JP2017218828A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】操作に対するアクチュエータの応答性とフロント制御機能を両立させる。【解決手段】パイロットライン５１ｂ１等に設けた比例電磁弁６１ｂ等を制御してフロント作業装置の動作を制限する制限指令値を演算するフロント制御装置を備えた作業機械において、パイロットライン５１ｂ１等における比例電磁弁６１ｂ等を迂回するバイパスライン８１Ｂ等と、バイパスライン８１Ｂ等に設けたバイパス弁８１ｂ等と、フロント制御装置の制御を入り切りする信号を出力するスイッチと、スイッチからの信号がフロント制御を入り状態とする入り信号か切り状態とする切り信号かを判定する入り切り判定装置と、切り信号であると判定された場合にバイパス弁を開く開指令信号を生成し、入り信号であると判定された場合にバイパス弁を閉じる閉指令信号を生成する開閉指令装置と、開指令信号又は閉指令信号を前記バイパス弁に出力する出力装置とを備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば領域制限掘削制御をするフロント制御装置を備えた作業機械に関する。

油圧ショベル等の作業機械では一般に複数の操作レバー装置を複合操作してフロント作業装置を動作させるが、所定領域内でフロント作業装置を動作させて掘削目標面を越えて掘削しないように巧みに操作レバー装置を操ることは不慣れな操作者には難度が高い。

近年、バケット位置等を基にフロント作業装置の動作を制限するフロント制御を実施する作業機械の活躍の場が広がりつつある。フロント制御が働くと、掘削目標面の下側を掘削しないようにフロント作業装置の動作が制限される。関連技術として、特許第３０９１６６７号公報には、操作レバー装置のパイロットラインに比例電磁弁を設け、フロント作業装置の速度が制限値を超えないように操作レバー装置から出力された油圧信号を比例電磁弁で減圧する技術が提唱されている。

特許第３０９１６６７号公報

例えば油圧ショベルでは、バケットを小刻みに振って土砂等の内容物を振り分けるいわゆるガラ振り作業時にレバー操作に対する応答性が要求される。法面の成型作業であるいわゆる土羽打ち作業でも、ブームを素早く上げ下げする作業について効率化のために応答性が要求される場合がある。しかし、特許第３０９１６６７号公報に記載された技術ではパイロットラインに比例電磁弁があるため、比例電磁弁の圧力損失に起因するレバー操作に対するアクチュエータの応答性の低下が懸念される。

本発明の目的は、操作に対するアクチュエータの応答性とフロント制御機能を両立させることができる作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、車体、前記車体に設けたフロント作業装置、前記フロント作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータ、前記フロント作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器、油圧ポンプ、パイロットポンプ、前記油圧ポンプから対応する油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する複数のコントロールバルブ、対応する油圧アクチュエータの動作を指示する油圧信号を操作に応じて生成する操作レバー装置、前記操作レバー装置及び対応するコントロールバルブの油圧駆動部を接続する複数のパイロットライン、前記複数のパイロットラインのうち少なくとも１つに設けた比例電磁弁、並びに前記姿勢検出器の検出信号を基に前記比例電磁弁を制御して前記フロント作業装置の動作を制限する制限指令値を演算するフロント制御装置を備えた作業機械において、前記パイロットラインにおける前記比例電磁弁の上流側及び下流側の部分を接続するバイパスラインと、前記バイパスラインに設けた開閉弁であるバイパス弁と、前記フロント制御装置の制御を入り切りする信号を出力するスイッチと、入力装置と、前記入力装置を介して入力された前記スイッチからの信号が前記フロント制御装置による制御を入り状態とする入り信号か切り状態とする切り信号かを判定する入り切り判定装置と、前記入り切り判定装置で前記スイッチから入力された信号が前記切り信号であると判定された場合に前記バイパス弁を開く開指令信号を生成し、前記入り信号であると判定された場合に前記バイパス弁を閉じる閉指令信号を生成する開閉指令装置と、前記開閉指令装置で生成した前記開指令信号又は閉指令信号を前記バイパス弁に出力する出力装置とを備える。

本発明によれば、操作に対するアクチュエータの応答性とフロント制御機能を両立させることができる。

本発明の第１実施形態に係る作業機械の外観を表す斜視図である。 図１に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置をコントローラユニットとともに示す図である。 図１に示した油圧ショベルに備えられたフロント制御用油圧ユニットの油圧回路図である。 図１に示した油圧ショベルに備えられたコントローラユニットの機能ブロック図である。 図１に示した油圧ショベルに備えられたバイパス弁制御装置の機能ブロック図である。 図５に示したバイパス弁制御装置によるバイパス弁の開閉制御の手順を表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る作業機械に備えられたバイパス弁制御装置の機能ブロック図である。 図７に示したバイパス弁制御装置に備えられた距離演算装置による作業装置の特定点と掘削目標面との距離の演算方法の説明図である。 図７に示したバイパス弁制御装置によるバイパス弁の開閉制御の手順を表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る作業機械に備えられたバイパス弁制御装置の他の例によるバイパス弁の開閉制御の説明図である。

以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
１−１ 作業機械
図１は本発明の第１実施形態に係る作業機械の外観を表す斜視図である。本実施形態ではフロント作業装置の先端のアタッチメントとしてバケット２３を装着した油圧ショベルを作業機械の例として説明する。但し、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルやブルドーザ等の他種の作業機械にも本発明は適用され得る。以降、運転席に着いた操作者から見て前側（図１中の左上側）、後側（同右下側）、左側（同左下側）、右側（同右上側）を油圧ショベルの前、後、左、右とし、それぞれ単に前側、後側、左側、右側と記載する。

同図に示した油圧ショベルは、車体１０及びフロント作業装置２０を備えている。車体１０は、走行体１１及び車体本体１２を備えている。

走行体１１は、本実施形態では無限軌道履帯を有する左右のクローラ（走行駆動体）１３を備えており、左右の走行モータ３５により左右のクローラ１３をそれぞれ駆動することで走行する。走行モータ３５には例えば油圧モータが用いられる。

車体本体１２は、走行体１１上に旋回装置（不図示）を介して旋回可能に設けた旋回体である。車体本体１２の前部（本実施形態では前部左側）には、操作者が搭乗する運転室１４が設けられている。車体本体１２における運転室１４の後側には、エンジンや油圧駆動装置等を収容した動力室１５が、最後部には機体の前後方向のバランスを調整するカウンタウェイト１６が搭載されている。車体本体１２を走行体１１に対して連結する旋回装置には旋回モータ３４（図２）が含まれており、旋回モータ３４によって走行体１１に対して車体本体１２が旋回駆動される。旋回モータ３４には例えば油圧モータが用いられる。

フロント作業装置２０は土砂の掘削等の作業を行なうための装置であり、車体本体１２の前部（本実施形態では運転室１４の右側）に設けられている。このフロント作業装置２０は、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３を備えた多関節型の作業装置である。ブーム２１は、左右に延びるピン（不図示）によって車体本体１２のフレームに連結され、またブームシリンダ３１によっても車体本体１２と連結されている。ブームシリンダ３１の伸縮に伴って車体本体１２に対してブーム２１が上下に回動する構成である。アーム２２は、左右に延びるピン（不図示）によってブーム２１の先端に連結され、またアームシリンダ３２によってもブーム２１と連結されている。アームシリンダ３２の伸縮に伴ってブーム２１に対してアーム２２が回動する構成である。バケット２３は、水平左右に延びるピン（不図示）によってアーム２２の先端に連結され、またバケットシリンダ３３によってもアーム２２と連結されている。バケットシリンダ３３の伸縮に伴ってアーム２２に対してバケット２３が回動する構成である。ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２及びバケットシリンダ３３はフロント作業装置２０を駆動する油圧シリンダである。

