(57)【要約】      （修正有）【課題】位置エネルギの回収効率及びアタッチメントの操作性を高めることができる建設機械のエネルギ回生装置の提供する。【解決手段】アシストシリンダ７０のヘッド（第１油室）側をアキュムレータ８４に接続すると共にアシストシリンダ７０のロッド（第２油室）側をタンク２２に接続する第１状態と、アシストシリンダ７０のヘッド（第１油室）及びロッド（第２油室）側をタンク２２に接続する第２状態と、アシストシリンダ７０のヘッド（第１油室）及びロッド（第２油室）側をアキュムレータ８４に接続する第３状態とを選択的に形成するように切換可能なバルブ装置９０と、作業要素のストローク位置に応じて、バルブ装置９０の状態を、第１状態、第２状態及び第３状態のうちの２つの状態間で、所定の時間比で切り換えるコントローラ５４とを備える。【選択図】図３
2013160320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主油圧シリンダにより駆動される作業要素を、アシストシリンダによりアシスト駆動する建設機械のエネルギ回生装置であって、
前記アシストシリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記アシストシリンダと前記アキュムレータ及び前記タンクとの間に設けられるバルブ装置であって、前記アシストシリンダの第１油室側を前記アキュムレータに接続すると共に前記アシストシリンダの第２油室側を前記タンクに接続する第１状態と、前記アシストシリンダの第１油室側及び第２油室側を前記タンクに接続する第２状態と、前記アシストシリンダの第１油室側及び第２油室側を前記アキュムレータに接続する第３状態とを選択的に形成するように切換可能なバルブ装置と、
前記バルブ装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記作業要素のストローク位置に応じて、前記バルブ装置の状態を、前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態のうちの２つの状態間で、所定の時間比で切り換えることを特徴とする、エネルギ回生装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記作業要素の位置に応じて、前記バルブ装置の状態を、前記第１状態と前記第３状態との間で、又は前記第２状態と前記第３状態との間で、所定の時間比で切り換える、請求項１に記載のエネルギ回生装置。
【請求項３】
主油圧シリンダにより駆動される作業要素を、アシストシリンダによりアシスト駆動する建設機械のエネルギ回生装置であって、
前記アシストシリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記アシストシリンダと前記アキュムレータ及び前記タンクとの間に設けられるバルブ装置であって、前記アシストシリンダの第１油室側を前記アキュムレータに接続すると共に前記アシストシリンダの第２油室側を前記タンクに接続する第１状態と、前記アシストシリンダの第１油室側及び第２油室側を前記タンクに接続する第２状態とを選択的に形成するように切換可能なバルブ装置と、
前記バルブ装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記作業要素のストローク位置に応じて、前記バルブ装置の状態を、前記第１状態及び前記第２状態との間で、所定の時間比で切り換えることを特徴とする、エネルギ回生装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記作業要素のストローク位置に応じて、前記アシストシリンダによるアシスト目標推力を算出すると共に、前記アキュムレータにより生成されるアキュムレータ圧に基づいて、切り換える各状態で発生されるアシスト推力を算出し、
前記コントローラは、前記アシスト目標推力と、各状態で発生されるアシスト推力とに基づいて、前記所定の時間比を決定する、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のエネルギ回生装置。
【請求項５】
前記作業要素は、ブームである、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のエネルギ回生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械のエネルギ回生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ブームの上方回動動作を補助するアシストシリンダを備え、ブームの下方回動動作時にアシストシリンダから送出される圧油を蓄積するアキュムレータを備える作業機のエネルギ回生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このエネルギ回生装置では、アシストシリンダは、その軸心がブームの上方回動動作時にブームシリンダの軸心に対して後退する位置に配されるように設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１５２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の構成では、上記のようにアシストシリンダの取り付け位置を工夫することで、アタッチメント重力の推移（アシストシリンダ保持圧特性）をアキュムレータの圧力の推移（アシストシリンダ作動圧特性）にできるだけ一致させるように構成しているが、依然としてこれらの推移には乖離が存在する。このような乖離が存在する場合、位置エネルギの回収効率又はアタッチメントの操作性が悪化することになる。
