(57)【要約】  【課題】  負荷に応じて最適な動力を供給できる作業機械の駆動装置を提供する。  【解決手段】  ブームシリンダ3aに対し、油圧ポンプ21の斜板制御でこの油圧ポンプ21に接続したブームシリンダ3aの作動速度を制御する第１の閉回路Ａを設置する。アームシリンダ4aに対し、油圧ポンプ22の斜板制御でこの油圧ポンプ22に接続したアームシリンダ4aの作動速度を制御する第２の閉回路Ｂを設置する。バケットシリンダ5aに対し、油圧ポンプ23の斜板制御とこの油圧ポンプ23から供給した作動油を制御するコントロールバルブ35による流量制御とでコントロールバルブ35に接続したバケットシリンダ5aの作動速度を制御する開回路Ｃを設置する。開回路Ｃのコントロールバルブ35よりポンプ側から、油圧ポンプ23の作動油をブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aに配分する配分回路Ｄを分岐させる。  【選択図】        図１
2005076781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量可変手段により流量調整される流体圧ポンプの容量可変制御でこの流体圧ポンプに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する閉回路と、
この閉回路の流体圧ポンプを流量調整する上記容量可変手段とは異なる容量可変手段により流量調整される流体圧ポンプの容量可変制御とこの流体圧ポンプから供給された作動流体を制御するコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブによる流量制御とでコントロールバルブに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する開回路と、
この開回路の流体圧ポンプの作動流体を閉回路の流体圧アクチュエータに配分する配分回路と
を具備したことを特徴とする作業機械の駆動装置。
【請求項２】
ブームシリンダにより作動されるブームと、アームシリンダにより作動されるアームと、バケットシリンダにより作動されるバケットとが順次連結された作業装置を備えた作業機械において、
第１の容量可変手段により流量調整される第１の流体圧ポンプの容量可変制御でこの第１の流体圧ポンプに接続されたブームシリンダの作動速度を制御する第１の閉回路と、
上記第１の容量可変手段とは異なる第２の容量可変手段により流量調整される第２の流体圧ポンプの容量可変制御でこの第２の流体圧ポンプに接続されたアームシリンダの作動速度を制御する第２の閉回路と、
上記第１および第２の容量可変手段とは異なる第３の容量可変手段により流量調整される第３の流体圧ポンプの容量可変制御とこの第３の流体圧ポンプから供給された作動流体を制御するコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブによる流量制御とでコントロールバルブに接続されたバケットシリンダの作動速度を制御する開回路と、
この開回路の第３の流体圧ポンプの作動流体をブームシリンダおよびアームシリンダに配分する配分回路と
を具備したことを特徴とする作業機械の駆動装置。
【請求項３】
エンジンの駆動部に設けられ電動機および発電機の両機能を有する電動・発電機と、
エンジンの余剰動力により電動・発電機で発電した電力とブームシリンダおよびアームシリンダのブレーキ動力により電動・発電機で発電した電力とをバッテリに充電し、エンジン出力が不足した場合にバッテリから放電される電力により電動・発電機を駆動してエンジンの動力を補助する充放電回路と
を具備したことを特徴とする請求項２記載の作業機械の駆動装置。
【請求項４】
電動機の回転速度を制御することでこの電動機に接続された流体圧ポンプの流量を調整してこの流体圧ポンプに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する閉回路と、
この閉回路の流体圧ポンプを流量調整する上記電動機とは異なる電動機の回転速度を制御することでこの電動機に接続された流体圧ポンプの回転速度を制御するとともにこの流体圧ポンプから供給された作動流体をコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブにより流量制御することでコントロールバルブに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する開回路と、
この開回路の流体圧ポンプの作動流体を閉回路の流体圧アクチュエータに配分する配分回路と
を具備したことを特徴とする作業機械の駆動装置。
【請求項５】
ブームシリンダにより作動されるブームと、アームシリンダにより作動されるアームと、バケットシリンダにより作動されるバケットとが順次連結された作業装置を備えた作業機械において、
第１の電動機の回転速度を制御することでこの第１の電動機に接続された第１の流体圧ポンプの流量を調整してこの第１の流体圧ポンプに接続されたブームシリンダの作動速度を制御する第１の閉回路と、
上記第１の電動機とは異なる第２の電動機の回転速度を制御することでこの第２の電動機に接続された第２の流体圧ポンプの流量を調整してこの第２の流体圧ポンプに接続されたアームシリンダの作動速度を制御する第２の閉回路と、
上記第１および第２の電動機とは異なる第３の電動機の回転速度を制御することでこの第３の電動機に接続された第３の流体圧ポンプの回転速度を制御するとともにこの第３の流体圧ポンプから供給された作動流体をコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブにより流量制御することでコントロールバルブに接続されたバケットシリンダの作動速度を制御する開回路と、
この開回路の第３の流体圧ポンプの作動流体をブームシリンダおよびアームシリンダに配分する配分回路と
を具備したことを特徴とする作業機械の駆動装置。
【請求項６】
少なくとも第１の電動機および第２の電動機は発電機の機能を有し、
エンジンにより駆動され第１の電動機、第２の電動機および第３の電動機に電力を供給する発電機と、
発電機からの余剰電力とブームシリンダおよびアームシリンダのブレーキ動力を発電機の機能を有する第１の電動機および第２の電動機により電力化した電力とをバッテリに充放電する充放電回路と
を具備したことを特徴とする請求項５記載の作業機械の駆動装置。
【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作業機械の駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は作業機械としての油圧ショべルの構造図であり、図４はこの油圧ショベルを作動する従来の油圧システムの構成を示す回路図である。
