JP2001012406A - 作業機械用液圧回路およびハイブリッド作業機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧アクチュエータに対する負荷が急激に増
加した場合であってもサージ圧や衝撃が発生しないよう
にする。 【解決手段】 ブームポンプ１６からブームシリンダ１
８へ圧油を供給する配管４９ａ、４９ｂから分岐する配
管５０ａ、５０ｂを設け、配管５０ａ、５０ｂの途中に
３つの位置を切り換え可能な切換弁４６を接続した。位
置４６ａでは配管５０ａ、５０ｂは遮断され、位置４６
ｂでは配管５０ｂだけがタンク５３と連通し、位置４６
ｃでは配管５０ａだけがタンク５３と連通する。供給側
となる配管４９ａ、４９ｂがタンク５３と連通されるよ
うに切換弁４６を切り換えることで、ブームシリンダ１
８への負荷圧が急激に上昇した際の配管内のサージや衝
撃を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業機械用液圧回
路およびハイブリッド作業機械に関し、特に、大きなサ
ージ圧や衝撃が発生することがなく比較的簡単な構成の
作業機械用液圧回路およびハイブリッド作業機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、油圧ショベル、ホイールローダな
どの建設機器やフォークリフトなどの油圧作業機を含む
油圧駆動装置として、エンジンの負担や燃料消費率低減
などのために動力源としてエンジンのほかに発電機およ
びバッテリをも備えるようにした、所謂ハイブリッド型
のものの開発が進められている。

【０００３】かかるハイブリッド型の油圧駆動装置など
では、エンジンにより発生したトルクで油圧ポンプを駆
動するのに代えて、バッテリに蓄えられた電気エネルギ
ーを動力源とする電動機により発生したトルクで油圧ポ
ンプを駆動し、これによって油圧シリンダを動作させる
ことが可能である。

【０００４】このように、電動機で駆動される油圧ポン
プに接続された油圧シリンダの速度を制御しようとする
場合の技術としては、特開平９−１７４３００号公報に
記載されているように油圧シリンダの加圧圧力を検出
し、検出された圧力に基づいてインバータを介して電動
機の回転数を制御するという技術がある。このように油
圧シリンダへの負荷変動に応じて電動機の回転数を制御
することよって、油圧ポンプから吐出される圧油の流量
が制御されて油圧シリンダの速度を変更することが可能
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載された技術によると、負荷変動による油圧シリ
ンダの加圧圧力の変化を検出するためにセンサが必要と
なって構造が複雑になるとともに、油圧シリンダに対す
る負荷が急激に変化した場合には、電動機の速度が十分
に追従しきれず、大きなサージ圧や衝撃が発生するとい
う問題がある。

【０００６】この点について、図１１（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）を参照して説明する。図１１（ａ）は油圧シリン
ダに対する負荷の経時変化を示すグラフ、図１１（ｂ）
は油圧ポンプから吐出される圧油流量の経時変化を示す
グラフ、図１１（ｃ）は圧油供給側の配管内圧力の経時
変化を示すグラフである。図１１（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）から明らかなように、油圧シリンダに対する負荷
が急激に増加した場合（タイミングＡ）、これをセンサ
が検出して電動機の回転数が低下し流量が低下し始める
（タイミングＢ）までに制御ループの応答遅れにより或
る程度の時間を要する。そのため、負荷増加後の圧油供
給側の配管内圧力は一時的に非常に高くなってタイミン
グＢをピークとしたサージ圧Ｐs が発生してしまう。

【０００７】そこで、本発明の主な目的は、電動機で駆
動される油圧ポンプに接続された油圧アクチュエータに
対する負荷が急激に変化した場合であってもサージ圧や
衝撃が発生することがない作業機械用液圧回路およびハ
イブリッド作業機械を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の作業機械用液圧回路は、電動機で駆動さ
れる液圧ポンプに接続された液圧アクチュエータの速度
を制御するための作業機械用液圧回路において、前記液
圧ポンプから前記液圧アクチュエータに圧液を供給する
配管から分岐して液体タンクに連通する流路が設けられ
ていることを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項４のハイブリッド作業機械
は、エンジンで駆動される発電機の電力により蓄電手段
に蓄電可能であるとともに、これら発電機および蓄電手
段の少なくとも一方の電力により電動機を作動させるハ
イブリッド作業機械において、前記電動機によって駆動
される液圧ポンプと、前記液圧ポンプによって作動され
る液圧アクチュエータと、前記液圧ポンプから前記液圧
アクチュエータに圧液を供給する配管と、前記配管から
分岐して液体タンクに連通する流路とを備えていること
を特徴とするものである。

