WO2013146409A1

WO2013146409A1 - ブーム駆動装置

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Publication number: WO2013146409A1
Application number: PCT/JP2013/057632
Authority: WO
Inventors: 祐弘江川; 治彦川崎; 康裕米原
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2014-09-26
Also published as: JP2013200023A; US20150007557A1; EP2833003B1; CN103998796A; EP2833003A1; CN103998796B; JP5901381B2; KR101624064B1; EP2833003A4; KR20140103989A; US9476437B2

Abstract

　ブーム駆動装置は、ブームシリンダを伸縮させるブーム用切換弁を備える。ブーム用切換弁はブームの下降操作を行なう下降ポジションでは、ブームシリンダの作動室から排出される作動油をタンクに還流する。この排出作動油の一部はブーム用切換弁の上流で分流し、回生通路を介してジェネレータへと供給され、ジェネレータの発電に用いられる。回生通路には回生制御スプール弁が設けられる。ブーム用切換弁を下降ポジションに切り換える際は、作動室からタンクへ流出する作動油の流通断面積が所定レベルに達した後に、回生制御スプール弁を開くことで、ジェネレータの発電開始に伴うショックを軽減する。

Description

ブーム駆動装置

　この発明は、ブームを昇降させるブームシリンダからの戻り流体で回生発電を行なうブーム駆動装置の制御に関する。

　ブームを有する建設機械は、一般にブームを上下に回動するブームシリンダを備えている。日本国特許庁が発行したＪＰ２０１１－１７９５４１Ａは、ブームを下向きに回動する際のブームシリンダからの戻り流体を利用して流体圧モータを回転させ、流体圧モータの回転トルクで発電機を駆動する回生発電装置を提案している。

　ブームシリンダはピストンに画成されたロッド側室と、反対側のピストン側室とを有する。ロッド側室とピストン側室の一方には、ブームシリンダの動作方向に応じて切り換わる切換弁を介して選択的に作動油が供給される。切換弁はまた、ロッド側室とピストン側室のもう一方をタンクに接続する。

　この回生発電装置は、ブームシリンダの収縮に伴って作動油を排出するピストン側室と切換弁を接続する通路に回生制御スプール弁を設け、回生制御スプール弁を介して、戻り流体の一部を回生発電用の流体圧モータに供給している。

　回生制御スプール弁は、ピストン側室と回生用の流体圧モータとの連通を遮断する動作位置と、戻り流体の一部を回生用の流体圧モータへ供給する動作位置とを有する。さらに、回生制御スプール弁は、位置の切り換え過程において、回生制御スプール弁から回生用の流体圧モータに至る回生通路の開度を連続的に変化させることで、スプールの変位に応じて回生流量を制御している。

　以上の構成のもとで、ブームシリンダのピストン側室から排出された戻り流体の一部は、回生スプール弁を介して流体圧モータへ供給され、残りは切換弁を介してタンクへ還流する。

　言い換えれば、回生流量と還流流量との和がブームシリンダからの戻り流体の全流量を構成する。ブームシリンダの下降速度は戻り流体の全流量に依存して決まる。戻り流体の全量は、切換弁の操作量に応じて決定される。

　回生通路に接続された回生用の流体圧モータが停止状態から回転し始める際には所定の起動トルクを必要とする。言い換えれば、回生用の流体圧モータに回生流量が供給されたとしても、流体圧モータは直ちに回転し始めるわけではない。

　そのため、回生制御スプール弁を操作し、回生通路へ流体を供給し始めてから、流体圧モータが実際に回転し始めるまでに若干の遅れが発生する。この遅れは回生流路を流れる流量に一時的な変動をもたらす。その結果、ブームシリンダのピストン側室から排出される戻り流体の全量に瞬間的な変動を及ぼし、ショックを発生させる要因となる。

　流体圧モータの始動時における戻り流体の流量変動は、ブームの下降速度に影響を与え、オペレータに違和感を感じさせる可能性がある。

　オペレータが感じる違和感は、特にブームの下降速度を小さい範囲で制御するような場合に大きく感じられる。

　戻り流量が少ない範囲でブーム用制御弁を制御している場合には、流体圧モータの起動によって変動する流量の全戻り流量に対する比率が大きくなるからである。反対に、ブームの下降速度が大きければ、ピストン側室から排出される戻り流量がもともと多く、流体圧モータの始動に伴って変動する流量の割合が相対的に小さくなるため、違和感を与えにくい。

　この発明の目的は、ブームシリンダの戻り流体を回生エネルギーとして利用する際に、オペレータが感じる違和感を小さくすることである。

　以上の目的を達成するために、この発明は、作動室への作動油の供給により伸長してブームを上昇させ、作動室からの作動油の排出に応じてブームを下降させるブームシリンダと、作動室をポンプに接続するポジションと、作動室をタンクに接続するポジションとの間で変位するとともに、作動室をタンクに接続するポジションへ変位する際に、変位とともに作動油とタンクとの接続断面積を増大させるよう構成されたブーム用切換弁と、ジェネレータと、作動室からタンクに排出される作動油の一部をブーム切換弁の上流で分流してジェネレータを回転駆動する回生通路と、回生通路を開閉する回生制御弁と、を備えるブーム駆動装置を提供する。

