(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を提供する。【解決手段】第１油圧シリンダ７２のヘッド側及びロッド側をアキュムレータ８４及びタンク２２のそれぞれに接続する第１状態と、第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側をタンク及びアキュムレータのそれぞれに接続する第２状態と、第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側をアキュムレータに接続する第３状態と、第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側をタンクに接続する第４状態との間で切換可能な第１バルブ装置９０と、第２油圧シリンダ７４とアキュムレータ８４及びタンク２２との間に設けられる第２バルブ装置９２であって、同様の４つの状態間で切換可能な第２バルブ装置と、作業要素のストローク位置に応じて、第１及び第２バルブ装置の各状態の組み合わせを変化させるコントローラ５４とを備える。【選択図】図４
2013145035.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、並列に接続される第１油圧シリンダ及び第２油圧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、
前記第１油圧シリンダ及び前記第２油圧シリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記第１油圧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第１バルブ装置であって、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータ及び前記タンクのそれぞれに接続する第１状態と、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンク及び前記アキュムレータのそれぞれに接続する第２状態と、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータに接続する第３状態と、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンクに接続する第４状態との間で切換可能な第１バルブ装置と、
前記第２油圧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第２バルブ装置であって、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータ及び前記タンクのそれぞれに接続する第１状態と、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンク及び前記アキュムレータのそれぞれに接続する第２状態と、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータに接続する第３状態と、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンクに接続する第４状態との間で切換可能な第２バルブ装置と、
前記第１及び第２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、前記第１及び第２バルブ装置の各状態の組み合わせを変化させ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、前記第１油圧シリンダ及び第２油圧シリンダによるアシスト目標推力を算出し、前記アシスト目標推力と、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との関係に基づいて、前記第１及び第２バルブ装置の各状態の組み合わせを決定する、請求項１に記載のエネルギ回生装置。
【請求項３】
前記第１油圧シリンダは、前記建設機械の正規状態の正面視で、前記作業要素の中央部に配置され、前記第２油圧シリンダは、２本の油圧シリンダからなり、前記２本の油圧シリンダは、前記建設機械の正規状態の正面視で、前記第１油圧シリンダの両側に対称に配置される、請求項１又は２に記載のエネルギ回生装置。
【請求項４】
前記作業要素は、ブームである、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。
【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、並列に接続される第１油圧シリンダ及び第２油圧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、
前記第１油圧シリンダ及び前記第２油圧シリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記第１油圧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第１バルブ装置であって、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータ及び前記タンクのそれぞれに接続する第１状態と、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンク及び前記アキュムレータのそれぞれに接続する第２状態と、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータに接続する第３状態と、前記第１油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンクに接続する第４状態との間で切換可能な第１バルブ装置と、
前記第２油圧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第２バルブ装置であって、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータ及び前記タンクのそれぞれに接続する第１状態と、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンク及び前記アキュムレータのそれぞれに接続する第２状態と、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記アキュムレータに接続する第３状態と、前記第２油圧シリンダのヘッド側及びロッド側を前記タンクに接続する第４状態との間で切換可能な第２バルブ装置と、
前記第１及び第２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、前記第１及び第２バルブ装置の各状態の組み合わせを変化させ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】アシストシリンダ７０の好ましい搭載例を示す図である。
【図３】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４】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５】第１バルブ装置９０の各状態を示す図である。
【図６】第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態の組み合わせと見掛けの受圧面積(出力)との関係を示す表図である。
【図７】実使用段と見掛けの受圧面積(出力)との関係を示す表図である。
【図８】ブーム４の下降動作時に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９】ブーム４の上昇動作時に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１０】アシスト目標推力と使用段数との関係を示す図である。
【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、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２は、アシストシリンダ７０の好ましい搭載例を示す図であり、建設機械１の正面視を示す図である。尚、図２では、ブームシリンダ７の図示は省略されている。
【００１３】
アシストシリンダ７０は、２つ以上の油圧シリンダからなる。図示の例では、アシストシリンダ７０は、建設機械１の正面視で、ブーム４の中央部に配置されたセンタシリンダ７２と、センタシリンダ７２の両側に対称に配置された２本のサイドシリンダ７４とを含む。センタシリンダ７２及びサイドシリンダ７４は、互いに平行に設けられてよい。
【００１４】
尚、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。また、アシストシリンダ７０を構成する２つ以上のシリンダのそれぞれが、前記の関係を別々に満たすように配置されてもよい。
【００１５】
図３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３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４以降を参照して後述する。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３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。
【００２７】
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。
【００２８】
図３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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図４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。
【００３４】
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。
