JP7389728B2 - 油圧ショベル駆動システム - Google Patents

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Description

本発明は、油圧ショベル駆動システムに関する。
一般に、油圧ショベルでは、旋回体に対して俯仰するブームの先端にアームが揺動可能に連結され、アームの先端にバケットが揺動可能に連結される。この油圧ショベルに搭載される駆動システムは、ブームを俯仰させるブームシリンダ、アームを揺動させるアームシリンダおよびバケットを揺動させるバケットシリンダなどを含み、これらの油圧アクチュエータには、ポンプから作動油が供給される。
例えば、特許文献１には、油圧ショベル用のブームシリンダ駆動装置が開示されている。このブームシリンダ駆動装置では、ブームシリンダのヘッド側室が、電動機により駆動されるポンプと直接的に接続されている。このため、ブーム下げ操作時には、電動機が発電機として機能し、ブームの位置エネルギが回生される。
一方、ブームシリンダのロッド側室は、切換弁を介してタンクおよび油圧源と接続されている。切換弁は、ブームシリンダのロッド側室をタンクと連通させる通常位置と、ロッド側室を油圧源と連通させるオフセット位置との間で切り換えられる。切換弁は、ブームシリンダのヘッド側室の圧力に応じて制御される。
より詳しくは、ヘッド側室の圧力が所定値よりも大きいときは、切換弁が通常位置に位置し、ブームシリンダのロッド側室からタンクへまたはそれとは逆に作動油が流れる。逆に、ヘッド側室の圧力が所定値よりも小さいときは、切換弁がオフセット位置に切り換えられ、油圧源からブームシリンダのロッド側室へ作動油が供給される。これにより、ブームシリンダのロッド側室の圧力を高くすることができる。
なお、ヘッド側室の圧力が所定値よりも大きいときの代表例はブーム上げ操作時及びブーム下げ操作時であり、ヘッド側室の圧力が所定値よりも小さいときの代表例は、ブームの外力による下降が不可となったバケットの接地後でもブームシリンダを短縮させようとする車体持上げ操作時（特許文献１では「本体ジャッキアップ」と表記）である。
特開２００５－３１５３１２号公報
しかしながら、特許文献１に記載のブームシリンダ駆動装置では、車体持上げ操作などのヘッド側室の圧力が比較的に小さいときの操作に専用の圧力源が必要である。
そこで、本発明は、車体持上げ操作に専用の圧力源を用いることなく、車体持上げ操作時にブームシリンダのロッド側室の圧力を高くすることができる油圧ショベル駆動システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の油圧ショベル駆動システムは、ブームシリンダと、ヘッド側ラインにより前記ブームシリンダのヘッド側室と接続された、電動機により駆動される第１ポンプと、アームシリンダとバケットシリンダの少なくとも一方へ作動油を供給する第２ポンプと、前記ブームシリンダのロッド側室を前記タンクと接続するロッド側ラインに設けられた、ブーム上げ操作時に前記ロッド側ラインを開放し、車体持上げ操作時に前記ロッド側ラインをブロックする第１切換弁と、前記ロッド側ラインにおける前記ロッド側室と前記第１切換弁の間の部分を前記第２ポンプから延びる供給ラインと接続する中継ラインに設けられた、ブーム上げ操作時に前記中継ラインをブロックし、車体持上げ操作時に前記中継ラインを開放する第２切換弁と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、車体持上げ操作時には、アームシリンダおよび／またはバケットシリンダ用の第２ポンプから吐出された作動油がブームシリンダのロッド側室へ供給される。従って、車体持上げ操作に専用の圧力源を用いることなく、車体持上げ操作時にブームシリンダのロッド側室の圧力を高くすることができる。
本発明によれば、車体持上げ操作に専用の圧力源を用いることなく、車体持上げ操作時にブームシリンダのロッド側室の圧力を高くすることができる。
本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。 油圧ショベルの側面図である。 本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。 変形例の油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ａを示し、図２に、その駆動システム１Ａが搭載された油圧ショベル１０を示す。
図２に示す油圧ショベル１０は自走式であり、走行体１１を含む。また、油圧ショベル１０は、走行体１１に旋回可能に支持された旋回体１２と、旋回体１２に対して俯仰するブームを含む。ブームの先端にはアームが揺動可能に連結されており、アームの先端にはバケットが揺動可能に連結されている。旋回体１２には、運転席が設置されたキャビン１６が設けられている。なお、油圧ショベル１０は自走式でなくてもよい。
図１に示すように、駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、ブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５を含む。図２に示すように、ブームシリンダ１３はブームを俯仰させ、アームシリンダ１４はアームを揺動させ、バケットシリンダ１５はバケットを揺動させる。なお、図略の旋回モータおよび左右一対の走行モータは、駆動システム１Ａに含まれてもよいし、別の駆動システムに含まれてもよい。
