特開 2024-113500 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113500

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   F15B 21/14 20060101AFI20240815BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

F15B21/14 A

E02F9/22 M

E02F9/22 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018530

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小竹 陽介

【テーマコード（参考）】

2D003

3H089

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB07

2D003BA05

2D003BB02

2D003BB03

2D003CA02

2D003DA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003FA02

3H089BB04

3H089CC01

3H089CC08

3H089CC11

3H089DA03

3H089DA13

3H089EE36

3H089GG02

3H089JJ02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ブームの下げ動作においてブームシリンダから排出された作動油でアキュムレータを効率良く蓄圧する。
【解決手段】作業機械は、ブームポンプ１２の吐出ポート１２Ｂに接続されるポンプポート２２Ａと、ブームシリンダ５１のボトム室５１Ａに接続されるボトムポート２２Ｃと、ヘッド室５１Ｂに接続されるヘッドポート２２Ｂと、作動油タンク１６に接続されるタンクポート２２Ｄと、吸込ポート１２Ａに接続される回生ポート２２Ｅと、を有するブーム操作弁２２と、アキュムレータライン３６を介して回生ライン３５に接続されるアキュムレータ１４と、アキュムレータライン３６の作動油の流量を調整するアキュムレータ切換弁２３、ブームの下げ動作において、ボトム室５１Ａから排出された作動油が吸込ポート１２Ａ及びアキュムレータ１４に分配されるように、ブーム操作弁２２及びアキュムレータ切換弁２３を制御するコントローラ６と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブームと、
ボトム室及びヘッド室を有するブームシリンダ５１と、
吸込ポート及び吐出ポートを有するブームポンプ１２と、
作動油タンクと、
ポンプラインを介して前記吐出ポートに接続されるポンプポートと、ボトムラインを介して前記ボトム室に接続されるボトムポートと、ヘッドラインを介して前記ヘッド室に接続されるヘッドポートと、タンクラインを介して前記作動油タンクに接続されるタンクポートと、回生ラインを介して前記吸込ポートに接続される回生ポートと、を有するブーム操作弁と、
アキュムレータラインを介して前記回生ラインに接続されるアキュムレータと、
前記アキュムレータラインの作動油の流量を調整するアキュムレータ切換弁と、
前記ブームの下げ動作において、前記ボトム室から排出された作動油が前記吸込ポート及び前記アキュムレータのそれぞれに分配されるように、前記ブーム操作弁及び前記アキュムレータ切換弁を制御するコントローラと、を備える、
作業機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記ブームの上げ動作において、前記吐出ポートから吐出された作動油が前記ボトム室に供給され、前記アキュムレータから前記吸込ポートに作動油が供給されるように、前記ブーム操作弁及び前記アキュムレータ切換弁を制御する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記ボトム室と前記ヘッド室との断面積比に基づいて、前記ブームの下げ動作において、前記ボトム室から排出された作動油を前記吸込ポートと前記アキュムレータとに分配する分配比率が決定される、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項4】

メイン油圧アクチュエータと、
前記ブームポンプに接続され、前記メイン油圧アクチュエータを作動させるための作動油を吐出するメイン油圧ポンプと、を備え、
前記ブームの下げ動作において、前記ブームポンプの回転エネルギーが前記メイン油圧ポンプに伝達される、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項5】

前記ブームポンプは、斜板角度に基づいてポンプ容量が変化する可変容量型油圧ポンプであり、
前記メイン油圧ポンプ及び前記ブームポンプのそれぞれを駆動するためのエンジンと、
前記ブーム操作弁を作動させるために操作される操作レバーと、を備え、
前記コントローラは、前記ブームの下げ動作において、前記エンジンの回転数を示すエンジン回転数と前記操作レバーの操作角度を示すレバー角度とに基づいて、前記ブームポンプの回転数と前記ブームシリンダの伸縮速度との比が一定になるように、前記ブームポンプの斜板角度及び前記アキュムレータ切換弁の開口面積を制御する、
請求項４に記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような建設機械の油圧駆動システムが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０５２７０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１において、ブームの下げ動作においてブームシリンダから排出された作動油は、回生弁、第１ポンプ、及びアキュムレータ切換弁を介してアキュムレータに供給される。特許文献１においては、アキュムレータを蓄圧するための作動油が第１ポンプを通過するため、アキュムレータが効率良く蓄圧されない可能性がある。

【0005】

本開示は、ブームの下げ動作においてブームシリンダから排出された作動油でアキュムレータを効率良く蓄圧することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従えば、ブームと、ボトム室及びヘッド室を有するブームシリンダと、吸込ポート及び吐出ポートを有するブームポンプと、作動油タンクと、ポンプラインを介して吐出ポートに接続されるポンプポートと、ボトムラインを介してボトム室に接続されるボトムポートと、ヘッドラインを介してヘッド室に接続されるヘッドポートと、タンクラインを介して作動油タンクに接続されるタンクポートと、回生ラインを介して吸込ポートに接続される回生ポートと、を有するブーム操作弁と、アキュムレータラインを介して回生ラインに接続されるアキュムレータと、アキュムレータラインの作動油の流量を調整するアキュムレータ切換弁と、ブームの下げ動作において、ボトム室から排出された作動油が吸込ポート及びアキュムレータのそれぞれに分配されるように、ブーム操作弁及びアキュムレータ切換弁を制御するコントローラと、を備える、作業機械が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、ブームの下げ動作においてブームシリンダから排出された作動油でアキュムレータが効率良く蓄圧される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る作業機械を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施形態に係る作業機械の油圧システムを示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係るブームポンプから吐出される作動油によってブームを上げ動作させるときの油圧システムを示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係るブームを下げ動作させるときの油圧システムを示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係るブームシリンダを模式的に示す図である。

