(57)【要約】【課題】  バケット、ブーム及びアームの位置エネルギを効率的に回収することのできる建設機械を提供することを課題とする。【解決手段】  ブーム４の動作を油圧でアシストするブームアシストシリンダ７Ａと、アーム５の動作を油圧でアシストするアームアシストシリンダ８Ａとが設けられる。ブームアシストシリンダ７Ａを第１の油圧配管を介してアキュミュレータ１６に接続する。アームアシストシリンダ８Ａを第２の油圧配管１２を介してアキュミュレータ１６に接続する。第２の油圧配管１２は、アーム５を閉じる方向にアキュミュレータ１６からの作動油がアームアシストシリンダ８Ａに供給されるようにアームアシストシリンダ８Ａに接続される。【選択図】  図３
2011226162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブームとアームにより作業アタッチメントを駆動する建設機械であって、
ブームの動作を油圧でアシストするブームアシストシリンダと、
アームの動作を油圧でアシストするアームアシストシリンダと、
前記ブームアシストシリンダ及び前記アームアシストシリンダに供給する作動油を加圧状態で蓄積するアキュミュレータと、
前記ブームアシストシリンダと前記アキュミュレータとの間を接続する第１の油圧配管と、
前記アームアシストシリンダと前記アキュミュレータとの間を接続する第２の油圧配管と
を有し、
前記第２の油圧配管は、前記アームを閉じる方向に前記アキュミュレータからの作動油が前記アームアシストシリンダに供給されるように前記アームアシストシリンダの油圧接続ポートに接続されることを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械であって、
前記第１の油圧配管は、前記ブームを持ち上げる方向に前記アキュミュレータからの作動油が前記ブームアシストシリンダに供給されるように前記ブームアシストシリンダの油圧接続ポートに接続されることを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１又は２記載の建設機械であって、
エンジンの出力が低いときに、前記アキュミュレータへの蓄圧がなされることを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の建設機械であって、
前記アームと前記ブームとの間にアシスト力調整手段を設けたことを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブーム及びアーム等の移動要素を駆動して作業を行なう建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な建設機械の一例として油圧ショベルがある。一般的に、油圧ショベルは、ブームと、ブームの先端に取り付けられたアームと、アームの先端に取り付けられたバケットとを有する。ブーム、アーム、及びバケットは油圧シリンダで駆動される。すなわち、ブームはブームに設けられたブームシリンダにより駆動され、アームはアームに設けられたアームシリンダにより駆動され、バケットはバケットに設けられたバケットシリンダにより駆動される。
【０００３】
油圧ショベルでの作業中にはこれらの油圧シリンダに油圧が供給されて、ブーム及びアームによりバケットが持ち上げられる。バケット、アーム、ブームは重量物であり、これらが持ち上げられたときには相当の位置エネルギを有している。したがって、この位置エネルギを回収できれば、油圧ショベル作業のエネルギ効率を高めることができる。
【０００４】
そこで、ブームにアシストシリンダを設け、これをアキュミュレータにつないでアタッチメントの位置エネルギを回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ブーム及びアームにアシストシリンダを設け、これらを一つのアキュミュレータにつないで、アタッチメントの位置エネルギを回収する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１５２４号公報
【特許文献２】特開平９−２４２１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１に開示されたアシストシリンダとアキュミュレータによるエネルギ回収方法では、アーム角度に応じて適当なブームアシスト力を得ることができず、十分にエネルギを回収することができない。
【０００８】
