JP7276056B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルなどの作業機械に関する。

従来、例えば油圧ショベルなどの作業機械が知られている。前記油圧ショベルは、下部走行体及び上部旋回体を含む機体と、複数の可動部（ブーム、アーム及びバケット）を含む作業装置と、前記複数の可動部を駆動するように作動する複数の油圧シリンダ（ブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダ）と、を備える。この油圧ショベルは、作業現場において、土砂などの作業の対象物を、例えばダンプトラックなどの移動先に積み込むための積込作業を行う。このような油圧ショベルとして、いわゆるペイロード機能を搭載するものも知られている。このペイロード機能は、前記バケットに保持される前記土砂の荷重を計測する機能である。前記土砂の荷重は、例えばブームシリンダのシリンダ圧を用いて演算される。

前記複数の油圧シリンダのそれぞれは、シリンダ本体と、当該シリンダ本体に対して変位するピストン部材とを含み、前記ピストン部材がストロークエンドに到達するときの衝撃を緩和するためのクッション機構を有する。このクッション機構は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材がクッション領域に進入するのに伴って前記油圧シリンダのシリンダ圧を上昇させるとともに前記ピストン部材の変位速度を低下させ、これにより、前記衝撃が緩和される。従って、前記ペイロード機能による前記土砂の荷重計測は、前記ブームシリンダのピストン部材がクッション領域に進入すると、前記ブームシリンダのシリンダ圧の上昇の影響を受けるため、正確に行われない。

上記のようなクッション領域による影響を回避するための技術として特許文献１及び特許文献２の技術が提案されている。

特許文献１は、ブームが上昇限度に到達すると、油圧クッション領域に入ってリリーフ作動して正確な負荷圧が検出できなくなるので、ブームの下げ操作を促すメッセージが表示される技術を開示する（特許文献１の段落００４２、図１１（イ））。

特許文献２は、油圧シリンダが伸縮ストローク端に達すると、正確な圧力を検出することができないため（特許文献２の段落００４０）、３通りの方法、すなわち、ブームシリンダの圧力に基づいた荷重値の演算、アームシリンダの圧力に基づいた荷重値の演算、及びバケットシリンダの圧力に基づいた荷重値の演算を行い（特許文献２の段落００２６）、演算された荷重値に優先順位を付し、最適な荷重値を決定する技術を開示する。具体的に、油圧シリンダがストロークエンドに伸縮されている場合、荷重を演算するのに不適切な状態の油圧シリンダであると判定される（特許文献２の段落００１９）。荷重計測に不適切な状態とされた油圧シリンダに関する荷重値は、そうでない油圧シリンダに関する荷重値より優先順位が下位とされる（特許文献２の段落００２５）。

特開２００２－２９４７６５号公報 特開２０１２－１０３０２９号公報

特許文献１の技術では、オペレータは正確な負荷圧を検出するためにブームの下げ操作を行う必要があるため、積込作業の作業効率が低下するという問題がある。特許文献２の技術では、複数の方法による複数の荷重値の演算が必要であり、このため、複数の油圧シリンダの圧力をそれぞれ検出する複数の圧力センサが必要になる。

本発明は、作業効率の低下を抑制するとともに、複数の油圧シリンダの圧力に基づいた複数の荷重値の演算を行わなくても前記クッション領域による影響を回避してアタッチメントにより保持される作業の対象物の荷重を取得することができる作業機械を提供することを目的とする。

提供される作業機械は、機体と、前記機体に対して相対的な動作を行うことが可能な複数の可動部を含み、前記複数の可動部が作業の対象物を保持可能なアタッチメントを含む作業装置と、シリンダ本体とピストン部材とを含み、前記シリンダ本体内への作動油の供給を受けることにより前記複数の可動部のうちの一つを駆動するように前記ピストン部材が前記シリンダ本体に対してストローク方向に変位する油圧シリンダと、前記油圧シリンダの圧力であるシリンダ圧を検出する圧力検出部と、前記アタッチメントにより保持される前記対象物の荷重を、前記シリンダ圧を用いて演算する荷重演算部と、荷重記憶部と、荷重情報出力部と、を備える。前記油圧シリンダは、クッション機構を有する。前記ピストン部材が前記シリンダ本体に対して前記ストローク方向に変位可能な最大範囲であるストローク範囲は、当該ストローク範囲の一端であるストロークエンドを含む端部領域を構成するクッション領域を含む。前記クッション機構は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記クッション領域に進入するのに伴って前記シリンダ圧を上昇させるとともに前記ピストン部材の変位速度を低下させるように構成される。この作業機械では、前記クッション領域に対して前記ストロークエンドから遠ざかる方向に離れた位置に特定位置が予め設定され、前記特定位置と前記ストロークエンドとの間の領域が特定領域として予め設定され、前記荷重情報出力部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定位置に至るまでは、前記荷重演算部により演算される荷重を前記対象物の荷重の情報である荷重情報として出力し、前記荷重記憶部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定位置に到達したときに前記荷重演算部により演算される荷重を特定荷重として記憶し、前記荷重情報出力部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入した後には、前記特定荷重を前記荷重情報として出力する。

この作業機械では、前記クッション領域に対して前記ストロークエンドから遠ざかる方向に離れた位置に前記特定位置が設定されている。そして、前記作業機械は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入した後には、前記ピストン部材が前記特定位置に到達した時点で記憶された前記特定荷重を前記荷重情報として採用する。このため、前記ピストン部材がクッション領域に進入して前記シリンダ圧が上昇したときに前記荷重演算部により演算される荷重が前記荷重情報として採用されない。従って、この作業機械では、オペレータが特許文献１のようにブームの下げ操作を行う必要がないので作業効率の低下を抑制することができるとともに、複数の油圧シリンダの圧力に基づいた複数の荷重値の演算を行わなくても前記クッション領域による影響を回避してアタッチメントにより保持される作業の対象物の荷重を取得することができる。

前記作業機械において、前記特定領域の前記ストローク方向の長さは、前記クッション領域の前記ストローク方向の長さよりも大きく、かつ、前記ストローク範囲の全長の５％以下であることが好ましい。

この態様では、前記ピストン部材が前記ストロークエンドに極力近い位置に配置されているときに前記荷重演算部により演算される荷重を、前記特定荷重として採用することができる。

前記作業機械では、前記荷重情報出力部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入したにもかかわらず、前記シリンダ圧の上昇が抑制されることを判定可能な予め設定された条件が満たされる場合には、前記荷重演算部により演算される荷重を前記荷重情報として出力してもよい。

この態様では、前記ピストン部材が前記特定領域に進入したにもかかわらず、前記条件が満たされる場合には、前記シリンダ圧が大きく上昇しないため、前記荷重演算部により演算される荷重は、実際に前記アタッチメントにより保持される前記対象物の荷重と大差ない。このため、上記の場合、前記荷重演算部により演算される荷重が前記荷重情報として出力されてもよい。

前記作業機械は、前記対象物を保持する保持作業と、保持された前記対象物を移動先の上に移動させる移動作業と、前記移動先の上で前記対象物を解放する解放作業と、を行うことができるように構成され、前記作業機械は、前記解放作業において前記移動先の上で解放されると予測される前記対象物の荷重である予測荷重を決定する予測荷重決定部をさらに備え、前記予測荷重決定部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定位置に至るまでに、予め設定された予測荷重決定条件が満たされた場合、前記荷重演算部により演算された荷重に基づいて前記予測荷重を決定し、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入した後に、前記予測荷重決定条件が満たされた場合、前記特定荷重を前記予測荷重として決定することが好ましい。

この態様では、前記予測荷重決定条件が満たされるときの前記ピストン部材の位置に応じて前記予測荷重を決定する方法が選択される。前記予測荷重決定条件が満たされるときの前記ピストン部材の位置が前記特定領域に含まれる場合、すなわち、前記ピストン部材が前記クッション領域に進入するのに伴って前記シリンダ圧が上昇した状態で前記予測荷重決定条件が満たされた場合であっても、前記予測荷重として決定される前記特定荷重は、前記シリンダ圧の上昇の影響を受けない。従って、この態様では、前記予測荷重が前記解放作業において前記移動先の上で実際に解放される前記対象物の荷重とかけ離れたものとなることが回避される。決定された前記予測荷重は、例えば、ダンプトラックなどの前記移動先に積み込まれる土砂などの前記対象物の積み込み量の算出に用いられる。

前記作業機械において、前記予測荷重決定条件は、前記アタッチメントにより保持される前記対象物の量を減少させるための予め設定された減少操作が前記保持作業の後に行われるという条件が満たされることを含んでいてもよい。

