建設機械の油圧駆動装置
【課題】油圧ポンプの吐出油を複数の油圧アクチュエータに振り分けてこれらの油圧アクチュエータを同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる建設機械の油圧駆動装置を提供すること。
【解決手段】コントローラ１００は操作レバー装置５１，５２からの指令信号に基づき、方向制御弁２４，２５を切り換える。この方向制御弁２４，２５は、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１，２２への圧油の流れの方向を切り換えるものであり、可変絞りとしては機能しないものである。油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに供給される圧油の流量を、発電装置６１，６２の速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度をインバータ６７，６８と発電機６５，６６とを介して制御し、このとき発電機６５，６６により発電を行う。
【解決手段】コントローラ１００は操作レバー装置５１，５２からの指令信号に基づき、方向制御弁２４，２５を切り換える。この方向制御弁２４，２５は、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１，２２への圧油の流れの方向を切り換えるものであり、可変絞りとしては機能しないものである。油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに供給される圧油の流量を、発電装置６１，６２の速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度をインバータ６７，６８と発電機６５，６６とを介して制御し、このとき発電機６５，６６により発電を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータのそれぞれに振り分けられる圧油の流量および流れの方向を制御する建設機械の油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の建設機械の油圧駆動装置、例えば油圧ショベルは、ブーム、アームおよびバケットを有する作業装置（作業機）を備え、この作業装置はブームシリンダ（油圧シリンダ）により駆動されて上下方向に回動するようになっている。そのブームシリンダは、作業装置が下方向に回動する際に作業装置に作用する重力により押し縮められる。これに伴ってブームシリンダのボトム室からは圧油が排出される。従来の建設機械の油圧駆動装置は、ブームシリンダのボトム室から排出される圧油を利用して、油圧モータを駆動し、この油圧モータによりジェネレータを駆動して発電するようになっている。つまり、作業装置の位置エネルギを電気エネルギに変換して回収し、この電気エネルギを建設機械に備えられた電気機器に供給することによって、作業装置の位置エネルギを有効に利用するようになっている。（特許文献１参照）
また、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ等、油圧ショベルに備えられる複数の油圧アクチュエータは、油圧ポンプの吐出油を振り分けられて駆動されるようになっている。複数の油圧アクチュエータのそれぞれには方向制御弁が対応付けられて設けられている。それらの方向制御弁としては、スプールのストローク量に応じて開口面積が変化するもの、すなわち可変絞りとして機能するものが用いられるのが一般的である。つまり、方向制御弁を用いることによって、この方向制御弁と対応関係にある油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向、すなわちその油圧アクチュエータの動作方向を切り換えることができ、かつ、油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給する圧油の流量、すなわちその油圧アクチュエータの動作速度を調節することができるようになっている。
【０００３】
さらに、複数の油圧アクチュエータのそれぞれには圧力補償弁が対応付けられて設けられている。複数の油圧アクチュエータのうちのいずれか２つ以上が同時期に駆動される場合、油圧ポンプの吐出油は、それらの２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられた方向制御弁を介して、それらの２つ以上の油圧アクチュエータに振り分けられることになる。この状態では、同時期に駆動される２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられた圧力補償弁は、その圧力補償弁の上流と下流の圧力差の変動を抑えることによって、同時期に駆動される２つ以上の油圧アクチュエータのうち負荷圧力の低い方に偏って油圧ポンプからの圧油が流れる、という事態を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように圧力補償弁を用いた場合、同時期に駆動される２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれの負荷圧力のうちの最高負荷圧力と、この最高負荷圧力よりも低い負荷圧力との圧力差が大きいほど、その低い負荷圧力が作用する油圧アクチュエータに対応付けられた圧力補償弁での圧力損失、すなわちエネルギ損失が大きくなる。
【０００６】
本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、油圧ポンプの吐出油を複数の油圧アクチュエータに振り分けてこれらの油圧アクチュエータを同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するために本発明の建設機械の油圧駆動装置は次のように構成されている。
【０００８】
〔１〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、原動機と、この原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される圧油の流量および流れの方向を制御する動作制御手段と、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられ、その油圧アクチュエータの動作速度を前記動作制御手段に指令する指令手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置において、前記動作制御手段は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられた弁装置、速度制御用油圧モータおよびジェネレータと、速度制御手段とを備え、前記弁装置は、この弁装置と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記指令手段からの指令に応じて、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向を制御するものであり、前記速度制御用油圧モータは、この速度制御用油圧モータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対して前記油圧ポンプから供給される圧油、または、その油圧アクチュエータから作動油タンクに排出される圧油により駆動されるものであり、前記ジェネレータは、このジェネレータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動されるものであり、前記速度制御手段は、この速度制御手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記弁装置に指令を与えた指令手段からの動作速度の指令に応じて、その油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御することにより、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御することを特徴とする。
【０００９】
この「〔１〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、動作制御手段の各弁装置は、この弁装置と対応関係にある油圧アクチュエータに対応付けられた指令手段からの動作速度（動作の方向と動作の速さ）の指令に応じて、油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向を制御する。これにより、油圧アクチュエータの動作の方向が決まる。例えば、その油圧アクチュエータが油圧シリンダの場合には、その油圧シリンダの動作の方向が伸長方向または収縮方向に決まり、油圧モータの場合には、その油圧モータの動作の方向が、相反する２つの回転方向のうちの一方向または他方向に決まる。また、速度制御手段は、この速度制御手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記弁装置に指令を与えた指令手段からの動作速度の指令に応じて、速度制御用油圧モータの回転速度を制御することにより、その油圧アクチュエータに対して油圧ポンプから供給される圧油の流量、すなわち、その油圧アクチュエータの動作の速さを制御する。油圧アクチュエータの動作の速さは、速度制御用油圧モータの回転の速さに比例して変化するので、すなわち、速度制御用油圧モータの回転の速さに対する制限が大きいほど遅くなり、その制限が小さいほど早くなるので、複数の油圧アクチュエータのうち２つ以上を同時期に駆動する場合に、油圧ポンプの吐出油をそれら２つ以上の油圧アクチュエータに振り分けても、それら２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられた速度制御用油圧モータのそれぞれの回転の速さを制御することによって、それら２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれの動作の速さを制御することができる。
【００１０】
このようにして複数の油圧アクチュエータのうちの２つ以上を同時期に駆動する状態において、それら２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられたジェネレータは、そのジェネレータと対応関係にある油圧アクチュエータに対応付けられた速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動され、発電する。これにより得られる電気エネルギは、建設機械に備えられた電気機器に用いることができる。したがって、油圧ポンプの吐出油を複数の油圧アクチュエータに振り分けてこれらの油圧アクチュエータを同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる。
【００１１】
〔２〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記速度制御用油圧モータは定容量形油圧モータであり、前記速度制御手段は、前記複数のジェネレータのそれぞれに対して設けられそのジェネレータの回転速度を制御するインバータを備え、そのインバータによりジェネレータの回転速度を制御することで前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御することを特徴とする。
【００１２】
速度制御用油圧モータの回転速度の制御は、その速度制御用油圧モータを可変容量形油圧モータとし、この可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することによって実現できる。これに対し、「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置は、速度制御用油圧モータが定容量形油圧モータであり、この定容量形油圧モータの回転速度の制御を、ジェネレータの回転速度をインバータで制御することで実現するものである。つまり、速度制御用油圧モータを可変容量形油圧モータとし、この可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することで実現する場合よりも、安価な構成で容易に速度制御用油圧モータの回転速度の制御を実現できる。
【００１３】
〔３〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」または「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、前記速度制御手段は、前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、ポンプ吐出流量を前記総供給流量に制御するポンプ吐出流量制御手段と、前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この「〔３〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、速度制御手段の個別供給流量算出手段は、指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある油圧アクチュエータの容積とに基づき、その油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する。複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合、速度制御手段の総供給流量算出手段は、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る。そして、ポンプ吐出流量制御手段は油圧ポンプの吐出流量（ポンプ吐出流量）を総供給流量に制御し、モータ制御手段は２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量が維持されるよう複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御する。このようにポンプ吐出流量と複数の速度制御用油圧モータの回転速度とを制御することによって、ポンプ吐出流量の無駄を低減することができる。
【００１５】
〔４〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」または「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、前記速度制御手段は、前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、前記総供給流量が前記油圧ポンプの吐出流量の最大値を超えた場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を最大値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この「〔４〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、速度制御手段の個別供給流量算出手段は、指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応付けられた油圧アクチュエータの容積とに基づき、その油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する。複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合、速度制御手段の総供給流量算出手段は、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量を合計して総供給流量を得る。ここまでの処理は「〔３〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置と同じである。
【００１７】
