JP4728151B2

JP4728151B2 - 油圧装置

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Publication number: JP4728151B2
Application number: JP2006069105A
Authority: JP
Inventors: 修司塩崎; 博志松山
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: JP2007247701A

Description

本発明は、油圧回路を循環する作動油のエネルギーを回生する油圧装置の技術に関する。

従来、油圧シリンダと、駆動源により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプと、該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える切換弁と、を具備する油圧回路は公知となっている。

このような油圧回路は、一般的には、油圧ポンプから圧送される作動油を切換弁により切り換えて油圧シリンダのボトム室またはロッド室のいずれかに供給し、油圧シリンダを伸長または収縮させるものである。また、このような油圧回路は、油圧シリンダのボトム室またはロッド室の一方に作動油が供給された結果、他方から排出される作動油は、戻り配管を経て一度作動油タンクに戻され、上記油圧ポンプは該作動油タンクから作動油を吸入する構成となっている。

また、いわゆる「ロードセンシング機能」を付与した油圧回路が公知となっている。ここで、ロードセンシング機能とは、前記切換弁を挟んで、油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の範囲内に調整することにより、油圧アクチュエータにかかる負荷の大きさに関わらず油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を略一定に保持する（油圧アクチュエータの動作速度を略一定に保持する）機能を指す。
例えば、特許文献１に記載の如くである。
特開２０００−２５７７１２号公報

しかし、油圧アクチュエータに対してエネルギー回生を行うものではなかった。また、油圧シリンダを駆動し、ロードセンシング機能を有する油圧回路において、エネルギー回生を行う技術は、同一出願人により出願済でであるが、油圧アクチュエータとなる油圧シリンダと動作切換弁との間には余剰流を排出させるためのバルブ等が必要であり、回路構成が複雑となり、部品点数も多くなっていた。

本発明は以上の如き問題に鑑み、簡素な構成で作動油のエネルギーを回収可能な油圧回路を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、油圧シリンダ（２２）と、駆動源（１５）により駆動され、前記油圧シリンダ（２２）に作動油を圧送する油圧ポンプ（３１）と、前記油圧シリンダ（２２）と該油圧ポンプ（３１）との間に配置され、該油圧シリンダ（２２）の動作を切り換える動作切換弁（３２）と、前記油圧ポンプ（３１）の吐出ポート（３１ａ）側の圧力と、該動作切換弁（３２）の二次側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構（３７）と、前記油圧シリンダ（２２）の排油ポートから動作切換弁（３２）に戻された作動油を前記油圧ポンプ（３１）に供給する回生配管（３６）と、該回生配管（３６）と作動油タンク（４６）の間に不足分の作動油を補給するチェック弁（４９）とを備え、前記動作切換弁（３２）の二次側にシリンダボトム室側ポート（３２ｃ）とシリンダロッド室側ポート（３２ｄ）と負荷圧取出ポート（３２ｆ）を設け、一次側にポンプポート（３２ａ）と回生ポート（３２ｂ）とドレンポート（３２ｅ）を設け、該動作切換弁（３２）がシリンダ収縮状態（Ｃ）に操作された時に、該ポンプポート（３２ａ）とシリンダロッド室側ポート（３２ｄ）とを接続する油路途中から、ドレンポート（３２ｅ）に繋がる油路を分岐し、該分岐した油路に絞り（８３）を設け、前記シリンダ収縮状態（Ｃ）時に、シリンダロッド室側余剰流をドレンポート（３２ｅ）から排出するように構成したものである。
請求項２においては、請求項１記載の油圧装置において、前記動作切換弁（３２）のシリンダ伸長状態（Ｂ）における回生配管（３６）に接続される回生ポート（３２ｂ）とシリンダロッド室側出力ポート（３２ｄ）を連通する油路に絞り（８２）を設けたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、油圧シリンダ（２２）と、駆動源（１５）により駆動され、前記油圧シリンダ（２２）に作動油を圧送する油圧ポンプ（３１）と、前記油圧シリンダ（２２）と該油圧ポンプ（３１）との間に配置され、該油圧シリンダ（２２）の動作を切り換える動作切換弁（３２）と、前記油圧ポンプ（３１）の吐出ポート（３１ａ）側の圧力と、該動作切換弁（３２）の二次側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構（３７）と、前記油圧シリンダ（２２）の排油ポートから動作切換弁（３２）に戻された作動油を前記油圧ポンプ（３１）に供給する回生配管（３６）と、該回生配管（３６）と作動油タンク（４６）の間に不足分の作動油を補給するチェック弁（４９）とを備え、前記動作切換弁（３２）の二次側にシリンダボトム室側ポート（３２ｃ）とシリンダロッド室側ポート（３２ｄ）と負荷圧取出ポート（３２ｆ）を設け、一次側にポンプポート（３２ａ）と回生ポート（３２ｂ）とドレンポート（３２ｅ）を設けたので、動作切換弁をシリンダ縮小状態に切り換えると、ボトム室側の作動油が回生配管を流れて、油圧ポンプに吸入されて動作切換弁のポンプポートを介してロッド室側に吐出されるが、ロッド室側の容量はボトム室側の容量よりも小さいため、余剰流が発生し、この余剰流は動作切換弁からドレンポートへ排出するため、動作切換弁とは別に余剰流排出弁を設ける必要がなくなり、油圧回路構成を簡単にでき、コスト低減化が図れる。
また、該動作切換弁（３２）がシリンダ収縮状態（Ｃ）に操作された時に、該ポンプポート（３２ａ）とシリンダロッド室側ポート（３２ｄ）とを接続する油路途中から、ドレンポート（３２ｅ）に繋がる油路を分岐し、該分岐した油路に絞り（８３）を設け、前記シリンダ収縮状態（Ｃ）時に、シリンダロッド室側余剰流をドレンポート（３２ｅ）から排出するように構成したので、シリンダ収縮時には、油圧ポンプからシリンダロッド室側に作動油を送油する時に、動作切換弁の油路から絞りを介して余剰油がドレンされるので、ブームが上昇位置から下降途中掘削動作に入る時や、伸長時と収縮動作が頻繁に繰り返されるときなどでも、余剰流の排出圧力が制限されて、シリンダの伸縮速度を略一定保つことができるようになる。
請求項２においては、請求項１記載の油圧装置において、前記動作切換弁（３２）のシリンダ伸長状態（Ｂ）における回生配管（３６）に接続される回生ポート（３２ｂ）とシリンダロッド室側出力ポート（３２ｄ）を連通する油路に絞り（８２）を設けたので、シリンダ伸長時にロッド室側から回生配管に流れる作動油が動作切換弁に設けられた絞りにより絞られることになり、ロッド室の油圧は正圧に保たれることになり、油圧シリンダの急激な伸長動作を防止できる。

