(57)【要約】【課題】ブームに作用する作業機構の重量を補償することで、ブームを駆動するときの動力を低減することが可能な作業機械を提供する。【解決手段】  油圧ショベル１００は、作業アタッチメント４のブーム５が上部旋回体３に回動可能に取り付けられた構成であり、ブーム駆動用のブームシリンダ８１とは別に、重量補償シリンダ９１が設けられている。重量補償シリンダ９１の両端は、ブーム５及び上部旋回体３のそれぞれに接続されている。また、重量補償シリンダ９１には、アキュムレータが接続されており、アキュムレータから重量補償シリンダ９１に圧力が供給されるようになっている。この重量補償シリンダ９１によって、ブーム５の基端側の回動軸に作用する作業アタッチメント４の全重量によるトルクが補償される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端側にブームを有する作業機構と、
前記ブームが回動可能に取り付けられた基部と、
前記作業機構の重量を補償するための重量補償装置と、
を備え、
前記重量補償装置は、
前記ブームに一端が取り付けられ、前記基部に他端が取り付けられた流体シリンダである重量補償シリンダと、
流体を通流する配管を通じて前記重量補償シリンダに接続されており、前記作業機構の重量を補償するための圧力を前記重量補償シリンダに供給するアキュムレータと、
を具備する、
作業機械。
【請求項２】
前記アキュムレータから前記重量補償シリンダに供給されている圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部によって検出される圧力に基づいて、前記アキュムレータによって発生される圧力を調整する圧力調整部と、
をさらに備える、
請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記重量補償装置は、前記作業機構の重量による力が前記重量補償シリンダを圧縮させる方向に作用することにより、前記作業機構の重量を補償するように構成されており、
前記アキュムレータは、前記重量補償シリンダのヘッド側流体室に前記配管を通じて接続されている、
請求項１又は２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記重量補償装置は、前記作業機構の重量による力が前記重量補償シリンダを伸長させる方向に作用することにより、前記作業機構の重量を補償するように構成されており、
前記アキュムレータは、前記重量補償シリンダのロッド側流体室に前記配管を通じて接続されている、
請求項１又は２に記載の作業機械。
【請求項５】
前記ブームに一端が取り付けられ、前記基部に他端が取り付けられた流体シリンダであるブーム駆動用シリンダをさらに備え、
前記重量補償シリンダは、前記ブーム駆動用シリンダと、前記ブームに対して同一側に配置されている、
請求項１乃至３の何れかに記載の作業機械。
【請求項６】
前記重量補償シリンダは、前記ブーム駆動用シリンダと平行に配置されている、
請求項５に記載の作業機械。
【請求項７】
前記ブーム駆動用シリンダ及び前記重量補償シリンダは、それぞれのピストンロッドが同一の支点において前記ブームに取り付けられている、
請求項５又は６に記載の作業機械。
【請求項８】
前記ブーム駆動用シリンダ及び前記重量補償シリンダは、それぞれのピストンロッドが一体的に構成されている、
請求項７に記載の作業機械。
【請求項９】
前記ブーム駆動用シリンダ及び前記重量補償シリンダは、それぞれのシリンダチューブが同じ位置において前記基部に取り付けられている、
請求項５乃至８の何れかに記載の作業機械。
【請求項１０】
前記重量補償シリンダは、前記ブームの上方に配置され、その一端が前記ブームの背面側に取り付けられている、
請求項１、２又は４に記載の作業機械。
【請求項１１】
前記ブームは、背面側に突出した突出部を有し、
前記重量補償シリンダは、その一端が前記突出部に取り付けられている、
請求項１０に記載の作業機械。
【請求項１２】
油圧ショベル又はハイブリッド型ショベルである、
請求項１乃至１１の何れかに記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベルなどのブームを有する作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
土砂及び岩の掘削又は移送等の作業を行う油圧ショベルなどの作業機械が知られている。図１０は、作業機械の１つである油圧ショベルの概略構成を示す右側面図である。図１０に示すように、油圧ショベルは、下部走行体１の上に上部旋回体３が搭載され、この上部旋回体３に作業アタッチメント４が取り付けられた構造である。作業アタッチメント４は、起伏可能なブーム５の先端にアーム６が、当該アーム６の先端にバケット７がそれぞれ水平軸まわりに回動可能に取り付けられた構成とされている。
【０００３】
上記のような油圧ショベルをはじめとする作業機械では、非常に大きな動力を必要とすることから、エネルギー効率の向上が求められており、種々の対策が講じられている。
