WO2016194415A1

WO2016194415A1 - 作業機械の圧油エネルギ再生装置

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Publication number: WO2016194415A1
Application number: PCT/JP2016/055305
Authority: WO
Inventors: 聖二土方; 石川　広二; 井村　進也
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-12-08
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Also published as: EP3306114A1; US20180044890A1; KR20170101992A; KR101953049B1; US10280594B2; JP2016223590A; CN107208675A; JP6453711B2; EP3306114A4; CN107208675B; EP3306114B1

Abstract

電磁弁等に電気的な故障が発生して誤って開動作した場合でも、確実にブレーキ圧力を確保できる作業機械の圧油エネルギ再生装置を提供する。　第１油圧アクチュエータと、第２油圧アクチュエータと、第１油圧アクチュエータに第１油路を介して圧油を供給する第１油圧ポンプとを備えた作業機械の圧油エネルギ再生装置において、第２油圧アクチュエータの被駆動物が自重落下するときに、第２油圧アクチュエータから圧油が排出される排出側に接続され、第２油圧アクチュエータから排出された圧油の流量を調整可能な上部制御弁と、上部制御弁と作動油タンクとを接続する連通油路と、連通油路に設けられ、上部制御弁から作動油タンクへ排出される圧油の流量を調整可能な下部制御弁と、連通油路の上部制御弁と下部制御弁との間の分岐点に一端側を接続し、他端側を第１油路に接続した再生油路とを備えた。

Description

作業機械の圧油エネルギ再生装置

　本発明は、作業機械の圧油エネルギ再生装置に関する。

　簡単な構造で操作性に優れ且つエネルギ効率のよい作業機械の油圧制御回路を提供することを目的として、可変容量式ポンプと、このポンプからブームコントロールバルブを介して供給される作動油により作動するブームシリンダの排出側と、この排出側の流量を調整する流量調整弁との間の油路から分岐してポンプ吐出側に連通する回生回路と、ブームシリンダの排出側の圧力がポンプ吐出圧よりも高い場合に、この排出側の作動油を回生回路を通してポンプ吐出側に戻して回生を行うように流量制御弁を制御するとともに、この回生を行う場合に、回生を行わないときに設定される目標ポンプ吐出流量から回生流量を減じるようにポンプを制御するコントローラとを備えた作業機械の油圧制御回路が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－０２５７０６号公報

　上述した従来技術によれば、ブームシリンダの被駆動物であるブームの自重落下時にブームシリンダのボトム側油室から排出される圧油を他のアクチュエータの駆動に再生することができる。

　しかし、上述した従来技術の構成においては、ブームシリンダからの戻り油をポンプ吐出側に戻す流量制御弁の電磁弁が、電気的に故障し不用意に開動作した場合、ブームシリンダのボトム側油室からの圧油が、電磁弁を通過して排出され、意図しない速いスピードでブームシリンダが落下するおそれがある。

　本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、再生装置を構成する電磁弁等に電気的な故障が発生して誤って開動作した場合でも、確実にブレーキ圧力を確保することができる作業機械の圧油エネルギ再生装置を提供するものである。

　上記の目的を達成するために、第１の発明は、第１油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータとは別の油圧シリンダで構成される第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータに第１油路を介して圧油を供給する第１油圧ポンプと、作動油タンクとを備えた作業機械の圧油エネルギ再生装置において、前記第２油圧アクチュエータの被駆動物が自重落下するときに、前記第２油圧アクチュエータから圧油が排出される排出側に接続され、前記第２油圧アクチュエータから排出された圧油の流量を調整可能な上部制御弁と、前記上部制御弁と前記作動油タンクとを接続する連通油路と、前記連通油路に設けられ、前記上部制御弁から前記作動油タンクへ排出される圧油の流量を調整可能な下部制御弁と、前記連通油路の前記上部制御弁と前記下部制御弁との間の分岐点に一端側を接続し、他端側を前記第１油路に接続した再生油路とを備え、前記第２油圧アクチュエータから排出された圧油を前記第１油圧アクチュエータに再生可能としたものとする。

　本発明によれば、再生装置を構成する電磁弁等に電気的な故障が発生して誤って開動作した場合でも、確実にブレーキ圧力を確保することができる。この結果、安全で信頼性の高い作業機械の圧油エネルギ再生装置を提供できる。

本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態を示す制御システムの概略図である。本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態を構成する上部制御弁のパイロット圧に対する開口面積特性の一例を示す特性図である。本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第２の実施の形態を示す制御システムの概略図である。本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第３の実施の形態を示す制御システムの概略図である。

