JP2013245787A - 作業機械の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械において、高い省エネ性を実現しつつ、油圧ポンプを小型化して搭載性を向上し、さらにアタッチメントを容易に追加できる拡張性をも兼ね備えた駆動装置を提供する。
【解決手段】作業機械の駆動装置は、油圧ポンプ２ａ，２ｂを油圧アクチュエータ７ａ，７ｂにそれぞれ閉回路接続した油圧駆動閉回路１００，１０１と、油圧ポンプ８ａを油圧アクチュエータ７ｃ，１０ａ，１０ｂに開回路接続した油圧駆動開回路１０２と、油圧駆動閉回路１００，１０１間で相互に作動油を補充し合うよう接続した第１アシスト回路２００，２０２と、油圧駆動閉回路１００，１０１から油圧駆動開回路１０２に作動油を補充するよう接続した第２アシスト回路２０１，２０３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、作業機械の駆動装置に係わり、特に油圧ポンプにより直接に油圧アクチュエータを駆動する油圧閉回路を用いた作業機械の駆動装置に関する。

近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械の開発において、省エネ化が重要な課題となっている。建設機械の省エネ化には油圧システム自体の省エネ化が欠かせない。油圧システムの省エネ化のため、油圧ポンプと油圧アクチュエータとを閉回路接続し、直接に駆動する油圧閉回路システムの適用が検討されている。油圧閉回路の場合、制御弁による圧損がなく、油圧ポンプは必要な流量のみを吐出するため流量損失もないからである。このような油圧閉回路を適用した油圧システムを開示するものとして、以下の技術文献１及び２がある。

特許文献１には、複数の油圧アクチュエータと複数の油圧ポンプとを複数個の電磁切換弁を介して閉回路接続し、操作レバーの操作量に応じて電磁切換弁を制御することにより油圧ポンプと油圧アクチュエータとの接続を切り換える構成が開示されている。この構成では、閉回路による省エネ化とともに、少数の油圧ポンプで多数のアクチュエータを駆動することで、搭載する油圧ポンプの数を減らし、搭載性の向上も図っている。

また、特許文献２には、油圧ショベルのブーム、スティック、バケットという３つのアクチュエータを駆動する油圧ポンプ及び電動機を各々設け、各油圧回路間で作動油を補充し合う応援回路を設けた構成が開示されている。この構成では、閉回路による省エネ化とともに、各々の油圧ポンプの要求吐出流量を下げることで、各々の油圧ポンプ及び電動機を小型化し、搭載性の向上も図っている。

特開昭５７−５４６３５号公報 特開２００４−１９０８４５号公報

省エネ性の観点からは、できるだけ多くのアクチュエータを閉回路で構成することが望ましい。しかし、複数のアクチュエータを同時操作する作業機械において、全てのアクチュエータを閉回路で構成した場合、同時操作するアクチュエータの数だけ油圧ポンプ及び電動機を設ける必要があり、また、アクチュエータの最大出力を１つの油圧ポンプで賄う必要があるため、油圧ポンプ及び電動機が大型化し、搭載性及びコスト面に課題が生じる。また、既存のアクチュエータと同時操作する頻度の高いアクチュエータを追加しようとする場合、ポンプの吐出流量による速度制御を個別に行うことができないため、拡張性に劣るという問題もある。特に油圧ショベルでは、ブレーカ等のアタッチメントを容易に追加できることが求められるため、この点で非常に不利である。

特許文献１に記載の油圧回路は、全てのアクチュエータを閉回路で構成しているため、省エネ性に優れている。また、少数の油圧ポンプで多数のアクチュエータを駆動できる構成としているため、個々の油圧ポンプ及び電動機を小型化でき、搭載性にも優れている。しかし、一つの油圧ポンプで複数のアクチュエータの速度制御を個別に行うことができず、同時操作できるアクチュエータの数は油圧ポンプの数に制限される点で、拡張性に劣る。

一方、特許文献２に記載の油圧回路は、応援回路を設けているため、個々の油圧ポンプ及び電動機を小型化でき、搭載性に優れている。また、開回路を設けているため、拡張性に問題は無い。しかし、閉回路で構成されているアクチュエータがブームのみであるため、省エネ効果が十分ではない。

本発明の目的は、作業機械において、高い省エネ性を実現しつつ、油圧ポンプ及び電動機を小型化して搭載性を向上し、さらにアタッチメントを容易に追加できる拡張性をも兼ね備えた作業機械の駆動装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプを油圧アクチュエータに閉回路接続した複数の油圧駆動閉回路と、油圧ポンプを少なくとも１つの油圧アクチュエータに制御弁を介して開回路接続した少なくとも１つの油圧駆動開回路と、前記複数の油圧駆動閉回路間で相互に作動油を補充し合うよう接続した複数の第１アシスト回路と、前記複数の油圧駆動閉回路の少なくとも１つから前記油圧駆動開回路に作動油を補充するよう接続した少なくとも１つの第２アシスト回路とを備えるものとする。

このように構成した本発明においては、複数の油圧アクチュエータをそれぞれ油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路で駆動するため、制御弁による圧力損失や流量損失が無く、消費動力を抑えることができ、かつ制動時のエネルギーを回生できるため、高い省エネ性が得られる。

また、複数の油圧駆動閉回路間で作動油を補充し合うことができ、かつ少なくとも１つの油圧駆動閉回路から油圧駆動開回路に作動油を補充することができるため、必要なアクチュエータ速度を確保しつつ油圧ポンプを小型化することができ、搭載性を向上できる。

