JP4800349B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、吐出量可変の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。）させる際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建設機械に関する。

図１は、従来から知られてい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、このような油圧ショベル１に搭載されるポンプ制御回路の油圧回路図であり、ポンプ制御回路１００は、エンジン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油圧ポンプ１０L、１０Rから、切換弁１２L、１６及び１７を連通するセンターバイパス管路３０L、又は、切換弁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。

なお、圧油管路における圧油の流れを示す黒色の太線は、その流量が比較的大きいことを表し、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。

切換弁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、切換弁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圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１３は、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油のバケットシリンダ９への給排状態を切り換えるスプール弁である。

また、切換弁１４は、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油のブームシリンダ７への給排状態を切り換えるスプール弁であり、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のヘッド側から流出する圧油の流れを止めるためのバルブである。

また、切換弁１５は、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油のアームシリンダ８（図示せず。）への給排状態を切り換えるスプール弁である。

更に、切換弁１６は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油の切換弁１４によるブームシリンダ７への給排に加え、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する圧油のブームシリンダ７への給排状態を切り換えるための追加的なスプール弁であり、切換弁１７は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油の切換弁１５によるアームシリンダ８への給排に加え、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する圧油のアームシリンダ８への給排状態を切り換えるための追加的なスプール弁である。

切換弁１２Ｒ、１３、１４及び１５には、切換弁１１の上流側のセンターバイバス管路３０Ｒから分岐したパラレル管路が、それぞれの切換弁の入力側管路に合流するように構成されている。

同様に、切換弁１６及び１７には、切換弁１２Ｌの上流側のセンターバイパス管路３０Ｌから分岐したパラレル管路が、切換弁１１を経由して、それぞれの切換弁の入力側管路に合流するように構成されている。

このような構成においては、各切換弁のそれぞれに接続されているアクチュエータが複合操作される場合、例えば、ブームシリンダ７とバケットシリンダ９とが同時に駆動されるような場合、切換弁１３のスプール弁の変位によりセンターバイパス管路３０Ｒが閉じられるため、切換弁１４にはパラレル管路経由で圧油が供給されることになる。このとき、ブームシリンダ７とバケットシリンダ９に掛かる負荷が異なると、負荷の低い方のアクチュエータ（例えば、ブームシリンダ７である。）に圧油がとられてしまい、負荷の高い方のアクチュエータ（例えば、バケットシリンダ９である。）に圧油が供給できなくなって作業に支障をきたすため、負荷の低い方のアクチュエータに接続される切換弁（この場合、切換弁１４である。）のスプール開口に絞りＳＱを設けたり、パラレル管路の合流部に絞りを設けたりして、負荷の低い方のアクチュエータへの圧油の供給量を規制し、負荷の高い方のアクチュエータへの圧油の供給を確保している。

また、このようなポンプ制御回路と組み合わせて、ブームを倒す場合にブームシリンダから流出する圧油で回生モータを回転させ電力を回収できるようにした建設機械の流体圧回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の流体圧回路は、メインポンプから切り離した状態でブームシリンダにおける圧油の循環を制御可能なブーム用制御回路を備え、そのブーム用制御回路は、回生モータ、ブームの自重による予期しない降下を防止するための落下防止弁（保持弁）、及び、ブームを自重降下させる際にヘッド側チャンバ（収縮する側のチャンバである。）から流出する圧油の一部をロッド側チャンバ（伸張する側のチャンバである。）に戻す（以下、「再生」とする。）ための再生回路を備える。

この構成により、特許文献１に記載の流体圧回路は、ブームを自重降下させる際にブームシリンダから流出する圧油で回生モータを回転させてブームが有する位置エネルギーを電気エネルギーとして回生し、回生で得た電気エネルギーによりアシストポンプを駆動しながらそのアシストポンプが吐出する圧油で各種油圧アクチュエータを作動させることでその位置エネルギーを有効に利用できるようにする。
特開２００６−３３６８４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電気エネルギー回生システムは、確かに、ブームを自重降下させるときのそのブームの位置エネルギーを回生モータで回生することができるが、従来のポンプ制御回路と組み合わせた場合、複合操作用の絞りＳＱによる圧力損失を何ら解消できるものではないことから、より一層の省エネルギー化のためにこのような圧力損失を低減する必要がある。

