JP5412077B2 - 油圧式作業機械の動力回生機構 - Google Patents

Description

本発明は、油圧式作業機械の動力回生機構に関するものである。

従来、油圧ショベル等の油圧式作業機械の動力回生機構の一つとして、特許文献１に開示されているような流体圧回路がある。
この特許文献１の流体圧回路は、図１０に示すように、流体圧アクチュエータ１０１用のコントロール弁１０２とタンク１０３との間の戻り流体通路１０４中に、可変容量型油圧モータ等の流体圧モータ１０５がインラインで設置されている。そして、この流体圧モータ１０５の出力軸１０５ａに、減速器１０６を介して可変容量型油圧ポンプ等の流体圧ポンプ１０７の入力軸１０７ａが接続されている。また、流体圧ポンプ１０７の吐出ポート１０７ｂには、逆止弁１０８を介して方向制御弁１０９の供給ポート１０９ａが接続され、方向制御弁１０９の一方の出力ポート１０９ｂには、蓄圧用のアキュムレータ１１０が接続され、方向制御弁１０９の他方の出力ポート１０９ｃには、逆止弁１１１を介してメインポンプ１１２から流体圧アクチュエータ１０１に作動流体を供給するメイン回路１１３が接続されている。
特開２００６−３２２５７８号公報

ここで、特許文献１に開示されているような技術には、ブーム戻りの作動流体を流体圧モータ１０５から流体圧ポンプ１０７を介してアキュムレータ１１０へ蓄圧したり、メイン回路１１３へ供給したりするので、動力回生の効率の良さが十分ではないという課題がある。
また、戻り作動流体の状態によってアキュムレータ１１０への作動流体の蓄圧やメイン回路１１３への作動流体の供給が変動するので、安定した動力回生が難しいという課題がある。

本発明はこのような課題に鑑みて案出されたもので、動力回生を安定させ、且つ、動力回生の効率を向上させることができるようにした、油圧式作業機械の動力回生機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構は、圧油を吐出する油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するエンジンと、該油圧ポンプを駆動する可変容量型のポンプモータと、該エンジンの出力軸と該ポンプモータの出力軸とに接続され、該エンジンの動力と該ポンプモータの動力とを配分して該油圧ポンプに伝達するポンプドライブと、該油圧ポンプが吐出する圧油が供給されるブーム用油圧アクチュエータと、ブーム下げ時に該ブーム用油圧アクチュエータから吐出される圧油を直接該ポンプモータを介して蓄圧するアキュムレータとを備えたことを特徴としている。

請求項２記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構は、請求項１記載の油圧式作業機械の動力回生機構において、該アキュムレータの圧力を検出する圧力センサを備え、該ブーム下げ時に、該圧力センサの検出した圧力が予め定められた所定値を超えたときには、該アキュムレータに圧油がこれ以上蓄圧されないように、該ブーム用油圧アクチュエータから吐出される圧油を該ポンプモータへ導き該ポンプモータをモータ作用させ、該ポンプモータの動力が該エンジンの動力をアシストすることを特徴としている。

請求項３記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構は、請求項２記載の油圧式作業機械の動力回生機構において、該油圧ポンプが吐出する圧油が供給される旋回用油圧アクチュエータを備え、該アキュムレータは、旋回の加減速時に該旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油も蓄圧することを特徴としている。
請求項４記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構は、請求項３記載の油圧式作業機械の動力回生機構において、該旋回の加減速時に、該圧力センサの検出した圧力が該所定値を超えたときには、該アキュムレータに圧油がこれ以上蓄圧されないように、該旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油を該ポンプモータへ導き該ポンプモータをモータ作用させ、該ポンプモータの動力が該エンジンの動力をアシストすることを特徴としている。

請求項５記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構は、請求項１記載の油圧式作業機械の動力回生機構において、該油圧ポンプが吐出する圧油が供給される旋回用油圧アクチュエータを備え、該アキュムレータは、旋回の加減速時に該旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油も蓄圧することを特徴としている。
請求項６記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構は、請求項１〜５の何れか１項に記載の油圧式作業機械の動力回生機構において、該アキュムレータに蓄圧された圧油を、ブーム上げ時に該ポンプモータを介して該ブーム用油圧アクチュエータへ供給することを特徴としている。

請求項７記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構は、請求項１〜６の何れか１項に記載の油圧式作業機械の動力回生機構において、該エンジンの負荷が大きいときには、該アキュムレータに蓄圧された圧油を該ポンプモータへ導き該ポンプモータをモータ作用させ、該ポンプモータの動力が該エンジンの動力をアシストすることを特徴としている。

請求項１記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構によれば、ブーム下げ時にブーム用油圧アクチュエータから吐出される圧油はポンプモータを介してアキュムレータに蓄圧されるので、圧油の圧（ブーム圧）をポンプモータで適切に増大させてアキュムレータに蓄圧することができる。したがって、動力回生を安定させることができるとともに、従来技術に比べて動力回生の効率を向上させることができる。