また、駆動システム１Ａは、ブームシリンダ１３用の第１ポンプ２２と、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５用の第２ポンプ３２を含む。第１ポンプ２２は、ブーム上げ操作時にブームシリンダ１３へ作動油を供給する。第２ポンプ３２は、アーム操作時（アーム引き操作時およびアーム押し操作時）にアームシリンダ１４へ作動油を供給し、バケット操作時（バケット掘削操作時およびバケットダンプ操作時）にバケットシリンダ１５へ作動油を供給する。
ただし、第２ポンプ３２は、必ずしもアームシリンダ１４とバケットシリンダ１５の双方へ作動油を供給する必要はなく、どちらか一方へ作動油を供給してもよい。例えば、第２ポンプ３２がアームシリンダ１４のみへ作動油を供給する場合、バケットシリンダ１５へは第３ポンプから作動油が供給されてもよい。
より詳しくは、第２ポンプ３２は、アーム制御弁４１を介してアームシリンダ１４へ作動油を供給するとともに、バケット制御弁４２を介してバケットシリンダ１５へ作動油を供給する。第２ポンプ３２は、吸入ライン３１によりタンクと接続されているとともに、供給ライン３３によりアーム制御弁４１およびバケット制御弁４２と接続されている。換言すれば、供給ライン３３は、第２ポンプ３２から延びており、途中で分岐してアーム制御弁４１およびバケット制御弁４２につながっている。
アーム制御弁４１は、アームシリンダ１４に対する作動油の供給および排出を制御する。アーム制御弁４１は、一対の給排ライン３４，３５によりアームシリンダ１４と接続されているとともに、タンクライン３６によりタンクと接続されている。
同様に、バケット制御弁４２は、バケットシリンダ１５に対する作動油の供給および排出を制御する。バケット制御弁４２は、一対の給排ライン３７，３８によりバケットシリンダ１５と接続されているとともに、タンクライン３９によりタンクと接続されている。
本実施形態では、アーム制御弁４１およびバケット制御弁４２のそれぞれがパイロット圧により作動する。アーム制御弁４１の一対のパイロットポートは図略の一対の電磁比例弁とそれぞれ接続され、バケット制御弁４２の一対のパイロットポートは図略の一対の電磁比例弁とそれぞれ接続されている。アーム制御弁４１およびバケット制御弁４２のそれぞれは、上記の一対の電磁比例弁を介して後述する制御装置７により制御される。
ただし、アーム制御弁４１およびバケット制御弁４２のそれぞれは、電気信号により作動してもよい。この場合、アーム制御弁４１およびバケット制御弁４２のそれぞれが制御装置７により直接的に制御される。
ブームシリンダ１３用の第１ポンプ２２は、吸入吐出ライン２１によりタンクと接続されているとともに、ヘッド側ライン２３によりブームシリンダ１３のヘッド側室１３ａと直接的に接続されている。ブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂは、ロッド側ライン２４によりタンクと接続されている。ロッド側ライン２４には、第１切換弁５１が設けられている。
第１切換弁５１は、ロッド側ライン２４を開放する開位置（図１の左側位置、本実施形態では中立位置）と、ロッド側ライン２４をブロックする閉位置（図１の右側位置）との間で切り換えられる。本実施形態では、第１切換弁５１が、ブーム上げ操作時に開位置に位置し、ブーム下げ操作時および車体持上げ時に閉位置に位置する。なお、ブーム下げ操作とは、バケットが空中にある状態でブームを下げる操作であり、車体持上げ操作とは、バケットを地面等に押し付けて自身の車体（走行体１１および旋回体１２）を持上げる操作である。
ロッド側ライン２４におけるロッド側室１３ｂと第１切換弁５１の間の部分は、中継ライン２５により上述した供給ライン３３と接続されている。中継ライン２５には、第２切換弁５２が設けられている。
第２切換弁５２は、中継ライン２５をブロックする閉位置（図１の下側位置、本実施形態では中立位置）と、中継ライン２５を開放する開位置（図１の上側位置）との間で切り換えられる。第２切換弁５２は、開位置では開口面積が変更可能に構成されている。
本実施形態では、第２切換弁５２が、ブーム上げ操作時およびブーム下げ操作時に閉位置に位置し、体持ち上げ操作時に開位置に位置する。従って、中継ライン２５には、車体持上げ操作時にだけ作動油が流れる。
また、本実施形態では、第２切換弁５２に、車体持上げ操作時に供給ライン３３からロッド側ライン２４へ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁２６が設けられ（組み込まれ）ている。ただし、逆止弁２６は、第２切換弁５２の上流側または下流側で中継ライン２５に設けられてもよい。
さらに、本実施形態では、吸入吐出ライン２１が再生ライン２７によりロッド側ライン２４におけるロッド側室１３ｂと第１切換弁５１の間の部分と接続されており、この再生ライン２７に第３切換弁５３が設けられている。また、吸入吐出ライン２１には、当該吸入吐出ライン２１をタンク側流路２１ａとポンプ側流路２１ｂとに分断するように第４切換弁９１が設けられている。つまり、再生ライン２７は、吸入吐出ライン２１のポンプ側流路２１ｂをロッド側ライン２４におけるロッド側室１３ｂと第１切換弁５１の間の部分と接続する。
