JP2014105541A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】方向制御弁によらずに所定の油圧アクチュエータを駆動し、停止時はエネルギを回生するシステムにおいて、所定の油圧アクチュエータを素早く停止できるようにする。
【解決手段】本発明に係る作業機械は、ブーム５を作動させるブームシリンダ５ａのヘッド側に双方が連結され、一方のみがブームシリンダ５ａのロッド側に連結される固定容量型の第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂと、これらの第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂと同期して回転する可変容量型の第３油圧ポンプ・モータ２１と、第３油圧ポンプ・モータ２１に接続されブームシリンダ５ａの作動に伴ってエネルギを回生する蓄圧器１９とを備え、ブームシリンダ５ａの停止制御を行う停止制御部として、第３油圧ポンプ・モータ２１と蓄圧器１９とを接続する油圧配管２５に切替弁２６と絞り弁２７で構成される昇圧装置を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータからの戻り油のエネルギを回生し、このエネルギを再利用して油圧アクチュエータを駆動できるシステムを備えた作業機械に関する。

作業機械の省エネルギ化を図るために、回生・駆動技術に注目が集まっている。そのようなシステムとして特許文献１に示すものが知られている。この従来技術は、原動機と連結された油圧ポンプに蓄圧器が接続されており、蓄圧器に油を蓄えることができる。また、蓄圧器は可変容量型油圧ポンプ・モータと接続されており、可変容量型油圧ポンプ・モータは同軸で回転する２台の固定容量型油圧ポンプ・モータと結合されており、それらの固定容量型油圧ポンプ・モータの各第１ポートは油圧シリンダのヘッド側と接続され、片方の第２ポートは油圧シリンダのロッド側と接続されている。

このように構成された従来技術では、油圧シリンダの停止時には油圧シリンダからの油を受けて固定容量型油圧ポンプ・モータが回転し、同軸で結合された可変容量型油圧ポンプ・モータも回転して蓄圧器に油を蓄えることができる。油圧シリンダの駆動時には蓄圧器に蓄えた油を用いて可変容量型油圧ポンプ・モータと固定容量型油圧ポンプ・モータを回転させて油圧シリンダに油を送り、油圧シリンダを駆動させることができる。このように油圧シリンダの停止時には排出される油を介してエネルギを回生し、油圧シリンダの駆動時には回生したエネルギを使用することができるため、省エネルギを図ることができる。また、油圧シリンダのヘッド側とロッド側の面積差による流量差は２台の固定容量型油圧ポンプ・モータの容量差で吸収され、絞り損失を発生させずにスムーズに油圧シリンダを駆動させることができる。

この従来技術を油圧ショベルに代表される作業機械に適応させた場合の構成は次のようになる。

エンジンによって駆動される油圧ポンプを有し、この油圧ポンプにそれぞれ方向制御弁を介して接続されるアームシリンダ、バケットシリンダ、旋回モータ等の油圧アクチュエータと、油圧ポンプに切替弁を介して接続される蓄圧器と、その蓄圧器と接続された可変容量型油圧ポンプ・モータと、その可変容量型油圧ポンプ・モータと同軸に結合された２台の例えば固定容量型油圧ポンプ・モータと、固定容量型油圧ポンプ・モータの各第１ポートをヘッド側に接続し、片方の第２ポートのみをロッド側に接続した所定の油圧アクチュエータ、例えばブームシリンダを設けることになる。このブームシリンダは、方向制御弁によることなく駆動を制御される油圧アクチュエータを構成している。このように構成することで、ブームシリンダを下げるときは蓄圧器に油を蓄えることができ、ブームシリンダを駆動するときは蓄圧器に蓄えた油を用いることができるので、エンジンによって駆動される油圧ポンプのエネルギを小さくすることができ、作業機械の省エネルギを図ることができる。また、ブームシリンダのヘッド側とロッド側の面積差による流量差は２台の固定容量型油圧ポンプ・モータの容量差で吸収され、絞り損失を発生させずにスムーズに油圧シリンダを駆動させることができる。

特開平１１−１１７９０７号公報

しかし、前述した従来技術を作業機械に適応した構成では、ブームシリンダの停止速度は可変容量型油圧ポンプ・モータで発生するトルクと固定容量型油圧ポンプ・モータで発生するトルクに依存しているため、可変容量型油圧ポンプ・モータで発生するトルクが小さいとブームシリンダ、すなわち所定の油圧アクチュエータの停止が遅くなり、素早く停止させることができない。これに伴って、所定の油圧アクチュエータによって作動する作業具等の作動体が操縦者の意図に反して止まらないという問題がある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたもので、その目的は、所定の油圧アクチュエータを方向制御弁によることなく駆動し、停止時はエネルギを回生できるシステムにおいて、所定の油圧アクチュエータを素早く停止させることができる作業機械を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、車体と、この車体に取り付けられ、作業具及びこの作業具を作動させる油圧シリンダとを有する作業装置と、前記作業装置の前記油圧シリンダを含む所定の油圧アクチュエータの両圧油給排部のうちの一方の圧油給排部に双方が連結され、他方の圧油給排部に一方が連結される第１油圧ポンプ・モータ及び第２油圧ポンプ・モータと、これらの第１油圧ポンプ・モータ及び第２油圧ポンプ・モータと同期して回転する可変容量型の第３油圧ポンプ・モータと、前記第３油圧ポンプ・モータに接続され、前記所定の油圧アクチュエータの作動に伴ってエネルギを回生する蓄圧器とを備えた作業機械において、前記第３油圧ポンプ・モータの吐出圧の制御により前記所定の油圧アクチュエータの停止動作を制御する停止制御部を備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、所定の油圧アクチュエータを停止させる際には停止制御部によって可変容量型の第３油圧ポンプ・モータの吐出圧を制御することで、圧油供給側となる所定の油圧アクチュエータの圧油給排部の圧と、圧油排出側となる所定の油圧アクチュエータの圧油給排部の圧との差圧を大きくし、発生するトルクを大きくすることができる。これにより油圧アクチュエータを素早く停止させることができる。