複数の油圧アクチュエータのうちの２つ以上を同時期に駆動する場合、可変容量形油圧ポンプである油圧ポンプの吐出流量が、総供給流量に対して不足する場合がある。つまり、総供給流量がポンプ吐出流量の最大値を超える場合がある。そこで、「〔４〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、ポンプ吐出流量制御手段はポンプ吐出流量を最大値に制御し、モータ制御手段は２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量の比率が維持されるよう複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御する。このように可変容量形油圧ポンプである油圧ポンプと複数の速度制御用油圧モータとを制御することによって、ポンプ吐出流量が総供給流量に対して不足している状態であっても同時期に駆動する２つ以上の油圧アクチュエータの動作速度を、２つ以上の指令手段のそれぞれからの動作速度の指令に応じて制御することができる。
【００１８】
〔５〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」または「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、前記速度制御手段は、前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、前記油圧ポンプのポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出手段と、前記原動機の出力を超えないよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性を用い、前記ポンプ吐出圧検出手段により検出されたポンプ吐出圧に応じて前記油圧ポンプのポンプ吐出流量の上限値を算出する上限ポンプ吐出流量算出手段と、前記総供給流量がポンプ吐出流量の前記上限値を超えた場合に、ポンプ吐出流量を前記上限値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
この「〔５〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、動作制御手段の個別供給流量算出手段は、指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応付けられた油圧アクチュエータの容積とに基づき、その油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する。複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合、速度制御手段の総供給流量算出手段は、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量を合計して総供給流量を得る。ここまでの処理は「〔３〕」，「〔４〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置と同じである。
【００２０】
特に「〔５〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置においては、上限ポンプ吐出流量算出手段が、所定のポンプ出力が一定して得られるよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値との対応関係の特性を用い、ポンプ吐出圧検出手段により検出されたポンプ吐出圧に応じてポンプ吐出流量の上限値を算出する。そして、ポンプ吐出流量制御手段は、ポンプ吐出流量の上限値が総供給流量に対して不足していた場合、すなわち総供給流量がポンプ吐出流量の上限値を超えた場合に、ポンプ吐出流量を上限値に制御し、モータ制御手段は、２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量の比率が維持されるよう複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御する。つまり、ポンプ吐出圧に応じてポンプ吐出流量を制御することでポンプ出力を所定値に一定させる制御（馬力一定制御）を行いつつ、同時期に駆動する２つ以上の油圧アクチュエータの動作速度を制御することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る建設機械の油圧駆動装置によれば、油圧ポンプの吐出油を複数の油圧アクチュエータに振り分けてこれらの油圧アクチュエータを同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる。これにより、省エネに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧駆動装置が適用される建設機械である油圧ショベルの左側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る油圧駆動装置の概略を示す油圧回路図である。
【図３】図２に示したコントローラに備えられる速度制御手段を示すブロック図である。
【図４】図３に示した目標回転速度算出手段により用いられる操作レバーの傾倒操作量とジェネレータの回転速度との対応関係の特性を示す図である。
【図５】図３に示した上限ポンプ吐出流量算出手段により用いられるポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値との対応関係の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧駆動装置ついて、図１〜図５を用いて説明する。
【００２４】
図１に示す油圧ショベル１は、履帯２ａを駆動して走行する走行体２と、この走行体２に旋回可能に結合した旋回体３と、この旋回体３の前部に設けられたフロント作業装置４とを備える。
【００２５】
旋回体３は、フロント作業装置４の左側方に設けられたキャブ３ａと、このキャブ３ａの後方に設けられた機械室３ｂと、この機械室３ｂの後方に設けられて旋回体３の後端を形成しているカウンタウェイト３ｃとを備える。この旋回体３は、図示してない旋回モータを駆動源としている。
【００２６】
フロント作業装置４は、旋回体３の前部に上下方向に回動可能に結合されたブーム５と、このブーム５に回動可能に連結されたアーム６と、このアーム６に回動可能に連結されたバケット７とを備える。ブーム５、アーム６およびバケット７のそれぞれは、ブームシリンダ８、アームシリンダ９およびバケットシリンダ１０のそれぞれにより駆動されるようになっている。これらブームシリンダ８、アームシリンダ９およびバケットシリンダ１０はいずれも油圧シリンダであり、片ロッド式の複動シリンダである。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態に係る油圧駆動装置２０は、原動機としてのディーゼルエンジン４０と、このディーゼルエンジン４０により駆動される可変容量形油圧ポンプである油圧ポンプ２３と、この油圧ポンプ２３の吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータ、例えば２つの油圧シリンダ２１，２２（例えばブームシリンダ８、バケットシリンダ１０に適用される）と、油圧シリンダ２１に対応付けられて設けられ、油圧ポンプ２３からその油圧シリンダ２１に供給される圧油の流れの方向を制御する弁装置としての方向制御弁２４と、油圧シリンダ２２に対応付けられて設けられ、油圧ポンプ２３からその油圧シリンダ２２に供給される圧油の流れの方向を制御する弁装置としての方向制御弁２５とを備える。また、ディーゼルエンジン４０と油圧ポンプ２３の間には、モータ・ジェネレータ４１が設けられている。
【００２８】
方向制御弁２４は、クローズドセンタ式で３つの弁位置（中立位置２４ｅ、第１弁位置２４ｆ、第２弁位置２４ｇ）のいずれか１に選択的に切り換えられる弁である。また、この方向制御弁２４は、４つのポート、すなわちＡポート２４ａ、Ｂポート２４ｂ、Ｐポート２４ｃ、Ｒポート２４ｄを備える。Ａポート２４ａは油圧シリンダ２１のボトム室２１ａに通じたポートであり、Ｂポート２４ｂは油圧シリンダ２１のロッド室２１ｂに通じたポートである。Ｐポート２４ｄは油圧ポンプ２３の吐出油を導入するポートであり、Ｒポート２４ｄは油圧シリンダ２１から排出され作動油、すなわち戻り油を作動油タンク２６側に導くポートである。方向制御弁２４は、スプールのスロトーク量に応じて開口面積が変化する可変絞りとしての機能を備えない。
【００２９】
方向制御弁２５も方向制御弁２４と同じく、クローズドセンタ式で３つの弁位置（中立位置２５ｅ、第１弁位置２５ｆ、第２弁位置２５ｇ）のいずれか１に選択的に切り換えられる弁である。また、この方向制御弁２５は、４つのポート、すなわちＡポート２５ａ、Ｂポート２５ｂ、Ｐポート２５ｃ、Ｒポート２５ｄを備える。Ａポート２５ａは油圧シリンダ２２のボトム室２２ａに通じたポートであり、Ｂポート２５ｂは油圧シリンダ２２のロッド室２２ｂに通じたポートである。Ｐポートロ２５ｃは油圧ポンプ２３の吐出油を導入するポートであり、Ｒポート２５ｄは油圧シリンダ２２から排出された作動油、すなわち戻り油を作動油タンク２６側に導くポートである。方向制御弁２５も、スプールのスロトーク量に応じて開口面積が変化する可変絞りとしての機能を備えない。
【００３０】
油圧ポンプ２３と方向制御弁２４のＰポート２４ｃは、油圧ポンプ２３が圧油を吐出する幹管路２７と、この幹管路２７から分岐した枝管路２８とを介して接続されている。油圧ポンプ２３と方向制御弁２５のＰポート２５ｃは、幹管路２７と、この幹管路２７から分岐した枝管路２９とを介して接続されている。つまり、油圧ポンプ２３の吐出油は、枝管路２８を通じて油圧シリンダ２１に導かれる分と、枝管路２９を通じて油圧シリンダ２２に導かれる分とに振り分けられるようになっている。
【００３１】
幹管路２７には、油圧ポンプ２３の最大吐出圧を規定するリリーフ弁４３が設けられている。つまり、油圧ポンプ２３の吐出圧がリリーフ弁４３の設定圧力に達すると、リリーフ弁４３を通じて圧力が作動油タンク２６に逃がされ、これによって、油圧ポンプ２３の最大吐出圧がその設定圧力よりも僅かに低い圧力に規定されている。このリリーフ弁４３は電気信号により制御可能なものである。
【００３２】
油圧駆動装置２０はさらにコントローラ１００を備える。このコントローラ１００は、制御プログラムが書き込まれたＲＯＭと、その制御プログラムに従って情報処理を行うＣＰＵと、そのＣＰＵによる情報処理の作業領域であるＲＡＭとを備え、油圧駆動装置２０の動作に係る種々の情報処理、および種々の制御対象物の制御を行うものである。前出の方向制御弁２４および前出の方向制御弁２５はコントローラ１００の制御対象物であり、方向制御弁２４はコントローラ１００から電力を供給されて中立位置２４ｅから第１位置２４ｆ，第２位置２４ｇのいずれかに選択的に切り換わるようになっており、方向制御弁２５はコントローラ１００から電力を供給されて中立位置２５ｅから第１位置２５ｆ，第２位置２５ｇのいずれかに選択的に切り換わるようになっている。コントローラ１００には、油圧シリンダ２１に対応付けられて設けられた指令手段としての操作レバー装置５１と、油圧シリンダ２２に対応付けられて設けられた指令手段としての操作レバー装置５２とが電気的に接続されている。操作レバー装置５１は、操作レバー５１ａの中立位置からの傾倒操作量を油圧シリンダ２１の動作速度の指令信号（電気信号）に変換してコントローラ１００に出力するものである。操作レバー装置５２は、操作レバー５２ａの中立位置からの傾倒操作量を油圧シリンダ２２の動作速度の指令信号（電気信号）に変換してコントローラ１００に出力するものである。コントローラ１００は、操作レバー装置５１からの指令信号に基づき、方向制御弁２４の弁位置を第１位置２４ｆ、第２位置３４ｇのいずれかに切り換えるよう設定されており、また、操作レバー装置５２からの指令信号に基づき方向制御弁２５の弁位置を第１弁位置２５ｆ、第２弁位置２５ｇのいずれかに切り換えるよう設定されている。
【００３３】
油圧駆動装置２０はさらに、油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対応付けられて設けられた発電装置６１，６２のそれぞれを備える。
【００３４】
発電装置６１は方向制御弁２４のＲポート２４ｄから作動油タンク２６に延びた戻り管路３１に設けられており、戻り管路３１上に設けられて方向制御弁２４のＲポート２４ｄからの作動油により駆動される速度制御用油圧モータ６３と、この速度制御用油圧モータ６３に伝動可能に結合したジェネレータ６５とを備える。つまり、油圧シリンダ２１から排出された圧油により速度制御用油圧モータ６３が駆動され、この速度制御用油圧モータ６３によりジェネレータ６５が駆動されて、発電がなされるようになっている。
【００３５】
発電装置６２は方向制御弁２５のＲポート２５ｄから作動油タンク２６に延びた戻り管路３２に設けられており、戻り管路３２上に設けられて方向制御弁２５のＲポート２５ｄからの作動油により駆動される速度制御用油圧モータ６４と、この速度制御用油圧モータ６４に伝動可能に結合したジェネレータ６６とを備える。つまり、油圧シリンダ２２から排出された圧油により速度制御用油圧モータ６４が駆動され、この速度制御用油圧モータ６４によりジェネレータ６６が駆動されて、発電がなされるようになっている。
【００３６】
ジェネレータ６５に対してはインバータ６７が設けられており、ジェネレータ６６に対してはインバータ６８が設けられている。ジェネレータ６５の回転速度はインバータ６７によって制御されるようになっており、ジェネレータ６６の回転速度はインバータ６８によって制御されるようになっている。インバータ６７，６８は前出のコントローラ１００により制御されるものである。つまり、コントローラ１００は、インバータ６７によりジェネレータ６５の回転速度を制御することで速度制御用油圧モータ６３の回転速度を制御するものであるとともに、インバータ６８によりジェネレータ６６の回転速度を制御することで速度制御用油圧モータ６４の回転速度を制御するものである。
【００３７】
ジェネレータ６５により発電された電力はインバータ６７を介して蓄電装置８０またはモータ・ジェネレータ４１に供給されるようになっている。これと同様に、ジェネレータ６６により発電された電力はインバータ６８を介して蓄電装置８０またはモータ・ジェネレータ４１に供給されるようになっている。
【００３８】
ディーゼルエンジン４０に対しては、負荷の変動に関係なく回転速度を一定に維持するアイソクロナス制御、言い換えると、ディーゼルエンジン４０に対する負荷が小さくなるほど燃料噴射量を少なくする制御が行われるようになっている。また、油圧ポンプ２３の回転速度は一定に制御されるようになっている。このため、蓄電装置８０からインバータ４２を介して電力が供給されてモータ・ジェネレータ４１が回転した場合、油圧ポンプ２３の回転が加速しないようにディーゼルエンジン４０の負荷はモータ・ジェネレータ４１の出力分だけ小さく制御され、この結果、ディーゼルエンジン４０の燃料消費量が低減される。
【００３９】
油圧駆動装置２０はさらに、油圧ポンプ２３の吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出手段としてのポンプ吐出圧センサ７０を備える。このポンプ吐出圧センサ７０により検出されたポンプ吐出圧は電気信号であるポンプ吐出圧信号に変換されてコントローラ１００に入力されるようになっている。
【００４０】
なお、操作レバー装置５１，５２は、前出のキャブ３ａ内に設けられてオペレータにより操作されるものである。ディーゼルエンジン４０、油圧ポンプ２３、方向制御弁２４，２５、発電装置６１，６２、インバータ６７，６８、モータ・ジェネレータ４１、蓄電装置８０は、前出の旋回体３の機械室３ｂに収容されている。
【００４１】
図３に示すように、コントローラ１００は、このコントローラ１００のＲＯＭに書き込まれた制御プログラムにより設定された手段であり速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度を制御する速度制御手段１０１を備える。
【００４２】
速度制御手段１０１は、操作レバー装置５１からの動作速度の指令信号に応じて速度制御用油圧モータ６３の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１に供給される圧油の流量を制御するとともに、操作レバー装置５２からの動作速度の指令信号に応じて速度制御用油圧モータ６４の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２２に供給される圧油の流量を制御するものである。この速度制御手段１０１の詳細について次に説明する。
