(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起伏ブームの先端にアームを回動自在に連結する一方、前記アームの先端に作業工具を備え、前記起伏ブームの起伏操作および前記アームの回動操作がそれぞれブームシリンダおよびアームシリンダを介して行われ、前記アームシリンダのフルストローク状態で前記アームがフルクラウドとなる建設機械において、
前記起伏ブーム下面と前記アームとのなす角度を検出する角度検出手段と、
前記起伏ブームの伏動を検出する伏動検出手段と、
前記角度検出手段にて検出された角度により、前記起伏ブームの伏動に伴い前記アームが前記フルクラウドに至る虞のあるクラウド状態にあることを判別し、前記アームの前記クラウド状態にて前記伏動検出手段により前記起伏ブームの伏動が検出されると、前記起伏ブームおよび前記アームの作業姿勢および動作が許容されないと判定して警告信号を出力するコントローラと、
前記警告信号に基づき、警告を発生する警告器と
を具備したことを特徴とする建設機械の警告制御装置。
【請求項２】
前記アームの前記クラウド状態は、前記角度検出手段にて検出した角度が９０°よりも小さい閾値で規定され、
前記コントローラは、前記角度検出手段にて検出した角度が前記閾値よりも小さく、かつ、前記伏動検出手段により前記起伏ブームの伏動を検出したとき、前記警告信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の建設機械の警告制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記角度が前記閾値よりも小さくなった状態での前記角度と前記閾値との間の偏差に基づき、前記警告信号の出力周期を可変にする可変手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の建設機械の警告制御装置。
【請求項４】
前記警告器は、前記警告信号の出力周期に基づき鳴音するブザーであることを特徴とする請求項３に記載の建設機械の警告制御装置。
【請求項５】
前記警告器は、前記警告信号の出力周期に基づき点灯するランプであることを特徴とする請求項３に記載の建設機械の警告制御装置。
【請求項６】
前記警告器は、前記警告信号の出力周期に基づき、それぞれ鳴音および点灯するブザーおよびランプを含む請求項３に記載の建設機械の警告制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどの種々の建設作業に使用される建設機械の警告制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、特開平5-18122号公報は油圧ショベルを解体作業に使用した一例を示す。この公報の油圧ショベルはそのアームの先端に通常のバケットではなく油圧式の破砕工具が取り付けられ、この破砕工具を使用して、建造物等の解体作業を行うことができる。
【０００３】
また、公報の油圧ショベルは破砕工具がその許容作業半径から外れるような作業姿勢に至ると、警報を発生する警告装置を備え、この警告装置は解体作業を安全に行う上で有用であると考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の油圧ショベルの警告装置は破砕工具が許容作業半径外に至ったときにのみ、警報を発生するものであるから、破砕工具が許容作業半径内にある間は機能しない。
つまり、上記の警告装置は、許容作業半径内での解体作業中、油圧ショベルのアームが不所望な姿勢で使用されても、警報を発することはない。
【０００５】
この点に関して詳述すると、建造物の解体に伴い、破砕したコンクリートから取り出した鉄筋フレームの圧潰作業にも、油圧ショベルは使用されるが、このような圧潰作業は、油圧ショベルのアームをクラウド状態として、その起伏ブームを起伏動させ、地上の鉄筋フレームに対しアーム先端の破砕工具又はバケットを叩き付けて実施され、これにより、鉄筋フレームの占める容積を縮小させることができる。