この態様は、前記予測荷重と、前記解放作業において前記移動先の上で実際に解放される前記対象物の荷重との差を小さくすることを可能にする。具体的に、前記予測荷重決定条件を構成する前記減少操作は、前記アタッチメントにより保持される前記対象物の量を減少させるための操作である。このような減少操作が行われる時期のうち主要なものの一例は、前記アタッチメントに保持された対象物が前記解放作業において前記移動先の上で解放されるときである。すなわち、この作業機械では、前記予測荷重の決定のタイミングを前記減少操作に関連付けることにより、前記予測荷重の決定のタイミングを前記解放作業が開始されるタイミングに近づけることが可能になる。前記解放作業の前に行われる前記移動作業では、当該移動作業中に例えば前記アタッチメントに生じる振動によって前記アタッチメントに保持される土砂などの前記対象物の一部が前記アタッチメントから落下することがある。従って、前記予測荷重の決定のタイミングを前記解放作業が開始されるタイミングに近づけることにより、前記予測荷重と前記移動先の上で実際に解放される前記対象物の荷重との間に生じるずれを小さくすることが可能になる。

前記作業機械において、前記複数の可動部は、前記機体に起伏可能に支持されるブームを含み、前記予測荷重決定条件は、前記ブームが起立方向に作動するブーム上げ動作の速度が前記移動作業において減少するという条件が満たされること含んでいてもよい。

この態様は、上記と同様の理由から、前記予測荷重と、前記解放作業において前記移動先の上で実際に解放される前記対象物の荷重との差を小さくすることを可能にする。具体的に、前記ブーム上げ動作の速度が前記移動作業において減少するタイミングは、前記移動作業の後半であることが多い。前記予測荷重の決定のタイミングを前記ブーム上げ動作の速度が減少するタイミングに関連付けることにより、前記予測荷重の決定のタイミングを前記解放作業が開始されるタイミングに近づけることが可能になる。このことは、前記予測荷重と前記移動先の上で実際に解放される前記対象物の荷重との間に生じるずれを小さくすることを可能にする。

以上のように、本発明によれば、作業効率の低下を抑制するとともに、複数の油圧シリンダの圧力に基づいた複数の荷重値の演算を行わなくても前記クッション領域による影響を回避してアタッチメントにより保持される作業の対象物の荷重を取得することができる作業機械が提供される。

本発明の実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルを示す側面図である。 前記油圧ショベルに搭載されるコントローラ及びこれにより制御される回路の構成を示す図である。 前記油圧ショベルのブームシリンダを示す断面図である。 前記ブームシリンダを示す断面図である。 前記ブームシリンダを示す断面図である。 前記ブームシリンダを示す断面図である。 前記ブームシリンダのシリンダ圧の変化を示すグラフである。 前記コントローラにより実行される制御動作を示すフローチャートである。 前記制御動作において、ブームシリンダのピストン部材の位置（又はブーム角度）、バケット操作の操作量（操作信号）、及び前記バケットに保持される土砂の荷重のそれぞれの経時変化の一例を示すグラフである。 前記コントローラにより実行される制御動作を示すフローチャートである。 前記油圧ショベルによる土砂の積込作業、及び前記制御動作により表示装置に表示される内容の一例を示す図である。 前記油圧ショベルによる土砂の積込作業、及び前記制御動作により表示装置に表示される内容の一例を示す図である。

本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルを示す。図２は、前記油圧ショベルに搭載されるコントローラ及びこれにより制御される回路の構成を示す図である。

図１及び図２に示すように、油圧ショベル１０は、下部走行体１１と、前記下部走行体１１に旋回可能に搭載される上部旋回体１２と、前記上部旋回体１２に搭載される作業装置１３と、複数の油圧アクチュエータと、少なくとも一つの油圧ポンプ２１と、パイロットポンプ２２と、複数の操作装置と、複数の制御弁と、複数の圧力センサと、姿勢検出部と、コントローラ５０と、を備える。

前記下部走行体１１及び前記上部旋回体１２は、前記作業装置１３を支持する機体を構成する。前記下部走行体１１は、前記油圧ショベル１０を走行させるための図略の走行装置を有し、地面Ｇの上を走行することができる。前記上部旋回体１２は、旋回フレーム１２Ａと、その上に搭載されるエンジンルーム１２Ｂ及びキャブ１２Ｃとを含む。前記エンジンルーム１２Ｂはエンジンを収容し、前記キャブ１２Ｃには、オペレータが着座する座席、種々の操作レバー、操作ペダルなどが配置されている。

前記作業装置１３は、前記機体に対して相対的な動作を行うことが可能な複数の可動部を含む。前記複数の可動部は、土砂をダンプトラックに積み込むための積込作業を行うことが可能である。前記複数の可動部は、ブーム１４、アーム１５及びバケット１６を含む。前記土砂は、作業の対象物の一例であり、前記ダンプトラックは、移動先の一例であり、前記バケット１６は、アタッチメントの一例である。

前記積込作業は、前記土砂を掘削して前記バケット１６に保持する保持作業（掘削作業）と、保持された前記土砂を前記ダンプトラックの真上に移動する移動作業と、前記ダンプトラックの上で前記土砂を解放する解放作業（排土作業）と、を含む。前記解放作業において解放された前記土砂は、前記バケット１６から落下して前記ダンプトラックに積み込まれる。

前記ブーム１４は、図１の矢印Ａ１に示されるように起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能となるように前記旋回フレーム１２Ａの前部に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム１５は、図１の矢印Ａ２に示されるように水平軸回りに回動可能となるように前記ブーム１４の先端部に取り付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記バケット１６は、図１の矢印Ａ３に示されるように水平軸周りに回動可能となるように前記アーム１５の先端部に取り付けられる基端部を有する。

前記複数の油圧アクチュエータは、複数の油圧シリンダと、旋回モータ２０と、を含む。前記複数の油圧シリンダは、前記ブーム１４を動かすための少なくとも一つのブームシリンダ１７と、前記アーム１５を動かすためのアームシリンダ１８と、前記バケット１６を動かすためのバケットシリンダ１９と、を含む。図２では、１つの油圧ポンプ２１のみが図示されているが、前記油圧ショベル１０は、複数の油圧ポンプを備えていてもよい。

前記少なくとも一つのブームシリンダ１７は、前記上部旋回体１２と前記ブーム１４との間に介在し、前記油圧ポンプ２１から吐出される作動油の供給を受けることにより伸長又は収縮し、これにより、前記ブーム１４を前記矢印Ａ１で示す起立方向又は倒伏方向に回動させる。

前記アームシリンダ１８は、前記ブーム１４と前記アーム１５との間に介在し、前記作動油の供給を受けることにより伸長又は収縮し、これにより、前記アーム１５を前記矢印Ａ２で示すアーム引き方向又はアーム押し方向に回動させる。前記アーム引き方向は、前記アーム１５の先端が前記ブーム１４に近づく方向であり、前記アーム押し方向は、前記アーム１５の先端が前記ブーム１４から離れる方向である。

前記バケットシリンダ１９は、前記アーム１５と前記バケット１６との間に介在し、前記作動油の供給を受けることにより伸長又は収縮し、これにより、前記バケット１６を前記矢印Ａ３で示すバケット引き方向又はバケット押し方向に回動させる。前記バケット引き方向は、図１に示す前記アーム１５の長手方向を示す直線１５ａと、前記バケット１６の方向を示す直線１６ａとのなす角度θ３が小さくなる方向であり、前記バケット押し方向は、前記角度θ３が大きくなる方向である。

前記旋回モータ２０は、前記作動油の供給を受けることにより前記上部旋回体１２を旋回させるように作動する油圧モータである。当該旋回モータ２０は、前記作動油の供給を受けて回転する図略の出力軸を有し、当該出力軸は上部旋回体１２を左右双方向に旋回させるように上部旋回体１２に連結されている。具体的に、前記旋回モータ２０は、一対のポートを有し、これらのうちの一方のポートへの作動油の供給を受けることにより当該一方のポートに対応する方向に前記出力軸が回転するとともに他方のポートから作動油を排出する。

前記ブームシリンダ１７は、クッション機構を有する。本実施形態では、このクッション機構の一例として図３に示す態様を挙げているが、前記クッション機構は、図３に示す態様に限られず、種々の態様を採用可能である。以下、図３を参照して、前記ブームシリンダ１７のクッション機構などの構造について説明する。

図３～図６は、ブームシリンダ１７を示す断面図である。図３に示すように、前記ブームシリンダ１７は、シリンダ本体１７１と、ピストン部材１７２と、を含む。前記ブームシリンダ１７は、前記シリンダ本体１７１内への前記作動油の供給を受けることにより前記ブーム１４を駆動するように当該ピストン部材１７２が前記シリンダ本体１７１に対してストローク方向、すなわち、前記ブームシリンダ１７の長手方向に変位する。

前記シリンダ本体１７１は、筒状部１７１Ａと、第１の蓋部１７１Ｂと、第２の蓋部１７１Ｃと、を含む。前記ピストン部材１７２は、ピストン１７２Ａと、ピストンロッド１７２Ｂと、第１のクッションリング１７２Ｃと、第２のクッションリング１７２Ｄと、を含む。

前記シリンダ本体１７１の前記第１の蓋部１７１Ｂ及び前記第２の蓋部１７１Ｃは、前記筒状部１７１Ａの両端部の開口をそれぞれ塞ぐように前記筒状部１７１Ａにそれぞれ取り付けられている。