【０００５】
そこで、本発明は、位置エネルギの回収効率及びアタッチメントの操作性を高めることができる建設機械のエネルギ回生装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、主油圧シリンダにより駆動される作業要素を、アシストシリンダによりアシスト駆動する建設機械のエネルギ回生装置であって、
前記アシストシリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記アシストシリンダと前記アキュムレータ及び前記タンクとの間に設けられるバルブ装置であって、前記アシストシリンダの第１油室側を前記アキュムレータに接続すると共に前記アシストシリンダの第２油室側を前記タンクに接続する第１状態と、前記アシストシリンダの第１油室側及び第２油室側を前記タンクに接続する第２状態と、前記アシストシリンダの第１油室側及び第２油室側を前記アキュムレータに接続する第３状態とを選択的に形成するように切換可能なバルブ装置と、
前記バルブ装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記作業要素のストローク位置に応じて、前記バルブ装置の状態を、前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態のうちの２つの状態間で、所定の時間比で切り換えることを特徴とする、エネルギ回生装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、位置エネルギの回収効率及びアタッチメントの操作性を高めることができる建設機械のエネルギ回生装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。
【図２】建設機械１に搭載される油圧ポンプ制御装置１００の油圧回路図の一例を示す図である。
【図３】アシストシリンダ７０に関連したエネルギ回生装置１０２の一例の要部構成を示す図である。
【図４】バルブ装置９０の各状態を示す図である。
【図５】メインコントローラ５４により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】メインコントローラ５４により実行される主要処理の他の一例を示すフローチャートである。
【図７】アシスト目標推力とシリンダストロークと共に、各デューティ比Ｄ１，Ｄ２，Ｄの設定の考え方を示す図である。
【図８】アシストシリンダ７０に関連した他の一例によるエネルギ回生装置１０２'の要部構成を示す図である。
【図９】バルブ装置９０'の各状態を示す図である。
【図１０】差動状態及びタンク状態を実現する際のバルブ装置９０'の状態の代替例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１０】
図１は、本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。図１において、建設機械１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。また、上部旋回体３は、前方中央部に、ブーム４、アーム５及びバケット６、並びに、これらをそれぞれ駆動する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から構成される掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。
【００１１】
また、上部旋回体３は、ブームシリンダ７に加えて、ブーム４の上下動を補助するようにブーム４を駆動するアシストシリンダ７０を備える。アシストシリンダ７０は、ブームシリンダ７と同様、一端が上部旋回体３側に回転可能に取り付けられ、他端がブーム４に回転可能に取り付けられる。アシストシリンダ７０は、対で２つ設けられてもよいし、３つ以上設けられてもよい。また、アシストシリンダ７０は、ブームシリンダ７に平行に設けられてもよいし、ブームシリンダ７に対して角度をなして設けられてもよい。また、アシストシリンダ７０は、図１に示すように、ブームシリンダ７よりも前方側に設けられてもよいし、或いは、ブームシリンダ７よりも後方側に設けられてもよい。
【００１２】
図示の例では、アシストシリンダ７０は、ヘッド側が上部旋回体３に回転可能に取り付けられ、ロッド側がブーム４に回転可能に取り付けられる。また、図示の例では、アシストシリンダ７０は、ブーム４の上げ方向が伸び方向に対応し、ブーム４の下げ方向が縮み方向に対応する関係で配置されている。しかしながら、アシストシリンダ７０は、ブーム４の上げ方向が縮み方向に対応し、ブーム４の下げ方向が伸び方向に対応する関係で配置されてもよい。
【００１３】
図２は、建設機械１に搭載される油圧ポンプ制御装置１００の油圧回路図の一例を示す図である。図２においては、アシストシリンダ７０に関連した油圧回路部分は省略されている。アシストシリンダ７０に関連した油圧回路部分については、図３以降を参照して後述する。
