JP5228000B2 - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン及び油圧ポンプに接続した発電・電動機を備えたハイブリッド式建設機械に係わり、特に、後方超小旋回型や超小旋回型のハイブリッド式建設機械に関する。

建設機械の一つである油圧ショベルは、一般に、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられ、ブーム、アーム、及びバケットを含む多関節型の作業機とを備えている。この油圧ショベルの油圧駆動装置は、例えば、エンジンによって駆動する油圧ポンプと、この油圧ポンプからの圧油によって駆動する複数の油圧アクチュエータ（詳細には、走行用油圧モータ、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、及びバケット用油圧シリンダ等）と、操作装置の操作に応じて油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御するコントロールバルブとを備えている。

エンジン式の油圧ショベルは、油圧ポンプの動力源としてエンジンのみを搭載している。このエンジン式油圧ショベルにおいては、狭い作業現場での作業に適したものであって、後方超小旋回型や超小旋回型と呼ばれるものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１に記載の後方超小旋回型のミニショベルにおいては、作業機がスイングポストを介し上部旋回体の前部に連結されており、上部旋回体の後端の旋回半径が下部走行体の全幅にほぼ収まるように構成されている。特許文献２に記載の超小旋回型のミニショベルにおいては、作業機が上部旋回体の旋回中心寄りに連結されており、作業機を備えた上部旋回体が下部走行体の全幅にほぼ収まって旋回できるように構成されている。

特許文献１及び２に記載のミニショベルにおいては、上部旋回体は、その下部基礎構造をなす旋回フレームと、この旋回フレーム上の後端に設けられ、旋回フレーム上に配置されたエンジンの後側を覆うカウンタウェイトと、旋回フレーム上の前後方向ほぼ全長にわたって設けられ、運転者の足場となる床板及びこの床板の後部から立上げられ後側に張出してエンジンの前側及び上側を覆う運転席台座を有するフロア部材と、旋回フレーム上にエンジン等を跨ぐように設けられ、フロア部材の後部を支持するサポート部材（支持部材）とを備えている。すなわち、上部旋回体の水平方向の寸法が制限されていることから、フロア部材上に運転室を形成し、この運転室に対しフロア部材の運転席台座で隔てて（言い換えれば、フロア部材の後部下側に入り込むように）エンジン室（機械室）を形成し、このエンジン室にエンジン等を配置している。

エンジンは、左右方向に延在するように横置き状態で配置され、支持ブラケット及び防振マウントを介し支持されている。エンジンの出力軸の左側端部は油圧ポンプの入力軸が同軸接続されており、油圧ポンプがエンジンに対して一体となるように取付けられている。また、エンジンの出力軸の右側端部は動力伝達機構（詳細には、プーリ及びファンベルト等）を介し冷却ファンの回転軸が接続されており、冷却ファンの右側にはラジエータやオイルクーラ等の熱交換器が配置されている。また、熱交換器等の前側（言い換えれば、フロア部材の右側）には燃料タンクや作動油タンク等のタンク類が配置されている。また、フロア部材の床板の下側にはコントロールバルブ（制御弁ユニット）が配置されている。

ところで、近年、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減等の観点から、発電・電動機（回転電機）を搭載したハイブリッド式油圧ショベルが提唱されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載のハイブリッド式油圧ショベルにおいては、発電・電動機は、その回転軸がギヤ機構を介しエンジンの出力軸及び油圧ポンプの入力軸に接続されており、エンジンの動力によって駆動して発電する発電機の機能、及びバッテリの電力によって駆動して油圧ポンプの補助動力源となる電動機の機能を兼ね備えている。

特開２００６−２４７８号公報 特開２００７−５６６２７号公報 特開２００１−１７３０２４号公報

上記従来のハイブリット式油圧ショベルは、運転質量６トン以上の中型や大型の油圧ショベルであるか、若しくは運転質量６トン未満のミニショベルでも標準機型と呼ばれるものであって、上部旋回体の旋回半径が大きな油圧ショベルを対象としており、旋回フレーム上にエンジン、油圧ポンプ、及び発電・電動機からなるパワーユニットを搭載することが容易であった。しかし、後方超小旋回型や超小旋回型のミニショベルであって、上部旋回体の旋回半径が小さな油圧ショベルでは、前述したパワーユニットを搭載することが困難となる。すなわち、上部旋回体の左右方向（幅方向）の寸法が制限されるため、エンジン、油圧ポンプ、及び発電・電動機を左右方向に直列配置（直列接続）することが困難である。また、上部旋回体の前後方向（長さ方向）の寸法が制限されるため、エンジンに対して油圧ポンプ及び発電・電動機を前後に並列配置（並列接続）することが困難である。そのため、ハイブリッド化を実現することが容易ではなかった。

なお、後方超小旋回型や超小旋回型のハイブリッド式油圧ショベルは、本来ならば専用機種（言い換えれば、後方超小旋回型や超小旋回型のエンジン式油圧ショベルとは全く異なるもの）として開発することが望ましい。しかし、早期にハイブリッド式油圧ショベルを市場へ提供するためには、現在の後方超小旋回型や超小旋回型のエンジン式油圧ショベルを活用して、ハイブリッド化が容易となるように機器を配置することが好ましい。そうすれば、開発コストや製造コストを低減するばかりか、既存のエンジン式油圧ショベルからの改造を容易に行えるからである。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、後方超小旋回型や超小旋回型の建設機械であってもハイブリッド化を容易に実現することができるハイブリッド式建設機械を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、前記上部旋回体に俯仰可能に設けた作業機と、走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、エンジンと、入力軸が前記エンジンの出力軸と同軸接続され、前記複数の油圧アクチュエータへ圧油を供給する油圧ポンプと、回転軸がギヤ機構を介し前記エンジンの出力軸及び前記油圧ポンプの入力軸に接続された発電・電動機と、前記発電・電動機に対し電力の授受を行う蓄電装置とを備え、前記上部旋回体は、その下部基礎構造をなす旋回フレームと、前記旋回フレーム上の後端に設けられ、前記旋回フレーム上に配置された前記エンジンの後側を覆うカウンタウェイトと、前記旋回フレーム上に設けられ、運転者の足場となる床板及び前記床板の後部から立上げられ後側に張出して前記エンジンの前側及び上側を覆う運転席台座を有するフロア部材と、前記旋回フレーム上に前記エンジン等を跨ぐように設けられ、前記フロア部材の後部を支持するサポート部材とを備えた後方超小旋回型若しくは超小旋回型のハイブリッド式建設機械であって、前記発電・電動機は、最下部が前記油圧ポンプの入力軸の軸心より上側に位置するような鉛直方向位置に、上方から見た場合に前記油圧ポンプとオーバーラップするような水平方向位置に配置する。

