JP2006118685A

JP2006118685A - 作業機械の流体圧回路

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Publication number: JP2006118685A
Application number: JP2004310051A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Shimada; 佳幸嶋田
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】作業機械の流体圧回路に関し、簡素な構成で、流体圧アクチュエータの動作不良を防止しながら、再生効率及びエネルギー効率を向上させる。
【解決手段】流体圧供給源４と、流体圧アクチュエータ５と、その作動量を設定する操作手段７と、流体圧アクチュエータ５への作動流体の供給流量を調節する制御弁２と、流体圧アクチュエータ５から排出された作動流体を再生させる再生回路１７と、再生流量を調節する再生弁８と、制御弁２の開度を制御するパイロット回路１９と、パイロット回路１９から分岐して再生弁８の開度を調節する第２パイロット回路２０と、流体圧供給源４からの作動流体の供給流量に応じて制御信号を出力する制御手段１１と、第２パイロット回路２０上に介装され該制御信号に基づいて再生弁８の開度制御にかかるパイロット圧を調節する電磁比例式パイロット圧制御弁１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業機械に備えられた流体圧アクチュエータの作動を制御する流体圧回路に関する。

油圧ショベル等の作業機械は、油圧シリンダ等をはじめとする流体圧アクチュエータを流体圧回路上に備え、流体圧アクチュエータによりバケットやブーム，スティック，旋回装置といった流体圧装置を作動させるように構成されている。つまり、作業機械においては、油圧ポンプによって加圧された作動油が油圧回路を介して各種油圧装置へ供給されるようになっており、油圧ポンプと油圧装置との間に制御弁が介装されて、油圧装置へ供給される作動油の流量や油圧が適切に制御されるようになっている。

例えば、特許文献１には、油圧メインポンプから吐出される圧油が制御弁を介して複数の油圧シリンダ（アクチュエータ）へ供給される油圧回路の油圧制御装置において、パイロットポンプから吐出されるパイロット圧油が、操作レバーを備えたリモコン弁（遠隔操作弁）を介して制御弁の調圧弁部へ供給されて、制御弁の開度が調整される構成が記載されている。このような構成により、オペレータによる操作レバーの操作に応じて制御弁の開度を調節し、油圧シリンダへ供給される圧油の流量を制御できるようになっている。

ところで、このような油圧回路において、油圧シリンダから作動油タンクへ排出される作動油の一部を再び油圧シリンダへ還流させて再利用を図る再生回路を併設したものが開発されている。例えば、特許文献２には、液圧シリンダのヘッド側から作動油タンクへの戻り油の一部をロッド側へ供給する再生回路が液圧回路に形成された構成が記載されており、このような構成によってヘッド側の高圧液を有効利用し、省エネルギー運転ができるようになっている。

一般的な再生回路を備えた作業機械の油圧回路の構成を図４に示す。ここに示された油圧回路は、作業機械のアームがオペレータによってアームイン操作（アームを駆動するアーム油圧シリンダの伸び操作であり、アームを内側に回転させる操作）された時に、アーム油圧シリンダ５から排出される作動油を再生利用するための再生回路１７を備えた油圧回路である。

まず、この油圧回路には、エンジン２１によって駆動されて作動油を圧送する油圧ポンプ４とアームを駆動するアーム油圧シリンダ５とがコントロール弁ユニット１のアーム制御弁２を介して配置されている。また、アーム制御弁２からアーム油圧シリンダ５のヘッド室５ａ側への作動油通路（ヘッドライン）１４とアーム油圧シリンダ５のロッド室５ｂ側への作動油通路（ロッドライン）１５とを連結するように、再生通路１７が備えられており、この再生通路１７上には再生通路１７を流通する作動油流量を制御するための再生弁８が備えられている。なお、アームイン操作時における作動油の再生量を増加させるために、アーム制御弁２の戻り油制御開口部２ｃの開口が十分に絞られた状態に設定されている。これにより、ロッドライン１５から作動油タンク１２へ還流する作動油が、タンクライン１６よりも再生通路１７へ流通しやすいようになっている。

