JP6605413B2 - 作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧アクチュエータから蓄圧器にエネルギを回収して回生することのできる作業機械の油圧駆動装置に関する。

本技術分野の従来技術として、油圧ショベル等に代表される作業機械のフロント作業機の位置エネルギを回収する際に、ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）のボトム側とロッド側の油室を連通させ、ブームシリンダのボトム側から流出する圧油をロッド側へ再生することでブームシリンダのボトム圧を昇圧しながらアキュムレータ（蓄圧器）にエネルギを蓄圧するエネルギ回収・回生装置が公知である（例えば特許文献１、特許文献２）。

特許文献１は、ブームシリンダのボトム側からアキュムレータに繋がる経路上に回収用圧力補償バルブ、および回収流量制御バルブを備えている。回収用圧力補償バルブは回収流量制御バルブの前後差圧を一定に保つように制御する。回収流量制御バルブの前後差圧が小さいときは、回収流量制御バルブより上流側にある回収用圧力補償バルブの開口が大きくなり、回収流量制御バルブの前後差圧が大きいときは、回収用圧力補償バルブの開口が小さくなる。

このように、特許文献１では、回収用圧力補償バルブが回収流量制御バルブの前後差圧を一定に保つことで、回収流量制御バルブの通過流量を回収流量制御バルブの開口面積に応じた目標流量に制御することができる。すなわち、ブームシリンダの縮み速度が目標速度に制御される。

また、特許文献２は、ブームシリンダのボトム側からロッド側へ再生する経路に再生制御弁を備えている。特許文献２では、再生制御弁を開いてブームシリンダを目標速度まで迅速に加速させ、ブームシリンダが目標速度に到達後、再生制御弁を絞ることでブームシリンダのボトム圧を昇圧し、アキュムレータへ蓄圧させる蓄圧優先制御を行うことができる。

特開２００７−１７０４８５号公報 特開２００９−２７５７７０号公報

特許文献１では、アキュムレータが十分に蓄圧され、かつ、シリンダ荷重が小さい場合（例えば、ブームが自重で下がる場合）、回収流量制御バルブの下流圧は大きいが、回収流量制御バルブの上流圧は小さくなるため、回収流量制御バルブの前後差圧が小さくなる。そこで、回収流量制御バルブの前後差圧を所定圧に保つために、回収用圧力補償バルブの開口が大きくなる。

しかし、回収流量制御バルブの下流圧はアキュムレータの圧力によって決まるため、回収用圧力補償バルブの開口が最大になっても、回収流量制御バルブの前後差圧を所定圧に保つことができず、回収流量制御バルブに目標流量を流すことができなくなる。そのため、ブームシリンダの縮み速度が低下し、操作性が低下するという課題がある。

また、特許文献２においても、蓄圧優先制御においてアキュムレータが十分蓄圧されている場合には、特許文献１と同様にシリンダ荷重が小さいときにブームシリンダの縮み速度が低下し、操作性が低下するという課題が残る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、蓄圧器が十分蓄圧されている状態においても、油圧アクチュエータの操作性を良好に保つことのできる作業機械の油圧駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、供給される圧油で作動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータからの戻り油を貯留するタンクと、前記油圧アクチュエータへ供給する圧油の流量を制御すると共に前記油圧アクチュエータから排出された圧油を前記タンクに向けて流すための流量制御弁と、前記流量制御弁から前記タンクに向かって流れる圧油を蓄圧する蓄圧器と、を有する作業機械の油圧駆動装置において、前記流量制御弁と前記蓄圧器との間に設けられ、前記流量制御弁の上流圧および前記流量制御弁の下流圧が信号圧として導かれることにより、前記流量制御弁の通過流量を一定に制御する回生制御用弁装置を備え、前記回生制御用弁装置は、前記蓄圧器が蓄圧可能な場合に、前記油圧アクチュエータから排出された排出油を前記流量制御弁を介して前記蓄圧器に導き、前記蓄圧器に流れる油路の開口を制御することで前記流量制御弁の前後差圧を一定にする第一の制御状態と、前記蓄圧器への蓄圧が満たされている場合に、前記油圧アクチュエータから排出された排出油を前記流量制御弁を介して前記タンクに導き、前記タンクに流れる油路の開口を制御することで前記蓄圧器の圧力に依らずに前記流量制御弁の前後差圧を一定にする第二の制御状態と、を有し、前記第二の制御状態において前記蓄圧器が蓄圧可能となって前記油圧アクチュエータから排出された排出油が前記流量制御弁を介して前記タンクおよび前記蓄圧器のそれぞれに分岐して流れる場合であっても、前記タンクに流れる油路の開口を制御することで前記蓄圧器の圧力に依らずに前記流量制御弁の前後差圧を一定にすることを特徴とする。

