JPWO2014069066A1 - ショベル - Google Patents

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Abstract

本発明の実施例に係る油圧ショベルは、メインポンプ１４と、旋回油圧モータ２１を含む油圧アクチュエータと、メインポンプ１４と油圧アクチュエータとの間の作動油の流れを制御するコントロールバルブ１７と、旋回油圧モータ２１とコントロールバルブ１７との間に接続される２つのアキュムレータ４２０Ａ、４２０Ｂと、を備える。２つのアキュムレータ４２０Ａ、４２０Ｂはそれぞれ、メインポンプ１４の上流に作動油を放出可能である。

Description

本発明は、アキュムレータを備えたショベルに関する。
従来、単一のアキュムレータを用いた油圧式旋回モータ制御システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表２０１１−５１４９５４号公報
この油圧式旋回モータ制御システムは、旋回油圧モータを減速させる際に、旋回油圧モータの慣性動作による運動エネルギを油圧エネルギとして回生するために、旋回油圧モータが排出する作動油をアキュムレータに蓄積する。また、この油圧式旋回モータ制御システムは、旋回油圧モータを加速させる際に、回生した油圧エネルギを運動エネルギとして利用するために、アキュムレータに蓄積した作動油を旋回油圧モータに対して放出する。
しかしながら、この油圧式旋回モータ制御システムは、単一のアキュムレータを利用するため、旋回減速の際に旋回油圧モータから流出する作動油を受け入れ可能な大容量のアキュムレータを用意する必要がある。そのため、アキュムレータの圧力を高めるために比較的多くの作動油が必要となる。その結果、旋回減速の際に十分な作動油を蓄積できなかったためアキュムレータの圧力が低いままの状態で旋回加速が行われた場合には、アキュムレータに蓄積した作動油を旋回油圧モータに対して放出できない。
上述の点に鑑み、本発明は、アキュムレータの蓄圧及び放圧をより効率的に実行可能なショベル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ショベルは、メインポンプと、旋回油圧モータを含む油圧アクチュエータと、前記メインポンプと前記油圧アクチュエータとの間の作動油の流れを制御するコントロールバルブと、前記旋回油圧モータと前記コントロールバルブとの間に接続される複数のアキュムレータと、を備える。
上述の手段により、本発明は、アキュムレータの蓄圧及び放圧をより効率的に実行可能なショベルを提供することができる。
本発明の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。 図１の油圧ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 第１実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す図である。 第１実施例に係るアキュムレータの蓄圧及び放圧の際の各種圧力の時間的推移を示す図である。 第１実施例に係るアキュムレータの放圧の際の各種圧力の時間的推移を示す図である。 第２実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す図である。 第２実施例に係るアキュムレータの蓄圧及び放圧の際の各種圧力の時間的推移を示す図である。 第３実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す図である。 第３実施例に係るアキュムレータの放圧の際の各種圧力の時間的推移を示す図である。 第４実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す図である。
図面を参照しながら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ショベルを示す側面図である。
油圧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の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット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、アタッチメントを構成し、油圧シリンダであるブームシリンダ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。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
図２は、図１の油圧ショベルの駆動系の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実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細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の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ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。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が接続されている。
コントロールバルブ１７は、油圧ショベルにおける油圧系の制御を行う装置である。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、バケットシリンダ９、旋回油圧モータ２１等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル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及び圧力センサ２９にそれぞれ接続されている。
圧力センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するためのセンサであり、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、操作装置２６の操作内容は、圧力センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
コントローラ３０は、油圧ショベルの駆動制御を行う主制御部としてのコントローラである。コントローラ３０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、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される装置である。
圧力センサＳ１は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
圧力センサＳ２Ｌは、旋回油圧モータ２１の第１ポート側の作動油の圧力を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
圧力センサＳ２Ｒは、旋回油圧モータ２１の第２ポート側の作動油の圧力を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
圧力センサＳ３は、アキュムレータ部４２の作動油の圧力を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
放圧蓄圧切換部４１は、旋回油圧モータ２１とアキュムレータ部４２との間の作動油の流れを制御する油圧回路要素である。
アキュムレータ部４２は、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する作動油供給源としての油圧回路要素である。例えば、アキュムレータ部４２は、旋回減速時に旋回油圧モータ２１の作動油を蓄積し、旋回加速時にその蓄圧した作動油を放出する。
なお、放圧蓄圧切換部４１及びアキュムレータ部４２についてはその詳細を後述する。
次に、図３〜図５を参照しながら、図１の油圧ショベルに搭載されるアキュムレータの蓄圧及び放圧について説明する。なお、図３は、図１の油圧ショベルに搭載される、第１実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す。また、図４は、第１実施例に係るアキュムレータの蓄圧及び放圧の際の各種圧力の時間的推移の一例を示す。また、図５は、第１実施例に係るアキュムレータの放圧の際の各種圧力の時間的推移の別の一例を示す。
