JP5985222B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、ブーム等の作業体の位置エネルギを流体圧エネルギに変換して回収し、回収した流体圧エネルギを作業体の駆動に利用できるようにするアキュムレータを備える作業機械に関する。

従来、ブームの位置エネルギを油圧エネルギに変換して回収し、回収した油圧エネルギをアシストシリンダによるブームの駆動に利用できるようにするアキュムレータを備えた位置エネルギ回収・再生装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この位置エネルギ回収・再生装置は、ブームの上げ操作時に、アシストシリンダに関するモーメントアーム特性がブームシリンダに関するモーメントアーム特性に対して遅れ位相で追随するように、アシストシリンダの取り付け位置を決定している。この構成により、位置エネルギ回収・再生装置は、アシストシリンダを用いたブームの上げ操作時に、ブーム上げ速度が著しく変化するのを防止し、操作性を改善することができるとしている。

特開２００４−１１５２４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようにアシストシリンダの取り付け位置を工夫するだけでは、ブームの上げ操作時におけるアシストシリンダの駆動力の調整が不十分であり、ブームの操作性を十分に改善することもできない。

上述の点に鑑み、本発明は、アキュムレータ及びアシストシリンダをより柔軟に制御可能な流体圧増減圧機を備えた作業機械を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る作業機械は、作業体を駆動するメインシリンダと、前記メインシリンダを補助するアシストシリンダと、前記作業体の位置エネルギを流体圧エネルギとして回収し、且つ、回収した流体圧エネルギを前記アシストシリンダの駆動に利用できるようにするアキュムレータと、１つの流体圧シリンダ又は複数の連動する流体圧シリンダにおける複数の圧力室から、少なくとも１つの入力用圧力室と、少なくとも１つの出力用圧力室とを選択する制御装置と、前記入力用圧力室と前記アキュムレータとを連通させ、且つ、前記出力用圧力室と前記アシストシリンダとを連通させる流れ制御弁とを備える流体圧増減圧機とを備え、前記入力用圧力室には、前記アキュムレータにおける作動油の圧力が入力圧として適用され、前記出力用圧力室では、出力圧として、前記入力圧より高い圧力、及び、前記入力圧より低い圧力が選択的に生成され、前記出力圧が前記アシストシリンダに適用される。

上述の手段により、本発明は、アキュムレータ及びアシストシリンダをより柔軟に制御可能な流体圧増減圧機を備えた作業機械を提供することができる。

本発明の実施例に係る油圧増減圧機の構成例を示す油圧回路図である。 図１の油圧回路図の動作状態を示す図（その１）である。 図１の油圧回路図の動作状態を示す図（その２）である。 図１の油圧回路図の動作状態を示す図（その３）である。 本発明の実施例に係る油圧増減圧機の別の構成例を示す油圧回路図である。 本発明の実施例に係る油圧増減圧機のさらに別の構成例を示す油圧回路図である。 図１の油圧増減圧機が実現可能な圧力変換比を説明する図である。 圧力変換比の分布を説明する図である。 本発明の実施例に係る油圧増減圧機における油圧アクチュエータの各圧力室の受圧面積の間の関係を説明する図である。 油圧アクチュエータの別の構成例を示す断面図である。 本発明の実施例に係るショベルの概略側面図である。 図１１のショベルに搭載される油圧増減圧機の油圧回路図である。 段決定処理の流れを示すフローチャートである。 アシストシリンダのストローク量と、油圧増減圧機の入力圧及び出力圧と、油圧増減圧機の採用段との間の対応関係を示す図（その１）である。 アシストシリンダのストローク量と、油圧増減圧機の入力圧及び出力圧と、油圧増減圧機の採用段との間の対応関係を示す図（その２）である。 アシストシリンダのストローク量と、油圧増減圧機の入力圧及び出力圧と、油圧増減圧機の採用段との間の対応関係を示す図（その３）である。 アシストシリンダを含むブームシリンダの断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る油圧増減圧機１００を示す油圧回路図である。油圧増減圧機１００は、主に、油圧シリンダ１、２と、ピストンロッド３と、３つの近接センサ４Ｃ、４Ｌ、４Ｒと、制御装置５と、流れ制御弁６Ｈ、６Ｒ、７Ｒ、７Ｈと、入出力直結切換弁８とを備える。なお、以下では、油圧シリンダ１、２、及びピストンロッド３の組み合わせを油圧アクチュエータと称する。

油圧シリンダ１は、流体圧シリンダの１例であり、円柱状のヘッド側圧力室１Ｈと円筒状のロッド側圧力室１Ｒとを隔てる円柱状のピストン１Ｐを有する。同様に、油圧シリンダ２は、流体圧シリンダの１例であり、円柱状のヘッド側圧力室２Ｈと円筒状のロッド側圧力室２Ｒとを隔てる円柱状のピストン２Ｐを有する。油圧シリンダ１のピストン１Ｐと油圧シリンダ２のピストン２Ｐとは、ピストンロッド３を介して連結され、油圧シリンダ１及び油圧シリンダ２のそれぞれの内部を一体的に摺動する。

本実施例では、油圧シリンダ１のシリンダ内径は、油圧シリンダ２のシリンダ内径よりも小さい。また、ピストンロッド３のロッド径は、ピストン１Ｐとの連結部からピストン２Ｐとの連結部にわたって一定である。ロッド径を一定にすることは、油圧シリンダ１と油圧シリンダ２との間の距離を短縮する効果がある。ピストンロッド３の一部を油圧シリンダ１内にも油圧シリンダ２内にも進入させることができるためである。なお、ピストンロッド３のロッド径は、ピストン１Ｐとの連結部とピストン２Ｐとの連結部とで異なるものであってもよい。ロッド径を異ならせることは、ロッド側圧力室１Ｒ、２Ｒの受圧面積をより柔軟に設定できるようにする効果がある。

近接センサ４Ｌは、油圧シリンダ１のヘッド側圧力室１Ｈの体積が許容最小値になったことを検出するためのセンサである。具体的には、油圧シリンダ１のヘッド側圧力室１Ｈ側の端部に設置される近接センサ４Ｌは、ピストン１Ｐが所定距離範囲内に接近したことを検出することによって、ピストン１Ｐが油圧シリンダ１の一端に達したことを検出する。近接センサ４Ｒは、油圧シリンダ２のヘッド側圧力室２Ｈの体積が許容最小値になったことを検出するためのセンサである。具体的には、油圧シリンダ２のヘッド側圧力室２Ｈ側の端部に設置される近接センサ４Ｒは、ピストン２Ｐが所定距離範囲内に接近したことを検出することによって、ピストン２Ｐが油圧シリンダ２の一端に達したことを検出する。近接センサ４Ｃは、ピストン１Ｐの位置が油圧シリンダ１のストローク中央位置から見て油圧シリンダ１のヘッド側圧力室１Ｈの側にあり、ピストン２Ｐの位置が油圧シリンダ２のストローク中央位置から見て油圧シリンダ２のロッド側圧力室２Ｒの側にあるのか、或いは、ピストン１Ｐの位置が油圧シリンダ１のストローク中央位置から見て油圧シリンダ１のロッド側圧力室１Ｒの側にあり、ピストン２Ｐの位置が油圧シリンダ２のストローク中央位置から見て油圧シリンダ２のヘッド側圧力室２Ｈの側にあるのかを検出するためのセンサである。具体的には、油圧シリンダ１と油圧シリンダ２との間に設置される近接センサ４Ｃは、ピストンロッド３の所定位置にある部材が所定距離範囲内に接近したことを検出することによって、ピストン１Ｐが油圧シリンダ１のストローク中央位置から見て何れの側にあり、ピストン２Ｐが油圧シリンダ２のストローク中央位置から見て何れの側にあるのかを検出する。