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、吐出量可変の油圧ポンプが吐出する圧油により複数の油圧アクチュエータを同時に作動させながら複数の腕体を同時に動作させる建設機械であって、第一腕体を自重方向に動作させる操作と第二腕体の操作とが同時に行われたことを検出する操作検出手段と、前記第一腕体に対応する第一油圧アクチュエータから、前記第一腕体の自重方向への動作に応じて流出する圧油によって回転させられる回生モータと、前記第一腕体を自重方向に動作させる操作と前記第二腕体の操作とが同時に行われたことを検出した場合に、前記油圧ポンプの吐出量を増大させる吐出量制御手段と、前記回生モータにおける回転負荷を制御して前記第一油圧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で、前記油圧ポンプから前記第二腕体に対応する第二油圧アクチュエータに流入する圧油の流量を制御する流量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、前記吐出量制御手段は、前記第一腕体を自重方向に動作させる操作と前記第二腕体の操作とが同時に行われたことを検出した場合に、前記油圧ポンプの吐出量を前記第一腕体の操作量と前記第二腕体の操作量とに応じて設定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、前記回生モータは、回転負荷が調節される発電機と共に回転し、前記第一油圧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、前記第一腕体は、ブームであり、前記第二腕体は、バケット又はアームであることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、従来のポンプ制御回路とエネルギー回生システムとの組み合わせにおいて、より省エネルギー化を達成し得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。

（ブームの単独操作時における処理について）
図３〜図７は、本発明に係る建設機械に搭載されるポンプ制御回路の油圧回路図であり、ポンプ制御回路２００の構成は、図２のポンプ制御回路１００の構成と比較すると、保持弁４４、コントロールポンプ５０、電磁弁５１Ｌ、５１Ｒ、５３、シャトル弁５２Ｌ、５２Ｒ、比例絞り弁５４、回生ポンプモータ５５、発電電動機５６、逆止弁５７、圧力センサ５８、５９、メインコントローラ６０、並びに、これら構成要素に関連する制御圧管路３５Ｌ、３５Ｒ、３６Ｌ、３６Ｒ、３８、３９、圧油管路７０、７１、及び、電力線を有する点で相違し、その他の点で共通する。

また、切換弁１４のスプール開口に絞りＳＱが設けられない点で相違する。従って、共通する構成要素については同じ参用符号を用いて参照することとし、それらの説明を省略することとしながら、相違点を中心に説明する。

センターバイパス管路３０L、３０Rは、それぞれ、最も下流にある切換弁１７、１５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変化させ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の上流で発生する制御圧を上昇させる。

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切換弁を介し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。

上述のような構成により、建設機械用ポンプ制御回路２００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供給できるようにする。

なお、ブームシリンダ７のヘッド側と保持弁４３とを結ぶ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、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のヘッド側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バルブである。

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。

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７０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７０内を流れる圧油の流量を無段階に調節する。

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の自重降下の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数が制御される。

逆止弁５７は、ブームシリンダ７から圧油管路７１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のヘッド側又はロッド側のシリンダ圧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流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、各種切換弁に供給する制御電流を制御しながらポンプ制御回路２００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、吐出流量制御手段は、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。

図３は、待機モードにおけるポンプ制御回路２００の状態を示し、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒは、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用レギュレータ４０L、４０Rに制御用圧油を流入させる。

その結果、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、制御用圧油に応じて自身のピストンを移動させ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの斜板を傾転駆動し、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を最少レベルまで低減させるようにする（油圧ポンプ１０Ｌの吐出量が低減した状態を図４に示す。）。

図４は、ブーム４を自重降下させる場合におけるポンプ制御回路２００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た場合に、流量制御手段及び吐出流量制御手段により、保持弁４３にブーム操作レバーの操作に応じて生成される開放用の信号圧を供給しないようにし（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電磁弁５１Ｒに制御電流を供給すると共に保持弁４４にその開放用の信号圧を供給するようにし、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。