　以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、作業機械としては油圧ショベルを例に説明する。

　図１は本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態を示す制御システムの概略図である。図１において、１及び２は図示しないエンジンに駆動される可変容量型の第１油圧ポンプと第２油圧ポンプ、３はアーム用制御弁、４はブーム用下部制御弁、５はブーム用上部制御弁、６は第２油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ、７は第１油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ、８は再生弁、９はブーム用操作装置、１０はアーム用操作装置、２０はコントローラ（制御手段）、３０は作動油タンクを示す。第１油圧ポンプ１と第２油圧ポンプ２は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板の傾転角を容量制御装置１ａ、２ａで調整することにより各ポンプの容量（押しのけ容積）を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。

　第１油圧ポンプ１から吐出される圧油を、ブームシリンダ６、アームシリンダ７の各アクチュエータへ供給する第１主管路３１には、上流側からアーム用制御弁３とブーム用下部制御弁４が直列に配置されている。第２油圧ポンプ２から吐出される圧油を、ブームシリンダ６へ供給する第２主管路３２には、ブーム用上部制御弁５が配置されている。

　アーム用制御弁３は、３位置６ポートの切替制御弁であって、その両パイロット操作部３Ｘ、３Ｙへ供給されるパイロット圧力により、制御弁位置を切り替えて、作動油の流路の開口面積を変化させる。このことにより、第１油圧ポンプ１からアームシリンダ７へ供給される作動油の方向と流量を制御して、アームシリンダ７を駆動している。また、アーム用制御弁３は、第１油圧ポンプ１からの圧油が供給される入口ポート３ｃと、作動油タンク３０に連通する出口ポート３ｄと、中立位置のときに連通するセンターポート３Ｔと、アームシリンダ７側に接続する接続ポート３ａ，３ｂとを有していて、中立位置のときには、第１油圧ポンプ１からの圧油を作動油タンク３０に連通するセンタバイパス型である。なお、第１主管路３１と入口ポート３ｃとを接続する配管に第１油圧ポンプ１からの流出のみを許可するチェック弁１４が設けられている。

　ブーム用下部制御弁４とブーム用上部制御弁５とは、３位置７ポートの切替制御弁であって、その両パイロット操作部４Ｘ、５Ｘ、４Ｙ、５Ｙへ供給されるパイロット圧力により、制御弁位置を切り替えて、作動油の流路の開口面積を変化させる。具体的には、パイロット操作部４Ｙと５Ｙにパイロット圧力が供給されると、ブーム用下部制御弁４は左方向へ移動し、ブーム用上部制御弁５は右方向へ移動し、それぞれＡ位置に切換えられる。逆に、パイロット操作部４Ｘと５Ｘにパイロット圧力が供給されると、ブーム用下部制御弁４は右方向へ移動し、ブーム用上部制御弁５は左方向へ移動し、それぞれＢ位置に切換えられる。これらの動作により、第１油圧ポンプ１及び／又は第２油圧ポンプ２からブームシリンダ６へ供給される作動油の方向と流量を制御して、ブームシリンダ６を駆動している。

　また、ブーム用上部制御弁５は、第２油圧ポンプ２からの圧油が供給される入口ポート５ｃと、作動油タンク３０に連通する出口ポート５ｄと、後述する連通管路３７に連通する接続ポート５ｅと、中立位置のときに連通するセンターポート５Ｔと、ブームシリンダ６側に接続する接続ポート５ａ，５ｂとを有していて、中立位置のときには、第２油圧ポンプ２からの圧油を作動油タンク３０に連通するセンタバイパス型である。なお、第２主管路３２と入口ポート５ｃとを接続する配管に第２油圧ポンプ２からの流出のみを許可するチェック弁１２が設けられている。また、ブーム用上部制御弁５のＡ位置における接続ポート５ａから接続ポート５ｅへ連通する内部油路には絞りが設けられている。

　また、ブーム用下部制御弁４は、第１油圧ポンプ１からの圧油が供給される入口ポート４ｃと、作動油タンク３０に連通する出口ポート４ｄと、後述する連通管路３７に連通する接続ポート４ｅと、中立位置のときに連通するセンターポート４Ｔと、ブームシリンダ６側に接続する接続ポート４ａ，４ｂとを有していて、中立位置のときには、第１油圧ポンプ１からの圧油を作動油タンク３０に連通するセンタバイパス型である。なお、第１主管路３１と入口ポート４ｃとを接続する配管に第１油圧ポンプ１からの流出のみを許可するチェック弁１３が設けられている。また、ブーム用下部制御弁４のＡ位置における接続ポート４ｅから接続ポート４ａへ連通する内部油路には絞りが設けられている。更に、接続ポート４ｅには、連通管路３７の一端側が接続されていて、連通管路３７の他端側は、ブーム用上部制御弁５の接続ポート５ｅに接続されている。