【０００４】
作業機械において駆動される部品が軽量化されれば、動力を低減することができ、エネルギー効率が向上する。例えば、特許文献１には、油圧ショベルなどの建設機械に用いられるブームを軽量化する技術が記載されている。
【０００５】
また、流体回路における損失の低減も、エネルギー効率の向上に寄与する。例えば、特許文献２には、油圧回路におけるアクチュエータからタンクへの戻り配管の内圧を検出して戻り流量を推定し、推定した戻り流量に基づいてポンプ流量を制御することで、省エネルギーを実現する技術が記載されている。また、特許文献３には、油圧ショベルのブームを駆動するブームシリンダから流出する作動油に対して絞り機能を有するメータアウト制御弁の開口面積を適切に制御することで、エネルギー損失を減少させる技術が記載されている。
【０００６】
また、電動機によって油圧ポンプを駆動する構成の油圧回路において、油圧シリンダから流出される作動油で油圧ポンプを駆動して動力を回生する技術も知られている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２４３５７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５３５７２号公報
【特許文献３】特開２００３−１０６３０４号公報
【特許文献４】特開２００３−０７４５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記のような油圧ショベルでは、ブーム５を駆動するためのブームシリンダ８１に、作業アタッチメント４の重量が常時作用している。したがって、ブーム５を駆動するためには、作業アタッチメント４の重量による保持圧以上の大きな動力をブームシリンダ８１によって発生させなければならなかった。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の作業機械は、基端側にブームを有する作業機構と、前記ブームが回動可能に取り付けられた基部と、前記作業機構の重量を補償するための重量補償装置と、を備え、前記重量補償装置は、前記ブームに一端が取り付けられ、前記基部に他端が取り付けられた流体シリンダである重量補償シリンダと、流体を通流する配管を通じて前記重量補償シリンダに接続されており、前記作業機構の重量を補償するための圧力を前記重量補償シリンダに供給するアキュムレータと、を具備する。
【００１１】
また、上記態様において、前記作業機械は、前記アキュムレータから前記重量補償シリンダに供給されている圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部によって検出される圧力に基づいて、前記アキュムレータによって発生される圧力を調整する圧力調整部と、をさらに備えていてもよい。
【００１２】
この態様において、前記重量補償装置は、前記作業機構の重量による力が前記重量補償シリンダを圧縮させる方向に作用することにより、前記作業機構の重量を補償するように構成されており、前記アキュムレータは、前記重量補償シリンダのヘッド側流体室に前記配管を通じて接続されていてもよい。
【００１３】
上記態様において、前記重量補償装置は、前記作業機構の重量による力が前記重量補償シリンダを伸長させる方向に作用することにより、前記作業機構の重量を補償するように構成されており、前記アキュムレータは、前記重量補償シリンダのロッド側流体室に前記配管を通じて接続されていてもよい。
【００１４】
また、上記態様において、前記作業機械は、前記ブームに一端が取り付けられ、前記基部に他端が取り付けられた流体シリンダであるブーム駆動用シリンダをさらに備え、前記重量補償シリンダは、前記ブーム駆動用シリンダと前記ブームに対して同一側に配置されていてもよい。
【００１５】
また、上記態様において、前記重量補償シリンダは、前記ブーム駆動用シリンダと平行に配置されていてもよい。
【００１６】
また、上記態様において、前記ブーム駆動用シリンダ及び前記重量補償シリンダは、それぞれのピストンロッドが同一の支点において前記ブームに取り付けられていてもよい。
【００１７】
また、上記態様において、前記ブーム駆動用シリンダ及び前記重量補償シリンダは、それぞれのピストンロッドが一体的に構成されていてもよい。
【００１８】
また、上記態様において、前記ブーム駆動用シリンダ及び前記重量補償シリンダは、それぞれのシリンダチューブが同じ位置において前記基部に取り付けられていてもよい。
【００１９】
また、上記態様において、前記重量補償シリンダは、前記ブームの上方に配置され、その一端が前記ブームの背面側に取り付けられていてもよい。
【００２０】
また、上記態様において、前記ブームは、背面側に突出した突出部を有し、前記重量補償シリンダは、その一端が前記突出部に取り付けられていてもよい。
【００２１】