本発明によれば、蓄圧器が十分蓄圧されている状態においても、油圧アクチュエータの操作性を良好に保つことができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明が適用される油圧ショベルの側面図。 本発明の第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置の構成図。 回生制御弁の開口面積線図。 図２に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。 図２に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。 図２に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。 図２に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。 本発明の第二実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置の構成図。 本発明の第三実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置の構成図。 図９に示す作業機械の油圧駆動装置の制御を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る作業機械の油圧駆動装置が適用される油圧ショベルの側面図である。図１に示すように、作業機械の代表例である油圧ショベルは、走行体４０１と、走行体４０１上に旋回可能に配置されている旋回体４０２と、旋回体４０２の前部に設けられた運転室４０３と、旋回体４０２に俯仰動可能に連結されるフロント作業機４０４を備えている。

フロント作業機４０４は、旋回体４０２に連結されるブーム４０５と、ブーム４０５を駆動するブームシリンダ３と、ブーム４０５の先端に連結されるアーム４０６と、アーム４０６を駆動するアームシリンダ４０８と、アーム４０６の先端に連結されるバケット４０７と、バケット４０７を駆動するバケットシリンダ４０９とを含んでいる。なお、ブームシリンダ３、アームシリンダ４０８、およびバケットシリンダ４０９は何れもメインポンプ１０１（図２参照）から供給される圧油で作動する油圧アクチュエータである。

「第一実施形態」
次に、本発明の第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置について説明する。図２は、第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置の構成図である。第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置（以下、油圧駆動装置という）は、原動機（例えばエンジン）１と、その原動機１によって駆動され、圧油供給路１０５に圧油を吐出する吐出ポート１０１ａを有する可変容量型のメインポンプ（油圧ポンプ）１０１と、固定容量型のポンプ（パイロットポンプ）３０と、メインポンプ１０１の吐出流量を制御するためのレギュレータ１１１と、メインポンプ１０１から吐出された圧油によって駆動されるブームシリンダ３と、メインポンプ１０１からブームシリンダ３に供給される圧油の流量を制御するコントロールバルブユニット４と、を備えている。

コントロールバルブユニット４は、圧油供給路１０５に接続され、メインポンプ１０１からブームシリンダ３に供給される圧油の流量および圧油の流れ方向を制御する流量制御弁６と、流量制御弁６の前後差圧がバネで決まる目標差圧に等しくなるように流量制御弁６の前後差圧を制御する圧力補償弁７と、圧油供給路１０５にブームシリンダ３の圧油が逆流することを防止する逆止弁１１と、圧油供給路１０５に接続され、圧油供給路１０５の圧力を設定圧力以上にならないように制御するメインリリーフ弁１１４と、圧油供給路１０５の圧力が吐出ポート１０１ａから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧にバネの設定圧力を加算した圧力（アンロード弁セット圧）よりも高くなると開状態になって圧油供給路１０５の圧油をタンク２０に戻すアンロード弁１１５とを備えている。

コントロールバルブユニット４は、圧油供給路１０５に接続される流量制御弁６の負荷ポートに接続され、ブームシリンダ３の負荷圧Ｐｌを検出する負荷検出回路１３１を備えている。前述したアンロード弁１１５には、負荷検出回路１３１によって検出された負荷圧Ｐｌが導かれる。コントロールバルブユニット４は、ブームシリンダ３のシリンダボトム側から排出された圧油が流量制御弁６を介して逆止弁１１の下流に接続される再生油路１０６と、再生油路１０６上に設けられ、ブームシリンダ３のシリンダボトム側からの排出油が逆止弁１１の下流に流れることを許容し、その逆流を防止する逆止弁１２を備えている。