また、図４〜図７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することとする。

開放用の信号圧が供給されない保持弁４３は、ブームシリンダ７のヘッド側から切換弁１４に向う圧油の流れを遮断し、ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油が回生ポンプモータ５５に向かうようにする。

一方、開放用の信号圧が供給されている保持弁４４は、ブームシリンダ７のヘッド側から回生ポンプモータ５５に向う圧油の流れを開放し、ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油が回生ポンプモータ５５に向かうようにする。

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７０、７１の圧力がキャビテーションを生じ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７０の圧油を圧油管路７１に分配することによりその圧油をブームシリンダ７のロッド側に再生させる。

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のヘッド側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。

更に、ポンプ制御回路２００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のロッド側に戻す（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、ポンプ制御回路２００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が吐出する低流量の圧油とをブームシリンダ７のロッド側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５は、図４の場合よりも速くブーム４を自重降下させる場合におけるポンプ制御回路２００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されたことを検出した場合にも、流量制御手段及び吐出流量制御手段により、保持弁４３に開放用の信号圧を供給しないようにし（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、電磁弁５１Ｒに制御電流を供給すると共に保持弁４４に開放用の信号圧を供給するようにし、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。

開放用の信号圧が供給されない保持弁４３は、ブームシリンダ７のヘッド側から切換弁１４に向う圧油の流れを遮断し、ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油が回生ポンプモータ５５に向かうようにする。

一方、開放用の信号圧が供給されている保持弁４４は、ブームシリンダ７のヘッド側から回生ポンプモータ５５に向う圧油の流れを開放し、ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油が回生ポンプモータ５５に向かうようにする。

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７０、７１の圧力がキャビテーションを生じ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７０の圧油を圧油管路７１に分配することによりその圧油をブームシリンダ７のロッド側に再生させる。

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のヘッド側から流出する圧油を、図４の状態より多く回生ポンプモータ５５に流入させる。

ブーム操作レバーに応じたブーム４の降下速度を図４の状態より大きくするためであり、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、ポンプ制御回路２００は、圧油管路７０内の圧油の圧力を適宜調節し、回生ポンプモータ５５から流出した圧油を必要な流量だけブームシリンダ７のロッド側に戻す（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、ポンプ制御回路２００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のロッド側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６は、掘削アタッチメントを地面に接触させブーム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回路２００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４で説明する制御を行った後、圧力センサ５８が出力するブームシリンダ７のヘッド側の圧力の値が所定レベル未満となり、地面に掘削アタッチメントを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知した場合、流量制御手段及び吐出流量制御手段により、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（関連する電力線を灰色で表す。）、一方で、保持弁４３及び保持弁４４に開放用の信号圧を供給することで（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（降下に対して負荷抵抗にならない）ようにする。

開放用の信号圧が供給されている保持弁４３は、ブームシリンダ７のヘッド側から切換弁１４に向う圧油の流れを基本的には妨げない状態となる。

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未満（例えば、タンク圧であり、最小レベルとなっている。）に維持し、これにより制御圧管路３２Ｒ内の制御用圧油が制御圧管路３６Ｒ内の制御用圧油よりも圧力が高くなるので、シャトル弁５２Ｒにより制御圧管路３２Ｒ内の制御用圧油が油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒに流入することになり、この制御圧管路３２Ｒ内の制御用圧油に応じて油圧ポンプ１０Ｒの吐出量が調整される。

また、制御電流の供給を受けない電磁弁５３は、制御圧管路３９内の制御圧を所定レベル未満に維持し、比例絞り弁５４の絞りを最大（最も流れやすい状態である。）のまま維持させる。

また、開放用の信号圧が供給されている保持弁４４は、ブームシリンダ７のヘッド側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のヘッド側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。

このようにして、ポンプ制御回路２００は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油をブームシリンダ７のロッド側に流入させブーム４による掘削を実現させるようにする。

