(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロント装置が軸支された上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体を具備する作業機械の作業範囲制御装置であって、
該下部走行体に対する該上部旋回体の旋回姿勢を検出する旋回姿勢検出手段と、
該フロント装置の作業範囲としての側方作業範囲を記憶する第一記憶手段と、
該フロント装置の作業範囲として、該作業機械の機体中心から外端までの水平距離が該側方作業範囲よりも大きく設定された前方作業範囲を記憶する第二記憶手段と、
該旋回姿勢が該下部走行体の側方を向いた側方姿勢である場合に、該フロント装置の作業範囲を該側方作業範囲の内側に制限するとともに、該旋回姿勢が該下部走行体の前方又は後方を向いた前方姿勢である場合に、該フロント装置の作業範囲を該前方作業範囲の内側まで拡大する制御手段と、
該フロント装置の節点角度を検出する角度検出手段と、
該角度検出手段で検出された該節点角度に基づき、該フロントの先端部の位置を演算する位置演算手段と、
該下部走行体及び該上部旋回体の何れか一方に設けられた板部材と、
該下部走行体及び該上部旋回体の何れか他方に該板部材と対向して設けられ、該板部材の近接状態を検出する近接スイッチと、
該作業機械の搭乗者によってオン／オフの二位置に操作される前方作業スイッチと、を備え、
該制御手段が、
該旋回姿勢が該側方姿勢である場合に、該位置演算手段で演算された該位置が該側方作業範囲の外端を超える該フロント装置の操作を禁止し、
該旋回姿勢が該前方姿勢である場合に、該位置演算手段で演算された該位置が該前方作業範囲の外端を超えないまでの該フロント装置の操作を許容するとともに、
該近接スイッチで該近接状態が検出されかつ該前方作業スイッチがオン操作されている場合に、該位置演算手段で演算された該位置が該前方作業範囲の外端を超えないまでの該フロント装置の操作を許容し、
該近接スイッチで該近接状態が検出されかつ該前方作業スイッチがオフ操作されている場合に、該旋回姿勢が該側方姿勢である場合と同一の制御を実施する
ことを特徴とする、作業機械の作業範囲制御装置。
【請求項２】
該制御手段が、該旋回姿勢が該前方姿勢である場合に、該旋回姿勢が該前方姿勢以外の姿勢になることを禁止する
ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【請求項３】
該フロント装置が、先端側に連結されるアーム及び基端側に連結されるブームを有し、
該角度検出手段が、該アーム及び該ブームのそれぞれの基端部の節点角度を検出するとともに、
該作業機械の搭乗者によってオン／オフの二位置に操作される垂直移動スイッチと、
該垂直移動スイッチがオンに操作された状態でのアーム操作時に、該アームの基端部の節点角度及び該ブームの基端部の節点角度に基づき、該ブームを該アームと同時に作動させて該アームの先端を垂直方向に移動させる軌跡制御手段とを備えた
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【請求項４】
該軌跡制御手段が、
該ブームの角速度の目標値を演算する目標ブーム角速度演算手段と、
該角速度の目標値に基づき、該ブームを駆動するブームシリンダの伸縮速度の目標値を演算する目標ブームシリンダ速度演算手段と、を有する
ことを特徴とする、請求項３記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【請求項５】
該制御手段が、
該旋回姿勢が該側方姿勢である場合に、該フロント装置の基端部仰角の最小値を第一所定値以上に制限するとともに、該旋回姿勢が該前方姿勢である場合に、該最小値を該第一所定値よりも小さい第二所定値以上に制限する
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【請求項６】
該フロント装置の基端部及び該上部旋回体の何れか一方に固定された基端プレートと、
該フロント装置の基端部及び該上部旋回体の何れか他方に固定され、該基端プレートの近接状態を検出するブーム近接スイッチとを備え、
該制御手段が、該ブーム近接スイッチで検出された該近接状態に基づき、該フロント装置の仰角を制御する
ことを特徴とする、請求項５記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロント装置を備えた作業機械の作業範囲を制御する作業範囲制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブーム，ジブ，アーム及び破砕機の四部位からなるロング解体仕様のフロント装置を備えた解体作業機が開発されている。このような作業機械では、フロント装置の全長が長く、姿勢が不安定になりやすい。そこで、機体の重心位置を随時演算して、転倒に対する安定性を向上させる技術が提案されている。
【０００３】
例えば、機体の重心位置に応じて警報を発する技術が知られている。この場合、フロント装置を構成する各部位の関節部に角度センサを設け、フロント装置の姿勢から機体の重心位置を演算する。また、下部走行体の接地面における安定支点の支持力を演算し、機体後方側の安定支点での支持力が所定値以下になったときに警報を発する（特許文献１参照）。このような技術を用いることで、安定支点での支持力や重心位置をモニタに表示して、機体の安定度を搭乗者に報知することが可能となる。
【０００４】
また、フロント装置の旋回状態を検出することで機体の安定性を検証する技術も提案されている。例えば、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角を検出し、この旋回角が作業に適さないアタッチメント禁止角度範囲θであるときに、フロント装置の先端に設けられたアタッチメント装置の駆動を停止させる技術が知られている（特許文献２参照）。このような技術を用いれば、機体が不安定となる旋回角での作業を禁止することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４７５７８号公報
【特許文献２】特開２００７−１１３２４６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、作業機械の下部走行体に設けられる走行装置はその走行方向である前後方向の寸法が幅方向の寸法よりも大きく形成されており、下部走行体の接地面は下部走行体の車幅方向よりも前後方向に長い。そのため、機体の安定性を確保するための制御は、最も条件が厳しい横向き姿勢（上部旋回体の正面が下部走行体の車幅方向に向いた姿勢）を前提とすることが望ましい。上述の特許文献１のような技術においても、旋回角に関わらず、少なくとも横向き姿勢の状態になったとしても転倒が生じないように制御が実施される。
【０００７】
一方、機体の転倒に対する安定性は、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角に依存する。例えば、上部旋回体の正面が下部走行体の前後方向に向いた前向き姿勢では、横向き姿勢のときよりも安定性が高まり、より遠くまでフロント装置を伸ばすことが可能である。
【０００８】
しかしながら、上述のような従来の技術では、このような特性が考慮された制御が実施されていないため、たとえ前向き姿勢であったとしても、横向き姿勢のときと同じ条件でフロント装置の動作が制限されてしまう。したがって、実際には安定性が高い作業姿勢であったとしても、常に過剰に安定側の制御が実施されることになり、作業範囲が狭くなるとともに作業性が低下するという課題がある。
【０００９】
本件の目的の一つは、このような課題に鑑み創案されたもので、フロント装置での作業時において、安定性を向上させつつ作業性を向上させることができるようにした作業機械の作業範囲制御装置を提供することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）開示の作業機械の作業範囲制御装置は、フロント装置が軸支された上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体を具備する作業機械の作業範囲制御装置である。すなわち、該下部走行体に対する該上部旋回体の旋回姿勢を検出する旋回姿勢検出手段を備える。また、該フロント装置の作業範囲としての側方作業範囲を記憶する第一記憶手段と、該フロント装置の作業範囲として、該作業機械の機体中心から外端までの水平距離が該側方作業範囲よりも大きく設定された前方作業範囲を記憶する第二記憶手段とを備える。さらに、該旋回姿勢が該下部走行体の側方を向いた側方姿勢である場合に、該フロント装置の作業範囲を該側方作業範囲の内側に制限するとともに、該旋回姿勢が該下部走行体の前方又は後方を向いた前方姿勢である場合に、該フロント装置の作業範囲を該前方作業範囲の内側まで拡大する制御手段を備える。
例えば、上部旋回体の姿勢が前向き姿勢のときには、横向き姿勢のときよりも遠くまでフロント装置が届くように制御する。
【００１１】
また、該フロント装置の節点角度を検出する角度検出手段と、該角度検出手段で検出された該節点角度に基づき、該フロントの先端部の位置を演算する位置演算手段とを備える。この場合、該制御手段は、該旋回姿勢が該側方姿勢である場合に、該位置演算手段で演算された該位置が該側方作業範囲の外端を超える該フロント装置の操作を禁止し、該旋回姿勢が該前方姿勢である場合に、該位置演算手段で演算された該位置が該前方作業範囲の外端を超えないまでの該フロント装置の操作を許容する。
【００１２】
さらに、該下部走行体及び該上部旋回体の何れか一方に設けられた板部材と、該下部走行体及び該上部旋回体の何れか他方に該板部材と対向して設けられ、該板部材の近接状態を検出する近接スイッチと、該作業機械の搭乗者によってオン／オフの二位置に操作される前方作業スイッチとを備える。この場合、該制御手段が、該近接スイッチで該近接状態が検出されかつ該前方作業スイッチがオン操作されている場合に、該位置演算手段で演算された該位置が該前方作業範囲の外端を超えないまでの該フロント装置の操作を許容する。さらに、該制御手段が、該近接スイッチで該近接状態が検出されかつ該前方作業スイッチがオフ操作されている場合に、該旋回姿勢が該側方姿勢である場合と同一の制御を実施する。
【００１３】
（２）該制御手段が、該旋回姿勢が該前方姿勢である場合に、該旋回姿勢が該前方姿勢以外の姿勢になることを禁止する。
（３）該フロント装置が、先端側に連結されるアーム及び基端側に連結されるブームを有し、該角度検出手段が、該アーム及び該ブームのそれぞれの基端部の節点角度を検出する。さらに、該作業機械の搭乗者によってオン／オフの二位置に操作される垂直移動スイッチを備える。加えて、該垂直移動スイッチがオンに操作された状態でのアーム操作時に、該アームの基端部の節点角度及び該ブームの基端部の節点角度に基づき、該ブームを該アームと同時に作動させて該アームの先端を垂直方向に移動させる軌跡制御手段を備える。
【００１４】
（４）該軌跡制御手段が、該ブームの角速度の目標値を演算する目標ブーム角速度演算手段と、該角速度の目標値に基づき、該ブームを駆動するブームシリンダの伸縮速度の目標値を演算する目標ブームシリンダ速度演算手段と、を有する。
（５）該制御手段が、該旋回姿勢が該側方姿勢である場合に、該フロント装置の基端部仰角の最小値を第一所定値以上に制限するとともに、該旋回姿勢が該前方姿勢である場合に、該最小値を該第一所定値よりも小さい第二所定値以上に制限する。
【００１５】
（６）該フロント装置の基端部及び該上部旋回体の何れか一方に固定された基端プレートと、該フロント装置の基端部及び該上部旋回体の何れか他方に固定され、該基端プレートの近接状態を検出するブーム近接スイッチとを備える。この場合、該制御手段が、該ブーム近接スイッチで検出された該近接状態に基づき、該フロント装置の仰角を制御する。
【発明の効果】
【００１６】
開示の作業機械の作業範囲制御装置によれば、上部旋回体の旋回姿勢が側方姿勢である場合には、フロント装置の作業範囲を狭めて安定性を向上させることができる。一方、旋回姿勢が前方姿勢である場合には、フロント装置の作業範囲を側方姿勢のときよりも遠方まで拡大することができ、安定性を確保しつつ作業性を向上させることができる。
また、フロント装置の節点角度に基づいてフロントの先端部の位置を演算することで、機体安定度を向上させることができる。さらに、作業範囲を拡大するための条件が、近接スイッチでの近接状態の検知と前方作業スイッチのオン操作とのアンド条件となっているため、センサ，スイッチの故障や断線に際して側方作業範囲を選択させることができ、安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】作業範囲制御装置を備えた油圧ショベルの側面図である。
【図２】油圧ショベルの下部走行体を基準としたフロント装置の作業域を示す模式図である。
【図３】油圧システムの作業半径を示す模式図である。
【図４】油圧ショベルの油圧回路図である。
【図５】油圧ショベルのコントローラを説明するためのブロック構成図である。
【図６】油圧ショベルのフロント装置の姿勢に関するパラメータを説明するための側面図である。
【図７】油圧ショベルの作業範囲制御に係るリレー回路を示すラダー図である。
【図８】油圧ショベルの側方作業域での作業範囲を説明するための側面図である。
【図９】油圧ショベルの前方作業域での作業範囲を説明するための側面図である。
【図１０】油圧ショベルの油圧回路図である。
【図１１】油圧ショベルのコントローラを説明するためのブロック構成図である。
【図１２】油圧ショベルのジブ自動制御部を説明するためのブロック構成図である。
【図１３】油圧ショベルのブーム自動制御部を説明するためのブロック構成図である。
【図１４】油圧ショベルのフロント装置の姿勢に関するパラメータを説明するための側面図である。
【図１５】フロント装置のジブ及びアームを拡大して示す部分側面図である。
【図１６】フロント装置のジブシリンダを拡大して示す部分側面図である。
【図１７】フロント装置の姿勢に関するパラメータを説明するための側面図である。
【図１８】コントローラで実行される制御手順を例示するフローチャートである。
【図１９】コントローラで実行される制御手順を例示するフローチャートである。
【図２０】油圧ショベルのブーム基端部を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図２１】油圧ショベルのブームの傾斜角を示す模式図である。
【図２２】油圧ショベルの油圧回路図である。
【図２３】油圧ショベルの作業範囲制御に係るリレー回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して作業機械の作業範囲制御装置の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下に示す実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、その趣旨を逸脱しない範囲で本実施形態を種々変形して実施してもよい。
【００１９】
［第一実施形態］
［１．機体構成］
第一実施形態として開示する作業範囲制御装置は、図１に示す油圧ショベル３０（作業機械）に適用される。この油圧ショベル３０は、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体１と、下部走行体１に搭載された上部旋回体２とを備える。上部旋回体２は、旋回装置を介して下部走行体１の上に旋回自在に設けられる。旋回装置の駆動源は油圧式の旋回モータ２５である。
上部旋回体２の車両前方側には、車両前方へ延出するロング解体仕様のフロント装置２９が設けられ、その左側方に操作者が搭乗するキャブが設けられる。