【図6】図６は、実施形態に係る相関データの一例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態に係るアキュムレータから放出される作動油によってブームを上げ動作させるときの油圧システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0010】

［作業機械］
図１は、実施形態に係る作業機械１を示す斜視図である。作業機械１は、作業現場において稼働する。実施形態において、作業機械１は、油圧ショベルである。以下の説明において、作業機械１を適宜、油圧ショベル１、と称する。油圧ショベル１は、走行体２と、旋回体３と、作業機４と、作業機シリンダ５と、コントローラ６とを備える。

【0011】

走行体２は、旋回体３を支持した状態で走行する。走行体２は、一対の履帯２Ａを有する。履帯２Ａは、走行モータにより回転する。履帯２Ａの回転により、走行体２が走行する。旋回体３は、走行体２に支持される。旋回体３に運転室が設けられる。作業機４は、旋回体３に取り付けられる。作業機４は、ブーム４１と、アーム４２と、バケット４３とを含む。作業機シリンダ５は、作業機４を動作させる。作業機シリンダ５は、油圧シリンダである。作業機シリンダ５は、ブームシリンダ５１と、アームシリンダ５２と、バケットシリンダ５３とを含む。コントローラ６は、コンピュータシステムを含む。コントローラ６は、油圧ショベル１を制御する。

【0012】

［油圧システム］
図２は、実施形態に係る油圧ショベル１の油圧システム１０を示す図である。油圧システム１０は、エンジン１５と、メイン油圧ポンプ１１と、メインバルブ２１と、アームシリンダ５２と、バケットシリンダ５３と、走行モータ７と、走行モータ８と、旋回モータ９と、ブームポンプ１２と、ブームシリンダ５１と、ブーム操作弁２２と、アキュムレータ１４と、アキュムレータ切換弁２３と、作動油タンク１６と、操作レバー１７と、コントローラ６とを有する。

【0013】

エンジン１５は、油圧ショベル１の動力源である。エンジン１５は、メイン油圧ポンプ１１及びブームポンプ１２のそれぞれに接続（直結）される。エンジン１５は、メイン油圧ポンプ１１及びブームポンプ１２のそれぞれを駆動する。

【0014】

メイン油圧ポンプ１１は、アームシリンダ５２、バケットシリンダ５３、走行モータ７、走行モータ８、及び旋回モータ９のそれぞれを作動させるための作動油を吐出する。メイン油圧ポンプ１１は、ブームポンプ１２に接続（直結）される。実施形態において、メイン油圧ポンプ１１は、２つ設けられる。メイン油圧ポンプ１１は、メイン油圧ポンプ１１１とメイン油圧ポンプ１１２とを含む。メイン油圧ポンプ１１１及びメイン油圧ポンプ１１２のそれぞれは、斜板角度に基づいてポンプ容量が変化する可変容量型油圧ポンプである。メイン油圧ポンプ１１の吸込ポートは、作動油タンク１６に接続される。メイン油圧ポンプ１１の吐出ポートは、メインバルブ２１に接続される。メイン油圧ポンプ１１は、吐出ポートから作動油タンク１６の作動油を吸い込んで、吐出ポートからメインバルブ２１に吐出する。なお、メイン油圧ポンプ１１は、１つでもよいし３つ以上の任意の複数でもよい。

【0015】

メインバルブ２１は、メイン油圧ポンプ１１からアームシリンダ５２に供給される作動油の流量及び方向を制御する。メインバルブ２１は、メイン油圧ポンプ１１からバケットシリンダ５３に供給される作動油の流量及び方向を制御する。メインバルブ２１は、メイン油圧ポンプ１１から走行モータ７に供給される作動油の流量及び方向を制御する。メインバルブ２１は、メイン油圧ポンプ１１から走行モータ８に供給される作動油の流量及び方向を制御する。メインバルブ２１は、メイン油圧ポンプ１１から旋回モータ９に供給される作動油の流量及び方向を制御する。

【0016】

アームシリンダ５２、バケットシリンダ５３、走行モータ７、走行モータ８、及び旋回モータ９のそれぞれは、ブームシリンダ５１とは異なるメイン油圧アクチュエータである。アームシリンダ５２は、アーム４２を掘削動作及びダンプ動作させるための油圧シリンダである。バケットシリンダ５３は、バケット４３を掘削動作及びダンプ動作させるための油圧シリンダである。走行モータ７は、左側の履帯２Ａを回転させるための油圧モータである。走行モータ８は、右側の履帯２Ａを回転させるための油圧モータである。旋回モータ９は、旋回体３を旋回させるための油圧モータである。