前記第１の蓋部１７１Ｂは、底部１７３と、底部１７３から前記筒状部１７１Ａに向かって延びる筒状の胴部１７４と、を含む。この胴部１７４の先端部は、前記筒状部１７１Ａの一方の端部の開口に結合されている。

前記第１の蓋部１７１Ｂは、凹部１７５と、供給路１７６と、バイパス経路１７７と、貫通孔１７８と、を有する。前記凹部１７５は、前記胴部１７４の内周面と前記底部１７３の底面とにより画定される空間であり、前記筒状部１７１Ａの内周面により画定される空間（収容空間）と連通している。前記供給路１７６は、前記油圧ポンプ２１から吐出される前記作動油の入口又は出口である。前記バイパス経路１７７は、その一方の開口が前記胴部１７４の先端面に設けられ、他方の開口が前記胴部１７４の内周面に設けられ、これらの開口の間をつなぐ油路である。前記バイパス経路１７７の中間部には例えば絞り弁などの絞り機構１７９が設けられている。この絞り機構１７９は、前記バイパス経路１７７の流路断面積を調節することができる。前記貫通孔１７８は、前記底部１７３を前記ストローク方向に貫通しており、前記ピストンロッド１７２Ｂが挿通されている。

前記第２の蓋部１７１Ｃは、前記貫通孔１７８を有していないこと以外は、前記第１の蓋部１７１Ｂと同様の構造を有するので、前記第１の蓋部１７１Ｂと同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

前記ピストンロッド１７２Ｂは、その基端部を構成するロッド基端部１８０と、その先端部を構成する図略のロッド先端部と、を有する。前記ロッド基端部１８０は、前記シリンダ本体１７１の内部（前記収容空間）に収容されている。前記ピストン１７２Ａは、前記ピストンロッド１７２Ｂの前記基端部１８０に装着され、前記シリンダ本体１７１の前記筒状部１７１Ａの内周面に沿って摺動可能に構成されている。これにより、前記シリンダ本体１７１の内部は、ロッド側室１７Ｒと、ヘッド側室１７Ｈとに区画されている。前記第１のクッションリング１７２Ｃは、前記ロッド側室１７Ｒにおいて前記ピストン１７２Ａに隣接する位置に前記ピストンロッド１７２Ｂの前記基端部１８０に装着されている。前記第２のクッションリング１７２Ｄは、前記ヘッド側室１７Ｈにおいて前記ピストン１７２Ａに隣接する位置に前記ピストンロッド１７２Ｂの前記基端部１８０に装着されている。

前記第１のクッションリング１７２Ｃは、前記第１の蓋部１７１Ｂの前記凹部１７５に嵌合することが可能な大きさを有する。前記第２のクッションリング１７２Ｄは、前記第２の蓋部１７１Ｃの前記凹部１７５に嵌合することが可能な大きさを有する。

前記ブームシリンダ１７は、当該ブームシリンダ１７が伸長して前記ピストン部材１７２が第１のストロークエンドＥ１（伸長時のストロークエンド）に近づいたときに衝撃を緩和するように機能する第１のクッション機構Ｃ１と、前記ブームシリンダ１７が収縮して前記ピストン部材１７２が第２のストロークエンドＥ２（収縮時のストロークエンド）に近づいたときに衝撃を緩和するように機能する第２のクッション機構Ｃ２と、を有する。

前記第１のクッション機構Ｃ１は、主として、前記第１のクッションリング１７２Ｃと、前記第１の蓋部１７１Ｂと、前記ピストン１７２Ａの第１の端面Ｓ１と、により構成される。前記第２のクッション機構Ｃ２は、主として、前記第２のクッションリング１７２Ｄと、前記第２の蓋部１７１Ｃと、前記ピストン１７２Ａの第２の端面Ｓ２と、により構成される。前記第１のクッション機構Ｃ１と前記第２のクッション機構Ｃ２は、同様の構造を備えるので、以下では、前記第１のクッション機構Ｃ１についてのみ説明する。

図６に示すように、前記ピストン部材１７２が前記シリンダ本体１７１に対して前記ストローク方向に変位可能な最大範囲であるストローク範囲は、前記第１のストロークエンドＥ１から前記第２のストロークエンドＥ２までの領域である。前記ストローク範囲の全長Ｌ１は、図６において矢印で示される長さである。なお、図６では、前記第１のストロークエンドＥ１に配置された前記ピストン部材１７２が実線で図示され、前記第２のストロークエンドＥ２に配置された前記ピストン部材１７２が二点鎖線で図示されている。

前記ストローク範囲は、当該ストローク範囲の一端である前記第１のストロークエンドＥ１を含む端部領域を構成するクッション領域を含む。前記第１のクッション機構Ｃ１は、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記クッション領域に進入するのに伴って前記シリンダ圧を上昇させるとともに前記ピストン部材１７２の変位速度を低下させるように構成される。

具体的に、前記第１のストロークエンドＥ１に向かう前記ピストン部材１７２は、図３に示す位置から、図４に示す位置、図５に示す位置、及び図６に示す位置の順に変位する。図５に示すように、ピストン部材１７２のピストン１７２Ａ及び前記第１のクッションリング１７２Ｃが前記第１のストロークエンドＥ１に近づくと、前記第１のクッションリング１７２Ｃが前記第１の蓋部１７１Ｂの前記凹部１７５に進入する。その結果、前記第１のクッションリング１７２Ｃと、筒状部１７１Ａの内周面のうち前記第１のクッションリング１７２Ｃの周りを囲む部分と、前記ピストン１７２Ａの第１の端面Ｓ１と、により囲まれるクッション空間ＣＳが形成される（図５参照）。このクッション空間ＣＳに収容されている作動油は、当該クッション空間ＣＳに連通する前記バイパス経路１７７を通って前記凹部１７５に移動する。このとき、前記バイパス経路１７７の流量は前記絞り機構１７９により制限されているため、前記クッション空間ＣＳの圧力が上昇し、前記ピストン部材１７２に対するブレーキ作用が生じる。これにより、前記ピストン部材１７２の変位速度が低下し、衝撃が緩和される。

図７は、前記ブームシリンダ１７のシリンダ圧の時間的変化を示すグラフである。具体的に、図７は、後述するブーム上げ操作が行われることにより、前記ピストン部材１７２が、前記クッション領域よりも手前側の領域（後述する手前側領域Ｒ１）から前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位し、前記クッション領域に進入するまでの前記シリンダ圧の時間的変化の一例を示している。図７に示すように、前記ピストン部材１７２の前記第１のクッションリング１７２Ｃが、前記シリンダ本体１７１における前記第１の蓋部１７１Ｂの前記凹部１７５に進入すると、前記ブームシリンダ１７のロッド側室１７Ｒの圧力（保持圧）は急激に上昇する（図７のクッション領域）。

再び図２を参照し、前記複数の操作装置は、ブーム操作装置６１と、アーム操作装置６２と、バケット操作装置６３と、旋回操作装置６４と、を含む。これらの操作装置６１～６４は、オペレータの操作を受ける操作レバー６１Ａ～６４Ａをそれぞれ有する。各操作装置は、油圧式の操作装置により構成されていてもよく、電気式の操作装置により構成されていてもよい。一つの操作レバーが複数の操作レバーを兼ねていてもよい。例えば、オペレータが着座する座席の前方右側に右側操作レバーを設け、前後方向に操作された場合にブームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合にバケットレバーとして機能してもよい。同様に、前記座席の前方左側に左側操作レバーを設け、前後方向に操作された場合にアームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合に旋回レバーとして機能してもよい。レバーパターンは、オペレータの操作指示によって任意に変更されてもよい。図２は、前記操作装置６１～６４が電気式の操作装置により構成される場合の回路構成を示している。

前記複数の制御弁は、ブーム制御弁４１と、アーム制御弁４２と、バケット制御弁４３と、旋回制御弁４４と、一対のブーム電磁比例弁４５と、一対のアーム電磁比例弁４６と、一対のバケット電磁比例弁４７と、一対の旋回電磁比例弁４８と、を含む。

例えば、前記バケット操作装置６３の前記操作レバー６３Ａが操作されると、前記操作レバー６３Ａの操作量及び操作方向に関する情報は電気信号（操作信号）に変換されてコントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、前記操作信号に対応した指令信号（指令電流）を、前記一対のバケット電磁比例弁４７のうちの前記操作レバー６３Ａの操作方向に対応するバケット電磁比例弁４７に入力する。当該バケット電磁比例弁４７は、前記パイロットポンプ２２が吐出するパイロット油の圧力を前記指令信号に応じて減圧し、減圧されたパイロット圧を、前記バケット制御弁４３における一対のパイロットポートの一方に導く。これにより、前記バケット制御弁４３は、前記パイロット圧が入力される前記パイロットポートに対応する方向に、前記パイロット圧の大きさに対応するストロークで開弁する。その結果、前記油圧ポンプ２１から吐出される作動油が、前記ストロークに対応する流量で前記バケットシリンダ１９のヘッド側室又はロッド側室に供給されることが許容される。なお、他の操作装置６１，６２，６４の操作レバーが操作された場合の動作は、上記と同様であるので説明を省略する。

