(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体上に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、
前記上部旋回体の旋回操作を行う操作装置と、
クレーン作業モードを選択する操作を行うモード選択スイッチと、
前記操作装置における操作量に応じて目標回転速度を設定し前記旋回用電動機の速度制御を実行するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記クレーン作業モードが選択されている場合、前記クレーン作業モードが選択されていない場合よりも、前記操作量に対する前記目標回転速度が低下し、且つ、前記操作量の増加に対する前記目標回転速度の増加の割合の変動率が小さくなるようにすることを特徴とする、
ショベル。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記クレーン作業モードが選択されている場合、前記クレーン作業モードが選択されていない場合よりも、前記操作量の増加に対する前記目標回転速度の増加の割合が一定になるようにすることを特徴とする、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記クレーン作業モードが選択されている場合、前記クレーン作業モードが選択されていない場合よりも、前記速度制御において、前記操作量及び前記操作量の変化量の変化に対する前記上部旋回体の旋回加速度及び旋回減速度の変動率が小さくなるようにすることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上部旋回体を旋回させる旋回機構を電動化したショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バケット部分に吊りフックを設けて、クレーン作業を行うことが可能なショベルが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、ショベル仕様とクレーン仕様が選択可能な油圧ショベルが記載され、クレーン仕様では、油圧ポンプの吐出流量を小流量に変更し、旋回操作時における旋回速度を抑制するようにして、クレーン作業おける操作性を向上させている。
【０００４】
また、従来から、旋回機構を電動化したショベルが知られており、旋回機構を駆動する旋回用電動機を制御する様々な手法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５７１３６号公報
【特許文献２】特開２００９−６８１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２等に記載の技術は、ショベル作業を想定した旋回用電動機の制御手法であり、クレーン作業におけるニーズに対応するものではない。
【０００７】
そこで、上記課題に鑑み、旋回機構を旋回用電動機で駆動する場合に、クレーン作業を行う際の操作性を向上させることが可能なショベル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】
【０００８】
上記目的を達成するため、一実施形態において、ショベルは、
下部走行体と、
前記下部走行体上に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、
前記上部旋回体の旋回操作を行う操作装置と、
クレーン作業モードを選択する操作を行うモード選択スイッチと、
前記操作装置における操作量に応じて前記旋回用電動機の速度制御を実行するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記クレーン作業モードが選択されている場合、前記クレーン作業モードが選択されていない場合よりも、前記速度制御における前記操作量に対する速度指令値が低下し、且つ、前記操作量の増加に対する前記速度指令値の増加の割合の変動率が小さくなるようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述の実施形態により、旋回機構を旋回用電動機で駆動する場合に、クレーン作業を行う際の操作性を向上させることが可能なショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係るハイブリッドショベルの側面図である。
【図２】クレーン作業に用いる格納式フックの態様を説明する図である。
【図３】ハイブリッドショベルの駆動系の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】ハイブリッドショベルの蓄電系の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】レバー操作量と旋回用電動機の目標回転速度の関係の一例を示すグラフである。
【図６】レバー操作量と旋回用電動機の目標回転速度の関係の他の例を示すグラフである。