また、本発明は、前記発明において、前記油圧アクチュエータは、前記作業装置の前記油圧シリンダから成り、前記第１油圧ポンプ・モータ及び前記第２油圧ポンプ・モータの双方を前記油圧シリンダの前記一方の圧油給排部を形成するヘッド側に連結し、前記第１油圧ポンプ・モータ及び前記第２油圧ポンプ・モータの一方を前記油圧シリンダの前記他方の圧油給排部を形成するロッド側に連結し、前記停止制御部は、前記油圧シリンダを停止させる際に、前記第３油圧ポンプ・モータの吐出圧を増加させるように制御する昇圧装置から成り、前記昇圧装置は、前記第３油圧ポンプ・モータと前記蓄圧器とを接続する油圧管路に備えられる絞り部と、この絞り部に並設され、前記油圧管路を連通させる第１切替位置と前記油圧管路を閉止する第２切替位置とを含むことを特徴としている。

また、本発明は、前記発明において、前記絞り部は、絞り弁、リリーフ弁、及び差圧弁のいずれかから成ることを特徴としている。

また、本発明は、前記発明において、前記油圧シリンダに停止指令が与えられてから所定時間後に前記切替弁を前記第２切替位置に切替えるように、前記切替弁を制御する制御装置を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、前記発明において、前記第１油圧ポンプ・モータ、前記第２油圧ポンプ・モータ、及び前記第３油圧ポンプ・モータのいずれかの回転数を検出する回転数センサと、この回転数センサによって検出される回転数の変化率が所定値よりも小さいときに、前記切替弁を前記第２切替位置に切替えるように、前記切替弁を制御する制御装置を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、前記発明において、前記蓄圧器の圧力を検出する第１圧力センサと、前記油圧シリンダのヘッド圧を検出する第２圧力センサとを備え、前記第１圧力センサで検出される圧力と、前記第２圧力センサで検出される圧力と、前記第１油圧ポンプ・モータの容量と、前記第２油圧ポンプ・モータの容量とに基づいて演算される前記第３油圧ポンプ・モータの目標容量が、前記第３油圧ポンプ・モータの最大容量よりも大きくなったと判断されたときに、前記切替弁を前記第２切替位置に切替えるように、前記切替弁を制御する制御装置を備えたことを特徴としている。

本発明は、第３油圧ポンプ・モータの吐出圧の制御により所定の油圧アクチュエータの停止動作を制御する停止制御部を設けたことにより、従来のように所定の油圧アクチュエータを停止させる際の第３油圧ポンプ・モータのトルク不足を解消することができる。すなわち本発明は、所定の油圧アクチュエータを方向制御弁によることなく駆動し、停止時はエネルギを回生できるシステムにおいて、第３油圧ポンプ・モータのトルクを大きくすることによって所定の油圧アクチュエータを素早く停止させることができる。これにより、操縦者の意図に反して所定の油圧アクチュエータによって作動する作業具等の作動体が停止しない現象を防ぐことができる。

本発明に係る作業機械の第１実施形態を構成する油圧ショベルの側面図である。 図１に示す第１実施形態に係る油圧ショベルに備えられる油圧回路を示す図である。 第１実施形態の変形例の油圧回路を示す図である。 第１実施形態の変形例の油圧回路を示す図である。 本発明の第２実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。 第２実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。 第３実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。 第４実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第４実施形態に係る油圧ショベルに備えられる油圧回路を示す図である。

以下、本発明に係る作業機械の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明に係る作業機械の第１実施形態を構成する油圧ショベルの側面図、図２は図１に示す第１実施形態に係る油圧ショベルに備えられる油圧回路を示す図である。

本発明の第１実施形態を構成する油圧ショベルは、図１に示すように、走行体１と、この走行体１上に配置され、回動可能に設けられたブーム５と、このブーム５に連結され、回動可能に設けられたアーム６と、このアーム６に連結され、回動可能に設けられたバケット７と、走行体１と旋回体２を接続する旋回装置８を備えており、走行体１と旋回体２とにより、油圧ショベルの車体が構成されている。前述のブーム５、アーム６、バケット７、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、及びバケットシリンダ７ａは、旋回体２等と共に作動体の１つに含まれる作業装置を構成している。この作業装置に含まれるブーム５、アーム６、バケット７は作業具を構成し、油圧シリンダであるブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、及びバケットシリンダ７ａは、旋回装置８の旋回モータ８ａ等と共に油圧アクチュエータを構成している。例えば、前述のブームシリンダ５ａは、停止制御対象となる所定の油圧アクチュエータを構成している。また、この第１実施形態は、図２に示すように、作業装置及び後述する各種機器の作動を制御する制御装置すなわちコントローラ３０を備えている。