【００２０】
フロント装置２９は、上部旋回体２に基端部を軸支されたブーム３と、ブーム３の先端に軸支されたジブ４と、ジブ４の先端に軸支されたアーム５と、さらにアーム５の先端に軸支された破砕機６とを有する。ブーム３及び上部旋回体２の間には左右一対のブームシリンダ３ａが介装され、伸縮動作によりブーム３を上下方向に駆動する。同様に、ブーム３及びジブ４間にはジブシリンダ４ａが介装され、ジブ４及びアーム５間にはアームシリンダ５ａが介装され、アーム５及び破砕機６間にはバケットシリンダ６ａ（アタッチメントシリンダ）が介装される。これらのジブシリンダ４ａ，アームシリンダ５ａ及びバケットシリンダ６ａは、伸縮動作によりジブ４，アーム５及び破砕機６をそれぞれ揺動駆動する。
【００２１】
上部旋回体２とブーム３との連結部には、ブーム角αを検出するブーム角センサ７が設けられる。ブーム角αは、地面（上部旋回体２の底面）を基準としたブーム３の仰角である。同様に、ブーム３とジブ４との連結部にはジブ角センサ８が設けられ、ジブ４とアーム５との連結部にはアーム角センサ９が設けられる。ジブ角センサ８はブーム３に対するジブ４の角度をジブ角βとして検出し、アーム角センサ９はジブ４に対するアーム５の角度をアーム角γとして検出する。これらの角度は、後述するコントローラ１８に伝達される。これらのブーム角センサ７，ジブ角センサ８，アーム角センサ９は、フロント装置２９の節点角度を検出する角度検出手段である。
【００２２】
ブーム角α，ジブ角β及びアーム角γの符号は、図６に示すように、油圧ショベル３０を左側面から見て、ブーム３の基端部を原点として右回りの旋回方向を正とする。また、ブーム３の基端部が上部旋回体２に軸支される位置を軸心ｏと呼ぶ。下部走行体１の接地面が水平であることを前提とすると、この接地面から軸心ｏまでの鉛直距離はＺ0である。さらに、ブーム３がジブ４を軸支する位置を軸心ａと呼び、ジブ４がアーム５を軸支する位置を軸心ｂと呼び、アーム５が破砕機６を軸支する位置を軸心ｃと呼ぶ。以下の説明は、下部走行体１の接地面が水平である場合を想定したものとする。
【００２３】
油圧ショベル３０には、図１，図２に示すように、下部走行体１に対する上部旋回体２の旋回角を検出するための装置として、一対のプレート１０ａ，１０ｂ（板部材）と一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒ（旋回姿勢検出手段）とが設けられる。一対のプレート１０ａ，１０ｂは、旋回中心を挟んで互いに向かい合うように前後方向に間隔を空けて、下部走行体１に固定される。また、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒは一対のプレート１０ａ，１０ｂに対向する位置で車幅方向に間隔を空けて、上部旋回体２に固定される。一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒは、検知範囲内に一対のプレート１０ａ，１０ｂが位置しているときにその存在を検知し、信号をコントローラ１８及び後述するリレー回路Ｃ６に伝達する。
【００２４】
ここでは、図２に示すように、油圧ショベル３０の下部走行体１を基準として、前方作業域及び側方作業域の二種類の作業域を想定している。前方作業域とは、上部旋回体２の正面（旋回中心から見てフロント装置２９位置する側）が下部走行体１の前後方向に向いた前向き姿勢でのフロント装置２９の作業域である。一方、側方作業域とは、上部旋回体２の正面が下部走行体１の車幅方向に向いた横向き姿勢でのフロント装置２９の作業域である。本油圧ショベル３０は、フロント装置２９の作業域が前方作業域であるか側方作業域であるかを判別し、これらの作業域の種類に応じた制御を実施する。
【００２５】
例えば、図２に示す状態では、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒがともにプレート１０ａを検知しており、フロント装置２９の作業域は前方作業域である。上部旋回体２が時計回りに旋回すると、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒも旋回中心の周りを時計回りに回転移動する。フロント装置２９の作業域が前方作業域から側方作業域へと移動する直前には、一方の近接スイッチ１１Ｒがプレート１０ａを検知しなくなる。さらにフロント装置２９の作業域が側方作業域となるまで上部旋回体２が旋回すると、両方の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒがプレート１０ａを検知しなくなる。
【００２６】
一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒの検知状態は、上部旋回体２の下部走行体１に対する旋回角度に対応する。また、二つの近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒの検知状態を参照することで、上部旋回体２の下部走行体１に対する旋回方向が把握される。
なお、これらのプレート１０ａ，１０ｂ及び近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒの固定位置は適宜変更可能である。例えば、これらを旋回ベアリングの内側に設けてもよいし、あるいはプレート１０ａ，１０ｂを上部旋回体２側に固定するとともに近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒを下部走行体１側に固定してもよい。
【００２７】
油圧ショベル３０では、上記の作業域に応じた二種類の作業半径が予め設定されている。図３に示すように、前方作業域での作業半径Ｒ1は、側方作業域での作業半径Ｒ2よりも大きく設定される。作業半径Ｒ2は通常作業時の作業半径であり、作業半径Ｒ1は前方作業域でのみ許容される延長された作業半径である。
【００２８】
油圧ショベル３０のキャブ内には作業半径を拡大するための前方作業スイッチ１２が設けられ、この前方作業スイッチ１２がオン操作されている場合に限り、前方作業域でのフロント装置２９の作業範囲が拡大される。なお、前方作業スイッチ１２がオフの場合には、フロント装置２９が前方作業域に位置していたとしても、作業範囲が図３中に破線で示す作業半径Ｒ2の内側に制限される。
【００２９】
［２．油圧回路］
［２−１．メイン回路］
図４に、油圧ショベル３０の油圧回路を示す。この油圧回路には、油圧アクチュエータ（各種油圧駆動装置）に供給される作動油が流通するメイン回路Ｃ１と、複数のパイロット回路とが設けられる。
メイン回路Ｃ１には、エンジンによって駆動される油圧ポンプ４１が設けられる。ここでは、メイン回路Ｃ１上の油圧アクチュエータとして、前述のブームシリンダ３ａ，ジブシリンダ４ａ，アームシリンダ５ａ及び旋回モータ２５が表示されており、その他の油圧アクチュエータを省略している。
【００３０】
油圧ポンプ４１は、図示しないエンジンによって駆動される容量可変型の作動油ポンプであり、作動油タンク２４から作動油を吸引し、各油圧アクチュエータに作動油を供給する。油圧ポンプ４１には、傾転斜板の傾斜角を調整することにより吐出流量及び吐出圧を制御するレギュレータが併設される。
【００３１】
油圧ポンプ４１と各油圧アクチュエータとの間には、複数の制御弁を内蔵したコントロールバルブユニット４０が介装される。コントロールバルブユニット４０は、旋回制御弁２２，ブーム制御弁２６，ジブ制御弁２７及びアーム制御弁２８を備える。これらの制御弁２２，２６〜２８は、操作レバーへの入力に応じて流量制御スプールの位置を複数の位置に切り替え、作動油の流通方向及び流量を可変制御する。これらの制御弁２２，２６〜２８のスプール位置は、スプールの両端に導入されるパイロット圧に応じて制御される。
【００３２】
各制御弁２２，２６〜２８は、前述の各油圧アクチュエータに対応して設けられる。例えば、旋回モータ２５に供給される作動油の流通方向及び流量は、旋回制御弁２２で制御される。同様に、ブーム制御弁２６，ジブ制御弁２７及びアーム制御弁２８はそれぞれ、ブームシリンダ３ａ，ジブシリンダ４ａ及びアームシリンダ５ａに供給される作動油の流通方向及び流量を制御する。
【００３３】
パイロット回路は各制御弁２２，２６〜２８のスプールの両端に接続される回路であり、ここでは旋回パイロット回路Ｃ２，ブームパイロット回路Ｃ３，ジブパイロット回路Ｃ４，アームパイロット回路Ｃ５を例示する。旋回パイロット回路Ｃ２は旋回制御弁２２のパイロット回路であり、ブームパイロット回路Ｃ３はブーム制御弁２６のパイロット回路である。同様に、ジブパイロット回路Ｃ４，アームパイロット回路Ｃ５はそれぞれ、ジブ制御弁２７，アーム制御弁２８のパイロット回路である。
【００３４】
［２−２．旋回パイロット回路］
旋回パイロット回路Ｃ２には、旋回操作レバー２１の下端部に固定された旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒが設けられる。旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒはそれぞれ、旋回操作レバー２１に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成する制御弁である。これらの旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒには、パイロットポンプ２０及び作動油タンク２４が接続される。なお、一方の旋回リモコン弁２１Ｌは上部旋回体２の左回転方向（反時計回り）への旋回操作に係るパイロット圧を生成し、他方の旋回リモコン弁２１Ｒは右回転方向（時計回り）への旋回操作に係るパイロット圧を生成する。
【００３５】
旋回リモコン弁２１Ｌと旋回制御弁２２との間のパイロット通路上には、旋回制限電磁弁２３Ｌが介装される。同様に、旋回リモコン弁２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路上には、旋回制限電磁弁２３Ｒが介装される。これらの旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒは、後述するリレー回路Ｃ６によってスプール位置が二位置に切り換えられる電磁弁であり、非通電時にスプール位置をａ位置とし、通電時にスプール位置をｂ位置に変更する。
【００３６】
旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒは、図４に示すように、スプール位置がａ位置の時に旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路を遮断し、旋回制御弁２２のパイロット圧を作動油タンク２４側に開放（連通）する。また、スプール位置がｂ位置の時に旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路を接続する。つまり、旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒは、旋回操作レバー２１による旋回操作を許可又は禁止するように機能する。
【００３７】
［２−３．ブームパイロット回路］
ブームパイロット回路Ｃ３には、ブーム操作レバー４２の下端部に固定されたブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒが設けられる。
ブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒはそれぞれ、ブーム操作レバー４２に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成する制御弁である。これらのブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒには、パイロットポンプ２０及び作動油タンク２４が接続される。なお、一方のブームリモコン弁４２Ｌはブーム上げ操作に係るパイロット圧を生成し、他方のブームリモコン弁４２Ｒはブーム下げ操作に係るパイロット圧を生成する。これらのブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒのうち、ブーム操作レバー４２の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。
【００３８】
ブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路上には、ブーム制限電磁弁１５が介装される。ブーム制限電磁弁１５は、コントローラ１８によってスプール位置が二位置に切り換えられる電磁弁である。
【００３９】
ブーム制限電磁弁１５は、スプール位置がａ位置の時にブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路を遮断し、ブーム制御弁２６のパイロット圧を作動油タンク２４側に開放（連通）する。また、スプール位置がｂ位置の時にブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路を接続する。つまり、ブーム制限電磁弁１５は、ブーム操作レバー４２によるブーム３の下げ操作（ブームシリンダ３ａの縮小動作）を許可又は禁止するように機能する。
【００４０】
［２−４．ジブパイロット回路］
ジブパイロット回路Ｃ４には、ジブ操作レバー４３の下端部に固定されたジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒが設けられる。
ジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒはそれぞれ、ジブ操作レバー４３に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成する制御弁である。これらのジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒには、パイロットポンプ２０及び作動油タンク２４が接続される。これらのジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒのうち、ジブ操作レバー４３の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。なお、一方のジブリモコン弁４３Ｌはジブ上げ操作に係るパイロット圧を生成し、他方のジブリモコン弁４３Ｒはジブ下げ操作に係るパイロット圧を生成する。
【００４１】
ジブリモコン弁４３Ｌとジブ制御弁２７との間のパイロット通路上には、ジブ制限電磁弁１６Ｌが介装される。同様に、ジブリモコン弁４３Ｒとジブ制御弁２７との間のパイロット通路上には、ジブ制限電磁弁１６Ｒが介装される。ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒは、コントローラ１８によってスプール位置が二位置に切り換えられる電磁弁である。
【００４２】
ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒは、スプール位置がａ位置の時にジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒとジブ制御弁２７との間のパイロット通路を遮断し、ジブ制御弁２７のパイロット圧を作動油タンク２４側に開放（連通）する。また、スプール位置がｂ位置の時にジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒとジブ制御弁２７との間のパイロット通路を接続する。つまり、ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒは、ジブ操作レバー４３によるジブシリンダ４ａの操作を許可又は禁止するように機能する。