後方超小旋回型若しくは超小旋回型のエンジン式建設機械（すなわち、油圧ポンプの動力源としてエンジンのみを搭載した建設機械）では、上部旋回体の後端若しくは全体の旋回半径が下部走行体の全幅にほぼ収まるように構成され、かつフロア部材の後部を支持するサポート部材がエンジンを跨ぐように設けられているため、油圧ポンプの上側にデッドスペースが生じる（なお、例えば特許文献２では、油圧ポンプの上側のスペースの一部は、排気マフラ等の配置スペースとなっている）。そこで、本発明のハイブリッド式建設機械（すなわち、エンジン及び油圧ポンプに接続された発電・電動機を搭載した建設機械）では、後方超小旋回型若しくは超小旋回型のエンジン式建設機械をベースとし、前述した油圧ポンプの上側のスペースを有効利用して発電・電動機を配置する。詳しく説明すると、発電・電動機は、最下部が油圧ポンプの入力軸より上側に位置するような鉛直方向位置に、上方から見た場合に油圧ポンプとオーバーラップするような水平方向位置に配置する。また、本発明のハイブリッド式建設機械では、発電・電動機が油圧ポンプをアシスト駆動することから、エンジン式建設機械と比べ、エンジンの出力馬力を小さくしてエンジン及びその補器（例えば排気マフラ等）を小型化することが可能である。これにより、ギヤ機構の配置スペースを確保することが可能となり、また油圧ポンプの上側のスペースすなわち発電・電動機の配置スペースを確実に確保することが可能となる。したがって、後方超小旋回型若しくは超小旋回型のエンジン式建設機械をベースとしてハイブリッド化する場合に、旋回フレーム上の他の機器（詳細には、例えば熱交換器やタンク類など）の配置を同じとすることができる。また、パワーユニットに関しても、エンジン式建設機械と同様、エンジンの出力軸と油圧ポンプの入力軸とを同軸接続するので、油圧ポンプの配置を同じとすることが可能であり、油圧ポンプに接続される油圧配管を共通化することが可能となる。以上のようにして、本発明においては、後方超小旋回型や超小旋回型の建設機械であってもハイブリッド化を容易に実現することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記走行用油圧モータを低速大容量モードと高速小容量モードに切換え指示可能な走行速度切換スイッチと、前記走行速度切換スイッチで高速小容量モードが指示され且つ走行用の操作装置が操作された運転状態である走行高速時に、前記蓄電装置からの電力により前記発電・電動機を駆動して電動機として作動させ、前記エンジンの出力トルク不足分を補うように制御する制御装置とを備え、前記エンジンの出力馬力は、前記走行高速時に前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記エンジンに取付けられて、前記ギヤ機構を収納するととともに、前記油圧ポンプ及び前記発電・電動機を支持するギヤボックスを備え、複数の支持ブラケットを前記エンジン及び前記ギヤボックスに設け、前記ギヤボックスを介して前記エンジン、前記油圧ポンプ、及び前記発電・電動機が一体的に構成されたパワーユニットは、前記複数の支持ブラケットを介し前記旋回フレーム上で支持される。

エンジン式建設機械では、一般的に、複数の支持ブラケットをエンジンのみに設けており、エンジン及び油圧ポンプが一体的に構成されたパワーユニットは、前記複数の支持ブラケットを介し旋回フレーム上で支持されている。一方、本発明のハイブリッド式建設機械では、上記（２）のように、エンジン式建設機械と比べ、エンジンの出力馬力を小さくしてエンジンを小型化している。そのため、仮に、複数の支持ブラケットをエンジンのみに設けると、支持ブラケットの配置（すなわち、パワーユニットの支持位置）がエンジン式建設機械とは異なってしまう。そこで、複数の支持ブラケットをエンジン及びギヤボックスに設けることにより、パワーユニットの支持位置をエンジン式建設機械と同じにすることが可能で、旋回フレームの共通化を図ることが可能である。これにより、開発コストや製造コストを低減するばかりか、既存のエンジン式油圧ショベルからの改造を容易に行うことが可能となる。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記発電・電動機は、前記ギヤボックスに設けた前記支持ブラケット等と干渉しないよう、後方から見た場合に前記油圧ポンプとオーバーラップしないような鉛直方向位置に配置する。

本発明によれば、後方超小旋回型や超小旋回型の建設機械であってもハイブリッド化を容易に実現することができる。

本発明の一実施形態のハイブリッド式ミニショベルにおける駆動システムの構成を表す概略図である。 左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路の詳細を走行速度切替電磁弁と共に表す図である。 ポンプレギュレータのトルク制御部の詳細を表す図である。 ポンプレギュレータのトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図である。 比較例のエンジン式ミニショベルにおけるエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図、及びエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。 本発明の一実施形態のハイブリッド式ミニショベルにおけるエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図、及びエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。 本発明の一実施形態のハイブリッド式ミニショベルの外観を表す側面図であり、運転室ユニットのチルトダウン状態を示す。 本発明の一実施形態のハイブリッド式ミニショベルの外観を表す平面図である。 本発明の一実施形態における旋回フレームの構造を表す上面図である。 本発明の一実施形態における旋回フレームの構造を表す斜視図である。 本発明の一実施形態における運転室ユニットの構造を表す斜視図である。 本発明の一実施形態における運転室ユニットを構成するフロア部材の構造を表す斜視図である。 本発明の一実施形態におけるサポート部材の構造を表す斜視図である。 本発明の一実施形態における傾転保持機構の構造を表す斜視図である。 本発明の一実施形態のハイブリッド式ミニショベルの外観を表す側面図であり、運転室ユニットのチルトアップ状態を示す。 本発明の一実施形態における旋回フレーム上の機器配置を説明するための平面図であり、旋回フレーム上のフロア部材の配置を示す。 本発明の一実施形態における旋回フレーム上の機器配置を表す平面図であり、図１６からフロア部材、サポート部材、及び外装カバー等を取外した状態を示す。 本発明の一実施形態における旋回フレーム上の機器配置を表す側面図である。 図１８中断面XIX−XIXによる後側断面図である。 比較例のエンジン式ミニショベルにおける旋回フレーム上の機器配置を表す平面図である。 比較例のエンジン式ミニショベルにおける旋回フレーム上の機器配置を表す後側断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ハイブリッド式の建設機械の一例としてミニショベルに適用したものである。

まず、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルにおける駆動システムについて説明する。

図１は、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルにおける駆動システムの構成を表す概略図である。

この図1において、１はエンジン系であり、２は油圧系であり、３は発電電動系であり、４は制御系である。

エンジン系１は、ディーゼルエンジン１１と、エンジンコントロールダイヤル１２と、エンジンコントローラ１３と、電子ガバナ１４とを備えている。

エンジン１１は、後述する如く、エンジン式ミニショベルに搭載するものよりダウンサイジングした（出力の小さい）ものである。エンジンコントロールダイヤル１２は、オペレータの操作によりエンジンの目標回転数を指示する。エンジンコントローラ１３は、エンジンコントロールダイヤル１２からの目標回転数信号を入力し、所定の演算処理を行って目標燃料噴射量を求め、電子ガバナ１４を制御することによりエンジンの各気筒に噴射される燃料噴射量を制御し、エンジン出力トルクと回転数を制御する。また、エンジンコントローラ１３は、エンジン負荷率を演算し、エンジン負荷率情報を生成する。エンジン負荷率は、例えば、最大燃料噴射量に対する目標燃料噴射量の割合を演算することにより求められる。

油圧系２は、油圧ポンプ２１と、パイロットポンプ２２と、コントロールバルブ２３と、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、例えば、左右の走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂと、ブーム用油圧シリンダ２４ｃ、アーム用油圧シリンダ２４ｄ、バケット用油圧シリンダ２４ｅ、旋回用油圧モータ２４ｆ、スイング用油圧シリンダ２４ｇ、及びブレード用油圧シリンダ２４ｈ等。但し、旋回用油圧モータ２４ｆは、旋回用電動モータに代えてもよい。）と、複数の操作装置２５，２６とを備えている。なお、操作装置２５は左右の走行用の操作装置を代表したものであり、操作装置２６は走行以外の操作装置を代表したものである。