以下では、図１および図２を用いて本発明に係る油圧回路を具備する掘削作業車の実施例であるバックホー１の全体構成について説明する。なお、図１において矢印方向を前方とする。また、本発明に係る油圧回路は、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータに広く適用可能であって、その適用範囲が本実施例の如き掘削作業車に限定されるものではない。

図１に示す如く、バックホー１は、主にクローラ式走行装置２、旋回フレーム３、キャビン４、作業機５等を具備している。クローラ式走行装置２は、バックホー１の下部構造体を成す部材であり、左右一対のクローラ１１・１１（図１では機体左側のクローラ１１のみ図示）が設けられている。また、本実施例のクローラ式走行装置２の前部には、排土板１２、および、該排土板１２を上下方向に回動させるための油圧シリンダである排土板シリンダ１３（図２に図示）、が設けられている。

旋回フレーム３は、バックホー１の上部構造体を成す部材であり、旋回ベアリング１４を介してクローラ式走行装置２の上部に旋回可能に取り付けられる。旋回フレーム３には駆動源たるエンジン１５（図２に図示）その他の部材が収容されるとともに、キャビン４および作業機５が設けられる。キャビン４は旋回フレーム３の上部に設けられ、その内部には作業者が着座する座席や、バックホー１の種々の操作に係るレバー群（図示せず）が設けられる。

作業機５は、主にバケット１６、アーム１７、ブーム１８、ブームブラケット１９、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１、ブームシリンダ２２、スイングシリンダ（図示せず）等を具備し、バックホー１の旋回フレーム３の前部に設けられる。前記ブームシリンダ２２は、ブームブラケット１９とブーム１８の中途部に設けたブラケット１８ｂの間に介装され、アームシリンダ２１はブーム１８の中途部に設けたブラケット１８ａとアーム１７基部端に設けたブラケット１７ａの間に介装される。バケットシリンダ２０は前記ブラケット１７ａとアーム１７先端に枢支したリンク２３の間に介装され、該リンク２３とバケット１６間にはリンク２４が連結される。

以下では、図２を用いて本発明に係る油圧回路の実施例である油圧回路１００の構成について説明する。油圧回路１００は、図１に示すバックホー１に具備される油圧回路であり、図２に示す如く、主にブームシリンダ２２、油圧ポンプ３１、動作切換弁（コントロールバルブ）３２、送り配管３３、配管３４、配管３５、回生配管３６、油圧調整機構３７、オイル補給回路４７等を具備する。