　ブーム駆動装置は、ブーム切換弁の変位位置を検出するセンサと、ブーム用切換弁が作動室をタンクに接続するポジションへと変位する際に、ブーム用切換弁の変位量が所定量を超えた後に、回生制御弁を開くようにプログラムされたプログラマブルコントローラと、を備えている。

　この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。

ＦＩＧ．１はこの発明の第1の実施形態によるブーム駆動装置の油圧回路図である。ＦＩＧ．２はこの発明の第1の実施形態による回生制御スプール弁の切り換えタイミングを示すダイアグラムである。ＦＩＧ．３はこの発明の第２の実施形態によるブーム駆動装置の油圧回路図である。ＦＩＧ．４はこの発明の第３の実施形態によるブーム駆動装置の油圧回路図である。ＦＩＧ．５はこの発明の第４の実施形態によるブーム駆動装置の油圧回路図である。

　図面のＦＩＧ．１を参照すると、この発明によるブーム駆動装置は、可変容量型の第１メインポンプＭＰ１と、可変容量型の第２メインポンプＭＰ２と、可変容量型のアシストポンプＡＰと、を備える。第１メインポンプＭＰ１の吐出ポートは第１切換弁Ｖ１を介して第１回路系統に接続される。第２メインポンプＭＰ２の吐出ポートは第２切換弁Ｖ２を介して第２回路系統に接続される。アシストポンプＡＰの吐出ポートは第１切換弁Ｖ１を介して第１メインポンプＭＰ１の吐出ポートに合流する。第１メインポンプＭＰ１と、第２メインポンプＭＰ２と、アシストポンプＡＰはいずれも作動油を加圧供給するポンプで構成される。

　以下の説明において、ソレノイドの励磁により作動する電磁弁及びパイロット圧により作動するパイロット弁など外部からの供給エネルギーに応じて動作するバルブに関しては、外部からのエネルギー供給のない場合のバルブの動作位置をオフポジション、外部からのエネルギー供給を受けたバルブの動作位置をオンポジションと称する。複数のオンポジションが存在する場合は、第１オンポジション，第2オンポジションというふうに呼称する。

　第１切換弁Ｖ１は、４ポート２ポジションのスプール式の切換弁で、スプールの一端に臨んでパイロット室が設けられ、スプールのもう一端をスプリングに支持される。第１切換弁Ｖ１は、パイロット室にパイロット圧が供給されない状態では、スプリングの付勢力で図に示すオフポジションに保持される。

　オフポジションの第１切換弁Ｖ１は、第1メインポンプＭＰ１の吐出油を第１回路系統に供給する一方、可変容量型のアシストポンプＡＰの吐出油をチェック弁を介して第１メインポンプＭＰ１の吐出ポートに合流させる。

　パイロット室のパイロット圧により、第１切換弁Ｖ１が図の右側のオンポジションに切り換わると、アシストポンプＡＰの吐出油の第１メインポンプＭＰ１の吐出ポートへの合流が遮断される一方、第１メインポンプＭＰ１の吐出油は依然として第１回路系統に供給される。

　第２切換弁Ｖ２は、６ポート３ポジションのスプール式の切換弁で、スプールの両側に臨んでパイロット室がそれぞれ設けられるとともに、スプールはセンタリングスプリングに支持される。第２切換弁Ｖ２は、センタリングスプリングのばね力で通常は図に示されたオフポジションに保持される。

　オフポジションにおいて、第２切換弁Ｖ２は、第２メインポンプＭＰ２の吐出油を第２回路系統に供給する一方、アシストポンプＡＰの吐出油を第２メインポンプＭＰ２の吐出ポートに合流させる。

　一方のパイロット室のパイロット圧により、第２切換弁Ｖ２が図の右側の第１オンポジションに切り換わると、アシストポンプＡＰの吐出油の第２メインポンプＭＰ２の吐出ポートへの合流が遮断される一方、第２メインポンプＭＰ２の吐出油は依然として第２回路供給系統に供給される。

　もう一方のパイロット室のパイロット圧により、第２切換弁Ｖ２が図の左側の第２オンポジションに切り換わると、アシストポンプＡＰの吐出油の第２メインポンプＭＰ２の吐出ポートへの合流も、第２メインポンプＭＰ２の吐出油の第２回路供給系統への供給も遮断される。第２オンポジションでは、第２メインポンプＭＰ２の吐出油はアシストポンプＡＰを駆動する油圧モータＭに供給される。なお、オフポジション及び第１オンポジションにおいては、第２メインポンプＭＰ２の吐出油の油圧モータＭへの供給は遮断される。

　第１切換弁Ｖ１のパイロット室には、パイロット油圧源ＰＰから電磁弁１を介してパイロット圧が供給される。電磁弁１はソレノイドが非励磁の図示のオフポジションではパイロット室をパイロット油圧源ＰＰから遮断し、ソレノイドが励磁されることでパイロット油圧源ＰＰの吐出油をパイロット室に供給するオンポジジョンに切り換わる。