上述の特許文献２に開示されたアシストシリンダとアキュミュレータによるエネルギ回収方法では、アームをアシストシリンダにより掘削方向（閉じ方向）ではなく持上方向（開き方向）にアシストする。この構成では、アーム角度に応じて適当なブームアシスト力を得るにはアームのアシストシリンダがかえって邪魔となり、十分にエネルギを回収することができない。また、掘削時には、アームのアシストシリンダが負荷となってしまい、全体において油圧ピーク出力の増大を招き、油圧ポンプを駆動するエンジンの大型化を招いてしまう。
【０００９】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、バケット、ブーム及びアームの位置エネルギを効率的に回収することのできる建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、ブームとアームにより作業アタッチメントを駆動する建設機械であって、ブームの動作を油圧でアシストするブームアシストシリンダと、アームの動作を油圧でアシストするアームアシストシリンダと、前記ブームアシストシリンダ及び前記アームアシストシリンダに供給する作動油を加圧状態で蓄積するアキュミュレータと、前記ブームアシストシリンダと前記アキュミュレータとの間を接続する第１の油圧配管と、前記アームアシストシリンダと前記アキュミュレータとの間を接続する第２の油圧配管とを有し、前記第２の油圧配管は、前記アームを閉じる方向に前記アキュミュレータからの作動油が前記アームアシストシリンダに供給されるように前記アームアシストシリンダの油圧接続ポートに接続されることを特徴とする建設機械が提供される。
【００１１】
上述の建設機械において、前記第１の油圧配管は、前記ブームを持ち上げる方向に前記アキュミュレータからの作動油が前記ブームアシストシリンダに供給されるように前記ブームアシストシリンダの油圧接続ポートに接続されることが好ましい。さらに、前記アームと前記ブームとの間にアシスト力調整手段を設けることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
上述の発明によれば、アームの閉じ方向（掘削方向）の移動をアシストするので、アーム角度に応じた適当なブームアシスト力を得ることができ、効率的にエネルギを回収することができる。また、掘削時にアームもアシストするので、エンジンの出力が平均化され、エンジンを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】油圧ショベルの側面図である。
【図２】掘削・積込み動作を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態による建設機械の一例としの油圧ショベルの構成を示す簡略図である。
【図４】ブームを駆動するときのブームアシストシリンダとアキュミュレータの間の作動油の流れを示す図である。
【図５】アームを駆動するときのアームアシストシリンダとアキュミュレータの間の作動油の流れを示す図である。
【図６】ブームを一定の位置に維持しながらアームを開き限と閉じ限との間で変化させた場合に、ブームシリンダが発生する保持推力の変化を示すグラフである。
【図７】アシストシリンダとして複動シリンダを用いる場合の油圧配管を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による油圧ショベルで掘削・積込み動作を行なった場合の、エネルギ入出力を示すグラフである。
【図９】ブームアシストシリンダ及びアームアシストシリンダの配置の他の例を示す図である。
【図１０】アーム開き力を下げる場合の油圧回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本発明による作業方法を行なう建設機械の一例として油圧ショベルについて説明する。なお、本発明による作業方法が適用される建設機械は、油圧ショベルに限定されるものではなく、ブーム及びアームを用いてアタッチメントを駆動する油圧作業機器であればよい。例えば、油圧ショベルのバケットをリフティングマグネットに付け替えたいわゆるリフマグ式建設機械にも適用することができる。
【００１６】
図１は建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。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からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。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、上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０及び動力源としてのエンジン（図示せず）が搭載される。
