JP2656742B2 - バケット式掘削機及びその掘削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、本体下端部に開閉自在
な掘削用バケットを備えたバケット式掘削機及びその掘
削方法に係り、特に上記バケットの先端の到達深度を把
握しながら掘削作業を行えるようにしたバケット式掘削
機及びその掘削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に本体下端部に開閉自在な掘削用バ
ケットを備えたバケット式掘削機が知られている。この
バケット式掘削機は、クレーン等の昇降装置によって吊
り下げられ、上記バケットを開いた状態で自重によって
バケット先端部を地中に押し込み、この状態でバケット
を閉じることによって地面を掘削でき、この動作を繰り
返すことによって地中に深い穴を掘削することができ
る。

【０００３】図１２は上記バケット式掘削機の全体を示
している。バケット式掘削機８１は、本体下部にバケッ
トシリンダ８２によって開閉駆動される掘削用バケット
８３を備え、それ自体は吊下げワイヤ８５によってベー
スクレーン８４のブームの先端から吊り下げられてい
る。この吊下げワイヤ８５は、ベースクレーン８４上に
備えられた昇降装置８６に巻き付けられており、この昇
降装置８６のドラムの回転によって掘削機８１は上下に
昇降するように構成されている。吊下げワイヤ８５と平
行に電気ケーブル８７が設けられ、この電気ケーブル８
７によってバケット８３の開閉駆動等のための電気を供
給している。

【０００４】上記掘削機８１本体は、その自重によって
バケット８３の先端部分を地中に押し込むのに十分な重
量を有しており、掘削に際して、掘削機８１はバケット
８３を開いた状態で掘削位置に吊り下ろされ、バケット
８３の先端部分を地中に押し込ませ、その状態でバケッ
ト８３を強制的に閉じ、土砂を掘削する。これにより、
地面が所定深さ掘り下げられ、続いて掘削機８１が吊り
上げられ、掘削した土が搬出される。

【０００５】上記動作を繰り返すことにより、地中に掘
削穴８８が掘られてゆき、掘削穴８８の深さが所定の深
さを超えた後は、掘削穴８８の側壁の崩落を防止する目
的で掘削穴８８に不透明な安定液８９が注入され、それ
以降の掘削作業では掘削穴８８は常に不透明な安定液８
９で満たされ、掘削機８１は不透明な安定液８９中に没
入した状態で掘削が行われる。したがって、掘削中の掘
削機８１の状態や掘削穴８８の深さはベースクレーン８
４の運転席９０や地上からは確認できなかった。

【０００６】このように掘削穴８８の深さを肉眼で確認
できなかった問題に対して、従来は電気ケーブル８７上
に一定間隔ごとに深度計測用のビニールテープを付して
おき、運転者が繰り出される電気ケーブル８７の長さを
ビニールテープの数で確認し掘削穴８８の深さを推定す
るようにしていた。

【０００７】また、掘削穴８８の詳細な深度の計測は、
別途に行う重錘付きの検尺によっていた。図１３は、こ
の重錘付きの検尺による掘削穴の深度測定の様子を示し
ている。図に示すように、重錘付き検尺による深度測定
は、掘削穴８８から掘削機８１を引き上げ、作業員９１
が重錘９２付きの検尺９３を掘削穴８８内に垂らして、
検尺９３上に付された目盛りを読み取ることによって掘
削穴８８の深さを測っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
気ケーブル上の目印用のビニールテープによる従来のバ
ケット式掘削機の掘削深度管理では、ビニールテープが
付されている間隔が粗いため、実際に掘削されている穴
の深さを詳細に把握できなかった。

【０００９】また、上記従来の掘削深度管理の方法で
は、バケット式掘削機の運転者は掘削機の先端が掘削穴
の底に到達したことを掘削機の吊下げワイヤの弛みによ
って察知し、その時の電気ケーブルの繰出し量を目印テ
ープによって読み取って掘削深度を計算しなければなら
かった。しかし、この掘削機の吊下げワイヤの弛みは、
正確に特定することができないために、電気ケーブル上
の目印用のビニールテープによって掘削深度を正確に測
ることは不可能であった。

【００１０】また、この掘削深度管理の方法では、掘削
機を降下させている間、運転者は連続的に繰り出される
電気ケーブル上の目印用のテープを読み取らなければな
らず、運転者の追加の負担になっていた。

【００１１】一方、重錘付きの検尺テープによる上記従
来の掘削深度の管理の方法は、計測する度ごとにバケッ
ト式掘削機を掘削穴から引き上げなければならないの
で、掘削作業を中断せざるを得ず、掘削作業の能率を低
下させるという問題があった。

【００１２】また、検尺テープの弛みにより、あるいは
掘削穴底面の凹凸により、掘削穴の深さを正確に測れな
いという問題もあった。

【００１３】そこで、本発明の目的は、上記従来のバケ
ット式掘削機による掘削作業の掘削深度管理の課題を解
決し、掘削中に運転者が容易かつ正確に掘削機の先端到
達深度を把握できるバケット式掘削機及びその掘削方法
を提供することにある。

【００１４】また、従来のバケット式掘削機では、掘削
穴の底面が掘削用バケットの爪の軌跡に沿って円弧状の
凹面となるので、掘削穴を連続的に掘って縦長な溝を掘
削するときは、各掘削穴の底面の凹凸の連なりによって
溝の底面は波状の凹凸面となる。

【００１５】従来は、上記のような縦長な溝や幅広い穴
を掘る場合は、最後に溝や穴の底面の突起部を掘削用バ
ケットによって摘み取るようにし、溝の底面を平坦に仕
上げていた。