　第２の切換弁Ｖ２の一方のパイロット室は、電磁弁２ａを介してパイロット油圧源ＰＰに接続される。第２の切換弁Ｖ２のもう一方のパイロット室は、電磁弁２ｂを介してパイロット油圧源ＰＰに接続される。電磁弁２ａと２ｂはいずれも、ソレノイドが非励磁の図に示されるオフポジションではパイロット室をパイロット油圧源ＰＰから遮断し、ソレノイドが励磁されることでパイロット油圧源ＰＰの吐出油をパイロット室に供給するオンポジジョンに切り換わる。

　電磁弁１，２ａ，２ｂのソレノイドはコントローラＣに接続される。

　コントローラＣは中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ　インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

　コントローラＣは建設機械のオペレータからの入力信号に応じて、電磁弁１，２ａ，２ｂのソレノイドを励磁し、あるいは非励磁にする。

　第１メインポンプＭＰ１と第２メインポンプＭＰ２は、図示されていない回転速度センサーを備えたエンジンＥにより回転駆動される。エンジンＥには余剰トルクを用いて発電を行なうジェネレータ３が付設される。

　第１メインポンプＭＰ１に接続される第１回路系統には、上流側から、旋回モータを制御する切換弁４、アームシリンダを制御する切換弁５、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の切換弁６、予備用アタッチメントを制御する切換弁７、及び左走行用のモータを制御する切換弁８が設けられる。

　切換弁４－８は、中立流路９及びパラレル通路１０と、第１切換弁Ｖ１と、を介して第１メインポンプＭＰ１に接続される。

　中立流路９の左走行モータ用の切換弁８の下流にはパイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り１１が設けられる。絞り１１は流量が多ければ上流側に高いパイロット圧を生成し、流量が少なければ上流側に低いパイロット圧を生成する。言い換えれば、絞り１１は、上流側に位置する切換弁４－８の操作量に応じたパイロット圧を生成する。

　中立流路９の切換弁８と絞り１１との間にはパイロット流路１２が接続される。パイロット流路１２は、電磁切換弁１３を介して、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１４に接続される。

　電磁切換弁１３はレギュレータ１４にパイロット圧を供給するバルブであり、そのポジジョンに応じてパイロット圧源としてパイロット流路１２とパイロット油圧源ＰＰとを選択してレギュレータ１４に接続する。図に示されるオフポジションでは、パイロット流路１２の圧力をパイロット圧としてレギュレータ１４に供給する。電磁切換弁１３は励磁電流の供給を受けるとオンポジションに切り換わり、パイロット油圧源ＰＰの圧力をパイロット圧としてレギュレータ１４に供給する。

　電磁切換弁１３のソレノイドはコントローラＣに接続される。コントローラＣは、建設機械のオペレータによって信号が入力されると、電磁切換弁１３に励磁電流を供給してオンポジションに切り換える、一方、コントローラＣはオペレータから信号が入力されない限りソレノイドを非励磁にして、当該電磁切換弁１３をオフポジションに保持する。

　レギュレータ１４は、第１メインポンプＭＰ１の傾転角をパイロット流路１２のパイロット圧に逆比例して制御し、第１メインポンプＭＰ１の１回転当たりの作動油吐出量を設定する。

　電磁切換弁１３は、切換弁４－８のすべてがオフポジションを保つ場合、すなわち旋回モータ、アームシリンダ、ブームシリンダＢＣ、予備用アタッチメント、及び左走行モータの非稼働時には、第１メインポンプＭＰ１の吐出量をその他の場合よりも少なくする役割をもつ。例えばエネルギーロスを少なくしたい暖機運転時などがこの条件に相当する。

　第２メインポンプＭＰ２に接続される第２回路系統には、上流側から順に、右走行用モータを制御する切換弁１５、バケットシリンダを制御する切換弁１６、ブームシリンダＢＣを制御するブーム用切換弁１７、及びアームシリンダを制御するアーム２速用の切換弁１８が設けられる。

　切換弁１５－１８は、中立流路１９及び第２切換弁Ｖ２を介して第２メインポンプＭＰ２に接続される。切換弁１６とブーム用切換弁１７はパラレル通路２０及び第２切換弁Ｖ２を介して第２メインポンプＭＰ２に接続される。

　中立流路１９の切換弁１８の下流側にはパイロット圧制御用の絞り２１が設けられる。絞り２１は上流側の圧力を、パイロット流路２２を介して第２メインポンプＭＰ２のレギュレータ２３にパイロット圧として供給する。レギュレータ２３は第２メインポンプＭＰ２の傾転角をパイロット圧に逆比例して制御し、第２メインポンプＭＰ２の１回転当たりの作動油吐出量を設定する。

