(57)【要約】【課題】スペース効率に優れ、且つ該油圧アクチュエータ(12)及び電動アクチュエータ(3,4)の双方を高精度で駆動制御可能なハイブリッドショベル(1)の操作装置(95)を提供する。【解決手段】所定の中立位置から前後左右の４方向に傾動可能な操作レバー(27)と、操作レバー(27)の中立位置に対する前方向及び後方向のそれぞれの傾動量に応じたパイロット圧を、上記油圧アクチュエータ(12)駆動制御用の方向切換弁(150)におけるパイロットポート(Pa1,Pa2)に供給するパイロット弁(170,171)と、操作レバー(27)の中立位置に対する右方向及び左方向のそれぞれの傾動量に応じた変位を生じる入力軸(112a,113a)を有し且つ該入力軸(112a,113a)の変位量に応じた電動アクチュエータ(3,4)駆動用の電圧信号を出力するポテンショメータ(112,113)とを備える。【選択図】図６
2008274716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプ(16,17)から供給される作動油により駆動される油圧アクチュエータ(12)と、少なくともバッテリ(47)から電力供給を受けて駆動される電動アクチュエータ(3,4)とを有するハイブリッドショベルの操作装置であって、
上記ハイブリッドショベル(1)は、上記油圧アクチュエータ(12)と上記油圧ポンプ(16,17)とを接続する主管路(182)に配設され且つ該油圧ポンプ(16,17)から該油圧アクチュエータ(12)に供給される作動油の流れを制御するパイロット操作式の方向切換弁(150)と、該方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に供給するパイロット圧を発生させるパイロットポンプ(37)とを有しており、
上記ハイブリッドショベル(1)の乗員により操作される操作レバー(27)を備え、
上記操作レバー(27)は、その基端部を支点にして、所定の中立位置から少なくとも、第一方向及び該第一方向とは異なる第二方向の２方向に傾動可能に構成されており、
上記パイロットポンプ(37)と上記方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)とを接続するパイロット管路(160b)に配設され、上記操作レバー(27)の上記中立位置に対する第一方向の傾動量に応じたパイロット圧を該パイロットポート(Pa1)に供給するパイロット弁(171)と、
上記操作レバー(27)の上記中立位置に対する第二方向の傾動量に応じた変位を生じる変位部(112a)を有していて、該変位部(112a)の変位量に応じた、上記電動アクチュエータ駆動用の電気信号を出力する電気信号発生装置(112)とを更に備えていることを特徴とするハイブリッドショベルの操作装置。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッドショベルの操作装置において、
上記パイロット弁(171)は、直線移動可能なスプール体(101)を有していて、上記操作レバー(27)の第一方向の操作と該第一方向に傾動した操作レバー(27)を上記中立位置に復帰させる第一復帰方向の操作との両方向の操作に連動して該スプール体(101)を移動させることによって、該操作レバー(27)の上記中立位置に対する第一方向の傾動量に応じたパイロット圧を上記方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に供給可能に構成されており、
上記電気信号発生装置(112)の変位部(112a)は、上記操作レバー(27)の第二方向の操作と該第二方向に傾動した操作レバー(27)を上記中立位置に復帰させる第二復帰方向の操作との両方向の操作に連動して、直線移動可能な可動体(112a)で構成されていることを特徴とするハイブリッドショベルの操作装置。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッドショベルの操作装置において、
上記操作レバー(27)の基端部に接続され、該操作レバー(27)に連動して傾動可能な連動板(82)と、
上記連動板(82)を介して、上記操作レバー(27)に対してその中立位置からの第一方向の傾動量に応じた反力を付与する第一付勢部材(93)と、
上記連動板(82)を介して、上記操作レバー(27)に対してその中立位置からの第二方向の傾動量に応じた反力を付与する第二付勢部材(105)とを備えていることを特徴とするハイブリッドショベルの操作装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッドショベルの操作装置において、
上記操作レバー(27)は、上記基端部から上方に延びるように形成されており、
上記第一方向は、上記乗員に対して前方向又は後方向であり、
上記第二方向は、上記乗員に対して左方向又は右方向であることを特徴とするハイブリッドショベルの操作装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハイブリッドショベルの操作装置において、
上記電気信号発生装置(112)は、ポテンショメータからなることを特徴とするハイブリッドショベルの操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプから供給される油圧アクチュエータと、少なくともバッテリから供給される電力により駆動される電動アクチュエータとを備えたハイブリッドショベルの操作装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
この種の操作装置は通常、乗員により操作され且つ所定の中立位置から少なくとも２方向に傾動可能な操作レバーを有しており、該操作レバーを傾動させることにより油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを駆動可能になっている。
【０００３】
例えば特許文献１に示すハイブリッドショベルの操作装置は、クローラ駆動用の油圧モータ(油圧アクチュエータ)を駆動するための操作レバーを含む油圧アクチュエータ系統部と、電動モータ(電動アクチュエータ)を駆動するための操作レバーを含む電動アクチュエータ系統部とで構成されている。
【０００４】
油圧系アクチュエータ系統部は、所定の中立位置に対して左方向及び右方向の２方向に傾動可能な油圧系操作レバーと、該操作レバーの各方向への傾動量に応じたパイロット圧を発生する２つのパイロット弁とを有している。そして、乗員は、油圧系操作レバーの傾動方向を切換えることで、方向切換弁におけるパイロット圧が作用するパイロットポートを切換えて油圧モータの回転方向を切換えるとともに、該操作レバーの傾動量を調整することで、方向切換弁のパイロットポートに作用するパイロット圧を変化させて、油圧モータの回転速度を調整可能になっている。
【０００５】
一方、電動系アクチュエータ系統部は、左方向及び右方向の２方向に傾動可能な電動系操作レバーと、該操作レバーの各方向への傾動量に応じたパイロット圧を上記パイロットポートに供給する２つのパイロット弁との他に、該各パイロット弁から出力されるパイロット圧をその大きさに応じた電気信号に変換する２つの感圧センサと、該感圧センサから出力される電気信号を基に、電動モータに対して駆動信号を出力するコントロールユニットとを有している。そして、乗員は、電動系操作レバーの傾動方向を切換えることで、電気信号が出力される感圧センサを切換えて電動モータの回転方向を切換えるとともに、該操作レバーの傾動量を調整することで、感圧センサから出力される電気信号を変化させて、電動モータの回転速度を調整可能になっている。
【０００６】
また一般的に、油圧アクチュエータのみを有する油圧ショベルの操作装置として、所定の中立位置から前後左右の４方向に傾動可能な操作レバーを有するものが知られている(例えば、特許文献２参照)。
【０００７】
この操作装置は、操作レバーの各方向の傾動量に応じたパイロット圧を発生する４つのパイロット弁を有している他は、上記油圧アクチュエータ系統部とその基本的な構成は同様とされている。
【特許文献１】特開２００５-２９０６７４号公報
【特許文献２】特開２００３-２４７５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１に示すハイブリッドショベルの操作装置では、油圧系アクチュエータ系統部と、電動系アクチュエータ系統部とが別ユニット化されており、このため、部品点数が多くなってスペース効率が悪いという問題がある。
【０００９】
そこで、上記油圧系アクチュエータ系統部と、上記電動系アクチュエータ系統部とを一ユニット化するとともに、上記特許文献１に示すように、前後左右の４方向に傾動可能な操作レバーにより、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとの双方を駆動可能とすることが考えられる。
【００１０】
しかし、このように一ユニット化したとしても、電動系アクチュエータ系統部にて使用される感圧センサや、パイロット弁から感圧センサまで作動油を供給するための配管等、上記油圧ショベルの操作装置には無い構成要素が必要となる。このため、例えば、油圧ショベルの操作装置を、電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの双方を駆動可能な操作装置に改造しようとした場合に、既存の限られたスペースに操作装置を収容することができず、スペース効率の悪化を招くという問題がある。
【００１１】