油圧ポンプ２１の入力軸２１ａはエンジン１１の出力軸１１ａと同軸接続されており、油圧ポンプ２１及びパイロットポンプ２２はエンジン１１により駆動される。可変容量型の油圧ポンプ２１は、押しのけ容積可変機構（例えば斜板）２１ｂと、押しのけ容積可変機構２１ｂの傾転位置を調整して油圧ポンプの容量を制御するポンプレギュレータ２７とを備えている。コントロールバルブ２３は、詳細を図示しないが、複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに対応する複数のメインスプールを内蔵し、これらのメインスプールが操作装置２５，２６から出力される油圧信号（操作パイロット圧）により切換操作される。これにより、複数のメインスプールを介して油圧ポンプ２１からの圧油が複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに供給され、それぞれの被駆動体を駆動する。

発電電動系３は、発電・電動機３１と、インバータ３２と、バッテリ（蓄電装置）３３と、バッテリコントローラ３４と、操作パネル３５とを備えている。

発電・電動機３１の回転軸３１ａは、大径ギヤ６ａ及び小径ギヤ６ｂからなるギヤ機構６を介してエンジン１１の出力軸１１ａ及び油圧ポンプ２１の入力軸２１ａに接続されている。そして、例えばエンジン１１に余剰トルクがある場合に、発電・電動機３１は、その余剰トルクによって駆動されて発電機として作動する。発電・電動機３１が発生した電力はインバータ３２を介してバッテリ３３に蓄電される。一方、例えばバッテリ３３の蓄電量が規定値以上でありかつ油圧ポンプ２１をアシスト駆動する必要がある場合に、発電・電動機３１は、インバータ３２を介してバッテリ３３の電力が供給され、電動機として作動する。バッテリコントローラ３４はバッテリ３３の蓄電量を監視し、操作パネル３５はその蓄電量に係わる情報（蓄電情報）を表示する。

制御系４は、走行速度切換スイッチ４１と、走行の操作パイロット圧センサ４２と、走行以外の操作パイロット圧センサ４３と、トルク制御電磁弁４４と、走行速度切替電磁弁４５と、車体コントローラ４６（制御装置）とを備えている。

車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１、操作パイロット圧センサ４２，４３、トルク制御電磁弁４４、及び走行速度切替電磁弁４５と電気的に接続されている。また、車体コントローラ４６は、インバータ３２、バッテリコントローラ３４、及びエンジンコントローラ１３とも電気的に接続されている。そして、車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１の指示信号、操作パイロット圧センサ４２，４３の検出信号、バッテリコントローラ３４の蓄電情報及びエンジンコントローラ１３のエンジン負荷率情報を入力し、所定の演算処理を行い、インバータ３２、トルク制御電磁弁４４及び走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力する。

図２は、左右の走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂに係わる油圧回路の詳細を、走行速度切替電磁弁４５と共に表す図である。

この図２において、符号２３ａ，２３ｂはコントロールバルブ２３に内蔵された左右の走行用のメインスプールを示しており、これらメインスプール２３ａ，２３ｂは、走行用の操作装置２５から出力される油圧信号（操作パイロット圧）により切換操作される。これにより、メインスプール２３ａ，２３ｂを介して油圧ポンプ２１からの圧油が左右の走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂに供給され、左右の駆動輪を駆動する。

可変容量型の走行用油圧モータ２４ａは、押しのけ容積可変機構（斜板）２４ａ１と、押しのけ容積可変機構２４ａ１を駆動する制御ピストン２４ａ２とを備えており、制御ピストン２４ａ２の一側には受圧部２４ａ３が形成され、その反対側にはバネ２４ａ４が配置されている。同様に、可変容量型の走行用油圧モータ２４ｂは、押しのけ容積可変機構（斜板）２４ｂ１と、押しのけ容積可変機構２４ｂ１を駆動する制御ピストン２４ｂ２とを備えており、制御ピストン２４ｂ２の一側には受圧部２４ｂ３が形成され、その反対側にはバネ２４ｂ４が配置されている。

そして、例えば走行速度切替電磁弁４５が図示のＯＦＦ位置にあるとき、制御ピストン２４ａ２の受圧部２４ａ３及び制御ピストン２４ｂの受圧部２４ｂ３はタンクに連通する。これにより、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２はバネ２４ａ４，２４ｂ４の力で押されて図示の位置にあって、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置(大容量位置)に保持される。この大傾転位置では、走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂは低速回転が可能であり、走行低速に適した状態となる。この状態を、走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂの低速大容量モードと称す。

一方、例えば走行速度切替電磁弁４５がＯＮ位置に切り換えられると、制御ピストン２４ａ２の受圧部２４ａ３及び制御ピストン２４ｂ２の受圧部２４ｂ３に制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれる。これにより、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２が作動して、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置（大容量位置）から小傾転位置（小容量位置）へと切り換えられる。この小傾転位置では、油圧モータ２４ａ，２４ｂは高速回転が可能であり、走行高速に適した状態となる。この状態を、走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂの高速小容量モードと称す。なお、パイロットポンプ２２の吐出圧力はパイロットリリーフ弁２８により一定の値（例えば４Ｍｐａ）に保たれている。

図３は、ポンプレギュレータ２７のトルク制御部の詳細を、トルク制御電磁弁４４と共に表す図（但し、便宜上、ギヤ機構６を示していない）である。

ポンプレギュレータ２７は、複数の操作装置２５，２６の操作量に基づく要求流量に応じた流量を吐出するよう油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ｂの傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの容量を制御する）ＬＳ制御部等の要求流量応答制御部（図示せず）と、油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを予め定められた値を超えないように油圧ポンプ２１の吐出圧力に応じて油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａの最大傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの最大容量を制御する）トルク制御部（図３参照）とを有している。

ポンプレギュレータ２７のトルク制御部は、油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ｂに作動的に連結された制御スプール２７ａと、この制御スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量増加方向に作用する第１バネ２７ｂ及び第２バネ２７ｃと、スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量減少方向に作用する第１受圧部２７ｄ及び第２受圧部２７ｅとで構成されている。第１受圧部２７ｄには油圧ポンプ２１の吐出圧力がパイロットライン２７ｆを介して導入され、第２受圧部２７ｅにはトルク制御電磁弁４４からの制御圧力が制御油路２７ｇを介して導入される。

第１バネ２７ｂ及び第２バネ２７ｃは、油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを設定するものである。第１バネ２７ｂは第２バネ２７ｃよりも長く、制御スプール２７ａが図示の初期位置にあるときは第１バネ２７ｂのみが制御スプール２７ａに作用して、制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。制御スプール２７ａが図示左方向にある程度移動すると第２バネ２７ｃも制御スプール２７ａに作用して、第１バネ２７ｂ及び第２バネ２７ｃの両方が制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。

第２受圧部２７ｅは、油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを調整する（減トルク制御する）ものである。すなわち、例えばトルク制御電磁弁４４が図示のＯＦＦ位置にあるとき、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅはタンクに連通する。一方、例えばトルク制御電磁弁４４がＯＮ位置に切り換えられると、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅに制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれる。これにより、減トルク制御が行われる（詳細は後述）。