コントロールバルブユニット４は、さらに切換弁４０および切換弁４１を備えている。切換弁４０は、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧に応じて切り換わる。切換弁４０は、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧が設定された閾値よりも大きい場合は、ブーム下げ指令圧ａを信号油路１０７を介して圧力補償弁７に導き、圧力補償弁７の開口を閉じるように作用させる。これにより、圧油供給路１０５の圧油がブームシリンダ３へ流入することを防止する。一方、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧が設定された閾値よりも小さい場合は、切換弁４０は、信号油路１０７の圧油をタンク２０に排出するように切り換わる。

切換弁４１は、負荷検出回路１３１上に設けられ、信号油路１０７の圧力が定められた閾値よりも小さいときは、ブームシリンダ３の負荷圧をアンロード弁１１５とレギュレータ１１１へ導くように構成され、信号油路１０７の圧力が閾値よりも大きいときは、タンク圧をアンロード弁１１５とレギュレータ１１１へ導くように構成される。

ここで、ブームシリンダ３は、流量制御弁６、圧力補償弁７および逆止弁１１と圧油供給路１０５を介してメインポンプ１０１の吐出ポート１０１ａに接続されている。

回生制御用弁装置としての回生制御弁２００は、その入力ポート２００ａが流量制御弁６と接続されており、ブームシリンダ３のシリンダボトム側から排出された圧油は流量制御弁６を介して回生制御弁２００に流入する。

回生制御弁２００の第一の出力ポート２００ｂは逆止弁１０を介してアキュムレータ（蓄圧器）３００に接続され、第二の出力ポート２００ｃはタンク２０に接続される。ブームシリンダ３のシリンダボトム側から排出された圧油は、タンク２０に向かう途中で回生制御弁２００の第一の出力ポート２００ｂからアキュムレータ３００へと導かれ、アキュムレータ３００に蓄圧される。なお、逆止弁１０により、第一の出力ポート２００ｂからアキュムレータ３００への圧油の流れのみが許容される。

回生制御弁２００は、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧と入力ポート２００ａの圧力が信号圧として導かれ、流量制御弁６の前後差圧がバネで決まる目標差圧になるように制御する。

メインポンプ１０１は、負荷検出回路１３１の圧力（負荷圧）Ｐｌと、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐが導かれ、ＰｐとＰｌの差Ｐｌｓと目標差圧Ｐｒｅｆを比較し、Ｐｌｓ＞Ｐｒｅｆの場合はメインポンプ１０１の傾転（容量）を減少させ、Ｐｌｓ＜Ｐｒｅｆの場合はメインポンプ１０１の傾転（容量）を増加させる流量制御、いわゆるロードセンシング制御と、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐの上昇によってメインポンプ１０１の傾転（容量）を減少させる馬力制御とにより作動するレギュレータ１１１を備える。

また、本実施形態における油圧駆動装置は、原動機１によって駆動される固定容量型のポンプ３０と、ポンプ３０のパイロット圧油供給路３１ａに接続され、パイロット圧油供給路３１ａに一定のパイロット圧を生成するパイロットリリーフバルブ３２と、パイロット圧油供給路３１ａに接続され、ゲートロックレバー２４により下流側のパイロット圧油供給路３１ｂをパイロット圧油供給路３１ａに接続するかタンク２０に接続するかを切り換えるゲートロック弁１００と、ゲートロック弁１００の下流側のパイロット圧油供給路３１ｂに接続され、流量制御弁６を制御するための操作パイロット圧を生成するパイロットバルブ（減圧弁）を有する操作装置１２２と、を備えている。なお、操作装置１２２は、運転室４０３内に設けられている。

次に、回生制御弁２００の制御特性について説明する。図３は回生制御弁２００の開口面積線図である。図３に示すように、回生制御弁２００がストロークしていないとき、第一の出力ポート２００ｂと第二の出力ポート２００ｃの開口は閉じている。回生制御弁２００のストローク位置が領域Ａの範囲で、第一の出力ポート２００ｂのみがストローク位置に比例して徐々に開口する。回生制御弁２００のストローク位置が領域Ｂの範囲で、第二の出力ポート２００ｃがストローク位置に比例して徐々に開口する。

すなわち、ストローク位置が領域Ａの範囲では、アキュムレータ３００に流れる油路の開口を制御することで、流量制御弁６の前後差圧を一定に保つように制御し、ストローク位置が領域Ｂの範囲では、タンク２０に流れる油路の開口を制御することで、流量制御弁６の前後差圧を一定に保つように制御する。