【０００６】
このような圧潰作業中、アームはクラウド状態にあるため、鉄筋フレームの叩き付けが繰り返されると、アームを回動させる油圧シリンダ、いわゆるアームシリンダのピスントロッドに引っ張り力が働くことから、そのピストンロッドが徐々に引き出されてしまい、油圧ショベルのオペレータも気付くことなく、アームがフルクラウドに至ってしまうことがある。
【０００７】
そして、アームのフルクラウド状態にて、鉄筋フレームの叩き付けがさらに繰り返されると、この場合には、アームシリンダはすでにフルストロークした状態にあるから、アームシリンダとアームとの間を連結するピンに過大な付加が発生し、アームシリンダの破損を招く虞がある。
本発明の目的は、上述したような鉄筋フレームの圧潰作業等が行われる状況にて、オペレータにアームがフルクラウド傾向に至る状況にあることを適切に警告し、アームシリンダの破損を招くような作業を回避させることができる建設機械の警告装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、起伏ブームの先端にアームを回動自在に連結する一方、アームの先端に作業工具を備え、起伏ブームの起伏操作およびアームの回動操作がそれぞれブームシリンダおよびアームシリンダを介して行われ、アームシリンダのフルストローク状態でアームがフルクラウドとなる建設機械において、本発明の建設機械の警告制御装置（請求項１）は、起伏ブーム下面とアームとのなす角度を検出する角度検出手段と、起伏ブームの伏動操作を検出する伏動検出手段と、角度検出手段にて検出された角度により、起伏ブームの伏動に伴いアームがフルクラウドに至る虞のあるクラウド状態にあることを判別し、アームの前記クラウド状態にて伏動検出手段により起伏ブームの伏動が検出されると、起伏ブームおよびアームの作業姿勢および動作が許容されないと判定して警告信号を出力するコントローラと、警告信号に基づき、警告を発生する警告器とを備える。
【０００９】
上述した警告制御装置によれば、角度検出手段により検出した角度、つまり、アームがフルクラウドに至る虞のあるクラウド状態にあるか否かの判別結果と、伏動検出手段により検出した起伏ブームの伏動動作との組み合わせに基づき、コントローラにて起伏ブームおよび前記アームの作業姿勢および動作が許容されるか否かが判別され、そして、その判別結果が否の場合、コントローラは警告信号を出力して、警告器から警告を発生させ、建設機械のオペレータに注意を喚起する。
【００１０】
具体的には、アームの前記クラウド状態は、角度検出手段にて検出した角度が９０°よりも小さい閾値で規定され、コントローラは、角度検出手段にて検出した角度が閾値よりも小さく、かつ、伏動検出手段により起伏ブームの伏動を検出したとき、警告信号を出力する（請求項２）。この場合、たとえ検出した角度が閾値よりも小さくなっただけではコントローラから警告器に警告信号が出力されることはなく、起伏ブームが伏動された時点で、警告器から警告が発生され、オペレータはその作業状況を適切に認知することができる。
【００１１】
さらに、コントローラは、前記角度が閾値よりも小さくなった状態での角度と閾値との間の偏差に基づき、警告信号の出力周期を可変にする可変手段を含んでいるのが好ましい（請求項３）。この場合、アームにおける前記クラウド状態の程度に応じて、警告器からの警告の発生周期が可変され、オペレータの注意をより効果的に喚起させることができる。
【００１２】
具体的には、警告器は、警告信号の出力周期にて、鳴音するブザー（請求項４）又は点灯するランプ（請求項５）からなり、さらには、これらブザーおよびランプの両方を含むものであってもよい（請求項６）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、建設機械としての油圧ショベルを示す。油圧ショベルはクローラ型の下部走行体２と、下部走行体２に旋回可能に設けられた上部旋回体４とを備え、これら下部走行体２および上部旋回体４は油圧ショベルの機体を構成する。