【0017】

ブームポンプ１２は、ブームシリンダ５１を作動させるための作動油を吐出する油圧ポンプである。ブームポンプ１２は、ブームシリンダ５１に供給される作動油を吐出する。ブームポンプ１２は、斜板角度に基づいてポンプ容量が変化する可変容量型油圧ポンプである。ブームポンプ１２は、吸込ポート１２Ａ及び吐出ポート１２Ｂを有する。ブームポンプ１２は、吸込ポート１２Ａから吸い込んだ作動油を吐出ポート１２Ｂから吐出する。ブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａは、作動油タンク１６とは接続されない。ブームポンプ１２は、作動油タンク１６の作動油を直接的には吸い込まない。ブームポンプ１２の吐出ポート１２Ｂから吐出された作動油は、ブーム操作弁２２を介してブームシリンダ５１に供給される。ブームポンプ１２は、油圧ポンプ・モータである。ブームポンプ１２は、油圧モータとして機能することができる。

【0018】

ブームシリンダ５１は、ブーム４１を上げ動作及び下げ動作させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ５１は、ブーム４１を上げ動作させるために伸びる。ブームシリンダ５１は、ブーム４１の下げ動作において縮む。ブームシリンダ５１は、ボトム室５１Ａ及びヘッド室５１Ｂを有する。ボトム室５１Ａに作動油が供給され、ヘッド室５１Ｂから作動油が排出されることにより、ブームシリンダ５１が伸びる。ヘッド室５１Ｂに作動油が供給され、ボトム室５１Ａから作動油が排出されることにより、ブームシリンダ５１が縮む。

【0019】

ブーム操作弁２２は、ブームポンプ１２からブームシリンダ５１に供給される作動油の流量及び方向を制御する。ブーム操作弁２２は、ブーム４１を上げ動作させるときにブームポンプ１２の吐出ポート１２Ｂから吐出された作動油をボトム室５１Ａに供給する。ブーム４１の下げ動作においてボトム室５１Ａから排出された作動油の少なくとも一部は、ブーム操作弁２２を介してブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに戻される。但し、後述する第１チェック弁２４の作用により、ボトム室５１Ａから排出された作動油の圧力がアキュムレータ１４の設定蓄圧以下である場合、ボトム室５１Ａから排出された作動油は、作動油タンク１６に排出される。

【0020】

ブーム操作弁２２は、ポンプポート２２Ａと、ヘッドポート２２Ｂと、ボトムポート２２Ｃと、タンクポート２２Ｄと、回生ポート２２Ｅとを有する。ポンプポート２２Ａは、ポンプライン３１を介してブームポンプ１２の吐出ポート１２Ｂに接続される。ヘッドポート２２Ｂは、ヘッドライン３２を介してブームシリンダ５１のヘッド室５１Ｂに接続される。ボトムポート２２Ｃは、ボトムライン３３を介してブームシリンダ５１のボトム室５１Ａに接続される。タンクポート２２Ｄは、タンクライン３４を介して作動油タンク１６に接続される。回生ポート２２Ｅは、回生ライン３５を介してブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに接続される。

【0021】

ブーム操作弁２２は、上げ位置Ｒと中立位置Ｎと下げ位置Ｄとに移動可能である。ブーム操作弁２２は、コントローラ６からの制御指令に基づいて移動する。ブーム４１を上げ動作させるときに、ブーム操作弁２２が上げ位置Ｒに配置される。ブーム４１を下げ動作させるときに、ブーム操作弁２２が下げ位置Ｄに配置される。ブーム４１を停止させるときに、ブーム操作弁２２が中立位置Ｎに配置される。図２は、ブーム操作弁２２が中立位置Ｎに配置されている状態を示す。

【0022】

アキュムレータ１４は、アキュムレータライン３６を介して回生ライン３５に接続される。ブーム４１の下げ動作においてボトム室５１Ａから排出された作動油の少なくとも一部は、アキュムレータライン３６を介してアキュムレータ１４に供給される。アキュムレータ１４は、ボトム室５１Ａから供給された作動油により蓄圧される。但し、後述する第１チェック弁２４の作用により、ボトム室５１Ａから排出された作動油の圧力がアキュムレータ１４の設定蓄圧以下である場合、ボトム室５１Ａから排出された作動油は、作動油タンク１６に排出され、アキュムレータ１４は蓄圧されない。

【0023】

アキュムレータライン３６は、回生ポート２２Ｅと吸込ポート１２Ａとの間の回生ライン３５の接続部６１に接続される。回生ポート２２Ｅと接続部６１との間の回生ライン３５に第１チェック弁２４が配置される。第１チェック弁２４は、回生ポート２２Ｅから接続部６１への作動油の流通を許容し、接続部６１から回生ポート２２Ｅへの作動油の流通を阻止する。

【0024】

アキュムレータ切換弁２３は、アキュムレータライン３６の作動油の流量を調整する。アキュムレータ切換弁２３は、アキュムレータライン３６に配置される。アキュムレータ切換弁２３の開口面積が調整されることにより、アキュムレータライン３６の作動油の流量が調整される。