本発明のロードセンシング機能を備える回生可能な油圧回路について、ブームシリンダ２２を用いて説明する。図３に示すように、ブームシリンダ２２は内部に空間が形成されたシリンダと、該シリンダの一端からシリンダの内部に挿入されたシリンダロッドと、該シリンダロッドの一端に固設され、シリンダ内部に配置されるピストンと、を具備する。ここで、ボトム室はシリンダの基部、すなわち、シリンダロッドが突出していない方の端部側の空間であり、ロッド室はシリンダの先端部、すなわち、シリンダロッドが突出している方の端部側の空間を指す。

ブームシリンダ２２のシリンダの外周面には、それぞれシリンダポート２２ａ・シリンダポート２２ｂが設けられ、配管３４・３５を介して動作切換弁３２と接続される。ここで、ブームシリンダ２２が伸長する場合には、ボトム室側のシリンダポート２２ａが給油ポート、ロッド室側のシリンダポート２２ｂが排油ポートとなる。逆に、ブームシリンダ２２が収縮する場合には、ロッド室側のシリンダポート２２ｂが給油ポート、ボトム室側のシリンダポート２２ａが排油ポートとなる。

油圧ポンプ３１はブームシリンダ２２に作動油を圧送するものであり、駆動源たるエンジン１５により駆動される。本実施例の油圧ポンプ３１には、作動油を吐出する吐出ポート３１ａと、作動油を吸入する吸入ポート３１ｂとが設けられ、油圧ポンプ３１はいわゆる斜板式のアキシャルピストンポンプで構成され、揺動可能に取り付けられた斜板３１ｃの板面と回転軸１５ａの軸線方向との成す角度を変更することにより、回転軸１５ａを一回転させたときの作動油の吐出量、ひいては単位時間当たりの作動油の吐出量を変更することができる。なお、本出願における「駆動源」は、電気式のモータ等、油圧ポンプ３１を駆動可能であればエンジン以外の他の構成としても良い。また、油圧ポンプ３１は作動油の吐出量を変更可能とする可変容量型のポンプであれば他の構成でも良い。

図２、図３に示すように、動作切換弁３２は、ブームシリンダ２２と油圧ポンプ３１との間に配置され、油圧ポンプ３１からブームシリンダ２２に圧送される作動油の流路を切り換えることにより、ブームシリンダ２２の伸縮動作を切り換える切換弁であり、詳細は後述する。

次に、図２、図３を用いて油圧調整機構３７の構成について説明する。油圧調整機構３７は、油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１と、ブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２と、の差ΔＰを所定の値に調整するものである。本実施例の油圧調整機構３７は、油圧調整弁３８、配管３９、パイロット配管４０、パイロット配管４１、調整シリンダ４２、配管４３、戻り配管４４等を具備する。

油圧調整弁３８は、油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力（換言すれば、送り配管３３の圧力）と、動作切換弁３２が中立の時はポート３２ｅ側の圧力、動作切換弁３２がシリンダ作動時の時は動作切換弁３２に設けた絞り８１を挟んで、ブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力（換言すれば、ブームシリンダ２２の伸長時における配管３４、または、ブームシリンダ２２の収縮時における配管３５の圧力）と、の差に基づいて内部を通過する作動油の流路を切り換えるパイロット式の切換弁である。

本実施例の油圧調整弁３８は３つのポート３８ａ・３８ｂ・３８ｃを具備し、内部に設けられたスプールを摺動させることにより油圧調整弁３８の内部の作動油の流路を変更して、（ａ）ポート３８ａとポート３８ｂとを連通し、ポート３８ｃを閉塞する「状態Ａ」と、（ｂ）ポート３８ａとポート３８ｃとを連通し、ポート３８ｂを閉塞する「状態Ｂ」と、を切り換えることが可能である。また、油圧調整弁３８のスプールの両端の操作部には、それぞれパイロット配管４０、パイロット配管４１が接続される。配管３９は、油圧調整弁３８のポート３８ｂと、送り配管３３の中途部と、を接続する配管である。

パイロット配管４０は、油圧調整弁３８のスプール操作部の一端と、送り配管３３の中途部と、を接続する配管である。従って、パイロット配管４０の圧力は、送り配管３３の圧力、ひいては油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１と略同じである。

パイロット配管４１は、油圧調整弁３８のスプール操作部の他端と、動作切換弁３２の負荷圧取出ポート３２ｆとを接続する配管である。従って、パイロット配管４１の圧力は、動作切換弁３２が（Ｂ）のシリンダ伸長状態にあるときは、配管３４の圧力、（Ｃ）のシリンダ収縮状態にあるときは、配管３５の圧力、ひいてはブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２と略同じである。（Ａ）の中立状態にあるときは、ドレンポート３２ｅの圧力と略同じである。