【００１０】請求項１、４によると、液圧ポンプから液
圧アクチュエータに圧液を供給する配管から分岐して液
体タンクに連通する流路が設けられていることにより、
液圧アクチュエータに対する負荷が急激に増加した場合
であっても、負荷に応じた流量の圧液がタイムラグなく
流路を通して液体タンクに流れ込むので、圧液供給側の
配管にサージ圧が発生することがなく衝撃が起こること
もない。

【００１１】また、電動機を制御するために供給側の圧
力を測定するセンサを設ける必要がなく、圧液供給側の
配管内圧力を制御するための構造を簡略化することが可
能である。

【００１２】また、請求項２の作業機械用液圧回路は、
前記流路に所定のクラッキング圧を有する弁が設けられ
ていることを特徴とするものであり、請求項５のハイブ
リッド作業機械は、前記流路に所定のクラッキング圧を
有する弁が設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００１３】請求項２、５によると、所定のクラッキン
グ圧を有する弁が液体タンクに連通した流路に設けられ
ているために、圧液供給側の配管内の圧力がクラッキン
グ圧以下であれば、圧液が流路を通って液体タンクに流
れ込むことがないため、圧液が液体タンクに廃棄される
ことなくその全量を液圧アクチュエータに供給すること
ができてエネルギー効率が向上する。なお、請求項２、
５では、圧液供給側の配管内の圧力がクラッキング圧以
下である場合に供給側配管内圧力を抑制することができ
ないが、この場合にはクラッキング圧を小さく設定して
おけば供給側の配管に発生するサージ圧や衝撃は比較的
小さいものになるので問題はない。

【００１４】また、請求項３の作業機械用液圧回路は、
前記流路の開口面積が操作レバーの操作量に応じて変更
可能であることを特徴とするものであり、請求項６のハ
イブリッド作業機械は、前記流路の開口面積が操作レバ
ーの操作量に応じて変更可能であることを特徴とするも
のである。

【００１５】請求項３、６によると、流路の開口面積を
操作レバーの操作量に応じて変更することができるの
で、操作レバーの操作量を大きくするほど（つまり操作
レバーを深い位置に移動させるほど）流路の開口面積を
小さくして液体タンクに流れ込む圧液の量を少なくする
ことができる。すなわち、操作レバーを深い位置に移動
させるほど液圧アクチュエータに供給される圧液の流量
が増加して液圧アクチュエータが高速で駆動されること
になり、操作レバーを深くするほど対象物を高速で（或
いは操作レバーを浅くするほど対象物を低速で）動かす
ことができるというオペレータの感覚に近い速度特性を
得ることができて、オペレータの操作フィーリングが向
上する。

【００１６】さらに、請求項４〜６のハイブリッド作業
機械は、エンジンで駆動される発電機の電力により蓄電
手段に蓄電可能であるとともに、これら発電機および蓄
電手段の少なくとも一方の電力により電動機を作動させ
るものであり、電動機をハイブリッド作業機械の動作部
ごとに別々に設けてそのオンオフや出力をオペレータが
所望の値に容易に制御することができ且つエンジンの余
剰エネルギーを蓄電手段に蓄電しておくことができるも
のであるので高いエネルギー効率を実現することができ
る。

【００１７】また、請求項７の作業機械用液圧回路は、
電動機と、前記電動機で駆動される液圧ポンプと、前記
液圧ポンプから圧液が供給されて動作する液圧アクチュ
エータと、液体タンクと、前記液圧ポンプと前記液圧ア
クチュエータとに接続されて液圧閉回路を形成する第１
および第２の配管と、前記第１および第２の配管からそ
れぞれ分岐して設けられた第３および第４の配管と、前
記第３および第４の配管と関連して設けられて、前記第
１および第３の配管を前記液体タンクに連通させる状態
と、前記第２および第４の配管を前記液体タンクに連通
させる状態とを選択可能に構成されている切換弁と、前
記第１および第２の配管のうち前記液圧アクチュエータ
に圧液を供給する側の配管が前記液体タンクに連通され
るように前記切換弁を制御する制御手段とを備えている
ことを特徴とするものである。

【００１８】請求項７によると、制御手段によって切換
弁を切り換えて、液圧ポンプから液圧アクチュエータに
圧液を供給する配管から分岐して液体タンクに連通する
流路が設けられることにより、液圧アクチュエータに対
する負荷が急激に増加した場合であっても、負荷に応じ
た流量の圧液がタイムラグなく流路を通して液体タンク
に流れ込むので、圧液供給側の配管にサージ圧が発生す
ることがなく衝撃が起こることもない。また、第１およ
び第２の配管のいずれかが圧液供給側となる液圧閉回路
を有する作業機械用液圧回路において、１つの切換弁を
設けるだけで第１および第２の配管のいずれの配管が供
給側配管となっても制御手段で切換弁を切り換えること
により対応可能であるため、構成を簡略化することがで
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
ハイブリッド作業機械であるショベルの概略構成を示す
模式図である。図１において、ショベル１００は、下部
走行体１と、上部旋回体２と、掘削アタッチメント３と
から構成されている。