図４は、ポンプレギュレータ２７のトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図であり、横軸は油圧ポンプ２１の吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプ２１の容量を示している。

この図４において、２つの直線（実線）ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲がり線は、第１バネ２７ｂ及び第２バネ２７ｃにより設定される最大吸収トルク特性である。２つの直線（一点鎖線）ＴＰ３，ＴＰ４からなる折れ曲がり線は、トルク制御電磁弁４４からの制御圧力によって減トルク制御された最大吸収トルク特性である。曲線ＴＥＬは、エンジン１１の最大出力トルクＴＥmaxを基準として、それよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されたエンジン１１の制限トルクである。

トルク制御電磁弁４４が前述の図３に示すＯＦＦ位置にあるとき、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅはタンクに連通し、最大吸収トルク特性は第１バネ２７ｂ及び第２バネ２７ｃによって直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定される。この場合、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時に吐出圧力が第１の値Ｐ１を超える前は、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より小さく、油圧ポンプ２１の最大容量はｑｍａｘに維持される。すなわち、油圧ポンプ２１の容量は、要求流量応答制御部の制御によりｑｍａｘまで上昇することができる。油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第１の値Ｐ１を超えると、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より大きくなり、制御スプール２７ａは前述の図３中左方向に移動して、油圧ポンプ２１の最大容量は折れ曲げ線の直線ＴＰ１に沿って減少する。これにより、要求流量応答制御部により制御される油圧ポンプ２１の容量は直線ＴＰ１が規定する最大容量以下に制限され、油圧ポンプ２１の吸収トルク（ポンプ吐出圧力と容量の積）はエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。

油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第２の値Ｐ２を超えると、制御スプール２７ａは第２バネ２７ｃも作用する。これにより、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇量に対する制御スプール２７ａの移動量の割合（油圧ポンプ２１の容量の減少割合）は減少し、油圧ポンプ２１の最大容量は直線ＴＰ１よりも傾きの小さい直線ＴＰ２に沿って減少する。この場合も、油圧ポンプ２１の吸収トルクはエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。油圧ポンプ２１の吐出圧力がメインリリーフ弁２９の設定圧力に達すると、それ以上油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇は阻止される。

一方、トルク制御電磁弁４４がＯＮ位置に切り換わると、第２受圧部２７ｅに制御圧力が導かれ、制御スプール２７ａには第２受圧部２７ｅの油圧力が第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃの付勢力に対向して作用する。これにより第１バネ２７ｂ及び第２バネ２７ｃによる最大吸収トルクの設定は、第２受圧部２７ｅの油圧力の分だけ減少するよう調整され、最大吸収トルク特性は、直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線から直線ＴＰ３，ＴＰ４からなる折れ曲げ線へとシフトする。その結果、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時、油圧ポンプ２１の最大容量は直線ＴＰ３，ＴＰ４からなる折れ曲げ線に沿って減少する。このときの油圧ポンプ２１の最大吸収トルク（ポンプ吐出圧力と最大容量の積）は直線ＴＰ１，ＴＰ２のときの最大吸収トルクに比べて小さくなり、エンジン１１の余剰トルクが強制的に作り出される。このような制御を減トルク制御という。

次に、エンジン１１の出力馬力の設定について、比較例を用いながら説明する。

図５（Ａ）は、比較例としてエンジン式ミニショベルにおけるエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図５（Ｂ）は、同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。図５（Ａ）の横軸は油圧ポンプの吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプの吐出流量を示している。図５（Ｂ）の横軸はエンジンの回転数を示し、縦軸はエンジンの出力馬力を示している。

油圧ポンプのＰＱ特性とは、ある最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプをエンジンで駆動して回転させ、作業を行ったときに得られる油圧ポンプの出力馬力特性である。図５（Ａ）に示す油圧ポンプのＰＱ特性は、前述の図４に示した最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプ２１の場合のものであり、かつエンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。図５（Ａ）に示すエンジン出力馬力の制限値と図５（Ｂ）に示すエンジン出力馬力特性も、同様に、エンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。

エンジン式ミニショベルの作業状態として、走行高速と走行低速と通常作業とを考える。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）中、Ａは走行高速時の出力使用範囲、Ｂは走行低速時の出力使用範囲、Ｃは通常作業時の出力使用範囲を示している。ここで、走行高速とは、走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂが高速小容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいう。走行低速とは、走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいう。通常作業とは、走行以外の操作装置２６（特に、ブーム用油圧シリンダ２４ｃ、アーム用油圧シリンダ２４ｄ、バケット用油圧シリンダ２４ｅ、及び旋回用モータのいずれかに係わる操作装置）が操作されて作業を行っている状態をいう。

図中、ＨＥＬｃはエンジン出力馬力の制限値であり、ＨＥｍａｘｃはエンジンの最大出力馬力である。エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、エンジンの最大出力馬力ＨＥｍａｘｃよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されている。詳しく説明すると、走行高速時はスピード（流量）が必要なため、そのときの油圧ポンプ２１の出力が最も大きく、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、この走行高速時の油圧ポンプ２１の出力使用範囲Ａに対してある程度の余裕Ｘ１を持たせて設定されている。

しかし、前述の図４に示したようにポンプレギュレータ２７の最大吸収トルク特性は第１バネ２７ｂ及び第２バネ２７ｃによって直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定されており、図５（Ａ）に示す油圧ポンプ２１のＰＱ特性Ｄも折れ曲げ線形状となる。そのため、通常作業時ではエンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃに対して油圧ポンプ２１の出力使用範囲ＣがＸ２と大きく離れて、余裕がありすぎる状態となる。これは、エンジン出力馬力をフルに使用していないことを意味する。

図６（Ａ）は、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルにおけるエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は、同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。

本実施形態のハイブリッド式ミニショベルでは、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを、比較例のエンジン式ミニショベルにおけるエンジン最大出力馬力ＨＥｍａｘｃ（前述の図５（Ｂ）参照）よりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅを、油圧ポンプ２１のＰＱ特性Ｄにより近接した設定とする。更に言えば、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを、通常作業及び走行低速時に（言い換えれば、走行高速時以外の運転状態では）油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができ、走行高速時に油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。通常作業時の出力使用範囲Ｃは、油圧ポンプ２１のＰＱ特性Ｄの曲げ線形状の凹部により生じる余裕Ｘ３を利用して確保する。

そして、走行高速時には、バッテリ３３からの電力により発電・電動機３１を電動機として作動させて出力アシストを行う。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の点線ＨＥＬｅ＋ＨＭはエンジン出力馬力ＨＥＬｅと電動機出力馬力ＨＭの合計の出力馬力である。

このようにエンジン１１の出力馬力をエンジン式ミニショベルに搭載する場合よりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅを油圧ポンプ２１のＰＱ特性Ｄに近接させることにより、エンジン１１の出力馬力をフルに使用できるようになり、エンジン１１をダウンサイジング（小さいエンジン）することが可能となる。エンジン１１をダウンサイジングすることにより低燃費化、エンジン１１から排出される有害なガスの量の低減、及び騒音の低減が可能となる。また、エンジン１１の補器の小型化或いは簡略化が可能となり、エンジン１１のダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。