更に、油圧開回路で構成された油圧駆動開回路を設けているため、制御弁を介してアタッチメントを容易に追加することができ、作業機械に必要な拡張性も確保できる。

（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプを油圧アクチュエータに閉回路接続した複数の油圧駆動閉回路と、油圧ポンプと、この油圧ポンプに接続され、その吐出流量が供給されることにより圧力を一定に保持する共通高圧ラインと、タンクに接続された共通低圧ラインと、前記共通高圧ラインに接続されたアキュムレータとを備え、前記共通高圧ラインと前記共通低圧ラインとの間に少なくとも１つの可変容量型の油圧ポンプ・モータを接続した少なくとも１つの定圧力源システム回路と、前記複数の油圧駆動閉回路間で相互に作動油を補充し合うよう接続した複数の第１アシスト回路と、前記複数の油圧駆動閉回路の少なくとも１つから前記定圧力源システム回路に作動油を補充するよう接続した少なくとも１つの第２アシスト回路とを備えるものとする。

このように構成した本発明においては、複数の油圧アクチュエータをそれぞれ油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路で駆動するため、制御弁による圧力損失や流量損失が無く、消費動力を抑えることができ、かつ制動時のエネルギーを回生できるため、高い省エネ性が得られる。更に、定圧力源システム回路では、油圧開回路で構成した場合と比較して、制御弁による圧力損失が無く、油圧アクチュエータの減速時に制動エネルギーを回生できるため、大幅に高い省エネ性が得られる。

また、複数の油圧駆動閉回路間で作動油を補充し合うことができ、かつ少なくとも１つの油圧駆動閉回路から定圧力源システム回路に作動油を補充することができるため、必要なアクチュエータ速度を確保しつつ油圧ポンプを小型化することができ、搭載性を向上できる。

更に、定圧力源システム回路では、可変容量型の油圧ポンプ・モータを追加するだけで容易にアタッチメントを追加することができるため、作業機械に必要な拡張性も確保できる。

（３）上記（１）又は（２）において、前記作業機械は油圧ショベルであり、前記複数の油圧駆動閉回路において前記油圧ポンプに閉回路接続される前記油圧アクチュエータは、少なくともブームシリンダとアームシリンダである。

油圧ショベルのアクチュエータの中でもブームシリンダとアームシリンダは消費エネルギーが大きく、これらを油圧開回路で構成した場合、絞り抵抗による損失エネルギーも大きくなる。したがって、ブームシリンダとアームシリンダをこのように油圧駆動閉回路で駆動することにより効率よく高い省エネ性を得ることができる。

また、ブームシリンダを油圧開回路で構成した場合、ブーム下げ時に大きな位置エネルギーが捨てられることになるが、このように油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路で駆動することにより位置エネルギーを回生することができる。

更に、アームシリンダを油圧開回路で構成した場合、自重による負負荷時の速度増加を抑制する際に制御弁のメーターアウト側で絞るか、カウンタバランス弁でブレーキをかけるため、これが駆動時に抵抗となり消費エネルギーが大きくなるが、このように油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路で駆動することにより、油圧ポンプ自体が回生ブレーキとして作用するため、絞り抵抗が不要となり、駆動時の消費エネルギーを大幅に低減することができる。

（４）上記（２）において、前記作業機械は油圧ショベルであり、前記定圧力源システム回路において前記共通高圧ラインと前記共通低圧ラインとの間に接続された前記可変容量型の油圧ポンプ・モータは、旋回用油圧モータ、走行用油圧モータのいずれかである。

定圧力源システム回路で駆動する油圧アクチュエータが旋回用や走行用の回転系のアクチュエータであれば、可変容量型の油圧ポンプ・モータの回転力をそのまま利用できるため、通常用いられる油圧モータを可変容量型の油圧ポンプ・モータに置き換えるだけでよく、制御弁も不要となるため搭載性に優れている。

本発明によれば、複数のアクチュエータをそれぞれ油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路で駆動することで消費動力を抑えることができ、高い省エネ性が得られる。また、複数の油圧駆動閉回路間で作動油を補充し合うことができ、かつ少なくとも１つの油圧油圧駆動閉回路から油圧駆動開回路に作動油を補充することができるため、必要なアクチュエータ速度及び出力を確保しつつ油圧ポンプを小型化することができ、搭載性を向上できる。更に、油圧開回路で構成された油圧駆動開回路を設けることで、アタッチメントを容易に追加することができ、作業機械に必要な拡張性も確保できる。

第１の実施の形態における作業機械の駆動装置の全体構成図である。 第２の実施の形態における作業機械の駆動装置の全体構成図である。 第３の実施の形態における作業機械の駆動装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態における駆動装置を搭載した作業機械の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。 第１の実施の形態における作業機械の駆動装置のコントローラの機能の一部を示す表である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
まず、本発明の第１の実施の形態を図１、図４及び図５を用いて説明する。

図１において、本実施の形態における作業機械の駆動装置は、油圧アクチュエータ７ａ〜７ｃ，１０ａ，１０ｂと、油圧駆動閉回路１００，１０１と、油圧駆動開回路１０２と、第１アシスト回路２００，２０２と、第２アシスト回路２０１，２０３とを備えている。

油圧駆動閉回路１００は、電動機１ａと、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ａと、チェック弁３ａ，３ｂ，３ｇ，３ｈと、リリーフ弁４ａ，４ｂ，４ｅ，４ｆと、パイロットチェック弁６ａ，６ｂとを備えている。電動機１ａは、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ａに直結され、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ａは、閉回路ライン１１０ａ，１１０ｂ，１１１ａ，１１１ｂ及び電磁切換弁５ａを介してブームシリンダ７ａに閉回路接続されている。電動機１ａが両方向吐出型の油圧ポンプ２ａを正逆回転させることにより油を吸入・吐出して、ブームシリンダ７ａを往復運動させる。すなわち、電動機１ａの回転数と回転方向を制御することにより、油圧ポンプ２ａの吐出流量と吐出方向が制御され、ブームシリンダ７ａの駆動速度と駆動方向が制御される。チェック弁３ａ，３ｂは、回路内の圧力が下がるとチャージポンプ８ｂからの油を回路に吸い込み、回路のキャビテーションを防止する。リリーフ弁４ａ，４ｂは、油圧ポンプ２ａの吐出圧が設定圧以上の高圧になると油を逃がし、ポンプや配管の破損を防止する。リリーフ弁４ｅ，４ｆは、電磁切換弁５ａより下流側の油圧回路を保護するために設けてある。パイロットチェック弁６ａ，６ｂは、片ロッドシリンダであるブームシリンダ７ａの往復運動に伴う流量差を解消するため、低圧ラインに油を排出あるいは低圧ラインから油を吸入する。