【００１６】しかし、上記の溝底面の仕上げは、運転者
の記憶と勘に頼らざるを得ず、実際に均一な深さの平面
に仕上げるのは困難であった。

【００１７】そこで、本発明の他の目的は掘削機の掘削
用バケット先端の到達深さを制御して、設定した掘削深
度に掘削穴の底面を平らに掘削するバケット式掘削機及
びその掘削方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本願請求項１に係るバケット式掘削機は、本体下端部
に開閉自在な掘削用バケットを備えたバケット式掘削機
において、一端が前記バケット式掘削機本体に連結さ
れ、他端が巻取装置に巻かれた深度計測用ワイヤと、前
記深度計測用ワイヤの繰出し量を検出するワイヤストロ
ークセンサと、前記バケットの開閉状態を検出するバケ
ット開閉度検出器と、前記ワイヤストロークセンサと前
記バケット開閉度検出器の検出値とから前記バケットの
先端到達深度を算出する処理装置と、前記処理装置が算
出したバケットの先端到達深度をリアルタイムで運転者
に数値あるいは図形表示する表示装置とを備えたことを
特徴とするものである。

【００１９】本願請求項２に係るバケット式掘削機は、
請求項１のバケット式掘削機において、前記処理装置
は、前記バケット開閉度検出器の出力から演算し、前記
バケットの開閉状態を示した動画情報を前記表示装置に
出力することを特徴とするものである。

【００２０】本願請求項３に係るバケット式掘削機は、
請求項１または請求項２のバケット式掘削機において、
予め掘削深度を設定させ、前記バケットの開閉角度に応
じて前記バケット式掘削機の昇降装置に昇降命令を発
し、前記バケットの先端到達深度を前記設定された掘削
深度と一致させる掘削深度制御用処理装置を備えている
ことを特徴とするものである。

【００２１】また、本願請求項４に係るバケット式掘削
機の掘削方法は、本体下端部に開閉自在な掘削用バケッ
トを備えたバケット式掘削機を用いた掘削方法におい
て、前記バケット式掘削機に、一端が掘削機本体に連結
され、他端が巻取装置に巻かれた深度計測用ワイヤと、
前記深度計測用ワイヤの繰出し量を検出するワイヤスト
ロークセンサと、前記バケットの開閉状態を検出するバ
ケット開閉度検出器と、前記ワイヤストロークセンサと
前記バケット開閉度検出器からの検出値とから前記バケ
ットの先端到達深度を算出する処理装置と、前記処理装
置が算出したバケットの先端到達深度をリアルタイムで
運転者に数値あるいは図形表示する表示装置とを備え、
前記ワイヤストロークセンサと前記バケット開閉度検出
器の検出信号を前記処理装置に入力し、前記処理装置に
よってバケットの先端到達深度を算出し、この算出され
たバケットの先端到達深度を前記表示装置によってリア
ルタイムで運転者に数値あるいは図形表示することによ
り、掘削深度を運転者に把握管理させながら掘削を行わ
せることを特徴とするものである。

【００２２】本願請求項５に係るバケット式掘削機の掘
削方法は、請求項４の掘削方法において、前記バケット
開閉度検出器が検出した検出値を前記処理装置によって
演算し、前記バケットの開閉状態を示した動画情報を前
記表示装置に出力することにより、前記バケットの開閉
状態をリアルタイムで運転者に把握管理させることを特
徴とするものである。

【００２３】本願請求項６に係るバケット式掘削機の掘
削方法は、請求項４または請求項５の掘削方法におい
て、設定された掘削深度に対して前記バケットの開閉角
度に応じて前記バケット式掘削機の昇降装置に昇降命令
を発し、前記バケットの先端到達深度を前記設定された
掘削深度と一致させる掘削深度制御用処理装置を備え、
運転者に予定の掘削深度を設定させ、前記掘削深度制御
用処理装置によって前記バケット式掘削機の先端到達深
度を制御し、掘削穴の底面を前記設定された掘削深度と
ほぼ一致する深さに掘削することを特徴とするものであ
る。

【００２４】

【作用】本願請求項１及び４に係るバケット式掘削機と
その掘削方法では、掘削穴にバケット式掘削機が吊り下
ろされるときに、掘削機の下降とともに深度計測用ワイ
ヤが繰り出され、この計測用ワイヤの繰出し量はワイヤ
ストロークセンサによって検出される。このワイヤスト
ロークセンサによって検出された計測用ワイヤの繰出し
量は随時処理装置へ送られる。

【００２５】また、掘削中にバケットの開閉動作によっ
てバケットの先端（爪）が地中に喰い込んで下降する量
は、バケットを駆動するバケットシリンダのピストンロ
ッドの繰出し量と関係しており、このバケットシリンダ
のピストンロッドの繰出し量は、バケット開閉度検出器
によって検出され、随時処理装置へ送られる。

【００２６】処理装置では、上記ワイヤストロークセン
サとバケット開閉度検出器の検出信号から掘削機本体の
下降量とバケットの先端（爪）の下降量がそれぞれ算出
され、これらが合計されてバケット式掘削機の先端到達
深度が算出される。

【００２７】算出されたバケット式掘削機の先端到達深
度は、さらに処理装置によって数値的にあるいは図形的
に表示する画面情報に処理され、運転者の近くに配置さ
れた表示装置に出力される。この表示装置の画面によ
り、運転者は掘削中の任意の時点で掘削用バケットの先
端到達深度を正確に把握でき、掘削作業に集中すること
ができる。また、掘削穴の深度を重錘によって計測する
ために掘削作業を中断することもないので、掘削作業を
一貫して能率よく行なうことができる。

