JP2011047460A - 流体圧回路、及びそれを備える建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 低い作動圧でもアクチュエータを駆動することができる流体圧回路を提供する。
【解決手段】 油圧回路１は、駆動用モータ４を備える。駆動用モータ４は、可変容量型の油圧ポンプであり、供給される作動油の量に応じた回転数で回転するようになっており、回転することで供給用ポンプ５を駆動して作動油を吐出させる。供給用ポンプ５から吐出された作動油は、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに流される。ブーム用制御弁６は、このブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに作動油の方向を切換えるようになっており、サーボ機構３０は、前記ブーム用制御弁６を介してブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに流れる作動油の過不足に応じて駆動用モータ４の容量を調整して駆動トルクを調整することによって、駆動用モータ４の回転数を制御するようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクチュエータに流体を供給するための流体圧回路に関する。

油圧ショベル及びホイルローダ等の建設機械は、バケット及びブームを動かすべくバケットシリンダ及びブームシリンダ等の油圧アクチュエータと、それら油圧アクチュエータに作動油を供給して駆動する油圧回路とを備える。流体圧回路の１つである油圧回路としては種々の構成が考えられるが、例えば特許文献１に記載の油圧回路がある。特許文献1に記載の油圧回路は、油圧アクチュエータからの戻された作動油を利用してアキュムレータに蓄圧し、蓄圧された作動油を油圧アクチュエータに供給して駆動することができるようになっている。

特開２００７−４０３９３号公報

油圧回路には、制御弁が設けられており、この制御弁によりアキュムレータから油圧アクチュエータに流れる作動油の圧力及び流量が制御されている。作動油の圧力及び流量を制御するため、制御弁では圧損を生じる。それ故、アキュムレータ内に蓄圧される油圧は、油圧アクチュエータを動かすために必要な駆動圧よりも圧損分だけ高い圧力（使用限界圧）以上の油圧でなければ、アキュムレータだけで油圧アクチュエータを動かすことができない。

しかし、油圧回路では、油圧アクチュエータからの戻り作動油により油圧モータを駆動し、この油圧モータに連結された供給用ポンプから作動油を吐出させ、この作動油をアキュムレータに蓄圧するようになっている。それ故、アキュムレータに使用限界圧以上の油圧を蓄圧することが望めない場合があり、また使用限界圧以上の油圧が蓄圧できたとしても、充分な油圧が蓄圧されず、すぐにアキュムレータ内の油圧が使用限界圧になってしまい、アキュムレータを充分活用することができないことが考えられる。仮に、高い油圧をアキュムレータに蓄圧することができたとしても、制御弁や減圧弁にて作動油を駆動圧まで減圧しなければならない。それ故、減圧によるエネルギー損失が発生し、エネルギーの無駄が生じる。

そこで、本発明は、低い作動圧でもアクチュエータを駆動することができる流体圧回路を提供することを目的としている。

また、本発明の他の目的は、エネルギーの損失が少ない流体圧回路を提供することである。

本発明の流体圧回路は、作動流体の供給量に応じた回転数で回転する可変容量型の駆動用モータと、前記駆動用モータの回転数に応じた量の作動流体を吐出する供給用ポンプと、前記供給用ポンプからアクチュエータに流れる作動流体の流量を制御する制御弁と、前記制御弁を介して前記アクチュエータに流れる作動流体の過不足に応じて前記駆動用モータの容量を調整し、該駆動用モータの駆動トルクを調整することによって、前記駆動用モータの回転数を制御するサーボ機構とを備えるものである。

本発明に従えば、駆動用モータを駆動することでアクチュエータの駆動に必要な流体圧を有する作動流体を供給用ポンプから制御弁に流すことができ、また制御弁を介してアクチュエータに流れる作動流体の過不足に応じてサーボ機構が供給用ポンプの吐出量をかえることができる。即ち、少なくとも駆動用モータを駆動できる作動流体を供給することができれば、その流体圧に係わらず、アクチュエータを駆動することができ、供給圧が低い流体圧源であってもアクチュエータを駆動することができる。また、本発明では、供給用ポンプから制御弁に必要な流体圧の作動流体を流すことができるので、供給用ポンプから吐出する作動流体を減圧する必要がなく、減圧に伴うエネルギー損失をなくすことができ、エネルギーの無駄を抑えることができる。

上記発明において、前記サーボ機構は、前記供給用ポンプの吐出圧と前記制御弁の出口圧との差圧により作動流体の過不足を検出し、その検出結果に応じて前記駆動用モータの容量を調整し、該駆動用モータの駆動トルクを調整することによって、前記駆動用モータの回転数を制御するようになっていることが好ましい。