油圧駆動閉回路１０１は、電動機１ｂと、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ｂと、チェック弁３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆと、リリーフ弁４ｃ，４ｄ，４ｇ，４ｈと、パイロットチェック弁６ｃ，６ｄとを備えている。電動機１ｂは、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ｂに直結され、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ｂは、閉回路ライン１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ及び電磁切換弁５ｅを介してアームシリンダ７ｂに閉回路接続されている。電動機１ｂが両方向吐出型の油圧ポンプ２ｂを正逆回転させることにより油を吸入・吐出して、アームシリンダ７ｂを往復運動させる。すなわち、電動機１ｂの回転数と回転方向を制御することにより、油圧ポンプ２ｂの吐出流量と吐出方向が制御され、アームシリンダ７ｂの駆動速度と駆動方向が制御される。チェック弁３ｃ，３ｄは、回路内の圧力が下がるとチャージポンプ８ｂからの油を回路に吸い込み、回路のキャビテーションを防止する。リリーフ弁４ｃ，４ｄは、油圧ポンプ２ｂの吐出圧が設定圧以上の高圧になると油を逃がし、ポンプや配管の破損を防止する。リリーフ弁４ｇ，４ｈは、電磁切換弁５ｅより下流側の油圧回路を保護するために設けてある。パイロットチェック弁６ｃ，６ｄは、片ロッドシリンダであるブームシリンダ７ｂの往復運動に伴う流量差を解消するため、低圧ラインに油を排出あるいは低圧ラインから油を吸入する。

油圧駆動開回路１０２は、電動機１ｃと、油圧ポンプ８ａ及びチャージポンプ８ｂと、チェック弁３ｅと、制御弁１１ａ〜１１ｃと、高圧リリーフ弁４ｉ，４ｊ，４ｍと、低圧リリーフ弁４ｌと、バイパス弁１２とを備えている。電動機１ｃは、油圧ポンプ８ａ及びチャージポンプ８ｂに直結され、油圧ポンプ８ａは、圧油供給ライン１６、制御弁１１ａ〜１１ｃを介してバケットシリンダ７ｃ、右左走行油圧モータ１０ａ，１０ｂに接続され、油圧ポンプ８ａから吐出された油は、圧油供給ライン１６、制御弁１１ａ〜１１ｃを介して油圧アクチュエータ７ｃ，１０ａ，１０ｂに供給される。また、制御弁１１ａ〜１１ｃの戻り側は低圧ライン１７、低圧リリーフ弁４ｌを介してタンク９に接続され、油圧アクチュエータ７ｃ，１０ａ，１０ｂからの戻り油は制御弁１１ａ〜１１ｃ、低圧ライン１７を介してタンク９に戻される。このように油圧駆動開回路１０２は、油圧アクチュエータ７ｃ，１０ａ，１０ｂからの戻り側の圧油がタンク９に戻る油圧開回路で構成されている。バケットシリンダ７ｃの駆動方向と速度は制御弁１１ａにより制御され、右左走行油圧モータ１０ａ，１０ｂの駆動方向と速度はそれぞれ制御弁１１ｂ，１１ｃにより制御される。チェック弁３ｅは、回路内の圧力が下がるとチャージポンプ８ｂからの油を回路に吸い込み、回路のキャビテーションを防止する。高圧リリーフ弁４ｉ，４ｊは、制御弁１１ａより下流側の油圧回路を保護する。高圧リリーフ弁４ｍは、油圧ポンプ８ａの吐出圧が設定圧以上の高圧になると油を逃がし、ポンプや配管の破損を防止する。低圧リリーフ弁４ｌは、電磁切換弁５ｃ，５ｆがＯＮの時に、チャージポンプ８ｂがチェック弁３ｂ，３ｄを介して直接タンク９に接続されてチャージ圧力が低下することを防止するとともに、油圧駆動開回路１０２の油圧アクチュエータ７ｃ，１０ａ，１０ｂからの戻り油の一部が両方向吐出型の油圧ポンプ２ａ，２ｂの吸入側に戻ってくることを可能とする。バイパス弁１２は、油圧アクチュエータ７ｃ，１０ａ，１０ｂの非駆動時に油圧ポンプ８ａの吐出油をタンク９に戻し、吐出圧をアンロードする機能を担う。

なお、本実施の形態では油圧駆動開回路を１つ設けたが、これは１つに限定されるものではなく、２つ以上であっても構わない。

第１アシスト回路２００は、油圧駆動閉回路１００と油圧駆動閉回路１０１との間を接続する油路２００ａ，２００ｂと、油路２００ａ，２００ｂを開閉する電磁切換弁５ｂとを備えている。

第２アシスト回路２０１は、油圧駆動閉回路１００と油圧駆動開回路１０２との間を接続する油路２０１ａ，２０１ｂと、油路２０１ａ，２０１ｂを開閉する電磁切換弁５ｃとを備えている。

第１アシスト回路２０２は、油圧駆動閉回路１０１と油圧駆動閉回路１００との間を接続する油路２０２ａ，２０２ｂと、油路２０２ａ，２０２ｂを開閉する電磁切換弁５ｄとを備えている。

第２アシスト回路２０３は、油圧駆動閉回路１０１と油圧駆動開回路１０２との間を接続する油路２０３ａ，２０３ｂと、油路２０３ａ，２０３ｂを開閉する電磁切換弁５ｆとを備えている。

また、電磁切換弁５ａは、電磁切換弁５ｂ，５ｃがＯＮ（開）となるときにＯＦＦ（閉）となって油圧駆動閉回路１００から油圧駆動閉回路１０１及び油圧駆動開回路１０２への作動油の補充（アシスト）を可能とし、同様に、電磁切換弁５ｅは、電磁切換弁５ｄ，５ｆがＯＮ（開）となるときにＯＦＦ（閉）となって油圧駆動閉回路１０１から油圧駆動閉回路１００及び油圧駆動開回路１０２への作動油の補充（アシスト）を可能とする。

