JP6676824B2 - 作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は圧油エネルギ回収装置を備えた油圧ショベルなどの作業機械の油圧駆動装置に係わり、特に、可変容量型の油圧ポンプを備え、その油圧ポンプが、１つ以上のアクチュエータの最高負荷圧よりもある設定圧だけ吐出圧が高くなるように吐出流量を制御する、ロードセンシング制御を行うように構成され、かつ油圧アクチュエータからの圧油エネルギを回収する圧油エネルギ回収装置を備えた作業機械の油圧駆動装置に関する。

油圧ショベルなどの作業機械の油圧駆動装置において、フロント作業機を降下させる動作で、フロント作業機を上下動させるアクチュエータから戻ってくる圧油をアキュムレータに蓄圧して、フロント作業機の位置エネルギを回収し、フロント作業機を降下させる動作以外の動作を行う場合に、アキュムレータに蓄圧した圧油を油圧ポンプの圧油供給路に再生する圧油エネルギ回収装置に関する従来技術が特許文献１に記載されている。

特許文献１において、可変容量型の油圧ポンプは、フロント作業機を上下動する油圧シリンダを含む複数のアクチュエータの最高負荷圧よりも、ある設定圧だけポンプ吐出圧が高くなるように油圧ポンプの吐出流量を制御する、いわゆるロードセンシング制御を行うよう構成されている。また、圧油エネルギ回収装置は、フロント作業機を上下動させる油圧シリンダがフロント作業機の自重などによって縮むときにそのシリンダ（ブームシリンダ）のボトム側とロッド側を短絡してボトム側の圧力を上昇させるとともに、その昇圧した圧油をアキュムレータに供給する回収流量制御バルブと、ブームシリンダが負荷に抗して伸長するときにアキュムレータに蓄圧された圧油を油圧ポンプの圧油供給路に再生する再生流量制御バルブとを備え、その回収流量制御バルブと再生流量制御バルブはそれぞれ圧力補償弁を備えている。

特開２００７−１７０４８５号公報

特許文献１記載に記載されている圧油エネルギ回収装置を用いれば、ブーム下げ動作でブームシリンダのボトム側とロッド側を短絡することでボトム側の圧力を上昇させ、その昇圧した圧油をアキュムレータに蓄圧し、ブーム上げ動作の際、アキュムレータに蓄圧した圧油を油圧ポンプの圧油供給路に効率良く再生させることができる。

また、回収流量制御バルブと再生流量制御バルブにそれぞれ圧力補償弁を備えているので、アキュムレータに蓄圧される回生流量と、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路に放出される再生流量を、圧力変動の影響を受けることなく制御でき、蓄圧速度及び再生速度を正確に制御できる。

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術を用いた場合でも、以下のような問題があった。

特許文献１に記載されている圧油エネルギ回収装置は、フロント作業機を降下させる動作、つまりブームシリンダを縮めるブーム下げ動作でブームシリンダのボトム側から回収流量制御バルブを介してアキュムレータに蓄圧された圧油は、ブームシリンダを伸長させるブーム上げ動作において再生流量制御バルブで流量を制御されながら油圧ポンプの圧油供給路に再生され、油圧ポンプの吐出流量と合流した流量をブームシリンダ制御用の流量制御弁に導くようになっている。

しかし、特許文献１に記載されている油圧ポンプは、その吐出圧がその油圧ポンプによって駆動される全アクチュエータの最高負荷圧よりも予め定められた値だけ大きくなるようにその吐出流量を制御する、いわゆるロードセンシング制御を行う構成となっており、その圧油供給路には、余剰な圧油をタンクに放出するためにアンロード弁が設けられている。

このようにロードセンシング制御を行う場合は、アンロード弁は不可欠であり、その場合、フロント作業機を上昇させる動作、つまりブーム上げ動作などでアキュムレータに蓄圧された圧油を油圧ポンプの圧油供給路に再生流量制御弁を介して合流させる際、仮に圧油供給路の圧力が十分に高く、ブームシリンダの負荷圧よりも予め定められた圧力だけ高い値になっていた場合（サチュレーション状態ではない場合）には、アキュムレータから再生流量制御弁を介して圧油供給路に合流する流量は、余剰流量として、前述のアンロード弁からタンクに排出されてしまい、アキュムレータに蓄圧された圧油をブーム下げ以外の動作に有効に利用できないという問題があった。

本発明の目的は、ロードセンシング制御を行うように構成され、かつフロント作業機を降下させる動作においてアクチュエータから戻ってくる圧油をアキュムレータに蓄圧し、フロント作業機の位置エネルギを回収する圧油エネルギ回収装置を備えた作業機械の油圧駆動装置において、フロント作業機を降下させる動作以外の動作を行う場合に、アキュムレータに蓄圧された圧油を油圧ポンプの圧油供給路に合流して再生することができ、かつアキュムレータに蓄圧された圧油エネルギが無駄に消費されることを防止する作業機械の油圧駆動装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され、作業装置を上下動させる油圧シリンダを含む１つ以上のアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記１つ以上のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する１つ以上の流量制御弁と、前記１つ以上のアクチュエータの最高負荷圧よりもある設定圧だけ前記油圧ポンプの吐出圧が高くなるように前記油圧ポンプの吐出流量を制御する、ロードセンシング制御を行うレギュレータと、前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力が前記１つ以上のアクチュエータの最高負荷圧よりも、前記ロードセンシング制御の設定圧以上の所定値以上高くなると、開状態になって前記圧油供給路の圧油をタンクに戻すアンロード弁と、前記油圧シリンダと前記油圧ポンプの圧油供給路に接続されたアキュムレータを有し、前記作業装置を降下させる動作において前記油圧シリンダから戻される圧油を前記アキュムレータに蓄圧し、前記作業装置を降下させる動作以外の動作を行う場合に、前記アキュムレータに蓄圧された圧油の少なくとも一部を前記油圧ポンプの圧油供給路に供給して再生する圧油エネルギ回収装置とを備えた作業機械の油圧駆動装置において、前記圧油エネルギ回収装置は、前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路に供給される圧油の再生流量を制御する再生切換弁装置を有し、前記再生切換弁装置は、前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力と前記最高負荷圧との差が前記ロードセンシング制御の設定圧より大きいときは、前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路への圧油の供給を制限し、前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力と前記最高負荷圧との差が前記ロードセンシング制御の設定圧より小さいときは、前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路への圧油の供給を許容するよう、前記アキュムレータと前記油圧ポンプの圧油供給路との連通を制御する構成とする。

このようにアキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路に供給される圧油の再生流量を制御する再生切換弁装置を設け、この再生切換弁装置により、油圧ポンプの圧油供給路の圧力と最高負荷圧との差がロードセンシング制御の設定圧より大きいときは、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路への圧油の供給を制限し、油圧ポンプの圧油供給路の圧力と最高負荷圧との差がロードセンシング制御の設定圧より小さいときは、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路への供給を許容するよう、アキュムレータと油圧ポンプの圧油供給路との連通を制御することにより、油圧ポンプから吐出される圧油が要求流量に対して足りている場合には、油圧ポンプの圧油供給路の圧力と最高負荷圧との差がロードセンシング制御の設定圧より大きくなり、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路への再生が制限されるので、アキュムレータに蓄圧された圧油エネルギが、圧油供給路に接続されたアンロード弁によって無駄に消費されることを防止することができる。

一方、油圧ポンプから吐出される圧油が要求流量に対して足りていない（不足している）場合には、油圧ポンプの圧油供給路の圧力と最高負荷圧との差がロードセンシング制御の設定圧より小さくなり、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路への供給が許容されるので、アキュムレータから供給された圧油が油圧ポンプから吐出された圧油と合流して再生され、アクチュエータを駆動するので、スピーディーな作業を実現することができる。

本発明によれば、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路への供給を許容するよう、アキュムレータと油圧ポンプの圧油供給路との連通を制御する再生切換弁装置を設けることにより、油圧ポンプから吐出される圧油が要求流量に対して足りている場合には、油圧ポンプの圧油供給路の圧力と最高負荷圧との差がロードセンシング制御の設定圧より大きくなり、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路への再生が制限されるので、アキュムレータに蓄圧された圧油エネルギが、圧油供給路に接続されたアンロード弁によって無駄に消費されることを防止することができる。

