JP5873703B2

JP5873703B2 - 油圧装置

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Publication number: JP5873703B2
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Authority: JP
Inventors: 健吾粂内; 清水　宏一; 宏一清水
Original assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: JP2013122151A

Description

本発明は、油圧アクチュエータを作動させて種々の作業を行うように構成された作業機械等に用いられる油圧装置に関する。

上記作業機械の一例として、掘削等の作業を行うように構成されたパワーショベルがある。一般にパワーショベルは、走行装置、旋回装置、ブーム、アーム、バケット等の各々に対応させて設けられた油圧アクチュエータ（例えば、油圧モータや油圧シリンダ等）に、メイン油圧ポンプから吐出された作動油を供給して作動させることにより、掘削作業が行えるように構成される。メイン油圧ポンプから吐出された作動油は一旦コントロールバルブに供給され、このコントロールバルブ（コントロールバルブ内のバルブスプール）により供給方向および供給量が制御されて、各油圧アクチュエータに供給される。コントロールバルブの作動制御に関しては、例えばメイン油圧ポンプとは別に設けられたパイロット油圧ポンプからの吐出される作動油を基にして、操作レバーに対する操作に応じたパイロット圧を生成し、このパイロット圧をコントロールバルブに作用させる構成のものが良く知られている（例えば、特許文献１および２を参照）。

図５には、パイロット圧によりコントロールバルブの作動制御を行う従来のパワーショベルの油圧回路５００を示している。駆動源としての電動モータ５１０が駆動されることによりメイン油圧ポンプ５２０から作動油が吐出され、この吐出された作動油がコントロールバルブ５６０を介して油圧シリンダ５７０に供給される。一方、パイロット油圧ポンプ５３０から吐出された作動油は、パイロット油路用リリーフバルブ５４０により例えば３．５ＭＰａ程度（以下、この圧力を「所定パイロット元圧」と称する）に調圧されてパイロットバルブ５５０に供給される。パイロットバルブ５５０においては、所定パイロット元圧の作動油を基にして操作レバー５５１に対する操作に応じたパイロット圧が生成される。そして、このパイロット圧がコントロールバルブ５６０に出力されることで、コントロールバルブ５６０内のバルブスプール（図示せず）の移動制御が行われるように構成されている。

油圧回路５００においては、パイロット油圧ポンプ５３０からの作動油をパイロット油路用リリーフバルブ５４０により所定パイロット元圧に調圧した上で、操作レバー５５１に対する操作の有無に関らず常時パイロットバルブ５５０に供給する構成となっている。そのため、操作レバー５５１に対する操作に応じてパイロット圧を素早く生成でき、操作レバー５５１への操作に対する油圧シリンダ５７０の作動応答性が確保されている。

特開２００４−１９０４３９号公報特開２００６−１０５３２４号公報

このように油圧回路５００においては、操作レバー５５１に対して操作がされていないときにも、所定パイロット元圧に調圧された作動油がパイロットバルブ５５０に供給されるため、このときにパイロット油圧ポンプ５３０から吐出された作動油は、パイロット油路用リリーフバルブにおいてそのエネルギー（運動エネルギー）が熱エネルギーに変換されるだけで何ら仕事をすることなく作動油タンクに戻されており、作動油の持つエネルギーが無駄になっていた。