【００４３】
速度制御手段１０１は、ジェネレータ６５の回転速度の目標値である回転速度Ｎ１（単位時間当たりの回転数）を、操作レバー装置５１からの指令信号の指令値Ｓｏｐ１に基づいて算出する目標回転速度算出手段１１１と、ジェネレータ６６の回転速度の目標値である回転速度Ｎ２（単位時間当たりの回転数）を、操作レバー装置５２からの指令信号の指令値Ｓｏｐ２に基づいて算出する目標回転速度算出手段１１２とを備える。これら目標回転速度算出手段１１１，１１２は、操作レバー５２ａの傾倒操作量に相応する指令値Ｓｏｐとジェネレータ６５，６６の回転速度との対応関係の特性１１１ａ（図４参照）を用いて、回転速度Ｎ１，Ｎ２を算出するものである。その特性１１１ａは、操作レバー５１ａ，５２ａの傾倒操作量に相応する指令値Ｓｏｐが大きいほどジェネレータ６５，６６の回転速度Ｎが大きくなるよう設定されたものであり、予め設定されてコントローラ１００のＲＯＭに記憶されているものである。
【００４４】
速度制御手段１０１はさらに、油圧シリンダ２１に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ１を、油圧シリンダ２１の容積と回転速度Ｎ１とに基づき算出する個別供給流量算出手段１２１と、油圧シリンダ２２に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ２を、油圧シリンダ２２の容積と回転速度Ｎ２とに基づき算出する個別供給流量算出手段１２２と、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２を合計して総供給流量Ｑｔを得る総供給流量算出手段１３０とを備える。
【００４５】
速度制御手段１０１はさらに、所定のポンプ出力が一定して得られるよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性１４０ａを用いて、ポンプ吐出圧検出センサ７０により検出されたポンプ吐出圧Ｐに基づき、ホンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを算出する上限ポンプ吐出流量算出手段１４０を備える。
【００４６】
速度制御手段１０１はさらに、総供給流量Ｑｔとポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとに基づいて乗数Ｌ１，Ｌ２を算出する乗数算出手段１４１を備える。この乗数算出手段１４１は、ポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘとの大小関係を比較し、「Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ」の場合に「Ｌ１＝１，Ｌ＝２」とするよう設定されており、「Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ」の場合に「Ｌ１＝Ｑ１×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２），Ｌ２＝Ｑ２×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）」とするよう設定されている。
【００４７】
速度制御手段１０１はさらに、個別供給流量Ｑ１に乗数Ｌ１を掛け合わせることで個別供給流量Ｑ１をＱ１’に補正する補正手段１５１と、個別供給流量Ｑ２に乗数Ｌ２を掛け合わせることで個別供給流量Ｑ２をＱ２’に補正する補正手段１５２と、補正後の個別供給流量Ｑ１’，Ｑ２’を合計する、すなわち総供給流量ＱｔをＱｔ’に補正する総供給流量補正手段１６０とを備える。
【００４８】
速度制御手段１０１はさらに、油圧ポンプ２３（可変容量形油圧ポンプ）の吐出流量を調整するレギュレータ２３ａに対し、前出の補正後の総供給流量Ｑｔ’に基づいて駆動電力Ｗを与えるレギュレータ制御手段１７０を備える。
【００４９】
乗数算出手段１４１と補正手段１５１，１５２と総供給流量補正手段１６０とレギュレータ制御手段１７０は、総供給流量Ｑｔとポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとに基づき油圧ポンプ２３の吐出流量（ポンプ吐出流量）を制御するポンプ吐出流量制御手段を構成する。
【００５０】
また、速度制御手段１０１において、前出の補正手段１５１は回転速度Ｎ１に乗数Ｌ１を掛け合わせて回転速度Ｎ１をＮ１’に補正する手段でもあり、これと同様に前出の補正手段１５２も回転速度Ｎ２に乗数Ｌ２を掛け合わせて回転速度Ｎ２をＮ２’に補正する手段である。そして、速度制御手段１０１は、ジェネレータ６５の回転速度を、補正後の回転速度Ｎ１’に制御させるための制御信号Ｓｉ１をインバータ６７に出力するインバータ制御手段１８１と、ジェネレータ６６の回転速度を補正後の回転速度Ｎ２’に制御させるための制御信号Ｓｉ２をインバータ６８に出力するインバータ制御手段１８２とを備える。乗数算出手段１４１と補正手段１５１，１５２とインバータ制御手段１８１，１８２は、回転速度Ｎ１，Ｎ２および個別供給流量Ｑ１，Ｑ２に基づいて速度制御用油圧モータ６３，６４の動作速度を制御するモータ制御手段を構成する。
【００５１】
なお、方向制御弁２４，２５と、発電装置６１，６２（速度制御用油圧モータ６３と発電機６５、速度制御用油圧モータ６４と発電機６６）と、ジェネレータ６５，６６と速度制御手段１０１は、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに供給される圧油の流量および流れの方向を制御する動作制御手段を構成している。
【００５２】
また、コントローラ１００は、操作レバー装置５１，５２が操作されていないとき、すなわち操作レバー装置５１の指令信号の指令値Ｓｏｐ１＝０であり、操作レバー装置５２の指令信号の指令値Ｓｏｐ２＝０であるとき、リリーフ弁４３に駆動電力を与えてリリーフ弁４３を開くようになっている。つまり、油圧シリンダ２１，２２を動作させない場合には、ポンプ吐出圧を低下させて、省エネを図るようになっている。
【００５３】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０の動作の流れについて、２つの油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する場合を例に挙げて説明する。
【００５４】
はじめに、操作レバー装置５１，５２が同時期に操作される。これにより、操作レバー装置５１，５２のそれぞれから指令値Ｓｏｐ１の指令信号、指令値Ｓｏｐ２の指令信号のそれぞれが出力され、これらの指令信号はコントローラ１００に入力される。
【００５５】
これにより、コントローラ１００においては、目標回転速度算出手段１１１が操作レバー装置５１からの指令信号の指令値Ｓｏｐ１に基づき回転速度Ｎ１を算出し、また、目標回転速度算出手段１１２が操作レバー装置５２からの指令信号の指令値Ｓｏｐ２に基づき回転速度Ｎ２を算出する。次に、個別供給流量算出手段１２１が、油圧シリンダ２１の容積と回転速度Ｎ１とに基づき油圧シリンダ２１に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ１を算出し、また、個別供給流量算出手段１２２が、油圧シリンダ２２の容積と回転速度Ｎ２とに基づき油圧シリンダ２２に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ２を算出する。次に、総供給流量算出手段１３０が個別供給流量Ｑ１，Ｑ２を合計して総供給流量Ｑｔを得る。
【００５６】
一方、上限ポンプ吐出流量算出手段１４０は、ポンプ吐出圧センサ７０により検出されたポンプ吐出圧Ｐに基づきポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを算出する。
【００５７】
次に、乗数算出手段１４１は、総供給流量算Ｑｔとポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとに基づき乗数Ｌ１，Ｌ２を算出する。このとき、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍ以下であった場合（Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２は「Ｌ１＝１，Ｌ２＝１」に設定される。また、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合（Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ「Ｌ１＝Ｑ１×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）、「Ｌ２＝Ｑ２×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）」という１よりも小さい値に設定される。
【００５８】
次に、補正手段１５１は乗数Ｌ１を、操作レバー装置５１からの指令信号に基づく個別供給流量Ｑ１に掛け合わせて、個別供給流量Ｑ１をＱ１’に補正し、これと同様に、補正手段１５２は乗数Ｌ２を、操作レバー装置５２からの指令信号に基づく個別供給流量Ｑ２に掛け合わせて、個別供給流量Ｑ２をＱ２’に補正する。次に、総供給流量補正手段１６０は、補正後の個別供給流量Ｑ１’，Ｑ２’を合計して補正後の総供給流量Ｑｔ’を得る。
【００５９】
このようにして個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔ’が補正される際、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍ以下であった場合（Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２は「Ｌ１＝１，Ｌ２＝１」に設定されているので、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔは実質的には補正されない。つまり「Ｑ１’＝Ｑ１，Ｑ２’＝Ｑ２，Ｑｔ’＝Ｑｔ」である。そして、その補正後の総供給流量Ｑｔ’に基づき油圧ポンプ２３のレギュレータ２３ａに駆動電力Ｗが供給され、ポンプ吐出流量はＱｔ’（Ｑｔ’＝Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ）に制御される。
【００６０】
また、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔ’が補正される際、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合（Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ「Ｌ１＝Ｑ１×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）、「Ｌ２＝Ｑ２×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）」という１よりも小さい値に設定されているので、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２は互いの比率を維持した状態で、総供給流量Ｑｔ’がポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとなるように補正される。つまり、「Ｑ１：Ｑ２＝Ｑ１’：Ｑ２’，Ｑ１’＜Ｑ１，Ｑ２’＜Ｑ２，Ｑｔ’＝Ｑｌｉｍ＜Ｑｔ」となる。そして、その補正後の総供給流量Ｑｔ’（＝Ｑｌｉｍ）に基づき油圧ポンプ２３のレギュレータ２３ａに駆動電力Ｗが供給され、ポンプ吐出流量はＱｔ’（Ｑｔ’＝Ｑｌｉｍ＜Ｑｔ）に制御される。
【００６１】
このようにポンプ吐出流量が制御される一方で、補正手段１５１は乗数Ｌ１を回転速度Ｎ１に掛け合わせて回転速度Ｎ１をＮ１’に補正し、これと同様に補正手段１５２は乗数Ｌ２を回転速度Ｎ２に掛け合わせて回転速度Ｎ２をＮ２’に補正する。そして、インバータ制御手段１８１は目標値Ｓｉ１の制御信号をインバータ６７に出力し、これによってジェネレータ６５の回転速度をＮ１’に制御する。つまり、インバータ制御手段１８１はインバータ６７およびジェネレータ６５を介して速度制御用油圧モータ６３の回転速度を、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１への供給流量が個別供給流量Ｑ１’となるよう制御する。これと同様に、インバータ制御手段１８２は目標値Ｓｉ２の制御信号をインバータ６８に出力し、これによってジェネレータ６６の回転速度をＮ２’に制御する。つまり、インバータ制御手段１８２は、インバータ６８およびジェネレータ６６を介して速度制御用油圧モータ６４の回転速度を、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２２への供給流量が個別供給流量Ｑ２’となるよう制御する。
【００６２】
このように個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔが補正されてポンプ吐出流量の制御が行われ、かつ、回転速度Ｎ１，Ｎ２が補正されて速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度の制御が行われることによって、例えばポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘであって、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘ以下である場合（Ｑｌｉｍ＝Ｑｍａｘ，Ｑｔ≦Ｑｍａｘ）には、油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対する圧油の供給流量は個別供給流量Ｑ１，Ｑ２のそれぞれに維持される。
【００６３】
また、例えばポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘであって、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘを超えた場合（Ｑｌｉｍ＝Ｑｍａｘ，Ｑｔ＞Ｑｍａｘ）には、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２の互いの比率が維持された状態（Ｑ１：Ｑ２＝Ｑ１’：Ｑ２’）で、ポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘが振り分けられて、油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに供給される。
【００６４】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０によれば次の効果を得られる。
【００６５】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０において、方向制御弁２４（弁装置）は、この方向制御弁２４と対応関係にある油圧シリンダ２１に対応付けられた操作レバー装置５１（指令手段）からの動作速度の指令値Ｓｐｏ１に応じて、油圧ポンプ２３からその油圧シリンダ２１に供給される圧油の流れの方向を制御する。これにより、油圧シリンダ２１の動作の方向、すなわち油圧シリンダ２１が伸長するか収縮するかが決まる。また、速度制御手段１０１は、操作レバー装置５１，５２のうち方向制御弁２４に指令を与えた操作レバー装置５１からの動作速度の指令値Ｓｏｐ１に応じて速度制御用油圧モータ６３の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１に供給される圧油の流量、すなわち油圧シリンダ２１の動作の速さを制御する。油圧シリンダ２１の動作の速さは、速度制御用油圧モータ６３の回転の速さに比例して変化するので、油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する場合に、油圧ポンプ２３の吐出油をそれら２つの油圧シリンダ２１，２２に振り分けても、それら２つの油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対応付けられた速度制御用油圧モータ６３，６４のそれぞれの回転の速さを制御することによって、それら２つの油圧シリンダ２１，２２のそれぞれの動作の速さを制御することができる。