請求項２記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構によれば、アキュムレータの圧力が所定値を超えたとき、つまり、アキュムレータが飽和状態にあるときには、ブーム用油圧アクチュエータから吐出される圧油をポンプモータへ導きポンプモータをモータ作用させてエンジンの動力をアシストさせるので、エンジンの負荷を軽くすることができる。
請求項３及び請求項５記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構によれば、旋回の加減速時に旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油もアキュムレータに蓄圧されるので、旋回時の余剰エネルギーを動力回生に利用し、従来技術に比べて動力回生の効率をより向上させることができる。

請求項４記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構によれば、アキュムレータが飽和状態にあるときには、旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油をポンプモータへ導きポンプモータをモータ作用させてエンジンの動力をアシストさせるので、エンジンの負荷を軽くすることができる。
請求項６記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構によれば、アキュムレータに蓄圧された圧油の圧が低くても、ポンプモータで不足分を補ってブーム上げに利用することができて、動力回生を安定させることができる。

請求項７記載の本発明の油圧式作業機械の動力回生機構によれば、エンジンの負荷が大きいときには、ポンプモータをモータ作用させてエンジンの動力をアシストさせ、エンジンの負荷を軽くすることができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
［一実施形態］
本発明の一実施形態について説明する。図１〜図９は本発明の一実施形態に係る油圧式作業機械の動力回生機構を示す模式的な図又は表であって、図１はその機体静止時の油圧回路図、図２はそのコントローラを説明するブロック図、図３はそのコントローラの制御内容を説明する表、図４はそのブーム下げ時の油圧回路図、図５はそのブーム下げ時且つアキュムレータ飽和時の油圧回路図、図６はそのブーム上げ時の油圧回路図、図７はその旋回加減速時の油圧回路図、図８はその旋回加減速時且つアキュムレータ飽和時の油圧回路図、図９はその動力回生機構が適用される油圧ショベルの模式的な斜視図である。

＜構成＞
本実施形態では、代表的な油圧式作業機械である油圧ショベルの動力回生機構について説明する。
図９に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回自在に結合された上部旋回体３と、上部旋回体３から前方へ延出するように取り付けられた作業装置４とから構成されている。

下部走行体２は、図示しない走行モータ（走行用油圧アクチュエータ）によって走行駆動されるようになっている。上部旋回体３は、旋回モータ（旋回用油圧アクチュエータ）５（図１参照）によって旋回駆動されるようになっている。作業装置４は、ブーム４ａ，アーム４ｂ及びバケット４ｃからなり、ブーム４ａはブームシリンダ（ブーム用油圧アクチュエータ）６によって駆動され、アーム４ｂはアームシリンダ（アーム用油圧アクチュエータ）７によって駆動され、バケット４ｃはバケットシリンダ（バケット用油圧アクチュエータ）８によって駆動されるようになっている。

図１により、このような油圧ショベル１の動力回生機構１０について説明する。
動力回生機構１０は、作動油を貯留するタンク１１と、タンク１１に貯留された作動油を吸い込んで加圧した圧油を吐出する油圧ポンプ１２と、油圧ポンプ１２を駆動するエンジン１３と、エンジン１３と共同もしくは単独で油圧ポンプ１２を駆動する可変容量型のポンプモータ１４と、エンジン１３の出力軸１３ａとポンプモータ１４の出力軸１４ａとに接続され、エンジン１３の動力とポンプモータ１４の動力とを配分して油圧ポンプ１２に伝達するポンプドライブ１５と、圧油を蓄圧するアキュムレータ１６と、アキュムレータ１６の圧力Ｐ（蓄圧状態）を検出する圧力センサ１７と、圧油が供給される上述の旋回モータ５及びブームシリンダ６と、タンク１１，油圧ポンプ１２，ポンプモータ１４，アキュムレータ１６，旋回モータ５及びブームシリンダ６それぞれを適宜接続する油圧ラインＬと、油圧ラインＬ上に介装された複数のバルブ２１〜２７及び３１〜３９と、複数のバルブ２１〜２７及び３１〜３９のうちの電磁式のバルブ３１〜３５及びポンプモータ１４を制御するコントローラ（制御手段）４０（図２参照）とを備えている。

油圧ポンプ１２は、第一のメインポンプ１２ａと、第二のメインポンプ１２ｂと、パイロットポンプ１２ｃとを有している。そして、第一のメインポンプ１２ａはブームシリンダ６へ圧油を供給し、第二のメインポンプ１２ｂは旋回モータ５へ圧油を供給するようになっている。また、パイロットポンプ１２ｃは、後述するブーム用制御弁２１及び旋回用制御弁２３のスプール位置を切り換えるために、ブーム用制御弁２１及び旋回用制御弁２３のパイロット作用部にパイロット圧を供給するようになっている。