【００１４】
油圧ポンプ制御装置１００は、エンジン又は電動モータによって駆動される二つの油圧ポンプ１０L、１０Rから、切換弁１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ及び１５Ｌを連通するセンターバイパス管路３０L、又は、切換弁１１Ｒ、１２R、１３Ｒ、１４Ｒ及び１５Ｒを連通するセンターバイパス管路３０Rを経てタンク２２まで圧油を循環させる。尚、油圧ポンプ１０L、１０Rは、可変容量傾斜板ピストンポンプであり、一回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）が可変である。油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出圧Ｐ１，Ｐ２は、圧力センサ２８Ｌ，２８Ｒにより検出される。圧力センサ２８Ｌ，２８Ｒの出力信号は、メインコントローラ５４に供給される。
【００１５】
切換弁１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ及び１５Ｌ、及び、切換弁１１Ｒ、１２R、１３Ｒ、１４Ｒ及び１５Ｒは全てオープンセンター型である。即ち、切換弁１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ及び１５Ｌ、及び、切換弁１１Ｒ、１２R、１３Ｒ、１４Ｒ及び１５Ｒは、それぞれのブリードオフ通路がセンターバイパス管路３０L、３０Ｒに接続されることにより、常態で油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出側をタンク２２に連通させる。
【００１６】
また、切換弁１１Ｌは、油圧ポンプ１０Lが吐出する圧油を走行用油圧モータ４２Lで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１７】
切換弁１１Ｒは、走行直進弁であり、下部走行体２を駆動する走行用油圧モータ４２L、４２Rと、上部旋回体３の何れかの油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９又は旋回用油圧モータ４４である。）とが同時に操作された場合に、下部走行体２の直進性を高めるために油圧ポンプ１０Ｌから左右の走行用油圧モータ４２L、４２Rに圧油を循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１８】
また、切換弁１２Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する圧油を旋回用油圧モータ４４で循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１２Ｒは、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油を走行用油圧モータ４２Rで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１９】
また、切換弁１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する圧油をブームシリンダ７へ供給し、また、ブームシリンダ７内の圧油をタンク２２へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１３Ｒは、操作装置２６のブーム操作レバーが操作された場合に作動するスプール弁（以下、「第一速ブーム切換弁１３Ｒ」とする。）であり、切換弁１３Ｌは、ブーム操作レバーが所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ１０Ｌの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁（以下、「第二速ブーム切換弁１３Ｌ」とする。）である。
【００２０】
切換弁１４Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油をバケットシリンダ９へ供給し、また、バケットシリンダ９内の圧油をタンク２２へ排出するためのスプール弁である。
【００２１】
また、切換弁１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する圧油をアームシリンダ８へ供給し、また、アームシリンダ８内の圧油をタンク２２へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１５Ｌは、操作装置２６のアーム操作レバーが操作された場合に作動するスプール弁（以下、「第一速アーム切換弁１５Ｌ」とする。）であり、切換弁１５Ｒは、アーム操作レバーが所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ１０Ｒの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁（以下、「第二速アーム切換弁１５Ｒ」とする。）である。
【００２２】