　ブームシリンダ６は、シリンダとピストンロッドとを有していて、シリンダは、ボトム側の油室６ａとロッド側の油室６ｂとを備えている。ボトム側の油室６ａには、第１管路３３の一端側が接続されていて、第１管路３３の他端側は、ブーム用下部制御弁４の接続ポート４ａとブーム用上部制御弁５の接続ポート５ａとに接続されている。ロッド側の油室６ｂには、第２管路３４の一端側が接続されていて、第２管路３４の他端側は、ブーム用下部制御弁４の接続ポート４ｂとブーム用上部制御弁５の接続ポート５ｂとに接続されている。なお、第１管路３３には、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａの圧力を検出する圧力センサ１６が設けられている。圧力センサ１６が検出したブームシリンダボトム側油室６ａの圧力信号Ｐｂは、コントローラ２０に入力されている。

　アームシリンダ７は、シリンダとピストンロッドとを有していて、シリンダは、ボトム側の油室７ａとロッド側の油室７ｂとを備えている。ボトム側の油室７ａには、第３管路３５の一端側が接続されていて、第３管路３５の他端側は、アーム用制御弁３の接続ポート３ａに接続されている。ロッド側の油室７ｂには、第４管路３６の一端側が接続されていて、第４管路３６の他端側は、アーム用制御弁３の接続ポート３ｂに接続されている。なお、第４管路３６には、アームシリンダ６のロッド側油室７ｂの圧力を検出する圧力センサ１７が設けられている。圧力センサ１７が検出したアームシリンダロッド側油室７ｂの圧力信号Ｐｒは、コントローラ２０に入力されている。

　連通管路３７は、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａからの戻り油をブーム用上部制御弁５からブーム用下部制御弁４を介して、作動油タンク３０に排出するためのものである。連通管路３７の中間部には、再生管路３８の一端側が接続された分岐部が設けられている。再生管路３８の他端側は、再生管路３８からの流出のみを許可するチェック弁１５を介して第１主管路３１に接続されている。

　なお、再生管路３８の他端側は、アーム用制御弁３の入口ポート３ｃと接続する配管に設けられたチェック弁１４と比較して、第１主管路３１の第１油圧ポンプ１よりの部位に接続されている。また、再生管路３８には、２ポート２位置の電磁切換弁である再生弁８が設けられている。再生弁８は、コントローラ２０からの指令を受ける操作部と、ばね部とを備えていて、コントローラ２０からの指令信号がないときに遮断位置、指令信号によって開動作位置になるように制御される。

　ブーム用操作装置９は、操作レバーとパイロット弁９ａとを備えていて、操作レバーの傾動操作の操作量に応じたパイロット圧を発生させている。ブーム用操作装置９からは、破線で示すパイロットラインがブーム用下部制御弁４とブーム用上部制御弁５の各操作部４Ｘ、４Ｙ、５Ｘ、５Ｙに接続されている。操作レバーをブーム上げ側に操作すると、発生したブーム上げパイロット圧Ｐｕは、ブーム用下部制御弁４の操作部４Ｘとブーム用上部制御弁５の操作部５Ｘに供給され、ブーム用下部制御弁４とブーム用上部制御弁５は、このパイロット圧に応じた切換制御を行う。同様に、操作レバーをブーム下げ側に操作すると、発生したブーム下げパイロット圧Ｐｄは、ブーム用下部制御弁４の操作部４Ｙとブーム用上部制御弁５の操作部５Ｙに供給され、ブーム用下部制御弁４とブーム用上部制御弁５は、このパイロット圧に応じた切換制御を行う。

　アーム用操作装置１０は、操作レバーとパイロット弁１０ａとを備えていて、操作レバーの傾動操作の操作量に応じたパイロット圧を発生させている。アーム用操作装置１０からは、破線で示すパイロットラインがアーム用制御弁３の操作部３Ｘ、３Ｙに接続されている。操作レバーをクラウド側に操作すると、発生したアームクラウドパイロット圧Ｐｉは、アーム用制御弁３の操作部３Ｘに供給され、アーム用制御弁３は、このパイロット圧に応じた切換制御を行う。同様に、操作レバーをダンプ側に操作すると、発生したアームダンプパイロット圧Ｐｏは、アーム用制御弁３の操作部３Ｙに供給され、アーム用制御弁３は、このパイロット圧に応じた切換制御を行う。

　ブーム下げパイロットラインとアームダンプパイロットラインには、ブーム下げパイロット圧力Ｐｄを検出する圧力センサ１８と、アームダンプパイロット圧力Ｐｏを検出する圧力センサ１９とが設けられている。これらの圧力センサ１８、及び１９が検出した圧力信号は、コントローラ２０に入力されている。