調整シリンダ４２は単動式の油圧シリンダであり、調整シリンダ４２のボトム室側にはシリンダポート４２ｃが設けられる。シリンダロッド４２ｂの先端部は、油圧ポンプ３１の斜板３１ｃと接続され、調整シリンダ４２の伸長・収縮により油圧ポンプ３１の斜板３１ｃの板面と回転軸１５ａの軸線方向との成す角度を変更可能に構成している。油圧調整弁３８の二次側のポート３８ａと、調整シリンダ４２のシリンダポート４２ｃは配管４３により接続されている。戻り配管４４は、油圧調整弁３８のポート３８ｃとタンク４６とを接続する配管である。

次に、油圧調整機構３７の動作について説明する。油圧調整弁３８の内部に設けられたスプール操作部の一端にはパイロット配管４０が接続され、スプール操作部の他端にはパイロット配管４１が接続されており、パイロット配管４０およびパイロット配管４１の圧力差に基づいて該スプールが摺動する。また、バネ３８ｄは、該スプールを、パイロット配管４１の圧力によりスプールが摺動する方向と同じ方向に付勢している。

油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１と、ブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２との差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が、「所定の値」よりも大きくなると、パイロット配管４０の圧力によりスプールを押す力が、バネ３８ｄおよびパイロット配管４１の圧力によりスプールを押す力よりも大きくなる。そして、油圧調整弁３８の内部に設けられたスプールは（ａ）の「状態Ａ」となる方向に摺動する。

油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１と、ブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２との差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が、「所定の値」よりも小さくなると、パイロット配管４０の圧力によりスプールを押す力が、バネ３８ｄおよびパイロット配管４１の圧力によりスプールを押す力よりも小さくなる。そして、油圧調整弁３８の内部に設けられたスプールは（ｂ）の「状態Ｂ」となる方向に摺動する。このように、バネ３８ｄによりスプールを押す力は、上記「所定の値」に対応する。従って、該バネ３８ｄのバネ定数を調整することにより、「所定の値」を調整することが可能である。

油圧調整弁３８が（ａ）の「状態Ａ」のとき、ポート３８ａとポート３８ｂとが連通され、送り配管３３内の作動油の一部が、配管３９、油圧調整弁３８、配管４３を経て調整シリンダ４２のボトム室に供給される。その結果、調整シリンダ４２は伸長し、油圧ポンプ３１の斜板３１ｃは、その板面が回転軸１５ａの軸線方向に対して直交する方向、すなわち油圧ポンプ３１の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくする方向、に傾転する。そして、油圧ポンプ３１の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくすると、油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１とブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２との差ΔＰは小さくなる。

油圧調整弁３８が（ｂ）の「状態Ｂ」のとき、ポート３８ａとポート３８ｃとが連通され、調整シリンダ４２のボトム室に充填された作動油が、配管４３、油圧調整弁３８、戻り配管４４を経てタンク４６に戻される。その結果、調整シリンダ４２は収縮し、油圧ポンプ３１の斜板３１ｃは、その板面が回転軸１５ａの軸線方向に対して平行となる方向、すなわち油圧ポンプ３１の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくする方向、に傾転する。そして、油圧ポンプ３１の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくすると、油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１とブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２との差ΔＰは大きくなる。

以上の如く油圧調整機構３７が動作することにより、油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１とブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２との差ΔＰは、所定の値に調整される。なお、油圧調整機構３７の構成は本実施例に限定されるものではなく、動作切換弁３２を挟んで、油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａ側の圧力Ｐ１と、ブームシリンダ２２の給油ポート側の圧力Ｐ２と、の差ΔＰを所定の値に調整可能であれば、別の構成でも良い。

次に、オイル補給回路４７の構成について説明する。オイル補給回路４７は、油圧回路１００の内部を循環する作動油の不足分を補給するものである。オイル補給回路４７は前記回生配管３６と吸入配管５０の間の配管４８に設けられるチェック弁４９等を具備する。配管４８は、回生配管３６の中途部に接続され、他端がタンク４６に接続される配管である。この配管４８の途中にチェック弁４９が配置され、該チェック弁４９は回生配管３６側の圧力がタンク４６側の圧力よりも低い場合のみ開く弁であり、吸入時の流入抵抗はできるだけ小さくなるようにしている。

こうして、油圧回路１００の内部を循環する作動油が不足すると、通常はブームシリンダ２２のシリンダポート２２ａ側の圧力またはシリンダポート２２ｂ側の圧力（配管３４の圧力または配管３５の圧力）が低くなる。例えば、ブームシリンダ２２のシリンダポート２２ａ側の圧力が該所定の値以下になると、チェック弁４９が開き、作動油タンク４６に貯溜された作動油が、吸入され補給される。つまり自給式となっている。油圧回路１００の回生配管３６内の圧力が所定値以上の場合にはチェック弁４９は閉じたままとなり、作動油の流失を防止する。