【００２８】本願請求項２及び５に係るバケット式掘削
機及びその掘削方法によれば、本願請求項１のバケット
式掘削機の構成をすべて有し、上述した作用により、運
転者は、掘削中に表示装置の画面から掘削機のバケット
の先端到達深度を把握でき、さらにこのバケットの先端
到達深度がどのようなバケットの開閉状態における深度
かを把握することができる。

【００２９】すなわち、請求項２及び５のバケット式掘
削機及びその掘削方法によれば、処理装置がバケットシ
リンダストロークの検出信号を入力し、この検出信号に
基づいて掘削用バケットの開閉角度を算出し、掘削用バ
ケットの開閉状態を示す動画情報を表示装置に出力す
る。これにより、運転者は掘削用バケットの先端到達深
度とともに掘削用バケットの開閉状態を把握でき、肉眼
では見ることができない掘削穴中の掘削機の状態を監視
しながら効率よく掘削することができる。

【００３０】本願請求項３及び６に係るバケット式掘削
機及びその掘削方法によれば、掘削用バケットの先端到
達深度を制御する掘削深度制御用処理装置を有し、掘削
穴の底面を所定の深度に平らに掘ることができる。この
掘削深度制御用処理装置は、運転者によって設定された
掘削深度を制御目標として掘削用バケットの先端到達深
度を監視し、この掘削用バケットの先端到達深度の過不
足に応じて掘削機の昇降装置に昇降命令を発する。これ
により、掘削用バケットの開閉動作中に掘削機本体の方
が必要に応じて上下動し、掘削用バケットの先端到達深
度を一定に維持し、掘削穴の底面を予定の深さの平面に
掘ることができる。

【００３１】

【実施例】次に本発明によるバケット式掘削機及びその
掘削方法の実施例について添付の図面を用いて以下に説
明する。

【００３２】図１はクレーンから吊り下げられた状態の
本発明によるバケット式掘削機の一実施例を示してい
る。図１において、バケット式掘削機１は本体下端部に
バケットシリンダ２によって開閉駆動される一対のバケ
ット３を有し、ベースクレーン４のブーム先端から吊下
げワイヤ５によって吊り下げられている。吊下げワイヤ
の他端はベースクレーン４上に備えられた昇降装置６に
巻かれており、昇降装置６の回転によって巻き取られ、
あるいは繰り出される。この昇降装置６のドラムの回転
により、掘削機１は上下に昇降する。また、吊下げワイ
ヤ５に沿って電気ケーブル７が設けられており、この電
気ケーブル７によってバケット３の開閉駆動のための電
気を供給するようにしている。

【００３３】さらに、本発明のバケット式掘削機１は先
端が掘削機本体上端に連結され、垂直上方に導かれ、他
端が専用の巻取装置８に巻かれた深度計測用ワイヤ９を
備えている。この深度計測用ワイヤ９の巻取装置８に
は、深度計測用ワイヤ９の繰出し量を検出するワイヤス
トロークセンサ１０が備えられている。また前記バケッ
トシリンダ２には、バケット開閉度検出器として、バケ
ットシリンダ２のピストンロッドの繰出し量を検出する
バケットシリンダストロークセンサ１１が備えられてい
る。なお、本実施例に示すバケットシリンダは同調装置
により、同期して動くため、バケットストロークセンサ
１１は一ケ所に設置されている。

【００３４】バケット式掘削機１は自重によってバケッ
ト３を地中に押し込むのに十分な重さを有し、バケット
３を開いた状態で掘削地点にベースクレーン４によって
吊り下ろすと、バケット３の先端部分が掘削機１の重さ
によって地中に食い込み、その状態でバケットシリンダ
２を作動させてバケット３を閉じれば、土砂を掘削する
ことができる。バケット３内に掘削した土を含んだま
ま、すなわちバケット３を閉じた状態のまま、掘削機１
を引き上げれば、掘った土砂が取り除かれ、掘削穴１２
ができる。

【００３５】バケット式掘削機１を用いた掘削方法で
は、運転者がベースクレーン４の運転席１３から監視
し、上記掘削機１による掘削を繰り返し、徐々に掘削穴
１２を深くしてゆく。掘削穴１２が所定の深さに達した
ときには、掘削穴１２の側壁の崩壊を防止する目的で、
掘削穴１２中に不透明な安定液１４を注入し、それ以降
の掘削では掘削穴１２内を常に不透明な安定液１４で満
たしておくようにする。このため、バケット式掘削機に
よる掘削では、掘削穴１２の底は無論、掘削機１自体も
不透明な安定液１４中に没入して、運転者の肉眼によっ
ては確かめることができない。

【００３６】本発明は、このように肉眼で確かめること
ができない掘削穴１２の深さや、掘削機１のバケット３
の開閉状態をワイヤストロークセンサ１０やバケットシ
リンダストロークセンサ１１によって把握しようとする
ものであり、以下に上記ワイヤストロークセンサ１０や
バケットシリンダストロークセンサ１１について具体的
に説明する。