操作装置２６は、旋回用油圧モータ４４、走行用油圧モータ４２L、４２Ｒ、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、各種のレバーやペダル（アーム操作レバー、ブーム操作レバー、バケット操作レバー、旋回操作レバー、走行ペダル（右）、走行ペダル（左））を含んでよい。操作装置２６における各種のレバーやペダルの各操作量を表す電気信号は、メインコントローラ５４に供給される。ユーザによる各種のレバーやペダルの操作量の検知方法は、パイロット圧を圧力センサで検知する方法であってもよいし、レバー角度を検知する方法であってもよい。
【００２３】
センターバイパス管路３０L、３０Rは、それぞれ、最も下流にある切換弁１５Ｌ、１５Ｒとタンク２２との間にネガコン絞り２０L、２０Ｒを備え、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出した圧油の流れを制限することにより、ネガコン絞り２０L、２０Rの上流において、ネガコンシステムのための制御圧（以下、「ネガコン圧」とする。）を発生させる圧油管路である。ネガコン圧は、ネガコン圧センサ２７Ｌ，２７Ｒにより検出される。ネガコン圧センサ２７Ｌ，２７Ｒの出力信号は、メインコントローラ５４に供給される。
【００２４】
図２に示す構成では、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流のネガコン圧、及び吐出圧Ｐ１，Ｐ２等を圧力センサ２７Ｌ，２７Ｒ，２８Ｌ，２８Ｒで検出し、検出したネガコン圧、吐出圧Ｐ１，Ｐ２等に基づいてメインコントローラ５４により吐出流量の目標値を求め、その吐出流量の目標値となるように電磁比例弁５７Ａ，５５Ａを駆動してスプール弁６００Ｌ，６００Ｒを変位させて傾転アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒを制御する。
【００２５】
典型的には、メインコントローラ５４は、検出されるネガコン圧が大きいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を減少させ、検出されるネガコン圧が小さいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させるようにする。
【００２６】
図２に示すように、建設機械１における何れの油圧アクチュエータも利用されていない場合（以下、「待機モード」とする。）、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、センターバイパス管路３０L、３０Rを通ってネガコン絞り２０L、２０Rに至り、ネガコン絞り２０L、２０Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。
【００２７】
この際、メインコントローラ５４は、スプール弁６００Ｌ、６００Ｒを第一位置に変位させ、傾転アクチュエータ４１Ｌ、４１Ｒを駆動して、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を減少させ、吐出した圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制するようにする。
【００２８】
一方、建設機械１における何れかの油圧アクチュエータが利用された場合、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、その油圧アクチュエータに対応する切換弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込み、ネガコン絞り２０L、２０Rに至る量を減少或いは消滅させ、ネガコン絞り２０L、２０Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。
【００２９】
この際、メインコントローラ５４は、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な圧油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。
【００３０】
上述のような構成により、油圧ポンプ制御装置１００は、待機モードにおいては、油圧ポンプ１０L、１０Rにおける無駄なエネルギー消費（油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出する圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒで発生させるポンピングロス）を抑制しながらも、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒから必要十分な圧油を各種油圧アクチュエータに供給できるようにする。
【００３１】
図３は、アシストシリンダ７０に関連したエネルギ回生装置１０２の一例の要部構成を示す図である。
【００３２】
エネルギ回生装置１０２は、アシストシリンダ７０に接続されるアキュムレータ８４を備える。油路８０は、一端がアシストシリンダ７０のヘッド側に接続され、他端がアキュムレータ８４に接続される。油路８８は、一端がアシストシリンダ７０のロッド側に接続され、他端がタンク２２に接続される。
【００３３】