【0025】

アキュムレータ切換弁２３は、全開位置Ａと全閉位置Ｂとに移動可能である。アキュムレータ切換弁２３は、コントローラ６からの制御指令に基づいて移動する。コントローラ６は、アキュムレータ切換弁２３の開口面積を調整可能である。アキュムレータ切換弁２３が全開位置Ａに配置されることにより、アキュムレータ切換弁２３の開口面積が１００％になり、作動油は、アキュムレータライン３６を流通することができる。アキュムレータ切換弁２３が全閉位置Ｂに配置されることにより、アキュムレータ切換弁２３の開口面積が０％になり、作動油は、アキュムレータライン３６を流通することができない。図２は、アキュムレータ切換弁２３が全閉位置Ｂに配置されている状態を示す。

【0026】

操作レバー１７は、ブーム操作弁２２を作動させるために操作される。操作レバー１７は、油圧ショベル１の運転室に配置される。操作レバー１７は、油圧ショベル１の運転室に搭乗したオペレータにより操作される。操作レバー１７は、傾動するように操作される。操作レバー１７が操作されることにより生成された操作信号は、コントローラ６に送信される。

【0027】

コントローラ６は、操作レバー１７からの操作信号に基づいて、ブーム操作弁２２を介してブームシリンダ５１に供給される作動油の流量及び方向を制御する。コントローラ６は、操作レバー１７の操作角度を示すレバー角度に基づいて、ブームシリンダ５１に供給される作動油の流量を調整する。レバー角度が大きいほど、ブームシリンダ５１に供給される作動油の流量が多くなり、ブームシリンダ５１の伸縮速度が高くなる。レバー角度が小さいほど、ブームシリンダ５１に供給される作動油の流量が少なくなり、ブームシリンダ５１の伸縮速度が低くなる。

【0028】

実施形態において、ブームポンプ１２にチャージポンプ１３が接続（直結）される。チャージポンプ１３の吸込ポートは、作動油タンク１６に接続される。チャージポンプ１３の吐出ポートは、チャージライン３７を介して回生ライン３５の接続部６２に接続される。接続部６２は、接続部６１と吸込ポート１２Ａとの間の回生ライン３５に設けられる。

【0029】

チャージライン３７の接続部６３にリリーフライン３８が接続される。リリーフライン３８にリリーフ弁２６が配置される。チャージポンプ１３とリリーフ弁２６とは、並列に接続される。接続部６３と接続部６２との間のチャージライン３７に第２チェック弁２５が配置される。第２チェック弁２５は、接続部６３から接続部６２への作動油の流通を許容し、接続部６２から接続部６３への作動油の流通を阻止する。

【0030】

［ブームポンプによるブームの上げ動作］
図３は、実施形態に係るブームポンプ１２から吐出される作動油によってブーム４１を上げ動作させるときの油圧システム１０を示す図である。なお、図３において、矢印Ｆａは、作動油が流れる方向を示し、矢印Ｆｂは、ブームシリンダ５１の伸縮方向を示す。また、図３に示すブーム操作弁２２は、上げ位置Ｒに配置されたブーム操作弁２２の一部を抽出して図示したものであり、図３に示すアキュムレータ切換弁２３は、全開位置Ａに配置されたアキュムレータ切換弁２３の一部を抽出して図示したものである。

【0031】

ブーム４１が上げ操作するように操作レバー１７が操作されることにより、コントローラ６は、操作レバー１７からの操作信号に基づいて、ブーム操作弁２２が上げ位置Ｒに配置されるように、ブーム操作弁２２に制御指令を出力する。ブーム４１が上げ動作されるとき、コントローラ６は、アキュムレータ切換弁２３が全開位置Ａに配置されるように、アキュムレータ切換弁２３に制御指令を出力する。

【0032】

ブームポンプ１２は、エンジン１５が発生する回転力により駆動する。図３の矢印Ｆｃで示すように、エンジン１５が発生した回転力は、メイン油圧ポンプ１１を介してブームポンプ１２に伝達される。エンジン１５の回転力がブームポンプ１２に伝達されることにより、ブームポンプ１２が駆動する。ブームポンプ１２は、吸込ポート１２Ａから吸い込んだ作動油を吐出ポート１２Ｂから吐出する。吐出ポート１２Ｂから吐出された作動油は、ポンプライン３１、ブーム操作弁２２のポンプポート２２Ａ、ブーム操作弁２２のボトムポート２２Ｃ、及びボトムライン３３を介して、ブームシリンダ５１のボトム室５１Ａに供給される。ボトム室５１Ａに作動油が供給されることにより、ブームシリンダ５１が伸び、ブーム４１が上げ動作する。

【0033】

実施形態において、ブーム操作弁２２は、ヘッドポート２２Ｂからの作動油をタンクポート２２Ｄと回生ポート２２Ｅとに分配する分岐部２２Ｆと、分岐部２２Ｆとタンクポート２２Ｄとの間に配置される絞り２２Ｇとを有する。ヘッド室５１Ｂから排出された作動油の一部は、ヘッドライン３２、ブーム操作弁２２のヘッドポート２２Ｂ、ブーム操作弁２２の分岐部２２Ｆ、ブーム操作弁２２のタンクポート２２Ｄ、及びタンクライン３４を介して、作動油タンク１６に排出される。ヘッド室５１Ｂから排出された作動油の一部は、ヘッドライン３２、ブーム操作弁２２のヘッドポート２２Ｂ、ブーム操作弁２２の分岐部２２Ｆ、ブーム操作弁２２の回生ポート２２Ｅ、及び回生ライン３５を介して、ブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに供給される。

