JP4703362B2 - 駆動機構兼用発電装置 - Google Patents

Description

この発明は、アクチュエータの慣性エネルギーや位置エネルギーを利用して油圧モータを駆動するとともに、この油圧モータの回転力で発電機を回す駆動機構兼用発電装置に関する。

この種の装置として、特許文献１に記載された装置が従来から知られている。この従来の装置は、アクチュエータに慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したときに、戻り側となる通路に、オンオフ的に切り換わる切換弁を設けている。そして、この切換弁がノーマル位置にあるとき、アクチュエータの戻り油が、この切換弁を経由してタンクに還流する。また、上記切換弁がノーマル位置から切り換え位置に切り換わったときには、上記慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したアクチュエータの戻り油が油圧モータに導かれるようにしている。そして、この油圧モータには発電機が連結されていて、上記戻り油で油圧モータが回転したとき、その回転力で発電機が回って発電される。
特開２００４−１１１６８号

上記のようにした従来の装置では、切換弁を上記切り換え位置からノーマル位置に切り換えたとき、言い換えると、切換弁を切り換え位置に保持して、油圧モータを駆動している最中に、切換弁を急遽ノーマル位置に戻して、アクチュエータを通常の制御に戻そうとしたとき、発電機に連結した油圧モータ側で負圧が発生してしまう。なぜなら、切換弁をノーマル位置に切り換えたとしても、油圧モータや発電機の慣性エネルギーが大きいために、それらがすぐに停止しないからである。特に、発電機の慣性エネルギーは大きいので、この発電機に連結した油圧モータが急に停止できずに、その吸い込み側で負圧が発生してしまう。

上記のように油圧モータの吸い込み側が負圧になると、そこにキャビテーションが発生するが、このキャビテーションが原因で、騒音が発生したり、油圧モータの摺動部に損傷が生じたりする。そこで、負圧を発生させないようにするために、例えば、アクチュエータを制御する切換制御弁をゆっくりと切り換えることも考えられるが、これでは、アクチュエータを歯切れよく制御できなくなってしまう。いずれにしても、従来の装置では、キャビテーションが発生しやすいという問題があり、その問題をオペレータの操作能力でカバーしようとすると、今度は歯切れのよい制御ができなくなるという問題があった。

また、油圧モータおよび発電機を止めようとして、切換弁をノーマル位置に切り換えても、上記のように発電機の慣性エネルギーが非常に大きいので、それがなかなか停止しない。油圧モータや発電機が停止するまでに時間がかかりすぎれば、油圧モータの吸い込み側における負圧がさらに大きくなってしまう。したがって、切換弁をノーマル位置に切り換えたときには、油圧モータや発電機を速やかに停止させなければならないが、短時間で上記エネルギーを吸収しようとすると、発電機を大型化しなければならない。

なぜなら、上記慣性エネルギーを吸収するために、発電機が、そのエネルギーを電気変換という形で吸収しなければならないので、エネルギーの吸収時間を短くしようとすれば、発電機を大型化せざるを得ないからである。ところが、発電機を大型化すれば、今度は発電機の慣性エネルギーがますます大きくなるということになり、慣性エネルギーを短時間で吸収するということと、発電機を小型に保つということとは、二律背反的な関係になってしまい、従来の装置ではそれらを一気に解決することができなかった。

さらに、アクチュエータに慣性エネルギーが作用したときに戻り側となる通路を上記のように油圧モータに接続したときと、それを油圧モータに接続せずに切換制御弁を介して直接タンクに戻す場合とで、アクチュエータの作動速度が相違することがある。このようにアクチュエータの作動速度が相違すると、オペレータにとっては、それが操作感の違いとして印象づけられてしまい、その違和感が操作性を悪くするという問題もあった。

第１の発明は、ポンプ兼用油圧モータと、このポンプ兼用油圧モータに連結したモータ兼用発電機とを備えるとともに、上記ポンプ兼用油圧モータに切換弁を接続し、この切換弁に設けた第１〜第５ポートのうち、第１ポートを上記ポンプ兼用油圧モータの一方の側に接続し、第２ポートをポンプ兼用油圧モータの他方の側に接続し、第３ポートをアクチュエータに接続し、第４ポートをタンクに接続し,第５ポートをロードチェック弁を介してアクチュエータに接続し、上記切換弁を発電モードに切り換えたとき、第５ポートを閉じる一方、上記第１ポートと第３ポートとを連通するとともに、第２ポートと第４ポートとを連通して、アクチュエータからの戻り流れを、第３ポートから第１ポートを経由してポンプ兼用油圧モータに導き、このポンプ兼用油圧モータから排出される戻り流れを、上記切換弁の第２ポートから第４ポートを介してタンクに還流させ、上記切換弁をアクチュエータ駆動モードに切り換えたとき、第３ポートを閉じる一方、第１ポートと第５ポートとを連通し、第２ポートと第４ポートとを連通し、モータ兼用発電機を駆動源として回転するポンプ兼用油圧モータには、第４ポートから第２ポートを経由してタンクから吸い込まれた作動油を吸い込ませるとともに、そのポンプ兼用油圧モータからの吐出油は、第１ポートから第５ポートを経由してアクチュエータに供給する構成にした点に特徴を有する。