【図７】レバー操作量及びレバー変化量に対して実現される旋回機構（上部旋回体）の旋回加速度の特性を示すグラフである。
【図８】レバー操作量及びレバー変化量に対して実現される旋回機構（上部旋回体）の旋回減速度の特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
【００１２】
まず、本発明の一実施形態に係るハイブリッドショベルの構成について説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッドショベルを示す側面図である。
【００１３】
図１に示すように、ハイブリッド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が搭載される。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、バケット６が取り付けられる。アタッチメントとしてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ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、オペレータ（操作者）が搭乗するキャビン１０が設けられると共に、後述するエンジン１１（図３参照）等の動力源が搭載される。
【００１４】
また、本実施形態に係るハイブリッドショベルは、通常作業（ショベル作業）に加えて、クレーン作業を行うことが可能に構成される。図２は、クレーン作業に用いる格納式フック６Ｆの態様を説明する図であり、図２（ａ）は、通常作業（ショベル作業）時における格納式フック６Ｆの状態（格納された状態）を表し、図２（ｂ）は、クレーン作業時における格納式フックの状態（取り出された状態）を表す。
【００１５】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、格納式フック６Ｆは、基端側（ワイヤ等を架けるフック部分の反対側）の所定軸を中心に回動可能にアーム５とバケット６の結合部分付近に取り付けられる。図２（ａ）に示すように、格納式フック６Ｆは、ショベル作業時において、他の構造部材（アーム５とバケット６を結合するリンク部材等）の間に格納される。そして、図２（ｂ）に示すように、格納式フック６Ｆは、クレーン作業時において、上記所定軸を中心に回動させることにより、バケット６を全閉にする状態でフック部分を下方に向けた状態にすることが可能となり、バケット６を全閉にする状態でクレーン作業が行われる。
【００１６】
図３は、本実施形態に係るハイブリッドショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図中において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示される。
【００１７】
エンジン１１と、アシストモータとしての電動発電機１２は、減速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続される。減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続される。即ち、メイン駆動部であるエンジン１１と、アシスト駆動部である電動発電機１２は、減速機１３を介して、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５を駆動する。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。また、電動発電機１２には、インバータ１８を介して、後述する蓄電装置１９（図４参照）を含む蓄電系１２０が接続される。
【００１８】
エンジン１１は、本実施形態に係るハイブリッドショベルの主たる動力源としての内燃機関であり、例えば、ディーゼルエンジンである。エンジン１１は、本実施形態に係るハイブリッドショベルの起動中において、常時運転される。
【００１９】
電動発電機１２は、蓄電系１２０から供給される電力により電動アシスト運転が可能な電動機の機能と、エンジン１１の動力により発電運転が可能な発電機の機能の双方を有する。本実施形態における電動発電機１２は、インバータ２０により交流駆動される。電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ)モータ等により構成することができる。
【００２０】
減速機１３は、上述の如く、２つの入力軸と１つの出力軸を有し、２つの入力軸のそれぞれにエンジン１１及び電動発電機１２の駆動軸が接続されると共に、１つの出力軸にメインポンプ１４の駆動軸が接続される。かかる構成により、メインポンプ１４の負荷が高い場合（エンジン１１の出力以上の負荷である場合）は、電動発電機１２が電動アシスト運転を行い、エンジン１１の出力に加えて、電動発電機１２の出力がメインポンプ１４に伝達される。また、エンジン１１の出力が減速機１３を経由して電動発電機１２に伝達され、電動発電機１２が発電運転を行う。