【００２１】下部走行体１は、左右のクローラフレーム
４およびクローラ５（いずれも片側のみ図示）と、クロ
ーラ５を回転駆動する左右の走行用電動機７（６）およ
び走行減速機３６（３５）（図１には左側のみ示されて
いる）とを有している。走行減速機３６、３５は、走行
用電動機７、６の回転を減速して走行機構に伝える。

【００２２】上部旋回体２は、旋回フレーム８、キャビ
ン９などから成っている。旋回フレーム８には、動力源
としてのエンジン１０と、エンジン１０によって駆動さ
れる発電機１１と、主バッテリ１２と、補助バッテリ４
２と、上部旋回体３を回転させるための旋回用電動機１
３と、旋回用電動機１３の回転を減速して旋回機構（旋
回歯車）に伝える旋回減速機１４と、ブーム用電動機１
５と、ブーム用油圧ポンプ（以下、「ブームポンプ」と
いう）１６が設置されている。このほか、上部旋回体３
内には、インバータ３７やコントローラ４３（ともに図
２参照）などを含む制御部（図示せず）が設けられてい
る。

【００２３】掘削アタッチメント３は、ブーム１７と、
伸縮作動してブーム１７を起伏させるブームシリンダ１
８と、アーム１９と、アーム１９を回動させるアームシ
リンダ２０と、バケット２１と、バケット２１を回動さ
せるバケットシリンダ２２とを具備している。また、ア
ームシリンダ２０には、アーム用電動機２３およびこれ
によって駆動されるアーム用油圧ポンプ（以下、「アー
ムポンプ」という）２４が取り付けられているととも
に、バケットシリンダ２２には、バケット用電動機２５
およびこれによって駆動されるバケット用油圧ポンプ
（以下、「バケットポンプ」という）２６が取り付けら
れている。本実施の形態において、アーム用電動機２３
とアームポンプ２４とアームシリンダ２０、および、バ
ケット用電動機２５とバケットポンプ２６とバケットシ
リンダ２２は、それぞれ一体化されたものが用いられて
いる。

【００２４】次に、ショベル１００の駆動系について、
図２に基づいて説明する。図２は、ショベル１００の駆
動系を概略的に示すブロック図である。図２に示すよう
に、発電機１１はエンジン１０の出力軸に取り付けられ
ている。また、発電機１１は、エンジン１０の出力トル
クから交流電力を発生してインバータ３７に供給する。
発電機１１に接続されたインバータ３７は、発電機１１
で発生した交流電力を直流電力に変換してバッテリ１
２、４２に蓄える通常充電作用、インバータ３７に接続
された電動機１５、２３、２５、６、７、１３の回生作
用によって発生した交流電力を直流電力に変換してバッ
テリ３２に蓄える回生充電作用の各作用を行なう。

【００２５】また、インバータ３７は、バッテリ１２、
４２に蓄えられた電気エネルギーを交流に変換して電動
機１５、２３、２５、６、７、１３に供給する放電作
用、発電機１１からの交流電力を電動機１５、２３、２
５、６、７、１３に供給する供給作用の各作用を行な
う。これら２つの作用を行う際、インバータ３７は交流
電流の周波数をコントローラ４３からの命令にしたがっ
て任意の値に変更することが可能であり、これによって
電動機１５、２３、２５、６、７、１３の回転数を制御
することができるようになっている。

【００２６】インバータ３７に接続された６つの電動機
１５、２３、２５、６、７、１３のうち、ブーム用電動
機１５は、ブームポンプ１６を作動させてブームシリン
ダ１８を駆動し、アーム用電動機２３は、アームポンプ
２４を作動させてアームシリンダ２０を駆動し、パケッ
ト用電動機２５は、パケットポンプ２６を作動させてバ
ケットシリンダ２２を駆動する。旋回用電動機１３およ
び走行用電動機６、７はそれぞれ旋回減速機１４および
走行減速機３５、３６に連結されている。これら６つの
電動機１５、２３、２５、６、７、１３は、オペレータ
による操作レバー４５の操作によって、それぞれのオン
オフ、回転速度および回転方向が制御される。

【００２７】電動機１５、２３、２５、６、７、１３
は、これらへの合計負荷が小さいときには発電機１１か
らインバータ３７経由で供給される交流電力によって駆
動される。このとき、発電機１１で発電された交流電力
の余剰分は、インバータ３７において直流電力に変換さ
れてバッテリ１２、４２に蓄えられる。なお、例えばシ
ョベル１００の走行時のようにアームシリンダ２０およ
びブームシリンダ１８を使用しておらず、主バッテリ１
２の蓄電力が十分であり且つ電動機１５、２３、２５、
６、７、１３への合計負荷が小さいときには、エンジン
１０の出力を低下させ或いはエンジン１０を停止して主
バッテリ１２だけから電動機１５、２３、２５、６、
７、１３に電力を供給するようにしてもよい。これによ
って、エンジン１０を無駄に動作させるのを防止して騒
音および排ガスを削減し、さらに燃料消費率を低減する
ことができる。