このような再生回路を備えた油圧回路においては、アーム油圧シリンダ５の作動量を設定するアーム操作レバー７がオペレータによって操作されると、パイロット回路１９，２０を介してパイロット圧が制御弁２の圧力室２ａ及び再生弁８の圧力室８ａへ導かれて、制御弁２，再生弁８の開度が制御されるようになっている。これにより、アーム操作レバー７の操作量の増加に応じて、再生弁８を介して再生される作動油流量を増加させることができるようになっている。

なお、再生通路１７には、ヘッドライン１４からロッドライン１５への作動油の流通（すなわち、再生方向に対して逆方向への作動油の流通）をブロックする逆止弁（チェックバルブ）１８が介装されているとともに、ロッドライン１５から分岐した油圧回路上には、アームシリンダ５のロッド室５ｂ側の作動油を直接作動油タンク１２へリリーフさせるためのアンロード弁９が設けられている。
特開２００１−２００８０６号公報特開平９−３２９１０６号公報

ところで、上述のような再生回路においては、再生通路１７を流通して再生される作動油量を増加させることができれば、再生効率をより高めることができる。したがって、エネルギー効率を向上させることを考えると、再生通路１７に介装される再生弁８の最大開度をできるだけ大きく（開放側に）設定して、再生通路１７の作動油流量を増加させることができるようにすることが望ましい。

しかし、再生弁８の最大開度を大きく設定すると、以下のような課題が生ずることがある。例えば、アーム油圧シリンダ５においてアームイン操作を行う場合、再生通路１７の作動油流量が増加することによって、ロッド室５ｂ側の作動油の排出量も増加することになる。ここで、シリンダロッド５Ｒの単位移動量に対するヘッド室５ａへの必要作動油流入量は、構造的に、ロッド室５ｂからの作動油流出量よりも多くなっている（一般に、略２倍程度）ため、増加したロッド室５ｂ側の作動油の排出量に比例した量の作動油を、アーム油圧シリンダ５のヘッド室５ａ側へ供給する必要がある。

つまりここで、油圧ポンプ４からアーム油圧シリンダ５のヘッド室５ａ側へ供給される作動油流量と、再生通路１７を通ってヘッド室５ａ側へ再生される作動油流量との和が、ロッド室５ｂからの作動油の排出によるシリンダロッド５Ｒの移動によって増加したヘッド室５ａ側体積に満たない場合には、シリンダ内でバキュームによるエアが発生し、操作性が悪化したりシリンダ内のシールが破損してしまうのである。

そのため、上述したような従来の再生回路においては、ヘッドライン１４を介してヘッド室５ａへ供給される作動油流量が最も少ない状態、すなわち、油圧ポンプ４を駆動するエンジン２１の回転速度（エンジン回転数Ｎｅ）が低回転の状態において、ロッド室５ｂからの作動油排出によるシリンダ内のバキュームが発生しない程度に、再生弁８の最大開度を絞って設定せざるを得ず、再生弁８の最大開度を大きくすることが困難であるという課題がある。

また、このような再生回路における再生弁の最大開度設定にかかる制約により、単に再生効率上の課題だけでなく、以下のような課題も生じている。すなわち、再生弁８の最大開度は予めシリンダ内におけるバキュームが生じないように絞られて設定されているため、エンジン２１の回転速度が高回転の状態では、油圧ポンプ４からアームシリンダ５のヘッド室５ａ側へ供給される作動油が増加するのに対し、ロッド室５ｂ側においては、再生弁８から再生される作動油量が増加しにくい。

このとき、アーム制御弁２の戻り油制御開口部２ｃの開口も十分に絞られた状態に設定されているため、作動油タンク１２へ還流する作動油量も増加しにくく、結果としてロッドライン１５の作動油圧が上昇してアームシリンダ５のシリンダロッド５Ｒが移動しにくくなってしまう。つまり、ロッドライン１５内の作動油圧がアームシリンダ５の負荷として働くことになり、油圧ポンプ４にかかる負荷も増大して、必要以上のエネルギーロスが生じることになってしまう。