そこで、このようなエネルギーの無駄を減らす方法の１つとして、操作レバー５５１に対する操作に応じてパイロット油圧ポンプ５３０を駆動させることで、操作レバー５５１が操作されたときのみパイロット油圧ポンプ５３０からパイロットバルブ５５０に所定パイロット元圧の作動油を供給する方法が考えられる。この方法を採用した場合には、作動油の持つエネルギーが無駄になりにくいものの、一方で、操作レバー５５１への操作に対する油圧シリンダ５７０の作動応答性が低下するという問題が生じる。このように、操作レバーへの操作に対する油圧アクチュエータの作動応答性を確保しつつ、作動油の持つエネルギーを有効に利用することが困難であるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、油圧アクチュエータの作動応答性を確保しつつ、作動油の持つエネルギーを有効に利用可能な油圧装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る油圧装置（例えば、実施形態におけるパワーショベル１に用いられる油圧装置）は、アクチュエータ用作動油の供給を受けて作動する油圧アクチュエータ（例えば、実施形態における油圧シリンダ７０）と、前記アクチュエータ用作動油を供給するアクチュエータ用作動油供給源（例えば、実施形態におけるメイン油圧ポンプ３２）と、前記アクチュエータ用作動油供給源から前記油圧アクチュエータへの前記アクチュエータ用作動油の供給制御を行うコントロールバルブと、前記コントロールバルブの作動がパイロット圧を受けて制御される構成であり、前記コントロールバルブの作動を制御するための前記パイロット圧を前記コントロールバルブに供給する制御を行うパイロットバルブと、前記パイロット圧の基になるパイロット用作動油を供給するパイロット用作動油供給源（例えば、実施形態におけるパイロット油圧ポンプ３３）と、前記パイロット用作動油供給源から前記パイロットバルブに至るパイロット用供給油路（例えば、実施形態における第１パイロット油路３３ａ、第２パイロット油路３３ｂ）に設けられ、前記パイロットバルブに供給される前記パイロット用作動油の油圧を調整して前記パイロット圧を生成するパイロット圧調整手段とを有する。そして、前記パイロット圧調整手段が、前記パイロット用供給油路から分岐して作動油タンクに繋がる油路に設けられて、前記パイロット用作動油の供給を受けて回転駆動されるパイロット圧用油圧モータと、前記パイロット圧用油圧モータにより回転駆動されて回生発電を行うパイロット圧用回生発電手段（例えば、実施形態における発電用電動モータ４１）と、前記パイロット用供給油路内の作動油の圧力を検出するパイロット圧力検出手段と、前記パイロット圧力検出手段により検出される前記パイロット用供給油路内の作動油の圧力が前記パイロット圧となるように、前記パイロット圧用回生発電手段の回生発電制御を行って前記パイロット圧用油圧モータに作用する回転抵抗を制御するパイロット圧用回転抵抗制御手段とを備える。

この油圧装置において、前記パイロット圧用回生発電手段が、発電用電動モータにより構成されており、前記発電用電動モータは、付与される電力に応じた前記回転抵抗を前記パイロット圧用油圧モータに作用させる構成としても良い。

もう一つの本発明に係る油圧装置は、アクチュエータ用作動油の供給を受けて作動する油圧アクチュエータと、前記アクチュエータ用作動油を供給するアクチュエータ用作動油供給源と、前記アクチュエータ用作動油供給源から前記油圧アクチュエータへの前記アクチュエータ用作動油の供給制御を行うコントロールバルブと、前記アクチュエータ用作動油供給源から前記コントロールバルブに至るアクチュエータ用供給油路を通って前記コントロールバルブに供給されるとともに、前記コントロールバルブにより供給制御されて前記油圧アクチュエータに供給される前記アクチュエータ用作動油の油圧を調整するアクチュエータ圧調整手段とを有する。そして、前記アクチュエータ圧調整手段が、前記アクチュエータ用供給油路から分岐して作動油タンクに繋がる油路に設けられて、前記アクチュエータ用作動油の供給を受けて回転駆動されるアクチュエータ圧用油圧モータと、前記アクチュエータ圧用油圧モータにより回転駆動されて回生発電を行うアクチュエータ圧用回生発電手段と、前記アクチュエータ用供給油路内の作動油の圧力を検出するアクチュエータ圧力検出手段と、前記アクチュエータ圧力検出手段により検出される前記アクチュエータ用供給油路内の作動油の圧力が所定のアクチュエータ圧となるように、前記アクチュエータ圧用回生発電手段の回生発電制御を行って前記アクチュエータ圧用油圧モータに作用する回転抵抗を制御するアクチュエータ圧用回転抵抗制御手段とを備える。

上記もう一つの本発明に係る油圧装置において、前記アクチュエータ圧用回生発電手段が、発電用電動モータにより構成されており、前記発電用電動モータは、付与される電力に応じた前記回転抵抗を前記アクチュエータ圧用油圧モータに作用させる構成としても良い。