【００２８】一方、電動機１５、２３、２５、６、７、
１３の合計負荷が所定値よりも大きくなると、発電機１
１で発電された交流電力のバッテリ１２、４２への蓄電
は停止され、そして、電動機１５、２３、２５、６、
７、１３の駆動エネルギーとして、発電機１１から供給
された電力だけではなく必要であれば主バッテリ１２に
蓄電された電力が併せて用いられる。

【００２９】このように、インバータ３７は電動機１
５、２３、２５、６、７、１３の合計負荷が所定値より
も大きいかどうかでその動作が切り換えられ、この切り
換えは電動機１５、２３、２５、６、７、１３を流れる
電流とその電圧の積に基づいて或いは手動により制御部
の制御により行われる。

【００３０】また、運転中、電動機１５、２３、２５、
６、７、１３をその位置エネルギーおよび運動エネルギ
ーを利用して発電機として作用（回生作用）させ、これ
によって発生する回生電力をバッテリ１２、４２に蓄え
ることができる。特に、旋回用電動機１３は旋回加速時
に大きな運動エネルギーを蓄えることができるので減速
時におけるエネルギーの回生効果が高い。

【００３１】本実施の形態によるショベル１００におい
ては、ブームポンプ１６とブームシリンダ１８とを結ぶ
圧油配管に関連して切換弁４６が設けられている。ま
た、同様の切換弁４７、４８は、アームポンプ２４とア
ームシリンダ２０とを結ぶ圧油配管、および、バケット
ポンプ２６とバケットシリンダ２２とを結ぶ圧油配管と
関連しても設けられている。これら切換弁４６〜４８
は、操作レバー４５の操作によりコントローラ４３によ
って切換制御可能とされている。

【００３２】次に、本実施の形態のショベル１００にお
けるブーム１７の駆動系の詳細について図３に基づいて
説明する。図３は、ブームに関連する駆動系を詳細に示
した回路図であり、図１および図２と対応する部分には
同じ符号が用いられている。なお、ここではブーム１７
について説明するがアーム１９やバケット２１について
も同様の駆動系が構成されている。

【００３３】図３において、ブームシリンダ１８のキャ
ップ側の作動室１８ａおよびヘッド側の作動室１８ｂに
は、それぞれ配管４９ａ、４９ｂに接続されている。そ
して、配管４９ａ、４９ｂが両回転型のブームポンプ１
６と接続されることにより油圧閉回路が形成されてい
る。

【００３４】配管４９ａ、４９ｂとタンク５３との間に
はそれぞれチェック弁５１ａ、５１ｂが設けられてお
り、配管４９ａ、４９ｂ内が負圧になった場合にタンク
５３から配管４９ａ、４９ｂ内に油が供給される。これ
により、配管４９ａ、４９ｂ内がキャビテーションを起
こすのを防止している。また、配管４９ａ、４９ｂとタ
ンク５３との間にはリリーフ弁５２ａ、５２ｂが設けら
れている。これにより、配管４９ａ、４９ｂ内の圧力が
所定値を超えると油をタンク５３に逃がすことができる
ので、配管４９ａ、４９ｂ内の圧力上昇によって上記油
圧閉回路が破損するのを防止している。

【００３５】また、本実施の形態においては、配管４９
ａ、４９ｂからそれぞれ分岐してタンク５３に連通する
配管５０ａ、５０ｂの途中に上述した切換弁４６が設け
られている。切換弁４６は、３つの位置４６ａ、４６
ｂ、４６ｃのいずれかに切り換え可能である。位置４６
ａでは配管５０ａ、５０ｂがともにタンク５３側と遮断
され、位置４６ｂでは配管５０ａがタンク５３側と遮断
されて配管５０ｂだけがタンク５３側と連通され、位置
４６ｃでは配管５０ｂがタンク５３側と遮断されて配管
５０ａだけがタンク５３側と連通される。また、位置４
６ｂの配管５０ｂ側および位置４６ｃの配管５０ａ側に
は、所定の開口面積を有するオリフィスが設けられてい
る。