【００３７】図２は深度計測用ワイヤ９の巻取装置８の
内部構造を示したものである。巻取装置８は深度計測用
ワイヤ９を巻き取るワイヤドラム２１を有し、このワイ
ヤドラム２１の回転軸２２上には、ワイヤに一定の張力
を発生させる定荷重バネ２３ａと回転軸２２の回転角を
検出するエンコーダー２４が同軸的に設けられている。
ワイヤドラム２１の近傍には回転軸２２と平行に一対の
ワイヤ案内用ボールネジ２５ａ，２５ｂが設けられてお
り、これらボールネジ２５ａ，２５ｂは雌ねじを有する
ワイヤ案内部材２６ａ，２６ｂをそれぞれ螺着させてい
る。また、上記ボールネジ２５ａ，２５ｂと回転軸２２
はスプロケット２７ａ，２７ｂ，２７ｃとチェーン２８
によって連動して回転するように構成されている。

【００３８】上記構成により、たとえばこの巻取装置８
によって深度計測用ワイヤ９を巻き取る場合、回転軸２
２の回転とともにボールネジ２５ａ，２５ｂも回転し、
これによってボールネジ２５ａ，２５ｂに螺着されてい
るワイヤ案内部材２６ａ，２６ｂが移動し、深度計測用
ワイヤ９を案内して深度計測用ワイヤ９を互いに重なる
ことなくワイヤドラム２１に巻きつけることができる。
このとき、深度計測用ワイヤ９の巻取り量は、エンコー
ダー２４によってワイヤドラム２１の回転角として検出
することができる。

【００３９】逆に巻取装置８から深度計測用ワイヤ９を
繰り出す場合は、回転軸２２は定荷重ドラム２３の下側
の定荷重バネ２３ａを巻き取る方向に回転し、巻かれた
定荷重バネ２３ａの戻ろうとする力によって深度計測用
ワイヤ９に一定の張力を負荷することができる。この深
度計測用ワイヤ９にかかる一定の張力は、深度計測用ワ
イヤ９の巻き取り時にも維持される。深度計測用ワイヤ
９が繰り出される場合も、エンコーダー２４によってワ
イヤドラム２１の回転角を検出することにより、深度計
測用ワイヤ９の繰出し量を容易に求めることができる。

【００４０】次にバケット開閉度検出器として使用して
いるバケットシリンダストロークセンサ１１について説
明する。

【００４１】図３はバケットシリンダストロークセンサ
１１の構造を示している。図３において、バケットシリ
ンダ２はシリンダ部２ａとピストンロッド部２ｂを有
し、シリンダー側端部は掘削機本体１ａに連結され、ピ
ストンロッド側端部はバケット３の一部に連結されてい
る。ピストンロッド部２ｂのシリンダ部２ａへの挿入端
には円環状の発磁体２９が設けられており、この円環状
発磁体２９には発磁体２９の位置を検出する棒状のセン
サプローブ３０が貫挿されている。

【００４２】上記構成により、バケットシリンダ２のピ
ストンロッド部２ｂがバケット３を駆動するためにシリ
ンダ部２ａ内を摺動するときは、発磁体２９がセンサプ
ローブ３０に沿って移動し、その移動量をセンサプロー
ブ３０によって検出することができる。このバケットシ
リンダ２のストロークはバケット３の開閉角度、すなわ
ちバケット３の先端の下降量と一対一の関係にあり、こ
れによってバケット３の先端到達深度を容易に算出する
ことができる。

【００４３】ここで、バケットシリンダ２のストローク
ｓからバケット先端の下降量ｈ2 を算出する式の一例を
示す。この算出式は、バケットシリンダ２の取付位置等
によって変化するが、幾何学的解法や実測等によって決
定することができる。

【００４４】 バケットストロークの伸びｓ(mm) バケット先端の下降量ｈ2(mm) 0 ≦ ｓ ≦ 100 ｈ2=0.205*s/100 100 ＜ ｓ ≦ 200 ｈ2=0.205+0.185*(s-100)/100 200 ＜ ｓ ≦ 300 ｈ2=0.390+0.140*(s-200)/100 300 ＜ ｓ ≦ 400 ｈ2=0.530+0.115*(s-300)/100 400 ＜ ｓ ≦ 500 ｈ2=0.645+0.065*(s-400)/100 500 ＜ ｓ ≦ 600 ｈ2=0.710+0.050*(s-500)/100 600 ＜ ｓ ≦ 700 ｈ2=0.760+0.025*(s-600)/100 700 ＜ ｓ ≦ 800 ｈ2=0.785-0.015*(s-700)/100 800 ＜ ｓ ≦ 900 ｈ2=0.770-0.030*(s-800)/100 図４はバケット開閉度検出器の他の実施態様を示してい
る。

【００４５】図４（ａ）は図３において説明したような
発磁体と発磁体の位置検出用のセンサプローブからなる
外付けのバケットシリンダストロークセンサ３１を示し
ている。このバケットシリンダストロークセンサ３１
は、シリンダ部３１ａとこのシリンダ部３１ａに入子状
に挿着されたピストン部３１ｂを有している。シリンダ
部３１ａはバケットシリンダ部２ａに外部から固定さ
れ、ピストン部３１ｂも同様にバケットシリンダのピス
トンロッド部２ｂの一部に固定されている。このバケッ
トシリンダストロークセンサ３１のシリンダ部３１ａと
ピストン部３１ｂには、図３のものと同一の発磁体と発
磁体の位置を検出するセンサプローブが内蔵されてい
る。

【００４６】上記構造により、すでに説明したようにバ
ケットシリンダ２が作動するときにそのピストンロッド
部２ｂの移動量をバケットシリンダストロークセンサ３
１によって検出することができる。なお、この場合、バ
ケットシリンダストロークセンサ３１はバケットシリン
ダ２に対して外付け可能であるので、既存の掘削機に容
易に取付可能である。