上部旋回体４には建設作業（解体作業を含む）を行うフロントアタッチメント６や、キャブ８が装備され、このキャブ８から機体の運転操作やフロントアタッチメント６の操作が可能となっている。また、上部旋回体４にはその後部にエンジン（図示しない）を収容したエンジンルーム１０が設けられ、エンジンは下部走行体２の走行や上部旋回体４の旋回、そして、フロントアタッチメント６を作動させる油圧機器のための駆動源である。
【００１４】
フロントアタッチメント６は、油圧ショベルの機体側、つまり、上部旋回体４から延びる起伏ブーム１２を備え、起伏ブーム１２はその基端が上部旋回体４の前部に起伏自在に枢支されている。起伏ブーム１２の先端にはアーム１４が回動自在に連結され、さらに、アーム１４の先端に作業工具としてのバケット１６や破砕工具などの作業工具が取付け可能となっている。
【００１５】
一方、上部旋回体４と起伏ブーム１２との間や、起伏ブーム１２とアーム１４の基端との間、そして、アーム１４の先端とバケット１６との間にはそれぞれ、ブームシリンダ１８、アームシリンダ２０およびバケットシリンダ２２が設けられており、これらシリンダ１８，２０，２２は油圧シリンダからなる。ブームシリンダ１８はその伸縮により起伏ブーム１２を起伏させ、アームシリンダ２０およびバケットシリンダ２２はそれらの伸縮により、アーム１４およびバケット１６を回動させることができる。
【００１６】
上述した下部走行体２の走行や、上部旋回体４の旋回、そして、フロントアタッチメント６における各シリンダの伸縮は、キャブ８内の操作レバーにより油圧回路を介して制御可能であり、その油圧回路の一部を図２に示す。
図２はブームシリンダ１８およびアームシリンダ２０の伸縮を制御する油圧回路を示し、油圧回路は可変容量型の油圧ポンプからなるメインポンプ２４を備えている。メインポンプ２４は前述したエンジンにより駆動され、油圧タンク２６から吸い込んだ圧油をメイン供給管路２８に向けて吐出する。メイン供給管路２８はその下流側が分岐供給管路３０，３２として分岐され、これら分岐供給管路３０，３２がブームシリンダ１８およびアームシリンダ２０に向けてそれぞれ延びている。
【００１７】
また、油圧タンク２６からはメイン戻り管路３４が延び、メイン戻り管路３４はその上流側が分岐戻り管路３６，３８として分岐され、これら分岐戻り管路３６，３８もまたブームシリンダ１８およびアームシリンダ２０に向け、対応する分岐供給管路３０，３２と組をなすようにして延びている。
一方、図２から明らかなようにブームシリンダ１８およびアームシリンダ２０はそれぞれ復動型の油圧シリンダからなり、これらブームシリンダ１８およびアームシリンダ２０からは一対ずつのブーム管路４０およびアーム管路４２がそれぞれ延びている。
【００１８】
一対のブーム管路４０はブーム制御弁４４を介して分岐供給管路３０および分岐戻り管路３６に接続されており、また、一対のアーム管路４２もまたアーム制御弁４６を介して分岐供給管路３２および分岐戻り管路３８に接続されている。ここで、ブーム制御弁４４およびアーム制御弁４６はパイロット圧作動型の方向制御弁、より詳しくは４ポート３位置の方向制御弁からなっている。
【００１９】
ブーム制御弁４４が図示の中立位置から一方の切換え位置に切換えられると、分岐供給管路３０は一方のブーム管路４０に接続され、そして、分岐戻り管路３６が他方のブーム管路４０に接続される結果、ブームシリンダ１８内の一方の圧力室に圧油が供給され、ブームシリンダ１８のロッドは伸長または収縮する。なお、この際、ブームシリンダ１８における他方の圧力室の圧油はその他方のブーム管路４０、分岐戻り管路３８およびメイン戻り管路３４を経て油圧タンク２６に戻される。
【００２０】
また、アームシリンダ２０にあっても、そのアーム制御弁４６の切換えによりそのロッドが同様にして伸長または収縮される。
なお、メイン供給管路２８とメイン戻り管路３４との間はメインポンプ２４の吐出側近傍にてリリーフ管路４８により接続されており、リリーフ管路４８にリリーフ弁５０が介挿されている。リリーフ弁５０はメイン供給管路２８内の油圧を所定圧に調圧する。