なお、各操作装置が油圧式である場合の油圧回路図は省略するが、その場合、前記油圧ショベル１０の油圧回路は次のように動作する。例えば前記バケット操作装置６３の前記操作レバー６３Ａが操作されると、前記パイロットポンプ２２からのパイロット一次圧が前記バケット操作装置６３のリモコン弁において前記操作レバー６３Ａの操作量に応じて減圧され、減圧されたパイロット圧が前記リモコン弁から出力される。出力されたパイロット圧は、前記バケット制御弁４３における一対のパイロットポートの一方に入力される。これにより、前記バケット制御弁４３は、前記パイロット圧が入力される前記パイロットポートに対応する方向に、前記パイロット圧の大きさに対応するストロークで開弁する。その結果、前記油圧ポンプ２１から吐出される作動油が、前記ストロークに対応する流量で前記バケットシリンダ１９のヘッド側室又はロッド側室に供給されることが許容される。

前記複数の圧力センサは、図２に示すように、前記ブームシリンダ１７のヘッド圧（シリンダ圧の一例）を検出するための圧力センサ３５と、前記ブームシリンダ１７のロッド圧（シリンダ圧の一例）を検出するための圧力センサ３６と、を含む。前記圧力センサ３５及び前記圧力センサ３６は、圧力検出部を構成する。

前記姿勢検出部は、前記ブーム１４の姿勢情報を検出可能なブーム姿勢検出装置３１と、前記アーム１５の姿勢情報を検出可能なアーム姿勢検出装置３２と、前記バケット１６の姿勢情報を検出可能なバケット姿勢検出装置３３と、を含む。本実施形態では、これらの姿勢検出装置３１，３２，３３のそれぞれは、例えば、慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：ＩＭＵ）により構成される。

なお、前記姿勢検出部は、ストロークセンサにより構成されていてもよく、角度センサにより構成されていてもよく、衛星測位システムを利用した位置検出装置により構成されていてもよい。すなわち、前記ブーム１４の姿勢、前記アーム１５の姿勢、及び前記バケット１６の姿勢は、例えば、前記ブームシリンダ１７、前記アームシリンダ１８、及び前記バケットシリンダ１９のストロークを検出する前記ストロークセンサにより得られるストローク値に基づいて演算されてもよい。また、前記ブーム１４の姿勢、前記アーム１５の姿勢、及び前記バケット１６の姿勢は、例えば、前記ブーム１４の前記基端部の回動軸、前記アーム１５の前記基端部の回動軸、及び前記バケット１６の前記基端部の回動軸にそれぞれ設けられた前記角度センサにより得られる角度値に基づいて演算されてもよい。また、前記ブーム１４の姿勢、前記アーム１５の姿勢、及び前記バケット１６の姿勢は、例えば、ＧＮＳＳセンサのような衛星測位システムを利用した前記位置検出装置により得られる検出値に基づいて演算されてもよい。

上記のような姿勢検出部により検出された前記ブーム１４の姿勢、前記アーム１５の姿勢、及び前記バケット１６の姿勢に関する姿勢情報（姿勢信号）は、コントローラ５０に入力される。

前記コントローラ５０（メカトロコントローラ）は、例えばＣＰＵ、メモリなどを備えるコンピュータにより構成され、操作判定部５１と、姿勢演算部５２と、速度演算部５３と、荷重演算部５４と、荷重記憶部５５と、予測荷重決定部５６と、荷重情報出力部５７と、を機能として有する。

前記操作判定部５１は、前記複数の操作装置６１～６４のそれぞれの操作レバーに操作が与えられたか否かを判定する。前記複数の操作装置６１～６４のそれぞれが図２に示すような前記電気式の操作装置である場合、前記操作装置６１～６４のそれぞれは、対応する操作レバーに与えられる操作量及び操作方向に応じた前記操作信号を前記コントローラ５０に入力する。前記操作判定部５１は、入力された前記操作信号に基づいて、対応する操作装置の操作レバーに操作が与えられたこと、具体的には、前記操作レバーに与えられた前記操作量及び前記操作方向を判定することができる。

具体的に、本実施形態では、前記操作判定部５１は、前記ブーム操作装置６１の前記操作レバー６１Ａに前記ブームシリンダ１７を伸長させるブーム上げ操作又は前記ブームシリンダ１７を収縮させるブーム下げ操作が与えられたこと、前記アーム操作装置６２の前記操作レバー６２Ａに前記アームシリンダ１８を伸長させるアーム引き操作又は前記アームシリンダ１８を収縮させるアーム押し操作が与えられたこと、前記バケット操作装置６３の前記操作レバー６３Ａに前記バケットシリンダ１９を伸長させるバケット引き操作及び前記バケットシリンダ１９を収縮させるバケット押し操作が与えられたこと、前記旋回操作装置６４の前記操作レバー６４Ａに前記上部旋回体１２を旋回させる右旋回操作又は左旋回操作が与えられたこと、をそれぞれ判定することができる。前記複数の操作装置６１～６４のそれぞれが前記電気式の操作装置である場合、前記操作判定部５１は、前記複数の操作装置６１～６４の操作レバー６１Ａ～６４Ａに与えられる操作を検出可能な操作検出部を構成する。

前記操作装置６１～６４のそれぞれが前記油圧式の操作装置である場合、前記油圧ショベル１０は、前記複数の操作装置６１～６４のそれぞれの前記操作レバーに与えられる操作量に応じて前記リモコン弁から出力されるパイロット圧を検出する図略の複数のパイロット圧センサを備える。複数のパイロット圧センサのそれぞれは、検出したパイロット圧に対応する信号である操作信号を前記コントローラ５０に入力する。前記操作判定部５１は、入力された前記操作信号に基づいて、対応する操作装置の操作レバーに操作が与えられたこと、具体的には、前記操作レバーに与えられた前記操作量及び前記操作方向を判定することができる。前記複数の操作装置６１～６４のそれぞれが前記油圧式の操作装置である場合、前記複数のパイロット圧センサと前記操作判定部５１は、前記複数の操作装置６１～６４の操作レバー６１Ａ～６４Ａに与えられる操作を検出可能な操作検出部を構成する。

前記姿勢演算部５２は、前記姿勢検出部から入力される前記姿勢信号に基づいて、前記ブーム１４の姿勢、前記アーム１５の姿勢、及び前記バケット１６の姿勢のそれぞれを演算する。前記姿勢演算部５２は、前記ブーム１４の姿勢、前記アーム１５の姿勢、及び前記バケット１６の姿勢として、例えば図１に示すブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３を、前記姿勢信号に基づいてそれぞれ演算してもよい。

前記ブーム角度θ１は、例えば、前記ブーム１４の方向を示す直線１４ａと、前記上部旋回体１２の旋回中心軸Ｃに直交する平面Ｐとのなす角度であってもよい。前記アーム角度θ２は、前記アーム１５の方向を示す前記直線１５ａと、前記直線１４ａとのなす角度であってもよい。前記バケット角度θ３は、前記バケット１６の方向を示す前記直線１６ａと、前記直線１５ａとのなす角度であってもよい。前記直線１４ａは、前記ブーム１４の前記基端部の回動軸と、前記ブーム１４の前記先端部の回動軸（前記アーム１５の前記基端部の回動軸）とを結ぶ直線であってもよい。前記直線１５ａは、前記アーム１５の前記基端部の回動軸と前記アーム１５の前記先端部の回動軸（前記バケット１６の前記基端部の回動軸）とを結ぶ直線であってもよい。前記直線１６ａは、前記バケット１６の前記基端部の回動軸と前記バケット１６の先端部１６Ｅとを結ぶ直線であってもよい。

前記速度演算部５３は、前記ブーム１４が前記起立方向に作動するブーム上げ動作の速度を演算する。前記速度演算部５３は、周期的に取得される複数の前記ブーム角度θ１に基づいて、前記ブーム角度θ１の変化量を、その変化した時間で割り算することにより前記ブーム上げ動作の速度（角速度）を演算してもよい。また、前記ブーム姿勢検出装置３１が前記ストロークセンサにより構成される場合、前記速度演算部５３は、周期的に取得される前記ブームシリンダ１７の複数のストローク値に基づいて、ストローク値の変化量を、その変化した時間で割り算することにより前記ブームシリンダ１７の伸長速度を演算し、演算された前記伸長速度に基づいて前記ブーム上げ動作の速度を演算してもよい。

前記荷重演算部５４は、前記バケット１６により保持される前記対象物の荷重を、前記シリンダ圧を用いて演算する。前記荷重演算部５４は、前記バケット１６に保持される前記対象物の荷重を例えば以下のようにして算出する。なお、前記対象物の荷重は、以下の演算方法に限られず、他の公知の手段を用いて演算することが可能である。