本発明の動作切換弁３２は、図３、図４に示すように、バルブケースに、一次側のポンプポート３２ａ、回生ポート３２ｂ、ドレンポート３２ｅと、二次側のシリンダボトム室側ポート３２ｃ、シリンダロッド室側ポート３２ｄ、負荷圧取出ポート３２ｆの計６つのポートを具備し、バルブケース内部にスプール７９が摺動可能に嵌挿され、該スプール７９を摺動させることにより動作切換弁３２の内部を通過する作動油の流路を変更する構成としている。具体的に、「中立状態Ａ」では、図３、図４に示すように、スプール７９が紙面左右中央に位置し、シリンダボトム室側ポート３２ｃとシリンダロッド室側ポート３２ｄと回生ポート３２ｂが閉塞され、ポンプポート３２ａとドレンポート３２ｅが連通される。該ポンプポート３２ａとドレンポート３２ｅを連通する油路には絞り８１が形成される。該絞り８１の出力側は負荷圧取出ポート３２ｆと連通される。キャビン４内の操作レバーを操作して動作切換弁３２の操作部のパイロットポートにパイロット油圧を送油すると、スプール７９が右側へ摺動されて、「シリンダ伸長状態Ｂ」となり、図５、図６に示すように、ポンプポート３２ａとシリンダボトム室側ポート３２ｃとを連通し、回生ポート３２ｂとシリンダロッド室側ポート３２ｄとを連通する。ポンプポート３２ａとシリンダボトム室側ポート３２ｃとを連通する油路には絞り８１が形成され、該絞り８１の出力側に負荷圧取出ポート油路３２ｆが連通されている。また、回生ポート３２ｂとシリンダロッド室側ポート３２ｄとを連通する油路には絞り８２が形成される。また、動作切換弁３２の操作部のパイロットポートにパイロット油圧を送油すると、スプール７９が左側へ摺動されて、「シリンダ収縮状態Ｃ」となり、図７、図８に示すように、ポンプポート３２ａとシリンダロッド室側ポート３２ｄとを連通し、回生ポート３２ｂとシリンダボトム室側ポート３２ｃとを連通する。ポンプポート３２ａとシリンダボトム室側ポート３２ｃとを連通する油路には絞り８１が形成され、該絞り８１の出力側に負荷圧取出ポート３２ｆが連通されるとともに、ドレンポート３２ｅとも連通され、該絞り８１の出力側とドレンポート３２ｅの間に絞り８３が形成される。

送り配管３３は、油圧ポンプ３１の吐出ポート３１ａと、動作切換弁３２のポート３２ａと、を接続する配管である。油圧ポンプ３１から圧送される作動油は、送り配管３３を経て動作切換弁３２の一次側に供給される。配管３４は、動作切換弁３２の二次側のシリンダボトム室側ポート３２ｃと、配管３４を介してブームシリンダ２２のボトム室側のポート２２ａと、を接続する配管である。配管３５は、動作切換弁３２の二次側のシリンダロッド室側ポート３２ｄと、ブームシリンダ２２のロッド室側のポート２２ｂとを接続する配管である。回生配管３６は、ブームシリンダ２２の排油ポートから動作切換弁３２に戻された作動油を油圧ポンプ３１に供給する配管である。

このような構成において、動作切換弁３２が（Ａ）の「中立状態」のとき、ポンプポート３２ａとドレンポート３２ｅが連通され、回生ポート３２ｂは閉塞され、油圧ポンプ３１から圧送される作動油は、送り配管３３からタンク４６に戻され、吸入ポート３１ｂにはタンク４６からチェック弁４９を介して補給される。このとき、送り配管３３の油圧がパイロットポート３２ｆ側よりも高くなるため、油圧調整弁３８はＡの位置となって、調整シリンダ４２を伸長させ、斜板３１ｃを回動して油圧ポンプ３１の送油量を減少させる。また、シリンダボトム室側ポート３２ｃおよびシリンダロッド室側ポート３２ｄは閉塞され、ブームシリンダ２２のボトム室およびロッド室に充填された作動油は閉じ込められる。結果として、ブームシリンダ２２のシリンダロッドがシリンダに対して所定の突出量で固定され、ブームシリンダ２２が所定の長さで保持される。