図３に示す油圧回路の要部構成は、主に、旋回制御部４０、放圧蓄圧切換部４１、及びアキュムレータ部４２を含む。
旋回制御部４０は、主に、旋回油圧モータ２１、リリーフ弁４００Ｌ、４００Ｒ、及び逆止弁４０１Ｌ、４０１Ｒを含む。
リリーフ弁４００Ｌは、旋回油圧モータ２１の第１ポート２１Ｌ側の作動油の圧力が所定のリリーフ圧を超えるのを防止するための弁である。具体的には、第１ポート２１Ｌ側の作動油の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に、第１ポート２１Ｌ側の作動油をタンクに排出する。
同様に、リリーフ弁４００Ｒは、旋回油圧モータ２１の第２ポート２１Ｒ側の作動油の圧力が所定のリリーフ圧を超えるのを防止するための弁である。具体的には、第２ポート２１Ｒ側の作動油の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に、第２ポート２１Ｒ側の作動油をタンクに排出する。
逆止弁４０１Ｌは、第１ポート２１Ｌ側の作動油の圧力がタンク圧未満になるのを防止するための弁である。具体的には、第１ポート２１Ｌ側の作動油の圧力がタンク圧まで低下した場合に、タンク内の作動油を第１ポート２１Ｌ側に供給する。
同様に、逆止弁４０１Ｒは、第２ポート２１Ｒ側の作動油の圧力がタンク圧未満になるのを防止するための弁である。具体的には、第２ポート２１Ｒ側の作動油の圧力がタンク圧まで低下した場合に、タンク内の作動油を第２ポート２１Ｒ側に供給する。
放圧蓄圧切換部４１は、旋回制御部４０（旋回油圧モータ２１）とアキュムレータ部４２との間の作動油の流れを制御する油圧回路要素である。本実施例では、放圧蓄圧切換部４１は、主に、切換弁４１０Ｒ、４１０Ｄ、及び逆止弁４１１Ｒ、４１１Ｄを含む。
切換弁４１０Ｒは、アキュムレータ部４２の蓄圧（回生）動作の際に、旋回制御部４０からアキュムレータ部４２への作動油の流れを制御する弁である。本実施例では、切換弁４１０Ｒは、３ポート３位置の切換弁であり、コントローラ３０からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、切換弁４１０Ｒは、第１位置、第２位置、及び第３位置を弁位置として有する。第１位置は、第１ポート２１Ｌとアキュムレータ部４２とを連通させる弁位置である。また、第２位置は、旋回制御部４０とアキュムレータ部４２とを遮断する弁位置である。また、第３位置は、第２ポート２１Ｒとアキュムレータ部４２とを連通させる弁位置である。
切換弁４１０Ｄは、アキュムレータ部４２の放圧（力行）動作の際に、アキュムレータ部４２から旋回制御部４０への作動油の流れを制御する弁である。本実施例では、切換弁４１０Ｄは、３ポート３位置の切換弁であり、コントローラ３０からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、切換弁４１０Ｄは、第１位置、第２位置、及び第３位置を弁位置として有する。第１位置は、アキュムレータ部４２と第１ポート２１Ｌとを連通させる弁位置である。また、第２位置は、アキュムレータ部４２と旋回制御部４０とを遮断する弁位置である。また、第３位置は、アキュムレータ部４２と第２ポート２１Ｒとを連通させる弁位置である。
逆止弁４１１Ｒは、アキュムレータ部４２から旋回制御部４０に作動油が流れるのを防止する弁である。また、逆止弁４１１Ｄは、旋回制御部４０からアキュムレータ部４２に作動油が流れるのを防止する弁である。
なお、以下では、切換弁４１０Ｒ及び逆止弁４１１Ｒの組み合わせを第１蓄圧（回生）回路と称し、切換弁４１０Ｄ及び逆止弁４１１Ｄの組み合わせを第１放圧（力行）回路と称する。
アキュムレータ部４２は、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する油圧回路要素である。例えば、アキュムレータ部４２は、旋回減速時に旋回油圧モータ２１の制動側（吐出側）の作動油を蓄積し、旋回加速時にその蓄圧した作動油を旋回油圧モータ２１の駆動側（吸い込み側）に放出する。本実施例では、アキュムレータ部４２は、主に、第１アキュムレータ４２０Ａ、第２アキュムレータ４２０Ｂ、第１開閉弁４２１Ａ、及び第２開閉弁４２１Ｂを含む。
第１アキュムレータ４２０Ａ、第２アキュムレータ４２０Ｂは、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する装置である。本実施例では、第１アキュムレータ４２０Ａ、第２アキュムレータ４２０Ｂは、窒素ガスを利用するブラダ型アキュムレータであり、窒素ガスの圧縮性と作動油の非圧縮性を利用して作動油を蓄積或いは放出する。また、本実施例では、第１アキュムレータ４２０Ａの容量は、第２アキュムレータ４２０Ａの容量に等しい。
第１開閉弁４２１Ａは、コントローラ３０からの制御信号に応じて開閉する弁であり、本実施例では、第１アキュムレータ４２０Ａの蓄圧・放圧を制御する。同様に、第２開閉弁４２１Ｂは、コントローラ３０からの制御信号に応じて開閉する弁であり、本実施例では、第２アキュムレータ４２０Ｂの蓄圧・放圧を制御する。
なお、コントローラ３０は、旋回減速中において、旋回油圧モータ２１の制動側（吐出側）の圧力が第１アキュムレータ４２０Ａの圧力より高い場合に第１開閉弁４２１Ａを開放可能とし、旋回油圧モータ２１の制動側（吐出側）の圧力が第１アキュムレータ４２０Ａの圧力より低い場合には第１開閉弁４２１Ａを閉じる。これにより、コントローラ３０は、旋回減速中に第１アキュムレータ４２０Ａの作動油が旋回油圧モータ２１の制動側（吐出側）に流れるのを防止することができる。また、コントローラ３０は、旋回加速中において、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力が旋回油圧モータ２１の駆動側（吸い込み側）の圧力より高い場合に第１開閉弁４２１Ａを開放可能とし、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力が旋回油圧モータ２１の駆動側（吸い込み側）の圧力より低い場合には第１開閉弁４２１Ａを閉じる。これにより、コントローラ３０は、旋回加速中に旋回油圧モータ２１の駆動側（吸い込み側）の作動油が第１アキュムレータ４２０Ａに流れるのを防止することができる。第２アキュムレータ４２０Ｂに関する第２開閉弁４２１Ｂの開閉制御についても同様である。
ここで、図４を参照しながら、蓄圧（回生）動作及び放圧（力行）動作の際の、操作レバー圧力Ｐｉ、旋回モータ圧力Ｐｓ、及びアキュムレータ圧力Ｐａの時間的推移について説明する。なお、本実施例では、図４上段の操作レバー圧力Ｐｉの推移は、旋回操作レバーの操作に応じて変動するパイロット圧の推移を表す。また、図４中段の旋回モータ圧力Ｐｓの推移は、圧力センサＳ２Ｌ、Ｓ２Ｒの双方の検出値の推移を表す。また、図４下段のアキュムレータ圧力Ｐａの推移は、圧力センサＳ３の検出値から導出される、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力、及び、第２アキュムレータ４２０Ｂの圧力の推移を示す。
時刻ｔ１において、旋回操作レバーが中立位置から傾けられると、操作レバー圧力Ｐｉは、レバー傾斜量に応じた圧力まで増大する。また、時刻ｔ２において、旋回操作レバーが中立位置に戻されると、操作レバー圧力Ｐｉは、旋回操作前の圧力まで減少する。なお、旋回速度は、操作レバー圧力Ｐｉが大きいほど高くなる傾向を有する。
また、時刻ｔ１において、旋回操作レバーが傾けられ、コントロールバルブ１７における、旋回油圧モータ２１に対応するバルブが駆動されると、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力が増大する。メインポンプ１４が吐出する作動油が旋回油圧モータ２１の駆動側に流入するためである。
また、時刻ｔ２において、旋回操作レバーが戻され、コントロールバルブ１７における、旋回油圧モータ２１に対応するバルブが旋回操作前の状態に戻されると、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力が旋回操作前の圧力まで減少し、その一方で、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が増大する。メインポンプ１４から旋回油圧モータ２１の駆動側への作動油の流入が遮断されるためであり、また、旋回油圧モータ２１の制動側からタンクへの作動油の流出が遮断されるためである。なお、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力の増大は、制動トルクを発生させる。また、以下では、駆動側の圧力が増大する時間区分を「旋回加速区間」と称し、制動側の圧力が増大する時間区分を「旋回減速区間」と称する。