【０００３】
図３において、下部走行体１に上部旋回体２が回動可能に結合され、この上部旋回体２に、上部旋回体２に揺動自在に取付けられブームシリンダ3aで作動されるブーム３と、ブーム３の先端に揺動自在に取付けられアームシリンダ4aで作動されるアーム４と、アーム４の先端に取付けられバケットシリンダ5aで作動されるバケット５とが順次連結された作業装置６が搭載されている。
【０００４】
図４に示されるように、従来の油圧システムは、上部旋回体２に搭載されたエンジン７と、エンジン７によって駆動される斜板制御装置8a，9aを有する可変容量型の油圧ポンプ８，９と、パイロット圧を供給するためのパイロットポンプ10と、油圧ポンプ８，９の圧油を各アクチュエータに配分するためのパイロット操作式のコントロールバルブ11と、コントロールバルブ11をパイロット制御するための操作弁（以下、操作弁を「リモコン弁」という）12と、エンジン7の回転速度を設定するエンジン回転設定器13と、エンジン７および油圧ポンプ８，９の出力を制御する制御器14と、作業装置６を駆動するブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aと、上部旋回体２を旋回させるための油圧モータ15と、下部走行体１を駆動させる走行用の油圧モータ16a，16bとを備えている。
【０００５】
この図４において、リモコン弁12を操作してコントロールバルブ11を切換え、エンジン７によって駆動される油圧ポンプ８，９の圧油を各アクチュエータに配分して作業機械を作動させる従来のシステムでは、コントロールバルブ11で油圧ポンプ８，９の吐出圧油を絞って、ブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aなどの各アクチュエータに配分するため、コントロールバルブ11での絞り損失が大きく、燃料消費量、騒音、生産コストなどの点で不利である。
【０００６】
また、ブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aなどの複数のアクチュエータを連動操作した場合、負荷干渉が著しいため操作が難しい問題がある。
【０００７】
一方、油圧ショベルの動力源としてエンジンによって発電機を駆動するとともに油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプにはコントロールバルブを介してアームシリンダおよびブームシリンダを接続し、発電機にはインバータを介してバケット用電動機などを接続し、油圧ポンプ側の低負荷時には、発電機で発電した電気エネルギーをバッテリに蓄え、そして、油圧ポンプ側の高負荷時には、バッテリに蓄えられた電気エネルギーで発電機を電動機として駆動し、そのトルクを油圧ポンプに与えることにより、アームおよびブームの良好な操作性を確保するとともに省エネルギーを図るものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１―１６７０４号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、コントロールバルブを操作して、エンジンによって駆動される油圧ポンプの吐出圧油を複数の油圧アクチュエータに配分する従来のシステムは、コントロールバルブで油圧ポンプの圧油を絞って各アクチュエータに配分するため、コントロールバルブでの絞り損失が大きく、燃料消費量、騒音、生産コストなどの点で問題があるとともに、複数の油圧アクチュエータを連動操作した場合、負荷干渉が著しいため操作が難しい問題がある。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、負荷に応じて最適な動力を供給できる作業機械の駆動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載された発明は、容量可変手段により流量調整される流体圧ポンプの容量可変制御でこの流体圧ポンプに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する閉回路と、この閉回路の流体圧ポンプを流量調整する上記容量可変手段とは異なる容量可変手段により流量調整される流体圧ポンプの容量可変制御とこの流体圧ポンプから供給された作動流体を制御するコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブによる流量制御とでコントロールバルブに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する開回路と、この開回路の流体圧ポンプの作動流体を閉回路の流体圧アクチュエータに配分する配分回路とを具備した作業機械の駆動装置であり、閉回路の流体圧ポンプの容量可変制御でその閉回路の流体圧アクチュエータを速度制御する静圧駆動方式を用いているので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつ閉回路の流体圧アクチュエータが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるので、エネルギ効率が大幅に向上する。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、開回路の流体圧ポンプの流量を閉回路の流体圧アクチュエータに配分することができるので、閉回路の流体圧ポンプを小型化でき、ポンプ実装が容易になり、かつコストを下げることができる。また、複数の流体圧アクチュエータを連動操作した場合、各回路の流体圧アクチュエータを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じて開回路の流体圧ポンプから閉回路の流体圧アクチュエータに作動流体を配分できるので、従来のシステムに比較して負荷干渉が少なくなり、操作性を向上できる。