また、上記態様において、前記作業機械は、油圧ショベル又はハイブリッド型ショベルであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る作業機械によれば、ブームに作用する作業機構の重量を補償することで、ブームを駆動するときの動力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図。
【図２】実施の形態１に係る油圧ショベルの油圧回路の構成を示す回路図。
【図３Ａ】重量補償装置を搭載していない油圧ショベルにおけるブームの駆動トルクを説明するためのグラフ。
【図３Ｂ】重量補償装置を搭載した油圧ショベルにおけるブームの駆動トルクを説明するためのグラフ。
【図４】重量補償装置の圧力調整処理の手順を示すフローチャート。
【図５】実施の形態２に係るハイブリッド型ショベルの構成を示すブロック図。
【図６Ａ】実施の形態３に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図。
【図６Ｂ】実施の形態３に係る油圧ショベルのブームの一部を上方から見たときの拡大平面図。
【図７】実施の形態４に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図。
【図８】実施の形態５に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図。
【図９】アキュムレータと重量補償シリンダの他の接続構成を示す模式図。
【図１０】従来の油圧ショベルの概略構成を示す右側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
以下、作業機械の１つである油圧ショベルについて説明する。図１は、本実施の形態に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図である。なお、以下の説明では、図中において左方を「前方」、右方を「後方」、上方を「上方」、下方を「下方」といい、油圧ショベルの正面（前面）に向かって右方を「右方」、同正面に向かって左方を「左方」という。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態に係る油圧ショベル１００は、クローラ式の下部走行体１と、キャビン２を具備する上部旋回体３と、作業機構である作業アタッチメント４とを備えている。上部旋回体３は、下部走行体１の上に、鉛直方向の軸まわりに回動可能に取り付けられている。かかる下部走行体１と上部旋回体３とによって、車体が構成されている。
【００２７】
作業アタッチメント４は、ブーム５と、アーム６と、バケット７とを具備する。ブーム５は、上部旋回体３の前部であってキャビン２の側方に、水平軸まわりに回動可能に取り付けられており、これによって起伏自在となっている。また、アーム６は、ブーム５の先端に水平軸まわりに回動可能に取り付けられており、バケット７は、アーム６の先端に水平軸まわりに回動可能に取り付けられている。
【００２８】
ブーム５の両側面それぞれには、油圧シリンダであるブームシリンダ８１のピストンロッド先端が取り付けられており、当該ブームシリンダ８１のシリンダチューブは上部旋回体３に取り付けられている。かかるブームシリンダ８１によって、ブーム５が駆動されるようになっている。なお、図１においては、右側のブームシリンダ８１のみが示されている。
【００２９】
また、ブーム５の背部（上部）には、油圧シリンダであるアームシリンダ８２のシリンダチューブが取り付けられている。アーム６の基端部は、ブーム５との接合箇所よりも後方（バケット７から離反する方向）に突出するように延設されており、突出部分の先端にアームシリンダ８２のピストンロッド先端が取り付けられている。かかるアームシリンダ８２によって、アーム６が駆動されるようになっている。
【００３０】
また、アーム６の背部（上部）には、油圧シリンダであるバケットシリンダ８３のシリンダチューブが取り付けられている。当該バケットシリンダ８３のピストンロッドの先端は、バケット７に取り付けられている。かかるバケットシリンダ８３によって、バケット７が駆動されるようになっている。
【００３１】
さらに、ブームシリンダ８１の下方には、油圧シリンダである重量補償シリンダ９１が配置されている。ブーム５の両側面それぞれには、重量補償シリンダ９１のピストンロッド先端が取り付けられており、当該重量補償シリンダ９１のシリンダチューブは上部旋回体３に取り付けられている。後述するように、かかる重量補償シリンダ９１によって、作業アタッチメント４の重量が補償されるようになっている。なお、図１においては、右側の重量補償シリンダ９１のみが示されている。
【００３２】
図２は、本実施の形態に係る油圧ショベル１００の油圧回路の構成を示す回路図である。図２に示すように、油圧ショベル１００にはエンジン１０が設けられており、このエンジン１０に油圧ポンプ１１が接続されている。エンジン１０の動力は、駆動軸を介して油圧ポンプ１１に伝達され、これによって油圧ポンプ１１が駆動される。