【００２１】
一方、前述したブーム制御弁４４およびアーム制御弁４６の切換えを操作するため、油圧回路は油圧ポンプからなるパイロットポンプ５２を備え、パイロットポンプ５２からパイロット圧供給管路５４が延びている。パイロット圧供給管路５４は分岐されて、ブーム操作レバーユニット５６およびアーム操作レバーユニット５８にそれぞれ接続され、そして、これらブーム操作レバーユニット５６およびアーム操作レバーユニット５８から一対ずつのパイロット圧管路６０，６２と、１本ずつの分岐戻り管路６４がそれぞれ延びている。
【００２２】
一対のパイロット圧管路６０はブーム制御弁４４の両受圧部６６にそれぞれ接続され、また、一対のパイロット圧管路６２はアーム制御弁４６の両受圧部６８にそれぞれ接続されている。また、２本の分岐戻り管路６４は合流した後、戻り管路７０として油圧タンク２６に接続されている。
一方、ブーム操作レバーユニット５６およびアーム操作レバーユニット５８は、パイロットポンプ５２から供給されるパイロット一次圧を各操作レバー５６ａ，５８ａの操作量に応じて減圧する減圧弁（図示しない）をそれぞれ有している。
【００２３】
したがって、ブーム操作レバーユニット５６にあっては、その操作レバー５６ａの操作により、一方のパイロット圧管路６０を通じてブーム制御弁４４にパイロット圧が供給され、ブーム制御弁４４が切換えられ、ブームシリンダ１８にメインポンプ２４からの圧油が供給されることにより、ブームシリンダ１８を伸縮させることができる。
【００２４】
また、アーム操作レバーユニット５８にあっても、その操作レバー５８ａの操作より同様にしてアームシリンダ２０を伸縮させることができる。
なお、パイロット圧供給管路５４にも、パイロットポンプ５２の吐出側近傍から油圧タンク２６に向けて延びるリリーフ管路７２が備えられ、リリーフ管路７２に介挿されたリリーフ弁７４はパイロット圧供給管路５４内のパイロット圧を所定圧に調圧する。
【００２５】
さらに、ブームシリンダ１８側の一方のパイロット圧管路６０には圧力センサ７６が設けられており、圧力センサ７６はそのパイロット圧管路６０内のパイロット圧を検出し、その圧力信号を警告コントローラ７８に送信する。
ここで、圧力センサ７６を備えるパイロット圧管路６０は、ブームシリンダ１８を縮める方向にブーム制御弁４４を切換え作動させる側の受圧部６６にパイロット圧を供給するものである。すなわち、圧力センサ７６はそのパイロット圧管路６０内のパイロット圧を検出することで、ブームシリンダ１８の収縮、つまり、起伏ブーム１２の伏動を検出する伏動検出手段を構成する。
【００２６】
なお、伏動検出手段としては、圧力センサ７６以外にブーム操作レバーユニット５６における操作レバー５６ａの操作を検出するスイッチや、起伏ブーム１２自体の伏動を直接に検出する角度センサ等であってもよい。
さらに、警告コントローラ７８の入力側には前述の圧力センサ７６に加えて、角度センサ８０もまた接続され、角度センサ８０は図１に示すように起伏ブーム１２の先端とアーム１４との間を連結する連結ピンと同軸的に装着され、起伏ブーム１２の下面とアーム１４とがなす角度θを検出し、検出した角度信号を警告コントローラ７８に送信する。
【００２７】
一方、警告コントローラ７８の出力側には警告器としてのブザー８２およびランプ８４がそれぞれ電気的に接続され、これらブザー８２およびランプ８４は前述したキャブ８内にて運転席の近傍に配置されている。
警告コントローラ７８は図２に示すように中央処理装置（ＣＰＵ）８６やＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ８８、また、ブザー８２やランプ８４のためのドライバ９０，９２等の種々の周辺機器を含むマイクロコンピュータからなり、前述した圧力信号および角度信号に基づきブザー８２およびランプ８４を介して、油圧ショベルのオペレータに警報を発生する。
【００２８】