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、ブームシリンダにより作動されるブームと、アームシリンダにより作動されるアームと、バケットシリンダにより作動されるバケットとが順次連結された作業装置を備えた作業機械において、第１の容量可変手段により流量調整される第１の流体圧ポンプの容量可変制御でこの第１の流体圧ポンプに接続されたブームシリンダの作動速度を制御する第１の閉回路と、上記第１の容量可変手段とは異なる第２の容量可変手段により流量調整される第２の流体圧ポンプの容量可変制御でこの第２の流体圧ポンプに接続されたアームシリンダの作動速度を制御する第２の閉回路と、上記第１および第２の容量可変手段とは異なる第３の容量可変手段により流量調整される第３の流体圧ポンプの容量可変制御とこの第３の流体圧ポンプから供給された作動流体を制御するコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブによる流量制御とでコントロールバルブに接続されたバケットシリンダの作動速度を制御する開回路と、この開回路の第３の流体圧ポンプの作動流体をブームシリンダおよびアームシリンダに配分する配分回路とを具備した作業機械の駆動装置であり、第１の流体圧ポンプおよび第２の流体圧ポンプの容量可変制御でブームシリンダおよびアームシリンダの作動速度を制御する静圧駆動方式を用いているので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつブームシリンダやアームシリンダが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるので、エネルギ効率が大幅に向上する。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、バケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプの流量をブームシリンダ、アームシリンダに配分することができるので、ブームシリンダ用およびアームシリンダ用の第１の流体圧ポンプおよび第２の流体圧ポンプを小型化でき、これらのポンプ実装が容易になり、かつコストを下げることができる。また、ブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダを連動操作した場合、各回路のシリンダを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じてバケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプからブームシリンダ、アームシリンダに作動流体を配分できるので、従来のシステムに比較して負荷干渉が少なくなり、操作性を向上できる。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項２記載の作業機械の駆動装置において、エンジンの駆動部に設けられ電動機および発電機の両機能を有する電動・発電機と、エンジンの余剰動力により電動・発電機で発電した電力とブームシリンダおよびアームシリンダのブレーキ動力により電動・発電機で発電した電力とをバッテリに充電し、エンジン出力が不足した場合にバッテリから放電される電力により電動・発電機を駆動してエンジンの動力を補助する充放電回路とを具備したものであり、エンジンの余剰動力で発電した電力とブームシリンダおよびアームシリンダのブレーキ動力で発電した電力をバッテリに充電して、エンジン出力が不足した場合にバッテリから電力を供給することにより、エンジンの出力を平滑化できるので、従来システムに比較してエンジンを小型化することができる。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、電動機の回転速度を制御することでこの電動機に接続された流体圧ポンプの流量を調整してこの流体圧ポンプに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する閉回路と、この閉回路の流体圧ポンプを流量調整する上記電動機とは異なる電動機の回転速度を制御することでこの電動機に接続された流体圧ポンプの回転速度を制御するとともにこの流体圧ポンプから供給された作動流体をコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブにより流量制御することでコントロールバルブに接続された流体圧アクチュエータの作動速度を制御する開回路と、この開回路の流体圧ポンプの作動流体を閉回路の流体圧アクチュエータに配分する配分回路とを具備した作業機械の駆動装置であり、閉回路の流体圧ポンプの回転速度を制御することでその閉回路の流体圧アクチュエータを速度制御するので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつ閉回路の流体圧アクチュエータが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるのでエネルギ効率が大幅に向上する。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、開回路の流体圧ポンプの流量を閉回路の流体圧アクチュエータに配分することができるので、閉回路の流体圧ポンプを小型化でき、ポンプおよび電動機実装が容易になり、かつコストを下げることができる。また、複数の流体圧アクチュエータを連動操作した場合、各回路の流体圧アクチュエータを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じて開回路の流体圧ポンプから閉回路の流体圧アクチュエータに圧油を供給するので、従来のシステムに比較して負荷干渉が少なくなり、連動操作が容易になる。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、ブームシリンダにより作動されるブームと、アームシリンダにより作動されるアームと、バケットシリンダにより作動されるバケットとが順次連結された作業装置を備えた作業機械において、第１の電動機の回転速度を制御することでこの第１の電動機に接続された第１の流体圧ポンプの流量を調整してこの第１の流体圧ポンプに接続されたブームシリンダの作動速度を制御する第１の閉回路と、上記第１の電動機とは異なる第２の電動機の回転速度を制御することでこの第２の電動機に接続された第２の流体圧ポンプの流量を調整してこの第２の流体圧ポンプに接続されたアームシリンダの作動速度を制御する第２の閉回路と、上記第１および第２の電動機とは異なる第３の電動機の回転速度を制御することでこの第３の電動機に接続された第３の流体圧ポンプの回転速度を制御するとともにこの第３の流体圧ポンプから供給された作動流体をコントロールバルブおよびこのコントロールバルブと並列に設けられたバイパスバルブにより流量制御することでコントロールバルブに接続されたバケットシリンダの作動速度を制御する開回路と、この開回路の第３の流体圧ポンプの作動流体をブームシリンダおよびアームシリンダに配分する配分回路とを具備した作業機械の駆動装置であり、第１の流体圧ポンプおよび第２の流体圧ポンプの回転速度制御でブームシリンダおよびアームシリンダの作動速度を制御するので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつブームシリンダやアームシリンダが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるのでエネルギ効率が大幅に向上する。