【００３３】
油圧ポンプ１１からは、作動油が通流する管路が延設されており、コントロールバルブ１２を介して、上述したブームシリンダ８１、アームシリンダ８２、及びバケットシリンダ８３が接続されている。また、油圧ポンプ１１から延設された管路は、コントロールバルブ１２を介して、右走行用の油圧モータ８４と、左走行用の油圧モータ８５と、上部旋回体３の旋回用の油圧モータ８６とに接続されている。コントロールバルブ１２は、複数の電磁弁によって構成されており、ＣＰＵ及びメモリ等からなる制御部１３と通信線によって接続されている。かかるコントロールバルブ１２は、制御部１３から与えられる制御信号に応じて動作し、ブームシリンダ８１、アームシリンダ８２、バケットシリンダ８３、油圧モータ８４乃至８６への作動油の流量を制御するようになっている。これにより、ブームシリンダ８１、アームシリンダ８２、バケットシリンダ８３、油圧モータ８４乃至８６が動作制御される。
【００３４】
油圧ポンプ１１から延設された管路は、途中で分岐しており、その分岐先には重量補償装置９の切替弁９３が接続されている。
【００３５】
重量補償装置９は、重量補償シリンダ９１と、アキュムレータ９２と、切替弁９３とを具備している。アキュムレータ９２と切替弁９３との間は管路９５ａによって接続されている。管路９５ａの途中には、圧力センサ９４が設けられている。この管路９５ａは途中で分岐し、管路９５ｂが延びている。当該管路９５ｂは、重量補償シリンダ９１のヘッド側油室９１ａに連通している。
【００３６】
また、管路９５ｂは途中で分岐しており、管路９５ｃが延びている。当該管路９５ｃは、切替弁９３に接続されている。なお、本明細書において、「ヘッド側」とは流体シリンダにおいてピストンロッドが設けられていない側を意味し、「ロッド側」とは流体シリンダにおいてピストンロッドが設けられている側を意味する。
【００３７】
アキュムレータ９２は、密閉されたシェルと、当該シェル内に設けられたゴム製のブラダとを有している。シェルの内部は、ブラダによってガス室と油室とに分離されており、ガス室には窒素ガスが充填されている。加圧された作動油を油室内に導入することによって、ガス室の窒素ガスが圧縮され、圧力を蓄積することができる。
【００３８】
切替弁９３は、重量補償装置９の油圧回路を外部から遮断する遮断位置と、重量補償装置９の油圧回路と油圧ポンプ１１とを接続する作動油導入位置と、重量補償装置９の油圧回路とタンクとを接続する作動油放出位置との３位置に切り替え可能である。かかる切替弁９３は、制御部１３に接続されており、制御部１３により動作制御される。
【００３９】
次に、重量補償装置９の動作について説明する。重量補償装置９には、管路内に作動油が充填されており、アキュムレータ９２には、加圧された作動油が蓄積されている。通常時において、切替弁９３は遮断位置に位置づけられる。
【００４０】
このとき、管路９５ａ，９５ｂを通じて、上記加圧された作動油が重量補償シリンダ９１のヘッド側油室９１ａに供給される。これにより、重量補償シリンダ９１において、伸長する方向に力が発生する。
【００４１】
図１に示すように、作業アタッチメント４は、起伏可能なブーム５の先端にアーム６が取り付けられ、当該アーム６の先端にバケット７が取り付けられた構造である。ブーム５は前側に傾斜した状態を維持しており、かかる作業アタッチメント４の全重量は、ブーム５の基端側の回転軸まわりにトルクを発生させる。上記のように、重量補償シリンダ９１には圧力が立っているため、作業アタッチメント４の重量によって生じる上記トルクが、重量補償シリンダ９１によって打ち消される。
【００４２】
アキュムレータ９２の圧力は、作業アタッチメント４の全重量を補償可能な値に設定される。つまり、重量補償シリンダ９１には、作業アタッチメント４の全重量を補償する力が作用しており、重量補償シリンダ９１によって、作業アタッチメント４が支持される。このため、ブーム５が停止しているとき、ブーム５の基端側の回転軸まわりのトルクは実質的に０となる。
【００４３】
ブームシリンダ８１が駆動され、ブーム５が上方に回動（起立）する場合には、重量補償シリンダ９１は伸長することになる。このとき、重量補償シリンダ９１には、その伸び量に応じてアキュムレータ９２から作動油が供給されることになる。このため、ブームが上方に回動した後にも重量補償シリンダ９１には伸長する方向に力が生じており、作業アタッチメント４の重量が補償される。
【００４４】
また、ブームシリンダ８１が駆動され、ブーム５が下方に回動（傾倒）する場合には、重量補償シリンダ９１は縮短されることになる。このとき、重量補償シリンダ９１の縮み量に応じて、重量補償シリンダ９１からアキュムレータ９２へと作動油が流出することになる。このため、ブームが上方に回動した後にも重量補償シリンダ９１には伸長する方向に力が生じており、作業アタッチメント４の重量が補償される。
【００４５】
図３Ａは、重量補償装置９を搭載していない油圧ショベルにおけるブーム５の駆動トルクを説明するためのグラフであり、図３Ｂは、重量補償装置９を搭載した油圧ショベル１００におけるブーム５の駆動トルクを説明するためのグラフである。