【００２１】
なお、電動発電機１２による電動アシスト運転（力行運転）と発電運転を切り替える制御は、後述するコントローラ３０により実行される。
【００２２】
メインポンプ１４は、高圧油圧ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ１４は、斜板の角度（傾転角）を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量、即ち、ポンプ出力を変化させることができる。メインポンプ１４の斜板は、レギュレータ（不図示）により制御される。レギュレータは、電磁比例弁（不図示）に対する制御電流の変化に対応して、斜板の傾転角を変化させる。例えば、制御電流を増加させることにより、レギュレータは、斜板の傾転角を大きくして、メインポンプ１４の吐出流量を多くする。また、制御電流を減少させることにより、レギュレータは、斜板の傾転角を小さくして、メインポンプ１４の吐出流量を少なくする。
【００２３】
なお、レギュレータ（電磁比例弁）の制御電流は、後述するコントローラ３０からの制御指令により設定（変更）される。
【００２４】
パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して各種油圧制御機器にパイロット圧を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
【００２５】
コントロールバルブ１７は、ハイブリッドショベルにおける油圧系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、操作装置２６に対する操作入力に応じて、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）、油圧モータ１Ｂ（左用）、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等の各種アクチュエータに供給する油圧（流量）を制御する。以下の説明では、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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を集合的に「油圧アクチュエータ」と称する場合がある。
【００２６】
操作装置２６は、各種アクチュエータ（油圧アクチュエータ、及び後述する電動アクチュエータとしての旋回用電動機２１）を操作するための操作手段である。操作装置２６は、パイロットライン２５から供給されるパイロット圧（１次側のパイロット圧）をオペレータによる操作量、操作方向等の操作内容に応じたパイロット圧（２次側のパイロット圧）に変換して出力する。操作装置２６は、油圧ライン２７、２８を介して、コントロールバルブ１７、圧力センサ２９にそれぞれ接続される。
【００２７】
なお、コントロールバルブ１７は、操作装置２６から出力される２次側のパイロット圧に応じて、各油圧アクチュエータに対応するスプール弁を動かし、メインポンプ１４が吐出する作動油を各油圧アクチュエータに供給する。圧力センサ２９は、操作装置２６から入力される２次側のパイロット圧を電気信号に変換し、かかる電気信号を後述するコントローラ３０に出力する。
【００２８】
操作装置２６は、レバー、ペダル等を含む。例えば、レバーにより旋回機構２（後述する旋回用電動機２１）、ブーム４（ブームシリンダ７）、アーム５（アームシリンダ８）、及びバケット６（バケットシリンダ９）の操作が行われてよい。また、ペダルにより下部走行体１（油圧モータ１Ａ、１Ｂ）の操作が行われてよい。
【００２９】
また、本実施形態に係るハイブリッドショベルは、旋回機構２が電動化され、旋回機構２（上部旋回体３）を旋回駆動する旋回用電動機２１を有する。電動アクチュエータである旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続される。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。
【００３０】
旋回用電動機２１は、旋回機構２を旋回駆動する力行運転と、旋回機構２を回生制動（回生電力を発生させて旋回制動）する回生運転の双方を実現可能に構成される。旋回用電動機２１は、旋回減速機２４を介して、旋回機構２（上部旋回体３）を旋回駆動する。
【００３１】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置（回転角）、回転速度を検出する既知の検出手段の一例である。レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置、回転速度に対応する検出信号をコントローラ３０に出力する。
【００３２】
なお、旋回用電動機２１の回転位置、回転速度を検出する検出手段として、既知の各種センサを適用することができる。
【００３３】