　コントローラ２０は、各圧力センサ１６～１９が検出したブームシリンダボトム側油室圧力Ｐｂと、アームシリンダロッド側油室圧力Ｐｒと、ブーム下げパイロット圧力Ｐｄと、アームダンプパイロット圧力Ｐｏとを入力し、これらの信号に基づいて再生弁８への制御指令を出力する。

　次に、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態の動作について説明する。まずオペレータによるブーム下げ操作について説明する。

　図１において、ブーム操作装置９の操作レバーによりブーム下げの操作が行われると、パイロット弁９ａから発生したブーム下げパイロット圧力Ｐｄは、ブーム用下部制御弁４の操作部４Ｙとブーム用上部制御弁５の操作部５Ｙに供給される。このことにより、ブーム用下部制御弁４は左方向へ移動し、ブーム用上部制御弁５は右方向へ移動し、それぞれＡ位置に切換えられる。

　この結果、第１油圧ポンプ１からの圧油は、ブーム用下部制御弁４の入口ポート４ｃから接続ポート４ｂを経由し、第２管路３４を介してブームシリンダ６のロッド側油室６ｂに供給される。また、第２油圧ポンプ２からの圧油は、ブーム用上部制御弁５の入口ポート５ｃから接続ポート５ｂを経由し、第２管路３４を介してブームシリンダ６のロッド側油室６ｂに供給される。

　一方、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａから排出される戻り油は、第１管路３３と、ブーム用上部制御弁５の接続ポート５ａから接続ポート５ｅを経由し、連通管路３７に流入する。流入した圧油は、ブーム用下部制御弁４の接続ポート４ｅから内部に設けられた絞りと出口ポート４ｄとを経由して作動油タンク３０に排出される。このように、ブームシリンダ６のロッド側油室６ｂには、第１油圧ポンプ１と第２油圧ポンプ２からの圧油が流入すると共に、ボトム側油室６ａ内の圧油は、ブーム用上部制御弁５とブーム用下部制御弁４とを通って作動油タンク３０に排出される。この結果、ブームシリンダ６のピストンロッドが縮短し、ブームは下げ方向に動作する。

　次に、オペレータによるアームダンプ操作について説明する。　
　図１において、アーム操作装置１０の操作レバーによりアームダンプの操作が行われると、パイロット弁１０ａから発生したアームダンプパイロット圧力Ｐｏは、アーム用制御弁３の操作部３Ｙに供給される。このことにより、アーム用制御弁４は左方向へ移動し、Ａ位置に切換えられる。

　この結果、第１油圧ポンプ１からの圧油は、アーム用制御弁３の入口ポート３ｃから接続ポート３ｂを経由し、第４管路３６を介してアームシリンダ７のロッド側油室７ｂに供給される。

　一方、アームシリンダ７のボトム側油室７ａから排出される戻り油は、第３管路３５と、アーム用制御弁３の接続ポート３ａから出口ポート３ｄとを経由して作動油タンク３０に排出される。このように、アームシリンダ７のロッド側油室７ｂには、第１油圧ポンプ１からの圧油が流入すると共に、ボトム側油室７ａ内の圧油は、アーム用制御弁３を通って作動油タンク３０に排出される。この結果、アームシリンダ７のピストンロッドが縮短し、アームはダンプ方向に動作する。

　次に、オペレータによるブーム下げ操作とアームダンプ操作を同時に行い、ブームシリンダ６からの戻り油をアームシリンダ７に再生する動作について説明する。ブームシリンダ６の戻り油をアームシリンダ７に再生する場合、上述したブーム下げ動作とアームダンプ動作とに加え、再生弁８がコントローラ２０によって制御される。第１油圧ポンプ１、第２油圧ポンプ２、アーム用制御弁３、ブーム用下部制御弁４、ブーム用上部制御弁５の動作は、上記と同様のため、詳細説明は省略する。

　ブーム操作装置９の操作レバーによりブーム下げの操作が行われると、パイロット弁９ａから発生したブーム下げパイロット圧力Ｐｄは、ブーム下げパイロット圧力センサ１８によって検出されコントローラ２０へ入力される。また、アーム操作装置１０の操作レバーによりアームダンプの操作が行われると、パイロット弁１０ａから発生したアームダンプパイロット圧力Ｐｏは、アームダンプパイロット圧力センサ１９によって検出されコントローラ２０へ入力される。

　また、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａの圧力Ｐｂは、ブームシリンダボトム側油室圧力センサ１６によって検出されコントローラ２０へ入力される。また、アームシリンダ７のロッド側油室７ｂの圧力Ｐｒは、アームシリンダロッド側油室圧力センサ１７によって検出されコントローラ２０へ入力される。