回生制御弁２００には、ブームシリンダ３のシリンダボトム側圧油の排出時、流量制御弁６の上流圧と下流圧が導かれており、流量制御弁６の前後差圧がバネで定まる目標差圧よりも大きいときは、閉口する方向にストロークし、流量制御弁６の前後差圧がバネで定まる目標差圧よりも小さいときは、開口する方向にストロークする。

ブームシリンダ３のシリンダ速度が小さいとき、すなわち、流量制御弁６の前後差圧が小さいとき、回生制御弁２００は開口する方向にストロークし、まずストローク位置が領域Ａの範囲で制御を行う（第一の制御状態）。このとき、入力ポート２００ａと第一の出力ポート２００ｂが連通するように絞り２００ｄが開口し、ブームシリンダ３の排出油はアキュムレータ３００に流入するので、ブームシリンダ３の持つエネルギをアキュムレータ３００に蓄えることができ、かつ、回生制御弁２００は流量制御弁６の前後差圧が目標差圧になるように制御するので、ブームシリンダ３のシリンダ速度を流量制御弁６の開口面積で決まる目標速度に保つことができる。

徐々にアキュムレータ３００が蓄圧され、アキュムレータ３００が十分に蓄圧された時、ブームシリンダ３のシリンダ速度が低下するので、流量制御弁６の前後差圧は小さくなり、回生制御弁２００はさらに開口する方向にストロークし、ストローク位置が領域Ｂの範囲で制御を行うようになる（第二の制御状態）。これによって、入力ポート２００ａと第二の出力ポート２００ｃが連通するように絞り２００ｅが開口し、ブームシリンダ３のシリンダボトムがタンクに接続された状態で流量制御弁６の前後差圧が一定になるように制御するので、アキュムレータ３００の蓄圧状況に依らず、ブームシリンダ３のシリンダ速度を目標速度に保つことができる。

次に油圧駆動装置の動作について説明する。まず、（ａ）アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について、図４、５に示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。

図４に示すように、ブーム下げ動作を行う時、操作装置１２２を操作することで、ブーム下げ指令圧ａが生成される。ブーム下げ動作を空中で行う時、ブームボトム圧は切換弁４０の切り換わる閾値よりも大きいので、切換弁４０はブーム下げ指令圧ａを信号油路１０７に導くように切り換わる。ブーム下げ指令圧ａが圧力補償弁７に作用されることで、圧油供給路１０５の圧油がブームシリンダ３に流れることを防止する。

また、信号油路１０７の圧力によって切換弁４１が切り換わり、負荷圧としてタンク圧（ほぼ０ＭＰａ）がアンロード弁１１５とレギュレータ１１１に導かれる。これによって、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐはタンク圧にアンロード弁１１５のバネの設定圧力Ｐｕｎ０を加算した圧力（アンロード弁セット圧）に保たれる。

Ｐｕｎ０は通常、目標差圧Ｐｒｅｆよりも若干高く設定される（Ｐｕｎ０＞Ｐｒｅｆ）。ここで、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐと負荷圧との差Ｐｌｓは、Ｐｌｓ＝Ｐｐ−０＝Ｐｕｎ０＞Ｐｒｅｆとなるので、レギュレータ１１１はメインポンプ１０１の傾転が小さくなるように制御を行い、メインポンプ１０１の容量は最小に保たれる。

ブーム下げ指令圧ａにより、流量制御弁６がストロークし、ブームシリンダ３はシリンダが縮む方向に駆動される。これにより、シリンダボトム排出油の一部は流量制御弁６のメータアウト絞り、再生油路１０６、逆止弁１２および流量制御弁６のメータイン絞りを介してブームシリンダ３のシリンダロッド側へ流入し、シリンダボトム排出油の残りは、回生制御弁２００に流入する。

回生制御弁２００は、はじめシリンダ保持圧によりストローク位置ゼロの状態（図４）にあり、シリンダボトム圧が入力ポート２００ａに導かれることでストロークし始める（図５）。この時、アキュムレータ３００は蓄圧可能状態なので、領域Ａ（図２参照）の範囲で回生制御弁２００のストローク位置が制御され、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆとなるように作動し、シリンダ速度がメータアウト絞りの開口面積に応じた目標速度に保たれる。領域Ａでは、絞り２００ｄは開口し、絞り２００ｅは開口していないため、図５に示すようにブームシリンダ３のシリンダボトム排出油は全てアキュムレータ３００へ蓄圧される。

