JP6316550B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、ショベルに設けられた旋回機構のブレーキに関するものである。

ショベルにおいて、作業要素であるバケットは操縦室が設けられた上部旋回体に取り付けられ、該上部旋回体の旋回に伴って、バケットを作業位置まで旋回移動させることができる。そのため、ショベルには上部旋回体を旋回駆動する旋回機構が設けられる。上述の旋回機構においては、旋回用電動機が動力源として用いられる場合がある。

ここで、該旋回機構の電気駆動系に異常が発生した場合、旋回機構を正常に駆動することができなくなるおそれがあるため、旋回機構の駆動を停止することで当該異常に対処する場合がある。この際、旋回機構に対して設けられたメカニカルブレーキ（駐車ブレーキ）が作動し、上部旋回体の位置は固定される。

しかしながら、上部旋回体の旋回方向の位置を変えることができなくなるため、例えば、ブームやアーム等の位置も停止した位置に固定されたままとなる。この場合、ブームやアーム等が下部走行体の走行方向に対して角度を有する位置で固定されると、例えば、修理工場等に運ぶためにトラック等の車両に積み込んでの移送をする際等に、アームやバケット等が邪魔となって、移送ができないおそれがある。そこで、上部旋回体を通常の制御によらず一時的に旋回させることが可能な技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、旋回機構を制御するコントローラに異常が発生した場合等に旋回用電動機の駆動を制御するインバータを直接操作可能な非常用操作部を設け、該非常用操作部からの指令信号によって、上部旋回体を旋回させる技術が開示されている。

国際公開パンフレット ＷＯ２０１３／０２１９７８

しかしながら、特許文献１に係る技術では、例えば、コントローラがメカニカルブレーキの作動／解除を制御している場合やインバータにも異常が発生している場合等、メカニカルブレーキの解除を行えない場合がある。そのため、上部旋回体の旋回方向の位置を変えることができなくなることにより、上記問題がなお生じうる。

そこで、上記課題に鑑み、旋回機構の電気駆動系に異常が発生し、旋回機構のメカニカルブレーキが作動した場合でも、該メカニカルブレーキを解除することが可能なショベルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一実施形態において、本ショベルは、
下部走行体と、
該下部走行体上に搭載された上部旋回体と、
該上部旋回体に配置されたエンジンと、
該エンジンの動力により圧油を吐出する油圧ポンプと、
該油圧ポンプから吐出する圧油により駆動する油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータを駆動制御するコントロールバルブと、
該コントロールバルブと接続される第１切替弁と、
該第１切替弁と接続され、前記第１切替弁へ制御信号を送る第１コントローラと、
前記上部旋回体の停止状態を保持するブレーキと、
前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行う第２切替弁と、
該第２切替弁と接続された第２コントローラと、を備え、
該第２切替弁は前記第１コントローラと接続可能であることを特徴とする。

上記目的を達成するため、一実施形態において、本ショベルは、
下部走行体と、
該下部走行体上に搭載された上部旋回体と、
所定の機能に関する制御を行う第１コントローラと、
前記上部旋回体の停止状態を保持するブレーキと、
前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行う第２コントローラと、を備え、
前記第１コントローラは、前記第２コントローラによる前記ブレーキの作動又は解除の切り替えが不可能な異常状態になった場合に、前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行い、
前記第１コントローラは、油圧駆動系の制御を行い、
前記第２コントローラは、前記油圧駆動系の主たる動力源であるエンジンのアシスト又は前記上部旋回体の駆動を行う電気駆動系の駆動制御を行う。

ショベルの側面図である。 一実施形態に係るショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の回路図である。 一実施形態に係るショベルのメカニカルブレーキの回路構成図である。 第２コントローラに異常が発生した場合におけるメカニカルブレーキの解除の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明が適用されるショベルの一例であるハイブリッド型ショベルの側面図である。

図１に示すハイブリッド型ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、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によりそれぞれ油圧駆動される。また、ブーム４、アーム５及びバケット６でアタッチメントを構成している。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源が搭載される。

図２は、図１に示すハイブリッド型ショベルの駆動系の通常時における構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。メインポンプ１４は可変容量式油圧ポンプであり、斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量を制御することができる。

