(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体上に起伏動および伸縮動自在に取り付けられたブームと、
前記ブーム先端部に配設され、前記ブーム先端部から垂直に垂下されて地面を掘削する掘削装置と、
前記ブームの起伏角を検出する起伏角検出器と、
前記ブームの伸縮量を検出する伸縮量検出器と、
前記起伏角検出器により検出された起伏角と前記伸縮量検出器により検出された伸縮量とに基づいて前記掘削装置を垂直下方移動させるように前記ブームの作動を制御する垂直移動制御装置とを備えるブーム作業車であって、
前記垂直移動制御装置により前記掘削装置を垂直に下方移動させる制御を開始する前に、前記起伏角検出器および前記伸縮量検出器の検出値から前記掘削装置を垂直下方移動させるときに必要な前記ブームの起伏および伸縮作動制御量を求め、前記ブームを全縮長以下に縮小させなければ前記垂直下方移動が行えないと判断されたときに警報作動を行う警報作動装置を有することを特徴とするブーム作業車。
【請求項２】
作業開始時から作業終了時までのブームの起伏角の範囲を設定する作業起伏範囲設定器をさらに備え、
前記垂直移動制御装置により前記掘削装置を垂直に下方移動させる制御を開始する前に、前記作業起伏範囲設定器の前記設定値をも考慮して前記掘削装置を垂直下方移動させるときに必要な前記ブームの起伏および伸縮作動制御量を求めることを特徴とする請求項１記載のブーム作業車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体上に起伏動および伸縮自在に取り付けられたブームと、ブーム先端部配設された作業装置（例えば、掘削装置）を有して構成されるブーム作業車に関し、さらに詳しくはブームの起伏および伸縮作動を制御して作業装置を垂直に移動させるように構成されたブーム作業車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなブーム作業車として、ブーム先端部に作業台を配設した高所作業車や、地面にオーガスクリューで穴を開け鋼管杭を埋設して地盤を改良する地盤改良車や、電柱を埋設する穴掘建柱車などがある。このブーム作業車は、作業時にブームを起伏動や伸長動等をさせることにより作業装置、具体的には作業台や掘削用オーガスクリュー等を任意の作業位置に移動させて作業を行う。通常は、作業者が操作手段（操作レバー、操作スイッチ等）をマニュアル操作してブーム起伏・伸縮作動を行わせるようになっており、ブームの起伏作動と伸縮作動は独立に制御される。しかしながら、例えば地中へ鉛直方向に穿孔しその穴に鋼管を埋入させ地盤改良工事をしたり、穿孔した穴に電柱を建てたりするような場合に、穿孔作動するオーガの回転軸が鉛直下向きに保ったまま垂直移動させることが必要であり、このような垂直移動をマニュアル操作により行わせるのは、熟練を要し、難しい。
【０００３】
このため、上記のようなマニュアル操作に加えて、作業装置を自動的に垂直昇降移動させる垂直移動制御装置を設けることが従来から知られている。この垂直移動制御装置では、例えば、作業装置を所望高所に位置させ、ブームの起伏角と伸長量を検出し、その検出した値を参照しながらコントローラによってブームの起伏および伸縮を制御して作業装置を垂直に移動させる。
【０００４】
垂直移動制御装置によって作業装置を高所から低所へ垂直移動を行う場合は起伏角を小さくさせつつ同時にブーム伸縮量を減じていくことになるが、ブーム伸長量の減少には限界があり（ブームが最小長になるまで縮小した状態をブーム全縮状態と称する）、この限界を超えて垂直移動し続けようとすると移動の軌道が鉛直線からずれ作業装置がブームの基端からみて外方に突出してしまう。このような突出が生じると上記の穿孔作業等において不具合が生じることから従来、ブーム全縮状態になると作動を停止させる安全装置が設けられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来では垂直移動装置において上記のようにブーム全縮状態になった場合、作業を一旦中止してブーム全縮状態にならない位置に作業車全体を設置し直してから作業を再開していた。