特開 2024-137049 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137049

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20240927BHJP

   E02F 3/38 20060101ALI20240927BHJP

   E02F 9/14 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 E

E02F3/38 A

E02F9/14 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048403

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080160

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149205

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 泰央

(72)【発明者】

【氏名】池田 隆弘

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003BA01

2D003BA03

2D003CA02

2D003DA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

2D003DB05

2D003FA02

(57)【要約】

【課題】作業装置の姿勢を所望の姿勢に容易に遷移させることを可能とする建設機械を提供すること。
【解決手段】掘削作業機１のバケット２３に土砂が積載されたら、オペレータは、サイドレバー１７を操作して、バケット２３の開口が上を向き開口端が水平となる姿勢を維持しつつ、第１ブーム２１ａを上方に回動させる。このとき、オペレータがボタンスイッチを操作して第１ブーム２１ａの回動時に第２ブーム２１ｂのオフセット動作を自動で行う自動制御機能を有効にしておくことで、第２ブーム２１ｂは第１ブーム２１ａの傾きに応じて自動で右方向に揺動し、第１ブーム２１ａを上方に回動させる操作のみで掘削装置３の姿勢を旋回姿勢に遷移させる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に回動するように機体に支持され、先端に装着されたバケットを平面視で左右方向にずれるように移動させるオフセット動作を行う作業装置と、前記作業装置を上下に回動させる操作を行う操作レバーと、を備える建設機械において、
前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作を自動で行わせる自動制御を実行する制御装置と、
前記自動制御を有効にさせるスイッチと、
を備える建設機械。

【請求項2】

前記自動制御は、
前記作業装置を上方に回動させる前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作の起点位置に向けて前記オフセット動作を行わせる第１自動制御と、
前記作業装置を下方に回動させる前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作の起点位置から左又は右にずれる位置に向けて前記オフセット動作を行わせる第２自動制御と、
を含む請求項１に記載の建設機械。

【請求項3】

前記制御装置は、前記第１自動制御では、側面視で、前記バケットを水平に移動させる、
請求項２に記載の建設機械。

【請求項4】

前記制御装置は、前記第１自動制御では、平面視で、前記バケットを前方から後方に向けて移動させる、
請求項３に記載の建設機械。

【請求項5】

前記制御装置は、前記第２自動制御において、前記オフセット動作の目標位置を設定する目標位置設定手段を有する、
請求項４に記載の建設機械。

【請求項6】

前記目標位置設定手段は、前記スイッチが有効になったときの前記バケットの位置を前記オフセット動作の目標位置に設定する、
請求項５に記載の建設機械。

【請求項7】

前記作業装置の支持部が前記機体の運転部側方に配設されている、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の建設機械。

【請求項8】

前記スイッチが前記操作レバーに装着されている、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業装置を備えた建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば掘削作業機等の建設機械には、左右一対のクローラ式の走行部を有する下部走行体と、下部走行体に旋回可能に接続された上部旋回体と、上部旋回体の旋回フレームに俯仰動可能に設けられた作業装置から構成されている。作業装置は、複数の油圧シリンダを有し、各油圧シリンダを駆動させることにより、作業装置を動作させるよう構成されている。

【0003】

例えば特許文献１には、所謂油圧ショベルであって、ブームシリンダによって作動するブームと、アームシリンダによって作動するアームと、作業具シリンダによって作動するバケットとから構成される作業装置を備え、ブームシリンダ、アームシリンダおよび作業具シリンダのストロークをそれぞれ検出するストローク検出手段と、当該ストローク検出手段の検出結果に基づいて、作業装置が走行姿勢になったことをオペレータに報知する報知手段を備えた構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－０９７３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された構成では、報知手段は、作業装置が走行姿勢になったことをオペレータに報知するものである。したがって、作業装置を走行姿勢に遷移させるときには、例えば、オペレータが操作レバーを操作して、バケットの向きを一定に保ちつつ、ブームを起立させている。このため、オペレータには高度な作業装置の操作技術が要求され、経験の浅いオペレータでは、作業装置の姿勢を変更するのに時間がかかり、作業効率が低下するという問題が生じる。

【0006】

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、作業装置の姿勢を所望の姿勢に容易に遷移させることを可能とする建設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】

【0007】

本発明に係る建設機械は、上下方向に回動するように機体に支持され、先端に装着されたバケットを平面視で左右方向にずれるように移動させるオフセット動作を行う作業装置と、前記作業装置を上下に回動させる操作を行う操作レバーと、を備える建設機械において、前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作を自動で行わせる自動制御を実行する制御装置と、前記自動制御を有効にさせるスイッチと、を備えるものである。

【0008】

本発明の他の態様に係る建設機械は、前記建設機械において、前記自動制御は、前記作業装置を上方に回動させる前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作の起点位置に向けて前記オフセット動作を行わせる第１自動制御と、前記作業装置を下方に回動させる前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作の起点位置から左又は右にずれる位置に向けて前記オフセット動作を行わせる第２自動制御と、を含むものである。

【0009】

本発明の他の態様に係る建設機械は、前記建設機械において、前記制御装置は、前記第１自動制御では、側面視で、前記バケットを水平に移動させる、ものである。

【0010】

本発明の他の態様に係る建設機械は、前記建設機械において、前記制御装置は、前記第１自動制御では、平面視で、前記バケットを前方から後方に向けて移動させる、ものである。

【0011】

本発明の他の態様に係る建設機械は、前記建設機械において、前記制御装置は、前記第２自動制御において、前記オフセット動作の目標位置を任意に設定できる目標位置設定手段を有する、ものである。

【0012】

本発明の他の態様に係る建設機械は、前記建設機械において、前記目標位置設定手段は、前記スイッチが有効になったときの前記バケットの位置を前記オフセット動作の目標位置に設定する、ものである。