動作切換弁３２が（Ｂ）の「シリンダ伸長状態」のとき、ポンプポート３２ａとシリンダボトム室側ポート３２ｃとが連通され、油圧ポンプ３１から圧送される作動油は、送り配管３３、動作切換弁３２、配管３４を介してブームシリンダ２２のボトム室に供給される。また、回生ポート３２ｂとシリンダロッド室側ポート３２ｄとが連通され、ブームシリンダ２２のロッド室に充填されている作動油は、配管３５、動作切換弁３２、回生配管３６を経て油圧ポンプ３１に供給される。結果として、ブームシリンダ２２のシリンダロッドがシリンダから突出し、ブームシリンダ２２は伸長する。このとき、動作切換弁３２の回生ポート３２ｂとシリンダロッド室側ポート３２ｄの間に設けられる絞り８２によりロッド室側の排出流量が制限され、ロッドが伸長する側に負荷がかかっている場合でも、ロッド室側に適切な保持圧が保たれるようにしている。また、ロッド室側の排出量よりもボトム室側の吸入量が多いため、その不足分の作動油はチェック弁４９より吸入される。

動作切換弁３２が（Ｃ）の「シリンダ収縮状態」のとき、ポンプポート３２ａとロッド室側ポート３２ｄとドレンポート３２ｅが連通され、油圧ポンプ３１から圧送される作動油は、送り配管３３、動作切換弁３２、配管３５を経てブームシリンダ２２のロッド室に供給されると同時に、動作切換弁３２において、絞り８１を出た圧油の一部が絞り８３を通過してドレンポート３２ｅよりブリードされる。また、回生ポート３２ｂとボトム室側ポート３２ｃとが連通され、ブームシリンダ２２のボトム室に充填されている作動油は、配管３４、動作切換弁３２、回生配管３６を経て油圧ポンプ３１に供給される。結果として、ブームシリンダ２２のシリンダロッドがシリンダに没入し、ブームシリンダ２２は収縮する。このとき、縮小時はボトム室側の排出油量はロッド室側の吸入油量よりも多いため、油圧ポンプ３１から吐出される圧油が、動作切換弁３２のポンプポート３２ａからシリンダロッド室側ポート３２ｄに至る途中において、余剰流が絞り８３を介してタンク４６に排出されるのである。このように構成することで、従来動作切換弁３２とシリンダ２２の間に配設していた余剰流排出弁をなくすことができるのである。

以上の如く、本実施例の油圧回路１００は、ブームシリンダ２２と、駆動源たるエンジン１５により駆動され、前記ブームシリンダ２２に作動油を圧送する油圧ポンプ３１と、前記ブームシリンダ２２と該油圧ポンプ３１との間に配置され、ブームシリンダ２２の動作を切り換える動作切換弁３２と、前記油圧ポンプ３１の吐出ポート側の圧力と、動作切換弁３２の二次側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構３７と、ブームシリンダ２２の排油ポートから動作切換弁３２に戻された作動油を前記油圧ポンプ３１に供給する回生配管３６と、該回生配管３６と作動油タンク４６の間に不足分の作動油を補給するチェック弁４９とを備え、前記動作切換弁３２の二次側にシリンダボトム室側ポート３２ｃとシリンダロッド室側ポート３２ｄと負荷圧取出ポート３２ｆを設け、一次側にポンプポート３２ａと回生ポート３２ｂとドレンポート３２ｅを設け、シリンダ収縮状態切換時に、ロッド側余剰流をドレンポート３２ｅから排出するように構成している。また、前記動作切換弁３２のシリンダ伸長状態における回生配管３６に接続される回生ポート３２びとシリンダロッド室側の出力ポート３２ｄを連通する油路に絞り８１を設けるとともに、シリンダ収縮状態におけるポンプポート３２ａとシリンダロッド室側ポート３２ｄとを接続する油路途中からドレンポート３２ｅに繋がる油路を分岐し、この分岐した油路に絞り８３を設けたものである。

このように構成することにより、油圧ポンプ３１には、ブームシリンダ２２により「圧送された」作動油が、回生配管３６を経て供給されることとなる。この結果、油圧ポンプ３１は、前記の高圧の作動油によってモータとして機能し、後述する油圧回路２００の油圧アクチュエータ１３、２０、２１、６２、６３、６４に作動油を供給する油圧ポンプ１３１の駆動を一部又は全部負担する。従って、油圧ポンプ３１、１３１を同一のエンジンで駆動する場合に、油圧ポンプ３１のモータ作動により、油圧ポンプ１３１の駆動負荷が軽減され、エンジンの全体的な仕事量を低減でき、燃費が改善される。すなわち、簡素な構成でブームシリンダ２２から戻ってくる作動油のエネルギー（運動エネルギー、位置エネルギー）の一部または全部を油圧ポンプの駆動力として回収することが可能である。また、油圧回路１００は、油圧ポンプ３１から圧送される作動油により作動する油圧シリンダを、負荷の大きさや方向に関わらず略一定の速度で作動させることが可能である。また、ブームシリンダ２２が片側ロッド式の油圧シリンダであっても、油圧回路１００における作動油の流量の不均衡を解消することが可能である。