本発明に係る油圧装置は、パイロット用作動油もしくはアクチュエータ用作動油を受けて回転駆動されることによりこのときの回転抵抗に応じた圧力にこれら作動油の油圧を調圧する油圧モータと、油圧モータに繋がって油圧モータから回転駆動エネルギーを受けて回生発電可能であるとともに、油圧モータに前記回転抵抗を作用させる回生発電手段とを備える。このため、油圧モータを例えばパイロット用供給油路に設けることで、油圧モータによりパイロット用供給油路内の作動油を調圧できるとともに、このようにして調圧する際に、作動油の持つエネルギーを回転運動として取り出すことができる。そして、この回転運動が、回生発電手段により再利用可能な電気エネルギー（電力）に変換されて回収されるので、作動油をパイロット圧生成手段に常時供給させても作動油の持つエネルギーが無駄とはなりにくい。よって、常時作動油をパイロット圧生成手段に供給させて油圧アクチュエータの作動応答性を確保しながら、この作動油の持つエネルギーを電気エネルギーとして回収し、有効利用可能となる。

上述の油圧装置において、アクチュエータ用供給油路内またはパイロット用供給油路内の作動油の圧力を検出する圧力検出手段と、作動油の圧力が所定圧となるように回生発電手段の回生発電制御を行って油圧モータに作用する前記回転抵抗を制御する回転抵抗制御手段とを備えることが好ましい。このように構成された場合、圧力検出手段により検出された圧力をフィードバックさせながら作用させる回転抵抗を制御可能となり、作動油の圧力を目標とする所定圧に維持することが可能になる。

さらに、回生発電手段が、発電用電動モータにより構成されることが好ましい。このように構成された場合、例えば発電用電動モータに対する電力の供給制御を行うことで回転抵抗を制御できる。

本発明を適用した作業機械の一例としてのパワーショベルの斜視図である。上記パワーショベルの油圧回路である。発電用電動モータの制御を説明するための説明図である。発電用電動モータの制御に関するフローチャートである。従来のパワーショベルの油圧回路である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１には、本発明を適用した作業機械の一例としてクローラ型のパワーショベル１を示しており、まずこの図１を参照しながら、パワーショベル１の全体構成について説明する。

このパワーショベル１は、平面視略Ｈ字状の走行台車２（車体）の左右に走行機構３，３が設けられて構成される走行装置４と、走行台車２の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード５と、走行台車２の上部に旋回可能に設けられた旋回台６と、旋回台６の前部に設けられたショベル機構７と、旋回台６の上部に立設された運転者搭乗用のオペレータキャビン８（車体）とから構成されている。

走行装置４を構成する左右一対の走行機構３，３は、走行台車２の左右前部に設けられた駆動用スプロケットホイール９と、走行台車２の左右後部に設けられたアイドラホイール１０との間に履帯１１が巻き掛けられて構成される。駆動用スプロケットホイール９は、油圧で作動する走行油圧モータ（不図示）により回転駆動される。ブレード５は、油圧駆動式のブレードシリンダ（不図示）の作動により揺動され、旋回台６は、油圧で作動する旋回油圧モータ（不図示）により旋回動される。なお、走行油圧モータは、左右一対の駆動用スプロケットホイール９のそれぞれに対応させて設けられている。

ショベル機構７は、旋回台６の前部に起伏動自在に枢結されたブーム１２と、ブーム１２の先端部にブーム１２の起伏面内で上下に揺動自在に枢結されたアーム１３と、アーム１３の先端に上下に揺動自在に枢結されたバケット１４と、油圧駆動式のブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１７とから構成されている。ブーム１２はブームシリンダ１５により起伏動され、アーム１３はアームシリンダ１６により揺動され、バケット１４はバケットシリンダ１７により揺動される。以降の説明では、油圧で作動する走行油圧モータやブレードシリンダ等を纏めて「油圧アクチュエータ」と呼ぶことにする。

オペレータキャビン８は、上下前後左右が囲まれた矩形箱状に形成されており、内部に運転者が前方に向いて着座するためのオペレータシート１８が設けられている。オペレータシート１８の左右には、ショベル機構７等の作動操作を行うための一対の右作業用操作レバー１９と左作業用操作レバー２０とが設けられており、また、オペレータシート１８の前方には、走行装置４の作動操作を行うための一対の右走行用操作レバー２１と左走行用操作レバー２２とが設けられている。右走行用操作レバー２１は、走行装置４における右側に配設された走行油圧モータを操作するための操作レバーで、左走行用操作レバー２２は、走行装置４における左側に配設された走行油圧モータを操作するための操作レバーである。

