面図である。

【図2】図１に示すバケットシリンダ支持ピンとして用いるピン型ロードセルの構成を示す図である。

【図3】図１に示すバケットの回動範囲を示す説明図である。

【図4】図２に示すピン型ロードセルによるブランケットとバケットシリンダとの他の連結例を示す図である。

【図5】図１に示す重量算出装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施形態の油圧ショベル１０は、地面と接して走行する走行装置１１と、走行装置１１の上に旋回可能に配置された旋回体１２と、一端が旋回体１２に回動可能に取り付けられた作業装置２０と、重量算出装置８０とを備えている。

【0010】

作業装置２０は、基端部がブームピン３１を介して旋回体１２に回動可能に連結されたブーム２１と、基端部がアームピン３２を介してブーム２１の先端部に回動可能に連結されたアーム２２と、バケットピン３３を介してアーム２２の先端部に回動可能に連結されたバケット２３とを有している。

【0011】

また、作業装置２０は、ブーム２１を駆動するブームシリンダ４１を有している。ブームシリンダ４１は、作動油によって駆動される油圧シリンダであり、一端がブームシリンダ支持ピン５１を介して旋回体１２に回動可能に連結されていると共に、ロッド側の端部がブーム側作用ピン５２を介してブーム２１に回動可能に連結されている。

【0012】

これにより、ブームシリンダ４１の収縮に伴って、旋回体１２に対してブーム２１が下方向に回動されるブーム下げ動作が行われ、ブームシリンダ４１の伸長に伴って、旋回体１２に対してブーム２１が上方向に回動されるブーム上げ動作が行われる。

【0013】

さらに、作業装置２０は、アーム２２を駆動するアームシリンダ４２を有している。アームシリンダ４２は、作動油によって駆動される油圧シリンダであり、一端がアームシリンダ支持ピン５３を介してブーム２１に回動可能に連結されていると共に、ロッド側の端部がアーム側作用ピン５４を介してアーム２２に回動可能に連結されている。

【0014】

これにより、アームシリンダ４２の収縮に伴って、ブーム２１に対してアーム２２が上方向に回動されるブームダンプ動作が行われ、アームシリンダ４２の伸長に伴って、ブーム２１に対してアーム２２が下方向に回動されるブームクラウド動作が行われる。

【0015】

さらに、作業装置２０は、バケット２３を駆動するバケットシリンダ４３を有している。バケットシリンダ４３は、作動油によって駆動される油圧シリンダであり、ボトム側の端部がピン型ロードセル７０を介してアーム２２に回動可能に連結されていると共に、ロッド側の端部がリンク機構６０を介してバケット２３に連結されている。

【0016】

リンク機構６０は、バケットシリンダ４３のロッド側の端部とアーム２２との間に架け渡された第１リンク部材６１と、バケットシリンダ４３のロッド側の端部とバケット２３との間に架け渡された第２リンク部材６２とを有している。

【0017】

バケット２３は、バケットピン３３を介してアーム２２の先端部に回動可能に連結されていると共に、第１リンクピン６３を介して第２リンク部材６２の先端部に連結されている。第１リンク部材６１の基端部は、第２リンクピン６４を介してアーム２２の先端部に回動可能に連結され、第１リンク部材６１の先端部及び第２リンク部材６２の基端部は、第３リンクピン６５を介してバケットシリンダ４３のロッド側の端部に回動可能に連結されている。

【0018】

これにより、バケットシリンダ４３の伸長に伴って、バケット２３がバケットピン３３を支点として内向に回動されるバケットクラウド動作が行われ、バケットシリンダ４３の収縮に伴って、バケット２３がバケットピン３３を支点とし外向に回動されるバケットダンプ動作が行われる。

【0019】

図２を参照すると、ピン型ロードセル７０は、内部は中空に形成された円柱状であり、左軸承部７１、中央軸承部７２及び右軸承部７３を備えている。そして、左軸承部７１及び右軸承部７３と中央軸承部７２との間には、薄肉部７４がそれぞれ形成されている。左軸承部７１及び右軸承部７３は、キープレート７５によってアーム２２に形成された一対のブランケット２２ａにそれぞれ固定されている。そして、中央軸承部７２は、バケットシリンダ４３のボトム側の端部が回転可能に軸承されている。なお、図２において、（ａ）はブランケット２２ａに固定されたピン型ロードセル７０の側面図であり、（ｂ）はブランケット２２ａとバケットシリンダ４３とを連結するピン型ロードセル７０を（ａ）に示す矢印Ｘ方向から見た図である。