第２の発明は、ポンプ兼用油圧モータと、このポンプ兼用油圧モータに連結したモータ兼用発電機とを備えるとともに、上記ポンプ兼用油圧モータに切換弁を接続し、この切換弁に設けた第１〜第４ポートのうち、第１ポートを上記ポンプ兼用油圧モータの一方の側に接続し、第２ポートをポンプ兼用油圧モータの他方の側に接続し、第３ポートをアクチュエータに接続し、第４ポートをタンクに接続する一方、上記第１ポートとポンプ兼用油圧モータの一方の側とを接続する流路過程にチェック制御弁を設け、このチェック制御弁は、一方の切り換え位置において上記一方の側の流路を自由流れとし、他方の切り換え位置においてポンプ兼用油圧モータからアクチュエータへの流通のみを許容するチェック機能を備え、上記切換弁は、第１ポートと第３ポートとを連通させ、かつ、第２ポートと第４ポートとを連通させる作動位置と、第１ポートと第３ポートとの連通を遮断し、かつ、第２ポートと第４ポートとを絞り開度を維持して連通させる非作動位置とに切り換え可能にし、発電モードにおいて、切換弁を作動位置に保って、チェック制御弁を上記一方の切り換え位置に切り換え、アクチュエータ駆動モードにおいて、切換弁を作動位置に保って、チェック制御弁を上記他方の位置に切り換える構成にした点に特徴を有する。

第３の発明は、一ポンプ兼用油圧モータと、このポンプ兼用油圧モータに連結したモータ兼用発電機とを備えるとともに、上記ポンプ兼用油圧モータに一対の切換弁を接続し、一方の切換弁は第１ポートと第３ポートとを備え、上記第１ポートをポンプ兼用アクチュエータの一方の側に接続し、第３ポートをアクチュエータに接続してなり、他方の切換弁は、第２ポートと第４ポートとを備え、第２ポートをポンプ兼用アクチュエータの他方の側に接続し、第４ポートをタンクに連通してなり、しかも、一方の切換弁は、発電モードにおいてアクチュエータとポンプ兼用油圧モータとの間の流れを自由流れ位置と、アクチュエータ駆動モードにおいてポンプ兼用油圧モータからアクチュエータへの流通のみを許容する規制流れ位置とに切り換え可能にし、他方の切換弁は、発電モードおよびアクチュエータ駆動モードのいずれの場合にも第２ポートと第４ポートとを自由流れの状態を保つ自由流れ位置と、ポンプ兼用油圧モータの非作動時に第２ポートと第４ポートとを絞り開度を維持して連通させる絞り位置とに切り換え可能にした点に特徴を有する。

第４の発明は、上記切換弁の第１ポートとポンプ兼用油圧モータの一方の側とを接続する一方の流路と、第２ポートとポンプ兼用油圧モータの他方の側とを接続する他方の流路との間には、上記一方の流路の最高圧を制御するリリーフ弁を設けた点に特徴を有する。

第５の発明は、上記切換弁の第１ポートに接続した上記一方の流路と、第２ポートに接続した上記他方の流路との両方に、補給流路を接続するとともに、補給流路と上記一方の流路への流路過程に、補給流路から上記一方の流路への流通のみを許容するチェック弁を設け、補給流路と上記他方の流路への流路過程に、補給流路から上記他方の流路への流通のみを許容するチェック弁を設けた点に特徴を有する。

第６の発明は、切換弁の上記第１ポートとポンプ兼用油圧モータの一方の側とを接続する上記一方の流路と、第２ポートとポンプ兼用油圧モータの他方の側とを接続する上記他方の流路との間に、短絡流路を設け、この短絡流路に上記他方の流路から一方の流路に流れる流れのみを許容するチェック弁とを設けた点に特徴を有する。

第７の発明は、アクチュエータを制御する切換制御弁が、上記アクチュエータに慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したときに戻り側となる通路に、当該切換制御弁の切り換え量に応じて開度が変化する絞りを設け、この絞りを設けた上記通路と上記切換弁の第３ポートとを接続する一方、この切換弁は、上記切換制御弁と同期して切り換わるとともに、上記アクチュエータからの戻り流量Ｑｃのうち、絞りを通過する流量Ｑｔ以外の流量Ｑｍを上記ポンプ兼用油圧モータに流れる構成にし、上記切換制御弁の上記絞りを通過してタンクに流れる流量Ｑｔと、上記切換弁を通過して油圧モータに流れる流量Ｑｍとの合計流量が、アクチュエータの戻り制御に必要とされる流量Ｑｃに等しくなる構成にした点に特徴を有する。

第１〜３の発明によれば、ポンプ兼用油圧モータを、発電機を回す駆動源としたり、あるいはアクチュエータを駆動するための駆動源としたりすることができる。

また、切換弁を中立位置に切り換えてポンプ兼用油圧モータを停止させようとしたとき、第２ポートと第４ポートとの連通過程には絞り開度が保たれるので、慣性エネルギーで回転し続けるポンプ兼用油圧モータからの吐出油が上記絞り開度を介してタンクに戻されることになる。このように慣性エネルギーで回転し続けるポンプ兼用油圧モータからの吐出油がタンクに戻されるので、停止時にポンプ兼用モータにショックが発生しない。

さらに、上記ポンプ兼用油圧モータからアクチュエータに連通する流路過程にロードチェック弁を設けたので、ポンプ兼用油圧モータがポンプとして機能するとき、そのポンプ吐出圧が十分に確保されない状態でも、アクチュエータの作動油が逆流することはなくなる。そして、ポンプ兼用油圧モータのポンプ吐出圧が所定の圧力以上になったとき、当該ポンプ吐出油がアクチュエータに供給されることになる。

第４の発明によれば、一方の流路と他方の流路との間に、リリーフ弁を設けたので、ポンプ兼用油圧モータを、油圧モータとして利用するときにも、ポンプとして利用するときにも、それらの最高圧を上記リリーフ弁で制御することができる。

第５の発明によれば、両方の流路に補給流路を接続したので、例えば、切換弁を中立位置に切り換えた状態で、ポンプ兼用油圧モータが慣性エネルギーで回転したとしても、上記補給流路から不足分の作動油を補給できる。したがって、上記一方の流路側で負圧が発生したりせず、当然のこととして、その負圧が原因となって発生するキャビテーションや、ポンプ兼用油圧モータの損傷等の問題も発生しない。また、ポンプ兼用油圧モータがポンプ機能を発揮しているときにも、その吸い込み側において負圧が発生したりしない。