また、エンジン１１の出力帯によっては排出ガス後処理装置（ガス浄化装置）をなくすことが可能であり、機械全体の価格を更に安くすることができる。すなわち、現在の作業機械（オフロード車）に対する排出ガス規制は、出力１９ｋＷ以上のエンジンを搭載した車両に対して適用され、出力１９ｋＷ未満のエンジンを搭載した車両は適用外となっている。本実施形態では、エンジン１１を、好ましくは、排ガス規制適用外の出力である１９ｋＷ未満のエンジン、例えば出力１８ｋＷのエンジンとする。このようにエンジン出力を１９ｋＷ未満とすることで、高価で複雑な排出ガス後処理装置を搭載する必要がなくなり、機械全体の価格を大きく下げることができる。

なお、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルでは、バッテリ３３を充電するための仕組みを以下のようにして確保している。

車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１の指示信号、操作パイロット圧センサ４２の検出信号、及びバッテリコントローラ３４の蓄電情報に基づき、例えば走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しかつ走行用の操作装置２５が操作されているときにバッテリ３３の充電状態が十分である（例えば充電率が３０％以上である）と判定した場合、走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力して、走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂを高速小容量モードに制御する（走行高速）。また、この走行高速時に、発電・電動機３１を電動機として作動させて出力アシストを行わせる。一方、例えば走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しかつ走行用の操作装置２５が操作されているときにバッテリ３３の充電状態が不十分である（例えば充電率が３０％未満である）と判定した場合、走行高速の指示を無効にして走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂを低速大容量モードに制御し（走行低速）、バッテリ３３の充電を行う。

バッテリ３３の充電は、バッテリ３３の充電状態が不十分であると判定した場合に、走行高速時以外の運転状態で（詳細には、走行低速時、通常作業時、若しくは非操作中に）行われ、例えば充電率が７０％に到達するまで行われる。詳しく説明すると、例えば操作装置２５，２６が操作されていない非操作中であると判定した場合、又は、例えば走行低速時若しくは通常作業時であってエンジン１１の負荷率情報に基づきエンジン１１に余剰トルクがある（例えばエンジン負荷率が７０％以下である）と判定した場合は、減トルク制御を行うことなく、バッテリ３３の充電を行う。一方、例えば走行低速時若しくは通常作業時であってエンジン１１に余剰トルクがない（例えばエンジン負荷率が７０％を超える）と判定した場合は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行う。すなわち、最大吸収トルク特性を直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲がり曲線から直線ＴＰ３，ＴＰ４からなる折れ曲がり曲線にシフトし（前述の図４参照）、ＰＱ特性をＤからＤｒにシフトする（前述の図６参照）。この減トルク制御により油圧ポンプ２１の出力を低下させてエンジン１１の余剰トルク乃至は余剰馬力を強制的に作り出し、バッテリ３３の充電を行う。

次に、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルの構造について説明する。

図７は、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルの外観を表す側面図であり、図８は、平面図（但し、便宜上、後述するスイングポスト７０及びフロント作業機７１を取外した状態を示す平面図）である。なお、以降、ミニショベルが図７に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図７中左側）、後側（図７中右側）、左側（図７中紙面に向かって手前側）、右側（図７中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。

図７及び図８において、ハイブリッド式ミニショベルは、クローラ式の下部走行体５０と、この下部走行体５０上に旋回可能に設けた上部旋回体６０と、この上部旋回体６０の前部にスイングポスト７０を介し連結され、上下方向に回動可能（俯仰可能）に設けたフロント作業機７１とを備えている。このミニショベルは、後方超小旋回型と呼ばれるものであって、上部旋回体６０の後端の旋回半径Ｒ（詳細には、図８に示すように、上部旋回体６０が旋回中心Ｏを中心として旋回したときに、後述するカウンタウェイト６４の後面が描く軌跡の半径Ｒ）が下部走行体５０の幅寸法にほぼ収まるように構成されている。

下部走行体５０は、上方から見て略Ｈ字形状のトラックフレーム５１と、このトラックフレーム５１の左右両側の後端近傍に回転可能に支持された左右の駆動輪５２と、トラックフレーム５１の左右両側の前端近傍に回転可能に支持された左右の従動輪（アイドラ）５３と、左右の駆動輪５２と従動輪５３とで掛けまわされた左右の履帯（クローラ）５４とを備えており、左右の走行用油圧モータ２４ａ，２４ｂにより左右の駆動輪５２が回転するようになっている。トラックフレーム５２の前側には排土用のブレード５５が上下動可能に設けられており、このブレード５５はブレード用油圧シリンダ２４ｈにより上下動するようになっている。トラックフレーム５１の中央部には旋回輪５６が設けられ、この旋回輪５６を介し上部旋回体６０が旋回可能に設けられており、上部旋回体６０は旋回用モータにより旋回するようになっている。

スイングポスト７０は、上部旋回体６０の前部（詳細には、後述する旋回フレーム６１のスイングブラケット８０Ｆ）に水平方向に回動可能に設けられ、スイング用油圧シリンダ２４ｇにより水平方向に回動するようになっている。これにより、フロント作業機７１が左右にスイングするようになっている。

フロント作業機７１は、スイングポスト７０に上下方向に回動可能に連結されたブーム７２と、このブーム７２に上下方向に回動可能に連結されたアーム７３と、このアーム７３に上下方向に回動可能に連結されたバケット（アタッチメント）７４とを備えている。ブーム７２、アーム７３、及びバケット７４は、ブーム用油圧シリンダ２４ｃ、アーム用油圧シリンダ２４ｄ、及びバケット用油圧シリンダ２４ｅにより上下方向に回動するようになっている。

上部旋回体６０は、その下部基礎構造をなす旋回フレーム６１と、この旋回フレーム６１上の前方左寄りに配置され、前側を支点として傾転可能に設けた運転室ユニット６２と、旋回フレーム６１上の後端に設けたカウンタウェイト６３と、旋回フレーム６１上の運転室ユニット６２の周囲やカウンタウェイト６３の開口に取付けた複数の外装カバー６４とを備えている。

図９は、旋回フレーム６１の構造を表す上面図であり、図１０は、斜視図である。

これら図９及び図１０において、旋回フレーム６１は、大別して、センタフレーム８０と、このセンタフレーム８０の左側（図９中下側、図１０中左側）に設けた左サイドフレーム８１と、センタフレーム８０の右側（図９中上側、図１０中右側）に設けた右サイドフレーム８２とで構成されている。

センタフレーム８０は、底板８０Ａと、この底板８０Ａ上に立設され前後方向にそれぞれ延在する左の前縦板８０Ｂ及び後縦板８０Ｃ並びに右の前縦板８０Ｄ及び後縦板８０Ｅと、底板８０Ａ及び前縦板８０Ｂ，８０Ｄの前端側に接合されたスイングブラケット８０Ｆと、底板８０Ａに立設され前縦板８０Ｂ，８０Ｄの後端と後縦板８０Ｃ，８０Ｅの前端との間で接合され、左右方向に延在する（詳細には、左右の縦板の間、及び左の縦板と左サイドフレーム８１との間で延在する）横板８０Ｇと、底板８０Ａ上で後縦板８０Ｃ，８０Ｅの後端側に設けたウェイト支持部８０Ｈとを有している。また、後縦板８１Ｃ，８１Ｅの間には、前後方向に離間してエンジン支持部８０Ｉと支持金具８０Ｊが設けられている。また、左の後縦板８０Ｃの左側には、前後方向に離間して支持金具８０Ｋ，８０Ｌが設けられている。