【0034】

チャージポンプ１３は、吸込ポート１２Ａに供給される作動油を補う。チャージポンプ１３は、吐出ポート１２Ｂから吐出される作動油の流量と吸込ポート１２Ａに流入する作動油の流量とが一致するように、チャージライン３７、接続部６２、及び回生ライン３５の一部を介して、吸込ポート１２Ａに作動油を供給する。吐出ポート１２Ｂから吐出される作動油の流量と吸込ポート１２Ａに流入する作動油の流量とが一致するように、チャージポンプ１３から作動油が吐出されることにより、吸込ポート１２Ａ及び回生ライン３５が負圧になることが抑制される。吸込ポート１２Ａ及び回生ライン３５が負圧になることが抑制されるので、吸込ポート１２Ａ及び回生ライン３５においてキャビテーションが発生することが抑制される。

【0035】

［ブームの下げ動作］
図４は、実施形態に係るブーム４１を下げ動作させるときの油圧システム１０を示す図である。なお、図４において、矢印Ｆａは、作動油が流れる方向を示し、矢印Ｆｂは、ブームシリンダ５１の伸縮方向を示す。また、図４に示すブーム操作弁２２は、下げ位置Ｄに配置されたブーム操作弁２２の一部を抽出して図示したものであり、図４に示すアキュムレータ切換弁２３は、全開位置Ａに配置されたアキュムレータ切換弁２３の一部を抽出して図示したものである。

【0036】

ブーム４１の下げ動作において、ブーム４１の重量によりブームシリンダ５１が縮み、ボトム室５１Ａから作動油が排出される。コントローラ６は、ブーム４１の下げ動作において、ボトム室５１Ａから排出された作動油がブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａ及びアキュムレータ１４のそれぞれに分配されるように、ブーム操作弁２２及びアキュムレータ切換弁２３を制御する。すなわち、ブーム４１が下げ操作するように操作レバー１７が操作されることにより、コントローラ６は、操作レバー１７からの操作信号に基づいて、ブーム操作弁２２が下げ位置Ｄに配置されるように、ブーム操作弁２２に制御指令を出力する。また、コントローラ６は、アキュムレータ１４が全開位置Ａに配置されるように、アキュムレータ１４に制御指令を出力する。

【0037】

ボトム室５１Ａから排出された作動油の一部は、ボトムライン３３、ブーム操作弁２２のボトムポート２２Ｃ、ブーム操作弁２２の回生ポート２２Ｅ、及び回生ライン３５を介して、ブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに供給される。ブームポンプ１２は、吸込ポート１２Ａに供給された作動油に基づいて駆動する。ブームポンプ１２は、ブーム４１の下げ動作において、油圧モータとして機能する。図４の矢印Ｆｄで示すように、ブーム４１の下げ動作において、ブームポンプ１２の回転エネルギーは、回生エネルギーとしてメイン油圧ポンプ１１に伝達される。ブームポンプ１２の回転エネルギーは、メイン油圧ポンプ１１の回転をアシストする。メイン油圧ポンプ１１は、エンジン１５の回転力とブームポンプ１２の回転力とに基づいて駆動する。

【0038】

ボトム室５１Ａから排出された作動油の一部は、ボトムライン３３、ブーム操作弁２２のボトムポート２２Ｃ、ブーム操作弁２２の回生ポート２２Ｅ、回生ライン３５の一部、接続部６１、及びアキュムレータライン３６を介して、アキュムレータ１４に供給される。アキュムレータ１４は、ボトム室５１Ａから供給された作動油により蓄圧される。

【0039】

実施形態においては、ボトム室５１Ａとヘッド室５１Ｂとの断面積比に基づいて、ブーム４１の下げ動作において、ボトム室５１Ａから排出された作動油を吸込ポート１２Ａとアキュムレータ１４とに分配する分配比率が決定される。

【0040】

図５は、実施形態に係るブームシリンダ５１を模式的に示す図である。図５に示すように、ブームシリンダ５１は、シリンダチューブ５１１と、ピストン５１２と、ピストンロッド５１３とを有する。ピストンロッド５１３は、ヘッド室５１Ｂに配置される。ピストンロッド５１３がヘッド室５１Ｂに配置されるので、ボトム室５１Ａの断面積Ａｂは、ヘッド室５１Ｂの断面積Ａｈよりも小さい。実施形態においては、ヘッド室５１Ｂの断面積Ａｈがボトム室５１Ａの断面積の１／２であることとする（Ａｂ：Ａｈ＝２：１）。

【0041】

ブーム４１の下げ動作においてブームシリンダ５１が縮むとき、ヘッド室５１Ｂが負圧になることが抑制されるように、コントローラ６は、ボトム室５１Ａとヘッド室５１Ｂとの断面積比に基づいて、ボトム室５１Ａから排出された作動油を吸込ポート１２Ａとアキュムレータ１４とに分配する分配比率を決定する。実施形態においては、ボトム室５１Ａとヘッド室５１Ｂとの断面積比が［Ａｂ：Ａｈ＝２：１］なので、コントローラ６は、ボトム室５１Ａから排出された作動油を吸込ポート１２Ａとアキュムレータ１４とに分配比率［１：１］で分配する。