本実施例では、図４中段の実線が、圧力センサＳ２Ｌによって検出される駆動側（例えば第１ポート２１Ｌ側である。）の圧力の推移を表す。また、図４中段の破線が、圧力センサＳ２Ｒによって検出される制動側（例えば第２ポート２１Ｒ側である。）の圧力の推移を表す。
また、図４中段の実線は、駆動側の圧力がリリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘで推移することを表す。これは、リリーフ圧以上のポンプ吐出圧でメインポンプ１４から旋回油圧モータ２１に作動油を供給し、リリーフ弁４００Ｌを介して作動油の一部をタンクに排出しながら旋回油圧モータ２１を回転させていることを表す。
また、図４中段の破線は、制動側の圧力がリリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘで推移することを表す。これは、旋回油圧モータ２１を制動する際に、リリーフ弁４００Ｒを介して作動油の一部をタンクに排出しながら、アキュムレータ部４２に作動油を蓄積していることを表す。
時刻ｔ２において、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が増大すると、アキュムレータ部４２は、旋回油圧モータ２１の制動側の作動油を蓄積することができる。すなわち、アキュムレータ部４２は、油圧エネルギを回生することができる。具体的には、コントローラ３０は、切換弁４１０Ｒに対して制御信号を出力して切換弁４１０Ｒを第３位置とし、第２ポート２１Ｒとアキュムレータ部４２とを連通させる。そして、コントローラ３０は、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを開き、旋回油圧モータ２１の制動側（第２ポート２１Ｒ側）の作動油を第１アキュムレータ４２０Ａに流入させる。このとき、第２開閉弁４２１Ｂは閉じられており、作動油が第２アキュムレータ４２０Ｂから流出しないようにし、且つ、作動油が第２アキュムレータ４２０Ｂに流入しないようにする。
本実施例では、図４下段の一点鎖線が、圧力センサＳ３によって検出される第１アキュムレータ４２０Ａの圧力の推移を表す。また、図４下段の二点鎖線が、圧力センサＳ３によって検出される第２アキュムレータ４２０Ｂの圧力の推移を表す。
図４下段に示すように、時刻ｔ２において、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力は増大し始め、時刻ｔ３において最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘに達する。
「最大放出圧力」とは、アキュムレータが放出できる最大の圧力であり、旋回減速区間中の蓄圧（回生）動作の際のアキュムレータの最大圧力によって決まる圧力である。本実施例では、第１アキュムレータ４２０Ａの最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘは、第１開閉弁４２１Ａの開閉制御によってリリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘと同等の値に調整される。第２アキュムレータ４２０Ｂについても同様である。
その後、時刻ｔ３において、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力が最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘに達すると、アキュムレータ部４２は、第１アキュムレータ４２０Ａの蓄圧を終了し、第２アキュムレータ４２０Ｂの蓄圧を開始する。具体的には、コントローラ３０は、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを閉じ、旋回油圧モータ２１の制動側（第２ポート２１Ｒ側）の作動油の第１アキュムレータ４２０Ａへの流入を中止させる。一方で、コントローラ３０は、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを開き、旋回油圧モータ２１の制動側（第２ポート２１Ｒ側）の作動油を第２アキュムレータ４２０Ｂに流入させる。
そのため、図４下段に示すように、時刻ｔ３において、第２アキュムレータ４２０Ｂの圧力は増大し始め、時刻ｔ４までその増大が続く。
時刻ｔ４において、旋回油圧モータ２１の制動側（第２ポート２１Ｒ側）の圧力が減少し始めると、アキュムレータ部４２は、第２アキュムレータ４２０Ｂの蓄圧を終了する。具体的には、コントローラ３０は、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを閉じ、第２アキュムレータ４２０Ｂからの作動油の流出を防止する。
このように、２つのアキュムレータを有するアキュムレータ部４２は、例えば容量が２倍の１つのアキュムレータを有する場合に比べ、旋回減速区間中の蓄圧（回生）動作の際に、アキュムレータの圧力をより早期に増大させることができる。
この点に関し、図４下段の破線は、第１アキュムレータ４２０Ａ及び第２アキュムレータ４２０Ｂよりも大きな容量を有する別の大容量アキュムレータが使用された場合のその大容量アキュムレータの圧力の推移を表す。
図４下段に示すように、大容量アキュムレータを備える構成では、旋回油圧モータ２１が旋回を停止させるまでにアキュムレータ圧Ｐａを最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘに増大させることができない。一方、比較的小さい容量のアキュムレータを２つ備える本実施例の構成では、旋回油圧モータ２１が旋回を停止させるまでに少なくとも一方のアキュムレータの圧力を最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘに増大させることができる。
その結果、本実施例に係る構成は、旋回加速区間中の放圧（力行）動作の際に高い放出圧力が要求される場合にも柔軟に対応することができる。
次に、図５を参照しながら、旋回加速区間中の放圧（力行）動作の際の、操作レバー圧力Ｐｉ、旋回モータ圧力Ｐｓ、及びアキュムレータ圧力Ｐａの時間的推移について説明する。なお、図５は、アキュムレータ部４２からの作動油を用いて旋回油圧モータ２１を回転させる場合の推移を示す点において、メインポンプ１４からの作動油を用いて旋回油圧モータ２１を回転させる場合の推移を示す図４とは異なる。また、本実施例では、図５上段の操作レバー圧力Ｐｉの推移は、旋回操作レバーの操作に応じて変動するパイロット圧の推移を表す。また、図５中段の旋回モータ圧力Ｐｓの推移は、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力（圧力センサＳ２Ｌの検出値）の推移のみを表し、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力（圧力センサＳ２Ｒの検出値）の推移の表示を省略する。また、図５下段のアキュムレータ圧力Ｐａの推移は、圧力センサＳ３の検出値から導出される、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力の推移（一点鎖線）、及び、第２アキュムレータ４２０Ｂの圧力の推移（二点鎖線）を表す。
時刻ｔ１１において、旋回操作レバーが中立位置から傾けられると、操作レバー圧力Ｐｉは、レバー傾斜量に応じた圧力まで増大する。また、時刻ｔ１３において、旋回操作レバーが中立位置に戻されると、操作レバー圧力Ｐｉは、旋回操作前の圧力まで減少する。
また、時刻ｔ１１において、旋回操作レバーが傾けられると、旋回油圧モータ２１を回転させるため、旋回モータ圧力Ｐｓが増大する。本実施例では、アキュムレータ部４２に最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘの作動油が蓄積されている。そのため、図４の場合と異なり、旋回制御部４０は、アキュムレータ部４２に蓄積された作動油を利用して旋回油圧モータ２１を回転させる。具体的には、コントローラ３０は、切換弁４１０Ｄに対して制御信号を出力して切換弁４１０Ｄを第１位置とし、第１ポート２１Ｌとアキュムレータ部４２とを連通させる。そして、コントローラ３０は、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを開き、第１アキュムレータ４２０Ａの作動油を旋回油圧モータ２１の駆動側（第１ポート２１Ｌ側）に流入させる。