第６の発明によれば、一方の流路と他方の流路とを短絡させることができるので、自ら排出した作動油を吸い込み側に戻すことができる。しかも、第５の発明の補給流路とも相まって、切換弁が中立状態にあるとき、ポンプ兼用油圧モータおよびモータ兼用発電機が慣性エネルギーで回転し続けても、ポンプ兼用油圧モータの吸い込み側に負圧が発生したりしない。したがって、従来のようにキャビテーションが発生せず、しかも、このキャビテーションが原因となっていた騒音や油圧モータの損傷などという問題も発生しない。

また、ポンプ兼用油圧モータが慣性エネルギーによって回転し続けても問題ないので、目的に応じた大きさのモータ兼用発電機を自由に選択できる。例えば、従来の装置で、大きな慣性エネルギーを短時間で吸収しようとすれば、その分、大きな発電機を用いなければならない。しかし、大きな発電機はさらに慣性エネルギーが大きくなるので、採用できる発電機の大きさには限界があった。しかし、この発明によれば、油圧モータおよび発電機の大きさにかかわりなく慣性エネルギーを吸収できるので、発電機の大きさを選択する設計の自由度が大幅に増すことになる。

第７の発明によれば、制御機構によって、アクチュエータに接続した切換制御弁を通過してタンクに流れる流量Ｑｔと、上記切換弁を通過してポンプ兼用油圧モータに流れる流量Ｑｍとの合計流量が、アクチュエータの戻り制御に必要とされる流量Ｑｃに等しくなるので、ポンプ兼用油圧モータに流量を供給する必要がない場合のアクチュエータの作動速度を保つことができる。したがって、モータ兼用発電機を駆動しているときにも、オペレータは違和感なくアクチュエータを操作することができる。

図１に示した第１実施形態は、この発明のアクチュエータであるシリンダ１に、３位置４ポート弁である切換制御弁２を接続したもので、そのポンプポート２ａをポンプＰに接続し、タンクポート２ｂをタンクＴに接続している。また、一対のアクチュエータポート２ｃ，２ｄのうち、一方のアクチュエータポート２ｃを、通路３を介してシリンダ１のロッド側室１ａに接続し、他方のアクチュエータポート２ｄを、通路４を介してピストン側室１ｂに接続している。

上記のようにした切換制御弁２は、図示の中立位置にあるとき、各ポート２ａ〜２ｄのすべてを閉じた状態に保つ。そして、切換制御弁２が、図面左側位置に切り換わったとき、ポンプポート２ａとアクチュエータポート２ｄとが連通し、タンクポート２ｂとアクチュエータポート２ｃとが連通する。したがって、ポンプＰの吐出油は、シリンダ１のピストン側室１ｂに供給され、シリンダ１を伸長させるとともに、ロッド側室１ａからの戻り油は、タンクＴに返戻される。また、切換制御弁２を図面右側位置に切り換えると、今度は、上記ピストン側室１ｂがタンクＴに連通し、ロッド側室１ａがポンプＰに連通することになり、シリンダ１を収縮させる。

なお、この第１実施形態におけるシリンダ１は、そのピストン側室１ｂを下にした状態で設置される。したがって、ピストン側室１ｂをタンクＴに連通して、シリンダ１を収縮させるとき、このシリンダ１に作用している負荷によって、当該シリンダ１に慣性エネルギーや位置エネルギーが作用するとともに、このときには、通路４が戻り側の通路ということになる。また、当然のこととして、ピストン側室１ｂをポンプＰに連通させたときには、シリンダ１はそれに作用している負荷を上昇させることになるので、当該シリンダ１には負荷による慣性エネルギーや慣性エネルギーは作用しない。

上記のようにした切換制御弁２を制御するのが、パイロット制御機構５である。このパイロット制御機構５は、その操作レバー５ａを操作することによって、切換制御弁２のいずれか一方のパイロット室にパイロット圧を導き、そのパイロット圧で切換制御弁２を上記のように切り換えるようにしている。

そして、上記シリンダ１が収縮動作するとき、その負荷に応じた慣性エネルギーや位置エネルギーが作用すること上記の通りであるが、このようにシリンダ１に慣性エネルギーが作用するときに戻り側となる通路４には、３位置５ポート弁である切換弁Ｓを接続している。このようにした切換弁Ｓは、第１〜５ポート６〜１０を備えるとともに、第１ポート６は、モータ兼用発電機Ｇの動力源であるポンプ兼用油圧モータＭに対して供給側となる第１流路１１に接続している。また、第２ポート７は、上記ポンプ兼用油圧モータＭに対して戻り側となる第２流路１２に接続し、第３ポート８は接続通路１３を介して前記通路４に接続し、第４ポート９は接続通路１４を介してタンクＴに接続し、第５ポート１０は、ロードチェック弁１５を介して接続通路１３に接続している。なお、このロードチェック弁１５は第５ポート１０から接続通路１３への流通のみを許容するものである。

上記のようにした切換弁Ｓは、その両側にパイロット室１６，１７とセンタリングスプリング１８，１９とを設けている。そして、上記一方のパイロット室１６はパイロット制御機構５に連通させ、切換制御弁２を図面左側に切り換えたとき、言い換えると、ポンプＰの吐出油をシリンダ１のピストン側室１ｂに供給するとき、上記パイロット室１６にパイロット圧が作用するようにしている。また、他方のパイロット室１７は、パイロット圧制御弁２０を接続しているが、このパイロット圧制御弁２０は、ソレノイド２０ａの励磁電流に応じてパイロット圧を制御するものである。したがって、パイロット圧制御弁２０は上記ソレノイド２０ａに印可された励磁電流に応じたパイロット圧を、上記パイロット室１７に導くとともに、このパイロット圧の大きさに応じて切換弁Ｓが切り換わることになる。