具体的には、警告コントローラ７８はそのメモリ８８、つまり、ＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがい、図３に示す警告ルーチンを所定の制御サイクル毎に繰り返して実行し、ブザー８２の鳴滅およびランプ８４の点滅を制御する。
【００２９】
警告ルーチン
警告ルーチンでは先ず、角度センサ８０からの角度信号に基づき、起伏ブーム１２とアーム１４との間の角度θが読み込まれ（ステップＳ１）、この後、ステップＳ２〜Ｓ４の手順およびステップＳ５〜Ｓ７の手順が並列的に実行される。
【００３０】
ステップＳ２では、読み込んだ角度θが所定の閾値α（α＜９０°）よりも小さいか否かが判別され、ここでの判別結果が真(Yes)の場合、つまり、角度θが閾値αよりも小さくなるようなアーム１４のクラウド状態にあっては、閾値αからの角度θの偏差Δθα（＝α−θ）が算出され（ステップＳ３）、そして、この偏差Δθαに基づき、ブザー８２の鳴音周期Ｔαが算出される（ステップＳ４）。ここで、鳴音周期Ｔαは図４に示すようにブザー８２を周期的に鳴音させる際の時間間隔を示す。より詳しくは、鳴音周期Ｔαは、偏差Δθαが増加すればするほど短く設定される。なお、１回当たりにおけるブザー８２の鳴音時間ＴＢは一定である。
【００３１】
一方、ステップＳ５では、角度θが所定の閾値β（β＜９０°）よりも小さいか否かが判別され、ここでの判別結果が真(Yes)の場合、つまり、角度θが閾値βよりも小さくなるようなアーム１４のクラウド状態にあっては、閾値βからの角度θの偏差Δθβ（＝β−θ）が算出され（ステップＳ６）、そして、この偏差Δθβに基づき、ランプ８４の点灯周期Ｔβが算出される（ステップＳ７）。ここでも、点灯周期Ｔβは図５に示すようにランプ８４を周期的に点灯させる際の時間間隔を示し、点灯周期Ｔβは偏差Δθβが増加すればするほど短く設定され、その１回当たりの点灯時間ＴLは一定である。なお、前記閾値α、βはメモリ８８に予め記憶されている。
【００３２】
ステップＳ４，Ｓ７からはステップＳ８が実施され、ここでは、起伏ブーム１２が伏動されるか否かが前述した圧力センサ７６からの圧力信号に基づいて判別される。ステップＳ８の判別結果が真の場合、警告コントローラ７８は、起伏ブーム１２およびアーム１４の作業姿勢および動作が許容されないと判定し、算出した鳴音周期Ｔαに基づきブザー８２を鳴滅させ（ステップＳ９）、同時に、算出した点灯周期Ｔβに基づきランプ８４を点滅させる（ステップＳ１０）。つまり、ステップＳ９，Ｓ１０は並列的に実施される。
【００３３】
なお、前述のステップＳ２またはＳ５の判別結果が偽（No）の場合にはステップＳ１にて角度θの読み込みがなされるだけで、警告ルーチンは実質的に実行されない。
また、ステップＳ２またはＳ５の判別結果が真になったとしても、ブザー８２の鳴滅やランプ８４の点滅が直ちに実行されるのではなく、起伏ブーム１２が伏動操作されたときに、その鳴滅や点灯が実行される。
【００３４】
ところで、ブザー８２の鳴滅やランプ８４の点滅が実行される油圧ショベルの作業状況とは、前述したように建造物の解体に伴う鉄筋フレームの圧潰作業が考えられる。この圧潰作業では、図１に示すようにアーム１４をクラウド状態とし、この状態で、起伏ブーム１２の起伏動作が繰り返される。つまり、起伏ブーム１２の起伏に伴いアーム１４を介してバケット１６を上下動させ、これにより、このバケット１６により地上の鉄筋フレームＦが圧潰されることとなる。
【００３５】
このような圧潰作業中、検出した角度θが閾値αまたはβよりも小さくなり、起伏ブーム１２の伏動、つまり、バケット１６の降下が実施されると、偏差ΔθαまたはΔθβの大きさに基づき、ブザー８２の鳴滅またはランプ８４の点滅が実行される。したがって、油圧ショベルのオペレータは、ブザー８２の鳴滅またはランプ８４の点滅から、現作業状況での起伏ブーム１２の伏動動作が繰り返されれば、アーム１４のフルクラウドを招く虞があることを聴覚的または視覚的に認識でき、このような伏動動作を確実に回避することができる。
【００３６】