一方、油圧ポンプから吐出される圧油が要求流量に対して足りていない（不足している）場合には、油圧ポンプの圧油供給路の圧力と最高負荷圧との差がロードセンシング制御の設定圧より小さくなり、アキュムレータから油圧ポンプの圧油供給路への供給が許容されるので、アキュムレータから供給された圧油が油圧ポンプから吐出された圧油と合流して再生され、アクチュエータを駆動するので、スピーディーな作業を実現することができる。

このように本発明においては、アキュムレータに蓄圧された圧油エネルギを有効に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態による作業機械の油圧駆動装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による油圧駆動装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。 ブームシリンダのボトム側油路とロッド側油路間に配置された再生切換弁の開口面積特性を示す図である。 ブームシリンダのボトム側油路から分岐し、アキュムレータに至る油路に配置された切換弁の開口面積特性を示す図である。 アキュムレータに連通する油路に配置された切換弁の開口面積特性を示す図である。 アキュムレータをメインポンプの圧油供給路に連通させる油路に配置された再生切換弁（第１再生切換弁）の開口面積特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による作業機械の油圧駆動装置の構成を示す図である。 第１再生切換弁の下流側に配置された再生切換弁（第２再生切換弁）の開口面積特性を示す図である。 コントローラのCPUが行う処理内容を示す機能ブロック図である。 コントローラのCPUが用いる第１テーブルの特性を示す図である。 コントローラのCPUが用いる第２テーブルの特性を示す図である。 コントローラのCPUが用いる第３テーブルの特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態による作業機械の油圧駆動装置を図１〜図３Ｄを用いて説明する。

〜構成〜
図１は、本発明の第１の実施の形態による作業機械の油圧駆動装置の構成を示す図である。

図１において、本実施の形態の油圧駆動装置は、原動機１（例えばディーゼルエンジン）と、原動機１によって駆動される可変容量型の油圧シリンダであるメインポンプ２と、原動機１によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ３０と、メインポンプ２の吐出流量を制御するためのレギュレータ１２と、メインポンプ２から吐出された圧油によって駆動される複数のアクチュエータであるブームシリンダ３a、アームシリンダ３b、旋回モータ３c、バケットシリンダ３d、スイングシリンダ３e、走行モータ３f，３g、ブレードシリンダ３h（３d〜３hは図２参照）と、メインポンプ２から吐出された圧油を複数のアクチュエータ３a，３b，３c，３d，３e，３f，３g，３hへ導くための圧油供給路５と、圧油供給路５の下流に接続され、メインポンプ２から吐出された圧油が導かれる制御弁ブロック４とを備えている。

制御弁ブロック４内には、複数のアクチュエータ３a，３b，３c，３d，３e，３f，３g，３hの駆動方向と駆動速度を制御するための複数の流量制御弁６a，６b，６c，６d，６e，６f，６g，６h（６d〜６hは図示省略）と、複数の流量制御弁６a，６b，６c，６d，６e，６f，６g，６hの前後差圧を制御するための複数の圧力補償弁７a，７b，７c，７d，７e，７f，７g，７h（７d〜７hは図示省略）と、チェック弁８a，８b，８c，８d，８e，８f，８g，８h（８d〜８hは図示省略）と、圧油供給路５に接続され、圧油供給路５の圧力P1を設定圧力以上にならないように制御するリリーフ弁１４と、複数のアクチュエータ３a，３b，３c，３d，３e，３f，３g，３hの最高負荷圧Plmaxを検出するためのシャトル弁９a，９b，９c，９d，９e，９f，９g（９d〜９gは図示省略）と、圧油供給路５の圧力P1が複数のアクチュエータ３a，３b，３c，３d，３e，３f，３g，３hの最高負荷圧Plmaxより所定圧（最高負荷圧Plmaxに後述する目標LS差圧Pgrとバネ１５aの付勢力を加えたセット圧）以上高くなると、開状態になって圧油供給路５の圧油をタンクに戻す（すなわち、圧油供給路５の圧力P1が当該セット圧以上高くならないように制御する）アンロード弁１５と、圧油供給路５の圧力P1と複数のアクチュエータ３a，３b，３c，３d，３e，３f，３g，３hの最高負荷圧Plmaxとの差圧を絶対圧Plsとして出力する差圧減圧弁１１とが設けられている。

アンロード弁１５はバネ１５aを備えない構成であってもよく、その場合、アンロード弁１５のセット圧（所定圧）は、最高負荷圧Plmaxに目標LS差圧Pgrを加えた値となる。

固定容量型パイロットポンプ３０から吐出される圧油は、圧油供給路３１aと原動機回転数検出弁１３を経由して圧油供給路３１bへと流れ、圧油供給路３１bに接続されるパイロットリリーフ弁３２によって一定のパイロット圧Pi0が生成される。原動機回転数検出弁１３は、圧油供給路３１aと圧油供給路３１bとの間に接続された流量検出弁１３aと、その流量検出弁１３aの前後差圧（原動機回転数検出弁１３の前後差圧）を絶対圧Pgrとして出力する差圧減圧弁１３bとを有している。

流量検出弁１３aは通過流量（パイロットポンプ３０の吐出流量）が増大するにしたがって開口面積を大きくする可変絞りを有しており、パイロットポンプ３０の吐出油は流量検出弁１３aの可変絞りを通過して圧油供給路３１ｂ側へと流れる。このとき、流量検出弁１３aの可変絞りには通過流量が増加するにしたがって大きくなる前後差圧が発生し、差圧減圧弁１３bはその前後差圧を絶対圧Pgrとして出力する。パイロットポンプ３０の吐出流量は原動機１の回転数によって変化するため、流量検出弁１３aの可変絞りの前後差圧を検出することにより、パイロットポンプ３０の吐出流量を検出することができ、原動機１の回転数を検出することができる。原動機回転数検出弁１３（差圧減圧弁１３b）が出力する絶対圧Pgrは目標LS差圧としてレギュレータ１２と後述する再生切換弁２３に導かれる。

圧油供給路３１bのパイロットリリーフ弁３２の下流には、ゲートロック弁３３を介して圧油供給路３１cが接続され、この圧油供給路３１cに複数の操作装置６０a，６０b，６０c，６０d，６０e，６０f，６０g，６０h（６０d〜６０hは図示省略）にそれぞれ備えられた１対のパイロットバルブ（減圧弁）が接続されている。複数の操作装置６０a，６０b，６０c，６０d，６０e，６０f，６０g，６０h（６０d〜６０hは図示省略）はそれぞれ対応するアクチュエータ３a〜３hの動作を指令するものであり、それぞれのパイロットバルブは、複数の操作装置６０a，６０b，６０c，６０d，６０e，６０f，６０g，６０h（６０d〜６０hは図示省略）の操作レバー、ペダル等の操作手段を操作することにより、パイロットリリーフ弁３２で生成された一定のパイロット一次圧Ppi0を元圧として操作圧（操作信号）a，b；c，d；e，f・・・を生成する。これらの操作圧は対応する流量制御弁６a〜６jに導かれ、これらを切り換え操作する。また、油圧ショベル（作業機械）の運転席の入り口に設けられたゲートロックレバー３４を操作することによりゲートロック弁１００が操作され、パイロットリリーフ弁３２で生成されたパイロット一次圧Ppi0がパイロット油路としての圧油供給路３１bに供給されるか（操作装置６０a〜６０hの操作が有効となるか）、圧油供給路３１bの圧油がタンクに排出されるか（操作装置６０a〜６０hの操作が無効となるか）が切り換えられる。

可変容量型のメインポンプ２のレギュレータ１２は、LS弁１２bと、LS弁１２bの出力圧により動作し、複数の流量制御弁６a，６b，６c，６d，６e，６f，６g，６hの要求流量に応じてメインポンプ２の吐出流量を制御する流量制御ピストン１２cと、メインポンプ２の圧油供給路５の圧力P1が導かれ，圧力P1が大きくなるとメインポンプ２の傾転を小さくして予め決められたトルクを超えないように制御する馬力制御用ピストン１２dとを有している。

LS弁１２bは、原動機回転数検出弁１３の出力圧である目標LS差圧Pgrと、前記差圧減圧弁１１の出力圧であるLS差圧Plsとが導かれ，LS差圧Plsが目標LS差圧Pgrより大きい場合には、一定のパイロット圧Ppi0を流量制御ピストン１２cに導いてメインポンプ２の吐出流量を減少させ、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgrより小さい場合には、流量制御ピストン１２cの圧油をタンクに放出し、メインポンプ２の流量を増加させるよう流量制御ピストン１２cを制御する。