右サイドフレーム８２は、例えば断面Ｄ形状のパイプ材を用いて形成されており、スイングブラケット８０Ｆの右側に接合され左右方向に延在する直線状の前枠８２Ａと、この前枠８２Ａの端部に継手８２Ｂを介して連結された円弧状の曲げ枠８２Ｃとを有している。曲げ枠８２Ｃは、中間部が張出ビーム８２Ｄを介して底板８０Ａに連結され、後端部が連結金具８２Ｅを介して底板８０Ａに連結されている。

また、曲げ枠８２Ｃと右の前縦板８０Ｄとの間には、張出ビーム８２Ｄの前側に位置して取付板８２Ｆが接合され、曲げ枠８２Ｃと右の後縦板８０Ｅとの間には、張出ビーム８２Ｄの後側に位置して取付板８２Ｇが接合されている。取付板８２Ｆ，８２Ｇは、スイング用油圧シリンダ２４ｇの配置スペースを確保するために、クランク状に屈曲されている。

左サイドフレーム８１は、右サイドフレーム８２と同様、例えば断面Ｄ形状のパイプ材を用いて形成されており、スイングブラケット８０Ｆの左側に接合され左右方向に延在する直線状の前枠８１Ａと、この前枠８１Ａの端部に継手８１Ｂを介して連結された円弧状の曲げ枠８１Ｃとを有している。曲げ枠８１Ｃは、中間部が張出ビーム８１Ｄ及び横板８０Ｇを介して底板８０Ａに連結され、後端部が連結金具８１Ｅを介して底板８０Ａに連結されている。

また、左サイドフレーム８２における継手８２Ｂの近傍には脚板８１Ｆが立設され、スイングブラケット８０Ｆの上部には取付座８０Ｍが設けられている。そして、脚板８２Ｆ及び取付座８０Ｍで支持され左右方向に延在する前支持板８１Ｇが設けられている。この前支持板８１Ｇは、後述するヒンジ機構８３（図１２参照）を介し運転室ユニット６２の前部を回動可能に支持している。

図１１は、運転室ユニット６２の構造を表す斜視図である。図１２は、運転室ユニット６２を構成するフロア部材の構造を表す斜視図である。

これら図１１及び図１２、並びに前述の図７及び図８において、運転室ユニット６２は、旋回フレーム６１上に前側を支点として傾転可能に設けたフロア部材６５と、このフロア部材６５上に設けた運転席６６と、この運転席６６の前側に設けられ、下部走行体５０の走行を指示する操作装置２５と、運転席６６の左側に設けられ、上部旋回体６０の旋回及びアーム７３の回動を指示する十字操作式の操作装置２６ａと、運転席６６の右側に設けられ、バケット７４の回動及びブーム７２の回動を指示する十字操作式の操作装置２６ｂと、運転席６６の右側に設けたスイッチボックス６７と、運転席６６等の上方を覆う例えば２柱キャノピ６８とを備えている。

フロア部材６５は、大別して、運転者の足場となる床板８４と、この床板８４の後部から立上げられ後側に張出した運転席台座８５と、この床板８４の右側に立上げた右側面板８６とを有している。右側面板８６の上部には、後述する傾転保持機構９１の移動部材９６（図１４参照）を取付けるためのスリーブ８６Ａが設けられている。

床板８４の前部は、走行用の操作装置２５等を取付けるためのレバー・ペダル取付部８４Ａとなっている。また、床板８４の前端部と上述した旋回フレーム６１の前支持板８１Ｇとの間に左右のヒンジ機構８３が設けられている。ヒンジ機構８３は、旋回フレーム６１の前支持板８１Ｇに取付けられたブラケット８３Ａと、床板８４の前端部に設けられたブラケット８３Ｂと、これらブラケット８３Ａ及び８３Ｂを回動可能に連結する連結ピン８３Ｃと、ブラケット８３Ａと連結ピンとの間に挿入されたゴム（図示せず）とで構成されている。

運転席台座８５は、床板８４の後部から垂直に立上げた立上げ板部８５Ａと、この立上げ板部８５Ａの上部から後側に延在する座席支持板部８５Ｂと、この座席支持板部８５Ｂの後部から後方に傾斜するように立上げた背板部８５Ｃと、座席支持板部８５Ｂ及び背板部８５Ｃの右側に位置するボックス取付板部８５Ｄと、背板部８５Ｃ及びボックス取付板部８５Ｄの上部から後側に延在する建屋取付板部８５Ｅとを有している。運転席台座８５の立上げ板部８５Ａには前部台座１１１が取付けられ、この前部台座１１１及び運転席台座８５の座席支持板部８５Ｂに運転席６６が設置されている。また、運転席台座８５のボックス取付部８５Ｄにはスイッチボックス６７が取付けられている。また、運転席台座８５の建屋取付板部８５Ｅには２柱キャノピ６８がボルト等を用いて取付けられている。

そして、フロア部材６５（すなわち、運転室ユニット６２）は前側のヒンジ機構８３を介し傾転可能としており、前述の図７に示すようにフロア部材６５（すなわち、運転室ユニット６２）の後部が下げられた（チルトダウン）状態では、その後部（詳細には、建屋取付板部８５Ｅ）がサポート部材６９等で支持されるようになっている。図１３は、サポート部材６９の構造を表す斜視図である。

図１３において、サポート部材６９は、左右方向に延在する角筒形状の台座８７と、この台座８７を支持する左前支柱８８Ａ、左後支柱８８Ｂ、右前支柱８８Ｃ、及び右後支柱８８Ｄとで構成されている。このサポート部材６９の支柱８８Ａ〜８８Ｄは、旋回フレーム６１上に配置されたエンジン１１を跨ぐように屈曲されて、旋回フレーム６１上に取付けられている（後述の図１７〜図１９等参照）。詳細には、左前支柱８８Ａ及び右前支柱８８Ｃの下端部が旋回フレーム６１の横板８０Ｇの前面側にボルト等を用いて取付けられ、左後支柱８８Ｂの下端部が旋回フレーム６１の連結金具８１Ｅの前面側にボルト等を用いて取付けられ、右後支柱８８Ｄの下端部が旋回フレーム６１の支持金具８０Ｊの前面側にボルト等を用いて取付けられている。

また、サポート部材６８の台座８７上には、左右方向に延在する載置台８９（後述の図１９参照）が２つの防振マウントを介し取付けられている。そして、チルトダウン状態の運転室ユニット６２の後部（詳細には、上述したフロア部材６５の建屋取付板部８５Ｅ）が載置台８９上で支持され、さらにボルト等を用いて載置台８９に着脱可能に固定されるようになっている。なお、チルトダウン状態の運転室ユニット６２の後部とカウンタウェイト６３の上部との隙間を塞ぐように、サポート部材６８の台座８７の後側には断面Ｌ字状の金具（図示せず）を介しプレートカバー９０（後述の図１６参照）が取付けられている。

また、サポート部材６８の右前支柱８８Ｃの傾斜面部８８Ｃ１には、運転室ユニット６２のチルトアップ状態を保持するための傾転保持機構９１がボルト等を用いて取付けられている。図１４は、傾転保持機構９１の構造を表す斜視図である。