また、上記電動系アクチュエータ系統部では、操作レバーの傾動量をパイロット圧に一旦変換した後に、該パイロット圧を感圧センサにより電気信号に変換するようになっている。つまり、傾動量を電気信号に変換する過程で、圧力信号から電気信号への変換過程が介在し、このため、操作レバーの操作量に応じた電気信号を得ることが難しく、旋回用電動モータの制御性を向上させる上で改良の余地がある。
【００１２】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スペース効率に優れ、且つ該油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの双方を高精度で駆動制御可能なハイブリッドショベルの操作装置を提供しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、この発明では、所定の中立位置から少なくとも、第一方向及び第二方向の２方向に傾動可能な操作レバー(27)と、操作レバー(27)の中立位置に対する第一方向の傾動量に応じたパイロット圧を方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に供給するパイロット弁(171)と、操作レバー(27)の中立位置に対する第二方向の傾動量に応じた変位を生じる変位部(112a)を有し且つ該変位部(112a)の変位量に応じた電気信号を出力する電気信号発生装置(112)とを備えるようにした。
【００１４】
具体的には、第１の発明は、油圧ポンプ(16,17)から供給される作動油により駆動される油圧アクチュエータ(12)と、少なくともバッテリ(47)から電力供給を受けて駆動される電動アクチュエータ(3,4)とを有するハイブリッドショベルの操作装置を対象とする。
【００１５】
そして、上記ハイブリッドショベル(1)は、上記油圧アクチュエータ(12)と上記油圧ポンプ(16,17)とを接続する主管路(182)に配設され且つ該油圧ポンプ(16,17)から該油圧アクチュエータ(12)に供給される作動油の流れを制御するパイロット操作式の方向切換弁(150)と、該方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に供給するパイロット圧を発生させるパイロットポンプ(37)とを有しており、上記ハイブリッドショベル(1)の乗員により操作される操作レバー(27)を備え、上記操作レバー(27)は、その基端部を支点にして、所定の中立位置から少なくとも、第一方向及び該第一方向とは異なる第二方向の２方向に傾動可能に構成されており、上記パイロットポンプ(37)と上記方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)とを接続するパイロット管路(160b)に配設され、上記操作レバー(27)の上記中立位置に対する第一方向の傾動量に応じたパイロット圧を該パイロットポート(Pa1)に供給するパイロット弁(171)と、上記操作レバー(27)の上記中立位置に対する第二方向の傾動量に応じた変位を生じる変位部(112a)を有していて、該変位部(112a)の変位量に応じた、上記電動アクチュエータ駆動用の電気信号を出力する電気信号発生装置(112)とを更に備えているものとする。
【００１６】
第１の発明では、乗員は、操作レバー(27)の第一方向の傾動量を手動調整することで、油圧アクチュエータ(12)の駆動操作を行うことができる。
【００１７】
すなわち、操作レバー(27)を中立位置に対して第一方向に傾動させることで、上記パイロット弁(171)が作動して、操作レバー(27)の傾動量に応じたパイロット圧が上記方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に供給され、この結果、方向切換弁(150)が作動して、該パイロット圧に応じた所定流量の作動油が所定流路から油圧アクチュエータ(12)に供給される。従って、操作レバー(27)の第一方向の傾動量を手動調整することで、油圧アクチュエータ(12)に供給される作動油の流量や流路を制御して、該油圧アクチュエータ(12)の駆動を制御することが可能となる。
【００１８】
また、乗員は、操作レバー(27)の第二方向の傾動量を手動調整することで、電動アクチュエータ(3,4)の駆動操作を行うことができる。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、操作レバー(27)を中立位置に対して第二方向に傾動させることで、上記電気信号発生装置(112)の変位部(112a)が変位するようになっている。そして、この変位部(112a)の変位量は、操作レバー(27)の中立位置に対する第二方向の傾動量に応じた変位量とされており、この変位量に応じた電気信号が該電気信号発生装置(112)から出力される。従って、この電気信号に基づいて、電動アクチュエータ(3,4)の駆動制御を行うことで、操作レバー(27)の第二方向の傾動量に応じた駆動制御が可能となる。
【００２０】
また、上記操作レバー(27)の第二方向の傾動量に対応する上記変位部(112a)の変位量を、電気信号発生装置(112)により直接的に電気信号に変換して、該電気信号を電動アクチュエータ(3,4)の駆動用信号として使用するようにしたことで、例えば操作レバー(27)の傾動量を一旦パイロット弁等により油圧信号に変換した後に電気信号に変換するようにした場合に比べて、該操作レバー(27)の傾動量を上記電気信号に高精度で反映させることができる。従って、該電気信号を利用して、操作レバー(27)の傾動量に応じた電動アクチュエータ(3,4)の駆動制御を確実に行うことが可能となる。電気信号発生装置(112)の具体例としては、例えば回転軸回りの回転角(変位量)を検出可能な回転式のポテンショメータや、直線上の移動量(変位量)を検出可能なリニア駆動式のポテンショメータを使用することができる。
【００２１】
このように、本発明によれば、電動アクチュエータ(3,4)の操作性を低下させることなく、一つの操作レバー(27)で電動アクチュエータ(3,4)と油圧アクチュエータ(12)との両アクチュエータを操作可能にしたことで、部品点数を削減してコスト低減を図るとともにスペース効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
第２の発明は、第１の発明において、上記パイロット弁(171)は、直線移動可能なスプール体(101)を有していて、上記操作レバー(27)の第一方向の操作と該第一方向に傾動した操作レバー(27)を上記中立位置に復帰させる第一復帰方向の操作との両方向の操作に連動して該スプール体(101)を移動させることによって、該操作レバー(27)の上記中立位置に対する第一方向の傾動量に応じたパイロット圧を上記方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に供給可能に構成されており、上記電気信号発生装置(112)の変位部(112a)は、上記操作レバー(27)の第二方向の操作と該第二方向に傾動した操作レバー(27)を上記中立位置に復帰させる第二復帰方向の操作との両方向の操作に連動して、直線移動可能な可動体(112a)で構成されているものとする。
【００２３】
第２の発明では、上記操作レバー(27)の第一方向の操作と上記第一復帰方向の操作との両方向の操作に連動してパイロット弁(171)のスプール体(101)が直線移動する。すなわち、操作レバー(27)の第一方向及び第一復帰方向の両方向の操作が、スプール体(101)の直線移動に変換される。そして、該スプール体(101)の移動によりパイロット弁(171)から、該操作レバー(27)の第一方向の傾動量に応じたパイロット圧がパイロットポート(Pa1)に供給される。
【００２４】
また、上記操作レバー(27)の第二方向の操作と上記第二復帰方向の操作との両方向の操作に連動して、上記電気信号発生装置(112)の変位部(112a)としての可動体(112a)が、上記スプール体(101)と同じく直線移動する。そして、この可動体(112a)の移動量(変位量)が電動アクチュエータ(3,4)駆動用の電気信号に変換される。
【００２５】
これにより、例えば油圧ショベルに使用されるオール油圧方式の操作装置(95)を改造して、上記電気信号発生装置(112)とパイロット弁(171)とを有する本発明の操作装置(95)を容易に構成することができる。
【００２６】
すなわち、油圧ショベルに使用される操作装置(95)は一般的に、所定の中立位置から４方向に傾動可能な操作レバー(27)を有していて、該操作レバー(27)の各方向の操作に連動する４つのパイロット弁(171)を有している。このパイロット弁(171)は通常、本発明の操作装置(95)に備えられるパイロット弁(171)と同様に、操作レバー(27)の傾動・復帰操作に連動して直線移動可能なスプール体(101)を有している。
【００２７】
従って、例えば既存の油圧ショベルの操作装置(95)を改造して、この４つのパイロット弁(171)のうちの一つを電気信号発生装置(112)で置き換えようとした場合、該電気信号発生装置(112)の可動体(112a)を、操作レバー(27)の傾動・復帰操作に連動させるための連動機構が必要となるが、上記のように該可動体(112a)をスプール体(101)と同様に直線移動可能に構成したことで、この連動機構を新たに設けることなく、スプール体(101)を操作レバー(27)に連動させるために使用していた既存の連動機構を流用することができ、従って、該操作装置(95)の改造を低コストで容易に行うことが可能となる。
【００２８】
第３の発明は、第２の発明において、上記操作レバー(27)の基端部に接続され、該操作レバー(27)に連動して傾動可能な連動板(82)と、上記連動板(82)を介して、上記操作レバー(27)に対してその中立位置からの第一方向の傾動量に応じた反力を付与する第一付勢部材(93)と、上記連動板(82)を介して、上記操作レバー(27)に対してその中立位置からの第二方向の傾動量に応じた反力を付与する第二付勢部材(105)とを備えているものとする。