制御弁ブロック４内には、更に、再生切換弁２０と切換弁２７，２８が設けられている。

ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aとロッド側油路４２は、再生切換弁２０とチェック弁２４を介して接続されている。

図３Ａは、再生切換弁２０の開口面積特性を示す図である。再生切換弁２０は、図３Ａに示すように、ブーム下げ操作圧bが作用していない場合は閉じ位置にあり、ブーム下げ操作圧bが大きくなるとその開口面積が大きくなるような特性としてある。図中、Pi_rg_0は最小有効ブーム下げ操作圧、Pi_rg_maxは最大ブーム下げ操作圧、A20maxは最大開口面積である。

切換弁２７は、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が予め決められたある値未満の場合はタンク圧を出力し、油路４１aの圧力が予め決められたある値以上の場合は操作装置６０aのパイロットバルブの出力圧である操作圧b（ブーム下げ操作圧）を出力するように切り換わる。切換弁２７から出力された圧力は、圧力補償弁７aを閉じ方向に切り換える向きに導かれる。また、切換弁２７のバネ力は、フロント作業機１０４を接地しない状態における、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力で切換弁２７が図中右方向に（ブーム下げ操作圧bを出力する位置に）切り換わるように設定されている。

切換弁２８は、切換弁２７がタンク圧を圧力補償弁７aに導いている場合は、ブームシリンダ３aの流量制御弁６aを介して得られるブームシリンダ３aの負荷圧を、圧力補償弁７aを開き方向に切り換える向きに導くと同時に、ブームシリンダ３aの負荷圧を、最高負荷圧Plmaxを出力するために設けられたシャトル弁９aに導き、切換弁２７が操作装置６０aのパイロットバルブの出力圧である操作圧b（ブーム下げ操作圧）を、圧力補償弁７aを閉じ方向に切り換える向きに導いている場合は、タンク圧を圧力補償弁７aを開き方向に切り換える向きに導くと同時に、タンク圧をシャトル弁９aに導くように切り換わる。

また、本実施の形態の油圧駆動装置は圧油エネルギ回収装置８０を有している。圧油エネルギ回収装置８０は、アキュムレータ４０を有し、フロント作業機１０４（図２参照）を降下させる動作においてフロントアクチュエータの１つであるブームシリンダ３aから戻される圧油をアキュムレータ４０に蓄圧して、フロント作業機１０４の位置エネルギを回収するとともに、フロント作業機１０４を降下させる動作以外の動作を行う場合に、アキュムレータ４０に蓄圧された圧油の少なくとも一部をメインポンプ２の圧油供給路５に供給して再生するものである。

圧油エネルギ回収装置８０は、アキュムレータ４０に加え、切換弁２１，２２と再生切換弁２３（第１再生切換弁）と、チェック弁２５，２６とを備えており、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aは、切換弁２１、チェック弁２５、切換弁２２、再生切換弁２３、チェック弁２６と、制御弁ブロック４の内部通路を介して圧油供給路５に接続されている。

アキュムレータ４０はチェック弁２５と切換弁２２の間の油路４１cに接続されている。切換弁２１，２２には操作装置６０aのパイロットバルブの出力圧である操作圧b（ブーム下げ操作圧）が導かれている。

図３Ｂは切換弁２１の開口面積特性を示す図である。

切換弁２１は、図３Ｂに示すように、ブーム下げ操作圧bが作用していない場合は、油路４１aと、切換弁２１とチェック弁２５の間の油路４１bを遮断し、ブーム下げ操作圧bが大きくなると、油路４１aと油路４１bとの間の開口面積を大きくするような特性としてある。図中、Pi_ch_0は最小有効ブーム下げ操作圧、Pi_ch_maxは最大ブーム下げ操作圧、A21maxは最大開口面積である。

図３Ｃは切換弁２２の開口面積特性を示す図である。

切換弁２２は、図３Ｃに示すように、切換弁２１と逆に、ブーム下げ操作圧bが作用していない場合は油路４１cと、切換弁２２と再生切換弁２３の間の油路４１dを連通し、ブーム下げ操作圧bが作用すると油路４１cと油路４１dを遮断するような特性としてある。図中、Pi_rs_0は最大ブーム下げ操作圧、Pi_rs_maxは最大ブーム下げ操作圧、A22maxは最大開口面積である。

再生切換弁２３の両端には、開き方向作用の受圧部２３a（第１受圧部）と閉じ方向作用の受圧部２３b（第２受圧部）が設けられ、受圧部２３aには油路２３c（第１油路）を介して目標LS差圧Pgrが導かれ、受圧部２３bには油路２３d（第２油路）を介してLS差圧Pls（メインポンプ２の圧油供給路５の圧力P1と最高負荷圧最高負荷圧Plmaxとの差の圧力）が導かれている。このように再生切換弁２３の両端には、目標LS差圧Pgrがその開口を開き方向に作用する向きに、また、LS差圧Plsがその開口を閉じ方向に作用する向きにそれぞれ導かれている。

図３Ｄは、再生切換弁２３の開口面積特性を示す図である。

再生切換弁２３は、図３Ｄに示すように、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgrよりも大きい（Pls＜Pgr）ときは、油路４１dと、再生切換弁２３とチェック弁２６の間の再生油路４１eを遮断し、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgrよりも小さくなる（Pls＜Pgr）と、直ちに開いて差圧偏差Pi_as_0で全開し、油路４１dと再生油路４１eを連通するような特性としてある。図中、Pi_as_0は最小有効差圧偏差、Pi_as_maxは最大差圧偏差、A23maxは最大開口面積である。

以上において、再生切換弁２３と、受圧部２３a，２３bと、油路２３c，２３dは、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５に供給される圧油の再生流量を制御する再生切換弁装置として機能する。

また、再生切換弁２３と、受圧部２３a，２３bと、油路２３c，２３dは、メインポンプ２の圧油供給路５の圧力P1と最高負荷圧Plmaxとの差であるLS差圧Plsがロードセンシング制御の設定圧である目標LS差圧Pgrより大きいときは、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への圧油の供給を制限し（本実施の形態においては禁止し）、メインポンプ２の圧油供給路５の圧力P1と最高負荷圧Plmaxとの差であるLS差圧Plsがロードセンシング制御の設定圧Pgrより小さいときは、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への圧油の供給を許容するよう、アキュムレータ４０とメインポンプ２の圧油供給路５との連通を制御する再生切換弁装置として機能する。

また、本実施の形態において、受圧部２３a，２３bと、油路２３c，２３dは、メインポンプ２の圧油供給路５の圧力P1と最高負荷圧Plmaxとの差であるLS差圧Plsがロードセンシング制御の設定圧Pgrより大きいときは、再生油路４１eを遮断する位置に再生切換弁２３（第１再生切換弁２３）を切り換え、メインポンプ２の圧油供給路５の圧力P1と最高負荷圧Plmaxとの差であるLS差圧Plsがロードセンシング制御の設定圧Pgrより小さいときは、再生油路４１eを連通する位置に再生切換弁２３を切り換える切換制御装置として機能する。

図２は、上述した油圧駆動装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。

油圧ショベルは、上部旋回体１０２と、下部走行体１０１と、スイング式のフロント作業機１０４とを備え、フロント作業機１０４は、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３から構成されている。上部旋回体１０２は下部走行体１０１に対し旋回モータ３cの回転によって旋回可能である。上部旋回体１０２の前部にはスイングポスト１０３が取付けられ，このスイングポスト１０３にフロント作業機１０４が上下動可能に取付けられている。スイングポスト１０３はスイングシリンダ３eの伸縮により上部旋回体１０２に対して水平方向に回動可能であり、フロント作業機１０４のブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３はブームシリンダ３a、アームシリンダ３b、バケットシリンダ３dの伸縮により上下方向に回動可能である。下部走行体１０１の中央フレーム１０５には、ブレードシリンダ３hの伸縮により上下動作を行うブレード１０６が取付けられている。下部走行体１０１は、走行モータ３f，３gの回転により左右の履帯を駆動することによって走行を行う。