メカニカルブレーキ２３は、旋回機構２（上部旋回体３）を旋回制動する機械的な制動手段である。メカニカルブレーキ２３は、オペレータによる操作装置２６の操作が行われない場合に、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させ、旋回機構２（上部旋回体３）の停止状態を保持する機能を実現する。
【００３４】
蓄電系１２０は、インバータ１８、２０を介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１の駆動電力を供給する電力供給手段であると共に、電動発電機１２、旋回用電動機２１の発電電力を蓄電（充電）する蓄電手段である。蓄電系１２０の詳細について、図４を用いて説明をする。
【００３５】
図４は、蓄電系１２０の構成の一例を示すブロック図である。蓄電系１２０は、一の蓄電部としての蓄電装置１９、昇降圧コンバータ１００、及び他の蓄電部としてのＤＣバス１１０を含む。
【００３６】
蓄電装置１９は、充放電可能な任意の蓄電手段である。例えば、蓄電装置１９は、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等のキャパシタであってよい。また、蓄電装置１９は、リチウムイオン電池等の二次電池であってよい。以下、蓄電装置１９としてキャパシタを採用することを前提に説明を続ける。
【００３７】
ＤＣバス１１０は、定電圧の蓄電部であり、インバータ１８、２０と昇降圧コンバータ１００の間に配置され、電動発電機１２、蓄電装置１９、及び旋回用電動機２１の間での電力授受を制御する。
【００３８】
昇降圧コンバータ１００は、蓄電装置１９とＤＣバス１１０との間に配置され、電動発電機１２、旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス１１０の電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える。
【００３９】
また、蓄電系１２０には、ＤＣバス１１０の電圧値を検出するＤＣバス電圧検出部１１１と、蓄電装置１９（キャパシタ）の電圧値及び電流値を検出するキャパシタ電圧検出部１１２及びキャパシタ電流検出部１１３が設けられる。ＤＣバス電圧検出部１１１により検出されるＤＣバス電圧値と、キャパシタ電圧検出部１１２及びキャパシタ電流検出部１１３により検出されるキャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。
【００４０】
図３に戻り、本実施形態に係るハイブリッドショベルは、自身の駆動制御を実行するコントローラ３０を有する。コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、内部メモリ等を含むマイクロコンピュータ等により構成される。具体的には、内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムをＣＰＵ上で実行することにより、各種制御処理を実行する。
【００４１】
コントローラ３０は、例えば、操作装置２６への操作入力やエンジン１１の回転数等に応じて、電動発電機１２の駆動制御（電動発電機１２による電動アシスト運転と発電運転を切り替える制御）を実行する。また、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の駆動制御を実行する。具体的には、蓄電装置１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態、旋回用電動機２１の運転状態、ＤＣバス１１０の電圧等に関する情報の一部又は全部に基づき、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作を切り替える制御（蓄電装置１９の充放電制御）を行ってよい。
【００４２】
なお、昇圧動作は、キャパシタの電気エネルギをＤＣバス１１０に移動させてＤＣバス１１０の電圧を上昇させる動作であり、降圧動作は、ＤＣバス１１０の電気エネルギを蓄電装置１９に移動させてＤＣバス１１０の電圧を降下させる動作である。また、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作を切り替える制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１、キャパシタ電圧検出部１１２、及びキャパシタ電流検出部１１３により、それぞれ検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流値に基づき実行される。
【００４３】