【００４７】図４（ｂ）はレーザ光を利用したバケット
シリンダストロークセンサを示している。図４（ｂ）に
おいて、バケットシリンダストロークセンサ３２は、レ
ーザ投光部３３と、レーザ反射部３４と、レーザ投光部
３３とレーザ反射部３４間を連結する蛇腹管３５とから
なる。レーザ投光部３３はバケットシリンダ２のシリン
ダ部２ａに固定され、一方、レーザ反射部３４はバケッ
トシリンダ２のピストンロッド部２ｂに固定されてい
る。

【００４８】上記構造により、このバケットシリンダス
トロークセンサ３２では、レーザ投光部３３からレーザ
反射部３４に向けてレーザ光３６を発射し、そのレーザ
光３６がレーザ反射部３４によって反射されてレーザ投
光部３３に戻るまでの時間を計測することにより、バケ
ットシリンダ２のピストンロッドの繰出し量を求めるこ
とができる。

【００４９】なお、上記と同様の構造を有し、レーザ光
の代わりに超音波を利用することもできる。

【００５０】図４（ｃ）は、レーザを利用して、バケッ
ト３の開閉によるバケット間の距離変化を計測する変形
例を示している。この実施態様は、バケット３の片方に
レーザ投光部３７を取り付け、他方のバケット３にレー
ザ反射部３８を取り付けたものである。バケット３が開
閉した場合に、レーザ投光部３７とレーザ反射部３８間
の距離も変化するので、レーザ光によってその距離変化
を計測し、これによってバケット３の開閉角度を求める
ことができる。

【００５１】図４（ｄ）は機械的な方法でバケットシリ
ンダ２のストロークを検出するバケットシリンダストロ
ークセンサ３９を示している。このバケットシリンダス
トロークセンサ３９は常にワイヤ４０を巻き取るように
付勢されたエンコーダー付きのドラム４１を有してい
る。ワイヤ４０の先端はバケットシリンダ２のピストン
ロッド部２ｂの先端に固定されている。このバケットシ
リンダストロークセンサ３９において、ピストンロッド
２ｂが繰り出された場合、ワイヤ４０も繰り出され、そ
のワイヤ繰出し量をドラム４１のエンコーダーによって
検出することができる。

【００５２】次に、上記ワイヤストロークセンサ１０と
バケットシリンダストロークセンサ１１によってバケッ
ト３の先端到達深度を算出する方法について説明する。
なお、バケットシリンダストロークセンサ１１の代わり
に図４で説明した種々のバケット開閉度検出器を使用す
ることができるのは明らかなので、個別の説明を省略す
る。

【００５３】図５は、掘削機の先端到達深度の算出方法
を示したものである。図５において符号４２は地面、４
３は掘削すべき穴、ＳＬ±０は掘削穴の深さの基準とな
る基準高さ（通常はガイドウォールの天端）を示してい
る。本発明によるバケット式掘削機の掘削方法では、最
初に掘削機１のバケット３を全開状態で、図５（ａ）に
示すように、バケットの先端を基準高さＳＬ±０に一致
させ、この状態の深度計測用ワイヤ９の繰出し量を基準
とする。このように初期設定した後に掘削を開始し、す
でに説明したような方法で地中に掘削穴４３を掘ってゆ
く。図５（ｂ）は上記掘削中の一時点における掘削機１
の状態を示している。図５（ｂ）から明らかなように掘
削機１のバケット先端到達深度は、基準高さＳＬ±０か
ら仮想線で示した全開状態のバケットの本体下降量ｈ1
′と、所定の角度にバケットを閉じたことによるバケ
ット先端の下降量ｈ2 との和、すなわちｈ1 ′＋ｈ2 と
なる。上記全開状態でのバケット本体の下降量ｈ1 ′は
最初に基準高さＳＬ±０にバケット先端を合わせた状態
からの深度計測用ワイヤ９の繰出し量ｈ1 と等しい（ｈ
1 ′＝ｈ1 ）。この深度計測用ワイヤ９の繰出し量ｈ1
はワイヤストロークセンサ１０の検出信号から容易に求
めることができる。一方、上記開いた状態からバケット
を閉じたことによるバケット先端の下降量ｈ2 は、すで
に説明したようにバケットシリンダストロークセンサ１
１の検出信号から求めることができる。すなわち、ワイ
ヤストロークセンサ１０とバケットシリンダストローク
センサ１１の各検出信号から掘削機１の先端到達深度ｈ
1 ′＋ｈ2 （＝ｈ1 ＋ｈ2 ）を算出することができるの
である。

【００５４】図６は上記掘削機の先端到達深度を算出す
る装置の構成とその情報の流れを示している。

【００５５】図６において、ワイヤストロークセンサ１
０が検出した深度計測用ワイヤ９の繰出し量の信号は、
コントローラ５１を経てプログラマブルコントローラ５
０に入力され、同様にバケットシリンダストロークセン
サ１１が検出したバケットシリンダ２のピストンロッド
の繰出し量の信号は増幅器５２を経てプログラマブルコ
ントローラ５０に入力される。上記センサの検出信号
は、プログラマブルコントローラ５０によって処理装置
５３で処理可能な信号に変換され、処理装置５３に入力
される。処理装置５３に入力された信号は処理装置５３
によって処理され、掘削機の先端到達深度の数値データ
と掘削機の先端到達深度を示した画面情報として表示装
置５４に出力される。