【００１７】
ブーム４は上部旋回体３に対して上下に旋回可能に支持されており、旋回支持部（関節）にブーム角度センサ（図示せず）が取り付けられている。ブーム角度センサにより、水平方向からのブーム４の傾き角度であるブーム角を検出することができる。
【００１８】
アーム５はブーム４の先端に旋回可能に支持されており、旋回支持部（関節）にアーム角度センサ（図示せず）が取り付けられている。アーム角度センサにより、水平方向からのアーム５の傾き角度であるアーム角を検出することができる。
【００１９】
バケット６はアーム５の先端に旋回可能に支持されており、旋回支持部（関節）にバケット角度センサ（図示せず）が取り付けられている。バケット角度センサにより、アーム５に対するバケット６の傾き角度であるバケット角を検出することができる。
【００２０】
上部旋回体３を旋回させる旋回機構２には、旋回角度センサ（図示せず）が設けられている。旋回角度センサにより、上部旋回体３が正面を向いた位置からの角度である旋回角を検出することができる。
【００２１】
図３は本発明の一実施形態による建設機械の一例としての油圧ショベルの構成を示す簡略図である。
【００２２】
ブーム４を駆動するブームシリンダ７に対してブームアシストシリンダ７Ａが設けられ、アーム５を駆動するアームシリンダ８に対してアームアシストシリンダ８Ａが設けられる。そして、アームアシストシリンダ８Ａの油圧接続ポート８Ａａは、油圧配管１２によりブームアシストシリンダ７Ａの油圧接続ポート７Ａａに接続され、且つ、ブームアシストシリンダ７Ａの油圧接続ポート７Ａａは油圧配管１４によりアキュミュレータ１６に接続される。
【００２３】
ブームアシストシリンダ７Ａはブームシリンダ７に並列に配置される。ブーム４が下げられる際には、ブームアシストシリンダ７Ａ内の油圧が油圧接続ポート７Ａａから油圧配管１４を介してアキュミュレータ１６へ蓄積される。一方、ブームが上げられる際には、ブームアシストシリンダ７ａの油圧接続ポート７Ａａにアキュミュレータ１６から油圧配管１４を介して油圧が供給されると、ブームアシストシリンダ７Ａのロッドが延出し、ブーム４を持ち上げる方向にアシストする。
【００２４】
アームアシストシリンダ８Ａはアームシリンダ８に並列に配置される。アーム５が開く際には、エンジンの動力によりアームアシストシリンダ８Ａ内の油圧が油圧接続ポート８Ａａから油圧配管１２，１４を介してアキュミュレータ１６へ蓄積される。一方、アームが閉じる際には、アームアシストシリンダ８Ａの油圧接続ポート８Ａａにアキュミュレータ１６から油圧配管１２，１４を介して油圧が供給されると、アームアシストシリンダ８Ａのロッドが延出し、アーム５を閉じる方向にアシストする。
【００２５】
アキュミュレータ１６は作動油を蓄積する容器であり、内部に空気が封じ込められている。アキュミュレータ１６に作動油が流れ込むと、容器内部の空気を圧縮しながら入るため、アキュミュレータ１６内の作動油は内部の空気圧により圧力が加わった状態である。すなわち、アキュミュレータ１６は蓄積する作動油の量に比例した油圧を発生する。
【００２６】
図４はブーム４を駆動するときのブームアシストシリンダ７Ａとアキュミュレータ１６の間の作動油の流れを示す図である。ブーム４を下げるときには（ブーム４を矢印Ａ方向に回動するときには）、ブーム４を支えながらブーム４を下げるようにするため、ブームシリンダ７に油圧ポンプから油圧が供給され、ブームシリンダ７のロッドがシリンダ内に入り込みむように駆動される。これにより、ブーム４が支持軸を中心として回動させられて先端が下げられる。このとき、ブームアシストシリンダ７Ａのロッドはブーム４により押されてシリンダに入り込むので、ブームアシストシリンダ７Ａの油圧接続ポート７Ａａから作動油が吐出される。油圧接続ポート７Ａａから吐出された作動油は、油圧配管１４内を矢印Ａ１の方向に流れ、アキュミュレータ１６に流れ込んで蓄積される。アキュミュレータ１６に蓄積された作動油はアキュミュレータ１６内部の空気圧により加圧され、油圧が発生する。この油圧はブームアシストシリンダ７Ａにより回収したエネルギに相当する。
【００２７】
一方、ブーム４を上げるときには（ブーム４を矢印Ｂ方向に回動するときには）、ブームシリンダ７に油圧ポンプから油圧が供給され、ブームシリンダ７のロッドが延びる。これにより、ブーム４が支持軸を中心として回動させられて先端が上げられる。このとき、ブームアシストシリンダ７Ａのロッドはシリンダから延出するので、ブームアシストシリンダ７Ａの油圧接続ポート７Ａａに作動油が流れ込む。すなわち、アキュミュレータ１６に蓄積された作動油が油圧配管１４内を矢印Ｂ１方向に流れ、ブームアシストシリンダ７Ａに供給される。アキュミュレータ１６に蓄積された作動油には上述のように油圧が発生しているので、ブームアシストシリンダ７Ａはこの油圧により駆動され、ブーム４を上げる方向（矢印Ｂ方向）への押圧力が発生する。この押圧力がブーム４をアシストするアシスト力となる。