このように構成されるパワーショベル１においては、オペレータがオペレータシート１８に着座して、右作業用操作レバー１９および左作業用操作レバー２０を前後左右に傾動操作したり、右走行用操作レバー２１および左走行用操作レバー２２を前後に傾動操作することにより、パワーショベル１を前後に走行させたりショベル機構７等を作動させて、掘削作業等を行うことができる。

以上ここまでは、パワーショベル１の全体構成について説明した。このように構成されるパワーショベル１は、図２に示すような電動モータ３１を駆動源とする油圧回路３０を備えて構成され、この油圧回路３０により油圧アクチュエータへの作動油の供給制御が行われる。それでは、油圧回路３０について、図２および図３を追加参照しながら以下に説明する。

油圧回路３０は、大別して、油圧アクチュエータに作動油を供給するためのメイン油路３５と、各油圧アクチュエータに対応して設けられたコントロールバルブにパイロット圧を作用させるためのパイロット油路３６とから構成される。なお、図２には、右作業用操作レバー１９に対応するパイロットバルブ５０で生成されたパイロット圧により作動制御されるコントロールバルブ６０、およびこのコントロールバルブ６０により作動油の供給制御が行われる油圧シリンダ７０を抜き出して図示している。

メイン油路３５は、電動モータ３１により駆動されるメイン油圧ポンプ３２と、油圧アクチュエータのうちの１つとしての油圧シリンダ７０と、この油圧シリンダ７０への作動油の供給制御を行うコントロールバルブ６０とから構成される。そして、メイン油圧ポンプ３２とコントロールバルブ６０とが第１メイン油路６０ａによって接続され、コントロールバルブ６０と作動油タンク３９とが第２メイン油路６０ｂによって接続されている。

メイン油圧ポンプ３２は、斜板の傾斜角度に応じて作動油の吐出量を制御可能に構成された可変容量型の油圧ポンプであり、この斜板の傾斜角度は右作業用操作レバー１９等に対する傾動操作に応じて制御され、要求量に見合った量の作動油を吐出可能に構成される。このメイン油圧ポンプ３２は、電動モータ３１により回転駆動されることで、作動油タンク３９の作動油を吸い上げて第１メイン油路６０ａに吐出する。

コントロールバルブ６０は、内部に移動自在にバルブスプール（図示せず）を有して構成され、このバルブスプールの移動位置に応じて、油圧シリンダ７０に対する作動油の供給量および供給方向が制御される。なお、第１メイン油路６０ａには、第１メイン油路６０ａ内の作動油を所定メイン圧に調圧するメイン油路用リリーフバルブ（図示せず）が設けられ、また、第２メイン油路６０ｂには、作動油に混在するゴミ等をろ過して捕集するフィルタ３８が設けられている。

このように構成されるメイン油路３５では、電動モータ３１が駆動されると、メイン油圧ポンプ３２から吐出された作動油は、メイン油路用リリーフバルブによって所定メイン圧に調圧されるとともに第１メイン油路６０ａを介してコントロールバルブ６０に供給され、さらに、コントロールバルブ６０により制御された供給方向および供給量で油圧シリンダ７０に供給される。また、油圧シリンダ７０からコントロールバルブ６０へ戻された作動油、および第１メイン油路６０ａを介してコントロールバルブ６０に供給されたものの油圧シリンダ７０に供給されることなく余剰となった作動油は、第２メイン油路６０ｂを介して作動油タンク３９に戻されて貯留される。

パイロット油路３６は、固定容量型のパイロット油圧ポンプ３３、油圧モータ４０、発電用電動モータ４１、パイロットバルブ５０、圧力センサ８０、回転抵抗制御コントローラ８１、電流制御回路８２およびバッテリ９０を備えて構成される。そして、パイロット油圧ポンプ３３と油圧モータ４０とが第１パイロット油路３３ａにより接続され、この第１パイロット油路３３ａとパイロットバルブ５０とが第２パイロット油路３３ｂにより接続され、油圧モータ４０と第２メイン油路６０ｂとが第３パイロット油路３３ｃによって接続される。