本実施形態では、前記荷重演算部５４は、前記バケット１６に保持される前記対象物の荷重を次の式（１）に基づいて算出する。

Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋Ｗ×Ｌ ・・・（１）
式（１）において、Ｍは、前記ブームシリンダ１７のブームフートピン回りのモーメントである。Ｍ１は、前記ブーム１４の前記ブームフートピン回りのモーメントである。Ｍ２は、前記アーム１５の前記ブームフートピン回りのモーメントである。Ｍ３は、前記バケット１６の前記ブームフートピン回りのモーメントである。Ｗは、前記バケット１６に保持される土砂等の対象物の荷重である。Ｌは、前記ブームフートピンから前記バケット１６の基端部までの水平方向の距離である。

前記モーメントＭは、ブームシリンダ１７のヘッド圧とロッド圧とから算出される。前記モーメントＭ１は、前記ブーム１４の重心と前記ブームフートピンとの間の距離と、前記ブーム１４の重量との積により算出される。前記モーメントＭ２は、前記アーム１５の重心と前記ブームフートピンとの間の距離と、前記アーム１５の重量との積により算出される。前記モーメントＭ３は、前記バケット１６の重心と前記ブームフートピンとの間の距離と、前記バケットの重量との積により算出される。

前記ブーム１４の重心の位置、前記アーム１５の重心の位置、及び前記バケット１６の重心の位置のそれぞれは、前記姿勢検出部により検出される前記作業装置１３の姿勢に関する情報に基づいて算出される。前記ブームシリンダ１７の前記ヘッド圧は、圧力センサ３５により検出され、前記ブームシリンダ１７の前記ロッド圧は、圧力センサ３６により検出される。前記水平方向の距離Ｌは、前記姿勢検出部により検出される前記作業装置１３の姿勢に関する情報に基づいて算出される。

なお、本実施形態では、前記姿勢検出部、前記圧力センサ３５，３６、前記姿勢演算部５２及び前記荷重演算部５４は、前記バケット１６により保持される前記対象物の荷重を取得する荷重取得部を構成する。

前記荷重記憶部５５は、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が予め設定された特定位置ＳＰに到達したときに（図４参照）前記荷重演算部５４により演算される荷重を特定荷重として記憶する。

前記特定位置ＳＰは、図３に示すように、前記クッション領域に対して前記第１のストロークエンドＥ１から遠ざかる方向に離れた位置に設定される。

前記ストローク範囲は、手前側領域Ｒ１と、特定領域Ｒ２と、を含む。前記特定領域Ｒ２は、前記特定位置ＳＰと前記第１のストロークエンドＥ１との間の領域である。前記手前側領域Ｒ１は、前記特定位置ＳＰよりも前記第２のストロークエンドＥ２側の領域である。具体的に、前記手前側領域Ｒ１は、前記特定位置ＳＰと前記第２のストロークエンドＥ２との間の領域であってもよい。また、前記第２のストロークエンドＥ２側にもクッション領域（第２のクッション領域）が設けられている場合には、前記手前側領域Ｒ１は、前記特定位置ＳＰと前記第２のクッション領域との間の領域であってもよい。さらに、前記第２のストロークエンドＥ２側にも特定位置（第２の特定位置）が設けられている場合には、前記手前側領域Ｒ１は、前記特定位置ＳＰと前記第２の特定位置との間の領域であってもよい。前記手前側領域は、図７に示す安定域のように、前記クッション領域に比べて圧力変動の少ない領域である。なお、ブームシリンダ１７が動き始めるとき（起動時）には、図７に示すように一時的に圧力変動が生じる。

本実施形態では、前記特定領域Ｒ２の前記ストローク方向の長さは、前記ストローク範囲の全長の５％以下である。これにより、前記特定位置ＳＰは、前記ストローク範囲において、前記第１のストロークエンドＥ１の近傍に設定されている。その結果、前記特定位置ＳＰは、必然的に、前記クッション領域の近くに設定される。従って、前記特定位置ＳＰは、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記クッション領域に近づいたことと関連付けることが可能な位置となる。

前記特定領域Ｒ２の前記ストローク方向の長さの下限値は、例えば、前記油圧シリンダを構成する前記シリンダ本体及び前記ピストン部材の寸法の公差と、前記シリンダ本体に対する前記ピストン部材のストローク位置又はこれに対応する値を検出可能なセンサの検出精度と、を考慮して決めることができる。当該センサとしては、例えば、前記ストロークセンサ、前記角度センサなどを挙げることができる。前記下限値は、例えば、前記クッション領域の前記ストローク方向の長さと、前記シリンダ本体及び前記ピストン部材の寸法の最大公差と、前記センサの分解能と、を足し算した値に設定されてもよい。

前記予測荷重決定部５６は、予め設定された予測荷重決定条件が満たされた場合に、前記解放作業において前記移動先の上で解放されると予測される前記対象物の荷重である予測荷重を、前記荷重取得部により取得される前記荷重に基づいて決定する。

前記予測荷重決定条件は、前記ブーム上げ動作の速度が前記移動作業において減少するという条件（ブーム上げ速度減少条件）により構成される。前記予測荷重決定部５６は、前記ブーム上げ速度減少条件が満たされたか否かを、例えば次のように判定することができる。

前記移動作業において前記ブーム操作装置６１の前記操作レバー６１Ａに戻し操作が与えられたことを示す戻し操作信号が前記コントローラ５０に入力されると、前記操作判定部５１は、前記戻し操作が行われたと判定し、前記予測荷重決定部５６は、前記操作判定部５１の上記判定に基づいて、前記予測荷重決定条件を構成する前記ブーム上げ速度減少条件が満たされたと判定する。具体的には次の通りである。

前記保持作業の完了後に行われる前記移動作業において、オペレータは、前記ブーム上げ動作が行われるように前記ブーム操作装置６１の前記操作レバー６１Ａを中立位置から所定の方向に傾斜させるブーム上げ操作を前記操作レバー６１Ａに与え、当該操作レバー６１Ａが傾斜した状態で当該操作レバー６１Ａを一定位置（例えばフルレバーの位置）に保持する。そして、オペレータは、前記バケット１６が前記ダンプトラック（移動先）の上の目標位置に近づいたことを認識すると、前記操作レバー６１Ａを前記一定位置から前記中立位置側に戻す前記戻し操作を行う。これにより、前記ブーム上げ動作の速度が減少し始める。前記戻し操作信号は、前記移動作業において前記ブーム上げ動作の速度の減少を判別可能な速度減少判別信号の一例である。

前記ブーム操作装置６１が前記電気式の操作装置である場合、前記戻し操作信号は、前記ブーム操作装置６１の前記操作レバー６１Ａに前記戻し操作が与えられたときに前記ブーム操作装置６１から前記コントローラ５０に入力される前記操作信号である。また、前記ブーム操作装置６１が前記油圧式の操作装置である場合、前記戻し操作信号は、前記ブーム操作装置６１の前記操作レバー６１Ａに前記戻し操作が与えられたときに前記パイロット圧センサから前記コントローラ５０に入力される前記操作信号（前記パイロット圧センサにより検出されるパイロット圧に対応する前記操作信号）である。

また、前記予測荷重決定部５６は、前記移動作業において前記ブーム上げ動作の速度が減少し始めたと判定した場合に、前記ブーム上げ速度減少条件が満たされたと判定することもできる。具体的に、前記予測荷重決定部５６は、前記速度演算部５３により周期的に演算される前記ブーム上げ動作の速度（速度信号）に基づいて前記ブーム上げ動作の速度が減少し始めたこと、すなわち、前記ブーム上げ動作の加速度がマイナスに変化したことを判定することができる。前記速度信号は、前記移動作業において前記ブーム上げ動作の速度の減少を判別可能な速度減少判別信号の一例である。

前記予測荷重の決定は、前記予測荷重決定部５６により前記ブーム上げ速度減少条件が満たされたと判定されたことをトリガーとして行われる。

具体的に、前記予測荷重決定部５６は、例えば、前記予測荷重決定条件が満たされたと判定した場合、その判定をトリガーとして前記荷重取得部が取得する前記対象物の荷重（前記バケット１６が保持する前記対象物の荷重）を、前記予測荷重として決定してもよい。また、前記予測荷重決定部５６は、例えば、前記予測荷重決定条件が満たされたと判定した場合、前記保持作業の完了後に取得されて記憶された荷重を、前記予測荷重として決定してもよい。前記保持作業の完了後に取得されて記憶された荷重が複数存在する場合、例えば当該複数の荷重の平均値を、前記予測荷重として決定してもよい。

また、前記予測荷重決定条件は、前記バケット１６により保持される前記対象物の量を減少させるための減少操作が前記保持作業の後に検出されるという条件を含んでいてもよい。

前記減少操作は、前記バケット押し操作と前記アーム押し操作とを含む。前記バケット押し操作はアタッチメント解放操作の一例である。前記バケット押し操作及び前記アーム押し操作のそれぞれは、前記解放作業を行うための操作に該当し得る操作である。