　コントローラ２０は、入力された各信号に基づいて指令信号を算出し、再生弁８へ出力して切り換える。再生弁８が遮断位置から開動作位置に切り換えられると、ブーム用上部制御弁５の接続ポート５ａから接続ポート５ｅを経由し、連通管路３７に流入したブームシリンダ６のボトム側油室６ａから排出された戻り油が、再生弁８を介して再生管路３８に流入する。再生管路３８に流入した戻り油は、チェック弁１５を介して第１油圧ポンプ１の吐出側である第１主管路３１に流入する。この結果、アーム用制御弁３を介して、ブームシリンダ６からの戻り油はアームシリンダ７に再生され、アームシリンダ７のピストンロッドの駆動速度を増速できる。

　また、第１油圧ポンプ１の容量制御装置１ａを制御することで第１油圧ポンプ１の吐出流量を抑え、第１油圧ポンプ１の出力を抑えることで省エネを図ることも可能になる。

　次に、コントローラ２０の処理内容について図２を用いて説明する。図２は本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。

　まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが油圧ショベルのキースイッチ（図示せず）をＯＮにした状態とする。コントローラ２０は、各圧力センサ１６～１９が検出した圧力信号（ブームシリンダボトム側油室圧力Ｐｂ、アームシリンダロッド側油室圧力Ｐｒ、ブーム下げパイロット圧力Ｐｄ、アームダンプパイロット圧力Ｐｏ）を取り込む（ステップＳ１）。

　次に、コントローラ２０は、検出したブーム下げパイロット圧力Ｐｄが、予め定めたパイロット設定圧１より高いか否かの判断を行う（ステップＳ２）。具体的には、ブーム操作装置９の操作量が所定の操作量以上か否かを判断する。ブーム下げパイロット圧力Ｐｄが、パイロット設定圧１より高い場合（操作量が所定の操作量以上の場合）は、（ステップＳ３）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ６）へ進む。

　コントローラ２０は、検出したアームダンプパイロット圧力Ｐｏが、予め定めたパイロット設定圧２より高いか否かの判断を行う（ステップＳ３）。具体的には、アーム操作装置１０の操作量が所定の操作量以上か否かを判断する。アームダンプパイロット圧力Ｐｏが、パイロット設定圧２より高い場合（操作量が所定の操作量以上の場合）は、（ステップＳ４）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ６）へ進む。

　コントローラ２０は、検出したブームシリンダボトム側油室圧力Ｐｂが、検出したアームシリンダロッド側油室圧力Ｐｒより高いか否かの判断を行う（ステップＳ４）。具体的には、ブームシリンダ６からアームシリンダ７への再生の可否を判断する。ブームシリンダボトム側油室圧力Ｐｂが、アームシリンダロッド側油室圧力Ｐｒより高い場合は、（ステップＳ５）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ６）へ進む。

　コントローラ２０は、再生弁８へ開指令を出力する（ステップＳ５）。具体的には、ブーム操作装置９が所定量超過するブーム下げ操作され、アーム操作装置１０が所定量超過するアームダンプ操作されていて、かつ、ブームシリンダのボトム側油室圧力Ｐｂがアームシリンダロッド側油室圧力Ｐｒより高いと判断されると、再生弁８を開動作する指令信号が出力される。このことにより、再生弁８が開動作し、連通管路３７に流入したブームシリンダ６のボトム側油室６ａからの戻り油は、再生弁８を介して再生管路３８に流入し、第１油圧ポンプ１の吐出側である第１主管路３１に流入する。この結果、アーム用制御弁３を介して、ブームシリンダ６からの戻り油はアームシリンダ７に再生される。（ステップＳ５）の処理実行後、リターンを経由して（ステップＳ１）に戻り、再度処理を開始する。

　コントローラ２０は、再生弁８へ閉指令を出力する（ステップＳ６）。具体的には、（ステップＳ２）、（ステップＳ３）、（ステップＳ４）の条件のいずれかを満たさないと判断された場合、再生弁８へ閉指令を出力し、再生弁８を動作させない。本実施の形態においては、開指令信号を出力しないことで実現している。（ステップＳ６）の処理実行後、リターンを経由して（ステップＳ１）に戻り、再度処理を開始する。

　次に、再生弁等に電気的な故障が発生して誤って開動作した場合の動作について図１及び図３を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態を構成する上部制御弁のパイロット圧に対する開口面積特性の一例を示す特性図である。

　まず、ブーム用操作装置９が操作されていない場合について説明する。図１に示すように、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａを戻り油の最上流とした場合、ブーム用上部制御弁５は、再生弁８が配置された再生管路３８より上流に配置されている。ブーム用操作装置９が操作されていない場合は、パイロット弁９ａからブーム下げパイロット圧力Ｐｄが発生しないため、ブーム用上部制御弁５は閉止している。このため、下流側に配置された再生弁８が誤って開動作しても、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａからの戻り油の状態は変化せず、ブーシリンダ６のピストンロッドの意図しない落下は発生しない。