【００３５】
エネルギ回生装置１０２は、また、第１バルブ装置９０と、第２バルブ装置９２とを備える。第１バルブ装置９０は、センタシリンダ７２に対して設けられ、第２バルブ装置９２は、サイドシリンダ７４に対して設けられる。２つのサイドシリンダ７４は、第２バルブ装置９２に対して並列に設けられる。センタシリンダ７２及びサイドシリンダ７４は、それぞれ、第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２を介してメインコントローラ５４により独立に制御されることができる。
【００３６】
第１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)であってもよいし、或いは、オン／オフバルブであってもよい。第２切換バルブ９０Ｂも同様である。第１切換バルブ９０Ａは、出力側のポートがセンタシリンダ７２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とタンク２２に接続される。第２切換バルブ９０Ｂは、出力側のポートがセンタシリンダ７２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。
【００３７】
第２バルブ装置９２は、同様に、第１切換バルブ９２Ａと、第２切換バルブ９２Ｂとを備える。第１切換バルブ９２Ａ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)であってもよいし、或いは、オン／オフバルブであってもよい。第２切換バルブ９２Ｂも同様である。第１切換バルブ９２Ａは、出力側のポートがサイドシリンダ７４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とタンク２２に接続される。第２切換バルブ９２Ｂは、出力側のポートがサイドシリンダ７４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とタンク２２に接続される。
【００３８】
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、ブーム４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。
【００３９】
図５は、第１バルブ装置９０の各状態を示す図である。
【００４０】
図５（Ａ）は、フルモード（Ｆｕｌｌ）を実現するときの第１バルブ装置９０の状態（切換位置）を示す。この状態では、センタシリンダ７２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、センタシリンダ７２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。
【００４１】
図５（Ｂ）は、タンクモード（Ｔａｎｋ）を実現するときの第１バルブ装置９０の状態（切換位置）を示す。この状態では、センタシリンダ７２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、センタシリンダ７２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。
【００４２】
図５（Ｃ）は、差動モード（Ｄｅｆｆ）を実現するときの第１バルブ装置９０の状態（切換位置）を示す。この状態では、センタシリンダ７２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、センタシリンダ７２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、センタシリンダ７２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。
【００４３】
図５（Ｄ）は、リバースモード（Ｒｅｖｅｒｓｅ）を実現するときの第１バルブ装置９０の状態（切換位置）を示す。この状態では、センタシリンダ７２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、センタシリンダ７２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。
【００４４】
このようにして第１バルブ装置９０は、メインコントローラ５４による制御下で、４つの各状態に切り換わることができる。尚、第２バルブ装置９２についても同様であり、メインコントローラ５４による制御下で、４つの各状態に切り換わることができる。
【００４５】
これにより、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、第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態の組み合わせ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。
【００４６】
図６は、第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態の組み合わせと見掛けの受圧面積(出力)との関係を示す表図である。図７は、図６に関連した図であり、実使用段と見掛けの受圧面積(出力)との関係を示す表図である。
【００４７】
図６に示す例では、理解しやすいように簡易的な数値の受圧面積が想定されている。具体的には、センタシリンダ７２は、ヘッド受圧面積が２であり、ロッド側受圧面積が１である。また、２本のサイドシリンダ７４は、それぞれ、ヘッド受圧面積が４であり、ロッド側受圧面積が２である。図６において、記号Ｆは、フルモード（図５（Ａ））を指し、記号Ｔは、タンクモード（図５（Ｂ））を指し、記号Ｄは、差動モード（図５（Ｃ））を指し、記号Ｅは、リバースモード（図５（Ｄ））を指す。
【００４８】
図６に示すように、２つの第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態の組み合わせは、全部で１６通りあり、従って、１６通りの受圧面積を実現することができる。尚、図６及び図７に示す例では、受圧面積が０のときを実使用段０とし、受圧面積が増加するに従って大きい実使用段が付与される。例えば実使用段４では、サイドシリンダ７４が差動モードとなり、センタシリンダ７２がタンクモードとなり、サイドシリンダ７４とセンタシリンダ７２との組み合わせによる受圧面積（即ち、アシストシリンダ７０の受圧面積）が４となる。このようにして、第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態の組み合わせ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。尚、図７に示す例では、段数に比例してアシストシリンダ７０の受圧面積が増加しているが、アシストシリンダ７０の受圧面積は、非線形的に増加する態様であってもよい。
【００４９】
図８は、ブーム４の下降動作時に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。
【００５０】
ステップ８００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。
【００５１】
ステップ８０２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。
【００５２】
ステップ８０４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、センタシリンダ７２及びサイドシリンダ７４からなるアシストシステムの全体（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の位置と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。
【００５３】
ステップ８０６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４参照）により検出されてよい。
【００５４】
ステップ８０８以降では、上記ステップ８０４で算出したアシスト目標推力と、上記ステップ８０６で得たアキュムレータ圧との関係に基づいて、第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態の組み合わせを決定する。ここでは、図６に示した実使用段を決定する。
【００５５】
具体的には、ステップ８０８では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きいか否かが判定される。Ｎ段は、最も受圧面積が大きい段に対応し、図６に示す例では、１０段である。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きい場合は、ステップ８１０に進み、それ以外の場合は、ステップ８１２に進む。
【００５６】
ステップ８１０では、Ｎ段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。図６に示す例では、センタシリンダ７２及びサイドシリンダ７４が共にフルモードとなるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が図５（Ａ）に示す状態へと切り替えられる。
【００５７】