第３切換弁５３は、再生ライン２７をブロックする閉位置（図１の上側位置、本実施形態では中立位置）と、再生ライン２７を開放する開位置（図１の下側位置）との間で切り換えられる。第３切換弁５３は、ブーム下げ操作時に開位置に位置し、ブーム下げ操作時以外に閉位置に位置する。
第４切換弁９１は、パラレルライン９２によりタンクと接続されている。パラレルライン９２には、所定のクラッキング圧（例えば、０．１～３．０ＭＰａ）を有する逆止弁９３が設けられている。第４切換弁９１は、通常位置（図１の右側位置、本実施形態では中立位置）と再生位置（図１の左側位置）との間で切り換えられる。第４切換弁９１は、通常位置ではパラレルライン９２をブロックするとともに吸入吐出ライン２１のポンプ側流路２１ｂをタンク側流路２１ａと連通させ、再生位置ではタンク側流路２１ａをブロックするとともにポンプ側流路２１ｂをパラレルライン９２と連通させる。第４切換弁９１は、ブーム下げ操作時に再生位置に位置し、ブーム下げ操作時以外に通常位置に位置する。
本実施形態では、第１切換弁５１、第２切換弁５２、第３切換弁５３および第４切換弁９１のそれぞれが、電気信号により作動する。第１切換弁５１、第２切換弁５２、第３切換弁５３および第４切換弁９１は、制御装置７により制御される。ただし、第１切換弁５１、第２切換弁５２、第３切換弁５３および第４切換弁９１のうちの少なくとも１つはパイロット圧により作動してもよい。例えば、第１切換弁５１がパイロット圧により作動する場合、第１切換弁５１は電磁比例弁を介して制御装置７により制御される。
第１ポンプ２２は第１電動機６１により駆動され、第２ポンプ３２は第２電動機６２により駆動される。第１電動機６１および第２電動機６２は、それぞれインバータ６３，６４を介してバッテリ６５と接続されている。すなわち、第１電動機６１が第１ポンプ２２を駆動するときはバッテリ６５から第１電動機６１へ電力が供給され、第２電動機６２が第２ポンプ３２を駆動するときはバッテリ６５から第２電動機６２へ電力が供給される。なお、バッテリ６５の代わりにキャパシタが用いられてもよい。また、第１電動機６１および第２電動機６２は、それぞれインバータ６３，６４を介して制御装置７により制御される。
キャビン１６内には、ブーム操作装置８１、アーム操作装置８２およびバケット操作装置８３が配置されている。ブーム操作装置８１は、ブーム上げ方向およびブーム下げ方向に操作される操作レバーを含み、アーム操作装置８２は、アーム引き方向およびアーム押し方向に操作される操作レバーを含み、バケット操作装置８３は、バケット掘削方向およびバケットダンプ方向に操作される操作レバーを含む。そして、ブーム操作装置８１、アーム操作装置８２およびバケット操作装置８３のそれぞれは、操作レバーの操作方向および操作量（傾倒角）に応じた操作信号を出力する。
具体的に、ブーム操作装置８１は、操作レバーがブーム上げ方向に操作されたときにその操作量に応じたブーム上げ操作信号を出力し、操作レバーがブーム下げ方向に操作されたときにその操作量に応じたブーム下げ操作信号を出力する。同様に、アーム操作装置８２は、操作レバーがアーム引き方向またはアーム押し方向に操作されたときにその操作量に応じたアーム操作信号（アーム引き操作信号またはアーム押し操作信号）を出力し、バケット操作装置８３は、操作レバーがバケット掘削方向またはバケットダンプ方向に操作されたときにその操作量に応じたバケット操作信号（バケット掘削操作信号またはバケットダンプ操作信号）を出力する。
本実施形態では、ブーム操作装置８１、アーム操作装置８２およびバケット操作装置８３のそれぞれが、操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックである。ただし、アーム操作装置８２およびバケット操作装置８３は、操作信号としてパイロット圧を出力するパイロット操作弁であってもよい。この場合、アーム制御弁４１の一対のパイロットポートがアーム操作装置８２と接続され、バケット制御弁４２の一対のパイロットポートがバケット操作装置８３と接続されてもよい。
ブーム操作装置８１、アーム操作装置８２およびバケット操作装置８３から出力される操作信号（電気信号）は、制御装置７へ入力される。例えば、制御装置７は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージと、ＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭまたはストレージに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
制御装置７は、アーム操作装置８２からアーム操作信号が出力されるとき（アーム操作時）、アーム操作装置８２の操作レバーの操作量が大きくなるほどアーム制御弁４１の開口面積が大きくなるように図略の電磁比例弁を介してアーム制御弁４１を制御する。なお、制御装置７は、アーム操作装置８２の操作レバーだけが操作される場合は、その操作量が大きくなるほど第２ポンプ３２の吐出流量が増大するようにインバータ６４を介して第２電動機６２の回転数を調整してもよいし、第２電動機６２の回転数は一定としてもよい。
同様に、制御装置７は、バケット操作装置８３からバケット操作信号が出力されるとき（バケット操作時）、バケット操作装置８３の操作レバーの操作量が大きくなるほどバケット制御弁４２の開口面積が大きくなるように図略の電磁比例弁を介してバケット制御弁４２を制御する。なお、制御装置７は、バケット操作装置８３の操作レバーだけが操作される場合は、その操作量が大きくなるほど第２ポンプ３２の吐出流量が増大するようにインバータ６４を介して第２電動機６２の回転数を調整してもよいし、第２電動機６２の回転数は一定としてもよい。