　ブーム用切換弁１７は、６ポート３ポジションのスプール式の切換弁で構成される。ブーム用切換弁１７は入力ポートとして中立流路１９に接続されるポートと、パラレル流路２０に接続されるポートと、タンクに接続されるポートと、を有する。また出力ポートとして２つのアクチュエータポートと、中立流路１９に接続されるポートと、を備える。２つのアクチュエータポートの一方は、通路２４を介してブームシリンダＢＣのピストン側室２５に接続される。２つのアクチュエータポートのもう一方は、通路２９を介してブームシリンダＢＣのロッド側室３０に接続される。

　ブーム用切換弁１７の３つのポジションは中立ポジション、下降ポジション、及び上昇ポジションからなる。これらは建設機械のオペレータの操作により選択される。

　ブーム用切換弁１７は、中立ポジションでは、中立流路１９を介して供給される第２メインポンプＭＰ２の吐出油を、下流側の中立流路１９に供給する一方、２つのアクチュエータポートを遮断状態とする。この状態では、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５とロッド側室３０のいずれもが密閉状態となり、ブームは現状の角度位置のまま保持される。

　ブーム用切換弁１７は、図の左側の下降ポジションでは、中立流路１９を介して供給される第２メインポンプＭＰ２の吐出油をロッド側室３０に供給し、ピストン側室２５の作動油をブリード流路１７ａを介してタンクに還流させる。その結果、ブームシリンダＢＣはブームを倒伏させる。

　ブーム用切換弁１７は、図の右側の上昇ポジションでは、中立流路１９を介して供給される第２メインポンプＭＰ２の吐出油をピストン側室２５に供給し、ロッド側室３０の作動油をタンクに還流させる。その結果、ブームシリンダＢＣはブームを起立させる。

　ブーム用切換弁１７の一方のアクチュエータポートとピストン側室２５とを連通する通路２４には、回生制御スプール弁２６が設けられる。回生制御スプール弁２６は、スプールの一方に臨むパイロット室２６ａと、スプールのもう一方を弾性支持するスプリング２６ｂとを備える。

　回生制御スプール弁２６は、パイロット室２６ａにパイロット圧が供給されない状態では、スプリング２６ｂのばね力で図に示されるオフポジションを保つ。パイロット室２６ａにパイロット圧が供給されると、回生制御スプール弁２６は図の右側のオンポジションに切り換わる。

　回生制御スプール弁２６は、上流と下流の通路２４を接続するブリード流路２６ｃと、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５を回生流路２７を介して油圧モータＭに接続する流路２６ｄと、を備える。

　回生制御スプール弁２６は、図に示すオフポジションにおいては、ブリード流路２６ｃを全開してピストン側室２５とブーム用切換弁１７の一方のアクチュエータポートとを接続する一方、流路２６ｄを閉じてピストン側室２５と回生流路２７との接続を遮断する。

　回生制御スプール弁２６は、図の右側のオンポジションにおいては、ブリード流路２６ｃを遮断する一方、流路２６ｄを全開にする。その結果、ピストン側室２５とブーム用切換弁１７の一方のアクチュエータポートとの接続が遮断され、ピストン側室２５と回生流路２７とが接続される。

　なお、回生制御スプール弁２６は２つのポジションを択一的に適用するだけでなく、パイロット室２６ａのパイロット圧に応じて、通路２４と回生流路２７とをともに部分的な連通状態に保持するとともに、パイロット圧に応じてそれらの開度を制御する機能を有する。

　回生流路２７には、流路２６ｄから油圧モータＭに向かう作動油の流れを許容し、逆方向の流れを阻止するチェック弁２８が設けられる。

　ブームシリンダＢＣのピストン側室２５に連通する通路２４と、ブームシリンダＢＣのロッド側室３０に連通する通路２９とは、再生流量制御弁３２を設けた再生通路３１を介して接続される。再生流量制御弁３２はスプール弁で構成され。再生流量制御弁３２は、スプールの一端に臨むパイロット室３２ａと、スプールのもう一端を弾性支持するスプリング３２ｂとを備える。

　再生流量制御弁３２は再生通路３１に連通する再生流路３２ｃを備える。再生流量制御弁３２はオフポジションでは再生流路３２ｃを閉じ、オンポジションでは再生流路３２ｃをパイロット圧に応動する可変絞りとして再生通路３１の流量を制御する。

　再生通路３１には、ピストン側室２５から通路２９への作動油の流れを許容し、逆方向の流れを阻止するチェック弁３３が設けられる。

　回生制御スプール弁２６のパイロット室２６ａと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａには、比例電磁弁３４を介してパイロット油圧源ＰＰが接続される。比例電磁弁３４は、弁体を弾性支持するスプリング３４ｂと、ソレノイド３４ａとを備える。ソレノイド３４ａはコントローラＣからの電流により励磁され、スプリング３４ｂに抗して弁体を駆動する。

　比例電磁弁３４は、ソレノイド３４ａの非励磁状態では、スプリング３４ｂのばね力で図に示されるオフポジションを保つ。コントローラＣからソレノイド３４ａへ励磁電流が供給されると、オンポジションに切り換わり、励磁電流に応じた開度でパイロット室２６ａと３２ａとをパイロット油圧源ＰＰに接続する。このようにして、パイロット室２６ａと３２ａのパイロット圧はコントローラＣから比例電磁弁３４に供給される励磁電流に応じた圧力へと制御される。