なお、旋回制御部４０は、メインポンプ１４が吐出する作動油とアキュムレータ部４２に蓄積された作動油とを併用して旋回油圧モータ２１を回転させる。すなわち、アキュムレータ部４２は、メインポンプ１４による旋回油圧モータ２１の回転をアシストする。しかしながら、旋回制御部４０は、アキュムレータ部４２に蓄積された作動油のみを用いて旋回油圧モータ２１を回転させてもよい。すなわち、アキュムレータ部４２は、単独で旋回油圧モータ２１を回転させてもよい。
旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力は、第１アキュムレータ４２０Ａからの作動油の流入によりリリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘ近傍まで増大した後、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力の減少とともに減少する。なお、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力は、リリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘを超えることはない。第１アキュムレータ４２０Ａの最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘがリリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘ以下に抑えられているためである。
その後、時刻ｔ１２において、第１アキュムレータ４２０Ａの圧力が所定の放出圧力Ｐａ−ｔまで減少すると、アキュムレータ部４２は、第１アキュムレータ４２０Ａからの作動油の供給を中止して第２アキュムレータ４２０Ｂからの作動油の供給を開始する。具体的には、コントローラ３０は、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを閉じ、一方で、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを開く。
その結果、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力は、第２アキュムレータ４２０Ｂからの作動油の流入によりリリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘ近傍まで再び増大した後、第２アキュムレータ４２０Ｂの圧力の減少とともに減少する。なお、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力は、ここでも、リリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘを超えることはない。第２アキュムレータ４２０Ｂの最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘがリリーフ圧Ｐｓ−ｍａｘ以下に抑えられているためである。
その後、時刻ｔ１３において、旋回操作レバーが中立位置に戻されると、アキュムレータ部４２は、第２アキュムレータ４２０Ｂから旋回油圧モータ２１の駆動側（第１ポート２１Ｌ側）への作動油の供給を中止し、放圧（力行）動作を終了する。具体的には、コントローラ３０は、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを閉じる。また、コントローラ３０は、切換弁４１０Ｄに対して制御信号を出力して切換弁４１０Ｄを第２位置とし、旋回制御部４０とアキュムレータ部４２との間の連通を遮断する。
その結果、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力は、旋回操作前の圧力まで減少する。その後、図５では省略するが、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力の増大に伴って蓄圧（回生）動作が開始される。
以上の構成により、比較的小容量の複数のアキュムレータを含むアキュムレータ部４２は、比較的大容量の単一のアキュムレータを含む構成に比べ、蓄積できる作動油の総量を同じとしながらも、旋回減速区間中の蓄圧（回生）動作の際に少なくとも１つのアキュムレータの圧力をより早期に高めることができ、旋回加速区間中の放圧（力行）動作の際に要求される放出圧力に柔軟に対応することができる。その結果、本実施例に係る構成は、放圧（力行）動作を実行可能な機会を増やし、アキュムレータによるさらなる省エネルギ化を実現できる。
また、比較的小容量のアキュムレータは、個々のサイズが小さいという利点があり、ショベルへの搭載性を高めることができる。
次に、図６及び図７を参照しながら、本発明の第２実施例に係る油圧ショベルに搭載されるアキュムレータの蓄圧及び放圧について説明する。なお、図６は、図１の油圧ショベルに搭載される、第２実施例に係る油圧回路の要部構成例を示し、図７は、第２実施例に係るアキュムレータの蓄圧及び放圧の際の各種圧力の時間的推移を示す。
また、図６の油圧回路は、最大放出圧力をそれぞれ異ならせた３つのアキュムレータを含むアキュムレータ部４２Ａを備える点で、最大放出圧力を同じとする２つのアキュムレータを含むアキュムレータ部４２を備える図３の油圧回路と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略し、相違点を詳細に説明する。
図６に示すように、アキュムレータ部４２Ａは、主に、高圧（高速）アキュムレータ４２０Ａ、中圧（中速）アキュムレータ４２０Ｂ、低圧（低速）アキュムレータ４２０Ｃ、第１開閉弁４２１Ａ、第２開閉弁４２１Ｂ、及び第３開閉弁４２１Ｃを含む。
高圧アキュムレータ４２０Ａ、中圧アキュムレータ４２０Ｂ、低圧アキュムレータ４２０Ｃは、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する装置である。本実施例では、各アキュムレータの容量は任意であり、全て同じ容量であってもよく、それぞれ異なる容量であってもよい。
第１開閉弁４２１Ａ、第２開閉弁４２１Ｂ、第３開閉弁４２１Ｃはそれぞれ、コントローラ３０からの制御信号に応じて開閉する弁であり、本実施例では、高圧アキュムレータ４２０Ａ、中圧アキュムレータ４２０Ｂ、低圧アキュムレータ４２０Ｃの蓄圧・放圧を制御する。
ここで、図７を参照しながら、放圧（力行）動作及び蓄圧（回生）動作の際の、操作レバー圧力Ｐｉ、旋回モータ圧力Ｐｓ、及びアキュムレータ圧力Ｐａの時間的推移について説明する。なお、本実施例では、図７上段の操作レバー圧力Ｐｉの推移は、旋回操作レバーの操作に応じて変動するパイロット圧の推移を表す。また、図７中段の旋回モータ圧力Ｐｓの推移は、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力（圧力センサＳ２Ｌの検出値）の推移（旋回加速区間）、及び、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力（圧力センサＳ２Ｒの検出値）の推移（旋回減速区間）を表す。また、図７下段のアキュムレータ圧力Ｐａの推移は、圧力センサＳ３の検出値から導出される、高圧アキュムレータ４２０Ａの圧力の推移（一点鎖線）、中圧アキュムレータ４２０Ｂの圧力の推移（二点鎖線）、及び低圧アキュムレータ４２０Ｃの圧力の推移（点線）を表す。また、図７上段及び図７中段の太実線で示す推移は高速旋回の場合を表し、細実線で示す推移は中速旋回の場合を表し、破線で示す推移は低速旋回の場合を表す。
時刻ｔ２１において、旋回操作レバーが中立位置から傾けられると、操作レバー圧力Ｐｉは、レバー傾斜量に応じた圧力まで増大する。本実施例では、操作レバー圧力Ｐｉは、高速旋回の場合のレバー傾斜量に応じた圧力、中速旋回の場合のレバー傾斜量に応じた圧力、及び、低速旋回の場合のレバー傾斜量に応じた圧力の何れかまで増大する。また、時刻ｔ２２において、旋回操作レバーが中立位置に戻されると、操作レバー圧力Ｐｉは、旋回操作前の圧力まで減少する。
