JP2010053969A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧アクチュエータから流出する圧油を回生モータ経由で排出させる管路とコントロールバルブ経由で排出させる管路とを備え、その腕体の微速制御と回生モータによるエネルギー回生とを両立させながらも、その腕体を確実に静止させることができる建設機械を提供すること。
【解決手段】油圧ショベル１は、ブームシリンダ７と回生ポンプモータ５５との間に配置される保持弁４３と、ブームシリンダ７とコントロールバルブ１４との間に配置される保持弁４４と、ブーム操作レバーが自重方向へ操作されたときに保持弁４３を開弁させ、ブーム操作レバーのレバー操作量が所定値以上となったときに保持弁４４を開弁させる保持弁制御手段６０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ポンプが吐出する圧油により油圧シリンダ又は油圧モータ等の油圧アクチュエータを作動させながらブーム、アーム、バケット等の腕体を動作させる建設機械に関し、特に、腕体の自重によりその腕体を降下（以下、「自重降下」とする。）させる場合にその腕体自身が有する位置エネルギーを効率的に回生する回生回路と、腕体が操作されていない場合にその腕体を確実に静止させるための保持機構と、を備える建設機械に関する。

従来、回生モータを経由させてブームシリンダ、アームシリンダ等からの圧油を圧油タンクに排出する第一回路と、コントロールバルブを経由させてブームシリンダ、アームシリンダ等からの圧油を圧油タンクに排出する第二回路とを二者択一で切り換える切換弁を備えた建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この建設機械は、ブーム、アーム等による掘削作業を行う場合、上述の切換弁により第一回路を選択して、回生ポンプを経由させてブームシリンダ、アームシリンダ等からの圧油を圧油タンクに排出させることで、ブーム、アーム等が持つ位置エネルギーを電気エネルギーとして回生できるようにする。

一方で、この建設機械は、ブーム、アーム等を微動させる場合、上述の切換弁により第二回路を選択して、コントロールバルブを経由させてブームシリンダ、アームシリンダ等からの圧油を圧油タンクに排出させることで、ブームシリンダ、アームシリンダ等からの圧油が回生ポンプを経由することがないようにする。

これにより、この建設機械は、回生モータの起動時における応答遅れによってブーム、アーム等の微速制御性能が損なわれてしまうのを回避できるようにする。
特開２００３−３２９０１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の建設機械は、第一回路と第二回路とを択一的に切り換えるものであるため、その切り替え時にブーム、アーム等の動作が急変するおそれがあり、また、モニタパネルにおいて選択したモードに基づいて切り換えが行われるため、ブーム、アーム等を微動操作している状態から通常の掘削操作に移行する場合にモニタパネルによるモード選択を必要とし、スムーズな切り換えができないという問題がある。

上述の点に鑑み、本発明は、腕体を動作させる油圧アクチュエータから流出する圧油を回生モータ経由で排出させる管路とコントロールバルブ経由で排出させる管路とを備え、その腕体の微速制御と回生モータによるエネルギー回生とを両立させつつ、それらの切り換えをスムーズにすることができる建設機械を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、第一の発明に係る建設機械は、油圧ポンプが吐出する圧油により油圧アクチュエータを作動させながら腕体を動作させる建設機械であって、前記油圧アクチュエータにおける圧油の流れ方向及び流量を制御するスプール弁と、前記腕体の自重方向への動作に応じて前記油圧アクチュエータから流出する圧油によって回転させられる回生モータと、前記油圧アクチュエータと前記スプール弁との間に配置され、閉弁により前記油圧アクチュエータから前記スプール弁への圧油の流れを遮断する第一保持弁と、前記油圧アクチュエータと前記回生モータとの間に配置され、閉弁により前記油圧アクチュエータから前記回生モータへの圧油の流れを遮断する第二保持弁と、前記腕体の操作レバーが自重方向へ操作されたときに前記第一保持弁を開弁させ、該操作レバーのレバー操作量が所定値以上となったときに前記第二保持弁を開弁させる保持弁制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る建設機械であって、前記スプール弁は、タンクポートとアクチュエータポートとを接続するスプール開口面積を変化させて前記アクチュエータから流出する圧油の流量を制御し、前記回生モータには発電機が接続され、該発電機の回転負荷を変化させて前記アクチュエータから流出する圧油の流量を制御することを特徴とする。

また、第三の発明は、第一又は第二の発明に係る建設機械であって、前記保持弁制御手段は、前記操作レバーのレバー操作量が所定値未満に戻ったときに前記第二保持弁を閉弁させ、前記操作レバーが中立位置に戻ったときに前記第一保持弁を閉弁させることを特徴とする。

また、第四の発明は、第一乃至第三の何れかの発明に係る建設機械であって、前記保持弁制御手段は、前記操作レバーのレバー操作量が所定値以上となったときに前記第一保持弁を閉弁させることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、腕体を動作させる油圧アクチュエータから流出する圧油を回生モータ経由で排出させる管路とコントロールバルブ経由で排出させる管路とを備え、その腕体の微速制御と回生モータによるエネルギー回生とを両立させつつ、それらの切り替えをスムーズにすることができる建設機械を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る建設機械用油圧ポンプ制御装置が搭載される油圧ショベルの構成例を示す図である。図１において、油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。