また、油圧ショベルには、位置や姿勢に関する情報を検出する検出器が適所に設けられている。例えば、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３の各回動支点にはそれぞれ角度検出器８ａ〜８ｃが設けられている。角度検出器８ａ〜８ｃは、フロント作業装置２０の位置と姿勢に関する情報を検出する姿勢検出器として用いられ、それぞれブーム２１、アーム２２及びバケット２３の回動角を検出する。その他、車体本体１２には、傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ（図４）、無線機９ｃ（図４）、油圧駆動装置３０（図２）、コントローラユニット１００（図４等）が備えられている。傾斜検出器８ｄは、車体本体１２の前後方向及び左右方向の少なくとも一方の傾斜を検出する車体本体１２の姿勢検出手段として用いられる。測位装置９ａ，９ｂには例えばＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite System）が用いられ、測位装置９ａ，９ｂによって車体１０の位置情報が取得される。無線機９ｃは、基準局ＧＮＳＳ（不図示）からの補正情報を受信するものである。測位装置９ａ，９ｂ及び無線機９ｃは車体本体１２の位置や向きを検出する手段である。更には、運転室１４内の操作パネル（不図示）や操作レバー装置５１〜５４（図２等）のいずれか１つのレバー部には、フロント制御装置１２０の制御を入り切りするスイッチ７（図３参照）が設けられている。油圧駆動装置３０やコントローラユニット１００については次に説明する。

１−２ 油圧駆動装置
図２は図１に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置をコントローラユニットとともに示す図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

油圧駆動装置３０は、油圧ショベルの被駆動部材を駆動する装置であって動力室１５に収容されている。被駆動部材には、フロント作業装置２０（ブーム２１、アーム２２及びバケット２３）並びに車体１０（クローラ１３及び車体本体１２）が含まれる。この油圧駆動装置３０は、油圧アクチュエータ３１〜３４、油圧ポンプ３６、コントロールバルブ４１〜４４、パイロットポンプ３７、操作レバー装置５１〜５４、フロント制御用油圧ユニット６０等を含んでいる。

１−２．１ 油圧アクチュエータ
油圧アクチュエータ３１〜３４は、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３及び旋回モータ３４の総称である。走行モータ３５は図２では図示省略してある。ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３及び旋回モータ３４のうち複数を挙げる場合に、「油圧アクチュエータ３１〜３４」、「油圧アクチュエータ３１，３２」等と総称で記載する場合がある。油圧アクチュエータ３１〜３５は、油圧ポンプ３６から吐出される作動油により駆動される。

１−２．２ 油圧ポンプ
油圧ポンプ３６は油圧アクチュエータ３１〜３４等の駆動源となる可変容量型ポンプであり、原動機１７により駆動される。本実施形態における原動機１７は内燃機関等の燃焼エネルギーを動力に変換するエンジンである。図２では油圧ポンプ３６を１個のみ図示しているが、複数個設けられる場合もある。油圧ポンプ３６から吐出された作動油は吐出配管３６ａを流れ、コントロールバルブ４１〜４４を経由してそれぞれ油圧アクチュエータ３１〜３４に供給される。油圧アクチュエータ３１〜３４からの各戻り油は、それぞれコントロールバルブ４１〜４４を介して戻り油配管３６ｂに流れ込んでタンク３８に戻される。吐出配管３６ａには、吐出配管３６ａの最高圧力を規制するリリーフ弁（不図示）が設けられている。図２では図示していないが走行モータ３５も同様の回路構成で駆動される。走行体１１の前後の少なくとも一方に排土板を設けた場合、ブレーカ等のアクチュエータを持つアタッチメントをバケット２３に代えてフロント作業装置２０に装着した場合には、排土板やアタッチメントの油圧アクチュエータも同様の回路構成で駆動される。

１−２．３ コントロールバルブ
コントロールバルブ４１〜４４のうち、コントロールバルブ４１はブームシリンダ用、コントロールバルブ４２はアームシリンダ用、コントロールバルブ４３はバケットシリンダ用、コントロールバルブ４４は旋回モータ用である。走行モータ用のコントロールバルブは図示省略してある。コントロールバルブ４１〜４４は油圧ポンプ３６から対応する油圧アクチュエータに供給される作動油の流れ（方向及び流量）を制御する油圧駆動式の流量制御弁であり、それぞれ油圧信号が入力される油圧駆動部４５，４６を備えている。コントロールバルブ４１〜４４は油圧駆動部４５又は４６に油圧信号が入力されると図中で左行又は右行し、油圧信号の入力が停止されるとバネの力で中立位置に復帰する構成である。例えばブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５に油圧信号が入力されると、図２においてコントロールバルブ４１のスプールが油圧信号の大きさに応じた距離だけ右行する。これにより、油圧信号に応じた流量でブームシリンダ３１のボトム側油室に油圧ポンプ３６からの作動油が供給され、油圧信号の大きさに応じた速度でブームシリンダ３１が伸長しブーム２１が上がる。

１−２．４ パイロットポンプ
パイロットポンプ３７はコントロールバルブ４１〜４４等の制御弁の駆動源となる固定容量型ポンプであり、油圧ポンプ３６と同じく原動機１７により駆動される。このパイロットポンプ３７の吐出配管であるポンプライン３７ａはロック弁３９を通った後、複数に分岐して操作レバー装置５１〜５４及びフロント制御用油圧ユニット６０の各弁に接続している。

なお、ロック弁３９は本例では電磁切換弁であり、その電磁駆動部は運転室１４（図１）に配置されたゲートロックレバー（不図示）の位置検出器と電気的に接続している。ゲートロックレバーは寝かせた閉鎖姿勢で操作者の降車を妨げるように運転席の乗降側に設置されたバーであり、降車するにはゲートロックレバーを引き上げて運転席に対する乗降部を開放しなければならないようになっている。ゲートロックレバーのポジションとして、寝かせた姿勢を操作系の「ロック解除位置」、引き上げた姿勢を操作系の「ロック位置」と記載する。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され、位置検出器からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン３７ａが遮断され、ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン３７ａが開通する。ポンプライン３７ａが遮断された状態では、操作レバー装置５１〜５４の元圧が断たれるので、操作の有無に関わらずコントロールバルブ４１〜４４には油圧信号が入力されなくなる。つまり操作レバー装置５１〜５４による操作が無効化され、旋回や掘削等の動作が禁止される。

１−２．５ 操作レバー装置
操作レバー装置５１〜５４は、それぞれ対応する油圧アクチュエータ３１〜３４の動作を指示する油圧信号を操作に応じて生成し出力するレバー操作式の操作装置であり、運転室１４（図１）に備えられている。操作レバー装置５１〜５４のうち、操作レバー装置５１はブーム操作用、操作レバー装置５２はアーム操作用、操作レバー装置５３はバケット操作用、操作レバー装置５４は旋回操作用である。油圧ショベルの場合、一般に操作レバー装置５１〜５４は十字操作式のレバー装置であり、前後方向への傾倒操作で１つの油圧アクチュエータの動作を、左右方向への傾倒操作で別の油圧アクチュエータの動作を指示できる構成となっている。従って、４つの操作レバー装置５１〜５４は２つずつ２つのグループに区分され、各グループで１本のレバー部を共用する。従って、操作レバー装置５１〜５４のレバー部は右手操作用と左手操作用の合計２本であり、前述したスイッチ７をレバー部に設ける場合、２本のレバー部のうちの少なくとも一方に設けることになる。走行用の操作レバー装置は図示省略してある。