【００２９】
第３の発明では、操作レバー(27)を第一方向に傾動させたときには、該第一方向の傾動量に応じた反力が第一付勢部材(93)から連動板(82)を介して操作レバー(27)に伝達され、第二方向に傾動させたときには、該第二方向の傾動量に応じた反力が第二付勢部材(105)から連動板(82)を介して操作レバー(27)に伝達される。そして、この反力が、乗員の操作レバー(27)の操作フィーリングを形成する。
【００３０】
従って、例えば第一付勢部材(93)及び第二付勢部材(105)の弾性係数を最適化して、該第一付勢部材(93)及び第二付勢部材(105)から操作レバー(27)に加わる反力を調整することで、第一方向の操作と第二方向の操作とを同じ操作フィーリングで行うことができる。すなわち、電動アクチュエータ(3,4)と油圧アクチュエータ(12)とを同じ感覚で操作することができる。このため、上記した一般的な油圧ショベルに使用される操作装置(95)を改造して本発明の操作装置(95)を構成する場合に、乗員は、改造前と同じ操作フィーリングで新たに付加された電動アクチュエータ(3,4)を操作することができる。従って、乗員の操作ミス等を確実に防止することが可能となる。
【００３１】
第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、上記操作レバー(27)は、上記基端部から上方に延びるように形成されており、上記第一方向は、上記乗員に対して前方向又は後方向であり、上記第二方向は、上記乗員に対して左方向又は右方向であるものとする。
【００３２】
第４の発明では、上記操作レバー(27)は、その基端部から上方に延びるように形成されており、このため、乗員は運転席に着座した状態で、自然な体勢で無理なく操作レバー(27)を操作することができる。
【００３３】
ところで、電気信号発生装置(112)は通常、内部にブリッジ回路等の電気回路を有しているため、パイロット弁(171)に比べて衝撃に弱く破損し易いという問題がある。
【００３４】
そこで、電気信号発生装置(112)になるべく衝撃がかからない構造が求められるが、本発明によれば、パイロット弁(171)に連動する操作方向である第一方向を前方向又は後方向とし、電気信号発生装置(112)の変位部(112a)に連動する操作方向である第二方向を右方向又は左方向としたことで、電気信号発生装置(112)に加わる衝撃を抑制することができる。
【００３５】
すなわち、乗員が運転席(25)に着座した状態で操作レバー(27)を操作する場合に、肩関節の構造上、前方向及び後方向の操作には力がこもり易い反面、左方向及び右方向の操作には、前方向及び後方向に比べて力がこもり難い傾向にある。このため、比較的大きな力が作用する前方向及び後方向の操作には、耐衝撃性に優れたパイロット弁(171)を連動させる一方、該前方向及び後方向に比べて小さな力が作用する左方向又は右方向の操作には、電気信号発生装置(112)の変位部(112a)を連動させることで、該電気信号発生装置(112)に加わる衝撃を抑制してその耐久性を向上させることが可能となる。
【００３６】
第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、上記電気信号発生装置(112)は、ポテンショメータからなるものとする。
【００３７】
第５の発明では、上記電気信号発生装置(112)をポテンショメータにより構成したことで、第１の発明と同様の作用効果をより一層確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明したように、本発明のハイブリッドショベルの操作装置(95)によると、所定の中立位置から少なくとも、第一方向及び第二方向の２方向に傾動可能な操作レバー(27)と、操作レバー(27)の中立位置に対する第一方向の傾動量に応じたパイロット圧を方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に供給するパイロット弁(171)と、操作レバー(27)の中立位置に対する第二方向の傾動量に応じた変位を生じる変位部(112a)を有し且つ該変位部(112a)の変位量に応じた電気信号を出力する電気信号発生装置(112)とを備えるようにしたことで、電動アクチュエータ(3,4)の操作性を低下させることなく、一つの操作レバー(27)で電動アクチュエータ(3,4)と油圧アクチュエータ(12)との両アクチュエータを操作することができ、部品点数を削減してコスト低減を図るとともにスペース効率を向上させることが可能となる。
【００３９】
また、第２の発明によれば、油圧ショベルに使用されるオール油圧方式の操作装置(95)を改造して、上記電気信号発生装置(112)とパイロット弁(171)とを有する本発明の操作装置(95)を容易に構成することができる。
【００４０】
また、第３の発明によれば、電動アクチュエータ(3,4)と油圧アクチュエータ(12)とを同じ感覚で操作することができる。このため、油圧ショベルに使用される操作装置(95)を改造して本発明の操作装置(95)を構成する場合に、乗員は、改造前と同じ操作フィーリングで新たに付加された電動アクチュエータ(3,4)を操作することができる。
【００４１】
また、第４の発明によれば、操作レバー(27)の操作時に電気信号発生装置(112)に加わる衝撃を極力抑制し、これによって該電気信号発生装置(112)の耐久性を向上させることが可能となる。
【００４２】
また、第５の発明によれば、第１の発明と同様の作用効果をより一層確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４４】
図１は、本発明の実施形態に係る操作装置(95)（図７参照）が搭載されたハイブリッドショベル(1)を示し、このハイブリッドショベル(1)は、エンジン(2)と電動モータ(3,4)(主電動モータ(3)及び旋回用電動モータ(4))とを備えていて、エンジン(2)は専ら発電用にのみ使用するとともに、走行時や掘削作業時等に必要な動力は全て電動モータ(3,4)の動力に頼る所謂シリーズ方式を採用している。
【００４５】
上記ハイブリッドショベル(1)は、走行用のクローラ(5a,5b)を有する下部走行体(A)と、下部走行体(A)の上面に旋回可能に配設され、オペレータキャビン(6)を有する上部旋回体(B)と、上部旋回体(B)に取付けられ、掘削作業等を行う掘削作業機(C)と、下部走行体(A)に取付けられ、整地作業等を行うためのブレード(15)を有する整地作業機(D)とを備えている。
【００４６】
尚、以下の説明では、特に断らない限り「前側」、「後側」、「左側」、及び「右側」は、それぞれ下部走行体(A)を基準として、前側、後側、左側、及び右側を意味する。
【００４７】
掘削作業機(C)は、基端部が上部旋回体(B)のレボルビングフレーム(図示省略)に回動可能に連結されるブーム(7)と、ブーム(7)の先端部に支持軸(8)を介して回動可能に連結されるアーム(9)と、アーム(9)の先端部に支持軸(10)を介して回動可能に連結されるバケット(11)と有している。
【００４８】
ブーム(7)の基端部寄りの部分には、一端部が上部旋回体(B)の所定部に回動可能に支持されたクレビス型のブームシリンダ(12)のロッド先端部が接続されており、ブーム(7)は、このブームシリンダ(12)を駆動させてそのロッド(12a)を伸縮させることにより、上記基端部を支点に起伏可能(回動可能)になっている。
【００４９】
また、アーム(9)におけるブーム(7)との連結部側の端部には、一端部がブーム(7)上面のブラケット部7aに回動可能に支持され且つ該ブーム(7)に沿うように配設されるアームシリンダ(13)のロッド先端部が接続されており、アーム(9)は、このアームシリンダ(13)を駆動させてそのロッド(13a)を伸縮させることにより、上記支持軸(8)を支点に回動可能になっている。
【００５０】
同様に、バケット(11)におけるアーム(9)との連結部側の端部には、一端部がアーム(9)前面のブラケット部(9a)に回動可能に支持され且つ該アーム(9)に沿うように配設されたバケットシリンダ(14)のロッド先端部が接続されており、バケット(11)は、このバケットシリンダ(14)を駆動させてそのロッド(14a)を伸縮させることにより、支持軸(10)を支点に回動可能になっている。
【００５１】
上記上部旋回体(B)は、下部走行体(A)の本体フレーム(42)(図２参照)に旋回用ベアリング(50)を介してZ軸回りに回動可能に支持された上部旋回プレート(20)を有しており、上記オペレータキャビン(6)は、該上部旋回プレート(20)の左側前部に配設されている。
【００５２】
上記上部旋回プレート(20)の左側後部で且つオペレータキャビン(6)の後方には、後述の第一及び第二油圧ポンプ(16,17)等の油圧アクチュエータに供給される作動油を貯留するための作動油タンク(21)が配設されており、また、該上部旋回プレート(20)における、オペレータキャビン(6)及び作動油タンク(21)が配設されている部分を除く部分には、上記油圧ポンプ(16,17)等の機器類を収容するためのマシンキャブ(22)が配設されている。
【００５３】
上記マシンキャブ(22)内には、上記両油圧ポンプ(16,17)の他に、該各油圧ポンプ(17,18)に動力を伝達する主電動モータ(3)と、上部旋回プレート(20)を旋回駆動させるための旋回用電動モータ(4)とが収容されている。
【００５４】
主電動モータ(3)は、上部旋回プレート(20)上面における右側前部にその出力軸が前後方向に平行になるように配設されている。
【００５５】