また、同図２に示すように、この第１実施形態は、エンジン９と、このエンジン９によって駆動されるメインポンプ１０と、このメインポンプ１０から吐出される圧油の流れを制御することにより、前述のアームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａ、及び旋回モータ８ａの作動をそれぞれ制御する方向制御弁、すなわちアーム用制御弁１２、バケット用制御弁１３、旋回用制御弁１４等を備えている。

さらに、双方がブームシリンダ５ａの両圧油給排部のうちの一方の圧油給排部を形成するヘッド側に連結され、一方のみがブームシリンダ５ａの両圧油給排部のうちの他方の圧油給排部を形成するロッド側に連結される例えば固定容量型の第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂと、これらの第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂと同期して回転する可変容量型の第３油圧ポンプ・モータ２１と、第３油圧ポンプ・モータ２１に接続されブームシリンダ５ａの作動に伴ってエネルギを回生する蓄圧器１９とを備えている。

ブームシリンダ５ａのヘッド側と、第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂとの間には、コントローラ３０の信号によって開閉するパイロットチェック弁２３を配置してある。

特に、この第１実施形態では、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧の制御により、所定の油圧アクチュエータ、すなわち今は油圧シリンダであるブームシリンダ５ａの停止動作を制御する停止制御部を備えている。この停止制御部は、例えばブームシリンダ５ａの収縮時に、このブームシリンダ５ａを停止させる際に、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧を増加させる昇圧装置から成っている。この昇圧装置は、第３油圧ポンプ・モータ２１と蓄圧器１９とを接続する油圧管路２５に備えられる絞り部、例えば絞り弁２７と、この絞り弁２７に並設され、油圧管路２５を連通させる第１切替位置２６ａと、油圧管路２５を閉止する第２切替位置２６ｂとを有する切替弁２６を含んでいる。切替弁２６はコントローラ３０からの出力信号によって切替えられるようになっている。

さらに、この第１実施形態は、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａ、旋回モータ８ａ、及びブームシリンダ５ａをそれぞれ操作する操作装置として、運転室４の内部に設置されるアーム用操作レバー１５、バケット用操作レバー１６、旋回用操作レバー１７、ブーム用操作レバー１８も備えている。

操作レバー１５〜１８のそれぞれは、パイロットポンプ１１に接続され、アーム用操作レバー１２、バケット用操作レバー１６、旋回用操作レバー１７のそれぞれの操作によって、アーム用制御弁１２、バケット用制御弁１３、及び旋回用制御弁１４の対応するものが切替えられる。ブーム用操作レバー１８の操作によって発生したパイロット圧は、ブーム用操作レバー１８と接続された第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄによって検出され、コントローラ３０に送られる。

また、第１油圧ポンプ・モータ２０ａと第２油圧ポンプ・モータ２０ｂとの間には、回転数を検出する回転数センサ３２を設けてあり、回転数センサ３２はコントローラ３０にその検出した値を送るようになっている。

コントローラ３０は、油圧管路２５の圧力を検出する第１圧力センサ３１ａと、第３圧力センサ３１ｃと、第４圧力センサ３１ｄと、回転数センサ３２によって検出された値とを基にして演算を行い、第３油圧ポンプ・モータ２１のレギュレータ２２に出力信号を送る。これにより、第３油圧ポンプ・モータ２１の容量が制御され、これに伴って第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂが駆動され、ブームシリンダ５ａが駆動する。

［ブーム上げ動作］
例えばブーム用操作レバー１８がブーム上げ側に操作されると、第３圧力センサ３１ｃからコントローラ３０に信号が出力される。コントローラ３０から切替弁２６を第１切替位置２６ａに保持する信号が出力され、また、コントローラ３０からレギュレータ２２に第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を大きくする信号が出力される。これにより、第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂが駆動して、タンクから吸い上げた圧油をブームシリンダ５ａのヘッド側に供給する。これに応じてブームシリンダ５ａが伸長し、ブーム上げ動作が行われる。

［ブーム下げ動作］
次に、ブーム下げ動作について説明する。例えばブーム用操作レバー１８がブーム下げ側に操作されると、第４圧力センサ３１ｄからコントローラ３０に信号が出力される。コントローラ３０から切替弁２６を第１切替位置２６ａに保持する信号が出力され、また、コントローラ３０からレギュレータ２２に第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を小さくする信号が出力される。これにより、第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂが駆動して、ブームシリンダ５ａのヘッド側から圧油を吸い込む。これに応じてブームシリンダ５ａが収縮し、ブーム下げ動作が行われる。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際にブーム５の停止を行う動作について説明する。ブーム用操作レバー１８をブーム停止位置つまり中立位置にすると、第３圧力センサ３１ｃと第４圧力センサ３１ｄがパイロット圧を検出し、その値をコントローラ３０に送り、コントローラ３０はレギュレータ２２に信号を出力し、第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を大きくする。第３油圧ポンプ・モータ２１の容量が大きくなると発生するトルクが大きくなり、油圧ポンプ・モータ２０ａ，２０ｂ，２１の回転は抑制され、ブームシリンダ５ａは停止しようとする。この際、コントローラ３０から、蓄圧器１９と第３油圧ポンプ・モータ２１を接続する油圧管路２５間に設けられた切替弁２６に信号が出力され、この切替弁２６が、油圧管路２５を連通させる第１切替位置２６ａから、油圧管路２５を閉止する第２切替位置２６ｂに切り替えられる。したがって、第３油圧ポンプ・モータ２１から吐出される油は切替弁２６と並列に設置された絞り弁２７を通る。このため第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧が増加し、発生するトルクが大きくなる。これによって、より早くブームシリンダ５ａが停止し、これに応じてブーム５を停止させることができる。