ブーム操作用の操作レバー装置５１は、ブーム上げ指令用の信号出力弁５１ａ及びブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂを備えている。信号出力弁５１ａ，５１ｂの入力ポート（一次側ポート）にはポンプライン３７ａが接続している。ブーム上げ指令用の信号出力弁５１ａの出力ポート（二次側ポート）はパイロットライン５１ａ１，５１ａ２を介してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５に接続している。ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂの出力ポートはパイロットライン５１ｂ１を介してコントロールバルブ４１の油圧駆動部４６に接続している。例えば操作レバー装置５１をブーム上げ指令側に倒すと信号出力弁５１ａが操作量に応じた開度で開く。これによりポンプライン３７ａから入力されたパイロットポンプ３７の吐出油が、信号出力弁５１ａで操作量に応じて減圧されてコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５に対する油圧信号として出力される。なお、パイロットライン５１ａ１，５１ｂ１にはそれぞれ圧力検出器６ａ，６ｂが設けられており、信号出力弁５１ａ，５１ｂが出力する圧力信号の大きさ（圧力値）が圧力検出器６ａ，６ｂで検出されるようになっている。

同様に、アーム操作用の操作レバー装置５２は、アームクラウド指令用の信号出力弁５２ａ及びアームダンプ指令用の信号出力弁５２ｂを備えている。バケット操作用の操作レバー装置５３は、バケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａ及びバケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂを備えている。旋回操作用の操作レバー装置５４は、右旋回指令用の信号出力弁５４ａ及び左旋回指令用の信号出力弁５４ｂを備えている。信号出力弁５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂの入力ポートは、ポンプライン３７ａに接続している。アーム操作用の操作レバー装置５２の信号出力弁５２ａ，５２ｂの出力ポートは、それぞれパイロットライン５２ａ１，５２ｂ１を介してアームシリンダ用のコントロールバルブ４２の油圧駆動部４５，４６に接続している。バケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａの出力ポートは、パイロットライン５３ａ１，５３ａ２を介してバケットシリンダ用のコントロールバルブ４３の油圧駆動部４５に接続している。バケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂの出力ポートは、パイロットライン５３ｂ１，５３ｂ２を介してコントロールバルブ４３の油圧駆動部４６に接続している。旋回操作用の操作レバー装置５４の信号出力弁５４ａ，５４ｂの出力ポートは、それぞれパイロットライン５４ａ１，５４ｂ１を介して旋回モータ用のコントロールバルブ４４の油圧駆動部４５，４６に接続している。操作レバー装置５２〜５４の油圧信号の出力原理はブーム操作用の操作レバー装置５１と同様である。

なお、本実施形態においては、パイロットライン５１ａ２，５１ｂ１，５２ａ１，５２ｂ１，５３ａ２，５３ｂ２，５４ａ１，５４ｂ１の途中にシャトルブロック４７が設けられている。操作レバー装置５１〜５４から出力された油圧信号が、このシャトルブロック４７を介して油圧ポンプ３６のレギュレータ４８にも入力されるようになっている。シャトルブロック４７の詳細構成は省略するが、油圧信号がシャトルブロック４７を介してレギュレータ４８に入力されることにより、油圧ポンプ３６の吐出流量が油圧信号に応じて制御されるようになっている。

１−２．６ フロント制御用油圧ユニット
フロント制御用油圧ユニット６０は、操作レバー装置５１〜５３から出力される油圧信号を状況に応じて増減圧し、フロント作業装置２０が掘削目標面を越えて掘削等しないようにするためのハードウェアである。フロント制御用油圧ユニット６０はコントローラユニット１００からの信号で駆動される。

図３はフロント制御用油圧ユニットの油圧回路図である。同図において他図面と同符号を付した要素は、他図面で図示された要素と同様の要素である。フロント制御用油圧ユニット６０は、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ、増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂ、遮断弁７０、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ及びシャトル弁９１〜９３を備えている。

・シャトル弁
シャトル弁９１〜９３は高圧選択弁であり、それぞれ２つの入口ポートと１つの出口ポートとを備えている。シャトル弁９１の一方の入口ポートはパイロットライン５１ａ１を介してブーム上げ指令用の信号出力弁５１ａに、他方の入口ポートは信号出力弁を介さずポンプライン３７ａを介してパイロットポンプ３７に接続している。シャトル弁９１の出口ポートは、パイロットライン５１ａ２を介してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５（ブーム上げ側）に接続している。シャトル弁９２の一方の入口ポートはパイロットライン５３ａ１を介してバケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａに、他方の入口ポートは信号出力弁を介さずポンプライン３７ａを介してパイロットポンプ３７に接続している。シャトル弁９２の出口ポートは、パイロットライン５３ａ２を介してバケットシリンダ用のコントロールバルブ４３の油圧駆動部４５（バケットクラウド側）に接続している。シャトル弁９３の一方の入口ポートはパイロットライン５３ｂ１を介してバケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂに、他方の入口ポートは信号出力弁を介さずポンプライン３７ａを介してパイロットポンプ３７に接続している。シャトル弁９３の出口ポートは、パイロットライン５３ｂ２を介してバケットシリンダ用のコントロールバルブ４３の油圧駆動部４６（バケットダンプ側）に接続している。

・減圧用比例電磁弁
比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂはノーマルオープンタイプの比例弁であり、消磁されると最大開度となり、コントローラユニット１００からの信号により励磁されると信号の大きさに比例して開度を低下させる（閉じてゆく）。これらはいずれも対応する信号出力弁のパイロットラインに設けられており、掘削目標面よりも下側を掘削することを抑制するために、対応する信号出力弁から出力された油圧信号の最大値をコントローラユニット１００からの信号に従って制限する役割を果たす。

具体的には、比例電磁弁６１ｂは、ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂのパイロットライン５１ｂ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６１ｂに従ってブーム下げ指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６２ａはアームクラウド指令用の信号出力弁５２ａのパイロットライン５２ａ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６２ａに従ってアームクラウド指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６２ｂはアームダンプ指令用の信号出力弁５２ｂのパイロットライン５２ｂ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６２ｂに従ってアームダンプ指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６３ａはバケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａのパイロットライン５３ａ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６３ａに従ってバケットクラウド指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６３ｂはバケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂのパイロットライン５３ｂ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６３ｂに従ってバケットダンプ指令用の油圧信号の最大値を制限する。

・増圧用比例電磁弁
比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂはノーマルクローズタイプの比例弁であり、消磁されると最小開度（ゼロ開度）となり、コントローラユニット１００からの信号により励磁されると信号の大きさに比例して開度を上昇させる（開いてゆく）。これらはいずれもシャトル弁に繋がるポンプライン３７ａに設けられており、操作レバー装置をバイパスして操作レバー装置の操作に依存しない油圧信号をコントローラユニット１００の信号に従って出力する役割を果たす。比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂからシャトル弁９１〜９３の他方側の入口ポートに入力される油圧信号は、シャトル弁９１〜９３の一方側の入口ポートに入力される操作レバー装置５１，５３からの油圧信号に干渉する。操作レバー装置５１，５３から出力される油圧信号よりも高圧の油圧信号を出力し得る点で、本願明細書では比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂを増圧用の比例電磁弁と称する。

具体的には、比例電磁弁７１ａはシャトル弁９１に繋がるポンプライン３７ａ上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ７１ａに従ってブーム自動上げ動作用の油圧信号を出力する。仮にブーム下げ操作が行われていても、コントロールバルブ４１の油圧駆動部４５に入力される油圧信号よりも比例電磁弁７１ａから油圧駆動部４６に入力される油圧信号が大きければ、強制的にブーム上げ動作が行われる。この比例電磁弁７１ａは、掘削目標面より下側を掘削している際等に機能する。