【００６６】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０は、油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する状態において、それら２つの油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対応付けられたジェネレータ６５，６６は、そのジェネレータと対応関係にある油圧シリンダに対応付けられた速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動され、発電する。これにより得られる電気エネルギは、蓄電装置８０の充電、モータ・ジェネレータ４１の駆動などの油圧ショベル１に備えられた電気機器に用いることができる。したがって、油圧ポンプ２３の吐出油を２つの油圧シリンダ２１，２２に振り分けてこれらの油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる。これによって省エネに貢献できる。
【００６７】
速度制御用油圧モータの回転速度の制御は、それらの速度制御用油圧モータを可変容量形油圧モータとし、これら可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することによって実現できる。これに対し、本実施形態に係る油圧駆動装置２０は、速度制御用油圧モータ６３，６４が定容量形油圧モータであり、これら定容量形油圧モータのそれぞれの回転速度の制御を、ジェネレータ６５，６６のそれぞれの回転速度をインバータ６７，６８のそれぞれで制御することで実現するものである。つまり、速度制御用油圧モータ６３，６４を可変容量形油圧モータとし、これらの可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することで実現する場合よりも、安価な構成で容易に速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度の制御を実現できる。
【００６８】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０においては、速度制御手段１０１の個別供給流量算出手段１２１は、操作レバー装置５１による動作速度の指令信号の指令値Ｓｏｐ１と、その操作レバー装置５１と対応関係にある油圧シリンダ２１の容積とに基づき、油圧シリンダ２１に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ１を算出し、これと同様に、速度制御手段１０１の個別供給流量算出手段１２２は、操作レバー装置５２による動作速度の指令信号の指令値Ｓｏｐ２と、その操作レバー装置５２と対応関係にある油圧シリンダ２２の容積とに基づき、油圧シリンダ２２に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ２を算出する。操作レバー装置５１，５２により同時期に動作速度の指令信号を与えられた場合、速度制御手段１０１の総供給流量算出手段１３０は、それらの２つの動作速度の指令信号に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２を合計して総供給流量Ｑｔを得る。そして、その総供給流量Ｑｔが上限ポンプ吐出流量Ｑｌｉｍ以下の場合には、ポンプ吐出流量制御手段はポンプ吐出流量を総供給流量Ｑｔに制御し、モータ制御手段は２つの動作速度の指令信号に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２が維持されるよう速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度を制御する。このように油圧ポンプ２３（可変容量形油圧ポンプ）の容量と速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度とを制御することによって、ポンプ吐出流量の無駄を低減することができる。
【００６９】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０においては、図３に示すように、油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する際、油圧ポンプ２３（可変容量形油圧ポンプ）の吐出流量が総供給流量Ｑｔに対して不足した場合、すなわち、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合（Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ）、ポンプ吐出流量制御手段は乗数Ｌ１，Ｌ２で個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量ＱｔをそれぞれＱ１’，Ｑ２’およびＱｔ’のそれぞれに補正してポンプ吐出流量を補正後の総供給流量Ｑｔ’に制御する。これと並行して、モータ制御手段は、操作レバー装置５１，５２からの動作速度の指令信号に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２の比率が維持されるよう、乗数Ｌ１，Ｌ２で回転速度Ｎ１，Ｎ２をそれぞれＮ１’，Ｎ２’のそれぞれに補正して、速度制御用油圧モータ６３，６４のそれぞれの回転速度をＮ１’，Ｎ２’制御する。このように油圧ポンプ２３の吐出流量と速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度とを制御することによって、ポンプ吐出流量が総供給流量Ｑｔに対して不足している状態であっても、同時期に駆動する油圧シリンダ２１，２２の動作速度を制御することができる。
【００７０】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０においては、上限ポンプ吐出流量算出手段１４０は、所定のポンプ出力が一定して得られるよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性１４０ａ（図５に示す特性）を用い、ポンプ吐出圧センサ７０により検出されたポンプ吐出圧Ｐに応じてポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを算出する。そして、ポンプ吐出流量制御手段は、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合に、ポンプ吐出流量を上限値Ｑｌｉｍに制御する。これと並行して、モータ制御手段は、同時期に操作された操作レバー装置５１，５２からの動作速度の指令に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２の比率が維持されるよう、速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度を制御する。つまり、ポンプ吐出圧Ｐに応じてポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを制御することでポンプ出力を所定値に一定させる制御（馬力一定制御）を行いつつ、同時期に駆動する２つの油圧シリンダ２１，２２の動作速度を制御することができる。
【００７１】
なお、前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、弁装置として方向制御弁２４，２５を備えたものであったが、本発明における弁装置は方向制御弁に限定されるものではなく、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１に供給される圧油の流れの方向を切り換えられるものであればよい。方向制御弁２４の代わりの弁装置としては、例えば、油圧シリンダ２１のボトム室２１ａを油圧ポンプ２３に連通させる弁位置と、作動油タンク２６に連通させる弁位置とに切り換わる弁と、油圧シリンダ２１のロッド室２１ｂを油圧ポンプ２３に連通させる弁位置と、作動油タンク２６に連通させる弁位置とに切り換わる弁の組合せであってもよい。方向制御弁２５の代わりの弁装置も同様である。
【００７２】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、速度制御用油圧モータ６３を油圧シリンダ２１の戻り管路３１に備え、速度制御用油圧モータ６４を油圧シリンダ２２の戻り管路３２に備えたものである、すなわち、速度制御用油圧モータを油圧アクチュエータから排出される圧油により駆動するものであるが、本発明は、速度制御用油圧モータを油圧アクチュエータに供給される圧油により駆動するものであってもよい。この場合、図２を用いて説明すると、速度制御用油圧モータ６３，６４はそれぞれ、枝管路２８，２９のそれぞれに設けられることになる。
【００７３】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、複数の油圧アクチュエータが２つの油圧シリンダ２１，２２であったが、本発明における油圧アクチュエータの数は２つに限定されるものではなく、２つより多く油圧アクチュエータを備え、それらの油圧アクチュエータに対応付けられた方向制御弁、発電装置、インバータ等を備えたものであってもよい。
【００７４】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、複数の油圧アクチュエータが２つの油圧シリンダ２１，２２であったが、本発明における複数の油圧アクチュエータは油圧シリンダに限定されるものではなく、油圧モータのみ、油圧シリンダと油圧モータの混合であってもよい。
【００７５】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、原動機としてディーゼルエンジン４０とモータ・ジェネレータ４１を備えていたが、ディーゼルエンジン４０のみであってもよいし、モータ・ジェネレータ４１のみであってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１ 油圧ショベル
２ 走行体
２ａ 履帯
３ 旋回体
３ａ キャブ
３ｂ 機械室
３ｃ カウンタウェイト
４ フロント作業装置
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ ブームシリンダ
９ アームシリンダ
１０ バケットシリンダ
２０ 油圧駆動装置
２１，２２ 油圧シリンダ
２１ａ，２２ｂ ボトム室
２１ｂ，２２ｂ ロッド室
２３ 油圧ポンプ
２３ａ レギュレータ
２４，２５ 方向制御弁
２４ａ，２５ａ Ａポート
２４ｂ，２５ｂ Ｂポート
２４ｃ，２５ｃ Ｐポート
２４ｄ，２５ｄ Ｒポート
２４ｅ，２５ｅ 中立位置
２４ｆ，２５ｆ 第１弁位置
２４ｇ，２５Ｇ 第２弁位置
２６ 作動油タンク
２７ 幹管路
２８，２９ 枝管路
３１，３２ 戻り管路
４０ ディーゼルエンジン
４１ モータ・ジェネレータ
４２ インバータ
４３ リリーフ弁
５１，５２ 操作レバー装置
５１ａ，５２ａ 操作レバー
６１，６２ 発電装置
６３，６４ 速度制御用油圧モータ
６５，６６ ジェネレータ
６７，６８ インバータ
７０ ポンプ吐出圧センサ
８０ 蓄電装置
１００ コントローラ
１０１ 速度制御手段
１１１，１１２ 目標回転速度算出手段
１１１ａ 特性
１２１，１２２ 個別供給流量算出手段
１３０ 総供給流量算出手段
１４０ 上限ポンプ吐出流量算出手段
１４０ａ 特性
１４１ 乗数算出手段
１５１ 補正手段
１５２ 補正手段
１６０ 総供給流量補正手段
１７０ レギュレータ制御手段
１８１，１８２ インバータ制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータのそれぞれに振り分けられる圧油の流量および流れの方向を制御する建設機械の油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の建設機械の油圧駆動装置、例えば油圧ショベルは、ブーム、アームおよびバケットを有する作業装置（作業機）を備え、この作業装置はブームシリンダ（油圧シリンダ）により駆動されて上下方向に回動するようになっている。そのブームシリンダは、作業装置が下方向に回動する際に作業装置に作用する重力により押し縮められる。これに伴ってブームシリンダのボトム室からは圧油が排出される。従来の建設機械の油圧駆動装置は、ブームシリンダのボトム室から排出される圧油を利用して、油圧モータを駆動し、この油圧モータによりジェネレータを駆動して発電するようになっている。つまり、作業装置の位置エネルギを電気エネルギに変換して回収し、この電気エネルギを建設機械に備えられた電気機器に供給することによって、作業装置の位置エネルギを有効に利用するようになっている。（特許文献１参照）
また、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ等、油圧ショベルに備えられる複数の油圧アクチュエータは、油圧ポンプの吐出油を振り分けられて駆動されるようになっている。複数の油圧アクチュエータのそれぞれには方向制御弁が対応付けられて設けられている。それらの方向制御弁としては、スプールのストローク量に応じて開口面積が変化するもの、すなわち可変絞りとして機能するものが用いられるのが一般的である。つまり、方向制御弁を用いることによって、この方向制御弁と対応関係にある油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向、すなわちその油圧アクチュエータの動作方向を切り換えることができ、かつ、油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給する圧油の流量、すなわちその油圧アクチュエータの動作速度を調節することができるようになっている。
【０００３】
さらに、複数の油圧アクチュエータのそれぞれには圧力補償弁が対応付けられて設けられている。複数の油圧アクチュエータのうちのいずれか２つ以上が同時期に駆動される場合、油圧ポンプの吐出油は、それらの２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられた方向制御弁を介して、それらの２つ以上の油圧アクチュエータに振り分けられることになる。この状態では、同時期に駆動される２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられた圧力補償弁は、その圧力補償弁の上流と下流の圧力差の変動を抑えることによって、同時期に駆動される２つ以上の油圧アクチュエータのうち負荷圧力の低い方に偏って油圧ポンプからの圧油が流れる、という事態を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように圧力補償弁を用いた場合、同時期に駆動される２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれの負荷圧力のうちの最高負荷圧力と、この最高負荷圧力よりも低い負荷圧力との圧力差が大きいほど、その低い負荷圧力が作用する油圧アクチュエータに対応付けられた圧力補償弁での圧力損失、すなわちエネルギ損失が大きくなる。
【０００６】
本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、油圧ポンプの吐出油を複数の油圧アクチュエータに振り分けてこれらの油圧アクチュエータを同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するために本発明の建設機械の油圧駆動装置は次のように構成されている。
【０００８】
