特許 7102372 作業機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-08

(45)【発行日】2022-07-19

(54)【発明の名称】作業機

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20220711BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20220711BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 A

E02F9/26 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019119204

(22)【出願日】2019-06-27

(65)【公開番号】P2021004504

(43)【公開日】2021-01-14

【審査請求日】2021-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】作田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】草間 謙三

(72)【発明者】

【氏名】松本 厚

(72)【発明者】

【氏名】森 裕也

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０８８６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０８１３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９５７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１５８１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭６３－０３７２１０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開昭５８－１５６６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１２２６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００６３０３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機体と、
前記機体に取り付けられ且つ上下方向に揺動可能な揺動体と、
前記揺動体の先端に姿勢変更可能に取り付けられたバケットと、
前記バケットの高さを検知する高さ検知装置と、
前記バケットの姿勢を検知する姿勢検知装置と、
前記バケットによる掘削の目標深さを設定する設定部と、
前記高さ検知装置により検知されたバケットの高さが前記目標深さに対応する高さに達し且つ前記姿勢検知装置により検知されたバケットの姿勢が掘削姿勢にあるときに、前記バケットの下降動作を制限する制御装置と、
を備え、
前記姿勢検知装置は、前記バケットの先端の位置と、前記バケットの姿勢変更の動作支点となる枢軸の位置とを検知し、
前記制御装置は、前記バケットの先端が前記枢軸よりも前方に位置するときにバケットが掘削姿勢にあると判断する作業機。

【請求項2】

機体と、
前記機体に取り付けられ且つ上下方向に揺動可能な揺動体と、
前記揺動体の先端に姿勢変更可能に取り付けられたバケットと、
前記バケットの高さを検知する高さ検知装置と、
前記バケットの姿勢を検知する姿勢検知装置と、
前記バケットによる掘削の目標深さを設定する設定部と、
前記高さ検知装置により検知されたバケットの高さが前記目標深さに対応する高さに達し且つ前記姿勢検知装置により検知されたバケットの姿勢が掘削姿勢にあるときに、前記バケットの下降動作を制限する制御装置と、
を備え、
前記姿勢検知装置は、前記揺動体と前記バケットの角度を検知する角度センサを有し、
前記制御装置は、前記角度センサにて検知された角度が所定角度を超えるときにバケットが掘削姿勢にあると判断する作業機。

【請求項3】

機体と、
前記機体に取り付けられ且つ上下方向に揺動可能な揺動体と、
前記揺動体の先端に姿勢変更可能に取り付けられたバケットと、
前記バケットの高さを検知する高さ検知装置と、
前記バケットの姿勢を検知する姿勢検知装置と、
前記バケットによる掘削の目標深さを設定する設定部と、
前記高さ検知装置により検知されたバケットの高さが前記目標深さに対応する高さに達し且つ前記姿勢検知装置により検知されたバケットの姿勢が掘削姿勢にあるときに、前記バケットの下降動作を制限する制御装置と、
を備え、
前記姿勢検知装置は、前記バケットの底面の湾曲部の頂点の位置と、前記バケットの姿勢変更の動作支点となる枢軸の位置とを検知し、
前記制御装置は、前記湾曲部の頂点が前記枢軸よりも上方に位置するときにバケットが掘削姿勢にあると判断する作業機。

【請求項4】

機体と、
前記機体に取り付けられ且つ上下方向に揺動可能な揺動体と、
前記揺動体の先端に姿勢変更可能に取り付けられたバケットと、
前記バケットの高さを検知する高さ検知装置と、
前記バケットの姿勢を検知する姿勢検知装置と、
前記バケットによる掘削の目標深さを設定する設定部と、
前記高さ検知装置により検知されたバケットの高さが前記目標深さに対応する高さに達し且つ前記姿勢検知装置により検知されたバケットの姿勢が掘削姿勢にあるときに、前記バケットの下降動作を制限する制御装置と、
を備え、
前記姿勢検知装置は、前記バケットの底面の平面部の向きを検知し、
前記制御装置は、前記平面部が前方に向かうにつれて下方に移行する向きにあるときにバケットが掘削姿勢にあると判断する作業機。