【００４３】
［２−５．アームパイロット回路］
アームパイロット回路Ｃ５の回路構成は、ジブパイロット回路Ｃ４と同様である。アームパイロット回路Ｃ５には、アーム操作レバー４４の下端部に固定されたアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒが設けられる。
アームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒはそれぞれ、アーム操作レバー４４に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成する制御弁である。これらのアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒには、パイロットポンプ２０及び作動油タンク２４が接続される。これらのアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒのうち、アーム操作レバー４４の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。なお、一方のアームリモコン弁４４Ｌはアームイン操作に係るパイロット圧を生成し、他方のアームリモコン弁４４Ｒはアームアウト操作に係るパイロット圧を生成する。
【００４４】
アームリモコン弁４４Ｌとアーム制御弁２８との間のパイロット通路上には、アーム制限電磁弁１７Ｌが介装される。同様に、アームリモコン弁４４Ｒとアーム制御弁２８との間のパイロット通路上には、アーム制限電磁弁１７Ｒが介装される。これらのアーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒは、コントローラ１８によってスプール位置が二位置に切り換えられる電磁弁である。
【００４５】
アーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒは、スプール位置がａ位置の時にアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒとアーム制御弁２８との間のパイロット通路を遮断し、アーム制御弁２８のパイロット圧を作動油タンク２４側に開放（連通）する。また、スプール位置がｂ位置の時にアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒとアーム制御弁２８との間のパイロット通路を接続する。つまり、アーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒは、アーム操作レバー４４によるアームシリンダ５ａの操作を許可又は禁止するように機能する。
【００４６】
［３．コントローラ］
図５に示すコントローラ１８（制御手段）は、周知のマイクロプロセッサやCPU，ROM，RAM等を集積したLSIデバイスとして提供された電子制御装置である。コントローラ１８の入力側には、ブーム角センサ７，ジブ角センサ８，アーム角センサ９，一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒ及び前方作業スイッチ１２が接続される。コントローラ１８は、これらから伝達される情報に基づき、フロント装置２９の動作を制御する。
【００４７】
コントローラ１８の内部でソフトウェア又はハードウェア回路としてプログラミングされている機能を図５中に模式的に示す。コントローラ１８は、位置演算部３１，側方作業範囲データ記憶部３２，前方作業範囲データ記憶部３３，旋回角度判定部３４，フロント部材データ記憶部３５，データ切換器３６及び作業範囲制限判定部３７を備える。
【００４８】
フロント部材データ記憶部３５は、フロント装置２９の各部材の寸法に関する情報を記憶する。例えば、図６に示すように、軸心ｏから軸心ａまでの距離Ｌ1（ブーム長），軸心ａから軸心ｂまでの距離Ｌ2（ジブ長），軸心ｂから軸心ｃまでの距離Ｌ3（アーム長），下部走行体１の接地面から軸心ｏまでの鉛直距離Ｚ0等がフロント部材データ記憶部３５に記憶され、位置演算部３１での演算に随時使用される。
【００４９】
位置演算部３１（位置演算手段）は、ブーム角センサ７，ジブ角センサ８及びアーム角センサ９で検出されたブーム角α，ジブ角β及びアーム角γに基づき、アーム５の先端の座標を演算する。位置演算部３１は、軸心ｏから接地面まで下ろした垂線の足を原点とした座標系で、軸心ｃの位置を演算する。軸心ｃの座標（ＸC，ＹC）はそれぞれ以下の式１，２で与えられる。ここで演算されたアーム先端位置としての軸心ｃの座標は、作業範囲制限判定部３７に伝達される。
【数１】
0005584539.tif 000002
【００５０】
側方作業範囲データ記憶部３２（第一記憶手段）は、側方作業域で許容されるフロント装置２９の作業範囲を記憶し、前方作業範囲データ記憶部３３（第二記憶手段）は、前方作業域で許容されるフロント装置２９の作業範囲を記憶する。例えば、側方作業域の作業半径Ｒ2が側方作業範囲データ記憶部３２に記憶され、前方作業域の作業半径Ｒ1が前方作業範囲データ記憶部３３に記憶される。
旋回角度判定部３４は、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒ及び前方作業スイッチ１２で検出された情報に基づき、フロント装置２９の作業域及び作業状態を判定するものであり、オア演算器３４ａ及びアンド演算器３４ｂを備える。
【００５１】
オア演算器３４ａは、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒから伝達される信号の論理和を出力するものである。フロント装置２９が前方作業域に位置するときには、オア演算器３４ａからの出力信号がオンとなり、側方作業域に位置するときに、オア演算器３４ａからの出力信号がオフ信号となる。
アンド演算器３４ｂは、オア演算器３４ａから出力された信号と前方作業スイッチ１２から伝達される信号との論理積を出力するものである。ここでは、前方作業スイッチ１２がオンに操作され、かつ、フロント装置２９が前方作業域に位置するときにのみオン信号が出力される。
【００５２】
データ切換器３６は、旋回角度判定部３４から伝達される信号に基づき、側方作業範囲データ記憶部３２，前方作業範囲データ記憶部３３に記憶された作業範囲の情報のうちの何れか一方を選択し、これを作業範囲制限判定部３７に伝達するものである。ここでは、アンド演算器３４ｂの出力信号がオフ信号である場合に前者が選択され、オン信号である場合に後者が選択される。
つまり、前方作業スイッチ１２がオンに操作され、かつ、フロント装置２９が前方作業域に位置するときにのみ、前方作業域の作業半径Ｒ1が作業範囲制限判定部３７に伝達される。また、前方作業スイッチ１２がオフに操作され、あるいは、フロント装置２９が側方作業域に位置するときには、側方作業域の作業半径Ｒ2が作業範囲制限判定部３７に伝達される。
【００５３】
作業範囲制限判定部３７は、位置演算部３１で演算された軸心ｃの座標（ＸC，ＹC）が、データ切換器３６で選択された作業範囲内であるか否かを判定し、フロント装置２９を制御するものである。例えば、データ切換器３６からの入力が作業半径Ｒ1であった場合には、軸心ｃのｘ座標ＸCが作業半径Ｒ1未満であるか否かを判定する。ここで、ＸC≧Ｒ1である場合には、ブーム制限電磁弁１５，ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒ及びアーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒを制御して、それぞれのスプール位置をａ位置に制御する。この場合、ブーム３の上げ操作のみが許容され、ジブ４やアーム５の操作が禁止される。
【００５４】
またこのとき、作業範囲制限判定部３７は、フロント装置２９の先端が予め設定された作業範囲を超えていることをキャブ内のモニタコンソール１３に表示し、スピーカ１４から警告音を出力させる。なお、ブーム３の上げ操作によってＸC＜Ｒ1になると、作業範囲制限判定部３７はブーム制限電磁弁１５，ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒ及びアーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒのスプール位置をｂ位置に制御する。これにより、ブーム３，ジブ４及びアーム５の全ての操作が許容された通常の操作状態となる。
【００５５】
［４．リレー回路］
図７のリレー回路Ｃ６は、旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒを制御するための電気回路である。図７中に示す記号＋Ｂは直流の電源ラインを示し、記号ＧＮＤはグラウンドラインを示す。このリレー回路Ｃ６は、第一回路Ｃ６Ａ，第二回路Ｃ６Ｂ及び第三回路Ｃ６Ｃの三つの回路に大別される。
【００５６】
第一回路Ｃ６Ａは、前方作業スイッチ１２のオン／オフの状態に応じてリレーの励磁／非励磁の状態を切り換えるための回路である。第一回路Ｃ６Ａ上には、第一リレーコイル３８及び第二リレーコイル３９が並列に介装される。第一リレーコイル３８及び第二リレーコイル３９はともに、前方作業スイッチ１２がオンに操作されている場合にのみ励磁される。
【００５７】
第二回路Ｃ６Ｂは、右旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｒを第一リレーコイル３８で制御するための回路である。旋回制限電磁弁２３Ｒよりも電源ライン側は回路が並列に分岐し、それぞれの回路上に第一リレーコイル３８の接点３８ａ，３８ｂが介装される。一方の接点３８ａは第一リレーコイル３８の励磁時にオンになる接点であり、他方の接点３８ｂは第一リレーコイルの励磁時にオフになる接点である。また、接点３８ａが設けられた側の回路上には、近接スイッチ１１Ｒが介装される。
この第二回路Ｃ６Ｂでは、第一リレーコイル３８の非励磁時に他方の接点３８ｂ側がオンになり、旋回制限電磁弁２３Ｒが通電される。また、第一リレーコイル３８の励磁時には、近接スイッチ１１Ｒがオンである（プレート１０ａ，１０ｂを検知している）場合にのみ旋回制限電磁弁２３Ｒが通電される。
【００５８】
第三回路Ｃ６Ｃは、左旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｌを第二リレーコイル３９で制御するための回路である。旋回制限電磁弁２３Ｌよりも電源ライン側は回路が並列に分岐し、それぞれの回路上に第二リレーコイル３９の接点３９ａ，３９ｂが介装される。一方の接点３９ａは第二リレーコイル３９の励磁時にオンになる接点であり、他方の接点３９ｂは第二リレーコイルの励磁時にオフになる接点である。また、接点３９ａが設けられた側の回路上には、近接スイッチ１１Ｌが介装される。
この第三回路Ｃ６Ｃでは、第二リレーコイル３９の非励磁時に他方の接点３９ｂがオンになり、旋回制限電磁弁２３Ｌが通電される。また、第二リレーコイル３９の励磁時には、近接スイッチ１１Ｌがオンである（プレート１０ａ，１０ｂを検知している）場合にのみ旋回制限電磁弁２３Ｌが通電される。
【００５９】
［５．作用］
［５−１．フロント操作・前方作業スイッチがオフの場合］
前方作業スイッチ１２がオフに操作された状態では、近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒの検知状態に関わらず、図５中のコントローラ１８のアンド演算器３４ｂからオフ信号が出力される。そのため、データ切換器３６では側方作業範囲データ記憶部３２に記憶された作業範囲の情報が選択される。これにより、作業範囲制限判定部３７には側方作業域の作業半径Ｒ2が伝達される。また、コントローラ１０の位置演算部３１では、ブーム角α，ジブ角β及びアーム角γに基づき、アーム５の先端位置である軸心ｃの座標（ＸC，ＹC）が演算され、作業範囲制限判定部３７に入力される。
【００６０】
作業範囲制限判定部３７では、軸心ｃのｘ座標ＸCが作業半径Ｒ2未満であるか否かが判定される。ここでｘ座標ＸCが作業半径Ｒ2未満である場合には、ブーム制限電磁弁１５，ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒ及びアーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒのスプール位置がｂ位置に制御され、ブーム３，ジブ４及びアーム５の全ての操作が許容される。
【００６１】
一方、図８に示すように、フロント装置２９の姿勢が前方に伸びて軸心ｃのｘ座標ＸCが作業半径Ｒ2以上の位置になると、ブーム制限電磁弁１５，ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒ及びアーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒのスプール位置がａ位置に制御される。つまり、ジブ４及びアーム５の操作が禁止されるとともに、ブーム３の下げ操作が禁止され、フロント装置２９の作業範囲が制限される。
また、モニタコンソール１３にはフロント装置２９の先端が予め設定された作業範囲を超えた旨が表示され、スピーカ１４から警告音が出力される。これにより、軸心ｃのｘ座標ＸCを作業半径Ｒ2未満にするためのブーム上げ操作が促される。
【００６２】
なお、フロント装置２９の先端が図８中の警告域に位置する姿勢では、油圧ショベル３０が転倒しないものとする。例えば、軸心ｃと破砕機６の先端までの距離や重量を加味して、油圧ショベル３０の機体から見て危険域よりも手前に作業半径Ｒ2を設定すれば、作業半径Ｒ2よりも外側の危険域までの領域が警告域となる。
【００６３】
［５−２．旋回操作・前方作業スイッチがオフの場合］
前方作業スイッチ１２がオフ操作されている場合、図７に示すリレー回路Ｃ６では、第一リレーコイル３８及び第二リレーコイル３９が非励磁の状態となる。これにより、第二回路Ｃ６Ｂの一方の接点３８ａがオフになり、他方の接点３８ｂがオンになる。同様に、第三回路Ｃ６Ｃにおいても一方の接点３９ａがオフになり、他方の接点３９ｂがオンになる。これにより、近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒの検知状態に関わらず（旋回角に関わらず）旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒが通電され、スプール位置がｂ位置に切り換えられる。
したがって、旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路が連通し、旋回操作レバー２１による左右旋回操作が許容された通常の操作状態となる。
【００６４】
［５−３．フロント操作・前方作業スイッチがオンの場合］
油圧ショベル３０のフロント装置２９が前方作業域に位置している状態で前方作業スイッチ１２がオンに操作されると、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒの少なくとも何れか一方がプレート１０ａ，１０ｂを検知し、図５中のコントローラ１８のオア演算器３４ａからオン信号が出力される。このとき、前方作業スイッチ１２がオンであるから、アンド演算器３４ｂからもオン信号が出力され、データ切換器３６では前方作業範囲データ記憶部３３に記憶された作業範囲の情報が選択される。これにより、作業範囲制限判定部３７には前方作業域の作業半径Ｒ1が伝達される。また、コントローラ１０の位置演算部３１では、ブーム角α，ジブ角β及びアーム角γに基づき、アーム５の先端位置である軸心ｃの座標（ＸC，ＹC）が演算され、作業範囲制限判定部３７に入力される。