しかし、ブームが全縮になる度にその都度作業を中断して作業車を設置し直していては作業効率が悪くなってしまうことが問題になっていた。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みて成されたものであり、ブーム作業車の垂直移動作業において、作業の途中でブーム全縮状態になり作業が中断されることないブーム作業車を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明に係るブーム作業車は、車体上に起伏動および伸縮動自在に取り付けられたブームと、ブーム先端部に配設され、ブーム先端部から垂直に垂下されて地面を掘削する掘削装置と、ブームの起伏角を検出する起伏角検出器と、ブームの伸縮量を検出する伸縮量検出器と、その起伏角検出器により検出された起伏角とその伸縮量検出器により検出された伸縮量とに基づいて掘削装置を垂直下方移動させるようにブームの作動を制御する垂直移動制御装置とを備えるブーム作業車であって、垂直移動制御装置により掘削装置を垂直に下方移動させる制御を開始する前に、起伏角検出器および伸縮量検出器の検出値から掘削装置を垂直下方移動させるときに必要なブームの起伏および伸縮作動制御量を求め、ブームを全縮長以下に縮小させなければ垂直下方移動が行えないと判断されたときに警報作動を行う警報作動装置を有することを特徴とする。
なお、作業開始時から作業終了時までのブームの起伏角の範囲を設定する作業起伏範囲設定器をさらに備え、垂直移動制御装置により掘削装置を垂直に下方移動させる制御を開始する前に、作業起伏範囲設定器の設定値をも考慮して掘削装置を垂直下方移動させるときに必要な前記ブームの起伏および伸縮作動制御量を求めるようにすることもできる。
【０００８】
このような構成のブーム作動制御装置を用いたブーム作業車ならば、作業の途中でブーム全縮状態に陥って作業が中断されてしまうことが作業開始する前に判るので、作業を開始する前に作業が中断されない位置にブーム作業車を設置する等事前に対処できるので作業効率を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に好ましい実施形態について説明する。本発明に係るブーム作動装置を有したブーム作業車１を図１に示している。このブーム作業車１は、車輪５を有して走行可能であり、前部に運転キャビン７を有したトラック車両をベースに構成される。このトラック車両の車体３の上に図示しない旋回モータ（油圧モータ）により駆動されて水平旋回可能に構成された旋回台１１が配設されている。この旋回台１１のブーム枢支ピン１２に基端部が枢結されてブーム１３が取り付けられており、このブーム１３は起伏シリンダ１５により起伏動されるようになっている。ブーム１３は、基端ブーム１３ａ、中間ブーム１３ｂおよび先端ブーム１３ｃを入れ子式に組み合わせて、内蔵の伸縮シリンダ１６により伸縮動可能に構成されている。
【００１０】
先端ブーム１３ｃの先端にはブームヘッド１７が取り付けられている。基端ブーム１３ａの基端部の上面にはウインチ１９が取り付けられており、このウインチ１９から繰り出されたワイヤＷがブームヘッド１７に回転自在に取り付けられたシーブ（図示せず）に掛け渡されてブームヘッド１７に下方にたれ下がった状態になっている。ワイヤＷの下端にはフック２１が取り付けられており、例えば建柱作業において電柱の吊り上げ等を行ったりできるようになっている。
【００１１】
先端ブーム部材１３ｃの先端部には取付枠２３が取り付けられている。この取付枠２３は、基端ブーム１３ａおよび中間ブーム１３ｂの各先端部およびブームヘッド１７に選択的に連結可能であるように構成されている。取付枠２３の下端部にはブーム１３の幅方向に揺動自在に枢結された連結棒２５が取付られている。
【００１２】
連結棒２５の先端部にブーム１３の伸縮方向に揺動自在に枢結された掘削装置５０が取り付けられている。掘削装置５０は駆動装置３０と鋼管杭４０から構成されており、駆動装置３０はオーガ減速器３１とジョイント部材３２から構成されており、ジョイント部材３２には地盤改良用の鋼管杭４０が接続されている。オーガ減速器３１は油圧モータと減速機構（図示せず）とから構成されており、油圧モータの回転をジョイント部材３２へ伝達する。ジョイント部材３２には鋼管杭４０に回転力を伝えるための継ぎ手鍵３３が設けられており、その鋼管杭４０の上端には継ぎ手鍵３３に呼応する突起物４１が図１および図３に見るように取り付けられている。鋼管杭４０の下端部には回転動によって土壌を掘削する掘削歯４３が取り付けられており、鋼管杭４０の下端部近傍には鋼管杭が土壌に埋入していくように誘導掘削するドリル歯４２が取り付けられている。