上記のようにした切換弁Ｓは、通常は、センタリングスプリング１８，１９の作用で、図示の中立位置を保つが、切換弁Ｓが中立位置にあるとき、第１，３，５ポート６，８，１０が閉じられ、第２，４ポート７，９が絞り開度を保って連通する。そして、シリンダ１のピストン側室１ｂにポンプＰの吐出油を供給するために、切換制御弁２を図面左側位置に切り換えると、それにともなって切換弁Ｓも、上記中立位置から図面上側位置であるアクチュエータ駆動モードに切り換えられる。このように切換弁Ｓがアクチュエータ駆動モードに切り換えられると、第１ポート６と第５ポート１０とが連通し、第２ポート７と第４ポート９とが連通する。なお、このときには、第３ポート８は閉じられた状態を保つ。

また、他方のパイロット室１７にパイロット圧が作用すると、切換弁Ｓは図面下側位置である発電モードに切り換わり、第５ポート１０を閉じるとともに、第１ポート６と第３ポート８とを連通させ、第２ポート７と第４ポート９とを連通させる。ただし、このときの上記各ポートの連通開度は、上記したようにソレノイド２０ａの励磁電流に応じて制御されるものである。なお、このソレノイド２０ａの励磁電流と、前記したパイロット制御機構５の操作レバー５ａの操作量とが同期するように、図示していないコントローラが制御している。

また、上記第１流路１１と第２流路１２との間には、それら両者を短絡させる短絡流路２１を設けるとともに、この短絡流路２１には、第２流路１２から第１流路１１への流れのみを許容するチェック弁２２を設けている。

さらに、上記第１流路１１と第２流路１２との間には、リリーフ弁２３を設けているが、このリリーフ弁２３は第１流路１１の最高圧を制御するものである。また、上記第１，２流路１１，１２には、補給流路２４を接続し、タンクＴから不足流量を吸い込めるようにしている。なお、図中符号２５，２６は補給流路２４に設けたチェック弁で、チェック弁２５はタンクＴから第１流路１１への流通のみを許容し、チェック弁２６はタンクＴから第２流路１２への流通のみを許容するものである。

次に、この第１実施形態の作用を説明する。今、切換制御弁２を図示の中立位置に保った状態から、パイロット制御機構５の操作レバー５ａを操作して、切換制御弁２を図面右側位置に切り換えたとすると、ポンプＰの吐出油がロッド側室１ａに供給されるが、ピストン側室１ｂからの排出油は、タンクＴに戻される。ただし、このときには、切換制御弁２のアクチュエータポート２ｄとタンクポート２ｂとの間には、絞り２７が形成されるようにしているが、この絞り２７の開度は、切換制御弁２の切り換えストロークに応じて変化するようにしている。

また、上記のように切換制御弁２が図面右側位置に切り換わると、切換弁Ｓが図面下側位置である発電モードに切り換わる。このとき、図示していないコントローラは、切換制御弁２の切り換え量、すなわち絞り２７の開度に応じて、ソレノイド２０ａに供給する励磁電流を制御する。したがって、切換弁Ｓの発電モードにおける切り換え量は、上記絞り２７の開度に応じて制御されることになるが、その切り換え量は次のようにして制御される。

すなわち、上記切換制御弁２を通過してタンクＴに流れる流量Ｑｔと、上記切換弁Ｓを通過して油圧モータＭに供給される流量Ｑｍとの合計流量が、シリンダ１の戻り制御に必要とされる流量Ｑｃに等しくなるようにしている。言い換えると、シリンダ１からの戻り流量の全量Ｑｃが、上記絞り２７を通過する流量Ｑｔと、切換弁Ｓを通過する流量Ｑｍとの合計流量になるように制御される。このように流量が制御されることによって、ポンプ兼用油圧モータＭとモータ兼用発電機Ｇとを設けた場合と、それを設けなかった場合とで、オペレータが感覚するシリンダ１の操作感がほとんど違わなくなるといった効果が期待できる。

上記のようにして切換弁Ｓが、発電モードに切り換わると、上記シリンダ１からの戻り流量は切換制御弁２の絞り２７で絞られ、上記戻り流量のうち絞り２７を通過する以外の圧油が、第１流路１１に導かれるので、ポンプ兼用油圧モータＭがその圧力で回転してモータ兼用発電機Ｇを回し、発電機能を発揮させる。なお、このモータ兼用発電機Ｇには、図示していないバッテリーを接続し、その発電した電力を蓄電できるようにしている。そして、上記の状態から、切換制御弁２を図示の中立位置に戻すと、シリンダ１が停止するとともに、図示していないコントローラが機能して、パイロット圧制御弁３５の励磁電流をゼロに設定し、切換弁Ｓを、図示の中立位置に復帰させる。

切換弁Ｓが、上記のように中立位置に復帰すれば、ポンプ兼用油圧モータＭへの圧油の供給が断たれるので、ポンプ兼用油圧モータＭは停止しようとするが、ポンプ兼用油圧モータＭおよびモータ兼用発電機Ｇの慣性エネルギーによって、ポンプ兼用油圧モータＭは、上記慣性エネルギーが吸収されるまで回転し続ける。このように油圧モータＭが慣性エネルギーで回転し続けると、当該ポンプ兼用油圧モータＭは、実質的にポンプ作用をする。したがって、第１流路１１側から作動油を吸い込んで、第２流路１２側に作動油を吐出するが、上記したように、切換弁Ｓの第１ポート６と第３ポート８との連通が遮断されているので、ポンプ兼用油圧モータＭは、第１流路１１から十分に作動油を吸い込むことができない。

しかし、このときには、ポンプ兼用油圧モータＭから第２流路１２側に吐出された作動油が、短絡通路２１を介して、圧力が低くなっている第１流路１１側に返戻される。しかも、補給流路２４からも、タンクＴの作動油が補給されるので、ポンプ兼用油圧モータＭの吸い込み側において、負圧が発生せず、その負圧が原因となってキャビテーションが発生するという問題は解消されることになる。