上部旋回体１０２には運転室１０８が設置され、運転室１０８内には、運転席１２１と、ブームシリンダ３a、アームシリンダ３b、バケットシリンダ３d、旋回モータ３c用の操作装置６０a〜６０dと、スイングシリンダ３e用の操作装置６０eと、ブレードシリンダ３h用の操作装置６０hと、走行モータ３f，３g用の操作装置６０f，６０gと、ゲートロックレバー３４とが設けられている。操作装置６０a〜６０d、操作装置６０e、操作装置６０h、操作装置６０f，６０gは、それぞれ、操作レバーによって操作可能な操作レバー装置であり、走行モータ３f，３g用の操作装置６０f，６０gは更にペダルによっても操作できるようになっている。また、ブームシリンダ３a、アームシリンダ３b、バケットシリンダ３d、旋回モータ３c用の操作装置６０a〜６０dは、例えば、運転席１２１の左右に配置され、それぞれ、中立位置から十字方向を基準とした任意の方向に操作可能な２つの操作レバーを備え操作レバー装置として構成されている。例えば、左側の操作レバー装置は、その操作レバーを前後方向に操作すると旋回用の操作装置６０cとして機能し、同操作レバーを左右方向に操作するとアーム用の操作装置６０bとして機能し、右側の操作レバー装置は、その操作レバーを前後方向に操作すると、ブーム用の操作装置６０aとして機能し、同操作レバーを左右方向に操作すると、バケット用の操作装置として機能する。

また、ブームシリンダ３aのボトム側受圧面積とロッド側受圧面積には差が設けてあり、ボトム側受圧面積＞ロッド側受圧面積の関係となっている。

〜作動〜
本実施の形態の作動を、図１〜図３を用いて説明する。

固定容量式のパイロットポンプ３０から吐出された圧油は、圧油供給路３１aに供給され、圧油供給路３１aの下流に接続された原動機回転数検出弁１３により、固定容量型のパイロットポンプ３０の吐出流量が目標LS差圧Pgrとして出力される。

原動機回転数検出弁１３の下流には、パイロットリリーフ弁３２が接続されており、圧油供給路３１bに一定のパイロット一次圧Ppi0を生成している。

（a）全ての操作レバーが中立の場合
全ての操作装置６０a,６０b，６０c，６０d，６０e，６０f，６０g，６０hの操作レバーが中立なので、全てのパイロットバルブも中立となり、流量制御弁６a，６b，６c，６d，６e，６f，６g，６hはそれぞれ両端に設けられたバネによって全て中立位置に保持される。

ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が、切換弁２７のバネで予め決めされた圧力より低い場合（例えばフロント作業機１０４が接地していて、ブームシリンダ３aに保持圧が作用していない場合など）は、切換弁２７はバネにより図中左方向に切り換わり、タンク圧を圧力補償弁７aと切換弁２８に導く。

切換弁２８はバネにより図中右方向に切り換わり、流量制御弁６aの負荷圧検出油路を圧力補償弁７aとシャトル弁９aに接続する。

ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が、切換弁２７のバネで予め決めされた圧力より大きい場合（例えばフロント作業機１０４が接地しておらず、ブームシリンダ３aに保持圧が作用している場合など）は、切換弁２７は図中右方向に切り換わり、ブーム下げ操作圧bを圧力補償弁７aと切換弁２８に導くが、全ての操作レバーが中立なので、ブーム下げ操作圧bもタンク圧と等しくなっている。

このように、全ての操作レバーが中立の場合には、流量制御弁６a，６b，６c，６d，６e，６f，６g，６hが中立位置にあるので、流量制御弁６a，６b，６c，６d，６e，６f，６g，６h、シャトル弁９a，９b，９c，９d，９e，９f，９gを介して最高負荷圧Plmaxとしてタンク圧が差圧減圧弁１１とアンロード弁１５に導かれる。

圧油供給路５の圧力P1は、アンロード弁１５に設けられたバネ１５aと、アンロード弁１５を閉じる向きに導かれた原動機回転数検出弁１３の出力圧Pgr（目標LS差圧）とにより、出力圧Pgr（目標LS差圧）よりも若干高く保持される（P1＞Pgr）。

差圧減圧弁１１は、圧油供給路５の圧力P1と最高負荷圧Plmaxとの差圧をLS差圧Plsとして出力するが、全てのレバーが中立の場合には、最高負荷圧Plmaxが前述のようにタンク圧と等しいので、Pls＝P1−Plmax＝P1＞Pgrとなる。

目標LS差圧PgrとLS差圧Plsは、可変容量型のメインポンプ２のレギュレータ１２内のLS弁１２bに導かれ、LSb弁１２bは、LS差圧Plsと目標LS差圧Pgrを比較し、Pls＜Pgrの場合には、流量制御ピストン１２cの圧油をタンクに排出し、Pls＞Pgrの場合には、パイロットリリーフ弁３２によって圧油供給路３１bに生成される一定のパイロット一次圧Ppi0を流量制御ピストン１２cに導く。

前述のように、全ての操作レバーが中立の場合には、Pls＞Pgrの場合なので、LS弁１２bは図中で右方向に切り換わり、パイロットリリーフ弁３２によって一定に保たれたパイロット圧Ppi0が流量制御ピストン１２cに導かれる。

流量制御ピストン１２cにパイロット圧Ppi0が導かれるので、可変容量型のメインポンプ２の容量は最小に保たれる。

一方、ブーム下げ操作圧bがタンク圧と等しいので、切換弁２１，２２はそれぞれ図示の閉じ位置と連通位置に保持され。このため、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aと、アキュムレータ４０が接続される油路４１cとは遮断され、アキュムレータ４０が接続される油路４１cと再生切換弁２３間の油路４１dが連通する。

前述のように、全ての操作レバーが中立の場合には、Pls＞Pgrなので、再生切換弁２３は図中で右方向、つまり閉じ位置に切り換わり、アキュムレータ４０の圧油がチェック弁２６を介して圧油供給路５へ流入するのを遮断する。

（b）フロント作業機が接地していない状態からブーム下げ操作を行った場合
ブーム用操作装置６０aのパイロットバルブからブーム下げ操作圧bが出力される。ブーム下げ操作圧bにより、流量制御弁６aが図中で左方向に切り換わる。

フロント作業機１０４が接地していない状態では、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力により、切換弁２７は図中右方向に切り換わり、ブーム下げ操作圧bを圧力補償弁７aと切換弁２８に導く。

圧力補償弁７aは、圧力補償弁７aの閉じ方向に導かれたブーム下げ操作圧bにより、閉じ位置に保持される。

一方、切換弁２８はブーム下げ操作圧bにより、図中左方向に切り換わり、タンク圧を圧力補償弁７aとシャトル弁９aに導く。

こうして、「（a）全ての操作レバーが中立の場合」と同様に、シャトル弁９aを介して最高負荷圧Plmaxとしてタンク圧が差圧減圧弁１１とアンロード弁１５に導かれ、圧油供給路５の圧力P1は、アンロード弁１５により目標LS差圧Pgrよりも若干高く保持される。

差圧減圧弁１１はLS差圧Plsを出力するが、最高負荷圧Plmaxがタンク圧と等しいので、Pls＝P1-Plmax＝P1＞Pgrとなる。

前述のように、フロント作業機１０４が接地していない状態からブーム下げを操作した場合には、Pls＞Pgrなので、LS弁１２bは図中で右方向に切り換わり、パイロットリリーフ弁３２によって一定に保たれたパイロット一次圧Ppi0が流量制御ピストン１２cに導かれ、可変容量型のメインポンプ２の容量は最小に保たれる。

一方、ブーム下げ操作圧bによって再生切換弁２０と切換弁２１は開位置に、切換弁２２は閉位置に切り換わる。

ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧油が再生切換弁２０、チェック弁２４を介してブームシリンダ３aのロッド側油路４２に導かれ、流量制御弁６aから供給される圧油と合流してブームシリンダ３aを縮み方向に駆動する。

ここで、前述のように、ブームシリンダ３aのボトム側受圧面積とロッド側受圧面積には差があり、ボトム側受圧面積＞ロッド側受圧面積となっているので、ブームシリンダ３aが縮むと、そのボトム側受圧室から流出する流量は、ロッド側受圧室に流入する流量より大きく、再生切換弁２０とチェック弁２４を介してブームシリンダ３aのボトム側油路４１aからロッド側油路４２へ供給される圧油により、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aとロッド側油路４２はともに圧力が上昇する。