それゆえ、圧潰作業中、オペレータが気付くことなく、アーム１４がフルクラウドに至ってしまうようなこともないし、また、アーム１４がフルクラウド状態のまま前述の圧潰作業が実行されてアームシリンダ２０に過大な負荷をかけ、アームシリンダ２０を破損してしまうこともない。
また、ブザー８２の鳴音周期Ｔαまたはランプ８４の点灯周期Ｔβのそれぞれは、偏差ΔθαまたはΔθβが大きくなればなるほど、つまり、アーム１４がフルクラウドに近くなればなるほど短くなるので、ブザー８２またはランプ８４からの警報がオペレータに強く伝えられ、オペレータに現在の作業状況を的確に認知させることができる。
【００３７】
本発明は上述の一実施形態に制約されるものでなく、種々の変形が可能である。
たとえば、警告器としてはブザー８２およびランプ８４の一方であってもよい。
また、一実施形態のようにブザー８２およびランプ８４の両方が使用される場合、閾値α，βは異なる値であってもよいし、または、同一値であってよい。しかしながら、閾値βを閾値αよりも大きな値に設定すれば、先ず、ランプ８４の点滅が開始した後、ブザー８２の鳴滅が実施されるので、オペレータの注意を喚起するうえで好ましいものとなる。
【００３８】
また、前述の偏差Δθα，Δθβが大きくなるに連れ、鳴音周期Ｔαおよび点灯周期Ｔβを短くすることに加えて、ブザー８２の鳴音レベルやランプ８４の光出射レベルをも高くすれば、オペレータに対する警告がより効果的となる。
さらに、前述した圧潰作業は、バケット１６に代えてアーム１４の先端に破砕工具を取付けた状態でも実施されるが、この場合でも、アーム１４が許容以上のクラウド状態にあり、かつ、起伏ブーム１２が伏動される際にはブザー８２やランプ８４から警報が同様に発せられる。
【００３９】
さらにまた、圧潰作業のみならず、警報を発生させるべき状態にあればどのような作業状況でも、警報が発生されるから、種々の作業を安全に行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の建設機械の警告制御装置によれば（請求項１，２）、起伏ブームの伏動に伴いアームがフルクラウドに至る虞のあるアームのクラウド状態を検出する角度検出手段および起伏ブームの伏動を検出する伏動検出手段からの検出結果に基づき、起伏ブームおよびアームの作業姿勢及び動作が許容されるか否かを判定し、その判定結果が否の場合、警告器から警告が発せられるので、作業中、オペレータはアームのフルクラウドを避ける回避操作をとることができ、アームシリンダ等の破損を招くことなく作業を安全に行うことができる。
【００４１】
また、警告器からの警告が起伏ブームの伏動を検出した時点で発生させるので、オペレータへの注意を効果的に喚起することができる。
また、警告器から発せられる警告信号の出力周期がアームにおける前記クラウド状態の程度により可変されると（請求項３〜６）、オペレータへの警告をより適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】建設機械としての油圧ショベルを示した図である。
【図２】一実施形態の警告制御装置を含む油圧回路の一部を示した図である。
【図３】図２の警告制御装置が実行する警告ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】警告器としてのブザーの鳴音パターンを示したグラフである。
【図５】警告器としてのランプの点灯パターンを示したグラフである。
【符号の説明】
１２  起伏ブーム
１４  アーム
１６  バケット
１８  ブームシリンダ
２０  アームシリンダ
５６  ブーム操作レバーユニット
７６  圧力センサ（伏動検出手段）
７８  警告コントローラ
８０  角度センサ（角度検出手段）
８２  ブザー（警告器）
８４  ランプ（警告器）
【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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