また、上部旋回体３は、前方中央部に、ブーム４、アーム５及びバケット６、並びに、これらをそれぞれ駆動するアクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９から構成される掘削アタッチメントを備える。

図２は、本発明に係る建設機械用油圧ポンプ制御装置の油圧回路図であり、ポンプ制御装置１００は、エンジン又は電動モータによって駆動される、一回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）が可変である二つのメインポンプ１０L、１０Rから、コントロールバルブ１２L、１６及び１７を連通するセンターバイパス管路３０L、又は、コントロールバルブ１１、１２R、１３、１４及び１５を連通するセンターバイパス管路３０Rを経て圧油タンク２２まで圧油を循環させる。

コントロールバルブ１１は、走行直進弁であり、下部走行体２を駆動する走行用油圧モータ４２L、４２Rと、上部旋回体３の何れかの油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等である。）とが同時に操作された場合に、下部走行体２の直進性を高めるために一方の油圧ポンプ１０Ｌから左右双方の走行用油圧モータ４２L、４２Rに圧油を循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。

また、コントロールバルブ１２L、１２Rは、それぞれ、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油を走行用油圧モータ４２L、４２Rで循環させるためにその圧油の流れ方向及び単位時間当たりの流量を制御するスプール弁であり、コントロールバルブ１３は、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油をバケットシリンダ９へ供給し、また、バケットシリンダ９内の圧油を圧油タンク２２へ排出するためにその圧油の流れ方向及び単位時間当たりの流量を制御するスプール弁である。

また、コントロールバルブ１４は、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油をブームシリンダ７へ供給し、また、ブームシリンダ７内の圧油を圧油タンク２２へ排出するためにその圧油の流れ方向及び単位時間当たりの流量を制御するスプール弁である。

また、コントロールバルブ１５は、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油をアームシリンダ８（図示せず。）へ供給するためにその圧油の流れ方向及び単位時間当たりの流量を制御するスプール弁である。

更に、コントロールバルブ１６は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油のコントロールバルブ１４を経たブームシリンダ７への供給に加え、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する圧油をブームシリンダ７へ追加的に供給するためのスプール弁であり、コントロールバルブ１７は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油のコントロールバルブ１５を経たアームシリンダ８への供給に加え、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する圧油をアームシリンダ８（図示せず。）へ供給するためのスプール弁である。

なお、各種コントロールバルブと各種油圧アクチュエータとの間の接続、及び、各種コントロールバルブのパイロットポートと各種操作レバー（図示せず。）との間の接続は、図の明瞭化のために省略されているが、従来の油圧制御又は電気制御を適宜採用するものとする。

センターバイパス管路３０L、３０Rは、それぞれ、最も下流にあるコントロールバルブ１５L、１５Rと圧油タンク２２との間にネガティブコントロール絞り２０L、２０Ｒを備え、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出した圧油の流れを制限することにより、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流において、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rを制御するための制御圧を発生させる。

破線で示される制御圧管路３２L、３２Rは、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生させた制御圧（ネガコン圧）を油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rに伝達するための制御圧管路である。

油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rはそれぞれ、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を制御すべく、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒのポンプ容量を変化させるための斜板（ヨーク）を傾転駆動する圧油の流れを切り換えるためのシリンダとこのシリンダ内を摺動可能に設けられシリンダを二つの室に画成するピストンとからなる駆動機構である。

ピストンにはシリンダ軸線に沿って外部に突出するロッドが設けられ、ピストンの変位がこのロッドを介して油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの斜板を傾転駆動する。シリンダの一方の室にはピストンを常時付勢するスプリングが設けられており、他方の室に導入される制御圧とこのスプリングの付勢力とのバランスによりピストンの位置が決定される。

油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、導入される制御圧が大きいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を低減させ、導入される制御圧が小さいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させるようにする。

油圧ショベル１における何れの油圧アクチュエータもが利用されていない場合（以下、「待機モード」とする。）、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、センターバイパス管路３０L、３０Rを通ってネガティブコントロール絞り２０L、２０Rに至り、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で制御圧を発生させ、矢印Ａで示されるように、制御圧管路３２Ｌ、３２Ｒを介してその制御圧で油圧ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒに制御用圧油を流入させる。なお、圧油管路における圧油の流れを示す灰色の点線は、その流量が比較的小さいことを表す。

その結果、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rは、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を低減させ、吐出した圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通過する際の余分な圧力損失（ポンピングロス）を低減させるようにする。

一方、油圧ショベル１における何れかの油圧アクチュエータが利用された場合、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、その油圧アクチュエータに対応するコントロールバルブを経てその油圧アクチュエータに流れ込み、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rに至る量を低減或いは消滅させ、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生する制御圧を低下させる。