【００６５】
作業範囲制限判定部３７では、軸心ｃのｘ座標ＸCが作業半径Ｒ1未満であるか否かが判定される。ｘ座標ＸCが作業半径Ｒ1未満である場合には、ブーム制限電磁弁１５，ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒ及びアーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒのスプール位置がｂ位置に制御され、ブーム３，ジブ４及びアーム５の全ての操作が許容される。前方作業域での作業半径Ｒ1は側方作業域での作業半径Ｒ2よりも大きいため、図９に示すように、フロント装置２９を移動させることのできる範囲が大幅に拡大する。
【００６６】
一方、フロント装置２９の姿勢が前方に伸びて軸心ｃのｘ座標ＸCが作業半径Ｒ1以上になると、ブーム制限電磁弁１５，ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒ及びアーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒのスプール位置がａ位置に制御される。つまり、ジブ４及びアーム５の操作が禁止されるとともに、ブーム３の下げ操作が禁止され、フロント装置２９の作業範囲が制限される。
また、モニタコンソール１３にはフロント装置２９の先端が予め設定された作業範囲を超えた旨が表示され、スピーカ１４から警告音が出力される。これにより、軸心ｃのｘ座標ＸCを作業半径Ｒ1未満にするためのブーム上げ操作が促される。
【００６７】
［５−４．旋回操作・前方作業スイッチがオンの場合］
図７に示すリレー回路Ｃ６では、前方作業スイッチ１２がオン操作されると第一リレーコイル３８及び第二リレーコイル３９が励磁される。これにより、第二回路Ｃ６Ｂの一方の接点３８ａがオンになり、他方の接点３８ｂがオフになる。また、第三回路Ｃ６Ｃにおいても一方の接点３９ａがオンになり、他方の接点３９ｂがオフになる。
【００６８】
このとき、近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒがともにプレート１０ａ，１０ｂの何れかを検知していれば、旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒが通電され、スプール位置がｂ位置に切り換えられる。したがって、旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路が連通し、旋回操作レバー２１による左右旋回操作が許容された通常の操作状態となる。
【００６９】
また、例えば右旋回方向への操作によりフロント装置２９が側方作業域に入ろうとすると、一方の近接スイッチ１１Ｒがプレート１０ａ，１０ｂを検知しなくなり、第二回路Ｃ６Ｂ上の近接スイッチ１１Ｒがオフになる。これにより、右旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｒが非通電となり、旋回制限電磁弁２３Ｒのスプール位置がａ位置に切り換えられる。したがって、旋回制御弁２２のスプール位置が中立に戻り、上部旋回体２の右旋回が停止し、それ以上の旋回が禁止される。
【００７０】
このとき、他方の近接スイッチ１１Ｌがまだプレート１０ａ，１０ｂを検知していれば、第三回路Ｃ６Ｃ上の近接スイッチ１１Ｌはオンである。したがって、左旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｌの通電状態が保持され、上部旋回体２の左旋回操作（すなわち、前方作業域側へと旋回角度を戻すための操作）は許容される。
なお、例えば左旋回方向への操作によりフロント装置２９が側方作業域に入ろうとした場合も同様であり、上部旋回体２の左旋回が停止し、これ以上の旋回が禁止されるとともに、右旋回操作が許容される。
【００７１】
［６．効果］
このように、開示の作業機械の作業範囲制御装置によれば、前方作業域及び側方作業域のそれぞれに対して異なる作業域が設定され、特に機体安定性の面で有利な前方作業域での作業範囲が大幅に拡大される。つまり、旋回姿勢が前方姿勢である場合には、フロント装置２９の作業範囲を側方姿勢のときよりも遠方まで拡大することができ、安定性を確保しつつ作業性を向上させることができる。また、上部旋回体２の旋回姿勢が側方姿勢である場合には、フロント装置２９の作業範囲を狭めて安定性を向上させることができる。
【００７２】
また、開示の作業範囲制御装置によれば、コントローラ１８でフロント装置２９の先端部の位置を演算することにより、作業機械の転倒を確実に防止することができ、機体安定度を向上させることができる。さらに、旋回姿勢が前方姿勢である場合には、フロント装置２９の先端部を側方姿勢の場合よりも遠方まで伸ばすことができ、破砕機６を用いた解体作業の能率を高めることができる。
【００７３】
また、開示の作業範囲制御装置では、前方作業スイッチ１２が操作されると、フロント装置２９の作業域が前方作業域内のみに制限され、側方作業域への旋回動作（前方作業域から外へ出ようとする操作）が禁止される。したがって、フロント装置２９の先端部が側方作業域の外側に飛び出すことを確実に防止することができ、作業の安定性を確保することができる。
【００７４】
また、開示の作業範囲制御装置では、作業範囲を拡大するための制御条件の一つとして前方作業スイッチ１２への操作入力が含まれる。つまり、作業範囲を拡大するか否かを搭乗者が選択することができ、利便性を向上させることができる。
さらに、開示の作業範囲制御装置では、作業範囲を拡大するための条件が、近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒでの近接状態の検知と前方作業スイッチ１２のオン操作とのアンド条件となっている。したがって、万が一何れかのセンサ又はスイッチが故障した場合や断線が生じたような場合には、必ず側方作業範囲が選択されることになる。
【００７５】
また、開示の作業範囲制御装置では、コントローラ１８内の簡単なロジックで作業域を切り換える制御構成を備えている。したがって、例えば従来の油圧ショベルの作業範囲制御システムに対して簡単な改造を加えるだけでその機能を向上させることができ、費用対効果が高いというメリットがある。
また、開示の作業範囲制御装置では、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒを用いて旋回位置を検出しているため、例えば従来の油圧ショベルに搭載されているスイベルジョイントに改造を加えることなく適用することができるというメリットもある。
【００７６】
［第二実施形態］
［１．機体構成］
第二実施形態として開示する作業範囲制御装置は、第一実施形態の作業範囲制御装置にフロント装置２９の自動姿勢制御を付加したものであり、図１に示す油圧ショベル３０に適用される。前述の要素に対応するものについては同一の符号を用いて説明を省略する。油圧ショベル３０のキャブ内には、フロント装置２９の自動姿勢制御のオン／オフを切り換えるための自動制御スイッチ５０（垂直移動スイッチ）が設けられる。自動姿勢制御は、少なくとも自動制御スイッチ５０がオン操作されている場合に実施される。
【００７７】
自動姿勢制御とは、例えばフロント装置２９の先端部を図９中の警告域に近づけるようなアーム５の単動操作が入力されたときに、先端部が警告域内に入らないようにフロント装置２９の先端部を自動的に垂直方向に移動させる制御である。例えば、図９に示す状態からアーム操作レバー４４にアームアウト操作が入力されると、破砕機６及びアーム５がその基端部の軸心ｂを中心として回動し、機体前方かつ上方へ移動する。このような状況下でアーム５の先端部が警告域内に入ろうとしたときに、アーム５の移動と連動するようにブーム３やジブ４を自動的に上げ方向に駆動して、破砕機６が警告域内に入らないようにする。なお、自動姿勢制御でブーム３やジブ４が駆動される方向は、アーム５の姿勢や移動方向に依存する。
【００７８】
［２．油圧回路］
図１０に、油圧ショベル３０の油圧回路を示す。この油圧回路は、第一実施形態の油圧回路と比較して、ブームパイロット回路Ｃ３，ジブパイロット回路Ｃ４及びアームパイロット回路Ｃ５の具体的な構造が相違する。ブームパイロット回路Ｃ３，ジブパイロット回路Ｃ４及びアームパイロット回路Ｃ５は、リモコン弁で生成されたパイロット圧を遮断する機能を持つ。また特に、ブームパイロット回路Ｃ３及びジブパイロット回路Ｃ４は、レバー操作による手動のパイロット圧供給と、レバー操作によらない自動のパイロット圧供給とを切り換える機能を持つ。
【００７９】
［２−１．ブームパイロット回路］
ブームパイロット回路Ｃ３には、ブーム操作レバー４２に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成するブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒが設けられる。これらのブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒのうち、ブーム操作レバー４２の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。なお、一方のブームリモコン弁４２Ｌはブーム上げ操作に係るパイロット圧を生成し、他方のブームリモコン弁４２Ｒはブーム下げ操作に係るパイロット圧を生成する。
【００８０】
一方のブームリモコン弁４２Ｌの下流側と他方のブームリモコン弁４２Ｒの下流側とを接続する通路上には、シャトル弁５３及びブームリモコン圧センサ５４が介装される。シャトル弁５３は、ブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒのそれぞれの下流側の圧力のうち、高圧の一方を選択する高圧選択弁である。また、ブームリモコン圧センサ５４は、シャトル弁５３で選択された圧力の大きさを検出するセンサである。ここで検出された圧力（ブームリモコン圧）は、コントローラ１８に伝達される。
【００８１】
一方のブームリモコン弁４２Ｌとブーム制御弁２６との間のパイロット回路上には、ブーム電磁切換弁５１Ｌ及びブーム電磁比例減圧弁５２Ｌが設けられる。同様に、他方のブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路上には、ブーム電磁切換弁５１Ｒ及びブーム電磁比例減圧弁５２Ｒが介装される。
【００８２】
ブーム電磁切換弁５１Ｌ，５１Ｒは、コントローラ１８によってスプール位置が二位置に切り換えられる切換弁であり、手動によるパイロット圧の供給を行うか、それとも自動的にパイロット圧を制御するかを切り換える。これらのブーム電磁切換弁５１Ｌ，５１Ｒは、スプール位置がａ位置のときにブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路を接続し、ブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒで生成されるリモコン圧を下流側に伝達する。
【００８３】
また、スプール位置がｂ位置のときにブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路を遮断するとともに、パイロットポンプ２０で生成されるリモコン圧を下流側に伝達する。つまり、ａ位置は手動でのパイロット圧制御時のスプール位置であり、ｂ位置は自動姿勢制御時のスプール位置である。
【００８４】
ブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒは、ブーム電磁切換弁５１Ｌ，５１Ｒ側から導入されるパイロット圧の大きさを可変制御してブーム制御弁２６に伝達する電磁比例弁である。ブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒを介してブーム制御弁２６に伝達されるパイロット圧の大きさは、コントローラ１８によって調整される。
【００８５】
自動姿勢制御時には、ブーム３を適切に移動させるのに必要な大きさのパイロット圧が随時コントローラ１８で演算され、ブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒの開度が制御される。また、手動によるパイロット圧の供給時には、ブームリモコン弁４２Ｌ，４２Ｒからのパイロット圧を変更することなくそのままブーム制御弁２６に伝達する。あるいは、開度を絞ってそのパイロット圧の伝達を遮断し、ブーム３の動作を停止させる。このように、ブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒはブーム制御弁２６に伝達されるパイロット圧の大きさを制御（変更しないことや完全に遮断することを含む）する機能を持つ。
【００８６】
［２−２．ジブパイロット回路］
ジブパイロット回路Ｃ４の回路構成は、ブームパイロット回路Ｃ３と同様である。ジブパイロット回路Ｃ４には、ジブ操作レバー４３に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成するジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒが設けられる。これらのジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒには、パイロットポンプ２０及び作動油タンク２４が接続される。これらのジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒのうち、ジブ操作レバー４３の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。なお、一方のジブリモコン弁４３Ｌはジブ上げ操作に係るパイロット圧を生成し、他方のジブリモコン弁４３Ｒはジブ下げ操作に係るパイロット圧を生成する。
【００８７】
一方のジブリモコン弁４３Ｌの下流側と他方のジブリモコン弁４３Ｒの下流側とを接続する通路上には、シャトル弁５７及びジブリモコン圧センサ５８が介装される。シャトル弁５７は、ジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒのそれぞれの下流側の圧力のうち、高圧の一方を選択する高圧選択弁である。また、ジブリモコン圧センサ５８は、シャトル弁５７で選択された圧力の大きさを検出するセンサである。ここで検出された圧力（ジブリモコン圧）は、コントローラ１８に伝達される。
【００８８】
一方のジブリモコン弁４３Ｌとジブ制御弁２７との間のパイロット回路上には、ジブ電磁切換弁５５Ｌ及びジブ電磁比例減圧弁５６Ｌが設けられる。同様に、他方のジブリモコン弁４３Ｒとジブ制御弁２７との間のパイロット通路上には、ジブ電磁切換弁５５Ｒ及びジブ電磁比例減圧弁５６Ｒが介装される。
【００８９】
ジブ電磁切換弁５５Ｌ，５５Ｒは、コントローラ１８によってスプール位置が二位置に切り換えられる切換弁であり、手動によるパイロット圧の供給を行うか、それとも自動的にパイロット圧を制御するかを切り換える。これらのジブ電磁切換弁５５Ｌ，５５Ｒは、スプール位置がａ位置のときにジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒとジブ制御弁２７との間のパイロット通路を接続し、ジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒで生成されるリモコン圧を下流側に伝達する。
【００９０】