パイロット油圧ポンプ３３は、電動モータ３１により回転駆動されることで、作動油タンク３９の作動油を吸い上げて第１パイロット油路３３ａに吐出する。

油圧モータ４０は、第１パイロット油路３３ａと第３パイロット油路３３ｃとの接続部分に設けられており、パイロット油圧ポンプ３３から第１パイロット油路３３ａに吐出される作動油を受けて回転駆動される。油圧モータ４０の出力軸は、発電用電動モータ４１のモータ駆動軸４２（図３参照）に繋がれており、油圧モータ４０が回転駆動されることで発電用電動モータ４１のモータ駆動軸４２が回転駆動されるように構成されている。このため、後述するようにしてモータ駆動軸４２に回転抵抗を作用させることで、油圧モータ４０に回転抵抗を与えることができ、第１パイロット油路３３ａおよび第２パイロット油路３３ｂ内の作動油を、油圧モータ４０における回転抵抗に応じた圧力に調圧できる。

発電用電動モータ４１は、図３に示すように、中央部分に回転自在に配設されたモータ駆動軸４２と、このモータ駆動軸４２の周囲を取り囲むように配置位された複数のコイル４３とを備えて構成される。また、モータ駆動軸４２は、軸本体部４２ａと、この軸本体部４２ａの表面に周方向に並べて配置された複数の磁石４２ｂとから構成される。そのため、各コイル４３に対し、電流を流す方向およびその電流の大きさをそれぞれ制御することで、モータ駆動軸４２に作用する回転抵抗を制御できるようになっている。なお、本実施形態に係るパワーショベル１では、第１パイロット油路３３ａおよび第２パイロット油路３３ｂ内の作動油が、例えば３．５ＭＰａ程度の所定パイロット元圧になるように、発電用電動モータ４１により油圧モータ４０に回転抵抗が制御される。

一方、油圧モータ４０が作動油を受けて回転駆動されると、この油圧モータ４０の出力軸に繋がったモータ駆動軸４２が回転駆動されるが、このようにして発電用電動モータ４１においてモータ駆動軸４２が回転駆動されることによりコイル４３に電流が発生し、この電流が電流制御回路８２を介してバッテリ９０に蓄えられる（詳しくは後述）。このように、発電用電動モータ４１は、油圧モータ４０の回転抵抗を制御することで、第１パイロット油路３３ａ（第２パイロット油路３３ｂ）内の作動油をこの回転抵抗に応じた圧力に調圧するという機能と、油圧モータ４０における回転駆動力を基にして回生発電を行う機能とを備えている。

コントロールバルブ６０は、その内部に移動自在にバルブスプール（図示せず）が挿入されて構成されており、メイン油圧ポンプ３２から供給された作動油を、バルブスプールの移動位置に応じた油路を介して油圧アクチュエータ７０に供給することで、油圧アクチュエータ７０への作動油の供給方向および供給量を制御するようになっている。

パイロットバルブ５０は、パイロット油圧ポンプ３３から吐出されて油圧モータ４０により所定パイロット元圧に調圧された作動油が供給され、この所定パイロット元圧の作動油を基にして、右作業用操作レバー１９に対する傾動操作に応じたパイロット圧を生成するように構成されている。このようにして生成されたパイロット圧が、コントロールバルブ６０の端部に設けられたパイロットポート６１，６２に出力されることで、右作業用操作レバー１９に対する操作に応じたバルブスプールの移動制御が行われる。

圧力センサ８０は、第１パイロット油路３３ａに設けられており、第１パイロット油路３３ａ（第２パイロット油路３３ｂ）内の作動油の圧力、すなわち、パイロットバルブ５０に供給される作動油の圧力を検出可能となっている。この圧力センサ８０で検出された圧力は、回転抵抗制御コントローラ８１に出力される。

回転抵抗制御コントローラ８１は、電流制御回路８２を介して各コイル４３に供給される電流の方向およびその電流の大きさを制御することで、フレミング左手の法則に従ってモータ駆動軸４２に作用する回転抵抗を制御できるようになっている。

電流制御回路８２は、図３に示すように、発電用電動モータ４１（コイル４３）と電気的に接続されており、電流を所定方向に流す機能を持つ４つのダイオード８４、電流を蓄えることが可能なコンデンサ８５、コンデンサ８５の正極と負極との間の電圧を一定にするためのツェナーダイオード８６、および回転抵抗制御コントローラ８１からの電流がコンデンサ８５に直接流れ込むのを規制するための電気抵抗８７を備えて構成される。油圧モータ４０が作動油を受けて回転駆動されてモータ駆動軸４２が回転駆動されると、コイル４３に対する磁石４２の位置が変化することにより、フレミング右手の法則に従ってコイル４３に電流が発生し、この電流が電気抵抗８７を介してコンデンサ８５に蓄えられるように構成されている。このようにして、コンデンサ８５に一時的に蓄えられた電流（電力）は、バッテリ９０に送られて蓄えられる。