上記第一油圧ポンプ(16)は、主電動モータ(3)の出力軸に同軸に直結された状態で、該主電動モータ(3)よりも後側に配設されている。
【００５６】
また、第二油圧ポンプ(17)は、その出力軸が第一油圧ポンプ(16)の入力軸に直結された状態で該第一油圧ポンプ(16)よりも後側に配設されている。
【００５７】
また、旋回用電動モータ(4)は、上部旋回プレート(20)の前後方向中央部で且つ車幅方向中央部にその出力軸を下方に向けた状態で取付固定されている。尚、旋回用電動モータ(4)の出力軸は、下部走行体(A)における本体フレーム(42)(図２参照)に固定されたリングギヤ(52)に噛合するピニオンギヤ(図示省略)と連結されている。
【００５８】
尚、図１中、(36)は作動油タンク(21)に戻る戻り油(作動油)を冷却するオイルクーラであって、マシンキャブ(22)内における車幅方向略中央の後端部に配設されている。また、(39a,39b,39c)は、後述するように、ブーム(7)及びアーム(9)及びバケット(11)のそれぞれの自重による回動動作を利用した回生発電用の回生用油圧モータ(39a,39b,39c)であって、オイルクーラ(36)の右側に配設されている。(35)は、第一及び第二油圧ポンプ(17,18)から上記各シリンダー(12,13,14)や走行用油圧モータ(19a,19b)に供給される作動油の流路を切換えて制御するマルチコントロールバルブ(35)であって、運転シート(25)(図３参照)の下側に配設されている。(37)は、上記マルチコントロールバルブ(35)に作用させるパイロット圧を発生させるギヤポンプ(37)(以下の説明では、パイロットポンプ(37)と呼ぶ)であって、上記第一油圧ポンプ(16)に隣接して配設されている。
【００５９】
また、上記下部走行体(A)は、図２に示すように、左側走行体(40)と、右側走行体(41)と、該左側走行体(40)及び右側走行体(41)とを連結する本体フレーム(42)とを備えている。
【００６０】
左側走行体(40)は、前後方向に延びる左トラックフレーム(40a)と、該左トラックフレーム(40a)の後端部に取付固定された左側走行用油圧モータ(19a)と、左側走行用油圧モータ(19a)の出力軸に回転一体に連結されたスプロケット(44a)と、左トラックフレーム(40a)の前端部に回動可能に支持されたアイドラ(43a)と、スプロケット(44a)及びアイドラ(43a)の両方に掛け回されて、該スプロケット(44a)を介して左側走行用油圧モータ(19a)から伝達される動力により駆動されるベルト状の左側クローラ(5a)（図１参照）とで構成されている。
【００６１】
右側走行体(41)は、左側走行体(40)と同様の構成とされていて、前後方向に延びる右トラックフレーム(41a)と、右側走行用油圧モータ(19b)と、スプロケット(44b)と、右側クローラ(5b)（図１参照）とで構成されている。
【００６２】
左トラックフレーム(40a)及び右トラックフレーム(41a)は、本体フレーム(42)の車幅方向両端部をそれぞれ各トラックフレーム(40a,40b)に溶接して互いに連結されている。
【００６３】
本体フレーム(42)の前端部には、ブレード(15)を駆動するためのブレードシリンダ(18)の一端部が回動可能に接続され、ブレード(15)の後側面には、該ブレードシリンダ(18)のロッド先端部が接続されている。そして、上記整地作業機(D)は、ブレード(15)とブレードシリンダ(18)とで構成されている。
【００６４】
本体フレーム(42)の前後方向中央部で且つ車幅方向中央部には、上下方向に延びる略円筒状のベアリング支持部(53)(図示省略)が設けられており、該ベアリング支持部(53)の上面には旋回用ベアリング(50)が取付けられている。旋回用ベアリング(50)には、上部旋回プレート(20)が回転一体に固定されており、該旋回用ベアリング(50)の径方向内側には、ベアリング支持部(53)に固定されて径方向内側に歯面を有するリングギヤ(52)が配設されている。そして、上記旋回用電動モータ(4)を駆動させることで、該旋回用電動モータ(4)に連結された上記ピニオンギヤ(図示省略)がリングギヤ(52)に噛合しながら回転することで上部旋回プレート(20)がZ軸回りに旋回可能になっている。尚、本実施形態においては、旋回用電動モータ(4)の出力軸と、上記ピニオンギヤとは図示しない減速ギヤを介して連結されており、旋回用電動モータ(4)の回転方向が上部旋回プレート(20)の回転方向に一致するようになっている。
【００６５】
本体フレーム(42)における、ベアリング支持部(53)の径方向外側には、エンジン(2)と、該エンジン(2)に供給する燃料(本実施形態においてはガソリン)を貯留しておくための燃料タンク(46)と、該エンジン(2)の出力軸に直結されて駆動される交流発電機(45)と、バッテリ(47)と、キャパシタ(48)とが取付固定されている。
【００６６】
エンジン(2)は、本体フレーム(42)の後部右側にその出力軸が左側を向くように配設され、交流発電機(45)は、その入力軸をエンジン(2)の出力軸に直結して該エンジン(2)の左側に隣接するように配設されている。また、バッテリ(47)及びキャパシタ(48)は、本体フレーム(42)の前部右側に配設され、燃料タンク(46)は該バッテリ(47)の左側に配設されている。
【００６７】
図３に示すように、上記上部旋回体(B)のオペレータキャビン(6)内には、オペレータが着座する運転シート(25)が配設されている。
【００６８】
上記運転シート(25)の後側には、後述の統合コントローラ(200)が収容された制御ボックス(75)が配設されている。
【００６９】
また、上記運転シート(25)の右側には、操作ボックス(31)の上面から上方に向かって延びて、バケット(11)の回動及びアーム(9)の回動を操作可能な右側操作レバー(26)が配設されており、上記運転シート(25)の左側には、操作ボックス(31)の上面から一旦、後方に向かって延びた後に屈曲して上方に向かって延びて、ブーム(7)の起伏(回動)及び上部旋回体(B)の旋回を操作可能な左側操作レバー(27)が配設されている(図４参照)。
【００７０】
また、上記運転シート(25)の前側には、床面(上部旋回プレート(20)の上面(20a)に配設された操作ボックス(32)から上側に向かって延びて、左側クローラ(5a)を操作可能な左側クローラ操作レバー(28)と、右側クローラ(5b)を操作可能な右側クローラ操作レバー(29)とが左右に並ぶように配設されている。
【００７１】
運転シート(25)と左側クローラ操作レバー(28)との間には、床面(20a)におけるシート後端部に対応する箇所に配設された操作ボックス(33)から前方斜め上方に向かって延びて、ブレード(15)を操作可能なブレード操作レバー(30)が設けられている。
【００７２】
上記左側操作レバー(27)は、その基端部を支点にして、所定の中立位置に対して前後左右の４方向に傾動可能になっている。尚、以下の説明では、「前方向」、「後方向」、「左方向」、及び「右方向」はそれぞれ、運転シート(25)に着座した乗員に対しての前方向、後方向、左方向、及び右方向を意味する。従って、例えば上部旋回体(B)が中立状態（図１の状態つまり掘削作業機(C)が前側に位置している状態）にあるときにおいては、「前方向」、「後方向」、「左方向」、及び「右方向」はそれぞれ、操作レバー(27)の中立位置から前側、後側、左側、及び右側に向かう方向を意味する。
【００７３】
そして、該左側操作レバー(27)を含むブーム/旋回操作装置(95)は、該レバー(27)を中立位置に対して左方向に傾動させたときには、上部旋回体(B)(図１参照)を車両平面視で反時計回り方向に旋回させ、右方向に傾動操作したときには、上部旋回体(B)を時計回り方向に旋回させ、また、レバー(27)を前方向に傾動操作したときには、ブーム(7)を倒伏させ、後方向に傾動操作したときには、ブーム(7)を起立させるように構成されている。
【００７４】
具体的には、ブーム/旋回操作装置(95)は、図５及び図６に示すように、左側操作レバー(27)の他に、該レバー(27)の中立位置に対する前方向及び後方向のそれぞれの傾動量に応じたパイロット圧をブームシリンダ制御用の方向切換弁(150)(図７参照)のパイロットポート(Pa1,Pa2)に供給する２つのパイロット弁(170,171)と、該レバー(27)の中立位置に対する右方向及び左方向のそれぞれの傾動量に応じた電気信号を発生させる２つのポテンショメータ(112,113)とを有している。
【００７５】
左側操作レバー(27)は、図５及び図６に示すように、本体ケーシング(80)の上部にユニバーサルジョイント(81)を介して連結されており、回転支持軸(81a)回りに前方向及び後方向に回動して傾動可能とされるとともに、回転支持軸(81b)回りに左方向及び右方向に回動して傾動可能とされている。
【００７６】
左側操作レバー(27)の下端部(基端部)には、連動板(82)が接続されており、連動板(82)の下面を構成する押圧面(82a)には、前後左右に互いに９０°おきに配設された４つのプッシャ(83)が当接している。
【００７７】
プッシャ(83)は、本体ケーシング(80)に形成された４つの挿通孔(80a)に摺動可能に嵌合されていて、上端部が押圧面(82a)に当接する半球面状の当接面(84a)とされる当接部84と、外周面が本体ケーシング(80)における上記挿通孔(80a)の内周面に当接して嵌合される筒状のガイド部(85)とで構成されている。
【００７８】
そして、４つのプッシャ(83)のうち前後のプッシャ(83)には、図５に示すように、上記パイロット弁(170,171)の一部を構成し且つ方向切換弁(150)に対するパイロット作動油の供給制御を行うスプール弁(101)(スプール体)が連動可能に当接している。また、図６に示すように、４つのプッシャ(83)のうち左右のプッシャ(83)には、それぞれ旋回用電動モータ(4)を駆動するための電気信号を発生させる、第一ポテンショメータ(112)の入力軸(112a)、及び第二ポテンショメータ(113)の入力軸(113a)に連動可能に当接している。