その結果、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rは、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータで十分な圧油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。

保持弁４３は、ブームシリンダ７の予期せぬ降下を防止すべく、ブームシリンダ７のヘッドチャンバからコントロールバルブ１４に向かって流出する圧油の流れを止めるためのポペット弁である。

ブームシリンダ７のヘッドチャンバと保持弁４３とを接続する管路は途中で分岐しており、分岐した管路は、保持弁４４を介して回生ポンプモータ５５に接続されている。

保持弁４４は、保持弁４３と同様にブームシリンダ７の予期せぬ降下を防止すべく、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから回生ポンプモータ５５に向かって流出する圧油の流れを止めるためのポペット弁である。

上述のような構成により、ネガティブコントロール式の建設機械用ポンプ制御装置１００は、待機モードにおいては、油圧ポンプ１０L、１０Rにおける無駄なエネルギー消費（油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出する圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒで発生させるポンピングロス）を低減させながらも、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒから必要十分な圧油を各種油圧アクチュエータに確実に供給できるようにする。

コントロールポンプ５０は、制御圧管路３５Ｌ、３５Ｒ、３８を流れる制御用圧油を吐出するための油圧ポンプであり、所定の吐出圧（例えば、４ＭＰａである。）で制御用圧油を継続的に吐出する固定容量型の油圧ポンプである。

電磁弁５１Ｌ、５１Ｒ、５３は、それぞれ、制御圧管路３５Ｌ、３５Ｒ、３８上に配置される電磁比例減圧弁であり、メインコントローラ６０から供給される制御電流の大きさに応じて制御圧管路３６Ｌ、３６Ｒ、３９内に制御用圧油を流出入させながらそれら制御圧管路内の制御圧を調節する。

シャトル弁５２Ｌは、制御圧管路３２Ｌ内の制御用圧油及び制御圧管路３６Ｌ内の制御用圧油のうち圧力が高い方の制御用圧油を油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌ内に流入させるバルブであり、シャトル弁５２Ｒは、制御圧管路３２Ｒ内の制御用圧油及び制御圧管路３６Ｒ内の制御用圧油のうち圧力が高い方の制御用圧油を油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒ内に流入させるバルブである。

上述の構成により、電磁弁５１Ｌ、５１Ｒは、何れかの油圧アクチュエータが駆動され、センターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒの圧油の流れが制限或いは遮断されてネガコン圧が所定圧未満となった場合にも、制御圧管路３６Ｌ、３６Ｒ内の制御圧を所定レベル以上とすることで、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量が許容最大吐出量まで増大されるのを抑えることができる。

比例絞り弁５４は、回生ポンプモータ５５と圧油タンク２２とを接続する圧油管路６１内を流れる圧油の流量を調節するためのバルブであり、制御圧管路３９内の制御圧をパイロットポートで受けて絞りを調節しながら圧油管路６１内を流れる圧油の流量を無段階に調節する。

上述の構成により、電磁弁５３は、コントロールポンプ５０が吐出する圧油を制御圧管路３９内に流入させ、比例絞り弁５４のパイロットポートに導入される制御圧を増大させ、圧油管路６１上の絞りの開口面積を低減させることができる。

回生ポンプモータ５５は、油圧ポンプ又は油圧モータとして機能する装置であり、その回転軸が発電電動機５６の回転軸に連結されている。

回生ポンプモータ５５は、例えば、ブーム４を降下方向（自重方向）に動かす際にブームシリンダ７から流出する圧油によって回転させられ油圧モータとして機能し、同時に、発電電動機５６の回転軸を回転させ発電電動機５６を発電機として機能させながら、発電させた電気エネルギーをインバータ経由で蓄電器（図示せず。）に蓄電させるようにする。

また、回生ポンプモータ５５は、電動機として機能する発電電動機５６の回転によって回転させられることで油圧ポンプとして機能しながら、圧油タンク２２の圧油を汲み上げてブームシリンダ７にその圧油を流入させるようにしてもよい。

なお、回生ポンプモータ５５は、油圧モータとしての機能のみを備える装置であってもよく、固定容量モータ又は可変容量モータの何れであってもよい。

発電電動機５６は、発電機又は電動機として機能する装置であり、発電した電気エネルギーをインバータ経由で蓄電器に蓄電し、また、蓄電器に蓄電された電気エネルギーを利用して回転する。

また、発電電動機５６は、ブーム４の降下速度が後述するブーム操作レバーの操作量に応じた降下速度となるようにメインコントローラ６０が出力する制御電流に応じて発電機として機能する際の回転負荷（回転数）を制御し、油圧モータとして機能する回生ポンプモータ５５の回転負荷（回転数）を調節する。

逆止弁５７は、ブームシリンダ７から圧油管路６２へ圧油が流れるのを防止するためのバルブである。

圧力センサ５８、５９はそれぞれ、ブームシリンダ７のヘッドチャンバ又はロッドチャンバ内の圧力を測定するためのセンサであり、測定結果をメインコントローラ６０に対して出力する。