このように構成した第１実施形態では、油圧管路２５に設けた切替弁２６と、その切替弁２６と並列に設置された絞り弁２７を備えることで、従来のようにブーム５を停止させる際の第３油圧ポンプ・モータ２１のトルク不足を解消することができる。すなわち、ブーム５を素早く停止させることができ、操縦者の意図に反してブーム５が停止しない現象を防ぐことができる。

なお、前述した第１実施形態では、昇圧装置の絞り部を絞り弁２７によって構成したが、図３に示すようにリリーフ弁２８によって構成してもよく、また、図４に示すように差圧弁２９によって構成してもよい。

［第２実施形態］
図５は本発明の第２実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図、図６は第２実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。この第２実施形態の油圧回路については図示しないが、例えば図２に示す油圧回路と同様の構成となっている。

本発明の第２実施形態を構成するコントローラ３０は、図５に示すように、ブーム用操作レバー１８のパイロット圧が、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄで検出され、これらの圧力センサ３１ｃ，３１ｄの信号が演算部４０ａに入力する。この演算部４０ａにおいて切替弁２６を第１切替位置２６ａまたは第２切替位置２６ｂのどちらかにするか決定し、切替弁２６に信号を出力する。その際、ブーム用操作レバー１８が停止位置、つまり中立位置であり、その状態があらかじめ定めた時間ｔ１経過すると、切替弁２６を閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替える信号を出力する。

すなわち、図６に示すように、この第２実施形態は、切替弁２６を連通位置である第１切替位置２６ａに保持し（ｓ１）、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄで検出される値に基づいてブーム用操作レバー１８が停止位置かどうか判断する（ｓ２）。そして、ブーム用操作レバー１８が停止位置であり、さらにその停止位置の保持が規定時間ｔ１を経過した場合は、切替弁２６を閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替える（ｓ３）（ｓ４）。引き続いてブーム用操作レバー１８が停止位置であれば、切替弁２６は第２切替位置２６ｂを保持する。ブーム用操作レバー１８が停止位置でなくなると、切替弁２６は第１切替位置２６ａに切替えられる（ｓ５）。

［ブーム上げ動作またはブーム下げ動作］
ブーム上げ動作またはブーム下げ動作を行う場合の第２実施形態の動作について説明する。ブーム上げ動作またはブーム下げ動作を行う際、ブーム用操作レバー１８はブーム上げ位置またはブーム下げ位置にある。したがって、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄでパイロット圧が検出され、演算部４０ａにその値が入力される。パイロット圧が検出されている場合、切替弁２６は連通位置である第１切替位置２６ａを保持したままであり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加しない。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際に停止を行う動作について説明する。ブーム５を停止させるときには、ブーム用操作レバー１８は中立位置となる。したがって、第３圧力センサ３１ｃ及び第４圧力センサ３１ｄでパイロット圧は検出されず、演算部４０ａにその値が入力される。パイロット圧が検出されていない場合、あらかじめ定めた時間ｔ１が経過すると、切替弁２６は閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替えられる。したがって、油圧管路２５を通過する油は絞り弁２７を通過することになり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加し、発生するトルクが大きくなる。これにより、ブームシリンダ５ａを素早く停止させることができ、これに応じてブーム５を停止させることができる。

このように構成した第２実施形態では、ブーム用操作レバー１８がブーム停止位置、つまり中立位置となり、その状態が予め定めた時間ｔ１を経過すると、演算部４０ａで切替弁２６を閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替える。時間ｔ１が経過してから切替弁２６が切り替わるため、操縦者がブーム５を停止させようとしているのか、それとも一時的にブーム用操作レバー１８が中立位置となっているかを判定する猶予が有り、操縦者の意図に反して切替弁２６が切替えられることを防ぐことができる。

［第３実施形態］
図７は本発明の第３実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図、図８は第３実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。この第３実施形態の油圧回路も図示しないが、例えば図２に示した油圧回路と同様の構成となっている。

本発明の第３実施形態を構成するコントローラ３０は、図７に示すように、演算部４０ｂと演算部４０ｃと、これらの演算部４０ｂと演算部４０ｃからの信号を受けて切替弁２６に信号を出力する乗算部４１ａを含んでいる。

ブーム用操作レバー１８が操作されると、ブーム用操作レバー１８のパイロット圧が、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄで検出され、これらの圧力センサ３１ｃ，３１ｄの信号が演算部４０ｂに入力する。この演算部４０ｂにおいて切替弁２６を第１切替位置２６ａまたは第２切替位置２６ｂのどちらかにするかが決定される。その際、ブーム用操作レバー１８が停止位置つまり中立位置であり、その状態があらかじめ定めた時間ｔ１を経過すると、切替弁２６を閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替える信号を乗算部４１ａに出力する。