【００３６】このように構成されたブーム１７の駆動系
において、ブームシリンダ１８が伸びる方向に操作レバ
ー４５が操作されると、コントローラ４３およびインバ
ータ３７を介してブーム用電動機１５が制御されて、配
管４９ｂがブームシリンダ１８の作動室１８ａへの圧油
の供給側配管となりかつ配管４９ａが作動室１８ｂから
の圧油の戻り側配管となるようにブームポンプ１６が駆
動され、ブームシリンダ１８が図中右側に移動する。こ
のとき、切換弁４６は、コントローラ４３からの命令に
より、位置４６ｂが配管５０ａ、５０ｂと対応する状態
に切り換えられる。この結果、ブームポンプ１６からブ
ームシリンダ１８に圧油を供給する配管４９ｂから分岐
してタンク５３に連通する流路が形成されて、ブームポ
ンプ１６から吐出された圧油の一部が配管５０ｂを通過
してタンク５３に流れ出す。

【００３７】このとき、配管５０ｂを通過してタンク５
３に流れ出す圧油の流量Ｑb は、ブームシリンダ１８へ
の負荷圧をＰL とすると、以下の式（１）のように表さ
れる。 Ｑb ＝Ｃv Ａb √ＰL （１） （Ｃv ： 流量係数、Ａb ：切換弁４６の開口面積）

【００３８】式（１）をグラフにしたのが図４であり、
この図４から明らかなように、流量Ｑb はブームシリン
ダ１８への負荷圧ＰL の増加とともに増大する。そのた
め、本実施の形態によると、図１１で説明した従来技術
のように負荷が急激に変化した場合であっても大きなサ
ージ圧や衝撃が発生することがない、

【００３９】この点について、図５（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）を参照して説明する。図５（ａ）はブームシリン
ダに対する負荷の経時変化を示すグラフ、図５（ｂ）は
配管５０ｂを通ってタンク５３に吐出される圧油流量の
経時変化を示すグラフ、図５（ｃ）は圧油供給側の配管
４９ｂ内の圧力の経時変化を示すグラフである。図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、ブームシ
リンダ１８に対する負荷が急激に増加した場合（タイミ
ングＡ）、遅れなくほぼこれと同時にタンク５３への連
通流量が増加し始めて負荷圧に応じた流量に達し、配管
４９ｂ内の圧力は負荷に応じた圧力Ｐ2 にまで迅速に増
加する。そのため、負荷増加後の圧油供給側の配管４９
ｂ内にサージが発生することがなく、負荷増加時の衝撃
発生も解消する。

【００４０】また、本実施の形態では、タンク５３への
連通流量Ｑb は負荷圧ＰL によって決定され、負荷圧Ｐ
L が小さい場合にはそれに応じて連通流量Ｑb を少なく
することができて、エネルギー効率の面でも有利であ
る。

【００４１】一方、ブームシリンダ１８が縮む方向に操
作レバー４５が操作されると、コントローラ４３および
インバータ３７を介してブーム用電動機１５が制御され
て、配管４９ａがブームシリンダ１８の作動室１８ｂへ
の圧油の供給側配管となりかつ配管４９ｂが作動室１８
ｂからの圧油の戻り側配管となるようにブームポンプ１
６が駆動され、ブームシリンダ１８が図中左側に移動す
る。このとき、切換弁４６は、コントローラ４３からの
命令により、位置４６ｃが配管５０ａ、５０ｂと対応す
る状態に切り換えられる。この結果、ブームポンプ１６
からブームシリンダ１８に圧油を供給する配管４９ａか
ら分岐してタンク５３に連通する流路が形成されて、ブ
ームポンプ１６から吐出された圧油の一部が配管５０ａ
を通過してタンク５３に流れ出す。

【００４２】このときも配管５０ａを通過してタンク５
３に流れ出す圧油の流量Ｑb とブームシリンダ１８への
負荷圧ＰL とに式（１）と同様の関係が成り立つので、
負荷増加後の圧油供給側の配管４９ａ内にサージが発生
することがなく、負荷増加時の衝撃発生も解消する。ま
た、ブームシリンダ１８を停止させておくように操作レ
バー４５が中立状態に操作されると、切換弁４６はコン
トローラ４３からの命令により位置４６ａが配管５０
ａ、５０ｂと対応する状態に切り換えられる。この結
果、配管４９ａ、４９ｂとタンク５３とを連通する流路
が遮断されてブームシリンダ１８は停止状態のまま維持
される。

【００４３】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、さらに図６を参照して説明する。図６は、本実施の
形態においてブームに関連する駆動系を詳細に示した回
路図であり、図３と対応する部分には同じ符号が用いら
れている。