上記構成に従えば、いわゆるロードセンシング方式によって、供給用ポンプの吐出量の制御を行うことができる。

上記発明において、前記制御弁のセンターバイパス通路の流体圧により作動流体の過不足を検出し、その検出結果に応じて前記駆動用モータの容量を調整し、該駆動用モータの駆動トルクを調整することによって、該駆動用モータの回転数を制御するようになっていることが好ましい。

上記構成に従えば、いわゆるネガティブコントロール方式によって、供給用ポンプの吐出量の制御を行うことができる。

上記発明において、前記アクチュエータから戻される作動流体により駆動する回生用流体圧モータと、前記回生用流体圧モータが回転することで作動流体を吐出する回生用流体圧ポンプと、前記回生用流体圧ポンプから吐出される作動流体により蓄圧し、蓄圧された作動流体を前記駆動用モータに供給する蓄圧手段とを更に備えることが好ましい。

上記構成に従えば、前記アクチュエータから戻される作動流体により回生用流体圧モータを駆動し、回生用流体圧ポンプから作動流体を吐出させて蓄圧手段に蓄圧し、蓄圧された作動流体を駆動用モータに供給することで、駆動用モータを駆動することができる。駆動用モータは、アクチュエータより低い流体圧でも駆動させることができるので、蓄圧手段の使用限界圧を低くすることができる。つまり、蓄圧した大半の作動流体を使用することができるので、回生エネルギーを無駄なく使用することができる。

本発明の建設機械は、上記何れかの１つの流体圧回路と、前記アクチュエータとを備えるものである。上記発明に従えば、上記のような作用を奏する建設機械を実現することができる。

本発明の流体圧回路によれば、低い作動圧でもアクチュエータを駆動することができる。

また、本発明の流体圧回路によれば、エネルギーの損失を少なくすることができる。

本発明の第１実施形態の油圧回路の回路図である。 本発明の第２実施形態の油圧回路の回路図である。

以下では、上述する図面を参照しながら、本発明の流体圧回路の第１及び第２実施形態の油圧回路１，１Ａについて説明する。

［ホイルローダ］
建設機械であるホイルローダは、走行可能な車両本体を有し、車両本体の先端部には、一対のブームが上下方向に回動可能に取り付けられている。一対のブームと車両本体との間には、いずれにも後述するブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒが架設されており、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮させることでブームが上下方向に回動するようになっている。また、ブームの先端部には、土砂等を掬うバケットが傾動可能に設けられている。バケットと車両本体との間には、後述するバケットシリンダ２１が架設されており、バケットシリンダ２１を伸縮させることでバケットが傾動（チルト）するようになっている。

このように構成されるホイルローダは、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒを駆動することでバケットを昇降することができ、またバケットシリンダ２１を駆動することでバケットを上下方向に傾動させることができる。ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケットシリンダ２１は、油圧アクチュエータであり、作動油の供給を受けて駆動するようになっている。ホイルローダには、これら３つのシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ，２１に作動油を供給すべく油圧回路１が備わっている。

＜第１実施形態の油圧回路＞
図１に示す本発明の第１実施形態の油圧回路１は、駆動用ポンプ２を備えている。駆動用ポンプ２は、いわゆる可変容量型の油圧ポンプであり、ホイルローダに備わる原動機１８、例えばエンジンの出力軸１８ａに連結されており、このエンジンの回転に応じて作動油を吐出するようになっている。駆動用ポンプ２の吐出ポート２ａには、第１逆止弁３を介してステアリング装置１０と駆動用モータ４とが並列して接続されている。ステアリング装置１０は、いわゆる操舵装置であり、図示しないステアリングハンドルを操作することで駆動用ポンプ２から作動油の供給を受けて駆動するようになっている。なお、駆動用ポンプ２の吐出容量は、後述するアキュムレータ４４に蓄圧された油圧を検出して制御するようになっており、蓄圧された油圧が高くなると、即ちアキュムレータ４４に蓄圧された作動油の量が多くなると、駆動用ポンプ２の吐出容量を少なくするよう図示しないアキュムレータ用サーボ機構で制御するようになっている。

駆動用モータ４は、可変容量型の油圧モータ、例えば斜板式油圧モータであり、後述するサーボ機構３０により容量を調整でき、容量を変更することで出力軸４ａの駆動トルクが変わり、駆動トルクを変えることによってその回転数を変えることができるようになっている。駆動用モータ４の出力軸４ａには、供給用ポンプ５が連結されている。供給用ポンプ５は、固定容量型の油圧ポンプであり、出力軸４ａの回転数に応じた量の作動油を吐出するようになっている。なお、供給用ポンプ５は、可変容量型の油圧ポンプであってもよく、例えば２段階で容量を変えることができる可変容量型の油圧ポンプを適用することができる。供給用ポンプ５の吐出ポート５ａには、ブーム用制御弁６及びバケット用制御弁７が並列で接続され、供給用ポンプ５とブーム用制御弁６との間には第２逆止弁８が設けられ、供給用ポンプ５とバケット用制御弁７との間には、第３逆止弁９が夫々設けられている。第２及び第３逆止弁８，９は、供給用ポンプ５からの作動油の流れを許容し、その逆方向の流れを遮断するようになっている。