【請求項5】

前記制御装置は、前記バケットの下降動作が制限された後、前記高さ検知装置により検知されたバケットの高さが前記目標深さより高くなったときに前記制限を解除する請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機。

【請求項6】

報知音を発生可能な報知装置を備え、
前記制御装置は、前記高さ検知装置により検知されたバケットの高さが前記目標深さに対応する高さに達し且つ前記姿勢検知装置により検知されたバケットの姿勢が掘削姿勢にあるときに、前記報知装置を作動して報知音を発生させる請求項１～５のいずれか１項に記載の作業機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バックホー等の作業機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に開示された作業機が知られている。
特許文献１に開示された作業機は、掘削深さを制限することができる作業深さ制限装置を備えている。作業深さ制限装置は、ブーム、アーム、作業工具等から構成される作業装置が所定深さに到達したときに作業装置の駆動を停止することにより、作業装置が通信線、電力線、ガス管、水道管等の埋設物に接触することを防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－８１３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記した作業深さ制限装置を備えた作業機では、掘削作業とは異なる作業（例えば転圧作業等）をしている場合にも作業深さに制限がかかる場合があり、作業効率を低下させるという問題があった。
本発明は、このような従来技術に鑑みて、深さ制限機能が要求される作業時にのみ作業深さを制限することができる作業機を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係る作業機は、機体と、前記機体に取り付けられ且つ上下方向に揺動可能な揺動体と、前記揺動体の先端に姿勢変更可能に取り付けられたバケットと、前記バケットの高さを検知する高さ検知装置と、前記バケットの姿勢を検知する姿勢検知装置と、前記バケットによる掘削の目標深さを設定する設定部と、前記高さ検知装置により検知されたバケットの高さが前記目標深さに対応する高さに達し且つ前記姿勢検知装置により検知されたバケットの姿勢が掘削姿勢にあるときに、前記バケットの下降動作を制限する制御装置と、を備え、前記姿勢検知装置は、前記揺動体と前記バケットの角度を検知する角度センサを有し、前記制御装置は、前記角度センサにて検知された角度が所定角度を超えるときにバケットが掘削姿勢にあると判断する。

【発明の効果】

【0006】

上記作業機によれば、バケットの高さと姿勢に基づいて作業深さを制限することができるため、深さ制限機能が要求される作業時にのみ作業深さを制限することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】掘削深さ制限システムを示す図である。

【図2】バケットが掘削姿勢であるか否かの判断基準を示す側面図であって、（ａ）は第１実施形態、（ｂ）は第２実施形態、（ｃ）は第３実施形態、（ｄ）は第４実施形態を示す。

【図3】掘削深さ制限システムの処理動作を示すフローチャートである。

【図4】作業機の平面図である。

【図5】作業機の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（作業機の全体構成）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図４、図５は、本発明に係る作業機１の一実施形態を示している。本実施形態では、作業機１として、旋回作業機であるバックホーが例示されている。
作業機１は、機体（旋回台）２と、キャノピ３と、走行装置４と、作業装置５とを備えている。機体２上には、運転席６が設けられている。

【0009】

以下、機体２上に設けられた運転席６に着座した運転者（オペレータ）の前側（図５の左側）を前方、運転者の後側（図５の右側）を後方、運転者の左側（図５の手前側）を左方、運転者の右側（図５の奥側）を右方として説明する。
機体２は、走行装置４のフレーム上に、上下方向に延伸する旋回軸心（縦軸）回りに左
右に旋回自在に支持されている。機体２は、旋回基板１７とウエイト２２とを有している。旋回基板１７は、旋回ベアリングに連結されており、油圧モータの駆動により縦軸回りに旋回する。ウエイト２２は、機体２の後部に設けられている。

【0010】

走行装置４は、クローラ式の走行装置である。走行装置４は、機体２の右側と左側の下方に夫々設けられている。走行装置４は、油圧モータによって駆動される。走行装置４の前部にはドーザ装置１０が設けられている。ドーザ装置１０は、ドーザシリンダ３０により上下方向に揺動する。
機体２の前部には、支持ブラケット７が設けられている。支持ブラケット７には、スイングブラケット８が装着されている。スイングブラケット８は、支持ブラケット７に対して縦方向の軸心回りに揺動可能に支持されている。スイングブラケット８の揺動は、機体２に取り付けられたスイングシリンダ９の伸縮により行われる。