また、このように昇圧されたブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧油は、前述のように切換弁２１が開位置に、切換弁２２が閉位置に切り換わっているので、流量制御弁６aのブーム下げ側のメータアウト開口を介してタンクに排出されると同時に、切換弁２１とチェック弁２５を介してアキュムレータ４０に蓄圧される。

（c）アキュムレータに蓄圧された状態でブーム上げ操作を行った場合
ブーム用の操作装置６０aのパイロットバルブからブーム上げ操作圧aが出力される。ブーム上げ操作圧aにより、流量制御弁６aが図中で右方向に切り換わる。

ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が、切換弁２７のバネで予め決めされた圧力より低い場合（例えばフロント作業機１０４が接地していて、ブームシリンダ３aに保持圧が作用していない場合など）は、切換弁２７はバネにより図中左方向に切り換わり、タンク圧を圧力補償弁７aと切換弁２８に導く。

切換弁２８はバネにより図中右方向に切り換わり、流量制御弁６aの負荷圧検出油路を圧力補償弁７aとシャトル弁９aに接続する。

ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が、切換弁２７のバネで予め決めされた圧力より大きい場合（例えばフロント作業機１０４が接地しておらず、ブームシリンダ３aにフロント作業機１０４の保持圧が作用している場合など）は、切換弁２７は図中右方向に切り換わり、ブーム下げ操作圧bを圧力補償弁７aと切換弁２８に導くが、ブーム上げ操作時には、ブーム下げ操作圧bはタンク圧と等しくなっているので、切換弁２８は図中右方向に切り換わり、流量制御弁６aの負荷圧検出油路を圧力補償弁７aとシャトル弁９aに接続する。

このように、ブーム上げ操作を行った場合には、ブームシリンダ３aの負荷圧（油路４１aの圧力）が流量制御弁６aと切換弁２８を介してシャトル弁９aに導かれ、最高負荷圧Plmaxとして差圧減圧弁１１とアンロード弁１５に導かれる。

アンロード弁１５に導かれた最高負荷圧Plmaxとアンロード弁１５のバネ１５aと目標LS差圧Pgrにより、アンロード弁１５のセット圧は、ブームシリンダ３aの負荷圧Plmaxに目標LS差圧Pgrとバネ１５aの付勢力（以下バネ力という）を加えた値に上昇し、圧油供給路５の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。

また、差圧減圧弁１１に導かれた最高負荷圧Plmaxにより、差圧減圧弁１１はP1−PlmaxをLS差圧Plsとして出力するが、ブーム上げ方向に起動した瞬間には、圧油供給路５の圧力P1はアンロード弁１５のバネ１５aとLS差圧Pgrによって予め決められた低圧に保持されているので、LS差圧Plsはほぼタンク圧に等しくなる。

LS差圧Plsは可変容量型のメインポンプ２のレギュレータ１２内のLS弁１２bに導かれる。

前述のようにブーム上げ起動時はPls＝タンク圧＜Pgrなので、LS弁１２bは図中で左方向に切り換えられ、流量制御ピストン１２cの圧油は、LS弁１２bを介してタンクに排出される。

このため、メインポンプ２の流量は増加していき、その流量増加はLS差圧Plsが目標LS差圧Pgrに等しくなるまで継続する。

一方、ブーム下げ操作圧bがタンク圧と等しいので、切換弁２１，２２はそれぞれ閉じ位置と連通位置に保持される。ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aと、アキュムレータ４０が接続される油路４１cは遮断され、アキュムレータ４０が接続される油路４１cと再生切換弁２３間の油路４１dが連通し、アキュムレータ４０の圧油が再生切換弁２３に導かれる。

前述のように、ブーム上げ起動時はPls＜Pgrなので、再生切換弁２３は図中で左方向、つまり連通位置に切り換わり、アキュムレータ４０が接続される油路４１cの圧力が圧油供給路５よりも高い場合には、アキュムレータ４０の圧油がチェック弁２６を介して圧油供給路５へ流入し再生される。

これによりアキュムレータ４０から供給された圧油とメインポンプ２から吐出された圧油が合流して流量制御弁６aを介してブームシリンダ３aのボトム側に供給され、ブームシリンダ３aを駆動するので、スピーディーなブーム上げの起動が可能となり、良好な操作性を実現することができる。

可変容量型のメインポンプ２の流量が増加していき、LS差圧Plsが次第に大きくなっていき、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgrと等しくなると、図３Dに示すように、再生切換弁２３は閉じ位置に切り換わる。

これによりアキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への再生が禁止されるので、アキュムレータ４０に蓄圧された圧油エネルギが、圧油供給路５に接続されたアンロード弁１５によって無駄に消費されることを防止することができる。

（d）アキュムレータに蓄圧された状態でブーム上げ・アームクラウドを同時操作した場合
ブーム用操作装置６０aのパイロットバルブからブーム上げ操作圧aが、アーム用操作装置６０bのパイロットバルブからアームクラウド操作圧cがそれぞれ出力される。ブーム上げ操作圧aにより、流量制御弁６aが図中で右方向に、アームクラウド操作圧cにより、流量制御弁６bが図中で右方向に、それぞれ切り換わる。

フロント作業機１０４が接地しておらず、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が、切換弁２７のバネで予め決めされた圧力より大きい場合には、切換弁２７は図中右方向に切り換わり、ブーム下げ操作圧bを圧力補償弁７aと切換弁２８に導くが、ブーム上げ操作時には、ブーム下げ操作圧bはタンク圧と等しくなっているので、切換弁２８は図中右方向に切り換わり、流量制御弁６aの負荷圧検出油路を圧力補償弁７aとシャトル弁９aに接続する。

また、フロント作業機１０４が接地していて、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が、切換弁２７のバネで予め決めされた圧力より低い場合には、切換弁２７はバネにより図中左方向に切り換わり、タンク圧を圧力補償弁７aと切換弁２８に導き、切換弁２８はバネにより図中右方向に切り換わり、流量制御弁６aの負荷圧検出油路を圧力補償弁７aとシャトル弁９aに接続する。

一方、アームシリンダ３bのアームクラウド操作時は、アームシリンダ３bのボトム側油路の圧力が流量制御弁６aの負荷圧検出油路を介して圧力補償弁７bとシャトル弁９bに導かれる。

このように、フロント作業機１０４が接地していても、いなくても、ブーム上げ・アームクラウドを同時操作した場合には、ブームシリンダ３aの負荷圧が流量制御弁６aと切換弁２８介してシャトル弁９aに、アームシリンダ３bの負荷圧が流量制御弁６bを介してシャトル弁９bに導かれ、シャトル弁９a，９bにより、両者の高い方の圧力が最高負荷圧Plmaxとして差圧減圧弁１１とアンロード弁１５に導かれる。

アンロード弁１５に導かれた最高負荷圧Plmaxとアンロード弁１５のバネ１５aと目標LS差圧Pgrにより、アンロード弁１５のセット圧は、最高負荷圧Plmaxに目標LS差圧Pgrとバネ力を加えた値に上昇し、圧油供給路５の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。

また、差圧減圧弁１１に導かれた最高負荷圧Plmaxにより、差圧減圧弁１１はP1−PlmaxをLS差圧Plsとして出力するが、ブームを上げ方向に起動、またはアームをクラウド方向に起動した瞬間には、圧油供給路５の圧力P1はアンロード弁１５のバネ１５aとLS差圧Pgrによって予め決められた低圧に保持されているので、LS差圧Plsはほぼタンク圧に等しくなる。

LS差圧Plsは可変容量型のメインポンプ２のレギュレータ１２内のLS弁１２bに導かれる。

前述のようにブーム上げ・アームクラウド起動時はPls＝タンク圧＜Pgrなので、LS弁１２bは図中で左方向に切り換えられ、流量制御ピストン１２cの圧油は、LS弁１２bを介してタンクに排出される。

このため、メインポンプ２の流量は増加していき、LS差圧（ポンプ圧−最高負荷圧）も増加していく。

このとき、ブームシリンダ３a制御用の流量制御弁６aとアームシリンダ３b制御用の流量制御弁６bの合計の要求流量が、メインポンプ２の吐出流量より大きい場合には、メインポンプ２の吐出圧P1が最高負荷圧Plmaxに目標LS差圧Pgrを加えた値に達しない（LS差圧Pls（＝P1−Plax）が目標LS差圧Pgrに達しない）、サチュレーションと呼ばれる状態となる。