以上のように、アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合、ブーム下げ動作の操作性を確保した上で、アキュムレータ３００へエネルギを蓄えることが可能となる。

次に、（ｂ）アキュムレータ３００が十分に蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について、図６に示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。（ｂ）の場合の油圧駆動装置の動作は、（ａ）の場合と比べて、主に回生制御弁２００のストローク位置が相違する。そこで、この相違点を中心に説明する。

アキュムレータ３００が十分蓄圧されている状態では、ブームシリンダ３から排出された圧油が回生制御弁２００を介してアキュムレータ３００に流出しないので、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧は目標差圧Ｐｒｅｆよりも小さくなる。このため、図６に示すように、回生制御弁２００はさらにストロークしてストローク位置が領域Ｂの範囲で制御され、ブームシリンダ３のシリンダボトムから排出された圧油（シリンダボトム排出油）は絞り２００ｅを介してタンク２０へ流出する。よって、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆとなるように作動し、ブームシリンダ３のストローク速度を確実に制御できるようになる。

以上のように、アキュムレータ３００が十分蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合であっても、ブームシリンダ３からのシリンダボトム排出油を回生制御弁２００からタンク２０へ流すことができるため、ブーム下げ動作の操作性を確保できる。なお、回生制御弁２００のストローク位置が領域Ｂの範囲にある場合において、アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態となったときには、ブームシリンダ３からのシリンダボトム排出油はアキュムレータ３００とタンク２０とに分岐して流れることがある。

次に、（ｃ）ブーム下げ動作時に負荷が生じる場合（機体持ち上げ動作）について、図７に示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。図７に示すように、ブーム下げ動作を行う時、操作装置１２２を操作することで、ブーム下げ指令圧ａが生成される。ブーム下げ動作時に負荷が生じる時、ブームボトム圧は切換弁４０の切り換わる閾値よりも小さくなるので信号油路１０７の圧油はタンクへ導かれる。信号油路１０７の圧力がタンク圧（ほぼ０ＭＰａ）となるので、圧力補償弁７は、流量制御弁６のメータイン絞りの前後差圧が一定になるように圧力補償制御を行い、切換弁４１は負荷検出回路１３１の圧力をアンロード弁１１５とレギュレータ１１１へ導く。

ブーム下げ指令圧ａによって流量制御弁６がストロークし、ブームシリンダ３はシリンダが縮む方向に駆動される。このとき、負荷検出回路１３１は負荷圧としてＰｌを検出し、アンロード弁１１５とレギュレータ１１１に導かれる。これによって、レギュレータ１１１により、メインポンプ１０１の吐出圧ＰｐはＰｌにＰｒｅｆを加算した圧力になるように上昇し、アンロード弁１１５のアンロード弁セット圧はＰｌにアンロード弁１１５のバネの設定圧力Ｐｕｎ０を加算した圧力に上昇し、圧油供給路１０５の圧油をタンク２０に排出する油路を遮断する。

ブーム下げ動作時に負荷が生じている場合、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧は負荷圧Ｐｌに比べ小さいので、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油は逆止弁１２を通過することができず、全ての流量が回生制御弁２００に導かれる。シリンダ速度はシリンダロッド側に流入する流量、すなわち、流量制御弁６のメータイン絞りの通過流量で決定し、流量制御弁６のメータイン絞りの通過流量は、ロードセンシング制御によりメータイン絞りの開口面積Ａｉで決定され、一方で、シリンダボトム排出流量は、シリンダのボトム側受圧面積とロッド側受圧面積の面積比ｎによって決定される。

ここで、流量制御弁６のメータアウト絞りの開口面積ＡｏをＡｏ＞ｎ×Ａｉとすることで、ロードセンシング制御が行われている間は、メータアウト絞りの前後差圧が常に目標差圧Ｐｒｅｆよりも小さくなる。これにより、回生制御弁２００のストローク位置は最大となり、絞り２００ｅが開口するので、シリンダボトム排出油をタンク２０へ排出するようになる。