メインコントローラ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータを含み、操作検出手段、流量制御手段及び吐出量制御手段のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭに記憶しながら、各手段に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

操作検出手段は、圧力センサ５８、５９の出力、及び、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー、旋回操作レバー、走行操作レバー等の各種操作レバー（リモコン弁）の出力を受信しながら、腕体の操作内容を検出するための手段である。

また、流量制御手段は、操作検出手段の検出結果に基づいて、保持弁４３、４４、電磁弁５３、発電電動機５６、及び、各種コントロールバルブに供給する制御電流を制御しながらポンプ制御装置１００の各圧油管路を流れる圧油の流量を制御し、操作検出手段の検出結果に応じた建設機械の動作を実現するための手段である。

また、吐出量制御手段は、操作検出手段の検出結果に基づいて、電磁弁５１Ｌ、５１Ｒに供給する制御電流を制御しながら油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する圧油の流量を制御し、操作検出手段の検出結果に応じた建設機械の動作を実現するための手段である。

ここで、図３を参照しながら、保持弁４３、４４の動きについて説明する。図３は、保持弁４３の拡大図であり、図３（Ａ）は、保持弁４３の閉弁状態を示し、図３（Ｂ）は、保持弁４３の開弁状態を示す。なお、保持弁４４は、保持弁４３と同様の動きをするため拡大図による図示が省略され、図３に示される管路Ｌ３〜Ｌ５、電磁弁Ｖ及び圧油タンク２２は、複雑化を避けるため、図２、図４〜図７には記載されていない。

保持弁４３は、圧力室Ｃ１、Ｃ３と圧力室Ｃ２とを隔てるポペット４３ａとポペット４３ａをシート面Ｆに向かって付勢するスプリング４３ｂとを備える。

管路Ｌ１は、ブームシリンダ７のヘッドチャンバと保持弁４３の圧力室Ｃ１とを繋ぐ管路であり、管路Ｌ２は、保持弁４３の圧力室Ｃ３とコントロールバルブ１４とを繋ぐ管路である。

また、管路Ｌ３は、保持弁４３の圧力室Ｃ１と電磁弁Ｖとを繋ぐ管路であり、管路Ｌ４は、電磁弁Ｖと保持弁４３の圧力室Ｃ２とを繋ぐ管路であり、管路Ｌ５は、電磁弁Ｖと圧油タンク２２とを繋ぐ管路である。

電磁弁Ｖは、３ポート２ポジションのソレノイドバルブであり、ブーム操作レバー（図示せず。）のレバー操作に応じてメインコントローラ６０が供給する制御電流を受ける。

電磁弁Ｖは、メインコントローラ６０から制御電流の供給を受けていない場合（図３（Ａ）参照。）、管路Ｌ３と管路Ｌ４とを連通させ圧力室Ｃ１内の圧力と圧力室Ｃ２内の圧力とを等しくし、ポペット４３ａの上下の受圧面積差にその圧力を乗じた分の力と、スプリング４３ｂの付勢力とによりポペット４３ａをシート面Ｆに接触させ、保持弁４３により管路Ｌ１及びＬ２を流れる圧油を遮断させるようにする。

一方、電磁弁Ｖは、メインコントローラ６０から制御電流の供給を受けた場合（図３（Ｂ）参照。）、管路Ｌ４と管路Ｌ５とを連通させ圧力室Ｃ２内の圧油を圧油タンク２２に流出させポペット４３ａの上下に掛かる圧力のバランスを崩すことで（圧力室Ｃ１内の圧力が圧力室Ｃ２内の圧力よりも高くなるようにする。）、圧力室Ｃ１又は圧力室Ｃ３に流入する圧油によりポペット４３ａを押し上げさせ、保持弁４３により管路Ｌ１とＬ２とを開通させるようにする。なお、ポペット４３ａの上昇により、圧力室Ｃ１と圧力室Ｃ３とは一体化される。

図４は、ブーム４を自重方向に微動させる場合におけるポンプ制御装置１００の状態を示し、メインコントローラ６０は、例えば、操作検出手段によりブーム操作レバーが降下側にインチング操作（レバー操作量が所定値未満であることを意味する。）されたことを検出した場合に、流量制御手段及び吐出量制御手段により、保持弁４４（実際には電磁弁Ｖに対して制御電流が供給される。）、電磁弁５３、及び、発電電動機５６に制御電流を供給しないようにしながら（関連する電力線を灰色で表す。）、保持弁４３（実際には電磁弁Ｖに対して制御電流が供給される。）及び電磁弁５１Ｒに制御電流を供給することで（関連する電力線を黒色で表す。）、保持弁４３を開弁させてブームシリンダ７のヘッドチャンバとコントロールバルブ１４との間の圧油管路を開通し、かつ、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒにコントロールポンプ５０が吐出する圧油を流入させて（図中の矢印Ｂ参照。）油圧ポンプ１０Ｒの吐出量が最小レベルとなるようにしながら、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油をブームシリンダ７のロッドチャンバに流入させ、ブームシリンダ７のヘッドチャンバからコントロールバルブ１４を経て圧油タンク２２に圧油を排出させる。なお、圧油管路における圧油の流れを示す灰色の点線は、その流量が比較的小さいことを表す。