また、スプール位置がｂ位置のときにジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒとジブ制御弁２７との間のパイロット通路を遮断するとともに、パイロットポンプ２０で生成されるリモコン圧を下流側に伝達する。つまり、ａ位置は手動でのパイロット圧制御時のスプール位置であり、ｂ位置は自動姿勢制御時のスプール位置である。
【００９１】
ジブ電磁比例減圧弁５６Ｌ，５６Ｒは、ジブ電磁切換弁５５Ｌ，５５Ｒ側から導入されるパイロット圧の大きさを可変制御してジブ制御弁２７に伝達する電磁比例弁である。ジブ電磁比例減圧弁５７Ｌ，５７Ｒを介してジブ制御弁２７に伝達されるパイロット圧の大きさは、コントローラ１８によって調整される。
【００９２】
自動姿勢制御時には、ジブ４を適切に移動させるのに必要な大きさのパイロット圧が随時コントローラ１８で演算され、ジブ電磁比例減圧弁５６Ｌ，５６Ｒの開度が制御される。また、手動によるパイロット圧の供給時には、ジブリモコン弁４３Ｌ，４３Ｒからのパイロット圧を変更することなくそのままジブ制御弁２７に伝達する。あるいは、開度を絞ってそのパイロット圧の伝達を遮断し、ジブ４の動作を停止させる。このように、ジブ電磁比例減圧弁５６Ｌ，５６Ｒはブーム制御弁２７に伝達されるパイロット圧の大きさを制御（変更しないことや完全に遮断することを含む）する機能を持つ。
【００９３】
［２−３．アームパイロット回路］
アームパイロット回路Ｃ５には、アーム操作レバー４４に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成するアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒが設けられる。これらのアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒには、パイロットポンプ２０及び作動油タンク２４が接続される。これらのアームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒのうち、アーム操作レバー４４の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。なお、一方のアームリモコン弁４４Ｌはアームイン操作に係るパイロット圧を生成し、他方のアームリモコン弁４４Ｒはアームアウト操作に係るパイロット圧を生成する。
【００９４】
アームリモコン弁４４Ｌとアーム制御弁２８との間のパイロット通路上には、アーム電磁比例減圧弁５９Ｌが介装される。同様に、アームリモコン弁４４Ｒとアーム制御弁２８との間のパイロット通路上には、アーム電磁比例減圧弁５９Ｒが介装される。これらのアーム電磁比例減圧弁５９Ｌ，５９Ｒは、アームリモコン弁４４Ｌ，４４Ｒ側から導入されるパイロット圧の大きさを可変制御してアーム制御弁２８に伝達する電磁比例弁である。アーム電磁比例減圧弁５９Ｌ，５９Ｒを介してアーム制御弁２８に伝達されるパイロット圧の大きさは、コントローラ１８によって調整される。
【００９５】
なお、アーム電磁比例減圧弁５９Ｌ，５９Ｒは、アーム制御弁２８に伝達されるパイロット圧の大きさを制御（変更しないことや完全に遮断することを含む）する機能を持ち、例えば、開度を絞ってそのパイロット圧の伝達を遮断することで、アーム５の動作を停止させる機能を併せ持つ。
【００９６】
［３．コントローラ］
［３−１．概要］
図１１に示すように、コントローラ１８の入力側には第一実施形態の場合と同様にブーム角センサ７，ジブ角センサ８，アーム角センサ９，一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒ，前方作業スイッチ１２が接続される。さらに、第二実施形態のコントローラ１８には、自動制御スイッチ５０，ブームリモコン圧センサ５４及びジブリモコン圧センサ５８が接続される。コントローラ１８は、これらから伝達される情報に基づき、フロント装置２９の動作を制御する。ブームリモコン圧，ジブリモコン圧はそれぞれ、操作者によるブーム３，ジブ４の操作の有無を把握するために用いられる。
【００９７】
コントローラ１８は、自動制御スイッチ５０がオフに操作されている状態では、第一実施形態と同様の制御を実施する。すなわち、前方作業スイッチ１２の操作状態に応じてフロント装置２９の作業範囲を設定し、フロント装置２９の先端部が作業域の外側に飛び出すことを防止する。
なおここでは、第一実施形態のブーム制限電磁弁１５の代わりにブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒを制御することでブーム３の移動を防止している。同様に、ジブ制限電磁弁１６Ｌ，１６Ｒの代わりにジブ電磁比例減圧弁５６Ｌ，５６Ｒを制御し、アーム制限電磁弁１７Ｌ，１７Ｒの代わりにアーム電磁比例減圧弁５９Ｌ，５９Ｒを制御する。
【００９８】
一方、自動制御スイッチ５０がオンに操作されている状態では、レバー操作状態に応じて自動姿勢制御を実施する。コントローラ１８の内部でソフトウェア又はハードウェア回路としてプログラミングされている自動姿勢制御に関する機能を、図１１に模式的に示す。
【００９９】
［３−２．自動制御部］
コントローラ１８には自動制御部４５（軌跡制御手段）が設けられる。自動制御部４５は、ジブ自動制御部４６とブーム自動制御部４７を有する。自動制御部４５は、自動姿勢制御の開始条件（例えば、アーム５の先端が作業範囲を超えようとしていること）を判定し、ジブ電磁切換弁５５Ｌ，５５Ｒ及びブーム電磁切換弁５１Ｌ，５１Ｒを制御する。また、自動制御部４５は、ブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒ，ジブ電磁比例減圧弁５６Ｌ，５６Ｒを制御して、自動姿勢制御を実施する。
【０１００】
ジブ自動制御部４６は、自動姿勢制御時におけるジブ４の動作を演算して、ジブ電磁比例減圧弁５６Ｌ，５６Ｒを制御するものである。ここでは、アーム５の操作時にフロント装置２９の先端部が垂直方向に移動するようにジブ４を駆動するための制御量が演算される。
【０１０１】
ブーム自動制御部４７は、自動姿勢制御時でのブーム３の動作を演算して、ブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒを制御するものである。ここでも、アーム５の操作時にフロント装置２９の先端部が垂直方向に移動するようにブーム３を駆動するための制御量が演算される。ただし、実制御ではブーム３の駆動よりもジブ４の駆動が優先される。
ブーム自動制御部４７は、ジブ自動制御部４６で演算された目標ジブ角βdmがジブ４の可動角範囲内に入らない場合に、ブーム３を駆動する。つまり、ジブシリンダ４ａの伸縮長さが最小値又は最大値に達した場合（最小まで縮んだ場合又は最大まで伸びた場合）にブーム３が駆動される。
【０１０２】
［３−３．ジブ自動制御部］
ジブ自動制御部４６の制御ブロック図を図１２に例示する。ジブ自動制御部４６には、目標ジブ角演算器６０，アーム角速度演算器６２，目標ジブ角速度演算器６３，目標ジブシリンダ速度演算器６４及びジブ角速度演算器６６が設けられる。また、ジブ自動制御部４６には、制御演算器６１，６７，フィードフォワードゲイン設定器６５，減算器６８ａ，６８ｂ，加算器６８ｃ及びバルブ信号変換器６９ａ，６９ｂが設けられる。
【０１０３】
目標ジブ角演算器６０は、ブーム３の姿勢を固定した状態で、アーム５の先端を垂直方向に移動させるために動かさなければならないジブ４の角度の目標値を目標ジブ角βdmとして演算するものである。目標ジブ角演算器６０には、前述のデータ切換器３６で選択された作業範囲の情報，ブーム角α，ジブ角β及びアーム角γが入力される。ここで、図１４に示すように、軸心ａから軸心ｃまでの水平距離をＸdm1とおく。目標ジブ角演算器６０は、アーム５の移動に伴って水平距離Ｘdm1が一定となるようにジブ４を移動させるための目標ジブ角βdmを演算する。水平距離Ｘdm1は、以下の式３で与えられる。
【数２】
0005584539.tif 000003
【０１０４】
また、図１５に示すように、軸心ａから軸心ｃまでの距離Ｌacは、以下の式４で与えられる。
【数３】
0005584539.tif 000004
【０１０５】
図１５中に、軸心ａを通りＺ軸に平行な補助線Ｚ1を示す。線分ａｃと補助線Ｚ1とのなす角をβZとおくと、水平距離Ｘdm1が一定であるためには以下の式５が成立すればよい。したがって、角βZは以下の式６，７と表現することができる。式６は軸心ｃが軸心ａよりも上方に位置する場合、式７は軸心ｃが軸心ａよりも下方に位置する場合をそれぞれ示す。
【数４】
0005584539.tif 000005
【０１０６】
また、図１５に示すように、線分ａｃと線分ａｂとのなす角をβ3とおくと、角β3は以下の式８で求められる。
【数５】
0005584539.tif 000006
【０１０７】
したがって、目標ジブ角βdmは、以下の式９で与えられる。このようにして目標ジブ角演算器６０で演算された目標ジブ角βdmは、減算器６８ａに伝達される。
【数６】
0005584539.tif 000007
【０１０８】
減算器６８ａは、目標ジブ角演算器６０で演算された目標ジブ角βdmから実際のジブ角βを減算して差を求め、制御演算器６１に伝達する。
制御演算器６１では、減算器６８ａで求められた差に基づくＰＩ制御演算を実施し、ジブ４の角度βを目標ジブ角βdmにするための位置フィードバック制御信号を算出する。ここで算出された位置フィードバック制御信号は、加算器６８ｃに伝達される。
【０１０９】
アーム角速度演算器６２は、アーム角センサ９で検出されたアーム角γの検出値を時間微分してアーム角速度γ′を演算する。ここで演算されたアーム角速度γ′は目標ジブ角速度演算器６３に伝達される。なお、以下の数式中では微分記号としてドット表記を用い、本文中では便宜的にドット表記の代わりにプライム記号を用いる。
【０１１０】
目標ジブ角速度演算器６３（目標ブーム角速度演算手段）は、アーム５の先端を垂直方向に移動させるために必要なジブ４の角速度の目標値を目標ジブ角速度βdm′として演算する。上述の式３の両辺を微分すると、以下の式１０が得られる。
【数７】
0005584539.tif 000008
【０１１１】
したがって、アーム角速度γ′に対する目標ジブ角速度βdm′は以下の式１１で与えられる。ここで演算された目標ジブ角速度βdm′は、目標ジブシリンダ速度演算器６４及び減算器６８ｂに伝達される。
【数８】
0005584539.tif 000009
【０１１２】
ジブ角速度演算器６６は、ジブ角センサ８で検出されたジブ角βの検出値を時間微分してジブ角速度β′を演算するものである。ここで演算されたジブ角速度β′は減算器６８ｂに伝達される。
減算器６８ｂは、目標ジブ角速度演算器６３で演算された目標ジブ角速度βdm′から実際のジブ角速度β′を減算して差を求め、制御演算器６７に伝達する。
制御演算器６７は、減算器６８ｂで求められた差に基づくＰＩ制御演算を実施し、ジブ４の角速度β′を目標ジブ角速度βdm′にするための角速度フィードバック制御信号を算出する。ここで算出された角速度フィードバック制御信号は、加算器６８ｃに伝達される。
【０１１３】
目標ジブシリンダ速度演算器６４（目標ブームシリンダ速度演算手段）は、目標ジブ角速度演算器６３で演算された目標ジブ角速度βdm′を目標ジブシリンダ速度Ｖcy2に変換するものである。ジブシリンダ４ａの長さをＸcy2とおくと、ジブシリンダ４ａの伸縮の速度はその時間微分値Ｘcy2 ′として与えられる。ここで、図１６に示すように、ジブシリンダ４ａのブーム３側の基端部の回動中心点を支軸ｄとおき、ジブ４側の先端部の回動中心点を支軸ｅとおく。また、線分ａｅと線分ａｂとのなす角をβ1とおき、線分ａｏと線分ａｄとのなす角をβ2とおき、点ａｄ間の距離をＬ4，点ａｅ間の距離をＬ5とおくと、ジブシリンダ４ａの長さは以下の式１２，１３で与えられる。
【数９】
0005584539.tif 000010
【０１１４】
また、上述の式１２について時間で微分すると、以下の式１４が得られる。これを整理してジブ４の角速度β′とシリンダ速度Ｘcy2′との関係式を導くと、以下の式１５の通りとなる。
【数１０】
0005584539.tif 000011
【０１１５】
ここで演算された目標ジブシリンダ速度Ｖcy2はフィードフォワードゲイン設定器６５に伝達される。
フィードフォワードゲイン設定器６５は、入力された目標ジブシリンダ速度Ｖcy2に基づき、ジブシリンダ４ａに流入する作動油流量を考慮して速度フィードフォワード制御信号を算出する。ここで算出された速度フィードフォワード制御信号は、加算器６８ｃに伝達される。
【０１１６】
加算器６８ｃは、制御演算器６１で算出された位置フィードバック制御信号と、制御演算器６７で算出された角速度フィードバック制御信号と、フィードフォワードゲイン設定器６５で算出された速度フィードフォワード制御信号とを加算した制御信号を算出するものである。ここで算出された制御信号はバルブ信号変換器６９ａ，６９ｂに伝達される。制御信号が正である場合には、その制御信号の大きさに応じて、一方の信号変換器６９ａからジブ電磁比例減圧弁５６Ｌの信号が出力される。また、制御信号が負である場合には、他方の信号変換器６９ｂから信号が出力され、ジブ電磁比例減圧弁５６Ｒが制御される。
【０１１７】
［３−４．ブーム自動制御部］
ブーム自動制御部４７の制御ブロック図を図１３に例示する。ブーム自動制御部４７には、ジブ自動制御部４６と同様の構成を備えられ、目標ブーム角演算器７０，アーム角速度演算器７２，目標ブーム角速度演算器７３，目標ブームシリンダ速度演算器７４及びブーム角速度演算器７６が設けられる。また、ブーム自動制御部４７には、制御演算器７１，７７，フィードフォワードゲイン設定器７５，減算器７８ａ，７８ｂ，加算器７８ｃ及びバルブ信号変換器７９ａ，７９ｂが設けられる。
【０１１８】
目標ブーム角演算器７０は、ジブ４の姿勢を固定した状態で、アーム５の先端を垂直方向に移動させるための動かさなければならないブーム３の角度の目標値を目標ブーム角αdmとして演算するものである。目標ブーム角演算器７０には、前述のデータ切換器３６で選択された作業範囲の情報，ブーム角α，ジブ角β及びアーム角γが入力される。
【０１１９】
ここで、図１７に示すように、軸心ｏから軸心ｃまでの距離をＬocとおき、線分ａｏと線分ａｃとのなす角をβ4とおく。角β4は以下の式１６によって与えられ、距離Ｌocは以下の式１７によって与えられる。なお、距離Ｌacは前述の式４よって与えられ、角β3は前述の式８によって与えられる。
【数１１】
0005584539.tif 000012
【０１２０】
ここで、図１７に示すように、軸心ｏから軸心ｃまでの水平距離をＸdm0とおく。目標ブーム角演算器７０は、アーム５の移動に伴って水平距離Ｘdm0が一定となるようにブーム３を移動させるための目標ブーム角αdmを演算する。目標ブーム角αdmは以下の式１８で与えられる。ここで演算された目標ブーム角αdmは、減算器７８ａに伝達される。
【数１２】
0005584539.tif 000013
【０１２１】
減算器７８ａは、目標ジブ角演算器６０で演算された目標ジブ角αdmから実際のブーム角αを減算して差を求め、制御演算器７１に伝達する。
制御演算器７１では、減算器７８ａで求められた差に基づくＰＩ制御演算を実施し、ブーム３の角度αを目標ブーム角αdmにするための位置フィードバック制御信号を算出する。ここで算出された位置フィードバック制御信号は、加算器７８ｃに伝達される。
【０１２２】
アーム角速度演算器７２は、前述のアーム角速度演算器６２と同様に、アーム角センサ９で検出されたアーム角γの検出値を時間微分してアーム角速度γ′を演算する。ここで演算されたアーム角速度γ′は目標ブーム角速度演算器７３に伝達される。
【０１２３】
目標ブーム角速度演算器７３（目標ブーム角速度演算手段）は、アーム５の先端を垂直方向に移動させるために必要なブーム３の角速度の目標値を目標ブーム角速度αdm′として演算する。まず、図１７に示す水平距離Ｘdm0が一定とすると、以下の式１９が成立する。