【0011】

図５に示すように、作業装置５は、揺動体とバケット１３とを有している。本実施形態では、揺動体は、ブーム１１とアーム１２とを有している。揺動体であるアーム１２の先端にバケット１３が姿勢変更可能に取り付けられている。
バケット１３の基端にはブラケット１８が設けられている。バケット１３は、ブラケット１８を介してアーム１２の先端に取り付けられている。バケット１３は、側壁１３１と底壁１３２とバケット爪１３３とを有している。側壁１３１は、左側壁と右側壁とを含む。底壁１３２は、左側壁と右側壁とを連結している。バケット爪１３３は、バケット１３の先端に設けられている。底壁１３２の外面である底面は、湾曲部１３２ａと平面部１３２ｂとを有している。湾曲部１３２ａは、バケット１３の開口と反対側に向けて膨出している。湾曲部１３２ａは、ブラケット１８側に設けられている。平面部１３２ｂは、バケット爪１３３側に設けられている。湾曲部１３２ａと平面部１３２ｂとは連続している。

【0012】

さらに作業装置５は、ブーム１１、アーム１２及びバケット１３の駆動機構（油圧アクチュエータ等）として、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６を有している。ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６、スイングシリンダ９及びドーザシリンダ３０は、油圧シリンダにより構成されている。
ブーム１１の基端部は、スイングブラケット８に対して第１横軸３１回りに揺動可能に枢支されている。アーム１２の基端部は、ブーム１１の先端部に対して第２横軸３２回りに揺動可能に枢支されている。バケット１３の基端部は、アーム１２の先端部に対して第３横軸（枢軸）３３回りに揺動可能に枢支されている。ブーム１１は、ブームシリンダ１４の伸縮により上下に揺動する。アーム１２は、アームシリンダ１５の伸縮により上下に揺動する。バケット１３は、バケットシリンダ１６の伸縮によりスクイ・ダンプ動作する。

【0013】

機体２の右部には、機体２の旋回、走行装置４の駆動、作業装置５の駆動等を行うための油圧アクチュエータへの作動油の供給を制御するコントロールバルブ２８等が搭載されている。機体２の後部には、原動機２３、油圧ポンプ２７等が搭載されている。原動機２３は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関、あるいは電動モータ等である。原動機２３は、内燃機関と電動モータとの両方を有するハイブリッド型であってもよい。

【0014】

機体２上部には、キャノピ３が搭載されている。キャノピ３は、運転席６を保護する運転席保護装置である。運転席保護装置としてキャノピ３に代えてキャビンを搭載してもよい。
運転席７の周囲には、機体２を旋回操作する旋回レバー、走行装置４を操作する走行レバー、作業装置５を操作する操作レバー（いずれも図示略）等を含む操作機器２９が設けられている。
（掘削深さ制限システム）
作業機１は、作業装置５による掘削の深さを制限するための掘削深さ制限システム４０を備えている。

【0015】

図１に示すように、掘削深さ制限システム４０は、高さ検知装置４１、姿勢検知装置４２、設定部４３、制御装置４４、報知装置４５を備えている。
（高さ検知装置）
高さ検知装置４１は、バケット１３の所定部分の高さを検知する装置である。
高さ検知装置４１は、バケット１３の所定部分の高さとして、例えば、バケット１３の枢軸３３の高さを検知する。以下、この高さ検知装置４１を「第１実施形態の高さ検知装置４１」と称する。

【0016】

第１実施形態の高さ検知装置４１は、ブーム１１やアーム１２等に取り付けられたポテンショメータと、ポテンショメータの検知値に基づいてバケット１３の高さを算出する演算装置とを有している。
第１実施形態の高さ検知装置４１が有するポテンショメータは、ブーム１１の基端部と機体２のスイングブラケット８との間の第１横軸３１回りにおける回転角度（スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度）を検知するポテンショメータと、ブーム１１の先端部とアーム１２の基端部との間の第２横軸３２回りにおける回転角度（ブーム１１に対するアーム１２の回転角度）を検知するポテンショメータを含む。