【００４６】
重量補償装置９を搭載していない油圧ショベルでは、作業アタッチメント４の全重量がブームシリンダ８１に作用する。このため、ブーム５を停止している場合にも、ブームシリンダ８１には、作業アタッチメント４の重量を補償する駆動トルクを発生させるために、油圧ポンプ１１から常時圧力を供給しておく必要がある。ブーム５を上方に回動させる場合には、油圧ポンプ１１から圧力をブームシリンダ８１にさらに供給し、より大きい駆動トルクを発生させる必要がある。また、ブーム５を下方に回動させる場合には、供給する圧力を減少させ、ブーム５が停止している場合よりも小さい駆動トルクを発生させることになる。つまり、重量補償装置９を搭載していない油圧ショベルでは、図３Ａにおいて、曲線Ｇ１より下側の領域（斜線を付した領域）の面積に相当する駆動トルクが必要となる。
【００４７】
これに対して、本実施の形態に係る油圧ショベル１００では、重量補償シリンダ９１によって常に作業アタッチメント４の重量が補償される。重量補償シリンダ９１によって生じるトルクは、図３Ｂにおいて、曲線Ｇ２より下側の領域の面積に相当する。ブーム５が停止している状態では、ブームシリンダ８１による駆動トルクは生じていない。ブーム５を上方に回動させる場合には、油圧ポンプ１１から圧力をブームシリンダ８１のヘッド側油室に供給し、停止されているブーム５を上方に回動させる分だけの駆動トルクを発生させればよい。つまり、ブームシリンダ８１において、作業アタッチメント４の重量を保持するための駆動トルクを生じる必要がない。また、ブーム５を下方に回動させる場合には、油圧ポンプ１１から圧力をブームシリンダ８１のロッド側油室に供給し、停止されているブーム５を下方に回動させる分だけの駆動トルク（上昇させる場合とは逆向きの駆動トルク）を発生させればよい。つまり、本実施の形態に係る油圧ショベル１００では、図３Ｂにおいて、曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とで囲まれた領域の面積に相当する駆動トルクしか必要とせず、作業アタッチメント４の重量を補償しない場合に比べて、非常に小さいトルクでブーム５を駆動することが可能となる。
【００４８】
また、本実施の形態に係る油圧ショベル１００では、重量補償シリンダ９１が発生するトルクを調整することも可能である。上記のように、重量補償装置９の油圧回路では、作業アタッチメント４の重量によるブーム５の回転軸まわりのトルクと釣り合う圧力を、アキュムレータ９２によって発生させる。しかし、作業油の漏れなどにより、油圧回路の圧力が低下する場合がある。このような場合に、以下のような重量補償装置９の圧力調整が行われる。
【００４９】
図４は、制御部１３による重量補償装置９の圧力調整処理の手順を示すフローチャートである。制御部１３のメモリには、作業アタッチメント４の全重量を補償可能な圧力値が予め設定されている。制御部１３は、圧力センサ９４から出力された検出信号を受信し、重量補償装置９の油圧回路（つまり、アキュムレータ９２）の圧力値を取得する（ステップＳ１）。次に、制御部１３は、取得した圧力値と設定値とを比較し、圧力値が設定値を下回っているか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、圧力値が設定値を下回っている場合には（ステップＳ２においてＹＥＳ）、制御部１３は、切替弁９３を制御して、遮断位置から作動油導入位置に（図２において左方向に）切り替えさせる（ステップＳ３）。これにより、油圧ポンプ１１から重量補償装置９の油圧回路に作動油が供給され、管路９５ａを通じてアキュムレータ９２に作動油が供給される。この結果、アキュムレータ９２の圧力が上昇する。
【００５０】
ステップＳ３の後、制御部１３は、処理をステップＳ１へと戻す。これにより、アキュムレータ９２の圧力値が設定値に到達するまで、アキュムレータ９２に作動油が供給される。
【００５１】
ステップＳ２において、圧力値が設定値以上である場合には（ステップＳ２においてＮＯ）、制御部１３は、切替弁９３を制御して遮断位置に位置づけさせ（ステップＳ４）、処理を終了する。
【００５２】
上記のような圧力調整処理によって、重量補償装置９の圧力が適切に設定され、作業アタッチメント４の重量が重量補償シリンダ９１によって継続的に補償される。
【００５３】
また、作業アタッチメント４の組み立て、又は分解のときには、重量補償装置９の圧力を０にする必要がある。このような場合には、切替弁９３を遮断位置から作動油放出位置に（図２において右方向に）切り替える。これにより、重量補償装置９の作動油は、管路９５ｃを通じてタンクへと流出し、重量補償装置９の圧力を０とすることができる。
【００５４】
（実施の形態２）