【００７９】
上記本体ケーシング(80)は、図５及び図６に示すように、略円筒状に形成されていて、その上端部のフランジ部(80c)下面を操作ボックス(31)の上面に当接して固定されている。本体ケーシング(80)の上面には、プッシャ(83)の位置に対応して周方向に９０°おきに上記挿通孔(80a)が形成されている。尚、挿通孔(80a)の上端部は、該上端部を除く部分に比べてその直径が大きくなっていて、シール用のＯリング(86)及びリップル(87)が嵌合されている。
【００８０】
図５に示すように、本体ケーシング(80)の上下方向の略中央部には、前後方向に延び且つ上記作動油タンク(21)に連通するドレイン空間(88)が形成されている。そして、上記４つの挿通孔のうち前後２つの挿通孔がドレイン空間(88)に連通している。
【００８１】
また、本体ケーシング(80)におけるドレイン空間(88)の下側には、上記パイロットポンプ(37)からのパイロット作動油が供給されるパイロット空間(89)が形成されている。
【００８２】
本体ケーシング(80)の下面には、前後２つの挿通孔(80a)のそれぞれと同軸に形成されて、後述の各方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1,Pa2)に連通する接続口(90)が形成されている。
【００８３】
そして、上記ドレイン空間(88)、パイロット空間(89)、及び接続口(90)は互いに、第一連通口(91)及び第二連通口(92)を介して連通している。
【００８４】
上記スプール弁(101)は、上下方向に延びる棒状のスプール本体(101a)と、該スプール本体(101a)の上端部に接続され且つスプール本体(101a)よりも小径のスプールガイド部(101b)とで構成されていて、スプールガイド部(101b)をワッシャ(104)に挿通するとともに、スプール本体(101a)を上記第一連通口(91)及び第二連通口(92)に挿通した状態で配設されている。そして、該スプール弁(101)は、後述するように直線上を往復移動可能に構成されている。
【００８５】
ワッシャ(104)は、第一付勢部材としてのコイルスプリング(93)により上側に付勢されて、その上面をプッシャ(83)の当接面(83a)に当接させた状態で配設されている。
【００８６】
そして、スプール弁(101)は、スプール本体(101a)及びスプールガイド部(101b)の境界部に形成された段差面とワッシャ(104)との間に配設されたコイルスプリング(94)により下側に付勢されている。
【００８７】
スプールガイド部(101b)の上端部には、下側に付勢されたスプール弁(101)がワッシャ(104)から抜け落ちないように係止する係止部(101c)が設けられている。
【００８８】
また、上記スプール本体(101a)の下部には、下側に開放する油路(102)が形成されており、該スプール本体(101a)の側面には、該油路(102)に連通する作動油孔(103)が形成されている。また、作動油孔(103)の下側には、段差面(103a)が形成されている。
【００８９】
また、図６に示すように、上記４つの挿通孔(80a)のうち左右２つの挿通孔(80a)の下面には、各ポテンショメータ(112,113)を挿通可能な貫通孔(80b)が形成されている。
【００９０】
上記第一ポテンショメータ(112,113)はそれぞれ、入力軸(112a,113a)と、該入力軸(112aの伸縮量(変位量)を検出するための電気回路を内部に有するメータ本体部(112b,113b)とを備えていて、メータ本体部(112b,113b)の外周面に取付けられた取付用フランジ(112c,113c)の下面を上記挿通孔(80a)の下面に当接させた状態で本体ケーシング(80)に取付固定されている。
【００９１】
各ポテンショメータ(112,113)の入力軸(112a,113a)の上端部には、円板状のフランジ(119)が取付けられており、該各フランジ(119)は、本体ケーシング(80)との間に配設された第二付勢部材としてのコイルスプリング(105)により上方に付勢されてプッシャ(83)の当接面(83a)に当接している。そして、入力軸(114,116)は、フランジ(119,119)を介してコイルスプリング(93)により上方に付勢されている。
【００９２】
以上のように構成されたブーム/旋回操作装置(95)の左側操作レバー(27)が中立状態にあるとき、つまり連動板(82)が前後左右のいずれの方向にも傾いていない状態にあるときには、スプール本体(101a)(図５参照)に形成された作動油孔(103)は、上記ドレイン空間(88)内に位置して、該ドレイン空間(88)とパイロット空間(89)とを連通させる第一連通口(91)、及び、パイロット空間(89)と接続口(90)とを連通させる第二連通口(92)は共にスプール本体(101a)の側壁面により閉塞された状態となっている。
【００９３】
従って、左側操作レバー(27)が中立状態にあるときには、第二連通口(92)を介した方向切換弁(150)へのパイロット作動油の供給は遮断されている。
【００９４】
そして、左側操作レバー(27)を中立位置から前方向に傾動させたときには、図５に示すように、該左側操作レバー(27)に接続された連動板(82)も同様に前方向に傾動し、これに伴い前側のプッシャ(83)の当接面(84a)が連動板(82)により下側に押圧され、この結果、該プッシャ(83)はコイルスプリング(93)の付勢力に抗して下側に移動する。
【００９５】
また、プッシャ(83)の下側への移動に連動して、該プッシャ(83)に当接するワッシャ(104)も下側に移動する。上記スプール弁(101)は、上記したようにコイルスプリング(94)により下側に付勢された状態で係止部(101c)によりワッシャ(104)に係止されており、このため、該ワッシャ(104)の下側への移動に連動してスプール弁(101)も下側に移動する。        
【００９６】
この結果、該スプール弁(101)におけるスプール本体(101a)の下部に形成された作動油孔(103)は、ドレイン空間(88)内からパイロット空間(89)内へと移動し、これにより、パイロット空間(89)は、作動油孔(103)及び油路(102)を介して前側の接続口(90)に連通する。
【００９７】
こうして、該接続口(90)を介して方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa2)へのパイロット作動油の供給が開始される。そして、パイロット作動油の供給が開始されるのに伴い、スプール本体(101a)の下面と段差面(103a)との面積差によってスプール弁(101)を上側に押し上げる力が発生する。スプール弁(101)は、その押上げ力と該押上げ力によって圧縮されたコイルスプリング(94)の弾性力とがバランスする位置まで押上げられる。
【００９８】
このようにして、左側操作レバー(27)の傾動量を増すに連れて、すなわちスプール弁(101)の押下げ量を増すに連れてコイルスプリング(94)の圧縮量も増え、該左側操作レバー(27)の傾動量に応じたパイロット圧を方向切換弁(150)のパイロットポートに供給可能になっている。
【００９９】
そして、左側操作レバー(27)を前方向に傾動した状態から中立位置に復帰させる前復帰方向に回動させたときには、連動板(82)も同様に前復帰方向に回動する。これに伴い、前側のプッシャ(83)及びスプール弁(101)は、コイルスプリング(93)により付勢されて上側に移動する。そして、該スプール弁(101)におけるスプール本体(101a)に形成された作動油孔(103)も上側に移動する。そして、該作動油孔(103)は、左側操作レバー(27)が中立位置になったときには、上記のようにドレイン空間(88)内に位置することとなる。こうして、パイロットポート(Pa2)に供給されていたパイロット作動油は、作動油孔(103)を介してドレイン空間(88)内に排出されて上記作動油タンク(21)に環流される。
【０１００】
同様に、左側操作レバー(27)を中立位置から後方向に傾動させたときには、後側の接続口(90)から方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)に、該レバー(27)の傾動量に応じたパイロット圧が供給される。
【０１０１】
また、上記左側操作レバー(27)を左方向(図６参照)に傾動させたときには、該傾動に連動して連動板(82)が左方向に傾動して左側のプッシャ(83)を下側に押圧し、これに伴い、第二ポテンショメータ(113)の入力軸(113a)がコイルスプリング(93)の付勢力に抗して下側に移動する一方、第一ポテンショメータ(112)の入力軸(112a)がフランジ(119)を介してコイルスプリング(93)により付勢されて上側に移動する。また、左方向に傾動した左側操作レバー(27)を中立位置に復帰させる左復帰方向に操作したときには、連動板(82)も左復帰方向に傾動して、左側のプッシャ(83)と共に、入力軸(113a)が上側に移動する一方、入力軸(112a)が下側に移動する。
【０１０２】
同様に、上記左側操作レバー(27)を右方向(図６参照)に傾動させたときには、該傾動に連動して連動板(82)が右方向に傾動して右側のプッシャ(83)を下側に押圧し、これに伴い、第一ポテンショメータ(112)の入力軸(112a)が、コイルスプリング(93)の付勢力に抗して下側に移動する一方、第二ポテンショメータ(113)の入力軸(113a)がフランジ(119)を介してコイルスプリング(93)により付勢されて上側に移動する。また、右方向に傾動した左側操作レバー(27)を中立位置に復帰させる右復帰方向に操作したときには、連動板(82)が右復帰方向に傾動して、右側のプッシャ(83)と共に、入力軸(112a)が上側に移動する一方、入力軸(113a)が下側に移動する。