【0013】

本発明の他の態様に係る建設機械は、前記建設機械において、前記作業装置の支持部が前記機体の運転部側方に配設されている、ものである。

【0014】

本発明の他の態様に係る建設機械は、前記建設機械において、前記スイッチが前記操作レバーに装着されている、ものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、作業装置の姿勢を所望の姿勢に容易に遷移させることを可能とする建設機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る掘削作業機の左側面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る掘削作業機の主要な電気的構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る掘削作業機の動作の概要を示す説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る掘削作業機の作業装置の姿勢を示す説明図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る掘削作業機の作業装置の姿勢を示す説明図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る表示部に表示する遷移姿勢の設定画面の表示例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明は建設機械の作業装置を所定の姿勢に遷移させる際に、オペレータの作業装置の操作を補助する構成を工夫することにより、オペレータの作業装置の操作性を向上させるものである。以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0018】

本発明の実施の形態では、本発明に係る建設機械として、旋回作業車である掘削作業機（ショベル）を例にとって説明する。ただし、本発明に係る建設機械には、掘削作業機に限らず、例えば、クレーン作業機等の他の建設機械も含まれる。

【0019】

第１実施形態に係る掘削作業機１の全体構成について、図１を用いて説明する。なお、以下では、特に方向視を定めない限り、掘削作業機１の運転席に着座したオペレータの位置を基準に、「前側」、「後側」、「左右側」、「平面側」又は「上側」、「底面側」又は「下側」と称する。

【0020】

図１に示すように、掘削作業機１は、所謂、超小旋回型の油圧ショベルと呼称されるものである。一般に、超小旋回型の油圧ショベルとは、後端旋回半径比（後端旋回半径×２を車幅で除した値×１００）、フロント最小旋回半径比（フロント最小旋回半径または機体前部の旋回中心からの最大距離×２を車幅で除した値×１００）がともに１２０％以内であるショベルである。

【0021】

掘削作業機１は、自走可能な走行車体２と、走行車体２に取り付けられた作業装置としての掘削装置３および排土装置４を備える。走行車体２は、走行部５を備えた下部走行体２０Ａと、下部走行体２０Ａの上部に旋回可能に設けられた上部旋回体２０Ｂとから構成される。排土装置４は下部走行体２０Ａ側に取付けられ、掘削装置３は上部旋回体２０Ｂ側に取付けられる。

【0022】

下部走行体２０Ａは、左右一対のクローラ式の走行部５，５と、左右の走行部５，５を支持するトラックフレーム６とを有する。

【0023】

走行部５は、トラックフレーム６を構成する所定のフレーム部分に支持された複数のスプロケット等の回転体に履帯を巻回した構成を有する。走行部５は、後端部に回転体としての駆動スプロケット５ａを有する。トラックフレーム６は、左右の走行部５，５間に位置するセンターフレーム部６ａと、センターフレーム部６ａの左右両側に設けられたサイドフレーム部６ｂとを有する。

【0024】

左右の走行部５，５は、左右一対の走行用油圧モータ４４，４４により駆動する。走行用油圧モータ４４は、作動油を供給されることで駆動する油圧アクチュエータである。走行用油圧モータ４４は、各走行部５において、トラックフレーム６のサイドフレーム部６ｂ等の所定の部位に取り付けられた状態で設けられており、駆動スプロケット５ａを回転駆動させる。左右の走行用油圧モータ４４，４４がそれぞれ走行部５，５を動作させることで、掘削作業機１の前後直進走行または左右旋回走行が行われる。

【0025】

トラックフレーム６の前側には、排土装置４が取り付けられている。排土装置４は、左右の走行部５，５間において前後方向に伸延する一対の支持フレーム４ｂと、支持フレーム４ｂの先端側に設けられた排土板としてのブレード４ａとを有する。排土装置４は、支持フレーム４ｂとトラックフレーム６との間に設けられたブレードシリンダ（図示せず）によって昇降回動可能に設けられている。

【0026】

旋回フレーム７は、平面視略円形状に構成され、上部旋回体２０Ｂの基台となる底板を有する。旋回フレーム７は、トラックフレーム６に対して、旋回ベアリング６ｃを介して底板を接続することにより、トラックフレーム６上に、上下方向の軸線回りに左右いずれの方向にも旋回可能に設けられている。旋回フレーム７の後下部には、カウンタウエイト７ａが設けられている。

【0027】

旋回フレーム７上には、運転部１０が設けられている。運転部１０の右側には、タンク部が設けられている。タンク部には、掘削作業機１が有する油圧シリンダ等の油圧アクチュエータに供給される作動油を収容する作動油タンクが設けられている。運転部１０の床部８の左側が、運転部１０に対するオペレータの乗降口となっている。

【0028】

また、旋回フレーム７上の後部には、駆動源として、原動機であるエンジン１２が設けられている。エンジン１２は、例えばディーゼルエンジンである。旋回フレーム７の後部および右側面はボンネットおよび外装カバーによって覆われ、その内部はエンジン１２等を収容する機関室となっている。

【0029】

運転部１０の床部８の下方には、各油圧アクチュエータへの作動油の給排を制御するコントロールバルブ４８が配置されている。コントロールバルブ４８には、ブームシリンダ２６の油圧を計測する圧力センサ４５が配設されている。

【0030】

運転部１０は、掘削装置３、排土装置４および走行部５を運転・操作するためのものである。旋回フレーム７上には、運転部１０に対してキャノピ１３が設けられている。

【0031】

キャノピ１３は、運転部１０の右側面を覆うように床部８から立設された側板部３９と、運転部１０の右側から左方向に張り出して、運転部１０の上方を覆うキャノピルーフ部３８とを有する。側板部３９の運転席１５に着座したオペレータの目線位置に相当する領域には、機体の右側を目視可能とする窓部３７が設けられている。

【0032】

キャノピルーフ部３８は、右端側を側板部３９に、後方側を旋回フレーム７の後部上方に立設された後支柱部３６ａに、左側中途部を後支柱部３６ａの左側前方に立設された補助支柱部３６ｂにより支持されている。このようなキャノピ１３を採用することで、運転部１０の前方および左側が開放された状態となっている。