【0042】

図４において、例えば、ボトム室５１Ａから排出される作動油の流量が１５０［Ｌ／ｍｉｎ］である場合、コントローラ６は、吸込ポート１２Ａに７５［Ｌ／ｍｉｎ］で作動油が供給され、アキュムレータ１４に７５［Ｌ／ｍｉｎ］で作動油が供給されるように、アキュムレータ切換弁２３の開口面積及びブームポンプ１２の斜板角度を制御する。例えば、ブーム４１の下げ動作において、アキュムレータ切換弁２３の開口面積が１００％になるようにアキュムレータ切換弁２３が全開位置Ａに配置された場合、アキュムレータ切換弁２３の開口面積に合わせて、ブーム操作弁２２の開口面積が調整される。吸込ポート１２Ａに７５［Ｌ／ｍｉｎ］で作動油が供給されるので、吐出ポート１２Ｂからヘッド室５１Ｂに７５［Ｌ／ｍｉｎ］で作動油が供給される。

【0043】

ボトム室５１Ａから排出される作動油の流量が１５０［Ｌ／ｍｉｎ］である場合、ボトム室５１Ａとヘッド室５１Ｂとの断面積比に基づいて、ヘッド室５１Ｂに供給される作動油の流量が７５［Ｌ／ｍｉｎ］に調整されるので、ヘッド室５１Ｂが負圧になることが抑制される。ヘッド室５１Ｂが負圧になることが抑制されるので、ヘッド室５１Ｂにおいてキャビテーションが発生することが抑制される。

【0044】

また、コントローラ６は、ブーム４１の下げ動作において、エンジン１５の回転数を示すエンジン回転数と操作レバー１７の操作角度を示すレバー角度とに基づいて、ブームポンプ１２の回転数を示すブームポンプ回転数とブームシリンダ５１の伸縮速度を示すブームシリンダ速度との比が一定になるように、ブームポンプ１２の斜板角度及びアキュムレータ切換弁２３の開口面積を制御する。コントローラ６は、エンジン回転数とレバー角度とに基づいて、ブームシリンダ５１が意図したブームシリンダ速度で動作するように、ブームポンプ１２の斜板角度及びアキュムレータ切換弁２３の開口面積を制御する。エンジン回転数とブームポンプ回転数とは、一致する。ブームシリンダ速度は、ブームポンプ１２から吐出される作動油の流量に比例する。ブームポンプ１２から吐出される作動油の流量は、ブームポンプ回転数とブームポンプ１２の斜板角度（ブームポンプ１２の容積）との積に一致する。実施形態においては、ブームポンプ回転数とブームシリンダ速度との比を一定にするための、エンジン回転数とレバー角度とブームポンプ１２の斜板角度とアキュムレータ切換弁２３の開口面積との関係を示す相関データが予め求められ、コントローラ６に記憶されている。コントローラ６は、エンジン回転数とレバー角度と相関データとに基づいて、ブームポンプ回転数とブームシリンダ速度との比が一定になるように、ブームポンプ１２の斜板角度及びアキュムレータ切換弁２３の開口面積を制御する。

【0045】

図６は、実施形態に係る相関データの一例を示す図である。図６に示すように、ブームポンプ回転数とブームシリンダ速度との比を一定にするための、エンジン回転数の最高値を１００％とした場合のエンジン回転数の割合と、レバー角度の最大値を１００％とした場合のレバー角度の割合と、ブームポンプ１２の斜板角度の最大値を１００％とした場合の斜板角度の割合と、アキュムレータ切換弁２３の開口面積の最大値を１００％とした場合のアキュムレータ切換弁２３の開口面積の割合との関係を示す相関データが予め求められ、コントローラ６に記憶されている。相関データは、予備実験又はシミュレーションにより求めることができる。

【0046】

図６は、エンジン回転数の割合と、レバー角度の割合と、斜板角度の割合と、アキュムレータ切換弁の開口面積との割合との関係を示すチャートである。図６に示すチャートにおいて、縦軸は、エンジン回転数の割合であり、横軸は、レバー角度の割合である。また、１つのセルのうち、上段に記載されている数値が斜板角度の割合であり、下段に記載されている数値がアキュムレータ切換弁の開口面積の割合である。

【0047】

コントローラ６は、ボトム室５１Ａとヘッド室５１Ｂとの断面積比に基づいて吸込ポート１２Ａとアキュムレータ１４とに分配する作動油の分配比率（流量）を決定する。コントローラ６は、決定した流量の作動油を吸込ポート１２Ａに流入させたときに、ブームポンプ回転数とブームシリンダ速度との比が一定になるように、エンジン回転数とレバー角度と相関データとに基づいて、ブームポンプ１２の斜板角度及びアキュムレータ切換弁２３の開口面積を制御する。例えばエンジン１５にエンジン回転数センサが設けられている場合、コントローラ６は、エンジン回転数センサの検出データに基づいて、エンジン回転数をモニタすることができる。コントローラ６は、操作レバー１７からの操作信号に基づいて、レバー角度をモニタすることができる。

【0048】

上述のように、エンジン１５とメイン油圧ポンプ１１とブームポンプ１２とは、接続（直結）される。ブーム４１の下げ動作においては、エンジン１５の回転力及びブームポンプ１２の回転力のそれぞれがメイン油圧ポンプ１１に伝達される。ブーム４１の下げ動作において、ブームポンプ回転数とブームシリンダ速度との比が一定になるように、ブームポンプ１２の斜板角度及びアキュムレータ切換弁２３の開口面積が制御されることにより、エンジン１５、メイン油圧ポンプ１１、及びブームポンプ１２のそれぞれは、円滑に駆動することができる。