ブーム操作装置８１からブーム上げ操作信号が出力されるとき（ブーム上げ操作時）、制御装置７は、ブーム操作装置８１の操作レバーの操作量が大きくなるほど第１ポンプ２２の吐出流量が増大するようにインバータ６３を介して第１電動機６１の回転数を調整する。
また、ブーム上げ操作時、制御装置７は、第１切換弁５１を開位置、第２切換弁５２を閉位置、第３切換弁５３を閉位置、第４切換弁９１を通常位置に維持する。つまり、制御装置７は、第１切換弁５１、第２切換弁５２、第３切換弁５３および第４切換弁９１のいずれにも指令電流を送給しない。これにより、タンクから吸入吐出ライン２１（タンク側流路２１ａ、第４切換弁９１およびポンプ側流路２１ｂ）を通じて第１ポンプ２２へ作動油が吸入され、ブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂから排出される作動油がロッド側ライン２４を通じてタンクへ流入する。
ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力されるときは、制御装置７は、ブーム下げ操作と車体持上げ操作のどちらが行われたかを判定する。本実施形態では、制御装置７が、ブームシリンダ１３のヘッド側室１３ａの圧力Ｐｈを検出する圧力センサ７１と電気的に接続されている。図例では圧力センサ７１がヘッド側ライン２３に設けられているが、圧力センサ７１はブームシリンダ１３のヘッド側室１３ａに設けられてもよい。
制御装置７は、ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力され、かつ、圧力センサ７１で検出される圧力Ｐｈが所定値（例えば、０．５～１０ＭＰａの範囲内で設定）よりも大きい場合には、ブーム下げ操作が行われたと判定する。逆に、ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力され、かつ、圧力センサ７１で検出される圧力Ｐｈが前記所定値よりも小さい場合には、制御装置７は、車体持上げ操作が行われたと判定する。すなわち、制御装置７は、ブーム操作装置８１の操作レバーがブーム下げ方向に操作されている間に圧力センサ７１で検出される圧力Ｐｈが前記所定値を下回ったときに、車体持上げ操作が開始されたと判定する。
ただし、ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力されるときにブーム下げ操作と車体持上げ操作のどちらが行われたかを判定する方法はこれに限られるものではない。例えば、制御装置７は、ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力され、かつ、第１電動機６１により生成される回生電流が所定値よりも大きい場合は、ブーム下げ操作が行われたと判定し、ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力され、かつ、第１電動機６１により生成される回生電流が前記所定値よりも小さい場合は、車体持上げ操作が行われたと判定してもよい。すなわち、制御装置７は、ブーム操作装置８１の操作レバーがブーム下げ方向に操作されている間に第１電動機６１により生成される回生電流が前記所定値を下回ったときに、車体持上げ操作が開始されたと判定してもよい。
あるいは、制御装置７は、ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力され、かつ、ブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂの圧力Ｐｒが所定値よりも小さい場合は、ブーム下げ操作が行われたと判定し、ブーム操作装置８１からブーム下げ操作信号が出力され、かつ、ロッド側室１３ｂの圧力Ｐｒが前記所定値よりも大きい場合は、車体持上げ操作が行われたと判定してもよい。
ブーム下げ操作時、制御装置７は、第２切換弁５２を閉位置に維持したままで、第１切換弁５１を閉位置に切り換えるとともに、第３切換弁５３を開位置に切り換える。さらに、制御装置７は、第４切換弁９１を再生位置に切り換える。つまり、制御装置７は、第１切換弁５１、第３切換弁５３および第４切換弁９１へ指令電流を送給する。これにより、ブームシリンダ１３のヘッド側室１３ａから排出され、第１ポンプ２２を通過した作動油の一部が再生ライン２７およびロッド側ライン２４を通じてロッド側室１３ｂへ流入し、残りが第４切換弁９１およびパラレルライン９２を通じてタンクへ流入する。
ブーム下げ操作時、ブームシリンダ１３のヘッド側室１３ａから排出される作動油により第１ポンプ２２がモータとして駆動される。これにより、第１電動機６１が発電機として機能し、ブームの位置エネルギが回生される。発電された電力は、バッテリ６５に蓄積される。ブーム下げ操作時、制御装置７は、ブーム操作装置８１の操作レバーの操作量が大きくなるほど第１電動機６１の回生トルク（ブレーキ力）を低減する。