【0017】

第１実施形態の高さ検知装置４１は、ポテンショメータが検知した回転角度（スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度及びブーム１１に対するアーム１２の回転角度）と、既知の値であるブーム１１の長さ（第１横軸３１から第２横軸３３までの距離）、アーム１２の長さ（第２横軸３２から第３横軸３３までの距離）、第１横軸３１と走行装置４の底面との距離（高さ）に基づき、バケット１３の所定部分の高さとして、バケット１３の枢軸２３の高さを算出する。

【0018】

また、高さ検知装置４１は、バケット１３の所定部分の高さとして、バケット１３の先端１３ａの高さを検知するものであってもよい。以下、この高さ検知装置４１を「第２実施形態の高さ検知装置４１」と称する。バケット１３の先端１３ａとは、枢軸３３から最も離れたバケット１３の端部であり、具体的にはバケット爪１３３の先端である。
第２実施形態の高さ検知装置４１は、アーム１２の先端部とバケット１３の基端部との間の第３横軸（枢軸）３３回りにおける回転角度（アーム１２に対するバケット１３の回転角度）を検知するポテンショメータ（後述する角度センサ４２ａ）と、バケット１３の枢軸３３の位置（枢軸位置）を検知する検知具とを有している。

【0019】

「枢軸位置」とは、バケット１３の枢軸３３の高さ（上下位置）と、当該枢軸３３の前後位置（機体２（厳密には第１横軸３１）から枢軸３３までの水平距離）とを含む位置である。枢軸３３の高さ（上下位置）は、上述した方法により算出することができる。枢軸３３の前後位置は、スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度、及び、ブーム１１に対するアーム１２の回転角度と、ブーム１１の長さ及びアーム１２の長さに基づいて算出することができる。

【0020】

第２実施形態の高さ検知装置４１は、バケット１３の枢軸位置と、アーム１２に対するバケット１３の枢軸３３回りの回転角度と、バケット１３の形状データに基づいて、バケット１３の先端１３ａの高さを検知する。なお、上記のバケット１３の形状データには、少なくともバケット１３における枢軸３３から先端１３ａまでの距離が含まれる。好ましくは、バケット１３の形状データは、バケット１３全体の３次元形状データである。バケット１３の形状データは、高さ検知装置４１、姿勢検知装置４２又は制御装置４４に設けられる記憶部に記憶される。

【0021】

また、第２実施形態の高さ検知装置４１の変更例として、高さ検知装置４１は、バケット１３の所定部分の高さとしてバケット１３の姿勢を考慮してバケット１３の最も低い部位の高さを検知する構成としてもよい。この場合、高さ検知装置４１は、上述した第１実施形態の高さ検知装置４１がバケット１３の枢軸３３の高さを算出するために使用した値に加えて、上記枢軸位置と、アーム１２に対するバケット１３の枢軸３３回りの回転角度と、バケット１３の形状データとに基づいて、バケット１３の最も低い部位の高さを検知する。

【0022】

また、上述した高さ検知装置４１はポテンショメータを用いる構成のものであるが、ポテンショメータを用いる構成に代えて或いは加えて、例えば、ロータリエンコーダを用いる構成、ブーム１１やアーム１２或いはバケット１３に取り付けた振動ジャイロ等の角度
センサを用いる構成、カメラ等にて撮像した画像を解析することによりバケット１３の高さを検知する構成等を採用してもよい。
（姿勢検知装置）
姿勢検知装置４２は、バケット１３の姿勢を検知する装置である。

【0023】

姿勢検知装置４２は、揺動体であるブーム１１及びアーム１２や、バケット１３に取り付けられたポテンショメータと、ポテンショメータの検知値に基づいてバケット１３の姿勢を算出する演算装置とを有している。
姿勢検知装置４２が有するポテンショメータは、ブーム１１の基端部と機体２のスイングブラケット８との間の第１横軸３１回りにおける回転角度（スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度）を検知するポテンショメータと、ブーム１１の先端部とアーム１２の基端部との間の第２横軸３２回りにおける回転角度（ブーム１１に対するアーム１２の回転角度）を検知するポテンショメータと、アーム１２の先端部とバケット１３の基端部との間の第３横軸（枢軸）３３回りにおける回転角度（アーム１２に対するバケット１３の回転角度）を検知するポテンショメータを含む。これらのポテンショメータは、高さ検知装置４１が有するポテンショメータと兼用することができるが、高さ検知装置４１が有するポテンショメータと別に設けてもよい。