ブーム４を自重方向に微動させる場合にブームシリンダ７のヘッドチャンバから回生モータを経て圧油タンク２２に圧油を排出させると、回生モータにおける圧油漏れ（リーク）によりブーム４の微動操作が困難となるからである。

また、図４は、簡略化のため、制御圧管路３５Ｌ、３６Ｌ、電磁弁５１Ｌ、シャトル弁５２Ｌ及び関連する電力線を省略している（図５〜図７についても同様である。）。

また、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量は、ブーム操作レバーのレバー操作量に応じたネガコン圧により調節されていてもよい。

このように、ポンプ制御装置１００は、ブーム操作レバーのレバー操作量が所定値未満の場合には、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから回生ポンプモータ５５に圧油を向かわせないようにして、ブーム４の微速制御性能が損なわれてしまうのを防止することができる。

図５は、ブーム４を自重降下させる場合におけるポンプ制御装置１００の状態を示し、メインコントローラ６０は、例えば、操作検出手段によりブーム操作レバーが降下側に通常操作（レバー操作量が所定値以上であることを意味する。）されたことを検出した場合に、流量制御手段及び吐出量制御手段により、保持弁４３に制御電流を供給しないようにしながら（関連する電力線を灰色で表す。）、一方で、圧力センサ５９の検出値に応じた制御電流を電磁弁５３に供給しつつ、保持弁４４及び電磁弁５１Ｒに制御電流を供給し、かつ、発電電動機５６にブーム操作レバーの操作量に応じた制御電流を供給することで（関連する電力線を黒色で表す。）、油圧ポンプ１０Ｒのポンピングロスを低減させながら、ブーム４が有する位置エネルギーを電気エネルギーとして回生できるようにする。

制御電流の供給を受けない保持弁４３は、ブームシリンダ７のヘッドチャンバからコントロールバルブ１４に向う圧油の流れを遮断する。

なお、メインコントローラ６０は、図４に示すように、ブーム操作レバーの操作が開始されたときに保持弁４３を既に開弁させており、その後、ブーム操作レバーの通常操作が検出されたときに保持弁４３を閉弁させる。

一方、制御電流の供給を受けた保持弁４４は、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから回生ポンプモータ５５に向う圧油の流れを開放する。

なお、メインコントローラ６０は、保持弁４４を開弁させると同時に保持弁４３を閉弁させるが、操作検出手段によりブーム操作レバーが降下側に通常操作されたことを検出した時点から所定時間に亘って保持弁４３及び保持弁４４の双方を開弁させたままにし、その後に保持弁４３を閉弁させるようにしてもよい。

また、メインコントローラ６０は、保持弁４４を開弁させるブーム操作レバーの操作量しきい値と保持弁４３を閉弁させるブーム操作レバーの操作量しきい値とを異なる設定として、インチング操作から通常操作に移行する際に、ブーム操作レバーの所定範囲で保持弁４３及び保持弁４４の双方を開弁させるようにしてもよい。

これにより、メインコントローラ６０は、ブーム操作レバーのレバー操作量が徐々に増大させられ、インチング操作から通常操作に移行した場合にも、ブーム４を円滑に動作させることができる。

また、圧力センサ５９の検出値に応じた制御電流の供給を受けた電磁弁５３は、制御圧管路３９内の制御圧をその制御電流に対応した状態に調節し（図中の矢印Ｃ参照。）、圧油管路６１、６２の圧力がキャビテーションを生じさせない範囲となるように比例絞り弁５４の絞りを制御して、圧油管路６１の圧油を圧油管路６２に分配することによりその圧油をブームシリンダ７のロッドチャンバに再生させる。

また、制御電流の供給を受けた電磁弁５１Ｒは、制御圧管路３６Ｒ内の制御圧を所定レベル以上に維持し、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量が最小レベルとなるように油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒを制御する（図中の矢印Ｂ参照。）。油圧ポンプ１０Ｒのポンピングロスを低減させるためである。

また、ブーム操作レバーの操作量に応じた制御電流の供給を受けた発電電動機５６は、発電電動機５６の回転負荷を、ブーム操作レバーの操作量に応じたレベルに調節しながら、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから流出する圧油を回生ポンプモータ５５に流入させ、かつ、その流量（ブーム４の降下速度に相当する。）をブーム操作レバーの操作量に応じたレベルに調節する。