本発明は、このような課題に鑑み案出されたもので、簡素な構成で、流体圧アクチュエータの動作不良を防止しながら、再生効率及びエネルギー効率の良好な作業機械の流体圧回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の作業機械の流体圧回路（請求項１）は、流体圧回路の作動流体を圧送する流体圧供給源と、該流体圧供給源から該作動流体を供給されて作動し、該作動流体を流体圧タンクへ排出する流体圧アクチュエータと、オペレータの操作量に応じて該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作手段と、該流体圧供給源から該流体圧アクチュエータへの作動流体供給通路上に介装されて該流体圧アクチュエータへ供給される該作動流体の供給流量を調節する制御弁と、該流体圧アクチュエータから排出された該作動流体を該流体圧タンクを介さず再び該流体圧アクチュエータへ流通させる再生回路と、該再生回路上に介装されて、該再生回路を流通する該作動流体の再生流量を調節する再生弁と、該操作手段で設定された該作動量に応じて該流体圧アクチュエータを作動させるべく該制御弁の開度を制御するためのパイロット作動流体を流通させるパイロット回路と、該パイロット回路から分岐し、流体圧によって該再生弁の開度を調節する該パイロット作動流体を流通させる第２パイロット回路と、該流体圧供給源から圧送される該作動流体の供給流量に応じて制御信号を出力する制御手段と、該第２パイロット回路上に介装され、該制御手段からの該制御信号に基づいて該再生弁の開度制御にかかる該パイロット作動流体の流体圧を調節する電磁比例式パイロット圧制御弁とを備えたことを特徴としている。

また、該制御手段は、該流体圧供給源から圧送される該作動流体の供給流量が増加するほど、該パイロット圧制御弁の開度を開放する制御信号を出力し、該再生弁は、該パイロット圧制御弁の開度の開放に伴って、該再生回路を流通する該作動流体の再生流量を増量させることが好ましい（請求項２）。
また、該作動流体供給源を駆動するエンジンとを備え、該制御手段は、該エンジンの回転数に応じて該制御信号を出力することが好ましい（請求項３）。

本発明の作業機械の流体圧回路（請求項１）によれば、簡素な構成で、再生回路を介した作動流体の再生量を電磁比例式パイロット圧制御弁で容易に調整することができ、流体圧アクチュエータの動作不良を防止しながら、再生効率を上昇させることができる。また、流体圧回路の負荷を低減させることができ、エネルギーロスを低減させることができる。

また、本発明の作業機械の流体圧回路（請求項２）によれば、再生弁にかかるパイロット圧制御弁の開度を制御するようになっているため、再生弁の開口特性を容易にかつ確実に変化させて流量コントロールすることができる。
また、本発明の作業機械の流体圧回路（請求項３）によれば、作動流体の供給流量をエンジンの回転数によって容易に把握することができ、確実に流体圧アクチュエータの動作不良を防止しながら、再生効率を上昇させる制御を実施することができる。

以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図３は本発明の一実施形態としての作業機械の流体圧回路を示すもので、図１は本流体圧回路の全体構成を示す回路構成図、図２は本流体圧回路における制御弁及び再生弁の開口特性を示すグラフ、図３は本流体圧回路におけるパイロット圧力制御弁の制御特性を示すグラフである。

［構成］
まず、図１を用いて本流体圧回路の構成について説明する。なお、本実施形態の流体圧回路は、再生回路を備えた作業機械の油圧回路に本発明を適用したものであり、前述した従来の油圧回路（図４参照）と同一の部位については同一の符号を用いている。
図１に示すように、本油圧回路は、エンジン２１に駆動されて作動油（作動流体）を圧送する油圧ポンプ（流体圧供給源）４と、油圧ポンプ４から作動油を供給されて作動するアーム油圧シリンダ５（流体圧アクチュエータ，以下、単にアームシリンダともいう）及びブーム油圧シリンダ（以下、単にブームシリンダともいう）６と、各油圧シリンダ５，６から排出された作動油を貯留する作動油タンク１２とを備えて構成されている。

油圧ポンプ４を駆動するエンジン２１の回転速度は、オペレータによって選択できるようになっており、作業状況に応じてオペレータによって操作される図示しないエンジンダイアルの操作位置に応じて、予め設定されたエンジン回転数でエンジン２１が回転し、油圧ポンプ４を駆動するようになっている。例えば、エンジンダイアルの位置が１（最低回転の状態に対応するダイアル位置）に操作されると、エンジン回転数Ｎｅが最低回転数に設定され、ダイアル位置が大きくなるにつれて、より大きなエンジン回転数Ｎｅが設定され、エンジンダイアル位置が１０（最高回転の状態に対応するダイアル位置）に操作されると、エンジン回転数Ｎｅが最高回転数に設定されるようになっている。