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、バケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプの流量をブームシリンダ、アームシリンダに配分することができるので、ブームシリンダ用およびアームシリンダ用の第１の流体圧ポンプおよび電動機と、第２の流体圧ポンプおよび電動機を小型化でき、これらのポンプおよび電動機実装が容易になり、かつコストを下げることができる。また、ブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダを連動操作した場合、各回路のシリンダを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じてバケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプからブームシリンダ、アームシリンダに圧油を供給するので、従来のシステムに比較して負荷干渉が少なくなり、連動操作が容易になる。
【００１５】
請求項６に記載された発明は、請求項５記載の作業機械の駆動装置において、少なくとも第１の電動機および第２の電動機は発電機の機能を有し、エンジンにより駆動され第１の電動機、第２の電動機および第３の電動機に電力を供給する発電機と、発電機からの余剰電力とブームシリンダおよびアームシリンダのブレーキ動力を発電機の機能を有する第１の電動機および第２の電動機により電力化した電力とをバッテリに充放電する充放電回路とを具備したものであり、ブームシリンダやアームシリンダが負荷により作動されたときのブレーキ動力を発電機の機能を有する電動機の発電作用で回収される電力や低負荷時に発電される余剰電力を充放電回路のバッテリに充放電し、高負荷時にバッテリから電力を供給してエンジン出力を平滑化できるので、従来システムに比較してエンジンを小型化することができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、閉回路の流体圧ポンプの容量可変制御でその閉回路の流体圧アクチュエータを速度制御する静圧駆動方式を用いているので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつ閉回路の流体圧アクチュエータが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるので、エネルギ効率を大幅に向上できる。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、開回路の流体圧ポンプの流量を閉回路の流体圧アクチュエータに配分することができるので、閉回路の流体圧ポンプを小型化でき、ポンプ実装を容易にでき、かつコストを下げることができる。また、複数の流体圧アクチュエータを連動操作した場合、各回路の流体圧アクチュエータを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じて開回路の流体圧ポンプから閉回路の流体圧アクチュエータに作動流体を配分できるので、従来のシステムに比較して負荷干渉を少なくすることができ、操作性を向上できる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、第１の流体圧ポンプおよび第２の流体圧ポンプの容量可変制御でブームシリンダおよびアームシリンダの作動速度を制御する静圧駆動方式を用いているので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつブームシリンダやアームシリンダが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるので、エネルギ効率を大幅に向上できる。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、バケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプの流量をブームシリンダ、アームシリンダに配分することができるので、ブームシリンダ用およびアームシリンダ用の第１の流体圧ポンプおよび第２の流体圧ポンプを小型化でき、これらのポンプ実装を容易にでき、かつコストを下げることができる。また、ブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダを連動操作した場合、各回路のシリンダを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じてバケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプからブームシリンダ、アームシリンダに作動流体を配分できるので、従来のシステムに比較して負荷干渉を少なくすることができ、操作性を向上できる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、ブームシリンダやアームシリンダが負荷により作動されたときのブレーキ動力を電動・発電機の発電作用で回収した電力や、低負荷時に電動・発電機で発電された余剰電力を充放電回路のバッテリに充電でき、一方、高負荷時はバッテリから放電された電力により電動・発電機を駆動してエンジン出力を平滑化できるので、従来システムに比較してエンジンを小型化することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、閉回路の流体圧ポンプの回転速度を制御することでその閉回路の流体圧アクチュエータを速度制御するので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失を大幅に削減でき、かつ閉回路の流体圧アクチュエータが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるので、エネルギ効率を大幅に向上できる。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、開回路の流体圧ポンプの流量を閉回路の流体圧アクチュエータに配分することができるので、閉回路の流体圧ポンプを小型化でき、ポンプおよび電動機実装を容易にでき、かつコストを下げることができる。