【００４４】本実施の形態は、所定のクラッキング圧を
有するチェック弁５４ａ、５４ｂが配管５０ａ、５０ｂ
にそれぞれ設けられている点を除いて、図３で説明した
第１の実施の形態と同様に構成されている。チェック弁
５４ａ、５４ｂは、操作レバー４５の操作により供給側
となったいずれかの配管４９ａ、４９ｂ内の圧力が所定
のクラッキング圧以上になった場合に限って、その配管
４９ａ、４９ｂ内の油をタンク５３に逃がすことができ
るようにされている。そのため、ブームシリンダ１８へ
の負荷が大きく供給側のいずれかの配管４９ａ、４９ｂ
の圧力がクラッキング圧以上となった場合には、上述の
第１の実施の形態と同様に、配管４９ａ、４９ｂ内の油
をタンク５３に逃がすることによってサージ圧および衝
撃の発生を防止することができる。

【００４５】一方、ブームシリンダ１８への負荷が小さ
く供給側の配管４９ａ、４９ｂの圧力がクラッキング圧
未満の場合には、圧油がチェック弁５４ａ、５４ｂを通
過することができないために配管４９ａ、４９ｂからタ
ンク５３に排出される圧油がなくなる。そのため、ブー
ムポンプ１６から吐出された圧油の全量がブームシリン
ダ１８に供給されることになって、エネルギー効率を向
上させることができる。このとき、配管４９ａ、４９ｂ
の圧力を抑制することができないが、クラッキング圧を
小さく設定しておけば配管４９ａ、４９ｂに発生するサ
ージ圧や衝撃は比較的小さいものであるので問題はな
い。

【００４６】次に、本発明の第３の実施の形態につい
て、さらに図７〜図１０を参照して説明する。図７は、
本実施の形態においてブームに関連する駆動系を詳細に
示した回路図であり、図３と対応する部分には同じ符号
が用いられている。

【００４７】本実施の形態は、切換弁５５の位置５５
ｂ、５５ｃにおける開口面積がコントローラ４３からの
制御により可変となっている点を除いて、図３で説明し
た第１の実施の形態と同様に構成されている。つまり、
本実施の形態では、ブームシリンダ１８が伸びる方向に
操作レバー４５が操作されると、切換弁５５は位置５５
ｂと配管５０ａ、５０ｂとが対応する状態に切り換えら
れて配管５０ｂ側がタンク５３と連通し、ブームシリン
ダ１８が縮む方向に操作レバー４５が操作されると、切
換弁５５は位置５５ｃと配管５０ａ、５０ｂとが対応す
る状態に切り換えられて配管５０ａ側がタンク５３と連
通することになるが、連通時の切換弁５５におけるオリ
フィスの開口面積が操作レバー４５の操作量に応じて可
変となっている。

【００４８】ここで、本実施の形態における操作レバー
４５の操作量と、切換弁５５の位置５５ｂ、５５ｃでの
オリフィスの開口面積との関係について、図８および図
９を参照して説明する。図８は、オリフィスの開口面積
と、切換弁５５の移動ストロークとの関係を示すグラフ
である。図９は、操作レバー４５の操作量と、これに応
じてコントローラ４３により制御される切換弁５５の移
動ストロークとの関係を示すグラフである。これら２つ
のグラフから明らかなように、操作レバーの操作量を大
きくすると（言い換えると、操作レバーを深い位置に移
動させると）、それに比例して切換弁５５の移動ストロ
ークが増加し、同時にこれに伴って開口面積が小さくな
る。従って、操作レバー４５を深い位置に移動させるほ
どオリフィスの開口面積が狭くなって、上述した式
（１）から分かるように、配管５０ａ、５０ｂを通過し
てタンク５３に流れ出す圧油の流量Ｑb は減少する。

【００４９】いずれかの配管４９ａ、４９ｂを通ってブ
ームシリンダ１８に供給される圧油の流量Ｑc は、ブー
ムポンプ１６の吐出流量をＱp とすると、以下の式
（２）のように表される。 Ｑc ＝Ｑp −Ｑb （２）

【００５０】この式（２）から理解されるとともに図１
０に示すように、ブームシリンダ１８に対する負荷圧Ｐ
L が同じであってかつブームポンプ１６の吐出流量Ｑp
が一定であれば、操作レバー４５を深い位置に移動させ
るほど流量Ｑb が減少してブームシリンダ１８に供給さ
れる圧油の流量Ｑc は増加する。

【００５１】このように、本実施の形態によると、操作
レバー４５の位置を深くするほどブームシリンダ１８に
供給される圧油の流量Ｑc が増加し、ブームシリンダ１
８を高速で駆動させることができ、逆に、操作レバー４
５の位置を浅くするほどブームシリンダ１８に供給され
る圧油の流量Ｑc が減少し、ブームシリンダ１８をゆっ
くりと低速で駆動させることができる。すなわち、操作
レバーを深くするほど対象物を高速で動かすことができ
るというオペレータの感覚に近い速度特性を得ることが
できるので、オペレータの操作フィーリングが向上す
る。