エンジン１１には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器１１ａが備えられている。エンジン回転数検出器１１ａにより検出されたエンジン回転数は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１ｂに入力される。エンジンコントロールユニット１１ｂは、検出されたエンジン回転数に基づいて、エンジン１１のフィードバック制御を行なう。また、エンジンコントロールユニット１１ｂは、検出されたエンジン回転数を後述する第２コントローラ３０に送信する。

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器を含む蓄電系１２０が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。

インバータ１８Ａは、上述のとおり電動発電機１２と蓄電系１２０との間に設けられ、第２コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８Ａは、電動発電機１２が力行運転をする際には、必要な電力を蓄電系１２０から電動発電機１２に供給できる。また、電動発電機１２が回生運転をする際には、電動発電機１２により発電された電力を蓄電系１２０の蓄電器に蓄電できる。

蓄電系１２０は、インバータ１８Ａとインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、蓄電系１２０は、力行運転に必要な電力を供給できる。また、蓄電系１２０は、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギとして蓄積できる。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及びレバー操作検出部としての圧力センサ２９にそれぞれ接続される。該圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行う第２コントローラ３０及び油圧系の制御を行う第１コントローラ４０に接続されている。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド型ショベルにおける油圧系の制御を行う油圧制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、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は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。コントロールバルブ１７は、各油圧アクチュエータ（油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、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）の駆動状態を制御する方向制御弁（不図示）を有する。各方向制御弁は、操作者の操作装置２６からの操作入力に応じてパイロット圧の供給を制御する電磁弁を介して供給されるパイロット圧に基づき、スプールが移動し、油路及び開度が変化される。これにより、各油圧アクチュエータが操作者の操作装置２６からの操作入力に応じた所望の駆動状態に制御される。コントロールバルブ１７は、上位制御部である第１コントローラ４０からの制御信号に基づいて、上記電磁弁が開閉駆動されることにより各油圧アクチュエータを制御することができる。

第１コントローラ４０は、ハイブリッド型ショベルにおける油圧系の制御を行う電子制御装置である。第１コントローラ４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された油圧制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

第１コントローラ４０は、上述のとおり、操作者による操作装置２６からの操作入力に応じた制御信号をコントロールバルブ１７に出力することにより、コントロールバルブ１７内の電磁弁の開閉駆動（ＯＮ／ＯＦＦ切替）を制御する。なお、第１コントローラ４０は、上述のとおり、圧力センサ２９からの信号入力により操作者による操作装置２６からの操作入力を検出する。

また、以下に説明する実施形態において、第１コントローラ４０は、旋回機構２のメカニカルブレーキ２３の作動又は解除の切替制御をすることができる。

図２に示すハイブリッド型ショベルは旋回機構を電動にしたもので、旋回機構２を駆動するために旋回用電動機２１が設けられている。電動作業要素としての旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。

インバータ２０は、上述のとおり旋回用電動機２１と蓄電系１２０との間に設けられ、第２コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１の運転制御を行う。これにより、インバータ２０は、旋回用電動機２１が力行運転をする際には、必要な電力を蓄電系１２０から旋回用電動機２１に供給できる。また、旋回用電動機２１が回生運転をする際には、旋回用電動機２１により発電された電力を蓄電系１２０の蓄電器に蓄電できる。

メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。メカニカルブレーキ２３は、第２コントローラ３０により作動又は解除の切替制御が行われる。具体的には、旋回用電動機２１の旋回駆動時、及びブーム４、アーム５、又はバケット６での作業時には解除され、それ以外のときには、作動される。また、第２コントローラ３０、インバータ２０、又は旋回用電動機２１等に異常が発生した場合には、メカニカルブレーキ２３は、作動状態となり、旋回機構２（上部旋回体３）は停止状態に保持される。メカニカルブレーキ２３の詳細構成については、後述する。

第２コントローラ３０は、ハイブリッド型ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。第２コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

第２コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御（力行運転又は回生運転の切り替え）を行う。なお、圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。

第２コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００（図３参照）を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、第２コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、第２コントローラ３０は、蓄電器電圧検出部（キャパシタ電圧検出部１１２）によって検出される蓄電器電圧値に基づいて、蓄電器（キャパシタ１９）の充電率ＳＯＣを算出する。