【0033】

運転部１０においては、床部８の後側に運転席支持台１４が設けられており、運転席支持台１４上に運転席１５が設けられている。運転席１５の前方には、オペレータが把持する左右一対の操作レバーを有する走行レバー装置１１が設けられている。床部８上において、走行レバー装置１１を挟んだ左右両側には、作業用の複数の操作ペダル１６が配設されている。

【0034】

また、運転部１０において、運転席１５の周囲には、掘削装置３等の作業装置を操作するための作業操作レバーであるサイドレバー１７、ブレードレバー、スイッチ等の各種操作部を有する操作パネル部５０、および、表示部４９（図２参照）等が設けられている。サイドレバー１７は、前後左右の４方向にレバーを動かすことにより、後述する掘削装置３のブーム２１、アーム２２およびバケット２３を操作する操作レバーである。サイドレバー１７は、運転席１５を挟んで左右一対設けられ、レバーの傾倒方向に掘削装置３の各部の動作が割り当てられている。

【0035】

運転部１０の前端には、中実の丸棒または中空の鋼管を曲げ加工して形成した柵部材３１が設けられている。柵部材３１は、オペレータが前方の作業対象を確認するために前傾姿勢となったときに体を支える柵としての役割を果たすとともに、オペレータが運転部１０に対して乗降するときの手摺りとしての役割を果たす。

【0036】

掘削装置３は、掘削作業機１の前側に設けられたフロント作業装置である。掘削装置３は、左右方向に揺動可能なオフセット式のブーム２１を有している。ブーム２１は、旋回フレーム７の前側に上下に回動可能に設けられた第１ブーム２１ａと、第１ブーム２１ａの先端側に左右方向に揺動可能に取付けられた第２ブーム２１ｂと、第２ブーム２１ｂの先端に左右方向に揺動可能に設けられた第３ブーム２１ｃと、第１ブーム２１ａと第３ブーム２１ｃとの間を連結するオフセットリンク２４から成る。第３ブーム２１ｃの先端には、アーム２２が上下方向に回動可能に取り付けられ、さらにアーム２２の先端にはバケット２３が上下方向に回動可能に取り付けられている。

【0037】

掘削装置３は、ブームシリンダ２６（図４参照）、オフセットシリンダ２５、アームシリンダ２７、作業具シリンダ２８を駆動することにより、第１ブーム２１ａ、第２ブーム２１ｂ、アーム２２、バケット２３をそれぞれ動作させる。例えば、オフセットシリンダ２５が伸長・縮小することにより、第２ブーム２１ｂが左右方向に揺動し、アーム２２が第１ブーム２１ａに対して左右方向に平行移動する。この状態でブームシリンダ２６の駆動により第１ブーム２１ａを前後方向に揺動させ、さらにアームシリンダ２７を駆動してアーム２２を回動させることにより、側溝等の掘削作業を行うことができる。なお、これらのシリンダは、いずれも油圧シリンダである。掘削装置３においては、作業内容に応じてバケット２３に替えてグラップルまたはブレーカ等の他の作業具が装着される。

【0038】

図２に、掘削作業機１の主要な電気的構成を示す。なお、図２においては、掘削装置３の動作制御に関連した構成を主に示す。

【0039】

掘削作業機１は、掘削作業機１全体の動作を制御するコントローラ４０を備える。コントローラ４０は、電子部品を配置した基板等が収容された制御装置であり、演算装置（ＣＰＵ）４６とメモリ４７を含み、メモリ４７に格納したプログラムを演算装置４６で実行するものである。また、コントローラ４０は、機能的構成として目標位置設定部１４１を有する。なお、コントローラ４０の構成は、任意のハードウェア、ソフトウェア若しくはそれらの組み合わせにより各種機能を実現できるものであれば、特に限定されない。コントローラ４０は、運転部１０において、運転席１５の右側に配置された操作パネル部５０内もしくは運転席支持台１４の内部等に配置されるが、これに限定されない。コントローラ４０は、エンジン１２および作動油タンク等の他の機械要素の配置との関係を考慮して、旋回フレーム７の所定の位置に配置される。

【0040】

掘削装置３の第１ブーム２１ａには角度センサ４１、第２ブーム２１ｂには角度センサ４２、アーム２２には角度センサ４３が配設されている。角度センサ４１，４２，４３は、ポテンショメータとも呼称されるものであり、回転角に応じた信号を出力するものである。したがって、角度センサ４１は、第１ブーム２１ａを前後回動可能に支持する回動支軸であるブーム支持ピンの近傍に（図４参照）、角度センサ４２は、第１ブーム２１ａに対して第２ブーム２１ｂを左右回動可能に支持する回動支軸である第２ブーム支持ピンの近傍に、角度センサ４３は、第３ブーム２１ｃに対してアーム２２を回動可能に支持する回動支軸であるアーム支持ピンの近傍にそれぞれ配設される。なお、角度センサ４１，４２，４３は、各回動支軸に対して設けられたポテンショメータに限定されず、掘削装置３を構成するアーム２２等の各動作部位の回動角度または各動作部位同士を連結する回動支軸の回転角度を検出できるものであればよい。

【0041】

また、コントロールバルブ４８のブームシリンダ２６に接続される油圧管路には圧力センサ４５が配設され、圧力センサ４５の検出結果からバケット２３内に収容された土砂等の重量を確認することが可能となっている。すなわち、バケット２３の積載重量に応じてブーム２１にかかる荷重が変動し、荷重の変動によりブームシリンダ２６への負荷が変動することを利用することで、バケット２３の積載重量を求めることができる。角度センサ４１，４２，４３および圧力センサ４５は、通信線と電力供給線とをチューブでまとめて一束としたワイヤハーネスを介して、運転部１０に配置されたコントローラ４０に電気的に接続される。

【0042】

コントローラ４０は、運転部１０に配置されたサイドレバー１７、サイドレバー１７に設けたスイッチボタン５５、および、操作パネル部５０に配置された複数のスイッチ５１からの入力を受け付け、入力信号に応じた演算処理等を実行する。演算処理等の実行においては、角度センサ４１，４２，４３および圧力センサ４５等の各種センサ類から入力された検出結果が適宜利用される。また、コントローラ４０は、処理結果として掘削装置３の姿勢などの機体の状態を示す情報等を表示部４９に表示する。