以上のように、機体持ち上げ動作のようなブーム下げ動作時に負荷が生じる場合であっても、回生制御弁２００はブームシリンダ３のシリンダボトム排出油をタンク２０へ排出するように作動するので、所望の動作を行うことができる。

「第二実施形態」
次に、本発明の第二実施形態に係る油圧駆動装置について説明する。図８は、第二実施形態に係る油圧駆動装置の構成図である。図８に示すように、第二実施形態に係る油圧駆動装置は、第一実施形態の回生制御弁２００に代えて、回生制御用弁装置として第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２を備えている点が相違する。以下、この相違を中心に説明し、第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第二実施形態におけるコントロールバルブユニット４は、第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２を備えている。第一の圧力補償弁２０１は、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油が流量制御弁６を介してアキュムレータ３００に接続される油路上に設けられ、第二の圧力補償弁２０２は、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油が流量制御弁６を介してタンク２０に接続される油路上に設けられる。

ブームシリンダ３のシリンダボトム圧と、シリンダボトムから排出された圧油が流量制御弁６を通過するときの流量制御弁６の下流圧とが第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２にそれぞれ信号圧として導かれ、流量制御弁６の前後差圧がバネで決まる目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御される。なお、第一の圧力補償弁２０１の開口面積線図は図３のアキュムレータ側の絞り２００ｄと同等であり、第二の圧力補償弁２０２の開口面積線図は図３のタンク側の絞り２００ｅと同等である。

次に油圧駆動装置の動作について説明する。まず、（ａ）アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について説明する。

第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２は、はじめシリンダ保持圧によりストローク位置ゼロの状態にあり、シリンダボトムから排出された圧油が流量制御弁６を通過し、流量制御弁６の下流圧が信号圧として第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２に導かれることでストロークし始める。この時、第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２に導かれる信号圧は、両方ともシリンダボトム圧と流量制御弁６の下流圧で同じ信号圧が導かれており、かつ、両方ともバネの設定圧は同じ目標差圧Ｐｒｅｆであるため、第一の圧力補償弁２０１と第二の圧力補償弁２０２は同じようにストロークする。

アキュムレータ３００は蓄圧可能状態なので、第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２は図３の領域Ａの範囲でストローク位置が制御され、第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２は、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆとなるように作動し、シリンダ速度がメータアウト絞りの開口面積に応じた目標速度に保たれる。ストローク位置が領域Ａの範囲にある状態では、第一の圧力補償弁２０１は開口し、第二の圧力補償弁２０２は開口していないため、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油はアキュムレータ３００へ蓄圧される。

以上のように、アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合、ブーム下げ動作の操作性を確保した上で、アキュムレータ３００へエネルギを蓄えることが可能となる。

次に、（ｂ）アキュムレータ３００が十分に蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について説明する。

この場合、アキュムレータ３００は十分に蓄圧されているので、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油がアキュムレータ３００に流入されず、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧は目標差圧Ｐｒｅｆよりも小さくなる。このため、第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２はさらにストロークし、ストローク位置が領域Ｂの範囲で制御が行われる。流量制御弁６は、メータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆとなるように作動する。ストローク位置が領域Ｂの範囲においては、第二の圧力補償弁２０２が開口しており、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油はタンク２０へ流出できるようになるため、ブームシリンダ３のストローク速度を確実に制御できるようになる。

以上のように、アキュムレータ３００が十分蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合であっても、ブームシリンダ３からのシリンダボトム排出油をタンク２０に流すことによって流量制御弁６の前後差圧を目標差圧Ｐｒｅｆに制御できるため、ブーム下げ動作の操作性を確保できる。

次に、（ｃ）ブーム下げ動作時に負荷が生じる場合（機体持ち上げ動作）について説明する。この場合は、第一実施形態と同様に第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２のストローク位置は最大となり、第二の圧力補償弁２０２が開口するので、機体持ち上げ動作のようなブーム下げ動作時に負荷が生じる場合であっても、回生制御弁はブームシリンダ３のシリンダボトム排出油をタンクへ排出するように作動するので、所望の動作を行うことができる。