エネルギ回生装置１０２は、また、バルブ装置９０を備える。バルブ装置９０は、第１切換バルブ９０Ａと、第２切換バルブ９０Ｂとを備える。第１切換バルブ９０Ａ及び第２切換バルブ９０Ｂは、図示のように、開度がリニアに制御可能なバルブ(比例弁)であってよい。第１切換バルブ９０Ａは、出力側のポートがアシストシリンダ７０のヘッド側ポートに接続され、入力側の２ポートがそれぞれアキュムレータ８４と接続点８９とに接続される。第２切換バルブ９０Ｂは、出力側のポートが接続点８９を介してアシストシリンダ７０のロッド側ポートに接続され、入力側の２ポートがそれぞれアキュムレータ８４とタンク２２に接続される。
【００３４】
圧力センサ８５は、アキュムレータ８４により生成される油圧（アキュムレータ圧）を検出する。圧力センサ８５の出力信号はメインコントローラ５４に入力される。変位センサ８７は、アシストシリンダ７０の変位(ストローク位置)を検出する。変位センサ８７の出力信号はメインコントローラ５４に入力される。
【００３５】
図４は、バルブ装置９０の各状態を示す図である。
【００３６】
図４（Ａ）は、フル状態（第１状態）を実現するときのバルブ装置９０の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａを介してアキュムレータ８４に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂを介してタンク２２に連通する。
【００３７】
図４（Ｂ）は、差動状態（第３状態）を実現するときのバルブ装置９０の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａを介してアキュムレータ８４に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂを介してアキュムレータ８４に連通する。この差動モードでは、アシストシリンダ７０の受圧面積（ロッド側受圧面積とヘッド側受圧面積との差）に応じた出力が得られる。尚、本例では、アシストシリンダ７０は、伸び方向がブーム４の上げ方向に対応しているので、ヘッド側受圧面積の方がロッド側受圧面積よりも大きいものとする。
【００３８】
図４（Ｃ）は、タンク状態（第２状態）を実現するときのバルブ装置９０の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａを介してタンク２２に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂを介してタンク２２に連通する。
【００３９】
このようにしてバルブ装置９０は、メインコントローラ５４による制御下で、３つの各状態に切り換わることができる。従って、メインコントローラ５４は、ブーム４のストローク位置に応じて、バルブ装置９０の各状態の時間比（デューティ比）を変化させることで、所望のアシスト特性を実現することができる。
【００４０】
尚、アシストシリンダ７０が、ブーム４の上げ方向のときに縮み方向に対応し、ブーム４の下げ方向のときに伸び方向に対応する関係で配置される場合には、バルブ装置９０は、アシストシリンダ７０のロッド側ポートが、第１切換バルブ９０Ａを介してアキュムレータ８４に連通し、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートが、第２切換バルブ９０Ｂを介してタンク２２に連通するような接続関係によりフル状態（第１状態）を実現すればよい。
【００４１】
図５は、メインコントローラ５４により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。
【００４２】
ステップ５００では、操作レバー信号（操作装置２６のブーム操作レバーの操作量を表す信号）を受け取る。
【００４３】
ステップ５０２では、ブーム４のストローク位置（アタッチメント位置）を受け取る。ブーム４のストローク位置は、変位センサ８７からの出力信号に基づいて判断されてよい。
【００４４】
ステップ５０４では、操作レバー信号とブーム４のストローク位置とに基づいて、アシスト目標推力を決定する。アシスト目標推力は、アシストシリンダ７０により発生させるべきアシスト推力の目標値である。操作レバー信号（ブーム操作レバーの操作量）とブーム４のストローク位置と、そのときのアシスト目標推力との関係は、予めマップとして保持されてよい。例えば、ブーム操作レバーの操作量が略ゼロであるときは、アシスト目標推力は、ブーム４のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力と略一致するように決定されてよい。これに対して、ブーム操作レバーの操作量が大きくなると、アシスト目標推力は、ブーム４のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力よりも上昇時には大きく、下降時には小さくなるように決定されてもよい。尚、ブーム４のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力の特性は、試験等で取得されてよい。また、ブーム４のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力の特性は、その際のアーム５の位置やバケット６の位置によっても異なりうるので、それぞれに対して予め取得されてよい。
【００４５】
ステップ５０６では、アキュムレータ圧を受け取る。アキュムレータ圧は、例えば、油路８０に設けられる圧力センサ８５（図３参照）により検出されてよい。