ステップ８１２では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ−１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きいか否かが判定される。Ｎ−１段は、２番目に受圧面積が大きい段に対応し、図６に示す例では、９段である。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ−１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きい場合は、ステップ８１４に進み、ステップ８１４では、Ｎ−１段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。他方、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ−１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さい場合は、同様にしてＮ−２段、Ｎ−３段という順で比較処理されていく。順に否定されると、ステップ８１６に至り、ステップ８１６では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と２段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きいか否かが判定される。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と２段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きい場合は、ステップ８１８にて、２段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。他方、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と２段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さい場合は、ステップ８２０にて、１段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。
【００５８】
図９は、ブーム４の上昇動作時に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。
【００５９】
図９に示すステップ９００からステップ９０６までの処理は、図８に示したステップ８００からステップ８０６までの処理と同様である。
【００６０】
ステップ９０８以降では、上記ステップ９０４で算出したアシスト目標推力と、上記ステップ９０６で得たアキュムレータ圧との関係に基づいて、第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態の組み合わせを決定する。ここでは、図６に示した実使用段を決定する。
【００６１】
具体的には、ステップ９０８では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さいか否かが判定される。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さい場合は、ステップ９１０に進み、それ以外の場合は、ステップ９１２に進む。
【００６２】
ステップ９１０では、１段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。図６に示す例では、センタシリンダ７２及びサイドシリンダ７４がそれぞれ差動モードとタンクモードとなるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が図５（Ｃ）及び図５（Ｂ）に示す各状態へとそれぞれ切り替えられる。
【００６３】
ステップ９１２では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と２段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さいか否かが判定される。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と２段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さい場合は、ステップ９１４に進み、ステップ９１４では、２段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。他方、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と２段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きい場合は、同様にして３段、４段という順で比較処理されていく。順に否定されると、ステップ９１６に至り、ステップ９１６では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ−１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さいか否かが判定される。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ−１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さい場合は、ステップ９１８にて、Ｎ−１段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。他方、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ−１段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きい場合は、ステップ９２０にて、Ｎ段となるように第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の各状態が切り替えられる。
【００６４】
図１０は、図８に関連した図であり、アシスト目標推力と使用段数との関係を示す図であり、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、縦軸は各推力及びアキュムレータ圧を示す。
【００６５】
図１０では、アシスト目標推力の特性は、記号Ｌで指示される。ここでは、簡易的に、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想定される。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。また、図１０では、ブームシリンダを下降させる方向を想定している。図１０において、各段数の特性が丸印の数字で指示されている。例えば、２段の特性は、丸で囲まれた２で指示されている。また、図１０において、アシスト推力は記号Ａｓで示され、アキュムレータ圧は記号Ａｃで示される。
【００６６】
図１０に示すように、区間Ｓ２では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と３段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さいので、２段が使用される。区間Ｓ３では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と４段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも小さいので、３段が使用される。このように区間Ｓ４乃至Ｓ９は、４段〜９段の各段が使用される区間を表す。
【００６７】
ところで、アキュムレータ圧は、図１０に示すように、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、図１０に示すように、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。
【００６８】
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て段数が変化されることにより、アシスト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。
【００６９】
尚、図１０に示す例では、アシスト推力は、使用段の変化時に比較的急な変化を示しているが（ステップ状の変化を示しているが）、第１バルブ装置９０及び第２バルブ装置９２の第１切換バルブ９０Ａ及び第１切換バルブ９２Ａを比例弁により構成し（図４参照）、かかる急な変化を平滑化してもよい。
【００７０】
また、図８に示す例では、Ｎ段から降順に、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積よりも大きい場合に、Ｎ段とし、それ以外の場合は、Ｎ段よりも小さい段とされているが、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とＮ段のアシストシリンダ７０の受圧面積との積に対して所定の偏差内である場合に、Ｎ段とし、それ以外の場合は、Ｎ段よりも小さい段とされてもよい。他の段に対する比較処理の際も同様である。これは、図９に示す例についても同様である。
【００７１】
また、本実施例によれば、２つのサイドシリンダ７４は、建設機械１の正面視で、ブーム４の中央部の両側に対称に配置され、且つ、互いに同一の態様で制御されるので、サイドシリンダ７４の出力により発生するブーム４におけるモーメント（建設機械１の正面視でブーム４を横方向に曲げようとするモーメント）が相殺され、サイドシリンダ７４の作動に起因してブーム４に曲げ応力が発生するのを防止することができる。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
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
７２    センタシリンダ
７４    サイドシリンダ
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    第１バルブ装置
９０Ａ    第１切換バルブ
９０Ｂ    第２切換バルブ
９２    第２バルブ装置
９２Ａ    第１切換バルブ
９２Ｂ    第２切換バルブ
１００    油圧ポンプ制御装置
１０２    エネルギ回生装置
【図１】
2013145035.tif 000003
【図２】
2013145035.tif 000004
【図３】
2013145035.tif 000005
【図４】
2013145035.tif 000006
【図５】
2013145035.tif 000007
【図６】
2013145035.tif 000008
【図７】
2013145035.tif 000009
【図８】
2013145035.tif 000010
【図９】
2013145035.tif 000011
【図１０】
2013145035.tif 000012