【数１３】
0005584539.tif 000014
【０１２４】
ここで、ジブ角βを定数とみなして時間で微分すると、以下の式２０が得られる。
【数１４】
0005584539.tif 000015
【０１２５】
したがって、アーム角速度γ′に対する目標ブーム角速度αdm′は以下の式２１で与えられる。ここで演算された目標ブーム角速度αdm′は、目標ブームシリンダ速度演算器７４及び減算器７８ｂに伝達される。
【数１５】
0005584539.tif 000016
【０１２６】
ブーム角速度演算器７６は、ブーム角センサ７で検出されたブーム角αの検出値を時間微分してブーム角速度α′を演算するものである。ここで演算されたブーム角速度α′は減算器７８ｂに伝達される。
減算器７８ｂは、目標ブーム角速度演算器７３で演算された目標ブーム角速度αdm′から実際のブーム角速度α′を減算して差を求め、制御演算器７７に伝達する。
【０１２７】
制御演算器７７は、減算器７８ｂで求められた差に基づくＰＩ制御演算を実施し、ブーム３の角速度α′を目標ブーム角速度αdm′にするための角速度フィードバック制御信号を算出する。ここで算出された角速度フィードバック制御信号は、加算器７８ｃに伝達される。
【０１２８】
目標ブームシリンダ速度演算器７４（目標ブームシリンダ速度演算手段）は、目標ブーム角速度演算器７３で演算された目標ブーム角速度αdm′を目標ブームシリンダ速度Ｖcy1に変換するものである。ブームシリンダ３ａの長さをＸcy1とおくと、ブームシリンダ３ａの伸縮の速度はその時間微分値Ｘcy1′として与えられる。ここでは、目標ジブシリンダ速度演算器６４での演算と同様の演算手法によって得られるブーム３の角速度α′とブームシリンダ３ａのシリンダ速度Ｘcy1′との関係式に基づき、目標ブームシリンダ速度Ｖcy1を演算する。ここで得られた目標ブームシリンダ速度Ｖcy1は、フィードフォワードゲイン設定器７５に伝達される。
【０１２９】
フィードフォワードゲイン設定器７５は、入力された目標ブームシリンダ速度Ｖcy1に基づき、ブームシリンダ３ａに流入する作動油流量を考慮して速度フィードフォワード制御信号を算出する。ここで算出された速度フィードフォワード制御信号は、加算器７８ｃに伝達される。
【０１３０】
加算器７８ｃは、制御演算器７１で算出された位置フィードバック制御信号と、制御演算器７７で算出された角速度フィードバック制御信号と、フィードフォワードゲイン設定器７５で算出された速度フィードフォワード制御信号とを加算した制御信号を算出するものである。ここで算出された制御信号はバルブ信号変換器７９ａ，７９ｂに伝達される。制御信号が正である場合には、その制御信号の大きさに応じて、一方の信号変換器７９ａからブーム電磁比例減圧弁５２Ｌの信号が出力される。また、制御信号が負である場合には、他方の信号変換器７９ｂから信号が出力され、ブーム電磁比例減圧弁５２Ｒが制御される。
【０１３１】
［４．フローチャート］
コントローラ１８で実施される自動姿勢制御のフローチャートを図１８に例示する。このフローは、コントローラ１８への通電時に繰り返し実施されるものである。
ステップＡ１０では、フロント装置２９を構成する各部材の寸法等の情報がフロント部材データ記憶部３５から読み出され、自動制御部４５に伝達される。
【０１３２】
続くステップＡ２０では、ブーム角センサ７，ジブ角センサ８及びアーム角センサ９で検出されたブーム角α，ジブ角β及びアーム角γが自動制御部４５に入力される。また、自動制御スイッチ５０の操作状態，ブームリモコン圧センサ５４で検出されたブームリモコン圧及びジブリモコン圧センサ５８で検出されたジブリモコン圧も自動制御部４５に入力される。
【０１３３】
またステップＡ３０では、ブーム角α，ジブ角β及びアーム角γに基づき、フロント装置２９の姿勢が演算される。その後、ステップＡ４０では、自動制御スイッチ５０がオン操作されているか否かが判定される。ここで、自動制御スイッチ５０がオンである場合には、自動姿勢制御に係るステップＡ５０へ進む。一方、オフである場合にはステップＡ２００へ進み、自動姿勢制御は不実施となる。
【０１３４】
ステップＡ５０では、ブームリモコン圧とジブリモコン圧とに基づき、ブーム３又はジブ４の少なくとも何れか一方が操作されていない状態であるか否かが判定される。ここで、ブーム３又はジブ４が操作されていればステップＡ２００へ進み、自動姿勢制御は不実施となる。一方、ブーム３及びジブ４の双方が操作されていない場合にはステップＡ６０へ進む。
【０１３５】
ステップＡ６０では、フロント装置２９の先端部（例えば、アーム５の先端部の軸心ｃの位置）が作業域内に位置しているか否かが判定される。ここでいう作業域とは、第一実施形態での前方作業域又は側方作業域の何れかであって、下部走行体１に対する上部旋回体２の姿勢に応じて設定される作業域である。ここで、作業域内である場合にはそのままフローが終了する。
これにより、たとえ自動制御スイッチ５０がオン操作されている状態であっても、フロント装置２０が作業域内に位置している間は自由に移動させることが可能となる。一方、フロント装置２９の先端部が作業域を超えようとしている（あるいは超えた）場合には、制御がステップＡ７０に進む。
【０１３６】
ステップＡ７０では、その時点での軸心ｃの位置（すなわち、ほぼ最大までフロント装置２９を伸ばした状態での位置であって、作業範囲制限に近い位置）を基準として、ジブ自動制御部４６及びブーム自動制御部４７のそれぞれにおいて目標アーム先端水平距離Ｘdm1及びＸdm0が設定される。なお、ブーム自動制御部４７で設定される目標アーム先端水平距離Ｘdm0は、側方作業域の作業半径Ｒ1又は前方作業域の作業半径Ｒ2の何れかに一致する。一方、ジブ自動制御部４６で設定される目標アーム先端水平距離Ｘdm1はフロント装置２９の姿勢に応じてその都度変化する。
【０１３７】
ステップＡ８０では、作業範囲制限判定部３７により、フロント装置２９の先端が予め設定された作業範囲を超えていることがキャブ内のモニタコンソール１３に表示され、スピーカ１４から警告音が出力される。また、自動姿勢制御により、操作者の操作とは異なるフロント装置２９の制御が実施される旨が報知される。
【０１３８】
続くステップＡ９０では、ジブ自動制御部４６の目標ジブ角演算器６０において、目標ジブ角βdmが演算される。また、ステップＡ１００では、自動制御部４５によりブーム電磁切換弁５１Ｌ，５１Ｒ及びジブ電磁切換弁５５Ｌ，５５Ｒのスプール位置がｂ位置に制御される。これにより、ブーム操作レバー４２及びジブ操作レバー４３からの操作入力が無効となり、操作パイロット圧を自在に変更可能な状態となる。
【０１３９】
ステップＡ１１０では、ステップＡ９０で演算された目標ジブ角βdmがジブ４の可動角範囲内（所定範囲内）であるか否かが判定される。ここで、目標ジブ角βdmがジブ４の可動角範囲内であるときには、ステップＡ１２０へ進み、ジブ自動制御部４６によりジブ４の自動姿勢制御が実施される。これにより、例えばアーム５の操作に連動してジブ４が起伏動作し、フロント装置２９の先端が鉛直方向に移動するように先端の軌跡が制御される。またこのとき、ブーム３は位置を固定された状態となる。
【０１４０】
一方、目標ジブ角βdmがジブ４の可動角範囲外であるときには、ステップＡ１３０へ進み、ブーム自動制御部４７によりブーム３の自動姿勢制御が実施される。これにより、例えばアーム５の操作に連動してブーム３が起伏動作し、フロント装置２９の先端が鉛直方向に移動するように先端の軌跡が制御される。このとき、ジブ４は位置を固定された状態となる。
【０１４１】
自動姿勢制御が不実施の場合、ステップＡ２００では、自動制御部４５によりブーム電磁切換弁５１Ｌ，５１Ｒ及びジブ電磁切換弁５５Ｌ，５５Ｒのスプール位置がａ位置に制御される。これにより、ブーム操作レバー４２及びジブ操作レバー４３からの操作入力が有効となり、通常のブーム操作及びジブ操作が可能となる。
【０１４２】
続くステップＡ２１０では、その時点での軸心ｃの位置を基準として、ジブ自動制御部４６及びブーム自動制御部４７のそれぞれにおいて目標アーム先端水平距離Ｘdm1及びＸdm0が設定される。また、ステップＡ２２０では、フロント装置２０が作業域内に位置しているか否かが判定される。ここでフロント装置２９が作業域内にあるときにはそのままフローが終了し、作業域外にある（又は作業域外に出ようとしている）ときにはステップＡ２３０へ進む。
【０１４３】
ステップＡ２３０では、作業班に制限判定部３７がフロント装置２９の動作を停止させる制御が実施される。例えば、ブーム電磁比例減圧弁５２Ｌ，５２Ｒ，ジブ電磁比例減圧弁５６Ｌ，５６Ｒ，アーム電磁比例減圧弁５９Ｌ，５９Ｒを完全に閉鎖してパイロット圧の伝達を遮断し、フロント装置２９の操作を強制的に停止させる。これにより、作業域外へのフロント装置２９の飛び出しが防止される。
【０１４４】
［５．作用，効果］
開示の作業機械の作業範囲制御装置によれば、アーム５の操作によりフロント装置２９の先端が警告域に入ろうとすると、操作者がジブ４を操作しなくても自動的にジブ４が傾動し、アーム５の先端である軸心ｃのｘ座標ＸCがその作業域での作業半径を超えないように制御される。また、目標ジブ角βdmが可動角範囲内に入らない場合には、操作者がブーム３を操作しなくても自動的にブーム３が傾動し、軸心ｃのｘ座標ＸCがその作業域での作業半径を超えないように制御される。したがって、フロント装置２９の先端が作業範囲の外方へ移動しないようにその先端の軌跡を鉛直方向に制御することができ、作業の安定性をより高めることができる。
【０１４５】
また、開示の作業範囲制御装置では、ジブ自動制御部４６において、目標ジブ角βdmを演算するだけでなく、目標ジブ角速度βdm′を演算し、さらに、目標ジブ角速度βdm′に基づき目標ジブシリンダ速度Ｖcy2を演算している。これにより、極めて正確にアーム先端を鉛直に駆動することが可能となり、正確な軌跡制御が可能となる。
【０１４６】
さらに、開示の作業範囲制御装置では、ジブ４だけでなくブーム３に対しても同様の軌跡制御が実施される。すなわち、ブーム自動制御部４７において、目標ブーム角αdmを演算するだけでなく、目標ブーム角速度αdm′を演算し、さらに、目標ブーム角速度αdm′に基づき目標ブームシリンダ速度Ｖcy2を演算している。これにより、正確な軌跡制御が可能となる。また、仮にジブ４のみではアーム先端を鉛直に駆動することができない姿勢であったとしても、ブーム３を駆動することでよりフレキシブルな制御が可能となり、自動姿勢制御の対応範囲を拡大することができる。
【０１４７】
［６．変形例］
第二実施形態の各構成及び各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。上述の第二実施形態では、第一実施形態の作業範囲制御装置にフロント装置２９の自動姿勢制御を付加したものを例示したが、基本構成は第一実施形態のものに限られない。少なくとも、先端側に連結されるアーム及び基端側に連結されるブームを有するフロント装置が軸支された上部旋回体を具備する作業機械であれば、この作業範囲制御装置を適用することが可能である。
【０１４８】
また、上述の第二実施形態では、アーム５の先端が作業範囲を超えようとしているときに、自動的にジブ４又はブーム３を駆動する自動姿勢制御が実施されるものを例示したが、自動姿勢制御の開始条件は之に限定されない。例えば、アーム５の先端の位置に関わらず、自動制御スイッチ５０がオンに操作されている状態でアーム５の単独操作がなされた場合に、常に自動姿勢制御を実施するものとしてもよい。
【０１４９】
この場合の制御フローチャートを図１９に例示する。このフローチャートは図１８に示すフローチャートと比較してステップＡ６０が相違し、フロント装置２９の先端部（例えば、アーム５の先端部の軸心ｃの位置）が作業域内に位置している場合にステップＡ９０へ進むものである。これにより、自動制御スイッチ５０がオン操作されている状態でフロント装置２０が作業域内に位置していれば、常に自動姿勢制御が実施され、ジブ４の自動姿勢制御（ステップＡ１２０）又はブーム３の自動姿勢制御（ステップＡ１３０）が実施される。
【０１５０】
このような制御により、アームの先端を任意の位置で鉛直上下方向に移動させることが可能となり、操作性を向上させることができる。例えば、高い構造物の壁面に沿って容易に破砕機６を移動させることができ、解体作業を効率的に行うことができる。
【０１５１】
［７．付記］
上記の第二実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１５２】
（付記１）
先端側に連結されるアーム及び基端側に連結されるブームを有するフロント装置が軸支された上部旋回体を具備する作業機械の作業範囲制御装置であって、
該アームの基端部の節点角度をアーム角として検出するアーム角度検出手段と、
該ブームの基端部の節点角度をブーム角として検出するブーム角度検出手段と、
該アーム角の変動によって生じる該アームの水平方向の移動距離と同一距離かつ反対方向の水平移動を該ブームに生じさせる該目標ブーム角を演算する演算手段と、
該アームの移動時に、該ブーム角が該目標ブーム角となるように該ブームを連動させる連動手段と
を備えたことを特徴とする、作業機械の作業範囲制御装置。
【０１５３】
（補足１）
従来、機体の転倒を防止することを目的として、フロント装置の姿勢を制御する技術が知られている。例えば、ブーム，ジブ，アーム及び破砕機の四部位からなるロング解体仕様のフロント装置を備えた解体作業機の場合には、フロント作業機の先端部に位置する破砕機が予め設定された作業範囲を超えないように各部位の関節の角度に制限を与え、各部位を駆動するための油圧シリンダの動作を自動的に停止させるものがある。一方、作業効率を改善するためのフロント装置の姿勢制御は実施されていない。
【０１５４】
ここでいう作業効率を改善するための姿勢制御の一つとして、フロント装置の先端の鉛直移動操作が挙げられる。例えば、中高層の建築物や擁壁，煙突といった鉛直方向の寸法が大きい対象物を破砕する場合には、破砕機の水平方向の位置を変更することなく直上方，直下方へと移動させたい場合がある。しかし、ロング解体仕様のフロント装置は四つの部位から構成されているため、その先端を鉛直方向に直線的に移動させる操作が難しく、操作者に熟練の技能が要求される。
【０１５５】
より簡単な操作でフロント装置の直線的な駆動が可能になれば、解体作業時の作業性が向上し、また、フロント装置の先端を誤った軌跡で移動させるような誤操作を防止できるという点で安定性も向上する。
そこで、アームの作動時にアーム角の変動によってアームの先端に生じる水平方向の移動距離を演算する。また、この移動距離と同一距離で反対方向の水平移動をブームの先端に生じさせる目標ブーム角を演算する。つまり、アームの作動時に、少なくともアームの先端に水平方向の移動が生じないように、ブームを駆動する。このような制御により、アームの先端を鉛直上下方向に移動させることが可能となり、操作性を向上させることができる。
【０１５６】
なお、ここでいうアーム，ブームとは、少なくともフロント装置における先端側，基端側といった位置関係のみによって規定される。例えば、フロント装置がブーム，ジブ，アーム及び破砕機の四部位からなる場合、連動手段が、アームの移動時にジブを連動させることとしてもよいし、破砕機の移動時にアームを移動させることとしてもよい。つまり、先端の水平移動を基端側の部材の揺動によって相殺する構成であればよい。
【０１５７】
（付記２）
該フロント装置の作業範囲を記憶する記憶手段をさらに備え、
該連動手段は、該フロント装置が該作業範囲を超えようとしたときに該ブームを連動させる
ことを特徴とする、付記１記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【０１５８】