前記予測荷重決定部５６は、前記バケット押し操作が前記操作レバー６３Ａに与えられたこと及び前記アーム押し操作が前記操作レバー６２Ａに与えられたことの少なくとも一方が前記操作判定部５１によって判定されると、前記予測荷重を決定してもよい。

前記予測荷重の決定は、前記減少操作の検出時及び前記減少操作の検出前の少なくとも一方において前記荷重取得部により取得された前記荷重に基づいて行われる。

具体的に、前記予測荷重決定部５６は、例えば、前記バケット押し操作に対応する操作信号及び前記アーム押し操作に対応する操作信号の少なくとも一方の操作信号が前記コントローラ５０に入力された場合、その時点で前記荷重取得部が取得する前記対象物の荷重（前記バケット１６が保持する前記対象物の荷重）を、前記予測荷重として決定してもよい。また、前記予測荷重決定部５６は、例えば、前記少なくとも一方の操作信号が前記コントローラ５０に入力された場合、前記保持作業の完了後から前記少なくとも一方の操作信号が前記コントローラ５０に入力された時点までに取得された荷重を、前記予測荷重として決定してもよい。前記保持作業の完了後から前記少なくとも一方の操作信号が前記コントローラ５０に入力された時点までに取得された荷重が複数存在する場合、例えば当該複数の荷重の平均値を、前記予測荷重として決定してもよい。

前記荷重情報出力部５７は、前記ストローク範囲において前記特定位置ＳＰに対して前記手前側領域Ｒ１に前記ピストン部材１７２が位置するときには、前記荷重演算部５４により演算される荷重を前記対象物の荷重の情報である荷重情報として出力し、前記特定領域Ｒ２に前記ピストン部材１７２が位置するときには前記特定荷重を前記荷重情報として出力する。前記荷重情報出力部５７は、前記保持作業、前記移動作業、及び前記解放作業の少なくとも一つの作業において、前記バケット１６が保持する土砂（対象物）の荷重をリアルタイムで出力してもよい。

また、前記荷重情報出力部５７は、決定された前記予測荷重に関する情報を前記荷重情報として表示装置７０に出力してもよい。また、前記荷重情報出力部５７は、前記積込作業において、前記ダンプトラックに排土された土砂の荷重の累積値、前記ダンプトラックに排土する土砂の目標積み込み量、前記ダンプトラックに排土した回数などを出力してもよい。

前記表示装置７０は、前記油圧ショベル１０のキャブ１２Ｃにおいてオペレータが視認可能な位置に配置されていてもよい。前記表示装置７０が上記のような各種情報を表示することにより、オペレータは、前記ダンプトラックへの目標積み込み量（積込み目標）に対するその時点での差分（解放可能な対象物の残量）と、その時点でバケット１６が保持している土砂（対象物）の荷重と、をリアルタイムで把握することができる。そして、前記排土可能な残量よりも前記バケット１６が保持している土砂（対象物）の荷重の方が大きい場合には、オペレータは、解放量調節動作が行われるように前記操作装置の操作レバーを操作し、前記バケット１６から前記対象物の一部をこぼして調節する。その後、オペレータは、前記解放作業を行うことにより、前記ダンプトラックに前記目標積み込み量に近い土砂（対象物）を積み込むことができる。前記解放量調節動作は、前記保持作業を行った後に、前記バケット１６に保持された土砂（対象物）の一部を当該バケット１６から解放することにより前記バケット１６に保持された前記土砂の量を減少させ、前記ダンプトラックの上で解放する前記対象物の量（解放量）を調節するための動作である。

なお、前記表示装置７０は、前記油圧ショベル１０とは別の場所にあるパーソナルコンピュータやモバイル情報端末などの表示装置を構成するものであってもよい。

図８は、前記コントローラ５０により実行される制御動作を示すフローチャートである。図８は、前記荷重情報出力部５７が前記積込作業において、前記バケット１６が保持する土砂（対象物）の荷重をリアルタイムで出力するための制御動作を示している。

前記油圧ショベル１０は、例えばキャブ１２Ｃに設置された図略の荷重計測スイッチを備える。前記積込作業において、オペレータが前記荷重計測スイッチをオンにすると、例えば図８に示すような制御動作が開始される。

前記コントローラ５０の前記荷重演算部５４は、例えば上述した方法により前記バケット１６に保持される前記対象物の荷重を演算する（ステップＳ１）。

次に、前記荷重情報出力部５７は、前記荷重演算部５４により演算された前記荷重を前記荷重情報として出力する（ステップＳ２）。前記荷重情報出力部５７から出力された前記荷重情報は、前記キャブ１２Ｃに配置された前記表示装置７０に入力され、当該表示装置７０は、当該荷重情報を表示する。これにより、オペレータは、前記積込作業を行いながら、前記バケット１６に保持される土砂などの前記対象物の荷重をリアルタイムで把握することができる。

次に、コントローラ５０は、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達したか否かを判定する（ステップＳ３）。このステップＳ３の判定は、例えば次のように行われる。

前記ピストン部材１７２が前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位しているか否かについては、例えば前記操作判定部５１が前記ブーム操作装置６１の前記操作レバー６１Ａに与えられる前記ブーム上げ操作に対応する操作信号に基づいて判定することができる。また、コントローラ５０は、前記速度演算部５３により演算される前記ブーム上げ動作の速度に基づいて前記ピストン部材１７２が前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位しているか否かを判定してもよい。

前記コントローラ５０は、前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達したか否かを、前記姿勢検出部により検出される前記ブーム１４の姿勢に基づいて前記姿勢演算部５２が演算する前記ブーム角度θ１に基づいて判定してもよい。このブーム角度θ１は、前記シリンダ本体１７１に対する前記ピストン部材１７２の相対位置に対応している。また、前記コントローラ５０は、前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達したか否かを、前記ストロークセンサにより検出される前記ブームシリンダ１７のストローク値に基づいて判定してもよい。前記ストローク値は、前記シリンダ本体１７１に対する前記ピストン部材１７２の相対位置に対応している。

前記コントローラ５０は、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達していないと判定すると（ステップＳ３においてＮＯ）、前記ステップＳ１，Ｓ２の処理が行われる。

一方、前記コントローラ５０は、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達したと判定すると（ステップＳ３においてＹＥＳ）、前記荷重演算部５４は、前記バケット１６に保持される前記対象物の荷重を演算し（ステップＳ４）、前記荷重記憶部５５は、前記荷重演算部５４により演算された荷重を特定荷重として記憶する（ステップＳ５）。

前記コントローラ５０は、前記ピストン部材１７２が前記特定領域に位置しているか否かを判定する（ステップＳ６）。このステップＳ６の判定は、例えば次のように行われる。

前記コントローラ５０は、前記ピストン部材１７２が前記特定領域に位置しているか否かを、前記姿勢検出部により検出される前記ブーム１４の姿勢に基づいて前記姿勢演算部５２が演算する前記ブーム角度θ１に基づいて判定してもよい。また、前記コントローラ５０は、前記ピストン部材１７２が前記特定領域に位置しているか否かを、前記ストロークセンサにより検出される前記ブームシリンダ１７のストローク値に基づいて判定してもよい。

前記コントローラ５０は、前記ピストン部材１７２が前記特定領域に位置していないと判定すると（ステップＳ６においてＮＯ）、前記ステップＳ１～Ｓ５の処理が行われる。すなわち、前記コントローラ５０は、前記ピストン部材１７２が前記特定領域ではなく前記手前側領域に位置していると判定すると（ステップＳ６においてＮＯ）、前記ステップＳ１～Ｓ５の処理が行われる。

一方、前記コントローラ５０が、前記ピストン部材１７２が前記特定領域に位置していないと判定すると（ステップＳ６においてＹＥＳ）、前記荷重情報出力部５７は、前記特定荷重を前記荷重情報として出力する（ステップＳ７）。

図９は、前記制御動作において、前記ブームシリンダ１７のピストン部材１７２の位置（又はブーム角度）、前記バケット操作の操作量（操作信号）、及び前記バケット１６に保持される土砂の荷重のそれぞれの経時変化の一例を示すグラフである。

図９に示すように、前記保持作業（前記掘削作業）では、例えば、前記バケット引き操作、前記アーム引き操作、前記ブーム上げ操作などが行われる。前記移動作業では、例えば、前記ブーム上げ操作、前記旋回操作などが行われる。前記解放作業（前記排土作業）では、例えば、前記バケット押し操作、前記アーム押し操作などが行われる。なお、図９では、前記アーム引き操作、前記アーム押し操作、及び前記旋回操作の図示は省略されている。