なお、本実施の形態では第２アシスト回路を２つ設けたが、これは２つに限定されるものではなく、１つであっても構わない。

その他、本実施の形態における駆動装置は、油圧ショベルの上部旋回体を旋回する旋回電動機１ｄを有している。

また、本実施の形態における駆動装置は、動力及び制御系統として、エンジン２０と、エンジン２０に接続された発電機２１と、発電機２１に接続されたインバータ２２ａ〜２２ｄと、発電機２１に接続されたコンバータ２３と、コンバータ２３に接続されたバッテリ２４と、コントローラ４１とを備えている。エンジン２０は発電機２１を駆動し、発電機２１により発電された電力はインバータ２２ａ〜２２ｄを介して電動機１ａ〜１ｄに供給され、一部の電力はコンバータ２３を介してバッテリ２４に蓄電される。

更に、本実施の形態における駆動装置は、操作系統として、コントローラ４１に接続された操作レバー方式の操作装置４０ａ，４０ｂと、操作ペダル方式の操作装置４０ｃ，４０ｄとを備えている。操作装置４０ａの上下操作が旋回電動機１ｄの操作に対応し、操作装置４０ａの左右操作がアームシリンダ７ｂの操作に対応し、操作装置４０ｂの上下操作がブームシリンダ７ａの操作に対応し、操作装置４０ｂの左右操作がバケットシリンダ７ｃの操作に対応し、操作装置４０ｃが右走行油圧モータ１０ａの操作に対応し、操作装置４０ｄが左走行油圧モータ１０ｂの操作に対応する。なお、操作装置４０ａ，４０ｂの操作方向と各油圧アクチュエータの操作との対応は他の方式であっても構わない。

コントローラ４１は、操作装置４０ａ〜４０ｄから入力された操作信号を演算処理し、演算処理後の制御信号を電磁切換弁５ａ〜５ｆ、制御弁１１ａ〜１１ｃ、バイパス弁１２、インバータ２２ａ〜２２ｄに出力してこれらを制御する。

図４に、本実施の形態における駆動装置を搭載した作業機械の一例である油圧ショベルの外観を示す。図中、図１に示した部材と同等のものには同じ符号を付している。油圧ショベルは、上部旋回体３０ｄ、下部走行体３０ｅ、フロント装置３０Ａを有し、下部走行体３０ｅは右左走行油圧モータ１０ａ，１０ｂ（一方のみ図示）により走行し、上部旋回体３０ｄは旋回電動機１ｄ（図１参照）により下部走行体３０ｅ上で旋回する。また、フロント装置３０Ａはブーム３０ａ、アーム３０ｂ、バケット３０ｃからなる多関節構造をしており、それぞれ、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃにより垂直面内で回転駆動される。

右左走行油圧モータ１０ａ，１０ｂ（片方のみ図示）の駆動はそれぞれ操作装置４０ｃ，４０ｄ（図１参照）の操作量に応じて制御弁１１ｂ，１１ｃ（同）を操作することにより制御され、上部旋回体３０ｄの駆動は操作装置４０ａ（同）の上下方向の操作量に応じてインバータ２２ｄ（同）及び旋回電動機１ｄ（同）を作動させることにより制御され、ブームシリンダ７ａの駆動は操作装置４０ｂ（同）の上下方向の操作量に応じてインバータ２２ａ（同）及び電動機１ａ（同）を作動させることにより制御され、アームシリンダ７ｂの駆動は操作装置４０ａ（同）の左右方向の操作量に応じてインバータ２２ｂ（同）及び電動機１ｂ（同）を作動させることにより制御され、バケットシリンダ７ｃの駆動は操作装置４０ｂ（同）の左右方向の操作量に応じて制御弁１１ａ（同）を操作することにより制御される。また、油圧ポンプ８ａ（同）の吐出流量は、操作装置４０ａ（同）の左右方向の操作量及び操作装置４０ｃ，４０ｄ（同）の操作量に応じてインバータ２２ｃ（同）及び電動機１ｃ（同）を作動させることにより制御される。

以上のように構成した駆動装置の動作について図５を用いて説明する。図５は、コントローラ４１の機能の一部を示すものである。

まず、ブーム又はアームの単独動作を行う場合について説明する。

ブームとアームの停止時は、操作装置４０ａ，４０ｂが操作されず中立状態にある。このとき電磁切換弁５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅはＯＦＦ（全閉）であり、電動機１ａ，１ｂは動作せず、油圧ポンプ２ａ，２ｂから作動油は供給されない（動作１）。また、このときブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂの自重による落下が防止される。

ブームを低速で単独駆動するときは、例えば操作装置４０ｂを前後方向にハーフ操作する。このとき電磁切換弁５ａがＯＮとなり、油圧ポンプ２ａがブームシリンダ７ａに接続されるとともに電動機１ａが動作し、油圧ポンプ２ａからブームシリンダ７ａに作動油が供給される（動作２）。

アームを低速で単独駆動するときは、例えば操作装置４０ａを左右方向にハーフ操作する。このとき電磁切換弁５ｅがＯＮとなり、油圧ポンプ２ｂがアームシリンダ７ｂに接続されるとともに電動機１ｂが動作し、油圧ポンプ２ｂからアームシリンダ７ｂに作動油が供給される（動作３）。

ブームを高速で単独駆動するときは、操作装置４０ｂを前後方向にフル操作する。このとき電磁切換弁５ａ，５ｄがＯＮとなり、２つの油圧ポンプ２ａ，２ｂがブームシリンダ７ａに接続されるとともに電動機１ａ，１ｂが動作し、２つの油圧ポンプ２ａ，２ｂからブームシリンダ７ａに作動油が供給される（動作５）。