比例電磁弁７３ａはシャトル弁９２に繋がるポンプライン３７ａ上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ７３ａに従ってバケットクラウド動作を指令する油圧信号を出力する。比例電磁弁７３ｂはシャトル弁９３に繋がるポンプライン３７ａ上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ７３ｂに従ってバケットダンプ動作を指令する油圧信号を出力する。比例電磁弁７３ａ，７３ｂの出力する油圧信号はバケット２３の姿勢を補正する信号である。これら油圧信号がシャトル弁９２，９３で選択されてコントロールバルブ４３に入力されることで、掘削目標面に対して一定の角度となるようにバケット２３の姿勢が補正される。

・遮断弁
遮断弁７０はノーマルクローズタイプの電磁駆動式の開閉弁（電磁切換弁）であり、消磁されると全閉し（ゼロ開度となり）、コントローラユニット１００からの信号を受けて励磁されると開く。この遮断弁７０はポンプライン３７ａにおけるシャトル弁９１〜９３に繋がる支流の分岐部とロック弁３９（図２）との間に設けられている。コントローラユニット１００からの指令信号により遮断弁７０が閉じると、操作レバー装置５１，５３の操作によらない油圧信号の生成、出力が禁止される。

・バイパス弁
バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂはノーマルオープンタイプの電磁駆動式の開閉弁（電磁切換弁）であり、消磁されると全開状態となり、コントローラユニット１００からの信号を受けて励磁されると全閉する（ゼロ開度となる）。本実施形態では、これらは遮断弁７０と信号線を共用しているので開閉状態が遮断弁７０と逆になる。バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂは、それぞれ減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂと並列回路を構成するように設けられている。例えばブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂのパイロットライン５１ｂ１には比例電磁弁６１ｂの上流側及び下流側の部分を接続して比例電磁弁６１をバイパスするバイパスライン８１Ｂが接続されている。バイパス弁８１ｂはこのバイパスライン８１Ｂに設けられている。

同様にアームクラウド指令用の信号出力弁５２ａのパイロットライン５２ａ１には比例電磁弁６２ａをバイパスするバイパスライン８２Ａが接続されていて、このバイパスライン８２Ａにバイパス弁８２ａが設けられている。アームダンプ指令用の信号出力弁５２ｂのパイロットライン５２ｂ１には比例電磁弁６２ｂをバイパスするバイパスライン８２Ｂが接続されていて、このバイパスライン８２Ｂにバイパス弁８２ｂが設けられている。バイパス弁８３ａを設けたバイパスライン８３Ａは、比例電磁弁６３ａを迂回してバケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａのパイロットライン５３ａ１，５３ａ２を連絡している。バイパス弁８３ｂを設けたバイパスライン８３Ｂは、比例電磁弁６３ｂを迂回してバケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂのパイロットライン５３ｂ１，５３ｂ２を連絡している。

１−２．７ コントローラユニット
図４はコントローラユニットの機能ブロック図である。同図に示したように、コントローラユニット１００は、入力装置１１０、フロント制御装置１２０、バイパス弁制御装置１３０及び出力装置１７０等の機能部を備えている。以下、各機能部について説明する。

・入力装置／出力装置
入力装置１１０はセンサ類等からの信号を入力する機能部である。この入力装置１１０には、圧力検出器６ａ，６ｂ、スイッチ７、角度検出器８ａ〜８ｃ、傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ、無線機９ｃ等からの信号が入力される。

出力装置１７０は、フロント制御装置１２０及びバイパス弁制御装置１３０で生成された指令信号をフロント制御用油圧ユニット６０に出力し、対応する弁を制御する機能部である。制御対象となり得る弁は、比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，７１ａ，７３ａ，７３ｂ、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ及び遮断弁７０である。

・フロント制御装置
フロント制御装置１２０は、角度検出器８ａ〜８ｃ及び傾斜検出器８ｄの信号を基に、掘削目標面を越えて（掘削目標面の下側を）掘削しないようにフロント作業装置２０の動作を制限する制限指令値を演算する機能部である。フロント制御とは、掘削目標面とバケット２３の特定点との距離や油圧アクチュエータ３１〜３３の伸縮速度等によってフロント制御用油圧ユニット６０を制御する制御の総称である。例えば、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂのうちの少なくとも１つを制御し、掘削目標面近傍で油圧アクチュエータ３１〜３３のうちの少なくとも１つの動作を減速させる制御もフロント制御の１つである。増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂのうちの少なくとも１つを制御し、掘削目標面の下側を掘削してしまっている場面で強制的にブーム上げ動作をするブーム自動上げ制御や、バケット２３の角度を一定に保ったりする制御もフロント制御に含まれる。その他いわゆるブーム下げ停止制御やバケット増圧制御等も含まれる。また、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂのうちの少なくとも１つと、増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂのうちの少なくとも１つとを複合的に制御するものもフロント制御に含まれる。更には、本願明細書では、フロント作業装置２０の描く軌跡を一定の軌跡に制御するいわゆる軌跡制御もフロント制御の１つとする。フロント制御装置１２０の詳細については説明を省略するが、このフロント制御装置１２０には、例えば特開平８−３３３７６８号公報や特開２０１６−００３４４２号公報等の公知技術が適宜適用できる。

・バイパス弁制装置
図５はバイパス弁制御装置の機能ブロック図である。同図に示したように、バイパス弁制御装置１３０は、入り切り判定装置１３１及び開閉指令装置１３７を備えている。

入り切り判定装置１３１は、入力装置１１０を介して入力されたスイッチ７からの信号がフロント制御装置１２０による制御を入り状態とする入り信号か切り状態とする切り信号かを判定する機能部である。

開閉指令装置１３７はバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂを開く開指令信号、及び閉じる閉指令信号を選択的に生成する機能部である。具体的には、スイッチ７から入力された信号が切り信号であると入り切り判定装置１３１で判定された場合、開閉指令装置１３７で開指令信号が生成される。反対に、スイッチ７から入力された信号が入り信号であると入り切り判定装置１３１で判定された場合、開閉指令装置１３７で閉指令信号が生成される。

なお、本実施形態ではバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂと遮断弁７０の開閉状態が逆の関係であり、バイパス弁８１ｂ等をノーマルオープンタイプ、遮断弁７０をノーマルクローズタイプとしている。これにより、バイパス弁８１ｂ等と遮断弁７０の信号線を共用することで、遮断弁７０を閉じる信号として上記開指令信号を、遮断弁７０を開く信号として上記閉指令信号を兼用している。バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂはノーマルオープンタイプの電磁弁であるため、開指令は消磁、閉指令は励磁ということになる。従って、バイパス弁制御装置１３０で閉指令信号が生成された場合には、出力装置１７０を介してバイパス弁８１ｂ等の電磁駆動部に励磁電流が出力され、開指令信号が生成された場合には、励磁電流の出力が停止される。本実施形態では、こうした電磁駆動部の励磁及び消磁を、出力装置１７０からの閉指令信号及び開指令信号の出力と扱う。

１−３ 動作
図６はバイパス弁制御装置によるバイパス弁の開閉制御の手順を表すフローチャートである。運転中、バイパス弁制御装置１３０は図６の手順を所定の処理サイクル（例えば０．１ｓ）で繰り返し実行している。まず、入力装置１１０を介してスイッチ７の信号を入力し（ステップＳ１０１）、それが入り信号であるか切り信号であるかを入り切り判定装置１３１で判定する（ステップＳ１０２）。スイッチ７の信号が切り信号であれば、バイパス弁制御装置１３０は開閉指令装置１３７で開指令信号を生成し、出力装置１７０を介して開指令信号を出力することでバイパスライン８１Ｂ等を開通させ、図６の手順を終了する（ステップＳ１０３）。スイッチ７の信号が入り信号であれば、バイパス弁制御装置１３０は開閉指令装置１３７で閉指令信号を生成し、出力装置１７０を介して閉指令信号を出力することでバイパスライン８１Ｂ等を遮断し、図６の手順を終了する（ステップＳ１０４）。図６の手順により、スイッチ７を操作してフロント制御の機能を入り状態にするとバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂが閉じ、バイパスライン８１Ｂ，８２Ａ，８２Ｂ，８３Ａ，８３Ｂが遮断される。反対に、スイッチ７を操作してフロント制御の機能を切り状態にするとバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂが開き、バイパスライン８１Ｂ，８２Ａ，８２Ｂ，８３Ａ，８３Ｂが開通する。