【００５２】上述した本発明の実施の形態によると、ブ
ームポンプ１６からブームシリンダ１８に圧油を供給す
る配管４９ａ、４９ｂから分岐して液体タンクに連通す
る流路を切換弁４６、５５の切り換えにより設けること
により、ブームシリンダ１８に対する負荷が急激に増加
した場合であっても、負荷に応じた流量の圧油がタイム
ラグなく流路を通してタンク５３に流れ込むので、圧油
供給側の配管４９ａ、４９ｂにサージ圧が発生すること
がなく衝撃が起こることもない。また、ブーム用電動機
１５を制御するために供給側配管４９ａ、４９ｂの圧力
を測定するセンサを設ける必要がなくて構造が簡略であ
る。

【００５３】また、上述した本発明の実施の形態では、
操作レバー４５の操作によって配管４９ａ、４９ｂのい
ずれかが圧油供給側となるが、１つの切換弁４６、５５
を設けるだけで配管４９ａ、４９ｂのどちらが供給側配
管となっても操作レバー４５の操作に応じて切換弁４
６、５５を切り換えることにより対応可能であるため、
構成が簡略化されるという利点がある。

【００５４】また、上述した実施の形態のショベル１０
０は、エンジン１０で駆動される発電機１１の電力によ
りバッテリ１２、４２に蓄電可能であるとともに、これ
ら発電機１１およびバッテリ１２、４２の少なくとも一
方の電力により電動機１５、２３、２５、６、７、１３
を作動させるものである。そのため、電動機１５、２
３、２５、６、７、１３をブームシリンダ１８やアーム
シリンダ２０などの動作部ごとに別々に設けてそのオン
オフや出力を所望の値に容易に制御することができると
ともに、エンジン１０の余剰エネルギーをバッテリ１
２、４２に蓄電しておくことができるので、高いエネル
ギー効率を得ることができる。

【００５５】以上、本実施の形態の好適な実施の形態に
ついて説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにお
いて様々な設計変更を行うことが可能である。例えば、
上述の実施の形態では、液圧ポンプから液圧アクチュエ
ータに圧液を供給する配管から分岐して液体タンクに連
通する流路の途中に切換弁４６、５５を設けたが、ブー
ムポンプ１６とブームシリンダ１８との間に操作レバー
４５で制御可能なコントロールバルブを接続し、コント
ロールバルブからタンクに連通する流路を設けてもよ
い。また、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組
み合わせて、切換弁のオリフィスの開口面積を可変にす
るとともに所定のクラッキング圧を有するチェック弁を
配管５０ａ、５０ｂに設けてもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１、４によ
ると、液圧アクチュエータに対する負荷が急激に増加し
た場合であっても、負荷に応じた流量の圧液がタイムラ
グなく流路を通して液体タンクに流れ込むので、圧液供
給側の配管にサージ圧が発生することがなく衝撃が起こ
ることもない。また、電動機を制御するために供給側の
圧力を測定するセンサを設ける必要がなく、圧液供給側
の配管内圧力を制御するための構造を簡略化することが
可能である。

【００５７】請求項２、５によると、圧液供給側の配管
内の圧力がクラッキング圧以下であれば、圧液が流路を
通って液体タンクに流れ込むことがないため、圧液が液
体タンクに廃棄されることなくその全量を液圧アクチュ
エータに供給することができてエネルギー効率が向上す
る。

【００５８】請求項３、６によると、操作レバーを深い
位置に移動させるほど液圧アクチュエータに供給される
圧液の流量が増加して液圧アクチュエータが高速で駆動
されることになり、操作レバーを深くするほど対象物を
高速で（或いは操作レバーを浅くするほど対象物を低速
で）動かすことができるというオペレータの感覚に近い
速度特性を得ることができて、オペレータの操作フィー
リングが向上する。

【００５９】請求項４〜６のハイブリッド作業機械によ
ると、電動機をハイブリッド作業機械の動作部ごとに別
々に設けてそのオンオフや出力をオペレータが所望の値
に容易に制御することができ且つエンジンの余剰エネル
ギーを蓄電手段に蓄電しておくことができるものである
ので高いエネルギー効率を実現することができる。

【００６０】請求項７によると、液圧アクチュエータに
対する負荷が急激に増加した場合であっても、負荷に応
じた流量の圧液がタイムラグなく流路を通して液体タン
クに流れ込むので、圧液供給側の配管にサージ圧が発生
することがなく衝撃が起こることもない。また、第１お
よび第２の配管のいずれかが圧液供給側となる液圧閉回
路を有する作業機械用液圧回路において、１つの切換弁
を設けるだけで第１および第２の配管のいずれの配管が
供給側配管となっても制御手段で切換弁を切り換えるこ
とにより対応可能であるため、構成を簡略化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド
作業機械であるショベルの概略構成を示す模式図であ
る。

