油圧ショベル

油圧ショベル（ゆあつショベル）とは、原動機と走行装置を有する機体上に油圧シリンダーにより作動する複数の腕状のもの（機体の基部から順にブーム、アーム）の先端にバケットを取り付けて、土砂地山などを掘削または整地する自走式建設機械でいわゆる掘削機である。

概要

アーム先端に取り付ける作業装置は土砂等の掘削に適したバケットが標準であるが、バケットの以外の各種アタッチメントに付け替えて様々な用途に使用でき、下部走行フレームにブレード（排土板）を装備して、ブルドーザーのような押土整地作業も行える機種もある。

油圧式ショベルが登場する以前に鉱山や河川工事で用いられていた、ウインチでケーブル（ワイヤーロープ）を巻き上げ、巻き下げてブームとアームを動かしてバケットを前方に押し出して掘削するケーブル式ローディングショベルや、幅広バケットをウインチで引き寄せながら掘削するケーブル式ドラグショベルが原型である。ケーブル式ショベルは構造上、ケーブルを引く方向にしか掘削力をかけられないので、狭い範囲を深く掘削したり、掘削面を平らに切り取るような作業は困難であったが、1947年イタリアで世界初の複動式油圧シリンダーでブーム、アーム、バケットを動かす小型油圧式ローディングショベルが開発されて、従前のケーブル式では構造上困難だった精密掘削や整地作業も容易かつ、1970年頃以降油圧ポンプやバルブシステムが改良されて運転操縦法も極めて簡単になり、小型軽量な機種も製造可能になったため土木建設などの中-小規模な用途では急速に油圧式ショベルが普及した。
しかし、複動式油圧シリンダーはあまり長い物は製造が難しく、リンク倍率を高くするとブームやアームの太さや重量が大きくなり過ぎてしまうため油圧式ショベルの大型化には限界がある。2016年現在、重掘削・積込用としては作業半径20メートル程度、バケット容量40立方メートル程度が世界最大級であり、これよりも大規模な掘削機械では、ケーブル式ショベルやバケットホイールエクスカベーター等が多用されている。
下（後ろ）向きにバケットを取り付けてバックホーとして使うのがもっとも一般的だが、その他に、機体より上方の土砂を掘削して運搬車に積み込む作業に適した前向きローディングバケットや、圧砕機、鉄骨切断機を取り付けてビルの解体、コンクリートや道路のアスファルト、自然石を打撃により破砕するブレーカー等の多種多様なアタッチメントに交換でき非常に幅広い用途に使われる。
こうした動力シャベルはケーブル式時代のころは巻きあげロープが元々あったので、アタッチメント交換でここの先端にフックを付ければクレーンとしてそのまま使用できたため、日本でも過去の労働安全衛生法および関連省令規則では、「（油圧を含め）動力ショベルで貨物を吊上げ運搬する行為に関する規定」が設けられてなく、クレーン設置が困難な狭隘な作業場所において地中埋設物の引き抜きや土留め支保工材を扱う場合に限り油圧ショベルを吊上げ作業に用いてもよいと指導されていたが、油圧ショベルにはウィンチがないためバケット等のアタッチメントに直接ワイヤーを掛け付けた吊り上げ作業を行った結果、ワイヤーが切断したり外れて吊り上げた貨物が落下して死亡事故が多発した為、現在は関連省令規則が改定されて、省令規則の規定に合致する構造と安全装置を具備した「クレーン機能付油圧ショベル」でしか吊り上げ作業を認められていない。吊り上げられる重量は油圧ショベルの大きさで異なる。

機構

クローラを含む下部フレームに対し操縦席を含む上部フレームが旋回する。旋回は油圧モーターで駆動し下部フレームの油圧機器には上部フレーム旋回中心部のスイベルジョイントにより油圧を伝える。
近年では街中の騒音を配慮し、騒音および振動に対する防止策などが講じられている。日本においては、国土交通省が低騒音型建設機械、超低騒音型建設機械の指定制度がある。