アームを高速で単独駆動するときは、操作装置４０ａを左右方向にフル操作する。このとき電磁切換弁５ｅ，５ｂがＯＮとなり、２つの油圧ポンプ２ａ，２ｂがアームシリンダ７ｂに接続されるとともに電動機１ａ，１ｂが動作し、２つの油圧ポンプ２ａ，２ｂからアームシリンダ７ｂに作動油が供給される（動作６）。

次に、バケット又は走行の単独動作を行う場合について説明する。

バケットと走行の停止時は、操作装置４０ｂが操作されず中立状態にあり、操作装置４０ｃ，４０ｄが操作されない。このときバイパス弁１２がＯＦＦ（開）となり、油圧ポンプ８ａがアンロードされる。すなわち、油圧ポンプ８ａから吐出した作動油はバイパス弁１２を介してタンク９に戻される。また、このとき電動機１ｃは最小回転数で回転しており、電動機１ｃの消費動力が小さく抑えられる（動作１）。また、電動機１ｃを最小回転数で回転させ、油圧ポンプ８ａから最少流量を流しておくことで、始動時の応答性が良くなる。なお、このとき電動機１ｃを停止させてもよく、これにより消費動力をさらに抑えることが可能となる。

バケット又は左右走行モータを低速で単独駆動するときは、例えば操作装置４０ｂを左右方向にハーフ操作又は操作装置４０ｃ，４０ｄをハーフ操作する。このときバイパス弁１２がＯＮ（閉）となり油圧ポンプ８ａの吐出圧力が上昇し、かつ操作装置４０ｂの左右方向の操作量又は操作装置４０ｃ，４０ｄの操作量に応じて制御弁１１ａ又は制御弁１１ｂ，１１ｃが切り換わるとともに電動機１ｃの回転数が上昇して油圧ポンプ８ａの吐出流量が増加し、バケットシリンダ７ｃ又は右左走行油圧モータ１０ａ，１０ｂに作動油が供給される（動作４）。

バケット又は左右走行モータを高速で単独駆動するときは、操作装置４０ｂを左右方向にフル操作又は操作装置４０ｃ，４０ｄをフル操作する。このときバイパス弁１２がＯＮとなり、油圧ポンプ８ａの吐出圧力が上昇する。また、電磁切換弁５ｃ，５ｆの少なくとも一方（図示の例では両方）がＯＮとなり、油圧ポンプ２ａ，２ｂの少なくとも一方（図示の例では両方）が油圧駆動開回路１０２に接続される。更に、操作装置４０ｂの左右方向の操作量又は操作装置４０ｃ，４０ｄの操作量に応じて制御弁１１ａ又は制御弁１１ｂ，１１ｃが切り換わり、かつ電動機１ａ，１ｂの少なくとも一方（図示の例では両方）が動作する。これにより油圧ポンプ８ａの作動油と油圧ポンプ２ａ，２ｂの少なくとも一方の作動油（最大で３つの油圧ポンプの作動油）が合流してバケットシリンダ７ｃ又は右左走行油圧モータ１０ａ，１０ｂに供給される（動作７）。

最後に、ブーム、アーム、バケット又は走行の複合動作を行う場合について説明する。

ブームとアームを同時駆動するときは、操作装置４０ｂを前後方向に操作し、操作装置４０ａを左右方向に操作する。このとき電磁切換弁５ａ，５ｅがＯＮとなり、油圧ポンプ２ａ，２ｂがそれぞれブームシリンダ７ａ，アームシリンダ７ｂに接続されるとともに電動機１ａ，１ｂが動作し、油圧ポンプ２ａ，２ｂからそれぞれブームシリンダ７ａ，アームシリンダ７ｂに作動油が供給される（動作８）。

ブーム及びアームとバケット又は左右走行モータを同時駆動するときは、操作装置４０ｂを前後方向に操作し、操作装置４０ａを左右方向に操作し、操作装置４０ｂを左右方向に操作又は操作装置４０ｃ，４０ｄを操作する。このとき電磁切換弁５ａ，５ｅがＯＮ、バイパス弁１２がＯＮ（閉）となり、かつ電動機１ａ〜１ｃが動作し、油圧ポンプ２ａ，２ｂからそれぞれブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂに作動油が供給されるとともに、油圧ポンプ８ａからバケットシリンダ７ｃ又は右左走行油圧モータ１０ａ，１０ｂに作動油が供給される（動作９）。このとき各油圧アクチュエータの独立性が保たれ、制御性が確保される。

ブームとバケットを同時駆動するときは、操作装置４０ｂを前後方向に操作し、操作装置４０ｂを左右方向に操作する。このとき電磁切換弁５ａがＯＮ、バイパス弁１２がＯＮとなり、かつ電動機１ａ，１ｃが動作し、油圧ポンプ２ａからブームシリンダ７ａに作動油が供給されるとともに、油圧ポンプ８ａからバケットシリンダ７ｃに作動油が供給される。このとき油圧ポンプ２ｂは以下のように動作する。

ブームとバケットの同時駆動時においてブームを高速で駆動するときは、操作装置４０ｂを前後方向にフル操作し、例えば操作装置４０ｂを左右方向にハーフ操作する。このとき電磁切換弁５ａ，５ｄがＯＮ、バイパス弁１２がＯＮとなり、かつ電動機１ａ，１ｂが動作し、２つの油圧ポンプ２ａ，２ｂの作動油が合流してブームシリンダ７ａに供給されるとともに、油圧ポンプ８ａからバケットシリンダ７ｃに作動油が供給される（動作１０）。

ブームとバケットの同時駆動時においてバケットを高速で駆動ときは、例えば操作装置４０ｂを前後方向にハーフ操作し、操作装置４０ｂを左右方向にフル操作する。このとき電磁切換弁５ａ，５ｆがＯＮ、バイパス弁１２がＯＮとなり、かつ電動機１ａ，１ｂが動作し、油圧ポンプ２ａからブームシリンダ７ａに作動油が供給されるとともに、２つの油圧ポンプ８ａ，２ｂの作動油が合流してバケットシリンダ７ｃに供給される（動作１１）。