また、油圧ポンプ４は、エンジン回転数Ｎｅが小さいときには低出力で運転し、エンジン回転数Ｎｅが大きいほど高出力運転できるようになっている。なお、油圧ポンプ４の出力とは、油圧ポンプ４から圧送される作動油流量とその作動油圧との積に対応するパラメータである。
つまり、オペレータは、低速作業や低負荷の軽作業等を行う場合には小さいエンジンダイアル位置を選択して油圧ポンプ４を低出力運転させ、高速作業や高負荷の作業等を行う場合には大きいエンジンダイアル位置を選択して油圧ポンプ４を高出力運転させることができるようになっている。

なお、本実施形態では、エンジンダイアル位置が１から１０までの１０段階のうちの一つを選択できるようになっており、選択されたエンジンダイアル位置に対応して、エンジン回転数Ｎｅも１０段階に設定されるようになっている。
また、油圧ポンプ４と各油圧シリンダ５，６との間の作動油供給通路上には、各シリンダへ供給される作動油流量を調節するためのコントロール弁ユニット１が介装されており、コントロール弁ユニット１内には、アームシリンダ５へ供給される作動油流量を制御するためのアーム制御弁（制御弁）２と、ブームシリンダ６へ供給される作動油流量を制御するためのブーム制御弁３が備えられている。

これらの各制御弁２，３は、図１に示すように、スプール（流量制御スプール）の位置を３つの位置のいずれかに切り換え可能で、かつ、開度調整が可能なスプール弁として構成されており、ブーム，アーム等の操作レバーの操作量に応じて作動油の流通方向及び開度調整が行われるようになっている。
例えば、オペレータによってアームシリンダ５の伸縮作動量を設定するアーム操作レバー７がアームイン方向（アームシリンダ５の伸び方向）へ操作されると、アーム操作レバー７の図示しないリモコンバルブが開放され、パイロット回路１９を介してアーム制御弁２の圧力室２ａへパイロット圧が供給されて、アーム制御弁２のスプール位置が切り換えられるとともに、そのパイロット圧に応じた開度に弁開度が調整されるようになっている。

つまり、アーム操作レバー７がアームイン方向へ操作されると、油圧ポンプ４から圧送された作動油は、ポンプライン１３を流通してアーム制御弁２へ供給された後、ヘッドライン１４を通ってアームシリンダ５のヘッド室５ａ側へと供給されるようになっている。
またこの時、アームシリンダ５のロッド室５ｂ内の作動油は、ロッドライン１５及びアーム制御弁２を介してタンクライン１６を流通し、作動油タンク１２へと還流するようになっている。

なお、ここでは図示を省略しているが、アーム操作レバー７がアームアウト方向（アームシリンダ５の縮み方向）へ操作された場合には、パイロット圧がアーム制御弁２の圧力室２ｂへ供給されて、アーム制御弁２のスプール位置が反対方向へ切り換えられるようになっている。つまりこの場合、油圧ポンプ４から圧送された作動油がアームシリンダ５のロッド室５ｂ側へ供給されるとともに、ヘッド室５ａ内の作動油が作動油タンク１２へ還流することになる。

また、ブームシリンダ６についても同様の構成となっているが、ここではブーム操作レバーやブーム制御弁３のパイロット回路等を省略している。
なお、パイロット圧に対する各油圧シリンダ５，６，油圧ポンプ４及び作動油タンク１２を結ぶ各通路の開口特性（アーム制御弁２及びブーム制御弁３の絞り特性）は、図２に示すように設定されている。すなわち、Ｐ−Ｃ通路開度特性及びＣ−Ｔ通路開度特性として示すように、各油圧シリンダ５，６と油圧ポンプ４とを結ぶ通路（Ｐ−Ｃ通路）の開口面積、及び各油圧シリンダ５，６と作動油タンク１２とを結ぶ通路（Ｃ−Ｔ通路）の開口面積は、圧力室へ導入されるパイロット圧が大きいほど大きく設定される。

また、図２においてバイパス通路開度特性として示すように、油圧ポンプ４と作動油タンク１２とを結ぶバイパス通路の開口面積は、圧力室へ導入されるパイロット圧が大きいほど、逆に減少していくような特性に設定されている。これにより、オペレータは、操作レバーを操作してパイロット圧を適宜調整することで、各制御弁における油圧シリンダ５，６，油圧ポンプ４及び作動油タンク１２を結ぶ各通路の作動油流量を調整できるようになっている。