本実施の形態は、油圧による動力と電力による動力とによって駆動されるハイブリッド型のショベルである。図５は、本実施の形態に係るハイブリッド型ショベルの構成を示すブロック図である。図５に示すように、本実施の形態に係るハイブリッド型ショベルには、エンジン２１１が設けられており、このエンジン２１１の駆動軸に、電動発電機２１２と、油圧ポンプ２１３とが接続されている。エンジン２１１の動力は、駆動軸を介して電動発電機２１２及び油圧ポンプ２１３に伝達され、電動発電機２１２によって発電が行われるとともに、油圧ポンプ２１３が駆動される。また、電動発電機２１２は電動機としても機能し、エンジン２１１の駆動をアシストする。
【００５５】
油圧ポンプ２１３は、管路を通じて切替弁２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃのそれぞれに接続されている。切替弁２１７ａはブームシリンダ８１に管路を通じて接続されており、切替弁２１７ａを駆動することによって、ブームシリンダ８１の伸長、停止、及び縮短が切り替えられるようになっている。同様に、切替弁２１７ｂはアームシリンダ８２に管路を通じて接続されており、切替弁２１７ｂを駆動することによって、アームシリンダ８２の伸長、停止、及び縮短が切り替えられるようになっている。切替弁２１７ｃはバケットシリンダ８３に管路を通じて接続されており、切替弁２１７ｃを駆動することによって、バケットシリンダ８３の伸長、停止、及び縮短が切り替えられるようになっている。
【００５６】
電動発電機２１２は、電力線によってインバータ２１４ａに接続されており、当該インバータ２１４ａがバッテリ２１５に接続されている。電動発電機２１２が発電機として機能する場合には、発電された電力がインバータ２１４ａを介してバッテリ２１５に蓄積される。
【００５７】
また、バッテリ２１５はインバータ２１４ｂに接続されており、当該インバータ２１４ｂは上部旋回体の旋回用電動機２１６に接続されている。電動発電機２１２から出力される電力はインバータ２１４ａによって変換された後インバータ２１４ｂに与えられ、またバッテリ２１５から出力される電力はインバータ２１４ｂに与えられ、このインバータ２１４ｂによって変換されて旋回用電動機２１６に与えられる。
【００５８】
制御部２１０は、油圧ポンプ２１３、切替弁２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ、及びインバータ２１４ａ、２１４ｂのそれぞれに接続されており、それぞれの動作を制御する。これにより、制御部２１０の制御信号に応じて、ブームシリンダ８１、アームシリンダ８２、バケットシリンダ８３、及び旋回用電動機２１６が駆動される。
【００５９】
また、重量補償装置２９０の切替弁２９３が管路を通じて油圧ポンプ２１３に接続されている。重量補償装置２９０は、重量補償シリンダ２９１と、アキュムレータ２９２と、切替弁２９３とを具備している。重量補償シリンダ２９１、アキュムレータ２９２、切替弁２９３の接続関係は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。また、実施の形態２に係るハイブリッド型ショベルのその他の構成は、実施の形態１に係る油圧ショベル１００の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
アキュムレータ２９２の圧力は、作業アタッチメント４の全重量を補償可能な値に設定される。つまり、重量補償シリンダ２９１には、作業アタッチメント４の全重量を補償する力が作用しており、重量補償シリンダ２９１によって、作業アタッチメント４が支持される。また、ブーム５が上方に回動された場合には、アキュムレータ２９２から作動油が重量補償シリンダ２９１に供給され、ブーム５が上方に回動された後にも、重量補償シリンダ２９１によって作業アタッチメント４の重量が補償される。さらに、ブーム５が下方に回動された場合には、重量補償シリンダ２９１からアキュムレータ２９２へ作動油が供給され、ブーム５が下方に回動された後にも、重量補償シリンダ２９１によって作業アタッチメント４の重量が補償される。重量補償装置２９０のその他の動作については、実施の形態１において説明した重量補償装置９の動作と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
（実施の形態３）
図６Ａは、本実施の形態に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図であり、図６Ｂは、そのブームの一部を上方から見たときの拡大平面図である。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施の形態に係る油圧ショベル３００のブーム５の両側それぞれには、ブームシリンダ８１が配置されている。ブームシリンダ８１のピストンロッド先端は、水平方向に延びるピン８１ａによって、ブーム５の側面に回動可能に取り付けられている。また、ブームシリンダ８１のシリンダチューブ基端は、水平方向に延びるピン８１ｂによって、上部旋回体３に回動可能に取り付けられている。
【００６２】