また、第２コントローラ３０は、制御信号ライン３２によりインバータ２０に接続されており、制御信号ライン３２を介して制御信号を送信してインバータ２０を制御する。

また、第２コントローラ３０は、上述のとおり、メカニカルブレーキ２３の作動又は解除の切替制御を行う。第２コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号に基づき、旋回用電動機２１の旋回駆動時とブーム４、アーム５、又はバケット６での作業時は、メカニカルブレーキ２３を解除する。また、それ以外のときは、メカニカルブレーキ２３を作動させる。

図３は、蓄電系１２０の回路図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、第２コントローラ３０に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１８Ａ、２０を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８Ａ，２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２ＡのＯＮ／ＯＦＦに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、第２コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。

電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８Ａ、２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。

キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。一方、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、インバータ１８Ａ、２０を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０から降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを通ってキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−１が設けられる。リレー１３０−１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子の間に配置されている。リレー１３０−１は第２コントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。

また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−２が設けられる。リレー１３０−２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子の間に配置されている。リレー１３０−２は第２コントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０−１とリレー１３０−２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタ１９を切り離すこととしてもよい。

なお、実際には、第２コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

以上のような構成のショベルにおいて、第２コントローラ３０に異常が発生した場合、第２コントローラ３０による全ての制御が停止され、電気駆動系の動作が停止することがある。この際、上述のとおり、旋回機構２のメカニカルブレーキ２３が作動し、上部旋回体３を旋回させることができなくなる。また、旋回用電動機２１の電動駆動部（インバータ２０）や旋回用電動機２１そのものに異常が発生した場合にも、第２コントローラ３０による全ての制御が停止され、電気駆動系の動作が停止することがある。この際も、上述のとおり、旋回機構２のメカニカルブレーキ２３が作動し、上部旋回体３を旋回させることができなくなる。

そこで、本発明の一実施形態では、上述のような異常が発生した場合でも、旋回用電動機２１の制御部や電動駆動部以外の手段によりメカニカルブレーキ２３を解除可能とすることで、上部旋回体３を所望の位置まで旋回させる。これを実現させるために、第２コントローラ３０が異常状態である場合等に、ショベルの油圧系を制御する第１コントローラ４０によりメカニカルブレーキ２３の作動又は解除の切替制御が行えるように構成するとよい。

ここで、図４は、本実施形態に係るメカニカルブレーキ２３を示す回路構成図である。なお、図２と同様に、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。

メカニカルブレーキ２３は、ブレーキピストン２３ａ、ブレーキシリンダ２３ｂ、ブレーキスプリング２３ｃ、ブレーキディスク２３ｄ、ブレーキプレート２３ｅ、ブレーキケース２３ｆ等を含む。これらの部品は、旋回用電動機２１と旋回変速機２４との間の同一ハウジング（不図示）の内部に組み込まれている。また、これらの部品を旋回変速機２４と旋回機構（不図示）との間に配置してもよい。

ブレーキピストン２３ａは、ブレーキシリンダ２３ｂに内挿され、回転軸２１Ａ方向に伸縮可能に設けられている。ブレーキピストン２３ａは、ブレーキシリンダ２３ｂにパイロットポンプ１５によるパイロット圧が供給されることにより、縮小方向に作動する。これにより、後述するブレーキディスク２３ｄとブレーキプレート２３ｅとを回転軸２１Ａ方向に離間させ、メカニカルブレーキ２３を解除状態にする。

ブレーキスプリング２３ｃは、ブレーキピストン２３ａに対して伸長方向に付勢力を発生する。これにより、ブレーキシリンダ２３ｂからパイロット圧が抜かれた状態（パイロット圧が供給されない状態）で、後述するブレーキディスク２３ｄとブレーキプレート２３ｅとを面接触させ、摩擦力による制動力を発生させる。すなわち、パイロット圧が供給されない状態では、常にメカニカルブレーキ２３は作動状態となる。