〔１〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、原動機と、この原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される圧油の流量および流れの方向を制御する動作制御手段と、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられ、その油圧アクチュエータの動作速度を前記動作制御手段に指令する指令手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置において、前記動作制御手段は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられた弁装置、速度制御用油圧モータおよびジェネレータと、速度制御手段とを備え、前記弁装置は、この弁装置と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記指令手段からの指令に応じて、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向を制御するものであり、前記速度制御用油圧モータは、この速度制御用油圧モータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対して前記油圧ポンプから供給される圧油、または、その油圧アクチュエータから作動油タンクに排出される圧油により駆動されるものであり、前記ジェネレータは、このジェネレータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動されるものであり、前記速度制御手段は、この速度制御手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記弁装置に指令を与えた指令手段からの動作速度の指令に応じて、その油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御することにより、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御することを特徴とする。
【０００９】
この「〔１〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、動作制御手段の各弁装置は、この弁装置と対応関係にある油圧アクチュエータに対応付けられた指令手段からの動作速度（動作の方向と動作の速さ）の指令に応じて、油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向を制御する。これにより、油圧アクチュエータの動作の方向が決まる。例えば、その油圧アクチュエータが油圧シリンダの場合には、その油圧シリンダの動作の方向が伸長方向または収縮方向に決まり、油圧モータの場合には、その油圧モータの動作の方向が、相反する２つの回転方向のうちの一方向または他方向に決まる。また、速度制御手段は、この速度制御手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記弁装置に指令を与えた指令手段からの動作速度の指令に応じて、速度制御用油圧モータの回転速度を制御することにより、その油圧アクチュエータに対して油圧ポンプから供給される圧油の流量、すなわち、その油圧アクチュエータの動作の速さを制御する。油圧アクチュエータの動作の速さは、速度制御用油圧モータの回転の速さに比例して変化するので、すなわち、速度制御用油圧モータの回転の速さに対する制限が大きいほど遅くなり、その制限が小さいほど早くなるので、複数の油圧アクチュエータのうち２つ以上を同時期に駆動する場合に、油圧ポンプの吐出油をそれら２つ以上の油圧アクチュエータに振り分けても、それら２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられた速度制御用油圧モータのそれぞれの回転の速さを制御することによって、それら２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれの動作の速さを制御することができる。
【００１０】
このようにして複数の油圧アクチュエータのうちの２つ以上を同時期に駆動する状態において、それら２つ以上の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられたジェネレータは、そのジェネレータと対応関係にある油圧アクチュエータに対応付けられた速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動され、発電する。これにより得られる電気エネルギは、建設機械に備えられた電気機器に用いることができる。したがって、油圧ポンプの吐出油を複数の油圧アクチュエータに振り分けてこれらの油圧アクチュエータを同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる。
【００１１】
〔２〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記速度制御用油圧モータは定容量形油圧モータであり、前記速度制御手段は、前記複数のジェネレータのそれぞれに対して設けられそのジェネレータの回転速度を制御するインバータを備え、そのインバータによりジェネレータの回転速度を制御することで前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御することを特徴とする。
【００１２】
速度制御用油圧モータの回転速度の制御は、その速度制御用油圧モータを可変容量形油圧モータとし、この可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することによって実現できる。これに対し、「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置は、速度制御用油圧モータが定容量形油圧モータであり、この定容量形油圧モータの回転速度の制御を、ジェネレータの回転速度をインバータで制御することで実現するものである。つまり、速度制御用油圧モータを可変容量形油圧モータとし、この可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することで実現する場合よりも、安価な構成で容易に速度制御用油圧モータの回転速度の制御を実現できる。
【００１３】
〔３〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」または「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、前記速度制御手段は、前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、ポンプ吐出流量を前記総供給流量に制御するポンプ吐出流量制御手段と、前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この「〔３〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、速度制御手段の個別供給流量算出手段は、指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある油圧アクチュエータの容積とに基づき、その油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する。複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合、速度制御手段の総供給流量算出手段は、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る。そして、ポンプ吐出流量制御手段は油圧ポンプの吐出流量（ポンプ吐出流量）を総供給流量に制御し、モータ制御手段は２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量が維持されるよう複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御する。このようにポンプ吐出流量と複数の速度制御用油圧モータの回転速度とを制御することによって、ポンプ吐出流量の無駄を低減することができる。
【００１５】
〔４〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」または「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、前記速度制御手段は、前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、前記総供給流量が前記油圧ポンプの吐出流量の最大値を超えた場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を最大値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この「〔４〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、速度制御手段の個別供給流量算出手段は、指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応付けられた油圧アクチュエータの容積とに基づき、その油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する。複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合、速度制御手段の総供給流量算出手段は、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量を合計して総供給流量を得る。ここまでの処理は「〔３〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置と同じである。
【００１７】
複数の油圧アクチュエータのうちの２つ以上を同時期に駆動する場合、可変容量形油圧ポンプである油圧ポンプの吐出流量が、総供給流量に対して不足する場合がある。つまり、総供給流量がポンプ吐出流量の最大値を超える場合がある。そこで、「〔４〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、ポンプ吐出流量制御手段はポンプ吐出流量を最大値に制御し、モータ制御手段は２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量の比率が維持されるよう複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御する。このように可変容量形油圧ポンプである油圧ポンプと複数の速度制御用油圧モータとを制御することによって、ポンプ吐出流量が総供給流量に対して不足している状態であっても同時期に駆動する２つ以上の油圧アクチュエータの動作速度を、２つ以上の指令手段のそれぞれからの動作速度の指令に応じて制御することができる。
【００１８】
〔５〕 本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、「〔１〕」または「〔２〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、前記速度制御手段は、前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、前記油圧ポンプのポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出手段と、前記原動機の出力を超えないよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性を用い、前記ポンプ吐出圧検出手段により検出されたポンプ吐出圧に応じて前記油圧ポンプのポンプ吐出流量の上限値を算出する上限ポンプ吐出流量算出手段と、前記総供給流量がポンプ吐出流量の前記上限値を超えた場合に、ポンプ吐出流量を前記上限値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
この「〔５〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置において、動作制御手段の個別供給流量算出手段は、指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応付けられた油圧アクチュエータの容積とに基づき、その油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する。複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合、速度制御手段の総供給流量算出手段は、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量を合計して総供給流量を得る。ここまでの処理は「〔３〕」，「〔４〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置と同じである。
【００２０】
特に「〔５〕」に記載の建設機械の油圧駆動装置においては、上限ポンプ吐出流量算出手段が、所定のポンプ出力が一定して得られるよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値との対応関係の特性を用い、ポンプ吐出圧検出手段により検出されたポンプ吐出圧に応じてポンプ吐出流量の上限値を算出する。そして、ポンプ吐出流量制御手段は、ポンプ吐出流量の上限値が総供給流量に対して不足していた場合、すなわち総供給流量がポンプ吐出流量の上限値を超えた場合に、ポンプ吐出流量を上限値に制御し、モータ制御手段は、２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の個別供給流量の比率が維持されるよう複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御する。つまり、ポンプ吐出圧に応じてポンプ吐出流量を制御することでポンプ出力を所定値に一定させる制御（馬力一定制御）を行いつつ、同時期に駆動する２つ以上の油圧アクチュエータの動作速度を制御することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る建設機械の油圧駆動装置によれば、油圧ポンプの吐出油を複数の油圧アクチュエータに振り分けてこれらの油圧アクチュエータを同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる。これにより、省エネに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧駆動装置が適用される建設機械である油圧ショベルの左側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る油圧駆動装置の概略を示す油圧回路図である。
【図３】図２に示したコントローラに備えられる速度制御手段を示すブロック図である。
【図４】図３に示した目標回転速度算出手段により用いられる操作レバーの傾倒操作量とジェネレータの回転速度との対応関係の特性を示す図である。
【図５】図３に示した上限ポンプ吐出流量算出手段により用いられるポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値との対応関係の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧駆動装置ついて、図１〜図５を用いて説明する。
【００２４】
図１に示す油圧ショベル１は、履帯２ａを駆動して走行する走行体２と、この走行体２に旋回可能に結合した旋回体３と、この旋回体３の前部に設けられたフロント作業装置４とを備える。
【００２５】
旋回体３は、フロント作業装置４の左側方に設けられたキャブ３ａと、このキャブ３ａの後方に設けられた機械室３ｂと、この機械室３ｂの後方に設けられて旋回体３の後端を形成しているカウンタウェイト３ｃとを備える。この旋回体３は、図示してない旋回モータを駆動源としている。
【００２６】