なお、メインコントローラ６０は、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４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のロッド側の圧力の値が所定レベル以上で維持される場合に、地面に掘削アタッチメントを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（ブーム４を自重降下させることができない状態）を検知するようにしてもよく、ブームシリンダ７のロッドの変位を変位センサで検出しながらブーム４を自重降下させることができない状態を検知するようにしてもよい。

以上の構成により、ポンプ制御回路２００を搭載した建設機械は、ブーム４が自重降下する際にブームシリンダ７のヘッド側から流出する高圧の圧油で再生を行う前に回生ポンプモータ５５を回転させるので、ブーム４が有する位置エネルギー（ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油の運動エネルギー）をより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、ポンプ制御回路２００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の回転数を制御し、ブーム操作レバーの操作量に応じた速度となるようにブーム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、ポンプ制御回路２００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７０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７１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のロッド側に戻す（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。
（ブーム及びバケットの複合操作時における処理について）
図７は、ブーム４を降下させながら同時にバケット６を閉じる（抱き込む）場合におけるポンプ制御回路２００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、かつ、バケット操作レバーが閉じ側に操作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に開放用の信号圧を供給せず、かつ、電磁弁５３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４４に開放用の信号圧を供給し、かつ、電磁弁５１Ｒと発電電動機５６とにブーム操作レバー及びバケット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。）、ブーム４及びバケット６の複合操作を実現させるようにする。

具体的には、ブーム４を降下させながら同時にバケット６を抱き込む場合であって、油圧ポンプ１０Ｒの吐出する圧油をブームシリンダ７のロッド側に流入させるときの抵抗（以下、「ブームシリンダ流入抵抗」とする。）が、油圧ポンプ１０Ｒの吐出する圧油をバケットシリンダ９のロッド側に流入させるときの抵抗（以下、「バケットシリンダ流入抵抗」とする。）より小さくなるとき、メインコントローラ６０は、流量制御手段により、ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油の流量を調整し、それによってブームシリンダ流入抵抗を増大させる。

油圧ポンプ１０Ｒの吐出する圧油のほとんどがブームシリンダ７のロッド側に流入してしまい、バケットシリンダ９のロッド側にその圧油を流入させることができず、バケット６を円滑に抱き込む（動作させる）ことができなくなってしまうからである。

この場合、開放用の信号圧が供給されている保持弁４４は、ブームシリンダ７のヘッド側から回生ポンプモータ５５に向う圧油の流れを開放し、ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油が回生ポンプモータ５５に向かうようにする。

なお、電磁弁５１Ｒの制御電流は、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量がブーム４及びバケット６を同時に動作させるために必要十分な量となるよう設定される。

また、制御電流の供給を受けない電磁弁５３は、制御圧管路３９内の制御圧を所定レベル未満に維持し、比例絞り弁５４の絞りを最大（最も流れやすい状態である。）のまま維持する。

一方、開放用の信号圧が供給されない保持弁４３は、ブームシリンダ７のヘッド側から切換弁１４に向う圧油の流れを遮断し、ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油が回生ポンプモータ５５に向かうようにする。

また、ブーム操作レバー及びバケット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、ブーム操作レバー及びバケット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のヘッド側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、その流量をブーム操作レバー及びバケット操作レバーの操作量に応じたレベルに調節する。

ブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油の流量（ブーム４の降下速度に相当する。）を回生ポンプモータ５５の回転数によって制御することで、バケット駆動圧をそのままブームシリンダ７に流入させつつブームシリンダ流入抵抗を増大させ、油圧ポンプ１０Ｒの吐出する圧油を円滑にバケットシリンダ９に流入させるためである。

このとき、メインコントローラ６０は、ブームシリンダ７のヘッド側の圧力の値を測定する圧力センサ５８の出力と、ブームシリンダ７のロッド側の圧力の値を測定する圧力センサ５９の出力とに基づいて、ブームシリンダ７のロッドが円滑に収縮するよう（ブームシリンダ７のロッド側に流入する圧油の量とブームシリンダ７のヘッド側から流出する圧油の量が等しくなるよう）、発電電動機５６に対して供給する制御電流の大きさを決定するようにしてもよい。