なお、油圧増減圧機１００は、３つの近接センサ４Ｌ、４Ｒ、４Ｃの代わりに、ピストンロッド３の位置を継続的に測定可能な１つのポテンショメータを採用してもよい。

制御装置５は、油圧増減圧機１００の動きを制御するための装置であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータである。具体的には、制御装置５は、所望の出力圧に応じて、流れ制御弁６Ｈ、６Ｒ、７Ｒ、７Ｈ、及び、入出力直結切換弁８の動きを制御する。所望の出力圧は、作動油の供給先に応じて決定され、例えば、図示しない入力装置を介した操作者の入力に応じて決定される。また、制御装置５は、近接センサ４Ｌ、４Ｒ、４Ｃの出力に基づいて流れ制御弁６Ｈ、６Ｒ、７Ｒ、７Ｈの動きを制御する。ピストン１Ｐ、２Ｐ、及びピストンロッド３を往復動させながら、所望の出力圧を供給先に継続的に供給できるようにするためである。

流れ制御弁６Ｈは、油圧シリンダ１のヘッド側圧力室１Ｈに流出入する作動油の流れを制御するための弁である。流れ制御弁６Ｒは、油圧シリンダ１のロッド側圧力室１Ｒに流出入する作動油の流れを制御するための弁である。流れ制御弁７Ｒは、油圧シリンダ２のロッド側圧力室２Ｒに流出入する作動油の流れを制御するための弁である。流れ制御弁７Ｈは、油圧シリンダ２のヘッド側圧力室２Ｈに流出入する作動油の流れを制御するための弁である。

具体的には、流れ制御弁６Ｈは、管路Ｃ１１と管路Ｃ１とを通じて、入力としての作動油の供給源ＳＲに接続され、管路Ｃ２１と管路Ｃ２とを通じて、出力としての作動油の供給先ＳＤに接続され、管路Ｃ３１と管路Ｃ３とを通じて作動油タンクに接続される。また、流れ制御弁６Ｈは、管路Ｃ１Ｈを通じて油圧シリンダ１のヘッド側圧力室１Ｈに接続される。流れ制御弁６Ｒは、管路Ｃ１２と管路Ｃ１とを通じて供給源ＳＲに接続され、管路Ｃ２２と管路Ｃ２とを通じて供給先ＳＤに接続され、管路Ｃ３２と管路Ｃ３とを通じて作動油タンクに接続される。また、流れ制御弁６Ｒは、管路Ｃ１Ｒを通じて油圧シリンダ１のロッド側圧力室１Ｒに接続される。流れ制御弁７Ｒは、管路Ｃ１３と管路Ｃ１とを通じて供給源ＳＲに接続され、管路Ｃ２３と管路Ｃ２とを通じて供給先ＳＤに接続され、管路Ｃ３３と管路Ｃ３とを通じて作動油タンクに接続される。また、流れ制御弁７Ｒは、管路Ｃ２Ｒを通じて油圧シリンダ２のロッド側圧力室２Ｒに接続される。流れ制御弁７Ｈは、管路Ｃ１４と管路Ｃ１とを通じて供給源ＳＲに接続され、管路Ｃ２４と管路Ｃ２とを通じて供給先ＳＤに接続され、管路Ｃ３４と管路Ｃ３とを通じて作動油タンクに接続される。また、流れ制御弁７Ｈは、管路Ｃ２Ｈを通じて油圧シリンダ２のヘッド側圧力室２Ｈに接続される。

入出力直結切換弁８は、油圧増減圧機１００の入力と出力を直結させるか否かを切り換える弁である。

具体的には、入出力直結切換弁８は、管路Ｃ２５及び管路Ｃ１を通じて供給源ＳＲに接続され、管路Ｃ２６及び管路Ｃ２を通じて供給先ＳＤに接続される。なお、油圧増減圧機１００は、入出力直結切換弁８を省略してもよい。

次に、図２及び図３を参照しながら、油圧増減圧機１００の動きについて説明する。なお、図２は、矢印ＡＲ１で示す方向にピストンロッド３を移動させながら、所定の増圧比で入力圧より高い出力圧を供給先ＳＤに供給する状態を示す図である。また、図３は、矢印ＡＲ２で示す方向にピストンロッド３を移動させながら、図２の場合と同じ所定の増圧比で入力圧より高い出力圧を供給先ＳＤに供給する状態を示す図である。

図２において、油圧増減圧機１００の制御装置５は、流れ制御弁６Ｒに対して制御信号を送信し、管路Ｃ１Ｒと管路Ｃ３２とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁７Ｒに対して制御信号を送信し、管路Ｃ２Ｒと管路Ｃ３３とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁７Ｈに対して制御信号を送信し、管路Ｃ２Ｈと管路Ｃ１４とを連通させる。なお、制御装置５は、管路Ｃ１Ｈと管路Ｃ２１とを連通させるために、流れ制御弁６Ｈに対しては制御信号を送信しない。

その結果、図２の黒い太線で示すように、供給源ＳＲからの作動油は、管路Ｃ１、Ｃ１４、及びＣ２Ｈを通ってヘッド側圧力室２Ｈに流入し、所定の入力圧でピストン２Ｐを矢印ＡＲ１で示す方向に押す。すると、ヘッド側圧力室１Ｈ内の作動油は、所定の増圧比で入力圧より高い出力圧を発生させ、管路Ｃ１Ｈ、Ｃ２１、及びＣ２を通って供給先ＳＤに至る。この場合、ヘッド側圧力室２Ｈが入力用圧力室となり、ヘッド側圧力室１Ｈが出力用圧力室となる。

なお、所定の増圧比は、ピストン２Ｐの受圧面積に対するピストン１Ｐの受圧面積の比に対応する。この場合、ピストン２Ｐの受圧面積は、ピストン２Ｐの円形表面の面積に対応し、ピストン１Ｐの受圧面積は、ピストン１Ｐの円形表面の面積に対応する。

また、ロッド側圧力室２Ｒ内の作動油の一部は、管路Ｃ２Ｒ、Ｃ３３、Ｃ３、Ｃ３２、及びＣ１Ｒを通ってロッド側圧力室１Ｒに流入する。ピストン１Ｐが矢印ＡＲ１の方向に移動し、ロッド側圧力室１Ｒの体積が増大することによって生じる作動油の不足を補うためである。なお、ロッド側圧力室２Ｒ内の作動油の残りの部分は、管路Ｃ２Ｒ、Ｃ３３、及びＣ３を通って作動油タンクに排出される。この場合、ロッド側圧力室１Ｒ及びロッド側圧力室２Ｒのそれぞれにおける作動油が出力圧に影響を与えることはない。

その後、ピストン１Ｐが油圧シリンダ１のヘッド側圧力室１Ｈ側の端部に達したことを近接センサ４Ｌが検出すると、制御装置５は、所望の出力圧の供給が継続されるよう、流れ制御弁６Ｈ、６Ｒ、７Ｒ、７Ｈの状態を図３に示す状態に切り換える。

図３において、油圧増減圧機１００の制御装置５は、流れ制御弁６Ｈに対して制御信号を送信し、管路Ｃ１Ｈと管路Ｃ３１とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁６Ｒに対する制御信号の送信を中止し、管路Ｃ１Ｒと管路Ｃ２２とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁７Ｒに対して制御信号を送信し、管路Ｃ２Ｒと管路Ｃ１３とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁７Ｈに対して制御信号を送信し、管路Ｃ２Ｈと管路Ｃ３４とを連通させる。

その結果、図３の黒い太線で示すように、供給源ＳＲからの作動油は、管路Ｃ１、Ｃ１３、及びＣ２Ｒを通ってロッド側圧力室２Ｒに流入し、図２の場合と同じ入力圧でピストン２Ｐを矢印ＡＲ２で示す方向に押す。すると、ロッド側圧力室１Ｒ内の作動油は、図２の場合と同等の所定の増圧比で入力圧より高い出力圧を発生させ、管路Ｃ１Ｒ、Ｃ２２、及びＣ２を通って供給先ＳＤに至る。この場合、ロッド側圧力室２Ｒが入力用圧力室となり、ロッド側圧力室１Ｒが出力用圧力室となる。