　ただし、再生流量制御弁３２のスプリング３２ｂのばね力は、回生制御スプール弁２６のスプリング２６ｂのばね力より大きく設定され、同じパイロット圧に対して再生流量制御弁３２が再生流路３２ｃを開くタイミングは回生制御スプール弁２６がオンポジションとなるタイミングより遅くなるように設定される。

　回生制御スプール弁２６に接続された油圧モータＭは電動モータ兼発電機であるモータ／ジェネレータ３５に結合し、アシストポンプＡＰと同軸上で一体回転する。モータ／ジェネレータ３５は、油圧モータＭに回転駆動されることで発電機能を発揮する。モータ／ジェネレータ３５が発電した電力は、インバータ３６を介してバッテリー３７に充電される。バッテリー３７はコントローラＣに接続され、コントローラＣにはバッテリー３７の蓄電量を示す信号が入力される。

　バッテリー３７にはバッテリーチャージャー３８が付設される。バッテリーチャージャー３８はジェネレータ３が発電した電力を用いてバッテリー３７を充電する。バッテリーチャージャー３８に、家庭用電源など別系統の電源３９を接続することも可能である。

　また、油圧モータＭは容量可変型であり、傾転角を制御するためのレギュレータ４０を備える。レギュレータ４０はコントローラＣからの信号に応じて油圧モータＭの傾転角を変化させる。

　アシストポンプＡＰも可変容量型であり、傾転角を制御するためのレギュレータ４１を備える。レギュレータ４１はコントローラＣからの信号に応じてアシストポンプＡＰの傾転角を変化させる。

　以上の構成により、油圧モータＭがモータ／ジェネレータ３５を回転駆動している場合には、アシストポンプＡＰの傾転角を最小にして、アシストポンプＡＰの駆動負荷が油圧モータＭにほとんど作用しない状態に設定することができる。モータ／ジェネレータ３５を電動モータとして機能させる場合には、出力トルクの一部でアシストポンプＡＰを回転駆動し、アシストポンプＡＰをポンプとして機能させることができる。

　以上のように構成されたブーム駆動装置において、電磁弁１，２ａ，２ｂを非励磁にし、第１切換弁Ｖ１と第２切換弁Ｖ２をそれぞれ図に示すオフポジションに保った状態で、エンジンＥを運転すると、第１メインポンプＭＰ１から第１回路系統に、第２メインポンプＭＰ２から第２回路系統に、それぞれ作動油が供給される。

　同時にアシストポンプＡＰから作動油を吐出させれば、その吐出油は、第１メインポンプＭＰ１及び第２メインポンプＭＰ２の吐出油に合流して第１回路系統と２回路系統に供給される。

　アシストポンプＡＰを稼働させるには、モータ／ジェネレータ３５をバッテリー３７の電力で電動モータとして運転し、その回転トルクでアシストポンプＡＰを回転させる必要がある。その場合に、油圧モータＭは傾転角を最少にして回転抵抗を小さくし、電動モータとして機能するモータ／ジェネレータ３５の出力損失を最小にすることが望ましい。油圧モータＭの回転力でアシストポンプＡＰを回すことも可能である。

　ブーム駆動装置は、第１メインポンプＭＰ１のレギュレータ１４に供給される圧力を検出する圧力センサ４２と、第２メインポンプＭＰ２のレギュレータ２３に供給される圧力を検出する圧力センサ４３とを備える。圧力センサ４２と４３の検出データはコントローラＣに信号入力される。

　コントローラＣは、圧力センサ４２と４３から入力される圧力信号に応じてアシストポンプＡＰの傾転角を制御する。圧力センサ４２と４３の圧力信号とアシストポンプＡＰの傾転角との関係は、最も効率的なアシスト出力が得られるようにあらかじめ設定される。

　一方、第１切換弁Ｖ１を図の右側のオンポジションに切り換えると、第１メインポンプＭＰ１の吐出油のみが第１回路系統に供給される。第２切換弁Ｖ２を図の右側の第１オンポジションに切り換えると、第２メインポンプＭＰ２の吐出油のみが第２回路系統に供給される。

　第２切換弁Ｖ２を図の左側の第２オンポジションに切り換えると、第２メインポンプＭＰ２の吐出油が油圧モータＭに供給される。従って、第２回路系統に接続したアクチュエータを稼働させていない場合に、コントローラＣが電磁弁２ｂを介して第２切換弁Ｖ２を第２オンポジションに切り換えれば、油圧モータＭを回転させてモータ／ジェネレータ３５に発電を行なわせることができる。モータ／ジェネレータ３５が発電した電力はインバータ３６を介してバッテリー３７に充電される。