発電電動機５６を速度制御することにより、ブームシリンダ流入抵抗は、バケット駆動圧に応じた値となる。

その結果、ポンプ制御回路２００は、切換弁１４における絞りＳＱによってブームシリンダ流入抵抗を増大させる必要が無く（切換弁１４で無駄な圧力損失を発生させることなく）、また、絞りＳＱの代わりとして機能する発電電動機５６の回転負荷を電気エネルギーとして回生することができる。

また、ポンプ制御回路２００は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油の流量とブームシリンダ７のロッド側に流入する圧油の流量（ブーム４の降下速度に相当する。）との間の差を、バケットシリンダ９に流入する圧油の流量（バケット６の動作速度に相当する。）とすることができ、ブームシリンダ７のロッド側に流入する圧油の流量を調節することで、バケットシリンダ９に流入する圧油の流量を調節することができる。

このようにして、ポンプ制御回路２００は、切換弁１４でポンピングロスを発生させる代わりに、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油の運動エネルギーを回生ポンプモータ５５により電気エネルギーとして回生しながら、ブームシリンダ流入抵抗とバケットシリンダ流入抵抗とをバランスさせ、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９のそれぞれに必要十分な圧油を供給し、ブーム４及びバケット６の複合操作を円滑に実行させるようにする。

また、ポンプ制御回路２００は、ブーム４を降下させながら同時にアーム５を動作させる場合や、アーム５を降下させながら同時にバケット６を動作させる場合に上述の処理を適用するようにしてもよい。

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、ポンプ制御回路２００は、ブーム４を自重降下させる際にブーム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が、アーム５やバケット６を自重降下させる際にアーム５やバケット６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ようにしてもよい。

また、上述の実施例において、ポンプ制御回路２００は、ブーム４を単独で自重降下させる際に油圧ポンプ１０Ｒの吐出量を低減させそのポンピングロスを低減させるようにするが、アーム５やバケット６を単独で自重降下させる際に油圧ポンプ１０Ｒの吐出量を低減させそのポンピングロスを低減させるようにしてもよく、複数の腕体を同時に自重降下させる際に油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を低減させそのポンピングロスを低減させるようにしてもよい。

油圧ショベルの構成例を示す図である。 従来のポンプ制御回路の油圧 本発明に係る建設機械に搭載されるポンプ制御回路の油圧回路図である。 ブームを自重降下させる場合におけるポンプ制御回路の状態を示す図（その１）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回路の状態を示す図（その２）である。 掘削アタッチメントを地面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回路の状態を示す図である。 ブームを降下させながら同時にバケットを閉じる場合におけるポンプ制御回路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・・・切換弁 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 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 ２００・・・ポンプ制御回路 ＳＱ・・・絞り

Claims (4)

1. 吐出量可変の油圧ポンプが吐出する圧油により複数の油圧アクチュエータを同時に作動させながら複数の腕体を同時に動作させる建設機械であって、
   第一腕体を自重方向に動作させる操作と第二腕体の操作とが同時に行われたことを検出する操作検出手段と、
   前記第一腕体に対応する第一油圧アクチュエータから、前記第一腕体の自重方向への動作に応じて流出する圧油によって回転させられる回生モータと、
   前記第一腕体を自重方向に動作させる操作と前記第二腕体の操作とが同時に行われたことを検出した場合に、前記油圧ポンプの吐出量を増大させる吐出量制御手段と、
   前記回生モータにおける回転負荷を制御して前記第一油圧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で、前記油圧ポンプから前記第二腕体に対応する第二油圧アクチュエータに流入する圧油の流量を制御する流量制御手段と、
   を備えることを特徴とする建設機械。
2. 前記吐出量制御手段は、前記第一腕体を自重方向に動作させる操作と前記第二腕体の操作とが同時に行われたことを検出した場合に、前記油圧ポンプの吐出量を前記第一腕体の操作量と前記第二腕体の操作量とに応じて設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記回生モータは、回転負荷が調節される発電機と共に回転し、前記第一油圧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又は２に記載の建設機械。
4. 前記第一腕体は、ブームであり、前記第二腕体は、バケット又はアームである、
   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。