ブーム操作レバーに応じたブーム４の降下速度を維持するためであり、ブーム４が有する位置エネルギーを最大限電気エネルギーとして回生できるようにするためである。

その結果、ポンプ制御装置１００は、回生ポンプモータ５５から流出した圧油の一部をブームシリンダ７のロッドチャンバに戻す（再生させる）ので、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油を低圧低流量に維持させながらもブーム操作レバーの操作量に応じたブーム４の自重降下を実現でき、油圧ポンプ１０Ｒのポンピングロスを低減させながらもブーム４が有する位置エネルギーを電気エネルギーとして回生することができる。

このようにして、ポンプ制御装置１００は、回生ポンプモータ５５から流出した圧油の一部と油圧ポンプ１０Ｒが吐出する低圧低流量の圧油とをブームシリンダ７のロッドチャンバに流入させブーム操作レバーの操作量に応じたブーム４の自重降下を実現させるようにする。

図６は、図５の場合よりも高速でブーム４を自重降下させる場合におけるポンプ制御装置１００の状態を示し、メインコントローラ６０は、例えば、操作検出手段により、ブーム操作レバーが降下側に大きく操作（例えば、レバー操作量が最大であることを意味する。）されたことを検出した場合にも、流量制御手段及び吐出量制御手段により、保持弁４３に制御電流を供給しないようにしながら（関連する電力線を灰色で表す。）、一方で、電磁弁５３に圧力センサ５９の検出値に応じた制御電流を供給しつつ、保持弁４４及び電磁弁５１Ｒに制御電流を供給し、かつ、発電電動機５６にブーム操作レバーの操作量に応じた制御電流を供給することで（関連する電力線を黒色で表す。）、油圧ポンプ１０Ｒのポンピングロスを低減させながら、ブーム４が有する位置エネルギーを電気エネルギーとして回生できるようにする。

制御電流の供給を受けない保持弁４３は、ブームシリンダ７のヘッドチャンバからコントロールバルブ１４に向う圧油の流れを遮断する。

なお、メインコントローラ６０は、保持弁４４を開弁させた瞬間に保持弁４３を閉弁させるが、操作検出手段によりブーム操作レバーが降下側に通常操作されたことを検出した時点から所定時間に亘って保持弁４３及び保持弁４４の双方を開弁させ、その後に保持弁４３を閉弁させるようにしてもよい。

また、制御電流の供給を受けた電磁弁５１Ｒは、制御圧管路３６Ｒ内の制御圧を所定レベル以上に維持し、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量が最小レベルとなるように油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒを制御する（図中の矢印Ｂ参照。）。油圧ポンプのポンピングロスを低減させるためである。

また、圧力センサ５９の検出値に応じた制御電流の供給を受けた電磁弁５３は、制御圧管路３９内の制御圧をその制御電流に対応した状態に調節し（図中の矢印Ｃ参照。）、圧油管路６１、６２の圧力がキャビテーションを生じさせない範囲となるように比例絞り弁５４の絞りを制御して、圧油管路６１の圧油を圧油管路６２に分配することによりその圧油をブームシリンダ７のロッドチャンバに再生させる。

また、ブーム操作レバーの操作量に応じた制御電流の供給を受けた発電電動機５６は、発電電動機５６の回転負荷（回転数）をブーム操作レバーの操作量に応じたレベルに調節しながら、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから流出する圧油を、図５の状態より多く回生ポンプモータ５５に流入させるようにする。

ブーム操作レバーに応じてブーム４の降下速度を図５の状態より高速にするためであり、ブーム４が有する位置エネルギーを最大限電気エネルギーとして回生できるようにするためである。

その結果、ポンプ制御装置１００は、圧油管路６１内の圧油の圧力を増大させ、回生ポンプモータ５５から流出した圧油をブームシリンダ７のロッドチャンバに高流量で戻す（再生させる）ので、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油を低流量に維持しながらもブーム４のより高速な自重降下を実現でき、油圧ポンプ１０Ｒのポンピングロスを低減させることができる。

このようにして、ポンプ制御装置１００は、回生ポンプモータ５５から流出した高流量の圧油と油圧ポンプ１０Ｒが吐出する低流量の圧油とをブームシリンダ７のロッドチャンバに流入させブーム操作レバーの操作量に応じたブーム４のより高速な自重降下を実現させるようにする。

図７は、掘削アタッチメントを掘削対象に接触させブーム４を降下させながら掘削を行う場合におけるポンプ制御装置１００の状態を示し、メインコントローラ６０は、例えば、操作検出手段によりブーム操作レバーが降下側に操作されたことを検出して図５又は図６で説明する制御を行った後、圧力センサ５９が出力するブームシリンダ７のヘッドチャンバ内の圧力が所定レベル以上となり、掘削アタッチメントを掘削対象に接触させながらブーム４を降下させようとしている状態を検出した場合、流量制御手段及び吐出量制御手段により、電磁弁５１Ｒ、５３に制御電流を供給しないようにすると共に発電電動機５６を無負荷状態（フリーラン状態）にしながら（関連する電力線を灰色で表す。）、保持弁４３及び保持弁４４に制御電流を供給することで（関連する電力線を黒色で表す。）、ブーム４の降下を妨げない（降下に対する負荷抵抗とならない）ようにする。