１−３．１ フロント制御の有効時
例えば操作レバー装置５１でブーム下げ操作が行われた場合、ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂが操作量に応じて開き、パイロットライン５１ｂ１を介してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４６に油圧信号が入力される。これによりブームシリンダ３１が収縮し、ブーム下げ動作が実行される。フロント制御の機能が入り状態の場合、バケット２３の掘削目標面との距離や下降速度によっては、フロント制御装置１２０から出力される制限指令値により比例電磁弁６１ｂの開度が抑えられ、油圧信号の最大値が制限される。比例電磁弁６１ｂの開度で規定される制限値を超えている場合、油圧信号はパイロットライン５１ｂ１を流通する過程で比例電磁弁６１ｂにより制限値に減圧される。その結果、操作量に応じた本来の速度よりもブーム下げ動作が減速され、掘削目標面よりも下側にバケット２３が進入することが抑制される。フロント制御の機能が入り状態の場合はバイパスライン８１Ｂが遮断されているので、信号出力弁５１ｂから出力される圧力信号の全量が迂回することなく比例電磁弁６１ｂを通過し、バイパスライン８１Ｂを省略した場合と同様のフロント制御機能が働く。

減圧用の比例電磁弁と並列にバイパス弁を設けた他のパイロットラインに圧力信号を出力する操作（アームクラウド、アームダンプ、バケットクラウド、バケットダンプの各操作）についても同様である。

１−３．２ フロント制御の無効時
例えば操作レバー装置５１でブーム下げ操作が行われた場合、ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂが操作量に応じて開く。フロント制御機能が切り状態の場合、バケット２３の位置等によらず比例電磁弁６１ｂは最大開度となるが、バイパスライン８１Ｂが開通しているので信号出力弁５１ｂから出力される圧力信号はパイロットライン５１ｂ１及びバイパスライン８１Ｂに分流する。パイロットライン５１ｂ１及びバイパスライン８１Ｂを流れる油圧信号が、その後合流してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４６に入力される。

減圧用の比例電磁弁と並列にバイパス弁を設けた他のパイロットラインに圧力信号を出力する操作（アームクラウド、アームダンプ、バケットクラウド、バケットダンプの各操作）についても同様である。

１−４ 効果
フロント制御機能を搭載しない油圧ショベル（ここでは便宜的に「標準機」と記載する）と比較して、本実施形態の作業機械では比例電磁弁６１ｂ等の圧力損失の分だけパイロットラインを流れる油圧信号の損失が増す。従って、フロント制御の機能をオフにした際、比例電磁弁６１ｂ等の開度こそ最大開度となるが、比例電磁弁６１ｂ等の圧力損失が油圧信号に作用し、操作レバー装置５１〜５３の操作に対する油圧アクチュエータ３１〜３３の動作の応答性が標準機より低下する。

そこで本実施形態においては、比例電磁弁６１ｂ等を迂回するバイパスライン８１Ｂ等及びこれらを開閉するバイパス弁８１ｂ等を設け、フロント制御の機能が切り状態の時にはバイパスライン８１Ｂ等が開通するように構成した。フロント制御の機能が切り状態の場合、バイパス弁８１ｂが開くことで油圧信号の流路の合計開口面積がバイパス弁８１ｂ等の開口面積分だけ増加する。これにより比例電磁弁６１ｂ等の圧力損失が及ぼす油圧信号への影響を抑制することができ、フロント制御用の比例電磁弁６１ｂ等を備えながら、バイパス弁８１ｂ等を開通させることで標準機と同等又はそれに近い応答性を確保することができる。よって、操作レバー装置５１〜５３の操作に対する油圧アクチュエータ３１〜３３の動作の応答性とフロント制御機能を両立させることができる。

また、バイパスライン８１Ｂ等の開通時には油圧信号の損失が軽減されるので、フロント制御機能を搭載した油圧ショベルのエネルギー効率の向上にも貢献し得る。

加えて、操作レバー装置５１〜５４のいずれかのレバー部にスイッチ７が設けられているので、運転席１４から状況を確認しつつフロント作業装置２０の操作をしながらバイパス弁８１ｂ等の開閉動作を容易に切り換え操作することができる。

（第２実施形態）
本実施形態が第１実施形態と相違する点は、フロント制御機能が入り状態でもフロント作業装置２０が掘削目標面から一定距離離れている場合にバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂが自動的に開くように構成した点である。この制御を実現するために、本実施形態ではバイパス弁制御装置に変更が加えられている。本実施形態のバイパス弁制御装置について次に説明する。

２−１ バイパス弁制御装置
図７は本発明の第２実施形態に係る作業機械に備えられたバイパス弁制御装置の機能ブロック図である。図７において既出の要素には既出図面と同符号を付して説明を省略する。図７に示したバイパス弁制御装置１３０Ａは、入り切り判定装置１３１及び開閉指令装置１３７に加え、記憶装置１３２、距離演算装置１３３、距離判定装置１３４、速度演算装置１３５及び速度判定装置１３６を備えている。また、開閉指令装置１３７には自動開閉指令装置１３８が含まれている。

・記憶装置
記憶装置１３２は各種情報を記憶する機能部であり、設定距離記憶装置１４１、設定速度記憶装置１４２、掘削目標面記憶装置１４３及び機体寸法記憶装置１４４を含んでいる。設定距離記憶装置１４１は、フロント作業装置２０の特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄについて予め定めた設定距離Ｄ０（＞０）を記憶した記憶領域である。設定速度記憶装置１４２は、特定の油圧アクチュエータ（例えばブームシリンダ３１）の動作速度Ｖについて予め定めた設定速度Ｖ０（＞０）を記憶した記憶領域である。掘削目標面記憶装置１４３は、掘削目標面Ｓを記憶した記憶領域である。掘削目標面Ｓは、油圧ショベルで掘削形成する（造形する）目標地形であり、車体本体１２を基準とする座標系で手動設定したものが記憶される場合もあるし、地球座標系の三次元位置情報で予め記憶されている場合もある。掘削目標面Ｓの三次元位置情報は、掘削目標面Ｓをポリゴンで表した地形データに位置データを付した情報であり、予め作成されたものである。機体寸法記憶装置１４４は、フロント作業装置２０及び車体本体１２の各部寸法が記憶した記憶領域である。

・距離演算装置
距離演算装置１３３は、入力装置１１０を介して入力された角度検出器８ａ〜８ｃの検出信号を基にフロント作業装置２０の特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄを演算する機能部である。距離Ｄの演算の例については後で説明する。

・距離判定装置
距離判定装置１３４は、距離演算装置１３３で演算された特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄが設定距離記憶装置１４１から読み出した設定距離Ｄ０よりも大きいか否かを判定する機能部である。