【００２８】
以上のように、ブームアシストシリンダ７Ａを設けることにより、ブーム４に与えられたエネルギの一部及びブーム４に関する位置エネルギをブームアシストシリンダ７Ａ内の作動油の油圧として回収し、これをアキュミュレータ１６に蓄積することができる。そして、ブーム４を駆動する際にアキュミュレータ１６に蓄積された油圧をブームアシストシリンダ７Ａに供給することで、ブーム４の作動をアシストすることができる。
【００２９】
図５はアーム５を駆動するときのアームアシストシリンダ８Ａとアキュミュレータ１６の間の作動油の流れを示す図である。アーム５を開くときには（アーム５を矢印Ｃ方向に回動するときには）、油圧ポンプからアームシリンダ８へ油圧が供給され、アームシリンダ８のロッドがシリンダ内に入り込みむように駆動される。これにより、アーム５が支持軸を中心として回動させられて先端がブーム４から遠ざかる方向に移動される（先端が矢印Ｃ方向に回動する）。このとき、アームアシストシリンダ８Ａのロッドはアーム５により押されてシリンダに入り込むので、アームアシストシリンダ８Ａの油圧接続ポート８Ａａから作動油が吐出される。油圧接続ポート８Ａａから吐出された作動油は、油圧配管１２内を矢印Ｃ１の方向に流れ、ブームアシストシリンダ７Ａの油圧接続ポート７Ａａに供給される。油圧接続ポート７Ａａには油圧配管１４も接続されているので、油圧接続ポート７Ａａに供給された作動油は、油圧配管１４を矢印Ｃ２方向に流れてアキュミュレータ１６に供給され蓄積される。アキュミュレータ１６に蓄積された作動油はアキュミュレータ１６内部の空気圧により加圧され、油圧が発生する。この油圧はアームアシストシリンダ８Ａにより回収したエネルギに相当する。
【００３０】
一方、アーム５を閉じるときには（アーム５を矢印Ｄ方向に回動するときには）、アームシリンダ８に油圧ポンプから油圧が供給され、アームシリンダ８のロッドが延びる。これにより、アーム５が支持軸を中心として回動させられて先端がキャビンの方へ引き寄せられる。このとき、アームアシストシリンダ８Ａのロッドはシリンダから延出するので、アームアシストシリンダ８Ａの油圧接続ポート８Ａａに作動油が流れ込む。すなわち、アキュミュレータ１６に蓄積された作動油が油圧配管１４内を矢印Ｄ１方向に流れ、それから油圧配管１２内を矢印Ｄ２方向に流れ、アームアシストシリンダ８Ａに供給される。アキュミュレータ１６に蓄積された作動油には上述のように油圧が発生しているので、アームアシストシリンダ８Ａはこの油圧により駆動され、アーム５を閉じる方向（矢印Ｂ方向）への押圧力が発生する。この押圧力がアーム５をアシストするアシスト力となる。
【００３１】
以上のように、アーム５を開く際に与えられたエネルギの一部を、作動油の油圧としてアキュミュレータ１６に蓄積することができる。そして、アームアシストシリンダ８Ａを設けることにより、アーム５を駆動する際に、アキュミュレータ１６に蓄積された油圧をアームアシストシリンダ８Ａに供給することで、アーム５の作動をアシストすることができる。
【００３２】
ここで、ブームアシストシリンダ７Ａに加えてアームアシストシリンダ８Ａを設けた場合の効果について、図６を参照しながら説明する。図６は、ブーム４を一定の位置に維持しながらアーム５を開き限と閉じ限との間で変化させた場合に、ブームシリンダ７が発生する保持推力の変化を示すグラフである。
【００３３】
アーム５を開くときには図５における矢印Ｃ方向にアーム５を回動させるため、アームシリンダ８のロッドがシリンダへ入り込むようにアームシリンダ８に油圧が供給される。アームシリンダ８のロッドの延出長さが図６のグラフにおけるアームシリンダ長さであり、横軸で示されている。アームシリンダ８のロッドが最大に延出したときのアームシリンダ長さ（すなわち、アーム閉じ限の時のアームシリンダ８のロッドの延出長さ）が横軸上のＬｍａｘに相当する。一方、アームシリンダ８のロッドが最小に延出したときのアームシリンダ長さ（すなわち、アーム開き限の時のアームシリンダ８のロッドの延出長さ）が横軸上のＬｍｉｎに相当する。
【００３４】