図９の最上段のグラフ、２段目のグラフ、及び３段目のグラフは、前記積込作業における前記ブームシリンダ１７の動作の具体例である第１のパターン、第２のパターン、及び第３のパターンを示している。前記第１のパターンでは、前記積込作業の開始から終了まで、前記ブームシリンダ１７の前記ピストン部材１７２は、前記特定位置ＳＰに到達しない。前記第２のパターンでは、前記積込作業の前記移動作業（図９の点Ａの時点）において、前記ブームシリンダ１７の前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達する。前記第３のパターンでは、前記積込作業の前記保持作業（図９の点Ｂの時点）において、前記ブームシリンダ１７の前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達する。

前記第１のパターンでは、前記積込作業の開始から終了の間、前記荷重情報出力部５７は、前記荷重演算部５４により演算された前記荷重を前記荷重情報として出力する。前記第２のパターンでは、前記保持作業の開始から前記移動作業における前記点Ａの時点までの間、前記荷重情報出力部５７は、前記荷重演算部５４により演算された前記荷重を前記荷重情報として出力し、前記移動作業における前記点Ａの時点の後、前記荷重情報出力部５７は、前記特定荷重を前記荷重情報として出力する。前記第３のパターンでは、前記保持作業の開始から当該保持作業における点Ｂの時点までの間、前記荷重情報出力部５７は、前記荷重演算部５４により演算された前記荷重を前記荷重情報として出力し、前記保持作業における前記点Ｂの時点の後、前記荷重情報出力部５７は、前記特定荷重を前記荷重情報として出力する。

図１０は、前記コントローラ５０により実行される制御動作を示すフローチャートである。前記油圧ショベル１０は、例えばキャブ１２Ｃに設置された図略の予測荷重決定制御スイッチを備える。前記積込作業において、オペレータが前記予測荷重決定制御スイッチをオンにすると、例えば図１０に示すような制御動作が開始される。

図１０に示す制御動作では、前記予測荷重決定部５６は、例えば図９に示す点Ｃの時点でバケット押し操作が行われることによって前記予測荷重決定条件が満たされ（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、かつ、そのときの前記ピストン部材１７２の位置が前記手前側領域Ｒ１に含まれる場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、そのときに前記荷重演算部５４により演算された荷重に基づいて前記予測荷重を決定する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。このケースは、図９の前記第１のパターンに該当する。

一方、前記予測荷重決定部５６は、例えば図９に示す点Ｃの時点でバケット押し操作が行われることによって前記予測荷重決定条件が満たされ（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、かつ、そのときの前記ピストン部材１７２の位置が前記特定領域Ｒ２に含まれる場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、前記特定荷重を前記予測荷重として決定する（ステップＳ１３）。このケースは、図９の前記第２のパターン及び前記第３のパターンに該当する。

図１１及び図１２は、前記油圧ショベル１０による土砂の積込作業、及び前記制御動作により表示装置に表示される内容の一例を示す図である。

通常の現場作業では、前記積込作業が複数回繰り返されることによって前記ダンプトラックの上で解放される対象物（排土される土砂）の荷重の合計値が、前記ダンプトラックへの目標積み込み量に到達する。図１１及び図１２は、前記油圧ショベル１０による土砂の積込作業、及び前記制御動作により表示装置７０に表示される内容の一例をそれぞれ示す図である。図１１及び図１２では、これまでに７回の積込作業が行われており、これから８回目の積込作業をする場合における解放作業（排土作業）が行われることにより、前記対象物の荷重の合計値（図１１では、「積込み荷重」）が、前記目標積み込み量（図１１では、「積込み目標」）の２．０ｔに到達する場合を例示している。

図１１及び図１２に示される表示装置７０の具体的な表示内容は次のとおりである。「バケット荷重」は荷重演算部５４により演算される前記バケット１６が保持する荷重である。「積込み荷重」は前記ダンプトラック等の移動先に積み込んだ前記対象物の荷重の合計値を示す。図１１ではこれまでの解放作業（排土作業）により１．９４ｔ積み込まれたことを示す。「積込み目標」は前記ダンプトラック等の移動先に積み込まれるべき目標量である。「積込回数」は前記ダンプトラック等の移動先で解放作業（排土作業）をした回数をカウントし示す。図１１右図では、「バケット荷重」を強調表示しているが、これは積込荷重１．９４ｔに対してバケット１６が保持する荷重０．１５ｔを前記ダンプトラック等の移動先で積み込んでしまうと積込み目標を超過してしまうことを示す。前記解放量調節動作を行い、超過状態が解消されると、上記の強調表示は解除される。また、図１２上図のように「積込み荷重」が「積込み目標」を超過する場合に「積込み荷重」を強調表示してもよい。強調表示は、項目を点滅させたり赤などの強調色による表示に切り替えるなどをしてもよい。また、警報音を同時に鳴らしたり荷重超過があることを音声によるガイダンスで報知するようにしてもよい。

従って、１回目から７回目までの積込作業では、オペレータは、前記表示装置７０に表示される情報（前記強調表示がない情報）に基づいて、前記解放作業において前記バケット１６に保持される土砂の量（解放量）を調節するための動作である解放量調節動作を行う必要がないと判断し、前記バケット１６に保持された土砂を前記解放作業においてそのまま前記ダンプトラックの上で解放する動作が行われるような操作を行う。

次に、８回目の積込作業では、オペレータは、前記表示装置７０に表示される情報（前記強調表示がある情報）に基づいて、前記解放量調節動作を行う必要があると判断し、８回目の解放作業を行う前に、前記操作レバー６３Ａに前記バケット押し操作（減少操作）が与えられる。これにより、前記解放量調節動作が行われ、前記バケット１６に保持される前記土砂の一部が前記バケット１６から落下し、前記バケット１６に保持される前記土砂の量が減少する。その結果、図１２の右下の図に示されるように、前記積込荷重にバケット荷重を積算しても積込目標を超えない状態となり、前記強調表示が消える。オペレータは、上記のような表示装置７０の画面を見ながら、安心して８回目の解放作業を行うことができる。

以上説明したように、前記実施形態に係る前記作業機械１０では、前記ピストン部材１７２が前記手前側領域Ｒ１に位置するときには、前記荷重演算部５４により演算される荷重が前記荷重情報として出力される。従って、オペレータなどの作業関係者は、前記バケット１６に保持される前記対象物の荷重を、出力される前記荷重情報に基づいて正確に把握することができる。一方、前記ピストン部材１７２が前記特定領域Ｒ２に位置するときには、前記荷重記憶部５５に記憶される前記特定荷重が前記荷重情報として出力される。すなわち、前記ピストン部材１７２が前記特定領域Ｒ２に位置するときには、前記ピストン部材１７２が前記特定位置ＳＰに到達したときに前記荷重演算部５４により演算される前記特定荷重が前記対象物の荷重とみなされる。前記特定位置ＳＰは、前記クッション領域に対して前記ストロークエンドから遠ざかる方向に離れた位置であるため、前記ピストン部材１７２が前記クッション領域に進入するのに伴って前記シリンダ圧が上昇したとしても、出力される前記荷重情報は、前記シリンダ圧の上昇の影響を受けない。これにより、当該荷重情報が前記バケット１６に実際に保持される前記対象物の荷重とかけ離れたものとなることを回避することができる。従って、この作業機械１０では、前記ピストン部材１７２が前記クッション領域に進入した場合であっても、特許文献１の技術のようにブームの下げ操作を行う必要がないので、作業効率の低下が抑制される。また、この作業機械１０では、前記ピストン部材１７２が前記手前側領域Ｒ１に位置する場合に前記荷重情報として出力される荷重、及び前記ピストン部材１７２が前記特定領域Ｒ２に位置する場合に前記荷重情報として出力される前記特定荷重は、何れも、前記複数の油圧シリンダのうちの何れか一つ（前記実施形態では、ブームシリンダ１７）のシリンダ圧を用いて演算することが可能である。よって、この作業機械１０は、複数の油圧シリンダの圧力に基づいた複数の荷重値の演算を行わなくても、当該複数の油圧シリンダのうちの一つのシリンダ圧を検出し、当該シリンダ圧を用いることにより、前記バケット１６により保持される作業の対象物の荷重を取得することができる。

前記実施形態に係る前記作業機械１０では、前記特定領域Ｒ２の前記ストローク方向の長さは、前記クッション領域の前記ストローク方向の長さよりも大きく、かつ、前記ストローク範囲の全長の５％以下である。この作業機械１０では、前記特定位置ＳＰは、前記ストローク範囲において、前記第１のストロークエンドＥ１の近傍に設定される。その結果、前記特定位置ＳＰは、必然的に、前記ストローク範囲の端部領域を構成する前記クッション領域の近くに設定される。従って、前記特定位置ＳＰは、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記クッション領域に近づいたことと関連付けることが可能な位置となる。前記クッション領域を含む前記特定領域Ｒ２に前記ピストン部材１７２が位置するときに前記対象物の荷重としてみなされる前記特定荷重は、前記特定位置ＳＰ、すなわち、前記クッション領域の近傍の位置に前記ピストン部材１７２が到達したときに前記荷重演算部５４により演算される荷重となる。このことは、前記特定荷重と、前記特定領域Ｒ２に前記ピストン部材１７２が位置しているときに前記バケット１６により保持されている前記対象物の実際の荷重との間に生じるずれを小さくすることを可能にする。しかも、前記特定位置ＳＰが前記第１のストロークエンドＥ１の近傍に設定されることにより、前記ストローク範囲の大半が前記手前側領域Ｒ１によって占められる。これにより、前記ストローク範囲の大半において、前記特定荷重ではなく、前記荷重演算部５４により演算される荷重が前記荷重情報として出力されるので、前記作業関係者は、前記ストローク範囲の大半において正確な荷重情報を把握することが可能になる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を包含する。