以上のように構成した本実施の形態によれば、次の効果が得られる。

まず、ブームとアームをそれぞれ油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路１００，１０１で駆動するため、制御弁による圧力損失や流量損失が無く、消費動力を抑えることができる。更に、ブーム下げ時に両方油圧ポンプ・モータ２ａがモータとして作用し、電動機１ａを駆動して発電することで位置エネルギーを回生でき、アームの自重による負負荷時に両方油圧ポンプ・モータ２ｂが回生ブレーキとして作用するため、絞り抵抗による消費エネルギーは発生しない。したがって高い省エネ性が得られる。

また、油圧駆動閉回路１００，１０１間で作動油を補充し合うことができ、かつ油圧駆動閉回路１００，１０１から油圧駆動開回路１０２に作動油を補充することができるため、必要なアクチュエータ速度を確保しつつ油圧ポンプ及び電動機を小型化することができ、搭載性を向上できる。

更に、油圧駆動開回路１０２は油圧開回路で構成されているため、制御弁を介してアタッチメントの油圧アクチュエータを容易に追加することができ、油圧ショベルに必要な拡張性も確保できる。
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を図２及び図４を用いて説明する。本実施の形態は、電動機を用いない場合のものであり、油圧回路の構成は第１の実施の形態とほぼ同じである。図中、図１に示した部材と同等のものには同じ符号を付し、説明を省略する。

図２において、本実施の形態における作業機械の駆動装置は、第１の実施の形態における旋回電動機１ｄ（図１参照）に代えて旋回油圧モータ１０ｃを備え、かつ油圧駆動閉回路１００，１０１（同）及び油圧駆動開回路１０２（同）に代えて油圧駆動閉回路１００ａ，１０１ａ及び油圧駆動開回路１０２ａを備えている。

油圧駆動閉回路１００ａは、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ａ（同）に代えて両方向吐出型で可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ａを備え、油圧駆動閉回路１０１ａは、両方向吐出型の油圧ポンプ・モータ２ｂ（同）に代えて両方向吐出型で可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｂを備え、油圧ポンプ１３ａ及び１３ｂと油圧駆動開回路１０２ａの油圧ポンプ８ａは、操作装置４０ａ〜４０ｄの操作量（要求流量）及び操作方向に応じて傾転量（ポンプ容量）及び傾転方向（圧油の吐出方向）を制御するレギュレータ１４ａ〜１４ｃをそれぞれ備えている。油圧ポンプ１３ａ，１３ｂの傾転量と傾転方向を制御することにより油圧ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出流量と吐出方向が制御され、油圧アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動速度と駆動方向が制御される。油圧駆動開回路１０２ａは制御弁１１ｄを備え、油圧ポンプ８ａは制御弁１１ｄを介して旋回油圧モータ１０ｃに接続されている。また、油圧駆動開回路１０２ａの制御弁１１ｄに係わる部分も、旋回油圧モータ１０ｃからの戻り油が制御弁１１ｄを介してタンク９に戻る油圧開回路の構成となっており、旋回油圧モータ１０ｃの駆動方向と速度は制御弁１１ｄにより制御される。

また、本実施の形態における駆動装置は、動力及び制御系統として、エンジン２０に接続され、エンジン２０の動力を油圧ポンプ１３ａ，１３ｂ、８ａ及びチャージポンプ８ｂに分配する動力伝達装置１５と、コントローラ４１ａとを備えている。

コントローラ４１ａは、操作装置４０ａ〜４０ｄから入力された操作信号を演算処理し、演算処理後の制御信号を電磁切換弁５ａ〜５ｆ、制御弁１１ａ〜１１ｄ、バイパス弁１２、油圧ポンプ１３ａ，１３ｂ及び油圧ポンプ８ａのレギュレータ１４ａ〜１４ｃに出力してこれらを制御する。

以上のように構成した本実施の形態によれば、電動機を用いることなく、第１の実施の形態と同様の高い省エネ性、搭載性、拡張性の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、旋回油圧モータ１０ｃを油圧開回路で構成された油圧駆動開回路で駆動するが、両方向吐出型で可変容量型の油圧ポンプ・モータをもう１個追加し、油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路で駆動してもよい。この場合、旋回減速時に大きな制動エネルギーを回生できるため、より高い省エネ性が得られる。すなわち、制動エネルギー回生時はエンジン２０から見ると負荷トルクが減少することになるため、エンジン回転を保持するのに必要な燃料噴射量を減らすことができ、燃料消費量を削減することができる。
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図３及び図４を用いて説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態における油圧駆動開回路を定圧力源システム回路（セカンダリコントロールシステム回路）に変更し、かつバケットシリンダ用の油圧駆動閉回路を追加したものである。図中、図１及び図２に示した部材と同等のものには同じ符号を付し、説明を省略する。

図３において、本実施の形態における作業機械の駆動装置は、第２の実施の形態における右左走行油圧モータ１０，１０ｂ（図２参照）及び旋回油圧モータ１０ｃ（同）に代えて右走行用、左走行用、旋回用の可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆを備え、油圧駆動開回路１０２ａ（同）に代えて油圧駆動閉回路１０３及び定圧力源システム回路１０４を備え、第２アシスト回路２０１，２０３（同）に代えて第１アシスト回路２０１Ａ及び第２アシスト回路２０３Ａを備え、かつ第１アシスト回路２０４及び第２アシスト回路２０５を更に備えている。

油圧駆動閉回路１０３は、両方向吐出型で可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｃと、チェック弁３ｅ，３ｆと、リリーフ弁４ｉ，４ｊ，４ｎ，４ｏと、パイロットチェック弁６ｅ，６ｆとを備え、両方向吐出型で可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｃは、傾転量（ポンプ容量）及び傾転方向（圧油の吐出方向）を制御するレギュレータ１４ｄを備え、閉回路ライン１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂ及び電磁切換弁５ｈを介してバケットシリンダ７ｃに閉回路接続されている。油圧ポンプ１３ｃの傾転量と傾転方向を制御することにより油圧ポンプ１３ｃの吐出流量と吐出方向が制御され、バケットシリンダ７ｃの駆動速度と駆動方向が制御される。