「第三実施形態」
次に、本発明の第三実施形態に係る油圧駆動装置について説明する。図９は、第三実施形態に係る油圧駆動装置の構成図である。図９に示すように、第三実施形態に係る油圧駆動装置は、第一実施形態の回生制御弁２００に代えて、回生制御用弁装置として第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２を備えている点が相違する。以下、この相違を中心に説明し、第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第三実施形態におけるコントロールバルブユニット４は、第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２を備えている。第一の電磁比例弁２１１は、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油が流量制御弁６を介してアキュムレータ３００に接続される油路上に設けられ、第二の電磁比例弁２１２は、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油が流量制御弁６を介してタンク２０に接続される油路上に設けられる。

また、第三実施形態では、流量制御弁６の上流圧、すなわちブームシリンダ３のシリンダボトム圧（シリンダボトム側の圧力）Ｐ１を検出する第一の圧力検出装置５１と、流量制御弁６の下流圧、すなわち、第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２の上流圧Ｐ２を検出する第二の圧力検出装置５２とが設けられている。

コントローラ５０は、入力側に第一の圧力検出装置５１によって検出されるブームシリンダ３のシリンダボトム圧Ｐ１と、第二の圧力検出装置５２によって検出される第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２の上流圧Ｐ２が接続され、出力側に第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２が接続され、第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２の開口面積を制御する。

次に、第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２の制御について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。図１０に示すように、コントローラ５０は、第一の圧力検出装置５１により圧力Ｐ１（第一の圧力）を検出し、第二の圧力検出装置５２により圧力Ｐ２（第二の圧力）を検出し、あらかじめ設定された目標差圧Ｐｒｅｆを用いて、目標差圧ＰｒｅｆとＰ１とＰ２の差圧との差Ｐｄ＝Ｐｒｅｆ−（Ｐ１−Ｐ２）を算出する（ステップＳ１）。

次いで、コントローラ５０は、第二の電磁比例弁２１２の開口面積Ａ２が最小値であるかどうかを判定し（ステップＳ２）、ステップＳ２でＹＥＳの場合、Ｐｄに対してあるゲインＫＧを乗算した値だけ第一の電磁比例弁２１１の開口量を増加させ（ステップＳ３Ａ）、ステップＳ２でＮＯの場合、第一の電磁比例弁２１１を全開させる（ステップＳ３Ｂ）。

次いで、コントローラ５０は、第一の電磁比例弁２１１の開口面積Ａ１が最大値であるかどうかを判定し（ステップＳ４）、ステップＳ４でＹＥＳの場合、Ｐｄに対してあるゲインＫＧを乗算した値だけ第二の電磁比例弁２１２の開口量を増加させ（ステップＳ５Ａ）、ステップＳ４でＮＯの場合、第二の電磁比例弁２１２を全閉させる。

この制御により、流量制御弁６の前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御され、アキュムレータ３００に蓄圧可能の時は、第一の電磁比例弁２１１によりブームシリンダ３のシリンダボトム側油室がアキュムレータ３００に接続された状態で、流量制御弁６の前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御し、アキュムレータ３００が十分蓄圧されている時は、第一の電磁比例弁２１１は全開となり、第二の電磁比例弁２１２によりブームシリンダ３のシリンダボトム側油室がタンク２０に接続された状態で、流量制御弁６の前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御する。

以下、油圧駆動装置の具体的な動作を説明する。まず、（ａ）アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について説明する。この場合、アキュムレータ３００が蓄圧可能なので、第一の電磁比例弁２１１により流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御され、この時、第一の電磁比例弁２１１の開口面積Ａ１は最大値未満であり、第二の電磁比例弁２１２は開口していないので、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油はアキュムレータ３００へ蓄圧される。

以上のように、アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合、ブーム下げ動作の操作性を確保した上で、アキュムレータ３００へエネルギを蓄えることが可能となる。

次に、（ｂ）アキュムレータ３００が十分に蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について説明する。この場合、アキュムレータ３００が十分に蓄圧されているので、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油がアキュムレータ３００に流入されず、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧は目標差圧Ｐｒｅｆよりも小さくなる。このため、第一の電磁比例弁２１１の開口面積Ａ１は最大値となり、第二の電磁比例弁２１２で制御を行うようになり、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆとなるように作動する。第二の電磁比例弁２１２により、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油はタンク２０へ流出できるようになるため、ブームシリンダ３のストローク速度を確実に制御できるようになる。