【0020】

ピン型ロードセル７０は、バケットシリンダ４３から中央軸承部７２に作用する１軸方向（以下、荷重検出方向）の荷重（せん断力）を検出して荷重検出値として出力する１軸荷重検出機能を有し、荷重検出方向とバケットシリンダ４３の軸方向とがほぼ一致する様に取り付けられている。ピン型ロードセル７０に作用する荷重の方向は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、バケット２３の回動状況に拘わらずほとんど変化しない。従って、ピン型ロードセル７０には、バケット２３の回動状況に拘わらず、ほぼ同じ条件で荷重が作用する。なお、図３において、（ａ）は最もバケットクラウドさせた状態（以下、バケットクラウド状態と称す）を、（ｂ）は最もバケットダンプさせた状態（以下、バケットダンプ状態と称す）をそれぞれ示す。なお、バケットクラウド状態でピン型ロードセル７０の荷重検出方向とバケットシリンダ４３の軸方向とを一致させるとより好適である。

【0021】

なお、図４に示すように、ピン型ロードセル７０は、キープレート７５ａによって中央軸承部７２にバケットシリンダ４３のボトム側の端部を固定させ、アーム２２に形成された一対のブランケット２２ａによって左軸承部７１及び右軸承部７３を回動可能に支承させるようにしても良い。図４において、（ａ）はブランケット２２ａに支承されたピン型ロードセル７０の側面図であり、（ｂ）はブランケット２２ａとバケットシリンダ４３とを連結するピン型ロードセル７０を（ａ）に示す矢印Ｙ方向から見た図である。

【0022】

図４に示す例では、Ｌ字状に構成された２枚のキープレート７５ａを用い、２枚のキープレート７５ａの一端が左軸承部７１及び右軸承部７３にそれぞれ形成されたキー溝にそれぞれ嵌合されている。そして、２枚のキープレート７５ａの他端がブランケット２２ａを跨いでバケットシリンダ４３のボトム側の端部に固定されている。このように、ピン型ロードセル７０をバケットシリンダ４３に対して回転方向で固定することにより、ピン型ロードセル７０の荷重検出方向とバケットシリンダ４３の軸方向とを一致させた状態で、中央軸承部７２にバケットシリンダ４３のボトム側の端部を固定させると良い。

【0023】

ピン型ロードセル７０によって検出された荷重検出値は、無線もしくは有線によって重量算出装置８０に送信され、重量算出装置８０は、受信した荷重検出値に基づいてバケット２３に収容された土砂等の収容物の重量を算出する。

【0024】

重量算出装置８０は、パーソナルコンピューター等のプログラム制御によって動作する情報処理装置であり、図５を参照すると、受信部８１と、記憶部８２と、入力部８３と、出力部８４と、算出制御部８５とを備えている。

【0025】

受信部８１は、ピン型ロードセル７０によって検出された荷重検出値を無線もしくは有線によって受信する機能を有している。

【0026】

記憶部８２は、半導体メモリーやＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶手段である。記憶部８２には、収容物が収容されていないバケット２３がバケットクラウド状態である際に検出されたピン型ロードセル７０の荷重検出値が基準検出値８６として予め記憶されている。さらに、記憶部８２には、受信部８１によって受信されたピン型ロードセル７０の荷重検出値の推移が荷重推移情報８７として記憶されると共に、算出された収容物の重量を積算した積算値８８が記憶される。

【0027】

入力部８３は、キーボード等の入力手段であり、積算限界値（ダンプトラックの積載量等）の設定入力や積算値８８のリセット入力を受け付ける。

【0028】

出力部８４は、液晶ディスプレイ等の表示手段やスピーカ等の音声出力手段であり、算出された収容物の重量や、積算値８８を出力する。

【0029】

算出制御部８５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータ等の演算処理回路である。ＲＯＭには重量算出装置８０の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。算出制御部８５のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、バケットクラウド状態特定部８９、重量算出部９０として機能する。