定圧力源システム回路１０４は、油圧源として油圧ポンプ８ａ及びチャージポンプ８ｂを有している。エンジン２０は、動力伝達装置１５ａを介して可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、油圧ポンプ８ａ及びチャージポンプ８ｂを駆動する。

第１アシスト回路２０１Ａは、油圧駆動閉回路１００ａと油圧駆動閉回路１０３との間を接続する油路２０１Ａａ，２０１Ａｂと、油路２０１Ａａ，２０１Ａｂを開閉する電磁切換弁５ｃとを備えている。

第２アシスト回路２０３Ａは、油圧駆動閉回路１０１ａと定圧力源システム回路１０４との間を接続する油路２０３Ａａ，２０３Ａｂと、油路２０３Ａａ，２０３Ａｂを開閉する電磁切換弁５ｆとを備えている。

第１アシスト回路２０４は、油圧駆動閉回路１０３と油圧駆動閉回路１００ａとの間を接続する油路２０４ａ，２０４ｂと、油路２０４ａ，２０４ｂを開閉する電磁切換弁５ｇとを備えている。

第２アシスト回路２０５は、油圧駆動閉回路１０３と定圧力源システム回路１０４との間を接続する油路２０５ａ，２０５ｂと、油路２０５ａ，２０５ｂを開閉する電磁切換弁５ｉとを備えている。

また、電磁切換弁５ｈは、電磁切換弁５ｇ，５ｉがＯＮ（開）となるときにＯＦＦ（閉）となって油圧駆動閉回路１０３から油圧駆動閉回路１００ａ及び定圧力源システム回路１０４への作動油の補充（アシスト）を可能とする。

電磁切換弁５ａ，５ｄ，５ｇをＯＮにするとブームシリンダ７ａには３つの可変容量型油圧ポンプ・モータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが接続され、必要に応じてブームシリンダ７ａを更に高速で駆動することができる。同様に電磁切換弁５ｃ，５ｈをＯＮにすることでバケットシリンダ７ｃには２つの可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ａ，１３ｃが接続され、必要に応じてバケットシリンダ７ｃを高速で駆動することができる。

なお、本実施の形態では第２アシスト回路を２つ設けたが、これは２つに限定されるものではなく、１つであっても構わない。

定圧力源システム回路１０４は、共通高圧ライン２５と、共通低圧ライン２６と、低圧リリーフ弁４ｌと、高圧リリーフ弁４ｍと、アキュムレータ１８と、圧力センサ１９と、チェック弁３ｇとを備えている。

共通高圧ライン２５は油圧ポンプ８ａに接続されており、油圧ポンプ８ａの吐出流量が共通高圧ライン２５に供給され、共通高圧ライン２５の圧力は一定に保持される。共通高圧ライン２５の圧力を一定に保持する定圧力源システム回路の仕組みは周知である。一例として、本実施の形態では、油圧ポンプ８ａにレギュレータ１４ｃを設けると共に、共通高圧ライン２５に圧力センサ１９を設け、圧力センサ１９の検出信号をコントローラ４１ｂに入力する。コントローラ４１ｂは圧力センサ１９で検出した圧力を目標圧力と比較し、検出圧力が目標圧力より低いときは油圧ポンプ８ａの傾転量（ポンプ容量）が増加するようレギュレータ１４ｃを制御し、検出圧力が目標圧力より高いときは油圧ポンプ８ａの傾転量（ポンプ容量）が減少するようレギュレータ１４ｃを制御する。

共通高圧ライン２５にはリリーフ弁４ｍ及びアキュムレータ１８が接続され、共通低圧ライン２６には低圧リリーフ弁４ｌとチェック弁３ｇが接続されている。チェック弁３ｇは低圧リリーフ弁４ｌに対して並列に、タンク９から共通低圧ライン２６への圧油の流れを許容するよう接続されている。

共通高圧ライン２５と共通低圧ライン２６との間には、右走行用、左走行用の可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｄ，１３ｅ及び旋回用の可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｆが接続され、可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆは傾転方向と傾転量を制御するレギュレータ１４ｅ〜１４ｇをそれぞれ備えている。

油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆの回転トルクは傾転量（モータ容量）と駆動圧力（共通高圧ライン２５の圧力）との積で表され、共通高圧ライン２５の圧力は一定であるため、油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆの傾転量を変えることで油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆの回転トルクを変えることができる。油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆの回転トルクを変えれば、油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆの回転速度を変えることができる。このように定圧力源システム回路１０４においては、油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆの傾転方向と傾転量を制御することで、制御弁を用いることなく油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆの回転方向と回転速度を制御することができる。

可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆは、負荷の駆動時はモータとして作用し、制動時はポンプとして作用する。制動時、可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ｄ〜１３ｆはチェック弁３ｇを介してタンク９から作動油を吸い込み、共通高圧ライン２５に送る。この時に発生した油圧エネルギー（圧力）はアキュムレータ１８に回収され、油圧ポンプ・モータの加速時に再利用される。なお、アキュムレータ１８には回路圧の脈動を吸収する効果もある。

なお、本実施の形態では定圧力源システム回路を１つ設けたが、これは１つに限定されるものではなく、２つ以上であっても構わない。

コントローラ４１ｂは、操作装置４０ａ〜４０ｄから入力された操作信号を演算処理し、演算処理後の制御信号を電磁切換弁５ａ〜５ｉ、可変容量型の油圧ポンプ・モータ１３ａ〜１３ｆのレギュレータ１４ａ，１４ｂ，１４ｄ〜１４ｇに出力してこれらを制御する。また、共通高圧ライン２５の圧力を一定に保つため、圧力センサ１９の検出信号を監視し、油圧ポンプ８ａの吐出圧力が一定になるようレギュレータ１４ｃを制御する。