アームシリンダ長さがＬｍｉｎの時には、ブームシリンダ保持推力は最大値Ｆｍａｘとなる。すなわちアーム８を最大に開いた時には、アーム８によるモーメントが最大となり、ブーム４を一定の位置に保持するためのブームシリンダ保持推力は最大値Ｆｍａｘとなる。一方、アームシリンダ長さがＬｍａｘの時には、ブームシリンダ保持推力は最小値Ｆｍｉｎとなる。すなわちアーム８を最大に閉じた時には、アーム８によるモーメントが最小となり、ブーム４を一定の位置に保持するためのブームシリンダ保持推力は最小値Ｆｍａｘとなる。
【００３５】
以下に、ブームアシストシリンダ７Ａのみが設けられアームアシストシリンダ８Ａが設けられない場合と、ブームアシストシリンダ７Ａに加えてアームアシストシリンダ８Ａも設けられた場合について比較し、アームシリンダ８Ａを設けた場合の効果について説明する。
【００３６】
まず、アームアシストシリンダ８Ａが無い場合について説明する。ブーム４は、ブームシリンダ７により発生する保持推力Ｆｂ１とブームアシストシリンダ７Ａにより発生する保持推力Ｆａｓ１とにより一定の位置に維持される。ブームアシストシリンダ７Ａにより発生する保持推力Ｆａｓ１が、アーム閉じ限の時に必要なブームシリンダ保持推力（Ｆｍｉｎに相当する）に等しくなるように、アキュミュレータ１６の油圧及びブームアシストシリンダ７Ａのシリンダ径を設定したとする。この場合、図６のグラフ中で実線Ｆ０で示すように、ブーム４を一定位置に維持するためのブームシリンダ保持推力は、アーム閉じ限の時に必要なブームシリンダ保持推力Ｆｍｉｎからアーム開き限の時に必要なブームシリンダ保持推力Ｆｍａｘにまで次第に増大する。
【００３７】
アームアシストシリンダ８Ａが無い場合には、ブームシリンダ保持推力を増大させるための推力（すなわち、必要なブームシリンダ保持推力からブームアシストシリンダ７Ａにより発生する保持推力Ｆａｓ１を差し引いた推力）は、ブームシリンダ７により発生する推力Ｆｂ１となる。したがって、アーム閉じ限の時には、ブームシリンダ７には油圧ポンプから油圧を供給する必要は無く、ブームシリンダ保持推力は、アームアシストシリンダ８Ａが発生する保持推力Ｆａｓ１のみで賄われる。アーム５が開くにしたがって、図６の実線Ｆ０で示すように、油圧ポンプからブームシリンダ７に供給する油圧が増大されてブームシリンダ７により発生する保持推力Ｆｂ１を増大させる。アーム開き限の時には、油圧ポンプからブームシリンダ７に供給する油圧は最大となり、ブームシリンダ保持推力は最大値Ｆｍａｘとなる。
【００３８】
以上はアームアシストシリンダ８Ａが無い場合のブームシリンダ保持推力の変化であるが、アームアシストシリンダ８Ａを設けた場合は、アキュミュレータ１６からの油圧により駆動されるブームアシストシリンダ７Ａにより発生する保持推力は、図６のグラフにおいて点線ＦＡで示すような変化となる。
【００３９】
すなわち、アームアシストシリンダ８Ａを設けた場合は、アーム閉じ限の時には、アームアシストシリンダ８Ａを設け無い場合と同様に、ブームシリンダ保持推力は、ブームアシストシリンダ７Ａが発生する保持推力Ｆａｓ１のみで賄われる。アーム５が開くにしたがって、アームアシストシリンダ８Ａのロッドの延出長さ（アームシリンダ長さ）が減少し、アームアシストシリンダ８Ａ内の作動油がアキュミュレータ１６に向かって流れて、アキュミュレータ１６内の油圧は上昇する。このアキュミュレータ１６内の油圧上昇により、ブームアシストシリンダ７Ａに供給される油圧が上昇し、ブームアシストシリンダ７Ａにより発生する保持推力が増大する。アキュミュレータ１６の容量、ブームアシストシリンダ７Ａのシリンダ径、アームアシストシリンダ８Ａのシリンダ径等を適当に調節することで、ブームアシストシリンダ７Ａが発生する保持推力Ｆａｓ２を、図６の点線ＦＡで示すような変化とすることができる。すなわち、ブームアシストシリンダ保持推力のほとんどをブームアシストシリンダ７Ａが発生する保持推力Ｆａｓ２のみで賄うことができる。
【００４０】
この場合、ブーム４を一定の位置に保持するために必要なブームアシストシリンダ保持推力のほとんど全てをブームアシストシリンダ７Ａが発生する保持推力Ｆａｓ２のみで賄うことができるので、アーム５を開いた時にブーム４を保持するために油圧ポンプからブームシリンダ７に供給する油圧を大幅に減少することができる。
【００４１】
以上説明したように、ブームアシストシリンダ８Ａを設けることで、アームアシストシリンダ８Ａからの油圧をアキュミュレータ１６に回収し、ブームアシストシリンダ７Ａに供給してブームシリンダ保持推力を自動的に増大することができるため、ブーム４を保持するために必要なブームシリンダ保持推力を得るために油圧ポンプからブームシリンダ７に供給する油圧を大幅に減少することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、アームアシストシリンダ８Ａの油圧接続ポート８Ａａは、油圧配管１２、ブームアシストシリンダ７Ａの油圧接続ポート７Ａａ、及び油圧配管１４を介してアキュミュレータに接続されているが、この油圧回路は、ブームアシストシリンダ７Ａとアームアシストシリンダ８Ａの各々が独立してアキュミュレータ１６に接続された油圧回路と同等である。アームアシストシリンダ８Ａの油圧接続ポート８Ａａを、油圧配管１２、ブームアシストシリンダ７Ａの油圧接続ポート７Ａａ、及び油圧配管１４を介してアキュミュレータに接続する構成のほうが、油圧配管全体の長さを短くすることができる。