なお、所定の増圧比は、ピストン２Ｐの受圧面積に対するピストン１Ｐの受圧面積の比に対応する。この場合、ピストン２Ｐの受圧面積は、ピストン２Ｐの円形表面の面積からピストンロッド３の円形断面の面積を差し引いた面積（円環部分の面積）に対応する。また、ピストン１Ｐの受圧面積は、ピストン１Ｐの円形表面の面積からピストンロッド３の円形断面の面積を差し引いた面積（円環部分の面積）に対応する。これにより、図２の場合と同等の増圧比が実現される。

また、ヘッド側圧力室２Ｈ内の作動油の一部は、管路Ｃ２Ｈ、Ｃ３４、Ｃ３、Ｃ３１、及びＣ１Ｈを通ってヘッド側圧力室１Ｈに流入する。ピストン１Ｐが矢印ＡＲ２の方向に移動し、ヘッド側圧力室１Ｈの体積が増大することによって生じる作動油の不足を補うためである。なお、ヘッド側圧力室２Ｈ内の作動油の残りの部分は、管路Ｃ２Ｈ、Ｃ３４、及びＣ３を通って作動油タンクに排出される。この場合、ヘッド側圧力室１Ｈ及びヘッド側圧力室２Ｈのそれぞれにおける作動油が出力圧に影響を与えることはない。

その後、ピストン２Ｐが油圧シリンダ２のヘッド側圧力室２Ｈ側の端部に達したことを近接センサ４Ｒが検出すると、制御装置５は、所望の出力圧の供給が継続されるよう、流れ制御弁６Ｈ、６Ｒ、７Ｒ、７Ｈの状態を図２に示す状態に切り換える。

このように、油圧増減圧機１００は、図２に示す状態と図３に示す状態とを交互に繰り返しながら、所定の増圧比で入力圧より高い出力圧を継続的に供給先ＳＤに供給することができる。

また、油圧増減圧機１００は、矢印ＡＲ１で示す方向にピストンロッド３を移動させる際に、ヘッド側圧力室２Ｈを入力用圧力室とし、ヘッド側圧力室１Ｈを出力用圧力室とする。そして、矢印ＡＲ２で示す方向にピストンロッド３を移動させる際に、ロッド側圧力室２Ｒを入力用圧力室とし、ロッド側圧力室１Ｒを出力用圧力室とする。その結果、油圧増減圧機１００は、ピストンロッド３が何れの方向に移動する場合であっても、同等の増圧比で入力圧よりも高い出力圧を継続的に供給できるようにする。しかしながら、油圧増減圧機１００は、入力用圧力室及び出力用圧力室として１又は複数の別の圧力室を選択しながら、減圧となる比率を含む所定の圧力変換比で入力圧と異なる出力圧を継続的に供給できるようにしてもよい。

なお、制御装置５は、ピストン１Ｐ、２Ｐの移動を開始させる際には、ピストン１Ｐ、２Ｐの現在の位置情報を考慮し、ピストンストロークが大きく取れる方に先ずピストン１Ｐ、２Ｐの移動を開始させるようにする。

次に、図４を参照しながら、入出力直結切換弁８の動きについて説明する。なお、図４は、ピストンロッド３を移動させずに、供給源ＳＲの入力圧をそのまま出力圧として供給先ＳＤに供給する状態を示す図である。

図４において、制御装置５は、流れ制御弁６Ｈに対して制御信号を送信し、管路Ｃ１Ｈと管路Ｃ３１とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁６Ｒに対して制御信号を送信し、管路Ｃ１Ｒと管路Ｃ３２とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁７Ｒに対して制御信号を送信し、管路Ｃ２Ｒと管路Ｃ３３とを連通させる。また、制御装置５は、流れ制御弁７Ｈに対して制御信号を送信し、管路Ｃ２Ｈと管路Ｃ３４とを連通させる。これらの制御は、供給源ＳＲ又は供給先ＳＤからの作動油が、ヘッド側圧力室１Ｈ、２Ｈ、及び、ロッド側圧力室１Ｒ、２Ｒに流入しないようにするためである。

その上で、制御装置５は、入出力直結切換弁８に対して制御信号を送信し、管路Ｃ２５と管路Ｃ２６とを連通させることによって、管路Ｃ１と管路Ｃ２とを連通させる。

このように、油圧増減圧機１００は、供給源ＳＲの入力圧をそのまま出力圧として供給先ＳＤに供給することができる。

また、上述の実施例では、油圧増減圧機１００は、供給源ＳＲから供給先ＳＤに作動油が流れるようにし、入力圧（管路Ｃ１における圧力）の変化に応じて出力圧（管路Ｃ２における圧力）を変化させるが、供給先ＳＤから供給源ＳＲに作動油が流れるようにし、出力圧（管路Ｃ２における圧力）の変化に応じて入力圧（管路Ｃ１における圧力）を変化させてもよい。

次に、図５を参照しながら、油圧増減圧機の別の構成例１００Ａについて説明する。なお、図５は、油圧増減圧機１００Ａの構成例を示す油圧回路図であり、図１に対応する。

油圧増減圧機１００Ａは、流れ制御弁６Ｒを省略し、油圧シリンダ１のロッド側圧力室１Ｒを作動油タンクに直接接続した点で、図１の油圧増減圧機１００と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略しながら、相違部分を詳細に説明する。

図５に示すように、油圧シリンダ１のロッド側圧力室１Ｒは、管路Ｃ１Ｒ、Ｃ３２、及びＣ３を通じて常に作動油タンクに接続される。そのため、供給源ＳＲからの作動油がロッド側圧力室１Ｒに流入することはなく、ロッド側圧力室１Ｒ内の作動油が供給先ＳＤに至ることもない。

この構成により、油圧増減圧機１００Ａは、ロッド側圧力室１Ｒを入力用圧力室又は出力用圧力室として選択できないため、油圧増減圧機１００に比べ、実現可能な圧力変換比の数が少なくなる。しかしながら、油圧増減圧機１００Ａは、限られた数の圧力変換比を用いる場合には、油圧増減圧機１００よりも簡易な構成により、油圧増減圧機１００と同等の動きを実現させることができる。

なお、図５では、ロッド側圧力室１Ｒを常に作動油タンクに接続する構成が採用されるが、ロッド側圧力室１Ｒの代わりに、ヘッド側圧力室１Ｈ、２Ｈ、又はロッド側圧力室２Ｒの何れか一つを常に作動油タンクに接続する構成が採用されてもよい。

次に、図６を参照しながら、油圧増減圧機の別の構成例１００Ｂについて説明する。なお、図６は、油圧増減圧機１００Ｂの構成例を示す油圧回路図であり、図１に対応する。

油圧増減圧機１００Ｂは、流れ制御弁６Ｒを省略し、油圧シリンダ１のロッド側圧力室１Ｒを管路Ｃ２Ｒに直接接続した点で、図１の油圧増減圧機１００と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略しながら、相違部分を詳細に説明する。

図６に示すように、油圧シリンダ１のロッド側圧力室１Ｒは、管路Ｃ１Ｒ及びＣ２Ｒを通じて常にロッド側圧力室２Ｒに接続される。そのため、供給源ＳＲからの作動油が専らロッド側圧力室１Ｒに流入することはなく、供給源ＳＲからの作動油がロッド側圧力室１Ｒに流入する際には、必ずロッド側圧力室２Ｒにも供給源ＳＲからの作動油が流入する。また、ロッド側圧力室１Ｒ内の作動油が専ら供給先ＳＤに至ることもなく、ロッド側圧力室１Ｒ内の作動油が供給先ＳＤに至る際には、必ずロッド側圧力室２Ｒにもロッド側圧力室１Ｒからの作動油が流入する。

この構成により、油圧増減圧機１００Ｂは、ロッド側圧力室１Ｒを単独で入力用圧力室又は出力用圧力室として選択できないため、油圧増減圧機１００に比べ、実現可能な圧力変換比の数が少なくなる。しかしながら、油圧増減圧機１００Ｂは、限られた数の圧力変換比を用いる場合には、油圧増減圧機１００よりも簡易な構成により、油圧増減圧機１００と同等の動きを実現させることができる。