【００４６】
ステップ５０８では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と差動状態受圧面積との積よりも大きいか否かが判定される。差動状態受圧面積とは、差動状態（図４（Ｂ））のときのアシストシリンダ７０の受圧面積に対応する。従って、ステップ５０８では、アシスト目標推力が、現時点のアキュムレータ圧に基づいて差動状態を実現したときに生成されるアシスト推力よりも大きいか否かが判定されることになる。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とアシストシリンダ差動時受圧面積との積よりも大きい場合は、ステップ５１０に進み、それ以外の場合は、ステップ５１４に進む。
【００４７】
ステップ５１０では、フル状態（図４（Ａ））と差動状態（図４（Ｂ））との間で切り換える際のデューティ比Ｄ１を決定する。このデューティ比Ｄ１（＝フル状態時間：差動状態時間）は、例えば、以下の式で算出されてもよい。
Ｄ１＝（アシスト目標推力−アキュムレータ圧×差動状態受圧面積）：（アキュムレータ圧×フル状態受圧面積−アシスト目標推力）
ここで、フル状態受圧面積とは、フル状態（図４（Ａ））のときのアシストシリンダ７０の受圧面積に対応する。尚、例えば、アシストシリンダ７０のヘッド受圧面積が２であり、アシストシリンダ７０のロッド側受圧面積が１であるとすると、フル状態受圧面積は、２となり、差動状態受圧面積は、１となる。
【００４８】
ステップ５１２では、上記ステップ５１０で算出したデューティ比Ｄ１にて、バルブ装置９０をフル状態（図４（Ａ））差動状態（図４（Ｂ））との間で切り換える。
【００４９】
ステップ５１４では、差動状態（図４（Ｂ））とタンク状態（図４（Ｃ））との間で切り換える際のデューティ比Ｄ２を決定する。このデューティ比Ｄ２（＝差動状態時間：タンク状態時間）は、例えば、以下の式で算出されてもよい。
Ｄ２＝（アシスト目標推力−アキュムレータ圧×タンク状態受圧面積）：（アキュムレータ圧×差動状態受圧面積−アシスト目標推力）
ここで、タンク状態受圧面積とは、タンク状態（図４（Ｃ））のときのアシストシリンダ７０の受圧面積に対応し、ゼロである。
【００５０】
ステップ５１６では、上記ステップ５１４で算出したデューティ比Ｄ２にて、バルブ装置９０を差動状態（図４（Ｂ））とタンク状態（図４（Ｃ））との間で切り換える。
【００５１】
図６は、メインコントローラ５４により実行される主要処理の他の一例を示すフローチャートである。
【００５２】
図６に示すステップ６００からステップ６０６までの処理は、図５に示したステップ５００からステップ５０６までの処理と同様である。
【００５３】
ステップ６０８では、フル状態（図４（Ａ））とタンク状態（図４（Ｃ））との間で切り換える際のデューティ比Ｄを決定する。このデューティ比Ｄ（＝フル状態時間：タンク状態時間）は、例えば、以下の式で算出されてもよい。
Ｄ＝（アシスト目標推力−アキュムレータ圧×タンク状態受圧面積）：（アキュムレータ圧×フル状態受圧面積−アシスト目標推力）
ステップ６１０では、上記ステップ６０８で算出したデューティ比Ｄにて、バルブ装置９０をフル状態（図４（Ａ））とタンク状態（図４（Ｃ））との間で切り換える。
【００５４】
尚、図５及び図６に示す主要処理は組み合わせることも可能である。例えば、図５に示す処理において、図５のステップ５１０及び５１２の処理に代えて、図６のステップ６０８及び６１０の処理が実行されてもよい。同様に、図５に示す処理において、図５のステップ５１４及び５１６の処理に代えて、図６のステップ６０８及び６１０の処理が実行されてもよい。尚、アシストシリンダ７０が、ブーム４の上げ方向のときに縮み方向に対応し、ブーム４の下げ方向のときに伸び方向に対応する関係で配置される場合には、図６に示す主要処理を用いることが好ましい。
【００５５】
図７は、図５及び図６に関連した図であり、アシスト目標推力とシリンダストロークと共に、各デューティ比Ｄ１，Ｄ２，Ｄの設定の考え方を示す図である。横軸はシリンダストローク（ブームシリンダ７の長さ）を示し、縦軸は各推力を示す。
【００５６】
図７では、アシスト目標推力の特性は、ブームシリンダ保持推力と同じであるとして示されている。但し、上述の如くアシスト目標推力は、ブームシリンダ保持推力と必ずしも同一である必要はない。また、ブームシリンダ保持推力の特性は、簡易的に一定な特性を有する。図７には、その他、フル状態での推力（アキュムレータ圧×フル状態受圧面積）、差動状態での推力（アキュムレータ圧×差動状態受圧面積）、タンク状態での推力（アキュムレータ圧×タンク状態受圧面積）がそれぞれ示されている。
【００５７】
図５に示す処理によれば、図７で示すように、アシスト目標推力が、差動状態での推力よりも大きい区間では、フル状態（図４（Ａ））と差動状態（図４（Ｂ））との間でデューティ比Ｄ１により高速切り替えが実施される。また、アシスト目標推力が、差動状態での推力よりも小さい区間では、差動状態（図４（Ｂ））とタンク状態（図４（Ｃ））との間でデューティ比Ｄ２により高速切り替えが実施される。また、図６に示す処理によれば、図７で示すように、全ての区間に亘って、フル状態（図４（Ａ））とタンク状態（図４（Ｃ））との間でデューティ比Ｄにより高速切り替えが実施される。
【００５８】