なお、図３においては、複数のコイル４３のうちで１つのコイル４３に対応して設けられた電流制御回路８２を図示しているが、実際には各コイル４３に対応させて電流制御回路８２が設けられ、回転抵抗制御コントローラ８１によって各コイル４３に対する電流供給制御が独立して行われるように構成されている。

バッテリ９０は、例えば商用電源により充電可能なバッテリであり、上述したように、発電用電動モータ４１において回生発電された電力が電流制御回路８２を介して送られて蓄えられる。なお、このバッテリ９０に蓄えられた電力は、主として電動モータ３１を駆動させる電源として利用される。

このような油圧回路３０を備えるパワーショベル１においては、電動モータ３１が起動されることで、メイン油圧ポンプ３２およびパイロット油圧ポンプ３３が駆動され、メイン油圧ポンプ３２から吐出された作動油が第１メイン油路６０ａを介してコントロールバルブ６０に供給され、一方、パイロット油圧ポンプ３３から吐出された作動油が第１パイロット油路３３ａおよび第２パイロット油路３３ｂを介してパイロットバルブ５０に供給される。この状態で、例えば右作業用操作レバー１９が操作されると、パイロットバルブ５０ではこの操作に応じたパイロット圧が生成され、生成されたパイロット圧がコントロールバルブ６０に出力される。

そうすると、コントロールバルブ６０においては、入力されたパイロット圧に応じてバルブスプールが移動され、このバルブスプールの移動位置に応じた供給方向および供給量で、メイン油圧ポンプ３２からの作動油が油圧シリンダ７０へ供給される。このようにして、右作業用操作レバー１９に対する操作に応じた伸縮作動を油圧シリンダ７０に行わせることで、所望の作業を行うことができる。

以上ここまでは、パワーショベル１の油圧回路３０について説明した。以下においては、発電用電動モータ４１の制御について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、図４に示すステップＳ１１０では、電動モータ３１が起動された状態において、圧力センサ８０において第１パイロット油路３３ａ内の作動油の圧力が検出され、この検出結果が回転抵抗制御コントローラ８１に入力される。

続いてステップＳ１２０に進み、回転抵抗制御コントローラ８１において、圧力センサ８０で検出された圧力が所定パイロット元圧よりも大きいか否かが判定される。ここで、検出された圧力が所定パイロット元圧よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１３１に進み、回転抵抗制御コントローラ８１はコイル４３に対して、モータ駆動軸４２の回転抵抗を減少させる電流供給制御を行う。そうすることで、モータ駆動軸４２の回転抵抗、すなわち、油圧モータ４０の回転抵抗が低減されるので、第１パイロット油路３３ａ内の作動油の圧力を低下させて所定パイロット元圧に近づけることができる。

一方、圧力センサ８０で検出された圧力が所定パイロット元圧よりも小さいと判定された場合にはステップＳ１３２に進み、回転抵抗制御コントローラ８１はコイル４３に対して、モータ駆動軸４２の回転抵抗を増加させる電流供給制御を行う。そうすることで、モータ駆動軸４２の回転抵抗（油圧モータ４０の回転抵抗）が増大されるので、第１パイロット油路３３ａ内の作動油の圧力を上昇させて所定パイロット元圧に近づけることができる。

上述したステップＳ１２０、ステップＳ１３１およびステップＳ１３２を繰り返して行うことにより、例えば右作業用操作レバー１９が操作されてパイロットバルブ５０においてパイロット圧が生成されることにより、第１パイロット油路３３ａ内の作動油の圧力が一時的に低下する場合であっても、素早く上昇させて所定パイロット元圧に戻すことが可能になる。

このようにして、電動モータ３１が起動された状態においては、パイロット油圧ポンプ３３から吐出された作動油が所定パイロット元圧に調圧されてパイロットバルブ５０に常時供給されているため、右作業用操作レバー１９等に対する操作に応じて素早くパイロット圧を生成し、油圧アクチュエータの作動応答性を確保できる。また、油圧モータ４０および発電用電動モータ４１を備えることで、パイロット油圧ポンプ３３から第１パイロット油路３３ａへ常時吐出される作動油の持つエネルギーを、電気エネルギーとして回収して蓄えることができるので、作動油の持つエネルギーを無駄にすることなく有効に利用可能となる。