ブーム用制御弁６は、センタークローズ型の方向切換弁であり、前述した一対のブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに繋がっている。ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒは、２つの油圧室１１ａ，１１ｂを有しており、一方の油圧室１１ａに作動油を供給して他方の油圧室１１ｂの作動油を戻すことで伸長してブームを上げ、他方の油圧室１１ｂに作動油を供給して一方の油圧室１１ａの作動油を戻すことで収縮してブームを下げるようになっている。このようにブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒは、作動油の供給先を切換えることによりブームの昇降を切換えることができ、ブーム用制御弁６は、作動油の流れる方向を切換えることで作動油の供給先を切換えるようになっている。

ブーム用制御弁６は、ブーム用スプール１２を備えている。ブーム用スプール１２は、中立位置１３と第１乃至第３オフセット位置１４，１５，１６との間を夫々移動させることができ、ブーム用スプール１２を動かすことで作動油の流れる方向を切換えることができる。ブーム用スプール１２が中立位置１３にあると、各油圧室１１ａ，１１ｂへの作動油の流れが遮断され、ブームが現状の位置にて保持される。ブーム用スプール１２を第１オフセット位置１４に移動させると、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒの一方の油圧室１１ａに作動油が流されて他方の油圧室１１ｂの作動油が戻される。これにより、ブームが上がる。ブーム用スプール１２を第２オフセット位置１５に移動させると、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒの他方の油圧室１１ｂに作動油が流されて一方の油圧室１１ａの作動油が戻される。これにより、ブームが下がる。ブーム用スプール１２を第３オフセット位置１６に移動させると、一方及び他方の油圧室１１ａ，１１ｂの作動油が戻される。これにより、ブームを自在に動かすことが可能になる。このように、ブーム用スプール１２は、位置に応じて作動油の流れを切換えることができるようになっており、ブーム用スプール１２の位置は、ブーム用操作弁１７によって変えることができる。

ブーム用操作弁１７は、いわゆるパイロット弁であり、レバー１７ａを備え、このレバー１７ａを後方に傾動させると、ブーム用スプール１２を第１オフセット位置１４へと移動させるパイロット圧ｐ１を発生し、前方に傾動させると、ブーム用スプール１２を第２オフセット位置１５へと移動させるパイロット圧ｐ２を発生するようになっている。また、ブーム用操作弁１７は、レバー１７ａの傾動量に応じたパイロット圧ｐ１，ｐ２を発生するようになっており、ブーム用スプール１２は、発生するパイロット圧に応じた位置へと移動し、その位置に応じてブーム用スプール１２の開度が制御されるようになっている。それ故、ブーム用スプール１２の開度は、レバー１７ａの傾動量に応じた開度に制御される。

バケット用制御弁７は、いわゆるセンタークローズ型の方向切換弁であり、バケットを傾動させるバケットシリンダ２１に繋がっている。バケットシリンダ２１は、２つの油圧室２１ａ，２１ｂを有し、一方の油圧室２１ａに作動油を供給して他方の油圧室２１ｂの作動油を戻すことで伸長してバケットを上に向け、他方の油圧室２１ｂに作動油を供給して一方の油圧室２１ａの作動油を戻すことで収縮してバケットを下に向けるようになっている。このように、バケットシリンダ２１は、作動油の供給先を切換えることによりバケットの向きを切換えることができるようになっており、バケット用制御弁７は、作動油の流れる方向を切換えることで作動油の供給先を切換えるようになっている。

バケット用制御弁７は、バケット用スプール２２を備えている。バケット用スプール２２は、中立位置２３と第１乃至第２オフセット位置２４，２５との間を夫々移動させることができ、バケット用スプール２２を動かすことで作動油の流れる方向を切換えることができる。バケット用スプール２２が中立位置２３にあると、各油圧室２１ａ，２１ｂへの作動油の流れが遮断され、バケットが現状の位置にて保持される。バケット用スプール２２を第１オフセット位置２４に移動させると、一方の油圧室２１ａに作動油が流され、他方の油圧室２１ｂの作動油がタンク２６に戻される。これにより、バケットが上に向く。また、バケット用スプール２２を第２オフセット位置２５に移動させると、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒの他方の油圧室２１ｂに作動油が流され、一方の油圧室２１ａの作動油が戻される。これにより、バケットが下に向く。このように、バケット用スプール２２は、位置に応じて作動油の流れを切換えることができるようになっており、バケット用スプール２２の位置は、バケット用操作弁２７によって変えることができる。