また、時刻ｔ２１において、旋回操作レバーが傾けられると、旋回油圧モータ２１を回転させるため、旋回モータ圧力Ｐｓが増大する。
本実施例では、高圧アキュムレータ４２０Ａに最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ１の作動油が蓄積され、中圧アキュムレータ４２０Ｂに最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ２の作動油が蓄積され、低圧アキュムレータ４２０Ｃに最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ３の作動油が蓄積されている。なお、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ１は、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ２より大きく、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ２は、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ３より大きい。
そのため、旋回制御部４０は、アキュムレータ部４２Ａに蓄積された作動油を利用して旋回油圧モータ２１を回転させる。
具体的には、コントローラ３０は、切換弁４１０Ｄに対して制御信号を出力して切換弁４１０Ｄを第１位置とし、第１ポート２１Ｌとアキュムレータ部４２Ａとを連通させる。
そして、コントローラ３０は、高速旋回の場合、例えば、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力が高圧（第１所定圧力以上）となる場合、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを開き、高圧アキュムレータ４２０Ａの作動油を旋回油圧モータ２１の駆動側（第１ポート２１Ｌ側）に流入させる。或いは、コントローラ３０は、中速旋回の場合、例えば、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力が中圧（第２所定圧力以上第１所定圧力未満）となる場合、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを開き、中圧アキュムレータ４２０Ｂの作動油を旋回油圧モータ２１の駆動側（第１ポート２１Ｌ側）に流入させる。或いは、コントローラ３０は、低速旋回の場合、例えば、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力が低圧（第２所定圧力未満）となる場合、第３開閉弁４２１Ｃに対して制御信号を出力して第３開閉弁４２１Ｃを開き、低圧アキュムレータ４２０Ｃの作動油を旋回油圧モータ２１の駆動側（第１ポート２１Ｌ側）に流入させる。なお、旋回油圧モータ２１の旋回速度の状態（高速旋回、中速旋回、低速旋回の何れであるか）は、圧力センサＳ１が検出するメインポンプ１４の吐出圧、圧力センサＳ２Ｌが検出する旋回油圧モータ２１の第１ポート２１Ｌ側の圧力、圧力センサＳ２Ｒが検出する旋回油圧モータ２１の第２ポート２１Ｒ側の圧力、旋回操作レバーの操作量等に基づいて判定される。また、コントローラ３０は、旋回油圧モータ２１の旋回速度の状態を判定する代わりに、旋回油圧モータ２１の負荷の状態を判定してもよい。また、コントローラ３０は、ブームシリンダ圧、アームシリンダ圧等の他の物理量に基づいて旋回速度の状態又は負荷の状態を判定してもよい。
なお、旋回制御部４０は、メインポンプ１４が吐出する作動油とアキュムレータ部４２に蓄積された作動油とを併用して旋回油圧モータ２１を回転させるが、アキュムレータ部４２に蓄積された作動油のみを用いて旋回油圧モータ２１を回転させてもよい。
その結果、時刻ｔ２１において、図７下段のアキュムレータ圧Ｐａは減少し始め、時刻ｔ２２において旋回操作レバーが戻されるまで、或いは、所定の放出圧力に至るまで減少し続ける。
時刻ｔ２２において、旋回操作レバーが戻されると、旋回油圧モータ２１の駆動側の圧力が旋回操作前の圧力まで減少する一方で、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が増大する。メインポンプ１４から旋回油圧モータ２１の駆動側への作動油の流入が遮断され、且つ、旋回油圧モータ２１の制動側からタンクへの作動油の流出が遮断されるためである。なお、制動側の圧力の増大は、制動トルクを発生させる。
時刻ｔ２２において、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が増大すると、アキュムレータ部４２Ａは、旋回油圧モータ２１の制動側の作動油を蓄積することができる。すなわち、アキュムレータ部４２Ａは、油圧エネルギを回生することができる。具体的には、コントローラ３０は、切換弁４１０Ｒに対して制御信号を出力して切換弁４１０Ｒを第３位置とし、旋回制御部４０（第２ポート２１Ｒ）とアキュムレータ部４２Ａとを連通させる。
そして、コントローラ３０は、旋回を急速停止させる場合、例えば、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が高圧となる場合、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを開き、旋回油圧モータ２１の制動側（第２ポート２１Ｒ側）の作動油を高圧アキュムレータ４２０Ａに流入させる。或いは、コントローラ３０は、旋回を中速停止させる場合、例えば、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が中圧となる場合、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを開き、旋回油圧モータ２１の制動側（第２ポート２１Ｒ側）の作動油を中圧アキュムレータ４２０Ｂに流入させる。或いは、コントローラ３０は、旋回を緩速停止させる場合、例えば、旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が低圧となる場合、第３開閉弁４２１Ｃに対して制御信号を出力して第３開閉弁４２１Ｃを開き、旋回油圧モータ２１の制動側（第２ポート２１Ｒ側）の作動油を低圧アキュムレータ４２０Ｃに流入させる。
その結果、時刻ｔ２２において、図７下段のアキュムレータ圧Ｐａは増大し始め、時刻ｔ２３において旋回油圧モータ２１の制動側の圧力が旋回操作前の状態に戻るまで増大し続ける。
以上の構成により、第２実施例に係る油圧回路は、蓄圧（回生）動作の際に、所望の旋回モータ圧Ｐｓに応じて、最大放出圧力をそれぞれ異ならせた複数のアキュムレータから作動油の蓄積先としてのアキュムレータを選択できるようにする。その結果、所望の旋回モータ圧Ｐｓが低いときにも蓄圧（回生）動作が行われるようにする。
また、第２実施例に係る油圧回路は、放圧（力行）動作の際に、要求される放出圧力に応じて、最大放出圧力をそれぞれ異ならせた複数のアキュムレータから作動油の供給元としてのアキュムレータを選択できるようにする。その結果、放出圧力の低いアキュムレータがより効率的に利用されるようにする。
また、高圧アキュムレータ４２０Ａ、中圧アキュムレータ４２０Ｂ、低圧アキュムレータ４２０Ｃには、最大放出圧力と最小放出圧力とで定められる放出圧力範囲が設定されていてもよい。この場合、蓄圧（回生）動作の際、旋回油圧モータ２１の制動側の作動油は、その制動側の作動油の圧力に適合する放出圧力範囲を持つアキュムレータに蓄積される。ここで、実施例１及び実施例２では、アキュムレータ放圧中におけるメインポンプ１４から旋回油圧モータ２１の駆動側への作動油の流入を遮断する手段としてコントロールバルブ１７を示すが、コントロールバルブ１７ではなく切換弁を用いて遮断してもよい。
次に、図８及び図９を参照しながら、本発明の第３実施例に係る油圧ショベルに搭載されるアキュムレータの放圧について説明する。なお、図８は、図１の油圧ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示し、図９は、アキュムレータの放圧の際の各種圧力の時間的推移を示す。
また、図８の油圧回路は、アキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７の上流とを接続する第２放圧（力行）回路４３を備える点で図６の油圧回路と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略し、相違点を詳細に説明する。