制御電流の供給を受けた保持弁４３は、ブームシリンダ７のヘッドチャンバからコントロールバルブ１４に向かう圧油の流れを開放し、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから流出する圧油がコントロールバルブ１４を経て圧油タンク２２に排出されることを基本的に妨げない状態となる。

制御電流の供給を受けた保持弁４４は、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから回生ポンプモータに向う圧油の流れを開放し、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから流出する圧油が無負荷状態（フリーラン状態）となっている回生ポンプモータ５５経由で圧油タンク２２に排出されるようにする。

制御電流の供給を受けない電磁弁５１Ｒは、制御圧管路３６Ｒ内の制御圧を所定レベル（例えば、タンク圧であり、最小レベルとなっている。）未満に維持し、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量を最小レベルとする制御を解除する。

このようにして、ポンプ制御装置１００は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油をブームシリンダ７のロッドチャンバに流入させ、ブーム４による掘削を実現させるようにする。

以上の構成により、ポンプ制御装置１００を搭載した建設機械は、ブーム４を微動させる場合に、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから流出する圧油をコントロールバルブ１４経由で圧油タンク２２に流出させるので、回生ポンプモータ５５経由で圧油を圧油タンク２２に流出させた場合よりもブーム４の微速制御性能を向上させることができる。

また、ポンプ制御装置１００を搭載した建設機械は、インチング操作をしている状態から通常操作（自重降下又は掘削）に移行する場合、操作レバーの操作量に応じてその圧油の排出をコントロールバルブ１４経由から回生ポンプモータ５５経由へ自動的に切り替えるので、建設機械のオペレータがこの切り替えを意識する必要がなく、操作性に優れる。

また、ポンプ制御装置１００を搭載した建設機械は、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから延びる圧油管路のそれぞれに保持弁４３、４４を配置するので、コントロールバルブ１４又は回生ポンプモータ５５における圧油漏れによるブーム４の意図しない動きが発生するのを防止することができ、ブーム操作レバーが操作されない限りブーム４を確実に静止させることができる。

また、ポンプ制御装置１００を搭載した建設機械は、ブーム４を自重降下させる場合に、ブームシリンダ７のヘッドチャンバから流出する圧油を回生ポンプモータ５５経由で圧油タンク２２に流出させるので、ブーム４が有する位置エネルギー（ブームシリンダ７のヘッドチャンバから流出する圧油の運動エネルギー）を効率的に電気エネルギーとして回生することができる。

また、ポンプ制御装置１００を搭載した建設機械は、界磁電流や電機子電流の大きさを調節しながら発電電動機５６の回転負荷を制御し、ブーム操作レバーの操作量に応じてブーム４を自重降下させる際にブームシリンダ７から流出する圧油の流量とその発電電動機５６の発電量とを制御するので、ブーム４が有する位置エネルギーをより効率的に回生することができる。

また、ポンプ制御装置１００を搭載した建設機械は、回生ポンプモータ５５と圧油タンク２２との間の圧油管路６１における流量を比例絞り弁５４で制限することで、回生ポンプモータ５５とブームシリンダ７との間の圧油管路６２における流量を調節するので、ブーム４を何れの速度で自重降下させる場合にも必要十分な圧油をブームシリンダ７のロッドチャンバに戻す（再生させる）ことができ、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量を低く維持しながら油圧ポンプ１０Ｒのポンピングロスを低減させることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述の実施例において、メインコントローラ６０は、ブーム操作レバーのレバー操作量が保持弁４３、４４のそれぞれに対応するレバー操作量まで増大したときに、閉弁状態にある保持弁４３、４４を個別に開弁させるが、ブーム操作レバーのレバー操作量が保持弁４３、４４のそれぞれに対応するレバー操作量まで減少したときに開弁状態にある保持弁４３、４４を個別に閉弁させるようにしてもよい。

例えば、メインコントローラ６０は、大きく傾倒されたブーム操作レバーのレバー操作量が所定値未満に戻った場合に、保持弁４３を開弁させた上で保持弁４４を閉弁させ、ブーム操作レバーが中立位置（ブーム操作レバーが操作されていない状態であり、レバー操作量がゼロの状態である。）に戻った場合に、保持弁４３を閉弁させるようにしてもよい。

この場合、メインコントローラ６０は、保持弁４４を閉弁させる前に保持弁４３を開弁させ、操作検出手段によりブーム操作レバーが降下側で通常操作からインチング操作に移行したことを検出した時点から所定時間に亘って保持弁４３及び保持弁４４の双方を開弁させたままにしてもよい。

これにより、メインコントローラ６０は、ブーム操作レバーのレバー操作量が徐々に減少させられ、通常操作からインチング操作に移行した場合にも、ブーム４を円滑に動作させることができる。