各ブームシリンダ８１の外側には、ブームシリンダ８１と平行に重量補償シリンダ３９１が配置されている。重量補償シリンダ３９１は、並設されたブームシリンダ８１と同じ取付位置において、ブーム５及び上部旋回体３に取り付けられている。即ち、重量補償シリンダ３９１のピストンロッド先端は、ピン８１ａによってブーム５の側面に回動可能に取り付けられており、重量補償シリンダ３９１のシリンダチューブ基端は、ピン８１ｂによって上部旋回体３に回動可能に取り付けられている。
【００６３】
なお、本実施の形態に係る油圧ショベル３００のその他の構成は、実施の形態１に係る油圧ショベル１００の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
このような構成とすることにより、ブームシリンダ８１の取付位置を利用して重量補償シリンダ３９１をブーム５及び上部旋回体３に取り付けることが可能となる。つまり、ブーム５及び上部旋回体３において、ブームシリンダ８１の取付位置とは別に、重量補償シリンダ３９１の取付位置を確保する必要がない。このため、従来の油圧ショベルのブーム及び上部旋回体を設計変更することなく、重量補償シリンダ３９１を取り付けることが可能となる。
【００６５】
（実施の形態４）
図７は、本実施の形態に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図である。図７に示すように、本実施の形態に係る油圧ショベル４００のブーム５の両側それぞれには、ブームシリンダ８１及び重量補償シリンダ４９１が配置されている。ブームシリンダ８１と重量補償シリンダ４９１とは互いに平行に、上下方向に並べて配置されている。
【００６６】
本実施の形態において、ブームシリンダ８１のピストンロッドの先端と、重量補償シリンダ４９１のピストンロッドの先端とは、互いに結合されている。つまり、１つの概略Ｕ字状のピストンロッド部材４８０がブームシリンダ８１と重量補償シリンダ４９１とで強要されている。ピストンロッド部材４８０は、２つのロッド部４８０ａ及び４８０ｂを有しており、一方のロッド部４８０ａが、ピストンロッドとしてブームシリンダ８１のシリンダチューブに挿入されており、他方のロッド部４８０ｂが、ピストンロッドとして重量補償シリンダ４９１のシリンダチューブに挿入されている。
【００６７】
ピストンロッド部材４８０の先端部分は、ブーム５の側面に水平軸まわりに回動可能に取り付けられている。また、ブームシリンダ８１のシリンダチューブ基端は、水平軸まわりに回動可能に上部旋回体３に取り付けられており、重量補償シリンダ４９１のシリンダチューブ基端は、水平軸まわりに回動可能に上部旋回体に取り付けられている。
【００６８】
なお、本実施の形態に係る油圧ショベル４００のその他の構成は、実施の形態１に係る油圧ショベル１００の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
このような構成とすることにより、ブーム５に一点でブームシリンダ８１と重量補償シリンダ４９１とを取り付けることが可能となる。つまり、ブーム５において、ブームシリンダ８１の取付位置とは別に、重量補償シリンダ４９１の取付位置を確保する必要がない。このため、従来の油圧ショベルのブームを設計変更することなく、重量補償シリンダ４９１を取り付けることが可能となる。
【００７０】
（実施の形態５）
図８は、本実施の形態に係る油圧ショベルの概略構成を示す右側面図である。図８に示すように、本実施の形態に係る油圧ショベル５００のブーム５の上方には、重量補償シリンダ５９１が配置されている。
【００７１】
以下、ブーム５及び上部旋回体３における重量補償シリンダ５９１の取付構造について詳細に説明する。図８に示すように、ブーム５の背面には、上方に突出する突出部５１が設けられている。この突出部５１に、重量補償シリンダ５９１のピストンロッド先端が水平軸まわりに回動可能に取り付けられている。
【００７２】
また、上部旋回体３においては、ブーム５の基端の取付位置の上斜め後方の位置に、重量補償シリンダ５９１のシリンダチューブ基端が水平軸まわりに回動可能に取り付けられている。
【００７３】
なお、本実施の形態に係る油圧ショベル５００のその他の構成は、実施の形態１に係る油圧ショベル１００の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
図１に示す実施の形態１に係る油圧ショベル１００のように、上部旋回体３におけるブーム５の取付位置の前方又は下方の位置に重量補償シリンダ９１のシリンダチューブ基端が取り付けられている場合、作業アタッチメント４の重量によって、重量補償シリンダ９１には圧縮力が作用する。このため、重量補償シリンダ９１には伸長する方向の力を生じさせて、作業アタッチメント４の重量を補償する必要がある。
【００７５】