以上のように構成した本実施の形態においては、第２の実施の形態と同様の高い省エネ性、搭載性の効果に加え、以下の効果が得られる。

本実施の形態においては、バケットを油圧閉回路で構成された油圧駆動閉回路１０３で駆動するので省エネ性が高く、更に右左走行油圧モータ１３ｄ，１３ｅ及び旋回油圧モータ１３ｆを、制御弁による圧損が無く、制動エネルギーを回生できる定圧力源システム回路１０４で駆動することにより、大幅に高い省エネ性が得られる。

また、油圧閉回路で構成された３つの油圧駆動閉回路１００ａ，１０１ａ，１０３間で作動油を補充し合うことができ、かつ油圧駆動閉回路１０１ａ，１０３から定圧力源システム回路１０４に作動油を補充することができるため、必要なアクチュエータ速度を確保しつつ各油圧ポンプを小型化することができ、搭載性が向上する。

更に、定圧力源システム回路１０４で駆動する油圧アクチュエータが旋回用や走行用などの回転系のアクチュエータであれば、可変容量型の油圧ポンプ・モータの回転力をそのまま利用できるため、通常用いられる油圧モータを可変容量型の油圧ポンプ・モータに置き換えるだけでよく、制御弁も不要となるため搭載性に優れている。

また、定圧力源システム回路１０４には、共通高圧ライン２５と共通低圧ライン２６との間に可変容量型の油圧ポンプ・モータを追加するだけで容易にアクチュエータを追加できるため、拡張性も確保できる。

なお、本実施の形態においては、定圧力源システム回路定圧力源システム回路が回転系のアクチュエータを駆動する構成としたが、可変容量型の油圧ポンプ・モータの回転軸に定容量油圧ポンプ・モータを直結した油圧トランスフォーマを用い、定容量油圧ポンプ・モータからの吐出流量を油圧シリンダのキャップ側に供給することで、直線形のアクチュエータを駆動することも可能である。

１ 電動機
２ 両方向油圧ポンプ・モータ
３ チェック弁
４ リリーフ弁
５ 電磁切換弁
６ パイロットチェック弁
７ａ ブームシリンダ
７ｂ アームシリンダ
７ｃ バケットシリンダ
８ａ 油圧ポンプ
８ｂ チャージポンプ
９ タンク
１０ 油圧モータ
１１ 制御弁
１２ バイパス弁
１３ 可変容量型の油圧ポンプ・モータ
１４ レギュレータ
１５ 動力伝達装置
１６ 圧油供給ライン
１７ 低圧ライン
１８ アキュムレータ
１９ 圧力センサ
２０ エンジン
２１ 発電機
２２ インバータ
２３ コンバータ
２４ バッテリ
２５ 共通高圧ライン
２６ 共通低圧ライン
３０Ａ フロント装置
３０Ｂ 車体
３０ａ ブーム
３０ｂ アーム
３０ｃ バケット
３０ｄ 上部旋回体
３０ｅ 下部走行体
４０ 操作装置
４１ コントローラ
１００，１００ａ，１０１，１０１ａ 油圧駆動閉回路
１０２ 油圧駆動開回路
１０３ 油圧駆動閉回路
１０４ 定圧力源システム回路
１１０〜１１５ 閉回路ライン
２００ 第１アシスト回路
２００ａ，２００ｂ 油路
２０１ 第２アシスト回路
２０１ａ，２０１ｂ 油路
２０１Ａ 第１アシスト回路
２０１Ａａ，２０１Ａｂ 油路
２０２ 第１アシスト回路
２０２ａ，２０２ｂ 油路
２０３ 第２アシスト回路
２０３ａ，２０３ｂ 油路
２０３Ａ 第２アシスト回路
２０３Ａａ，２０３Ａｂ 油路
２０４ 第１アシスト回路
２０４ａ，２０４ｂ 油路
２０５ 第２アシスト回路
２０５ａ，２０５ｂ 油路

Claims (4)

1. 油圧ポンプを油圧アクチュエータに閉回路接続した複数の油圧駆動閉回路と、
   油圧ポンプを少なくとも１つの油圧アクチュエータに制御弁を介して開回路接続した少なくとも１つの油圧駆動開回路と、
   前記複数の油圧駆動閉回路間で相互に作動油を補充し合うよう接続した複数の第１アシスト回路と、
   前記複数の油圧駆動閉回路の少なくとも１つから前記油圧駆動開回路に作動油を補充するよう接続した少なくとも１つの第２アシスト回路とを備えたこと
   を特徴とする作業機械の駆動装置。
2. 油圧ポンプを油圧アクチュエータに閉回路接続した複数の油圧駆動閉回路と、
   油圧ポンプと、この油圧ポンプに接続され、その吐出流量が供給されることにより圧力を一定に保持する共通高圧ラインと、タンクに接続された共通低圧ラインと、前記共通高圧ラインに接続されたアキュムレータとを備え、前記共通高圧ラインと前記共通低圧ラインとの間に少なくとも１つの可変容量型の油圧ポンプ・モータを接続した少なくとも１つの定圧力源システム回路と、
   前記複数の油圧駆動閉回路間で相互に作動油を補充し合うよう接続した複数の第１アシスト回路と、
   前記複数の油圧駆動閉回路の少なくとも１つから前記定圧力源システム回路に作動油を補充するよう接続した少なくとも１つの第２アシスト回路とを備えたこと
   を特徴とする作業機械の駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の作業機械の駆動装置において、
   前記作業機械は油圧ショベルであり、
   前記複数の油圧駆動閉回路において前記油圧ポンプに閉回路接続される前記油圧アクチュエータは、少なくともブームシリンダとアームシリンダであること
   を特徴とする作業機械の駆動装置。
4. 請求項２に記載の作業機械の駆動装置において、
   前記作業機械は油圧ショベルであり、
   前記定圧力源システム回路において前記共通高圧ラインと前記共通低圧ラインとの間に接続された前記可変容量型の油圧ポンプ・モータは、旋回用油圧モータ、走行用油圧モータのいずれかであること
   を特徴とする作業機械の駆動装置。

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