【００１３】
作業装置（本実施例においては、駆動装置３０と鋼管杭４０からなる掘削装置５０）の垂直移動に係るブームの作動制御は図２に示された構成を持つブーム作動コントローラ６０により行われる。
【００１４】
ブーム作動コントローラ６０には、操作レバーの作動を検出する操作作動センサ７３からの操作信号、マニュアル・自動切替器７４の操作信号、全縮長設定器７５および作業起伏範囲設定器７６の入力信号が入力され、ブーム側からブーム起伏角検出器７１およびブーム伸縮量検出器７２による検出信号が入力される。これら入力信号に基づきブーム作動コントローラ６０は、ブームの起伏動を担う起伏シリンダ１５や伸縮動を担う伸縮シリンダ１６を油圧バルブＶ１、Ｖ２を電磁駆動して、ブームの作動を制御する。ブーム作動コントローラ６０は、作業装置の垂直移動を制御する垂直移動制御部６１と作業途中でブームが全縮状態に陥り途中で作業が中断されることを警報する全縮警報作動器８０を包含している。
【００１５】
垂直移動制御部６１は、ブーム起伏角検出器７１とブーム伸縮量検出器７２との検出値を参照して作業装置が垂直移動するようにブームの作動を制御する。また演算部６２は、ブーム起伏角検出器７１とブーム伸縮量検出器７２との検出値から作業装置の位置を算出するようになっており、この作業装置の位置と作業起伏範囲設定器７６の入力値から作業装置が垂直移動する際の経路を決定することができる。さらにこのように決定したその経路を通過するためには全縮長設定器７５により設定されたブーム全縮長以下にブームを縮小させなければならないと判明した場合に、全縮警報作動８０による警告作動を行うように構成されている。
【００１６】
垂直移動ではない通常のブーム作動（起伏動、伸縮動等）は、作業者によって操作レバーのマニュアル（手動）操作を介して制御される。より具体的には起伏操作レバーの操作によってブームの起伏動を制御し、伸縮操作レバーの操作によってブーム伸縮動を制御する。
【００１７】
一方作業装置を垂直移動させる場合は、マニュアル・自動切替器７４によって作業者によるマニュアル制御からブーム作動コントローラ６０内の垂直移動制御部６１による自動制御に切り替えられる。垂直移動制御部６１は、ブームの起伏角とブーム伸縮量を参照してブームを垂直移動するように制御する。
【００１８】
上記の構成を持つ本発明の作動の様子を、図１に示すような地盤改良車として掘削装置５０（作業装置）を有するブーム作業車１による地盤改良工事の実施に照らして説明する。そのためにまず地盤改良工事について若干の解説を次に行う。地盤改良工事は、建造物を構築するにあたって、地盤沈下（不同沈下）等のおそれがある地盤に対して用いられる土木工事である。地盤改良工事の工法として鋼管杭打設工法が知られている。（他にもいくつか地盤改良工事の工法が知られているが本件との関わりが低いのでここでは割愛する。）実際の地盤改良工事では、ボーリング調査等の地盤調査を行った後、建築物を支える強度の不足等が判明して地盤改良の必要性が認められた場合、土質、深度、水位、施工条件、経済性から工法が決定される。これらの状態・条件を考慮しなおかつ有用な支持層があった場合鋼管杭打工法が選ばれることがある。
【００１９】
図１〜図３を参照してその鋼管杭打工法の施工概略を観ると、まずブーム作業車１を作業現場の所望位置で停止させアウトリガジャッキ９を張り出して車両を持ち上げ安定支持する。次に作業者がマニュアルにて操作レバーを操作しブームを旋回動、起伏動、伸縮動させて掘削装置５０を図３（ａ）に示すように鋼管杭４０の下端が穿孔位置の真上になるようにセットする。
【００２０】