【００５６】図７は上記処理装置５３による処理の流れ
を示している。処理の開始（ステップ１００）におい
て、掘削機１は図５（ａ）に示すようにその先端を基準
高さＳＬ±０と一致させる。この状態で深度計測用ワイ
ヤ９の繰出し量が初期値に設定され、同時に深度データ
Ｄが０にセットされる（ステップ１１０）。このとき、
バケットシリンダのストローク伸び量も０にセットされ
る（ステップ１２０）。

【００５７】次に掘削が開始されると、掘削機１の上下
動の有無をワイヤストロークセンサ１０によって検知し
（ステップ１３０）、掘削機１が上下動していれば深度
計測用ワイヤ９の繰出し量（掘削機本体下降量）ｈ1 に
よって深度データＤを更新する（ステップ１４０）。

【００５８】次に掘削機１のバケット３の開閉をバケッ
トシリンダストロークセンサ１１によって検知し、バケ
ットシリンダ２の伸び量Ｓを検出した場合は（ステップ
１５０）、そのバケットシリンダ２の伸び量Ｓからバケ
ット３を開閉したことによるバケット先端の下降量ｈ2
に換算する（ステップ１６０）。

【００５９】次に上記掘削機本体の下降量ｈ1 とバケッ
ト３を開閉したことによるバケット先端の下降量ｈ2 か
ら掘削機の先端到達深度Ｄ＝ｈ1 ＋ｈ2 を算出し（ステ
ップ１７０）、この掘削機の先端到達深度Ｄの数値ある
いは図形表示の画面情報を表示装置５４に出力する（ス
テップ１８０）。続いて掘削が終了したか否かを判断し
（ステップ１９０）、掘削が終了していれば処理を終了
（ステップ２００）、否であればステップ１３０に戻っ
て上記処理を繰り返す。

【００６０】図８は表示装置５４による画面情報の一例
を示している。この画面情報は運転者の近くに設置され
た表示装置５４に出力され、これによって運転者は表示
装置５４の画面を視ながら掘削作業を行うことができ
る。

【００６１】この表示装置５４に表示された画面には種
々の情報が表示されるが、本発明に関する限り、掘削機
１の先端到達深度は、画面中央部の掘削機深度表示部６
０に数値表示されている。また、本実施例では、掘削機
先端到達深度の数値表示とともに、掘削機の先端到達深
度を示す図形表示が画面左側に選択的に表示される。本
実施例の掘削機の先端到達深度の図形表示では、掘削す
べき穴６１が深さの目盛り６２とともに表示され、この
掘削穴６１に対して現在の掘削機の位置６３が表示され
る。また、本実施例では、すでに掘削した穴の深さ６４
と計画している掘削深度６５が掘削穴６１の画像中に表
示されており、これによって運転者が感覚的に掘削機の
状態と掘削作業の進捗を把握できるようにしている。

【００６２】本発明によれば、バケットシリンダストロ
ークセンサ１１の検出信号を利用して、バケットの開閉
状態を表示することにより、さらに運転者が視覚的に掘
削機の状態等を把握可能にすることができる。以下にそ
の場合の処理方法について説明する。

【００６３】図９はバケットの開閉状態を表示する場合
の処理装置５３における処理の流れを示している。この
処理では、処理が開始されると、バケットの開閉状態を
バケットシリンダストロークセンサ１１の信号によって
検出し（ステップ２００）、バケットシリンダストロー
クの伸び量Ｓがある場合はこれをバケットの開閉角度に
換算する（ステップ２１０）。次に上記算出したバケッ
トの開閉角度に基づいてバケットの開閉状態を示す画面
情報を生成し（ステップ２２０）、これを表示装置５４
に出力する。続いて掘削が終了しているか否かを判断し
（ステップ２３０）、終了していれば処理を終了し、否
の場合はステップ２００に戻って上記処理を繰り返す。

【００６４】バケットの開閉状態を示す情報は、図８に
おいて、画面右側の掘削機の正面図６６のバケットを実
際の開閉状態に合わせて動画表示し、あるいは画面左側
の現在の掘削機位置６３を示す掘削機のバケットを実際
の開閉状態に合わせて動画表示することにより運転者に
伝えることができる。

【００６５】さらに本発明によれば、掘削機の先端到達
深度をバケットの先端（爪）の位置で把握し、このこと
を利用して掘削穴底面が一定の深さとなるように制御を
行ないながら掘削することが可能となる。以下に掘削深
度を制御するための装置と方法について説明する。

【００６６】図１０は掘削深度を制御するようにした場
合の装置構成とその制御の流れを示している。図１０に
おいて、処理装置５３は入力手段７０を備えており、こ
の入力手段７０によって制御目標たる掘削深度が処理装
置５３に入力される。バケット式掘削機１の掘削中の昇
降及びバケットの開閉はすでに説明したようにワイヤス
トロークセンサ１０とバケットシリンダストロークセン
サ１１によって検出され、これらの情報はコントローラ
５１と増幅器５２とプログラマブルコントローラ５０と
を経て処理装置５３へ送られ、処理装置５３によってバ
ケット先端の到達深度が算出される。このバケット先端
到達深度は、処理装置５３によって表示装置５４に送ら
れるとともに、先に設定された目標の掘削深度と比較さ
れ、バケット先端が制御目標の掘削深度に到達していな
い場合はバケットに掘削機本体の重さをかけながら掘削
を継続する命令が掘削機１の昇降装置６を制御する制御
盤７１に発せられ、バケット先端到達深度が制御目標の
掘削深度を超える場合はバケットの先端到達深度が制御
目標の掘削深度と一致するように掘削機本体を吊り上げ
る昇降命令が掘削機１の昇降装置６を制御する制御盤７
１に発せられる。