【００４３】
なお、上述のブームアシストシリンダ７Ａ及びアームアシストシリンダ８Ａとして単動シリンダを用いることができるが、複動シリンダを用いることもできる。複動シリンダを用いる場合は、図７に示すように、複動シリンダ２０の２つの油圧接続ポート２０ａ、２０ｂを油圧配管２２で接続しておき、油圧接続ポート２０ａのみを油圧配管２４によりアキュミュレータに接続すればよい。このように配管することにより、複動シリンダを単動シリンダとして機能させることができる。
【００４４】
次に、油圧ショベルを用いて行なう作業の一例について説明する。油圧ショベルを用いて行なう動作の代表的なものとして、掘削・積込み動作がある。掘削・積込み動作は、掘削動作と積込み動作を含む一連の動作であり、バケットで土を掘ってすくい上げ、ダンプカーの荷台等の所定の場所に排土する作業である。掘削・積込み動作については、社団法人日本建設機械化協会規格（ＪＣＭＡＳ）において詳細に規定されている。
【００４５】
掘削・積込み動作について、図２を参照しながらさらに詳しく説明する。まず、図２（ａ）に示すように、上部旋回体３を旋回してバケット６が掘削位置の上方に位置している状態で、且つ、アーム５が開きバケット６も開いた状態で、オペレータはブーム４を下げ、バケット６の先端が目標の掘削深さＤとなるようにバケット６を下降させる。通常、旋回及びブーム下げは、オペレータが操作し、目視でバケット６の位置を確認する。また、上部旋回体３の旋回と、ブーム４の下げは同時に行なうことが一般的である。以上の動作をブーム下げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム下げ旋回動作区間と称する。
【００４６】
オペレータがバケット６の先端が目標の掘削深さＤに到達したと判断したら、次に、図２（ｂ）に示すように水平引き動作に移る。水平引き動作では、バケット６の先端がほぼ水平に移動するように、アーム５が地面に対して垂直になるまでアーム５を閉じる。この水平引き動作により、所定の深さの土が掘削されバケット６でかき寄せられる。水平引き動作が完了したら、次に、図２（ｃ）に示すように、アーム５に対して９０度になるまでバケット６を閉じる。すなわち、バケット６の上縁が水平となるまでバケット６を閉じ、かき集めた土をバケット６内に収容する。以上の動作を掘削動作と称し、この動作区間を掘削動作区間と称する。
【００４７】
オペレータは、バケット６が９０度になるまで閉じたと判断したら、次に、図２（ｄ）に示すように、バケット６を閉じたままバケット６の底部が所定の高さＨとなるまでブーム４を上げる。これに続いて、あるいは同時に、上部旋回体３を旋回して排土する位置までバケット６を旋回移動する。以上の動作をブーム上げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム上げ旋回動作区間と称する。
【００４８】
なお、バケット６の底部が所定の高さＨとなるまでブーム４を上げるのは、例えば、ダンプカーの荷台に排土する際にはバケット６を荷台の高さより高く持ち上げないとバケット６が荷台にぶつかってしまうためである。
【００４９】
オペレータは、ブーム上げ旋回動作が完了したと判断したら、次に、図２（ｅ）に示すようにアーム５及びバケット６を開いて、バケット６内の土を排出する。この動作をダンプ動作と称し、この動作区間をダンプ動作区間と称する。ダンプ動作では、バケット６のみを開いて排土してもよい。
【００５０】
オペレータは、ダンプ動作が完了したと判断したら、次に、図２（ｆ）に示すように、上部旋回体３を旋回してバケット６を掘削位置の真上に移動させる。このとき、旋回と同時にブーム４を下げてバケット６を掘削開始位置まで下降させる。この動作は図２（ａ）にて説明したブーム下げ旋回動作の一部である。オペレータは、図２（ａ）に示すようにバケット６を掘削開始位置から目標の掘削深さＤまで下降させ、再び図２（ｂ）に示す掘削動作を行なう。
【００５１】
以上の「ブーム下げ旋回動作」、「掘削動作」、「ブーム上げ旋回動作」、「ダンプ動作」、「ブーム下げ旋回動作」を一サイクルとしてこのサイクルを繰り返し行いながら、掘削・積込みを進めていく。