フロント作業装置４は、旋回体３の前部に上下方向に回動可能に結合されたブーム５と、このブーム５に回動可能に連結されたアーム６と、このアーム６に回動可能に連結されたバケット７とを備える。ブーム５、アーム６およびバケット７のそれぞれは、ブームシリンダ８、アームシリンダ９およびバケットシリンダ１０のそれぞれにより駆動されるようになっている。これらブームシリンダ８、アームシリンダ９およびバケットシリンダ１０はいずれも油圧シリンダであり、片ロッド式の複動シリンダである。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態に係る油圧駆動装置２０は、原動機としてのディーゼルエンジン４０と、このディーゼルエンジン４０により駆動される可変容量形油圧ポンプである油圧ポンプ２３と、この油圧ポンプ２３の吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータ、例えば２つの油圧シリンダ２１，２２（例えばブームシリンダ８、バケットシリンダ１０に適用される）と、油圧シリンダ２１に対応付けられて設けられ、油圧ポンプ２３からその油圧シリンダ２１に供給される圧油の流れの方向を制御する弁装置としての方向制御弁２４と、油圧シリンダ２２に対応付けられて設けられ、油圧ポンプ２３からその油圧シリンダ２２に供給される圧油の流れの方向を制御する弁装置としての方向制御弁２５とを備える。また、ディーゼルエンジン４０と油圧ポンプ２３の間には、モータ・ジェネレータ４１が設けられている。
【００２８】
方向制御弁２４は、クローズドセンタ式で３つの弁位置（中立位置２４ｅ、第１弁位置２４ｆ、第２弁位置２４ｇ）のいずれか１に選択的に切り換えられる弁である。また、この方向制御弁２４は、４つのポート、すなわちＡポート２４ａ、Ｂポート２４ｂ、Ｐポート２４ｃ、Ｒポート２４ｄを備える。Ａポート２４ａは油圧シリンダ２１のボトム室２１ａに通じたポートであり、Ｂポート２４ｂは油圧シリンダ２１のロッド室２１ｂに通じたポートである。Ｐポート２４ｄは油圧ポンプ２３の吐出油を導入するポートであり、Ｒポート２４ｄは油圧シリンダ２１から排出され作動油、すなわち戻り油を作動油タンク２６側に導くポートである。方向制御弁２４は、スプールのスロトーク量に応じて開口面積が変化する可変絞りとしての機能を備えない。
【００２９】
方向制御弁２５も方向制御弁２４と同じく、クローズドセンタ式で３つの弁位置（中立位置２５ｅ、第１弁位置２５ｆ、第２弁位置２５ｇ）のいずれか１に選択的に切り換えられる弁である。また、この方向制御弁２５は、４つのポート、すなわちＡポート２５ａ、Ｂポート２５ｂ、Ｐポート２５ｃ、Ｒポート２５ｄを備える。Ａポート２５ａは油圧シリンダ２２のボトム室２２ａに通じたポートであり、Ｂポート２５ｂは油圧シリンダ２２のロッド室２２ｂに通じたポートである。Ｐポートロ２５ｃは油圧ポンプ２３の吐出油を導入するポートであり、Ｒポート２５ｄは油圧シリンダ２２から排出された作動油、すなわち戻り油を作動油タンク２６側に導くポートである。方向制御弁２５も、スプールのスロトーク量に応じて開口面積が変化する可変絞りとしての機能を備えない。
【００３０】
油圧ポンプ２３と方向制御弁２４のＰポート２４ｃは、油圧ポンプ２３が圧油を吐出する幹管路２７と、この幹管路２７から分岐した枝管路２８とを介して接続されている。油圧ポンプ２３と方向制御弁２５のＰポート２５ｃは、幹管路２７と、この幹管路２７から分岐した枝管路２９とを介して接続されている。つまり、油圧ポンプ２３の吐出油は、枝管路２８を通じて油圧シリンダ２１に導かれる分と、枝管路２９を通じて油圧シリンダ２２に導かれる分とに振り分けられるようになっている。
【００３１】
幹管路２７には、油圧ポンプ２３の最大吐出圧を規定するリリーフ弁４３が設けられている。つまり、油圧ポンプ２３の吐出圧がリリーフ弁４３の設定圧力に達すると、リリーフ弁４３を通じて圧力が作動油タンク２６に逃がされ、これによって、油圧ポンプ２３の最大吐出圧がその設定圧力よりも僅かに低い圧力に規定されている。このリリーフ弁４３は電気信号により制御可能なものである。
【００３２】
油圧駆動装置２０はさらにコントローラ１００を備える。このコントローラ１００は、制御プログラムが書き込まれたＲＯＭと、その制御プログラムに従って情報処理を行うＣＰＵと、そのＣＰＵによる情報処理の作業領域であるＲＡＭとを備え、油圧駆動装置２０の動作に係る種々の情報処理、および種々の制御対象物の制御を行うものである。前出の方向制御弁２４および前出の方向制御弁２５はコントローラ１００の制御対象物であり、方向制御弁２４はコントローラ１００から電力を供給されて中立位置２４ｅから第１位置２４ｆ，第２位置２４ｇのいずれかに選択的に切り換わるようになっており、方向制御弁２５はコントローラ１００から電力を供給されて中立位置２５ｅから第１位置２５ｆ，第２位置２５ｇのいずれかに選択的に切り換わるようになっている。コントローラ１００には、油圧シリンダ２１に対応付けられて設けられた指令手段としての操作レバー装置５１と、油圧シリンダ２２に対応付けられて設けられた指令手段としての操作レバー装置５２とが電気的に接続されている。操作レバー装置５１は、操作レバー５１ａの中立位置からの傾倒操作量を油圧シリンダ２１の動作速度の指令信号（電気信号）に変換してコントローラ１００に出力するものである。操作レバー装置５２は、操作レバー５２ａの中立位置からの傾倒操作量を油圧シリンダ２２の動作速度の指令信号（電気信号）に変換してコントローラ１００に出力するものである。コントローラ１００は、操作レバー装置５１からの指令信号に基づき、方向制御弁２４の弁位置を第１位置２４ｆ、第２位置３４ｇのいずれかに切り換えるよう設定されており、また、操作レバー装置５２からの指令信号に基づき方向制御弁２５の弁位置を第１弁位置２５ｆ、第２弁位置２５ｇのいずれかに切り換えるよう設定されている。
【００３３】
油圧駆動装置２０はさらに、油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対応付けられて設けられた発電装置６１，６２のそれぞれを備える。
【００３４】
発電装置６１は方向制御弁２４のＲポート２４ｄから作動油タンク２６に延びた戻り管路３１に設けられており、戻り管路３１上に設けられて方向制御弁２４のＲポート２４ｄからの作動油により駆動される速度制御用油圧モータ６３と、この速度制御用油圧モータ６３に伝動可能に結合したジェネレータ６５とを備える。つまり、油圧シリンダ２１から排出された圧油により速度制御用油圧モータ６３が駆動され、この速度制御用油圧モータ６３によりジェネレータ６５が駆動されて、発電がなされるようになっている。
【００３５】
発電装置６２は方向制御弁２５のＲポート２５ｄから作動油タンク２６に延びた戻り管路３２に設けられており、戻り管路３２上に設けられて方向制御弁２５のＲポート２５ｄからの作動油により駆動される速度制御用油圧モータ６４と、この速度制御用油圧モータ６４に伝動可能に結合したジェネレータ６６とを備える。つまり、油圧シリンダ２２から排出された圧油により速度制御用油圧モータ６４が駆動され、この速度制御用油圧モータ６４によりジェネレータ６６が駆動されて、発電がなされるようになっている。
【００３６】
ジェネレータ６５に対してはインバータ６７が設けられており、ジェネレータ６６に対してはインバータ６８が設けられている。ジェネレータ６５の回転速度はインバータ６７によって制御されるようになっており、ジェネレータ６６の回転速度はインバータ６８によって制御されるようになっている。インバータ６７，６８は前出のコントローラ１００により制御されるものである。つまり、コントローラ１００は、インバータ６７によりジェネレータ６５の回転速度を制御することで速度制御用油圧モータ６３の回転速度を制御するものであるとともに、インバータ６８によりジェネレータ６６の回転速度を制御することで速度制御用油圧モータ６４の回転速度を制御するものである。
【００３７】
ジェネレータ６５により発電された電力はインバータ６７を介して蓄電装置８０またはモータ・ジェネレータ４１に供給されるようになっている。これと同様に、ジェネレータ６６により発電された電力はインバータ６８を介して蓄電装置８０またはモータ・ジェネレータ４１に供給されるようになっている。
【００３８】
ディーゼルエンジン４０に対しては、負荷の変動に関係なく回転速度を一定に維持するアイソクロナス制御、言い換えると、ディーゼルエンジン４０に対する負荷が小さくなるほど燃料噴射量を少なくする制御が行われるようになっている。また、油圧ポンプ２３の回転速度は一定に制御されるようになっている。このため、蓄電装置８０からインバータ４２を介して電力が供給されてモータ・ジェネレータ４１が回転した場合、油圧ポンプ２３の回転が加速しないようにディーゼルエンジン４０の負荷はモータ・ジェネレータ４１の出力分だけ小さく制御され、この結果、ディーゼルエンジン４０の燃料消費量が低減される。
【００３９】
油圧駆動装置２０はさらに、油圧ポンプ２３の吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出手段としてのポンプ吐出圧センサ７０を備える。このポンプ吐出圧センサ７０により検出されたポンプ吐出圧は電気信号であるポンプ吐出圧信号に変換されてコントローラ１００に入力されるようになっている。
【００４０】
なお、操作レバー装置５１，５２は、前出のキャブ３ａ内に設けられてオペレータにより操作されるものである。ディーゼルエンジン４０、油圧ポンプ２３、方向制御弁２４，２５、発電装置６１，６２、インバータ６７，６８、モータ・ジェネレータ４１、蓄電装置８０は、前出の旋回体３の機械室３ｂに収容されている。
【００４１】
図３に示すように、コントローラ１００は、このコントローラ１００のＲＯＭに書き込まれた制御プログラムにより設定された手段であり速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度を制御する速度制御手段１０１を備える。
【００４２】
速度制御手段１０１は、操作レバー装置５１からの動作速度の指令信号に応じて速度制御用油圧モータ６３の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１に供給される圧油の流量を制御するとともに、操作レバー装置５２からの動作速度の指令信号に応じて速度制御用油圧モータ６４の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２２に供給される圧油の流量を制御するものである。この速度制御手段１０１の詳細について次に説明する。
【００４３】
速度制御手段１０１は、ジェネレータ６５の回転速度の目標値である回転速度Ｎ１（単位時間当たりの回転数）を、操作レバー装置５１からの指令信号の指令値Ｓｏｐ１に基づいて算出する目標回転速度算出手段１１１と、ジェネレータ６６の回転速度の目標値である回転速度Ｎ２（単位時間当たりの回転数）を、操作レバー装置５２からの指令信号の指令値Ｓｏｐ２に基づいて算出する目標回転速度算出手段１１２とを備える。これら目標回転速度算出手段１１１，１１２は、操作レバー５２ａの傾倒操作量に相応する指令値Ｓｏｐとジェネレータ６５，６６の回転速度との対応関係の特性１１１ａ（図４参照）を用いて、回転速度Ｎ１，Ｎ２を算出するものである。その特性１１１ａは、操作レバー５１ａ，５２ａの傾倒操作量に相応する指令値Ｓｏｐが大きいほどジェネレータ６５，６６の回転速度Ｎが大きくなるよう設定されたものであり、予め設定されてコントローラ１００のＲＯＭに記憶されているものである。
【００４４】
速度制御手段１０１はさらに、油圧シリンダ２１に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ１を、油圧シリンダ２１の容積と回転速度Ｎ１とに基づき算出する個別供給流量算出手段１２１と、油圧シリンダ２２に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ２を、油圧シリンダ２２の容積と回転速度Ｎ２とに基づき算出する個別供給流量算出手段１２２と、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２を合計して総供給流量Ｑｔを得る総供給流量算出手段１３０とを備える。
【００４５】
速度制御手段１０１はさらに、所定のポンプ出力が一定して得られるよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性１４０ａを用いて、ポンプ吐出圧検出センサ７０により検出されたポンプ吐出圧Ｐに基づき、ホンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを算出する上限ポンプ吐出流量算出手段１４０を備える。
【００４６】
速度制御手段１０１はさらに、総供給流量Ｑｔとポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとに基づいて乗数Ｌ１，Ｌ２を算出する乗数算出手段１４１を備える。この乗数算出手段１４１は、ポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘとの大小関係を比較し、「Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ」の場合に「Ｌ１＝１，Ｌ＝２」とするよう設定されており、「Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ」の場合に「Ｌ１＝Ｑ１×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２），Ｌ２＝Ｑ２×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）」とするよう設定されている。
【００４７】
速度制御手段１０１はさらに、個別供給流量Ｑ１に乗数Ｌ１を掛け合わせることで個別供給流量Ｑ１をＱ１’に補正する補正手段１５１と、個別供給流量Ｑ２に乗数Ｌ２を掛け合わせることで個別供給流量Ｑ２をＱ２’に補正する補正手段１５２と、補正後の個別供給流量Ｑ１’，Ｑ２’を合計する、すなわち総供給流量ＱｔをＱｔ’に補正する総供給流量補正手段１６０とを備える。
【００４８】
速度制御手段１０１はさらに、油圧ポンプ２３（可変容量形油圧ポンプ）の吐出流量を調整するレギュレータ２３ａに対し、前出の補正後の総供給流量Ｑｔ’に基づいて駆動電力Ｗを与えるレギュレータ制御手段１７０を備える。
【００４９】
乗数算出手段１４１と補正手段１５１，１５２と総供給流量補正手段１６０とレギュレータ制御手段１７０は、総供給流量Ｑｔとポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとに基づき油圧ポンプ２３の吐出流量（ポンプ吐出流量）を制御するポンプ吐出流量制御手段を構成する。
【００５０】
また、速度制御手段１０１において、前出の補正手段１５１は回転速度Ｎ１に乗数Ｌ１を掛け合わせて回転速度Ｎ１をＮ１’に補正する手段でもあり、これと同様に前出の補正手段１５２も回転速度Ｎ２に乗数Ｌ２を掛け合わせて回転速度Ｎ２をＮ２’に補正する手段である。そして、速度制御手段１０１は、ジェネレータ６５の回転速度を、補正後の回転速度Ｎ１’に制御させるための制御信号Ｓｉ１をインバータ６７に出力するインバータ制御手段１８１と、ジェネレータ６６の回転速度を補正後の回転速度Ｎ２’に制御させるための制御信号Ｓｉ２をインバータ６８に出力するインバータ制御手段１８２とを備える。乗数算出手段１４１と補正手段１５１，１５２とインバータ制御手段１８１，１８２は、回転速度Ｎ１，Ｎ２および個別供給流量Ｑ１，Ｑ２に基づいて速度制御用油圧モータ６３，６４の動作速度を制御するモータ制御手段を構成する。
【００５１】
なお、方向制御弁２４，２５と、発電装置６１，６２（速度制御用油圧モータ６３と発電機６５、速度制御用油圧モータ６４と発電機６６）と、ジェネレータ６５，６６と速度制御手段１０１は、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに供給される圧油の流量および流れの方向を制御する動作制御手段を構成している。
【００５２】
また、コントローラ１００は、操作レバー装置５１，５２が操作されていないとき、すなわち操作レバー装置５１の指令信号の指令値Ｓｏｐ１＝０であり、操作レバー装置５２の指令信号の指令値Ｓｏｐ２＝０であるとき、リリーフ弁４３に駆動電力を与えてリリーフ弁４３を開くようになっている。つまり、油圧シリンダ２１，２２を動作させない場合には、ポンプ吐出圧を低下させて、省エネを図るようになっている。