【0024】

以下、姿勢検知装置４２の４つの実施形態（第１～第４実施形態）について説明する。
第１実施形態の姿勢検知装置４２は、バケット１３の姿勢として、バケット１３の先端１３ａの位置と、バケット１３の姿勢変更の動作支点となる枢軸３３の位置（枢軸位置）とを検知する（図２（ａ）参照）。
バケット１３の先端１３ａの位置は、バケット１３の先端１３ａの高さ（上下位置）だけでなく、当該先端１３ａの前後位置（機体２（厳密には第１横軸３１）から先端１３ａまでの水平距離）も含む。バケット１３の先端１３ａの高さは、第２実施形態の高さ検知装置４１により算出することができる。先端１３ａの前後位置は、スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度、ブーム１１に対するアーム１２の回転角度、及び、アーム１２に対するバケット１３の回転角度と、ブーム１１の長さ、アーム１２の長さ、バケット１３の形状データ（バケット１３の枢軸３３から先端１３ａまでの距離を含む）、及び、第１横軸３１と作業機１の走行装置４の底面との距離に基づいて算出することができる。

【0025】

枢軸位置は、第２実施形態の高さ検知装置４１により算出することができる。
第２実施形態の姿勢検知装置４２は、バケット１３の姿勢として、揺動体（アーム１２）とバケット１３の角度αを検知する（図２（ｂ）参照）。第２実施形態の姿勢検知装置４２は、揺動体（アーム１２）とバケット１３の角度αを検知する角度センサ４２ａを有する。この角度センサ４２ａは、上述した第２実施形態の高さ検知装置４１が有するポテンショメータを用いることができる。

【0026】

第３実施形態の姿勢検知装置４２は、バケット１３の姿勢として、バケット１３の湾曲部１３２ａの頂点１３ｂの位置とバケット１３の姿勢変更の動作支点となる枢軸３３の位置とを検知する（図２（ｃ）参照）。尚、湾曲部１３２ａの頂点１３ｂは、バケット１３の開口と反対側に最も膨出した点である。
湾曲部１３２ａの頂点１３ｂの位置は、頂点１３ｂの高さ（上下位置）だけでなく、当該頂点１３ｂの前後位置（機体２（厳密には第１横軸３１）から頂点１３ｂまでの水平距離）も含む。頂点１３ｂの上下位置及び前後位置は、スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度、ブーム１１に対するアーム１２の回転角度、及び、アーム１２に対するバケット１３の回転角度と、ブーム１１の長さ、アーム１２の長さ、バケット１３の形状データ（バケット１３の枢軸３３から頂点１３ｂまでの距離を含む）、及び、第１横軸３１と作業機１の走行装置４の底面との距離に基づいて算出することができる。

【0027】

第４実施形態の姿勢検知装置４２は、バケット１３の姿勢として、バケット１３の底面１３２の平面部１３２ｂの向きを検知する。言い換えれば、姿勢検知装置４２は、平面部１３２ｂの水平方向に対する傾斜の向き（角度）を検知する。姿勢検知装置４２は、少なくとも平面部１３２ｂが前方に向かうにつれて下方に移行する向きにあるか否かを検知す
る。平面部１３２ｂの向きは、スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度、ブーム１１に対するアーム１２の回転角度、アーム１２に対するバケット１３の回転角度、バケット１３の形状データに基づいて算出することができる。

【0028】

上述した第１～第４実施形態の姿勢検知装置４２はポテンショメータを用いる構成のものであるが、ポテンショメータを用いる構成に代えて或いは加えて、例えば、ロータリエンコーダを用いる構成、ブーム１１やアーム１２或いはバケット１３に取り付けた振動ジャイロ等の角度センサを用いる構成、カメラ等にて撮像した画像を解析することにより、バケット１３の姿勢を検知する構成等を採用してもよい。
（設定部）
設定部４３は、バケット１３による掘削の目標深さを設定する。