第２放圧（力行）回路４３は、アキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７の上流とを接続する油圧回路構成要素である。本実施例では、第２放圧（力行）回路４３は、主に、切換弁４３０及び逆止弁４３１を含む。
切換弁４３０は、アキュムレータ部４２の放圧（力行）動作の際に、アキュムレータ部４２Ａからコントロールバルブ１７への作動油の流れを制御する弁である。
本実施例では、切換弁４３０は、２ポート２位置の切換弁であり、コントローラ３０からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、切換弁４３０は、第１位置及び第２位置を弁位置として有する。第１位置は、アキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７とを連通させる弁位置である。また、第２位置は、アキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７とを遮断する弁位置である。
逆止弁４３１は、メインポンプ１４からアキュムレータ部４２Ａに作動油が流れるのを防止する弁である。
コントローラ３０は、放圧（力行）動作の際、第１放圧（力行）回路を閉じ、第２放圧（力行）回路を開いてアキュムレータ部４２Ａの作動油をコントロールバルブ１７に供給する。或いは、コントローラ３０は、放圧（力行）動作の際、第１放圧（力行）回路を開き、第２放圧（力行）回路を閉じてアキュムレータ部４２Ａの作動油を旋回油圧モータ２１に供給する。なお、コントローラ３０は、放圧（力行）動作の際、第１放圧（力行）回路及び第２放圧（力行）回路の双方を開いてアキュムレータ部４２Ａの作動油を旋回油圧モータ２１及びコントロールバルブ１７の双方に供給してもよい。
ここで、図９を参照しながら、放圧（力行）動作の際の、操作レバー圧力Ｐｉ、油圧ポンプ圧力Ｐｐ、及びアキュムレータ圧力Ｐａの時間的推移について説明する。なお、本実施例では、図９上段の操作レバー圧力Ｐｉの推移は、ブーム操作レバーの操作に応じて変動するパイロット圧の推移（太実線）、アーム操作レバーの操作に応じて変動するパイロット圧の推移（細実線）、バケット操作レバーの操作に応じて変動するパイロット圧の推移（破線）を表す。また、図９中段の油圧ポンプ圧力Ｐｐの推移は、油圧アクチュエータを駆動するための圧力、すなわち、コントロールバルブ１７の上流側の圧力（圧力センサＳ１の検出値）の推移を表す。また、図９下段のアキュムレータ圧力Ｐａの推移は、圧力センサＳ３の検出値から導出される、高圧アキュムレータ４２０Ａの圧力の推移（一点鎖線）、中圧アキュムレータ４２０Ｂの圧力の推移（二点鎖線）、及び低圧アキュムレータ４２０Ｃの圧力の推移（点線）を表す。
時刻ｔ３１において、ブーム操作レバーが中立位置から傾けられると、ブーム操作レバーに関するパイロット圧（太実線）は、レバー傾斜量に応じた圧力まで増大する。また、時刻ｔ３２において、ブーム操作レバーが中立位置に戻されると、ブーム操作レバーに関するパイロット圧（太実線）は、ブーム操作前の圧力まで減少する。
時刻ｔ３２において、アーム操作レバーが中立位置から傾けられると、アーム操作レバーに関するパイロット圧（細実線）は、レバー傾斜量に応じた圧力まで増大する。また、時刻ｔ３３において、アーム操作レバーが中立位置に戻されると、アーム操作レバーに関するパイロット圧（細実線）は、アーム操作前の圧力まで減少する。
時刻ｔ３３において、バケット操作レバーが中立位置から傾けられると、バケット操作レバーに関するパイロット圧（破線）は、レバー傾斜量に応じた圧力まで増大する。また、時刻ｔ３４において、バケット操作レバーが中立位置に戻されると、バケット操作レバーに関するパイロット圧（破線）は、バケット操作前の圧力まで減少する。
また、時刻ｔ３１において、ブーム操作レバーが傾けられると、ブームシリンダ７を伸縮させるために必要な油圧ポンプ圧力Ｐｐ１が創出される。
本実施例では、高圧アキュムレータ４２０Ａに最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ１の作動油が蓄積され、中圧アキュムレータ４２０Ｂに最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ２の作動油が蓄積され、低圧アキュムレータ４２０Ｃに最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ３の作動油が蓄積されている。なお、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ１は、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ２より大きく、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ２は、最大放出圧力Ｐａ−ｍａｘ３より大きい。
そのため、ブームシリンダ７は、アキュムレータ部４２Ａに蓄積された作動油を利用してブーム４を動作させる。
具体的には、コントローラ３０は、切換弁４３０に対して制御信号を出力して切換弁４３０を第１位置とし、コントロールバルブ１７とアキュムレータ部４２Ａとを連通させる。
そして、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を高速動作させる場合、例えば、ブームシリンダ７の駆動側の圧力が高圧（第１所定圧力以上）となる場合、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを開き、高圧アキュムレータ４２０Ａの作動油をブームシリンダ７の駆動側に流入させる。なお、ブームシリンダ７の駆動側は、ボトム側油室及びロッド側油室のうち体積が増加する方の油室を意味する。アームシリンダ８及びバケットシリンダ９についても同様である。
或いは、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を中速動作させる場合、例えば、ブームシリンダ７の駆動側の圧力が中圧（第２所定圧力以上第１所定圧力未満）となる場合、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを開き、中圧アキュムレータ４２０Ｂの作動油をブームシリンダ７の駆動側に流入させる。或いは、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を低速動作させる場合、例えば、ブームシリンダ７の駆動側の圧力が低圧（第２所定圧力未満）となる場合、第３開閉弁４２１Ｃに対して制御信号を出力して第３開閉弁４２１Ｃを開き、低圧アキュムレータ４２０Ｃの作動油をブームシリンダ７の駆動側に流入させる。本実施例では、ブームシリンダ７の駆動側が高圧の状態にあるため、コントローラ３０は、高圧アキュムレータ４２０Ａの作動油をブームシリンダ７の駆動側に流入させる。なお、ブームシリンダ７の動作速度の状態（高速動作、中速動作、低速動作の何れであるか）は、圧力センサＳ１が検出するメインポンプ１４の吐出圧、ブームシリンダ７のボトム側油室の圧力、ブームシリンダ７のロッド側油室の圧力、ブーム操作レバーの操作量等に基づいて判定される。また、コントローラ３０は、ブームシリンダ７の動作速度の状態を判定する代わりに、ブームシリンダ７の負荷の状態を判定してもよい。また、コントローラ３０は、ブーム角度（水平面に対するブームの角度）等の他の物理量に基づいてブームシリンダ７の動作速度の状態又は負荷の状態を判定してもよい。アームシリンダ８及びバケットシリンダ９についても同様である。
油圧ポンプ圧力Ｐｐは、高圧アキュムレータ４２０Ａからの作動油の流入により、ブーム操作レバーのレバー傾斜量に応じた圧力Ｐｐ１まで増大した後、時刻ｔ３２においてブーム操作レバーが中立位置に戻されるまで、その圧力レベルを維持する。また、高圧アキュムレータ４２０Ａの圧力は、時刻ｔ３１において減少し始め、時刻ｔ３２までその減少が継続する。
その後、時刻ｔ３２において、アーム操作レバーが傾けられると、アームシリンダ８を伸縮させるために必要な油圧ポンプ圧力Ｐｐ２が創出される。
本実施例では、アキュムレータ部４２Ａに作動油が蓄積されているため、アームシリンダ８は、アキュムレータ部４２Ａに蓄積された作動油を利用してアーム５を動作させる。