また、複数の流体圧アクチュエータを連動操作した場合、各回路の流体圧アクチュエータを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じて開回路の流体圧ポンプから閉回路の流体圧アクチュエータに圧油を供給するので、従来のシステムに比較して負荷干渉を少なくすることができ、連動操作を容易にできる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、第１の流体圧ポンプおよび第２の流体圧ポンプの回転速度制御でブームシリンダおよびアームシリンダの作動速度を制御するので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失を大幅に削減でき、かつブームシリンダやアームシリンダが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるのでエネルギ効率を大幅に向上できる。また、従来のシステムに比較して絞り損失による作動流体の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。さらに、バケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプの流量をブームシリンダ、アームシリンダに配分することができるので、ブームシリンダ用およびアームシリンダ用の第１の流体圧ポンプおよび電動機と、第２の流体圧ポンプおよび電動機を小型化でき、これらのポンプおよび電動機実装が容易になり、かつコストを下げることができる。また、ブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダを連動操作した場合、各回路のシリンダを独立した流体圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じてバケットシリンダ用の第３の流体圧ポンプからブームシリンダ、アームシリンダに圧油を供給するので、従来のシステムに比較して負荷干渉を少なくすることができ、連動操作を容易にできる。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、ブームシリンダやアームシリンダが負荷により作動されたときのブレーキ動力を発電機の機能を有する電動機の発電作用で回収される電力や低負荷時に発電される余剰電力を充放電回路のバッテリに充電し、高負荷時にバッテリから電力を供給してエンジン出力を平滑化できるので、従来システムに比較してエンジンを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る作業機械の駆動装置を、図１に示された一実施の形態、図２に示された他の実施の形態を参照しながら詳細に説明する。なお、作業機械は、図３に示された油圧ショベルを参照する。
【００２３】
先ず、図１に示された駆動装置の一実施の形態に係るシステム構成を説明する。なお、このシステム構成は、図３に示された油圧ショベルにおいて、作業装置６の駆動部のみを示し、その他の下部走行体１の走行系アクチュエータおよび上部旋回体２の旋回系アクチュエータの構成機器は、説明を省略する。
【００２４】
図１において、動力源であるエンジン７には、エンジン７の動力を配分する動力伝達装置20が接続され、この動力伝達装置20には、第１の流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ3aを駆動するための第１の流体圧ポンプとしての両傾転型可変容量式の油圧ポンプ21と、第２の流体圧アクチュエータとしてのアームシリンダ4aを駆動するための第２の流体圧ポンプとしての両傾転型可変容量式の油圧ポンプ22と、第３の流体圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ5aを駆動するための第３の流体圧ポンプとしての片傾転型可変容量式の油圧ポンプ23とが、それぞれ装着されている。
【００２５】
これらの第１、第２および第３の油圧ポンプ21，22，23には、第１、第２および第３の容量可変手段としての斜板の傾転角を制御する第１、第２および第３の斜板制御装置21a，22a，23aがそれぞれ設けられ、油圧ポンプ23には、チャージポンプ24が接続されている。第１および第２の油圧ポンプ21，22は、圧油の供給を受けると油圧モータとしても機能する。
【００２６】
作動流体としての作動油のうち、余剰油をタンク42に排出するためのフラッシングバルブ25と、低圧側の圧力を保持するための低圧用リリーフ弁26と、シリンダの落下動作を防止するための電磁切換弁27a，27bと、バキューム防止用チェック弁28と、オーバーロードリリーフ弁29a，29bとによって、ブームシリンダ3aに設けられたバルブユニット45が構成されている。
【００２７】
アームシリンダ4aに設けられたバルブユニット46は、ブームシリンダ3aのバルブユニット45と同様の、フラッシングバルブ30、低圧用リリーフ弁31、電磁切換弁32a，32b、バキューム防止用チェック弁33、オーバーロードリリーフ弁34a，34bにより構成されている。
【００２８】
そして、ブームシリンダ3aに対して第１の閉回路Ａが設置されている。この第１の閉回路Ａは、第１の斜板制御装置21aにより流量調整すなわち容量可変制御される油圧ポンプ21の斜板制御でこの油圧ポンプ21に接続されたブームシリンダ3aの作動速度を制御するものである。
【００２９】
同様に、アームシリンダ4aに対して第２の閉回路Ｂが設置されている。この第２の閉回路Ｂは、第２の斜板制御装置22aにより流量調整すなわち容量可変制御される油圧ポンプ22の斜板制御でこの油圧ポンプ22に接続されたアームシリンダ4aの作動速度を制御するものである。
【００３０】
さらに、バケットシリンダ5aに対して開回路Ｃが設置されている。この開回路Ｃは、第３の斜板制御装置23aにより流量調整すなわち容量可変制御される油圧ポンプ23の斜板制御と、この油圧ポンプ23から供給された作動油を制御するコントロールバルブ35およびこのコントロールバルブ35と並列に設けられたバイパスバルブ62による流量制御とで、このコントロールバルブ35に接続されたバケットシリンダ5aの作動速度を制御するものである。
【００３１】
バケットシリンダ5aを制御するための開回路Ｃにて、コントロールバルブ35およびバイパスバルブ62よりポンプ側から、油圧ポンプ23の作動油をブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aに配分する配分回路Ｄが分岐され、この配分回路Ｄには、チェック弁36，38と、油圧ポンプ23の圧油をブームシリンダ3aに供給するための電磁比例切換弁37と、油圧ポンプ23の圧油をアームシリンダ4aに供給するための電磁比例切換弁39とが設けられている。