　油圧モータＭがモータ／ジェネレータ３５を回転駆動する際は、発電効率を上げるためにアシストポンプＡＰの傾転角を最小に保つことが好ましい。

　コントローラＣはバッテリー３７の蓄電量を検出し、その蓄電量に応じて油圧モータＭの回転数を制御する機能を備える。

　一方、油圧モータＭを、ブームシリンダＢＣによるブームの下降操作時にピストン側室２５から排出される戻り油によって回転駆動させることができる。

　ブームシリンダＢＣが下降する場合には、下降ポジションのブーム用切換弁１７がオペレータの操作量に応じて、言い換えるとオペレータが意図するブームの下降速度に応じて、収縮するブームシリンダＢＣのピストン側室２５から戻り油がタンクに還流するように、ブーム用切換弁１７のブリード流路１７ａの開度を制御する。

　ブームシリンダＢＣの下降時には、コントローラＣは比例電磁弁３４のソレノイド３４ａを励磁し、比例電磁弁３４をオンポジションに切り換える。比例電磁弁３４が開くと、パイロット油圧源ＰＰからのパイロット圧が回生制御スプール弁２６のパイロット室２６ａと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとに導かれる。

　ただし、前述のように、回生制御スプール弁２６のスプリング２６ｂのばね力は、再生流量制御弁３２のスプリング３２ｂのばね力よりも小さいので、パイロット油圧源ＰＰからのパイロット圧に対して、回生制御スプール弁２６がまず先にオンポジションに向けて切り換わる。このときの回生制御スプール弁２６の切り換え量はパイロット圧に比例したものになる。

　回生制御スプール弁２６のパイロット室２６ａにパイロット圧が導かれると、回生制御スプール弁２６のブリード流路２６ｃの開度が絞られる一方、流路２６ｄの開度が増加する。すなわち、通路２４が絞られる一方、油圧モータＭに至る回生流路２７の戻り油の流量が増大する。

　コントローラＣが比例電磁弁３４を切り換えて、回生制御スプール弁２６の流路２６ｄを開くタイミングは、以下に説明するように、ブーム用切換弁１７のスプールのストローク量に応じて制御される。

　コントローラＣは、ブーム用切換弁１７のストローク量が所定の量に達し、ブリード流路１７ａが所定の開度に達した後に、回生制御スプール弁２６のオフポジションからオンポジションに向けた切り換えを開始する。

　この制御を実現するため、ブーム用切換弁１７には、スプールのストローク位置を電気的に検出するストロークセンサ５０が付設され、検出されたストローク位置がコントローラＣに信号入力される。

　ストロークセンサ５０は、例えばリミットスイッチのようにスプールの特定ストローク位置を直接検出するセンサでも良いし、操作レバーの操作量や操作時間などからストローク位置を間接的に検出するセンサでも良い。

　ＦＩＧ．２を参照すると、コントローラＣは、ブーム用切換弁１７がオペレータによって中立ポジションである点Ｎから切り換え操作され、ストローク量が点ｂに達し、ブリード流路１７ａの開度が点ｂに応じた所定の大きさに達した時点で、回生制御スプール弁２６のブリード流路２６ｃの開度が所定開度まで減少する一方、流路２６ｄが開き始めるように制御する。すなわち、コントローラＣはブーム用切換弁１７のストローク量が点ｂに達すると、回生制御スプール弁２６の流路２６ｄが開き始めるように比例電磁弁３４を制御する。

　その結果、パイロット室２６ａにパイロット圧が導かれ、回生制御スプール弁２６がオンポジションに向けて変位すると、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５からの戻り油は、回生制御スプール弁２６の変位量に応じて、ブリード流路２６ｃから通路２４に戻る作動油と、流路２６ｄを介して油圧モータＭに供給される作動油とに分流される。

　ＦＩＧ．２において、点Ｎから点ｂまでの区間は、回生制御スプール弁２６のスプールの制御の不感帯領域である。点ｂ以降は制御可能な領域である。したがって、ストローク量に対する開口面積の傾きは点ｂを境に変化する。

　また、スプールのストローク量が小さく、ブリード流路２６ｃの開口面積よりもブーム用切換弁１７のブリード流路１７ａの開口面積が小さい範囲では、ブリード流路１７ａの開口面積が通路２４の戻り流量に対して支配的に機能する。スプールのストローク量が大きくなってブリード流路１７ａの開口面積よりも回生制御スプール弁２６のブリード流路２６ｃが小さくなる領域では、ブリード流路２６ｃの開口面積が通路２４の戻り流量に対し支配的に機能する。

　コントローラＣは、ブームが目的の下降速度を維持するよう、油圧モータＭとアシストポンプＡＰの傾転角制御により、油圧モータＭ及びアシストポンプＡＰの負荷を制御する。

　回生制御スプール弁２６が作動して回生流路２７に戻り油が導かれ、停止状態の油圧モータＭが回転を開始する際には、多少のショックが発生する。

　コントローラＣは、ブーム用切換弁１７のストローク位置からブリード流路１７ａの開度が所定開度に達したことを検出し、ブームシリンダＢＣからの戻り油の全量がある程度多くなった後に、回生流路２７に戻り油を導く。したがって、油圧モータＭの始動に伴うショックがブームの下降速度に与える影響を小さくできる。その結果、油圧モータＭの起動時に、オペレータが感じる違和感を小さくすることができる。