制御装置７は、上述したように車体持ち上げ操作が開始されたと判定すると、図略の電磁比例弁を介して第２切換弁５２を閉位置から開位置へ切り換える。より詳しくは、車体持上げ操作時、制御装置７は、第３切換弁５３を閉位置に維持するとともに第４切換弁９１を通常位置に維持したままで、第１切換弁５１を閉位置に切り換えるとともに、第２切換弁５２を開位置に切り換える。つまり、制御装置７は、第１切換弁５１および第２切換弁５２へ指令電流を送給する。これにより、第２ポンプ３２から吐出された作動油が、供給ライン３３、中継ライン２５（第２切換弁５２）およびロッド側ライン２４を介してブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂへ供給される。また、ブームシリンダ１３のヘッド側室１３ａから排出され、第１ポンプ２２を通過した作動油が吸入吐出ライン２１（ポンプ側流路２１ｂ、第４切換弁９１およびタンク側流路２１ａ）を通じてタンクへ流入する。
また、車体持上げ操作時、制御装置７は、ブーム操作装置８１の操作レバーの操作量に応じて第２ポンプ３２の吐出流量を調整する。例えば、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらも操作されていなければ、制御装置７は、車体持上げ操作時、ブーム操作装置８１の操作レバーの操作量が大きくなるほど第２ポンプ３２の吐出流量が増大するようにインバータ６４を介して第２電動機６２の回転数を調整する。
また、制御装置７は、車体持上げ操作時、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらもが操作されない場合は第２切換弁５２の開口面積が最大となり、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらかが操作される場合は第２切換弁５２が絞りとして機能するように、第２切換弁５２を制御する。
以上説明したように、本実施形態の油圧ショベル駆動システム１Ａでは、車体持上げ操作時には、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５用の第２ポンプ３２から吐出された作動油がブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂへ供給される。従って、車体持上げ操作に専用の圧力源を用いることなく、車体持上げ操作時にブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂの圧力を高くすることができる。
また、本実施形態では、車体持上げ操作時に第２ポンプ３２の吐出流量が調整されるので、第２ポンプ３２により、ブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂでのキャビテーションの発生を防止することができる。
さらに、本実施形態では、第３切換弁５３が採用されているので、ブーム下げ操作時には、第１ポンプ２２から吐出される作動油をタンクへ戻すことなく再生することができる。しかも、ブーム下げ操作時には第４切換弁９１が再生位置に切り換えられるので、ブーム下げ操作時に再生される作動油の圧力が高く保たれる。その結果、ブームシリンダ１３のロッド側室１３ｂでのキャビテーションの発生を確実に防止することができる。
また、本実施形態では、第２切換弁５２に逆止弁２６が設けられているので、車体持上げ操作がアーム操作またはバケット操作と同時に行われたときでもブームシリンダ１３の伸長を防止することができる。
さらに、本実施形態では、車体持ち上げ操作時、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらもが操作されなければ、第２切換弁５２の開口面積が最大となることにより、第２ポンプ３２からロッド側室１３ｂへ供給される作動油に対する第２切換弁５２での圧力損失を抑制することができる。一方、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらかが操作されれば、第２切換弁５２が絞りとして機能することで、第２ポンプ３２の吐出圧を確保することができる。
＜変形例＞
前記実施形態では、第２切換弁５２が、ブーム下げ操作時に閉位置に位置するが、ブーム下げ操作時に開位置に位置してもよい。ブーム下げ操作時にロッド側室１３ｂへの作動油の吸い込みが不足するとキャビテーションを引き起こす。従って、ブーム下げ操作時に第２切換弁５２を開位置に切り換えて第２ポンプ３２から吐出される作動油（圧油）をロッド側室１３ｂへ供給すれば、そのようなキャビテーションを防止することができる。
なお、ブーム下げ操作時に第２切換弁５２が開位置に位置する場合、第２切換弁５２の開口面積に関してはブーム下げ操作時にも車体持ち上げ操作時と同様の制御が行われる。すなわち、制御装置７は、ブーム下げ操作時、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらもが操作されない場合は第２切換弁５２の開口面積が最大となり、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらかが操作される場合は第２切換弁５２が絞りとして機能するように、第２切換弁５２を制御する。
これにより、前記実施形態の車体持ち上げ操作時と同様に、ブーム下げ操作時にも、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらもが操作されなければ第２切換弁５２での圧力損失を抑制することができ、アーム操作装置８２とバケット操作装置８３のどちらかが操作されれば第２ポンプ３２の吐出圧を確保することができる。なお、ブーム下げ操作時に第２切換弁５２が開位置に位置する場合、ブーム下げ操作時にも逆止弁２６が機能する。