なお、図６では、ロッド側圧力室１Ｒを常にロッド側圧力室２Ｒに接続する構成が採用されるが、その代わりに、ロッド側圧力室１Ｒを常に１又は複数の別の圧力室に接続する構成が採用されてもよい。また、ロッド側圧力室１Ｒを常にロッド側圧力室２Ｒに接続する代わりに、ヘッド側圧力室１Ｈ、２Ｈ、又はロッド側圧力室２Ｒの何れか一つを常に１又は複数の別の圧力室に接続する構成が採用されてもよい。

次に、図７を参照しながら、油圧増減圧機１００が実現可能な圧力変換比について説明する。なお、図７（Ａ）は、図１に示す油圧増減圧機１００の油圧シリンダ１、２、及びピストンロッド３の拡大図であり、図７（Ｂ）は、油圧シリンダ１、２の詳細を示す仕様表である。また、図７（Ｃ）は、油圧増減圧機１００が実現可能な圧力変換比の詳細を示す表であり、図７（Ｄ）は、図７（Ｃ）における圧力変換比とその段の関係を示すグラフである。

図７（Ｂ）で示すように、ヘッド側圧力室１Ｈの受圧面積は、ロッド側圧力室１Ｒの受圧面積の約２．０倍である。また、ロッド側圧力室２Ｒの受圧面積は、ロッド側圧力室１Ｒの受圧面積の約１．７倍であり、ヘッド側圧力室２Ｈの受圧面積は、ロッド側圧力室１Ｒの受圧面積の約３．３倍である。なお、ロッド側圧力室１Ｒの受圧面積は、ヘッド側圧力室１Ｈの表面積からピストンロッド３の断面積を差し引いた面積（円環部分の面積）である。同様に、ロッド側圧力室２Ｒの受圧面積は、ヘッド側圧力室２Ｈの表面積からピストンロッド３の断面積を差し引いた面積（円環部分の面積）である。

このような条件の下、図７（Ｃ）に示すように、油圧増減圧機１００は、ピストン１Ｐ、２Ｐを左方向に移動させる場合に、−５段から５段まで０段を含め合計で１１段の圧力変換比を設定可能とする。同様に、油圧増減圧機１００は、ピストン１Ｐ、２Ｐを右方向に移動させる場合にも、−５段から５段まで０段を含め合計で１１段の圧力変換比を設定可能とする。なお、正値で示す段は増圧の際の段を表し、負値で示す段は減圧の際の段数を表し、０段は入出力を直結した際の段を表す。したがって、図７（Ｃ）は、油圧増減圧機１００が、左右の移動方向のそれぞれにおいて、増圧のための５つの段と、減圧のための５つの段と、入出力を直結するための１つの段とを有することを示す。

また、図７（Ｃ）は、例えば、ピストン移動方向が左の場合の−５段の圧力変換比（０．４９０）は、入力用圧力室にロッド側圧力室１Ｒが選択され、出力用圧力室にヘッド側圧力室１Ｈが選択された場合に実現されることを示す。また、図７（Ｃ）は、例えば、ピストン移動方向が右の場合の−５段の圧力変換比（０．５１０）は、入力用圧力室にロッド側圧力室２Ｒが選択され、出力用圧力室にヘッド側圧力室２Ｈが選択された場合に実現されることを示す。

また、図７（Ｃ）は、左右のピストン移動方向における対応する段のそれぞれの圧力変換比が同等になるという特性を示す。例えば、ピストン移動方向が左の場合の−３段の圧力変換比（０．７４５）は、ピストン移動方向が右の場合の対応する段である−３段の圧力変換比（０．７４６）と同等になる。この特性は、ピストン移動方向を左右で切り換えた場合であっても所望の出力圧が継続的に供給されることを確保する上で必要となる。

図７（Ｄ）は、左右のピストン移動方向における対応する段のそれぞれの圧力変換比が同等になるという特性をより分かり易く示すための図であり、実線の推移は、ピストン移動方向が右の場合の圧力変換比の推移を示し、点線の推移は、ピストン移動方向が左の場合の圧力変換比の推移を示す。図７（Ｄ）に示すように、左右のピストン移動方向における対応する段のそれぞれの圧力変換比は、同等であることを維持しながら、段が上がるにつれて増大するように設定される。

また、図７では、１１段という奇数の段数が設定されるが、偶数の段数が設定されてもよい。その場合、入出力を直結した際の段である０段を省略することによって偶数の段数が実現されてもよい。

次に、図８を参照しながら、圧力変換比の望ましい分布について説明する。なお、図８は、増圧のための３つの段と、減圧のための３つの段と、入出力を直結するための１つの段とを有する油圧増減圧機１００における圧力変換比の望ましい分布を説明するための図である。また、図８は、圧力変換比の望ましい分布として等差型及び等比型があることを示す。なお、圧力変換比の分布は、左右のピストン移動方向のそれぞれで同等の分布となるように設定される。

等差型は、隣り合う２つの段のそれぞれの圧力変換比の差が同等になるように圧力変換比を分布させる方式を意味し、圧力変換比の並びが等差数例を形成する。なお、図中の"ａ"は、公差に相当する。

また、等比型は、隣り合う２つの段のそれぞれの圧力変換比の比が同等になるように圧力変換比を分布させる方式を意味し、圧力変換比の並びが等比数例を形成する。なお、図中の"ｅ"は、公比に相当する。

等差型及び等比型の何れを採用する場合であっても、設計者は、最初に、最大圧力変換比と最小圧力変換比とを決定する。そして、設計者は、最大圧力変換比と最小圧力変換比との間に設定される段の数を決定した上で、公差ａ又は公比ｅを決定することによって、油圧増減圧機１００における圧力変換比の分布を決定する。

次に、図９を参照しながら、圧力変換比の並びを実現する上で必要とされる各圧力室の受圧面積の間の関係について説明する。

図９（Ａ）は、図１を用いて説明した、入力用圧力室又は出力用圧力室として採用され得る圧力室が４室ある場合（以下、「４室型」とする。）における、各圧力室の受圧面積の間の関係を示す。

４室型では、２つの油圧シリンダのうちヘッド側受圧面積が小さいほうの油圧シリンダのヘッド側受圧面積が、他方の油圧シリンダにおけるヘッド側受圧面積とロッド側受圧面積との差より大きくなるように、各圧力室の受圧面積が決定される。

具体的には、ヘッド側受圧面積が小さいほうの油圧シリンダ１のヘッド側受圧面積Ｓ_Ａが、油圧シリンダ２におけるヘッド側受圧面積Ｓ_Ｄとロッド側受圧面積Ｓ_Ｃとの差よりも大きくなるように、すなわち、Ｓ_Ａ＞（Ｓ_Ｄ−Ｓ_Ｃ）の関係が満たされるように、油圧シリンダ１、２のシリンダ内径、及びピストンロッド３のロッド径が決定される。

図９（Ｂ）は、図５を用いて説明した、入力用圧力室又は出力用圧力室として採用され得る圧力室が３室ある場合（以下、「３室型」とする。）における、各圧力室の受圧面積の間の関係を示す。

３室型では、ある方向にピストンを動かす際に入力用圧力室となる圧力室が２室（圧力室α及び圧力室γとする。）あり、その反対方向にピストンを動かす際に入力用圧力室となる圧力室が１室（圧力室δとする。）あるときに、圧力室αの受圧面積Ｓ_α、圧力室γの受圧面積Ｓ_γ、及び圧力室δの受圧面積Ｓ_δの関係がＳ_δ＞Ｓ_α且つＳ_δ＞Ｓ_γとなる。