ブレーキディスク２３ｄは、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａと一体に設けられ、旋回用電動機２１の回転に伴い、回転する。ブレーキディスク２３ｄは、回転軸２１Ａ方向に移動可能な状態で、例えば、スプライン結合を介して回転軸２１Ａと結合されている。また、ブレーキプレート２３ｅは、回転軸２１Ａ方向に移動可能な状態で、例えば、スプライン結合を介して固定部であるブレーキケース２３ｆの内面に結合されている。上述のとおり、旋回用電動機２１と一体で回転するブレーキディスク２３ｄと固定部であるブレーキケース２３ｆに結合されたブレーキプレート２３ｅとがブレーキスプリング２３ｃの付勢力により面接触することで制動力が発生する。

また、メカニカルブレーキ２３は、レバーロック切替弁２３Ｖａ、ブレーキ切替弁２３Ｖｂ（第２切替弁）等を含む。これらの部品は、メカニカルブレーキ２３を構成するブレーキピストン２３ａ、ブレーキシリンダ２３ｂ、ブレーキスプリング２３ｃ、ブレーキディスク２３ｄ、ブレーキプレート２３ｅ、ブレーキケース２３ｆとは別の位置に離間して配置されている。

レバーロック切替弁２３Ｖａは、操作者によるゲートロックレバー（不図示）の操作に応じて、電磁ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦ切替が行われる電磁切替弁である。パイロットポンプ１５からブレーキシリンダ２３ｂにパイロット圧を供給する油圧回路中において、レバーロック切替弁２３Ｖａは、パイロットポンプ１５とブレーキ切替弁２３Ｖｂとの間に設けられ、該油圧回路の連通／非連通を切り替える。図中では、ゲートロックレバーが下ろされた状態が示されており、パイロットポンプ１５からレバーロック切替弁２３Ｖａに供給された圧油は、レバーロック切替弁２３Ｖａにより遮断され、油圧回路は非連通となっている。レバーロック切替弁２３Ｖａは、ゲートロックレバーが引き上げられた場合に油圧回路を連通させ、パイロットポンプ１５から供給される圧油は、ブレーキ切替弁２３Ｖｂに圧送される。なお、ゲートロックレバーには、リミットスイッチが接続されており、ゲートロックレバーが引き上げられることにより該リミットスイッチから信号が出力され、該信号によりレバーロック切替弁２３Ｖａは、連通状態となる。ゲートロックレバーは、操縦席への乗降部に設けられるゲートの開閉操作を行うための操作部であり、ゲートロックレバーを引き上げることにより該ゲートが閉じられ、ゲートロックレバーが下ろされると該ゲートが開放される。ゲートロックレバーが引き上げられた状態は、操作者が操縦席に着座し、操縦可能な状態にあると判断できる。そのため、ゲートロックレバーが引き上げられた場合にのみパイロット圧がブレーキシリンダ２３ｂに供給されることにより、意図しないメカニカルブレーキ２３の解除を防止している。また、レバーロック切替弁２３Ｖａは、パイロットライン２５の最上流位置に配置されている。これにより、ゲートロックレバーが引き上げられた場合にのみパイロット圧が操作装置２６に供給されることにより、意図しない操作入力による各油圧アクチュエータの作動を防止している。

ブレーキ切替弁２３Ｖｂは、第２コントローラ３０から入力されるメカニカルブレーキ２３の解除指令信号（以下、単に解除指令信号と呼ぶ）に応じて、電磁ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦ切替が行われる電磁切替弁である。パイロットポンプ１５からブレーキシリンダ２３ｂにパイロット圧を供給する油圧回路中において、ブレーキ切替弁２３Ｖｂは、ゲートロック切替弁２３Ｖａとブレーキシリンダ２３ｂとの間に設けられ、該油圧回路の連通／非連通を切り替える。図中では、第２コントローラ３０からの解除指令信号が入力されていない状態が示されており、パイロットポンプ１５からレバーロック切替弁２３Ｖａを介してブレーキ切替弁２３Ｖｂに供給された圧油は、ブレーキ切替弁２３Ｖｂにより遮断され、油圧回路は非連通となっている。ブレーキ切替弁２３Ｖｂは、第２コントローラ３０から制御信号ライン３４を通じて入力される解除指令信号により油圧回路を連通させ、レバーロック切替弁２３Ｖａを介してパイロットポンプ１５から供給される圧油は、ブレーキシリンダ２３ｂに圧送される。これにより、上述したとおり、供給されたパイロット圧によりブレーキスプリング２３ｃが圧縮され、ブレーキピストン２３ａが縮小作動し、ブレーキディスク２３ｄとブレーキプレート２３ｅとを離間させ、メカニカルブレーキ２３は解除される。上述のとおり、旋回用電動機２１の旋回駆動時とブーム４、アーム５、又はバケット６での作業時にメカニカルブレーキ２３は解除される。そのため、第２コントローラ３０からの上記解除指令信号は、操作者による操作装置２６の操作が行われたことを示す圧力センサ２９から供給される信号に基づき出力される。