【0049】

［アキュムレータのアシストによるブームの上げ動作］
図７は、実施形態に係るアキュムレータ１４から放出される作動油によってブーム４１を上げ動作させるときの油圧システム１０を示す図である。なお、図７において、矢印Ｆａは、作動油が流れる方向を示し、矢印Ｆｂは、ブームシリンダ５１の伸縮方向を示す。また、図７に示すブーム操作弁２２は、上げ位置Ｒに配置されたブーム操作弁２２の一部を抽出して図示したものであり、図７に示すアキュムレータ切換弁２３は、全開位置Ａに配置されたアキュムレータ切換弁２３の一部を抽出して図示したものである。

【0050】

アキュムレータ１４が蓄圧されている場合、ブームポンプ１２は、エンジン１５が発生する回転力及びアキュムレータ１４から放出された作動油の圧力により駆動する。コントローラ６は、ブーム４１の上げ動作において、ブームポンプ１２の吐出ポート１２Ｂから吐出された作動油がブームシリンダ５１のボトム室５１Ａに供給され、アキュムレータ１４からブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに作動油が供給されるように、ブーム操作弁２２及びアキュムレータ切換弁２３を制御する。すなわち、ブーム４１が上げ操作するように操作レバー１７が操作されることにより、コントローラ６は、操作レバー１７からの操作信号に基づいて、ブーム操作弁２２が上げ位置Ｒに配置されるように、ブーム操作弁２２に制御指令を出力する。また、コントローラ６は、アキュムレータ１４が全開位置Ａに配置されるように、アキュムレータ１４に制御指令を出力する。

【0051】

アキュムレータ１４から放出された作動油は、アキュムレータライン３６、接続部６１、及び回生ライン３５の一部を介して、ブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに供給される。吸込ポート１２Ａには高圧の作動油がアキュムレータ１４から供給される。また、図７の矢印Ｆｃで示すように、エンジン１５が発生した回転力は、メイン油圧ポンプ１１を介してブームポンプ１２に伝達される。ブームポンプ１２は、吸込ポート１２Ａから吸い込んだ作動油を吐出ポート１２Ｂから吐出する。吐出ポート１２Ｂから吐出された作動油は、ポンプライン３１、ブーム操作弁２２のポンプポート２２Ａ、ブーム操作弁２２のボトムポート２２Ｃ、及びボトムライン３３を介して、ブームシリンダ５１のボトム室５１Ａに供給される。ボトム室５１Ａに作動油が供給されることにより、ブームシリンダ５１が伸び、ブーム４１が上げ動作する。

【0052】

ヘッド室５１Ｂから排出された作動油は、ヘッドライン３２、ブーム操作弁２２のヘッドポート２２Ｂ、ブーム操作弁２２のタンクポート２２Ｄ、及びタンクライン３４を介して、作動油タンク１６に排出される。

【0053】

アキュムレータ１４から作動油が放出される場合、回生ライン３５の圧力は、アキュムレータ１４から作動油が放出される作動油により高くなる。ヘッド室５１Ｂから排出される作動油の圧力は、アキュムレータ１４から作動油が放出される作動油の圧力よりも低い。そのため、ヘッド室５１Ｂから排出された作動油は、ブーム操作弁２２を介して回生ライン３５に流入しない。例えば、アキュムレータ１４から放出される作動油の流量が１５０［Ｌ／ｍｉｎ］であり、アキュムレータ１４からブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに流入する作動油の流量が１５０［Ｌ／ｍｉｎ］であり、吐出ポート１２Ｂからボトム室５１Ａに供給される作動油の流量が１５０［Ｌ／ｍｉｎ］であり、ヘッド室５１Ｂから排出される作動油の流量が７５［Ｌ／ｍｉｎ］である場合、ヘッド室５１Ｂから排出された作動油の全てが作動油タンク１６に排出される。

【0054】

［効果］
以上説明したように、実施形態において、油圧ショベル１は、ブーム４１と、ボトム室５１Ａ及びヘッド室５１Ｂを有するブームシリンダ５１と、吸込ポート１２Ａ及び吐出ポート１２Ｂを有するブームポンプ１２と、ポンプライン３１を介して吐出ポート１２Ｂに接続されるポンプポート２２Ａと、ボトムライン３３を介してボトム室５１Ａに接続されるボトムポート２２Ｃと、ヘッドライン３２を介してヘッド室５１Ｂに接続されるヘッドポート２２Ｂと、回生ライン３５を介して吸込ポート１２Ａに接続される回生ポート２２Ｅと、を有するブーム操作弁２２と、アキュムレータライン３６を介して回生ライン３５に接続されるアキュムレータ１４と、アキュムレータライン３６の作動油の流量を調整するアキュムレータ切換弁２３と、ブーム４１の下げ動作において、ボトム室５１Ａから排出された作動油が吸込ポート１２Ａ及びアキュムレータ１４のそれぞれに分配されるように、ブーム操作弁２２及びアキュムレータ切換弁２３を制御するコントローラ６と、を備える。