サチュレーション状態ではPls＜Pgrが維持される。

一方、ブーム上げ・アームクラウド同時操作した場合は、ブーム下げ操作圧bがタンク圧と等しいので、再生切換弁２０と切換弁２１はともに閉じ位置に、切換弁２２は連通位置に保持されるので、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aとアキュムレータ４０が接続される油路４１cは遮断され、アキュムレータ４０が接続される油路４１cと再生切換弁２３間の油路４１dが連通し、アキュムレータ４０の圧油が再生切換弁２３に導かれる。

前述のように、ブーム上げ・アームクラウド同時操作でサチュレーション状態になった場合は、Pls＜Pgrが維持されるので、再生切換弁２３は図中で左方向、つまり開位置に切り換わり維持される。

再生切換弁２３が開位置に切り換わるので、アキュムレータ４０が接続される油路４１cの圧力が圧油供給路５の圧力P1よりも高い場合には、アキュムレータ４０の圧油が切換弁２２、再生切換弁２３、チェック弁２６を介して圧油供給路５へ流入し再生される。

これによりアキュムレータ４０から供給された圧油とメインポンプ２から吐出された圧油が合流して流量制御弁６a，６bを介してブームシリンダ３aのボトム側とアームシリンダ３bのボトム側に供給され、ブームシリンダ３aとアームシリンダ３bを駆動するので、スピーディーなブーム上げ・アームクラウドの作業が可能となり、良好な複合操作性を実現することができる。

（e）フロント作業機１０４が接地した状態からブーム下げ操作を行った場合
ブーム用操作装置６０aのパイロットバルブからブーム下げ操作圧bが出力される。ブーム下げ操作圧bにより、流量制御弁６aが図中で左方向に切り換わる。

フロント作業機１０４が接地した状態では、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力が低圧のため、切換弁２７は図中左方向に切り換わり、タンク圧が圧力補償弁７aと切換弁２８に導かれ、切換弁２８は図中右方向に切り換わり、ブームシリンダ３aの負荷圧（ブーム下げ操作ではブームシリンダ３aのロッド圧）を圧力補償弁７aとシャトル弁９aに導く。

このように、フロント作業機１０４が接地した状態でブーム下げ操作を行った場合には、ブームシリンダ３aの負荷圧（油路４２の圧力）が流量制御弁６aと切換弁２８を介して圧力補償弁７aとシャトル弁９aに導かれ、最高負荷圧Plmaxとして差圧減圧弁１１とアンロード弁１５に導かれる。

アンロード弁１５に導かれた最高負荷圧Plmaxとアンロード弁１５のバネ１５aと目標LS差圧Pgrにより、アンロード弁１５のセット圧は、ブームシリンダ３aの負荷圧Plmaxに目標LS差圧Pgrとバネ力を加えた値に上昇し、圧油供給路５の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。

また、差圧減圧弁１１に導かれた最高負荷圧Plmaxにより、差圧減圧弁１１はP1−PlmaxをLS差圧Plsとして出力するが、ブーム下げ方向に起動した瞬間には、圧油供給路５の圧力P1はアンロード弁１５のバネ１５aと目標LS差圧Pgrによって予め決められた低圧に保持されているので、LS差圧Plsはほぼタンク圧に等しくなる。

LS差圧Plsは可変容量型のメインポンプ２のレギュレータ１２内のLS弁１２bに導かれる。

前述のようにブーム下げ起動時はPls＝タンク圧＜Pgrなので、LS弁１２bは図中で左方向に切り換えられ、流量制御ピストン１２cの圧油は、LS弁１２bを介してタンクに排出される。

このため、メインポンプ２の流量は増加していき、その流量増加はLS差圧Plsが目標LS差圧Pgrに等しくなるまで継続する。

一方、ブーム下げ操作圧bによって再生切換弁２０と切換弁２１は開位置に、切換弁２２は閉位置に切り換わる。

前述のように、フロント作業機１０４が接地した状態でブーム下げ操作を行った場合は、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力は低圧となり、その圧力がブームシリンダ３aのロッド側油路４２の圧力よりも小さい場合には、再生切換弁２０が開位置に切り換わっても、チェック弁２４があるため、油路４１aから油路４２への流れは発生しない。

また、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aから流出する圧油は、流量制御弁６aのブーム下げメータアウト開口を介してタンクに排出されると同時に、切換弁２１とチェック弁２５を介してアキュムレータ４０に導かれるが、前述のようにフロント作業機１０４が接地した状態でブーム下げ操作を行った場合は、ブームシリンダ３aのボトム側油路４１aの圧力は低圧であるため、油路４１aの圧力がアキュムレータ４０の最低作動圧に満たない場合は、アキュムレータ４０への蓄圧は行われない。

〜効果〜
本実施の形態によれば以下の効果が得られる。

１．上記（b）のように、フロント作業機１０４が接地していない状態でブーム下げ操作をした場合に、ブームシリンダのボトム側からの戻り油の一部をロッド側に再生してブームシリンダボトム圧を昇圧し、その昇圧された戻り油の一部をアキュムレータに蓄圧するとともに、ブームシリンダ制御用の圧力補償弁を閉止し、パイロットリリーフ弁３２によって一定に保たれたパイロット一次圧Ppi0をポンプレギュレータ１２の流量制御ピストン１２cに導くことにより、可変容量型のメインポンプ２の吐出流量を最小に抑え、消費動力を抑えることができる。

２．また、上記（d）のように、ブーム下げ以外の操作で、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgrよりも低い場合、いわゆるサチュレーション状態にある場合は、再生切換弁２３が開位置に切り換わり、アキュムレータ４０から可変容量型のメインポンプ２の圧油供給路５への供給が許容されるので、ブーム下げ動作でアキュムレータ４０に蓄圧された圧油が圧油供給路５に供給されて再生され、メインポンプ２から吐出された圧油に合流してブームシリンダ３a及びアームシリンダ３b等のアクチュエータに供給され、アクチュエータが駆動される。これによりスピーディーなブーム上げ・アームクラウド等の作業が可能となり、良好な複合操作性を実現することができる。

３．一方、上記（c）のように、ブーム下げ以外の操作で、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgr以上の場合、すなわち、メインポンプ２から吐出される圧油が流量制御弁の要求流量に対して足りている場合には、再生切換弁２３が閉じ位置に切り換わり、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への再生が禁止されるので、アキュムレータ４０に蓄圧された圧油を、メインポンプ２の圧油供給路５に接続されたアンロード弁１５から無駄に排出してしまう（アンロード弁１５によって無駄に消費される）ことを防止することができる。

なお、上記の実施の形態では、再生切換弁２３は、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgrよりも大きい（Pls＜Pgr）ときは全閉して油路４１dと再生油路４１eを遮断し、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への圧油の供給を禁止する構成としたが、再生切換弁２３は全閉ではなく絞り位置に切り換えて、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への圧油の供給を抑制する（ある程度の圧油の流れを許容する）構成としてもよい。このようにしても、上記（c）のように、ブーム下げ以外の操作で、LS差圧Plsが目標LS差圧Pgr以上の場合、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への再生が制限されるので、アキュムレータ４０に蓄圧された圧油をアンロード弁１５から無駄に排出してしまうことを防止することができる。また、この場合は、圧油供給路５における再生流量の増加割合が緩やかとなり、アクチュエータの速度を滑らかに増加させることができる。

また、本実施の形態では、再生切換弁２３は油圧切換弁としたが、再生切換弁２３を電磁切換弁とし、コントローラでLS差圧Plsと目標LS差圧Pgrの大小を判定し、その判定結果に応じて電磁切換弁を切り換えるようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態による作業機械の油圧駆動装置を図４〜図７Ｃを用いて、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