ポンプモータ１４は、斜板式の可変容量型モータとして構成されており、コントローラ４０により斜板制御されて圧油の吐出量を加減することができるようになっている。そして、ポンプモータ１４は、その出力軸１４ａから取り出されるトルクによって油圧ポンプ１２を駆動することができるようになっているとともに、吐出する圧油をアキュムレータ１６に蓄圧したり、ブームシリンダ６へ供給してブーム４ａを駆動したりすることができるようになっている。
アキュムレータ１６は、後に詳述するが、ブーム４ａ下げ時にブームシリンダ６から吐出される圧油と、旋回加減速時に旋回モータ５からリリーフされる圧油とを蓄圧することができるようになっている。

（油圧ラインについて）
油圧ラインＬは、第一のメインラインＬ_Ｍ１と、第二のメインラインＬ_Ｍ２と、第一のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ１と、第二のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ２ と、第一のアキュムレータラインＬ_Ａ１と、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２と、タンクラインＬ_Ｔと、第一のブーム上げ補助ライン（第一の補助ライン）Ｌ_{ＡＳＳＩ−１}と、第二のブーム上げ補助ライン（第二の補助ライン）Ｌ_{ＡＳＳＩ−２}と、アキュムレータ用リリーフラインＬ_Ｒｅ−Ａと、モータ吸込ラインＬ_{ＭＯＴＥＲ}とを有して構成されている。

第一のメインラインＬ_Ｍ１は、第一のメインポンプ１２ａの吐出した圧油がブームシリンダ６へ供給された後にタンク１１へ戻るための油圧ラインであって、第一のメインポンプ１２ａとブームシリンダ６とタンク１１とを接続するように配管されている。
第二のメインラインＬ_Ｍ２は、第二のメインポンプ１２ｂの吐出した圧油が旋回モータ５へ供給された後にタンク１１へ戻るための油圧ラインであって、第二のメインポンプ１２ｂと旋回モータ５とタンク１１とを接続するように配管されている。

第一のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ１は、第一のメインポンプ１２ａの吐出流量を制御するためのネガコン圧を導出するための油圧ラインであって、第一のメインラインＬ_Ｍ１から分岐してタンク１１へ至るように配管されている。
第二のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ２ は、第二のメインポンプ１２ｂの吐出流量を制御するためのネガコン圧を導出するための油圧ラインであって、第二のメインラインＬ_Ｍ２から分岐してタンク１１へ至るように配管されている。

第一のアキュムレータラインＬ_Ａ１は、旋回加減速時に旋回モータ５からリリーフされる圧油をアキュムレータ１６に蓄圧するための油圧ライン（図７において太線で示している油圧ライン）であって、第二のメインラインＬ_Ｍ２から分岐してアキュムレータ１６へ至るように配管されている。
第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２は、ブーム４ａ下げ時にブームシリンダ６から吐出される圧油の一部をポンプモータ１４を介してアキュムレータ１６に蓄圧するための油圧ライン（図４において太線で示している油圧ライン）であって、第一のメインラインＬ_Ｍ１のうちの、後述するブーム用制御弁２１の一方の出力ポート２１ａ及びブームシリンダ６のボトムポート６ａを接続するボトムラインＬ_Ｍ１−Ｂから分岐し、ポンプモータ１４を介してアキュムレータ１６へ至るように配管されている。

タンクラインＬ_Ｔは、アキュムレータ１６の蓄圧が飽和状態にあるときに、圧油をアキュムレータ１６に蓄圧せずにタンク１１へ還流させるための油圧ライン（図５において、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２の一部とともに太線で示している油圧ライン）であって、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２から分岐されてタンク１１へ至るように配管されている。

第一の補助ラインＬ_{ＡＳＳＩ−１}は、アキュムレータ１６に蓄圧された圧油をブーム４ａ上げに利用するための油圧ライン（図６において、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２の一部と第二の補助ラインＬ_{ＡＳＳＩ−２}とともに太線で示している油圧ライン）であって、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２の第一地点Ｋ_１と第二地点Ｋ_２とをバイパスするように配管されている。そして、ポンプモータ１４が吐出した圧油をブームシリンダ６のボトム室６ｂへ向かって流通させることができるようになっている。

第二の補助ラインＬ_{ＡＳＳＩ−２}も、第一の補助ラインＬ_{ＡＳＳＩ−１}と同様にアキュムレータ１６に蓄圧された圧油をブーム４ａ上げに利用するための油圧ラインであって、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２の第三地点Ｋ_３と第四地点Ｋ_４とをバイパスするように配管されている。そして、アキュムレータ１６の圧油をポンプモータ１４へ導入することができるようになっている。

アキュムレータ用リリーフラインＬ_Ｒｅ−Ａは、アキュムレータ１６のリリーフ用の油圧ラインであって、アキュムレータ１６の圧力が所定値を越えたときに圧油をタンク１１へ直接リリーフすることができるようになっている。
モータ吸込ラインＬ_{ＭＯＴＥＲ}は、ポンプモータ１４がポンプ作用するときにタンク１１から圧油を吸い込むための油圧ラインである。詳しくは、アキュムレータ１６に圧が蓄圧されていない場合、及び、蓄圧された圧が低い場合にポンプモータ１４がポンプ作用するときに、タンク１１から圧油を吸い込むための油圧ラインである。