第２コントローラ３０が正常に稼動しているときには、上述のとおり、第２コントローラ３０によりメカニカルブレーキ２３の解除が可能である。しかしながら、第２コントローラ３０に異常が発生した場合等には、第２コントローラ３０による制御が停止され、メカニカルブレーキ２３の解除ができない場合がある。そこで、本実施形態においては、ショベルの油圧系の制御を行う第１コントローラ４０によるメカニカルブレーキ２３の解除が可能となっている。

第２コントローラ等に異常が発生した場合において、第１コントローラ４０は、第２コントローラ３０、表示装置５０、スイッチ６０、ブレーキ切替弁２３Ｖｂ等と接続されている。

第１コントローラ４０には、第２コントローラ３０に異常が発生した場合に、第２コントローラ３０から制御信号ライン３６を通じて異常信号（以下、単に異常信号と呼ぶ）が入力される。また、インバータ２０や旋回用電動機２１等に異常が発生した場合についても同様の異常信号が入力される。この場合、第２コントローラ３０は、上述のとおり、メカニカルブレーキ２３等の制御を中止するため、ブレーキ切替弁２３Ｖｂへの解除指令信号を出力することができない。よって、ブレーキシリンダ２３ｂにパイロット圧の供給ができないため、メカニカルブレーキ２３は作動状態となる。

第１コントローラ４０は、第２コントローラ３０からの上記異常信号に基づき、所定の画像信号を出力し、表示装置５０に第２コントローラ３０等に異常が発生している旨の表示（アラーム表示）を表示させる。表示装置５０は、ショベルのキャビン１０内に設けられた任意の表示手段であり、操作者が第２コントローラ３０の異常を認識できる程度のアラーム表示が可能なものであれば、該アラーム表示専用のものか、他の表示との兼用のものかの別を問わない。これにより、操作者は、第２コントローラ３０等に異常が発生したことを認識することができる。

スイッチ６０は、第１コントローラ４０にメカニカルブレーキ２３の解除を要求する信号（以下、単に解除要求信号と呼ぶ）を出力する操作部であり、ショベルのキャビン１０内等に設けられる。表示装置５０に表示されたアラーム表示により第２コントローラ３０等の異常発生を確認した操作者等は、該スイッチ６０を操作することにより第１コントローラ４０に上記解除要求信号を出力させることができる。また、スイッチ６０は、第１コントローラ４０にメカニカルブレーキ２３の作動を要求する信号（以下、作動要求信号と呼ぶ）を出力する操作部でもあり、スイッチ６０を操作する度に、上記解除要求信号と上記作動要求信号とを交互に出力する。なお、解除要求信号を出力するスイッチと作動要求信号を出力するスイッチの２つを設けてもよい。ここでは、油圧モータ１Ａ、１Ｂの駆動モードとしての走行モード（高速低トルクモード又は低速高トルクモード）切替用に設けられる走行モード切替弁２３Ｖｃ（第１切替弁）へ接続されていた第１コントローラ４０からの制御信号ライン４２をブレーキ切替弁２３Ｖｂへ繋ぎ替えて使用される。このため、スイッチ６０は、走行モード切替スイッチを流用することができる。このため、制御信号ライン４２の長さは、走行モード切替弁２３Ｖｃとブレーキ切替弁２３Ｖｂとの両方に接続可能なように、十分な長さである。また、ブレーキ切替弁２３Ｖｂのコネクタは、制御信号ライン４２と接続可能なように走行モード切替弁２３Ｖｃのコネクタと同一形状である。なお、第１コントローラは、通常制御時において、上述の通り、制御信号ライン４２によって接続された走行モード切替弁２３Ｖｃに対して、走行モード切替スイッチの操作に応じた走行モード切替指令を送信する。また、該切替指令に応じて、走行モード切替弁２３Ｖｃは、走行モードの切替信号（パイロット圧の供給／遮断による油圧信号）をコントロールバルブ１７に送り、走行モードの切り替えを行う。