【００５２】
以上説明した動作において、図２（ｄ）に示すブーム上げ旋回動作区間ではブーム４を大きく持ち上げ、図２（ｅ）に示すダンプ動作区間ではアーム５を大きく持ち上げる（開く）。このとき、ブーム４には、ブーム４の自重とアーム５とバケット６の重量により大きな位置エネルギが生じる。ブーム上げ旋回動作区間で大きく持ち上げられたブーム４は、図２（ｆ）に示すブーム下げ旋回動作区間において下げられる。したがって、ブーム上げ旋回動作区間で発生した位置エネルギをブーム下げ旋回動作区間で油圧として蓄えておくことで、次にブーム４を持ち上げる際にアシストすることができる。
【００５３】
また、アーム５に対しては、ダンプ動作区間よりも掘削動作区間において大きな駆動力が要求される。このため、要求動力が比較的小さいダンプ動作区間において、アーム５を大きく開く際に、エンジンの出力により油圧として蓄え、次の掘削動作区間においてアーム５により掘削動作をする際に、アシストすることができる。
【００５４】
このようにアタッチメントの位置エネルギを回収して再利用するために、本発明の一実施形態では、位置エネルギ回収用の油圧シリンダをブーム４に設けて油圧として回収し、回収した油圧をアキュミュレータに蓄積してからブーム４の動作をアシストするために使用する。
【００５５】
また、アーム５に対しては、要求出力が小さい区間で油圧として蓄えるためのアームアシストシリンダ８Ａをアーム５に設ける。そして、アームアシストシリンダ８Ａは、エンジンの出力を油圧としてアキュミュレータに蓄積し、その後、蓄積した油圧をアーム５の動作をアシストするために使用する。
【００５６】
図８は上述の実施形態による油圧ショベルで図２に示す掘削・積込み動作を行なった場合の、エネルギ入出力を示すグラフである。図８（ａ）は、掘削・積込み動作中のブームシリンダ長、アームシリンダ長、バケットシリンダ長、旋回角度の変化を示すグラフである。図８（ｂ）は比較のために従来の油圧ショベルでのエネルギの入出力を示すグラフである。図８（ｃ）は本実施形態による油圧ショベルでのエネルギの入出力を示すグラフである。
【００５７】
掘削動作区間では、アームを閉じる動作とバケットを閉じる動作にエネルギＥａ１，Ｅｂ１が使われる。本実施形態による油圧ショベルでは、アーム５を閉じる動作において、アキュミュレータ１６からブームアシストシリンダ７Ａとアームアシストシリンダ８Ａに油圧（エネルギＥａ１'，Ｅｂ１'）が供給されてアシストが行なわれる。したがって、本実施形態による油圧ショベルでの掘削動作区間におけるエネルギ全体の入力（エネルギＥ１'）は、アシストの無い従来の油圧ショベルでの掘削動作区間におけるエネルギ全体の入力（エネルギＥ１）より低くなる。
【００５８】
次のブーム上げ旋回動作区間では、ブームを持ち上げる動作にエネルギＥｂ２が使われる。本実施形態による油圧ショベルでは、ブーム４を持ち上げる動作において、アキュミュレータ１６からブームアシストシリンダ７Ａに油圧（エネルギＥｂ２'）が供給されてアシストが行なわれる。したがって、本実施形態による油圧ショベルでのブーム上げ旋回動作区間におけるエネルギ全体の入力（エネルギＥ２'）は、アシストの無い従来の油圧ショベルでの掘削動作区間におけるエネルギ全体の入力（エネルギＥ２）より低くなる。
【００５９】
次のダンプ動作区間では、アームを開く動作にエネルギＥａ３が使われる。このとき、本実施形態による油圧ショベルでは、アーム５を開く動作が行なわれるとともにアームアシストシリンダ８Ａによりエネルギを回収する動作が行なわれる。すなわち、アーム５を開く動作によってアームアシストシリンダ８Ａ内の作動油が加圧されてアキュミュレータ１６に供給される（エネルギＥａ３）。したがって、本実施形態による油圧ショベルでのダンプ動作区間における全体の入力エネルギＥ３'は、エネルギ回収の無い従来の油圧ショベルでのダンプ動作区間における全体の入力エネルギＥ３より高くなる。
【００６０】
ダンプ動作では、アーム５を大きく開くため、ブーム４を下げる方向に力が作用する。このブームを下げる力に対してブーム４の位置を維持するために、ブームシリンダ７に油圧を供給する。従来の方式では、この油圧圧は動作のための入力エネルギではなく、排出エネルギＥｂ３となる。本実施形態による油圧ショベルでは、ブームを下げる方向に働く力の一部をブームアシストシリンダ７Ａで受けてエネルギを回収し、アキュミュレータ１６に蓄積する。したがって、本実施形態による油圧ショベルによれば、ダンプ動作区間における排出エネルギＥｂ３'を、ブームアシストシリンダ７Ａで回収するエネルギの分だけ小さくすることができる。このように、本実施形態による油圧ショベルは、排出エネルギを効率よく回収し、アキュミュレータ１６に蓄積してから、再使用することができる。