次に掘削装置５０の垂直移動作動を行う、その際作業者がマニュアル・自動切替器７４を用いてブームの起伏・伸縮動をマニュアル操作からブーム作動コントローラ６０の垂直移動制御部６１による垂直移動制御操作に切り替える。すると操作レバーによる操作は垂直移動のみの操作となり、各操作レバーには垂直移動の上昇・停止・下降や移動速度の調節等が割り当てられるようになり、その操作信号を受け取り垂直移動制御部６１は、起伏シリンダ１５や伸縮シリンダ１６を制御バルブＶ１、Ｖ２電磁駆動することにより制御し、掘削装置５０の垂直移動制御を行う。
【００２１】
このときオーガ減速器３０を回転させた状態で、掘削装置５０を垂直下方に移動させる。これにより図３（ｂ）に見るように鋼管杭４０を駆動装置３０のオーガ減速器３１の回転力で回転させながら鉛直方向に移動させる制御となり、鋼管杭４０の下端に取り付けてある掘削歯４３にて土壌を掘削し、さらに鋼管杭４０の下端側部に取り付けられているドリル歯４２によって土壌にねじ込まれつつブームからの押し付け力とを伴わせて回転圧入される。そして、鋼管杭４０の大部分が埋没した段階で図３（ｃ）に見るように新たな鋼管杭４０を埋没した鋼管杭４０の上端に溶接し継ぎ足す。以下同様に図３（ａ）から（ｃ）までの工程を繰り返して鋼管杭４０が支持層Ｂに到達し支保される深さまで鋼管杭４０を打設し（図３（ｄ）参照）、その後杭頭を処理する。この杭頭上に建築物を構築していく。
【００２２】
垂直移動制御部６１は、ブームが全縮状態となった場合、ブーム作動の停止を行うようになっている。図４を見てその様子を説明する。垂直移動では図４（ａ）、（ｂ）に見るようにオーガ減速器３１に連結する連結棒２５および取付枠２３が同一鉛直線上にあり続けることが必要となる。ところが図４（ｃ）に見るように起伏角が小さくなりブームが全縮状態となると、ブーム先端部の描く軌跡はそのブーム全縮の長さＬを半径にもつ弧を描くようになってしまい鉛直線から逸脱してしまう。垂直移動制御部６１はこの逸脱を防ぐために全縮状態になった時点（すなわち図４（ｂ）の段階）でブームの垂直移動を停止するようになっている。
【００２３】
したがって全縮状態に陥り作業が中断されないようにするためには、ブーム枢支ピン１２の地面への射影位置をＰとし作業箇所の射影位置をOとしたときの距離OPがブーム全縮の長さＬよりも大きくなるようにすればよい（図４参照）。そこで、本実施例のブーム作業車１には本発明に係るブーム作動コントローラ６０が設けられており、作業開始時点で既に作業行程の途中でブームが全縮状態になるかどうかを判別し、全縮状態に陥るようであればこれを作業者に警告する全縮警告作動器８０を行い、作業の中断を回避できるようになっている。
【００２４】
ブーム作動制御コントローラ６０内の演算部６２は作業途中で全縮状態になるかどうかを判断するよう構成されている。このため起伏角検出器７１によって検出された起伏角とブーム伸縮量検出器７２に余って検出されるブーム伸縮量以外に、ブームの全縮長Ｌと作業内容で決まるブームの起伏角がとる範囲の２つのパラメータが入力されるようになっている。
【００２５】
演算部６２は、以下のような手順で全縮状態になるかならないかを判断する。図４（ａ）で、ブーム全縮長Ｌの地面への射影位置をＯ′とするとブーム枢支ピン１２の地面への射影位置Ｐとの距離Ｏ′Ｐは、上記の距離ＯＰより小さく、このときブームは全縮状態ではない。一方図４（ｃ）では、ブーム全縮長Ｌの地面への射影位置をＯ″とするとブーム枢支ピン１２の地面への射影位置Ｐとの距離Ｏ″Ｐは、上記の距離ＯＰより大きく、このときブームは全縮状態である。つまり、起伏角に依存する全縮長Ｌの地面に対する射影位置Ｏ（θ）（ここでθを水平線に対する起伏角とした）を演算して求めてやり、距離Ｏ（θ）Ｐがブーム作業車の設置状態で決まる距離ＯＰと比べて大きいか小さいかで、作業行程内で全縮状態に陥るか陥らないかが判る。距離Ｏ（θ）Ｐを具体的に書き下すと、Ｏ（θ）Ｐ＝｜ＬＣｏｓθ｜である。このため、作業開始前に予めブームの全縮長Ｌとブームの起伏角がとる範囲を全縮長設定器７５と作業起伏範囲設定器７６にそれぞれ入力しておくようになっている。
【００２６】
ここでブームの全縮長Ｌについては、図１に見るように取付枠２３が中間ブーム１３ｂに取付けられているのか、ブームヘッド１７に取付けられているのかで全縮長は違ってくるので、作業者自身が全縮長設定器７５をブーム作動コントローラ６０に入力するか、またはセンサー等で認識して全縮長設定器７５をブーム作動コントローラ６０に自動入力することになる。