第１コントローラ４０は、スイッチ６０からの解除要求信号に基づき、制御信号ライン４２を通じてブレーキ切替弁２３Ｖｂに解除指令信号を出力する。これにより、ブレーキ切替弁２３Ｖｂは油圧回路を連通させ、レバーロック切替弁２３Ｖａを介してパイロットポンプ１５から供給される圧油がブレーキシリンダ２３ｂに圧送されることで、メカニカルブレーキ２３を解除することができる。また、第１コントローラ４０は、スイッチ６０からの作動要求信号に基づき、制御信号ライン４２を通じてブレーキ切替弁２３Ｖｂへの通電を遮断する。これにより、ブレーキ切替弁２３Ｖｂは油圧回路を非連通とし、ブレーキシリンダ２３ｂにパイロット圧が供給されなくなるため、ブレーキスプリング２３ｃの付勢力によりメカニカルブレーキ２３を作動させることができる。

次に、第２コントローラ３０に異常が発生した場合におけるメカニカルブレーキ２３の解除の一例について説明する。図５は、第２コントローラ３０に異常が発生した場合におけるメカニカルブレーキ２３の解除までのショベルの動作及び操作者等による操作の流れをフローチャートに示したものである。なお、図５の例においては、第２コントローラ３０に異常が発生したときに、上部旋回体３の旋回動作、又は、ブーム４、アーム５、もしくはバケット６等による作業が行われており、メカニカルブレーキ２３が解除されているものとする。

まず、第２コントローラ３０に異常が発生した場合、第２コントローラ３０は、上述のとおり、第１コントローラ４０に異常信号を出力する（ステップＳ１）。

第２コントローラ３０に異常が発生した場合、第２コントローラ３０は、制御動作を停止する。そのため、メカニカルブレーキ２３のブレーキ切替弁２３Ｖｂへの解除指令信号が送信されず、ブレーキ切替弁２３Ｖｂへの通電が遮断される（ステップＳ２）。

そして、ブレーキ切替弁２３Ｖｂへの通電遮断によりブレーキ切替弁２３Ｖｂは油圧回路を非連通にする。そのため、パイロットポンプ１５からパイロット圧がメカニカルブレーキ２３のブレーキシリンダ２３ｂに供給されず、メカニカルブレーキ２３が作動する（ステップＳ３）。

ステップＳ２、Ｓ３と並行して、第２コントローラ３０から異常信号を受信した第１コントローラ４０は、所定の画像信号を出力し、表示装置５０に第２コントローラ３０に異常が発生した旨のアラーム表示を表示させる（ステップＳ４）。

図５の一例において、操作者は、自らメカニカルブレーキの解除は行わず、例えば、ショベルの保守を担当するエンジニア等の到着を待って、メカニカルブレーキ解除が行われる。そのため、まず、操作者は、ショベルのエンジン１１を停止する（ステップＳ５）。

第２コントローラ３０の異常が発生したショベルが作業を行う作業現場に到着した上記エンジニアは、再度、該ショベルのエンジン１１を始動させる（ステップＳ６）。エンジン１１が始動することにより、パイロットポンプ１５が駆動され、パイロットポンプ１５によるパイロット圧の供給が可能な状態となる。なお、以下のステップにおいて、ゲートロックレバーは既に引き上げられた状態になっており、ゲートロック切替弁２３Ｖａは油圧回路を連通させているものとする。