演算部４０ｃでは、回転数センサ３２で検出される第１油圧ポンプ・モータ２０ａまたは第２油圧ポンプ・モータ２０ｂまたは第３油圧ポンプ・モータ２１のいずれかの回転数を入力する。この演算部４０ｃにおいて、回転数の変化率（ｄＮ／ｄｔ）が所定値（Ｎ／ｔ２）よりも小さいとき、切替弁２６を閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替える信号を乗算部４１ａに出力する。上述した所定値は、演算部４０ｃ内に描いた図における経過時間ｔ２と回転数Ｎとの関係を、同図中の実線で示したものに相当する。

乗算部４１ａでは演算部４０ｂと演算部４０ｃからの信号を受け、双方の信号が共に切替弁２６を第２切替位置２６ｂに切替える信号ならば、切替弁２６に第２切替位置２６ｂに切替える信号を出力する。

すなわち、図８に示すように、この第３実施形態は、切替弁２６を連通位置である第１切替位置２６ａに保持し（ｓ１）、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄで検出される値に基づいてブーム用操作レバー１８が停止位置かどうかを判断する（ｓ２）。そして、ブーム用操作レバー１８が停止位置であり、その停止位置の状態が規定時間ｔ１を経過し、さらに回転数センサ３２から読み込んだ回転数の変化率（ｄＮ／ｄｔ）が所定値（Ｎ／ｔ２）よりも小さいときには、切替弁２６が閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替えられる（ｓ３）（ｓ４）（ｓ５）（ｓ６）。また、ブーム用操作レバー１８が停止位置であれば、切替弁２６は第２切替位置２６ｂに保持される。ブーム用操作レバー１８が停止位置でなくなると、切替弁２６は第１切替位置２６ａに切替えられる（ｓ７）。

［ブーム上げ動作またはブーム下げ動作］
ブーム上げ動作またはブーム下げ動作を行う場合の第３実施形態の動作について説明する。ブーム上げ動作またはブーム下げ動作を行う際、ブーム用操作レバー１８はブーム上げ位置またはブーム下げ位置にある。したがって、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄでパイロット圧が検出され、演算部４０ｂにその値が入力される。パイロット圧が検出されている場合、演算部４０ｂは乗算部４１ａに切替弁２６を切替える信号を送らないため、切替弁２６は連通位置である第１切替位置２６ａを保持したままであり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加することはない。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際にブーム５の停止を行う動作について説明する。ブーム５を停止させるときにはブーム用操作レバー１８は中立位置となる。したがって、第３圧力センサ３１ｃ及び第４圧力センサ３１ｄでパイロット圧は検出されず、演算部４０ｂにその値が入力される。パイロット圧が検出されていないとき、あらかじめ定めた時間ｔ１が経過し、さらに回転数センサ３２で検出される回転数の変化率（ｄＮ／ｄｔ）が所定値（Ｎ／ｔ２）よりも小さいときには、切替弁２６は閉止位置である第２切替位置２６ａに切替えられる。したがって、油圧回路２５を通過する油は絞り弁２７を通過することになり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加し、発生するトルクが大きくなる。これにより、ブームシリンダ５ａを素早く停止させることができ、これに応じてブーム５を停止させることができる。

このように構成した第３実施形態では、演算部４０ｂは、時間ｔ１が経過してから切替弁２６を切替える信号を乗算部４１ａに出力するため、操縦者がブーム５を停止させようとしているのか、それとも一時的にブーム用操作レバー１８が中立位置となっているのかを判定する猶予が有り、操縦者の意図に反して切替弁２６が切替えられることを防ぐことができる。また、演算部４０ｃは、回転数の変化率（ｄＮ／ｄｔ）が所定値（Ｎ／ｔ２）よりも小さいとき、つまり回転数が緩やかに変化するときに切替弁２６を切替える信号を乗算部４１ａに出力するので、ブームシリンダ５ａが緩やかに停止する場合のみ切替弁２６を第２切替位置２６ｂに切替えることができる。

［第４実施形態］
図９は本発明の第４実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図、図１０は第４実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャート、図１１は第４実施形態に係る油圧ショベルに備えられる油圧回路を示す図である。

本発明の第４実施形態を構成するコントローラ３０は、図９に示すように、演算部４０ｄと演算部４０ｅと、これらの演算部４０ｄと演算部４０ｅからの信号を受けて切替弁２６に信号を出力する乗算部４１ａとを含んでいる。

ブーム用操作レバー１８が操作されると、ブーム用操作レバー１８のパイロット圧が、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄで検出され、演算部４０ｄに入力する。この演算部４０ｄにおいて切替弁２６を第１切換位置２６ａまたは第２切替位置２６ｂのどちらにするかが決定される。その際、ブーム用操作レバー１８が停止位置つまり中立位置であり、その状態があらかじめ定めた時間ｔ１を経過すると、切替弁２６を閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替える信号を乗算部４１ａに出力する。

演算部４０ｅには、第１圧力センサ３１ａで検出される蓄圧器１９の圧力Ｐ１と、第２圧力センサ３１ｂで検出されるブームヘッド圧力Ｐ２が入力する。第１圧力センサ３１ａと第２圧力センサ３１ｂで検出した双方の圧力と、第１油圧ポンプ・モータ２０ａの容量ｑ１と、第２油圧ポンプ・モータ２０ｂの容量ｑ２とから計算される第３油圧ポンプ・モータ２１の目標容量ｑ４が、第３油圧ポンプ・モータ２１の最大容量ｑ３ｍより大きくなったとき、演算部４０ｅは切替弁２６を閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替える信号を乗算部４１ａに出力する。ここで、第３油圧ポンプ・モータ２１の目標容量ｑ４は次の式で計算される。
ｑ４＝Ｐ２（ｑ１＋ｑ２）／Ｐ１
乗算部４１ａでは演算部４０ｄと演算部４０ｅからの信号を受け、双方の信号が共に切替弁２６を第２切替位置２６ｂに切替える信号のとき、切替弁２６に第２切替位置２６ｂに切り替わる信号を出力する。