（バルブについて）
バルブ２１〜２７及び３１〜３９は、ブーム用制御弁２１と、第一のネガコン用リリーフ弁２２と、旋回用制御弁２３と、第二のネガコン用リリーフ弁２４と、高圧選択弁２５と、シーケンス弁２６と、第一のチェック弁２７と、第一の電磁流量制御弁３１と、第二の電磁流量制御弁３２と、第三の電磁流量制御弁３３と、第四の電磁流量制御弁３４と、第五の電磁流量制御弁３５と、第二のチェック弁３６と、第三のチェック弁３７と、第四のチェック弁３８と、アキュムレータ用リリーフ弁３９とを有して構成されている。

ブーム用制御弁２１は、第一のメインラインＬ_Ｍ１に介装されてブームシリンダ６へ供給される圧油の流通方向・流量を制御するバルブであって、４ポート３位置切換制御弁として構成されており、中立位置とブーム上げ位置とブーム下げ位置とを有している。そして、ブーム用制御弁２１が中立位置にあるときに、第一のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ１が連通するようになっている。

第一のネガコン用リリーフ弁２２は、第一のメインポンプ１２ａの吐出流量を制御するためのネガコン圧を導出するためのバルブであって、第一のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ１に介装されている。そして、第一のネガコン用リリーフ弁２２の手前で第一のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ１から分岐されたネガコンライン（図示略）のネガコン圧によって、第一のメインポンプ１２ａの吐出流量が制御されるようになっている。

旋回用制御弁２３は、第二のメインラインＬ_Ｍ２に介装されて旋回モータ５へ供給される圧油の流通方向・流量を制御するバルブであって、ブーム用制御弁２１と同様に４ポート３位置切換制御弁として構成されおり、中立位置と右旋回位置と左旋回位置とを有している。そして、旋回用制御弁２３が中立位置にあるときに、第二のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ２が連通するようになっている。

第二のネガコン用リリーフ弁２４は、第二のメインポンプ１２ｂの吐出流量を制御するためのネガコン圧を導出するためのバルブであって、第二のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ２に介装されている。そして、第二のネガコン用リリーフ弁２４の手前で第二のセンタバイパスラインＬ_ＣＢ２から分岐されたネガコンライン（図示略）のネガコン圧によって、第二のメインポンプ１２ｂの吐出流量が制御されるようになっている。

なお、ブーム用制御弁２１，旋回用制御弁２２，第一のネガコン用リリーフ弁２３と第二のネガコン用リリーフ弁２４とは、コントロールバルブユニット２０を構成している。このコントロールバルブユニット２０は、ここでは特に図示しないが、他に、アーム用制御弁やバケット用制御弁や走行用制御弁を有して構成されている。
高圧選択弁２５は、第二のメインラインＬ_Ｍ２に介装されて旋回モータ５の左右のポートに流通する圧油のうちの高圧側を選択するバルブ（シャトル弁）あって、その出力ポート２５ａには第一のアキュムレータラインＬ_Ａ１が連通している。

シーケンス弁２６は、第一のアキュムレータラインＬ_Ａ１に介装され、旋回加減速時に旋回モータ５が高圧になり規定圧（リリーフ圧）に達したときに、旋回モータ５から圧油をリリーフするためのバルブである。
第一のチェック弁２７は、第一のアキュムレータラインＬ_Ａ１においてシーケンス弁２６の下流側に介装され、アキュムレータ１６からの逆流を防ぐためのバルブである。

第一の電磁流量制御弁３１は、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２におけるポンプモータ１４よりもブームシリンダ６側（詳しくは、前述の第一地点Ｋ_１と第三地点Ｋ_３との間）に介装されている。そして、コントローラ４０によってそのスプール位置を開放位置と遮断位置とに切り換え制御されるようになっており、開放位置では、ブームシリンダ６のボトムポート６ａからポンプモータ１４の導入ポート１４ｂへ向かう圧油の流れを許容し、遮断位置では、その圧油の流れを遮断するようになっている。つまり、ブーム４ａ下げ時に第一の電磁流量制御弁３１が開放位置にあると、ブームシリンダ６のボトム室６ｂの圧油がポンプモータ１４へ導入されるようになっている。なお、コントローラ４０から電気信号が送られない常態時にはそのスプール位置は遮断位置にあり、電気信号が送られたときに開放位置に切り換えられるようになっている。