また、例えば、シリンダ１を伸長させたりあるいは収縮させたりする動作を、短時間で繰り返すことがあるが、このような動作を短時間で繰り返すと、切換弁Ｓも実質的にオンオフ動作を繰り返すことになる。しかし、慣性エネルギーの大きなモータ兼用発電機Ｇと連結したポンプ兼用油圧モータＭは、短時間で停止と駆動を繰り返すことができないが、この実施形態では、切換弁Ｓが、短時間でオンオフを繰り返しても、発電機Ｇの慣性エネルギーを吸収することができるとともに、第１流路１１側に負圧も発生せず、当然のこととしてキャビテーションも発生しない。

しかも、切換弁Ｓが、図示の中立位置に急に切り換わったとしても、第２ポート７と第４ポート９とは、絞り開度を維持して連通するので、ポンプ兼用油圧モータＭにショックが発生することもない。

一方、上記切換制御弁２を図面左側位置に切り換えて、シリンダ１のピストン側室１ｂにポンプＰの吐出油を供給すると、そのときの切換制御弁２を切り換えるためのパイロット圧が切換弁Ｓの一方のパイロット室１６に作用する。したがって、このときには、切換弁Ｓが図面上側位置であるアクチュエータ駆動モードに切り換わる。このように切換弁Ｓが、アクチュエータ駆動モードに切り換わると、第１ポート６と第５ポート１０とが連通するので、第１流路１１はこれら第１，５ポート６，１０およびロードチェック弁１５を介して接続通路１３に連通し、この接続通路１３から通路４を経由して、シリンダ１のピストン側室１ｂに連通する。また、第２ポート７と第４ポート９とが連通するので、第２流路１２はタンクＴに連通することになる。

上記のように切換弁Ｓがアクチュエータ駆動モードに切り換わった状態で、図示していないバッテリーに蓄電された電力を利用してモータ兼用発電機Ｇを電動モータとして、発電時とは逆回転させると、その回転力によってポンプ兼用油圧モータＭが回転し、ポンプとして機能することになる。つまり、ポンプ兼用油圧モータＭは、第２流路１２，第２，４ポート６，９を介してタンクＴに連通するので、このタンクＴから作動油を吸い込むことになる。また、このポンプ機能を果たすポンプ兼用油圧モータＭから吐出された吐出油は、第１流路１１→第１ポート６→第５ポート１０→ロードチェック弁１０→接続通路１３を介して通路４内の作動油と合流することになる。

したがって、ポンプ機能を果たすポンプ兼用油圧モータＭから吐出された作動油はシリンダ１を伸長させるための動力源として機能することになる。なお、第５ポート１０と接続通路１３との通路過程にロードチェック弁１５を設けているので、ポンプ兼用油圧モータＭの吐出圧が十分に高くならず、通路４側との間で圧力差が生じているときには、このロードチェック弁１５が開かない。したがって、シリンダ１のピストン側室１ｂ側の圧油が、第１流路１１に逆流するおそれはいっさいない。そして、ポンプ兼用油圧モータＭの吐出圧が十分に高くなれば、ロードチェック弁１５を押し開いて、ポンプ兼用油圧モータＭからの吐出油が、通路４側に合流することになる。

図２に示した第２実施形態は、切換弁Ｓの構成と、チェック制御弁２８を新たに設けたこととが、第１実施形態と相違するもので、その他の構成はすべて第１実施形態と同じである。したがって、第１実施形態と同一の構成要素については、その構成および作用の詳細な説明を省略するとともに、同一の構成要素については同一符号を用いる。

この第２実施形態の切換弁Ｓは、２位置４ポート弁からなり、図示のノーマル位置である非作動位置と図面下側位置である作動位置とに切り換え可能にしている。そして、この切換弁Ｓは、第１〜４ポート２９〜３２を有するとともに、第１ポート２９は第１流路１１に接続し、第２ポート３０は第２流路１２に接続している。また、第３ポート３１は接続通路１３を介してシリンダ１のピストン側室１ｂに接続し、第４ポート３２は接続通路１４を介してタンクＴに接続している。

上記のようにした切換弁Ｓは、その一方の側にスプリング３３のバネ力を作用させ、他方の側にはパイロット室３４を設けている。このパイロット室３４には、パイロット圧制御弁３５を接続しているが、このパイロット圧制御弁３５は、ソレノイド３５ａの励磁電流に応じてパイロット圧を制御するものである。したがって、パイロット圧制御弁３５は上記ソレノイド３５ａに印可された励磁電流に応じたパイロット圧を、上記パイロット室３５に導くとともに、このパイロット圧の大きさに応じて切換弁Ｓが切り換わることになる。

上記のようにした切換弁Ｓは、通常は、スプリング３３の作用で、図示の非作動位置を保つが、切換弁Ｓがこの非作動位置にあるとき、第１，３ポート２９，３１が閉じられ、第２，４ポート３０，３２が絞り開度を保って連通する。そして、上記切換制御弁２が中立位置を保っているときには、この切換弁Ｓも図示の非作動位置を保つ。一方、切換制御弁２を、図示の中立位置から左右いずれかに切り換えると、それを図示していないコントローラが検出してソレノイド３５ａを励磁し、パイロット室３４にパイロット圧を作用させる。パイロット室３４にパイロット圧が作用すると、切換弁Ｓが図面下側である作動位置に切り換わり、第１ポート２９と第３ポート３１とを連通させるとともに、第２ポート３０と第４ポート３２とを連通させる。なお、ソレノイド３５ａの励磁電流と、前記したパイロット制御機構５の操作レバー５ａの操作量とが同期するように、図示していないコントローラが制御している。