【0030】

バケットクラウド状態特定部８９は、荷重推移情報８７を解析することで、バケット２３がバケットクラウド状態である際に検出されたピン型ロードセル７０の荷重検出値を特定検出値として特定する。そして、バケットクラウド状態特定部８９は、荷重検出値を特定した後に荷重推移情報８７を消去する。これにより、新たな荷重推移情報８７が生成されて記憶部８２に記憶されることになる。

【0031】

図３（ａ）に示すバケットクラウド状態では、矢印Ａに示すように、上向きの荷重がピン型ロードセル７０に作用し、図３（ｂ）に示すバケットダンプ状態では、矢印Ｂに示すように、下向きの荷重がピン型ロードセル７０に作用する。従って、バケットクラウド状態でバケット２３に収容された収容物をダンプトラック等の積み込む場合、バケットダンプの過程でピン型ロードセル７０に作用する荷重がゼロになるタイミングが存在する。

【0032】

そこで、バケットクラウド状態特定部８９は、例えば、受信部８１によって受信されるピン型ロードセル７０の荷重検出値がゼロになると、荷重推移情報８７を解析し、荷重検出値がゼロなったタイミング以前の所定時間において基準検出値８６以上の荷重検出値を特定検出値として特定する。

【0033】

重量算出部９０は、バケットクラウド状態特定部８９によって特定された特定検出値と基準検出値８６との差分に予め設定された係数を乗算することで、バケット２３に収容された土砂等の収容物の重量を算出する。そして、重量算出部９０は、積算値８８を更新すると共に、更新した積算値８８が設定入力された積算限界値に到達した場合、出力部８４によって到達通知を出力する。

【0034】

以上説明したように、本実施形態は、ブーム２１と、基端部がアームピン３２を介してブーム２１の先端部に回動可能に連結されたアーム２２と、バケットピン３３を介してアーム２２の先端部に回動可能に連結されたバケット２３とを作業装置２０として有し、ロッド側の端部がリンク機構６０を介してバケット２３に連結されたバケットシリンダ４３の伸縮によってバケット２３を駆動する油圧ショベル１０であって、バケットシリンダ４３のボトム側の端部をアーム２２に回動可能に連結するピン型ロードセル７０と、ピン型ロードセル７０による荷重検出値に基づいて、バケット２３に収容された収容物の重量を算出する重量算出装置８０とを備えている。
この構成により、バケット２３が回動してもピン型ロードセル７０に作用する荷重方向がほとんど変化しないため、荷重の作用方向の変化に対応していない汎用のピン型ロードセル７０を用いて、バケット２３内の収容物の重量を正確に検出することができる。

【0035】

さらに、本実施形態において、ピン型ロードセル７０は、１軸方向のみを荷重検出方向とし、荷重検出方向とバケットシリンダ４３の軸方向とが一致する様に取り付けられている。
この構成により、バケット２３に収容物が収容された状態でピン型ロードセル７０に作用する荷重を正確に検出することができる。

【0036】

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0037】

１０ 油圧ショベル
１１ 走行装置
１２ 旋回体
２０ 作業装置
２１ ブーム
２２ アーム
２２ａ ブランケット
２３ バケット
３１ ブームピン
３２ アームピン
３３ バケットピン
４１ ブームシリンダ
４２ アームシリンダ
４３ バケットシリンダ
５１ ブームシリンダ支持ピン
５２ ブーム側作用ピン
５３ アームシリンダ支持ピン
５４ アーム側作用ピン
６０ リンク機構
６１ 第１リンク部材
６２ 第２リンク部材
６３ 第１リンクピン
６４ 第２リンクピン
６５ 第３リンクピン
７０ ピン型ロードセル
７１ 左軸承部
７２ 中央軸承部
７３ 右軸承部
７４ 薄肉部
７５、７５ａ キープレート
８０ 重量算出装置
８１ 受信部
８２ 記憶部
８３ 入力部
８４ 出力部
８５ 算出制御部
８６ 基準検出値
８７ 荷重推移情報
８８ 積算値
８９ バケットクラウド状態特定部
９０ 重量算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】