具体的には、コントローラ３０は、切換弁４３０に対して制御信号を出力して切換弁４３０を第１位置とし、コントロールバルブ１７とアキュムレータ部４２Ａとを連通させる。
そして、コントローラ３０は、アームシリンダ８を高速動作させる場合、例えば、アームシリンダ８の駆動側の圧力が高圧となる場合、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを開き、高圧アキュムレータ４２０Ａの作動油をアームシリンダ８の駆動側に流入させる。或いは、コントローラ３０は、アームシリンダ８を中速動作させる場合、例えば、アームシリンダ８の駆動側の圧力が中圧となる場合、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを開き、中圧アキュムレータ４２０Ｂの作動油をアームシリンダ８の駆動側に流入させる。或いは、コントローラ３０は、アームシリンダ８を低速動作させる場合、例えば、アームシリンダ８の駆動側の圧力が低圧となる場合、第３開閉弁４２１Ｃに対して制御信号を出力して第３開閉弁４２１Ｃを開き、低圧アキュムレータ４２０Ｃの作動油をアームシリンダ８の駆動側に流入させる。本実施例では、アームシリンダ８の駆動側の圧力が中圧の状態にあるため、コントローラ３０は、中圧アキュムレータ４２０Ｂの作動油をアームシリンダ８の駆動側に流入させる。
油圧ポンプ圧力Ｐｐは、中圧アキュムレータ４２０Ｂからの作動油の流入により、アーム操作レバーのレバー傾斜量に応じた圧力Ｐｐ２となった後、時刻ｔ３３においてアーム操作レバーが中立位置に戻されるまで、その圧力レベルを維持する。また、中圧アキュムレータ４２０Ｂの圧力は、時刻ｔ３２において減少し始め、時刻ｔ３３までその減少が継続する。
その後、時刻ｔ３３において、バケット操作レバーが傾けられると、バケットシリンダ９を伸縮させるために必要な油圧ポンプ圧力Ｐｐ３が創出される。
本実施例では、アキュムレータ部４２Ａに作動油が蓄積されているため、バケットシリンダ９は、アキュムレータ部４２Ａに蓄積された作動油を利用してバケット６を動作させる。
具体的には、コントローラ３０は、切換弁４３０に対して制御信号を出力して切換弁４３０を第１位置とし、コントロールバルブ１７とアキュムレータ部４２Ａとを連通させる。
そして、コントローラ３０は、バケットシリンダ９を高速動作させる場合、すなわち、バケットシリンダ９の駆動側の圧力が高圧となる場合、第１開閉弁４２１Ａに対して制御信号を出力して第１開閉弁４２１Ａを開き、高圧アキュムレータ４２０Ａの作動油をバケットシリンダ９の駆動側に流入させる。或いは、コントローラ３０は、バケットシリンダ９を中速動作させる場合、すなわち、バケットシリンダ９の駆動側の圧力が中圧となる場合、第２開閉弁４２１Ｂに対して制御信号を出力して第２開閉弁４２１Ｂを開き、中圧アキュムレータ４２０Ｂの作動油をバケットシリンダ９の駆動側に流入させる。或いは、コントローラ３０は、バケットシリンダ９を低速動作させる場合、すなわち、バケットシリンダ９の駆動側が低圧となる場合、第３開閉弁４２１Ｃに対して制御信号を出力して第３開閉弁４２１Ｃを開き、低圧アキュムレータ４２０Ｃの作動油をバケットシリンダ９の駆動側に流入させる。本実施例では、バケットシリンダ９の駆動側の圧力が低圧の状態にあるため、コントローラ３０は、低圧アキュムレータ４２０Ｃの作動油をバケットシリンダ９の駆動側に流入させる。
油圧ポンプ圧力Ｐｐは、低圧アキュムレータ４２０Ｃからの作動油の流入により、バケット操作レバーのレバー傾斜量に応じた圧力Ｐｐ３となった後、時刻ｔ３４においてバケット操作レバーが中立位置に戻されるまで、その圧力レベルを維持する。また、低圧アキュムレータ４２０Ｃの圧力は、時刻ｔ３３において減少し始め、時刻ｔ３４までその減少が継続する。
なお、図９では、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のそれぞれに関するパイロット圧（レバー傾斜量）がほぼ同じであるにもかかわらず、油圧ポンプ圧力Ｐｐが３段階に変化する状態を示す。これは、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを同程度の速度で動作させるのに必要な作動油の圧力が異なることに起因する。
以上の構成により、第３実施例に係る油圧回路は、第２実施例に係る油圧回路による効果に加え、蓄積した作動油を旋回油圧モータ２１以外の他の油圧アクチュエータに供給できるという効果を奏する。
また、第３実施例に係る油圧回路は、最大放出圧力を異ならせた複数のアキュムレータを含むアキュムレータ部４２Ａを採用するが、第１実施例に示すような、最大放出圧力を同じとする複数のアキュムレータを含むアキュムレータ部４２を採用してもよい。
次に、図１０を参照しながら、本発明の第４実施例に係る油圧ショベルに搭載されるアキュムレータの放圧について説明する。なお、図１０は、図１の油圧ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示す。
また、図１０の油圧回路は、図８の第２放圧（力行）回路４３の代わりに、アキュムレータ部４２Ａとメインポンプ１４の上流側（吸い込み側）又は下流側（吐出側）とを接続する第２放圧（力行）回路４３Ａを備える点で図８の油圧回路と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略し、相違点を詳細に説明する。
第２放圧（力行）回路４３Ａは、アキュムレータ部４２Ａとメインポンプ１４の上流又は下流とを接続する油圧回路構成要素である。本実施例では、第２放圧（力行）回路４３Ａは、主に、下流側切換弁４３２及び上流側切換弁４３３を含む。
下流側切換弁４３２は、アキュムレータ部４２Ａの放圧（力行）動作の際に、アキュムレータ部４２Ａからメインポンプ１４の下流側の合流点を経てコントロールバルブ１７へ向かう作動油の流れを制御する弁である。
本実施例では、下流側切換弁４３２は、２ポート２位置の切換弁であり、コントローラ３０からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、下流側切換弁４３２は、第１位置及び第２位置を弁位置として有する。第１位置は、メインポンプ１４の下流側の合流点を介してアキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７とを連通させる弁位置である。また、第２位置は、アキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７とを遮断する弁位置である。
上流側切換弁４３３は、アキュムレータ部４２Ａの放圧（力行）動作の際に、アキュムレータ部４２Ａからメインポンプ１４の上流側の合流点を経てコントロールバルブ１７へ向かう作動油の流れを制御する弁である。
本実施例では、上流側切換弁４３３は、２ポート２位置の切換弁であり、コントローラ３０からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、上流側切換弁４３３は、第１位置及び第２位置を弁位置として有する。第１位置は、メインポンプ１４の上流側の合流点を介してアキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７とを連通させる弁位置である。また、第２位置は、アキュムレータ部４２Ａとコントロールバルブ１７とを遮断する弁位置である。
上流側切換弁４３３が第１位置にある場合、メインポンプ１４の上流側において、メインポンプ１４とタンクとの間の連通が遮断され、メインポンプ１４とアキュムレータ部４２Ａとが連通される。そして、メインポンプ１４は、アキュムレータ部４２Ａが放出する比較的高い圧力の作動油を吸い込み、その作動油をコントロールバルブ１７に向けて吐出する。その結果、メインポンプ１４は、比較的低い圧力の作動油をタンクから吸い込んで吐出する場合に比べて吸収馬力（所定量の作動油を吐出するために必要なトルク）を低減でき、省エネルギ化を促進できる。また、メインポンプ１４は、吐出量制御の応答性を高めることができる。
また、上流側切換弁４３３が第２位置にある場合、メインポンプ１４の上流において、メインポンプ１４とタンクとが連通され、メインポンプ１４とアキュムレータ部４２Ａとの間の連通が遮断される。そして、メインポンプ１４は、比較的低い圧力の作動油をタンクから吸い込み、その作動油をコントロールバルブ１７に向けて吐出する。