【００３２】
チャージポンプ24の吐出ラインには、チャージポンプ24の圧油を低圧ラインに供給するためのチャージ用チェック弁40，41が設けられている。油圧ポンプ23およびチャージポンプ24の吸込口は、タンク42内に連通されている。
【００３３】
エンジン７の駆動部としての動力伝達装置20には、電動機および発電機の両機能を有する電動・発電機63が設けられている。
【００３４】
この電動・発電機63には、インバータ／コンバータ64を介してバッテリ65が接続され、インバータ／コンバータ64によりバッテリ65の充電・放電の電流制御が行なわれる。
【００３５】
これらのインバータ／コンバータ64およびバッテリ65は、充放電回路Ｆを構成し、軽負荷時のエンジン７の余剰動力は、発電機として機能する電動・発電機63で電力に変換されるとともに、ブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aのブレーキ動力は、発電機として機能する電動・発電機63で電力に変換され、これらの電力はインバータ／コンバータ64により制御されてバッテリ65に充電される。
【００３６】
一方、エンジン７の動力が不足した場合は、バッテリ65からインバータ／コンバータ64を経て放電制御された電力を電動・発電機63に供給して、この電動・発電機63を電動機として駆動することでエンジン７の動力を補助する。
【００３７】
次に、この図１に示された実施の形態の作用を説明する。
【００３８】
（１）非操作時
図１において、非操作時は油圧ポンプ21、22、23は最小傾転角に制御され、電磁切換弁27a，27b，32a，32bおよびコントロールバルブ35は全て閉じられ、かつバイパスバルブ62が開かれ、ブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、およびバケットシリンダ5aは停止状態で保持される。
【００３９】
（２）アクチュエータ単独操作時
ブームシリンダ3aを伸び側に単独操作すると、斜板制御装置21aによって油圧ポンプ21の斜板が立ち上げられ、同時に電磁切換弁27a，27bが開かれる。
【００４０】
油圧ポンプ21の圧油は、電磁切換弁27bからブームシリンダ3aのボトム室に供給され、一方ブームシリンダ3aのロッド室の作動油は、電磁切換弁27aから油圧ポンプ21に戻される。
【００４１】
この時、ブームシリンダ3aのロッド室からの戻り油量は、油圧ポンプ21からブームシリンダ3aのボトム室に供給される油量よりも少ないので、戻り油の不足分はチャージポンプ24からチャージ用チェック弁40を介して油圧ポンプ21に供給される。
【００４２】
ブームシリンダ3aの伸び速度をさらに上げる場合は、油圧ポンプ23の斜板を立上げると同時に、バイパスバルブ62を閉じ、かつ電磁比例切換弁37の開口を制御して、油圧ポンプ23の圧油をブームシリンダ3aのボトム室に補充する。
【００４３】
ブームシリンダ3aを縮み側に単独操作した場合は、油圧ポンプ21の斜板は、上記の伸び操作と逆方向に制御される。
【００４４】
この時、ブームシリンダ3aのボトム室は圧力が立っているので、油圧ポンプ21はモータ作用し、そのブレーキ動力は動力伝達装置20を介してエンジン７および他の油圧ポンプに吸収される。
【００４５】
また、ブームシリンダ3aのボトム室から油圧ポンプ21に戻る油量は、ロッド室に供給する油量よりも多くなるので、余剰油はフラッシングバルブ25からタンク42に戻される。
【００４６】
アームシリンダ4aの伸縮作用も、ブームシリンダ3aと同じ作用で行われる。
【００４７】
バケットシリンダ5aを伸縮操作すると、油圧ポンプ23の斜板が立上げられ、同時にバイパスバルブ62を閉じ、かつコントロールバルブ35の開口が制御され、バケットシリンダ5aに圧油が供給され伸縮動作が行われる。
【００４８】
（３）アクチュエータ連動操作時
ブームシリンダ3a、アームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5aを連動操作した場合は、ブームシリンダ3aは油圧ポンプ21、アームシリンダ4aは油圧ポンプ22、バケットシリンダ5aは油圧ポンプ23によって駆動される。
【００４９】
ただし、ブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aが油圧ポンプ21、22から供給される流量以上を要求した時は、各シリンダのレバー操作量に応じて電磁比例切換弁37および39の開口が制御され、油圧ポンプ23の圧油がブームシリンダ3aやアームシリンダ4aに補充され、レバー操作に対応したシリンダ速度が得られるように制御される。
【００５０】
ブームシリンダ3aを縮み側に単独操作した場合は、油圧ポンプ21はモータ作用し、動力伝達装置20を介して電動・発電機63を駆動し、この電動・発電機63でブームシリンダ3aのブレーキ動力を電力に変換して、その電力をインバータ／コンバータ64を介してバッテリ65に充電する。
【００５１】
アームシリンダ4aについてもブームシリンダ3aと同様にブレーキ動力を電力に変換してバッテリ65に充電する。
【００５２】
次に、この図１に示された実施の形態の効果を説明する。
【００５３】
閉回路Ａ，Ｂの油圧ポンプ21，22の斜板制御でブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aの作動速度を制御する静圧駆動方式を用いているので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつ閉回路Ａのブームシリンダ3aが負荷により作動されるブームシリンダ縮み時や、閉回路Ｂのアームシリンダ4aが負荷により作動されるアームシリンダ伸び時のブレーキ動力を回収できるので、エネルギ効率が大幅に向上する。
【００５４】
従来のシステムに比較して絞り損失による作動油の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。
【００５５】
開回路Ｃのバケットシリンダ駆動用の油圧ポンプ23の流量を閉回路Ａ，Ｂのブームシリンダ3a、アームシリンダ4aに配分することができるので、ブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aの油圧ポンプ21，22を小型化でき、ポンプ実装が容易になり、かつコストを下げることができる。
【００５６】