　オペレータが意図するブームの下降速度が大きい場合には、ブーム用切換弁１７のストローク量が大きくなり、対応して比例電磁弁３４の開度も大きくなる。その分、パイロット室２６ａと３２ａに作用するパイロット圧も大きくなる。パイロット圧が大きくなれば、再生流量制御弁３２がオンポジションに切り換わり、再生流路３２ｃが開く。

　再生流路３２ｃが開くと、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５からの戻り油の一部が再生通路３１と通路２９を介してブームシリンダＢＣのロッド側室３０に供給される。

　ブームシリンダＢＣの下降速度が大きい場合に、ピストン側室２５の戻り油をロッド側室３０に供給するのは、ロッド側室３０が負圧にならないようにして、負圧化による異音発生を防止するためである。

　再生流量制御弁３２がオンポジションに切り換わるタイミングと再生流路３２ｃの開度は、比例電磁弁３４の開度とスプリング３２ｂのばね力などに依存する。これらは、ブームシリンダＢＣに求められる特性など応じて予め設定される。

　再生通路３１及び再生流量制御弁３２を設けず、ピストン側室２５からの戻り油を通路２４及び回生流路２７のみに分配することも可能である。

　回生制御スプール弁２６がオンポジションにフルストロークした状態では、ブリード流路２６ｃは遮断され、ブーム用切換弁１７に接続された通路２４はピストン側室２５から遮断される。しかしながら、回生制御スプール弁２６がオンポジションにフルストロークした状態で、通路２４とピストン側室２５とが最小開度のもとで連通するように回生制御スプール弁２６を構成することも可能である。この場合も、通路２４の開度が絞られると、流路２６ｄの開度が大きくなるので、回生流路２７に導かれる戻り油の流量が増大することに変わりはない。

　しかしながら、通路２４を完全に遮断すると、さらに多くの戻り油を回生流路２７に導くことができるので、通路２４を完全に遮断することでブームシリンダＢＣの下降時のエネルギーを無駄なく油圧モータＭの駆動に利用できる。

　上記の最小開度とは、回生制御スプール弁２６のスプールがオフポジションからフルストロークするまでに流路２６ｄが経験する最も小さい開口面積を意味する。

　ＦＩＧ．３を参照して、この発明の第２の実施形態を説明する。

　この実施形態は、比例電磁弁３４の代わりに比例電磁減圧弁４４を設けた点が第１の実施形態と異なる。他の構成は第１実施形態と同じであるので、第１の実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。

　比例電磁減圧弁４４は、ソレノイド４４ａとスプリング４４ｂとを備える。スプリング４４ｂは弁体にオフポジションに向けた弾性量を及ぼす。ソレノイド４４ａはコントローラＣからの励磁電流に応じて弁体をスプリング４４ｂに抗してオンポジションへと駆動する。

　比例電磁減圧弁４４は、オンポジションでは比例電磁弁３４と同様に、パイロット油圧源ＰＰからのパイロット圧を回生制御スプール弁２６のパイロット室２６ａと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに供給する。一方、オフポジションでは、これらのパイロット室２６ａと３２ａのパイロット圧をタンクに解放する。

　このブーム駆動装置においても、コントローラＣが、ブーム用切換弁１７のストローク位置から、通路２４とタンクとを接続するブリード流路１７ａが所定の開度に達したことを検出する。コントローラＣはその後に回生制御スプール弁２６を切り換えて、ピストン側室２５からの戻り油をブリード流路２６ｃを介して回生流路２７へ導く。

　従って、回生流路２７の戻り油で油圧モータＭが回転を開始する際のショックがブームシリンダＢＣの下降速度に与える影響を小さくして、オペレータが感じる違和感を小さくすることができる。

　比例電磁減圧弁４４は、パイロット油圧源ＰＰとの拙速と遮断を行なう再生流量制御弁３２と異なり、パイロット油圧源ＰＰとタンクとを切り換えることで、パイロット室２６ａと３２ａに供給するパイロット圧力の広範囲な制御を可能にする。したがって、広い範囲での回生制御スプール弁２６の比例制御が可能になる。

　ＦＩＧ．４を参照して、この発明の第３の実施形態を説明する。

　この実施形態では、再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに導かれるパイロット圧を、比例電磁減圧弁４４を介してパイロット油圧源ＰＰから供給する代わりに、ブーム用切換弁１７に付設された切換弁から供給している。

　具体的には、切換弁はブーム用切換弁１７の下降ポジションへの切り換え操作に伴って切り換わり、パイロット油圧源ＰＰのパイロット圧を再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに供給する。

　その他の構成は第２の実施形態と同一であるので、同じ参照符号を付して説明を省略する。

　このブーム駆動装置においても、コントローラＣが回生制御スプール弁２６を制御して回生流路２７に戻り油を導くタイミングを制御する。

　すなわち、コントローラＣが、ブーム用切換弁１７のストローク位置から、ピストン側室２５に接続された一方の通路２４とタンクとを接続する通路であるブリード流路１７ａが所定の開度に達したことを検出したうえで、回生流路２７へ戻り油を導くように回生制御スプール弁２６を制御する。