これに対して、本実施の形態に係る油圧ショベル５００のように、上部旋回体３におけるブーム５の取付位置の上方又は後方の位置に重量補償シリンダ５９１のシリンダチューブ基端が取り付けられている場合は、作業アタッチメント４の重量によって、重量補償シリンダ５９１には引っ張り力が作用する。このため、重量補償シリンダ５９１には縮短する方向の力を生じさせて、作業アタッチメント４の重量を補償することとなる。このため、本実施の形態に係る油圧ショベル５００においては、アキュムレータからの作動油を、重量補償シリンダ５９１のヘッド側油室ではなく、ロッド側油室に供給する必要がある。
【００７６】
ブーム５の下側に重量補償シリンダを配置した場合、ブーム５の先端にはアーム６及びバケット７の重量による下向きの力が作用し、ブーム５の腹部の重量補償シリンダとの接続箇所には、重量補償シリンダが作業アタッチメント４の重量を補償する上向きの力が作用する。このため、重量補償シリンダとの接続箇所において、ブーム５の断面内向き方向の力による変形を防止しなければならず、ブーム部材の補強が必要となる。これに対して、本実施の形態に係る油圧ショベル５００のように、ブーム５の上方に重量補償シリンダ５９１を配置した場合には、突出部５１において上方に引っ張り上げられる力がブーム５に作用することになる。このため、ブーム５の下側に重量補償シリンダを配置した場合よりも、ブーム５の補強は簡易なもので対応することができる。
【００７７】
（その他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態１、３乃至５においては、油圧ショベルの作業アタッチメント４の重量を重量補償装置によって補償する構成について述べたが、これに限定されるものではない。実施の形態３乃至５に示す構成の重量補償装置を、実施の形態２のようなハイブリッド型ショベルに設けることも可能である。また、ブームシリンダの油圧による動力でブーム５を駆動する構成に代えて、ブームの回動軸に減速機を介して電動機を接続し、電力によってブームを駆動する構成とすることも可能である。
【００７８】
また、上述した実施の形態１乃至５においては、油圧シリンダである重量補償シリンダにより、作業アタッチメント４の重量を補償する構成について述べたが、これに限定されるものではない。油圧シリンダに代えて他の液圧シリンダ又は空気圧シリンダによって重量補償シリンダを構成し、これによって作業アタッチメント４の重量を補償する構成とすることも可能である。
【００７９】
また、上述した実施の形態１乃至４においては、アキュムレータから重量補償シリンダのヘッド側油室のみに加圧された作動油を供給し、重量補償シリンダを伸長させる方向の力を生じさせる構成について述べたが、これに限定されるものではない。アキュムレータから重量補償シリンダのヘッド側油室及びロッド側油室のそれぞれに加圧された作動油を供給する構成とすることも可能である。図９は、アキュムレータと重量補償シリンダの他の接続構成を示す模式図である。図９に示すように、アキュムレータ９２と重量補償シリンダ９１のヘッド側油室９１ａとは、管路９５ａ，９５ｂによって連通している。管路９５ｂはその途中において分岐し、管路９５ｄが重量補償シリンダ９１のロッド側油室９１ｂに接続されていている。
【００８０】
この場合の重量補償シリンダ９１の動作について説明する。アキュムレータ９２には加圧された作動油が蓄積されており、管路９５ａ，９５ｂを通じて、上記加圧された作動油が重量補償シリンダ９１のヘッド側油室９１ａに供給される。また、同様に、管路９５ｄを通じて、加圧された作動油が重量補償シリンダ９１のロッド側油室９１ｂにも供給される。これにより、重量補償シリンダ９１のヘッド側油室９１ａとロッド側油室９１ｂとの両方に圧力が生じることとなる。重量補償シリンダ９１において、ヘッド側油室９１ａとロッド側油室９１ｂとはピストンによって区画される。ヘッド側油室９１ａのピストン面はロッドが設けられていないが、ロッド側油室９１ｂのピストン面にはロッドが設けられているため、ヘッド側油室９１ａのピストン面の方がロッド側油室のピストン面よりも面積が大きい。ヘッド側油室９１ａのピストン面と、ロッド側油室のピストン面とは、互いに反対方向の圧力が印加されるが、両者の面積差によって、ヘッド側油室９１ａのピストン面に印加される圧力の方が大きくなる。したがって、重量補償シリンダ９１には、伸長する方向に力が発生する。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の作業機械は、油圧ショベルなどのブームを有する作業機械として有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１００  油圧ショベル
１  下部走行体
３  上部旋回体
４  作業アタッチメント
５  ブーム
８１  ブームシリンダ
９  重量補償装置
９１  重量補償シリンダ
９２  アキュムレータ
９３  切替弁
９４  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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