図１４において、傾転保持機構９１は、サポート部材６９の右前支柱８８Ｃの傾斜面部８８Ｃ１に取付けたブラケット９２と、このブラケット９２に連結ピン９３を介し回動可能に設けられたガイドレール９４と、このガイドレール９４に回転可能に設けられたねじ軸９５と、このねじ軸９５に螺合された移動部材９６とで構成されている。

ガイドレール９４は、ブラケット９２に連結ピン９３を介し回動可能に接続された基端部９４Ａと、この基端部９４Ａから平行に延びた一対のレール部９４Ｂと、これら一対のレール部９４Ｂの先端側を連結した先端部９４Ｃとで構成されている。

ねじ軸９５は、ガイドレール９４のレール部９４Ｂの間隙に配置され、その先端側はガイドレール９４の先端部９４Ｃを貫通しつつ、先端部９４Ｃに設けたスラスト軸受（図示せず）によって回転可能に支持されており、基端側はガイドレール９４の基端部９４Ａより所定の間隔だけ離れて自由端としている。また、ガイドレール９４の先端部９４Ｃより突出したねじ軸９５の先端部には、例えば六角形状の工具連結部９５Ａが接合されている。

移動部材９６は、ガイドレール９４のレール部９４Ｂの間隙より小さい径寸法の円柱状軸体９６Ａと、レール部９４Ｂの間隙より大きい径寸法の鍔部９６Ｂとで構成されている。移動部材９６の軸体９６Ａには、径方向に貫通したねじ穴が形成されており、このねじ穴にねじ軸９５が螺合されている。また、移動部材９６の軸体９６Ａの端部がフロア部材６５のスリーブ６６Ａに回動可能に挿通され、ボルトで抜止めされている。

そして、例えばねじ軸９５の工具連結部９５Ａにレンチ等の工具を連結し、この工具を用いてねじ軸９５を回転させると、移動部材９６がガイドレール９４のレール部９４Ｂで案内されながらねじ軸９５の軸方向に移動し、この移動部材９５の移動量に応じてフロア部材６５（すなわち、運転室ユニット６２）を任意の傾転角度に傾転させるとともに、その状態を保持するようになっている（図１５参照）。

次に、本実施形態の最も大きな特徴である旋回フレーム６１上の機器配置について説明する。

図１６は、本実施形態における旋回フレーム６１上のフロア部材６５の配置を示す平面図であり、図１７は、図１６からフロア部材６５、サポート部材６９、及び外装カバー６４等を取外して旋回フレーム６１上の機器配置を表す平面図である。図１８は、本実施形態における旋回フレーム６１上の機器配置を表す側面図（但し、便宜上、外装カバー６４を取外した状態を示す側面図）であり、図１９は、図１８中断面XIX−XIXによる後側断面図である。なお、図１７においては、サポート部材６９（詳細には、台座８７、左前支柱８８Ａ、左後支柱８８Ｂ、右前支柱８８Ｃ、及び右後支柱８８Ｄ）を二点鎖線で示している。また、図１８及び図１９においては、エンジン１１の出力軸１１ａ及び油圧ポンプ２１の入力軸２１ａの軸心位置を一点鎖線Ａで示し、発電・電動機３１の回転軸３１ａの軸心位置を一点鎖線Ｂで示している。

図１６〜図１９において、旋回フレーム６１上の後部であってフロア部材６５の運転席台座８５とカウンタウェイト６３との間にはエンジン室（機械室）が形成されており、このエンジン室にエンジン１１等が配置されている。すなわち、フロア部材６５の運転席台座８５がエンジン１１の前側及び上側を覆い、カウンタウェイト６３がエンジン１１の後側を覆うようになっている。

エンジン１１は、旋回フレーム６１上の後縦板８０Ｃ，８０Ｅの間に、左右方向に延在するように横置き状態で配置されている。エンジン１１の出力軸１１ａの右側端部は動力伝達機構（詳細には、プーリやファンベルト等）を介し冷却ファン１００の回転軸に接続されており、冷却ファン１００の右側（詳細には、旋回フレーム６１の取付板８２Ｇ上）にはラジエータ１０１やオイルクーラ１０２等が配置されている。ラジエータ１０１やオイルクーラ１０２等の前側（言い換えれば、フロア部材６５の右側）には燃料タンク１０３や作動油タンク１０４等が配置されている。図１７に示さないものの、フロア部材６５の床板８４の下側（詳細には、旋回フレーム６１の張出ビーム８１Ｄの前側に位置するアンダカバー上）には、コントロールバルブ２３が配置されている。

また、図１９及び前述の図１で示すように、エンジン１１の出力軸１１ａの左側端部は油圧ポンプ２１の入力軸２１ａと同軸接続され、これらエンジン１１の出力軸１１ａ及び油圧ポンプ２１の入力軸２１ａと発電・電動機３１の回転軸３１ａとがギヤ機構６を介し接続されており、このギア機構６を収納するギヤボックス１０５が設けられている。ギヤボックス１０５は、右側部分がエンジン１１に接続されるとともに、左側部分が油圧ポンプ２１及び発電・電動機３１を支持するように構成されている。すなわち、エンジン１１、油圧ポンプ２１、及び発電・電動機３１がギヤボックス１０５を介して一体的に構成されて、パワーユニットを構成している。

また、エンジン１１には前後方向に離間して２つの支持ブラケット１０６Ａ，１０６Ｂが設けられ、ギヤボックス１０５には前後方向に離間して２つの支持ブラケット１０６Ｃ，１０６Ｄが設けられている。支持ブラケット１０６Ａは防振マウント１０７を介し旋回フレーム６１のエンジン支持部８０Ｉに取付けられ、支持ブラケット１０６Ｂは防振マウント１０７を介し旋回フレーム６１の支持金具８０Ｊに取付けられている。また、支持ブラケット１０６Ｃは防振マウント１０７を介し旋回フレーム６１の支持金具８０Ｋに取り付けられ、支持ブラケット１０６Ｄは防振マウント１０７を介し旋回フレーム６１の支持金具８０Ｌに取付けられている。すなわち、パワーユニットは、支持ブラケット１０６Ａ〜１０６Ｄ及び防振マウント１０７を介し旋回フレーム６１上で支持されている。

そして、発電・電動機３１は、図１９に示すように最下部が油圧ポンプ２１の入力軸２１ａの軸心より上側に位置しかつ後方から見た場合に油圧ポンプ２１とオーバーラップしないような鉛直方向位置に、図１７に示すように上方から見た場合に油圧ポンプ２１とオーバーラップするような水平方向位置に配置されている。なお、発電・電動機３１は、油圧ポンプ２１及びこれに接続された吸入側油圧配管１０８（詳細には、作動油タンク１０４からの油圧配管）及び吐出側油圧配管１０９（詳細には、コントロールバルブ２３への油圧配管）、ギヤボックス１０５の支持ブラケット１０６Ｃ，１０６Ｄ及び防振マウント１０７、並びにサポート部材６９と干渉しないように配置されている。

以上のように構成された本実施形態の作用効果を、比較例を用いながら説明する。

図２０は、比較例のエンジン式ミニショベルにおける旋回フレーム６１上の機器配置を表す平面図（但し、便宜上、排気マフラ１１０Ｂの図示を省略した平面図）であり、前述の図１７に対応する。図２１は、比較例のエンジン式ミニショベルにおける旋回フレーム６１上の機器配置を表す後側断面図であり、前述の図１９に対応する。