バケット用操作弁２７は、いわゆるパイロット弁であり、レバー２７ａを備え、このレバー２７ａを例えば後方に傾動させると、バケット用スプール２２を第１オフセット位置２４へと移動させるパイロット圧を発生し、前方に傾動させると、スプールを第２オフセット位置２５へと移動させるパイロット圧を発生するようになっている。また、バケット用操作弁２７は、レバー２７ａの傾動量に応じたパイロット圧を発生するようになっており、バケット用スプール２２は、発生するパイロット圧に応じた位置へと移動し、その位置に応じてバケット用スプール２２の開度が制御されるようになっている。それ故、バケット用スプール２２の開度がレバー２７ａの傾動量に応じて制御される。

このようにして構成される油圧回路１では、原動機１８が駆動すると、駆動用ポンプ２から作動油が吐出される。駆動用ポンプ２は、駆動用モータ４と共にアキュムレータ４４にも接続されており、駆動用ポンプ２から吐出された作動油は、アキュムレータ４４に蓄圧され、また駆動用モータ４に供給される。駆動用モータ４は、作動油の供給を受けて出力軸４ａを回転させる。これにより、駆動用モータ４の回転数に応じた量の作動油を供給用ポンプ５が吐出し、作動油がブーム用制御弁６及びバケット用制御弁７へと導かれる。

ここでブーム用操作弁１７のレバー１７ａを傾動させると、その傾動量に応じた開度だけブーム用スプール１２の開度が開く。これにより、作動油がブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒへと導かれ、レバー１７ａの傾動方向に応じてブームが上昇したり下降したりし、またレバー１７ａの傾動量に応じた速度でブームが動く。また、バケット用操作弁２７のレバー２７ａを傾動させると、その傾動量に応じた開度だけバケット用スプールの開度が開く。これにより、作動油がバケットシリンダ２１へと導かれ、レバー２７ａの傾動方向に応じてバケットが上を向いたり下を向いたりし、またレバー２７ａの傾動量に応じた速度でバケットが動く。

このようにして構成される油圧回路１は、低い油圧でも駆動用モータ４を駆動して供給用ポンプ５から高圧の作動油を吐出させ、この高圧の作動油によりブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケットシリンダ２１を駆動することができる。それ故、駆動用モータ４を駆動するために必要な油圧を駆動用モータ４に供給すれば、その油圧に係わらず、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケットシリンダ２１を駆動することができる。駆動用モータ４を作動させるために必要な駆動必要油圧は、駆動用モータ４の容量を大きくすれば低い油圧でも駆動トルクを大きくすることができるので、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケットシリンダ２１を駆動するのに必要な作動圧よりもかなり低くてもよい。それ故、アキュムレータ４４に蓄圧された圧油の使用限界圧を抑えることができる。

このように構成される油圧回路１には、更にサーボ機構３０及び回生機構４０が備わっている。サーボ機構３０は、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケットシリンダ２１に流れる作動油の過不足に応じて駆動用モータ４の容量を調整し、駆動トルクを調整することによって、駆動用モータ４の回転数を制御するようになっている（いわゆるロードセンシング方式）。また、回生機構４０は、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒを収縮させる際にブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒから戻される作動油を利用してエネルギーを回生するようになっている。以下では、サーボ機構３０及び回生機構４０について夫々説明する。

［サーボ機構］
サーボ機構３０は、基本的にシャトル弁３１と、切換弁３２と、サーボピストン３３とを有する。シャトル弁３１は、ブーム用制御弁６及びバケット用制御弁７に繋がっており、ブーム用制御弁６及びバケット用制御弁７から出口圧ｐ３，ｐ４が夫々入力されるようになっている。なお、出口圧ｐ３は、ブーム用スプール１２が中立位置１３及び第３オフセット位置１６にあるときにタンク圧となる。また出口圧ｐ４は、バケット用スプール２２が中立位置２３にあるときにタンク圧となる。シャトル弁３１は、入力される２つの出口圧ｐ３、ｐ４のうち高い方を油圧信号ｐ５として切換弁３２へと導く。

切換弁３２は、いわゆる方向切換弁であり、供給用ポンプ５の吐出ポート５ａ、タンク２６、及びサーボピストン３３に繋がっている。切換弁３２は、スプール３４を備えており、スプール３４は、油圧信号ｐ５と供給用ポンプ５の吐出圧ｐ６との差圧ｐｄ（＝ｐ６−ｐ５）に応じて中立位置３５と第１及び第２オフセット位置３６，３７との間を動くようになっている。