第二の電磁流量制御弁３２は、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２におけるポンプモータ１４の吐出ポート１４ｃとアキュムレータ１６との間（詳しくは、前述の第二地点Ｋ_２と第四地点Ｋ_４との間）に介装されている。そして、コントローラ４０によってスプール位置を開放位置と遮断位置とに切り換え制御されるようになっており、開放位置ではポンプモータ１４からアキュムレータ１６へ向かう圧油の流れを許容し、遮断位置ではその圧油の流れを遮断するようになっている。つまり、第二の電磁流量制御弁３２が開放位置にあると、ブーム４ａ下げ時にブームシリンダ６から吐出される圧油を、ポンプモータ１４を介してアキュムレータ１６に蓄圧することができるようになっている。なお、コントローラ４０から電気信号が送られない常態時にはそのスプール位置は遮断位置にあり、電気信号が送られたときに開放位置に切り換えられるようになっている。

ここで、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２において、ブームシリンダ６側を上流側且つアキュムレータ１６側を下流側としたとき、上流から下流に向かって、第一地点Ｋ_１、第一の電磁流量制御弁３１、第三地点Ｋ_３、ポンプモータ１４、第二地点Ｋ_２、第二の電磁流量制御弁３２、後述する第二のチェック弁３６、第四地点Ｋ_４、アキュムレータ１６の順に並んでいる。

第三の電磁流量制御弁３３は、タンクラインＬ_Ｔに介装されている。そして、コントローラ４０によってそのスプール位置を開放位置と遮断位置とに切り換え制御されるようになっており、開放位置ではポンプモータ１４からタンク１１へ戻る圧油の流れを許容し、遮断位置ではその圧油の流れを遮断するようになっている。つまり、第三の電磁流量制御弁３３が開放位置にあると、ポンプモータ１４からタンク１１へ圧油が戻るようになっている。なお、コントローラ４０から電気信号が送られない常態時にはそのスプール位置は遮断位置にあり、電気信号が送られたときに開放位置に切り換えられるようになっている。

第四の電磁流量制御弁３４は、第一の補助ラインＬ_{ＡＳＳＩ−１}に介装されている。そして、コントローラ４０によってそのスプール位置を開放位置と遮断位置とに切り換え制御されるようになっており、開放位置ではポンプモータ１４からブームシリンダ６のボトム室６ｂへ向かう圧油の流れを許容し、遮断位置ではその圧油の流れを遮断するようになっている。つまり、第四の電磁流量制御弁３４が開放位置にあると、ポンプモータ１４から吐出される圧油がブームシリンダ６のボトム室６ｂに供給され、その圧油をブーム４ａ上げに利用することができるようになっている。なお、コントローラ４０から電気信号が送られない常態時にはそのスプール位置は遮断位置にあり、電気信号が送られたときに開放位置に切り換えられるようになっている。

第五の電磁流量制御弁３５は、第二の補助ラインＬ_{ＡＳＳＩ−２}に介装されている。そして、コントローラ４０によってそのスプール位置を開放位置と遮断位置とに切り換え制御されるようになっており、開放位置ではアキュムレータ１６からポンプモータ１４へ向かう圧油の流れを許容し、遮断位置ではその圧油の流れを遮断するようになっている。つまり、第五の電磁流量制御弁３５が開放位置にあると、アキュムレータ１６の圧油がポンプモータ１４へ導入されるようになっている。なお、コントローラ４０から電気信号が送られない常態時にはそのスプール位置は遮断位置にあり、電気信号が送られたときに開放位置に切り換えられるようになっている。

第二のチェック弁３６は、第二のアキュムレータラインＬ_Ａ２における第二の電磁流量制御弁３２の直ぐ下流に介装されており、アキュムレータ１６に蓄圧された圧油が第二の電磁流量制御弁３２に作用するのを防止することができるようになっている。
第三のチェック弁３７は、第一の補助ラインＬ_{ＡＳＳＩ−１}における第四の電磁流量制御弁３４の直ぐ下流に介装されており、ブームシリンダ６からの圧油の流れが第四の電磁流量制御弁３４に作用するのを防止することができるようになっている。

第四のチェック弁３８は、モータ吸込ラインＬ_{ＭＯＴＥＲ}に介装されており、タンク１１からポンプモータ１４への圧油の流れを許容するようになっている。
アキュムレータ用リリーフ弁３９は、アキュムレータ用リリーフラインＬ_Ｒｅ−Ａに介装されており、アキュムレータ１６が飽和状態に達したときに自然に開弁して、タンク１１へ圧油をリリーフすることができるようになっている。

（コントローラについて）
コントローラ４０は、図２に示すように、入力側に圧力センサ１７，旋回操作検出手段５１及びブーム操作検出手段５２が接続されるとともに、出力側に第一〜第五の電磁流量制御弁３１〜３５及びポンプモータ１４のレギュレータ１４ｄが接続されて、圧力センサ１７，旋回操作検出手段５１及びブーム操作検出手段５２から入力された情報に応じて、第一〜第五の電磁流量制御弁３１〜３５に電気信号を送りそのスプール位置を切り換え制御するとともに、ポンプモータ１４の斜板の傾きを制御するようになっている。