【０１０３】
こうして、左側操作レバー(27)の傾動・復帰操作に連動して、各ポテンショメータ(112,113)の入力軸(112a,113a)が直線上を往復移動(伸縮)するのに伴い、該各ポテンショメータ(112,113)の出力電圧が変化する。そして、この各ポテンショメータ(112,113)の出力電圧は、後述の統合コントローラ(200)に出力される。本実施形態においては、この出力電圧は、入力軸(112a,113a)の下側への移動量に比例して高くなるように設定されている。つまり、左側操作レバー(27)の中立位置に対する右方向への傾動量が多い程、第一ポテンショメータ(112)からの出力電圧は高くなり、左側操作レバー(27)の中立位置に対する左方向への傾動量が多い程、第二ポテンショメータ(113)からの出力電圧も高くなる。
【０１０４】
図７に、上記ブーム/旋回操作装置(95)を含むハイブリッドショベル(1)の油圧回路及び電気回路の構成図を示す。
【０１０５】
(96)は右側操作レバー(26)を含むバケット/アーム操作装置、(97)は左側クローラ操作レバー(28)を含む左クローラ操作装置、(98)は右側クローラ操作レバー(29)を含む右クローラ操作装置、(99)はブレード操作レバー(30)を含むブレード操作装置である。これら各操作装置(96乃至99)の基本的な構成は、上記ブーム/旋回操作装置(95)における油圧系操作部の構成と同様である。
【０１０６】
(150)乃至(155)は、スプリングセンタ形式の4ポート3位置のパイロット操作式方向切換弁であって、ブームシリンダ(12)、右側走行用油圧モータ(19b)、バケットシリンダ(14)、アームシリンダ(13)、左側走行用油圧モータ(19a)、及びブレードシリンダ(18)のそれぞれと、油圧ポンプ(16,17)とを接続する主管路(182)に配設されている。具体的には、方向切換弁(150乃至152)のポンプポートは第一油圧ポンプ(16)に接続され、方向切換弁(153乃至155)のポンプポートは第二油圧ポンプ(17)に接続されている。そして、該方向切換弁(150乃至155)が上記マルチコントロールバルブ(35)を構成している。上記第一油圧ポンプ(16)及び第二油圧ポンプ(17)は、互いに直列に接続されて主電動モータ(3)に接続されている。
【０１０７】
また、上記各方向切換弁(150乃至155)のアクチュエータポートはそれぞれ、ブームシリンダ(12)、右側走行用油圧モータ(19b)、バケットシリンダ(14)、アームシリンダ(13)、左側走行用油圧モータ(19a)、及びブレードシリンダ(18)に接続されており、パイロットポート(Pa1乃至Pa12)は、各操作装置(95乃至99)のパイロット弁(170乃至181)のパイロット空間(89)(図５参照。図では、操作装置(95)のパイロット空間(89)のみを示す)に接続されている。
【０１０８】
また、上記各方向切換弁(150乃至155)のタンクポートは作動油タンク(21)に接続されている。ここで、方向切換弁(150,151,153)のタンクポートと作動油タンク(21)との間にはそれぞれ、回生用油圧モータ(39a,39b,39c)が接続されている。
【０１０９】
各回生用油圧モータ(39a,39b,39c)の出力軸はそれぞれ、回生交流発電機(38a,38b,38c)の入力軸に直結されており、各回生交流発電機(38a,38b,38c)はＡＣ-ＤＣコンバータ(60)に接続されている。該ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)には、回生交流発電機(38a,38b,38c)の他に交流発電機(45)が接続されている。
【０１１０】
ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)は、回生交流発電機(38a,38b,38c)及び交流発電機(45)にて発電された交流電力を直流電力に変換するためのものであって、ＤＣ-ＡＣコンバータ(61)に直列に接続されている。尚、回生交流発電機(38a,38b,38c)及び交流発電機(45)における発電制御は、後述の統合コントローラ(200)におけるＣＰＵ(201)からの指令を受けて作動するジェネレータコントローラ(202)により行われる。
【０１１１】
ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)とＤＣ-ＡＣコンバータ(61)との間の接続ライン(62)には、バッテリ(47)及びキャパシタ(48)が電力パス(49)を介して接続されている。
【０１１２】
ＤＣ-ＡＣコンバータ(61)は、主電動モータ(3)及び旋回用電動モータ(4)の双方に接続されていて、ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)及びバッテリ(47)及びキャパシタ(48)の少なくとも一つから供給される直流電力を交流電力に変換して上記主電動モータ(3)及び旋回用電動モータ(4)の少なくとも一方に供給する。尚、ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)及びＤＣ-ＡＣコンバータ(61)は、後述の統合コントローラ(200)におけるＣＰＵ(201)からの指令を受けて作動するモータコントローラ(204)やバッテリコントローラ(203)により必要に応じて制御され、またバッテリ(47)及びキャパシタ(48)の充放電動作は、同じく統合コントローラ(200)からの指令を受けて作動するバッテリコントローラ(203)により制御される。
【０１１３】
図８に示すように、統合コントローラ(200)はＣＰＵ(201)を有しており、該ＣＰＵ(201)には、第一ポテンショメータ(112)、第二ポテンショメータ(113)、ポンプ吐出圧検出手段(130)、及び油圧アクチュエータ背圧検出手段(131)から各信号が入力されるようになっている。
【０１１４】
尚、ポンプ吐出圧検出手段(130)は、各油圧ポンプ(16,17)の吐出口付近に接続される圧力センサ(120,121)(図７参照)からなるものであって、該各ポンプ(16,17)の吐出圧を検出するとともにその検出信号を出力可能に構成されている。
【０１１５】
また、油圧アクチュエータ背圧検出手段(131)は、各方向切換弁(150乃至154)のタンクポートに接続されたドレイン管路に配設される圧力センサ(122乃至126)からなるものであって、ブームシリンダ(12)、アームシリンダ(13)、バケットシリンダ(14)、左側走行用油圧モータ(19a)、右側走行用油圧モータ(19b)、及びブレードシリンダ(18)の背圧を検出するとともにその検出信号を出力可能に構成されている。
【０１１６】
そして、ＣＰＵ(201)は、入力された各信号を基に、ジェネレータコントローラ(202)、バッテリコントローラ(203)、モータコントローラ(204)、及びエンジンコントローラ(205)に対して必要な制御信号を出力することで、主電動モータ(3)の駆動制御と、旋回用電動モータ(4)の駆動制御とを実行する。ここで、主電動モータ(3)の駆動制御は、上記第一及び第二油圧ポンプ(16,17)の作動負荷が比較的低い場合、つまりモータ(3)の要求電力が比較的低い場合において該要求電力をバッテリ(47)からの供給電力で賄う低負荷運転制御と、該モータ要求電力が比較的高い場合において該要求電力をバッテリ(47)及び交流発電機(45)の双方からの供給電力で賄う高負荷運転制御と、その中間の要求電力を交流発電機(45)からの供給電力で賄う中間負荷運転制御との切換えにより実行される。
【０１１７】
上記ジェネレータコントローラ(202)は、ＣＰＵ(201)からの制御信号に基づいて、交流発電機(45)及び回生交流発電機(38a,38b,38c)に負荷する目標負荷トルクを制御することにより、該各発電機(45,38a,38b,38c)の発電電力を制御する。
【０１１８】
上記バッテリコントローラ(203)は、ＣＰＵ(201)からの制御信号に基づいて、バッテリ(47)及びキャパシタ(48)の充放電動作及びその充放電電力を制御する。具体的には、バッテリコントローラ(203)は、バッテリ(47)の充電を行う際には、ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)に対して必要な制御信号を出力することで、交流発電機(45)及び回生交流発電機(38a,38b,38c)にて発電された交流電力を、該ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)により所定電圧の直流電力に変換するとともに上記電力パス(49)を介してバッテリ(47)へと供給する。
【０１１９】
モータコントローラ(204)は、ＣＰＵ(201)からの制御信号に基づいて、上記ＡＣ-ＤＣコンバータ(60)及びＤＣ-ＡＣコンバータ(61)の電力変換を制御することで、バッテリ(47)及び交流発電機(45)からの供給電力を所定周波数の交流電力に変換し、これによって主電動モータ(3)及び旋回用電動モータ(4)の回転数及びトルクを制御する。  
【０１２０】
エンジンコントローラ(205)は、ＣＰＵ(201)からの制御信号に基づいて、エンジン(2)の図示しない燃料噴射弁やスロットル弁を駆動制御して、該エンジン(2)を所定の回転数及びトルクで駆動させる。
【０１２１】
そして、ＣＰＵ(201)は、第一ポテンショメータ(112)の出力電圧及び第二ポテンショメータ(113)の出力電圧を基に、第一ポテンショメータ(112)の入力軸(112a)の下側への移動を検出したときには、左側操作レバー(27)が右側に傾動したものと判定して、旋回用電動モータ(4)を車両平面視で右回り(時計回り)に旋回させるべくモータコントローラ(204)に対して必要な制御信号を出力する。