また、コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号（旋回機構２を旋回させる操作量に対応する信号）を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。例えば、コントローラ３０は、当該速度指令に対して、レゾルバ２２から入力される旋回用電動機２１の回転速度の検出値をフィードバックするフィードバック制御を実行する。そして、コントローラ３０は、フィードバック制御により旋回用電動機２１に発生させるトルクの制御指令（トルク指令）を生成し、当該トルク指令に応じてインバータ２０を駆動することにより、旋回用電動機２１の駆動制御（速度制御）を実行する。
【００４４】
なお、かかるフィードバック制御は、例えば、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御、比例制御、積分制御等、任意であってよい。
【００４５】
また、コントローラ３０は、上述したクレーン作業を実行する際の運転モードとして設定されるクレーン作業モードがオペレータにより選択される場合、後述するように、クレーン作業モード特有の駆動制御を実行する。このとき、コントローラ３０は、操作装置２６（レバー）の操作内容に関わらず、バケット６を全閉状態に維持する制御を実行する。
【００４６】
なお、コントローラ３０には、オペレータがクレーン作業モードを選択するために設けられるモード選択スイッチ４０が接続される。コントローラ３０は、モード選択スイッチ４０から出力されるクレーン作業モードの選択状態に関する信号を受信することで、クレーン作業モードが選択されているか否かを判断することができる。
【００４７】
次に、本実施形態に係るハイブリッドショベルの特徴的な動作、即ち、クレーン作業モードが選択される場合におけるコントローラ３０による旋回用電動機２１の駆動制御について説明する。
【００４８】
なお、かかる説明では、前提として、クレーン作業モードが選択されない場合（通常作業モードの場合）における駆動制御の内容についても併せて説明を行う。
【００４９】
まず、本実施形態に係るコントローラ３０による旋回用電動機２１の速度制御における目標回転速度の設定手法について説明する。
【００５０】
図５は、レバー操作量と旋回用電動機２１の目標回転速度の関係の一例を示すグラフである。具体的には、通常作業モードにおけるレバー操作量と旋回用電動機２１の目標回転速度との関係を細い実線、クレーン作業モードにおけるレバー操作量と旋回用電動機２１の目標回転速度との関係を太い実線で表す。
【００５１】
なお、かかるグラフの関係は、旋回機構２（上部旋回体３）を左旋回させる場合と右旋回させる場合の別を問わない。以下に示す図６〜８についても同様である。また、レバー操作量は、フルストロークに対する割合［％］で表される。また、通常作業モードにおける旋回機構２（上部旋回体３）の最高旋回速度をω１［ｒａｄ／ｓ］とし、クレーン作業モードにおける旋回機構２（上部旋回体３）の最高旋回速度をω２［ｒａｄ／ｓ］（＜ω１）とする。また、レバー操作量が０％〜Ｌｏ％の範囲は、不感帯領域及び零速度指令領域の少なくとも一方として設定される。不感帯領域は、レバー操作に対する速度指令、トルク指令が生成されない領域、即ち、旋回用電動機２１の駆動制御が行われず、メカニカルブレーキ２３により旋回機構２（上部旋回体３）の停止状態が保持される領域である。また、零速度指令領域は、旋回機構２（上部旋回体３）の停止状態から旋回状態に切り替える際の操作性を良好にするための緩衝領域であり、速度指令を０に設定する。以下の説明では、不感帯領域及び零速度指令領域以外の領域（以下、旋回駆動領域と称する）におけるレバー操作量と目標回転速度の関係を中心に説明する。
【００５２】
上述の如く、本実施形態に係るハイブリッドショベルでは、操作装置２６の操作量（レバー操作量）に応じて目標回転速度を決定し、かかる目標回転速度が実現されるように、速度指令及びトルク指令が生成される。
【００５３】
通常作業モードの場合、旋回駆動領域のレバー操作量が比較的小さい領域において、目標回転速度は、レバー操作量の増加に応じて比較的緩やかに増加する態様で設定される。即ち、レバー操作量の増加に対する目標回転速度の増加の割合は比較的小さく設定される。一方、レバー操作量が比較的大きい領域になると、目標回転速度は、レバー操作量の増加に応じて比較的急増加する態様で設定される。即ち、レバー操作量の増加に対する目標回転速度の増加の割合は比較的大きく設定される。そのため、図５に示すように、レバー操作量に対する目標回転速度を示すグラフは、下に凸の曲線或いは折れ線で表され、一点鎖線で示される目標回転速度が０である点と最高旋回速度ω１である点を結ぶ直線と大きく乖離している。換言すれば、旋回駆動領域におけるレバー操作量の増加に対する目標回転速度の増加の割合の変動率は、比較的大きくなるように設定される。これは、限られるレバーのストローク長で、比較的高い最高旋回速度ω１を実現しつつ、比較的低い旋回速度で旋回角度の小さい旋回操作を行うような場合における指令に対する応答の連続性を実現させるためである。
【００５４】