具体的には、コントローラ４０は、ブーム操作検出手段５２によりブーム４ａ下げが検出され、且つ、圧力センサ１７の検出した圧力Ｐが予め設定された所定値Ｐ_０以下（Ｐ≦Ｐ_０）のときに、第一の電磁流量制御弁３１と第二の電磁流量制御弁３２とに電気信号を送り、図３及び図４に示すように、それら電磁流量制御弁３１，３２のスプール位置を開放位置へ切り換えるようになっている。そして、これにより、ブーム４ａ下げ時にタンク１１へ戻る圧油の一部を、ポンプモータ１４を介してアキュムレータ１６に蓄圧することができるようになっている。なお、上記の所定値Ｐ_０は、アキュムレータ１６の蓄圧状態が飽和状態であるときの値に設定されている。

また、コントローラ４０は、ブーム操作検出手段５２によりブーム４ａ下げが検出され、且つ、圧力センサ１７の検出した圧力Ｐが予め設定された所定値Ｐ_０を超えた（Ｐ＞Ｐ_０）ときに、第一の電磁流量制御弁３１と第三の電磁流量制御弁３３とに電気信号を送り、図３及び図５に示すように、それら電磁流量制御弁３１，３３のスプール位置を開放位置へ切り換えるようになっている。そして、これにより、アキュムレータ１６に圧油がこれ以上蓄圧されないように、ブームシリンダ６から吐出される圧油の一部をポンプモータ１４へ供給した後にタンク１１へ逃がし、ポンプモータ１４をモータ作用させてエンジン１３の動力をアシストすることができるようになっている。

また、コントローラ４０は、ブーム操作検出手段５２によりブーム４ａ上げが検出されたときには、第四の電磁流量制御弁３４と第五の電磁流量制御弁３５とに電気信号を送り、図３及び図６に示すように、それら電磁流量制御弁３４，３５のスプール位置を開放位置へ切り換えるようになっている。そして、これにより、アキュムレータ１６に蓄圧された圧油を、ポンプモータ１４を介してブームシリンダ６のボトム室６ｂに供給することができるようになっている。なお、アキュムレータ１６に圧が蓄圧されていない場合や蓄圧された圧が低い場合には、ポンプモータ１４はポンプ作用してタンク１１から圧油を吸い込み、吸い込んだ圧油をブームシリンダ６のボトム室６ｂに供給することができるようになっている。

また、コントローラ４０は、旋回操作検出手段５１により旋回操作が検出され、且つ、圧力センサ１７の検出した圧力Ｐが予め設定された所定値Ｐ_０を超えた（Ｐ＞Ｐ_０）ときには、第三の電磁流量制御弁３３と第五の電磁流量制御弁３５とに電気信号を送り、図３及び図８に示すように、それら電磁流量制御弁３３，３５のスプール位置を開放位置へ切り換えるようになっている。つまり、図７に示すように、旋回の加減速時には、旋回モータ５は上部旋回体３の慣性力により過大な負荷を受け規定圧に達して、シーケンス弁２６が自然と開弁し、圧油がリリーフされる。このときにアキュムレータ１６の圧力Ｐが所定値Ｐ_０を超えたら、図８に示すように、コントローラ４０は第三及び第五の電磁流量制御弁３３，３５を開放位置へ切り換えて、アキュムレータ１６に圧油がこれ以上蓄圧されないように、旋回モータ５からリリーフされる圧油をポンプモータ１４へ導き、ポンプモータ１４をモータ作用させて、エンジン１３の動力をアシストすることができるようになっている。

＜作用・効果＞
本発明の一実施形態にかかる油圧式作業機械の動力回生機構は上述のように構成されているので、以下のような作用・効果がある。
（１）ブーム下げの場合
図４に示すように、ブーム４ａ下げのときには、コントローラ４０は、第一の電磁流量制御弁３１を開いて、ブームシリンダ６から吐出された圧油をポンプモータ１４へ導きながら、ポンプモータ１４の斜板を制御して、ブーム４ａ下げ速度を調整する。また、コントローラ４０は、第二の電磁流量制御弁３２を開き、ブームシリンダ６から吐出されポンプモータ１４へ導かれた圧油をアキュムレータ１６に蓄圧する。

そして、圧力センサ１７で検出されたアキュムレータ１６の圧力Ｐが所定値Ｐ_０に達してこれ以上の蓄圧が困難な場合には、図５に示すように、第二の電磁流量制御弁３２を閉じるとともに第三の電磁流量制御弁３３を開いて、ポンプモータ１４から吐出された圧油をタンク１１へ逃がす。

（２）ブーム上げの場合
図６に示すように、ブーム４ａ上げのときには、コントローラ４０は、第五の電磁流量制御弁３５を開いて、アキュムレータ１６の圧油をポンプモータ１４へ供給し、且つ、第四の電磁流量制御弁３４を開きながらポンプモータ１４の斜板を制御して、ブーム４ａ上げ速度を調整する。また、アキュムレータ１６に圧が蓄圧されていない場合（つまり、例えば、蓄圧された圧を全て放出して蓄圧されていない状態になった場合）や蓄圧された圧が低い場合には、ポンプモータ１４はポンプ作用してタンク１１から圧油を吸い込み、その吸い込んだ圧油をブーム４ａ上げに利用する。