コントローラ３０は、放圧（力行）動作の際、第１放圧（力行）回路を閉じ、第２放圧（力行）回路４３Ａを開いてアキュムレータ部４２Ａの作動油をコントロールバルブ１７に供給する。或いは、コントローラ３０は、放圧（力行）動作の際、第１放圧（力行）回路を開き、第２放圧（力行）回路４３Ａを閉じてアキュムレータ部４２Ａの作動油を旋回油圧モータ２１に供給する。なお、コントローラ３０は、放圧（力行）動作の際、第１放圧（力行）回路及び第２放圧（力行）回路４３Ａの双方を開いてアキュムレータ部４２Ａの作動油を旋回油圧モータ２１及びコントロールバルブ１７の双方に供給してもよい。
また、コントローラ３０は、第２放圧（力行）回路４３Ａを開く場合には、下流側切換弁４３２及び上流側切換弁４３３のうちの一方を第１位置にし、他方を第２位置にする。
具体的には、コントローラ３０は、油圧アクチュエータが操作されたときに、アキュムレータ部４２Ａの圧力がその油圧アクチュエータの駆動側の圧力より高ければ、下流側切換弁４３２を第１位置にし、上流側切換弁４３３を第２位置にする。そして、コントローラ３０は、メインポンプ１４の下流側の合流点を通じて、アキュムレータ部４２Ａの作動油をコントロールバルブ１７へ向けて放出させる。
また、コントローラ３０は、油圧アクチュエータが操作されたときに、アキュムレータ部４２Ａの圧力がその油圧アクチュエータの駆動側の圧力より低ければ、下流側切換弁４３２を第２位置にし、上流側切換弁４３３を第１位置にする。そして、コントローラ３０は、メインポンプ１４の上流側の合流点を通じて、アキュムレータ部４２Ａの作動油をメインポンプ１４に向けて放出させる。メインポンプ１４は、タンクから作動油を吸い込む代わりに、アキュムレータ部４２Ａが放出する作動油を吸い込んで下流側に吐出する。その結果、メインポンプ１４は、比較的低い圧力の作動油をタンクから吸い込んで吐出する場合に比べて吸収馬力を低減できる。
以上の構成により、第４実施例に係る油圧回路は、第１〜第３実施例のそれぞれに係る油圧回路による効果に加え、アキュムレータ部４２Ａの圧力が、動作させようとする油圧アクチュエータの駆動側の圧力より低い場合であっても、アキュムレータ部４２Ａの放圧（力行）動作を実行させることができるという効果をもたらす。
また、第４実施例では、第２放圧（力行）回路４３Ａは、メインポンプ１４の上流側の合流点又は下流側の合流点でアキュムレータ部４２Ａからの作動油を合流させる構成を有する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、第２放圧（力行）回路４３Ａは、逆止弁４３１及び下流側切換弁４３２を含む管路を省略し、メインポンプ１４の上流側の合流点でのみアキュムレータ部４２Ａからの作動油を合流させることができる構成であってもよい。
また、蓄圧（回生）動作の状態において全てのアキュムレータの蓄圧が終了した場合に、或いは、蓄圧（回生）動作の開始時点で既に全てのアキュムレータが十分に蓄圧されている場合に、旋回油圧モータ２１からの戻り油を、第２放圧・蓄圧切換部４３Ａを用いてメインポンプ１４の上流側の合流点又は下流側の合流点で合流させる構成としてもよい。
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、上述の実施例では、複数のアキュムレータのうちの１つが蓄圧（回生）動作の際の作動油の蓄積先、又は、放圧（力行）動作の際の作動油の供給元として選択される。すなわち、複数のアキュムレータは、それぞれ異なるタイミングで蓄圧され、或いは放圧される。そのため、複数のアキュムレータのそれぞれは、他のアキュムレータの圧力の影響を受けることなく、作動油を蓄積し、或いは放出することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、２つ以上のアキュムレータが同時に蓄積先又は供給元として選択されてもよい。すなわち、２つ以上のアキュムレータが、部分的に或いは全体的に重複するタイミングで蓄圧され、或いは放圧されてもよい。
また、本願は、２０１２年１０月３０日に出願した、日本国特許出願２０１２−２３８９７５号に基づく優先権を主張するものでありそれらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
１・・・下部走行体 １Ａ、１Ｂ・・・走行用油圧モータ 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 ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １４・・・メインポンプ 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 ２１・・・旋回油圧モータ ２１Ｌ・・・第１ポート ２１Ｒ・・・第２ポート ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー ２６Ｃ・・・ペダル ２７、２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ ４０・・・旋回制御部 ４１・・・放圧蓄圧切換部 ４２、４２Ａ・・・アキュムレータ部 ４３、４３Ａ・・・第２放圧（力行）回路 ４００Ｌ、４００Ｒ・・・リリーフ弁 ４０１Ｌ、４０１Ｒ・・・逆止弁 ４１０Ｒ、４１０Ｄ・・・切換弁 ４１１Ｒ、４１１Ｄ・・・逆止弁 ４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ・・・アキュムレータ ４２１Ａ、４２１Ｂ、４２１Ｃ・・・開閉弁 ４３０・・・切換弁 ４３１・・・逆止弁 ４３２・・・下流側切換弁 ４３３・・・上流側切換弁 Ｓ１、Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒ、Ｓ３・・・圧力センサ

Claims (9)

  1. メインポンプと、
    旋回油圧モータを含む油圧アクチュエータと、
    前記メインポンプと前記油圧アクチュエータとの間の作動油の流れを制御するコントロールバルブと、
    前記旋回油圧モータと前記コントロールバルブとの間に接続される複数のアキュムレータと、
    を備えるショベル。
  2. 前記複数のアキュムレータのうちの１つは、前記複数のアキュムレータのうちの別の１つとは異なるタイミングで前記油圧旋回モータからの作動油を蓄積する、
    請求項１に記載のショベル。
  3. 前記複数のアキュムレータのそれぞれは、開閉弁を有し、
    前記開閉弁は、前記旋回油圧モータにおける作動油の圧力に応じて開閉される、
    請求項１に記載のショベル。
  4. 前記複数のアキュムレータは、最大放出圧力を同じとする少なくとも２つのアキュムレータを含む、
    請求項１に記載のショベル。
  5. 前記複数のアキュムレータは、最大放出圧力を異ならせた少なくとも２つのアキュムレータを含む、
    請求項１に記載のショベル。
  6. 旋回減速時には、
    前記旋回油圧モータの制動側の圧力が所定圧力以上の場合に、前記旋回油圧モータの制動側の作動油を第一アキュムレータに蓄積し、
    前記旋回油圧モータの制動側の圧力が所定圧力未満の場合に、前記旋回油圧モータの制動側の作動油を、最大放出圧力が第一アキュムレータより低い第二アキュムレータに蓄積する、
    請求項５に記載のショベル。
  7. 旋回加速時には、
    前記旋回油圧モータの駆動側の圧力が所定圧力以上の場合に、第一アキュムレータから前記旋回油圧モータの駆動側に作動油を放出し、
    前記旋回油圧モータの駆動側の圧力が所定圧力未満の場合に、最大放出圧力が第一アキュムレータより低い第二アキュムレータから前記旋回油圧モータの駆動側に作動油を放出する、
    請求項５に記載のショベル。
  8. 前記旋回油圧モータ以外の別の油圧アクチュエータの作動時には、
    前記別の油圧アクチュエータの駆動側の圧力が所定圧力以上の場合に、第一アキュムレータから前記別の油圧アクチュエータの駆動側に作動油を放出し、
    前記別の油圧アクチュエータの駆動側の圧力が所定圧力未満の場合に、最大放出圧力が第一アキュムレータより低い第二アキュムレータから前記別の油圧アクチュエータの駆動側に作動油を放出する、
    請求項５に記載のショベル。
  9. 前記複数のアキュムレータはそれぞれ、前記メインポンプの上流に作動油を放出可能である、
    請求項１に記載のショベル。
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