ブームシリンダ3a、アームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5aを連動操作した場合、各回路Ａ，Ｂ，Ｃのシリンダ3a，4a，5aを独立した油圧ポンプ21，22，23で駆動でき、かつ必要に応じてバケットシリンダ駆動用の油圧ポンプ23からブームシリンダ3a、アームシリンダ4aに圧油を配分できるので、従来のシステムに比較して負荷干渉が少なくなり、操作性が向上する。
【００５７】
アクチュエータ連動操作において、負荷が大きくエンジン７の動力が不足した場合は、バッテリ65からインバータ／コンバータ64を介して電動・発電機63に電力を供給し、この電動・発電機63で動力伝達装置20を駆動する。
【００５８】
一方、エンジン７の負荷が小さい場合は、エンジン７で電動・発電機63を駆動して電力を発電し、その電力をインバータ／コンバータ64を介してバッテリ65に充電する。
【００５９】
上記の作用により、エンジン７の出力を平滑化できるので、従来システムに比較してエンジン７を小型化することができる。
【００６０】
次に、図２に示された駆動装置の他の実施の形態を説明する。この図２において、基本的なシステム構成は、図１に示された実施の形態とほぼ同じであるので、同一部分には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００６１】
図２において、エンジン７には、このエンジン７により駆動される発電機50が接続され、この発電機50には、ブームシリンダ3aを駆動するための発電機の機能を有する第１の電動機としての電動・発電機51、アームシリンダ4aを駆動するための発電機の機能を有する第２の電動機としての電動・発電機52、バケットシリンダ5aを駆動するための第３の電動機としての電動機53が、これらの電動・発電機51，52および電動機53の電流を制御するためのパワーコントロールユニット54，55，56を介して、それぞれ電気配線により接続されている。
【００６２】
電動・発電機51には、ブームシリンダ3aを駆動するための正逆転可能な第１の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ57が接続され、電動・発電機52には、アームシリンダ4aを駆動するための正逆転可能な第２の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ58が接続され、電動機53には、バケットシリンダ5aを駆動するための第３の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ59が接続されている。油圧ポンプ57，58は、圧油の供給を受けると油圧モータとしても機能する。
【００６３】
そして、ブームシリンダ3aに対して第１の閉回路Ａが設置されている。この第１の閉回路Ａは、電動・発電機51の回転速度を制御することでこの電動・発電機51に接続された油圧ポンプ57の吐出流量を調整して、この油圧ポンプ57に接続されたブームシリンダ3aの作動速度を制御するものである。
【００６４】
同様に、アームシリンダ4aに対して第２の閉回路Ｂが設置されている。この第２の閉回路Ｂは、電動・発電機52の回転速度を制御することでこの電動・発電機52に接続された油圧ポンプ58の吐出流量を調整して、この油圧ポンプ58に接続されたアームシリンダ4aの作動速度を制御するものである。
【００６５】
さらに、バケットシリンダ5aに対して開回路Ｃが設置されている。この開回路Ｃは、電動機53の回転速度を制御することでこの電動機53に接続された油圧ポンプ59の回転速度を制御するとともに、この油圧ポンプ59から供給された作動油をコントロールバルブ35およびバイパスバルブ62により流量制御することで、このコントロールバルブ35に接続されたバケットシリンダ5aの作動速度を制御するものである。
【００６６】
この開回路Ｃのコントロールバルブ35およびバイパスバルブ62よりポンプ側から、油圧ポンプ59の作動油をブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aに配分する配分回路Ｄが分岐されている。
【００６７】
発電機50、電動・発電機51，52および電動機53には、バッテリ60が、このバッテリ60の充電・放電の電流制御を行うインバータ／コンバータ61を介して接続され、発電機50からの余剰電力とブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aのブレーキ動力を発電機の機能を有する電動・発電機51，52により電力化した電力とをバッテリ60に充放電する充放電回路Ｅが、これらのバッテリ60およびインバータ／コンバータ61により構成されている。
【００６８】
次に、この図２に示された実施の形態の作用を説明する。
【００６９】
（１）非操作時
図２において、非操作時は、電動・発電機51，52および電動機53は停止状態に制御され、かつ電磁切換弁27a，27b，32a，32bおよびコントロールバルブ35は全て閉じられ、かつバイパスバルブ62が開かれ、ブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、およびバケットシリンダ5aは停止状態を保持する。
【００７０】
（２）アクチュエータ単独操作時
ブームシリンダ3aを伸び側に単独操作すると、パワーコントロールユニット54によって電動・発電機51に電流が供給され、油圧ポンプ57が駆動される。
【００７１】
同時に電磁切換弁27a，27bが開かれ、油圧ポンプ57の圧油は、電磁切換弁27bからブームシリンダ3aのボトム室に供給される。
【００７２】
一方、ブームシリンダ3aのロッド側室の作動油は、電磁切換弁27aから油圧ポンプ57に戻される。
【００７３】
この時、ブームシリンダ3aのロッド室からの戻り油量は、油圧ポンプ57からブームシリンダ3aのボトム室に供給される油量よりも少ないので、戻り油の不足分はチャージポンプ24からチャージ用チェック弁40を介して油圧ポンプ57に供給される。
【００７４】
ブームシリンダ3aの伸び速度をさらに上げる場合は、パワーコントロールユニット56で電動機53の回転を制御して油圧ポンプ59の回転を立上げると同時に、バイパスバルブ62を閉じ、かつ電磁比例切換弁37の開口を制御して、油圧ポンプ59の圧油をブームシリンダ3aのボトム室に補充する。
【００７５】
ブームシリンダ3aを縮み側に単独操作した場合は、電動・発電機51は上記の伸び操作と逆回転に制御される。
【００７６】
この時、ブームシリンダ3aのボトム室は圧力が立っているので、油圧ポンプ57はモータ作用して電動・発電機51を駆動する。