具体的には、図９（Ｂ）において、右方向にピストン１Ｐ、２Ｐを動かす際に入力用圧力室となる油圧シリンダ１のヘッド側圧力室１Ｈ（圧力室αに相当）の受圧面積Ｓ_Ａ（受圧面積Ｓ_αに相当）及び油圧シリンダ２のロッド側圧力室２Ｒ（圧力室γに相当）の受圧面積Ｓ_Ｃ（受圧面積Ｓ_γに相当）の何れもが、出力用圧力室となる油圧シリンダ２のヘッド側圧力室２Ｈ（圧力室δに相当）のヘッド側受圧面積Ｓ_Ｄ（受圧面積Ｓ_δに相当）より小さくなるように、すなわち、Ｓ_Ｄ＞Ｓ_Ａ且つＳ_Ｄ＞Ｓ_Ｃの関係が満たされるように、油圧シリンダ１、２のシリンダ内径、及びピストンロッド３のロッド径が決定される。

図９（Ｃ）は、４室型において、図９（Ａ）のように２つの油圧シリンダの２つのロッド側圧力室を対向配置させる代わりに、２つのロッド側圧力室を並列配置した場合（以下、「２シリンダ並進型」とする。）における、各圧力室の受圧面積の間の関係を示す。なお、ピストン１Ｐとピストン２Ｐとはピストンロッド３ａを介して連結され、油圧シリンダ１、２のそれぞれの内部で、図の上下方向に一体的に並進する。

２シリンダ並進型では、２つの油圧シリンダのうちヘッド側受圧面積が小さいほうの油圧シリンダのロッド側受圧面積が、他方の油圧シリンダにおけるヘッド側受圧面積とロッド側受圧面積との差より大きくなるように、各圧力室の受圧面積が決定される。

具体的には、ヘッド側受圧面積が小さいほうの油圧シリンダ１のロッド側受圧面積Ｓ_Ｂが、油圧シリンダ２におけるヘッド側受圧面積Ｓ_Ｄとロッド側受圧面積Ｓ_Ｃとの差よりも大きくなるように、すなわち、Ｓ_Ｂ＞（Ｓ_Ｄ−Ｓ_Ｃ）の関係が満たされるように、油圧シリンダ１、２のシリンダ内径、及びピストンロッド３のロッド径が決定される。

次に、図１０を参照しながら、油圧アクチュエータの別の構成例について説明する。なお、図１０は、油圧アクチュエータの別の構成例を示す断面図である。

図１０（Ａ）は、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂのそれぞれにおける油圧アクチュエータである、油圧シリンダ１、２、及びピストンロッド３の組み合わせの代わりに採用され得る油圧シリンダ１ａの構成例を示す。

油圧シリンダ１ａは、流体圧シリンダの１例であり、３段円筒状の外形を有し、３段円柱状のピストン１Ｐａをその内部で図の左右方向に摺動可能に収容する。油圧シリンダ１ａの内壁とピストン１Ｐａとの間には４つの圧力室Ｐ１〜Ｐ４が形成され、４つの圧力室Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれは、流れ制御弁を介して供給源ＳＲ、供給先ＳＤ、及び作動油タンクのうちの１つに選択的に連通される。

同様に、図１０（Ｂ）は、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂのそれぞれにおける油圧アクチュエータの代わりに採用され得る油圧シリンダ１ｂの構成例を示す。

油圧シリンダ１ｂは、流体圧シリンダの１例であり、５段円筒状の外形を有し、５段円柱状のピストン１Ｐｂをその内部で図の左右方向に摺動可能に収容する。油圧シリンダ１ｂの内壁とピストン１Ｐｂとの間には６つの圧力室Ｐ１〜Ｐ６が形成され、６つの圧力室Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれは、流れ制御弁を介して供給源ＳＲ、供給先ＳＤ、及び作動油タンクのうちの１つに選択的に連通される。なお、流れ制御弁は、望ましくは、６つの圧力室Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれに対応するように６つ用意される。

同様に、図１０（Ｃ）は、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂのそれぞれにおける油圧アクチュエータの代わりに採用され得る油圧アクチュエータの構成例を示す。

図１０（Ｃ）の油圧アクチュエータは、３つの油圧シリンダ１ｃ１、１ｃ２、１ｃ３と、ピストンロッド３ｃとで構成される。

油圧シリンダ１ｃ１は、流体圧シリンダの１例であり、円柱状のヘッド側圧力室Ｐ１と円筒状のロッド側圧力室Ｐ２とを隔てる円柱状のピストン１Ｐｃ１を有する。また、油圧シリンダ１ｃ２は、流体圧シリンダの１例であり、円柱状のヘッド側圧力室Ｐ３と円筒状のロッド側圧力室Ｐ４とを隔てる円柱状のピストン１Ｐｃ２を有する。また、油圧シリンダ１ｃ３は、流体圧シリンダの１例であり、円柱状のヘッド側圧力室Ｐ５と円筒状のロッド側圧力室Ｐ６とを隔てる円柱状のピストン１Ｐｃ３を有する。

ピストン１Ｐｃ１、１Ｐｃ２、及び１Ｐｃ３は、ピストンロッド３ｃを介して互いに連結され、油圧シリンダ１ｃ１、１ｃ２、及び１ｃ３のそれぞれの内部を一体的に摺動する。６つの圧力室Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれは、流れ制御弁を介して供給源ＳＲ、供給先ＳＤ、及び作動油タンクのうちの１つに選択的に連通される。なお、流れ制御弁は、望ましくは、６つの圧力室Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれに対応するように６つ用意される。また、圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ５を共通の流れ制御弁で制御し、且つ、圧力室Ｐ２と圧力室Ｐ６を共通の流れ制御弁で制御してもよい。この場合、実質的に図９（Ｃ）に示す油圧増減圧機と等価な構成となる。

以上の構成により、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂは、１つの流体圧シリンダ又は複数の連動する流体圧シリンダにおける複数の圧力室から入力用圧力室及び出力用圧力室を切り替え可能に選択する。そして、制御装置５により流れ制御弁を制御し、選択した入力用圧力室と供給源ＳＲとを連通させ、且つ、選択した出力用圧力室と供給先ＳＤとを連通させる。その結果、出力圧として、入力圧より高い圧力、及び、入力圧より低い圧力を選択的に供給先ＳＤに継続的に供給することができる。また、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂは、油圧シリンダ１、２の使用により小型化が可能であり、また、減圧弁を用いて出力圧を調節する場合に比べ、エネルギ効率及び制御性を向上させることができる。

また、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂは、入出力直結切換弁により、入力圧に等しい出力圧を供給先ＳＤに継続的に供給することができる。

また、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂは、入力用圧力室として採用される少なくとも１つの圧力室と、出力用圧力室として採用される少なくとも１つの圧力室との組み合わせを複数用意する。これにより、複数段の圧力変換比を切り換え可能に用意できる。その結果、油圧増減圧機１００、１００Ａ、１００Ｂは、供給源ＳＲにおける圧力（入力圧）と、供給先ＳＤが必要とする圧力（出力圧）とが異なる場合にも、供給先ＳＤが必要とする出力圧を供給することができる。

次に、図１１を参照しながら、本発明の実施例に係る、油圧増減圧機１００が搭載される作業機械としてのショベル５０について説明する。なお、図１１は、ショベル５０の概略側面図である。

図１１に示すように、ショベル５０の下部走行体１１には、旋回機構１２を介して上部旋回体１３が搭載される。

上部旋回体１３には、ブーム１４が取り付けられ、ブーム１４の先端には、アーム１５が取り付けられ、アーム１５の先端には、バケット１６が取り付けられる。ブーム１４、アーム１５、及びバケット１６は、掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ１７、アームシリンダ１８、及びバケットシリンダ１９によりそれぞれ油圧駆動される。また、ブームシリンダ１７によるブーム１４の油圧駆動は、アシストシリンダ２０によって補助される。この場合、アシストシリンダ２０のアシスト対象であるブームシリンダ１７をメインシリンダと称する。なお、メインシリンダは、アームシリンダ１８等の他の油圧シリンダであってもよい。すなわち、アシストシリンダ２０は、アーム１５等の他の作業体の油圧駆動を補助してもよい。