差圧ｐｄが設定差圧である場合、スプール３４は中立位置３５にあり、サーボピストン３３が供給用ポンプ５の吐出ポート５ａ及びタンク２６から遮断される。ここで、差圧ｐｄは、出口圧ｐ４より出口圧ｐ３が高い場合、ブーム用スプール１２の開度に応じて定められた絞りを通過する圧油の流量に応じて生じる圧力損失に相当する圧力であり、出口圧ｐ４より出口圧ｐ３が低い場合、バケット用スプール２２の開度に応じて定められた絞りを通過する圧油の流量に応じて生じる圧力損失に相当する圧力である。更に、設定差圧は、レバー１７ａ，２７ａの傾動量に応じて定められた絞りを通過する圧油の圧力の低下量である。差圧ｐｄが設定差圧になると、各スプール１２，２２からその開度に応じた流量が出ていることを意味する。差圧ｐｄが設定差圧より小さい（即ち、油圧信号ｐ５が高い場合）場合、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ又はバケットシリンダ２１に流れる作動油が不足し、逆に差圧ｐｄが設定差圧より大きい場合（即ち、油圧信号ｐ５が小さい場合）、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ又はバケットシリンダ２１に流れる作動油が過剰になっていることを意味している。

差圧ｐｄが設定差圧より小さい場合、作動油が不足しているため、スプール３４が第１オフセット位置３６へと移動し、サーボピストン３３が供給用ポンプ５の吐出ポート５ａに繋がる。これにより、パイロット圧ｐ７は、供給用ポンプ５の吐出圧ｐ６と等しくなる。差圧ｐｄが設定差圧より大きい場合、作動油が過剰供給であるため、スプール３４が第２オフセット位置３７へと移動し、サーボピストン３３がタンク２６に繋がる。

サーボピストン３３は、第１受圧面３３ａと第２受圧面３３ｂとを有する。第１受圧面３３ａは、切換弁３２に繋がっており、切換弁３２からのパイロット油を受圧している。また、第２受圧面３３ｂは、供給用ポンプ５の吐出ポート５ａに繋がっており、そこで受圧する油圧は、供給用ポンプ５の吐出圧ｐ６に等しくなっている。作動油を受圧する第２受圧面３３ｂは、第１受圧面３３ａより面積が小さくなっており、パイロット圧ｐ７が供給用ポンプ５の吐出圧ｐ６と等しいときには、サーボピストン３３が第１の方向（以下、単に「Ｘ１方向」ともいう）に動き、パイロット圧ｐ７がタンク２６に繋がっているときには、サーボピストン３３が第２の方向（以下、単に「Ｘ２方向」ともいう）に動く。

また、サーボピストン３３は、駆動用モータ４の斜板４ｂに連結されている。斜板４ｂは、サーボピストン３３の動きに合わせて傾動し、斜板４ｂが傾動することで駆動用モータ４の容量が変わるようになっている。駆動用モータ４は、その容量を斜板４ｂの傾斜角に応じた容量に調整するようになっている。

このように構成されるサーボ機構３０では、レバー１７ａを傾動させてブーム用スプール１２を第１又は第２オフセット位置１４，１５の方へと移動させると、ブーム用制御弁６の出口圧ｐ３がシャトル弁３１に入力され、この出口圧ｐ３が油圧信号ｐ５として切換弁３２に与えられる。切換弁３２のスプール３４は、油圧信号ｐ５（即ち、出口圧ｐ３）と吐出圧ｐ６との差圧ｐｄに応じて第１及び第２オフセット位置３６，３７の何れかの方に向かって動く。

差圧ｐｄが設定差圧より小さい場合、即ち、作動油の流量が不足している場合、スプール３４が第１オフセット位置３６の方へと動く。これにより、パイロット圧ｐ７がポンプ５の吐出圧ｐ６まで上昇し、サーボピストン３３がｘ１方向に移動する。サーボピストン３３がｘ１方向に移動することで斜板４ｂの傾動角度が大きくなり、駆動用モータ４の容量が大きくなる。これにより、駆動用モータ４の出力軸４ａの駆動トルクが大きくなり、駆動用モータ４の回転数が上がる。駆動用モータ４の回転数の上昇に伴って供給用ポンプ５の吐出量が増加し、ブーム用制御弁６に導かれる作動油が増加する。

駆動用モータ４の回転数は、差圧ｐｄが設定差圧になるまで、即ちブーム用スプール１２の流量がブーム用スプール１２の開度に応じた流量になるまで増加する。これにより、バケットの昇降速度がレバー１７ａの傾動量に応じた速度まで上げられる。

また、差圧ｐｄが設定差圧より大きい場合、即ち、作動油が過剰供給である場合、スプール３４が第２オフセット位置３７の方へと動く。これにより、パイロット圧ｐ７が下降してタンク２６と繋がり、サーボピストン３３がｘ２方向に移動する。サーボピストン３３がｘ２方向に移動することで斜板４ｂの傾動角度が小さくなり、駆動用モータ４の容量が小さくなる。これにより、駆動用モータ４の出力軸４ａのトルクが小さくなり、駆動用モータ４の回転数が下がる。駆動用モータ４の回転数の下降に伴って供給用ポンプ５の吐出量が減少し、ブーム用制御弁６に導かれる作動油が減少する。