【0043】

掘削装置３は、第１ブーム２１ａの先端側を最も後方まで仰動させ、かつアーム２２を第１ブーム２１ａ側に折畳み、バケット２３をブーム２１とアーム２２の間に配置することにより、図１に示すような超小旋回姿勢をとることができる。

【0044】

また、掘削作業機１では、旋回フレーム７上のタンク部と運転部１０との間が掘削装置３の第１ブーム２１ａの移動領域となっている。また、キャノピ１３における側板部３９は、第１ブーム２１ａの移動領域と運転部１０とを区画している。

【0045】

以上のような構成を備えた掘削作業機１においては、運転席１５に着座したオペレータにより座席の前方に設置された走行レバー装置１１、座席の側方に設置されたサイドレバー１７、および、床部８に設置された操作ペダル１６が適宜操作されることで、所望の動作・作業が行われる。

【0046】

掘削作業機１の動作について、図３を参照して説明する。図３は、掘削作業機１による掘削作業の様子を平面視により模式的に示した説明図である。

【0047】

例えば、片側一車線の道路において、車線の一方の通行を規制して水道管もしくはガス管等を埋設するための溝ＤＨ、あるいは排水のための溝（側溝）ＤＨを、掘削作業機１により形成する作業を行う場合、図３に示すように、車道のセンターラインＣＬと、歩道と車道を区画する縁石や家屋等の障害物ＷＬとの間に、掘削作業機１と土砂運搬用のトラックを縦列駐車することになる。オペレータは、掘削装置３を動作させて溝ＤＨを掘り進める掘削作業を実行し、地面から削り取った土砂等をバケット２３内に積載する。しかる後、オペレータは上部旋回体２０Ｂを右回りに１８０度旋回させ、さらにブーム２１およびアーム２２を操作してバケット２３をトラックの荷台ＴＢのアオリより上方の高さに上げトラックの荷台ＴＢの上方の所定の位置まで移動させる。バケット２３を排土の目標位置まで移動させたら、オペレータはバケット２３を回動させる操作を行い、土砂等をバケット２３内からトラックの荷台ＴＢに排出させる。トラックの荷台ＴＢへの土砂等の排出が終わると、再び掘削作業を行うため、オペレータの操作により、上部旋回体２０Ｂの左旋回、続いてバケット２３の掘削位置までの移動が行われる。また、掘削により形成した溝ＤＨを埋め戻すための土砂等を、トラックの荷台ＴＢから溝ＤＨに移す作業も上部旋回体２０Ｂを旋回させて掘削装置３を動作させることにより実行される。

【0048】

上部旋回体２０Ｂを旋回させるときには、少なくともバケット２３、アーム２２、ブーム２１が旋回時にセンターラインＣＬおよび障害物ＷＬとの間の幅からはみ出さないようにしなければならない。また、バケット２３に土砂等を積載した状態では、バケット２３から積載物が落ちないようにするため、従来は、オペレータが、バケット２３の開口端が水平となるように、バケット２３の姿勢を維持し、さらに、機体前方左寄りの掘削位置からバケット２３を運転部１０よりも右側（図３に破線で示す位置）になるように、第２ブーム２１ｂを右に揺動させつつ第１ブーム２１ａを上方に回動させる操作を行っている。そして、掘削装置３の姿勢が、図３に二点鎖線に示した円Ｐ内にバケット２３、アーム２２、ブーム２１が収まる旋回姿勢となったら、矢印Ｒで示すように上部旋回体２０Ｂを１８０度旋回させる。なお、円Ｐは、掘削作業機１のような超小旋回型の油圧ショベルにおいて、後端旋回半径比、および、フロント最小旋回半径比が１２０％以内となる範囲を示すものである。

【0049】

このように、従来の掘削から旋回までの掘削装置３の動作は、オペレータが左右のサイドレバー１７を、経験により習得したタイミングでそれぞれ操作する手動操作によって実現されていた。第１ブーム２１ａの上下回動、第２ブーム２１ｂの左右へのオフセット動作、および、バケット２３の姿勢維持等、異なる部材の動作を複合的に実行させるため、オペレータには高度な操作技術が要求されていた。本実施形態に係る掘削作業機１では、掘削から旋回までの掘削装置３の動作を一部自動制御することにより、オペレータの操作を補助し、操作負担を軽減するものである。以下に自動制御による掘削装置３の姿勢遷移の一例を、図４から図６を参照して説明する。

【0050】

図４に示すように、オペレータが掘削装置３に掘削作業を実行させるときには、まず、オペレータはサイドレバー１７を操作して、下部走行体２０Ａの接地面ＧＬ（図４に二点鎖線で示す）より下方にバケット２３を移動させる。このとき、バケット２３を、オフセット動作の起点位置（オフセット０位置）から平面視で左右方向にずれるように移動させるオフセット動作を手動で行う。次にバケット２３を回動させて地面を削る掘削作業を行う。掘削装置３の動作時には、第１ブーム２１ａの前後方向の回動角は角度センサ４１により、第２ブーム２１ｂの左右方向の回動角は角度センサ４２により、アーム２２の前後方向の回動角は角度センサ４３によりそれぞれモニタされる。

【0051】

バケット２３に土砂が積載されたら、オペレータは、サイドレバー１７を操作して、バケット２３の開口が上を向き開口端が水平となる姿勢を維持しつつ、第１ブーム２１ａを上方に回動させる。このとき、オペレータは、スイッチボタン５５を操作して第１ブーム２１ａの回動時に第２ブーム２１ｂのオフセット動作を自動で行う自動制御機能を有効にしておく。ここでの自動制御は、オフセット動作の起点位置に向けてバケット２３を移動させる第１自動制御である。そうすると、第２ブーム２１ｂは第１ブーム２１ａの傾きに応じて自動で右方向に揺動し、掘削装置３の姿勢は図５に示す旋回姿勢に遷移する。