また、上部旋回体１３には、その前部にキャビン１０が設けられ、その後部に駆動源としてのエンジン（図示せず。）が搭載される。また、上部旋回体１３には、エンジンによって駆動される油圧ポンプ（図示せず。）と、油圧ポンプが吐出する作動油の流れを制御するコントロールバルブ（図示せず。）が搭載される。コントロールバルブは、ブームシリンダ１７、アームシリンダ１８、バケットシリンダ１９等の各種油圧アクチュエータを流出入する作動油の流れを制御する。

さらに、上部旋回体１３には、ブーム１４の位置エネルギを油圧エネルギとして回収し、且つ、回収した油圧エネルギをアシストシリンダ２０の駆動に利用できるようにするアキュムレータ２１が搭載される。アキュムレータ２１は、油圧増減圧機１００を介してアシストシリンダ２０に接続される。具体的には、アキュムレータ２１は、ブーム１４の下降時にアシストシリンダ２０から流出する作動油を受け入れ、ブーム１４の上昇時にその受け入れた作動油をアシストシリンダ２０に向けて吐出する。

次に、図１２を参照しながら、ショベル５０に搭載される油圧増減圧機１００の動作について説明する。なお、図１２は、ショベル５０に搭載される油圧増減圧機１００の油圧回路図である。図１２の油圧回路図は、その大部分が図１の油圧回路図と共通するため、共通部分の説明を省略しながら相違部分を詳細に説明する。

図１２において、油圧増減圧機１００の入力には、入力圧の供給源としてのアキュムレータ２１が接続され、その出力には、出力圧の供給先としてのアシストシリンダ２０のヘッド側圧力室が減圧弁２５を介して接続される。なお、アシストシリンダ２０のロッド側圧力室は、管路Ｃ４及び管路Ｃ３を介して作動油タンクに接続される。また、アシストシリンダ２０のヘッド側圧力室は、ブーム１４が上昇する際にその体積が増大する圧力室であり、アシストシリンダ２０のロッド側圧力室は、ブーム１４が上昇する際にその体積が減少する圧力室である。

姿勢状態検出装置２２は、ショベル５０の姿勢状態を検出するための装置である。姿勢状態検出装置２２は、例えば、ブームシリンダ１７、アームシリンダ１８、バケットシリンダ１９、及びアシストシリンダ２０のそれぞれのストローク量（基準位置からの移動距離）を検出するシリンダストロークセンサを含み、その検出値を制御装置５に対して出力する。また、姿勢状態検出装置２２は、ショベル５０の水平面に対する傾斜度を検出する傾斜センサを含んでいてもよく、各種油圧シリンダ内の作動油の圧力を検出する圧力センサを含んでいてもよい。

アキュムレータ状態検出装置２３は、アキュムレータ２１の状態を検出するための装置であり、例えば、アキュムレータ２１における作動油の圧力を検出するための圧力センサであって、その検出値を制御装置５に対して出力する。

操作状態検出装置２４は、掘削アタッチメントの操作状態を検出するための装置である。操作状態検出装置２４は、例えば、各種作業体を操作するためのレバーの操作方向及び操作量を検出するレバー操作量検出装置であって、その検出結果を制御装置５に対して出力する。

減圧弁２５は、油圧増減圧機１００の出力圧を適宜減圧して下降時アシスト目標推力を調整するためのものであり、制御装置５によって制御される。なお、制御装置５は、アシストシリンダ２０のヘッド側圧力室の圧力を検出し、この検出値に基づいて減圧弁２５をフィードバック制御してもよい。また、減圧弁２５は、比例減圧弁であってもよい。

次に、図１３を参照しながら、ショベル５０に搭載される油圧増減圧機１００が、ブーム操作レバーの操作に応じて、圧力変換比の段を決定する処理（以下、「段決定処理」とする。）について説明する。なお、図１３は、段決定処理の流れを示すフローチャートであり、制御装置５は、ブーム操作レバーが操作されている場合に、この段決定処理を所定周期で繰り返し実行する。

最初に、制御装置５は、掘削アタッチメントの操作状態に関する情報を取得する（ステップＳ１）。具体的には、制御装置５は、操作状態検出装置２４の出力に基づいて、各種レバーの操作方向及び操作量を検出する。

その後、制御装置５は、ショベル５０の姿勢状態に関する情報を取得する（ステップＳ２）。具体的には、制御装置５は、姿勢状態検出装置２２の出力に基づいてショベル５０の水平面に対する傾き、及び、掘削アタッチメントの姿勢を検出する。

その後、制御装置５は、掘削アタッチメントの操作状態及びショベル５０の姿勢状態に基づいてアシスト目標推力を決定する（ステップＳ３）。具体的には、制御装置５は、ブーム操作レバーの操作方向、アーム１５やバケット１６の操作の有無、ブームシリンダ１７、アームシリンダ１８、及びバケットシリンダ１９のストローク量、ショベル５０の水平面に対する傾斜度等に基づいて、アシスト目標推力を決定する。

より具体的には、アーム１５やバケット１６が操作されておらず、且つ、ショベル５０が水平面上に位置する場合、掘削アタッチメントを下降させる際の下降時アシスト目標推力は、掘削アタッチメントを静止させるために必要な推力である負荷静止保持推力と同等の値に設定される。厳密には、負荷静止保持推力よりも僅かに低い値に設定される。また、掘削アタッチメントを上昇させる際の上昇時アシスト目標推力は、負荷静止保持推力を所定値だけ下回る値に設定される。なお、負荷静止保持推力は、掘削アタッチメントの姿勢等に応じて予め設定される値である。

その後、制御装置５は、アキュムレータ２１の状態に関する情報を取得する（ステップＳ４）。具体的には、制御装置５は、アキュムレータ状態検出装置２３の出力に基づいてアキュムレータ２１における作動油の圧力を取得する。

その後、制御装置５は、既に取得した掘削アタッチメントの操作状態に関する情報に基づいて掘削アタッチメントの操作方向を判定する（ステップＳ５）。具体的には、制御装置５は、例えば、ブーム操作レバーの操作方向を判定する。

ブーム操作レバーの操作方向、すなわち掘削アタッチメントの操作方向が上げ方向であると判定した場合（ステップＳ５の上げ方向）、制御装置５は、圧力変換比の段を表すパラメータＮの値を最低段（例えば、−４段である。）に設定する（ステップＳ６）。

その後、制御装置５は、圧力変換比をＮ段時の値とした場合に油圧増減圧機１００が供給可能な出力圧による推力を出力可能推力として算出し、その出力可能推力が上昇時アシスト目標推力を上回るか否かを判定する（ステップＳ７）。

なお、出力可能推力は、例えば、アキュムレータ２１における作動油の圧力に、Ｎ段時の圧力変換比とアシストシリンダ２０のヘッド側受圧面積を乗じた値として算出される。

出力可能推力が上昇時アシスト目標推力以下であると判定した場合（ステップＳ７のＮＯ）、制御装置５は、パラメータＮの値に値「１」を加算する（ステップＳ８）。その後、制御装置５は、ステップＳ７の処理を再び実行する。すなわち、出力可能推力を算出し直した上で、その算出し直した出力可能推力が上昇時アシスト目標推力を上回るか否かを判定する。

このように、制御装置５は、出力可能推力が上昇時アシスト目標推力を上回るまで段を１つずつ上げながらステップＳ７の処理を繰り返す。

出力可能推力が上昇時アシスト目標推力を上回ると判定した場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、制御装置５は、そのときのパラメータＮの値が示す段を、実際に採用する段として決定し（ステップＳ９）、Ｎ段時の圧力変換比で出力圧が生成されるように油圧増減圧機１００を動作させる。

一方、ブーム操作レバーの操作方向、すなわち掘削アタッチメントの操作方向が下げ方向であると判定した場合（ステップＳ５の下げ方向）、制御装置５は、圧力変換比の段を表すパラメータＮの値を最高段（例えば、＋４段である。）に設定する（ステップＳ１０）。

その後、制御装置５は、圧力変換比をＮ段時の値とした場合の出力可能推力を算出し、その出力可能推力が下降時アシスト目標推力を下回るか否かを判定する（ステップＳ１１）。