また、メインコントローラ６０は、保持弁４４を開弁させてブームシリンダ７から回生ポンプモータ５５経由で圧油を圧油タンク２２に流出させている場合であって、圧力センサ５８又は５９によりヘッドチャンバ又はロッドチャンバにおける急激な圧力変化を検出したときには（例えば、ブーム４に外力が加えられたときである。）、保持弁４４を閉弁させるようにしてもよい。

回生ポンプモータ５５における回転負荷を上回る力（圧油の流れ）が急に発生したときにブーム４の動作速度又は動作量が大きくなり過ぎてしまうことがないようにするためである。

この場合、メインコントローラ６０は、保持弁４３を開弁させるようにしてもよい。外力の影響を受け易い回生ポンプモータ５５経由の圧油の排出の代わりに、外力の影響を受け難いコントロールバルブ１４経由の圧油の排出を採用することで、外力を受けながらもブーム操作レバーのレバー操作量に応じたブーム４の動きを継続できるようにするためである。

また、メインコントローラ６０は、回生ポンプモータ５５経由で圧油を排出する場合、コントロールバルブ１４経由で圧油を排出した場合と同じ流速（単位時間当たりの流量であり、予め登録されているものとする。）を実現すべく、発電機５６に供給する制御電流の大きさを調節するようにしてもよい。

排出経路を回生ポンプモータ５５経由からコントロールバルブ１４経由に瞬時に切り換えた場合にも、ブーム４の円滑な動きに悪影響を及ぼしてしまうことがないようにするためである。

また、上述の実施例は、ブーム４を例にとって説明しているが、アーム５及びバケット６にも適用可能であることは言うまでもない。

油圧ショベルの構成例を示す図である。 図１の油圧ショベルに搭載されるポンプ制御装置の油圧回路図である。 図２における保持弁の拡大図である。 ブームを自重方向に微動させる場合におけるポンプ制御装置の状態を示す図である。 ブームを自重降下させる場合におけるポンプ制御装置の状態を示す図である。 ブームを高速で自重降下させる場合におけるポンプ制御装置の状態を示す図である。 掘削アタッチメントを掘削対象に接触させながらブームを降下させる場合におけるポンプ制御装置の状態を示す図である。

符号の説明

１・・・油圧ショベル ２・・・下部走行体 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０L、１０R・・・油圧ポンプ １１・・・走行直進弁 １２Ｌ、１２Ｒ、１３、１４、１５、１６、１７・・・コントロールバルブ ２０Ｌ、２０Ｒ・・・ネガティブコントロール絞り ２２・・・圧油タンク ３０Ｌ、３０Ｒ・・・センターバイパス管路 ３２Ｌ、３２Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒ、３８、３９・・・制御圧管路 ４０Ｌ、４０Ｒ・・・油圧ポンプ用レギュレータ ４２Ｌ、４２Ｒ・・・走行用油圧モータ ４３、４４・・・保持弁 ４３ａ・・・ポペット ４３ｂ・・・スプリング ５０・・・コントロールポンプ ５１Ｌ、５１Ｒ、５３・・・電磁比例減圧弁 ５２Ｌ、５２Ｒ・・・シャトル弁 ５４・・・比例絞り弁 ５５・・・回生ポンプモータ ５６・・・発電機 ５７・・・逆止弁 ５８、５９・・・圧力センサ ６０・・・メインコントローラ ６１、６２・・・圧油管路 １００・・・ポンプ制御装置

Claims (4)

1. 油圧ポンプが吐出する圧油により油圧アクチュエータを作動させながら腕体を動作させる建設機械であって、
   前記油圧アクチュエータにおける圧油の流れ方向及び流量を制御するスプール弁と、
   前記腕体の自重方向への動作に応じて前記油圧アクチュエータから流出する圧油によって回転させられる回生モータと、
   前記油圧アクチュエータと前記スプール弁との間に配置され、閉弁により前記油圧アクチュエータから前記スプール弁への圧油の流れを遮断する第一保持弁と、
   前記油圧アクチュエータと前記回生モータとの間に配置され、閉弁により前記油圧アクチュエータから前記回生モータへの圧油の流れを遮断する第二保持弁と、
   前記腕体の操作レバーが自重方向へ操作されたときに前記第一保持弁を開弁させ、該操作レバーのレバー操作量が所定値以上となったときに前記第二保持弁を開弁させる保持弁制御手段と、
   を備えることを特徴とする建設機械。
2. 前記スプール弁は、タンクポートとアクチュエータポートとを接続するスプール開口面積を変化させて前記アクチュエータから流出する圧油の流量を制御し、
   前記回生モータには発電機が接続され、該発電機の回転負荷を変化させて前記アクチュエータから流出する圧油の流量を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記保持弁制御手段は、前記操作レバーのレバー操作量が所定値未満に戻ったときに前記第二保持弁を閉弁させ、前記操作レバーが中立位置に戻ったときに前記第一保持弁を閉弁させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械。
4. 前記保持弁制御手段は、前記操作レバーのレバー操作量が所定値以上となったときに前記第一保持弁を閉弁させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械。