【００７７】
従って、電動・発電機51は発電機として作動し、発生した電力はパワーコントロールユニット54を介して他の電動機に供給されたり、バッテリ60に充電される。
【００７８】
また、ブームシリンダ3aのボトム室から油圧ポンプ57に戻る油量は、ロッド室に供給する油量よりも多くなるので、余剰油はフラッシングバルブ25からタンク42に戻される。
【００７９】
アームシリンダ4aの伸縮作用も、ブームシリンダ3aと同じ作用で行われる。
【００８０】
バケットシリンダ5aを伸縮操作すると、電動機53が駆動され、油圧ポンプ59から圧油を供給するとともに、バイパスバルブ62を閉じ、かつコントロールバルブ35の開口が制御されて、バケットシリンダ5aに圧油が供給され、伸縮動作が行われる。
【００８１】
（３）アクチュエータ連動操作時
ブームシリンダ3a、アームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5aを連動操作した場合は、電動・発電機51、52、電動機53が駆動され、ブームシリンダ3aは油圧ポンプ57、アームシリンダ4aは油圧ポンプ58、バケットシリンダ5aは油圧ポンプ59からそれぞれ圧油が供給される。
【００８２】
ただし、ブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aが油圧ポンプ57、58から供給される流量以上を要求した時は、各シリンダのレバー操作量に応じてバイパスバルブ62を閉じ、かつ電磁比例切換弁37および39の開口が制御され、油圧ポンプ59の圧油がブームシリンダ3aやアームシリンダ4aに補充され、レバー操作に対応したシリンダ速度が得られるように制御される。
【００８３】
次に、この図２に示された実施の形態の効果を説明する。
【００８４】
電動・発電機51，52により閉回路Ａ，Ｂの油圧ポンプ57，58の回転速度を制御することで、その閉回路Ａ，Ｂのブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aの作動速度を制御するので、従来システムのコントロールバルブによる絞り損失が大幅に削減でき、かつ閉回路Ａ，Ｂのブームシリンダ3aやアームシリンダ4aが負荷により作動されるときのブレーキ動力を回収できるのでエネルギ効率が大幅に向上する。
【００８５】
従来のシステムに比較して絞り損失による作動油の発熱が少なくなるので、冷却装置を小型化できる。
【００８６】
開回路Ｃのバケットシリンダ駆動用の油圧ポンプ59の流量を閉回路Ａ，Ｂのブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aに配分することができるので、ブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aの油圧ポンプ57，58および電動・発電機51，52を小型化でき、ポンプおよび電動・発電機実装が容易になり、かつコストを下げることができる。
【００８７】
ブームシリンダ3a、アームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5aを連動操作した場合、各回路Ａ，Ｂ，Ｃのシリンダ3a，4a，5aを独立した油圧ポンプで駆動でき、かつ必要に応じてバケットシリンダ駆動用の油圧ポンプ59からブームシリンダ3a、アームシリンダ4aに圧油を供給するので、従来のシステムに比較して負荷干渉が少なくなり、連動操作が容易になる。
【００８８】
ブームシリンダ3aやアームシリンダ4aが負荷により作動されたときのブレーキ動力を発電機の機能を有する電動・発電機51，52の発電作用で回収される電力や低負荷時に発電される余剰電力を充放電回路Ｅのバッテリ60に充電し、高負荷時にこのバッテリ60から電力を供給してエンジン７の出力を平滑化できるので、従来システムに比較してエンジン７を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に係る作業機械の駆動装置の一実施の形態を示す油圧回路図である。
【図２】本発明に係る作業機械の駆動装置の他の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図３】作業機械としての油圧ショベルを示す側面図である。
【図４】従来の油圧ショベルを作動する油圧システムを示す油圧回路図である。
【符号の説明】
【００９０】
Ａ    第１の閉回路
Ｂ    第２の閉回路
Ｃ    開回路
Ｄ    配分回路
Ｅ    充放電回路
Ｆ    充放電回路
３    ブーム
４    アーム
５    バケット
3a    第１の流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ
4a    第２の流体圧アクチュエータとしてのアームシリンダ
5a    第３の流体圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ
６    作業装置
７    エンジン
20    駆動部としての動力伝達装置
21    第１の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
22    第２の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
23    第３の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
21a   第１の容量可変手段としての斜板制御装置
22a   第２の容量可変手段としての斜板制御装置
23a   第３の容量可変手段としての斜板制御装置
35    コントロールバルブ
50    発電機
51    第１の電動機としての電動・発電機
52    第２の電動機としての電動・発電機
53    第３の電動機としての電動機
57    第１の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
58    第２の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
59    第３の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
60    バッテリ
62    バイパスバルブ
63    電動・発電機
65    バッテリ
【図１】
2005076781.tif 000003
【図２】
2005076781.tif 000004
【図３】
2005076781.tif 000005
【図４】
2005076781.tif 000006