そして、動作切換弁３２をシリンダ収縮状態Ｃに切り換えると、ボトム室側の作動油が回生配管３６を流れて、油圧ポンプ３１に吸入されて動作切換弁３２のポンプポートを介してロッド室側に吐出されるが、ロッド室側の容量はボトム室側の容量よりも小さいため、余剰流が発生し、この余剰流は動作切換弁３２からドレンポート３２ｅへ排出するため、動作切換弁３２とは別に余剰流排出弁を設ける必要がなくなり、油圧回路構成を簡単にでき、コスト低減化が図れる。また、シリンダ収縮時には、油圧ポンプ３１からロッド室側に作動油を送油する時に、動作切換弁３２の油路から絞り８３を介して余剰油がドレンされるので、ブーム１８が上昇位置から下降途中掘削動作に入る時や、伸長時と収縮動作が頻繁に繰り返されるときなどでも、シリンダの伸縮速度を略一定保つことができるようになる。また、シリンダ伸長時にロッド室側から回生配管３６に流れる作動油が動作切換弁３２に設けられた絞り８２により絞られることになり、ロッド室の油圧は負荷を保持する圧力で適切に保たれることになり、油圧シリンダの急激な伸長動作を防止できる。

以下では、図２を用いて油圧回路２００の構成について説明する。油圧回路２００は、油圧回路１００と同じくバックホー１に具備される油圧回路であり、図２に示す如く、主に油圧アクチュエータとなる排土板シリンダ１３、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１、スイングシリンダ、旋回モータ６２、左走行モータ６３、右走行モータ６４と、油圧ポンプ１３１と、吸入配管１３６ａ・１３６ｂと、動作切換弁ユニット１３２と、送り配管１３３と、動作切換弁ユニット１３２とアクチュエータを繋ぐ配管と、油圧調整機構１３７、吐出量抑制機構７０等を具備する。ここで、排土板シリンダ１３、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１等の油圧シリンダ、および、旋回モータ６２、左走行モータ６３、右走行モータ６４等の油圧モータは、いずれも油圧により作動するものであり、本出願における「油圧アクチュエータ」に含まれる。

旋回モータ６２は、クローラ式走行装置２に対して旋回フレーム３を旋回させる油圧モータである。左走行モータ６３と右走行モータ６４は、クローラ式走行装置２に設けられ、バックホー１の機体左右両側のクローラ１１を回転駆動する油圧モータである。油圧ポンプ１３１は排土板シリンダ１３、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１、スイングシリンダ２５、旋回モータ６２、左走行モータ６３および右走行モータ６４に作動油を圧送するものである。油圧ポンプ１３１は駆動源たるエンジン１５により駆動される。

動作切換弁ユニット１３２は、本実施例の場合は、前記動作切換弁３２と略同じ構成の動作切換弁の集合体であり、それぞれ排土板シリンダ１３、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１、スイングシリンダ、旋回モータ６２、左走行モータ６３および右走行モータ６４の動作を切り換える。動作切換弁の内部にそれぞれ設けられたスプールの摺動量の調整は、作業者がキャビン４の内部に設けられた操作レバー（図示せず）を操作することにより行われる。

送り配管１３３は、その一端が油圧ポンプ１３１の吐出ポートに接続され、他端が分岐してそれぞれ動作切換弁に接続される配管である。戻り配管４５は、前述の如くその一端が動作切換弁ユニット１３２に接続され、他端が作動油タンク４６の内部に配置される配管である。動作切換弁はシリンダを伸縮させ、または、油圧モータの回転を切り換える。

本実施例の油圧調整機構１３７は、油圧調整弁１３８、配管１３９、パイロット配管１４０、パイロット配管１４１、調整シリンダ１４２、配管１４３、戻り配管４４ａ等を具備する。各部の構成およびその動作は、基本的には上記油圧調整機構３７と略同じである。本実施例の油圧調整機構１３７が油圧調整機構３７と異なる点は、油圧調整機構１３７は、計７個の動作切換弁の集合体たる動作切換弁ユニット１３２に対して、一個の油圧調整弁１３８で対応することである。

吐出量抑制機構７０は駆動源たるエンジン１５の負荷が所定の値以上となった場合に、該エンジン１５により駆動される油圧ポンプ（本実施例の場合、特にエンジン１５の負荷に大きく寄与している油圧ポンプ３１および油圧ポンプ１３１）の吐出量を抑制するものである。本実施例の吐出量抑制機構７０は、主に油圧ポンプ７１、圧力調整弁７２、配管７３、配管７４、パイロット配管７５、制御装置７６、配線７８等を具備する。圧力調整弁７２は、制御装置７６からの信号に基づいて配管７５の油圧を制御するソレノイド式の電磁比例弁である。圧力調整弁７２は制御装置７６の指令信号によって内部に設けられたスプールを摺動させ圧力調整弁７２の内部を通過する作動油の流路面積を変更して、配管７５の油圧を調整する。圧力調整弁７２は、通常時（後述する制御装置７６からの信号がないとき）には配管７５に油圧を付加しないようにスプールが閉塞状態にされている。