アームシリンダ５のヘッドライン１４とロッドライン１５との間には、これらの二つの作動油通路を連結する再生通路（再生回路）１７が設けられるとともに、この再生通路１７上には、再生弁８及び逆止弁１８が備えられている。
逆止弁１８は、ロッドライン１５からヘッドライン１４へのみ作動油を流通させるためのチェック弁であり、逆方向（ヘッドライン１４側からロッドライン１５側への方向）への作動油流通をブロックするようになっている。また、再生弁８は、パイロット回路１９から分岐した第２パイロット回路２０内のパイロット圧に応じて開度が制御されて、再生通路１７を流通する作動油流量をコントロールするようになっている。

なお、再生弁８における開口特性（絞り特性）についても、図２にＲ−Ｈ再生通路開度特性として示すような曲線に設定されている。すなわち、圧力室８ａへ導入されるパイロット圧が大きいほどロッドライン１５とヘッドライン１４とを結ぶ通路（再生通路１７）の開口面積は大きくなるような特性に設定されている。また、パイロット圧（アームインパイロット圧）が、アーム操作レバー７の最大操作時のパイロット圧であるＰ_S1のときに、開口面積がＡ_2maxとなるように設定されている。また、パイロット圧がＰ_S2（ただし、Ｐ_S2＜Ｐ_S1）のときに、開口面積がＡ_1maxとなるように設定されている。

ここで、開口面積Ａ_1maxとは、ヘッドライン１４を介してヘッド室５ａへ供給される作動油流量が最も少ない状態、すなわち、油圧ポンプ４を駆動するエンジン２１の回転速度（エンジン回転数Ｎｅ）が最低回転の状態において、シリンダ内にバキュームが発生しない最大の開口面積となっている。つまり、エンジン回転数Ｎｅが最低回転の状態において、再生弁８の開度をＡ_1max以上開放すると、シリンダ内にバキュームが発生するおそれが生じる、閾値としての開度である。

例えば、第２パイロット回路２０のパイロット圧が上昇すると、再生弁８の開度が開放方向に制御される。このとき、アームシリンダ５のヘッド室５ａ内圧力がロッド室５ｂ内圧力よりも小さい場合には、ロッドライン１５側の作動油がヘッドライン１４側へ流通するようになっている。つまり、ロッドライン１５から作動油タンク１２へ還流する作動油のうちの一部が再生通路１７を介してヘッドライン１４側へ供給されることになり、アームシリンダ５のヘッド室５ａへの作動油供給量が増加する。したがって、アームイン操作時においては、作動油の再生によってアームインの動作速度を上昇させることができるようになっている。

また、本実施形態では、このようなアームイン操作時における作動油の再生量を増加させるために、アーム制御弁２の戻り油制御開口部（すなわち、Ｃ−Ｔ通路）２ｃの開口が十分に絞られた状態に設定されている。これにより、ロッドライン１５から作動油タンク１２へ還流する作動油が、タンクライン１６よりも再生通路１７へ流通しやすいようになっている。

ところで、再生弁８が開放方向に制御されたときに、アームシリンダ５のヘッド室５ａ内圧力がロッド室５ｂ内圧力よりも大きい場合には、再生弁８が開放側に制御されていたとしても、逆止弁１８の働きによってロッドライン１５からヘッドライン１４側への作動油の再生が行われない。つまり、高圧のヘッドライン１４内の作動油は、アームシリンダ５のシリンダロッド５Ｒを押し上げようとするが、ロッドライン１５内の作動油は、再生通路１７を流通することができないため、アーム制御弁２の戻り油制御開口部２ｃから作動油タンク１２へ流通する作動油量が増加してタンクライン１６に過大なブースト圧が発生してしまうおそれがある。

このため、ロッドライン１５には、ヘッド室５ａ側の作動油圧が所定圧を超えた場合に作動油を直接作動油タンク１２へリリーフさせるためのアンロード弁９が備えられている。アンロード弁９は、ロッドライン１５から分岐して直接作動油タンク１２へ通じるアンロードライン２２上に介装されており、ヘッドライン１４を流通する作動油圧に応じてその開度を開放又は閉鎖方向へ制御するようになっている。