【００６１】
次のブーム下げ旋回動作区間では、ブームを下げる動作が行なわれる。ブームを下げる動作では、バケットとアームとブームの重量（位置エネルギ）を利用してブームを下げることとなるが、従来の方式では、ブームシリンダによりブームを支えながらブームを下げるため、ブームシリンダに油圧を供給する必要がある。このエネルギは動作のための入力エネルギではなく、排出エネルギとなる。本実施形態による油圧ショベルでは、ブームが下がるときの位置エネルギＥｂ４をブームアシストシリンダ７Ａにて回収し、油圧としてアキュミュレータ１６に蓄積するので、ブーム下げ旋回動作区間での排出エネルギＥｂ４'は、エネルギ回収の無い従来の油圧ショベルの排出エネルギより小さくなる。また、ブーム下げ旋回動作区間におけるエネルギ全体の入力（エネルギＥ４'）は、エネルギ回収の無い従来の油圧ショベルでのブーム下げ旋回動作区間におけるエネルギ全体の入力（エネルギＥ４）より小さくなる。このように、本実施形態による油圧ショベルによれば、ブーム下げ旋回動作区間での排出エネルギを小さくできるとともに全体の入力エネルギも小さくできるという大きな効果を得ることができる。
【００６２】
以上のように、本実施形態による油圧ショベルによれば、ブーム排出エネルギを効率良く回収し再使用できるだけでなく、全体の入力エネルギが各動作区間で平均化することができるという効果も得ることができる。すなわち、図８（ｃ）に示す全体の入力エネルギと図８（ｂ）に示す全体の入力エネルギとを比較すると明らかなように、本実施形態による油圧ショベルでは、ダンプ動作区間では全体の入力エネルギが大きくなるが、掘削動作区間及びブーム上げ旋回動作区間において、全体の入力エネルギを下げることができ、これらの動作区間の間で全体の入力エネルギが平均化されてピークが小さくなっている。これにより、全体の入力エネルギを生成する油圧ポンプを小型化することができると共に油圧ポンプを駆動するエンジンも小型化することができるという効果を得ることができる。
【００６３】
以上のように、本実施形態による油圧ショベルでは、ブーム４を上げる方向にアシストすると共にアーム５を閉じる方向（掘削方向）にアシストするように油圧回路を構成することで、アーム角度に応じた適当なブームアシスト力を得ることができ、省力化を実現できる。また、掘削時にアーム５の動作もアシストするので、油圧出力及びエンジン出力が平均化され、油圧ポンプ及びエンジンを小型化することができるという効果も得ることができる。
【００６４】
なお、上述の実施形態ではブームアシストシリンダ７Ａをブームシリンダ７に並列に取り付け且つアームアシストシリンダ８Ａをアームシリンダ８に並列に取り付けているが、ブームアシストシリンダ７Ａとアームアシストシリンダ８Ａの配置はこれに限られない。例えば、図９に示すように、ブームアシストシリンダ７Ａをブームシリンダ７に対して角度を付けて取り付け且つアームアシストシリンダ８Ａをアームシリンダ８に対して角度を付けて取り付けてもよい。ブームアシストシリンダ７Ａ及びアームアシストシリンダ８Ａの配置により、油圧配管１２，１４の接続も適宜変更する必要がある。例えば、図９に示す例では、ブームアシストシリンダ７Ａの位置が変わったため、アシストの方向を同じとするために、配管１２，１４はブームアシストシリンダ７Ａのロッド側の油圧接続ポート７Ａｂに接続されている。これにより、ブームアシストシリンダ７Ａはブーム４の持ち上げ方向にアシストすることができるようになっている。
【００６５】
また、アーム５の開き方向の力を下げたい場合は、図１０に示すように、アームアシストシリンダ８Ａを複動シリンダとし、ロッド側の油圧接続ポート８Ａｂを油圧配管１８を介してもう一つのアキュミュレータ２０に接続すればよい。この場合、複動シリンダよりなるアームアシストシリンダ８Ａとアキュミュレータ２０とで、アシスト力調整手段を構成することとなる。
【符号の説明】
【００６６】
１  下部走行体
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
７Ａ  ブームアシストシリンダ
７Ａａ，７Ａｂ  油圧接続ポート
８  アームシリンダ
８Ａ  アームアシストシリンダ
８Ａａ，８Ａｂ  油圧接続ポート
９  バケットシリンダ
１０  キャビン
１２，１４，１８  油圧配管
１６，２０  アキュミュレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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