　これにより、回生流路２７に導かれた戻り油で油圧モータＭが起動する際に発生するショックがブームシリンダＢＣの下降速度に与える影響を小さく抑えられる。したがって、油圧モータＭがブームシリンダＢＣの戻り油で起動する際にオペレータに与える違和感を小さくすることができる。

　この実施形態では、ブーム用切換弁１７の操作に応じて再生流量制御弁３２の切り換えタイミングが決まる。つまり、コントローラＣは再生流量制御弁３２の切り換えタイミングに関与しない。したがって、再生流量制御弁３２の切り換えと回生制御スプール弁２６の切り換えとは連動しない。

　回生制御スプール弁２６の切り換えと再生流量制御弁３２の切り換えとが連動すると、ブームシリンダＢＣからの戻り油の全流量の制御、言い換えればブームシリンダＢＣの下降速度の制御が難しくなる可能性がある。

　この実施形態によれば、再生流量制御弁３２と回生制御スプール弁２６の制御を連動させないので、戻り油の全流量の制御を容易に行えるというメリットがある。

　ＦＩＧ．５を参照して、この発明の第４の実施形態を説明する。

　この実施形態では、再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとパイロット油圧源ＰＰとの間に、比例電磁減圧弁４４とは別の比例電磁減圧弁４６を設けている。その他の構成は第２の実施形態と同一であるので、同じ参照符号を付して説明を省略する。

　比例電磁減圧弁４６は、コントローラＣに接続したソレノイド４６ａとスプリング４６ｂとを備える。比例電磁減圧弁４６はソレノイド４６ａが非励磁状態では、スプリング４６ｂによりオフポジションに保持される。オフポジションにおいては、比例電磁減圧弁４６はパイロット室３２ａをタンクに解放する。ソレノイド４６ａが励磁されると比例電磁減圧弁４６はスプリングに抗してオンポジションに切り換わる。オンポジションにおいては、比例電磁減圧弁４６はパイロット室３２ａをパイロット油圧源ＰＰに接続する。

　この実施形態においても、コントローラＣは、ブーム用切換弁１７のストローク位置から、ピストン側室２５に接続された一方の通路２４とタンクとを接続する通路であるブリード流路１７ａが所定の開度に達したことをまず検出する。その後に、回生流路２７へ戻り油を導くように回生制御スプール弁２６を制御する。

　この実施形態においても、再生流量制御弁３２のパイロット圧と、回生制御スプール弁２６のパイロット圧とは個別に制御可能である。そのため、再生通路３１へ導かれる流量の影響を受けずに回生制御スプール弁２６を制御でき、ブームシリンダＢＣの下降速度を制御しやすいというメリットがある。さらに、再生流量制御弁３２及び回生制御スプール弁２６の制御の自由度も向上する。

　以上の説明に関して２０１２年３月２６日を出願日とする日本国における特願２０１２－７００５３号、の内容をここに引用により合体する。

　以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

　この発明は、建設機械のブーム駆動装置への適用において、好ましい効果を発揮する。

　この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims

　作動室への作動油の供給により伸長してブームを上昇させ、作動室からの作動油の排出に応じてブームを下降させるブームシリンダと；
　作動室をポンプに接続するポジションと、作動室をタンクに接続するポジションとの間で変位するとともに、作動室をタンクに接続するポジションへ変位する際に、変位とともに作動油とタンクとの接続断面積を増大させるよう構成されたブーム用切換弁と；
ジェネレータと、
　作動室からタンクに排出される作動油の一部をブーム切換弁の上流で分流してジェネレータを回転駆動する回生通路と；
　回生通路を開閉する回生制御弁と；
　ブーム用切換弁の変位位置を検出するセンサと；
　ブーム用切換弁が作動室をタンクに接続するポジションへと変位する際に、ブーム用切換弁の変位量が所定量を超えた後に、回生制御弁を開くようにプログラムされたプログラマブルコントローラ、
　とを備えるブーム駆動装置。
　作動室とブーム切換弁を接続する作動通路をさらに備え、回生制御弁は、回生通路を開き、作動通路を閉鎖するオンポジションと、回生通路を閉鎖し、作動通路を開くオフポジションとの間で変異し、オフポジションからオンポジションに近づくにつれて、回生通路の流通断面積を増大させるバルフで構成され、コントローラはブーム用切換弁の変位量が所定量を超えた後に、回生制御弁にオフポジションからオンポジションへの変位を開始させるよう、さらにプログラムされる請求項１のブーム駆動装置。
　回生制御弁は、オフポジションとオンポジションの間で変位するスプールと、スプールの一端にパイロット圧を及ぼすパイロット室と、パイロット室のパイロット圧と逆向きにスプールを付勢するスプリングと、を備え、ブーム駆動装置はパイロット室にパイロット圧を供給する電磁弁をさらに備え、コントローラは電磁弁を介して回生制御弁を制御するように、さらにプログラムされる請求項２のブーム駆動装置。
　電磁弁は比例電磁減圧弁で構成される、請求項３のブーム駆動装置。