これに対して、クレーン作業モードの場合、旋回駆動領域全体で、通常作業モードの場合よりもレバー操作量に対する目標回転速度が低くなるように設定される。また、図５に示すように、レバー操作量に対する目標回転速度を示すグラフは、下に凸の曲線或いは折れ線を示すものの、通常作業モードの場合よりも、二点鎖線で示される目標回転速度が０である点と最高旋回速度ω２である点を結ぶ直線に近づいている。換言すれば、旋回駆動領域におけるレバー操作量の増加に対する目標回転速度の増加の割合の変動率は、比較的小さくなるように設定される。これにより、レバー操作量と実現される旋回機構２（上部旋回体３）の旋回速度である目標回転速度との関係がほぼ線形（リニア）になるため、オペレータは、旋回駆動領域全体において、旋回速度の調整がし易くなる。特に、従来に比べて、低速領域と高速領域の間の接続領域におけるレバー操作量に対する旋回速度の変化の連続性が高まるため、かかる接続領域を跨ぐレバー操作が行われたとしても、指令が急変せず、格納式フック６Ｆに吊られる吊り荷に悪影響がない。また、クレーン作業モードでは、高い旋回速度が必要なく、最高旋回速度ω２は、通常作業モードの場合における最高旋回速度ω１より十分に小さく設定されるため、限られるレバーのストローク長でも対応することができる。
【００５５】
なお、クレーン作業モードの場合、図６（レバー操作量と旋回用電動機２１の目標回転速度の関係の他の例を示すグラフ）に示すように、レバー操作量と実現される旋回機構２（上部旋回体３）の旋回速度である目標回転速度とを完全な線形関係にしてもよい。即ち、旋回駆動領域におけるレバー操作量の増加に対する目標回転速度の増加の割合は、旋回駆動領域全体において一定になるように設定されてもよい。
【００５６】
ここで、旋回機構２（上部旋回体３）の旋回操作におけるレバー操作量と目標回転速度の関係をリニアに近づけるのに併せて、下部走行体１、ブーム４、及びアーム５を操作する場合における操作量と駆動速度との関係もリニアに近づけるようにしてもよい。
【００５７】
なお、クレーン作業モードの場合、通常作業モードの場合よりも、メインポンプ１４の傾転角を小さく設定しメインポンプ１４の吐出流量を減少させる。これにより、前提として、各油圧アクチュエータの駆動速度を抑制することができる。
【００５８】
通常作業モードの場合、レバー或いはペダルの操作量と各油圧アクチュエータにメインポンプ１４からの作動油を供給するスプール弁の開度との関係は、上述した旋回操作におけるレバー操作量と目標回転速度の関係と同様の態様である場合が多い。即ち、操作量が比較的小さい領域において、操作量の増加に対するスプール弁の開度の増加の割合は比較的小さく、操作量が比較的大きい領域において、操作量の増加に対するスプール弁の開度の増加の割合は比較的大きく設定される場合が多い。かかる場合、レバー或いはペダルの操作量の増加に対するスプール弁の開度の増加の割合の変動率が比較的大きくなる。
【００５９】
これに対して、クレーン作業モードの場合、操作量の増加とスプール弁の開度の増加の関係をリニアに近づける、即ち、通常作業モードの場合よりも、操作量の増加に対するスプール弁の開度の増加の割合の変動率を十分に小さくする。具体的には、コントローラ３０からの制御指令に応じて、操作装置２６（レバー、ペダル）から出力される２次側のパイロット圧を調整する調整弁等を設け、かかる調整弁により調整されたパイロット圧をスプール弁に供給可能な油圧回路等を構成するとよい。これにより、クレーン作業モードが選択される場合に、スプール弁に供給されるパイロット圧の特性を変更することができる。また、スプール弁を電磁切替弁で実現する場合は、コントローラ３０から電磁切替弁（スプール弁）に出力される指令信号の特性をクレーン作業モードにおいて変更するとよい。
【００６０】
このように、クレーン作業モードにおいて、操作量と油圧アクチュエータへの作動油の流量に相当するスプール弁の開度との関係がリニアに近づくため、油圧アクチュエータにより駆動される下部走行体１、ブーム４、及びアーム５の駆動速度の調整がし易くなる。
【００６１】
次に、本実施形態に係るコントローラ３０による旋回機構２（上部旋回体３）の旋回加速度（旋回用電動機２１の回転加速度）の制御手法（旋回用電動機２１の加速度制御）について説明する。
【００６２】
まず、第１の例として、クレーン作業モードが選択される場合、旋回加速度（及び旋回減速度）の上限値、又は旋回用電動機２１に対するトルク（駆動トルク／制動トルク）の上限値を変更する制御手法について説明する。
【００６３】
コントローラ３０は、通常、生成されるトルク指令が、予め定める旋回加速度（及び旋回減速度）の上限値（上限旋回加速度）を超える加減速に相当する場合や旋回用電動機２１に対するトルクの上限値（上限トルク）を超える場合、トルク指令を補正（制限）して出力する。即ち、上限旋回加速度を超えない加減速に相当するトルク指令、或いは旋回用電動機２１に対する上限トルク以下であるトルク指令に制限されて出力される。例えば、通常作業モードの場合、上限旋回加速度或いは上限トルクは、旋回用電動機２１の定格トルク等に基づき設定される。
【００６４】