パイロット配管７５は、その一端が圧力調整弁７２のポート７２ｂに接続され、中途部で分岐して、他端がそれぞれ、油圧調整弁３８および油圧調整弁１３８のスプールの端部のうち、パイロット配管７５の圧力によりスプールを押す力が、該スプールを（ａ）の「状態Ａ」とする方向に押す方の端部と接続される配管である。制御装置７６は、エンジン１５の負荷に基づいて圧力調整弁７２に信号を出力するものである。配線７８は、制御装置７６と、圧力調整弁７２とを接続する配線である。

吐出量抑制機構７０の動作ついて説明する。本実施例では、エンジン１５のラック位置を検出する位置センサ、およびエンジン１５の回転数を検出するエンジン回転数センサ、をエンジン負荷検出手段として用いている。制御装置７６は、該エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン１５の回転数およびラック位置に基づき負荷率を算出する。そして、エンジン１５のラック位置が限界ラック位置以上である場合には、エンジン１５が過負荷の状態であると判断して、圧力調整弁７２に信号を出力する。

その結果、図２に示す如く、油圧ポンプ７１が作動油タンク４６から吸入配管１３６ｂを経て吸入し、圧送する作動油は、配管７３、配管７４、圧力調整弁７２、パイロット配管７５を経て油圧調整弁３８および油圧調整弁１３８のスプール操作部の一端に到達し、該スプールはいずれも（ａ）の「状態Ａ」とする方向に押され、油圧ポンプ３１および油圧ポンプ１３１の作動油の吐出量が抑制される（吐出量が減少する）。そして、油圧ポンプ３１および油圧ポンプ１３１の作動油の吐出量が抑制されると、エンジン１５の負荷が軽減される。また、油圧回路１００はブームシリンダ２２の回生油圧回路だけでなく、アームシリンダ２１及び／又は旋回モータ６２の回生油圧回路にも適用できる。

本発明に係る油圧回路を具備するバックホーの側面図。本発明に係る油圧回路の実施例を示す模式図。中立時の動作切換弁と連通機構の油圧回路を示す図。同じく動作切換弁の断面図。伸長時の動作切換弁と連通機構の油圧回路を示す図。同じく動作切換弁の断面図。収縮時の動作切換弁と連通機構の油圧回路を示す図。同じく動作切換弁の断面図。

１５エンジン（駆動源）
２２ブームシリンダ（油圧シリンダ）
３１油圧ポンプ
３２動作切換弁
３６回生配管
３７油圧調整機構

Claims

油圧シリンダ（２２）と、駆動源（１５）により駆動され、前記油圧シリンダ（２２）に作動油を圧送する油圧ポンプ（３１）と、前記油圧シリンダ（２２）と該油圧ポンプ（３１）との間に配置され、該油圧シリンダ（２２）の動作を切り換える動作切換弁（３２）と、前記油圧ポンプ（３１）の吐出ポート（３１ａ）側の圧力と、該動作切換弁（３２）の二次側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構（３７）と、前記油圧シリンダ（２２）の排油ポートから動作切換弁（３２）に戻された作動油を前記油圧ポンプ（３１）に供給する回生配管（３６）と、該回生配管（３６）と作動油タンク（４６）の間に不足分の作動油を補給するチェック弁（４９）とを備え、前記動作切換弁（３２）の二次側にシリンダボトム室側ポート（３２ｃ）とシリンダロッド室側ポート（３２ｄ）と負荷圧取出ポート（３２ｆ）を設け、一次側にポンプポート（３２ａ）と回生ポート（３２ｂ）とドレンポート（３２ｅ）を設け、該動作切換弁（３２）がシリンダ収縮状態（Ｃ）に操作された時に、該ポンプポート（３２ａ）とシリンダロッド室側ポート（３２ｄ）とを接続する油路途中から、ドレンポート（３２ｅ）に繋がる油路を分岐し、該分岐した油路に絞り（８３）を設け、前記シリンダ収縮状態（Ｃ）時に、シリンダロッド室側余剰流をドレンポート（３２ｅ）から排出するように構成したことを特徴とする油圧装置。
請求項１記載の油圧装置において、前記動作切換弁（３２）のシリンダ伸長状態（Ｂ）における回生配管（３６）に接続される回生ポート（３２ｂ）とシリンダロッド室側出力ポート（３２ｄ）を連通する油路に絞り（８２）を設けたことを特徴とする油圧装置。