すなわち、図１０に示すように、この第３実施形態は、切替弁２６を連通位置である第１切替位置２６ａに保持し（ｓ１）、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄで検出される値に基づいて、ブーム用操作レバー１８が停止位置かどうかを判断する（ｓ２）。そして、ブーム用操作レバー１８が停止位置であり、その停止位置の状態が規定時間ｔ１を経過し、さらに第１圧力センサ３１ａで検出される蓄圧器１９の圧力ｐ１と、第２圧力センサ３１ｂで検出されるブームヘッド圧力Ｐ２と、第１油圧ポンプ・モータ２０ａの容量ｑ１と、第２油圧ポンプ・モータ２０ｂの容量ｑ２から計算される第３油圧ポンプ・モータ２１の目標容量ｑ４が、第３油圧ポンプ・モータ２１の最大容量ｑ３ｍよりも大きくなったとき、切替弁２６が閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替えられる（ｓ３）（ｓ４）（ｓ５）（ｓ６）（ｓ７）。また、ブーム用操作レバー１８が停止位置であれば、切替弁２６は第２切替位置２６ｂを保持する。ブーム用操作レバー１８が停止位置でなくなると、切替弁２６は第１切替位置２６ａに切替えられる（ｓ８）。

［ブーム上げ動作またはブーム下げ動作］
ブーム上げ動作またはブーム下げ動作を行う場合の第４実施形態の動作について説明する。ブーム上げ動作またはブーム下げ動作を行う際、ブーム用操作レバー１８はブーム上げ位置またはブーム下げ位置にある。したがって、第３圧力センサ３１ｃまたは第４圧力センサ３１ｄでパイロット圧が検出され、演算部４０ｄにその値が入力される。パイロット圧が検出されているときは、演算部４０ｄは乗算部４１ａに切替弁２６を切替える信号を送らないため、切替弁２６は連通位置である第１切換位置２６ａを保持したままであり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加することはない。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際に停止を行う動作について説明する。ブーム５を停止させるときに、ブーム用操作レバー１８は中立位置となる。第１圧力センサ３１ａで検出される蓄圧器１９の圧力Ｐ１と、第２圧力センサ３１ｂで検出されるブームヘッド圧力Ｐ２と、第１油圧ポンプ・モータ２０ａの容量ｑ１と、第２油圧ポンプ・モータ２０ｂの容量ｑ２とから計算される第３油圧ポンプ・モータ２１の目標容量ｑ４が、第３油圧ポンプ・モータ２１の最大容量ｑ３ｍより大きいときには、切替弁２６は閉止位置である第２切替位置２６ａに切替えられる。したがって、油圧管路２５を通過する油は絞り弁２７を通過することになり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加し、発生するトルクは大きくなる。これにより、ブームシリンダ５ａを素早く停止させることができ、これに応じてブーム５を停止させることができる。

このように構成した第４実施形態では、演算部４０ｄは、時間ｔ１が経過してから切替弁２６を切替える信号を乗算部４１ａに出力するため、操縦者がブーム５を停止させようとしているのか、それとも一時的にブーム用操作レバー１８が中立位置となっているのかを判定する猶予が有り、操縦者の意図に反して切替弁２６が切替えられることができる。また、演算部４０ｅは、第３油圧ポンプ・モータ２１の目標容量ｑ４が、第３油圧ポンプ・モータ２１の最大容量ｑ３ｍを上回ったときに、切替弁２６を切替える信号を乗算部４１ａに出力するため、第３油圧ポンプ・モータ２１の容量制御だけではブームシリンダ５ａを素早く停止させることができない場合のみ切替弁２６を切替えることができる。

１ 走行体
２ 旋回体
５ ブーム（作業具）
５ａ ブームシリンダ（所定の油圧アクチュエータ）
１１ パイロットポンプ
１８ ブーム用操作レバー
１９ 蓄圧器
２０ａ 第１油圧ポンプ・モータ
２０ｂ 第２油圧ポンプ・モータ
２１ 第３油圧ポンプ・モータ
２２ レギュレータ
２３ パイロットチェック弁
２４ 切替弁
２５ 油圧管路
２６ 切替弁
２６ｂ 第２切替位置
２７ 絞り弁
２８ リリーフ弁
２９ 差圧弁
３０ コントローラ（制御装置）
３１ａ 第１圧力センサ
３１ｂ 第２圧力センサ
３１ｃ 第３圧力センサ
３１ｄ 第４圧力センサ
３２ 回転数センサ
４０ａ 演算部
４０ｂ 演算部
４０ｃ 演算部
４０ｄ 演算部
４０ｅ 演算部
４１ａ 乗算部