特に従来構成では、操作レバーが操作されていない状態においては、作動油の持つエネルギーがリリーフバルブで熱エネルギーに変換されて無駄になっていたが、これに対し本発明を適用したパワーショベル１では、作動油の持つエネルギーが電気エネルギーに変換されて、例えば電動モータ３１を駆動させる電源として有効利用される。さらに、電動モータ３１を起動させることでバッテリ９０に蓄えられた電力が消費されるが、一方でこれと同時に、発電用電動モータ４１によって回収された電力がバッテリ９０に蓄えられるので、１回の充電で長時間にわたってパワーショベル１を稼動させることが可能となり、掘削作業の作業効率を向上させることが可能となる。

上述の実施形態においては、駆動源に電動モータ３１を用いたパワーショベル１を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定して適用されるものではない。電動モータに代えて例えばエンジン（ディーゼルエンジン）を搭載した作業機械にも、本発明を適用可能である。また、このように駆動源としてエンジンを搭載した構成の場合、一般的にエンジンの回転駆動力を利用して発電するオルタネータを搭載し、得られた電力をバッテリに蓄えて電装部品（例えば前方を照らす照明）の電源として利用される。そのため、エンジンを搭載するとともにオルタネータを備えた構成に本発明を適用することにより、オルタネータに加えて作動油のエネルギーを回収してバッテリに電力を蓄えることができるので、例えば小型のオルタネータを搭載した場合であってもバッテリに十分な電力を蓄えることができる。

上述の実施形態においては、パイロット油路３６に油圧モータ４０および発電用電動モータ４１を設けることで、パイロット油圧ポンプ３３から吐出された作動油のエネルギーを回収して有効利用する構成を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、第１メイン油路６０ａに設けられたメイン油路用リリーフバルブに代えて、油圧モータおよび発電用電動モータを設けることで、メイン油路およびパイロット油路の両方において作動油のエネルギーを回収する構成しても良い。このように構成した場合には、パイロット油路に加えてメイン油路の作動油のエネルギーを回収できるので、パワーショベル全体としてエネルギーの無駄を一層低減できる。また、油圧モータおよび発電用電動モータを、パイロット油路に設けるよりもメイン油路に設ける方が作動油のエネルギーを効率良く回収できる場合には、油圧モータおよび発電用電動モータをメイン油路のみに設ける構成も可能である。

上述の実施形態において示した電流制御回路８２は一例であって、回転抵抗制御コントローラ８１からの電流をコイル４３に供給するとともに、コイル４３で発生した電流を回収して一時的に蓄えることが可能であれば、他の構成でも良い。

上述の実施形態では、パイロットバルブ５０において操作レバーに対する操作に応じたパイロット圧を生成し、このパイロット圧によりバルブスプールの移動制御を行う構成を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定して適用されるものではない。例えば操作レバーに対する操作を電気信号に変換し、この電気信号をコントロールバルブに出力することで電気信号に基づいてバルブスプールの移動制御を行う構成のパワーショベルに対しても本発明を適用可能であり、この場合には、メイン油路のリリーフバルブに代えて油圧モータおよび発電用電動モータを設けることで、メイン油路の作動油のエネルギーを回収して電力として蓄えるように構成される。

また、操作レバーとコントロールバルブとがワイヤーで接続され、操作レバーに対する操作をワイヤーを介してコントロールバルブに伝達することで、バルブスプールの移動制御が行われる構成のパワーショベルにも、本発明を適用可能である。この構成に本発明を適用する場合には、メイン油路のリリーフバルブに代えて油圧モータおよび発電用電動モータを設け、メイン油路の作動油のエネルギーを回収して電力として蓄えるように構成される。

上述の実施形態においては、本発明をパワーショベル１に適用した例について説明したが、本発明はパワーショベル１に限定して適用されるものではない。油圧ポンプから吐出された作動油により作動する油圧アクチュエータを備えた作業機械全般に適用可能であり、例えばスキッドステアローダ等に対しても適用可能である。