なお、上述した全ての変形例は第２実施形態にも適用可能である。
（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ｂを示す。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、図３では、第１電動機６１、第２電動機６２および制御装置７などの作図を省略する。
本実施形態では、ヘッド側ライン２３が、バイパスライン９４によりタンクと接続されている。バイパスライン９４には、車体持上げ用切換弁９５が設けられる。車体持上げ用切換弁９５は、図略の制御装置７により、車体持上げ操作時以外はバイパスライン９４をブロックする閉位置（図３の右側位置、本実施形態では中立位置）に位置し、車体持上げ操作時にバイパスライン９４を開放する開位置（図３の左側位置）に位置するように制御される。
本実施形態でも第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、車体持上げ操作時にはブームシリンダ１３のヘッド側室１３ａから排出される作動油が第１ポンプ２２を経由することなくタンクへ戻されるので、第１実施形態のように作動油が第１ポンプ２２を経由してタンクへ戻される場合に比べて、エネルギ効率を向上させることができる。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、第１実施形態および第２実施形態において、第１ポンプ２２および第２ポンプ３２は、必ずしも固定容量型のポンプである必要はなく、可変容量型のポンプであってもよい。第２ポンプ３２が可変容量型のポンプである場合、第２ポンプ３２はエンジン（内燃機関）により駆動されてもよい。
第２ポンプ３２が可変容量型のポンプである場合、制御装置７は、第２ポンプ３２の傾転角を変更することで、ブーム操作装置８１の操作レバーの操作量に応じて第２ポンプ３２の吐出流量を調整してもよい。
また、第３切換弁５３が設けられた再生ライン２７および第４切換弁９１は省略可能である。この場合、第１切換弁５１はブーム下げ操作時に開位置に位置する。
あるいは、図４に示す変形例の油圧ショベル駆動システム１Ｃのように、第１実施形態および第２実施形態において、再生ライン２７に、第３切換弁５３の代わりに、吸入吐出ライン２１からロッド側ライン２４へ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁５４が設けられてもよい。このような構成であれば、圧力損失は増える傾向になるものの回路構成がシンプルになるため、コストを低減させることができる。
（まとめ）
本発明の油圧ショベル駆動システムは、ブームシリンダと、ヘッド側ラインにより前記ブームシリンダのヘッド側室と接続された、電動機により駆動される第１ポンプと、アームシリンダとバケットシリンダの少なくとも一方へ作動油を供給する第２ポンプと、前記ブームシリンダのロッド側室を前記タンクと接続するロッド側ラインに設けられた、ブーム上げ操作時に前記ロッド側ラインを開放し、車体持上げ操作時に前記ロッド側ラインをブロックする第１切換弁と、前記ロッド側ラインにおける前記ロッド側室と前記第１切換弁の間の部分を前記第２ポンプから延びる供給ラインと接続する中継ラインに設けられた、ブーム上げ操作時に前記中継ラインをブロックし、車体持上げ操作時に前記中継ラインを開放する第２切換弁と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、車体持上げ操作時には、アームシリンダおよび／またはバケットシリンダ用の第２ポンプから吐出された作動油がブームシリンダのロッド側室へ供給される。従って、車体持上げ操作に専用の圧力源を用いることなく、車体持上げ操作時にブームシリンダのロッド側室の圧力を高くすることができる。
例えば、前記第２切換弁は、ブーム上げ操作時およびブーム下げ操作時に前記中継ラインをブロックする閉位置に位置し、車体持上げ操作時に前記中継ラインを開放する開位置に位置してもよい。この場合、上記の油圧ショベル駆動システムは、ブーム上げ方向およびブーム下げ方向に操作される操作レバーを含むブーム操作装置と、前記電動機および前記第２切換弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ブーム操作装置の操作レバーがブーム下げ方向に操作されている間に前記電動機により生成される回生電流が所定値を下回ったときに、車体持上げ操作が開始されたと判定し、前記第２切換弁を前記閉位置から前記開位置へ切り換えてもよい。
前記第２切換弁がブーム下げ操作時に閉位置に位置する場合、上記の油圧ショベル駆動システムは、ブーム上げ方向およびブーム下げ方向に操作される操作レバーを含むブーム操作装置と、前記ブームシリンダのヘッド側室の圧力を検出する圧力センサと、前記電動機および前記第２切換弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ブーム操作装置の操作レバーがブーム下げ方向に操作されている間に前記圧力センサで検出される圧力が所定値を下回ったときに、車体持上げ操作が開始されたと判定し、前記第２切換弁を前記閉位置から前記開位置へ切り換えてもよい。
あるいは、前記第２切換弁は、ブーム上げ操作時に前記中継ラインをブロックする閉位置に位置し、ブーム下げ操作時および車体持上げ操作時に前記中継ラインを開放する開位置に位置し、前記第１切換弁は、ブーム下げ操作時に前記ロッド側ラインをブロックしてもよい。