［ブーム上げ動作］
例えばブーム用操作レバー１８がブーム上げ側に操作されると、第３圧力センサ３１ｃからコントローラ３０に信号が出力される。コントローラ３０から切替弁２６を第１切替位置２６ａに保持する信号が出力され、また、コントローラ３０からレギュレータ２２に第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を大きくする信号が出力される。蓄圧器１９の圧力と第３油圧ポンプ・モータ２１の容量とから、第３油圧ポンプ・モータ２１を駆動するトルクが決まるが、第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を大きくする信号は、第３油圧ポンプ・モータ２１を駆動するトルクが第１油圧ポンプ・モータ２０ａと第２油圧ポンプ・モータ２０ｂとの合計容量と、ブームシリンダ５ａのボトム側圧力で決まるトルクを上回るように出力される。これにより、第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂが駆動して、タンクから吸い上げた圧油をブームシリンダ５ａのヘッド側に供給する。これに応じてブームシリンダ５ａが伸長し、ブーム上げ動作が行われる。

［ブーム下げ動作］
次に、ブーム下げ動作について説明する。例えばブーム用操作レバー１８がブーム下げ側に操作されると、第４圧力センサ３１ｄからコントローラ３０に信号が出力される。コントローラ３０から切替弁２６を第１切替位置２６ａに保持する信号が出力され、また、コントローラ３０からレギュレータ２２に第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を小さくする信号が出力される。上述のブーム上げ動作とは逆に、第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を小さくする信号は、第３油圧ポンプ・モータ２１を駆動するトルクが第１油圧ポンプ・モータ２０ａと第２油圧ポンプ・モータ２０ｂとの合計容量と、ブームシリンダ５ａのヘッド側圧力で決まるトルクを下回るように出力される。これにより、第１油圧ポンプ・モータ２０ａ及び第２油圧ポンプ・モータ２０ｂが上述のブーム上げ動作とは逆に駆動して、ブームシリンダ５ａのヘッド側から圧油を吸い込む。これに応じてブームシリンダ５ａが収縮し、ブーム下げ動作が行われる。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際にブーム５の停止を行う動作について説明する。ブーム用操作レバー１８をブーム停止位置つまり中立位置にすると、第３圧力センサ３１ｃと第４圧力センサ３１ｄがパイロット圧を検出し、その値をコントローラ３０に送り、コントローラ３０はレギュレータ２２に信号を出力し、第３油圧ポンプ・モータ２１の容量を大きくする。また、コントローラ３０から、蓄圧器１９と第３油圧ポンプ・モータ２１を接続する油圧管路２５間に設けられた切替弁２６に信号が出力され、この切替弁２６が、油圧管路２５を連通させる第１切替位置２６ａから、油圧管路２５を閉止する第２切替位置２６ｂに切り替えられる。したがって、第３油圧ポンプ・モータ２１から吐出される油は切替弁２６と並列に設置された絞り弁２７を通る。このため第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は、蓄圧器１９の圧力以上に増加し、また、第３油圧ポンプ・モータ２１の容量は上述の通り、コントローラ３０により大きくなることから、発生するトルクが大きくなる。これによって、素早くブームシリンダ５ａが停止し、これに応じてブーム５を停止させることができる。なお、ブーム上げを行っている際に停止を行う動作については、ブームシリンダ５ａにかかる負荷の方向が異なり、さらに第３油圧ポンプ・モータ２１の容量をブーム下げの場合と逆に大きくする以外は、ブーム下げの場合と同様である。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際に停止を行う動作について説明する。ブーム５を停止させるときには、ブーム用操作レバー１８は中立位置となる。したがって、第３圧力センサ３１ｃ及び第４圧力センサ３１ｄでパイロット圧は検出されず、演算部４０ａにその値が入力される。パイロット圧が検出されていない場合、あらかじめ定めた時間ｔ１が経過すると、切替弁２６は閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替えられる。したがって、油圧管路２５を通過する油は絞り弁２７を通過することになり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加し、発生するトルクが大きくなる。これにより、ブームシリンダ５ａを素早く停止させることができ、これに応じてブーム５を停止させることができる。なお、ブーム上げを行っている際に停止を行う動作については、第１実施形態と同様、ブームシリンダ５ａにかかる負荷の方向が異なり、さらに第３油圧ポンプ・モータ２１の容量をブーム下げの場合と逆に大きくする以外は、ブーム下げの場合と同様である。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際にブーム５の停止を行う動作について説明する。ブーム５を停止させるときにはブーム用操作レバー１８は中立位置となる。したがって、第３圧力センサ３１ｃ及び第４圧力センサ３１ｄでパイロット圧は検出されず、演算部４０ｂにその値が入力される。パイロット圧が検出されていないとき、あらかじめ定めた時間ｔ１が経過し、さらに回転数センサ３２で検出される回転数の変化率（ｄＮ／ｄｔ）が所定値（Ｎ／ｔ２）よりも小さいときには、切替弁２６は閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替えられる。したがって、油圧回路２５を通過する油は絞り弁２７を通過することになり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加し、発生するトルクが大きくなる。これにより、ブームシリンダ５ａを素早く停止させることができ、これに応じてブーム５を停止させることができる。なお、ブーム上げを行っている際に停止を行う動作については、第１実施形態と同様、ブームシリンダ５ａにかかる負荷の方向が異なり、さらに第３油圧ポンプ・モータ２１の容量をブーム下げの場合と逆に大きくする以外は、ブーム下げの場合と同様である。