（３）旋回の場合
図７に示すように、旋回加速及び減速（ブレーキ）時には、旋回モータ５が規定圧に達してシーケンス弁２６から圧油が流出し、この圧油はチェック弁２７を介してアキュムレータ１６に蓄圧される。

ここで、圧力センサ１７で検出されたアキュムレータ１６の圧力Ｐが所定値Ｐ_０に達して蓄圧が困難な場合には、図８に示すように、コントローラ４０は第五の電磁流量制御弁３５を開いて、旋回モータ５からの圧油をポンプモータ１４へ導き、ポンプモータ１４をモータ作用させてエンジン１３の動力をアシストする。
このように、本発明の動力回生機構１０によれば、ブーム４ａ下げ時にブームシリンダ６から吐出される圧油はポンプモータ１４を介してアキュムレータ１６に蓄圧されるので、圧油の圧（ブーム圧）をポンプモータ１４で適切に増大させてアキュムレータ１６に蓄圧することができる。したがって、動力回生を安定させることができるとともに、従来技術に比べて動力回生の効率を向上させることができる。

また、アキュムレータ１６の圧力Ｐが所定値Ｐ_０を超えたとき、つまり、アキュムレータ１６が飽和状態にあるときには、ブームシリンダ６から吐出される圧油をポンプモータ１４へ導きポンプモータ１４をモータ作用させてエンジン１３の動力をアシストさせるので、エンジン１３の負荷を軽くすることができる。
また、旋回の加減速時に旋回モータ５からリリーフされる圧油もアキュムレータ１６に蓄圧されるので、旋回時の余剰エネルギーを動力回生に利用し、動力回生の効率をより向上させることができる。

また、アキュムレータ１６が飽和状態にあるときには、旋回モータ５からリリーフされる圧油をポンプモータ１４へ導きポンプモータ１４をモータ作用させてエンジン１３の動力をアシストさせるので、エンジン１３の負荷を軽くすることができる。
また、アキュムレータ１６に蓄圧された圧油の圧が低くても、もしくは、アキュムレータ１６に圧が蓄圧されていなくても、ポンプモータ１４をポンプ作用させてポンプモータ１４で不足分を補ってブーム４ａ上げに利用することができるので、動力回生を安定させることができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態において、エンジン１３の負荷を検出する負荷センサ（エンジン負荷検出手段）をさらに備えて、負荷センサによりエンジン１３の負荷が大きいことが検出されたら、コントローラ４０は、第一の電磁流量制御弁３１及び第三の電磁流量制御弁３３のスプール位置を開放位置に切り換えるようにしても良い。これによれば、エンジン１３の負荷が大きいときには、アキュムレータ１６に蓄圧された圧油をポンプモータ１４へ導き、ポンプモータ１４をモータ作用させエンジン１３の動力をアシストさせて、エンジン１３の負荷を軽くすることができる。

また、上記実施形態において、油圧ショベル１の動力回生機構について説明したが、例えばクレーンやブルドーザ等の他の油圧式作業機械に適宜変更して適用されてももちろん良い。

本発明の一実施形態に係る油圧式作業機械の動力回生機構の機体静止時の模式的な油圧回路図である。 図１の動力回生機構のコントローラを説明する模式的なブロック図である。 図１の動力回生機構のコントローラの制御内容を説明する表である。 図１の動力回生機構のブーム下げ時の模式的な油圧回路図である。 図１の動力回生機構のブーム下げ時且つアキュムレータ飽和時の模式的な油圧回路図である。 図１の動力回生機構のブーム上げ時の模式的な油圧回路図である。 図１の動力回生機構の旋回加減速時の模式的な油圧回路図である。 図１の動力回生機構の旋回加減速時且つアキュムレータ飽和時の模式的な油圧回路図である。 図１の動力回生機構が適用される油圧ショベルの模式的な斜視図である。 本発明の従来技術に係る油圧式作業機械の動力回生機構としての流体圧回路を示す模式図である。