・速度演算装置
速度演算装置１３５は、入力装置１１０を介して入力された圧力検出器６ａ，６ｂの信号を基に特定の油圧アクチュエータ、本例ではブームシリンダ３１の動作速度Ｖ（伸縮速度）を演算する機能部である。例えば、速度演算装置１３５には、ブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の流量特性（流通させる作動油の流量と開度の関係等）を記憶した記憶部が含まれている。コントロールバルブ４１の開度は圧力検出器６ａ，６ｂで検出されたコントロールバルブ４１への油圧信号の大きさと対応する関係にある。このことに基づき、コントロールバルブ４１の流量特性と圧力検出器６ａ，６ｂの信号とを基にブームシリンダ３１の動作速度Ｖが速度演算装置１３５で演算される。なお、速度演算装置１３５では、圧力検出器６ａ，６ｂの信号のうち大きい方を選択して演算の基礎としてブームシリンダ３１の動作速度を演算する。どちらの信号を演算の基礎としたかにより、演算される動作速度Ｖが、ブームシリンダ３１の伸長速度であるのか収縮速度であるのかが区別される。言うまでもないが、例えばブーム下げ指令用の圧力信号を検出する圧力検出器６ｂの信号を基に演算された動作速度Ｖは、ブーム下げ動作に対応するブームシリンダ３１の収縮速度である。そして、ブームシリンダ３１の収縮方向を動作速度Ｖの正方向にとり、伸長速度は負の速度として扱う。

・速度判定装置
速度判定装置１３６は、速度演算装置１３５で演算されたブームシリンダ３１の動作速度Ｖが設定速度記憶装置１４２から読み出した設定速度Ｖ０よりも大きいか否かを判定する機能部である。

・開閉指令装置
本実施形態の開閉指令装置１３７に含まれる自動開閉指令装置１３８は、フロント制御機能が入り状態でも一定条件下で開指令信号を生成する機能部である。自動開閉指令装置１３８が開指令信号を生成する条件は次の３つである。
（第１条件）スイッチ７の信号が入り信号であること；
（第２条件）距離判定装置１３４から入力される判定信号が特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄが設定距離Ｄ０より大きいとの判定結果を表す信号であること；
（第３条件）速度判定装置１３６から入力される判定信号が特定の油圧アクチュエータ（本例ではブームシリンダ３１）の動作速度Ｖが設定速度Ｖ１より小さいとの判定結果を表す信号であること：
第１条件を満たすことで開閉指令装置１３７において自動開閉指令装置１３８の機能が入り状態となり、自動開閉指令装置１３８の処理が実行される。その上で第２条件及び第３条件が満たされると、自動開閉指令装置１３８で開指令信号が生成される。要するに、自動開閉指令装置１３８による処理と合わせて、開閉指令装置１３７では、第１〜第３の条件が同時に満たされる場合及びフロント制御の機能が切り状態である場合に開指令信号が生成され、それ以外の場合には閉指令信号が生成される。

その他のハードウェアについては、本実施形態の作業機械は第１実施形態の作業機械と同様の構成である。

２−２ 特定点と掘削目標面との距離の演算例
図８は距離演算装置による作業装置の特定点と掘削目標面との距離の演算方法の説明図である。図８ではフロント作業装置２０の動作平面（ブーム２１等の回動軸に直交する平面）を直交方向（ブーム２１等の回動軸の延在方向）から見ている。油圧アクチュエータ３１〜３３については繁雑防止のため図示省略してある。

図８において特定点Ｐはバケット２３の先端（爪先）の位置に設定してある。特定点Ｐは代表的にはバケット２３の先端に設定されるが、フロント作業装置２０における他部位に設定しても良い。距離演算装置１３３には、角度検出器８ａ〜８ｃが入力装置１１０を介して入力され、掘削目標面記憶装置１４３から掘削目標面Ｓの情報が入力される。その他、地球座標系で距離Ｄを演算する場合には、傾斜検出器８ｄの検出信号、測位装置９ａ，９ｂによって取得された車体１０の位置情報、及び無線機９ｃで受信された補正情報も入力装置１１０を介して距離演算装置１３３に入力される。地球座標系で距離Ｄを求める場合、距離演算装置１３３では、測位装置９ａ，９ｂの位置情報を補正情報で補正して車体１０の位置や向きを演算し、傾斜検出器８ｄの信号により車体１０の傾斜を演算する。

掘削目標面Ｓはフロント作業装置２０の動作平面との交線で定義され、車体１０の位置、向き、傾斜等の情報と合わせて地球座標系で掘削目標面Ｓと車体１０との位置関係が把握される。掘削目標面Ｓから上側の領域が、特定点Ｐの移動が是とされる掘削領域として規定される。掘削目標面Ｓは、例えば油圧ショベルを基準とするＸＹ座標系における少なくとも１本の直線式で一旦規定される。ＸＹ座標系は例えばブーム２１の回動支点を原点とする直交座標系であり、原点を通って車体本体１２の旋回中心軸に平行に延びる軸をＹ軸（上方向が正方向）、このＹ軸に対して原点で直交して前方に延びる軸をＸ軸としている（前方向が正方向）。なお掘削目標面Ｓを手動設定した場合には、掘削目標面Ｓと車体１０との位置関係は既知である。

ＸＹ座標系で規定された掘削目標面Ｓは、自己を一軸（Ｘａ軸）とする原点Ｏの直交座標系であるＸａＹａ座標系で改めて規定される。言うまでもないが、Ｙａ軸は原点ＯでＸａ軸に直交する軸である。Ｘａ軸は前方向を正方向、Ｙａ軸は上方向を正方向とする。

距離演算装置１３３では、機体寸法記憶装置１４４から読み出したフロント作業装置２０の寸法データ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）、角度検出器８ａ〜８ｃで検出された回動角α，β，γの各値を用いてバケット特定点Ｐの位置を計算する。特定点Ｐの位置は、例えば油圧ショベルを基準とするＸＹ座標系の座標値（Ｘ，Ｙ）として求める。特定点Ｐの座標値（Ｘ，Ｙ）は下記の式（１）と式（２）より求まる。

Ｘ＝Ｌ１・ｓｉｎα＋Ｌ２・ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３・ｓｉｎ（α＋β＋γ）…（１）
Ｙ＝Ｌ１・ｃｏｓα＋Ｌ２・ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３・ｃｏｓ（α＋β＋γ）…（２）
Ｌ１はブーム２１とアーム２２の回動支点間の距離、Ｌ２はアーム２２とバケット２３の回動支点間の距離、Ｌ３はバケット２３の回動支点と特定点Ｐとの距離である。αはＹ軸（原点から上側に延びる部分）とブーム２１とアーム２２の回動支点を通る直線ｌ１（原点からアーム２２の回動支点側に延びる部分）との挟角である。βは直線ｌ１（アーム２２の回動支点から原点と反対側に延びる部分）とアーム２２とバケット２３の回動支点を通る直線ｌ２（アーム２２の回動支点からバケット２３の回動支点側に延びる部分）との挟角である。γは直線ｌ２（バケット２３の回動支点からアーム２２の回動支点と反対側に延びる部分）と特定点Ｐを通る直線ｌ３との挟角である。

距離演算装置１３３は、以上のようにＸＹ座標系で規定した特定点Ｐの座標値（Ｘ，Ｙ）をＸａＹａ座標系の座標値（Ｘａ，Ｙａ）に変換する。こうして求められた特定点ＰのＹａの値が、特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄの値である。距離Ｄは、特定点Ｐを通って掘削目標面Ｓに直交する直線と掘削目標面Ｓとの交点から特定点Ｐまでの距離であり、Ｙａの値の正負を区別する（つまり掘削領域で距離Ｄは正の値となり、掘削目標面Ｓより下側の領域では負の値となる）。

２−３ バイパス弁開閉制御
図９は本実施形態におけるバイパス弁制御装置によるバイパス弁の開閉制御の手順を表すフローチャートである。運転中、バイパス弁制御装置１３０Ａは図９の手順を所定の処理サイクル（例えば０．１ｓ）で繰り返し実行する。