このように構成した第３実施形態では、演算部４０ｂは、時間ｔ１が経過してから切替弁２６を切替える信号を乗算部４１ａに出力するため、操縦者がブーム５を停止させようとしているのか、それとも一時的にブーム用操作レバー１８が中立位置となっているのかを判定する猶予が有り、操縦者の意図に反して切替弁２６が切替えられることを防ぐことができる。また、演算部４０ｃは、回転数の変化率（ｄＮ／ｄｔ）が所定値（Ｎ／ｔ２）よりも小さいとき、つまり回転数が緩やかに低下するときは、ブームシリンダ５ａの速度も緩やかに低下しているとし、ブームシリンダ５ａの停止が遅いと判断する。その結果、切替弁２６を切替える信号を乗算部４１ａに出力するので、ブームシリンダ５ａが緩やかに停止する場合のみ切替弁２６を第２切替位置２６ｂに切替えることができる。

［ブーム下げを行っている際に停止を行う動作］
次に、ブーム下げを行っている際に停止を行う動作について説明する。ブーム５を停止させるときに、ブーム用操作レバー１８は中立位置となる。第１圧力センサ３１ａで検出される蓄圧器１９の圧力Ｐ１と、第２圧力センサ３１ｂで検出されるブームヘッド圧力Ｐ２と、第１油圧ポンプ・モータ２０ａの容量ｑ１と、第２油圧ポンプ・モータ２０ｂの容量ｑ２とから計算される第３油圧ポンプ・モータ２１の目標容量ｑ４が、第３油圧ポンプ・モータ２１の最大容量ｑ３ｍより大きいときには、切替弁２６は閉止位置である第２切替位置２６ｂに切替えられる。したがって、油圧管路２５を通過する油は絞り弁２７を通過することになり、第３油圧ポンプ・モータ２１の吐出圧は増加し、発生するトルクは大きくなる。これにより、ブームシリンダ５ａを素早く停止させることができ、これに応じてブーム５を停止させることができる。なお、ブーム上げを行っている際に停止を行う動作については、第１実施形態と同様、ブームシリンダ５ａにかかる負荷の方向が異なり、さらに第３油圧ポンプ・モータ２１の容量をブーム下げの場合と逆に大きくする以外は、ブーム下げの場合と同様である。

Claims (6)

1. 車体と、この車体に取り付けられ、作業具及びこの作業具を作動させる油圧シリンダとを有する作業装置と、前記作業装置の前記油圧シリンダを含む所定の油圧アクチュエータの両圧油給排部のうちの一方の圧油給排部に双方が連結され、他方の圧油給排部に一方が連結される第１油圧ポンプ・モータ及び第２油圧ポンプ・モータと、これらの第１油圧ポンプ・モータ及び第２油圧ポンプ・モータと同期して回転する可変容量型の第３油圧ポンプ・モータと、前記第３油圧ポンプ・モータに接続され、前記所定の油圧アクチュエータの作動に伴ってエネルギを回生する蓄圧器とを備えた作業機械において、
   前記第３油圧ポンプ・モータの吐出圧の制御により前記所定の油圧アクチュエータの停止動作を制御する停止制御部を備えたことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記油圧アクチュエータは、前記作業装置の前記油圧シリンダから成り、
   前記第１油圧ポンプ・モータ及び前記第２油圧ポンプ・モータの双方を前記油圧シリンダの前記一方の圧油給排部を形成するヘッド側に連結し、前記第１油圧ポンプ・モータ及び前記第２油圧ポンプ・モータの一方を前記油圧シリンダの前記他方の圧油給排部を形成するロッド側に連結し、
   前記停止制御部は、前記油圧シリンダを停止させる際に、前記第３油圧ポンプ・モータの吐出圧を増加させるように制御する昇圧装置から成り、
   前記昇圧装置は、前記第３油圧ポンプ・モータと前記蓄圧器とを接続する油圧管路に備えられる絞り部と、この絞り部に並設され、前記油圧管路を連通させる第１切替位置と前記油圧管路を閉止する第２切替位置とを含むことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械において、
   前記絞り部は、絞り弁、リリーフ弁、及び差圧弁のいずれかから成ることを特徴とする作業機械。
4. 請求項２または３に記載の作業機械において、
   前記油圧シリンダに停止指令が与えられてから所定時間後に前記切替弁を前記第２切替位置に切替えるように、前記切替弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする作業機械。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の作業機械において、
   前記第１油圧ポンプ・モータ、前記第２油圧ポンプ・モータ、及び前記第３油圧ポンプ・モータのいずれかの回転数を検出する回転数センサと、この回転数センサによって検出される回転数の変化率が所定値よりも小さいときに、前記切替弁を前記第２切替位置に切替えるように、前記切替弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする作業機械。
6. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の作業機械において、
   前記蓄圧器の圧力を検出する第１圧力センサと、前記油圧シリンダのヘッド圧を検出する第２圧力センサとを備え、前記第１圧力センサで検出される圧力と、前記第２圧力センサで検出される圧力と、前記第１油圧ポンプ・モータの容量と、前記第２油圧ポンプ・モータの容量とに基づいて演算される前記第３油圧ポンプ・モータの目標容量が、前記第３油圧ポンプ・モータの最大容量よりも大きくなったと判断されたときに、前記切替弁を前記第２切替位置に切替えるように、前記切替弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする作業機械。

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