また、上記第１流路１１には、上記したチェック制御弁２８を接続しているが、このチェック制御弁２８は、２位置２ポート弁からなり、通常は、そのスプリング３６のバネ力の作用で図示のノーマル位置である一方の切り換え位置を保ち、第１流路１１を自由流れの状態に保つ。そして、上記スプリング３６と対向する側にはパイロット室３７を設けているが、このパイロット室３７にパイロット圧が作用すると、チェック制御弁２８はスプリング３６のバネ力に抗して他方の切り換え位置に切り換わる。このようにチェック制御弁２８が他方の切り換え位置に切り換わると、第１流路１１を経由してポンプ兼用油圧モータからアクチュエータへ流れる流通のみを許容するチェック機能を発揮する。

今、発電モードに切り換えるときには、切換制御弁２を図面右側位置に切り換えるとともに、この切り換えにともなってパイロット圧制御弁３５のソレノイド３５ａが励磁して、切換弁Ｓのパイロット室３４にパイロット圧を作用させる。したがって、切換弁Ｓは、図示の非作動位置から作動位置に切り換わる。切換弁Ｓが作動位置に切り換われば、第１，３ポート２９，３１が連通するとともに、第２，４ポート３０，３２も連通する。このように切換弁Ｓを作動位置に保ったら、チェック制御弁２８を図示の位置に保って、第１流路１１を自由流れ状態にする。

上記のようにすれば、上記シリンダ１からの戻り流量は切換制御弁２の絞り２７で絞られ、上記戻り流量のうち絞り２７を通過する流量以外の圧油が、接続通路１３→第３ポート３１→第１ポート２９→チェック制御弁２８→第１流路１１を経由してポンプ兼用油圧モータＭに供給されるので、ポンプ兼用油圧モータＭが回転し、モータ兼用発電機Ｇを回して発電機能を発揮する。このとき、ポンプ兼用油圧モータＭから排出される戻り流れは、第２流路１２→第２ポート３０→第４ポート３２→接続通路１４を経由してタンクＴに戻される。

そして、上記の状態から切換制御弁２を中立位置に復帰させると、それにともなって切換弁Ｓも非作動位置に復帰する。したがって、第１流路１１には圧油が供給されなくなるが、第１実施形態と同様にポンプ兼用油圧モータＭおよびモータ兼用発電機Ｇは、その慣性エネルギーによって回転し続ける。このときには、ポンプ兼用油圧モータＭから排出される戻り油が、短絡流路２１を経由して第１流路１１に供給されるとともに、補給流路２４からも不足分が補給されるので、第１流路１１側に負圧が発生しない。また、切換弁Ｓの第２ポート３０と第４ポート３２とは絞り開度を維持して連通するので、切換弁Ｓの切り換え時のショックは発生しない。これらのことは第１実施形態とまったく同じである。

次に、アクチュエータ駆動モードに切り換えるときには、切換制御弁２を図面左側位置に切り換えるとともに、この切換制御弁２の切り換え操作に応じて、パイロット圧制御弁３５のソレノイド３５ａが励磁して、切換弁Ｓのパイロット室３４にパイロット圧を作用させる。したがって、切換弁Ｓは、図示の非作動位置から作動位置に切り換わる。切換弁Ｓが作動位置に切り換われば、第１，３ポート２９，３１が連通するとともに、第２，４ポート３０，３２も連通する。

このように切換弁Ｓを作動位置に保つと同時に、チェック制御弁２８を図示の一方の切り換え位置から、図面上側となる他方の切り換え位置に切り換え、第１流路１１の流れをシリンダ１のピストン側室１ｂへの流れのみを許容する状態にする。そして、モータ兼用発電機Ｇを駆動源としてポンプ兼用油圧モータＭを、発電時とは逆回転させれば、ポンプ機能を果たすポンプ兼用油圧モータＭから吐出された圧油が、第１流路１１→ロードチェック弁３８→第１，３ポート２９，３１→接続通路１３→通路４を経由してシリンダ１のピストン側室１ｂに供給される。そして、このときのロードチェック弁３８の機能は、第１実施形態のロードチェック弁１５とまったく同じである。

図３に示した第３実施形態は、切換弁Ｓを２つの切換弁Ｓ１とＳ２とに分離したもので、その他は第１実施形態と同じである。したがって、この第３実施形態においても、第１実施形態と同一の構成要素については、その構成および作用の詳細な説明を省略するとともに、同一の構成要素については同一符号を用いる。

一方の切換弁Ｓ１には第１ポート２９と第３ポート３１とを設け、この第１ポート２９を第１流路１１に連通し、第３ポート３１を接続ポート１３に接続している。そして、この切換弁Ｓ１は、その一方にスプリング３９を設け、このスプリング３９と反対側にはパイロット室４０を設けている。しかも、このパイロット室４０には、パイロット圧制御弁４１を接続しているが、このパイロット圧制御弁４１は、ソレノイド４１ａの励磁電流に応じてパイロット圧を制御するものである。したがって、パイロット圧制御弁４１は上記ソレノイド４１ａに印可された励磁電流に応じたパイロット圧を、上記パイロット室４０に導くとともに、このパイロット圧の大きさに応じて切換弁Ｓ１が切り換わることになる。

上記のようにした一方の切換弁Ｓ１は、通常は、プリング３９の作用で、図示の規制流れ位置を保つが、この規制流れ位置においては、切換弁Ｓ１に組み込んだロードチェック弁４２が第１流路１１上に位置することになる。そして、このロードチェック弁４２はポンプ兼用油圧モータＭからシリンダ１への流通のみを許容するものである。また、切換弁Ｓ１がパイロット室４０のパイロット圧の作用で自由流れ位置に切り換わると、第１流路１１は自由流れになる。そして、切換制御弁２を、図示の中立位置から左右いずれかに切り換えると、それを図示していないコントローラが検出してソレノイド４１ａを励磁し、パイロット室４０にパイロット圧を作用させること、第１実施例と同様である。