【0052】

自動制御機能の有効化は、例えば、オペレータがサイドレバー１７を操作しているときに、サイドレバー１７に設けられたスイッチボタン５５を押すことにより行われる。スイッチボタン５５からの信号は、コントローラ４０に入力される。また、自動制御機能を有効にするための操作スイッチは、操作パネル部５０に設けた複数のスイッチ５１のいずれかに割り当てることができる。なお、本実施形態に係る掘削作業機１のように、オペレータが把持して操作するサイドレバー１７にスイッチボタン５５を配置すると、オペレータがサイドレバー１７から手を離さなくともスイッチボタン５５の操作ができることから、操作性が向上する。

【0053】

また、スイッチボタン５５の出力信号は、掘削装置３を所定の姿勢に遷移させる命令となる遷移信号と言える。コントローラ４０は、スイッチボタン５５からの遷移信号をサイドレバー１７が操作されているときに受け付け、第１ブーム２１ａの傾き角度に応じて第２ブーム２１ｂの動作を制御する。言い換えると、コントローラ４０では、サイドレバー１７が操作され角度センサ４１からの入力信号に基づいて求められた第１ブーム２１ａの傾き角度が変化している状態のときに、スイッチボタン５５からの遷移信号を受け付けている。

【0054】

掘削装置３には、サイドレバー１７の操作により動作する動作部位として、第１ブーム２１ａ、第２ブーム２１ｂおよびバケット２３等が備えられているが、例えば、右サイドレバー１７の前後方向への傾倒が第１ブーム２１ａの上下回動動作に割り当てられている場合、スイッチボタン５５は、第１ブーム２１ａとは異なる動作部位である第２ブーム２１ｂの自動制御に割り当てられる。例えば、掘削装置３の姿勢が図５に示す旋回姿勢のときに、オペレータが右サイドレバー１７を前方向（第１方向）に操作し、かつ、スイッチボタン５５を押すと、コントローラ４０は掘削装置３の姿勢を図４に示す掘削姿勢（第１の姿勢）に遷移させる。また、掘削装置３の姿勢が掘削姿勢のときに、オペレータが右サイドレバー１７を後方向（第２方向）に操作し、かつ、スイッチボタン５５を押すと、コントローラ４０は、掘削装置３の姿勢を旋回姿勢に遷移させる。

【0055】

自動制御機能は、トラックの荷台ＴＰに排土するために上部旋回体２０Ｂを旋回させる前の掘削装置３の姿勢を旋回姿勢に遷移させるとき（第１自動制御）だけでなく、他の姿勢に遷移させるときにも使用することができる。例えば、排土後に掘削装置３を旋回姿勢として上部旋回体２０Ｂを旋回させた後に、再度掘削作業を行うために図４に示すような掘削姿勢に遷移させる場合には、オペレータはサイドレバー１７を操作して第１ブーム２１ａを下方に回動させる。このとき、第２ブーム２１ｂの左方向への揺動は、第１ブーム２１ａの傾きに応じて自動制御され、機体に対して右寄りの位置にあったバケット２３の位置が機体中央もしくは機体中央よりも左寄りの位置に自動的にオフセットされる（第２自動制御）。

【0056】

このような掘削姿勢に遷移させるオフセット動作（第２自動制御）において、バケット２３の目標位置は、予めオフセット動作の目標位置として、コントローラ４０のメモリ４７に記憶さている。

【0057】

コントローラ４０に設けられた機能的構成である目標位置設定部１４１（図２参照）は、オペレータが指定した任意の位置をオフセット動作の目標位置に設定可能とする目標位置設定手段である。目標位置設定部１４１は、メモリ４７に格納したプログラムを演算装置４６で実行することにより実現される。

【0058】

第２自動制御における目標位置の設定は、例えば、以下の操作により行われる。オペレータが表示部４９に表示されたモード選択画面から、目標位置設定モードを選択し、サイドレバー１７を操作して手動によりバケット２３をオフセット動作の起点位置（オフセット０位置）から平面視で左右方向にずれるように移動させるオフセット動作を行わせる。このオフセット動作中に、オペレータがスイッチボタン５５を押すと、目標位置設定部１４１は、スイッチボタン５５からの入力信号を受信したときのバケット２３の位置を、掘削作業の目標位置として設定し、メモリ４７に記憶させる。

【0059】

掘削作業の目標位置の設定が終わると、第２自動制御を有効状態として行う掘削作業においては、オペレータが第１ブーム２１ａを下方に回動させる操作を行ったときに、機体に対して右寄りの位置（起点位置）にあったバケット２３の位置が機体中央もしくは機体中央よりも左寄りの位置に自動的にオフセットされる。

【0060】

また、自動制御機能は、オペレータがスイッチボタン５５を押している間だけ有効としてもよく、スイッチボタン５５を一度押して有効とし、その後にサイドレバー１７をニュートラルポジションに戻したときに解除するようにしてもよい。また、スイッチボタン５５をサイドレバー１７の操作の前に押してスタンバイ状態としておき、サイドレバー１７を操作している間だけ自動制御機能が有効となるようにしてもよい。

【0061】

本実施形態における自動制御機能は、実質的に第１ブーム２１ａの動作に連動させて第２ブーム２１ｂの動作（オフセット動作）を自動化しているものであるから、図３に示すような溝ＤＨを形成するためバケット２３が下部走行体２０Ａの接地面ＧＬより下方にあるときに当該機能を有効とすると、溝ＤＨの壁面にバケット２３の側面が衝突することになる。このため、このような自動制御機能は、バケット２３が下部走行体２０Ａの接地面ＧＬより上方に移動した後に有効とすることが好ましい。例えば、オペレータがバケット２３の上昇位置を目視で確認した後にスイッチボタン５５を押すことで自動制御機能の有効としてもよい。また、スイッチボタン５５が押された後、コントローラ４０の判断により自動制御機能を有効としてもよい。このようにコントローラ４０に自動制御機能を有効の可否を判断させる場合には、バケット２３の位置をセンサ等の入力から求め、バケット２３が所定の高さ位置に到達したか否かを判断基準とする。バケット２３の位置は、設計上把握される機体の各動作部位の寸法と角度センサ４１，４２，４３の検出結果から求めることが可能である。なお、本実施形態では掘削装置３の第１ブーム２１ａ、第２ブーム２１ｂ、アーム２２にそれぞれ角度センサ４１，４２，４３を配設しているが、バケット２３にも角度センサもしくは位置センサを配設し、当該センサの出力からコントローラ４０がバケット２３の位置を把握できるようにしてもよい。