ところで、アキュムレータ圧の特性は、図５に示すように、例えば受圧面積が１である差動状態での推力の特性と同様であり、シリンダストロークが小さいときは大きく、シリンダストロークが大きくなるにつれて小さくなる。このアキュムレータ圧の特性は、ブームシリンダ保持推力の特性と大きく乖離する。従って、アキュムレータ圧をそのまま用いてアシスト推力を発生させる構成では、位置エネルギの回収効率又はアタッチメントの操作性が悪化することになる。例えば、差動状態での推力のみを用いる構成では、例えばフル状態での推力のみを用いる構成よりもブームシリンダ保持推力の特性に近づく分だけ有利であるが、依然としてブームシリンダ保持推力の特性との乖離が大きく、位置エネルギの回収効率又はアタッチメントの操作性が悪化することになる。
【００５９】
これに対して、本実施例によれば、シリンダストロークに応じたデューティ比にて少なくとも２つの状態間で高速切換されることにより、アシスト目標推力の特性をブームシリンダ保持推力に近づけることができる。これにより、位置エネルギの回収効率と共にアタッチメントの操作性を改善することができる。
【００６０】
図８は、アシストシリンダ７０に関連した他の一例によるエネルギ回生装置１０２'の要部構成を示す図である。図２に示したバルブ装置９０と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６１】
エネルギ回生装置１０２'は、アシストシリンダ７０に油路８０を介して接続されるアキュムレータ８４を備える。即ち、油路８０は、一端がアシストシリンダ７０のヘッド側に接続され、他端がアキュムレータ８４に接続される。油路８８は、一端がアシストシリンダ７０のロッド側に接続され、他端がタンク２２に接続される。
【００６２】
エネルギ回生装置１０２'は、また、バルブ装置９０'を備える。バルブ装置９０'は、第１切換バルブ９０Ａ'と、第２切換バルブ９０Ｂ'とを備える。第１切換バルブ９０Ａ'及び第２切換バルブ９０Ｂ'は、図示のように、開度がリニアに制御可能なバルブ(比例弁)であってよい。図８に示す第１切換バルブ９０Ａ'及び第２切換バルブ９０Ｂ'は、３位置の切換バルブであり、この点が、図３に示した第１切換バルブ９０Ａ及び第２切換バルブ９０Ｂが２位置の切換バルブであるバルブ装置９０と異なる。第１切換バルブ９０Ａ'は、出力側のポートがアシストシリンダ７０のヘッド側ポートに接続され、入力側の２ポートがそれぞれアキュムレータ８４と接続点８９とに接続される。第２切換バルブ９０Ｂ'は、出力側のポートが接続点８９を介してアシストシリンダ７０のロッド側ポートに接続され、入力側の２ポートがそれぞれアキュムレータ８４とタンク２２に接続される。
【００６３】
バイパス油路９２は、第２切換バルブ９０Ｂ'をバイパスして接続点８９とタンク２２とを接続する。バイパス油路９２は、逆止弁９２ａを備え、逆止弁９２ａは、タンク２２から接続点８９（アシストシリンダ７０のロッド側ポート）への流れのみを許容する。バイパス油路９４は、第１切換バルブ９０Ａ'をバイパスしてアシストシリンダ７０のヘッド側ポートとタンク２２とを接続する。バイパス油路９４は、逆止弁９４ａを備え、逆止弁９４ａは、タンク２２からアシストシリンダ７０のヘッド側ポートへの流れのみを許容する。
【００６４】
図９は、バルブ装置９０'の各状態を示す図である。
【００６５】
図９（Ａ）は、ブーム４の上げ動作時のフル状態を実現するときのバルブ装置９０'の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａ'を介してアキュムレータ８４に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂ'を介してタンク２２に連通する。この状態では、ブーム４が上がると、油は、アシストシリンダ７０のロッド側ポートからタンク２２に流入する。
【００６６】
図９（Ｂ）は、ブーム４の下げ動作時のフル状態を実現するときのバルブ装置９０'の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａ'を介してアキュムレータ８４に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、バイパス油路９２（逆止弁９２ａ）を介してタンク２２に連通する。従って、この状態では、ブーム４が下がると、油は、タンク２２から逆止弁９２ａを介してアシストシリンダ７０のロッド側ポートへと吸い込まれる。
【００６７】
図９（Ｃ）は、差動状態を実現するときのバルブ装置９０'の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａ'を介してアキュムレータ８４に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂ'を介してアキュムレータ８４に連通する。
【００６８】
図９（Ｄ）は、ブーム４の上げ動作時のタンク状態を実現するときのバルブ装置９０'の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、バイパス油路９２、９４（逆止弁９２ａ、９４ａ）を介してタンク２２に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、バイパス油路９２（逆止弁９２ａ）を介してタンク２２に連通する。