１パワーショベル（作業機械）
３２メイン油圧ポンプ（アクチュエータ用作動油供給源）
３３パイロット油圧ポンプ（パイロット用作動油供給源）
３３ａ第１パイロット油路（パイロット用供給油路）
３３ｂ第２パイロット油路（パイロット用供給油路）
４０油圧モータ（作動油調圧手段）
４１発電用電動モータ（回生発電手段）
５０パイロットバルブ（パイロット圧生成手段）
６０コントロールバルブ
６０ａ第１メイン油路（アクチュエータ用供給油路）
７０油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
８０圧力センサ（圧力検出手段）
８１回転抵抗制御コントローラ（回転抵抗制御手段）

Claims

アクチュエータ用作動油の供給を受けて作動する油圧アクチュエータと、
前記アクチュエータ用作動油を供給するアクチュエータ用作動油供給源と、
前記アクチュエータ用作動油供給源から前記油圧アクチュエータへの前記アクチュエータ用作動油の供給制御を行うコントロールバルブと、
前記コントロールバルブの作動がパイロット圧を受けて制御される構成であり、前記コントロールバルブの作動を制御するための前記パイロット圧を前記コントロールバルブに供給する制御を行うパイロットバルブと、
前記パイロット圧の基になるパイロット用作動油を供給するパイロット用作動油供給源と、
前記パイロット用作動油供給源から前記パイロットバルブに至るパイロット用供給油路に設けられ、前記パイロットバルブに供給される前記パイロット用作動油の油圧を調整して前記パイロット圧を生成するパイロット圧調整手段とを有する油圧装置であって、
前記パイロット圧調整手段が、
前記パイロット用供給油路から分岐して作動油タンクに繋がる油路に設けられて、前記パイロット用作動油の供給を受けて回転駆動されるパイロット圧用油圧モータと、
前記パイロット圧用油圧モータにより回転駆動されて回生発電を行うパイロット圧用回生発電手段と、
前記パイロット用供給油路内の作動油の圧力を検出するパイロット圧力検出手段と、
前記パイロット圧力検出手段により検出される前記パイロット用供給油路内の作動油の圧力が前記パイロット圧となるように、前記パイロット圧用回生発電手段の回生発電制御を行って前記パイロット圧用油圧モータに作用する回転抵抗を制御するパイロット圧用回転抵抗制御手段とを備えることを特徴とする油圧装置。
前記パイロット圧用回生発電手段が、発電用電動モータにより構成されており、
前記発電用電動モータは、付与される電力に応じた前記回転抵抗を前記パイロット圧用油圧モータに作用させる構成であることを特徴とする請求項１に記載の油圧装置。
アクチュエータ用作動油の供給を受けて作動する油圧アクチュエータと、
前記アクチュエータ用作動油を供給するアクチュエータ用作動油供給源と、
前記アクチュエータ用作動油供給源から前記油圧アクチュエータへの前記アクチュエータ用作動油の供給制御を行うコントロールバルブと、
前記アクチュエータ用作動油供給源から前記コントロールバルブに至るアクチュエータ用供給油路を通って前記コントロールバルブに供給されるとともに、前記コントロールバルブにより供給制御されて前記油圧アクチュエータに供給される前記アクチュエータ用作動油の油圧を調整するアクチュエータ圧調整手段とを有する油圧装置であって、
前記アクチュエータ圧調整手段が、
前記アクチュエータ用供給油路から分岐して作動油タンクに繋がる油路に設けられて、前記アクチュエータ用作動油の供給を受けて回転駆動されるアクチュエータ圧用油圧モータと、
前記アクチュエータ圧用油圧モータにより回転駆動されて回生発電を行うアクチュエータ圧用回生発電手段と、
前記アクチュエータ用供給油路内の作動油の圧力を検出するアクチュエータ圧力検出手段と、
前記アクチュエータ圧力検出手段により検出される前記アクチュエータ用供給油路内の作動油の圧力が所定のアクチュエータ圧となるように、前記アクチュエータ圧用回生発電手段の回生発電制御を行って前記アクチュエータ圧用油圧モータに作用する回転抵抗を制御するアクチュエータ圧用回転抵抗制御手段とを備えることを特徴とする油圧装置。
前記アクチュエータ圧用回生発電手段が、発電用電動モータにより構成されており、
前記発電用電動モータは、付与される電力に応じた前記回転抵抗を前記アクチュエータ圧用油圧モータに作用させる構成であることを特徴とする請求項３に記載の油圧装置。