上記の油圧ショベル駆動システムは、ブーム操作装置、アーム操作装置およびバケット操作装置と、前記電動機および前記第２切換弁を制御する制御装置と、を備え、前記第２切換弁は、前記中継ラインを開放する開位置では開口面積が変更可能に構成されており、前記制御装置は、前記第２切換弁が前記開位置に位置するとき、前記アーム操作装置と前記バケット操作装置のどちらもが操作されない場合は前記第２切換弁の前記開口面積が最大となり、前記アーム操作装置と前記バケット操作装置のどちらかが操作される場合は前記第２切換弁が絞りとして機能するように、前記第２切換弁を制御してもよい。この構成によれば、第２切換弁が開位置に位置する場合、アーム操作装置とバケット操作装置のどちらもが操作されなければ、第２切換弁の開口面積が最大となることにより、第２ポンプからロッド側室へ供給される作動油に対する第２切換弁での圧力損失を抑制することができる。一方、アーム操作装置とバケット操作装置のどちらかが操作されれば、第２切換弁が絞りとして機能することで、第２ポンプの吐出圧を確保することができる。
上記の油圧ショベル駆動システムは、ブーム上げ方向およびブーム下げ方向に操作される操作レバーを含むブーム操作装置と、前記電動機を制御するとともに前記第２ポンプの吐出流量を調整する制御装置と、を備え、前記制御装置は、車体持上げ操作時に、前記ブーム操作装置の操作レバーの操作量に応じて前記第２ポンプの吐出流量を調整してもよい。この構成によれば、第２ポンプにより、ブームシリンダのロッド側室でのキャビテーションの発生を防止することができる。
前記第２切換弁または前記中継ラインには、少なくとも車体持上げ操作時に前記供給ラインから前記ロッド側ラインへ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁が設けられてもよい。この構成によれば、車体持上げ操作がアーム操作またはバケット操作と同時に行われたときでもブームシリンダの伸長を防止することができる。
前記第１ポンプは、吸入吐出ラインにより前記タンクと接続されており、上記の油圧ショベル駆動システムは、前記吸入吐出ラインを前記ロッド側ラインにおける前記ロッド側室と前記第１切換弁の間の部分と接続する再生ラインに設けられた、ブーム下げ操作時に前記再生ラインを開放し、ブーム下げ操作時以外に前記再生ラインをブロックする第３切換弁を備え、前記第１切換弁は、ブーム下げ操作時に前記ロッド側ラインをブロックしてもよい。この構成によれば、ブーム下げ操作時には、第１ポンプから吐出される作動油をタンクへ戻すことなく再生することができる。
前記吸入吐出ラインには、当該吸入吐出ラインをタンク側流路とポンプ側流路とに分断するように第４切換弁が設けられており、前記再生ラインは、前記吸入吐出ラインの前記ポンプ側流路を前記ロッド側ラインにおける前記ロッド側室と前記第１切換弁の間の部分と接続し、前記第４切換弁は、所定のクラッキング圧を有する逆止弁が設けられたパラレルラインにより前記タンクと接続されており、前記第４切換弁は、ブーム下げ操作時に前記ポンプ側流路を前記パラレルラインと連通させ、ブーム下げ操作時以外に前記ポンプ側流路を前記タンク側流路と連通させてもよい。この構成によれば、ブーム下げ操作時に再生される作動油の圧力が高く保たれるので、ロッド側室でのキャビテーションの発生を確実に防止することができる。
上記の油圧ショベル駆動システムは、前記ヘッド側ラインを前記タンクと接続するバイパスラインに設けられた、車体持上げ操作時に前記バイパスラインを開放し、車体持上げ操作時以外に前記バイパスラインをブロックする車体持上げ用切換弁を備えてもよい。この構成によれば、車体持上げ操作時にはブームシリンダのヘッド側室から排出される作動油が第１ポンプを経由することなくタンクへ戻されるので、作動油が第１ポンプを経由してタンクへ戻される場合に比べて、エネルギ効率を向上させることができる。
１Ａ，１Ｂ 油圧ショベル駆動システム
１０ 油圧ショベル
１３ ブームシリンダ
１３ａ ヘッド側室
１３ｂ ロッド側室
１４ アームシリンダ
１５ バケットシリンダ
２１ 吸入吐出ライン
２１ａ タンク側流路
２１ｂ ポンプ側流路
２２ 第１ポンプ
２３ ヘッド側ライン
２４ ロッド側ライン
２５ 中継ライン
２６ 逆止弁
２７ 再生ライン
３２ 第２ポンプ
３３ 供給ライン
５１ 第１切換弁
５２ 第２切換弁
５３ 第３切換弁
６１ 第１電動機
６２ 第２電動機
７ 制御装置
７１ 圧力センサ
８１ ブーム操作装置
８２ アーム操作装置
８３ バケット操作装置
９１ 第４切換弁
９２ パラレルライン
９３ 逆止弁
９４ バイパスライン
９５ 車体持上げ用切換弁

Claims (11)

  1. ブームシリンダと、
    ヘッド側ラインにより前記ブームシリンダのヘッド側室と接続された、電動機により駆
    動される第１ポンプと、
    アームシリンダとバケットシリンダの少なくとも一方へ作動油を供給する第２ポンプと
    、
    前記ブームシリンダのロッド側室をタンクと接続するロッド側ラインに設けられた
    、ブーム上げ操作時に前記ロッド側ラインを開放し、車体持上げ操作時に前記ロッド側ラ
    インをブロックする第１切換弁と、
    前記ロッド側ラインにおける前記ロッド側室と前記第１切換弁の間の部分を前記第２ポ
    ンプから延びる供給ラインと接続する中継ラインに設けられた、ブーム上げ操作時に前記