（補足２）
フロント装置の先端を作業範囲の境界付近で移動させる必要がある場合には、境界を越えないようにフロント装置の先端位置を制御することが可能となり、作業性を向上させつつ安定性を向上させることができる。
【０１５９】
（付記３）
該制御手段が、該目標ブーム角に基づき、該ブームを駆動するブームシリンダの伸縮速度の目標値を演算する目標ブームシリンダ速度演算手段を有する
ことを特徴とする、付記１又は２記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【０１６０】
（補足３）
ブーム角の目標値だけでなくブーム速度の目標値を演算し、さらにブームシリンダの伸縮速度の目標値を演算することで、極めて正確にアーム先端を鉛直に駆動することが可能となり、正確な軌跡制御が可能となる。
【０１６１】
［第三実施形態］
［１．機体構成］
前述の要素に対応するものについては同一の符号を用いて説明する。第三実施形態として開示する作業範囲制御装置は、第一実施形態の作業範囲制御装置とはブーム３の動作を制限するための手法が相違し、図１に示す油圧ショベル３０におけるブーム角センサ７の代わりに、図２０（ａ），（ｂ）に示すブーム角αを検出するための装置を備える。
【０１６２】
すなわち、油圧ショベル３０のブーム３の基端部には、一対のブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂ及びブームプレート８２（基端プレート）が設けられる。一対のブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂは、取り付けブラケット８１ｃを介して上部旋回体２側に固定され、ブームプレート８２はブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂに対向する位置でブーム３に固定される。一対のブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂは、検知範囲内にブームプレート８２が位置しているときにその存在を検知し、信号を後述するリレー回路Ｃ７に伝達する。
【０１６３】
図２０（ａ）に示すように、取り付けブラケット８１ｃは、例えばブーム角αが所定値α0である姿勢のときに軸心ｏから軸心ａに向かう線分ｏａに沿って配置され、上部旋回体２のスイングフレーム８３に対して固定される。ブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂはともに線分ｏａ上に位置するように、取り付けブラケット８１ｃ上に固定される。
【０１６４】
一方、ブームプレート８２は、図２０（ａ）中に破線で示すように、側面視において軸心ｏを通る仮想線Ｆに一致する端辺を持つ第一プレート部８２ａと、同じく軸心ｏを通る仮想線Ｓに一致する端辺を持つ第二プレート部８２ｂとを備える。第一プレート部８２ａは、軸心ｏを中心として仮想線Ｆに一致する端辺を円弧状に移動させたときに生じる軌跡に対応する面形状に形成される。同様に、第二プレート部８２ｂは、軸心ｏを中心として仮想線Ｓに一致する端辺を円弧状に移動させたときに生じる軌跡に対応する面形状に形成される。
【０１６５】
図２０（ａ）中で線分ｏａと仮想線Ｆとのなす角はα1であり、線分ｏａと仮想線Ｓとのなす角はα2（ただしα1＞α2）である。また、第一プレート部８２ａはブーム３の側面において一方のブーム近接スイッチ８１ａに対向する位置に固定され、第二プレート部８２ｂは他方のブーム近接スイッチ８１ｂに対向する位置に固定される。
【０１６６】
これにより、一方のブーム近接スイッチ８１ａは、ブーム角αが（α0−α1）以上であるときに、検知範囲内に第一プレート部８２ａの存在を検知し、信号をコントローラ１８に伝達する。また、ブーム角αが（α0−α1）未満であるときには、第一プレート部８２ａを検知しない。つまり、一方のブーム近接スイッチ８１ａは、ブーム角αが（α0−α1）以上であるか否かを判別する手段として機能する。
【０１６７】
同様に、他方のブーム近接スイッチ８１ｂは、ブーム角αが（α0−α2）以上であるときに、検知範囲内に第二プレート部８２ｂの存在を検知し、信号をコントローラ１８に伝達する。また、ブーム角αが（α0−α2）未満であるときには、第二プレート部８２ｂを検知しない。つまり、他方のブーム近接スイッチ８１ｂは、ブーム角αが（α0−α2）以上であるか否かを判別する手段として機能する。
【０１６８】
なお、これらのブームプレート８２及びブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂの固定位置は適宜変更可能である。例えば、これらをブーム３に内蔵させてもよいし、あるいはブームプレート８２をスイングフレーム８３側に固定するとともにブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂをブーム３側に固定してもよい。
【０１６９】
また、この油圧ショベル３０には、下部走行体１に対する上部旋回体２の旋回角を検出するための装置として、第一実施形態と同様の一対のプレート１０ａ，１０ｂ及び一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒが設けられる。一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒは、検知範囲内に一対のプレート１０ａ，１０ｂが位置しているときにその存在を検知し、信号をコントローラ１８及び後述するリレー回路Ｃ７に伝達する。
【０１７０】
上記のブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂで検知される二種類のブーム角は、油圧ショベル３０の作業域に応じたブーム３の可動範囲の閾値として利用される。例えば、図２１に示すように、側方作業域での最小ブーム角は（α0−α2）に設定され、前方作業域での最小ブーム角は（α0−α2）よりも小さい（α0−α1）に設定される。
【０１７１】
なお、側方作業域での最大ブーム先端距離（軸心ｏから軸心ａまでの水平距離）はＬ1cos(α0-α2)であり、前方作業域での最大ブーム先端距離はＬ1cos(α0-α1)である。つまり、前方作業域では、側方作業域よりもブーム３の先端部を機体から遠くに位置させることが可能となり、前方作業域での作業範囲が拡大されることになる。
【０１７２】
このような作業範囲を拡大する制御は、前方作業スイッチ１２がオン操作されている場合にのみ実施される。前方作業スイッチ１２がオフの場合には、フロント装置２９が前方作業域に位置していたとしても、最小ブーム角が側方作業域での設定値（α0−α2）とされる。
【０１７３】
［２．パイロット回路］
図２２に、油圧ショベル３０の油圧回路を示す。この油圧回路には、油圧アクチュエータ（各種油圧駆動装置）に供給される作動油が流通するメイン回路Ｃ１と、複数のパイロット回路とが設けられる。メイン回路Ｃ１は第一実施形態のものと同様である。なお、第一実施形態では、ブームパイロット回路Ｃ３のブーム制限電磁弁１５がコントローラ１８によって制御されるものを例示したが、第三実施形態ではブーム制限電磁弁１５が後述するリレー回路Ｃ７によって制御される。
【０１７４】
旋回パイロット回路Ｃ２に介装された旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒは、スプール位置がｂ位置の時に旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路を遮断し、旋回制御弁２２のパイロット圧を作動油タンク２４側に開放（連通）する。また、スプール位置がａ位置の時に旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路を接続する。なお、旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒは、通電時にスプール位置がｂ位置となり、非通電時にスプール位置がａ位置となる特性を有する。
【０１７５】
ブームパイロット回路Ｃ３に介装されたブーム制限電磁弁１５は、スプール位置がｂ位置の時にブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路を遮断し、ブーム制御弁２６のパイロット圧を作動油タンク２４側に開放（連通）する。また、スプール位置がａ位置の時にブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路を接続する。なお、ブーム制限電磁弁１５は、通電時にスプール位置がｂ位置となり、非通電時にスプール位置がａ位置となる特性を有する。
【０１７６】
［３．リレー回路］
図２３に示すように、リレー回路Ｃ７は、第一回路Ｃ７Ａ，第二回路Ｃ７Ｂ，第三回路Ｃ７Ｃ及び第四回路Ｃ７Ｄの四つの回路に大別される。なお、図２３中に示す記号＋Ｂは直流の電源ラインを示し、記号ＧＮＤはグラウンドラインを示す。
【０１７７】
第一回路Ｃ７Ａは、一対の近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒと一対のブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂのオン／オフ状態に応じてリレーの励磁／非励磁の状態を切り換えるための回路である。ここでは、それぞれの近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒ，ブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂに対応して、第一リレーコイル８４，第二リレーコイル８５，第三リレーコイル８６及び第四リレーコイル８７が設けられ、各スイッチがオンであるときに各リレーコイルが励磁される。
【０１７８】
第二回路Ｃ７Ｂは、前方作業スイッチ１２のオン／オフの状態に応じて第五リレーコイル８８の励磁／非励磁の状態を切り換えるための回路である。第二回路Ｃ７Ｂ上には、グラウンドライン側から順に第五リレーコイル８８及び前方作業スイッチ１２が直列に介装される。前方作業スイッチ１２よりも電源ライン側は回路が二本に分岐し、それぞれが電源ラインに接続される。これらの二本の並列回路のうちの一方には、第一リレーコイル８４の接点８４ａ及び第二リレーコイル８５の接点８５ａが直列に介装される。また、他方の回路上には第五リレーコイル８８の通電状態を自己保持するための接点８８ａが介装される。
【０１７９】
接点８４ａは第一リレーコイル８４の励磁時にオンになる接点であり、接点８５ａは第二リレーコイル８５の励磁時にオンになる接点である。例えば、フロント装置２９が前方作業域に位置するときには、これらの接点８４ａ，８５ａがともにオンとなる。
接点８８ａは、第五リレーコイル８８の励磁時にオンになる接点であり、第五リレーコイル８８の通電状態を自己保持する機能を持つ。これにより、フロント装置２９が前方作業域に位置するときに前方作業スイッチ１２がオン操作されると第五リレーコイル８８が励磁されるとともに、その後は前方作業スイッチ１２がオフ操作されない限り第五リレーコイル８８が励磁され続ける。
【０１８０】
第三回路Ｃ７Ｃは、旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｒ，２３Ｌを近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒでの検知状態に応じて制御するための回路である。第三回路Ｃ７Ｃ上の電源ライン側には、第五リレーコイル８８の励磁時にオンになる接点８８ｂが介装される。また、接点８８ｂよりもグラウンドライン側は回路が二本に分岐し、それぞれがグラウンドラインに接続される。
【０１８１】
これらの二本の並列回路のうちの一方には、右旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｒと第一リレーコイル８４の接点８４ｂが直列に介装される。接点８４ｂは、第一リレーコイル８４の励磁時にオフになる接点である。また、他方の回路上には、左旋回操作に係る旋回制御電磁弁２３Ｌと第二リレーコイル８５の接点８５ｂが直列に介装される。接点８５ｂは、第二リレーコイル８５の励磁時にオフになる接点である。これにより、第五リレーコイル８８の励磁時に近接スイッチ１１Ｒがオフ（プレート１０ａ，１０ｂを検知しない）になると、旋回制限電磁弁２３Ｒが通電される。また、第五リレーコイル８８の励磁時に近接スイッチ１１Ｌがオフ（プレート１０ａ，１０ｂを検知しない）になると、旋回制限電磁弁２３Ｌが通電される。
【０１８２】
第四回路Ｃ７Ｄは、ブーム操作に係るブーム制限電磁弁１５をブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂでの検知状態に応じて制御するための回路である。第四回路Ｃ７Ｄは、ブザー９０が介装されたラインと、ブーム制限電磁弁１５が介装されたラインと、これらの二本のライン間を接続する連結路８９とを有する。ブザー９０及びブーム制限電磁弁１５はそれぞれのラインのグラウンドライン側に設けられ、連結路８９はブザー９０及びブーム制限電磁弁１５よりも電源ライン側を接続する。
【０１８３】
連結路８よりも電源ライン側の二本の回路のうちの一方には、第五リレーコイル８８の接点８８ｃ及び第三リレーコイル８６の接点８６ａが介装される。他方には、第五リレーコイル８８の接点８８ｄ及び第四リレーコイル８７の接点８７ａが介装される。
接点８８ｃは第五リレーコイル８８の励磁時にオンとなる接点であり、逆に接点８８ｄは第五リレーコイル８８の励磁時にオフとなる接点である。また、接点８６ａは第三リレーコイル８６の励磁時にオフになる接点であり、接点８７ａは第四リレーコイル８７の励磁時にオフになる接点である。
【０１８４】
第四回路Ｃ７Ｄでは、第五リレーコイル８８の励磁時には、第三リレーコイル８６の励磁／非励磁の状態に応じてブザー９０及びブーム制限電磁弁１５が通電される。一方、第五リレーコイル８８の励磁時には、第三リレーコイル８６の代わりに第四リレーコイル８７の励磁／非励磁の状態に応じてブザー９０及びブーム制限電磁弁１５が通電される。
【０１８５】
［４．作用］
［４−１．旋回操作・前方作業スイッチがオフの場合］
前方作業スイッチ１２がオフ操作されている状態では、リレー回路Ｃ７内の第二回路Ｃ７Ｂが通電されない。第五リレーコイル８８は非励磁の状態となり、第三回路Ｃ７Ｃの接点８８ｂがオフとなる。これにより、近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒでの検知状態に関わらず旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒが非通電となり、スプール位置がａ位置となる。したがって、旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路が連通し、旋回操作レバー２１による左右旋回操作が許容された通常の操作状態となる。
【０１８６】
［４−２．ブーム操作・前方作業スイッチがオフの場合］
リレー回路Ｃ７内の第四回路Ｃ７Ｄでは、接点８８ｃがオフになるとともに接点８８ｄがオンになる。ブザー９０及びブーム制限電磁弁１５が通電されるのは、接点８７ａが閉じる第四リレーコイル８７の非励磁時、すなわち、ブーム側方スイッチ８１ｂが第二プレート部８２ｂの存在を検知していないときに限られる。
【０１８７】
つまり、ブーム角αが（α0−α2）以上であるときにはブザー９０及びブーム制限電磁弁１５に通電されず、ブーム制限電磁弁１５のスプール位置がａ位置となる。したがって、ブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路が連通し、ブーム操作レバー４２によるブーム３の操作が許容された通常の操作状態となる。