　次に、ブーム用操作装置９が微操作された場合について説明する。上述したように、ブーム用上部制御弁５のＡ位置における接続ポート５ａから接続ポート５ｅへ連通する内部油路には絞りが設けられている。この絞りにより、図３に示すようにブーム下げパイロット圧力Ｐｄに応じて、ブーム用上部制御弁５の開口面積が適切に絞られている。このため、ブーム用操作装置９の微操作により、ブーム用上部制御弁５が開動作し、再生弁８が誤って開動作した場合でも、ブーム用上部制御弁５で速度調整され、ブーシリンダ６のピストンロッドの急速な落下速度増加を抑えることができる。

　図３に示す特性から、ブーム下げパイロット圧力Ｐｄが微操作相当の場合、ブーム用上部制御弁５はほとんど閉止している。ブーム下げパイロット圧力Ｐｄの増加に伴い、ブーム用上部制御弁５の開口面積が徐々に増加する。このことにより、ブーム下げ操作の操作量の状態に関わらず、ブレーキ圧力を確保でき、安全を図ることができる。

　なお、ブーム下げ操作時におけるブームシリンダ６のボトム側油室６ａからの戻り油のエネルギは、アームダンプ操作時に第１油圧ポンプ１からアームシリンダ７に入力されるエネルギより十分に大きい。このため、ブーム用上部制御弁５の内部油路に上述した絞りを設けて、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａからの戻り油の流量をある程度絞っても、アームダンプ用に使用される再生量には、ほとんど影響を与えずに、安全性と省エネ効率の向上を図ることができる。

　ところで、通常の油圧ショベルにおいては、ブームシリンダの上げ動作を行うときに、２台以上の油圧ポンプから、ブームシリンダに圧油を供給する構成が一般的に採用されている。この場合、油圧ポンプの圧油を切り換え、供給するための制御用スプールを油圧ポンプの数と同じだけ必要とする。これに対して、ブームシリンダの下げ動作を行うときに、ブームシリンダのボトム側油室から作動油タンク３０に排出される圧油を調整する制御用スプールは、１個だけ配置する場合が多い。このため、ブーム下げ動作時には制御用スプールに余分が生じる場合がある。

　本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態においては、ブーム上げ動作に必要な２個の制御用スプールを、ブーム下げ動作にも使用し、一方の１個はブーム用上部制御弁４として内部油路の絞りを安全用に用い、他方の１個はブーム用下部制御弁５として内部油路の絞りを速度調整用に用いている。この結果、余分な制御弁を追加することなく、ブーム上げ動作に必要な制御用スプールを共用するという簡易な構成で、再生弁等に電気的な故障が発生して誤って開動作した場合でも、確実にブレーキ力を確保できる作業機械の圧油エネルギ再生装置を提供できる。

　上述した、本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態によれば、再生装置を構成する再生弁８等に電気的な故障が発生して誤って開動作した場合でも、確実にブレーキ圧力を確保することができる。この結果、安全で信頼性の高い作業機械の圧油エネルギ再生装置を提供できる。

　上述した、本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第１の実施の形態によれば、ブーム下げ動作時のブームシリンダ６のボトム側油室６ａからの戻り油をアームシリンダ７等の他の油圧アクチュエータの駆動に利用するときに、ブーム用上部制御弁５により再生装置上流で戻り油を絞り調整するので、ブーム下げ操作の操作量がどのような状態であっても安全性を確保できる。このことにより、安全性と省エネ効率の向上を図ることができる。更に、ブーム上げ用の制御用スプールとブーム下げ用の制御用スプールとを共用しているので、余分なバルブを追加することなく、簡易な構成で作業機械の圧油エネルギ再生装置を提供できる。

　以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図４は本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第２の実施の形態を示す制御システムの概略図である。　
　本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第２の実施の形態において、再生装置の概略システムは、第１の実施の形態と同じであるが、再生弁８を切換電磁弁２１に置換した点が第１の実施の形態と異なる。具体的には、図４に示すように連通管路３７に３ポート２位置の電磁切換弁である切換弁２１が設けられている。切換弁２１の入口ポートには、ブーム用上部制御弁５に一端側が接続された連通管路３７の他端側が接続され、切換弁２１の第１出口ポートには、ブーム用下部制御弁４に一端側が接続された連通管路３７の他端側が接続されている。切換弁２１の第２の出口ポートには、再生管路３８の一端側が接続されていて、再生管路３８の他端側は、再生管路３８からの流出のみを許可するチェック弁１５を介して第１主管路３１に接続されている。