【００５３】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０の動作の流れについて、２つの油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する場合を例に挙げて説明する。
【００５４】
はじめに、操作レバー装置５１，５２が同時期に操作される。これにより、操作レバー装置５１，５２のそれぞれから指令値Ｓｏｐ１の指令信号、指令値Ｓｏｐ２の指令信号のそれぞれが出力され、これらの指令信号はコントローラ１００に入力される。
【００５５】
これにより、コントローラ１００においては、目標回転速度算出手段１１１が操作レバー装置５１からの指令信号の指令値Ｓｏｐ１に基づき回転速度Ｎ１を算出し、また、目標回転速度算出手段１１２が操作レバー装置５２からの指令信号の指令値Ｓｏｐ２に基づき回転速度Ｎ２を算出する。次に、個別供給流量算出手段１２１が、油圧シリンダ２１の容積と回転速度Ｎ１とに基づき油圧シリンダ２１に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ１を算出し、また、個別供給流量算出手段１２２が、油圧シリンダ２２の容積と回転速度Ｎ２とに基づき油圧シリンダ２２に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ２を算出する。次に、総供給流量算出手段１３０が個別供給流量Ｑ１，Ｑ２を合計して総供給流量Ｑｔを得る。
【００５６】
一方、上限ポンプ吐出流量算出手段１４０は、ポンプ吐出圧センサ７０により検出されたポンプ吐出圧Ｐに基づきポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを算出する。
【００５７】
次に、乗数算出手段１４１は、総供給流量算Ｑｔとポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとに基づき乗数Ｌ１，Ｌ２を算出する。このとき、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍ以下であった場合（Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２は「Ｌ１＝１，Ｌ２＝１」に設定される。また、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合（Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ「Ｌ１＝Ｑ１×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）、「Ｌ２＝Ｑ２×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）」という１よりも小さい値に設定される。
【００５８】
次に、補正手段１５１は乗数Ｌ１を、操作レバー装置５１からの指令信号に基づく個別供給流量Ｑ１に掛け合わせて、個別供給流量Ｑ１をＱ１’に補正し、これと同様に、補正手段１５２は乗数Ｌ２を、操作レバー装置５２からの指令信号に基づく個別供給流量Ｑ２に掛け合わせて、個別供給流量Ｑ２をＱ２’に補正する。次に、総供給流量補正手段１６０は、補正後の個別供給流量Ｑ１’，Ｑ２’を合計して補正後の総供給流量Ｑｔ’を得る。
【００５９】
このようにして個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔ’が補正される際、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍ以下であった場合（Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２は「Ｌ１＝１，Ｌ２＝１」に設定されているので、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔは実質的には補正されない。つまり「Ｑ１’＝Ｑ１，Ｑ２’＝Ｑ２，Ｑｔ’＝Ｑｔ」である。そして、その補正後の総供給流量Ｑｔ’に基づき油圧ポンプ２３のレギュレータ２３ａに駆動電力Ｗが供給され、ポンプ吐出流量はＱｔ’（Ｑｔ’＝Ｑｔ≦Ｑｌｉｍ）に制御される。
【００６０】
また、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔ’が補正される際、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合（Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ）、乗数Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ「Ｌ１＝Ｑ１×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）、「Ｌ２＝Ｑ２×Ｑｌｉｍ／（Ｑ１＋Ｑ２）」という１よりも小さい値に設定されているので、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２は互いの比率を維持した状態で、総供給流量Ｑｔ’がポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍとなるように補正される。つまり、「Ｑ１：Ｑ２＝Ｑ１’：Ｑ２’，Ｑ１’＜Ｑ１，Ｑ２’＜Ｑ２，Ｑｔ’＝Ｑｌｉｍ＜Ｑｔ」となる。そして、その補正後の総供給流量Ｑｔ’（＝Ｑｌｉｍ）に基づき油圧ポンプ２３のレギュレータ２３ａに駆動電力Ｗが供給され、ポンプ吐出流量はＱｔ’（Ｑｔ’＝Ｑｌｉｍ＜Ｑｔ）に制御される。
【００６１】
このようにポンプ吐出流量が制御される一方で、補正手段１５１は乗数Ｌ１を回転速度Ｎ１に掛け合わせて回転速度Ｎ１をＮ１’に補正し、これと同様に補正手段１５２は乗数Ｌ２を回転速度Ｎ２に掛け合わせて回転速度Ｎ２をＮ２’に補正する。そして、インバータ制御手段１８１は目標値Ｓｉ１の制御信号をインバータ６７に出力し、これによってジェネレータ６５の回転速度をＮ１’に制御する。つまり、インバータ制御手段１８１はインバータ６７およびジェネレータ６５を介して速度制御用油圧モータ６３の回転速度を、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１への供給流量が個別供給流量Ｑ１’となるよう制御する。これと同様に、インバータ制御手段１８２は目標値Ｓｉ２の制御信号をインバータ６８に出力し、これによってジェネレータ６６の回転速度をＮ２’に制御する。つまり、インバータ制御手段１８２は、インバータ６８およびジェネレータ６６を介して速度制御用油圧モータ６４の回転速度を、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２２への供給流量が個別供給流量Ｑ２’となるよう制御する。
【００６２】
このように個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量Ｑｔが補正されてポンプ吐出流量の制御が行われ、かつ、回転速度Ｎ１，Ｎ２が補正されて速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度の制御が行われることによって、例えばポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘであって、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘ以下である場合（Ｑｌｉｍ＝Ｑｍａｘ，Ｑｔ≦Ｑｍａｘ）には、油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対する圧油の供給流量は個別供給流量Ｑ１，Ｑ２のそれぞれに維持される。
【００６３】
また、例えばポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘであって、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘを超えた場合（Ｑｌｉｍ＝Ｑｍａｘ，Ｑｔ＞Ｑｍａｘ）には、個別供給流量Ｑ１，Ｑ２の互いの比率が維持された状態（Ｑ１：Ｑ２＝Ｑ１’：Ｑ２’）で、ポンプ吐出流量の最大値Ｑｍａｘが振り分けられて、油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに供給される。
【００６４】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０によれば次の効果を得られる。
【００６５】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０において、方向制御弁２４（弁装置）は、この方向制御弁２４と対応関係にある油圧シリンダ２１に対応付けられた操作レバー装置５１（指令手段）からの動作速度の指令値Ｓｐｏ１に応じて、油圧ポンプ２３からその油圧シリンダ２１に供給される圧油の流れの方向を制御する。これにより、油圧シリンダ２１の動作の方向、すなわち油圧シリンダ２１が伸長するか収縮するかが決まる。また、速度制御手段１０１は、操作レバー装置５１，５２のうち方向制御弁２４に指令を与えた操作レバー装置５１からの動作速度の指令値Ｓｏｐ１に応じて速度制御用油圧モータ６３の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１に供給される圧油の流量、すなわち油圧シリンダ２１の動作の速さを制御する。油圧シリンダ２１の動作の速さは、速度制御用油圧モータ６３の回転の速さに比例して変化するので、油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する場合に、油圧ポンプ２３の吐出油をそれら２つの油圧シリンダ２１，２２に振り分けても、それら２つの油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対応付けられた速度制御用油圧モータ６３，６４のそれぞれの回転の速さを制御することによって、それら２つの油圧シリンダ２１，２２のそれぞれの動作の速さを制御することができる。
【００６６】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０は、油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する状態において、それら２つの油圧シリンダ２１，２２のそれぞれに対応付けられたジェネレータ６５，６６は、そのジェネレータと対応関係にある油圧シリンダに対応付けられた速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動され、発電する。これにより得られる電気エネルギは、蓄電装置８０の充電、モータ・ジェネレータ４１の駆動などの油圧ショベル１に備えられた電気機器に用いることができる。したがって、油圧ポンプ２３の吐出油を２つの油圧シリンダ２１，２２に振り分けてこれらの油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する際、エネルギ損失を低減することができる。これによって省エネに貢献できる。
【００６７】
速度制御用油圧モータの回転速度の制御は、それらの速度制御用油圧モータを可変容量形油圧モータとし、これら可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することによって実現できる。これに対し、本実施形態に係る油圧駆動装置２０は、速度制御用油圧モータ６３，６４が定容量形油圧モータであり、これら定容量形油圧モータのそれぞれの回転速度の制御を、ジェネレータ６５，６６のそれぞれの回転速度をインバータ６７，６８のそれぞれで制御することで実現するものである。つまり、速度制御用油圧モータ６３，６４を可変容量形油圧モータとし、これらの可変容量形油圧モータの押し退け容積を制御することで実現する場合よりも、安価な構成で容易に速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度の制御を実現できる。
【００６８】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０においては、速度制御手段１０１の個別供給流量算出手段１２１は、操作レバー装置５１による動作速度の指令信号の指令値Ｓｏｐ１と、その操作レバー装置５１と対応関係にある油圧シリンダ２１の容積とに基づき、油圧シリンダ２１に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ１を算出し、これと同様に、速度制御手段１０１の個別供給流量算出手段１２２は、操作レバー装置５２による動作速度の指令信号の指令値Ｓｏｐ２と、その操作レバー装置５２と対応関係にある油圧シリンダ２２の容積とに基づき、油圧シリンダ２２に供給する圧油の流量の目標値である個別供給流量Ｑ２を算出する。操作レバー装置５１，５２により同時期に動作速度の指令信号を与えられた場合、速度制御手段１０１の総供給流量算出手段１３０は、それらの２つの動作速度の指令信号に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２を合計して総供給流量Ｑｔを得る。そして、その総供給流量Ｑｔが上限ポンプ吐出流量Ｑｌｉｍ以下の場合には、ポンプ吐出流量制御手段はポンプ吐出流量を総供給流量Ｑｔに制御し、モータ制御手段は２つの動作速度の指令信号に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２が維持されるよう速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度を制御する。このように油圧ポンプ２３（可変容量形油圧ポンプ）の容量と速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度とを制御することによって、ポンプ吐出流量の無駄を低減することができる。
【００６９】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０においては、図３に示すように、油圧シリンダ２１，２２を同時期に駆動する際、油圧ポンプ２３（可変容量形油圧ポンプ）の吐出流量が総供給流量Ｑｔに対して不足した場合、すなわち、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合（Ｑｔ＞Ｑｌｉｍ）、ポンプ吐出流量制御手段は乗数Ｌ１，Ｌ２で個別供給流量Ｑ１，Ｑ２および総供給流量ＱｔをそれぞれＱ１’，Ｑ２’およびＱｔ’のそれぞれに補正してポンプ吐出流量を補正後の総供給流量Ｑｔ’に制御する。これと並行して、モータ制御手段は、操作レバー装置５１，５２からの動作速度の指令信号に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２の比率が維持されるよう、乗数Ｌ１，Ｌ２で回転速度Ｎ１，Ｎ２をそれぞれＮ１’，Ｎ２’のそれぞれに補正して、速度制御用油圧モータ６３，６４のそれぞれの回転速度をＮ１’，Ｎ２’制御する。このように油圧ポンプ２３の吐出流量と速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度とを制御することによって、ポンプ吐出流量が総供給流量Ｑｔに対して不足している状態であっても、同時期に駆動する油圧シリンダ２１，２２の動作速度を制御することができる。
【００７０】