【0029】

目標深さは、例えば、掘削予定地の過去の施工データ（施工図面等）に基づいて設定することができる。過去の施工データは、例えば、埋設物（水道管、ガス管、電線、通信線等）の深さである。この場合、埋設物に到達しない深さが目標深さとして設定される。目標深さの設定は、掘削作業の開始前に行うことが好ましいが、掘削作業の途中で行ってもよい。例えば、埋設物が地表面より２ｍ以深の深さにあることが事前に分かっている場合、地表面から１ｍ程度の深さまで掘削した時点で目標深さを設定してもよい。

【0030】

図４に示すように、設定部４３は、例えば、運転席６の周辺の操作機器２９に配置されている。設定部４３は、例えば、タッチパネル、回転ダイヤル、押しボタン等の入力装置から構成される。なお、目標深さの設定は、オペレータが設定部４３を介して目標深さの数値を入力するようにしてもよく、オペレータが作業装置５を操作して設定したい深さまでバケット１３を移動させた状態で設定部４３を操作する（例えば、押しボタンを押す）ことにより、その時点のバケット１３の深さを目標深さとして設定するようにしてもよい。
（報知装置）
報知装置４５は、報知音を発生可能な装置である。

【0031】

報知装置４５は、作業機１の運転者に対して高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達したことを報知音により報知する。上記の目標深さに対応する高さは、例えば、高さ検知装置４１によるバケット１３の高さ検知部分とバケット１３の先端とのバケット１３を揺動させたときの相対位置を考慮し、バケット１３の揺動範囲が目標深さに達する高さに設定される。

【0032】

報知装置４５は、報知音を発生させる装置と、光により警告を行う回転灯等の発光装置やディスプレイ等に警告の表示を行う表示装置等とを組み合わせた装置であってもよい。（制御装置）
制御装置４４は、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達し、且つ、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にあるときに、バケット１３の下降動作を制限する制御を実行する装置である。バケット１３の下降動作とは、バケット１３の高さが下がる動作である。具体的には、ブーム１１の下げ動作とアーム１２のカキ動作・ダンプ動作を含み、バケット１３のカキ動作・ダンプ動作は含まない。

【0033】

制御装置４４は、ＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータから構成される。制御装置４４は、例えば、作業機１に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。上述したバケット１３の形状データや設定部４３により設定された掘削の目標深さは、制御装置４４の記憶部、或いは制御装置４４により読み出し可能な他の記憶部に記憶される。
制御装置４４は、高さ検知装置４１や姿勢検知装置４２からの検知信号を受けてバケット１３が掘削姿勢にあるか否かを判断する。

【0034】

制御装置４４は、姿勢検知装置４２が第１実施形態の姿勢検知装置である場合、バケット１３の先端１３ａが枢軸３３よりも前方に位置するとき（図２（ａ１）参照）、バケット１３が掘削姿勢にあると判断する。また、制御装置４４は、バケット１３の先端１３ａが、枢軸３３と前後方向に同じ位置か又は後方に位置するとき（図２（ａ２）参照）、バケット１３が掘削姿勢にない（非掘削姿勢である）と判断する。

【0035】

制御装置４４は、姿勢検知装置４２が第２実施形態の姿勢検知装置である場合、制御装置４４は、角度センサ４２ａにて検知された角度αが所定角度（例えば９０°）を超えるとき（図２（ｂ１）参照）、バケット１３が掘削姿勢にあると判断する。また、制御装置４４は、角度センサ４２ａにて検知された角度αが所定角度以下であるとき（図２（ｂ２）参照）、バケット１３が掘削姿勢にない（非掘削姿勢である）と判断する。

【0036】

制御装置４４は、姿勢検知装置４２が第３実施形態の姿勢検知装置である場合、バケット１３の底面の湾曲部１３２ａの頂点１３ｂが枢軸３３よりも上方に位置するとき（図２（ｃ１）参照）、バケット１３が掘削姿勢にあると判断する。また、制御装置４４は、バケット１３の底面の湾曲部１３２ａの頂点１３ｂが枢軸３３と上下方向に同じ位置か又は下方に位置するとき（図２（ｃ２）参照）、バケット１３が掘削姿勢にない（非掘削姿勢である）と判断する。