動力源

ほとんどの機械がディーゼルエンジンを動力源としている。エンジンから得た動力を油圧ポンプで油圧力に変換し、油圧力を用いて走行・旋回およびブーム、アーム、バケット（アタッチメント）の操作を行う。
鉱山などで使われる機体質量100トン以上の大型機の中には、ディーゼルエンジンに直結した発電機で発電し、発電機から得る電力で油圧ポンプやギヤードモーターを駆動させて本体を動かす、ディーゼルエレクトリック駆動の油圧ショベルもある。
電気モーターを搭載し、外部電力を取り込んで油圧ポンプを駆動するタイプの油圧ショベル（通称：電機ショベル）もあり排気ガスを全く出さない。坑道や地下工事で多用されている。
エンジンにモーターとバッテリーまたはキャパシタを組み合わせた、ハイブリッド機の開発も盛んである。旋回を止める電力回生ブレーキの電力をキャパシタに蓄える事により、燃費を2割程度向上するという。

走行装置

多くはクローラ式で本体の油圧ポンプで走行装置の油圧モーターを動かし、金属製もしくはゴム製のクローラによって走行するが、自動車のようなゴムタイヤを装備したホイール式もある。通常はラフタークレーンのようにショベル作業運転と路上走行運転を一つの運転席上で行うが、極少数ながらトラッククレーンのように通常のトラックシャーシー上に旋回台（ターレット）を設け、油圧ショベルの旋回台から上を架装した特装車も存在する。日本の建設土木現場では大半がクローラ式である。道路工事ではゴムベルト式クローラが多用されている。海外では日本よりもホイール式の機種が多い。なお、俗に言われるキャタピラーとは、後述する米国キャタピラー社の社名から来たものであり。本来は履帯もしくはクローラーと呼ばれる。
一般的にゴムタイヤ式はクローラ式より不整地での走行性や作業中の安定性に劣るが、アウトリガーや昇降排土板を備えた機種ではクローラ式よりも高い安定性と掘削力を有する機種もある。（ただし、油圧ショベルは現場に到着すると作業中は移動しないのが普通である。）。
また日本では大型特殊自動車として登録可能な機種が多く製造発売されており、登録すれば公道を自走して作業現場へ移動できるという利点がある。クローラ式のものは走行速度が極めて低い上に、路面を損傷する可能性が大きいので自動車登録は不可能であり、セルフローダーやトレーラー等の貨物自動車に積載して現場へ運ばなくてはならない。
露天掘炭鉱で使用される超大型のドラグラインにはクローラの代わりに足のような機構を使って移動する「ウォーキングドラグライン」もある。

アタッチメント

油圧を利用できるため、各作業に特化した機構を備えたアタッチメントが登場している。

操作方法

主に運転者の足元から出ている2本のレバーと、両手の近くに配された2本のジョイスティックレバーを用いて操作する。これらのレバーを大きく傾ければ機械は速く動き、小さく傾ければゆっくり動く。
足元から出ている2本のレバーでクローラを操作する。多くの場合このレバーに直結されたペダルもあり、このペダルでも同様の操作が可能である。
運転者の両手近くにある2本のジョイスティックレバーを縦横に操作して、左右旋回、ブーム上げ下げ、アーム曲げ伸ばし、バケット掘削開放の4つの操作を行う。機種によってはバケット以外の作業装置を装備しているので、それらを操作するためのレバーやペダルが追加されている。アタッチメントの操作は床に設置したペダルを使用するものと、作業機の操作レバーにボタンを追加するものがある。
スロットル（アクセル）の操作はレバー式、ダイヤル式、速い・普通・遅い・アイドリングのボタン式など、メーカー・機種によってまちまちである。スロットルが全開でもレバーを少ししか倒さなければ作業装置はゆっくり動くので、自動車と違ってスロットルを頻繁に操作することはしない。レバーを一杯に倒してもまだ動きが遅いと感じたときに開き、騒音や燃料消費を抑えたいときに閉じる程度である。