以上のように、アキュムレータ３００が十分蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合であっても、ブーム下げ動作の操作性を確保できる。

次に、（ｃ）ブーム下げ動作時に負荷が生じる場合（機体持ち上げ動作）について説明する。この場合、第一実施形態と同様に、第一の電磁比例弁２１１および第二の電磁比例弁２１２は開口するので、機体持ち上げ動作のようなブーム下げ動作時に負荷が生じる場合であっても、回生制御弁はブームシリンダ３のシリンダボトム排出油をタンク２０へ排出するように作動するので、所望の動作を行うことができる。

以上説明したように、各実施形態によれば、アキュムレータ３００が十分蓄圧されている状態においても、ブームシリンダ３によって駆動するブーム４０５の操作性を良好に保つことができる。

なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。本発明は、ブームシリンダ３の油圧駆動装置に限らず、例えば、アームシリンダ、バケットシリンダ、その他の油圧アクチュエータに適用することができる。また、本発明は、油圧ショベル以外の例えばホイールローダ等の作業機械に適用しても良い。

３ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４ コントロールバルブユニット
６ 流量制御弁
２０ タンク
５０ コントローラ
５１ 第一の圧力検出装置
５２ 第二の圧力検出装置
１０１ メインポンプ
２００ 回生制御弁（回生制御用弁装置）
２０１ 第一の圧力補償弁（回生制御用弁装置）
２０２ 第二の圧力補償弁（回生制御用弁装置）
２１１ 第一の電磁比例弁（回生制御用弁装置）
２１２ 第二の電磁比例弁（回生制御用弁装置）
３００ アキュムレータ（蓄圧器）

Claims (4)

1. 供給される圧油で作動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータからの戻り油を貯留するタンクと、前記油圧アクチュエータへ供給する圧油の流量を制御すると共に前記油圧アクチュエータから排出された圧油を前記タンクに向けて流すための流量制御弁と、前記流量制御弁から前記タンクに向かって流れる圧油を蓄圧する蓄圧器と、を有する作業機械の油圧駆動装置において、
   前記流量制御弁と前記蓄圧器との間に設けられ、前記流量制御弁の上流圧および前記流量制御弁の下流圧が信号圧として導かれることにより、前記流量制御弁の通過流量を一定に制御する回生制御用弁装置を備え、
   前記回生制御用弁装置は、
   前記蓄圧器が蓄圧可能な場合に、前記油圧アクチュエータから排出された排出油を前記流量制御弁を介して前記蓄圧器に導き、前記蓄圧器に流れる油路の開口を制御することで前記流量制御弁の前後差圧を一定にする第一の制御状態と、
   前記蓄圧器への蓄圧が満たされている場合に、前記油圧アクチュエータから排出された排出油を前記流量制御弁を介して前記タンクに導き、前記タンクに流れる油路の開口を制御することで前記蓄圧器の圧力に依らずに前記流量制御弁の前後差圧を一定にする第二の制御状態と、を有し、
   前記第二の制御状態において前記蓄圧器が蓄圧可能となって前記油圧アクチュエータから排出された排出油が前記流量制御弁を介して前記タンクおよび前記蓄圧器のそれぞれに分岐して流れる場合であっても、前記タンクに流れる油路の開口を制御することで前記蓄圧器の圧力に依らずに前記流量制御弁の前後差圧を一定にする
   ことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記回生制御用弁装置は、ストローク位置に応じて前記第一の制御状態と前記第二の制御状態とに切り換わる構成から成る回生制御弁を含む
   ことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
3. 請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記回生制御用弁装置は、
   前記第一の制御状態とするための第一の圧力補償弁と、
   前記第二の制御状態とするための第二の圧力補償弁と、を含む
   ことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
4. 請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記流量制御弁の上流圧を検出する第一の圧力検出装置と、
   前記流量制御弁の下流圧を検出する第二の圧力検出装置と、を備え、
   前記回生制御用弁装置は、
   前記第一の圧力検出装置で検出された第一の圧力と前記第二の圧力検出装置で検出された第二の圧力の差圧が目標差圧になるよう制御される二つの電磁比例弁であって、
   前記第一の制御状態とするための第一の電磁比例弁と、
   前記第二の制御状態とするための第二の電磁比例弁と、を含む
   ことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。