【0037】

制御装置４４は、姿勢検知装置４２が第４実施形態の姿勢検知装置である場合、制御装置４４は、バケット１３の底面１３２の平面部１３２ｂが前方に向かうにつれて下方に移行する向き（後傾姿勢）にあるとき（図２（ｄ１）参照）、バケット１３が掘削姿勢にあると判断する。また、制御装置４４は、平面部１３２ｂが前方に向かうにつれて上方に移行する向き（前傾姿勢）にあるとき、言い換えれば、平面部１３２ｂが水平よりカキの方向にあるとき（図２（ｄ２）参照）、バケット１３が掘削姿勢にない（非掘削姿勢である）と判断する。

【0038】

制御装置４４は、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが設定部４３により設定された目標深さに対応する高さに達し、且つ、バケット１３が掘削姿勢にあると判断したとき、バケット１３の下降動作を制限する。このとき、バケット１３の下降動作以外の動作（例えば、ブーム１１の上げ動作等）は制限されない。
バケット１３の下降動作の制限方法は、バケット１３の下降を直ちに停止させる方法（第１の制限方法）であってもよいし、バケット１３の下降速度を徐々に遅くしてから目標深さに対応する高さに達するまでに停止させる方法（第２の制限方法）であってもよい。

【0039】

制御装置４４は、第１の制限方法を採る場合、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達し、且つ、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にあると判断した場合、バケット１３の下降動作を制御するコントロールバルブ２８のストップバルブをオフ状態とすることにより、直ちにバケット１３の下降動作を停止する。

【0040】

制御装置４４は、第２の制限方法を採る場合、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達し、且つ、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にあると判断した場合、バケット１３の下降動作を制御するコントロールバルブ２８の比例バルブを絞っていく（作動油の供給量を減少していく）ことにより、バケット１３の下降速度を徐々に遅くしてから目標深さに対応する高さに達するまでに停止させる。この場合、バケット１３の下降が緩やかに停止するため、運転者が操作時に受ける違和感を低減することができる。

【0041】

制御装置４４は、バケット１３の下降動作が制限された後、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが予め設定された高さ（解除高さ）より高くなったとき（ブーム１１の上げ動作等により、バケット１３を解除高さより上昇させたとき）に制限を解除する。解除高さは、制御装置４４の記憶部、或いは制御装置４４により読み出し可能な他の記憶部に記憶される。解除高さは、目標深さと同じであってもよいし、目標深さよりも上方の高さであってもよい。制限が解除されることによって、バケット１３の下降動作を含むブーム１１、アーム１２及びバケット１３の全ての動作（ブーム１１の下げ動作及び上げ動作、アーム１２の下げ動作及び上げ動作、バケット１３のダンプ動作及びカキ（スクイ）動作）が可能となる。

【0042】

上述したように、制御装置４４は、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達し、且つ、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にあるときに、バケット１３の下降動作を制限する。これにより、バケット１３により目標深さを越えた掘削作業が進められることを防止できる。そのた
め、経験の浅い運転者であっても埋設物を傷付けることなく掘削作業を行うことが可能となる。

【0043】

一方、制御装置４４は、バケット１３が掘削姿勢にない（非掘削姿勢にある）と判断したときは、バケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達してもバケット１３の下降動作を制限しない。バケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達しているが、バケット１３が掘削姿勢にない（非掘削姿勢にある）とき、バケット１３は掘削以外の作業（非掘削作業）を行っている場合が多い。非掘削作業は、例えば、転圧、固め、均し、土寄せ等の作業である。

【0044】

制御装置４４が、バケット１３が掘削姿勢にないと判断したときはバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達してもバケット１３の下降動作を制限しないことにより、非掘削作業を行っているときにはバケット１３の下降動作が制限されず、非掘削作業を効率良く円滑に実行することができる。
また、制御装置４４は、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達し、且つ、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にあるときに、報知装置４５を作動して報知音を発生させる。これにより、作業機１の運転者は、バケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達したことを明確に把握することができる。そのため、運転者は、速やかにバケット１３を上昇させる操作を行ってバケット１３の下降動作の制限を解除することができる。