・ステップＳ２０１
バイパス弁制御装置１３０Ａは図９の手順を開始すると、まずステップＳ２０１で入力装置１１０を介してスイッチ７、角度検出器８ａ〜８ｃ、圧力検出器６ａ，６ｂの各信号を入力する。この例では掘削目標面Ｓと機体との位置関係は既知の情報として説明するが、例えば前述したように地球座標系で機体と掘削目標面Ｓの位置関係を演算する場合には、合わせて測位装置９ａ，９ｂや無線機９ｃ、傾斜検出器８ｄの信号も入力する。

・ステップＳ２０２→Ｓ２０５
続いて、バイパス弁制御装置１３０Ａは、スイッチ７の信号が切り信号であるかどうかを判定し（ステップＳ２０２）する。切り信号である場合、バイパス弁制御装置１３０Ａは、開閉指令装置１３７により開指令信号を出力し（ステップＳ２０５）、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂを開く。ステップＳ２０２，Ｓ２０５は、図６のステップＳ１０２，Ｓ１０３と同様の手順である。

・ステップＳ２０２→Ｓ２０３→Ｓ２０４→Ｓ２０５
スイッチ７の信号が入り信号である場合、バイパス弁制御装置１３０Ａは、ステップＳ２０３に手順を移し、距離演算装置１３３で掘削目標面Ｓと特定点Ｐとの距離Ｄを演算し、速度演算装置１３５でブームシリンダ３１の動作速度Ｖを演算する。ステップＳ２０４に手順を移すと、バイパス弁制御装置１３０Ａは、設定距離記憶装置１４１から読み出した設定距離Ｄ０よりも距離Ｄが大きいかどうかを距離判定装置１３４で判定する。設定距離Ｄ０は正の値で距離Ｄの正負も前述したように区別されるので、ここでは特定点Ｐが掘削領域内にあって掘削目標面Ｓから設定距離Ｄ０より離れているかが判定される。同時に、バイパス弁制御装置１３０Ａは、設定速度記憶装置１４２から読み出した設定速度Ｖ０よりも動作速度Ｖが小さいかどうかを速度判定装置１３６で判定する。設定速度Ｖ０は正の値で動作速度Ｖの正負も前述したように区別されるので、ここではブームシリンダ３１が設定速度Ｖ０を超える速度で収縮していないかが判定される。判定の結果、Ｄ＞Ｄ０でかつＶ＜Ｖ０の場合（つまりステップＳ２０２，Ｓ２０４で上記第１〜第３条件が満たされた場合）、バイパス弁制御装置１３０ＡはステップＳ２０５に手順を移して自動開閉指令装置１３８により開指令信号を出力する。

・ステップＳ２０２→Ｓ２０３→Ｓ２０４→Ｓ２０６
ステップＳ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０４の手順を実行し、Ｄ＞Ｄ０でかつＶ＜Ｖ０の条件が満たされない場合、バイパス弁制御装置１３０ＡはステップＳ２０４からステップＳ２０６に手順を移す。ステップＳ２０６に手順を移すと、バイパス弁制御装置１３０Ａは自動開閉指令装置１３８により閉指令信号を出力し、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂを閉じる。ステップＳ２０６は、図６のステップＳ１０４に対応する手順である。

なお、本実施形態の電気回路は図３に示した通りであるため、設定距離Ｄ０はフロント制御装置１２０による比例電磁弁６１ｂ等の制御が実行判断の閾値に合わせてある。つまり、距離Ｄが設定距離Ｄ０以下の場合、バイパス弁８１ｂ等が閉じると同時に遮断弁７０が開き、フロント制御装置１２０により比例電磁弁６１ｂ等が距離Ｄ等に応じて励磁される（開度が変更される）。反対に、距離Ｄが設定距離Ｄ０を超えている場合、バイパス弁８１ｂ等が開くと同時に遮断弁７０が閉じ、比例電磁弁６１ｂ等も消磁される。

２−４ 効果
本実施形態においても、スイッチ７でフロント制御の機能を入り状態にするか切り状態にするかでバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂが開閉するので、第１実施形態と同様の効果が得られる。加えて、特定点Ｐが掘削目標面Ｓから設定距離Ｄ０を超えて離れていて、ブームシリンダ３１が設定速度Ｖ０を超える速度で収縮していない場合には、フロント制御の機能が入り状態でもバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂが開く。つまり、掘削目標面Ｓからバケット２３が遠く、フロント作業装置２０の動作状況を考慮しても、直ちにバケット２３が掘削領域外に進入する恐れがないような場合には、フロント制御の機能が入り状態でも自動的に応答性を優先される。これにより作業効率の更なる向上が期待できる。

（その他）
第２実施形態においては、Ｄ＞Ｄ０でかつＶ＜Ｖ０の場合にステップＳ２０４で第１〜第３条件が満たされ、フロント制御の機能が入り状態でもバイパス弁８１ｂ等が開くようにした構成を例示した。しかし、動作速度Ｖに関する上記第３条件は省略しても良い。つまり、フロント制御の機能が入り状態でも、距離Ｄが設定距離Ｄ０を超えていれば（第１条件及び第２条件が満たされていれば）、図１０に示したように動作速度Ｖによらずバイパス弁８１ｂ等が開く構成としても良い。図１０はバイパス弁８１ｂ等に対する指令信号と距離Ｄとの関係を表しており、距離Ｄが設定距離Ｄ０を超えている場合には動作速度Ｖによらず開指令信号が出力され、設定距離Ｄ０以下の場合には動作速度Ｖによらず閉指令信号が出力される例である。この場合でも特定点Ｐが掘削目標面Ｓから離れていてバケット２３が掘削領域外に逸脱する可能性が低い状況で作業効率を向上させることができ、制御が簡略化できるメリットもある。また、設定速度記憶装置１４２、速度演算装置１３５、速度判定装置１３６を省略し得る。

また、第２実施形態ではブームシリンダ３１の伸縮速度を油圧アクチュエータの動作速度Ｖとして演算する場合を例に挙げて説明したが、アームシリンダ３２やバケットシリンダ３３の伸縮速度を動作速度Ｖとしてバイパス弁８１ｂ等の開閉判断に加味しても良い。勿論、油圧アクチュエータ３１−３３のうち複数を選択してその動作速度Ｖを加味する構成としても良い。また、一又は複数の油圧アクチュエータの動作速度Ｖから特定点Ｐの移動速度を演算し、掘削目標面Ｓに垂直な成分を抽出して掘削領域における特定点Ｐの掘削目標面Ｓへの接近速度を演算することができる。単に油圧アクチュエータの動作速度Ｖを考慮するのではなく、これを特定点Ｐの掘削目標面Ｓへの接近速度に変換して判断の基礎とすることも考えられる。

なお、距離演算装置１３３や速度演算装置１３５に相当する機能部はフロント作業装置１２０にも備えられ得る。その場合には、フロント制御装置１２０で演算された距離Ｄや動作速度Ｖをバイパス弁制御装置１３０Ａの距離判定装置１３４や速度判定装置１３６に入力するように構成しても良い。