【0062】

また、上部旋回体２０Ｂを何度も旋回させて掘削作業と排土作業を繰り返し行う場合には、スイッチボタン５５を押したときに、掘削姿勢（第１の姿勢）から旋回姿勢（第２の姿勢）への遷移を実行する第１自動制御を行うか、旋回姿勢（第２の姿勢）から掘削姿勢（第１の姿勢）への遷移を実行する第２自動制御を行うかを、コントローラ４０が掘削装置３の現在状態に基づいて判定し、実行するようにしてもよい。なお、コントローラ４０における掘削装置３の現在状態に基づく遷移姿勢の選択は、スイッチボタン５５からの入力の前に行ってもよく、入力の後に行ってもよい。

【0063】

掘削装置３の現在状態を判定する判定条件としては、バケット２３の土砂等の積載重量を用いることがきる。例えば、圧力センサ４５が検出するブームシリンダ２６の油圧の圧力値とバケット２３に積載した積載物の重量とに相関関係があることから、コントローラ４０は圧力センサ４５からの入力信号を取得することにより、バケット２３の積載重量を求めることができる。したがって、圧力センサ４５の検出結果に基づく現在のバケット２３の土砂等の積載重量を、旋回姿勢と掘削姿勢のいずれの姿勢に遷移させるかの判定条件とすることができる。コントローラ４０がバケット２３の積載重量からバケット２３に土砂等が積載されていると判断した場合には、旋回姿勢への遷移が選択され、姿勢遷移動作における自動制御（第２ブーム２１ｂの左右揺動動作の自動制御）が実行される。

【0064】

コントローラ４０は、スイッチボタン５５を押して自動制御機能を利用できる掘削装置３の姿勢遷移動作の遷移予定の姿勢（判定条件により選択された遷移対象の姿勢）を、表示部４９に表示してもよい。スイッチボタン５５の操作をサイドレバー１７の傾倒操作の前に行う場合には、オペレータはスイッチボタン５５を押す前に、これから行う操作により掘削装置３がとる姿勢を予め確認することができる。また、遷移予定の姿勢とともに、サイドレバー１７の操作方向を表示部４９に表示してもよい。掘削装置３の遷移予定の姿勢が表示部４９に表示されているときに、サイドレバー１７が所定の方向に操作され、コントローラ４０にスイッチボタン５５の操作信号が入力されたときには、コントローラ４０は、表示部４９に表示されている遷移予定の姿勢に掘削装置３の姿勢を遷移させる。

【0065】

また、表示部４９が表示する遷移予定の姿勢が、オペレータの意図している姿勢と異なる場合には、スイッチボタン５５と自動制御対象の遷移姿勢との対応付けの設定に誤りがあることもある。このような場合には、オペレータが表示部４９からスイッチボタン５５に対応付けて設定されている遷移姿勢を変更する。

【0066】

図６に、表示部４９に表示する遷移姿勢の設定画面の表示例を示す。図６に示すように、表示部４９には、自動制御機能の利用が可能な姿勢が列挙され、画面操作は表示部４９に設けたタッチパネルにより可能となっている。オペレータは、自動制御機能の利用が可能な各姿勢のうち、スイッチボタン５５に対応させる姿勢を、ラジオボタン８１をチェックして選択し、決定ボタンを押す。そして、オペレータの選択内容をコントローラ４０のメモリ４７に記憶させることで、設定変更は完了する。なお、遷移姿勢の設定画面で設定可能な掘削装置３の姿勢としては、旋回姿勢、輸送姿勢、待機姿勢、最上げ姿勢等が挙げられる。旋回姿勢は、上部旋回体２０Ｂを旋回させるときの姿勢である（図５参照）。輸送姿勢は、トレーラ等の荷台に機体を載置するときの姿勢であり、第１ブーム２１ａを前方に倒し、アーム２２を機体側に折り曲げバケット２３をアーム２２よりも後方かつ下方に位置させ、バケット２３の背面側をブレード４ａの直上に位置させた姿勢である。待機姿勢は、掘削作業等の作業場所において駐機時に取る姿勢であり、第１ブーム２１ａを前方に倒し、第２ブーム２１ｂとアーム２２が平面視で直線状となるように位置させバケット２３を接地させた姿勢である。また、最上げ姿勢は、バケット２３がその作業場所で許容される最も高い位置に配置する姿勢である。

【0067】

また、コントローラ４０に、表示部４９に掘削装置３の遷移予定の姿勢が表示されているときに、スイッチボタン５５の操作信号が入力されたときには、コントローラ４０は、は作業装置（掘削装置３）を所定の姿勢（遷移予定の姿勢）に遷移させる。

【0068】

なお、上述した自動制御機能は、従来から掘削作業機１に搭載されている安全対策機能の動作を妨げるものではなく、自動制御機能よりも安全対策機能が優先される。安全対策機能としては、例えば、バケット２３が運転部１０に侵入することを回避するためのアーム２２の自動回避機能、第１ブーム２１ａおよびアーム２２の上方回動の上限以上への移動を制限する高さ制限機能等があげられる。なお、高さ制限機能は、高さ制限のある場所での作業に先立って該当の場所で予め手動で掘削装置３を動作させ、角度センサ４１，４３の検出値から得た情報を第１ブーム２１ａおよびアーム２２の最大高さ位置としてコントローラ４０のメモリ装置に記憶させることにより機能させることができる。