エンジン式ミニショベルでは、油圧ポンプ２１の上側のスペースの一部が排気マフラ１１０Ｂの配置スペースとなっており、残りの一部がデッドスペースとなっている。これに対し、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルでは、油圧ポンプ２１の上側のスペースを有効利用して発電・電動機３１を配置している。特に、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルでは、発電・電動機３１が油圧ポンプ２１をアシスト駆動することから、エンジン式ミニショベルと比べ、エンジン１１の出力馬力を小さくしてエンジン１１及びその補器（例えば排気マフラ１１０Ａ等）を小型化している。これにより、ギヤボックス１０５の配置スペースを確保することができる。また、排気マフラ１１０Ａの小型化及び配置変更により、油圧ポンプ２１の上側のスペース、すなわち発電・電動機３１の配置スペースを確実に確保することができる。

したがって、後方超小旋回型のエンジン式ミニショベルをベースとしてハイブリッド化する場合に、旋回フレーム６１上の他の機器（詳細には、ラジエータ１０１、オイルクーラ１０２、燃料タンク１０３、及び作動油タンク１０４など）の配置を同じとすることができる。また、パワーユニットに関しても、エンジン式ミニショベルと同様、油圧ポンプ２１の配置を同じとすることができ、油圧ポンプ２１に接続される油圧配管１０８，１０９を共通化することができる。

また、エンジン式ミニショベルでは、支持ブラケット１０６Ａ〜１０６Ｄをエンジン１１のみに設けている。そして、エンジン１１及び油圧ポンプ２１が一体的に構成されたパワーユニットは、支持ブラケット１０６Ａ〜１０６Ｄ及び防振マウント１０７を介し旋回フレーム６１上で支持されている。一方、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルでは、エンジン１１の出力馬力を小さくしてエンジン１１を小型化している。そのため、仮に、支持ブラケット１０６Ａ〜１０６Ｄをエンジン１１のみに設けると、支持ブラケット１０６Ａ〜１０６Ｄの配置（すなわち、パワーユニットの支持位置）がエンジン式ミニショベルとは異なってしまう。そこで、支持ブラケット１０６Ａ，１０６Ｂをエンジン１１に設け、支持ブラケット１０６Ｃ，１０６Ｄをギヤボックス１０５に設けることにより、パワーユニットの支持位置をエンジン式ミニショベルと同じにすることができ、旋回フレーム６１の共通化を図ることができる。その結果、開発コストや製造コストを低減するばかりか、既存のエンジン式ミニショベルからの改造を容易に行うことができる。

以上のようにして、本実施形態のハイブリッド式ミニショベルは、後方超小旋回型のエンジン式ミニショベルをベースとしてハイブリッド化を容易に行うことができる。

なお、上記一実施形態においては、パワーユニットの支持位置をエンジン式ミニショベルと同じにする場合を例にとって説明したが、これに限られず、パワーユニットの支持位置をエンジン式ミニショベルと異なるようにしてもよい。また、上記一実施形態においては、エンジン式ミニショベルと比べ、エンジンの出力馬力を小さくしてエンジン１１及びその補器（例えば排気マフラ１１０Ａ等）を小型化する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、ギヤボックス１０５や発電・電動機３１の配置スペースを確保できれば、エンジン１１の出力馬力を同じとしてもよい。

なお、以上においては、本発明の適用対象として後方超小旋回型のミニショベルを例にとって説明したが、これに限られず、超小旋回型のミニショベルに適用してもよい。また、後方超小旋回型や超小旋回型の油圧ショベルに限られず、後方超小旋回型や超小旋回型の油圧クレーン等に適用してもよい。

６ ギヤ機構
１１ エンジン
１１ａ 出力軸
２１ 油圧ポンプ
２１ａ 入力軸
２４ａ 走行用油圧モータ
２４ｂ 走行用油圧モータ
２４ｃ ブーム用油圧シリンダ
２４ｄ アーム用油圧シリンダ
２４ｅ バケット用油圧シリンダ
２４ｆ 旋回用油圧モータ
２４ｇ スイング用油圧シリンダ
２４ｈ ブレード用油圧シリンダ
２５ 走行用の操作装置
３１ 発電・電動機
３１ａ 回転軸
３３ バッテリ（蓄電装置）
４１ 走行速度切換スイッチ
４６ 車体コントローラ（制御装置）
５０ 下部走行体
６０ 上部旋回体
６１ 旋回フレーム
６３ カウンタウェイト
６５ フロア部材
６９ サポート部材
７１ フロント作業機
８４ 床板
８５ 運転席支持台
１０５ ギヤボックス
１０６Ａ〜１０６Ｄ 支持ブラケット

Claims (4)

1. 下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、前記上部旋回体に俯仰可能に設けた作業機と、走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、エンジンと、入力軸が前記エンジンの出力軸と同軸接続され、前記複数の油圧アクチュエータへ圧油を供給する油圧ポンプと、回転軸がギヤ機構を介し前記エンジンの出力軸及び前記油圧ポンプの入力軸に接続された発電・電動機と、前記発電・電動機に対し電力の授受を行う蓄電装置とを備え、
   前記上部旋回体は、その下部基礎構造をなす旋回フレームと、前記旋回フレーム上の後端に設けられ、前記旋回フレーム上に配置された前記エンジンの後側を覆うカウンタウェイトと、前記旋回フレーム上に設けられ、運転者の足場となる床板及び前記床板の後部から立上げられ後側に張出して前記エンジンの前側及び上側を覆う運転席台座を有するフロア部材と、前記旋回フレーム上に前記エンジン等を跨ぐように設けられ、前記フロア部材の後部を支持するサポート部材とを備えた後方超小旋回型若しくは超小旋回型のハイブリッド式建設機械であって、
   前記発電・電動機は、最下部が前記油圧ポンプの入力軸の軸心より上側に位置するような鉛直方向位置に、上方から見た場合に前記油圧ポンプとオーバーラップするような水平方向位置に配置したことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
2. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記走行用油圧モータを低速大容量モードと高速小容量モードに切換え指示可能な走行速度切換スイッチと、
   前記走行速度切換スイッチで高速小容量モードが指示され且つ走行用の操作装置が操作された運転状態である走行高速時に、前記蓄電装置からの電力により前記発電・電動機を駆動して電動機として作動させ、前記エンジンの出力トルク不足分を補うように制御する制御装置とを備え、
   前記エンジンの出力馬力は、前記走行高速時に前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定としたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
3. 請求項２記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記エンジンに取付けられて、前記ギヤ機構を収納するととともに、前記油圧ポンプ及び前記発電・電動機を支持するギヤボックスを備え、
   複数の支持ブラケットを前記エンジン及び前記ギヤボックスに設け、
   前記ギヤボックスを介して前記エンジン、前記油圧ポンプ、及び前記発電・電動機が一体的に構成されたパワーユニットは、前記複数の支持ブラケットを介し前記旋回フレーム上に取付けたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
4. 請求項３記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記発電・電動機は、前記ギヤボックスに設けた前記支持ブラケット等と干渉しないよう、後方から見た場合に前記油圧ポンプとオーバーラップしないような鉛直方向位置に配置したことを特徴とするハイブリッド式建設機械。

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