このように、差圧ｐｄが大きい場合、供給用ポンプ５の吐出量を減少させることができる。供給用ポンプ５の吐出量は、差圧ｐｄが設定差圧になるまで、即ちブーム用スプール１２からの流量がブーム用スプール１２の開度に応じた流量になるまで減少し、バケットの昇降速度がレバー１７ａの傾動量に応じた速度まで落とされる。

また、レバー２７ａを傾動させてバケット用スプール２２を第１又は第２オフセット位置２４，２５に移動させると、バケット用制御弁６の出口圧ｐ４がシャトル弁３１に入力され、この出口圧ｐ４が油圧信号ｐ５として切換弁３２に与えられ、レバー１７ａを傾動させた場合と同様に、レバー２７ａの傾動量に応じて供給用ポンプ５からの吐出量が制御される。

このように油圧回路１がサーボ機構３０を備えることで、駆動用モータ４に供給される作動油の油圧に係わらず、ブーム用又はバケット用のスプール１２，２２の開度に応じた流量の作動油をブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ又はバケットシリンダ２１に供給し駆動することができる。

また、油圧回路１は、供給用ポンプ５からブーム用制御弁６及びバケット用制御弁７に必要な油圧の作動油を流すようになっているので、供給用ポンプ５から吐出される作動油を減圧することなく所望の油圧及び流量の作動油をブーム用制御弁６及びバケット用制御弁７に供給することができる。それ故、減圧に伴うエネルギー損失をなくすことができ、エネルギーの無駄を抑えることができる。

［回生機構］
回生機構４０は、基本的に回生用モータ４１、回生用ポンプ４２、回生用サーボ機構４３、及びアキュムレータ４４を備える。回生用モータ４１は、ブーム用制御弁６に繋がっており、ブーム用スプール１２が第２オフセット位置１５にある時にブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒから戻される作動油を受けて回転するようになっている。なお、第１及び第３オフセット位置１４，１６では、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒの作動油がタンク２６へと戻される。回生用モータ４１は、いわゆる固定容量型の油圧モータであり、その出力軸４１ａが回生用ポンプ４２に連結されている。

回生用ポンプ４２は、いわゆる可変容量型の油圧ポンプ、例えば斜板式油圧ポンプであり、その吐出ポート４２ａが駆動用モータ４、ステアリング装置１０及びアキュムレータ４４に繋がっている。また、回生用ポンプ４２には、回生用サーボ機構４３が設けられている。回生用サーボ機構４３は、回生用ポンプ４２の斜板４２ｂに取り付けられており、ブーム用操作弁１７からブーム用スプール１２に与えられるパイロット圧ｐ１に応じて斜板４２ｂを傾動させ、斜板４２ｂの傾斜角を変えるようになっている。

回生用サーボ機構４３は、パイロット圧ｐ１が低い場合、斜板４２ｂの傾斜角を大きくして回生用ポンプ４２の吐出量を大きくする。パイロット圧ｐ２が高くなるにつれて、回生用サーボ機構４３は、斜板４２ｂの傾斜角を小さくし、回生用ポンプ４２における負荷を小さくしている。これにより、回生用ポンプ４２における負荷がブームの下降の妨げとなり、ブームの下降速度が極端に下がることを防いでいる。つまり、ブームの下降速度が速い場合は、その速度が維持できるようにエネルギーの回生効率を下げている。逆に、ブームの下降速度が遅い場合は、斜板４２ｂの傾斜角を大きくして回生用ポンプ４２の吐出量を大きくして、できるだけ多くのエネルギーを回生するようにしている。この際、エネルギーは、回生用ポンプ４２から吐出される作動油として回収される。この作動油は、駆動用モータ４及びステアリング装置１０と共に、駆動用ポンプ２と駆動用モータ４との間に接続されるアキュムレータ４４へと導かれる。

蓄圧手段であるアキュムレータ４４は、駆動用ポンプ２及び回生用ポンプ４２から吐出される作動油を蓄圧し、蓄圧した作動油を駆動用モータ４及びステアリング装置１０へと供給する。駆動用モータ４は、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケットシリンダ２１よりも低い油圧で駆動させることができるので、アキュムレータ４４の使用限界圧を低くすることができる。つまり、蓄圧した大半の作動油を使用することができるので、回生エネルギーを無駄なく使用することができる。

＜第２実施形態の油圧回路＞
以下では、図２を参照しつつ第２実施形態の油圧回路１Ａについて説明する。第２実施形態の油圧回路１Ａは、第１実施形態の油圧回路１と構成が類似している。そこで、以下の説明では、第２実施形態の油圧回路１Ａの構成について、第１実施形態の油圧回路１の構成と類似している点については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる点についてだけ説明する。油圧回路１Ａに備わる供給用ポンプ５の吐出ポート５ａには、バケット用制御弁７Ａが接続され、更にそのバケット用制御弁７Ａに直列してブーム用制御弁６が接続されている。