　切換弁２１は、コントローラ２０からの指令を受ける操作部と、ばね部とを備えていて、コントローラ２０からの指令信号がないときは、連通管路３７の圧油をブーム用下部制御弁４へ流す位置へ、指令信号によって連通管路３７の圧油を再生管路３８へ流す位置へ、いずれかの位置に切り換えることで、ブームシリンダ６からの戻り油の流路を切換えるものである。切換弁２１の２つの内部油路には、ブーム用下部制御弁４側の油路の開口面積と再生管路側３８の油路の開口面積とを調整できる可変絞り２１ａ、２１ｂがそれぞれ設けられている。

　第１の実施の形態における再生弁８の構成では、ブームシリンダ６のボトム側油室６ａから排出され連通管路３７に流入した戻り油を、ブーム用下部制御弁４と再生管路３８とに分流するため、再生流量を多くしすぎると、ブームシリンダ６から排出される戻り油の流量が多くなり、ブームシリンダ６のピストンロッドの落下速度が速くなりすぎる場合がある。

　これに対して、本実施の形態における切換弁２１の構成では、ブーム用下部制御弁４に流入する戻り油の流量を低減または０にすることにより、ブームシリンダ６から排出される戻り油を全て再生することができる。このことにより、省エネ効果をさらに向上することができる。

　さらに、再生時に電気的な故障が発生して誤ってブーム用下部制御弁４側へ流す位置に切換った場合でも、ブーム用上部制御弁５から排出される戻り油は全てブーム用下部制御弁４へ流入するため、通常のブーム下げ動作となり、ブームシリンダ６のピストンロッドの速度の急変は生じず、安全性も確保できる。

　上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

　また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第２の実施の形態によれば、切換弁２１を用いたので、省エネ効果をさらに向上させることができ、電気的な故障により再生時に不意に切換弁が切換っても、ブームシリンダ６のピストンロッドの速度の急変が生じず安全性を確保できる。

　また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第２の実施の形態によれば、切換弁２１の２つの内部油路にはそれぞれ可変絞り２１ａ、２１ｂが設けられているので、切換のショックが低減できると共に、ブームシリンダ６のピストンロッドの速度の急変を抑えることができる。この結果、操作性と安全性の向上が図れる。

　なお、本実施の形態においては、切換弁２１の２つの内部油路のいずれにも、可変絞りを設けた場合を例に説明したが、これに限るものではない。再生管路側３８の油路またはブーム用下部制御弁４側の油路のいずれかに、可変絞りを設けても良い。

　以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第３の実施の形態を示す制御システムの概略図である。　
　本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第３の実施の形態において、再生装置の概略システムは、第１の実施の形態と同じであるが、再生管路３８の他端側の第１主管路３１との接続点が、第１の実施の形態と異なる。具体的には、図５に示すようにアーム用制御弁３の入口ポート３ｃとチェック弁１４との間の配管に再生管路３８の他端側を接続している。

　第１油圧ポンプ１からの圧油と再生管路３８からの戻り油の合流先をチェック弁１４とアーム用制御弁３との間に配置したことで、アーム用操作装置１０の操作レバーが操作されていないときには、パイロット弁１０ａからパイロット圧は発生せず、アーム用制御弁３は切換えられないので、再生装置を構成する再生弁８等に電気的な故障が発生して誤って開動作した場合でも、戻り油が作動油タンク３０に排出されることがない。したがって、オペレータの意図しないブームシリンダ６のピストンロッドの落下の発生を防ぐことができる。

　上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

　また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ再生装置の第３の実施の形態によれば、第１油圧ポンプ１からの圧油と再生管路３８からの戻り油の合流先をチェック弁１４とアーム用制御弁３との間に配置したので、アーム用操作装置１０の操作レバーが操作されずアーム用制御弁３が切換えられないときに、再生弁８等に電気的な故障が発生して誤って開動作しても、戻り油が作動油タンク３０に排出されず、意図しないブームシリンダ６のピストンロッドの落下の発生を防ぐことができる。この結果、さらなる安全性の向上が図れる
　また、本発明は上述した第１乃至第３の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