【0069】

上述した実施形態に係る掘削作業機１では、掘削装置３の姿勢変更において、第２ブーム２１ｂの動作を第１ブーム２１ａの動作に連動させて自動制御させる命令信号（遷移信号）の出力スイッチとして、サイドレバー１７に設けたスイッチボタン５５を例に説明したが、これに限定されない。スイッチの配置は、運転部１０に配置された操作レバーおよび操作スイッチの配置と、各操作レバーおよび操作スイッチに対する掘削装置３の各動作部位の操作割り当てを考慮して、適宜選択される。

【0070】

以上のような構成を備えた本実施形態に係る掘削作業機１は、次のような構成を備えていると言える。すなわち、掘削作業機１は、上下方向に回動するように機体に支持され、先端に装着されたバケット２３を平面視で左右方向にずれるように移動させるオフセット動作を行う作業装置（掘削装置３）と、作業装置（掘削装置３）を上下に回動させる操作を行う操作レバー（サイドレバー１７）と、を備え、操作レバー（サイドレバー１７）の操作と共に、オフセット動作を自動で行わせる自動制御を実行する制御装置（コントローラ４０）と、自動制御を有効にさせるスイッチ（スイッチ５１、スイッチボタン５５）と、を備えているものである。

【0071】

このような構成の掘削作業機１によれば、掘削装置３の姿勢を所定の姿勢に遷移させる動作が操作スイッチにより一部自動化されることから、掘削装置３の姿勢を変更するときのオペレータの操作負担が低減される。

【0072】

掘削作業機１において、自動制御は、作業装置（掘削装置３）を上方に回動させる操作レバー（サイドレバー１７）の操作と共に、オフセット動作の起点位置に向けてオフセット動作を行わせる第１自動制御と、作業装置（掘削装置３）を下方に回動させる操作レバー（サイドレバー１７）の操作と共に、オフセット動作の起点位置から左又は右にずれる位置に向けて前記オフセット動作を行わせる第２自動制御と、を含むものである。

【0073】

このような構成の掘削作業機１によれば、旋回時の掘削装置の姿勢におけるバケット２３のオフセット０（ゼロ）に相当する位置を起点位置として、バケット２３を作業位置から起点位置に戻すオフセット動作（第１自動制御）と起点位置から作業の目標位置に向かわせるオフセット動作（第２自動制御）とが自動制御機能として用意されており、第１自動制御および第２自動制御のそれぞれは、サイドレバー１７の操作と共に行われる。すなわち、従来の煩雑なオフセット動作のための操作を、オペレータはサイドレバー１７の操作のワンアクションで実現可能となる。このため、掘削、旋回、排土、旋回、掘削の順に繰り返し行われる側溝掘削等の作業におけるオペレータの操作負担が従来よりも低減され、経験の浅いオペレータでも上部旋回体２０Ｂの旋回動作前後の掘削装置３の姿勢変更をスムーズに行うことが可能となる。これにより、側溝掘削等の作業効率も向上させることができる。土木工事等の作業において、作業効率を向上させることができる。

【0074】

掘削作業機１において、制御装置（コントローラ４０）は、第１自動制御では、側面視で、バケット２３を水平に移動させるものである。さらに、制御装置（コントローラ４０）は、第１自動制御では、平面視で、バケット２３を前方から後方に向けて移動させる、ものである。

【0075】

このような構成の掘削作業機によれば、オフセット動作中のバケット２３の姿勢が維持され、バケット２３内に積載した土砂等の積載物がこぼれ落ちることを防ぐことが可能となる。

【0076】

掘削作業機１において、制御装置（コントローラ４０）は、第２自動制御において、オフセット動作の目標位置を設定する目標位置設定手段（目標位置設定部１４１）を有する、ものである。さらに、目標位置設定手段（目標位置設定部１４１）は、スイッチ（スイッチボタン５５）が有効になったときのバケット２３の位置をオフセット動作の目標位置に設定する、ものである。

【0077】

このような構成の掘削作業機１によれば、バケット２３を移動させる目標位置を、作用場所に応じて任意に設定可能となる。また、スイッチボタン５５がＯＮ（有効）になった時のバケットの位置を目標位置と設定できることから、オペレータの所望の位置を目標位置に設定することが容易に行える。

【0078】

掘削作業機１において、作業装置（掘削装置３）の支持部が機体（上部旋回体２０Ｂ）の運転部１０側方に配設されていることから、上部旋回体２０Ｂを旋回させるときには、掘削装置３を上部旋回体２０Ｂの前側に突出させることなく運転部１０の側方にコンパクトに折り畳んだ姿勢で位置させることができる。

【0079】

掘削作業機１において、スイッチ（スイッチボタン５５）が操作レバー（サイドレバー１７）に装着されている、ものである。これにより、オペレータはサイドレバー１７を把持した状態で、容易に自動制御のための操作を実行することが可能となる。

【0080】

また、制御装置（コントローラ４０）は、作業装置（掘削装置３）の現在状態に関する判定条件に基づいて選択される姿勢に作業装置（掘削装置３）の姿勢を遷移させる、ものであってもよい。この場合、判定条件には、バケット２３における被積載物の積載状態を採用できる。

【0081】

このような構成の掘削作業機１によれば、バケット２３に土砂等を積載しているか否かによって、掘削装置３を次に遷移させる姿勢を選択している。例えば、バケット２３に土砂を積載している状態は、掘削装置３が掘削を終えて排土のために上部旋回体２０Ｂを旋回させる前の状態であると判断できる。このときには、第１ブーム２１ａを上方に回動させる操作により掘削装置３の姿勢を、上部旋回体２０Ｂを旋回させるときの旋回姿勢に遷移させればよい。また、バケット２３に土砂を積載していない状態は、掘削装置３が掘削作業を行う前の状態であると判断できる。このときには、例えば、旋回姿勢の掘削装置３の第１ブーム２１ａを下方に回動させる操作により掘削装置３の姿勢を、第２ブーム２１ｂとアーム２２が前後方向において直線状となる待機姿勢に遷移させればよい。いずれの場合も、第１ブーム２１ａの操作指示のみにより、他の動作部位の動作は自動制御されて所望の姿勢で要求される位置に移動する。このような判断を設けることにより、姿勢選択の誤りや操作スイッチの押し間違いによる誤動作を防止することができる。