（Ａ）作業機械について
前記実施形態では、前記作業機械は、油圧ショベル１０であるが、これに限られず、例えばホイールローダーなどの他の作業機械であってもよい。

（Ｂ）予測荷重決定条件について
前記実施形態では、前記予測荷重決定条件は、前記アタッチメントにより保持される前記対象物の量を減少させるための予め設定された減少操作が前記保持作業の後に検出されるという条件、又は前記ブーム上げ動作の速度が前記移動作業において減少するという条件であるが、これ以外の条件をさらに含んでいてもよい。

（Ｃ）アタッチメントについて
前記実施形態では、前記アタッチメントが前記バケット１６であるが、これに限られない。前記アタッチメントは、例えば、フォーク、グラップルなどの他のアタッチメントであってもよい。前記フォーク及び前記グラップルのそれぞれは、作業の対象物を保持することが可能なアタッチメントである。前記フォーク及び前記グラップルのそれぞれは、運搬物、廃材などの作業の対象物を把持するための開閉可能な複数のアームを備える。

（Ｄ）荷重情報出力部について
前記荷重情報出力部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入したにもかかわらず、前記シリンダ圧の上昇が抑制されることを判定可能な予め設定された条件（圧力上昇抑制条件）が満たされる場合には、前記荷重演算部により演算される荷重を前記荷重情報として出力してもよい。具体例を挙げると次の通りである。

前記圧力上昇抑制条件は、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記クッション領域に進入する前の前記シリンダ圧と当該ピストン部材１７２が前記クッション領域に進入した後の前記シリンダ圧との差が予め設定された圧力閾値以下であるという条件が満たされることを含んでいてもよい。

また、前記圧力上昇抑制条件は、前記ピストン部材１７２を前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位させるための前記操作レバー６１Ａの操作量が予め設定された操作量閾値以下であるという条件が満たされることを含んでいてもよい。すなわち、いわゆる微操作が行われる場合には、前記シリンダ本体１７１に対する前記ピストン部材１７２の変位速度が小さくなるため、前記ピストン部材１７２が前記クッション領域に進入しても、前記シリンダ圧はあまり上昇しないと考えられる。

また、前記圧力上昇抑制条件は、前記ピストン部材１７２が前記特定領域Ｒ２に位置するときに前記ブームシリンダ１７の動作が停止しているという条件が満たされることを含んでいてもよい。

この変形例では、前記荷重情報出力部５７は、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記特定領域Ｒ２に進入したにもかかわらず、前記圧力上昇抑制条件が満たされる場合には、前記荷重演算部５４により演算される荷重を前記荷重情報として出力する。

（Ｅ）ストロークエンドについて
前記実施形態では、前記ブームシリンダ１７の前記ピストン部材１７２が前記第１のストロークエンドＥ１（伸長時のストロークエンド）に向かって変位する場合について説明したが、これに限られない。本発明は、前記ブームシリンダ１７の前記ピストン部材１７２が前記第２のストロークエンドＥ２（収縮時のストロークエンド）に向かって変位する場合にも適用可能である。この場合、前記第２の蓋部１７１Ｃ側の前記第２のクッション機構Ｃ２におけるクッション領域に対して、前記第２のストロークエンドＥ２から遠ざかる方向に離れた位置に特定位置ＳＰが予め設定され、この特定位置ＳＰと前記第２のストロークエンドＥ２との間の領域が特定領域として予め設定され、上記実施形態と同様の制御が行われる。

（Ｆ）その他
前記作業機械１０では、前記第１のストロークエンドＥ１に向かって変位する前記ピストン部材１７２が前記特定領域Ｒ２に進入した後に、再び、前記手前側領域Ｒ１に戻った場合、前記荷重情報出力部５７は、前記荷重演算部５４により演算される荷重を前記荷重情報として出力してもよい。

１０ 油圧ショベル（作業機械の一例）
１１ 下部走行体（機体の一例）
１２ 上部旋回体（機体の一例）
１３ 作業装置
１４ ブーム
１５ アーム
１６ バケット（アタッチメントの一例）
１７ ブームシリンダ（油圧シリンダの一例）
１７１ シリンダ本体
１７２ ピストン部材
１７Ｈ ヘッド側室
１７Ｒ ロッド側室
３５，３６ 圧力センサ（圧力検出部の一例）
５０ コントローラ
５４ 荷重演算部
５５ 荷重記憶部
５６ 予測荷重決定部
５７ 荷重情報出力部
７０ 表示装置

Claims (6)

1. 作業機械であって、
   機体と、
   前記機体に対して相対的な動作を行うことが可能な複数の可動部を含み、前記複数の可動部が作業の対象物を保持可能なアタッチメントを含む作業装置と、
   シリンダ本体とピストン部材とを含み、前記シリンダ本体内への作動油の供給を受けることにより前記複数の可動部のうちの一つを駆動するように前記ピストン部材が前記シリンダ本体に対してストローク方向に変位する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダの圧力であるシリンダ圧を検出する圧力検出部と、
   前記アタッチメントにより保持される前記対象物の荷重を、前記シリンダ圧を用いて演算する荷重演算部と、
   荷重記憶部と、
   荷重情報出力部と、を備え、
   前記油圧シリンダは、クッション機構を有し、前記ピストン部材が前記シリンダ本体に対して前記ストローク方向に変位可能な最大範囲であるストローク範囲は、当該ストローク範囲の一端であるストロークエンドを含む端部領域を構成するクッション領域を含み、前記クッション機構は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記クッション領域に進入するのに伴って前記シリンダ圧を上昇させるとともに前記ピストン部材の変位速度を低下させるように構成され、
   前記クッション領域に対して前記ストロークエンドから遠ざかる方向に離れた位置に特定位置が予め設定され、前記特定位置と前記ストロークエンドとの間の領域が特定領域として予め設定され、
   前記荷重情報出力部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定位置に至るまでは、前記荷重演算部により演算される荷重を前記対象物の荷重の情報である荷重情報として出力し、
   前記荷重記憶部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定位置に到達したときに前記荷重演算部により演算される荷重を特定荷重として記憶し、
   前記荷重情報出力部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入した後には、前記特定荷重を前記荷重情報として出力する、作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械であって、
   前記特定領域の前記ストローク方向の長さは、前記クッション領域の前記ストローク方向の長さよりも大きく、かつ、前記ストローク範囲の全長の５％以下である、作業機械。
3. 請求項１又は２に記載の作業機械であって、
   前記荷重情報出力部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入したにもかかわらず、前記シリンダ圧の上昇が抑制されることを判定可能な予め設定された条件である圧力上昇抑制条件が満たされる場合には、前記荷重演算部により演算される荷重を前記荷重情報として出力し、
   前記圧力上昇抑制条件は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記クッション領域に進入する前の前記シリンダ圧と前記ピストン部材が前記クッション領域に進入した後の前記シリンダ圧との差が予め設定された圧力閾値以下であるという条件、又は、前記ピストン部材を前記ストロークエンドに向かって変位させるための操作の操作量が予め設定された操作量閾値以下であるという条件を含む、作業機械。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載の作業機械であって、
   前記作業機械は、前記対象物を保持する保持作業と、保持された前記対象物を移動先の上に移動させる移動作業と、前記移動先の上で前記対象物を解放する解放作業と、を行うことができるように構成され、
   前記作業機械は、前記解放作業において前記移動先の上で解放されると予測される前記対象物の荷重である予測荷重を決定する予測荷重決定部をさらに備え、
   前記予測荷重決定部は、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定位置に至るまでに、予め設定された予測荷重決定条件が満たされた場合、前記荷重演算部により演算された荷重に基づいて前記予測荷重を決定し、前記ストロークエンドに向かって変位する前記ピストン部材が前記特定領域に進入した後に、前記予測荷重決定条件が満たされた場合、前記特定荷重を前記予測荷重として決定する、作業機械。
5. 請求項４に記載の作業機械であって、
   前記予測荷重決定条件は、前記アタッチメントにより保持される前記対象物の量を減少させるための予め設定された減少操作が前記保持作業の後に行われるという条件が満たされることを含む、作業機械。
6. 請求項４に記載の作業機械であって、
   前記複数の可動部は、前記機体に起伏可能に支持されるブームを含み、
   前記予測荷重決定条件は、前記ブームが起立方向に作動するブーム上げ動作の速度が前記移動作業において減少するという条件が満たされること含む、作業機械。

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