　１：第１油圧ポンプ、２：第２油圧ポンプ、３：アーム用制御弁、４：ブーム用下部制御弁、５：ブーム用上部制御弁、６：ブームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）、６ａ：ボトム側油室、６ｂ：ロッド側油室、７：アームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）、７ａ：ボトム側油室、７ｂ：ロッド側油室、８：再生弁、９：ブーム用操作装置、１０：アーム用操作装置、１４：アーム用制御弁用チェック弁（逆止弁）、１５：再生管路用チェック弁、１６：ブームシリンダボトム側油室圧力センサ、１７：アームシリンダロッド側油室圧力センサ、１８：ブーム下げパイロット圧力センサ、１９：アームダンプパイロット圧力センサ、２０：コントローラ、２１：切換弁、２１ａ：可変絞り、２１ｂ：可変絞り、３０：作動油タンク、３１：第１主管路（第１油路）、３２：第２主管路（第２油路）、３３：第１管路（第３油路）、３４：第２管路、３７：連通管路（連通油路）、３８：再生管路（再生油路）。

Claims

　第１油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータとは別の油圧シリンダで構成される第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータに第１油路を介して圧油を供給する第１油圧ポンプと、作動油タンクとを備えた作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記第２油圧アクチュエータの被駆動物が自重落下するときに、前記第２油圧アクチュエータから圧油が排出される排出側に接続され、前記第２油圧アクチュエータから排出された圧油の流量を調整可能な上部制御弁と、
　前記上部制御弁と前記作動油タンクとを接続する連通油路と、
　前記連通油路に設けられ、前記上部制御弁から前記作動油タンクへ排出される圧油の流量を調整可能な下部制御弁と、
　前記連通油路の前記上部制御弁と前記下部制御弁との間の分岐点に一端側を接続し、他端側を前記第１油路に接続した再生油路とを備え、
　前記第２油圧アクチュエータから排出された圧油を前記第１油圧アクチュエータに再生可能とした
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記第２油圧アクチュエータを操作するための油圧パイロット式操作装置を更に備え、
　前記上部制御弁は、少なくとも前記油圧パイロット式操作装置で発生させたパイロット圧力に基づいて動作する
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項１または２に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記第１油圧アクチュエータを操作するための第1油圧アクチュエータ操作装置と、前記第１油路に設けられ、前記第1油圧アクチュエータ操作装置によって動作する第１油圧アクチュエータ制御弁を更に備え、
　前記第１油圧アクチュエータ制御弁は、前記第1油圧アクチュエータ操作装置が操作されていない状態では、前記第１油圧ポンプからの圧油を前記作動油タンクに連通可能とするセンタバイパス型である
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記第１油圧アクチュエータを操作するための第1油圧アクチュエータ操作装置と、前記第1油圧アクチュエータ操作装置によって動作し、前記第１油圧ポンプから前記第１油圧アクチュエータへ供給される圧油の方向と流量を調整する第１油圧アクチュエータ制御弁と、
　前記第１油圧ポンプと前記第１油圧アクチュエータ制御弁との間に設けられ、前記第１油圧アクチュエータから前記第１油圧ポンプへの圧油の逆流を防止する逆止弁を更に備え、
　前記再生油路の他端側を前記第１油圧アクチュエータ制御弁と前記逆止弁との間に接続した
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記再生油路に再生する圧油の流量を調整可能な再生弁を設けた
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項５に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記上部制御弁から排出された圧油の流出先を前記再生油路、または前記下部制御弁に切換え可能な切換弁を、前記再生弁に替えて設けた
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項６に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記切換弁は、前記再生油路の側の内部油路に可変絞りを設けた
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項６に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記切換弁は、前記下部制御弁の側の内部油路に可変絞りを設けた
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項２乃至８のいずれか１項に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記第２油圧アクチュエータに第２油路を介して圧油を供給する第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプからの圧油を前記第２油圧アクチュエータに供給する第３油路とを更に備え、
　前記上部制御弁は、前記第２油路に設けられ、
　前記下部制御弁は、前記第３油路に設けられ、
　前記第２油圧アクチュエータを操作するための油圧パイロット式操作装置にて、前記第２油圧アクチュエータの被駆動物を上昇方向に操作すると、前記第１油圧ポンプからの圧油が前記下部制御弁を介して、また、前記第２油圧ポンプからの圧油が前記上部制御弁を介して、それぞれ前記第２油圧アクチュエータに供給される
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。
　請求項２乃至８のいずれか１項に記載の作業機械の圧油エネルギ再生装置において、
　前記第２油圧アクチュエータに第２油路を介して圧油を供給する第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプからの圧油を前記第２油圧アクチュエータに供給する第３油路とを更に備え、
　前記上部制御弁は、前記第３油路に設けられ、
　前記下部制御弁は、前記第２油路に設けられ、
　前記第２油圧アクチュエータを操作するための油圧パイロット式操作装置にて、前記第２油圧アクチュエータの被駆動物を上昇方向に操作すると、前記第１油圧ポンプからの圧油が前記上部制御弁を介して、また、前記第２油圧ポンプからの圧油が前記下部制御弁を介して、それぞれ前記第２油圧アクチュエータに供給される
　ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ再生装置。