【0082】

掘削作業機１は表示部４９を備え、制御装置（コントローラ４０）は、操作スイッチ（スイッチ５１、スイッチボタン５５）が操作されると、判定条件に基づいて選択された作業装置（掘削装置３）の遷移予定の姿勢を表示部４９に表示させる、ものであってもよい。また、表示部４９には、掘削装置３の遷移予定の姿勢だけでなく、姿勢遷移中であることを示す警告メッセージを表示するようにしてもよい。さらに、姿勢遷移中の報知は、表示部４９への表示と同時、または、表示部４９への表示にかえて、警報音を発生させることにより行ってもよい。

【0083】

掘削作業機１において、制御装置（コントローラ４０）は、表示部４９に作業装置（掘削装置３）の遷移予定の姿勢を表示されているときに、操作スイッチ（スイッチ５１、スイッチボタン５５）が操作された場合は作業機（掘削装置３）を所定の姿勢に遷移させる、ものであってもよい。これにより、オペレータは遷移予定の姿勢を表示部４９で確認しつつ、実際の掘削装置３の姿勢遷移の様子を目視で確認することが可能となる。

【0084】

掘削作業機１において、制御装置（コントローラ４０）は、操作スイッチ（スイッチ５１、スイッチボタン５５）の操作により作業装置（掘削装置３）が姿勢を遷移させているときに、操作部（サイドレバー１７）からの操作を受け付けた場合は、作業装置（掘削装置３）の姿勢遷移の動作を停止させる、ものであってもよい。これにより、オペレータが遷移予定の姿勢と実際の掘削装置３の姿勢遷移の様子が相違すると気付いた場合にも、サイドレバー１７を操作するだけで速やかに姿勢遷移の動作を中断させることができる。なお、このような姿勢遷移の動作の停止においては、サイドレバー１７の操作入力の後、即座に動作を停止させるのではなく、掘削装置３の各動作部位が運転部１０への侵入を禁止している安全域外にあるときには、移動速度を遅くしてオペレータに手動操作への切り替え猶予を与えるようにしてもよい。

【0085】

上述した実施形態では、オフセットブームを備えた掘削作業機１について説明したが、ブーメラン状のブームを備えた後方小旋回型の油圧ショベルに対して本発明を適用可能であることは勿論である。なお、後方小旋回型の油圧ショベルとは、旋回時に車体後方の安全が確保されるよう後端旋回半径比（後端旋回半径×２を車幅で除した値×１００）が１２０％以下で、フロント最小旋回半径比（フロント最小旋回半径または機体前部の旋回中心からの最大距離×２を車幅で除した値×１００）が１２０％を超えるショベルである。

【0086】

上述した実施形態の説明は本発明の一例であり、本発明に係る建設機械は上述の実施形態に限定されることはない。このため、上述した実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。また、本開示に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

【0087】

なお、本発明は、以下の態様をとることができる。
（付記１）
上下方向に回動するように機体に支持され、先端に装着されたバケットを平面視で左右方向にずれるように移動させるオフセット動作を行う作業装置と、前記作業装置を上下に回動させる操作を行う操作レバーと、を備える建設機械において、
前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作を自動で行わせる自動制御を実行する制御装置と、
前記自動制御を有効にさせるスイッチと、
を備える建設機械。
（付記２）
前記自動制御は、
前記作業装置を上方に回動させる前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作の起点位置に向けて前記オフセット動作を行わせる第１自動制御と、
前記作業装置を下方に回動させる前記操作レバーの操作と共に、前記オフセット動作の起点位置から左又は右にずれる位置に向けて前記オフセット動作を行わせる第２自動制御と、
を含む（付記１）に記載の建設機械。
（付記３）
前記制御装置は、前記第１自動制御では、側面視で、前記バケットを水平に移動させる、
（付記２）に記載の建設機械。
（付記４）
前記制御装置は、前記第１自動制御では、平面視で、前記バケットを前方から後方に向けて移動させる、
（付記２）または（付記３）に記載の建設機械。
（付記５）
前記制御装置は、前記第２自動制御において、前記オフセット動作の目標位置を設定する目標位置設定手段を有する、
（付記２）から（付記４）の何れか１に記載の建設機械。
（付記６）
前記目標位置設定手段は、前記スイッチが有効になったときの前記バケットの位置を前記オフセット動作の目標位置に設定する、
（付記５）に記載の建設機械。
（付記７）
前記作業装置の支持部が前記機体の運転部側方に配設されている、
（付記１）から（付記６）の何れか１項に記載の建設機械。
（付記８）
前記スイッチが前記操作レバーに装着されている、
（付記１）から（付記７）の何れか１に記載の建設機械。

【符号の説明】

【0088】

１ 掘削作業機（建設機械）
２ 走行車両
３ 掘削装置
５ 走行部
７ 旋回フレーム
８ 床部
１０ 運転部
１１ 走行レバー装置
１３ キャノピ
１４ 運転席支持台
１５ 運転席
１７ サイドレバー（操作レバー）
２０Ａ 下部走行体
２０Ｂ 上部旋回体
２１ ブーム
２１ａ 第１ブーム
２１ｂ 第２ブーム
２１ｃ 第３ブーム
２２ アーム
２３ バケット
２５ オフセットシリンダ
２６ ブームシリンダ
２７ アームシリンダ
２８ 作業具シリンダ
４０ コントローラ
４１ 角度センサ
４２ 角度センサ
４３ 角度センサ
４５ 圧力センサ
４８ コントロールバルブ
４９ 表示部
５０ 操作パネル部
５１ スイッチ
５５ スイッチボタン（スイッチ）
１４１ 目標位置設定部（目標位置設定手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】