また、パイロット回路２０上には、電磁比例式の圧力制御弁（電磁比例式パイロット圧制御弁）１０が介装されている。この圧力制御弁１０は、コントローラ１１から入力される電気信号によってパイロット回路２０におけるパイロット圧を制御するようになっており、この制御特性は図３に示すように設定されている。
つまり、コントローラ１１から入力される電気信号（ここでは、電流値）が増大するほど、アームインパイロット圧、すなわち、第２パイロット回路２０における圧力制御弁１０よりも下流側のパイロット圧（再生弁８の圧力室８ａへ導入されるパイロット圧）が減少するように、開度制御されるようになっている。

コントローラ１１は、アームシリンダ５へ供給される作動油流量に応じて、様々なパターンで電流値の電気信号を圧力制御弁１０へ出力することができるようになっている。なお、本実施形態では、オペレータによって操作された図示しないエンジンダイアルの操作位置に応じて、コントローラ１１から出力される電流値が定められるようになっており、コントローラ１１に予め記述されたソフトウェアによって、エンジンダイアルの操作位置が大きいほど（つまり、エンジン回転数Ｎｅが高いほど）、出力される電流値が小さくなるように設定されている。つまり、本実施形態では、アームシリンダ５へ供給される作動油流量を把握するパラメータとして、エンジン回転速度に対応したエンジンダイアルの操作位置を参照するようになっているのである。

例えば、エンジンダイアルの操作位置が１であるとき（エンジン回転数が最低回転の状態のとき）には、最大の電流値Ｉ₁が出力されるようになっている。また、エンジンダイアルスイッチの操作位置が大きくなるほど、出力される電流値が小さく設定され、エンジンダイアルスイッチの操作位置が１０のとき（エンジン回転数が最高回転の状態のとき）には、電流値が最小の電流値Ｉ₂となるように設定されている。

つまり、本実施形態にかかる作業機械の油圧回路では、圧力制御弁１０の働きによって、アーム操作レバー７の操作量に応じて設定されるパイロット圧に関して、パイロット回路１９を介してアーム制御弁２の圧力室２ａへ供給されるパイロット圧と、パイロット回路１９から分岐した第２パイロット回路２０を介して再生弁８の圧力室８ａへ供給されるパイロット圧とが、個別に制御されるようになっている。

［作用・効果］
以上のような構成により、本実施形態における油圧回路によれば以下のような作用・効果を奏する。
オペレータによってアーム操作レバー７が操作されてアームイン操作を実施する場合、まず、パイロット回路１９を介してアーム制御弁２の圧力室２ａへパイロット圧が供給される。また、パイロット回路１９から分岐した第２パイロット回路２０へも、同じパイロット圧のパイロット圧が導入される。

一方、コントローラ１１には、エンジンダイアルの操作位置が入力され、そのエンジンダイアルの操作位置が大きいほど、小さな電流値が圧力制御弁１０へ出力される。そして、圧力制御弁１０では、入力された電流値に応じて、図３に示されたように、圧力制御弁１０よりも下流側のパイロット圧（アームインパイロット圧）を制御する。
ここで、エンジンダイアルの操作位置が１（エンジン回転数が最低回転の状態）であった場合、コントローラ１１から最大の電流値Ｉ₁の電気信号が出力される。そしてパイロット制御弁１０では、入力された最大電流値Ｉ₁に基づいて、パイロット回路２０におけるパイロット圧を制御する。

パイロット制御弁１０における制御特性は、図３に示されたように設定されているため、第２パイロット回路２０のパイロット制御弁１０より下流側のパイロット圧は、その上限値がＰ_S2に制限されることになる。これにより、オペレータによるアーム操作レバー７の操作量に関わらず、第２パイロット回路２０から再生弁８の圧力室８ａへ供給されるパイロット圧の最大値はＰ_S2となる。

したがって、図２に示された開口特性により、制御弁８の開口面積の最大値がＡ_1maxとなり、制御弁８を介した再生制御によってアームシリンダ５内にバキュームが発生するようなことがない。
また、コントローラ１１へ入力されるエンジンダイアルのダイアル操作位置が１よりも大きい場合、操作位置が大きくなるに従って、小さい値の電流値Ｉ（Ｉ＜Ｉ₁）が圧力制御弁１０へ出力される。これにより、図３に示された制御特性から、第２パイロット回路２０のパイロット制御弁１０より下流側のパイロット圧Ｐ_sは、その上限値がＰ_S2よりもやや高い圧力に制限されるように設定されることになる。