【０１８８】
一方、ブーム下げ操作が継続されてブーム角αが（α0−α2）未満になると、ブーム近接スイッチ８１ｂが切断されて第四リレーコイル８７が非励磁となる。また、第四回路Ｃ７Ｄの接点８８ｄはオンになり、ブザー９０及びブーム制限電磁弁１５が通電される。これにより、ブザー９０から警告音が発せられるとともに、ブーム制限電磁弁１５のスプール位置がｂ位置に切り換えられ、それ以上のブーム下げ操作が制限される。
【０１８９】
［４−３．旋回操作・前方作業スイッチがオンの場合］
油圧ショベル３０のフロント装置２９が前方作業域に位置している状態では、リレー回路Ｃ７内の第一回路Ｃ７Ａで第一リレーコイル８４及び第二リレーコイル８５がともに励磁される。フロント装置２９が前方作業域に位置している状態で前方作業スイッチ１２がオンに操作されると、第二回路Ｃ７Ｂの第五リレーコイル８８が励磁されて接点８８ａが閉じ（オンになり）、励磁状態が自己保持される。また、第三回路Ｃ７Ｃの接点８８ｂがオンになる。
【０１９０】
このとき、近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒがともにプレート１０ａ，１０ｂの何れかを検知していれば、第三回路Ｃ７Ｃの接点８４ｂ，８５ｂがともにオフであることから旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒが非通電となり、これらのスプール位置がｂ位置となる。したがって、旋回リモコン弁２１Ｌ，２１Ｒと旋回制御弁２２との間のパイロット通路が連通し、旋回操作レバー２１による左右旋回操作が許容された通常の操作状態となる。
【０１９１】
また、例えば右旋回方向への操作によりフロント装置２９が側方作業域に入ろうとすると、一方の近接スイッチ１１Ｒがプレート１０ａ，１０ｂを検知しなくなり、第一リレーコイル８４が非励磁となる。これにより、第三回路Ｃ７Ｃの接点８４ｂがオンになり、右旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｒが通電される。したがって、旋回制限電磁弁２３Ｒのスプール位置がｂ位置に切り換えられ、旋回制御弁２２のスプール位置が中立に戻る。上部旋回体２の右旋回は停止し、これ以上の旋回が禁止される。
【０１９２】
このとき、他方の近接スイッチ１１Ｌがまだプレート１０ａ，１０ｂを検知していれば、第二リレーコイル８５は励磁されたままであり、第三回路Ｃ７Ｃの接点８５ｂがオフである。したがって、左旋回操作に係る左旋回操作に係る旋回制限電磁弁２３Ｌのスプール位置はａ位置に維持され、上部旋回体２の左旋回操作（すなわち、前方作業域側へと旋回角度を戻すための操作）は許容される。
なお、例えば左旋回方向への操作によりフロント装置２９が側方作業域に入ろうとした場合も同様であり、上部旋回体２の左旋回が停止し、これ以上の旋回が禁止されるとともに、右旋回操作が許容される。
【０１９３】
［４−４．ブーム操作・前方作業スイッチがオンの場合］
リレー回路Ｃ７内の第四回路Ｃ７Ｄでは、接点８８ｃがオンになるとともに、接点８８ｄがオフとなる。ブザー９０及びブーム制限電磁弁１５が通電されるのは、接点８６ａが閉じる第三リレーコイル８６の非励磁時、すなわち、ブーム側方スイッチ８１ａが第一プレート部８２ａの存在を検知していないときに限られる。
つまり、ブーム角αが（α0−α1）以上であるときにはブザー９０及びブーム制限電磁弁１５に通電されず、ブーム制限電磁弁１５のスプール位置がａ位置となる。したがって、ブームリモコン弁４２Ｒとブーム制御弁２６との間のパイロット通路が連通し、ブーム操作レバー４２によるブーム３の操作が許容された通常の操作状態となる。
【０１９４】
ここでいう角度（α0−α1）は、上述の角度（α0−α2）よりも小さい角度である。つまり、前方作業スイッチ１２がオン操作されたときには、オフ操作時よりもブーム角αが小さくなるようなブーム下げ操作が許容される。したがって、図２１に示すように、前方作業域では側方作業域よりもブーム３を深く傾斜させることが可能となる。なお、ブーム角αが小さいほど、ブーム３の基端部の軸心ｏから先端の軸心ａまでの水平距離ＬBMが増大する。
【０１９５】
一方、ブーム下げ操作が継続されてブーム角αが（α0−α1）未満になると、ブーム近接スイッチ８１ｂが切断されて第四リレーコイル８７が非励磁となる。また、第四回路Ｃ７Ｄの接点８８ｄはオンになり、ブザー９０及びブーム制限電磁弁１５が通電される。これにより、ブザー９０から警告音が発せられるとともに、ブーム制限電磁弁１５のスプール位置がｂ位置に切り換えられ、それ以上のブーム下げ操作が制限される。
【０１９６】
［５．効果］
このように、開示の作業機械の作業範囲制御装置によれば、前方作業域及び側方作業域のそれぞれに対して異なる最小ブーム角が設定され、特に機体安定性の面で有利な前方作業域での作業範囲が大幅に拡大される。つまり、旋回姿勢が前方姿勢である場合には、側方姿勢のときよりもブーム３の傾斜を大きく（最小ブーム角を小さく）することができ、安定性を確保しつつ容易に作業範囲を定めることができ、作業性を向上させることができる。また、上部旋回体２の旋回姿勢が側方姿勢である場合には、ブーム３の傾斜を小さく（最小ブーム角を大きく）することができ、安定性を向上させることができる。
【０１９７】
また、フロント装置２９の基端部仰角を制限することで、フロント装置２９の作業範囲を簡便に定めることができ、シンプルな制御構成とすることができる。例えば、第一実施形態のコントローラ１８ではアーム５の先端の座標を演算しているが、このような演算を省略してブーム角αのみで作業範囲を制御することが可能である。
【０１９８】
また、開示の作業範囲制御装置によれば、ブーム３の姿勢制御に関して、コントローラ１８だけでなくブーム角センサ７も不要とすることができる。特に、第三実施形態の作業範囲制御装置では、ブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂとブームプレート８２とをブーム３の基端部に設けるという簡素な構成で、コストを高騰させることなく確実に最小ブーム角を把握することができる。また、ブーム近接スイッチ８１ａ，８１ｂでの検知状態に基づいて動作するリレー回路Ｃ７を用いてブーム制限電磁弁１５及び旋回制限電磁弁２３Ｌ，２３Ｒを制御しているため、従来のシステムへの適用が容易であるとともに、従来のシステムと比較してコストを低減させることができる。
【０１９９】
さらに、開示の作業範囲制御装置では、作業範囲を拡大するための条件（第五リレーコイル８８を励磁状態とするための条件）が、近接スイッチ１１Ｌ，１１Ｒでの近接状態の検知と前方作業スイッチ１２のオン操作とのアンド条件となっている。したがって、万が一何れかのセンサ又はスイッチが故障した場合や断線が生じたような場合には、必ず最小ブーム角が安定側の（α0−α2）に設定される。したがって、制御の安定性を高めることができる。
【０２００】
［６．変形例］
第三実施形態の各構成及び各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。上述の第三実施形態では、第一実施形態の作業範囲制御装置におけるブーム３の動作を制限するための手法を変更したものを例示したが、基本構成は第一実施形態のものに限られない。少なくとも、先端側に連結されるアーム及び基端側に連結されるブームを有するフロント装置が軸支された上部旋回体を具備する作業機械であれば、この作業範囲制御装置を適用することが可能である。
【０２０１】
上述の第三実施形態では、前方作業域と側方作業域とで異なる最小ブーム角が設定されているが、最小ブーム角の大きさを予め設定された固定値ではなく、フロント装置２９の種類や破砕機６の重量，下部走行体１の傾斜状態（路面の安定度）等に応じた補正が加えられた変数としてもよい。あるいは、二段階の最小ブーム角を設定するのではなく、多段階の最小ブーム角を設定してもよい。この場合、上部旋回体２の正面方向が下部走行体１の前後方向に近いほど最小ブーム角を小さく設定し、上部旋回体２の正面方向が下部走行体１の車幅方向に近いほど最小ブーム角を大きく設定することが考えられる。
このような構成により、機体安定性を確保しつつ作業範囲をさらに拡大することができ、作業性を向上させることができる。
【０２０２】
［７．付記］
上記の第三実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０２０３】
（付記１）
フロント装置が軸支された上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体を具備する作業機械の作業範囲制御装置であって、
該フロント装置の基端部仰角を検出する仰角検出手段と、
該フロント装置の基端部仰角が減少する方向への操作を制限する制御手段と
を備えたことを特徴とする、作業機械の作業範囲制御装置。
【０２０４】
（補足１）
フロント装置の姿勢は、フロント装置を構成する各部位の寸法及び角度に応じて変化する。例えば、ブーム，ジブ，アーム及び破砕機の四部位からなるロング解体仕様のフロント装置を備えた解体作業機の場合には、各部位の関節の角度を検出する複数の角度センサを設けることで、フロント装置の正確な姿勢を演算することが可能である。しかしながら、角度センサの検出信号に基づく演算を実施するには電子制御装置が必要となり、システムが高価になる。
【０２０５】
フロント装置の機体から水平方向への延出距離に大きな影響を与える要因の一つとしては、基端部仰角が挙げられる。つまり、フロント装置の基端部仰角を参照することで、フロント装置の姿勢の概況を捉えることが可能となる。また、基端部仰角が減少する方向への操作を制限することで、フロント装置の機体前方への移動が抑制されるため、フロント装置の作業範囲が制限されることになる。したがって、例えば電子制御装置等を用いてフロント装置の先端部の位置を正確に演算しなくても、基端部仰角のみでフロント装置の作業範囲を管理することが可能となり、低コストでフロント装置の操作性，作業性を向上させることができる。
【０２０６】
（付記２）
該下部走行体に対する該上部旋回体の旋回姿勢を検出する旋回姿勢検出手段を備え、
該制御手段が、該旋回姿勢が該下部走行体の側方を向いた側方姿勢である場合に、該フロント装置の基端部仰角の最小値を第一所定値以上に制限するとともに、該旋回姿勢が該下部走行体の前方又は後方を向いた前方姿勢である場合に、該最小値を該第一所定値よりも小さい第二所定値以上に制限する
ことを特徴とする、付記１記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【０２０７】
（補足２）
旋回姿勢に応じて基端部仰角の最小値を制限することで、安定性を確保しつつ作業性を向上させることができる。例えば、上部旋回体の旋回姿勢が側方姿勢である場合には、フロント装置の作業範囲を狭めて安定性を向上させることができる。一方、旋回姿勢が前方姿勢である場合には、フロント装置の作業範囲を側方姿勢のときよりも遠方まで拡大することができる。
【０２０８】
（付記３）
該仰角検出手段が、該フロント装置の基端部及び該上部旋回体の何れか一方に固定されたプレートと、該フロント装置の基端部及び該上部旋回体の何れか他方に固定され、該プレートの近接状態を検出するブーム近接スイッチとを有し、
該制御手段が、該ブーム近接スイッチで検出された該近接状態に基づき該基端部仰角を制御する
ことを特徴とする、付記１又は２記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【０２０９】
（補足３）
簡素な構成で、コストを高騰させることなく確実に基端部仰角を把握することができる。
【０２１０】
（付記４）
該制御手段が、該フロント装置のパイロット操作回路上に介装された切換弁と、該ブーム近接スイッチで検出された該近接状態に基づき該切換弁のスプール位置を切り換えるリレー回路とを有する
ことを特徴とする、付記３記載の作業機械の作業範囲制御装置。
【０２１１】
（補足４）
リレー回路を用いた切換弁の制御により、構成の簡素化がより容易となる。また、従来のシステムへの適用が容易であるとともに、従来のシステムと比較してコストを低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２１２】
本発明は、フロント作業機を備えた作業機械（例えば、油圧ショベルや油圧式クレーン等）の作業範囲制御装置全般に適用することができる。
【符号の説明】
【０２１３】
１  下部走行体
２  上部旋回体
３  ブーム
３ａ  ブームシリンダ
４  ジブ
４ａ  ジブシリンダ
５  アーム
５ａ  アームシリンダ
６  破砕機
６ａ  バケットシリンダ
７  ブーム角センサ（角度検出手段）
８  ジブ角センサ（角度検出手段）
９  アーム角センサ（角度検出手段）
１０ａ，１０ｂ  プレート（板部材）
１１Ｌ，１１Ｒ  近接スイッチ（旋回姿勢検出手段）
１２  前方作業スイッチ
１３  モニタコンソール
１４  スピーカ
１５  ブーム制限電磁弁
１６Ｌ，１６Ｒ  ジブ制限電磁弁
１７Ｌ，１７Ｒ  アーム制限電磁弁
１８  コントローラ（制御手段）
２１  旋回操作レバー
２１Ｌ，２１Ｒ  旋回リモコン弁
２２  旋回制御弁
２３Ｌ，２３Ｒ  旋回制限電磁弁
２９  フロント装置
３０  油圧ショベル
３１  位置演算部（位置演算手段）
３２  側方作業範囲データ記憶部（第一記憶手段）
３３  前方作業範囲データ記憶部（第二記憶手段）
３４  旋回角度判定部
３５  フロント部材データ記憶部
３７  作業範囲制限判定部
４２  ブーム操作レバー
４２Ｌ，４２Ｒ  ブームリモコン弁
４３  ジブ操作レバー
４３Ｌ，４３Ｒ  ジブリモコン弁
４４  アーム操作レバー
４４Ｌ，４４Ｒ  アームリモコン弁
４５  自動制御部（軌跡制御手段）
４６  ジブ自動制御部
４７  ブーム自動制御部
５０  自動制御スイッチ（垂直移動スイッチ）
５１Ｌ，５１Ｒ  ブーム電磁切換弁
５２Ｌ，５２Ｒ  ブーム電磁比例減圧弁
５３  シャトル弁
５４  ブームリモコン圧センサ
５５Ｌ，５５Ｒ  ジブ電磁切換弁
５６Ｌ，５６Ｒ  ジブ電磁比例減圧弁
５７  シャトル弁
５８  ジブリモコン圧センサ
５９Ｌ，５９Ｒ  アーム電磁比例減圧弁
６０  目標ジブ角演算器
６１  制御演算器
６２  アーム角速度演算器
６３  目標ジブ角速度演算器（目標ブーム角速度演算手段）
６４  目標ジブシリンダ速度演算器（目標ブームシリンダ速度演算手段）
６５  フィードフォワードゲイン設定器
６６  ジブ角速度演算器
６７  制御演算器
６９ａ，６９ｂ  バルブ信号変換器
７０  目標ブーム角演算器
７１  制御演算器
７２  アーム角速度演算器
７３  目標ブーム角速度演算器（目標ブーム角速度演算手段）
７４  目標ブームシリンダ速度演算器（目標ブームシリンダ速度演算手段）
７５  フィードフォワードゲイン設定器
７６  ブーム角速度演算器
７７  制御演算器
７９ａ，７９ｂ  バルブ信号変換器
８１ａ，８１ｂ  ブーム近接スイッチ
８１ｃ  取り付けブラケット
８２  ブームプレート（基端プレート）
８２ａ  第一プレート部
８２ｂ  第二プレート部
８３  スイングフレーム
９０  ブザー
Ｃ１  メイン回路
Ｃ２  旋回パイロット回路
Ｃ３  ブームパイロット回路
Ｃ４  ジブパイロット回路
Ｃ５  アームパイロット回路
Ｃ６  リレー回路
Ｃ７  リレー回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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