【0055】

実施形態によれば、ブーム４１の下げ動作においてブームシリンダ５１から排出された作動油は、ブームポンプ１２の吸込ポート１２Ａに流入する前に、アキュムレータ１４に供給される。アキュムレータ１４を蓄圧するための作動油がブームポンプ１２を通過しないため、アキュムレータ１４が効率良く蓄圧される。

【0056】

また、ブームシリンダ５１から排出された作動油の一部がブームポンプ１２に戻される。ブームシリンダ５１から排出された作動油の全てがブームポンプ１２に戻されないので、ブームポンプ１２のポンプ容量を不必要に大きくする必要がない。そのため、ブームポンプ１２の大型化が抑制される。

【0057】

コントローラ６は、ブーム４１の上げ動作において、吐出ポート１２Ｂから吐出された作動油がボトム室５１Ａに供給され、アキュムレータ１４から吸込ポート１２Ａに作動油が供給されるように、ブーム操作弁２２及びアキュムレータ切換弁２３を制御する。アキュムレータ１４に蓄圧された作動油が、ブーム４１の上げ動作においてブームポンプ１２の駆動をアシストする。また、アキュムレータ１４と吸込ポート１２Ａとは、アキュムレータライン３６及び回生ライン３５を介して接続される。そのため、アキュムレータ１４から吸込ポート１２Ａに作用する圧力が過度に大きくなくても、アキュムレータ１４は、ブームポンプ１２の駆動をアシストすることができる。また、ブーム４１の上げ動作において、エンジン１５が発生する回転力とアキュムレータ１４から放出された作動油の圧力との両方がブームポンプ１２に入力されるので、エンジン１５の回転力が小さくてもブームポンプ１２が駆動できるため、エンジン１５の燃料消費量が削減される。

【0058】

ボトム室５１Ａとヘッド室５１Ｂとの断面積比に基づいて、ブーム４１の下げ動作において、ボトム室５１Ａから排出された作動油を吸込ポート１２Ａとアキュムレータ１４とに分配する分配比率が決定される。これにより、ブーム４１の下げ動作においてヘッド室５１Ｂが負圧になることが抑制される。ボトム室５１Ａが負圧になることが抑制されるので、ボトム室５１Ａにおいてキャビテーションが発生することが抑制される。

【0059】

ブーム４１の下げ動作において、ブームポンプ１２の回転エネルギーがメイン油圧ポンプ１１に伝達される。これにより、ブーム４１の下げ動作において発生するブームポンプ１２の回転エネルギーが回生エネルギーとして有効活用される。

【0060】

コントローラ６は、ブーム４１の下げ動作において、ボトム室５１Ａとヘッド室５１Ｂとの断面積比に基づいて吸込ポート１２Ａに流入させる作動油の流量を決定した後、決定された流量とエンジン回転数とレバー角度とに基づいて、ブームポンプ１２の回転数とブームシリンダ５１の伸縮速度を示すブームシリンダ速度との比が一定になるように、ブームポンプ１２の斜板角度及びアキュムレータ切換弁２３の開口面積を制御する。ブーム４１の下げ動作において、ブームポンプ１２の回転数とブームシリンダ速度との比が一定になるので、エンジン１５、メイン油圧ポンプ１１、及びブームポンプ１２のそれぞれは、円滑に駆動することができる。

【符号の説明】

【0061】

１…油圧ショベル（作業機械）、２…走行体、２Ａ…履帯、３…旋回体、４…作業機、５…作業機シリンダ、６…コントローラ、７…走行モータ（メイン油圧アクチュエータ）、８…走行モータ（メイン油圧アクチュエータ）、９…旋回モータ（メイン油圧アクチュエータ）、１０…油圧システム、１１…メイン油圧ポンプ、１２…ブームポンプ、１２Ａ…吸込ポート、１２Ｂ…吐出ポート、１３…チャージポンプ、１４…アキュムレータ、１５…エンジン、１６…作動油タンク、１７…操作レバー、２１…メインバルブ、２２…ブーム操作弁、２２Ａ…ポンプポート、２２Ｂ…ヘッドポート、２２Ｃ…ボトムポート、２２Ｄ…タンクポート、２２Ｅ…回生ポート、２２Ｆ…分岐部、２２Ｇ…絞り、２３…アキュムレータ切換弁、２４…第１チェック弁、２５…第２チェック弁、２６…リリーフ弁、３１…ポンプライン、３２…ヘッドライン、３３…ボトムライン、３４…タンクライン、３５…回生ライン、３６…アキュムレータライン、３７…チャージライン、３８…リリーフライン、４１…ブーム、４２…アーム、４３…バケット、５１…ブームシリンダ、５１Ａ…ボトム室、５１Ｂ…ヘッド室、５２…アームシリンダ（メイン油圧アクチュエータ）、５３…バケットシリンダ（メイン油圧アクチュエータ）、６１…接続部、６２…接続部、６３…接続部、１１１…メイン油圧ポンプ、１１２…メイン油圧ポンプ、５１１…シリンダチューブ、５１２…ピストン、５１３…ピストンロッド、Ａ…全開位置、Ｂ…全閉位置、Ｄ…下げ位置、Ｎ…中立位置、Ｒ…上げ位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】