〜構成〜
図４は、本発明の第２の実施の形態による作業機械の油圧駆動装置の構成を示す図である。

図４において、本実施の形態の油圧駆動装置は圧油エネルギ回収装置８１を備え、この圧油エネルギ回収装置８１は、第１の実施の形態に対して、可変容量型のメインポンプ２の傾転角を検出する傾転角センサ５０（第１センサ）と、原動機１の回転数を検出する回転数センサ５６（第２センサ）と、メインポンプ２の圧油供給路５の圧力P1を検出する圧力センサ５４（第４センサ）と、アキュムレータ４０が接続される油路４１cの圧力Paccを検出する圧力センサ５５（第３センサ）と、傾転角センサ５０、回転数センサ５６、圧力センサ５４，５５を入力し、所定の演算処理を行い、指令電流を出力するコントローラ５１と、コントローラ５１から出力される指令電流によって駆動され、出力圧を比例制御する比例電磁弁５３と、再生油路４１e，４１fに配置され、比例電磁弁５３の出力圧によって動作し、開口面積が調整可能な再生切換弁５２（第２再生切換弁）とを備えている。

図５は、再生切換弁５２の開口面積特性を示す図である。

再生切換弁５２の開口面積A５２は、図５に示すように、比例電磁弁５３の出力圧Pi_sr’が最小有効値Pi_fr_0よりも小さい場合に０であり、有効最小値Pi_fr_0よりも出力圧Pi_sr’が大きくなると、開口面積A５２も大きくなってゆき、Pi_sr’＝Pi_fr_１で開口面積A５２は最大のA５２maxに到達し、Pi_sr’＞Pi_fr_１では開口面積A５２は最大のA５２maxに保持される。

図６は、コントローラ５１のCPU５１aが行う処理内容を示す機能ブロック図であり、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、それぞれ、コントローラ５１のCPU５１aが用いる第１〜第３テーブル５１a，５１b，５１cの特性を示す図である。

図６において、コントローラ５１のCPU５１aは、第１〜第４テーブル５１a，５１b，５１c，５１gと、乗算器５１d 、差分器５１e、乗算器５１fによる処理機能を有している。

傾転角センサ５０から入力された可変容量型のメインポンプ２の傾転角Ang_swは、第１テーブル５１aによってメインポンプ２の容量q1に変換される。

第１テーブル５１aの特性は図７Ａに示すようになっており、メインポンプ２の傾転角Ang_swが最小のAngle_sw_minであるとき、メインポンプ２の容量q1も最小のq1_minであり、傾転角Ang_swがAngle_sw_min以上になると、メインポンプ２の容量q1は傾転角Ang_swの増加に応じて大きくなってゆき、傾転角Ang_swが最大のAngle_sw_maxに達すると、メインポンプ２の容量q1も最大のq1_max達する。

容量q１は、回転数センサ５６からの入力である原動機１の回転数N１と乗算器５１dで乗算され、流量Q１となる。

流量Q１は、第２テーブル５１bによって、再生切換弁５２を切り換えるためのパイロット圧Pi_srに変換される。

第２テーブル５１bの特性は図７Ｂに示すようになっており、メインポンプ２の吐出流量、すなわちポンプ流量Q1が０に近い所定値Q1_0より小さい間は、パイロット圧Pi_srは０であり、ポンプ流量Q1がQ1_0以上になるとパイロット圧Pi_srはポンプ流量Q1の増加に応じて大きくなってゆき、ポンプ流量Q1が最大ポンプ流量より少し手前の所定値Q1_1になるとパイロット圧Pi_srは最大のPi_sr_maxに達し、Q1＞Q1_1の範囲ではパイロット圧Pi_srは最大のPi_sr_maxに保たれる。

一方、圧力センサ５５から入力されたアキュムレータ４０の圧力、すなわちアキュムレータ圧Paccと、圧力センサ５４から入力されたメインポンプ２の吐出圧、すなわちポンプ圧P1は、差分器５１eで差分され、差圧ΔP（＝Pacc−P1）となる。差圧ΔPは第３テーブル５１cでゲインGain1に変換される。

第３テーブル５１cの特性は図７Ｃに示すようになっており、差圧ΔPが０に近い所定値ΔP_0以下ではゲインGain1は１であり、差圧ΔPが大きくなるにつれてゲインGain1が小さくなってゆき、差圧ΔPが所定値ΔP_1になるとGain1は最小値（本実施の形態では０.１）に達し、差圧ΔPそれ以上増加しても、ゲインGain1は最小値に保たれる。

第２テーブル５１bの出力であるパイロット圧Pi_srと、第３テーブル５１cの出力であるゲインGain1は乗算器５１fで乗算され、指令パイロット圧Pi_sr’となる。

指令パイロット圧Pi_sr’は、第４テーブル５１gにて比例電磁弁５３への電流指令I53に変換され、比例電磁弁５３に出力される。

以上において、再生切換弁５２と、傾転角センサ５０、回転数センサ５６、圧力センサ５４，５５と、コントローラ５１と、比例電磁弁５３は、メインポンプ２の吐出流量と、アキュムレータ４０の圧力とメインポンプ２の圧油供給路５の圧力との差の少なくとも一方が減少するにしたがい、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への圧油の供給を減らすように制限する再生制限装置として機能する。

そして、コントローラ５１は、傾転角センサ５０（第１センサ）、回転数センサ５６（第２センサ）、圧力センサ５４，５５（第３及び第４センサ）の検出値に基づき再生切換弁５２（第２再生切換弁）の目標開口面積を決定し、第２再生切換弁の切換指令を生成し、比例電磁弁５３は、その切換指令に基づいて前記目標開口面積を確保するように第２再生切換弁５２を動作させる。

〜作動〜
第２の実施の形態の作動を以下に説明する。

ブーム下げ動作において、アキュムレータ４０への圧油の蓄圧や、可変容量型のメインポンプ２の流量制御については、第１の実施の形態と同様である。

第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、アキュムレータ４０に圧油が蓄圧されていて、ブーム上げ・アームクラウドを同時に操作した場合など、メインポンプ２がサチュレーション状態にあって、Pls＜Pgrの状態の場合に、アキュムレータ４０に蓄圧された圧油エネルギをメインポンプ２の圧油供給路へ合流させる際の作動である。

第１の実施の形態と同様、サチュレーション状態ではPls＜Pgrなので、再生切換弁２３は図中で左方向に切り換わり、アキュムレータ４０の圧油を再生油路４１eに導く。

このとき、メインポンプ２の傾転が小さく、ポンプ流量がQ1_1よりも小さい、例えばQ1_0付近の値であった場合には、図７Ｂに示す第２テーブル５１bにより、再生切換弁５２を切り換えるための指令パイロット圧Pi_srは、０に近い小さな値となる。このため、仮にこのとき、第３テーブル５１cで演算されたゲインGain1が１であったとしても、再生切換弁５２を切換えるための最終的な指令パイロット圧Pi_sr’も０に近い小さな値となる。

このため再生切換弁５２は、開口面積が小さくなるように制御され、アキュムレータ４０の圧油は、再生切換弁５２の開口で絞られ、チェック弁２６を介して圧油供給路５へ合流する。

また、メインポンプ２の傾転が大きく、原動機１の回転数が大きい場合、つまりメインポンプ２の吐出流量Q1が大きく、ポンプ流量がQ1_1以上だった場合には、図７Ｂに示す第２テーブル５１bにより、再生切換弁５２を切り換えるための指令パイロット圧Pi_srは、最大値Pi_sr_maxとなる。

ここで、アキュムレータ圧Paccとポンプ圧P1の差圧ΔPが大きい場合、例えば、ブーム下げ動作を終えた直後で、アキュムレータ４０に十分に高い圧力が蓄圧されていて、かつアームが最大クラウド姿勢に近く、ブームシリンダ３aの負荷圧が低いような場合など、ブーム上げ・アームクラウド同時動作でのポンプ圧が低く、ΔP＝Pacc−P1＞ΔP_1の場合には、図７Ｃに示す第３テーブル５１cの特性に従い、ゲインGain1は最小値である０.１となる。

そして再生切換弁５２を切換えるための最終的な指令パイロット圧Pi_sr’はパイロット圧Pi_srにゲインGain1を乗じたものになるから、この場合の指令パイロット圧Pi_sr’は、Pi_sr’＝Pi_sr_max×０.１で表される。

こうして再生切換弁５２の開口面積は、アキュムレータ圧Paccとポンプ圧P1の差圧ΔPが大きい場合には、小さくなり、アキュムレータ４０の圧油は、再生切換弁５２の開口で絞られ、チェック弁２６を介して圧油供給路５へ合流する。