【００６９】
図９（Ｅ）は、ブーム４の下げ動作時のタンク状態を実現するときのバルブ装置９０'の状態（切換位置）を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａ'及び第２切換バルブ９０Ｂ'を介してタンク２２に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂ'を介してタンク２２に連通する。
【００７０】
図８に示す構成においても、図５及び図６を参照して説明したメインコントローラ５４による制御方法が使用されてよい。但し、ブーム４の上げ動作時には、フル状態として図９（Ａ）に示す状態が形成され、タンク状態として図９（Ｄ）に示す状態が形成される。これにより、ブーム４の上げ動作時に、フル状態とタンク状態とを高速で切り換える際（例えば図６のステップ６１０）、フル状態でアシストシリンダ７０のヘッド側ポートに導入した高圧油がタンク状態でタンク２２に瞬時に戻されるのが防止され、高効率の切換を実現することができる。或いは、ブーム４の上げ動作時には、差動状態として図９（Ｃ）に示す状態が形成され、タンク状態として図９（Ｄ）に示す状態が形成される。これにより、ブーム４の上げ動作時に、差動状態とタンク状態とを高速で切り換える際（例えば図５のステップ５１６）、同様の圧力の抜けが防止され、高効率の切換を実現することができる。また、ブーム４の下げ動作時には、フル状態として図９（Ｂ）に示す状態が形成され、差動状態として図９（Ｃ）に示す状態が形成される。これにより、ブーム４の下げ動作時に、フル状態と差動状態とを高速で切り換える際（例えば図５のステップ５１２）、同様の圧力の抜けが防止され、高効率の切換を実現することができる。
【００７１】
図１０は、差動状態及びタンク状態を実現する際のバルブ装置９０'の状態の代替例を示す図である。
【００７２】
図１０（Ａ）は、差動状態を実現するときのバルブ装置９０'の状態（切換位置）の代替例を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、第１切換バルブ９０Ａ'及び第２切換バルブ９０Ｂ'を介してアキュムレータ８４に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂ'を介してアキュムレータ８４に連通する。このような図１０（Ａ）に示す状態は、図９（Ｂ）に示す状態に代えて使用されてもよい。
【００７３】
図１０（Ｂ）は、ブーム４の上げ動作時のタンク状態を実現するときのバルブ装置９０'の状態（切換位置）の代替例を示す。この状態では、アシストシリンダ７０のヘッド側ポートは、バイパス油路９４（逆止弁９４ａ）を介してタンク２２に連通し、アシストシリンダ７０のロッド側ポートは、第２切換バルブ９０Ｂ'を介してタンク２２に連通する。このような図１０（Ｂ）に示す状態は、図９（Ｄ）に示す状態に代えて使用されてもよい。
【００７４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７５】
例えば、上述した実施例では、アシストシリンダ７０は、ブーム４に対して設けられているが、他の作業要素（例えばアーム５）に対して設けられてもよい。
【００７６】
また、上述した実施例では、３つ以上のポートを持つ切換バルブを使用して回路を構成しているが、２ポートの単純なシャットオフ弁を複数組み合わせて同様の回路を構成してもよい。
【００７７】
また、上述では、図３に示す特定の構成の油圧回路が開示されているが、油圧回路の構成は多種多様である。例えば、油圧アクチュエータの一部は、電動モータにより駆動される油圧ポンプにより実現されてもよい。また、ネガコン制御以外の制御方式（例えばポジコン）を実現する油圧回路が使用されてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１    建設機械
２    下部走行体
３    上部旋回体
４    ブーム
５    アーム
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
１０Ｌ、１０Ｒ    油圧ポンプ
１１Ｌ、１１Ｒ    切換弁
１２Ｌ、１２Ｒ    切換弁
１３Ｌ、１３Ｒ    切換弁
１４Ｒ    切換弁
１５Ｌ、１５Ｒ    切換弁
２０Ｌ、２０Ｒ    ネガコン絞り
２２    タンク
２６    操作装置
２７Ｌ、２７Ｒ    ネガコン圧センサ
２８Ｌ、２８Ｒ    圧力センサ
３０Ｌ、３０Ｒ    センターバイパス管路
４１Ｌ、４１Ｒ    傾転アクチュエータ
４２Ｌ、４２Ｒ    走行用油圧モータ
４４    旋回用油圧モータ
５４    メインコントローラ
５５Ａ、５７Ａ    電磁比例弁
７０    アシストシリンダ
８０、８８    油路
８４    アキュムレータ
８５    圧力センサ
８７    変位センサ
９０、９０'    バルブ装置
９０Ａ、９０Ａ'    第１切換バルブ
９０Ｂ、９０Ｂ'    第２切換バルブ
１００    油圧ポンプ制御装置
１０２、１０２'    エネルギ回生装置
【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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