また、上記他方の切換弁Ｓ２は、第２ポート３０と第４ポート３２とを設け、この第２ポート３０を第２流路１２に連通し、第４ポート３２を接続ポート１４に接続している。そして、この切換弁Ｓ２は、その一方にスプリング４３を設け、このスプリング４３と反対側にはパイロット室４４を設けている。しかも、このパイロット室４４には、パイロット圧制御弁４５を接続しているが、このパイロット圧制御弁４５は、ソレノイド４５ａの励磁電流に応じてパイロット圧を制御するものである。したがって、パイロット圧制御弁４５は上記ソレノイド４５ａに印可された励磁電流に応じたパイロット圧を、上記パイロット室４４に導くとともに、このパイロット圧の大きさに応じて切換弁Ｓ２が切り換わることになる。

上記のようにした他方の切換弁Ｓ２は、通常は、プリング４３の作用で、図示の規制流れ位置を保つが、この規制流れ位置においては、第２，４ポート３０，３２が絞り開度を維持して連通する。また、切換弁Ｓ２がパイロット室４４のパイロット圧の作用で自由流れ位置に切り換わると、第２流路１２は接続通路１４に対して自由流れになる。

なお、切換制御弁２を、図示の中立位置から左右いずれかに切り換えると、それを図示していないコントローラが検出してソレノイド４１ａあるいは４４ａを励磁し、パイロット室４０あるいは４４にパイロット圧を作用させること、第１実施例と同様である。

今、発電モードにするときには、切換制御弁２を図面右側位置に切り換えるとともに、この切り換えにともなってパイロット圧制御弁４１、４５のソレノイド４１ａ、４５ａが励磁して、切換弁Ｓ１およびＳ２のパイロット室４０，４４にパイロット圧を作用させる。したがって、切換弁Ｓ１，Ｓ２は、自由流れ位置に切り換わる。このように切換弁Ｓ１，Ｓ２が切り換われば、第１，３ポート２９，３１が連通するとともに、第２，４ポート３０，３２も連通する。

したがって、上記シリンダ１からの戻り流量は切換制御弁２の絞り２７で絞られ、上記戻り流量のうち絞り２７を通過する流量以外の圧油が、接続通路１３→第３ポート３１→第１ポート２９→第１流路１１を経由してポンプ兼用油圧モータＭに供給されるので、ポンプ兼用油圧モータＭが回転し、モータ兼用発電機Ｇを回して発電機能を発揮する。このとき、ポンプ兼用油圧モータＭから排出される戻り流れは、第２流路１２→第２ポート３０→第４ポート３２→接続通路１４を経由してタンクＴに戻される。

そして、上記の状態から切換制御弁２を中立位置に復帰させると、それにともなって切換弁Ｓ１，Ｓ２も図示の規制流れ位置に復帰する。したがって、第１流路１１には、ロードチェック弁４２で流れが阻止され、圧油が供給されなくなるが、第１実施形態と同様にポンプ兼用油圧モータＭおよびモータ兼用発電機Ｇは、その慣性エネルギーによって回転し続ける。このときには、ポンプ兼用油圧モータＭから排出される戻り油が、短絡流路２１を経由して第１流路１１に供給されるとともに、補給流路２４からも不足分が補給されるので、第１流路１１側に負圧が発生しない。また、切換弁Ｓの第２ポート３０と第４ポート３２とは絞り開度を維持して連通するので、切換弁Ｓの切り換え時のショックは発生しない。これらのことは第１実施形態とまったく同じである。

次に、アクチュエータ駆動モードにするときには、切換制御弁２を図面左側位置に切り換えるとともに、このときには、切換制御弁２の切り換え操作に応じて、パイロット圧制御弁４５のソレノイド４５ａのみが励磁される。このようにして切換弁Ｓ２のパイロット室４４にパイロット圧を作用させ、切換弁Ｓ２を、図示の自由流れ位置に切り換える。このように切換弁Ｓ２が切り換われば、第２，４ポート３０，３２が連通するとともに、第１，３ポート２９，３１もロードチェック弁４２を介して連通する。

これと同時に、モータ兼用発電機Ｇを駆動源としてポンプ兼用油圧モータＭを、発電時とは逆回転させれば、ポンプ機能を果たすポンプ兼用油圧モータＭから吐出された圧油が、第１流路１１→ロードチェック弁４２→第１，３ポート２９，３１→接続通路１３→通路４を経由してシリンダ１のピストン側室１ｂに供給される。そして、このときのロードチェック弁４２の機能は、第１実施形態のロードチェック弁１５とまったく同じである。

なお、上記いずれの実施形態においても、アクチュエータがシリンダの場合には、このシリンダに慣性エネルギーと位置エネルギーとが作用するが、アクチュエータが、例えば、回転系の油圧モータの場合には、慣性エネルギーのみが作用する。したがって、シリンダの場合には、慣性エネルギーと位置エネルギーとの両方を吸収しなければならないが、油圧モータの場合には慣性エネルギーのみを吸収すれば足りることになる。

第１実施形態の回路図である。 第２実施形態の回路図である。 第３実施形態の回路図である。

符号の説明

１ アクチュエータであるシリンダ
Ｓ 切換弁
Ｓ１ 切換弁
Ｓ２ 切換弁
６〜１０ 第１〜５ポート
２９〜３２ 第１〜４ポート
Ｍ ポンプ兼用油圧モータ
Ｇ モータ兼用発電機
１１ 第１流路
１２ 第２流路
１５ ロードチェック弁
２１ 短絡流路
２０ 開閉弁
２２ チェック弁
２３ リリーフ弁
２４ 補給流路
２５，２６ チェック弁

Claims (7)