本実施例では、クレーン作業モードが選択される場合、通常作業モードよりも、上限旋回加速度或いは上限トルクを十分に小さく設定する。これにより、クレーン作業を行う場合に、急なレバー操作が行われても、旋回機構２（上部旋回体３）を緩やかに加減速させることができる。
【００６５】
続いて、第２の例として、クレーン作業モードが選択される場合、レバー操作量及びレバー変化量（レバー操作量の変化量）に対して実現される旋回機構２（上部旋回体３）の旋回加速度及び旋回減速度の特性を変更する制御手法について説明する。
【００６６】
図７は、レバー操作量及びレバー変化量に対して実現される旋回機構２（上部旋回体３）の旋回加速度の特性を示すグラフである。図７（ａ）は、レバー操作量と旋回機構２（上部旋回体３）の加速比率との関係を示すグラフであり、図７（ｂ）は、レバー変化量と旋回機構２（上部旋回体３）の加速比率との関係を示すグラフである。また、図８は、レバー操作量及びレバー変化量に対して実現される旋回機構２（上部旋回体３）の旋回減速度の特性を示すグラフである。図８（ａ）は、レバー操作量と旋回機構２（上部旋回体３）の減速比率との関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、レバー変化量と旋回機構２（上部旋回体３）の減速比率との関係を示すグラフである。各図において、通常作業モードの場合を細い実線、クレーン作業モードの場合を太い実線で表す。
【００６７】
なお、加速比率は、基準加速度（基準となるレバー操作量、或いはレバー変化量における旋回加速度）に対する比較対象となるレバー操作量、或いはレバー変化量における旋回加速度の比である。図７（ａ）における基準加速度は、レバー操作量がＬｏ％（旋回駆動領域の始点）における旋回加速度であり、図７（ｂ）における基準加速度は、レバー変化量が１００％における旋回加速度である。また、減速比率は、基準減速度（基準となるレバー操作量、或いはレバー変化量における旋回減速度）に対する比較対象となるレバー操作量、或いはレバー変化量における旋回減速度の比である。図８（ａ）における基準減速度は、レバー操作量が１００％（旋回駆動領域の終点）における旋回減速度であり、図８（ｂ）における基準減速度は、レバー変化量が１００％における旋回減速度である。また、クレーン作業モードが選択される場合における基準加速度及び基準減速度は、通常作業モードの場合よりも十分に小さく設定される。
【００６８】
まず、図７を用いて、旋回加速時について説明する。
【００６９】
通常作業モードの場合、図７（ａ）に示すように、旋回駆動領域におけるレバー操作量が増加するほど、旋回機構２（上部旋回体３）の加速比率（旋回加速度）を十分に大きくしていく。これにより、比較的高く設定される最高旋回速度ω１に向けて、レバー操作量の増加に応じて加速度が増していく感覚（加速感）をオペレータに与えることができる。また、図７（ｂ）に示すように、レバー変化量が減少するほど、旋回機構２（上部旋回体３）の加速比率（旋回加速度）を十分に小さくしていく。これにより、例えば、レバー操作量が比較的大きい状態から比較的小さいレバー変化量のレバー操作が行われる場合に、オーバーシュート等により旋回速度の変化が滑らかに行われないような事態を回避することができる。
【００７０】
これに対して、クレーン作業モードの場合、図７（ａ）に示すように、通常作業モードの場合よりも、旋回駆動領域におけるレバー操作量の増加に対する旋回機構２（上部旋回体３）の加速比率（旋回加速度）の増加の割合を小さくする（図中白抜き矢印参照）。即ち、通常作業モードの場合よりも、レバー操作量の増加（変化）に対する旋回加速度の変動率を小さくする。これにより、クレーン作業モードにおける最高旋回速度ω２が比較的低く設定されるにも関わらず、レバー操作量の増加に応じて過度な旋回加速度が実現されてオーバーシュート等により旋回速度の変化が滑らかに行われないような事態を回避することができる。また、図７（ｂ）に示すように、通常作業モードの場合よりも、レバー変化量の減少に対する加速比率（旋回加速度）の減少の割合を小さくする（図中白抜き矢印参照）。即ち、通常作業モードの場合よりも、レバー変化量の減少（変化）に対する旋回加速度の変動率を小さくする。これにより、クレーン作業において重視される、レバー操作量の変化に対する旋回機構２（上部旋回体３）の位置追従性を向上させることができる。
【００７１】
続けて、図８を用いて、旋回減速時について説明する。
【００７２】
通常作業モードの場合、図８（ａ）に示すように、レバー操作量が減少するほど、旋回機構２（上部旋回体３）の減速比率（旋回減速度）を十分に小さくしていく。これにより、旋回加速時と同様、レバー操作量の減少に応じて減速度が増していく感覚（減速感）をオペレータに与えることができる。また、図８（ｂ）に示すように、レバー変化量が減少するほど、旋回機構２（上部旋回体３）の減速比率（旋回減速度）を十分に小さくしていく。これにより、旋回加速時と同様、オーバーシュート等により旋回速度の変化が滑らかに行われないような事態を回避することができる。
【００７３】