図５の一例において、上述した第１コントローラ４０にメカニカルブレーキ２３の解除指令信号を要求するためのスイッチ６０として専用のスイッチは設けられていない。そこで、他のスイッチを代用するため、エンジニアにより配線の繋ぎ替えが行われる（ステップＳ７）。具体的には、ブレーキ切替弁（ソレノイド）２３Ｖｂに入力される解除指令信号と同様に、ソレノイドへの通電を行う信号を第１コントローラ４０に要求するスイッチを代用する。例えば、ショベルに設けられた走行モードを切り替えるための走行モード切替弁２３Ｖｃへの通電を要求する走行モード切替スイッチ等を代用することができる。第１コントローラ４０から走行モード切替弁２３Ｖｃに繋がるコネクタに結合されている制御信号ライン４２をブレーキ切替弁２３Ｖｂに繋がるコネクタに繋ぎ替える。このように、制御信号ライン４２を繋ぎ替え可能にするため、走行モード切替弁２３Ｖｃはブレーキ切替弁２３Ｖｂの近傍に配置されている。具体的には、走行モード切替弁２３Ｖｃとブレーキ切替弁２３Ｖｂは、カウンタウェイト前側に形成されるエンジンルーム内の油圧ポンプが配置された空間に配置される。また、走行モード切替弁２３Ｖｃとブレーキ切替弁２３Ｖｂを、エンジンルーム内のラジエタが配置された空間に配置するようにしてもよい。このように、走行モード切替弁２３Ｖｃとブレーキ切替弁２３Ｖｂは、ショベルのカバー内の同一空間に配置される。これにより、走行モード切替スイッチ（スイッチ６０）を操作することで、第１コントローラ４０からブレーキ切替弁２３Ｖｂへの解除指令信号を出力させることが可能となり、結果として、メカニカルブレーキ２３を解除することができる。また、既存のスイッチである走行モード切替スイッチやその配線等を代用することにより異常発生時に対応するためのコスト上昇や制御信号ラインの配線が追加されることによる制御信号ラインの複雑化等を回避することができる。

配線の繋ぎ替えが完了したら、エンジニアは、上記走行モード切替スイッチ（スイッチ６０）のＯＮ操作を行う（ステップＳ８）。ここで、上記走行モード切替スイッチ（スイッチ６０）のＯＮ操作により高速低トルクモードへ切り替るように設定されている場合、エンジニアは、スイッチ６０により高速低トルクモードへの切り替え操作を行う。これにより、メカニカルブレーキ２３が解除される（ステップＳ９）。

メカニカルブレーキ２３が解除された後は、上部旋回体３を手動等で旋回させて、所望の位置に合わせることができる。例えば、ブーム４、アーム５、又はバケット６の向きを下部走行体１の走行方向に合わせるための調整を行うことができる。この際、エンジンコントロールユニット１１ｂには異常は発生していないため、エンジン１１の動力により各油圧アクチュエータを駆動させることは可能である。そのため、操作装置２６を操作して、ブーム４、アーム５、又はバケット６を駆動し、ブーム４、アーム５、及びバケット６を水平方向に最も伸長した状態にするとよい。これにより、より小さい力でブーム４、アーム５、又はバケット６を手で押して上部旋回体３を旋回させることができる。

また、上部旋回体３を手動等で所望の位置まで旋回させた後、再度、上記走行モード切替スイッチ（スイッチ６０）を操作（ＯＦＦ操作）する。これにより、第１コントローラ４０によりブレーキ切替弁２３Ｖｂへの通電が遮断されるため、メカニカルブレーキ２３を作動させることができる。本実施形態では、第１コントローラ４０から走行モード切替弁２３Ｖｃに繋がる制御信号ライン４２をブレーキ切替弁２３Ｖｂへ繋ぎ替える例を示したが、走行モード切替弁２３Ｖｃではなく、他の油圧アクチュエータの駆動モードを切り替える切替弁等に繋がる制御信号ラインを用いてもよい。例えば、アタッチメントの高圧モード切替弁等、他の切替弁に接続された制御信号ラインを用いてもよい。高圧モード切替弁へ接続された制御信号ラインを用いる場合には、レバー２６Ａ、若しくは２６Ｂの操作(中立か傾倒か)により、ブレーキ切替弁２３Ｖｂの制御を行うことができる。また、第１コントローラ４０から上記他の切替弁に接続された制御信号ラインを用いる場合についても、上述したとおり、該制御信号ラインの長さは、他の切替弁とブレーキ切替弁２３Ｖｂとに接続可能なように、十分な長さであるとよい。また、他の切替弁とブレーキ切替弁２３Ｖｂとは、ショベルのカバー内の同一空間に配置されるとよい。