【０１２２】
ここで、モータコントローラ(204)は、該入力軸(112a)の移動量が大きければ大きい程、つまり第一ポテンショメータ(112)から出力される電圧が高い程、旋回用電動モータ(4)を高速で回転させる。
【０１２３】
また、ＣＰＵ(201)は、第二ポテンショメータ(113)の入力軸(113a)の下側への移動を検出したときには、左側操作レバー(27)が左側に傾動したもの判定して、旋回用電動モータ(4)を車両平面視で左回り(反時計回り)に旋回させるべくモータコントローラ(204)に対して必要な制御信号を出力する。
【０１２４】
ここで、モータコントローラ(204)は、該入力軸(113a)の移動量が大きければ大きい程、つまり第二ポテンショメータ(113)から出力される電圧が高い程、旋回用電動モータ(4)を高速で回転させる。
【０１２５】
尚、ＣＰＵ(201)は、モータコントローラ(204)に対して制御信号を出力すると同時に、必要電力をバッテリ(47)から放電させるべく、バッテリコントローラ(203)に対して制御信号を出力する。
【０１２６】
また、ＣＰＵ(201)は、ポンプ吐出圧検出手段(130)及び油圧アクチュエータ背圧検出手段(131)からの圧力信号を基に、各シリンダー(12乃至15,18)及び走行用油圧モータ(19a,19b)に加わる負荷を算出するとともに、第一油圧ポンプ(16)及び第二油圧ポンプ(17)の必要動力を算出する。そして、ＣＰＵ(201)は、該両油圧ポンプ(16,17)をこの必要動力で駆動するために要求される主電動モータ(3)への目標供給電力を算出する。
【０１２７】
そして、ＣＰＵ(201)は、算出した負荷が第一設定値よりも小さいと判定したとき、つまり負荷が比較的小さいと判定したときには低負荷運転制御を実行して、バッテリ(47)(又はキャパシタ(48))から上記目標供給電力に相当する電力を放電させるべくバッテリコントローラ(203)に対して制御信号を出力する。
【０１２８】
また、ＣＰＵ(201)は、算出負荷が第一設定値以上であって第二設定値(>第一設定値)よりも小さいと判定したとき、つまり負荷が中程度であると判定したときには中負荷運転制御を実行して、エンジンコントローラ(205)に対して必要な制御信号を出力することで、上記目標供給電力に相当する電力を交流発電機(45)にて発電させるべくエンジン(2)を駆動させる。そして、ＣＰＵ(201)は、モータコントローラ(204)に対して必要な制御信号を出力することで、該交流発電機(45)にて発電された交流電力をＡＣ-ＤＣコンバータ(60)にて一旦直流電力に変換した後に、ＤＣ-ＡＣコンバータ(61)にて所定周波数の交流電力に変換して主電動モータ(3)に供給して該モータ(3)を所定回転数で駆動させる。
【０１２９】
また、ＣＰＵ(201)は、算出負荷が第二設定値以上と判定したときには、高負荷運転制御を実行して、エンジンコントローラ(205)に対して必要な制御信号を出力することで、交流発電機(45)にてその最大発電電力を出力させるべくエンジン(2)を駆動させるとともに、バッテリコントローラ(203)に対して必要な制御信号を出力することで、バッテリ(47)(又は、キャパシタ48)から、上記目標供給電力と最大発電電力との差分の電力を放電させる。更に、ＣＰＵ(201)は、モータコントローラ(204)に対して必要な制御信号を出力することで、該放電された直流電力を、ＤＣ-ＡＣコンバータ(61)を介して所定周波数の交流電力に変換して主電動モータ(3)に供給するとともに、交流発電機(45)にて発電された交流電力をＡＣ-ＤＣコンバータ(60)及びＤＣ-ＡＣコンバータ(61)を介して主電動モータ(3)に供給する。
【０１３０】
尚、ＣＰＵ(201)は、エンジンコントローラ(205)に対して制御信号を出力すると同時に、交流発電機(45)に必要な負荷を作用させるべくジェネレータコントローラ(202)に対して制御信号を出力する。
【０１３１】
更に、ＣＰＵ(201)は、図示しないバッテリ電流/電圧検出センサにより検出される電流値と電圧値との積によりバッテリ(47)の蓄電量を算出可能になっていて、該算出された蓄電量が所定蓄電量以下であると判定し、且つブーム(7)、アーム(9)、及びバケット(11)が自重により回動していると判定したときには、該自重による回動を利用した回生発電を実行する。
【０１３２】
具体的には、ＣＰＵ(201)は、圧力センサ(122)により検出されたブームシリンダ(12)の背圧が、圧力センサ(120)により検出された第一油圧ポンプ(16)の吐出圧よりも高いときには、ブーム(7)が自重により下側に回動しているものと判定するとともに、ジェネレータコントローラ(202)に対して必要な制御信号を出力することで、回生交流発電機(38a)に対して所定の負荷を作用させて回生発電を実行させる。また、ＣＰＵ(201)は、回生交流発電機(38a)にて回生発電を実行させると同時に、バッテリコントローラ(203)に対して必要な制御信号を出力することで、該回生発電により得られた交流電力をＡＣ-ＤＣコンバータ(60)を介して直流電力に変換してバッテリ(47)に供給して充電させる。尚、ＣＰＵ(201)は、バッテリ(47)の蓄電量が満タン状態にあると判定したときには、該変換された直流電力をキャパシタ(48)に供給する。
【０１３３】
更に、ＣＰＵ(201)は、バッテリ(47)の蓄電量が所定蓄電量以下であると判定した場合には、主電動モータ(3)及び旋回用電動モータ(4)を停止する際に発生する回生電力をバッテリ(47)又はキャパシタ(48)に供給して充電させるべくバッテリコントローラ(203)に対して必要な制御信号を出力する。
【０１３４】
以上のような構成のハイブリッドショベル(1)の動作について図７を参照しながら説明する。
【０１３５】
先ず、左側操作レバー(27)を中立位置に対して右方向に傾動させたときには、第一ポテンショメータ(112)の入力軸(112a)が下側に移動して、その変位量が電気信号に変換されて統合コントローラ(200)に出力される。そして、入力軸(112a)の下側への移動を検出した統合コントローラ(200)からの指令を受けたモータコントローラ(204)により旋回用電動モータ(4)が車両平面視で時計回り(右回り)に回転駆動され、この結果、上部旋回体(B)も同様に車両平面視で時計回り(右回り)に回転駆動される。この回転速度は、上記したように、第一ポテンショメータ(112)から出力される電圧が高い程、つまり左側操作レバー(27)の右方向への傾動力が大きい程速くなる。
【０１３６】
同様にして、左側操作レバー(27)を中立位置に対して左方向に傾動させたときには、第二ポテンショメータ(113)の入力軸(113a)が下側に移動して、その変位量が電気信号に変換されて統合コントローラ(200)に出力される。そして、統合コントローラ(200)からの指令により、旋回用電動モータ(4)が車両平面視で反時計回り(左回り)に、上記左側操作レバー(27)の傾動量に応じた速度で回転駆動される。この結果、上部旋回体(B)は、車両平面視で反時計回り(左回り)に、該レバー(26)の傾動量に応じた速度で旋回駆動される。
【０１３７】
従って、乗員は、例えば左側操作レバー(27)を右方向に大きく傾動させることで、上部旋回体(B)を車両平面視で時計回り(右回り)に高速で旋回させることができるとともに、該傾動量を小さくすることで、上部旋回体(B)を車両平面視で時計回り方向に低速で旋回させることができる。
【０１３８】
また、左側操作レバー(27)を中立位置に対して前方向に傾動させたときには、パイロットポンプ(37)からパイロット管路(160a)に配設されたパイロット弁(180)を通って方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa2)にパイロット作動油が流れて、該レバー(27)の傾動量に応じたパイロット圧が該パイロットポート(Pa2)に作用する。
【０１３９】
この結果、ブームシリンダ(12)の伸長側のポート(Pc2)に、第一油圧ポンプ(16)から作動油が供給され、引込み側のポート(Pc1)から作動油が排出されて作動油タンク(21)に環流される。これにより、ブームシリンダ(12)のロッドが伸長してブーム(7)は上側に回動して起立動作を行う。ここで、左側操作レバー(27)の傾動速度が大きい程、パイロットポート(Pa2)に作用するパイロット圧も高く、従って、該ブーム(7)の起立速度も高くなる。
【０１４０】
一方、左側操作レバー(27)を中立位置に対して後方向に傾動させたときには、パイロットポンプ(37)からパイロット管路(160b)の途中に配設されたパイロット弁(171)を通って方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1)にパイロット作動油が流れて、該レバー(27)の傾動量に応じたパイロット圧がパイロットポート(Pa1)に作用する。
【０１４１】
この結果、ブームシリンダ(12)の引込み側のポート(Pc1)を介して、第一油圧ポンプ(16)から該ブームシリンダ(12)内に作動油が供給され、ブームシリンダ(12)の伸長側のポート(Pc2)から作動油が排出されて作動油タンク(21)に環流される。これにより、ブームシリンダ(12)のロッド(12a)が引込まれてブーム(7)は下側に回動して倒伏動作を行う。ここで、左側操作レバー(27)の前方向への傾動量が大きい程、パイロットポート(Pa1)に作用するパイロット圧も高く、従って、該ブーム(7)の倒伏速度も速くなる。
【０１４２】