バケット用制御弁７Ａは、バケットシリンダ２１に繋がっている。バケット用制御弁７Ａは、バケット用スプール２２Ａを有しており、バケット用スプール２２Ａは、バケット用操作弁２７のレバー２７ａの傾動に応じて中立位置２３と第１及び第２オフセット位置２４，２５との間を移動するようになっている。バケット用スプール２２Ａは、第１実施形態のバケット用スプール２２と同様に位置を変えることによりバケットシリンダ２１に流れる作動油の方向を切換えることができる。

また、バケット用制御弁７Ａは、いわゆるノーマルオープン型の方向切換弁であり、バケット用スプール２２Ａにセンターバイパス通路２２ａが形成されている。センターバイパス通路２２ａは、バケット用スプール２２Ａが中立位置２３にある時に供給用ポンプ５からの作動油をブーム用制御弁６Ａに流すようになっており、中立位置２３から第１又は第２オフセット位置２４，２５にブーム用スプール１２Ａを移動させることでその開度が絞られる。センターバイパス通路２２ａの開度を絞る絞り要素２２ｂは、中立位置から第１又は第２オフセット位置１４，１５への移動量に応じて前記開度を調整し、ブーム用制御弁６Ａに流れる作動油の量を制御する。即ち、センターバイパス通路２２ａからブーム用制御弁６Ａに流れる作動油の量は、レバー２７ａの傾動量に応じて制御される。

ブーム用制御弁６Ａは、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに繋がっている。ブーム用制御弁６Ａは、ブーム用スプール１２Ａを有しており、ブーム用スプール１２Ａは、ブーム用操作弁１７のレバー１７ａの傾動に応じて中立位置１３と第１乃至第３オフセット位置１４，１５，１６との間を夫々移動するようになっている。ブーム用スプール１２Ａは、第１実施形態のブーム用スプール１２と同様に位置を変えることにより、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに流れる作動油の方向を切換えることができる。

また、ブーム用制御弁６Ａは、いわゆるノーマルオープン型の方向切換弁であり、ブーム用スプール１２Ａにセンターバイパス通路１２ａが形成されている。センターバイパス通路１２ａは、ブーム用スプール１２Ａが中立位置にある時にバケット用制御弁７Ａからの作動油を絞り部材５１に流すようになっており、中立位置１３から第１又は第２オフセット位置１４，１５にブーム用スプール１２Ａを移動させることでその開度が絞られる。センターバイパス通路１２ａの開度を絞る絞り要素１２ｂは、中立位置１３から第１又は第２オフセット位置１４，１５への移動量に応じて前記開度を調整し、その下流側に設けられる絞り部材５１に流れる作動油の量を制御する。即ち、センターバイパス通路１２ａから絞り部材５１に流れる作動油は、レバー１７ａの傾動量に応じて制御される。

バケット用制御弁７Ａの下流側には、絞り部材５１が設けられており、その下流側には、タンク２６が繋がっている。また、絞り部材５１をバイパスするようにリリーフ弁５２が設けられている。絞り部材５１は、バケット用制御弁７Ａからタンク２６に流れる作動油を規制し、絞り部材５１の上流側で圧力を発生させる。この圧力が予め定められた設定圧力以上になると、リリーフ弁５２が開き、作動油をタンク２６に流すようになっている。また、絞り部材５１の上流側で発生した圧力は、油圧信号ｐ５としてサーボ機構３０Ａに入力される。サーボ機構３０Ａは、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケットシリンダ２１に流れる作動油の過不足に応じて駆動用モータ４の容量を調整し、駆動トルクを制御することによって駆動用モータ４の回転数を制御するようになっている（いわゆるネガティブコントロール方式）。

サーボ機構３０Ａは、切換弁３２Ａと、サーボピストン３３とを有する。切換弁３２Ａは、スプール３４Ａを有し、このスプール３４Ａがばね部材５３により付勢されている。このばね部材５３に抗するように油圧信号ｐ５がスプール３４Ａに作用しており、スプール３４Ａは、油圧信号ｐ５に応じて中立位置３５と第１及び第２オフセット位置３６，３７との間を動くようになっている。

スプール３４Ａは、中立位置３５でサーボピストン３３を供給用ポンプ５の吐出ポート５ａ及びタンク２６から遮断する。ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケット２１の何れかに流れる作動油が過剰になって油圧信号ｐ５が高くなると、スプール３４Ａは、第１オフセット位置３６に移動し、サーボピストン３３がタンク２６に繋がる。これにより、パイロット油がタンクへと戻され、パイロット圧ｐ７が下がることで、サーボピストン３３がｘ２方向に移動して駆動用モータ４の容量が小さくなる。これにより、駆動用モータ４の駆動トルクが小さくなって回転数が低下し、供給用ポンプ５からの吐出量が減少する。そうすることで、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに供給される作動油の流量をレバー１７ａの傾動量に応じた流量にすることができる。

ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒ及びバケット２１の何れかに流れる作動油が不足して油圧信号ｐ５が低くなると、スプール３４Ａは、第２オフセット位置３７に移動し、サーボピストン３３が供給用ポンプ５の吐出ポート５ａに繋がる。これにより、ポンプ５の吐出圧ｐ６が切換弁３２Ａからサーボピストン３３に導かれ、サーボピストン３３がｘ１方向に移動して駆動用モータ４の容量が大きくなる。これにより、駆動用モータ４の駆動トルクが大きくなって回転数が増加し、供給用ポンプ５からの吐出量が増加し、ブームシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに供給される作動油の流量をレバー１７ａの傾動量に応じた流量にすることができる。

このように構成される油圧回路１Ａは、第１実施形態の油圧回路１と同様の作用効果を奏する。

上述する２つの実施形態では、ブーム及びバケットを備えるホイルローダに油圧回路１を適用した場合について説明したが、油圧回路１，１Ａを適用するものは、油圧ショベル等の他の建設機械であってもよい。また、ホイルローダに搭載される油圧アクチュエータは、ブーム用及びバケット用シリンダ１１Ｌ，１１Ｒ，２１に限定されず、ホイルローダに装着されるアタッチメントに応じて追加してもよい。また、走行のための静油圧トランスミッション（ＨＴＳ）用油圧回路を追加してもよい。その場合、油圧回路１，１Ａは、追加された油圧アクチュエータに対しても作動油を供給し、その油圧アクチュエータに流れる作動油の過不足に応じて駆動用モータ５の回転数を制御するようになっている。

また、上述する２つの実施形態では、回生用モータ４１に固定容量型の油圧モータを採用しているが、回生用モータ４１に可変容量型の油圧モータを採用してもよい。この場合、回生用ポンプ４２に固定容量型の油圧ポンプを採用し、回生用サーボ機構４３により回生用モータ４１の容量を調整するようにすることが好ましい。更に、上述する２つの実施形態では、作動流体として油を用いているが、水やグリコール等であってもよい。

なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

以上のように、本発明は、油圧アクチュエータに流体を供給するための油圧回路に適用することができ、特に位置エネルギーや運動エネルギーを回生使用する油圧回路に好適である。

１，１Ａ 油圧回路
２ 駆動用ポンプ
４ 駆動用モータ
５ 供給用ポンプ
６，６Ａ ブーム用制御弁
７，７Ａ バケット用制御弁
１１Ｌ，１１Ｒ ブームシリンダ
１２ａ センターバイパス通路
２１ バケットシリンダ
２２ａ センターバイパス通路
３０，３０Ａ サーボ機構
４１ 回生用モータ
４２ 回生用ポンプ
４４ アキュムレータ
５１ 絞り部材

Claims (5)

1. 作動流体の供給量に応じた回転数で回転する可変容量型の駆動用モータと、
   前記駆動用モータの回転数に応じた量の作動流体を吐出する供給用ポンプと、
   前記供給用ポンプからアクチュエータに流れる作動流体の流量を制御する制御弁と、
   前記制御弁を介して前記アクチュエータに流れる作動流体の過不足に応じて前記駆動用モータの容量を調整し、該駆動用モータの駆動トルクを調整することによって、前記駆動用モータの回転数を制御するサーボ機構とを備えることを特徴とする流体圧回路。
2. 前記サーボ機構は、前記供給用ポンプの吐出圧と前記制御弁の出口圧との差圧により作動流体の過不足を検出し、その検出結果に応じて前記駆動用モータの容量を調整し、該駆動用モータの駆動トルクを調整することによって、前記駆動用モータの回転数を制御するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧回路。
3. 前記サーボ機構は、前記制御弁のセンターバイパス通路の流体圧により作動流体の過不足を検出し、その検出結果に応じて前記駆動用モータの容量を調整し、て該駆動用モータの駆動トルクを調整することによって、前記駆動用モータの回転数を制御するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧回路。
4. 前記アクチュエータから戻される作動流体により駆動する回生用流体圧モータと、
   前記回生用流体圧モータが回転することで作動流体を吐出する回生用ポンプと、
   前記回生用流体圧ポンプから吐出される作動流体により蓄圧し、蓄圧された作動流体を前記駆動用モータに供給する蓄圧手段とを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の流体圧回路。
5. 前記１乃至４の何れか１つに記載の流体圧回路と、
   前記アクチュエータとを備えることを特徴とする建設機械。

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