作業装置の操作

2本のレバーの縦横の動きそれぞれにどの操作を割り当てるかは、かつてはメーカーごとにまちまちであったが、現在ではメーカーが「パターンチェンジャ」と呼ばれる機構を追加し後から変更できるようになっているほか、操作パターンを変更できない旧式に後付けし好みのパターン変更できる装置も登場している。
日本ではメーカー出荷時の操作方法はJISに定められた「標準操作方式」に統一されているがレンタル業者では顧客の好みに合わせて貸し出すため、作業現場では他の方式に変更されていることも多いが、現在では「標準操作方式」と「コマツレバー」にほぼ集約されている。特に1993年4月から国交省が所管の工事では、標準操作方法から変更する際に工具が必要な機種が指定されている。
アメリカではSAE Internationalが制定した「SAEパターン」が一般的であるため、日本のメーカでもアメリカ向けの機種ではパターンチェンジャで対応させている。

標準操作方式

一般的に「JIS方式」や「JISパターン」と呼ばれることが多いが。「ISOパターン」や「コマツ・日立パターン」が普及している地域では「横旋回」とも呼ばれる。バケットを横へ動かすときは横に、縦に動かすときは縦に左レバーを操作するという直感的で分かりやすい操作方法である。
　　　　アーム伸ばし　　　　　　　　　　　　　　　     　　ブーム下げ　　　　　　↑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ↑
　　　左旋回←○→右旋回　　　　　　　　　         バケット掘削←○→バケット開放　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　↓
　　　　アーム曲げ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　ブーム上げ

コマツ・日立・住友パターン

「縦旋回」とも呼ばれ、日本ではコマツと日立のシェアが高いためJIS方式と人気を二分している。JIS方式と比べて、右レバーは同じだが、左レバーの上下と左右が逆転している。レバーの動きと機構の動きが一致しないため、分かりやすさではJIS方式に劣るが、小刻みに操作することの多いアームを操作しやすい横のレバー操作で操るので慣れた後の作業性は高い。例えばバケットに付いた土砂を振るい落とす動きを例に取ると、コマツ・日立パ・住友パターンでは、左右のレバーを内側に寄せたり外側に倒したりを繰り返せばよいが、JIS方式では左右非対称の操作になってしまい操作しにくい。
　　　　　　　　右旋回　　　　　　　　　　　　　　　　  ブーム下げ　　　　　　　　　↑　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 ↑
　　アーム伸ばし←○→アーム曲げ　　　　　　　バケット掘削←○→バケット開放　　　　　　  　　↓　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　↓
　　　　　　　　左旋回　　　　　　　　　　　　　　　　  ブーム上げ

三菱パターン

他の方式と違って右レバーで旋回するので特に注意が必要である。また、アーム操作の上下およびバケット操作の左右（掘削・開放）も逆である。
　　　　　　ブーム下げ　　　　　　　　　　　　　　　      アーム曲げ　　　　　　　  ↑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　    ↑
　バケット開放←○→バケット掘削　　　　　            左旋回←○→右旋回　　　　　 　　 ↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　    ↓
　　　　　　ブーム上げ　　　 　　　　　　　   　　　      アーム伸ばし

旧コベルコパターン

三菱と同じく右レバーで旋回するので特に注意が必要である。また、バケット操作の左右（掘削・開放）も逆である。
　　　　　　ブーム下げ　　　　　　　　　　　　　　　　 アーム伸ばし　　　　　　 　 ↑　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 　  ↑
　バケット開放←○→バケット掘削 　 　    　　      左旋回←○→右旋回　　　　　　 　 ↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　↓
　　　　　　ブーム上げ　　　　 　　　　　　　  　　　　 アーム曲げ

旧ナカミチ（中道）パターン

JIS方式と旋回・バケットのレバー操作が逆である。現在では見かけることは稀である。
　　　　　　アーム伸ばし　　　　　　　　　　　　　　  ブーム下げ　　　　　　　　↑　　　　　　　　　　　　　　　　　　    ↑
　バケット開放←○→バケット掘削　　　　　        左旋回←○→右旋回　　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  ↓
　　　　　　アーム曲げ　　　　　　　　　　　　　　　  ブーム上げ

旧ヤンマーパターン

JIS方式に近いが、左レバーの上下が逆転している。現在では見かけることは稀である。
　　　　　　　　アーム曲げ　　　　　　　　　　　　             ブーム下げ　　　　　　　　　　↑　　　　　　　　　　　　　　　               ↑
　　　　    左旋回←○→右旋回　　 　                バケット掘削←○→バケット開放　　　　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　       　　　　↓
　　　　　　　  アーム伸ばし　　　　　　　　　　　             ブーム上げ