【００６７】この制御盤７１の制御命令に基づきバケッ
ト式掘削機１は実際に昇降装置６によって昇降させら
れ、このバケット式掘削機１の動きは再びワイヤストロ
ークセンサ１０とバケットシリンダストロークセンサ１
１によって検出され、フィードバックされて新たな制御
命令の発生のもととなる。

【００６８】なお、上記図１０では、処理装置５３が掘
削深度制御用の処理装置を兼ねているが、先端到達深度
算出用の処理装置と掘削深度制御用の処理装置を別々に
設けても良く、同一の装置によって機能上これら両装置
を実現しても良い。

【００６９】このように掘削深度の制御を行うことによ
り、掘削穴の底面を設定した掘削深度と等しい深さの平
らな面に掘り下げることが可能であり、掘削の最終段階
で運転者の勘によって掘削穴の底面を平らに仕上げる必
要がなくなる。特に、掘削穴を複数連ねて縦長な掘削溝
あるいは大きな掘削穴を掘る場合に、各掘削穴の連なり
部分の凹凸を自動制御によって均一な深さに掘ることが
でき、これによって所定深さの均一な底面の掘削溝等を
得ることができる。

【００７０】次に上記掘削深度の制御のための処理の流
れを図１１を用いて説明する。図１１において、最初に
制御目標の掘削深度Ｔを設定し（ステップ２００）、次
にバケット３を全開状態でその先端（爪）を基準高さＳ
Ｌ±０に合わせ、このときの深度計測用ワイヤ９の繰出
し量を深度Ｄ＝０としてセットし（ステップ２１０）、
このときのバケットシリンダ２のストロークの伸び量を
Ｓ＝０ｃｍとしてセットする（ステップ２２０）。掘削
が開始されると、掘削機１の上下動をワイヤストローク
センサ１０によって検知し（ステップ２３０）、上下動
があった場合にはワイヤストロークセンサ１０の検出信
号によって深度データＤをＤ＝ｈ1 に更新する（ステッ
プ２４０）。

【００７１】次にバケット３の開閉状態をバケットシリ
ンダストロークセンサ１１によって検知し（ステップ２
５０）、バケット３が開閉された場合にはバケットシリ
ンダ２のストロークの伸び量Ｓをバケット３の深度方向
の高さｈ２に換算し（ステップ２６０）、このバケット
３の開閉によるバケット先端の下降量ｈ２を深度データ
Ｄに加えて先端到達深度Ｄ＝ｈ１＋ｈ２を得る（ステッ
プ２７０）。次に、設定した制御目標の掘削深度Ｔに対
する現在の掘削機の先端到達深度Ｄの差Ｔ−Ｄを算出し
（ステップ２８０）、昇降装置６に対する昇降命令を発
する（ステップ２９０）。上記一連の処理の後に掘削が
終了したか否かを確認し（ステップ３００）、終了して
いれば処理を終了し（ステップ３１０）、否であればス
テップ２３０に戻って上記一連の処理を繰り返す。

【００７２】上記制御を短いサイクルで繰り返すことに
より、バケット３の先端到達深度を制御目標の掘削深度
Ｔに維持しながら掘削することができる。

【００７３】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本願請求
項１及び請求項４に係るバケット式掘削機及びその掘削
方法によれば、掘削機は深度計測用ワイヤとワイヤスト
ロークセンサとバケット開閉度検出器と処理装置と表示
装置とを有し、ワイヤストロークセンサによって掘削機
本体の下降量、バケット開閉度検出器によってバケット
開閉によるバケット先端の下降量をそれぞれ検出し、処
理装置によって現在の掘削機先端の到達深度を算出し、
これを表示装置によって運転者に数値的にあるいは図形
的に表示することができる。

【００７４】これにより、掘削穴に不透明な安定液が充
填されているか否かに拘らず、掘削機を運転者が肉眼で
見ることができない場合でも、運転者は、掘削深度をバ
ケットの先端（爪）の到達深度が把握でき、これによっ
て正確な掘削深度管理を行いながら掘削を行うことがで
きる。

【００７５】また、本発明の掘削機及びその掘削方法に
よれば、検尺による深度計測のために掘削作業が中断さ
れることなく、かつ、運転者は表示装置の画面に集中し
て掘削をすることができるので、効率よく掘削を行うこ
とができる。

【００７６】本願請求項２と請求項５のバケット式掘削
機及びその掘削方法によれば、バケット開閉度検出器に
よってバケットの開閉状態を検出し、これに基づいて処
理装置によってバケットの開閉角度の演算と図形処理と
を行い、表示装置を介して運転者にそれを示すことがで
きる。これにより、運転者は掘削深度と現在のバケット
の開閉状態を把握でき、掘削穴中の掘削機の状態を表示
装置の画面で監視しながら、効率よく掘削を行うことが
でき、また、溝底を平坦にすることができる。

【００７７】本願請求項３及び請求項６のバケット式掘
削機とその掘削方法によれば、制御目標たる掘削深度を
入力する入力手段を有し、処理装置は、前記目標掘削深
度を記憶し、請求項１及び請求項４のバケット式掘削機
及び掘削方法と同様の方法によって現在の掘削機の先端
到達深度を算出し、この掘削機の先端到達深度と前記目
標掘削深度とが一致するように掘削機の昇降装置に対し
て制御を行う。