同様にして、右側操作レバー(26)を中立位置に対して左方向に傾動させたときには、アームシリンダ(13)のロッド(13a)が伸長してアーム(9)が車両左側面視で支持軸(8)回りに反時計回り方向に回動する。
【０１４３】
また、右側操作レバー(26)を中立位置に対して前方向に傾動させたときには、バケットシリンダ(14)のロッド(14a)が引込まれて、バケット(11)が支持軸(10)回りに車両側面視で時計回り方向に回動する。
【０１４４】
右側クローラ操作レバー(29)を中立位置に対して前方向に傾動させたときには、右側走行用油圧モータ(19b)が車両左側面視で反時計回り方向に回動し、この結果、右側クローラ(5b)(図１参照)がハイブリッドショベル(1)を前進させる方向に回動する。
【０１４５】
また、右側クローラ操作レバー(29)を中立位置に対して後方向に傾動させたときには、右側走行用油圧モータ(19b)が車両左側側面視で時計回り方向に回動し、この結果、右側クローラ(5b)がハイブリッドショベル(1)を後退させる方向に回動する。
【０１４６】
同様に、左側クローラ操作レバー(28)を中立位置に対して前方向に傾動させたときには、左側走行用油圧モータ(19a)が車両側面視で反時計回り方向に回動し、この結果、左側クローラ(5a)(図１参照)がハイブリッドショベル(1)を前進させる方向に回動する。
【０１４７】
また左側クローラ操作レバー(28)を中立位置に対して後方向に傾動させたときには、左側走行用油圧モータ(19a)が車両側面視で時計回りに方向に回動して、この結果、左側クローラ(5a)がハイブリッドショベル(1)を後退させる方向に回動する。
【０１４８】
ブレード操作レバー(30)を中立位置に対して上方向に傾動させたときには、ブレード(15)が前進し、下方向に傾動させたときには、ブレード(15)が後退する。
【０１４９】
以上の如く上記実施形態では、ブーム/旋回操作装置(95)は、所定の中立位置から前後左右の４方向に傾動可能な左側操作レバー(27)と、上記パイロットポンプ(37)と上記方向切換弁(150)のパイロットポート(Pa1,Pa2)とを接続するパイロット管路(160a,160b)に配設され、左側操作レバー(27)の前方向及び後方向のそれぞれの傾動量に応じたパイロット圧を該パイロットポート(Pa2,Pa1)に供給するパイロット弁(170,171)と、左側操作レバー(27)の上記中立位置に対する右方向及び左方向の傾動量に応じた変位(移動量)を生じる入力軸(112a,112b)を有していて、該入力軸(112a,112b)の移動量に応じた電圧信号(電気信号)を出力する第一及び第二ポテンショメータ(112,113)とを備えている。これにより、左側操作レバー(27)の中立位置に対する傾動方向を変えるだけで、ブームシリンダ(12)の駆動と、旋回用電動モータ(4)の駆動とを切換えることができる。また、電動系アクチュエータである旋回用電動モータ(4)の操作系統と油圧系アクチュエータであるブームシリンダ(12)の操作系統とをブーム/旋回操作装置(95)として一ユニット化したことで、スペース効率を向上させることができる。
【０１５０】
また、左側操作レバー(27)の傾動量を入力軸(112a,112b)の移動量に変換して、該移動量をポテンショメータ(112,113)により直接検出して電圧信号に変換するようにしたことで、該レバー(27)の傾動量を電圧信号に高精度で反映させることができ、この結果、旋回用電動モータ(4)の制御性を向上させることが可能となる。
【０１５１】
また、上記実施形態では、上記第一及び第二ポテンショメータ(112,113)の入力軸(112a,112b)は、左側操作レバー(27)の操作に連動して、直線移動可能に構成されている。このように、両ポテンショメータ(112,113)を、直線移動する入力軸(112a,112b)の移動量を検出可能なリニア駆動式のポテンショメータで構成したことで、例えば直進移動可能なスプール体を有するオール油圧方式の操作装置から本発明のブーム/旋回操作装置(95)への改造を容易に実施することができる。すなわち、連動板(82)やプッシャ(83)を有し且つスプール弁(101)を左側操作レバー(27)の操作に連動させるための連動機構を、入力軸(112a,112b)をレバー(27)の操作に連動させるための連動機構に流用して使用することができる。
【０１５２】
また、上記実施形態では、ブーム/旋回操作装置(95)の左側操作レバー(27)をその中立位置に対して前方向に傾動させたときには、前側のコイルスプリング(93)が連動板(82)に押圧されて収縮されるようになっている。このため、左側操作レバー(27)は、該連動板(82)を介して前側のコイルスプリング(93)から前復帰方向の反力を受ける。同様に、左側操作レバー(27)をその中立位置に対して後方向に傾動させたときには、該レバー(27)は後側のコイルスプリング(93)から後復帰方向の反力を受ける。また、上記実施形態では、左側操作レバー(27)をその中立位置に対して右方向に傾動させたときには、右側のコイルスプリング(105)が連動板(82)に押圧された収縮するようになっている。このため、左側操作レバー(27)は、連動板(82)を介して右側のコイルスプリング(105)から右復帰方向の反力を受ける。同様に、左側操作レバー(27)をその中立位置に対して左方向に傾動させたときには、該レバー(27)は左復帰方向の反力を受ける。従って、各コイルスプリング(93,105)の弾性係数を調整する等して、左側操作レバー(27)の各操作方向の操作フィーリングを調整することができる。よって、例えば既存のオール油圧方式の操作装置を、本発明のブーム/旋回操作装置(95)に改造する場合に、各コイルスプリング(93,105)の弾性力の調整により、改造前における、左側操作レバー(27)の各操作方向の操作フィーリングを維持することができる。
【０１５３】
また、上記両ポテンショメータ(112,113)の入力軸(112a,112b)は、左側操作レバー(27)の左方向及び右方向の傾動・復帰操作に連動するようになっている。このように、前方向及び後方向の操作に比べてレバー(27)操作時の腕の力がこもり難い左方向及び右方向の傾動・復帰操作に、入力軸(112a,112b)を連動させるようにしたことで、パイロット弁(170,171)に比べて耐衝撃性に乏しいポテンショメータ(112,113)を確実に保護し、これにより、該両ポテンショメータ(112,113)の耐久性を向上させることが可能となる。
【０１５４】
(他の実施形態)
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、上記ハイブリッドショベル(1)は、シリーズ方式を採用しているが、これに限ったものではなく、パラレル方式を採用するようにしてもよい。
【０１５５】
また、上記実施形態では、左側操作レバー(27)は、前後左右の４方向に傾動可能に構成されているが、必ずしもこれに限ったものではなく、例えば、前方向及び後方向の２方向に傾動可能に構成してもよい。
【０１５６】
また、上記実施形態では、リニア駆動式のポテンショメータ(112,113)を使用しているが、これに限ったものではなく、例えば回転角を検出可能な回転板を有する回転式ポテンショメータ(112,113)を使用するとともに、リンク機構等を介して、該回転板を左側操作レバー(27)の左方向及び右方向のそれぞれの傾動・復帰操作に連動させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、ハイブリッドショベルの操作装置に有用であり、特に既存の油圧ショベルの操作装置を、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの双方を駆動可能な操作装置に改造する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の実施形態に係る操作装置を備えたハイブリッドショベルを示す、前方斜め左側の上方から見た斜視図である。
【図２】ハイブリッドショベルの下部旋回体の構成を示す、平面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】ハイブリッドショベルの操作レバーを示す、前方斜め左側から見た斜視図である。
【図５】図４におけるV-V線断面図である。
【図６】図４におけるVI-VI線断面図である。
【図７】ハイブリッドショベルの油圧回路及び電気回路の構成を示す図である。
【図８】ハイブリッドショベルの制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１５９】
Ｐａ１    パイロットポート
Ｐａ２    パイロットポート
１        ハイブリッドショベル
３        主電動モータ（電動アクチュエータ）
４        旋回用電動モータ（電動アクチュエータ）  
１８      ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
２７      左側操作レバー（操作レバー）
３７      パイロットポンプ
４７      バッテリ    
８２      連動板
９３      コイルスプリング（第一付勢部材）
９５      ブーム／旋回操作装置（操作装置）
１０５    コイルスプリング（第二付勢部材）
１１２    ポテンショメータ（電気信号発生装置）
１１２ａ  入力軸（変位部、可動体）
１１３    ポテンショメータ（電気信号発生装置）
１１３ａ  入力軸（変位部、可動体）
１５０    方向切換弁
１７０    パイロット弁
１７１    パイロット弁
【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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