    中継ラインをブロックし、車体持上げ操作時に前記中継ラインを開放する第２切換弁と、
    を備える、油圧ショベル駆動システム。
  2. 前記第２切換弁は、ブーム上げ操作時およびブーム下げ操作時に前記中継ラインをブロックする閉位置に位置し、車体持上げ操作時に前記中継ラインを開放する開位置に位置する、請求項１に記載の油圧ショベル駆動システム。
  3. ブーム上げ方向およびブーム下げ方向に操作される操作レバーを含むブーム操作装置と、
    前記電動機および前記第２切換弁を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記ブーム操作装置の操作レバーがブーム下げ方向に操作されている間に前記電動機により生成される回生電流が所定値を下回ったときに、車体持上げ操作が開始されたと判定し、前記第２切換弁を前記閉位置から前記開位置へ切り換える、請求項２に記載の油圧ショベル駆動システム。
  4. ブーム上げ方向およびブーム下げ方向に操作される操作レバーを含むブーム操作装置と、
    前記ブームシリンダのヘッド側室の圧力を検出する圧力センサと、
    前記電動機および前記第２切換弁を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記ブーム操作装置の操作レバーがブーム下げ方向に操作されている間に前記圧力センサで検出される圧力が所定値を下回ったときに、車体持上げ操作が開始されたと判定し、前記第２切換弁を前記閉位置から前記開位置へ切り換える、請求項２に記載の油圧ショベル駆動システム。
  5. 前記第２切換弁は、ブーム上げ操作時に前記中継ラインをブロックする閉位置に位置し、ブーム下げ操作時および車体持上げ操作時に前記中継ラインを開放する開位置に位置し、
    前記第１切換弁は、ブーム下げ操作時に前記ロッド側ラインをブロックする、請求項１に記載の油圧ショベル駆動システム。
  6. ブーム操作装置、アーム操作装置およびバケット操作装置と、
    前記電動機および前記第２切換弁を制御する制御装置と、を備え、
    前記第２切換弁は、前記中継ラインを開放する開位置では開口面積が変更可能に構成されており、
    前記制御装置は、前記第２切換弁が前記開位置に位置するとき、前記アーム操作装置と前記バケット操作装置のどちらもが操作されない場合は前記第２切換弁の前記開口面積が最大となり、前記アーム操作装置と前記バケット操作装置のどちらかが操作される場合は前記第２切換弁が絞りとして機能するように、前記第２切換弁を制御する、請求項１～５の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
  7. ブーム上げ方向およびブーム下げ方向に操作される操作レバーを含むブーム操作装置と、
    前記電動機を制御するとともに前記第２ポンプの吐出流量を調整する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、車体持上げ操作時に、前記ブーム操作装置の操作レバーの操作量に応じて前記第２ポンプの吐出流量を調整する、請求項１～６の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
  8. 前記第２切換弁または前記中継ラインには、少なくとも車体持上げ操作時に前記供給ラインから前記ロッド側ラインへ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁が設けられている、請求項１～７の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
  9. 前記第１ポンプは、吸入吐出ラインにより前記タンクと接続されており、
    前記吸入吐出ラインを前記ロッド側ラインにおける前記ロッド側室と前記第１切換弁の間の部分と接続する再生ラインに設けられた、ブーム下げ操作時に前記再生ラインを開放し、ブーム下げ操作時以外に前記再生ラインをブロックする第３切換弁を備え、
    前記第１切換弁は、ブーム下げ操作時に前記ロッド側ラインをブロックする、請求項１～８の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
  10. 前記吸入吐出ラインには、当該吸入吐出ラインをタンク側流路とポンプ側流路とに分断するように第４切換弁が設けられており、前記再生ラインは、前記吸入吐出ラインの前記ポンプ側流路を前記ロッド側ラインにおける前記ロッド側室と前記第１切換弁の間の部分と接続し、
    前記第４切換弁は、所定のクラッキング圧を有する逆止弁が設けられたパラレルラインにより前記タンクと接続されており、
    前記第４切換弁は、ブーム下げ操作時に前記ポンプ側流路を前記パラレルラインと連通させ、ブーム下げ操作時以外に前記ポンプ側流路を前記タンク側流路と連通させる、請求項９に記載の油圧ショベル駆動システム。
  11. 前記ヘッド側ラインを前記タンクと接続するバイパスラインに設けられた、車体持上げ操作時に前記バイパスラインを開放し、車体持上げ操作時以外に前記バイパスラインをブロックする車体持上げ用切換弁を備える、請求項１～１０の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
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