出力可能推力が下降時アシスト目標推力以上であると判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、制御装置５は、パラメータＮの値から値「１」を減算する（ステップＳ１２）。その後、制御装置５は、ステップＳ１１の処理を再び実行する。すなわち、出力可能推力を算出し直した上で、その算出し直した出力可能推力が下降時アシスト目標推力を下回るか否かを判定する。

このように、制御装置５は、出力可能推力が下降時アシスト目標推力を下回るまで１つずつ段を下げながらステップＳ１１の処理を繰り返す。

出力可能推力が下降時アシスト目標推力を下回ると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、制御装置５は、そのときのパラメータＮの値が示す段を、実際に採用する段として決定し（ステップＳ９）、Ｎ段時の圧力変換比で出力圧が生成されるように油圧増減圧機１００を動作させる。

次に、図１４及び図１５を参照しながら、アシストシリンダ２０のストローク量と、油圧増減圧機１００の入力圧及び出力圧と、各推力と、油圧増減圧機１００の採用段との間の対応関係について説明する。なお、図１４は、ブーム下げ操作時の対応関係を示す図であり、図１５は、ブーム上げ操作時の対応関係を示す図である。また、図１４及び図１５は何れも、アーム１５やバケット１６が操作されておらず、且つ、ショベル５０が水平面上に位置する場合の対応関係を示す。

また、横軸に配置されるアシストシリンダ２０のストローク量は、アシストシリンダ２０が最も縮んだ状態（ブーム１４が最も下降した状態）を０［％］で表し、アシストシリンダ２０が最も伸びた状態（ブーム１４が最も上昇した状態）を１００［％］で表す。

また、図中の細い実線が示す推移は、アキュムレータ２１における作動油の圧力の推移を表し、太い実線が示す推移は、直結時（０段時）の出力可能推力（出力圧×受圧面積）の推移を表す。なお、直結時の出力圧は、入力圧、すなわち、アキュムレータ圧に相当する。また、アキュムレータ圧は、アシストシリンダ２０のストローク量に概ね反比例する関係にあり、ストローク量が増大するにつれて減少する。また、太い破線、太い一点鎖線、太い二点鎖線、太い点線が示す推移は、それぞれ、−１段時、−２段時、−３段時、−４段時の出力可能推力の推移を表す。また、細い破線、細い一点鎖線、細い二点鎖線、細い点線が示す推移は、それぞれ、＋１段時、＋２段時、＋３段時、＋４段時の出力可能推力の推移を表す。

なお、横軸に平行に延びる灰色の実線が示す推移は、負荷静止保持推力の推移を表す。なお、負荷静止保持推力は、実際には一定ではないが、ここでは便宜的に、アシストシリンダ２０のストローク量にかかわらず、すなわち、ブーム１４の姿勢にかかわらず一定となるように記載している。また、横軸に平行に延びる灰色の点線が示す推移は、下降時アシスト目標推力の推移を表し、下降時アシスト目標推力が負荷静止保持推力を僅かに下回るレベルで推移することを示す。また、鋸歯状の灰色の実線が示す推移は、段決定処理によって採用段を決定する油圧増減圧機１００による出力圧から想定される推力の推移を表す。なお、グラフ領域の上部に示す段の値は、採用段とアシストシリンダ２０のストローク量との関係を示し、例えば、ストローク量が５０［％］のときに−１段が採用されることを示す。

図１４に示す対応関係を用いて、制御装置５は、ブーム下げ操作時に採用する段を決定する。具体的には、制御装置５は、先ず、アシストシリンダ２０の現在のストローク量（例えば８０［％］である。）と、最高段である＋４段時の出力可能推力の推移を示す細い点線とによって特定される、＋４段時の出力可能推力（２７５［Ｎ］）を導出する。そして、制御装置５は、導出した出力可能推力（２７５［Ｎ］）が下降時アシスト目標推力（１９９［Ｎ］）を上回ると判定する。

その後、制御装置５は、上述と同様に、＋３段時の出力可能推力（２４０［Ｎ］）、＋２段時の出力可能推力（２０５［Ｎ］）を順に導出する。何れの場合も、制御装置５は、導出した出力可能推力が下降時アシスト目標推力（１９９［Ｎ］）を上回ると判定する。

その後、制御装置５は、次に高い段である＋１段時の出力可能推力（１７５［Ｎ］）を導出する。この場合、制御装置５は、導出した出力可能推力（１７５［Ｎ］）が下降時アシスト目標推力（１９９［Ｎ］）以下であると判定する。そして、制御装置５は、このときの＋１段を実際に採用する段として決定する。

このように、制御装置５は、アシストシリンダ２０による上昇推力によってブーム１４の下降が停止してしまい或いは上昇に転じてしまうことがないようにしながら、ブーム１４を滑らかに下降させられるよう適切な段を決定する。

また、ブーム下げ操作時においては、アシストシリンダ２０のヘッド側圧力室から流出した作動油が管路Ｃ２を介して出力用圧力室に流入し、入力用圧力室から流出した作動油が管路Ｃ１を介してアキュムレータ２１に流入する。油圧増減圧機１００は、図１４に示すように、アシストシリンダ２０のストローク量の減少に応じて圧力変換比（段）を変え、アキュムレータ２１における作動油の圧力、すなわち、油圧増減圧機１００の入力における圧力を徐々に増大させる。内部の圧力が徐々に増大するアキュムレータ２１に作動油を押し込むことができるようにするためである。この場合、アシストシリンダ２０のヘッド側圧力室における作動油の圧力による推力、すなわち、油圧増減圧機１００の出力圧による推力は、制御装置５により制御される減圧弁２５によってアシストシリンダ２０のヘッド側圧力室における作動油の圧力が適宜調整されて、図１４の鋸歯状の灰色の実線で示すように、所定範囲内に維持される。

また、図１５に示す対応関係を用いて、制御装置５は、ブーム上げ操作時に採用する段を決定する。具体的には、制御装置５は、先ず、アシストシリンダ２０の現在のストローク量（例えば５０［％］である。）と、最低段である−４段時の出力可能推力の推移を示す太い点線とによって特定される、−４段時の出力可能推力（１２５［Ｎ］）を導出する。そして、制御装置５は、導出した出力可能推力（１２５［Ｎ］）が上昇時アシスト目標推力（１７０［Ｎ］）以下であると判定する。

その後、制御装置５は、上述と同様に、−３段時の出力可能推力（１４５［Ｎ］）、−２段時の出力可能推力（１６５［Ｎ］）を順に導出する。何れの場合も、制御装置５は、導出した出力可能推力が上昇時アシスト目標推力（１７０［Ｎ］）以下であると判定する。

その後、制御装置５は、次に高い段である−１段時の出力可能推力（１９０［Ｎ］）を導出する。この場合、制御装置５は、導出した出力可能推力（１９０［Ｎ］）が上昇時アシスト目標推力（１７０［Ｎ］）を上回ると判定する。そして、制御装置５は、このときの−１段を実際に採用する段として決定する。

このように、制御装置５は、アシストシリンダ２０による上昇推力が過度に不足してしまうことがないようにしながら、ブームシリンダ１７によるブーム１４の上昇をアシストしてブーム１４を滑らかに上昇させられるよう適切な段を決定する。

また、ブーム上げ操作時においては、アキュムレータ２１から流出した作動油が管路Ｃ１を介して入力用圧力室に流入し、出力用圧力室から流出した作動油が管路Ｃ２を介してアシストシリンダ２０のヘッド側圧力室に流入する。油圧増減圧機１００は、図１５に示すように、アシストシリンダ２０のストローク量の増加に応じて圧力変換比（段）を変え、アシストシリンダ２０のヘッド側圧力室における作動油の圧力による推力、すなわち、油圧増減圧機１００の出力圧による推力が、制御装置５により制御される減圧弁２５によってアシストシリンダ２０のヘッド側圧力室における作動油の圧力が適宜調整されて、図１５の鋸歯状の灰色の実線で示すように、所定範囲内に維持されるようにする。この場合、アキュムレータ２１における作動油の圧力、すなわち、油圧増減圧機１００の入力圧は、徐々に減少する。アキュムレータ２１内の作動油が排出されるためである。