更に、アキュムレータ４０に蓄圧された圧油が、上記のように圧油供給路５へ放出され、アキュムレータ圧Pccが低下していき、アキュムレータ圧Paccとポンプ圧P1の差圧ΔPの値が小さくなってくると、それに伴いアンロード弁１５のゲインGain1が最小値０.１から最大値１に向かって大きくなっていき、差圧ΔPがΔP_0以下になると、ゲインGain1は最大値１となる。

ゲインGain1が１の場合には、再生切換弁５２を切換えるための指令パイロット圧Pi_sr’＝Pi_sr_max×１＝Pi_sr_maxとなり、再生切換弁５２は、第２テーブル５１bの出力Pi_sr_maxのままとなり、アキュムレータ４０の圧油は、再生切換弁５２の開口で絞られることなく、チェック弁２６を介して圧油供給路５へ合流する。

このように、再生切換弁５２は、可変容量型のメインポンプ２の吐出流量が小さい場合や、アキュムレータ４０と圧油供給路５の差圧が大きい場合に、その開口を絞る。

〜効果〜
本発明の第２の実施の形態によれば以下の効果が得られる。

１．第１の実施の形態と同様に、ブーム下げ操作では昇圧された圧油の一部をアキュムレータに蓄圧しつつ、可変容量型のメインポンプ２の吐出流量を最小に抑え、消費動力を抑えることができる。また、ブーム下げ以外の動作では、サチュレーション状態にある場合は、アキュムレータに蓄圧された圧油をメインポンプ２の圧油供給路に合流し、スピーディーな作業が可能となり、サチュレーション状態にない場合（メインポンプ２から吐出される圧油が流量制御弁の要求流量に対して足りている場合）は、再生切換弁２３が閉じ位置に切り換わり、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への再生が禁止されるので、アキュムレータ４０に蓄圧された圧油がアンロード弁１５によって無駄に消費されることを防止し、アキュムレータに蓄圧された圧油を有効に利用することができる。

２．また、メインポンプ２の吐出流量が小さい場合や、アキュムレータ４０とポンプ圧との差圧が大きい場合に、アキュムレータ４０からメインポンプ２の圧油供給路５への合流する流量を絞るので、サチュレーション状態で、メインポンプ２からの吐出油が、各アクチュエータの要求流量に足りず、各アクチュエータのスピードが低下している場合に、アキュムレータ４０から流入する流量で、各アクチュエータのスピードが急激に増加し、操作性を悪化するのを防ぐことができる。

〜その他〜
以上の実施の形態では、作業機械がフロント作業機と上部旋回体と下部走行体を備えた油圧ショベルである場合について説明したが、作業装置を上下動させる油圧シリンダを含む１つ以上のアクチュエータを有する作業機械であれば、ホイールローダ、油圧クレーン、テレハンドラー等、油圧ショベル以外の作業機械であってもよく、その場合も同様の効果が得られる。

また、以上の実施の形態では、ブームシリンダのボトム側油路とロッド側油路間に再生切換弁２０を配置する構成としたが、再生切換弁２０を備えない油圧駆動装置に本発明を適用してもよい。

２ 可変容量型のメインポンプ（油圧ポンプ）
３a ブームシリンダ（油圧シリンダ）
３b アームシリンダ（アクチュエータ）
３c 旋回モータ（アクチュエータ）
４ 制御弁ブロック
５ メインポンプ２の圧油供給路
６a〜６c 流量制御弁
７a〜７c 圧力補償弁
８a〜８c，２４，２５，２６ チェック弁
９a〜９c シャトル弁
１１ 差圧減圧弁
１２ レギュレータ
１３ 原動機回転数検出弁
１４ リリーフ弁
１５ アンロード弁
２０ 再生切換弁
２１，２２，２７，２８ 切換弁
２３ 再生切換弁（再生切換弁装置；第１再生切換弁）
２３a 受圧部（切換制御装置；第１受圧部）
２３b 受圧部（切換制御装置；第２受圧部）
２３c 油路（切換制御装置；第１油路）
２３d 油路（切換制御装置；第２油路）
３０ 固定容量型のパイロットポンプ
４０ アキュムレータ
４１a〜４１f，４２ 油路
４１e，４１f 再生油路
５０ 傾転角センサ（第１センサ）
５１ コントローラ
５２ 再生切換弁（第２再生切換弁）
５３ 比例電磁弁
５４，５５ 圧力センサ（第３、第４センサ）
５６ 回転数センサ（第２センサ）
６０a〜６０c 複数の操作装置
８０，８１ 圧油エネルギ回収装置
１０４ フロント作業機（作業装置）
１１１ ブーム

Claims (6)

1. 可変容量型の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され、作業装置を上下動させる油圧シリンダを含む１つ以上のアクチュエータと、
   前記油圧ポンプから前記１つ以上のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する１つ以上の流量制御弁と、
   前記１つ以上のアクチュエータの最高負荷圧よりもある設定圧だけ前記油圧ポンプの吐出圧が高くなるように前記油圧ポンプの吐出流量を制御する、ロードセンシング制御を行うレギュレータと、
   前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力が前記１つ以上のアクチュエータの最高負荷圧よりも、前記ロードセンシング制御の設定圧以上の所定値以上高くなると、開状態になって前記圧油供給路の圧油をタンクに戻すアンロード弁と、
   前記油圧シリンダと前記油圧ポンプの圧油供給路に接続されたアキュムレータを有し、前記作業装置を降下させる動作において前記油圧シリンダから戻される圧油を前記アキュムレータに蓄圧し、前記作業装置を降下させる動作以外の動作を行う場合に、前記アキュムレータに蓄圧された圧油の少なくとも一部を前記油圧ポンプの圧油供給路に供給して再生する圧油エネルギ回収装置とを備えた作業機械の油圧駆動装置において、
   前記圧油エネルギ回収装置は、前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路に供給される圧油の再生流量を制御する再生切換弁装置を有し、
   前記再生切換弁装置は、
   前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力と前記最高負荷圧との差が前記ロードセンシング制御の設定圧より大きいときは、前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路への圧油の供給を制限し、前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力と前記最高負荷圧との差が前記ロードセンシング制御の設定圧より小さいときは、前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路への圧油の供給を許容するよう、前記アキュムレータと前記油圧ポンプの圧油供給路との連通を制御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に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記再生切換弁装置は、
   前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路へ圧油を供給する再生油路に配置された第１再生切換弁と、
   前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力と前記最高負荷圧との差が前記ロードセンシング制御の設定圧より大きいときは、前記再生油路を遮断する位置に前記第１再生切換弁を切り換え、前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力と前記最高負荷圧との差が前記ロードセンシング制御の設定圧より小さいときは、前記再生油路を連通する位置に前記第１再生切換弁を切り換える切換制御装置とを有することを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
3. 請求項２に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記切換制御装置は、前記第１再生切換弁の一端に設けられた開き方向作用の第１受圧部と、前記第１再生切換弁の他端に設けられた閉じ方向作用の第２受圧部と、前記第１受圧部に前記ロードセンシング制御の設定圧を導く第１油路と、前記第２受圧部に前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力と前記最高負荷圧との差の圧力を導く第２油路とを有することを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
4. 請求項１に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記油圧ポンプの吐出流量と、前記アキュムレータの圧力と前記油圧ポンプの圧油供給路の圧力との差の少なくとも一方が減少するにしたがい、前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路への圧油の供給を減少させるように制限する再生制限装置を更に備えることを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
5. 請求項４に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記再生制限装置は、
   前記アキュムレータから前記油圧ポンプの圧油供給路へ圧油を供給する再生油路に配置された第２再生切換弁と、
   前記油圧ポンプの容量を検出する第１センサと、
   前記油圧ポンプの回転数を検出する第２センサと、
   前記アキュムレータの圧力を検出する第３センサと、
   前記油圧ポンプの吐出圧を検出する第４センサと、
   前記第１〜第４センサの検出値に基づき前記第２再生切換弁の目標開口面積を決定し、前記第２再生切換弁の切換指令を生成するコントローラ５１と、
   前記切換指令に基づいて前記目標開口面積を確保するように前記第２再生切換弁を動作させる比例電磁弁とを有することを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記作業機械は油圧ショベルであり、
   前記作業装置は前記油圧ショベルのフロント作業機であり、
   前記作業装置を上下動させる油圧シリンダは、前記フロント作業機のブームを上下動させるブームシリンダであることを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。

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