1. ポンプ兼用油圧モータと、このポンプ兼用油圧モータに連結したモータ兼用発電機とを備えるとともに、上記ポンプ兼用油圧モータに切換弁を接続し、この切換弁に設けた第１〜第５ポートのうち、第１ポートを上記ポンプ兼用油圧モータの一方の側に接続し、第２ポートをポンプ兼用油圧モータの他方の側に接続し、第３ポートをアクチュエータに接続し、第４ポートをタンクに接続し,第５ポートをロードチェック弁を介してアクチュエータに接続し、上記切換弁を発電モードに切り換えたとき、第５ポートを閉じる一方、上記第１ポートと第３ポートとを連通するとともに、第２ポートと第４ポートとを連通し、アクチュエータからの戻り流れを、第３ポートから第１ポートを経由してポンプ兼用油圧モータに導き、このポンプ兼用油圧モータから排出される戻り流れを、上記切換弁の第２ポートから第４ポートを介してタンクに還流させ、上記切換弁をアクチュエータ駆動モードに切り換えたとき、第３ポートを閉じる一方、第１ポートと第５ポートとを連通し、第２ポートと第４ポートとを連通し、モータ兼用発電機を駆動源として回転するポンプ兼用油圧モータには、第４ポートから第２ポートを経由してタンクから吸い込まれた作動油を吸い込ませるとともに、そのポンプ兼用油圧モータからの吐出油は、第１ポートから第５ポートを経由してアクチュエータに供給する構成にした駆動機構兼用発電装置。
2. ポンプ兼用油圧モータと、このポンプ兼用油圧モータに連結したモータ兼用発電機とを備えるとともに、上記ポンプ兼用油圧モータに切換弁を接続し、この切換弁に設けた第１〜第４ポートのうち、第１ポートを上記ポンプ兼用油圧モータの一方の側に接続し、第２ポートをポンプ兼用油圧モータの他方の側に接続し、第３ポートをアクチュエータに接続し、第４ポートをタンクに接続する一方、上記第１ポートとポンプ兼用油圧モータの一方の側とを接続する流路過程にチェック制御弁を設け、このチェック制御弁は、一方の切り換え位置において上記一方の側の流路を自由流れとし、他方の切り換え位置においてポンプ兼用油圧モータからアクチュエータへの流通のみを許容するチェック機能を備え、上記切換弁は、第１ポートと第３ポートとを連通させ、かつ、第２ポートと第４ポートとを連通させる作動位置と、第１ポートと第３ポートとの連通を遮断し、かつ、第２ポートと第４ポートとを絞り開度を維持して連通させる非作動位置とに切り換え可能にし、発電モードにおいて、切換弁を作動位置に保って、チェック制御弁を上記一方の切り換え位置に切り換え、アクチュエータ駆動モードにおいて、切換弁を作動位置に保って、チェック制御弁を上記他方の位置に切り換える構成にした駆動機構兼用発電装置。
3. ポンプ兼用油圧モータと、このポンプ兼用油圧モータに連結したモータ兼用発電機とを備えるとともに、上記ポンプ兼用油圧モータに一対の切換弁を接続し、一方の切換弁は第１ポートと第３ポートとを備え、上記第１ポートをポンプ兼用アクチュエータの一方の側に接続し、第３ポートをアクチュエータに接続してなり、他方の切換弁は、第２ポートと第４ポートとを備え、第２ポートをポンプ兼用アクチュエータの他方の側に接続し、第４ポートをタンクに連通してなり、しかも、一方の切換弁は、発電モードにおいてアクチュエータとポンプ兼用油圧モータとの間の流れを自由流れ位置と、アクチュエータ駆動モードにおいてポンプ兼用油圧モータからアクチュエータへの流通のみを許容する規制流れ位置とに切り換え可能にし、他方の切換弁は、発電モードおよびアクチュエータ駆動モードのいずれの場合にも第２ポートと第４ポートとを自由流れの状態を保つ自由流れ位置と、ポンプ兼用油圧モータの非作動時に第２ポートと第４ポートとを絞り開度を維持して連通させる絞り位置とに切り換え可能にした駆動機構兼用発電装置。
   
4. 上記切換弁の第１ポートとポンプ兼用油圧モータの一方の側とを接続する一方の流路と、第２ポートとポンプ兼用油圧モータの他方の側とを接続する他方の流路との間には、上記一方の流路の最高圧を制御するリリーフ弁を設けた請求項１〜３のいずれか一に記載された駆動機構兼用発電装置。
5. 上記切換弁の第１ポートに接続した上記一方の流路と、第２ポートに接続した上記他方の流路との両方に、補給流路を接続するとともに、補給流路と上記一方の流路への流路過程に、補給流路から上記一方の流路への流通のみを許容するチェック弁を設け、補給流路と上記他方の流路への流路過程に、補給流路から上記他方の流路への流通のみを許容するチェック弁を設けた請求項１〜４のいずれか一に記載された駆動機構兼用発電装置。
6. 切換弁の上記第１ポートとポンプ兼用油圧モータの一方の側とを接続する上記一方の流路と、第２ポートとポンプ兼用油圧モータの他方の側とを接続する上記他方の流路との間に、短絡流路を設け、この短絡流路に上記他方の流路から一方の流路に流れる流れのみを許容するチェック弁とを設けた請求項１〜４のいずれかに一に記載された駆動機構兼用発電装置。
7. アクチュエータを制御する切換制御弁は、上記アクチュエータに慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したときに戻り側となる通路に、当該切換制御弁の切り換え量に応じて開度が変化する絞りを設け、この絞りを設けた上記通路と上記切換弁の第３ポートとを接続する一方、この切換弁は、上記切換制御弁と同期して切り換わるとともに、上記アクチュエータからの戻り流量Ｑｃのうち、絞りを通過する流量Ｑｔ以外の流量Ｑｍを上記ポンプ兼用油圧モータに流す構成にし、上記切換制御弁の上記絞りを通過してタンクに流れる流量Ｑｔと、上記切換弁を通過して油圧モータに流れる流量Ｑｍとの合計流量が、アクチュエータの戻り制御に必要とされる流量Ｑｃに等しくなる構成にした請求項１〜５のいずれか一に記載された駆動機構兼用発電装置。
   

Images