【００７８】これにより、掘削穴の底面を均一の深さの
平らな面に仕上げることができ、特に掘削穴を複数連ね
た縦長の掘削溝や大きな掘削穴を掘る場合に底面を運転
者の勘に頼って仕上げる必要がなく、正確な深さの穴や
溝を効率よく掘ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ベースクレーンによって吊り下げられた状態の
本発明によるバケット式掘削機の全体を示した図。

【図２】本発明の深度計測用ワイヤの巻取装置の構造を
示した斜視図。

【図３】本発明のバケットシリンダストロークセンサの
構造を示した図。

【図４】本発明のバケットシリンダストロークセンサの
他の実施態様を示した図。

【図５】掘削機の先端到達深度の算出方法を説明した
図。

【図６】掘削機の先端到達深度を算出するための装置構
成を示したブロック図。

【図７】掘削機の先端到達深度を算出するための処理の
流れを示したフローチャート。

【図８】掘削機の先端到達深度を数値的にあるいは図形
的に示した表示装置の画面の一例を示した図。

【図９】バケットの開閉状態を把握するための処理の流
れを示したフローチャート。

【図１０】掘削機の先端到達深度を制御するための装置
構成を示したブロック図。

【図１１】掘削機の先端到達深度を制御するための処理
の流れを示したフローチャート。

【図１２】ベースクレーンによって吊り下げられた状態
の従来のバケット式掘削機の全体を示した図。

【図１３】重錘つき検尺による従来の掘削穴深度計測の
様子を示した図。

【符号の説明】

１ バケット式掘削機 ２ バケットシリンダ ２ａ シリンダ部 ２ｂ ピストンロッド部 ３ バケット ５ 吊下げワイヤ ６ 昇降装置 ７ 電気ケーブル ８ 巻取装置 ９ 深度計測用ワイヤ １０ ワイヤストロークセンサ １１ バケットシリンダストロークセンサ ５３ 処理装置 ５４ 表示装置 ７０ 入力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000150615 株式会社長谷工コーポレーション 東京都港区芝２丁目32番１号 (73)特許権者 594198547 オリエント開発株式会社 東京都中央区八重洲２丁目３番12号 (72)発明者 山 本 和 久 東京都港区芝浦三丁目12番８号 安藤建 設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−45885（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−5767（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−125059（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−58505（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体下端部に開閉自在な掘削用バケットを
   備えたバケット式掘削機において、 一端が前記バケット式掘削機本体に連結され、他端が巻
   取装置に巻かれた深度計測用ワイヤと、 前記深度計測用ワイヤの繰出し量を検出するワイヤスト
   ロークセンサと、 前記バケットの開閉状態を検出するバケット開閉度検出
   器と、 前記ワイヤストロークセンサと前記バケット開閉度検出
   器からの検出値とから前記バケットの先端到達深度を算
   出する処理装置と、 前記処理装置が算出したバケットの先端到達深度をリア
   ルタイムで運転者に数値あるいは図形表示する表示装置
   とを備えたことを特徴とするバケット式掘削機。
2. 【請求項２】前記処理装置は、前記バケット開閉度検出
   器の出力から演算し、前記バケットの開閉状態を示した
   動画情報を前記表示装置に出力することを特徴とする請
   求項１記載のバケット式掘削機。
3. 【請求項３】予め掘削深度を設定させ、前記バケットの
   開閉角度に応じて前記バケット式掘削機の昇降装置に昇
   降命令を発し、前記バケットの先端到達深度を前記設定
   された掘削深度と一致させる掘削深度制御用処理装置を
   備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載のバケット式掘削機。
4. 【請求項４】本体下端部に開閉自在な掘削用バケットを
   備えたバケット式掘削機を用いた掘削方法において、 前記バケット式掘削機に、 一端が掘削機本体に連結され、他端が巻取装置に巻かれ
   た深度計測用ワイヤと、 前記深度計測用ワイヤの繰出し量を検出するワイヤスト
   ロークセンサと、 前記バケットの開閉状態を検出するバケット開閉度検出
   器と、 前記ワイヤストロークセンサと前記バケット開閉度検出
   器からの検出値とから前記バケットの先端到達深度を算
   出する処理装置と、 前記処理装置が算出したバケットの先端到達深度をリア
   ルタイムで運転者に数値あるいは図形表示する表示装置
   とを備え、 前記ワイヤストロークセンサと前記バケット開閉度検出
   器の検出信号を前記処理装置に入力し、前記処理装置に
   よってバケットの先端到達深度を算出し、この算出され
   たバケットの先端到達深度を前記表示装置によってリア
   ルタイムで運転者に数値あるいは図形表示することによ
   り、掘削深度を運転者に把握管理させながら掘削を行わ
   せることを特徴とするバケット式掘削機の掘削方法。
5. 【請求項５】前記バケット開閉度検出器が検出した検出
   値を前記処理装置によって演算し、前記バケットの開閉
   状態を示した動画情報を前記表示装置に出力することに
   より、前記バケットの開閉状態をリアルタイムで運転者
   に把握管理させることを特徴とする請求項４に記載のバ
   ケット式掘削機の掘削方法。
6. 【請求項６】設定された掘削深度に対して前記バケット
   の開閉角度に応じて前記バケット式掘削機の昇降装置に
   昇降命令を発し、前記バケットの先端到達深度を前記設
   定された掘削深度と一致させる掘削深度制御用処理装置
   を備え、 運転者に予定の掘削深度を設定させ、前記掘削深度制御
   用処理装置によって前記バケット式掘削機の先端到達深
   度を制御し、掘削穴の底面を前記設定された掘削深度と
   ほぼ一致する深さに掘削することを特徴とする請求項４
   または請求項５に記載のバケット式掘削機の掘削方法。