【図２】図１に示したショベルの駆動系を概略的に示す
ブロック図である。

【図３】図１に示したブームに関連する駆動系を詳細に
示した回路図である。

【図４】タンク連通流量Ｑb とブーム負荷圧ＰL との関
係を示すグラフである。

【図５】本発明の第１の実施の形態において、ブームシ
リンダに対する負荷の変化によりタンク連通流量および
圧油供給側の配管内圧力がどのように変化するかを示す
グラフである。

【図６】本発明の第２の実施の形態において、ブームに
関連する駆動系を詳細に示した回路図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態において、ブームに
関連する駆動系を詳細に示した回路図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態において、切換弁の
オリフィスの開口面積と切換弁の移動ストロークとの関
係を示すグラフである。

【図９】本発明の第３の実施の形態において、操作レバ
ーの操作量と切換弁の移動ストロークとの関係を示すグ
ラフである。

【図１０】本発明の第３の実施の形態において、操作レ
バー位置とブームシリンダへの負荷圧ＰL とタンク連通
流量Ｑb との関係を示すグラフである。

【図１１】従来の技術において、ブームシリンダに対す
る負荷の変化によりポンプ吐出流量および圧油供給側の
配管内圧力がどのように変化するかを示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 下部走行体 ２ 上部旋回体 ３ 掘削アタッチメント ６、７ 走行用電動機 １０ エンジン １１ 発電機 １２ 主バッテリ １３ 旋回用電動機 １５ ブーム用電動機 １６ ブームポンプ １７ ブーム １８ ブームシリンダ １９ アーム ２０ アームシリンダ ２１ バケット ２２ バケットシリンダ ２３ アーム用電動機 ２４ アームポンプ ２５ バケット用電動機 ２６ バケットポンプ ３７ インバータ ４２ 補助バッテリ ４３ コントローラ ４５ 操作レバー ４６〜４８ 切換弁 ４９ａ、４９ｂ 配管 ５０ａ、５０ｂ 配管 ５１ａ、５１ｂ チェック弁 ５２ａ、５２ｂ リリーフ弁 ５３ タンク １００ ショベル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今西 悦二郎 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 村上 茂樹 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 BA01 BA05 BA08 CA05 CA10 DA04 3H089 AA64 BB08 CC01 DA02 DA14 DB03 DB33 DB46 DB49 EE31 GG02 JJ01 JJ02 JJ09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機で駆動される液圧ポンプに接続さ
   れた液圧アクチュエータの速度を制御するための作業機
   械用液圧回路において、 前記液圧ポンプから前記液圧アクチュエータに圧液を供
   給する配管から分岐して液体タンクに連通する流路が設
   けられていることを特徴とする作業機械用液圧回路。
2. 【請求項２】 前記流路に所定のクラッキング圧を有す
   る弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載
   の作業機械用液圧回路。
3. 【請求項３】 前記流路の開口面積が操作レバーの操作
   量に応じて変更可能であることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の作業機械用液圧回路。
4. 【請求項４】 エンジンで駆動される発電機の電力によ
   り蓄電手段に蓄電可能であるとともに、これら発電機お
   よび蓄電手段の少なくとも一方の電力により電動機を作
   動させるハイブリッド作業機械において、 前記電動機によって駆動される液圧ポンプと、前記液圧
   ポンプによって作動される液圧アクチュエータと、前記
   液圧ポンプから前記液圧アクチュエータに圧液を供給す
   る配管と、前記配管から分岐して液体タンクに連通する
   流路とを備えていることを特徴とするハイブリッド作業
   機械。
5. 【請求項５】 前記流路に所定のクラッキング圧を有す
   る弁が設けられていることを特徴とする請求項４に記載
   のハイブリッド作業機械。
6. 【請求項６】 前記流路の開口面積が操作レバーの操作
   量に応じて変更可能であることを特徴とする請求項４ま
   たは５に記載のハイブリッド作業機械。
7. 【請求項７】 電動機と、 前記電動機で駆動される液圧ポンプと、 前記液圧ポンプから圧液が供給されて動作する液圧アク
   チュエータと、 液体タンクと、 前記液圧ポンプと前記液圧アクチュエータとに接続され
   て液圧閉回路を形成する第１および第２の配管と、 前記第１および第２の配管からそれぞれ分岐して設けら
   れた第３および第４の配管と、 前記第３および第４の配管と関連して設けられて、前記
   第１および第３の配管を前記液体タンクに連通させる状
   態と、前記第２および第４の配管を前記液体タンクに連
   通させる状態とを選択可能に構成されている切換弁と、 前記第１および第２の配管のうち前記液圧アクチュエー
   タに圧液を供給する側の配管が前記液体タンクに連通さ
   れるように前記切換弁を制御する制御手段とを備えてい
   ることを特徴とする作業機械用液圧回路。