これに対して、クレーン作業モードの場合、図８（ａ）に示すように、通常作業モードの場合よりも、レバー操作量の減少に対する旋回機構２（上部旋回体３）の減速比率（旋回減速度）の増加の割合を小さくする（図中白抜き矢印参照）。即ち、通常作業モードの場合よりも、レバー操作量の減少（変化）に対する旋回減速度の変動率を小さくする。これにより、旋回加速時と同様、レバー操作量の減少に応じて過度な旋回減速度を実現してオーバーシュート等により旋回速度の変化が滑らかに行われないような事態を回避することができる。また、図８（ｂ）に示すように、通常作業モードの場合よりも、レバー変化量の減少に対する旋回機構２（上部旋回体３）の減速比率（旋回減速度）の減少の割合を小さくする（図中白抜き矢印参照）。即ち、通常作業モードの場合よりも、レバー変化量の減少（変化）に対する旋回減速度の変動率を小さくする。これにより、旋回加速時と同様、クレーン作業において重視される、レバー操作量の変化に対する旋回機構２（上部旋回体３）の位置追従性を向上させることができる。
【００７４】
なお、コントローラ３０は、レゾルバ２２により検出される旋回用電動機２１の回転速度に基づき、現在の旋回加速度を算出し、現在の旋回加速度と図７、図８に示す特性との関係に基づき、本実施例に係る加速度制御を実行する。また、コントローラ３０は、図７、図８に示すレバー操作量及びレバー変化量に対して実現される旋回機構２（上部旋回体３）の旋回加速度及び旋回減速度の特性（プロファイル）の変更を、任意の態様で実現してよい。例えば、目標回転速度に対する速度指令を変更することにより実現してもよいし、ＰＩ制御等における制御ゲインを変更することにより実現してもよいし、生成されるトルク指令を補正することにより実現してもよい。
【００７５】
次に、本実施形態に係るコントローラ３０によるバックラッシュ補償制御について説明する。
【００７６】
旋回用電動機２１は、上述の如く、旋回減速機２４を介して、旋回機構２（上部旋回体３）を旋回駆動する。旋回減速機２４を含む旋回用電動機２１の動力を旋回機構２に伝達する伝達機構には、少なからずのガタ（バックラッシュ）が存在する。かかるバックラッシュは、振動を発生させる等の悪影響を与える可能性があるため、本実施形態では、クレーン作業モードが選択される場合、旋回機構２（上部旋回体３）の駆動制御において、バックラッシュ補償制御を行う。
【００７７】
バックラッシュ補償制御は、既知の手法が任意に適用されてよく、例えば、ＰＩ制御等における制御ゲインを調整する等の手法が適用されてよい。これにより、バックラッシュによる振動等の発生を抑制できるため、クレーン作業モードにおける作業性を向上させることができる。また、クレーン作業モードでは、レバー操作に対する応答性の高さよりも振動等の抑制や操作に対する位置追従性の方が重視されるため、バックラッシュ補償による応答性の悪化の影響は非常に小さい。
【００７８】
一方、通常作業モード（ショベル作業モード）の場合、レバー操作に対する旋回用電動機２１の高い応答性が求められるため、バックラッシュ補償制御を実行しない。
【００７９】
なお、バックラッシュ補償制御を行うと、通常、レバー操作に対する応答性が悪化する場合が多い（例えば、制御ゲインを調整することによりバックラッシュ補償を行う場合、応答性を抑制する態様で制御ゲインが決定される）。
【００８０】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８１】
例えば、上述した実施形態では、ハイブリッドショベルを例示して説明を行ったが、かかる構成には限定されない。即ち、旋回機構を電動化したショベルであればよく、例えば、外部電源からの電力供給により駆動される電動ショベルであってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１  下部走行体
１Ａ、１Ｂ  油圧モータ
２  旋回機構
３  上部旋回体
４  ブーム
５  アーム
６  バケット
６Ｆ  格納式フック
７  ブームシリンダ
８  アームシリンダ
９  バケットシリンダ
１０  キャビン
１１  エンジン
１２  電動発電機
１３  減速機
１４  メインポンプ
１５  パイロットポンプ
１６  高圧油圧ライン
１７  コントロールバルブ
１８、２０  インバータ
１９  蓄電装置 
２１  旋回用電動機
２１Ａ  回転軸
２２  レゾルバ
２３  メカニカルブレーキ
２４  旋回減速機
２５  パイロットライン
２６  操作装置
２７、２８  油圧ライン
２９  圧力センサ
３０  コントローラ
４０  モード選択スイッチ
１００  昇降圧コンバータ
１１０  ＤＣバス
１１１  ＤＣバス電圧検出部
１１２  キャパシタ電圧検出部
１１３  キャパシタ電流検出部
１２０  蓄電系
【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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