このように、操作者等は、旋回用電動機２１の制御部（第２コントローラ３０）や電動駆動部（インバータ２０）等に異常が発生し、メカニカルブレーキ２３が作動した場合であっても、スイッチ６０を操作することで、メカニカルブレーキ２３を解除することができる。これにより、上部旋回体３を手動等により所望の位置まで旋回させることができる。また、上部旋回体３を所望の位置まで旋回させた後、操作装置２６を操作してショベルを所定の場所まで移動させたり、トラック等に載せて移送したりすることができる。

なお、図５の例において、スイッチ６０として他のスイッチを代用する例を示したが、専用のスイッチが設けられてもよい。また、例えば、表示装置５０がタッチパネル式のディスプレイである場合に、第２コントローラ３０等に異常が発生した場合に操作可能な操作画面を表示装置５０に表示させて、該操作画面を操作することにより第１コントローラ４０に解除要求信号（及び作動要求信号）を出力することができるようにしてもよい。

また、図５の例において、第２コントローラ３０に異常が発生した場合について説明したが、旋回用電動機２１やインバータ２０等に異常が発生した場合についても同様の操作等によりメカニカルブレーキ２３の解除を行うことができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる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・変更が可能である。

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ（油圧アクチュエータ）
２ 旋回機構
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（油圧アクチュエータ）
８ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
９ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１０ キャビン
１１ エンジン
１１ａ エンジン回転数検出器
１１ｂ エンジンコントロールユニット
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ（油圧ポンプ）
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ，２０ インバータ
１９ キャパシタ
２０ａ メモリ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ（ブレーキ）
２３ａ ブレーキピストン
２３ｂ ブレーキシリンダ
２３ｃ ブレーキスプリング
２３ｄ ブレーキディスク
２３ｅ ブレーキプレート
２３ｆ ブレーキケース
２３Ｖａ レバーロック切替弁
２３Ｖｂ ブレーキ切替弁（第２切替弁）
２３Ｖｃ 走行モード切替弁（第１切替弁）
２４ 旋回変速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ 第２コントローラ
３２ 制御信号ライン
３４ 制御信号ライン
３６ 制御信号ライン
４０ 第１コントローラ
４２ 制御信号ライン
５０ 表示装置
６０ スイッチ
１００ 昇降圧コンバータ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ キャパシタ電圧検出部
１１３，１１６ キャパシタ電流検出部
１１４，１１７ 電源ライン
１１５，１１８ 接続点
１２０ 蓄電系
１２０Ａ コンバータ
１３０−１，１３０−２ リレー

Claims (6)

1. 下部走行体と、
   該下部走行体上に搭載された上部旋回体と、
   所定の機能に関する制御を行う第１コントローラと、
   前記上部旋回体の停止状態を保持するブレーキと、
   前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行う第２コントローラと、を備え、
   前記第１コントローラは、前記第２コントローラによる前記ブレーキの作動又は解除の切り替えが不可能な異常状態になった場合に、前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行い、
   前記第１コントローラは、油圧駆動系の制御を行い、
   前記第２コントローラは、前記油圧駆動系の主たる動力源であるエンジンのアシスト又は前記上部旋回体の駆動を行う電気駆動系の駆動制御を行う、
   ショベル。
2. 前記第２コントローラは、前記異常状態に遷移した旨の異常信号を前記第１コントローラに出力し、
   前記第１コントローラは、前記第２コントローラから入力される異常信号に基づき、前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行う、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記第２コントローラと接続され、前記第２コントローラからの制御指令に応じて、前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行うブレーキ切替弁、を更に備え、
   前記ブレーキ切替弁は、前記第１コントローラと接続可能である、
   請求項１又は２に記載のショベル。
4. 作動油を吐出する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される作動油により駆動する油圧アクチュエータと、
   前記第１コントローラに接続され、該第１コントローラからの制御指令に応じて、前記油圧アクチュエータに関連する動作の切り替えを行う動作切替弁と、を更に備え、
   前記第２コントローラから前記ブレーキ切替弁に入力される制御指令と、前記第１コントローラから前記動作切替弁に入力される制御指令とは、同じ種類の信号である、
   請求項３に記載のショベル。
5. キャビン内に設けられ、前記第１コントローラと接続される操作部を更に備え、
   前記第１コントローラは、前記操作部に対する操作が行われると、前記ブレーキの作動又は解除の切り替えを行う、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。
6. 前記第１コントローラは、前記第２コントローラが前記異常状態である場合に、前記ブレーキを解除する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のショベル。

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