したがって、図２に示された開口特性により、制御弁８の開口面積の最大値Ａ_maxが、Ａ_1maxよりも大きく設定される。
そして、エンジンダイアルの操作位置が１０（エンジン回転数が最高回転の状態）であった場合、コントローラ１１からは最小の電流値Ｉ₂の電気信号が出力される。これにより、パイロット制御弁１０では、入力された最小電流値Ｉ₂に応じて、パイロット回路２０におけるパイロット圧を制御する。ここで、図３の制御特性により、第２パイロット回路２０のパイロット制御弁１０より下流側のパイロット圧は、その上限値がＰ_S1に制限されることになる。これにより、第２パイロット回路２０から再生弁８の圧力室８ａへ供給されるパイロット圧の最大値は、Ｐ_S2よりも大きなＰ_S1となる。

したがって、図２に示された開口特性により、制御弁８の開口面積の最大値がＡ_2maxとなり、エンジンダイアルの操作位置が１のときと比較して、再生弁８を流通する作動油流量を増加させることができる。つまり、作動油の再生量を増加させることができ、エネルギー効率を上昇させることができる。
このように、エンジン回転数Ｎｅが低い状態（ヘッドライン１４の作動油圧が低圧の状態）では、従来技術における再生弁８の開度制御と同様に、再生弁８の最大開度を小さく設定して、アームシリンダ５におけるバキュームの発生を防止することができ、一方、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、再生弁８の最大開度を大きく設定して、作動油の再生効率を上昇させることができる。

また、従来の油圧回路においては、図２に破線で示すように、再生弁８のアームインパイロット圧に対する開口特性において、開口面積の最大値を、シリンダ内でバキュームによるエアが発生しないように、Ａ_1max以下に抑えて設定しておく必要があったが、本実施形態によれば、エンジン２１の回転速度（エンジン回転数Ｎｅ）に応じて再生弁８の開度を制御することができるため、開口面積をより大きく設定しておくことができ、エネルギー効率を向上させることができる。

このように、本実施形態の油圧回路によれば、簡素な構成で、アームシリンダ５におけるバキュームの発生を防止しながら再生弁の開放面積を大きく設定することができ、再生効率を上昇させることができる。
また、エンジン２１の高回転時には、再生弁を介して再生する作動油流量が増加するようになっているため、シリンダロッド室５ｂ側の作動油圧が上昇しにくくなり、油圧ポンプ４にかかる負荷を低減させることができる。

また、コントローラ１１は、エンジンダイアルの操作位置に応じた電流値を出力するようになっているため、簡素な構成で再生弁の開放面積を設定することが可能となる。
また、本実施形態における再生弁８の開度は、再生弁８へ導入されるパイロット回路上に介装された圧力制御弁１０によって制御されるようになっているため、例えば、再生弁８の開口特性を変更したり調整したりすることが容易であり、汎用性に富んだ再生回路付き油圧回路を提供することができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、コントローラ１１が、エンジンダイアルの操作位置に応じて電気信号を出力するようになっているが、これはシリンダ内でバキュームが発生しうる状態であるか否かを判定するための一手段としてエンジンダイアルの操作位置を用いているのであって、例えば、エンジン２１の回転速度を検出するセンサからのセンサ情報に基づいて電気信号を出力するよう構成してもよい。

また、ヘッドライン１４を流通する作動油流量が多ければシリンダ内においてバキュームが発生しにくく、反対にヘッドライン１４を流通する作動油流量が少なければバキュームが発生しやすいと考えられるため、油圧ポンプ４から圧送される作動油流量やヘッドライン１４を流通する作動油流量に応じて電気信号を出力する構成としてもよい。
また、上述の実施形態において、各制御弁２，３及び再生弁８の開口特性が図２に示された特性に設定され、パイロット制御弁１０の制御特性が図３に示された特性に設定されているが、これらの設定は、エンジン回転数が上昇するほど（すなわち、油圧ポンプ４からの作動油供給量が増加するほど）再生量を増加させることができるように設定すればよく、実施の形態に応じて任意に設定することができる。