本実施形態に係る油圧駆動装置２０においては、上限ポンプ吐出流量算出手段１４０は、所定のポンプ出力が一定して得られるよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性１４０ａ（図５に示す特性）を用い、ポンプ吐出圧センサ７０により検出されたポンプ吐出圧Ｐに応じてポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを算出する。そして、ポンプ吐出流量制御手段は、総供給流量Ｑｔがポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを超えた場合に、ポンプ吐出流量を上限値Ｑｌｉｍに制御する。これと並行して、モータ制御手段は、同時期に操作された操作レバー装置５１，５２からの動作速度の指令に基づく２つの個別供給流量Ｑ１，Ｑ２の比率が維持されるよう、速度制御用油圧モータ６３，６４の回転速度を制御する。つまり、ポンプ吐出圧Ｐに応じてポンプ吐出流量の上限値Ｑｌｉｍを制御することでポンプ出力を所定値に一定させる制御（馬力一定制御）を行いつつ、同時期に駆動する２つの油圧シリンダ２１，２２の動作速度を制御することができる。
【００７１】
なお、前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、弁装置として方向制御弁２４，２５を備えたものであったが、本発明における弁装置は方向制御弁に限定されるものではなく、油圧ポンプ２３から油圧シリンダ２１に供給される圧油の流れの方向を切り換えられるものであればよい。方向制御弁２４の代わりの弁装置としては、例えば、油圧シリンダ２１のボトム室２１ａを油圧ポンプ２３に連通させる弁位置と、作動油タンク２６に連通させる弁位置とに切り換わる弁と、油圧シリンダ２１のロッド室２１ｂを油圧ポンプ２３に連通させる弁位置と、作動油タンク２６に連通させる弁位置とに切り換わる弁の組合せであってもよい。方向制御弁２５の代わりの弁装置も同様である。
【００７２】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、速度制御用油圧モータ６３を油圧シリンダ２１の戻り管路３１に備え、速度制御用油圧モータ６４を油圧シリンダ２２の戻り管路３２に備えたものである、すなわち、速度制御用油圧モータを油圧アクチュエータから排出される圧油により駆動するものであるが、本発明は、速度制御用油圧モータを油圧アクチュエータに供給される圧油により駆動するものであってもよい。この場合、図２を用いて説明すると、速度制御用油圧モータ６３，６４はそれぞれ、枝管路２８，２９のそれぞれに設けられることになる。
【００７３】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、複数の油圧アクチュエータが２つの油圧シリンダ２１，２２であったが、本発明における油圧アクチュエータの数は２つに限定されるものではなく、２つより多く油圧アクチュエータを備え、それらの油圧アクチュエータに対応付けられた方向制御弁、発電装置、インバータ等を備えたものであってもよい。
【００７４】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、複数の油圧アクチュエータが２つの油圧シリンダ２１，２２であったが、本発明における複数の油圧アクチュエータは油圧シリンダに限定されるものではなく、油圧モータのみ、油圧シリンダと油圧モータの混合であってもよい。
【００７５】
前述の実施形態に係る油圧駆動装置２０は、原動機としてディーゼルエンジン４０とモータ・ジェネレータ４１を備えていたが、ディーゼルエンジン４０のみであってもよいし、モータ・ジェネレータ４１のみであってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１ 油圧ショベル
２ 走行体
２ａ 履帯
３ 旋回体
３ａ キャブ
３ｂ 機械室
３ｃ カウンタウェイト
４ フロント作業装置
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ ブームシリンダ
９ アームシリンダ
１０ バケットシリンダ
２０ 油圧駆動装置
２１，２２ 油圧シリンダ
２１ａ，２２ｂ ボトム室
２１ｂ，２２ｂ ロッド室
２３ 油圧ポンプ
２３ａ レギュレータ
２４，２５ 方向制御弁
２４ａ，２５ａ Ａポート
２４ｂ，２５ｂ Ｂポート
２４ｃ，２５ｃ Ｐポート
２４ｄ，２５ｄ Ｒポート
２４ｅ，２５ｅ 中立位置
２４ｆ，２５ｆ 第１弁位置
２４ｇ，２５Ｇ 第２弁位置
２６ 作動油タンク
２７ 幹管路
２８，２９ 枝管路
３１，３２ 戻り管路
４０ ディーゼルエンジン
４１ モータ・ジェネレータ
４２ インバータ
４３ リリーフ弁
５１，５２ 操作レバー装置
５１ａ，５２ａ 操作レバー
６１，６２ 発電装置
６３，６４ 速度制御用油圧モータ
６５，６６ ジェネレータ
６７，６８ インバータ
７０ ポンプ吐出圧センサ
８０ 蓄電装置
１００ コントローラ
１０１ 速度制御手段
１１１，１１２ 目標回転速度算出手段
１１１ａ 特性
１２１，１２２ 個別供給流量算出手段
１３０ 総供給流量算出手段
１４０ 上限ポンプ吐出流量算出手段
１４０ａ 特性
１４１ 乗数算出手段
１５１ 補正手段
１５２ 補正手段
１６０ 総供給流量補正手段
１７０ レギュレータ制御手段
１８１，１８２ インバータ制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、この原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される圧油の流量および流れの方向を制御する動作制御手段と、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられ、その油圧アクチュエータの動作速度を前記動作制御手段に指令する指令手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置において、
前記動作制御手段は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられた弁装置、速度制御用油圧モータおよびジェネレータと、速度制御手段とを備え、
前記弁装置は、この弁装置と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記指令手段からの指令に応じて、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向を制御するものであり、
前記速度制御用油圧モータは、この速度制御用油圧モータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対して前記油圧ポンプから供給される圧油、または、その油圧アクチュエータから作動油タンクに排出される圧油により駆動されるものであり、
前記ジェネレータは、このジェネレータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動されるものであり、
前記速度制御手段は、この速度制御手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記弁装置に指令を与えた指令手段からの動作速度の指令に応じて、その油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御することにより、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記速度制御用油圧モータは定容量形油圧モータであり、
前記速度制御手段は、前記複数のジェネレータのそれぞれに対して設けられそのジェネレータの回転速度を制御するインバータを備え、そのインバータによりジェネレータの回転速度を制御することで前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御する
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、
前記速度制御手段は、
前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、
前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、
ポンプ吐出流量を前記総供給流量に制御するポンプ吐出流量制御手段と、
前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段と
を備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、
前記速度制御手段は、
前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、
前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、
前記総供給流量が前記油圧ポンプの吐出流量の最大値を超えた場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を最大値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、
前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段と
を備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、
前記速度制御手段は、
前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、
前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、
前記油圧ポンプのポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出手段と、
前記原動機の出力を超えないよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性を用い、前記ポンプ吐出圧検出手段により検出されたポンプ吐出圧に応じて前記油圧ポンプのポンプ吐出流量の上限値を算出する上限ポンプ吐出流量算出手段と、
前記総供給流量がポンプ吐出流量の前記上限値を超えた場合に、ポンプ吐出流量を前記上限値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、
前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段と
を備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項１】
原動機と、この原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される圧油の流量および流れの方向を制御する動作制御手段と、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられ、その油圧アクチュエータの動作速度を前記動作制御手段に指令する指令手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置において、
前記動作制御手段は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応付けられて設けられた弁装置、速度制御用油圧モータおよびジェネレータと、速度制御手段とを備え、
前記弁装置は、この弁装置と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記指令手段からの指令に応じて、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流れの方向を制御するものであり、
前記速度制御用油圧モータは、この速度制御用油圧モータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対して前記油圧ポンプから供給される圧油、または、その油圧アクチュエータから作動油タンクに排出される圧油により駆動されるものであり、
前記ジェネレータは、このジェネレータと対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの出力を伝達されて駆動されるものであり、
前記速度制御手段は、この速度制御手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータに対応付けられた前記弁装置に指令を与えた指令手段からの動作速度の指令に応じて、その油圧アクチュエータに対応付けられた前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御することにより、前記油圧ポンプからその油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記速度制御用油圧モータは定容量形油圧モータであり、
前記速度制御手段は、前記複数のジェネレータのそれぞれに対して設けられそのジェネレータの回転速度を制御するインバータを備え、そのインバータによりジェネレータの回転速度を制御することで前記速度制御用油圧モータの回転速度を制御する
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、
前記速度制御手段は、
前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、
前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、
ポンプ吐出流量を前記総供給流量に制御するポンプ吐出流量制御手段と、
前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段と
を備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、
前記速度制御手段は、
前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、
前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、
前記総供給流量が前記油圧ポンプの吐出流量の最大値を超えた場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を最大値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、
前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段と
を備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは可変容量形油圧ポンプであり、
前記速度制御手段は、
前記指令手段による動作速度の指令と、その指令手段と対応関係にある前記油圧アクチュエータの容積とに基づき、前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量である個別供給流量を算出する個別供給流量算出手段と、
前記複数の指令手段のうちの２つ以上により同時期に動作速度の指令を与えられた場合に、それらの２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量を合計して総供給流量を得る総供給流量算出手段と、
前記油圧ポンプのポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出手段と、
前記原動機の出力を超えないよう予め設定されたポンプ吐出圧とポンプ吐出流量の上限値の対応関係の特性を用い、前記ポンプ吐出圧検出手段により検出されたポンプ吐出圧に応じて前記油圧ポンプのポンプ吐出流量の上限値を算出する上限ポンプ吐出流量算出手段と、
前記総供給流量がポンプ吐出流量の前記上限値を超えた場合に、ポンプ吐出流量を前記上限値に制御するポンプ吐出流量制御手段と、
前記２つ以上の動作速度の指令に基づく２つ以上の前記個別供給流量の比率が維持されるよう前記複数の速度制御用油圧モータの回転速度を制御するモータ制御手段と
を備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５８９３２（Ｐ２０１２−１５８９３２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９３６（Ｐ２０１１−１９９３６）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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