符号の説明

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 作業装置
４ａ ブーム
４ｂ アーム
４ｃ バケット
５ 旋回モータ（旋回用油圧アクチュエータ）
６ ブームシリンダ（ブーム用油圧アクチュエータ）
７ アームシリンダ
８ バケットシリンダ
１０ 動力回生機構
１１ タンク
１２ 油圧ポンプ
１２ａ 第一のメインポンプ
１２ｂ 第二のメインポンプ
１２ｃ パイロットポンプ
１３ エンジン
１４ ポンプモータ
１４ａ 出力軸
１４ｂ 導入ポート
１４ｃ 吐出ポート
１４ｄ レギュレータ
１５ ポンプドライブ
１６ アキュムレータ
１７ 圧力センサ
２０ コントロールバルブユニット
２１ ブーム用制御弁
２２ 第一のネガコン用リリーフ弁
２３ 旋回用制御弁
２４ 第二のネガコン用リリーフ弁
２５ 高圧選択弁
２６ シーケンス弁
２７ 第一のチェック弁
３１ 第一の電磁流量制御弁
３２ 第二の電磁流量制御弁
３３ 第三の電磁流量制御弁
３４ 第四の電磁流量制御弁
３５ 第五の電磁流量制御弁
３６ 第二のチェック弁
３７ 第三のチェック弁
３８ 第四のチェック弁
３９ アキュムレータ用リリーフ弁
４０ コントローラ
５１ 旋回操作検出手段
５２ ブーム操作検出手段
１０１ 流体圧アクチュエータ
１０２ コントロール弁
１０３ タンク
１０４ 戻り流体通路
１０５ 流体圧モータ
１０５ａ 出力軸
１０６ 減速器
１０７ 流体圧ポンプ
１０７ａ 入力軸
１０７ｂ 吐出ポート
１０８ 逆止弁
１０９ 方向制御弁
１０９ａ 供給ポート
１０９ｂ 一方の出力ポート
１０９ｃ 他方の出力ポート
１１０ アキュムレータ
１１１ 逆止弁
１１２ メインポンプ
１１３ メイン回路
Ｌ_Ｍ１ 第一のメインライン
Ｌ_Ｍ２ 第二のメインライン
Ｌ_ＣＢ１ 第一のセンタバイパスライン
Ｌ_ＣＢ１ 第二のセンタバイパスライン
Ｌ_Ａ１ 第一のアキュムレータライン
Ｌ_Ａ２ 第二のアキュムレータライン
Ｌ_Ｔ タンクライン
Ｌ_{ＡＳＳＩ−１} 第一のブーム上げ補助ライン（第一の補助ライン）
Ｌ_{ＡＳＳＩ−２} 第二のブーム上げ補助ライン（第二の補助ライン）
Ｌ_Ｒｅ−Ａ リリーフライン
Ｌ_{ＭＯＴＥＲ} モータ吸込ライン

Claims (7)

1. 圧油を吐出する油圧ポンプと、
   該油圧ポンプを駆動するエンジンと、
   該油圧ポンプを駆動する可変容量型のポンプモータと、
   該エンジンの出力軸と該ポンプモータの出力軸とに接続され、該エンジンの動力と該ポンプモータの動力とを配分して該油圧ポンプに伝達するポンプドライブと、
   該油圧ポンプが吐出する圧油が供給されるブーム用油圧アクチュエータと、
   ブーム下げ時に該ブーム用油圧アクチュエータから吐出される圧油を直接該ポンプモータを介して蓄圧するアキュムレータとを備えた
   ことを特徴とする、油圧式作業機械の動力回生機構。
2. 該アキュムレータの圧力を検出する圧力センサを備え、
   該ブーム下げ時に、該圧力センサの検出した圧力が予め定められた所定値を超えたときには、該アキュムレータに圧油がこれ以上蓄圧されないように、該ブーム用油圧アクチュエータから吐出される圧油を該ポンプモータへ導き該ポンプモータをモータ作用させ、該ポンプモータの動力が該エンジンの動力をアシストする
   ことを特徴とする、請求項１記載の油圧式作業機械の動力回生機構。
3. 該油圧ポンプが吐出する圧油が供給される旋回用油圧アクチュエータを備え、
   該アキュムレータは、旋回の加減速時に該旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油も蓄圧する
   ことを特徴とする、請求項２記載の油圧式作業機械の動力回生機構。
4. 該旋回の加減速時に、該圧力センサの検出した圧力が該所定値を超えたときには、該アキュムレータに圧油がこれ以上蓄圧されないように、該旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油を該ポンプモータへ導き該ポンプモータをモータ作用させ、該ポンプモータの動力が該エンジンの動力をアシストする
   ことを特徴とする、請求項３記載の油圧式作業機械の動力回生機構。
5. 該油圧ポンプが吐出する圧油が供給される旋回用油圧アクチュエータを備え、
   該アキュムレータは、旋回の加減速時に該旋回用油圧アクチュエータからリリーフされる圧油も蓄圧する
   ことを特徴とする、請求項１記載の油圧式作業機械の動力回生機構。
6. 該アキュムレータに蓄圧された圧油を、ブーム上げ時に該ポンプモータを介して該ブーム用油圧アクチュエータへ供給する
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の油圧式作業機械の動力回生機構。
7. 該エンジンの負荷が大きいときには、該アキュムレータに蓄圧された圧油を該ポンプモータへ導き該ポンプモータをモータ作用させ、該ポンプモータの動力が該エンジンの動力をアシストする
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の油圧式作業機械の動力回生機構。

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