SAEパターン

JIS方式とはアーム操作の上下と曲げ伸ばしが左右逆になっている。
　　　　ブーム下げ　　　　　　　　　　　　　　　     　　　アーム伸ばし　　　　　　↑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ↑
　　左旋回←○→右旋回　　　　　　　　　         バケット掘削←○→バケット開放　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　↓
　　　　ブーム上げ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　アーム曲げ

操縦者

日本では、労働行為として油圧ショベルの作業運転を行う者は、建設機械施工技術検定の1級第一種か2級第一種の合格証所持者であるか、労働安全衛生法に基づく車両系建設機械（整地・運搬・積込・掘削用）運転資格者である必要がある（機体重量3t以上は「車両系建設機械運転技術技能講習」を修了して修了証を交付された者、3t未満では「車両系建設機械特別教育」を受講済の者）
また、大型特殊自動車登録された機体を公道で運転する場合は大型特殊自動車運転免許を交付された者に限られる。
尚、クレーン機能付油圧ショベルで吊り荷の玉掛け作業を行うには玉掛け技能講習を修了して修了証を交付された者、クレーン作業運転を行うには移動式クレーン運転士免許を交付された者または、定格吊上荷重5トン未満の機種ならば小型移動式クレーン運転技能講習を修了して修了証を交付された者である必要がある。

掘削用

コマツが陸上自衛隊向けに開発した掩体掘削機は掩体壕や塹壕などの掘削作業を想定し、自社製品をベースにアームの360度回転や車体を左右に傾斜させる機能を追加している。

双腕式

一般的な油圧ショベルは作業装置が一本であるが、日立建機は現場作業の多様化に合わせ双腕式の油圧ショベル「ASTACO（アスタコ）」を開発した。二本の作業装置を利用して、対象物を掴んだまま切断したり、長い物などを折り曲げるなど、一本の作業装置では出来なかった作業に対応している。操作は直感性を重視した2本のジョイスティックを使用する独自方式を採用し、右レバーで右腕、左レバーで左腕を操作する。JIS方式や日立パターンなどは全く違うことや、出力の制限から作業に制約があるため、従来方式に慣れたベテランからは評価されなかった。しかし精密作業が可能な双腕式は災害救助にも効果を発揮するため、東京消防庁のハイパーレスキューが災害救助用として導入した。
日立建機では現場の意見を取り入れ自社の「ZAXIS135US」に副腕を追加した「ASTACO NEO」も開発している。副腕は主たる作業装置の補助として使うもので、二本とも同じブームとアームの作業装置を備えた「ASTACO」とは構造が違い「シオマネキ型」となったが操縦方式は同じである。
2018年には傾斜地や不整地でも安定させるため4つの独立したクローラ、各部の軽量化、走行操作レバーの集約などの改良を行ったコンセプトモデルを公開した。
開発者の一人である石井啓範は実物大ガンダムを動かすプロジェクトにも参加している。
運転者の資格区分は不明。

遠隔操縦

油圧ショベルを目視で無線操縦する試みは各メーカーにより行われていたが、国土交通省が推進する情報化施工の一環として、GPSによる位置情報と車体に取り付けたセンサから得た情報と、工程表や施工図のデータを統合し、作業地点まで自動走行したり作業ガイドや警告を端末に表示するシステムが提唱され、各社からシステムが販売されている。
国土交通省は大規模災害への対策として遠隔操縦式の建設機械を普及させるため、河川事務所や地方整備局を通し業者向けの施工見学会や、分解空輸に対応した油圧ショベルを使った訓練を実施している。
ヤンマーは仮想現実技術と電気駆動を組み合わせ、遠隔操作を前提とした屋内・災害現場用のコンセプト機を発表している。
無線を使用する場合には使用者の負担を減らすため免許を要しない無線局が利用される。

備考

メーカーは納品先から指定が無い限り車体色を統一しており、日立建機はオレンジ(正確には)タキシーイエロー、コマツとCAT、住友、KATO、は黄色(正確には)ナチュラルイエロー、コベルコはブルーグリーンである。