また、上述の実施形態は、電磁比例式の圧力制御弁１０が第２パイロット回路２０上に介装された構成となっており、この圧力制御弁１０がコントローラ１１から入力された電気信号に応じて下流側のパイロット圧を減圧するようになっているが、これは、コントローラ１１からの電気信号に基づいて第２パイロット回路２０のパイロット圧を制御可能な制御弁が第２パイロット回路２０に介装されていればよく、例えば電磁比例式のリリーフ弁が介装されてもよい（この場合、リリーフ弁の内部的な調圧構造が制御手段に相当するものとなる）。

また、上述の実施形態では、アームシリンダ５のアームイン操作にかかる再生回路が示されているが、その他の再生回路においても同様の効果を奏するものであり、例えば、ブーム下げ時やバケットクローズ時の再生回路等に本発明を適用することも可能である。
なお、上述の実施形態では、各制御弁２，３が、スプールの位置を３つの位置に連続的に切り替え可能なスプール弁として構成されているが、このような弁に限定されるものではなく、各種油圧装置のアクチュエータへ供給する作動油量を制御するための弁であれば、弁の形式は問われない。

また、上述の実施形態では、作動油量を制御することによって油圧の大きさをコントロールする油圧制御装置に対して、本発明の流体圧制御装置を適用したものとなっているが、作動油以外の各種流体の圧力の大きさをコントロールする制御装置に適用可能である。

本発明の一実施形態としての流体圧回路の構成を示す回路構成図である。本発明の一実施形態としての流体圧回路における制御弁及び再生弁の開口特性を示すグラフである。本発明の一実施形態としての流体圧回路におけるパイロット圧力制御弁の制御特性を示すグラフである。従来技術にかかる流体圧回路の構成を示す回路構成図である。

符号の説明

１コントロール弁ユニット
２アーム制御弁
３ブーム制御弁
４油圧ポンプ（流体圧供給源）
５アームシリンダ（流体圧アクチュエータ）
６ブームシリンダ
７アーム操作レバー
８再生弁
９アンロード弁
１０圧力制御弁（電磁比例式パイロット圧制御弁）
１１コントローラ
１２作動油タンク
１３ポンプライン
１４ヘッドライン
１５ロッドライン
１６タンクライン
１７再生通路（再生回路）
１８逆止弁
１９パイロット回路
２０第２パイロット回路
２１エンジン
２２アンロードライン

Claims

流体圧回路の作動流体を圧送する流体圧供給源と、
該流体圧供給源から該作動流体を供給されて作動し、該作動流体を流体圧タンクへ排出する流体圧アクチュエータと、
オペレータの操作量に応じて該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作手段と、
該流体圧供給源から該流体圧アクチュエータへの作動流体供給通路上に介装されて該流体圧アクチュエータへ供給される該作動流体の供給流量を調節する制御弁と、
該流体圧アクチュエータから排出された該作動流体を該流体圧タンクを介さず再び該流体圧アクチュエータへ流通させる再生回路と、
該再生回路上に介装されて、該再生回路を流通する該作動流体の再生流量を調節する再生弁と、
該操作手段で設定された該作動量に応じて該流体圧アクチュエータを作動させるべく該制御弁の開度を制御するためのパイロット作動流体を流通させるパイロット回路と、
該パイロット回路から分岐し、流体圧によって該再生弁の開度を調節する該パイロット作動流体を流通させる第２パイロット回路と、
該流体圧供給源から圧送される該作動流体の供給流量に応じて制御信号を出力する制御手段と、
該第２パイロット回路上に介装され、該制御手段からの該制御信号に基づいて該再生弁の開度制御にかかる該パイロット作動流体の流体圧を調節する電磁比例式パイロット圧制御弁と
を備えたことを特徴とする、作業機械の流体圧回路。
該制御手段は、該流体圧供給源から圧送される該作動流体の供給流量が増加するほど、該パイロット圧制御弁の開度を開放する制御信号を出力し、
該再生弁は、該パイロット圧制御弁の開度の開放に伴って、該再生回路を流通する該作動流体の再生流量を増量させる
ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の流体圧回路。
該作動流体供給源を駆動するエンジンとを備え、
該制御手段は、該エンジンの回転数に応じて該制御信号を出力する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の作業機械の流体圧回路。