なお、制御装置５は、アシストシリンダ２０のストローク量と採用段とを予め対応付けて記憶しておくことによって、各段の出力可能推力を個別に算出することなく、アシストシリンダ２０のストローク量に基づいて採用段を直接決定してもよい。

また、本実施例では、制御装置５は、図１４及び図１５に示すように、アシスト目標推力の設定を除き、ブーム上げ操作時とブーム下げ操作時とで同じ対応関係を用いるが、異なる対応関係を用いてもよい。

次に、図１６を参照しながら、アーム１５やバケット１６が操作されている場合、或いは、ショベル５０が水平面に対して傾斜している場合における、アシストシリンダ２０のストローク量と、油圧増減圧機１００の入力圧及び出力圧と、油圧増減圧機１００の採用段との間の対応関係について説明する。なお、図１６に示す対応関係は、アシストシリンダ２０のストローク量の増加にしたがって減少するように設定された負荷静止保持推力を用いる点で、図１４及び図１５に示す対応関係と相違する。また、図１６に示す対応関係は、アシスト目標推力の設定を除き、ブーム上げ操作時及びブーム下げ操作時の双方で利用され、例えば、ブームを上げながらアームを閉じる複合動作、ブームを下げながらアームを開く複合動作、前傾姿勢のショベル５０がブームを上下させる動作等で利用される。

図１６に示す対応関係においても、制御装置５は、ブーム下げ操作時に、アシストシリンダ２０による上昇推力によってブーム１４の下降が停止してしまい或いは上昇に転じてしまうことがないようにしながら、ブーム１４を滑らかに下降させられるよう適切な段を決定する。また、制御装置５は、ブーム上げ操作時に、アシストシリンダ２０による上昇推力が過度に不足してしまうことがないようにしながら、ブームシリンダ１７によるブーム１４の上昇をアシストしてブーム１４を滑らかに上昇させられるよう適切な段を決定する。

以上の構成により、油圧増減圧機１００は、アシストシリンダ２０内に押し込まれる作動油の圧力をより柔軟に制御することができ、アシストシリンダ２０の動き、ひいては掘削アタッチメントの動きをより柔軟に制御することができる。すなわち、掘削アタッチメントの操作性、及び、アキュムレータ２１が回収した油圧エネルギの利用効率を高めることができる。

また、油圧増減圧機１００は、アキュムレータ２１内に押し込まれる作動油の圧力をより柔軟に制御することができ、掘削アタッチメントの位置エネルギのアキュムレータ２１による回収をより柔軟に制御することができる。すなわち、アキュムレータ２１による位置エネルギの回収効率を向上させることができる。

次に、図１７を参照しながら、アシストシリンダの別の構成例２０Ａについいて説明する。なお、図１７は、アシストシリンダ２０Ａを含むブームシリンダ１７の断面図であり、アシストシリンダ２０Ａが、アシスト対象であるメインシリンダとしてのブームシリンダ１７のピストンロッド内に形成された状態を示す。

アシストシリンダ２０Ａは、作動油が流出入する１つのポートを有し、そのポートが油圧増減圧機１００の出力に接続される。なお、ブームシリンダ１７のヘッド側圧力室及びロッド側圧力室のそれぞれは、図示しない流量制御弁に接続され、図示しない油圧ポンプが吐出する作動油を受け入れることができ、また、作動油タンクに向けて作動油を排出することができる。なお、油圧増減圧機１００の入力は、アキュムレータ２１に接続される。

このような構成においても、油圧増減圧機１００は、アシストシリンダ２０Ａ内に押し込まれる作動油の圧力をより柔軟に制御することができ、アシストシリンダ２０Ａの動き、ひいては掘削アタッチメントの動きをより柔軟に制御することができる。すなわち、掘削アタッチメントの操作性、及び、アキュムレータ２１が回収した油圧エネルギの利用効率を高めることができる。

また、油圧増減圧機１００は、アキュムレータ２１内に押し込まれる作動油の圧力をより柔軟に制御することができ、掘削アタッチメントの位置エネルギのアキュムレータ２１による回収をより柔軟に制御することができる。すなわち、アキュムレータ２１による位置エネルギの回収効率を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例において、作動油は、空気、水等の他の流体で置き換えられてもよい。

また、上述の実施例において、アシストシリンダ２０は、ブームシリンダ１７の前方に平行に取り付けられるが、ブームシリンダ１７の側方又は後方に平行に取り付けられてもよい。また、アシストシリンダ２０は、ブームシリンダ１７の前方、側方、又は後方に、ブームシリンダ１７に対して傾斜するように取り付けられてもよい。

また、アシストシリンダ２０は、ブーム１４の後方に、すなわち、ブーム１４の前方に取り付けられるブームシリンダ１７に対してブーム１４の反対側に取り付けられてもよい。この場合、アシストシリンダ２０は、ブーム１４が下降するにつれて伸び、ブーム１４が上昇するにつれて縮む。そのため、アシストシリンダ２０のロッド側圧力室が油圧増減圧機１００の出力用圧力室に接続され、アシストシリンダ２０のヘッド側圧力室が作動油タンクに接続される。

また、油圧増減圧機１００は、作業体の位置エネルギを流体圧エネルギとして回収可能なアキュムレータと、アキュムレータの流体圧エネルギを利用して作業体を駆動可能な流体圧アクチュエータとを有する、油圧エレベータ、油圧クレーン等の他の作業機械に搭載されてもよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ１〜１ｃ３、２・・・油圧シリンダ １Ｈ、２Ｈ・・・ヘッド側圧力室 １Ｐ、１Ｐａ、１Ｐｂ、１Ｐｃ１〜１Ｐｃ３、２Ｐ・・・ピストン １Ｒ、２Ｒ・・・ロッド側圧力室 ３、３ａ、３ｃ・・・ピストンロッド ４Ｒ、４Ｌ、４Ｃ・・・近接センサ ５・・・制御装置 ６Ｈ、６Ｒ、７Ｒ、７Ｈ・・・流れ制御弁 ８・・・入出力直結切換弁 １０・・・キャビン １１・・・下部走行体 １２・・・旋回機構 １３・・・上部旋回体 １４・・・ブーム １５・・・アーム １６・・・バケット １７・・・ブームシリンダ １８・・・アームシリンダ １９・・・バケットシリンダ ２０、２０Ａ・・・アシストシリンダ ２１・・・アキュムレータ ２２・・・姿勢状態検出装置 ２３・・・アキュムレータ状態検出装置 ２４・・・操作状態検出装置 ２５・・・減圧弁 ５０・・・ショベル １００、１００Ａ、１００Ｂ・・・油圧増減圧機

Claims (2)

1. 作業体を駆動するメインシリンダと、
   前記メインシリンダを補助するアシストシリンダと、
   前記作業体の位置エネルギを流体圧エネルギとして回収し、且つ、回収した流体圧エネルギを前記アシストシリンダの駆動に利用できるようにするアキュムレータと、
   １つの流体圧シリンダ又は複数の連動する流体圧シリンダにおける複数の圧力室から、少なくとも１つの入力用圧力室と、少なくとも１つの出力用圧力室とを選択する制御装置と、前記入力用圧力室と前記アキュムレータとを連通させ、且つ、前記出力用圧力室と前記アシストシリンダとを連通させる流れ制御弁とを備える流体圧増減圧機と、を備え、
   前記入力用圧力室には、前記アキュムレータにおける作動油の圧力が入力圧として適用され、
   前記出力用圧力室では、前記入力用圧力室の受圧面積が前記出力用圧力室の受圧面積より大きい場合に、出力圧として、前記入力圧より高い圧力が生成され、前記入力用圧力室の受圧面積が前記出力用圧力室の受圧面積より小さい場合に、出力圧として、前記入力圧より低い圧力が生成され、前記出力圧が前記アシストシリンダに適用される、
   作業機械。
2. 前記アシストシリンダは、前記メインシリンダのピストンロッド内に形成される、
   請求項１に記載の作業機械。

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