【００２７】
また作業内容で決まるブームの起伏角がとる範囲とは、具体的に本実施例においては、上限が作業開始時図３（ａ）での角度であり、下限が作業終了時図３（ｄ）での角度であり、この２つの角度の間が起伏角のとる範囲である。作業者は作業内容で決まる作業起伏範囲設定器７６をブーム作動制御コントロール６０に入力するようにしている。
【００２８】
以上の本発明作動の様子をまとめる。ブーム作動コントローラ６０に作業装置を垂直移動させるために、マニュアル・自動切替器７４を用いて操作・制御系統を垂直移動制御に切り替える。ブーム作動コントローラ６０は作業者にブームの全縮長設定器７５と作業起伏範囲設定器７６の入力を求めてくる。作業者がこれに応え入力すると、作業開始時点での起伏角検出器７１とブーム伸縮量検出器７２の検出値から作業装置の位置が求められ、ブーム作動コントローラ６０は作業行程の途中で全縮状態に陥るかどうかが判別でき、もし作業行程の途中で全縮状態に陥るのであれば作業開始以前に全縮警告作動器８０を行い、作業者に注意を喚起する。
【００２９】
全縮警告作動器８０は、警告ランプの点灯や警告ブザー等によって作業者に作業途中で全縮状態になることを知らせるものであり、この警告を受けた作業者はブーム作業車を設置する位置Ｐを全縮警告されなくなるまで杭の打ち込み位置Ｏから遠ざけてやればよい。
【００３０】
なお、本発明に係るブーム作業車は上記のような地盤改良車にかぎることはなく、穴掘建柱車や作業台を有する高所作業車でも本発明を適用して同様な効果を奏することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車体上に起伏動および伸縮動自在に取り付けられたブームと、ブーム先端部に配設され、ブーム先端部から垂直に垂下されて地面を掘削する掘削装置と、ブームの起伏角を検出する起伏角検出器と、ブームの伸縮量を検出する伸縮量検出器と、その起伏角検出器により検出された起伏角とその伸縮量検出器により検出された伸縮量とに基づいて掘削装置を垂直下方移動させるようにブームの作動を制御する垂直移動制御装置とを備えるブーム作業車であって、垂直移動制御装置により掘削装置を垂直に下方移動させる制御を開始する前に、起伏角検出器および伸縮量検出器の検出値から掘削装置の位置を求めるとともに、掘削装置を垂直下方移動させるときに必要なブームの起伏および伸縮作動制御量を求め、ブームを全縮長以下に縮小させなければ垂直下方移動が行えないと判断されたときに警報作動を行う警報作動装置を備えるブーム作業車が提供される。従って、ブーム作業車の垂直移動作業において作業の途中でブームが全縮になってしまうことによって作業が中断されることなく所望のブーム起伏範囲を作業できるかどうかを予め作業車設置の時点で作業者に知らせるブーム作動制御を行えるブーム作業車を提供することができ、その結果作業途中で全縮による中断がなされず連続的に作業が行えるブーム作業車の準備設置ができ、作業効率が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における作業装置を搭載したブーム作業車の側面図をである。
【図２】本発明に係るブーム作動装置の構成および作動を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態における作業装置の動作形態を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態のブーム全縮状態を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１    ブーム作業車
１３    ブーム
５０    掘削装置（作業装置）
６０    ブーム作動コントローラ（垂直移動装置）
７１    ブーム起伏角検出器（角度検出器）
７２    ブーム伸長量検出器（伸縮量検出器）
８０    全縮警告作動器
【図１】
0004111690.tif 000002
【図２】
0004111690.tif 000003
【図３】
0004111690.tif 000004
【図４】
0004111690.tif 000005