また、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂと遮断弁７０の信号線を共用し、この信号線に励磁電流を流すことでバイパス弁８１ｂ等と遮断弁７０を同時に制御する構成を例示したが、バイパス弁８１ｂ等と遮断弁７０とは信号線を別にしても良い。信号線を別にした場合、フロント制御装置１２０による比例電磁弁６１ｂ等の開度変更の実行・非実行を判断するための特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離（Ｄ１とする）とは異なる値に設定距離Ｄ０を設定することができる。但し、比例電磁弁６１ｂ等で圧力信号の最大値を制限する状況ではバイパス弁８１ｂ等は閉じていなければならないため、０＜Ｄ１≦Ｄ０が条件である。また、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂについて、複数のグループに分けてそれぞれ設定距離Ｄ０を異なる値に設定しても良い。また、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂは全てが必要なわけでは必ずしもなく、これらのうちから必要なものを少なくとも１つ選択して実装すれば良い。また、説明した例ではブーム上げ指令用のパイロットライン５１ａ１，５１ａ２には比例電磁弁及びバイパス弁を設けていないが、必要があればパイロットライン５１ａ１，５１ａ２にも比例電磁弁やバイパス弁は設けられる。

また、バイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂは電磁弁ではなく油圧駆動式の開閉弁であっても良い。例えばバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂの油圧駆動部にスイッチ７を経由してポンプライン３７ａを導き、スイッチ７でポンプライン３７ａが開閉されるように構成すれば、バイパス弁８１ｂ等を油圧駆動式の開閉弁としても回路は成立する。

減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ及びバイパス弁８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂをノーマルオープンタイプ、増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂ及び遮断弁７０をノーマルクローズタイプとした場合を例示した。このノーマルオープンタイプ及びノーマルクローズタイプの適用の区別は必要時にのみ励磁電流を流せば済む点で好ましいが、ノーマルオープンタイプ及びノーマルクローズタイプの適用関係を逆にしても励磁及び消磁のタイミングを逆転させれば回路は成立する。

また、フロント制御用に減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ及び増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂを設けた場合を例示して説明したが、これら全てが必要なわけでは必ずしもない。これらのうち少なくとも１つ（例えばブーム下げ指令用の油圧信号を減圧する比例電磁弁６１ｂが）あればフロント制御の一種が実行され得る。操作レバー装置５１〜５４の油圧信号を減圧する比例電磁弁を少なくとも用いた作業機械であれば、その比例電磁弁と並列回路を構成するようにバイパス弁が設けられるので、本発明の適用対象となり得る。

また、油圧アクチュエータの動作速度Ｖを圧力信号の大きさを基に演算する場合を例に挙げて説明したが、例えば角度検出器８ａ〜８ｃの信号の変化率を基にしても油圧アクチュエータの動作速度Ｖを求めることができる。例えば角度検出器８ａの信号の変化率を基にしてブームシリンダ３１の伸縮速度を求めることができる。油圧アクチュエータ３１〜３３のストローク量を検出するストローク検出器やブーム２１、アーム２２及びバケット２３の傾斜角を検出する傾斜角検出器を利用しても油圧アクチュエータの動作速度Ｖを求め得る。

また、原動機１７にエンジンを用い、エンジンで油圧ポンプ３６等を駆動する一般的な油圧ショベルを例に挙げて説明したが、エンジン及び電動機を原動機として油圧ポンプ３６等を駆動するハイブリッド式の油圧ショベルにも本発明は適用可能である。その他、電動機を原動機として油圧ポンプを駆動する電動式の油圧ショベル等にも本発明は適用可能である。

６ａ，６ｂ…圧力検出器、７…スイッチ、８ａ〜８ｃ…角度検出器（姿勢検出器）、１０…車体、２０…フロント作業装置、３１…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、３２…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、３３…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、３６…油圧ポンプ、３７…パイロットポンプ、４１−４４…コントロールバルブ、５１−５４…操作レバー装置、５１ａ１，５１ａ２，５１ｂ１，５２ａ１，５２ｂ１，５３ａ１，５３ａ２，５３ｂ１，５３ｂ２，５４ａ１，５４ｂ１…パイロットライン、６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ…比例電磁弁、８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ…バイパス弁、８１Ｂ，８２Ａ，８２Ｂ，８３Ａ，８３Ｂ…バイパスライン、１１０…入力装置、１２０…フロント制御装置、１３１…入り切り判定装置、１３３…距離演算装置、１３４…距離判定装置、１３５…速度演算装置、１３６…速度判定装置、１３７…開閉指令装置、１３８…自動開閉指令装置、１４１…設定距離記憶装置、１４２…設定速度記憶装置、Ｄ…特定点と掘削目標面との距離、Ｄ０…設定距離、１７０…出力装置、Ｐ…特定点、Ｓ…掘削目標面、Ｖ…油圧アクチュエータの動作速度、Ｖ０…設定速度

Claims (4)

1. 車体、前記車体に設けたフロント作業装置、前記フロント作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータ、前記フロント作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器、油圧ポンプ、パイロットポンプ、前記油圧ポンプから対応する油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する複数のコントロールバルブ、対応する油圧アクチュエータの動作を指示する油圧信号を操作に応じて生成する操作レバー装置、前記操作レバー装置及び対応するコントロールバルブの油圧駆動部を接続する複数のパイロットライン、前記複数のパイロットラインのうち少なくとも１つに設けた比例電磁弁、並びに前記姿勢検出器の検出信号を基に前記比例電磁弁を制御して前記フロント作業装置の動作を制限する制限指令値を演算するフロント制御装置を備えた作業機械において、
   前記パイロットラインにおける前記比例電磁弁の上流側及び下流側の部分を接続するバイパスラインと、
   前記バイパスラインに設けた開閉弁であるバイパス弁と、
   前記フロント制御装置の制御を入り切りする信号を出力するスイッチと、
   入力装置と、
   前記入力装置を介して入力された前記スイッチからの信号が前記フロント制御装置による制御を入り状態とする入り信号か切り状態とする切り信号かを判定する入り切り判定装置と、
   前記入り切り判定装置で前記スイッチから入力された信号が前記切り信号であると判定された場合に前記バイパス弁を開く開指令信号を生成し、前記入り信号であると判定された場合に前記バイパス弁を閉じる閉指令信号を生成する開閉指令装置と、
   前記開閉指令装置で生成した前記開指令信号又は閉指令信号を前記バイパス弁に出力する出力装置と
   を備えた作業機械。
2. 前記入力装置を介して入力された前記姿勢検出器の検出信号を基に前記フロント作業装置の特定点と掘削目標面との距離を演算する距離演算装置と、
   前記特定点と掘削目標面との距離について予め定めた設定距離を記憶した設定距離記憶装置と、
   前記距離演算装置で演算された前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離よりも大きいか否かを判定する距離判定装置と、
   前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離より大きいと前記距離判定装置で判定された場合、前記スイッチからの信号が前記入り信号であるか前記切り信号であるかに関わらず前記開指令信号を生成する自動開閉指令装置と
   を備えた請求項１の作業機械。
3. 前記姿勢検出器の検出信号を基に前記フロント作業装置の特定点と掘削目標面との距離を演算する距離演算装置と、
   前記特定点と掘削目標面との距離について予め定めた設定距離を記憶した設定距離記憶装置と、
   前記距離演算装置で演算された前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離よりも大きいか否かを判定する距離判定装置と、
   前記入力装置を介して入力された前記操作レバー装置の油圧信号の圧力又は前記姿勢検出器の検出信号を基に特定の油圧アクチュエータの動作速度を演算する速度演算装置と、
   前記特定の油圧アクチュエータの動作速度について予め定めた設定速度を記憶した設定速度記憶装置と、
   前記速度演算装置で演算された前記特定の油圧アクチュエータの動作速度が前記設定速度よりも大きいか否かを判定する速度判定装置と、
   前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離より大きいと前記距離判定装置で判定され、且つ前記特定の油圧アクチュエータの動作速度が前記設定速度より小さいと前記速度判定装置で判定された場合、前記開指令信号を生成する自動開閉指令装置と
   を備えた請求項１の作業機械。
4. 前記操作レバー装置に前記スイッチが設けられている請求項１の作業機械。

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