【0045】

作業機１は、制御装置４４による掘削深さ制限機能のオン状態とオフ状態とを切り換える切り換え装置を備えていてもよい。この場合、制御装置４４は、切り換え装置の切り換えによってオン状態となることにより掘削深さ制限制御を開始する。また、制御装置４４は、原動機２３の駆動に伴って掘削深さ制限制御を開始する構成であってもよい。
（掘削深さ制限システムの動作）
図３は、掘削深さ制限システム４０の処理動作を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理動作は、第１実施形態～第４実施形態の掘削深さ制限システム４０に共通である。

【0046】

まず、原動機２３の駆動或いは制御装置４４のオン状態への切り換えによって、制御装置４４による制御の実行が開始される（Ｓ１）。
高さ検知装置４１及び姿勢検知装置４２は、スイングブラケット８に対するブーム１１の回転角度、ブーム１１に対するアーム１２の回転角度、及び、アーム１２に対するバケット１３の回転角度と、ブーム１１の長さ、アーム１２の長さ、バケット１３の形状データ、及び、第１横軸３１と作業機１の走行装置４の底面との距離に基づいて、バケット１３の高さやバケット１３の姿勢を算出する（Ｓ２）。

【0047】

制御装置４４は、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが設定部４３により設定された目標深さに対応する高さに達したとき、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にあるか否かを判断し（Ｓ３）、掘削姿勢にあると判断した場合（Ｓ３、Ｙｅｓ）、バケット１３の下降動作を制限する（Ｓ４）。また、バケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達したことを報知音により報知する。

【0048】

一方、制御装置４４は、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達しているが、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にないと判断した場合（Ｓ３、Ｎｏ）、バケット１３の下降動作を制限しない（Ｓ５）。
また、制御装置４４は、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にあると判断したが、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達していない場合（Ｓ３、Ｎｏ）も、バケット１３の下降動作を制限しない（Ｓ５）。

【0049】

また、制御装置４４は、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが目標深さに対応する高さに達しておらず、姿勢検知装置４２により検知されたバケット１３の姿勢が掘削姿勢にないと判断した場合（Ｓ３、Ｎｏ）も、制御装置４４は、バケット１３の下降動作を制限しない（Ｓ５）。
また、図示していないが、上記Ｓ４の後、運転者がブーム１１の上げ動作をすることにより、高さ検知装置４１により検知されたバケット１３の高さが解除高さに達した場合、制御装置４４はバケット１３の下降動作の制限を解除する。

【0050】

上記Ｓ４、Ｓ５のいずれかのステップに制御処理が移行した後、あるいはＳ４に続いてバケット１３の下降動作の制限が解除された後、制御装置４４は、制御を終了する指令の有無を判定する（Ｓ６）。制御の終了指令を受信していない場合（Ｓ６、Ｎｏ）、上記Ｓ２に戻って制御を続行する（Ｓ２）。一方、制御の終了指令を受信した場合（Ｓ６、Ｙｅｓ）、制御装置４４は制御を終了する。
（変更例）
上記実施形態では、高さ検知装置４１及び姿勢検知装置４２がポテンショメータの検知値に基づいてバケット１３の高さや姿勢を算出する演算装置を備えている構成について説明したが、制御装置４４がポテンショメータの検知値に基づいてバケット１３の高さや姿勢を算出する演算装置を備えている構成としてもよい。

【0051】

また、上記実施形態では、制御装置４４の記憶部が掘削の目標深さを記憶する構成について説明したが、設定部４３が掘削の目標深さを記憶する記憶部を有する構成としてもよい。
以上、本発明について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0052】

１ 作業機
２ 機体
１１ 揺動体（ブーム）
１２ 揺動体（アーム）
１３ バケット
１３ａ バケットの先端
１３ｂ バケットの底面の湾曲部の頂点
１３２ｂ バケットの底面の平面部
３３ バケットの枢軸
４１ 高さ検知装置
４２ 姿勢検知装置
４２ａ 角度センサ
４３ 設定部
４４ 制御装置
４５ 報知装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】